Способ защиты морских берегов от волновой эрозии Советский патент 1989 года по МПК E02B3/04 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для защиты от разрушения штормовым волнением протяженных участков морских берегов.

Цель изобретения - сокращение сроков пляжеобразования, снижение трудоемкости работ и повьш1ение эффективности использования карьерных материалов.

На фиг о 1 изображена схема воздействия на отвал нормальной и вдоль- береговой составляющих потока волновой энергии; на фиг. 2 - график сопоставления расходов концентрического рассеивания 2Gp и -общего сноса Gg отвала в период его волновой переработки в пляж при разных углах подхода волн к береговой нормали v по экспериментальным данньи; на фиго 3 - план полукруглого отвала; на фиг, 4 - осевой разрез отвала; на фиг. 5 - график зависимости высоты наката волн на динамически равновесный профиль пляжа от их высоты и периода в зоне опрокидьшания; на фиг, 6 - схема расположения отвалов; на фиг, 7 - график зависимости ко со

со со

01

эффициента а в формуле (1) от угла подхода энергетической равнодейству- кщей волнового режима к береговой нормали; на фиг. 8 - график зависимости коэффициента уплотнения наносов К а от исходной их неоднородности S и степени окатанности К ; на фиг. 9 - график зависимости годовой истираемости наносов ( %) от их прочности; на фиг. 10 - схема поэтапного вьщвижения отвала и пляжа в

стороны естественным откосом. Величина Нц определяется по графику (фиг.5).

Кроме того, для дополнительного ускорения волновой переработки отвала при полном использовании в пляже- образовании всего отсыпаемого карьерного материала и достижения за один прием (цикл) отсыпки максимально возможной длины элементарного пля- жевого шлейфа радиус отвала по по

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для защиты от разрушения штормовым волнением протяженных участков морских берегов. Цель изобретения - сокращение сроков пляжеобразования, снижение трудоемкости и повышение эффективности использования карьерных материалов. Отсыпку несвязного карьерного материала ведут группой компактных отвалов полукруглой в плане формы, рассредоточенных вдоль защищаемого участка берега. С целью ускорения искусственного пляжеобразования отвалы располагают целиком в полосе передвигающих скоростей прибойного потока, что определяет постоянное вовлечение отсыпаемого материала во вдольбереговое перемещение. Отсыпка карьерного материала производится последовательными циклами, приуроченными к межштормовым сезонам. Ежегодный объем пополнения созданного искусственного галечного пляжа назначают, исходя из потерь за счет истирания и выноса материала за пределы защищаемого участка берега при вдольбереговом перемещении. 12 ил., 2 табл.

плане; на фиг. 11 - схема поэтапного дошве Ь доводят от берегового уступа до морской границы зоны подвижности наносов о Величина Ъ определ ется по соотношению (фиг, 4).

0

Н

яр

-

(1)

вьщвижения профиля пляжа при повторных отсыпках отвала; на фиг. 12 - 15 схематический разрез полнопрофильного пляжа по нормали к берегу.

Способ осуществляется следующим образом.

Отсьшку пляжа ведут последователь-20 где Ь - радиус отвала по подошве, ными циклами.группой компактных отвалов, рассредоточенных по длине защищаемого участка берега, причем каждый отвал имеет полукруглую в плане форму (фиг, 3) с горизонтальной

м; Н - глубина на морской границе зоны подвижности наносов, м; - глубина шельфовой террасы, м, лежа в основании пляжа; i - средний ук 25 Iшельфовой террасы, лежащей в основ йии пляжа.

верхней полкой (фиг. 4) на высоте заплеска Нц 1-процентных в системе .штормовых волн, повторяющихся раз в 2 года, оконтуренной с морской

-9,58 ,Н.о,25, Н

9 4i.e - (|:

) (

Н

Vj. 1,55(1.+

де V V с

Н Н

направленная к берегу горизонтальная составляющая волновой скорости у дна, м/с;

критическое сдвигающее зна- ,40 чение скорости, м/с; глубина в данной точке берегового профиля, м; средний период волн , по- вторяклцихся раз в 2 года, с; дз глубина в месте опрокидывания 1-процентных в системе волн, повторяющихся раз в 2 года, м;

местный уклон берегового профиля в точке с глубиной

Н;,

S| ,,y- коэффициент неоднородности наносов; где средняя крупность отсыпа- мого карьерного материала,

м;

ри - плотность наносов; р - плотность воды;

icn

1 стро f ( точк отва тимо

ем ( пляж учас ле о гают нием

d«па до морской границы зоны подвижности наносов о Величина Ъ определяется по соотношению (фиг, 4).

