Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния вопроса. изучение основных достижений и тенденций в области защиты берегов 6
1.1. Анализ современного состояния вопроса 6
1.2. Задачи исследований 21
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования 23
2.1. Методика моделирования 23
2.2. Измерительная система 25
2.3. Физическая модель 25
2.4. Результаты моделирования 31
2.4.1. Вдольбереговой перенос наносов без сооружений 31
2.4.2. Традиционные поперечные берегозащитные сооружения 41
2.4.3. Новые берегозащитные сооружения - искусственные рифы... 54
2.4.4. Определение волновых нагрузок на искусственные рифы... 79
2.5. Анализ результатов экспериментальных исследований 82
ГЛАВА 3. Математическое моделирование динамики галечного пляжа 87
3.1. Моделирование трансформации волн 87
3.1.1. Постановка задачи 87
3.1.2. Результаты расчетов волнения и течений в исследуемой акватории 90
3.1.3. Результаты расчетов волнения и течений в бассейне 98
3.2 Прогноз формирования галечного пляжа 98
Заключение 112
Список использованных источников 115
- Измерительная система
- Результаты моделирования
- Анализ результатов экспериментальных исследований
- Прогноз формирования галечного пляжа
Введение к работе
Актуальность работы. При осуществлении берегоукрепительных мероприятий в зависимости от волновых и природных условий широко применяемыми берегозащитными сооружениями, являются: из тех, что располагаются на границе вода-берег: подпорно-волноотбойные стены, защитные дамбы, каменно-набросные бермы; из тех, которые располагаются в прибрежной зоне: непроницаемые волноломы (обычно возводятся совместно с траверсами), бетонные прерывистые волноломы или прерывистые волноломы из крупного камня, как правило, с уклоном морского откоса не менее чем 1:5. Наиболее распространенными продольными сооружениями из устраиваемых в прибрежной зоне моря в нашей стране были непроницаемые бетонные волноломы.
Анализ литературы показал, что применяемые в настоящее время строительные конструкции, как правило, трудоемки, не всегда экономичны и требуют больших затрат времени на их изготовление и монтаж, поэтому разработка новых эффективных конструкций волногасящих сооружений и методов берегозащиты, является приоритетной задачей в практике морского гидротехнического строительства.
Высокая стоимость и недостаточная эффективность традиционных гидротехнических сооружений существенным образом сдерживает курортное строительство и развитие рекреационного сектора и туризма в нашей стране.
Поэтому задачи разработки новых более эффективных и технологичных берегозащитных сооружений и методов защиты побережий являются актуальными.
Целью диссертационной работы была разработка и обоснование прерывистого проницаемого вдольберегового берегозащитного сооружения, представляющего собой наброску крупных камней или фигурных бетонных блоков в жесткий каркас.
Достижение данной цели потребовало решение таких задач, как:
разработка инженерного метода защиты побережья с помощью продольных проницаемых сооружений (искусственных рифов);
исследования влияния проницаемых искусственных рифов на формирование галечного пляжа при различных волновых условиях, мощности вдольберегового потока наносов;
определение планового местоположения и конструктивных параметров искусственных рифов, обеспечивающих защиту побережья от волновых размывов с необходимой для гашения энергии волн шириной галечного пляжа, на основании результатов физического и математического моделирования;
разработка рекомендаций по защите побережья с помощью прерывистых проницаемых сооружений;
сравнительный анализ эффективности берегозащиты традиционными методами и с помощью продольных проницаемых сооружений.
Методы исследований: экспериментальные, теоретические, натурные исследования.
Научная новизна работы:
предложена конструкция прерывистого проницаемого волнолома (искусственного рифа), представляющего собой наброску крупного камня или бетонных блоков в жесткий каркас; показано, что предложенная конструкция достаточно эффективно обеспечивает защиту побережья от размывов и способствует поддержанию необходимой ширины пляжной зоны для гашения волновой энергии;
проведены экспериментальные исследования по изучению волногася-щей эффективности и устойчивости предлагаемой конструкции проницаемого вдольберегового берегозащитного сооружения, на основе которых получена оценка его влияния на литодинамические процессы в береговой зоне моря при различных волновых параметрах и интенсивности потока наносов;
определены конструктивные особенности и параметры планового расположения сооружений для эффективной защиты побережья и исключения низовых размывов на соседних участках;
на основе математической модели Шахина В.М. проведены численные расчеты по определению влияния продольных берегозащитных сооружений на транспорт наносов и устойчивость берега; показано хорошее соответствие численных и экспериментальных данных.
