Приложение 1 (обязательное). Элементы волн на открытых и огражденных акваториях

Приложение 1

Обязательное

Элементы волн на открытых и огражденных акваториях

1. При определении элементов волн на открытых и огражденных акваториях необходимо учитывать следующие волнообразующие факторы: скорость ветра (ее величину и направление), продолжительность непрерывного действия ветра над водной поверхностью, размеры и конфигурацию охваченной ветром акватории, рельеф дна и глубину водоема с учетом колебаний уровня воды.

2. Расчетные уровни воды и характеристики ветра необходимо определять по результатам статистической обработки данных многолетних (не менее 25 лет) рядов наблюдений в безледные сезоны, при этом расчетные уровни воды должны определяться с учетом приливо-отливных, сгонно-нагонных, сезонных и годовых колебаний уровней.

3. Расчеты элементов волн необходимо производить с учетом деления водоема на следующие зоны по глубине:

глубоководная - с глубиной , где дно не влияет на основные характеристики волн;

мелководная - с глубиной , где дно оказывает влияние на развитие волн и на основные их характеристики;

прибойная - с глубиной от до , в пределах которой начинается и завершается разрушение волн;

приурезовая - с глубиной менее , в пределах которой поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег.

4. При определении устойчивости и прочности гидротехнических сооружений и их элементов расчетную обеспеченность высот волн в системе необходимо принимать по табл. 1.

Расчетные уровни воды

5*. Максимальный расчетный уровень воды необходимо принимать согласно требованиям СНиП на проектируемые сооружения (объекты). При определении нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения обеспеченности расчетных уровней должны быть не более: для сооружений I класса - 1% (1 раз в 100 лет), II и III классов - 5% (1 раз в 20 лет), а для IV класса - 10% (1 раз в 10 лет) по наивысшим годовым уровням в безледный период.

                                                                Таблица 1

Гидротехнические сооружения

Расчетная обеспеченность высот волн в системе, %

Сооружения вертикального профиля Сквозные сооружения и обтекаемые пре- грады класса: I II III, IV Берегоукрепительные сооружения класса: I, II III, IV Оградительные сооружения откосного профиля с креплением: бетонными плитами каменной наброской, обыкновенными или фасонными массивами Примечания: 1. При определении наг принимать высоту волны заданной обеспече ______ длину волны ламбда; для сквозных к максимальное воздействие волн при измене ______ пределах от 0,8 до 1,4 ламбда. 2. Расчетную обеспеченность высот принимать: при определении защищенности портовы при определении наката волн ........ 3. При назначении высотных отметок с на открытых акваториях, допускается расч в системе принимать 0,1% при надлежащем

1 1 5 13 1 5 1 2 узок на сооружения необходимо ности в системе h_i и среднюю нструкций следует определять ии длины расчетной волны в волн в системе необходимо акваторий ............ 5% ....................... 1% возных сооружений, возводимых тную обеспеченность высот волн босновании.

Примечание. Для берегоукрепительных сооружений в безливных морях обеспеченности расчетных уровней необходимо принимать:

по наивысшим годовым уровням - для подпорных гравитационных стен (волнозащитных) II класса - 1%; III класса - 25%; для искусственных пляжей без сооружений (IV класс) - 1%;

по среднегодовым уровням - для подпорных (волнозащитных) стен IV класса, бун и подводных волноломов IV класса - 50%; для искусственных пляжей с защитными сооружениями (буны, подводные волноломы - IV класс) - 50%.

6*. Высоту ветрового нагона , м следует принимать по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии (без учета конфигурации береговой линии и при постоянной глубине дна d) допускается определять по формуле

, (148)*

где - угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град;

- расчетная скорость ветра, определяемая по п. 9*;

L - разгон, м;

- коэффициент, принимаемый по табл. 2*.

                                                               Таблица 2*

V_w, м/с	20	30	40	50
k_w x 10(6)	2,1	3	3,9	4,8

Расчетные характеристики ветра

7. При определении элементов ветровых волн и ветрового нагона должны приниматься обеспеченности расчетного шторма для сооружений I, II классов - 2% (1 раз в 50 лет) и III, IV классов - 4% (1 раз в 25 лет).

Для сооружений I и II классов допускается обеспеченность расчетного шторма принимать 1% (1 раз в 100 лет) при надлежащем обосновании.

8*. Сочетание обеспеченности скорости ветра с обеспеченностью уровня воды следует принимать для сооружений I и II классов, в том числе для условий водохранилищ при нормальном подпорном уровне (НПУ), согласно пп. 5* и 7 и уточнять по данным натурных наблюдений.

9*. Расчетную скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема , м/с, следует определять по формуле

, (149)*

где - скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли (водоема), соответствующая 10-минутному интервалу осреднения и обеспеченности, принимаемой по п. 7;

- коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеренным по флюгеру, принимаемый по формуле , но не более 1;

- коэффициент приведения скорости ветра к условиям водной поверхности для водоемов (в том числе проектируемых) с характерной протяженностью до 20 км, принимаемый: равным единице при измерении скорости ветра над водной поверхностью, над ровной песчаной (пляжи, дюны и прочее) или покрытой снегом местностью; по табл. 3* - при измерении скорости ветра над местностью типа А, В или С, устанавливаемого в соответствии с требованиями СНиП на ветровые нагрузки и дополнениями к нему.

                                                               Таблица 3*

Скорость ветра V_l, м/с	Значения коэффициента k_l при типе местности
	А	В	С
10 15 20 25 30 35 40	1,1 1,1 1,09 1,09 1,09 1,09 1,08	1,3 1,28 1,26 1,25 1,24 1,22 1,21	1,47 1,44 1,42 1,39 1,38 1,36 1,34

10. При предварительном определении элементов волн среднее значение разгона, м, для заданной расчетной скорости ветра , м/с, допускается определять по формуле

, (150)

где - коэффициент, принимаемый равным ;

- коэффициент кинематической вязкости воздуха, принимаемый равным .

Значения предельного разгона , м, допускается принимать по табл. 4 для заданной расчетной скорости ветра , м/с.

                                                                Таблица 4

Скорость ветра V_w, м/с	20	25	30	40	50
Значения предельного разгона L_u x 10(-3), м	1600	1200	600	200	100

11. Расчетные скорости ветра при разгонах менее 100 км допускается определять по данным натурных наблюдений над максимальными ежегодными значениями скоростей ветра без учета их продолжительности.

12*. Расчетные скорости ветра при разгонах более 100 км следует определять с учетом их пространственного распределения (см. рекомендуемое прил. 3*).

Элементы волн в глубоководной зоне

13. Среднюю высоту , м, и средний период волн , с, в глубоководной зоне необходимо определять по верхней огибающей кривой рис. 1. По значениям безразмерных величин и и верхней огибающей кривой необходимо определять значения и и по меньшим их величинам принять среднюю высоту и средний период волн.

Среднюю длину волн , м, при известном значении следует определять по формуле

. (151)

Примечание. При переменных скоростях ветра вдоль разгона волн допускается принимать по результатам последовательного определения высоты волны для участков с постоянными значениями скорости ветра.

14*. При сложной конфигурации береговой черты среднюю высоту волн , м, необходимо определять по формуле

, (152)

где , м, (при n = 1, ; ; ) - средние высоты волн, которые должны приниматься согласно рис. 1, по расчетной скорости ветра и проекциям лучей , м, на направление главного луча, совпадающего с направлением ветра. Лучи проводятся из расчетной точки до пересечения с линией берега с интервалом  град от главного луча.

При наличии перед расчетным створом большого количества препятствий в виде островов с угловыми размерами менее 22,5 град и суммой угловых размеров более 22,5 град среднюю высоту волн , м, в секторе n необходимо определять по формуле

, (152a)*

где , - соответственно угловые размеры i-го препятствия и j-го промежутка между соседними препятствиями, отнесенные к углу 22,5 град (; j=) в пределах n-го сектора, назначаемого в интервале  град от направления луча.

Средние высоты волн , , м, следует определять по рис. 1 по расчетной скорости ветра и разгону L, равному проекциям лучей и , м, на направление ветра. Лучи и равны соответственно расстоянию от расчетной точки до пересечения с i-м препятствием или подветренным берегом в j-м промежутке.

Средний период волн определяется по безразмерной величине , которая принимается согласно рис. 1 при известной безразмерной величине . Среднюю длину волн следует определять по формуле (151).

Примечание. Конфигурация береговой черты принимается сложной, если величина , где и - наибольший и наименьший лучи, проведенные из расчетной точки в секторе +45 град от направления ветра до пересечения с подветренным берегом.

15*. Высоту волны i%-ной обеспеченности в системе , м, следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент , принимаемый по графикам рис. 2 для безразмерной величины . При сложной конфигурации береговой черты значение должно приниматься по величине и верхней огибающей кривой рис.1.

16. Превышение вершины волны над расчетным уровнем , м, следует определять по безразмерной величине (рис.3) для данного значения , принимая .

Элементы волн в мелководной зоне

17. Высоту волн i%-ной обеспеченности , м, в мелководной зоне с уклонами дна 0,002 и более следует определять по формуле

, (153)

где - коэффициент трансформации;

- коэффициент рефракции;

- обобщенный коэффициент потерь.

Коэффициенты , и следует определять по п. 18.

Длину волн, перемещающихся из глубоководной в мелководную зону, необходимо определять по рис. 4 при заданных безразмерных величинах и , при этом период волн принимается равным периоду волн в глубоководной зоне.

Превышение вершины волны над расчетным уровнем , м, следует определять по рис.3 для данных безразмерных величин и .

18. Коэффициент трансформации необходимо принимать по графику 1 рис. 5. Коэффициент рефракции должен определяться по формуле

, (154)

где - расстояние между смежными волновыми лучами в глубоководной зоне, м;

- расстояние между теми же лучами по линии, проходящей через заданную точку мелководной зоны, м.

Лучи волн на плане рефракции в глубоководной зоне необходимо принимать по заданному направлению распространения волн, а в мелководной зоне их следует продолжать в соответствии со схемой и графиками рис. 6.

Обобщенный коэффициент потерь должен определяться по заданным значениям величины и уклону дна i (табл. 5); при уклонах дна 0,03 и более следует принимать значение обобщенного коэффициента потерь равным единице.

Примечание. Значение коэффициента допускается принимать по результатам определения коэффициентов рефракции для волновых лучей, проводимых из расчетной точки в направлениях через 22,5 град от главного луча.

                                                                Таблица 5

Относительная глубина ______ d/ламбда_d	Значения коэффициента k_l при уклонах дна i
	0,025	0,02-0,002
0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 и более	0,82 0,85 0,87 0,89 0,9 0,92 0,93 0,96 0,98 0,99 1	0,66 0,72 0,76 0,78 0,81 0,84 0,86 0,92 0,95 0,98 1

19. Среднюю высоту и средний период волн в мелководной зоне с уклонами дна 0,001 и менее необходимо определять по графикам рис. 1. По безразмерным величинам и принимаются значения и и по ним определяются и .

Высоту волны i%-ной обеспеченности в системе следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент , принимаемый по графикам рис. 2. По безразмерным величинам и определяются значения коэффициента , из которых принимается наименьший.

Среднюю длину волн при известном значении среднего периода следует определять в соответствии с п. 13.

Превышение вершины волны над расчетным уровнем должно определяться по рис. 3.

Примечание. Элементы волн, перемещающихся из мелководной зоны с уклонами дна 0,001 и менее в зону с уклонами дна 0,002 и более, необходимо определять согласно пп. 17 и 18, при этом принимается значение исходной средней высоты .

Элементы волн в прибойной зоне

20. Высоту волн в прибойной зоне , м, необходимо определять для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3 и 4 рис. 5; при этом по безразмерной величине принимается значение и соответственно определяется .

Длину волны в прибойной зоне , м, следует определять по верхней огибающей кривой рис.4, превышение вершины волны над расчетным уровнем , м - по верхней огибающей кривой рис.3.

