Лабораторное исследование грунтов

§ 25. Отбор образцов грунтов

Лабораторные исследования грунтов производятся с целью изучения их гранулометрического, минералогического и химиче­ского состава, а также физических, водных и механических свойств.

Большую роль в этих исследованиях играет правильный отбор образцов грунта.

При ремонтном землечерпании отбор грунтов для исследования их физических и механических свойств производится непосредствен­но в прорези канала. Количество образцов грунтов намечается пос­ле изучения продольного геологического профиля и визуального определения минералогических и гранулометрических свойств грун­тов на участке черпания. Как правило, образцы грунтов должны быть отобраны с ненарушенной структурой (грунтоносами), но в зависимости от их констистенции отбор осуществляется и другими приборами. При взятии жидких, полужидких и текучепластичных грунтов применяется опускаемый на тросе дночерпатель. Захва­ченный грунт переливают в специальный стакан емкостью 200— 250 см³, предварительно взвешенный и определенный в объеме. Затем, после взвешивания стакана вместе с грунтом, грунт пере­ливают в банку и закрывают притертой пробкой, дополнительно герметизируемой парафином. Отобранные в банки образцы от­правляют в лабораторию для определения физических свойств грунтов. Объемный вес грунта определяется на месте путем взве­шивания стакана с грунтом. При залегании текучепластичных грунтов пробы можно отбирать донными щупами.

Отбор на канале крупнозернистых песков, гравия и галечников осуществляется храпом-дночерпателем с зубцами. Гранулометри­ческая характеристика несвязных грунтов производится в полевых условиях при помощи набора сит и обмера гравия диаметром больше 1 см и выборочного обмера гальки.

Мягкопластичные, пластичные и тугопластичные грунты отби­раются грунтоносами с гильзами. По извлечении грунтоноса гильза с заключенным в него грунтом вынимается, парафинируется и отправляется в лабораторию. Один образец осторожно осво­бождается от гильзы, обмеривается (длина, диаметр) и взвеши­вается на технических весах для определения на месте объемно­го веса грунта. При необходимости отбора грунта на полную мощ­ность наносных образований в канале применяются трубчатые лоты.

Отбор образцов грунтов из черпака земснарядов производится и в связных (преимущественно илы и пластичные глины) и в сыпучих грунтах (пески, супеси). Для отбора образцов грунтов изготовляются специальные стальные гильзы с тщательно при­гнанными стальными крышками. Внутренний диаметр гильзы 8 см, высота 12 см. Обычно при черпании илистых и пластичных глини­стых грунтов черпаки выходят переполненными (с шапкой). Для взятия образцов грунта движение черпаковой цепи останавливают в удобном для этого положении. Выбрав место, из которого бу­дет взят образец, освобождают Стальной стакан от крышек и вре­зают его в грунт. Срезав верхнюю часть грунта шпателем, посте­пенно очищают от грунта внешнюю поверхность стакана и осто­рожно закрывают его крышкой. Придерживая стакан, врезают вплотную к его нижней части шпатель, которым удерживают грунт.

Затем, освободив стакан из грунта, его переворачивают, срезают шпателем излишки грунта и закрывают второй крышкой. Взятие пробы песчаных грунтов берется аналогичным способом с той.лишь разницей, что необходимо тщательно прикрывать шпателем нижнюю часть стакана во избежание просачивания грунта. Для характеристики грунтов из исследуемого слоя отбираются три об­разца грунта. Стаканы с образцами грунтов взвешивают на месте отбора на технических весах. Объем каждого стакана и вес с крышками известен, и взвешивание их с грунтом позволяет опре­делить объемный вес грунта. Стаканы с грунтом герметизируют парафином и отправляют в лабораторию на анализ.

Каждый образец грунта снабжается паспортом, в графах ко­торого должны быть указаны следующие данные: 1) дата; 2) море; 3) порт; 4) канал; 5) участок канала (км); 6) сторона канала (правая, левая); 7) глубина взятия образца; 8) каким прибором ьзят образец грунта; 9) наименование грунта с указанием его консистенции и включений; 10) размеры образна грунта (диаметр, длина, см); 11) объем образца, см³-, 12) вес образца (при условии его взвешивания), г; 13) объемный вес образца. т/м³\ 14) класс грунта (по визуальному определению гранулометрического соста­ва); 15) группа грунта по трудности разработки (по визуальному

определению); 16) упаковка грунта при отправке его в лабора­торию; 17) задание лаборатории с указанием, какие компоненты физических и механических свойств нужно определить.

Примечания: 1. При взятии образца из черпака земснаряда в гра­фе 7 указывается глубина опускания черпаковой рамы и что грунт взят из черпака. При взятии пульпы из трюма землесоса в графе 7 указывают глуби­ну опускания всасывающего устройства и что грунт взят из грунтового трюма и прикладывают схему отбора проб.

2. При взятии проб грунтоносом заполняют графы 1—8 и 16—17. Все про­бы нумеруют.

§ 26. Гранулометрический анализ грунтов

Визуальный метод определения гранулометрического состава грунтов состоит в глазомерном сравнении образцов грунтов с эталоном. Эталон составляется из 20—25 образцов, грануломет­рический состав которых определяется точным методом. Определе­ния производятся сравнением с эталоном при помощи лупы на месте отбора проб грунта.

Содержание фракции менее 0,25 мм вычисляют как разность между 100% и суммой процентов всех остальных фракций. Поле­вой метод определения гранулометрического состава грунта слу­жит для разделения частиц грунта на три группы: <0,005 мм; 0,005 — 0,05 мм-, 0,05—1 мм. Размельченный воздушно-сухой грунт пропускают через сито с отверстиями в 1 мм и загружают в мен­зурку с уплотнением в количестве 5 см3 (мензурка имеет высоту 25 см, диаметр 2,5 см с делениями до 100 см3). В мензурке грунт разрыхляют и, налив воду объемом 50—60 см3, тщательно раз­мешивают, пока не исчезнут мазки глины на стенках сосуда. После размешивания в мензурку наливают 3 см3 раствора 5%-ного хло­ристого кальция и доливают воду до объема 100 см3. Через 1 — 2 дня измеряют объем отстоявшегося в мензурке осадка и опреде­ляют его приращение на 1 см3 по отношению к первичному объе­му по формуле

Ситовой анализ выполняют с помощью набора сит с диамет­рами отверстий: 10; 7; 5; 3; 1; 0,5 и 0,25 мм. Навеску воздушно- сухого грунта в количестве 200—1000 г (в зависимости от разно­родности и крупности частиц) высыпают в верхнее сито. Затем, потряхивая набор сит, добиваются прохода частиц через соответ­ствующие отверстия. Оставшиеся в каждом сите частицы грунта собирают и взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г. Зная общий вес навески, процентное содержание каждой фракции вычисляют по формуле

Таблица 14

Зависимость набухания грунта от количества глинистых частиц

Для определения частиц грунта фракций 1—0,05 мм (песчаных частиц) в мензурку с некоторым уплотнением насыпают грунт в количестве 10 см³, прошедший через сито с диаметром отверстий 1 мм, наливают воды до отметки 100 см³, размешивают и после отстаивания в течение 90 сек сливают на высоту 18 см от поверх­ности воды. В мензурку снова наливают воду до 100 см³ и после отстаивания в течение 90 сек снова сливают воду на высоту 18 см. Эта операция повторяется до полного осветления жидкости. При­нимая каждый 1 см³ осевшего грунта за 10%, определяют общий процент фракций 1—0,05 мм.

