Normative methods and numerical modelling in determining the design waves for port hydraulic structures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The importance of using composite modelling in the design of wave loads and impacts on port hydraulic structures, namely determining the parameters of design waves, is pointed out. The regulatory documents intended to calculate the permissible values of wave elements for the safe servicing of ships at the berth, some shortcomings are noted, some of which are described in this paper.Materials and methods. Two objects are used as examples: the Western transport and logistics hub, designed in the Kola Bay of the Barents Sea (where the SWAN wind wave model and the COASTOX-CUR model of currents and water levels were used for numerical modelling, calculations by the analytical method were performed according to SR 38.13330.2018) and the Multifunctional Cargo Area located in the Terpeniya Bay of the Sea of Okhotsk (where calculations were carried out in the SWAN wind wave model and the SWASH long-wave model). For the first case, wave values at control points were used. In the second case, two calculation models were used to determine the influence of the vessel on the wave field — simplified and numerical ones.Results. For the first example, the differences in the values of waves with and without reflection were analyzed using the analytical method. For the second, the modelling results are presented — the field of significant wave heights for a simplified wall with and without a vessel with a table of control point values. Modelling of a vessel in a mooring pocket is shown through pictures of instantaneous marks of the rough surface and the field of significant heights with the output of control point values. An analysis of the obtained height values in paintings with and without a vessel was performed.Conclusions. Analysis of two problems showed that the determination of acceptable wave elements at the berth for the safe servicing of ships, carried out in accordance with current regulatory documents, can lead to contradictions, namely the initial data for calculations and a significant change in the wave fields of the port water area when the wave interacts with the moored vessel. As a consequence, this affects the final conclusion about the safe interaction of ships with berth structures.

About the authors

I. G. Kantrazhi

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: kantardgi@yandex.ru

A. G. Gogin

Engineering and construction company “ISTOK”

Email: alex.gogin@bk.ru

Zh. I. Nagornova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: nagornova_zhanna10@mail.ru

References

  1. Gerritsen H., Sutherland J., Deigaard R., Sumer M., Fortes C.J.E.M., Sierra J.P. et al. Composite modelling of interactions between beaches and structures // Journal of Hydraulic Research. 2011. Vol. 49. Issue sup1. Pp. 2–14. doi: 10.1080/00221686.2011.589134
  2. Gerritsen H., Sutherland J., Santos J.A., Boo-gaard H., Caires S., Deigaard R. et al. Composite modeling // Guide to Physical Modelling and Experimentation: Experience of the HYDRALAB Network. 2011.
  3. Kantarzhi I., Anshakov A. Interactive numerical model of hydrometeorologic factors in Kola Bay // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 263. P. 03016. doi: 10.1051/e3sconf/202126303016
  4. Аншаков А.С., Кантаржи И.Г. Верификация численной гидродинамической модели Кольского залива // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 4. С. 473–485. doi: 10.22227/1997-0935.2021.4.473-485. EDN WFGZVW.
  5. Афремов А.Ш., Куликова А.Н., Смолина Н.А. Обеспечение безопасности стоянки пришвартованного крупнотоннажного судна в условиях ветра и волнения // Труды Центрального научно-исследовательского института им. академика А.Н. Крылова. 2011. № 59 (343). С. 109–122. EDN NQYKWJ.
  6. Holthuijsen L.H. Waves in oceanic and coastal waters. Cambridge University Press, 2007. doi: 10.1017/cbo9780511618536
  7. Booij N., Haagsma I.J., Holthuijsen L., Kieftenburg A., Ris R., van der Westhuysen A. et al. SWAN Cycle III version 40.51: user manual. 2004.
  8. Hasselmann K., Barnett T.P., Bouws E., Walden H. Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) // Ergnzungsheft zur Deutschen Hydrographischen Zeits-chrift Reihe. 1973. No. 12. 95 p.
  9. Aelbrecht D. ARTEMIS 3.0: A finite element model for predicting wave agitation in coastal areas and harbours including dissipation // Computer Modelling of Seas and Coastal Regions III. 1997. Vol. 30. Pp. 343–352. doi: 10.2495/CE970331
  10. Berkhoff J.C.W. Computation of combined refraction — diffraction // Coastal Engineering 1972. 1972. Pp. 471–490. doi: 10.1061/9780872620490.027
  11. Berkhoff J.C. Mathematical models for simple harmonic linear water waves: wave diffraction and refraction. Delft, Hydraulic Laboratory, 1976. 102 p.
  12. Hervouet J.M. TELEMAC, a hydroinformatic system // La Houille Blanche. 1999. Vol. 85. Issue 3–4. Pp. 21–28. doi: 10.1051/lhb/1999029
  13. Kofoed-Hansen H., Sloth P., Sørensen O.R., Fuchs J. Combined numerical and physical modelling of seiching in exposed new marina // Coastal Engineering 2000. 2001. Pp. 3600–3614. doi: 10.1061/40549(276)281
  14. Smit P., Stelling G., Zijlema M. Assessment of non-hydrostatic wave-flow model SWASH for directionally spread waves propagating through a barred basin // ACOMEN 2011. 2011.
  15. Rijnsdorp D.P., Smit P.B., Zijlema M. Non-hydrostatic modelling of infragravity waves using SWASH // Coastal Engineering Proceedings. 2012. Issue 33. P. 27. doi: 10.9753/icce.v33.currents.27
  16. Zijlema M., Stelling G., Smit P. SWASH: An operational public domain code for simulating wave fields and rapidly varied flows in coastal waters // Coastal Engineering. 2011. Vol. 58. Issue 10. Pp. 992–1012. doi: 10.1016/j.coastaleng.2011.05.015
  17. Дивинский Б.В., Косьян Р.Д., Куклев С.Б. Параметры ветрового волнения на защищенных акваториях // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2010. Т. 3. № 4. С. 5–16. EDN NCCVAV.
  18. Дикий П.В., Дзюба Н.Н., Железняк М.И., Сорокин М.В. Моделирование волнового режима побережья Имеретинской низменности // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2011. Т. 7. № 2. С. 54–63. EDN PZEXEN.
  19. Галенин Б.Г., Кузнецов В.В. Моделирование трансформации волн в прибрежной зоне // Водные ресурсы. 1980. Т. 1. С. 156–165.
  20. Warner J.C., Geyer W.R., Lerczak J.A. Numerical modeling of an estuary: a comprehensive skill assessment // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2005. Vol. 110. Issue C5. doi: 10.1029/2004JC002691
  21. Warner J.C., Geyer W.R., Arango H.G. Using a composite grid approach in a complex coastal domain to estimate estuarine residence time // Computers & Geosciences. 2010. Vol. 36. Issue 7. Pp. 921–935. doi: 10.1016/j.cageo.2009.11.008

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».