УТВЕРЖДАЮ

Главный инженер института Сокфяорш^^роект

<5^/ ' Ml. Ильницкий

г.

РУКОВОДСТВО ПО РАСЧЕТУ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНЕНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МОРСКИХ ПОРТОВ

РД 31.33 .02- 86

Руководитель темы -доктор физ.-мат.наук, профессор

.М. Крылов

1986

Москва, 1986

Допускается определять величины А. А. К*,"* , используя рис.1.

2.10. Частотно-угловой спектр    допускается    опреде

лять по формуле:

£ (СО, Q) = S(co)■ Ql(u), 9) ,    (2.16)

где    -    функция углового распределения энергии, которая

удовлетворяет условию:

J Q(co,e)d9= 1.

2.11.    Частотный спектр смещений поверхности воды (w) и функцию углового распределения энергии Q_z(vo) в зависимости от условий волнообразования следует определять в соответствии с требованиями раздела 4 настоящего РД.

2.12.    Дисперсию смещений поверхности воды С>^, в зависимости от волнообразующих факторов следует определять в соответствии с требованиями раздела 4 настоящего РД, используя соотношения (2.4).

Допускается использовать формулу:

6^гг =(eJ)"¹ Л ^г,    (2.18)

где п - средняя высота волн, м.

2.13.    Частоту максимума CO_mt рад.с”^, частотного спектра смещений поверхности воды допускается определить по "формуле:

СОт=0,&сд    ^(2Л9)

где СО =    _f    Т¹    -    средний    период    волн,    с.

2.14.    Средний период волн Т"¹ , с, и среднюю длину волн Л , м, определяют по формулам:

12

где Kj зависит от и) и d по формуле (2.14).

2.17.    Дисперсии вертикальных 6^ (Z) и горизонтальных <£<У отклонений частиц жидкости от положения равновесия, колебаний волнового давления <s;cz) , орбитальных скоростей с£ао и ускорений di(Z) на горизонте Z следует определять

в соответствии с п.2.7, используя формулы п.2.16.

2.18.    Средние частоты вертикальных СОу и горизонтальных

(О^ отклонений частиц жидкости от положения равновесия, колебаний волнового давления СО_р , орбитальных скоростей СО_и и ускорений U)_w на горизонте И необходимо определять по формуле:-

где J - индекс, принимающий соответствешо значения 'J, т ,

р , U , W.

3. ВЕРОЯТНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ИХ СВЯЗЬ СО СПЕКТРАЛЬНЫ:#! ХАРАКТЕРИСТИКАМ волн

3.1.    К основным вероятностным характеристикам волн относятся фушщии распределения элементов волн и их моменты.

3.2.    Функцией распределения элементов волн называется соотношение, устанавливающее связь между возможными значениями этих элементов и соответствующими им вероятностями.

3.3.    К основным функциям распределения элементов волн относятся:

- дифференциальная функция или плотность распределения *f(x) случайной величины X » характеризующая вероятность того, что случайная величина ЗС примет значения в интервале между X и X +dX ;

13

-    интегральная функция распределения или обеспеченность Р(Х) случайной величины X , характеризующая вероятность того, что случайная величина X примет значение, большее X ;

-    дифференциальная функция или плотность условного распределения f(*/у) , характеризующая вероятность того, что случайная величина X примет значение в интервале между X и

X + d X при фиксированной величине У ;

-    интегральная функция условного распределения F (^х/у) . характеризующая вероятность того, что случайная величина X примет значение, большее X при фиксированной величине У ;

-    дифференциальная функция или плотность двумерного распределения    случайных величин X и У , характеризую

щая вероятность того, что случайные величины X и У примут значения от X до X +dX и от У до у+ <^у ;

-    интегральная функция двумерного распределения или обеспеченность F(x,v)

случайных величин X и У , характеризующая вероятность того, что случайные величины X и У примут значения, больше, соответственно, X и у ;

-    интегрально-дифференциальная функция распределения случайных величин X и У, характеризующая вероятность того, что случайная величина X примет значение между X и X+ciX а случайная величина у примет значение, большее у .

