Волнение моря, характеристики и расчеты ЛЕКЦИЯ. В ОЛНЕНИЕ И ВОЛНЫ В ОКЕАНЕ Волнение это колебательное движение воды. Оно воспринимается наблюдателем как. - презентация

1 Волнение моря, характеристики и расчеты ЛЕКЦИЯ

2 В ОЛНЕНИЕ И ВОЛНЫ В ОКЕАНЕ Волнение это колебательное движение воды. Оно воспринимается наблюдателем как движение волн по поверхности воды. На самом же деле водная поверхность совершает колебания вверх-вниз от среднего уровня положения равновесия. Форма волн при волнении постоянно изменяется в связи с движением частиц по замкнутым, почти круговым орбитам. Волны обладают очень большой кинетической энергией. Чем выше волна, тем больше в ней заключено кинетической энергии (пропорционально квадрату увеличения высоты). Под влиянием силы Кориолиса справа по течению вдали от материка возникает водяной вал, а у суши создается депрессия.

3 Основные части волны Гребень - самая высокая часть волны Подошва – самая низкая часть волны Вершина – часть волны выше СВУЛожбина – часть волны ниже СВУСклон – профиль между гребнем и подошвой волны Профиль – угол между склоном волны и горизонтальной плоскостью

4 Основные характеристики волн длина λ - кратчайшее расстояние межу смежными гребнями или подошвами волн высота h - разность уровней гребня и подошвы волны период Т – время, в течение которого волна пробегает расстояние, равное ее длине крутизна - угол между склоном волны и горизонтальной плоскостью скорость волны с – расстояние по горизонтали, пробегаемое волной за единицу времени (сек.)

5 1. Волны трения 2. Барические волны 3. Сейсмические волны или цунами 4. Сейши 5. Приливные волны По происхождению волны подразделяются следующим образом на :

6 1. Волны трения Волны трения, в свою очередь, могут быть ветровыми или глубинными. Ветровые волны возникают вследствие трения на границе воздуха и воды. Высота ветровых волн не превышает 4 м, но при сильных и затяжных штормах она возрастает до м и выше. Наиболее высокие волны до 25 м наблюдаются в полосе западных ветров Южного полушария. Пирамидальные, высокие и крутые ветровые волны получили название толчея. Эти волны присущи центральным областям циклонов. Когда ветер стихает, волнение приобретает характер зыби, т. е. волнения по инерции. Первичная форма ветровых волн - рябь. Она возникает при скорости ветра менее 1 м/с, а при скорости, большей 1 м/с, образуются сначала мелкие, а потом более крупные волны. Волна близ берегов, в основном на мелководьях, основывающаяся на поступательных движениях, получила название прибоя. Глубинные волны возникают на границе двух слоев воды с разными свойствами. Они часто возникают в проливах, с двумя этажами течения, близ устьев рек, у кромки тающих льдов. Эти волны перемешивают морскую воду и являются очень опасными для моряков.

7 2. Барические волны Барические волны возникают из-за быстрой смены атмосферного давления в местах происхождения циклонов, особенно тропических. Обычно эти волны одиночные и не приносят особого вреда. Исключение составляют случаи, когда они совпадают с высоким приливом. Таким бедствиям наиболее часто подвергаются Антильские острова, полуостров Флорида, побережья Китая, Индии, Японии. 3. Сейсмические волны или цунами Сейсмические волны возникают под воздействием подводных толчков и прибрежных землетрясений. Это очень длинные и невысокие в открытом океане волны, но сила их распространения достаточно велика. Они движутся с очень большой скоростью. У побережий их длина сокращается, а высота резко возрастает (в среднем от 10 до 50 м). Их появление влечет за собой человеческие жертвы. Сначала море отступает на несколько километров от берега, набирая силу для толчка, а потом волны с огромной скоростью выплескиваются на берег с интервалом мин

