CC BY
71
Выпуск 2
ВОДНЫЕ ПУТИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ И ПОРТЫ
УДК 626.45:656.62.052.1 М. А. Колосов,
д-р техн. наук, профессор, СПГУВК;
В. Н. Смирнов,
канд. техн. наук, доцент, СПГУВК;
Д. И. Исаев,
канд. техн. наук, доцент, СПГГМУ;
Я. М. Валькович,
ОАО «Терра-Нова»
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО И ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМОВ АКВАТОРИИ ПАССАЖИРСКОГО ТЕРМИНАЛА «МОРСКОЙ ФАСАД»
RESULTS OF RESEARCH OF A TEMPERATURE AND HYDROLOGICAL MODE OF WATER AREA OF THE PASSENGER TERMINAL “THE SEA FACADE”
Рассматриваются результаты измерения температуры воды на разных горизонтах, толщины ледового покрова, а также скоростей и направления течений на акватории Морского пассажирского терминала Санкт-Петербург в 2008-2009 гг., приводится краткий анализ результатов.
Results of measurement of temperature of water on different horizons, thickness of an ice cover, and also speeds and directions of currents on water area of the Sea passenger terminal St.-Petersburg in 2008-2009 are examined; the brief analysis of results is resulted.
Ключевые слова: акватория, измерения, температура, ветер, течения, ледяной покров, снежный покров.
Key words: water area, measurements, temperature, the wind, currents, the ice cover, the snow cover.
А
КВАТОРИЯ пассажирских причалов «Морской фасад» распложена в западной части Васильевского острова на вновь образуемых территориях, сформированных в мелководной части Финского залива.
Акватория представляет собой бассейн прямоугольной формы. Бассейн сформирован северным и южным молами, на которых размещаются причалы (по два причала). На восточной фронтальной линии размещены три причала (рис. 1).
Проектная глубина акватории 11,5 м. Все причалы рассчитаны на швартовку и обслуживание круизных пассажирских теплохо-
дов, прибывающих с иностранными туристами в г. Санкт-Петербург на 72 часа. Это время определялось сроком безвизового пребывания туристов в г. Санкт-Петербурге.
После строительства причалов и углубления акватории Университетом водных коммуникаций и Гидрометеорологическим университетом (г. Санкт-Петербург) в 20082009 гг. был проведен комплекс исследований температурного и гидрологического режима акватории. Целью исследований являлось решение следующих практических задач:
1. Определение запаса тепла на глубине акватории для оценки возможности подде-
Рис. 1. Схема причалов терминала «Морской фасад»
Выпуск 2
ржания открытых майн у причалов при эксплуатации их в зимний период.
2. Изучение режима формирования ледяного покрова в акватории и движения ледяных полей в осенний, зимний и весенней периоды.
3. Изучение волнового режима на акватории с целью выработки систем защиты судов от волнового воздействия.
4. Изучение режима течений и движения наносов в акватории с целью оценки зано-симости акватории.
Для определения температурного режима водоема проведен комплекс наблюдений по измерению температуры воды как на поверхности, так и на глубине. Для измерения использовалась система термодатчиков смонтированных на гибком кабеле, которые опускались на глубину через пробуренные во льду скважины.
Измерение температуры воды проводилось при помощи термодатчиков, изготовленных на базе терморезисторов типа СТ1-17, с номинальным сопротивлением 2,2 кОм и обладающих сравнительно малой инерционностью, и терморезистора СТ1-23. Применение
подобного рода термодатчиков положительно зарекомендовало себя в ходе многочисленных исследований, проведенных ранее Ленинградским институтом водного транспорта и другими организациями. Шлейф проводов, на которых размещались датчики, имел разметку, позволяющую определить местоположение датчика на глубине. При исследованиях измерялось сопротивление термодатчиков, а затем по тарировочной кривой устанавливалась фактическая температура воды.
Схема расположения вертикалей, на которых проводились измерения температуры воды, а также толщины льда и снегового покрова, приведена на рис. 2.
На каждой вертикали измерения температур проводились на шести уровнях: у поверхности; 0.2И, 0.4И, 0.6И, 0.8И (где И — глубина воды) и у дна.
