Хвильові течії в береговій зоні

2.3. Хвильові течії в береговій зоні

Хвильові процеси, створюючи неоднорідність динамічного поля, обумовлюють утворення в береговій зоні різних течій, які мають дуже важливе значення передусім для літодинамічних процесів, процесів переміщення осадового матеріалу в береговій зоні. Детальні дослідження хвильових і вітрових течій у береговій зоні здійснено І.Ф. Шадріним.

Хвильові течії (wave currents) – течії, що утворюються внаслідок трансформації хвильової енергії в береговій зоні.

Хвильові течії обумовлені кінцевою стадією руйнування хвиль. За найтиповішими напрямами їхнього руху розрізняють поперечні і поздовжні (вздовжберегові) течії (рис. 2.7). При накочуванні хвилі на берег під гострим кутом переміщення води, яке відбувається внаслідок розмикання орбіт, має дві складові: 1) спрямовану по нормалі до лінії берега – поперечний хвильовий нагін (прибійний потік); 2) вздовжберегову, яку ще називають вздовжбереговою енергетичною течією, адже енергія хвилі трансформується в енергію течії. Оскільки процес деформації хвилі відбувається по всій ширині берегової зони, хвильовий нагін і енергетичні течії можуть існувати у будь-якому місці берегової зони. Серед поперечних розрізняють нагінні, які виникають унаслідок перенесення рідини у напрямі поширення хвилі (здебільшого – до берега), і компенсаційні протитечії, що виникають як наслідок необхідності компенсації переміщених водних мас до берега в бік моря. Вздовжберегові течії традиційно поділяють на вздовжберегові енергетичні і градієнтні.

Рис. 2.7. Схема деяких видів хвильових течій:
а – донна протитечія; б – вздовжберегова хвильова течія; в – розривна течія.
1 – напрям поширення хвиль; 2 – напрям течій

Вздовжберегова енергетична течія – це перенесення води вздовж берега за гострого кута накопичування хвилі (найефективніше проявляється у підзоні руйнування хвиль). Вважають, що приблизно 0,15 енергії хвилі переходить у хвильову енергетичну течію.
Градієнтна течія виникає у випадку неоднорідності похилу рівня моря вздовж берега, тобто внаслідок неоднорідності положення рівневої водної поверхні. Такий похил утворюється внаслідок нерівномірного хвильового нагону, неоднорідності поля рефракції хвиль або рельєфу підводного берегового схилу.
Компенсаційні протитечії займають особливе місце між прибійною зоною і зоною руйнування хвиль, з одного боку, та зоною підводного берегового схилу (узмор’я) – з іншого. Причиною їхнього утворення є хвильовий нагін маси води, що виникає за рахунок нормальної складової, до берега хвильового переносу. Біля прямолінійного берега з паралельними ізобатами виникають компенсаційні потоки як відтік залишків води, спрямованих у море по нормалі до ізобат. Біля нерівних берегів картина може бути дещо складнішою, проте і тут для кожного малого відрізка берега, який можна визначити як прямолінійний (прямою лінією), цей принцип витримується. У деяких випадках відтоки води здійснюють розривні течії.
Розривні течії існують також як один із механізмів відтоку води від берега в море. Високі хвилі, порівняно з низькими, забезпечують більший нагін водних мас до берега. В результаті поблизу зони руйнування хвилі виникають вздовжберегові градієнти середнього рівня і пов’язані з ними градієнтні течії середнього рівня, спрямовані до районів низького положення рівня. Оскільки до районів низького стояння рівня притік водних мас можливий з обидвох боків, то відбувається зіткнення (конвергенція) градієнтних течій, і це зумовлює виникнення розривних течій, спрямованих у бік моря. Вперше такі течії досліджено й описано Ф. Шепардом (1951), який розрізняє в розривних течіях «живлячий потік», «горловину» і «головну частину». Областю живлення градієнтних течій слугують ділянки вздовжберегових градієнтних течій. За І.Ф. Шадріним, утворенню розривних течій сприяє неоднорідність рельєфу або обрисів берега. Неоднорідність поля рефракції хвиль також може обумовити формування розривних течій. Швидкість розривних течій, за Ф. Шепардом, може перевищувати 1 м/с. Такі течії захоплюють великий об’єм води і здатні переносити у завислому стані великі маси відкладів. У «головній частині» розривної течії відбувається розширення і розпилення (розтікання) струменя потоку, швидкість якого на деякій відстані загасає, і маси води знову втягуються у рух, спрямований до берега.
Вздовж фронтальні течії – ще один тип хвильових течій, виділених також І.Ф. Шадріним – течії, які спрямовані по фронту хвилі та утворюються внаслідок нерівномірності висот хвиль уздовж лінії фронту. Внаслідок тривимірності структури хвильового поля в береговій зоні, траєкторія руху частин води, що беруть участь у хвилюванні на мілководді, фактично виглядає як просторова спіраль, в результаті чого можна отримати три складові орбітального руху, одна з яких спрямована вздовж фронту хвилі. Фронтальна складова асиметрична, що вказує на значне переміщення води, тобто дійсне переміщення маси води вздовж фронту хвилі.

Існування перелічених хвильових течій обумовлює специфічну циркуляцію води в береговій зоні, яка в ідеальному вигляді характеризує притік води (хвильовий нагін) і відтік (компенсаційні течії). В природних умовах картина циркуляції може бути дуже складною і багатогранною, адже характер циркуляції обумовлений як параметрами хвиль, так і рельєфом підводного схилу, особливостями контуру берегу. За простого рельєфу підводного схилу і нормального накочування хвилі на берег характер циркуляції зводиться до нагону і відтоку води, вздовжберегові течії тут відсутні. За накочування хвиль на берег під гострим кутом виникають також вздовжберегові енергетичні течії. За складного рельєфу дна або ж за складної конфігурації берегової лінії, навіть за поперечного накочування хвиль виникають уздовжберегові течії, градієнтні потоки, а також розривні течії.
У межах берегової зони І.Ф. Шадрін виокремлює три області, які розрізняють за характером трансформації хвильової енергії: 1) зовнішню, яка вирізняється порівняно слабою деформацією хвиль і слабо вираженими хвильовими течіями; 2) середню – область сильнодеформованих хвиль, що охоплює всю зону забурення (утворення бурунів); 3) приурізову, що характеризується місцем кінцевого руйнування хвилі і дії прибійного потоку.