Размеры волн при одном и том же ветре существенно зависят от скорости и направления течения. Давно замечено, что в случае, если ветер и течение встречные, образуются крутые волны с несимметричным профилем (более крутым передним склоном). Такое явление встречается и в устьях рек. В этом случае высота длинных пологих волн, приходящих с моря, при входе в устье реки увеличивается, волны становятся круче и представляют опасность для плавания (рисунок 1). Существует некоторая критическая скорость течения vкp, при которой высота и длина волн наибольшая [Шлыгин И.А. Популярная гидрометеорология и судовождение. М.: Транспорт, 1987].
Рисунок 1. Зависимость высоты волн от скорости встречного течения
В открытом море в районах встречи волн зыби, идущих с разных направлений, образуются «пирамидальные» волны. Они чрезвычайно опасны для судов тем, что маневрирование такой толчее затрудняется, а в результате наложения разных волновых систем могут появляться отдельные крутые гребни удвоенной высоты (рисунок 2).
Аномальные волны иногда определяются как волны, высота которых более чем в два раза превышает значительную высоту h1/3. В соответствии с распределением Рэлея такой волной является примерно каждая из 3000 волн. При характерном периоде ветровых волн это соответствует примерно 8-9 часам.
Однако еще большую опасность представляют волны, образованные наложением нескольких случайных факторов. Так непериодическое течение и резкий перепад глубины в сочетании с неблагоприятной интерференцией волн зыби с разных направлений могут привести к возникновению отдельных «неправильных» волн (их иногда называют abnormal, freak, rogue waves, то есть ненормальные, уродливые волны, волны – убийцы). Предусмотреть возможность встречи с такими волнами весьма сложно.
Так, у юго-восточного побережья Африки, крупная зыбь с «ревущих сороковых» широт сталкивается с Агульясовым течением и обрывистым склоном шельфа. Здесь встречаются одиночные волны, которые моряки называют «ложбинами» или «ямами» в океане. Характерная особенность этих волн, достигающих в высоту 25 м — крутой передний склон и достаточно пологая впадина перед ним, причем, иногда при относительно спокойном море. Такие волны явились причиной гибели большого количества судов, в том числе крупнотоннажных контейнеровозов, танкеров и рудовозов.
К югу от Японии расположено «Море дьявола». Здесь также зафиксировано большое количество катастроф судов, причиной которых были волны – убийцы, имеющие большую крутизну. Анализ причин разрушения корпуса рудовоза «Ономичи Мару» в этом районе показал, что расчётный изгибающий момент при традиционных моделях волнения (регулярное, нерегулярное со спектром II Конгресса, по Нормам прочности) значительно ниже предельного. Только специальный подбор модели волнения позволил получить условия, при которых возможно разрушение корпуса, приближённо соответствующие реальности.
На Великих озёрах Северной Америки встречаются группы аномальных волн, названных «три сестры» – три идущие одна за другой волны, на треть выше предыдущих. Они явились причиной гибели нескольких крупных рудовозов.
В последние годы изучению волн – убийц уделяется повышенное внимание, так как оказалось, что вероятность их появления гораздо выше, чем следует из распределения Рэлея. В 1995 году на нефтедобывающей платформе «Дропнер» в Северном море были выполнены измерения волны – убийцы. В условиях сильного шторма в течение нескольких часов наблюдались волны с высотой h 1/3 = 11-12 м. Внезапно на платформу обрушилась значительно более мощная волна высотой более 25 м. Эта волна была существенно круче, чем среднее волнение. Направление её движения существенно отличалось от направления ветра. Эта волна была короткоживущей, т.е. ее амплитуда была существенно выше основного волнения на расстоянии 3-4 длин волн. Иными словами, такая волна особенно опасна для судов, поскольку времени на уклонение от встречи с нею практически нет. На рисунке 3 показаны результаты замеров другой гигантской волны [Rosenthal, W.: MaxWave. Rogue Waves: Forecast and Impact on Marine Structures, GKSS Research Center, Geesthacht, Germany. http://www.arcus.msisa.ru/users/files/]. Принципиальной особенностью волн-убийц, по-видимому, является их существенная нелинейность и сложность описания. Основными инструментами исследования таких волн и их воздействий являются эксперименты и численное моделирование.
Рисунок 3. Вид со спутника и профиль гигантской волны высотой 29.8 м
|
