Mô hình hóa toán học sóng gió trong đại dương bất đồng nhất không gian - Chương 8

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

107
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự phát triển mạnh khai thác dầu khí trên biển những năm gần đây và nhu cầu tất yếu xây dựng các loại công trình kỹ thuật khai thác dầu khí, trong đó có các công trình ở các vùng nước thềm lục địa, đã đặt ra đòi hỏi cao đối với các phương pháp tính toán tác động của môi tr-ờng lên các công trình.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Mô hình hóa toán học sóng gió trong đại dương bất đồng nhất không gian - Chương 8

gåm b¾c phÇn vμ trung phÇn §¹i T©y D−¬ng. kh«ng khÝ, v× theo quan tr¾c cña nhiÒu nhμ nghiªn cøu c¸c dßng xiÕt th−êng liªn quan tíi hiÖn t−îng nghÞch nhiÖt vμ c¸c front Sai sè tÝnh c¸c yÕu tè sãng giã theo m« h×nh phæ tham sè Ýt khÝ quyÓn. kh¸c víi sai sè tÝnh to¸n cña m« h×nh WAM. M« h×nh phæ tham sè sãng giã míi, trong ®ã sö dông phÐp quy chuÈn theo tèc ®é giã 7.7. Nh÷ng kÕt luËn chÝnh ®éng lùc, diÔn t¶ ®−îc chuyÓn ®éng tù hoμ hîp cña líp biªn khÝ quyÓn gÇn mÆt n−íc vμ mÆt biÓn dËy sãng. C¸c thö nghiÖm m« Sai sè tÝnh sãng biÓn phô thuéc vμo nhiÒu nguyªn nh©n vμ h×nh ®· cho biÕt r»ng nã cã kh¶ n¨ng tÝnh sãng b·o víi ®é chÝnh tr−íc hÕt vμo chÊt l−îng c¸c tr−êng khÝ ¸p xuÊt ph¸t vμ ®é x¸c cao h¬n so víi nh÷ng m« h×nh ®ång lo¹i ®· cã tr−íc ®©y. chÝnh x¸c tÝnh giã, chÊt l−îng m« h×nh to¸n vμ ®é chÝnh x¸c d÷ liÖu quan tr¾c dïng ®Ó so s¸nh. So s¸nh khÝ ¸p mÆt ®Êt truyÒn tõ Trung t©m ch©u ¢u Dù b¸o Trung h¹n víi d÷ liÖu ®o trªn c¸c dμn quan tr¾c cho thÊy ®é chÝnh x¸c dù b¸o ¸p suÊt ®ñ cao ®èi víi thêi gian b¸o tr−íc ®Õn Ch−¬ng 8 3 ngμy. Tõ ngμy thø t− chÊt l−îng c¸c dù b¸o b¾t ®Çu kÐm h¼n, dã lμ nguyªn nh©n suy gi¶m ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n c¸c yÕu tè ¦íc l−îng c¸c ®é cao cùc trÞ khÝ t−îng kh¸c. cña sãng giã trong vïng ven bê Sai sè kh¸ lín trong tÝnh giã vμ sãng b¾t nguån tõ ®é gi¸n ®o¹n thêi gian vμ kh«ng gian qu¸ th« cña tr−êng khÝ ¸p truyÒn tõ ECMWF còng nh− chÝnh m« h×nh tÝnh giã. 8.1. TÝnh cÊp thiÕt cña vÊn ®Ò S¸i sè b×nh ph−¬ng trung b×nh tÝnh giã mÆt ®Êt 2–3 m/s, ®«i NhËp ®Ò. Sù ph¸t triÓn m¹nh khai th¸c dÇu khÝ trªn biÓn khi lín h¬n, lμ sai sè ®iÓn h×nh ®èi víi phÇn lín c¸c hÖ ph−¬ng nh÷ng n¨m gÇn ®©y vμ nhu cÇu tÊt yÕu x©y dùng c¸c lo¹i c«ng ph¸p tÝnh hiÖn dïng, ®iÒu ®ã lμm h¹n chÕ ®é chÝnh x¸c tÝnh tr×nh kü thuËt khai th¸c dÇu khÝ, trong ®ã cã c¸c c«ng tr×nh ë to¸n c¸c yÕu tè sãng giã. TriÔn väng tiÕp theo cña h−íng nghiªn c¸c vïng n−íc thÒm lôc ®Þa, ®· ®Æt ra ®ßi hái cao ®èi víi c¸c cøu nμy liªn quan tíi sù tÊt yÕu ph¶i tÝnh ®Õn c¸c hiÖu øng ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n t¸c ®éng cña m«i tr−êng lªn c¸c c«ng front, quy m« võa vμ kh«ng dõng, tÝnh ®Õn nh÷ng chi tiÕt t−¬ng tr×nh. Mét trong nh÷ng nh©n tè quan träng nhÊt quyÕt ®Þnh ®é t¸c cña dßng kh«ng khÝ víi ®é gå ghÒ biÕn thiªn cña mÆt biÓn... bÒn vμ æn ®Þnh cña c¸c c«ng tr×nh kü thuËt biÓn lμ sãng biÓn. C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n sè tr−êng sãng giã trªn c¸c biÓn phÇn Tuy nhiªn, chÕ ®é sãng biÓn ë c¸c vïng thÒm th−êng ®−îc phÝa t©y B¾c B¨ng D−¬ng chøng tá vÒ kh¶ n¨ng "nhí l©u" cña nghiªn cøu rÊt ch−a ®Çy ®ñ, ®iÒu nμy liªn quan tíi thùc tÕ thiÕu qu¸ tr×nh sãng, bëi v× c¸c sãng ®i tíi vïng ®iÓm chóng ®−îc v¾ng nh÷ng quan tr¾c tin cËy ®ñ dμi lÏ ra cã thÓ sö dông ®Ó quan tr¾c, ®−îc ph¸t triÓn trªn mét vïng n−íc kh¸ réng, bao tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ cùc trÞ cña sãng. Nh÷ng −íc l−îng vÒ c¸c 475 476
kh¸c cña biÓn Barens, bëi v× biÓn Pªtrora më ë phÝa t©y vμ t©y yÕu tè sãng giã cã trong mét sè tμi liÖu tra cøu mang tÝnh chÊt b¾c cho c¸c sãng tõ trung phÇn vμ nam phÇn biÓn ®i vμo. Trªn rÊt kh«ng ®¬n trÞ. Chóng th−êng dùa c¬ së trªn c¸c d÷ liÖu quan c¸c h−íng kh¸c, sãng ®−îc quy ®Þnh bëi tèc ®é vμ thêi gian t¸c tr¾c b»ng m¾t do ®éi hoa tiªu thùc hiÖn trong thêi kú hμng h¶i ®éng cña giã ®Þa ph−¬ng, ®é s©u vμ kho¶ng c¸ch tíi c¸c bê [21, 45]. §Ó cã ®−îc nh÷ng −íc l−îng tin cËy h¬n vÒ chÕ ®é sãng khuÊt giã. giã ë mét vïng thÒm cô thÓ th× c¸c sè liÖu quan tr¾c b»ng m¾t râ rμng lμ kh«ng ®ñ, lý do lμ chóng cã chÊt l−îng thÊp vμ tÝnh Nh÷ng ®Æc ®iÓm h×nh thμnh sãng nguy hiÓm trªn vïng kh«ng ®ång nhÊt kh«ng gian cao cña tr−êng sãng giã ë c¸c vïng n−íc biÓn Pªtrora chñ yÕu g©y nªn bëi sãng giã x©m nhËp tõ biÓn n−íc n«ng ven bê. biÓn Barens. C¸c ®é s©u t−¬ng ®èi nhá (cì 10–100 m) dÉn tíi sù biÕn d¹ng m¹nh c¸c sãng trªn n−íc n«ng ®· sinh ra vμ ph¸t V× vËy, ®Ó kh«i phôc c¸c sè liÖu thiÕu v¾ng, nªn sö dông triÓn trong ®iÒu kiÖn n−íc s©u víi tèc ®é giã lín. Quy m« truyÒn c¸ch tiÕp cËn dùa trªn kÕt qu¶ m« h×nh hãa sè trÞ. Ta xÐt thÝ dô vÒ kiÓu tÝnh to¸n nh− vËy ®èi víi biÓn Pªtrora. sãng ®Æc tr−ng trªn vïng n−íc biÓn Pªtrora (cì vμi tr¨m km) cho thÊy r»ng tr−êng sãng giã ®Þa ph−¬ng gãp phÇn râ rÖt vμo C¸c ®iÒu kiÖn t¹o sãng trªn thñy vùc biÓn Pªtrora. chÕ ®é sãng chung. Nh− vËy, ®Ó m« pháng sè ®óng ®¾n vÒ BiÓn Pªtrora n»m ë phÝa ®«ng nam biÓn Barens, lμ mét trong tr−êng sãng, ph¶i chó ý kh«ng chØ tíi tÝnh n−íc n«ng cña biÓn, nh÷ng n¬i hay diÔn ra b·o tè nhÊt ë n−íc Nga. ë biÓn Barens, mμ mét lo¹t nh÷ng hiÖu øng kh¸c h×nh thμnh nªn phæ sãng ë sãng cao 8 m vμ h¬n cã thÓ cã xuÊt ®¶m b¶o mïa ®«ng ®Õn 3%, thñy vùc ®ang xÐt, kÓ c¶ t¸c ®éng giã. mïa hÌ – 0,1–0,2%. C−êng ®é sãng gi¶m dÇn tõ phÝa t©y sang phÝa ®«ng. T−¬ng øng, c¸c ®Æc tr−ng cùc trÞ cña sãng gi¶m 20– 8.2. M« h×nh to¸n vÒ sãng giã trong biÓn n«ng 30% khi chuyÓn ®éng tõ phÝa t©y sang phÝa ®«ng. Nh÷ng ®Æc ®iÓm ph©n bè kh«ng gian cña sãng ®· nªu lμ do ®Æc thï cña Tæng quan vÊn ®Ò. M« h×nh hãa to¸n häc vÒ sãng giã hoμn l−u khÝ quyÓn trªn biÓn vμ nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng [21, trong biÓn n«ng lμ bμi to¸n kh¸ phøc t¹p, v× nã bao gåm nh÷ng 27, 45, 163]. vÊn ®Ò lý thuyÕt h×nh thμnh sãng ë c¶ vïng biÓn s©u còng nh− ë X©m nhËp vμo vïng biÓn nμy lμ sãng giã vμ sãng lõng ®íi n−íc n«ng ven bê. Trong ch−¬ng 4 ®· xem xÐt nh÷ng kÕt kh«ng chØ tõ c¸c biÓn Nauy vμ Greenland, mμ c¶ tõ c¸c vïng qu¶ kh¶o s¸t ®iÒu kiÖn h×nh thμnh sãng trªn n−íc s©u do giã n−íc phÝa b¾c §¹i T©y D−¬ng. Trong khi ®¸nh gi¸ chÕ ®é sãng cung cÊp n¨ng l−îng, do t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu vμ tiªu t¸n do trªn thñy vùc biÓn Barens, vμ ®Æc biÖt biÓn Pªtrora, ph¶i chó ý sãng ®æ, cßn trong ch−¬ng 6 ®· m« t¶ sù biÕn d¹ng sãng trªn tíi sù hiÖn diÖn cña th¶m b¨ng, vμo c¸c mïa kh¸c nhau nã cã n−íc n«ng vμ ¶nh h−ëng ma s¸t ®¸y kh«ng tÝnh ®Õn t¸c ®éng thÓ lμm thay ®æi nhiÒu kÝch th−íc phÇn thãang cña thuû vùc. giã. Tuy nhiªn, mét phÐp céng ®¬n thuÇn c¸c hiÖu øng Êy kh«ng Sù ph¸t triÓn sãng côc bé trong biÓn Pªtrora bÞ h¹n chÕ nhiÒu thÓ diÔn t¶ ®Çy ®ñ vÒ sù ph¸t triÓn sãng d−íi t¸c ®éng giã ë bëi ®é s©u vïng vμ kho¶ng c¸ch tíi c¸c bê l©n cËn. C−êng ®é thñy vùc n«ng ®¸y kh«ng ph¼ng. sãng ë tÊt c¶ c¸c vïng biÓn Pªtrora nhá h¬n so víi c¸c vïng 477 478
