ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.09.2020
Просмотров: 2036
Скачиваний: 3
ε = h/ λ.
Перыяд хвалі (τ) – прамежак часу, на працягу якога часцінкі вады завяршаюць поўны абарот па сваім арбітам ці прамежак часу паміж праходжаннем вяршыняў двух суседніх хваляў праз фіксаваную кропку вадаёма. Узрост хвалі (В) – адносіны хуткасці хвалі (С) да хуткасці ветру (U):
В = С/ U.
Хуткасць хвалі (С) – хуткасць перамяшчэння грэбня хвалі ў галоўным напрамку яе распаўсюджвання. Звычайна хуткасць хвалі вызначаецца як хуткасць перамяшчэння грэбня хвалі на адлегласці, роўнай яе даўжыні:
С = λ/t,
дзе t – прамежак часу, за які хваля (грэбень хвалі) праходзіць адлегласць, роўную яе даўжыні.
Параметры ветравых хваляў залежаць ад хуткасці ветру (U), працягласці яго дзеяння (Т), разгону хвалі (D) – шляху, які праходзіць хваля з моманту ўзнікнення, глыбіні возера (Н) (калі яна не перавышае палову даўжыні хвалі).
Пры павялічэнні хуткасці ветру і даўжыні разгону ветравых хваляў, параметры хваляў ( h і λ) павялічваюцца. Аднак, для кожнай хвалі існуе адпаведны разгон (дзейны разгон), на якім хуткасць руху хваляў становіцца практычна роўнай хуткасці ветру, пасля якой вышыня хвалі не расце. Такое ветравое хваляване паверхні возера назваецца устойлівым (сфарміраваным) хваляваннем.
З глыбінёй хваляване у выніку трэння паміж часцінкамі вады затухае, г.зн. вышыня хвалі памяншаецца пры нязменнай яе даўжыні і перыяду. На глыбіні возера, роўнай даўжыні хвалі, хваляванне практычна не назіраецца. Вышыня хвалі памяншаецца прыкладана у 500 раз.
У выніку розніцы цічску ветру на наветраныя і падветраныя схілы хвалі, яна прыймае несіметрычную форму нават на глыбокай вадзе. Яшчэ больш значныя змяненні хваляў адбываюцца пры падыхдзе хваляў да мелкаводдзяў, дзе пачынае уплываць трэнне іх аб дно. Гэтае трэнне пачынае шплываць з глыбіні, меншай паловы даўжыні хвалі (Н < λ /2). Ніжняя частка хвалі падвяргаецца большаму тармажэнню ў сувязі з трэннем аб дно, чым грэбень хвалі. Пярэдні схіл хвалі становіцца больш стромкім, чым тыльны. Пры дальнейшым памяншэнні глыбіні да крытычнай (Нкр = 2 h) хваля разбураецца (апракідваецца). Разбурэнне хваляў у берага называецца прыбоем, а на мелкаводдзях у адкрытай акваторыі – буруном. Ад адвеснага ці стромкага берага (з вуглом нахілу больш 45о), глыбіні у якога больш крытычнай, хвалі адбіваюцца. У выніку налажэння (інтерферэнцыі) падыходзячых да берага і адбітых (вярнуўшыхся) ад берага хваляў утвараюцца стаячыя хвалі. Вышыня стаячых хваляў значна большая, чым падыходзячых да берага. Калі у стромкага берага глыбіня менш крытычнай, разбурэнне хваляў адбываецца з выкідваннем масы вады апракінутага грабяня на значную вышыню. Такі выкід валодае значнай энэргіяй і сілай. На палогіх прыбярэжных водмелях буйныя хвалі разбураюцца далёка ад берага. Водмель, такім чынам, абараняе бераг ад дальнейшага размыву. Пад уздзеяннем прыбярэжных водмеляў адбываецца рэфракцыя хваляў – змяненне напрамку іх руху.
З’ява налажэння адной на другую некалькіх хваляў называецца інтерференцыяй. Прыватны выпадак – стаячая хваля – налажэнне прамой і адбітай хвалі з аднолькавым перыядам. Пры сустрэчы сістэмы хваляў розных напрамкаў утвараецца таўкатня, г.зн. складанае хваляванне з хаатычным чаргаваннем бугроў і ўпадзін.
Метады разліку параметраў хвалі. Метады разлікаў элементаў хваляў (h, λ, τ) улічваюць уздзеянне на ветравое хваляванне асноўных яго фактараў – хуткасці ветру (U, м/с), разгону (D, км), глыбіні возера на разліковым адрэзку (Н, м). Для буйных азёр і вадасховішчаў былі прапанаваны формулы У.Г.Андрыянава:
H = 0,0208 U5/4 D1/3
Λ = 0,304 U * D1/2
Азёрныя хвалі адрозніваюцца ад марскіх большай стромкасцю. Іх крутасць (ε ) дасягае 1/8. Вышыня хваляў на буйных азёрах можа дасягаць значных велічын: на Ладажскім возеры да 5-6 м, на Анежскім да 4,5. Ва ўмовах Беларусі на возеры Нарач і Аілейскім вадасховішчам пры разгонах ветравых хваляў 6-10 км магчыма ўзнікненне хваляў вышынёй да 1,5 м.
Дэнівіліцыя паверхні і сейшы на азёрах. Пад уплывам розных сіл у вадаёмах узнікаюць перакосы воднай паверхні (дэнівіляцыя). Пасля астановкі ўздзеяння сілы, якая вызвала дэнівіляцыю) уся водная маса возера імкнецца вярнуцца у стан раўнавагі, а водная паверхня пачынае вагацца. Гэтыя ваганні назхываюць стаячымі хвалямі. Аднак яны ахопліваюць значныя па плошчы часткі акватрыі. Паступова такія ваганні паверхні затухаюць пад уздзеяннем сіл трэння і называюць звычайна сейшай. Асноўныя прычыны ўзнікнення сейшаў: змена паветранага ціску і вецер, якія вызываюць сгонна-нагонны перакос узроўня паверхні возера. Пры сейшах у вадаёмах заўсёды ўзнікае адна ці некалькі ліній (кропак), у якіх узровень вады застаецца нязменным. Гэта так званыя вузлы ( вузлавыя лініі), у залежнасці ад колькасці якіх сейшы бываюць аднавузлавыя, двухвузлавыя, трохвузлавыя і г.д. Па абодва бакі ад вузлавой лініі амплітуда ваганняў узроўняў узрастае і дасягае максімума ў кропках (на лініях) пучнасці. Асноўныя элементы сейшы (стаячай хвалі): перыяд (τ), амплітуда (А) – максімальнае адхіленне ўзроўня воднай паверхні ў той ці другой кропцы вадаёма ад яе палажэння ў стане раўнавагі (спакою). Вышыня (Н) – розніца паміж максімальным і мінімальным ўзроўнямі па профілю воднай паверхні (акваторыі).
Перыяд сейшы (стаячай вады), (τ) прыблізна можна вызначыць па формуле Мерыана, якая была выведзена для прамавугольнага вадаёма даўжынёй l з пастаяннай шырынёй і глыбінёй (Н). Для аднавузлавой сейшы формула мае выгляд:
Τ = 2l / n√gH,
а т.як. 2 / √g = 0,6306, то τ = 0,6306 * l / √H. Для n – вузлавой сейшы формула прыймае выгляд:
Τ = 2l / n√gH.
З разгледжаных вышэй двух формул выцякае, што найбольшым перыядам адрозніваюцца аднавузлавая сейша і, што ў глыбокіх азёрах перыяд сейш карацей, чым у мелкаводных пры той жа даўжыні вадаёма. Так, сярэдняя велічыня перыяда сейшы глыбокага Жэнеўскага возера (l = 72 км, Нср = 173 м) роўна 73 мінуты, а мелкаводнага Платтенскага возера (l = 76 к м, Нср = 3 м) – ужо 10-12 гадзін.
Сейшы суправаджаюцца цячэннямі, хуткасць якіх звычайна не перавышаюць некалькіх см/с, але у вузкіх залівах і пралівах могуць быць значнымі – у Якімварскім заліве Ладажскага возера да 0,60-0,80 м/с, у праліве возера В.Мядзьведжае ў Паўночнай Амерыке - 1,8-2,7 м/с. Хуткасць сейшавых цячэнняў (с) можна прыблізна вылічыць па формуле:
С = Нс √g/H,
Дзе Нс – вышыня сейшы.
