Bài giảng sóng trong kỹ thuật bờ biển

NỘI DUNG• Các khái niệm cơ bản Thủy động lực học sóng • Các khái niệm cơ bản • Sóng qua vùng nước nông • Quan trắc sóng... Các lý thuyết sóng Các khái niệm cơ bản bậc 3 bậc 4 nước nông

SÓNG TRONG KỸ THUẬT BỜ BIỂN

Viện QH Thủy Lợi

04/01/2007

Thiều Quang Tuấn

Tuan.T.Q@wru.edu.vn

www.coastal.wru.edu.vn

NỘI DUNG

• Các khái niệm cơ bản

Thủy động lực học sóng

• Các khái niệm cơ bản

• Sóng qua vùng nước nông

• Quan trắc sóng

Vẻ đẹp ?? Thiên tai ??

300,000 mạng người

Patong, Thailand

Haitrieu 1995

Xói lở bờ bãi biển

(điều kiện thường)

Haitrieu 2001 Haitrieu 2003

Hậu Lộc, 2005

Hải Thịnh, 2005

Hòa Duân, 2003

(sóng trong bão)

dòng dòng, rối mạch động dòng, lực động

gây mất ổn định

áp lực

Các lý thuyết sóng

Các khái niệm cơ bản

bậc 3 bậc 4

nước nông

tuyến tính bậc 2

Các thông số cơ bản theo thuyết sóng tuyến tính

Biên độ nhỏ : a <<L và a<<h, bỏ qua các tham số phi tuyến

* Chiều dài sóng ở nước sâu L0 = g/2πT2 ≈ 1.56 T2

0 < d/L < 1/20 1/20< d/L < 1/2 d/L > 1/2

nước nông nước trung gian nước sâu

* Chiều dài sóng ở nước sâu L0 = g/2πT ≈ 1.56 T

* Vận tốc đầu sóng c = L/T

* Số sóng k = 2π/L

* Chiều dài sóng ở độ sâu h: L = L0tanh(2πh/L)

* Độ dốc sóng s = H/L L ≈ L0 tanh(2 h/L ) π 0

Độ sâu tương đối

N

1 2 1 2 2

2 2

π ρ

ξ ω

T

k L

Chuyển động của phần tử nước do sóng

Sóng không “cảm thấy” đáy ở nước sâu

Các khái niệm cơ bản

gradient áp lực ở tầng lọc do sóng

Định lượng sóng ngẫu nhiên (không đều) trong tự nhiên ?

Chiều sao sóng có nghĩa Hs (significant)

Hs và T ?

1 Phân tích theo con sóng: (truyền thống)

Các khái niệm cơ bản

- Đo và đếm H và T của các con sóng trong 1 bản ghi sóng

- Sắp xếp theo thứ tự chiều cao sóng nhỏ dần

- Hs = trung bình H (1/3 số sóng lớn nhất)

- Tm = trung bình T (1/3 số sóng lớn nhất)

- Có nhiều hạn chế

2 Phân tích theo phổ năng lượng sóng

Phân bố Rayleigh của H Phổ E(f)

Chu kỳ phổ / Chu kỳ đặc trưng?

Tm-1.0 kể đến sự thay đổi hình dạng phổ ở nước nông

Tm-1.0 được dùng trong tính toán tải trọng lên

công trình xây dựng trong vùng nước nông

Chu kỳ đỉnh phổ: Tp = 1/fp

Thay đổi hình dạng phổ sóng ở nước nông

Nước nông: Tp =

??

dùng Tm-1.0

Các khái niệm cơ bản

Phổ tần số của các loại sóng

Bản ghi

Dạng phổ

Sóng đơn đều Sóng gió gió

Nhiễu

Sóng cồn

Phổ sóng gió và phổ sóng cồn (sóng sau bão)

Sóng cồn

Sóng gió

Phổ có hướng

E (f,θ) = E (f) D (θ)

Các khái niệm cơ bản

(Joint north sea wave project, 1973)