8 4. Сейши Сейши это стоячие волны, которые возникают в заливах и внутренних морях. Они происходят по инерции после прекращения действия внешних сил ветра, сейсмических толчков, резких изменений атмосферного давления, выпадения интенсивных осадков и т. д. При этом в одном месте вода поднимается, а в другом опускается. 5. Приливные волны Приливные волны это движения океанских вод, совершаемые под влиянием приливообразующих сил Луны и Солнца. Обратная реакция морской воды на прилив - отлив. Полоса, осушаемая во время отлива, называется осушкой. Существует тесная связь высоты приливов и отливов с фазами Луны. В новолуния и полнолуния наблюдаются самые высокие приливы и самые низкие отливы. Они называются сизигийными. В это время лунные и солнечные приливы, наступая одновременно, накладываются друг на друга. В промежутках между ними, в первую и последнюю четверги фазы Луны, наблюдаются самые низкие, квадратурные приливы.

9 В зависимости от стадии развития волнение бывает: 1. Развивающееся 2. Установившееся 3. Затухающее В зависимости от формы волны различаются на: 1. Двухмерное 2. Трехмерное По характеру волнение бывает: 1. Регулярным 2. Нерегулярным

10 Волнение в каждом районе зависит от многих факторов: от силы ветра и его продолжительности, удаленности от берегов, глубины моря, характера волнения в соседних районах моря. Управляемость судна на волнении зависит не только от размеров волн, но и от их крутизны. С увеличением скорости ветра, а также продолжительности действия ветра постоянного направления размеры волн возрастают. Но этот рост продолжается не бесконечно. Даже при ветре силой 12 баллов волны достигают предельных размеров примерно через двое суток. В случае изменения направления ветра более чем на 45° возникает новая система волн, которая накладывается на прежнюю волновую систему. Максимальная высота волны на мелководье не может быть больше 0,8 глубины моря.

11 НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ВОЛНАМИ НА СУДНЕ На ходу судна период волны рекомендуется вычислять по формуле Определение скорости распространения волн. На якоре заметить время t прохождения одного и того же гребня между двумя точками борта корабля, находящимися на известном расстоянии На ходу при курсе, параллельном направлению распространения волн, скорость волнения рассчитывается по формуле где V скорость движения судна; знак плюс при попутной волне, минус при встречной.

12 При курсе, не параллельном направлению распространения волн, где а- угол между курсом судна и направлением распространения волнения. Определение длины волны сводится к определению расстояния вдоль корпуса судна, на котором находятся два соседних гребня волн. При длине волны более корпуса с кормы выпускают линь, разбитый на метры, с легким буйком на конце и травят до тех пор, пока буек и корма не будут находиться на гребнях соседних волн. Длина линя, вытянутого втугую, даст длину волны. На ходу судна длина волны рассчитывается по формуле Где относительный период, т. е. разность моментов прохожде­ния гребней двух соседних волн через одну и ту же точку (визир).

13 Определение направления волнения : совместить нить пеленгатора с направлением фронта движущихся волн (вдоль гребней волн), повернуть пеленгатор на 90° навстречу движению волн и отсчитать по картушке направление движения волн.

14 Наблюдения над волнением с помощью РЛС С помощью РЛС можно определить характер и силу волнения, а также длину, период и скорость волн. Изображения эхо-сигналов от волнения имеют вид мерцающих точек вблизи центра экрана. При этом при волнении 5-6 баллов радиус зоны эхо-сигналов не превышает 2 миль, а при сильном волнении может достигать 3-4 миль. Ряды валов зыби дают очень четкие эхо-сигналы, которые позволяют уловить общее направление распространения зыби.