Н

яр

-

(1)

20 где Ь - радиус отвала по подошве,

м; Н - глубина на морской границе зоны подвижности наносов, м; - глубина шельфовой террасы, м, лежащей в основании пляжа; i - средний уклон 25 Iшельфовой террасы, лежащей в основа- йии пляжа.

Глубина Н пр находится совместным решением системы управления при V

с

.о,25, Н

:

) (

Н

кп

.оло -)

Ри-р Р

gd

5-0

(3)

g - ускорение силы тяжести; е - экспонента.

Система решается графически, построением совмещенного графика V f (Н) и VP д(Н) с нахождением точки пересечения кривых. Выдвижение отвала на глубины Н ; Н р недопустимо.

Кроме того, для получения за прием (цикл) отсьшки однородно пшрокого пляжа по всей длине защищаемого участка берега при минимальном числе отвалов на нем последние располагают вдоль берега со взаимным удалением, назначаемым по уравнению

аЬ, 1ГК,

(4)

расстояние (м) вдоль берега между центрами соседних отвалов (фиг. 6), м; радиус отвала по подошве, редуцированньй с учетом потерь наносов на истирание

о . I

и вдольбереговой вынос, м;

а - безразмерный коэффициент, определяемый по графику 1 (фиг. 7) в зависимости от угла энергетической равно- действзтощей волнового режима к береговой нормали;

K. - коэффициент з лотнения карьерного материала, опре- деляемьй по графику 2

(фиг, 8) в зависимости от его исходной неоднородности и угловатости частиц. Редуцированный радиус отвала по ошве Ь, определяется в зависимосот полного радиуса Ь по выраже

b

где А - полная дпина защищаемого

участка берега, м; Vjj - полный объем потерь наносов (м) на истирание и вынос по всему защищаемому участку берега за время между последовательными циклами отсыпки (в естественном сложении), УО - объем одного отвала в исходном (рыхлом) сложении, м Остальные обозначения - прежние.

Общие потери наносов за расчетный период оценивают суммированием потерь на истирание внутри защищаемого участка берега и на вдольбереговой вынос за его пределы

V- (I + G ) Т,

I - потери на истирание,

м /год;

G - потери на вынос, м /год; Т - продолжительность расчетного периода (в долях года),

Величина I определяется по формуле

т - ТиО

где J - норма истираемости, оцениваемая в зависимости от прочности ела-

497335

лающей наносы горной породы в водо- насыщенном состоянии (фиг, 9), %; СОй - интегральная площадь поперечно- го сечения деятельного слоя пляжа

10

за год, м. При этом

/лаке

(5а Ц ((О at о

).

(8)

,

,

55

ОЭ макс

гдеОа - площадь поперечного сечения деятельного слоя пляжа при определенных волнениях повторяемостью, сут/год, 15 площадь поперечного сечения деятельного слоя пля-. жа при экстремальном волнении, повторяющемся раз в 2 года, м.

2Q- Величина СО а рассчитьгоается по формуле

а A., (У)

50

25 где - средний период волн с;

h - высота 1-процентной в системе волны по линии опрокидывания, м;

об - угол подхода луча волны 30 к береговой нормали (градусы) там же; djo - средняя крупность пляжеобразующих наносов, м. Расчет величин сО а ведется для всех 3g градаций волн, выделенных в режиме,

Вдольбереговой вынос наносов с защищаемого участка берега (м) определяют суммированием миграционных объемов переноса при всех вьщеленных 40 в режиме градациях волн за год

G Z(V).(10)

Миграционные объемы переноса (м ), связанные с воздействием на берег 45 волн отдельных градаций за год находят по формуле

V 0,173 . - sincicosot-t, (11)

I , 10 so

QQ где n и DO - соответственно, плотность воды и объемная плотность наносов в по-.: ристом сложении,

h - высота 1-процентной в системе волны в прибое, м;

t - средний период волн, с;

с - угол подхода волнового луча к береговой нормали по линии опрокидывания;

- средняя крупность наносов , м;

t - продолжительность действия данной градации волн сут/год.

Миграционные объемы, перемещенные вдоль берега в разных направлениях, принимаются с разными знаками, а результирующий перенос находится как их алгебраическая сумма.

