ПРЕДИСЛОВИЕ

При подготовке настоящей монографии автор стремился обобщить и представить в систематизированном виде возможно большее количество полученных на водных объектах сведений о динамических явлениях и береговых процессах, показать важность результатов исследований для решения практических задач, степень их надежности и согласованности с полученными ранее данными и, в частности, с результатами исследования морей и теоретическими разработками.

В главе 1, которую можно считать вступительной, кратко рассматриваются процессы и волновые явления, которые обусловливают и сопуствуют переносу и перемешиванию вод: ветер, ветровые волны, стоячие волны, внутренние волны, сгоны-нагоны уровня. Наряду с этим приводятся имеющиеся литературные сведения о причинах формирования и масштабах динамических явлений, а также сведения об используемых на практике принципах и методах изучения сложных природных явлений и процессов.

Значительное внимание в монографии уделено классификации и типизации рассматривающихся сложных природных процессов и явлений, а также разработкам на эмпирической основе инженерных методов определения количественных характеристик динамических явлений и процессов: ветровых и сейшевых течений, вдоль береговых течений в зоне прибрежного мелководья и на береговых отмелях, мутности воды, перемещения вдоль берега взвешенных и донных наносов, вертикальной турбулентной вязкости и многого другого. Детальному рассмотрению подвергнуты полученные в результате многочисленных лабораторных и обширных натурных исследований, выполненных под руководством или при непосредственном участии автора, сведения о сложной структуре вихревого и циркуляционного движения, начиная с волновых траекторий отдельных частиц жидкости и кончая макроциркуляциями, охватывающими значительные по площади участки акватории, береговую зону или весь водоем.

Автор не считает, что представленные в монографии зависимости, расчетные формулы, классификации и мнения полностью исчерпывают все многообразие, взаимосвязь и взаимообусловленность волновых движений в водоемах и что сведения по механизму явлений в деталях соответствуют физической сущности

природных процессов. Многие данные, безусловно, будут пополняться и уточняться. Однако имеются основания надеяться на полезность приведенных в книге результатов исследований для гидрологов широкого профиля, изыскателей и гидротехников, которые занимаются изучением водоемов, выполняют, инженерно-гидрологические расчеты для целей гидротехнического строительства, разрабатывают природоохранные мероприятия или решают другие задачи хозяйственного использования водных ресурсов.

При организации и постановке исследований, а также при анализе материалов, особенно на первых этапах работ, автор пользовался советами и теоретическими разработками своих научных руководителей Н. Е. Кондратьева, В. М. Маккавеева, и А, В. Караушева, за что им чрезвычайно признателен. Автор также благодарен всем, кто на протяжении трех десятилетий помогал ему в работе.

ВВЕДЕНИЕ

Среди большого разнообразия процессов и явлений, наблюдающихся в озерах и водохранилищах, особое место по сложности, многообразию и важности для целей практики и познания закономерностей динамики вод принадлежит происходящим под плоской (горизонтальной) или взволнованной поверхностью процессам переноса и перемешивания вод. Обычно они возникают и протекают под действием касательных напряжений ветра на водную поверхность и сопровождаются ветровыми волнами, сейшевыми и сгонно-нагонными колебаниями уровня, длинными волнами и перепадами уровня.

Каждое из перечисленных явлений характеризуется присущими ему закономерностями волновых движений, которые при наложении друг на друга осложняют процессы переноса и перемешивания вод как на стадии развития и стабилизации, так и на стадии затухания. Осложнения структуры и кинематика потока создают большие затруднения при измерении скорости течения и регистрации уровня воды, что в свою очередь является причиной неуверенности в отношении надежности обработки материалов, обобщения и анализа полученных данных.

В такой обстановке большую ценность приобретают наиболее достоверные сведения, получаемые, например, в лабораторных условиях при отсутствии искажающих факторов, а в натурных условиях — при отчетливо выраженном преобладании исследуемого явления или процессами.

В некоторых случаях уверенность в достоверности полученных в натурных условиях материалов создает их согласованность с теоретическими представлениями или литературными эмпирическими данными, полученными на других водных объектах в аналогичных условиях. В связи с этим очевидна польза от натурных исследований в разнообразных условиях, а также польза от скорейшего освещения результатов исследований.

В последние десятилетия сведения о динамических явлениях и процессах, протекающих в водоемах, многократно расширились и углубились благодаря публикации в нашей стране многих сотен научных статей и нескольких десятков монографий. В 60-е тоды текущего столетия были опубликованы первые две монографии по озероведению: Б. Д. Зайкова [51] и Б. Б. Богословского

[19], в 70—80-е годы — еще несколько монографий, посвященных этой же теме: Д. Хатчинсона [208], Т. В. Одровой [134], Н. Н. Филатова [202], Б. Хендерса-Селлерса [209], несколько монографий по гидрометеорологическому режиму озер и водохранилищ и по отдельным элементам режима водоемов, например, такие, как «Течения в Байкале» [23, 24]. В значительном числе монографий рассмотрены вопросы исследований ветрового волнения [31, 154, 195], морской турбулентности [135, 210], морских течений [152, 200], динамики береговой зоны внутренних водоемов [141] и морей [2, 6, 11, 216], производства измерений и обработки данных наблюдений [13, 63]. Во многих монографиях и научных статьях, в которых приводятся новые теоретические разработки, ценные эмпирические причинно-следственные зависимости или важные для практического использования характеристики гидрометеорологического режима водоемов, обращается внимание на ограниченность или почти полное отсутствие материалов наблюдений, разноречивость мнений по конкретным вопросам, недостаточную оснащенность исследователей измерительными средствами и другие недостатки.

В течение более чем 30 лет под руководством или при непосредственном участии автора настоящей монографии проводились натурные и лабораторные исследования динамики вод и береговых процессов в различных внутренних водоемах применительно к решению задач проектирования, строительства и эксплуатации конкретных гидротехнических сооружений или рационального хозяйственного использования водоемов в целом. Лабораторные исследования проводились на пространственных гидравлических моделях водных объектов, в аэрогидравлических лотках или бассейнах. Натурные исследования в одних случаях были кратковременными и продолжались от нескольких недель до одного-двух месяцев, а в других случаях охватывали несколько сезонов.

Исследования в разные годы проводились на таких крупных озерах, как Байкал, Балхаш, Ладожское и Белое, а также на небольших озерах, например Большом Яровом в Алтайском крае и Большом Симагинском на Карельском перешейке. Длительные наблюдения за элементами гидрометеорологического режима и исследования динамики береговой зоны велись экспедиционными отрядами ГГИ под руководством автора на таких водохранилищах, как Кайраккумское на р. Сырдарье, Каховское и Кременчугское на р. Днепре. Кратковременные исследования береговых процессов выполнялись в Казантипском и Арабатском заливах Азовского моря и на Горьковском, Куйбышевском, Цимлянском и других водохранилищах.

Результаты исследований, полученные на перечисленных водных объектах, опубликованы частично в статьях автора и статьях работавших вместе с ним сотрудников ГГИ или включены в научно-технические отчеты. Однако многие из полученных сведений остались за пределами публикаций.