Luận văn thạc sĩ nghiên cứu động lực học của sóng sau đới sóng đổ tại bãi biển nha trang

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu động lực học sóng sau đới sóng đổ tại bãi biển Nha Trang, phân tích tác động và ứng dụng trong bảo vệ bờ biển.

• Tác giả: Trần Văn Mỹ
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Kim Cương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hải dương học
• Đề tài: Nghiên Cứu Động Lực Học Của Sóng Sau Đới Sóng Đổ Tại Bãi Biển Nha Trang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÙNG SÓNG VỠ VÀ SÓNG TRÀN
• 1.1. Giới thiệu về vùng sóng tràn (swash zone)
• 1.2. Giới thiệu chung
• 1.3. Các khu vực gần bờ
• 1.4. Sóng và sóng gây ra sóng tràn
• 1.5. Chu kỳ sóng tràn
• 1.6. Hình thái bãi biển và chuyển động sóng tràn
• 1.7. Tình hình nghiên cứu
• 1.8. Mục tiêu luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÙNG SÓNG VỠ VÀ SÓNG TRÀN
• 2.1. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu khảo sát
• 2.2. Khảo sát thực địa
• 2.3. Phương pháp xử lý số liệu Vectrino
• 2.4. Phương pháp đồng bộ số liệu Vectrino và số liệu Video
• 2.5. Mô hình Dam-Break
• 2.6. Lý do chọn mô hình Dam-break
• 2.7. Giới thiệu mô hình Dam-break
• 2.8. Mô hình dòng chảy nước nông
• 2.9. Tổng quan khu vực vịnh Nha Trang
• 2.10. Vị trí địa lí
• 2.11. Đặc điểm gió
• 2.12. Đặc điểm dòng chảy
• 2.13. Đặc điểm thủy triều và dao động mực nước
• 2.14. Đặc điểm chế độ sóng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TẠI BÃI BIỂN NHA TRANG
• 3.1. Kết quả phân tích trường dòng chảy trong vùng sóng vỡ và sóng tràn
• 3.2. Phân bố năng lượng rối trong vùng sóng vỡ và sóng tràn
• 3.3. Mối quan hệ giữa độ cao sóng ngoài khơi và chiều cao bore sóng tràn
• 3.4. Mô phỏng vận tốc bore nước bằng mô hình số Dam-break
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu động lực học sóng tại bãi biển Nha Trang

Nghiên cứu động lực học của sóng sau đới sóng đổ tại bãi biển Nha Trang là một lĩnh vực quan trọng trong hải dương học. Bãi biển Nha Trang, với đặc điểm địa lý và khí hậu đặc trưng, là nơi lý tưởng để nghiên cứu các hiện tượng sóng và tác động của chúng đến môi trường ven biển. Việc hiểu rõ về động lực học sóng không chỉ giúp bảo vệ bờ biển mà còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên biển hiệu quả.

1.1. Đặc điểm địa lý và khí hậu bãi biển Nha Trang

Bãi biển Nha Trang nằm ở tỉnh Khánh Hòa, Việt Nam, với chiều dài khoảng 7 km. Đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa tạo ra các điều kiện sóng đa dạng, ảnh hưởng đến động lực học của sóng. Nghiên cứu cho thấy rằng sóng tại đây có thể đạt chiều cao lớn trong mùa mưa, gây ra hiện tượng xói lở bờ biển.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu động lực học sóng

Nghiên cứu động lực học sóng giúp hiểu rõ hơn về các quá trình vật lý diễn ra trong vùng sóng vỡ và sóng tràn. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong việc bảo vệ bờ biển mà còn trong việc phát triển các công trình hạ tầng ven biển, như cảng và khu nghỉ dưỡng.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu động lực học sóng

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về động lực học sóng, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc mô phỏng và dự đoán các hiện tượng sóng phức tạp. Các yếu tố như biến đổi khí hậu, sự phát triển đô thị ven biển và tác động của con người đến môi trường tự nhiên đều có thể làm thay đổi đặc điểm sóng.

