5.2 Ветровое волнение
Горизонтальное движение воды обязано главным образом действию ветра, в результате которого возникают сгоны, нагоны, прибой, течения. В проточных озерах значительную роль в формировании течений могут играть реки. Характер и интенсивность движения водных масс при определенной силе ветра непосредственно связаны с формой и величиной котловины. В небольших котловинах с крутыми высокими склонами даже при сильных ветрах скорость образования волн замедлена по сравнению с крупными открытыми водоемами, где волны возникают внезапно, после первых же порывов ветра.
У волн различают высоту (h) – вертикальное расстояние между соседними гребнем и ложбиной; длину волны () – горизонтальное расстояние между соседними гребнями или подошвами (ложбинами). Крутизна волны (є) определяется делением высоты волны (h) на ее длину (). Период волны (Т) – время в течение которого волна пробегает расстояние, равное ее длине. Возраст волны (В) – отношение скорости волны (с) к скорости ветра (W). Скорость волны равна с = /Т. параметры волны: длина, период, скорость взаимосвязаны, и их можно определять по формулам. Высота волны не входит в указанные зависимости и определяется наблюдением или другими методами, например, по номограмме А.П. Браславского (1952). Для условий Беларуси получены зависимости между длиной разгона волны, скоростью ветра и параметрами ветровых волн.
Наибольшая интенсивность волновой деятельности обычно наблюдается во время осенних штормов, когда в открытой части озер высота волны достигает 0,5—0,7 м. Вблизи абразионных берегов в наветренной части котловины она может быть большей. Обычная же высота волн колеблется от 25 до 30 см.
Рис. 5.1. Профиль ветровой волны и ее элементы (Судольский, 1991)
1 – статистический уровень, 2 – средняя волновая линия, 3 – профиль волны, 4 – вершина волны, 5 – гребень волны, 6 – подошва волны, 7 – ложбина волны; - длина волны, - длина гребня, - длина ложбины, h - высота волны, hr- высота гребня, hn - заглубление подошвы
Характеристики волнения и состояния водоемов оценивают по шкале степени ветрового волнения и шкале состояния поверхности озера под влиянием ветра (табл. 5.4.-5.5.
Высота и особенно длина волн связаны с величиной разгона. В связи с этим определенное значение приобретает не только площадь водоема, но и направление его длинной оси. На севере Беларуси распространены длинные узкие ложбинные озера, вытянутые с северо-запада на юго-восток, т. е. в направлении преобладающих ветров. Конфигурация таких озер способствует не только увеличению разгона волны, но и образованию поверхностных течений в направлении длинной оси. В придонной части возникают медленные противоположные компенсационные течения, захватывающие значительную толщу воды. Лишь в наиболее глубоких впадинах профундали вода какое-то время находится в «неподвижном» состоянии.
При критической глубине (Нкр ≥ h при попутном ветре) у берегов и на мелях происходит разрушение волн, которые называются у берегов прибоем, на мелях в открытой части озера - буруном.
Вода придонных компенсационных течений на повышенных участках дна или в узких мелководных заливах поднимается вверх. Это выражается в аномально низких температурах по сравнению с температурами на соседних глубоких участках. Так, 13 июня 1964 г. в мелководном «проливе», соединяющем северный и южный плесы озера Кривого, на глубине 7,5 м температура упала до 9,2°. В других же местах на таких глубинах в этот день она составляла около 16° (поверхностная 20,2°С).