Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Гидрогенные перемещения песчаных наносов в береговой зоне бесприливных морей
ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география
Автореферат диссертации по теме "Гидрогенные перемещения песчаных наносов в береговой зоне бесприливных морей"
3 9 Щ
МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. 'О.ЛОМОНОСОВА
Географический факультет
На правах рукописи . КОСЬЯН Рубен Дереникович
ГИДРОГЕНННЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ НАНОСОВ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ БЕСПРИЛИВНЫХ МОРЕЙ
11.00.04 - геоморфология и эволюционная география
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук
Москва 1991
Работа выполнена в Южном отделении Института океанологии иы.П.П.Ширшова АН СССР, г.Геленджик
Официальные оппоненты: Е.И.Масс, доктор технических наук,
профессор
Ю.Г.Пыркин, доктор физико-математических наук, профессор Г.А.Сафьянов, доктор географических наук, профессор
Ведущая организация - Институт водных проблем АН СССР
Защита состоится ¿г/у? -еугя 1991 года в " у^ " часов
на заседании специализированного совета по геоморфологии, эволюционной географии, мерзлотоведению и картографии (Д-053.05.06) при Московском государственном университете им.М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ПЗП-З, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 21 этаж, аудитория 21-09.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке географического факультета МГУ (21 этаж).
Автореферат разослан " " о/рел 1991 года
Ученый.секретарь специализированного совета,
г, ^ Р
- ' ' вжрт песо;''.- • ; ■1 .
Актуальность темы. Береговая зона морей, узкой полосой окаймляющая материки и острова, в первую очередь активно осваивалась человеком в процессе его хозяйственной деятельности. Здесь строились и строятся порта, волноломы, пирсы и другие гидротехнические сооружения, прорываются судоходные канат, возводятся буровые платформы, прокладываются трубопроводы, производится забор морской воды и выпуск в мере отработанных вод. Вмешиваясь в природные процессы, происходящие в береговой зоне, человек нарушает их естественный ход и это очень часто является причиной непредсказуемых катастрофических последствий.
Сведения о закономерностях взвешивания осадков, распределения их по глубине и путях их переноса крайне важны для решения экологических задач, которые стали особенно, актуальными в последние годы. Эти знания необходимы для развития марикультур.
Береговая зона моря - это область, где происходит трансформация волновой знергии, область куда поступает и где перерабатывается основная часть твердых наносов суши. Часть' наносов остается в береговой зоне, формирует пляжи и подводный береговой склон. Другая часть поступает в глубокую часть моря,, формирует там осадочный чехол.
Изучению потоков вещества, в частности, в береговой зоне, уделяется большое внимание в международном проекте "Джиговс", одной из задач которого является определение расхода осадков, уходящих из береговой зоны в сторону открытого моря. Исследование движения наносов под воздействием волнения и течений -первоочередная и наиболее актуальная задача теоретической геоморфологии.
В мире накоплен значительный опыт в изучении береговой зоны. В исследованиях использовались различные приборы и методики, специфические для отдельных стран. Созданы расчетные методы расхода наносов, которые значительно отличаются друг от друга. Определение реальных возможностей существующих расчетных методов, создание новых опт :мальных моделей и обоснование методики их применения необходимо для определения дальнейшей стратегии и тактики при изучении динамики морских берегов.
Береговая зона моря является своебрасной собирающей линзой.
Все динамические процессы, наблюдаемые на больших глубинах.происходят здесь более интенсивно. Изучение их в береговой зоне моря - ключ к познанию динамики всего океана. Исследование одного из наиболее вазшых процессов - движение наносов под действием гидрогенкых факторов береговой зоны моря - задача актуальная в научном и практическом отношении.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работа является установление общих закономерностей гидрогенных перемещений обломочного материала в береговой зоне моря и выведение конкретных расчетных рекомендаций на основе специально выполненных исследований, а также обобщение и анализ современных представлена о динамических процессах береговой зоны моря. Для этого были решены следующие задачи:
1) выполнен критический анализ теоретических представлений и существующих практических рекомендаций по расчету транспорта наносов в береговой зоне моря;
2) проведен анализ методов натурных исследований гидрогенных перемещений наносов в береговой зоне моря и разработаны некоторые ■'онкретные измерительные схемы;
3) изучены закономерности распределения донных микроформ в береговой зоне моря и механического состава слагающих их осадков, сформулированы условия их образования и существования;
4) на основе результатов анализа существующих теоретических схем двухфазных потоков осуществлено построение уравнений, описывающих относительное распределение концентрации взвешенных наносов по глубине поступательного и волнового потоков;
5) предложена схема расчета абсолютных концентраций взвешенных наносов;
6) разработан метод расчета объемов наносов, перемещающихся вдоль берега в тем или каш направлении, позволяющий давать прогнозы аккумуляции или размыва отдельных участков береговой зоны моря;
7) по данным натурных наблюдений построена качественная схема поперечного перемещения наносов вблизи зоны разрушения волн во время шторма.
. Научная новизна работы заключается в сладувдем:
Создана оригинальная методика наблюдения за движением взвешенных и донных наносов в штормовых условиях на обширной акватории береговой зоны моря. С помощью этой методики в международных экспериментах и во внутрисоюзных экспедициях проведены обширные исследования по динамятее наносов на участках побережий Балтийского, Черного и Средизешого морей. Эти исследования охватывают все характерные по динамической активности участки береговой зоны моря. Выполненные исследования позволили сформулировать обоснованные представления о формировании потоков наносов на прибрежной акватории и изменчивости этих потоков в ходе шторма. Дана характеристика поля средней за шторм концентрации и состава взвепенных наносов. Исследована изменчивость поля концентрации вдали от зоны разрушения волн, вблизи ее границ и в самой зоне. Установлены закономерности распределения песчаных микроформ дна и состава слагающих их осадков вдоль профиля подводного берегового склона при шторме. Предложен метод расчета профилей концентрации и размеров взвешенных твердых частиц в поступательном потоке, при воздействии на дно неразрушенных волн, а также в зоне разрушения волн. Полученные выражения дополнены эмпирическими формулами для определения концентрации на фиксированном горизонте, что позволяет рассчитывать распределение абсолютных концентраций взвешенного обломочного материала на значительных акваториях со сложным рельефом и произвольным гранулометрическим составом осадков лда.
На основе данных натурных наблюдений проверены существующие рекомендации по расчету параметров донных фор«, а также закономерности их образования и исчезновения. Определены условия ■существования'микроформ дна, описан способ оценки параметров пассивных рифелей.
Разработанные модели элементарных процессов, дополненные специально отобранными из литературных источников, объединены в единую модельную схему расчета вдольберегового расхода наносов. Предлагаемый метод предусматривает возможность оперативно вносить изменения и дополнения в модули■схемы в соответствии с изменяющимися природными условиями побережья и менять отдельные модули по мере увеличения наших знаний о физике элементарных
процессов, без изменения последовательности расчетов в схеме.
По данным подробных натурных наблюдений за деформациями рельефа подводного склона и изменениями состава осадков дна в течение иторма удалось построить качественную схему перемещения наносов поперек подводного профиля береговой зоны моря во время шторма.
В работе защищаются:
1. Новое представление о целостной картине взвешивания и переноса обломочного материала в водной толще ог уреза до морской границы береговой зоны. При этом концентрация взвеси по глубине определяется как экспонента от функции, учитывающей все основные гидродинамические и литодинамические факторы береговой зоны.
2. Критерий существования донных микроформ, записанный в виде уравнения эллипса и учитывающий крупность наносов, значения параметров поверхностных волн, донную шероховатость и др. факторы.
3. Физический метод прогнозирования расхода вдодьбереговых потоков наноса, учитывающий батиметрические особенности дна, особенности штормов и их поверхности и др.факторы.
4. Методика изучения процессов переноса материала в береговой зоне моря, в состав которой включена система ноеых,разработанных автором или при его участии,, технических средств и методических приемов, позволяющая проводить количественный анализ всех основных, действующих в береговой зоне факторов.
Практическая ценность работы заключается в том, что разра ботанные под руководством и при участии автора методика и технические средства представляют широкие возможности для проведени исследований и изысканий на морских шельфах и во внутренних водо емах.
С помощью разработанной методики собран большой материал натурных наблюдений, не имеющий аналогов в мире. Результаты его анализа позволили углубить и расширить представления о лктодина-мическсм режиме береговой зоны ыорл, по-существу, поднять их на качественно новый уровень. Результаты исследований и выводы по закономерностям перемещения обломочного материала уже использо-
запись и могут оказаться весьма полезными для работ, связанных с защитой от заносимости морских портов и каналов, строительством гидротехнических сооружений, забора воды с небольшим количеством примеси для охлаждения атомных и тепловых электростанций, морской добычи строительных материалов, для определения оптимальных трасс морских подходных каналов, прокладки трубопроводов, кабельных линий. Сюда же следует добавить важные рекреационные и санитарные аспекты использования прибрежной зоны. Для выработки технических решений, связанных с проблемой размещения плантаций карикультур, таете требуется информация о движении наносов. Переносимые водными потоками твердые частицы могут являться абсорбентами химического или радиационного загрязнения, поэтому исследование расхода и направлений перемещения наносов - важная задача экологии.
Предлагаемая в работе схема расчета расхода вдольберего-вого потока наносов может быть использована для определения потенциальных объемов транспортируемых осадков с любой обеспеченностью вдоль любого исследуемого участка побережья бесприливного моря. Она может быть использована также для' ориентировочного прогнозирования изменения подводного рельефа морского берегового склона и очертаний береговой линии, либо реконструирования прошедших их переформирований.
Внедрение результатов. Методика измерений распределения концентрации взвешенных наносов нашла широкое применение как у нас в стране так и за рубежом. Перечислить все случаи использования этой методики весьма затруднительно, можно лишь перечислить некоторые из организаций, внедривших ее при помощи автора в своих исследованиях. Это Союзморниипроект, Теплоэлектропроект, КаспморНиипроект, Кубаяьгипроводхоз, Черноморское устричное хозяйство, Лимнологический институт АН СССР, ИБП АН СССР, УкрНЖ!-госкомгидромет, Тянь-Шаньская высокогорная физико-географическая станция Киргизской АН, отделом географии Литовской АН, а также Институты Болгарской, Кубинской и Польской АН и т.д.
