автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Методика определения коэффициентов гидравлического сопротивления проницаемых волногасящих гидротехнических сооружений

на правах рукописи

ЛЕОНОВА Анна Николаевна

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПРОНИЦАЕМЫХ ВОЛНОГАСЯЩИХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.23.16 - Гидравлика и инженерная гидрология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт- Петербург 2006

Работа выполнена в Сочинском государственном университете туризма и курортного дела

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Загрядская Наталья Николаевна

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Мищенко Сергей Максимович

Научный руководитель -доктор технических наук,

профессор К.Н.Макаров

Ведущее предприятие - ОАО "Ленморниипроект"

Защита диссертации состоится " " апреля 2006 г. в Ю часов на заседании Диссертационного Совета Д 512.001.01 при ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева" по адресу: 195220, г. Санкт-Петербург, ул. Гжатская, 21, Актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института.

Автореферат разослан " " марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, -ту//? £/ старший научный сотрудник /•

Т.В.Иванова

/йРбЛ-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время, актуальной стала задача реконструкции существующих, а также проектирования и строительства новых портов на Юге России. Они должны быть способны обеспечить грузооборот в условиях начавшегося подъема экономики страны.

Традиционно актуальной остается задача управления береговыми процессами путем сочетания берегозащитных сооружений с естественными или искусственными пляжами. Особенно важна эта задача в курортных регионах страны. При этом под управлением береговыми процессами понимается не только стабилизация берегов, но и улучшение их рекреационных качеств.

В связи с этим при проектировании гидротехнических берегозащитных сооружений необходимо учитывать комплекс задач по воздействию волн и течений на сооружение, влияние проектируемых объектов на смежные участки берега, режим движения наносов, подводный береговой склон, вдольбереговые циркуляционные течения и водообмен.

В последние годы в практике проектирования и строительства морских гидротехнических сооружений все большее распространение получают проницаемые волногасящие сооружения. Они частично отражают подходящие к ним волны, частично их гасят и частично пропускают. Их применение уменьшает штормовое воздействие волн на берег, следует отметить и тот факт, что проницаемые сооружения обеспечивают водообмен в прибойной зоне. Как показали исследования, такие конструкции в сочетании с прислоненным пляжем, даже при дефиците наносов, позволяют защитить коренной берег и создать рекреационную зону.

Однако до последнего времени оценка гидро - и литодинамических процессов в зоне влияния проницаемых сооружений производится в основном методом гидравлического моделирования. Это связано с тем, что в нормативных документах предлагается методика расчета только для сквозных стен, состоящих из оболочек большого диаметра и большой сквозности [СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) Госстрой СССР -М.:Стройиздат, 1992 ] Для проницаемых набросных сооружений пока еще нет утвержденных методик расчета.

В последние годы наибольшее распространение получили расчеты взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями по линейным и нелинейно-дисперсионным моделям длинных волн.

В расчетах параметры проницаемых сооружений, (например, такие как коэффициент гидравлического сопротивления проницаемого сооружения) принимаются по данным гидравлического моделирования, которое является весьма дорогостоящим В связи с этим, разработка расчетных методов определения коэффициентов гидравлического сопротивления для различных видов проницаемых гидротехнических сооружений, при взаимодействии их с волнами, представляется актуальной, и являлась предметом данного диссертационного исследования

Предмет исследования - взаимодействие волн с проницаемыми волногасящими гидротехническими сооружениями в прибрежной зоне моря.

Цель работы и задачи исследований.

1ЮС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I

БИБЛИОТЕКА I ■ з

Целью работы является разработка методов расчета коэффициентов гидравлического сопротивления в волновом потоке для различных видов проницаемых волногасящих гидротехнических сооружений. С использованием этих методов разрабатывается компьютерная программа для расчета взаимодейст вия волн с указанными сооружениями Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- выполнить обзор теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации;

- подобрать наиболее характерные экспериментальные данные предыдущих авторов;

- выполнить дополнительно специальные экспериментальные исследования для определения коэффициентов гидравлических сопротивлений проницаемых сооружений;

- разработать профаммные средства для расчета проницаемых волногасящих сооружений, провести численные эксперименты и сопоставить полученные результаты с данными экспериментальных исследований;

- разработать рекомендации для практического применения разработанных методик и программных средств.

Метод исследований - комплексное сочетание физического и численного моделирования.

Научная новизна.

В результате исследования получены следующие результаты, имеющие научную новизну:

- выполнен обзор по данным экспериментальных исследований рассматриваемой проблемы, сделан краткий обзор;

- выполнены специальные гидравлические эксперименты по определению коэффициентов гидравлического сопротивления, коэффициентов отражения и прохождения волн для проницаемых сооружений различных типов;

- предложены методики расчета коэффициентов гидравлического сопротивления набросных сооружений и сквозных стен в волновом потоке;

- разработана специальная компьютерная программа, позволяющая рассчитывать коэффициенты гидравлического сопротивления сооружений по результатам экспериметального определения коэффициентов отражения волн от пих,

- выполнена проверка и калибровка предложенных методов по данным, как собственных экспериментальных исследований, так и исследований других авторов.

- разработаны программные средства для расчета проницаемых волногасящих сооружений типа сквозных стен и набросок. Проведены численные эксперименты по определению влияния параметров волн и конструкции сооружений на характер взаимодействия волн с такими сооружениями.

- даны рекомендации для практического применения разработанных методик и программных средств Приведены примеры расчетов.

Таким образом, решена актуальная задача определения коэффициентов гидравлического сопротивления различных волногасящих проницаемых сооружений для расчетов параметров волн по линейной и нелинейной теориям при проектировании портовых оградительных и причальных сооружений, берегозащитных сооружений и искусственных островных комплексов.

Разработанные программные средства позволяют варьировать в процессе счета различными параметрами сооружений (сквозность стен, углы их наклона к горизонту, ширина волновой камеры, расположение в прибрежной зоне относительно линии обрушения расчетных волн, пористость и типы элементов набросок, высота волновой камеры над уровнем моря и др.). Это дает возможность оперативно подбирать оптимальные проектные решения по конструкции сооружений.

Разработаны практические рекомендации для использования предлагаемых в работе расчетных методов и реализующих их компьютерных программных средств в проектной практике.

Практическая значимость состоит в том, что результаты работы использовались в расчетах при проектировании причалов в порту Новороссийск, оградительного сооружения порта-укрытия Каспийского трубопроводного консорциума, берегозащитных сооружений на Черноморском побережье Краснодарского края, Каспийском побережье Дагестана, Калининградском побережье Балтики. Выполнялись также расчеты для оградительного сооружения островного комплекса «Остров Югра» на Черноморском побережье Кавказа.

Результаты работы могут использоваться проектными и научными организациями при математическом моделировании портовых и берегозащитных сооружений для оптимизации их конструктивных параметров.

Личный вклад автора. Обзор теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации. Гидравлическое моделирование взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями. Разработка методов расчета коэффициентов гидравлического сопротивления для волнового потока. Разработка соответствующих алгоритмов расчета и программных комплексов. Проведение численных экспериментов с последующим сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данными, и калибровкой соответствующих математических моделей.

На защиту выносятся: инженерные методы определения коэффициентов гидравлического сопротивления различных видов проницаемых сооружений, при взаимодействии их с волнением в мелководной зоне моря и программные средства, реализующие математические модели с использованием этих коэффициентов. Результаты численного моделирования по определению влияния параметров волн и конструкции сооружений на характер их взаимодействия с волнами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Вторая международная научно-практическая конференция «Строительство в прибрежных курортных регионах», Сочи, 2003, Четвертый Всероссийский симпозиум по прикладной и промышленной математике (осенняя сессия), Сочи, 2003, VI Конференция «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей», Москва, 2004.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, содержит 133 стр. текста, 50 рисунков и список литературы из 108 наименований.

Основное содержание работы Во введении показана актуальность темы диссертации Сформулирована цель работы и поставлены ее задачи.

В первой главе описаны области применения проницаемых волногасящих сооружений Наиболее важными качествами морских гидротехнических сооружений (оградительных, причальных и берегозащитных) с точки зрения взаимодействия их с волнами являются их волногасящая и волноотражающая способности.

