Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi
Представленi результати експериментальних дослiджень факторiв динамiки прибережного пiщаного схилу пiд впливом вiтрових хвиль. Дослiди проведенi на просторових розмивних моделях. Розглянутi варiанти: вiльний берег (у природному станi); берег, захищений системою непроникних бун; берег, захищений сист...
Saved in:
| Published in: | Прикладна гідромеханіка |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87652 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi / А.Г. Марченко, Л.М. Терещенко // Прикладна гідромеханіка. — 2009. — Т. 11, № 1. — С. 59-68. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87652 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Марченко, А.Г. Терещенко, Л.М. 2015-10-22T17:12:49Z 2015-10-22T17:12:49Z 2009 Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi / А.Г. Марченко, Л.М. Терещенко // Прикладна гідромеханіка. — 2009. — Т. 11, № 1. — С. 59-68. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1561-9087 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87652 627.52 Представленi результати експериментальних дослiджень факторiв динамiки прибережного пiщаного схилу пiд впливом вiтрових хвиль. Дослiди проведенi на просторових розмивних моделях. Розглянутi варiанти: вiльний берег (у природному станi); берег, захищений системою непроникних бун; берег, захищений системою бун за рiзним ступенем проникностi їх конструкцiй. Здiйснено аналiз розвитку гiдродинамiчних процесiв (розмив, акумуляцiя та транзит наносiв) на береговому схилi рiзних умов проведення експерименту. Дана оцiнка впливу проникностi поперечних споруд на процеси регулювання руху наносiв на береговому схилi. Представлены результаты экспериментальных исследований факторов динамики прибрежного песчаного склона под воздействием ветровых волн. Опыты проведены на пространственных размывных моделях. Рассмотрены варианты: свободный берег (в естественном состоянии); берег, защищенный системой непроницаемых бун; берег, защищенный системой бун с разной степенью проницаемости их конструкций. Сделан анализ развития гидродинамических процессов (размыв, аккумуляция и транзит наносов) на береговом откосе при разных условиях проведения эксперимента. Дана оценка влияния проницаемости поперечных сооружений на процессы регуляции движения наносов на береговом откосе. uk Інститут гідромеханіки НАН України Прикладна гідромеханіка Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi Model investigation of fetures of send shore dynamics at the conditions of its protection by transverse constructions with different degree of penetration Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi |
| spellingShingle |
Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi Марченко, А.Г. Терещенко, Л.М. |
| title_short |
Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi |
| title_full |
Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi |
| title_fullStr |
Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi |
| title_full_unstemmed |
Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi |
| title_sort |
модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi |
| author |
Марченко, А.Г. Терещенко, Л.М. |
| author_facet |
Марченко, А.Г. Терещенко, Л.М. |
| publishDate |
2009 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Прикладна гідромеханіка |
| publisher |
Інститут гідромеханіки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Model investigation of fetures of send shore dynamics at the conditions of its protection by transverse constructions with different degree of penetration |
| description |
Представленi результати експериментальних дослiджень факторiв динамiки прибережного пiщаного схилу пiд впливом вiтрових хвиль. Дослiди проведенi на просторових розмивних моделях. Розглянутi варiанти: вiльний берег (у природному станi); берег, захищений системою непроникних бун; берег, захищений системою бун за рiзним ступенем проникностi їх конструкцiй. Здiйснено аналiз розвитку гiдродинамiчних процесiв (розмив, акумуляцiя та транзит наносiв) на береговому схилi рiзних умов проведення експерименту. Дана оцiнка впливу проникностi поперечних споруд на процеси регулювання руху наносiв на береговому схилi.
Представлены результаты экспериментальных исследований факторов динамики прибрежного песчаного склона под воздействием ветровых волн. Опыты проведены на пространственных размывных моделях. Рассмотрены варианты: свободный берег (в естественном состоянии); берег, защищенный системой непроницаемых бун; берег, защищенный системой бун с разной степенью проницаемости их конструкций. Сделан анализ развития гидродинамических процессов (размыв, аккумуляция и транзит наносов) на береговом откосе при разных условиях проведения эксперимента. Дана оценка влияния проницаемости поперечных сооружений на процессы регуляции движения наносов на береговом откосе.
|
| issn |
1561-9087 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87652 |
| citation_txt |
Модельнi дослiдження особливостей динамiки пiщаного берега за умов його захисту поперечними спорудами з рiзним ступенем проникностi / А.Г. Марченко, Л.М. Терещенко // Прикладна гідромеханіка. — 2009. — Т. 11, № 1. — С. 59-68. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT marčenkoag modelʹnidoslidžennâosoblivosteidinamikipiŝanogoberegazaumoviogozahistupoperečnimisporudamizriznimstupenemproniknosti AT tereŝenkolm modelʹnidoslidžennâosoblivosteidinamikipiŝanogoberegazaumoviogozahistupoperečnimisporudamizriznimstupenemproniknosti AT marčenkoag modelinvestigationoffeturesofsendshoredynamicsattheconditionsofitsprotectionbytransverseconstructionswithdifferentdegreeofpenetration AT tereŝenkolm modelinvestigationoffeturesofsendshoredynamicsattheconditionsofitsprotectionbytransverseconstructionswithdifferentdegreeofpenetration |
| first_indexed |
2025-11-25T23:32:46Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:32:46Z |
| _version_ |
1850583198053957632 |
| fulltext |
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
УДК 627.52
МОДЕЛЬНI ДОСЛIДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ
ДИНАМIКИ ПIЩАНОГО БЕРЕГА ЗА УМОВ ЙОГО
ЗАХИСТУ ПОПЕРЕЧНИМИ СПОРУДАМИ З РIЗНИМ
СТУПЕНЕМ ПРОНИКНОСТI
А. Г. МА Р Ч ЕН К О, Л. М. ТЕР ЕЩ ЕН К О
Iнститут гiдромеханiки НАН України, Київ
Отримано 24.09.2008
Представленi результати експериментальних дослiджень факторiв динамiки прибережного пiщаного схилу пiд впли-
вом вiтрових хвиль. Дослiди проведенi на просторових розмивних моделях. Розглянутi варiанти: вiльний берег (у
природному станi); берег, захищений системою непроникних бун; берег, захищений системою бун за рiзним ступенем
проникностi їх конструкцiй. Здiйснено аналiз розвитку гiдродинамiчних процесiв (розмив, акумуляцiя та транзит
наносiв) на береговому схилi рiзних умов проведення експерименту. Дана оцiнка впливу проникностi поперечних
споруд на процеси регулювання руху наносiв на береговому схилi.
Представлены результаты экспериментальных исследований факторов динамики прибрежного песчаного склона под
воздействием ветровых волн. Опыты проведены на пространственных размывных моделях. Рассмотрены варианты:
свободный берег (в естественном состоянии); берег, защищенный системой непроницаемых бун; берег, защищен-
ный системой бун с разной степенью проницаемости их конструкций. Сделан анализ развития гидродинамических
процессов (размыв, аккумуляция и транзит наносов) на береговом откосе при разных условиях проведения экспе-
римента. Дана оценка влияния проницаемости поперечных сооружений на процессы регуляции движения наносов
на береговом откосе.
The results of experimental researches of factors of dynamics of on-shore sandy slope are presented under act of wind
waves. The experiment was conducted on water space dike dam models. The variants are as following: the free shore
(natural conditions); coast, protected the system of impenetrable groins; coast, protected the system of groins with the
different degree of permeability of their constructions. The analysis of development of hydrodynamic processes (washed
out, accumulation and transit of alluviums) on the send bank in variants. The estimation of influence of permeability of
transversal buildings is given on the processes of traffic of alluviums regulation on a shoreface.
ВСТУП
В спецiальнiй лiтературi знайшли достатньо ши-
роке вiдображення результати дослiджень пере-
формування берегiв морiв та водосховищ пiд дi-
єю вiтрових хвиль. Арсенал засобiв iнженерного
захисту берегiв вiд хвильової абразiї збагатився
за рахунок розробки нових типiв споруд, створе-
ння яких базується на принципi природних ана-
логiв. Проте, традицiйнi засоби активного впливу
на протiкання гiдродинамiчних процесiв з метою
ефективного захисту берегiв не втратили актуаль-
ностi i на сучасному етапi освоєння прибережної
зони природних та штучних водоймищ. Таким чи-
ном, модифiкацiя традицiйних iнженерних берего-
захисних споруд з метою оптимiзацiї їхнiх наносо-
регулюючих функцiй, а також зниження їхнiх ма-
терiалоємностi та вартостi може трактуватися як
одна з важливих задач берегової гiдротехнiки [1 –
5]. Метою даної роботи є дослiдження особливо-
стей протiкання абразивно-акумулятивних проце-
сiв на пiщаному береговому схилi при використан-
нi для його захисту поперечних споруд (системи
бун) та визначення впливу на цi процеси прони-
кностi конструкцiї споруд. Доцiльнiсть постанов-
ки такої задачi випливає також з факту вiдсутно-
стi в профiльних лiтературних виданнях вiдомо-
стей про систематичне вивчення впливу ступенi
проникностi поперечних споруд на їхнi наносоре-
гулюючi спроможностi [6 – 8]. Для вивчення про-
цесiв взаємодiї вiтрових хвиль з берегами та хара-
ктеру розвитку вздовжберегових потокiв наносiв
широко використовують метод гiдравлiчного мо-
делювання динамiки берегових форм на моделях з
розмивом дна. При цьому постає питання гiдроди-
намiчної подiбностi берегових процесiв, що вiдтво-
рюються в лабораторних умовах, їхнiм натурним
аналогам.
Питанням фiзичного моделювання гiдравлi-
чних процесiв присвяченi численнi публiкацiї ре-
зультатiв теоретичних та експериментальних до-
слiджень [9 – 12]. Коротко рекомендацiї зводяться
до таких застережень. Для дослiдження подiбно-
стi просторового переформування берегових схи-
лiв за умови використання на моделi натурних на-
носiв (пiску) та рiдини (води) необхiдно дотриму-
ватись такого спiввiдношення масштабiв:
Mh = Mλ = MB = M
2
3
g , (1)
c© А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко, 2009 59
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
де Mh i Mλ – масштаби висоти та довжини хвилi;
MB i Mg – вертикальний та горизонтальний мас-
штаби берега вiдповiдно. Зауважимо, що вiтровi
хвилi, як i хвилi, що генеруються хвилепродукто-
ром, вiдносяться до гравiтацiйних. Тодi, виходя-
чи з закону подiбностi Фруда, спiввiдношення для
масштабiв хвилевих швидкостей Mv та масшта-
бiв часу Mt для хвильових рухiв рiдини мають ви-
гляд:
Mv = Mt =
√
MB. (2)
У всiх випадках необхiдно враховувати такi
обмеження:
1) при гiдравлiчному моделюваннi вертикаль-
ний лiнiйний масштаб повинен бути таким, щоб
висота хвилi на моделi h ≥ 4 см. В такому разi
силами поверхневого натягу можна знехтувати;
2) гiдравлiчна крупнiсть частинок наносiв на
моделi i в натурi повинна вiдноситись до однiєї i
тiєї самої областi обтiкання.
Виходячи з теоретичних посилок та враховую-
чи досвiд фiзичного моделювання берегових про-
цесiв, а також з можливостей експериментальної
бази були визначенi геометричнi параметри про-
сторової моделi пiщаного берегового схилу, схема
розмiщення системи наносорегулюючих бун та па-
раметри хвильового потоку.
1. ГIДРАВЛIЧНА МОДЕЛЬ ТА МЕТОДИКА
ДОСЛIДЖЕНЬ
Експериментальнi дослiдження динамiки бере-
гового схилу проводились у хвильовому басейнi
Iнституту гiдромеханiки НАН України (с. Кий-
лiв). Схема моделi прямолiнiйної дiлянки берего-
вого схилу, захищеного системою бун, представле-
на на (рис. 1, 2).
Тiло моделi берега виготовлено у виглядi пло-
ского схилу з пiску з середнiм розмiром части-
нок dcp = 0.25 мм. Коефiцiєнт закладення укосу
m = 8. Буни виготовленi у виглядi дерев’яних щи-
тiв розмiром 170 × 60 × 4 см. При цьому викори-
станi чотири модифiкацiї конструкцiї бун, якi рi-
зняться тiльки ступенем проникностi (перфорацiї)
їх тiла. Так, непроникнi конструкцiї бун являють
собою суцiльний щит. Проникнi буни – це гратча-
стi конструкцiї з визначеними розмiрами скрiзних
отворiв.
Проведенi такi серiї дослiдiв:
1. Береговий схил в природному станi (незакрi-
плений, вiльний берег).
2. Берег, захищений системою 3-х бун.
3. Берег, захищений системою 4-х бун.
Рис. 1. Схема моделi дiлянки берега,захищеного
низкою бун
Рис. 2. Поперечний профiль моделi берегового схилу
з проникною буною
При цьому, друга та третя серiя дослiдiв вклю-
чають варiанти використання бун чотирьох града-
цiй ступеню їхньої проникностi. Розташування бун
у планi та в профiлi завжди залишалось постiй-
ним. У випадку схеми з 3-х бун вилучалась тiльки
перша буна, прив’язана до створу стацiонарного
поперечника №20 (див. рис. 1).
Всi дослiди проводились за умов навскiсного
пiдходу хвильового потоку з постiйним кутом мiж
променем хвилi i нормаллю до лiнiї берега θ = 43◦.
Постiйними були параметри хвиль: h = 0.08 ÷
0.1 м; λ = 1.35 м; τ = 0.86 ÷ 0.87 с, де h, λ, τ –
висота, довжина та перiод хвиль вiдповiдно. При
цьому глибина наповнення басейну також була по-
стiйною H = 0.9 м.
Напрямок хвильового потоку на робочу части-
60 А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
Рис. 3. Тестовi результати визначення об’ємiв Wi
(акумуляцiї Wa та розмиву Wp ) рiзними методами:
верхнi iндекси К, П, А вiдповiдно означають
картографiчний, поперечних профiлiв та аналiтичний
методи
ну моделi берега забезпечувався завдяки створено-
му хвильовому каналу, вигородженому на аквато-
рiї басейну (вiд хвилепродуктора до берега) верти-
кальними металевими щитами. З метою виключе-
ння впливу хвильового нагону та компенсацiйних
градiєнтних течiй на величину швидкостi вздов-
жберегового потоку та витрати наносiв спрямову-
ючi стiнки хвильового каналу доводились тiльки
до границi обрушення хвиль. Таким чином, здiй-
снювалась розгрузка нагiнних мас води в застiн-
ний простiр акваторiї з пониженими рiвнями води.
Регулярна хвиля генерувалась хвилепродукто-
ром типу “коливний щит”.
Вимiрювання, реєстрацiя та контроль параме-
трiв хвиль здiйснювались за допомогою апарату-
ри, змонтованої на пультi дистанцiйного управлiн-
ня експериментом, розташованого бiля хвильового
басейну.
Деформацiї поверхнi берегового схилу визнача-
лись на основi даних нiвелiровок з метою визна-
чення об’ємiв деформацiї берегового схилу пiсля
фiксованих перiодiв попускiв хвиль. Були викори-
станi три пiдходи:
1. Картографiчний метод (накладення деформо-
ваного рельєфу схилу на висхiдний не вiдформо-
ваний рельєф в горизонталях).
2. Метод поперечних профiлiв берега в стацiо-
нарних створах вимiрiв.
3.Аналiтичний метод визначення об’ємiв дефор-
мацiй за допомогою комп’ютерної програми обчи-
слення даних нiвелiровок.
Названi три метода визначення об’ємiв дефор-
мацiй берега дають у цiлому узгодженi результа-
ти, проте систематичнi розбiжностi мiж ними до-
сягають порядка +(1 ÷ 12%) (рис. 3). Тому при
порiвняльнiй оцiнцi кiлькiсних значень характер-
них параметрiв та їх спiввiдношень доцiльно кори-
стуватись результатами обчислень по одному з ви-
браних методiв. У данiй роботi за основу прийнято
картографiчний метод обчислення об’ємiв дефор-
мацiй берегового схилу.
2. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТУ: СКЛА-
ДОВI БАЛАНСУ НАНОСIВ ТА ЇХ РОЗПО-
ДIЛ ВЗДОВЖ БЕРЕГА
Проведено серiї дослiдiв з метою виявлення осо-
бливостей динамiки берегових процесiв за рiзних
умов формування вздовжберегового потоку. Хара-
ктернi вiдмiнностi модельних ситуацiй вiдображе-
нi в табл. 1.
Табл 1. Характернi вiдмiнностi модельних ситуацiй
№ дослiду Kc KΠ Кiлькiсть бун
n, одиниць
1 0 1.0 Вiльний берег n = 0
2 0.2 0.8 Система бун n =3
3 0.5 0.5 Система бун n =3
4 0.8 0.2 Система бун n =3
5 1.0 0 Система бун n =3
6 0.2 0.8 Система бун n =4
7 0.5 0.5 Система бун n =4
8 0.8 0.2 Система бун n =4
9 1.0 0 Система бун n =4
Для характеристики ступенiв суцiльностi чи
проникностi конструкцiй бун використанi вiдпо-
вiднi коефiцiєнти, якi можуть бути визначенi через
спiввiдношення:
Kc =
FT − F0
FT
= 1 − KΠ, (3)
де FT i F0 – площi профiлю тiла споруди та отво-
рiв (перфорацiї) вiдповiдно.
При взаємодiї хвиль з береговою вiдмiлиною
створюються умови для розвитку процесiв розми-
ву, акумуляцiї та транспорту наносiв вздовж бере-
га. Для аналiзу динамiки цих процесiв представ-
ляється доцiльним розглянути рiзнi спiввiдношен-
ня об’ємiв складових балансу наносiв у фiксованих
поперечних створах їх вимiру. При цьому важли-
во брати до уваги перiод дiї хвильового наванта-
ження на берег. Так, ситуацiя вiдносної стабiлiза-
цiї процесiв на береговому схилi уявляється най-
бiльш привабливою для аналiзу впливу рiзних гi-
А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко 61
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
дротехнiчних факторiв (див. табл. 1) на динамiку
берега.
Вiдмiннiсть дослiджуваних моделей берега ви-
значається, в першу чергу, наявнiстю поперечних
споруд або їх вiдсутнiстю (стан природного бере-
га). Другим рядом факторiв, що зумовлює вiдмiн-
ностi захисних споруд, є ступiнь проникностi їхнiх
конструкцiй. Тому, з методологiчної точки зору є
правомiрним вибрати для порiвняльних оцiнок па-
раметрiв берегових процесiв в якостi базових об’є-
ктiв двi моделi: вiльний берег i класичний варiант
захисту берега непроникними (суцiльними) буна-
ми.
Нижче, вiдповiдно до зазначених застережень,
представлено рiзновиди iнтерпретацiй експери-
ментальних даних у виглядi розподiлу вздовж бе-
рега вiдносних величин елементiв балансу наносiв.
2.1. Берег у природному станi
Для адекватного вiдтворення динамiчної карти-
ни розвитку берегових процесiв на дослiджуванiй
дiлянцi моделi берега використанi рiзнi спiввiд-
ношення складових балансу наносiв. При цьому
розглядається перебiг змiни цих величин вздовж
берега при рiзних фiксованих перiодах попускiв
хвиль. Так, на рис. 4 наведенi графiки
∆Wx,n
∆Wx,60
=
= f(l), де ∆W – дискретнi об’єми на послiдовних
дiлянках моделi берега ∆l =1.0 м; iндекси x вiдпо-
вiдно означають А, Р, Т, тобто вiдношення цих ве-
личин до акумуляцiї, розмиву та транзиту наносiв;
n – перiоди попускiв, що вiдповiдають градацiї в
10, 20, 40 та 60 тисяч хвиль. Тут наведенi значе-
ння А, Р, Т в долях вiдповiдних їм однойменних
величин пiсля попуску 60 тисяч хвиль.
Розподiл вiдносних величин складових балансу
наносiв у виглядi наростаючих пiдсумкiв цих вели-
чин для вiдповiдного вiдрiзку моделi берега пред-
ставлено на рис. 5. Тут в якостi масштабу для ве-
личин А, Р, Т прийнято об’єми розмиву пiсля по-
пуску 60 тисяч хвиль ∆Wp,60 = f(li).
Характерна картина розподiлу вздовж берега
вiдносних пiдсумкових величин об’ємiв акумуляцiї
та транзиту наносiв у долях об’ємiв розмиву дна
схилу за фiксованi перiоди попускiв хвиль пред-
ставлено на рис. 6. Спiввiдношення мiж величина-
ми акумуляцiї та транзиту наносiв за тих же умов
показано на рис. 7.
У всiх випадках при розрахунках робоча дiлян-
ка моделi берега визначена в межах мiж стацiонар-
ними створами № 12 та 42 протяжнiстю L =15 м.
Цi обмеження прийнятi з метою виключення кра-
Рис. 4. Розподiл вздовж берега вiдносних величин
дискретних об’ємiв складових балансу наносiв пiсля
рiзних перiодiв попуску хвиль (дослiд № 1): iндекс x
послiдовно означає А, Р, Т, тобто: акумуляцiю,
розмив, транзит; n – кiлькiсть хвиль попуску: 20, 40
та 60 тис. хвиль
Рис. 5. Розподiл вiдносних об’ємiв складових балансу
наносiв як пiдсумкiв цих величин для вiдповiдного
значення li. Дослiд № 1. Умовнi позначки див. на
рис. 4
йових ефектiв на кiнцевих дiлянках моделi.
2.2. Берег, захищений поперечними спорудами
З представлених в попередньому пiдроздiлi дiа-
грам на рис. 6 i 7 виявляється, що стадiя вiдносної
стабiлiзацiї абразивно-акумулятивних процесiв на
береговому схилi наступає в перiод мiж попуска-
ми 40 ÷ 60 тис. хвиль. Тому в подальшому для
виявлення загальних тенденцiй розвитку берего-
вих процесiв та впливу на їх перебiг рiзних гiдро-
технiчних факторiв будуть використанi експери-
ментальнi данi, визначенi пiсля попускiв n = 60
тис. хвиль. Так, на рис. 8 i 9 вiдтворенi характер-
нi вiдмiнностi розподiлу складових балансу нано-
62 А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
Рис. 6. Характерна картина розподiлу об’ємiв
акумуляцiї та транзиту наносiв в долях вiдповiдних
об’ємiв розмиву вздовж берега в ходi стабiлiзацiї цих
процесiв. Дослiд № 1
Рис. 7. Iнтерпретацiя експериментальних даних по
розподiлу об’ємiв акумуляцiї в долях об’ємiв
транзиту наносiв вздовж вiльного берега в
залежностi вiд перiоду попуску хвиль
сiв для випадкiв вiльного берега та берега, укрi-
пленого системою 4-х непроникних бун. Як мiра
величин вiдповiдних iнтегральних параметрiв ви-
користанi об’єми розмиву Wp та об’єми транзиту
наносiв WT . Тут i далi розглядаються пiдсумковi
об’єми (W = f(li)).
Рис. 8. Характернi особливостi розподiлу об’ємiв
акумуляцiї та транзиту наносiв у долях об’ємiв
розмиву вздовж берега у випадках вiльного та
захищеного берега. Дослiди № 1, 5 при n = 60 тис.
хвиль
2.3. Аналiз експериментальних результатiв та їх
обмiркування
Проведенi дослiдження вiдрiзняються вiд попе-
реднiх [4, 6–8, 12, 13] тим, що тут систематично
i бiльш детально розглядаються складовi балансу
наносiв, приведенi до виду рiзних спiввiдношень,
їхнiй розвиток у часi – вiд започаткування проце-
су до його стабiлiзацiї (див.рис. 4 –7). Використан-
ня рiзних характерних масштабiв для нормування
основних параметрiв, якими визначаються особли-
востi переформування берега, дає можливiсть на-
глядно i рiзнобiчно вiдтворити динамiчну картину
берегових процесiв.
Так, вклад дискретних вiдрiзкiв берега в розви-
ток процесiв акумуляцiї (А), розмиву (Р) та тран-
зиту (Т) наносiв показано на рис. 4. Вiдноснi об’-
єми складових балансу наносiв суттєво збiльшую-
ться з ростом хвильового навантаження, а в на-
прямку вздовж берегового потоку прирiст дискре-
тних А, Р, Т повiльний i незначний. Тут в ролi
масштабiв прийнято ∆W для однойменних вели-
чин при n = 60 000 хвиль.
Для кожного вiдрiзку li бiльш характерними ве-
личинами є вiдповiднi наростаючi пiдсумковi зна-
чення об’ємiв А,Р,Т, приведенi на рис. 5, для яких
прийнято єдиний масштаб Wp,60 = f(li). Спостерi-
гається збiльшення об’ємiв по плавним кривим ви-
А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко 63
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
Рис. 9. Вiдмiнностi в розподiлi об’ємiв розмиву та
акумуляцiї на вiльному та захищеному березi при
нормуваннi їх вiдповiдними величинами транзиту
наносiв.Дослiди № 1, 5 при n = 60 тис. хвиль
пуклiстю вверх графiка для Р та випуклiстю вниз
– для А. Для Т досягається максимум у серединi
дослiджуваної дiлянки, а потiм пiде спад.
У випадку вiльного берега iнтенсивнiсть розми-
ву досягає максимуму на початку моделi i плавно
убуває в напрямку кiнцевої дiлянки. Акумуляцiйнi
процеси розвиваються в зворотному порядку. В за-
гальнiй картинi деформацiй берегового схилу, за-
хищеного системою бун, головна роль вiдводиться
абразiйним процесам на дiлянках I i III. На укрi-
пленiй дiлянцi II руйнiвна дiя хвиль рiзко знижу-
ється, а провiдна роль передається процесам аку-
муляцiї. Це твердження не розходиться з даними
лiтературних джерел [4, 13].
Вiдображення результатiв експерименту в дiа-
грамах на рис. 8 i 9 у нагляднiй формi демонстру-
ють як кiлькiснi показники, так i характернi за-
кономiрностi розвитку абразивно-акумулятивних
процесiв i транзиту наносiв вздовж берега при на-
явностi поперечних споруд у порiвняннi з випад-
ком їх вiдсутностi (вiльний пляж). Картина по-
ступової планової змiни iнтегральних параметрiв
уздовж берега, характерна для вiльного берега,
при наявностi поперечних споруд рiзко змiнює-
ться.
Кривi
Wa
Wp
= f
(
l
L
)
та
WT
Wp
= f
(
l
L
)
для
вiльного та укрiпленого берега визначаються рi-
зними закономiрностями, але для будь-якої кон-
кретної ситуацiї цi кривi є дзеркальним вiдображе-
нням одна одної вiдносно осi симетрiї, паралельної
абсцисi
l
L
. Це твердження не суперечить виснов-
кам, якi витiкають з спiввiдношень балансу нано-
сiв.
Кривi
Wa
WT
= f
(
l
L
)
та
Wp
WT
= f
(
l
L
)
для
вiльного та укрiпленого берега також описуються
рiзко вiдмiнними закономiрностями, але в кожно-
му окремому випадку цi кривi як би дублюють се-
бе за умови перемiщення їх на певний визначений
крок по осi ординат. Це може бути виражено як
спiввiдношення складових балансу наносiв у ви-
глядi:
Wa
WT
=
Wp
WT
− 1. (4)
Дослiдження, виконанi в Iнститутi гiдромеханi-
ки НАН України [3, 4, 13], показують, що про-
цеси переформування профiлю пiдводного бере-
гового схилу та мiнливiсть контуру берегової лi-
нiї по зонам формування визначаються перева-
жно характером та iнтенсивнiстю процесiв насиче-
ння наносами вздовжберегового потоку. Для оцiн-
ки цих процесiв пропонується використати таку
iнтегральну характеристику балансу наносiв, як
коефiцiєнт акумуляцiї. При вирiшеннi просторової
задачi трансформацiї берегової вiдмiлини з ура-
хуванням перемiщення наносiв уздовж берега ко-
ефiцiєнт акумуляцiї по сутi є показником кiлькi-
сної оцiнки вздовжберегового потоку наносiв Qxt,
тобто пiдсумкового об’єму наносiв, що транспор-
тується на вiдстанi x вiд початку зони насичен-
ня за перiод t. Тодi для кожного вiдрiзку берега
li спiввiдношення складових балансу приводиться
до виду:
Qxt = WT = Wp − Wa = Wp(1 − ∆a), (5)
де ∆a =
Wa
Wp
– коефiцiєнт акумуляцiї.
Приймаючи цю логiку мiркувань, правомiрно
ввести поняття коефiцiєнту транзиту наносiв:
∆T = 1 − ∆a, (6)
де ∆T – коефiцiєнт транзиту.
Приведенi судження та викладки знаходяться
у вiдповiдностi з результатами експериментально-
го дослiдження, представлених на рис. 6, 8 i 9.
Трактовка балансу наносiв у формi коефiцiєнтiв
акумуляцiї та транзиту наносiв видається зручним
64 А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
прийомом для аналiзу берегових процесiв. Так, це
дозволяє чiтко розграничити зони, де переважа-
ють процеси розмиву, акумуляцiї чи транзиту на-
носiв, а також дати кiлькiсну оцiнку параметрiв
цих процесiв.
3. ДОСЛIДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПРОНИКНО-
СТI БУН НА ЇХ НАНОСОРЕГУЛЮЮЧI
ФУНКЦIЇ
Пошук узагальнюючих закономiрностей розви-
тку процесiв на береговому схилi привiв до вста-
новлення нового виду представлення розподiлу
об’ємiв деформацiй. На рис. 10 приведенi резуль-
тати всiх серiй дослiдiв. Апроксимацiя кривих дi-
аграм приведена до виду:
для вiльного берега :
Y =
0.04
x2
+ 0.25
(1− x)2
x
; (7)
для укрiпленого берега:
Y =
0.04
x2
+ 0.25
(1− x)2
x
− 0.25
(1− x)
(1 + x)
, (8)
де Y =
Wp
l3
102; x =
l
L
.
Така форма вiдтворення розвитку розмиву бе-
рега до деякої мiри загрублена, але чiтко виявляє
тенденцiї процесу i дає можливiсть математичного
опису закономiрностi. Тут досить виразно прослi-
джується вплив поперечних споруд, але затушо-
вується роль проникностi їх конструкцiй. Анало-
гiчними дiаграмами може бути представлений роз-
подiл пiдсумкових об’ємiв акумуляцiї та транзиту
наносiв та їхнє аналiтичне вiдтворення.
Для виявлення ролi проникностi поперечних
споруд на розвиток абразивно-акумулятивних
процесiв недостатньо зосереджуватись тiльки на
ступенi їх проникностi, тут не можуть бути зали-
шенi поза увагою як геометричнi параметри гiдро-
технiчного захисту дiлянки берега, так i зони наси-
чення наносами вздовжберегового потоку. Так, на
рис. 11 представленi спiввiдношення пiдсумкових
об’ємiв акумуляцiї та розмиву на границях зон I,
II, III (див. рис. 1) при рiзних ступенях суцiльностi
бун до вiдповiдних їм об’ємiв у випадку вiльного
берега, тобто при Kc = 0. Наведенi дiаграми свiд-
чать, що у всiх випадках розмив берегового схилу
зменшується в спiввiдношеннi з вiльним берегом.
