Влияние берегозащитных сооружений на экологическое состояние прибрежных зон моря
Краткое описание проекта:
Строительство берегозащитных сооружений и других гидротехнических конструкций меняет естественный гидрологический режим в прибрежных зонах морей, трансформирует структуру течений и, как правило, ухудшает интенсивность водообмена с остальной акваторией моря и, как следствие, ухудшение экологической обстановки в этих зонах. Величина этих изменений определяется конфигурацией береговой линии и компоновкой берегозащитных сооружений.
Течения в прибрежных зонах морей связаны как непосредственно с ветровым воздействием на свободную поверхность, так и с движением и трансформацией волн. При этом очень важно выбрать такие метеорологические условия, для которых экологическая ситуация в прибрежных зонах окажется наихудшей. Для различных видов компоновок берегозащитных сооружений в качестве таких расчётных ситуаций принимаются ветры заданной обеспеченности, направленные либо по нормали к береговой линии, либо вдоль берега (как правило, имеющие скорости от 10м./с. и менее).
Наиболее точно расчёт показателей качества воды может быть выполнен на базе численного моделирования. В прибрежной зоне моря как правило, могут использоваться уравнения, осреднённые по глубине, то есть , в приближении «мелкой воды». Численные решения уравнений неразрывности, количества движения и конвективно-диффузионного переноса веществ с учётом процессов их химико-биологической трансформации позволяет установить поля концентраций различных примесей в прибрежной зоне. Вместе с тем, моделирование в зонах в непосредственной близости от сооружений, в которых возможно образование обратных течений, требует использования специальных методов и алгоритмов. Математическое моделирование таких сложных течений требует введения в уравнения физической вязкости, а численные методы решения уравнений должны иметь высокий порядок аппроксимации конечно — разностных схем (второй и выше), минимальную схемную диссипацию и дисперсию и т.д. Разработка методов расчёта отрывных течений представляет собой важную перспективную задачу.
Для приближённого решения инженерных задач по оценке влияния берегозащитных сооружений на формирование качества воды могут использоваться гидравлические методы расчёта отрывных течений с выделением зон прямых и обратных течений. Результаты таких расчётов требуют, как правило, проверки на физических моделях, в частности, в волновых бассейнах.
Основные цели проекта:
1 . Разработка рекомендаций по выбору расчётной метеорологической ситуации.
- Разработка рекомендаций по гидравлическому расчёту течений в зонах влияния берегозащитных и других морских гидротехнических сооружений для различных типовых компоновочных решений.
- Выполнение расчётов показателей качества воды в прибрежных зонах , защищённых гидротехническими морскими сооружениями.
- Проведение экспериментов в волновых бассейнах с целью проверки и уточнения результатов гидравлических расчётов.
5.Разработка численной модели для расчёта отрывных течений вблизи ограждающих конструкций морских гидротехнических сооружений.
- Выполнение контрольных расчётов структуры течений и показателей качества воды для типовых компоновочных решений гидротехнических сооружений
- Разработка систем ограждающих и берегозащитных сооружений, оказывающих минимальное негативное влияние на экологическую ситуацию в прибрежных зонах моря.
Опыт разработок по тематике проекта:
Разработка рекомендаций по прогнозированию качества воды применительно к проектированию берегозащиты Черноморского побережья Болгарии. ( научный руководитель и ответственный исполнитель Ф.Г.Майрановский). Выполнена комплексная работа, включающая в себя: анализ источников загрязнения и состояния качества воды в прибрежной зоне Черноморского побережья Болгарии ,разработку рекомендаций по расчёту интенсивности водообмена и условий формирования качества воды в зонах влияния берегозащитных сооружений, проверку результатов предлагаемых решений на физической модели в волновом бассейне. Всего было рассмотрено 11 различных конструкций берегозащитных сооружений в широком диапазоне изменения их компоновочных решений.
В результате расчётов было получено, в частности, что при использовании для защиты береговой линии Т-образных бун, интенсивность водообмена в пределах защищённой акватории в 20- 40 раз меньше, чем во вдольбереговом потоке без гидротехнического сооружения. Применение сквозных бун позволяет существенно улучшить интенсивность водообмена. Полученные данные позволили оценить величину максимальной рекреационной нагрузки в зоне купания для различных условий берегозащиты. Так, при отсутствии берегозащитных сооружений нормативные микробиологические показатели качества воды в прибрежной зоне обеспечиваются, если на каждого купающегося приходится около 10 м3 воды. Для зоны купания в межбунном отсеке объём воды на каждого купающегося возрастает до 30-40м3 на человека, а в случае Т-образных бун — 100м3 на одного купающегося и более. Эти данные необходимо учитывать при проектировании рекреационных зон при наличии берегозащитных сооружений.