Фактический материал. Для анализа использованы данные: натурных наблюдений на участке, расположенном на берегу Черного моря в Лазаревском районе города Сочи (проведены при личном участии автора), экспериментальных исследований в волновом бассейне и результатов расчетов.
Практическая значимость работы:
Разработан инженерный метод защиты побережья с помощью продольного проницаемого сооружения, представляющего собой наброску крупного камня или блоков в жесткий каркас;
Обоснованы конструктивные характеристики искусственного рифа, обеспечивающего защиту побережья от волновых размывов и способного удержать галечный пляж с необходимой для гашения энергии волн шириной;
Получена оценка влияния проницаемых сооружений на литодинамические процессы в береговой зоне моря при различных волновых параметрах и интенсивности потока наносов;
Разработаны рекомендации по защите побережья с помощью проницаемых сооружений;
Материалоемкость и стоимость проницаемых волноломов в несколько раз меньше сооружений аналогов, при этом искусственные рифы относительно просты при изготовлении и не возникает значительных сложностей при их монтаже и эксплуатации, строительство таких сооружений положительно скажется на экологическом состоянии морской воды за счет обеспечения нормального водообмена в защищаемых акваториях,
Разработанный метод может быть использован в гидротехническом строительстве, что позволит повысить качество и темпы защиты морских берегов.
Результаты диссертационных исследований внедрены в проектах:
Берегозащита волноотбойной стены на участке берега от км 1906 + пк
5 + 50 до км 1909 (устье р. Куапсе) по титулу "Первоочередные мероприятия
по обеспечению безопасности движения на участке Туапсе-Адлер СКЖД".
Проведение берегоукрепительных мероприятий для зашиты от штормовых размывов земляного полотна железной дороги в рамках реконструкции существующего тоннеля №1 на 1896 км участка Туапсе-Адлер Северо-Кавказской железной дороги.
Личный вклад автора состоит в проведении натурных наблюдений на участке, расположенном на берегу Черного моря, разработке предложений по использованию искусственных рифов для защиты побережья от волновых размывов и удержания галечного пляжа, в проведении экспериментальных и теоретических исследований и анализе их результатов.
Апробация работы. Содержание и результаты исследований докладывались на заседаниях секции «Лито-гидродинамики, системы берегозащи-ты» Ученого совета ОАО ЦНИИС; III международной научно-практической конференции «Строительство в прибрежных курортных регионах» (г. Сочи, 2006); XXII Международной береговой конференции «Проблемы управления и устойчивого развития прибрежной зоны моря» (г. Геленджик, 2007); Международной конференции «Динамика прибрежной зоны бесприливных морей» (г. Калининград, 2008); Международной научной конференции «Геосистемы: факторы развития, рациональное использование, методы управления» (г. Туапсе, 2008).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано
6 научных работ, в том числе 1 работа из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 122 страницах, включая 71 рисунок и список литературы из 110 наименований.
Измерительная система
Измерения параметров волн проводились с использованием емкостных волнографов типа ДУЕ-1.
Обработка результатов выполнялась с помощью измерительной системы (рис. 2.1), состоящей из персональной ЭВМ, соединенной с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) по каналу USB, платы фильтров, пассивной 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 /51/. 2.3. Физическая модель
С целью определения и сравнения эффективности различных методов берегозащиты было выполнено несколько серий опытов. Исследования проведены в волновом бассейне Научно-исследовательского центра "Морские берега" на модели подводного склона характерного для Кавказского побережья Черного моря. Бассейн в плане представляет собой прямоугольник шириной 13 м и длиной 19 м, с высотой стенок 1 м; оснащен щитовым волно-продуктором с электромеханическим приводом, позволяющим генерировать регулярные волны высотой до 20 см и периодом Т в диапазоне 0,7с + Зс.
