baovebo phan 2

Bµi gi¶ng tãm t¾t m«n häc C«ng tr×nh b¶o vÖ bê biÓn Ngêi so¹n:PGS.TS Vò UyÓn DÜnh Líp cao häc c«ng tr×nh BiÓn. Th¸ng 8 n¨m 2008 ViÖn X©y dùng C«ng tr×nh BiÓn- §HXD

1

2.3. Dù b¸o sãng do giã

2.3.1. Ph©n vïng vµ nguyªn lý dù b¸o sãng

Sãng do giã g©y ra lµ nguyªn nh©n chÝnh t¸c ®éng tíi çc c«ng tr×nh ven bê (ngo¹i

trõ çc sãng biÓn do ®Þa chÊn g©y ra). Sãng do giã phô thuéc vµo çc yÕu tè t¹o sãng (tèc

®é giã, ®µ giã, thêi gian giã thæi...) vµ çc yÕu tè lµm suy yÕu sãng (ma s¸t ®¸y, ®é s©u

níc, ®Þa h×nh ®¸y vµ ®êng bê biÓn). Sãng lan truyÒn tõ ngoµi kh¬i vµo bê, khi qua çc

vïng cã ®é s©u níc kh¸c nhau, çc ®Æc trng cña sãng sÏ thay ®æi ®¸ng kÓ vÒ h×nh d¹ng,

kÝch thíc, n¨ng lîng…. V× vËy qu¸ tr×nh tÝnh sãng, dï theo lý thuyÕt, tiªu chuÈn, quy

ph¹m nµo hay theo ph¬ng ph¸p nµo còng ®îc xuÊt ph¸t tõ vïng níc s©u (n¬i çc

th«ng sè sãng kh«ng chÞu ¶nh hëng cña ma s¸t ®¸y biÓn) lan truyÒn vµo vïng níc n«ng

(vïng chÞu ¶nh hëng ma s¸t ®¸y biÓn) ®Õn vïng sãng vì (vïng sãng mÊt æn ®Þnh, mÆt

sãng bÞ biÕn d¹ng, kh«ng cßn gi÷ ®îc h×nh d¹ng liªn tôc), vµ cuèi cïng lµ vïng sãng leo

khi sãng tiÕp cËn víi c«ng tr×nh.

Cã nhiÒu tiªu chÝ ®Ó ph©n vïng tÝnh sãng, ®¬n gi¶n vµ phæ biÕn nhÊt lµ ph©n theo ®é

s©u t¬ng ®èi d/L, trong ®ã d lµ ®é s©u vïng níc tÝnh to¸n, L lµ chiÒu dµi sãng:

- Vïng níc s©u: d 1

L 2≥

- Vïng níc n«ng: 1 d 1

20 L 2< <

- Vïng ven bê : d 1

L 20≤

Khi ®é s©u níc d gi¶m nhá tíi mét ®é s©u giíi h¹n nµo ®ã th× xuÊt hiÖn hiÖn

tîng sãng vì. §é s©u giíi h¹n ®ã gäi lµ ®é s©u sãng vì, ký hiÖu dcr (hoÆc db). Vïng

níc cã d ≤ dcr gäi lµ vïng sãng vì. Sau khi bÞ vì, sãng tiÕp tôc lan truyÒn vµo bê,

møc ®é biÕn d¹ng cña h×nh d¹ng mÆt sãng tïy thuéc vµo ®é s©u níc d vïng ven bê.

Do c¬ chÕ t¹o thµnh sãng phøc t¹p, çc ®Æc trng cña sãng cã tÝnh chÊt ®a d¹ng vµ

ngÉu nhiªn, phô thuéc vµo kh«ng gian, thêi gian vµ nhiÒu yÕu tè m«i trêng… nªn viÖc

m« t¶ thËt ®óng ®¾n, tÝnh to¸n thËt chÝnh x¸c çc th«ng sè sãng lµ khã cã thÓ thùc hiÖn.

Do vËy, çc kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ sãng ®îc ®a ra díi d¹ng dù b¸o. HiÖn nay ®· cã rÊt

nhiÒu tµi liÖu híng dÉn tÝnh to¸n dù b¸o sãng do giã theo çc c«ng thøc kinh nghiÖm,

theo çc b¶ng biÓu hoÆc çc biÓu ®å ®· lËp s½n theo hai trêng ph¸i c¬ b¶n, trong ®ã

trêng ph¸i thø nhÊt dù b¸o çc th«ng sè sãng theo çc gi¸ trÞ trung b×nh (tiªu chuÈn thiÕt


2

kÕ 22 TCN 222-95 cña ViÖt Nam, lÊy theo tiªu chuÈn cña Nga) vµ trêng ph¸i thø hai çc

th«ng sãng ®îc dù b¸o theo çc gi¸ trÞ cã ý nghÜa (sö dông trong çc tiªu chuÈn, quy

ph¹m cña çc níc T©y ¢u, B¾c Mü, NhËt vµ nhiÒu níc kh¸c).

2.3.2. Çc yÕu tè t¹o sãng

TÝnh to¸n sãng do giã lµ viÖc x¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng trªn c¬ së d÷ liÖu vÒ giã,

çc tham sè quan träng cña giã trong tÝnh to¸n sãng bao gåm:

• Tèc ®é giã, kÝ hiÖu Vw (hoÆc U10) lµ tèc ®é giã t¹i ®é cao 10 m trªn mùc níc

biÓn.

• §µ giã hoÆc chiÒu dµi ®µ giã, ký hiÖu D hoÆc F (Fetch) ( x¸c ®Þnh theo 2.13)

• Thêi gian giã thæi (thêi gian kÐo dµi cña giã), ký hiÖu t, lµ thêi gian t¹o sãng

ph¸t triÓn. Trong tÝnh to¸n cÇn x¸c ®Þnh tmin, nghÜa lµ thêi gian ®Ó sãng ph¸t triÓn hoµn

toµn, chiÒu cao sãng vµ chu kú sãng ®¹t tíi gi¸ trÞ kh«ng ®æi (xem môc 2.14).

• Híng giã chÝnh (híng giã thæi), çc sãng ®îc gi¶ thiÕt lµ truyÒn theo híng

giã thæi, mÆc dï ë biÓn sãng cã thÓ truyÒn víi gãc 450 so víi híng giã chÝnh.

2.3.3. X¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng theo tiªu chuÈn ViÖt Nam

Çc th«ng sè sãng chñ yÕu, sö dông trong thiÕt kÕ çc c«ng tr×nh biÓn nãi chung lµ chiÒu cao sãng, chu kú sãng, chiÒu dµi sãng, ®é vît cao cña ®Ønh sãng trªn mùc níc

tÝnh to¸n trong tõng vïng.

1. X¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng vïng níc s©u

a) Trêng hîp giã thæi th¼ng gãc hay gÇn th¼ng gãc víi ®êng bê (bê biÓn th¼ng, kh«ng bÞ

®¶o ¸n ng÷), sö dông ®å thÞ h×nh 2.5, t×m ®îc çc th«ng sè sãng vïng níc s©u nh sau:

• ChiÒu cao trung b×nh vµ chu kú trung b×nh cña sãng

• ChiÒu cao sãng cã møc ®¶m b¶o i% x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

i% i 0H k H= (2.9)

ki hÖ sè ®¶m b¶o i%, phô thuéc vµo tû sè gD/Vw2 cho trªn h×nh 2.6.


3


4

• §é cao cña ®Ønh sãng trªn mùc níc tÝnh to¸n η ®îc x¸c ®Þnh theo h×nh 2.7. øng víi

gi¸ trÞ i2

HgT

®· cho vµ tû sè 0

d 0,5L

=

• ChiÒu dµi trung b×nh sãng vïng níc s©u : 2

0gTL2

=π

(2.10)

H×nh 2.6. §å thÞ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ çc hÖ sè ki H×nh 2.7. §å thÞ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ η/Hi (vïng

níc n«ng) vµ ηsur /Hi (vïng sãng vì)

b) Trêng hîp bê biÓn cã h×nh d¹ng phøc t¹p, çc th«ng sè sãng ®îc x¸c ®Þnh t¬ng tù

nh trêng hîp tÝnh ®µ giã. Tia chÝnh lµ ®êng th¼ng tõ ®iÓm tÝnh sãng ®Õn bê cã ph¬ng

trïng víi híng giã, vÏ thªm 3 tia víi bíc gãc ∆α = 22,50 vÒ hai phÝa cña tia chÝnh,

chiÒu dµi çc tia ký hiÖu Ln (n = ± 2, ± 3, ±4) . §µ giã tÝnh to¸n Dn lµ h×nh chiÕu cña Ln lªn tia chÝnh (h×nh 2.8). C¨n cø vµo tèc ®é giã Vw vµ Dn ®· biÕt, x¸c ®Þnh çc gi¸ trÞ nH

theo h×nh 2.5 nh trêng hîp a). ChiÒu cao trung b×nh cña sãng ë vïng níc s©u khi bê

biÓn cã h×nh d¹ng phøc t¹p x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

2 2 2 2 2 2 21 2 2 3 3 4 4H 0,1 25H 21(H H ) 13(H H ) 3,5(H H )− − −= + + + + + + (2.11)

c) Trêng hîp bê biÓn cã nhiÒu ®¶o ¸n ng÷ Gi¶ sö phÝa tríc ®iÓm tÝnh to¸n cã nhiÒu vËt c¶n d¹ng ®¶o víi kÝch thíc gãc nχ

cña çc ®¶o nhá h¬n 22,50. Tõ ®iÓm tÝnh to¸n, t¹o n h×nh qu¹t víi hai c¹nh h×nh qu¹t n»m

çch tia chÝnh mét gãc ± 11,250 (h×nh 2.9). ChiÒu cao trung b×nh cña sãng trong h×nh qu¹t

n ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: n nk l

2 2n ni ni nj nj

i 1 j 1H H H

= == χ + ν∑ ∑ (2.12)


5

H×nh 2.8. S¬ ®å x¸c ®Þnh chiÒu cao sãng ®èi víi bê biÓn phøc t¹p

c) Trêng hîp bê biÓn cã nhiÒu ®¶o ¸n ng÷ Gi¶ sö phÝa tríc ®iÓm tÝnh to¸n cã nhiÒu vËt c¶n d¹ng ®¶o víi kÝch thíc gãc nχ

cña çc ®¶o nhá h¬n 22,50. Tõ ®iÓm tÝnh to¸n, t¹o n h×nh qu¹t víi hai c¹nh h×nh qu¹t n»m

çch tia chÝnh mét gãc ± 11,250 (h×nh 2.9). ChiÒu cao trung b×nh cña sãng trong h×nh qu¹t

n ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: n nk l

2 2n ni ni nj nj

i 1 j 1H H H

= == χ + ν∑ ∑ (2.12)

trong ®ã: • niχ - kÝch thíc gãc cña vËt c¶n thø i (i=1,2,3,…kn) vµ njν - kho¶ng hë thø j

(j=1,2,3,…ln), tÝnh cho gãc 22,50 cña h×nh qu¹t thø n. • niH - chiÒu cao trung b×nh cña sãng, x¸c ®Þnh tõ h×nh 2.5 víi tèc ®é giã VW (®· cho)

vµ ®µ giã Dni (h×nh chiÕu cña kho¶ng çch tõ ®iÓm tÝnh to¸n ®Õn vËt c¶n thø i lªn tia chÝnh). • njH - chiÒu cao trung b×nh cña sãng, x¸c ®Þnh tõ h×nh 2.5 víi ®µ giã Dnj (h×nh chiÕu

cña kho¶ng çch tõ ®iÓm tÝnh to¸n ®Õn bê khuÊt giã trong kho¶ng hë thø j lªn tia chÝnh).

H×nh 2.9. S¬ ®å x¸c ®Þnh chiÒu cao sãng ®èi víi bê biÓn cã nhiÒu ®¶o ¸n ng÷


6

Chó ý:

- Çc th«ng sè sãng ®îc x¸c ®Þnh theo vïng níc s©u khi 2w

gd 3V

≥ hoÆc 0Ld2

≥

- H×nh d¹ng ®êng bê ®îc coi lµ phøc t¹p nÕu Lmax / Lmin ≥ 2 víi Lmax lµ chiÒu dµi

tia dµi nhÊt, Lmin lµ chiÒu dµi tia ng¾n nhÊt trong sè çc tia vÏ tõ ®iÓm tÝnh to¸n sãng

trong ph¹m vi h×nh qu¹t ± 450 ë hai bªn tia chÝnh cho ®Õn ®iÓm giao c¾t víi ®êng bê

(h×nh 2.9), çc chíng ng¹i cã kÝch thíc t¹o gãc më ≤ 22,50 .

2. Çc th«ng sè sãng níc n«ng Khi sãng cha bÞ vì, sù thay ®æi çc th«ng sè sãng phô thuéc vµo ®é dèc ®¸y biÓn,

ký hiÖu i , ph©n thµnh 3 trêng hîp tÝnh to¸n:

a) Trêng hîp ®é dèc ®¸y biÓn nhá (i ≤ 0,001), çc gi¸ trÞ 2w

gHV

vµ w

gTV

®îc x¸c

®Þnh theo çc ®êng cong øng víi çc gi¸ trÞ 2w

gdV

(ë trôc tung bªn ph¶i) vµ gi¸ trÞ 2w

gDV

hoÆc w

gtV

(trªn trôc hoµnh) cña ®å thÞ h×nh 2.5.

b) Trêng hîp ®é dèc ®¸y biÓn lín (i ≥ 0,002), chiÒu cao sãng cã suÊt ®¶m b¶o i% t¹i vïng níc cã ®é s©u d x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

0iTRL%i HkkkkH = (2.13)

trong ®ã: kL - hÖ sè biÕn h×nh, lÊy theo ®êng cong 1 trªn h×nh 2.10

kR - hÖ sè khóc x¹, aa

kR0= ; víi a0 lµ kho¶ng çch gi÷a çc tia sãng c¹nh

nhau ë vïng níc s©u, a lµ kho¶ng çch gi÷a çc tia trªn nh÷ng ®iÓm vïng níc n«ng. S¬ ®å vµ ®å thÞ ®Ó dùng mÆt b»ng khóc x¹ cho trªn h×nh 2.11 (22TCN.222.95). Cã thÓ tÝnh to¸n khóc x¹ theo mét sè tµi liÖu kh¸c.

