ĐỀ CƯƠNG TÍNH TOÁN các yếu tố ĐỘNG lực BIỂN

Các yếu tố sóng biển nông 10.Các yếu tố sóng phát triển 11.Các yếu tố sóng ổn định 12.Sóng lừng là gì 13.Sóng khúc xạ là gì 14.Các mô hình tính sóng ven bờ, ưu điểm và hạn chế của mô hìn

ĐỀ CƯƠNG TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ ĐỘNG LỰC BIỂN

1 Các hình thức tự học trong hoạt động dạy và học ở Đại Học?

2 Các phương pháp lý thuyết, nghiên cứu thực tiễn Thế nào là một bài báo khoahọc?

3 khái niệm về những yếu tố sóng

4 Phân loại sóng

5 phân loại sóng trọng lực

6 khái niệm vận tốc nhóm sóng và công thức tính

7 Năng lượng sóng là gì, công thức tính năng lượng toàn phần của sóng

8 Các yếu tố sóng biển sâu

9 Các yếu tố sóng biển nông

10.Các yếu tố sóng phát triển

11.Các yếu tố sóng ổn định

12.Sóng lừng là gì

13.Sóng khúc xạ là gì

14.Các mô hình tính sóng ven bờ, ưu điểm và hạn chế của mô hình SWAN

15.Nguyên nhân sóng thần, sóng thần là loại sóng gì, các đặc trưng cơ bản củasóng thần

16.Quy trình dự báo sóng theo phương án tối đa

17.Quy trình dự báo sóng theo phương án tối ưu

18.Định nghĩa dòng chảy ekman, điều kiện và giả thiết xây dựng lý thuyết dòngchảy ekman

19.Khái niệm và phân loại dòng chảy biển

20.Phân loại các quá trình không dừng trong đại dương

Câu 1 Các hình thức của tự học trong hoạt động dạy học ở Đại học

- Đọc sách và tài liệu tham khảo

- Làm đề cương cho thảo luận nhóm, thảo luận lớp

- Thực hiện các bài tập thực hành bộ môn

- Làm đề cương ôn tập

- Hoàn thành tiểu luận, luận văn tốt nghiệp

2

Câu 2 Các phương pháp lý thuyết, nghiên cứu thực tiễn Thế nào là 1 bài báo khoa học?

• Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Là các phương pháp tác động trực tiếp vào đối tượng có trong thực tiễn để làm

rõ

bản chất và các quy luật của đối tượng

- Phương pháp quan sát khoa học: Quan sát khoa học là phương pháp trigiác đối

tượng một cách có hệ thống để thu thập thông tin đối tượng Có 2 loại quan sátkhoa học là

quan sát trực tiếp và quan sát gián tiếp

- Phương pháp điều tra: Điều tra là phương pháp khảo sát một nhóm đốitượng trên

diện rộng để phát hiện các quy luật phân bố và các đặc điểm của đối tượng

- Phương pháp thực nghiệm khoa học: Là phương pháp các nhà khoa họcchủ động

tác động vào đối tượng và quá trình diễn biến sự kiện mà đối tượng tham gia đểhướng sự

phát triển của chúng theo mục tiêu dự kiến của mình

- Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: Là phương pháp nghiêncứu và xem

xét lại những thành quả thực tiễn trong quá khứ để rút ra kết luận bổ ích cho thựctiễn và

khoa học

- Phương pháp chuyên gia: Là phương pháp sử dụng trí tuệ của đội ngũ chuyêngia để

xem xét nhận định bản chất của đối tượng, tìm ra một giải pháp tối ưu

• Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Là các phương pháp thu thập thông tin khoa học trên cơ sở nghiên cứu các vănbản,

tài liệu đã có và băng các thao tác tư duy logic để rút ra kết luận khoa học cần thiết

