Chasing Noise – Грант Вашингтонского моря
Инженеры-акустики, получающие поддержку от морского гранта, показывают, как рельеф морского дна влияет на звуковые волны, и как морское строительство может стоить дешевле и при этом защищать морских млекопитающих.
Любой, кто пересекал гребень над шумной дорогой, знает, что условия на земле могут влиять на то, как звук распространяется по воздуху. Мы размещаем наши дома и устанавливаем шумозащитные экраны соответственно. Примечательно, однако, что те, кто строит в воде, долгое время игнорировали топографию и другие факторы морского дна, когда рассчитывали распространение звука.
Вверху: Дара Фаррелл проверяет акустические данные в заливе Сан-Диего. Фото: Митчелл Пердью, ВМС США. Вверху: уровни шума при забивке свай, предсказанные моделью Даля; красные и оранжевые зоны представляют преследование морских млекопитающих класса А.
Подводный шум очень важен для таких операций, как переправы штата Вашингтон и ВМС США, где необходимо строить и обслуживать множество пирсов.
А подводное строительство, в частности забивка свай, производит много шума. Учет этого шума имеет решающее значение, говорит Митчелл Пердью, старший биолог Юго-западного инженерно-технического командования военно-морских сил, который следит за акустикой при капитальном ремонте пирса в заливе Сан-Диего: «Когда вы работаете под водой, вы имеете дело с двумя федеральными агентствами и тремя различными ведомствами. статутов» в отношении шума и морской жизни.
Эти правила требуют, чтобы работа прекращалась, когда дельфины, тюлени и другие охраняемые животные попадают в «зоны влияния», в которых уровень шума достигает уровня, который может причинить им вред. Эти зоны традиционно рассчитывались в соответствии с простой «практической моделью распространения», которая учитывает только расстояние от источника, а не другие факторы, которые могут дополнительно ослабить звук при его прохождении через мелководные заливы и эстуарии. Это может привести к грубой неэффективности: зоны нарисованы слишком широко, мониторы размещены там, где они не нужны, работа приостановлена, когда в ней нет необходимости.
Питер Даль, старший главный инженер Лаборатории прикладной физики UW (APL) и профессор машиностроения, специализирующийся на подводной акустике, решил изменить это, разработав лучшую модель распространения звука под водой с учетом батиметрии и состава отложений. не просто расстояние. В 2010 году Департамент транспорта штата Вашингтон предоставил финансирование и испытательный стенд, когда он забил две пробные сваи в рамках подготовки к ремонту паромного причала Порт-Таунсенд. Когда в 2013 году WSDOT забила еще несколько свай, Даль и докторант Дара Фаррелл вернулись при поддержке Washington Sea Grant, чтобы протестировать и усовершенствовать модель. Их выводы, опубликованные в прошлом году в журнале Journal of the Acoustical Society of America , показал, что батиметрическая рефракция — отклонение звуковых волн от берега рельефом морского дна — может заметно ослабить передачу шума, особенно когда звук распространяется вдоль наклонного берега.
Между тем, ВМФ столкнулся с трудной задачей регулирования.
Ему нужно было восстановить свой столетний заправочный пирс в заливе Сан-Диего, критически важный объект для Тихоокеанского флота. Задержки или ненужные меры, вызванные акустической неопределенностью, обойдутся дорого, объясняет Пердью: «Это проекты стоимостью в сотни миллионов долларов. Нашей целью было избежать необходимости ослаблять звук забивки свай с помощью пузырчатой завесы» — стены пузырей, создаваемой для глушения вибраций. «Потенциально это может удвоить стоимость проекта».
Военно-морской флот использовал модель потерь передачи Даля, чтобы установить базовые зоны влияния и подготовить «разрешение на случайные домогательства», которое они запросили и получили от NOAA Fisheries, установив ограничения шума для своего проекта в Сан-Диего. Военно-морской флот также использует портативное устройство под названием «Подводный шумомер», которое Даль разработал при первоначальном финансировании WSDOT и APL. Это устройство быстро измеряет и анализирует окружающий шум и шум, создаваемый проектом.
«Это позволяет нам проводить акустические измерения в реальном времени вместо того, чтобы стоять и ждать анализа после записи», — говорит Пердью — еще одна большая экономия.
Фаррелл и Даль исследуют сложные звуки на мелководье.
В 2013 и 2014 годах при поддержке WSG Фаррелл измерил фактический шум вокруг пирса. Анализируя их различное частотное содержание, она отличила шум забивки свай от высоких уровней окружающего шума, производимого тысячами прогулочных судов залива Сан-Диего. И она подтвердила, что фактические уровни соответствуют предсказанным моделью в пределах критической зоны влияния. «Чем дальше мы уходили, примерно через 1000 метров, модель все меньше и меньше представляла измеренные уровни», — говорит она. — Но к тому времени ты уже в открытом океане.
Даль и Фаррелл — не единственные, кто моделирует распространение звука под водой, чтобы приспособить строительство и защитить дикую природу; их немецкие и британские коллеги оценивают такие проекты, как морские ветряные электростанции в Северном море.
Но эти усилия, как правило, предпринимаются в более глубоких и открытых водах. «Там, где мы работаем, на мелководье ближе к берегу, все по-другому, — говорит Даль.
Это сделало его популярным парнем в эзотерической, но все более важной области. «К нам приезжают для обучения ученые из Командования инженерных сооружений ВМС [на восточном побережье], — говорит Пердью. «У них есть проекты строительства на воде, и они хотят подойти к ним так же, как и мы».
Одним из ключей к этому успеху, добавляет Пердью, является доверие к Далю: «Питер вроде как пишет книгу по акустике забивки свай. Регулирующие органы доверяют его результатам. Это золото».
KA5297_FinalPaper_2017-01-06_09.39.53_HAHPGN
%PDF-1.4 % 2 0 объект >>>]/ON[62 0 R]/Order[]/RBGroups[]>>/OCGs[62 0 R 118 0 R]>>/Pages 3 0 R/Type/Catalog/ViewerPreferences 60 0 R>> эндообъект 117 0 объект >/Шрифт>>>/Поля 122 0 R>> эндообъект 61 0 объект >поток приложение/pdf
