3.4.2. Типы течений

Вопросы типизации течений рассматривались многими авторами (Б. Д. Зайков (1955), А. В. Караушев (1969), Б. Б. Богословский (1960), Д. Хатчинсон (Hutchinson, 1957), Б. Дюссар (Dussart, 1954, 1966). Наиболее полно учитывают особенности течений в открытом водоеме и в прибрежной зоне типизации Б. Д. Зайкова и А. В. Караушева. Однако и эти типизации не отражают специфику их развития в искусственных водоемах. По мнению гидрологов Пермского государтсвенного университета более приемлема для водохранилищ типизации Т. Н. Филатовой (1972). В соответствии с этой типизацией течения внутренних водоемов подразделяются на две группы: течения наблюдаемые по всей акватории (в т.ч. и в прибрежной зоне) и течения развивающиеся только в прибрежной зоне. К первой группе относятся стоковые, проточные, ветровые, волновые, плотностные, барогра-диентные, сейшевые, внутриволновые и инерционные течения. К второй группе относятся вдольбереговые ветровые, компенсационные течения (Матарзин, Богословский, Мацкевич, 1977).

Стоковые течения возникают в результате наклона водной поверхности при изменении соотношения основных элементов водного баланса — притока в водоем и стока из него.

Ветровые течения обусловлены действием касательного напряжения ветра. Разновидностью ветровых течений являются дрейфовые течения, возникшие непосредственно в результате действия ветра на поверхность воды и захвата водных масс приповерхностного слоя. Ветровые градиентные и вторичные ветровые течения наблюдаются на некоторой глубине и в поверхностном слое.

Волновые (стоксовы) течения — составная часть дрейфового течения — определяются поступательным перемещением вод, имеющим место при волнении (одновременно с движением частиц по орбитам). В чистом виде наблюдается в волнах зыби.

Плотностные (конвективные) течения возникают в результате неравномерного распределения плотности воды, что обусловлено в основном пространственным изменением ее температуры и минерализации. Неравномерность распределения водной массы при плотностных течениях восстанавливается компенсационными течениями.

Бароградиентные течения возникают в результате перекоса водной поверхности под воздействием резких перепадов атмосферного давления и носят компенсационный характер. Бароградиентные течения являются разновидностью сейшевых течений.

Сейшевые течения развиваются при сейшевых колебаниях поверхности водохранилищ, которые возникают при периодических воздейдействиях метеорологических элементов на водную поверхность водохранилищ (ветер, давление, а также сгонно-нагонных явлениях, при интенсивном выпадении атмосферных осадков). При сейшах происходят колебательные движения всей водной массы с периодическим изменением уклона.

Внутриволновые течения развиваются при формировании внутренних волн и наблюдаются на границе раздела вод различной плотности.

Инерционные течения имеют место после прекращения действия силы, вызвавшей перемещение водной массы. Частным случаем инерционных течений являются инерционные спиралеобразные течения. Их направление в значительной мере определяется действием силы Кориолиса.

К первой группе течений относятся также волновые — сточные течения, появление и развитие которых обусловлено неравномерной работой гидросооружений (гидроэлектростанций, шлюзов, водозаборов). Эти течения имеют локальное развитие и наблюдаются только в искусственных водоемах на участках работы этих гидротехнических сооружений.

Среди течений первой группы наибольшую повторяемость и значение имеют стоковые (проточные) и ветровые течения. По этому признаку Т. Н. Филатова (1969) их определяет как течения первого порядка, а все остальные виды течений объединяет как течения второго порядка.

