научная статья по теме ПРИЛИВЫ И ШТОРМОВЫЕ НАГОНЫ В ЭСТУАРИИ ТЕМЗЫ Геология

Текст научной статьи на тему «ПРИЛИВЫ И ШТОРМОВЫЕ НАГОНЫ В ЭСТУАРИИ ТЕМЗЫ»

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2012, том 39, № 4, с. 351-366

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

УДК 556.54(282.242.4:261.26)

ПРИЛИВЫ И ШТОРМОВЫЕ НАГОНЫ В ЭСТУАРИИ ТЕМЗЫ1 © 2012 г. В. Н. Михайлов*, М. В. Михайлова**

*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы E-mail: vn.mikhailov@mail.ru **Институт водных проблем РАН

119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: mv.mikhailova@gmail.com Поступила в редакцию 28.10.2010 г.

Рассмотрены процессы взаимодействия речного стока, приливов и штормовых нагонов в эстуарии Темзы. Выявлены основные закономерности динамики вод при приливах и нагонах. Установлены особенности изменения характеристик приливов и нагонов вдоль эстуария. Отмечено заметное многолетнее увеличение характеристик приливов и нагонов в ХХ в. Описана история наводнений в эстуарии Темзы и в районе Лондона, вызванных штормовыми нагонами. Рассмотрены гидротехнические меры для защиты Лондона от наводнений.

Ключевые слова: Темза, эстуарий, приливы, штормовые нагоны, динамика вод, наводнения, проникновение морских вод, защита от наводнений.

Исследования гидрологического режима эстуария Темзы в течение многих десятилетий для английских специалистов представляли не только научный, но и большой практический интерес. На берегах эстуария находится Лондон — столица Великобритании, один из крупнейших мегаполисов Европы с населением ~7.5 млн чел., крупный морской порт, важный промышленный, финансовый и культурный центр. Обеспечение судоходства по трассе Лондон — Северное море, водоснабжение Лондона и его окрестностей, предотвращение загрязнения вод, защита населения и хозяйства от речных и, особенно, морских (нагонных) наводнений требовало проведения широкомасштабных гидрологических исследований. В результате таких исследований накоплен большой опыт в анализе сложного взаимодействия речного стока, приливов и штормовых нагонов, разработана стратегия защиты находящихся на берегах эстуария объектов от наводнений и т.д. Эти знания и опыт, касающиеся не только самого объекта — эстуария Темзы, но и теории устьевых процессов в приливных устьях рек, в России известны плохо. Задача настоящей статьи — обзор и обобщение основных результатов исследований в эстуарии Темзы.

1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ

(проект 10-05-00061).

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭСТУАРИИ ТЕМЗЫ

Эстуарий Темзы длиной 72 км — часть устьевой области этой реки, которая включает также приливный устьевой участок длиной 30 км, ограниченный сверху плотиной у г. Тиддингтон, и устьевое взморье шириной 60 км — прибрежную зону Северного моря.

Вершиной эстуария считают Лондонский мост, от которого отсчитываются расстояния вверх и вниз по течению. Эстуарий Темзы имеет типичную для таких объектов воронкообразную форму (рис. 1). Его ширина возрастает от Лондонского моста до выхода в море от 265 м до 8 км. Глубина русла эстуария при среднем приливном уровне составляет от 7 до 10 м (в среднем ~8 м). Площадь эстуария ~117 км2.

Сток р. Темзы, поступающий в эстуарий, невелик [3]. Среднемноголетние величины расхода воды и объема стока на плотине Тиддингтон составляют 78.5 м3/с и 2.48 км3/год [3]. Во время дождевых паводков расход воды может достигать 600—700 м3/с. Сток взвешенных наносов реки составляет всего 0.1—0.3 млн т /год [3].

Эстуарий Темзы макроприливный. На его морском входе (в устье эстуария) средние величины сизигийных и квадратурных приливов равны 5.3 и 3.3 м соответственно [3, 21]. В прибрежной зоне Северного моря и в эстуарии Темзы часто происходят штормовые нагоны. Величина нагона

Рис. 1. Схема устьевого участка и эстуария Темзы. Гидрологические посты: 1 — Челси, 2 — Лондонский мост (вершина эстуария), 3 — Лондонские доки, 4 — Тауэрский мост, 5 — Причал Тауэр, 6 — Норт-Вулидж, 7 — Баркинг, 8 — Тилбери, 9 — Лонг-Рич, 10 — Саутенд, 11 — Ширнесс; населенные пункты: 12 — Вулидж, 13 — Дженнингтри-Пойнт, 14 — Грей-взенд, 15 — Коритон; 16 — плотина Тиддингтон; противонагонные барьеры: 17 — Ричмондский, 18 — Темза, 19 — Баркинг, 20 — Дартфорд, 21 — Форббинг-Хорс, 22 — Истхевен, 23 — Бенфлит; 24 — о. Канви.

на морском входе в эстуарии с повторяемостью 1 раз в 50 лет составляет ~2.5 м [3, 10, 31].

Во второИ половине ХХ в. отмечено ускорение в эвстатическом повышении уровня Северного моря с 2 до 3.5 мм/год [3, 7]. Прогнозируется, что в XXI в. средниИ уровень моря (у.м.) повысится на ~1.0—1.2 м [2, 3, 25, 26].

Следует отметить, что в Англии все высоты у.м. фиксируют относительно "нуля" системы ODN (Ordnance Datum Newlyn). В качестве такого "нуля" избран среднемноголетний у.м. в г. Ньюлин на п-ове Корнуолл за 1915—1921 гг. [3].

