WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Вопрос о моделировании сил сопротивления или сил гидродинамического воздействия в этих случаях сводится к вопросу моделирования крупности наносов, формы и массы конструктивных элементов сооружений. Конечно, при этом следует иметь в виду, что существует нижний предел размеров модели, который определяется из условий: течение на модели должно быть турбулентным и автомодельным по числу Рейнольдса.

Измерительная система. Измерения параметров волн проводились с использованием емкостных волнографов типа ДУЕ-1. Обработка результатов выполнялась с помощью измерительной системы, состоящей из персональной ЭВМ, соединенной с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) по каналу USB, платы фильтров, пассивной кабельной системы, измерительных датчиков, преобразователей и программ для обработки данных. Относительная погрешность измерений высоты волн не превышала ±5%, периода ±1%.

Измерения рельефа и ширины пляжей проводились с помощью нивелира и рулетки.

Рис. 1. План модели Физическая модель. Исследования проводились в волновом бассейне Научно-исследовательского центра “Морские берега” на модели подводного Таким образом, на модели воспроизводились как самые неблагоприятсклона характерного для Кавказского побережья Черного моря. Бассейн в ные условия: воздействие на пляжный комплекс расчетного шторма редкой плане представляет собой прямоугольник шириной 13 м и длиной 19 м, с выповторяемости волноопасного направления, так и рядовые условия: воздейсотой стенок 1 м; оснащен щитовым волнопродуктором с электромеханичествие на побережье шторма, возможного один раз в год.

ским приводом, позволяющим генерировать регулярные волны высотой до Результаты моделирования. Для сравнительной оценки эффективно20 см и периодом T в диапазоне 0,7 - 3c. сти традиционных методов берегозащиты с новым методом было проведено План модели, построенной в масштабе = 1:45, показан на рис. 1. 3 серии экспериментов.

Средний уклон подводного склона в приурезовой зоне составлял i = В первой серии экспериментов (опыты №1 – №4) исследовались лито0,076, в зоне глубин d = 6,7 - 18,9 см i = 0,018, далее до дна бассейна i = 0,1. динамические процессы, протекающие на рассматриваемом участке подводОпыты проводились при двух волновых режимах: ного берегового склона в условиях дефицита наносов без пляжеудерживаю1) при воздействии сильного волнения (примерно соответствующему щих сооружений.

шторму возможному 1 раз в 25 лет): Во второй серии экспериментов (опыты №5 – №7) изучалась эффективвысота волн по линии последнего обрушения h = 7,8 см (3,5 м); ность традиционных бетонных и каменнонабросных бун полного профиля.

период волн T = 1,45 c (9,7 c); В третьей серии экспериментов (опыты №8 – №15) выполнены иссле2) при воздействии рядового волнения (возможного 1 раз в год): дования эффективности новых берегозащитных сооружений – проницаемых высота волн по линии последнего обрушения h = 5,6 см (2,5 м); прерывистых рифов.

период волн T = 1,0 c (6,7 c). Определение нагрузок на проницаемый искусственный риф выЗдесь и далее в скобках приведены величины, соответствующие на- полнено по результатам физического моделирования, кроме того, использотурным. вался метод расчета нагрузок на проницаемые волногасящие гидротехничеГлубина наполнения бассейна водой во всех опытах была одной и той ские сооружения в жестком каркасе, представленный в работе Р.М.Тлявлина.

же d = 35 см. Наибольшая нагрузка при взаимодействии с волнением оказывается на Продолжительность воздействия волн на рассматриваемое побережье заднюю стенку сооружения при накате волн, при этом суммарная нагрузка на при проведении экспериментов определялось в зависимости от конкретных заднюю стенку проницаемого волнолома не превышает 30-35 % от суммарзадач, стоявших в каждом рассматриваемом опыте. ной нагрузки на все сооружение.

6 Сравнение полученных значений максимальной сдвигающей нагрузки Можно отметить, что пляжеудерживающая способность традициони опрокидывающего момента для волн шторма редкой повторяемости с пре- ных поперечных берегозащитных сооружений достаточно высока. Однако, дельно допустимыми, показали, что коэффициент запаса устойчивости про- как было отмечено, недостатки их весьма существенны.

Из полученных данных следует, что проницаемые рифы являются досницаемого искусственного рифа на сдвиг и опрокидывание равен 3-4, т.е.

таточно эффективными пляжеудерживающими сооружениями. При рядовых сооружение весьма устойчиво.

штормах, даже в условиях дефицита вдольберегового потока наносов, они Анализ результатов экспериментальных исследований. В таблице формируют широкий волногасящий пляж, исключающий волновое воздейст1 приведены опытные данные о средней ширине надводного галечного плявие на волноотбойную стенку. Этот пляж достаточно устойчив и при шторжа, сформированного при различных условиях. В этой таблице Qn – расход мах редкой повторяемости. Кроме того, он быстро восстанавливается при наносов, подаваемый в верховой створ в процессе опыта.

уменьшении интенсивности волнения.

Берегозащитная эффективность проницаемых рифов зависит от гидТаблица равлических характеристик “заполнителя”. Так, подводные рифы, заполненСредняя ширина пляжа ные крупным камнем со средней массой 5 т, формируют такой же пляж (рис.