План модели, построенный в масштабе примерно равным а = 1:45, показан на рисунке 2.2. Рельеф подводного склона строился по деревянным шаблонам, устанавливаемых по нивелиру (рис. 2.3). Подготовленное основание модели засыпалось гравийно-песчаным материалом (рис. 2.4), а затем покрывалось бетонной стяжкой. Средний уклон подводного склона з приурезовой зоне составлял і = 0,076, в зоне глубин d = 6,7см + 18,9см / = 0,018, далее до дна бассейна / = 0,1.
Опыты проводились при двух волновых режимах: 1) при воздействии сильного волнения (примерно соответствующему шторму возможному 1 раз в 25 лет): - высота волн по линии последнего обрушения h = 7,8 см (3,5 м); - период волн Т = 1,45 с (9,7 с) 2) при воздействии рядового волнения (возможного 1 раз в год): - высота волн по линии последнего обрушения h = 5,6 см (2,5 м); - период волн Т = 1,0 с (6,7 с). Здесь и далее в скобках приведены величины, соответствующие натурным. Глубина наполнения бассейна водой во всех опытах была одной и той же и составляла 36 см, что соответствовало расчетному уровню моря 1% обеспеченности. Продолжительность воздействия волн на рассматриваемое побережье при проведении экспериментов определялось в зависимости от конкретных задач, стоявших в каждом рассматриваемом опыте. Изменения рельефа пляжа оценивались по данным нивелировок и результатам измерений от постоянного начала характерных тачек профиля пляжа: положения уреза воды и окончания его подводной части. Сравнение результатов измерений контуров пляжа, сформированных в разных опытах, дает наглядное представление о направленности и интенсивности процессов.
Таким образом, на модели воспроизводились как самые неблагоприятные условия: воздействие на пляжный комплекс расчетного шторма редкой повторяемости волноопасного направления, так и рядовые условия: воздействие на побережье шторма, возможного один раз в год.
Для сравнительной оценки эффективности традиционных методов берегозащиты с новым методом было проведено 3 серии экспериментов.
В первой серии экспериментов (опыты №1 - №4) исследовались литодинамические процессы, протекающие на рассматриваемом участке подводного берегового склона в условиях дефицита наносов без пляжеудерживающих сооружений.
Во второй серии экспериментов (опыты №5 — №7) изучалась эффективность традиционных бетонных и каменнонабросных бун полного профиля.
В третьей серии экспериментов (опыты №8 — №15) выполнены исследования эффективности новых берегозащитных сооружений — проницаемых рифов.
Кроме того, были проведены опыты на модели без сооружений с целью определения максимально возможного вдольберегового потока наносов (емкости). Получено, что при высоте волн h = 5,6 см, периоде Т = 1 с, средней крупности наносов D = 1 мм емкость потока наносов равна QM=38 дм3/ч, а при h = 7,8 см, Т = 1,45 с, D = 1 мм: QM=84 дм3/ч .
Опыт №1. Основные волновые параметры в опыте №1 были: высота волн h = 7,8 см (3,5 м) при периоде Т = 1,45 с (9,7 с). Объем наносов,-зотсыпаемых в верховую часть модели составлял 12 дм /ч. Имитация непрерывного потока наносов достигалась путем регулярных подсыпок галечного материала в верховую часть модели через равные промежутки времени (15 мин), далее наносы под воздействием волнения перемещались во вдольбереговом потоке, попадая в «ловушку» на низовом участке модели, откуда они изымались через каждые 15 мин. В качестве наносов использовался галечный материал со средней крупностью d50 =1,0 мм, чему в натурных условиях соответствует материал крупностью примерно 45 мм. Основные волновые параметры в опыте №1 были: высота волн h = 7,8 см (3,5 м) при периоде Т = 1,45 с (9,3 с). Объем наносов, отсыпаемых в У верховую часть модели, составлял 12 дм /ч. Общий вид модели перед началом опыта №1 представлен на рисунке 2.5. В процессе проведения опыта №1 получено, что при заданном потоке наносов надводный пляж перед волноотбойной стеной практически не формируется, часть пляжного материала располагалась у волноотбойной стенки, часть оттягивалась к линии последнего обрушения волн. Взаимодействие исходного волнения с существующей волноотбойной стенкой и пляжем представлено на рисунке 2.6. Опыт продолжался до установления потока наносов, т.е. до момента, когда объем галечного материала, извлекаемого из «ловушки» соответствовал объему отсыпаемой гальки в верховой части модели. Опыт №1 был остановлен через 6 часов. К концу опыта №1 на модели сформировался пляж с незначительной шириной надводной части, общий вид которого показан на рисунке 2.7, средняя ширина пляжа составила 7,8 см (3,51 м). Зависимость объема пляжевого материала, оседающего в ловушке, от времени показана на рисунке 2.8
Результаты моделирования
К концу опыта №2 на модели сформировался пляж, общий вид которого показан на рисунке 2.10, а его контуры на рисунке 2.11. Средняя ширина пляжа составила 15,9 см (7,16 м). Продолжительность опыта составила 7 часов 30 минут. Опыт №3. Исследования литодинамических процессов на рассматриваемом участке в первых двух опытах выполнялось при воздействии на побережье штормов редкой повторяемости. В опытах №3 и №4 выполнялась оценка береговых процессов на исследуемом участке при воздействии рядовых штормов. Основные волновые параметры в опыте №3 составили: высота волн h = 5,6 см (2,5 м) при периоде Т = 1,0 с (6,7 с). Объем наносов, отсыпаемых в верховую часть модели, составлял 12 дм 1ч. Воздействие волнения на рассматриваемый участок берега в процессе опыта представлено на рисунке 2.12. Основным отличием третьего опыта от первого являлось существенное снижение волнового воздействия на побережье, вследствие чего снизилась интенсивность протекания литодинамических процессов в береговой зоне. Опыт продолжался на протяжении 12 часов и был прекращен, как и ранее проведенные эксперименты, после установления потока наносов. По окончании третьего опыта (рисунки 2.13, 2.14) средняя ширина пляжа составила 15,3 см (6,9 м). Опыт №4. В четвертом опыте оценивалось перемещения галечного материала при насыщенном потоке наносов и воздействии рядового шторма. Основные волновые параметры в четвертом опыте составили: высота волн h = 5,6 см (2,5 м) при периоде Т = 1,0 с (6,7 с). Объем наносов, отсыпаемых в верховую часть модели, составлял 24 дм /ч. В результате проведения опыта №4 получили, что при воздействии рядовых штормов на исследуемый участок побережья при заданном потоке наносов средняя ширина пляжа составит 27,8 см (12,5 м). Взаимодействие исходного волнения с галечными наносами представлено на рисунке 2.15. Пляж, сформировавшийся по окончании опыта №4, показан на рисунке 2.16, а его контуры на рисунке 2.17. Опыт №5. Опыт №5 открывал вторую серию экспериментов, посвященную исследованию эффективности берегозащиты рассматриваемого участка побережья традиционными сооружениями: каменно — набросными и бетонными бунами. В соответствии со сводом правил /62/ на исследуемой модели были возведены пять каменно-набросных бун (рис. 2!. 18), образовав тем самым четыре межбунных отсека. Длина бун составляла 142,2 см (64,0 м), ширина по верху - 13,3 см (6,0 м), верх корневой части бун располагался на отметке +6,7 см (+3,0 м), верх головной части буны - + 1,1 см (+0,5 м) (рис. 2.19). Камень, используемый для возведения бун, имел массу 55 г (5 т). Головные части бун возводились с уклоном 1:2, боковые откосы с уклоном 1:1,5. Расстояние между осями бун составило 222,2 см (100 м). В рассматриваемые межбунные отсеки отсыпался галечный материал со средней крупностью d5o = 1,0 мм. Строительный профиль пляжа представлял собой наклоненную в сторону моря берму шириной 67см (30 м) с отметками верха у волноотбойной стены +5,8 см (+2,6 м) и морского края +1,1 см (+0,5 м), далее пляжеобразующий материал отсыпался с уклоном 1:1 /62/. Во время проведения опыта №5 подпитка наносами не выполнялась. Общий вид модели перед началом опыта №5 представлен на рисунке 2.20. Рисунок 2.20 - Общий вид модели перед началом опыта №5 Рисунок 2.21 - Опыт №5. Воздействие волн расчетного шторма на гидротехнические сооружения Волновые параметры в опыте соответствовали шторму возможному 1 раз в 25 лет: высота волн h = 7,8 см (3,5 м) при периоде Т = 1,45 с (9,7 с).
Под воздействием расчетного волнения в процессе опыта пляжеобразующий материал начал перемещаться вдоль берега (рис. 2.21). Свободному вдольбереговому перемещению пляжевого материала препятствовали буны. По прошествии часа галечный материал в межбунных отсеках начало перебрасывать через корневые части бун. Однако необходимо отметить, что расход перебрасываемого через гребни бун пляжеобразующего материала был несущественен (около 2 дм /час). Оттягивания гальки далее линии последнего обрушения, как и в предыдущих опытах не происходило. Переноса наносов в обход головных частей бун отмечено не было.
К концу опыта на модели был сформирован пляж представленный на рисунке 2.22, контуры пляжа показаны на рисунке 2.18. Средняя ширина пляжа в межбунных отсеках составила 48 см (21,60 м), максимальная ширина 79 см (35,6 м), минимальная — 27 см (12,2 м). Необходимо отметить, что распределился пляжеобразующий материал в межбунных отсеках под воздействием волнения крайне неравномерно (рисунок 2.23). Перед бунами расположенными ниже по потоку наносов наблюдалось накопление гальки, с другой стороны бун наблюдалось резкое сокращение пляжной полосы.
Одновременно с исследованием формирования пляжа в межбунных отсеках в опыте оценивалась устойчивость каменно-набросных бун. Обследование сооружений по окончании опыта каких-либо деформаций не выявило.
Продолжительность проведения эксперимента составила 5 часов 22 минуты (36 ч).Опыт №6. Опыт №6 проводился с целью исследования устойчивости пляжа на рассматриваемом участке берега в межбунных отсеках при воздействии рядовых штормов. Конструктивные характеристики
Анализ результатов экспериментальных исследований
В таблице 2.2 приведены опытные данные о средней ширине надводного галечного пляжа, сформированного при различных условиях. В этой таблице Qn— расход наносов, подаваемый в верховой створ в процессе опыта.
Из полученных данных следует, что проницаемые рифы являются достаточно эффективными пляжеудерживающими сооружениями. При рядовых штормах, даже в условиях дефицита вдольберегового потока наносов, они формируют широкий волногасящий пляж, исключающий волновое воздействие на волноотбойную стенку. Этот пляж достаточно устойчив и при штормах редкой повторяемости. Кроме того, он быстро восстанавливается при уменьшении интенсивности волнения.
Берегозащитная эффективность проницаемых рифов зависит от гидравлических характеристик "заполнителя". Так, подводные рифы, заполненные крупным камнем со средней массой 5 т, формируют такой же пляж, как и рифы с надводной частью, заполненные гексабитами массой по 7 т, (опыты № 8 и № 11). Ширина пляжа сформированная "каменными" рифами с надводной частью превосходит ширину пляжа, сформированного рифами заполненного гексабитами, на 70% (опыты № 11 и № 15).
Это можно объяснить тем, что гидравлическое сопротивление (а значит и волногашение) "каменного" рифа выше, чем рифа заполненного гексабитами /35/. Коэффициент гидравлического сопротивления наброски из камня массой 5 т шириной 7 м будет равен, примерно С, = 30, а наброски из семи тонных гексабитов той же ширины - С, = 14.
Выше представлены результаты экспериментов при длине проницаемых рифов / = 89 см (40 м) и расстоянии между ними также равным 89 см (40 м). Ширина рифов равнялась b = 15,6 см (7 м). Установлены были рифы на глубине d0 10 см (4,5 м).
Если принять за характерный плановый размер длину волн А$ = jgd0 -Т,то при периоде Т = 1 с длина Ао будет равна примерно 1 м, а при периоде Т = 1,45 с, XQ = 1,44 м. За характерный вертикальный размер можно принять высоту волн по линии последнего обрушения, hcr.
Таким образом, в опытах безразмерные параметры изменялись в диапазоне:Получено, что при этих параметрах в зоне влияния проницаемых рифов формируется достаточно широкая полоса надводного пляжа, причем пляж по ширине вдоль берега изменяется не очень существенно. Очевидно, что при увеличении расстояния между рифами неоднородность ширины пляжа увеличится. Для иллюстрации на рисунке 2.54 приведены опытные данные при длине подводных рифов и расстоянии между ними равным 178 см (80 м).
Необходимо отметить также, что пропускную способность рифов можно регулировать не только параметрами наброски, но и длиной рифа. На рисунке 2.55 представлен результат опыта при рядовом волнении, в котором длина рифа из каменной наброски с надводной частью равна 178 см. Можно видеть, что первый же риф фактически блокировал вдольбереговой поток наносов.
Задача о математическом моделировании динамики галечного пляжа решалась в 2 этапа. На первом этапе рассматривалась волновая задача, а затем с учетом найденных параметров волн решалась задача о формировании галечного пляжа.
Описание трансформации волн в прибрежной зоне моря связано со значительными трудностями. Даже в линейной постановке и постоянном уклоне дна решение имеет довольно громоздкий вид /63/. Задача существенно усложняется, если рельеф дна неоднородный и амплитуда волн относительно велика. В настоящее время расчет характеристик волн и течений в мелководной зоне моря, как правило, осуществляется /36/ с использованием зависимостей линейной теории, уравнения баланса энергии и концепции радиационных напряжений, введенной в работе /102/. К достоинствам такого подхода можно отнести относительную его простоту и во многих случаях неплохое соответствие результатов расчетов с данными наблюдений. К недостаткам -пренебрежение нелинейными эффектами, неучет взаимодействия волн и течений. Вместе с тем следует отметить, что в последние годы для описания самых различных гидравлических явлений, когда длина волн существенно больше глубины воды (паводки в реках, ветровые нагоны в устьях рек, цунами и др.), успешно применяются так называемые нелинейно-дисперсные модели. Однако эти модели практически не используются для изучения трансформации относительно длинных штормовых волн в прибрежной зоне моря.
Уравнения сохранения массы и количества движения, описывающие трансформацию волн в мелководной акватории с произвольным рельефом дна с учетом нелинейных и дисперсионных эффектов, в безразмерных переменных, имеют вид /70/:
Прогноз формирования галечного пляжа
С целью сравнения результатов расчетов математического моделирования с опытными данными выполнены расчеты для условий физических экспериментов в волновом бассейне. Размеры расчетной области приняты равными 13 м х 15 м. Рельеф дна в масштабе 1:45 до глубины 10 м соответствовал натурному. Далее с уклоном 1:5 он сопрягался с дном «математического» бассейна. Высота волн во входном створе была задана равной h = 5,6 см, период Т =1 с. Угол между нормалью к линии берега и лучом волн во входном створе также как и на физической модели принят равным 9=19. Результаты расчетов волнения и поля течений как без сооружений, так и при наличии моделей искусственных рифов приведены на рисунках 3.7 — 3.12. Можно видеть, что все теоретические результаты для условий физического эксперимента качественно согласуются с результатами расчетов для натурных условий. После строительства искусственных рифов за ними будет формироваться галечный пляж. Рассмотрим задачу о формировании пляжа при расчетном волнении. Как правило, эту задачу решают на базе уравнения для линии уреза, полученного из закона сохранения массы, которое может быть записано в виде /5/ где D - средняя крупность наносов, h -высота волн по линии последнего обрушения 1% обеспеченности в системе расчетного шторма; Т - средний период волн; р - плотность воды; р0 - плотность материала наносов. С учетом (3.7) соотношение для коэффициента к можно записать следующим образом В частном случае, при малых углах подхода волн к берегу и постоянных h,T, D, когда коэффициент к можно считать величиной постоянной, уравнение (3.5) имеет аналитическое решение /65/ 106 где т - переменная интегрирования. Однако необходимо отметить, что теоретические решения задачи об изменении контура берега при волнении под влиянием сооружений на основе данной математической модели, правомерны при условии, что высота и направление волн по линии обрушения вдоль берега постоянны. В данном случае эти предположения недействительны, поскольку после прохождения проницаемых рифов высота и направление волн по линии последнего обрушения различны. Поэтому изучение динамики контура берега может быть выполнено на базе более общего уравнения баланса наносов рифов были выполнены на базе этого уравнения. При этом параметры волн по линии обрушения были приняты по приведенным выше результатам расчетов трансформации волн в исследуемой акватории. Расход наносов определялся по зависимости (3.7). В случае обедненного потока наносов, когда ширина галечного пляжа меньше ширины зоны наката волн (от линии последнего обрушения до линии заплеска) расчетная высота волн в формуле (3.7) уменьшалась пропорционально уменьшению ширины пляжа. Таким образом учитывалось уменьшение вдольберегового расхода наносов при недостаточном объеме пляжевого материала на береговом склоне. Результаты расчетов галечных пляжей для условий лабораторных экспериментов приведены на рисунках 3.13, 3.14, а для натурных условий - на рисунках 3.15, 3.16. На рисунках 3.13, 3.15 приведены расчетные данные без сооружений, а на рисунках 3.14, 3.16 иллюстрируются галечные пляжи под защитой проницаемых рифов.