Содержание фракций 0,05—0,005 мм вычисляют путем вычита­ния из 100% суммы фракций <0,005 мм и 0,05—1 мм.

§ 27. Определение физических свойств грунтов

Наиболее распространенные определения объемного веса сле­дующие.

При взятии образцов грунта в естественном состоянии из чер­паков земснарядов в стальные гильзы с крышками методом не­посредственных измерений определяется вес гильзы с грунтом на технических весах и внутренний объем гильзы. Тогда объемный вес будет:

Метод отбора грунта из монолитов, взятых грунтоносами, при­меним в связных грунтах. Из монолита вырезают образец пра-

При взятии образцов грунтов дночерпателем описание опре­деления объемного веса приведено в § 25.

По каждому методу параллельно производятся два определе­ния и берется из них среднее. Точность 0, 01 г/сж³.

При определении объемного веса осадка в трюме самоотвозного землесоса отобранные в бутылки пробы пульпы отстаивают­ся в помещении до получения постоянного объема осадка. Наблю­дения за отстоем осадка в течение первых пяти дней проводят через день, затем в течение пятнадцати дней через каждые три дня. Срок в 20 дней достаточен для полного осаждения осадка. После отстоя измеряют высоту грунта от дна бутылки (диаметр бутылки известен) и определяют объемный вес осадка по сле­дующей формуле:

Полученный объемный вес осадка грунта сравнивают с объем­ным весом грунта, залегающего на дне канала. Эти исследования позволяют определить процесс отстаивания осадка в условиях затишья.

Для определения влажности грунта в предварительно взве­шенный на технических весах бюкс с крышкой помещают влаж­ный образец и снова взвешивают. Затем грунт в бюксе высушива­ют в сушильном шкафу до постоянного веса и производят два параллельных определения. Весовую влажность грунта определя­ют с точностью до 1% по формуле

Определение гранулометрического состава грунтов методом Сабанина, пипеточным и ареометрическим, а также физических и механических свойств грунтов производят в стационарных лабо­раториях по специальным руководствам.

Глава X

КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ДНОУГЛУБЛЕНИЯ

§ 28. Гранулометрическая характеристика грунтов

Гранулометрический состав грунта является важным показа­телем для нормирования производительности земснарядов и грунтоотвозных судов. Производственные нормы на морские дноуглу­бительные работы разделяют грунты по гранулометрическому со­ставу на шесть классов: I — галька, II—-гравий, III — песок, IV-— супесь, V — суглинок, VI — глина. Характеристика каждого класса дана в табл. 8.

По крупности частиц состав грунта подразделяют на следую­щие фракции:

По наличию пластичной связи между частицами грунты под­разделены на связные, малосвязные и несвязные. Связные грунты обладают надежной связью между частицами. К ним относятся глины и суглинки, а также те разновидности илов, которые при извлечении их земснарядами сохраняют в некоторой степени агре­гатное состояние (комья, глыбы, грунтовая стружка и т. п.). К ма­лосвязным грунтам отнесены все разновидности супесей, обладаю­щих меньшей пластичной связью между частицами. К несвязным грунтам, для которых характерно отсутствие пластичной связи между частицами, отнесены все разновидности песков, а также гравий и галька. Весовое содержание каждой фракции грунта в процентах устанавливается лабораторным анализом, в зависимо­сти от которого, а также соотношения частиц различной крупно­сти определяют гранулометрический класс, основное наименова­ние и разновидность грунта.

Несвязный грунт, согласно таблице гранулометрической харак­теристики грунтов, получает наименование той фракции, содер­жание которой превышает в нем 50% по весу. Так, например, грунт, содержащий гравелистые фракции (2—40 мм) больше 50%, именуется гравием (класс II), песок, содержащий мелкопес­чаные фракции (0,05—0,25 мм) больше 50%, именуется песком мелким (класс III м) и т. д.

Малосвязные грунты имеют три разновидности: супесь непыле- ватая, супесь пылеватая и супесь илистая. Супесь относят к непы-

леватой, если в ней песчаных фракций больше, чем илистых и пылеватых, вместе взятых, и к пылеватой, если илистых и пыле­ватых частиц больше, чем песчаных и гравийных, вместе взятых. Содержание глинистых частиц в пылеватой и непылеватой супе­сях должно быть от 3 до 10%. Супесь называют илистой, если в ней илистых и пылеватых частиц больше 50%, песчаных меньше 50%, глинистых меньше 3%.

Связные грунты (глины и суглинки) характеризуются повы­шенным содержанием глинистых частиц. К суглинкам относят грунты, содержащие от 10 до 30% глинистых частиц. Если в со­ставе суглинка илистых и пылеватых частиц меньше, чем песча­ных и гравийных, вместе взятых, то суглинок называют непыле- ватым, если больше — пылева'тым. К глинам относят грунты, со­держащие более 30% глинистых частиц. При этом, если глинистых частиц содержится от 30 до 60%, глину называют легкой; если больше 60% —глину называют тяжелой.

При содержании в грунтах III—VI классов гравийных частиц от 10 до 35% к основному наименованию грунта добавляется «Гра- велистый», и классы грунта обозначаются соответственно III, гр.; IV, гр.; V, гр.; VI, гр. При содержании гравийных частиц от 35 до 50% в грунтах III и IV классов их называют гравийно-песчаными, а в грунтах V и VI классов — гравийно-глинистыми. При содер­жании в грунтах гальки от 2 до 25% к основному наименованию грунта добавляется «Галечный» (песок галечный, гранулометри­ческий класс III гл.; суглинок галечный, гранулометрический класс V гл. и т. д.). При содержании гальки от 25 до 50% грунт называют галечным.

§ 29. Классификация грунтов по трудности их разработки

земснарядами

Действующие производственные нормы на морские дноуглу­бительные работы (1964 г.) устанавливают семь групп грунта по трудности их разработки земснарядами и три категории грунта по трудности их разгрузки. Классификация грунтов по трудности их разработки и разгрузки дается в табл. 15.

Каждая разновидность грунта характеризуется определенны­ми показателями основных физико-механических свойств, влияю­щих на трудность разработки грунта земснарядами и трудность их разгрузки. В число этих показателей входят: гранулометриче­ский состав, прочность, прилипаемость и объемный вес. Прочность грунта определяется коэффициентом консистенции связного грун­та, коэффициентом плотности несвязного грунта, измерением со­противления грунта при погружении зонда (числом ударов на 10 см погружения) и пределом прочности при сжатии особо твер­дых грунтов. Основным показателем отнесения связных грунтов к группам по трудности разработки является коэффициент кон­систенции. В зависимости от влажности различают четыре формы

консистенции связных грунтов, определяемых величиной коэффи­циента консистенции:

Твердое состояние связных грунтов определяется либо отрица­тельным значением коэффициента консистенции в интервале от

2. до —0,5, либо пределом прочности при одноосном сжатии от

3. до 2 кг/см¹ (VI группа). Особо твердые глины и суглинки отно­сятся к VII группе по трудности разработки только по величине предела прочности при сжатии от 2 до 5 кг/см². Сцементирован­ные породы (песчаники, известняки, ракушечник) с пределом проч­ности от 2 до 5 кг/см² также относят к VII группе. Эти же поро­ды с пределом прочности более 5 кг/см² могут разрабатываться земснарядами только при условии предварительного рыхления.

