Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu tương tác giữa bờ đảo. Chương 2: Nghiên cứu đánh giá hiện trạng biển động đường bờ dưới tác dụng của trường sóng quanh đảo Phú Quý. Chương 3: Cở sở khoa học mô phỏng sóng lan truyền vào vùng bờ đảo và tương tác sóng với đảo Phú Quý. Chương 4: Mô phỏng sóng trong bão thiết kế tương tác với đảo Phú Quý và để xuất giải pháp giảm sóng phù hợp.
CHUONG 1 TONG QUAN VẺ NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA. SÓNG VÀ BỜ ĐẢO.1 Tổng quan về sóng biển và các quả trình lan truyền sông 1. Sự hình thành sóng biển và các thuật ngữ liên quan Sóng biển chủ yếu được tạo ra do tác đông của gió trên mặt nước. Các sóng được hình thành ban đầu bởi một quá trình công hưởng lực tiếp giáp bể mặt phúc tạp, trong đó các sóng có chiễu cao, chiều đài, chu kỳ khác nhau được tạo ra và đi chuyển theo nhiều hướng khác nhau (Hình 1-1).
— ———> >>) Hình 1-1: Sự tạo ra sóng và phân tán sóng biển Trong khu vực phát sinh bão, năng lượng sóng tin s6 cao (Ví dụ: Sóng có chủ kỳ nhỏ) vừa bị tiêu tán và chuyên sang tin số thấp hơn. Các sóng có tần số khác nhau đi chuyển. với tốc độ khác nhau và do đó bên ngoài khu vực tao bão, trang thái biển bị thay đổi khi các thành phần tần số khác nhau tách biệt. Các sóng tấn số thấp di chuyển nhanh hơn các sóng tẩn số cao dẫn đến trang thai biển lừng trái ngược với điều kiện biển bão.
Quá trình này được gọi là sự phân tán. Do đó, sóng gió có thể được đặc trưng là không đều, đình ngắn và đốc chứa một dải tân số và hướng lớn. Mặt khác, sóng lừng có thể có đặc điểm là khá đều đặn, đỉnh dai và không đốc lắm, chứa một dải tẫn số và hướng thấp.2 Sóng biên độ nhỏ Sóng biên độ nhỏ là sóng có độ cao sóng nhỏ so với bước sóng và độ sâu của nước. Mô tả toán học sớm nhất về sóng tuyến tính là do Airy đưa ra vào năm 1845, thường gọi là lý thuyết sóng Airy.
Sông Airy được hình thành bằng cách sử dụng các khái niệm về đồng chất lỏng lý tưởng hai chiéu. Đây là điểm xuất phát hợp lý của sóng biển, không. bị ảnh hưởng nhiều bởi độ nhớt, sức căng ê mặt hay sự nhiều loạn. Hình 1-2 cho th: mmột sóng hình sin có bước sóng L, chiều cao H và chu kỳ T, lan truyền trên mặt nước với độ sâu h không bị xáo trộn.
Sự thay đổi của độ cao bễ mặt theo thời gian, từ mực nước tĩnh, được ký hiệu là rị và được cho bởi #) an Trong đó: x là khoảng cách đo dọc theo trục hoành và t là thời gian. Vận tốc của sóng chuyển động theo phương x được cho bởi công thức e = L / T. Mức nước trn. Hình 1-2: Mô tả định nghĩa một sóng hình sin Phương trình (1.1) đại điện cho nghiệm bê mặt của phương trình sóng Airy.
Sự suy ra của các phương trình sóng Airy bắt đầu từ phương trình Laplace đổi với đòng chuyển đông của một chất lòng lý tưởng. Các quá trình biển đổi và suy giảm năng lượng sóng Khi sóng tiếp cận bờ biển, chiều cao và bước sóng của chúng bị thay đổi bởi các quá trình khúc xạ và chuyển động trước khi vỡ vào bờ. Khi sóng đã vỡ, chúng đi vào vùng được gọi là vừng sóng vỡ. Tại đây xảy ra một số quá trình biến đổi và suy giảm phức tap nhất, bao gdm việc tạo ra các đòng chảy ngang và đọc bờ, thiết lập mực nước trung bình va van chuyển trầm tích manh mẽ của vật liệu bãi biển Ở những nơi có các công trình ven biển, trên đường bờ biển hoặc trong vùng gẵn bờ, sóng cũng có thể bị nhiễu xạ và phản xạ dẫn đến sự phức tạp thêm trong chuyển động của sóng Hình 1-3 cho thấy một khái niệm đơn giản về quá trình biến đổi và suy giảm sóng chính rnà các kỹ sư ven biển phải xem xét khi thiết kế các sơ đỗ bảo vệ bờ biển.