15 Зависимость высоты волн от глубины Волнение распространяется до глубин, равных длине волн. Прогноз волнения передается гидрометеорологической службой на срок, не превышающий, как правило, 24 ч. В прогнозе указываются направление и степень ожидаемого волнения, а также высота, длина и период волн. Прогноз волнения может быть составлен на СУДНЕ с использованием зависимостей между скоростью ветра, его продолжительностью, разгоном и элементами волн

16 В общем виде формулы для расчета элементов ветровых волн могут быть выражены в виде функции от нескольких переменных: h, τ, λ, c = φ (W,D, t, H), (1.1) где : W – скорость ветра, м/с; D – дистанция разгона волны, км; t – продолжительность действия ветра, ч; H – глубина моря, м. Расчет элементов волны

17 Для мелководных районов моря элементы ветрового волнения рассчитываются по следующим зависимостям: h = a W D, λ = Z W D, где: a, z – переменные величины и зависят от глубины моря a = 0,0151 Н0,342 z = 0,104 Н 0,573

18 Для открытых районов морей элементы ветровых волн, Обеспеченность высот которых составляет 5%, и среднее значение длины волн рассчитываются по следующим зависимостям: h=0,45W0,56 D0,54A, λ=0,31W0,66D0,64A Коэффициент А вычисляется по формуле: A=1+e-0,35(D/w ) (1.2) Максимальную высоту штормовых волн можно рассчитать по формуле: H=0,45D, (1.3) Где D-длина разгона, мили. Для замкнутых бассейнов американские инженеры применяют простейшую зависимость: h max = 0, 45 D (1.4)

19 При движении на волнении судно испытывает колебательные перемещения в шести степенях свободы: продольно- горизонтальная (surge), поперечно-горизонтальная (sway), вертикальная (heave), бортовая (roll), килевая качка (pitch) и рыскание (yaw), как показано на рисунке

20 Заливаемость Движение судна, испытывающего качку, может сопровождаться дополнительными проблемами, одной из которых является заливание – прием больших масс воды на палубу. Такая заливаемость считается сильной, когда длина покрываемой водой носовой части судна составляет 0,15L и более. Если волны достигают палубной линии в любой точке по длине судна и только некоторые из них превышают ее, заливаемость считается умеренной. Заливания нет, когда вода не попадает на палубу.

21 Интенсивность заливания зависит от состояния моря, скорости и курса судна, его загрузки, формы корпуса, особенно носовой оконечности. Наибольшее заливание происходит на встречном волнении, когда судно в полном грузу и длина волн близка к длине судна. Условие максимальной заболеваемости на встречном волнении, согласно исследованиям Р.Н.Ньютона, может быть представлено соотношением:

22 Слеминг (от англ. slam – хлопать ) Это явление удара днищевой части носовой оконечности корпуса о воду в процессе качки при движении судна на встречных волнах. Удар сопровождается содроганием корпуса вследствие внезапного нарастания нагрузки на днище и медленно затухающей вибрации. Такую общую вибрацию корпуса называют випингом. Появление слеминга зависит от размеров судна, осадки носом, формы корпуса, состояния моря, курса и скорости судна. Условие возникновения слеминга. Слеминг появляется при сильном волнении с носовых курсовых углов, когда:

23 Слеминг обычно возникает у судов с малой осадкой носом (при плавании в балласте или с неполным грузом на встречном волнении). Вероятность опасных ударов тем выше, чем больше высота волн и скорость судна. Наблюдаются они на встречном волнении в широком диапазоне курсовых углов. Поэтому отклонение по курсу от чисто встречного движения не всегда является эффективным средством против слеминга. Исключить опасные удары волн легче снижением скорости или увеличением осадки судна носом. Чтобы избежать неприятных последствий слеминга, капитаны обычно снижают скорость судна. Выбор режима хода носит субъективный характер. Он зависит от опыта судоводителя, а также от психологического воздействия на экипаж сотрясений корпуса. Чем интенсивнее волны и ветер, тем меньшую скорость можно допустить при постоянной осадке носом или тем большая осадка носом требуется для сохранения прежней скорости судна. В штормовых условиях на встречных и косых относительно волн курсах, особенно когда судно имеет большой развал бортов, наблюдаются также удары волн в борт носовой оконечности судна. Такое явление называется бортовым слемингом.

24 В таблице представлены сравнительная характеристика режимов движения судна на волнении.