Сооружения проницаемой для волн конструкции занимают особое место в ряду гидротехнических сооружений, они частично гасят, частично отражают и, частично, пропускают волны. Математически указанные свойства сооружений характеризуются \

коэффициентами отражения, прохождения и гашения волновой энергии Сооружения проницаемой для волн конструкции Moryi быть подразделены на следующие основные виды:

1) откосно-ступенчатые или свайные сквозные стены;

2) свайные или плавучие сооружения с экранами или решетками, частично перекрывающими толщу воды;

3) подводные волноломы и буны неполной высоты, с возможным переливом волн, подводные траншеи;

4) откосные сооружения из наброски (укладки) камня или фигурных блоков;

5) причальные сооружения откосного и вертикального профиля с волногасящими камерами, внутри которых устраивается наброска.

В данной работе рассматриваются сквозные стены и набросные сооружения.

Волно! асящая эффективность берегозащитных продольных проницаемых сооружений помимо непосредственной защиты берега от волнового воздействия способствует повышению устойчивости прислоненного к ним пляжа, выполняющего основные берегозащитные функции. Последнее является весьма важным, так как пляжеобразующий материал практически повсеместно является остродефицитным.

Далее в главе приводятся конструкции набросных сооружений и сквозных стен, нашедшие наибольшее применение в практике гидротехнического строительства. Анализируются нормативные методы расчета некоторых параметров проницаемых сооружений (масса предельного равновесия элементов набросок, расчет сооружений большой сквозности и т.п.).

Отмечается, что для расчета взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями наибольшее распространение в практике в настоящее время имеет линейная теория длинных волн, впервые предложенная в работе [Kondo Н Reflection and transmission of shallow water waves at the pervious coastal structures on solid step.- Proc. XX Cong. Int. Ass Hyd. Res., Moscow, 1983, v.7.] и затем развитая другими авторами, например [Макаров К.Н., Пузанков В.И., Абакумов О Л. Расчет проницаемых волногасителей в рамках линейной теории мелкой. - Динамика и термина рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей // Труды VI конф., М: ИВП РАН, 2004]

В ряде работ рассматриваются также нелинейно-дисперсионные модели [Вольцингер Н.Е., Клеванный К.А, Пелиновский Е Н Длинноволновая динамика прибрежной зоны. - Л.:Гидрометеоиздат, 1989; Лаврентьев М.А, Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели - М.: Наука, 1977.; Шахин В.М. Взаимодействие длинных волн с проницаемыми сооружениями // Транспортное

строительство, 1990, N I, с. 27-28 ].

В обеих моделях в качестве одного из основных расчетных параметров используется коэффициент гидравлического сопротивления. Поэтому задача расчета ■»того коэффициента в волновом потоке является актуальной

Во второй главе описана методика гидравлического моделирования [Шарп Дж. Гидравлическое моделирование: Пер. с англ.- М.: Мир, 1984.]. Изложены принципы и методики гидравлических исследований берегозащитных и оградительных сооружений.

Физическое моделирование взаимодействия волн с проницаемыми берегозащитными сооружениями выполнено для сопоставления экспериментальных данных с данными теоретических исследований в области определения коэффициентов гидравлических сопротивлений проницаемых сооружений и тестирования математических моделей, изложенных в главе 1. При этом решались следующие задачи:

1. Непосредственное определение коэффициентов гидравлических сопротивлений проницаемых набросных сооружений и тонких стен, состоящих из различных типов элементов в поступательном потоке.

2. Определение коэффициентов отражения и прохождения волн для проницаемых сооружений различной конструкции. По этим коэффициентам затем рассчитывались коэффициенты гидравлического сопротивления сооружений в волновом потоке.

Экспериментальные исследования выполнялись в волновых лотках НИЦ «Морские берега», оснащенных волнопродукторами, насосами, управляющими и измерительными системами. Технические характеристики лотков:

- малый лоток длина L = 20 м, ширина В = 0,6 м; высота стенок Н= 0,8 м.;

- большой лоток длина L = 62 м; ширина В = 0,8 м; высота стенок Н=1,0 м.;

- параметры генерируемых волн: высота волн до h = 45 см, период Т = 0.8-5-5.0 сек

Измерения параметров волн осуществлялись 10-ти канальными емкостными волнографами повышенной точности с записью реализаций на ленту самописца Н338-6П и в память ЭВМ. При проведении экспериментальных исследований модель подводного берегового склона и сооружений воспроизводится в полном геометрическом подобии с натурой.

Течение создавалось с помощью насосной установки Волнение генерировалось стационарным волнопродуктором типа «качающийся щит», установленным в приямке у одной из торцевых стенок лотка Отметки свободной поверхности и параметры волн контролировались по координатной сетке, нанесенной на прозрачных стенках лотка по высоте через каждые 5 см, а по длине - через 10 см, с использованием цифрового фотоаппарата AGFA, Photo CL-50. При этом абсолютная погрешность составляла 1 см. Относительная погрешность f = 1/20 = 0.05, т.е. 5%.

Коэффициент гидравлического сопротивления проницаемых сооружений в поступательном потоке определялся по формуле-

ль-tlL- (,)

2g

где V - средняя скорость, м/сек; g = 9,81 м/сек2 - ускорение свободного падения: Л h — перепад уровней воды до и после прохождения наброски, м.

^ — коэффициент гидравлического сопротивления. Из этого уравнения получаем-

е = 2е АЬ = дь рг . (2)

* V 2 <2 2

где С) - расход, м3/ сек,

Б - площадь сечения наброски, через которое проходит вода, м2 В качестве элементов набросок использовались гексабиты разной массы, кубы, тетраподы и щебень. Полученные по результатам опытов коэффициенты ^ представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты экспериментов автора по определению коэффициентов гидравлического

сопротивления набросок в поступательном потоке

Вид элементов наброски Схема сооружения Расход, м'/сек Уровень 5 Отметка Ь, до наброски, м ..... X.....- - ° Я о-6 12 1£ 6 5 о с Перепад отметок, м Пористость, % Коэффициен

Гексабиты, т=100г 1 ш о 00 —Г о <ч 0,25 ОО <ч о" о о" —' «"> О 1" «-г ^ го

Гексабиты, т=444 г 1 т о оо о № 0,25 0,3( 0,09 <4 о о — о 40

Кубы, т=22 г 0,006 12 0,15 0,195 « 1 о о 0,135 о ГЛ Г-<п

Тетраподы ? 01=565 г ш Г 0,00 797 г©' го 0,163 о \© о" 56,8 1Л «Л

Щебень, т=185 г | ш г о. С* О О — V о 00 о" 0,148 О 0-, о ^ 5;"° го г") го

Из таблицы 1 можно сделать следующие выводы:

1. Наряду с пористостью набросок, существенное влияние на величину коэффициента гидравлического сопротивления оказывает относительный размер (масса) элементов наброски. При этом, чем больше размеры (масса) элементов, тем меньше коэффициент сопротивления.

2 Наброски из гексабитов и тетраподов имеют примерно одинаковые коэффициенты гидравлического сопротивления при прочих равных условиях.

В экспериментах со сквозными стенами использовались проницаемые свайные стены различной сквозности, состоящие из цилиндрических, прямоугольных свай, свай из уголков, откосно - ступенчатые конструкции, различные решетки и другие

При этом сквозность и форма отверстий в проницаемой стене была обусловлена сечением ее элементов, располагаемых вертикально или горизонтально на некотором

расстоянии друг от друга. В таблице 2 представлены некоторые результаты, полученные автором для сквозных стен.

