Гидрология Байкала. Волнение

Вы здесь

Версия для печатиSend by emailСохранить в PDF

Оглавление

Фотоальбом

Автор: Katyona

Волны на Байкале, как и в других крупных водоемах, возникают под воздействием ветра, от перепада атмосферного давления на различных участках акватории и иных причин.

Высота волн зависит от скорости ветра, длительности его действия и разгона – расстояния, на котором ветер продолжает воздействовать на бегущую волну. Волны, вызванные продолжительными ветрами (култук, верховик, баргузин) после прекращения ветра затухают в течение полусуток, а местными ветрами – через 2–3 часа.

В течение года наблюдаются два максимума волнения – первый сразу после вскрытия и очищения озера ото льда (май–июнь), а второй – в осенний период. Июнь–июль – наиболее спокойная часть навигационного периода. Почти в 80 % этого времени отмечается штиль и слабое волнение (высота волн менее 0,5 м). Подавляющее число летних штормов наблюдается во второй половине августа и сентябре, при этом высота волн достигает в Среднем Байкале 4,0–4,5 м. Октябрь–декабрь – наиболее штормовой и наиболее опасный по волнению отрезок времени. Волнение наблюдается почти непрерывно и развивается быстро. В этот период отмечаются самые высокие волны (более 5 м) 1.

Каждый из основных байкальских ветров имеет свои особенности воздействия на волнение.

Верховик образует значительное волнение в открытой части Среднего и Южного Байкала, в Чивыркуйском заливе и Малом Море. Култук формирует сильное волнение в средней и особенно северной части озера, образуя сильный прибой у восточных берегов о. Ольхон, у наветренных берегов Ушканьих островов, в Баргузинском заливе, у Нижнеангарска, а также на южном побережье от Мысовой до Посольска. Горные ветры вызывают наибольшее волнение у юго-восточной части побережья, в Малом Море – у наветренных берегов о. Ольхон.

Шелонник – единственный ветер, развивающий волнение у западного побережья, особенно на участке от Маритуя до Ольхонских ворот.

Для Байкала характерно образование сложного волнения, так называемой толчеи, возникающей при столкновении двух противоположных по направлению волнений.

Байкальские волны обладают огромной разрушительной силой. Вдоль Кругобайкальской железной дороги волнами неоднократно разрушались мощные железобетонные берегоукрепительные сооружения. На отдельных участках берегов, где происходит абразия ледниковых отложений, волны перемещали глыбы весом 4–6 т.

Источник: Байкаловедение : учеб. пособие / Н. С. Беркин, А. А. Макаров, О. Т. Русинек. – Иркутск : Изд-во Ирк. гос. ун-та, 2009.

Отчего возникают волны?

Волны в озере возникают от воздействия ветра на воду, от перепада атмосферного давления на разных участках котловины, от землетрясений, от приливов, от подводных, вулканических извержений, от движущихся судов и других внешних сил.

Кто впервые измерил максимальную высоту волн на Байкале?

В 1871 г. Б. И. Дыбовский и В. А. Годлевский определили максимальную высоту волн от горизонта льда, она оказалась равной 4 м. Свои наблюдения авторы проводили у берега. Наибольшая высота инструментально измеренных волн в открытом Байкале также достигает 4 м.

Чем определяется максимальная высота волн?

Она зависит от скорости ветра, длительности его действия и разгона — расстояния, на котором ветер продолжает действовать па бегущую волну. В морях обычно принято считать, что высота волн, выраженная в метpax, составляет не более половины скорости ветра, выраженной в узлах, хотя отдельные волны могут быть и выше. В глубоких пресноводных озерах эта зависимость почти такая же.

Как зависит максимальная высота волн от разгона?

До определенных пределов чем больше разгон, тем выше волны. Если разгон превышает 1000 миль, высота волн не будет заметно увеличиваться. Максимальную высоту штормовых волн в море рассчитывают по формуле H = 0,45√F, где Н — высота волн в метрах, F — разгон воли в милях. Эта формула с несколько меньшим коэффициентом применима для расчета примерной высоты штормовых волн и в пресных глубоких водоемах (H = 0,3√F).

Как перемещаются волны?

Когда смотришь на волны, то кажется, что массы воды движутся поступательно, иногда со значительной скоростью. На самом деле частицы воды совершают круговое движение. Перемещается форма волны, сами же частицы смещаются лишь незначительно. В этом легко убедиться, наблюдая за поведением поплавка на волне. Хорошей имитацией воли может служить колебание хлебного поля при ветре.