Описанные в работе выводы и расчетные формулы использовались Теплоэлектропроектом при составлении прогноза зависимости каналов забора охлаждающей воды из моря для Двухцелевой Атомной
электростанции и Опреснительного комплекса в Ливии; УкрНИИГос-кошидрометом при исследованиях перемещения радиоактивных осадков по реке Припять и Киевскому водохранилищу во время работ по ликвидации последствий аварии Чернобыльской АЭС; Производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве Госстроя СССР при составлении "Руководства по методам исследований и расчетов перемещения наносов и динамики берегов при инженерных изысканиях" (1975); ЫШВодгео при расчетах противооползневых мероприятий на побережье НРБ; Всесоюзным морским научно-производственным объединением инженерной геологии при проведении литодинамических работ на шельфе о.Сахалин; ГОИН при построении численной модели Бургасского залива Черного моря; СоюзморНШпроектом при прогнозировании заносимос-ти подходного канала к порту БайяБланка (Аргентина); Центром экологических проектов при составлении проекта подходного канала к порту Нарьян-Мар; в учебных курсах ряда высших учебных заведений й т.д.
По разработанной методике выполнены расчеты потенциального вдольберегового расхода песчаных наносов на болгарском побережье от мыса Калиакра до мыса Ем/не, как на отдельных участках, так и по всему побережью в целом. Результаты расчетов переданы Институту океанологии БАН, где они используются для разработки мероприятий по рациональному использованию и охране болгарского побережья.
По устному сообщению президента американской ассоциации по защите берегов (American Shore and Beach Préservation Association Орвилла Магуна ( O.iïagoon ) опубликованная
( Kos'yan, 1985 ) схема расчета вертикального распределения взвешенных под действием волн наносов широко используется в практике работ Ассоциации.
Материалы, использованные в работе и вклад автора.
Изучением движения наносов в береговой зоне моря автор занимается с 1968 года. Этим вопросам посвящены его дипломная работа, кандидатская диссертация, бсл^лая часть последующих исследований и, наконец, настоящая работа.
Диссертационная работа построена по материалам выполненного автором теоретического анализа; по результатам лабораторных
6
исследований, выполненных при участии автора в 1968-1975 годах и почерпнутым из литературных /сточников; и, в основном, по результатам натурных наблюдений, осуществленных в пяти внутрисоюзных экспедициях; девяти международных экспериментах стран-членов СЭВ в Польше, и Болгарии: "Любятово - 74, 76", "Камчия -77, 78, 79", "Шкорпиловцы - 82, 83, 85, 88"; во время специализированных прибрежных исследований у берегов Ливии и Кубы и на берегах озера Иссык-Куль. Некоторые наблюдения, нашедшие отражение в диссертации выполнены из подводной лаборатории "Черномор" в 1971, 72 годах. Кроме того, проделан анализ к обобщение опубликованных в литературных источниках результатов исследований процессов береговой зоны моря, выполненных гидротехника;«, геологами, гидрологами, гидрсмехаликами, геоморфологами, литологами с целью решения частных задач.
Во внутрисоюзных экспедициях автор принимал участие в должности начальника отряда либо начальника экспедиции. В подводной лаборатории "Черномор" автор был акванавтом-исследователем. В международных экспериментах автор участвовал в качестве заместителя начальника интернационального отряда, начальника такого отряда, либо руководителя советской делегации. Он был членом научно-технических советов этих экспериментов. У берегов Ливии автор руководил работой группы советских специалистов, выполнявших ли-тодинамические исследования; он был начальником 18-го рейса НИС "Витязь", проводившего исследования у берегов Кубы. Тагам образом, автор имел право и возможность воспользоваться материалами натурных исследований для их обобщения и анализа.
Автор настоящей работы является одним из участников создания оригинального методического комплекса, позволившего выполнять наблюдения за гидрогенными перемещениями наносов во время штормов на большом участке акватории береговой зоны моря. За этот комплекс он в 1989 году награжден серебряной медалью ВДНХ. Он ссазтор методики и технических средств для натурных измерений концентрации и состава взве.екных наносов, орбитальных скоростей жидкости, штормовых параметров донных песчаных микроформ береговой зоны моря, экспресс-анализа гранулометрического состава осадков. Помянутые технические средства и методика их использования описаны в публикациях, новизна некоторых из них защищена авторскими свидетельствами. Автор является членом Межаународной ра-
7
бочза группы по разработке методики лито- и гидродинамических исследований в береговой зоне моря, Председателем группы "Лито-цинамика океана" в Комиссии по проблемам Мирового океана Президиума АН СССР, членом Океанографического комитета Советского Союза и, таким образом, участвует в разработке технической политики наией страны в области морских исследований.
Настоящая диссертация является обобщением современных сведений о гидрогенных перемещениях наносов в береговой зоне моря, причем заметная часть их разработана самим автором.
Апробация диссертации. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы систематически излагались и представлялись на международных и всесоюзных съездах, конференциях, симпозиумах, совещаниях и семинарах, начиная с 1969 года, в том числе: на конференции молодых ученых МГУ по проблемам Мирового океана (Москва, 1969); всесоюзном совещании по методике, технике и результатам морских инженерно-геологических и морских исследований (Ялта, 1973); всесоюзной конференции по проблемам изучения и освоения шельфа (Ленинград, 1974); совещании МОЛЛ по теме "Механическая дифференциация твердого вещества на континенте и шельфе" (москва, 1975); международном симпозиуме "Любятово-74" (Гданьск, ПНР, 1975); международном рабочем совещании по ли-тодинамике представителей стран-членов СЭВ (Москва, 1976); международном научном семинаре по теме "Береговая зона бесприливных морей" (Гданьск, ПНР, 1976); У всесоюзном совещании по россыпям полезных ископаемых (Рига, 1977); I, П Всесоюзных симпозиумах по литодинаыике океана (Москва, 1977, 1981); международном совещании по теме "Теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия турбулентного пограничного слоя атмосферы с волнами" (Варна, НРБ, 1977); 1-м и Ш-м съездах океанологов (Москва, 1977; Ленинград, IS87); международных научных семинарах по теме "Взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы в прибрежной зоне моря" (Шкорпиловцы, НРБ, 1977, 1978, 1979, 1985, 1986); Международном симпозиуме "Любятово-76" (Гданьск, ПНР, 1978); Х1У научной конференции Секции морских Cv.-гов Океанографической комиссии (Сочи, 1978); семинарах рабочей группы по литодинамике Океана Комиссии по проблемам Мирового океана АН СССР (Москва, IS79; Ленинград, 1982; Измаил, 1979; Москва, 1982; Тбилиси, 1983; Бен?-спилс, 1983; Сочи, 1984); Меж ународноы симпозиуме "Камчия-77"
8
(Варна, НРБ, 1979); Международном совещании по методике измерения изменчивости взвешенных наносов (Москва, 1979); Международном симпозиуме "Камчия-78" (Варна, НРБ,-1980); 1У Всесоюзной школе по морской геологии (Геленджик, 1980); Международном симпозиуме по теме "Изучение геологической истории и процессов современного осадкообразования Черного и Балтийского морей" (Киев, 1983); Всесоюзном совещании по проблемам изучения, охраны и рационального использования водных ресурсов (Москва, . 1983); 1-й Всесоюзной тихоокеанской школе по морской геологии и геофизике (Владивосток, 1983); Всесоюзной конференции "Прогрессивные методы в проектировании и строительстве берегозащитных сооружений" (Сочи, 1984); Всесоюзной конференции "Динамика и термшса рек и водохранилищ" (Москва, 1984); У1 Всесоюзном лимнологическом совещании (Иркутск, 1985); Всесоюзной конференции по теме "Пробле-. мы и методы исследований динамики береговой зоны внутренних водоемов (Фрунзе, 1987); the International Symposium "Mechanics of Sediment Transport in Pluvial and. î.Iarine Snvironments, Euromech 215" (Genova, Italy, 1987); the International Symposium on the Coastal Zone with specoal reference to the Coastal Zone of. (Beijing, China, 1988); Ï.Iiedzynarodoive Seninarium "Polowanie powierzchniowe oraz cyrkulncja wod \v braegowej ctrefio znorra. Teoria i eksperiment, ( 7/arsaw, 1988 ); -конференции "Итоги и перспективы физико-географических исследований в Киргизии" (Фрунзе, IS88); Международном совещании по теме "Минерални и рек-реационни ресурси на Българского Черноморско крайбреже" (Варна, НРБ, 1983); научно-практической конференции по проблемам экологии Геленджикской бухты (Геленджик, 1988); Международном совещании по теме ''Потоки осадочного материала и закономерности формирования пельфовых и глубоководных отложений Черного и Балтийского морей" (Геленджик, 1988); Всесоюзной школе по океанологической технике (Геленджик, 1969); the Sixth Symposium on Coastal and Ocean Management "Coastal Zone 59" (Charleston, South Carolina, USA, 1989); Международном семинаре "Помсрис-90" (Бургас, НРБ, 1990); Международной конференции "Современные проблемы берегоукрепительной гидротехники в условиях Болгарского
Черноморского побережья" (Варна, НРБ, 1990). ТЬе весопй'сопзгевз оп паг1пе ао1епоаа ( Ьа НаЪапа, СиЪа, 1990).
Отдельные этапы работы неоднократно докладывались на коллоквиумах лаборатории литодинамики и лаборатория шельфа ИОАН СССР, на коллоквиумах гидрофизической лаборатории и лаборатории • литодинамики береговой зоны моря ЮО ИОАН СССР, на заседаниях НТС ЮО ИОАН СССР (Москва, Геленджик, 1973-1989).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 93 научных работы, среди них 3 монографии, 30 опубликованных работ написано лично. Традцать три работы опубликованы ^а рубежом в Болгарии, Голландии, Италии, Китае, Кубе, Польше, США. Имеется два авторских свидетельства. Работа автора "Движение взвешенных наносов в верхней части шельфа" в 1960 году отмечена премией Ленинского комсомола в области науки.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из 7 глав, введения и заключения, изложенных на 312 страницах машинописного текста и сопровождается 94 рисунками, 24 таблицами на 30 страницах. Список литературы включает 326 наименований.
