4.13. Перенос вод через вертикаль

Перенос вод через вертикаль, который можно характеризовать абсолютным элементарным расходом зависит, как и скорость ветрового течения, в основном от скорости ветра глубины водоема ускорения свободного падения плотности воды и воздуха т. е.

Для получения количественных характеристик рассматриваемого явления в работе [176] использованы материалы натурных измерений течений и лабораторных экспериментов.

Отобрано более 500 эпюр течений, достигших в своем развитии квазиустановившейся стадии. При критическом просмотре материалов обнаружены ощутимые различия элементарных расходов однонаправленных и разнонаправленных по глубине ветровых течений [176]. К группе с однонаправленным по глубине переносом отнесены почти все измерения, полученные на Кайраккумском, Горьковском и Кременчугском (Витовский залив)

водохранилищах и на оз. Большом Яровом, а также измерения, выполненные в гидравлических лотках, в которых прямой и компенсационный потоки разделялись непроницаемой продольной стенкой.

В группу с разнонаправленным течением включены измерения, полученные в аэрогидравлических лотках при возбуждении циркуляции в вертикальной плоскости, большая часть измерений, выполненных на пространственных моделях водных объектов, и большая часть измерений на оз. Большом Симагинском.

Зависимость величины от перечисленных выше определяющих факторов установлена следующим образом. Учтено постоянство отношения и сокращено число определяющих факторов в выражении (4.28) до четырех:

С помощью -теоремы составлены критерии:

основные:

вспомогательные:

Зависимость между основными критериями представлена в виде

Для установления зависимости данные измерений нанесены на логарифмическую клетчатку (рис. 4.17). По точкам измерений проведены осредняющие прямые: верхняя — по точкам измерений дрейфовых течений, охватывающих всю толщу воды, а нижняя — по точкам измерения разнонаправленных по глубине ветровых течений.

На клетчатку нанесены также расчетные точки, полученные Давтян для схематизированного водоема с размерами оз. Байкал при глубине и скорости ветра а также для схематизированных водоемов с глубиной при скорости ветра Они расположились в верхнем правом углу клетчатки, на ее диагонали. Такой результат, если расчеты считать надежными, позволяет заключить, что в глубоководных водоемах элементарные расходы одно- и разнонаправленного ветрового течения при прочих равных условиях близки между собой. Следовательно, можно утверждать, что эмпирические прямые на рис. 4.17, располагающиеся примерно параллельно друг другу при малых и средних значениях должны переходить в кривые и сближаться в области больших значений

(кликните для просмотра скана)

Зависимость между критериальными величинами выражения (4.34) в области прямолинейных участков можно представить в следующем виде:

Поскольку прямые наклонены под углом 45° к осям координат, то значение в выражении (4.35) принимается равным единице (хотя фактически для верхней прямой оно несколько больше, а для нижней прямой — несколько меньше единицы). Тогда элементарный расход дрейфового течения, охватывающего всю толщу воды, будет

а элементарный расход разнонаправленного ветрового течения

Отсюда следует, что средний элементарный расход дрейфового течения, охватывающего всю толщу воды, при прочих равных условиях в 3,43 раза больше абсолютного элементарного расхода разнонаправленного ветрового течения, т. е.

Из этого соотношения следует, что при формировании однонаправленного ветрового течения вдоль одного из берегов водоема ширина охваченной им зоны должна быть в несколько раз меньше ширины зоны действия градиентного течения, а суммарная площадь сечения, охваченная дрейфовым течением, меньше площади сечения, охваченной градиентным течением встречного направления.

Количественные соотношения между этими величинами для любой схемы циркуляции, представленной в гл. 2, можно получить, исходя из уравнения неразрывности и с учетом выражения (4.38). Пользуясь таким приемом, нетрудно убедиться, что ширина зоны, охваченной разнонаправленным по глубине ветровым течением, обычно в 4—6 раз превышает ширину зоны, охваченной, например, у наветренного берега однонаправленным по глубине ветровым течением. Площадь сечения, охваченная градиентным течением в таких условиях, оказывается в раза больше, чем площадь сечения, охваченная дрейфовым течением. Причинами названных различий являются различия в степени турбулизации течения — значительно большая в зоне действия, разнонаправленного по глубине течения, чем в зоне действия однонаправленного течения.