При цьому незначно змiнюються об’єми розмиву
в зонi III, а в зонi II – знижуються найбiльш сут-
тєво (до 40%). Iнтенсивнiсть акумуляцiйних про-
цесiв занижена в кiнцевiй зонi III, а на захищенiй
Рис. 10. Узагальнена закономiрнiсть розвитку
абразивних процесiв на дослiджуванiй дiлянцi
вiльного (I) та захищеного берега системами бун (II):
1...9 – нумерацiя дослiдiв
дiлянцi II – суттєво вища, нiж на вiльному бере-
зi, i збiльшується з ростом значень коефiцiєнтiв
Kc. Тут прослiджується неоднозначна залежнiсть
вiдносних об’ємiв трансформацiї схилу як вiд сту-
пеню перфорацiї тiла поперечних споруд, так i вiд
кiлькостi їх у системi захисту берега.
Тепер розглянемо варiант змiни вiдносних вели-
чин об’ємiв акумуляцiї та розмиву на границях ви-
дiлених зон при нормуваннi їх вiдповiдними об’-
ємами деформацiй у випадку непроникних бун,
тобто при Kc = 1 (рис. 12). З метою узагальнен-
ня розподiлу експериментальних результатiв вво-
диться множник, що визначається як коефiцiєнт
η:
η =
Kc
m(KΠ + 1)
=
(1 − KΠ)
m(KΠ + 1)
, (9)
де m =
D
lb
(позначки див. на рис. 1).
В нашому випадку S = lb.
На рис. 12 дається бiльш упорядкована картина
змiни вiдносних об’ємiв деформацiй берега в зале-
жностi вiд коефiцiєнтiв перфорацiї споруд Kc. При
цьому спостерiгається певна ступiнь сепарацiї цих
величин по зонам для випадку захисту берега си-
стемою 4-х бун, при 3-х бунах результати практи-
А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко 65
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
Рис. 11. Розподiл вiдносних об’ємiв розмиву та
акумуляцiї захищеного берега при нормуваннi їх
вiдповiдними об’ємами вiльного берега в зонах I, II,
III в залежностi вiд ступенi суцiльностi бун
чно спiвпадають – вiдхилення в межах точностi
експерименту. При такому визначеннi вiдносних
величин об’ємiв акумуляцiї та розмиву спостерiга-
ється явна тенденцiя їх зменшення вiдносно до ви-
падку захисту непроникними бунами. Можна кон-
статувати, що з певною мiрою загрублення розпо-
дiл об’ємiв акумуляцiї та розмиву по величинi ко-
ефiцiєнтiв описуються однiєю закономiрнiстю для
визначеної системи захисту берега. Вiдмiнностi та-
кої закономiрностi залежать тiльки вiд кiлькостi
споруд у системi захисту.
Далi зосередим увагу на захищенiй дiлянцi – зо-
на II. Варiант пошуку вiдображення зв’язку мiж
параметрами абразивно-акумулятивних процесiв
Рис. 12. Варiант представлення експеримантальних
результатiв для виявлення впливу ступеню
перфорацiї бун на процеси деформацiї берега в зонах
I, II, III; об’єми розмиву та акумуляцiї данi в долях
вiдповiдних їм величин при захистi берега глухими
бунами: а, б – при 4-х бунах; в, г – при 3-х бунах
та коефiцiєнтами проникностi бун, з урахуванням
параметрiв системи укрiплення берега, представ-
лено на рис. 13. Тут для характеристики дефор-
мацiй берега використовуються такi параметри:
Wp =
∆Wp2
(∆Wp1 + ∆Wp2)
=
∆Wp2
Wp2
, (10)
Wa =
∆Wa2
(∆Wa1 + ∆Wa2)
=
∆Wa2
Wa2
, (11)
де ∆W – дискретнi об’єми деформацiй на окре-
66 А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
Рис. 13. Вплив проникностi бун на процеси розмиву
та акумуляцiї на захищенiй дiлянцi берега (зона II)
Рис. 14. Узагальнена залежнiсть розподiлу вiдносних
об’ємiв деформацiй берегового схилу вiд ступенi
проникностi поперечних споруд: 1...3 – розмив; 4...6 –
акумуляцiя, а в нижньому рядi послiдовно: 3 буни, 4
буни, вiльний берег
мiй дiлянцi; Wi – пiдсумковi об’єми деформацiй
на кiнцевiй границi визначеної дiлянки (зони); iн-
декси 1, 2 – нумерацiя зон (див. рис. 1).
В даному випадку для виявлення чiтких зако-
номiрностей розподiлу об’ємiв деформацiй в ролi
множника запропоновано коефiцiєнт β, як ком-
плексний параметр, що враховує в певнiй мiрi як
умови захисту берега, так i ступiнь проникностi
поперечних споруд:
β =
n
(n + 1)(KΠ + 1)
, (12)
де n =
D
S
.
Бiльш узагальнююча картина розподiлу пара-
метрiв деформацiй берегового схилу показана на
рис. 14 у формi залежностi:
β
W2
Wσ
= f(KΠ), (13)
де W2 та Wσ – пiдсумковi об’єми деформацiй на
границях зони II та всiєї дослiджуваної дiлянки
берега, тобто Wσ = ∆W1 + ∆W2 + ∆W3.
Такий вид iнтерпретацiї експериментальних да-
них дозволяє зробити висновок, що взаємозв’язок
мiж параметрами деформацiї берега та ступенем
проникностi споруд може бути зведений до однiєї
залежностi, загальної як для процесiв розмиву, так
i акумуляцiї. Здається, що в межах точностi екс-
перименту, такий висновок у цiлому допустимий.
В той же час, як показано на графiках (рис. 13),
незначнi розходження в розподiлi параметрiв роз-
миву та акумуляцiї iснують.