Работа выполнена в Южном отделении Института океанологии им.П.П.Ширшова АН СССР. Создание настоящей работы оказалось возможным благодаря исследованиям, в выполнение которых много сзое-го труда вложили сотрудники Института океанологии АН СССР С.М. Анциферов, Н.В.Пыхов. Благодаря совместным с ними исследования;.: автору удалось опубликовать большинство из цитированных в диссертации работ по методике и результатам изучения движения взвешенных наносов. Большую помощь при проведении морских работ оказали Т.Басиньски, В.Дачев, С.А.Ефремов, С.Керемитчиев, А.Д.Кочергш, О.Л.Кузнецов, О.А.Куприков, И.О.Леонтьев, Г.Г.Минеев, Х.Николов, Э.Л.Онищенко, В.И.Пахоыов, Н.С.Сперанский, А.П.Филиппов.Оформить диссертацию помогли М.Т.Антоненко, Е.И.Бирина, В.Г.Кондратская, Т.М.Подымова я О.Ю.Потапенко. Множество полезных советов, способствовавших написанию работы, аг-г-эр получил от своих коллег Н.А.Айбулатова и Н.В.Есина. Постоянную поддержку выполняемым исследованиям оказывали профессор А.А.Аксенов и директор Института океанологии БАН З.Белберов. Считаю приятным долгом выразить т всем искренюю благодарность. Автор хочет отметить, что изучение
10
гидрогенных перемещений наносов он начинал под руководством профессора В.В.Лонгннова. Его неизменную поддержку и внимание автор неизменно получал и в дальнейшем, на всех этапах исследований. Светлая память о Владимире Витальевиче Лонгинове сохранится в сердце автора навсегда.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Основными задачами исследований перемещения материала литосферы в береговой зоне моря является: расчет расхода наносов, переносимых водными потоками в донной контактной зоне; прогноз дифференциации осадков в процессе их движения и отложения водными потоками; прогноз гидрсгенкой морфодинаыики дна и генетический анализ возникающих здесь форм рельефа; прогноз подвижности поверхностных грунтов.
Сложность и разнообразие природных процессов перемещений осадков гидрогенными факторами сильно затрудняют, а подчас делают невозможным теоретический путь их исследования. Лабораторные эксперименты существенно рассиряют наши представления о процессах придонной области потоков, но не могут в полной мере воспроизвести природные явления, из-за слабого развития принципов подобия применительно к рассматриваемым процессам. Поэтому в настоящей работе особенно большое внимание уделяется исследованиям перемещений наносов, выполненным в морских условиях.
С момента выхода в сеет наиболее известных работ по лито-пинамике береговой зоны моря других авторов (Леонтьев, Никифоров, Сафьянов, 1975; Лонгияов, 1963, 1973, 1977; Лонгдаов, Аксенов, 1968; Сафьянов, 1973, 1978) прошло немало лет. А именно за последние годы были разработаны новые метощл исследования перемещения наносов, были созданы новые приборы, которые позволили проведение более детального изучения режима гидрогенных перемещений наносов в прибрежной зс::е. Поэтому назрела, необходимость в современном обобщении результатов исследований, затрагивающих эти проблемы.
ГЛАВА I. Краткий обзор современных теоретических представлений и существенных практических рекомендаций по расчету гидрогенных перемещений наносов в береговой зоне моря.
Распространяющиеся из открытого моря к береговой зоне волны
II
является основным источником механической энергии, дальнейшее преобразование которой определяет все процессы дачамики береговой зоны, в том числе и процесс перемещения наносов. На значительной части акватории береговой зоны движения наносов во взвешенном или влекомом состоянии определяется непосредственным воздействием самого волнового поля.
Движение волн сопровождается переносом воды в направлении распространения волнения, следствием чего является повышение уровня воды вблизи берега и вдоль берега. Возникающие при этом градиенты гидростатического давления вызывают появление итоговых дрейфов воды в определенных направлениях на фоне орбита-тельного движения частиц воды. Эти дрейфы называются волновыми компенсационными течениями. Увлекая за собой пришедшие в движение частиш донных осадков, они образуют потоки наносов: вдоль-береговые и поперечные. Основной характеристикой потоков наносов является величина расхода. В связи с этим задача расчета величины расхода потока наносов является исключительно важной для выявления' современных морфодинамических процессов проведения палеогеографических реконструкций и т.д.
В настоящее время нам известны модели поперечного потока наносов, доведенные до математических выражений, позволивших бы рассчитывать их расход. Зато для определения вдольберегового расхода наносов разработано большое количество различных расчетных методов, базирующихся на результатах теоретического анализа, натурных исследований и лабораторного моделирования.
Группа моделей, основанных на предположении о пропорциональности расхода наносов потоку энергии волнения является сравнительно самой многочисленной. Существуют десятки подобных формул и это количество постоянно увеличивается. Наиболее известными и характерными для этой группы являются модели, описанные в работах Лонгинова (19^3); Судольского (1963); Максимчука (1966); Шварцмана (1955); Пышкина и др. (1967); Рыбака и Супрунова (1982); американских гидротехников ( Shore Protection :£inual,1973) Комара ( Komar , 1977); Грина и i.-^,jeHa (Green , J.!adsen , 1979); Вайларда и Инмана (Ballard, Inrean , 1961) и т.д.
Формулы расхода вдольберегового потока наносов ( СЦ ) в
общем вице молио предстаг;::': ь:
где Р - здольберегозая составляющая потека энергии золн на линии их разрушен;«!, являющаяся функцией плотности волновой энергии, групповой скорости ьс.чв., угла между фронтон разрушающихся золн и линией берега; Л - коэффициент пропорциональности, с помощью которого авторы пытаются учесть большое количество природных факторов, влиящях на формирование сдсльберэгогого потока наносоз.
Некоторое исследователи, понимая, что единым коэффициентом пропорциональности нельзя учесть есз многообразие имеющихся факторов, пытаются, по-всэможнссти, уменьшить нагрузку на него и вносят дополнительные эмпирические коэффициенты, учитывающие взаимосвязь тех или иных параметров природных процессов, протекающих в береговой зоне моря.
В большем количества моделей (Bijkei- > 1971; Ackers, White , 1973; Swart , 1976; Van ds Graaf , Van Overum . 1979 и т.д.) предполагается пропорциональность вдольберегового расхода наносов донным касательные; напряжением под действием волн и течений. Решения этой группы имеют следующую структуру
Q, - гГ ("load") (2)
где if, - оередненная в сечении или на вертикали скорость вдоль-берегового течения, а параметр "load " называется "нагрузкой" потока, характеризует количество движущихся твердых частиц л выражается адрез величину денных касательных напряжений и факторы, их определяющие. Как отмечалось (Лонгинов, 1966; Swart , 1976), решения подобного типа явля-огся приспособлением формул русловой гидравлики при совместном действии волн и течений. В работе Войцеховича (1986) Екполнена экспериментальная проверка наиболее известных из этой группы моделей п отмечено, что результаты расчетов по ним могут отличаться как между собой, так и с данными натурных измерений в 5-10 раз.
Более общие модели перемещения наносов вдоль берега дифференцированно отражают вклад расходов взвешенных ( g. j и влекомых ( Q.вл ) частиц з общий транспорт наносов. Решения Y13
этих моделей развивают концепция Бэгнольда (Bagnold, 19'63), предложившего определять перемещение обломочного материала по энергии, расходуемой отдельно на транспорт донных и взвешенных частиц
= (3)
Построено большое количество сложных и шогофакторных моделей (Леонтьев, 1585; Леонтьев, Пыхов, 1988; Bijker, 1967, 1971), отражающих соответствующие затраты энергии воды на влекомый и взвешенный транспорт. Но несмотря на их относительную прогрессивность все вышеназванные недостатки расчетных схем сохранились. Это, прежде всего, замена оценки влияния элементарных физических процессов значениями эмпирических констант. От этого достоверность расчетных выражений определяется точностью очень трудно выполнимых измерений величин расхода и параметров, входящих в формулу. Область применения формул ограничивается диапазоном изменения исходных данных, отражающим, как правило, конкретные особенности определенного региона. Попытки использования ранее определенных коэффициентов для расчета на другом участке практически всегда приводили к неверны:.! сценкам расхода наносов, достигающим десятки раз..
Поэтому нам кажутся бесперспективными усилия исследователей создать универсальную расчетную модель рассмотренных кон-ценций. Единственно возможным путем создания такой модели является, по нашему представлению, путь все более полного учета различных факторов, влияющих на величину расхода наносов, на основе все более правильного описания элементарных гидро- и лито-цинамических процессов береговой зоны моря.
При построении моделей транспорта наносов исследователям приходится сталкиваться с проблемой определения критических условий, соответствующих началу взаимодействия потока с размываемым дном.
Обзоры представлений, связал."-;: с различными критическими скоростями начала движения наносов по дну приведены в ряде монографий (Лонгинов, 1963; .Яирцхулава, 1967; Шуляк, 1971; Российский, Дебольский, 1980; Гришин, 1982; Анцкферов, Косьян, 1986; Uadsen, Grant 1976; Yalin 1977; Nielsen, 1979) и В много-
численных статьях. Сопоставляя эти работы можно прежде всего отметить, что их результаты существенно различны, а подчас и противоречивы. Общий их недостаток - отсутствие объективного критерия трогания частиц и начала размыва дна. Существенные разночтения имеется и з определении понятия критических скоростей.
Чаще всего условия выхода частицы из состояния покоя и начала ее движения определяются либо из равенства сил, действующих ка частицу, либо из равенства их моментов (Кнороз, 1959; Гончаров, 1962; Беяошапкова и др., 1990; 1936;
:1оп1;г, 1977; Та.1±п, Катайся, 1979 и др.). Начало массового движения частиц определяют на основе теории размерности ( ЗгИеМз, 1936; Анцыферо-, 1Э69; Шуляк, 1971 и др.). В итоге исследований критерий связи осредненных характеристик потока и наносов обычно имеет вид:'
Конкретный вид зависимости (4) можно определить только на основании экспериментальных данных. Получено значительное количество подобных эмпирических зависимостей, ряд из которых лег в основу нормативных и методических документов (СНиП, 1983; Методические рекомендации ..., 1984; Shore Protection Lianual, 1977 и др.). Оонако неточное опытное определение критических условий узле но может удовлетворить требованиям практики. Это обусловлено не только субъективизмом экспериментов, но объективными особенностями процесса взаимодействия потока с частицами дна, которые не могут быть учтены в рамках исследования начала движения наносов по ссредненным характеристикам. Более глубокого понимания начальной стадии движения наносов mootо достичь лиаь на базе изучения критических условий по мгновенным характеристикам. В рамках именно т?кого подхода следует исследовать такие сффекты как развитие деформаций .дна до достижения критических средних скоростей и процессы развития деформаций у сооружений.
