ВОЛНОБРАЗУЮЩИЕ ФАКТОРЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛН НА ОТКРЫТЫХ АКВАТОРИЯХ

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Министерство образования и науки Российской Федерации

Дальневосточный федеральный университет

Инженерная школа

О.А. Сабодаш, В.И. Селиверстов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛН НА АКВАТОРИЯХ

Методические указания к практическим занятиям,

Курсовому и дипломному проектированию для направления

Строительство» и специальности 08.05.01

«Строительство уникальных зданий и сооружений»

Владивосток 2018

Одобрено методическим советом университета

УДК 627.042(083.75)

Сабодаш, О.А., Селивёрстов, В.И. Определение элементов волн на акваториях /О.А. Сабодаш; В.И. Селиверстов. - Владивосток: Изд-во ДВФУ, 2018. - 44 с.

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой учебных дисциплин «Океанология и гидрология» и «Гидротехнические сооружения водного транспорта», а также учебными планами направления подготовки 08.03.01 «Строительство» и специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений».

Методические указания включают основные понятия о ветровых волнах и их особенностях, краткие сведения о волнообразующих факторах и их определении, расчёты элементов ветровых волн на открытых и ограждённых акваториях.

Рецензент:

Печатается с оригинал-макета, подготовленного авторами.

Ó О.А. Сабодаш, 2018

Ó ДВФУ, изд-во ДВФУ, 2018

ВВЕДЕНИЕ

Ветровые волны на морях и водохранилищах образуется вследствие наличия сил трения и сложного взаимодействия на границе между воздушным потоком (ветром) и водой. Высоты и длины волн могут быть значительными, а силовое воздействие волн для некоторых типов гидротехнических сооружений (оградительных, берегоукрепляющих) – преобладающим над другими видами нагрузок. Поэтому знания о ветровых волнах и их воздействиях необходимы при проектировании гидротехнических сооружений.

Для определения волновых воздействий на сооружения, а также оценке защищенности акваторий портов необходимо знать расчётные значения основных элементов волн – высот, длин, периодов.

Процесс образования и развития ветровых волн является достаточно сложным. На параметре и вид волн влияют многочисленные факторы, в том числе скорость, направление и равномерность ветра, размеры и конфигурация водной поверхности в плане, глубина воды, рельеф дна и т.д.

ОСНОВЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Здесь приводятся лишь основные понятия, касающиеся ветровых волн и используемые в настоящих методических указаниях.

1.1. Профиль и элементы волн

Под профилем волны понимается линия пересечения волновой поверхности с вертикальной плоскостью, совпадающей с направлением распространения волны (рис. 1.1). К профилю волны относятся следующие понятия:

СРЕДНЯЯ ВОЛНОВАЯ ЛИНИЯ – линия, пересекающая запись волновых колебаний так, что суммарные площади выше и ниже этой линии разны: для регулярной волны – горизонтальная линия, проведённая на уровне полусуммы отметок её вершины и подошвы: возвышение средней волновой линии над уровнем покоя определяется выражениями:

Для бегущих волн , (1.1)

Для стоячих волн: , (1.2)

где h и λ – соответственно высота и длина бегущей волны;

H – глубина воды;

ГРЕБЕНЬ ВОЛНЫ – часть волны, расположенная выше средней волновой линии;

ЛОЖБИНА ВОЛНЫ - часть волны, расположенная ниже средней волновой линии;

ВЕРШИНА ВОЛНЫ – самая высокая точка гребня волны;

ПОДОШВА ВОЛНЫ – самая низкая точка гребня волны;

ФРОНТ ВОЛНЫ – линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня данной волны;

ЛУЧ ВОЛНЫ – линия, перпендикулярная фронту волны в данной точке (направление распространения волны).

Основными элементами волны являются (рис 1.1):

ВЫСОТА ВОЛНЫ h – превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле;

Рис. 1.1 Профиль волны.

