Определение параметров волн. РГР — копия. 1Описание района строительства, выбор волноопасных направлений 3

• Название: 1Описание района строительства, выбор волноопасных направлений 3
• Анкор: Определение параметров волн
• Дата: 22.07.2022
• Размер: 0.69 Mb.
• Имя файла: РГР — копия.docx
• Тип: Документы; #634640

Оглавление

Введение 2

1Описание района строительства, выбор волноопасных направлений 3

2Определение скорости ветра расчетного шторма для трех волноопасных направлений 5

3Определение элементов волн в глубоководной зоне для волноопасных направлений 6

4Определение элементов трансформированных волн в трех заданных сечениях оградительного сооружения для волнопасных направлений 8

4.1Определение коэффициента перехода k_i 9

4.2Определение коэффициентов потерь k_п и трансформации k_т 11

4.3Определение коэффициента рефракции k_р 12

5Определение критической глубины для волноопасных направлений 15

Заключение 17

Список литературы 18

Приложение А 19

Приложение Б 21

Введение

Целью расчетно-графической работы является определение элементов волн на акватории. Для успешного достижения цели перед студентом поставлены следующие задачи:

1. 
   определить скорости ветра расчетного шторма для волноопасных направлений;
   
2. 
   определить элементы волн в глубоководной зоне для волноопасных направлений;
   
3. 
   определить элементы трансформированных волн в трех заданных сечениях оградительного сооружения для волнопасных направлений;
   
4. 
   определить критическую глубину.
   

Расчет, произведенный в расчетно-графической работе, позволяет закрепить полученные теоретические знания и получить новые навыки, связанные с расчетом элементов волн на акватории.

Материалы, на основании которых выполняется работа – это учебные материалы, а также своды правил и норм.

1. Описание района строительства, выбор волноопасных направлений

Волноопасные направления определяем исходя из плана местности (приложение А). Для этого совмещаем направление С-Ю на плане акватории с розой ветров и выбираем наиболее неблагоприятные направления ветра по частоте направления и по скорости. Таким образом, волноопасные направления: З, ЮЗ, СЗ.

Характеристики ветра в графической форме представлены в виде розы ветров. Определим масштаб розы ветров. Длины лучей по направлениям:

Ю = 42 мм; С = 11 мм; В = 31 мм; З = 48 мм; СВ = 63 мм; ЮВ = 42 мм; ЮЗ = 30 мм; СЗ = 37 мм. Сумма длин лучей Σ = 304 мм.

Таким образом, и масштаб розы ветров M 1:3,29.

Определим повторяемость и вероятность повторения ветра в данном направлении. Данные о повторяемости и вероятности появления указаны в таблицах 1–3. Повторяемость ветра по диапазонам и направлениям снимается с розы ветров. Повторяемость ветра в данном направлении определяется по таблице 1. Вероятность появления ветра в данном направлении – по таблице 2.

Таблица 1 – Повторяемость ветра по диапазонам и направлениям, %

Направле- ния w, м/с	З	ЮЗ	СЗ
1-3	5,6	4,3	5,9
4-8	6,9	3,29	3,9
9-13	1,3	0,99	0,5
14-20	0,3	0	0,3
Σ	14,1	8,58	10,6

Таблица 2 – Повторяемость ветра в данном направлении, %

Направле- ния w, м/с	З	ЮЗ	СЗ
> 1	14,1	8,58	10,6
> 4	8,5	4,28	4,7
> 9	1,6	0,99	0,8
> 14	0,3	0	0,3

Таблица 3 – Вероятность появления ветра в данном направлении, %

Направле- ния w, м/с	З ●	ЮЗ ■	СЗ Δ
> 1	100	100	100
> 4	60	50	44
> 9	11	11,5	7,5
> 14	2	0	3

2. Определение скорости ветра расчетного шторма для трех волноопасных направлений

Расчётный шторм – шторм, при котором наблюдается интенсивное ветровое волнение один раз в течение заданного числа лет n_t. Интенсивность волнения оценивается средней высотой волн . Чем ответственнее сооружение, т. е. чем выше его класс капитальности, тем более сильным принимается расчётный шторм (тем реже он повторяется).

Скорость ветра расчетного шторма W определяется с использованием клетчатки вероятностей. Клетчатка вероятностей – графическая зависимость , где F – интегральная повторяемость скоростей ветра по данному румбу, %; W – величина скорости ветра, м/с.

Интегральная повторяемость скоростей ветра по данному румбу определяется по формуле:

, (1)

где t – время действия расчётного шторма, ч., принимаем t = 12 ч.; N - число дней наблюдений в году за безлёдный период; n_t – заданное число лет, для сооружений I, II классов заданное число лет n_t= 50 лет; р – повторяемость данного волноопасного направления ветра среди других направлений, выраженная в долях единицы.