Примечание: к случайным величинам X и У относятся такие элементы волн, как высота h , м, период Т , с, длина Л , м, и др.

3.4. Связь между функциями распределения следует опреде

лять, исходя из соотношений:

дХду ^ (3.1)

15

М*- момент функции т(х)порядка ;

М₇ - момент функции $(^х/у) порядка Z •

Интегрирование в (3.6) - (3.8) производят по всей области изменения аргументов.

vg    -

3.8. Дисперсия <5_х    и средние значения X элементов волн определяют по формулам:

©о

б"* =    J (x-xf-f(x)dx    ,    (3.9)

О

X =    J X *f(x)d X    .    (3.10)

°

3.9.    Дисперсию смещений поверхности воды 6^ , среднюю высоту h , средний период Т и среднюю длину волн определяют по формулам:

оо    ©о

^=T^^ = |Fp.)dh=jhf(b)dh ,    _(ЗЛ1)

©о

(3.12)

(3.13)

т= jT-f(jr)dT _t

о

А— jA-fCOdA .

о

3.10. Связь между функциями распределения элементов и спектральными характеристиками волн устанавливается посредством соотношений (2.4), (2.18) - (2.22), (2.26) и соотношений (3.9) -(3.13).

4. РАСЧЕТ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРОВЫХ ВОЛН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИИ ВОЛНООБРАЗОВАНИЯ

16

4.1. Спектральные характеристики: среднюю высоту Ь , м, средний период Т, с, и среднюю длину волн Д , м, необходимо определять в соотвествии с требованиями СБИЛ 2.06.04-82 и используя рис.2.

В случае постоянной скорости ветра по значениям безразмерных Величин

at

V

SL

V²

и Ssi , где t - продолжительность V^й

действия ветра, с, Л - разгон, м, d - глубина, m, V - скорость ветра, м/с, необходимо определить значения

ah и зт

V²

V

и по меньшим величинам принять среднюю высоту и средний период. Среднюю длину следует определять по известному значению среднего периода по формуле:

л

ат

гзг

(4.1)

4.2. Среднюю в-ысоту и средний период волн допускается

рассчитывать по формулам:

f-pH- 6,0-Ю

\/*

xthJlMlSV:

U-[l+6^0'³(i4J]

&^^₇т^олг5

(4.2)

-г

(4.3)

V

ч у²/

Примечание: Приложение 3 содержить программу расчета спектральных характеристик ветровых волн на ЭВМ "Искра-226" в общем случае переменных в пространстве глубины ж скорости ветра при сложной конфигурации береговой линии.

4.3. Спектральные характеристики: дисперсию волн <у~м, среднюю частоту СО , рад*с , частоту максимума U)_m, рад'с"¹, частотного спектра смещений поверхности воды необходимо рассчи-

т—i—i-1-'—'—i т i-1 i-i—i-1—I—i—r-r-n-1 1-1—|    I-1—I—> r '-]    |-1—]    j    j . /

2    3    4    5 $ В fOO    2    3    4 5 6 8 WOO    2    3    4    f 8 8)0000    2    3    4

Рис.2. Графл:'!! да определения элементов петровых волн в глубоководно’' и дюлководной зонах*

18

тывать в соответствии с п.п. 2.12, 2.13, 4.1 и 4.2.

4.4. Допускается дисперсию волн и частоту максимума частотного спе^ктра смещений поверхности на глубокой воде для безразмерных разгонов ^ < I0³ рассчитывать по формулам:

S&1

V?

1,6 ю

	<4
ЯЛ ГУ/3

(4.4)

VJ

;

(4.5)

где V* - динамическая скорость ветра, определяемая в соответствии с требованиями РД 31.33.04-84.

4.5.    При предварительном определении спектральных характеристик ветровых волн среднее значение разгона , м, для заданной расчетной скорости ветра допускается определять по рис.З.

Значение среднего разгона для циклонов следует принимать но линии I, для антициклонов - по линии 2. Линия 3 служит для определения    в    тех случаях, когда вид атмосферной циркуля

ции нейзестен.

4.6.    Значение предельного разгона Lx_v , м, допускается принимать по табл.З для заданной расчетной скорости ветра V , м/с.

