Течения
Течения в озерах и водохранилищах делятся на ветровые (дрейфовые) и гравитационные (градиентные). Основные виды течений и их признаки приведены на рисунках.
Как пишут К. В. Показеев и Н. Н. Филатов, "все разнообразие волновых движений, наблюдаемых в озерах, можно разделить на капиллярные (с периодом менее 0,1 с), инерционно-гравитационные (с периодом 1-30 с), инерционные, гидроскопические, длинные гравитационные (баротропные и бароклинные), топографические волны России, захваченные береговые, волны Кельвина и стоячие волны сейши".
Течения могут быть поверхностными, глубинными и придонными, временными, периодическими и непериодическими.
Таблица. Основные виды течений и их признаки (Филатова, 1972)
Виды течений |
Произнаки течений |
Порядок максимально возможных скоростей, см/с | |||
| устойчивость | локализация | основное направление | форма перемещения, физико-химические свойства (ФХС) |
||
Ветровые(дрейфовые, ветровые градиентные, вторичные ветровые) |
Временные непериодические | По всему водоему глубина проникновения в несколько раз может превышать длину средних волн | В открытом водоеме в поверхностном слое совпадает с направлением ветра, с глубиной отклоняется от него, иногда принимая направление, противоположное вызвавшему ветру |
Прямолинейная (при непродолжительном равномерном по ширине водоема ветре) циркуляционная (при неравномерном по ширине водоема продолжительном ветре, при сложной морфометрии) ФХС соответствуют основному составу вод водоема |
50 |
Дрейфовые |
То же | В чистом виде - вдали от берегов, в поверхностном слое - мощностью до нескольких метров | Совпадает с направлением ветра. При действии вдоль береговых ветров - вдоль берега. В больших водоемах при действии ветров, перпендикулярных берегу, под действием силы Кориолиса могут перемещаться вдоль берега | То же |
50 |
Ветровые градиентные(компенсационные) |
Временные непериодические | В глубинном или придонном слое в зависимости от скорости ветра и морфометрии, при ветре 3-5 м/с на мелководных участках хорошо прослеживается на расстоянии 2-3 км и более от берега* | Движутся в направлении, противоположном направлению ветра, или под некоторым углом к нему |
Прямолинейная. ФХС соответствует основному составу вод водоема |
10-20 |
Вторичные ветровые(компенсационные) |
То же | В поверхностном слое | В направлении, обратном предшествующему ветру | То же |
40-50 |
Волновые(сопутствуют |
Временные течения, моменты фиксации которых характеризуются периодичностью или квазипериодичностью, синхронной с периодом волн | В области распространения волн; в чистом виде наблюдаются в волнах зыби | В направлении распространения волн |
10-15(рассчитанные по формулам теории Стокса; непосредственно в чистом виде в природе не измерялись) |
|
Стоковые(сточные) |
Постоянные и квазипостоянные в озерах и водохранилищах |
В озерах на участках, примыкающих к истокам и устьям рек, - преимущественно в приповерхностном слое. В водохранилищах суточного, недельного регулирования, в остальных - в зоне выклинивания подпора или во всем водохранилище в период наполнения. В остальное время на некоторых участках русел затопленных рек - на некоторой глубине или в придонном слое, реже по всей глубине |
Продолжают двигаться в направлении течения, которые они продолжают после прекращения действия силы, вызвавшей это течение, или отклоняются от первоначального направления вправо |
Прямолинейная, криволинейная; по обеим сторонам потока могут возникать водоворотные зоны разного знака. ФХС. Определяются водами впадающих рек, которые могут быть более теплыми, холодными, мутными, минерализованными, чем воды водоема, и наоборот. Может соответствовать составу вод |
>100вблизи ГЭС в зоне выклинивания подпора, в период наполнения водохранилища, в половодье. На остальных участках и в остальное время не превышают 10-20 |
| Временные периодические и квазипериодические в водохранилищах | В водохранилищах в районах, примыкающих к ГЭС, на некоторых участках русел затопленных рек. В большей части водохранилищ в период половодья | В направлении истока из водохранилища и обратном направлении (при развитии длинных волн) | Преимущественно прямолинейная |
До 20(обратные стоковые течения) |
|
Плотностные |
Временные непериодические | В районах водоема, граничащих с водными массивами различной плотности, на разных глубинах | Менее плотные (теплые) воды в поверхностном слое движутся в сторону более плотных (холодных), в глубинных слоях — наоборот (компенсационные течения). В период нагревания - от периферии водоема к центру, в период охлаждения - наоборот |
Прямолинейная, циркуляционная; в больших водоемах под действием силы Кориолиса может образоваться круговое движение. ФХС: воды различной плотности |
> 50(рассчитанные по динамическому методу; непосредственно в чистом виде в природе не измерялись) |
Баро-
|
Временные непериодические | В разных частях больших водоемов на разных глубинах | Направленные из области более низкого атмосферного давления в области более высокого. При прохождении циклона от центра к периферии |
