Томас Стивенсон
Томас Стивенсон | |
---|---|
![]() Стивенсон в 1880 году | |
Рожденный | Эдинбург , Шотландия | 22 июля 1818 г.
Умер | 8 мая 1887 г. Эдинбург, Шотландия | ( 68 лет
Занятие | Инженер маяка |
Работодатель | Совет Северного маяка |
Супруг |
Мэгги Бальфур |
Дети | Роберт Луи Стивенсон |
Родители) | Роберт Стивенсон (отец) Джин Смит (мать) |
Родственники | Дэвид Стивенсон (брат) Алан Стивенсон (брат) |
Подпись | |
![]() |
Томас Стивенсон PRSE MInstCE FRSSA FSAScot (22 июля 1818 — 8 мая 1887) был шотландским инженером- новатором , проектировщиком маяков и метеорологом , спроектировавшим более тридцати маяков в Шотландии и ее окрестностях, а также экран Стивенсона, используемый в метеорологии. Его проекты, признанные новаторскими, открыли новую эру создания маяков.
Он был президентом Королевского шотландского общества искусств (1859–60), президентом Эдинбургского королевского общества (1884–86) и был соучредителем Шотландского метеорологического общества . [1]
Жизнь и карьера
[ редактировать ]Он родился по адресу Бакстерс Плейс, 2. [2] в Эдинбурге , 22 июля 1818 года, младший сын инженера Роберта Стивенсона и его жена (и сводная сестра) Джин Смит. Он получил образование в Королевской средней школе в Эдинбурге.
Томас Стивенсон был набожным и постоянным посетителем церкви Святого Стефана в Стокбридже , в северном конце улицы Сент-Винсент в Эдинбурге.
Он жил со своей семьей на Бакстерс-плейс, пока не женился в 1848 году. Затем он купил дом на Ховард-плейс, 8. [3] К 1855 году он переехал на Инверлейт-Террас, 1. [4] По крайней мере, с 1860 года он жил по адресу Хериот-Роу , 17 , большом таунхаусе с террасами в георгианском стиле в Новом городе Эдинбурга . [5]
В 1864 году он опубликовал «Проектирование и строительство гаваней: трактат по морской технике» . Книга основана на статье, которую он первоначально написал для Британской энциклопедии , и описывает принципы и методы проектирования и строительства гаваней . В работе обсуждались геологические и физические особенности, влияющие на проектирование гавани, возникновение и воздействие волн , а также строительные материалы и кладки типы причальных стенок . В книге также исследуется эффективность приливов и пресной воды в поддержании стоков . Второе издание книги вышло в 1874 году. [6]
В 1869 году в качестве успешного эксперимента по использованию недавно изобретенного электрического освещения для маяков Стивенсон проложил подводный кабель из восточной части гавани Грантон , а свет на конце цепного пирса Тринити контролировался с расстояния в полмили оператор в порту. [7] [8] Он спроектировал экран Стивенсона как укрытие для защиты метеорологических приборов, и это получило широкое распространение.
Он умер на Хериот-Роу, 17 в Эдинбурге 8 мая 1887 года и похоронен в семейном склепе Стивенсонов на кладбище Нью-Калтон . Хранилище находится посередине восточной стены.
Формула Стивенсона для прогнозирования высоты волн
[ редактировать ]Работая инженером маяка и порта, Стивенсон наблюдал за высотой волн на протяжении ряда лет в различных местах Шотландии. В 1852 году он опубликовал статью, в которой предположил, что волны увеличиваются в высоте пропорционально квадратному корню из их расстояния от наветренного берега. [9] Стивенсон развил это в простую формулу , в котором высота волны в футах и это выборка в милях . [10]
важные компоненты для прогнозирования высоты волн, в первую очередь скорость ветра В формуле Стивенсона отсутствуют . В 1852 году математический анализ теории волн на воде и методы численной оценки таких факторов, как обмеление и нагон , находились в зачаточном состоянии. [11] [12] Анализ Стивенсона [13] возможно, это первое количественное обсуждение высоты волны как функции (квадратного корня) от выборки, и его статья [14] является одним из первых количественных исследований скорости ветра в планетарном пограничном слое .
Современный анализ формулы Стивенсона показывает, что она, по-видимому, консервативно оценивает высоту волн при скорости ветра примерно до 30 миль в час , основываясь на его наблюдениях, которые, скорее всего, были сделаны для длины волны менее 100 километров , без полностью освоенного моря . Волнорез в Уике подвергся воздействию волн длиной около 500 километров и скорости ветра, намного превышающей 30 миль в час, прежде чем он в конечном итоге был разрушен. [10] [15]
В 1965 году южноафриканский инженер Бэзил Ригли Уилсон предложил метод, который можно использовать для аппроксимации значительной высоты волны H 1/3 и периода T 1/3 ветровых волн, генерируемых постоянным ветром со скоростью U, дующим на длине волны F. . [16] Единицы этих величин следующие:
- H 1/3 дюйма (м)
- Т 1/3 в секундах (с)
- U в метрах в секунду (м/с)
- F в метрах (м)
Формулы Вильсона применяются, когда продолжительность дуновения ветра достаточно велика, поскольку, когда ветер дует только ограниченное время, волны не могут достичь полной высоты и периода, соответствующего скорости ветра и длине разгона. [17] В условиях, когда ветер дует достаточно продолжительное время, например, во время продолжительного шторма, высоту и период волны можно рассчитать следующим образом:
В этих формулах g обозначает ускорение свободного падения, которое составляет примерно 9,807 м/с. 2 . Скорость ветра U измеряется на высоте 10 метров над поверхностью моря. Для условий, приближенных к условиям волнолома Уика во время шторма (длина выборки 500 км, скорость ветра около 75 миль в час), график ниже показывает, что метод Уилсона предсказывает значительную высоту волны ( H 1/3 ), примерно в 1,5 раза превышающую высоту волны Стивенсона. . [9] [16]

Тем не менее, хотя формула Стивенсона весьма ограничена и непригодна для применения в инженерном проектировании, она примечательна тем, что стала ранней попыткой применить математическую теорию к задачам гидротехники и демонстрирует некоторое ограниченное согласие (хотя и в узком диапазоне) с более совершенной разработанной формулой. Рамон Ирибаррен в 1942 году. [15] [18] Серьезным недостатком формулы Стивенсона является отсутствие учета скорости ветра, а сравнение с формулой Уилсона при трех различных скоростях ветра (30, 50 и 75 миль в час) показывает только разумный уровень согласия для ветра со скоростью 50 миль в час при длине подъема примерно до 100 метров. . [9] [16]

Сам Стивенсон отмечал, что формула является приближением . [19] и активно поощрял дальнейшие исследования аналогичных проблем, умоляя молодых инженеров удвоить усилия по развитию береговой инженерии во время обращения 1885 года к Институту инженеров-строителей в Лондоне. [20] В дополнение к своей работе по росту волн он также провел исследование явления затухания волн внутри портовых бассейнов. [21]
Волнорез в Уике, Кейтнесс
[ редактировать ]Стивенсон спроектировал и руководил строительством волнолома в Уике в 1863 году, который в то время был крупнейшим промыслом сельди в Европе. Внутренняя гавань, спроектированная Томасом Телфордом была построена расширенная внешняя гавань. , была завершена в 1811 году, после чего в период с 1825 по 1834 год Джеймсом Бремнером Однако к 1857 году потребность в увеличении пропускной способности стала очевидной, что побудило Британское рыболовное общество предложить новый волнолом. В 1862 году Стивенсон вместе со своим братом Дэвидом подготовил подробные планы, разрезы и спецификации расширения гавани. Этот дизайн получил поддержку сэра Джона Куда и Джона Хокшоу . Ссуда в размере 62 000 фунтов стерлингов была санкционирована А. М. Ренделем, инженером Комиссии по ссудам на общественные работы . [22]
