Delist.ru

Защита подходных каналов морских портов от заносимости (13.11.2007)

Автор: Губина Надежда Андреевна

Анализ образовавшихся донных микроформ рельефа позволил установить, что заносимость моделируемого подходного канала происходит под воздействием потока наносов, направленных как перпендикулярно оси канала, так и идущих вдоль мола с внешней стороны. На рисунках 8 и 9 видны области переработанного дна по обоим направлениям. Основным результатом моделирования явилось определение места прохождения максимального потока наносов с наибольшей концентрацией у головы мола.

Раздел 3.7 содержит оценку и сопоставление результатов исследований заносимости подходного канала, проведенных с помощью численного и физического моделирования. Результаты обоих видов моделирования дополнили друг друга. Совместная их оценка позволила получить более полное представление о специфике перемещении наносов, местах их отложения в подходном канале и на его откосах, а также значениях объемов заносимости от действия расчетного шторма. Исследования показали, что при защите подходного канала молом, процесс заносимости участка у входа в порт, при соответствующих ветроволновых условиях,

Рис. 8. Картина рифельных систем у головы Рис. 9. Перемещение наносов

мола после завершения эксперимента. вдоль мола с внешней стороны.

напрямую связан с действием течения вдоль мола, образованным в результате штормового нагона при ветроволновом воздействии.

Необходимо также отметить, что экспериментальные исследования на физической, модели позволили выявить характер перемещения наносов вдоль вертикальной стенки. В случае использования оградительного мола откосного типа характер перемещения, огибания и попадание в канал отложений в значительной степени изменится.

В разделе 3.8 сформулированы выводы по результатам проведенных исследований процесса заносимости.

Характер перемещения потока наносов в береговой зоне моря изменяется в зависимости от компоновки портовых оградительных сооружений. Часть берегового потока наносов, аккумулированная у корня сооружения, переходит в поперечный поток вдоль мола под действием течения, являющегося разгрузкой штормового нагона.

На заносимость подходного канала существенным образом оказывает влияние поперечный поток наносов. Величина поперечного потока зависит от длины мола, а также от природно-климатических условий района. При этом в зависимости от длины оградительного сооружения, меняются составляющие общего объема отложения, связанные с воздействием обоих потоков.

В зависимости от ветроволновых условий района возможно определение оптимальной длины оградительного сооружения, при которой заносимость подходного канала будет минимальной.

Даже при значительном увеличении длины мола сохраняется заносимость подходного канала в результате обтекания наносами головы мола. С целью уменьшения объемов заносимости канала и, соответственно, затрат на производство ремонтных дноуглубительных работ, необходимо принимать дополнительные меры, которые заключаются в предложенном автором комбинированном способе.

В четвертой главе содержатся результаты исследований эффективности предложенного комбинированного способа защиты подходного канала от заносимости.

В разделе 4.1 описана суть комбинированного метода, состоящая в совместном использовании оградительного сооружения оптимальной длины и аккумулирующей прорези (ловушки) в морском дне у его головы (рис. 10).

Рис. 10. Защита подходного канала комбинированным способом.

Располагая ловушку в месте прохождения потока наносов максимальной интенсивности, можно предотвратить попадание наносов в подходной канал. Габаритные размеры ловушки должны обеспечивать перехват берегового потока наносов у головы мола в соответствии с определенным (годовым или другой периодичности) объемом заносимости. Новое решение позволит избежать проведения дноуглубительных работ непосредственно на подходном канале, а также увеличит межремонтные сроки. Суда технического флота будут проводить работы по разбору ловушки без выхода в канал.

Раздел 4.2 содержит цели и задачи исследования комбинированного способа защиты. С помощью комплексного моделирования планировалось исследовать различные комбинации оградительного мола и ловушки и выявить наиболее рациональные и экономичные их варианты. Конкретные цели исследования представляли собой:

определение зависимости объема ловушки от длины мола методом численного моделирования;

определение оптимального места расположения ловушки относительно головы мола с помощью экспериментальных исследований;

выявление эффектов совместного использования мола и ловушки;

определение геометрических размеров ловушки, соответствующих оптимальной длине оградительного мола.

Исследования комбинированного способа защиты осуществлялось на основе результатов определения заносимости подходного канала порта Темрюк, выполненного автором ранее и приведенного в главе 2 и 3 настоящей работы. По результатам проведенных исследований были определены: место расположения аккумулирующей прорези в зависимости от зоны прохождении потока наибольшей интенсивности, а также ее предполагаемый объем, зависящий от объема отложений в подходном канале за время действия расчетного шторма.

В разделе 4.3 описано численное моделирование при изучении комбинированного способа защиты. При моделировании ловушки было предположено, что ее габаритные размеры связаны с количественными характеристиками берегового потока наносов. Соотношение длины и ширины ловушки зависит от отношения Qx и Qc (рис. 1). Ширина ловушки принималась равной не менее ширины течения вдоль мола, которая являлась постоянной величиной при различных вариантах длины мола. Длина ловушки зависит от эпюры вдольберегового потока наносов. При длине мола, не позволяющей перехватить весь береговой поток наносов, длина ловушки принималась равной не менее длины остальной части эпюры вдольберегового потока наносов. В случае выхода мола на глубину замыкания d* (рис. 11) длина ловушки принималась равной минимальной, удовлетворяющей условиями производства работ. При определенных плановых размерах ловушки ее глубина назначалась в зависимости от объема заносимости подходного канала от действия расчетного шторма при заданном заложении откосов

Рис. 11. Влияние вдольберегового потока наносов на совместное расположение оградительного мола и ловушки.

