Конспект лекций Портовые сооружения. Конспект лекций по дисциплине портовые сооружения Москва 2009
 Скачать 7.1 Mb.
|
|
32 Зона трансформации волн При распространении волн на открытой части моря в прибрежную зону меняются их структура и параметры. При подходе волн к прибрежной зоне под некоторым углом относительно направления изобат, что имеет место в реальных условиях морских побережий, с уменьшением глубины происходит постоянное изменение направления распространения волн, искривление линий гребней и разворачивание их в сторону берега, при этом гребни стремятся занять положение, параллельное изобатам. В результате гребень волн растягивается, и параметры волн изменяются. Это явление называется рефракцией. Объясняется тем, что мористый участок гребня обгоняет бережной, т.к. скорость распространения волн уменьшается с уменьшением глубины воды. Явление рефракции существенно влияет на изменение параметров волн. Явление изменения параметров волн под влиянием только уменьшающих глубин (при нормальном подходе гребней к берегу) именуется трансформацией волн. В случае распространения волн в прибрежную мелководную зону трансформация и рефракция происходят одновременно, так как часть составляющих всегда подходит у берега под острым углом. Рассмотрим случай трансформации и рефракции волн при их распространении из глубоководной зоны в прибрежную мелководную с произвольной конфигурацией изобат на примере двух волновых лучей, расстояние между которыми на глубокой воде равно l o . С приближением к берегу гребень волны разворачивается, и расстояние между лучами увеличивается до o l l . Вывод искомой зависимости основывается на предположении о том, что поток энергии между выделенными лучами постоянен /3, 5/: 2 2 , d d d d h l c n h l c n где h – высота составляющей с – фазовая скорость волн n – доля энергии, перемещающейся вместе с гребнем (символы с индексом «d» относятся к глубоководной зоне, символы без индекса – к мелководной. Из уравнения следует, что 2 2 , d r t h h k k где r l k l – коэффициент рефракции d d t n c k n c - коэффициент трансформации. Коэффициент k r зависит от угла d и относительной глубины d d , коэффициент t k - только от глубины d d . При заданном значении угла d отношение d c c уменьшается с уменьшением относительной глубины. Отношение d n n с уменьшением относительной глубины увеличивается, так как на глубокой воде с гребнем перемещается половина волновой энергии, а в очень мелководной зоне в зоне разбивающихся валов) – вся энергия /13/. Ход изменения коэффициента k r зависит от формы изобат – при прямолинейных и вогнутых (например, в бухте) изобатах коэффициент k r уменьшается с уменьшением относительной глубины, так как волновые лучи расходятся. В случае схождения волновых лучей (например, в области мыса) коэффициент k r увеличивается с уменьшением относительной глубины. В целом изменение общего коэффициента r t k k зависит от конкретной формы изобат в прибрежной зоне, в зависимости от этого средние высоты волн могут и увеличиваться и уменьшаться и даже оставаться неизмененными. Определение параметров волн в зоне трансформации начинается с построения диаграммы рефракции на заданном плане с изобатами. Около изобат выписываются абсолютные d и относительные глубины d d . Перед построением плана рефракции, полагая, что малые колебания глубины не влияют 33 на изменение длины волны, производят сглаживание изобат на участках, равных, примерно Между сглаженными изобатами проводятся средние линии, отвечающие глубине 1 1 2 ср i i d d d На глубокой воде в соответствии с направлением расчетного волнения наносятся волновые лучи, расстояние между которыми выбираются в зависимости от требуемой точности построения плана рефракции. Положение лучей выбирается таким образом, чтобы после рефракции эти лучи попали в район будущего строительства порта. Практически следует брать 5-6 лучей, а расстояние между ними 1- 2 длины волны на глубокой воде с последующим сгущением. Построение ведется для каждого луча независимо от других Поскольку влияние дна начинает сказываться на глубине 0 0,5 d d , то исходный луч проводится до средней изобаты между изобатами 0 1 0 2 ср d d d . В точке пересечения исходного луча со средней изобатой 0cp d поворачивается на угол 0 r , значение которого определяется уравнением 1 где ri - угол схождения или расхождения волновых лучей, те. угол поворота луча в точке изменения глубины, который откладывается всегда в сторону уменьшающихся глубин r - угол рефракции, те. угол между лучом и нормалью к средней изобате в точке пересечения её лучом i - длина волны на соответствующей изобате. Отношение 1 i i вычисляется по уравнению 1 1 , i i i i i i thk d thk где i k 2 |