Строительство началось в апреле 1863 года, его окончательная длина составила 460 метров. В проекте Стивенсона была насыпь из щебня, простирающаяся на 5,5 метров над отметкой низкой воды , следуя за Крейн-Рокс. Он был покрыт блочными стенами и засыпан щебнем, образуя надстройку шириной до 16 метров. Обломки кургана были добыты из местных карьеров и доставлены паровозами . Затем его перенесли на насыпь волнолома с помощью передвижных порталов , которые проходили вдоль сцены , что стало возможным первым в Шотландии применением этой техники. [23] [22] Стена со стороны моря была построена с использованием теста 6:1. Ниже ватерлинии блоки соединялись сухим способом, тогда как выше отметки прилива сначала римский , а затем портландцементный раствор. использовался [24]
Волнорез постепенно разрушался в результате нескольких штормов и к 1870 году потерял треть своей длины. В конце концов, в 1877 году он был заброшен после серьезного ущерба, нанесенного ураганом, несмотря на неоднократные неудачные попытки его реконструкции. [15] [22] [24] Стивенсон отметил в переписке с Институтом инженеров-строителей , что один шторм за один этап удалил 1350 тонн материала с волнореза, но он не смог сообщить высоту волн во время события. [25]
Применение современных методов расчета местных волновых условий показывает, что волнолом в том виде, в котором он построен, не выжил бы без мобилизации дополнительных ограничений или механизма для ослабления волновых сил. [24] Собственная волновая формула Стивенсона предсказала бы, что высота морских волн в Уике составит от 8 до 10 метров , тогда как современные наблюдения показывают, что в Северном море высота волн в два-три раза превышает эту цифру. [26] [27] [28] [10]
Семья
[ редактировать ]Он был братом инженеров маяков Алана и Дэвида Стивенсонов , между 1854 и 1886 годами спроектировал множество маяков вместе со своим братом Дэвидом, а затем с сыном Дэвида Дэвидом Аланом Стивенсоном .
Он женился на Маргарет Изабелле «Мэгги» Бальфур в 1848 году, дочери преподобного Льюиса Бальфура. Их сыном был писатель Роберт Льюис Стивенсон , который поначалу доставил ему большое разочарование, не сумев следовать инженерным интересам своей семьи.
Младший брат его жены, Джеймс Мелвилл Бальфур (то есть его зять), обучался у Д. и Т. Стивенсона, а затем эмигрировал в Новую Зеландию, где сначала был морским инженером в провинции Отаго, а затем был назначен колониальным морским инженером. . [29] [30]
Маяки по проекту Томаса Стивенсона
[ редактировать ]- Уолси Скеррис (1854 г.)
- Из шхер (1854)
- Макл Флугга (1854)
- Даваар (1854 г.)
- Ушениш (1857 г.)
- Южная Рона (1857 г.)
- Кайлекин (1857)
- Орнсей (1857)
- Звук Малла (1857)
- Кантик-Хед (1858)
- Брессе (1858)
- Рувааль (1859)
- Корран-Пойнт (1860)
- Фладда (1860)
- Голова Макартура (1861)
- Голова Святого Абба (1862)
- Батт Льюиса (1862)
- Холборн Хед (1862)
- Острова Монах (1864 г.)
- Белки (1865)
- Аускерри (1866 г.)
- Лочиндал (1869)
- Скарди Несс (1870)
- Стур-Хед (1870)
- Арктический черный (1872)
- Тернберри-Пойнт (1873)
- Куриный рок (1875)
- Линдисфарн (1877, 1880)
- Фидра (1885)
- Окскар (1886)
- Маяк Эйлса Крейг (1886 г.)
Галерея
[ редактировать ]-
Таунхаус на Хериот Роу, 17, Эдинбург
-
Конденсирующийся свет. Оптика маяка, разработанная Томасом Стивенсоном. Chance Brothers and Company, Бирмингем, 1866 год. Национальный музей Шотландии, Эдинбург.
-
Томас Стивенсон, работа сэра Джорджа Рида, 1878 г.
См. также
[ редактировать ]- Ричард Генри Брантон , «отец японских маяков»
- Джон Ричардсон Уигэм , ирландский изобретатель и инженер маяков.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уотерстон, Чарльз Д.; Макмиллан Ширер, А. (июль 2006 г.). Бывшие члены Эдинбургского королевского общества 1783–2002 гг.: Биографический указатель (PDF) . Том. II. Эдинбург: Королевское общество Эдинбурга . ISBN 978-0-902198-84-5 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 октября 2006 года . Проверено 31 декабря 2010 г.
