автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Формирование галечных пляжей на искусственных территориях

На правах рукописи

ВОЛКОВА ЕКАТЕРИНА СЕРГЕЕВНА

ФОРМИРОВАНИЕ ГАЛЕЧНЫХ ПЛЯЖЕЙ НА ИСКУССТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Специальность 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени 2 8 НОЯ 2013 кандидата технических наук

Москва-2013

005540619

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС)

Научный руководитель Доктор технических наук

Шахин Виктор Миронович

Официальные оппоненты

Иванов Александр Васильевич,

доктор технических наук, ОАО «Институт Гидропроект», главный специалист отдела водного хозяйства и охраны окружающей

среды

Корчагин Евгений Александрович

кандидат технических наук, доцент, ФБОУ ВПО «Московская государственная академия водного транспорта», профессор кафедры «Водных путей и портов»

Ведущая организация

ООО «Научный и проектный центр «Берегозащита»

Л

Защита состоится « ' / » диссертационного совета Д 2Т2

^2013г

часов на заседании созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское щоссе, д.26, Открытая сеть, студия 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан « 2013:

Ученый секретарь диссертационного совета

тужева Александра Станиславовна

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования обусловлена целесообразностью разработки новых, более эффективных в условиях курортных и рекреационных территорий, способов защиты искусственных, выдвинутых в море территорий.

Одним из перспективных направлений гидротехнического строительства в прибрежных зонах является создание новых и развитие существующих искусственных территорий. Одновременно с созданием таких территорий необходимо решать вопрос обеспечения их устойчивости от размыва штормовыми волнениями. Особый интерес представляет защита искусственных территорий с использованием в качестве берегозащитного сооружения галечного пляжа, что позволяет получить дополнительный экологический и социально-экономический эффект за счет создания новых рекреационных территорий.

Учитывая нарастающий интерес со стороны государственных и частных инвесторов к проблеме возведения искусственных островов и территорий, а также то, что методы защиты от волнового воздействия рассматриваемых комплексов, на сегодняшний день, находятся в состоянии разработки, задача о создании на искусственных территориях пляжных комплексов является своевременной и актуальной.

При разработке проблематики исследования основной гипотезой является положение о том, что существует техническая возможность, социально-экономическая и экологическая целесообразность защиты искусственных территорий, выдвинутых в море, с использованием рекреационного галечного пляжа и соответствующих пляжеудерживающих сооружений.

Цель работы заключалась в разработке способа защиты искусственных территорий, выдвинутых на значительные глубины в море, с использованием галечного пляжа в комплексе с пляжеудерживающими сооружениями.

На основе анализа результатов предыдущих исследований, а также в соответствии с поставленной целью в задачи диссертационной работы входило:

1. Проведение экспериментальных исследований пляжеудерживающего сооружения методом физического моделирования.

2. Проведение расчета трансформации волн, проходящих через рассматриваемое сооружение, методом математического моделирования.

3. Определение параметров сооружения, обеспечивающего устойчивость галечного пляжа от размыва штормовыми волнениями.

Объектом исследования являются искусственно выдвинутые на значительные глубины в море территории.

Предметом исследования является защита от штормового воздействия искусственных территорий.

Методы исследований:

1) теоретические исследования и математическое моделирование трансформации волн при прохождении через подводное пляжеудерживающее сооружение;

2) гидравлическое моделирование подводного сооружения, обеспечивающего устойчивость галечного пляжа от размыва штормовыми волнениями.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработан новый способ берегозащнты искусственных территорий.

2. Получены новые экспериментальные и расчетные данные о трансформации волн и динамике галечных наносов с учетом влияния нового подводного пляжеудерживающего сооружения.

3. Определены параметры комплекса пляжеудерживающих сооружений, применяемых для защиты искусственных территорий, выдвигающихся на значительные глубины в море.

4. Предложен новый подход к развитию и берегозащите искусственных территорий, отражающий сложившиеся социально-экономические реалии.

5. Проведены численные расчеты по определению влияния волнолома-козырька на трансформацию волн.

Практическая значимость работы:

- разработан инженерный метод защиты искусственных, выдвинутых в море на значительные глубины, территорий от штормовых размывов;

- определены параметры сооружения, обеспечивающего устойчивость галечного пляжа для защиты искусственно выдвинутых в море территорий от размыва штормовыми волнениями;

- получена оценка влияния заглубления волнолома-козырька на величину нагонного уровня и, как следствие, ширину галечного пляжа;

- результаты исследования ориентированы на применение на начальной стадии проектирования объектов берегозащиты, при разработке методических рекомендаций по проектированию систем и комплексов берегозащитных сооружений, применяемых для конкретного региона.

Результаты работы были использованы при разработке проекта реконструкции берегоукрепительных сооружений городской набережной г. Сочи.

Достоверность полученных результатов исследований подтверждается проведенными экспериментами, анализом их результатов и сопоставлением с результатами численного моделирования.

Личный вклад автора в проведении экспериментальных и теоретических исследований и анализе их результатов.

Апробация работы. Содержание и результаты исследований докладывались на: заседаниях секции «Гидротехнические сооружения и берегозащита» Ученого совета ОАО ЦНИИС; Международной конференции «Динамика прибрежной зоны бесприливных морей», Балтийск (2008); Всероссийской научно-практической конференции «Геосистемы: факторы развития, рациональное использование, методы управления», Туапсе (2008); Международной конференции в честь столетия со дня рождения профессора В.В. Лонгинова «Литодинамика донной контактной зоны океана», Москва (2009); 9 Международной конференции «МЕПСОАЯТ 09», Сочи (2009); на VII Конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей», Москва (2010); II Международной конференции «Создание и

использование земельных участков на берегах и акватории водоемов», Новосибирск (2011).

На защиту выносятся: результаты анализа способов и методов берегоза-щиты искусственных территорий; способ защиты искусственных, выдвинутых в море территорий с использованием галечного пляжа; принципиальная схема продольного пляжеудерживающего сооружения для искусственно выдвинутых в море территорий в условиях приглубого берега; результаты технико-экономического сравнения методов берегозащиты искусственных территорий; результаты экспериментальных исследований комплекса пляжеудерживающих сооружений для искусственно выдвинутых в море территорий в условиях приглубого берега; метод формирования биопозитивного комплекса берегозащитных сооружений для искусственных территорий с формированием бухтообраз-ного берега; результаты численного эксперимента трансформации волн при прохождении через предложенный тип пляжеудерживающего сооружения.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 126 наименований, и содержит 123 страницы машинописного текста, 82 рисунка, 5 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, ставятся цель и задачи, формулируются основные проблемы исследования, кратко изложено основное содержание работы.

