УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПЕСЧАНЫХ ПЛЯЖЕЙ ОТ РАЗМЫВА
DEVICE TO PROTECT SAND BEACHES AGAINST EROSION

Изобретение относится к области прикладной экологии и может быть использовано для защиты песчаных пляжей от размыва при экстремальном воздействии ветровых волн водной поверхности.
Известно устройство для наращивания пляжа, состоящее из препятствий ячеистой конструкции из гибкого плавучего материала, которые удерживаются на морском дне с помощью анкеров (патент США №4710057, МПК Е02В 3/04, НКИ 405-30, 1987. Изобретения стран мира. 1988 г., бюл. 39, вып. 82, с.37).
Недостатком устройства является его низкая эффективность, так как задержка песка происходит не только при перемещении с откатной волной при ее движении с берега, но и при действии накатной волны, направленной к берегу. Кроме того, конструкция устройства неустойчива к волновому воздействию, так как анкеры, удерживающие ее на морском дне, не защищены от воздействия обрушающейся прибойной волны.
Задачей изобретения является повышение эффективности устройства за счет создания возможности свободного перемещения песка при движении накатной волны и задержки его только при движении откатной волны, а также повышение устойчивости анкеров, удерживающих устройство на напорном откосе песчаного пляжа.
а
а
h
b
а
b
а
Для решения поставленной задачи в известном устройстве, включающем препятствие ячеистой конструкции на напорном откосе песчаного пляжа, удерживаемое крепежными элементами, предлагается препятствие ячеистой конструкции выполнить из сетного полотна с отрицательной плавучестью и дополнительно со стороны набегающей волны снабдить прикрепленной к сетному полотну сплошной полосой, выполненной из водонепроницаемого материала с положительной плавучестью и снабженной задерживающим воду элементом, расположенным по краю полосы, а крепежные элементы связать с препятствием гибкими связями, кроме того, ширину препятствия  определять по формуле =2h/sinα, где  - высота наката волны на напорный откос пляжа, α - угол наклона напорного откоса пляжа. Ширину полосы b, высоту задерживающего воду элемента Н и длину гибких связей ℓ предлагается определять с учетом следующих зависимостей - =0,3, Н=b·sinα, ℓ=0,5, где  - ширина препятствия, α - угол наклона напорного откоса пляжа.
Совокупность вышеперечисленных отличительных признаков, как показали проведенные испытания на морском пляже, обеспечивает возможность свободного перемещения песка при движении к берегу и задерживание его только при движении в обратном направлении, таким образом, пляж защищается от непосредственного воздействия обрушающейся волны и одновременно повышается устойчивость анкеров, удерживающих устройство на напорном откосе песчаного пляжа.
h
h
sin
b
а
При высоте наката волны  и угле наклона напорного откоса пляжа α ширина напорного откоса составит 2/α. Поэтому для защиты напорного откоса от размыва штормовыми волнами ширину препятствия а принимают равной ширине напорного откоса, т.е. а=2h/sinα. Обрушение буруна на напорный откос, как показывают наблюдения, происходит в нижней его трети, где и рекомендуется разместить полосу сплошного полотна, над которой формируется (при откате волны) прудок, который вместе с полосой сплошного полотна защищает напорный откос пляжа от динамического воздействия обрушающейся волны (буруна). Таким образом, =0,3. Высота задерживающего воду элемента принимается из условия, при котором уровень воды в прудке ограничивается элементом и краем полосы сплошного полотна со стороны берега (см. фиг.2), т.е. Н=b/sinα. Для исключения воздействия отдельных наиболее высоких волн верхние анкеры удаляют от края сетного полотна на расстояние, равное половине ширины полосы сплошного полотна, т.е. длину гибких связей предлагается принимать ℓ=0,5b. Целесообразность применения именно такой длины гибких связей подтверждена опытным путем.
Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 показан фрагмент устройства, расположенного на напорном откосе песчаного пляжа;
- на фиг.2 - разрез по А-А после отката волны, перед обрушением буруна;
- на фиг.3 - разрез по А-А при накате разбившейся волны.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - анкер верхний;
2 - сетное полотно;
3 - гибкая связь верхнего анкера;
4 - трос сетного полотна;
5 - анкер нижний;
6 - сплошная полоса, выполненная из водонепроницаемого материала с положительной плавучестью;
7 - задерживающий воду элемент;
8 - напорный откос песчаного пляжа;
9 - разбившаяся волна;
10 - гибкая упругая связь нижнего анкера;
11 - прудок;
12 - свободная поверхность воды в прудке;
13 - обрушающаяся прибойная волна;
14 - бурун, срывающийся с прибойной волны;
h
- высота наката волны на напорный откос пляжа;
α - угол наклона напорного откоса пляжа;
a
- ширина препятствия;
b
- ширина сплошной полосы, выполненной из водонепроницаемого полотна;
H - высота задерживающего воду элемента;
ℓ - длина гибких связей.
Устройство работает следующим образом. На напорном откосе 8 (фиг.2) пляжа вдоль линии обрушения прибойной волны устанавливают анкеры 5 (фиг.1, фиг.3), которые соединяют гибкими упругими связями 10 с задерживающим воду элементом 7, закрепленном на крае полосы 6 из сплошного водонепроницаемого материала, соединенного с сетным полотном 2, закрепляемым со стороны суши верхним анкером 1 с помощью гибкой связи 3. При равной длине связей 10 и 3, расстояние между верхним анкером 1 и нижним анкером 5 принимают равным ширине препятствия - а. Бурун 14 (фиг.2), срывающийся с прибойной волны 13, обрушается в прудок 11, который возникает при откате волны над полотном 6, за счет задержки воды элементом 7, что исключает повреждение нижнего анкера 5. В разбившейся волне 9 (фиг.3) элемент 7 и полотно 6 всплывают и стряхивают прудок 11. Волна 9 проходит под полотном 6 и перемещается вверх по напорному откосу 8 пляжа, испытывая сопротивление сетного полотна 2. Затем волна останавливается и начинает откатываться с напорного откоса 8, увлекая за собой полотно 6 и элемент 7, а также сетное полотно 2, которое, располагаясь на напорном откосе 8, препятствует перемещению песка в направлении от берега. Удерживаемые гибкой связью 10 элемент 7 и полотно 6 опускаются на напорный откос 8, в результате чего образуется прудок 11, который при обрушении последующей волны защищает нижний анкер 5 от повреждения. Благодаря этому происходит не только намыв пляжа при экстремальном волновом воздействии, но и осуществляется защита пляжа от размыва, так как место обрушения волны 13 на напорный откос 8 пляжа защищено полотном 6 и слоем воды в прудке 11.
h
Пример конкретного исполнения устройства и его работы. Параметры устройства рассчитывались на волнение с высотой =0,5 м наката волны на напорный откос с углом наклона α=8 градусов:
а
h
b
a
=2/sinα=2·0,5/0,14=7,1 м; =0.3=0,3·7,1=2,1 м;
b
H=·sinα=2,1·0,14=0,29 м; ℓ=0,5·b=0,5·2,1≈1 м.
Фрагмент выполненного устройства представлял собой отрезок полосы полотна из прорезиненной с нижней стороны ткани, соединенный с отрезком равной длины сетного полотна с ячейками 4×4 см. Нижние анкеры выполнялись винтовыми с=25 мм (стержень) и 50 мм (ребра) длиной 0.5 м, верхние анкеры - деревянные колья длиной 0,3 м. Задерживающий воду элемент выполнялся в виде оболочки из плотного полиэтилена, вставленной в отбортованный, прошитый и проклеенный край полотна. В оболочку закачивался воздух под давлением 0,15 МПа. Сплошная полоса и сетное полотно крепились к анкерам связями, выполненными из синтетического жгута диаметром 8 мм. Испытание фрагмента при волнении до 6 баллов показало, что данное устройство надежно защищает пляж от размыва и накапливает песок на участке испытаний.