Кроме глин и суглинков, к связным грунтам относят три раз­новидности морских илов: структурные, пластичные (слабо прилипаемые) и неструктурные (текучие), соответственно отнесенные к I, II и III группам грунтов по трудности их разработки. Их гра­нулометрический состав условно обозначается (IV—-VI). Илы пла­стичные определяются гранулометрическим составом и коэффици­ентом консистенции. Структурность ила устанавливается его свой­ством заполнять черпаки больше их водовместимости, т. е. «шапкой». Остальные показатели структурных и неструктурных илов не различаются.

Физическое состояние песков и супесей характеризуется сте­пенью их плотности. Для целей дноуглубления установлено четы­ре состояния плотности со следующими величинами коэффициен­та плотности:

Коэффициент плотности является основным показателем опре­деления группы грунта по трудности разработки песков и супесей. Физическое состояние гальки и гравия классификацией грунтов не регламентируется. Отнесение этих грунтов к группам по труд­ности разработки производится на основании данных о их грану­лометрическом составе. Малосвязные грунты (разновидности су­песей) относятся к группам по трудности разработки либо по величине коэффициента консистенции, если в их составе преоблада­ют пылевато-илистые частицы, либо по величине коэффициента плотности, если в их составе преобладают песчаные частицы.

В табл. 15 для грунтов текучей консистенции I и III групп по трудности разработки указано число ударов на 10 см погружения

зонда «меньше 1». Уто означает, чти т идлши ____

жается на глубину больше 10 см. При этом показателе следует иметь в виду, что к I группе можно относить только структурный ил, а все остальные разновидности грунта в текучем состоянии относят к III группе.

Нормативные показатели разрабатываемого грунта (грануло­метрический класс и группа по трудности разработки) определя­ются лабораторным исследованием образцов грунта. Примеры определения этих показателей по результатам лабораторного ис­следования образцов грунта приведены в табл. 16.

Таблица 16 Результаты лабораторного исследования образцов грунта

Образец № 1 содержит песчаных фракций больше 50% и гальки 3%. По таблице гранулометрической характеристики грунтов находим, что образец пред­ставляет собой песок галечный класса III гл. В таблице классификации грунтов находим, что песок галечный входит в состав VI группы грунтов по трудно­сти разработки и относится к 1-й категории грунтов по трудности разгрузки.

Образец № 2 содержит песка мелкого (0,05—0,25 мм) 66%, глинистых ча­стиц меньше 3%, илистых и пылеватых — меньше 15%, гравийных — меньше 10%, галечных и булыжных — меньше 2%. По таблице гранулометрической характеристики грунтов находим, что образец представляет собою песок мел­кий класса III, м. В таблице классификации грунтов находим, что песок мел­кий слабой плотности (К_п= 0,28) входит в состав III группы по трудности раз­работки п относится к 1-й категории по трудности разгрузки.

Образец № 3 содержит частицы среднезернистого песка больше 50%, гли­нистых частиц меньше 2%, илистых и пылеватых — меньше 15%, гравийных — меньше 10%, галечных и булыжных — меньше 2%. Из таблицы гранулометри­ческой характеристики грунтов определяем, что образец представляет собою песок среднезернистый класса III,с. По таблице классификации грунтов нахо­дим, что песок среднезернистый плотный {К_п=0,69) входит в состав IV группы по трудности разработки и относится ко 2-й категории по трудности раз­грузки.

Образец № 4 содержит глинистых частиц 7%, илистых и пылеватых — больше, чем песчаных и гравийных, вместе взятых: (20+29) >(16+18+8+2). Из таблицы гранулометрической характеристики грунтов определяем, что обра­зец представляет собою супесь пылеватую класса IV п. По таблице классифи­кации грунтов находим, что супесь пылеватая очень плотная {К_п=0,84) вхо­дит в состав V группы по трудности разработки и относится к 1-й категории по трудности разгрузки.

Часть вторая

Морские каналы и навигационное

оборудование морских путей

РАЗДЕЛ А

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ МОРСКИХ БЕРЕГОВ

И УСТЬЕВ РЕК

Глава XI

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

§ 30. Основные условия метеорологического режима

Метеорология — учение о строении, свойствах и явлениях зем­ной атмосферы. Изучение метеорологических процессов имеет большое практическое значение при строительстве и эксплуатации морских портов, судоремонтных заводов и каналов. Основные метеорологические характеристики обследуемого района состав­ляются на основе многолетних наблюдений гидрометеорологиче­ской службы СССР.

Ветром называется движение воздуха, вызываемое неравномер­ным распределением атмосферного давления над земной поверх­ностью. В зависимости от величины разности давлений изменяется и скорость движения воздуха. Движение воздуха происходит по направлению барического градиента ¹ с некоторым отклонением благодаря вращению Земли (в северном полушарии вправо, в южном — влево). Структура ветра турбулентна. В ветровом пото­ке происходят чрезвычайно быстрые колебания скорости и направ­ления. Внутри общего движения действуют небольшие вихри. Су­точный и годовой ход ветра имеют ясно выраженный режим. У поверхности земли ночью ветер обычно имеет наименьшую ско­рость. К утру скорость его начинает увеличиваться, достигая наи­большей величины после полудня, а к ночи снова уменьшается. Годовой ход скорости ветра зависит от географического положе­ния местности. В европейской части СССР в зимние месяцы ско­рость ветра имеет наибольшие значения, в летние месяцы — наи­меньшие. В северо-восточной части Сибири максимальные скоро­сти ветра, наоборот, наблюдаются в летние месяцы.

Как и всякое механическое движение, ветер характеризуется силой, направлением и скоростью. Для обозначения направлений ветра весь горизонт разделен на 16 румбов, из которых четыре — главные (север, юг, запад, восток) и четыре —четвертные (севе­ро-восток, юго-восток, юго-запад, северо-запад). Названия осталь­ных румбов складываются из названий рядом стоящих. Направ­лению ветра присваивается наименование той части горизонта (румба), откуда он дует. За рубежом первые буквы названия го­ризонта даются на английском языке (N — норд, NЕ — норд-ост, S — зюйд и т. д.). Сила ветра характеризуется средним давлением в килограммах на 1 квадратный метр (кг/м²) поверхности нор­мальной к ветру; скорость ветра определяет прохождение масс воздуха в метрах за 1 секунду (м/сек) или в километрах за 1 ч (км/ч).

С Скорость ветра, м/сек

1-5

6-9 Ю-П 15-г 19

20 и выше Рис. 15. Роза ветров

По данным наблюдений вычисляется повторяемость ветров по 8-ми румбам и градациям скоростей за интересующий период (за отдельный месяц, год или за многолетний период). Результаты об­работки сводятся в таблицу, которая служит для составления розы ветров, являющейся графическим изображением распреде­ления повторяемости ветров и их скоростей. Для построения розы ветров от центра вычерчивается восемь направлений, соответст­вующих восьми румбам, затем от центра в масштабе откладыва­ются значения повторяемости по румбам и градациям скоростей в процентах. Концы векторов соединяются прямыми линиями, образующими розу ветров (рис. 15).

