МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГОДОВОЙ ЭНЕРГИИ ВОЛН, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА ИСКУССТВЕННЫЙ ОСТРОВ В АКВАТОРИИ ВОДОХРАНИЛИЩА
Authors: Турлов А.Г. 
Published: October 2024

Освоение акваторий водохранилища для рекреационного использования предполагает создание объектов в береговой зоне. Однако с учетом изрезанности берегов и большого количества мелководных участков на равнинных водохранилищах не всегда удобно создавать рекреационные объекты на прибрежной территории. В этой связи определенные перспективы имеет создание искусственных островов на открытой акватории водохранилищ. Ими могут быть острова на намывном основании, на свайном основании или плавучие острова. В мировой практике можно увидеть достаточное количество примеров такого освоения акватории. Одним из основных вопросов при создании искусственных островов на открытой акватории является оценка волнового воздействия на сооружение. Особо важно сориентировать искусственный остров в плане таким образом, чтобы обеспечить минимальное суммарное ветроволновое воздействие на берега или минимальное воздействие на отдельные стороны, на которых располагаются места отдыха или стоянки пришвартованных судов, или, напротив, обосновать применение волновых генераторов энергии. Целью данной работы является разработка автоматизированной методики оптимизации планового размещения искусственного острова в акватории водохранилища с учетом возможного ветроволнового воздействия. Для достижения поставленной цели была разработана и автоматизирована в среде Mathcad методика, включающая последовательное выполнение нескольких блоков. В первом блоке выполняется статистическая обработка гидрометеорологических наблюдений с целью определения параметров ветра для акватории. Во втором блоке на основании трехмерной цифровой модели акватории определяются параметры развития волн для заданного расположения искусственного острова по всей совокупности румбов. На основании полученных данных определяются статистические параметры волнения для произвольно ориентированной искусственной береговой линии. В заключительном блоке выполняется моделирование ветроволнового воздействия на остров заданной конфигурации, дается оценка ветроволнового воздействия на отдельные стороны острова и весь остров при изменении его ориентации относительно сторон света. Методика позволяет получить исходные данные для проектирования искусственных водных объектов на акватории водохранилищ

The development of the water areas in the reservoir for recreational purposes requires the construction of facilities in the coastal zone. It is not always practical to build recreational facilities on the coastal territory, nevertheless, because of the rocky coasts and plenty of shallow areas on lowland reservoirs. In this sense, there are some opportunities for the construction of artificial islands in reservoir open-water areas. These can be islands on an alluvial base, on a pile base, or floating islands. There are numerous examples of this type of water area development in international practice. One of the main issues arising with establishing artificial islands in an open water area is the assessment of the wave impact on the structure. Orienting the artificial island in the plan to provide a minimum overall wind-wave impact on the shoreline, or a minimum impact on certain sides where moored vessels or recreation areas are located, is particularly crucial. Or, alternately, it is also important to support the deployment of wave energy generators. Developing an automated process to optimise the intended positioning of an artificial island in the reservoir's water area while accounting for potential wind-wave effects is the goal of the work. A method was created and automated in the Mathcad environment to accomplish this goal, which included a number of sequential steps. To find the wind parameters for the water area, the initial step involves statistically processing hydrometeorological measurements. In the second step, the characteristics of wave development for a certain artificial island position along the full set of points are computed using a three-dimensional computer model of the water area. Based on the data obtained, the statistical parameters of the wave are determined for an arbitrarily oriented artificial coastline. The final step involves simulating the wind-wave effect on an island with a specific configuration and evaluating the impact of the wind waves on the island as a whole as well as on its particular sides when the island's orientation varies with respect to the cardinal directions. The method makes it possible to get preliminary information for the design of man-made bodies of water within reservoir water areas.