DINAMICA APELOR MARINE

DINAMICA APELOR MARINE

Valurile sunt forme pe care le ia suprafata apei sub actiunea diferitelor forte care imprima particulelor de lichid miscari oscilatorii, predominant verticale, fara a exista un transport de debit in anumite directii.

Ele pot fi provocate de impulsuri de presiune datorita in special vantului, de miscarea navelor, de cutremure sau eruptii vulcanice submarine.

Vantul se formeaza ca urmare a diferentelor de presiune atmosferica intre zone vecine. El se caracterizeaza prin directia din care bate, viteza si frecventa.

Fetchul reprezinta lungimea pe care trebuie sa actioneze vantul pentru a transmite valurilor energia necesara realizarii inaltimii maxime posibile sub actiunea vantului respectiv. Pentru a-l determina se iau in discutie cele opt directii principale si directia celei mai mari intinderi de apa din bazinul considerat. In Marea Neagra fatchul atinge 500 km iar pe oceane cateva mii de km.

Clasificarea valurile marine

Valurile marine se clasifica astfel:

dupa modul de formare (de vant, de maree);

dupa caracterul fortelor (libere, intretinute);

dupa variatia elementelor principale (stabilizate, nestabilizate);

dupa dispunere (de suprafata, interne);

dupa forma (bidimensionale, tridimensionale, izolate sau cupola);

dupa raportul lungime si inaltime (lungimea mai mica decat inaltimea - scurte, lungimea mai mare decat inaltimea - lungi);

dupa forma de propagare:

in miscare (pe orbite circulare sau eliptice);

in stationare (Clapoti).

Valurile de suprafata sunt:

de vant;

hula.

Valurile de vant sunt valuri de suprafata care se formeaza sub influenta fortei tangentiale a vintului si se amortizeaza dupa incetarea acestuia.

Valurile de vant se caracterizeaza prin faptul ca panta de sub vant este mai abrupta si la intensificarea vantului apar creste care deferleaza (dungi de spuma).

Valurile de vant pot fi

valuri in dezvoltare intretinute de actiunea vantului

- valuri de hula- valuri libere care se propaga in afara zonei de furtuna sau dupa incetarea ei;

valuri mixte.

Valurile in dezvoltare si de hula a caror viteza a atins 0,85-0,9 din viteza vantuluisunt

considerate valuri stabile sau in regim permanent.

Fenomenul de seis cunoscut si sub denumirea de unde lungi, reprezinta o oscilatie a nivelului marii cu cativa zeci de centimetri in nintervale de 20-300 secunde, pe intreaga suprafata a marii, in jurul unei axe orizontale denumita linie nodala.

Cauzele miscarii de seis pot fi: variatii de presiune atmosferica (care se masoara in mm. Col Hg.sau milibari), discontinuitatea unor conditii atmosferice, vant, cutremure sau fenomene de rezonanta ale hulei din largul marii. Astfel de fenomene s-au inregistrat si in Marea Neagra si chiar in unele lacuri.

Valurile de furtuna pot avea de regula, urmatoarele inatimi:

la larg intre 4 6m;

la coasta intre 5.. .7m;

la coastele oceanice intre 6 11m.;

Elementele valului

Valurile sunt succesiuni de unde caracterizate prin: creasta, talpa valului, inaltime h,
lungime l, panta, front de atac, perioada t viteza de propagare c. Valorile lungimii, perioadei si ale vitezei se calculeaza cu:

pentru

unde g este acceleratia gravitationala.

Lungimea valurilor se masoara direct cu:

mira de valuri;

perspectometrul;

valograful.

Structura interna a valului

Din cercetarile practice si studiile teoretice rezulta ca particulele antrenate de vant se misca pe orbite circulare si eliptice, in plan vertical, perpendicular pe frontul valului, rezultand astfel o miscare trohoidala.

La coasta traiectoriile se aplatizeaza si se turtesc pana la o miscare 'du-te vino' in apropierea fundului. La larg miscarea orbitala se transmite spre fund, diametrele orbitelor micsorandu - se cu adancimea. Practic, la valurile nu se mai resimt (amplitudinea este de aproximativ 20 de ori mai mica decat la suprafata).

Factorii ce influenteaza regimul valurilor

Factorii ce influenteaza regimul valurilor sunt:

viteza (forta) vantului;

durata de actiune a vantului;

lungimea de actiune (fetch);

variatia vantului si directia sa;

adancimea marii.

Tipuri de valuri

In afara de valurile de vant si de hula, mai sunt cunoscute:

undele de furtuna, determinate de variatia mare a presiunii atmosferice (la trecerea ciclonilor extratropicali violenti); in apropierea coastelor pot avea efecte catastrofale;

valurile seismice (tsunami), valuri produse de eruptii si cutremure de pamant, rezultand deplasari de apa ce creeaza valuri uriase de lungimi variind intre 150- 250 km;

valurile de alunecari ale solului submarin sau al maselor mari de
gheata polara;

valuri interne, la limita a doua straturi de densitati diferite, cu amplitudini pana la 100 m;

valurile de maree, se suprapun unei maree.

Oscilatiile nivelului marii

Cauzele oscilatiilor nivelului marii sunt:

fortele anemiobarice (vant, presiunea atmosferica);

fortele cosmice (mareice);

variatia bilantului hidrologic (aportul apelor fluviale, precipitatii);

In zona costiera exista anumite particularitati privind oscilatiile marii:

vantul produce aflux-deflux;

mareea produce flux-reflux;

variatia presiunii atmosferice produce seise;

curentii marini, variatia densitatii apei, precipitatiile, fenomenul de evaporare produc influente vizibile.

Oscilatiile nivelului marii pot fi periodice si neperiodice.

Nivelul marii poate fi:

instantaneu;

mediu;

diurn;

lunar;

multianual.

Nivelul zero '0' este un nivel conventional, situat sub cele mai scazute niveluri posibile. Masuratorile se reduc la acest nivel.

Mareea

Mareea reprezinta miscarea periodica flux - reflux din mari si oceane care creeaza ridicarea si coborarea nivelului apei sub influenta fortei de atractie a Lunii si a Soarelui.

Sistemul Pamant - Luna - Soare are un centru comun de greutate si forte centrifuge ce tind sa departeze astrii in timp ce atractia reciproca ii retine. Forta centrifuga este rezultanta ce produce mareea.

Exista mai multe tipuri de maree:

maree lunara, solara, lunisolara;

de sizigii (Luna noua si Luna plina) rezultate de culminatiile Lunii si a Soarelui la meridianul locului;

de cuadratura (culminatiile superioara si inferioara ale Lunii la meridianul locului - primul si ultimul patrar al Lunii).

Perioada fortei mareice a Lunii este de 24^h 50^m J iar a Soarelui este de 24 ^h 00 ^m .

Influenta Lunii este proeminenta, de 2,17 ori mai puternica decat cea a Soarelui.

Desi sistemele mareelor lunara si solara sunt independente, dar in natura ele se combina.

Schimbarea continua a pozitiilor reciproce Luna, Soare, Pamant schimba si directiile de actiune ale foitelor mareice (se aduna sau se scad).
Terminologie

Terminologia utilizata in studiul mareelor este:

nivelul maxim la flux (apa inalta ) maree inalta;

nivelul minim la flux (apa joasa maree joasa;

amplitudinea - diferenta de nivel:

perioada - intervalul de timp dintre doua maree joase/inalte;

ora mareei inalte/joase;

durata fluxului/refluxului - intervalul de timp dintre mareea joasa/inalta si mareea inalta/joasa;

mareea de sizigii;

mareea de cuadratura;

varsta mareei - intarzierea produsa intre momentul astronomic sizigii si momentul producerii celei mai inalte maree(variaza de la cateva ore la zile; valoarea medie pe glob este de 35^h), anticipeaza sau intarzie momentul culminatiei Lunii;

ora cotidala - timpul lunar la Greenwitch, intre momentul trecerii Lunii la meridianul zero si momentul producerii mareei inalte,

linie cotidala - linia ce uneste aceeasi ora cotidala pe glob;

puncte amfidromice - punctele de, convergenta ale liniilor cotidale.

Observatia 1.4 Oscilatiile neperiodice se calculeaza de catre organizatiile hidrologice rezultand prognoza de maree. Oscilatiile periodice se calculeaza cu ajutorul 'Tablelor de maree'.

Tablele de maree

Cuprind trei sectiuni:

apele europene, inclusiv Marea Mediterana;

Oceanul Atlantic si Oceanul Indian;

Oceanul Pacific si marile adiacente.

Sectiunile au doua parti cuprizand:

porturi principale (standard);

porturi secundare.

Tablele suplimentare contin interferente mareele neregulate, mareele regulate, constantele armonice H si g, argumente astronomice etc.

a)Porturi principale

Tablele se intocmesc anual:

indexul alfabetic al porturilor standard;

table zilnice: ora si inaltimea mareei inalte si mareei joase.

b)Diferenta de timp si inatime pentru prevederea mareelor in porturile secundare

Corectia de timp se refera la inaltimi medii ale mareei sau la nivelul maxim / minim al mareei inalte si mareei joase.

Corectia de inaltime se face in functie de coeficientul mareei si se refera la patru inaltimi:

nivelul maxim al mareei inalte de sizigii;

nivelul minim al mareei inalte de cuadratura;

nivelul maxim al mareei joase de sizigii;

nivelul minim al mareei joase de cuadratura.

Metoda constantelor nearmonice

Metoda se foloseste pentru porturile care nu este trecut in tabla. Pe harti sunt inscrise tabele ce contin stabilimentul portului, inaltimile medii ale mareelor inalte si a celor joase de cuadratura si sizigii. Se foloseste pentru mareele semidiurne; ora de producere se calculeaza cu:

unde: T _m este timpul mediu la Greenwitch al culminatiei Lunii (din efemerida); - corectia pentru l (din efemerida, sau se calculeaza); l_f - numarul fusului orar; l longitudinea geografica a locului (in ore si minute); SP - stabilimentul portului; ASP-corectia stabilimentului (din table, in functie de timpul jfusului t_f.

Daca valoarea stabilimentul portului este necunoscuta, ora de producere a mareei inalte/joase este data de relatiile:

Tablele de maree sectiunea a-111 din B.N.A. (Brown 's Nautical Almanac)

Contin urmatoarele informatii:

ora la producere a mareelor zilnice de dimineata (a.m.) si dupa amiaza (p.m.) pentru porturile principale;

constantele de maree pentru porturile secundare britanice si separat pentru celelalte:

constanta de timp (Dt pentru producerea mareei in portul principal si in cel secundar Ct;

adancimea medie a apei (Mean High Water) la sizigii (Sp - spring) si la cuadraturi (Np - neaps);

tabelele cu fazele lunii pentru stabilirea diferentelor de zile fata de faza cea mai apropiata.

Curentii de maree

Oscilatiile periodice de nivel produc deplasari orizontale de apa sub forma curentilor periodici - curentii de maree.

La larg variatiile vitezei sunt conforme cu oscilatiile de nivel (viteze maxime la mareea inalta si viteze minime la jumatatea intervalului maree inalta - maree joasa. La coasta se produc viteze mai ridicate de peste doua noduri.

La mareea semidiurna curentul de flux actioneaza cu trei ore inainte si dupa mareea inalta, iar la curentul de reflux la aproximativ trei ore inainte si dupa mareea joasa. In golfuri, estuare, pe funduri mici si neregulate apare un schimb de directie si de viteza, functie de conditiile morfohidrologice locale.

Curentii de maree sunt prezentati in atlase cu valori medii. Pe harti sunt trecuti cu notatii specifice sau tabele: intervalul de timp de la marea inalta, directie, viteza la sizigii si la cuadratura.

Amplitudinea mareelor

Amplitudinea marelor este considerabila, astfel: in Oceanul Atlantic, cele mai mari valori (Noua Scotie 18m la sizigii, Argentina 12 14 m, Franta 12m), Oceanul Pacific: Alaska 7,6 m, Panama si California 9m, Chile 8m, Oceanul Indian: Nord Australia 10,5m, Golful Bengal si Golful Arabiei 9l0m, Oceanul inghetat de Nord in Marea Alba 8,5m, Marea Murmansk 4m.

In portul Constanta amplitudinea medie a mareei este de 8.. .9cm.

Curentii marini

Curentii marini sunt miscari de tranlatie ale maselor de apa in sens cvasiorizontal. Ei se caracterizeaza prin directie si viteza.Cauzele aparitiei curentilor marini sunt:

cauze externe: anemobarice (vant), cosmice (mareea);

cauze interne: distributia inegala pe orizontala a densitatii apelor
marine. .

Clasificarea curentilor marini

dupa fenomenele care-i produc:

curenti de gradient, variatia nivelului sau densitatii apei pe orizontala (componenta orizontala tinde sa egaleze diferenta de presiune hidrostatica ceea ce produce deplasarea apei pe orizontala);

curenti anemobarici,variatia brusca a presiunii
atmosferice;

curenti de densitate, dispunerea inegala a
densitatii apei marine pe orizontala;

curenti de deriva, cauzati de forta tangentiala a vantului (temporari si cvasitemporari);

curenti de maree;

curenti de debit, in continuarea fluviilor;

dupa gradul de stabilitate:

constanti;

periodici (de maree);

temporari; (neperiodici);

dupa adancimea de dispersie:

de suprafata;

de adancime;

de fund;

dupa proprietatile fizico - chimice:

curenti calzi, reci, sarati, salmastri.