Отметим, что все вышеизложенное относится к движению частиц по ровной поверхности. В реальных условиях почти' всегда
(4)
где Ч^кр.- параметр ¡Пильдса,
Re' - число Рейнольдса для
частиц.
имеются локальные очаги возмущения скорости, которые могут приводить к образованию локальной системы придонных вихрей и рифе-лей. Тогда заметное перемещение частиц наносов может произойти и при тех режимах, когда средние придонные скорости над участками плоского дна еще не достигают критических значений.
Логично предположить, что теоретическое изучение движения частиц наносов, взвешенных в водаом потоке, должно заключаться в изучении закономерностей движения одиночной частицы с последующим распространением результатов на движение группы частиц. Решение задачи о движении отдельного твердого тела может дать ценную информацию для выяснения механизма взвешивания, для определения расхода энергии, вызванного наличием твердых частиц в жидкости и т.д.
В большинстве теоретических схем при исследовании поведения одиночной частицы, помещенной в некоторый объем жидкости, предполагается, что она столь шла, что совершает в потоке движения, полностью имитирующие турбулентные пульсации этого объема.
При указанном ограничении, т.е. применительно к малым частицам, теоретические исследования движения взвешенных частиц были осуществлены и описаны в работах (Гранат, I960; Coy, 1971 ; Щрайбер, 1973; Кучанов, Левич, 1967; Дтфбашян, 1963; Tohen, 1947; Soo, 1956; liu Vi-cheng, I95Ó; Fried lander, 1957; Chao, 1964; Hlelmfelt, Liocros, 1966; Houghton, 1963; Bailey, 1974; Snutek, 1974).
Рассмотрев работы данного направления приходится признать, что в настоящее время нет еще достаточно полного описания движения твердой частицы в вязкой жидкости, учитывающего одновременно, как влияние скоростного поля жидкости на движение тела, так и обратное влияние. В представленных работах, преимущественно, рассматривается движение очень малых частиц. Обычно предполагается, что сопротивление движению частиц в жидкости линейно зависит от их-относительной скорости. Методы же расчета, учитывающие более важный .для практики ^¿дратичный закон сопротивления (Хаскинд, 1956; Панчев, 1959) очень сложны и даже в первом приближении приводят к громоздким, неудобным для пользования формулам. Во всех исследованиях подразумевается, что частица находит-
ся внутри движущегося объема жидкости в течение достаточно длительного времени. Однако это допущение, даже на малых отрезках зреглени, обычно не выполняется (Хинце, 1963; Фидман, Лятхер, 1972).
Модели, описывающие двухфазный поток как движение системы .многих тел, тлеют пока только еретический интерес, как указывающие на принципиальную перспективную возможность физически строгого решения задачи, в которой имеет место сильное нерегулярное относительное перемещение масс (Левич, Мясников, 1966; Дьяченко, 1965, и т.д.).
Путь исследования, указываемый в этих моделях, может быть реализован очень не скоро, так как объем памяти и быстродействия современных ЭВМ не позволяют еще рассчитывать подобные задачи.
.'¿одели двухфазных потоков, основанные на уравнениях механики сплошных сред. Интересы практики требуют скорейшего выявления основных характеристик массового движения обломочного материала и, прежде всего, установления закономерности распределения осредненного содержания взвешенных наносов по вертикали. Однако при создании теоретических моделей, списывающих массовое движение взвешенных наносов в водных потоках, исследователям приходится сталкиваться с целым рядом непреодолимых в настоящее время трудностей (Косьян, 1983).
В силу их неразрешимости в настоящее время пока невозможно построить единую физическую строгую теорию, справедливую для взвесенесущего потока в целом и выразить ее количество в приемлемой для практических расчетов форме. Поэтому приходится строить упрощенные, ограниченно-применимые модели движения наносов для отдельных конкретных случаев.
Одним из возможных путей построения подобных моделей является переход от потока дискретных частиц к потоку фиктивного континуума, его представляющего. В результате сглаживания характеристик фаз по некоторому локальному объему, либо по вероятности, твердая и жидкая фазы представлены в моделях отдельно в виде континуальных сред, для каждой из которой пишутся уравнения как для потоков сплошной среду.
Среди подобных представлений наиболее известной является предложенная З.Н.Франклем (1953, 1955) система осноеных уравне-
17
ний, являющаяся теоретической основой для строгого общего спя-саыяя динамических взаимодействий во взвесенесущем потоке.
К этой груше теоретических решений с пространственным или пространственно-временным осреднением параметров движения фаз относятся и системы уравнений Сдезкина (1952); Бэтчелора (1962); Дементьева (1963, 1964); Фидмана (1965); Дшина (1961); Диитера и Лаан ( Оееш1узг, Хааи, 1961).
Особого внимания заслуживают модели, построенные на основе статистического метода осреднения, аналогично принятому в современной теории турбулентности. Этот метод применялся в работах Буешча (13®); Базизгевича и Новикова (19®); Нгуен Ан Нъена (19®, 1971); Крон (1969, 1973). Модели этих авторов квлякдся более простыми ш агшшешш числа урашеный к числу неизвестных и более универсальных по своей природе, и чем метода пространственного и временного осреднения.
Все названные модели движения даухкомпонентных потоков представляют собой незамкнутые системы уравнений. Возможны лишь приближенные способы замыкания систем, основанные на введении допущений, птижашцях строгость написаннсй системы и ограничиваю- . щих область ее придан вниз.
Палу-'.-'кные после замыкания уравнения имеот сложный вид и поддаются интегрированию только в' сдшх простых частных случаях (стационарное, плоско-равномерное движение). Трудности решения этих уравнений усугубляются сложностью установления граничных условий, правильно отображающих особенности движения взвесене-сущих потоков. Для замыкания систем нужны ноше аргументированные теоретические представления. Базой для создания этих представлений могут послужить только отсутствующие пока что многочисленные, физически обоснованные, данные разнообразных экспериментов.
Обратимся к более грубым моделям, представляющим взвесе-несущий поток в виде двузфааного дисперсоида. В этих моделях при-ншгается-, что 'обе фазы теоретически присутствуют в каждой точке геометрического пространства., Взвгсснесущнй поток рассматривается как неоднородная среда, плотность которой изменяется в соответствии с изменениями концентрации взЕеси. Продольная и поперечная составляющие скоростей равна гидравлической крупности первоначальных дискретных частиц.
В рамках такой концепции значительный исторический интерес представляет гравитационная теория Беликаноза (1955), в которой содержится предложение об учете энергии, затрачиваемой потоком на работу по переносу взвешенных частиц. Более строгие варианты этой теории, когда "работа взвешивания" учитывалась в уравнении баланса энергии пульсационного движения развивалась в работах Баренблатта (1953, 1955); Колмогорова (1942); Синелыцикова (1963); Натшвини (1980). Однако эти модели не были, доведены до такого состояния, когда их можно было бы использовать для решения практических задач.
Наиболее теоретически разработанной и широко применяемой является диффузионная теория движения взвешенных наносоз (ЗсЬш1<и , 1925; Маккавеев, 1931). В основу этой теории положено предположение о пропорциональности меззду средним количеством переноса субстанции в турбулентном потоке и градиентом осредненного содержания ее в потоке.
Из уравнения турбулентной диффузии получено множество различных формул, которые при тех или иных ограничениях или дополнительных условиях можно использовать для практических расчетов. Поэтому диффузионная модель является одним из основных инструментов, используемых для решения литодкнамических задач.
ГЛАВА 2. .Методы измерения гидро- и литодинамических
процессов, протекающих в береговой зоне моря
Динамические процессы, протекающие в береговой зоне, чрезвычайно сложны и качество их моделирования во многом будет зависеть от качества экспериментального их изучения в натурных условиях. Изучение поверхностного волнения, прибрежных течений, переноса осадочного материала, определяющих в конечном итоге изменения подводного склона и береговой линии, проводится з береговой зоне огромным количеством ученых во всех странах мира для решения как фундаментальных, так и прикладных задач. При этом применяется аппаратура, обычно разработанная в единицах экземпляров, без обеспечения жесткого метрологического контроля и получаемые результаты часто трудно сопоставимы между собой. Понимание большой важности методологического обеспечения измерений процессов в береговой зоне находит свое отражение и в- том
19
внимании, уделяемом этим вопросам, в вышедших в последние года публикациях, посвященных прибрежным процессам.
В результате многовековых исследований физических процессов береговой зоны моря накоплен громадный фактический материал по методам измерения их характеристик. Как правило, эти методы разрабатывались и стихийно применялись для исследований узких, конкретных вопросов в заданном регионе и оказывались малопригодными' при работах в других условиях.
Выполненный в настоящей главе анализ принципиально осуществимых методов проведения натурных наблюдений за гидроген-ныыи перемещениями наносов в береговой зоне моря позволяет значительно улучшить методику морских работ, расширив информативность исследований. На основании анализа методов рекомендованы основные системы измерений различных параметров динамических процессов с указанием диапазонов применимости, высказаны пожелания по реализации некоторых перспективных методов. Анализировались разные методы измерений, основанные на отличных физических принципах без детального описания технических конструкций отдельных приборов.
Конкретно рассмотрены методы измерения параметров поверхностного волнения, среди которых выделялись визуальные измерения, стереофотограмметрические, ультразвуковые, основанные на измерении изменения давления, буйковые системы, емкостные, резистовые и контактные волнографы. Приведен способ измерения направления перемещения волн.
Для намерения скорости и направления течений в береговой зоне моря используются временные регистрации в точке (метод Эйлера) и наблюдения траекторий движения воды (метод Лагранжа). Для инструментальных измерений наиболее широко используются датчики волнового давления, электромагнитные и акустические измерители скоростей. При разработке акустических измерителей скоростей обычно используются импульсный, частотный методы или методы разности фаз. Автору довелось принять участие в разработке конкретного устройства, работающего в рамках последнего из названных методов. Созданный прибор позволял регистрировать сразу три компонента волновых скоростей (Подымав, Косьян, 1982).
В практике прибрежных работ для получения информации об
изменении толщины слоя осадков в различных пунктах исследуемой акватории обычно используется метод сравнения повторных батиметрических карт или промерных профилей', Под руководством автора разработаны инструментальные средства, позволяющие следить за размывом или аккумуляцией осадков в любой интересующей исследователя точке дна водохранилища, моря, канала или русла реки в широком диапазоне гидродинамических условий. Использование групп разработанных датчиков позволяет получать непрерывную информацию о геометрических параметрах, скоростях и направлениях донных фор.1 (рирелей, гряд, дюн, езлов) з характерных точках подводного склона.