Измерения проводились на каждой вертикали тремя термодатчиками для получения большего ряда данных и повышения надежности измерений. В каждой точке на вертикали датчики выдерживались не менее пяти минут для получения достоверных результатов изме-
Вертикаль № 12
Вертикаль № 18
Вертикаль № 16
Причал N3 6
Причал № 5 О
Вертикаль № 17
Вертикаль № 15а
Вертикаль № 14а Вертикаль № 20
Вертикаль №'
Вертикаль № 8
Вертикаль № 9
Г,
Вертикаль № 13а Причал № 4
Причал № 1
Вертикаль № 15
Причал N3 2
Вертикаль № 14 Вертикаль № 19
Вертикаль №11 1 1 Вертикаль №21
г. г. ап Вертикаль №13
Вертикаль №10
Причал № 3
Рис. 2. Положение вертикалей для измерения температуры воды, а также толщины льда и снежного покрова
рений. Расхождение в показаниях температуры датчиков было в пределах погрешности измерений сопротивления термодатчиков (0,3 % ± 1).
В ходе измерений температурного режима установлено следующее:
При открытой акватории в осенний период наблюдается интенсивное понижение температуры воды по всей глубине, при этом понижение температуры коррелируется с понижением температуры наружного воздуха.
Н, м
21.02.09
Н, м
И
0
-0,02
2 ■ -0,02
4 , -0,02
6 0,01
8 1*0,11
10 2,83
И
с -1 ) 1 2 3 і
Н, м 07.03.09
0
. 0,00
2 , 0,00
4 . 0,00
6
8 г 0,01
10 1 0,08 \0,45
14.03.09
Н, м
0 ,
'////////////Л
-0,03
2 ; -о,оі
4 ► -0,01
6
8 ► 0,00
10 0,03 \°,98
12 - ^\3,18
С -1 ) 1 2 3
я, ,м 14.03.09
-0,02
21.03.09
-0,03
С -1 ) 1 2 3*’
Н, м 21.03.09
0
' ////////////л
-0,01 -
2 , ► 0,00
4 > 0,00
6 г 0,00
8
О 1 1 0,04 \о,45 . 2,00 1 ►-
*>0С -1 0 1 2 З І °С
¿°С -1 о 1 2 З 4 °С
*,°С -1 о 1 2 З І °С
Рис. 3. Температурные разрезы по акватории
ГйП
Рис. 4. График колебания уровня воды и изменения температуры воды в придонных слоях
Выпуск 2
Выпуск 2
С появлением ледяного покрова в акватории температурный режим водоема меняется [1; 2, с. 3-5; 3]. В придонных слоях воды наблюдается повышение температуры. Здесь температура воды поднимается до 1,5-2,0 °С. Причиной быстрого повышения температуры в донных слоях воды является поступление тепла со дна водоема, что обусловлено запасами тепла в грунте [1; 2, с. 3-5]. Это поступление тепла наблюдается в течение всего зимнего периода, в результате чего создается относительно устойчивая температурная стратификация между теплой водой в слоях, примыкающих ко дну водоема, и слоями холодной воды под поверхностью ледяного покрова (рис. 3).
В течение зимних месяцев наблюдаются колебания температуры воды в придонных слоях, что вызвано, как предполагается, наличием подводных течений и переносом масс воды. К концу зимы отмечается тенденция к некоторому выравниванию и уменьшению абсолютных значений этих температур на отдельных участках акватории. Графики колебания уровня воды и изменения температуры воды в придонных слоях в отдельных контрольных точках приведены на рис. 4.
Изменение толщины ледяного покрова в центральной части акватории в большей степени предопределяется метеорологически-
ми условиями, а в зоне, прилегающей к причалам, еще и уровенным режимом на акватории. Максимальная толщина льда наблюдается в конце зимнего периода, когда имеет место тенденция к постоянному повышению температуры атмосферного воздуха, а толщина снегового покрова на поверхности льда достигает максимального значения.
График изменения толщины льда в отдельных контрольных точках представлен на рис. 5.
Для открытого бассейна причалов «Морского фасада» существует опасность при наличии ветров юго-западного и западного направлений движения льдов, которые могут заполнить всю акваторию. Наблюдения осенью 2008 г. и весной 2009 г. показали, что ветра западных направлений нагоняют колотый лед из Финского залива в акваторию «Морской фасад», а ветра восточных направлений способствуют выносу льда из акватории в залив.
Статистический анализ осеннего и весеннего движения льдов показал, что продолжительность периода движения льдов незначительна, обычно не превышает 10 суток и возможность заполнения акватории не представляет опасности для судоходства, тем более что прочность льда в данный период невысока.
