Delist.ru

Защита подходных каналов морских портов от заносимости (13.11.2007)

Автор: Губина Надежда Андреевна

где h – глубина воды. С целью определения расхода наносов была выбрана методика Акерса-Уайта, позволяющая рассчитывать суммарный транспорт донных и взвешенных наносов. В методике использовалось понятие «величина нагрузки наносами», которая устанавливалась равной отношению массового расхода наносов к массовому расходу течения, переносящего наносы:

- плотность частиц; S – нагрузка наносами.

При определении нагрузки наносами от течения используется концепция мощности, затрачиваемой на перенос наносов. Результирующие соотношения для течения получены в следующем виде:

; К, m, n – величины, показывающие вклад донных и взвешенных наносов в суммарный транспорт.

Далее, согласно методике С.М. Анцыферова и И.Г. Кантаржи, модель была модифицирована для условий транспорта наносов при совместном действии волн и течения. При этом определялся волновой коэффициент, который увеличивал параметр подвижности наносов в формуле (4).

, численная модель записывалась следующим образом:

где ( - коэффициент по схеме Лакса.

Рис. 2. Конечно-разностная сетка для одномерной модели морфологии морского дна.

Результаты численного моделирования

Расчеты выполнялись для пяти вариантов длины Восточного мола порта Темрюк при северном направлении штормового воздействия (рис. 3). Во всех вариантах проектный профиль канала имел глубину по оси – 8 м, ширину по дну 90 м, заложение откосов 1:4. В качестве расчетного сечения канала принималось сечение, в котором удельный расход вдольберегового течения максимален. Если голова мола в рассматриваемом варианте его длины не достигала этого створа, то в

Рис. 3. Расчетные варианты длины Восточного мола порта Темрюк.

качестве расчетного принималось сечение, соответствующее максимальному значению удельного вдольберегового течения.

При расчетах объемов отложений, приносимых в канал береговым потоком наносов, принималась длина канала от головы мола до зоны, где вдольбереговое течение было уже неспособно перемещать наносы. Средний уклон подводного берегового склона был принят равным 0,0075, состав донных отложений - однородным с характерным средним диаметром частиц песка 0,15 мм. Расчеты объема заносимости подходного канала проводились для штормов северного направления с режимной обеспеченностью 1 раз в 25 лет, при исходном проектном профиле канала. Угол между направлением действия шторма и перпендикуляром к линии обрушения волн принимался равным 40,50, а высоты волн - обеспеченностью 13% в системе шторма.

Результаты расчетов показали, что расход вдольберегового потока наносов составит 12,05 м3/с, а объем потока наносов за время действия одного шторма 19,5 тыс. м3. Подходной канал подвергался заносимости от перемещения вдольберегового потока наносов только в случае расположении головы мола на глубине менее 3 м. При расположении головы мола на большей глубине, береговой поток наносов полностью задерживался, а заносимость подходного канала определялась в основном действием потока наносов вдоль мола.

На рис. 4 показана эволюция поперечного профиля подходного канала при выходе мола на глубину 2 м. Видно, что со временем происходит аккумуляция наносов на наветренном откосе канала и размыв противоположного откоса.

Рис. 4. Моделирование эволюции поперечного сечения канала за время действия шторма. (Цветные линии иллюстрируют динамику изменения сечения, красная линия соответствует окончанию действия шторма).

В результате моделирования заносимости подходного канала были определены объемы отложений в расчетном створе, а также суммарные объемы на протяжении всего незащищенного участка за время действия одного шторма. Зависимость объема отложений от длины мола показана на рис. 5. Результаты расчетов позволили определить оптимальное значение длины мола. Увеличение длины мола сверх оптимальной не приводит к значительному сокращению объемов отложений в подходном канале. Так для условий порта Темрюк оптимальная длина мола составила 300 м.

(рис. 6). В порту Темрюк до 16 % аккумулированных во входящем угле отложений перемещается к голове мола под действием сильных штормов.

Рис. 5. Зависимость объема отложений в подходном канале за время действия шторма от длины мола.

), от длины мола.

В разделе 2.4 сформулированы выводы по результатам численного моделирования.

Заносимость подходного канала находится в зависимости от природно-климатических условий района, включающих параметры и преобладающее направление штормового воздействия, уклон дна и состав донных отложений.

Возведение молов существенным образом меняет динамику наносов, что приводит к формированию течения вдоль мола, способного во время сильного шторма перемещать около 10 % наносов, аккумулированных во входящем угле.

