Bài giảng cơ sở kỹ thuật bờ biển

v.v… 9 Nghiên cứu sự phát triển của biển và đại dương qua các trầm tích do xác sinh vật để lại – Môn Cổ sinh học 9 Tại sao biết Hà Nội trước kia là biển Cổ tích Sơn Tinh – Thủy Tinh 9 X

9 Khu vực biển Việt Nam

3 Dòng chảy do gió – Hải lưu

4 Dòng mật độ

1 HẢI DƯƠNG HỌC LÀ GÌ? ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

a Định nghĩa: Là môn KH nghiên cứu về biển Mọi thứ có liên quan

đến biển đều được đề cập đến

b Đối tượng nghiên cứu: Nhiều, nhưng tập hợp lại gồm các nhóm sau: b.1 SINH HỌC BIỂN

9 Đời sống các sinh vật trong lòng biển (Trong khối nước biển và

lớp vật chất đáy biển).

9 Sự hiện diện của 1 quần thể hay 1 cá thể là tổng hòa của các nhân

tố trên một khu vực xác định.

9 Ví dụ cây ngập mặn về lý thuyết có thể sống trên toàn dải bờ biển VN

Tuy nhiên nó chỉ tồn tại và phát triển ở vùng Châu thổ sông Hồng, SôngCửu Long? Giải thích

9 Tại sao san hô lại ít phát triển trên các vùng biển lạnh?

9 Tại sao lại có thể phát hiện ra các bãi cá lớn? v.v…

9 Nghiên cứu sự phát triển của biển và đại dương qua các trầm tích

do xác sinh vật để lại – Môn Cổ sinh học

9 Tại sao biết Hà Nội trước kia là biển (Cổ tích Sơn Tinh – Thủy Tinh)

9 Xác các sinh vật biển còn để lại trong các lớp đất đá

b.2 HÓA HỌC BIỂN

9Thành phần hóa học của nước biển

DVô cơ (Fe, Cu, Pb, Mn, SO4, Cl…)DHữu cơ (BOD, COD, CO …)

9Các đặc trưng biểu thị tính chất hóa học của nước biển

D Mùi, màu, vịDNhiệt độ, áp suấtDNồng độ ρ(kg/m3), độ mặn (‰)

9Sự biến đổi tính chất hóa học của nước biển

DPhụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và độ mặn thông qua mối quan hệ

σt = ρt – 1000Trong đó: ρt là nồng độ tại nhiệt độ t và áp suất p;

σt được tra bằng bảng và việc tính nồng độ nước biển như sau:

Ví dụ: Tính nồng độ nước biển khi độ mặn bằng 32 ‰ ở nhiệt độ 240c

Tra bảng ta có σ = 21.51 D ρ24 = 1021.51 (kg/m3)

DĐể đơn giản có thể tính gần đúng

σt = 0.75 S với S là độ mặn tính bằng (‰)Thay các số liệu trên vào ta có: σt = 0.75 x 32 = 24

b.3 ĐỊA CHẤT BIỂN (đã được nghiên cứu trong chương II)

Hệ thống gió

1 Toàn cầu

9 Hệ thống hoàn lưu vĩ độ thấp

9 Phân bố trường gió & Khí áp toàn cầu

2 Khu vực biển Việt Nam

a) Gió mùa một đặc tính trội tác động đến bờ biển

D Hướng sóng 2 mùa ngược hẳn nhau

D Dòng ven bờ cũng ngược nhau

b) Bão ảnh hưởng tới VN

9Bão hình thành trên biển TháiBình dương các tháng trong năm, nhưng trực tiếp đổ bộ vào

bờ biển Việt nam từ tháng 5 đến tháng 12

9Bão chậm dần từ bắc vào nam

9Vùng ảnh hưởng nhiều nhất

và lớn nhất là bắc bộ đến Nam Trung bộ Nam bộ hầu như không có bão

Hậu quả của bão

Dòng chảy do gió – Hải lưu

9Dòng biển còn gọi là hải lưu do các hệ thống gió toàn cầu quyết định

và hình thành các vòng khép kín.

9Có dòng hải lưu sẽ giúp trao đổi nhiệt nhanh hơn giữa các vĩ độ làm giảm đi tính cực hạn phân bố nhiệt độ trên mặt đại dương.

Sự khác nhau về cao trình mực nước biển trung bình tại các vĩ độ

a) Đặc điểm dòng hải lưu

• Rất rộng và rất sâu

• Tốc độ chảy hầu như không đổi và không lớn <1m/s

b) Các lực tác dụng lên chất điểm nước chuyển động

• Lực Gradient khí áp dp/ρdn

• Lực Coriolit A = 2 ω V sin ϕ

c) Hướng chuyển động tổng hợp được giải thích như hình dưới

G G

G A A

v v

P

P+1Khi G = A thì chảy ổn định

Dòng mật độ

9Khi các vùng nước có mật

độ khác nhau khi xâm nhập

vào nhau sinh ra dòng chảy

Thủy triều (5 tiết)

Chương này trình bày các nội dung:

1 Khái niệm chung

2 Các lực sinh thủy triều

3 Phân loại thủy triều và các dạng triều

4 Nước dâng do gió

5 Sóng thần

6 Thủy triều dọc bờ biển Việt Nam

Nước thấp (Low Tide)

1 Khái niệm chung

Nước cao (High tide)

Số liệu quan trắc thủy triều

- Trái đất chuyển động quanh mặt trời 365 ngày

- Mặt trăng chuyển động quanh trái đất 27.3 ngày

- Trái đất tự quay xung quanh trục là 24 hours.

2 Các lực sinh thủy triều

Sự kết hợp trọng tâm của trái đất và mặt trăng

Trái đất

Mặt trăng

e

f

-Tại các điểm a, e: Hợp lực

hướng ra ngoài Dmực nước

cao hơn so với bình thường

-Tại các điểm c,g hợp lực

hướng vào trong D mực nước

thấp hơn so với bình thường

-Mỗi ngày mặt trăng di

Tính không đối xứng trong ngày do trục nghiêng của trái đất DLực hút tại các vị trí đặc trưng cũng thay đổi DMực nước đỉnh triều (chân triều) cũng không bằng nhau

3 Phân loại thủy triều và các dạng triều

Phân loại theo công thức sau:

K1 Triều do độ nghiêng mặt trăng trên quĩ đạo mặt trời

O1 Triều do độ nghiêng của mặt trăng

Các dạng thủy triều hình thành trên thế giới

VỊ TRÍ CỦA MẶT TRĂNG VÀ THỦY TRIỀU

4 Nước dâng do gió

9Nước dâng là hiện tượng mực nước tăng lên

(hoặc hạ xuống) so với một giá trị bình thường

tại thời điểm đó do tác dụng của gió trên bề

mặt nước

9Các loại nước dâng thường gặp

D Nước dâng do gió

DNước dâng do bão

DNước dâng do động đất (Sóng thần)

Nước dâng + Thủy triều

Quan hệ giữa độ lớn củađộng đất và sóng thần

9Ít bị biến dạng khi tiến vào bờ

9 Khi tiến vào bờ D nước nông dần

D Chiều cao sóng tăng dần

9Trận sóng thần ngày 26/12/2004 xảy ra trên

Ấn Độ Dương đã làm chết hơn 280.000

người và xóa sạch các làng mạc thuộc các

quốc gia Indonesia, Srilanca, India, Thailands

và 1 số quốc gia châu Phi cách xa tâm chấn

tới trên 1000 km

Quan hệ giữa độ lớn của động đất

và chu kỳ sóng thần

6 Chế độ triều dọc bờ biển Việt Nam

Đoạn bờ Chế độ Độ lớn

(m) Móng Cái - Ninh Bình Nhật triều 3 - 4

Th.Hóa – Hà Tĩnh BNTKĐ < 3

Hà Tình – Quảng Bình BNTKĐ

DBNTĐ C.Tùng,Viêt. 0.4Cửa Tùng – Quảng

Nam

BNTĐ DBNTKĐ

0.5 - 2

Quảng Nam–Phan Thiết BNT D NT 1.5 - 2

Bà Rịa – Cà Mau BNTKĐ 3 – 4

Cà Mau – Hà Tiên NTĐ < 1

SÓNG NGẮN (5)

Các vấn đề sẽ được giới thiệu:

1 Khái niệm và phân loại sóng

1 Khái niệm và phân loại sóng

Đặc điểm của sóng

•Sóng mang theo một năng lượng rất lớn

•Nhưng nước không chuyển động khi sóng truyền

•Khi nước sâu ta thấy quĩ đạo chuyển động của các chất điểm nước dạng tròn

Tốc độ chuyển động của sóng

kx t

T / 2

L / 2

k

cos kh

sinh

) z h

( k

cosh a

u

− ω

= Trong đó: U: Tốc độ chuyển động

K : Tốc độ nhóm sóng ω: Pha sóng

L: Bước sóng T: Chu kỳ sóng

2 SÓNG NGẮN

Là sóng do gió gây ra có chu kỳ từ 2 – 20 s

• Sóng tuyến tính: a/L rất nhỏ

• Sóng phi tuyến

• Sóng đều: H, T, L không đổi

• Sóng ngẫu nhiên: Các đặc trưng sóng thay đổi

N−íc n«ng h/L <1/20

Vïng chuyÓn tiÕp 1/20<h/L<1/2

Vùng nước sâu h/L>1/2

Năng lượng trao đổi đơn vị 0.5ρga 2 √gh 0.5ρga 2 nc T/8π(ρg 2 a 2 )

Lưu tốc phân tử hướng ngang u = acosΦ √g/h u = ωacosΦ[cosh

Trong đó:

L

h

2 tanh L

L

T 2

g L

wave the

of celerity c

kh

tanh k

g T

L c

0

2 0

t −

φ

4 Các biến đổi khi sóng tiến vào bờ Khi sóng tiến vào bờ

DĐộ sâu nước giảm

DMa sát đáy tăng lên

DDẫn tới một số hiện tượng sau:

1 Hiệu ứng nước nông

1 Hiệu ứng nước nông

• Khi đi vào nước nông giả sử năng lượng sóng

không bị tiêu hao do ma sát DNăng lượng đơn vị không thay đổi

D Khi càng nông thì mực nước sẽ tăng lên tức thời DBước sóng sẽ giảm dần

Dđộ dốc sóng tăng lên DLưu tốc đỉnh lớn nhất

DHiện tượng sóng đổ DHiện tượng sóng vỡ

DNăng lượng sóng đã chuyển sang cho các chất điểm nước hình thành dòng ven bờ

• Tia sóng bên trái có tốc độ

lớn hơn tia phía phải

3 Sóng vỡ

Khi tốc độ chất điểm nước u > c sẽ có hiện tượng đổ

D các chất điểm nước vượt ra ngoài mặt cắt sóng

5 Sóng nhiễu xạ

6 Nước dâng do sóng

ηmax = 0.3 γbr Hb

Trong đó:

γbr = Chỉ số sóng vỡ hoặc giá trị lớn nhất của H/h = 0.78

Hb =Chiều cao sóng tại đường sóng vỡ (sóng đều)

7 Sóng leo là mực nước lớn nhất trên mái công trình Ru

9 Với mái nhẵn có thể tính

theo biểu thức ξ = Ru/Hsvới H là chiều cao sóng trước chân công trình

9 Giá trị ξ = 2.5 – 3.0

9 Thực nghiệm:Ru= 1.5 Hs ξ

Rumax = R2% với ξ = 2Khi đó Rumax = R2% =3Hs

9 Trong thực tế mái làm với

các vật liệu khác nhau và

độ dốc mái cũng khác nhau nên sóng leo trên mái làhàm số của các tham sốtrên và tính theo CT sau:

Ru2% /Hs = 1.6 γb γf γβ ξ

Với γb: Hệ số chiết giảm do cơ đê

γf : Chiết giảm do độ nhám mái

γβ : Góc lệch của hướng sóng với trục vuông góc với đê

H Ö s è c h i Õ t g i ¶ m k h i b è t r Ý c ¬ ® ª

1 H Ö s è c h i Õ t g i ¶ m d o c ã c ¬ ® ª (γ b )

γ b ® − î c t Ý n h t o ¸ n b » n g p h − ¬ n g t r × n h s a u :

) ) (

5 0 1 (

s

h b

b

H

d L

Hệ số chiết giảm độ nhám mái đê γf

1 Mái phẳng bằng bê tông & bê tông nhựa đường 1.00

2 Bê tông tấm lớn, phẳng xếp khít nhau 1.00

3 Mái cỏ có chiều cao lớn hơn 1 m 0.95

4 Bê tông khối bằng đá bazan (Tự nhiên hoặc nhân tạo) 0.90

5 Sự phát triển của sóng phụ thuộc vào:

1 Tốc độ gió (Wind speed - v w )

2 Đà gió (Wind Fetch - F)

3 Độ sâu nước (Water depth - h)

4 Thời gian duy trì gió (bão) (Storm duration - t)

F F

β

β

cos

}).(cos

9 vw càng lớn sóng phát triển càng nhanh

9 F càng lớn thì chiều cao sóng càng lớn

9 h lớn D ảnh hưởng ma sát đáy nhỏ D sóng

nhanh chóng đạt tới trạng thái ổn định

9 Thời hian duy trì dài Dsóng đạt tới trạng thái

phát triển hoàn toàn

6 Đo đạc & sử dụng TL sóng toàn cầu (Global wave statistics – GWS)

a) Toàn bộ đại dương được chia thành 102 mảnh

b) Các tàu chuyên dùng và các tàu buôn được giao đo đạc sóng và gió

c) Hiện nay còn sử dụng vệ tinh để đo sóng

d) Việt nam nằm ở vùng 40

Tài liệu đo đạc đã được xử lý vùng biển Kuching – Indonesia – 62 Vùng này có 3 hướng gió chính là NW, N, NE

9 4 cột đầu là tài liệu

17 % thêi gian Hs > 2 m :

: 0.025 % thêi gian Hs > 9 m