Способ защиты морских берегов от волновой эрозии

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,51, 4 Е 02 В 3/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4052294/29-15 (22) 08.04.86 (46) 30,07.89, Бюл. N- 28 (71) Черноморское отделение морских берегозащитных сооружений Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства (72) В.В. Ромашин, В.А. Петров и С.А. Катков (53) 627.417(088.8) (56) Методические рекомендации по проектированию берегозащитных галечных пляжей на Черноморском побережье

Грузии. Тбилиси. Госстрой ГССР и НПО

"Грузморберегозащита, 1984, с.76-79. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЮРСКИХ БЕРЕГОВ

0Т ВОЛНОВОЙ ЭРОЗИИ (57) Изобретение относится к гидро-. техническому строительству и может быть использовано для защиты от разрушения штормовым волнением протя-,. женных участков морских берегов. Цель изобретения — сокращение сроков

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

Цель изобретения — сокращение сроков пляжеобразования, снижение трудоемкости работ и повышение эф фективности использования карьерных материалов.

На фиг. 1 изображена схема воздействия на отвал нормальной и вдольбереговой составляющих потока волновой энергии; на фиг. 2 — график со„„SU„„1497335 А1

2 пляжеобразования, снижение трудоемкости и повышение эффективности использования карьерных материалов.

Отсыпку несвязного карьерного материала ведут группой компактных отвалов полукруглой в плане формы, рассредоточенных вдоль защищаемого участ. ка 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 sa счет истирания и выноса материала sa пределы защищаемого участка берега при вдольбереговом перемещении. 12 ил., 2 табл. поставления расходов концентрического рассеивания 2Ср и-общего сноса

С отвала в период его волновой переработки в пляж при разных углах подхода волн к береговой нормали по экспериментальным данньи; на фиг. 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 опрокидывания; на фиг. 6 — схема расположения отвалов; на фиг. 7 — график зависимости ко3 149733 эффициента а. в формуле (1) от угла подхода энергетической равнодействующей волнового режима к береговой нормали, на фиг, 8 — график зависимости коэффициента уплотнения наносов К от исходной их неоднороднос3 ти S и степени окатанности К; на фиг. 9 — график зависимости годовой истираемости наносов (Ж) от их 10 прочности; на фиг. 10 — схема поэтапного выдвижения отвала и пляжа в плане; на фиг. 11 — схема поэтапного выдвижения профиля пляжа при повторных отсыпках отвала; на фиг. 12 — 15 схематический разрез полнопрофильного пляжа по нормали к берегу.

Способ осуществляется следующим образом.

Отсыпку пляжа ведут последователь- 20 ными циклами. группой компактных отвалов, рассредоточенных по длине защищаемого участка берега, причем каждый отвал имеет полукруглую в плане форму (фиг. 3) с горизонтальной верхней полкой (фиг. 4) на высоте заплеска Н н 1-процентных в системе штормовых волн, повторяющихся раз в 2 года, оконтуренной с морской л

-9 58

V-=9iЯйе — 2— (Г (3) g — ускорение силы тяжести; — экспонента.

Система решается графически, построением совмещенного графика V

4p = f(H) и V, = ((Н) с нахождением точки пересечения кривых. Выдвижение отвала на глубины Н » Н д недопус-. тимо.

Кроме того, для получения за при45 ем (цикл) oTcbIIIKH однородно IIMpoKopo пляжа по всей длине защищаемого участка берега при минимальном числе отвалов на нем последние располагают вдоль берега со взаимным удале50 нием назначаемым pro уравнению

1 = аЬ, Kó, (4) 55 где V — - направленная к берегу горизонтальная составляющая волновой скорости у дна, м/с;

V — - критическое сдвигающее знаС чение скорости, м/с;

Н вЂ” глубина в данной точке берегового профиля, м; средний период волн, повторяющихся раз в 2 года, с;

Н вЂ” глубина в месте опрокидывакп ния 1-процентных в системе волн, повторяющихся раз

В 2 Года, м; — местный уклон берегового профиля в точке с глубиной

Н

S = Й /Й вЂ” коэффициент не1 "5 25 однородности наносов;

d — средняя крупность отсыпаемого карьерного материала, м; и — плотность наносов; — плотность воды;

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

Кроме того, для дополнительного ускорения волновой переработки отвала при полном использовании в пляжеобразовании всего отоыпаемого карьерного материала и достижения за один прием (цикл) отсыпки максимально возможной длины элементарного пляжевого шлейфа радиус отвала по подошве b0 доводят от берегового уступа до морской границы зоны подвижности наносов. Величина Ъ определяется по соотношению (фиг, 4). ь, = - (1) о где Ь, — радиус отвала по подошве, м; Н„ - глубина на морской границе зоны подвижности наносов, м; 3 глубина шельфовой террасы, м, лежащей в основании пляжа; io — средний уклон шельфовой террасы, лежащей в основаI нии пляжа.