В первой главе представлен обзор современного состояния вопроса защиты островных и искусственно выдвинутых в море территорий от штормовых размывов. Проанализирована мировая практика создания искусственных территорий в морских акваториях.

Рассмотрены основные методы берегозащиты искусственных территорий. Приводится описание работы и конструктивных особенностей применяемых берегозащитных сооружений: каменно-набросных откосных, ступенчатых откосных, сооружений вертикального профиля (гравитационных, из массивов-гигантов), а также искусственных пляжей с пляжеудерживающими сооружениями.

Существующие методы защиты искусственных территорий имеют свои особенности и ограничения применения в курортных зонах.

В условиях рекреационных территорий наиболее выгодно использовать механизм гашения энергии волн, который возникает в процессе их взаимодействия с песчаными или галечными пляжами. С помощью галечных пля-жей(наиболее характерных для Черноморского побережья Краснодарского края) в комплексе с пляжеудерживающими сооружениями можно защитить территории с глубинами не более 3-^-5м. В условиях приглубых берегов традиционные пляжеудерживающие сооружения (буны и волноломы) неэффективны.

Для устройства пляжевой полосы в условиях приглубых берегов, требуется устройство подводного банкета, представляющего собой неразмываемое ис-

кусственное дно из глыб и валунов с упорным элементом со стороны моря из бетонных скошенных или фигурных блоков. Однако этот метод является весьма дорогостоящим, так как смещение трассы подводного банкета на каждый метр в сторону моря ведет к значительному увеличению стоимости строительства.

В работе предлагается новый способ защиты искусственных территорий от штормовых размывов. Конструкция защитного сооружения представляет собой укрепительную стену с волноломом-козырьком (подводный выступ, устанавливаемый на внешней границе выдвигаемой территории, препятствующий выносу пляжеобразующего материала на глубину). Схема сооружения представлена на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема сооружения, предлагаемого для удержания галечного пляжа на искусственной территории

Основными конструктивными элементами рассматриваемого сооружения являются: подводная укрепительная стена 1, волнолом-козырек 2, укрепленное дно 3, галечный пляж 4. Верхняя отметка волнолома-козырька заглублена до отметки А^ь; верхняя отметка подводной стенки и нижняя отметка укрепленного дна приняты равными Д^м = —к (/¡-высота волн); основание галечного пляжа находится на отметке Агьг.

Во второй главе представлена методика моделирования, система измерения параметров волн; дается описание физической модели и результатов лабораторных экспериментов, проведенных в волновом лотке. Основная цель исследования заключалась в определении влияния подводного волнолома-козырька на трансформацию волн и подборе оптимальных параметров сооружения (величины заглубления волнолома-козырька), обеспечивающих наиболее эффективные решения с точки зрения сохранения пляжа и общего укрепления берега.

Методика моделирования

Исследование эффективности работы берегозащитных сооружений представляет значительную трудность из-за большой сложности явлений, имеющих место в процессе трансформации волн на береговом склоне и взаимодействия их с наносами и пляжеудерживающими сооружениями. В таких случаях ос-

новным методом решения научных и практических задач в гидротехнике является метод физического моделирования. Опыты, поставленные в соответствии с теорией динамического подобия, позволяют с высокой степенью достоверности получать не только качественные, но и количественные характеристики. Основной принцип динамического подобия может быть сформулирован как требование того, чтобы в двух системах с геометрически подобными границами течения были геометрически подобны в соответствующие моменты времени. Таким образом, для точного динамического подобия течений со свободной поверхностью необходимо равенство как чисел Рейнольдса, так и чисел Фруда.

Из условия равенства чисел Фруда имеем:

В этих соотношениях: V - характерная скорость;Ь - характерный размеру - ускорение свободного падения;!7 - коэффициент кинематической вязкости жидкости.

Индекс «н» относится к натурным условиям, а индекс «м» - к модели. Поскольку отношения скоростей в (1) и (2) должны быть одинаковыми и дм = дн, то

При использовании на модели и в натурных условиях одной и той же жидкости, невозможно одновременно обеспечить подобие по числам Фруда и Рейнольдса. При экспериментальном исследовании течений со свободной поверхностью общепринято требовать геометрического подобия и подобия по числу Фруда. Поправки на влияние вязкости могут быть сделаны, если необходимо, путем использования моделей различных масштабов и экстраполяцией результатов на масштаб моделируемого объекта. Трудность возникает при выяснении вопросов о том, не становятся ли вязкие эффекты слишком важными на малых моделях. Этим устанавливается нижний предел размера модели; например, течение на модели не должно становиться ламинарным, если течение в натуре турбулентно. В случае если длина волн на модели больше 20 см, капиллярность можно не учитывать.

Чтобы пренебречь внутренней диссипацией энергии волн за счет вязкости, должно быть выполнено условие: А1( > 400>/V * Т, гдеГ-средний период волн.

Моделирование динамики галечных пляжей может выполняться без искажения геометрических масштабов модели и наносов при условии:

Из условия равенства чисел Рейнольдса получаем:

VI VI

—.(2)

(3)

о

где Б - крупность наносов; Исг- высота волн по линии последнего обрушения.

Критерий Фруда при исследовании волн на поверхности жидкости:

где /г-высота волн. Измерительная система

Параметры волн измерялись при помощи емкостных волнографов типа ДУЕ- 1. Измерительная система, состоит из ПЭВМ, платы фильтров, пассивной кабельной системы, измерительных датчиков, преобразователей и программ для обработки данных.

Измерения рельефа и ширины пляжей в волновом лотке выполнялись с помощью металлической линейки с миллиметровой шкалой делений, в волновом бассейне - с помощью нивелира и рулетки.

С целью исключения систематических погрешностей измерений периодов, длин и высот волн проводились контрольные измерения секундомером, а также использовался метод цифрового фотографирования и видеосъемки. Период волн определялся по секундомеру путем отсчета п-го количества волн, проходящих через определенную отметку в течение времени I.

Относительная погрешность измерений высоты волн не превышала ±5%, периода ±1%.

Абсолютная погрешность измерения профиля пляжа составила±1мм. Физическая модель

Исследования проводились в волновом лотке (длина 20 м; ширина 0,6 м; высота стенок 1,0 м) Научно-исследовательского центра «Морские берега». Щитовой волнопродуктор, которым оснащен волновой лоток, обеспечивает генерирование волн заданной частоты и амплитуды.

Для исследований выбран участок дна с уклоном /=1:20, характерным для Черноморского побережья Краснодарского края.