Объем заносимости подходного канала зависит от длины оградительного мола. При этом существует оптимальная длина мола. Дальнейшее увеличение длины не приводит к полной защите подходного канала от заносимости.

Учет распространения волн на течении показал значительное увеличение объема перемещаемого материала под совместным действием обоих факторов.

В третьей главе представлены экспериментальные исследования заносимости подходного канала на физической модели порта Темрюк, проведенные в мелководном бассейне с плановыми размерами 30 м ( 30 м и глубиной 1,1 м.

В разделе 3.1 сформулированы цели и задачи экспериментальных исследований:

определение характера перемещения наносов вдоль мола и качественных характеристик заносимости подходного канала;

выявление зон прохождения потоков наносов наибольшей интенсивности и картин распределения частиц;

получение результатов, необходимых для верификации математической

Раздел 3.2 содержит программу экспериментальных исследований, согласно которой предусматривалось провести оценку заносимости подходного канала с использованием в качестве его защиты Восточного мола, выходящего на глубину 3 м. Режим воздействия расчетного шторма принимался северо-восточного направления относительно оси канала, повторяемостью один раз в 25 лет, с высотами волн 13% обеспеченности.

Моделирование параметров волнения и продолжительности действия расчетного шторма проводилось в соответствии с рекомендациями ЦНИИСа по критерию Фруда. При моделировании использовался песок Люберецкого карьера расчетного диаметра 0,15 мм. В связи с этим возникла необходимость в искажении горизонтального и вертикального масштабов:

где (l – горизонтальный масштаб модели; (h – вертикальный масштаб. Принятые вертикальный и горизонтальный масштабы моделирования составляли Мв = 1:40 и Мг = 1: 100. Масштаб физической модели принимался равным вертикальному масштабу и составлял lм = 1:40. Масштаб времени принимался равным масштабу высоты волны:

В разделе 3.3 приведено описание физической модели подходного канала порта Темрюк. Модель подходного канала с соответствующей батиметрией и существующими оградительными сооружениями выполнена с искажением горизонтального и вертикального масштабов (6). Крутизна откосов подходного канала, соответствующая проектной крутизне, составила 1:4. Перед началом экспериментов модель была реконструирована. Из существующих на модели оградительных сооружений был оставлен Восточный мол, частично разобранный до необходимой глубины. На рис.7 представлена общая схема модели перед началом эксперимента.

Рис. 7. Схема физической модели подходного канала, защищенного оградительным молом. В1 и В2 – места расположения волнографов.

Исходные параметры волнения на глубокой воде генерировались волнопродуктором и контролировались двумя волнографами. Щит волнопродуктора был расположен под углом к оси канала, и соответствовал принятому направлению распространения исходного волнения. Во избежание искажения параметров волн использовались ограждающие щиты шириной 6 метров, расположенные с обеих сторон от щита волнопродуктора.

Раздел 3.4 содержит описание использованной системы регистрации параметров волнения, генерируемых волнопродуктором. Их обработка проводилась с использованием автоматизированной системы сбора экспериментальной информации в режиме реального времени.

В разделе 3.5 изложена методика проведения эксперимента. Перед началом исследований проводилась тарировка волнографов и устанавливался режим проведения эксперимента. Эксперимент начинался с подготовительных работ по выравниванию верхнего слоя мелкозернистого песка, на котором исследовалась миграция наносов, с погрешностью (1 мм. После чего бассейн наполнялся водой до расчетной отметки и запускался в работу волнопродуктор.

В процессе опытов модель подходного канала подвергалась воздействию регулярного волнения, направление и параметры которого соответствовали программе эксперимента. В процессе опытов фиксировалась волновая картина трансформации, рефракции и дифракции волн по мере их распространения с глубокой воды к оградительному сооружению и далее в канал. После завершения каждого эксперимента производилось понижение уровня воды в бассейне, ниже отметки русла подходного канала, и фиксировался характер донных микроформ.

В разделе 3.6 приведены результаты экспериментальных исследований. Оценка заносимости подходного канала, перемещения потока наносов и детализации гидродинамического режима проводилась с помощью данных о форме, параметрах и ориентации фронтов микроформ (рифелей), образованных в результате воздействия волн и течений. При данных условиях волнения действие вдольбереговых перемещений потока наносов приводит к заносимости участка подходного канала у входа в порт, которая качественно выразилась в виде наплыва на откос песчаного «языка», способного сползти в канал и образовать пробку (рис. 8). Область наиболее интенсивного течения и, соответственно, максимального перемещения наносов располагалась в районе головы мола.

загрузка...