Местные ветры — движения воздуха, возникающие в опреде­ленных районах под влиянием местных физико-географических условий. Бризы — ветры, дующие на берегах океанов и морей днем с моря на сушу (морской бриз), ночью —с суши на море (берего­вой бриз). Бризы возникают вследствие неравномерного нагрева­ния и охлаждения суши и моря. Днем суша нагревается солнечны­ми лучами сильнее, чем море, вследствие чего у земной поверхно­сти возникают барические градиенты, направленные в сторону суши. Ночью, благодаря охлаждению суши сильнее, чем моря, барические градиенты направлены в сторону моря. Бора — это очень сильный ветер, направленный с невысоких гор к теплому

морю. На Черном море от Анапы до Туапсе и в особенности в районе Новороссийска бора возникает тогда, когда на юго-восто­ке СССР развит мощный антициклон, а к восточному побережью Черного моря приближается с запада или юго-запада циклон. На Мархотском перевале скорость движения холодного воздуха из антициклона может достигать 40 м/сек. Главный центр разруши­тельных действий боры находится на акватории Новороссийского порта. По мере удаления от берега в море бора перестает ощу­щаться.

В международной практике для визуальной характеристики ветра принята шкала, где объективные признаки действия ветра на окружающие предметы сопоставлены с измеренными скоростя­ми ветра (табл. 17).

Таблица!7

Шкала силы ветра

Направление и скорость ветра в нижних слоях атмосферы оп­ределяются различными приборами. Наиболее простым прибором является флюгер. Он состоит из указателя направления ветра (флюгарки с противовесом, вращающейся на вертикальной оси) и ветромерной железной доски, вращающейся на горизонтальной оси и показывающей скорость ветра. Скорость ветра измеряют также анемометром. Основной частью этого прибора является крестовина с четырьмя полушариями, прикрепленными к оси, в конце которой нарезан бесконечный винт, приводящий в движение стрелки счетчика. При работе с анемометром направление ветра определяют по буссоли или картушке компаса. Для автоматиче­ской непрерывной записи скорости и направления (румба) ветра служит анемограф, приемная часть которого устроена по принци­пу анемометра.

Туманом называется явление конденсации водяного пара в нижних слоях воздуха, при котором дальность видимости снижа­ется иногда до десятков метров. Туманы чаще возникают над мо­рями осенью и зимой в вечернее и ночное или утреннее время при штилевой погоде. Рассеивание их происходит при повышении тем­пературы воздуха или при ветре. Существуют методы искусствен-

ного рассеивания туманов. Наблюдения за туманами производят­ся по всем четырем сторонам света на предметы, расположенные на определенном расстоянии от места наблюдения.

Атмосферные осадки выпадают в виде дождя, града, снега, снежной и ледяной крупы. Количество осадков определяется тол­щиной в миллиметрах слоя воды, который они образовали бы на горизонтальной поверхности при условии отсутствия просачивания в почву, стока с поверхности и испарения (осадки в виде снега, снежной крупы, града измеряют после превращения их в воду). Измерение количества осадков производится прибором, называе­мым дождемером.

Нормальное атмосферное давление воздуха (на уровне моря и при температуре 0°) равно давлению ртутного столба высотой 760 мм. В метеорологии давление воздуха выражается в милли­барах (мб). За основу принимается так называемый бар, который делится на 1000 мб, следовательно, 1 мб — 0,75 мм ртутного стол­ба, а 1 мм ртутного столба= 1,3332 мб. Для измерения атмосфер­ного давления служат ртутные и металлические барометры. Не­прерывная запись давления воздуха осуществляется, барографом.

§ 31. Синоптические процессы

В атмосфере развиваются физические процессы, определяю­щие условия погоды и ее изменения. Эти процессы действуют на обширных географических пространствах и создают общую цир­куляцию атмосферы. Основными процессами являются циклоны и антициклоны.

Циклон — область в атмосфере, характеризующаяся понижен­ным давлением воздуха, оттекающим от периферии к центру и образующим вихревое движение, направленное в северном полуша­рии против часовой стрелки, в южном — по часовой стрелке. Пе­риод развития циклона обычно продолжается 4—7 дней, попереч­ник его может достигать нескольких тысяч километров. Средняя скорость перемещения циклонов определяется в 30—45 км/ч, но в отдельных случаях они перемещаются со скоростью, достигаю­щей 100 км/ч. Прохождение циклонов над морем вызывает бур­ное волнение.

Антициклон — область в атмосфере диаметром от нескольких сотен и до нескольких тысяч километров, характеризующаяся по­вышенным давлением воздуха (с максимальным значением в центре) и соответствующим распределением воздушных течений. Антициклон в среднем имеет более высокие температуры в тропо­сфере, чем циклон, и перемещается со скоростью 30 км/ч.

Для изучения физических процессов, происходящих в атмо­сфере, и составления прогнозов погоды исследуются и наносятся на географическую карту результаты наблюдений, произведенных с поверхности земли метеорологическими станциями на большой площади. Эта карта с нанесенными данными является приземной картой погоды. Результаты метеонаблюдений в свободной атмо-

сфере с помощью радиозондов и шаров-пилотов наносят на так называемые карты абсолютной и относительной барической топо­графии. В настоящее время эти и другие данные, необходимые для использования в оперативной службе погоды, получают так­же и с искусственных спутников Земли.

Глава XII

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

§ 32. Уровень моря

Для строительства морских гидротехнических сооружений не­обходимо знание основных элементов гидрологического режима морских побережий и устьев рек, колебаний уровня воды, волне­ния, течения, наносов, ледовой обстановки. Необходим также учет общего водного баланса исследуемой территории и акватории. Сведения о колебаниях уровня воды на морских побережьях по­зволяют заранее произвести расчет глубин водных подходов и ак­ваторий морских портов и определить отметки незатопляемых площадей портовой территории.

Уровнем моря называют свободную поверхность воды в морях и океанах. Основная сила, действующая на водную оболочку Земли, сила тяжести, приводит в состояние покоя все частицы во­ды водоемов. Колебания уровня воды в морях и океанах обуслов­ливаются: совокупным влиянием приливообразующих сил Луны и Солнца, непрерывно вызывающих волновые колебания, в кото­рых вертикальные составляющие движения частиц по орбитам проявляются в приливных колебаниях уровня, горизонтальные — в приливных течениях; воздействием ветрового потока на водную поверхность, в результате которого образующиеся силы трения между воздухом и водой вызывают движение частиц воды снача­ла на поверхности, а затем и па глубине; материковым стоком, имеющим большую изменчивость в течение года.

Для измерения положения уровня при его колебании в каж­дом порту на ливных и безливных морях устанавливают уровенные (реечные и автоматические) посты. В портах с большой пло­щадью акватории устанавливают по два поста. Наибольшее рас­пространение имеет реечный уровенный пост, представляющий собой металлическую или деревянную рейку с делениями, прикре­пленную непосредственно к сооружению (набережной, пирсу, мо­лу) или на специально забитой прочной основе. В открытом мо­ре рейки устанавливают у бровок каналов на одиночной, прочно забитой свае, раскрепленной четырьмя оттяжками. Особое внима­ние нужно уделить устройству успокоителя для увеличения точ­ности отсчетов во время волнения.

Более оперативное наблюдение за уровнем моря на рабочем участке осуществляют с помощью радиорейки, передающей по-

казания автоматических приборов о колебаниях уровня моря в эфир. Для приема этой информации на судах устанавливают спе­циальную аппаратуру. Автоматические водомерные посты имеют самопишущий прибор-мареограф, осуществляющий непрерывную запись колебания уровня воды.

Приливно-отливными явлениями называют периодические под­нятия (приливы) и опускания уровня (отливы). Наивысшее поло­жение уровня называют полной водой, наинизшее — малой. Рас­стояние по вертикали между полной водой и следующей за ней малой водой называют амплитудой прилива. По времени, в тече­ние которого происходят периодические колебания уровня моря, различают:

приливы полусуточные — в течение лунных суток (24 ч 50 мин) наблюдаются два прилива и два отлива;

приливы суточные — в течение лунных суток наблюдается один прилив и один отлив;

приливы смешанные -— неправильные полусуточные приливы, период которых ближе к полусуточным, или неправильные суточ­ные приливы с преобладанием особенностей суточного прилива.

Как установлено наблюдениями, амплитуды приливов в тече­ние месяца не остаются постоянными, а подвержены изменениям в зависимости от взаимного положения Земли, Луны и Солнца. При расположении Земли, Луны и Солнца на одной линии (фа­зы Луны: новолуние и полнолуние) приливообразующие силы Луны и Солнца складываются и возникает наибольший прилив, называемый сизигийным. Если Луна и Солнце по отношению к Земле находятся под прямым углом (первая и последняя четвер­ти Луны), наступает наименьший прилив, называемый квадра­турным. В этом случае приливообразующие силы Луны и Солнца противоположны. Различия между приливно-отливными волнами в течение суток называются полусуточными неравенствами (рис. 16); различия между сизигийными и квадратурными прили­вами называются полумесячными неравенствами по величине и по фазе.

Момент прохождения Луны через меридиан места не совпадает с моментом полной воды. Промежуток времени между прохожде­нием Луны через меридиан места (кульминация) и моментом на­ступления следующей полной воды называется лунным промежут­ком. Средний из лунных промежутков между моментом прохожде­ния Луны и Солнца в сизигию через меридиан места и моментом наступления полной воды при среднем расстоянии Луны и Солнца от Земли и склонении Луны и Солнца, равном нулю, называется прикладным часом данного порта. Наибольший сизигийный при­лив чаще не совпадает с сизигиями, а происходит раньше или поз­же. Промежуток времени между этими явлениями называется возрастом прилива. В зависимости от величины он выражается или в часах, или в днях. При наличии приливно-отливных явлений средний уровень моря вычисляется по ежечасным наблюдениям за достаточно длительный период. Считается, что для практиче

ских целей средний уровень моря в условиях- приливно-отливных явлений может быть достаточно точно выведен за период в 9 лет.

Характер приливов и их величина в океанах заметно колеблют­ся. Величина приливно-отливных явлений в океанах не превыша­ет 1 м, но у берегов, в зависимости от очертаний их и глубины моря, приливы могут достигать большой высоты. Такой характер имеют приливы у берегов СССР. В Баренцевом море амплитуда прилива в Кольском заливе 4 м (полусуточные приливы), в Пе­чорской губе —1,8 м (неправильные полусуточные приливы). В Белом море наибольшие амплитуды приливов наблюдаются по Терскому берегу и в Мезенской гу­бе (до 8,5 м). В Архангельске сред­няя сизигийная амплитуда прили­ва, имеющего полусуточный харак­тер, 0,9 м, в Кеми—1,5 м. В окра­инных морях: Карском, Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском — амплитуда приливов небольшая и только в Хатангском заливе она со­ставляет 2—3 м. В Охотском море амплитуды приливов достигают в узкостях больших величин (в Пенжинской губе — до 13 ж, в Гижигинской губе —до 11 м). Приливы там преимущественно смешанные. В Японском море амплитуды при­ливов у берегов СССР не превы­шают 2,5 м. Приливы в открытой части этого моря имеют сме­шанный характер. В Татарском проливе (залив Де-Кастри) при­ливы преимущественно полусуточные. Во внутренних материко­вых морях амплитуда прилива незначительна. В Финском заливе Балтийского моря амплитуда прилива 14 см, в Ленинграде — около 5 см; в Черном море в порту Поти — 9 см.

Приливная волна, входя в устье реки, распространяется по ней на значительные расстояния. На северных реках СССР эти расстояния составляют: для Северной Двины — 90 км, Индиги — 46 км, Печоры—140 км, Анадыря — 250 км, Хатанги (с зали­вом)— 500 км. Для рек Америки дальность распространения при­ливов достигает 1400 км (Амазонка). Участок от устья реки до крайнего пункта распространения приливной волны называется морским участком реки.

Систематизация многолетних наблюдений за гармоническими колебаниями приливно-отливных волн дает возможность устано­вить заранее их численные характеристики — гармонические по­стоянные приливов. Вычисления производят по специально разра­ботанной методике и результаты публикуют в ежегоднике при­ливов.

Для судоходства и дноуглубительных работ на каналах и ак­ваториях портов в приливных морях весьма важно знать возмож

ные величины приливов, отливов и характеристики сопровождаю­щих их приливно-отливных течений.

Сгоны и нагоны воды вызываются перемещением водных масс под действием ветра. В мелководных бассейнах движение воды совпадает с направлением ветра, обусловливая спады (сгоны) или подъемы уровня воды (нагоны) у берегов. Нагоны воды воз­никают у наветренного берега, сгоны —у подветренного берега. Высота сгона-нагона может достигать значительной величины, особенно у отмелых берегов с пологим подводным склоном, в длинных постепенно суживающихся к вершине заливах, в узких проливах и устьях рек (в восточной части Азовского моря, Фин­ском заливе Балтийского моря). Основной причиной этих колеба­ний необходимо считать мелководье, на котором устойчивые вет­ры определенного направления вызывают повышение уровня во­ды в одних местах—-зонах нагона и понижение ее уровня на то же самое время в других местах — зонах сгона.

В восточной части Азовского моря при сгоне падение уровня на расстоянии 110 км составило 1,32 м (уклон 0,12-10^-6 от устья к дельте Дона). Такой же, но обратный уклон наблюдался и при пагоне. В Черном море амплитуда колебания уровня при сгонно- нагонных явлениях для Кавказского побережья составляет 100—- 150 см, в более мелководной северо-западной части (Одесский за­лив) она может достигать 213 см.

Скорость изменения уровня при сгонах или нагонах во­ды, вызываемых штормовыми ветрами, может достигать 15— 20 см/ч. В табл. 18 приведены максимальные и минимальные ко­лебания уровня воды для различных морей, обусловленные наи­более интенсивными стонами и нагонами воды.

Таблица 18

Максимальные и минимальные уровни воды в морях СССР

Годовой ход уровня воды во внутренних морях обусловлива­ется материковым стоком (количеством поступающей с суши во­ды). Наполнение морей происходит медленно, средний уровень достигает максимума в июне, а затем идет его медленное паде­ние до декабря, когда наблюдается минимальный уровень, отве­чающий наименьшему притоку воды в море. Амплитуда колеба­ний, вызванных материковым стоком, обычно не превышает 50 см.

Отсчетные уровни, принятые при обозначении нуля глубин, следующие:

абсолютный общегосударственный высотный уровень — нуль Кронштадтского футштока;

средний уровень моря;

теоретический нуль глубин (ТНГ).