Геометрический масштаб модели задан равным: ш=1:40. Глубина воды в зоне сооружений равна с10=40 см (16 м), уклон дна на подходе к сооружениям г— 0,05.

Здесь и далее в скобках приведены величины, соответствующие натурным. Опыты проводились при следующих волновых режимах:

1) высота волн на подходе к сооружению Ь = 5см (2м); 9,8 см (3,9 м); 15 см (6 м); период волн Т = 1,4с (9с);

2) высота волн Ь = 5см (2м); 9,8 см (3,9 м); 15 см (6 м); период волн Т = 1,18 с (7,5с);

3) высота волн И = 5см (2м); 9,8 см (3,9 м); 15 см (6 м); период волн Т = 0,9 с (6с).

На модели воспроизводились наиболее неблагоприятные условия: воздействие волнения редкой повторяемости , так и рядовые условия. Заглубление волнолома-козырька изменялось от 2,5см (1,0м) до 7,5 см (Зм). Ширина волно-

лома-козырька в опытах равнялась Ьк = 2,5см (] м). Средняя крупность наносов равнялась О5о%= 0,75 мм (Зсм).

В процессе проведения экспериментов последовательно изменялись размеры и конструкции отдельных элементов сооружений и их взаимной компоновки, которые позволили определить эффективные варианты берегового укрепления, обеспечивающие наиболее рациональные решения в отношении образования защитных пляжей и общего укрепления берега.

Для сравнимости результатов моделирования различных вариантов компоновки сооружений и возможности оценки их эффективности продолжительность волнения в каждом опыте принята одинаковой (1=2 ч), за исключением тех опытов, по которым результаты моделирования становились ясными до наступления установленного срока продолжительности опыта.

Результаты моделирования

По итогам экспериментальных исследований было выявлено, что чем меньше заглубление волнолома-козырька, тем выше его эффективность - волнолом-козырек с заглублением 1м (высотой Зм) обеспечил 100%, 2м - 95%, Зм (высотой 1м) - 70% удержание отсыпанного пляжевого материала (рисунок 2).

Рисунок 2 - Вид модели в волновом лотке по завершении эксперимента а) без волнолома-козырька; с волноломом-козырьком высотой 2м; в) с волноломом-козырьком высотой Зм.

Однако при уменьшении заглубления волнолома-козырька увеличивается высота нагонного уровня за ним, что при сильном волнении приводит к формированию течений с высокими скоростями в сторону моря в зоне разрывов между массивами волнолома и выносу пляжевого материала на большие глубины. По результатам проведенных исследований принято, что оптимальным для сохранения пляжевой полосы является волнолом-козырек с заглублением Ь.гк~И12=2м. Под действием волнения наблюдалось незначительное оттягивания пляжевого материала, кроме того крутизна подводного склона во всех экспериментах при наличии «козырька» увеличивалась, а вместе с этим увеличивалась и ширина пляжа.

В третьей главе представлены результаты экспериментов по оценке влияния волнолома-козырька в комплексе с поперечными пляжеудерживающими сооружениями на устойчивость галечного пляжа на выдвинутой в море искусственной территории.

Эксперименты выполнялись в волновом бассейне в филиале ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» «НИЦ «Морские берега». Бассейн прямоугольной формы со сторонами 13м и 19м, с

высотой стенок 1 м; щитовой волнопродуктор позволяет генерировать регулярные волны высотой до 20 см и периодом Т от 0,7с до Зс.

В качестве натурного объекта рассматривалась центральная морская набережная г. Сочи, которая по проекту должна быть выдвинута в море на глубины 6^7м. В масштабе 1:50 была построена гидравлическая модель береговой зоны: волноотбойная стена, рекреационный галечный пляж и пляжеудерживающие сооружения в виде бун (вариант 1) и искусственных мысов (вариант 2). В качестве продольного пляжеудерживающего сооружения предложено использовать подводный волнолом-козырек, с заглублением 2м. На модели исследовалась устойчивость искусственного галечного пляжа, и осуществлялся подбор оптимальных параметров пляжеудерживающих сооружений, необходимых для создания устойчивого пляжа шириной 25-^-ЗОм.

Уровень наполнения бассейна водой при расчетном уровне моря 1 % обеспеченности равном +0,32 м БС составил 35,6 см. Воздействие волн на пляж и сооружения во всех опытах было одним и тем же и составляло 5 часов, что соответствует продолжительности воздействия шторма в натурных условиях в фазу его стабилизации в течение 35 часов.

Волновые параметры измерялись емкостными волнографами ДУЕ с обработкой результатов измерений на ПК.

В первой серии экспериментов изучалось влияние волнолома-козырька (исследовано два вида козырька: проницаемый и непроницаемый) в комплексе с бунами на устойчивость галечного пляжа.

Расстояние между осями бун, расположенными по краям рассматриваемого участка берега, составляло 916см (458,0м), а по морским краям - 928см (464м). Отметки бун равнялись: у набережной - +10,0 см (+5,0 м), через 160 см (80,0м) - +2,0 см (+1,0 м), у «головных» частей - +2,0 см (+1,0 м). Длина первой буны равнялась 240 см (120м), второй - 269см (134,5м). На расстоянии 35 см (17,5 м), мористее линии уреза между бунами установлен волнолом-козырек в виде непроницаемой стенки, верх которой расположен на отм. -4,0 см (-2,0 м).

В отсек между бунами по исходным шаблонам был отсыпан пляжный материал со средней крупностью В50=0,6 мм (30,0 мм). Подошва отсыпаемого галечного пляжа на рассматриваемом участке берега выходила на глубины 10-^12см (5-НЗ м), что соответствует глубинам первого обрушения волн шторма, принятого за расчетный.

Во втором эксперименте непроницаемый волнолом-козырек был заменен на проницаемый подводный волнолом в каркасе, заполненном камнем массой 5+7 т. Ширина каркаса 14 см (7 м). Отметка гребня волнолома -4,0 см (-2,0 м). Волнолом устанавливался на неразмываемое основание с отметкой -8,0 см (4,0 м), на расстоянии 160 см (80 м) от корневой части пляжа. Общий вид сформировавшейся пляжевой полосы по завершении экспериментов представлен на рисунках За и 36.

Рисунок 3 - Пляжевая полоса сформированная под защитой а)проницаемого волнолома-козырька; б) непроницаемого.

По результатом проведенной серии экспериментов можно сделать следующий вывод:

- при использовании заглубленного волнолома-козырька (как проницаемого, так и непроницаемого) формируется достаточно широкая для гашения волн пляжевая полоса с линией уреза примерно параллельной фронту обрушающих-ся волн.

