Приложение А (рекомендуемое). Элементы волн на открытых и огражденных акваториях

Приложение А
(рекомендуемое)

Элементы волн на открытых и огражденных акваториях

А.1 Элементы ветра над поверхностью водоемов должны определяться путем численного прогноза на основе результатов статистической обработки барических полей с помощью вероятностного моделирования и с учетом натурных данных, полученных в соответствии с требованиями [1] и [2] по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям для строительства.

А.2 Элементы течений по глубине водоемов должны устанавливаться путем гидродинамического и вероятностного моделирования с учетом элементов приливных и стоковых течений, а также натурных данных, полученных в соответствии с требованиями [1] и [2] по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям для строительства.

А.3 Определение элементов волн на открытых и огражденных акваториях следует проводить на основе материалов А.6-А.20.

В качестве исходных данных следует использовать карты глубин и данные об элементах ветра, полученных в соответствии с А.1.

Рекомендуется проводить верификацию полученных значений элементов волн на основе данных измерений, выполненных в натурных условиях в соответствии с [1] и [2].

А.4 Трансформацию волн на течении следует учитывать с помощью апробированных методов расчета.

А.5 Допускается определение характеристик волнения на основе гидродинамического и вероятностного моделирования с использованием спектрально-дискретных или спектрально-параметрических моделей.

Верификацию результатов гидродинамического моделирования рекомендуется проводить по имеющимся данным измерений характеристик волнения в натурных условиях или на физических моделях.

Элементы волн в глубоководной зоне

А.6 Средняя высота , м, и средний период волн , с, в глубоководной зоне должны определяться по расчетной скорости ветра по верхней огибающей кривой рисунка А.1. По значениям безразмерных параметров и , и верхней огибающей кривой следует определять значения и и по меньшему из них принять среднюю высоту и средний период волн.

Длину разгона волны L, м, следует определять по картографическому материалу с учетом направления ветра.

Значения длины предельного разгона , м, допускается принимать по таблице А.1 для заданной расчетной скорости ветра , м.

Таблица А.1

Скорость ветра , м/с	20	25	30	40	50
Значения длины предельного разгона , м	1600	1200	600	200	100

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

. (А.1)

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

А.7 Высоту волны i%-ной обеспеченности в системе , м, следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент , принимаемый по графикам рисунка А.2 для безразмерной величины . При сложной конфигурации береговой черты значение должно приниматься по величине и верхней огибающей кривой рисунка А.1.

Элементы волн с обеспеченностью по режиму 1; 2; 4% необходимо принимать по функциям распределения, определяемым по натурным данным.

А.8 При сложной конфигурации подветренной береговой линии средняя высота волн , м, может определяться по формуле

, (А.2)

где , м, (при n = 1; ; ; ) - средние высоты волн, которые должны приниматься согласно рисунку А.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 ° от главного луча.

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

, (А.3)

где , - соответственно угловые размеры i-го препятствия и j-го промежутка между соседними препятствиями, отнесенные к углу 22,5° (i = 1, 2, 3_ ; j = 1, 2, 3_, ) в пределах n-го сектора, назначаемого в интервале ° от направления луча.

Средние высоты волн , , м, следует определять по рисунку А.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 безразмерному параметру , который принимается согласно рисунку А.1 при известном значении . Среднюю длину волн следует определять по формуле (А.1).

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

А.9 Превышение вершины волны над расчетным уровнем , м, определяется по безразмерному параметру (рисунок А.3) для данного значения при .

Элементы волн в мелководной зоне

А.10 Высоту волн i%-ной обеспеченности , м, в мелководной зоне с уклонами дна 0,002 и более следует определять по формуле

, (А.4)

где - коэффициент трансформации;

- коэффициент рефракции;

- обобщенный коэффициент потерь.

- коэффициент обеспеченности волн в системе.

Коэффициенты , и следует определять по А.11.

Длина волн, перемещающихся из глубоководной зоны в мелководную, определяется по рисунку А.4 при заданных значениях безразмерных параметров и . Период волн принимается равным периоду волн в глубоководной зоне.

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

А.11 Коэффициент трансформации следует принимать по графику 1 рисунка А.5. Коэффициент рефракции должен определяться по формуле

, (А.5)

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

а - 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 а и графиками б рисунка А.6 согласно штриховой линии со стрелками.

