Nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang và sóng tràn qua đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng

Luận án tiến sĩ nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang và sóng tràn qua đê biển với kết cấu ¼ trụ rỗng, góp phần cải thiện an toàn công trình.

• Tác giả: Phan Đình Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Trần Đình Hòa
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình biển
• Đề tài: Nghiên Cứu Đề Xuất Mặt Cắt Ngang Và Sóng Tràn Qua Đê Biển Có Kết Cấu ¼ Trụ Rỗng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Nội dung nghiên cứu
• 0.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 0.6. Cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU SÓNG TRÀN VÀ CÁC KẾT CẤU RỖNG TRONG CÔNG TRÌNH BIỂN
• 1.1. Tổng quan nghiên cứu sóng tràn qua đê biển
• 1.1.1. Tổng quan nghiên cứu sóng tràn trên thế giới
• 1.1.2. Tổng quan nghiên cứu sóng tràn ở Việt Nam
• 1.2. Tổng quan kết cấu rỗng trong công trình biển
• 1.2.1. Tổng quan các công trình sử dụng kết cấu rỗng
• 1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu kết cấu rỗng
• 1.3. Hiện trạng và tồn tại đê biển khu vực đồng bằng sông Cửu Long
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu sóng tràn
• 2.2. Các tham số chi phối sóng tràn
• 2.3. Các tham số sóng
• 2.4. Phương pháp tính sóng tràn qua các mặt cắt đặc trưng
• 2.4.1. Phương pháp tính sóng tràn mái nghiêng và mái nghiêng có tường đỉnh
• 2.4.2. Phương pháp tính sóng tràn qua mặt cắt tường biển
• 2.5. Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình vật lý
• 2.5.1. Lý thuyết tương tự và tỷ lệ mô hình
• 2.5.2. Cơ sở lý thuyết về phương pháp phân tích thứ nguyên
• 2.5.3. Phân tích thứ nguyên xác định các tham số chi phối để xây dựng phương trình tổng quát xác định lưu lượng tràn
• 2.6. Thiết lập phương trình tổng quát về sóng tràn qua mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh (TSD)
• 2.7. Cơ sở lựa chọn các tham số và kịch bản thí nghiệm
• 2.7.1. Lựa chọn loại mặt cắt nghiên cứu
• 2.7.2. Lựa chọn độ sâu nước và độ dốc bãi thí nghiệm
• 2.7.3. Lựa chọn thông số sóng thí nghiệm
• 2.8. Thiết kế mô hình và bố trí thí nghiệm
• 2.8.1. Thiết bị thí nghiệm và các tham số đo đạc
• 2.8.2. Bố trí thí nghiệm
• 2.9. Các phương án thí nghiệm
• 2.10. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN CÓ KẾT CẤU ¼ TRỤ RỖNG TRÊN ĐỈNH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU ĐẾN SÓNG TRÀN BẰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ MÁNG SÓNG
• 3.1. Cơ sở đề xuất mặt cắt đê biển có kết cấu rỗng trên đỉnh
• 3.1.1. Đánh giá sóng tràn qua các mặt cắt thí nghiệm
• 3.1.2. Đánh giá sóng phản xạ qua các mặt cắt thí nghiệm
• 3.2. Đánh giá xu thế sóng tràn qua mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh (TSD) so với phương pháp tính toán sóng tràn qua mặt cắt tường biển hỗn hợp
• 3.3. Đánh giá ảnh hưởng của các tham số chi phối
• 3.3.1. Tương quan độ cao lưu không và lưu lượng tràn
• 3.3.2. Tương quan độ sâu nước, độ dốc sóng và lưu lượng tràn
• 3.3.3. Tương quan hệ số rỗng bề mặt và lưu lượng tràn
• 3.4. Xây dựng công thức thực nghiệm
• 3.5. So sánh kết quả tính với số liệu đo đạc
• 3.6. Phạm vi ứng dụng công thức thực nghiệm của luận án
• 3.7. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CHO ĐÊ BIỂN NHÀ MÁT TỈNH BẠC LIÊU
• 4.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu
• 4.1.1. Vị trí địa lý và điều kiện địa hình
• 4.1.2. Điều kiện địa chất
• 4.1.3. Điều kiện khí tượng
• 4.1.4. Điều kiện thủy hải văn
• 4.2. Các điều kiện biên thiết kế
• 4.2.1. Cấp công trình và tần suất thiết kế
• 4.2.2. Điều kiện biên
• 4.2.3. Thông số kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh tính toán
• 4.2.4. Tính toán cao trình đỉnh mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh (TSD)
• 4.3. Công thức tính toán sóng tràn qua mặt cắt đê có TSD
• 4.3.1. Kiểm tra tính phù hợp công thức so với điều kiện biên
• 4.3.2. Thiết lập bảng tính toán sóng tràn
• 4.3.3. Phương pháp tính
• 4.3.4. Tính toán lưu lượng tràn qua mặt cắt hiện trạng
• 4.3.4.1. Thông số mặt cắt, điều kiện biên tính toán
• 4.3.4.2. Công thức xác định
• 4.3.5. Phân tích, đánh giá hiệu quả mặt cắt đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh (TSD) so với mặt cắt đê biển hiện trạng
• 4.4. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu sóng tràn và các kết cấu rỗng trong công trình biển

Nghiên cứu sóng tràn qua đê biển là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật xây dựng công trình biển. Sóng tràn là hiện tượng nước bị đẩy tràn qua đỉnh đê do động năng của sóng. Việc hiểu rõ về mặt cắt ngang của đê biển và các kết cấu rỗng là cần thiết để đảm bảo an toàn cho các công trình này. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc áp dụng kết cấu rỗng có thể giảm thiểu tác động của sóng tràn, đồng thời giảm tải trọng lên đê. Kết cấu rỗng, đặc biệt là kết cấu ¼ trụ rỗng, đã được chứng minh là hiệu quả trong việc giảm sóng phản xạ và tăng cường khả năng bảo vệ bờ biển. Các nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng việc thiết kế mặt cắt ngang phù hợp có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu đựng của đê biển trước các tác động của sóng và nước dâng.

1.1 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn trên thế giới

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để hiểu rõ hơn về sóng tràn và các phương pháp tính toán liên quan. Các nghiên cứu này đã phát triển nhiều mô hình lý thuyết và thực nghiệm để đánh giá tác động của sóng tràn lên các công trình biển. Việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại giúp cải thiện độ chính xác trong việc dự đoán lưu lượng sóng tràn qua các mặt cắt khác nhau. Các nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng việc sử dụng các kết cấu rỗng có thể làm giảm đáng kể lượng sóng tràn qua đê, từ đó bảo vệ tốt hơn cho các khu vực phía sau đê biển.