Параметры сейш на азёрах вельмі адрозніваюцца і залежаць ад марфаметрчных характарыстык іх катлавін і метэаралагічных умоў. Так, на Байкале назіраліся сейшы з перыядам (τ) ад 44 мінут да 4-6гадзін і вышынёй (Нср) 12-14 см, на возеры Балхаш – з τ = 22-24 гадзіны і Нср мах = 38 см, на Аральскім моры τ сейш быў роўны 1828 гадз. пры Нср 24 см. , а максімальная 1-1,3 м. На возеры Эры перавагаюць сейшы з сярэдняй вышынёй 20-30 см, аднак максімальная дасягала 2,5 м.
Пры рознцы шчыльнасці вады азёр па вертыкалі ўзнікаюць унутраныя сейшы. Перыяд іх дзеяння ўзрастае з павялічэннем розніцы шчыльнасці слаёў вады. На прэсных азёрах яны ўзнікаюць толькі летам, пры прамой тэрмічнай стратыфікацыі і рэзкай розніцы тэмператур вады эпілімніона і гіпалімніона. У мінеарльных азёрах яны звязаны розніцай салёнасці слаёў па вертыкалі. Яны могуць працягвацца і пасля затухання сейш у паверхневых слаях вады і асабліва прыкметны пасля шторма. Пры сейшах часта назіраюцца перыядычныя ваганні тэмпературы на адной і той жа глыбіні – тэмпературныя сейшы. Сейшы ўзнікаюць і на буйных вадасховішчах. Напрыклад, у прыплаціннай частцы Цымлянскага вадасховішча назіраюцца аднавузлавыя сейшы з перыядам 2 гадз. 20 мін. І вышынёй 5-8 см.
Сейшы ўздзейнічаюць на некаторыя элементы гідралагічнага рэжыму возера – вызываюць ваганні тэмператур, утрымання кісларода, завіслых рэчываў на розных глыбінях, перамяшчэнне значных па аб’ёму водных мас, вадаабмен паміж адкрытымі і прыбярэжнымі зонамі акваторыіі азёр.
6.10. Перамешванне водных мас азёр
З рознымі відамі руху вады у вадаёмах (хваляваннем, цячэннямі, сейшамі) звязана перамешванне – двухбаковы перанос (канвекцыя) мас вады з аднаго слоя ў другі. Разам з аб’ёмамі вады перамяшчаюцца раствораныя і завіслыя рэчывы, хімічныя элемепнты, газы, запасы цяпла. Перамешванне водных мас прыводзіць да раўнамернага размеркавання фізіка-хімічных і біялагічных характарыстык у ахопленых абменам слаях вады. Асноўную ролю ў рэжыму вадаёмаў выконвае турбулентнае перамешванне - свабодная і вымушаная канвекцыя. Малекулярны абмен у выніку малых значэнняў малекулярнай дыфузіі, цеплаправоднасці і трэння, значна не ўплывае на рэжым азёр. Інтенсіўнасць перамешвання звязана як з магутнасцю дзейнічаючых фактараў, так і ўстойлівасцю воднай масы, якая характэрызуецца вертыкальным градыентам шчыльнасці вады. В.Шмідтам (1915) было паказана, што устойлівасць воднай масы прэснага возера () роўна колькасці работы, неабходнай для перавода сістэмы паслойнага размеркавання шчыльнасці (і тэмператур) у другую сістэму з аднолькавай шчыльнасцю (тэмпературай) па ўсяму возеру. Узнікненне свабоднай канвекцыі магчыма ў азёрах толькі прыняуўстойлівай тэмпературнай стратыфікацыі – вясной пры награванні вады да 4о С і восенню пры ахалоджванні да 4о С. У гэтыя сезоны свабодная канвекцыя настолькі вялікая, што турбулентнае перамешванне можна і не ўлічваць. Пры стратыфікацыі асноўную ролю выконвае турбулентнае перамешванне. Ветравое турбулентнае пермешванне адбываецца як ў выніку дзеяння хваляў, так і дзеяння дрэйфавых цячэнняў. За ніжнюю мяжу пранікнення хвалявага перамешвання прыймаецца глыбіня Нх = λ /2. Глыбіня, на якую пранікае дрэйфавае цячэнне (Нц) , ці глыбіня трэння па Экману, у многа разоў больш Нх і дрэйфавае перамешванне выконвае ў глыбокіх вадаёмах істотную ролю. Для глыбокіх вадаёмаў (Н > λ /2) каэфіцыент хвалявага перамешвання (Ах) можна вызначыць па формуле С.У.Дабраклонскага:
Ах = Р ρ (h2 / τ),
дзе h – вышыня хваляў, τ – перыяд хвалі, Р = 4,4 *10-3. Для вызначэння каэфіцыента перамешвання (Ац), вызванага цячэннямі, прыймаецца формула:
Ац = γ / (4 ρК) Uа Н,
дзе Uа – хуткасць ветру, м/с, Н – глыбіня вадаёма, м, К – ветравы каэфіцыент, ρ – шчыльнасць вады, г/м3, γ – пастаянная велічыня, роўная 10-3 – 3,25 * 10-6, кг/м3. Каэфіцыент А улічваецца для разліку масы вады. Пры разліках на аб’ёмы выкарыстоўваецца каэфіцыент тэмператураправоднасці К = А/ ρ, см2/с.