sãng giã trong thñy vùc n«ng [83, 143, 277, 363, 386]. Mét trong Trong thñy vùc n−íc n«ng tÝnh chÊt c¸c c¬ chÕ vËt lý h×nh nh÷ng m« h×nh gÇn ®©y nhÊt ®−îc R. Ris [346] x©y dùng, trong thμnh phæ sãng sÏ thay ®æi vμ xuÊt hiÖn nh÷ng hiÖu øng bæ ®ã ngoμi c¸c phÐp tham sè hãa chÝnh x¸c truyÒn thèng vÒ nh÷ng sung. ThÝ dô, khi ph¸t triÓn sãng trong mét thñy vùc n«ng, sù c¬ chÕ vËt lý, cßn tÝnh ®Õn sù ®æ nhμo sãng trªn n−íc n«ng vμ t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu bèn sãng cã ®Æc ®iÓm m¹nh mÏ h¬n, t−¬ng t¸c ba sãng. C¸c m« h×nh n−íc n«ng kh¸c nhau rÊt nhiÒu ngoμi ra ë ®©y còng cã thÓ cã t−¬ng t¸c céng h−ëng ba sãng (xem [363], ®iÒu nμy mét lÇn n÷a nãi lªn sù phøc t¹p vμ sù nghiªn ch−¬ng 6). Thªm n÷a, trªn n−íc n«ng ë ®íi ven bê, cã thÓ gi¶ cøu ch−a ®Çy ®ñ vÒ qu¸ tr×nh. Cã thÓ lμ, v× lý do ®ã mμ c¸c m« thiÕt xuÊt ph¸t vÒ sù ®éc lËp pha cña c¸c hîp phÇn phæ sãng h×nh sãng giã n−íc n«ng cßn ë mét møc ®é lín h¬n so víi c¸c m« kh«ng cßn ®óng n÷a, cßn b¶n th©n phæ sãng trë nªn rÊt hÑp, h×nh sãng biÓn s©u, ®Òu dùa trªn nh÷ng mèi phô thuéc thùc g©y nghi ngê vÒ kh¶ n¨ng sö dông phÐp gÇn ®óng rèi yÕu vÒ nghiÖm t−êng minh rót ra tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng ®¬n gi¶n sãng vμ chÝnh ph−¬ng tr×nh ®éng häc. [143]. VËy th× vÊn ®Ò vÒ c¨n cø lý luËn øng dông chóng cho Trong c¸c ®iÒu kiÖn n−íc n«ng còng thay ®æi ®Æc ®iÓm cung nh÷ng tr−êng hîp phøc t¹p h¬n th−êng ch−a s¸ng tá, vμ sù hîp cÊp n¨ng l−îng tõ giã cho sãng [63]. Ch¼ng h¹n, trªn n−íc s©u, lý øng dông m« h×nh nμy hay m« h×nh kh¸c ®−îc chøng minh ®iÒu kiÖn sãng ph¸t triÓn hoμn toμn ®¹t ®−îc khi vËn tèc pha nhê so s¸nh kÕt qu¶ tÝnh víi d÷ liÖu quan tr¾c. sãng tiÕn gÇn tíi tèc ®é dßng kh«ng khÝ trung b×nh. VËn tèc pha Trong môc nμy sÏ xÐt mét m« h×nh phæ tham sè m« t¶ sù sãng trªn n−íc s©u thùc tÕ kh«ng bÞ h¹n chÕ (trong phÐp gÇn ph¸t triÓn sãng giã trong biÓn n«ng víi cïng møc ®óng ®¾n ®óng chÊt láng lý t−ëng kh«ng nÐn). V× lý do ®ã, sãng trªn c¸c chung. M« h×nh nμy sÏ ®−îc h×nh thμnh trong khu«n khæ thiÕt ®¹i d−¬ng vμ c¸c biÓn cã thÓ ®¹t tíi nh÷ng kÝch th−íc rÊt lín. lËp bμi to¸n tæng qu¸t nhÊt. C¸c biÓu thøc gi¶i tÝch cña nh÷ng Trong tr−êng hîp n−íc n«ng, vËn tèc pha sãng bÞ giíi h¹n bëi c¬ chÕ cßn chua ®−îc nghiªn cøu lý thuyÕt nhiÒu (nh− qu¸ tr×nh ¶nh h−ëng ®é s©u. Giai ®o¹n ph¸t triÓn hoμn toμn cña sãng ®¹t ph¸t triÓn sãng ë thñy vùc ®é s©u kh«ng ®æi giíi h¹n, sù ®æ ®−îc s¬m h¬n so víi tr−êng hîp n−íc s©u. §iÒu ®ã diÔn ra khi nhμo sãng ë ®íi ven bê) sÏ suy ra tõ d÷ liÖu thùc nghiÖm tin cËy. c¸c sãng cã kÝch th−íc sao cho tèc ®é truyÒn sãng t−¬ng øng ®¹t Ngoμi ra, trong m« h×nh còng sÏ sö dông nh÷ng kÕt qu¶ lý gi¸ trÞ cùc ®¹i do ®é s©u thñy vùc quy ®Þnh, v× vËy sãng giã ë c¸c thuyÕt ®· ®−îc thõa nhËn (ch¼ng h¹n, nh÷ng vÊn ®Ò vÒ khóc x¹ thñy vùc n−íc n«ng lu«n nhá h¬n so víi trªn n−íc s©u víi cïng sãng trong thñy vùc ®¸y kh«ng ph¼ng). tèc ®é giã. M« h×nh phæ tham sè vÒ sù ph¸t triÓn sãng giã trong L−u ý r»ng quy m« kh«ng gian-thêi gian ®Æc tr−ng cña biÕn biÓn n«ng. ThiÕt lËp bμi to¸n. XuÊt ph¸t tõ ph−¬ng tr×nh ®æi tr−êng sãng trªn n−íc s©u ®−îc quy ®Þnh bëi quy m« synop hay c¸c kÝch th−íc h×nh häc cña thñy vùc, trong khi ®ã ë c¸c c©n b»ng n¨ng l−îng sãng giã tæng qu¸t (5.1), ta viÕt ph−¬ng tr×nh nμy víi hμm mËt ®é phæ S  S (k , , x, y, t ) phô thuéc vμo sè thñy vùc n«ng quy m« kh«ng gian biÕn ®æi ®é s©u thñy vùc l¹i  sãng k  k vμ gãc   arctg (k y / k x ) d−íi d¹ng lμ mét nh©n tè bæ sung n÷a. HiÖn nay ®· cã nhiÒu m« h×nh to¸n diÔn t¶ sù tiÕn triÓn 479 480
S S S S d k S d m« t¶ sau.  C gx  C gy G   , (8.1) t x y  k d t  d t C¸c ph−¬ng tr×nh diÔn t¶ sù biÕn thiªn cña sè sãng k vμ gãc  däc theo quü ®¹o truyÒn c¸c chïm sãng, theo (5.2) cã thÓ dx dy trong ®ã C gx  vμ C gy   nh÷ng h×nh chiÕu cña vËn tèc dt dt viÕt d−íi d¹ng:    H   H nhãm C g trªn c¸c trôc x vμ y . dk  cos   sin  ; (8.6) H x H  y dt C gx  C g cos , C gy  C g sin  , (8.2) d  1   H   H  sin   cos  . 2kH  d 1   (8.7) , 1  dt k H x H  y Cg   (8.3) sh(2kH )   dk 2 k   Ta sÏ xem r»ng hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh (8.1), (8.6), (8.7), khi   gk th(kH ) . (8.4) cho tr−íc c¸c ®iÒu kiÖn biªn vμ ban ®Çu t−¬ng øng, diÔn t¶ bμi Hμm nguån G m« t¶ nh÷ng c¬ chÕ vËt lý h×nh thμnh phæ to¸n ph¸t triÓn sãng trong thñy vùc n−íc n«ng. sãng giã, ta sÏ biÓu diÔn d−íi d¹ng tæng ba hμm: ChuyÓn sang hÖ ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham sè phæ. G  Gin  G nl  G ds , Ph−¬ng ph¸p tham sè tÝnh sãng cã nghÜa lμ chuyÓn tõ ph−¬ng tr×nh mËt ®é n¨ng l−îng phæ (8.1) sang c¸c ph−¬ng tr×nh ®èi víi trong ®ã Gin  cung cÊp n¨ng l−îng tõ giã cho sãng, G ds  tiªu t¸n nh÷ng tham sè cña phæ [185, 257]. C¸c ph−¬ng ph¸p tham sè ®· n¨ng l−îng sãng, G nl  t−¬ng t¸c phi tuyÕn trong phæ sãng giã. trë thμnh truyÒn thèng khi tÝnh sãng trªn n−íc s©u. Chóng dùa Ta sÏ xem r»ng tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng G ds ®−îc x¸c ®Þnh trªn gi¶ thuyÕt tån t¹i mét d¹ng phæ æn ®Þnh cña sãng giã, ®−îc 1 2 bëi hai c¬ chÕ: ma s¸t ®¸y G ds vμ ®æ nhμo ®Ønh sãng G ds trªn kiÓm so¸t bëi sù t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu gi÷a c¸c sãng. Cßn vÒ n−íc n«ng. tr−êng hîp ph¸t triÓn sãng trong thñy vùc ®é s©u h÷u h¹n, ë ®©y cã thÓ øng dông chÝnh ý t−ëng ®ã. Víi t− c¸ch lμ hμm tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng do ma s¸t ®¸y ta sö dông ®Ò xuÊt cña c«ng tr×nh [365]: C¨n cø cña quan ®iÓm nμylμ nh÷ng d÷ liÖu thùc nghiÖm kS [219], theo ®ã ®· x¸c lËp ®−îc tÝnh bÊt biÕn cña c¸c phæ kh«ng G ds )    (1 , (8.5) gian cña sãng giã (trong kh«ng gian " k " ) ë thñy vùc n−íc n«ng g sh (2kH ) vμ mèi liªn hÖ cña c¸c tham sè phæ víi nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o ë ®©y   0,076 m 2 s 3 . sãng. Ngoμi ra, c¸c t¸c gi¶ c«ng tr×nh nμy ®· ®i ®Õn kÕt luËn 2 Hμm tiªu t¸n G ds chÊp nhËn theo m« h×nh côa. J. Battjes r»ng ma s¸t ®¸y kh«ng ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ tíi d¹ng phæ sãng giã. Vai trß ma s¸t ®¸y, ®−¬ng nhiªn, dÉn tíi sù tiªu t¸n n¨ng vμ J. Jonssen [208]. BiÓu thøc xÊp xØ cña nã nhËn ®−îc kh«ng l−îng sãng, nh−ng khi cã mÆt t¸c ®éng giã th× tæ hîp nã víi ph¶i d−íi d¹ng phæ, mμ d−íi d¹ng tham sè, vμ sÏ ®−îc dÉn sau nh÷ng c¬ chÕ kh¸c sÏ lμm cho phæ cã d¹ng bÊt biÕn. Ma s¸t ®¸y nμy. VÒ nh÷ng hμm nguån hîp phÇn cßn l¹i, chóng còng sÏ ®−îc 481 482
cã thÓ ¸p ®¶o nÕu giã trë nªn thÊp h¬n mét gi¸ trÞ t¹o ra n¨ng ®éng lªn ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng sãng (8.1) b»ng c¸c l−îng c¬ b¶n, vμ khi truyÒn sãng lõng. to¸n tö tÝch ph©n chän chuyªn cho môc ®Ých nμy [185]:  ViÖc dÉn lËp hÖ ph−¬ng tr×nh cho c¸c tham sè phæ dùa trªn   2 L1 [ P ]    P k d k d  ; sö dông ph−¬ng tr×nh phæ (8.4), vμ kü thuËt dÉn lËp nãi chung (8.11) kh«ng kh¸c víi kü thuËt ®· ®−îc ®Ò xuÊt trong c«ng tr×nh [185] 0  2 ®èi víi n−íc s©u, nh−ng ®èi víi thñy vùc n−íc n«ng kh«ng nªn dïng phæ tÇn sè – gãc, mμ dïng phæ c¸c sè sãng k vμ h−íng  .    Pj k d k Chóng ta sÏ ®−a ra xÊp xØ gi¶i tÝch cña nã d−íi d¹ng mét hμm L2 [ P ]   2 , (8.12) phô thuéc vμo ph−¬ng sai cña qu¸ tr×nh sãng m0 , sè sãng cña  Skdk cùc ®¹i phæ k max vμ h−íng tæng qu¸t truyÒn sãng  . TiÕp theo 2   sÏ cho thÊy r»ng trong thñy vùc n«ng gi÷a c¸c tham sè m0 vμ trong ®ã Pj  tõng sè h¹ng trong c¸c sè h¹ng cã tÝnh tæng cña k max cã thÓ thiÕt lËp mét mèi liªn hÖ t−êng minh. Ta sÏ xem r»ng c¸c tham sè phæ phô thuéc vμo täa ®é kh«ng gian x, y vμ ph−¬ng tr×nh (8.1). Nh− vËy, cã thÓ ®i ®Õn mét hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh vi ph©n phi thêi gian t . Nh− vËy mèi phô thuéc cña phæ vμo c¸c tham sè cã tuyÕn ®èi víi c¸c tham sè phæ: m«men kh«ng m0 vμ h−íng tæng thÓ viÕt d−íi d¹ng:   qu¸t truyÒn sãng  . HÖ ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham sè phæ S  S m0 ( x, y, t ), k max ( x, y, t ),  ( x, y, t ), k ,  . viÕt d−íi d¹ng nh− sau: Hμm mËt ®é phæ cã thÓ viÕt d−íi d¹ng mét tÝch cña phæ c¸c  m0  m0  m0    C mx  C my  D mx  Dmy  sè sãng nh©n víi hμm ph©n bè gãc: t x y x y S  S ( m0 , k max , k ) Q (,  ) , (8.8) u ref ds  G m cos(   U )  G m  G m (8.13) ë ®©y  m0  m0     C x  C y  Dx  Dy    t x y x y nq ( n q ) cos (   )   ; khi 2  G cos(   U )  Gef r u Q (,  )   (8.9)  0   ; khi ë ®©y  ij  h−íng giã; C mx , Dmx , C x , Dx , C my , Dmy , C y , Dy   2 (n q )  nh©n tö quy chuÈn, b»ng nh÷ng hÖ sè phiÕm hμm, quyÕt ®Þnh d¹ng cña phæ hai chiÒu; u ref G m  hμm tæng qu¸t ph¸t sinh n¨ng l−îng sãng bëi giã; G m  2  4  6 ... n q ( n q )  ds hμm ¶nh h−ëng khóc x¹ lªn ph©n bè n¨ng l−îng sãng; G m  . (8.10) 1  3  5 ... (n q  1)   u tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng; G  hμm biÕn ®æi h−íng truyÒn §Ó cã hÖ ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham sè phæ, ta sÏ t¸c 483 484
 mo  mo  mo  ref sãng tæng qu¸t do ®æi h−íng giã; G  hμm ¶nh h−ëng cña    1 I D sin    1 I C sin    1 I C cos  x y x t khóc x¹ lªn biÕn ®æi h−íng truyÒn sãng. Nh÷ng hÖ sè vμ hμm  nμy lμ nh÷ng biÓu thøc tÝch ph©n tõ phÐp xÊp xØ hai chiÒu cña u ref ds  1 I D cos   G m cos (   U )  G m  G m ; y c¸c phæ vμ c¸c hîp phÇn t−¬ng øng cña hμm nguån ®−îc thÓ (8.15)  mo  mo   1 1 hiÖn trong ph−¬ng tr×nh (8.1). 1 1  m0 I C sin   m0 I C cos    t1 n q x y nq Ta ®−a ra nh÷ng ký hiÖu sau: S 2 2   IC   Cg I D   Cg S k d k,   ref 1 (n q )  u  G sin (   U )  G .  m0 1 I D sin   m0 1 I D cos  k d k, .  m0 nq  1 y x T−¬ng tù, ta biÓu diÔn c¸c hμm m« t¶ khóc x¹ vμ ®øng ë vÕ Khi thÕ chóng vμo c¸c ph−¬ng tr×nh (8.13), ta biÓu diÔn ph¶i cña hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh (8.15) nh÷ng hÖ sè cÇn t×m cña hÖ d−íi d¹ng:   S d k S d C mx  L1 [C g cos  ( S /  m0 )]   1 (n q )  I C  cos  ; G m  L1 G ref  L1  ref  . (8.16)   k d t  d t  C my  L1 [C g sin  ( S /  m0 )]   1 (n q )  I C  sin  ; Sö dông c¸c ph−¬ng tr×nh (8.6), (8.7), ta ®−îc Dmx  L1 [C g cos  ( S /   )]   1 (n q )  I D  sin  ; H H Dmy  L1 [C g sin  ( S /  m0 )]  1 ( n q )  I D  cos  ; ref  sin  G m  J k   1  (cos  ), (8.17) y x (8.14)   C x  L2 [C g cos  ( S /  m0 )]  n q 1 m0 1  I C  sin  ; trong ®ã J k  J k 1  J k 2 ;   C y  L2 [C g sin  ( S /  m0 )]  n q 1 m0 1  I C  cos  ; S  S  J k1   J k2   k d k; kdk .  Dx  L2 [C g cos  ( S /   )]  m0 1  I D  cos  ; k H k H  Dy  L2 [C g sin  ( S /  m0 )]  m0 1  I D  sin . Hμm khóc x¹ cña ph−¬ng tr×nh thø hai t×m b»ng c¸ch t−¬ng tù vμ ®−îc viÕt nh− sau: ViÕt l¹i hÖ (8.13) d−íi d¹ng sau: S d k S d ref G  L2 [G ref ]  L2 [  ], (8.18)  k d t  d t nã cã thÓ ®−îc biÕn ®æi ®Õn d¹ng    H H 1 G  m 0 1  J k 1  J k 2    sin   . ref  cos  (8.19)    x y nq    BiÕn ®æi tiÕp theo cña c¸c hÖ sè phiÕm hμm trong hÖ (8.15) 485 486
chØ cã thÓ trong tr−êng hîp cho t−êng minh d¹ng cña xÊp xØ phæ [162] víi ®é nghiªng ®¸y lín h¬n, 0,006 t¹i ®é s©u 11–18 m vμ S  S (m0 , k max , k ) Q (,  ) . víi ®é nghiªng ®¸y 0,025 t¹i ®é s©u bÐ h¬n, ®· g©y nghi ngê ®èi víi nh÷ng kÕt qu¶ tr−íc. Ch¼ng h¹n, ®· nhËn ®−îc kÕt luËn: b¾t XÊp xØ phæ sãng trong thñy vùc n−íc n«ng. VÊn ®Ò vÒ 2 ®Çu tõ ®é s©u kh«ng thø nguyªn H   1 ( H   H max ) , c¸c phæ d¹ng biÓu diÔn gi¶i tÝch ®óng cña phæ sãng giã trong thñy vùc g n−íc n«ng mét thêi gian dμi ch−a ®−îc gi¶i quyÕt. Theo c¸c c«ng thùc nghiÖm kh«ng diÔn t¶ b»ng xÊp xØ phæ TMA n÷a. Trªn c¸c tr×nh ®−îc thùc hiÖn ë B¾c H¶i vμ ë §¹i T©y D−¬ng, bê ®«ng ®é s©u t−¬ng ®èi bÐ 0,16  H   0,50 * nh¸nh th¨ng cña phæ biÕn Hoa Kú [219, 327] ®· kh¼ng ®Þnh kh¶ n¨ng sö dông c¸i gäi lμ thiªn dèc ®øng h¬n so víi phæ TMA, cßn trªn nh¸nh gi¸ng xuÊt phæ TMA ®Ó tÝnh to¸n biÕn d¹ng phæ tÇn sè tõ n−íc s©u sang hiÖn nh÷ng cùc ®¹i thø cÊp æn ®Þnh t¹i c¸c tÇn sè lμ béi vμ n−íc n«ng. XÊp xØ phæ tÇn sè TMA dùa trªn ý t−ëng ¸p dông kh«ng béi cña tÇn sè ®Ønh phæ. Tuy nhiªn, nÕu l−u ý r»ng thÝ tÝnh bÊt biÕn cña kho¶ng c©n b»ng trong phæ kh«ng gian cña nghiÖm nμy ®· ®−îc tiÕn hμnh ë mét vïng ven bê víi ®é sãng sang toμn bé phæ. Phæ cã d¹ng nghiªng lín h¬n nhiÒu, th× cã thÓ cho r»ng ý kiÕn kh«ng thèng 4 S TMA (, H )   g 2  5 e 1,25 ( max / )  f  (, H ) , (8.20) nhÊt võa råi lμ do sù hiÖn diÖn cña c¸c sãng bÞ ph¶n x¹ tõ c¸c    max 2   s−ên nghiªng cña ®¸y, còng nh− tõ ®Õ cña c¸c bÖ quan tr¾c. Cã  ; , ,   c¸c tham sè phô thuéc trong ®ã f  