Условия опыта Средняя № 2), как и рифы с надводной частью, заполненные гексабитами массой по 7 т, ширина опыта h, см T, с Qn,дм3/ч сооружения пляжа (опыты № 8 и № 11).

1 2 3 4 5 Ширина пляжа сформированная “каменными” рифами с надводной ча1 7,8 1,45 12 нет 7,8 см стью превосходит ширину пляжа, сформированного рифами заполненного (3,51 м) гексабитами, на 70% (опыты № 11 и № 15). Это можно объяснить тем, что 2 7,8 1,45 24 – // – 15,9 см гидравлическое сопротивление (а значит и волногашение) “каменного” рифа (7,16 м) выше, чем рифа заполненного гексабитами. Коэффициент гидравлического 3 5,6 1 12 – // – 15,3 см сопротивления наброски из камня массой 5 т шириной 7 м будет равен, при(6,9 м) мерно 30, а наброски из семитонных гексабитов той же ширины - 14.

4 5,6 1 24 – // – 27,8 см (12,5 м) 5 7,8 1,45 0 Каменно-набросные буны 48 см (21,6 м) 6 5,6 1 0 – // – 53 см (23,9 м) 7 7,8 1,45 0 Бетонные буны 49 см (22,05 м) 8 5,6 1 24 Подводные проницаемые рифы 42 см с заполнением крупным камнем (18,9 м) 9 7,8 1,45 24 – // – 37 см (16,7 м) 11 5,6 1 24 Проницаемые рифы с заполне- 36,4 см нием гексабитами (16,4 м) Рис. 2. Формирование 12 5,6 1 12 – // – 33,3 см мысов за подводными (15 м) искусственными 13 7,8 1,45 12 – // – 23 см рифами (10,35 м) 15 5,6 1 12 Проницаемые рифы с надвод- 62 см Выше представлены результаты экспериментов при длине проницаеной частью с заполнением (27,9 м) мых рифов l = 89 см (40 м) и расстоянии между ними также равным крупным камнем 89 см (40 м). Ширина рифов равнялась b = 15,6 см (7 м). Установлены были рифы на глубине d0 10 см (4,5 м).

8 За характерный плановый размер принята длина волн при 0 = gd0T, периоде Т = 1 с длина 0 будет равна примерно 1 м, а при периоде Т = 1,45 с, 0 = 1,44 м. За характерный вертикальный размер можно принять высоту волн по линии последнего обрушения, hcr.

Таким образом, в опытах безразмерные параметры изменялись в диапазоне:

l длина проницаемых рифов = 0,6 0,9;

b ширина рифов = 0,11 0,16;

l1 Рис. 3. Вид пляжа при длине рифов Рис. 4. Вид модели расстояние между рифами = 0,6 0,9;

и расстоянии между ними равным 178 см в конце эксперимента dглубина в месте установки рифов = 0,130,18;

U U U g |W | U hcr + U + V + + T0 fW = t x y x d0 d + коэффициент гидравлического сопротивления рифов = 3 относительная мощность вдольберегового потока наносов d0 2 U V (2) = + Qn d + = 0,14 0,63 tx tx y 3gT0 2 Qm 2 2 2 2 Получено, что при этих параметрах в зоне влияния проницаемых рифов 1 d U d U V d d V d V + d 2 + + + + формируется достаточно широкая полоса надводного пляжа, причем пляж по, 2 x tx x t tx y x y t x t y ширине вдоль берега изменяется не очень существенно. Очевидно, что при увеличении расстояния между рифами неоднородность ширины пляжа увели- V V V g |W |V + U + V + + T0 fW = чится. На рис. 3 приведены опытные данные при длине подводных рифов и t x y y d0 d + расстоянии между ними равным 178 см (80 м).

3 d0 2 U V Необходимо отметить также, что пропускную способность рифов (3) = + + d можно регулировать не только параметрами наброски, но и длиной рифа. На t x y t y3gT0 рис. 4 представлен результат опыта при рядовом волнении, в котором длина 2 2 2 2 рифа, заполненного крупным камнем с надводной частью равна 178 см. 1 d U d U V d d V d U + d + + 2 + + Можно видеть, что первый же риф фактически блокировал вдольбереговой, 2 x t y x y t t y y y t y t x поток наносов. Подобная конструкция может использоваться при закрепле нии пляжей вместо поперечных наносоудерживающих сооружений в услови(4) + ( + d )U + ( + d )V = t x y ях отсутствия вдольберегового потока наносов.

В третьей главе представлены результаты теоретических исследований.

где t – время; х,у – плановые координаты; – вектор осредненной по W,U,V Задача о математическом моделировании динамики галечного пляжа глубине скорости и его компоненты по осям x,y ; d – глубина воды; – отрешалась в 2 этапа. На первом этапе рассматривалась волновая задача (Шаклонение свободной поверхности от невозмущенного уровня; d0 – хин В.М., Шахина Т.В. – 2000 г), а затем, с учетом найденных параметров волн, решалась задача о динамике галечного пляжа.

характерная глубина; T0 – характерный период волн; gd0T0 – характерная Уравнения сохранения массы и количества движения, описывающие длина; fw – коэффициент гидравлического сопротивления.

трансформацию волн в мелководной акватории с произвольным рельефом При достижении критической высоты происходит обрушение волн. В дна с учетом нелинейных и дисперсионных эффектов, в безразмерных перерезультате обрушения часть объема воды сбрасывается на передний склон менных, имеют вид:

10 гребней волн, что приводит к увеличению количества движения в створе обшалась в 2 2,2 раза, что соответствует наброске из камня или бетонных блорушения.

ков массой 5 - 6 т.

В математической модели эффект обрушения учитывается путем введения в правые части уравнений (1), (2) соответственно дополнительных членов:

g k2 ( d +-|W |)2U g k2 ( d +-|W |)2V,.

T0 Td0 ( d +) |W | d0 (d +) |W | При расчетах принято:

k2 = 0, если < 0,4d, k2 = 0,25, если 0,4d.

Коэффициент гидравлического сопротивления fw определялся по зависимости Маннинга.

Для решения системы уравнений (2) - (4) необходимо задать начальные и граничные условия. Если расчетная область имеет вид прямоугольника с непроницаемыми боковыми стенками и береговой границей, то можем записать:

при t = 0: U (x, y) =V (x, y) = 0, (x, y) = 0;

Рис. 5. Плановая картина волн при x = 0, x=M : U = 0, V / x = 0;

при существующих условиях (5) при y = 0 : U = 0, = f (t, x);

Получено, что высота волн за рифами снижается более, чем в 2 раза, при y = N : U = 0, V =0.

между рифами и берегом формируется достаточно интенсивное вдольберегоЗдесь М – правая граница расчетной области, N – береговая граница, вое течение, застойные зоны не образуются, у оконечностей рифов течение f(t, x) заданная функция.

направлено в море, что будет способствовать хорошему водообмену в приРезультаты расчетов течений и трансформации волн брежной зоне.

Расчеты выполнялись численно методом конечных разностей по двухС целью сравнения результатов расчетов математического моделирослойной явно-неявной схеме с итерациями по нелинейности.

вания с опытными данными выполнены расчеты для условий физических При расчетах шаг по времени t и шаги по пространственным коорэкспериментов в волновом бассейне. В двухмерной постановке был выполдинатам x, y задавались из условий обеспечения устойчивости и гидроди- нен расчет трансформации волн при рельефе дна полностью соответствуюнамической аппроксимации схемы. щем рельефу дна физической модели. Расчеты выполнялись с теми же основРасчеты трансформации волн в приведенной постановке выполнены в ными волновыми параметрами, которые были использованы при физическом области с размерами 840 м х 850 м. Высота волн во входном створе задана моделировании: высота волн была задана равной h = 5,6 см, период Т =1 с, равной h0 = 3 м, период Т = 6,7 с. Эти параметры характерны для волн 30% угол между нормалью к линии берега и лучом волн во входном створе приобеспеченности расчетного шторма ежегодной повторяемости. Глубина воды нят равным =190.

Результаты расчетов волнения и поля течений, как без сооружений, так во входном створе равнялась d =10 м - 11 м.

и при наличии моделей искусственных рифов показали, что теоретические Результаты расчетов волнения в исследуемой акватории на основе нелинейно-дисперсионной модели при существующих условиях представлены результаты для условий физического эксперимента качественно согласуются на рис. 5, где темные полосы соответствуют гребням, а светлые впадинам. с результатами расчетов.

Можно видеть, что при распространении волн в прибрежной зоне про- Прогноз формирования галечного пляжа После строительства искусственных рифов за ними будет формироисходит их существенная трансформация. Изменяется длина, высота и форма ваться галечный пляж. Рассмотрена задача о формировании пляжа при расволн, вследствие изменения глубины, и направление, в результате рефракции.

четном волнении.

В расчетной области гидравлическое сопротивление проницаемых искусственных рифов подбиралось таким, чтобы высота волн за ними умень12 Изучение динамики контура берега выполнено на базе уравнения ба- После возведения проницаемых рифов вдольбереговой поток галечных ланса наносов: наносов будет «тормозиться», что приведет к увеличению ширины пляжа на b 1 Q защищаемом участке в 3 - 3,2 раза.

, (6) = По результатам теоретических исследований можно сделать вывод, t H (x) x что формирование пляжа после строительства проницаемых рифов в естестгде b – положение линии уреза относительно относительно волноотбойной венных условиях произойдет в течение 4 - 5 лет даже в случае обедненного стенки; H – суммарная высота надводной и подводной части пляжа; Q – потока наносов. Чтобы ускорить этот процесс и исключить низовые размывы вдольбереговой расход наносов.

рекомендуется на защищаемом участке выполнить искусственные отсыпки Функция Q определялась по зависимости:

пляжевого материала.

h3T, (7) ЗАКЛЮЧЕНИЕ Q = 110-6 g sin 0 D На основании результатов теоретических и экспериментальных исслегде D - средняя крупность наносов; h - высота волн по линии последнего дований получено:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»