Перамяшчэнне заключаных у вадзе завіслых часцінак, раствораных рэчываў, цяпла пры вертыкальным перамешванні вызначаецца залежнасцю:
S = -A (ds/dz),
дзе S – колькасць дадзенага элемента, які праходзіць у адзінку часу праз адзінку гарызантальнай плошчы, абмежаванай ізабатай на глыбіні z, ds/dz – вертыкальны градыент гэтага элемента.
6.11. Гідрахімічныя асаблівасці
Мінералізацыя і хімічны склад вады азёр фарміруецца і змяняецца ў выніку ўздзеяння прыродных і антрапагенныхфактараў. Роля антрапагенных фактараў узрастае па меры гаспадарчага выкарыстання тэрыторыі вадазбораў. Для азёрных вод характэрны занальныя адрозненні складу і канцэнтрацыі раствораных рэчываў па тэрыторыі і значныя ваганні па часу. Дзякуючы запаволенаму вадаабмену, на фоне геаграфічнай занальнасці ў хімізму вады азёр значна адлюстроўваецца ўплыў азанальных фактараў (геалагічнай будовы, рэльефа, марфалогіі катлавін), якія прыводзяць да неаднароднсці вод унутры кожнага раёна і ў кожным вадаёме. Геаграфічная занальнасць праяўляецца ў павялічэнні мінералізацыі і змене хімічнага складу пры пераходзе ад лішкавага і дастатковага ўвільгатнення тэрыторыі да засушлівага. Мінералізацыя вады буйных азёр лясной зоны не перавышае некалькіх дзесяткаў мг/л (Анежскае 30, Целецкае каля 70 мг/л). У саляных азёрах арыдных раёнаў яна перавышае 200-300 г/кг (Эльтон – 256 г/кг).
Салявы баланс возера. Хімічныя асаблівасці вады разглядаліся ў раздзеле хімічных і фізічных уласцівасцей вады. Таму характэрыстыка асноўных пяці груп у дадзеным раздзеле не разглядаюцца. Але ніжэй прыводзіцца характэрыстыка салявога балансу возера:
Sк = Sн + Sпр + Sгр + Sа - Sсц - Sгр - Sв - Sос ,
дзе Sк і Sн - колькасць соляў у вадаёме ў канцы і пачатку разліковага перыяду; паступленне соляў у возера за разліковы перыяд: Sпр – з паверхневым прытокам, Sгр – з грунтовымі водамі, Sа – з атмасфернымі ападкамі і ветрам; расход соляў з возера за разліковы перыяд: Sсц і Sгр – з паверхневым і падземным сцёкам, Sв - з ветравым вынасам, Sос – на ўтварэнне донных адкладаў.
Салявы баланс цесна звязаны з водным балансам. У салявым балансу прэсных азёр асноўную ролю выконвае паступленне соляў з паверхневым сцёкам і іх вынас выцякаючымірэкамі і ручаямі. Так, у Ладажскім возеры Sпр складае 96 % прыхода соляў, а Sсц амаль усе 100 %. У прыходнай частцы салявога балансу мінеральных азёр падземныя воды выконваюць значную ролю, у расходнай галоўныя кампаненты – садка салей у самім вадаёме і прыбярэжных залівах (“сорах”). Так, у возеры Балхаш да будаўніцтва Капчагайскага вадасховішча Sпр даваў 71 %, Sгр - 24 % прыходнай часткі баланса, а садка карбанатаў у возеры – 55 % страт, у сорах – 36 %. Мінералізацыя вады азёр увільгатнённай зоны знаходзіцца ў адваротнай залежнасці ад вадаабмену, таму што пры малым вадаабмене ў возеры затрымліваюцца воды паўнаводдзя, што зніжае сярэднюю мінералізацыю вады. Са змяненнем велічыні мінералізацыі вады адбываецца змяненне іх салявога складу – метамарфізацыя. Метамарфізацыя звязана з садкай соляў па меры канцэнтрацыі раствораў, у паслядоўнасці, якая вызначаецца як іх растваральнасцю, так і шэрагам іншых фактараў звязаных з фізіка-хімічнай раўнавагай.
