3) Виды движения воды в устьях рек. Типы течений в устьях рек по действующим силам.

Рассмотрим объем воды, испытавший движение в направлении уклона (рисунок, на нем наклонная поверхность, на которой квадрат, высота квадрата h, длина - ∆х, В – ширина, угол между наклоном поверхности и прямой линией – α, ось х направлена по движению квадрата. Из центра квадрата вниз стрелочка Fтяж, из центра квадрата по направлению движения стрелочка F_xтяж (F’g), в другую сторону Fтр). Движется объем со скоростью V, при движении не испытывает деформации. В движение его приводят две группы сил: объемные (массовые) и поверхностные. Еще все силы делятся на активные (вызывающие движение) и пассивные (возникающие при движении). Объемные силы (приложены к геометрическому центру). F=ma. 1) Fтяж (ее продольная составляющая): F’g=m*g*sinα=m*g*I – активная сила; 2)центробежная силa: Fц=ln(v²/r), где r – радиус кривизны. Пассивная сила, возникает при искривлении. 3) сила кориолиса: Fк=2m*v*ω*sinΦ, где ω – угловая скорость вращения Земли, v – скорость. Поверхностные силы: 1) нормальные (действуют по нормали): давление Р=рS, где р – удельное давление, р=ρ*g*h/2+р_атм; P на переднюю и заднюю грань может различаться из-за различия плотности: ∆Р=(∂ρ/∂х)*∆х*g*h/2*Sгрань (∆х – расстояние); 2) касательные – сила трения: T=τ*S, где τ – предельная касательная напряжения, S – площадь. Трение рассматривается двух видов: на поверхности воды и о дно. Tветра=τветра*Sверхней грани, где τветра=ρвоздуха*fветра*w²*cosβ; о дно: Fтрения=τдно*Sнижней грани, удельное напряжение дна – τдно=ρводы*fдно*v²ср, где fдно – коэффициент сопротивления дна. Изменение количества движения импульса (бред какой-то…) в открытых системах равно сумме всех внешних сил, действующих на систему: m*(dV/dt)=ΣF=F’g-Tдно±Тветра-∆Р; площадь – S=B*∆x, объем – V=B*∆x*h, масса m=B*∆x*h*ρ. dv/dt=∂v/∂t+v_x*(∂v/∂x). Далее подставим записанные ранее значения в наше уравнение: ρ*B*∆x*h[∂v/∂t+v_x*(∂v/∂x)]=ρ*B*∆x*h*g*I - B*∆x*ρводы*fдно*v²±B*∆x*ρвозд*fветр*w²*cosβ – (∂P/∂x)*∆x*g*h/2, затем разделим это выражение на (ρ*B*∆x*h*g), а также обозначим kветр=fветр*ρвозд/ρводы. В итоге выразим уклон и получим: I=(1/g)*(∂v/∂t)+(v_x/g)*(∂v/∂x)+(fдно/g)*(v²/h)±kветр*(w²*cosβ/g*h)+(∂P/∂x)*(h/2ρ). Уравнение движение для неустановившегося течения: I=(1/g)*(∂v/∂t)+(v_x/g)*(∂v/∂x)+(fдно/g)*(v²/h). Уравнение движения для установившегося движения: I=(1/c²)/(v²/h) (с-коэффициент Шези). Уравнение неразрывности для неразмываемого русла при отсутствии бокового притока: ∂Q/∂x+∂ω/∂t=0, если боковой приток есть: ∂Q/∂x+∂ω/∂t=q. Для устьев рек: I=(α1/g)*(∂v/∂t)+(α2*v_x/g)*(∂v/∂x)+(fдно/g)*(v²/h), где α1 и α2 – коррективы скорости (Коэффициента Бусинеска и Кориолиса). Виды течений в устьях рек: I=(1/g)*(∂v/∂t)+(v/g)*(∂v/∂x)+v*|v|/c²*h±kветр*(w2*cosβ/gh)+(∂P/∂x)*(h/2ρ). По устойчивости (изменчивости) течения: 1)неустановившееся движение (∂v/∂t≠0 и ∂v/∂x≠0); 2)установившееся движение (∂v/∂t=0). Если при этом ∂v/∂x≠0, то это неравномерное движение; 3)квазиустановившееся движение (∂v/∂t≈0). Также аналогично квазиравномерное. По действующим силам течения: 1)чисто гравитационное движение: I=v*|v|/c²*h (воздействуют Fтяж, Fтрения), v=±c*√(h*|I|); 2) чисто ветровое течение: v*|v|/c²*h=kветр*w²*cosβ/g*h, v=c*w*√(k/g); 3) чисто плотностные течения: v*|v|/c²*h=(h/2ρ)*(∂ρ/∂x), ∆ρ>>0, v=±c*h*√[(1/2ρ)*|∂ρ/∂x|]; 4)инерционные течения: (α2*v/g)*(∂v/∂x)=-v*|v|/c²*h, v_x=v₀*exp(-k*x/h), где к – декремент затухания. К инерционным относятся стоковые течения, движение речных вод на устьевом взморье); 5) гравитационно-ветровые течения: I=v*|v|/c²*h±kветр*w²*cosβ/g*h, v=±c*√(h*|I+kветр* w²*cosβ/g*h|), kветр=3,36*10^-6; 6)гравитационно-плотностные течения: I=v*|v|/c²*h+(h/2ρ)*(∂ρ/∂x); v=±c*√[h*|I-(h/2ρ)*(∂ρ/∂x)]; 7)инерционно-гравитационно-плотностное: случай динамики на отмелом устьевом взморье при отсутствии ветра, но при сохранении уклонов и градиентов плотности); 8)инерционно-гравитационное: не учитываем ветер и плотность.