VALURIVALURI: FORMA, TIPURI DE : FORMA, TIPURI DE SPARGERE, PROCESE SPARGERE, PROCESE INDUSEINDUSE

OBIECTIVELE CURSULUI:

Discutarea formei şi a elementelor morfometrice

Viteza, lungimea şi perioada valurilor

Înţelegerea mecanismelor de propagare a valurilor

Mişcarea particulelor de apă la trecerea valurilor

Spargerea valurilor şi procesele induse

PARAMETRII ELEMENTARI AI VALURILOR (SINUSOIDALE)

Înălţimea valului (H): distanţa verticală

dintre şanţul şi creasta valului

Lungimea valului (L): distanţa orizontală

dintre crestele a două valuri consecutive

Perioada valului (T): perioada de timp

scursă la trecerea a două valuri consecutive crests passing a fixed point

GENERAREA VALURILORGENERAREA VALURILOR- NOMOGRAMA DE CORELAŢIE VÂNT-VAL -- NOMOGRAMA DE CORELAŢIE VÂNT-VAL -

(Komar, 1983)(Komar, 1983)

CLIMATUL VALURILORCLIMATUL VALURILORRegimul valurilor este controlat climatic:• Furtunile din regiunile temperate şi tropicale produc valuri mari (H > 4 m)• În zona caldă, valurile sunt relativ mici (H = 1–2 m)• Mările închise şi semiînchise au cele mai mici valuri (H < 1.5 m)

DEPLASAREA PARTICULELOR DE APĂ LA TRECEREA VALURILOR• Valurile şi energia lor se propagă unidirecţional, dar particulele de apă descriu o mişcare circulară fără a induce şi o deplasare netă

• Diametrul mişcării orbitale a particulelor de apă descreşte odată cu adâncimea

• La o anumită adâncime sub suprafaţa mării mişcarea apei devine insignifiantă: este baza valului

• Baza valului poate fi definită altimetric de o adâncime a apei mai mică de 1/2 din lungimea valului (L/2 sau 0.5L)

• Valurile nu pot afecta relieful submers sub această adâncime

DEPLASAREA PARTICULELOR DE APĂ ÎN ACVATORII DEPLASAREA PARTICULELOR DE APĂ ÎN ACVATORII ADÂNCI, DE TRANZIŢIE ŞI SUPERFICIALEADÂNCI, DE TRANZIŢIE ŞI SUPERFICIALE

PARAMETRII SECUNDARI AI VALURILORPARAMETRII SECUNDARI AI VALURILOR

Panta valului:

Adâncimea relativă:

Numărul valului:

Frecvenţa angulară sau radiană:

Viteza valului:

Amplitudinea valului:

ECUAŢIILE VALURILORECUAŢIILE VALURILOR

Acvatorii adânci (Deep water):lungimea valului: L = gT2/2viteza valului: C = L/T = gT/2

Acvatorii intermediare (Intermediate water):L şi C desresc odată cu adâncimea apei d Ecuaţii complexe

Acvatorii puţin-adînci (Shallow water):lungimea valului: L = Tsqrt(gd)viteza valului: C = L/T = sqrt(gd)

ECUAŢIILE VALURILORECUAŢIILE VALURILOR (II) (II)

L0 = 1.56 T2

kdk

k

g

k

wC tanh

Viteza de propagare a valurilor:

(ecuaţia generală)

Lungimea valului în larg:

Viteza valurilor în apă adâncă:

Viteza valurilor în apă puţin-adâncă:(d < L/20)

Energia valului:

2

2gTLo sau

TgT

T

LC p 56,1

2

2

8

1bgHE

,1,3 dgdC

TIPURI DE SPARGERITIPURI DE SPARGERI

SPARGEREA VALURILOR SPARGEREA VALURILOR ŞI PARAMETRUL ŞI PARAMETRUL DE SIMILARITATE SURFDE SIMILARITATE SURF

b = tan/sqrt(Hb/Lo)

unde:

tan = panta plajei (gradientul)