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Phân tích là nghiên cứucác tài liệu,

lý luận khác nhau bằng cách phân tích chúng thành từng bộ phận để tìm hiểu sâu sắc

về

đối tượng Tổng hợp là liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã được phân tíchtạo ra

một hệ thông lý thuyết mới đầy đủ và sâu sắc về đối tượng

- Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết: Phân loại là sắp xếpcác tài liệu

khoa học theo từng mặt, từng đơn vị, từng vấn đề có cùng dấu hiệu bản chất, cùngmột

hướng phát triển Hệ thống hóa là sắp xếp tri thức thành một hệ thống trên cơ sở một

mô

hình lý thuyết làm sự hiểu biết về đối tượng đầy đủ hơn

- Phương pháp mô hình hóa: Là phương pháp nghiên cứu các đối tượngbằng xây

dựng gần giống với đối tượng, tái hiện lại đối tượng theo các cơ cấu, chức năng củađối

tượng

- Phương pháp giả thuyết: Là phương pháp đưa ra các dự đoán về quy luậtcủa đối

tượng sau đó đi chứng minh dự đoán đó là đúng

- Phương pháp lịch sử: Là phương pháp nghiên cứu bằng cách đi tìm nguồngốc phát

sinh, quá trình phát triển của đối tượng từ đó rút ra bản chất và quy luật của đối tượng

4

• Thế nào là một bài báo khoa học: Đó là bài viết mang tính học thuật

tưởng mới, sáng tạo, từ những nguồn tư liệu tin cậy (eligible resources)

Bài báo khoa học (BBKH) không chấp nhận những vấn đề được tư duy mang tính chủ quan, cảm tính, thiếu số liệu và bằng chứng khoa học, càng không thể là mảngthông

tin chắp vá, được sao chép, cóp nhặt Bài báo khoa học là một phản ánh sinh độngnhững

kiến thức khách quan thu thập được qua tư duy logic chủ quan của người viết Dovậy, một

BBKH hay phải là một bài viết độc đáo, có ý tưởng mới nhưng được nghiên cứu,nghiền

ngẫm qua thực tiễn cuộc sống, mang đậm dấu ấn cá nhân (personal signature) củangười

viết

Câu 3 Khái niệm về những yếu tố sóng

- Mức sóng trung bình: đường thẳng nằm ngang chia con sóng sao cho diện tíchphần trên và dứoi bằng nhau

- Mực k nhiễu động: mực nước khi ko có sóng

- Ngọn sóng: phần sóng nằm cao trên mực ko nhiễu động

- Đỉnh sóng: điểm cao nhât của ngọn sóng

- Chân sóng: phần sóng thấp hơn phần k nhiễu động

- Đáy sóng: điểm thấp nhât của chân sóng

- Độ cao sóng h: chênh cao của đỉnh sóng và đấy sóng lân cận

- Bước sóng: khoảng cách the phương nằm ngang giữa 2 đỉnh sóng or 2 đáysóng theo hướng lan truyền sóng

- Hướng truyền sóng trong biển đc tính từ hướng bắc đến hướng chuyển độngcủa sóng

- Sóng nước sâu: là sóng không tác động đến đáy biển, quỹ đạo chuyển độngphân tử nước là hình tròn : L

- Vận tốc sóng: tỷ số giữa bước sóng và chu kỳ sóng, tốc độ di chuyển ngọnsóng trên hướng truyền sóng được xác định trong một khoảng ngắn bằngkhoảng một chu kỳ sóng

- Vận tốc truyền sóng hay vận tốc pha là vận tốc di chuyển ngọn sóng theohướng truyền Khái niệm về vận tốc truyền sóng chỉ áp dụng với sóng tiến

- Phần sóng từ chân sóng đến đỉnh sóng hướng về phía gió thổi tới tạo thànhsườn đón gió của sóng, phần ngược lại từ đỉnh->chân sóng khuất gió gọi làsườn khuất gió của sóng

6

- Hướng truyền sóng trong biển đc tính từ hướng bắc->hướng chuyển động củasóng

- Front sóng là đường nối các đỉnh sóng xác định trên nhiều sóng theo hướngtruyênd đỉnh của sóng Tia sóng- đường thằng với front sóng

Câu 4 Phân loại sóng:có 5 loại:

• Có 5 loại sóng thường được quan tâm

- Sóng âm: Liên quan tới tính nén được của nước

- Sóng trọng lực: Do tác động phục hồi của trọng lực lên những phần tử nước,khiến

chúng bị di dời khỏi các mặt cân bằng Mặt cân bằng có thể là mặt tự do hoặcbất kỳ

Câu 5 Phân loại sóng trọng lực

• sóng trọng lực được chia thành 4 loại chính:

- Sóng gió: Do tác động của gió, có chu kỳ sóng từ 0,1-30s

- Sóng phong áp: Gây nên bời những biến thiên của áp suất khí quyển, tác động dâng-dạt của gió và những nguyên nhân khí tượng khác dẫn tới biến thiên mực nước

- Sóng địa chấn: Xuất hiện khi có những dịch chuyển đột ngột dưới đáy đạidương,

có chu kỳ biến đổi từ vài phút đến hàng chục phút

- Sóng thủy triều: Do các lực tạo triểu chủ yếu của mặt trăng và mặt trời gây nên

và

có chu kỳ từ một giờ đến nhiều ngày

- Theo đặc điểm tác động của lực sau khi xuất hiện sóng, người ta chia các sóng thành sóng cưỡng bức, nếu lực vẫn tiếp tục tác động lên sóng và sóng tự do, nếu lực ngừng tác dụng sau khi tạo sóng

- Theo các lực kéo hạt nước trong sóng trở về vị trí cân bằng, người ta còn chiathành

sóng mao dẫn và sóng trọng lực Trong trường hợp sóng mao dẫn, lực phục hồi làsức

căng mặt ngoài, trong trường hợp thứ hai là trọng lực

- Theo biến động của các yếu tố sóng với thời gian, người ta chia ra thành sóng

ổn

định với các yếu tố sóng không biến đổi theo thời gian, sóng không ổn định là sóngđang

phát triển, hoặc bắt đầu tắt dần, với các yếu tố biến đổi theo thời gian

-Theo sự dịch chuyển của dạng sóng, người ta chia ra sóng tiến có dạng dịch chuyển nhìn thấy được trong không gian và sóng đứng có dạng nhìn thấy không dịch chuyểntrong không gian Sóng đứng thể hiện dưới dạng dao động mực cực đại ở các điểmbụng

và cực tiểu ở các điểm nút Các hạt nước trong sóng dịch chuyển theo đường thẳngđứng

ở các điểm bụng và theo đường nằm ngang ở các điểm nút Ở khoảng cách giữa haiđiểm

đó các hạt nước dao động trên những mặt phẳng làm thành những góc khác nhau vớimặt

nằm ngang

10

Câu 6 Khái niệm vận tốc nhóm sóng và công thức tính

- Đối vs biển sâu, vận tốc nhóm sóng xấp xỉ bằng nửa vận tốc pha trung bình củacác sóng giao thoa

Cs = C/2

- Đối vs biển nông, công thức vận tốc nhóm sóng có dạng:

Cn = C/2 x (1- 2x/ Sh2α)

α = 2πH/…………

Câu 7 Năng lượng sóng là gì? Công thức tính năng lực cúa sóng?

- Năng lượng sóng: các hạt nc cđ trg sóng có năng lượng gồm động năng dochúng cđ theo quỹ đạo và thế năng do chúng có độ cao biến đổi so vs mức biểnyên tĩnh

- Động năng của hạt nc khối lượng đơn vị bằng

Δ Ed = (V^2)/2 = (gπ r^2)/…

V : vận tốc hạt bằng wr, w là vận tốc góc quay theo quỹ đạo ( w = 2π/

12

Câu 8: các yếu tố sóng biển sâu?

Lý thuyết sóng biển sâu cổ điển dựa trên những giả thiết: biển sâu vô hạn, chất lỏng

lý tưởng bao gồm nhiều hạt riêng biệt không có ma sát trong, mật độ nước không đổi,sóng phẳng, tác dụng của lực tạo sóng sẽ ngừng sau khi sóng đã phát triển Trong trường hợp đó, các hạt chất lỏng dao động dưới tác dụng của hai lực là trọng lực và lực građien áp suất thủy tĩnh

Chúng ta đã biết độ cao sóng thì bằng đường kính quỹ đạo, nên h = h0e − 2π λ b , trong đó h0 − độ cao sóng trên mặt biển Từ công thức này suy ra rằng ở độ sâu bằng nửa bước sóng (b = λ / 2), độ cao sóng chỉ còn bằng 0,04 giá trị của nó ở trên mặt Trong thực tế, người ta coi độ sâu xâm nhập của sóng là 0,5λ

Vậy giới hạn biến đổi của áp suất ở độ sâu bất kỳ tương ứng với độ cao sóng ở độ sâu

đó và giảm theo độ sâu Và như ta thấy, ở độ sâu lớn hơn bước sóng, áp suất sóng chỉ còn biến đổi rất ít Do đó, các cảm biến ghi độ biến đổi áp suất để xác định sóng mặt phải được đặt ở những độ sâu không lớn, còn muốn chuyển từ độ cao sóng đo được ở

độ sâu b sang độ cao sóng mặt biển thì phải tính đến quy luật biến đổi độ cao sóng theo độ sâu Tóm lại, lý thuyết sóng trocoid trong biển sâu vô hạn cho những kết luậnsau:

1) Các hạt nước trong sóng chuyển động theo những quỹ đạo tròn với bán kính quỹ đạo giảm theo độ sâu bằng định luật hàm mũ, trong đó giảm càng nhanh khi sóng càng ngắn

2) Vận tốc truyền sóng trong biển sâu chỉ phụ thuộc vào bước sóng và không đổi theo

độ sâu Chu kỳ sóng và bước sóng cũng không đổi theo độ sâu C = √ gλ /2π

3) Profin sóng là đường trocoid

4) Giới hạn biến đổi áp suất sóng giảm theo độ sâu, tỷ lệ thuận với độ giảm độ cao sóng Ở độ sâu bằng bước sóng, độ biến đổi áp suất rất nhỏ (vì độ cao sóng chỉ còn bằng 1/ 535 độ cao sóng trên mặt)

Vùng biển sâu sóng không tác động đến đáy nền biển

Câu 9: các yếu tố sóng biển nông

Trong biển nông, hiện tượng ma sát đáy làm thay đổi các đặc trưng hình học và động học của sóng Lý thuyết sóng biển nông nghiên cứu sóng ổn định hai chiều dưới sự ảnh hưởng của độ sâu nhận được những kết luận sau đây:

1) Quỹ đạo các hạt nước trong sóng là những ellip với trục lớn kéo dài theo

phương truyền sóng Kích thước các trục ellip quỹ đạo phụ thuộc vào tỷ số giữa bước sóng và độ sâu của biển và càng gần đến đáy càng giảm

2) Profin sóng là đường trocoid ellip

- Khi λ / H < 1 quỹ đạo các hạt sẽ biến thành đường tròn và profin sóng sẽ có dạngtrocoid thông thường

- Khi λ / H > 10, quỹ đạo biến thành các ellip kéo duỗi dài theo trục B, dạng

profin sóng gần như hình sin (sóng thủy triều)

3) Vận tốc truyền sóng phụ thuộc không chỉ vào bước sóng, mà còn vào độ sâu của biển

4) Tính chất biến đổi áp suất ở các độ sâu phụ thuộc vào tỷ số H / λ

- Với sóng ngắn (H / λ > 1 / 2), biến đổi áp suất ở các độ sâu tỷ lệ thuận với độcao sóng ở các độ sâu đó

- Với sóng dài (H / λ < 1 / 10) áp suất ở mọi độ sâu biến đổi như nhau và tỷ lệ thuận với độ cao sóng trên mặt (vì trong sóng dài, lực ly tâm nhỏ, không ảnh hưởng tới trọng lực của các hạt chuyển động)

5) đối với các sóng có bước sóng nhỏ hơn hai lần độ sâu biển, thì các công thức sóng trocoid sẽ đúng với các yếu tố sóng trên mặt biển, những sóng như vậy gọi là sóng ngắn, đó là sóng gió ngoài khơi Còn các sóng với H / λ < 1 / 10, thì gọi là sóng dài, như sóng thủy triều Các sóng với 1 / 10 < H / λ < 1 / 2, gọi là sóng dài chu

kỳ ngắn Sóng gió ở ven bờ nước nông và txunami thuộc loại này

Vùng biển nông là vùng nước sóng tác động đến đáy

nguyên tắc đo sóng bằng các cảm biến áp suất: nếu đặt cảm biến ở độ sâu lớn hơn nửa bước sóng ngắn (sóng gió), nó sẽ ghi nhận áp suất thủy tĩnh do sóng thủy triều gây nên Nếu đặt cảm biến ở độ sâu nhỏ hơn, nó sẽ ghi nhận cả áp suất của sóng ngắn

và sóng dài Phải tách riêng lấy áp suất sóng ngắn để xác định độ cao sóng ngắn tại tầng sâu đặt máy và nhờ thực nghiệm hoặc công thức gần đúng (42) mà chuyển thành

độ cao sóng trên mặt biển

14

Câu 10: các yếu tố sóng phát triển

Sóng phát triển là sóng gió với những tham số sóng phát triển tăng theo thời gianNếu điểm (x/VT∞, t/T∞) nằm thấp hơn đường cong trên toán đồ thì sóng pt

