Delist.ru

Вдольбереговой перенос галечных и песчаных неоднородных наносов при наличии поперечных гидротехнических сооружений (18.05.2010)

Автор: Бондарева Елена Владимировна

Измерения величины расхода вдольберегового потока наносов на модели проводились после обработки пляжа расчетным штормом через измерение объемов отложения материала в зоне аккумуляции. Во время проведения опытов замерялась высота волн на подходе к откосу и положение линии обрушения волн на пляже.

Экспериментальные исследования состояли из двух серий опытов. В первой серии опытов (1, 2, 3) подбирались параметры бун, способных удержать создаваемый галечный пляж в отсеке №1 и №2, а во второй серии (4, 5) проверялись варианты отсыпок пляжа в отсеке №3, способного обеспечить надежную защиту бермы от волновых размывов.

С целью исследования характера распределения материала по поперечному профилю пляжа после проведения каждого опыта были отобраны пробы грунта по профилю. На рис. 6 представлен исходный состав отсыпаемого материала и характерное распределение среднего диаметра наносов вдоль берегового склона после переработки пляжа волнением.

Рис. 6. а) Исходный состав отсыпаемого материала;

б) распределение средней крупности наносов вдоль берегового склона после переработки пляжа волнением: 1 – линия уреза воды;

2 – распределение наносов по береговому склону

Из рисунка можно заключить, что вдоль поперечного профиля, переработанного волнением, имеет место распределение наносов по крупности с тенденцией ее увеличения к линии уреза воды.

В конце главы 2 было сделано сопоставление результатов опыта 4 с расчетами по разработанной модели переформирования неоднородного пляжа, включающей эффект дифракции.

В четвертой главе приведено сравнение разработанной модели вдольберегового переноса песчаных и галечных наносов с результатами численного моделирования, при различных волновых параметрах, а также параметрах, формирующих характерные процессы на пляжах (уклон, размер наносов), при условии, что все параметры, кроме одного, постоянные величины; натурных измерений среднегодового вдольберегового потока наносов на участке галечного пляжа с уклоном 0,1 и средним диаметром 0,02 м; экспериментальных исследований на участке галечного пляжа в условиях уклона по линии обрушения 0,008.

При получении коэффициента расхода наносов для условий моделируемого участка берега, в методике AW учитывалось и измеренное распределение наносов по профилю пляжа: в разработанной модели, вместо среднего диаметра наносов задавалось распределение диаметров от линии уреза до глубины замыкания в соответствии с измерениями (рис. 6).

В результате вычислений получено удовлетворительное соответствие расчетных и измеренных величин: максимальная погрешность прогнозов, основанных на разработанной модели, составляет 37% по величине расхода материала. Учет неоднородного распределения наносов вдоль поперечного профиля позволяет получить более точную оценку вдольберегового транспорта наносов: относительная погрешность вычислений с 26% (при однородном материале) снизилась до 15% (при распределении диаметров).

Пятая глава содержит описание применения результатов работы на трех

В разделе 5.1 с помощью разработанной модели был выполнен прогноз деформаций пляжа под воздействием штормовых волн в одном из межбунных отсеков пляжного комплекса пансионата «ОАО Санаторий «Автотранспортник России». Цель прогноза - оценить устойчивость создаваемого неоднородного галечного пляжа.

Расчетные данные сравнивались с результатами гидравлических исследований, выполненных в волновом бассейне. Прогноз динамики создаваемого перед бермой пляжа осуществлялся для отсека №3. Он основан на оценке смещения береговой линии в условиях реконструируемой буны №3 и в отсутствии наброски у буны №4. Схема гидравлической модели исследуемого отсека представлена на рис. 4а.

На рис. 7а представлено сопоставление выполненного прогноза по результатам математического и гидравлического моделирования.

Рис. 7. Эволюция создаваемого перед бермой пляжа

а) после прохождения шторма ЮЗ направления: 1- исходная линия берега;

2 – по гидравлическому моделированию; 3 – расчетные данные;

б) после прохождения шторма ЗСЗ направления

Результаты моделирования показывают, что данный вариант отсыпки пляжного материала перед бермой, в условиях отсутствия наброски около буны №4 является не эффективным. Один шторм юго-западного направления способен почти полностью размыть пляж.

С целью показать возможность применения модифицированной модели на рис. 7б представлен прогноз динамики пляжа в исследуемом межбунном отсеке после прохождения шторма противоположного направления. В качестве расчетного шторма принят шторм 4% обеспеченности (повторяемостью 1 раз в 25 лет) ЗСЗ направления. Расчетная оценка емкости вдольберегового потока наносов от шторма ЗСЗ направления составляет (-0,002 м3/с).

