5.6 Динамічні явища
Течії. Залежно від причин виникнення течії поділяються на стокові, вітрові і компенсаційні.
Стокові течії виникають під впливом припливу річкових вод в озеро і відпливу озерних вод у річку. В обоз випадках утворюється похил водної поверхні в озері, внаслідок якого і відбувається рух води.
Течії, які виникають у гирлах приток, у міру просування до відкритої частини озера змінюють свій напрямок і поступово затухають. Залежно від співвідношення густини озерної і річкової води течії поширюються або по поверхні озера, або занурюються в глибину. В проточних витягнутих озерах стокові течії спостерігаються вздовж всієї довжини.
Стокові течії мають сезонну періодичність, що викликано коливанням водності річок на протязі року. Швидкості стокових течій в більшості випадків не перевищують 0,3 м/c.
Вітрові (дрейфові) течії в озерах відзначаються великою несталістю. Режим їх дуже тісно пов’язаний з режимом переважаючих у даному районі вітрів. Залежно від сили вітру, об’єму водної маси, конфігурації берегів, розмірів озерної улоговини, наявності островів тощо вітрові течії можуть поширюватися на різні глибини, а іноді (на малих озерах) охоплювати всю водну масу і досягати дна. Очевидним є зв’язок вітрових течій із згінно-нагінними явищами.
Компенсаційні течії - це супутні прояви горизонтального змінення рівнів. Відповідний похил вільної поверхні приводить до глибинної або поверхневої (вздовж берегів) компенсаційної течії.
У більшості випадків компенсаційні течії пов’язують із згінно-нагінними явищами і відповідними вітровими течіями, але причиною їх можуть також бути горизонтальний градієнт тиску (бароградієнтні течії), сейші (сейшеві течії), горизонтальний градієнт густини (густинні течії), стокові течії і навіть хвилі.
Після виникнення течія підпадає під вплив другорядних сил: сили тертя (внутрішнього, об дно і береги озера), сили Коріоліса, відцентрової сили.
Хвилювання. Хвилювання - один з найбільш поширених видів коливального руху води, коли частки води рухаються по замкнутих або майже замкнутих траєкторіях, виконуючи вертикальні і горизонтальні переміщення.
Хвилі характеризуються: висотою, довжиною, періодом, швидкістю розповсюдження (фазовою і орбітальною), крутизною, положенням фронту і напрямком розповсюдження.
Висота хвилі h- це перепад рівнів між гребенем і підошвою хвилі, який дорівнює половині амплітуди.
Довжина хвилі λ - найкоротша горизонтальна відстань між двома сусідніми гребенями або підошвами.
Період хвилі г- це час одного обертання частки по її орбіті, іншими словами, це час між проходженням двох послідовних гребенів через одну й ту ж точку простору.
Фронт хвилі – це лінія, що проходить вздовж гребенів хвилі нормально до напрямку переміщення хвильового профілю.
Напрямок розповсюдження хвилі - це напрямок звідки йде хвиля (азимут у градусах або румбах).
По формі хвилі поділяють на двовимірні, які мають велику довжину гребеня, і тривимірні, довжина гребеня яких приблизно збігається з довжиною хвилі.
Залежно від того, рухається профіль хвилі вздовж вільної поверхні чи бере участь тільки у вертикальних коливаннях, їх поділяють на поступальні і стоячі. Стоячі хвилі - це результат інтерференції поступальних хвиль, які рухаються в різних напрямках.
На озерах короткі хвилі виникають під впливом вітру, тобто під дією тангенціального тертя і нормального тиску
повітряних мас, що рухаються над вільною поверхнею. Форма хвиль неправильна, тривимірна. Навітряний схил хвилі крутіший, ніж підвітряний. Крутизна хвиль у середньому дорівнює 0,1.
Глибина поширення хвиль від вітру на озерах обмежується кількома метрами, на найбільших - 20 м.
В природних умовах довші хвилі наздоганяють коротші. Між ними виникає інтерференція, і завдяки цьому утворюються групи хвиль. Вони рухаються з так званою груповою швидкістю, яка не збігається з фазовою швидкістю окремих хвиль.
При переході хвиль на малі глибини спостерігається явище рефракції, тобто хвилі змінюють свій напрямок і фронт прагне зайняти положення, паралельне берегу. Це пов’язане з тим, що ділянки фронту хвилі, розташовані ближче до берега, рухаються повільніше, ніж ті, що не дійшли до малих глибин. При рефракції відбувається зміна довжин, висот і крутизни хвиль.
Після припинення дії вітру або горизонтального градієнту тиску водна маса озера намагається повернутися до стану рівноваги і внаслідок цього набуває коливального руху. Виникають затухаючі стоячі хвилі (сейші). При сейшах у водоймі завжди є одна або кілька точок із постійними рівнями. Ці точки називаються вузлами. Залежно від кількості вузлів сейші бувають одновузлові та багатовузлові. На відміну від вузлів, на озері є кілька точок, де рівень досягає максимального значення, - це пучності.
Періоди сейшів можна приблизно визначити за формулою
(5.5)
де n – число вузлів, Lоз – довжина озера.
Сейші - це вільні коливання, тому їх вивчення пов’язане з резонансними явищами в озерах, бухтах або затоках, коли період вимушених коливань збігається з періодом вільних коливань. Резонансні явища можуть утворювати коливання з дуже великими амплітудами.