Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния вопроса. Изучение основных достижений и тенденций в исследовании взаимодействия волн большой амплитуды с гидротехническими сооружениями при неоднородном рельефе дна 7
1.1 Анализ современного состояния вопроса 7
1.2 Анализ существующих методов расчета трансформации волн на мелководье 11
1.2.1 Нормативные методы расчета 11
1.2.2 Существующие аналитические методы расчета трансформации волн 15
1.3 Анализ натурных данных 20
1.4 Постановка задачи 32
Глава 2. Экспериментальные исследования взаимодействия волн большой амплитуды с гидротехническими сооружениями при неоднородном рельефе дна 34
2.1 Методика экспериментальных исследований 34
2.2 Экспериментальные установки и приборы 36
23 Экспериментальные исследования в волновом лотке 37
2.3.1. Исходные данные проведения экспериментов 37
2.3.2 Результаты экспериментальных исследований 38
2.4 Экспериментальные исследования на пространственной модели 57
2.4.1 Экспериментальные исследования при пологом неоднородном
рел ьефе дна 57
2.4.1.1 Исходные данные проведения экспериментов 57
2.4.1.2 Результаты экспериментальных исследований 58
2.4.2 Экспериментальные исследования при приглубом береговом склоне, обладающем значительными неоднородностями 75
2.4.2.1 Исходные данные проведения экспериментов 75
2.4.2.2 Результаты экспериментальных исследований 82
2.4.3 Экспериментальные исследования на пространственной модели взаимодействия волн большой амплитуды с оградительным молом в са натории на Черноморском побережье 92
2.4.3.1 Исходные данные проведения экспериментов 92
2.4.3.2 Результаты экспериментальных исследований 97
Глава 3. Математическое моделирование взаимодействия волн большой амплитуды с гидротехническими сооружениями при неоднородном рельефе дна 110
3.1 Основные уравнения 110
3.2 Расчет трансформации волн с неоднородным рельефом дна Ill
3.3 Результаты расчетов трансформации волн при неоднородном рельефе дна і 14
3.4 Сравнительный анализ экспериментальных данных с результатами расчетов 121
Глава 4. Разработка методов инженерной защиты от негативного влияния понижений дна на волновое воздействие 122
4.1 Экспериментальные исследования методов берегозащиты от нега тивного влияния «каньонов» на трансформацию волн 124
4.1.1 Исходные данные проведения экспериментов 126
4.1.2 Экспериментальные исследования защиты побережья и сооружений от воздействия направленной струи, образуемой в результате фокусировки волн 127
4.1.3 Экспериментальные исследования защиты побережья от абразионных процессов, вызванных влиянием каньонов на баланс наносов 161
4.2 Общие выводы по берегозащитным мероприятиям при отрицательном влиянии понижений дна на побережье 185
Заключение 188
Список использованных источников...
- Анализ существующих методов расчета трансформации волн на мелководье
- Экспериментальные установки и приборы
- Результаты расчетов трансформации волн при неоднородном рельефе дна
- Экспериментальные исследования защиты побережья и сооружений от воздействия направленной струи, образуемой в результате фокусировки волн
Введение к работе
Актуальность темы.
Побережья морей и океанов занимают особое место в формировании облика нашей планеты. И не только потому, что в их пределах наиболее интенсивно протекают разнообразные процессы взаимодействия четырех оболочек земли - литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. Но еще и потому, что прибрежные территории на протяжении всей истории развитиж цивилизации являлись местом проявления активной хозяйственной деятельности человека. По мере роста производительных сил акценты взаимодействия человека и береговой среды последовательно смешались от частных инженерных аспектов, связанных с зашитой берегов от размыва, портостроением и навигацией, к более общим задачам комплексного рационального природопользования, геоэкологии и попыткам прогноза развития морских берегов на основе анализа современного состояния и недавнего прошлого.
В настоящее время в широких масштабах ведется освоение морских побережий, гражданское, промышленное и курортное строительство. Без учета влияния всей совокупности гадро-литодинамических факторов в прибрежной зоне освоение побережья, как правило, сопровождается таким объемом сопутствующих отрицательных явлений, что материальные затраты на их устранение значительно превышают ожидаемый положительный эффект от реализации самих мероприятий. Особо пристальное внимание необходимо уделять каньонам в прибрежной зоне моря, так как установленные факты интенсивного влияния каньонов на побережье побуждают пересмотреть некоторые традиционные положения берегозащиты.
Анализ причин разрушения ряда объектов на морских побережьях, например, дамбы в Имеретинской бухте, оградительного мола санатория «Правда» (г. Сочи), ж. д. станции Полякове (о. Сахалин) показал, что одной из основных причин является неучет особенностей рельефа дна в прибрежной зоне. В частности, установлено, что напротив мест с наибольшими разрушениями, где наблюдалось максимальное волновое воздействие, располагались различные понижения дна (классические каньоны, небольшие ложбины).
Из нормативного метода расчета трансформации волн в мелководной зоне моря этот результат не следует. Наоборот, при оценке по нормативной методике в данной зоне должно было быть наименьшее волновое воздействие на сооружение. Однако, как показывают эксперименты и данные натурных наблюдений участки побережий, находящиеся напротив понижений дна, зачастую являются местом концентращт-здтормовых. аодн. Таким образом,
1 »ОС. ЙАЦИОНАЛЫЦЛ
БИБЛИОТЕКА I
<_ о» Щ'ШЦ з
задача взаимодействия волн большой амплитуды с гидротехническими сооружениями при понижениях дна является актуальной
Цель исследований.
Целью исследований является экспериментальное и теоретическое изучение воздействия волн большой амплитуды на берега и гидротехнические сооружения, расположенные напротив верховий каньонов, и разработка методов инженерной защиты рассматриваемых участков побережья.
Достижение данной цели потребовало решения таких задач, как:
- изучение закономерностей изменения фазовой скорости волн на флангах и
по оси каньона,
исследование волнового воздействия на гидротехнические сооружения при различных волновых условиях в случае наличия в прибрежной зоне таких неоднородностей дна как каньоны, небольшие ложбины, подходные каналы:
сопоставление полученных экспериментальных результатов с численными расчетами;
-разработка и экспериментальная проверка эффективности гидротехнических сооружений, способных эффективно противостоять интенсивному волновому воздействию, наблюдаемому при определенных волновых условиях напротив верховьев понижений дна
-разработка мероприятий по борьбе с абразионными процессами, вызванными влиянием каньонов на транспорт наносов Методы исследований:
-
Физическое моделирование.
-
Математическое моделирование
3 Проведение натурных наблюдений и анализ существующих данных Новые научные результаты, полученные лично автором:
установлен эффект фокусировки волновой энергии напротив понижений дна;
определены значения безразмерных параметров, при которых происходит фокусировка энергии обрушающихся волн:
- показано, что в результате такой «фокусировки» формируется струя,
которая с разрушительной силой воздействует на берега и сооружения:
экспериментально и теоретически исследованы особенности трансформации волн над понижениями дна
разработаны берегозащитные мероприятия для вышеуказанных участков побережья, включающие в себя подбор оптимальных биопозитивных сооружений, и выбор их планового положения;
разработаны инженерные мероприятия, препятствующие низовым размывам в случае поглощения подводными каньонами наносов.
Фактический материал
Для анализа использованы данные натурных обследований после разрушительных штормов: ж. д. станции Поляково. о. Сахалин (1989 г); дамбы в Имеретинской бухте, г Сочи (1992 г); оградительного мола гавани для маломерных судов санатория «Правда» г. Сочи в 2003 г (проведены при личном участии автора), результаты экспериментальных исследований в волновом лотке и волновых бассейнах.
Практическая ценность работы.
На основании выполненных исследований доказана необходимость разработки специальных берегозащитных мероприятий в зонах влияния подводных каньонов и понижений дна. Без проведения таких мероприятий велик риск разрушения гидротехнических сооружений, построенных в зоне концентрации волновой энергии.
Выясненные особенности трансформации волн в прибрежной зоне над понижениями дна, позволяют получить достоверную оценку волнового воздействия на побережье и гидротехнические сооружения, расположенные напротив вышеуказанных неоднородностей дна. На основании выполненных исследований разработаны оптимальные методы инженерной защиты побережий.
Разработанные методы берегозащиты нашли свое практическое применение при проектировании нового оградительного мола гавани для маломерных судов в санатории «Правда» г. Сочи: берегозащитных сооружений морского терминала КТК (поселок Южная Озереевка).
Результаты работы могут быть использованы при уточнении нормативного метода расчета трансформации волн в прибрежной зоне моря.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались на II Международной научно-практической конференции «Строительство в прибрежных курортных регионах» Сочи, 22-25 апреля 2003 г.: Научно-практической конференции «Проблемы комплексного управления прибрежными зонами» Туапсе, 19 мая 2004 г., XXI Международной береговой конференции «Прибрежная зона моря, морфодинамика и геоэкология» Калининград - Светлогорск, 7-10 сентября 2004 г , VI Конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны моей» Москва, 22-26 ноября 2004 г. V Конференции молодых ученых «Проблемы устойчивого развития регионов рекреационной специализации» Сочи, 20 декабря, 2004 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 7 научных работ
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, анализа современного состояния вопроса (глава 1), описания экспериментальных исследований (глава 2), описания теоретических исследований (глава 3), разработки эффективных методов берегозащиты (глава 4), заключения и списка литературы Работа
содержит 206 страниц, 8 таблиц, 116 рисунков и список литературы из 128 наименования
Анализ существующих методов расчета трансформации волн на мелководье
Нормативный метод расчета
Одной из основных задач при проектировании гидротехнических сооружений в прибрежной зоне моря является оценка волнового режима с учетом влияния рельефа дна и конструкций.
При распространении ветровых волн из глубоководной части водоема в мелководную зону происходит их трансформация, обусловленная рефракцией, дифракцией, деформацией волн при уменьшении глубины, трением о дно, обрушением из-за нелинейных эффектов и другими особенностями.
Основой для нормативных методов является задача, которую можно сформулировать следующим образом [22]: рассматривается прибрежная мелководная зона с медленно изменяющимися глубинами (за исключением прибойной зоны). Вместе с тем мелководная зона предполагается достаточно узкой, такой, что эффектами притока и оттока энергии, связанными с воздействием воздушного потока, и ее перераспределением из-за нелинейных взаимодействий можно пренебречь по сравнению с влиянием изменяющейся глубины. Кроме того, считается, что можно пренебречь трением о дно, обрушением волн и другими диссипативными эффектами, так что энергия волн полностью рассеивается вблизи береговой линии - в зоне прибоя.
Поток волновой энергии считается заданным в некоторой точке пространства и в силу указанных условий остается постоянным в направлении к берегу. В такой постановке задача о трансформации волн в прибрежной зоне, рассматривается в линейной постановке, и сводится к классическому решению задачи о рефракции волн [94], а в спектральном представлении - рассматривать каждую спектральную компоненту как монохроматическую волну [27].
В соответствии с нормативным методом расчета трансформации волн высоту волн І %-ной обеспеченности hj, м, в мелководной зоне с уклонами 0,002 и более, предполагая, что период волн в зоне трансформации остается таким же, как на глубокой воде, определяют по формуле: hi k ktlqha, (1.1) где: kt коэффициент трансформации; кг - коэффициент рефракции; к( - обобщенный коэффициент потерь; к;- коэффициент перехода от средних высот волн к высотам волн і %-ой обеспеченности в системе, соответственно на глубокой воде и в зоне трансформации; hd - исходная средняя высота волны на глубоководной акватории. CNj+1 _sin(arj+AarjJ CNj sm arj где CNj+I, CNj - относительные скорости волн, при dj+1/ \d и dj/ Xd ; dj+i, d: - глубины, отвечающие изобатам с соответствующими номерами: j + 1, j, Даг; - угол преломления луча на изобате с номером j + І, по отношению к углу arj.
С помощью соотношения (1.5) строится план рефракции. Расстояние между лучами подбирается с таким расчетом, чтобы они проходили по разные стороны от расчетной точки. Отклонение луча происходит в сторону меньших глубин. Таким образом, формула (1.5) позволяет рассчитать значение Даг: по aj+i/ -d и dj Ad , определенным на двух соседних изобатах. Эта зависимость представлена в графическом виде в приложениях [77]. После определения расстояния между волновыми лучами на глубокой и промежуточной глубине находится коэффициент рефракции: fad K= f. (1.6)
В случае прямолинейных изобат (при 0 ad 60, град.) коэффициент рефракции может быть определен в любой точке прибрежной зоны в зависимости от относительной скорости CN в этой точке и первоначального угла подхода волны ad по формуле: к = (1.7) l-C sm2 ad г cos" ad При сложной конфигурации изобат для определения коэффициента рефракции допускается использовать спектральную методику. Результирующий коэффициент рефракции определяется с учетом коэффициентов рефракции для волновых лучей, проведенных из расчетной точки в направлениях через + 22,5, град., от главного луча в секторе ± 67,5, град. Коэффициент перехода к высоте волны І %-ой обеспеченности kj вычисляется по формуле: d к; = 1 + 0,4 (-ІПІ + 2ІПІ0) (1.8)
Обобщенный коэффициент потерь kj определяется по заданным d/ A,d и уклону дна і (табл. 5 [77]); при уклоне дна 0,03 и более следует принимать значение обобщенного коэффициента потерь равным единице.
Следует отметить, что при практической реализации нормативного метода возможно пересечение волновых лучей, что значительно усложняет вычисления в связи с необходимостью применения различных методов сглаживания.
В случае рельефа дна с локальными подводными впадинами или возвышенностями применение лучевого метода становится некорректным, поскольку даже малые погрешности при расчете волновых лучей могут привести к существенному искажению параметров расчетных волн. Если рельеф дна характеризуется высокой степенью неоднородности, то при описании трансформации волн необходимо учитывать и дифракционные эффекты.
Экспериментальные установки и приборы
Экспериментальные исследования взаимодействия волн большой амплитуды с гидротехническими сооружениями при неоднородном рельефе дна проводились в филиале ОАО ЦНИИС Научно-исследовательском центре «Морские берега».
Исследования распределения скоростей волн по оси каньона и «вне каньона» проводились в волновом лотке. Основные размеры волнового лотка: длина 20 м; ширина 0,6 м; высота стенок 0,8 м. Лоток оснащен щитовым вол-нопродуктором с электромеханическим приводом, установленном в приямке у одной из торцевых стенок.
Изучение взаимодействия волн с гидротехническими сооружениями при наличии в прибрежной зоне таких неоднородностеи дна как каньоны проводилось в волновых бассейнах. «Средний» волновой бассейн оснащен щитовым волнопродуктором, позволяющим генерировать волны с заданной частотой и амплитудой. «Средний» волновой бассейн имеет размеры: ширина — 13 м, длина - 19 м, высота - 0,8 м. «Глубоководный» волновой бассейн в плане имеет форму трапеции с основаниями 41 и 25 м расстоянием между ними — 31,5 м. Высота стенок бассейна- 1,7 м. Бассейн оснащен передвижными волнопродук-торами, которые представляют собой группу однотипных установок, обеспечивающих возвратно-поступательные движение щитов. Длина щита одной секции -5 м, при высоте - 1 м. Для совместной работы, секции объединены посредством синхронизирующего вала и карданных соединений. Привод каждой секции волнопродуктора включает электродвигатель постоянного тока мощностью 17 кВт и механическую трансмиссию, с помощью которой можно регулировать частоту и амплитуду колебаний щита.
Измерения параметров волн проводились с использованием емкостных волнографов типа ДУЕ-1. Обработка результатов выполнялась с помощью измерительной системы, состоящей из персональной ЭВМ, соединенной с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) по каналу USB, платы фильтров, пас сивной кабельной системы, измерительных датчиков, преобразователей и программ для обработки данных. Поддержание метрологических характеристик измерительной системы осуществлялось в соответствии с рабочей инструкцией РИ32 системы управления качеством ОАО ЦНИИС [55].
В процессе проведения экспериментов осуществлялась фотосъемка взаимодействия волн с сооружениями, при помощи цифрового фотоаппарата фирмы AGFA, е Photo CL-50 с последующей обработкой данных на персональном компьютере.
При анализе натурных данных обнаружилось, что наибольшим разрушениям были подвергнуты участки берегозащитных сооружений, расположенные напротив верховьев каньонов. По свидетельству очевидцев, наблюдавших волновое воздействие на побережье во время штормов, повлекших за собой разрушения сооружений на нем расположенных, при взаимодействии волн с каньоном, фронт волн на флангах каньона опережал фронт по оси каньона, после чего происходило «схлопывание» волн, что выражалось в интенсивном волновом воздействии на участке напротив понижений дна. Из нормативного метода расчета трансформации волн в мелководной зоне моря этот результат не следует [27, 77]. Наоборот, при оценке по нормативной методике в данной зоне должно было быть наименьшее волновое воздействие на сооружение. По-видимому, участки, расположенные напротив каньонов, подвергнутые наибольшим разрушениям, являлись местом концентрации штормовых волн. Для определения природы, данного явления в волновом лотке была проведена серия опытов.
В опытах лоток был разделен по длине на две половины прозрачной перегородкой из стекла, разделяющей два фрагмента подводного склона с отме-лым (профиль №1) и относительно приглубым профилем (профиль №2) дна.
Условно, можно принять, что профиль №2 представляет собой сечение, проведенное по оси каньона, и имеет уклоны 1:21, 1:10, 1:22, а профиль №1 является сечением территории, находящейся на фланге каньона с уклонами 1:5, 1:24. На расстоянии 187 см от уреза, устраивалась выдвинутая в воду искусственная территория, защищенная кладкой из гексабитов массой 190 г. Общая длина модели составила 690 см (рис. 2.1). Для более удобного визуального наблюдения, вода в волновом лотке по противоположные стороны перегородки, раскрашивалась разными цветами. Красный пигмент добавлялся в воду над профилем №1, синий над профилем №2 (рис. 2.2).
Волнение подбиралось с такими параметрами, при которых волны на мелководном профиле (№1) опережали соответствующие волны на глубоководном профиле (№2). Подбор волнения показал, что искомый эффект при заданных профилях дна, наблюдается в следующем диапазоне параметров волнения: - высота h = 13 -15 см; - период Т = 1,1-1,4 с. В случае отклонения параметров волнения из указанного диапазона искомый эффект не наблюдался. Всего было проведено 2 серии экспериментов.
В серии №1 были проведены экспериментальные исследования, позволяющие определить положение соответствующих волн, на разных профилях, относительно друг друга в фиксированных точках в определенный момент времени. Для этого волнографы располагались параллельно друг другу, в соответствии с рисунками 2.3 и 2.4а.
Во второй серии экспериментов (опыт №5-№8) определялась осреднен-ная фазовая скорость распространения волн, на фиксированных участках (на расстоянии между волнографами) модели.
Результаты расчетов трансформации волн при неоднородном рельефе дна
Волны на профиле №2, опережали соответствующие волны на профиле №1 (рис. 2.8), что так же полностью соответствует нормативному методу расчета. Результаты измерений положения соответствующих волн относительно друг друга, на данных профилях, при их прохождении через соответствующие точки представлены в таблице 2.4.
Опыты №5-№8 проводились при тех же, что и предыдущие опыты №1-№4, волновых условиях, т.е., параметры волнения первого опыта соответствовали параметрам пятого, второго — шестому, третьего - седьмому, четвертого — восьмому. На основании данных, полученных во второй серии экспериментов, можно сравнить фазовую скорость, полученную при проведении экспериментов с фазовой скоростью, определяемой по нормативной методике [77]. Изменение фазовой скорости волн вдоль всего профиля берегового склона показано на рисунках 2.9, 2.10. Как видно на рисунке 2.9а фазовая скорость волн, полученная экспериментальным путем (опыты №5,6), на профиле №1 после обрушения превосходит в полтора раза скорость, определенную нормативным методом [77]. На рисунке 2.10 представлены графики изменения фазовой скорости волн при отсутствии обрушения в исследуемой зоне берегового склона, как видно фазовая скорость, полученная экспериментальным путем, удовлетворительно согласуется со скоростью, определенной нормативным методом [77]. Данные, полученные во второй серии опытов, не противоречат результатам первой серии.
Выполненные исследования позволяют определить положения соответствующих волн относительно друг друга на различных профилях, а также проанализировать характер изменения фазовой скорости волны вдоль всего профиля модели, включая зону обрушения.
Прибрежную зону моря условно можно разделить на два участка. Первый - это участок акватории расположенный до зоны обрушения, второй — зона обрушения волн. Анализ результатов измерений распределения фазовой скорости волн вдоль всего профиля модели показал следующее. Скорость волн на первом участке до зоны обрушения удовлетворительно согласуется со скоростью, вычисленной по линейной теории. На втором участке (в зоне обрушения) скорость начинает увеличиваться и достигает своего максимума перед зоной наката. После достижения своего максимума перед зоной наката фазовая скорость уменьшается до нуля в вершине заллеска. Темп убывания скорости зависит от крутизны профиля. Скорость волн в зоне обрушения может в 1,5 раза превышать скорость, определяемую нормативным методом [57, 61]. Полученные результаты не противоречат данным, приведенным в работах [21,47].
На основании данных, полученных в результате проведения экспериментов, можно выделить три основных сценария развития трансформации волн на данной модели в волновом лотке.
1. При достаточно малой высоте волны, обрушение происходит непосредственно перед береговым откосом. Движение потока, на обоих профилях, хорошо согласуется с фазовой скоростью, определяемой нормативным методом, волны на глубоководном профиле (профиль №2) опережают соответствующие волны на мелководном (профиль № 1).
2. При увеличении высот волн, обрушение на обоих профилях происходит примерно на одинаковом расстоянии от берега. В этом случае, к зоне обрушения, волны на профиле №1 подходят с изначальным отставанием от соответствующих волн на профиле №2, которое увеличивается и после обрушения, так как волны, на глубоководном профиле, перед обрушением, имеют большую высоту.
3. При определенных волновых параметрах (в данном случае 0,0068 — 0,0126), волны на мелководном профиле (профиль №1) начнут gT2 обрушаться раньше, чем на глубоководном (профиль №2), в результате обрушения фазовая скорость волн на профиле №1 возрастет, в это же время, движение волнового потока на профиле №2 (до своей зоны обрушения) будет удовле творительно соответствовать скорости, определяемой нормативным методом. В результате чего, волны на профиле №1 сократив отставание, опередят соответствующие волны на профиле №2. Так как при обрушении, скорость волны значительно увеличивается и значительно превосходит скорость соответствующую линейной теории (рис. 2.9).
Именно третий случай, соответствует наблюдавшемуся эффекту: фокусировке волновой энергии в верховье подводного каньона. Когда волны на флангах подводного каньона, при обрушении опережали волны над каньоном, и после обрушения последних, происходило «схлопывание» волн, в результате чего формировалась направленная струя, которая может обладать значительной энергией. Для исследования этого явления были проведены опыты в волновом бассейне.
Экспериментальные исследования методом физического моделирования, влияния таких неоднородностей дна как каньоны на гидротехнические сооружения проводились в волновом бассейне, имеющем размеры: ширина— 13 м, длина - 19 м, высота стенок — 0,8 м. Бассейн оснащен щитовым волнопро-дуктором, позволяющим генерировать волны с заданной частотой и амплитудой.
Взаимодействие волнения с гидротехническими сооружениями при наличии в мелководной зоне каньона оценивалось исходя из сравнения влияния волн на галечный пляж на одной и той же модели без каньона и с каньоном.
Для наиболее точного изучения влияния каньона на волнение в мелководной зоне, рельеф дна на модели был практически однородным, на котором каньон являлся единственной неоднородностью.
Экспериментальные исследования защиты побережья и сооружений от воздействия направленной струи, образуемой в результате фокусировки волн
Опыт №16. Опыт №16 проводился с целью определения эффективности защиты побережья подводным проницаемым сооружением от волнового воздействия при активном влиянии каньона на трансформацию волн.
В опытах №12,13 было установлено, что разрушениям откос из гексабитов был подвержен на участках, расположенных напротив верховьев каньонов. Следовательно, именно эти участки нуждаются в усиленной берегозащите. В качестве защитного сооружения использовался проницаемый волнолом в виде жесткого каркаса заполненного естественным камнем массой 210 г (5,7 т). Здесь и далее в скобках приводятся величины, соответствующие натурным значениям. Сооружение устанавливалось на глубине -6 см (-1,8 м). Верх сооружения на отметке +5 см (+1,5 м). Протяженность сооружения в плане составила 220 см (66 м), ширина — 25 см (7,5 м). План модели в опыте № 16 представлен на рисунке 4.1.