По сравнению со штормом ЮЗ направления интенсивность вдольберегового переноса наносов значительно снижается, что и оказывает влияние на величину размыва.

В разделе 5.2 с помощью разработанной модели переформирования неоднородного по составу пляжа, включающей эффект дифракции волн, был выполнен прогноз размывов пляжа, образованных в окрестностях оградительных молов планируемого Второго грузового района морского порта Сочи - Псоу в береговой зоне Имеретинской низменности. Цель прогноза – оценить последствия от строительства порта на окружающую среду.

При расчетах размер гальки принимался равным 50 мм, гравия – 5 мм, уклон дна – 0,15.

Вдольбереговые потоки гравийно-галечного материала, оцененные по разработанной модели транспорта неоднородных наносов, имеют значения для доминирующих направлений: -50 тыс. м3/год (на ЮВ) и 30 тыс. м3/год (на СЗ). Максимальная относительная погрешность вычислений по разработанной модели не превышает 20%.

Эволюция береговой линии под влиянием Восточного мола через 1 год и 5 лет после строительства приведена на рис. 8.

Рис. 8. Эволюция береговой линии под влиянием Восточного мола:

1 – исходная линия берега; 2 – через 1 год; 3 – через 5 лет

Полученные расчетные оценки эволюции показывают, что, уже через год после строительства, пляж на участке восточнее порта может сократиться на 12 м, а через 5 лет - на 36 м. Яма размыва отодвинута от сооружения, и ее область со временем увеличивается.

В разделе 5.3 с помощью разработанной модели был выполнен прогноз размывов, образованных в окрестностях оградительных молов планируемого порта Уч-Дере. Проектный участок берега расположен на Черноморском побережье Кавказа на восточном борту мыса Уч-Дере, примерно в 1,7 км к западу от пос. Уч-Дере.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть сформулированы в виде следующих выводов:

Показано, что зависимости для переноса русловых наносов, включающие транспорт влекомых и взвешенных наносов (АW), могут быть использованы для расчета вдольберегового переноса наносов для условий гравийно-галечно-песчаных пляжей, характерных для районов интенсивного портового строительства Черноморского побережья России.

Разработан единый подход к оценке интегрального вдольберегового переноса наносов для условий неоднородных галечных и песчаных пляжей. Энергетические формулы по определению расхода наносов модифицированы для условий расчета интегрального вдольберегового переноса наносов на неоднородных галечных и песчаных пляжах. Для этого входящий в энергетические формулы коэффициент определяется c использованием методики АW.

Разработанная модель вдольберегового транспорта неоднородных наносов, описываемая модифицированными энергетическими зависимостя-ми, верифицируется и калибруется с использованием результатов численного моделирования, натурных измерений, а также специально проведенных лабораторных опытов с галечными наносами. Максимальная погрешность прогнозов с использованием разработанной модели составляет 37% по величине расхода материала.

На основе лабораторных измерений показано, что вдоль поперечного профиля галечного пляжа после обработки волнением имеет место сортировка наносов по крупности с тенденцией ее увеличения к линии уреза воды. Также на основе сравнения расчетов с данными лабораторных опытов показано, что учет неоднородного распределения наносов вдоль поперечного профиля пляжного откоса при оценке вдольберегового переноса материала позволяет повысить точность расчета: относительная погрешность вычислений с 26% (однородный материал) снизилась до 15% (учет распределения диаметров наносов).

Разработана и модифицирована численная модель переформирова-ния пляжа в окрестности поперечных гидротехнических сооружений, которая отличается от предыдущих моделей включением единого подхода к определению интегрального вдольберегового переноса неоднородных наносов, а также учетом дифракции волн, возникающей в зоне волновой тени сооружения. Включение в расчет дифракции волн позволяет учесть (при прочих одинаковых условиях) влияние длины сооружения на расположение и величину ямы размыва.

Выполнены расчеты вдольберегового транспорта наносов и переформирования пляжа на объектах Черноморского побережья России: прогнозирование динамики пляжа в окрестности берегозащитных сооружений пансионата «ОАО Санаторий «Автотранспортник России», вблизи оградительных молов проектируемого второго грузового района морского порта Сочи – Псоу и проектируемого грузового района морского порта Сочи – Уч-Дере. Получены характеристики возможного воздействия портовых сооружений на геологическую среду, необходимые для разработки разделов ООС проектов портов, а также данные, необходимые для разработки проектов сохранения пляжей, прилегающих к сооружениям.

Публикации

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ:

1. Бондарева Е.В., Кантаржи И.Г. «Взаимодействие вдольберегового потока наносов с морскими гидротехническими сооружениями». Гидротехническое строительство, №12, М., 2009 г., с. 33-40.

загрузка...