Таблица 2

Результаты экспериментов автора по определению коэффициентов гидравлического _сопротивления сквозных стен в поступательном потоке

Конструкция проницаемой тонкой стены Схема :ооруже> «я Оввд«ч | Вид сбои Расход, м3/сек Отметка до т стенки,м Отметка после т. стенки, м Перепад отметок Сквозность Коэффициент

из труб, в один ряд, вертикально 0,02 7 0,39 0,33 0, 06 0, 26 8,2

из труб, в два ряда, вертикально 0,02 87 0,40 0,29 5 3,0 5>5 0, 26 II ,0 9

из уголков, в один ряд, вершиной к потоку 0,02 78 0,41 0,29 5 0,1 15 0, 21 15,0 3

из уголков, в два ряда, вершиной к потоку 0,02 7 0,42 0,28 5 0,1 35 0, 21 19,6 3

из уголков, в два ряда, первый-вершиной к потоку, второй тыльной частью 0,02 69 0,415 0,29 5 0, 12 0, 21 17,1 6

из уголков, в один ряд, тыльной частью к потоку 0,02 72 0,41 0,30 0, 11 0, 21 15,0 2

из уголков, в два ряда, тыльной частью к потоку . 0,02 46 0,425 0,27 5 0, 15 0, 21 26 ,9

из уголков, в два ряда, тыльной частью и вершиной к потоку 0,02 • 45 0,42 0,28 5 0,1 35 0, 21 23 ,8

из уголков, вершиной к потоку, горизонтально 0,02 24 0,40 0,33 0, 07 0, 23 13,4

из уголков, тыльной частью к потоку, горизонтально 0,02 21 0,395 0,32 5 0, 07 0, 23 13,4

из труб, горизонтально 0,02 69 0,39 0,36 5 0,0 25 0, 23 3, 16

Из таблицы 2, а также по данным других авторов можно сделать выводы:

1. При равной сквозности, стены из хорошо обтекаемых элементов в

поступательном потоке имеют меньшие коэффициенты сопротивления, чем стеньг из прямоугольных и уголковых (плохо обтекаемых) элементов.

2. При равной сквозности, стены из горизонтально расположенных элементов имеют меньшие коэффициенты сопротивления в поступательном потоке, чем стены из вертикальных элементов.

3. При сквозности стен более 0.65, коэффициент гидравлического сопротивления резко снижается. Таким образом, стены с большей сквозностью не эффективны с точки зрения снижения скорости течения

Непосредственное экспериментальное определение коэффициентов гидравлического сопротивления различных видов проницаемых конструкций в волновом потоке представляет определенные методические трудности. Поэтому указанные коэффициенты определялись косвенно через коэффициенты отражения и прохождения волн, которые достаточно просто и надежно измеряются на гидравлических моделях. В данной работе использовались как собственные экспериментальные исследования, так и данные ранее выполненного другими авторами физического моделирования В работах исследовались различные варианты подпричальных откосов для портов г. Новороссийска и Туапсе, прислоненных к непроницаемой стене, и варианты оградительного сооружения искусственного островного комплекса «Югра».

Для определения коэффициентов отражения и прохождения измерялись высоты волн в пучностях перед сооружениями и в створе за сооружением и сопоставлялись с высотами волн, измеренных в тех же створах без сооружения.

Обобщенные результаты экспериментальных исследований взаимодействия волн с набросными сооружениями представлены в таблице 3.

Таблица 3

Коэффициенты отражения по данным гидравлического моделирования

№ Вид конструкции Порист ость Коэффициент отражения

1 Кубы и щебень ,ш = 450 г. 0 68 0.35

2 Гексабиты, т=100 г (автор) 0,65 0,46

3 Гексабиты, ш=444 г (автор) 0,66 0,40

4 Откос с тетраподами 0,56 0,20

5 Откос с гексабитами 0,66 0,24

6 Откосно-ступенчатая с заполнением волновой камеры гексабитами 0,66 0,47

7 Каменная отсыпка в волновую камеру 0,34 0,41

8 Наброска из гексабитов 0,66 0,29

9 Укладка из гексабитов по варианту малый 0,56 0,37

10 Засыпка гексабитов в шпунтовые стенки 0,66 0,35

Из таблиц 1 и 3 видно, что коэффициенты гидравлического сопротивления и коэффициенты отражения меньше при большем значении пористости и

относительных размеров элементов Это позволяет утверждать, что для расчета коэффициентов гидравлического сопротивления набросных сооружений в волновом потоке могут быть использованы формулы, полученные для поступательного потока, но с введением корректирующих эмпирических коэффициентов.

Далее в главе приводятся результаты экспериментальных исследований взаимодействия с волнами различных конструкций тонких сквозных берегозащитных сооружений Эксперименты проводились при расположении конструкций в мелководной и прибойной зонах моря Результаты экспериментов по определению коэффициентов отражения волн от сквозных стен представлены в таблице 4.

Таблица 4

Коэффициенты отражения сквозных стен по данным гидравлического моделирования

№ Тип сооружения Сквоз-ность К-т отражения. Высота заллеска, м

1 Свайная стена 0,20 0,61 0,18

2 Свайная стена 0,40 0,58 0,15

3 Откосно-ступенчатая стена 0,20 0,60 0,17

4 Сквозная из трех рядов свай 0,21 0,40 2,25

5 Сквозная откосно-ступенчатая 0,20 0,35 2,25

6 Сквозная из труб 0,26 0,31 Не измерялся

7 Сквозная из уголков, вершиной к потоку 0,21 0,19 Не измерялся

8 Сквозная из уголков, торцом к потоку 0,21 0,30 Не измерялся

Из таблицы 4 могут быть сделаны следующие выводы

1. Наибольшие высоты заплесков волн на модели сооружений и, соответственно, коэффициенты отражения волн, наблюдаются в том случае, когда сооружение расположено вблизи линии разрушения волн. Коэффициенты отражения волн от сооружений примерно одинаковы в мелководной зоне и на линии обрушения волн.

2. Увеличение рядов свай не приводит к значительному повышению эффективности сооружений сквозной конструкции, а уменьшение ширины волновой камеры увеличивает гидравлическое сопротивление конструкции и снижает эффективность ее работы.

В третьей главе приводятся результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных по определению коэффициентов гидравлического сопротивления проницаемых сооружений, а также численного моделирования взаимодействия волн с такими сооружениями.

Значение коэффициента сопротивления для однородного материала и для тел неправильной формы в поступательном потоке определяется по формуле-

i^R-X,'-^-, где

d3,H

г, 1,53

»/

П - пористость; А, - коэффициент для однородного материала постоянного диаметра; V- средняя скорость, м/сек; d3 - диаметр зерна, м, V- коэффициент вязкости, м2/сск,

l0 j d з - слой толщиной в один диаметр зерна

Кспффициент сопротивления тонких стен, состоящих из труб, прямоугольных свай располагающихся ребрами и гранями на поток, при любых значениях

коэффициента живого сечения f =Fotb/Fq =a0/Sj и любой относительной

глубине просветов (толщине тонкой стены) 1/b.q для поступательного потока определяется по методике, приведенной в справочной литературе:

4=p2^sine , (4)

где pj - коэффициент формы стержней, определяемый по табл. 5, tj коэффициент сопротивления обычной решетки с утолщенными краями отверстий, определяемый по формуле:

'о,5 + тл/П-f j *(l - f)+ (l - f J + A.(//dr) l/f2 ; (5)

t =f(//dr) принимается по диаграмме, X = 0,02, 9- угол наклона стержня к потоку;

f -коэффициент живого сечения решетки; dr - гидравлический диаметр, м.

Коэффициент гидравлического сопротивления для стены из уголков расположенных вершиной к потоку определяется для поступательного потока по формулам:

4 =

2

V^(i-f)+(i-f) i/f

(6)

1Де £,' = 0,13 + A.(//dr); Ц1/dr) - коэффициент сопротивления трения на всей глубине отверстия,

Таблица 5

Форма элементов Прямоугол ьные, гранями на поток Уголковые, тыльной частью к потоку Уголковые, вершиной к потоку Круглые

Р2 1,0 0,76 0,43 0,74

Сопоставляя полученные результаты, можно сделать вывод, что для поступательного потока значения коэффициента гидравлического сопротивления по формулам, приводимым в справочной литературе (см.(З)-(б)) с удовлетворительной точностью (в пределах 15%) согласуются с экспериментальными данными автора.

Расчеты взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями рассматривались в рамках линейной и нелинейно-дисперсионной теориям длинных волн.

При расчетах по линейной теории определяются параметры прямых и отраженных волн, при взаимодействии их с проницаемыми сооружениями.

