Профиль относительного динамического равновесия подводного берегового склона. Емкость и мощность вдольберегового потока наносов

Перемещение влекомых наносов вдоль поперечного профиля дна рассмотрим в следующих простейших условиях: подводный откос имеет постоянный уклон и сложен однородными частицами; волны регулярные, то есть их параметры не меняются во времени, причем донное трение отсутствует, и амплитуда волновых движений возрастает с уменьшением глубины. В основе теории лежит представление о нейтральной линии и асимметрии волновых скоростей в деформированной на мелководье волне (существуют и другие теории). Асимметрия волновых скоростей в волне на мелководье заключается в том, что гребни круче, а впадины положе, чем в волне на глубокой воде. В результате скорость в гребне волны, направленная к берегу больше, а время ее действия меньше, чем скорость во впадине, которая направлена в сторону моря. Указанная асимметрия тем больше, чем меньше глубина воды.

В конечном итоге имеем следующую картину перемещения наносов. При прохождении гребня волны, частица наносов перемещается вверх по откосу, но при этом необходимо помимо инерционного сопротивления частицы преодолевать силу тяжести, направленную против движения. При прохождении впадины волны, сила тяжести наоборот направлена по направлению движения частицы. В результате на профиле имеет место нейтральная зона, где частицы имеют одинаковое смещение как вверх, так и вниз при проходе гребня и впадины. Ниже этой зоны частицы смещаются в сторону моря и профиль уполаживается, выше нейтральной зоны, частицы смещаются в сторону берега и профиль укручивается. В конце концов, вырабатывается профиль, во всех точках которого частицы колеблются около некоторого постоянного положения. Такой профиль называется предельным профилем относительного динамического равновесия. Он имеет вид, показанный на рис.

Исходный профиль подводного берегового склона (а) и профиль относительного динамического равновесия (б).

Сила и направление волнения и течений от шторма к шторму меняются. Соответственно меняются и объемы перемещаемых наносов. Каждый шторм, а на песчаных берегах и вполне рядовое волнение, вызывают подвижки наносов различных величин и направлений. Эти подвижки называются миграциями наносов. Величина миграции за определенный период равна арифметической сумме всех подвижек. Обычно принято брать эту величину за 1 год. Сумму миграций наносов вдоль берега за 1 год принято называть среднемноголетним вдольбереговым потоком наносов. Если взять сумму миграций за один шторм (обычно повторяемостью 1 раз за заданное количество лет) и разделить на продолжительность шторма в сутках, то получим штормовой вдольбереговой поток наносов. Как отмечалось выше, характеристиками вдольберегового потока наносов являются емкость (транспортирующая способность водного потока), мощность (расход) - количество наносов, фактически транспортируемое в единицу времени через данное сечение (Сочи - 30 тыс. м³/год, Батуми - 70 тыс. м³/год, Клайпеда - до 1 млн. м³/год) и степень насыщения - отношение мощности потока к его емкости.

Насыщенным называют поток наносов, в котором мощность равна емкости. Если емкость насыщенного потока уменьшается по каким-либо причинам, то происходит выпадение наносов и создание аккумулятивных форм. Если поток не насыщенный, т.е. мощность меньше емкости, происходит размыв дна и берегов.

Для практических расчетов величины емкости вдольберегового транспорта наносов имеется большое количество зависимостей, предложенных различными авторами. Все они в той или иной степени теоретико-эмпирические. Однако все авторы строят зависимости вида:

Q = f (h_cr, d_cr, d₅₀, A_cr, tgj₀),

где Q - емкость потока наносов, h_cr - высота волны 30% обеспеченности в системе на линии последнего обрушения, d_{50 -} средний диаметр наносов, А_cr - угол подхода волн к линии обрушения, tgj₀ - уклон профиля динамического равновесия.

Мощность вдольберегового потока наносов определяется выражением вида:

Q_м = Q K_red,

где Q_м - мощность потока наносов, K_red - редуцирующий (понижающий) коэффициент, зависящий от дефицита наносов на подводном береговом склоне и наличия сооружений.

Поиск по сайту: