9.5 Прогноз обмерзання суден та гідротехнічних споруд

Причини обмерзання суден та гідротехнічних споруд. У високих та помірних широтах при мінусових температурах повітря та хвилюванні моря спостерігається обмерзання суден та гідротехнічних споруд. Під час руху судна через удари корпуса з хвилями утворюються бризки, які осідають на корпусі та замерзають. Разом з цим може відбуватися заливання палуби водою, частина якої залишається на палубі та замерзає. При обмерзанні відбувається відкладання льоду на бортах судна, палубі, такелажі, рангоуті, лобових та бокових стінах надбудови. Практично всі види суден наражаються на небезпеку обмерзання, однак особливу небезпеку це явище завдає малотоннажним суднам з низькими бортами. Небезпека обмерзання полягає у тому, що відкладання льоду відбувається на високих частинах судна, внаслідок чого центр ваги підвищується і судно втрачає стійкість.

Спостерігається три види обмерзання:

- обмерзання від забризкування та заливання водою під час сильного вітру та хвилювання моря. Цей тип обмерзання зустрічається найбільш часто (91 %) і становить серйозну небезпеку;

- обмерзання (3 %) під час охолодження опадів - дощу, мокрого снігу або частинок води, також під час туману та випаровування моря; інтенсивність незначна, однак утворюється прісний лід, який має велику міцність і силу зчеплення;

- змішане обмерзання (6 %), яке утворюється внаслідок поєднання першого та другого видів обмерзання.

Синоптичний аналіз понад 3000 випадків обмерзання рибопромислових суден показує, що його основною причиною є забризкування морською водою (90 % випадків). При цьому швидке обмерзання відбувається при зустрічному і боковому вітрі (83 % випадків).

Інтенсивність обмерзання виражається у кількості льоду (у тоннах), який утворився за одиницю часу (год). Для риболовецьких суден (РС -риболовецький сейнер, СРТ - середній риболовецький траулер, СМРТ -середній морозильний риболовецький траулер) визначають слабке, помірне чи сильне обмерзання. Ступінь обмерзання в залежності від інтенсивності відкладення льоду наведена в табл. 9.9.

Обмерзання різної інтенсивності спостерігається при різних гідрометеорологічних умовах і у різних широтах розвивається не однаково. Для прикладу у табл. 9.10 наведені характеристики температури повітря та швидкості вітру, коли спостерігається обмерзання суден типу СРТ.

Таблиця 9.9 – Ступінь обмерзання риболовецьких суден в залежності від інтенсивності відкладення льоду (т·год^-1)

Тип судна	Інтенсивність обмерзання (т·год-1)
	слабке	помірне	сильне
РС	< 0,7	0,7…1,8	> 1,8
СРТ	<1,5	1,5…4,0	> 4,0
СМРТ	<3,5	3,5…8,0	> 8,0

Обмерзання залежить не тільки від поєднання температури повітря та швидкості вітру, а також від температури води, курсу судна відносно напрямку вітру та від висоти хвиль.

Таблиця 9.10 – Інтенсивність обмерзання суден типу СРТ в залежності від гідрометеорологічних факторів

Інтенсивність обмерзання	Швидкість вітру, м·с-1	Температура повітря, °С
Повільне	від 0 до 9	від -1 до -3
Швидке	від 9 до 15	від -3 до -8
Дуже швидке	> 15 від 9 до 15	-3 -8

Дуже часто обмерзання спостерігається при температурах повітря від -1 до +6 °С, при помірному чи сильному хвилюванні моря, при зустрічному чи боковому вітрі.

Умови обмерзання суден у Чорному морі. У Чорному морі обмерзання суден та гідротехнічних споруд спостерігається переважно у північно-західній та північно-східній частині моря за період від листопада до квітня та проходить при різних гідрометеорологічних умовах. У табл. 9.11 наведені поєднання гідрометеорологічних умов у північно-західній частині Чорного моря, коли відмічається обмерзання різної інтенсивності.

Таблиця 9.11 – Гідрометеорологічні умови обмерзання суден у північно-західній частині Чорного моря

Обмер-зання	Температу-ра повітря, °С	Темпера-тура води, °С	Вітер		Висота хвилі, м	Місяць року
			Напрямок, град.	Швидкість, м·с-1
Повільне	0…-10	-1…+6	270…90	до 10	< 3	І-ІІІ
Швидке	-6…-18	0…-1	0…90	> 10	≥ 3	І-ІІІ

Для суден, які знаходяться у морі, інтенсивність обмерзання залежить також від курсу судна відносно напрямку вітру (табл. 9.12).

Таблиця 9.12 – Повторюваність обмерзання суден у північно-західній частині Чорного моря при різних курсах відносно напрямку вітру

Курс судна	Інтенсивність обмерзання	Кількість випадків	Повторюваність, %
Проти вітру	Повільне Швидке	44 10	37 59
За вітром	Повільне Швидке	26 2	22 12
Боковий вітер	Повільне Швидке	49 5	41 29

Як виходить з табл. 9.12, найбільш небезпечне обмерзання відбувається, коли судно рухається проти вітру.

Таким чином, небезпечне явище обмерзання суден та гідротехнічних споруд виникає при певних поєднаннях гідрометеорологічних факторів, які у Чорному морі можна розділити на три групи:

1. Комбінація від’ємної температури повітря та швидкості вітру (від’ємна температура до -3 °С та швидкість вітру від штилю до 9 м·с^-1 і більше). За таких умов наступає повільне обмерзання через бризки, помірне вітрове хвилювання, а також через опади, випаровування моря, туман та високу вологість повітря.