Sự tôn tại của các nhóm sóng cũng tạo ra các đang sóng thứ cấp có tân số và biên độ thấp hơn nhiều được gọi là sóng dài liên kết. Bên trong vùng sóng vỡ, những con sóng này tách ra khỏi sống 'ngắn' và đã được chứng minh là có ảnh hưởng lớn đến sự vận chuyển trầm tích và hình thái bãi biển tạo ra các biển thể đài và xuyên bở trong trường. sóng vùng sóng vỡ Sóng nước sâu Mat do phổ %0, Phổ sớng nước sau Số liệu mẫu. HS Điểm số lều môu.
Vùng nước Công tĩnh được chuyển tiếp. thiết kế trong điều. kigncue doan ir Hình 1-3: Các guả trình bién adi và suy giảm sóng chính + Khúc xạ sống Tốc độ lan truyền sóng c và bước sóng L có liên quan với chu tham số duy nhất không đổi đối với một sóng riêng 18): e/cạ = tanh(kh) = L/L 2) Đổ tìm gia tốc sóng và bước sóng ở đô sâu h bất kỳ, hai phương trình này phải được giải đồng thời. Giải pháp luôn luôn sao cho e < cụ và L < Lọ cho h < họ (trong đó chỉ số “o” dùng đề chỉ điêu kiện nước sâu).
“Xét sóng nước sâu tiền tới giới hạn độ sâu chuyển tiếp (h/L¿ = 0.5), như trong Hình 1-4a Một sóng truyền từ A đến B (ở vùng nước sáu) truyền một khoảng cách Lo trong một chủ ng T. Tuy nhiên, sóng truyền từ C đến D truyền một khoảng cách nhé hon, L trong cùng một thời gian, vỉ nó ở trong vùng sâu chuyẻn tiếp. Do đó, mặt trước của làn. sóng mới bây giờ là BD, đã xoay đổi với AC.
Đặt góc a dai diện cho góc của mặt trước sóng so với đường đẳng sâu, thi sina = L/BC va sing = Lo/BC. Vi thé: sina ait ie — — tanh(kh) (1.3) Khi e < co thi a < oo, thể hiện sóng tiếp cận bờ biển từ một góc xiên, các mặt trước của sóng có xu hướng tự sắp xếp với các đường đã âu. Hình 1-4b cho thấy sự biển thiên của cíe; với h/Lo Va o/ap với h/Lo (trường hợp sau là cụ thể cho trường hợp các đường đẳng sâu song song). Đại lượng Lo được sử dụng phổ biến hơn L vì nó là một đại lượng cỗ định cho mỗi con sóng xem xét, trong khi L biến đổi trong quả trình truyển sóng.
Hình 1-4: (a)Mô tả sự khúc xạ sóng; (b) Sự thay đổi của tốc độ lan truyễn sóng và góc sóng tới theo độ sâu nước ‘ sống Sóng tới thông thường gặp các công trình thẳng đứng cứng (Như tường bến cảng và tường biển) sẽ bi phan xa, theo đó sóng phản xạ có cùng pha nhưng ngược hướng và về cơ bản cùng biên độ với sóng tới. Điều này thỏa mãn điều kiện biên cân thiết là vận tốc ngang luôn bằng không. Kết quả tạo nên dạng sóng mới được gọi là sóng đứng, như trong Hình 1-5. Sự phản xạ cũng có thể xây ra khi sóng xâm nhập vào bến cảng hoặc cửa sông.