ДЛИНА ВОЛНЫ λ – расстояние по горизонтали между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле;

ПЕРИОД ВОЛНЫ τ – время прохождения двух смежных вершин через фиксированный створ

(1.3)

Используются также понятия:

КРУТИЗНА ВОЛНЫ – отношение высоты волны к длине h:λ;

ПОЛОГОСТЬ ВОЛНЫ – величина, обратная крутизне λ:h; относительная крутизна волны α и относительная глубина воды β:

(1.4)

ЧАСТОТА ВОЛНЫ и ВОЛНОВОЕ ЧИСЛО k :

; (1.5)

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ с – скорость перемещения гребня волны в направлении её распространения:

(1.6)

1.2. Расчётные элементы волн

Интенсивность волнения на акватории зависит от многих факторов. Максимальные элементы волн и, соответственно, максимальные волновые нагрузки на сооружение, имеют место в штормовые периоды, характеризующиеся наиболее сильными ветрами. Очевидно, что при проектировании портов и гидротехнических сооружений нагрузки необходимо определять от воздействия волн, образующихся при шторме определённой силы. В связи с этим вводится понятие расчётного шторма.

Расчётный шторм – шторм, при котором наблюдается интенсивное ветровое волнение один раз в течении заданного числа лет n _t. Интенсивность волнения оценивается средней высотой волн . Чем ответственнее сооружение, т.е. чем выше его класс капитальности, тем более сильным принимается расчётный шторм (тем реже он повторяется).

Повторяемость расчётного шторма – величина, обратная заданному числу лет n_t_,в течение которых происходит один расчётный шторм. Чем выше класс капитальности сооружения, тем меньше повторяемость расчётного шторма (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Расчётные значения повторяемостей и обеспеченностей расчётного шторма

Классы сооружений	n_t_,лет	Повторяемость расчётного шторма,	Обеспеченность расчётного шторма, %
I и II	50	0,02	2
III и IV	25	0,04	4

Обеспеченность расчётного шторма означает выраженное в процентах от ста число штормов заданной силы (расчётных штормов), возможных в течении 100 лет. Например, если расчётный шторм возможен один раз в 25 лет (n _t=25лет), то обеспеченность расчётного шторма составляет 4%, для наиболее ответственных морских гидротехнических сооружений допускается принимать обеспеченность расчётного шторма, равной 1%.

Ветровые волны, образующиеся и распространяющиеся на акватории, в действительности являются нерегулярными. Если рассмотреть некоторое число последовательно движущихся волн (например, при расчётном шторме), то можно заметить, что каждая из этих волн имеет свои элементы (высоту, длину, период), отличные от соответствующих элементов других волн.

Расчётная высота волны. В качестве расчётной высоты волны принимается ток называемая высота волны определённой обеспеченности в системе. Под обеспеченностью данной высоты волны в системе волн понимается число волн из ста последовательно бегущих волн (при расчётном шторме), высота которых больше и равна заданной. Например, в числе 100 подряд бегущих волн имеют место пять волн с высотами, большими или равными 5,5 метров. Это значит, что обеспеченность волны высотой 5,5 м в данной системе волн составляет 5%. Если среди тех же 100 волн две волны имеют высоты, большие или равные 6 м, то обеспеченностью волн высотой 6 м в данной системе составляет 2%.

Величины расчётных обеспеченностей высот волн в системе для целей морского гидротехнического строительства принимается в соответствии с табл. 1.1. Пересчёт высот с одного на другой процент обеспеченности или со средней высоты h волн на высоту h_i волны i-ой обеспеченности производится в соответствии с п.2.1.

Расчётные длина и период волны. В качестве расчётной принимается средняя длина волны . Для сквозных сооружений определяется максимальное воздействие волн для изменения длины волны в пределах от 0,8 до 1,4 , дающей наибольшее значение волновой нагрузки на сооружение. Здесь - средняя длина волн в системе из ста волн при расчётном шторме.

Расчётный период τ волн определяется через расчётную длину волн λ по формуле (1.3).

1.3 Расчётные уровни воды

Силовое воздействие волн на сооружение зависит не только от величин элементов волн, но также и от уровня воды. На акваториях в той или иной мере происходят колебания уровней вследствие нагонов или сгонов воды, приливно-отливных колебаний и др. При проектировании назначается расчётный уровень – уровень воды, при котором определяется силовое воздействие волн, отметки и габариты сооружения.