Для расчета коэффициентов отражения и прохождения волн через проницаемую наброску, необходимо рассчитать волновое число в ней по формуле:

V 00

(7)

где к! = к3 = к = ш/^ - волновое число в зонах перед наброской и за ней, п -

пористость наброски, Ш - круговая частота волн = 2пГГ, <5 - глубина воды у морской грани сооружения, м; £ =9,81 м/сек2- ускорение свободного падения; е -коэффициент присоединенной массы элементов наброски определяемый по таблице 5; I - мнимая единица, ц - линеаризованный коэффициент гидравлического сопротивления, который определяется выражением:

иСР

Ц = , (8)

где Н, - коэффициент гидравлического сопротивления элементов наброски в

зависимости от типа элемента наброски и ее пористости, определяемый по справочной литературе;

иср«0.7а ^¡/¿(1 -К

/ ' средняя скорость распространения волн; а -

амплитуда исходной волны, м; КгеГ- коэффициент отражения волн от морской грани сооружения.

Таблица 6

Тип элемента Камень Фигурные блоки Бетонные кубы и параллелепипеды

£ 1,0 1,5 2,0

С учетом отражения волн от наброски коэффициент ее гидравлического сопротивления, таким образом, определится выражением:

ц=0,35^а(1-КгеГ)/(ёс1)05 (9)

Поскольку коэффициент отражения Кгег является искомой величиной, зависящей от коэффициента сопротивления, для определения всех этих параметров необходимо совместно решать уравнения для определения коэффициента отражения и уравнение (9).

Для определения коэффициентов гидравлического сопротивления проницаемых сооружений по данным гидравлического моделирования автором была составлена специальная компьютерная программа, позволяющая выполнять как прямой расчет коэффициентов отражения и прохождения волн по известному коэффициенту сопротивления, так и «обратный расчет» коэффициентов сопротивления по данным о коэффициентах отражения и прохождения волн. Окно программы представлено на рис. 1.

шины в набрвск% ш^^вя прааядшейволны, д гщ^кения от сооружения, ^отражения на границе йабрскжи

Рис 1. Окно программы расчета коэффициентов отражения, прохождения и гидравлического сопротивления проницаемых набросок и сквозных стен

В результате проведенных численных расчетов коэффициентов гидравлического

сопротивления набросных сооружений по экспериментальным данным о коэффициентах отражения и прохождения волн, в формулу (9) был введен дополнительный калибровочный коэффициент КИ1Н, и формула была преобразована к виду

М=0,35Кклн^а(1-КгеГ)/(ёа)а5 оо,

По результатам массовых расчетов была получена величина К,.лн= 0,75

Таблица 7

Сопоставление коэффициентов гидравлического сопротивления набросных сооружений в волновом потоке, рассчитанных по экспериментам и по формуле (10)

Вид конструкции Kref эксперим. Ц по эксперим. данным Ц по формуле (16) Расхождение, %

Кубы и щебень,ш=450 г 0,35 3,5 3,8 8

Гексабиты, ш=100 г 0,46 1,67 1,5 10

Гексабиты, т=444 г 0,40 1,01 0,9 11

Откос с тетраподами 0,20 2,7 3,1 13

Откос с гексабитами 0,24 2,9 3,2 9

Откосно-ступенчатая с заполнением волновой камеры гексабитами 0,47 2,17 2,2 1,4

Каменная отсыпка в волновую камеру 0,41 3,7 4,3 14

Наброска из гексабитов 0,29 1,82 2,0 9

Укладка из гексабитов по варианту малый квадрат 0,37 1,96 2,1 7

Засыпка гексабитов в шпунтовые стенки 0,35 2,0 1,9 5

Из таблицы 7 следует, что расчетные и экспериментальные значения коэффициентов гидравлического сопротивления набросных сооружений различаются не более чем на 15% Это позволяет рекомендовать формулу (10) для практических расчетов коэффициентов гидравлического сопротивления набросных сооружений в волновом потоке в мелководной зоне моря.

По результатам ранее проведенных исследований было установлено, что для расчета коэффициентов гидравлического сопротивления сквозных стен наилучшим образом подходит формула ЦАГИ для диафрагмы [Угинчус A.A., Чугаева Е А. Гидравлика. Учебник. - JI Стройиздат, 1971.. Идельчик И.Е. Справочник по i идравлическим сопротивлениям -Госонергоиздат, 1975 ]

l+0,707/Vl^n]2[Vn-l]:

(ii)

Для учета формы элементов стены и угла ее наклона к горизонту, формула модифицирована автором и приведена к виду:

(i = p2 sine [l + 0.707/Vr^i]2 [l/n-l]2, (12)

где (J2 - коэффициент формы элементов стены, определяемый по справочной литературе; 8 - угол наклона стены к горизонту; п - сквозность стены.

Для сквозных стен также производилось сопоставление коэффициентов гидравлического сопротивления, рассчитанных «обратным счетом» через экспериментальные коэффициенты отражения волн от сооружений с данными, полученными по формуле (12). По результатам массовых расчетов было установлено, что для волнового потока в формулу (12) необходимо ввести редуцирующий (понижающий) коэффициент К^д = 0.67 при сквозности стен п < 0.30. Тогда формула примет вид:

Кт$г sine[l+ 0,707/7!^]2 [l/n-l]2 (13)

где Kpg, = 0.65 при п < 0.30 и Kp„ = 1.0 при п > 0.30.

Результаты сопоставления полученных «обратным счетом» и рассчитанных по формуле (13) коэффициентов гидравлического сопротивления сквозных стен представлены в таблице 8.

Таблица 8

№ Сквоз- Kref Ц. по Расхождение

Вид конструкции ность эксперим. данным по формуле (17) %

1 из труб, вертикально 0,20 0,61 23,85 24,6 3

2 из труб, вертикально 0,26 0,31 14,16 12,9 9

3 из труб, вертикально 0,4 0,58 5,55 6,1 9

4 3 рада цилиндрических сваи 0,21 0,5 22,8 21,9 4

5 Сквозная откосно-ступенчатая 0,20 0,6 17,17 16,7 3

6 Сквозная из уголков, вершиной к потоку 0,21 0,19 12,9 12,75 1

7 Сквозная из уголков, торцом к потоку 0,21 0,3 23,6 22,53 5

Из таблицы следует, что результаты расчетов коэффициентов гидравлического сопротивления сквозных стен в волновом потоке по формуле (13) удовлетворительно согласуются с данными экспериментов. Следовательно, формула (13) может быть

рекомендована для практических расчетов взаимодействия волн с тонкими проницаемыми сооружениями в мелководной зоне моря

Предложенные формулы для расчета коэффициентов гидравлического сопротивления набросных сооружений и тонких сквозных стен использованы в разработанной компьютерной программе для расчета взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями Программа позволяет автоматически выполнять варьирование различными конструктивными параметрами сооружений и, соответственно, подбирать оптимальный вариант его конструкции, а также графически отображать результаты расчетов.

Для практических расчетов проницаемых волногасящих сооружений по разработанным методикам и программе необходимо подготовить следующие исходные данные: глубина воды перед сооружением с1, м; высота волн Ь, м; длина волн X. м: уклон дна в зоне сооружения ¡; сквозность стены или пористость наброски п: угол наклона стены к горизонту 6 (10° - 90°); коэффициент отражения волн от береговой границы 0 < Кб < 1; ширина волновой камеры Ь, м, ширина наброски /, м; тип элементов наброски. По этой программе выполнено математическое моделирование При этом исследовалось влияние различных факторов (крутизны волн, глубины, сквозности и пористости сооружений, угла наклона стен к горизонту, ширины волновых камер и ширины набросок и др.) на волноотражающие и волногасящие свойства проницаемых сооружений. Результаты расчетов коэффициентов отражения, прохождения и волногашения в зависимости от сквозности стены и крутизны волн при отсутствии береговой границы представлены

Исходны« пвромгры

высота кому

Период аолны Глубина

13. ОЗ 6.ОО

•тры волн

Высота волны Глубин«

З.ОО б.ОО

Параметры оооуукх тлп

Глубина 6.ОО и

Пористость О.55

Цк4рина напоры О. ОО и Высота плиты Э.ОО м К-т отр от бор О.ОО

Ширина набр.