Curentii de convectie

Curentii de convectie sunt provocati de stratificarile de suprafata, au densitate mare si 'cad' spre fund pana la reasezarea normala a maselor de apa. Se evidentiaza pe adancimi medii in anotimpul rece pana in apropierea coastei.

Curentii de adancime si de fund

Acestia sunt curenti deosebit de puternici chiar in apropierea fundului. La suprafata, apele tropicale curg spre poli, rezultand la nivelul fundului existenta unui curent de compensare de sens invers. Unii curenti de fund pot avea viteze mai mari ca cei de suprafata.

Schema generala a curentilor marini

Exista o corelare a cudentilor de suprafata cu circulatia generala a atmosferei

Oceanul Pacific: C.Ec. de Nord, C. Ec. Contrar, C. Kuro_Sivo, C. Tsushima, C. Pacificului de N, C rece al Californiei, C. cald al Alaskai, C. Ec. De Nord. etc.

Oceanul Atlantic: C. Ec. De Nord, C. Antilelor, C . Caraibelor, C. Floridei, C. Golfului, C. rece al Canarelor, C. Atlanticului de N. etc.

Oceanul Indian: C. Ec. De Sud, C. Benguelei, C. musonic de vara, C. Madagascarului, C. Acelor etc.

Oceanul Inghetat: C. Norvegiei, C. Capului Nord, C. Groenlandei de Est. etc.

Documentatie de navigatie: CP, atlase, harti - date despre curentii marini.

Determinari analitice

Curentul de diurna

A - coeficientul proport(o,013 pentru m/s si 0,0247 pentru Nd)

W - viteza vantului (m/s) ;

j - latitudinea locului

Se tinea seama si de abaterea fortei Coriolis (spre deapta emisfera Nord):

la adancimi mari abat este aproximativ 45^o fata de vant cand

(H - adancimi mari, D- adancimea. de actiune a curentului)

la adancimi mici cand teoretic , viteza scade cu H si cu abaterea - spirala Ekman (hodograf) - de la suprafata pana la adancimea D.

Curenti de grandient (panta):

g- unghiul de inclinatie a suprafetei apei;

w- viteza unghiului de rotatie a Pamantului;

g - forta de gravitatie;

j - latitudinea.

Curenti de densitate:

Calculele se bazeaza pe relatii hidrostatice:

P = r g h

p - presiunea hidrostatica;

r - densitatea apei;

h - inaltimea coloanei de apa fata de un plan orizontal imer considerat "zero"

Masurarea curentilor marini

Masurarea directa:  - curentometre

- curentografe

Curentometrul (morisca marina) - dupa tipul clasic Ekman) - variante constructive

cadru cu ax vertical de suspensie;

elice (de plastic sau metal);

anpenaj;

mecanism de cuplare - decuplare;

contor de turatii;

cutia busolei (36 casute)

Viteza curentului - functie de numarul de rotatii in timp.

Directia curentului - functie de numarul de bile antimagnetice cazute in casetele dirijate de acul magnetic (media ponderata indica directia curentului)

cu   "mesager" - cuplarea contorului concomitent - declansarea secundometrului pentru 300 sec. - decuplarea

dd = 230_o (220 x 2) + 230 + (240 x 2) 1150

Se fac si corectii din certificatul de garantie.

Curentograful - inregistreaza la anumite intervale de timp viteza si directia curentului la un unumit orizont.

Curentografe: mecanice, electronice, radiocurentografe, etc.

Curentograful mecanic (clasic):

carcasa metalica , cu inchidere etansa;

busola automata cuplata cu un disc de viteze si un mecanism de orologerie (cu un sistem de parghii);

dispozitiv de inregistrare;

ampenaj;

elice (antreneaza un cuplaj magnetic, evitandu-se axul).

La anumite intervale de timp - pe o banda de hartie se imprima indicatia discului vitezelor si indicatia busolei.

Operatiuni:

amarare (verifica sistemul mecanis, orologerie, incarcare banda, fixarea intervalului de timp (m, h) etansare)

lansare (un aparat sau o serie)

ridicare la bord.