Esitlus üles laadida
Esitlus laaditakse üles. Palun oodake
1
Setete transport: põhimõisted
Loeng 10a Setete transport: põhimõisted Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
2
EMH0090 Rannikuprotsessid
Settematerjali päritolu (miljardid tonnid) (sulgudes: lahustunud/aurustunud) Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
3
Kuidas setted rannikumeres ringi käivad
Lained Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
4
Setete transpordi suund: sageli aimatav ranna morfoloogia baasil
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
5
Setete transpordi kontrollivad tegurid
Setteosakeste suurus Setete kohesioon / nidusus Setete tihedus Vee liikumise kiirus & suund Setete liikumahakkamine: läveline protsess Algab, kui vee kiirus > uhtumise kiirus Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
6
EMH0090 Rannikuprotsessid
Setteosakesed: (purdosakeste) lahtirebimine põhjast Transport Settimine Rand tervikuna: Kulutus Transiit Kuhjumine Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
7
EMH0090 Rannikuprotsessid
Setteid liigutavad Hoovused Vee liikumise suund & kiirus püsivad Põhiline heljumi transport kogu veesambas Peamiselt piki samasügavusjooni Lained Vee liikumine pulseeruv nii suuna kui kiiruse poolest Põhjalähedane transport kombineerituna heljumi (re)suspensiooniga Transport nii piki randa kui ka risti rannajoonega Ühine omadus: vesi liigub nii lainetes kui ka hoovustes; ja liikuv vesi paneb setted liikuma Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
8
EMH0090 Rannikuprotsessid
Transpordi viisid Heljumi transport Peenemad setteosakesed liiguvad koos veemassiga Võimalik põhjast üsna kõrgel Põhjalähedane transport Libisemine (sliding) Veeremine (rolling) Hüplemine (saltation) Toimub päris põhja lähedal Dünaamiline tasakaal Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
9
Miks lained sageli olulisemad
Muutuva suunaga liikumised haaravad kergemini setteosakesi kaasa Murduvad lained tekitavad turbulentsi kohati väga suured vee kiirused Turbulents hajutab peeneteralisi setteid (sh orgaanika) põhjast kõrgemale Orbitaalkiiruste ebaühtlus: pinnal ranna poole, põhja lähedal sügavamale (diferentsiaalne transport sõltuvalt terasuurusest) Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
10
EMH0090 Rannikuprotsessid
Transport lainetes Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
11
EMH0090 Rannikuprotsessid
Vee edasikanne peaaegu lineaarsetes lainetes: trajektoorid ei ole suletud Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
12
Lainete poolt tekitatud vee transport
Vee pinnal toimuv transport: keskmine kiirus Oluline parameeter: ak Kogu veesambas toimuv vee netotransport (tihedus) Starr (1947) Transport toimub veekihis laine tallast harjani Keskmine vee kiirus kogu veesambas Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
13
EMH0090 Rannikuprotsessid
Mittelineaarsed efektid lineaarsete lainete juures: Radiation stress ehk kiirguspinge Lainepinge dimensioon: jõud pinnaühikule (tüüpiline pinnajõud, vektor) Tekib siis, kuid lained põhjustavad impulsi / massi levikut Impulsi voog on suurem laine harja juures (lainelevi suunas) ja väiksem talla all (vastassuunas) Tekib seetõttu, et lainete kõrgus on lõplik – s.t. mittelineaarne efekt; Ometi kasutatakse selle omaduste selgitamiseks lineaarset laineteooriat Põhjustab: veetaseme tõusu rannal, langust murdlainete tsoonis ning piki randa suunatud hoovuseid Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
14
EMH0090 Rannikuprotsessid
Lained rannas muutuvad ebasümmeetriliseks ja murduvad vee transport ranna suunas laine harja lähistel tekitavad lokaalse veetõusu (wave set-up) tekitavad tagasivoolu põhja lähedal tekitavad rannaga risti olevaid hoovuseid (rip currents) tekitavad piki randa liikuvaid hoovuseid Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
15
Kõrge laine ranna lähistel: ei ole siinusekujulise profiiliga
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
16
Lineaarne – knoidaalne – soliton
Pikad lained madalas vees: sobib Korteweg-de Vriesi võrrand, knoidaalsed lained Väga pikad lained madalas vees: KdV solitonid Veepind klassikalises lineaarses laines on siinusekujuline Piisavalt lühikesed lained – praktiliselt lineaarsed Veel pikemad lained solitonid Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
17
Vee & setete edasikanne tugevalt asümmeetrilistes lainetes ranna lähistel
(peenemad osakesed, mis paiknevad pinnakihis) Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
18
EMH0090 Rannikuprotsessid
Lained rannas muutuvad ebasümmeetriliseks ja murduvad vee transport ranna suunas laine harja lähistel tekitavad lokaalse veetõusu (wave set-up) tekitavad tagasivoolu põhja lähedal tekitavad rannaga risti olevaid hoovuseid (rip currents) tekitavad piki randa liikuvaid hoovuseid Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
19
Laine rannas: vee liikumine edasi-tagasi
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
20
Lokaalne veetõus rannas