1.2 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn ở Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu về sóng tràn và các kết cấu rỗng trong công trình biển đang ngày càng được chú trọng, đặc biệt là ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tình trạng biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang gây ra nhiều thách thức cho hệ thống đê biển hiện có. Việc áp dụng các kết cấu rỗng như kết cấu ¼ trụ rỗng đã được đề xuất như một giải pháp khả thi để cải thiện khả năng chống chịu của đê biển. Các nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng việc thiết kế mặt cắt ngang phù hợp có thể giúp giảm thiểu tác động của sóng tràn, từ đó bảo vệ tốt hơn cho các khu vực ven biển.

II. Cơ sở lý thuyết và dữ liệu nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu sóng tràn bao gồm các khái niệm về động lực học sóng và các tham số chi phối sóng. Các tham số này bao gồm chiều cao sóng, chu kỳ sóng và độ sâu nước. Việc hiểu rõ các tham số này là cần thiết để xây dựng các mô hình tính toán chính xác cho sóng tràn qua đê biển. Các phương pháp tính toán sóng tràn qua mặt cắt đê biển đã được phát triển, bao gồm cả các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc áp dụng các mô hình vật lý có thể giúp xác định chính xác lưu lượng sóng tràn qua các mặt cắt khác nhau. Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm mô hình cũng đã cung cấp thông tin quý giá để đánh giá hiệu quả của các kết cấu rỗng trong việc giảm sóng tràn.

2.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu sóng tràn

Cơ sở lý thuyết về sóng tràn bao gồm các nguyên lý cơ bản của động lực học sóng. Sóng tràn xảy ra khi nước bị đẩy lên cao hơn mực nước biển do tác động của sóng. Các yếu tố như chiều cao sóng, chu kỳ sóng và độ sâu nước đều ảnh hưởng đến lưu lượng sóng tràn. Việc áp dụng các công thức tính toán chính xác cho phép dự đoán lưu lượng sóng tràn qua các mặt cắt khác nhau, từ đó giúp thiết kế các công trình biển hiệu quả hơn.

2.2 Các tham số chi phối sóng tràn

Các tham số chi phối sóng tràn bao gồm chiều cao sóng, chu kỳ sóng và độ sâu nước. Những tham số này không chỉ ảnh hưởng đến lưu lượng sóng tràn mà còn đến khả năng chịu đựng của các công trình biển. Việc xác định chính xác các tham số này là rất quan trọng trong việc thiết kế mặt cắt ngang cho đê biển. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các mô hình vật lý có thể giúp xác định các tham số này một cách chính xác hơn, từ đó cải thiện khả năng dự đoán lưu lượng sóng tràn.

III. Nghiên cứu cơ sở đề xuất mặt cắt ngang đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh

Nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang cho đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh nhằm cải thiện khả năng chống chịu của đê trước tác động của sóng tràn. Kết cấu này không chỉ giúp giảm tải trọng lên đê mà còn giảm thiểu sóng phản xạ, từ đó bảo vệ tốt hơn cho khu vực phía sau đê. Các thí nghiệm mô hình đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của mặt cắt này trong việc giảm sóng tràn. Kết quả cho thấy rằng mặt cắt ngang với kết cấu rỗng có thể giảm đáng kể lưu lượng sóng tràn qua đê, từ đó nâng cao khả năng bảo vệ cho các khu vực ven biển.

3.1 Đánh giá sóng tràn qua các mặt cắt thí nghiệm

Các thí nghiệm mô hình đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các mặt cắt khác nhau trong việc giảm sóng tràn. Kết quả cho thấy rằng mặt cắt ngang với kết cấu ¼ trụ rỗng có khả năng giảm lưu lượng sóng tràn tốt hơn so với các mặt cắt truyền thống. Việc áp dụng kết cấu rỗng không chỉ giúp giảm tải trọng lên đê mà còn cải thiện khả năng chống chịu của đê trước các tác động của sóng và nước dâng.

3.2 Đánh giá sóng phản xạ qua các mặt cắt thí nghiệm

Sóng phản xạ là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong thiết kế mặt cắt đê biển. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng mặt cắt với kết cấu ¼ trụ rỗng có khả năng giảm sóng phản xạ hiệu quả hơn so với các mặt cắt truyền thống. Việc giảm sóng phản xạ không chỉ giúp bảo vệ đê mà còn giảm thiểu tác động của sóng đến các khu vực phía sau đê. Kết quả này cho thấy rằng việc áp dụng kết cấu rỗng là một giải pháp khả thi để cải thiện khả năng chống chịu của đê biển.

IV. Ứng dụng kết quả nghiên cứu tính toán cho đê biển Nhà Mát tỉnh Bạc Liêu

Kết quả nghiên cứu về mặt cắt ngang đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng đã được áp dụng để tính toán cho đê biển Nhà Mát tỉnh Bạc Liêu. Việc áp dụng các công thức tính toán lưu lượng sóng tràn đã cho thấy hiệu quả trong việc thiết kế mặt cắt đê biển phù hợp với điều kiện tự nhiên của khu vực. Các tính toán cho thấy rằng mặt cắt với kết cấu rỗng có thể đáp ứng được yêu cầu về an toàn và hiệu quả trong việc bảo vệ khu vực ven biển. Kết quả này không chỉ có ý nghĩa trong việc thiết kế đê biển mà còn có thể áp dụng cho các công trình biển khác trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

4.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu

Khu vực Nhà Mát tỉnh Bạc Liêu là một trong những khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Việc thiết kế đê biển tại đây cần phải xem xét kỹ lưỡng các yếu tố tự nhiên như sóng, triều cường và địa chất nền. Kết quả nghiên cứu về mặt cắt ngang đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng sẽ giúp cải thiện khả năng chống chịu của đê trước các tác động của sóng và nước dâng.

4.2 Tính toán lưu lượng tràn qua mặt cắt hiện trạng

Việc tính toán lưu lượng sóng tràn qua mặt cắt hiện trạng của đê biển Nhà Mát đã cho thấy rằng mặt cắt này không đáp ứng được yêu cầu về an toàn trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Kết quả tính toán cho thấy rằng việc áp dụng mặt cắt với kết cấu ¼ trụ rỗng sẽ giúp cải thiện đáng kể khả năng chống chịu của đê biển, từ đó bảo vệ tốt hơn cho khu vực ven biển.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Công trình nghiên cứu "Nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang và sóng tràn qua đê biển có kết cấu ¼ trụ rỗng trên đỉnh" của tác giả Phan Đình Tuấn (2022), chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình biển (Mã số: 958 02 03) dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. TS. Trần Đình Hòa và PGS. TS. Nguyễn Bá Quỳ tại Trường Đại học Thủy Lợi, đại diện cho bước đột phá về mặt lý luận và giải pháp công trình thủy công ven biển. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và nước biển dâng đe dọa trực tiếp dải ven biển Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), các tuyến đê hiện hữu đối mặt với hiện tượng sóng tràn gia tăng, trượt lún nền đất yếu và xói lở chân đê nghiêm trọng.

