Влияние естественных условий на устройство и эксплуатации портов.

Порты размещаются на морских и речных побережьях, где соприкасаются три среды – атмосфера, вода и суша. Соответственно этому основные природные факторы можно разделить на три группы: метеорологические, гидрологические и геологические.

Совокупность природных факторов, характерных для того или иного участка побережья, называются естественным режимом рассматриваемого участка побережья.

Правильная оценка условий естественного режима побережий является главным фактором при проектировании, строительстве и эксплуатации портов и портовых гидротехнических сооружений.

Изучение естественного режима побережий дает возможность правильно выбрать участок строительства порта или гидротехнического сооружения; определить рациональные формы его планового начертания; выявить действительные значения внешних сил, действующих на сооружение и, с учетом геологического строения грунтов, безошибочно выбрать оптимальную конструкцию; установить особенности естественного режима, которые могут препятствовать строительству и эксплуатации порта или гидротехнического сооружения для того, чтобы разработать в проекте мероприятия, обеспечивающие успешную борьбу с разрушительными силами природы. Следовательно, глубокое и всестороннее изучение естественного режима побережья обеспечивает в конечном итоге экономичность строительства и эксплуатации портов и гидротехнических сооружений.

Необходимо также учитывать, что в результате строительства порта нарушается естественный режим побережья, где до этого взаимное воздействие природных факторов привело к динамическому равновесию, и нужно заранее прогнозировать возможность последствия этого вмешательства.

При решении вопросов портостроения необходимо иметь данные об естественном режиме заданного участка побережья за продолжительный промежуток времени. Например, надежные данные о ветрах, колебании уровня, волнении и о других явлениях могут быть получены в результате наблюдений за период не менее 10 лет.

Практика портостроения насчитывает немало случаев, когда недостаточная изученность и недооценка отдельных факторов, ошибки в их количественной оценке являлись причиной серьезных аварий сооружений и нарушения нормальной работы портов.

При строительстве порта Цеара в Бразилии были недостаточно изучен гидрологический режим участка строительства, влияние сооружений на режим движения береговых наносов. В результате через 17 лет после окончания строительства, порт Цеара был полностью занесен береговыми наносами и прекратил свое существование.

Многочисленные аварии портовых гидротехнических сооружений из-за переоценки строительных свойств грунтов основания подтверждают, что для рационального строительства и эффективной эксплуатации портов первостепенное значение имеет тщательное изучение элементов естественного режима.

Метеорологические факторы

На всей территории России сеть метеорологических станций ведет регулярное наблюдение за атмосферными явлениями. От станций главного управления гидрометеослужбы можно получить данные непрерывных наблюдений за 100 лет и более. Где нет постоянных станций, при производстве технических изысканий, организуют временные станции, наблюдения которых хотя и не дают надежной оценки метеофакторов, но их сопоставление с материалами ближайших постоянных станций позволяется использовать последние, внеся в них поправки на местные условия. Из атмосферных и климатических факторов, влияющих на судоходство, эксплуатацию и строительство портов, наиболее существенными являются ветры, осадки, туманы, температура и влажность воздуха, а также температура воды.

Ветровой режим характеризуется направлением, скоростью, продолжительностью и повторяемостью. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с) или километрах в час (км/ч), а в морской практике – в баллах.

Струи воздуха, ударяясь о портовые сооружения, поверхность судна и т.д., оказывают давление, которое зависит от скорости ветра и достигает при шторме до 4,4т на погонный метр причальной стенки. Знание ветрового режима особенно важно при строительстве портов на морях и водохранилищах. От ветра зависят направление, интенсивность волнения, которые определяют компоновку внешних устройств порта, их конструкцию и направление водных подходов к порту. Господствующее направление ветра должно также учитываться при взаимном расположении причалов с разными грузами. Установлено, что в многолетнем периоде повторяемость ветра определенной скорости и направления для определенных сезонов года остается более или менее постоянной. Поэтому для целей портостроения большое значение имеют определенные данные за навигацию, а не за год. В практике известны случаи, когда в морских условиях строились порты без оградительных сооружений, рассчитанные на работу на несколько месяцев в году, когда отсутствуют сильные штормы (что было установлено из анализа многочисленных наблюдений).

