Волновая гидродинамика бухты Андреева

Наибольшие значения расчетных волновых параметров были получены для югозападного сектора (H_s=l,2 м и Т_р=5,5 с) из-за значительного разгона волн этого румба. несколько меньшие — для волн северных направлений (H_s=l, l м и Т_р=4,1 с).

Повторяемость волн с такими характеристиками составляет не более 0,1%. Так как повторяемость штормовых волн с величинами, большими указанных, очень мала, их вклад в среднюю волновую динамическую нагрузку незначителен, и в расчетах они не учитывались.

В результате расчетов были также получены составляющие волнового энергетического баланса этого чистка акватории Уссурийского залива:

По приведенным значениям видно, что волновая динамика исследуемой акватории определяется главным образом волнами северных румбов. Следует заметить, что южные и юго-восточные ветры, обладающие наибольшей повторяемостью в течение года, тоже создают локальное ветровое волнение на акватории бухты. Но их суммарный энергетический вклад в баланс даже для наиболее далеко отстоящего на север участка бухты, камня Алеут, имеющего самые благоприятные условия для разгона ветров южного сектора, не составляет более 0,15-10 Дж/м. Поэтому в дальнейших расчетах южные ветры не учитывались.

Для обоснованного ответа на вопрос, волнению каких направлений подвержены различные районы акватории, следовало оценить возможность рефракции волн на участки, закрытые от их прямого распространения. Существенные рефракционные изменения волны начинают испытывать на глубинах, соответствующих 20-30% от первоначального значения длины. Длина волн на глубокой воде для максимального расчетного периода 4.1 с северного и северо-западного волнения составляет 26 м. Одна четвертая часть этой величины составит 6.5 м. То есть лишь с глубин около 6-7 м рефракция будет играть заметную роль в распространении волнения. Намного большую неопределенность, чем рефракция, будут вносить в задачу угловые отклонения ветров от расчетных румбов. Но поскольку в данных расчетах угловое распределение волнения не учитывалось, а наиболее мелководные точки расположены на глубинах 4-5 м, то процесс рефракции для волн северного и северо-западного направлений в дальнейшем в расчет не принимался. Другая ситуация складывается для волн юго-западного румба. Их первоначальная длина на глубокой воде для максимального расчетного периода 5,5 с составляет 47 м, и эти волны подвержены рефракционным изменениям уже с глубины 12 м. Первый подворот вправо они испытывают на мористом склоне подводной гряды, тянущейся от мыса Седловидного в северо-северо-восточном направлении, но затем, при последующем увеличении глубины за этой грядой, они возвращаются к первоначальному направлению распространения. Это явление аналогично пересечению световыми лучами среды с другим значением коэффициента преломления. Принимая в расчет это смещение волновых лучей, волны юго-западного румба учитывались в точке 30 при определении волновой динамики. Так как на участке акватории севернее этой точки береговая линия почти перпендикулярна волновым лучам юго-западного волнения, существенной рефракции этих волн ожидать не следует. Кроме того, поскольку самые близкие к берегу точки 30, 50 и 79 расположены на 10-метровой изобате, то неучет рефракции в данном случае почти не изменит картины распространения волн на рассматриваемом участке акватории.

Намного более существенную роль в распределении волновой энергии по акватории бухты играет наличие в холодный период года ледяного покрова. В расчетах на точках, расположенных в южной части бухты, использовалась повторяемость северных и северозападных ветров за все месяцы, кроме января, февраля и марта, когда наиболее часто, по сообщениям местных жителей, на этом участке акватории наблюдается ледяной покров.

Другим важным фактором волнодинамической дифференциации акватории бухты является наличие отмели, расположенной на гребне подводной гряды вблизи мыса Седловидного, глубина на которой составляет 0,5-1,0 м. На таких глубинах почти все волны подвергаются разрушению и, таким образом, не проникают на акваторию бухты. Точкой, севернее которой происходит проникновение волн на акваторию бухты, считалась северная оконечность этой отмели, отстоящая от мыса Седловидного на расстоянии около 400 м.

Глубины на остальном отрезке подводной гряды составляют 1-2 м. Если принять в среднем глубину ее равной 1,5 м, то волны, испытывающие разрушение, должны иметь высоту, большую 1,17 м. Поскольку максимальные расчетные значения высот волн для северного, северо-западного и западного направлений меньше этой величины, то допустима возможность их проникновения на акваторию бухты. Для максимальных расчетных волн юго-западного румба с большей долей вероятности следует предполагать их разрушение на гребне этой подводной гряды. Таким образом, она играет роль своеобразного волнового фильтра, пропускающего на акваторию бухты лишь волны с высотами, меньшими 1,1-1,2 м.

С учетом всех этих процессов и принятых обобщений была построена схема распределения величин среднего волноэнергетического потока по акватории бух. Андреева.