Почему труднее оценить высоту волн с движущегося судна?

Даже опытному наблюдателю трудно определить на глаз высоту волны с движущегося судна из-за отсутствия фиксированного уровня отсчета. При этом высоту волны легко переоценить, так как при ее подходе нос судна погружается в воду. Чаще всего ошибаются в сторону завышения высоты волн, так как при этом подсознательно к амплитуде волн дополняют и амплитуду килевого качания корабля.

Можно ли предсказать высоту волнения?

Прогнозы высоты волнения регулярно выпускаются специальными гидрометеорологическими службами морского, транспортного и торгового флота, а также службой штормового предупреждения. Если имеется достаточная информация о ветре, то есть о длительности его действия, направлении, скорости и разгоне, то можно предсказать высоту волн, зыби и состояние поверхности моря на сутки и более вперед.

Почему опрокидываются гребни волн?

Основание волны тормозится, так как встречается сопротивление частиц воды, движущихся навстречу волне. Гребень же, то есть вершина, не имея сопротивления, движется практически быстрее основания; кроме того, на него действуют завихрения воздуха, поэтому он наклоняется в сторону движения и в конце концов опрокидывается.

Почему волны прибоя обычно почти параллельны берегу?

Волны подходят к берегу под различными углами в зависимости от направления ветра. Но когда они достигают мелководья, то ближний к берегу край волны тормозится о дно сильнее, чем край дальний, догоняет его, и волна постепенно разворачивается параллельно берегу.

Только ли кинетической энергией волн вызывается повреждение волноломов?

Когда в береговые расщелины ударяет большая волна, она действует как пневматический молот, так как при этом захватывается и сжимается до большого давления некоторый объем воздуха. По мнению специалистов, это давление может достигать 60—80 т/м2 и производить впечатление взрыва.

Воздействуют ли волны на дно глубокого озера?

С глубиной волновые движения быстро затухают и не оказывают воздействия на дно глубоководных районов. Считается, что на глубине, равной половине длины волны, волнение практически отсутствует. Вместе с тем волны оказывают значительное воздействие на дно, где глубина меньше половины их длины. Ученый А. Н. Уолтон-Бостон писал: «Волна встает па дыбы, как только почувствует, так сказать, почву под ногами — дно, а затем летит кувырком, разбиваясь на прибрежной отмели или рифах».

Над какой глубиной происходит опрокидывание волн (забурунивание)?

У берегов оно начинается там, где глубины оказываются близкими к половине длины волн наката. В открытом Байкале забурунивание зависит от силы ветра. При скорости его в 7—8 м/с на вершинах волн начинают образовываться барашки, а при более сильном ветре (10—12 м/с и более) барашки и забурунивание происходит почти на всех волнах.

Как образуются ветровые волны?

При скорости ветра менее 1 м/с на спокойной поверхности водоема образуются волны ряби, или так называемые капиллярные волны. При усилении ветра до 4—5 м/с, они возрастают и превращаются в гравитационные волны — более крупные и заметные колебания водных частиц. Когда скорость ветра достигает 7—8 м/с, на вершинах волн начинают образовываться барашки.

Что происходит с волнами после того, как стихает ветер?

Они становятся более плавными и пологими, уменьшается их высота. Изменения эти происходят постепенно, и волны, становящиеся зыбью, продолжают свое движение, пока не достигнут берега. При этом они могут проделать путь в тысячи миль.

В течение какого срока после прекращения ветра происходит затухание волнения на Байкале?

Это зависит от того, каким ветром оно вызвано. Волнение, вызванное продолжительными ветрами (култук, баргузин, верховик), после прекращения ветра затухает в течение полусуток. Волнение, вызванное местными (долинными) бризовыми ветрами, затухает через 2—3 часа после их прекращения. Однако на Байкале такого четкого расчленения ветров почти не бывает, особенно в осенне-зимнее время. В этот период ветры, сменяя друг друга, могут дуть в течение недели и более,

Почему при одинаковой скорости ветра на поверхности моря образуется больше барашков, чем на поверхности пресноводного озера?

Исследования, проведенные Е. С. Монаханом из Вудс-Холского океанографического института, показали, что это объясняется присутствием соли в морской воде. Барашки состоят из множества пузырьков воздуха, образующихся при опрокидывании вершин волн. В соленой воде образуются более мелкие пузырьки, чем в пресной, она имеет несколько большую вязкость, и поэтому здесь пузырьки сохраняются дольше.