Развивая концепцию берегозащитных сооружений - аналогов природных образований, во второй серии экспериментов были проведены исследования возможности защиты искусственно выдвинутых территорий бухтовыми пляжами. В качестве сооружений, исключающих вдольбереговое перемещение пля-жевого материала, на рассматриваемом участке были предложены искусственные мысы, возводимые на его концах.

Выдвижение мысов в море составило: западного мыса 2,08 м (104 м), а восточного - 1,78 м (89 м). Для снижения волнового воздействия на головные части мысов в море на расстоянии 50 см (25 м) от их оконечностей были установлены волноломы из камня в каркасе, в плане имеющие форму дуги. Длина волнолома по наружному контуру 2,3 м (115 м), ширина 24 см (12,0м), отметки верха камня - + 2,5 м. Для предотвращения оттягивания галечного материала в акваторию по всей длине пляжа от мыса до мыса установлен волнолом-козырек. Как и в первой серии экспериментов было исследовано два вида волнолома-козырька:

- проницаемый подводный волнолом в каркасе, заполненном камнем массой 5-7 т, ширина каркаса 14 см (7 м), отметка гребня волнолома -4,0 см (-2,0 м) (опыт №4);

- подводный непроницаемый волнолом шириной 5,0 см (2,5 м) с отметкой гребня -4,0 см (-2,0 м) (опыт №5).

В обоих случаях волноломы устанавливались на неразмываемое основание с отметкой -8,0 см (-4,0 м), на расстоянии 160 см (80 м) от корневой части пляжа.

Галечный пляж моделировался песком средней крупностью 0,60мм (30,0 мм).

Общий вид сооружений по завершении экспериментов представлен на рисунках 4а и 46.

Рисунок 4 - Пляжевая полоса, сформированная под прикрытием искусственных мысов и волнолома козырька а) проницаемого; б) непроницаемого.

Устойчивость пляжа при всех рассматриваемых вариантах оценивалась по интенсивности его размыва. Для оценки этой характеристики в течение каждого опыта проводились регулярные измерения его ширины в пределах исследуемого участка, а также объема пляжевого материала, вынесенного за пределы модели.

Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты экспериментальных исследований в волновом бассейне

№ опыта Высота волнолома-козырька Объем вынесенного материала Пляжеудерживающие сооружения Средняя ширина пляжа, м

1 без волнолома -козырька 3% от исходной отсыпки буны 50,3м - ширина пляжа по длине участка существенно неравномерна

2 2 м проницаемый волнолом-козырек буны 48 м

3 2 м непроницаемый волнолом-козырек буны 45 м

4 2 м проницаемый волнолом-козырек Незначительный вынос во взвешенном состоянии, около 0,5^1 % искусственные мысы 48-50м

5 2 м непроницаемый волнолом-козырек искусственные мысы 50-52 м

6 без волнолома — козырька Наблюдался значительный вынос материала в обход западного мыса искусственные мысы 40-45м - ширина пляжа по длине участка существенно неравномерна

В четвертой главе представлены результаты численного моделирования трансформации волн при взаимодействии с подводным пляжеудерживающим сооружением.

Уравнения сохранения массы и количества движения, описывающие трансформацию относительно длинных волн в мелководной акватории с произвольным по направлению движения волн рельефом дна с учетом нелинейных и дисперсионных эффектов, в безразмерных переменных имеют следующий вид:

дЬ дх Эх й+п ~ Здт% [ \dtdx2) 2 v Эх ЭЬЭх Эх* Эи\ ^

^ + — + <*)*/ = 0. (7)

дь дх к '

Здесь х- горизонтальная ось, совпадающая с линией свободной поверхности в невозмущенном состоянии, направление оси х совпадает с направлением движения волн; 1-время; ¿-глубина; г|-отклонение свободной поверхности от невозмущенного уровня; и - осредненная по глубине скорость жидкости; характерная глубина; Т0 - характерный период волн; ■ Г0-характерная

длина^-коэффициент гидравлического сопротивления.

Известно, что нелинейно-дисперсионная модель не описывает обрушение волн. Поэтому для расчетов в прибойной зоне требуется модификация модели. В математической модели эффект обрушения учитывается путем введения в правую часть уравнения (6) дополнительного члена

7 к^т^-т2-и

В расчетах принято к = 0 при 77 < 0,4й, к = 0,25 при 77 > 0,4й. Коэффициент гидравлического сопротивления /„, определялся по зависимости Маннин-га.

Для решения системы уравнений (6), (7) необходимо задать начальные и граничные условия. Если конечный створ расчетной области непроницаем, можем записать

при 1=0: и(х)=0, т|=0;при х=0: Г1=Д1)=йгз1п бЯ;при х=М:и=0.3десья- амплитуда волн, со - угловая частота.

Расчеты выполнялись численно методом конечных разностей по двуслойной явно-неявной схеме с итерациями по нелинейности. Шаг по времени А1 и шаг по пространственной координате Дх задавались из условий обеспечения устойчивости и гидродинамической аппроксимации схемы: АК сг; Ах < V с, где а = —

По вышеизложенной математической модели были проведены расчеты трансформации волн, как без волнолома-козырька, так и при его наличии. Результаты расчетов при Ь=3,9 м, Т0=9 с,ё0=16м, Агк=-2 м, АгЬ1= - 4 м, АгЪ2= - 2м, Агы= 1,3м, Ь[=6 м, Ь2=8 м, Ь3=Зм, Ь4=29 м и сопоставление с опытными данными в момент наката волны иллюстрируются на рисунках 5 и 6.

Можно видеть, что расчетные результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными. Волнолом-козырек оказывает определенное влияние на

форму волны. Казалось бы, влияние не очень заметное, однако достаточное чтобы изменить направленность процесса. Как показали экспериментальные исследования, без волнолома-козырька пляж относительно быстро смывает, а при его наличии галечный пляж устойчив. Это можно объяснить влиянием волнолома-козырька на характеристики течения в зоне трансформации и обрушения волн. В частности, уменьшаются отрицательные скорости течения при откате волны, которые переносят пляжевый материал на подводный склон.

С целью оценки влияния волнолома-козырька на генерируемые обрушаю-щимися волнами течения в прибойной зоне были проведены расчеты трансформации волн и течений на основе двумерной нелинейно-дисперсионной модели. Рельеф дна, конфигурация берега в расчетной области, высота и период волн примерно соответствовали параметрам в опытах с мысами.

Поле течений в прибойной зоне без волнолома-козырька представлено на рисунке 7а, а с волноломом-козырьком на рисунке 76. Можно отметить, что волнолом-козырек вдольбереговые скорости течений уменьшает. Следовательно, будет снижаться и вдольбереговой расход наносов.