Анализ результатов численного моделирования наполняемости аккумулирующей ловушки позволил выявить зависимость ее объема от длины мола. Оптимальный объем ловушки, позволяющий полностью перехватить поток наносов до попадания их в подходной канал, с учетом природно-климатических условий порта Темрюк, составил 13 тыс. м3.

В разделе 4.4 представлены результаты физического моделирования порта Темрюк при исследовании комбинированного способа защиты с режимом ветроволнового воздействия согласно п. 2.2. Перед началом экспериментов с восточной стороны мола на расстоянии 30 м от его головы была устроена ловушка с выступом в море на 2/3 ее длины (рис. 10). Размеры ловушки были выполнены на модели в соответствии с принятым геометрическим масштабом и коэффициентом искажения (7). Ловушка была выполнена размерами в плане 1,1 ( 0,2 м с крутизной откосов 1 : 1 при различных вариантах глубины. На первом этапе глубина ловушки была принята равной 1 м, что, в соответствии с принятыми масштабами моделирования, составило на модели 0,025 м. На втором этапе глубина ловушки была увеличена до 3 м, в переводе на модельные размеры – 0,075 м.

Анализ полученной рифельной картины после первого этапа исследований, показал, что в этом случае наличие ловушки незначительно сказывается на изменении кинематики движения вдольберегового потока, так же как в проведенных ранее исследованиях (глава 2). Был выявлен выход песчаного «языка» на откос канала (рис. 12). На втором этапе исследований глубина ловушки была увеличена, и весь поток наносов, движущихся перпендикулярно оси канала и вдоль мола, отложился в ловушке (рис 13). Отсутствие на откосе канала продольных параллельных рифелей показало, что перемещения потока наносов в направлении дна канала не происходит, «языка» нет, а на откосе остался песок, составлявший перемычку между каналом и прорезью. Ловушка выполнила свою функцию, перехватив полосу движения наносов наибольшей интенсивности. Наносы, являющиеся основной причиной заносимости, в канал не попали. Изучение характера отложений внутри самой ловушки показало наличие наибольшего скопления наносов по ее

Рис. 12. Результат первого этапа Рис. 13. Результат второго этапа

исследований с устройством ловушки исследования, работа ловушки большей

малой глубины. глубины.

В разделе 4.5 приведен анализ результатов исследований комбинированного способа защиты. Исследования показали достаточно высокую эффективность предложенного способа защиты подходного канала от заносимости и позволили определить наиболее экономичный вариант компоновки сооружений. Кроме того, были выявлены все эффекты от взаимного расположения мола и ловушки, что позволило рекомендовать расположение ловушки у головы мола с учетом возможного размыва донного основания (рис. 14).

Рис. 14. Оптимальное положение аккумулирующей ловушки относительно головы оградительного мола в случае перехвата им берегового потока

В разделе 4.6 сформулированы основные выводы по результатам исследований эффективности комбинированной защиты подходного канала от заносимости.

Комбинирование оградительного мола с ловушкой в морском дне у его головы позволяет полностью защитить подходной канала от заносимости.

Оптимальным взаимным расположением оградительных сооружений является такая компоновка, при которой мол пересекает область вдольберегового потока наносов, а ловушка перехватывает только поперечный поток наносов.

В случае расположения оградительного мола меньшей длины, размеры ловушки меняются в зависимости от характера эпюры вдольберегового потока наносов. При этом ловушка может быть выполнена переменной глубины.

Габаритные размеры ловушки следует назначать с учетом перехвата потока наносов, поступающего в подходной канал за время действия одного шторма. Однако они могут быть изменены в соответствии с выбранной частотой ремонтных черпаний – раз в полгода, год или с другой периодичностью.

С учетом симметричного расположения молов относительно оси подходного канала, ловушки должны быть расположены соответственно у их голов.

Предложенный комбинированный способ защиты подходного канала от заносимости может быть применен при конструкции молов только вертикального профиля.

В пятой главе приведены рекомендации по проектированию морских подходных каналов, разработанные по результатам проведенных исследований. Рекомендации включают: состав инженерных изысканий, предшествующих началу проектных работ; проведение комплексного исследования в виде научного сопровождения на стадии проектирования и выбора оптимального варианта; а также предложения по защите от заносимости.

Внедрение этих рекомендаций в проектную практику позволит успешно строить и эксплуатировать морские подходные каналы в любом регионе. В ряде случаев наличие полной информации о природно-климатических условиях того или иного района строительства позволит заблаговременно отказаться от строительства порта в намеченном месте и, тем самым избежать неоправданных затрат в процессе эксплуатации подходных каналов.

загрузка...