Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов - Ржевский В.В.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 2.2 приведена кривая волновых колебаний с названиями основных элементов волны и принятыми для их обозначения символами.
При описании волн пользуются следующими основными понятиями. Выделяют волны свободные, когда сила, вызвавшая образование последних, прекратила действие, и вынужденные, когда сила продолжает действовать. Если волны не меняют свои элементы во времени, то они называются установившимися. Волны, меняющиеся во времени — не-установившиеся, развивающиеся или/ наоборот, затухающие.
Волны, у которых длина волны (Я) меньше глубины моря (Я),
волны больше глубины моря — длинными (д-<-Jq
В зависимости от соотношения высоты и длины волны различают пологие и крутые волны.
По форме выделяются двумерные волны, когда гребень по фронту волны в несколько раз больше ее длины и высота гребня постоянна; трехмерные волны, когда длина гребня соизмерима с длиной волны; одиночные, или уединенные — имеющие только куполообразный гребень и не имеющие подошвы.
По глубине расположения различают поверхностные волны, возникающие на поверхности, и внутренние, возникающие на глубине и практически не проявляющиеся на поверхности.
При видимом перемещении профиля волны в пространстве, волны носят название поступательных. Частицы воды в ни^ двигаются по практически замкнутым круговым или эллиптическим орбитам. При наложении двух противоположно направленных поступательных волн с близкими периодами и высотами образуются стоячие волны, не имеющие видимого перемещения фронта волны. В местах наибольшего колебания уровня частицы воды стоячих волн двигаются только вертикально, а в точках, где отсутствует колебание уровня, частицы воды двигаются только в горизонтальном направлении.
В теории волн глубокого моря, основанной на классической гидродинамике, доказывается, что скорость распространения поступательной волны (с) при глубине моря (Я), равной бесконечности, определяется выражением
называются короткими
Напротив, при длине / # ^ 1 \
(2,1)
т. е. скорость распространения волны в глубоком море зависит только от длины волны.
Из рассмотрения поведения частиц воды на орбите устанавливается, что по мере удаления от поверхности моря радиусы орбит уменьшаются и тем быстрее, чем короче волна. Поэтому на глубине, равной половине длины волны, высота волны становится в 23 раза меньше, а на глубине полной длины — в 535 раз. Практически можно считать, что уже на глубине в половину длины волны волнение отсутствует. Для открытого моря, где длина волны обычно около 100 м, эта глубина составляет 50 м [17].
В реальных условиях на поверхности моря распространяются сложные волны, имеющие различную высоту и периоды. При интерференции волн с близкими периодами следующие друг за другом волны будут «меть неодинаковую высоту, и за максимальной величиной волны — «девятый вал» — следует уменьшение, а потом вновь возрастание высоты волны. Циклы, повторяясь друг за другом, создают периодические биения, а сами волны перемещаются группами. В случае безграничной глубины моря скорость перемещения группы волн (групповая скорость) равна половине скорости распространения индивидуальной волны:
Сгр =~Y с- . (2.2)
На мелководье, где скорость волны уже не зависит от ее длины, все волны, а также и группы волн распространяются с одной и той же скоростью. При подходе волны к берегу происходит изменение всех характеристик волнения.
В трехмерных волнах, характерных для глубоких частей акватории, постепенно увеличивается длина гребня, и они переходят в двухмерные, идущие приблизительно параллельно друг другу. Одновременно происходит уменьшение скорости и изменение профиля волн — возрастает крутизна переднего склона, гребни волн укорачиваются и возрастают по высоте, ложбины выполаживаются и несколько удлиняются. При достижении передним склоном волны вертикального положения и определенной высоты гребень теряет устойчивость и обрушивается. Происходит разрушение волны. Глубина, на которой происходит это разрушение, называется критической глубиной (Якр). Разрушение происходит бурно, с шумом и образованием пенистого буруна — возникает прибой. Критическая глубина зависит от крутизны волн на глубокой воде, уклона дна, направления и силы течения и колеблется в широких пределах от #кр = 0,75/граз до 2,5 и даже 6hpa3. В среднем Якр = (1,25—1,50) hpa3, где hm — высота волны непосредственно перед разрушением.
При подходе волн к мелководью под углом к направлению изобат происходит искривление гребней и разворачивание фронта волны по направлению к берегу. Это явление называется р е -фракцией волн. Суть его состоит в том, что мористый участок гребня волны, находящийся на глубине, обгоняет береговую часть гребня, замедлившую скорость на мелководье. Бере-
ге
г
1 \ \ / "ч / 3
/ --- \ г1