а)

Рисунок 5

а) б)

Рисунок 6 - Накат волны на берег с волноломом-козырьком: а) численный расчет; б) эксперимент

- Накат волны на берег без волнолома-козырька: а) численный расчет; б) эксперимент

Рисунок 7 - Поле течений а) без волнолома-козырька; б) с волноломом-

козырьком

В пятой главе представлен анализ результатов исследований. Получено, что при выдвижении искусственной территории в море, даже на относительно большие глубины возможно создание устойчивых галечных пляжей без устройства подводных банкетов, имитирующих профиль подводного берегового склона.

Проведенные опыты показали, что галечный материал, отсыпанный в верхней части искусственной территории при штормовом волнении выносит в глубокую часть акватории. Для обеспечения устойчивости галечного пляжа необходимы дополнительные сооружения. В качестве такого сооружения предлагается использовать волнолом-козырек, установленный на внешней границе выдвигаемой территории.

Опыты проводились в достаточно широком диапазоне изменения измеряемых параметров:

- высота волн изменялась от 5 до 15см (2м-^6м);

- период Т=0,95с- 1,42с (6-9с);

- высота волнолома-козырька от 2,5см до 7,5см (1м-3м).

Средняя крупность наносов была постоянной и равнялась О50%= 0,75 мм (30,0мм)

В опытах получено, что, чем меньше заглубление волнолома-козырька, тем выше его эффективность. Волнолом-козырек с заглублением Зм (высотой 1м) обеспечил 70%, 2м - 95%, 1м (высотой Зм) - 100% удержание отсыпанного пляжевого материала. Необходимо отметить, что при уменьшении

заглубления волнолома-козырька увеличивается высота нагонного уровня за ним. Это приводит к формированию течений с высокими скоростями в сторону моря в зоне разрывов между массивами волнолома и выносу пляжевого материала на большие глубины.

Результаты измерений нагонного уровня за волноломом - козырьком при различных условиях представлены на рисунке 8.

Установлено, что за волноломом-козырьком волновой нагон увеличивается при уменьшении заглубления козырька и при уменьшении длины волны.

Следует отметить также, что при относительном заглублении ДгкЛ1<0,5, повышение среднего уровня воды за волноломом - козырьком невелико НпЛ1<0,07.

На основе анализа полученных результатов можно сделать вывод, что искусственная выдвинутая в море территория может быть эффективно защищена рекреационным галечным пляжем в комплексе с волноломом-козырьком. Основные параметры гидротехнического сооружения могут быть приняты сле-дующими:В>0,4Х, где X - средняя длина расчетных волн на подходе к сооружению, заглубление волнолома-козырька Azк= —Ь, где Ь-высота волны 13% обеспеченности в расчетном шторме, ширина надводной и подводной части галечного пляжа ЬПЛ>0,25А., крупность галечных наносов принята Б=30^50мм

НнМ

Т=бс

0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 1

V

\

к 1

оооо

Нн/е1

0.08

Т=7,5с

♦ 11=2«« ■ Ь=4м

¡лыг

1,

\ А <

■

«ЮН

► Ь-2м ■ Ь=4м ь Ь=6м

агк/ь/2

ни/а

0.08

Т=9с

0.06 0.04 0.02 0

т ю со

♦ Ь=2м ■ Ь=4м А Ь=6м

й2к/Ь/2

Рисунок 8 - Результаты измерений нагонного уровня за волноломом - козырьком.

Эффективность волнолома - козырька также была доказана при проведении исследований на пространственной модели. В волновом бассейне исследовалась возможность защиты искусственной территории выдвинутой на глубину 6-^7м. Волнолом - козырек располагался (в пересчете на натурные условия) на расстоянии 80м от основания пляжа, с заглублением гребня - 2м.

Получено, что при таком расположении сооружения пляж остается устойчивым, наносы равномерно распределяются по ширине, отсутствует вынос пляжевого материала в акваторию (таблица 1).

Также необходимо отметить качественное соответствие теоретических и экспериментальных исследований. Устойчивость галечного пляжа при волнении можно объяснить тем, что как следует из анализа расчетных данных, волнолом-козырек уменьшает отрицательные скорости течения при откате волны, которые переносят пляжевый материал на подводный склон

По результатам проведенных исследований можно отметить следующие преимущества предлагаемого берегозащитного комплекса (рисунок 9):

- рекреационная привлекательность;

- уменьшение объемов отсыпаемых материалов: пляжевого = в браз; горной массы ~ в 2 раза, и как следствие снижение стоимости строительства на 1040% по сравнению с традиционными сооружениями.

При выдвижении на глубины порядка 16 м ориентировочная стоимость 1 пог. м предлагаемого сооружения составляет 865 100- руб. (в ценах на 111 кв.

2013г.), объем несортированной горной массы риала ~ 50м3;

- пониженные отметки набережной;

- биопозитивность.

а)

530м , объем пляжевого мате-

■10.0 ; --15.0 =

........ .. .fi-iJH^ hLJH М JH.

J-орна» масса W gV ; ^^Öooioiofet^ibcy*^

- -10.0 - -15.0

6)

+5.0 zr 0.0 : --5.0 -10.0 :--15.0 -

Упорная / стена

FS S:

' ' срнач масса

q- +5.0 E- 0.0

10.0 4- -15.0

Рисунок 9 - а) расчетный штормовой профиль динамического равновесия

галечного пляжа; б) предлагаемый берегозащитный комплекс Ь— надводная ширина пляжа, X - общая длина сооружения, Н- высота корневой части пляжа

Заключение

В работе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований нового метода защиты, искусственно выдвинутых в море территорий от штормовых размывов.

Основными задачами исследований были:

- определение параметров сооружения, обеспечивающего устойчивость галечного пляжа для защиты искусственно выдвинутых в море территорий от размыва штормовыми волнениями;

- экспериментальное исследование влияния волнолома-козырька на устойчивость галечного пляжа при различных волновых условиях и конструктивных параметрах сооружения;

- на основании результатов физического и математического моделирования определение оптимального местоположения и конструктивных параметров

волнолома — козырька, обеспечивающего защиту искусственных территорий от волновых размывов с необходимой для гашения энергии волн шириной галечного пляжа.

В результате выполненных в диссертационной работе исследований можно сделать следующие выводы:

1. Показано, что существует техническая возможность, а также социально-экономическая и экологическая целесообразность защиты искусственных территорий, выдвинутых в море, с использованием рекреационного галечного пляжа и соответствующих пляжеудерживающих сооружений.

