1.5.3. Расчет элементов ветровых волн и учет их изменчивости

Приступая к изучению ветрового волнения в натурных условиях или к расчетам элементов волн для конкретных условий, необходимо учитывать изменчивость элементов волн. Обычно учитывают два вида изменчивости волн: в системе и в режиме.

Изменчивость волн в системе обычно определяют по обобщенным значениям функций распределения, представляемых в виде графиков или таблиц. Такие графики и таблицы обычно получают путем соответствующей обработки волнограмм или путем расчетов по теоретическим зависимостям.

В СНиП «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения» [166] функции распределения представлены в виде

где высота конкретной волны, средняя высота волны в системе, длина разгона,

Для условий глубокой воды и установившегося волнения значения этих же функций приведены в табл. 1.1.

С целью сопоставлений в табл. 1.1 помещены также осредненные значения соотношений и полученные по многим сериям записей на Кременчугском водохранилище, оз. Балхаш и в аэрогидравлическом лотке (при длине разгона волн и глубине

Таблица 1.1 (см. скан) Значения функций распределения высоты, периода и длины волн

Из данных табл. 1.1 видно, что во внутренних водоемах при длине разгона от нескольких километров до нескольких десятков километров функции распределения элементов ветровых волн могут заметно различаться, особенно в области малой, обеспеченности, от значений, принятых в СНиП [166]. Это обстоятельство необходимо учитывать при решении инженерных задач.

Для расчета средней высоты и среднего периода ветровых волн в глубоководной зоне и зонах с ограниченными глубинами в СНиП [31, 166] рекомендуется пользоваться кривыми, приведенными на рис. 1.9.

По вычисленному среднему периоду волн можно определить среднюю длину волн по формуле

Некоторое представление о возможных погрешностях расчетов элементов волн в глубоководной зоне дает рис. 1.10. Наиболее заметно превышение данных СНиП над наблюденными значениями в области больших значений В области малых

(кликните для просмотра скана)

значений одни наблюденные значения совпадают с огибающей кривой а другие располагаются как выше, так и ниже кривой. Из этого следует, что при решении задач хезяйственного использования водоемов результаты расчетов волн целесообразно корректировать по данным натурных наблюдений.

Рис. 1.10. Сопоставление предельных средних высот волн при заданных разгонах и скорости ветра, полученных путем экспериментов и расчетов. расчеты по Браславскому при значениях измерения на Кайраккумском водохранилище на расстоянии: 6 — в от волнографа всех элементов волн . Кокоулнна в от максимально-минимальной волномерной вехи в от измерения на Куйбышевском водохранилище [199]; измерения в аэрогндравлнческнх лотках [174]: 10 — 40X1,2X1,0 м, 11 - 30X0,6X0,5 м, 12 - 8x0,2x0,2 м.

В СНиП дается метод расчета элементов ветровых волн отдельно для мелководной и прибойной зон.

Высоту волны обеспеченности в мелководной зоне с уклонами дна 0,002 и более рекомендуется определять по формуле

где коэффициент трайсформации; — коэффициент рефракции; коэффициент обобщенных потерь; коэффициент перехода от средней высоты волны к высоте волны требуемой обеспеченности.

Коэффициенты определяют по табл. 1.2 для заданной относительной глубины Средний период волн в пределах мелководной зоны принимают равным среднему периоду на

глубокой воде и определяют по рис. 1.9. Коэффициент определяют рекомендациям СНиП -[166], а в случае подхода волн по нормали к линии берега или отклонениях до 10—15° от нее принимают равным единице. Значение коэффициента для внешней границы мелководной зоны может быть принято по табл. 1.1, а для зоны ограниченных глубин — по рекомендациям СНиП [166].

Таблица 1.2 (см. скан) Значения коэффициентов, учитываемых при расчетах высоты волн в водоеме

Длина волн в мелководной зоне при заданных значениях определяют по кривым 1 рис. 1.11.

В прибойной зоне высоту разрушающихся ветровых волн при заданном уклоне дна определяют по табл. 1.2. Для этого по отношению средняя длина волн на внешней границе прибойной зоны) и данным графы 5 или 6 табл. 1.2 находят соответствующее значение а по нему, при условии равенства среднего периода в прибойной зоне и на глубокой воде, определяют высоту прибойной волны

Длину волны в прибойной зоне [166] рекомендуется определять по верхней огибающей кривой (кривая на рис. 1.11. Для отмелей внутренних водоемов ее можно определить по кривой 2 этого же рисунка. Поскольку кривые 2 и 1 различаются незначительно, то указанную рекомендацию можно считать вполне приемлемой.

При разработке рассмотренных рекомендаций по определению элементов волн, трансформирующихся и разрушающихся в мелководной и прибойной зонах, использовались преимущественно

данные наблюдений на морях. Подтверждение обоснованности рекомендаций СНиП [166] впоследствии было получено, в частности, по данным многочисленных исследований трансформации волн на отмелях Черного моря [69]. Очень мало аналогичных данных для береговых отмелей водохранилищ и озер.

Рис. 1.11. Расчетные и эмпирические зависимости относительных значений высоты и длины трансформирующих воли от относительной глубины данные [1661; 2 — осредненные значения по измерениям [170]; 3 — осредненные значения по измерениям [170]; длина волн на глубокой воде.

Определенное количество материала по трансформации волн получено экспедицией ГГИ на береговых отмелях Кайраккумского водохранилища, где применялась синхронная регистрация с использованием волнографа [154], нескольких электроконтактных и киносъемка на фоне волномер ной сетки, показанной на рис. 1.12. По данным этих исследований [170] вычислены осредненные значения элементов волн, частично приведенные на рис. 1.11. Трансформацию длины волны характеризует, как упомянуто выше, кривая 2, расположенная несколько выше верхней огибающей кривой СНиП [166].

На рис. 1.11 нанесена также осредненная кривая трансформации высот волн (кривая Тенденция изменения этой кривой

незначительно отличается от изменения отношения представленного в графе 6 табл. 1.2, что убеждает в приемлемости ее для расчетов.

Рис. 1.12. Трансформация и разрушение ветровых волн на береговой отмели водохранилища в створе, оборудованном волномериой сеткой (ячейки см), электроконтактными вехами и волнографом всех элементов волн ВВЭВК [154, 169].