Волнорез (сооружение)

Волнорез — это постоянное сооружение , построенное на прибрежной территории для защиты от приливов, течений, волн и штормовых нагонов. Волнорезы строились со времен античности для защиты якорных стоянок , помогая изолировать суда от морских опасностей, таких как волны, вызванные ветром. ^{[ 1 ]} Волнорез, также известный в некоторых контекстах как причал или мол , может быть соединен с землей или стоять отдельно, а также может содержать пешеходный переход или дорогу для доступа транспортных средств.

Являясь частью системы управления прибрежной зоной , волнорезы устанавливаются параллельно берегу, чтобы минимизировать эрозию . На пляжах, где прибрежный дрейф угрожает эрозией пляжного материала, на пляже можно устанавливать конструкции меньшего размера, обычно перпендикулярно кромке воды. Их воздействие на волны и течение призвано замедлить прибрежный дрейф и препятствовать мобилизации пляжного материала. В этом смысле их чаще называют бунами .

Цели

Волнорезы снижают интенсивность волнения в прибрежных водах и тем самым обеспечивают безопасную гавань. Волнорезы также могут представлять собой небольшие сооружения, предназначенные для защиты пологого пляжа и уменьшения береговой эрозии ; они расположены на расстоянии 100–300 футов (30–90 м) от берега на относительно мелководье.

Якорная стоянка безопасна только в том случае, если стоящие там корабли защищены от силы мощных волн какой-либо большой конструкцией, за которой они могут укрыться. Естественные гавани образуются такими барьерами, как мысы или рифы . Искусственные гавани можно создавать с помощью волноломов. Мобильные гавани, такие как в день Д гавани Малберри , были спущены на воду и действовали как волнорезы. Некоторые естественные гавани, например, в Плимут-Саунд , Портленд-Харбор и Шербур , были расширены или расширены волнорезами, сделанными из камня.

Типы

Типы волноломов включают волнорез с вертикальной стенкой, волнорез насыпи и насыпь с надстройкой или составной волнорез.

Конструкция волнореза спроектирована таким образом, чтобы поглощать энергию ударяющих его волн либо за счет использования массы (например, с помощью кессонов), либо за счет использования уклона облицовки (например, с помощью каменных или бетонных броневых блоков).

В береговой инженерии облицовка представляет собой конструкцию, опирающуюся на берег, тогда как волнолом представляет собой конструкцию, опирающуюся на море (т. е. вода с обеих сторон).

щебень

Волноломы из насыпей из щебня используют структурные пустоты для рассеивания энергии волн. Волноломы из булыжных насыпей состоят из груд камней, более или менее отсортированных по удельному весу: более мелкие камни для ядра и более крупные камни в качестве брони, защищающей ядро от волнового воздействия. Каменные или бетонные элементы брони на внешней стороне конструкции поглощают большую часть энергии, а гравий или песок препятствуют распространению энергии волн через ядро волнолома. Уклоны облицовки обычно составляют от 1:1 до 1:2, в зависимости от используемых материалов. На мелководье облицовочные волнорезы обычно стоят относительно недорого. По мере увеличения глубины воды требования к материалам и, следовательно, затраты значительно возрастают. ^{[ 2 ]}

Кессон

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 наполнителя внутри него, чтобы противостоять опрокидывающим силам, создаваемым ударяющими о них волнами. Их строительство на мелководье относительно дорогое, но на более глубоких участках они могут обеспечить значительную экономию по сравнению с волнорезами с облицовкой.

Перед вертикальной конструкцией иногда размещают дополнительную насыпь из щебня, чтобы поглотить энергию волн и, таким образом, уменьшить отражение волн и давление горизонтальных волн на вертикальную стену. Такая конструкция обеспечивает дополнительную защиту со стороны моря и причальную стенку с внутренней стороны волнолома, но может усилить перекат волн .

Волнопоглощающий кессон

Аналогичная, но более сложная концепция — волнопоглощающий кессон, включающий различные виды перфорации в передней стенке.