Обобщенный коэффициент потерь должен определяться по заданным значениям параметра и уклону дна i (таблица А.2); при уклонах дна 0,03 и более следует принимать значение обобщенного коэффициента потерь равным единице.

Примечание - При сложной конфигурации дна и частичной защищенности акватории значение коэффициента следует принимать по результатам определения коэффициентов рефракции для волновых лучей, проводимых из расчетной точки в направлениях через 22,5° от главного луча.

Таблица А.2

Относительная глубина	Значения коэффициента при уклонах дна i
	0,025	0,02_0,002
0,01	0,82	0,66
0,02	0,85	0,72
0,03	0,87	0,76
0,04	0,89	0,78
0,06	0,9	0,81
0,08	0,92	0,84
0,1	0,93	0,86
0,2	0,96	0,92
0,3	0,98	0,95
0,4	0,99	0,98
0,5 и более	1	1

А.12 Среднюю высоту и средний период волн в мелководной зоне с уклонами дна 0,001 и менее необходимо определять по графикам рисунка А.1. По безразмерным параметрам 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 рисунка А.2. По безразмерным параметрам и определяются значения коэффициента , из которых принимается наименьший.

Среднюю длину волн при известном значении среднего периода следует определять в соответствии с А.6.

Превышение вершины волны над расчетным уровнем должно определяться по рисунку А.3.

Примечание - Элементы волн, перемещающихся из мелководной зоны с уклонами дна 0,001 и менее в зону с уклонами дна 0,002 и более, должны определяться согласно А.10 и А. 11, при этом высота исходной средней высоты принимается .

Элементы волн в прибойной зоне

А.13 Высоту волн в прибойной зоне , м, следует определять для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3 и 4 рисунка А.5: по безразмерной величине находится значение и по нему определяется .

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

А.14 Критическая глубина , м, при первом обрушении волн должна определяться для заданных уклонов дна i по графикам 2, 3 и 4 рисунка А.5 методом последовательных приближений. По ряду задаваемых значений глубин d в соответствии с А.10 и А.11 определяются величины и по графикам 2, 3 и 4 рисунка А.5 - соответствующие им значения , из которых принимается , численно совпадающее с одной из задаваемых глубин d.

А.15 Критическую глубину, соответствующую последнему обрушению волн при постоянном уклоне дна, следует определять по формуле

, (А.6)

где - коэффициент, принимаемый по таблице А.3;

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 допускается принимать по результатам последовательного определения критических глубин для участков дна с постоянными уклонами.

Таблица А.3

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

Элементы волн на огражденной акватории

А.16 Высоту дифрагированной волны , м, на огражденной акватории следует определять по формуле

, (А.7)

где - коэффициент дифракции волн, определяемый согласно А.17, А.18 и А.19;

- высота исходной волны i%-ной обеспеченности.

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

А.17 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 рисунка А.7 согласно штриховой линии со стрелками.

А.18 Коэффициент дифракции волн на акватории, огражденной сходящимися молами, определяется по формуле

, (А.8)

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

Значение определяется по формуле

, (А.9)

где и - расстояния от границ волновой тени (ГВТ) до границ дифракции волн (ГДВ), принимаемые в соответствии со схемой и графиками рисунка А.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 А.17 для точки пересечения главного луча с фронтом волн в расчетном створе.

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

, (А.10)

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

А.19 Коэффициент дифракции волн для акватории, огражденной волноломом, должен определяться по формуле

, (А.11)

где и - коэффициенты дифракции волн, определяемые для головных участков волнолома согласно А.17.

А.20. Высоту дифрагированной волны с учетом отражения ее от сооружений и преград , м, в данной точке огражденной акватории необходимо определять по формуле

, (А.12)

где

, (А.13)

- коэффициент дифракции в створе отражающей поверхности, определяемый согласно А.17, А.18 и А.19;

и - коэффициенты, определяемые по данным таблицы Д.1 приложения Д;

- 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 таблице А.4; при угле наклона отражающей поверхности к горизонту более 45° следует принимать коэффициент отражения .

Примечание - Высоту волны на огражденной акватории с меняющимися глубинами допускается уточнять согласно А.10 и А.11 при надлежащем обосновании.

Таблица А.4

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