.jpg/1280px-Breakwater_break1_new(USGS).jpg)
Волнорез — это постоянное сооружение, возводимое в прибрежной зоне для защиты от приливов, течений, волн и штормовых нагонов. Волнорез строили с древних времен для защиты якорных стоянок , помогая изолировать суда от морских опасностей, таких как ветровые волны. [1] Волнорез, также известный в некоторых контекстах как причал или мол , может быть соединен с землей или отдельно стоящим и может содержать проход или дорогу для доступа транспортных средств.
Часть системы управления прибрежной зоной , волнорезы устанавливаются параллельно берегу, чтобы минимизировать эрозию . На пляжах, где вдольбереговой дрейф угрожает эрозией пляжного материала, на пляже могут быть установлены более мелкие сооружения, обычно перпендикулярные кромке воды. Их воздействие на волны и течение направлено на замедление вдольберегового дрейфа и предотвращение мобилизации пляжного материала. В этом использовании их чаще называют волнорезами .
Волнорезы снижают интенсивность волнового воздействия в прибрежных водах и тем самым обеспечивают безопасную гавань. Волнорезы также могут быть небольшими сооружениями, предназначенными для защиты пологого пляжа с целью уменьшения прибрежной эрозии ; они размещаются на расстоянии 100–300 футов (30–90 м) от берега в относительно мелководье.
Якорная стоянка безопасна только в том случае, если суда , стоящие там на якоре, защищены от силы мощных волн какой-либо большой конструкцией, за которой они могут укрыться. Естественные гавани образованы такими барьерами, как мысы или рифы . Искусственные гавани могут быть созданы с помощью волнорезов. Мобильные гавани, такие как гавани Mulberry в день Д , были установлены на плаву и действовали как волнорезы. Некоторые естественные гавани, такие как в Плимут-Саунде , Портлендской гавани и Шербуре , были улучшены или расширены волнорезами, сделанными из камня.
Типы волнорезов включают волнорез с вертикальной стенкой, волнорез-насыпь и волнорез-насыпь с надстройкой или составной волнорез.
Конструкция волнолома предназначена для поглощения энергии ударяющихся о него волн либо с помощью массы (например, кессонов), либо с помощью откоса подпорной стенки (например, с помощью каменных или бетонных броневых блоков).
В прибрежной инженерии подпорная стенка представляет собой сооружение, обращенное к суше, тогда как волнорез представляет собой сооружение, обращенное к морю (т.е. вода с обеих сторон).
Волнорезы из каменных насыпей используют структурные пустоты для рассеивания энергии волн. Волнорезы из каменных насыпей состоят из груд камней, более или менее отсортированных в соответствии с их удельным весом: более мелкие камни для ядра и более крупные камни в качестве армирующего слоя, защищающего ядро от волнового воздействия. Каменные или бетонные армирующие блоки на внешней стороне конструкции поглощают большую часть энергии, в то время как гравий или песок препятствуют прохождению волновой энергии через ядро волнолома. Уклоны облицовки обычно составляют от 1:1 до 1:2, в зависимости от используемых материалов. На мелководье облицовочные волнорезы обычно относительно недороги. По мере увеличения глубины воды требования к материалам, а следовательно, и затраты, значительно возрастают. [2]
Кессонные волнорезы обычно имеют вертикальные стороны и обычно возводятся там, где желательно пришвартовать одно или несколько судов на внутренней стороне волнолома. Они используют массу кессона и насыпь внутри него, чтобы противостоять опрокидывающим силам, создаваемым ударяющимися по ним волнами. Их строительство на мелководье обходится относительно дорого, но на более глубоких участках они могут обеспечить значительную экономию по сравнению с волнорезами с подпорными стенками.
Иногда перед вертикальной конструкцией размещают дополнительную насыпь из щебня, чтобы поглотить энергию волн и тем самым уменьшить отражение волн и горизонтальное волновое давление на вертикальную стенку. Такая конструкция обеспечивает дополнительную защиту со стороны моря и причальную стенку с внутренней стороны волнолома, но она может усилить перехлест волн .
Похожая, но более сложная концепция — волнопоглощающий кессон, включающий различные типы перфорации в передней стенке.
Такие конструкции успешно использовались в оффшорной нефтяной промышленности, а также в прибрежных проектах, требующих довольно низких гребневых конструкций (например, на городской набережной, где вид на море является важным аспектом, как в Бейруте и Монако ). В последнем случае в настоящее время в Anse du Portier реализуется проект, включающий 18 поглощающих волны кессонов высотой 27 м (89 футов).
Волногасители состоят из бетонных элементов, расположенных горизонтально на один фут ниже свободной поверхности, вдоль линии, параллельной берегу. Волногасители имеют четыре плиты, обращенные к морю, одну вертикальную плиту и две плиты, обращенные к суше; каждая плита отделена от следующей пространством в 200 миллиметров (7,9 дюйма). Ряд из четырех плит, обращенных к морю, и двух плит, обращенных к суше, отражает морскую волну за счет воздействия объема воды, находящегося под ним, который, колеблясь под воздействием падающей волны, создает волны в фазе, противодействующей падающей волне ниже по течению от плит. [ жаргон ]
Подводный гибкий волнорез может использоваться для контроля волн на мелководье в качестве усовершенствованной альтернативы обычным жестким подводным конструкциям. Помимо того, что стоимость строительства подводных гибких волнорезных волнорезов меньше, чем у обычных подводных волнорезных волнорезов, корабли и морские организмы могут проходить через них, если они достаточно глубоки. Эти морские сооружения уменьшают энергию сталкивающихся волн и предотвращают образование стоячих волн. [3]
По мере увеличения проектной высоты волн волноломы из каменных насыпей требуют более крупных единиц брони для сопротивления силам волн. Эти единицы брони могут быть сформированы из бетона или натурального камня. Наибольшая стандартная градация для единиц каменной брони , приведенная в CIRIA 683 "The Rock Manual", составляет 10–15 тонн. Более крупные градации могут быть доступны, но окончательный размер ограничен на практике естественными свойствами трещиноватости местных пород.
Формованные бетонные броневые блоки (такие как Dolos , Xbloc , Tetrapod и т. д.) могут поставляться весом до 40 тонн (например, Jorf Lasfar , Марокко), прежде чем они станут уязвимыми для повреждений под собственным весом, ударов волн и термического растрескивания сложных форм во время литья/отверждения. Там, где для наиболее открытых мест в очень глубокой воде требуются самые большие броневые блоки, броневые блоки чаще всего формируются из бетонных кубов, которые использовались весом до ~195 тонн. Архивировано 12 мая 2019 г. на Wayback Machine для оконечности волнолома в Пунта-Лангостейра недалеко от Ла-Коруньи, Испания.
Предварительное проектирование размера броневой единицы часто осуществляется с использованием уравнения Хадсона , Ван дер Меера и, в последнее время, Ван Гента и др.; все эти методы описаны в CIRIA 683 "The Rock Manual" и руководстве по прибрежной инженерии Корпуса инженеров армии США (доступно бесплатно онлайн) и в других местах. Для детального проектирования использование масштабированных физических гидравлических моделей остается наиболее надежным методом прогнозирования реального поведения этих сложных структур.
Волнорезы подвержены повреждениям и переливанию при сильных штормах. Некоторые из них также могут создавать уникальные типы волн, привлекающие серферов, например, The Wedge на волнорезе Ньюпорта.
Рассеивание энергии и относительно спокойная вода, создаваемая в подветренной части волноломов, часто способствуют накоплению осадка (согласно проекту схемы волноломов). Однако это может привести к чрезмерному наращиванию выступа, что приведет к образованию томболо , что уменьшит вдольбереговой дрейф к берегу волноломов. Такое задержание осадка может вызвать неблагоприятные последствия при дрейфе волноломов, что приведет к истощению пляжных осадков и усилению прибрежной эрозии . Это может затем привести к необходимости дальнейшей инженерной защиты при дрейфе волноломов. Накопление осадка в районах, окружающих волноломы, может привести к образованию плоских участков с уменьшенной глубиной, что изменит топографический ландшафт морского дна. [4]
Выступающие образования в результате волноломов являются функцией расстояния, на котором построены волноломы от берега, направления, под которым волна ударяет в волнолом, и угла, под которым построен волнолом (относительно берега). Из этих трех, угол, под которым построен волнолом, является наиболее важным в инженерном формировании выступов. Угол, под которым построен волнолом, определяет новое направление волн (после того, как они ударят в волноломы), и, в свою очередь, направление, в котором осадок будет течь и накапливаться с течением времени. [5]
Уменьшение неоднородности морского дна, вызванное волнорезами, может привести к снижению численности и разнообразия видов в окружающих экосистемах. [6] В результате уменьшения неоднородности и уменьшения глубины, которые волнорезы создают из-за накопления осадков, увеличивается воздействие ультрафиолетового излучения и температура в окружающих водах, что может нарушить окружающие экосистемы. [4] [6]
Существует два основных типа морских волнорезов (также называемых отдельными волнорезами): одиночные и множественные. Одиночные, как следует из названия, означают, что волнорез состоит из одного сплошного барьера, в то время как множественные волнорезы (в количестве от двух до двадцати) расположены с зазорами между ними (160–980 футов или 50–300 метров). Длина зазора в значительной степени определяется взаимодействующими длинами волн. Волнорезы могут быть как фиксированными, так и плавучими, а также непроницаемыми или проницаемыми, чтобы обеспечить перенос осадка к берегу от сооружений, выбор зависит от приливного диапазона и глубины воды. Обычно они состоят из больших кусков камня (гранита) весом до 10–15 тонн каждый или щебня. Их конструкция зависит от угла подхода волны и других параметров окружающей среды. Конструкция волнореза может быть как параллельной, так и перпендикулярной берегу, в зависимости от требований береговой линии.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )