Áp dụng mô hình sóng SWASH để tính giảm sóng truyền qua khối rỗng phục vụ tôn tạo bờ đảo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Áp dụng mô hình sóng SWASH để tính giảm sóng truyền qua khối rỗng phục vụ tôn tạo bờ đảo được nghiên cứu nhằm trình bày việc phục vụ thiết kế giải pháp tôn tạo, bài báo này nghiên cứu sự giảm sóng qua khối RB với công cụ áp dụng là mô hình SWASH.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Áp dụng mô hình sóng SWASH để tính giảm sóng truyền qua khối rỗng phục vụ tôn tạo bờ đảo

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 ÁP DỤNG MÔ HÌNH SÓNG SWASH ĐỂ TÍNH GIẢM SÓNG TRUYỀN QUA KHỐI RỖNG PHỤC VỤ TÔN TẠO BỜ ĐẢO 1 1,2 2 Bùi Thị Kim Khánh , Lê Hải Trung , Nguyễn Quang Chiến 1 Trung tâm Tư vấn Kỹ thuật Biển & Phát triển Cảng - Viện Kỹ thuật Công trình - ĐHTL 2 Khoa Kỹ thuật Biển - Trường Đại học Thuỷ lợi 1. GIỚI THIỆU CHUNG năng lượng sóng – dòng chảy, hỗ trợ hiệu quả trong bảo vệ và ổn định bờ biển. Hơn Việt Nam có một số lượng đáng kể các thế, với cấu tạo rộng và nhiều lỗ trống RB có đảo gần bờ như Phú Quý, Côn Đảo, Phú thể tạo ra nơi trú ngụ và sinh trưởng phù hợp Quốc… và xa bờ như Quần đảo Hoàng Sa, đối với nhiều sinh vật biển. Quần đảo Trường Sa (QĐTS). Trong đó đáng Trên thế giới, khối RB đã được áp dụng ở chú ý, các đảo nổi thuộc QĐTS đều nhỏ với nhiều bãi biển như Seven Mile (Caribe), bang diện tích đều nhỏ hơn 0,5 km2 tạo sự hạn chế Alabama (Mỹ), các đảo Antigua, Barbuda… đối với các hoạt động phát triển kinh tế - xã và phát huy hiệu quả bảo vệ bờ, cải tạo môi hội và phòng thủ [1]. Cho tới nay, một số trường. Qua nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy nghiên cứu đã được thực hiện nhằm mở rộng khả năng ứng dụng khối RB trong việc tôn diện tích mặt bằng đảo. tạo các bãi đảo nổi thuộc QĐTS. Các đảo này thường có hình ô van với trục theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Trong quá trình xói lở - bồi tụ, vật liệu trầm tích được hình thành, dịch chuyển theo mùa và tạo ra các doi cát quanh đảo. Những bãi cát này không cố định mà cũng di chuyển theo mùa. Nếu những bãi cát được giữ ổn định thì sẽ là một giải pháp khả thi để tôn tạo, mở rộng bãi đảo. Các đảo cát nổi có phần nổi lên trên mặt nước, một phần ngập nước trải rộng theo Hình 1. Mô phỏng cấu tạo khối Reef Ball thềm san hô. Bãi đảo mở rộng và tương đối Nhằm phục vụ thiết kế giải pháp tôn tạo, bằng phẳng từ bờ đảo tới phần thềm san hô bài báo này nghiên cứu sự giảm sóng qua bắt đầu thay đổi độ dốc đáng kể để nối tiếp khối RB với công cụ áp dụng là mô hình với đáy biển sâu. Bãi đảo là nơi sinh sống và SWASH. phát triển của nhiều loài sinh vật biển như tôm cá, cỏ biển và san hô. 2. MÔ HÌNH SWASH Do vậy, giải pháp tôn tạo, mở rộng bãi đảo cần phải đảm bảo được yêu cầu về mặt kỹ SWASH là mô hình số trị phi thủy tĩnh mô thuật và tạo điều kiện cho sự tái tạo và phát tả dòng chảy có bề mặt thoáng và hiện tượng triển môi trường. Khối bêtông rỗng tạo dải truyền chất trong môi trường nước. SWASH ngầm - Reef Ball là kết cấu có dạng kết hợp được dùng để dự đoán sự biến đổi của sóng giữa đê ngầm giảm sóng và rạn san hô tự truyền từ vùng nước sâu đến bãi biển và động nhiên. Khối RB có chức năng giảm một phần lực tại các khu vực sóng vỡ, sự xáo động tại 545