                           [ Kết cấu ¼ Trụ Rỗng (TSD) ]

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi xuất phát từ việc các hướng dẫn quốc tế như TAW (2002) hay EurOtop (2007, 2016, 2018) cùng các nghiên cứu kinh điển của Owen (1980), Van der Meer (1993) và Doorslaer et al. (2015) chỉ tập trung giải quyết tương tác thủy lực trên đê mái nghiêng đồng nhất hoặc tường đứng phẳng có gờ chắn (bullnose/parapet). Chưa có khung lý thuyết thực nghiệm hoàn chỉnh nào lượng hóa tường minh tương tác sóng tràn phi tuyến qua đỉnh đê tích hợp kết cấu rỗng mặt cong tiêu năng (TSD - Top Semi-hollow / Quarter-circular Structure with Perforations). Luận án giải quyết hệ thống 03 câu hỏi nghiên cứu (RQs) và kiểm chứng 03 giả thuyết khoa học (Hs):

• RQ1: Quy luật tương tác thủy động lực học giữa sóng ngẫu nhiên nước nông và kết cấu ¼ trụ rỗng đục lỗ đặt tại đỉnh đê biến thiên như thế nào theo hình thái sóng?
• RQ2: Hệ số đục lỗ bề mặt ($\varepsilon$) kết hợp buồng tiêu sóng bên trong triệt tiêu năng lượng sóng tới và suy giảm lưu lượng tràn ($q$) theo hàm toán học nào?
• RQ3: Quy mô hình học tối ưu của mặt cắt đê kết hợp TSD có đáp ứng đồng thời tiêu chuẩn chống tràn $[q]$ và giảm tải trọng công trình trên nền đất yếu ĐBSCL không?
• H1: Mặt cong ¼ trụ tròn đục lỗ làm biến đổi cơ chế sóng phản xạ từ phản xạ toàn phần ($k_r = 0.7 \div 1.0$) sang tiêu tán xoáy nội tại trong buồng rỗng, hạ thấp $k_r$ đáng kể.
• H2: Tỷ số không thứ nguyên độ cao lưu không ($R_c/H_{m0}$) và hệ số rỗng ($\varepsilon$) tương quan phi tuyến nghịch với lưu lượng tràn không thứ nguyên ($Q^* = q/\sqrt{g H_{m0}^3}$).
• H3: Giải pháp TSD cho phép giảm chiều cao đắp và khối lượng đê đến 30–45% so với đê mái nghiêng truyền thống, hạn chế lún sụt cục bộ.

Khung lý thuyết của công trình tích hợp lý thuyết sóng ngẫu nhiên phân tích phổ JONSWAP/Bretschneider, lý thuyết phân tích thứ nguyên Buckingham $\Pi$ và động lực học dòng chảy rối qua môi trường rỗng (Jarlan, 1961). Với phạm vi thực nghiệm tại Máng sóng thuộc Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Động lực học Sông Biển cùng dữ liệu kiểm chứng thực địa tại Đê biển Nhà Mát (tỉnh Bạc Liêu), luận án định hình một đóng góp mang tính tiên phong trong việc giải bài toán kép: giảm lưu lượng sóng tràn đơn vị $q$ (l/s/m) và khống chế lún trượt công trình bảo vệ bờ biển.

---

Literature Review và Positioning

Nghiên cứu sóng tràn và kết cấu tiêu sóng trên thế giới trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ các thí nghiệm sóng đơn của Saville (1955) đến các bộ dữ liệu đồ sộ của Owen (1980) với hơn 500 tổ hợp thí nghiệm sóng ngẫu nhiên trên mái dốc nhẵn và tường đỉnh. Owen (1980) đã thiết lập công thức hàm mũ kinh điển:

$$\frac{q}{g H_s T_m} = a \exp\left(-b \frac{R_c}{T_m \sqrt{g H_s}} \frac{1}{\gamma_r}\right)$$

Tiếp nối hướng tiếp cận này, De Waal & Van der Meer (1992) và Van der Meer & Janssen (1995) chuẩn hóa công thức sóng tràn cho đê biển có cơ và độ nhám mái thông qua chiều cao sóng leo $R_{u2%}$ và chỉ số sóng vỡ Iribarren $\xi_0 = \tan\alpha/\sqrt{s_{m-1,0}}$. Franco et al. (1994) và Allsop et al. (1995) đối chiếu dữ liệu dự án CLASS nhằm mở rộng tính toán cho tường đứng vùng nước sâu ($a = 0.3$) và vùng nước nông ($a = 0.78$). Gần đây hơn, Doorslaer et al. (2015) qua hơn 1000 thí nghiệm mô hình vật lý tại Bỉ đã đề xuất hệ số chiết giảm tổng hợp $\gamma_v = \gamma_w \cdot \gamma_s \cdot \gamma_p$ đối với tường đỉnh có mũi hắt sóng (recurved parapet).

[Tiến trình Lý thuyết Sóng tràn & Kết cấu Tiêu sóng]
(Sóng đơn)            (Hàm mũ thực nghiệm) (Chỉ số Iribarren)         (Sổ tay chuẩn hóa)
(Thùng chìm đục lỗ)                       (Caisson đục lỗ 20%)        (Đê đỉnh ¼ trụ rỗng TSD)

Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Thiều Quang Tuấn (2006, 2009, 2013), Nguyễn Văn Thìn (2014), Nguyễn Văn Dũng (2017) đã lượng hóa ảnh hưởng của tường đỉnh thẳng đứng và tường có mũi hắt đến dòng tràn qua đê mái nghiêng, chứng minh phương pháp TAW (2002) đánh giá thấp hiệu quả chiết giảm của tường đỉnh thấp. Về mảng kết cấu rỗng tiêu năng, nguyên lý buồng tiêu sóng (BTS) đục lỗ của Jarlan (1961) ban đầu ứng dụng cho thùng chìm cảng biển tại Miyazaki (Nhật Bản, 1993) và Thiên Tân, Cửa sông Dương Tử (Trung Quốc, 1997–2000). Tiếp đó, Dhinakaran et al. (2009, 2011, 2012) tại Ấn Độ đã khảo sát đê rỗng ngập nước xa bờ với hệ số đục lỗ $\varepsilon = 7% \div 17%$, chứng minh tỷ lệ đục lỗ 11% mang lại cân bằng tối ưu giữa hệ số truyền sóng ($K_t$) và hệ số phản xạ ($K_r$). Lê Thanh Chương et al. (2017–2020) và Thiều Quang Tuấn et al. (2018, 2019) mở rộng nghiên cứu sang kết cấu lăng thể tam giác, tứ giác và bán nguyệt tiêu sóng độc lập giảm sóng xa bờ.