2. Разработана принципиальная схема продольного пляжеудерживающего сооружения для защиты искусственных территорий в условиях приглубого берега.

3. Получены новые экспериментальные и расчетные результаты о трансформации волн и динамике галечных наносов с учетом влияния нового подводного пляжеудерживающего сооружения. Установлено, что, несмотря на то, что волногасящая эффективность волнолома-козырька относительно невелика, он оказывает существенное влияние на направленность поперечного переноса наносов, обеспечивая устойчивость галечного пляжа.

4. Определены параметры пляжеудерживающего сооружения - волнолома - козырька. Конструктивно волнолом - козырек может быть выполнен в виде относительно тонкой непроницаемой стенки или в виде проницаемой наброски в удерживающем каркасе.

5. Предложен новый подход к развитию и берегозащите искусственных территорий. Искусственно выдвинутые в море территории или приглубые участки берега могут быть эффективно защищены рекреационным пляжем в комплексе с волноломом-козырьком. Основные параметры гидротехнического сооружения могут быть приняты следующими:

- ширина В> 0,4Л(Л - средняя длина расчетных волн на подходе к сооружению);

- заглубление волнолома - козырька Аг^ = -/1(й - высота волн 13% обеспеченности в расчетном шторме);

- ширина галечного пляжа Ь^ > 0,25А;

- крупность галечных П=3(Н50мм.

6. Новое сооружение является биопозитивным. Оно обеспечивает хороший водообмен в прибрежной зоне и за ним не формируется застойных зон. Кроме, того сооружение характеризуется меньшей материалоемкостью и стоимостью по сравнению с традиционными.

Публикации

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

1. Волкова Е.С. Исследование эффективных берегозащитных сооружений для рекреационных пляжей, выдвинутых в море искусственных территорий //Транспортное строительство. -2011. - №4. - С.12-14.

2. Волкова Е.С. Разработка нового метода защиты искусственных территорий от штормового волнения // Известия Сочинского государственного университета. - 2013. - №1-2(23).-С.7-11.

Статьи, опубликованные в научных журналах и изданиях:

3. Ивасюк А.Ю., Волкова Е.С., Радионов А.Е. Влияние прерывистых проницаемых волноломов на литодинамические процессы в береговой зоне // Материалы Первой Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Студенческие научные исследования в сфере туризма и курортного дела»: Тез.докл.-Сочи.: Изд. СГУТиКД 2007. - С. 95-97

4. Волкова Е.С. Устройство рекреационных пляжей на искусственных территориях// Научные труды ОАО ЦНИИС. Вып.243. М.: ОАО ЦНИИС -2008. - С.92.

5. Волкова Е.С. Экспериментальные исследования особенностей формирования рекреационных пляжей на искусственных территориях. /В.М. Шахин, Е.С. Волкова// Материалы конференции. Динамика прибрежной зоны бесприливных морей. Калининград: Изд-во «Терра Балтика». 2008. - С. 122.

6. Волкова Е.С. Проблемы Сочинского побережья и возможные методы их решения перед грядущей Олимпиадой /А.Ю.Ивасюк, А.Е. Радионов// Всероссийская научно-практическая конференция «Геосистемы: факторы развития, рациональное использование, методы управления». Туапсе. 2008. - С.181-182.

7. Волкова Е.С. Формирование пляжевой полосы на выдвинутых в море искусственных территориях// Международная конференция «Литодинамика донной контактной зоны океана» - 2009. - С.67-70.

8. Volkova Е. Experimental researches of creation beaches on the artificial territories // MEDCOAST 2009 The ninth international conference on the Mediterranean coastal environment/ - 2009. - p. 1356.

9. Волкова Е.С. Гидравлическое моделирование динамики галечного пляжа в условиях приглубых берегов // VII конференция «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей». М.: - 2009.

10. Шахин В.М., Шахина Т.В., Радионов А.Е., Волкова Е.С. «Защита искусственных территорий от штормового волнения» // Труды 2-й Международной конференции «Создание и использование земельных участков на берегах и акватории водоемов» - 2011. - С.368-370.

Подписано в печать 13.11.2013г. Формат А5 Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 100 Экз. Заказ № 1652 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-кт, д.28 Тел. 8-495-782-88-39

Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт транспортного строительства»

(ОАО ЦНИИС)

На правах рукописи

04201450038

Волкова Екатерина Сергеевна

ФОРМИРОВАНИЕ ГАЛЕЧНЫХ ПЛЯЖЕЙ НА ИСКУССТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

05.23.07 - Гидротехническое строительство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор техн. наук В.М. Шахин

Москва - 2013

->

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ИСКУССТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ОТ ШТОРМОВОГО ВОЛНЕНИЯ

1.1 Мировая практика создания искусственных территорий в морских 9 акваториях

1.2 Существующие методы защиты искусственных территорий 17

1.2.1 Откосные сооружения 17

1.2.2 Сооружения вертикального профиля 25

1.2.3 Искусственные пляжи 34

1.3 Обоснование целесообразности разработки нового метода защиты 47 искусственных территорий

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 51 УСТОЙЧИВОСТИ ГАЛЕЧНЫХ ПЛЯЖЕЙ В ВОЛНОВОМ ЛОТКЕ

2.1 Задачи экспериментальных исследований 51

2.2 Методика гидравлического моделирования. Критерии подобия 51

2.3 Экспериментальные установки и приборы 55

2.4 Исходные данные для проведения экспериментов в волновом 66 лотке

2.5 Результаты экспериментальных исследований в волновом лотке 61

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В 79 ВОЛНОВОМ БАССЕЙНЕ

ГЛАВА 4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСФОР- 94 МАЦИИ ВОЛН ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ПОДВОДНЫМ БЕРЕГОЗАЩИТНЫМ СООРУЖЕНИЕМ

4.1 Численное моделирование процесса трансформации волн в прибрежной зоне

4.2 Математическая модель

94

ГЛАВА 5 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 109

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 111

ОПРЕДЕЛЕНИЯ 112

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 113

ВВЕДЕНИЕ

Задача на обеспечение устойчивого развития человеческого общества требует реализации новых подходов к повышению эффективности функционирования всех отраслей экономики для достижения максимальных ресурсо- и природосберегающего эффектов. Снижение энергоемкости экономики, ограничение выбросов парниковых газов в атмосферу, сохранение окружающей среды, и обеспечение экологического равновесия в прибрежных экосистемах - это глобальные вызовы, требующие немедленных практических решений в различных направлениях инженерных дисциплин. Одним из таких направлений является развитие прибрежных зон и комплексное управление протекающими в них процессами.