2.1. Biến đổi khí hậu và tác động đến sóng

Biến đổi khí hậu dẫn đến sự thay đổi trong mô hình thời tiết, ảnh hưởng đến cường độ và tần suất sóng. Nghiên cứu cho thấy rằng sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu có thể làm tăng cường độ sóng, gây ra xói lở bờ biển nghiêm trọng hơn.

2.2. Tác động của con người đến động lực học sóng

Các hoạt động xây dựng, khai thác tài nguyên và phát triển đô thị ven biển có thể làm thay đổi đặc điểm sóng. Việc xây dựng các công trình như kè biển có thể làm thay đổi dòng chảy và ảnh hưởng đến sự ổn định của bờ biển.

III. Phương pháp nghiên cứu động lực học sóng hiệu quả

Để nghiên cứu động lực học sóng, các phương pháp hiện đại như mô hình số và thiết bị đo đạc tiên tiến được sử dụng. Mô hình Dam-Break là một trong những phương pháp phổ biến để mô phỏng quá trình sóng vỡ và sóng tràn.

3.1. Mô hình Dam Break trong nghiên cứu sóng

Mô hình Dam-Break cho phép mô phỏng quá trình sóng vỡ và sóng tràn một cách chính xác. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mô hình này có thể dự đoán được các đặc điểm của sóng trong vùng nước nông, giúp cải thiện độ chính xác của các dự báo.

3.2. Thiết bị đo đạc Vectrino ADV

Thiết bị Vectrino ADV được sử dụng để đo đạc các thông số dòng chảy và sóng trong vùng sóng tràn. Thiết bị này cho phép thu thập dữ liệu với độ chính xác cao, hỗ trợ trong việc phân tích động lực học sóng.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sóng tại bãi biển Nha Trang có đặc điểm riêng biệt, với sự biến đổi mạnh mẽ trong quá trình sóng vỡ và sóng tràn. Những phát hiện này có thể được ứng dụng trong việc quản lý bờ biển và phát triển các công trình hạ tầng.

4.1. Phân tích đặc điểm sóng tại bãi biển Nha Trang

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng sóng tại bãi biển Nha Trang có chiều cao và tần suất biến đổi theo mùa. Sự phân tích này giúp hiểu rõ hơn về các quá trình xói lở và biến đổi bãi biển.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong quản lý bờ biển

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển, giúp giảm thiểu tác động của sóng đến môi trường và các công trình ven biển.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu động lực học sóng

Nghiên cứu động lực học sóng tại bãi biển Nha Trang mở ra nhiều triển vọng cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc áp dụng các công nghệ mới và phương pháp nghiên cứu hiện đại sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong việc dự đoán và quản lý các hiện tượng sóng.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc phát triển các mô hình dự đoán chính xác hơn về động lực học sóng, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

5.2. Tăng cường hợp tác nghiên cứu quốc tế

Hợp tác với các tổ chức nghiên cứu quốc tế sẽ giúp nâng cao chất lượng nghiên cứu và chia sẻ kiến thức về động lực học sóng, từ đó cải thiện khả năng ứng phó với các thách thức môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu bờ biển dài khoảng 3.260 km, trong đó vùng biển Khánh Hòa, đặc biệt là bãi biển Nha Trang, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ các điều kiện khí tượng thủy văn của biển Đông. Sóng biển là yếu tố động lực quan trọng tác động trực tiếp đến sự biến đổi hình thái bờ biển, xói lở, bồi tụ và ảnh hưởng đến các công trình ven biển. Khi sóng lan truyền vào vùng ven bờ, chúng biến dạng và đổ vỡ khi chiều cao sóng đạt tới giá trị tới hạn so với độ sâu nước, tạo ra vùng sóng vỡ và sóng tràn với các chuyển động phức tạp, đặc trưng bởi dòng chảy rối và xoáy cuộn.

Nghiên cứu tập trung vào vùng sóng tràn tại bãi biển Nha Trang trong hai đợt khảo sát tháng 5 và tháng 12 năm 2013, nhằm phân tích trường dòng chảy và phân bố năng lượng rối trong vùng sóng vỡ và sóng tràn. Mục tiêu chính là xây dựng bức tranh chi tiết về động lực học sóng sau đới sóng đổ, đồng thời phát triển và kiểm chứng mô hình số Dam-break để mô phỏng hiện tượng lan truyền sóng trong vùng nước nông. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực bãi biển Nha Trang với dữ liệu thực địa được thu thập bằng thiết bị đo dòng chảy tần số cao Vectrino II và máy đo sóng AWAC tại độ sâu 10 m ngoài khơi.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp số liệu chính xác về vận tốc dòng chảy, năng lượng rối và mối quan hệ giữa sóng ngoài khơi với bore sóng tràn, góp phần nâng cao hiểu biết về cơ chế vận chuyển bùn cát ven bờ, từ đó hỗ trợ công tác quản lý và bảo vệ bờ biển hiệu quả hơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết sóng tràn (Swash Zone Theory): Vùng sóng tràn là khu vực biến động mạnh giữa giới hạn sóng bắt đầu vỡ và giới hạn cao nhất mà nước biển có thể đi lên, đặc trưng bởi dòng chảy rối và dao động mực nước. Chu kỳ sóng tràn gồm pha nước đi lên và đi xuống, ảnh hưởng trực tiếp đến vận chuyển trầm tích và hình thái bãi biển.

• Mô hình Dam-break (Mô hình vỡ đập): Mô phỏng sự lan truyền của bore nước sau sóng đổ tương tự như quá trình vỡ đập, sử dụng phương trình nước nông (Saint Venant) và phương pháp thể tích hữu hạn Godunov để giải các phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng trong dòng chảy nước nông.

• Khái niệm năng lượng rối (Turbulent Kinetic Energy - TKE): Được sử dụng để đánh giá mức độ rối loạn trong dòng chảy, tính toán dựa trên thành phần vận tốc rối của các hạt nước trong vùng sóng tràn, giúp hiểu rõ cơ chế tiêu hao năng lượng sóng và ảnh hưởng đến vận chuyển bùn cát.

Các khái niệm chính bao gồm: sóng tần số cao và thấp, chu kỳ sóng tràn, sóng tràn bất đối xứng, vận tốc dòng chảy trong vùng sóng tràn, và phổ năng lượng rối Kolmogorov-Obukhov.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu thực địa được thu thập tại bãi biển Nha Trang trong hai đợt khảo sát tháng 5 và tháng 12 năm 2013. Dữ liệu dòng chảy được đo bằng thiết bị Vectrino II với tần số lấy mẫu 0,015 s, đo trong khoảng 3,5 cm chiều cao nước với 35 cell đo, khoảng cách mỗi cell 1 mm. Dữ liệu sóng ngoài khơi được thu thập bằng máy AWAC tại độ sâu 10 m.

• Phương pháp chọn mẫu: Vị trí đặt máy Vectrino II được điều chỉnh theo dao động mực nước thủy triều để đảm bảo đầu sensor luôn ngập trong nước, khoảng cách từ sensor đến đáy lớn hơn 7,5 cm nhằm đảm bảo chất lượng số liệu.

• Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Matlab để chuyển đổi và xử lý dữ liệu thô, loại bỏ các đoạn số liệu nhiễu dựa trên tín hiệu/tỷ lệ nhiễu (SNR Beam) với ngưỡng 20 dB. Đồng bộ hóa số liệu Vectrino với dữ liệu video để xác định chính xác thời điểm đầu sensor nằm trong nước.

• Phân tích số liệu: Tính toán vận tốc dòng chảy, hướng dòng, năng lượng rối TKE theo từng cell đo và theo thời gian. Mô phỏng trường dòng chảy và bore sóng tràn bằng mô hình Dam-break sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn Godunov, áp dụng phương trình nước nông 1D với điều kiện biên và bước thời gian tuân thủ điều kiện Courant-Friedrichs-Lewy (CFL).

• Timeline nghiên cứu: Khảo sát thực địa và thu thập số liệu trong năm 2013; xử lý và phân tích số liệu trong năm 2014; phát triển và kiểm chứng mô hình số trong năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Trường dòng chảy trong vùng sóng tràn rất biến động và nhanh: Vận tốc dòng chảy lớn nhất đo được lên tới 1,76 m/s, với sự thay đổi hướng dòng liên tục trong khoảng thời gian chỉ vài giây. Trong vòng 5,39 s, có tới 5 pha nước lên và rút, thể hiện tính không ổn định cao của dòng chảy trong vùng sóng tràn.