5.00

1 - К- т отраж<

2 - К—« отраж*

3 - К—т отра;

0.40 К—ты отраж.

I 1_=ЮО, О м |_=вО, О н

1_=60,0 и

о. «о

прохоха.

А - К- т прохождения 1_=100# О

5 - К- т прохождения 1_=80,0 м

6 - К-т прохождения 1.=60,0 м

на рис 2 и 3

Рис 2 Коэффициенты отражения, прохождения волн и волногашения в зависимости от сквозности стены и крутизны волн.

Рис 3 Зависимость коэффициентов отражения и прохождения волн от их крутизны и пористости наброски при отсутствии волновой камеры и отражения от берега

X — К- т отражвния и 4 - К— т промош. и

2 — к—« отрхтния Ь=Э,0 и 3 К— т яолмог. ь=1.0 и

3 — К— т проком. Ь=1, П м А — К—» шалног. и

По результатам математического моделирования взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями в работе сделаны следующие выводы: 1. Более крутые (высокие) волны отражаются от сквозных стен сильнее, чем пологие при равной сквозности стен. Равенство коэффициентов отражения и прохождения для крутых волн достигается при большем значении сквозности и большем значении самих коэффициентов.

2 Коэффициенты отражения, прохождения и волногашения для сквозных стен зависят от угла наклона сген к горизонту практически линейно.

3 Более пологие волны меньше отражаются от проницаемых набросок и, соответственно, имеют больший коэффициент прохождения Вывод справедлив для набросок с пористостью п = 0,3 - 0,6. г

4. Полное гашение волн набросками с пористостью п = 0,3 - 0,6 достигается при ширине наброски порядка 0,3 X. Равенство коэффициентов отражения и прохождения волн имеет место при относительной ширине наброски порядка 0,25 - 0,26 X.

5. Для уменьшения отражения волн от проницаемых сооружений и одновременно уменьшения воздействия волн на береговую стену ширина волновой камеры должна составлять- для тонких стен Ь=0,08-0,10Х, для набросных сооружений Ь=0,06Я. -для пологих волн, Ь=0,12Х для крутых волн. С увеличением высоты волны при постоянной ее длине оптимальная ширина волновой камеры увеличивается.

6 Пористость наброски и тип ее элементов оказывают существенное влияние на волногасящие свойства набросных сооружений Так, наброски из гексабитов и лолосов с относительно большой пористостью заметно меньше отражают волны, но и пропускают их сильнее, чем наброски из камня или бетонных блоков Следовательно, наброски с малой пористостью (например, укладки гексабитов), практически теряют волногасящие свойства и приближаются к сплошному бетонному откосу В то же время большая пористость набросок также снижает их эффективность, так как приводит к пропуску значительной части волновой энергии к защищаемому сооружению.

В четвертой главе приводятся рекомендации по практическому использованию разработанных методик и программ. В частности - состав исходных данных для выполнения расчетов и параметры, выдаваемые программами в результате расчетов.

Представлены примеры расчетов для набросок и сквозных стен, располагаемых в мелководной, прибойной и приурезовой зонах моря При этом варьируются различные конструктивные параметры сооружений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные в работе, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Выполнен обзор теоретических и экспериментальных исследований по проблеме взаимодействия волн с проницаемыми волногасящими сооружениями и, в частности, по определению коэффициентов их гидравлического сопротивления в поступательном и волновом потоках

2. Выполнены специальные собственные экспериментальные исследования для определения коэффициентов гидравлических сопротивлений проницаемых сооружений в поступательном и волновом потоках.

3. Проведены численные расчеты коэффициентов гидравлического сопротивления в поступательном потоке по используемым в справочной литературе методикам. Полученные значения сопоставлены с данными экспериментальных исследований.

4. Предложены методы расчета коэффициентов гидравлического сопротивления проницаемых сооружений в волновом потоке.

5. Выполнена проверка и калибровка предложенных методов по данным, как собственных экспериментальных исследований, так и исследований других авторов.

6. Разработаны программные средства для расчета проницаемых волногасящих сооружений типа сквозных стен и набросок. Проведены численные эксперименты по определению влияния параметров волн и конструкции сооружений на характер взаимодействия волн с такими сооружениями

7. Даны рекомендации для практического применения разработанных методик и программных средств. Приведены примеры расчетов.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Определение коэффициента 1идравлического сопротивления проницаемых набросок. Печати. Сборник трудов ЦНИИС, 2000 г. 4 стр.

2. Взаимодействие штормовых волн с тонкой проницаемой стенкой. Печати. «Строительство в прибрежных курортных регионах» Материалы II научно-практической конференции г. Сочи. 22-25 апреля 2003 г. (СГУТиКД)

3. Взаимодействие штормовых волн с тонкой проницаемой стенкой

Печати. «Проблемы устойчивого развития регионов рекреационной специализации»,Материалы конференции молодых ученых НИЦ РАН., 31 октября

2003 г. 2стр.

4. Методика определения коэффициентов гидравлического сопротивления различных видов проницаемых тонких стен Печати. IV Международная молодежная научно-практическая конференция "Проблемы, инновационные подходы и перспективы развития индустрии туризма.'", Сочи, 2004, 3 стр.

5. Экспериментальное определение параметров волн при взаимодействии с проницаемыми сооружениями Печати. «Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей», VI конф., Труды, М, ИВП РАН, 2004, с. 231 - 233., 3 стр.

6. Методика определения коэффициентов гидравлического сопротивления различных видов проницаемых тонких стен. Печати. «Строительство в прибрежных курортных регионах» Материалы III научно-практической конференции г. Сочи, 22-25 октября

2004 г. 3 стр.

7.Методика определения коэффициентов Гидравлического сопротивления проницаемых волногасящих гидротехнических сооружений. V Международная молодежная научно-практическая конференция "Проблемы, инновационные подходы и перспективы развития индустрии туризма.", Сочи, 2005, 3 стр., (соавтор - К. Н. Макаров).

/

Типография ООО «Дом Шуан» подписано к печати 01.03.06. Объем 1,0 п.л Тираж 100. Заказ № 8.

Для заметок

Для заметок

г

I

I

I

Í

I

t

(

H

t

-5879

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Области применения проницаемых волногасящих сооружений.

1.1.1 Проницаемая наброска.

1.1.2 Сквозная тонкая стена.

1.2 Существующие методики расчета проницаемых сооружении.

1.2.1 Нормативная методика расчета проницаемых набросных сооружений.

1.2.2 Нормативная методика расчета проницаемых тонких стен.

1.3 Линейная теория расчета проницаемых сооружений.

1.3.1 Линейная теория для проницаемой наброски.

1.3.2 Линейная теория для тонкой сквозной стены.

1.4 Нелинейно-дисперсионная модель взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями.

Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

ГЛАВА 2.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛН С ПРОНИЦАЕМЫМИ ВОЛНОГАСЯЩИМИ СООРУЖЕНИЯМИ В 40 ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ МОРЯ.

2.1 Общие положения.

2.2 Методика гидравлического моделирования.

2.3 Модели сооружений и масштабы моделирования.

2.4 Определение коэффициентов гидравлического сопротивления проницаемых сооружений в поступательном потоке.

2.4.1 Определение коэффициентов гидравлического сопротивления проницаемых набросок.

2.4.2 Определение коэффициентов гидравлического сопротивления сквозных тонких стен.

2.5 Взаимодействие волн с проницаемыми сооружениями.

2.5.1 Взаимодействие волн с проницаемыми набросными сооружениями.

2.5.2 Взаимодействие волн с тонкими проницаемыми сооружениями.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ.

3.1 Определение коэффициентов гидравлических сопротивлений проницаемых сооружений в поступательном потоке.

3.1.1 Определение коэффициентов гидравлических сопротивлений набросных сооружений поступательном потоке.

3.1.2 Определение коэффициентов гидравлических сопротивлений сквозных стен поступательном потоке.

3.2 Сопоставление экспериментальных и расчетных данных для поступательного потока.

3.2.1 Проницаемые набросные сооружения.

3.2.2 Тонкие сквозные стены.

3.3 Определение коэффициентов гидравлических сопротивлений проницаемых сооружений в волновом потоке.