Таблица 1.2

Значения расчётных обеспеченностей i высот волн в системе [1]

№№ п/п	Цель применения	Обеспечен-ность i, %	Примечания
1	Прочность и устойчивость ГТС
1.1	Вертикального профиля	1
1.2	Откосного профиля с креплением: бетонными плитами каменной наброской, обыкновенными или фасонными массивами	1
1.2		2
1.3	Сквозные сооружения и отдельно стоящие опоры: I класса II класса III, IV классов
		1
		5
		13
1.4	Берегоукрепительные I,II классов III,IV классов
		1
		5
1.5	Заякоренные плавучие сооружения	5
2	Определение защищенности портовых акваторий	5
3	Определение наката волн	1
4	Высотные отметки сквозных сооружений	0,1	при соответст-вующем обосновании

Максимальный расчётный уровень воды необходимо принимать согласно требованиям СНиП на проектируемые сооружения [1]. При определении нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения обеспеченности расчетных уровней должны быть не более: для сооружений I класса – 1% (1раз в 100 лет), II и III класса – 25% (1 раз в 20 лет), а для IV класса -10 % (1 раз в 10 лет) по наивысшим годовым уровням в безледный период.

Для берегоукрепительных сооружений в безливных морях обеспеченности расчётных уровней необходимо принимать:

по наивысшим годовым уровням – подпорных гравитационных стен (волнозащитных) II класса – 1%; III класса – 25%; для искусственных пляжей с защитными сооружениями (буны, подводные волноломы IV класса) - 50%.

Для определения расчётного уровня используются данные статистической обработки многолетних (не менее 25 лет) наблюдений за максимальными уровнями воды в расчётной точке. Допускается пользоваться данными замеров в расчётной точке за менее короткий срок, но в этом случае необходимо учитывать данные долгосрочных наблюдений в близлежащих районах.

Для предварительных оценочных расчётов в качестве расчётного может быть принят уровень, возвышения Z которого над средним многолетним определяется по формуле:

, (1.7)

где А – величина сизигийного прилива ( для безливного моря А = 0);

∆ h_set – высота ветрового нагона.

Величина А принимается по данным натурных наблюдений с использованием результатов измерений в близлежащих пунктах побережья. Высота ветрового нагона ∆ h_set определяется по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии (без учёта конфигурации береговой линии и при постоянной глубине дна H) - по формуле

, (1.8)

где a _w - угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град;

W - расчетная скорость ветра, м/с;

D - разгон, м;

K_w - коэффициент, принимаемый по таблице 1.3.

Таблица 1.3

Зависимость коэффициента K_w от скорости ветра

W м/с	20	30	40	50
K_w *10⁶	2,1	3,0	3,9	4,8

Высотные отметки сооружений определяются с учётом обеспеченностей, как максимальных уровней воды, так и максимальных скоростей ветра.

1.4 Трансформация волн при подходе к берегу

Схема трансформации волн при подходе к берегу показана на рис 1.2.

Рис. 1.2 Схема трансформации волн на мелководье:

1-1 – створ первого обрушения волн; 2-2 – створ последнего обрушения волн.

Можно выделить четыре характерные зоны:

ЗОНА 1 (глубоководная) с глубинами ЗОНА 2 (мелководная) с глубинами ; ЗОНА 3 (прибойная) с глубинами ; ЗОНА 4 (приурезовая) с глубинами . Здесь H - глубина воды в рассматриваемом створе; - средняя длина волны на глубоководье; H _kp – критическая глубина, где происходит первое обрушение волн; индексом «r» обозначаются элементы волн в глубоководной зоне, чертой сверху – средние величины элементов волн. В зонах 1 и 2 имеют место бегущие волны. Трансформация волн начинается с глубины . Волны в мелководной зоне 2 характеризуются меньшими по сравнению с волнами зоны 1 длины, иными высотами волн; траектории движения частиц воды близки к эллипсам (в глубоководной зоне 1- к окружности).

При уменьшении глубины воды до H_к _p образуются уже прибойные волны, характеризующиеся несимметричностью, обрушением гребней, наличием поступательного движения воды. Далее в приурезовой зоне 4 волны разрушаются, образуя поступательные, накатывающие на береговой откос потоки воды.