2. Chu kỳ sóng tràn bất đối xứng: Pha nước đi lên diễn ra trong thời gian ngắn hơn nhưng với vận tốc và mực nước dồn lên cao hơn pha nước đi xuống, tạo ra lưu lượng dồn lên lớn hơn lưu lượng rửa ngược. Ví dụ, vận tốc dòng chảy lớn nhất trong pha nước đi lên đạt 1,153 m/s, trong khi pha nước đi xuống có vận tốc lớn nhất 1,76 m/s nhưng thời gian diễn ra dài hơn.

3. Phân bố năng lượng rối (TKE) trong vùng sóng tràn: Năng lượng rối được tạo ra bởi các thành phần rối của chuyển động hạt nước, với phổ năng lượng rối tuân theo mô hình Kolmogorov-Obukhov. Mức TKE đo được tương đương với các dòng chảy có vận tốc trung bình khác nhau nhưng thành phần rối tương đương, cho thấy sự tiêu hao năng lượng sóng mạnh mẽ trong vùng sóng vỡ và sóng tràn.

4. Mối quan hệ giữa độ cao sóng ngoài khơi và chiều cao bore sóng tràn: Qua phân tích số liệu sóng AWAC và hình ảnh video, chiều cao bore sóng tràn tỷ lệ thuận với độ cao sóng ngoài khơi, với độ cao sóng trung bình ngoài khơi khoảng 2,5 m và bore sóng tràn tương ứng đạt giá trị cao nhất trong các đợt khảo sát.

5. Hiệu quả mô hình Dam-break trong mô phỏng sóng tràn: Mô hình số Dam-break mô phỏng chính xác vận tốc dòng chảy và năng lượng rối trong vùng sóng tràn, kết quả mô phỏng tương đồng với số liệu thực địa, chứng minh khả năng ứng dụng của mô hình trong nghiên cứu thủy động lực học vùng ven bờ.

Thảo luận kết quả

Các kết quả cho thấy vùng sóng tràn tại bãi biển Nha Trang là khu vực có động lực học phức tạp với dòng chảy rối mạnh và biến đổi nhanh chóng. Sự bất đối xứng trong chu kỳ sóng tràn phản ánh đặc điểm địa hình bãi biển và ảnh hưởng của sóng không vuông góc hoàn toàn với bờ. Mức năng lượng rối cao trong vùng sóng tràn là nguyên nhân chính gây ra sự vận chuyển bùn cát mạnh mẽ, ảnh hưởng đến sự biến đổi hình thái bãi biển.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả vận tốc dòng chảy và TKE tại Nha Trang tương đồng với các vùng bãi biển khuếch tán có năng lượng cao, phù hợp với đặc điểm địa hình thoai thoải của bãi biển. Mô hình Dam-break được xác nhận là công cụ hiệu quả để mô phỏng các hiện tượng lan truyền sóng sau đới sóng đổ, giúp khắc phục khó khăn trong việc đo đạc trực tiếp tại vùng sóng tràn biến động mạnh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ vận tốc dòng chảy theo thời gian, phổ năng lượng rối, và bảng so sánh vận tốc đo đạc với mô phỏng, giúp minh họa rõ ràng sự biến đổi động lực học trong vùng sóng tràn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường quan trắc thực địa liên tục: Triển khai hệ thống đo đạc dòng chảy và sóng tự động tại nhiều vị trí khác nhau trong vùng sóng tràn để thu thập dữ liệu đa dạng theo mùa và điều kiện thủy triều, nhằm nâng cao độ chính xác của mô hình và dự báo.

2. Phát triển mô hình số đa chiều: Mở rộng mô hình Dam-break hiện tại sang mô hình 2D hoặc 3D để mô phỏng chi tiết hơn các quá trình tương tác phức tạp giữa sóng, dòng chảy và trầm tích, cải thiện khả năng dự báo biến đổi hình thái bãi biển.

3. Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong quản lý bờ biển: Sử dụng dữ liệu vận tốc dòng chảy và năng lượng rối để thiết kế các công trình bảo vệ bờ biển phù hợp, giảm thiểu xói lở và tăng cường bồi tụ, đặc biệt tại các khu vực có nguy cơ cao.

4. Tổ chức đào tạo và chuyển giao công nghệ: Đào tạo cán bộ kỹ thuật và nhà quản lý về phương pháp đo đạc, xử lý số liệu và mô hình hóa thủy động lực học vùng ven bờ, nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 3-5 năm tới, phối hợp giữa các viện nghiên cứu, trường đại học và cơ quan quản lý địa phương để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Hải dương học, Thủy văn: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm quý giá về động lực học sóng tràn, hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về vận chuyển trầm tích và biến đổi bờ biển.

2. Cơ quan quản lý và quy hoạch ven biển: Thông tin về vận tốc dòng chảy, năng lượng rối và mô hình số giúp xây dựng các chính sách bảo vệ bờ biển, quy hoạch phát triển bền vững vùng ven biển.

3. Kỹ sư thiết kế công trình biển và cảng: Dữ liệu và mô hình mô phỏng hỗ trợ thiết kế các công trình chống xói lở, cảng biển và các công trình ven bờ chịu tác động của sóng và dòng chảy phức tạp.

4. Doanh nghiệp khai thác và bảo vệ tài nguyên biển: Hiểu biết về cơ chế sóng tràn và vận chuyển bùn cát giúp tối ưu hóa hoạt động khai thác, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường biển.

Câu hỏi thường gặp

1. Vùng sóng tràn là gì và tại sao nó quan trọng?
   Vùng sóng tràn là khu vực ven bờ nơi sóng biển đổ vỡ và nước biển dao động lên xuống liên tục, ảnh hưởng mạnh đến vận chuyển bùn cát và biến đổi hình thái bãi biển. Nghiên cứu vùng này giúp hiểu cơ chế xói lở và bồi tụ, từ đó bảo vệ bờ biển hiệu quả.

2. Mô hình Dam-break được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   Mô hình Dam-break mô phỏng sự lan truyền của bore nước sau sóng đổ tương tự như quá trình vỡ đập, sử dụng phương trình nước nông và phương pháp thể tích hữu hạn để tính toán vận tốc dòng chảy và năng lượng rối trong vùng sóng tràn, giúp dự báo chính xác hơn các hiện tượng thủy động lực.

3. Năng lượng rối (TKE) có vai trò gì trong vùng sóng tràn?
   TKE biểu thị mức độ rối loạn trong dòng chảy, phản ánh sự tiêu hao năng lượng sóng và ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển bùn cát. Mức TKE cao cho thấy dòng chảy rối mạnh, góp phần làm thay đổi hình thái bãi biển nhanh chóng.

4. Dữ liệu thực địa được thu thập như thế nào?
   Dữ liệu dòng chảy được đo bằng thiết bị Vectrino II với tần số cao, đồng bộ với dữ liệu video để đảm bảo chất lượng. Dữ liệu sóng ngoài khơi thu thập bằng máy AWAC tại độ sâu 10 m, cung cấp thông tin về độ cao và hướng sóng.

5. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng vào thực tiễn ra sao?
   Kết quả giúp thiết kế các công trình bảo vệ bờ biển, dự báo xói lở, hỗ trợ quản lý ven biển và phát triển bền vững các hoạt động kinh tế biển, đồng thời nâng cao năng lực nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực thủy động lực học ven bờ.

Kết luận

• Vùng sóng tràn tại bãi biển Nha Trang có dòng chảy biến động nhanh, vận tốc lên tới 1,76 m/s, với chu kỳ sóng tràn bất đối xứng rõ rệt.
• Năng lượng rối trong vùng sóng tràn được đo và phân tích, cho thấy sự tiêu hao năng lượng sóng mạnh mẽ, ảnh hưởng đến vận chuyển bùn cát.
• Mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa độ cao sóng ngoài khơi và chiều cao bore sóng tràn được xác nhận qua số liệu thực địa.
• Mô hình Dam-break được phát triển và kiểm chứng thành công, là công cụ hiệu quả để mô phỏng hiện tượng lan truyền sóng sau đới sóng đổ.
• Đề xuất các giải pháp nâng cao quan trắc, phát triển mô hình đa chiều và ứng dụng kết quả nghiên cứu trong quản lý bờ biển nhằm bảo vệ và phát triển bền vững vùng ven bờ.

Tiếp theo, cần triển khai mở rộng khảo sát thực địa và phát triển mô hình số đa chiều trong vòng 3-5 năm tới. Các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả bảo vệ bờ biển và phát triển kinh tế biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÙNG SÓNG VỠ VÀ SÓNG TRÀN 1. Giới thiệu về vùng sóng tràn (swash zone) 1. Giới thiệu chung Vùng sóng tràn (swash zone) là một bộ phận của biển mà khoảng rộng từ giới hạn sóng bắt đầu vỡ cho đến giới hạn cao nhất mà nước biển có thể đi lên. Đây là một khu vực rất biến động và phức tạp, nơi xảy ra các quá trình thủy động lực học và hình thái học khác nhau.

Quá trình lan truyền sóng từ ngoài khơi vào bờ. Đới sóng tràn là nơi tiếp giáp trực tiếp giữa đất liền và biển. Đây là dải hẹp và nhiều biến động cũng như rất phức tạp của các quá trình thủy động lực học. Tuy nhiên, sự thay đổi đường bờ, bãi biển chính là kết quả của các quá trình rối, quá trình vận chuyển trầm tích.

cũng như các tác động trực tiếp của sóng. Chính sự thay đổi này định hình nên địa mạo của các bãi biển. Do gia tăng sự tương tác giữa chuyển động của các hạt nước và đáy đã tạo ra sự thay đổi đặc điểm của sóng trong quá trình truyền sóng về phía bờ biển. Vùng sóng vỡ và sóng tràn phụ thuộc vào điều kiện của thủy triều và sóng.

Khu vực nằm giữa vùng sóng vỡ cho đến giới hạn cao nhất mà nước biển có thể đi lên bao gồm hai vùng: - Vùng sóng vỡ: Từ vị trí sóng bắt đầu đổ khi truyền vào bờ đến vùng được giới hạn bởi mép nước biển (thay đổi theo mực nước thủy triều), thông thường ở độ sâu từ 5 ÷ 10 m. 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - Vùng sóng tràn: Là vùng sóng tác động lên vùng bờ dưới dạng dao động mực nước, nó nằm giữa mép nước biển (thay đổi theo mực nước thủy triều) với vùng sóng tràn và sóng rút. Đặc điểm chính của một bãi biển (bên trái) và của phần đất bồi ở biển (bên phải) (Masselink & Hughes 2003). Vùng sóng tràn là một phần đặc biệt của bãi biển mà liên tục khô và ướt do hiện tượng dao động mực nước của biển.

Theo Short (1999) định nghĩa vùng sóng tràn là một phần của bãi biển nằm giữa giới hạn thấp của pha nước đi xuống và giới hạn trên của pha nước đi lên trên bãi biển. Short (1999) đã mô tả hai đặc điểm bổ sung làm cho hình thái động lực vùng sóng tràn độc đáo so với phần còn lại của bãi biển. Đầu tiên có một thực tế là độ sâu nước trong sóng tràn có thể rất nhỏ, đặc biệt trong pha nước đi xuống, dẫn đến một tình huống dòng chảy phức tạp. Thứ hai, một phần của đáy trong vùng sóng tràn là không bão hòa gây nên sự xâm nhập của nước ở phía dưới đáy, đây là một khía cạnh quan trọng liên quan đến vận chuyển bùn cát.

Các nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh rằng vùng sóng tràn là khu vực biến động nhất trong khu vực gần bờ, và nó được đặc trưng bởi dòng chảy mạnh và không ổn định, mức biến động cao, vận chuyển bùn cát diễn ra mạnh mẽ gây thay đổi hình thái bãi biển trong một khoảng thời gian nhỏ [Butt & Russell, 1999; Masselink & Puleo, 2006; Bakhtyar et al, 2009]. 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Trong vùng sóng vỡ và sóng tràn năng lượng sóng tiêu hao mạnh mẽ gây ra bởi hiện tượng phi tuyến (sóng vỡ, sự sụp đổ của bore nước, dòng chảy rối), vì vậy các quá trình vận chuyển trầm tích ven bờ hầu hết đều xảy ra trong hai vùng này và cuối cùng hình thành hình thái bãi biển. Các khu vực gần bờ Khi sóng tiếp cận bờ biển, sẽ có một vị trí mà tại đó độ sâu của nước đã giảm đến một mức độ làm cho vận tốc truyền sóng (cg) giảm. Trước khi sóng vỡ, thông lượng của năng lượng sóng được bảo toàn trong lan truyền sóng [ví dụ: Holthuijsen, 2007]: P = Ecg = constant (1.1) Trong đó E là năng lượng sóng và cg là vận tốc (nhóm) sóng.

Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng sóng tăng thì vận tốc lan truyền sẽ phải giảm. Khi năng lượng sóng tăng thì làm cho chiều cao sóng tăng lên. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nước nông. Sau khi sóng vỡ thì một khối nước lan truyền như một bore nước qua vùng sóng vỡ.

Và một lớp nước mỏng sẽ đi lên (chạy lên) trên bãi biển và đi xuống (chạy xuống) trong một khu vực được gọi là vùng sóng tràn. Một chuỗi pha nước đi lên và pha nước đi xuống được gọi là chu kỳ sóng tràn.3 một sự khái quát của khu vực gần bờ được đưa ra. Phân loại các khu vực sóng gần bờ. 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Sóng và sóng gây ra sóng tràn Sóng có thể bắt nguồn từ gió (sóng gió, sóng lừng, sóng mao dẫn), lực hấp dẫn giữa Mặt trời, Mặt trăng và Trái đất (sóng triều), chấn động biển (sóng thần) hoặc có thể được gây ra bởi sóng khác (sóng tần số thấp). Các chu kỳ sóng có thể khác nhau từ nhỏ hơn 0.1 s của sóng mao dẫn đến hơn 24 giờ của sóng triều. Ba loại sóng đặc biệt quan trọng đối với vùng sóng tràn: sóng triều, sóng tần số cao (sóng ngắn) và sóng tần số thấp (sóng dài). Quy mô thời gian và không gian của thủy triều là lớn hơn nhiều so với quy mô vùng sóng tràn, ảnh hưởng của thủy triều trong vùng sóng tràn có thể được biểu diễn như là một sự thay đổi mực nước, chứ không phải là một dao động của sóng.

a, Sóng tần số cao Sóng gió là sóng tạo ra bởi gió và quy mô của các sóng này phụ thuộc vào tốc độ gió, thời gian gió thổi, đà gió (chiều dài mà gió tương tác với mặt biển) và độ sâu của nước. Chu kỳ của chúng thường lớn hơn 0.25 s và nhỏ hơn 30 s, và nó được gọi là sóng trọng lực bề mặt, sóng ngắn hoặc sóng tần số cao. Sóng gió tương đối ngắn, và bao gồm các chuyển động khá ngẫu nhiên và không thường xuyên. Sóng có thể lan truyền với một quãng đường dài, nhưng do quá trình phân tán tần số (nơi mà những sóng được sắp xếp theo tần số sóng của chúng do sự khác biệt trong dao động của sóng), chuỗi sóng sẽ trở nên đều đặn hơn (gọi là sóng lừng).

Một tác dụng của tần số phân tán, đó là những sóng có xu hướng di chuyển trong nhóm sóng (hình 1. Trong vùng nước nông, nơi mà sóng biển đang hoàn toàn thay đổi bởi quá trình vỡ, sóng tách nhóm. 4 các đường nét liền tượng trưng cho sự chuyển động sóng tần số cao, các đường nét đứt đại diện cho nhóm sóng ngắn hình bao và đây là các hình dạng tổng thể của nhóm sóng lan truyền trong không gian. 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Đại diện của dao động sóng tần số cao. b, Sóng tần số thấp Bên cạnh đó sóng cao tần chuyển động có thể đạt được một chu kỳ sóng đến năm phút (với tần số 0,003÷0,03 Hz). Những sóng có bước sóng dài hơn, nhưng biên độ thường nhỏ hơn nhiều so với sóng tần số cao, và được liên kết với các nhóm sóng ngắn. Trong văn liệu chúng được gọi là sóng dài, sóng tần số thấp, sóng vỡ nhịp hay sóng trọng lực thấp.

Có hai loại sóng tần số thấp: sóng dài và sóng tự do. Đại diện của dao động sóng dài cưỡng bức bởi hai thành phần sóng của nhóm sóng ngắn. 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Trong hình 1. 5 một dao động sóng dài là sơ đồ đại diện cho hai thành phần sóng của nhóm sóng ngắn.

5 các đường nét liền đại diện cho sóng tần số cao, trong khi các đường nét đứt đại diện cho sóng dài. Chu kỳ sóng tràn Khi sóng lan truyền vào đến bờ tạo ra một chuyển động theo chu kỳ của pha nước đi lên và đi xuống. Hiện tượng đi lên và đi xuống của pha nước do sóng được gọi là chu kỳ sóng tràn. Một chu kỳ sóng tràn bao gồm hai giai đoạn riêng rẽ, mỗi một giai đoạn có đặc trưng riêng [Bakthtyar cùng cộng sự, 2009].

Quá trình đi lên của nước trên bãi biển là quá trình nước chuyển đến dồn lên. Trong khoảng dồn lên của nước trên bãi biển thì vận tốc dòng chảy sẽ giảm đi (vì do ma sát đáy và trọng lực) cho đến khi vận tốc bằng 0. Trong một thời gian ngắn nước di chuyển lên bãi biển đến vị trí cao nhất mà nước biển có thể đi lên và sau đó nước sẽ bắt đầu di chuyển xuống. Sau khi nước di chuyển xuống thì vận tốc dòng chảy tăng thêm lần nữa, nhưng lúc này hướng dòng chảy ra ngoài khơi, cho đến khi gặp chu kỳ sóng tràn tiếp theo.

Sự đi xuống của nước trên bãi biển hướng ra biển là chuyển động nước cuộn ngược. 6 biểu diễn một chu kỳ sóng tràn trên bãi biển. Chu kỳ sóng tràn nói chung có thể được phân thành ba dải tần số và được thể hiện trong bảng 1. Khoảng tần số trong vùng sóng tràn [Short, 1999] Tần số (Hz) Chu kỳ (s) Tần số cao 0,07 - 0,2 5 - 15 Tần số trung bình 0,03 - 0,07 15 - 30 Tần số thấp 0,003 - 0,03 30 - 300 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Sơ đồ mô phỏng chu kỳ sóng tràn trên bãi biển bằng mô hình Xbeach Trên hình 1.6 biểu diễn sự lan truyền của sóng tràn trên bãi biển được trích xuất từ quá trình mô phỏng của mô hình Xbeach. Trong hình (A) một bore sóng lan truyền về phía bãi biển. Trong hình (C) vận tốc đang giảm do ma sát đáy và (chủ yếu) lực hấp dẫn. Trong hình (D) và (E) các rửa ngược 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] được thực hiện; nước di chuyển từ bãi biển về phía biển.

Trong hình (F) sóng tràn gặp các bore tiếp theo do đó sẽ tạo ra một chu kỳ sóng tràn mới. Chu kỳ sóng tràn bất đối xứng Sự khác biệt trong hiện tượng dồn lên và rửa ngược trong một chu kỳ sóng tràn được gọi là sóng tràn bất đối xứng. 7 thể hiện một chuỗi thời gian của mực nước và vận tốc đo được trong vùng sóng tràn, nơi mà sóng tràn bất đối xứng có thể được quan sát thấy. Ngược lại với hiện tượng rửa ngược, thì hiện tượng dồn lên diễn ra trong thời gian ngắn và tốc độ mạnh.

Ngoài ra mực nước dồn lên sẽ cao hơn mực nước rửa ngược. Khi vận tốc dồn lên lớn và mực nước dồn lên cao sẽ tạo ra lưu lượng trong quá trình dồn lên lớn hơn trong quá trình rửa ngược.