Последние десятилетия характеризуются значительным увеличением антропогенного давления на морские и прибрежные экосистемы, возрастающим дефицитом прибрежных территорий, необходимых для обеспечения динамического развития урбанизированных экосистем, при условии соблюдения требований экологической безопасности и сохранения особо охраняемых и рекреационно-оздоровительных территорий. Обозначенные проблемы требуют новых комплексных подходов к освоению прибрежных зон, решению проблемы дефицита рекреационных территорий, повышению технической, экономической, экологической и социальной эффективности берегозащитных мероприятий [22, 43, 117].

Одним из перспективных направлений гидротехнического строительства в прибрежных зонах является создание новых и развитие существующих искусственных территорий. Одновременно с созданием таких территорий необходимо решать вопрос обеспечения их устойчивости от размыва штормовыми волнениями. Особый интерес представляет защита искусственных территорий с использованием в качестве берегозащитного сооружения галечного пляжа, что позволяет получить дополнительный

экологический и социально-экономический эффект за счет создания новых рекреационных территорий [62, 65, 70, 73].

Учитывая нарастающий интерес со стороны государственных и частных инвесторов к проблеме возведения искусственных островов и территорий, а также то, что методы защиты от волнового воздействия рассматриваемых комплексов, на сегодняшний день, находятся в состоянии разработки, задача о создании на искусственных территориях пляжных комплексов является своевременной и актуальной.

Изучение проблемы берегозащиты искусственных территорий от штормовых размывов с помощью волногасящих галечных пляжей представляет основное содержание данного исследования.

Основной гипотезой является положение о том, что существует техническая возможность, социально-экономическая и экологическая целесообразность защиты искусственных территорий, выдвинутых в море, с использованием рекреационного галечного пляжа и соответствующих пляжеудерживающих сооружений.

Актуальность исследования обусловлена целесообразностью разработки новых, более эффективных, в условиях курортных и рекреационных территорий, способов защиты искусственных, выдвинутых в море территорий.

Объектом исследования являются искусственно выдвинутые на значительные глубины в море территории.

Предметом исследования является защита от штормового воздействия искусственных территорий.

Основной целью работы является разработка способа защиты искусственных территорий с использованием галечного пляжа в комплексе с пляжеудерживающими сооружениями.

К основным задачам, решаемым в рамках проводимого исследования, относятся следующие:

1) проведение экспериментальных исследований подводного продольного пляжеудерживающего сооружения методом физического моделирования;

2) проведение расчета трансформации волн, проходящих через рассматриваемое сооружение, методом математического моделирования.

3) определение параметров сооружения, обеспечивающего устойчивость галечного пляжа от размыва штормовыми волнениями.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы:

1) гидравлическое моделирование, на плоской и пространственной моделях, подводного сооружения, обеспечивающего устойчивость галечного пляжа от размыва штормовыми волнениями;

2) математическое моделирование трансформации волн при прохождении через подводное пляжеудерживающее сооружение;

Научная новизна предлагаемых разработок заключается в следующем:

1) разработан новый способ защиты искусственных территорий;

2) получены новые экспериментальные и расчетные результаты о трансформации волн с учетом влияния нового подводного пляжеудерживающего сооружения;

3) определены параметры комплекса пляжеудерживающих сооружений для защиты искусственных территорий, выдвигающихся на значительные глубины в море;

4) предложен новый подход к развитию и защите искусственных территорий, отражающий сложившиеся социально-экономические реалии.

Результаты исследования ориентированы на применение на стадии проектирования объектов берегозащиты, при разработке методических рекомендаций по проектированию систем и комплексов берегозащитных сооружений, применяемых для конкретного региона.

Проведенные исследования позволили выявить приоритетное направление дальнейших исследований:

- разработка конструктивных решений предлагаемого пляжеудерживающего сооружения.

На защиту выносятся следующие основные результаты исследования:

1. Результаты анализа способов и методов берегозащиты искусственных территорий.

2. Способ защиты искусственных, выдвинутых в море территорий с использованием галечного пляжа.

3. Принципиальная схема продольного пляжеудерживающего сооружения для защиты искусственно выдвинутых в море территорий в условиях приглубого берега.

4. Результаты технико-экономического сравнения методов берегозащиты искусственных территорий.

5. Результаты экспериментальных исследований комплекса пляжеудерживающих сооружений для искусственно выдвинутых в море территорий в условиях приглубого берега.

6. Метод создания биопозитивного комплекса берегозащитных сооружений для искусственных территорий с формированием бухтообразного берега.

7. Результаты численного эксперимента трансформации волн при прохождении через предложенный тип пляжеудерживающего сооружения.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

В первой главе « Исследование методов защиты искусственных территорий от штормового волнения»:

рассматривается мировая практика создания искусственных территорий в морских акваториях;

- анализируются существующие методы защиты искусственных территорий.

В заключительном разделе первой главы обосновывается целесообразность разработки нового метода защиты искусственных территорий от штормовых размывов.

Вторая глава «Экспериментальные исследования устойчивости галечных пляжей в волновом лотке» описывает методику гидравлического моделирования, экспериментальные установки и приборы, результаты экспериментальных исследований в волновом лотке.

В третьей главе «Экспериментальные исследования в волновом бассейне» приведены результаты опытов по оценке эффективности исследуемого сооружения на пространственной модели в волновом бассейне.

В четвертой главе представлены результаты численного моделирования трансформации волн при взаимодействии с подводным пляжеудерживающим сооружением.

В пятой главе приводится анализ результатов исследований.

Основные выводы полученные при выполнении диссертационного исследования приведены в заключении.

Диссертация изложена на 123 страницах, включает 82 рисунка, 5 таблиц, список литературы из 126 наименований.

ГЛАВА 1 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ИСКУССТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ОТ ШТОРМОВОГО ВОЛНЕНИЯ

1.1 Мировая практика создания искусственных территорий в морских акваториях

Мировая практика строительства искусственных территорий и островов имеет долгую историю. Одним из первых построенных искусственных островов является остров Деджима - морской порт для голландских торговых судов (1634г. Япония). С тех пор в мире построено уже несколько десятков островов и тысячи кв.метров искусственных территорий для самых различных целей - для размещения морских портов, аэропортов, для проведения Олимпийских игр, для жилищной застройки и прочих [93, 119].