ВОЛНОБРАЗУЮЩИЕ ФАКТОРЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛН НА ОТКРЫТЫХ АКВАТОРИЯХ

Различают простые и сложные условия волнообразования. Простые условия имеют место при простой конфигурации берега и однородном поле скоростей ветра. Сложные условия волнообразования предполагают сложную конфигурацию береговой черты или неоднородность поля скоростей ветра.

2.1 Определение элементов волн при простых условиях волнообразования

Акватория с простой конфигурацией – такая, для которой отношение лучей самого длинного к самому короткому, проведённых в секторе от расчётного направления ветра (до противоположного берега, острова и пр.), не превышает двух. При этом не учитывается препятствия. Угловой размер которых не менее 25,5⁰. Поле ветра считается однородным, если по длине акватории в направлении расчётного ветра его скорости в фиксированный момент времени практически одинаковы (отличается не более чем на 5 м/с).

Расчётные элементы ветровых волн определяется в зависимости от скоростей ветра расчётного шторма, продолжительность t действия ветра расчётного шторма, разгона D по волноопасному направлению глубины H воды на акватории.

Скорость W ветра расчётного шторма. Величина W определяется путём статистической обработки данных многолетних наблюдений. Сводные данные о ветрах опубликованы в различных справочниках. Если располагают полными данными о ветрах за период времени n _t, течении которого имеет место расчётный шторм, то в качестве расчётной скорости ветра принимают максимальную наблюдаемую скорость за этот период по волноопасному направлению.

Если имеются данные многолетних периодических наблюдений за ветром в течение сроков, меньших n _t, то расчётную скорость ветра определяют с использованием так называемой «клетчатки вероятностей» (рис 2.1).

Под клетчаткой вероятностей понимается графическая зависимость F=f(W) , где F – интегральная повторяемость скоростей ветра по данному румбу, %; W – величина скорости ветра, м/с.

Рис.2.1 Клетчатка вероятностей

Интегральная повторяемость F есть отношение числа замеров, при которых наблюдалась скорость, меньшая или равная заданному значению скорости, к общему числу производственных замеров.

Клетчатка вероятностей строится для каждого волноопасного румба. Смысл построений следующий. Так как данных измерений по времени не достаточно, расчётная скорость должна определяться с использованием экстраполяции, (экстраполяция – нахождение по некоторым известным значениям функции её значений за пределами известного интервала). Задача сводится к построению на клетчатке вероятностей прямой, отображающей зависимость интегральной повторяемости F (%) от скоростей ветра по данному румбу, и нахождению скорости W ветра расчётного шторма как абсциссы некоторой точки на этой прямой (см. ниже).

Точки, по которым строится прямая на клетчатке вероятностей, находятся следующим образом. На оси абсцисс откладывается ряд определенных значений скоростей ветра с заданной скоростью. Далее по найденным точкам строится прямая на клетчатке вероятностей, и скорость ветра расчётного шторма W находится как абсцисса точки на прямой со значением интегральной повторяемости ветра, равной [1]:

(%), (2.1)

где t – время действия расчётного шторма, час. (см.ниже); N - число дней наблюдений в году за безледный период; n _t – заданное число лет (табл.1.1);

р – повторяемость данного волноопасного направления ветра среди других направлений, выраженная в долях единицы.

Данные измерений ветра для большинства районов территории нашей страны, включая побережья, опубликованы в «Справочнике по климату СССР» [3].

Данные о скоростях ветра в [3] получены путём измерения скоростей ветра флюгером. При расчётах элементов волн используются величины скоростей W ветра, замеренные анемометром.