Можно ли кататься на прибойной волне на лодке?

Довольно часто небольшие лодки могут двигаться вместе с прибойной волной в море, где волны более пологие и длинные.

В Байкале подобные эксперименты с весельными лодками обычно кончаются неприятностями, так как лодки заливает набегающими и опрокидывающимися гребнями волн. На быстроходных моторных лодках, которые имеют скорость, равную или близкую скорости наката волн, это удается делать сравнительно легко, но только опытным водителям.

Какова энергия волн, обрушивающихся на берег?

Энергия волны равна одной восьмой произведения длины волны на квадрат ее высоты и вес единицы объема воды E= W*L*H2/8, где W — вес 1 кубического фута воды (64 фунта).

В разных районах Байкала она различна и колеблется в пересчете на метрическую систему от 5—6 млн. т/м на 1 пог. м берега до 20 млн. т/м и более в год. Кинетическая энергия волн огромна. Три удара о берег волны высотой 1м на одну милю побережья, с периодом 40 с, развивают мощность более 35 тыс. л. с, или около 19 л. с. на 1 м берега. Вдоль Кругобайкальской железной дороги волнами неоднократно разрушались мощные (до 3 м) железобетонные берегоукрепительные сооружения.

Известна гигантская разрушительная сила морских волн. На побережье Шотландии, например, волны выломали из пирса и передвинули сцементированный каменный блок весом 1350 т. Через 5 лет был снесен поставленный взамен прежнего пирса блок весом 2800 т. Сила прибоя при ударе волн в этом месте побережья оказалась 29 т/м2. На побережье Орегона волны забросили обломок скалы весом 60 кг на крышу маяка, расположённую на высоте 28 м от уровня моря.

Какого размера гальку могут перемещать волны?

Береговые валы на Байкале высотой до 3 м часто сложены мелкими валунами до 20—25 см в поперечнике — например, морской берег полуострова Святой Нос, юго-западный берег мыса Понгонье и др. Следовательно, волны могут не только перемещать, но и поднимать такие валуны на высоту до 3 м. На отдельных участках берегов, где происходит абразия ледниковых отложений, волны перемещают глыбы до 2—3 м3 — район к востоку от устья р. Переемной, губа Понгонье и др.

Что такое прибойные биения?

Иногда волны зыби, возникающие в различных штормовых районах моря, но имеющие приблизительно одинаковую длину, достигают берега одновременно. При этом их гребни могут накладываться друг на друга и образовывать волну большой высоты. Если же волны складываются так, гребень одной волны совпадает с ложбиной другой, то они гасят друг друга. Медленное повышение и понижение уровня, наблюдаемое на мелководье за счет периодического взаимного усиления и ослабления волн различных систем, называется прибойным биением. На Байкале приходилось наблюдать в районе Танхоя и так называемую квадратную волну, или перекрестное волнение. Оно происходит также на мелководье. Два взаимоперпендикулярные направления волн четко пересекают друг друга, образуя своими гребнями квадрат.

Что такое внутренние волны?

Это волны, возникающие между слоями жидкости различной плотности. Если теплая вода лежит на более холодной и, следовательно, более плотной, то между ними образуется граница раздела, аналогичная границе между водной поверхностью и атмосферой. Поскольку разница в плотности слоев воды значительно меньше разности плотности воздуха и воды, высота внутренних волн соответственно превосходит высоту поверхностных волн и может достигать сотен метров.

Для изучения внутренних волн на мелководных участках используют эстакады. В глубоководных районах их исследуют с помощью приборов, устанавливаемых на буйковых станциях или опускаемых с судна. Лучший метод исследований внутренних волн — установка группы буйковых станций с приборами, помещенными на различиях горизонтах. Внутренние волны способствуют перемешиванию воды в Байкале.

Что такое сейши?

Сейши, или как их иногда называют внутренние волны — это стоячие колебания воды, возникающие под действием внешних сил — резкого изменения атмосферного давления, ветра, сейсмических явлений и др. При сейшах происходит колебательное движение всей массы воды, причем всегда существует одна или несколько линий, в которых уровень не меняется; они называются узлами сейши, или узловыми линиями. Сейши могут быть одноузловыми, двухузловыми и т. д. Период сейши в замкнутом водоеме определяют по формуле: Т = 21/(n+1)√q*d, где 1 — длина водоема, √q*d — скорость длинной волны, n — порядковый номер волны.

