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, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

КОРОТКОПЕРИОДИЧЕСКИЕ ПРИЛИВО-ОТЛИВНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ВОДОХРАНИЛИЩЕ