Таблица 3

\/ , м/с :    20    :    25    :    30    :    40    :    50

4-10‘,⁵м    :    16    :    12    :    6    2:1

Примечание: рассчитанные значения среднего Z»_m и предельного I* v разгонов для ограниченных по размерам акваторий не должны превышать величины разгона, измеренной по направлению ветра от расчетной точки до береговой линии.

МИНИСТЕРСТВО МОРСКОГО ФЛОТА

РУКОВОДСТВО ПО РАСЧЕТУ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНЕНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЙ МОРСКИХ ПОРТОВ

РД 31.33 .08- 86

Москва, 1986

19

Рио.З. График для определения средней величины

разгона L»*, ,м, по скорости ветра V ,м/с.

РАЗРАБОТАНО    Государственным проектно-изыска

тельским и научно-исследовательским институтом морского транспорта "Союзморниипроект”

Руководитель темы д.ф.-м.н., проф. Крылов Ю.М.

Исполнители: к.ф.-м.н., с.н.с. Поляков Ю.П., м.н.с. Тюриков М.Ю.

УТВЕРВМО    Главным инженером института

Союзморниипроект Ильницким Ю.А.

РУКОВОДСТВО ПО РАСЧЕТУ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНЕНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МОРСКИХ ПОРТОВ

РД 31.33. aS - 86 Вводится впервые

Срок введения в действие установлен с 01.01.87

Настоящий руководящий документ (РД) устанавливает методику и порядок расчета спектральных характеристик ветровых волн и низкочастотных колебаний перед морским портом при проектировании и эксплуатации оградительных и причальных сооружений.

I. ОБЩИЕ ПОЖШЕНШ

1.1.    Спектральные характеристики ветровых волн и низкочастотных колебаний служат для выбора оптимальных проектных решений планового расположения портовых гидротехнических сооружений.

1.2.    Спектральные характеристики волн определяют на основе исследования и анализа ветровых условий и условий волнообразования в районе строительства и реконструкции гидротехнических сооружений.

1.3.    Характеристики ветра для расчета спектральных характеристик волн получают в соответствии с требованиями СНиП 2.06.04-82 и РД 31.33.04-84.

1.4.    Расчет спектральных характеристик волн перед портом в зависимости от. условий волнообразования выполняют в соответствии с требованиями главы СНиП 2.06.04-82 и настоящего РД.

4

1.5.    Спектральные характеристики волн на акватории порта определяют в соответствии с рекомендациями настоящего РД.

1.6.    Результаты расчетов спектральных характеристик волн в районе строительства и реконструкции морского порта необходимо цредставлять в виде режимных функций спектральных характеристик ветровых еолн.

1.7.    Режимные функции спектральных характеристик ветровых волн получают на основе расчета режимных функций характеристик ветра.

1.8.    Расчет режимных функций характеристик ветра выполняют в соответствии с требованиями РД 31.33.05-85. ¹

5

2.3. К основным спектрам волн относятся:

-    спектр волновых чисел и частот S (К, ЬО)    ,    характеризую

щий плотность вкладов спектральных компонент в d¹ на единицу пространства волновых чисел и единицу интервала частот;

-    спектр волновых чисел S (К)    ,    характеризующий    плот

ность вкладов спектральных компонент в (Э ¹ на единицу пространства волновых чисел независимо от частоты;

-    спектр модулей волновых чисел 5 00    ,    характеризующий

плотность вкладов в <э^г на единицу пространства волновых чисел независимо от направления компоненты и частоты;

-    частотно-угловой спектр £>(сО, 0) > характеризующий плотность вкладов в d¹ на единицу интервала частот и направлений распространения элементарных волновых составляющих;

-    частотный спектр £> (ео), характеризующий плотность вкладов в <£ на единицу интервала частот независимо от величины и направления волнового вектора;

-    угловой спектр S (О) , характеризующий плотность вкладов в (о¹ в зависимости от направления распространения элементарных волновых составляющих, где

к = ^г7ГЛ = |к! = (к®+ к у)^/г

-    модуль волнового числа, рад.м~*;

А - длина волны, м;

К_х - К со$Q _} К_у = Кв‘т&

-    проекции волнового числа на оси ОХ и 07 соответственно,

ред.&Г*.

