2.6. Макроциркуляция вод в водоеме при ветровых течениях

Рассмотренные выше черты структуры ветровых развивающихся и квазиустановившихся течений наиболее отчетливо выражены в вертикальной продольной плоскости таких натурных объектов, как каналы и озера удлиненной формы, в условиях действия ветра вдоль продольной оси. В водоемах со сложным рельефом котловины при длительном действии устойчивого ветра формируются, как показывают данные лабораторных исследований и натурных наблюдений, циркуляционные движения, охватывающие весь водоем или его частично обособленные в морфологическом отношении участки. Путем обобщения материалов многочисленных экспериментов, проводившихся в ГГИ на пространственных гидравлических моделях нескольких водных объектов и материалов исследований на озерах и водохранилищах, удалось выявить некоторые характерные черты и особенности указанных макроциркуляций. Характерные черты макроциркуляций рассмотрены применительно к простым условиям: водоем имеет удлиненную форму с плавными очертаниями береговой линии и плавным рельефом дна; ветер устойчив по направлению и скорости; плотность воды одинакова по всей глубине и не меняется по акватории. Для таких условий выделено десять наиболее характерных схем макроциркуляции вод (рис. 2.7).

Макроциркуляции, представленные схемами сформированы ветрами, действующими преимущественно вдоль водоема, а макроциркуляции, представленные схемами VII—X, — ветрами, направленными поперек водоема (рис. 2.7).

Подробное описание каждой из выделенных схем дается в работах [176]. Специфические черты отдельных пространственных циркуляций довольно отчетливо видны на рис. 2.7. Представляется возможным объединить близкие по общим чертам схемы в отдельные типы циркуляций, каждому из которых присущи общие основные черты переноса вод в водоемах при нескольких характерных ветровых ситуациях.

Отчетливо выделяются, по нашему мнению, следующие основные типы вертикальной и горизонтальной макроциркуляции вод в водоемах:

тип 1 — характеризуется преобладанием макроциркуляции вод в вертикальной плоскости, при которой дрейфовое течение, вызванное ветром и совпадающее с ним по направлению, сосредоточено в верхних слоях, а компенсационное течение, направленное преимущественно навстречу ветру, — в глубинных и придонных слоях водоема. Этот тип вертикальной макроциркуляции вод наиболее полно отображается схемами I и VII;

тип 2 — циркуляция вод осуществляется преимущественно в горизонтальной плоскости и охватывает весь водоем. Преобладающий перенос вод в соседних частях водоема, расположенных по обе стороны от его оси, имеет противоположное направление. Течения этого типа формируются в водоемах при ветровых ситуациях и особенностях рельефа дна, указанных на схемах II—IV, VI и VIII;

тип 3 — характеризуется наличием транзитной струи и примыкающих к ней горизонтальных макроциркуляций, в пределах которых на вертикалях преобладают однонаправленные по глубине течения. Циркуляции этого типа представлены схемами V, IX и

Таким образом, число типов макроциркуляций вод при ветровых течениях в водоеме простых очертаний оказалось значительно меньше числа представленных на рис. 2.7 ветровых ситуаций, что позволяет изучить их путем постановки натурных измерений или путем лабораторных исследований на пространственных моделях водоемов.

Для большинства схем циркуляции вод, представленных на рис. 2.7, характерно преобладание однонаправленного по глубине течения с незначительными (до 30°) отклонениями направлений на отдельных горизонтах от направления преобладающего переноса или разнонаправленного течения, при котором перенос в глубинных или придонных слоях осуществляется под углом 150-210° по отношению к направлению поверхностного течения. Однонаправленное течение преобладает, например, на схемах IV, IX и X. На схемах I и VII преобладают разнонаправленные по глубине течения. На схемах II, III и VI каждый из указанных видов течений охватывает примерно от до акватории водоема, а на переходные виды распределения течений приходится всего лишь по 10-20 % площади водоема.

Из рассмотренного следует, что от общей макроциркуляции вод зависит распределение скорости по вертикали и положение границы раздела дрейфового и компенсационного течений, направление преобладающего переноса вод в различных зонах водоема и другие характеристики течений. Очевидно также, что даже приближенные сведения об общей макроциркуляции вод в водоеме облегчают осуществлять, например, обоснованный выбор места взаимного размещения водозаборных и водосбросных сооружений, ориентируют в выборе наиболее эффективных методов и сроков изучения течений, в размещении створов и вертикалей по

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

акватории, а также в выборе методов расчета скоростей, приемлемых для каждой из рассматриваемых зон водоема при типичных ветровых ситуациях.