Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 2

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thang gió Beaufort E. W. Bijker Vào năm 1806 Đô đốc của hải quân hoàng gia Anh Beaufort đã phân chia thang vận tốc gió rất tiện lợi đối với các thuỷ thủ trên các tàu buồm lớn và đặc biệt đối với thuỷ thủ tàu chiến. Trong thang này 0 được chỉ trạng thái không có gió và 12 là cấp cao nhất, chi tiết hơn có thể giải thích như trong bảng 4.1.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 2

4 Thang giã Beaufort E. W. Bijker Vµo n¨m 1806 §« ®èc cña h¶i qu©n hoµng gia Anh Beaufort ®· ph©n chia thang vËn tèc giã rÊt tiÖn lîi ®èi víi c¸c thuû thñ trªn c¸c tµu buåm lín vµ ®Æc biÖt ®èi víi thuû thñ tµu chiÕn. Trong thang nµy 0 ®îc chØ tr¹ng th¸i kh«ng cã giã vµ 12 lµ cÊp cao nhÊt, chi tiÕt h¬n cã thÓ gi¶i thÝch nh trong b¶ng 4.1. B¶ng 4.1 B¶ng thang giã Beaufort VËn tèc giã M« t¶ cña M« t¶ theo ¸p lùc CÊp giã thuû thñ Côc KT Mü N/m2 giã nót h¶i lý/h m/s km/h Mü 0 0–1 0-0.5 0-2 lÆng giã 1 1-3 1-3 0,5-1,5 2-6 0,14-1,4 buån giã tho¶ng 2 4-6 4-7 2,1-3,1 7-11 2,4-5,7 kh¸ vui giã nhÑ 3 7-10 8-12 3,6-5,1 13-19 7,7-16 vui giã yÕu 4 11-16 13-18 5,7-8 20-30 19-41 vui l¾m giã võa 5 17-21 19-24 9-11 32-39 46-67 kho¸i giã lín 6 22-27 25-31 11-14 41-50 77-115 kho¸i vµ lo giã m¹nh 7 28-33 32-38 14-17 52-61 125-172 lo vµ sî b·o võa 8 34-40 39-46 18-21 63-74 182-250 sî vµ khiÕp b·o 9 41-47 47-54 21-24 76-87 270-350 khiÕp l¾m b·o m¹nh 10 48-55 55-63 25-28 89-102 360-480 ho¶ng lo¹n b·o ph¸t triÓn 11 56-63 64-75 29-33 104-120 500-630 muèn gÆp mÑ b·o 12 trªn 63 trªn 75 trªn 33 trªn 120 trªn 630 Jones ®©y! Hurricane 25
C¸c thuyÒn trëng cña c¸c chiÕn h¹m thêng gÆp ph¶i khã kh¨n khi lùa chän: nÕu hä gi÷ l¹i Ýt buåm th× cã thÕ b¶o vÖ ®îc tµu nhng l¹i gÆp khã kh¨n khi ®uæi theo tµu ®Þch vµ ®«i khi cßn dÔ bÞ b¾t h¬n. Ngîc l¹i nÕu hä mang theo nhiÒu buåm hä cã nhiÒu kh¶ n¨ng trong chiÕn trËn nhng l¹i dÔ bÞ bÎ g·y cét buåm vµ cã khi lµm háng c¶ tµu. Th«ng thêng c¸c sü quan h¶i qu©n muèn tr¸nh c¸c ®iÒu kiÖn nguy hiÓm trªn. Mét sè m« t¶ cña c¸c thuû thñ vÒ chØ huy cña hä ®îc ph¶n ¸nh trong b¶ng 4.1. Thang giã Baufort ®· trë nªn rÊt th«ng dông, cho dï cã mét sè kh¸c biÖt vÒ giíi h¹n vËn tèc giã cã thÓ xÈy ra. Mét sè sè liÖu bæ sung liªn quan tíi thang søc giã nµy vµ tr¹ng th¸i mÆt biÓn sÏ ®îc cung cÊp trong ch¬ng 12. Lý thuyÕt chung vÒ sãng sÏ ®îc tæng quan trong c¸c ch¬ng tiÕp. 26