exp  2 2 2 ax  thÓ ®©y còng lμ biÓu hiÖn cña hiÖu øng t−¬ng t¸c ba sãng. Cã lÏ    m t×nh huèng nμy kh«ng cho phÐp c¸c t¸c gi¶ cña c«ng tr×nh nhËn vμo giai ®o¹n ph¸t triÓn sãng, cßn hμm  ®−îc biÓu diÔn nh− sau: ®−îc c¸c biÓu thøc tin cËy cho xÊp xØ phæ tÇn sè.  k (, H ) k 3 (, H ) TÝnh tíi tÝnh bÊt biÕn cña phæ sãng kh«ng gian, chóng ta sö   (, H )  . (8.21)  k (, ) dông biÓu diÔn hμm mËt ®é phæ d−íi d¹ng xÊp xØ phæ cña k 3 (, ) Cruzeman [331], nh−ng ®−îc thÓ hiÖn cho phæ c¸c sè sãng. D−íi  d¹ng nh− vËy nh¸nh gi¸ng ®−îc xÊp xØ b»ng S (k ) ~ k 4 , cßn KÕt luËn chÝnh cña viÖc ph©n tÝch d÷ liÖu thùc nghiÖm lμ sù nh¸nh th¨ng cña phæ lμ hμm tuyÕn tÝnh cña k : biÕn d¹ng phæ tÇn sè cña c¸c sãng giã (tøc c¸c sãng chÞu t¸c (k / k max ) 4 S max khi k  k max ®éng trôc tiÕp cña giã) chØ phô thuéc vμo phæ xuÊt ph¸t trªn S (k )   (8.22) max 0, a (k  k max ) khi k  k max n−íc s©u vμ vμo tèc ®é giã vμ kh«ng phô thuéc vμo ®é nghiªng cña ®¸y. Trong ®ã ®· gi¶ thiÕt r»ng xÊp xØ phæ TMA lu«n ®óng a  S max /( k max  k min ) ; k min   k max (   1 ). ë ®©y cho ®Õn tËn ®íi ®æ nhμo. Nh÷ng kÕt qu¶ nh− vËy nhËn ®−îc ë B¾c H¶i, ë vïng víi ®é nghiªng ®¸y 0,0003, cßn ë miÒn bê Hoa Kú – víi ®é nghiªng ®¸y 0,005. * Trªn c¸c ®é s©u nhá h¬n, sù tiÕn triÓn sãng diÔn ra trong c¸c ®iÒu kiÖn ®íi Mét thÝ nghiÖm kh¸c thùc hiÖn ë vïng bê Bungari, H¾c H¶i sãng vç bê. 487 488
trong ®ã m0 vμ k max liªn hÖ víi nhau b»ng quan hÖ (8.23). Tho¹t nh×n cã thÓ t−ëng r»ng xÊp xØ (8.22) lμ kh¸ th«. Tuy nhiªn, nã kh«ng m©u thuÉn víi d÷ liÖu thùc nghiÖm [162]. NÕu D¹ng hμm ph©n bè n¨ng l−îng theo gãc kh¸ quen thuéc ®èi cã chi tiÕt ho¸ tØ mØ h¬n n÷a viÖc xÊp xØ d¹ng phæ S (k ) , th× còng víi sãng giã trªn n−íc s©u [45]. Cßn tr−êng hîp n−íc n«ng vÊn kh«ng dÉn tíi lμm chÝnh x¸c g× nhiÒu ®èi víi c¸c ph−¬ng tr×nh ®Ò nμy mét thêi gian dμi Ýt ®−îc nghiªn cøu. Trong thÝ nghiÖm cña c¸c tham sè phæ. [162] ®· nhËn ®−îc mét sè quy luËt nhÊt ®Þnh vÒ diÔn biÕn cña Víi môc ®Ých x¸c ®Þnh tham sè S max ta sö dông c¸c d÷ liÖu hμm ph©n bè gãc. cña chÝnh thÝ nghiÖm [162], trong ®ã ®· x¸c lËp mèi phô thuéc Khi ph©n tÝch d÷ liÖu cña thÝ nghiÖm [162] xÊp xØ hμm ph©n cña m«men kh«ng chuÈn ho¸ cña phæ vμo sè sãng cña cùc ®¹i bè gãc trªn n−íc n«ng ®· ®−îc dïng d−íi d¹ng truyÒn thèng phæ nh− sau:  Q( s, )   ( s ) cos 2 s   , ~ (8.24) ~ m  2,0  10 3 k 1,47 . (8.23) 2 max 0 ë ®©y  ( s )  1 / 2 ( s  1) / ((2s  1) / 2) , ( s )  hμm Gama. Phô thuéc nμy ®−îc thùc hiÖn c¶ trªn n−íc s©u lÉn trªn n−íc n«ng cho tíi tËn ®é s©u kh«ng thø nguyªn H   0,16 . ViÖc ®¸nh gi¸ vÒ c¸c tham sè xÊp xØ hμm ph©n bè gãc (8.24) ®· chØ ra sù phô thuéc æn ®Þnh cña chóng vμo tÇn sè vμ ®é s©u. Tu©n theo mèi quan hÖ nμy, trong tÊt c¶ c¸c tr−êng hîp khi ThÝ dô, c¸c gi¸ trÞ sè cña chØ sè s t−¬ng øng víi tÇn sè cùc ®¹i c¸c sãng truyÒn tõ biÓn kh¬i vμo c¸c vïng ven bê n−íc n«ng vμ t¹i c¸c tÇn sè cao h¬n vμ thÊp h¬n tÇn sè cùc ®¹i, v−ît tréi tr−íc ®íi sãng vç bê vμ chÞu sù t¸c ®éng cña giã, sÏ cã mét mèi ~ phô thuéc gi÷a ®¹i l−îng m«men kh«ng cña phæ m0 vμ sè sãng c¸c chØ sè t−¬ng tù cña tr−êng hîp n−íc s©u; nÕu ®é s©u gi¶m, ~ chØ sè luü thõa s t¨ng lªn t¹i tÊt c¶ c¸c tÇn sè. k m cña cùc ®¹i phæ (8.23) kh«ng tuú thuéc vμo ®é nghiªng ®¸y Nh÷ng quy luËt võa nªu vÒ sù biÕn d¹ng cña ph©n bè gãc vμ tÝnh chÊt trÇm tÝch ®¸y. ®−îc xÊp xØ b»ng c«ng thøc: ë ®©y tÇn sè cña cùc ®¹i phæ kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh s  s ()  A  2,5 , ˆ (8.25) truyÒn sãng giã tõ n−íc s©u tíi n−íc n«ng, vËy cho phÐp viÕt 2  gk m th k m H  const , víi m  tÇn sè cña cùc ®¹i phæ trªn A  45  18 H .5 ; 0,25  H   2,56 ; 0 ë ®©y: m n−íc s©u, k m  sè sãng cña cùc ®¹i phæ trªn n−íc n«ng víi ®é  /  max khi    max ;  ˆ s©u H .  max /  khi    max ; LÊy tÝch ph©n phæ (8.22) theo c¸c sè sãng ®èi víi tham sè 2 S max , cã thÓ nhËn ®−îc H  H max . g m0 S max  ,  1  2     ¦íc l−îng c¸c biÓu thøc tÝch ph©n b»ng ph−¬ng ph¸p  3  6 2 k max   tiÖm cËn. ViÖc dÉn lËp tiÕp c¸c ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham 489 490
Víi môc ®Ých t×m gi¸ trÞ tÝch ph©n I D trong (8.14), (8.15) sè phæ liªn quan tíi viÖc thÕ c¸c xÊp xØ phæ (8.22)–(8.25) vμo nh÷ng biÓu thøc tÝch ph©n (8.14), (8.16)–(8.19). Kh«ng thÓ biÓu ®èi víi phæ (8.22)–(8.24) ta dïng −íc l−îng tiÖm cËn cña nã theo diÔn c¸c biÓu thøc nμy d−íi d¹ng t−êng minh ®−îc thËm chÝ ®èi ph−¬ng ph¸p Laplace [189]. Cuèi cïng ta cã víi nh÷ng hμm sè ®¬n gi¶n nhÊt xÊp xØ phæ sãng. V× vËy, ta thö   k max H I D  c L1  S ( k max )  m  0,143   . (8.26)  sh (2k max H ) (2,5  2k max H )  cè g¾ng nhËn c¸c −íc l−îng tiÖm cËn cña c¸c biÓu thøc tÝch   ph©n. Khi c L1  1,0 gi¸ trÞ (8.26) t−¬ng øng víi −íc l−îng nhËn L−u ý r»ng khi rót ra c¸c biÓu thøc nμy ®· sö dông xÊp xØ ®−îc víi gi¸ bÐ cña tham sè kH  1 . hμm ph©n bè gãc d−íi d¹ng (8.9), ë ®ã ®· kh«ng tÝnh ®Õn sù phô Víi môc ®Ých chÝnh x¸c ho¸ tiÕp xÊp xØ tÝch ph©n (8.26) ®· thuéc cña nã vμo tÇn sè, trong khi xÊp xØ (8.24), (8.25) h¬i kh¸c thùc hiÖn tÝnh to¸n sè tÝch ph©n I D víi mét sè gi¸ trÞ tham sè víi (8.9) vμ chøa ®ông mèi phô thuéc t−êng minh vμo tÇn sè. k max H . §é lín cña tham sè nμy ®· biÕn ®æi hai bËc trong ph¹m Tuy nhiªn hμm ph©n bè gãc (8.9) lμ kh¸ gÇn víi xÊp xØ (8.24) khi n q  0,46 s [53] vμ cã thÓ kh«ng khã kh¨n nÕu tÝnh mét phô vi tõ 0,05 ®Õn 5,00, tøc phñ qua d¶i biÕn thiªn hîp lý cña nã. So s¸nh gi¸ trÞ sè cña tÝch ph©n víi −íc l−îng tiÖm cËn cña nã thuéc xÊp xØ th«ng qua mét phô thuéc kh¸c. Ngoμi ra, cã thÓ chØ (8.26) cho thÊy r»ng tham sè c L1 nªn chÊp nhËn b»ng 1,43. ra r»ng: ®èi víi nh÷ng gi¸ trÞ lín cña tham sè n q (theo d÷ liÖu B»ng c¸ch ®ã khi dïng c«ng thøc (8.26) sÏ ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c cña [162] n q ( max ) ~10 ), th× hiÖu chØnh cho c¸c tÝch ph©n (8.14), tÝnh to¸n tho¶ m·n, sai sè kh«ng qu¸ 2,5% trong toμn d¶i biÕn (8.16)–(8.19) do tÝnh tíi sù phô thuéc cña tham sè n q vμo tÇn sè thiªn ®ang xÐt cña tham sè k max H . chØ b»ng mét ®¹i l−îng kh¸ bÐ cì BiÓu thøc tÝch ph©n thø hai I C cã thÓ biÓu thÞ d−íi d¹ng n q ( max ) 1    1  ~ 0,53 S ~ O( ) IC   Cg k d k  4  10 3  C g k 3 k max  (k  k max ) d k 1  n q ( max ) n q ( max )  m0  m0 0 vμ hiÖu chØnh nμy cã thÓ bá qua. Nh− vËy, víi mét ®é chÝnh x¸c (8.27) chÊp nhËn ®−îc, trong t−¬ng lai cã thÓ dïng c¸c biÓu thøc ë ®©y (k )  hμm Heviside, cßn k max vμ m0 liªn hÖ víi nhau (8.14), (8.16)–(8.19) ®Ó −íc l−îng c¸c biÓu thøc tÝch ph©n. b»ng phô thuéc (8.23). Tuy nhiªn, thËm chÝ trong tr−êng hîp nμy c¸c tÝch ph©n theo BiÓu thøc tÝch ph©n (8.27) cã thÓ dÔ biÕn ®æi tíi d¹ng sè sãng còng kh«ng lÊy ®−îc d−íi d¹ng cuèi cïng vμ chØ cã thÓ   ~ 0,53 −íc l−îng chóng mét c¸ch gÇn ®óng. Ta sÏ dïng ph−¬ng ph¸p I C  4  10 3  C g k 3 k max [0,681 k max  (k  k max )  Laplace [189] ®Ó nhËn ®−îc sè h¹ng thø nhÊt cña khai triÓn tiÖm 0  cËn c¸c biÓu thøc tÝch ph©n, sau nμy chóng ta sÏ chÝnh x¸c ho¸ 0,360  (k  k max )] / m0 d k , thªm theo d÷ liÖu tÝnh to¸n sè trÞ biÓu thøc chÝnh x¸c. 491 492
ë ®©y ( k )  hμm Delta cña Diracle. u VÒ sè h¹ng G biÓu diÔn sù ®æi h−íng truyÒn sãng trung Nh− vËy cã thÓ nhËn ®−îc r»ng b×nh do thay ®æi h−íng giã, nhiÒu t¸c gi¶ [200, 257, 258] ®· I C  1,36 C g (k max )  0,36 I D / m0 . (8.28) nhËn ®−îc −íc l−îng theo d÷ liÖu quan tr¾c ®èi víi ®iÒu kiÖn n−íc s©u. Song ®èi víi ®iÒu kiÖn biÓn n«ng th× ch−a cã nh÷ng d÷ T−¬ng tù cã thÓ biÓu diÔn tÝch ph©n J k trong biÓu thøc liÖu ®o nh− vËy (Ýt ra lμ ®èi víi c¸c ®é s©u kh¸c nhau). Do ®ã ta khóc x¹ (8.17). Sè h¹ng thø nhÊt cña nã ®−îc −íc l−îng b»ng: sÏ thö sö dông c«ng tr×nh [278], ë ®ã ®èi víi ®iÒu kiÖn n−íc s©u S (k max )  g k m 3 ®· rót ra mét ph−¬ng tr×nh t−¬ng øng trong tr−êng hîp ®ång J k 1  c L 2 . (8.29)  m ch 2 (k m H ) (2,5  2k m H ) nhÊt kh«ng gian vμ cho biÕt r»ng vÕ ph¶i cña ph−¬ng tr×nh cã thÓ thÓ hiÖn d−íi d¹ng §é lín cña tham sè c L 2 còng ®· ®−îc x¸c ®Þnh nhê so s¸nh 1  m0 u tÝnh to¸n sè tÝch ph©n (8.17) víi biÓu thøc tiÖm cÇn cña nã G  sin (U   ) . (8.32) m0  t (8.29). Tham sè c L 2 lμ mét hμm biÕn ®æi chËm theo ®é s©u c L 2  1,13 (k max H ) 0,064 . BiÓu thøc (8.29) cho phÐp thùc hiÖn tÝnh Xu¸t ph¸t tõ hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh tham sè (8.15), hμm cÇn u t×m G cã thÓ biÓu diÔn b»ng to¸n víi sai sè kh«ng qu¸ 2%. §èi víi sè h¹ng thø hai ta cã biÓu thøc 1 u G  . (8.33)  max u 1 1 m0 G m J k 2  S (k max ) k max  J k1 . 2 (8.30) sh (2k max H ) 4 4 X¸c ®Þnh hμm nguån tÝch ph©n trong hÖ c¸c ph−¬ng §èi víi hμm tiªu t¸n ma s¸t ®¸y ta sÏ cho r»ng nã cã ¶nh tr×nh tham sè. Trong vÕ ph¶i ph−¬ng tr×nh thø nhÊt cña hÖ u h−ëng tíi sãng giã chØ trong tr−êng hîp tèc ®é giã gi¶m côc bé (8.15) gi¸ trÞ ch−a x¸c ®Þnh G m cã thÓ ®−îc biÓu diÔn qua hμm vμ trë thμnh thÊp h¬n gi¸ trÞ t¹o n¨ng l−îng c¬ b¶n. Khi ®ã cã nguån phæ thÓ nhËn ®−îc biÓu thøc cho (8.5) d−íi d¹ng sau: u G m  L1 [G ] . (8.34) khi m0  m0 max ; 0 §Ó tr¸nh nh÷ng khã kh¨n x¸c ®Þnh hμm nguån phæ G ( S )  3  0,124  G ds    S (k max ) k max 1   u ®èi víi n−íc n«ng, ta thö x¸c ®Þnh hμm nguån tÝch ph©n G m ch (k max H  0,5)    khi m0  m0 max ,  kh«ng sö dông trùc tiÕp hμm mËt ®é phæ, mμ dùa trªn nh÷ng 2,0 g sh (2k max H ) (1  k max H )  mèi phô thuéc thùc nghiÖm ®· biÕt. Trong nh÷ng mèi phô thuéc (8.31) ®ã th−êng biÓu thÞ mèi liªn hÖ gi÷a ®é cao kh«ng thø nguyªn ~ h  gh / U 2 , chu kú sãng ~  g / U , ®μ kh«ng thø nguyªn ë ®©y m0 max  m«men kh«ng cña phæ sãng ph¸t triÓn tíi h¹n ®èi  ~ ~ víi ®é s©u ®Þa ph−¬ng vμ tèc ®é giã ®· cho. X  gX / U vμ ®é s©u H  gH / U 2 . D−íi d¹ng tæng qu¸t nhÊt 2 493 494
~~   b1 X 1 phô thuéc cña ®é cao vμ chu kú vμo ®μ thÓ hiÖn d−íi d¹ng: ~~ ~  m th 2 (a H 1 ) th 2 / ~1  ~ ,  m0 (8.36) ~ ~~ ~ ~ 0  th 1 (a1 H 2 )    1 b1 X 1 ~~ ~ 1   ~ 1 / ~1    h  h th (a1 H ) th ~ 2  ; (8.35 a) ~ ~  th 1 (a1 H ) ~   ë ®©y m0   h /(2); h  ®é cao sãng trung b×nh. 2 ~ ~   b2 X 2 ~~ Theo c¸c sè liÖu ®o thùc nghiÖm gÇn ®©y nhÊt cña I. Young ~  ~ th (a H 2 ) th 1 / ~2      ~ 2  , (8.35 b) ~ ~  th (a H ) 2 2 vμ L. Verhagen [388] thùc hiÖn ë hå Georgy (n−íc ¸o) víi d¶i ®é   ~ 2 ~ s©u 6  10 2  H  2 , gi¸ trÞ tíi h¹n cña m«men kh«ng b»ng m0  ~ ~  ®é cao kh«ng thø nguyªn vμ chu kú (nãi chÝnh ë ®©y h vμ  ~   3,64  10 3 th 1,74 (0,493 H 0,75 ) . x¸c ®ã lμ chu kú cña cùc ®¹i phæ) cña sãng ph¸t triÓn tíi h¹n; a , ~ ~ Nh÷ng quan hÖ trªn ®©y cã thÓ ®−îc dïng ®Ó tÝnh gi¸ trÞ  , b ,  ,   c¸c tham sè xÊp xØ. cña hμm nguån. §èi víi c¸c ®iÒu kiÖn t¹o sãng lý t−ëng (®é s©u Ph¶i l−u ý r»ng hiÖn nay kh«ng tån t¹i mét ý kiÕn thèng kh«ng ®æi, giã ®ång nhÊt vμ dõng) hÖ (8.13) quy vÒ mét ph−¬ng nhÊt vÒ nh÷ng gi¸ trÞ nμo cña c¸c tham sè ®ã lμ ®óng nhÊt. ThÝ tr×nh d¹ng dô, trong [352] sö dông ®é cao sãng hiÖu dông vμ chu kú cùc ®¹i  m0  m0 u   1 I C cos   G m cos (   U ) , (8.37) phæ, chÊp nhËn c¸c tham sè b»ng: t x ~ ~ h  0,283; a  0,530;   0,75; b  0,00565;   0,5; ~  1,0; ~  víi   U  0 .  1 1 1 1 1 ~ ~  7,54; a  0,833;   0,375; b  0,0379;   0,333; ~  1,0. ~  2 2 2 2 2 §Ó x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè trong ph−¬ng tr×nh nμy ta gi¶i bμi Nh÷ng gi¸ trÞ ®é cao h tÝnh theo c«ng thøc (8.35) kh¸ gÇn to¸n ng−îc: lËp ph−¬ng tr×nh tiÕn triÓn sãng giã, xuÊt ph¸t tõ víi nh÷ng gi¸ trÞ ®é cao t−¬ng øng trong СНиП * [183]. Muén mèi phô thuéc thùc nghiÖm (8.36). LÊy vi ph©n (8.36) theo x , h¬n mét Ýt, trong c«ng tr×nh cña D. Hurdle vμ M. Stive [282] c¸c ta cã ~ ~ ~ gi¸ trÞ cña nh÷ng tham sè nμy ®· ®−îc xÐt l¹i vμ chÊp nhËn: dm0 m0 arcth z (4 1 ) 1 ~ ~ ~ ~, (8.38) h  0,25; a  0,6;   0,75; b  4,3  10 5 ;   1,0; ~  2,0; ~ d~  X sh (2arcth z ) 1 x  1 1 1 1 1 ~ ~  8,3; a  0,76;   0,375; b  4,1  10 5 ;   1,0; ~  3,0. ~  2 ë ®©y 2 2 2 2 ~ 1 Quan hÖ (8.35) ®èi víi m«men kh«ng cña phæ cã thÓ biÓu ~   m0 2 z  ~ ~~  . (8.39) diÔn d−íi d¹ng  m th 2 (aH 1 )   0  §Ó hμm nguån cã d¹ng ®éc lËp, tøc kh«ng phô thuéc t−êng ~ minh vμo ®μ hay thêi gian t¸c ®éng cña giã, X ®−îc biÓu diÔn * L-u ý r»ng trong СНиП tÝnh c¸c ®é cao sãng trung b×nh, v× vËy t−¬ng quan nμy qua (8.36) vμ (8.39) nh− sau sÏ ®óng khi chuyÓn tõ ®é cao sãng hiÖu dông sang gi¸ trÞ trung b×nh. 495 496
