Волнение – вертикальное колебательное движение воды вызванное внешними силами природы

Причинами волн являются:

· ветер,- ветровые

· сила притяжения Луны и Солнца(приливы и отливы) - приливо-отливные,

· резкие изменения атмосферного давления - барические (сейши)

· землетрясения и подводные вулканические извержения – сейсмические(цунами).

Волны характеризуются

· формой,

· размерами,

· периодом колебаний

· скоростью распространения.

Состоят волны из чередующихся между собой валов (возвышений) и впадин (углублений).

Элементы волн:

· гребень - верхняя точка волны;

· подошва - основание впадины;

· высота h - расстояние по вертикали от подошвы до гребня волны;

· длина - расстояние по горизонтали между гребнями или подошвами двух соседних волн;

· крутизна - угол наклона склонов волны к горизонту или отношение высоты волны к ее полудлине;

· скорость - расстояние, проходимое гребнем или подошвой волны в единицу времени по направлению ее перемещения;

· период - промежуток времени, выраженный в секундах, между прохождением двух последовательных гребней или подошв через одну и ту же точку пространства.

Уже при слабом ветре скоростью 1 м/с на поверхности моря появляется рябь. При сильном ветре образуются волны, достигающие большой высоты и обладающие огромной силой. В океанах волны достигают 150 м. длины, 7-8 м. высоты с периодом 8-10 с. Наибольшие океанские ветровые волны достигают высоты 18-25 м при длине около 400 м. На морях высота волн 5-6 м и длина около 80 м.

Между силой и продолжительностью действия ветра, с одной стороны;длиной и высотой волн — с другой, существует определенная взаимосвязь. Но встречаются довольно большие волны и при полном безветрии. Такие волны называются мертвой зыбью и являются как бы отголосками ветрового волнения в удаленных районах.

Есть районы, где сильное волнение никогда не утихает и где круглый год свирепствуют штормы. Таковы пользующиеся среди моряков плохой славой - сороковые широты южного полушария.

Многочисленными исследованиями советских и зарубежных ученых ус­тановлено, что потеря скорости на волнении в основном зависит от типа судна, высоты волны и угла, под которым движется судно по отношению к фронту волны. Графически эти зависимости представлены в виде се­мейства кривых, соответствующих различным курсовым углам ц (рис. 6).

Из графика видно, что при высоте Н волн до 2—3 м их влияние на скорость II морских судов незначительно (до 5%). С увеличением высот волн, при прочих равных условиях, степень потери скорости возрастает и достигает значительных величин (более 50%),

Наибольшая потеря скорости происходит при движении судна против волны (при курсовом угле 0°), затем она уменьшается по мере увели­чения курсового угла. Степень потери скорости от волнения различна не только для разных судов, но и для одного и того же судна при раз­личной его загрузке.

Кроме потери скорости на волнении, судно испытывает качку, которая затрудняет работу экипажа, вызывает необходимость крепления грузов

Влияние волнения на судоходство проявляется в следующем:

Сильное волнение отрицательно сказывается на работе многих судовых механизмов и, экипажа. Осложняет мореплавание и затрудняет производство погрузочно-разгрузочных операций на открытых рейдах и других работ на судне.

Сильное волнение бывает причиной гибели судов и людей.

Суда при волнении испытывают качку - бортовую, килевую и вертикальную, каждая из которых может привести к разрушению и даже к гибели судна. Качка физиологически плохо отражается на людях, расшатывает связи корпуса судна и обусловливает повышенные требования к его прочности.

Может возникнуть явление резонанса, которое может привести к разрушению судна. Резонанс судна - совпадения периода собственных колебаний судна с периодом волны. Попадая в резонанс с волнами, оно может потерять остойчивость и опрокинуться. При увеличении качки рекомендуется изменить курс по отношению к направлению волнения таким образом, чтобы судно не оказалось лагом к волне, и уменьшить скорость судна.

Волнение может привести к смещению сыпучего груза в трюмах во время сильной бортовой качки - потеря остойчивости.

Волнение оказывает большое влияние на скорость судна, вызывает его дрейф и рыскание. Суда теряют скорость не только при встречном волнении, но и при попутном, хотя в последнем случае потеря скорости несколько меньше. Потеря скорости на волнении может достигать 30%.

При качке на волнении, особенно если судно идет в балласте, происходит оголение винтов, что отрицательно влияет на работу машин, а возникающая вибрация вредно сказывается па прочности корпуса.

При движении навстречу штормовой волне возможен слеминг, т. е. гидродинамические удары в днищевую и скуловую части корпуса, в результате чего может быть повреждена обшивка и даже набор. Одновременно вибрация и резкие встряски вызывают поломку рангоута, обрыв такелажа и трубопроводов, выход из строя электрорадионавигационных приборов, машин и механизмов.

Особо опасны короткие (меньше длины судна) и высокие (крутые) волны. Основные меры предотвращения слеминга - изменение курса и снижение скорости.

Судно, недостаточно загруженное с чрезмерным дифферентом на корму, испытывает большие затруднения во время шторма. Это способствует возникновению слеминга.

Вследствие ударов штормовых волн о корпус судна через якорные и швартовные клюзы, а то и прямо поверх носового козырька и планширя фальшборта на палубу попадает вода. При этом могут быть повреждены палубные механизмы, грузы, смыто судовое снабжение, возникает опасность для людей. В сильные морозы вода полностью не успевает стечь за борт через штормовые портики и шпигаты и замерзает, начинается обледенение.

Степень подверженности судна попаданию воды на палубу называется заливаемостью. Различается очень сильная, сильная (большая), средняя и слабая (малая) заливаемость, но строго градуированной шкалы нет. Чем ниже надводный борт, больше скорость, качка, круче волна, сильнее ветер, тем больше воды судно «берет на себя», тем больше заливаемость.

Наивысшая степень - свободное перекатывание волн через борт. Такие случаи нередко кончаются катастрофой. Основной мерой снижения (предотвращения) заливаемости является правильной выбор курса и скорости относительно волны.

При плавании в условиях волнения судно хуже слушается руля, теряет управляемость, что особенно опасно при плавании вблизи берегов и в узкостях.

Порты, расположенные на берегу глубоко вдающихся в сушу бухт, не подвержены сильному волнению, но порты, расположенные у открытого побережья, вынуждены ограждать свою акваторию дорогостоящими волноломами, которые «гасят» волну. Во время практикуемой во многих портах рейдовой стоянки судов грузовые работы приостанавливаются, как правило, при волнении свыше 4 баллов. То же самое относится и к танкерам, производящим грузовые операции у точечных причалов в море.

Причиной волн бывают иногда подводные землетрясения, извержения подводных вулканов или падение в море обломков скал, разрушенных просочившейся водой. Такие волны, называемые цунами, достигают десятков метров высоты и обладают огромной разрушительной силой. Они часто причиняют большой материальный ущерб прибрежным районам и нередко сопровождаются многочисленными жертвами.

В 1755 г. в Лиссабоне во время землетрясения толпа численностью около 60 тыс. человек, спасавшаяся на набережной от обломков рухнувших зданий, была унесена в море хлынувшей на город волной высотой 12 м.

В 1883 г. при извержении вулкана Кракатау на небольшом островке у берегов Индонезии образовалась огромная волна высотой 35 м, которая обошла вокруг всего земного шара и унесла с собой 36 тыс. человеческих жизней. Особенно часто страдает от цунами побережье Японии.

Течение, приливы.

Устойчивый ветер оказывает не только непосредственное влияние на судно, но и косвенное, через создаваемые им течения. Такие течения называются дрейфовыми.

Морскими течениями называется поступательное перемещение масс воды в море, характеризующееся направлением и скоростью (в узлах).

Основные силы (причины), вызывающие морские течения, делятся на внутренние и внешние. К внутренним относятся силы, возникающие вследствие неравномерного распределения по горизонтали плотности водных масс; к внешним - ветер, атмосферное давление, приливообразующая сила Луны и Солнца.

Кроме внутренних и внешних сил, вызывающих течения, сразу же после возникновения движения водных масс появляются вторичные силы, к которым относят отклоняющую силу вращения Земли (силы Кориолиса) и силу трения, замедляющую всякое движение. На направление течения оказывают влияние также конфигурация берегов и рельеф дна морей и океанов. Мощные океанические течения, встречая на своем пути препятствия в виде материков или островов, изменяют направление, раздваиваются, распадаются на отдельные ветви. Еще больше они деформируются в небольших мелководных бассейнах. Их направление и скорость зависят там от конфигурации берегов и рельефа дна.

Наиболее важными характеристиками течений являются их постоянство, скорость, температура. Особенно важное значение для судоходства имеет последний фактор, так как на стыке теплого и холодного течений (например, Северо-Атлантического и Лабрадорскоге) возникает туман, затрудняющий мореплавание. Еще важнее воздействие течений на климат прибрежных районов, определяющий сезонность работы портов в высоких широтах. Благодаря течениям климат пунктов, лежащих на одинаковой широте, но на противоположных берегах океанов, существенно отличается (например, климат Западной Европы из-за влияния Гольфстрима значительно теплее, чем в районах Американского континента на тех же широтах).