При производстве топографо-геодезических и промерных работ в СССР принят общегосудар­ственный высотный уровень — нуль Кронштадтского футшто­ка. Всем реперам, в том числе и реперам уровенных постов, даны высоты от нуля Крон­штадтского футштока. При со­ставлении гидрографических карт морей СССР Гидрогра­фическим управлением Мини­стерства обороны (ГУМО) отчетным уровнем принят сред­ний уровень данного моря. От него и показываются глубины на карте.

При работе на морях с приливами проводятся непрерывные наблюдения на всех временных постах, установленных для этой цели, в течение тридцати суток, чтобы вывести ТНГ. Смешанные приливы охватывают в таком периоде, в течение которого прохо­дят две сизигии. Обработка наблюдений производится в соответ­ствии с «Наставлением по организации, производству и обработке наблюдений над уровнем» и с учетом ВСН19—70 ММФ. В пор­тах, находящихся на безливных морях, иногда принимается ус­ловный уровень «нуль порта», от которого и отсчитываются глу­бины в акваториях и на каналах. «Нуль порта» привязывают к общегосударственному уровню — нулю Кронштадтского футштока.

Нормальные условия судоходства по морским каналам всеце­ло зависят от повторяемости и обеспеченности стояния уровня во­ды в них. Исследование повторяемости производится за опреде­ленный период. Для этой цели уровни разбивают по высоте на интервалы или ступени через 10—15 см и определяют число слу­чаев стояния уровня каждой ступени и число случаев для всех ступеней. Принимая общее количество случаев за 100%, опреде­ляют процент повторяемости стояния уровня для каждой ступени. Обеспеченностью уровня является число случаев или дней, в течение которых уровни стояли не ниже рассматриваемого, или процентное отношение этого числа случаев или дней к общему числу случаев или дней за весь период. Обеспеченность выводит­ся путем последовательного суммирования числа случаев, или дней, или процентов, характеризующих повторяемость уровней. По данным подсчетов составляются кривые повторяемости и обес­печенности уровня воды для исследуемого пункта (рис. 17), кото­рые широко используются при проектировании портовых соору­жений и морских каналов. По этим кривым определяют проект­ный уровень воды для данного района.

§ 33. Волнение

Волновые колебания, возникающие и распространяющиеся в море, по классификации, предложенной Н. Н. Джунковским, раз­личаются по следующим признакам.

1. По непосредственной причине возникновения:

а) ветровые, возникающие от воздействия ветра; б) сейсми­ческие, вызываемые колебаниями земной коры тектонического происхождения; в) корабельные, образующиеся при движении судов.

2. По преобладающим действующим силам:

а) гравитационные, у которых преобладающей силой являет­ся сила тяжести; б) приливные, образующиеся под влиянием сил взаимного притяжения гидросферы Земли с Луной и Солнцем.

3. По продолжительности воздействия внешних сил:

а) вынужденные волновые колебания под действием возму­щающих сил во все время волнения; б) свободные волновые ко­лебания, продолжающиеся под влиянием сил инерции после пре­кращения основной силы, вызвавшей волнение (волны зыби).

4. По характеру перемещения частиц жидкости при волнении:

а) поступательные волны, у которых частицы жидкости совер­шают колебательные движения по замкнутым орбитам; б) волны перемещения, у которых частицы жидкости, кроме колебательных движений, совершают фактически и горизонтальные поступатель­ные перемещения.

Для морского гидротехнического строительства из всех типов волн, образующихся в морях, важную роль играют: поступатель­ные ветровые волны, динамически воздействующие на портовые гидротехнические сооружения и на прорези каналов; волны пере­мещения, вырабатывающие подводный береговой склон и берег, и корабельные волны, деформирующие дно и откосы каналов.

Ветровые волны представляют сложные колебательные движе­ния поверхностного слоя воды океанов и морей. Уже легкое дви­жение воздуха вызывает появление коротких волн (ряби), имею­щих разные размеры и разные направления и обладающих слож­ной структурой. Усиление ветра еще больше усложняет структуру волны, и наряду с короткими появляются более длинные и высо-

тиц жидкости практически прекращаются. На мелководной аква­тории при волнении траектории движения частиц жидкости приближенно имеют вид эллипсов, большая полуось которых на­правлена горизонтально. С глубиной размеры полуосей эллипсов уменьшаются, но направление большей полуоси сохраняется. У са­мого дна эллипсы превращаются в отрезки прямых линий и час­тицы жидкости на дне имеют поступательно-возвратное движение.

Основными данными для расчета параметров ветровых волн являются: скорость ветра, его направление, продолжительность

действия, разгон волн и глубина водоема по направлению дейст­вия ветра. Характеристика ветра для расчета волнения получает­ся путем обработки непосредственных систематических наблюде­ний на гидрометеорологических станциях. Однако для расчета волнения необходима анемометрическая скорость ветра, измерен­ная на высоте 10 м над поверхностью бассейна. Пересчет произ­водится по формуле

Необходимые поправки к наблюдениям по флюгеру для пере­вода в анемометрические скорости и приведения их к 10-метровой высоте даны в табл. 19 и 20.

Таблица 19

Значения коэффициента к для приведения измерений скорости ветра к уровню 10 м над поверхностью бассейна

Зависимость между скоростью ветра по флюгеру и анемометру, м/сек

Скорость	Скорость	Скорость	Скорость по	Скорость	Скорость по
по флюгеру	по анемометру	по флюгеру	анемометру	по флюгеру	анемометру

Гидрометеостанции характеризуют ветровую обстановку толь­ко в самом районе станции и на сравнительно небольших площадях акваторий, прилегающих к ним. Поэтому с достаточной точностью ветровой режим по наблюдениям на станциях может быть пере­несен на акватории с линейными размерами порядка 50—100 км. В этих случаях при расчете параметров можно ограничиться дан­ными о скоростях ветра и разгоне волны и сведениями о средней годовой повторяемости ветров с градацией по скорости, взятыми из климатических справочников. Число лет наблюдений должно быть не менее пяти. Взамерзаемых бассейнах наблюдения над вет­ром используются только при открытой воде. Все расчеты пара­метров ветровых волн следует проводить в соответствии с «Руко­водством по расчету параметров ветровых волн», одобренным Главным управлением гидрометеорологической службы при Со­вете Министров СССР (ГУГМС) и Министерством морского фло­та СССР (ММФ)¹.

Расчеты параметров волн в этом Руководстве приведены для разных условий волнообразования. Приведены примеры расчета для мелководной прибрежной зоны, а для акваторий портов при­ведены специальные расчеты параметров волн. Все расчеты снаб­жены необходимыми номограммами.

Характер волнового воздействия на морские каналы, проходя­щие в разных мелководных зонах, может быть определен из гра­фиков для расчета параметров волн, трансформирующихся на мелководье ².

Волны при подходе их из открытой части моря в прибрежную зону благодаря уменьшению глубин изменяют свою структуру и параметры. Это явление называется трансформацией волн. Выходя

на мелководье, волна испытывает явление рефракции. При под­ходе гребня волны к изобате под углом его передняя часть под влиянием тормозящего воздействия малых глубин замедляет дви­жение, в то время как остальная часть продолжает двигаться быстрее. В результате происходит разворачивание волны и стрем­ление ее подойти к берегу параллельно. При подходе волны к изрезанному берегу из-за рефракции в бухтах получается более ослабленное действие волны, у мысов — более усиленное.

