3. Розрахунок елементів хвиль

Елементи хвиль розраховуються для таких зон водойми:

• глибоководна ( ), де дно не впливає на основні характеристики хвиль;

• мілководна ( ), де дно впливає на розвиток хвиль на основні характеристики до глибини, на якій відбувається перше обрушення хвилі;

• прибійна ( ), де починається та завершується руйнування хвиль;

• приурізова ( ), де відбувається накат хвилі на укіс.

Висота накату на укіс хвилі, що підходить фронтально, при глибинах , ,

(4.10.1)

де h_1% – висота хвилі забезпеченістю 1% в системі, м;

h_d,1% – висота хвилі на глибині , забезпеченістю 1%, м;

k_∆ і k_r – коефіцієнти, що визначаються за табл. 4.10.1;

k_c – коефіцієнт, що визначається в залежності від значення коефіцієнта укосу m за табл. 4.10.2;

k_w – коефіцієнт, що визначається за графіком рис. 4.10.1 (при глибині значення k_w приймається для значення пологості в дужках).

Таблиця 4.10.1

Залежність коефіцієнтів k_∆ і k_r від типу кріплення укосу

Кріплення укосу	Відносна шорсткість ∆/h1%	k∆	kr
Бетонні (залізобетонні) плити	–	1,00	0,90
Гравійно-галечні, кам’яні чи бетонні	менше 0,002	1,00	0,90
	0,05…0,01	0,85	0,85
	0,02	0,90	0,80
	0,05	0,80	0,70
	0,1	0,75	0,60
	більше 0,2	0,70	0,50

Таблиця 4.10.2

Залежність коефіцієнта k_c від коефіцієнта укосу m

m	0,4	0,4…2,0	3,0…5,0	Більше 5,0
kc:
при W ≥ 20 м/с	1,3	1,4	1,5	1,6
при W ≤ 10 м/с	1,1	1,1	1,1	1,1

а	б

Рис. 4.10.1. Визначення коефіцієнта k_w:

а – для значень коефіцієнта укосу 0,1…3,0; б – понад 3,0

При підході фронту хвилі до споруди під кутом р висоту накату слід помножити на коефіцієнт (табл. 4.10.3).

Таблиця 4.10.3

Залежність коефіцієнта k_β від кута підходу хвилі до споруди

β, °	0	10	20	30	40	50	60
kβ	1	0,98	0,96	0,92	0,87	0,82	0,76

Середню висоту хвилі h_d і середній період τ в глибоководній зоні визначають по верхній кривій за рис. 4.10.2.

Рис. 4.10.2. Визначення середніх значень висоти і періоду хвиль в мілко- та глибокводних зонах

За безрозмірними величинами і знаходять співвідношення і і за меншими їх значеннями визначають величини h_d і τ; t – тривалість дії вітру, год.

Середня довжина хвилі у глибоководній зоні

(4.10.2)

В мілководній зоні з уклоном дна 0,002 і більше висоту хвилі забезпеченості визначають за формулою

(4.10.3)

де k_t – коефіцієнт трансформації хвиль, що визначається за рисунком 1 на рис. 4.10.3;

k_p – коефіцієнт рефракції хвиль;

k_b – коефіцієнт, що враховує витрати енергії хвиль.

Рис. 4.10.3. Визначення коефіцієнта k_t (1) та величини (2-4)

Довжину хвилі, що переміщується з глибоководної зони в мілководну, можна визначити за графіком (рис. 4.10.4) при заданих параметрах .

Рис. 4.10.4. Визначення довжини хвилі в мілководній зоні

Коефіцієнт рефракції хвилі

(4.10.4)

де s₀ і s – відстань між променями хвиль в глибоководній і розрахунковій зонах.

В мілководній зоні промінь хвилі на плані рефракції знаходять за заданим напрямком поширення хвилі згідно з графіками, що приведені на рис. 4.10.5.

Рис. 4.10.5. Графік до розрахунку рефракції хвиль

Коефіцієнт k_b визначають за заданими величинами та уклонами дна (табл. 4.10.4)

Таблиця 4.10.4

Залежність коефіцієнта k_b від відносної глибини водойми та уклону дна

H/λd	kb при уклоні дна 1 : m
	0,025	0,02…0,002
0,01	0,82	0,66
0,02	0,85	0,72
0,03	0,87	0,76
0,04	0,80	0,78
0,06	0,90	0,81
0,08	0,92	0,84
0,10	0,93	0,86
0,20	0,96	0,92
0,30	0,98	0,92
0,40	0,99	0,98
0,50	1,00	1,00

Примітка. При уклонах дна .

В мілководній зоні з уклонами дна 0,001 і менше величини h і τ знаходять за графіками рис. 4.10.2.

Висота хвилі 1% забезпеченості розраховується як добуток середньої висоти хвилі h на коефіцієнт k_1% (табл. 4.10.5).

Таблиця 4.10.5

Залежність коефіцієнта k_1% від параметрів і

gD/W2	1 000	2 000	4 000	6 000	8 000	10 000	12 000
gH/W2	0,09	0,16	0,33	0,5	0,67	0,82	1,00
k1%	2,14	2,2	2,3	2,35	2,39	2,42	2,43

Висота хвилі в прибійній зоні h_b,1% для заданих уклонів визначається за графіками 2-4 (рис. 4.10.3) в залежності від співвідношень і . Довжину хвилі в цій зоні визначають по верхній кривій (рис. 4.10.4).

Критичну глибину H_cr при першому обваленні хвилі для зади них уклонів дна знаходять з графіків 2-4 (рис. 4.10.3). Для цього попередньо згідно з величиною визначають співвідношення .

Критична глибина, що відповідає останньому обваленню хвилі, визначається за формулою

(4.10.5)

де k_m – коефіцієнт, що приймається в залежності від уклону дна (табл. 4.10.6);

n – кількість обвалень (включаючи перше); при виконанні нерівності і .

Таблиця 4.10.6

Залежність коефіцієнта k_m від уклону дна

Уклон дна 1 : m	0,010	0,015	0,020	0,025	0,030	0,035	0,040	0,045	0,050
km	0,75	0,63	0,56	0,50	0,45	0,42	0,40	0,30	0,35

Примітка. При уклоні дна більше 0,05 слід приймати .