Нагонные наводнения.

Нагонные наводнения, как правило, наблюдаются при прохождении мощных циклонов.

Циклон - это гигантский атмосферный вихрь, рис. 36.

Рис. 36. Схема циклона.

Н-центр циклона, круговые линии-изобары, стрелки –

направление ветра, d - диаметр циклона.

Диаметр циклона d =1000 - 2000 км, высота 2 -10 км, давление в центре 950 - 960 мбар (атмосферное давление на уровне моря 1012 мбар), скорость перемещения до 30 - 45 км/час. Воздушные массы в циклоне движутся по спирали, закручивающейся к его центру против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном. Скорость ветра в циклоне может быть до 20 м/с, иногда до 30 м/с. Кинетическая энергия движущихся воздушных масс может достигать величины 4•10¹⁷ Дж [11], что соответствует энергии взрыва примерно 100 ядерных зарядов мегатонного класса.

Разновидность циклона – тайфун. В переводе с китайского тайфун – очень сильный ветер; в Америке его называют ураганом. Он представ­ляет собой атмосферный вихрь диаметром несколько сотен километров. Давление в центре тайфуна может достигать ~900 мбар. Сильное сниже­ние давления в центре и относительно небольшие размеры приводят к образованию значительного градиента давления в радиальном направле­нии. Ветер в тайфуне достигает 30¸50 м/с, иногда и более 50 м/с. Тан­генциально дующие ветры обычно окружают спокойный участок, называемый глазом тайфуна. Он имеет диаметр 15¸25 км, иногда до ~50¸60 км. По его границе образуется облачная стена, напоминающая стену вертикального кругового колодца. С тайфунами связаны особенно высокие нагонные наводнения [11,12].

При прохождении циклона по морю уровень воды в его центральной части повышается. Высота подъема, называемого барическим, состав­ляет

(5.22)

где Р₀ - атмосферное давление на уровне мирового океана, Па;

Р - давление в центре цикла, Па; r - плотность воды, кг/м³; g - ускорение свободного падения.

В качестве примера определим барический подъём воды, если давление в центре циклона Р = 950 мбар (0,95×10⁵ Па), давление за пределами циклона Р=1012 мбар (1.012×10⁵ Па).

По формуле (5.22) вычисляем

.

Как будто немного, но барический подъем уровня воды происходит на большой площади, измеряемой сотнями и тысячами квадратных кило­метров. При смещении циклона этот подъём воды оседает, растекаясь во все стороны в виде так называемой длинной волны, длина которой в отдельных случаях достигает ~800 км. Будучи незаметной в открытом море, эта волна может стать опасной, когда центр циклона приближается к побережью и волна входит в заливы, бухты. При движении длинной волны по сужающимся заливам и бухтам происходит повышение уровня воды, в несколько раз превышающее начальный барический подъем.

В заливах, бухтах аналогично, как в сосудах, жидкая среда имеет опре­деленные величины периодов собственных колебаний. Обладающий большой энергией циклон и порожденная им длинная волна могут возбудить собственные колебания воды (сейши). При этом возможно наложение сейшевых колебаний на длинную волну, приводящее к увеличению (или уменьшению) подъёма уровня воды.

В частном случае прямоугольного в плане водоема длиной a, шириной b, глубиной Н₀ период сейшевых колебаний определяется по формуле Мериана (при a>b>>H₀) [35]

(5.23)

где Т₁, T₂, Т₃ - периоды основного тона и двух обертонов, с; n - номера главных форм колебаний; а - длина водохранилища, м.

Сейшевые колебания – это стоячие волны, рис 37.

Рис 37. Сейшевые колебания

а – одноузловые, б - двухузловые

Например, в Финском заливе наблюдались одно, двух, трёх и четырёхузловые сейши. Амплитуда сейшевых колебаний зависит от энергии возмущающего источника и размеров водоёма. Так в Азовском море наблюдались сейши с амплитудой 10¸25 см и периодом около 23 часов, в Женевском озере – амплитудой до двух метров и периодом более одного часа.

Третье обстоятельство, влияющее на величину подъёма уровня воды в заливах, бухтах, связано с ветровым нагоном воды.

Когда все перечисленные факторы действуют одновременно, уровень воды поднимается особенно высоко.

На рис. 8 в качестве примера показано изменение уровня воды в г. Ленинграде при наводнении 23.09.1924 г. [41]. Подъём уровня воды начался в 10 часов утра. Максимальный подъем уровня (3,8 м) наблюдался в 20 часов, после чего начался спад воды.

Рис.38. Изменение уровня воды в Ленинграде

На рис. 39. Показано положение поверхности Финского залива в это время.

Рис. 39. Профили свободной поверхности Финского залива

На этом рисунке кривая 1 отвечает положению свободной поверхности на время 10 часов, кривая 2-на 13 часов, кривая 3-на 17 часов, кривая 4 -на 20 часов. Видно как по заливу движется длинная волна и как повыша­ется уровень воды в восточной части залива. Волна сгенерирована мощным циклоном, проходящим через Балтийское море.

На основании многолетних наблюдений для оценки подъема воды в Ленинграде при нагонном наводнении установлена зависимость [41]

, (5.24)

где h_Л - высота подъёма воды в Ленинграде; h_Т - высота волны в районе Таллинна; - дополнительный подъем уровня воды, связанный с ветровым нагоном воды.

Значения зависят от скорости ветра вдоль оси залива

, (5.25)

где - проекция скорости ветра на ось залива в момент максимального уровня воды в Таллинне; - то же, спустя 3 часа, в районе островов Мощный и Гогланд (расстояние до Ленинграда ~140 км). Связь величин V и показана в табл.25 [42]

Таблица 25

Дата добавления: 2015-08-05