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 các bến cảng, dòng chảy nước nông biến đổi và 125 m từ bờ tới tuyến công trình. Các khối gấp thường thấy trong lũ lụt ven biển. RB được xếp thành 3, 4 hay hàng cạnh nhau SWASH có tính đến tương tác sóng phi song song với đường bờ. Tổ hợp các vị trí và tuyến, sự tương tác của sóng với dòng chảy và cách xếp cho ra 11 kịch bản như trong Bảng 1. với công trình, sự giảm sóng qua thực vật, và Bảng 1 . Các kịch bản tính toán sóng vỡ cũng như sóng leo lên mặt bãi biển. Dòng chảy có mặt thoáng phi thủy tĩnh lấy Công trình Số hàng Reef Ball trung bình độ sâu, có thể được mô tả bởi các Vị trí Xct (m) 3 4 5 phương trình phi tuyến nước nông [4]: ¶ z ¶hu ¶hv VT1 125 KB1 KB4 KB7 + + =0 ¶t ¶x ¶y KB2 VT2 100 KB5 KB8 ¶z 1 ¶u z uU 1 æ ¶ht xx ¶ht xy ö KB10* Du + g + ¶x h ò ¶x f h = h çç ¶x + ¶y ÷÷ + c VT3 75 KB3 KB6 KB9 d è ø K0 KB11 ¶ z 1 z ¶v vU 1 æ ¶ht yx ¶ht yy ö Dv + g + ò + cf = çç + ÷ ¶y h d ¶y h h è ¶x ¶y ÷ø *KB10 có thêm 2 hàng RB cạnh nhau và tim cách bờ 60 m. ‘K0’ là không có công trình ¶· ¶· ¶· trong đó D· = + u + v là tổng đạo hàm tương ứng với KB11. ¶t ¶x ¶y 2 2 Để thiết lập mô hình [2], ta cần xác định của biến, U = u + v là tốc độ dòng chảy; ζ mặt cắt bãi biển gồm 2 đoạn (Hình 2). Từ là mực nước, d là độ sâu nước tĩnh còn h = d + máy tạo sóng (cách bờ 244 m) tới điểm P 1 ζ là tổng độ sâu nước, cf là hệ số nhám (được cách bờ 160 m, đáy bãi có độ dốc i = 4%; tính theo công thức Manning) còn τxx, τxy, τyx, đoạn 2 từ điểm P1 vào bờ với i = 0, cao trình và τyy , là những ứng suất do sóng. đáy không đổi và cao độ bằng 0 (cao độ quốc Bước thời gian tính toán trong SWASH phải gia). Mặt cắt tính toán được chia thành 244 ô đủ ngắn để phân giải được những thay đổi của lưới, mỗi ô rộng Δx = 1 m; và chia thành 3 mực nước, áp suất và ma sát đáy. Độ dài bước lớp theo phương đứng. thời gian, Δt được quy định bởi điều kiện CFL. Tương tác giữa sóng và các công trình biển dạng rỗng (như các đập đá đổ) có thể được mô phỏng trong SWASH. Dòng chảy qua môi trường rỗng được mô tả bằng các phương trình Navier-Stokes trung bình số Reynolds và trung Hình 1. Mặt cắt ngang bãi đảo bình thể tích (VARANS). Các sức cản ma sát và các vị trí đặt công trình chảy tầng và chảy rối được lấy theo công thức Độ nhám Nikuradse của đáy biển được thực nghiệm [3]. Trong trường hợp có dao chọn bằng 1,6 mm. Ở khu vực có khối Reef động sóng, tổn thất chảy rối sẽ lớn hơn, và phụ Ball thì tham số độ rỗng (tỉ lệ nước chảy qua thuộc vào số Keulegan-Carpenter. được) lấy bằng 0,75. Mỗi khối rộng 2 m; cao 3 3. THIẾT LẬP MÔ HÌNH VỚI CÁC KỊCH 1,5 m; thể tích 0,57 m [5]. BẢN TÍNH TOÁN Điều kiện của sóng đầu vào được thu từ kết quả tính truyền sóng từ nước sâu bằng mô Kích thước, hình dạng khối RB đã được xác hình Wadibe (chi tiết trong đề tài [1]) gồm: định trong một công bố khác [5]. Ở đây, chúng chiều cao sóng Hs = 1,27 m, chu kỳ sóng tôi tập trung nghiên cứu vị trí đặt các khối và Tp = 9,7 s, hướng sóng Đông Bắc trực diện số lượng lớp RB theo phương truyền sóng. Vị với đường bờ đảo. Mực nước là +2 m cao độ trí được đặt trưng bởi khoản cách Xct = 75, 100 quốc gia. 546