В работе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния искусственных рифов, на динамику галечных пляжей для защиты берегов от штормовых размывов. Основными задачами исследований были: - сравнительная оценка эффективности берегозащиты рассматриваемого участка берега, осуществляемой с помощью искусственных рифов и традиционных наносоудерживающих сооружений; - экспериментальное исследование влияния проницаемых искусственных рифов на формирование галечного пляжа при различных волновых условиях, мощности вдольберегового потока наносов и конструктивных параметрах сооружений; на основании результатов физического и математического моделирования определение оптимального местоположения и конструктивных параметров искусственных рифов, обеспечивающих защиту побережья от волновых размывов с необходимой для гашения энергии волн шириной галечного пляжа. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований получено: 1. В условиях дефицита вдольберегового потока наносов устойчивость волногасящего галечного пляжа может быть обеспечена как с помощью традиционных поперечных берегозащитных сооружений: каменно-набросных и бетонных бун, так и с помощью вдольбереговых проницаемых искусственных рифов. При этом ширина пляжа, формируемого бунами, существенно неоднородна вдоль берега. Кроме того, буны имеют ряд других недостатков. Они "работают" в зоне интенсивного обрушения волн, поэтому подвергаются значительным волновым воздействиям и бомбардировке галечными наносами. Поэтому они нередко деформируются и разрушаются. В результате они теряют функциональные свойства, это также крайне неблагоприятно сказывается на эстетическом восприятии побережья. 113 2. Проницаемые рифы являются достаточно эффективными пляжеудерживающими сооружениями. При рядовых штормах, даже в условиях значительного дефицита вдольберегового потока наносов, они формируют широкий волногасящий пляж, исключающий волновое воздействие на волноотбойную стенку. Этот пляж достаточно устойчив и при штормах редкой повторяемости. Кроме того, он быстро восстанавливается при уменьшении интенсивности волнения. 3. Берегозащитная эффективность проницаемых рифов зависит от гидравлических характеристик "заполнителя". Так, подводные рифы, заполненные крупным камнем со средней массой 5 т, формируют такой же пляж, как и рифы с надводной частью, заполненные гексабитами массой по 7 т. Ширина пляжа сформированная "каменными" рифами с надводной частью превосходит ширину пляжа, сформированного рифами заполненного гексабитами, на 70%. 4. Пропускную способность рифов можно регулировать не только параметрами наброски, но и длиной рифа. В частности, увеличив длину рифа с высокой степенью волногашения можно обеспечить практически полную блокировку движения наносов. Также рифы могут длительное время обеспечивать сохранность пляжа даже при условии отсутствия вдольберегового потока наносов. 5. Пляж за искусственными рифами будет иметь бухтообразную форму, естественный вид без громоздких поперечных сооружений и, вместе с тем, он будет защищен от штормовых размывов. Глубина вреза локальных бухт зависит от интенсивности потока наносов, размеров рифов и расстояния между ними. 6. За такими проницаемыми сооружениями, какими являются искусственные рифы, не будет формироваться застойных зон и водообмен в прибрежной акватории будет достаточно интенсивным даже при незначительном волнении или вдольбереговым течении. Существенно снизится истираемость наносов. Сооружения не будет подвергаться «бомбардировке» галечными наносами, поэтому вероятность их разрушения по сравнению с традиционными многократно уменьшится. В порах каменно-набросных сооружений найдут