На данный момент на карте мира уже можно найти большое количество искусственных островов, среди которых наиболее крупными являются:

- Дуррат Аль-Бахрейн (Durrat AI Bahrain) - архипелаг состоящий из 13 искусственных островов (рисунок 1.1), площадь участка 20 млн.м*" (Бахрейн) [93];

-проект «Пальмовые острова» - Palm Jumeira (25 кв.км), Palm Jebel Ali (37 кв.км) и Palm Deira (72 кв.км), является самым крупным проектом по намыву искусственных островов в мире и обеспечивает прирост 520-ти км пляжей города Дубай (ОАЭ) [74,119];

-остров «Жемчужина Катара» (рисунок 1.2) площадью 4 млн. кв.м расположен на расстоянии 350 метров от берега в районе Западной лагуны г. Доха (Катар) [94, 95].

-Нотр-Дам (Notre-Dame) - остров на реке Святого Лаврентия (рисунок 1.3) Канада [73, 119];

Рисунок 1.2- Проект островов «Жемчужина Катара» 1119]

Рисунок 1.3 - Остров Нотр-Дам [74]

-Венецианские острова в Майами, представляют собой цепь из шести искусственных островов, соединенных дамбами и мостами, на которых располагается индустрия туризма и участки для отдыха в естественных природных условиях (США) [94];

- Чек Лап Кок (Chek Lap Kok) - искусственно созданный остров (рисунок 1.4), на котором разместился Гонконгский международный аэропорт (Гонконг) [95];

-искусственный остров в Макао (рисунок 1.5), на котором разместился аэропорт на 24 стояночных места для самолетов с 4-мя переходными модулями из самолетов в здание аэропорта (Китай) [74,119];

-аэропорт Чубу в бухте Нее у города Токонаме (рисунок 1.6), расположен на искусственном острове, построенном в форме буквы D, для обеспечения циркуляции морской воды; берега острова образованы естественной горной массой, а склоны устроены так, чтобы на них поселились колонии морских организмов (Япония) [119];

Рисунок 1.5 - Искусственный остров в Макао [74, 119]

Рисунок 1.6 - Остров Чубу [94]

-остров Пеберхольм («Перечный островок») (Дания), был намыт при строительстве моста [113];

-остров Сальтхольмреб построен в 1910-1915 гг. в проливе Оресун между Копенгагеном и Мальме для размещения на нем крепости Флакфортет (Дания) [119].

Особо масштабное создание искусственных территорий исторически осуществлялось в Голландии. Так была создана даже целая новая административная единица Голландии. Сначала для строительства намывной территории было произведено отделение внутреннего моря от внешнего Северного моря, а затем в образовавшемся озере в период 1932-И 968 гг. были намыты искусственные острова, образовавшие новую провинцию -Флеволэнд. Вследствие расширения территории города Амстердам создан город Эйбург, который был построен на искусственных островах, намытых в озере Эй. Всего было намыто 6 островов. В будущем планируется намыть еще 4 острова[74,94,95,119].

В нашей стране также имеется опыт строительства выдвинутых в море искусственных территорий. Результаты научных исследований и

практический опыт создания таких территорий на ряде участков Черноморского побережья, а также на Южном берегу Крыма убедительно показали возможность и технико-экономическую целесообразность их строительства не только для стабилизации оползней и защиты от обвалов, но и для использования искусственных территорий в качестве приморских бульваров, набережных и прочих объектов инфраструктуры [9, 33].Так, например крупные проекты по созданию и защите искусственных прибрежных территорий были реализованы в 5СК70 гг прошлого века в Сочи. Не менее масштабный проект был реализован в Крыму, где вдоль побережья было отсыпано 50 км искусственных пляжей [42, 65].

Был реализован и ряд других крупных проектов с созданием искусственных территорий, например, в Одессе, Сахалине, на Байкале. В частности 8-ми километровый участок БАМа проходит по искусственной территории, отсыпанной в озеро[9].

Строительство и проектирование искусственных территорий ведется и в настоящее время. Среди современных проектов можно выделить следующие:

- при реконструкции городского пляжа южнее порта Туапсе, перед волноотбойной стеной была создана искусственная территория площадью 1,4 га;

- при реконструкции набережной и пляжно-рекреационной зоны в г. Анапа искусственная территория была выдвинута в море на 100м;

- на искусственной территории, площадью 4 га в строящемся порту Сочи-Имеретинский размещены причалы, здание администрации и службы порта;

также имеется опыт строительства островного порта для вспомогательного флота Каспийского трубопроводного консорциума в пос. Южная Озереевка к западу от Новороссийска (рисунок 1.7);

- разработан проект реконструкции приморской набережной г. Сочи, предусматривающий строительство новой набережной на искусственной территории. Общее выдвижение в море составит 145м, а площадь - 36га;

В 90-х годах прошлого века и в начале нынешнего в России на самом высоком уровне активно осуждался вопрос и о строительстве искусственных островов на Черноморском побережье. Были разработаны макеты и предварительные эскизы островных комплексов для Черноморского побережья России, среди которых «Остров Федерация» (рисунок 1.8) и островная марина «Хомар» (рисунок 1.9). Однако реальный проект был разработан на один остров - остров «Югра» вблизи Туапсе (рисунок 1.10).

Рисунок 1.7 - Островной порт в пос. Южная Озереевка [31]

Рисунок 1.9 - Макет островной марины «Хомар» в Хостинском районе

г.Сочи [10, 32]

Рисунок 1.10 - Модель «Острова Югра» в волновом бассейне НИЦ

«Морские берега»

1.2 Существующие методы защиты искусственных территорий

Одновременно с созданием искусственных территорий возникает вопрос обеспечения их устойчивости от размыва штормовыми волнениями. Наиболее часто задачу защиты территории решают с помощью:

- откосных сооружений и креплений откосов;

- вертикальных стен различной конструкции;

- песчаных и галечных пляжей.

1.2.1 Откосные сооружения

Откосные сооружения применяются для защиты естественных береговых уступов, земляных сооружений и откосов дамб. Тыловая грань откосных сооружений несколько круче, чем естественный откос грунта, что отличает их от креплений откосов. [54, 69].

Как правило, береговые откосные крепления бывают проницаемыми и непроницаемыми, гладкими и шероховатыми и выполняются в виде:

- укладки (наброски) фигурных блоков;

- укладки бетонных и железобетонных плит;

- набросок с различными наполнителями;

-укладки матов из синтетических материалов [53, 125].

Для предотвращения подмыва и сползания элементов крепления вниз по откосу, устраиваются по нижней границе бермы или упоры различных конструкций. В зависимости от типов покрытия, для всех видов креплений заложение откосов принимается от 1 до 6 [44, 54].

Наиболее часто применяются крепления железобетонными плитами и в виде набросок из различных фигурных блоков. [30].

Откосные крепления из сборных бетонных и железобетонных плит омоноличиваются в крупные карты размерами 5><5м; 10x10м и более. Укладывают такие крепления на щебеночное основание или щебеночно-