6.12. Біялагічныя асаблівасці
Відавы склад і колькасць водных арганізмаў – гідабіонтаў – цесна звязана зфізіка-хімічнымі асаблівасцямі вод і рэжымам водных аб’ектаў, занальнымі і азанальнымі асблівасцямі іх гідралагічнага рэжыму. Некаторыя гідрабіонты прыспасабляюцца (адапціруюцца) да навакольнага асяроддзя. У прцэсу сваёй жыццядзейнасці яны ўплываюць на якасць вады і элементы рэжыма водных аб’ектаў. У некаторых выпадках гідабіонты істотна змяняюць гідрабіялагічны рэжым азёр.
Складаныя ўзаемаадносіны гідрабіонтаў і асяроддзя пражывання вывучае экалогія (oikos - дом, месца жыхарства) – навука аб узаемаадносінах арганізмаў і асяроддзя. Умовы жыцця неаднолькавы як у розных вадёмах, так і на розных участках аднаго і таго ж вадаёма. Аднак у кожным вадаёме існуюць участкі з аднароднымі ўмовамі для жыцця гідрабіонтаў, якія называюцца біатопамі. Кожны біатоп насяляе адпаведная група арганізмаў (раслін і жывёл), найбольш прыстасаваных да яго – біяцэноз.
Кожны біяцэноз узаемадзейнічае са сваім біатопам і ў выніку утвараецца больш менш устойлівая сістэма – экасістэма ці біягеаценоз, які ўключае як арганічную частку – участак воднай масы ці дна з іх рэжымам, так і насяляемыя іх арганізмы. Фарміраванне ітрансфармацыя біягеацэнозаў адбываецца пад уздзеяннем нескалькіх груп фактараў: абіатычных – элементаў нежывой прыроды (гідралагічных, геалагічных, кліматычных), біатычных – водных арганізмаў і антрапагенных – дзейнасці чалавека.
Гідрабіонты, якія пераносяць уздзеянне фактара, называецца эўрыбіонтнымі, якія жывуць толькі пры малых ваганнях фактара – стэнабіонтнымі (eurus шырокі, stenos - вузкі, bios – жыццё). Звычайна ацэньваюцца адносіны арганізмаў не толькі да комплекса фактараў, але і да кожнага з іх паасобку – тэмпературы (стэнатэрмныя і эўрытэмныя) і г.д. Стэнабіонтныя арганізмы могуць існаваць ці пры высокіх, ці пры нізкіх значэннях фактара. Так, напрыклад, пры высокай тэмпературы – тэрмафільныя (filio – люблю), пры нізкай – крыафільныя (krios – холад) і г.д. Некаторыя гідрабіонты не пераносяць высокіх значэнняў таго ці другога фактара, напрыклад, солягалафобныя (galos – соль, fobus – боязь), нізкай тэмпературы – крыафобныя і г.д. Па месцы жыхарства сярод гідрабіонтаў выдзяляецца некалькі аснлоўных груп. Планктон (plankto – лунаючый) – жыхары воднай тоўшчы, якія не прыстасаваны пераадолець рух вады і перамяшчацца на значную адлегласць па гарызанталі. У сваю чаргу планктон падзяляецца на некалькі груп: фітапланктон (раслінны планктон) прадстаўленрознымі водарасцямі; зоопланктон (жывёльны планктон) – прасцейшымі, ракападобнымі, калаўраткамі; бактэрыпланктон – бактэрыямі. Памеры планктэраў у большасці мікраскапічна малыя, удзельная іх вага блізкая да ўдзельнай вагі вады і пагэтаму яны перамяшчаюцца (мігрыруюць) у вадзе ў завіслым стане. Многія прадстаўнікі зоопланктона могуць перамяшчацца па вертыкалі на значныя глыбіні. Да нектона (nektos – плаваючы) адносяцца водныя жывёлы, якія насяляюць тоўшчу вады, але не прыстасаваны да актыўнага плавання, пераадоліць рух вады і перамяшчацца на значную адлегласць.