3.5.2. Особенности развития волнения на больших и малых водохранилищах

Волнение на малых водохранилищах имеет ряд особенностей, связанных с морфометрией, глубинами и укрытостью котловины.

Морфометрические показатели определяют длину разгона и параметры волн. Малые размеры таких водохранилищ и небольшой объем воды, учатвующий в волнении, ограничивают размеры возникающих ветровых волн. Даже в случае, когда по кинематическому признаку водоем является глубоким (Н > λ/2), ветровое волнение здесь меньше, чем в крупных водохранилищах при одинаковых волнообразующих факторах. По данным на малых водохранилищах ГЭС при длине разгона волн D_p = 3 - 20 км максимальная высота волн h_max редко превышает 1,5 м.

В условиях малых водохранилищ высота волн h есть функция скорости ветра w и длины разгона волны D_p:

h = f (Wⁿ D^m_р,

где п и т — переменные, зависящие от относительного разгона d = D_p/w². Значение п > 1, а т < 0,5.

Рис. 3.12. Зависимость высоты h и длины λ волн от скорости ветра w над водной поверхностью Вилейского водохранилища

Для сравнения отметим, что в средних водохранилищах элементы волн находятся в прямой зависимости только от скорости ветра (рис. 3.12). Наблюдения за волнами показали, что в первые два часа происходит интенсивный рост волн, после чего рост замедляется, и при продолжительности волнения более 6 ч рост практически прекращается. Влияние длины разгона на увеличение параметров волн ограничено пре­делами 0 < Dp < 16. При прекращении действия ветра волнение еще дли­тельное время сохраняет установившееся состояние.

Для малых водохранилищ, по всей вероятности, характерно неуста­новившееся волнение. Рост волн и затухание здесь происходят в течение 20—30 мин. В этот период наиболее сильно сказывается трансформация ветрового потока при его переходе с суши на водную поверхность, особенно в условиях облесенности. Влияние длины разгона на увеличение параметров волн ограничено пределами 0 < D_p < 16, при этом увеличение параметров волн происходит не более чем на 15 % (w < 5 м/с).

Экспериментально установлено, что для малых водохранилищ округлой формы в многолетнем разрезе расчетное значение разгона D_p может определяться по максимальному расстоянию от рассматриваемого створа до противоположного берега независимо от сторон света, т.е. ориентации котловины водохранилища:

D_p = 0,27[Д₀ + 0,85 (D₊₁ + D_-1 ) + 0,50 (D₊₂ + D_-2)],

где Д₀ - длина разгона по главному лучу; D_±1 — длина разгона по лучам, .проведенным под углом ±22,5° относительно главного луча; D₊₂ —то же под углом ±45°. При этом направление главного луча выбирается максимальным, но не менее угла 15° с направлением главного луча. Таким образом, ориентация главной оси водохранилища при расчетах не учитывается.

Фактический период ветровых волн на малых водохранилищах с длиной разгона до 4 км значительно меньше теоретического, рассчитанного по широко используемым методикам. Завышение периода волн достигает 55%. Для определения среднего периода волн предложена расчетная зависимость:

г = 0,00215 D _p°'⁶² w₁₀^0,76 .

где D_p — длина разгона волн; w₁₀ — скорость ветра над водоемом на

высоте 10 м.

Проведенные натурные наблюдения свидетельствуют о значительно большей крутизне волн в малых водохранилищах по сравнению с крупными, а также о неустановившемся характере волнения.