5.2. Методы оценки скорости сейшевого течения

Имеющиеся в литературных источниках сведения о скорости сейшевых течений относятся преимущественно к проливам и прибрежным зонам. Утверждается, что скорость течения в узких проливах водоемов может достигать 2-3 м/с, а в широких обычно не превышает 1,0 м/с [8, 19, 208]. В прибрежных зонах крупных внутренних водоемов были измерены скорости сейшевых течений, равные 0,2-0,3 м/с.

Очень мало сведений о сейшевых течениях на открытых и удаленных от берегов пространствах водоемов. Оценку скорости для таких районов приходится производить с использованием расчетных формул.

Для расчета средней скорости сейшевого течения в прямоугольном бассейне постоянной глубины и длины при высоте колебания уровня рекомендуется формула [8, 80, 133]

которая получена путем решения дифференциального уравнения

движения и с учетом выражения периода сейши по Меридиану приводится к виду

Эту формулу впервые использовал для практических целей, по-видимому, Праудмен. Он установил, что в одном из озер Шотландии, имеющем длину 50 км и среднюю глубину 60 м, при высоте сейшевых колебаний уровня около 0,1 м средняя скорость сейшевого течения составляет около 4 см/с.

Близкие к реальным значения средней скорости сейшевых течений получены с использованием формулы (5.2) авторами монографии [8]. Ими были определены средние значения скорости сейшевых течений для нескольких внутренних водоемов: Аральское море - 15,4 см/с при Байкал — 2,5 см/с при Балхаш — 6,1 см/с при Так как по формуле (5.2) не удается учесть морфологию водоема и различия в распределении высоты сейшевых колебаний уровня, среднюю скорость сейшевого течения в работах [144, 171] предложено оценивать по переливающимся объемам жидкости с использованием выражения

где площадь поперечного сечения водоема по створу; период сейшевых колебаний уровня; площадь поверхности водоема, заключенная между расчетным створом и створом ближайшей пучности; — среднее превышение сейшевого уровня над статическим уровнем в пределах рассматриваемого участка водоема; площадь осевой плоскости, заключенная между сейшевым и статическим уровнями в пределах между расчетным створом и створом ближайшей пучности.

По выражению (5.3) можно вычислить среднюю скорость сейшевого течения в любом створе водоема при наличии сведений по морфологии и о распределении высоты сейшевых колебаний уровня вдоль оси водоема или по его акватории.

Можно не сомневаться, что вычисленные таким методом количественные характеристики течений более полны и надежны, чем результаты вычислений по формуле (5.2), использовавшейся впервые Праудменом. В ГГИ с помощью формулы (5.3) получены достаточно детальные сведения о средней скорости сейшевых течений для нескольких крупных водоемов. Они сопоставлялись также с данными исследований на пространственных гидравлических моделях и оказались вполне приемлемыми для практического использования, что показано ниже.

В случае необходимости получения детальных сведений о сейшевых течениях в водоеме или отдельной его части, достаточно обособленной от водоема, приходится обращаться к гидравлическому моделированию. Следует отметить, что первые исследования сейшевых явлений в нашей стране проводились на

гидравлической модели оз. Байкал [160, 161]. Авторами этих исследований была показана возможность использования для этого мелкомасштабных моделей, в частности в масштабе

Поскольку при моделировании сейшевых явлений определяющими являются силы тяжести, то на модели («м») и в натуре («н») должно быть обеспечено равенство чисел Фруда, представляемых, например, в виде [217]

где характерная скорость; характерный линейный размер.

В случае воспроизведения рельефа котловины водного объекта без искажения геометрических размеров выражения для вычисления скорости, расхода воды и времени представляются соответственно в виде [217]:

В этих выражениях характерный горизонтальный размер модели принимается равным единице, показывает кратность превышения размеров натурного объекта над размерами объектов на модели.

При строительстве гидравлических моделей мелководных водоемов обычно приходится допускать искажение геометрических размеров, чаще всего путем воспроизведения вертикальных размеров рельефа котловины в более крупном масштабе, чем горизонтальных. Размеры объектов, измеренные по горизонтали при этом не соответствуют размерам, измеренным по вертикали Гидравлическая модель водного объекта характеризуется двумя масштабами: горизонтальным в виде отношения и вертикальным в виде отношения

Для пересчета в натурные условия гидравлических характеристик исследуемого на искаженной модели явления используют следующие выражения для скорости течения, расхода воды и времени:

Выражения (5.8) — (5.10) обеспечивают получение достаточно надежных количественных характеристик сейш по данным моделирования. Пересчету на натурные условия могут быть подвергнуты не только осредненные, но и мгновенные характеристики. В результате может быть получено, например, распределение скорости сейшевого течения и его направления по акватории изучаемого водоема или участка.