Значительное место в главе посвящено анализу метопов измерений концентраций взвешенных наносов. Все существующие методы разделены на две группы. К первой отнесены методы,-с помощью которых непосредственно в потеке выполняются счет частиц или измерения каких-либо характеристик, связанных с изменением содержания частиц в известием объеме. Во второй группе - методы, связанные с отберем из потека проб и их дальнейшим анализом. Зто батиметрические методы.
Среди методоз первой группы проанализированы кино-фото-съемяа, оптические (турбидиметрия, нефелометрия), датчики обратного рассеяния), радиоизотопный, акустический, кондуктомет-ричееккй и метод подсчета импульсов от ударов взвешенных в водной среде частиц. Показано, что для эт"х методоз ряд факторов, среди которых ссобо следует выделить нестабильность состава накосов, существенно влияют на измеряемые значения концентрации, внося существенные систематические погрешности. Однако точность измерения концентрации может быть повышена при периодическом отборе проб на анализ состава.
Среди батометричасклх методов можно выделить батометры мгновенного действия, батометры всасывающего типа и батометры -накопители. При участии или под руководством автора в рамках двух последних названных методов созданы новые технические средства для натурных измерений концентрации и состава взвешенных наноссв, разработаны методические аспекты их использования, обоснованы возможности работы с ними и установлены границы их применимости. Сконструировано автономное устройство для измере-
ния вертикального распределения концентрации и состава взвешенных наносов в пряденном слое любой части шельфа.
Для определения гранулометрического состава донных и взвешенных наносов в науке и практике широко применяются следующие методы: микроскопический, ситовой, электрокинетический, диффузионный, фильтрационный, вискозиметрический, метод скорости растворения, седиметрометричеекий и другие. Зти методы позволяют характеризовать дисперсность разнообразных осадков в широком интервале размеров частиц. Для выполнения экспресс-анализа состаьа осадков под руководством автора разработан и изготовлен седимен-тометр, работающий по методу седиментации в, так называемой, "пустой" дисперсной среде. При работе с этим прибором были оценены его точностные параметры и определен оптимальный размер навески анализируемого осадка.
Выделенные при анализе методы гидро- лктодинамических измерений на прибрежных акваториях с привлечением специально разработанных технических средств и методических приемов могут быть применимы при выполнении исследовательских и изыскательских работ в различных водоемах. Нужно отметить, что эти методы уже использовались для решения важных народнохозяйственных задач в нашей стране и за рубежом. Они же позволяют более полно использовать возможности, представляемые для исследования фундаментальных задач динамики прибрежной зоны уникальными дорогостоящими исследовательскими комплексами, такими, как любятовс-ш полигон с системой опор (Республика Польша), полигоны "Кам-чия" и "Шкорпиловцы" с эстакадами (НРБ), подводные обитаемые лаборатории типа "Черномор" (СССР) и т.п.
ГЛАВА 3. Характеристика исследовательских полигонов, опи-сывание проведенных на них работ и состав материалов наблюдений
Дальнейший прогресс в изучении динамики наносов прибрежной зоны в перзую очередь должен определяться успехами натурных исследований, осуществляемых в штсриовых условиях. Именно штормовые процессы определяют "лицо" береговой зоны, в которую входят участки,различающиеся по динамической активности. Поэтому приоритет в постановке комплексных наблюдений сложных и взаимосвязанных процессов динамики береговой зоны моря сейчас принад-
лежит крупным натурным экспериментам, выполняющимся в течении длительного срока.
Натурные исследования, результаты' которых обсуждаются в последующих главах, выполнялись в период с 1972 по 1988 год на ряде полигенов Черного, Балтийского к Средиземного морей. Местонахождение полигонов указало на рис.1 сснозные характеристики условий наблюдений приведены в таблице I. Вез эти полигоны, за исключением северо-африкакского располагались на транзитных или слабоаккут^улятивных участках, сложенных песчаными и алевритовыми осадка!,га, характеризующихся относительно прямолинейной береговой линией и почти параллельными ее изобатами. Северо-африкан-ские полигоны отличались весьма сложным подбодккм рельефом, представлявшим собой чередование песчаных полей различной мощности с известковыми плитами.
Регионы, в которых проводились исследования существенно различаются по рельефу, наблюдения на них велись во время штормов различней силы. Общей чертей для всех регионов является то, что исследовательские полигсж располагались на берегах замкнутых бесприливных мерей.
Исследования ставились на акваториях, Еключаюгцих все характерные по динамической активности участки береговой зоны моря:.от уреза до глубин в десятки метров и по площади, составляющей квадратные километры. Собран значительный массив данных натурных наблюдений. Эти данные дополнены результатами опубликованных и представленных в распоряжение автора его коллегами натурных и лабораторных ииследований. Собранный разнообразный материал позволяет составить обоснованные представления о литодшамических процессах и строить модели гидрогенных перемещений наносов береговой зоны моря.
ГЛАВА 4. Донные песчаннз микроформы береговой зоны моря
Микрэформы, образующиеся под действием поверхностного волнения на песчаном дне береговой зоны водоемов, оказывают исключительно сильное влияние на процесс переноса денных осадков. Миграция микреформ дна в направлении распространения волн или волновых течений вносит существенный Еклад в общий транспорт наносов. Появление рифелей изменяет пеооховатость подвижного дна и,
Рис. I. Карта с указанием местонахождения участков натурных
наолюдений: 1-Анапа; 2-Донузлав; З-Камчия; 4-"Черномор"; 5-Любятово; б-Сирт; 7-Хомс
Таблица I, Основные характеристики условий наблюдений на экспериментальных полигонах
Наименование эксперимента и год проведения
пол-во
штор- Диапазоны изменения_
мовых 1'луоина Среднего средних парамет-ситуа- И, м диаметра ров волн глубс-ций осадков, кого моря
Исследуемые процес сы х)
мм
К, м т, с
Анапа 73 4 4,0-20,0 0,10-0,16 1,1-1,6 5,0-6,5 з.н.
Черномор 72 I 30 0,06 2,0 8,0 в.н.
Донузлав 75 2 1,1-7,0 0,21-0,36 1,4-1,9 5,5-7,2 з.н.
Донузлав 76 /(С. 1,2-4,00 0,31-0,36 0,5-1,0 4,8-6,0 в.н.
Любятово 74 2 2,3-4,0 0,16-0,46 0,8-1,7 4,3-4,5 в.н.
Любятово 76 4 7,0-18,5 0,14-0,51 0,7-0,8 3,6-5,8 в.н.,
з.о.,д.р.
в.т.
Камчия 77 3 1,85-2,50 0,15-1,38 0,5-1,2 4,0-6,0 в.н.,д.р
Камчия 73 I 0,7-4,3 0,20-0,64 0,4-0,9 3,6-6,3 в.н.,д.ф
Камчия 79 2 0,4-2,4 0,42-0,73 0,4-1,5 5,8-7,0 в.н.
Шкорпиловцы 82 2 2,0-3,1 0,27-0,54 0,4-0,5 4,5-4,6 д.ф.
Шкорпиловцы 83 4 2,6-18,0 0,17-0,88 0,6-1,0 3,7-6,0 д.ф.,в.н в.о.
Шкорпиловцы 85 3 2,2-17,0 0,17-0,90 0,5-1,3 3,5-6,0 в.т.,в.н
д.ф.,д.р
п.т.
Шкорпиловцы 88 2 0,0-4,5 0,30-1,70 0,6-1,7 4,0-5,5 д.р.,п.т
Сирт 80-81 9 7,0-15,0 0,08-1,45 0,8-1,9 3,2-9,0 в.н.,д.ф
Хомс 81 2 7,0-16,0 0,21-0,43 0,8-1,5 3,8-6,0 в.н.,д.ф
Иссык-Куль 83 - 1,4-7,3 0,18-0,78 - д.ф.
ПРИМЕЧАНИЕ: в.н. - взвешенные наносы; в.о. - влияние опер на
(к) размыв дна; д.р. - динамики рельефа; д.ф. - динамика денных форм; в.?. - вдольбереговой транспорт наносов; п.т. - поперечный транспорт наносов.
таким образом, оказывает влияние на структуру волнового -потока.
На основании комплекса наблюдений за морфологией и параметрами активных и пассивных донных песчаных микроформ и составом слагающих их осадков можно отметить некоторые общие закономерности существования микроформ дна береговой зоны водоемов. Активными будем называть микроформы, параметры которых сформированы поверхностными волнами, одновременными с наблюдениями, пассивными - сформированными более ранними волнами и с тех пор не менявшими свои параметры.
Во время шторма на сравнительно больших глубинах при относительно малых придонных скоростях донные образования представляют собой симметричные двумерные песчаные волны с параллельными друг другу фронтами. По мере приближения к берегу фронты донных форм становятся извилистыми со все увеличивающимся фазовым сдвигом. Ближе к зоне разрушения формы имеют трехмерную ячеистую структуру, без выраженного единого фронта. В зоне разрушения на дне образуются совершенно особенные донные формы, отличающиеся своими очертаниями и размерами от микроформ других участков подводного профиля.
Длинные выположенные гребни длиной до 2 м чередуются с короткими (длиной не более I м), крутыми (глубиной до 0,4 м) лож-бинаыи-траншеями. Соотношение длин гребня и ложбины менялись от 2:1 до 5:1. Их появление, видимо, связано с существованием гидравлических ударов о дно вследствие опрокидывания гребней поверхностных волн и соответствующей экскавацией донного материала.
Ближе к берегу от зоны разрушения снова появляются привычные донные формы сперва хаотической, ячеистой конфигурации, затем - все более упорядоченной. В достаточном удалении от разрушающихся волн вновь образуются длинные фронты форм, параллельно друг другу. Однако между линией разрушения и урезом рифели становятся заметно асимметричными и их ориентация изменяется таким образом, что угол между урезом и нормалью к фронту песчаных волн оказывается острее, чем соответствующий угол между урезом и нормалью к фронту поверхностных морских волн.
