Почему у мола волна встаёт вдвое выше, чем в открытом море

В шторм на набережной у Морского порта всегда стоят люди с телефонами, и снимают они не море. Море в такие дни бугрится метром-полутора и ничего интересного не показывает. Снимают мол: у бетонной стенки вода встаёт выше фонаря и рассыпается белым облаком, которое сносит на дорогу.

Разница не оптическая. У отвесной стенки гребень действительно вдвое выше, чем у той же самой волны в сотне метров мористее, — это не впечатление, а расчётная величина, с которой проектируют оградительные сооружения. А брызги над ней улетают ещё выше, и там счёт идёт уже не на «вдвое».

Пляж волну съедает, стенка возвращает всё

На галечном пляже волна кончается понятно. Выходит на мелководье, растёт, заваливается вперёд, шипит и растекается по камням. Энергия уходит в пену, в перекатывание гальки, в шум. Чем положе дно, тем дольше эта работа: на пологих берегах полоса прибоя растягивается на сотни метров — в береговой динамике встречаются цифры до пятисот, — и до уреза волна доходит уже пустой.

Отвесной стенке нечего волне предложить. Ломаться негде: глубина у основания мола сразу большая, дна, о которое можно споткнуться, под гребнем нет. Волна упирается в бетон и уходит обратно в море — почти целиком.

Инженеры меряют это коэффициентом отражения. У вертикальной стенки он 0,7–0,95: отражённая волна почти не уступает пришедшей в росте, в расчётных формулах обычно берут 0,9. У каменной наброски — той груды блоков и валунов, которую видно у входа в Имеретинский порт, — 0,1–0,3. Разница в разы, и держится она на одной только форме. Наброска пористая и наклонная, волна проваливается между блоками и там заканчивается.

Падающая плюс отражённая

Дальше начинается сложение, которое видно глазами.

Отражённая волна уходит от стенки навстречу следующей приходящей. Две волны одной длины, бегущие друг на друга, дают стоячую — ту самую, у которой гребни никуда не едут, а поднимаются и опускаются на месте. У неё есть отдельное имя, французское: клапотис.

В идеальном случае — ровная волна, полное отражение, стенка строго поперёк хода — высота стоячей волны выходит ровно вдвое больше исходной. Гребень к гребню, ложбина к ложбине, ничего лишнего.

Картина при этом не сплошная. Пучности, где вода ходит вверх-вниз с удвоенным размахом, повторяются от стенки в море через каждые полдлины волны. Между ними стоят узлы — полосы, где поверхность почти не поднимается вообще.

Для нашего берега это переводится в метры. Между гребнями черноморской волны обычно 20–40 метров; почему у нас волна такая короткая, мы считали отдельно — загляните, если хотите понять, отчего сочинская зыбь укачивает сильнее океанской при вдвое меньшей высоте. Значит, пучности у мола повторяются через 10–20 метров, а «мёртвая» полоса между ними приходится метров на пять-десять от бетона.

В несильный шторм это правда видно с воды. У самой стенки вода работает как поршень, вверх и вниз. Чуть мористее — почти ровная площадка, по которой при этом гуляет сильное боковое движение, будто кто-то тянет поверхность то влево, то вправо.

Почему у стенки не несёт, а подбрасывает

В бегущей волне частица воды описывает круг: вперёд на гребне, вниз, назад в ложбине, снова вверх. Круговое движение волна тащит с собой — поэтому она и толкает.

В стоячей волне круги вырождаются. В пучности от круга остаётся чистая вертикаль: вода поднимается и падает, никуда не смещаясь. В узле — чистая горизонталь: воду мотает вбок, но она не поднимается.

Полного клапотиса в природе не бывает, отражение всегда неполное, и круги превращаются не в отрезки, а в вытянутые эллипсы. Суть от этого не меняется.

Отсюда ощущение, которое ловят все, кто впервые шёл близко к молу на волнении: лодку не несёт, лодку подбрасывает. Привычной работы корпуса — нос вверх, нос вниз, пошли дальше — нет. Есть рывок вверх, провал вниз на том же месте и боковой снос, которому вроде бы неоткуда взяться.

Откуда берётся столб брызг

Удвоение объясняет высоту гребня. Столб брызг над гребнем оно не объясняет — там работает другое.

Когда к отвесной стенке подходит крутая волна, ложбина перед её гребнем оказывается зажата между бетоном и надвигающейся стеной воды. Заполняется эта ложбина так быстро, что разойтись вбок вода не успевает. Единственный выход — вверх, и наверх она выстреливает: тонкая плоская струя идёт по стенке в разы быстрее, чем движется сам гребень. Дальше струя рвётся на нити, нити распадаются на капли, и получается то самое облако. По наблюдениям на молах и обрывах такие брызги поднимаются на десятки метров.

Удар при этом короткий и очень злой. Длится он от десяти до ста миллисекунд — быстрее, чем моргает человек. Пиковое давление доходит до мегапаскаля — порядка десяти атмосфер. И давит волна не по уровню воды: расчётная эпюра поднимается выше спокойной поверхности примерно на три четверти высоты волны.

Поэтому парапеты на молах делают с козырьком, загнутым назад, а не просто повыше. Против такой струи высота помогает плохо; помогает развернуть её обратно в море.

Косая волна бежит вдоль стенки

Всё это — про волну, приходящую к молу в лоб. Косой подход даёт картину другую, и, честно говоря, более красивую.

Отражённая волна уходит не назад, а вбок, под тем же углом, каким пришла. Накладываясь на приходящие, она собирает решётчатый узор — поле пирамидок, которые вспухают и опадают, а гребни при этом бегут вдоль стенки. У этого случая тоже есть французское имя: clapotis gaufré, «вафельный клапотис».

Смотреть приятно, но у основания мола эта красота работает вихрями. Они тянут грунт вдоль стенки и вымывают его из-под подошвы. Подмыв основания — обычная беда вертикальных стенок, и растёт он отсюда.

Что из этого следует для судна

К отвесной стенке на волнении не подходят, и дело не в страхе. Там просто нет ровной воды: у бетона стоит удвоенный гребень, чуть дальше мечется горизонтальная толчея, и всё это без прибоя, который хотя бы предупреждает о себе шумом. Судно в такой воде слушается плохо — пропадает привычный накат, по которому капитан чувствует, куда его сейчас поведёт.

По той же механике мы не подходим к пляжу ближе положенных пятидесяти метров: прочитайте, если собираетесь просить «заберите нас прямо с берега» — там все три причины и то, почему купаться с борта на глубине приятнее.

Первый километр после отхода у каждого борта свой, и зависит он от точки выхода: из Имеретинского порта идут вдоль наброски, из Морского порта Сочи — вдоль отвесной стенки, и на волнении эти два выхода ощущаются по-разному. Точка выхода указана в карточке каждого судна — откройте каталог и сравните, заодно увидите вместимость и порядок цен на момент публикации.

Швартовка у стенки — отдельная работа. Кранцы вываливают заранее, подходят под углом и самым малым, а при заметной волне лагом к бетону не стоят вовсе. Зимой к этому добавляется тягун — медленная раскачка всей акватории, от которой суда ездят вдоль причала при спокойном на вид море; если планируете выход с ноября по апрель, ту статью стоит открыть заранее.

Где это видно в Сочи

Два наших порта дают готовое сравнение.

Волнолом Имеретинского порта закрыт тетраподами — бетонными «крабами», уложенными в несколько рядов. Волна на них проваливается, шипит между блоками и там же заканчивается. Фонтанов почти не бывает, зато шума хватает на весь порт.

В Морском порту Сочи стенка бетонная и отвесная. Вот там в шторм и получается картинка для телефонов: вертикальный выброс, облако, снос на набережную. Одна и та же волна, два сооружения, два совершенно разных ответа.

Предсказать заранее, будет ли сегодня у стенки представление, можно по двум цифрам прогноза: высоте волны и её периоду. Короткая волна той же высоты у мола ведёт себя злее длинной — она приходит чаще и круче. Разберитесь с этими цифрами один раз, и прогноз перестанет быть гаданием: там же про то, почему баллы и метры в сводках говорят о разном.

Коротко

Отвесная стенка волну не гасит, а отражает: коэффициент отражения у неё 0,7–0,95 против 0,1–0,3 у каменной наброски.

Отражённая волна складывается с приходящей в стоячую — клапотис; у идеального клапотиса высота ровно вдвое больше исходной волны.

Пучности повторяются через полдлины волны: для черноморских 20–40 метров это каждые 10–20 метров от стенки.

Брызги улетают выше гребня потому, что зажатая у бетона вода выстреливает вверх струёй быстрее самой волны; удар длится десятки миллисекунд при давлении до десяти атмосфер.

Для судна это означает воду без привычного наката — подбрасывает и сносит вбок, поэтому близко к стенке на волнении не ходят.

А смотреть на всё это лучше всего не с набережной. С воды граница видна буквально: за молом вода одна, перед молом другая, и переход между ними занимает пару корпусов. Приходите на выход в спокойный день — покажем, где у стенки стоит поршень, а где начинается ровное море. Остальные разборы про волну, погоду и порт — в журнале.