Такие конструкции успешно использовались в морской нефтяной промышленности, а также в прибрежных проектах, требующих конструкций с довольно низким гребнем (например, на городской набережной, где вид на море является важным аспектом, как это видно в Бейруте и Монако ). В последнем в настоящее время реализуется проект на Анс-дю-Портье, включающий 18 поглощающих волны кессонов высотой 27 м (89 футов).

Волновой аттенюатор

Волногасители состоят из бетонных элементов, расположенных горизонтально на один фут под свободной поверхностью и вдоль линии, параллельной берегу. У глушителей волн есть четыре плиты, обращенные к морю, одна вертикальная плита и две плиты, обращенные к суше; каждая плита отделена от следующей расстоянием в 200 миллиметров (7,9 дюйма). Ряд из четырех плит, обращенных к морю, и двух плит, обращенных к суше, отражает морскую волну под действием объема воды, находящейся под ним, который, колеблясь под действием падающей волны, создает волны, находящиеся в фазе, противоположной падающей волне ниже по течению. из плит. ^{[ жаргон ]}

Мембранные волнорезы

Погружной гибкий волнолом в виде насыпи можно использовать для контроля волн на мелководье в качестве усовершенствованной альтернативы традиционным жестким погружным конструкциям. Помимо того, что стоимость строительства подводных гибких волноломов меньше, чем стоимость традиционных подводных волноломов, корабли и морские организмы могут пройти через них, если они достаточно глубокие. Эти морские структуры уменьшают энергию столкнувшихся волн и предотвращают образование стоячих волн. ^{[ 3 ]}

Бронебойные части волнолома

Поскольку расчетная высота волн становится больше, волноломам из насыпей из щебня требуются более крупные броневые блоки, чтобы противостоять волновым силам. Эти броневые блоки могут быть изготовлены из бетона или природного камня. Наибольшая стандартная оценка единиц каменной брони , приведенная в CIRIA 683 «Руководство по горным породам», составляет 10–15 тонн. Могут быть доступны и более крупные градации, но конечный размер на практике ограничивается свойствами естественной трещиноватости местной горной породы.

Фасонные бетонные броневые блоки (такие как Dolos , Xbloc , Tetrapod и т. д.) могут поставляться массой примерно до 40 тонн (например, Jorf Lasfar , Марокко), прежде чем они станут уязвимыми к повреждениям под собственным весом, ударам волн и термическому растрескиванию конструкции. сложные формы во время литья/затвердевания. Там, где для наиболее уязвимых мест на очень глубокой воде требуются самые большие броневые блоки, броневые блоки чаще всего формируются из бетонных кубов, которые были использованы до ~ 195 тонн. Архивировано 12 мая 2019 г. на Wayback Machine для наконечника. волнолома в Пунта-Лангостейра недалеко от Ла-Коруньи, Испания.

Предварительный расчет размера броневой единицы часто осуществляется с использованием уравнения Гудзона , Ван дер Меера и, в последнее время, Ван Гента и др.; Все эти методы описаны в CIRIA 683 «Руководство по скалам», Инженерного корпуса армии США а также в руководстве по прибрежной инженерии (доступно бесплатно в Интернете) и в других местах. Для детального проектирования использование масштабированных физических гидравлических моделей остается наиболее надежным методом прогнозирования реального поведения этих сложных конструкций.

3D-моделирование движения волн возле морской дамбы. МЕДУС (2011) Подразделение морской инженерии Университета Салерно.

Непредвиденные последствия

Во время сильных штормов волнорезы могут быть повреждены и перекрыты. Некоторые из них также могут создавать уникальные типы волн, привлекающих серферов, например The Wedge на волноломе Ньюпорта.

Эффекты отложений

Рассеяние энергии и относительное спокойствие воды, создаваемое с подветренной стороны волноломов, часто способствуют накоплению наносов (согласно конструкции волнолома). Однако это может привести к чрезмерному образованию выступов, что приведет к образованию тамболо , что уменьшит прибрежный дрейф в сторону волноломов. Такое улавливание наносов может вызвать неблагоприятные последствия при движении волноломов вниз, приводя к истощению пляжных отложений и усилению береговой эрозии . Это может затем привести к необходимости дальнейшей инженерной защиты ниже по ходу волнолома. Накопление наносов в районах, прилегающих к волноломам, может привести к образованию плоских участков с уменьшенными глубинами, что изменяет топографический ландшафт морского дна. ^{[ 4 ]}

Выступающие образования в результате волноломов зависят от расстояния, на котором волнорезы построены от берега, направления, в котором волна достигает волнолома, и угла, под которым построен волнолом (относительно берега). Из этих трех угол, под которым построен волнорез, является наиболее важным для инженерного формирования выступов. Угол, под которым построен волнорез, определяет новое направление волн (после того, как они коснутся волноломов) и, в свою очередь, направление, в котором осадки будут течь и накапливаться с течением времени. ^{[ 5 ]}

Воздействие на окружающую среду

Снижение неоднородности ландшафта морского дна, вызванное волнорезами, может привести к снижению численности и разнообразия видов в окружающих экосистемах. ^{[ 6 ]} В результате уменьшения неоднородности и уменьшения глубины, образуемой волнорезами из-за накопления отложений, воздействие ультрафиолета и температура в окружающих водах увеличиваются, что может нарушить окружающие экосистемы. ^{[ 4 ]}^{[ 6 ]}

Восемь морских волноломов в Элмере, Великобритания.

Строительство отдельно стоящих волноломов

Существует два основных типа морских волноломов (также называемых отдельными волнорезами): одиночные и множественные. Одиночный, как следует из названия, означает, что волнолом состоит из одного непрерывного барьера, в то время как несколько волноломов (в количестве от двух до двадцати) расположены с промежутками между ними (160–980 футов или 50–300 метров). Длина зазора во многом определяется взаимодействующими длинами волн. Волнорезы могут быть стационарными или плавучими, а также непроницаемыми или проницаемыми, чтобы обеспечить перенос отложений к берегу от сооружений, выбор зависит от диапазона приливов и глубины воды. Обычно они состоят из крупных кусков горной породы (гранита) массой до 10–15 тонн каждый, или насыпи из щебня. На их конструкцию влияет угол подхода волны и другие параметры окружающей среды. Конструкция волнолома может быть как параллельной, так и перпендикулярной берегу, в зависимости от требований к береговой линии.

Известные места

Великобритания – The Sound , Плимут; Си Паллинг , Норфолк; Элмер , Западный Суссекс; Бриксхэм , Девон; Саут-Гэр , Северный Йоркшир
США – Лонг-Бич , Калифорния; Санта-Моника , Калифорния; Уинтроп-Бич , Массачусетс; Колониал-Бич , Вирджиния; Рокленд , Мэн
Япония – Центральный волнолом , Токио (почтовое отделение Хияма Исизаки), префектура Хоккайдо, префектура Тоттори;
Индия – морской волнолом в Удангуди для угольного причала; Марин Драйв , Мумбаи; Международный морской порт Вижинджам, Тируванантапурам , Тривандрам
ОАЭ – Пальмовые острова , Дубай; Корниш , Абу-Даби
Гонконг – аэропорт Кай Так ; Международный аэропорт Гонконга
Кувейт - Сабах Аль Ахмад Си Сити
Австралия – Ньюкасл, Новый Южный Уэльс
Пакистан – Волнорез Манора, порт Карачи