kT - hÖ sè tæng hîp çc tæn thÊt, lÊy theo b¶ng 2. 7 ; khi i ≥ 0,03 th× lÊy kT = 1 ki - hÖ sè ®¶m b¶o chiÒu cao sãng i%, cho trªn h×nh 2.5

H×nh 2.10. §å thÞ x̧ c ®Þnh hÖ sè kL vµ ®¹i lîng d/L


7

B¶ng 2.7 . HÖ sè tæng hîp c¸c tæn thÊt kT

§é s©u t¬ng ®èi

d/L0

HÖ sè kT

i= 0,025 i= 0,02 ÷0,002

0,01

0,02

0,03

0,04

0,06

0,08

0,1

0,2

0,3

0,4

≥0,5

0,02

0,85

0,87

0,89

0,90

0,92

0,93

0,96

0,98

0,99

1,00

0,66

0,72

0,76

0,78

0,81

0,84

0,86

0,92

0,95

0,98

1,00

H×nh 2.11. S¬ ®å vµ ®å thÞ dùng mÆt b»ng khóc x¹

c) Trêng hîp sãng lan truyÒn tõ vïng níc n«ng cã ®é dèc ®¸y i ≤ 0,001 vµo vïng cã

®é dèc ®¸y i ≥ 0,002 th× c¸c th«ng sè sãng cã trÞ sè b»ng gi¸ trÞ trung b×nh cña kÕt qu¶

tÝnh øng víi hai ®é dèc ®¸y trªn (trêng hîp a, b) hoÆc tÝnh theo (2.13).


8

Chó ý:

- X¸c ®Þnh chiÒu cao trung b×nh cña sãng níc n«ng t¹i vïng cã ®é s©u níc d cÇn tháa

m·n ®iÒu kiÖn 0Ld2

≤ , ®ång thêi d ph¶i lín h¬n ®é s©u sãng b¾t ®Çu bÞ vì (dcr).

- ChiÒu dµi sãng truyÒn tõ vïng níc s©u vµo níc n«ng ®îc x¸c ®Þnh theo h×nh

2.6, trong ®ã chu kú sãng ®îc lÊy b»ng chu kú sãng vïng níc s©u.

3. Çc th«ng sè sãng vì

Sãng vì xuÊt hiÖn khi ®é dèc sãng vît qu¸ ®é dèc sãng giíi h¹n 71

LH

≥=δ

Sãng vì cã thÓ x¶y ra t¹i tÊt c¶ çc vïng níc cã ®é s©u kh¸c nhau. ë çc vïng

níc s©u (d/L >0,5), khi tÝnh to¸n thêng bá qua ¶nh hëng cña ®¸y biÓn. ë vïng níc

trung gian (0,05 <d/L <0,5), ®Æc biÖt lµ vïng níc n«ng (d/L <0,05), viÖc tÝnh to¸n sãng

vì lµ b¾t buéc.

Hai ®Æc trng c¬ b¶n cña sãng vì lµ ®é s©u sãng vì vµ chiÒu cao sãng vì. TÝnh

to¸n sãng vì lµ x¸c ®Þnh hai ®Æc trng c¬ b¶n trªn trong vïng sãng vì (vïng ®îc x¸c

®Þnh tõ vÞ trÝ b¾t ®Çu x¶y ra hiÖn tîng sãng vì ®Õn vÞ trÝ sãng vì lÇn cuèi trong qu¸ tr×nh

sãng lan truyÒn vµo bê).

Theo Tiªu chuÈn ViÖt Nam, tÝnh to¸n sãng vì ®îc thùc hiÖn b»ng çc ®å thÞ nh

sau:

• X¸c ®Þnh ®é s©u l©m giíi t¹i vÞ trÝ sãng vì lÇn thø nhÊt (dcr)

BiÕt ®é dèc b·i biÓn i, thö ®óng dÇn theo tr×nh tù: gi¶ thiÕt mét d·y çc trÞ sè ®é

s©u d, x¸c ®Þnh çc gi¸ trÞ chiÒu cao sãng H vïng níc n«ng øng víi çc sè liÖu giã ®·

cho, råi theo çc ®êng cong 2, 3, 4 trªn h×nh 2.10 mµ t×m ®îc çc gi¸ trÞ dcr/L0 t¬ng

øng trªn trôc hoµnh, tõ ®ã cã çc gi¸ trÞ dcr. TrÞ sè dcr nµo trïng víi mét trong çc ®é s©u

d ®· gi¶ thiÕt sÏ lµ ®é s©u sãng vì tÝnh to¸n.

• X¸c ®Þnh ®é s©u l©m giíi t¹i vÞ trÝ sãng vì lÇn cuèi (dcru)

§é s©u t¹i vÞ trÝ sãng vì lÇn cuèi khi ®é dèc ®¸y kh«ng ®æi ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng

thøc: n 1

cru u crd k d−= (2.14)

trong ®ã: • ku - hÖ sè, cho trong b¶ng 2.8

• n - sè lÇn sãng vì (kÓ c¶ sãng vì lÇn thø nhÊt), lÊy víi çc sè 2,3 vµ 4 sao

cho tho¶ m·n bÊt ph¬ng tr×nh: 43,0k;43,0k 1n

u2n

u <≥ −− (2.15)

Chó ý : - Çc hÖ sè ku hoÆc tÝch sè çc hÖ sè kh«ng ®îc lÊy nhá h¬n 0,35.


9

- Khi ®é dèc ®¸y i >0,05 th× lÊy dcr = dcru

- Khi ®é dèc ®¸y thay ®æi, lÊy dcru theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n liªn tiÕp çc ®é s©u l©m

giíi ®èi víi çc ®o¹n cã ®é dèc ®¸y kh«ng ®æi.

B¶ng 2.8. HÖ sè ku

§é dèc ®¸y i 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05

HÖ sè ku 0,75 0,63 0,56 0,5 0,45 0,42 0,4 0,37 0,35

• ChiÒu cao sãng suÊt ®¶m b¶o 1% trong vïng sãng vì (Hsur1%) ®îc x¸c ®Þnh ®èi víi çc

®é dèc ®¸y i cho tríc theo çc ®êng cong 2, 3, 4 trªn h×nh 2.10. Çch x¸c ®Þnh lµ c¨n cø vµo gi¸ trÞ d/L0 ®· biÕt, t×m trÞ sè 2

sur1%H / gT trªn trôc tung, tõ ®ã tÝnh ra Hsur1%

• ChiÒu dµi sãng trung b×nh trong vïng sãng vì, ký hiÖu surL x¸c ®Þnh theo ®êng cong

bao trªn cïng h×nh 2.12 : tõ gi¸ trÞ d/L0 vµ 2i%H / gT ®· biÕt, t×m trÞ sè sur 0L / L , tõ ®ã tÝnh

ra surL . • ChiÒu cao ®Ønh sãng trªn mùc níc tÝnh to¸n, ký hiÖu csurη x¸c ®Þnh theo çc ®êng

cong trªn h×nh 2.6 øng víi çc gi¸ trÞ d/L0 vµ 2i%H / gT ®· biÕt.

Trong çc trêng hîp trªn, chu kú sãng T ®îc lÊy b»ng chu kú sãng ë vïng níc

s©u.

H×nh 2.12. §å thÞ x¸c ®Þnh chiÒu dµi sãng vïng níc n«ng vµ vïng sãng vì


10

2.3.4. X¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng theo ph¬ng ph¸p thèng kª

1. Thèng kª sãng theo sè liÖu quan s¸t

Quy ph¹m ë çc níc ph¬ng T©y thêng sö dông chiÒu cao sãng x¸c ®Þnh tõ

ph©n tÝch thèng kª çc sè liÖu thùc ®o hoÆc çc sè liÖu thu thËp trong nhiÒu n¨m. Gi¶ sö

sè liÖu thu ®îc cña mét tr¹ng th¸i biÓn cùc h¹n gåm N con sãng liªn tôc vµ riªng biÖt,

s¾p xÕp chiÒu cao N con sãng ®ã theo thø tù gi¶m dÇn (hoÆc t¨ng dÇn), çc ®Æc trng cña

chiÒu cao sãng thèng kª ®îc ®Þnh nghÜa nh sau:

• ChiÒu cao sãng cã ý nghÜa hay chiÒu cao sãng 1/3, ký hiÖu H1/3 , lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña

1/3 sè sãng cã chiÒu cao lín nhÊt trong liÖt çc gi¸ trÞ thùc ®o.

• ChiÒu cao sãng trung b×nh H lµ trung b×nh céng chiÒu cao cña N con sãng quan s¸t

®îc, x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:

∑=

=N

1iiH

N1H (2.16

Víi Hj lµ chiÒu cao con sãng thø j quan s¸t ®îc

• ChiÒu cao sãng ®¶m b¶o Hn% lµ chiÒu cao trung b×nh cña n% con sãng lín nhÊt trong

liÖt çc gi¸ trÞ thùc ®o, vÝ dô H10% lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña N/10 con sãng lín nhÊt trong

liÖt sè liÖu ®· s¾p xÕp.

2. Thèng kª chiÒu cao sãng trong tr¹ng th¸i biÓn ng¾n h¹n

• Tr¹ng th¸i biÓn ng¾n h¹n lµ tr¹ng th¸i biÓn ®îc xem xÐt trong mét thêi gian t¬ng ®èi

ng¾n (thêng tÝnh theo mét c¬n b·o hoÆc tÝnh trong vµi giê). Trong kho¶ng thêi gian nµy,

chiÒu cao sãng tu©n theo luËt ph©n bè Rayleigh:

( )

−= 2

2i

2i

i HHexp

HH2Hp (2.17)

( )

σ−

σ=

ηη2

2i

2i

i 8Hexp

2HHp (2.18)

trong ®ã:

[ ]

2i i2

i

(H ) f (H )H

f (H )

=∑

∑ (2.19)

Hi - chiÒu cao çc con sãng thùc ®o

f(Hi) - sè lÇn xuÊt hiÖn con sãng thø i

ησ - ph¬ng sai cña çc gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®é lÖch mÆt sãng trªn mùc níc tÜnh η

• X¸c xuÊt ®Ó çc gi¸ trÞ chiÒu cao sãng H lín h¬n gi¸ trÞ Hi nµo ®ã x¸c ®Þnh theo c«ng

thøc:


11

i 2 2i

2 2i

HH / Hi

i 20

H / H

2Hp(H H ) 1 eH

e

−

−

> = −

=

∫ (2.20)

• ChiÒu cao sãng Hrms (root-mean-square height) cã gi¸ trÞ: 2

rmsH H= (2.21)

KÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n çc sè liÖu thùc ®o theo quy luËt ph©n bè

Rayleigh cho quan hÖ gÇn ®óng nh sau: Hs = 1,416 Hrms rms2 H≈

H1% = 2,36 Hrms (2.22)

H10% = 1,8 Hrms

H = 0,886 Hrms

Trong ®ã: Hs- chiÒu cao sãng ®¸ng kÓ (chiÒu cao trung b×nh cña 1/3 sè sãng cã

chiÒu cao lín nhÊt trong b¶n ghi sãng cña tr¹ng th¸i biÓn ng¾n h¹n).

Khi gi¸ trÞ trung b×nh cña η ®îc thõa nhËn b»ng kh«ng, kÕt qu¶ tÝnh to¸n cho thÊy

sù liªn hÖ gi÷a chiÒu cao sãng ®¸ng kÓ Hs víi ση trong (2.18) nh sau:

Hs = 4 ση (2.23)

3. X¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng theo phæ n¨ng lîng sãng

Thèng kª sè liÖu quan tr¾c thùc ®o cho thÊy tung ®é cña mÆt sãng biÓn (®é chªnh

mÆt sãng so víi mùc níc tÜnh) biÕn ®æi ngÉu nhiªn theo kh«ng gian vµ thêi gian, ký hiÖu

η(x,y,z,t). Trong mét tr¹ng th¸i biÓn ng¾n h¹n, gi¶ sö nh trong mét c¬n b·o, çc th«ng sè

sãng cã gi¸ trÞ lín vµ rÊt kh¸c nhau. Do kÝch ®éng cña sãng truyÒn tíi tõ çc vïng kh¸c

nhau trong miÒn cã b·o lµ kh«ng ®ång pha vµ lµ ®éng lùc g©y ra sù biÕn ®æi ngÉu nhiªn

cña ®é cao mÆt sãng η trªn mùc níc tÜnh. Sù biÕn ®æi nµy ®îc m« t¶ nh tæng v« h¹n

çc sãng ®iÒu hßa víi çc ®é lÖch pha ngÉu nhiªn:

( )N

i i ii 1

(t) a cos t=

η = ω − ϕ∑ (2.24)

trong ®ã ai , ωi , ϕi lµ biªn ®é, tÇn sè vßng vµ pha cña con sãng thø i.

Khi gi¸ trÞ trung b×nh cña biªn ®é sãng a trong b¶n ghi sãng ®îc thõa nhËn b»ng

kh«ng, ph¬ng sai cña biªn ®é sãng a viÕt díi d¹ng: N

2 2i

i 1

1 a2 =

σ = ∑ (2.25)

N¨ng lîng sãng, ký hiÖu E, lµ hµm cña chiÒu cao sãng Hi hoÆc ®é cao mÆt sãng

ηi , cã gi¸ trÞ:


12

N

ii 1

g 1E H8 N =

ρ= ∑ (2.26)

hoÆc: N

2i

i 1

gE2 =

ρ= η∑ (2.27)

Biªn ®é sãng ai cã liªn quan ®Õn tÇn sè sãng ω i , trong kho¶ng ∆ω bÐ gÇn víi gi¸

trÞ ωi , quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i lîng trªn thÓ hiÖn theo biÓu thøc: 2i

i i ia E( ). S2

= ω ∆ω = ∆ω (2.28)

trong ®ã: Si lµ hµm cña tÇn sè, cã tªn gäi lµ phæ biªn ®é sãng hay lµ phæ n¨ng lîng

sãng, ký hiÖu Sηη(ω), ®îc x¸c ®Þnh cho mét tr¹ng th¸i biÓn ng¾n h¹n. Phæ biªn ®é sãng

tu©n theo luËt ph©n bè Rayleigh cã d¹ng tæng qu¸t:

45

AS ( ) exp[ B/ ]ηη ω = − ωω

(2.29)

=

=

2 4s s

4s

A 173(H ) / T

B 691/ T

Trong ®ã: Hs - chiÒu cao sãng ®¸ng kÓ, t¬ng øng cã chu kú sãng ®¸ng kÓ Ts

Theo (2.27) vµ (2.24) biÓu thøc (2.25) cã thÓ viÕt l¹i díi d¹ng:

2

0

E( )d∞

σ = ω ω∫ (2.30)

ChiÒu cao sãng ®¸ng kÓ theo phæ n¨ng lîng sãng, ký hiÖu moH cã gi¸ trÞ :

moH 4= σ (2.31)

Tõ (2.22) cã s rmsH 2 H≈ , tõ ®ã t×m ®îc quan hÖ gi÷a σ vµ Hrms :

σ ≈ rms0,25 2 H hoÆc rmsH 2 2= σ (2.32)

Chó ý r»ng ë vïng níc s©u, moH cã gi¸ trÞ gÇn b»ng Hs , khi tÝnh to¸n gÇn ®óng

thêng lÊy moH = Hs, nhng ë vïng níc n«ng, do sãng chÞu ¶nh hëng cña ma s¸t ®¸y

biÓn, chiÒu cao sãng ®¸ng kÓ Hs cã gi¸ trÞ t¨ng dÇn so víi moH (lín nhÊt kho¶ng 30%)

tríc khi sãng bÞ vì (h×nh 2.12). Do vËy, cÇn ph©n biÖt râ ý nghÜa cña c¸c ®¹i lîng ®Æc

trng chiÒu cao sãng khi tÝnh to¸n sãng.


13

H×nh 2.12. Quan hÖ gi÷a HS vµ moH

4. X¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng theo çc c«ng thøc gÇn ®óng

Çc c«ng thøc tÝnh to¸n sãng díi ®©y ®îc lÊy tõ tµi liÖu “ CÈm nang b¶o vÖ bê”

cña Mü [6] vµ ®· ®îc sö dông phæ biÕn trong tÝnh to¸n, thiÕt kÕ çc c«ng tr×nh ven biÓn ë

çc níc ph¬ng T©y. Çc c«ng thøc nµy ®îc thiÕt lËp theo phæ n¨ng lîng sãng cña

Pierson-Moskowitz (1964), sau nµy ®îc bæ sung, hiÖu chØnh vÒ lý thuyÕt vµ kiÓm nghiÖm

theo nh÷ng sè liÖu ®o trªn thùc tÕ còng nh trong phßng thÝ nghiÖm.

Sè liÖu ®a vµo lµ çc th«ng sè giã, bao gåm: tèc ®é giã U, ®µ giã F vµ thêi gian

giã thæi t. §Çu ra lµ çc th«ng sè sãng cÇn t×m, thêng lµ chiÒu cao sãng ®¸ng kÓ Hmo vµ

chu kú ®Ønh phæ Tm.

KÕt qu¶ tÝnh to¸n kh¸ phï hîp trong çc ®iÒu kiÖn sau:

- §Þa h×nh khu vùc tÝnh sãng t¬ng ®èi ®¬n gi¶n (®êng bê t¬ng ®èi th¼ng vµ

kh«ng bÞ che ch¾n).

- Tèc ®é giã thæi qua khu vùc tÝnh sãng ®îc gi¶ thiÕt lµ kh«ng ®æi hoÆc thay ®æi

víi gi¸ trÞ nhá h¬n ± 2,5 m/s so víi gi¸ trÞ tèc ®é giã trung b×nh.

- Híng giã thæi kh«ng ®æi hoÆc thay ®æi víi gi¸ trÞ nhá h¬n ± 150 so víi híng

giã chÝnh.

- §µ giã t¬ng ®èi ng¾n ( ≤ 80 ÷ 120km).


14

- Thêi gian giã thæi ®ñ dµi ®Ó sãng ph¸t triÓn æn ®Þnh. Thêi gian tèi thiÓu ®èi víi

vïng níc cã ®µ giã giíi h¹n cÇn kiÓm tra theo c«ng thøc (2.35), ®èi víi vïng níc cã ®µ

giã kh«ng h¹n chÕ, cÇn kiÓm tra theo (2.38). Khi xem xÐt cho mét c¬n b·o, thêng lÊy t =

6giê.

Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n bao gåm çc bíc:

• X¸c ®Þnh çc th«ng sè giã

- Tèc ®é giã tÝnh to¸n lµ tèc ®é giã ®o t¹i cao ®é 10m (cao ®é mÆt ®Êt so víi mùc níc biÓn trung b×nh nhiÒu n¨m), ký hiÖu lµ 10U (m/s).

Trêng hîp tèc ®é giã ®o t¹i ®é cao z(m), ký hiÖu U(z) , cÇn tÝnh chuyÓn sang tèc ®é

giã t¹i ®é cao 10m theo biÓu thøc:

17

10 (z)10U Uz

=

(2.33)

- Tèc ®é giã hiÖu chØnh, ký hiÖu AU , lµ tèc ®é giã tÝnh ®Õn sù chªnh lÖch gi÷a nhiÖt

®é kh«ng khÝ trªn ®Êt liÒn vµ trªn biÓn:

1,23

A T 10U 0,71(R U )= (2.34)

trong ®ã TR lµ hÖ sè hiÖu chØnh, x¸c ®Þnh theo ®å thÞ h×nh 2.13. Khi kh«ng cã sè

liÖu, cã thÓ lÊy TR =1,1.

H×nh 2.13. §å thÞ hÖ sè ®iÒu chØnh TR

- ChiÒu dµi ®µ giã F (km) cã thÓ tÝnh gÇn ®óng b»ng çch lÊy kho¶ng çch däc

theo trôc cña híng giã tíi bê ®èi diÖn hoÆc biªn ®èi diÖn (h×nh 2. 2) hoÆc theo b¶ng 2.3,

b¶ng 2.4.

• C«ng thøc tÝnh to¸n cho vïng níc s©u


15

- Trêng hîp ®µ giã bÞ h¹n chÕ, gi¸ trÞ chiÒu cao sãng ®¸ng kÓ Hmo, chu kú ®Ønh

phæ sãng Tm vµ thêi gian giã thæi t ®îc x¸c ®Þnh theo çc c«ng thøc sau: 12

3mo2 2A A

gH gF1,6.10U U

− =

13

1m2

A A

gT gF2,857.10U U

− =

(2.35)

23

2A A

gt gF68,8U U

=

- Trêng hîp sãng ph¸t triÓn hoµn toµn, çc c«ng thøc trªn cã d¹ng:

1mo2A

gH 2,433.10U

−=

m

A

gT 8,134U

= (2.36)

4

A

gt 7,15.10U

=

Chó ý lµ T1/3 hoÆc Ts chØ b»ng 0.95 chu kú ®Ønh phæ Tm. Çc c«ng thøc trªn cho

thÊy, ë vïng níc s©u, khi ®é s©u níc kh«ng ®æi, sãng chØ cßn phô thuéc vµo çc gi¸ trÞ

cña çc th«ng sè giã.

H×nh 2.14. §å thÞ dù b¸o chiÒu cao sãng do giã (vïng níc cã ®é s©u kh«ng ®æi)


16

H×nh 2.15. §å thÞ dù b¸o chu kú sãng do giã (vïng níc cã ®é s©u kh«ng ®æi)

• C«ng thøc tÝnh to¸n cho vïng níc n«ng 1

3 2 2A4

2 2 32A A 4A

gH gd 0,00565(gF / U )0,283tanh[0,53( ) ]tanhU U

tanh[0,53(gd / U ) ]

=

(2.37) 1

3 2 3A8

2 3A A 2 8

A

gT gd 0,0379(gF/ U )7,54 tanh[0,833( ) ] tanhU U

tanh[0,833(gd / U ) ]

=

Çc gi¸ trÞ dù b¸o chiÒu cao sãng tÝnh theo c«ng thøc (2.35), (2.36), (2.37) vµ mét

sè trêng hîp giíi h¹n ®èi víi vïng cã ®é s©u níc kh«ng ®æi ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh

2.14. T¬ng tù, çc gi¸ trÞ dù b¸o chu kú sãng theo çc c«ng thøc trªn thÓ hiÖn trªn h×nh

2.15 .

2.4.4. X¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng theo biÓu ®å Hindcast [ 6 ]

Çc th«ng sè sãng ®îc x¸c ®Þnh ®èi víi vïng níc s©u, sau ®ã ®îc ph©n tÝch,

quy ®æi, hiÖu chØnh cho çc sãng lan truyÒn vµo bê. Çc biÓu ®å Hindcast cho kÕt qu¶ chiÒu cao sãng vµ chu kú sãng khi biÕt çc ®iÒu kiÖn giã (tèc ®é giã AU , thêi gian t¸c

®éng cña giã t vµ chiÒu dµi ®µ giã F) t¹i ®é s©u níc khu vùc tÝnh to¸n.

1. X¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng trong vïng níc s©u

§èi víi vïng biÓn níc s©u (®é s©u níc d >15m), çc th«ng sè sãng ®îc xem

nh kh«ng bÞ ¶nh hëng do thay ®æi ®é s©u, sö dông ®å thÞ h×nh 2. 16.


17

H×nh 2.16. §å thÞ x¸c ®Þnh th«ng sè sãng níc s©u (d>1,5m)

- Trêng hîp vïng biÓn cã ®µ giã h¹n chÕ, t×m gi¸ trÞ ®µ giã F (trªn trôc hoµnh) vµ tèc ®é giã hiÖu chØnh AU (trªn trôc tung), giao cña hai ®êng nµy trªn biÓu ®å cho çc gi¸

trÞ cña HS vµ TS - Trêng hîp vïng biÓn cã thêi gian giã bÞ h¹n chÕ, lÊy gi¸ trÞ AU trªn trôc tung

cña biÓu ®å vµ tiÕn ®Õn giao ®iÓm cña thêi gian giã b·o.

2. X¸c ®Þnh th«ng sè sãng trong vïng níc n«ng

§èi víi vïng cã ®é s©u níc nhá (d ≤ 15m) sö dông çc biÓu ®å tõ h×nh 2.17 ®Õn

h×nh 2.26. Trªn çc biÓu ®å thÓ hiÖn çc gi¸ trÞ HS , TS vµ thêi gian giã thæi tèi thiÓu tmin.

H×nh 2.17. §å thÞ x¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng trong vïng níc cã ®é s©u d=1,5m


18





19





20

H×nh 2.24. §å thÞ x¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng trong vïng níc cã ®é s©u d=12m

H×nh 2.25. §å thÞ x¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng trong vïng níc cã ®é s©u d=13,,5m

H×nh 2.26. §å thÞ x¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng trong vïng níc cã ®é s©u d=15m

3. X¸c ®Þnh th«ng sè sãng trong vïng níc cã ®é s©u thay ®æi

Trong vïng biÓn cã ®é s©u níc thay ®æi mét çch ®¸ng kÓ, çc th«ng sè sãng tÝnh

to¸n ®îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng nh sau:

- Chia ®µ giã thµnh nh÷ng kho¶ng riªng biÖt F1, F2,… Fn øng víi çc ®é s©u kh«ng

®æi d1, d2, …dn


21

- Dïng biÓu ®å h×nh 2.14 vµ 2.15 ®Ó x¸c ®Þnh HS vµ TS cho kho¶ng ®µ giã ®Çu

tiªn F1 t¬ng øng víi ®é s©u níc d ®· chia.

- Céng ®µ giã F1 vµ F2 ®Ó tÝnh cho kho¶ng thø hai

- LÆp l¹i qu¸ tr×nh nµy cho tÊt c¶ çc kho¶ng ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu cao sãng HS t¹i cuèi

mçi kho¶ng. Chu kú sãng TS vµ thêi gian tèi thiÓu tmin ®îc lÊy b»ng gi¸ trÞ thu ®îc ë

cuèi kho¶ng ®µ giã cuèi cïng.

4. X¸c ®Þnh çc th«ng sè sãng trong vïng sãng vì

a. Çc d¹ng sãng vì

Sãng vì xuÊt hiÖn ë vïng níc s©u (d/L >0,5) thêng x¶y ra ë çc vïng xa bê,

trêng hîp tæng qu¸t thêng bá qua ¶nh hëng cña ®¸y biÓn. Thùc tÕ, ë ngoµi kh¬i mÆt

sãng thêng cã xu híng ®æ vÒ phÝa tríc, khi gÆp giã vµ dßng ch¶y cã chiÒu ngîc víi

chiÒu truyÒn sãng th× ®é nhän cña ®Ønh sãng t¨ng lªn. Khi gãc ®Ønh sãng nhän vît qu¸

giíi h¹n cho phÐp th× sãng bÞ vì.

Trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng tr×nh ven bê, cÇn quan t©m ®Æc biÖt ®Õn trêng hîp

sãng vì lan truyÒn vµo vïng níc n«ng cã ®é s©u thay ®æi v× sãng vì trong trêng hîp

nµy thêng xuyªn x¶y ra vµ rÊt phøc t¹p. Sãng vì ®îc ph©n lo¹i theo h×nh d¹ng ®Ønh sãng

vµ mÆt sãng trong qu¸ tr×nh di chuyÓn, çc d¹ng vì chÝnh thÓ hiÖn trªn h×nh 2.27:

- Sãng nhµo (DÐferlement plongeant, Plunging)

- Sãng ®æ (DÐferlement dÐversant, DÐferlement glissant, Spilling)

- Sãng næ (DÐferlement gonflant, Surging)

Trong çc d¹ng sãng vì nªu trªn, sãng nhµo lµ

d¹ng sãng g©y mÊt æn ®Þnh cho c«ng tr×nh ven bê vµ

c«ng tr×nh b¶o vÖ bê. Nguy hiÓm nhÊt lµ vÞ trÝ c«ng

tr×nh l¹i n»m trong vïng sãng vì.

b. Çc ®Æc trng sãng vì

Hai ®Æc trng c¬ b¶n cña sãng vì lµ ®é s©u

sãng vì db vµ chiÒu cao sãng vì Hb. Çc ®Æc trng

nµy cã thÓ x¸c ®Þnh theo hai trêng hîp:

- Trêng hîp x¸c ®Þnh theo hai th«ng sè:

GODA (1970) cho biÓu ®å x¸c ®Þnh chiÒu

cao sãng vì Hb vµ ranh giíi chuyÓn tiÕp çc d¹ng

sãng vì (h×nh 2.28), gi¸ trÞ ®é s©u sãng vì db (h×nh


22

2.29) phô thuéc ®é dèc b·i biÓn m vµ c¸c ®Æc trng sãng ngoµi kh¬i H0, L0 , víi gi¶ thiÕt

trong qu¸ tr×nh lan truyÒn, chu kú sãng T kh«ng ®æi (T = T0). Trêng hîp kh«ng kÓ ®Õn

¶nh hëng khóc x¹, gi¸ trÞ Ho’ trªn trôc hoµnh lÊy gÇn ®óng b»ng Ho.