Течения обязательно учитываются в навигации, так как они ускоряют или замедляют плавание судов, отклоняют судно от курса. На североатлантических трассах суда, следующие в Европу, благодаря течению, идущему в том же направлении, совершают переход быстрее, чем при плавании на запад. В узкостях и проливах течения образуют водовороты, опасные для небольших судов.

Морские течения классифицируют по следующим признакам:

-по происхождению(по силам или факторам, их вызывающих). Здесь различают ветровые (дрейфовые) и градиентные (в т. ч. плотностные) и приливо-отливные). Ветровые (дрейфовые) возникают под действием силы трения ветра о водную поверхность. Градиентные вызываются действием градиента гидростатистического давления, возникающего при наклоне поверхности моря относительно уровенной поверхности; наклон поверхности моря может происходить вследствие ветрового нагона, изменения атмосферного давления, речного стока, неравномерного распределения плотности морской воды в горизонтальном направлении. Приливо-отливные течения вызываются приливными волнами, возникающими в результате воздействия на водные массы приливообразующих сил Луны и Солнца. Течения, наблюдаемые после прекращения действия силы, вызвавшей течения, называют инерциальными.

-по устойчивости выделяют постоянные, периодические и временные. Постоянными называют течения, мало изменяющиеся по направлению и скорости в течение длительного периода (сезон или год) - пассатные течения Атлантического, Тихого и Индийского океана. Однако в действительности в строгом смысле постоянных течений нет. Все они в той или иной мере подвержены изменениям. Поэтому постоянными обычно понимают течения, наблюдаемые в одних и тех же районах морей и океанов. Периодическими называют течения, направление и скорость которых изменяется с определенным периодом (повторение через равные промежутки времени и в определенной последовательности). Это характерно для приливо-отливных течений. Временными называют течения, изменение которых имеет непериодический характер. Они вызываются непериодическим воздействием внешних сил, в первую очередь кратковременным воздействием ветра.

-по глубине расположенияразделяют поверхностные (наблюдаются в т. н. навигационном слое, соответствующем осадке надводных судов (0-15 м); глубинные (на некоторой глубине между поверхностным и придонным течениями; придонные, наблюдаемые в слое, прилегающем ко дну.

-по характеру движения подразделяют на прямолинейные и криволинейные. В криволинейные входят и т. н. циклонические, представляющие собой круговые течения против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой — в южном, и антициклоническими, движущимися наоборот.

-по физико-химическимсвойствам течения разделяются на теплые и холодные, соленые и распресненные. При этом характер течения определяется соотношением температуры или, соответственно, солености масс воды, формирующих течение.

Основная причина поверхностных течений в океане - действие ветров. В связи с тем, что существует связь между направлениями и скоростью течений и преобладающими ветрами, карты течений следует рассматривать как схемы, дающие общую картину.

В тропической зоне Мирового океана, где наблюдаются устойчивые пассатные ветры северо-восточного направления в северном полушарии и юго-восточного - в южном, по обе стороны от экватора возникают два постоянных и мощных пассатных (экваториальных) течения на запад.

Экваториальные течения, встретив на своем пути восточные берега материков, создают нагон воды (повышение уровня) и поворачивают вправо в северном полушарии и влево - в южном.

В широтах около 40° на водяные массы воздействуют преимущественно западные ветры. В силу этого течения поворачивают на восток и северо-восток, а затем, встречая на своем пути западные берега материков, - на юг в северном полушарии и на север - в южном, образуя замкнутые кольца течений между экватором и широтой 40-45°. Часть восточного течения в северном полушарии поворачивает на север, образуя ветвь циркуляции умеренных широт. Между течениями пассатных зон северного и южного полушарий в экваториальной зоне возникают противотечения, направленные на восток.

Отличная от описанной схемы картина течений наблюдается только в тропической зоне северной половины Индийского океана. Глубоко выдающийся на юг п-ов Индостан и обширный азиатский материк создают благоприятные условия для развития муссонных ветров. По этой причине течения северной части Индийского океана имеют сезонный ход в соответствии с сезонным ходом атмосферной циркуляции.

В умеренных широтах 45-65° в северных частях Атлантического и Тихого океанов течения образуют кольцо циркуляции против часовой стрелки. Однако вследствие неустойчивости атмосферной цир­куляции в этих широтах течения также характеризуются малой устойчивостью, кроме тех ветвей, которые поддерживаются постоянным уклоном уровня океана от экватора к полюсам, например, теплые течения Северо-атлантическое и Северо-тихоокеанское.

В полярных широтах, как показывают наблюдения над дрейфом льдов, в Северном Ледовитом океане поверхностные течения следуют от берегов Азии через полюс к восточным берегам Гренландии.

Такой характер течений, с одной стороны, вызван преобладанием восточных ветров, а с другой - является компенсацией притока вод из Северной Атлантики.