На относительно больших глубинах ( > 12,5 м) на дне, сложенном крупным песком, встречены донные формы, которые своими очертаниями соответствовали описанию риелей перекатывающихся
зерен. Эти рифели наблюдались только в пассивном состоянии. Их ЕН'г2Якй вид представлял собой последовательность равностоящих друг от друга песчаных полос с округлыми уплощенными гребнями (контур гребня в профиль выглядел как луга окружности величиной «90°) и почти плоскими ложбинами. Образование этих неустойчи-шх донных образований можно объяснить особенностями акватории их размещения. Относительно крупный донный материал на этих глубинах приводился в движение лишь самыми крупными поверхностными волнами, в то время, как большая часть орбитальных скоростей имела значение меньше, чем скорость сдвига И8 . Благодаря этому максимальные орбитальные придонные скорости ( И^.) не выходили за пределы диапазона скоростей, при которых могут существовать рифели перекатывающихся зерен ( 1Ц4 Ц^ 2.11-1, ).
Вблизи массивных вертикально стоящих цилиндрических кон-стру1сций (с диаметром ~ I м) изменяется направление и существенно увеличивается турбулентность водного потока у дна. Поверхность дна у конструкций (на расстоянии, примерно разном одному диаметру опоры) оказывалась гаположениой, хотя при удалении от них донные формы наблюдались. При небольшом волнении вблизи опор образовались более крутые формы, чем в отдалении, причем их фронты веерообразно расходились во все стороны.
Распределение различных донных форм и конфигурации их фронтов вдоль профиля одного и того же подводного склона может изменяться в зависимости от силы шторма и размещения участков разрушения волн.
Величина отношения крупности осадков на гребне рифеля и в ложбине для пассивных рифелей, как правило, меньше единицы, а для активных - больше. Значения этого отношения, зависят от интенсивности волнового воздействия на дно и сортированное™ осадков.
Пробы поверхностного грунта, взятые с различных точек донной фермы, свидетельствуют, что характеристики распределения состава наносов, в основном, п. гвно и монотонно изменяются вдоль склона от гребня к ложбине.
При проведении расчетов для прогнозирования потоков наносов во время шторма исследователя прежде всего интересует - существуют ли при определенном волнении на .еде определенной акватории иикроформы и какош их параметры. Попытаемся разобраться,
27
какими могут бить ответы на эти вопросы.
На основе материалов собственных натурных наблюдений и с привлечением опубликованных данных натурных и лабораторных исследований проверим существующие рекомендации по расчету условий образования и исчезновения рифелей в береговой зоне моря под действием волнения. Удалось обнаружить и воспользоваться результатов измерений в береговой зоне морей, приведенными в работах ( 1пиап, 1S57; Miller, Кошау, 1980; Nielden, 1934) и озер ( Таипог , 1971). Использованы также лабораторные эксперименты Керометчиева (переданы автору частным образом); Манохара ( Mancher, 1955); Нильсена (Nielsen, 1979).
В инженерной практике для определения граничных условий существования или различных фаз движения донных кикроформ обычно используют зависимости типа
где О - средний дпшетр частиц донных осадков; fy - ускорение свободного падения; 6 - постоянный иди малоизм&чяюцийся с изменением О коэффициент. Подобных формул очень много. Только в работке Бшгера (IS80) дана подборка из 50 таких выражений. Кроме того широко известны относящиеся к типу ( 5 ) граничные условия Муриной и Халфина (ISSI); Бребнера ( ВгеЪпег, 1980); Динглера (Dingier , 1974); Вонгвиссесомхая ( Vongvisessomjai, 1984) и т.д. Сравнивая эти критерии с опытными данными, убеждаемся, что расчет диапазона условий существования рифелей только по критическим скоростям позволяет рассматривать результаты расчета только как упрощенное, приблизительное определение его границ. Для правильного описания поведения донных частиц необходимо иметь в виду особенности гидродинамических режимов потоков разного типа. Прежде Есего надо учитывать влияние периода волнения Т
Самое сильное воздействие на размываемое дно колеблющиеся водные массы оказывают при достижении максимальных значений своих скоростей Ит . Чем меньше период поверхностных вата, тем длительнее действие во время шторма. Кроме того, тол-
щина прцдонного пограничного слоя волнового потока пропорциональна корню квадратному из периода волны. Поэтому для волнения с
(5)
меньшими периодами создаются условия, облегчающие начало движения частиц наносов.
Среди критериев появления и исчезновения денных микроформ, построенных с учетом влияния периода, наиболее известными являются эмпирические уравнения Комара и Миллера ( Komar, Miller, 1975); Вонгвисесомхая
Дж.Динглера ( Dingler , 1979). Однако, проверка формул назван-' кых авторов на основе большого количества экспериментальных результатов позволила отметить ограниченность их применения.
Все поле опытных данных об условиях существования донных микроформ можно ограничить кривыми F ( d0 /'Р) и записать эмпирические уравнения наилучшим образом соответствующих появления и исчезновению рифелей:
FH--3.34D"a(d,/D)i/5 (6)
, \ 2/3
РС=5МЧ0 Ы0/®) . (?)-
ц.2
где Р - параметр подвижности наносов, (р~Гр]до ' Р^ » Р ~~ плотности твердых частиц и жидкости, соответственно; с^ - орбитальный диаметр колебаний жидкости у дна,
Вместе с тем рассчитывая диапазон- условий существования рифелей необходимо учитывать, что при неизменных величинах Ип и. Т характер движения наносов у дна может быть существенно различным из-за искусственного гашения или усиления турбулентности. Величина донного касательного напряжения Т учитывает влияние турбулентности и шероховатости дна, поэтому характеризуя особенности взаимодействия движущихся водных масс с твердыми осадками, кажется логичным использовать именно зтот параметр .
Условия начала двике_ия наносов можно определять, например, по величине параметра Шнльдса. Зтот параметр является отношением максимального усилия сдвига у дна к силе сопротивления движению: а 2
ш = = 0.5 5м А и^ = ± г с
[р* УгЩ® ' ("8)
29
где j-w- волновой фактор трения.
Учитывая вышесказанное, самые универсальные ограничения условий существования донных микроформ можно получить в системе координат с10Д} . Поле опытных точек, соответствующих зарегистрированному факту существования микроформ, можно оконтурить единым уравнением аллипса:
(-¿,Я(Ь0,8.аЫо/<Р у 0/
8,4/ (S)
или
0,23 &tde/O-0,£6ßavK*-0.0ebidi/D id./D+O.MhVf* i (М
Из имеющихся в нашем распоряжении результатов лабораторных и натурных экспериментов в пространство,оконтуренное уравнением (10), попало 98,8% опытных точек.
В результате наблюдений обнаружено, что размеры пассивных донных микроформ мало зависят от силы предшествовавшего шторма, а в разное время сохраняли значения, характерные для осадков данного диаметра. Длина ( L ) и вне от а ( ) пассивных рифе-лей хорошо коррелирует со средним размером донных осацков. Поэтому зависимости между ними с высокой степенью точности мож-
Х-Ч 1 08 22
но аппроксимировать зависимостями 1_ = 83,5U и =17,31») , где L и выражаются в см, а О в мм. По этим зависимостям можно оценить крутизну донных песчаных микроформ' q_/L =0,21^ ■ . Полученная формула простого определения крутизны песчаных микроформ хорошо согласуется с подобной формулой Нильсена ( Nielsen , 1979), для песчаных фракций наносов, но имеет значительно более простую структуру.
Проведенное исследование позволяет заключить, что крупность осадков дна является основным фактором, определяющим параметры пассивных донных микроформ. Эти параметры характеризуют з какой-то момент затзпеания шторма лишь некоторое максимальное тангенциальное напряжение еще сдвигающее частицы определенного размера и никоим образом не указывают на силу шторма при его максимальном развитии. Поэтому по параметрам микроформ дна в древних
пластах пытаться реконструировать условия волнообразования в палеофашальной обстановке бесперспективно.
Измеренные в натурных условиях параметры активных рифелей сравнивались с расчитанными по формулам, опубликованным в работах (Ачтунин, 1975; Eagnold , 1946; Inman, 1957; Carstens et al., 1969; Mogridge, 1973; Dingier, 1974; Kontor, 1974; Milier, Komar, 1900; Nielsen, 1979, "581). В итоге сопоставлений обнаружено, что данные измерений блике соответствуют значениям рассчитанные по формулам Нильсена ( Н1е1зеп, 1981), чем • результаты расчетов по формулам других авторов. Однако и это совпадение нельзя признать удовлетворительным.
ГЛАВА 5. Взведенные наносы береговой зоны моря
Собран большой объем данных натурных наблюдений, характеризующих поля концентрации взвешенных наносов на обширной акватории от уреза до относительно больших глубин при действии штормов различной силы.
При построении картины штормового распределения взвешенных наносов всю область активного взаимодействия волн с дном, сложенным сыпучим материалом, удобно разделить на две зоны - мористее и бережнее линии разрушения крупных волн в стадию развитого волнения. В первой зоне изменение концентрации на фиксированных горизонтах прямо следует за изменчивостью шторма. На тех же горизонтах значения концентрации монотонно уменьшаются с удалением от берега, несмотря на то, что изменение гидравлической крупности донного материала млеет ту же тенденцию. Причем заметное количество песчаных и алевритовых частиц взвешивается вблизи дна на глубинах 30 и более метров.
Во второй зоне временная изменчивость концентрации определяется не только прямым изменением силы шторма, сколько миграцией участков в связи с той же изменчивостью шторма. Так как энергия волнения наиболее интенсивно диссипирует над гребнями подводных валов, концентрация взвешен::ях частиц в рассматриваемой зоне обычно немонотонно меняется с удалением от берега не только в связи с переходом через участки обрушения. Роль подводных валов проявляется еще и в том, что они выполняют функции фильтра, отсекающего (разрушающего или существенно деформирующего) крупные, вол-
ны и пропускающего остальные. Поэтому в течение всего шторма диапазон концентрации наносов, взвешенных над разными участками подводного склона существенно различны.
Все же наиболее интенсивное взвешивание наносов происходит на участке массового обрушения волн в фазу развитого волнения. При этом насыщение наносами водной толщи на участке обрушения в 10 и более раз превосходит таковое на соседних, отстоящих лишь на 10-15 и. Причем рост концентрации перед полосой обрушения более резок, чем ее падение ближе к берегу от этой полосы.
