СОДЕРЖАНИЕ
Осноныс условные обозначения................................................ 4
Введение.................................................................... 5
Глава I. Общие положения.................................................... 16
Глава 2. Общая характеристика исследовательских полигонов и
проведенных наблюдений............................................. 23
2.1.1 Іолигоньї бссприливного моря.......................................... 24
2.1.1. Анапа................................................................ 24
2.1.2. Любягово............................................................. 26
2.1.3. Донузлав............................................................. 29
2.1.4. Камчия, Шкорпиловцы.................................................. 30
2.2. Полигон приливного моря залив Байя-Бланка.............................. 34
2.3. Заключение по главе.................................................... 36
Глава 3. Методика исследования литодинамических процессов................... 38
3.1. Основы методики лабораторного эксперимента............................. 38
3.2. Средства и методы натурных исследований................................ 40
3.2.1. Методические основы наблюдений за развитием деформаций дна........... 40
3.2.2. Методика наблюдений за взвешенными наносами.......................... 42
3.2.2.1. Условия натурных наблюдений и требования к методам................. 42
3.2.2.2. Методы измерения концентрации взвешенных наносов................... 44
3.2.2.2.1. Методы измерения без отбора проб................................. 45
3.2.2.2.2. Батометрические методы........................................... 51
3.2.3. Методика измерения концентрации взвешенных наносов................... 54
3.2.3.1. Измерения с помощью батометров длительного наполнения.............. 54
3.2.3.2. Измерения с использованием наносонакопителей....................... 62
3.2.3.3. Особенности наблюдений с помощью накопителей за движением
наносов, взвешенных течением........................................ 78
3.3. Методика определения состава отобранных проб........................... 79
3.4. Некоторые вопросы постановки натурных наблюдений....................... 95
3.4.1. Общие положения...................................................... 95
3.4.2. Наблюдения с помощью интегральных постов............................. 96
3.4.3. Наблюдения с помощью управляемых постов.............................. 97
3.4.4 Наблюдения с помощью обслуживаемых постов............................. 97
3.4.5. Методика оценки влияния сооружений на динамический режим в их окрестности............................................................. 97
3.5. Заключение но главе.................................................... 101
Глава 4. Условия начала движения наносов.................................... 104
4.1. О возможности прогноза начала движения наносов.......................... 104
4.2. Модели начальной стадии движения частиц но дну......................... 113
4.2.1. Традиционные модели трогания частиц.................................. из
2
4.2.2. Модели трогания основанные на представлениях о «взрывных»
явлениях............................................................... 116
4.2.2.1. Некоторые особенности движения в донном пограничном слое над проницаемым дном............................................................. 116
4.2.2.2. Модель фильтрационного взвешивания частиц............................. П9
4.2.2.3. Модель опрокидывания................................................. 123
4.3. Заключение по главе...................................................... 127
129
Глава 5. Динамика песчаных микроформ........................................
5.1. Формы донного рельефа в прибрежной зоне................................ 129
5.2. Область существования активных рифелей................................... 133
5.3. Параметры активных рифелей............................................... 143
5.4. Размеры пассивных форм, оценка возможности иалсодинамических реконструкций............................................................ 152
5.5. Заключение по главе...................................................... 154
Глава 6. Динамика взвешенных песчаных наносов................................. 156
6.1. Роль взвешенных наносов в динамике прибрежной зоны, задачи их изучения................................................................. 156
6.2. Основные подходы к задаче о движении взвешенных твердых частиц в
потоке.................................................................... 158
6.2.1. О возможности использования методов классической механики............ 159
6.2.2.11редставление взвесенесущего потока в виде двухфазного дисперсоида 160
6.2.3. Диффузионные модели взвесенесущего потока.............................. 163
6.3. Распределение наносов взвешенных стационарным течением................... 166
6.4. Распределение наносов, взвешенных приливным течением..................... 185
6.4.1. Модели первого приближения...........................................
6.4.2. Модели второго приближения............................................. 190
6.4.3. Сравнение с экспериментом.............................................. 192
6.5. Динамика взвешенных наносов в береговой зоне бесприливного моря 197
6.5.1. Основные представления о распределении взвешенных наносов в
береговой зоне в условиях шторма......................................... 197
6.5.1.1. Распределение характеристик концентрации и состава взвешенных
наносов за шторм в целом.............................................. 198
6.5.1.2. Изменчивость характеристик концентрации и состава взвешенных
наносов в ходе шторма................................................. 203
6.5.1.3. Некоторые особенности распределения концентрации взвешенных
наносов на участке обрушения волн..................................... 209
6.5.1.4. Краткое обсуждение итогов раздела 6.5.1.............................. 212
6.5.2. Расчет распределения концентрации наносов, взвешенных
неразрушенными волнами................................................. 213
6.5. Взвешивание наносов совместным действии волн и течения................... 224
6.6. Заключение по главе...................................................... 228
Заключение.................................................................... 231
Литература................................................................... 236
3
Глава 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ПОЛИГОНОВ И ПРОВЕДЕННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Ввиду разнообразия условий в прибрежной зоне, многообразия, сложности и взаимосвязанности протекающих в ней динамических процессов, многие из которых изучены недостаточно для лабораторного моделирования, натурным экспериментам принадлежит и по-видимому будет принадлежать ведущая роль в изучении динамики этой части океанской акватории.