Hb = înălţimea valului deferlant

Lo = lungimea valului în apă adâncă

b < 0.5; spargeri de tip spilling

b = 0.5–3; spargeri de tip plunging

b > 3; spargeri de tip surging

(surging

breakers)

COMPORTAMENTUL HIDRODINAMIC AL COMPORTAMENTUL HIDRODINAMIC AL PLAJELOR ŞI PARAMETRUL SCALAR SURFPLAJELOR ŞI PARAMETRUL SCALAR SURF

b = (22Hb)/(gT2tan2)

unde:

tan = gradientul plajei

Hb = înlţimea valului deferlant breaker height

T = perioada valului

g = acceleraţia gravitaţională

b < 2.5; condiţii reflective

b = 2.5–30; condiţii intermediare

b > 30; condiţii disipative

PARAMETRII SCALARI ŞI DE SIMILARITATE PARAMETRII SCALARI ŞI DE SIMILARITATE SURFSURF

tan = 0.1, Hb = 0.5 m, T = 8 s

Lo = 102 m

b = 1.43

b = 1.54

Valurile în spargere sunt de tip plunging, condiţii reflective

tan = 0.02, Hb = 0.5 m, T = 6 s

Lo = 57 m

b = 0.21

b = 68.47

Valurile în spargere sunt de tip spilling, condiţii ultradisipative

CONVERGENŢA ŞI DIVERGENŢA VALURILOR

Atunci când conturul liniei ţărmului este neregulat, refracţia valurilor poate genera o variaţie în energia valurilor de-a lungul coastei. Convergenţa valurilor, sau concentrarea ortogonalelor, se produce pe capuri marine, în timp ce divergenţa valurilor, sau disiparea ortogonalelor are loc în golfuri.

REFRACŢIA VALURILOR

Când o parte a valului este în apă mai adâncă decât cealaltă parte a lui, atunci porţiunea valului aflată în apă adâncă se va deplasa mai rapid decât cea situată în apă superficială. Drept rezultat valul îşi va schimba direcţia, se va curba, respectiv se va refracta. Refracţia valurilor reduce valoarea unghiului dintre creasta valurilor şi linia ţărmului.

PROPAGAREA VALURILOR IN ACVATORII INTERMEDIARE SI SUPERFICIALE – EFECTUL BATIMETRIEI SI AL CURENTILOR

REFRACŢIA VALURILOR PE ŢĂRMURI LINEARE

REFRACŢIA VALURILOR ÎN CONDI-ŢIILE UNEI TOPOGRAFII SUBMERSE NEUNIFORME

TEORIA NON-LINEARTEORIA NON-LINEARĂ A VALURILORĂ A VALURILOR

Nr. lui Ursell:

Viteza transportului net de apă (mass transport velocity):

Panta limită a valurilor în apă adâncă:

Panta limită a valurilor pt. d < L/2:

CURENTII DIN ZONA DE

SURF

Alaturi de miscarea de du-te vino indusa de valuri (swash), trei tipuri de curenti apar in zona de surf:• Curentii longitudinali de tarm indusi de valurile oblic-incidente• Curentii de retur de pe fund (bed return flow) indusi de miscarea rezultanta catre larg produsa in proximitatea fundului in zona de surf• Curentii de tip rip sunt de asemenea indusi de transportul general catre larg datorat valurilor deferlante

TSUNAMI

FORMAREA TSUNAMILOR

Tsunami sunt valuri cu perioada lunga şi amplitudine mică în apă adâncă. Înălţimea lor creşte semnificativ odată cu intrarea în acvatoriul puţin adânc, atingând înălţimi devastatoare. Tsunami călătoresc cu viteze foarte mari şi pot traversa oceanele într-o singuă zi.

