Воронкообразование в жидкости со свободной поверхностью встречается нередко и в технике. Например, авиационные специалисты обнаруживали эти явления при опорожнении самолетных баков с горючим; теплоэнергетики отмечали возникновение воронок на входе воды в спускные трубы паровых котлов. Более крупные воронки могут возникать у различных гидротехнических сооружений: во время опорожнения шлюзных камер, у водосливных плотин, возводимых с целью регулирования стока в водохранилищах.
Возникновение вихревых воронок вызывается многими причинами. Главная состоит в том, что жидкость подходит к сливному отверстию с разных направлений и с разными скоростями. Такая неравномерность может быть обусловлена эксцентричным расположением сливного отверстия, формой дна, стенок, неровностей на них. Так как жидкость не может менять направление своего движения под прямым или острым углами и движется по плавным кривым, то появляется закручивающий момент. При этом, как и в случаях вихревого движения без слива воды, отмечается такая закономерность: чем ближе частицы жидкости к «оси» кругового движения, тем больше скорость их вращения. При сливе воды по мере приближения к центру вращения центробежные силы, разбрасывающие частицы жидкости к периферии, начинают превышать силы гидростатического давления. С этого момента сплошность жидкости вдоль оси вращения разрывается, образуя так называемый «воздушный шнур» или «воздушное ядро» воронки, имеющее более широкий диаметр в верхних слоях и более узкий – в нижних.
Воронкообразования в технике стремятся избежать всюду, где оно может возникнуть, так как прорыв воздуха в воронки снижает пропускную способность сливного отверстия: на шлюзах – увеличивается время опорожнения камеры; на ГЭС – снижается коэффициент полезного действия турбин; на насосных станциях – уменьшается поступление воды при водозаборе насосами или самотеком.
Где еще могут возникать вихревые воронки? В море при кораблекрушении, вследствие того, что многие помещения тонущего судна еще не затоплены, и вода устремляется в них. Поэтому морякам предписывается во время кораблекрушений отплывать на безопасное расстояние от места погружения судна, чтобы не оказаться втянутыми в эти кратковременные воронки, ибо они способны поглотить все плавающее на поверхности. Кроме того, опрокидывание тонущего корабля может вызвать большую волну, способную перевернуть шлюпки и накрыть плавающих поблизости людей.
Я уже упоминал о предубежденности многих в том, что в реках будто бы есть участки русла, где вода устремляется в подземный рукав, образуя начало подземной реки. Там, по мнению некоторых, и могут возникать воронки, затягивающие в себя людей. Да и как тут мыслить иначе, если газетные страницы, рассказывая об успехах буровиков в изыскательских партиях, пестрят, например, такими броскими заголовками: «Двухэтажная река», «Река под рекой…». Как же тут не поверить в воронки?
Применяемые в обиходе выражения «подземная река» или «подземное море» не следует понимать буквально. В таких случаях речь идет о мощных по толщине или огромных по протяженности водоносных слоях горной породы, поры и щели которой заполнены водой. В силу геологических условий она может находиться под большим давлением, и пробуренные до этих слоев скважины позволяют получать на поверхность пресную или минерализованную воду.
Следовательно, возникновение «подземных рек» не происходит путем разветвления русла на «наземную» и «глубинную» части, как, например, расходятся тоннели метрополитена. Существуя независимо от поверхностных рек, подземные воды могут располагаться на различной глубине в несколько водоносных этажей, верхний из них – горизонт грунтовых вод – связан обычно с поверхностными реками, питая их. Уровень воды во многих равнинных реках в свою очередь поддерживает уровень почвенных вод. Однако этот взаимный обмен не происходит через какие-то устья типа колодцев или горловин «скрытых» рек, а осуществляется путем фильтрации.
В пределах Советского Союза есть реки, никуда не впадающие. Однако и они не уходят под землю, а расходуются на орошение или пересыхают и теряются в песках.
«Город, где я живу, шахтерский, и, говорят, поэтому в нашей реке Ине много воронок», – пишет девушка из Кузбасса.
Видимо, она подразумевает возможность ухода части воды из русла реки в шахты, ведь в связи с разработкой угольных пластов под землей появляются пустоты, которые могут быть затоплены. При проходке шахт горняки встречаются с водоносными слоями, и служба водооткачки на шахтах не бездействует. В тех случаях, когда угольные пласты залегают очень близко к поверхности, после их разработки могут быть провалы земли над этими участками, и почвенные воды поступают в штреки. Однако вся эта вода не из русла реки, и разговоры об опасностях рек для плавания в горняцких районах не соответствуют действительности. Термин «подземные реки» справедлив лишь по отношению к пещерным водотокам, однако все они находятся в толще гор, то есть намного выше уровня наших речек и рек, и пловцам ничем угрожать не могут: с ними встречаются только спелеологи.
Нередко с водоворотом, с воронкой отождествляют яму под водой. У многих плохо плавающих людей даже сложилось представление, будто дно реки буквально изрыто ямами. Слово «яма» – преувеличение. На реках их обычно заносит песком. Это чуть более глубокое место, а главное – более глубокое, чем предполагает плохо плавающий человек, когда старается ногами достать дно. Отсюда его испуг: «А река, оказывается, имела ямы, то есть места, где не бывает дна…»
Тот, кто ловил рыбу бреднем, заводя его дальний конец на глубине, знает, что дно местами неровное. Порой даже приходится проплывать несколько метров, одновременно прижимая ко дну нижний конец палки, скребя тетивой по грунту, чтобы не упустить рыбу. И никаких ям, в нашем «сухопутном» понимании, в реке не обнаруживается. Встречаются лишь некоторые углубления дна на фоне его постепенного понижения.
Исключение составляют суводи, где вращательное движение воды приводит к интенсивному размыванию дна, если оно не образовано каменистыми породами. В таких местах могут возникать ямы значительной глубины. Но суводи ясно обозначены на поверхности воды, и в них, как правило, не купаются, кроме хорошо плавающих и вездесущих мальчишек, специально выискивающих для ныряния места поинтереснее. Для этих же целей используют мальчишки и место впадения ручья в реку, где обычно имеется постоянное углубление дна, которое возникает оттого, что струи ручья, текущего с большой скоростью, размывают русло реки.
Некоторые читатели убеждены, что в реках со времен последней войны так и остались воронки, какие образуются при взрывах на суше. «Река у нас небольшая, но в ней было много воронок от бомб. Я тогда еще слабо плавала. Однажды купаюсь и чувствую, что меня вдруг потянуло ко дну – это я попала в такую воронку. Нахлебалась…»
Здесь следует сказать, что над понижениями дна («ямами») не возникает водоворотов и затягивающих течений. Сильные завихрения появляются за препятствиями потоку, а не в местах расширения русла, какими являются всякие «ямы».
Конечно, каждому приходилось наблюдать детские игры на берегу у кромки воды: в плотном песке роется яма, но она тут же наполняется водой, края ее оседают. Оставленная в покое, она через 10-20 минут почти сравнивается и исчезает. Только кучки мокрого осевшего песка напоминают о недавних «землеройных работах». Нечто подобное происходит под водой и с русловым грунтом. Дело в том, что даже в реках со слабым течением донные наносы перемещаются и любые искусственно созданные углубления дна заносятся песком и илом. Так, при строительных работах под водой траншеи для укладки трубопровода заносятся песком в ближайшие сутки. Это вынуждает затем повторно расчищать траншеи.
Русло реки не остается постоянным, оно «живет». Старожилы могут вспомнить, что, например, вот этот остров вырастал у них на глазах, а в этом месте берег постепенно размывался. Работники речного транспорта, бакенщики знают, что исчезают мели и косы в одних участках, а в других – возникают мелководья, заставляя внимательно следить за фарватером. Таким образом, перемещая вдоль русла огромные массы наносов, река местами выравнивает дно, местами его размывает, создавая углубления, которые затем вновь могут быть занесены в связи с изменениями характера потока.