6.2.5. Количественные характеристики скорости течения

Для целей хозяйственного использования зоны прибрежного мелководья большой практический интерес представляют, наряду с рассмотренными выше сведениями, количественные характеристики скорости течения и надежные расчетные зависимости. В случае преобладания ветровых течений оценка поверхностных скоростей в рассматриваемой зоне может быть осуществлена с помощью осредненных значений ветрового коэффициента. В гл. 4 отмечалось, в частности, что многие исследователи определяли осредненные значения ветрового коэффициента по данным измерений течений в прибрежных зонах морей, океанов и крупных заливов. Это обстоятельство позволяет использовать некоторое из полученных ранее результатов для внутренних водоемов. При этом необходимо учитывать, что каждый из исследователей пользовался своими специфическими измерительными средствами и специфической методикой измерения, что привело к существенным расхождениям отдельных результатов.

Наиболее обоснованными для прибрежной зоны моря можно считать значения ветрового коэффициента, установленные И. М. Соскиным [148, 163]. Отдельные авторы считают возможным использование метода Соскина для расчетов течений внутренних водоемов [63, 149]. Имеются и справедливые возражения на этот счет, в которых отмечается неприемлемость для внутренних водоемов слишком преувеличенного влияния вращения Земли на расчетные значения скоростей. Лучшим и надежным решением этого

«опроса было бы получение данных возможно большего числа измерений течений в прибрежных зонах различных по размерам и морфологии внутренних водоемов, однако такие измерения весьма ограниченны.

Экспедиционными группами ГГИ в течение последних десятилетий измерения, необходимые для решения поставленного вопроса, были проведены на нескольких внутренних водоемах. Наибольшее количество данных получено на Ладожском и Белом озерах, но они характеризуют условия действия преимущественно слабого ветра (табл. 6.2). Осредненный ветровой коэффициент, вычисленный без учета широты места по данным табл. 6.2, получился равным 1,85, а с учетом широты места равным 1,60, т. е. почти совпадает со значениями, полученными по данным измерений в удаленных от берегов зонах водоемов.

Таблица 6.2 (см. скан) Осредненные значения ветрового коэффициента

В натурных условиях не удалось выполнить достаточного количества измерений течений при значительном и сильном ветре. Мало измерений выполнено и с определением средней на вертикали скорости.

Если течения в зоне прибрежного мелководья сформированы под действием ветра и волн, то поверхностную скорость можно вычислить, например, по формуле (4.17) с учетом коэффициента Шези С и относительной глубины глубина вертикали, средняя длина ветровых волн). При наличии сведений о скорости поверхностного течения среднюю на вертикали скорость можно вычислить по формуле (4.27) даже для условий, при которых возможны расхождения направлений переноса вод у поверхности и в придонном слоях на угол до 30—40°.

Обобщение значительного количества данных измерений средней на вертикали скорости течения, обусловленного действием ветра и волн, выполнено в Использованы натурные данные по Кайраккумскому и Горьковскому водохранилищам, Ладожскому озеру и по лабораторным экспериментам [178].

(кликните для просмотра скана)

Полученные сведения представлены на рис. 6.5 в виде зависимости

Осредняющая кривая этой зависимости представлена аналитически в виде

где коэффициент, равный , если выражены в метрах в 1 с, а в метрах.

В работе [178] для установления связи между средней скоростью ветрового течения при ограниченной глубине использованы исключительно данные лабораторных экспериментов. По полученным данным построены зависимости (рис. 6.6). На основании рис. 6.6 и коэффициента перехода от экспериментальных условий к натурным средняя на вертикали скорость течения, обусловленного действием ветра и волн в условиях ограниченной глубины, представлена в виде

где коэффициент, равный если и выражены в метрах в 1 с, а глубина Н — в метрах.

Выражение (6.3) по степени влияния ветра на скорость течения в условиях ограниченной глубины совпадает с выражением, полученным ранее . Ивановым [55] по материалам исследований ветровых течений в аэрогидравлическом бассейне при глубине

Влияние направления ветра на скорость течения в зоне прибрежного мелководья можно учесть путем умножения правой части выражений (6.2) и (6.3) на синус угла между направлением ветра и нормалью к линии берега. При этом, например, выражение (6.2) приобретает вид

Учет названного фактора особенно необходим в случаях расчетов течений в водоемах, имеющих береговую зону небольшой ширины, и в расчетах течений на вертикалях, расположенных у береговой границы обширных мелководных зон.