ВСН 163-83 сторінка 19 з 25

ВСН 163-83. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (Нефтегазопроводов)

Рис. 44. Изменение розы ветрового течения (повторяемость по направлениям в процентах) в зоне прибрежного мелководья под влиянием берега.

7. Наиболее надежные режимные характеристики ветровых течений для отдельных вертикалей зоны прибрежного мелководья следует определять в необходимых случаях путем статистической обработки данных регулярных наблюдений, охватывающих различные условия гидрометеорологического режима водоема. Общая продолжительность ряда наблюдений при этом должна составлять около 10 месяцев при интервале между измерениями, равном 6 ч, или около 3 месяцев при интервале между измерениями, равном 2 ч.

8. Распределение ветровых течений по направлениям на внешней границе зоны прибрежного мелководья большой ширины (0,5-1,0 км и более) при отсутствии наблюдений следует принимать равным распределению течений на открытой акватории водоема, т.е. в соответствии с указаниями п. 12 рекомендуемого приложения 16.

9. Повторяемость направлений течения в пределах прибрежной зоны в случае отсутствия наблюдений допускается принимать изменяющейся пропорционально относительному расстоянию l/L_м от береговой границы до расчетных вертикалей - уменьшающейся от фактических значений на внешней границе зоны (l/L_м=1,0) до нуля на береговой границе зоны (l/L_м=0) для течений, направленных под острым углом и по нормали (с водоема и с суши) к линии берега; увеличивающейся повторяемости течений вдольберегового направления за счет полученного процента снижения повторяемостей течений, действующих под острым углом и по нормали к линии берега. Результаты расчета повторяемости направлений течений для одного из створов представлены в табл. 34 и показаны на рис. 44.

Таблица 34

Повторяемость ветров (в процентах от общей продолжительности безледоставного периода) и повторяемость течений различных направлений

l/L_м

СВ

ЮВ

ЮЗ

СЗ

Повторяемость ветров

4,06

4,04

5,10

6,46

5,33

7,43

7,15

4,18

Повторяемость течений

1,0

5,33

7,43

7,15

4,18

4,06

4,04

5,10

6,46

0,75

4,00

5,58

5,36

8,42

3,04

3,03

3,82

10,50

0,50

2,66

3,72

3,58

12,65

2,03

2,02

2,55

14,54

0,25

1,33

1,86

1,78

16,90

1,02

1,01

1,27

18,58

0,0

21,13

22,62

Примечания. 1. Нормаль к линии берега имеет направление СВ-ЮЗ.

2. Суммарная повторяемость течений всех направлений принята равной повторяемости ветров скоростью более 3 м/с и составляет 43,75 %.

ПРИЛОЖЕНИЕ 18 Обязательное

РАСЧЕТ СКОРОСТИ ВДОЛЬБЕРЕГОВОГО ТЕЧЕНИЯ НА БЕРЕГОВОЙ ОТМЕЛИ Расчет средней скорости вдольберегового течения

1. Вдольбереговые течения, возникающие на береговых отмелях (см. рис. 43) под действием трансформирующихся и разрушающихся ветровых волн и в некоторой мере под действием касательных напряжений ветра на водную поверхность, осуществляют вместе с волнами взмучивание донных наносов, вызывают вдольбереговой перенос взвешенных и донных наносов, которые частично или полностью аккумулируются в прорезях в период строительства и эксплуатации переходов трубопроводов через водоем.

2. Среднюю поверхностную скорость (м/с) вдольберегового течения на береговых отмелях шириной до 100 м следует вычислять по формуле

v=k₀h_1%f(a_h)exp[-(0,014В-0,5Н₀)], (101)

где h_1% - высота волн 1%-ной обеспеченности (в системе) на подходе к береговой линии, м; f(a_h) - параметр, зависящий от угла a_h между лучом волны (на подходе к береговой отмели) и нормалью к генеральному направлению линии берега, определяемый по табл. 35; В - общая ширина береговой отмели, м; Н₀ - средняя глубина на отмели, м; k₀ - размерный коэффициент, принимаемый численно равным единице.

Таблица 35

Значение параметра f(a_h)

Плановые очертания участка

Выпуклый

0,0

0,60

0,80

0,94

0,98

1,00

0,98

Прямолинейный

0,0

0,60

0,80

0,94

0,98

1,00

0,98

Вогнутый

0,0

0,60

0,80

0,94

0,98

1,00

0,98

Плановые очертания участка

100

110

120

130

Выпуклый

0,97

0,92

0,85

0,76

0,65

0,50

0,35

Прямолинейный

0,95

0,90

0,82

0,70

0,55

0,35

0,15

Вогнутый

0,94

0,87

0,78

0,64

0,44

0,10

0,00

3. Среднюю поверхностную скорость (м/с) вдольберегового течения на береговой отмели шириной более 100 м следует вычислять по формуле

v=k₀h_1%f(a_h)exp[-(0,014В-0,5Н₀)]+10^-2(0,70-0,33lgН₀)sina_W, (102)

где W₁₀ - скорость ветра на высоте 10 м над водной поверхностью, м/с; a_W - угол между направлением ветра и нормалью к линии берега, градус.

4. Для расчета средней скорости (м/с) вдольберегового течения в пределах волноприбойной зоны, которая при слабом и средней силы волнении охватывает лишь часть береговой отмели, можно использовать формулу

, (103)

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; Н_р - глубина на линии разрушения волн, м; h_10% - высота волн 10 %-ной обеспеченности (в системе) на линии разрушения, м; a_h - угол между лучом волны и нормалью к генеральному направлению линии берега, градус; B_р - ширина волноприбойной зоны между урезом и линией разбивания волн, м; d_э - эффективный диаметр донных наносов, ограничивающий на графике гранулометрического состава грунта 10 % наиболее крупных частиц, мм.

5. При выяснении условий строительства перехода трубопровода через береговую отмель водоема определение средней скорости вдольберегового течения по формулам (101), (102) или (103) необходимо производить по расчетным значениям скорости ветра и элементов волн заданной повторяемости, а для определения мутности воды, вдольбереговых перемещений наносов и заносимости траншей - вычисления выполнять по градациям скоростей ветра в пределах всего возможного диапазона их значений и для всех направлений, при которых возможно возникновение вдольберегового течения.

Распределение скорости вдольберегового течения на береговой отмели

6. Распределение скорости вдольберегового течения на береговой отмели при отсутствии данных наблюдений следует устанавливать по типовым кривым (рис. 45) с учетом соотношений, приведенных в табл. 36.

Рис. 45. Типы распределения скорости вдольберегового течения по ширине береговой отмели (I - IV).

7. Переход от поверхностной скорости вдольберегового течения к средней скорости на вертикали v_в, или в створе береговой отмели следует осуществлять с использованием соотношения

v_в»0,83v_пов. (104)

8. Для установления приближенного распределения скорости вдольберегового течения на вертикалях береговой отмели следует пользоваться безразмерной эпюрой (см. рис. 41) для значения относительной глубины Н/, равного 0,4.

Таблица 36

Тип

Уклон отмели, °

Соотношение высот волн и средних глубин

Соотношение максимальных и средних значений скорости

1,5-2,5

<Н₀

v_макс»2,5v (приурезовая зона)

1,5-2,5

»Н₀

v_макс»2,0v (центральная часть)

III

2,0-3,0

³Н₀

v_макс»1,3v (центральная часть)

v_макс»1,6v (приурезовая зона)

0,5-1,0

³Н₀

v_макс»v (вся отмель)

ПРИЛОЖЕНИЕ 19 Рекомендуемое

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ БЕРЕГА В ЗОНЕ УЧАСТКА ПЕРЕХОДА ТРУБОПРОВОДА ЧЕРЕЗ ВОДОХРАНИЛИЩЕ 1. Определение расчетных характеристик ветра и волнения

Ветровой режим водохранилища. Пример расчета ветрового режима дан применительно к пространственной ориентации береговой линии в створе перехода, представленной на рис. 46, чему соответствуют следующие четыре наветренных румба: северный, северо-западный, западный, юго-западный. Продолжительность безледоставного периода принята равной семи полным месяцам, с мая по ноябрь включительно, что соответствует 214 сут.

