Карпенко H.I.
Рельєф морських берегів

Хвилювання. Елементи вітрових хвиль

Розділ 2. Гідродинаміка берегової зони

Головним динамічним чинником усіх геоморфологічних процесів, що відбуваються в береговій зоні, є різні види динаміки гідросфери – передусім хвилювання, припливно-відпливні та інші коливні рухи водного середовища, різні види течій, що пов’язані з хвилюванням і коливанням рівнів. Головне джерело енергії берегової зони – енергія хвиль і течій. Єдиним об’єднуючим процесом усіх видів руху речовини в береговій зоні є процес трансформації та розсіювання механічної, хімічної і теплової енергій прибережних вод, що надходять у берегову зону. Водночас берегова зона слугує областю трансформації та розсіювання енергії прибережних вод і процесів їхньої взаємодії з твердою речовиною – літосферою. Відповідно, джерелом енергії морських хвиль є енергія рухомих потоків повітря над водною товщею.

2.1. Вітрові хвилі в береговій зоні

Хвилювання. Елементи вітрових хвиль

Під дією зовнішніх сил відбувається деформація водних мас – хвилювання (рис. 2.1). Хвилі бувають вітрові, анемобаричні, сейсмічні, припливно-відпливні, корабельні тощо. Розрізняють поверхневі хвилі, що утворюються на поверхні моря, і внутрішні, що виникають на деякій глибині та майже не проявляються на поверхні. Найбільше поширення на поверхні морів та океанів мають вітрові хвилі, які виникають під дією вітру. Під час руху повітряних потоків над водною поверхнею частина енергії цього руху передається верхньому шару води дією тангенціального тиску, нерівномірного внаслідок турбулентної природи повітряного потоку. Спочатку на поверхні води внаслідок впливу поривів вітру навіть за швидкості 1 м/с з’являються невисокі хвилі у вигляді брижів (рос. рябь) – упорядкованого руху паралельних рядів хвиль (валів і улоговин). Коли швидкість вітру сягає 4-5 м/с, рівні пасма гребенів хвиль розбиваються на окремі ділянки різного розміру, уже не паралельні між собою. Проте зі збільшенням швидкості вітру знову з’являються паралельні ряди хвиль. За дослідженнями Г.О. Саф’янова, системи вітрів передають на поверхню океану кінетичну енергію близько 1011 кВт. Вплив вітру на водну поверхню спонукає частинки води виконувати орбітальні рухи у вертикальній площині за напрямом вітру, що передаються також і в глибинні шари води.

Рис. 2.1. Водна хвиля: (доступно при скачуванні повної версії книжки)
а – елементи хвилі; б – рух частинок води у хвилі

Вітрові хвилі (хвилювання) – це такий тип періодичного коливального руху води, за якого частинки водного середовища здійснюють рух по деякій орбіті навколо умовного центру.

Розрізняють такі головні елементи хвиль (рис. 2.1, а):
Довжина хвилі (?) – відстань по горизонталі між найближчими точками коливної поверхні хвилі, що перебувають в однаковій фазі руху.
Висота хвилі (h), або подвійна амплітуда коливання, – це відстань по вертикалі від вершини хвилі до найнижчої точки її улоговини (вертикальний поперечник орбіти, або перевищення найвищої фази коливання над найнижчою).
Крутість хвилі (?) – співвідношення висоти хвилі до її довжини.
Період хвилі (?) – час, протягом якого частинка долає повний шлях по орбіті (час, необхідний для повторення однакових фаз руху).
Частота (? = 2? або 1/?) – величина, обернена до періоду хвилі.
Швидкість поширення хвилі (С) – співвідношення довжини хвилі до її періоду.
Вік хвилі – співвідношення швидкості хвилі до швидкості вітру.
Гребінь хвилі – частина хвилі, випнута над площиною, яка відповідає спокійному рівню моря.
Вершина хвилі – найвища частина гребеня.
Фронт хвилі – лінія, паралельна до гребеня хвилі, що відображає його орієнтацію (простягається уздовж гребенів).
Промінь хвилі – ортогональ (перпендикулярна лінія) до фронту хвилі, що відображає напрям поширення хвилі.
Улоговина хвилі – та її частина, яка розташована нижче рівня спокійного моря.
Схил хвилі – це частина хвилі між вершиною і найнижчою частиною улоговини.

Параметри вітрових хвиль залежать від швидкості вітру і тривалості його дії (енергії вітру), розгону хвилі (шляху, який долає хвиля від пункту її виникнення), глибини водойми (якщо вона не перевищує половини довжини хвилі), прискорення сили земного тяжіння. Для кожної хвилі існує ділянка шляху, на якій вітер може збільшувати хвилювання. Цю ділянку називають діючим розгоном. Граничний розгін – це діючий розгін, максимально можливий за конкретної швидкості вітру.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом