Приложение 14 (обязательное). Определение характеристик режима ветрового волнения

Приложение 14
Обязательное

Определение характеристик режима ветрового волнения

Получение исходных данных

1. Основными характеристиками ветрового волнения на участке расположения перехода трубопровода через водоем являются: зависимости элементов волн - высоты, длины и периода - от скорости и направления волнообразующего ветра на высоте 10 м над водной поверхностью; многолетние статистические показатели режима волнения - повторяемость и обеспеченность (вероятность превышения) высоты волн; расчетные высоты волн малой повторяемости (1 раз в n лет).

2. Зависимости элементов волн от скорости и направления волнообразующего ветра необходимо устанавливать путем расчетов с привлечением данных натурных наблюдений, полученных в результате гидрологических изысканий. Данные натурных наблюдений используют для корректировки результатов расчетов, если систематические отклонения измеренных величин от рассчитанных составляют 10% и более.

3. Многолетние характеристики режима волнения следует определять на основании соответствующих многолетних характеристик режима волнообразующего ветра в безледный период и зависимостей элементов волн от скорости и направления ветра.

Расчеты элементов волн

4. Расчеты элементов волн рекомендуется выполнять для 3-5 точек в створе перехода трубопровода через водоем. Если протяженность створа перехода не превышает 3 км, а длины разгона волн и глубины по основным направлениям разгона волн различаются не более чем в 1,5 раза, допускается назначать три расчетные точки: две - у внешних склонов береговых отмелей и одну - примерно на продольной оси водоема.

В створах перехода трубопровода на участках, где ширина водоема превышает 3 км, а длины разгона волн и глубины различаются более чем в 1,5 раза, между расчетными точками у береговых отмелей необходимо назначать 2-3 промежуточные точки.

5. Элементы волн в расчетных точках необходимо определять по СНиП 2.06.04-82 и представлять в виде графиков зависимости каждого элемента волн от скорости ветра и в виде эпюр распределения основных элементов волн (высота, длина, скорость, период) по створу перехода при расчетных значениях скорости ветра, действующего слева и справа от створа.

6. Элементы волн на трассе перехода трубопровода через проточный водоем, например, через речное водохранилище руслового типа с выраженным стоковым течением, следует рассчитывать с учетом влияния течения на формирование волн. При этом нужно иметь в виду, что учет влияния течения целесообразен в тех случаях, когда оно вызывает изменение элементов волн по сравнению с их элементами при отсутствии течения на 10% и более и когда соблюдается условие

, (82)

где - средняя глубина водоема на пути волн; - средняя длина волн.

7. Расчет элементов волн на течении требуется выполнять в следующем порядке. По графикам зависимости элементов волн от скорости ветра без учета течения, полученным в соответствии с требованиями п. 5 настоящего обязательного приложения, задают значения средней длины волн и определяют соответствующие им значения средней высоты , среднего периода волн и скорости волнообразующего ветра. Значение средней скорости волн без учета течения вычисляют по формуле

(83)

или

. (84)

Для волн на течении, имеющих среднюю длину , равную заданной средней длине волн при отсутствии течения, вычисляют среднюю высоту по формуле

, (85)

среднюю скорость по формуле

, (86)

средний период по формуле

(87)

и скорость волнообразующего ветра по формуле

, (88)

где - средняя скорость попутного (знак плюс) или встречного (знак минус) волнам течения в слое воды от поверхности до горизонта .

Расчет по формулам (85)-(88) следует выполнять при относительной скорости попутного течения и относительной скорости встречного течения , поскольку при других значениях относительной скорости течения ветровые волны не образуются.

Результаты расчетов, выполняемых для нескольких заданных значений, должны быть представлены в виде графиков зависимости элементов волн на течении от скорости волнообразующего ветра. Эти графики используются для определения основных элементов ветровых волн на течении при заданных значениях скорости волнообразующего ветра, в частности, при расчетной скорости ветра малой повторяемости (1 раз в n лет).

8. Переход от средних значений элементов волн к значениям элементов заданной обеспеченности в системе волн и выбор этой обеспеченности должны осуществляться по СНиП 2.06.04-82.

Определение режимных характеристик волнения

9. Режимные характеристики волнения достаточно определять для трех расчетных точек на трассе перехода: двух крайних (прибрежных) и одной промежуточной. Из промежуточных точек выбирается та, в которой при всех направлениях или большинстве направлений волнообразующего ветра высота волн больше, чем в других промежуточных точках.

10. Обеспеченность в режиме высоты волн i-той обеспеченности (в системе волн) следует принимать равной обеспеченности той скорости ветра, которая соответствует заданной высоте волн на графике зависимости высоты волн от скорости волнообразующего ветра заданного направления или группы направлений. Исходя из этого частные (для отдельных направлений штормов) многолетние кривые обеспеченности высот волн следует получать путем перехода от ординат (скоростей ветра) частных многолетних кривых обеспеченности скоростей волнообразующего ветра за безледоставный период к ординатам (высотам волн) искомых кривых по графикам зависимости высот волн от скоростей ветра для каждого из рассматриваемых направлений. Суммарную многолетнюю кривую обеспеченности высот волн следует строить путем обобщения частных многолетних кривых обеспеченности высот волн.