Принимаем лёдный период с 21.12 по 13.03 – 82 дня, следовательно число дней наблюдений в году за безлёдный период N = 365 – 82 = 283 дня.

Для западного направления p = 0,141 (см. табл. 1):

%.

Для юго-западного направления p = 0,0858 (см. табл. 1):

%.

Для северо-западного направления p = 0,106 (см. табл. 1):

%.

По данным таблицы 3 строим графики на клетчатке вероятностей, по оси ординат отмечаем значения , , (приложение А), определяем скорости ветра по заданным направлениям.

Таким образом, м/с, м/с, м/с.

Принимаем м/с, м/с.

3. Определение элементов волн в глубоководной зоне для волноопасных направлений

При предварительном определении элементов волн среднее значение разгона (м) для заданной расчётной скорости ветра W, м/с допускается определять по формуле:

, (2)

где k – коэффициент принимаемый равным 5*10¹¹; – коэффициент кинематической вязкости воздуха, принимаемый равным 10^-5 м²/с.

Таким образом, для волноопасных направлений величина разгона D:

м;

м;

м.

Средние высота и период волн определяются по графикам на рисунке 1 при известных t, W, Dпутем вычисления безразмерных отношений , и нахождению отношений . Для глубоководного бассейна (или зоны ) используется верхняя огибающая кривая.



Рисунок 1 -

Средняя длина волны в глубоководной зоне определяется по формуле:

. (3)

Для западного направления:

;	– установившаяся волна
.

=> с.

=> м.

м.

Для юго-западного направления:

;	– развивающаяся волна
.

=> с.

=> м.

м.

Для северо-западного направления:

;	– установившаяся волна
.

=> с.

=> м.

м.

4. Определение элементов трансформированных волн в трех заданных сечениях оградительного сооружения для волнопасных направлений

При распространении ветровых волн из глубоководной зоны в мелководную, т. е. к берегу, в условиях уменьшающихся глубин происходят явления трансформации и рефракции, сопровождающиеся потерями энергии. Высоты и длины волн изменяются, а периоды практически остаются постоянными.

Трансформация волны – это явление переформирования профиля и изменения элементов волн на мелководье вследствие действия дна.

Рефракция волн – это явление разворота фронта волн параллельно изобатам вследствие зависимости скорости распространения волн от глубины.

Влияние трансформации и рефракции на изменение элементов волн учитывается раздельно введением соответствующих коэффициентов.

Высота трансформированной волны i-го процента обеспеченности в мелководной зоне с уклонами дна 0,002 и более определяются по формуле:

, (4)

где – коэффициент трансформации волны; – коэффициент рефракции; – коэффициент перехода; – обобщенный коэффициент потерь; - средняя высота волны в заданном направлении.

На оградительном сооружении задаемся тремя точками: на голове мола (1), посередине мола (2) и соединения мола с берегом (3). Глубины этих точек м, м и м соответственно.

1. Определение коэффициента перехода k_i

Значение коэффициентов определяются по графикам на рисунке 2 для мелководных бассейнов (акваторий) используется та из осей и , для которой вычисленное значение лежит левее соответствующих значений на других осях.

Для точки 1:

Западное направление:

; .

Таким образом, ,

Юго-западное направление:

; .

Таким образом, ,

Северо-западное направление:

; .

Таким образом, , .

Для точки 2:

Западное направление:

; .

Таким образом, .

Юго-западное направление:

; .

Таким образом, .

Северо-западное направление:

; .

Таким образом, .

Для точки 3:

Западное направление:

; .

Таким образом, .

Юго-западное направление:

; .

Таким образом, .

Северо-западное направление:

; .

Таким образом, .



Рисунок 2 – Графики значений коэффициентов k_i

2. Определение коэффициентов потерь k_п и трансформации k_т

Обобщенный коэффициент потерь k_п принимается по таблице 4 в зависимости от уклона дна i и величины отношения .

Уклон дна определяется по формуле:

, (5)

где – разность глубин; l – расстояние между точками, разность глубин которых находится.

Коэффициент трансформации в формуле (2.4) определяется по кривой на рис.2.5 как ордината (на левой оси) точки этой кривой с абсциссой (здесь Н – глубина воды в рассматриваемом створе).

Таблица 4 – Обобщенный коэффициент потерь и зависимости от уклона дна

Относительная глубина	Значение коэффициента kп при уклонах дна i
	0,025	0,02÷0,002
0,01	0,82	0,66
0,02	0,85	0,72
0,03	0,86	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	1,0	1,0

Рисунок 3 – Графики для определения значений: коэффициента k_т (1) и параметра (2)

Для западного направления:

Т.1: ; ; ; .

Т.2: ; ; ; .

Т.3: ; ; ; .

Для юго-западного направления:

Т.1: ; ; ; .

