Некоторые природные явления

Наиболее характерный пример непериодических кратковременных колебаний уровня – ветровой сгон и нагон в прибрежной зоне моря, величина которого зависит от скорости и направления ветра, а также продолжительности его действия.

В мелководных прибрежных районах суммарный поток ветрового течения практически идет по ветру. Вследствие этого у отмелого берега максимальные сгонно-нагонные колебания будут наблюдаться при ветре, дующем перпендикулярно береговой черте.

На Черном море в районе Одессы изменение уровня достигает ±1,4 м от среднего, а Азовском море – до 4 м, на Северном море – до 3,8 метров.

Вторым по значимости явлением, вызывающим непериодические колебания уровня моря, выступает изменение атмосферного давления.

Повышение атмосферного давления над морем на 1 мб приводит к понижению поверхности воды на 10 мм и наоборот. Это так называемый закон "обратного барометра". Примечательно, что закон действует по всей акватории независимо от глубины, рельефа дна и т.п. Но действие закона "обратного барометра" справедливо лишь тогда, когда мы имеем дело с неподвижным или медленно перемещающимся циклоном. При движении циклонов со значительной скоростью, как это часто бывает в реальных условиях, колебания уровня моря могут быть вызваны динамическим эффектом изменения атмосферного давления, которое создает на поверхности вынужденные или свободные длинные волны.

Вынужденная длинная волна распространяется со скоростью движения барической системы и вызывает аномально большие подъемы уровня (штормовые нагоны) на мелководье. Волновые колебания уровня характерны, в частности, для Финского залива и являются одной из причин нагонов в районе Ленинградского порта (≤ 5) (С.Петербург). Изменение глубины в некотором месте бывает также из-за деформаций рельефа дна; первое место среди рельефообразующих факторов занимают динамические явления в море: волнение и течения, причем волнение является основным фактором, воздействующим на берег и дно моря. На одних участках из-за тех или иных причин берег размывается волнами и отступает в сторону суши: наблюдается так называемая морская абразия. На других участках, наоборот, в результате воздействия волн берег намывается и выдвигается в сторону моря: происходит аккумуляция материала.

Но волны воздействуют не только на берега, но и на подводные валы у отмелых песчаных берегов, где они располагаются в несколько рядов и тянутся на многие мили. Под воздействием волн и течений весь обломочный материал приходит в движение, при этом он сортируется в соответствии с крупностью, массой и формой отдельных частиц. Например, шторм средней силы в южной части Северного моря может переместить подводные гряды на 1¸2 кбт.

При стоянке в некоторых закрытых портах большое значение имеют своеобразные периодические колебания уровня, связанные с прохождением длинных волн – сейш. Наглядное представление о природе сейш может дать обыкновенная тарелка с водой. Если такую тарелку слегка наклонить и резко вернуть в первоначальное горизонтальное положение, то вода в ней будет совершать колебательные движения.

Сейши могут быть самыми различными. Самый простой вид их, когда уровень воды поднимается у одного края бассейна и опускается у другого. В середине бассейна образуется узловая линия, в которой все частицы воды двигаются горизонтально (рис. 4.35,а.) Сейши этого вида называются одноузловыми. Другой вид сейш – двухузловые (рис. 4.35,б.).

а) Рис. 4.35. б)

Основными элементами сейши, как и любой стоячей волны, являются период, амплитуда, высота и длина волны. В реальных морских водоемах сейши имеют семые различные периоды и амплитуды: так, амплитуды достигают 0,60 м ¸ 2 м, периоды – от нескольких минут до нескольких часов.

Основная причина, порождающая сейши – ветер. Действуя над водоемом в течение длительного времени, он нагоняет массы воды у одного берега. После прекращения ветра вода под действием силы тяжести стремится к положению равновесия, вызывая колебательные движения в водоеме.

Изменения атмосферного давления также часто вызывают колебания уровня в водоеме. Как показано выше, по закону «обратного барометра» понижение давления на 1 мб вызывает повышение уровня на 1 см. При выходе барического образования с морской акватории на сушу вода, оказавшись без внешнего воздействия, приходит в колебательное движение.

И, наконец, причиной образования сейш могут быть землетрясения, а также вызываемые ими цунами.

Сейши представляют некоторую опасность для мореплавания. Во-первых, как правило, узлы сейш располагаются у выхода из заливов и портов. В этих узлах происходят горизонтальные перемещения воды, которые при больших периодах сейш (более 0,5 ч) способствуют возникновению в этих местах довольно сильных реверсивных течений, оказывающих влияние на управляемость судов, входящих в порт или выходящих из него.

Во-вторых, низкочастотные колебания воды, вызывают внезапные подвижки судов, стоящих у причала или на якорях. Горизонтальные перемещения судов, достигающие 5-7 м, и вертикальная качка бывают настолько резкими и сильными, что нередко корабли срываются с якорей, рвутся швартовые канаты, вырываются причальные тумбы. Прекращаются погрузочно-разгрузочные работы, возникают опасности аварий. Даже при очень маленьких ускорениях в движении судов возникают ударные силы, способные повредить обшивку корабля.

Явление, с которым связаны такие внезапные перемещения судов в защищенных бухтах, получило название тягуна. Оно наблюдается почти на всем Тихоокеанском побережье Северной и Южной Америки; в портах Касабланка, Дакар, Кейптаун, Гавр, Тулон, Неаполь. На Черноморском побережье Кавказа тягуну подвержены порты Батуми, Туапсе, Поти.

В зависимости от того, в какой точке находится судно, оно испытывает в большой мере или горизонтальные перемещения, или вертикальную качку. При этом размах колебательных движений у различных судов сильно отличается, а для одного судна во многом зависит от способа швартовки.

Наибольшие колебания судов и вызванные этим обрывы швартовых канатов и якорных цепей происходят тогда, когда период собственных колебаний судна совпадает с периодом вынуждающей силы – сейши в гавани. Если период колебаний небольшой, то можно ослабить швартовы, обеспечить судну свободу движения (из-за инерционности судна подвижка будет малая).

В общем случае для обеспечения безопасной стоянки судна у причала в портах, где возможно возникновение тягуна, необходимо использовать швартовные тросы, одинаковые по крепости, жесткости, тугообтянутые.

Кроме того, при швартовке рекомендуется заводка специальных тросов со средней части судна в сторону штевней, а также перпендикулярно к линии кордона на возможно большую длину. Однако практика показывает, что при возникновении тягуна своевременный отход от причала является лучшей мерой обеспечения безопасности стоянки судна.