В распоряжении исследователей есть и было довольно много судовых наблюдений “спокойной погоды”, не решающих большинства проблем прибрежной зоны, скелет которой формируется экстремальными ситуациями. Основная цель создания исследовательского полигона - обеспечить возможность проникновения в среду в условиях интенсивной диссипации энергии и без заметных искажений протекающих процессов, возможность проследить трансформацию процессов в пространстве и во времени.
Исходя из современного уровня знаний о литодинамических процессах прибрежной зоны, можно полагать, что круг задач, решаемых на исследовательских полигонах весьма широк. Это, прежде всего, создание обоснованных представлений о динамических процессах, которые позволили бы корректно ставить задачу их физического и математического моделирования. Затем уже - проверка, корректировка, адаптация и установление 01раничений на разработанные модели. И, наконец, еще одно предназначение полигонов - обеспечение работ но развитию и совершенствованию методов наблюдений, тарировок и испытаний приборов, и не в последнюю очередь, весьма важных испытаний надежности их работы в сложных условиях.
Полигоны можно разделить на временные и стационарные, они могут предназначаться для решения региональных задач и для исследований по общим проблемам динамики прибрежной зоны. Учитывая многообразие динамических процессов в прибрежной зоне, организаторы исследовательских полигонов предназначенных для последних задач, как правило, стремятся выбирать для них наименее сложные -транзитные или слабоизменяющиеся участки побережья с прямолинейной береговой линией и параллельными ей изобатами. Тогда эксперимент на хорошо оборудованном и оснащенном полигоне и но точности может в значительной степени приближаться к лабораторному.
Первые полигонные исследования динамики прибрежной зоны выполнялись еще в тридцатых годах Скрипсовским институтом (Калифорния) с массивного трсхсотмстрового пирса, и им мы обязаны первым представлениям о сезонном ходе изменений профиля дна (Лонгинов, 1963). Затем в пятидесятые годы в на Анапской пересыпи велись комплексные наблюдения с подвесной тросовой дороги, снабженной люлечиым устройством (рис. 2.1). Несмотря на невысокую надежность сооружения и ограниченные возможности работы с него, эти работы в значительной мере способствовали развитию представлений о процессах прибрежной зоны (Зенкович, 1962, Лонгинов, 1963, Лйбулатов, 1966,), поскольку подвесная дорога все же предоставила возможность “проникновения” в шторм (хоть и не сильный).
23
Рис. 2.1. Схема подвесной тросовой дороги на Анапской пересыпи
Для решения этой же задачи - ‘'проникновения" в шторм или в интенсивное течение -и создавались полигоны, результаты исследований на которых приводятся ниже1.
Наблюдения, описываемые в последующих разделах, проводились на полигонах разной степени соответствия основной цели и разной оснащенности, соответственно, и вклад их в общий итог различен. Однако, они заметно различались по физико-географическим условиям, что позволило обеспечить достаточно широкие диапазоны исследуемых параметров.
4.1. Полигоны бесприливного моря
4.1.1. Анапа
Временный исследовательский полигон, представлял собой три створа рамных постов, отстоящих друг от друга на 500 м. Поегы установливались на глубинах 4, 7, 10, 15 и 20 м (рис. 2.2) и оснащались батометрами-накопителями. Полигон находился на слабоаккумулятивном участке Анапской пересыпи, представляющей собой слабо вогнутую дугу, с песчаными дюнами и широким пляжем. Бережнее постов, на подводном склоне хорошо выраженные, типичные для отмелых берегов валы, сложенные мелкозернистым кварцевым песком с небольшой иримссыо ракуши. Средние уклоны дна в зоне валов составляет 0.015, далее до глубины 15 м он постоянен и равен 0.006. а от 15 до 25 м он лишь 0.003. Расположение полигона почти совпадает с таковым старой подвесной дороги, выбор места отчасти и определялся намерением проследить возможные изменения либо зафиксировать стабильность морфо- и литодинамической обстановки.
1 Мы не ставим здесь задачи описания других полигонов и сопоставления их с нашим. Отчасти это сделано в монографии Т.Басиньского (Ва$т$ку, 1989), и из его анализа следует, что лучшие из использованных нами полигонов соответсгвуют мировому уровню оснащения натурных наблюдений.
24
- Київ+380960830922