Участок обрушения заметно отличается от прочих формой профиля концентрации (вертикальные градиенты концентрации здесь малы) и характеристиками состава. Средний размер частиц, дисперсия, коэффициенты асимметрии и эксцесса состава распределены здесь почти равномерно по вертикали, тогда как на соседних участках изменение этих величин весьма существенно. Даже если продолжительность фазы развитого волнения составляет I/4-I/5 длительности шторма, основная работа по вдольбереговому перемещению наносов совершается в окрестности участка массового обрушения в эту фазу шторма. Здесь же отмечаются и наибольшие деформации рельефа и миграции подводных валов.
Среди профилей вертикального распределения концентрации можно выделить типы профилей, характерных для зоны действия неразрушенных волн, зоны разрушения, прибойной зоны.
На основе результатов анализа существующих теоретических схем двухфазных потоков и специально отобранных данных лабораторных и натурных экспериментов построены уравнения, описывающие относительное распределение концентрации, взвешенных наносов по глубине поступательного и волнового потоков. В окончательном виде выражения для расчета профилей концентрации выглядят следующим образом: для поступательного потока
S(Z) = SC ejcp 1-uS
f
d 2
с
) _.. >jk _ZA г,ШЛ + 15,7 V vö H )
при воздействии на дно неразрушенных волн
г
,(г 1 6(Ua-u/)Z/f ] (12)
с llTfTIFTH + { г О-06Z/¿>ехр(2/6")
где 2 - вертикальная коорд/лата с началом отсчета на уровне дна; £>(?) - концентрация взвешенных наносов на горизонте 2. ; 2>с - концентрация на фиксированном горизонте Z = C ; uS - гидравлическая крупность; К - > h, А, Т ~ высота, длина, период волн; Н - глубина водоема; U<j - максимальн'э значение придонной скорости; pS!J) - плотность твердых частиц и жидкости; ё =1,15 10^ - (v^/g)"*» \) " кинематический кооффициент вязкости; g " - ускорение свободного падения;
& - толщина турбулентного пограничного слоя; - динами-
ческая скорость. Рассчитанные по (II) и (12) профили кинцентра-цин хорошо согласуются со всеми доступными нам данными корректных опытов.
При расчетах по формуле (12) для неоднородного волнового полк наилучшее совпадение с данными наблюдений обеспечивается если при зтом учитываются значения элементов волн, соотвествую-щих параметров "значительных" ( significant ) волн.
Для расчета профиля концентрации в зоне разрушения волн получена следующая эмпирическая формула:
где Н^р - глубина спокойного моря в месте обрушения гребня волга; - коэффициент, в зависимости от относительного количества разрушающихся волн в пункте- наблюдения, изменяющий свои зн чения от =0,33 до 0,80; - кинематический коэф-
фициент.
Чтобы от профилей концентраций перейти к вертикальному распределению их абсолютных значений необходимо определить величину 3>с . После обработки дачных многочисленных измерений концентрации удалось получить следующую эмпирическую формулу для
объемной концентрации взвеси на расстоянии 30 см от дна:•
а„и-Ч5-Ю"в(и3/и>)''25 (14)
Изменение среднего размера взвешенных частиц практически всегда следует за изменениями концентрации с запаздыванием по фазе на несколько минут. При этом колебания размеров частиц малы по сравнению с изменениями их концентрации. При прохождении волн с меньшей степенью деформации вертикальные градиенты среднего размера взвешенных частиц, чем распространение более деформированных еолн. По данным натурных наблюдений получены эмпирические формулы для расчета вертикального распределения среднего размера взвешенных частиц в зсне неразрушенных волн
ВД) = ехр(-5,52ЧО-Ч1^) (15)
и для зоны разрушения:
Яй) =ехр(-3.15-Ю"2 (16)
г"е ЩТ) =Ш)/гЦ.и •> ; 10 = ¿см
Рассчитанные по (15), (15) значения хорошо аппроксимировали данные измерений' на различных участках черноморского, балтийского, средиземноморского побережий, что позволяет предположить их универсальность.
ГЛАЗА 6. Впольбереговой транспорт наносов
Для расчета вдольберегозого' расхода взвешенных наносов любого участка побережья предлагается схема (рис.2), которая учитывает основные фа .;оры, формирующие этот расход. По предлагаемой схеме предусматривается вести последовательный расчет параметров элементарных гидро- и лптодинамических процессов, протекающих в береговой зоне моря. Тем самым обеспечивается достаточная достоверность промежуточных данных, полученных на каждом конкретном этапе расчета.
Рис. 2. .Модульная схема расчета здольберегового транспорта взвешенных наносов
Возможности предлагаемого метода иллюстрируются на- участке болгарского побережья от мыса Калиакра до мыса Емине. На побережье имеются различные морфодинамические условия, на фоне которых формируется вдольбереговой поток взвешенных наносов. Участок достаточно хорошо изучен и имеет народнохозяйственное значение для Болгарии.
Написанная программа позволяет вести расчет параметров волн на мелководье в характерных точках подводного склона и в зоне разрушения, а также строить планы рефракции. По результатам расчетов была получена достаточно подробная информация о характерных особенностях гидродинамики,как каждого из участков, так и всего побережья в целом.
Построены режимные функции различных физических параметров, формирующих вдольбереговой поток взвешенных наносов. По этим режимным функциям дан прогноз динамики элементарных гидро-и литодинамических процессов, протекающих в прибрежной зоне, а также рассчитаны экспериментальные значения параметров этих процессов. Точность прогноза полностью обусловлена точностью исходной информации, используемой при расчетах на промежуточных этапах.
По результатам расчетов, .выполненных по предлагаемой схеме, для участка болгарского побережья от мыса Калиакра до мыса Емине, в качестве примера, построена схема распределения потенциальных вдольбереговых потоков взвеш&чных наносов при обеспеченности К0£ = I сут/год и сделан качественный прогноз возможного переформирования рельефа подводаого склона и очертаний береговой линии. Результаты расчета и прогноза хорошо совпадают с данными натурных наблюдений.
После построения прогноза наиболее динамического вдольбе-регового расхода наносов, собрав, сведения о количестве поступающих в береговую зону моря терригенного, биогенного, хемогенно-го и т.д. материала, научившись учитывать твердый сток от берега на большие -глубины и скорость литификации осадков,можно составлять баланс наносов для участка побережья. После этого можно прогнозировать переформирование рельефа подводного склона и изменения береговой линии исследуемого побережья за любой временной интервал.
ГЛАВА 7. Изменчивость состава донных осадков и рельефа прибрежного склона во время шторма
Изучение морфодинамики подводного берегового склона является одной из важнейших проблем при исследовании литодинамичес-ких процессов береговой зоны моря. Интенсивность этих процессов в большей степени определяется механизмом аккумуляции и размыва донных осадков под воздействием активных и пассивных факторов.
При проведении международных экспериментов "Шкорпиловцы-85, 88" исследованию кратковременных деформаций профиля подводного берегового склона и сопутствующих им изменениям гранулометрического состава денных осадков в зависимости от волновой ситуации, уделялось большое внимание. На основе выполненных натурных наблюдений появилась возможность расширить существующие представления об исследуемых процессах и получить данные о перемещениях наносов вдоль донного профиля во время шторма.
В период наблюдений определи! масштаб деформаций профиля и изменений крупности ссадкоЕ вдоль подводного склона. Самые значительные колебания этих величин во время шторма отмечались на приурезовом склоне. Велики они в райсне подводного вала. Относительно меньший размах значений этих параметров был зафиксирован в лежбине между залом и приурезовым склоном и мористее подводного Еала.
С усилением шторма подводный вал перемещается в сторону моря и разрушение волн начинается все дальше от берега. При затухании шторма вал возвращается ближе к берегу. 3 зоне разрушения волн происходит аккумуляция осадков за счет подтягивания сюда твердых частиц с соседних с этой зоной участков. Более мелкие фракции начосоз, из принесенных в сильно турбулизован-ную зону разрушения, легко взвешиваясь, выносятся из зоны под действием направленных в разные стороны перемещений водных масс и оседают на дно лишь в ачачительном удалении от зоны разрушения. Вблизи зоны разрушения происходит размыв донных осадков, а в удалении от нее медленная аккумуляция. Средний размер зерен донных осадков в зоне разрушения увеличивается, а с удалением от нее уменьшается.
В тех случаях когда турбулизацкя водной толщи происходит
преимущественно за счет либо трения водных масс о шероховатое дно, либо благодаря разрушению волн, структура осадков приводится к состоянию высокой гранулометрической зрелости и распределение их состава хорошо описывается логарифмически нормальной кривой. В зоне, где оба турбулизующих фактора имеют сравнительное влияние резко снижается гранулометрическая зрелость осадка и проявляется полимодальность, асимметричность и гетерогенность его состава.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изложенные в диссертационной работе результаты исследований можно резюмировать следующим образом:
1. Известные методы измерений параметров гидро- и литоди-намических процессов дополнены разработанными под руководством и при участии автора техническими средствами и методическими приемами. Предлагаемый набор методов измерений позволяет значительно повысить информативность исследовательских и изыскательских работ на прибрежных акваториях различных водоемов, а также более полно использовать возможности, представляемые для исследования фундаментальных задач динамики береговой зоны уникальными дорогостоящими исследовательскими комплексами.
2. Собран значительный массив данных натурных наблюдений за гидрогенными перемещениями песчаных осадков на прибрежных полигонах Черного, Балтийского и Средиземного морей. Исследования проводились во время штормов различной силы на акваториях, включающих все характерные по динамической активности участки береговой зоны моря: от уреза до глубин в десятки метров и по площади, составляющей квадратные километры. Общей чертой всех полигонов является то, что они располагались на берегах замкнутых бесприливных морей. Собранный материал наблюдений позволяет составить обоснованные представления о литодинамических процессах и строить модели г ;дрогенных перемещений наносов береговой зоны моря.
3. Выявлены некоторые законс:.:=>рности распределения донных песчаных микроформ и состава слагающих их осадков в зависимости от характера поверхностного волнения и влияния массивных цилиндрических опор. Сформулированы наиболее универсальные и удобные условия существования донных микроформ во время шторма, зависимости мевду параметрами пассивных рифелей и крупностью донных
38
осадков.
4. Выполнена сценка роли взвешенных наносов в литодинамических процессах, протекающих на малых и больших глубинах во зремя штормов различной силы. Получены новые представления о формировании потока взвешенных со дна осадков и распределения их концентрации по глубине водной толщи в зонах, различающихся по динамической активности и построены определенные количественные зависимости. Удалось детально описать изменчивость поля концентрации взвешенных наносов и характеристик их состава при переходе через зоны разрушения и прибойную, а также проследить за трансформацией этого поля в ходе шторма.