Điều này có thể dẫn đến hiện tượng công hưởng khi các sóng được khuếch đại. Tại các điểm nút sóng không có chuyển động thẳng đứng theo thời gian. Ngược lại, ở các cạnh, đỉnh và bụng sóng xuất hiện xen kẽ. Đồi với trường hợp sóng lớn ở vùng nước niông và nếu sóng phản xa có biên độ tương tự với sóng tới, thì các đỉnh tiễn và lùi va chạm nhau một cách ngoạn mục, tao thành một chùm gọi là một chùm tia (xem Hình.
Điều này thường được quan sát thấy ở các bức tường biển. Sóng đứng có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho các công trình biển và gây ra xói đáy đáng kể. Bụng sóng N&O) œ0) 11/2) TQX1/2) Săng ng Vên tếc phản tỞ nƯớc tại sung séne ¬—_. ing ~———e Vên tốc phân §ử nước tại nót sóng Hình I-5: Mô tả sóng đứng Hình 1-6: Sóng đứng được quan sắt tại bờ biển + Nhiễu xụ sóng Đây là quá trình mà sóng bẻ cong xung quanh các at can tròn bằng bức xa năng lượng sóng.
Hình 1-7 cho thấy một sự lan truyền sóng xiên tại một đầu đê chắn sóng. Có ba vùng riêng biệ Ig bóng tôi điễn ra hiện tượng nhiễu xạ - Vùng (1). + _ Vùng sóng đỉnh ngắn trong đó sóng tới và sóng phản xạ tương tác với nhau ~ Vũng (2). +_ Một vùng sóng tới không bị ảnh hưởng ~ Vùng (3).
Trong vùng (1) các sóng nhiễu xạ với mặt sóng tạo thành các cung tròn có tâm ở điểm. đâu đê chắn sóng. Khi sóng nhiễu xạ, độ cao của sóng giảm đân đo năng lượng của sóng tới lan truyền trong vùng. Tuy nhiên, tình hình thực tế phức tạp hơn những gì được trình bày trong Hình 1-7.
Các sóng phản xạ trong vùng (2) sẽ nhiễu xạ vào vùng (3) và đo đó kéo dài vùng sóng đỉnh ngắn vào vùng (3) © seng ohibure Đệp phá sóng. Hình 1-7: Sự nhiễu xạ sông ÙŸ tưởng xung quanh một đê chắn sông không thẩm nước 10 + Sóng vỡ Có hai tiêu chí dùng để xác định thời điểm sóng sẽ vỡ. Đâu tiên là giới hạn về đô đốc của sóng (H/L) và thứ hai là di hạn về tỷ lệ giữa chiều cao sóng đô sâu của nước (H/h). Giới hạn lý thuyết át nguồn từ lý thuyết sóng đơn, là một sóng đơn có đỉnh và không có đáy.
Một loại sóng như vậy được Russell quan sát lẫn đầu tiên vào năm 1840, được tạo ra bởi một chiếc xà lan trên kênh Forth và Clyde. Hai tiêu chí được đưa ra bởi: (1) Đô đốc H/L < 1/7. Điều này thường giới hạn độ cao của sóng nước sâu. (2) Tỷ số giữa chiều cao sóng và độ sâu nước: Chỉ số sóng vỡ ÿ = H/h = 0,78 Trong thực tế, có thể thay đổi từ khoảng 0,4 đến 1,2 tùy thuộc vào độ đốc của bãi biển và loại số 'ỡ.
Sóng vỡ có thê được phân chia thành một trong ba loại như Hình 1-8. Sóng nhao E, đi biển rốt phẳng, Đại biển dốc, Sóng nổ Bồi biến rết đốc Hình 1-8: Các dạng chính của sống vỡ 11 (a) Séng nhdo tai bờ biển thoải. (0) Séng dé tại bờ biển dốc Hình 1-9: Hình ảnh sóng vỡ tại bờ bién (http:/heww.org) 1⁄2 Tổng quan ũnh hình nghiên cứu tương tác giữa sóng và bờ đảo trên thế giới Nghiên cứu sự tương tác giữa sóng biển và đảo ngoài khơi đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ nhiêu thập kỷ trước đây (Arthur, 1946 [1]& 1951 [2]). Khi sóng tiến vào.
bờ, vận tốc của chúng bắt đâu giảm đi đáng kể ở độ sầu khoảng một nửa chiéu dai sóng.