(lähemalt vaadeldud veetaseme loengus) (põhja lähedal: undertow ehk tagasivedu) Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
21
EMH0090 Rannikuprotsessid
Lained rannas muutuvad ebasümmeetriliseks ja murduvad vee transport ranna suunas laine harja lähistel tekitavad lokaalse veetõusu (wave set-up) tekitavad tagasivoolu põhja lähedal tekitavad rannaga risti olevaid hoovuseid (rip currents) tekitavad piki randa liikuvaid hoovuseid Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
22
EMH0090 Rannikuprotsessid
Rip currents Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
23
EMH0090 Rannikuprotsessid
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
24
EMH0090 Rannikuprotsessid
Rip currents: Küpros, 2010 Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
25
EMH0090 Rannikuprotsessid
Rip currents: Küpros, 2010 Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
26
EMH0090 Rannikuprotsessid
Lained rannas muutuvad ebasümmeetriliseks ja murduvad vee transport ranna suunas laine harja lähistel tekitavad lokaalse veetõusu (wave set-up) tekitavad tagasivoolu põhja lähedal tekitavad rannaga risti olevaid hoovuseid (rip currents) tekitavad piki randa liikuvaid hoovuseid Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
27
Lained ranna ääres: hoovused
Risti rannaga: keskväärtus =0 Lained ranna ääres: hoovused USACE 2002 Piki randa: keskväärtus >0 tõeline hoovus Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
28
Lained ranna ääres: hoovused II
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
29
Lainete poolt tekitatud hoovuste süsteem
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
30
Lainete poolt tekitatud hoovuse kiirus sõltub:
Lainekõrgusest Lainete levikusuunast: ~sin(α) Laineenergia randa jõudmise kiirusest: ~cos(α) Ranna omadustest Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
31
Sõltuvus on üsna keerukas
(Longuet-Higgins) Modifitseeritud rannanõlva kalle tanβ Murdumissügavuse indeks = murduva laine kõrgus / vee sügavus murdumiskohal C ~ – põhjahõõrde koefitsient (Komar 1979, kehtib murdlainete tsooni keskel) Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
32
Kuidas lained transpordivad
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
33
Laine kiirus I: liiguvad laineharjad
DEFINITSIOON FAASIKIIRUS on laineharjade leviku kiirus Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
34
Kiirus 3: energia liigub rühmakiirusega
Kiirus 2: vesi liigub laine sees Lõpliku sügavusega vesi Horisontaal-suund Vertikaal-suund Kiirus 3: energia liigub rühmakiirusega Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
35
Laine poolt tekitatud maksimaalne põhjalähedane kiirus
Veeosakeste kiirus laines (ka lõpmata sügavas meres) sügavusel -H: sõltub nii mere sügavusest, lainekõrgusest kui perioodist Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
36
Kui suur on põhjalähedane kiirus?
Lainekõrgus 1 m Looduslike lainete tavaline periood 3s Kiirlaevalainete tavaline periood >9s Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
37
Vesi liigub põhja lähedal: piirikiht
Põhjast kõrgemal: põhja olemasolu vee liikumist ei mõjuta (nagu eeldatud lineaarses laineteoorias) Kihtide vahel: nihkepinge Põhja lähistel: vee kiirus väheneb seda enam, mida lähemal on veeosake põhjale Setteosakesi paneb liikuma kõige alumise veekihi liikumisest tingitud nihkepinge Soomere 2010 Põhi EMH0090 Rannikuprotsessid
38
EMH0090 Rannikuprotsessid
Piirikihi käsitlus Nihkepinget põhjas (enamasti) otseselt ei mõõdeta – see arvutatakse selle kaudu, kuidas vee kiirus muutub põhja lähedal Eeldatakse, et vee kiirus väheneb logaritmiliselt Kusjuures vesi jääb ‘seisma’ veidi põhjast kõrgemal ‘Seisva’ veekihi kõrgus põhjast = põhja karedus mis EI OLE otseselt seotud põhja ebatasasuste kõrguse või setete terasuurusega Nihkepinge , kus on mingi kiirus (mida püüame edasises määratleda) Nihkepinge ühik – sama, mis rõhu ühik Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
39
Kuidas piirikihti käsitleda
Poollogaritmiline skaala: võimaldab määratleda, kui kõrgel põhjast vesi päriselt seisma jääb Lineaarne skaala: vesi jääb seisma veidi põhjast kõrgemal Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
40
Vee kiirus muutus põhja lähistel: teadmine baseerub katsetel
Mõõdetud andmed (aga et päris põhja lähedal ei saa kiirust tegelikult mõõta, siis arvatakse [eeldatakse], et päris põhja lähedal muutub kiirus samade seaduste järgi, mis põhjast veidi kõrgemal) Hüpotees Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
41
Piirikiht ja nihkepinge: alternatiivne definitsioon
u Nihkepinge põhjas (=mõjub sette osakestele) Kiiruse gradient vahetult põhja lähedal (väga raske määrata) Molekulaarne viskoossus Eddy viscosity (turbulentne viskoossus) Molekulaarne viskoossus: vedeliku omadus Turbulentne viskoossus: vedeliku liikumise omadus Mõlemaid on võimalik mõõta või hinnata Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
42
Nihkekiirus: kiirus, mida pole olemas!