Sunt generaţi prin:• Deplasarea plăcilor tectonice• Alunecări submarine• Activitatea vulcanică• Asteroizi• Explozii submarine

VITEZA DE PROPAGARE - TSUNAMI

Tsunami călătoresc cu o viteză determinată de adâncimea apei:

u = sqrt(gd)

unde:

u = viteza tsunami

g = gravitate

d = adâncimea bazinului

De exemplu:

pentru d = 5 km, u = 221 m/s

MAREE

F = g (m1m2) / r2

unde:

F = forţa gravitaţională

g = acceleraţia gravitaţională

m1 = masa Terrei

m2 = masa Lunii/Soarelui

r = distanţa dintre Pământ şi Lună/Soare

FORŢA DE GENERARE A MAREELOR

în realitate, Pământul nu poate să se

rotească liber în cadrul elipsei mareice

datorită forţelor de frecare şi prezenţei

continentelor. ‘Valul mareic’ global este astfel

spart într-un mare număr de sisteme mareice

regionale. Aceste sisteme sunt afectate de

forţa Coriolis luând naştere sistemele

amfidromice în cadrul cărora mareele

descriu o mişcare circulară în jurul punctelor

amfidromice. Înălţimea mareelor are cele

mai mici valori în punctul amfidromic şi creşte

odată cu depărtarea de el

SISTEMELE MAREICE ŞI PUNCTELE AMFIDROMICE

MAREELE DE SIZIGII (SPRING) ŞI CVADRATURĂ (NEAP)

MAREELE DIURNE ŞI SEMIDIURNE

• Dominanţa LUNII = 12 ore şi 25 minute = regim semidiurn• Dominanţa SOARELUI = 24 ore si 50 minute = regim diurn

ÎNĂLŢIMEA MAREELOR

Factorii care contribuie la variaţiile ecartului mareic:

• Batimetria (refracţia)

• Lăţimea şelfului continental

• Configuraţia coastei (efect de pâlnie, refracţie, difracţie)

OSCILAŢIILE DE NIVEL ALE MĂRII

EUSTATISMUL ŞI IZOSTAZIA

Schimbările semnificative şi pe termen-lung ale poziţiei nivelului mării reflectă deopotrivă schimbările de nivel absolute ale mării şi ale suprafeţelor continentale:• Eustatismul se referă la schimbările absolute ale nivelului mării• Izostazia reprezintă mişcările verticale ale pământului datorită factorilor geologici

În funcţie de balanţa dintre aceste procese pe o coastă dată se produc schimbări observabile ale nivelului mării numite schimbări (oscilaţii) relative ale nivelului mării.

Principalul motiv pentru mişcările eustatice şi izostatice este reprezentat de creşterea şi scădera volumului de apă prins în gheţarii de calotă şi continentali în timpul Cuaternarului.

GLACIO-EUSTATISMULCreşterea în grosime a pânzelor de gheaţă şi a gheţarilor de calotă determină o scădere a nivelului mării. Topirea gheţii induce o creştere a nivelului mării. Dacă toată gheaţa continentală s-ar topi nivelul mării ar creşte cu circa 100 m. Ultima glaciaţiune a avut maximul acum cca. 18,000 ani iar de atunci nivelul mării a crescut destul de constant până acum cca 5500 ani când a fost atins pentru prima dată nivelul actual. În Cuaternar s-au produs cca. 20 episoade Glaciar/Interglaciar care au dus la fluctuaţia semnificativă a nivelului mării

Schimbările de nivel ale blocurilor continentale datorate creşterii şi topirii gheţarilor de calotă compun glacio-izostazie. Datorită acestui proces, suprafeţele expuse gheţarilor cunosc după topirea acestora o scădere relativă a nivelului mării datorită mişcarilor izostatice pozitive. Prin contrast regiunile învecinate suprafeţelor ocupate de gheaţă (forebulge areas) cunosc o creştere relativă a nivelului mării datorită subsidenţei.

GLACIO-IZOSTAZIA

CREŞTEREA NIVELULUI MĂRII ŞI ÎNCĂLZIREA GLOBALĂ

În ultimul secol:• Temperatura globală a crescut cu aproximativ 0.8oC• Nivelul mării a crescut cu aproximativ 0.2 m• Un factor important îl joacă pe lângă fluctuaţiile volumului de apă din gheţari şi efectul steric = expansiunea termală

În următorul secol:• Temperatura este de aşteptat să crească accelerat• Nivelul mării va creşte probabil cu o rată accelerată