6.3. Течения на береговых отмелях

6.3.1. Причины возникновения течений

Исследователи уже давно пришли к выводу, что вдоль береговые течения на отмелях морей и водоемов возникают под действием трансформирующихся и разрушающихся волн, направление подхода к отмели которых составляет некоторый острый угол с линией берега. По основной причине возникновения эти течения иногда называют энергетическими [109, 216] и отличают от вдоль береговых градиентных течений, возникающих на участках с неравномерным рельефом дна под действием градиентов уровня. И. Ф. Шадрин [216], наиболее детально исследовавший градиентяые течения и предложивший формулу для их расчета, считает, что причиной возникновения градиентов уровня является неравномерность волнового нагона вдоль линии берега — большая на участках поднятий дна и меньшая на участках понижений дна. По мнению Шадрина, неравномерность глубины вдоль берега создается в результате искривлений подводных валов в плане и извилистости линии уреза.

Возникновению вдольбереговых течений на береговых отмелях способствуют и ветровые течения в зоне прибрежного мелководья, но их роль оценивается весьма различно. Н. А. Айбулатов [1, 2], в частности, отмечает, что «направление и скорость ветра

существенно влияют на скорость вдольбереговых течений». Доказательством правомерности этого положения он считает, во-первых, большую скорость течения при незначительном волнении и сильном ветре, действующем вдоль берега и, наоборот, слабое вдоль береговое течение при больших волнах зыби; во-вторых, большие различия в скорости вдольберегового течения (0,30 и 1,5 м/с) над гребнем первого от уреза подводного вала при одинаковой высоте разбивающихся над этим валом волн, но существенно различающейся скорости ветра и разной высоте волн на подходе к отмели.

И. Ф. Шадрин [216] считает, что «максимальные скорости вдольберегового волнового течения в 3—5 раз больше максимальной скорости ветрового течения в береговой зоне при любых углах подхода волн и ветра». Скорость ветрового течения, по мнению этого автора, ничтожна при любых условиях в приурезовой зоне, достигает нескольких процентов от скорости волнового течения в зоне разбивания волн и становится равной скорости волнового течения лишь на некотором удалении от зоны разбивания волн в сторону водоема.

Энергия разбивающихся волн принимается в качестве единственной причины возникновения вдольберегового течения на отмели в методе, разработанном Путнамом, Мунком и Трейлором [77, 168, 227], и в других расчетных методах. Такое же мнение по этому вопросу преобладает и в научных работах, в которых приводятся результаты наблюдений и даются качественные характеристики течений на отмелях. Что касается приведенных выше серьезных возражений Айбулатова, то чаще всего они остаются без внимания или же отвергаются без убедительных обоснований.

По нашему мнению, к объяснению причин возникновения вдольбереговых течений необходимо подходить дифференцированно, с учетом следующих факторов: общей ширины береговой отмели и ее рельефа, скорости ветра и его направления по отношению к линии берега, элементов волн на глубокой воде и в зоне ограниченной глубины, а также с учетом процесса трансформации волн.

На узких отмелях, шириной порядка 10-20 м, основной а часто и единственной, причиной возникновения вдольбереговых течений является энергия разрушающихся волн. Единице объема воды в единицу времени на таких отмелях передается при прочих равных условиях значительно большее количество волновой энергии, чем на широких отмелях. В связи с этим перенос вод на узких отмелях обусловливается волновыми процессами, а относительный вклад других факторов и, в частности, касательных напряжений ветра на водную поверхность оказывается незначительным.

На широких береговых отмелях, особенно на тех, которые плавно сопрягаются с прибрежным мелководьем, роль волновой энергии в возникновении вдольбереговых течений уменьшается, а энергии ветра и дрейфовых течений увеличивается. Влияние ветра на течения усиливается по мере уменьшения угла между

его направлением и линией берега, чему способствует большая шероховатость водной поверхности, обусловленная наличием бурунов, и своеобразие характера обтекания гребней волн воздушным потоком. Имеются некоторые основания полагать, что напряжение трения воздушного потока о водную поверхность в зонах забурунивания и разбивания волн, особенно при ветре, действующем под острым углом к гребням волн, может в 1,5-2,0 раза превышать напряжение трения при волнах, распространяющихся попутно ветру. Можно поэтому ожидать, что и скорость ветрового течения на широкой береговой отмели при ветре, направленном вдоль берега или под небольшим острым углом к нему, также будет существенно превышать скорость ветрового течения в глубоководных зонах водоема. Отдельные измерения показывают, что скорость вдольберегового течения увеличивается при рассматриваемых условиях за счет воздействия ветра на 40-60 %, а при сильных штормовых ветрах даже на 100-300 % по сравнению со скоростью энергетического течения.

Вдольбереговые энергетические течения при некоторых условиях усиливаются и поддерживаются за счет градиентных или дрейфовых течений, действующих как в глубоководных зонах, так и в зонах прибрежного мелководья. Наиболее отчетливо влияние этих течений выражено на вдающихся в водоем участках в условиях, когда волны подходят примерно по нормали к линии берега, а градиентные или дрейфовые течения действуют вдоль берега. Скорость вдольберегового течения при таких условиях тем больше, чем короче участок изгиба линии берега, вдающейся в водоем.

На основании изложенного можно заключить, что скорость вдольберегового течения на отмели необходимо рассматривать в виде суммы скоростей трех видов течений: энергетического; ветрового, возникающего на отмели; дрейфового или градиентного, проникающего на береговую отмель из зоны прибрежного мелководья.