Т.2: ; ; ; .

Т.3: ; ; ; .

Для северо-западного направления:

Т.1: ; ; ; .

Т.2: ; ; ; .

Т.3: . ; ; .

3. Определение коэффициента рефракции k_р

Рефракция – явление разворота фронта волны параллельно изобатам вследствие влияния дна.

Коэффициент рефракции k_р находится с использованием плана рефракции, который показан в приложении Б. Коэффициент рефракции k_р определяется по формуле:

, (6)

где – расстояние между смежными лучами рефракции в глубоководной зоне; S – то же в исходной точке.

Для западного направления:

Т.1: ;

Т.2:

Т.3: .

Для юго-западного направления:

Т.1: ;

Т.2:

Т.3: .

Для северо-западного направления:

Т.1: ;

Т.2:

Т.3: .

Для удобства все найденные коэффициенты представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Значения коэффициентов для точек на оградительном сооружении по волноопасным направлениям

Направление	№ точки	Коэффициента перехода ki				Коэффициент потерь kп		Коэффициент трансформации kт		Коэффициент рефракции kр
		1%	2%	5%
Западное	1	2,3	-	1,9	0,923		0,925		0,9
	2	2,28	-	-	0,878		0,913		0,825
	3	-	2,1	-	0,748		1,14		0,743
Юго-западное	1	2,4	-	1,95	0,938		0,975		0,898
	2	2,38	-	-	0,926		0,925		0,884
	3	-	1,95	-	0,791		1,13		0,857
Северо-западное	1	2,3	-	1,9	0,923		0,925		1,08
	2	2,38	-	-	0,878		0,913		0,991
	3	-	2,1	-	0,748		1,14		0,991

5. Определение критической глубины для волноопасных направлений

Критическая глубина d_кр – глубина, при которой происходит обрушение волн.

Критическая глубина при первом обрушении определяется для заданных уклонов дна по графикам 2 на рисунке 3 для каждого значения методом последовательного приближения.

Определим критическую глубину 1% и 2% для всех волноопасных направлений.

1. 
   определяем высоту трансформированной волны 1% и 2% обеспеченности для всех направлений;
   
2. 
   задаемся начальным значением критической глубины ;
   
3. 
   для высот волны определяем отношение ;
   
4. 
   по графикам (2) на рисунке 3 определяем значение отношения , затем саму глубину ;
   
5. 
   сравниваем полученное значение с изначально заданным, погрешность не должна превышать 5%.
   

Расчет критической глубины представлен в табличном виде (таблица 6).

Таблица 6 – Расчет критической глубины

Направление	k1%	kп	kт	kр	h	τ, с	hi, м	n	, м			, м	, м	Ошибка, %
1%
З	2,28	0,878	0,913	0,825	3,5	8,4	5,28	1,2	6,33	0,0076	0,055	110,07	6,05	4,41%
ЮЗ	2,38	0,926	0,925	0,884	1,89	6,4	3,41	1,3	4,43	0,0085	0,07	63,98	4,48	1,15%
СЗ	2,38	0,878	0,913	0,991	3,5	8,4	6,62	1,3	8,60	0,0096	0,08	110,07	8,81	2,36%
2%
З	2,1	0,748	1,14	0,743	3,5	8,4	4,66	1,2	5,59	0,0067	0,05	110,07	5,50	1,51%
ЮЗ	1,95	0,791	1,13	0,857	1,89	6,4	2,82	1,3	3,67	0,0070	0,055	63,98	3,52	4,12%
СЗ	2,1	0,748	1,14	0,991	3,5	8,4	6,21	1,3	8,07	0,0090	0,07	110,07	7,71	4,58%

Заключение

В результате выполнения расчетно-графической работы были выполнены следующие задачи:

1. 
   определены скорости ветра расчетного шторма для волноопасных направлений;
   
2. 
   определены элементы волн в глубоководной зоне для волноопасных направлений – средний период волны, высота и длина волны по волноопасным направлениям;
   
3. 
   определены элементы трансформированных волн в трех заданных сечениях оградительного сооружения для волнопасных направлений – коэффициент трансформации волны; коэффициент рефракции; коэффициент перехода; обобщенный коэффициент потерь;
   
4. 
   определена критическая глубина 1% и 2% обеспеченности.
   

Список литературы

1. 
   Сабодаш О. А., Селиверстов В. И. Определение элементов волн на акватории. Методические указания к практическим занятиям, курсовому и дипломному проектированию для специальностей 270104 «Гидротехническое строительство» и 270105 «Городское строительство и хозяйство» - Владивосток: Издательство ДВГТУ, 2008 - 44с;
   
2. 
   СП 38.13330.2012 нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*. – Введ. 2013-01-01. – М.: Минрегион России, 2011. – 116 с.
   
3. 
   
   

Приложение А

Приложение Б