См. также

Ссылки

^ А. де Граау (2022) «Древние портовые сооружения, параллели между древним и современным» [1]
^ CIRIA, CUR, CETMEF (2007). «Руководство по горным породам. Использование горных пород в гидротехнике» . Кирия-CUR . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Джафарзаде Э., Кабири-Самани А., Мансурзаде С. и Бохлули А. (2021). Экспериментальное моделирование взаимодействия волн с затопленными гибкими насыпными волноломами. Труды Института инженеров-механиков, Часть M: Журнал инженерии морской среды, 235 (1), 127-141.
^ Jump up to: ^а ^б Масуччи, Джованни Диего; Асьерно, Алессандро; Реймер, Джеймс Дэвис (2020). «Эрозия разнообразия: воздействие волнореза четвероногих на субтропический коралловый риф» . Охрана водных ресурсов: морские и пресноводные экосистемы . 30 (2): 290–302. дои : 10.1002/aqc.3249 . ISSN 1052-7613 . S2CID 212939487 .
^ Джексон, Нэнси Л.; Харли, Митчелл Д.; Армароли, Клара; Нордстрем, Карл Ф. (15 июня 2015 г.). «Морфология пляжа, вызванная волнорезами разной ориентации». Геоморфология . 239 : 48–57. Бибкод : 2015Geomo.239...48J . дои : 10.1016/j.geomorph.2015.03.010 .
^ Jump up to: ^а ^б Агилера, Мойзес А.; Ариас, Рене М.; Манзур, Татьяна (2019). «Картирование тепловых режимов микросреды обитания в искусственных волноломах: изменение биоразнообразия приливной зоны из-за более высокой температуры горных пород» . Экология и эволюция . 9 (22): 12915–12927. дои : 10.1002/ece3.5776 . ISSN 2045-7758 . ПМК 6875675 . ПМИД 31788225 .

USACE (1984 г.) – Руководство по береговой охране (Том I и II)
NWH Allsop (2002 г.) – Волнорезы, прибрежные сооружения и береговые линии .

Внешние ссылки

[1] А. де Граау (2022) «Древние портовые сооружения, параллели между древним и современным» [1]

[2] CIRIA, CUR, CETMEF (2007). «Руководство по горным породам. Использование горных пород в гидротехнике» . Кирия-CUR . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[3] Джафарзаде Э., Кабири-Самани А., Мансурзаде С. и Бохлули А. (2021). Экспериментальное моделирование взаимодействия волн с затопленными гибкими насыпными волноломами. Труды Института инженеров-механиков, Часть M: Журнал инженерии морской среды, 235 (1), 127-141.

[:0-4] Jump up to: ^а ^б Масуччи, Джованни Диего; Асьерно, Алессандро; Реймер, Джеймс Дэвис (2020). «Эрозия разнообразия: воздействие волнореза четвероногих на субтропический коралловый риф» . Охрана водных ресурсов: морские и пресноводные экосистемы . 30 (2): 290–302. дои : 10.1002/aqc.3249 . ISSN 1052-7613 . S2CID 212939487 .

[5] Джексон, Нэнси Л.; Харли, Митчелл Д.; Армароли, Клара; Нордстрем, Карл Ф. (15 июня 2015 г.). «Морфология пляжа, вызванная волнорезами разной ориентации». Геоморфология . 239 : 48–57. Бибкод : 2015Geomo.239...48J . дои : 10.1016/j.geomorph.2015.03.010 .

[:1-6] Jump up to: ^а ^б Агилера, Мойзес А.; Ариас, Рене М.; Манзур, Татьяна (2019). «Картирование тепловых режимов микросреды обитания в искусственных волноломах: изменение биоразнообразия приливной зоны из-за более высокой температуры горных пород» . Экология и эволюция . 9 (22): 12915–12927. дои : 10.1002/ece3.5776 . ISSN 2045-7758 . ПМК 6875675 . ПМИД 31788225 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

v т и Прибрежное управление
Управление	Аккреция Береговая инженерия Прибрежное управление Комплексное управление прибрежной зоной Управляемое отступление Погружение
Жесткая инженерия	А-Джеки Аккропод Благодарность Искусственный риф Прорыв Волнорез Стабилизация скалы Долос Стена наводнения шлюз Габионы Волнолом Пристань Леви Жесткая инженерия Сотовая морская дамба Уравнение Хадсона КОЛОСС Крот Пирс Облицовка каменная наброска дамба Четвероногие Тренировочная стена Формула Ван дер Меера Пристань Иксблок
Мягкая инженерия	Пляжное питание Дренаж пляжа Динамическая облицовка Живые береговые линии Стабилизация песчаных дюн Мягкая инженерия
Связанные темы	Эволюция пляжа Береговая эрозия Геотехническая инженерия Мелиорация земель Береговой транспорт Современный спад пляжей Восстановление потока