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU sâu nước trung bình cao hơn một chút so với vị trí xa bờ 125m. Kịch bản 10 với 2 tuyến Dựa trên kết quả mô phỏng các kịch bản là biến trình mực nước, ta có thể xác định được công trình - 3 hàng RB cách bờ 100 m và 2 hàng cách bờ 60 m – khiến cho chiều cao chiều cao sóng ý nghĩa Hs = 4ση với ση là độ lệch chuẩn mực nước. Hiệu quả làm việc của sóng giảm dần đều, ổn định và thấp nhất ở gần bờ (Hình 3). các kịch bản được đánh giá theo hệ số truyền sóng Kt = Ht /Hi và hệ số giảm sóng Ct = Ht /Hk; Mô hình đã được kiểm định theo kết quả với Ht là chiều cao sóng truyền qua công trình, của thí nghiệm mô hình vật lý tại phòng thí Hi là chiều cao sóng tới còn Hk là chiều cao nghiệm động lực sông biển đối với kịch bản sóng truyền khi không có công trình. Nếu Kt và 2 cho các vị trí cách bờ 40 m, 94 m, 115 m và Ct càng nhỏ thì hiệu quả giảm sóng càng cao. 160 m. Kết quả cho sai số của mô hình vật lý và Swash chỉ ≤ 0.02 m. Bảng 2. Hệ số truyền sóng Kt và giảm sóng Ct. Kịch bản Kt Ct 5. KẾT LUẬN KB1 0.695 0.726 Sự suy giảm sóng qua các khối RB trên bãi KB2 0.695 0.733 đảo nổi đã được mô phỏng với SWASH. KB3 0.701 0.733 Trước công trình, chiều cao sóng tăng lên do sóng tới gặp sóng phản xạ khi tác động lên KB4 0.651 0.667 công trình; sau đó giảm dần theo hướng vào KB5 0.646 0.672 bờ. Hiệu quả giảm sóng tăng lên theo số hàng KB6 0.656 0.677 RB xếp cạnh nhau. Vị trí đặt công trình nói KB7 0.620 0.619 chung không có ảnh hưởng đáng kể đến KB8 0.784 0.624 chiều cao sóng gần sát bờ. Tóm lại, mô hình SWASH có khả năng hỗ KB9 0.624 0.630 trợ trong việc tính toán bố trí kết cấu một KB10 0.696 0.739 cách tối ưu, phục vụ thiết kế công trình tôn tạo, mở rộng bãi đảo nổi thuộc QĐTS. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề tài ĐTĐLCN.19/15. Nghiên cứu giải pháp tôn tạo và chống xói lở đảo nổi thuộc quần đảo Trường Sa. [2] The Swash Team 2017. Swash user manual. [3] Van Gent, M.R.A., 1995. Wave interaction with permeable coastal structures. PhD thesis, TU Delft. [4] Zijlema, M., Stelling, G., Smit, P. 2011. SWASH: an operational public domain code for simulating wave fields and rapidly Hình 3. Kết quả giảm sóng trên mặt cắt varied flows in coastal waters. Coastal ngang tính bởi SWASH Engineering, 58, 992–1012. [5] Bùi Thị Kim Khánh, Nguyễn Thái Hoàng, Bảng 2 cho thấy trường hợp 5 hàng RB Lê Hải Trung, 2017. Nghiên cứu tính toán xếp cạnh nhau sẽ làm giảm sóng tốt nhất. cấu kiện cho giải pháp tôn tạo, mở rộng bãi Công trình ở khoảng cách 125 m tính từ bờ đảo nổi thuộc QĐTS. Hội nghị Khoa học làm việc hiệu quả hơn trường hợp 100 m và Thuỷ lợi toàn quốc. 75 m vì ở vị trí gần bờ (75 và 100 m) hiệu ứng nước dềnh (wave setup) khiến cho chiều 547