Tuy nhiên, tồn tại một tranh luận học thuật sâu sắc giữa hai trường phái:

• Trường phái truyền thống (EurOtop, Doorslaer et al.): Xử lý sóng tràn bằng cách tăng chiều cao lưu không $R_c$ hoặc bổ sung tường đỉnh dạng đặc (solid parapet). Phương pháp này tạo phản xạ sóng cực lớn ($k_r \approx 0.7 \div 1.0$), gây sóng bắn tóe (wave impact spray) và gia tăng xói lở chân đê.
• Trường phái công trình rỗng phân tán (Dhinakaran et al., Franco & Franco 1999): Sử dụng vách rỗng để giảm phản xạ nhưng lại áp dụng chủ yếu cho công trình đê xa bờ hoặc tường chắn thùng chìm thẳng đứng, chưa tích hợp trực tiếp lên đỉnh đê mái nghiêng bảo vệ bờ.

Luận án của Phan Đình Tuấn (2022) định vị chính xác tại giao lộ của hai dòng lý thuyết trên: Tích hợp cấu trúc ¼ trụ rỗng (TSD) với mặt cong đục lỗ hướng biển trực tiếp lên đỉnh đê mái nghiêng. Đây là cấu trúc chuyển tiếp động lực học, biến đổi năng lượng va đập trực diện thành quá trình tiêu tán xoáy nội tại và giải phóng áp lực khí nén, khắc phục triệt để khiếm khuyết của cả tường đỉnh đặc truyền thống lẫn đê giảm sóng xa bờ độc lập.

---

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng trực tiếp lý thuyết sóng tràn của Van der Meer & Bruce (2014) và sổ tay kỹ thuật EurOtop (2018) bằng việc thiết lập mô hình giải tích - thực nghiệm biểu diễn dòng tràn qua kết cấu mặt cong đục lỗ tiêu năng:

1. Mở rộng lý thuyết tiêu tán năng lượng sóng qua kết cấu đục lỗ: Luận án chứng minh rằng dòng tia (water jets) đi qua bề mặt cong đục lỗ ($\varepsilon = 10%, 15%, 20%$) va chạm và tạo các dòng xoáy nghịch chiều trong buồng tiêu sóng kín đáy, triệt tiêu động năng sóng leo trước khi khối nước dâng tiếp cận cao trình đỉnh $Z_d$.
2. Xác lập hệ số ảnh hưởng hình thái mặt cong kết hợp độ rỗng: Phát triển hệ số chiết giảm chuyên biệt $\gamma_{TSD}$ tích hợp đồng thời thông số tỷ lệ rỗng $\varepsilon$, chiều cao kết cấu $h_w$, và bề rộng đáy kết cấu $B_w$, thay thế cho các hệ số riêng rẽ thiếu tương thích trong công thức TAW (2002).
3. Chuyển dịch mô hình thủy lực (Paradigm Shift): Chuyển từ cơ chế "chặn cứng và phản xạ" (rigid blocking - solid wall) sang cơ chế "hấp thụ dòng và triệt tiêu áp lực sóng" (hydrodynamic absorption & internal energy dissipation), làm giảm hệ số phản xạ sóng từ $k_r = 0.75 \div 0.95$ (đối với tường đỉnh đặc) xuống còn $k_r = 0.35 \div 0.52$.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án kết hợp 03 trụ cột lý thuyết: Định luật bảo toàn năng lượng dòng mặt tự do, Lý thuyết tương tự Froude trong cơ học chất lỏng và Phương pháp phân tích thứ nguyên Buckingham $\Pi$. Hàm toán học tổng quát xác định lưu lượng sóng tràn trung bình qua mặt cắt TSD được xác lập:

$$\frac{q}{\sqrt{g H_{m0}^3}} = f\left(\frac{R_c}{H_{m0}}, \frac{d}{h}, \frac{H_{m0}}{h}, \varepsilon, \xi_{m-1,0}, \frac{B_w}{L_{m-1,0}}\right)$$

Trong đó:

• $q$: Lưu lượng tràn đơn vị trung bình ($m^3/s/m$ hoặc $l/s/m$).
• $R_c/H_{m0}$: Độ cao lưu không tương đối của đỉnh kết cấu so với mực nước tính toán.
• $d/h$: Độ sâu ngập nước tương đối trong buồng kết cấu trụ rỗng so với độ sâu nước chân công trình.
• $H_{m0}/h$: Độ dốc sóng tương đối tại chân đê.
• $\varepsilon$: Tỷ lệ lỗ rỗng bề mặt tiếp sóng ($\varepsilon = 10% \div 20%$).
• $\xi_{m-1,0}$: Chỉ số Iribarren tính theo chu kỳ đặc trưng phổ $T_{m-1,0}$.

Điều kiện biên xác định (Boundary Conditions):

• Mái đê phía biển có độ dốc $\cot\alpha = 2.0 \div 3.0$, gia cố lớp phủ đá đổ hoặc cấu kiện dị hình.
• Độ cao lưu không tương đối nằm trong miền khảo sát: $0.5 \le R_c/H_{m0} \le 2.5$.
• Chế độ thủy lực vùng nước nông ven bờ chịu ảnh hưởng biến dạng sóng vỡ dâng (surging) và sóng vỡ nhảy (plunging).

---

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu theo đuổi trường phái thực chứng nghiêm ngặt (Positivism Paradigm) thông qua mô hình hóa vật lý thực nghiệm kết hợp phân tích hồi quy toán học đa biến. Thiết kế nghiên cứu đa tầng bao gồm:

[Thiết kế Nghiên cứu Đa tầng]

Hạng mục thông số	Quy chuẩn thực nghiệm
Quy chuẩn tỷ lệ mô hình	Tiêu chuẩn Froude không biến dạng ($N_L = 15 \div 25$, $N_t = \sqrt{N_L}$)
Quy cách máng sóng	Chiều dài $L = 40\text{ m}$, rộng $B = 1.2\text{ m}$, cao $H = 1.5\text{ m}$
Phổ sóng tạo lập	Phổ ngẫu nhiên JONSWAP/Bretschneider với chu kỳ đỉnh $T_p$, chu kỳ $T_{m-1,0}$
Hệ thống cảm biến	Cảm biến đo sóng điện dung độ chính xác $\pm 0.5\text{ mm}$, PicoLog 1000 Series
Số lượng kịch bản	Hơn 120 tổ hợp sóng ($H_{m0}, T_p$) $\times$ mực nước ($h, d$) $\times$ độ rỗng ($\varepsilon$)

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình thu thập và xử lý số liệu đảm bảo tính tam giác đạc phương pháp (Methodological Triangulation):

1. Kiểm chuẩn sóng tới (Calibration): Tiến hành tạo sóng ngẫu nhiên 03 lần lặp trên máng trống để hiệu chỉnh phổ năng lượng, loại bỏ hiện tượng cộng hưởng và sóng phản xạ từ đáy máng.
2. Khử phản xạ sóng (Active Wave Absorption): Sử dụng thuật toán tách sóng tới và sóng phản xạ của Mansard & Funke (1980) với cụm 03 đầu đo bố trí chuẩn hóa trước chân công trình.
3. Đo đạc lưu lượng tràn ($q$): Nước tràn qua đỉnh kết cấu TSD được dẫn qua máng thu chuyên dụng vào thùng chứa tích hợp cảm biến đo mức nước tự động và cân điện tử chuẩn hóa, xác định chính xác lưu lượng tràn trung bình $q$ (l/s/m).

                      [ Sơ đồ Bố trí Thí nghiệm Máng sóng ]
   Điều khiển      Tách sóng tới/              Biến dạng sóng         Triệt tiêu năng    Đo lưu lượng
   phổ JONSWAP      sóng phản xạ                 nước nông             lượng & tràn        PicoLog

Data và phân tích

Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng và môi trường tính toán MATLAB:

• Xử lý số liệu: Thuật toán phân tích phổ FFT (Fast Fourier Transform) xác định các mô-men phổ $m_0, m_{-1}$, từ đó tính toán chính xác $H_{m0} = 4\sqrt{m_0}$ và $T_{m-1,0} = m_{-1}/m_0$.
• Phân tích hồi quy: Áp dụng phương pháp bình phương tối thiểu phi tuyến (Non-linear Least Squares Regression) để xác định các hệ số thực nghiệm $a, b$. Phân tích biểu đồ phần dư (residual plot) khẳng định sai số phân phối chuẩn quanh trục 0, hệ số xác định $R^2 > 0.92$, kiểm định thống kê đạt mức ý nghĩa $p < 0.001$.

---

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

      Lưu lượng tràn Q*
             0.5       1.0       1.5       2.0       2.5   Rc/Hm0

1. Hiệu ứng chiết giảm sóng tràn vượt trội của kết cấu TSD: Ở cùng điều kiện thủy lực biên ($H_{m0}, T_p, R_c$), mặt cắt đê kết hợp TSD làm giảm lưu lượng sóng tràn $q$ từ 40% đến 70% so với đê mái nghiêng thông thường và giảm 25% đến 45% so với đê có tường đỉnh thẳng đứng truyền thống.
2. Quy luật phi tuyến của tỷ lệ đục lỗ ($\varepsilon$): Khi tăng hệ số đục lỗ từ $\varepsilon = 10%$ lên $15%$, lưu lượng tràn $q$ và hệ số phản xạ $k_r$ giảm mạnh nhất. Tuy nhiên, khi tăng tiếp từ $15%$ lên $20%$, mức độ suy giảm sóng tràn có xu hướng tiệm cận bão hòa do lượng nước thoát qua các lỗ rỗng lớn tích tụ trong buồng gây ngập cục bộ đỉnh. Tỷ lệ $\varepsilon = 15%$ được xác lập là ngưỡng tối ưu kinh tế - kỹ thuật.
3. Triệt tiêu hiện tượng sóng bắn tóe (Wave Spray Impact): Khác với tường đỉnh đứng gây va đập xung kích cực đại và hất cột nước lên cao tạo sóng bắn dội xuống mặt đê (gây phá hoại mặt đê và sạt trượt mái trong), mặt cong ¼ trụ tròn hướng sóng cuộn ngược trở lại kết hợp dòng triệt tiêu qua lỗ rỗng giúp dập tắt hoàn toàn cột nước bắn tóe.
4. Công thức thực nghiệm xác định lưu lượng sóng tràn: Luận án đã thiết lập thành công công thức dự báo sóng tràn đơn vị trung bình dành riêng cho đê biển có kết cấu TSD:

$$\frac{q}{\sqrt{g H_{m0}^3}} = a \cdot \exp\left[-b \left(\frac{R_c}{H_{m0}}\right) \cdot \left(\frac{d}{h}\right)^c \cdot (1 - \varepsilon)^d\right]$$

(với các hệ số thực nghiệm $a, b, c, d$ được bình sai tối ưu với độ tin cậy $R^2 = 0.94$).

Implications đa chiều

• Về mặt học thuật: Bổ sung vào kho tàng cơ học công trình thủy vùng biển ven bờ một cấu trúc mặt cắt mới và bộ thông số thực nghiệm chưa từng xuất hiện trong các tiêu chuẩn thiết kế quốc tế (EurOtop, CEM).
• Về mặt kỹ thuật công trình: Cho phép hạ thấp cao trình đỉnh đê thiết kế $Z_d$ từ $0.4\text{ m} \div 0.8\text{ m}$ mà vẫn đảm bảo lưu lượng tràn cho phép $[q] \le 10 \div 20\text{ l/s/m}$, giải quyết bài toán chống tràn thích ứng nước biển dâng mà không cần mở rộng đáy đê.
• Về mặt giải pháp nền móng: Giảm tải trọng bản thân công trình lên nền bùn sét mềm yếu tại ĐBSCL, triệt tiêu nguy cơ sụt lún trượt sâu thân đê – một căn bệnh kinh niên của hệ thống đê biển miền Tây Nam Bộ.

---

Limitations và Future Research

1. Giới hạn trường sóng 2D trong máng hẹp: Thí nghiệm mô hình vật lý mới thực hiện với sóng trực diện (góc tới $\beta = 0^\circ$). Trong thực tế, sóng biển tác động xiên góc ($\beta \ne 0^\circ$) và có tính chất sóng 3D đỉnh ngắn, có thể làm thay đổi đặc tính tiêu năng qua các lỗ rỗng biên.
2. Quy mô thí nghiệm và hiệu ứng tỷ lệ khí nén (Scale Effects): Mặc dù tuân thủ định luật Froude, các bọt khí và hiện tượng nén khí (air entrapment) bên trong buồng tiêu sóng thu nhỏ không hoàn toàn tương đồng 100% với nguyên mẫu thực tế do chi phối của số Weber và áp suất khí quyển.
3. Chưa xét tương tác xói bùn cát động học chân đê: Nghiên cứu tập trung vào tương tác thủy lực sóng tràn trên mô hình đáy cố định, chưa mô phỏng biến dạng lòng dẫn và xói ngầm đáy biển dưới tác động của trường dòng chảy dư sau kết cấu TSD.

Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Agenda):

• Mở rộng thí nghiệm mô hình vật lý 3D trong bể sóng lớn (Wave Basin) với các góc sóng tới thay đổi $\beta = 15^\circ, 30^\circ, 45^\circ$.
• Ứng dụng mô hình số thủy động lực học 3D độ phân giải cao (OpenFOAM / DualSPHysics kết hợp mô hình hai pha khí - lỏng) để mô phỏng chi tiết trường vận tốc và phân bố áp lực sóng lên từng lỗ rỗng cấu kiện.
• Nghiên cứu độ bền kết cấu bê tông cốt phi kim (GFRP/BFRP) đúc sẵn cho cấu kiện TSD trong môi trường xâm thực mặn nhiệt đới.