Глубина H „ находится совместным решением системы управления при V

Vå

Н)0,25 Н О ЪО (. ) н„„ где 1 — расстояние (м) вдоль берега между центрами соседних отвалов (фиг, 6), м, Ъ1 — радиус отвала по подошве, редуцированный с учетом потерь наносов на истирание

b = b (5) 5

1 и вдольбереговой вынос, м; а — безразмерный коэффициент, определяемый по графику 1 (фиг. 7) в зависимости от угла эн epre тиче ской равнодействующей волнового режима к береговой нормали;

К вЂ” коэффициент уплотнения карьерного материала, определяемый по графику 2 (фиг, 8) в зависимости от его исходной неоднородности и угловатости частиц, Редуцированный радиус отвала по подошве Ъ, определяется в зависимости от полного радиуса b, по выражению

6 гающей наносы горной породы в водонасыщенном состоянии (фиг, 9), 7;

Go. — интегральная площадь поперечного сечения деятельного слоя пляжа за год, м .

При этом макс

g = "0 (Я at ), (8)

Ю макс

rpega — площадь поперечного сечения деятельного слоя пляжа при определенных волнениях повторяемостью, сут/год, м3; яма„с — площадь поперечного сечения деятельного слоя пля-, жа при экстремальном волнении, повторякщемся ра3 в 2 года, м

Величина у а рассчитывается по формуле (6) V = (I+G ) ° Т, ле

1я аА

100 (7) 55 где А — полная длина защищаемого участка берега, м;

V — полный объем потерь наносов (м ) на истирание и вынос по всему защищаемому участку берега за время между последовательными циклами отсыпки (в естественном сложении), м3;

V объем одного отвала в исходном (рыхлом) сложении, М3

Остальные обозначения — прежние.

Общие потери наносов за расчетный период оценивают суммированием потерь на истирание внутри защищаемого участка берега и на вдольбере-, говой вынос за его пределы где I — - потери на истирание, 3/г 3 °

G — потери на вынос, м3/год;

Т вЂ” продолжительность расчетного периода (в долях года).

Величина I определяется по формугде j — норма истираемости, оцениваемая в зависимости от прочности слаЯа = 4 10 cosa (9)

-5 (g c, ) h

О,з

25 где — средний период волн с;

h — высота 1-процентной в системе волны по линии опрокидывания, м; с6 — угол подхода луча волны

30 к береговой нормали (градусы) там же;

Й вЂ” средняя крупность пляжеобразующих наносов, м.

Расчет величин Q а ведется для всех градаций волн, выделенных в режиме.

Вдольбереговой вынос наносов с защищаемого участка берега (м ) опре.деляют суммированием миграционных объемов переноса при всех выделенных

40 в режиме градациях волн за год с =,К.(ч ). (10)

Миграционные объемы переноса (M3), связанные с воздействием на берег

45 волн отдельных градаций за год находят по формуле

P Ъ3 V = О, 173 — — — sin cos оС ° t, (11)

Рр 4о

50 где О и р, — соответственно, плотность воды и объемная плотность наносов в по-. ристом сложении, кг/м3;

h — - высота 1-процентной в системе волны в прибое, м; — средний период волн, с

oL - угол подхода волнового луча к береговой нормалн по линии опрокидывания;

7 1497335 s

A gym п аЬ (12) где Ч

V и

Ь о

Обозначения величин К и с1 даны

20 выше.

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

1+)-ш

Оо Ф

Ьш- 1,338 (13) плоскости берегового усту30 па, м;

ИС вЂ” площадь поперечного сечения существующего пляжа над плоскостью шельфовой террасы, м .

Фигурирующий в формуле (6) расчетный период (Т) приравнивается к пе35 риоду полной волновой переработки отвала в пляж и находится по выражению

6 Е 1 Ч -2Р

Т = 0,048 10 q(— ) †е

6(вхпы, сове о) (14) . где Т

50 радиус отвала по подошве, и; исходный объем отвала в рыхлом сложении, м :

55 условный расход рассеивания наносов из отвала под действием энергетически эквивалентной волны, мэ /с;

Таблица 1

bo о

2 3 4 5

К 1

Ч 1 90 138 115 100 090

d — средняя крупность наноЯ) сов, м; — 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 (выра-. ботка пляжа ординарными волнениями) и его конечной целью (гашение сформированным пляжем энергии экстремально мощных волн редкой повторяемости), отсыпку карьерного материала ведут последовательными циклами (фиг. 10, 11), приуроченными к междуштормовым сезонам, обеспечивая поэтапное выд-! о =039 (Ь вЂ” ) и(2 — (b,m — 0,67 Ь ) } я

Ьо где m = 1-1,33i,n = 1-0,76i

Ь - радиус отвала по подошве, м;

i, — средний уклон шельфовой террасы в основании пляжа;

3, — высота верхней полки отвала (M) над шельфовой террасой . в плоскости берегового уступа, м;

Д вЂ” высота существующего пляжа над шельфовой террасой в период переработки (в долях года); коэффициент, учитывающий влияние окатанности наносов на темп их рассеивания из отвала; полная длина наката 1-процентной в системе волны, повторяющейся раз в 2 года, м; вижение пляжа с сезонным (цикловым) приращением его объема (мз) в естественном сложении. объем одного отвала в исходном, рыхлом сложении, м ; полный объем потерь по всему участку за расчетный период (Т) в естественном сложении (по формуле (6)), м ; длина защищаемого участка берега, м, радиус отвала (м) по подошве, м, (g — угол подхода энергетической равнодействующей волнового режима к береговой нормали.

Входящие в формулу (14) величины определяются следующим образом: Lg.—

no формуле (18), b - по формуле (1), Ч, . — по формуле (13). Величина q оценивается в зависимости от класса окатанности частиц (К) по табл.1.

1497335

Расход рассеивания отвала (Cy ), соответствующий начальному моменту процесса (при q = 45 ), рассчитывают по формуле

P — режимная повторяемость

i-той градации волн (в долях года) .

Период (э оценивают по эмпиричесг кой региональной связи ° = S(h) для румба, к которому относится энергетическая равнодействующая волнового режима (по h ). .Расчет h и (про1р водят за полный год.

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 рассчитывают в зависимости от параметров волн и наносов: Х вЂ” горизонтальное расстояние от берегового уступа в сторону

25 моря, м; Y — вертикальное расстояние от спокойного уровня моря,м (см.табл.2). (15) искомый расход, м /с; высота энергетически эквивалентному режиму 1-процентной в системе прибойной волны, м; период этой волны, с, где Г э л э

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

Энергетически эквивалентная высо,та волны находится по формуле (16),где h — высота 1-процентной волны

i-той градации в режиме, м;

Т а б л и ц а 2

Точка

Н () (по фиг. 5) KHkn(t )

-tH „„(c) + 0,2(в — 2,е)) 40 I.

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

1,5

М н() Оэ0 о 1 у йО полная длина наката (м), от места опрокидывания волны до предела заплеска л г. —

0(.q (17) 45

Hxn(t)—

0,34

); (18) Ь „= 1,34Ь (— с

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

L io — Пкл(г) + (,„55

Ь (00,2 где hg — высота 1-процентной в системе волны, повторяющей50

В Ь„(t)

Ь+ — 5Н „(t) (1 — h) ся раз в t лет, по линии опрокидывания, м; период волны, с; угол подхода волнового луча к береговой нормали на линии опрокидывания; глубина опрокидывания волны, м; средний уклон шельфовой террасы в основании пляжа; глубина шельфовой террасы под береговым уступом от уровня моря, м; средний диаметр частиц наносов, м;

«Д (я — ноэеээициент неоднородности наносов;

1497335 (20) О, 0375 (21) 15

V< = А(О,— e), Vg

N = — у

V1 (22) + VvN отс К, (23) = аЬ„- К, 40 где 1

Ь

1 (24) dñ = О, 194нкп — отношение глубины в точке к глубине H„„(t), Определяемое по формуле

Полное приращение объема наносов на защищаемом участке берега (в естественном сложении), необходимое для сформирования волногасящего пляжа шириной В, находится по формуле где А — длина участка, м, Q< — площадь сечения проектного профиля (построенного по вышеприведенной таблице) над

20 плоскостью шельфовой террасы м2 °

Ю 1

Ы вЂ” площадь сечения существующеГО пляжа над плОскОстью шельфовой террасы м .

Общее число циклов отсыпки, необ.-,э ходимое для создания пляжа, где V — по выражению (12) .

Полный объем карьерного материала в исходном, рыхлом сложении (м ), отсыпаемый за весь период формирования пляжа, определяется по формуле 35 где V< — по выражению (21);

V„— по выражению (6);

N — по выражению (22);

K — коэффициент уплотнения (фиг ° 8) .

Кроме того, с целью предупрежде- 45 ния непроизводительных затрат, для отсыпки отвалов используют несвязный карьерный материал, обладающий агрегатной прочностью в водонасыщенном состоянии не ниже 400-450 кг/см2 50 (фиг. 9), по средней крупности близкий к природным пляжеобразующим наносам при содержании легкоотмываемых фракций мельче 2 мм не более ЗЗ-35Х и крупногабаритных, передвигаемых 55 в прибойной зоне наносов (м) оценивают по выражению где Н „п — глубина опрокидывания

1-процентной в системе штормовой волны, повторяющейся раз в 2 года, м.

Формула изобретения

Способ защиты морских берегов от волновой эрозии, включающий создание галечного пляжа без наносоудерживающих сооружений путем отсыпки несортированного материала в зону наката штормовых волн группой отвалов, рассредоточенных вдоль защищаемого участка берега со взаимным удалением, отличающийся тем, что, с целью сокращения сроков пляжеобразования, снижения трудоемкости и повышения эффективности использования карьерных материалов, отсыпку ведут последовательными циклами, выполняя в плане форму отвала в виде полукруга радиусом н, -

Ь где b — радиус отвала по подошве, м;

Н„ — глубина на морской границе зоны подвижности наносов, м;

Р— глубина шельфовой террасы под береговым уступом, м; — средний уклон шельфовой о террасы, лежащей в основании пляжа, а расстояние между отвалами определяют по уравнению расстояние вдоль берега между центрами соседних отвалов, м; радиус отвала по подошве (редуцированный с учетом потерь наносов на истирание и вынос м безразмерный коэффициент, определяемый по графику (1) на фиг. 7 в зависимости от угла подхода энергетической равнодействующей волнового режима к береговой нормали; коэффициент уплотнения карьерного материала, определяемый по графику (2) на фиг. 8 в зависимости от его исходной неоднородности и угловатости частиц, !

1497335 при этом циклы отсыпок приурочивают к междуштормовым сезонам, обеспечивая поэтапное выдвижение пляжа по подошве на предельное расстояние от берегового уступа, определяемое по уравнению

) B=L1+

10 где В

6 = 2&р

f00

150

Фиг. 2

Ф

ch

» у

И .2 — полная ширина пляжа от берегового уступа до подошвы; — полная длина наката волны от места опрокидывания до предела заплеска, м»

Н (e) — глубина опрокидывания

kq

ВОЛНЫ, М; — средний уклон шельфовой

0 террасы, лежащей в основании пляжа;

Π— глубина шельфовой террасы под береговым уступом от уровня моря, м.

200 250 300

Bp era (us) 1497335 о-о

ОРРР2

0 г

Ю

Е

О

5 2 3 Ф У

Высота 1 4-ной Воины(и) В системе (h) Фиг.5

- 10

Е я 5

Ф 5 10 20 30 46

zon подхода Вопн J )

Фиг. 7

f0 20 Я 100

Нее 1ноРйноспгь (Ггг = Шее /d z)

Фиг.8

I уО 1

200 500 100д 2000 5000 бьпропги5ление ояапгигг (3<, нг/сыг)

Фиг. Я

:149/335

Фиг. f1

Редактор М. Товтин

Заказ 4418/35 Тираж 589 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101.

+f

2

Составитель Е. Е@имова

Техред М.Дидык Корректор М. Васильева .