Учебное пособие по «Устройству и оборудованию морских портов» для специальности 190701 «Организация перевозок и управление на морском транспорте»
Скачать 2.41 Mb.
|
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫКолебания уровня воды. Эта важнейшая гидрологическая характеристика определяет не только высотные отметки территории порта и глубины на подходах и у причалов, но и форму крепления берега и конструкцию причальных сооружений. При действии ветра на поверхность воды на значительном протяжении, в результате трения между воздухом и водой, возникает сначала движение поверхностных частиц, которое затем, передаваясь на глубину, образует ветровое течение. Это течение способствует повышению уровня у наветренного берега— нагону, и понижению у подветренного — сгону. Амплитуды нагонов и стонов воды на водохранилищах могут в отдельных случаях достигать 1 м и больше. Еще более значительное влияние ветровые нагоны и сгоны имеют у отмелых берегов морей, в длинных сужающихся заливах и устьях рек. Здесь амплитуды колебания уровня достигают иногда 2—3 м. Так в устье Волги подъем воды при нагоне достигает 2 м, а понижение при сгоне — 1 м. В устье Дона — соответственно 2.5 и 2 м. В устье р. Невы неблагоприятное сочетание ветрового нагона с влиянием циклонов приводит к наводнениям, при которых уровень реки повышается более чем на 4 м. У берегов открытых морей происходят приливно-отливные колебания уровня под действием астрономических факторов. В отличие от нагонов и сгонов воды, которые по существу случайны, приливы и отливы строго периодичны. Приливы и отливы на Земле формируются главным образом под действием притяжения Луны и Солнца. Каждая частица водной оболочки Земли будет притягиваться Луной. Кроме того, на эту же частицу действуют центробежные силы от вращения Земли и Луны вокруг оси, проходящей через центр тяжести системы Земля—Луна. В результате сложения этих сил водная оболочка Земли должна деформироваться. В каждой точке земной поверхности в период лунных суток, равных 24 ч 50 мин, дважды наступает прилив (полная вода) и дважды отлив ('малая вода). Так как приливообразующая сила прямо пропорциональна массе и обратно пропорциональна кубу расстояния, то нетрудно вычислить, что действие Солнца будет примерно в 2.4 раза слабее действия Луны. Когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной прямой, приливообразующие силы Луны и Солнца складываются и высота прилива будет наибольшей (сизигия) – полнолуние и новолуние. При квадратурах, когда угол между направлениями с Земли на Луну и Солнце близок к прямому (первая и последняя четверти Луны), приливообразующие силы Луны и Солнца противодействуют и высота прилива будет наименьшей. Изложенная выше “астрономическая” схема приливных явлений в значительной степени корректируется “земными” причинами. На общую картину этих явлений накладывается прежде всего влияние инерции водных масс, а различные глубины моря, рельеф дна и очертания берегов в еще большей степени искажают правильный периодический характер приливов и отливов. Время запаздывания момента наступления полной воды по сравнению с моментом прохождения Луны через меридиан называется лунным промежутком. Средний лунный промежуток называется прикладным часом порта. Амплитуды приливно-отливных колебаний уровня воды в открытых морях и океанах невелики — 1.5—2.0 м. Однако около морских берегов, в местах значительного влияния дна и берегов, и в особенности в глубине сужающихся заливов, происходит значительное усиление приливно-отливных явлений. Так, например, в заливе Фунди в Северной Америке амплитуда приливов и отливов достигает 15 м, у Атлантического берега Франции она изменяется от 2 до 12 м, у английских берегов—от 7 до 11 м. В отечественных морях эта амплитуда характеризуется следующими величинами: у Мурманского побережья—4.5 м, у горла Белого моря—5.5 м, в Мезенском заливе—6—8 м, в Пенжинской губе Охотского моря - 11 м. Во внутренних морях приливно-отливные явления выражены весьма слабо: в Балтийском, Черном и Каспийском морях приливная амплитуда измеряется всего несколькими сантиметрами. Соленость морской воды – характеризуется ее физико-химическим составом. Измеряется в промилях ( количество соли в граммах , содержащийся в 1 кг воды). В морской воде содержится много солей, но основным компонентом является хлористый натрий – 80%, хлористый магний и сульфаты - по 10%. Соленость в различных бассейнах неодинакова и в значительной степени связана с притоком речных вод. Степень солености морской воды влияет на жизнедеятельность морских древоточцев, от чего зависит срок службы деревянных элементов портовых конструкций. Солевой состав морской воды определяет степень ее агрессивности по отношению к бетонным и железобетонным подводным частям гидротехнических сооружений. Известны случаи, когда под действием морской воды бетонные и железобетонные элементы конструкций резко снижали свою прочность в течение нескольких лет. При соответствующем подборе состава бетона и соблюдении технических условий строительства эти элементы не теряли в аналогичных условиях прочности в течение нескольких десятков лет. Волнение. На поверхности любого водоема могут возникать и перемещаться волны. Причины возникновения волн различны” но главными можно считать землетрясения, силу притяжения Луны и Солнца и ветер. Землетрясения, эпицентр которых находится на дне океана, вызывают сейсмические волны, называемые цунами. Волны эти, почти незаметные для кораблей в открытом море, по мере приближения к берегу постепенно увеличиваются по высоте, и в результате на берег обрушиваются уже волны, высота которых может достигать десятков метров. Последствия воздействия таких волн катастрофичны. В 1896 г. действию цунами подверглась северо-восточная часть Японии. В вершинах заливов волны достигали высоты более 30 м, а на других участках побережья, общей протяженностью около 320 км, высота волны была от 4 до 25 м. Печальные события 26 декабря 2004, когда подводное землетрясение в Индийском океане также вызвало цунами, задевшее многие страны Юго-Восточной Азии, 11 марта 2011 года в у берегов Японии произошло землетрясение магнитудой не менее 8,9. Эпицентр был расположен в 130 километрах от побережья префектуры Мияги. Вскоре на берега Японии обрушилось мощное цунами, высота волн которого в некоторых местах составила десять метров. Обширное затопление привело к отключению света в миллионах домов, остановке ряда АЭС и другим происшествиям. По предварительной оценке, число жертв и пострадавших составило около 23 тысяч человек. Волны цунами меньшей разрушительной силы возникают в различных точках земного шара ежегодно. Ввиду того, что от момента землетрясения до подхода цунами к берегу проходят часы, за последние годы в ряде стран, подверженных цунами, удалось наладить службу предупреждения. Поэтому, хотя эти волны по-прежнему производят опустошительные действия на берегах, но число человеческих жертв сводится к минимуму. Ввиду случайной природы цунами ясно, что учет этих волн в инженерных расчетах сооружений затруднителен и связан с большими затратами при строительстве. Волны приливные в большинстве случаев проявляются лишь в виде медленного подъема и спада уровней. Наибольший интерес для портостроения представляют волны, возникающие под действием ветра. Ветровые волны, сформированные ветром и продолжающие находиться под его воздействием, называются вынужденными. Волны, вышедшие из района действия ветра или распространяющиеся после его прекращения называются свободными или волнами зыби. Элементы волны:
Размеры и характер ветровых волн зависят как от скорости ветра и его продолжительности, так и от протяженности водной поверхности, на которой ветер действует на воду. Поэтому на реках, если исключить устьевые участки крупнейших рек (Оби, Енисея, Лены и др.), волны не вызывают каких-либо затруднений для перегрузочных работ у причалов, а силовое воздействие волн на сооружения так мало, что его не учитывают. На крупных водохранилищах высота волн достигает 4 м, а у открытых берегов морей и океанов — 10 м и более. При отсутствии естественной защиты на водохранилищах и морях акватории портов приходится ограждать специальными сооружениями — молами и волноломами, которые подвергаются мощному силовому воздействию волн. Для правильной компоновки оградительных сооружений и выбора их конструкции необходимо знать как основные параметры волн, так и повторяемость волн по различным направлениям. Наиболее правильную форму колебательного движения имеют волны зыби. При глубине моря, превышающей половину длины волны, в месте, где происходит волнение, каждая точка в толще воды описывает орбиту, которую можно принять за круговую с радиусом, убывающим по глубине. Таким образом частицы волны не находятся в состоянии поступательного движения. При распространении волн в сторону берега под влиянием уменьшающихся глубин происходит непрерывное изменение характеристик волнения - высоты волны, длины, скорости распространения. При приближении к берегу с уменьшением глубин волна зыби превращается в волну перемещения – прибойную волну. Прибойная волна имеет пенистый гребень или отдельные заплески гребней волн. В некоторых портах (п.Корсаков –о.Сахалин) наблюдается периодический подъем и спад воды («тягун»). Происходит это в результате образования длинных волн (500-800 м) небольшой высоты порядка 15 см, которые возникают из-за резкого изменения давления воздуха. Вкатываясь в портовую акваторию, эти волны вызывают колебание пришвартованного судна, что затрудняет производство грузовых работ. Расчеты по определению исходных параметров волн дают их средние значения: высоты Н, длины L и периода Т. Для проектирования различных портовых объектов нужно знать высоты волн определенной обеспеченности. Под обеспеченностью любого параметра волны в системе волн понимается выраженное в процентах количество волн, у которых числовое значение параметра больше или равно, чем у остальных волн в ряду из 100 волн, проходящих непосредственно одна за другой через рассматриваемую точку акватории. Большое значение для портостроения имеет дифракция волн — искривление лучей и изменение высоты бегущих волн, огибающих препятствия, или проходящих через узкость. При проникании волн на акваторию порта волны распластываются, а так как их гребни постепенно удлиняются, то высота волн довольно быстро уменьшается. На этом принципе основана защита акваторий портов от волнения при помощи оградительных сооружений.  