Регистрация / Вход
Прислать материал

Плавучие волногасители для диссипации энергии волн

Сведения об участнике
ФИО
Бондаренко Денис Алексеевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о Земле, экология и рациональное природопользование
Раздел области наук
Мониторинг и прогнозирование состояния окружающей среды, предотвращение и ликвидация ее загрязнения
Тема
Плавучие волногасители для диссипации энергии волн
Резюме
Большая протяженность побережий водохранилищ и их хозяйственное освоение в условиях интенсивной динамики (переработки) берегов обуславливают актуальность проблемы изучения процесса изменения берегов, его прогнозов и создания эффективных методов защиты от разрушений. В работе изучалась эффективность гашения энергии волн плавучими волногасителями из древесины в лабораторных условиях на масштабных моделях.
Ключевые слова
водохранилище, ветровые волны, абразия берегов, плавучий волногаситель, диссипация, коэффициент гашения волн
Цели и задачи
Целью выполнения научной работы является разработка, на основе лабораторных экспериментальных исследований, рекомендаций по применению плавучих волногасителей для условий водохранилищ ГЭС.
Задачи исследования:
1) анализ возникновения и распространения ветровых волн по акватории водохранилищ;
2) определение коэффициента гашения энергии волн плавучими волногасителями в лабораторных условиях на модели;
3) разработка рекомендаций.
Введение

Проблема защиты берегов водных объектов, находящихся под постоянным воздействием волн и текущих вод, была и остается актуальной. Наряду с безвозвратной потерей земель происходит загрязнение водных объектов.
На естественных водных объектах этот процесс является стабильным ввиду длительности периода эволюции ложа, а на водохранилищах - приобретает огромные масштабы.
Существует много способов защиты берегов, но ни один широко не применяется из-за сложности или стоимости. На водохранилищах необходимо использовать эффективные малозатратные сооружения для защиты берегов. Значительная амплитуда колебания уровней и сосредоточение основной энергии волн в верхних слоях воды [3] обуславливает преимущества применения плавучих волногасителей.

 

Методы и материалы

Материалами, положенными в основу исследования послужили данные литературных источников о фактической и прогнозной переработке берегов на водохранилищах ГЭС Сибири, существующих способах защиты берегов и методах определения возникающих нагрузок.
В процессе работы производилось теоретическое определение зависимости величины гашения волны от параметров волногасителя и воспринимаемого динамического воздействия, лабораторное исследование на моделях эффективности работы плавучих волногасителей различных конструкций для условий водохранилищ. Достоверность экспериментальных исследований обеспечивалась выполнением физического моделирования [3], планированием и реализацией многофакторных исследований. Обработка результатов эксперимента производилась согласно методике изложенной в работе [1]. Использованные методы планирования и обработки результатов эксперимента получили широкое распространение и достаточно апробированы.
В качестве методологической основы экспериментальных исследований принята реализация построения математической модели изучаемого явления типа В-план второго порядка.
Исследования в масштабе 1:40 проводились в гидравлическом лотке, оборудованном волнопродуктором типа «качающийся щит», лаборатории кафедры использования водных ресурсов СибГТУ.
Объектом исследований являлись заякоренные модели деревянных плавучих волногасителей в виде гладкой жесткой пластины (щита - как эталонный) и цилиндрического пучка.

Описание и обсуждение результатов

Каждое водохранилище ГЭС характеризуется индивидуальным набором показателей (природно-климатических, инженерно-геологических, морфометрических и т.д.), что обуславливает разнообразие ветро-волновых процессов и различные масштабы проявления и развития на их берегах абразионно-эрозионных процессов [4, 6]. Сооружения для защиты берегов от размыва подразделяются на волноломы (стационарные массивные и сквозные, свайные, плавучие, пневматические и гидравлические) и берегоукрепительные сооружения (каменная отсыпка, мощение откосов, подпорные стенки и др.).
Ветровые волны являются основной причиной абразии берегов водохранилищ. При этом, для достижения эффекта защиты берега достаточно снизить энергию волн до неразмывающих значений для данного вида грунта (значения норм размыва для различных отложений приведены в работе [5]). Около 99 % волновой энергии сосредоточено в верхних слоях [3], что наряду с амплитудой колебания уровней водохранилищ обуславливает преимущества применения плавучих волногасителей.
Набегающие на плавучие объекты волны частично отражаются, поглощаются и проходят под ним. Величину гашения волны можно оценить коэффициентом К = hост/h (h и hост - высота волны до и после волногасителя), значение которого находится в диапазоне от 0 до 1 (при К = 0 наблюдается полное гашение волны, К ≈ 1 - гашение волны не происходит) [2]. Чем больше коэффициент гашения, тем большую энергию (нагрузку) воспринимает плавучий волногаситель, и ее необходимо знать для проведения прочностного расчета конструкций волногасителей и якорных устройств.
В лабораторном опыте определялась высота волны до и после волногасителя с последующей статистической обработкой. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что основной параметр, влияющий на эффективность гашения волны – это длина волногасителя L
Полученные математические зависимости в виде уравнений регрессии, описывающие влияние параметров волн и плавучего волногасителя на коэффициент гашения волны могут применяться на практике при проектировании берегозащитных сооружений.
Результаты исследования работы волногасителей типа щит и цилиндрический пучок показывают на хорошую и практически одинаковую эффективность в гашении волн, однако жесткие волногасители представляют собой громоздкие массивы, применение которых будет сопряжено с определенными трудностями. Учитывая объемы свободноплавающей по акватории водохранилищ древесной массы, перспективным является использование этой древесины для создания пористых эластичных многорядных волногасителей, разработка конструкции которых и исследование является направлением развития дальнейших исследований.
Результат, полученный в данной работе, может использоваться Управлениями эксплуатации водохранилищ для снижения потери земель в зоне влияния водохранилищ и сокращения количества поступающих в воду загрязнителей.

Используемые источники
1 Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 254 с.
2 Корпачев В.П. и др. Динамическое воздействие ветровых волн на плавучие волногасители из некондиционной древесины // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 6-4. - С. 840-844.
3 Корпачев В.П. Теоретические основы водного транспорта леса. - М.: Академия естествознания, 2009. - 237 с.
4 Корпачев В.П. и др. Водохранилища ГЭС Сибири. Проблемы проектирования, создания и эксплуатации. - Красноярск: СибГТУ, 2015. - 209 с.
5 Овчинников Г.И., Карнаухова Г.А. Прибрежные наносы и донные отложения Братского водохранилища. - Новосибирск: Наука, 1985. - 67 с.
6 Пережилин А.И., Бондаренко Д.А., Рахимов К.Х. Масштабы и причины размыва берегов водохранилищ // Водные ресурсы региона, их охрана и рациональное использование: сб. ст. - Красноярск: СибГТУ, 2015. - С. 64-67.
Information about the project
Surname Name
Bondarenko Denis Alekseevich
Project title
Floating breakwater for dissipation of energy of waves
Summary of the project
The great extent of the coasts of reservoirs and their economic development in conditions of intensive dynamics (processing) banks determine the relevance of the problems of studying the process of changing banks, its predictions and the creation of effective methods of protection from destruction. This paper studied the efficiency of energy dissipation of waves floating breakwaters from wood in the laboratory on scale models.
Keywords
reservoir, wind waves, abrasion of the shores, floating breakwater, dissipation, the coefficient of wave attenuation