Những nhân tố chính quyết định sự phát triển sóng gồm: tốc độ gió, thời gian hoạtđộng của gió, đà − độ dài khoảng không gian kể từ điểm tính sóng về phía ngượcchiều gió tác động cho tới nơi gió thay đổi đáng kể về hướng hoặc tới đường bờkhuất gió, và độ sâu biển nơi tính sóng

Nếu gió cường độ và hướng không đổi tác động trên khoảng không gian rất lớn trênđại dương trong thời gian đủ dài, thì sóng sẽ tăng trưởng cho đến khi đạt trạng tháiphát triển hoàn toàn ứng với tốc độ gió đang xét Khi đó phổ sóng sẽ bao gồm toàndải chu kỳ, độ dài và tốc độ sóng (về lý thuyết từ 0 đến ∞ ) Độ cao, chu kỳ, độ dài vàtốc độ sóng sẽ chỉ phụ thuộc vào một tham số − tốc độ gió v Trong trường hợp nàytốc độ gió càng lớn thì thời gian cần để sóng phát triển hoàn toàn càng lớn.Vì vậy vớinhững tốc độ gió rất lớn, sóng rất ít khi đạt sự phát triển hoàn toàn bởi các gió lớnthường không kéo dài

Nếu sóng chưa đạt sự phát triển hoàn toàn thì ngoài tốc độ gió, sự tăng trưởng sẽ phụthuộc vào thời gian tác động của gió và đà, và xảy ra ba tình huống chính:

1 Gió cường độ và hướng không đổi tác động trên khoảng không gian lớn, nhưngthời gian hoạt động nhỏ Sự phát triển của sóng bị hạn chế bởi thời gian hoạt độngcủa gió

2 Gió cường độ và hướng không đổi hoạt động trong khoảng thời gian đủ dài, nhưng

đà nhỏ, thì sự phát triển của sóng bị hạn chế bởi đà

3 Nếu cả thời gian tác động của gió và đà đều có hạn, thì sự phát triển của sóng phụthuộc vào yếu tố nào hạn chế sự tăng trưởng của sóng nhiều hơn

Câu 11: các yếu tố sóng ổn định

Sóng ổn định là sóng gió với các tham số sóng không biến đổi theo thời gian

Nếu điểm (x/VT∞, t/T∞) nằm cao hơn đường cong trên toán đồ thì sóng ổn định và theo giá trị x/vT∞ xác định ƞ trên toán đồ

biểu thức liên hệ giữa độ cao sóng và đà đối với sóng ổn định ξ = 2arcth√η − 2√η

16

Câu 12 Sóng lừng là gì?

- Sóng lừng là sóng lan truyền trong vùng tạo sóng sau khi gió yếu đi hoặc gió thay đổi hướng hoặc sóng đi từ vùng tạo sóng đến vùng khác, nơi có các đặc trưnggió khác

Có thể có sóng lừng lan truyền trong khi hoàn toàn không có gió Hệ thống sóng hìnhthành

do tổng hợp các sóng gió và sóng lừng gọi là sóng hỗn hợp

Câu 14 Các mô hình tính sóng ven bờ Ưu điểm và hạn chế của mô hình SWAN

*Theo quá trình truyền sóng:

+ truyền sóng trong không gian địa lý,

+ khúc xạ sóng do thay đổi đáy và dòng chảy,

+ biến dạng do thay đổi đáy và dòng chảy,

+ bị chặn và phản xạ bởi dòng chảy ngược hướng,

+ truyền qua, bị chặn hoặc phản xạ do các vật cản có kích thước dưới lưới

*Theo quá trình phát sinh và tiêu tán sóng:

+ phát sinh do gió,

+ tiêu tán năng lượng do sóng bạc đầu,

+ tiêu tán năng lượng do sóng đổ bởi độ sâu,

+ tiêu tán năng lượng do ma sát đáy,

+ tương tác giữa các sóng (bậc bốn và bậc ba)

Ngoài ra, nước dâng do sóng so với mực biển trung bình cũng có thể tính được trong mô hình SWAN là mô hình tính sóng ổn định và không ổn định Cáccông thức

có thể áp dụng trong hệ toạ độ Đề Các hoặc cong tuyến tính (đối với quy mônhỏ)

hoặc toạ độ cầu (đối với quy mô nhỏ và lớn)

- Hạn chế:

18