3.3.1 Определение коэффициентов гидравлических сопро

- л 91 тивлении набросных сооружении в волновом потоке.

3.3.2 Определение коэффициентов гидравлических сопротивлений сквозных стен в волновом потоке.

3.4 Сопоставление экспериментальных и расчетных данных для волнового потока.

3.4.1. Набросные сооружения.

3.4.2. Сквозные стены.

3.5 Результаты численных экспериментов.

3.5.1 Сквозные стены.

3.5.2 Проницаемые наброски.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ РАЗРАБОТАННЫХ РАСЧЕТНЫХ

МЕТОДИК И ПРОГРАММ.

4.1 Исходные данные для расчетов.

4.2. Результаты расчетов.

4.3 Примеры расчетов.

Выводы по главе 4.

В настоящее время, актуальной стала задача реконструкции существующих, а также проектирования и строительства новых портов на Юге России. Они должны быть способны обеспечить грузооборот в условиях начавшегося подъема экономики страны.

Не менее важной является задача создания морской туристической инфраструктуры в виде яхтных гаваней (марин). Как показывает мировая практика, такая инфраструктура способна приносить доход, соизмеримый с доходом от эксплуатации крупных портов, не оказывая при этом негативного влияния на экологию.

Традиционно актуальной остается задача управления береговыми процессами путем сочетания берегозащитных сооружений с естественными или искусственными пляжами. Особенно важна эта задача в курортных регионах страны. При этом под управлением береговыми процессами понимается не только стабилизация берегов, но и улучшение их рекреационных качеств.

В связи с этим при проектировании гидротехнических берегозащитных сооружений необходимо учитывать комплекс задач по воздействию волн и течений на сооружение, влияние проектируемых объектов на смежные участки берега, режим движения наносов, подводный береговой склон, вдольбереговые циркуляционные течения и водообмен. Кроме того, в последние годы актуальной является проблема загрязнения прибрежной акватории промышленными и коммунальными сточными водами, химическими удобрениями и нефтепродуктами, поэтому к проектируемым сооружениям предъявляются повышенные требования охраны окружающей среды.

В последние годы в практике проектирования и строительства морских гидротехнических сооружений все большее распространение получают проницаемые волногасящие сооружения. Они частично отражают подходящие к ним волны, частично их гасят и частично пропускают. Их применение уменьшает штормовое воздействие волн на берег, следует отметить и тот факт, что проницаемые сооружения обеспечивают водообмен в прибойной зоне. Как показали исследования, такие конструкции в сочетании с прислоненным пляжем, даже при дефиците наносов, позволяют защитить коренной берег и создать рекреационную зону.

Разработке методов расчета взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями посвящено довольно значительное количество как экспериментальных, так и теоретических исследований.

Однако до последнего времени оценка гидро- и литодинамических процессов в зоне влияния проницаемых сооружений производится в основном методом гидравлического моделирования. Это связано с тем, что в нормативных документах пока еще нет утвержденных методик расчета проницаемых сооружений, за исключением Свода правил [60]. Однако и в нем, предлагается методика расчета только для вертикальных сквозных стен.

В последние годы наибольшее распространение получили расчеты взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями по линейным и нелинейно-дисперсионным моделям длинных волн.

В расчетах параметры проницаемых сооружений, (например, такие как коэффициент гидравлического сопротивления проницаемого сооружения, коэффициент присоединенной массы и т.д.) принимаются по данным гидравлического моделирования, которое является весьма дорогостоящим. В связи с этим, разработка расчетных методов определения коэффициентов гидравлического сопротивления для различных видов проницаемых гидротехнических сооружений, при взаимодействии их с волнами, представляется актуальной, и являлась предметом данного диссертационного исследования.

Предмет исследования - взаимодействие волн с проницаемыми волногасящими гидротехническими сооружениями в прибрежной зоне моря.

Целью работы является разработка методов расчета коэффициентов гидравлического сопротивления в волновом потоке для различных видов проницаемых волногасящих гидротехнических сооружений.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- выполнить обзор теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации;

- подобрать наиболее характерные экспериментальные данные предыдущих авторов;

- выполнить дополнительно специальные экспериментальные исследования для определения коэффициентов гидравлических сопротивлений проницаемых сооружений;

-откорректировать существующие расчетные методы (в том числе, для поступательного потока) определения коэффициентов гидравлического сопротивления;

- разработать программные средства для расчета проницаемых волногасящих сооружений, провести численные эксперименты и сопоставить полученные результаты с данными экспериментальных исследований;

- разработать рекомендации для практического применения разработанных методик и программных средств.

В результате разработаны инженерные методы определения коэффициентов сопротивления различных видов проницаемых конструкций, позволяющие уточнить расчеты взаимодействия волн с проницаемыми волногасящими сооружениями, как по линейным, так и по нелинейным теориям. Разработана программа для расчета взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями.

Решена актуальная задача определения коэффициентов гидравлического сопротивления различных волногасящих проницаемых сооружений для расчетов параметров волн по линейной и нелинейной теориям при проектировании портовых оградительных и причальных сооружений, берегозащитных сооружений и искусственных островных комплексов.

Практическая значимость состоит в том, что результаты работы использовались в расчетах при проектировании причалов в порту Новороссийск, оградительного сооружения порта-укрытия Каспийского трубопроводного консорциума, берегозащитных сооружений на Черноморском побережье Краснодарского края, Каспийском побережье Дагестана, Калининградском побережье Балтики. Выполнялись также расчеты для оградительного сооружения островного комплекса «Остров Югра» на Черноморском побережье Кавказа.

Результаты работы могут использоваться проектными и научными организациями при математическом моделировании портовых и берегозащитных сооружений для оптимизации их конструктивных параметров.

На защиту выносятся инженерные методы определения коэффициентов гидравлического сопротивления различных видов проницаемых сооружений при взаимодействии их с волнением и программные средства, реализующие математические модели с использованием этих коэффициентов.

Основные результаты, полученные в работе, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Выполнен обзор теоретических и экспериментальных исследований по проблеме взаимодействия волн с проницаемыми волногасящими сооружениями и, в частности, по определению коэффициентов их гидравлического сопротивления в поступательном и волновом потоках.

2. Выполнены специальные собственные экспериментальные исследования для определения коэффициентов гидравлических сопротивлений проницаемых сооружений в поступательном и волновом потоках.

3. Проведены численные расчеты коэффициентов гидравлического сопротивления в поступательном потоке по используемым в справочной литературе методикам. Полученные значения сопоставлены с данными экспериментальных исследований.

4. Предложены методы расчета коэффициентов гидравлического сопротивления проницаемых сооружений в волновом потоке.

5. Выполнена проверка и калибровка предложенных методов по данным, как собственных экспериментальных исследований, так и исследований других авторов.

6. Разработаны программные средства для расчета проницаемых волногасящих сооружений типа сквозных стен и набросок. Проведены численные эксперименты по определению влияния параметров волн и конструкции сооружений на характер взаимодействия волн с такими сооружениями.

7. Даны рекомендации для практического применения разработанных методик и программных средств. Приведены примеры расчетов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Абакумов О.Л., Пузанков В.И., Дашкевич А.В. Оценка гидролитодинамических характеристик искусственных островных комплексов. - Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей // Труды V1.конф., М: ИБП РАН, 2004.

2. Алешков Ю.З. Полная модель процесса распространения длинных волн и их взаимодействие с преградами. В сб. Исследования цунами. -М., 1987, вып. 2, с. 113-122.

3. Альтшуль А.Д. и другие. Гидравлика и аэродинамика: Учеб. для вузов. М.: Стройиздат, 1987.

4. Божич П.К., Джунковский Н.Н. Морское волнение и его действие на сооружения и берега. М.: Машстройиздат, 1949.

5. Бурячок В.В., Яворская Л.О. Вертикальные волновые нагрузки на ростверк набережной-эстакады // Транспортное строительство, N 2, 1991, с. 30.

6. Вольцингер Н.Е., Клеванный К.А., Пелиновский Е.Н. Длинноволновая динамика прибрежной зоны. Л.:Гидрометеоиздат, 1989.