Кроме того, для преодоления объективного противоречия между текущими условиями пляжеобразования (выработка пляжа ординарными волнениями) и его конечной целью (гащение сформированным пляжем энергии экстремально мощных волн редкой повторяемости), отсыпку карьерного материала ведут последовательными циклами (фиг„ 10, 11), приуроченными к междуштормовым сезонам, обеспечивая поэтапное выд 0,39(Ь -1н)з |-п (Ь„т - 0,67/)4 ,

13 лJ

- 2

де m 1-1,33io,n 1-0,761

bo радиус

-О

5отвала по подощве, м;

1д- средний уклон шельфовой террасы в основании пляжа; высота верхней полки отвала (м) над шельфовой террасой . в плоскости берегового уступа, м;

Ь - высота существующего пляжа над шельфовой террасой в

5

Т 0,048-10 ч(

де Т - период переработки (в до- . лях года);

. q - коэффициент, учитывающий

влияние окатанности наносов на темп их рассеивания из отвала;

L - полная длина наката 1-процентной в системе волны, повторяющейся раз в 2 года, м; . .

Ьр радиус отвала по подошве, м;

Vjj - исходный объем отвала в рыхлом сложении; м ;

G - условный расход рассеивания наносов из отвала под действием энергетически эквивалентной волны, м /с;

вижение пляжа с сезонным (цикловым) приращением его объема (м) в естественном сложении.

V,

аЪ,

- V.

(12)

где V - объем одного отвала в исходном, рыхлом сложении, м ; V - полный объем потерь по всему участку за расчетный период (т) в естественном сложении (по формуле (6)), А - длина защищаемого участка

берега, м;

Ъд - радиус отвала (м) по подошве, Мо 1

Обозначения величин Км и q даны вьше.

Объем одного отвала в исходном сложении (фиг. 4) оценивают по формуле

-))

b.m - 1,

плоскости берегового уступа, м;

WC- площадь поперечного сечения существующего пляжа над плоскостью щельфовой террасы, м. Фигурирующий в формуле (6) расчетный период (т) приравнивается к периоду полной волновой переработки отвала в пляж и находится по вьфаже- нию

-2,6(sinc.cosoi(,)

о.-ь

(14)

Cf - угол подхода энергетической равнодействующей волнового режима к береговой нормали. Входящие в формулу (14) величины определяются следующим образом: Lt - по формуле (18), b - по формуле (1), Vg - по формуле (13). Величина q оценивается в зависимости от класса окатанности частиц (К) по табл.1.

55

, Таблица 1

nZIZlLlEIIZ

q 1,90 1,38 1,15 1,00 0,90

Расход рассеивания отвала ( ) , соответствующш т начальному моменту процесса (при ц) 45), рассчитывают по формуле

G 0,1-10,-5 Р gh,C,

ро d

50

О h.

искомый расход, высота энергетически эквивалентному режиму 1-процентной в системе прибойной волны, м; период этой волны, с.

Остальные обозначения соответствуют обозначениям, принятым в формуле (11)о

Энергетически эквивалентная высо- ,та волны находится по формуле

2 АЛОКО

h. л1 ),

АЛИН

,где h- - высота 1-процентной волны i-той градации в режиме, м;

Точка

X

Формулы для оценки величин,помещенных в табл. 2: длина наката(м) выше спокойного уровня моря

LH) JoJo- . ; (17)

50

полная длина наката (м), от места опрокидывания волны до предела за- плеска

50

с Г 0,Э4 L 1,34h( C- |gh -cosot ) ;(18)

полная ширина пляжа (м), от берегового уступа до подошвы

n .

где h - высота 1-процентной в системе волны, повторяющей

Р - режимная повторяемость

i-той градации волн (в долях года).

г Период Сд оценивают по эмпирической региональной связи f(h) для румба, к которому относится энергетическая равнодействующая волнового режима (по h). Расчет h и про10 водят за полньтй год о

Отсыпки повторяют до сформирования пляжа, способного полностью погасить накат 1-процентных в системе штормовых волн, повторяющихся раз

15 в t лет (период t выбирают в соответствии с классом капитальности береговых хозяйственных объектов, защищаемых искусственным пляжем) Профиль такого пляжа строят по че20 тырем характерным точкам (фиг,12), координаты которых рассчитьтают в зависимости от параметров волн и наносов: X - горизонтальное расстояние от берегового уступа в сторону

25 моря, MJ Y - вертикальное расстояние от спокойного уровня моря,м (см.табл. 2).

Таблица 2

ся раз в t лет, по линии опрокидывания, м;

6 - период волны, с;

eL - угол- подхода волнового луча к береговой нормали на линии опрокидывания;

,(t) -глубина опрокидывания волны, м;

средний уклон шельфовой террасы в основании пляжа; г лубина шельфовой террасы под береговым уступом от уровня моря, м; средний диаметр частиц наносов, м;

0 - 50

S коэффициент неоднородности наносов;

- отношение глубины в точке к глубине (t), определяемое по формуле

1497335

гд

0,0375

gt

(20)

Полное приращение объема наносов на защищаемом участке берега (в естественном сложении), необходимое для сформирования волногасящего пляжа шириной В, находится по формуле

Vg A(6Du- сое),

(21)

длина участка, м;

площадь сечения проектного

профиля (построенного по вышеприведенной таблице) над плоскостью шельфовой террасы,

площадь сечения существующего пляжа над плоскостью щельфовой террасы, м, число циклов отсыпки, необгга для создания пляжа.

(22)

где V, - по выражению (12).

Полный объем карьерного материала в исходном, рыхлом сложении (м), отсыпаемый за весь период формирования пляжа, определяется по формуле

Vg + VnN

к

(23)

где Vg. -по выражению (21);

VP -по выражению (6);

N -по выражению (22);

Кц -коэффициент уплотнения

(фиг. 8).

Кроме того, с целью предупреждения непроизводительных затрат, для отсыпки отвалов используют несвязный карьерньй материал, обладающий агрегатной прочностью в водонасьпцен- ном состоянии не ниже 400-450 кг/см (фиго 9), по средней крупности близкий к природным пляжеобразующим наносам при содержании легкоотмываемых фракций мельче 2 мм не более 33-35% и крупногабаритных, передвигаемых .в прибойной зоне наносов (м) оценивают по выражению

d, 0,194Н,„, (24)

1 2

где И - глубина опрокидывания 1-процентной в системе штормовой волны, повторя- ющейся раз в 2 года, м.

Формула изобретения

Способ защиты морских берегов от o волновой эрозии, включающий создание галечного пляжа без наносоудержива- ющих сооружений путем отсыпки несортированного материала в зону наката штормовых волн группой отвалов, рас- 5 средоточенных вдоль защищаемого

участка берега со взаимным удалением, отличающийся тем, что, с целью сокращения сроков пляжеобра- зования, снижения трудоемкости и по- 0 эффективности использования карьерных материалов, отсыпку ведут последовательными циклами, выполняя в плане.форму отвала в виде полукруга радиусом

25

Ь.

н,

30

о

где Ьд - радиус отвала по подошве, м; Н - глубина на морской границе

f зоны подвижности наносов, м; S - глубина шельфовой террасы под береговым уступом, м; i - средний уклон шельфовой

террасы, лежащей в основании пляжа,

35 а расстояние между отвалами определяют по уравнению

1 аЬ, ,

де 1 - расстояние вдоль берега между центрами соседних отвалов, м;

b - радиус отвала по подошве (редуцированный с учетом

потерь наносов на истирание

и вынрс, м;

а - безразмерный коэффициент, определяемый по графику (1) на фиг. 7 в зависимости от

угла подхода энергетической равнодействующей волнового режима к береговой нормали;

К,.

коэффициент уплотнения карьерного материала, определя- емьй по графику (2) на фиг. 8 в зависимости от его исходной неоднородности и угловатости частиц.

&, 2&р

100

(r --2&p f}f

Фи.1

150 Фиг. 2

200 250 т Время (мин)

/

Фи,г.З

о 12

Высота I /O-HOU ео/1ны(м) В системе (h)

Фи.г.5

моря 2

0и,гЛ

Отёа/г

г 3 ft 5 10 20 30 Уго/1 подхода волн ()

Фигл

(9

5{

0.1

/

х

,

12 5 10 20 50 iOO HeodHopo Hocfnif ( ) Фи,г.8

«o

vS «

. 7

Zib

50 т 200

50Q WOO 2000 5000 Conpomtcff/ieHue статию (Ba, /см) фи.г.9

фи.В

Zib

Фиг.10

Ур. моря

7

Фиг, 11

Фи,г,12