Прямолинейная и циркуляционная, возникающая в результате действия силы Кориолиса. ФХС соответствует основному составу вод |
Не измерялись и не рассчитывались |
Сейшевые |
Временные непериодические. Период может изменяться от нескольких минут до нескольких десятков часов; в озерах могут существовать непрерывно более месяца, в водохранилищах - в дни остановки ГЭС. Период синхронен с периодом сейш, с попусками ГЭС | В узлах достигают максимальных значений, по мере приближения к пучностям уменьшаются и равняются нулю в пучностях; отчетливо прослеживаются в узкостях и проливах | Перемещаются перпендикулярно сечению, проходящему через узловую линию попеременно в двух прямопротивоположных направлениях |
Близкая к прямолинейной. ФХС: соответствуют преобладающему составу вод водоема |
130(Аральское море) 50-70(в проливах) 15-20(преобладают в проливах) |
Внутриволновые(развивающиеся в стратифицированных водоемах в результате действия внутренних волн) |
Временные периодические, период может изменяться от нескольких минут до нескольких суток. Период синхронен с периодом внутренних волн | Максимальных значений достигают вблизи узловой линии в слоях, расположенных выше и ниже металимниона | Выше и ниже слоя температурного скачка слои перемещаются в противоположных направлениях |
Близкая к прямолинейной. ФХС: Физико-химические свойства вод, переносимых выше и ниже слоя температурного скачка, различны |
Не измерялись и не рассчитывались, Известны случаи смещения слоев в горизонтальном направлении более чем на 60 км |
Инерционные |
Временные непериодические, периодические или квазипериодические течения, характеризуемые инерционным периодом, равным 13-18ч | В особенности четко прослеживаются вдали от берегов глубоководных водоемов | Вращение по часовой стрелке, в направлении притока или истока из озера, водохранилища или отклоняются от этого направления под влиянием морфологических особенностей дна и берегов |
Форма перемещения (прямолинейная, спиралеобразная, синусоидная) зависит от скорости течения, на которую воздействует сила Кориолиса и сила трения. ФХС: соответствуют преобладающему составу вод водоема |
30 |
Основные течения прибрежной зоны |
|||||
Ветровые(вдольбереговые) |
Временные непериодические | В прибрежной зоне между бровкой береговой отмели или подводным уступом коренного берега и глубинами, приблизительно равными половине длины волны |
Вдоль берега при изрезанной береговой полосе продолжают линию берега в отрыве от нее (отрывные течения), иногда направляясь в стороны открытого водоема |
Прямолинейная, криволинейная, в зависимости от контур береговой линии. ФХС: могут отличаться повышенной мутностью |
100 |
Волно-прибойныеили энергетические (вдольбереговые) |
Временные; во время сильного волнения могут характеризоваться повторениями в величине скорости, синхронной с периодом волн | В прибрежной зоне, ограниченной со стороны берега урезом или границей наката волн, а со стороны водоема - внешней линией значительного забурунивания; глубина зоны равиа приблизительно 1-2 высотам волн |
Вдольбереговые, отрывные (в случае неровного берега) |
То же. ФХС: повышенное содержание наносов |
>100-150 |
Разрывные |
Временные, характеризующиеся повторениями и квазипериодичностью в величине скорости |
В прибрежной зоне в бухтах, небольших заливах, в поперечных ложбинах, при отсутствии ложбин приобретают неустойчивый характер, возникая в разных местах |
От берега в открытую часть водоема, преимущественно нормально от берега |
Прямолинейные, циркуляционные (главным образом при отсутствии ложбин) ФЧХ: то же |
20-30 |
* В водоемах с устойчивым и резко выраженным слоем температурного скачка ветровые градиентные течения могут возникнуть в металимнионе. Благодаря этому ниже этого слоя последовательно локализуются слои с противоположным по отношению к друг другу перемещением масс воды.
Рис. Разнообразие динамических процессов и явлений в озерах (Филатов, 1991)
Рис. Процессы, формирующие термическую структуру глубокого озера (Филатов, 1983)
1 - приходящая солнечная радиация, 2 - напряжение ветра, 3 - обрушение поверхностных волн, 4 - сдвиг скорости, 5 - обрушение внутренних волн, 6 — теплообмен дно - озеро, 7 — перемежающаяся турбулентность (пятно турбулентности), 8 - циркуляции Ленгмюра, 9 - инерционные течения, 10 - речной приток
Скорость ветрового течения можно определить по простейшей формуле:
υпов = (kшW)/√sin φ4
где υпов - скорость движения ветрового течения, см/с; W - скорость ветра, м/с; φ - широта местности; kш - постоянный коэффициент.
Поскольку скорость течения выражена в см/с, скорость ветра - в м/с, то скорость течения представлена в процентах от скорости ветра, но обычно у значения ветрового коэффициента знак % чаще всего опускают. На основании более 1100 измерений скорости течения и ветра в озерах и водохранилищах, ветровой коэффициент (kш) изменялся от 0,2 до 12, но в основном он был чуть меньше 2%.
Для грубой оценки скорости течения в зависимости от скорости ветра можно использовать формулу:
