Комплекс волновой трансформации становится более простым, когда анализируются условия проявления образующих его процессов.
Например, дифракция и отражение, процессы, которые имеют место даже при самых незначительных изменениях поля глубин, наиболее выражены в областях, характеризующихся высокоградиентными изменениями последнего, т. е. при резких изгибах береговой линии или крутых уклонах дна, пространственные характеристики которых сравнимы с длиной волны. В свою очередь, процессы нелинейного взаимодействия составляющих волнового спектра, ведущие к возбуждению низкочастотных колебаний из инфрагравитационного диапазона (20-200 с), наиболее выражены в самой верхней части прибрежной зоны, прибойной полосе, где за счет разрушения резко падает энергетическая доля основного волнения.
Из процессов диссипации волновой энергии процесс кулонова трения становится сравним с процессами донного трения и фильтрационных потерь только на мелководных акваториях, характеризующихся илистыми грунтами. К такому типу акваторий в условиях зал. Петра Великого относятся лишь устья рек или участки подводного берегового склона, непосредственно прилегающие к ним. Хотя процессы донного трения и потерь на фильтрацию в грунт энергетически сравнимы, оценка последнего довольно затруднена из-за незначительного количества инженерно-геологических данных in situ о донных отложениях и их вертикальной структуре. Последний диссипативный процесс, процесс разрушения волн в прибойной зоне, относится к наименее изученным, поскольку он довольно сложен для математического моделирования и организации непосредственных измерений.
Наиболее выраженными и доступными для анализа и последующего моделирования являются три механизма трансформации морских волн в прибрежной зоне: деформация, рефракция и диссипация энергии трением водных частиц о дно. Все они были положены в основу разработанной Л. В. Дубейковским совместно с Р. И. Гареевым волновой модели REFRAK. Возможность использования только трех названных процессов для анализа волновой трансформации в прибрежной зоне была поддержана тем, что во многих имеющихся волновых моделях проявлениями остальных процессов также пренебрегают.
Расчеты по модели REFRAK велись до внешней границы прибойной зоны, определяемой критерием обрушения волн на мелководье. Остальные трансформационные процессы учитывались лишь качественно или на уровне сравнительных оценок в приложении к каждой конкретно рассматриваемой акватории. Игнорирование процессов передачи энергии ветра морским волнам, внутриволнового спектрального энергообмена и частичной диссипации энергии волнения в высокочастотном диапазоне требовало использования модели REFRAK лишь для относительно небольших по протяженности (несколько километров) акваторий. Более того, поскольку волнение также испытывает рефракцию на акваториях, где имеются течения со значительными скоростями, применение модели было возможно для участков прибрежной зоны, характеризующихся слабой интенсивностью поверхностных течений.
Принятые ограничения не настолько значительны, как могло бы показаться, и исключают возможность использования модели в отношении очень небольшого числа участков прибрежной зоны зал. Петра Великого при определенных волновых условиях. Например, в условиях развития при сильных южных ветрах на открытой части Японского моря штормового волнения, для которого вся обширная акватория Амурского залива может рассматриваться как область трансформации, игнорирование процесса энергопередачи ветер-волны приведет к значительным ошибкам в оценке величин волновой динамики на упомянутой акватории. Но поскольку глубины в центральной части залива составляют 15-20 м, то длины ветровых волн, которые будут испытывать трансформационные изменения на рассматриваемой акватории, должны превышать по крайней мере 75 м. Последняя величина соответствует периоду приблизительно 7 с. Обеспеченность волнения с таким периодом волны составляет около 0,3% по данным ГМС «Гамов» и немногим более 1,0% по данным ГМС «Поворотный». При этом указанные значения характеризуют режимную обеспеченность соответствующих типов волнения со всех возможных направлений, а не только с южного. Таким образом, определенно то, что вероятность сочетания указанных условий достаточно низка. На всех остальных участках прибрежной зоны залива, за единичными исключениями, изобата, соответствующая глубине 15 м, отстоит от ближайшего участка береговой черты залива не далее 2-3 км, что вполне удовлетворяет условиям модели.
Если же говорить о возможности рефракции волн на течениях, то последнее ограничение распространяется главным образом на узкие проливы, разделяющие побережье и острова Русский, Попова и Рейнеке, где при сочетании определенных условий возможны значительные скорости суммарных течений.
Численная модель REFRAK была реализована Р. И. Гареевым для обработки на персональном компьютере в 1990 г. и опробована для нескольких акваторий прибрежной юны залива. Первое испытание ее проводилось по просьбе Бюро расчетов и справок Приморского управления Гидрометеослужбы для бух. Троицы, затем модель опробовалась Отделом изысканий Дальневосточного научно-исследовательского института морского флота для условий зал. Находка. В 1991 г. результаты, полученные с помощью этой модели, использовались для характеристики волнового режима на акватории, прилегающей к о-ву Монерон, и вошли в отчет для Сахалинского областного комитета по охране природы. После каждого испытания модели в нее вносились изменения, учитывающие выявленные недостатки или замечания заказчиков.
Из предшествующих отечественных аналогичных разработок следует выделить две: математическую модель формирования волнового поля и динамики рельефа береговой юны моря П. М. Хомякова и рефракционную модель И. Т. Селезова и В. В. Сорокиной. Первая в части, касающейся трассировки волновых лучей, использует в качестве основы аналитическую зависимость В. В. Шулейкина, дающую лишь приближенное описание процесса волновой рефракции. Вторая расчетная методика легла в основу данной модели и была модифицирована включением в нее критерия обрушения волн и оценки величины волноэнергетических потерь донным трением. Существенный недостаток всех моделей этого типа, включая и представляемую в данной работе, в том. что получаемые результаты вычислений относятся лишь к точкам, расположенным вдоль волновых лучей. Поэтому в случае значительных расхождений волновых лучей (дивергенции) на исследуемой акватории остаются участки, не охваченные волновыми характеристиками.
Поскольку модель REFRAK достаточно универсальна (см. выше об ограничениях применения), для иллюстрации тех процессов изменений, которые испытывает волнение в прибрежной зоне зал. Петра Великого, можно было бы использовать любые участки акватории залива. Но в связи с тем, что основной целью данной работы является оценка волнения как фактора, определяющего состояние природных систем, то следующим шагом должно было стать сравнительное рассмотрение волноэнергетических характеристик участков модельной акватории и параметров, характеризующих состояние донных ландшафтов, которые расположены в пределах этих участков. Чтобы избежать суммирования волнодинамических характеристик, соответствующих различным волновым направлениям, которое нивелирует в значительной степени проявление изучаемых трансформационных процессов, в поиске соответствующей модельной акватории следовало руководствоваться принципом открытости последней лишь для ограниченного диапазона волновых румбов.
В качестве такой модельной акватории была выбрана бух. Пограничная, расположенная у юго-восточного побережья о-ва Попова. Она полностью удовлетворяла описанным выше требованиям, так как с востока значительная часть акватории бухты закрыта о-вом Шкота (о-в Русский), а также островами Клыкова, Малый и Наумова, а с юга — восточной частью о-ва Рейнеке. Центральный участок береговой полосы бухты открыт лишь сектору 115-160°, который почти точно отцентрован по юго-восточному румбу (135°), относящемуся к одному из наиболее волноактивных направлений в зал. Петра Великого. Дополнительным аргументом в выборе этой бухты было то, что Л. И. Дубейковским совместно с сотрудником лаборатории морских ландшафтов В. В. Жариковым в 1987 г. на акватории бухты проводились стационарные полигонные исследования в рамках хозяйственного договора с Тихоокеанским океанологическим институтом ДВО РАН В процессе этой работы велись наблюдения за динамикой донных осадков и ландшафтных полей, проводились гидрохимические исследования, а также стационарные измерения придонных течений.
Бухта Пограничная с формальной точки зрения является заливом, неглубоко вдающимся в юго-восточное побережье о-ва Попова. С северо-восточного направления она ограничена небольшим скалистым полуостровом, соединенным с основным побережьем каменистой грядой и оканчивающимся отвесным скалистым мысом, который носит местное название «Красные скалы», а с юго-западной стороны — п-овом Ликандера. Расстояние по линии мыс Красные скалы-мыс Ликандера составляет около 3 км. Максимальная глубина вреза бухты в побережье, измеренная от этой линии, насчитывает немногим более 1100 м. В юго-западной части бухты, на расстоянии около 200 м от береговой линии, расположен каменистый островок Змеиный.
В действительности бух. Пограничная является лишь частью более крупной морфологической структуры прибрежной зоны зал. Петра Великого, прилегающей с юго-востока к островам Русский, Попова и Рейнеке. Эта отрицательная форма подводного рельефа имеет в плане ковшеобразный вид. С северной, северо-западной и западной сторон она ограничена побережьем о-ва Попова, с северо-востока и востока отделена от прол. Старка подводным возвышением, вытянутым от восточной оконечности о-ва Попова в юго-восточном направлении. На самых приподнятых частях возвышения расположены острова Наумова, Малый и Клыкова, причем последний венчает юго-восточную оконечность данного подводного возвышения. С южной стороны эта отрицательная форма подводного рельефа ограничена о-вом Рейнеке. а на юго-западе соединена мелководным (3-4 м) проливом с Амурским заливом.
Описанная форма подводного рельефа имеет почти полную геометрическую аналогию трапецию с нижним основанием, образованным юго-восточными оконечностями островов Клыкова и Рейнеке и равным 4,5 км верхним основанием — выровненным участком береговой линии бух. Пограничной — 2,2 км и боковыми сторонами, равными 4,0 и 4,2 км. Глубина вреза этой формы донного рельефа, или по предложенной выше аналогии — высота трапеции, составляет 3,9 км, а общая площадь насчитывает 13,1 км2.
Около 75% поверхности дна описанной акватории расположено на глубинах более 10 м. Средний уклон дна в ее центральной части составляет до 10-метровой изобаты около 0,015. Глубже подводный склон выполаживается и на интервале глубин 10-20 м уклон составляет уже около 0,006.
На рассмотренной акватории, включающей в себя бух. Пограничную, была построена сетка глубин с 41 узлом по горизонтальной оси х и 37 узлами по оси у. Величина угла, заключенного между осью х выбранной координатной сетки и направлением на север, составляла 47°. Расстояние между узлами сетки, или шаг сетки, было выбрано равным 125 м.
Все расчеты проводились для волнения, распространяющегося на акваторию бухты с юго-восточного направления, т. е. для волн которого, как было сказано выше, эта акватория наиболее открыта. Повторяемость наблюдений волн с этого направления по данным ГМС «Гамов» и ГМС «Поворотный» составляет соответственно 10 и 11%. причем если для первой станции повторяемость для восточного и южного румбов составляет 15 и 19%, то для второй они равны соответственно 14 и 3%, Эти данные свидетельствуют о значительной роли волнения юго-восточного румба для акватории зал. Петра Великого. Расчеты велись для волн с периодами 5,3; 8,0 и 12,0 с. Поскольку динамика процессов рефракции и волновой деформации определяется лишь величинами периода волнения, высоты волн для всех вышеперечисленных типов волнения принимались равными 1,0 м.
Для анализа роли придонного трения в процессе диссипации волновой энергии над подводным склоном рассматриваемой акватории соответствующие расчеты для волн с периодом 12 с проводились с учетом этого процесса и без него.