---

Tác động và ảnh hưởng

                                  [ TÁC ĐỘNG ĐA LĨNH VỰC ]
[ KHOA HỌC & GIÁO DỤC ]             [ KINH TẾ & HẠ TẦNG ]                [ CHÍNH SÁCH & XÃ HỘI ]
• Tiên phong mặt cắt TSD            • Tiết kiệm 20-35% chi phí           • Đảm bảo sinh kế 20+ triệu dân
• Chuẩn hóa tính toán sóng tràn     • Giảm 40% rủi ro trượt lún nền      • Hoàn thiện TCVN 9901:2014
• Tài liệu tham khảo sau đại học    • Rút ngắn 30% thời gian thi công    • Thích ứng BĐKH & Nước biển dâng

• Tác động học thuật: Cung cấp cơ sở khoa học để cập nhật, bổ sung các tiêu chuẩn thiết kế đê biển quốc gia như TCVN 9901:2014 ("Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê biển"), mở ra hướng nghiên cứu chuyên sâu về kết cấu rỗng tiêu năng tích hợp.
• Tác động kinh tế kỹ thuật: Áp dụng kết cấu TSD bê tông đúc sẵn giúp cơ giới hóa quá trình thi công, giảm chi phí xử lý nền móng đất yếu và đắp đất thân đê từ 20% đến 35% so với giải pháp nâng cao toàn bộ mặt cắt đê mái nghiêng truyền thống.
• Tác động xã hội và bảo vệ môi trường: Bảo vệ an toàn tuyệt đối cho các khu dân cư, hạ tầng kinh tế và vùng nuôi trồng thủy hải sản nội đồng tại các tỉnh ven biển như Bạc Liêu, Cà Mau, Sóc Trăng trước các đợt triều cường cực đoan kết hợp bão tố.

---

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới học thuật: Tiếp cận phương pháp phân tích thứ nguyên và quy trình thực nghiệm máng sóng ngẫu nhiên chuẩn mực, kế thừa bộ dữ liệu thực nghiệm để phát triển các mô hình số trị chuyên sâu.
• Kỹ sư tư vấn thiết kế công trình thủy - hải văn: Có được công cụ tính toán giải tích trực tiếp, xác định chính xác cao trình đỉnh đê an toàn và kích thước buồng tiêu sóng mà không cần phải đầu tư chi phí thí nghiệm mô hình vật lý đắt đỏ cho từng dự án quy mô vừa và nhỏ.
• Các Ban Quản lý Dự án Nông nghiệp & PTNT ven biển: Sở hữu giải pháp công nghệ đúc sẵn lắp ghép nhanh, giải quyết triệt để bài toán khan hiếm vật liệu đất đắp đê và nền đất yếu tại ĐBSCL.
• Cơ quan quản lý Nhà nước (Tổng cục Phòng chống Thiên tai, Cục Quản lý Đê điều): Có căn cứ khoa học vững chắc để phê duyệt định mức kinh tế kỹ thuật và ban hành sổ tay hướng dẫn thiết kế đê biển thích ứng biến đổi khí hậu.

---

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Đóng góp độc đáo nhất là việc thiết lập Quy luật tiêu tán năng lượng sóng kết hợp giữa mặt cong hướng dòng và buồng rỗng phân tán áp lực, mở rộng trực tiếp lý thuyết sóng tràn của EurOtop (2018) và Van der Meer & Bruce (2014). Luận án đã lượng hóa thành công tương tác thủy lực qua cấu trúc ¼ trụ rỗng (TSD), biến đổi dòng chảy tràn mặt liên tục thành dòng rối phân rã trong buồng tiêu năng, giải quyết khoảng trống lý thuyết mà các mô hình tường đỉnh đặc trước đây không thể giải thích.

2. Điểm mới về phương pháp luận so với các nghiên cứu tiền nhiệm?

So với nghiên cứu của Doorslaer et al. (2015) (chỉ khảo sát tường phẳng đặc có mũi hắt) và Dhinakaran et al. (2011) (chỉ nghiên cứu đê rỗng ngập nước xa bờ), luận án đã:

• Tích hợp đồng bộ phương pháp phân tích thứ nguyên Buckingham $\Pi$ với mô hình vật lý máng sóng 2D kiểm soát phổ sóng ngẫu nhiên JONSWAP.
• Bố trí hệ thống đo đạc dòng tràn tách biệt với bẫy phản xạ sóng tự động, loại bỏ hoàn toàn sai số do sóng đứng và sóng dội từ biên máng.

| Tiêu chí so sánh         | Nghiên cứu tiền nhiệm   | Luận án Phan Đình Tuấn   |
| Cấu trúc đỉnh đê         | Tường đứng phẳng / Gờ cong| Cấu kiện ¼ trụ rỗng TSD  |
| Cơ chế tiêu năng         | Phản xạ cơ học đơn thuần| Hấp thụ xoáy nội tại BTS |
| Hệ số phản xạ kr         | Lớn (kr = 0.70 - 1.00)  | Nhỏ (kr = 0.35 - 0.52)   |
| Ứng dụng nền đất yếu     | Hạn chế do tải trọng lớn| Tối ưu nhờ rỗng giảm tải |

3. Phát hiện bất ngờ nhất (counter-intuitive finding) có minh chứng số liệu?

Đó là hiện tượng bão hòa hiệu quả tiêu sóng khi tăng tỷ lệ đục lỗ ($\varepsilon$) vượt ngưỡng 15%. Theo trực giác, bề mặt càng rỗng thì sóng càng dễ lọt vào buồng tiêu năng; tuy nhiên, số liệu thực nghiệm chứng minh khi $\varepsilon = 20%$, lượng nước lọt vào quá nhanh gây hiện tượng "ngập úng buồng rỗng" (chamber flooding), làm giảm dung tích không gian tự do để bẫy xoáy khí - nước, dẫn đến lưu lượng tràn $q$ không giảm thêm mà áp lực sóng lên vách sau lại có xu hướng gia tăng cục bộ.

4. Giao thức tái lập nghiên cứu (Replication Protocol) có được cung cấp đầy đủ không?

Luận án cung cấp chi tiết toàn bộ điều kiện biên thực nghiệm: Quy cách cấu kiện mô hình (chiều cao $h_w$, bán kính cong $R$, bố trí 5 hàng lỗ đục), thông số phổ sóng ($H_{m0} = 0.05 \div 0.18\text{ m}$, $T_p = 1.2 \div 2.8\text{ s}$ trong mô hình), vị trí đặt 03 đầu đo sóng theo tỷ lệ khoảng cách chuẩn xác, cùng đoạn mã hồi quy phi tuyến trên MATLAB. Mọi phòng thí nghiệm thủy lực đạt chuẩn quốc tế đều có thể tái lập nguyên vẹn quy trình này.

5. Định hướng nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo như thế nào?

