Доктор технических наук, профессор Владимир Николаевич Самохвалов

Аннотация
Представлены результаты наблюдения непрерывных приливо-отливных течений и результаты замеров колебаний уровня воды вблизи берега Жигулевского водохранилища с периодом 5-7 минут, достигающих 40 см, при скорости изменения уровня воды до 20 см/мин. Дано объяснение этого явления действием массодинамических (гравидинамических, гравимагнитных) сил на водный поток.

_________________________________________________________________

Достаточно хорошо изученными являются приливы и отливы, периодические колебания уровня воды морей и океанов, обусловленные гравитационным притяжением Луны и Солнца, действующим на вращающуюся Землю. Вертикальные колебания уровня воды во время приливов и отливов сопряжены с горизонтальными перемещениями водных масс по отношению к берегу. Все крупные акватории, включая озера и водохранилища, также в той или иной степени подвержены приливам и отливам, хотя здесь они невелики. Все явления, связанные с такими приливами и отливами на реках, характеризуются периодичностью кратной лунным суткам (24 ч 50 мин).
Однако, как показали наблюдения и проведенные замеры, на реке Волга на акватории Жигулевского водохранилища имеют место короткопериодические приливные явления - поперечные (перпендикулярные руслу реки) приливно-отливные течения, приводящие к колебанию уровня воды у берега до 0,4 м, с периодом 5-7 мин.
Наблюдения проводились на северном берегу Жигулевского водохранилища в районе между городом Тольятти и поселком Подстепки, расположенном примерно в 20 км выше Жигулевской ГЭС (рис.1).

Рисунок 1 – Район наблюдения короткопериодических приливно-отливных явлений на Жигулевском водохранилище (р. Волга)

Как показали длительные наблюдения, в северной части акватории водохранилища, в условиях продолжительного полного штиля, непрерывно к берегу, примерно параллельные судовому ходу движутся волны. Волны наблюдаются как во время приливов, так и во время отливов. Высота волн вдали от берега очень мала, а длина волны от 1,5 до 3 метров. Они заметны даже при небольшом ветровом волнении воды.
Сколь ни будь заметного течения воды в этом районе не наблюдается, т.к. глубоководная часть водохранилища (бывшее русло реки Волга) проходит вблизи противоположного (южного) берега. Ширина водохранилища в этом месте порядка 12 км. Северная часть водохранилища мелководная. На расстоянии полукилометра от берега глубина водохранилища не превышает 2 - 2,5 м (при среднем уровне воды в водохранилище).
Измерения уровня воды осуществлялось при помощи поплавкового футштока (в 1,5 – 2 м от берега) с точностью 0,5 сантиметра через каждые 30 или 20 секунд Результаты ряда замеров представлены на рисунках 2 - 4. За нулевую отметку принималось среднее значение замеров за указанный на рисунках промежуток времени суток.

Рисунок 2 – Изменение уровня воды 18 июля 2008г. в период времени с 1526 по 1631 (замеры через 30 с)

Рисунок 3 – Изменения уровня воды 28 июля 2008г. в период времени с 1155 по 1307 (замеры через 30 с)

Рисунок 4 – Изменения уровня воды 18 августа 2008г. в период времени с 1051 по 1319 (замеры через 20 с)

В результате обработки полученных результатов замеров установлено, что:

1. В вышеуказанные дни наблюдений длительность цикла прилив-отлив варьировалась в пределах от 3,3 до 10,5 минут (18.07.2008 - средняя длительность цикла 6,1 мин; 28.07.2008 - средняя длительность цикла 6,0 мин; 18.08.2008 - средняя длительность цикла 5,6 мин, т.е. в среднем длительность цикла прилив-отлив около 6 мин). Малая длительность цикла между последовательными приливами соответствовала малым колебаниям уровня прилив-отлив, т.е. на основной процесс колебания уровня воды с периодом порядка 6 - 7 мин, накладывался более короткопериодический процесс малых колебаний уровня с периодом около 3 минут. За моменты времени соответствующие последовательным приливу и отливу принимались моменты времени соответствующие соседним максимумам и минимумам уровня воды на графиках (рисунки 2 - 4).

2. Величина приливов и отливов у берега достаточно сильно варьируется по величине. Наблюдаются периоды времени, когда имеют место большие колебания уровня воды последовательных прилива и отлива, и периоды времени с малой величиной приливов и отливов. Максимальная разность высот последовательных отлива и прилива за период наблюдения достигала порядка 40 см (рисунок 2), минимальная - около 5 см.

