Слияния двух и более потоков часто наблюдаются на бурных реках даже при отсутствии рек-притоков. Например, это просиходит внизу по течению за гравелистыми барами на многорукавных поймах или при слияние потоков, разделенных скальными выходами. Взаимодействие сливающихся потоков проявляется в виде сбойных течений формирующих волну. Интенсивность и сложность структуры потока на участке слияния определяется прежде всего углом схождения потоков и разницей скоростей сливающихся рек. При слиянии рек с большим углом схождения (более 40 градусов), сблиющиеся потоки движутся по криволинейным траекториям, что приводит к формированию вторичных течений, охватывающих всю область потока. У поверхности струи направлены к центру слияния, а у дна — к противоположным берегам. Центробежная сила также создает поперечный уклон водной поверхности от центра слияния к берегам. Такая схема очень похожа на то как движется вода на повороте русла в меандрирующих или извилистых руслах. Если сливающиеся потоки обладают довольно большой скоростью (более 1 м/с) и их величина не слишком отличается для главной реки и притока, то их непосредственное взаимодействие в центральной зоне может привести к возникновению вихревых трубок вытянутых вдоль границы слияния по обеим сторонам. В этом случае схема течения напоминает набегание воды на препятствие с формированием волны-подушки и двух вальцов с диаметром порядка глубины потока (толщина вихревой трубки). Направление движения в таком вихре — от поверхности ко дну, где поток отражается и идет снова вверх. Таким образом на сбойке, если лодка ориентирована вдоль линии сбойки, одна ее часть будет испытывать восходящие течения, а другая нисходящие. Поскольку горные реки с гравелистым или скалистым дном как правило мелкие, то поперечный размер вихревых трубок примерно того же масштаба, что и размер лодки. Это, как правило, и создает проблемы для начинающих гребцов.
Взаимодействия сливающихся потоков и их результаты для перемешивания водных масс с различными свойствами (например с разной долей взвешенных наносов), пока еще недостаточно изучены и отсутствует общая математическая теория этого явления. В настоящее время я и моя исследовательская группа занята такими проблеммами. В прошлом году мы выполнили серию уникальных натурных экспериментов на реке Таглиаменто в Италии. Предлагаю вашему вниманию небольшой документальный фильм об этой экспедиции. Также недавно я со своими коллегами опубликовал несколько статей о численном моделировании сбойных течений. Некоторые результаты этих численных экспериментов можно посмотреть на прилагаемых видео роликах.
Видео об экспериментах можно посмотреть здесь:
(
Читать дальше
)