Исследование динамики разливов поверхностно-активных веществ в условиях ветрового волнения

Прогнозирование эволюции разливов пленок поверхностно-активных веществ (ПАВ) и нефтепродуктов является важной частью проблемы диагностики загрязнений океана. Основными силами, определяющими динамику пленок на начальных этапах растекания разливов, являются силы тяжести, инерции, поверхностного натяжения и вязкости. Первые две существенно влияют на пленку лишь на самых ранних стадиях эволюции разлива при заметной толщине пленки, после чего доминирующую роль играют две другие. Кроме этого, в условиях достаточно интенсивного ветрового волнения нельзя не учитывать и действие на пленку напряжений, связанных с волнами. Важным, разумеется, является и учет влияния неоднородных приповерхностных течений, однако учитывая характерные масштабы морских течений, их действие обычно сказывается на разливах достаточно большого масштаба (порядка километра и более). Ранее в наших работах исследовалось особенности растекания пленок в условиях ветрового волнения и было предложено объяснять известный из повседневных наблюдений эффект вытягивания разливов по ветру действием на пленку напряжений, индуцированных ветровыми волнами. Учет таких напряжений приводит к замедлению растекания пленок в направлении поперек ветра и соответственно, формированию вытянутых по ветру пленочных сликов.
В настоящей работе представлены данные новых натурных экспериментов с разливами ПАВ на Горьковском водохранилище, а также на Черном море. В ходе экспериментов изучалась временная эволюции формы разливов с использованием камеры, панорамного радиолокатора, а также приемника GPS, установленного на моторной лодке и записывавшего ее треки при движении вдоль границы разливов (методика оконтуривания сликов). Получены зависимости длин поперечной к ветру и продольной осей сликов от времени, оценены скорости дрейфа “тяжести”, изучен обнаруженный ранее в единичных наблюдениях эффект сжатия слика и “симметризации” его формы на достаточно больших временах. Развита модель, описывающая как стадию растекания, так и последующего сжатия слика. В модели учтены действие индуцированных волновых напряжений, а также зависимость характеристик пленок (коэффициента поверхностного натяжения и упругости) от концентрации ПАВ и изменение этих характеристик в процессе эволюции слика.
Работа выполнена при поддержке РНФ (грант 18-17-00224).