3. Максимальная скорость прилива достигала 21,5 см/мин (рисунок 2, время: 1611 − 1612), а максимальная скорость отлива − 15 см/мин (рисунок 3, время: 1219 − 1220).

4. Средний уровень воды в отдельные промежутки времени значительно отличался от среднего значения замеров за время наблюдения в каждый из дней, т.е. имел место так же длиннопериодический процесс колебания уровня воды - с периодом порядка 30 - 40 мин.

Рядом с районом замеров расположен небольшой залив, который имеет ширину порядка 200 м, вдается в берег примерно на 100 м, а затем переходит в узкий глубокий овраг. Сколь ни будь заметного продольного (по направлению русла) течения воды вдали от берега не наблюдается. Но в зоне прилегающей к заливу, в непосредственной близи берега, имеют место реверсивные (меняющие направление) продольные и поперечные течения воды – к заливу при приливе, и от залива – при отливе.
Длина зоны затопления дна оврага водой составляет порядка 150 м при ширине 5 - 8 метров и глубине воды менее 0,5 - 1 м (при среднем уровне воды в водохранилище). Овраг расположен примерно перпендикулярно берегу, имеет небольшие изгибы и высокие крутые берега, защищающие его донную часть от ветра. Это позволяло производить наблюдения приливно-отливных явлений в условиях большой волны на акватории водохранилища. Ниже представлены результаты ряда наблюдений.
21 июня 2008г. (суббота, штиль). За периоды наблюдений с 901 по 1009 и с 1406 до 1642 частота следования приливов изменялся от 4 до 11 мин. При наблюдении были малые (малозаметные) величины приливов (пропущенные циклы), которые не фиксировались. Средняя длительность цикла приливов составила 6,8 мин. Наблюдения показали, что в овраге за счет нагонного эффекта высокие приливы начинаются с бурного потока воды с небольшой по высоте, но достаточно крутой волной на фронте (типа бора). Разница уровня наибольшего прилива и отлива в вершине оврага достигала 0,8 м.
28 июня 2008г. (суббота, штиль). За период времени с 1203 до1455 было26 циклов приливов. Средняя длительность цикла 6,7 мин. Высокие приливы и отливы наблюдались в этот день и поздно ночью (около 2330).
29 июня 2008г. (воскресенье, штиль). Как показали наблюдения, в период с 451 до 619 было 13 циклов приливов, средняя длительность цикла составляла 6,4 мин. В ряде случаев прилив или отлив проходил в два этапа с разрывом 1 - 2 минуты.
Приливно-отливные течения в овраге наблюдаются в любое время суток, как при длительном полном штиле, так и при сильном волнении на водохранилище, при ветре всех направлений.
30 и 31 августа 2008г. (сильный (штормовой) ветер юго-западной четверти). Уровень воды низкий (примерно на 1 м ниже июньских наблюдений). В овраге наблюдаются приливо-отливные течения обычной интенсивности. Из-за низкого уровня воды в овраге приливные волны наблюдаются в виде бурного потока, накатывающегося на отмель в вершине оврага, часто с крутой волной на фронте (типа бора).

Объяснение механизма возникновения короткопериодических приливных явлений

Имеет место колебание уровня воды в мелководной зоне вблизи берега вследствие возникновения горизонтальных перемещения водных масс (приливно-отливных течений перпендикулярных направлению течения реки), обусловленных действием массодинамических сил на водный поток реки. Массодинамические силы возникают при перемещении массы (материального объекта) в массодинамическом поле [1-6]. Эти силы также называются гравидинамическими или гравимагнитными (см. [2, 3]).

Схема действия массодинамических сил, приводящих к возникновению приливно-отливных течений представлены на рисунке3.

Рисунок 3 – Схема возникновения приливно-отливных течений.