Температура воздуха и воды. Температуру воздуха и воды измеряют на гидрометеостанциях в такие сроки, что и параметры ветра. Данные измерения оформляют в виде годовых графиков хода температуры. Основные значения этих данных портостроения состоит в том, что они часто определяют сроки замерзания и вскрытие бассейнов, от чего зависит длительность навигации.

Осадки выпадают при охлаждении атмосферы, предельно насыщенной водяными парами, в виде дождя, снега, града или осаждаются в виде инея, росы, гололеда, изморози. Количество осадков выражается толщиной слоя воды в миллиметрах (в предположении, что вся эта вода остается на поверхности). Учет осадков имеет значение для перегрузки грузов (особенно в мешкотарах) портящихся от влаги, для правильного расположения дренажных и ливневых коммуникаций, предохраняющих территорию порта от затопления.

Ледовый режим определяется толщиной льда, его прочностью, сроками образования и вскрытия. Существенное значение имеет подвижность ледяных полей и характер ледохода. Ледовый режим имеет большое значение для судоходства и эксплуатационной деятельности порта. В зависимости от ледового режима в данном порту устанавливается продолжительность навигации.

Гидрологические условия

Гидрологические условия представляют собой комплекс явлений, связанных с изменениями и движениями, происходящих в водной среде. Из них важнейшими факторами, которые необходимо учитывать при строительстве и эксплуатации портов, являются колебания уровня воды, приливы и отливы, волнение, морские течения, физико-химические свойства воды и ледовый режим.

Колебания уровня воды определяет не только высотные отметки территории порта и глубины на подходах и причалах, но и форму крепления берега и конструкцию причальных сооружений. Основными причинами колебаний уровня воды являются действия ветра, астрономические влияния (приливы и отливы), изменение режимы питания водоемов и их испаряемости, изменением атмосферного давления. Перечисленные факторы часто действуют одновременно.

Волнение имеет существенное значение для эксплуатационной деятельности порта и судоходства. Основными причинами образования волн являются ветры, сейсмические и вулканические воздействия, приливно-отливные факторы, волны, возникающие во время паводков, при движении судов и т.д. Для портов и судоходства наибольший интерес представляют ветровые волны. Исследованию морского волнения уделяется серьезное внимание.

Течения. Скорости течения и их направления на свободных реках зависит в основном от уклона реки, изменения уровня воды, плановой формы русла и распределения глубин. Морские течения образуются ветрами, приливно-отливными явлениями, разницей в температуре, плотности и солености воды и разностью широт различных точек моря. Рельеф дна и конфигурация берега существенно влияет на характер морских течений..

Геологические и геоморфологические условия

При выборе места расположения порта, проектирования портовых сооружений, подходных каналов необходимо знать геологическую структуру берегов и условия залегания пластов. Поэтому требуется предварительное проведение широких инженерно – геологических и геоморфологических исследований.

Рельеф и плановые очертания прибрежной суши и речного и морского дна не стабильны. Они изменяются под влиянием гидрологических и метеорологических факторов, а также гидрогеологических, связанных с движением грунтовых вод. Интенсивность и характер этих изменений зависит наряду с указанными причинами, также от свойств грунтов, строения берега и морского и речного дна.

Огромное значение для портостроения имеет переформирование берегов. На реках основной причиной, вызываемой переформирование берегов, являются течения. На водохранилищах и морях основной причиной изменения берегов в плане является волнение, которое стремится сгладить резкие неровности берега и образовать плавную прямую береговую линию. В прибрежной мелководной зоне, где воздействие волны наиболее активно, откладываются грубозернистые обломочные осадки: непосредственно у берега – валуны, галька, гравий; далее в море – песок, вначале крупнозернистый, и, наконец – ил.