Jonswa p

Peirsion-Moskowitz (PM) Phổ Jonswap rất phù hợp

với tính chất sóng

ở biển Đông

(ngắn hạn: trong 1 bản ghi, 1 cơn bão)

Các khái niệm cơ bản

Phân bố dài hạn (cực hạn) chiều cao sóng

(dài hạn: sóng cực hạn quan sát trong nhiều năm)

Xác định theo tần suất thiết kế p = 1/10, 1/20 năm,b

Phát triển sóng do gió

Hs = F (đà gió, vận tốc gió, thời gian thổi)

Các khái niệm cơ bản

Phát triển sóng do gió

Hs = F (đà gió, vận tốc gió, độ sâu nước)

Phát triển sóng do gió

T = F (đà gió, vận tốc gió, độ sâu nước)

Phát triển sóng do gió

Công thức Bretschneider (độ sâu đều, gió thổi bão hòa)

Các khái niệm cơ bản

gF u

w

u

gF u

Phát triển sóng do gió

Sóng ở Đồ Sơn do gió mùa Đông Bắc (chỉ là ví dụ tham khảo)

Sóng qua vùng nước nông

Biển, hồ, cửa sông bãi trước bờ

Ảnh hưởng của nước nông

Sóng thay đổi hình dạng (bị dốc đi)

do sự thay đổi độ sâu

• Do độ sâu nước giảm

• Sóng chậm lại (L, c giảm)

Sóng dềnh

• Sóng chậm lại (L, c giảm)

• Năng lượng bảo toàn

• Chiều cao sóng tăng lên trước

Sóng qua vùng nước nông

Sóng qua vùng nước nông

tan α α hệ số mái bãi biển

L0 chiều dài sóng nước sâu

0

H L

độ dốc sóng

Đổ vỡ ξξξξ = 3 (sóng dốc thường, bãi dốc thường)

Tiêu hao năng lượng do sóng vỡ

nhảy vỡ tràn vỡ

Sóng qua vùng nước nông

Nguy hiểm nhất

Chỉ số vỡ (sóng ngẫu nhiên, bãi thoải):

b b

b

H h

Xác định chiều sâu, độ cao sóng vỡ

biết sóng đến nước sâu H 0 , T

Sóng phản xạ

2

0.1

R r

I

H K

R R

sóng đến

kè xa bờ

đường sóng vỡ

vùng khuất sóng

Ví dụ : Công trình kè bảo vệ bờ tại tỉnh N

Sóng qua vùng nước nông

Điều kiện thường: H0 = 1.5m, Tp = 6 s, MNBTB = 0.5m

Điều kiện bão: H0 = 5.0 m, Tp = 10 s, MNTK=3.5m

a) Với các con sóng trên thì ở độ sâu nào được xem là nước sâu

c) hãy xác định chiều cao sóng trước (chân) đê

Tính toán phân bố sóng ngang bờ theo mô hình

chiết giảm năng lượng sóng

1 4

Phân bố sóng ngang bờ

(Lobarm, Tuan et al 2006 )

Quan trắc sóng

- Chế độ sóng có hướng dài hạn (nhiều năm, sóng có

hướng): cho các bài toán diễn biến hình thái ổn định cửa sông, xói lở bờ biển

- Phân bố sóng dài hạn (sóng cực hạn, đường tần suất

- Phân bố sóng dài hạn (sóng cực hạn, đường tần suất

vượt quá): cho các bài toán thiết kế các công trình bảo vệ

bờ làm việc trong điều kiện bão như đê, kè, tường phá

sóng…

Hoa sóng

(đo sóng có hướng)

Quan trắc sóng

(đo sóng có hướng)

Bảng thống kế chế độ sóng toàn cầu

(quan sát thường)

102 vùng toàn cầu

Quan trắc sóng

Sóng trong nghiên cứu thí nghiệm mô hình

Máng sóng

Xin c¸m ¬n !