Lộ trình nghiên cứu giai đoạn 2022–2032 tập trung vào 03 trọng tâm:

1. Hoàn thiện mô hình tính toán số trị 3D tương tác chất lỏng - kết cấu (Fluid-Structure Interaction - FSI) có xét đến mỏi vật liệu bê tông rỗng.
2. Thử nghiệm thực địa quy mô 1:1 kết cấu TSD đúc sẵn tại tuyến đê biển xung yếu Tây Nam Bộ.
3. Tích hợp công nghệ thu hồi năng lượng sóng (Wave Energy Harvesting) bên trong buồng rỗng của cấu kiện TSD để phát điện vi mô phục vụ trạm quan trắc ven biển.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Phan Đình Tuấn (2022) là một công trình khoa học hoàn chỉnh, giải quyết xuất sắc bài toán cấp thiết của ngành Kỹ thuật công trình biển Việt Nam:

1. Đề xuất thành công dạng mặt cắt ngang đê biển mới: Tích hợp cấu kiện ¼ trụ rỗng đục lỗ (TSD) trên đỉnh đê mái nghiêng, tạo bước đột phá trong công nghệ bảo vệ bờ.
2. Xây dựng bộ công thức thực nghiệm xác thực cao: Cho phép tính toán chính xác lưu lượng sóng tràn trung bình $q$ qua kết cấu TSD với độ tin cậy thống kê $R^2 = 0.94$.
3. Làm sáng tỏ bản chất thủy động lực học: Chứng minh cơ chế bẫy xoáy tiêu năng nội tại của buồng rỗng, hạ thấp hệ số phản xạ sóng xuống $k_r = 0.35 \div 0.52$ và triệt tiêu sóng bắn tóe gây hại mặt đê.
4. Xác lập tỷ lệ đục lỗ tối ưu: Khẳng định $\varepsilon = 15%$ là giá trị giới hạn kỹ thuật hoàn hảo, cân bằng giữa khả năng tiêu tán động năng và chống ngập úng buồng tiêu sóng.
5. Ứng dụng thực tiễn thành công tại ĐBSCL: Chứng minh hiệu quả vượt trội tại tuyến đê biển Nhà Mát (Bạc Liêu), vừa đảm bảo an toàn chống tràn vừa giải quyết triệt để nguy cơ trượt lún trên nền đất yếu.
6. Mở ra các hướng nghiên cứu liên ngành: Đặt nền móng cho việc chuẩn hóa tiêu chuẩn thiết kế đê biển thế hệ mới, tích hợp công trình bảo vệ bờ thích ứng bền vững với biến đổi khí hậu toàn cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU SÓNG TRÀN VÀ CÁC KẾT CẤU RỖNG TRONG CÔNG TRÌNH BIỂN 1.1 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn qua đê biển 1.1 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn trên thế giới Đê biển bị hư hỏng, mất ổn định do rất nhiều nguyên nhân và yếu tố tác động. Có thể do địa chất, nền móng, kết cấu không đảm bảo yêu cầu hoặc do tác động của sóng lên đê quá mức tính toán, .v… Trong đó, yếu tố sóng tràn qua đê biển là một trong những tác nhân quan trọng khi tính toán thiết kế đê biển. Vấn đề này đã được rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Lưu lượng tràn qua đê, tường biển là tiêu chí tính toán cao trình đỉnh công trình.

Đồng thời cũng là cơ sở để xác định yêu cầu về kết cấu bảo vệ mái đê, công trình thu nước và các hạng mục khác…. Nghiên cứu sóng tràn do vậy có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế các chi tiết cấu tạo hình học và kết cấu của đê, tường biển. Khi nghiên cứu về đê biển có mặt cắt mái nghiêng, Saville (1955) là người đầu tiên đặt nền móng cho nghiên cứu sóng tràn bằng một loạt các thí nghiệm sóng đơn [2]. Cho đến nay, đã có hàng vạn thí nghiệm đã và đang được tiến hành tại nhiều cơ sở nghiên cứu trên thế giới, các thí nghiệm sau này được thực hiện trong điều kiện ngày càng tốt hơn và gần với thực tế hơn như: sóng ngẫu nhiên có phổ, tỷ lệ mô hình lớn, cấu tạo hình học và dạng kết cấu công trình đa dạng… [3].

Sau sự khởi xướng của Saville (1955), năm 1980 Owen dựa trên kết quả của 500 thí nghiệm mô hình với sóng ngẫu nhiên đã công bố công thức công thức xác định lưu lượng sóng tràn trung bình qua công trình mái nhẵn như sau [4].1) gH sTm  T gH   m s  Trong đó Tm là chu kỳ sóng trung bình (s), Hs là chiều cao sóng ý nghĩa (m), Rc là độ cao lưu không của đỉnh đê (m), q là lưu lượng tràn đơn vị(l/s/m). Owen (1980) chủ yếu đã sử dụng mô hình mái đê nhẵn dạng đơn giản, chỉ một số ít thí nghiệm có cơ đê phía trước. Các hệ số thực nghiệm a và b được Owen lập cho các độ dốc mái đê khác nhau 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat như thống kê ở Bảng 1. Owen (1980) cũng đã xét đến ảnh hưởng giảm sóng tràn của độ nhám mái đê thông qua hệ số chiết giảm γr: q  Rc 1 = a.2) gH sTm  T gH  r   m s  Trong đó: γr là hệ số chiết giảm sóng tràn Bảng 1.1 Các hệ số thực nghiệm trong công thức Owen (1980) Độ dốc mái đê tanα a b 1/1.20 Sau đó Owen (1980) đã dựa trên các thí nghiệm bổ sung để hiệu chỉnh lại các hệ số a và b một lần nữa cho cả trường hợp sóng đến xiên góc.

De Waal and Van der Meer (1992) [5] cũng có nghiên cứu sóng tràn qua đê mái nhẵn không thấm tương tự như Owen (1980). Tuy nhiên lưu lượng sóng tràn trung bình được quan tâm thêm độ thiếu hụt của độ cao lưu không đỉnh đê (Ru2% - Rc)/Hs: q  R −R  = 8.3) gH s3  Hs  Trong đó Ru2% là chiều cao sóng leo 2% (ứng với 2% con sóng vượt qua mức này ở trên mái đê không tràn). Có thể thấy rằng phạm vi ứng dụng của công thức (1.3) còn nhiều hạn chế như: không xét đến ảnh hưởng của độ nhám mái đê, ảnh hưởng của cơ đê và 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat nhất là tính sóng tràn thông qua sóng leo Ru2%. Vì vậy sau này Van deer Meer (1993) [6] đã cải tiến công thức trên bằng cách biểu diễn sóng tràn trực tiếp thông qua chiều cao lưu không tương đối của đỉnh đê Rc/Hs và sử dụng cả các kết quả nghiên cứu của Owen (1980).

Ngoài ra, Van deer Meer (1993) [6] còn cho rằng sóng tràn còn phụ thuộc vào tính chất tương tác của sóng với công trình (tức là giữa sóng vỡ và sóng không vỡ). Van deer Meer và Janssen (1995) [7] đã đề xuất công thức tính toán sóng tràn có thể ứng dụng cho cả trường hợp đê có cơ (phía biển) và mái đê có độ nhám. TAW (2002) [8], EurOtop (2007) [9] đã xây dựng được bộ công thức tính toán sóng tràn qua đê biển khá hoàn chỉnh, với phạm vi ứng dụng rộng rãi cho đa dạng các kết cấu hình học đê và có xét đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau đến sóng tràn qua đê. Hiện nay kết quả nghiên cứu này đang được sử dụng phổ biến, Doorslaer và cộng sự (2015) [10]đã tiến hành trên 1000 thí nghiệm với các yếu tố sóng và mặt cắt đê theo điều kiện bờ biển của nước Bỉ.

Qua đó tìm hệ số ảnh hưởng của chiều cao tường, thềm trước tường và mũi hắt sóng đến sóng tràn đối với trường hợp tường mặt trước dốc đứng. Kết quả nghiên cứu đã đề xuất được công thức xác định hệ số ảnh hưởng γv tổng hợp của tường như công thức:  v = 1.4) trong đó γw, γs, lần lượt là các hệ số chiết giảm sóng tràn do chiều cao tường, thềm trước tường và mũi hắt sóng, được xác định theo công thức   W W exp  −0.6) Lm−1,0 W, Rc, γp là chiều cao tường, độ cao lưu không, hệ số chiết giảm sóng tràn do mũi hắt sóng được xác định theo công thức: W Khi  0.8) Rc 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat    = 1.6  W W Trong đó: β là góc của mũi hắt sóng; hn là chiều dày mũi hắt sóng; γβ, γn lần lượt là hệ số chiết giảm sóng tràn do góc mũi hắt sóng và chiều dày mũi hắt sóng tương đối (hn/W).2: Bảng tổng hợp kết quả nghiên cứu theo sổ tay kỹ thuật bờ biển CEM 1110- 2-1100 (phần VI) [11] Công thức tổng Lưu lượng Độ lưu không Tác giả Kết cấu quát lưu lượng tràn không không thứ tràn thứ nguyên Q nguyên R Owen (1980 Không thấm Q = a exp ( −b.5 1 1982) nước, đá đổ gH sTom H s  2   mái nghiêng, tường đỉnh. Bradbury and Đá lát mái Q = aR − b q 2  Rc   Som  0.5 Allsop (1988) dốc có tường gH sTom     đỉnh  H s   2  Aminti and Các cấu kiện Q = aR − b q 2  Rc   Som  0.5 Franco (1988) mái Cube, gH sTom     Tetrapod trên  H s   2  mái dốc có tường đỉnh Ahrens and Tường biển Q = a exp ( −b.R ) q Rc Heimbaugh không mái (H L ) 3 13 gH s 2 (1988) dốc s op Pedersen and Đê mái Q = aR qTom Hs Burcharth nghiêng đá L2om Rc (1992) đổ với tường trên đỉnh Vander Meer Đê không Q = a exp ( −b.R ) q Sop Rc Sop 1 and Janssen thấm có cơ H s tan   gH s3 tan  (1995) và không cơ Cho  op  2 Cho  op  2 Rc 1 q Hs  gH s3 Cho  op  2 Cho  op  2 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Công thức tổng Lưu lượng Độ lưu không Tác giả Kết cấu quát lưu lượng tràn không không thứ tràn thứ nguyên Q nguyên R Franco, de Tường đứng Q = a exp ( −b.R ) q Rc 1 Gerlomi and gH s3 Hs  Van der Meer (1994) Pedersen Đê mái Q=R qTom H s5 tan  −5 3.10 (1996) nghiêng đá L2om Rc3 Ac .B đổ với tường trên đỉnh Theo kết quả nghiên cứu của Doorslaer và cộng sự (2015), ngoài ảnh hưởng của chiều cao tường, thềm trước tường đến sóng tràn thì mũi hắt sóng cũng có ảnh hưởng đến sóng tràn thông qua hệ số chiết giảm γp. Mũi hắt sóng ảnh hưởng đến sóng tràn thông qua góc β và chiều dày mũi hắt sóng tương đối (hn/W).

Tuy nhiên, Doorslear và cộng sự (2015) vẫn cho rằng ảnh hưởng của thềm trước và mũi hắt sóng là độc lập nhau, thềm trước tăng thì khả năng chiết giảm sóng tràn tăng lên và ngược lại.1: Dữ liệu sóng tràn ảnh hưởng các tham số mặt cắt Tới nay trên thế giới đã có một số kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của tường đỉnh đến lưu lượng sóng tràn qua đê biển. Các nghiên cứu này chủ yếu đề cập mối quan hệ giữa 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat chiều cao tường (W), độ cao lưu không tính đến mặt đê (hoặc độ cao lưu không tính đến đỉnh tường Rc) và thềm trước tường (S) tới các hệ số chiết giảm γw, γs, γv. Mặt khác, các nghiên cứu cũng chưa phân tích ảnh hưởng đồng thời giữa các yếu tố như thềm trước tường và mũi hắt sóng. lưu lượng tràn tương đối Độ cao lưu không tương đối RC/Hm0 Hình 1.2: So sánh công thức tính cho vùng nước sâu của Franco và cộng sự (1994) [12] với Allsop (1995) [13] lưu lượng tràn tương đối Độ cao lưu không tương đối RC/Hm0 Hình 1.3: So sánh công thức tính cho vùng nước nông của Franco và cộng sự (1994) với Allsop et al.

(1995) 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Đối với đê chắn sóng hoặc tường chắn sóng thẳng đứng, trong trường hợp không có sóng vỡ, Owen (1980) đã thí nghiệm và xác định các giá trị a và b trong công thức với (1.1) để trở thành một công thức thiết kế đáng tin cậy. Kết quả thí nghiệm cũng chỉ ra ảnh hưởng của chu kỳ sóng dường như rất nhỏ hoặc không tồn tại. Cùng hướng phát triển hoàn thiện từ công thức tổng quát (1.1) Franco và các cộng sự (1994) nghiên cứu đối với vùng nước sâu đưa ra tham số a = 0.3, trong khi Allsop và các cộng sự (1995) đưa ra kết quả a = 0.78 trong điều kiện nước nông. Cả hai công thức đã được tính toán và so sánh với cùng một bộ dữ liệu từ dự án CLASS, kết quả đường lý luận đều phù hợp với công thức trong phạm vi nghiên cứu, Franco và các cộng sự (1994) thu được kết quả hội tụ trong vùng nước sâu (Hình 1.2), khi tính vùng nước nông kết quả đúng cho phương pháp Allsop và các cộng sự (1995) (Hình 1.

Đối với cả ba phương pháp trên khi xây dựng chưa xét tới ảnh hưởng khối gia cố phía trước tới sóng tràn qua công trình đứng, đây là mặt hạn chế của phương pháp, cũng là tiền đề các nghiên cứu sau này thực hiện hoàn thiện phương pháp tính sóng tràn qua công trình đứng phía trước có khối giá cố.