Е
Рис. 5. График нарастания льда в акватории
Наибольшую опасность для судоходства и стоянки судов у причалов представляют волны в акватории, которые наиболее опасны при ветрах южного и юго-западного направлений. Наблюдения за ветровым волнением в акватории проводились в навигацию 2009 г. Для измерения высоты волн в нишах лестничных спусков причалов устанавливались волномерные рейки, по которым фиксировалась высота волн. Каждая волномерная рейка представляла собой стальной стержень, заключенный в открытую трубу.
Для фиксации высоты подъема волн стержень покрывали меловой краской, которая смывалась водой. По уровню смытой зоны меловой краски после каждого периода волнения на акватории определялась высота волн.
Установлено, что наибольшая высота волн отмечалась у причалов № 3, 4, 5, обращенных к фронту движения волн. Это явление объясняется интерференцией волн, при которой у вертикальной стенки высота приходящей с залива волны удваивалась.
При ветрах западного направления неоднократно всплески волны покрывали тер-
риторию причала, расположенную на отметке 3,2 м от уровня воды.
Это явление подтверждается выбросом волной на причал плавающего в акватории камыша (рис. 6).
Измерение скоростей течения в акватории производилось как в летний, так и в зимний период. В летний период использовались глубинные поплавки, включающие пенопластовый поплавок и свинцовый груз, соединенный с поплавком прочным буйрепом и опущенный на глубину 70 см. Отгрузка поплавка производилась так, чтобы выше поверхности воды оставалось не более 10-15 % его объема.
В зимний период измерения скоростей течения производились с ледяного покрова, для чего прорубалась майна, в которую опускались измерительные приборы (морские вертушки, гидрометрический шест).
Измерения показали, что поверхностные скорости течения в открытой акватории определяются направлением ветров и расположением причалов. Так при ветрах западного направления наблюдалось движение поплавков вдоль причалов № 7 и 6 к фронтальным прича-
ПГ
Рис. 6. Выброс плавника на причал после шторма
Выпуск 2
Выпуск 2
лам № 4 и 5. Поплавки, пущенные у причалов № 3-5, направляются от причалов в сторону открытой акватории, а поплавки, пущенные от причалов № 1 и 2, направляются в сторону фронтальных причалов под углом 45°.
Величина скоростей на поверхности не превышает 6 см/с.
Донные скорости течения изучались только в зимний период, при этом направления донных течений не совпадали с направлением поверхностных течений.
Величина данных скоростей течения обычно не превышала 2 см/с, в связи с чем перемещений донных отложений ожидать не следует.
Скоростной режим течений оказывает малое влияние на движение наносов, что подтверждается исследованиями заносимости дна акватории.
Исследование заносимости дна акватории проводилось в два этапа.
На первом этапе производились проме-
ры по двум профилям на входе в акваторию «Морской фасад». Цель исследований — определить влияние на заносимость наносов, поступающих из протоков Большой и Малой Невы.
На втором этапе балансовым методом измерили общий объем отложений во всей акватории. Сопоставление съемки после выполнения дноуглубительных работ и съемки после года эксплуатации показало, что средняя величина отложений наносов составляет не более 1 см в год.
Результаты исследований температур -ного режима используются при разработке систем обогрева лицевой грани причалов и образования вдоль линии причаливания свободной от льда майны.
Исследования волнового режима, движения ледяных полей в акватории, скоростей течения и движения наносов позволили решить вопрос о строительстве оградительных сооружений акватории.
Список литературы
1. Баланин В. В. Использование тепла глубинных вод водоемов (для поддержания незамерзающих акваторий) / В. В. Баланин, Б. С. Бородкин, Г. И. Мелконян. — М.: Транспорт, 1964. — 273 с.
2. Бородкин Б. С. Изучение зимней термики водоемов в целях использования тепла глубинных вод / Б. С. Бородкин // Тр. координационных совещаний по гидротехнике. Дополнительные материалы [к вып. 81]. — Л.: Энергия, 1973.
3. Иванов Л. В. Зимняя эксплуатация объектов водного транспорта / Л. В. Иванов. — М.: Транспорт, 1978. — 210 с.
УДК 539.3 А. В. Матросов,
канд. техн. наук, доцент, СПГУВК
ЧИСЛЕННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАЛОК-СТЕНОК НА ЛИНЕЙНО-УПРУГОМ ОСНОВАНИИ
%
А NUMERICALLY-ANALITICAL ANALYSIS OF WALL-BEAMS ON A LINEARLY ELASTIC FOUNDATION
Представлен алгоритм численно-аналитического метода расчета упругих систем, работающих в условиях плоской задачи теории упругости, основанный на декомпозиции системы на прямоугольные обла-