Дифракция волн в акватории порта Вблизи побережья не только изменяются высота, длина, скорость и период волны, но и происходит поворот ее фронта. Это явление называется рефракцией. Фронтом волны называется линия, проведенная вдоль гребня данной волны . Физическая суть явлений рефракции такова. С уменьшение глубины скорость распространения волн уменьшается. Вследствие этого вблизи берега в зависимости от глубины различные точки волнового фронта будут иметь разные скорости, что вызовет поворот и искривление волнового фронта. Рефракция оказывает большое влияние на формирование береговой полосы и должна учитываться при проектировании внешних оградительных сооружений, особенно на корневых участках, примыкающих к берегу.  Рефракция волн у берегов различного очертания а — прямолинейный берег б — выпуклый в — вогнутый Течения. При строительстве русловых портов на свободных реках следует по возможности не нарушать естественного режима реки устройством выступающих в русло сооружений. Образующиеся в зоне выступающих частей сооружений местные вращательные течения могут быть опасны как для судов, так и для самих сооружений— возможен размыв основания. Кроме того, такое вмешательство в жизнь руслового потока может привести к нежелательным явлениям на прилегающих участках русла реки. При эксплуатационных расчетах учитывают влияние скорости течения на движение судов. У морских побережий течения вызываются различными причинами: ветром, волнами, приливно-отливными явлениями, разницей в температуре, плотности и солености воды и, наконец, разностью широт различных точек моря. Большое влияние на характер морских течений оказывает рельеф дна и конфигурация берега. Наибольшее практическое значение для портостроения имеют ветро - волновые и приливные течения, а также компенсационные течения, возникающие близ берегов у естественных или искусственных препятствий. При фронтальном действии ветра образуется нагон, дополняемый перемещением воды вследствие волнения. Скапливающиеся у берега массы воды в отдельных местах узкими потоками периодически прорывают поток, образуя течения с большими скоростями. Если ветер действует под углом к линии берега, то образуются течения вдоль берега, затухающие по мере прекращения шторма. Скорость таких течений достигает иногда 1 м/с и больше. Не представляя опасности для судоходства и сооружений, эти течения нередко являются причиной заносимости подходных каналов и акваторий портов. Заносимость порта определяется количеством осаждающихся в акватории, на каналах и в прибрежной зоне порта твердых частиц грунта в результате действия волнения и речных стоков. Обмеление происходит в сторону преобладающего направления волнения в данном месте. Количество наносов зависит от направления и размеров волн: чем острее угол, под которым наносы подходят к урезу, и чем больше сами волны, тем больше наносов перемещается вдоль берега. На прямолинейном отрезке, когда количество поступающих и уходящих наносов совпадает, происходит вдольбереговое движение наносов. На выпуклом берегу при фронтальном подходе волн наносы перемещаются в обе стороны от выступающей части берега и он будет размываться. На вогнутом берегу при фронтальном подходе волн наносы перемещаются навстречу один к другому и происходит наращивание берега.  Схема движения наносов а – прямолинейный отрезок берега; б – выпуклый отрезок берега; в – вогнутый отрезок берега Приливно-отливные течения, почти не заметные в море, могут достигать значительных скоростей в проливах и устьях рек. Такие явления происходят, например, в горле Белого моря и в устье реки Мезени, где максимальные скорости достигают нескольких метров в секунду. Ледовый режим. Является важным фактором для порта. Характеризуется толщиной льда, его прочностью, сроками образования и вскрытия. Большое значение имеют подвижки ледяных полей, характер ледохода. Плавающий в море лед может быть морского, речного и материкового происхождения. Основная масса льда в море – морской лед. Температура его замерзания зависит от солености воды ( от -0.5°С до -4° С). Речной лед встречается в море в близи устьев рек. Лед, образованный, спускающимися с берега ледниками называется материковым и плавает в море в виде ледяных гор «Айсберги». Паковый – многолетний толстый и плотный лед. Торосы - нагромождение льдин при сильном сжатии ледового поля. Припай - неподвижный лед у берегов. Плавающий лед - при ударах о льды припая при температурном расширении могут передавать большие усилия на гидротехнические сооружения, что необходимо учитывать при проектировании портов.  |
Похожие:
 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |  | Порядок подготовки, руководства и защиты выпускной квалификационной работы |
| Составители: профессор кафедры технологии транспортных процессов и сервиса Корягин С. И., доценты Минкова Е. С., Картушина И. Г.,... | | Аннотации к рабочим программам по основной профессиональной образовательной программе среднего профессионального образования по специальности... |
| Тексты лекций содержат материалы для изучения дисциплины «Сервис на транспорте» и предназначены для студентов специальности «Организация... | | |
| | ||
| «Грузоведение». Методическое указание может быть использовано как задание для семестрового контроля знаний студентов. Предназначено... | | Разработка урока предназначена для проведения занятия по дисциплине оп. 05 Технические средства для специальности 23. 02. 01 Организация... |