Комплексный подход к уменьшению дноуглубительных работ на морском подходном канале

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К УМЕНЬШЕНИЮ ДНОУГЛУБИТЕЛЬНЫХ РАБОТ НА МОРСКОМ ПОДХОДНОМ КАНАЛЕ

THE COMPLEX APPROACH TO REDUCTION OF VOLUME OF DEPOSITS IN THE SEA CHENNEL

H.A. Губина

N.A. Gubina

МГСУ

В статье приведены исследования заносимости морских каналов, которые позволили разработать рекомендации по их проектированию с целью использования в инженерной практике.

In article researches of filling by deposits of sea channels which have allowed to develop recommendations about their designing for the purpose of use in engineering practice are resulted.

Как показывает практика портового строительства, наиболее распространенный способ защиты морского подходного канала от заносимости в виде сходящихся оградительных молов, не достаточно эффективен. При длительной эксплуатации канала сооружение молов приводит к полному прерыванию вдольберегового потока наносов, и к быстрому скоплению больших объемов донных отложений у корневой части с наветренной стороны. В этот период молы в качестве защиты от наносов дают ожидаемый эффект и проведение дноуглубительных работ ограничивается лишь периодическим черпанием на морском участке канала. Дальнейшая перестройка подводного рельефа приводит к обтеканию наносами головы мола под действием течения, сформированного в результате разгрузки штормового нагона при остром угле подхода волн к берегу. В результате восстановления транзита, наносы, попадающие в канал, формируют у входа в порт четко выделенную аккумулятивную перемычку, приводящую к быстрому обмелению. При этом происходит вторичный перенос материала вдоль канала вглубь порта и в сторону моря. При встречном направлении штормов, провоцирующем поперечный водообмен, отток воды приводит к образованию аккумуляции типа подводного конуса выноса, что также требуют периодических черпаний, хотя и не таких частых, как у входа в порт.

Исследования заносимости, проведенные на примере порта Темрюк на Азовском море [1, 2], который отличается неблагополучной ситуацией в плане заносимости подходного канала, позволили определить качественные и количественные характеристики потока наносов береговой зоны. Было получено представление о миграции наносов,

характерных местах их отложения, а также величинах объемов в русле подходного канала при соответствующем ветроволновом режиме. На основании полученных результатов был разработан рациональный и эффективный способ защиты, который требует меньших финансовых затрат при одновременном повышении эффективности защиты от заносимости. Его суть состоит в совместной работе оградительного мола и аккумулирующей прорези (ловушки) в морском дне у его головы. Эффективность использования каждого вида защиты в отдельности подтверждена многолетней практикой эксплуатации морских портов. Поэтому совместная их работа значительно увеличит защищенность подходного канала, вследствие изменения кинематики перемещения наносов. Обоснованием этого является разрывность и многотактность процесса заносимости каналов в порту, порождаемого штормовыми ситуациями.

Конкретные цели исследований предложенного комбинированного способа защиты заключались в определении его эффективности, а также оптимальных габаритных размеров ловушки и планового положения относительно головы мола. Габаритные размеры ловушки должны обеспечивать перехват потока наносов у головы мола в соответствии с определенным объемом заносимости. Благодаря этому удастся сократить длину мола, избежать затрудняющего судоходство дноуглубления непосредственно на подходном канале, а также увеличить сроки межремонтных дноуглубительных работ. Технический флот будет проводить работы по разбору прорези без выхода на канал.

При численном моделировании комбинированного способа защиты определялись объем ловушки и соотношение ее сторон при оптимальной длине оградительного мола. С целью выявить характеристики наполняемости прорези и показать защиту моделируемого подходного канала с помощью комбинированного метода были проведены экспериментальные исследования. Изучение характера отложений вдоль мола, в подходном канале и внутри самой ловушки показало, что располагать ловушку необходимо с учетом возможных размывов дна у головы мола, то есть выносить за голову мола на расстояние безопасное для обеспечения устойчивости стенки. Также, учитывая симметричное расположения молов относительно оси подходного канала и постоянно меняющееся в природе направление штормового волнения целесообразно проектировать также симметричное расположение ловушек у голов обоих молом. Кроме того, возможно проектирование ловушки оптимальных размеров переменной глубины.

Таким образом, результаты исследования предложенного комбинированного способа защиты подтвердили его эффективность при защите подходного канала от заносимости, а также позволили выявить оптимальное плановое расположение обоих защитных сооружений. Необходимо также отметить, что предложенный способ защиты является эффективным только при конструкции оградительного мола вертикального типа, в случае откосного сооружения характер вдольберегового перемещения наносов в значительной степени изменится.

Проведенные в работе комплексные исследования заносимости и способа защиты, а также на анализ проектирования и эксплуатации морских подходных каналов отечественных и зарубежных портов, позволили разработать некоторые рекомендации по

проектированию морских подходных каналов с целью использования их в инженерной практике. Рекомендации по проектированию подходных каналов включают: состав инженерных изысканий, предшествующих началу проектных работ; проведение комплексного исследования в виде научного сопровождения на стадии проектирования и выбора оптимального варианта; а также защиту от заносимости.

Перед началом проектирования морских гидротехнических сооружений, необходимо проводить комплексные инженерно-гидрометеорологических изыскания. Перечень соответствующих изысканий при строительстве на континентальном шельфе приведен в нормах [3, 4]. Однако в состав изысканий, предшествующих началу проектирования подходных каналов, необходимо дополнительно включить следующие виды работ.

1. Определение параметров ветрового волнения, с учетом трансформации и рефракции волн от волноопасных направлений, непосредственно на трассе будущего подходного канала, а также на участках побережья, прилегающих к ней, протяженностью не менее 30 километров в обе стороны. При этом необходимо использовать репрезентативный ряд натурных наблюдений по ветру ближайшей к району строительства гидрометеорологической станции.

2. Изучение гидрологических режимов рек, впадающих на участок побережья, соответствующей протяженности, обозначенной в предыдущем пункте, и, в частности, определение количества твердого стока, выносимого ими в море.

3. Проведение топографической съемки морского дна на исследуемом участке побережья, ограниченном урезом и глубиной воды, где транзит наносов в период действия расчетного шторма не наблюдается.

4. Проведение топографической съемки пляжа выше уреза воды на исследуемом участке побережья.

5. Определение гранулометрического состава поверхностного слоя донного грунта и его происхождения на исследуемом участке побережья.

6. Изучение картины прибрежной циркуляции масс воды, а также течений и эпюры их скоростей при различных гидрометеорологических условиях, включающих приливно-отливные и сгонно-нагонные явления.

7. Определение транзитного объема наносов, обеспечивающего динамическое равновесие в районе будущего строительства. При этом следует использовать апробированные в океанологии методы расчета, основанные на математическом моделировании гидролитодинамических процессов прибрежной зоны. Использование нескольких методов расчета позволит достичь достаточной для инженерной практики точности.

Научное сопровождение необходимо при проектировании морских подходных каналов, как и любого гидротехнического сооружения. Это обстоятельство обусловлено тем, что существующие нормативные документы не учитывают всего многообразия природно-климатических факторов, которые необходимо учитывать в процессе проектирования. При выполнении ряда расчетов приходится использовать недостаточно апробированные методики, требующие проведения дополнительных аналитических и

экспериментальных исследований. При проектировании подходных каналов новых портов, прежде всего необходимо произвести предварительную оценку влияния будущих сооружений на экологическую обстановку в районе строительства и, в том числе, на сохранность прилегающих пляжей по обе стороны от трассы канала.

Основной целью научного сопровождения при проектировании подходных каналов является исследование эффективности различных вариантов компоновок планового положения трасс каналов и оградительных сооружений. Желаемого результата можно достичь с помощью совместного проведения математического моделирования и экспериментального исследования. Проведение математического моделирования должно начинаться с определения исходных данных, полученных на основании анализа результатов инженерных изысканий, перечисленных выше. Далее осуществляется расчет параметров берегового потока наносов и оценка объемов заносимости подходного канала. Совместный анализ результатов математического и физического моделирования позволяет наилучшим образом откорректировать плановое положение и оптимальную длину оградительных сооружений, выявить места скопления и объем наносов в канале. Полученная информация позволит также разработать размеры ловушек и разработать рекомендации по предотвращению размывов у оснований гидротехнических сооружений под воздействием волн и течений. Кроме этого, на основе результатов совместных исследований становиться возможным прогнозирование сроков заполнения внешних углов и межремонтных дноуглубительных работ непосредственно в подходном канале.

Комбинированный метод защиты при одновременном применении оградительных сооружений и аккумулирующих прорезей (ловушек) [1, 2] может быть положен в основу уже на стадии разработки проекта с учетом рекомендаций, разработанных по результатам научного сопровождения в каждом конкретном проекте. Основным из них являются:

1. оптимальные габаритные размеры и плановое положение защитных сооружений назначаются по результатам физического моделирования различных вариантов;

2. по результатам математического моделирования определяется объем наносов, которые будут откладываться в подходном канале;

3. с помощью физического моделирования выявляются наиболее вероятные места концентрации наносов в подходном канале;

4. в непосредственной близости от мест скопления наносов проектируются ловушки для перехвата потока наносов, размеры которых назначаются, исходя из прогнозируемых годовых объемов отложений и оптимальных сроков межремонтных дноуглубительных работ;

5. на основании прогноза сроков заполнения внешних углов предусматривается проведение дноуглубительных работ и соответствующего восполнения разрушенных пляжей.

В заключении следует отметить, что отсутствие перечисленных дополнительных данных исключает успешное строительство и эксплуатацию морских подходных кана-

лов в любом регионе. Наличие полной информации о районе строительства позволит избежать неоправданных затрат в процессе эксплуатации подходных каналов. Поэтому выбор оптимального места строительства порта невозможен без получения и анализа перечисленного выше объема материалов инженерных изысканий на стадии технико-экономического обоснования. Также следует отметить, что при проектировании каждого конкретного порта следует учитывать, в том числе, и экологические последствия. А в ряде случаев после проведения изыскательских работ и анализа гидролито-динамических условий возможен вообще отказ от портового строительства в данном районе.

Список литературы

1. Губина Н.А. Использование аккумулирующих прорезей для защиты морских подходных каналов от заносимости // Гидротехническое строительство, 2007, № 3.

2. Губина Н.А. Математическое моделирование заносимости морских подходных каналов, защищенных оградительными сооружениями // Гидротехническое строительство, 2007, № 11.

3. Нормы проектирования морских каналов. РД.31.31.47-88.

4. Рекомендации по гидравлическому моделированию волнения и его воздействия на песчаные побережья морей и водохранилищ. ВНИИ транспортного строительства. М., 1987.

Bibliografia-references

1. Gubina N.A. Use of heat-sink cuts for protection of sea channels against a stream of deposits // Hydraulic engineering building, 2007, № 3.

2. Gubina N.A. Mathematical modeling of filling by deposits of the sea channels protected by protective constructions // Hydraulic engineering building, 2007, № 11.

3. Norms of designing of sea channels. RD.31.31.47-88.

4. Recommendations about hydraulic modeling of excitement and its influence on sandy coasts of the seas and water basins. The Russia scientific research institute of transport building. M., 1987.

Морские каналы, морские порты, поток наносов, оградительные сооружения, аккумулирующая прорезь, навигация на канале, судоходная глубина, места концентрации наносов, моделирование движения потока наносов.

Sea channels, seaports, stream of deposits, protective constructions, heat-sink cut, navigation on the channel, navigable depth, places of concentration of deposits, modeling of movement of a stream of deposits.

Москва, Щелковское шоссе, 79-2-17 8 910 470 42 74 ngubina@bk.ru

Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»