ВИСНОВКИ
В статтi приведенi результати експери-
ментальних дослiджень розвитку абразивно–
акумуляцiйних процесiв на гiдравлiчнiй моделi
пiщаного берегового схилу при скiсному пiдходi
хвиль. Розглянутi ситуацiї, що вiдповiдають умо-
вам природного стану берега та умовам захисту
берега системою бун. Серiї дослiдiв проведенi для
варiантiв iнженерного захисту низкою 3-х та 4-х
бун при рiзних ступенях проникностi конструкцiй
споруд.
Дана оригiнальна iнтерпретацiя експеримен-
тальних результатiв для характерних спiввiд-
ношень складових балансу наносiв. Проведе-
но детальний аналiз стабiлiзацiї абразивно-
акумулятивних процесiв у часi, впливу техноген-
них факторiв на перерозподiл об’ємiв розмиву,
акумуляцiї та транзиту наносiв вздовж берега,
ролi впливу проникностi поперечних споруд
на їх наносорегулюючi функцiї. Результати
дослiдження дозволять констатувати:
1. Стабiлiзацiя абразивно-акумулятивних проце-
сiв досягається пiсля попускiв 40...60 тисяч хвиль.
2. Розвиток абразивно–акумулятивних процесiв
уздовж берега рiзко змiнює свiй характер при на-
явностi поперечних споруд. Максимум цих змiн
припадає на захищену дiлянку (зона II). Тут iн-
тенсивнiсть розмиву знижується до 40 %, а аку-
муляцiї – виростає в 1.4 ÷ 2 рази в порiвняннi з
вiльним берегом. В зонах I, III цi вiдмiнностi зна-
чно меншi.
3. Вплив проникностi поперечних споруд на
їхнi наносорегулюючi функцiї проявляється не-
однозначно. Так, при коефiцiєнтах проникностi
KΠ=0...0,5 параметри розмиву залишаються не-
змiнними та рiвними їх значенням для глухих (су-
цiльних) бун; далi в дiапазонi KΠ=0,5...1,0 вони
поступово наближаються до величини параметрiв
А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко 67
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2009. Том 11, N 1. С. 59 – 68
розмиву, вiдповiдних для вiльного берега. В той
же час, параметри об’ємiв акумуляцiї досягають
свого максимуму при варiантi захисту глухими бу-
нами i монотонно падають до їх значень для вiль-
ного берега. Бiльш того, йде розшарування цих ве-
личин у залежностi вiд кiлькостi бун у системi за-
хисту, тодi як вплив цього фактору на показниках
розмиву не вiдбивається.
4. Запропонований пiдхiд до аналiзу процесiв пе-
реформування берегового схилу дозволив набли-
зитись до узагальнюючих закономiрностей розпо-
дiлу складових балансу наносiв уздовж берега та
впливу проникностi споруд, з урахуванням їх кiль-
костi в системi захисту, на їхнi наносорегулюючi
спроможностi.
1. Иванов В. А. Природопользование на Черномор-
ском побережье западного Крыма: современное со-
стояние и перспективы развития.– Севастополь:
Морской гидрофизический институт НАН Украи-
ны, 2006.– 324 с.
2. Iнженерний захист та освоєння територiй. Довiд-
ник: Пiд редакцiєю Нiщука В. С.– К.: Основа,
2000.– 344 с.
3. Cокольников Ю. Н. Инженерная морфодинами-
ка берегов и ее приложения.– К.: Наукова думка,
1976.– 228 с.
4. Хомицкий В. В. Природоохранные аспекты бере-
говой гидротехники.– К.: Наукова думка, 1983.–
276 с.
5. Мишин А. В. Волнозащита акваторий и берегов.–
ООО УИПК: “ЕксОб”, 2003.– 176 с.
6. Arved J. Raudrivi Permeable Pile Groins // Journal
of Waterway, Part, Coastal and Ocean engineering.–
1996.– N 6.– P. 267–272.
7. Mark B. Gravens, Nikolas C. Kraus Representation of
Croins in numerical models of shoreline Reponse //
IAHR. XIII Congress.– Ottawa, Canada, 1989.–
P. 515–552.
8. Petras Zemlys, Peter Frohle, Saulius Gulbinsras,
Lina Davuliene Near - shore evolution model for
Palanga area feasibility study of beach erosion
management // Geologija.– 1996.– Vilnins № 57,
.– P. 45–54.
9. Максимчук В. Л. Моделирование процес-
сов пространственного переформирования пе-
счаных пляжей. Исследования по прикладной
гидродинамике.– К.: Наукова думка, 1965.– 5 с.
10. Рекомедации по гидравлическому моделированию
волнения и его воздействия на песчаные побере-
жья морей и водохранилище.– М.: ЦНИИС, 1987.–
83 с.
11. Шарп Д. Гидравлическое моделирование.– М.:
Мир, 1984.– 279 с.
12. Марченко А. Г., Нищук В. С., Пустовойт В. Ф. На-
турные исследования динамики элементов искус-
ственных пляжей // Гидромеханика.– 1976.– Вып.
33.– С. 56–61.
13. Цайтц Е. С.,Хомицкий В. В. Изменение коэф-
фициента аккумуляции по длине абразионно-
аккумулятивного берега // Гидромеханика.–
1978.– вып. 33.– С. 66–70.
68 А. Г. Марченко, Л. М. Терещенко
|