5.7.4: Приливна асиметрія

У секті. 5.3 було описано, як вітрові хвилі, що поширюються до берега, стають все більш асиметричними до точки розриву хвилі. Ми бачили, що цей процес мілководства характеризується:

• збільшення амплітуд;
• пікірованіе гребеня хвилі і сплющення жолоба, і;
• відносне закручування особи, що призводить до нахиленої вперед форми хвилі.

Малюнок 5.65: Приливні криві для рівня води, швидкості потоку та скиду для декількох голландських басейнів. (Дані скопійовані з Dronkers, 1986).

Порівняні ефекти виникають для припливного розмноження в басейні. Це проілюстровано на рис. 5.65 для ряду приливних басейнів у Нідерландах.

Коли приплив поширюється вгору по лиману, глибина води та ширина басейну змінюються. Замішування і звуження лиману уповільнює просування приливної хвилі, збільшуючи її амплітуду по осі каналу. Тертя з іншого боку зменшить амплітуди. Чистий ефект залежить від ситуації. Далі розвивається приливна асиметрія. Як результат, в більшості приливних басейнів приливні криві рівня води та швидкості потоку (або скиду) сильно відрізняються від синусоїдальної кривої.

Малюнок 5.66: Поширення припливів вздовж басейну (\(x\)-осі) у разі більш швидкого поширення Високої води (HW) щодо поширення Низької води (LW). Період зростання стає все меншим, ніж період падіння. Діаметр розвивається, коли період підйому зводиться до нуля (або коли висока вода «наздоганяє» з низькою водою).

Спочатку розглянемо ситуацію призматичної припливної річки або басейну без приливних складських територій. Також нехтуємо відображенням з голови. При відсутності тертя швидкість поширення задається\(c = \sqrt{gh} = \sqrt{g(h_0 + \eta)}\). Ми також можемо записати швидкість поширення як\(c = \sqrt{gA_s/b}\). Без міжприливних зон зберігання високий і відлив використовують однакові канали, а швидкість поширення припливу\(c = \sqrt{g(h_0 + a)}\) більша, ніж у відливу\(c = \sqrt{g(h_0 - a)}\). Таким чином, можна очікувати, що період зростання буде коротшим за період падіння (див. Рис. 5.66). Значить, приливна хвиля стає спотвореною, з крутим вертикальним обличчям.

В крайньому випадку, в результаті певних батиметричних умов, крута вертикальна грань може набувати вигляду стіни води, що рухається вгору по басейну. Це викликає практично миттєвий підйом рівня води при проходженні стінки води (див. Рис 5.66). Це явище називається приливним отвором (див. Інтермеццо 5.7). При моделюванні поверхні при розривних хвиль часто проводиться аналогія з отвором.

Тертя дає додаткове уповільнення відливу щодо припливу, оскільки відлив «відчуває» дно більше. У приливних річках цей ефект ще більший; оскільки швидкість течії річки і швидкість припливного потоку мають аналогічний порядок, швидкість течії і, отже, тертя набагато більше при максимальному відливі, ніж при максимальному потопі.

Малюнок 5.67: Поширення припливів вздовж басейну (\(x\)-осі), що показує більш швидке поширення HW щодо поширення LW. HW гасне менше тертям, ніж LW. Це особливо вірно, якщо через річковий скид швидкість течії при відливах значно вища, ніж при повені.

Тертя також спричиняє демпфування амплітуди, яка сильніша під час відливів навколо LW, ніж під час повені навколо HW. Переважне демпфування ЛВ зображено на рис.5.67. Це призводить до асиметрії піднесення поверхні навколо горизонтальної осі (позитивно перекошений сигнал).

Інтермеццо 5.7 Приливний отвір

Малюнок 5.68: Глядачі спостерігають за приливним отвором у лимані Цяньтан, Китай. Фото Марселя Ж.Ф.

Малюнок 5.69: Приливний отвір на річці Ніт, Шотландія. Фото Річарда Лонга.

Деякі річки, розташовані на сухопутному кінці лиману, відчувають екстремальне залежне від припливу стан - приливний отвір, різке і мігруюче підйом рівня води (рис. 5.68 і 5.69). Приливні отвори можуть завдати великих незручностей для руху суден. У цих випадках портова влада намагаються викорінити зануду, змінюючи форму та глибину лиману.

Нудоти рідкісні, утворюються лише в особливих обставин, які залежать від приливних умов і морфології лиману. Діаметр у річці Труро затоки Фанді, як правило, має висоту лише близько півметра. У бухті Сен-Мало на північному узбережжі Франції, бухті з другим за величиною в світі приливним діапазоном, отвір рідко перевищує метр у висоту. Великі приливні свердловини трапляються в річці Арагуарі в системі Амазонки та в лимані Цяньтан в Китаї. Провід сягає\(5\ m\) в річці Арагуарі і майже такої висоти в Цяньтані. У бразильській Амазонії приливні отвори відомі як поророка.

Повінь- і відливи домінування

У випадку без тертя і без відбиття від голови вертикальні і горизонтальні припливи знаходяться в фазі. В результаті горизонтальний відлив демонструє подібну асиметрію пиляного зуба, як вертикальний відлив. Тривалість затоплення ідентична тривалості відливу, а швидкості відливів рівні швидкостям затоплення.

Через ефект тертя ми можемо очікувати зсуву фаз між вертикальним і горизонтальним припливом, який збільшується вглиб території. В крайньому випадку горизонтальний приплив веде вертикальний приплив на різницю фаз\(\pi /2\) (див. 5.54), коротший період зростання безпосередньо відповідає меншій тривалості повені, ніж тривалість відливів. За відсутності інших неприливних форсувань або річкових скидів середній розряд чистого припливу повинен бути нульовим, навіть якщо приливний струм асиметричний. Тому менша тривалість затоплення означає, що максимальні швидкості затоплення вище максимальних швидкостей відливу.

Системи, в яких максимальні швидкості затоплення вище максимальних швидкостей відливу, називаються паводково-домінуючими. Якщо максимальні швидкості відливу вище, ми говоримо про відливо-домінування. Домінування повені можна очікувати при великому припливі (а точніше великому співвідношенні амплітуди припливів над глибиною води\(a/h\)). У цьому випадку поширення високої води відбувається швидше, ніж низькою, і, таким чином, період підйому коротший, ніж період падіння. Результат - більш висока швидкість, менша тривалість повеней. Цей ефект посилюється для довших басейнів.

Повеневому домінанню можна протидіяти наявністю річкового потоку, що збільшує спрямовані в море швидкості (див. Рис. При незначному річковому стоку наявність міжприливних складських територій протидіє домінанню повені. У багатьох приливних басейнів присутні міжприливні квартири, які падають сухими і знову затоплюються під час приливного циклу. Невеликі глибини води на цих міжприливних болотах і квартирах призводять до того, що приплив поширюється повільніше, ніж відлив. На це іноді вказує співвідношення об'єму міжприпливного зберігання над об'ємом каналу\(V_s/V_c\) (Friedrichs & Aubrey, 1988). Dronkers (1986, 2005) використовує інший показник, а саме. Площа вологої поверхні на HW над вологою поверхнею на LW:\(S_{HW}/S_{LW}\).

EBB-домінування ще більше посилюється тим фактом, що рівень води, усереднений за період повені, як правило, вище, ніж усереднений за період відливів. Оскільки під час відливів скидання аналогічний скиду під час паводку, то швидкості відливів повинні бути в середньому більше через меншого перетину потоку (при однакових тривалості затоплення і відливу).

Підсумовуючи, домінування відливів означає, що відлив має вищі максимальні швидкості та меншу тривалість, ніж повінь, тоді як домінування повені стосується більшої швидкості, меншої тривалості повеней. Велика амплітуда припливів і неглибокі канали підсилюють домінування повені. Великий об'єм міжприпливного зберігання (порівняно з об'ємом каналу) підсилює домінування ebb. Це показує нам, що геометрія басейну контролює приливні спотворення.

Пилоподібна асиметрія горизонтального відливу

Поки ми в основному згадували скошеність (повінь або відлив домінування) горизонтального припливу. Горизонтальний приплив також може відображати асиметрію пиляного зуба. У разі короткого басейну (довжина значно менше чверті відливної довжини, з амплітудами вхідної і відбитої приливної хвилі того ж порядку) це буде домінуючою формою асиметрії.

У короткому басейні різниця фаз припливів між морським та сухопутним кінцем незначна. Далі, в короткому\(u\) басейні\(\eta\) і знаходяться поза фазою; низька слабкість води (переворот потоку від відливів до повені) відбувається при низькій воді, а висока слабкість води (переворот потоку від повені до відливів) відбувається при високій воді. На слабку воду\(d\eta /dt = 0\). Швидкість зміни швидкості\(du/dt\) навколо слабкої води пропорційна площі приземного басейну\(A_b\) і обернено пропорційна перетину каналу\(A_s\) (це можна знайти за допомогою Eq. 5.7.3.15).

Розглянемо короткий басейн з неглибокими каналами і невеликими квартирами, що пропонують зберігання. Поперечний переріз\(A_s\) каналу навколо HW набагато більше, ніж на LW. Як наслідок, швидкість зміни швидкості при високій слабкості води менша; тривалість провисання HW-довша, ніж тривалість\(L_W\) провисання.

З іншого боку, в басейні з великими сховищами, що пропонують приливні квартири та глибокі канали, Ab набагато більший навколо HW, ніж навколо LW. В результаті зміна швидкості потоку навколо слабини HW значно більша відносно слабини LW; тривалість провисання HW коротша, ніж тривалість провисання LW.

Вплив припливу на море

Асиметрія зміни швидкості в приливному басейні буде сильно залежати від зміни рівня води припливу в морі. Це особливо стосується коротких басейнів, а в меншій мірі також для довших басейнів. Більш швидке підвищення рівня води, ніж падіння в море, спричиняє вищі швидкості потоку потоків, ніж швидкості припливу в басейні і навпаки. Тривала тривалість HW в морі спричиняє тривалу тривалість води HW-Slack і коротку тривалість HW в морі коротку тривалість HW-слабкої води. Це так само тримається і для низької води.

Малюнок 5.70: Приливна варіація рівнів води вздовж голландського узбережжя та в прилеглих басейнів (дані https://waterinfo.rws.nl/). Орієнтовний час для кожної станції відповідає першому LW 3 жовтня 2019 року. Зверніть увагу, що коротший період зростання, ніж період падіння на морі, спричиняє більш високі потопи, ніж швидкості відливів у басейні. Більш короткий період падіння має зворотний ефект.

Деформація приливної хвилі вздовж узбережжя впливає на асиметрію відливів повені в прилеглих приливних басейнів і, отже, на сітчастий транспортування осаду всередину або в море і морфологічну еволюцію. Рис. 5.70 ілюструє приливні варіації для голландського узбережжя та прилеглих приливних басейнів; це показує, як морська приливна асиметрія переноситься в басейни.

(Попередній перегляд) актуальність для транспортування осадів

Асиметрії горизонтального припливу мають надзвичайне значення для транспортування чистого осаду. Перший тип асиметрії, перекосу або асиметрії щодо горизонталі, важливий для транспортування залишкового (чистого) осаду в районах, де переважають припливи (переважно приливні вхідні системи). Наприклад, якщо максимальна швидкість потопу перевищує швидкість відливу, швидше за все, відбудеться перенесення залишкового осаду у напрямку повені, оскільки транспортування осаду реагує нелінійно на швидкість. Отже, домінування повені передбачає залишковий транспорт у напрямку повені. Для середнього та грубого осаду це домінуючим ефектом. Відзначимо, що таким же чином короткохвильовий перекіс на прибережжі (див. Рис. 5.14) призводить до мережевого транспорту в напрямку поширення хвилі. Глави 6, 7 та 9 приділяють належну увагу транспорту через перекос сигналу швидкості як у середовищах, що переважають хвиль, так і в припливах.

Системи, що домінують від повені, мають тенденцію імпортувати осад (припускаючи, що транспорт є силовою функцією швидкості, див. 9.7.2). Як наслідок, вони, як правило, стають дрібнішими, а їхні канали мають тенденцію до заповнення. EBB-домінування, з іншого боку, призводить до чистого морського транспорту, який, як правило, утримує канали глибоко. EBB-домінуюча поведінка є важливим драйвером для формування приливного басейну в прибережних низині після прориву бар'єру. Це далі розглядається в секті. 9.7.2.

Другий тип асиметрії (навколо вертикалі) впливає на залишковий транспорт для дрібного осаду у водозабірних отворах і басейнів. Це пов'язано з тим, що штрафам потрібен час, щоб осісти; дрібні відкладення дозволяється депонувати, якщо тривалість слабини досить велика. Для асиметрій навколо вертикалі тривалість провисання не дорівнює; якщо, наприклад, тривалість слабкості HW (перед відливом) довша за тривалість слабкості LW (перед потопом), сильніше осідання відбувається безпосередньо перед перетворенням потоку до відливу. Ми побачимо в секті. 9.7.3 що це призводить до чистого транспортування штрафів у напрямку повені.