При подходе к оградительным молам и волноломам волны, распространяющиеся из открытого моря, частично отражаются или разбиваются ими, частично проникают на защищенную ак­ваторию. Голова оградительного сооружения представляет собой источник радиальной системы волновых колебаний. От головы мола волны распространяются приблизительно концентрическими •окружностями. Зона существенного влияния дифракции меняется в зависимости как от длины волн, так и от направления их рас­пространения.

На уклонах <45° при глубине меньшей двойной высоты волны последняя забурунивается и происходит ее перестройка. Если наклон дна достаточно полог, волна, продолжая двигаться к бе­регу, перестраивается (с уменьшенными параметрами), сохраняя видимую форму правильного волнового движения. Различные уступы и вообще увеличение крутизны склона заставляют волну в значительной степени разрушаться и иногда превращаться в со­вершенно иной вид волнового движения: колебательная волна мелководья превращается в волну перемещения. При прохожде­нии такой волны частицы воды во всей толще совершают посту­пательное движение.

Русские (Н. Н. Джунковский, В. П. Зенкович, В. В. Шулейкин) и иностранные (Д. Джонсон, Ф. Шипард) ученые считают, что волны перемещения имеют большое значение для динамики бере­гов. Силы прибоя и высота взброса воды иногда достигают очень больших размеров. На откосном берегу волна разбивается, обра­зуя всплеск, а затем отбрасывается от берега. На берег вместе с массами воды обрушается и прибрежно-морской материал (галь­ка, мелкие валуны), выполняя огромную разрушительную работу. Взбросы волны могут достигать нескольких десятков метров. Так, например, на Кавказском берегу Черного моря они отмечались в 35 м (Туапсе, Поти), в Атлантическом океане у маяка Тринидад взбросы достигают высоты 60 м. Сила удара волн прибоя на Черном море в Ялте составляет 15 т/м², Поти— 16 т/м², на Бал­тийском море в Лиепае не превышает 7 т/м², на Атлантическом побережье Шотландии максимальные удары волн достигали 30 т/м². На Черном море в Поти в 1892 г. была разрушена надвод­ная часть половины оградительного сооружения, состоящая из искусственных массивов весом по 20 т каждый. В Одессе на моле, ограждающем рейд, были случаи сдвига массивов весом 25 т. В Балтийском море в порту Лиепая наблюдались случаи сдвига массивов весом до 20 т.

Исследование волновых характеристик производят в океанах и морях с судов, а в прибрежных зонах со специальных устано­вок. Наблюдения в прибрежной зоне за параметрами волновых колебаний производятся при помощи волномерных вех, волноме­ров, перспектометров и других, а также при помощи стереофото- грамметрических установок. Одновременно ведутся и наблюдения за ветром. Сопоставляя натурные наблюдения, получают функ­циональные зависимости между ветром и волнением. Описание приборов и методов наблюдений за волнением приводятся в кур­сах физики или динамики моря.

Движущееся судно создает два вида корабельных волн: рас­ходящиеся или косые, зарождающиеся у носовой части, и попе­речные — возникающие у кормы. Элементы корабельных волн зависят от скорости судна, его обводов и глубины водоема. Как установлено исследованиями, волновое сопротивление играет боль­шую роль в общем сопротивлении воды при движении судна. При следовании судна по малым глубинам корабельные волны уве­личиваются, соответственно увеличивается и волновое сопротив­ление. Увеличение волны и волнового сопротивления при движе­нии крупнотоннажных судов по морским каналам аналогично про­ходу их по мелководью. Судно, вытесняя воду из прорези канала, создает крупные поступательно-возвратные донные волны, рас­пространяющиеся до откосов прорези. Следовательно, по откосам прорези дважды проходит донная волна, вызывая их размыв и от­ложение наносов у подошвы откосов.

При сильных подводных землетрясениях на поверхности океа­на возникают водяные валы — цунами, которые могут достигать 15—30 м высоты. Скорость распространения таких волн достига­ет 400—800 км/ч. Обычно цунами набегает на берег несколькими водяными валами; наиболее высокие — первые волны. Обрушаясь на низкий берег, цунами могут проникать в глубь суши и при­чинять большие разрушения в населенных пунктах.

При Лиссабонском землетрясении (1755 г.) образовавшаяся у г. Кадиса волна достигала высоты 18 м и произвела значительные разрушения. Сильное землетрясение, происшедшее в Чили 21 мая 1960 г., вызвало возникновение гигантских волн-цунами высотой до 10 м, которые распространились по всему Тихому океану и обрушились на Гавайские острова, побережья Новой Зелан­дии, Австралии, Филиппин, Японии и произвели разрушения с большим коли­чеством жертв. Волна достигла Курильских островов и Камчатки. Расстояние в 16 тыс. км волны-цунами прошли, двигаясь со скоростью 650—700 км/ч. На восточном побережье Курильских островов высота волн-цунами была от 1 до 7 м. Население было заранее предупреждено и эвакуировано из опасных зон. Признаками приближения цунами у тихоокеанских берегов Камчатки и Курильских островов может служить неожиданное отступание моря от берега. 27 марта 1964 г. произошло сильное землетрясение (до 11 баллов и выше) на юго-западе Аляски. Вечером ощущались несколько резких толчков, почва ме­стами разошлась, образовав дымящиеся провалы. Пострадали города Анко- ридж, Вальдес, Кордова и др. Землетрясение вызвало волны-цунами. Первая приливная волна достигала высоты 9 м, ее скорость 960 км/ч. Волны рас­пространились по Тихому океану и обрушились на берега Канады и США и достигли Гавайских островов и Японии.

§ 34. Течения

В океанах и морях наблюдаются поступательные движения водных масс — морские течения. Морские течения подразделяют­ся по: силам, их вызвавшим; продолжительности действия; распо­ложению; траектории движения; физическим характеристикам. К внешним силам, вызывающим течения, относятся: ветер, дав­ление, приливообразующие силы Луны и Солнца.

Возникновение ветровых или дрейфовых течений обусловли­вается трением движущихся масс воздуха о поверхность моря, в результате которого происходит движение поверхностных слоев воды. При длительном действии ветра движение передается в бо­лее глубокие слои моря. Ветровые течения являются основным видом движения морских вод.

Бароградиентные течения вызываются изменениями в распре­делении атмосферного давления и перемещают водные массы из района повышенного давления в район пониженного давления.

Приливно-отливные течения носят периодический характер. Они создаются приливообразующими силами Луны и Солнца и, подобно приливам и отливам, имеют полусуточный, суточный и смешанный периоды. Скорости приливно-отливных течений значи­тельны, могут быть весьма ощутимы, но большого значения в цир­куляции вод океанов и морей они не имеют. Однако их значение в узких заливах и в эстуариях рек велико, так как они действуют по всему слою воды.

Значительно сложнее обстоит дело с движением воды на мел­ководных участках моря вблизи берега, особенно в длинных, пос­тепенно суживающихся к вершине заливах и проливах. Здесь движения водных масс, вызванные ветрами, создают сгоны и на­гоны воды. Такие движения водных масс называются сгонными и нагонными течениями. В результате сгона и нагона воды может возникнуть такое гидростатическое давление, которое при про­должающемся сгонном или нагонном ветре вызовет обратное вет­ру движение водных масс. Сгонные и нагонные течения характер­ны для Таганрогского, Финского и других заливов.