Примечание: аргументаглп спектра волновых чисел в декартовой системе координат являются К_х и К_у в полярной -К и 0    .

6

2.4.    Основные спектры волн следует определять в соответствии с требованиями п.п.4.7, 4.12, 2.8 настоящего РД.

2.5.    Моменты спектров устанавливают связь между спектрами и различными спектральными и статистическими характеристиками волн: такими как дисперсия, средняя частота и средний период, средняя длина волн и т.д.

2.6.    Моменты спектров следует определять по формулам:

т

еп

т<

- JJ^KX < •S’('K_x,Ky)dK_xdt<_y ^

=JJk*S(^k,®)c1kcJ0 = |к^0<)с1к,

= J(V^?S(co)d (О,

(2.2)

(2.3)

где Hlg и - момент спектра    порядка    в,П;

т* - момент спектров S(K,G) и £(к) порядка % ;

- момент спектров £ (со, в) и S' (со) порядка 2 .

Примечание: интегрирование в (2.1) - (3.3) выполняют id всей области изменения аргументов.

2.7. Дисперсию d³ случайного процесса и связь между различными видами спектров следует определять, используя соотношения:

d²= m_OT=m₀=J|,S(i<_;w)di<dw=|^{K)di< =

©jciKde =

)dK =|S(u))du)= ^(<Э)с)б.

(2.4)

2.8. Связь между различными видами спектров на глубокой воде допускается определять по табл.1, табл. 2 и форадгдам:

7

$(и>) = &^ш/£&(к)    _при    K=U%j _t (2.5)

&(К)— j>(^/<) &(pd)    при    CO=(^K)^_t (2.6)

где - ускорение свободного падения.

Таблица I

Спе кт р	ЗСк*,Ку)	S(eu,0)	ЗСк,в)
S(K„ К)	1	aw3 S	К
S (Ч>, 0)		1	id)'4
$(к,е)	(Kj+K?jrfe	г«; 5	4

Таблица 2

Спе ktp £(Ч,Л) £Ш) £(м; 5(КЛ)КУ) 1 Ку= Ш/д cos & Ky=^|s; п& Kx=Kcos& KY=Ksio© 5 К 9) ш=^(4+К)ц О^оксЦ кУКх 1 UJ=($<)* в = & &(К,6) к=(ку+1<ф^ 6^а7сЬ}куКх к = “% е =© 1

8

Спектры, записанные в верхних строках табл.1 и табл.2, получают путем умножения спектров, записанных в левых колонках, на соответствующие величины, приведенные в табл.1 и замены аргументов по табл.2. Например:

£>((о,е)=г^ш/д £>(кд) _При к=^ш/<$ и 0=6. (₂.7)

2.9. Связь между спектрами    и    5^d(K),

и 2 (К,0) в море ограниченной глубины d допускается определять по формулам:

&(к)

&(к) = 4 ^(оо)

при    ,    (2.8)

при К= K_{d ;} 0- (2.9)

ищСО-СО^ , (2.10)

5(к,6) 4S (со,в) _лри    СО-0^,в=в(.2.П)

'_(2Л2)

£Kd 1

Sh<&Kd)J ,

(2.13)

где Kj ж U)_sj выражаются соответствешо через й) и К посредством соотношений:

Kd tk (Kd)

(2.14)

(2.15)

1

ОСНОВНЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕТРОВЫХ ВОЛН И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ

2.1.    К основным спектральным характеристикам ветровых волн относятся функции спектральной плотности или спектры и моменты спектров.

2.2.    Спектр волн 5 характеризует величину вклада элементарных волновых составляющих,формирующих случайный

т

волновой процессу волновыми числами К ,рад.м ,частота-

т

ми U) ,рад.с ,и направлениями распространения & ,рад., в дисперсию <э^г .

Примечание: дисперсия смещений поверхности воды d^, м? с точностью до множителя ж    (    J^,    -    плотность    воды,

£ - ускорение свободного падения) равно суммарной энергии волн на единицу горизонтальной площади.