Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

9.2.3: Гідравлічні граничні умови та геометричні елементи керування

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    1093

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Гідравлічні граничні умови мають вирішальне значення для визначення морфології приливних басейнів та водозаборів. Важливим є не тільки відносне домінування хвиль або припливів, але й інші гідравлічні умови також контролюють морфодинамічну поведінку. У той же час морфологія басейну впливає назад на гідравлічні умови. Завдяки цьому механізму зворотного зв'язку басейн по суті визначає власну еволюцію, хоча зовнішні умови, такі як наявність осаду та штормові сплески, також відіграють певну роль.

    Наступні геометричні та гідравлічні елементи управління будуть додатково пояснені в цьому розділі:

    1. Площа поверхні басейну в поєднанні з приливним діапазоном визначають в принципі приливну призму (Intermezzo 9.3), обсяг води, яка повинна надходити і виходити через вхідний отвір протягом одного приливного циклу (виключаючи будь-яку прісну воду). Для короткого басейну 2 його зазвичай оцінюють шляхом множення середньої площі поверхні лиману на середній приливний діапазон в лимані. Це справедливо лише в разі незначного річкового стоку, оскільки річковий потік також сприятиме наповненню басейну. Емпірично виявлено приливну призму для визначення рівноважності, або мінімальної стабільної площі каналу поперечного перерізу вхідного отвору (Sect. 9.5.2). Площа поперечного перерізу каналу і обсяг (Sect. 9.6.2), а також обсяг піску, що зберігається в дельті відливів (Sect. 9.4.3) також були емпірично пов'язані з приливною призмою;
    2. Морфологічно активна частина басейнів складається з більш глибоких ділянок, де потік концентрується під час нижчих рівнів приливних вод, і приливних квартир, які покриваються під час вищої води і піддаються впливу під час нижньої води. Через різну геометрію (площа поверхні, глибини води) під час відливу та припливу прилив поширюється з різною фазовою швидкістю (див. 5.7.4) ніж відлив. Це може або посилити, або послабити величину максимального потоку повені порівняно з максимальним потоком відливів (і, таким чином, скоротити або подовжити тривалість повені порівняно з тривалістю відливу). Це призводить до чистого імпорту або чистого експорту осаду відповідно і, отже, керує морфологічним розвитком басейну в часі. Важливими елементами керування для припливних спотворень є поверхневі ділянки на низькій та високій воді та середня глибина води на високій та низькій воді, обидва з яких визначаються поєднанням припливного діапазону, глибини каналу та міжприливних складських зон або квартир (див. Розділ. 9.7.2);
    3. Приливні хвилі, що поширюються в басейни, можуть бути як прогресивними, так і стоячими, або сумішшю двох, залежно від довжини басейну (див. Розділ. 5.7.3). Довжина приливних басейнів, як правило, набагато коротша, ніж довжина хвилі приливів. У коротких приливних басейнів приливна хвиля відбивається і вона має стоячий характер. Приливний діапазон в басейні має аналогічну величину, як і у відкритому морі. У довших басейнів резонанс може виникнути, коли довжина басейну становить приблизно чверть довжини хвилі припливу (або кратна цій). Тоді амплітуда припливів збільшиться. Чим довше басейн, тим більше приливна хвиля гасить тертям. Отримане в результаті ослаблення відбитої хвилі, запевняє, що приливна хвиля має більш сильний поширюється характер;
    4. У дуже коротких басейнів (довжина набагато менша за довжину приливного резонансу) поєднання припливного діапазону, глибини каналу та міжприпливних зон зберігання або квартир призводить до іншого типу асиметрії, ніж асиметрія між відливами та тривалістю затоплення (див. У випадку з коротким басейном тривалість зміни потоку різна при HW і при LW-слабкому (див. Розділ. 5.7.4). Як ми обговоримо пізніше, ця асиметрія має велике значення для чистого транспортування дрібного осаду в басейні (Sect. 9.7.3).

    Інтермеццо 9.3 Приливна призма

    Приливна призма визначається як обсяг води, що надходить у приливний басейн під час припливу паводку і знову залишає басейн під час відливів. Нехтуючи відтоком прісної води, приливна призма\(P\) дорівнює половині тимчасового інтегралу припливу і відтоку під час припливного циклу:

    \[P = \dfrac{1}{2} \int_{0}^{T} |Q(t, 0)| dt\label{eq9.2.3.1}\]

    з\(Q(t, 0)\) приливним скиданням у вхідному отворі басейну.

    Для короткого басейну розмір басейну невеликий порівняно з довжиною приливної хвилі, таким чином, що просторовою зміною рівня води в басейні можна знехтувати (Sect. 5.7.3). Від ур. 5.7.3.15, маємо\(Q(t, 0) = \partial \eta_0 /\partial t A_b\)\(A_b\) з площею поверхні басейну. При цьому Eq. \(\ref{eq9.2.3.1}\)може бути наближений як\(P = A_b H\). Тому приливну призму часто оцінюють шляхом множення середньої площі поверхні басейну на середній приливний діапазон\(H\) в басейні.

    Для більш довгих басейнів просторовою зміною рівня води в басейні не можна нехтувати і повним еквалайзером. \(\ref{eq9.2.3.1}\)повинні бути обчислені. Також для досить довгих басейнів приливна хвиля може проявляти (частково) малюнок стоячої хвилі з вузлами і антинодами в поверхневому піднесенні і розряді (рис. 5.63). Вузол зливу в певному місці означає, що вода не обмінюється через цей переріз під час припливного циклу. Як наслідок, тільки частина басейну від вхідного отвору до антінода сприяє приливної призмі. Приклад наведено в додатку. Е.

    2021-11-25 пнг
    Малюнок 9.5: Модель динаміки припливів Вадденського моря, що відображає типи приливних переходів та зони вантиду. Рух припливу на Північному морі відбувається зліва направо.

    У спокійних умовах можна вважати, що такий басейн, як Ваттове море, складається з декількох басейнів - кожен зі своєю «власною» приливною призмою - розділених приливними поділами або вододілами (рис. 9.5).

    2. Спробуйте відповісти на наступне питання: чому цей метод оцінки приливної призми підходить тільки для короткого басейну? Див. також Інтермеццо 9.3 та Додаток. Е.