Моделювання взаємодії хвиль з захисною дамбою морського каналу Дунай – Чорне море

Abstract

Забезпечення безперебійного судноплавства по річці Дунай і найкоротший вихід у Чорне море є пріоритетним напрямком реалізації сьомого міжнародного транспортного коридору, який об’єднує країни Європи та Азії. З цією метою було збудовано огороджувальну дамбу Морського каналу глибоководного суднового ходу Дунай – Чорне море, яка під час штормових хвиль та льодового навантаження була частково зруйнована. Це викликало необхідність проведення науково-дослідних робіт з метою підсилення експлуатаційної стійкості дамби та забезпечення її ефективного використання. В роботі наведені результати чисельного і фізичного моделювання взаємодії хвиль з захисною дамбою Морського каналу суднового ходу Дунай – Чорне море та навантажень на конструкцію дамби. Математичне моделювання було виконане з застосуванням рефракційної та спектральної моделі SWAN, а також моделі XBeach. Експериментальні роботи було проведено в лабораторних умовах в хвильовому каналі. Було отримано розрахункове розподілення хвильового поля поблизу дамби в умовах штормового нагону та визначені просторово-часові характеристики пульсацій хвильового тиску на обтічну поверхню моделі захисної дамби. Отримано інтегральні та спектральні характеристики поля пульсацій тиску та запропоновано багатоступінчату форму дамби з двома бермами, яка суттєво зменшує хвильове навантаження та є стійкою до штормових хвиль. Берми виконали функції підводних хвилеломів та значно зменшили енергію хвильового впливу на верхню частину дамби. Визначено оптимальну форму дамби та геометричні параметри її фронтальної поверхні. Запропоновано в натурних умовах побудувати мористу частину захисної дамби з такими параметрами: нижній глибоководний укіс з нахилом 1 : 1,5, далі на глибині 4 м нижня берма шириною 10 м. Потім зробити укіс з нахилом 1 : 5, а далі на глибині 2 м встановити верхню берму шириною 10 м. Закінчити захисну огороджувальну дамбу Морського підхідного каналу глибоководного суднового ходу Дунай – Чорне море рекомендується гребенем під нахилом 1 : (3 – 3,5). Облицювання фронтальної частини дамби слід зробити з кам’яного накиду камінням фракції 1,2 м.Ensuring uninterrupted navigation on the Danube River and the shortest exit to the Black Sea is a priority direction for the implementation of the seventh international transport corridor, which unites the countries of Europe and Asia. For this purpose, the protection dam of the Marine channel of the Danube-Black Sea deep-sea passage was built, which was partially destroyed by storm waves and ice load. This made it necessary to carry out scientific researches in order to strengthen the operational stability of the dam and ensure its effective use. The paper presents the results of numerical and physical simulation of the interaction of waves with the protective dam of the Marine channel of the Danube-Black Sea and loads on the dam structure. Mathematical simulation was performed using the SWAN refraction and spectral model, as well as the XBeach model. Experimental research was carried out in laboratory conditions in a wave channel. The estimated distribution of the wave field near the dam under storm surge conditions was obtained and the space-time characteristics of wave pressure fluctuations on the streamlined surface of the protective dam model were determined. Integral and spectral characteristics of the pressure fluctuation field were obtained and a multi-stage form of a dam with two berms was proposed, which significantly reduced the wave load and was resistant to storm waves. The berms performed the functions of underwater breakwaters and significantly reduced the energy of the wave impact on the upper part of the dam. The optimal shape of the dam and the geometric parameters of its frontal surface were determined. It is proposed to build the seaward part of the protective dam under natural conditions with the following parameters: a lower deep-water slope with a slope of 1 : 1,5, then at a depth of 4 m a lower berm with a width of 10 m. Then make a slope with a slope of 1 : 5, and then at a depth of 2 m to install an upper berm with a width of 10 m. It is recommended to finish the protective dam of the Marine channel of the Danube-Black Sea deep-sea passage with a ridge with a slope of 1 : (3 – 3,5). The facing of the frontal part of the dam should be made of stone overburden with stones of fraction 1,2 m.