21. Критическая глубина , м, при первом обрушении волн должна определяться для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3 и 4 рис.5 методом последовательных приближений. По ряду задаваемых значений глубин d в соответствии с пп.17 и 18 определяются величины по графикам 2, 3 и 4 рис.5 - соответствующие им значения , из которых принимается , численно и совпадающее с одной из задаваемых глубин d.

22. Критическую глубину, соответствующую последнему обрушению волн при постоянном уклоне дна, следует определять по формуле

, (155)

где - коэффициент, принимаемый по табл. 6;

n - число обрушений (включая первое), принимаемое из ряда n = 2, 3 и 4 при выполнении неравенств

и .

При определении глубины последнего обрушения коэффициент или произведение коэффициентов не должны приниматься менее 0,35.

При уклонах дна более 0,05 следует принимать значение критической глубины .

Примечание. При переменных уклонах дна допускаются принимать по результатам последовательного определения критических глубин для участков дна с постоянными уклонами.

Элементы волн на огражденной акватории

23. Высоту дифрагированной волны , м, на огражденной акватории необходимо определять по формуле

, (156)

где - коэффициент дифракции волн, определяемый согласно пп.24, 25 и 26;

- высота исходной волны i%-ной обеспеченности.

В качестве расчетной длины принимается исходная длина на входе в акваторию.

24. Коэффициент дифракции волн для акватории, огражденной одиночным молом (при заданном значении угла , град, относительном расстоянии от головы мола до точки в расчетном створе и значении угла , град), следует принимать в соответствии со схемой и графиками рис.7 согласно штриховой линии со стрелками.

                                                                Таблица 6

Уклон дна i	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035	0,04	0,045	0,05
Коэффициент k_u	0,75	0,63	0,56	0,5	0,45	0,42	0,4	0,37	0,35

25. Коэффициент дифракции волн на акватории, огражденной сходящимися молами, необходимо определять по формуле

, (157)

где - коэффициент, принимаемый по рис. 8 для данных значений и .

Величина определяется по формуле

, (158)

где и - расстояния от границ волновой тени (ГВТ) до границ дифракции волн (ГВД), принимаемые в соответствии со схемой и графиками рис. 9 согласно штриховой линии со стрелками;

b - ширина входа в порт, м, принимаемая равной проекции расстояния между головами молов на фронт исходной волны.

Значение коэффициента определяется так же, как и согласно п. 24 для точки пересечения главного луча с фронтом волн в расчетном створе.

Положение главного луча на схеме рис.9, а необходимо принимать по точкам, расположенным от границы волновой тени (ГВТ) мола с меньшим углом , град, на расстояниях x, м, определяемых по формуле

, (159)

где и - величины, принимаемые в соответствии со схемой и графиками рис.9.

26. Коэффициент дифракции волн для акватории, огражденной волноломом, должен определяться по формуле

, (160)

где - коэффициенты дифракции волн,

- определяемые для головных участков волнолома согласно п. 24.

27. Высоту дифрагированной волны с учетом отражения ее от сооружений и преград , м, в данной точке огражденной акватории необходимо определять по формуле

, (161)

где

; (162)

- коэффициент дифракции в створе отражающей поверхности, определяемый согласно пп. 24, 25 и 26;

и - коэффициенты, определяемые согласно п. 1.14* ;

- угол между фронтом волны и отражающей поверхностью, град;

- относительное расстояние от отражающей поверхности до расчетной точки по лучу отраженной волны, при этом направление луча отраженной волны должно приниматься из условия равенства углов подхода и отражения волн;

- коэффициент отражения, принимаемый по табл. 7; при угле наклона отражающей поверхности к горизонту более 45 град следует принимать коэффициент отражения .

                                                                Таблица 7

Пологость волны ______ ламбда/h_dif	Значения k при уклонах отражающей поверхности i ref,i
	1	0,5	0,25
10 15 20 30 40	0,5 0,8 1 1 1	0,02 0,15 0,5 0,7 0,9	0,0 0,0 0,0 0,05 0,18