5. Разработан физический метод определения и прогноза расходов вдольбереговых потоков наноссв. С помощью последовательного расчета количественных характеристик элементарных гидро- и литодинамических процессов можно находить объемы обломочного материала .транспортируемого в ту или иную сторону вдоль берега, и прогнозировать итоговый расход за любой временной интервал.
5. На основе данных натурных наблюдений за кратковременными деформациями профиля подводного берегового склона и сопутствующий изменениями гранулометрического состава донных осадков при различных волновых ситуациях расширены существующие представления о перемещениях наноссв вдоль профиля во время шторма.
3 завершение сформулированы концепции дальнейшего развития исследований и моделирования гидрогенных перемещений наносов.
Всего по теме диссертации опубликовано 93 научных работы: Основными из них являются следующие:
I. Методические рекомендации по изучению распределения концентрации взвешенных наносов в верхней части шельфа. -Труды Координационного центра стран-членов СЭВ по проблеме "Мировой океан". М., 1980 (совместно с С.М.Анцы^еровым). 2. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М., "Наука", 1986 (с С.М.Анцк$еровым). 3. Методы измерения гидро- и литодинамических процессов, протекающих в береговой зоне моря. -Л., изд-во ВИЭМС, 1990 (с Н.В.Пы-хоеым). 4. Исследование перемещения наносов при действии волнений и спутного течения. -Труды Согозморниипроекта, М., "Транспорт" 1373, вып.34(40) (с С.М.Анциферовым и В.ВЛонгиновым). 5. О возможности практического применения некоторых решений задачи о движении взвешенных наносов. -Океанолог:«, 1974, т.Х1У, 5.
б. Результаты литодинамичвских исследований из подводной- лаборатории "Черномор". -Известия АН ЭССР, химия, геология, 1974, т.23, №4 (с Н.А.АйбулатоЕым и К.К.Орвику). 7. К методике натурных исследований движения взвешенного обломочного материала.-Океанология, 1975, т.ХУ, №2 (с С.М.Анцыферовым и ЭД.Онищенко). 8. Исследование движения взвешенного обломочного материала в зерхней части шельфа мористее зоны валов. -Океанология, 1977, т.ХУП, вып.З (с С.М.Анцьферовым). 9. О возможности измерения концентрации взвешенных наносов в море батометрами-накопителями. -Океанология, 1977, т.ХУЛ, вып.6 (с С.М.Анщлферовым). 9. О возможности измерения концентрации взвешенных наносов в море батометрами-накопителями. - Океанология, 1977, т.ХУП, вып.6 (с С.М. Анцыреровым, Э.Л.Онищенко и Н.В.Пыховым). 10. О вертикальном распределении концентрации взвешенных наносов в волновом потоке. -Океанология, 1978, т.ХУШ, вып.5 (с В.И.Пахомовым и Н.В.Пыховым). II. Вертикальное распределение концентрации и состава взвешенных наносов в зоне разрушения волн. - Океанология, 1978, т.ХУШ, вып. 6 (с Н.В.Пыховым и А.П.Филипповым). 12.0 коэффициенте турбулентности диффузии наносов и расчете распределения концентрации. - Метеорология и гидрология, 1979, № 5 (с С.М.Анциферовым). 13. Об изменении концентрации и состава взвешенных наносов во время шторма. - Океанология, 1979, №5 (с В.И.Пахомовым). 14. Исследование поля средней за шторм концентрации взвешенного обломочного материала и его состава в береговой зоне моря. - Сб."Вза имодействие атмосферы, гидросферы, литосферы в прибрежной части моря" (Результаты международного эксперимента "Камчия-77") София 1980 (с Н.В.Пыховым, В.Ж.Дачевым и Хр.И.Николовым). 15.Изменчивость концентрации взвешенных наносов в зоне деформации и разрушения волн во время шторма. - Там же, София, 1980 (с Н.В.Пыховым В.Ж.Дачевым). 16. Некоторые особенности формирования поля концен трации взвешенных наносов в зоне разрушения волн. - Там же, София, 1980 (с В.Н.Дачевым и Н.В.Пыховым). 17. Дифференциация обломочного материала во взвесенесущем потоке. -Глава монографии "Процессы механической дифференциации обломочного материала в верхней части шельфа", М., "Наука", 1981 (с С.М.Анцыферовым). 18. Устройство для отбора проб взвешенных наносов в придонном слое на морском шельфе. - Авт.свид.855441, 1981 (сА,П.Филипповым
19. Одновременное распределение концентрации наносов, поднятых со дна проходящими волнами. - Океанология, 1981, т.21, №5 ( с В.И.Пахомовым). 20. О возможности измерения знакопеременных скоростей в береговой зоне моря с помощью ультразвука. -Сб. "Взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы в прибрежной зоне моря (Камчия-78", София, 1982 (с Й.С.Псдымовым). 21. Измерение абсолютных значений концентрации взвешенных наносов з штормовых условиях. - Там же, 1982 (с С.М.Анцыферсвым, В.Ж.Даче-вым, Н.В.Пыховым). 22. Теоретические модели Бзвесенесущих потоков. -ВИНИТИ Деп.№ 1025-83, 1983. 23. Модель вертикального распределения концентрации ззвешенных наносов в зоне трансформации волноеой энергии. -ВИНИТИ Деп. I? 1055-83, 1983. 24.Применение модели вертикального распределения конентрации взвешенных наносов для практических расчетов в береговой зоне моря. - В кн.: "Проблемы транспорта наносов в береговой зоне моря", Тбилиси,
1983. 25. Расчет профилей концентрации введенных наносов в водных потоках." - В кн.: "Проблемы изучения, охраны и рац.исп. водных ресурсов", М., "Наука", 1983. 25. Результаты литодинамичес-ких исследований в прибрежной зоне участка северо-африканского шельфа. - ВИНИТИ Деп. № 5402-83, 1983. 27. 0 расчете концентрации наносов при волнении. - "Водные ресурсы", 1984, № 5. 28. Особенности расчета вертикального распределения концентрации взвешенных наносов в морских условиях. - Океанология, 1984, № 3, т.24. 29. Расчет поля средней за шторм концентрации взвешенных наносов. - Сб."Динамика и терщика рек и водохранилищ", М., "Наука",
1984. 30.Результаты натурных исследований рифелей на песчаных побережьях. - ВИНИТИ Деп. !? 2319-85, 1985. 31. Распределение концентрации и состава взвешенных наносов в зоне опрокидывания гребня и в прибойном потоке. -Океанология, София, 1985, № 14. 32. Прогнозирование распределения взвешенного обломочного материала по акватории исследуемого региона. - Океанология, 1985, т.26, $ 6. 33. Устройство для исследования образования и перемещения донных аккумулятиг их форм на морском шельфе. -Авторское свидетельство № 1236053, 1985 (с А.П.Филипповым, В.ВЛроксфьевым), 34. 0 возможности отбора проб взвешенных наносов любого участка морского шельфа. - Литология и полезные ископаемые, 1986, $3
(с А.П.Филипповым). 35. Зависимость размеров пассивных рцфелей береговой зоны моря от крупности слагающего их осадочного мате-
41
риала. - Океанология, 1986, т.26, №5. 36. Об образовании и существовании риелей при волнении в береговой зоне водоемов. -Водные ресурсы, 1987, № I. 37. Об изменчивости концентрации и состава наносов взвешенных сильно деформированными и разрушающимися волнами. -Океанология, 1987, т.27, № 2 (с А.Д.Кочергиным).
38. Методика прогнозирования Едольберегового расхода взвешенных наносов. - В кн.: "Проблемы и метода исследований динамики береговой зоны внутренних водоемов", Фрунзе, 1987 (с А.П.Филипповым).
39. Алгоритм расчета концентрации наносов взвешенных неразрушенными волнами. - Там же, 1987. 40. Кратковременные изменения профиля и состава донных осадков вдоль подводного берегового склона при шторме. -Там же, 1987. 41.Некоторые закономерности распределения донных песчаных микроформ в береговой зоне моря.. -Литология и полезные ископаемые, 1988, . т.1. 42. Об измерении изменчивости толщины донного песчаного слоя в различных водоемах.
- Метеорология и гидрология, 1988, № 5 (с Э.Л.Онищенко, А.П.Филипповым). 43. 0 применении оптического метода определения концентрации взвеси в натурных условиях. -Водные ресурсы, 1989 (совместно с Э_Л.0нищенко). 44. Новое в исследовании потоков наносов в береговой зоне соря. - Сб."Проблемы развития морских берегов". .М., Изд-во И0 АН СССР, 1989 (с Н.А.Айбулатовым и С.М.Ан-цыферовым). 45. Прогноз вдольберегового расхода взвешенных твердых частиц на участке Болгарского побережья от м.Емине до м.Калиакра. - Глава монографии "Практическая экология морских регионов. Черное море". Киев, "Наукова Думка", 1990 (с А.П.Филипповым) . 4о. Investigation of Suspended Sedimeht Distribution over Coastal Slope. In: "Properties and Transformation of Hydrodynamical Processes in Coastal Zone of Hontidal Sea", Gdansk, Polska, 1976, (with S.Antsiferov, T.Bacincki, K.Onishen-ko). 47. Sediment Suspended in a stream flow. In: Journal of Hydraulics Division Pr«c., AÜCU, 1S80, HY 2, (with S.M.Antsiie-rov). 48. Distribution of sudpended sediment over coastal копе of biv.biatoY/o, Kos-.rrnvy Fydrotechniczne, 1980, v.41 (v.-ith S. M. Antsiferov, T. Easinski, IÍ.V.. -khov, O. S. Pustelnikov). 49. изе of sand traps in measurement of concentration and composition of suspended sediment. Rozprawy Kydroteehniczne, 1980, v.41. (with S.LI.Antsiferov, E.L.Onishenko, N.V.Pykhov).
-
Косьян, Рубен Дереникович
-
доктора географических наук
-
Москва, 1991
-
ВАК 11.00.04
- Пространственно-временная структура течений и миграций наносов в береговой зоне юго-восточной Балтики
- Исследование механизмов формирования поля концентрации взвешенных песчаных наносов в береговой зоне
- Динамика галечного пляжа в зоне влияния берегозащитных сооружений
- Процессы движения песчаных осадков в береговой зоне моря
- Природные и антропогенные факторы, определяющие эволюцию Анапской пересыпи