Kiiruse vertikaalset muutumist peegeldava sirge tõus poollogaritmilistes koordinaatides Katseliselt määratud (empiiriline) konstant Nihkekiirus (sõltub log alusest!) pinna karedus Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
43
Probleeme nihkekiirusega
z0 ja u* on teatavad tuletatud suurused, mitte reaalsed Teooria kehtib ainult laminaarse voolamise korral Kiiruse profiil ei pruugi olla sirge, eriti ajas muutuva hoovuse/laine tingimustes Teooria kehtib ainult horisontaalse põhja jaoks Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
44
Vee kiirus ja ja setete liikumine
Osakeste lahtirebimine raskendatud tänu nidususele Suuremad osakesed: vaid põhjalähedane transport Suurte osakeste liigutamiseks vajalik suur vee kiirus Väiksemad osakesed: transport vaid heljuvas olekus Suured osakesed + väike vee kiirus settimine Väljasettimise kiirus Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
45
Nihkekiirused liiva & kruusa jaoks (nidusus ebaoluline)
Tegelikult nidusus oluline Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
46
Transpordi intensiivsus (empiirika)
Põhjalähedane ~nihkekiirus kuubis ~hoovuse kiirus / orbitaalkiirus kuubis Proportsionaalne hoovuse / lainetuse poolt arendatava võimsusega Väikesed muutused kiiruses suur muutus transpordis Heljuvas olekus Setteosakeste kontsentratsioon * hoovuse kiirus Sõltub (re)suspensiooni ja settimise bilansist (Re)suspensioon ~hoovuse kiirus ruudus Rannaprotsessid ebaproportsionaalselt intensiivsed tugevate tormide ajal Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
47
Erineva terasuurusega setted: kantakse edasi erinevatel kõrgustel
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
48
Lainete põhjustatud transpordi iseärasused: sõltuvus ka perioodist
Põhjalähedane kiirus erineva perioodiga lainetes, mis paneb kvartsliiva liikuma Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
49
Pikad lained: “ulatuvad” sügavale
15s perioodiga laine kõrgus, mis paneb setteosakesed liikuma (horisontaalne põhi) Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
50
Laine tekitatud hoovus: tekitab ka transpordi
Lainete võimsus rannajoone sihis rannajoone meetri kohta! Liiva transport piki randa: ligikaudne hinnang (Waves, tides and shallow-water processes) 0.77: iseloomustab vee tungimist liivamassidesse 0.6: iseloomustab liiva “pakituse” astet Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
51
Setete transpordi arvutamine
1. Resuspensiooni intensiivus - nihkekiirus resuspensiooni kriitiline nihkekiirus M [s/m] iseloomustab setete tüüpi Resuspensiooni summaarne intensiivsus mingil ajavahemikul pinnaühiku kohta -- integraal 2. Põhjalähedase transpordi intensiivsus põhjalähedase transpordi kriitiline nihkekiirus keskmine terasuurus Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
52
EMH0090 Rannikuprotsessid
Summaarse transpordi leidmine on keerukas – kaasajal võib usaldada vaid suurusjärku (aga näiteks muutunud sügavuse puhul saab üsna täpselt hinnata transpordi muutusi) Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
53
Naissaare juurest kaevandati 2003-2004 suur hulk liiva
Kaevandusala Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
54
Pinnasepump-süvendaja Seaway täislastis
Foto: Tarmo Kõuts Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
55
EMH0090 Rannikuprotsessid
Kaevandusala õhust Foto: Andres Kask Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
56
Kaevandusala: veealune liivaneemik
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
57
Oluline lainekõrgus ei muutu
Aga nihkekiirus – tänu sügavuse suurenemisele - siiski Põhjalähedase transpordi kriitiline nihkekiirus Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
58
Intensiivsuse muutus: arvestatav
Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
59
EMH0090 Rannikuprotsessid
Põhjalähedase transpordi intensiivsus muutus: vähenes tänu vee sügavuse suurenemisele 24º31.5’ 24º32’ 24º32.5’ 24º33’ 24º33.5’ 24º34’ 24º34.5’ 24º35’ 59º32’ 0.0079 0.009 0.006 -0.02 0.097 0.4 0.22 -0.43 59º31.75’ 0.004 0.021 0.034 0.053 0.35 0.26 -0.66 -1.37 59º31.5’ - -0.048 0.11 -0.094 -13.5 -13.8 -2.12 59º31.25’ -0.022 0.1 -10.6 -42.4 1.41 59º31’ -0.21 0.67 1.39 1.49 59º30.75’ 0.21 0.59 Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
60
Lainekõrguste muutumine: huvitav muster
SW W Tuul: 6 tundi, 15 m/s; isojoonte vahe 2.5cm Lainekõrguse muutumine: refraktsiooni intensiivsuse muutumise kaudu Soomere 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid
Seotud esitlused
© 2024 SlidePlayer.ee Inc.
All rights reserved.