Приложение 16 (рекомендуемое). Расчет скорости ветрового течения на открытой акватории водоема и залива

Приложение 16
Рекомендуемое

Расчет скорости ветрового течения на открытой акватории водоема и залива

Общие сведения о ветровых течениях

1. Ветровые течения, формирующиеся на открытых акваториях водоемов и в крупных заливах (размерами от нескольких сотен метров до нескольких километров) под действием ветров, характеризуются скоростью и направлением переноса, которые зависят от скорости ветра, его направления и продолжительности действия, от глубины, размеров и конфигурации водоема.

2. Расчеты характеристик течений необходимо выполнять с учетом деления ветровых течений на следующие виды:

- однонаправленное по глубине, при котором вся толща воды от поверхности до дна охватывается дрейфовым течением, направленным преимущественно в сторону действующего ветра;

- разнонаправленное по глубине, при котором поверхностные слои охватываются дрейфовым течением, направленным преимущественно в сторону действующего ветра, а глубинные и придонные слои охватываются компенсационным течением преимущественно встречного направления.

3. Возможный вид действующего ветрового течения на участке перехода магистрального трубопровода через водоем при типовых ветровых ситуациях устанавливается по данным изысканий или литературных сведений, а в случае отсутствия съемок течений - на основании рассмотрения схем циркуляции вод в водоемах и заливах, представленных в Рекомендациях по размещению и проектированию рассеивающих выпусков сточных вод (М.: Стройиздат, 1981).

Приближенная оценка скорости ветрового течения

4. Для приближенной оценки скорости ветрового течения в поверхностном слое (0,2-0,3 м от поверхности воды) следует пользоваться ветровым коэффициентом , представляющим собой отношение скорости течения к скорости ветра на высоте 10 м над открытой водной поверхностью.

5. Для установившегося дрейфового течения, не искаженного влиянием стокового или компенсационного ветрового течения, в водоемах с глубинами порядка 2-15 м, осредненное значение ветрового коэффициента принимается равным 1,70.

6. Скорость течения оценивается для двух значений скорости ветра: повторяемостью 1 раз в 25 лет и повторяемостью 1 раз в течение безледоставного периода.

7. Ветровые коэффициенты для случаев одновременного действия дрейфового и компенсационного течений встречного направления, т.е. разнонаправленного по глубине течения, следует определять по табл. 31 в зависимости от абсолютного значения глубины на вертикали и относительной глубины . В этих случаях предполагается, что дрейфовое течение охватывает верхнюю (1/3-1/5) часть вертикали, компенсационное течение встречного направления охватывает нижние (2/3-4/5) части вертикали и по условиям формирования является ветровым течением, а средняя длина волны при расчетных скоростях ветра, фактических глубинах и рельефе дна водоема определена в соответствии со СНиП "Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения" или получена по материалам изысканий.

Таблица 31

______ H / ламбда k W	H >= 15 м			H < 15 м
	7,0 1,70	5,0 1,46	4,0 1,38	3,0 1,26	2,0 1,10	1,5 1,00	1,0 0,86	0,8 0,77	0,6 0,64	0,4 0,48

Расчет уточненных значений скорости течения и продолжительности его развития

8. Уточненное значение поверхностной скорости дрейфового течения (м/с), охватывающего всю толщу воды в зонах водоемов с относительными глубинами , следует вычислять по формуле

где H - глубина на вертикали, м; - средняя длина волн в системе при расчетной скорости ветра заданного направления, м; - расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью воды, м/с; C - коэффициент Шези, зависящий от глубины и шероховатости дна , и определяемый по формуле

. (93)

Значения коэффициента определяются по таблице, имеющейся в справочниках по гидравлике.

9. Уточненное значение поверхностной скорости при совместном действии дрейфового и компенсационного течений противоположного направления (м/с) в зонах водоемов с относительными глубинами следует вычислять по формуле

10. Среднюю на вертикали скорость дрейфового течения, охватывающего всю глубину (м/с), следует вычислять по формуле

а в случае совместного действия дрейфового и компенсационного течений противоположных направлений абсолютную среднюю на вертикали скорость необходимо принимать равной

11. Формулы (92), (94)-(96) следует применять для расчетов скорости ветровых течений не только на открытых акваториях водоемов, но и на акваториях крупных заливов при м и .

12. Повторяемость по направлениям ветровых течений в поверхностном слое открытой акватории для безледоставного периода или для отдельных теплых сезонов года следует принимать равной повторяемости по направлениям ветров над водной поверхностью за соответствующие периоды или сезоны года.

Этот прием нельзя распространять на участки, где ширина водоема в 3-5 раз меньше, чем ширина соседних участков, и на участки, где в результате изменения конфигурации береговой линии преобладают ветровые течения, направленные преимущественно вдоль продольной оси водоема или вдоль генерального направления берега.

13. Для определения приближенных режимных характеристик скорости ветрового течения в случае отсутствия данных длительных наблюдений за течениями и данных о повторяемости ветров различной скорости следует использовать функции распределения скоростей течения, приведенные в табл. 32. Среднюю (в режиме) скорость ветрового течения при этом необходимо вычислять по формулам (95), (96) или (92) и (94) с использованием средней скорости ветра, полученной для водоема по короткому ряду наблюдений (1-2 сезона), а скорости заданного процента обеспеченности определять путем умножения средней скорости течения на коэффициент, взятый по табл. 32.

Таблица 32

Обеспеченность, %	0,1	1	5	10	20	50	70	80	90
Коэффициент перехода от средней скорости течения (в режиме) к средней скорости заданной обеспеченности	3,77	2,91	2,23	1,91	1,54	0,96	0,60	0,45	0,28

14. Общую продолжительность периода развития ветрового течения (в часах) необходимо определять по формуле

, (97)

где - средняя на вертикали скорость установившегося ветрового течения, вычисленная по формулам (95) или (96), м/с; - средняя глубина водоема или его частично обособленного района (если в его пределах возможно формирование самостоятельной системы течений), м; - расчетная скорость ветра, м/с; - безразмерный коэффициент, равный 277.

15. Относительное значение средней на вертикали скорости ветрового течения для заданного интервала времени его развития следует вычислять по формуле

, (98)

где - средняя на вертикали скорость ветрового течения в конце заданного интервала времени , равного, например, продолжительности непрерывного действия штормового ветра.

Для определения продолжительности непрерывного действия ветра следует пользоваться данными ближайшего к переходу трубопровода пункта метеорологических наблюдений, данными Справочника по климату СССР (часть III, ветер) или литературными сведениями.

Определение распределения скорости по вертикали

16. Для определения распределения по вертикали скорости установившегося дрейфового течения, охватывающего всю толщу воды, необходимо пользоваться безразмерными кривыми (рис. 41) в зависимости от относительной глубины . Распределение скоростей для значений , не указанных на рис. 41, следует определять путем интерполяции между соседними кривыми с известными значениями .

      17. Для определения распределения по вертикали скорости  установив-

шегося разнонаправленного по глубине ветрового течения для  относительных

         ______

глубин Н/ламбда = 0,5 - 5,0 и условий равенства   элементарных   расходов

дрейфового и компенсационного  течений  следует  пользоваться  обобщенной

безразмерной кривой (v ) /|v |  =f(z/Н) (рис. 42).

                      y i   y ср

                     ->    ->

                     <-    <-