Кроме того, если скорость ветра замерены по высоте над уровнем моря Z≠10, то они пересчитываются. Расчётная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоёма W, м/с, определяется по формуле:

W = k_fk_zw_z_,(2.2)

где w_z_-скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли (водоема), соответствующая 10-минутному интервалу осреднения и обеспеченности, принимаемой по табл.1.1; k_z_–коэффициент проведения скорости ветра к условиям водной поверхности для водоемов с характерной протяженностью до 20 км, принимаемый: равный единице при измерении скорости ветра w_z над водной поверхностью, над ровной песчаной (пляжи, дюны, и пр.) или покрытой снегом местностью; по таблице 2.1 – при измерении скорости ветра над местностью типа А, В или С, устанавливаемого в соответствии с требованиями СНиП на ветровые нагрузки и дополнениями к нему [5]; k_f – коэффициент пересчёта данных по скоростям ветра, измеренным по флюгеру, принимаемый по формуле k_f = 0,675 + 45/W_z , но не более 1.

Продолжительность t действия ветра. Величина t определяется на основе статистической обработке данных многолетних наблюдений в периоды, когда нет ледового покрова. При отсутствии таких данных величину t в приближенных расчётах допускаются принимать равной [1]: для водохранилищ и озёр – 6 час., для морей – 12 час,. для океанов – 18 час.

Таблица 2.1

Значение коэффициента k_z при типе местности

Скорость ветра W_z, м/с	А	В	С
10	1,1	1,3	1,47
15	1,1	1,28	1,44
20	1,09	1,28	1,42
25	1,09	1,25	1,39
30	1,09	1,24	1,38
35	1,09	1,22	1,36
40	1,08	1,21	1,34

Разгон D волн. Величина D определяется по карте для каждого из волновых румбов как расстояние до данной точки от противоположного берега, области с ледовым покровом или от границы штормовой зоны. Разгон измеряется в направлении против ветра. Для каждого из волноопасных направлений принимается своё значение разгона.

При предварительном определении элементов волн среднее значение разгона (м) для заданной расчётной скорости ветра W, м/с допускается определять по формуле:

, (2.3)

где k – коэффициент принимаемый равным 5*10¹¹ ; - коэффициент кинематической вязкости воздуха, принимаемый равным 10^-5 м²/с.

Значения предельного разгона D _n , м, допускается принимать по табл. 2.2 для заданной расчётной скорости ветра W, м/с.

Таблица 2.2

Значения предельного разгона D_n при заданной

расчётной скорости ветра W, м/с

Скорость ветра W, м/с	20	25	30	40	50
Значения предельного разгона D_n 10^{-3, м}	1600	1200	600	200	100

Определение элементов волн в глубоководном и мелководном бассейнах (акваториях). Средние высота и период волн определяются по графикам рис.2.2. Для глубоководного бассейна (или зоны ) используется верхняя огибающая кривая, для мелководного бассейна (и мелководной зоны при уклоне дна 0,001 и менее) – кривые с соответствующим значением gH/W².

Определение величин и при известных t, W, D. Производится следующим образом (рис 2.2). Вычисляются безразмерные отношения gt / W и gD / W ² и откладываются на осях абсцисс (их две, ось gt / W смещена вниз для наглядности). Если найденная точка на оси gt / W расположена левее соответствующей точки на оси gD / W ², то волнение считается развивающимся, в противном случае – установившимся. Для случаев развивающегося волнения используется ось абсцисс gt / W, для установившегося - ось gD / W ².

После установления типа волнения (установившегося или развивающегося) на соответствующей кривой с полученным значением gH / W находится точка gt / W или gD / W ². Далее находятся ординаты этой точки на левых осях (условно смещённых). По найденным значениям и определяются величины и . Ход определения величин и на рис.2.2. показан пунктиром.

Средняя длина волн на глубокой воде ) определяется по формуле [1]:

²(2.4)

Для мелководного бассейна зависимость между и имеет вид зависимости, приведенной в графическом виде на рис 2.3.

После определения средней высоты ветровых волн может быть найдена высота волны h _i i-ого процента обеспеченности. Расчетные значения обеспеченностей принимаются в зависимости от класса сооружения и вида расчёта по табл. 1.2. Величина h _i находится по формуле:

, (2.5)

где k _i - коэффициент перехода.

Значение коэффициентов k _i определяются по графикам на рис.2.4. для глубоководных акваторий следует пользоваться осью абсцисс gD / W ². Для мелководных бассейнов (акваторий) используется та из осей gD / W ²и g Н/ W ², для которой вычисленное значение лежит левее соответствующих значений на других осях.

Рис.2.2 График определения элементов ветровых волн в глубоководной и мелководной зонах.

2.2 Определение элементов волн при сложных условиях волнообразования

Элементы волн зависят от многих факторов, основными из которых являются конфигурация береговой полосы и неоднородность поля скоростей ветра. Обычно учитывается один или оба эти фактора.

Средняя высота волны при сложной конфигурации береговой черты (без учёта неоднородностей поля ветра) рассчитывается по формуле [2]:

, (2.6)

где , м при (n=0;±1; ±2; ±3;) –средние высоты волн, которые должны приниматься согласно рис.2.2 по расчётной скорости ветра и проекциям лучей D _n, м на направление главного луча, совпадающее с направлением ветра. Лучи проводятся из расчётной точки, до пересечения с линией берега с интервалом 22,5° от главного луча.

Средний период волн определяется по безразмерной величине , которая принимается согласно рис 2.2. при известной безразмерной величине , средняя длина волн – по формуле (2.4).

Для учёта неоднородности поля скоростей ветра служат синоптические карты. Скорость ветра находится по градиенту атмосферного давления, широте расчётной точки, а также по разности температур воздуха, кривизне изобар и др.

Рис.2.3 Зависимость между периодом и длиной волны для мелководного бассейна.

Рис.2.4 График значений коэффициента k _i для расчёта волн i-ой обеспеченности.

2.3 Определение элементов трансформированных волн

При распространении ветровых волн из глубоководной зоны в мелководную, т.е. к берегу, в условиях уменьшающихся глубин происходят явления трансформации и рефракции, сопровождающиеся потерями энергии. Высоты и длины волн изменяются, а периоды практически остаются постоянными.

Трансформация волны – это явление переформирования профиля и изменения элементов волн на мелководье вследствие действия дна.

Рефракция волн – это явление разворота фронта волн параллельно изобатам вследствие зависимости скорости распространения волн от глубины.

Влияние трансформации и рефракции на изменение элементов волн учитывается раздельно введением соответствующих коэффициентов.

Высота трансформированной волны i-го процента обеспеченности в мелководной зоне с уклонами дна 0,002 и более определяются по формуле

, (2.7)

где k_r – коэффициент трансформации волны; - коэффициент рефракции волны; - обобщенный коэффициент потерь; - высота исходящей волны i %-ной обеспеченности.

Высота исходной i%-ной обеспеченности : для глубоководных бассейнов принимается равной высоте волны на глубоководье при , для мелководных – высоте волны в створе, с которого начинается уменьшение глубины.

Коэффициент трансформации в формуле (2.4) определяется по кривой на рис.2.5 как ордината (на левой оси) точки этой кривой с абсциссой (здесь Н – глубина воды в рассматриваемом створе).

Коэффициент рефракции находится с использованием плана рефракции. Под планом рефракции понимается план участка акватории с нанесением на нем лучами волн. Для построения используются графики рис. 2.6, там же дан ключ к этим графикам.

Пример построения плана рефракции показан на рис. 2.6. Предварительно на план акватории наносятся параллельные друг другу лучи исходных волн (расстояния между лучами принимаются равными (1÷2) ). Каждый луч плана рефракции строится отдельно. Искривление луча начинается с изобаты . В зависимости от угла α _i подхода луча к i -той изобате, а также отношения для следующей изобаты i-1 по рис. 2.6 находится значение угла отклонения луча от первоначального направления (в сторону меньших глубин). Точка пересечения этого направления луча с последующей изобатой дает точку луча волны с учетом рефракции. Далее, опять в зависимости от угла между новым направлением луча и изобатой i-1 и отношения , для изобат i-1 и i-2 находится новое значение угла отклонения луча волны и т.д.

Построение производится до границы проектируемого сооружения, но не далее границы прибойной зоны.

В случае, если луч волны и изобаты почти параллельны (α>80°), то вышеизложенный метод неприемлем, так как резко снижается точность построения. Порядок определения углов поворота Dα _i луча волны в этом случае следующий. Интервал между изобатами делится поперечными линиями на ряд отсеков (рис. 2.7). Расстояния между границами отсеков R берутся кратными расстоянию между изобатами J в этом отсеке. Далее определяются скорости гребней волны на рассматриваемых изобатах по формуле:

, (2.8)

где H – глубина на изобате, м; k – волновое число.