Сейши характеризуются по периоду колебания, по их амплитуде. Например, наиболее часто встречаются на Байкале сейши, впервые выявленные Г. Ю. Верещагиным, которые имеют период в 4 ч 54 мин, то есть через каждый такой промежуток уровень воды принимает свое исходное положение. Периодичность сейш зависит от размера и формы котловины водоема, его глубины и рельефа дна. В южной части Байкала, например, хорошо прослежена одноузловая сейша с периодом в 4 ч 38,4 мин и амплитудой в районе пос. Култук около 14 см. В северной части озера амплитуда ее на 40% меньше. Прослежена также сейша с периодом 2 ч 33 мин, 1 ч и др. Узел первой сейши находится в 280 км от Култука, других сейш — в 130 км, 360 км и 540 км от этого же пункта. Сейши бывают во все времена года, в том числе и зимой. Они имеют сезонный ход амплитуд с двумя максимумами: в январе—феврале и в июне; с двумя минимумами— в конце марта—апреле и в сентябре—октябре. Причины, вызывающие сейши зимой, практически одни и те же, с той лишь разницей, что ледовый покров препятствует интенсивному ветровому перемешиванию поверхностных горизонтов воды.

Источник: Галазий Г.И. Байкал в вопросах и ответах. – Иркутск: Восточно-Сибирское книжное издательство, 1987. – с. 167

Читайте в Иркипедии

Термины

  1. Озера
  2. Озера прибрежных низкогорий
  3. Долинные озера
  4. Озера в высокогорном поясе
  5. Водный баланс оз. Байкал
  6. Уровенный режим
  7. Прозрачность вод
  8. Термический режим воды в озере
  9. Температура воды поверхностного слоя
  10. Распределение температуры воды по глубине
  11. Ледовый режим

Другие ресурсы

  1. Гидрология и гидрохимия Байкала
  2. Водные ресурсы Байкальской природной территории 
  3. Гидрохимия Байкала // Галазий Г. И.
  4. Природное обрамление Байкала // Саркисян С.Г.
  5. Рельеф дна и глубина Байкала // Галазий Г. И. 

Литература

  1. Вознесенский А. В. Физико-географический очерк Байкала // Лоция и физико-географический очерк озера Байкал / Под ред. O.K. Дриженко. СПб, 1908. С.173-329.
  2. Выркин В.Б. Современное экзогенное рельефообразование котловин байкальского типа. Иркутск: Изд-во ИГ СО РАН, 1998. - 175с.
  3. Богданов В.Т. Формирование гидрохимического режима Северного Байкала. Новосибирск: Наука, 1978. - 135 с.
  4. Вотинцев К.К., Тарасова Е.Н., Мещерякова А.И., Верболова Н.В. Современное состояние гидрохимического режима озера Байкал и его притоков // Региональный мониторинг состояния озера Байкал. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.-С. 111-119.
  5. Кузьмин В.А. Химический состав вод притоков Юго-Западного и Южного Байкала и его связь с природной обстановкой // География и природные ресурсы. 1998. - №1.- С. 70- 23.
  6. Айнбунд М.М. Результаты натурных исследований течений в Южном Байкале // Вопросы режима и исследования озер и водохранилищ. -Л.: Гидрометеоиздат, 1973. С.49-70.
  7. Арефьева В.А., Вендров С.Л., Дрейер H.H., Россолимо Л.Л. Воды // Предбайкалье и Забайкалье. М.: Наука, 1965. С.139-183.
  8. Динамика берегов озера Байкал при новом уровенном режиме. -М.: Наука, 1976. 87 с.
  9. Инженерная геология Прибайкалья. М.: Наука, 1968. - 187 с.
  10. Рогозин A.A. Береговая зона Байкала и Хубсугула: Морфология, динамика и история развития. Новосибирск: Наука, 1993. - 168 с.

Ссылки

Примечания

  1.  Байкал : атлас. – М. : СО РАН, 1993. – 160 с.

Выходные данные материала:

Жанр материала: Термин (понятие) | Автор(ы): Составление Иркипедии. Авторы указаны | Источник(и): Источники указаны | Дата публикации оригинала (хрестоматии): 2014 | Дата последней редакции в Иркипедии: 27 марта 2015

Примечание: "Авторский коллектив" означает совокупность всех сотрудников и нештатных авторов Иркипедии, которые создавали статью и вносили в неё правки и дополнения по мере необходимости.

Материал размещен в рубриках:

Тематический указатель: Байкал | Физическая география и геология Байкала
Загрузка...