Глава 2. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ПЕРЕНОСА ВОД ТЕЧЕНИЯМИ

2.1. Многообразие видов движений и масштабов пространственных структур

Воды озер и водохранилищ практически постоянно находятся в движении. Движением охвачена вся толща воды в пределах всей котловины. В природных условиях очень редко может наблюдаться какой-либо один из установившихся видов движений. Даже в зимний период, под ледяным покровом, конвективные циркуляции в водоеме могут сопровождаться, например, затухающими ветровыми, сейшевыми или стоковыми течениями. В безледоставный период совместное действие названных течений обычно усиливается по сравнению с зимним периодом на несколько порядков и к нему добавляются существенно изменяющиеся во времени и по акватории движения, обусловленные ветровыми, стоячими и внутренними волнами, мелкими вихрями, средне- и крупномасштабными циркуляциями, временные характеристики которых изменяются, как отмечено в гл. 1, от долей секунд до нескольких суток и даже более.

Волновые движения, обычно наиболее выраженные в верхних слоях, как правило, накладываются на переносное течение какого-либо вида или на суммарное течение. Вместе с ними они формируют имеющие случайный характер циркуляционные движения. Эти движения обычно имеют сложную пространственную форму. В вертикальной плоскости при действии волн и переносного течения отчетливо проявляются циркуляционные движения в виде вихрей с горизонтальной или вертикальной осью.

Слой волновых орбитальных движений в условиях одинаковой плотности воды по глубине и при наличии выраженной стратификации плотности может охватываться так называемыми циркуляционными движениями Ленгмюра [202]. Они представляют собой пары чередующихся между собой цилиндрических вихрей с право- и левосторонним движением, осуществляемым относительно горизонтальных осей, параллельных друг другу и направленных примерно по нормали к фронту ветровых волн. Признаком циркуляций Ленгмюра в водоеме считается наличие полос из пены или «дорожек» из плавающих предметов на водной поверхности. По этому признаку установлено, что расстояние между центрами соседних пар вихрей может изменяться от нескольких десятков сантиметров до нескольких десятков метров [150, 202].

Под действием ветровых, сейшевых или стоковых течений в водоемах могут формироваться макроциркуляционные движения, размеры которых в плане соизмеримы с размерами водоема или размерами его частично обособленных участков. Перечисленные выше вихри и волновые орбитальные движения включаются при этом в макроциркуляции как их составная часть.

Своеобразные системы циркуляции могут возникнуть на границе раздела вод с различной плотностью в условиях действия внутренних вод, но их изучение только начинается.

Измеренные в реальных условиях характеристики течений, турбулентной диффузии и других динамических явлений представляются как суммарный эффект всех действующих на поток факторов и морфологии водоема в том числе. Эти обстоятельства и являются основными причинами затруднений в получении достоверных характеристик структуры отдельно взятого явления, не искаженного влиянием каких-либо других факторов. В связи с перечисленными обстоятельствами, выявление основных видов траекторий волновых движений жидкости и качественной картины структуры переноса вод отдельными видами течений осуществлялось в ГГИ на лабораторных установках путем обеспечения наименьшего влияния искажающих факторов. Некоторые сведения о качественной структуре переноса вод получены путем обобщения данных натурных измерений и, в частности, авиасъемок течений.

Приведенные ниже сведения о пространственной структуре следует рассматривать как ориентировочные и нуждающиеся в дальнейшем восполнении или уточнении на основании новых данных исследований.