Приложение А. Элементы волн на открытых и огражденных акваториях

Приложение А

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.

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.

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

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

Верификация полученных значений элементов волн проводится на основе данных измерений, выполненных в натурных условиях.

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

А.5 Определение характеристик волнения на основе гидродинамического и вероятностного моделирования должно выполняться с использованием спектрально-дискретных или спектрально-параметрических моделей.

Верификацию результатов гидродинамического моделирования рекомендуется проводить по результатам 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 (анемометрической) 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, принимаются 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 следует 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, определяется по формуле

, (A.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 числа 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

, (A.3)

где , - соответственно угловые размеры i-го препятствия и j-го промежутка между соседними препятствиями, отнесенные к углу 22,5° (; ) 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 A.3) для данного значения при .

А.10 Период пика спектра для спектральной плотности JONSWAP связан со средним периодом волн соотношением:

, (А.4)

где - параметр пиковатости спектра JONSWAP.

А.11 Максимальная высота волны , м, для шторма длительностью t, с, определяется по формуле

, (A.5)

где - среднее число волн за период t, - значительная высота волн.

Элементы волн в мелководной зоне

А.12 Высоту волн i%-ной обеспеченности , м, в мелководной зоне с уклонами дна 0,002 и более следует определять по формуле

, (A.6)

где - коэффициент трансформации;

- коэффициент рефракции;

- обобщенный коэффициент потерь;

- коэффициент обеспеченности волн в системе.

Коэффициенты , и следует определять по А.13.

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 безразмерных параметров и .

А.13 Коэффициент трансформации следует принимать по графику 1 рисунка А.5. Коэффициент рефракции должен определяться по формуле

, (А.7)

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

a - 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.6, а и графиками рисунка А.6, б 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.14 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 наименьшее.

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 A3.

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.12 и А.13, при этом высота исходной средней высоты принимается .

А.15 Учет переменных глубин вдоль линии разгона в мелководной зоне при уклонах дна 0.001 и менее производят следующим образом.

Профиль дна вдоль линии разгона, начиная от подветренного берега, разбивают на участки длиной с примерно одинаковым уклоном в пределах каждого участка. В конце первого участка для безразмерных величин и определяют среднюю высоту волн по A.14. На каждом последующем участке по графикам на рисунке А.1 для безразмерных величин и ( - средняя высота волн в начале j-го участка; - глубина воды в конце j-го участка) определяют условный разгон . Далее в конце j-го участка для безразмерных величин и определяется средняя высота волн по рисунку А.1. Указанный процесс применяется вдоль всей линии разгона волны.

Элементы волн в прибойной зоне

А.16 Высоту волн в прибойной зоне , м, следует определять для заданных уклонов дна i по графикам 2 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 A.3.

А.17 Критическая глубина , м, при первом обрушении волн должна определяться для заданных уклонов дна i по графикам 2 рисунка А.5 методом последовательных приближений. По ряду задаваемых значений глубин d в соответствии с А.12 и А.13 определяются величины и по графикам 2 рисунка А.5 - соответствующие им значения , из которых принимается , численно совпадающее с одной из задаваемых глубин d.

А.18 Критическую глубину, соответствующую последнему обрушению волн при постоянном уклоне дна, следует определять по формуле

, (A.8)

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 должен приниматься не менее 0,35.

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

Примечание - При переменных уклонах дна глубина принимается 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.19 Высоту дифрагированной волны , м, на огражденной акватории следует определять по формуле

, (А-9)

где - коэффициент дифракции волн, определяемый согласно А.20, А.21 и А.22;

- высота исходной волны i%-ной обеспеченности.

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

А.20 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 (штриховая линия со стрелками).

А.21 Коэффициент дифракции волн на акватории, огражденной сходящимися молами, определяется по формуле

, (А.10)

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

Значение определяется по формуле

, (А.11)

где и - расстояния от границ волновой тени (ГВТ) до границ дифракции волн (ГДВ), принимаемые в соответствии со схемой и графиками рисунка А.9 (штриховые 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.20 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

, (A.12)

где и - величины, значения которых принимают в соответствии со схемой и графиками рисунка А.9.

А.22 Коэффициент дифракции волн для акватории, огражденной волноломом, должен определяться по формуле

, (А.13)

где и - коэффициенты дифракции волн, определяемые для головных участков волнолома согласно А.20.

А.23 Высоту дифрагированной волны с учетом отражения ее от сооружений и преград , м, в данной точке огражденной акватории необходимо определять по формуле

, (А.14)

где

, (А.15)

- коэффициент дифракции волн в створе отражающей поверхности, определяемый согласно А.20, А.21 и А.22;

и - коэффициенты, определяемые по таблице 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 следует уточнять согласно А.12 и А. 13.

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