В ряде работ отмечен факт некоторого возрастания величин приливов и значительного — штормовых нагонов в прибрежной зоне Северного моря во второИ половине ХХ в. Это связывают с ростом среднего у.м., дноуглубительными работами в устьях рек, а для штормовых нагонов — с заметной активизацией циклонической деятельности в Северной Атлантике [2—7, 26, 30].

В эстуарии Темзы в течение многих веков проводились различные гидротехнические работы. Вдоль эстуария проходит глубоководный судоходный канал, требующий постоянных дноуглубительных работ. Через Темзу построен ряд мостов, которые многократно перестраивались. Для защиты от наводнений вдоль берегов эстуария сооружены дамбы. После катастрофического наводнения, вызванного штормовым нагоном 31 января—1 февраля 1953 г., система защитных дамб была перестроена и укреплена, а в районе Вулиджа (в 14.8 км ниже Лондонского моста) в 1983 г. построено уникальное гидротехническое сооружение — Барьер Темза, призванное обезопасить Лондон от штормовых нагонов.

В статье [3] детально описаны морфология и морфометрия эстуария Темзы, дана подробная характеристика внешних гидрологических фак-

торов, влияющих на режим эстуария Темзы, — стока реки, приливов, штормовых нагонов.

Режим эстуария Темзы в целом хорошо изучен английскими гидрологами, океанологами, инженерами (основные работы приведены в списке литературы). На берегах эстуария в разное время работало много гидрологических постов (г/п), главные из которых показаны на рис. 1.

ДИНАМИКА ВОД И НАНОСОВ В ЭСТУАРИИ ТЕМЗЫ ПРИ ПРИЛИВАХ

Основные особенности приливной динамики вод в эстуарии Темзы

В качестве основы при анализе динамических процессов в приливных эстуариях обычно рассматривают соотношение и взаимодействие речных (прежде всего стока воды) и морских (прежде всего приливов) факторов. Эстуарий Темзы — пример устья реки, где влияние речного стока несравненно слабее воздействия приливов.

Оценивая роль стока воды в динамике эстуария Темзы, авторы статьи [12] учитывали четыре "характерных" расхода воды Qр Темзы на плотине Тиддингтон: средний в межень (14 м3/с), средне-многолетний (71 м3/с), максимальный в обычный зимний паводок (241 м3/с) и в экстремальный паводок (1047 м3/с в 1984 г. или 906 м3/с в 1934 г.). Более точные современные оценки этих Qр следующие [3]: 10.8, 78.5, 370 и до 700 м3/с соответственно. Во время приливного цикла (~6 ч 25 мин = = 23100 с) в упомянутых четырех случаях в эстуарий Темзы поступает объем речных вод Wр, равный соответственно 0.25, 1.81, 8.55 и 16.2 млн м3.

Эстуарий Темзы относится к макроприливно-му (АНпр > 4 м) типу. В таких случаях воздействие приливов на режим эстуария обычно значительно больше, чем влияние речного стока.

Для количественной оценки режима эстуариев часто применяют приливный параметр Симмон-са а = Щр/Р, т.е. отношение объема речного стока за приливный цикл к объему приливной призмы [11]. Приливная призма Р, — это объем морских вод, входящих в эстуарий в течение приливной фазы и вытекающих обратно в море в отливную фазу. Приливная призма приближенно равна РэЛНпр, где — площадь эстуария, а АНпр — средняя для всего эстуария величина прилива. При этом установлено, что при а < 0.1 в режиме эстуария преобладает морское воздействие и происходит полное перемешивание вод по глубине, при значениях а от 0.1 до 1.0 для эстуария характерно умеренное перемешивание, при а > 1.0 в эстуарии формируется клин осолоненных вод (слабое вертикальное перемешивание и сильная стратификация) [1, 11, 22]. Принимая для эстуария Темзы в качестве грубых оценок ~117 км2 и АНпр ~ 5 м [3], получим Р( = 585 млн м3.

Сравнение рассчитанных выше величин Щ, и объема приливной призмы Р, показывает, что для всех четырех характерных расходов воды реки а оказывается намного меньше 0.1 (4.3 х 10-4, 3.1 х 10-3, 0.01 и 0.03 соответственно).

Проведенные оценки количественно подтверждают, что ведущий и постоянно действующий фактор в режиме эстуария Темзы — приливы и этот эстуарий характеризуется сильным вертикальным перемешиванием вод и очень слабой стратификацией вод.

О ведущей роли приливов в режиме эстуария Темзы также свидетельствует то, что максимальные расходы воды 0тах во время приливов во много раз превышают не только средние, но и наибольшие расходы воды реки 0р. При этом оказывается, что чем створ измерений находится ближе к устью эстуария, тем 0тах больше (табл. 1). Это объясняется быстрым возрастанием по направлению к морю объема той части приливной призмы, которая расположена выше по течению от данного гидроствора.

Расходы в приливную фазу (—бтах) и в отливную (+бтах) имеют разный знак, но по величине близки друг другу. Определить по их разности речной расход воды нельзя по причине его малости в сравнении с большими приливными и отливными расходами.

Как следует из табл. 1, величины 0тах увеличиваются по направлению к морю по зависимости, близкой к экспоненциальной, что объясняется ростом и ширины и площади поперечного сечения эстуария в этом же направлении по аналогичному закону [3].

Таблица 1. Максимальные расходы воды 0тзх во время приливного цикла на разных створах эстуария Темзы по [12]

Створ Расстояние, км, от бтах3 тыс. м3/с

вершины эстуария (Лондонского моста) устья эстуария

Саутенд 69.2 2.8 42.5

Тилбери 41.4 30.6 12.7

Баркинг 20.0 52.0 4.25

Норт-Вулидж 17.0 55.0 3.68

Лондонский мост 0 72.0 1.42

Приливы в эстуарии Темзы

Изменения приливов вдоль эстуария. В устье эстуария

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком