Таблица 31
|
|
Н??15 м |
Н<15 м |
||||||||
|
Н/ |
7,0 |
5,0 |
4,0 |
3,0 |
2,0 |
1,5 |
1,0 |
0,8 |
0,6 |
0,4 |
|
kW |
1,70 |
1,46 |
l,38 |
1,26 |
1,10 |
1,00 |
0,86 |
0,77 |
0,64 |
0,48 |
Расчет уточненных значений скорости течения и продолжительности его развития
8. Уточненное значение поверхностной скорости дрейфового течения (м/с), охватывающего всю толщу воды в зонах водоемов с относительными глубинами Н/>0,3, следует вычислять по формуле
=2,7??10-2[0,11??lgН/+(0,008C+0,35)3]W10,(92)
где H - глубина на вертикали, м; - средняя длина волн в системе при расчетной скорости ветра заданного направления, м; W10 - расчетная скорость ветра на высоте над поверхностью воды, м/с; С - коэффициент Шези, зависящий от глубины и шероховатости дна nш, и определяемый по формуле
C=(1/nш)H1/6.(93)
Значения коэффициента nш определяются по таблице, имеющейся в справочниках по гидравлике.
9. Уточненное значение поверхностной скорости при совместном действии дрейфового и компенсационного течений противоположного направления (м/с) в зонах водоемов с относительными глубинами Н/>0,3 следует вычислять по формуле
=1,4??10-2[0,33??lgН/+(0,008C+0,35)3]W10.(94)
10. Среднюю на вертикали скорость дрейфового течения, охватывающего всю глубину (м/с), следует вычислять по формуле
??0,35(2-lgН/),(95)
а в случае совместного действия дрейфового и компенсационного течений противоположных направлений абсолютную среднюю на вертикали скорость необходимо принимать равной
??0,31.(96)
11. Формулы (92), (94)-(96) следует применять для расчетов скорости ветровых течений не только на открытых акваториях водоемов, но и на акваториях крупных заливов при Н=2??15 м и Н/>0,3.
12. Повторяемость по направлениям ветровых течений в поверхностном слое открытой акватории для безледоставного периода или для отдельных теплых сезонов года следует принимать равной повторяемости по направлениям ветров над водной поверхностью за соответствующие периоды или сезоны года.
Этот прием нельзя распространять на участки, где ширина водоема в 3 - 5 раз меньше, чем ширина соседних участков, и на участки, где в результате изменения конфигурации береговой линии преобладают ветровые течения, направленные преимущественно вдоль продольной оси водоема или вдоль генерального направления берега.
13. Для определения приближенных режимных характеристик скорости ветрового течения в случае отсутствия данных длительных наблюдений за течениями и данных о повторяемости ветров различной скорости следует использовать функции распределения скоростей течения, приведенные в табл. 32. Среднюю (в режиме) скорость ветрового течения при этом необходимо вычислять по формулам (95), (96) или (92) и (94) с использованием средней скорости ветра, полученной для водоема по короткому ряду наблюдений (1-2 сезона), а скорости заданного процента обеспеченности определять путем умножения средней спорости течения на коэффициент, взятый по табл. 32.
Таблица 32
|
Обеспеченность, % |
0,1 |
1 |
5 |
10 |
20 |
50 |
70 |
80 |
90 |
|
Коэффициент перехода от средней скорости течения (в режиме) к средней скорости заданной обеспеченности |
3,77 |
2,91 |
2,23 |
1,91 |
1,54 |
0,96 |
0,60 |
0,45 |
0,28 |
14. Общую продолжительность периода развития ветрового течения (в часах) необходимо определять по формуле
Ty=kт[(vy)срHср]/,(97)
где (vy)ср - средняя на вертикали скорость установившегося ветрового течения, вычисленная по формулам (95) или (96), м/с; Hср - средняя глубина водоема или его частично обособленного района (если в его пределах возможно формирование самостоятельной системы течений), м; W10 - расчетная скорость ветра, м/с; kт - безразмерный коэффициент, равный 277.
15. Относительное значение средней на вертикали скорости ветрового течения для заданного интервала времени его развития следует вычислять по формуле
(vi)ср/(vy)ср=1-(1-Ti/Ty)2,5,(98)
где (vi)ср - средняя на вертикали скорость ветрового течения в конце заданного интервала времени Ti равного, например, продолжительности непрерывного действия штормового ветра.
Для определения продолжительности непрерывного действия ветра следует пользоваться данными ближайшего к переходу трубопровода пункта метеорологических наблюдений, данными Справочника по климату СССР (часть III, ветер) или литературными сведениями.
Определение распределения скорости по вертикали
16. Для определения распределения по вертикали скорости установившегося дрейфового течения, охватывающего всю толщу воды, необходимо пользоваться безразмерными кривыми / (рис. 41) в зависимости от относительной глубины Н/. Распределение скоростей для значений Н/, не указанных на рис. 41, следует определять путем интерполяции между соседними кривыми с известными значениями Н/.
Рис. 41. Обобщенные безразмерные кривые распределения скоростей однонаправленного ветрового течения по вертикали при различных значениях относительной глубины Н/.
17. Для определения распределения по вертикали скорости установившегося разнонаправленного по глубине ветрового течения для относительных глубин Н/=0,5??5,0 и условий равенства элементарных расходов дрейфового и компенсационного течений следует пользоваться обобщенной безразмерной кривой /=f(z/H) (рис. 42).
Рис. 42. Обобщенная безразмерная кривая распределения скорости разнонаправленного ветрового течения по вертикали.
ПРИЛОЖЕНИЕ 17
Рекомендуемое
РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРОВОГО ТЕЧЕНИЯ В ЗОНЕ ПРИБРЕЖНОГО МЕЛКОВОДЬЯ
1. Ветровые течения в зоне прибрежного мелководья (рис. 43), ограниченной со стороны берега линией разбивания штормовых волн, а со стороны водоема - линией с глубинами, примерно равными половине длины штормовых волн (Н??0,5), характеризуются преобладанием вдольберегового переноса воды с некоторым снижением скорости по мере приближения к линии берега, наличием движения вод к берегу в поверхностных слоях и оттока вод - в придонных слоях.
2. Приближенное значение поверхностной скорости ветрового течения в зоне прибрежного мелководья, как и на открытых пространствах водоема, следует определять по ветровому коэффициенту kW, принимая его значение в соответствии с требованиями п. 5 рекомендуемого приложения 16, равным 1,70.
3. Для определения уточненного значения поверхностной скорости ветрового течения на внешней границе зоны прибрежного мелководья при наличии сведений о длинах ветровых волн и коэффициентах шероховатости дна следует пользоваться формулой (92) для однонаправленного ветрового течения.
4. Распределение скоростей ветрового течения в поверхностном слое между береговой и внешней границами зоны прибрежного мелководья при ветрах различных направлений относительно нормали к линии берега следует устанавливать путем умножения поверхностной скорости vпов, вычисленной для открытой акватории водоема по формуле (92), на соответствующие коэффициенты vi/vL. взятые из табл. 33 для различных относительных расстоянии l/Lм вертикалей от берега.
Рис. 43. Основные элементы береговой зоны водоема.
А - надводный берег; Б - береговая зона; В - глубоководная (открытая) часть водоема; Г - абразионный склон (уступ) берега; Д - пляж; Вр - зона разрушения волн; Е - зона (забурунивания волн) прибрежного мелководья; Ж - приурезовая часть береговой отмели; З - центральная часть береговой отмели; И - внешняя часть береговой отмели; К - внешний склон береговой отмели; В - береговая отмель (без учета ее внешнего склона): а - бровка склона (уступа) берега; б - основание склона (уступа) берега; в - урез при нормальном подпорном (НПУ) или среднем многолетнем (СУВ) уровне; г, д, е - гребни подводных валов; ж - бровка береговой отмели; з - основание внешнего склона береговой отмели; и - внешняя граница зоны прибрежного мелководья; zу - высота абразионного склона (уступа) берега; Нр=1,5h - глубина, с которой начинается разрушение гребней волны, высотой h; Нбр - глубина на бровке береговой отмели; Нм=0,5?? - глубина на внешней границе зоны прибрежного мелководья (?? - длина волны); НУВ - низший уровень воды.
5. Среднюю на вертикали скорость (м/с) ветрового течения в зоне прибрежного мелководья шириной порядка 0,3-1,0 км и более необходимо определять по формулам
vср=kм1(99)
или
vср=kм2(0,70-0,33lgH).(100)
Скорость ветра W10 следует рассчитывать, в соответствии с требованиями обязательного приложения 13, на основании сведений о повторяемости ветров в репрезентативном пункте наблюдений, среднюю длину ветровых волн - соответственно требованиям обязательного приложения 14, а значения размерных коэффициентов kм1 и kм2 принимать равными 2,5??10-2 и 1,0??10-2 соответственно.
Таблица 33
Значение относительной скорости течения в поверхностном слое vi/vL
|
Угол между направлением ветра и нормалью к линии берега, ° |
l/Lм |
|||||||||
|
|
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
20-70 |
0,52 |
0,68 |
0,76 |
0,81 |
0,85 |
0,89 |
0,93 |
0,97 |
0,98 |
1,00 |
|
70-110 |
0,69 |
0,87 |
0,96 |
0,99 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
|
140-180 |
0,46 |
0,57 |
0,63 |
0,68 |
0,74 |
0,79 |
0,84 |
0,89 |
0,94 |
1,00 |
6. В случае отсутствия длительных наблюдений за ветром среднюю скорость течения на вертикалях зоны прибрежного мелководья следует вычислять по формулам (99) или (100) с использованием значений средней скорости ветра, вычисленных по короткому ряду наблюдений или взятых из Справочника по климату СССР, а для определения значении скоростей течения заданной обеспеченности в режиме - пользоваться функциями распределения, приведенными в табл. 32.
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/Lм от береговой границы до расчетных вертикалей - уменьшающейся от фактических значений на внешней границе зоны (l/Lм=1,0) до нуля на береговой границе зоны (l/Lм=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/Lм |
С |
СВ |
В |
ЮВ |
Ю |
ЮЗ |
З |
СЗ |
|
Повторяемость ветров |
||||||||
|
0 |
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 |
0 |
0 |
0 |
21,13 |
0 |
0 |
0 |
22,62 |