1 ~~ V× vËy chóng ta quan t©m tíi nh÷ng m« h×nh nμo cã ý ®Þnh ~ ~ ~  th 1 (aH 1 ) arcth z  1 X   sö dông nh÷ng lËp luËn lý thuyÕt kh«ng rμng buéc víi mét thùc .   b1   nghiÖm riªng rÏ nμo ®ã. ThÝ dô vÒ m« h×nh lo¹i ®ã lμ m« h×nh cña J. Battjes vμ J. Jonssen [208]. XuÊt ph¸t tõ hμm ph©n bè NÕu ®ßi hái sao cho ph−¬ng tr×nh (8.37) ®èi víi h×nh thÕ dõng tho¶ c¸c yÕu tè sãng vμ ®é s©u biÓn, m« h×nh nμy tÝnh ®Õn ®Æc ®iÓm m·n ®iÒu kiÖn (8.38), ta cã ~ ngÉu nhiªn cña tr−êng sãng giã vμ xem sù ®æ nhμo sãng nh− m0 arcth z (4 1 ) g u ~ ~  1 I C 2 . Gm (8.40) mét qu¸ tr×nh x¸c suÊt. 1 X sh (2 arcthz ) U Trong m« h×nh cña J. Battjes vμ J. Jonssen c−êng ®é tiªu Hμm nguån nh− vËy cho phÐp chÝnh x¸c kh«i phôc mèi phô t¸n trung b×nh n¨ng l−îng sãng D liªn quan víi sù ®æ nhμo thuéc thùc nghiÖm xuÊt ph¸t kh«ng nh÷ng ®èi víi nh÷ng ®iÒu sãng trªn n−íc n«ng. Cã thÓ nhËn ®−îc −íc l−îng D nÕu xuÊt kiÖn t¹o sãng lý t−ëng, tøc ®èi víi ®é s©u vμ tèc ®é giã kh«ng ph¸t tõ hai ph−¬ng diÖn: −íc l−îng c«ng suÊt tiªu t¸n trong mét ®æi, mμ cßn trªn tõng ®o¹n côc bé nhá víi nh÷ng ®iÒu kiÖn ®ång lÇn ®æ nhμo sãng vμ x¸c suÊt xuÊt hiÖn ®æ nhμo sãng víi ®é cao nhÊt. VËy nã cã thÓ ®−îc kh¸i qu¸t ho¸ cho nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o ®ang xÐt. §èi víi sãng giã, ®¹i l−îng D ®−îc −íc l−îng trªn c¬ sãng phøc t¹p h¬n. së tÝnh chÊt ngÉu nhiªn cña sãng. Cho r»ng c¸c yÕu tè sãng ®−îc m« t¶ b»ng mét hμm ph©n bè nμo ®ã, cßn sù ®æ nhμo sãng 8.3. M« h×nh tiÕn triÓn sãng trong ®íi vç bê ®−îc xem nh− mét ®iÒu kiÖn nμo ®ã mμ c¸c ph©n vÞ cña hμm ph©n bè øng víi mét ®é s©u côc bé ®· ®Þnh ph¶i tho¶ m·n. Nh− Do m« t¶ lý thuyÕt vÒ c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra trong ®íi sãng vËy, t¹i mét ®iÓm kh«ng gian ®· ®Þnh sÏ tån t¹i kh«ng ph¶i tÊt vç bê rÊt phøc t¹p, nªn c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh nh÷ng yÕu tè sãng c¶ tËp hîp c¸c sãng cña ph©n bè xuÊt ph¸t, mμ chØ nh÷ng sãng theo truyÒn thèng dùa trªn nh÷ng quan hÖ thùc nghiÖm, nh÷ng nμo kh«ng tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ®æ nhμo trong khi nã truyÒn tíi quan hÖ nμy thiÕt lËp nh÷ng quy luËt biÕn ®æi c¸c gi¸ trÞ trung ®íi sãng vç. b×nh cña sãng theo biÕn ®æi ®é s©u. ThÝ dô, m« h×nh [145] vμ nhiÒu m« h×nh ®ång lo¹i kh¸c cã sím h¬n [206, 235]. L−u ý r»ng m« h×nh J. Battjes vμ J. Jonssen ®· nhiÒu lÇn ®−îc kiÓm tra vμ chÝnh x¸c ho¸ trong mét sè c«ng tr×nh ®èi víi Khi dïng c¸c ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù trong tÝnh to¸n thùc tÕ tr−êng hîp biÕn ®æi ®é s©u vïng ven bê ®¬n ®iÖu vμ kh«ng ®¬n xuÊt hiÖn c©u hái vÒ miÒn ¸p dông cña c¸c ph−¬ng ph¸p ®ã. ®iÖu [209, 370], trong sè ®ã cã t¸c gi¶ chuyªn kh¶o nμy. Tuy VÊn ®Ò ë chç nh÷ng ph−¬ng ph¸p nμy dùa trªn mét sè d÷ liÖu nhiªn, tÊt c¶ ®Òu ch−a ®−a ra ®−îc mét nhËn xÐt phª ph¸n hay quan tr¾c riªng biÖt nhËn ®−îc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng mét c¶i biªn ®¸ng kÓ nμo ®èi víi m« h×nh nμy. V× vËy tiÕp sau nhÊt ®Þnh vμ sau ®ã kh«ng ph¶i lu«n ®ñ c¨n cø ®Ó phæ biÕn ®©y, chóng t«i dïng m« h×nh nμy ®Ó tÝnh to¸n. sang nh÷ng ®iÒu kiÖn tæng qu¸t h¬n, thÝ dô, sang tr−êng hîp biÕn thiªn kh«ng ®¬n ®iÖu cña ®é s©u ë ®íi sãng vç bê, gãc sãng M« h×nh J. Battjes vμ J. Jonssen [208] dùa trªn nh÷ng kÕt tíi bê xiªn v.v... qu¶ ®· dÉn trong mét c«ng tr×nh sím h¬n cña J. Stoker [361], 497 498
2 1Q  h  trong ®ã tiªu t¸n n¨ng l−îng ë ®íi sãng vç ®−îc m« pháng nh−  . (8.43)  ln Q  hm  lμ sãng s« (bor) x¶y ra t¹i biªn giíi hai dßng n−íc. D¹ng hμm   tiªu t¸n ®−îc dïng nh− sau: ThÕ ®¹i l−îng Q vμo quan hÖ (8.41) vμ chÊp nhËn A  Q , 1 D  A f  w g hb , 2 (8.41) cã thÓ viÕt 4 1 trong ®ã f  tÇn sè gãc cña sãng;  w  mËt ®é n−íc; hb  ®é cao D  Q f p  w g hm , 2 (8.44) 4 tíi h¹n, t¹i ®ã diÔn ra ®æ nhμo sãng ®èi víi c¸c tham sè sãng ®· ë ®©y   hÖ sè bËc ®¬n vÞ. Nh− vËy, ®¹i l−îng D phô thuéc vμo ®Þnh vμ ®é s©u côc bé cña thñy vùc; A  hÖ sè tØ lÖ, ®−îc x¸c h , gi¸ trÞ nμy ®−îc x¸c ®Þnh qua Q . ®Þnh bëi sè l−îng c¸c sãng ®æ nhμo. Tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng D cã thÓ ®−îc dïng trong ph−¬ng Trong quan hÖ (8.41) tÇn sè f ®−îc chÊp nhËn b»ng tÇn sè tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng sãng, ë tr−êng hîp dõng ®¬n gi¶n cña cùc ®¹i phæ sãng xuÊt ph¸t. Gi¸ trÞ b×nh ph−¬ng trung b×nh cña ®¹i l−îng ngÉu nhiªn hb ®−îc cho b»ng ®é cao sãng tuÇn nhÊt cã thÓ viÕt nh− sau: P hoμn cùc ®¹i m m cã thÓ cã t¹i ®é s©u côc bé ®· ®Þnh cña thñy  D0, (8.45) l vùc H ( x, y ) . §¹i l−îng hm ®−îc x¸c ®Þnh theo quan hÖ Misha, trong ®ã cã tham sè  tÝnh tíi ¶nh h−ëng ®é nghiªng ®¸y vμ ®é trong ®ã P  dßng n¨ng l−îng ®i qua mét ®¬n vÞ bÒ mÆt b»ng EC g , ë ®©y E  1  w gh 2 ; C g  vËn tèc nhãm x¸c ®Þnh theo lý dèc sãng 8 k p H thuyÕt tuyÕn tÝnh ®èi víi sãng cã tÇn sè f  f p ; l  phÇn tö  hm  0,88 k p1 th . (8.42) 0,88 kho¶ng c¸ch th¼ng däc theo quü ®¹o truyÒn sãng. Sè sãng k p ®−îc tÝnh qua tÇn sè cùc ®¹i phæ f p trªn c¬ së sö NhËn thÊy r»ng khi thÕ quan hÖ (8.44) vμo ph−¬ng tr×nh (8.45) ph−¬ng tr×nh nμy cã thÓ diÔn t¶ c¸c hiÖu øng tiªu t¸n c¶ dông quan hÖ t¶n m¸t cña lý thuyÕt sãng tuyÕn tÝnh. trªn n−íc s©u lÉn trªn n−íc n«ng. Tiªu t¸n nμy quyÕt ®Þnh sù §Ó x¸c ®Þnh phÇn ®Þa ph−¬ng cña c¸c sãng ®æ nhμo Q gi¶ ®æ nhμo nh÷ng ®Ønh sãng nμo mμ ®é dèc cña chóng theo quan thiÕt r»ng tæng ph©n bè x¸c suÊt cña tÊt c¶ c¸c ®é cao sãng (®æ hÖ (8.42) v−ît qu¸ gi¸ trÞ tíi h¹n. nhμo vμ kh«ng ®æ nhμo) lμ ph©n bè Rayleigh. §¹i l−îng Q ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph©n bè nμy c¾t t¹i h  hm . Phiªn b¶n võa m« t¶ cña m« h×nh tiÕn triÓn sãng trong ®íi vç bê lμ mét m« h×nh tÝch ph©n vμ sÏ kh«ng ®−a ra kh¸i niÖm vÒ §Ó −íc l−îng Q , ®· dïng mét quan hÖ rót ra ph©n bè nh÷ng biÕn ®æi cña phæ tÇn sè – gãc. Dùa trªn c¸c d÷ liÖu thùc Rayleigh nghiÖm [207], Y. Еldеbегky vμ J. Bаttjes [243] ®· ®i ®Õn kÕt luËn r»ng tiªu t¸n cÇn ph¶i tØ lÖ víi mËt ®é phæ n¨ng l−îng ®èi víi tõng hîp phÇn. X¸p xØ tiªu t¸n cña mËt ®é phæ n¨ng l−îng ®−îc 499 500
viÕt d−íi d¹ng cho m« h×nh.  BJ Q  S (, ) 2 hm M« h×nh võa m« t¶ ®· ®−îc kiÓm tra kü theo d÷ liÖu phßng G ds br   , (8.46) 8 m0 thÝ nghiÖm vμ quan tr¾c thùc nghiÖm hiÖn tr−êng [209, 370]. Nhê ®èi s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh víi d÷ liÖu quan tr¾c ®· ®Ò xuÊt trong ®ã   tÇn sè trung b×nh cña phæ. L−u ý r»ng biÓu thøc ®−îc mét mèi phô thuéc chÝnh x¸c h¬n gi÷a c¸c tham sè quyÕt tiªu t¸n nh− vËy ®−îc dïng trong m« h×nh SWAN [346]. ®Þnh nh− sau: Trong ®íi n−íc n«ng ven bê diÔn ra sù biÕn ®æi bæ sung vÒ   0,5  0,4 th (33,0 ) , (8.49) mùc biÓn trung b×nh liªn quan ®Õn sù vËn chuyÓn khèi l−îng ë ®©y   tham sè cã mÆt trong quan hÖ (8.42);   ®é dèc ban n−íc bëi sãng. Trong ®ã mét c¸ch t−¬ng øng sÏ diÔn ra sù biÕn ®Çu cña sãng trªn n−íc n«ng   h0 /  0 . Dïng c¸c gi¸ trÞ tham sè ®æi ®é s©u thùc ®Þa ph−¬ng, vμ ®iÒu nμy vÒ phÝa m×nh lμm thay ®æi sù biÕn d¹ng sãng. §é s©u thùc H cã thÓ biÓu diÔn d−íi (8.48) trong m« h×nh, c¸c t¸c gi¶ c«ng tr×nh [209] ®· ®¹t ®−îc ®é d¹ng tæng ®é s©u kh«ng nhiÔu cña thñy vùc d , ®o tõ ®−êng chÝnh x¸c tÝnh to¸n cao. HÖ sè t−¬ng quan gi÷a c¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n