11. Повторяемость высот волн в пределах выбранной градации волнения заданного направления следует определять по многолетней кривой обеспеченности высоты волн этого направления как разность обеспеченностей, соответствующих нижней и верхней границам градации высоты волн. Полученные таким путем сведения о повторяемости высот волн по всем градациям высоты и по всем направлениям волнения должны быть представлены в виде таблицы, которая используется для расчетов деформаций берегов и береговых отмелей, вдольберегового транспорта наносов и заносимости прорези на участке расположения перехода трубопровода через водоем.

12. Высоты волн малой повторяемости (1 раз в n лет) рекомендуется определять по СНиП 2.06.04-82 в соответствии с расчетными значениями скоростей ветра или снимать по расчетным значениям скоростей ветра малой повторяемости с графиков зависимости высот волн от скорости ветра, построенным для каждого направления, для групп направлений или для всех направлений.

Пример расчета элементов ветровых волн на течении

Рассчитать элементы , , , ветровых волн, образовавшихся на попутном ( м/с) или встречном ( м/с) течении в глубоководном водоеме при длине разгона волн 7,3 км, если для заданного пункта водоема имеются графики зависимостей и , построенные для условий отсутствия течения.

Весь диапазон длин волн на стоячей воде, заданный графиком , разбиваем на ряд значений; для каждого значения определяем по графикам соответствующие ему значения и и результаты записываем в табл. 30. Дальнейший расчет элементов волн на течении производим отдельно для каждого значения длины волны. Например, если на стоячей воде при скорости ветра  м/с образуются волны высотой h = 0,335 м и длиной  м (табл. 30, графа 5), расчет выполняем следующим образом.

Таблица 30

Расчетные элементы ветровых волн на попутном и встречном течении

Характеристика	______ Средняя длина волны ламбда, м
	1,00	2,65	4,25	5,85	7,50	9,10	10,7
_ Течение отсутствует, v = 0 _ h м | 0,07 | 0,155| 0,250|0,335 |0,425 |0,510|0,600 W м/с | 4,00 | 6,00 | 8,00 |10,00 |12,00 |14,00|16,00 10 | | | | | | | _ | | | | | | | c м/с | 1,25 | 2,04 | 2,57 | 3,02 | 3,42 | 3,77| 4,08 ___ | | | | | | | тау с | 0,80 | 1,30 | 1,65 | 1,93 | 2,19 | 2,41| 2,62 _ Встречное течение, v=-0,8 м/с _ _ v/c | 0,640| 0,393| 0,311| 0,264| 0,234|0,212| 0,196 _ _ | | | | | | | 1-v/c | 0,360| 0,607| 0,689| 0,736| 0,766|0,788| 0,804 W м/с | - | 3,64 | 5,51 | 7,36 | 9,19 |11,03|12,86 v | | | | | | | _ | | | | | | | h м | - | 0,094| 0,172| 0,246| 0,325|0,401| 0,482 v | | | | | | | _ | | | | | | | c м/с | - | 1,24 | 1,77 | 2,22 | 2,62 | 2,97| 3,28 v | | | | | | | ___ | | | | | | | тау с | - | 2,14 | 2,40 | 2,63 | 2,86 | 3,06| 3,26 v | | | | | | | _ Попутное течение v=0,8 м/с _ _ v/c | 0,640| 0,393| 0,311| 0,264| 0,234|0,212| 0,196 _ _ | | | | | | | 1-v/c | 1,64 | 1,39 | 1,31 | 1,26 | 1,23 | 1,21| 1,20 W м/с | 6,56 | 8,36 |10,5 |12,6 |14,8 |16,9 |19,1 v | | | | | | | _ | | | | | | | h м | 0,126| 0,216| 0,327| 0,423| 0,524|0,618| 0,717 v | | | | | | | _ | | | | | | | c м/с | 2,05 | 2,84 | 3,37 | 3,82 | 4,22 | 4,57| 4,88 v | | | | | | | ___ | | | | | | | тау с | 0,48 | 0,93 | 1,26 | 1,53 | 1,77 | 1,99| 2,19 v | | | | | | |

Скорость волн длиной  м на стоячей воде рассчитываем по формуле (84)

м/с,

а средний период - по формуле (83)

 с.

Скорость ветра, при которой образуются волны длиной  м на встречном течении ( м/с), вычисленная по формуле (88), равна

 м/с,

а на попутном течении ( м/с) равна

 м/с.

Скорость волн длиной  м на встречном течении, вычисленная по формуле (86), равна

м/с,

а на попутном течении

м/с.

Период этих волн на встречном течении, вычисленный по формуле (87), равен

 с,

а на попутном течении

 с.

Высота рассматриваемых волн на встречном течении, вычисленная по формуле (85), равна

 м,

а на попутном течении

 м.

Результаты расчетов для каждого значения длины волны сводятся в таблицу (см. табл. 30), по которой строим графики зависимости основных элементов волн на течении от скорости ветра. На основании расчетов можно убедиться, что ветер одинаковой скорости вызывает на встречных течениях волны большей длины, высоты и большего периода, а на попутных течениях волны меньшей длины, высоты и меньшего периода, чем на стоячей воде при той же длине разгона волн.