География и геология / 3. Гидрология и водные ресурсы
Анахов П. В.
ФОП, Україна
Визначення умов збудження сейшів
Дія довгоперіодних
стоячих хвиль у водоймах не відноситься до безперервних процесів. Для прикладу
в таблиці 1 представлено відомості щодо повторюваності сейшів озера Байкал, в
таблиці 2 – відомості щодо повторюваності сейшів у центральній частині Каховського
водосховища.
Таблиця 1
Повторюваність Байкальських сейшів (середні дані за 1914-17 рр.) [1]
|
Місяць |
f=0,216 cph |
f=0,392 cph |
f=0,684 cph |
f=1,000 cph |
f=1,364 cph |
|||||
|
днів |
% |
днів |
% |
днів |
% |
днів |
% |
днів |
% |
|
|
Січень |
25,3 |
82 |
1,6 |
5 |
0,0 |
0 |
20,3 |
65 |
0,0 |
0 |
|
Лютий |
28,3 |
100 |
2,0 |
7 |
0,0 |
0 |
21,0 |
74 |
0,0 |
0 |
|
Березень |
26,3 |
85 |
0,7 |
2 |
0,3 |
1 |
22,3 |
72 |
0,3 |
1 |
|
Квітень |
26,0 |
87 |
2,0 |
7 |
0,0 |
0 |
22,3 |
74 |
0,0 |
0 |
|
Травень |
25,0 |
81 |
1,0 |
3 |
0,0 |
0 |
9,1 |
29 |
0,0 |
0 |
|
Червень |
27,3 |
91 |
3,0 |
10 |
0,3 |
1 |
7,7 |
26 |
0,0 |
0 |
|
Липень |
25,0 |
81 |
7,0 |
23 |
0,0 |
0 |
6,0 |
19 |
0,0 |
0 |
|
Серпень |
25,3 |
82 |
1,3 |
4 |
1,0 |
3 |
8,3 |
27 |
0,2 |
1 |
|
Вересень |
25,0 |
83 |
1,3 |
4 |
1,0 |
3 |
5,3 |
18 |
0,0 |
0 |
|
Жовтень |
23,0 |
74 |
3,0 |
10 |
0,6 |
2 |
5,0 |
16 |
0,0 |
0 |
|
Листопад |
23,3 |
78 |
2,0 |
7 |
0,0 |
0 |
20,0 |
67 |
0,0 |
0 |
|
Грудень |
25,3 |
82 |
0,0 |
0 |
0,0 |
0 |
20,5 |
66 |
0,0 |
0 |
|
Середнє за рік |
25,4 |
84 |
2,1 |
6,8 |
0,3 |
1 |
14,0 |
46 |
0,0 |
>0 |
Сейшам властиві
виражені етапи діяльності: раптове виникнення, існування, поступове згасання.
Схильність водойм до збудження сейшів демонструється резонансними властивостями
водойм. Частоти f власних коливань
закритих водойм декількох простих геометричних форм при постійній ширині
представлені в таблиці 3.
Таблиця 2
Кількість і загальна тривалість сейшів Каховського водосховища в літні
місяці 1970-1971 рр. [2]
|
f, cph |
Коливання сейшів у 1970 р. |
Коливання сейшів у 1971 р. |
||
|
К-ть коливань |
Тривалість, год. |
К-ть коливань |
Тривалість, год. |
|
|
0,069-0,111 |
13 |
156 |
12 |
144 |
|
0,118-0,200 |
37 |
251 |
67 |
456 |
|
0,204-0,357 |
129 |
504 |
164 |
640 |
|
0,370-0,500 |
14 |
33 |
11 |
26 |
|
0,526-1,000 |
21 |
31 |
42 |
63 |
Показано, що власні
коливання водойми можуть збуджуватися одиничним раптовим імпульсом зовнішньої
по відношенню до водойми сили [4]. Спостережено, що імпульсом зовнішньої сили
звичайно є виникнення довгоперіодної хвилі (похилу водної поверхні на значній
площі), що може обумовлюватися наступними причинами: різкі зміни атмосферного
тиску над водною поверхнею чи льодовим покривом; вітрове хвилювання, яке
призводить до виникнення згонів і нагонів; накопичення води в одній частині
водойми, викликане потоками впадаючих і витікаючих рік або зливою, періодичними
приливоутворюючими силами Сонця і Місяця; сейсмічні явища [5].
Якщо частота
коливань зовнішньої сили fout близька до частоти fS сейшевих коливань, тоді спостерігається
резонансне збудження водної маси водойми, при якому різко зростає амплітуда
сейшів AS [4]:
|
|
|
(1) |
,де Aout – амплітуда
коливань зовнішньої сили; w=2pf – кругова частота.
Згідно принципів
комбінаційного резонансу селективний відгук коливальної системи на дію з
частотою, близькою до частоти її власних коливань може відбуватися за умови
кратного і дробового співвідношень частот:
|
|
|
(2) |
, 
, 
.Таблиця 3
Частоти власних коливань закритих водойм: x – абсциса; L – довжина;
D – глибина; D0 і D(x) – початкова і поточна глибини, відповідно; g=9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння [3]
|
Форма котловини (розріз) |
Рівняння профілю |
Частоти сейшів |
|||
|
Основна |
|
||||
|
|
2 |
3 |
4 |
||
|
|
|
|
2,00 |
3,00 |
4,00 |
|
|
|
|
1,59 |
2,29 |
2,92 |
|
|
|
|
1,73 |
2,45 |
3,16 |
|
|
|
|
1,50 |
2,00 |
2,58 |
Отже, умова
збудження сейшів у водоймі запишеться наступним чином:
|
|
|
(3) |
, 
, 
.1. Соловьев В. Н.,
Шостакович В. Б. Сейши озера Байкала // Труды Иркутской магнитн. и метеорологич. обсерватории.
– 1926. – Вып. 1. – С. 58-64.
2. Судольский А.
С. Динамические явления в водоемах. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. – 263 с.
3. Rabinovich A.
B. Seiches and Harbor Oscillations / Handbook of Coastal and Ocean Engineering.
– Singapoure: World Scientific Publ., 2009. – Pp. 193-236.
4. Defant A.
Physical oceanography. – New York: Pergamon Press, 1961.– Vol. 2. – 598 р.
5. Арсеньева Н.
М., Давыдов Л. К., Дубровина Л. Н., Конкина Н. Г. Сейши на озерах СССР. – Л.:
изд-во Ленинградского ун-та, 1963. – 184 с.