2. Комбінація температури повітря (-3 °С та нижче) і швидкості вітру (10 м·с^-1 та більше). Цей комплекс обумовлює високу ймовірність швидкого обмерзання внаслідок морозу та зриву бризок з верхівок хвиль. Швидкість вітру прискорює процес замерзання повітряних краплин. Обмерзання від бризок має найбільше розповсюдження і складає у північно-західній та північно-східній частині Чорного моря 90% випадків, воно є найбільш небезпечним явищем через нерівномірне зростання льоду. Крім того, зростання льоду від бризок практично не обмежене.

3. Комбінація температури повітря (-3 °С та нижче) та швидкості вітру (10 м·с^-1 та більше) при всіх атмосферних опадах, туманах і випаровуванні моря. Цей комплекс сприяє дуже швидкому обмерзанню. Лід, який утворюється від бризок морської та прісної води, характеризується великою в’язкістю і міцно прилипає до металевих конструкцій.

Аналіз показує, що обмерзання суден у Чорному морі відбувається при трьох типах синоптичних умов:

1. вихід південних циклонів у північно-західну частину моря;

2. переміщення пірнаючих циклонів з Прибалтики на Україну;

3. посилення антициклону у південних районах України.

Звичайно обмерзання спостерігається у тиловій частині добре розвинутих глибоких циклонів, де відбувається адвекція холоду, яка супроводжується штормовими вітрами переважно північно-західного напрямку. Зона обмерзання розташована на віддаленні від холодного фронту. У випадках глибоких оклюдованих циклонів при швидкості вітру 12…15 м·с^-1, температурі повітря від -2 до -10 °С та води 2…5 °С обмерзання може спостерігатися і поблизу центру циклону.

Прогноз обмерзання суден. Прогноз обмерзання суден складається з двох етапів. На першому етапі визначають попередні дані: прогностичні значення напрямку та швидкості вітру, висоти хвиль, температури води та повітря. Необхідно також знати величину солоності води. На другому етапі, використовуючи графіки на рис. 9.9, дається прогноз обмерзання. Критерій інтенсивності обмерзання визначається у см·год^-1 чи у т·год^-1 для суден різної тоннажності.

Рис. 9.9 – Графік для визначення інтенсивності обмерзання морських суден типу РС, СРТ, СМРТ.

Криві лінії у квадранті І на рис. 9.9 відображають залежність критерію інтенсивності від швидкості вітру та температури повітря при температурі води t_в = 1 °С, солоності S = 35 ‰ та висоті хвиль h = 4 м.

У квадранті ІІ враховується поправка на відміну температури води від 1 °С, кожна крива відповідає певному значенню температури води.

У квадранті ІІІ вноситься поправка на висоту хвиль і кожна крива відповідає певному значенню висоти хвилі.

У квадранті ІV враховується поправка на солоність води. Також у квадранті ІV представлені лінії для трьох типів суден – РС, СРТ та СМРТ.

Прогноз обмерзання суден складається на строк від 6 до 36 год і залежить від завчасності прогнозу погоди. Він дається у вигляді карти (рис. 9.10) або тексту, де вказується очікувана інтенсивність та ступінь обмерзання окремо для суден різного тоннажу.

Рис. 9.10 – Прогностична карта за 03 СГЧ. У вузлах сітки дані прогностичні значення температури повітря (вверху ліворуч), води (вверху праворуч), швидкості вітру (внизу ліворуч.), висоти хвилі (внизу праворуч) і розраховані значення інтенсивності обледеніння (всередині праворуч).

Контрольні запитання

1. Які причини викликають обмерзання суден?

2. Які види обмерзання спостерігаються і чому?

3. В яких одиницях вимірюється інтенсивність обмерзання?

4. Чи залежить інтенсивність обмерзання від типу судна?

5. Від яких факторів залежить обмерзання суден?

6. Охарактеризуйте умови обмерзання суден у Чорному морі.

7. Як скласти прогноз обмерзання морських суден?

Вихідні матеріали

1. Комплект фактичних і прогностичних карт (приземна карта, АТ-850, карта хвилювання) за зимовий місяць.

2. Прогностичні значення швидкості вітру, температури повітря над морем і температури води поверхні моря.

3. Значення солоності води на ділянці акваторії, для якої складається прогноз.

4. Калька з контуром ділянки моря, для якої складається прогноз обмерзання.

Завдання

Скласти прогноз обмерзання для різних районів Чорного моря (за вказівкою викладача) з урахуванням типу судна.

Методичні рекомендації

Побудова прогностичних карт проводиться в наступному порядку:

1. Для розрахунку очікуваного поля обмерзання вибирається декілька десятків характерних точок в залежності від акваторії та мінливості прогностичних значень метеорологічних величин.

2. За прогностичними картами полів вітру (V), хвилювання (Н_в), температури повітря (Т) над морем і температури води (Т_в) поверхні моря визначають величини V, Н_в, Т і Т_в в характерних точках шляхом інтерполяції.

3. За знайденими вище значеннями і солоністю води (S, ‰) на даній ділянці акваторії за допомогою номограми (рис. 9.9) визначають інтенсивність обмерзання.

4. За отриманими даними проводяться ізолінії інтенсивності обмерзання через 0,5 т·год^-1 і виділяються зони різного ступеню обмерзання: слабке, помірне, швидке.

Звітні матеріали

1. Результати оцінки інтенсивності обмерзання (в робочому зошиті).

2. Прогностична карта обмерзання (калька).