- ^ Справочник почтового отделения Эдинбурга, 1818 г.
- ^ Справочник почтового отделения Эдинбурга, 1850 г.
- ^ Каталог почтового отделения Эдинбурга, 1855 г.
- ^ Справочник почтового отделения Эдинбурга, 1860 г.
- ^ Стивенсон, Т. (1874). Проектирование и строительство гаваней: Трактат о морской технике (2-е изд.). Эдинбург: Адам и Чарльз Блэк . дои : 10.1017/cbo9780511997020 . ISBN 978-1-108-02967-4 . Проверено 12 января 2024 г.
- ^ «Морской журнал» и «Морская хроника» за 1869 год . Коллекция Кембриджской библиотеки. 28 марта 2013 г. стр. 614–615.
- ^ Стивенсон, Томас (9 апреля 2009 г.). Строительство и освещение маяков . БиблиоБазар. стр. 165–166. ISBN 978-1103900954 .
- ^ Перейти обратно: а б с Стивенсон, Т. (1852). «Наблюдения за зависимостью высоты волн от их расстояния от наветренного берега». Эдинбургский новый (Джеймсон) философский журнал . 53 : 358–359.
- ^ Перейти обратно: а б с Стивенсон, Т.; Таунсон, Дж.; Уилсон, В. (1981). «Формула Стивенсона для прогнозирования высоты волны: техническое примечание» . Труды Института инженеров-строителей . 71 (3): 907–909. дои : 10.1680/iicep.1981.1826 . ISSN 1753-7789 . Проверено 28 июля 2023 г.
- ^ Года, Ю. (1999). историческом Японское Об развитии математической теории водных волн (PDF) (на японском языке: общество инженеров-строителей ). Проверено 12 января 2024 г.
- ^ Года, Ю. (1999). «Об историческом развитии математической теории водных волн» . Сборник лекций 35-го летнего учебного курса, Комитет береговой инженерии Японского общества инженеров-строителей . Перевод МакПарланда, Д. Проверено 12 января 2024 г. - из репозитория TU Delft.
- ^ Стивенсон, Т. Проектирование и строительство гаваней: Трактат о морской технике, при поддержке. Адам и Чарльз Блэк, Эдинбург
- ^ Стивенсон, Т. (1880) Отчет об одновременных наблюдениях силы ветра на разных высотах над землей, Журнал Шотландского метеорологического общества, LI-LIV, стр. 103–107.
- ^ Перейти обратно: а б с Таунсон, Дж. М.; Уилсон, BW (1982). «Обсуждение: формула Стивенсона для прогнозирования высоты волны» . Труды Института инженеров-строителей . 73 (2): 485–487. дои : 10.1680/iicep.1982.1716 . ISSN 1753-7789 . Проверено 28 июля 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Уилсон, BW (1965). «Численный прогноз океанских волн в Северной Атлантике на декабрь 1959 года» . Немецкая гидрографическая газета . 18 (3): 114–130. Бибкод : 1965DeHyZ..18..114W . дои : 10.1007/BF02333333 . ISSN 0012-0308 . Проверено 29 июля 2023 г.
- ^ Года, Ю. (2003). «Возвращаясь к формулам Вильсона для упрощенного прогнозирования ветрового волнения» . Журнал водного, портового, прибрежного и океанического машиностроения . 129 (2): 93–95. дои : 10.1061/(ASCE)0733-950X(2003)129:2(93) . ISSN 0733-950X . Проверено 30 июля 2023 г.
- ^ Ирибаррен, Р. (октябрь 1942 г.). «Воздействие волн при проведении портозащитных работ». Журнал Управления доков и гаваней .
- ^ Стивенсон, Т. (1885). Теория и практика гидромеханики . Лондон: Издательство Томаса Телфорда. дои : 10.1680/tapoh.45217.0005 . ISBN 978-0-7277-4521-7 . Проверено 28 июля 2023 г.
- ^ «Некролог: Томас Стивенсон (1818–1887)» . Протокол заседаний Института инженеров-строителей . 91 (1888): 424–426. 1888. дои : 10.1680/imotp.1888.20990 . ISSN 1753-7843 .
- ^ Ортт, Флорида (1895). Безопасная гавань на внешних дюнах Схевенингена [ Безопасная гавань на внешних дюнах Схевенингена ] (на голландском языке). М. Найхофф . Проверено 11 августа 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Пакстон, Р. (2010). «Море против волнолома Уик 1863–1877 гг. — поучительная катастрофа». В Олсопе, В. (ред.). Море против волнореза Уика 1863–1877 гг.: Поучительная катастрофа на побережьях, морских сооружениях и волнорезах: адаптация к изменениям: материалы 9-й международной конференции, организованной Институтом инженеров-строителей и проходившей в Эдинбурге с 16 по 18 сентября 2009 г. Лондон: Thomas Telford Ltd., стр. 31–42. дои : 10.1680/cmsb.41301.0003 . ISBN 978-0-7277-4159-2 . Проверено 28 июля 2023 г.
{{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) - ^ Пакстон, Р.; Шипвей, Дж., ред. (2007). Гражданское инженерное наследие Шотландии – Хайленд и острова . Издательство Томаса Телфорда. стр. 31–42. дои : 10.1680/cehs.34884.0004 . ISBN 978-0-7277-3729-8 . Проверено 13 января 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Олсоп, Северо-Западный Уэльс; Брюс, Т. (2019). «Анализ отказов исторических вертикальных волноломов, часть 1: Фитиль» . Труды Института инженеров-строителей - судебно-медицинской экспертизы . 172 (2): 43–53. дои : 10.1680/jfoen.20.00002 . ISSN 2043-9903 . S2CID 226861229 . Проверено 28 июля 2023 г.
- ^ Кей, штат Вашингтон; Кортелл, Эл.; Элиот, В.; Хинан, RHH; Джаррад, ФРВ; Нит, К.; Олив, WT; Сиккама, HTH; Уолдрон, ФРВ; Метвен, CW (1906). «Переписка о гаванях Южной Африки с особым упором на причины и лечение песчаных кос» . Протокол заседаний Института инженеров-строителей . 166 (1906): 69. doi : 10.1680/imotp.1906.16709 . ISSN 1753-7843 . Проверено 29 июля 2023 г.
- ^ Стэнтон, БР (1984). «Высота возвратной волны у Южного Уиста оценена на основе данных за семь лет» (PDF) . Институт океанографических наук, Отчет № 164 . 164 . Проверено 13 января 2024 г. - из Открытого исследовательского архива NERC .
- ^ Нил, СП; Фёглер, А.; Говард-Браун, Эй Джей; Бастон, С.; Льюис, MJ; Гиллибранд, Пенсильвания; Уолдман, С.; Вульф, ДК (2017). «Волновой и приливной ресурс Шотландии» . Возобновляемая энергия . 114 : 3–17. doi : 10.1016/j.renene.2017.03.027 .
- ^ Хутнанс, Дж. (1991). «Физическая океанография Северного моря» . Управление океаном и береговой линией . 16 (3–4): 199–231. Бибкод : 1991OSM....16..199H . дои : 10.1016/0951-8312(91)90005-М . Проверено 28 июля 2023 г.
- ^ «Покойный мистер Бальфур» . Звезда . № 503. 29 декабря 1869 г. с. 3 . Проверено 4 января 2015 г.
- ^ Биглхол, Хелен (9 июля 2013 г.). «Маяки – национальная система» . Те Ара: Энциклопедия Новой Зеландии . Проверено 4 января 2015 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- 1818 рождений
- 1887 смертей
- Шотландцы XIX века
- Строители маяков
- Президенты Королевского общества Эдинбурга
- Люди, получившие образование в Королевской средней школе в Эдинбурге.
- Выпускники Эдинбургского университета
- шотландские инженеры-строители
- шотландские изобретатели
- Захоронения на могильнике Нью-Калтон
- Шотландские метеорологи
- Шотландские антиквары
- Инженеры из Эдинбурга
- Семья Стивенсон (Шотландия)