На правах рукописи

ИВАСЮК Александр Юрьевич РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПРОНИЦАЕМОГО ВДОЛЬБЕРЕГОВОГО БЕРЕГОЗАЩИТНОГО СООРУЖЕНИЯ Специальность 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2009

Работа выполнена в филиале

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ОАО Научно-исследовательский институт транспортного строительства Актуальность работы. При осуществлении берегоукрепительных ме Научно-исследовательский центр Морские берега роприятий в зависимости от волновых и природных условий широко приме няемыми берегозащитными сооружениями, являются: из тех, что располага ются на границе вода-берег: подпорно-волноотбойные стены, защитные дамбы, каменно-набросные бермы; из тех, которые располагаются в при брежной зоне: непроницаемые волноломы (обычно возводятся совместно с НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ траверсами), бетонные прерывистые волноломы или прерывистые волнолодоктор технических наук Шахин Виктор Миронович мы из крупного камня, как правило, с уклоном морского откоса не менее чем 1:5. Наиболее распространенными продольными сооружениями из устраи ваемых в прибрежной зоне моря в нашей стране были непроницаемые беОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: тонные волноломы.

доктор физико-математических наук, профессор Анализ литературы показал, что применяемые в настоящее время Климович Виталий Иванович, строительные конструкции, как правило, трудоемки, не всегда экономичны и ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева (г. Санкт - Петербург) требуют больших затрат времени на их изготовление и монтаж, поэтому раз работка новых эффективных конструкций волногасящих сооружений и метокандидат технических наук, доцент, доцент дов берегозащиты, является приоритетной задачей в практике морского гид Беляев Николай Дмитриевич, ротехнического строительства.

ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный Высокая стоимость и недостаточная эффективность традиционных политехнический университет (г. Санкт - Петербург) гидротехнических сооружений существенным образом сдерживает курортное строительство и развитие рекреационного сектора и туризма в нашей стране.

Поэтому задачи разработки новых более эффективных и технологичВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ных берегозащитных сооружений и методов защиты побережий являются ООО Проектно-изыскательский и научно-исследовательский актуальными.

институт морского транспорта НовоморНИИпроект Целью диссертационной работы была разработка и обоснование (г. Новороссийск) прерывистого проницаемого вдольберегового берегозащитного сооружения, представляющего собой наброску крупных камней или фигурных бетонных

Защита состоится л_ октября 2009 г. в 10 часов на заседании блоков в жесткий каркас.

объединенного диссертационного совета ДМ 512.001.01 Достижение данной цели потребовало решение таких задач, как:

в ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева разработка инженерного метода защиты побережья с помощью про (195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская, 21) дольных проницаемых сооружений (искусственных рифов);

исследования влияния проницаемых искусственных рифов на форми

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке рование галечного пляжа при различных волновых условиях, мощности ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева вдольберегового потока наносов;

определение планового местоположения и конструктивных параметров искусственных рифов, обеспечивающих защиту побережья от волновых раз

Автореферат разослан л сентября 2009 г. мывов с необходимой для гашения энергии волн шириной галечного пляжа, на основании результатов физического и математического моделирования;

разработка рекомендаций по защите побережья с помощью прерыви

Ученый секретарь диссертационного стых проницаемых сооружений;

совета кандидат технических наук, сравнительный анализ эффективности берегозащиты традиционными старший научный сотрудник Т.В. Иванова методами и с помощью продольных проницаемых сооружений.

Методы исследований: экспериментальные, теоретические, натурные 6. Разработанный метод может быть использован в гидротехническом исследования. строительстве, что позволит повысить качество и темпы защиты морских Научная новизна работы: берегов.

предложена конструкция прерывистого проницаемого волнолома (ис- 7. Результаты диссертационных исследований внедрены в проеккусственного рифа), представляющего собой наброску крупного камня или тах:

бетонных блоков в жесткий каркас; показано, что предложенная конструк- Берегозащита волноотбойной стены на участке берега от км 1906 + пк ция достаточно эффективно обеспечивает защиту побережья от размывов и 5 + 50 до км 1909 (устье р. Куапсе) по титулу УПервоочередные мероприятия способствует поддержанию необходимой ширины пляжной зоны для гаше- по обеспечению безопасности движения на участке Туапсе-Адлер СКЖДФ.

ния волновой энергии; Проведение берегоукрепительных мероприятий для защиты от шторпроведены экспериментальные исследования по изучению волногася- мовых размывов земляного полотна железной дороги в рамках реконструкщей эффективности и устойчивости предлагаемой конструкции проницаемо- ции существующего тоннеля №1 на 1896 км участка Туапсе-Адлер Северого вдольберегового берегозащитного сооружения, на основе которых полу- Кавказской железной дороги.

чена оценка его влияния на литодинамические процессы в береговой зоне ичный вклад автора состоит в проведении натурных наблюдений моря при различных волновых параметрах и интенсивности потока наносов; на участке, расположенном на берегу Черного моря, разработке предложений определены конструктивные особенности и параметры планового рас- по использованию искусственных рифов для защиты побережья от волновых положения сооружений для эффективной защиты побережья и исключения размывов и удержания галечного пляжа, в проведении экспериментальных и низовых размывов на соседних участках; теоретических исследований и анализе их результатов.

на основе математической модели Шахина В.М. проведены численные Апробация работы. Содержание и результаты исследований докларасчеты по определению влияния продольных берегозащитных сооружений дывались на заседаниях секции Лито-гидродинамики, системы берегозащина транспорт наносов и устойчивость берега; показано хорошее соответствие ты Ученого совета ОАО ЦНИИС; III международной научно-практической численных и экспериментальных данных. конференции Строительство в прибрежных курортных регионах (г. Сочи, Фактический материал. Для анализа использованы данные: натур- 2006); XXII Международной береговой конференции Проблемы управления ных наблюдений на участке, расположенном на берегу Черного моря в Лаза- и устойчивого развития прибрежной зоны моря (г. Геленджик, 2007); Межревском районе города Сочи (проведены при личном участии автора), экспе- дународной конференции Динамика прибрежной зоны бесприливных мориментальных исследований в волновом бассейне и результатов расчетов. рей (г. Калининград, 2008); Международной научной конференции ГеосисПрактическая значимость работы: темы: факторы развития, рациональное использование, методы управления 1. Разработан инженерный метод защиты побережья с помощью про- (г. Туапсе, 2008).

дольного проницаемого сооружения, представляющего собой наброску круп- Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано ного камня или блоков в жесткий каркас; 6 научных работ, в том числе 1 работа из перечня ВАК.

2. Обоснованы конструктивные характеристики искусственного рифа, Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех обеспечивающего защиту побережья от волновых размывов и способного глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 122 страницах, удержать галечный пляж с необходимой для гашения энергии волн шириной; включая 71 рисунок и список литературы из 110 наименований.

3. Получена оценка влияния проницаемых сооружений на литодинаОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

мические процессы в береговой зоне моря при различных волновых параметрах и интенсивности потока наносов; Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, 4. Разработаны рекомендации по защите побережья с помощью про- ставятся цели и задачи исследования, формулируются основные проблемы ницаемых сооружений; исследования.

5. Материалоемкость и стоимость проницаемых волноломов в не- В первой главе дан обзор современного состояния вопроса защиты сколько раз меньше сооружений аналогов, при этом искусственные рифы берегов от разрушения ветровыми волнами. Изложены основные достижения относительно просты при изготовлении и не возникает значительных слож- и тенденции в разработке и проектировании морских волногасящих гидроностей при их монтаже и эксплуатации, строительство таких сооружений технических сооружений на основании работ Н.Н.Загрядской, Д.Д.Лаппо, положительно скажется на экологическом состоянии морской воды за счет С.С.Стрекалова, В.К.Завьялова, Г.Н.Смирнова, Т.Г.Смирновой, К.Н. Макарообеспечения нормального водообмена в защищаемых акваториях. ва, Р.М. Тлявлина и др.

2 Представлены принципы проектирования берегозащитных сооружений. исследование влияния продольных берегозащитных сооружений на Детально проанализированы активный и пассивный методы берегозащиты. литодинамические процессы в береговой зоне моря при насыщенном и обедПредставлен обзор пассивных берегозащитных сооружений, которые полу- ненном потоках наносов;

чили наибольшее распространение: подпорно-волноотбойные стены, откос- изучение волновых процессов за проницаемыми сооружениями;

ные сооружения и крепления откосов, береговые дамбы и бермы: приводятся на основании результатов физического и математического моделироих конструктивные особенности. Большое внимание уделено анализу берего- вания определение местоположения и конструктивных параметров искусстукрепления активным способом. Приводится описание УработыФ и конструк- венных рифов, обеспечивающих защиту побережья от волновых размывов с тивных особенностей наносоудерживающих сооружений: бун гравитацион- необходимой для гашения энергии волн шириной галечного пляжа.

ного типа, из наброски каменных массивов и бетонных блоков, шпунтовых разработка рекомендаций по защите побережья с помощью проницаестенок, бун ячеистой конструкции, свайной конструкции, бун свайно- мых сооружений;

стеночной конструкции и др. Приводится краткий обзор исследований вол- сравнительный анализ эффективности берегозащиты традиционными ноломов гравитационного типа, свайного типа, из фасонных бетонных бло- методами и с помощью продольных проницаемых сооружений.

ков, каменно-набросных волноломов и др. (А.М.Жданов, В.М.Мальцев, Во второй главе представлена методика моделирования, система изИ.Г.Кантаржи). мерения параметров волн; дается описание физической модели и результатов Отмечаются недостатки указанных методов берегозащиты: находясь в проведенных лабораторных экспериментов: влияния традиционных берегоприурезовой зоне, они подвержены значительным волновым воздействиям и защитных сооружений и прерывистых проницаемых волноломов на литодилбомбардировке наносами. Поэтому нередко во время сильных штормов намические процессы в прибрежной зоне. Подробно описаны 15 лаборатордеформируются и разрушаются. Берегозащитные сооружения, находящиеся в ных экспериментов.

аварийном состоянии, зачастую не защищают берег, а способствуют его бо- Методика моделирования. Согласно теории подобия, изучать на лее интенсивному размыву. Внешний вид таких берегозащитных сооружений гидравлической модели процесс волнового воздействия на сооружения слеприводит к потере привлекательности морского побережья. дует при обеспечении геометрического подобия модели натурному объекту, Закрепление берега с помощью поперечных наносоудерживающих со- подобия волнового режима, подобия поверхностных и объемных сил, т.е.

оружений, наряду с положительными моментами имеет в свою очередь и необходимо обеспечить равенство всех определяющих критериев. В общем недостатки, главным из которых является коренное изменение литодинами- случае выполнить все эти условия практически невозможно. В частности, ческих процессов как на территории, защищаемой бунами, так и на нижеле- если на модели используется та же жидкость, что и в натурных условиях, то жащих по потоку наносов участках, что зачастую приводит к размыву бере- нельзя одновременно обеспечить подобие по числам Фруда (Fr) и Рейнольдгов. В настоящее время при проектировании берегоукрепительных меро- са (Re). Однако для целого ряда задач, имеющих важное практическое значеприятий фактически отказались от использования непроницаемых волноломов. ние, не требуется подобие по обоим параметрам.

Причиной, повлекшей отказ от строительства рассматриваемых конструкций, Так, при чисто волновом движении или воздействии необрушающихся является низкая эффективность сооружений. волн на гидротехнические сооружения, когда влияние вязкости мало, динаАнализ отечественных исследований, посвященных берегоукрепи- мическое подобие модельных и натурных процессов определяется равенсттельным сооружениям показал, что в настоящее время в нашей стране эф- вом чисел Фруда. При исследовании волн на поверхности несжимаемой жидфективно не используется метод защиты побережья с помощью продольных кости критерий Фруда может быть записан в виде:

проницаемых волноломов, основанный на создании волновой тени за сооруh (1) Fr =, жениями и накопления за ними пляжеобразующего материала не прерывая gT естественный поток наносов.

где h - высота волн; g - ускорение свободного падения; T - период волн.

Изучением взаимодействия волн с каменно-набросными сооруженияОграничения по параметрам волн обусловлены необходимостью исклюми в жестком каркасе занимались А.Е.Радионов и Р.М.Тлявлин. Проанализичения заметного влияния молекулярной вязкости и капиллярных эффектов.

ровав результаты работ предыдущих исследователей, формулируются задачи Другой класс задач о движении жидкости со свободной поверхностью диссертационной работы:

включает случаи, когда трение в жидкости существенно, но влиянием молеразработка инженерного метода защиты побережья с помощью прокулярной вязкости можно пренебречь. Примерами такого рода являются тедольных проницаемых сооружений;

чения с сильно развитой турбулентностью при больших числах Рейнольдса.

4 К их числу можно отнести задачи о взаимодействии волн с крупнозернистыми наносами, обтекаемыми преградами или проницаемыми сооружениями.