К морским течениям, вызванным внутренними силами, отно­сятся плотностные и стоковые течения. Плотностные течения об­разуются действием градиента давления, создающегося из-за не­равномерного изменения температуры и солености моря. Они мо­гут возникать в открытых морях (Черное море, Каспийское море и др.) и проливах (Керчь-Еникальский, Босфорский и др.). Стоко­вые течения возникают в результате разности уровней в море, соз­давшихся за счет притока материковых вод, различной скорости испарения и пр.

Кроме внешних и внутренних сил, в формировании морских течений участвуют «вторичные» силы. К числу их относятся сила вращения Земли, отклоняющая течение в Северном полушарии вправо, в Южном — влево, и сила трения о дно или берега, за­медляющая и деформирующая движение воды. В связи с несжимаемостью воды могут образовываться компенсационные течения в том случае, когда вызванный отток воды восполняется притоком воды из соседних районов.

Обычно в море не наблюдается ни одно из перечисленных выше течений в чистом виде. Чаще они образуются под влиянием мно­гих факторов и по существу комплексны. Действие этих факторов в одну сторону и вызвало образование мощного и устойчивого те­чения системы Гольфстрима.

По продолжительности действия выделяют течения: постоян­ные, периодические и временные. В зависимости от расположения по глубине различают течения: поверхностные, глубинные и при­донные. По характеру движения выделяются течения: прямолиней­ные, циклонические и антициклонические. По физическим усло­виям течения подразделяют на теплые и холодные. Температура теплых течений выше температуры окружающих водных масс; температура холодных течений — ниже. Теплые и холодные тече­ния имеют большое влияние на климат Земли. Измерения скоро­стей и направления течений производятся морскими вертушками. Автоматические записи осуществляются при помощи самопишущих вертушек и автономных приборов.

В морях СССР течения имеют некоторые характерные особенности. В Ба­ренцево море поступает теплое течение из Атлантического океана в виде мощ­ной ветви водных масс Гольфстрима. В центральной части Белого моря на­блюдается циклонический круговорот. Существует система постоянных течений из Белого моря в Баренцево, уносящая избыток материковых вод. В Карском море речные воды с низкой соленостью уносятся в поверхностном слое вдоль западного побережья Таймыра. Атлантические соленые сравнительно теплые воды и холодные глубинные воды проникают из Баренцева моря и Арктиче­ского бассейна.

В Беринговом море мощное течение создается тихоокеанскими водами, по-- ступающими через западную половину Алеутской гряды. При движении к югу вдоль западного берега Камчатки одна часть вод уходит в Тихий океан, дру­гая вливается в тихоокеанское течение и, смешиваясь с ним, замыкает общий циклонический круговорот. Избыточная часть вод сливается в Чукотское море-. В Охотском море тихоокеанская вода, поступающая через Курильские проли­вы, образует мощное течение, направляющееся к северу, составляющее восточную часть главного кругового движения. Поступление воды из Тихого океана создает избыток в Охотском море, что вызывает движение воды к югу в за­падной половине моря.

В Азовском море преобладают циркуляционные течения против часовой стрелки; в заливах северного берега возникают циркуляции по часовой стрел­ке. Сгоны и нагоны воды вносят возмущения в постоянные течения. В Черном море вдоль берегов на расстоянии 4—8 км преобладает течение, направленное; против часовой стрелки. В заливах и бухтах под влиянием преобладающего, течения возникают циркуляции по часовой стрелке. В центральной части мо­ря лежит зона слабых течений.

В Балтийском море постоянные течения слабы и легко меняют направле­ние под влиянием ветров. В Финском заливе у северного берега течение на­правлено к западу, но имеет незначительные скорости.

§ 35. Водный баланс внутренних морей СССР

В атмосфере вода находится в виде водяных паров. Водяные пары, конденсируясь, выпадают в виде атмосферных осадков на земную поверхность. Часть воды, стекая по склонам, попадает

в моря, часть испаряется в атмосферу, а часть просачивается вглубь (инфильтрация) и пополняет подземные воды, имеющие сток в реки и моря. Ежегодный материковый сток воды в моря составляет 30 640 км³.

Исследование водных ресурсов и баланса вод на территории Советского Союза проведено Государственным Гидрологическим институтом. Элементы водного баланса: осадки, сток и испаре­ние— выделены по бассейнам морей. Величина водных ресурсов дана в объемах, а элементы водного баланса — в слое воды. Данные сведены в табл. 21.

Таблица 2.1

Водный баланс Советского Союза по бассейнам морей Примечание. Водный баланс всей территории Советского Союза с уче­том потерь стока в засушливых районах (150 км3) и величины испарения с крупных бессточных водоемов (Аральское море, оз. Балхаш, оз. Иссык-Куль) характеризуется следующими данными: осадки 11707 км3, сток 4083 км3, испареиие 7624 км3._____________________________________________________

Наибольшую водность имеют реки бассейна Карского моря: 1324 км³, или 29%, от общего стока с территории СССР в моря и бессточные замкнутые области. Приведенные данные показыва­ют, что из общего количества осадков, выпадающих в течение го­да, более половины испаряется, а остальное в основном стекает в океан и крупные бессточные водоемы. Если проанализировать элементы стока, то видно, что наиболее увлажнены реки бассей­нов Белого, Баренцева и Балтийского морей. В среднем здесь выпадает 765—710 мм осадков, слой стока составляет 259—341 мм

и слой испарения 317—506 мм. Менее увлажнены бессточные райо­ны Казахстана и Средней Азии.

В проливах, обычно, существует водообмен между соединяю­щимися ими морями. Пролив Босфор, соединяющий Черное и Мра­морное моря, имеет длину 30 км и ширину от 0,75 до 3,7 км, напоминающий извилистую реку с крутыми берегами. Глубина по фарватеру колеблется от 25 до 121 м. Водообмен через пролив из Черного моря в Мраморное вызван положительным балансом вод Черного моря, у которого осадки, выпадающие над морем, и сток рек значительно превышают испарение. Этот излишек (325 км³) проходит в верхних слоях пролива, создавая течение- скоростью 1,5 м/сек (верхнее течение). Соленость его составляет 18%о. Вследствие резкой разницы плотностей вод Мраморного и Черного морей возникает поток, идущий в нижнем слое (нижнее _ течение) из Мраморного моря в Черное со скоростью 0,9 м/сек и приносящий 175 км³ в год воды соленостью 38%о. Обменные течения, действующие в проливе, впервые были обнаружены круп­ным русским океанографом С. О. Макаровым.

Керчь-Еникальский пролив соединяет Азовское и Черное моря. Протяженность его 41 км, ширина колеблется от 4 до 15 км. Берег частично низменный с песчаными косами (Чушка, Тузла, Камыш-Бурунская), местами обрывистый и скалистый. Водообмен через пролив обусловлен в основном стоком вод из Азовского моря и притоком более соленых вод из Черного моря, нарушае­мых сгонно-нагонными явлениями. В среднем из Азовского моря вытекает 66 км³ более пресной воды, а из Черного моря поступает 41 км³ более соленой воды.

Берингов пролив соединяет Чукотское море (Северный Ледови­тый океан) с Беринговым морем (Тихий океан). Пролив имеет срав­нительно небольшие глубины. Через пролив на север