Mô hình tính sóng vùng ven bờ ( ĐH Quốc gia Hà Nội ) - Chương 5

Các mô hình tính toán sóng gió, sóng lừng vùng ven bờHoạt động của con người trên biển phụ thuộc nhiều vào thời tiết và trạng thái mặt biển, đặc biệt là vào điều kiện sóng, thường là yếu tố quyết định trong việc hạn chế hoặc hoàn toàn làm ngừng trệ các công việc trên biển. Những thiệt hại gần đây đối với ngư dân trên vùng biển Việt Nam, ngoài những yếu tố xã hội, một phần liên quan đến việc dự báo và cảnh báo sóng trên Biển Đông và khu vực ven bờ. Do...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình tính sóng vùng ven bờ ( ĐH Quốc gia Hà Nội ) - Chương 5 Ch¬ng 5C¸c m« h×nh tÝnh to¸n sãng giã, sãng lõng vïng ven bê Ho¹t ®éng cña con ngêi trªn biÓn phô thuéc nhiÒu vµo thêi tiÕt vµ tr¹ng th¸i mÆtbiÓn, ®Æc biÖt lµ vµo ®iÒu kiÖn sãng, thêng lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh trong viÖc h¹n chÕ hoÆchoµn toµn lµm ngõng trÖ c¸c c«ng viÖc trªn biÓn. Nh÷ng thiÖt h¹i gÇn ®©y ®èi víi ngd©n trªn vïng biÓn ViÖt Nam, ngoµi nh÷ng yÕu tè x· héi, mét phÇn liªn quan ®Õn viÖc dùb¸o vµ c¶nh b¸o sãng trªn BiÓn §«ng vµ khu vùc ven bê. Do vËy nh÷ng th«ng tin chÝnhx¸c vÒ ®iÒu kiÖn sãng thùc tÕ hoÆc dù b¸o cã ý nghÜa thùc tiÔn rÊt lín v× nã cho phÐp lùachän nh÷ng con ®êng hµnh h¶i thuËn lîi vµ bè trÝ hîp lý thêi gian vµ vÞ trÝ thùc hiÖn c¸cc«ng viÖc trªn biÓn, do ®ã kh«ng chØ ®¶m b¶o sù an toµn trªn biÓn mµ cßn lµm t¨ng hiÖuqu¶ kinh tÕ. HiÖn nay cã 2 con ®êng ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò dù b¸o sãng giã vµ sãng lõng. Thø nhÊt:thiÕt lËp c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm vµ c¸c chØ dÉn thùc hµnh ®Ó dù b¸o giã vµ sãng trongnh÷ng ®iÒu kiÖn h×nh thµnh sãng kh¸c nhau, trong ®ã cã c¸c khu vùc ¸p thÊp nhiÖt ®íivµ c¸c front khÝ quyÓn. T hø hai: thùc hiÖn c¸c m« h×nh tÝnh to¸n, dù b¸o sãng ®Çy ®ñ(díi d¹ng sãng ®¬n hoÆc sãng phæ) víi ®é chÝnh x¸c cao trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö. Tronggi¸o tr×nh “§éng lùc häc biÓn – PhÇn 1 Sãng biÓn” ®· ®Ò cËp kh¸ chi tiÕt vÒ sù phô thuéccña c¸c yÕu tè sãng vµo c¸c yÕu tè t¹o sãng (ch¬ng 3) vµ lý thuyÕt thèng kª sãng biÓn(ch¬ng 4). Néi dung cña ch¬ng nµy chñ yÕu bæ sung c¸c c¬ së lý thuyÕt trêng sãng ëvïng ven bê phôc vô cho tÝnh to¸n, dù b¸o trêng sãng. Chóng ta sÏ lÇn lît ®Ò cËp ®Õnc¸c yÕu tè t¹o sãng vµ ®iÒu kiÖn khÝ tîng h¶i v¨n ¶nh hëng ®Õn trêng sãng, hµm ph©nbè ®é cao sãng vµ m« h×nh tÝnh sãng giã sãng lõng vïng ven bê.5.1 C¸c yÕu tè t¹o sãng vµ ®iÒu kiÖn khÝ tîng h¶i v¨n ¶nh hëng ®Õntrêng sãng 5.1.1 Thêi gian t¸c ®éng vµ ®µ giã Sãng t¨ng kÝch thíc lµ kÕt qu¶ truyÒn n¨ng lîng tõ giã ®Õn mÆt níc th«ng qua t¸c®éng cña ¸p lùc giã vµ lùc ma s¸t. Sù t¨ng trëng sãng liªn quan tíi søc giã vµ kho¶ngthêi gian giã thæi (trong ®ã giã t¸c ®éng cµng l©u vµ diÖn tÝch mÆt níc trªn ®ã giã thæicµng lín, ®éng lîng giã truyÒn cho sãng cµng lín), víi kho¶ng c¸ch trªn ®ã giã cã lùc vµhíng t¸c ®éng kh«ng ®æi lªn mÆt níc (®µ giã, giíi h¹n bëi ranh giíi tõ híng giã thæi®Õn ®iÓm mµ ta quan t©m, hoÆc bëi nh÷ng kÝch thíc kh«ng gian cña trêng giã), vµnh÷ng qu¸ tr×nh tiªu t¸n n¨ng lîng (ma s¸t néi vµ ma s¸t ®¸y). Nãi chung trêng giãchuyÓn ®éng nhanh h¬n sãng do nã ph¸t sinh, kÕt