vμ quan tr¾c h b»ng 0,98, sai sè t−¬ng ®èi b»ng 0,06 m. th¼ng trung b×nh tíi ®¸y, vμ biÕn thiªn mùc n−íc trung b×nh do sãng g©y nªn  . HiÖu chØnh nμy cho ®é s©u cã thÓ t×m ®−îc, nÕu Tuy nhiªn, nh−îc ®iÓm cña quan hÖ (8.49) lμ ë chç nã kh«ng cïng víi ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng sãng gi¶i ph−¬ng x¸c ®Þnh côc bé, tøc phô thuéc vμo ®é dèc sãng ban ®Çu trªn tr×nh m«men ®éng l−îng do M. S. Longuet–Higgins vμ R. n−íc s©u. L−u ý t×nh h×nh nμy, R. Nelson [346] ®· ®Ò nghÞ tham Stewart [312, 315] ®Ò xuÊt: sè ho¸ sù ®æ nhμo sãng nh− sau. Trªn n−íc n«ng ®é cao sãng cùc ®¹i ®−îc x¸c ®Þnh tõ quan hÖ hm  H . Gi¸ trÞ cña tham sè ®æ  S xx    g (d  ) 0. (8.47) nhμo  chÊp nhËn b»ng x x Trong quan hÖ nμy hîp phÇn øng suÊt ph¸t x¹ S xx cã thÓ   0,55  0,88 exp (0,012 cth ) , (8.50) ë ®©y   ®é nghiªng ®¸y côc bé trªn h−íng truyÒn sãng tæng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng 1 2 kpH  qu¸t. S xx    E. (8.48)  2 sh (2 k p H )    Cã thÓ kÕt luËn r»ng: m« h×nh tiÕn triÓn sãng giã trong ®íi vç bê do J. Battjes vμ J. Jonssen ®Ò x−íng trong [208] vμ ®−îc L−u ý r»ng nh÷ng quan hÖ (8.47) vμ (8.48) nhËn ®−îc ®èi ph¸t triÓn trong mét lo¹t c¸c c«ng tr×nh tiÕp sau [346] ®Ó tÝnh víi sãng ®¬n, viÖc kh¸i qu¸t nã cho tr−êng hîp tiÕp cËn phæ hiÖn biÕn ®æi n¨ng l−îng sãng vμ øng suÊt x¹ trong c¸c vïng sãng ®æ cßn ch−a ®−îc nghiªn cøu. nhμo diÔn t¶ kh¸ tèt hiÖn t−îng trong mét d¶i réng c¸c ®iÒu TÝnh ®¹i l−îng ( x) cho phÐp ®¸nh gi¸ ®é lín biÕn thiªn kiÖn, ®iÒu ®ã lμ c¨n cø ®Ó dïng nã trong c¸c tÝnh to¸n tiÕp theo. mùc biÓn trung b×nh do chuyÓn ®éng sãng vμ lμm chÝnh x¸c tiÕp 501 502
8.4. Nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc hiÖn tÝnh to¸n ë thñy vùc biÓn Pªtrora MiÒn tÝnh, l−íi sè vμ nh÷ng m« h×nh ®−îc sö dông. Ta thùc hiÖn tÝnh to¸n sè c¸c yÕu tè sãng giã ë vïng ®«ng nam biÓn Pªtrora t¹i ®iÓm cã ®é s©u 19 m so víi mùc biÓn lý thuyÕt thÊp nhÊt. Nh− ®· nãi tr−íc ®©y, chÕ ®é sãng biÓn trong thñy H×nh 8.1. B¶n ®å ®é s©u tæng qu¸t thñy vùc tÝnh sãng (néi suy) vùc nμy ®−îc h×nh thμnh bëi t¸c ®éng giã ®Þa ph−¬ng vμ do sù x©m nhËp cña sãng giã vμ sãng lõng tõ biÓn Barens. Nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng vμ quy m« biÕn ®æi cña tr−êng sãng ®−îc m« pháng trong hai tr−êng hîp rÊt kh¸c nhau. Do ®ã nªn sö dông nh÷ng c¸ch tiÕp cËn kh¸c nhau ®Ó tÝnh sãng trong hai tr−êng hîp ®ã. §Ó tÝnh giã vμ sãng trªn thñy vùc c¸c biÓn Nauy, Greenland vμ Barens chóng t«i dïng m« h×nh tÝnh giã vμ m« h×nh phæ tham sè cho ®iÒu kiÖn n−íc s©u ®· tr×nh bμy trong ch−¬ng 8. V× chóng ta quan t©m vÒ nh÷ng ®é cao sãng cùc trÞ, nªn nh− ®· nãi tr−íc ®©y, dïng m« h×nh phæ tham sè trong ®ã thùc hiÖn quy chuÈn theo tèc ®é ®éng lùc sÏ cho phÐp nhËn ®−îc nh÷ng −íc l−îng yÕu tè sãng b·o mét c¸ch tin cËy. MiÒn tÝnh to¸n lÊy d−íi d¹ng mét h×nh ch÷ nhËt trªn mÆt cÇu, biªn phÝa t©y trïng víi 20o K§, phÝa ®«ng – 61o KD, phÝa nam – 60o VB, phÝa b¾c – 80o VB. B−íc l−íi b»ng 1,5o theo kinh tuyÕn vμ 0,5o theo vÜ tuyÕn, ®¶m b¶o t¹i vÜ ®é 70o lμ vÞ trÝ ®iÓm tÝnh ta quan t©m kho¶ng c¸ch gi÷a hai nót liÒn nhau sÏ b»ng 55 km (h×nh 8.1). C¸c vïng thuéc ®Êt liÒn hoÆc bÞ phñ b¨ng ®−¬ng nhiªn bÞ lo¹i khái miÒn tÝnh. §Ó tÝnh sãng trong biÓn Pªtrora ®· dïng m« h×nh phæ tham sè biÓn n«ng ®· tr×nh bμy tr−íc ®©y trong ch−¬ng nμy. Nã cho phÐp tÝnh ®Õn nh÷ng hiÖu øng biÕn d¹ng sãng trªn n−íc n«ng. ë ®©y dïng l−íi mau h¬n, víi b−íc 0,75o theo kinh tuyÕn vμ 0,25o theo vÜ tuyÕn (xem h×nh 8.2). NghiÖm bμi to¸n t¹i biªn cña hai m« h×nh ®−îc ghÐp víi nhau däc kinh tuyÕn 52o KD. 503 504
thêi kú tõ 1960 ®Õn 1994. Tæng céng ®· sö dông nh÷ng tr−êng khÝ ¸p t¹i 24158 h¹n synop. Sè liÖu ¸p suÊt lÊy tõ c¸c b¶n ®å synop trªn vïng n−íc c¸c biÓn Nauy, Greenland vμ Barens trong c¸c thêi kú kh«ng b¨ng cña n¨m (th¸ng s¸u – th¸ng m−êi mét). Khi ®¸nh gi¸ chÕ ®é sãng trong biÓn Barens vμ ®Æc biÖt trong biÓn Pªtrora cÇn chó ý tíi sù hiÖn diÖn cña th¶m b¨ng, ë H×nh 8.2. B¶n ®å ®é s©u biÓn Pªtrora (néi suy) c¸c mïa kh¸c nhau nã cã thÓ lμm thay ®æi nhiÒu kÝch th−íc vïng n−íc cña biÓn, vμ ®o ®ã miÒn tÝnh vμ sè nót tÝnh. Trong khi tÝnh to¸n vÞ trÝ cña c¸c b·i b¨ng ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¸ trÞ trung b×nh th¸ng nhiÒu n¨m [71]. Khi ph©n tÝch ®ång thêi c¸c b¶n ®å synop vμ b¶n ®å tr¹ng th¸i b¨ng ®· chän ®−îc ba c¬n b·o m¹nh vμo th¸ng m−êi hai. Mét trong nh÷ng nh©n tè quyÕt ®Þnh h×nh thμnh tr−êng sãng giã trong biÓn Pªtrora lμ ®é s©u. Tõ h¶i ®å ®· lÊy c¸c ®é s©u thùc øng víi mùc biÓn lý thuyÕt thÊp nhÊt ®Ó x©y dùng l−íi ®é s©u tÝnh to¸n. B¶n ®å ®é s©u tæng qu¸t cña miÒn tÝnh dÉn trªn h×nh 8.1, chi tiÕt h¬n cho biÓn Pªtrora trªn h×nh 8.2. Mét nh©n tè bæ sung quyÕt ®Þnh kÝch th−íc sãng trong thñy vùc lμ gi¸ trÞ mùc biÓn, ë vïng n−íc n«ng nã cã thÓ lμm thay ®æi ®é s©u hiÖu dông cña thñy vùc vμ ¶nh h−ëng tíi sãng. Dao ®éng mùc biÓn so víi mùc lý thuyÕt thÊp nhÊt cã thÓ biÕn ®æi rÊt m¹nh do hai hîp phÇn: thñy triÒu thiªn v¨n vμ n−íc d©ng b·o. V× chóng ta quan t©m tíi nh÷ng t×nh huèng cùc trÞ, tøc khi ®é cao sãng cã thÓ ®¹t kÝch th−íc lín nhÊt, nªn theo ®¸nh gi¸ vÒ biÕn thiªn cùc ®¹i cña mùc biÓn, ®é d©ng lín nhÊt do thñy triÒu vμ n−íc d©ng so víi mùc biÓn thÊp nhÊt lý thuyÕt ®−îc lÊy b»ng 2,6 m ®èi víi c¸c h−íng giã t©y vμ t©y b¾c. §èi víi nh÷ng tr−êng Th«ng tin xuÊt ph¸t. C¬ së th«ng tin ®Ó tÝnh c¸c yÕu tè hîp cßn l¹i vÞ trÝ mùc biÓn lÊy theo gi¸ trÞ trung b×nh nhiÒu n¨m sãng giã lμ sè liÖu khÝ ¸p mÆt ®Êt c¸c h¹n synop chÝnh trong b»ng +0,45 m. 505 506
Nh− vËy, c¸c tÝnh to¸n theo m« h×nh phæ tham sè (PD) vμ 8.5. KiÓm ®Þnh m« h×nh theo d÷ liÖu quan tr¾c ë biÓn m« h×nh WAM kh¸ phï hîp víi sè liÖu ®o. Tuy nhiªn, ph¶i thÊy Pªtrora r»ng m« h×nh WAM ®−a ra sù t¨ng tr−ëng ®é cao sãng nhanh MÆc dï viÖc kiÓm tra m« h×nh ®· m« t¶ ë trªn, chóng t«i h¬n so víi m« h×nh PD vμ sè liÖu ®o. l−u ý r»ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng ë biÓn Pªtrora cã mét lo¹t nh÷ng ®Æc ®iÓm ®éc ®¸o ®· m« t¶ ë phÇn ®Çu môc. N¶y sinh vÊn ®Ò vÒ tÝnh øng dông ®−îc cña m« h×nh ®Ó thùc hiÖn tÝnh to¸n sãng giã trong biÓn Pªtrora. V× vËy trong môc nμy sÏ dÉn nh÷ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo m« h×nh vμ ®èi s¸nh chóng víi d÷ liÖu quan tr¾c thu ®−îc ë mét trong nh÷ng trËn b·o trong thñy vùc. Th¸ng 7 n¨m 1984 ë vïng ®«ng nam biÓn Barens, c¸c céng t¸c viªn Chi nh¸nh Leningrat cña ViÖn H¶i d−¬ng Nhμ n−íc ®· tiÕn hμnh nh÷ng kh¶o s¸t chuyªn dông trªn tÇu “Rombak”, trong ®ã cã thùc hiÖn ®o giã vμ sãng. Sãng biÓn ®−îc ®o b»ng m¸y ®o sãng M-16M. Giã vμ sãng ®−îc ®o trªn vïng n−íc kh¸ gÇn víi vïng biÓn chóng ta quan t©m ë biÓn Pªtrora. C¸c ngμy 16–17 th¸ng 7 n¨m 1984, khi tÇu n»m t¹i ®iÓm 69 30’ VB – 53o08’ K§, ®· xuÊt hiÖn nh÷ng ®iÒu kiÖn synop ®Ó o H×nh 8.3. So s¸nh ®é cao sãng tÝnh theo m« h×nh phæ tham sè (1) ph¸t triÓn sãng b·o. Giã gia t¨ng do t¨ng gra®ien ¸p suÊt gi÷a vμ m« h×nh WAM (2) víi sè liÖu ®o (3) trong c¸c ngμy 16- 17/6/1984 xo¸y thuËn n»m trªn vÞnh Onhega vμ xo¸y nghÞch n»m vÒ phÝ ®«ng ®¶o Novaia Zemlia. H−íng giã trong suèt th−ßi gian b·o lμ 8.6. KÕt qu¶ tÝnh c¸c yÕu tè sãng giã h−íng ®«ng víi biÕn ®æi dÇn dÇn tõ 130 ®ªn 70o. Sãng ph¸t triÓn C¸c tÝnh to¸n giã mÆt n−íc vμ sãng thùc hiÖn theo d÷ liÖu tèi ®a quan s¸t ®−îc vμo ®ªm tr−íc nagú 17 th¸ng 7. khÝ ¸p mÆt ®Êt trªn thñy vùc (xem h×nh 8.1) n¬i sãng giã vμ Nhê ®o sãng trong b·o ®· t¹o c¬ héi so s¸nh kÕt qu¶ ®o víi sãng lõng cã thÓ ¶nh h−ëng tíi sù h×nh thμnh chÕ ®é sãng ë nh÷ng sè liÖu tÝnh theo c¸c b¶n ®å synop b»ng m« h×nh phæ vïng biÓn Pªtrora. ®· thùc hiÖn tÝnh sãng giã liªn tôc 35 n¨m. tham sè vμ m« h×nh WAM [303]. KÕt qu¶ so s¸nh c¸c ®é cao Tæng céng nhËn ®−îc 24158 gi¸ trÞ c¸c yÕu tè sãng giã trªn tõng sãng trung b×nh dÉn trªn h×nh 8.3. Tõ h×nh vÏ thÊy r»ng c¸c kÕt nót l−íi. qu¶ tÝnh phï hîp kh«ng tåi víi c¸c gi¸ trÞ quan tr¾c. Sai sè Tõ c¸c ®é cao sãng trung b×nh ®· dÉn tíi c¸c ®é cao sãng cùc trung b×nh tÝnh to¸n chØ b»ng 0,139 m, hÖ sè t−¬ng quan gi÷a ®¹i (0,1% xuÊt ®¶m b¶o) tu©n theo c¸c chØ dÉn trong [21]. Chuçi c¸c gi¸ trÞ ®é cao tÝnh vμ ®o b»ng 0,95. 507 508
thêi gian (35 n¨m) vÒ ®é cao sãng h0,1% ë ®iÓm tÝnh biÓu diÔn trªn h×nh 8.4. Nã cho kh¸i niÖm chung vÒ nh÷ng biÕn thiªn vμ ®é lín cña c¸c ®é cao sãng. Theo kÕt qu¶ tÝnh ®· chän ra nh÷ng tr−êng hîp ®é cao sãng h0,1% kh«ng nhá h¬n 8 m. Tæng céng cã 5 tr−êng hîp. C¸c gi¸ trÞ cña hμm ph©n bè theo c¸c bËc (qua nöa mÐt) biÓu diÔ trong b¶ng 8.1. TrËn b·o 28–29/10/1973 lμ mét trong nh÷ng trËn b·o m¹nh nhÊt, t¹i ®iÓm tÝnh thø nhÊt ®é cao sãng ®¹t h0,1%  9,3 m. H×nh 8.5. KhÝ ¸p mÆt ®Êt 12 giê trong b·o ngμy 28/10 (a) vμ 29/10 (b) n¨m 1973 Trªn h×nh 8.5 a, b diÔn t¶ c¸c tr−êng ¸p suÊt h¹n 12 giê cña tõng ngμy b·o. Tõ h×nh 8.5 a thÊy r»ng ngμy 28/10 t©m xo¸y thuËn (víi ¸p suÊt d−íi 980 hPa) n»m ë trung t©m biÓn Barens H×nh 8.4. §é cao sãng 0,1% suÊt ®¶m b¶o t¹i 24158 h¹n synop t¹i vÜ ®é 75o. Trªn biÓn Pªtrora ngù trÞ nöa tr−íc cña xo¸y thuËn. Tèc ®é giã trªn h−íng thæi cña nã 240o ®¹t tíi 15,0 m/s. 509 510
Lóc nμy ®ã ë bê b¸n ®¶o Kolski tèc ®é giã ®¹t 20 m/s. Sau 6 giê ¸p suÊt ë t©m xo¸y thuËn gi¶m h¬n 5 hPa, cßn trªn vïng quan tr¾c ®· hiÖn diÖn cung Êm cña xo¸y thuËn. Tèc ®é giã trªn h−íng thæi cña nã kho¶ng 270o ®¹t 17,5 m/s. Lóc nμy ë bê b¸n ®¶o Kolski tèc ®é giã ®¹t 27,5 m/s, cßn t¹i tr¹m khÝ t−îng thñy v¨n Kanin Nos – 25 m/s. TiÕp sau t©m xo¸y thuËn di chuyÓn vÒ phÝa ®«ng däc vÜ tuyÕn 75o, vμ trªn biÓn Pªtrora (ngμy 29/10) tèc ®é vμ h−íng giã ®−îc quy ®Þnh bëi phÇn hËu ph−¬ng cña xo¸y thuËn (h×nh 8.5 b). Tèc ®é giã trong vïng ®¹t 22 m/s (00 giê GMT 29/10) víi h−íng 280o. Sau ®ã quan tr¾c thÊy giã yÕu dÇn vμ b·o tan. B¶ng 8.1. Ph©n bè c¸c ®é cao sãng cùc ®¹i ë ®iÓm tÝnh BËc tËp sãng, Sè tr−êng X¸c suÊt, X¸c suÊt tÝch X¸c suÊt tÝch m hîp % luü, % luü 100% 0,0  x  0,5 49 0,20283 0,2028 99,79717 0,5  x  1,0 2404 9,95115 10,1540 89,84601 1,0  x  1,5 7619 31,53821 41,6922 58,30781 1,5  x  2,0 5497 22,75437 64,4466 35,55344 2,0  x  2,5 3465 14,34307 78,7896 21,21037 2,5  x  3,0 2067 8,55617 87,3458 12,65419 3,0  x  3,5 1240 5,13288 92,4787 7,52132 3,5  x  4,0 724 2,99694 95,4756 4,52438 4,0  x  4,5 455 1,88343 97,3591 2,64095 4,5  x  5,0 270 1,11764 98,4767 1,52330 5,0  x  5,5 158 0,65403 99,1307 0,86928 5,5  x  6,0 98 0,40566 99,5364 0,46361 H×nh 8.6. §é cao sãng trung b×nh theo m« h×nh PD 6,0  x  6,5 59 0,24423 99,7806 0,21939 trong trËn b·o 29/10/1973: a) lóc 03 giê; b) lóc 09 giê 6,5  x  7,0 24 0,09935 99,8800 0,12004 7,0  x  7,5 18 0,07451 99,9545 0,04553 7,5  x  8,0 6 0,02484 99,9793 0,02070 8,0  x  8,5 2 0,00828 99,9876 0,01242 8,5  x  9,0 1 0,00414 99,9917 0,00828 9,0  x  9,5 2 0,00828 100,0000 0,00000 511 512
m« h×nh WAM. ThÊy r»ng ph©n bè kh«ng gian c¸c tr−êng sãng gièng nhau ®èi víi hai m« h×nh. §é cao lín nhÊt gÇn nh− nhau theo c¶ hai m« h×nh. Song nÕu theo m« h×nh WAM ®é cao lín nhÊt xuÊt hiÖn lóc 03 giê, th× m« h×nh phæ tham sè cho ®é cao lín nhÊt vμo 09 giê. §iÒu ®ã nãi nªn r»ng sù ph¸t triÓn sãng theo m« h×nh WAM diÔn ra nhanh h¬n so víi m« h×nh cña chóng t«i, ®iÒu nμy còng lμ phï hîp víi nh÷ng mèi phô thuéc thùc nghiÖm dïng lμm c¬ së cña c¸c m« h×nh. 8.7. ¦íc l−îng cùc trÞ cña c¸c yÕu tè sãng giã ¦íc l−îng c¸c cùc trÞ ®é cao sãng trªn n−íc s©u. TÝnh sãng ë mét ®iÓm n−íc n«ng ®−îc thùc hiÖn trong hai giai ®o¹n. §ã lμ v× nh÷ng quy luËt ph©n bè nhiÒu n¨m cña sãng trªn n−íc n«ng thùc tÕ ch−a ®−îc nghiªn cøu. NÕu kh«ng biÕt d¹ng hμm ph©n bè nhiÒu n¨m cña sãng øng víi mét sè tØ sè ®é cao sãng trªn ®é s©u ®Þa ®iÓm, th× kh«ng thÓ tÝnh tr−íc ®−îc kÝch th−íc cña nh÷ng sãng cã thÓ cã ë ngoμi ph¹m vi thêi kú quan tr¾c hay tÝnh to¸n cña chuçi thêi gian xuÊt ph¸t dïng ®Ó ph©n tÝch ph©n bè. V× lý do ®ã, ®Çu tiªn dïng m« h×nh to¸n tÝnh c¸c ®é cao vμ chu kú sãng trong 35 n¨m trªn n−íc s©u vμ n−íc n«ng, sau ®ã dù tÝnh c¸c sãng cã thÓ x¶y ra mét lÇn trong 50 vμ 100 n¨m ë ®Þa ®iÓm ®ã. H×nh 8.7. §é cao sãng trung b×nh theo m« h×nh WAM §Ó −íc l−îng c¸c kÝch th−íc sãng lÆp l¹i mét lÇn trong mét trong b·o 29/10/1973: a) lóc 03 giê; b) lóc 09 giê sè n¨m nhÊt ®Þnh, th−êng sö dông ba ph−¬ng ph¸p [45]. Hai ph−¬ng ph¸p trong sè ®ã cã thÓ ¸p dông khi cã c¸c chuçi thêi Víi môc ®Ých nhËn ®−îc −íc l−îng c¸c ®é cao sãng tin cËy gian quan tr¾c nhiÒu n¨m vÒ sãng hay tÝnh to¸n sãng liªn tôc nhÊt cho c¬n b·o nμy ®· tÝnh to¸n kh«ng chØ b»ng m« h×nh phæ nhiÒu n¨m theo c¸c tr−êng khÝ ¸p. Ph−¬ng ph¸p thø ba ®−îc tham sè, mμ c¶ m« h×nh WAM]. C¸c tr−êng ®é cao sãng trung dïng khi kh«ng cã chuçi nhiÒu n¨m vμ thay v× chuçi nhiÒu n¨m b×nh vμo thêi ®iÓm b·o m¹nh nhÊt (03 vμ 09 giê) biÓu diÔn trªn ng−êi ta tÝnh sãng trong mét sè t×nh huèng b·o h¹n chÕ (nhiÒu c¸c h×nh 8.6 ®èi víi m« h×nh phæ tham sè vμ c¸c h×nh 8.7 ®èi víi h¬n hoÆc Ýt h¬n). Trong tr−êng hîp nμy ph¶i chÊp nhËn mét sè 513 514