Рис. 46. Схема расположения направлений и углов подхода волн к створу перехода трубопровода через водоем.

Сведения о повторяемости ветра различной скорости по направлениям p_W взяты из Справочника по климату СССР (часть III, ветер) за каждый месяц принятого выше безледоставного периода по четырем наветренным румбам. Повторяемость ветра по остальным четырем румбам дана суммарно в последней колонке таблицы. Образец выписки данных из Справочника приведен в табл. 37.

Таблица 37

Месяц

Скорость ветра, м/с

Направление ветра

СЗ

ЮЗ

Ю-СВ

Май

0-1

2,5

1,9

2,0

2,3

6,9

2-5

6,9

7,6

8,1

8,9

19,7

6-9

2,7

4,4

4,3

5,3

7,7

10-13

0,7

0,4

1,0

2,5

2,4

14-20

0,03

0,1

0,3

0,8

0,53

Июнь

0-1

3,2

2,8

3,4

8,4

2-5

9,3

9,5

9,8

8,1

18,5

6-9

2,8

3,4

4,1

4,5

5,3

10-13

0,3

0,2

0,9

1,0

1,13

14-20

0,03

0,3

0,2

Июль

0-1

4,7

4,0

3,3

2,7

9,6

2-5

10,1

10,4

8,7

7,5

20,7

6-9

2,2

3,3

3,1

2,5

4,8

10-13

0,3

0,4

0,2

0,7

0,74

14-20

0,03

Август

0-1

4,7

4,4

3,2

3,7

12,5

2-5

8,9

8,1

8,3

6,0

22,9

6-9

2,4

2,3

2,1

2,5

6,0

10-13

0,1

0,3

0,93

14-20

0,33

0,06

Сентябрь

0-1

2,9

2,8

3,9

4,5

6,3

2-5

7,3

7,6

8,8

11,8

14,7

6-9

1,8

3,2

4,5

7,0

6,9

10-13

0,3

0,5

0,6

2,6

1,33

14-20

0,03

0,1

0,2

0,33

Октябрь

0-1

2,3

1,8

2,3

1,8

6,5

2-5

5,0

6,6

8,7

9,5

14,0

6-9

2,3

3,5

6,3

10,1

7,5

10-13

0,4

0,7

3,5

3,96

14-20

0,2

0,03

0,2

0,9

1,2

21-24

0,03

Ноябрь

0-1

2,2

1,7

2,4

2,5

5,2

2-5

5,1

5,2

7,6

10,9

18,0

6-9

1,6

2,0

4,3

8,9

8,6

10-13

0,2

0,7

1,5

4,3

4,0

14-20

0,03

0,3

1,0

1,75

21-24

0,03

По данным о повторяемости ветра за отдельные месяцы p_W (табл. 37) по формуле (46) вычислены сезонные повторяемости ветров p_W_с, отнесенные ко всему безледоставному периоду. Пример пересчета приведен в табл. 38.

Таблица 38

Скорость ветра W м/с

Направление ветра

СЗ

ЮЗ

Ю-СВ

0-1

3,21

2,77

2,84

2,99

7,91

2-5

7,51

7,86

8,57

8,96

18,36

6-9

2,26

3,16

4,10

5,83

6,67

10-13

0,33

0,46

0,74

2,13

2,07

14-20

0,05

0,03

0,14

0,46

0,58

21-24

0,01

Волновой режим в створе перехода. Исходным материалом для характеристики ветрового волнения служат сведения о сезонной повторяемости скорости ветра по наветренным румбам (см. табл. 38) и волновые характеристики по тем же румбам (рис. 47).