Введение к работе
Актуальность темы исследований. В последние годы в Республике Вьетнам достаточно интенсивно проектируются и строятся новые морские порты, а также реконструируются существующие. Морские перевозки, туризм и рекреация во Вьетнаме являются существенным элементом экономического развития страны.
Вьетнам имеет протяжённость береговой линии более 3000 км. Площадь внутренних морей Вьетнама и его морской экономической зоны в 3 раза больше территории суши Вьетнама, и, следовательно, имеет огромное экономическое значение для существования и развития государства (Рис. 1).
Рис. 1. Схема береговой линии Вьетнама
В Республике Вьетнам действует Государственная программа развития морских портов до 2020 г., и на перспективу до 2030 г. Эта программа определяет направления развития морского транспорта Вьетнама с совокупной стоимостью инвестиционного плана до 2020 года около 360 - 440 триллионов донгов (ориентировочно 18 - 22 миллиардов долларов США). Выполнение плана должно обеспечить транспортировку импортных и экспортных товаров, обмен грузами между регионами страны по морю, конкуренцию с другими странами в регионе и мире в области морского транспорта. Ожидаемый объем грузооборота через всю систему портов в 2015 г. составит около 500 - 600 млн. тонн в год, и должен увеличиться до 2020 г. примерно до 900-1100 млн. тонн в год, и до 2100 млн. тонн в год в дальнейшей перспективе.
Проблема эрозии берегов для республики Вьетнам является чрезвычайно актуальной. По всей береговой линии наблюдается интенсивный размыв. В некоторых областях это проявляется особенно сильно, например, в районе г. Хатинь (Ha Tinh) (около 60 км береговой линии), Нгеан (Nghe An) (45 км), Хайфон (Hai Phong) (18 км).
В этих условиях необходимость зашиты берегов становится весьма актуальной. Широкое применение в Республике Вьетнам получили сооружения откосного типа. Например, в береговой зоне пяти северных провинций дельты Красной реки построено около 360 км берегозащитных сооружений откосного типа.
Существующие в настоящее время методы расчета откосных сооружений не позволяют учитывать наличие горизонтальных берм на лицевом откосе берегозащитного сооружения при определении величины наката волны и, следовательно, расчета отметки гребня сооружения.
Исследованию откосных сооружений сложного профиля были посвящены несколько работ, из которых можно назвать работы В.С. Шайтана и Дж.Вт.ван дер Меера, которые предложили для расчета влияния горизонтальных берм на величину наката на откос использовать дополнительные коэффициенты, позволяющие учесть наличие горизонтальных берм на лицевом откосе.
Однако данный вопрос остаётся недостаточно изученным и существующие нормативные методы расчета откосных сооружений не позволяют проводить расчеты наката волн на откос при наличии горизонтальных берм.
Цель работы - определение физических параметров, влияющих на высоту наката волн на откосное сооружение при наличии горизонтальных берм и построение аналитической зависимости между этими величинами.
Для того в работе было выполнено физическое и численное моделирование процесса наката волн на откос сложного профиля.
В соответствии с поставленной целью исследований в задачи диссертационной работы входило:
Провести анализ методов расчета высота наката волн на откосное сооружение при наличии на лицевом откосе горизонтальных берм;
Провести экспериментальное исследование влияния горизонтальных берм на лицевом откосе на высоту наката волн на откосное сооружение;
Построить численную модель расчета наката волн на откосное сооружение с горизонтальными бермами и верифицировать ее на основе результатов физического моделирования;
Определить физические параметры взаимодействия волн с откосными сооружениями с горизонтальными бермами, имеющими определяющие значение на высоту наката волн;
Установить эмпирическую зависимость между определяющими физическими параметрами и высотой наката волн на откос.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы:
- Обзорное исследование. Анализ мирового опыта исследований взаимодействия откосных сооружений с волной, включая откосы простого и сложного профиля. Анализ методов расчета высоты наката волны на откос, полученных по результатам предыдущих исследований.
- Физическое моделирование. Построение физической модели, позволяющей исследовать взаимодействие волн с откосным сооружением с горизонтальными бермами и, на основе анализа его результатов, определить физические параметры, в наибольшей степени влияющие на высоту наката волн на откос при наличии горизонтальных берм.
- Численное моделирование. Построение численной модели, способной воспроизвести физические процессы, протекающие при взаимодействии волн с откосным сооружением с горизонтальными бермами.
- Теоретическое исследование: Использование теории анализа размерностей Бакингема для построения эмпирической зависимости между физическими параметрами, влияющими на величину наката волн на откос и высотой наката волны на берегозащитные сооружения откосного типа с горизонтальной бермой.
На основе анализа результатов исследований определена научная новизна работы:
-
Методами физического и численного моделирования впервые были определены физические параметры взаимодействия волн с сооружением откосного профиля с горизонтальными бермами.
-
Разработана численная модель наката волн на откос с горизонтальными бермами.
-
Проведена верификация численной модели на основании результатов экспериментальных исследований.
Научной значимостью диссертации является использование комплексного подхода, объединяющего теоретические и экспериментальные исследования для создания методики расчета высоты наката волн на откос с горизонтальными бермами.
Практическая значимость данной работы состоит в возможности использования разработанной методики для расчета высот наката волн на берегозащитные сооружения откосного типа с горизонтальными бермами. Результаты данной работы могут быть использованы при реализации Государственной программы развития морских портов Республики Вьетнам до 2020 г., и на перспективу до 2030 г. А также и в других условиях.
Достоверность полученных результатов проведенных исследований подтверждается выполненным экспериментальным моделированием взаимодействия волн с сооружениями откосного профиля с горизонтальными бермами, анализом их результатов и сопоставлением с результатами численных исследований.
Конкретное личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Анализ существующих методов расчета высота наката волн на берегозащитные сооружения откосного типа с горизонтальными бермами. Разработка программа экспериментальных исследований воздействия волн на откос с горизонтальными бермами, проведение экспериментов. Выполнение анализа результатов экспериментальных работ. Выполнение численного моделирования процесса наката волн на берегозащитные сооружения откосного типа с горизонтальными бермами. На основе теории Бакингема проведение анализа размерностей и разработка эмпирической зависимости между основными физическими параметрами, влияющими на высоту наката волн при наличии горизонтальных берм на откос, и высотой наката.
Апробация работы.
По результатам исследований опубликованы 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
На защиту выносятся:
- Методика проведения физического моделирования взаимодействия волн с сооружениями откосного профиля с горизонтальными бермами.
- Результаты проведенных экспериментальных работ.
- Полученная по результатам физического и численного моделирования эмпирическая зависимость расчета высоты наката волн на сооружение откосного профиля с горизонтальными бермами.
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 117 наименований, и содержит 120 страницу машинописного текста, 85 рисунков,11 таблиц.
