ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ветровые течения — Гидравлические потоки и струйные течения из "Инженерная лимнология" В этой главе обсуждается гидродинамика озер. Течения в них возникают под воздействием ветров (п. 4.1), но могут быть обусловлены также притоками и стоками (п. 4.2). С позиций управления качеством воды наиболее важный аспект, связанный с притоками и стоками, заключается в проблеме локализации входа в озеро и выхода из него, соответственно, приточных и сточных вод. В случае любого из этих типов течений вертикальные распределения лимнологических параметров в наиболее существенной степени определяются вертикальными профилями скорости потока (т. е. сдвигом потока, см. п. 4.3). Следующими по значению факторами в этом плане являются ветровое волнение и сейши (п. 4.4), которые временами могут даже доминировать над ветровым турбулентным перемешиванием. Наконец, в п. 4.5 обсуждаются некоторые аспекты горизонтальной диффузии загрязняющих компонентов. [c.111] Система уравнений, приведенная выше, может быть аналитически решена, если известны граничные условия. Основное затруднение здесь состоит в том, что нормальная компонента скорости должна исчезать на любой твердой поверхности. Если учесть силы трения о боковые стенки, то эта система уравнений может быть применена и для вычисления меридиональной компоненты скорости. [c.112] Первоначально рассмотрение задачи ограничивалось случаями идеализированных форм чаши озера круглой [40] и прямоугольной [320, 321]. Применение мощных вычислительных машин позволило осуществить имитационные расчеты для озер более разнообразных форм см., например, работы Мёти и Рэо [370] и Саймонса [482, 483] соответственно по озерам Мичиган и Онтарио. [c.112] Решение этой системы уравнений является, по выражению Виландера [592], глобальным решением . Локальным же решением является получение профиля в заданной точке х, у) последнее осуществимо на основе найденного глобального решения [92. [c.113] Ксенеди [92] отмечает, что эти уравнения оказываются согласованными, если дН/ду==0. Таким образом, результирующий перенос всегда осуществляется вдоль изобат (т. е. линий постоянной глубины). [c.114] Учет придонного напряжения может быть осуществлен одним из двух способов его можно выразить в виде функции либо поверхностного напряжения, либо объемного переноса [416]. Мёти и Рэо [370] избрали второй подход и применили в своей модели квадратическую зависимость. Решение видоизмененных уравнений (4.8) —(4.10) было использовано при описании циркуляции вод в каждом из Великих озер (см. п. 7.1). [c.114] В северном полушарии это соответствует переносу (вдоль оси х) вправо от направления ветра. Получить локальное решение менее просто, и этот вопрос подробно обсуждается в п. 4.3. [c.114] Решение нестационарного случая может быть осуществлено заданием ветрового напряжения (оно может быть импульсным. [c.117] Слева — вид сверху, справа — вид сбоку, 1 граница раздела. [c.117] Слева — на поверхности бассейна справа — на расстоянии 0Л6 м над границей раздела слоев. [c.118] Эта пара уравнений описывает инерционные реакции (т. е. инерционные течения) озера. Движение носит периодический характер с периодом 2я/ ( 17 ч для средних широт). Хотя этот тип движения редко наблюдается сам по себе в озерах с размерами менее - 10 км, тем не менее он лежит в основе всей озерной гидродинамики. [c.119] В озерах с большими размерами наблюдается явление, получившее название берегового струйного течения (см., например, [94, 95]). Речь идет о районах, где упорядоченные горизонтальные перемещения воды усилены за счет генерации в озере вращательного движения [87]. Ширина струйной области сравнима с радиусом деформации [87, 92]. Конфигурация струйного течения оказывает влияние на поверхность термоклина (если таковая присутствует в озере), вызывая явление апвеллинга в случае, если оно (течение) направлено справа налево или слева направо (для наблюдателя, смотрящего на озеро). Присутствие берегового струйного течения может также приводить к образованию своеобразных ловушек для загрязнений, выбросы которых расположены в зоне, близкой к береговой черте (см. также п. 4.5). [c.119] При небольших объемных модулях (обычно имеющих место в случае 1) гидравлическое воздействие, оказываемое втекающим потоком, по-видимому, должно быть пренебрежимо мало. В остальных случаях поступающая вода скорее всего способна взаимодействовать с водными массами озера, вызывая по крайней мере локальное турбулентное перемешивание/вовлечение. Эти процессы будут предметом нашего обсуждения, приводимого ниже. [c.120] Глубина залегания таких подводных рек является важным параметром для оценки общего по водохранилищу качества воды. Если воды притока богаты илом или же они обеднены растворенным кислородом, тогда вертикальные профили параметров качества воды такого водохранилища могут заметно измениться. [c.121] Если определена глубина залегания равновесного уровня, то могут быть установлены как толщина приточного слоя, так и распределение в зоне впадения приточных вод между модельными подслоями (см. также п. 7.2). [c.122] С д П — плотностный поток, Рвов л поток за счет вовлечения, — равновесная высота. [c.123] На первых порах исследования по определению траектории потока, равновесного уровня (высоты) и характера смешения таких притоков, обладающих плавучестью, фокусировались, так сказать, на подмножествах этой проблемы. Например, избирались струи, в поведении которых доминирующим фактором является количество движения [72]. В других работах рассматривались случаи идеально горизонтальной или идеально вертикальной струи с быстрыми переходами между этими состояниями. [c.124] В действительности траектория струи представляет собой кривую линию (см. рис. 4.7) и в многочисленных попытках (см., например, [69, 217, 228, 236, 295]) смоделировать струи, обладающие плавучестью, использовалась криволинейная система координат. Квази-коническая конфигурация струй обусловлена тем, что поток поступает в водохранилище из круглого отверстия (называемого точечным или трехмерным источником). Часто случается, однако, что поступление воды в водоем осуществляется через линейку диффузоров или прямоугольные отверстия типа щели . В такой ситуации образуется линейный или двухмерный шлейф, траектория движения которого не идентична конфигурации пути распространения струи трехмерного источника (несмотря на сходство теоретических описаний, стоящих за каждым из этих случаев). [c.124] Изменение относительной осевой скорости струи в зависимости от расстояния, отсчитываемого от входного отверстия (источника). [c.126] Вернуться к основной статье