Вследствие работы ГЭС, в районе глубоководного русла непрерывно имеет место течение воды. В районе наблюдений направление течения воды по руслу к ГЭС – с запада на восток. На водный поток действует массодинамическая сила F_МД [1 3]

где Н_МД – вектор напряженности суммарного массодинамического поля, I_В– вектор гравитационного тока – произведения массы водного потока на его скорость.
Поскольку плотность воды значительно ниже плотности материалов земной коры, то при большой глубине русла реки имеет место значительное отклонение от вертикали вектора Н_МД(искривление силовых линий массодинамического поля). Это приводит к появлению значительной горизонтальной (меридиональной) составляющей вектора напряженности суммарного массодинамического поля Н_Г и возникновению вертикальной составляющей массодинамической силы F_В

Эта сила действует вертикально вниз, создавая давление на водный поток в глубоководном русле, прижимая его к дну. Поскольку в широкой мелководной части водохранилища вдали от русла течение практически отсутствует, то там F_В=0. Это приводит к тому, что водная масса выдавливается из зоны глубоководного русла на широкую мелководную северную часть Жигулевского водохранилища. Поскольку ширина мелководной зоны в несколько раз больше ширины русла, а глубина небольшая, то это приводит к возникновению значительного приливного течения (I_П) направленного к северному берегу. Этот процесс и наблюдается в виде мелких волн идущих к берегу даже в условиях длительного полного штиля, что отмечено выше по результатам наблюдений.

После подъема уровня воды в широкой мелководной прибрежной зоне до некоторого максимального уровня, относительно уровня воды в районе русла, действие гравитационных сил начинает превышать напор приливного течения и вода скатывается в сторону русла - начинается отлив. Затем процесс повторяется, что приводит к циклическому характеру вышеописанных приливно-отливных явлений. Период колебаний уровня воды (цикла прилив-отлив) в основном определяется собственной частотой колебаний массы воды, определяемой как шириной акватории так и соотношением глубин воды в русле и мелководной части водохранилища.

Массодинамическая сила от вертикальной составляющей напряженности массодинамического поля

направлена по меридиану на юг, т.е. прижимает водный поток в русле к крутому южному берегу. Но она не действует в мелководной части водохранилища, т.к. там нет продольного течения реки, и не препятствует образованию приливного течения, но вносит свой вклад в процесс очень малого колебания уровня воды в зоне русла, приводящих к образованию значительных поперечных приливо-отливных течений в мелководной зоне.
Наблюдавшееся изменение длительности циклов прилив-отлив обусловлено наложением ряда колебательных процессов, обусловленных сложностью береговой линии и неоднородностью глубин в различных его частях, а также отражением поперечных потоков от крутого противоположного берега. Кроме того на этот процесс оказывала влияние сила и направление ветра в дни наблюдений. Эти процессы, как следствие, определяют так же и изменение величины приливов и отливов.
Кроме того величина массодинамической силы FВ не является постоянной, т.к. не является константой суммарное массодинамичекое поле у поверхности земли [1, 5, 6]. В течении времени суток и дни недели может несколько изменяться величина сброса воды через плотину и ГЭС, т.е. скорость течения воды по руслу. Это так же приводит к изменению во времени величины массодинамической силы, действующей на водный поток и, следовательно, приливных течений, высоты приливов и отливов.
Полученные результаты дают основание полагать, что действием массодинамических сил обусловлены особенности многих других явлений и процессов, связанных с движением воды в морях, реках и озерах, аналогично тому как действием массодинамических сил во многом определяется механизм возникновения маломасштабных вихрей: торнадо (смерча), водной воронки (водоворота) при сливе воды [3, 4] и т.п.

Литература

1. И.П. №72200100015. Теория физических полей / Самохвалов В.Н. //Инф. Бюл. Идеи. Гипотезы. Решения. - М.:ВНТИЦ.- 2001.- №2. - с.13 (2001.02.0053), (описание на 37с.)
2. Самохвалов В.Н. Физические поля гравитационной природы. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8953.html
3. Самохвалов В.Н. Массодинамическое и массовариационное поле в физических процесса / Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Труды Международного научного Конгресса-2008, выпуск 33, книга вторая (Н−Я). – С-Петербург:: Невская жемчужина, 2008. – С. 473-487.
4. Самохвалов В.Н. Массодинамическая природа вихревых процессов. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8954.html
5. Самохвалов В.Н. Экспериментальные исследования воздействия массодинамических полей на процесс свободных колебаний маятника.
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8962.html
6. Самохвалов В.Н. Экспериментальные доказательства существования массодинамических полей и сил / Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Труды Международного научного Конгресса-2008, выпуск 33, книга вторая (Н−Я). – С-Петербург:: Невская жемчужина, 2008. – С. 488-497.

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

КОРОТКОПЕРИОДИЧЕСКИЕ ПРИЛИВО-ОТЛИВНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ВОДОХРАНИЛИЩЕ