126 
Глава 4
вают значительное влияние на ветровой поток, который вследст-
вие больших градиентов скорости в пограничном слое, является
турбулентным. В пределах пограничного слоя характер движения
определяется силой трения на подстилающей поверхности. Поток
импульса т В пределах пограничного слоя сохраняет свою ве-
личину и выражается следующим образом:
то/ ра =ит = 02 =С?, 
(4.6.1.1)
где р„ — Пплотность воздуха; и’у’ горизонтальная и верти-
кальная составляющие пульсаций скорости ветра, (, — динами-
ческая 
скорость 
или 
скорость 
трения; 
С, — коэффициент
сопротивления, Й, — средняя скорость на высоте 7.
В 
практике 
обычно 
используется — коэффициент — С,
соответствующий высоте 
10 м над невозмущенной водной
поверхностью. При расчетах скорости ветра над водой в озерах и
водохранилищах используется также высота 2 м. Для воздушного
потока над шероховатой водной поверхностью профиль скорости
ветра имеет вид: 
—. 
-
И(2) = (ЦуЗ)7/2,, 
` 
(4.6.1.2)
где 2о— параметр шероховатости, # — постоянная Кармана.
На рис. 4.6.1 показаны профили скорости ветра, измеренные
в натурных 
условиях. Из приводимых выше формул 4.6.1.1 и
4.6.1.2 следует связь между параметром 2) и коэффициентом
сопротивления С.
С, = (О/У,)? = (9Лай/2)°. 
— 
(4.6.1.3)
Коэффициент сопротивления и параметр. шероховатости
зависят от разгона и продолжительности действия ветра и его
скорости. Отмечено, что коэффициент сопротивления растет
более интенсивно в стадии зарождающегося волнения, чем в
последующей стадии развивающегося волнения.
Существуют многочисленные эмпирические соотношения,
определяющие зависимость коэффициента сопротивления от
скорости ветра и условий стратификации приводного слоя.
Приведем одну из этих зависимостей, полученную в ГГИ, для
нейтральных условий 
стратификации 
воздушного 
потока и
неболыьших разгонов, которые характерны для озер и водохра-
нилищ: 
‚
Съ = (1,15 + 0,05/,о) 10°°. 
(4.6.1.4)
ТЕРМО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОЗЕРАХ 
127
12 М мсс
Рис. 4.6.1. Профили средней скорости ветра по измерениям на озере Вселуг
Используя (4.6.1.1) и (4.6.1.4), получим выражение для
касательного напряжения ветра в виде:
то = 2„ (1,15+0,05И0) 70107° 
(4.6.1.5)
При обтекании аэродинамически шероховатой поверхности
зависимость 2 от скорости трения (/, определяется формулой
Чарнока:
7о > ЦЙв, 
. 
(4.6.1.6)
где 
в — 
ускорение 
свободного 
падения. 
Измерения 
в
лабораторных 
и 
натурных — условиях — подтверждают — су-
ществование 
данной 
зависимости 
(рис 
4.6.2). 
Например,
измерения, 
проведенные 
на 
озере 
Вселуг 
в — условиях
ограниченных 
разгонов,‚ 
дали 
следующее 
выражение 
для
параметра шероховатости:
2о= 
В И7 
,
где В — константа.
Непрерывность напряжения трения на 
границе 
раздела
воздух-вода — приводит 
к 
развитию — сдвигового — слоя 
в
приповерхностном слое воды. Максимальное значение скорости