4.5. Продолжительность развития ветрового течения

Продолжительность развития ветрового течения в морях с глубиной до нескольких сотен метров составляет, по оценкам: П. С. Линейкина [106] и А. И. Фельзенбаума [200], несколько суток. В работе [148] продолжительность периода развития течения для прибрежной зоны моря принимается равной продолжительности развития ветрового волнения.

Во внутренних водоемах в условиях небольшой глубины при; плавном нарастании ветра отмечается удовлетворительная согласованность хода развития ветрового течения и волнения [176]. Синхронность этих процессов нарушается по мере увеличения глубины водоемов.

Для полного развития ветрового течения в отличие от волнения необходимо, чтобы вся водная масса водоема пришла в движение в соответствии с поступлением энергии ветра и потерями энергии на трение в водной толще. Поэтому при одинаковой скорости, ветра и прочих равных условиях продолжительность развития ветрового течения будет больше в том из водоемов, в котором больше глубина, а время нарастания волнения в этих водоемах будет примерно одинаковым. Это обстоятельство можно подтвердить примером. Продолжительность развития ветрового течения, например, в оз. Байкал при ветре скоростью - 10,5 м/с, согласно упомянутым выше расчетам [39], составляет 60-110 ч, а продолжительность развития волнения для центрального створа, по данным работы [100], около 18 ч.

Во внутренних водоемах и на лабораторных установках отмечается также несоответствие между продолжительностью развития ветрового течения и продолжительностью формирования сгонно-нагонного уровня практически при любой скорости ветра. Это обусловлено тем, что за некоторый начальный период развития ветрового течения в верхнем слое переносится такое количество воды, которое оказывается вполне достаточным для формирования сгонно-нагонного профиля уровня, соответствующего силе касательного напряжения ветра и общим потерям энергии на трение. Продолжительность развития ветрового нагона на лабораторных установках в условиях отчетливо выраженной мелководности водоема примерно равна продолжительности развития ветрового течения. В условиях действия волн на глубокой воде, например при продолжительность полного развития течения обычно превышает продолжительность стабилизации сгонно-нагонного уровня в несколько раз.

Продолжительность развития ветрового течения может быть принята зависящей от следующих определяющих факторов: скорости ветра и скорости ветрового течения размера в плане и глубины водоема, плотности воды и воздуха Если в качестве характеристик течения использовать элементарный расход воды через вертикаль равный произведению и учесть постоянство отношения то число определяющих факторов можно сократить до четырех:

Для отыскания безразмерных критериев связи между определяющими факторами воспользуемся -теоремой [176]. Согласно ей, из четырех параметров можно составить два основных и два вспомогательных критерия:

основные:

вспомогательные:

Будем искать связь между основными критериями. В общем виде эту связь можно представить следующим образом:

Для установления зависимости от определяющих факторов А. С. Судольским [176] использованы данные экспериментов на лабораторных установках (16 значений), данные по Кайраккум: скому водохранилищу (7 значений) и данные расчетов Давтян

методом Караушева для оз. Байкал и схематизированных водоемов с глубиной 50-100 м (5 значений). Данные измерений и расчетов расположились на логарифмической клетчатке вдоль прямой под углом 45° к осям координат (рис. 4.9). На этом основании выражение (4.8) можно упростить и представить в виде

Рис. 4.9. Зависимость продолжительности полного развития ветрового течения Т от отношения измерения на Кайраккумском водохранилище; эксперименты в лотках: расчеты Н. А. Давтян.

Таким образом, в отличие от принятого вначале предположения об определяющих факторах убеждаемся, что продолжительность развития ветрового течения прямо пропорциональна элементарному расходу воды, обратно пропорциональна квадрату скорости ветра и не зависит от размеров водоема в плане (если ветер одновременно действует над всей его акваторией).

Относительное среднее квадратическое отклонение данных натурных и лабораторных измерений продолжительности периода развития ветровых течений от осредняющей прямой составило 18 %. Наибольшее относительное отклонение равно Эти отклонения представляются вполне приемлемыми для оценки столь сложного и малоизученного процесса, каким является развитие ветрового течения.

Зависимость Т от определяющих факторов представлена в виде

где выражено в секундах, в квадратных метрах в 1 с заменено произведением в метрах в 1 с.

В случае разнонаправленного по глубине течения элементарный расход принимается равным сумме абсолютных значений элементарных расходов дрейфового и градиентного течений, т. е.

Если Т выражается в часах, а остальные элементы зависимости (4.9) в указанных выше единицах, то постоянный коэффициент оказывается равным 277.