H×nh 2.28. §å thÞ x¸c ®Þnh chiÒu cao sãng vì (GODA 1970)


23

H×nh 2.29. §å thÞ x¸c ®Þnh ®é s©u sãng vì (GODA 1970)

- Trêng hîp x¸c ®Þnh theo mét th«ng sè: Battjes ®· ph©n lo¹i sãng vì theo th«ng

sè ®Æc trng ξ :

00 / LH

m=ξ (2.38)

Khi m = ÷15

120

, trÞ sè ξ giíi h¹n theo (2.41) ®èi víi tõng lo¹i sãng vì cho trong

b¶ng 2.7.

B¶ng 2.7. §Æc trng ph©n lo¹i sãng vì [4]

Sãng ®æ Sãng nhµo Sãng næ

ξ0 ξ0 < 0,5 0,5 < ξ0 < 3,2 ξ0 > 3,2

ξb ξb< 0,4 0,4 ξb< 2 ξb> 2

Trong ®ã:

0000 / δ

ξm

LHm

== (2.39)

0/ LHm

bb =ξ (2.40)


24

- Irribaren ®· ®a ra tiªu chuÈn giíi h¹n xuÊt hiÖn sãng vì: ξ<2,3, t¬ng ®¬ng víi

®iÒu kiÖn: 2b

0

H0,19tg

L> α , trong ®ã α lµ gãc nghiªng ®¸y biÓn so víi ph¬ng n»m ngang.

c. X¸c ®Þnh çc ®Æc trng sãng vì lªn kÕt cÊu c«ng tr×nh

Sãng sÏ gi¶i phãng nhiÒu n¨ng lîng trong qu¸ tr×nh sãng bÞ vì, do vËy nÕu c«ng

tr×nh ®Æt trong miÒn sãng vì th× rÊt nguy hiÓm, ®Æc biÖt lµ trong vïng sãng nhµo. Sãng

nhµo di chuyÓn vµo bê thêng tr¶i qua 4 giai ®o¹n (h×nh 2.30).

H×nh 2.30. Sù di chuyÓn cña sãng nhµo

ý nghÜa cña çc ký hiÖu trªn h×nh 2.30 nh sau:

• VÞ trÝ:

� VÞ trÝ b¾t ®Çu cã hiÖn tîng mÊt æn ®Þnh.

� VÞ trÝ sãng vì, ®Æc trng bëi mét phÇn mÆt tríc cña sãng cã d¹ng th¼ng ®øng.

� VÞ trÝ n¬i cã ®Ønh sãng nhµo xuèng vµ ch¹m tíi ®¸y biÓn.

� VÞ trÝ toµn bé sãng bß s¸t bÒ mÆt cña b·i biÓn.

Vïng bê, phÝa sau vÞ trÝ � ®îc coi lµ ngoµi ph¹m vi ¶nh hëng cña sãng vì.

• Kho¶ng çch:

xa - ph¹m vi tiÕp cËn vÞ trÝ sãng nhµo

xp - ph¹m vi sãng bÞ ®æ nhµo

xs - ph¹m vi sãng tan

xp + xs - ph¹m vi di chuyÓn cña sãng nhµo

T¬ng øng cã çc trÞ sè kho¶ng çch t¬ng ®èi:

aa

b

x

Hτ = , p

pb

x

Hτ = , s

sb

x

Hτ = (2.41)

Khi c«ng tr×nh ®Æt trong vïng sãng nhµo th× ph¶i quan t©m ®Õn çc ®¹i lîng:


25

bb

b

pp

b

d

H

x

H

β =

τ = (2.42)

KÕt qu¶ thùc nghiÖm cña Galvin (1969) cho thÊy ph¹m vi di chuyÓn sãng nhµo

xp=τp Hb = (4÷9,25)mHb ⇒ τp = (4,0÷9,25)mHb vµ víi m lµ ®é dèc b·i. Trong thiÕt kÕ, thêng cho r»ng sãng vì cã t¸c ®éng cùc ®¹i vµo c«ng tr×nh khi

chiÒu cao sãng vì cã gi¸ trÞ cùc ®¹i, v× vËy cÇn x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cùc ®¹i cña chiÒu cao sãng

vì t¹i ch©n c«ng tr×nh. Bµi to¸n ®îc gi¶i theo hai bíc:

- Bíc 1: x¸c ®Þnh çc ®Æc trng sãng vì db, Hb theo ®å thÞ h×nh 2.29 vµ 2.28 khi

biÕt chiÒu cao sãng ngoµi kh¬i H0, chu kú sãng T vµ ®é dèc b·i m. NÕu sãng vì thuéc lo¹i

sãng nhµo (Plunging) th× tÝnh tiÕp bíc 2.

- Bíc 2: x¸c ®Þnh chiÒu cao sãng vì cùc ®¹i t¹i ch©n c«ng tr×nh khi biÕt chu kú

sãng T, ®é dèc b·i biÓn m vµ çc ®Æc trng sãng vì db, Hb (kÕt qu¶ ®· tÝnh ë bíc 1):

Sö dông ®å thÞ Weggel (h×nh 2.31), trong ®ã:

+ ds - ®é s©u níc t¹i vÞ trÝ x¸c ®Þnh sãng vì cùc ®¹i (ch©n c«ng tr×nh)

ds = db - xbm (2.42)

+ Çc ®êng cong trªn h×nh 2.29 quan hÖ gi÷a db vµ Hb x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

)gT/aH(b

1Hd

Hd

2bb

b

b

b

−=

)e1(75,43a m19−−= (2.43)

)e1(

56,1b m5,19−+=


26

H×nh 2.31. §å thÞ x¸c ®Þnh chiÒu cao sãng vì t¹i ch©n c«ng tr×nh (Weggel 1972)

2.4. Dßng ch¶y

Dßng ch¶y vïng ven biÓn lµ dßng ch¶y tæng hîp cña mét sè dßng ch¶y thµnh

phÇn nh dßng triÒu, dßng ch¶y s«ng, dßng ven do sãng, dßng giã, dßng mËt ®é... . nhng

ë mét vïng ven biÓn nµo ®ã thêng chØ cã mét hoÆc hai dßng ch¶y thµnh phÇn chiÕm u

thÕ. Trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ thêng quan t©m ®Õn lo¹i dßng ch¶y cã t¸c ®éng ®¸ng kÓ lªn

c«ng tr×nh vµ ¶nh hëng ®Õn sù vËn chuyÓn bïn c¸t vïng ven bê, chñ yÕu lµ dßng ch¶y do

sãng. C¸c trêng hîp tÝnh to¸n chñ yÕu nh sau:

2.4.1. Dßng ch¶y gÇn bê do sãng kh«ng vì

Theo lý thuyÕt sãng biªn ®é nhá:

• VËn tèc chuyÓn ®éng ngang cña chÊt ®iÓm níc do sãng g©y ra x¸c ®Þnh theo

c«ng thøc:

H gT cosh K(z d)u cos(Kx t)2 L cosh(Kd)

+= − ω (2.46)

• TrÞ sè vËn tèc cùc ®¹i ë vïng ®¸y (z=-d):


27

max( d)gH 1u2C cosh Kd− = (2.47)

trong ®ã:

u - vËn tèc chuyÓn ®éng ngang cña chÊt ®iÓm níc do sãng g©y ra

H, L , T, C - chiÒu cao, chiÒu dµi, chu kú vµ vËn tèc lan truyÒn sãng

k, ω - sè sãng, tÇn sè vßng cña sãng ( k = 2 π/L; ω= 2π/T)

t, g, d - thêi gian, gia tèc träng trêng, ®é s©u níc

ν - hÖ sè ®éng häc nhít cña níc, ν=10-6 m2/s ë nhiÖt ®é 200C

z, x - täa ®é th¼ng ®øng vµ n»m ngang, ®iÓm 0 t¹i mÆt níc, chiÒu d¬ng

híng lªn trªn

• ë vïng níc rÊt c¹n, khi d << L :

max( d)H gd

u2d− = (2.48)

Çc gi¸ trÞ vËn tèc trªn liªn quan ®Õn sù di chuyÓn vµ quÊy xíi bïn çt ®¸y vïng

ven bê, mét yÕu tè ¶nh hëng lín ®Õn sù æn ®Þnh b·i vµ ch©n c«ng tr×nh b¶o vÖ bê.

Sau ®©y lµ mét sè kÕt qu¶ nghiªn cøu cã thÓ tham kh¶o sö dông khi xem xÐt ¶nh

hëng ®Õn ®é æn ®Þnh cña b·i biÓn díi t¸c dông dßng ch¶y ®Õn sù vËn chuyÓn bïn çt.

1. ¶nh hëng cña ®é dèc b·i biÓn

B·i biÓn ®îc coi lµ æn ®Þnh khi ®êng kÝnh trung b×nh t¹i b·i t¬ng øng víi ®é

dèc b·i biÓn hay ®é s©u níc ( b¶ng )

B¶ng Quan hÖ gi÷a ®é dèc b·i biÓn vµ ®êng kÝnh h¹t

§êng kÝnh h¹t (mm) 0,1 0,2 0,4 0,8 1,5 3 30 150

§é dèc b·i (®é) 1 3 5 7 9 11 17 24

2. ¶nh hëng cña ®é s©u níc

VËn tèc trung b×nh cã thÓ kÐo çc h¹t dÞch chuyÓn theo çc ®é s©u níc cho trªn h×nh 2.

TÝnh to¸n s¬ bé cã thÓ lÊy theo b¶ng

§é s©u níc (m) 0 -5 -10 -15 -30


28

§êng kÝnh h¹t (mm) 0,25÷0.40 0,15÷0,25 0,1÷0,15 0,05÷0.12 <0,05

2.4.2. Dßng ch¶y gÇn bê do sãng vì

Lo¹i dßng ch¶y nµy ¶nh hëng trùc tiÕp ®Õn chuyÓn ®éng bïn çt ven bê vµ diÔn

biÕn bê biÓn. Díi t¸c dông cña sãng vì, tïy thuéc vµo ®Þa h×nh, híng truyÒn sãng vµ

h×nh th¸i çc lo¹i sãng vì, dßng ch¶y vïng ven bê ®îc h×nh thµnh çc d¹ng kh¸c nhau

(dßng ch¶y däc bê, dßng ch¶y ngang bê, dßng ch¶y t¸ch bê… ). Çc kÕt qu¶ nghiªn cøu

vÒ tÝnh chÊt, sù ph©n bè vËn tèc trªn mÆt c¾t ngang, däc cña tõng lo¹i dßng ch¶y cã thÓ

tham kh¶o trong çc s¸ch chuyªn ngµnh [……], trong ®ã mét sè c«ng thøc tÝnh to¸n lý

thuyÕt dßng däc bê ®· ®îc kiÓm nghiÖm qua sè liÖu ®o ®¹c t¹i hiÖn trêng còng nh trªn

m« h×nh thÝ nghiÖm:

• C«ng thøc Eagleson, P.S (1965) 12

b b b bL

b 2

gH n sin sin sin 23V ( )8 d f

β α α=

(2.49)

trong ®ã:

b

bb

b

b

2b

2

4 dL1n 1 4 d2 sinh

L

df 2 lg 1,74−

π = +

π

= + ∆

• C«ng thøc J.Larrsa 3/1

b2b

L T2sinmgH

6,2V

α=

trong ®ã:

• VL - vËn tèc trung b×nh cña dßng däc bê

• Hb , Lb, db - chiÒu cao, chiÒu dµi , ®é s©u sãng vì

• β - gãc nghiªng cña ®¸y biÓn trong ®íi sãng vì

• αb - gãc nhän cña ®êng ®Ønh sãng vµ ®êng bê


29

• ∆- ®é nh¸m tuyÖt ®èi cña ®¸y biÓn; ®èi víi mÆt bª t«ng nh½n: ∆ ≈ 0,03cm;

çt tù nhiªn: ∆ ≈ 0,1cm

• Theo c«ng thøc Longuet-Higgins [10]:

1/ 2L b bV 20,7 m(g H ) sin 2= α (2.50)

Trong ®ã: m - ®é dèc ®¸y biÓn, m = tgβ

g - gia tèc träng trêng

Hb - chiÒu cao sãng vì

H×nh 2.36 thÓ hiÖn sù thay ®æi çc gi¸ trÞ vËn tèc dßng ch¶y do sãng vì t¹i vïng bê cã ®é

s©u níc kh¸c nhau.

2.4.3. Khëi ®éng cña bïn çt díi t¸c dông cña dßng ch¶y

KÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm (Hallermeier,1980 [6]) ®· cho c«ng thøc tÝnh gÇn

®óng, x¸c ®Þnh lu tèc lín nhÊt t¹i ®¸y biÓn cã thÓ lµm dÞch chuyÓn bïn çt d50 víi thµnh

phÇn h¹t cã ®êng kÝnh d = 0,1÷2,0mm nh sau:

1/ 2max( d) s 50u [8( / 1) gd ]− = γ γ − (2.51)

H×nh 2.35. VËn tèc dßng ch¶y ®¸y lín nhÊt theo lý thuyÕt sãng biªn ®é nhá

2.4.4

Dßng ch¶y ven bê cã thÓ :

- Dßng ch¶y do sãng gÇn bê: 1,5 ÷ 2 m/s

- Dßng ch¶y do triÒu :10 ÷ 20 cm/s

- Dßng ch¶y do giã: 0,15 ÷ 0,2 m/s; giã cùc lín 0,5 m/s

Ngoµi ra cßn lùc quay tr¸i ®Êt

baovebo phan 2

Documents

im tnh ton

bin ngi son

bin ngi son

bin ngi son

bin ngi son

bin ngi son

trn trc honh

nh ph tm