5 Lý thuyÕt sãng ng¾n W.W. Massie 5.1 Më ®Çu Mét sè kiÕn thøc vÒ c¬ chÕ cña c¸c sãng ng¾n lµ hÕt søc cÇn thiÕt cho viÖc hiÓu tèt h¬n vÒ kü thuËt bê. V× lý thuyÕt sãng ng¾n kh«ng ph¶i lµ néi dung b¾t buéc cña gi¸o tr×nh nµy, chóng t«i chØ dÉn ra trong môc nµy mét sè t¬ng quan chÝnh cña sãng. SÏ kh«ng cã sù dÉn gi¶i vÒ c¸c c«ng thøc nµy, chóng cã thÓ ®îc t×m thÊy trong c¸c gi¸o tr×nh vÒ lý thuyÕt sãng ng¾n hoÆc trong c¸c tµi liÖu tham kh¶o. Kinsman (1965) ®· cã mét tæng quan vÒ lý thuyÕt sãng ng¾n hÕt søc dÔ ®äc. TÊt c¶ c¸c kÕt qu¶ tr×nh bµy trong môc nµy ®Òu ®îc rót ra b»ng lý thuyÕt sãng tuyÕn tÝnh h×nh sin cña Airy. Nh÷ng ngêi ®· cã Ýt nhiÒu kinh nghiÖm quan s¸t biÓn sÏ ph¶n ®èi r»ng “sãng biÓn kh«ng ph¶i h×nh sin”. §iÒu nµy hoµn toµn ®óng, nhng rÊt nhiÒu tÝnh chÊt cña sãng thùc l¹i ®îc rót ra tõ c¸c nghiªn cøu sãng ®¬n h×nh sin cha bÞ ®æ. Nh÷ng sãng nµy ®îc xem lµ sãng hai chiÒu: nã sÏ chuyÓn ®éng trªn mÆt ngang theo híng x cßn theo híng z sÏ lµ mÆt biÓn so víi mùc níc yªn tÜnh. 5.2 C¸c mèi liªn hÖ c¬ b¶n Quan s¸t mét vËt næi trªn mÆt biÓn cã sãng ta thÊy r»ng vÞ trÝ cña phao sÏ dao ®éng theo c¶ híng ngang lÉn híng th¼ng ®øng xung quanh vÞ trÝ cè ®Þnh. §iÒu nµy cã thÓ kú l¹ v× profil sãng l¹i chuyÓn ®éng vÒ phÝa tríc vît phao víi mét vËn tèc nhÊt ®Þnh. Th«ng thêng vËn tèc cña vËt næi (vËn tèc phÇn tö níc) vµ vËn tèc chuyÓn ®éng cña ®Ønh sãng (vËn tèc pha) cã c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau. Chóng ta h·y b¾t ®Çu b»ng viÖc xem xÐt chuyÓn ®éng cña vËt næi. 5.3 VËt tèc h¹t níc C¸c thµnh phÇn ngang vµ th¼ng ®øng cña vËn tèc h¹t níc cã thÓ viÕt : H cosh k ( z  h) cos( kx  t ) u (5.01) sinh kh 2 27
H sinh k ( z  h) sin( kx  t ) w (5.02) sinh kh 2 trong ®ã: H lµ ®é cao sãng, h ®é s©u níc k sè sãng =2/  ®é dµi (bíc) sãng, thêi gian t u vËn tèc ngang tøc thêi cña h¹t níc, w vËn tèc th¼ng ®øng tøc thêi cña h¹t níc, x to¹ ®é ngang, z to¹ ®é th¼ng ®øng, tÝnh tõ mÆt yªn tÜnh híng vÒ phÝa trªn, tÇn sè sãng = 2/T, T chu kú cña sãng. Thay z = 0 vµo c¸c ph¬ng tr×nh 5.01 vµ 5.02 ta thu ®îc c¸c thµnh phÇn cña vËn tèc tøc thêi cña vËt næi. 5.4 Sù dÞch chuyÓn cña h¹t níc Biªn ®é cña dÞch chuyÓn phao cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lÊy tÝch ph©n vËn tèc theo thêi gian. Ta cã: ~ H cosh k ( z  h)  (5.03) sinh kh 2 ~ H sinh k ( z  h)  (5.04) sinh kh 2 ~ trong ®ã:  lµ biªn ®é dÞch chuyÓn ngang, ~  lµ biªn ®é dÞch chuyÓn theo ph¬ng th¼ng ®øng. Hai ®¹i lîng nµy cho ta gi¸ trÞ hai b¸n trôc elip. C¸c phÇn tö níc chuyÓn ®éng theo c¸c elip, kÝch thíc cùc ®¹i cña elip khi phÇn tö níc trªn mÆt biÓn vµ gi¶m dÇn khi ®é s©u t¨ng. 5.5 VËn tèc sãng VËn tèc chuyÓn ®éng cña ®Ønh sãng vÒ phÝa tríc ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:   g c tanh kh   (5.05) T k k trong ®ã: g lµ gia tèc träng trêng, c vËn tèc sãng, hay vËn tèc pha cña sãng. 28
Ph¬ng tr×nh 5.05 thêng khã ®Ó ¸p dông cho thùc tÕ. Bëi v× c¶  vµ k ®Òu phô thuéc vµo c v× vËy rÊt khã thay thÕ chóng mét c¸ch ®¬n gi¶n trong c«ng thøc ®ã. Trong môc 6 chóng ta sÏ trë l¹i víi lêi gi¶i nµy b»ng c¸ch sö dông mét sè mÑo kh¸c nhau. Cßn b©y giê ta xem xÐt mét nhãm c¸c sãng truyÒn trªn mÆt biÓn, cho r»ng sãng b¾t ®Çu tõ mÐp cña nhãm vµ truyÒn qua nhãm theo vËn tèc c, vµ sãng sÏ triÖt tiªu ë gÇn front cña nhãm. Nh vËy nhãm sãng còng chuyÓn ®éng vÒ phÝa tríc nhng víi vËn tèc nhá h¬n. VËn tèc chuyÓn ®éng cña nhãm sãng sÏ lµ: c 2kh  cg  1   (5.06) 2  sinh 2kh  hay cg 1 2kh   1  n (5.07) 2  sinh 2kh  c Nh trªn c«ng thøc 5.07 tû lÖ gi÷a vËn tèc nhãm vµ vËn tèc pha thêng ®îc ký hiÖu b»ng n. N¨ng lîng sãng N¨ng lîng sãng ®èi víi mét ®¬n vÞ bÒ réng (®é dµi ®Ønh) sÏ lµ: 1 ET  gH 2  (5.08) 8 trong ®ã  lµ mËt ®é cña níc. Th«ng thêng, mét c¸ch tiÖn lîi h¬n ®Ó tÝnh n¨ng lîng sãng b»ng n¨ng lîng trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt. 1 E  gH 2 (5.09) 8 N¨ng lîng nµy lan truyÒn víi vËn tèc nhãm sãng, cg. 5.6 C«ng suÊt sãng V× c«ng suÊt lµ n¨ng lîng trªn mét ®¬n vÞ thêi gian, ta cã thÓ tÝnh c«ng suÊt sãng b»ng c¸ch chia 5.08 cho chu kú sãng. Tuy nhiªn c¸ch tÝnh nµy kh«ng ®óng v× n¨ng lîng sãng ®îc truyÒn ®i theo vËn tèc nhãm. Cho nªn mèi t¬ng quan chÝnh x¸c sÏ lµ: (5.10) U = E cg = E n c trong ®ã U lµ c«ng suÊt trªn mét ®¬n vÞ ®é dµi ®Ønh sãng. ¸p suÊt sãng Sù hiÖn diÖn cña sãng sÏ lµm biÕn ®æi ¸p suÊt trong lßng níc. ¸p suÊt trong ®iÒu kiÖn cã sãng sÏ lµ: 29
gH cosh k ( z  h) p   gz  cos( kx  t ) (5.11) cosh kh 2 trong ®ã p lµ ¸p suÊt tøc thêi. H×nh 5.1.C¸c ®Æc trng cña hµm hyperbolic Thµnh phÇn ®Çu cña c«ng thøc 5.11 lµ ¸p suÊt ®èi víi níc yªn tÜnh. Thµnh phÇn thø hai cho ta sù biÕn ®æi cña ¸p suÊt do sãng g©y ra. Thµnh phÇn biÕn ®æi nµy rÊt quan träng khi thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh l¾p ®Æt trªn biÓn. 30
5.7 C¸c phÐp ®¬n gi¶n ho¸ C¸c ph¬ng tr×nh 5.01 ®Õn 5.11 cã thÓ ®¬n gi¶n ho¸ trong mét sè ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh. §iÒu nµy cã thÓ thö th«ng qua c¸c hµm hyperbolic. §Æc trng cña c¸c hµm hyperbolic ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 5.1. 5.8 C¸c phÐp xÊp xû ®èi víi níc s©u §èi víi ®iÒu kiÖn níc t¬ng ®èi s©u (h > (/2); vµ tõ ®ã X >  trªn h×nh 5.1): (5.12) sinh X  cosh X >> X tanh X = 1,0 (5.13) B©y giê thay thÕ c¸c gi¸ trÞ cña chóng vµ tiÕn hµnh mét sè biÕn ®æi cÇn thiÕt c¸c c«ng thøc tõ 5.01 ®Õn 5.11 ta thu ®îc: H 0 k0z e cosk 0 x  t  u0  (5.01a) 2 H 0 k0z e sin k 0 x  t  w0  (5.02a) 2 ~H  0  0 e k0 z (5.03a) 2 H ~  0  0 e k0 z (5.04a) 2   g c0  0  T  (5.05a) 2 k 0 2 c0 cg  (5.06a) 2 0 1 n  (5.07a) 0 2 1  gH 0 2 0 E (5.08a) T0 8 1 E 0  gH 0 2 (5.09a) 8 U 0  E0 n0c0 (5.10a) gH 0 (5.11a) e k0 z cos k 0 x  t  p0   gz  2 31
ChØ sè o ®îc ®a vµo ®Ó chØ ®iÒu kiÖn níc s©u; ®iÒu nµy nãi chung ®îc dïng rÊt phæ biÕn trong c¸c tµi liÖu. SÏ kh«ng sö dông ®èi víi T hoÆc  v× c¸c tham sè nµy cã gi¸ trÞ kh«ng biÕn ®æi. H×nh 5.2. ChuyÓn ®éng theo quü ®¹o cña sãng níc s©u Thay thÕ c¸c gi¸ trÞ thùc cña g vµ  vµo ph¬ng tr×nh 5.05a, ta cã: co = 1,56 T trong thø nguyªn m.kg.s, vµ (5.14) co = 5,12 T trong thø nguyªn ft.lb.s Còng tõ ph¬ng tr×nh ®ã, ta cã: o = 1,56 T2 trong thø nguyªn m.kg.s, (5.15) o = 5,12 T 2 trong thø nguyªn ft.lb.s. Nh vËy, trong vïng níc s©u, chóng ta kh«ng cÇn ®au ®Çu khi dïng c«ng thøc 5.05 ®Ó tÝnh vËn tèc sãng. CÇn lu ý r»ng tõ c¸c ph¬ng tr×nh 5.03a vµ 5.04a quü ®¹o elip ®· chuyÓn thµnh quü ®¹o trßn víi kÝch thíc gi¶m dÇn theo ®é s©u theo hµm sè mò tù nhiªn. H×nh 5.2 cho ta chuyÓn ®éng quü ®¹o ®èi víi sãng níc s©u. Trªn h×nh ®ã còng thÊy r»ng khi ®é s©u ®óng b»ng mét nöa ®é dµi sãng, tû lÖ dÞch chuyÓn trªn mÆt vµ ®é s©u nµy sÏ b»ng e -  = 0,043. 5.9 C¸c phÐp xÊp xØ ®èi víi níc n«ng Mét lo¹t xÊp xØ kh¸c cã thÓ xuÊt hiÖn khi ®é s©u níc trë nªn t¬ng ®èi nhá (níc n«ng h < (/25) ; X < 0.25 trªn h×nh 5.1): (5.16) sinh kh ~ tanh kh ~ kh cosh kh ~ 1 (5.17) 32
Sö dông c¸c gi¸ trÞ gÇn ®óng ®ã ®èi víi c¸c ph¬ng tr×nh tõ 5.01 ®Õn 5.05 ta cã: H coskx  t  u (5.01b) 2kh H  Z 1   sin kx  t  w (5.02b) h 2 H ~  (5.03b) 2kh H Z ~  1   (5.04b) 2 h   c0   gh  (5.05b) k 2 c cg  (1  1)  c (5.06b) 2 n 1 (5.07b) 1  gH 2  E (5.08b) T 8 1 E  gH 2 (5.09b) 8 (5.10b) U  Ec gH cos kx  t  p   gz  (5.11b) 2 VËn tèc pha thu ®îc b©y giê kh«ng cßn phô thuéc vµo chu kú sãng; nã chØ cßn phô thuéc duy nhÊt vµo ®é s©u. MÆt kh¸c vËn tèc nhãm còng b»ng vËn tèc pha, vµ vËn tèc ngang cña phÇn tö , u, kh«ng phô thuéc vµo ®é s©u, z. Nh vËy c¸c ph¬ng tr×nh b©y giê hoµn toµn gièng nh ®èi víi trêng hîp sãng dµi. H×nh 5.3. ChuyÓn ®éng quü ®¹o trong sãng níc n«ng §é dµi sãng cã thÓ tÝnh ®îc dÔ dµng b»ng ph¬ng tr×nh 5.05b: 33
  T gh (5.18) Nh vËy d¹ng ®¬n gi¶n cña ph¬ng tr×nh 5.05b ®· lo¹i trõ nh÷ng phøc t¹p khi sö dông 5.05. H×nh 5.3 cho ta chuyÓn ®éng quü ®¹o trong ®iÒu kiÖn sãng níc n«ng. Trªn h×nh 5.3 ngêi ta cho r»ng h = /25. 5.10 Vïng níc chuyÓn tiÕp §èi víi c¸c vïng níc cã ®é s©u trong giíi h¹n chuyÓn tiÕp ( (/25) < h < (/2)) chóng ta cÇn sö dông c¸c ph¬ng tr×nh ®Çy ®ñ tõ 5.01 ®Õn 5.11. C¸c phÇn tö níc chuyÓn ®éng theo quü ®¹o elip gÇn víi h×nh trßn h¬n khi ë gÇn mÆt vµ bÞ biÕn ®æi c¶ vÒ bÒ ngang lÉn theo híng th¼ng ®øng ®Ó cuèi cïng trët thµnh c¸c ®êng ngang ng¾n khi ®Õn gÇn ®¸y. V× viÖc sö dông c¸c ph¬ng tr×nh 5.01 ®Õn 5.11 kh«ng thÓ ®îc nÕu nh chØ biÕt mçi ®é s©u, h, chu kú sãng, T, vµ ®é cao sãng, H, chóng ta sÏ xem xÐt vÊn ®Ò nµy kü h¬n trong ch¬ng 6. 5.11 Mét sè ®iÓm lu ý VÉn cßn tån t¹i mét sè c©u hái thùc tiÔn. Tríc hÕt “®é dµi sãng nµo ®îc sö dông trong tû sè h/ ®èi víi lý thuyÕt níc n«ng, níc chuyÓn tiÕp hay níc s©u”. §iÒu nµy còng kh«ng khã kh¨n mÊy v× ®é dµi sãng trong vïng níc s©u vµ níc n«ng cã thÓ tÝnh dÔ dµng theo c¸c c«ng thøc t¬ng øng 5.15 hoÆc 5.18. Tuy nhiªn nÕu nh vËy c¸c c¸ch sö dông kh¸c nhau cã thÓ dÉn tíi kÕt qu¶ hoµn toµn kh¸c, nh×n chung ngêi ta sö dông ®é dµi sãng níc s©u tÝnh theo c«ng thøc 5.15. Mét c©u hái kh¸c ®ã lµ: “Lµm thÕ nµo khi sö dông ®iÒu kiÖn h/?”. §©y qu¶ lµ mét vÊn ®Ò cã nhiÒu bÊt ®ång ý kiÕn nhÊt. Kinsman (1965) trong c¸c trang 129-133 cho r»ng tån t¹i hai chØ tiªu c¬ b¶n ®Ó x¸c ®Þnh ®é chÝnh x¸c chÊp nhËn ®îc cho phÐp xÊp xû: to¸n häc vµ kü thuËt. C¸c nhµ to¸n häc do quan t©m tíi ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n, chÊp nhËn sai sè cì 0,5%. §èi víi c¸c nhµ kü thuËt th× kh«ng cÇn tíi giíi h¹n ®ã, hä chØ cÇn sai sè cì 5% lµ tèt l¾m råi. B©y giê chóng ta thö lµm mét phÐp so s¸nh vÒ vÊn ®Ò nµy. B¶ng 5.1 ®a ra c¸c giíi h¹n ®èi víi níc n«ng vµ níc s©u theo hai quan ®iÓm nªu trªn. Nh vËy ®èi víi níc s©u c¸c chØ tiªu tÝnh theo môc 5.4 gÇn nh kh«ng biÕn ®æi mÊy h > /4 cã lÏ ®· ®¸p øng. §èi víi níc n«ng, c¸c chØ tiªu tÝnh theo môc 5.5 gÇn nh kh«ng gièng nhau chót nµo. NÕu c¨n cø theo Kinsman th× h < o /20 cã thÓ xem lµ giíi h¹n hîp lý. ChÊp thuËn c¸c giíi h¹n nµy, chóng ta sÏ gi¶m ®îc miÒn ®é s©u cÇn ¸p dông c¸c ph¬ng tr×nh ®Çy ®ñ 5.01 ®Õn 5.11 víi yªu cÇu chung ®¸p øng sai sè nhá h¬n 5%. 34
B¶ng 5.1. So s¸nh h/o vµ h/ ®èi víi quan ®iÓm kh¸c nhau h/o h/ §èi víi níc s©u Môc 5.4: 1/2,01 1/2 To¸n häc 1/2 1/1,99 Kü thuËt 1/4 1/3,73 §èi víi níc n«ng Môc 5.5 1/102 1/25 1/25 1/12 To¸n häc 1/200 1/35 Kü thuËt 1/20 1/11. 5.12 C¸c vÝ dô Tríc hÕt chóng ta h·y xem xÐt mét sè sãng ®Æc trng, sau ®ã mét sè vÝ dô tíi h¹n nh»m quan s¸t vai trß quan träng cña ®é s©u t¬ng ®èi h/o so víi ®é s©u tuyÖt ®èi h. . BiÓn B¾c, H = 0,8 m, T = 8 gi©y, h = 10 m (®©y lµ sãng rÊt phæ biÕn t¹i biÓn B¾c). Tõ ph¬ng tr×nh 5.15, o = (1,56) (82) = 100 m; h/o = 10/100 = 1/10; ®©y lµ ®é s©u vïng chuyÓn tiÕp, chóng ta sÏ quay l¹i sau khi kÕt thóc ch¬ng 6. Chó ý r»ng, ®é cao sãng, H, ë ®©y cha ®îc sö dông ®Õn. . Eo Gibrantar, H =25 m, T= 15 gi©y, vµ h = 1000 m (®©y lµ ®iÒu kiÖn sãng b·o trªn khu vùc biÓn nµy). Tõ c«ng thøc 5.15, o = (1,56) (152) = 351 m; h/o = 1000/351 > 1/4; ®©y ch¾c ch¾n lµ ®iÒu kiÖn níc s©u. Chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh biªn ®é cña vËn tèc ngang cña phÇn tö níc ë ®é s©u 100 m theo c«ng thøc 5.01a: ~ u o = (2/15) (25/2) e-(2/351)(100). 35
Hµm cos sÏ kh«ng sö dông ®Õn khi x¸c ®Þnh biªn ®é. Chóng ta thu ®îc: ~ u o = 5,24 e-1,79 = 0,87 m/s. VËn tèc cña sãng nµy (theo 5.04) sÏ lµ: co =(1,56) (15) = 23,4 m/s = 84 km/h = 45 h¶i lý/ h. . BiÓn B¾c (Bê Hµ Lan), H =1,5 m, T = 8 gi©y, h = 4 m. o = (1,56) (82) = 100 m; H/o = 4/100 = 1/25, ®©y lµ ®iÒu kiÖn níc n«ng. Nh vËy tõ 5.05b, c = 6,3 m/s. §é dµi sãng c T = 96,3) (8) = 50 m. N¨ng lîng trªn mét ®¬n vÞ ®é dµi ®Ønh sãng (5.08b) : T =0,142 106 (N.m)/m . Trong m« h×nh ngêi ta t¹o sãng víi chu kú 0,6 gi©y víi ®é s©u níc 30 cm. o = (1,56) (0,62) = 0,56 m; h/o = 30/56 > 1/2; ®©y lµ ®iÒu kiÖn níc s©u. vËn tèc sãng co = (1,56) (0,6) = 0,94 m/s. 36
6 TÝnh to¸n vËn tèc vµ bíc sãng W.W. Massie 6.1 Më ®Çu §èi víi vïng níc cã ®é s©u chuyÓn tiÕp (o/20 < h < o/4) kh«ng dÔ dµng g× cã thÓ x¸c ®Þnh trùc tiÕp ®é dµi sãng hoÆc c¸c tham sè sãng liªn quan khi chØ biÕt chu kú sãng. Cã hai ph¬ng ph¸p ®îc ®a ra sau ®©y, chóng ®Òu ®îc rót ra ph¬ng tr×nh phi tuyÕn ®èi víi vËn tèc, ph¬ng tr×nh 5.05. 6.2 Ph¬ng ph¸p lÆp Nh¾c l¹i ph¬ng tr×nh 5.05,   g c tanh kh   (5.05)-(6.01) T k k trong ®ã: c lµ vËn tèc pha cña sãng gia tèc träng trêng, g k sè sãng = 2/, h ®é s©u níc,  ®é dµi sãng, T lµ chu kú sãng. Thay c¸c ®Þnh nghÜa tõ ch¬ng 5 vµo ph¬ng tr×nh 6.01 thu ®îc: 2h   0 tanh (6.02)  V×  cha biÕt nªn kh«ng thÓ cã lêi gi¶i trùc tiÕp ®îc. S¬ ®å gi¶i lÆp xÊp xØ lµ hoµn toµn cho phÐp. B»ng ph¬ng ph¸p lÆp xÊp xØ cho phÐp hiÖu chØnh lêi gi¶i v× ph¬ng tr×nh chØ cã mét nghiÖm ®èi víi hai gi¸ trÞ cho tríc o vµ h. §èi víi mét lÇn lÆp sö dông ph¬ng tr×nh 6.02 ( b¾t ®Çu tõ  = o) thay vµo gi¸ trÞ bªn ph¶i, ta cã: 2h i 1  0 tanh (6.03)  i 37
trong ®ã i = 0, 1, 2, ..... B¶ng 6.1. Ph¬ng ph¸p lÆp tÝnh ®é dµi sãng T = 19 gi©y, h = 50 mÐt Ph¬ng tr×nh 6.03 Ph¬ng tr×nh 6.04 i i (m) 2i+2 (m) 0 563,8 378,1 1 285,2 382,0 2 451,6 381,6 3 339,2 381,6 4 410,9 5 362,9 6 394,2 7 373,4 8 387,0 9 378,0 10 384,0 11 380,1 12 382,6 13 380,9 14 382,0 15 381,3 16 381,8 17 381,5 NÕu lÆp nhiÒu lÇn ta cã: 2  2 i 1   2 i  2i2  (6.04) 3 i = 0, 1, 2, …. 2 h  2 i 1   0 tanh  2i 38
Khi sö dông s¬ ®å phøc t¹p h¬n th× sè lÇn lÆp sÏ ®îc gi¶m ®i ®¸ng kÓ (th«ng thêng chØ cÇn kh«ng qu¸ 4 lÇn lÆp) vµ cã thÓ tiÕn hµnh trªn c¸c m¸y tÝnh tay. Mét kü thuËt trùc tiÕp cña Eckert (kh«ng c«ng bè) cã thÓ cho lêi gi¶i víi sai sè nhá h¬n 5%: 2 h    0 tanh (6.05) 0 B¶ng 6.1 cho ta thÊy kÕt qu¶ theo s¬ ®å ®ã. TÝnh u viÖt cña s¬ ®å lÆp 2 ®îc thÓ hiÖn rÊt râ. §Ó so s¸nh cã thÓ thÊy ph¬ng tr×nh 6.05 cho  = 401,0 m t¬ng ®¬ng sai sè 5,1 %. Mçi khi ®é dµi sãng ®· ®îc x¸c ®Þnh th× c¸c ®Æc trng kh¸c cña sãng còng ®îc tÝnh to¸n dÔ dµng. B¶ng 6.2 C¸c hµm cña sãng h×nh sin (trÝch) tanh kh kh sin kh cos kh h h H  0 H0 0,075 0,632 0,119 0,745 0,816 1,29 0,962 0,080 0,649 0,123 0,774 0,854 1,31 0,955 0,085 0,665 0,129 0,803 0,892 1,34 0,948 0,090 0,681 0,132 0,831 0,929 1,37 0,942 6.3 Ph¬ng ph¸p sö dông c¸c b¶ng ViÖc tÝnh to¸n tiÕn hµnh theo c¸ch nªu trªn thêng dÉn tíi viÖc tÝnh to¸n b»ng tay. Mét ph¬ng ¸n ®èi s¸nh ®ã lµ sö dông c¸c b¶ng. B»ng c¸ch chia hai vÕ (6.02) cho h vµ tiÕn hµnh mét sè phÐp biÕn ®æi: 2h h h  tanh (6.06) 0   trong ®ã h/o ®îc thÓ hiÖn th«ng qua sè h¹ng h/. Nh vËy cã thÓ lùa chän c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña h/ cã thÓ thu ®îc c¸c gi¸ trÞ t¬ng øng h/o phôc vô x©y dùng b¶ng. B»ng c¸ch néi suy vÒ h/o hoÆc vÒ h/ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc ®é dµi sãng. Wiegel (1964) ®· x©y dùng nªn lo¹i b¶ng nh vËy. B¶ng nµy ®îc c«ng bè trong s¸ch Kü thuËt h¶i d¬ng (1964) cña t¸c gi¶ vµ trong CÈm nang b¶o vÖ bê (1973). Mét phÇn tãm t¾t cña b¶ng nµy ®îc thÓ hiÖn trong b¶ng 6.2. 39
Mét vÝ dô sö dông phÐp lÆp trªn ®©y cã thÓ ®îc kiÓm tra th«ng qua b¶ng. T = 19 gi©y, vµ h = 50 m cho ta o = 563,80 m vµ h/o = 0,0887. Néi suy theo Wiegel (1964) cho ta h/ = 0,1310 vµ  = 381,6 m hoµn toµn phï hîp víi kÕt qu¶ tÝnh to¸n tríc ®ã. 40