У побережья Антарктиды течения имеют преимущественно западное направление и образуют узкую полосу циркуляции вдоль берегов Антарктиды, направленную с востока на запад. В некотором удалении от берегов течения имеют восточное направление, следуя за господствующими западными ветрами умеренных широт.

Но самые опасные течения вызываются приливами. По сравнению с дрейфовыми течениями приливо-отливные гораздо стремительнее. Особенно сильны они вблизи берегов, что опасно для тихоходных судов, так как скорость приливных течений может достигать 8 уз. При этом трудно удержать судно на заданном курсе, а при отливе оно может оказаться на мели. Это нужно учитывать и при постановке судна на якорь. В открытом океане приливы имеют правильный полусуточный характер, но вблизи берегов, вследствие местных особенностей, регулярность и амплитуда приливо-отливных течений различны в разных частях Мирового океана. Наибольшие колебания бывают в узких воронкообразных заливах и в устьевых участках рек. Во время прилива в устьях рек иногда наблюдается водяной вал, поднимающийся вверх против течения реки. Такой вал, называемый бором, бывает опасен для судов.

Приливо-отливные явления не всегда создают препятствия для судоходства, они имеют и положительное значение, позволяя крупнотоннажным судам посещать некоторые устьевые порты на сравнительно небольших и неглубоких реках. С этой целью в таких портах устраивают закрывающиеся бассейны — доки, в которых поддерживают уровень высокой воды. Доковые устройства характерны для многих портов Северо-Западной Европы. Расписания движения линейных судов обязательно согласованы с периодичностью приливов. В противном случае приходится терять до 8 ч на ожидание полной воды для входа в порт. Глубоководные порты, где амплитуда приливов не превышает 2 м, доков обычно не имеют, но при колебании воды в 4 м появляются большие технические трудности при производстве грузовых работ.

При более значительных колебаниях уровня воды без доков обойтись нельзя, так как грузовые работы при таких условиях невозможны. Приливы, которые можно заранее рассчитать и предусмотреть последствия, не создают угрозы судоходству. Но когда приливы, ветер и волнение действуют совместно, они могут нанести прибрежным районам серьезный ущерб.

Так в ночь с 31 января на 1 февраля 1953 г. у берегов Европы разыгралась трагедия, известная под названием «голландской катастрофы». Во время прилива, совпавшего по времени с сильным штормом, водяной вал высотой 8 м перехлестнул через оградительные дамбы, прорвал их и хлынул на голландские прибрежные острова Сховен и Оверфлакке. Погибли 1600 человек. Позднее на улицах и прилегающих полях были найдены небольшие суда.

Осадки.

Осадки (дождь, снег, крупа, град и т. д.) в целом не являются непреодолимым препятствием для судоходства, если не считать уменьшение видимости при дожде и снеге и необходимости защиты грузов, боящихся подмочки. На работу портов в районах с повышенной влажностью они оказывают более существенное влияние, вызывая перерывы в грузовых работах и непроизводительные простои судов.

Иначе обстоит дело с туманом. Туманом называют уменьшение видимости в нижних слоях атмосферы, вызываемое сгущением в них водяных паров. Причиной образования тумаков является охлаждение воздушной массы при соприкосновении с более холодной поверхностью до температуры, при которой содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется. В результате конденсации излишков пара в мельчайшие капельки образуется туман.

Статистика морских аварий убедительно свидетельствует, что большая часть столкновений судов происходит при плавании в тумане, несмотря на тщательно разработанные правила и широкое внедрение радиолокаторов. Большинство таких случаев зарегистрировано в районах наиболее оживленного судоходства — в устьях рек, впадающих в Северное море, в Ла-Манше.

В 1956 г. у берегов Канады во время густого тумана столкнулись два пассажирских лайнера — итальянский «.Андреа Дориа» и шведский «Стокгольм», причем оба имели самое современное навигационное оборудование и приборы. В результате столкновения флагман итальянского флота погиб.

При изучении карт туманов в первую очередь выясняют районы их распространения и повторяемость, которая выражается в процентах или днях за определенный период. Наибольшая повторяемость туманов в летний период наблюдается в районе Курильских островов, о. Хоккайдо и у о. Ньюфаундленд. В тропических водах туманы редки.

Туманы, осадки и видимость - факторы, тесно связанные между собой. Сами по себе они не влияют на движение судна, но при большой интенсивности создают зоны плохой видимости, вынуждая судно значительно снижать скорость движения из-за возрастающей опасности столкновения со встречными судами, плавучими льдами, айсбергами и другими опасностями.

Обеспечение судов современными радионавигационными приборами снижает их зависимость от некоторых неблагоприятных факторов.