Видно, что наиболее подверженным волнению районом бухты, на который поступает около 3,57·10⁹ Дж/м, является участок, наиболее открытый всем возможным волновым румбам и расположенный между северной оконечностью бухты, камнем Алеут и мысом Седловидным. Меньшей активностью характеризуется акватория, которая находится восточнее п-ова Седловидного и протянувшейся от него на север подводной гряды. Здесь величина поступления волновой энергии составляет 2,85-2,94·10⁹ Дж/м. Примерно близкими по общей волновой нагрузке, 1,97·10⁹ и 1,60·10⁹ Дж/м, оказались акватории в южной и северной оконечностях бухты. Если первая открыта лишь для северных ветров, то вторая закрыта вблизи берега от этого наиболее волнонагруженного румба. Еще менее интенсивна волновая динамика, 0,88-0,97·10⁹Дж/м, у восточного побережья бухты, которое прикрыто северным мысом от волнения северного направления и мысом Седловидным — от юго-западных волн. Наиболее ослабленным волнением характеризуется участок, расположенный в юго-западной части бухты и закрытый практически от волн всех направлений. Сюда проникают лишь волны, образуемые северными и северовосточными ветрами непосредственно на акватории самой бух. Андреева. Интенсивность этого локального волнения незначительна и характеризуется при максимальных расчетных скоростях ветра — 17 м/с, высотой значительной волны — Н,=0,6 м и периодом Т=2,7 с. Интенсивность поступления волновой энергии за год на этот участок составляет около 0,30-10⁹Дж/м.

Значения, близкие к нулю, отмечаются как на глубинах 15-20 м на открытых участках акватории, так и на небольших глубинах, 4-5 м, но в районах, наиболее закрытых от волн, образующихся на акватории Уссурийского залива. Ранее было показано, что суммарный энергетический поток волнения, формирующегося на акватории самой бухты. составляет за год не более 0,30-10⁹ Дж/м, хотя при ветрах 16-17 м/с, дующих с севера — направления наибольшего разгона, — расчетные волновые параметры составляют Ц=0,6 м и Т_р=2,7 с, что соответствует мощности волнения около 390 Вт/м. Но повторяемость таких ветров, а следовательно, волнения очень мала — 0,03%, и с учетом того, что южная часть бухты наиболее часто перекрывается льдом, вклад таких волн в средний энергобаланс этого участка ничтожно мал. Это же объясняет низкие значения волновой динамики у дна на глубинах больше 15 м. До этих глубин проникает лишь волнение, характеризуемое максимальными из полученных расчетных значений высоты и периода, т. е. тоже при тех ветроволновых условиях, которые обладают малой обеспеченностью.

Максимальные величины интенсивности волновой придонной динамики были получены для условий, противоположных вышеперечисленным: на наиболее открытых участках акватории бухты с наименьшими глубинами. В первую очередь это подводная гряда, прикрывающая с запада бух. Андреева, камень Алеут и самый северный участок подводного берегового склона бухты (точка 80).

Значения в этих точках, где глубины составляют около 5 м, превышают 2000·10^-6 м²/с². Максимальное значение — 26 000·10^-6 м²/с² — было получено для точки б в северной части гряды, где описание донного ландшафта производилось на глубине 1,5 м. Поскольку аналогичные глубины имеются и в двух других перечисленных участках, то с полным основанием можно предположить, что на глубинах 1-2 м на изучаемых участках величины волноэнергетической нагрузки близки к этим значениям.

Немного меньшие значения (1000-1500·10^-6 м²/с²) получены для точек, лежащих на глубинах 4-5 м внутреннего подводного берегового склона бухты (точки 84, 24 и 35). Эти значения почти в 2 раза меньше волнодинамических нагрузок, имеющих место на таких же глубинах более открытых участков акватории, хотя участки дна, расположенные вдоль изобаты 5 м у восточного берега бухты, подвергаются еще меньшему динамическому воздействию, 500·10^-6 м²/с². Это объясняется их закрытостью от северного волнения, довольно мощного и наиболее частого в данной части Уссурийского залива. Примерно такое же волновое воздействие (540·0^-6 м²/с² на точке 58, h=5 м) испытывают донные комплексы у южного берега бухты, что объясняется недоступностью этого участка для северо-западных волн.

Большая часть дна бухты, ее центральная часть, юго-западный участок и глубоководный участок на выходе из бухты, не подвергаются значительному динамическому волновому воздействию. Они испытывают существенное волновое воздействие лишь при сильных ветрах северных румбов, превышающих по скорости 15-20 м/с. При таком ветре в северной части Уссурийского залива генерируется штормовое волнение, которое проникает на глубины больше 10-15 м, где располагается центральная часть котловины бухты, а на самой акватории развивается локальное ветровое волнение, распространяющееся на юго-западный участок.