Расчёт характеристик ветра и ветрового волнения

Нормативная база

Расчет ветровых и судовых волн и их наката на откосы сооружений
Волна и ее воздействие имеет характеристики:
hB - высота волны - превышение гребня над подошвой;
λ - длина волны - расстояние между смежными вершинами волны;
λ/hB - пологость волны; обратная величина называется крутизной волны;
Т - период волны (время перемещения волны на свою длину λ);
hrun - высота наката волны на откос;
L - разгон волны - протяженность водной поверхности вдоль вектора скорости ветра (как правило по румбу);
d - глубина на акватории по линии разгона волны (можно принимать глубину на конце участков линии разгона).

Расчет ветровых и судовых волн и их наката на откосы сооружений
Для практических расчетов воздействия волн на сооружения мостовых переходов акваторию достаточно подразделять по глубине на глубоководную и мелководную зоны:
глубоководная с глубиной λ>0,5λd, где дно водоема практически не влияет на характер волнения (здесь - средняя длина волны для глубоководной зоны);
мелководная с глубиной 0,5λd≥d.
Наиболее частыми при проектировании мостовых переходов являются случаи расчета ветровых волн на мелководной зоне.
Для расчета параметров волны по каждому из рассматриваемых румбов необходимо иметь следующие исходные данные: длину разгона волны (расстояние по румбу от уреза берега до откоса L; глубины в водоеме по рассматриваемому румбу d; скорость ветра над водной поверхностью на высоте 10 м, вектор которой совпадает с рассматриваемым румбом νW.

Расчет ветровых и судовых волн и их наката на откосы сооружений
Параметры волн и высоту наката на откосы сооружений мостового перехода определяют с учетом подпора и нагона на уровнях УВВ, соответствующих расходам воды:
наибольшим для железных дорог и расчетным для автомобильных дорог при назначении бровки и верха укрепления (исходя из высоты наката волны на откос);
расчетным при расчете мощности укрепления.
При определении отметки бровки сооружения и верха крепления принимают шторм обеспеченностью 50% (т.е. раз в два года). В этой системе шторма высоту волны принимают обеспеченностью 1%, а в системе наката - 1% обеспеченности высоты наката.
При длительно стоящих уровнях (НПУ в водохранилищах) бровку и верх укрепления сооружения следует также определять при шторме 4% обеспеченности (один раз в 25 лет) и 1% обеспеченности волн и наката в соответствующих системах. К расчету принимают наиболее неблагоприятные условия.

Расчет скорости ветра на высоте 10 м
1 - 10; 2 - 15; 3 - 20; 4 - 25; 5 - 30; 6 - 35; 7 - 40; А, Б, С - тип местности

Определение расчетной скорости ветра
Полученные в результате обработки статистического ряда повторяемости градаций ветра по скоростям и направлениям за каждый из трех паводочных месяцев приведены в табл. 1. Повторяемости градаций скоростей ветра всех направлений за период апрель-июнь в целом (как среднеарифметическое) приведены в табл. 2.

Определение расчетной скорости ветра
Повторяемости градаций скоростей ветра всех направлений за период апрель-июнь в целом (как среднеарифметическое) приведены в табл..

Определение расчетной скорости ветра
Скорость ветра νzl нормативной обеспеченности на каждом румбе определяют по режимным функциям (рис.), для построения которых составляют табл. 3. В ней по повторяемости Р каждой градации (в каждом румбе определяется из табл. 2) рассчитана обеспеченность F градации путем последовательного суммирования повторяемостей от больших скоростей ветра к меньшим.

Определение расчетной скорости ветра
Приведенные в табл. суммы повторяемости всех градаций ветра по одному направлению (например, для С сумма равна 14,69%) принимают за 100% и соответственно увеличивают повторяемости рассматриваемых градаций (для С в 1/0,1469 раз). Так, из столбца С табл. повторяемость 0,05 градации 14-17 м/с переносится в соответствующую графу табл. 3 равной 0,05⋅1/0,1469=0,34, для градации 10-13м/с - 0,17⋅1/0,1469=1,16 и т.д. По значениям F и градациям скорости строятся для каждого румба режимные функции (рис.). При построении режимной функции на графике откладывают для соответствующего F минимальное значение скорости в градации.

Определение расчетной скорости ветра

Расчет элементов ветровой волны

Расчет элементов ветровой волны

Снижение высоты волны кустарником
Определение коэффициента гашения высоты волны П в зависимости от ширины полосы кустарника b и процента густоты зарослей р

Определение высоты наката