qu¶ lµ sãng cã thÓ tôt l¹i sau trênggiã. Sãng chØ t¨ng trëng khi vËn tèc giã lín h¬n vËn tèc pha cña sãng. Sãng ph¸t triÓnhoµn toµn (®é cao sãng lín nhÊt) khi ®µ giã vµ thêi gian giã thæi ®ñ lín. Sãng lan truyÒntrong mét vïng bªn ngoµi trêng giã sinh ra nã gäi lµ sãng lõng. Nh÷ng qu¸ tr×nh nµyt¹o ra mét tr¹ng th¸i sãng ngÉu nhiªn, ph¸t triÓn hoµn toµn gåm mét chuçi v« h¹n c¸csãng riªng lÎ víi ®é cao, ®é dµi, chu kú vµ híng kh¸c nhau. Tõ nay ta coi vËn tèc vµ híng giã lµ nh÷ng yÕu tè t¹o sãng hiÓn nhiªn, vµ chØ xÐt ®Õnc¸c yÕu tè t¹o sãng kh¸c. NÕu trªn mÆt níc tÜnh, ph¸t sinh giã víi vËn tèc vµ híng 81kh«ng ®æi, sÏ t¹o nªn trêng sãng mµ kÝch thíc cña nã t¹i mçi thêi ®iÓm vµ t¹i mçi vÞ trÝchØ phô thuéc vµo thêi gian t¸c ®éng cña giã. Do vËy kÝch thíc sãng t¹i vÞ trÝ tÝnh to¸nsÏ phô thuéc hoÆc vµo chiÒu dµi ®µ giã, hoÆc vµo thêi gian giã t¸c ®éng trªn mÆt níc. Trªn thùc tÕ, ranh giíi trêng giã vµ thêi gian t¸c ®éng giã kh«ng thÓ v« h¹n, kÓ c¶kÝch thíc ngang cña mét c¬n b·o còng nh vËy, do ®ã sãng sÏ kh«ng ph¸t triÓn v« h¹nmµ kÝch thíc cña chóng sÏ tiÕn tíi gi¸ trÞ tíi h¹n nµo ®ã. Cïng sù ph¸t triÓn cña sãng,tæn thÊt n¨ng lîng do ma s¸t rèi néi (tû lÖ víi b×nh ph¬ng vËn tèc h¹t níc) t¨ng lªn,sÏ xuÊt hiÖn thêi ®iÓm mµ c¸c tæn thÊt nµy sÏ b»ng dßng n¨ng lîng cña giã truyÒn cho,gäi lµ giai ®o¹n ph¸t triÓn sãng hoµn toµn. C¸c ®Æc trng sãng khi sãng æn ®Þnh sÏ chØcßn lµ hµm sè cña ®µ giã, cßn ngoµi ranh giíi front chóng chØ cßn lµ hµm sè cña thêi giant¸c ®éng giã. Theo c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm, ®é cao sãng khi ph¸t triÓnhoµn toµn sÏ tû lÖ víi b×nh ph¬ng vËn tèc giã, cßn chu kú tû lÖ víi vËn tèc giã. §µ giã vµthêi gian t¸c ®éng giã liªn hÖ víi nhau qua biÓu thøc : gt gx  17.3( 2 ) 4 / 5 (5.1) V V Sö dông biÓu thøc (5.1) chóng ta cã thÓ chuyÓn tõ thêi gian giã thæi sang ®µ sãnghoÆc lµ ngîc l¹i, trong khi ®ã vÉn ®¶m b¶o tÝnh ®îc cïng mét c¸c yÕu tè sãng. C¸c yÕutè t¹o sãng chuyÓn ®æi nµy gäi lµ ®µ t¬ng ®¬ng hoÆc lµ thêi gian t¬ng ®¬ng. §· x©ydùng biÓu ®å tÝnh ®µ sãng vµ thêi gian giã thæi t¬ng ®¬ng cho c¸c tèc ®é giã kh¸c nhau.Trªn h×nh 5.1 ®a ra mét lo¹i biÓu ®å nµy, dùa vµo ®ã nÕu biÕt ®µ sãng vµ tèc ®é giãchóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc thêi gian giã thæi t¬ng ®¬ng, hoÆc ngîc l¹i nÕu biÕt thêigian giã thæi vµ tèc ®é giã chóng ta còng cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc ®µ sãng t¬ng ®¬ng. Trong thùc hµnh, thêng x©y dùng c¸c quan hÖ c¸c tham sè sãng víi c¸c yÕu tè t¹osãng riªng rÏ cho sãng æn ®Þnh vµ kh«ng æn ®Þnh (®ang ph¸t triÓn). V× trêng giã cã ®Æc trng kh«ng æn ®Þnh, tøc lµ giã kh«ng ngõng thay ®æi theo ®µ vµtheo thêi gian, cho nªn ®Ó tÝnh to¸n c¸c yÕu tè sãng trong c¸c ®iÒu kiÖn phøc t¹p nhvËy, sù thay ®æi liªn tôc cña vËn tèc giã theo thêi gian vµ theo ®µ giã ®îc thay thÕ b»ngc¸c ®o¹n bËc thang, trong mçi ®o¹n ®µ giã dX1, dX2,...hoÆc mçi kho¶ng thêi gian dt1, dt2...®Ó cã thÓ coi giã kh«ng ®æi vÒ vËn tèc vµ híng. TÝnh to¸n thùc hiÖn theo tõng bíc, gi¸trÞ sãng tÝnh to¸n trong mçi bíc lµ gi¸ trÞ ban ®Çu cho bíc tiÕp theo. Ngêi ta còng cãthÓ ¸p dông ph¬ng ph¸p ®¬n gi¶n h¬n: vËn tèc giã biÕn ®æi theo ®µ giã vµ thêi gian ®îcthay b»ng vËn tèc giã t ...