Πειραματική διερεύνηση υπερπήδησης μετώπου με πρανές υπό λοξή γωνία πρόσπτωσης κυματισμών

Abstract

Το αντικείμενο της παρούσης έρευνας είναι η πειραματική διερεύνηση της κυματικής υπερπήδησης κυματοθραύστη με πρανές υπό λοξή πρόσπτωση κυματισμών . Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την πειραματική διερεύνηση της κυματικής υπερπήδησης και εξετάζεται η επιρροή των διαφόρων παραμέτρων που επηρεάζουν το φαινόμενο. Η έρευνα αυτή πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Λιμενικών Έργων του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου σε μία από τις τρείς δεξαμενές του κατά τους μήνες Μάρτιο, Απρίλιο και Μάιο του έτους 2009. Για τις ανάγκες της παρούσας διπλωματικής εργασίας χρησιμοποιήθηκε το ήδη υπάρχον φυσικό προσομοίωμα του λιμένα Κυπαρισσίας και της παρακείμενης ακτής. Η κλίμακα του υδραυλικού μοντέλου ήταν 1:75 και η διατομή του κυματοθραύστη ήταν με πρανές. Πιο αναλυτικά, η κυματική υπερπήδηση διερευνήθηκε σε δύο τμήματα του προσήνεμου μώλου του λιμένα με διαφορετικές τραχύτητες (γr) εξωτερικού μετώπου (πρανές από φυσικούς ογκόλιθους, πρανές από τεχνητούς ογκόλιθους και πρανές με επίστρωση με μεταλλικό φύλλο) και υπό τρείς διευθύνσεις πρόσπτωσης κυματισμού. Η υπερπήδηση μετρήθηκε υπό την πρόσπτωση διαφόρων υψών κυματισμών (Hs) και περιόδων. Μετρήσεις κυματικής υπερπήδησης έγιναν και στην κρισιμότερη περιοχή της καμπής του μώλου, φαινόμενο το οποίο ενδιαφέρει διεθνώς. Ο όγκος νερού που αντιστοιχούσε ποσοτικά στην κυματική υπερπήδηδη του υπάρχοντος κυματοθραύστη μετρήθηκε με κυτία που είχαν τοποθετηθεί κατά μήκος των δύο τμημάτων του μώλου του λιμένα καθώς και στην καμπή του μώλου. Τα αποτελέσματα όλων των επιμέρους δοκιμών συγκεντρώθηκαν και αναλύθηκαν με την βοήθεια θεωρητικών σχέσεων, ηλεκτρονικών υπολογιστών και προγραμμάτων. Η επεξεργασία και εξαγωγή συμπερασμάτων έγινε με την βοήθεια πινάκων και διαγραμμάτων τα οποία οπτικοποιούν το φαινόμενο της κυματικής υπερπήδηδης υπό τις δεδομένες συνθήκες και τα κυματικά χαρακτηριστικά της πειραματικής διερεύνησης. Έπειτα, έγινε διερεύνηση της επιρροής του φαινομένου της διάθλασης στους κυματισμούς και υπολογίστηκαν τα μεγέθη των υψών των κυματισμών (Ηs) και των γωνιών πρόπτωσης (β) μετά το πέρας του φαινομένου. Στην συνέχεια έγινε η σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με θεωρητικές εκτιμήσεις (Van der Meer and Janssen, Owen, Allsop) με σκοπό την σύγκριση και την βαθύτερη διερεύνηση μεταξύ των εργαστηριακών αποτελεσμάτων και των διεθνώς αποδεκτών θεωρητικών εκτιμήσεων. Τέλος πραγματοποιήθηκε η καταγραφή και παρουσίαση των συμπερασμάτων της παρούσης έρευνας.

The object of this research is the experimental investigation of overtopping of sloped seafront under oblique incident waves. The results of the experimental investigation of wave overtopping are presented and the influence of various parameters affecting the phenomenon is examined.

The survey was conducted at the Laboratory of Harbour Works, National Technical University of Athens in one of the three tanks during the months March, April and May of 2009.

For the purposes of this thesis was used an existing simulation of the natural port of Kyparissia and its adjacent coast. The scale of the hydraulic model was 1:75 and the cross section of the breakwater was a slope.

More specifically, the wave overtopping was investigated in two parts of the windward jetty of the port with different harshness (γr) on the external front (slope of natural boulders, slope of artificial boulders and slope coated with metal foil) and under three incident wave directions. Wave overtopping was measured under different incident wave heights (Hs) and periods (T). Wave measurements were also made at the most critical region of the turning of the mole, a phenomenon that interests internationally. The volume of water corresponding to the wave overtopping of the existing breakwater was measured in boxes that were installed along the two sections of the pier of the port and at the turn of the pier.

The results of all individual trials were collected and analyzed with the help of theoretical relations, and computer programs. The processing and conclusions were made with the help of tables and diagrams that visualize the phenomenon of wave overtopping under the circumstances and the wave characteristics of the experimental investigation.

Furthermore, we investigated the influence of the phenomenon of refraction in waves and calculated the sizes of wave heights (Hs) and the prolapse-angles (β) after completion of the phenomenon.

Additionally, the comparison of experimental results with theoretical estimates was made (Van der Meer and Janssen, Owen, Allsop) so as to explore deeper between laboratory results and internationally accepted theoretical considerations.

Finally, the recording and presentation of the conclusions of this research are demonstrated.