Для соотношения скоростей на изобатах и безразмерного соотношения в каждом отсеке по графикам на рис. 2.8 определяется угол поворота луча волны. Луч проводят до середины отсека с поворотом на . Построение повторяется до тех пор, пока α не станет меньше 80°.

Величина коэффициента рефракции k _р в формуле (2.7) равна

, (2.9)

где S ₀ – расстояние между двумя смежными, построенными на плане рефракции лучами на глубоководье; S – кратчайшее расстояние между теми же лучами плана рефракции в расчетной точке.

Обобщенный коэффициент потерь k_п принимается по табл. 2.3 в зависимости от уклона дна i и величины отношения .

Длина трансформированной волны. Длину трансформированной волны необходимо определять по рис. 2.9 при заданных безразмерных величинах и . Период волн принимается равным периоду в глубоководной зоне.

Вычисление вершины волны под расчётным уровнем определяется по рис. 2.10 в зависимости от величин и .

Рис.2.5 График для определения коэффициента трансформации и критической глубины.

Рис.2.6 Схема и график для построения плана рефракции.

Рис.2.7 Построение дифрагированного луча волны при α>80°.

Рис. 2.8 Зависимость угла поворота от

Критическая глубина Н_кр. Критическая глубина при первом обрушении определяется для заданных уклонов дна по графикам 2,3 и 4 рис. 2.5 для каждого значения рис.2.5 методом последовательного приближения.

Для различных глубин Н по формуле (2.7) определяется , затем по графикам 2,3 и 4 рис.2.5 для каждого значения снимается и определяется Н_кр, из которых принимается та Н_кр, которая численно совпала с одной из задаваемых глубин Н.

Таблица 2.3

Обобщенный коэффициент потерь и зависимости от уклона дна

Относительная глубина	Значение коэффициента при уклонах дна i
Относительная глубина	0,025	0,02¸0,002
0,01	0,82	0,66
0,02	0,85	0,72
0,03	0,86	0,76
0,04	0,89	0,78
0,06	0,9	0,81
0,08	0,92	0,84
0,1	0,93	0,86
0,2	0,96	0,92
0,3	0,98	0,95
0,4	0,99	0,98
0,5 и более	1,0	1,0

При уклоне дна 0,03 и более следует принимать = 1.

На критической глубине при первом обрушении заканчивается мелководная зона и начинается прибойная.

Рис.2.9 График для определения значений в мелководной и в мелководной и в прибойных зонах

Рис. 2.10 График для определения

2.4 Определение элементов волн в прибойной зоне

Высота волны. Высота волны в прибойной зоне ,м, определяется для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3, и 4(рис.2.5). По безразмерной величине с графика снимается значение , с помощью которого определяется .

Длина волны. Длина волны в прибойной зоне ,м, определяется по графику на рис.2.9. По безразмерной величине с графика по верхней огибающей кривой снимается значение , с помощью которого определяется .

Превышение волны над расчётным уровнем , м, определяется по графику на рис.2.10. По безразмерной величине с графика по верхней огибающей кривой снимается значение , с помощью которого определяется .

Критическая глубина Н_кр.п Критическая глубина, на которой произойдёт последнее обрушение волн при постоянном уклоне дна, определяется по формуле [1]:

, (2.10)

где - коэффициент, принимаемый по табл.2.4; n - число обрушений (включая первое), принимается из ряда n= 2,3,4 при выполнении неравенств .

При определении глубины последнего обрушения Н_кр.п коэффициент k_n или произведение коэффициентов не должны приниматься менее 0,35. При i>0,005 Н_кр.п=Н_кр_.На критической глубине последнего обрушения заканчивается прибойная зона.

Таблица 2.4

Зависимость коэффициента от уклона дна i

Уклон дна i	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035	0,04	0,045	0,05
Коэффициент	0,75	0,63	0,56	0,5	0,45	0,42	0,4	0,37	0,35

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1558; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!