7. Годес Э.Г., Нарбут P.M. Строительство в водной среде. Справочник. -Л.: Стройиздат, 1989.

8. Гришанин К.В. Основы динамики русловых потоков: Учебник для институтов водн. трансп. М.: Транспорт, 1990.

9. Избаш С.В. Гидравлика производства работ по преграждению русла. -М.: Госстройиздат, 1939.

10. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -Госэнергоиздат, 1960.

11. Кереселидзе Н.Б., Масс Е.И., Кантаржи И.Г., Метревели Т.И. Применение информационно-вычислительных комплексов и ЭВМ в гидравлических исследованиях. ГрузНИИ энергетики и гидротехнических сооружений, 1986.

12. Кононкова Г.Е., Показеев К.В. Динамика морских волн. М.: Изд-во МГУ, 1985. -298 с.

13. Крылов Ю.М., Стрекалов С.С., Цыплухин В.Ф. Ветровые волны и их воздействия на сооружения. Л.: Гидрометеоиздат, 1976.

14. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели.- М.: Наука, 1977.

15. Лайтхилл Дж. Волны в жидкостях, -пер. с англ. М.: «Мир», 1981.

16. Лаппо Д. Д. Силовое воздействие волн при обтекании гидротехнических сооружений. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

17. Лаппо Д.Д. Теоретические основы нормированных методов расчета воздействия волн на гидротехнические сооружения. Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1983, т. 168.

18. Лаппо Д.Д., Мищенко С.М. Некоторые принципиальные уточнения взаимодействия нерегулярных трехмерных волн с жесткой вертикальной стенкой. Труды коорд. совещ. по гидротехнике. Л.: Энергия, 1973, вып. 84.

19. Лаппо Д.Д., Стрекалов С.С., Завьялов В.К. Нагрузки и воздействия ветровых волн на гидротехнические сооружения. Л.; ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1990.

20. Леви И.И. Динамика русловых потоков.- М.,Л.: Госэнергоиздат,1957 г.

21. ЛевиИ.И. Моделирование гидравлических явлений. Л.: Энергия, 1967.

22. Леонова А.Н. Определение коэффициента гидравлического сопротивления проницаемых набросок // Сборник трудов ЦНИИС, 2000 г.

23. Леонова А.Н. Взаимодействие штормовых волн с тонкой проницаемой стенкой // «Проблемы устойчивого развития регионов рекреационной специализации» Материалы конференции молодых ученых НИЦ РАН 31 октября 2003 г.

24. Леонова А.Н. Экспериментальное определение параметров волн при взаимодействии с проницаемыми сооружениями // «Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей», VI конф., Труды, М, ИБП РАН, 2004, с. 231 233.

25. Леонова А.Н. Методика определения коэффициентов гидравлического сопротивления различных видов проницаемых тонких стен //«Строительство в прибрежных курортных регионах» Материалы III научно-практической конференции г. Сочи22-25 октября 2004 г.

26. Леонтьев И.О. О динамических изменениях профиля пляжа во время шторма// Океанология, 1997, т. 37, № 1, с. 136-144.

27. Леонтьев И.О. Динамика прибойной зоны. М., изд. ИО АН, 1989.

28. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука,1973.

29. Лонгинов В.В. Динамика береговой зоны бесприливных морей. М.: Из-во АН СССР, 1963.

30. Макаров К.Н., Николенко А.А. Программный комплекс для расчета гидро- и литодинамики прибрежной зоны бесприливных морей, озер и водохранилищ //Гидротехническое строительство, 1992, N 11,с. 11-12.

31. Макаров К.Н. Основы проектирования берегозащитных мероприятий. -М.: ПНИИИС Госстроя РФ, 1999.

32. Макаров К.Н., Макарова И.Л., Абакумов О.Л. О влиянии продольных берегозащитных сооружений на вдольбереговой транспорт наносов. -Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей // Труды V конф., М: ИВП РАН, 1999.

33. Макаров К.Н., Пузанков В.И., Абакумов О.Л. Взаимодействие волн с проницаемыми волногасителями в рамках нелинейно-дисперсионной теории мелкой воды // Обозрение прикладной и промышленной математики, 2003, том 10, вып. 2.

34. Макаров К.Н., Пузанков В.И., Абакумов О.Л Методика расчета сквозных волногасящих стен в прибрежной зоне моря // Гидротехническое строительство (в печати).

35. Макаров К.Н., Пузанков В.И., Абакумов О.Л. Расчет проницаемых сооружений в прибрежной зоне моря // Наука Кубани (в печати).

36. Макаров К.Н., Пузанков В.И., Абакумов О.Л. Расчет проницаемых волногасителей в рамках линейной теории мелкой. Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей // Труды VI конф., М: ИВП РАН, 2004.

37. Макарова И.Л., Пузанков В.И., Макаров К.Н. Математические методы принятия решений при проектировании портовых сооружений // Обозрение прикладной и промышленной математики, 2003, том 10, вып. 2.

38. Мальцев В.П Новые способы и устройства для управления береговыми процессами // Мелиорация и водное хозяйство, 1994, № 1.

39. Мальцев В.П., Макаров К.Н., Николаевский М.Ю. Разработка и исследование островного пляжного комплекса // Гидротехническое строительство, N11, 1993,с.15-17.

40. Мальцев В.П., Макаров К.Н. Новые конструкции портовых и берегозащитных сооружений из сквозных блоков // Гидротехническое строительство, 1996 № 1.

41. Мальцев В.П. Новый способ определения параметров волногасителей

42. Гидротехническое строительство, 2000, № 6.

43. Jle Меоте. Введение в гидродинамику и теорию волн на воде: пер. с англ. Л., Гидрометеоиздат, 1974.

44. Мищенко С.М. Гидравлика сооружений с улучшенными волногасящими свойствами // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, т. 20, С.П., 1997.

45. Морская геоморфология. Терминологический справочник. М.: Мысль, 1980.

46. Практикум по динамике океана / Под. ред. А.В. Некрасова, Е.Н.Пелиновского. С.П., Гидрометеоиздат, 1992.

47. Проектирование и строительство берегоукрепительных сооружений. Труды ЦНИИС.- М., ЦНИИС, 1960.

48. Пузанков В.И., Макаров К.Н., Абакумов О.Л. Основы методики расчета берегозащитных сооружений проницаемой конструкции. 2-я Международная научно-практ. конф. Строительство в прибрежных курортных регионах, Сочи, СГУТ и КД, 2003, с. 45 - 48.

49. Рабинович Е.З. Гидравлика. М.: Физматгиз, 1963.

50. Рекомендации по гидравлическому моделированию волнения и его воздействия на песчаные побережья морей и водохранилищ. М., ЦНИИС, 1987.

51. Руководство по расчету параметров ветровых волн. Л., Гидрометеоиздат, 1969.

52. Руководство по морским гидрологическим прогнозам. С. Петербург, Гидрометеоиздат, 1994.

53. Руководство по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и в устьях рек при инженерных изысканиях. -Л., Гидрометеоиздат, 1978.

54. Сидорчук В.Н. О волногасящих свойствах искусственных сооружений // Гидромеханика. Вып. 56. - с. 68 - 72.

55. Смирнов Г.Н. Океанология: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1987.

56. Смирнов Г.Н. и др. Порты и портовые сооружения: Учеб. для вузов. -М.: Стройиздат, 1993.

57. СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) Госстрой СССР -М.:Стройиздат, 1992.

58. Сокольников Ю.Н. Инженерная морфодинамика береговой зоны и ее приложения. Принципы природных аналогов в береговой гидротехнике. Киев, Наукова Думка, 1976, с. 45-46.

59. СП 32-103-97 Проектирование морских берегозащитных сооружений. -М.: Транстрой, 1997.

60. Стокер Дж. Дж. Волны на воде. М.: ИЛ, 1959.

61. Технические указания по проектированию морских берегозащитных сооружений. ВСН 183-74.- М.: Оргтрансстрой, 1975.

62. Угингус А.А., Чугаева Е.А. Гидравлика. Учебник. Л. Стройиздат, 1971.

63. Указания по проектированию подпричального откоса и тылового сопряжения набережных-эстакад, подверженных интенсивному волнению. РД 31.31.43 86. - Минморфлот СССР, 1986.

64. Халфин И.Ш. Воздействие волн на морские нефтегазопромысловые сооружения. -М.: Недра, 1990.

65. Шарп Дж. Гидравлическое моделирование: Пер. с англ.- М.: Мир, 1984.

66. Шахин В.М., Макаров К.Н., Николенко А.А. Математическая модель наката разрушающихся волн на берег. В сб. Морские природные катастрофы (цунами и штормовые волны).-ГПИ, Горький, 1990.-с.57.

67. Шахин В.М. Взаимодействие длинных волн с проницаемыми сооружениями // Транспортное строительство, 1990, N 1, с. 27-28.

68. Шахин В.М. Взаимодействие волн с гидротехническими сооружениями в прибрежной зоне моря. Автореф. дисс. докт. техн. наук. С.П., 1994,44с.

69. Шокин Ю.И. Метод дифференциального приближения. -Новосибирск, Наука, 1979.

70. Шулейкин В.В. Физика моря.- М.: Наука, 1968.

71. Чугаев P.P. Гидравлика : Учебник для вузов. 4-е изд., доп. и перераб. - JL: Энергоатомиздат, 1982.

72. Bijker E.W., е.а. Coastal changes due to the costruction of artificial harbour entrances and practical solutions, including beach replenishment. XXV Intern. Navigation Cong., Edinburg, 1971, Sll,Su 8.5, 853-857.

73. Bowen A.J. Simple models of nearshore sedimentation; beach profiles and longshore bars. Coastline of Canada. Pap. Geol. Surv. Can. 1978-1980. № 810. P. 1-11.

74. Bruun P. Beach nourishment-improved economy through better profililing. Dock and Harbour Auth., 1988,69, N 805,121-123.

75. Candt De P., Myer De C., e.a. Beach nourishment a "soft" method for coastal protection. 26-th Intern., Navig., Cong., Brussels, 1985, SI 1, Sub. 3, p. 23-37.

76. Design and construction of mounds for breakwaters and coastal protection. Ed. by Per Pruun. Elsevier. Amsterdam-Oxford-New York-Tokyo, 1985.

77. Hansen J.B. Periodic waves in the surf zone: Analysis of Experimental Data. Coast. Eng., N 14, 1990, p. 19-41.

78. Holmes, Summers L., Townend J.H. Owen M.W. Engineering on sandy coast. 26-th Int. Navig.Cong., Brussels, 1985, SI 1, Sub. 3, p. 143-154.

79. Kakuno S., Yamano K., Kurata K. An Approximated Solution for Scattering of Oblique Waves by Array of Piles of an Arbitrary Cross Section // Proceeding of Fifth Int. Offshore and Polar Eng. Conf. Hague - 1995, vol.3.-T. 138. C. 102-107.

80. Kondo H. Reflection and transmission of shallow water waves at the pervious coastal structures on solid step.- Proc. XX Cong. Int. Ass. Hyd. Res., Moscow, 1983, v.7.

81. Longuet-Higgins M.S. A parametric flow for breaking waves. Int. Symp. Hydrodyn. Ocean Eng. Troudheim, Norwag, 1981, p. 121-135.

82. Longuet-Higgins M.S. The instabilities of gravity waves of limite amplitide in deep water. I. Super-harminics//Proc. P.Soc. London, Ser., A, 1978,360, p. 471-478.

83. Longuet-Higgins M.S. The insolved problems of breaking waves. Proc. Conf. Coastal Eng., 17-th, 1980, p. 1-28.

84. Longuet-Higgins M.S. Parameters flow for breaking waves. Int. Symp. Hydrodyn. Ocean Eng., Trongheim, Norwag., 1981, p. 121- 135.

85. Longuet-Higgins M.S. Parametrik solutions for breaking waves. J. Fluid Mech., 1982,121, p. 403-424.

86. Makarov K.N. Wave breaking computation in the shallow water theory// Meso- and micro structure of the ocean measurments and models.-S.Peterb.,1992.

87. Massel S. Hydrodynamics of Coastal zone. Holland: Reidel Company, 1989.

88. Nelsen P. Coastal bottom boundary layer and sediment transport. Advanced series on ocean engineering, 1992, Vol. 4, World Scientific, 324 p.

89. Okayasu A. and Katayama H. Distribution of undertow and long-waves component velocity due to random waves. 23rd Int. Conf. On coastal Eng. Venice. 1992, pp. 883-893.

90. Rolvink J.A., Stive M.J.F. Bar-generating cross-shore flow mechanisms on a beach. J. Geophis. Res., 1989, pp. 4785-4800.1. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОТЧЕТЫ

91. Определение путем математического моделирования оптимального расположения и конфигурации оградительных сооружений на входе в Цемесскую бухту, обеспечивающих высоту волны на разворотном круге не более 0.7 м. Сочи, НПФ "Волна", 1995.

92. Разработка нового метода защиты морских берегов на базе сооружений проницаемой конструкции. Сочи, 40 ЦНИИС, 1990.

93. Разработка инженерного метода оценки эффективности волногасителей для гидротехнических сооружений. Сочи, НПФ "Волна", 1998.

94. Обоснование планового и высотного положения конструкций комплекса гидротехнических сооружений нефтепричала № 1а в порту Туапсе в зависимости от волновых воздействий расчетных штормов. -Сочи, НПФ "Волна", 2000.

95. Физическое и математическое моделирование взаимодействия штормовых волн с гидротехническими сооружениями острова «Югра». Сочи, ЧО ЦНИИС, 2002.

96. Физическое моделирование взаимодействия штормовых волн с гидротехническими сооружениями острова «Югра». Сочи, ЧО ЦНИИС, 2002.

97. Математическое моделирование взаимодействия волн с проектируемыми причалами 9а и 96 в порту Туапсе. Сочи, НПФ "Волна", 1998.

98. Моделирование взаимодействия штормовых волн с новой конструкцией блока-секции для строительства гидротехнических сооружений. Сочи, НПФ "Волна", 1993.

99. Результаты исследований работы волногасителей типа широких платформ на сваях. М.: ЦНИИС, 1965.

100. Физическое и математическое моделирование взаимодействияштормовых волн с конструкцией причалов 4, 5 по откорректированному варианту «Ленморниипроекта». Сочи, НПФ "Волна", 1995.

101. Физическое и математическое моделирование взаимодействия штормовых волн с конструкцией причалов 4, 5 по варианту «Союзморниипроекта». Сочи, НПФ "Волна", 1995.

102. Разработка СУБД Автоматизированной системы мониторинга берегов Калининградского побережья Балтики и калибровка математических моделей. Сочи, НПФ "Берег", 1995.

103. Разработать физико-математическую модель волновых процессов и течений при фронтальном воздействии разрушающихся волн на берег. Сочи, 40 ЦНИИС, 1990.

104. Разработка и научное обоснование комплексной системы прогнозирования и управления морскими береговыми процессами. -Сочи, ЧО ЦНИИС, 1992.

105. Результаты моделирования конструкций берегозащитного сооружения для ТЭО неотложных мероприятий на 1993-1995 гг. по предотвращению затопления и подтопления объектов в прибрежной зоне Каспийского моря России. Сочи, ЧО ЦНИИС, 1993.

106. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка методики расчета волновых воздействий на проницаемые гидротехнические сооружения», Сочи, НИЦ -ПД 99-06, 2000 г.

107. Федеральное агентство по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству1. ГОССТРОЙ)

108. Наименование организации: ГУП Управление берегоукрепительных и противооползневых работ г. Сочи (354000 г. Сочи, ул. Конституции, 18 ГУП «УБПР» г. Сочи).

109. Объект внедрения: методика расчета и программные средства для расчета взаимодействия волн с проницаемыми берегозащитными сооружениями.

110. Период внедрения: 2004-2006 годы.

111. На каких объектах внедрено: берегозащитные мероприятия на участках Черноморского побережья Краснодарского края в пределах Большого Сочи.

112. Эффективность внедрения: повышение качества и оптимизация проектных решений по конструкциям набросных сооружений и сквозных волногасящих стен.1. В.В.Лаговский

113. Директор ГУП «Управление берегоукрепительных и противооползневых работ