Течения второй группы развиваются исключительно в прибрежной зоне. Они отличаются сложной структурой и на их развитие большое влияние оказывают конфигурация берега и рельеф дна. Наибольшее практическое значение имеют вдольбереговые ветровые течения. Они представляют разновидность ветровых течений, наблюдаемых в открытом водоеме. В результате трансформации волновой энергии при косом подходе волн к берегу образуются вдольбереговые волноприбойные течения, которые от­носятся к разряду энергетических. Частный случай волноприбойных представляют разрывные течения. В отличие от первых они возникают при нормальном подходе волн к берегу, в результате накопления масс воды в прибрежной зоне. Они компенсируют в виде отдельных сосредоточенных струй приток воды в волноприбойную зону и направлены всегда от берега в открытую часть водоема часто в виде «языков» насыщенных наносами.

Некоторые из рассмотренных разновидностей течений могут рассматриваться как компенсационные течения. По существу компенсационные течения представляют движение воды, возникающее при различном гидростатическом давлении на отдельных участках водоема и стремящееся восстановить его нарушенное состояние.

На практике редко наблюдаются течения только одного какого-нибудь вида. Как правило, несколько видов течений развиваются и действуют одновременно. В результате в определенных ситуациях образуются системы поверхностных и глубинных течений. В практике наблюдений такие течения называются суммарными. Обычно в отдельные сезоны отмечается преобладание определенных видов суммарных течений, которые действуют длительный период образуя циркуляционные схемы. При одновременном действии дву основных течений их называют их сочетанием (стоково-ветровые, плотностно-ветровые, стоково-волновые и др.

Суммарные течения — это течения со сложной структурой. Однако в водоемах возникает различная форма перемещения водных масс: прямолинейная, обратная, циркуляционная, круговая и др.

По устойчивости или изменчивости течения искусственных водоемов подразделяются на постоянные и временные. Постоянные течения наблюдаютсмя по всему водоему или на отдельных его участках. В случае устойчивого выдерживания генерального направления течения относят к квазипостоянным, или квазистационарным.

Большая часть течений, наблюдаемых в водохранилищах, относится к временным. В соответствии с изменчивостью основных характеристик (направление и скорость) все временные течения делятся на непериодические, периодические и течения с периодическими изменениями одной из характеристик.

К непериодическим относятся течения, возникающие и изменяющиеся в ходе развития, без определенной периодичности. Этот тип течений наблюдается преимущественно в результате непосредственного ветрового воздействия. К непериодическим относятся течения, скорость и направление которых регулярно изменяются через определенный промежуток времени. Повторяемость измене­ний течения может составлять от нескольких часов и минут до сезона или года.

Примером периодически действующих факторов могут служить регулярное уменьшение сброса через гидростанцию в ночные часы и выходные дни или ежегодные весенние половодья. Периодические течения могут формироваться и непериодическим действием силы. К таким течениям относится перемещение водной массы, наблюдаемое при сейшах и внутренних волнах.

В случаях, когда изменения, наблюдаемые в характеристиках течений, кратковременны и не имеют определенной закономерности, их следует называть квазипериодическими. Филатова Т. Н. (1970) относит к временным течениям, характеризующимся квазипериодичностью в направлении, инерционные спиралеобразные течения.

По положению (локализации) течения разделяются в зависимости от их развития по акватории водоема (по всему водохранилищу или только в прибрежной зоне) и по глубине. Течения, распространяющиеся на поверхности с захватом небольшого слоя в глубину, относятся к поверхностным. Течения, наблюдающиеся в глубинных слоях и не выраженные на поверхности, называются глубинными. Течения, отмеченные только в непосредственной близости от дна водоема, называются придонными.

По характеру и форме движения течения подразделяются на прямолинейные и циркуляционные, В последнем случае перемещение водных масс происходит по замкнутым круговым или эллиптическим траекториям. В зависимости от направления различают циклональную (движение против часовой стрелки) и антициклональную циркуляции.-В зависимости от плоскости развития циркуляции различают горизонтальную и вертикальную циркуляции.

По физико-химическим свойствам выделяются холодные и теплые течения.

Среди рассмотренных типов течений наиболее часто встречаются стоковые и ветровые течения, или суммарные, т.е. производные от них.