Основные волновые параметры остались такими же, как и в опыте №12 (см. главу 2): высота волн h = 16, 17 см (4,8 - 5,1 м) при периоде Т = 1,8 с (10 с). Общий вид модели в начале опыта №16 показан на рисунке 4.2.
Как и в опыте №12 наибольшему волновому воздействию был подвержен участок, расположенный напротив оси каньона. В этом месте и был установлен проницаемый волнолом, который воспринимал на себя наибольшее волновое воздействие (рис. 4.3).
Общий вид гидротехнического сооружения по окончания эксперимента показан на рисунке 4.46, обследование откоса и волнолома не выявило признаков деформаций и разрушения сооружений.
Продолжительность опыта составила 6 часов (33 часа).
Опыт №17. Наблюдения за волновым воздействием на волнолом в процессе опыта №16 и характер разрушения откоса в опытах №12,13 показали, что направленная струя, образуемая в результате фокусировки волн в верховье каньона, воздействовала на относительно небольшой участок побережья, следовательно, длина волнолома по сравнению с предыдущем опытом, на исследуемой модели побережья может быть уменьшена как минимум в два раза. План модели и сооружений, использованных в опыте №17, представлены на рисунке 4.5.
Основные волновые параметры остались такими же, как и предыдущем опыте: высота волн h = 16, 17 см (4,8-5,1 м) при периоде Т = 1,8 с (10 с). Общий вид модели в начале опыта №17 показан на рисунке 4.6.
Воздействие исходного волнения на сооружения показано на рисунке 4.7. По окончании опыта №17 обследование волнолома и откоса из гексабитов каких-либо деформаций и разрушения сооружений не выявило (рис. 4.8), т.е. точно такой же волногасящий эффект как и в опыте №16 был достигнут в два раза меньшими материальными затратами.
Продолжительность опыта №17, как и предыдущего опыта составила 6 часов (33 часа).
Опыт №18. Основываясь на результатах наблюдения за трансформацией волн над каньоном в опытах №1-8, 12-17 можно заключить, что при обрушении волны на флангах каньона опережают соответствующие волны по оси каньона, и только после обрушения последних происходит «схлопывание» волн. Следовательно, понижение скорости волн на флангах каньона до зоны обрушения волн по оси каньона, не позволит волнам «схлопываться», либо как минимум ослабит волновое воздействие направленной струи, образуемой в результате фокусировки волн, на побережье. Снижение скорости волн на флангах каньонов можно осуществить с помощью проницаемых волноломов расположенных мористее прибойной зоны.
Конструкция волнолома осталась практически неизменной: металлический каркас, заполненный естественным камнем массой 74-111 г (2-3 т) до отметки — 3,3 см (-1,0 м), выше выполнялась отсыпка из гексабитов массой 190 г (5,1 т). Верхняя отметка сооружения составляла +3,8 см (+1,15 м). Ширина - 25 см (7,5 м), длина 99 см (29,7 м). Профиль сооружений представлен на рисунке 4.10.
Основные волновые параметры остались такими же, как и в предыдущих опытах: высота волн h = 16-17 см (4,8-5,1 м) при периоде Т = 1,8 с. Общий вид модели в начале опыта №18 показан на рисунке 4,11.
Во время проведения опыта №18 получено, что такая компоновка волноломов полностью эффект фокусировки волн не предотвращает, однако волновое воздействие на откос уменьшилось. Взаимодействие исходного волнения с волноломами представлено на рисунке 4Л 2, с откосом - на рисунке 4.13.
Осмотр откоса по окончании опыта № 18 показал, что в целом волноломы на флангах каньона свою задачу выполнили, каких-либо деформаций, разрушения сооружения не обнаружено (рис. 4.14), впрочем, как и конструкций волноломов.
Продолжительность опыта №18, как и предыдущего опыта составила 6 часов (33 часа).
Опыт №19. В опыте №18 удалось, с помощью волноломов на флангах «каньона», уменьшить волновое воздействие на побережье, однако полностью исключить эффект фокусировки волн данной компоновкой волноломов не получилось. В случае подхода к эксплуатируемому побережью относительно неглубоких верховьев каньонов, ложбин имеет смысл подводный волнолом устраивать в верховье, рассматриваемых понижений дна. Эффективность такого рода защиты проверялась в опыте №19.
