Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, áp dụng cho các khu đô thị, du lịch vùng Duyên hải Bắc Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TĂNG XUÂN THỌ

NGHIÊN CỨU SÓNG TRÀN QUA TƯỜNG BIỂN MẶT CONG CÓ MŨI HẮT SÓNG, ÁP DỤNG CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ, DU LỊCH VÙNG DUYÊN HẢI BẮC BỘ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TĂNG XUÂN THỌ

NGHIÊN CỨU SÓNG TRÀN QUA TƯỜNG BIỂN MẶT CONG CÓ MŨI HẮT SÓNG, ÁP DỤNG CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ, DU LỊCH VÙNG DUYÊN HẢI BẮC BỘ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình biển

Mã số: 958.02.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. TRẦN THANH TÙNG

2. GS. TS. PHẠM NGỌC QUÝ

HÀ NỘI, NĂM 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một

nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực

hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Tăng Xuân Thọ

LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Quý và

PGS.TS Trần Thanh Tùng và đã tận tình hướng dẫn, định hướng cũng như tạo điều kiện

thuận lợi nhất cho NCS trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu nhà trường, Phòng Đào tạo, Phòng Thí

nghiệm thủy lực tổng hợp trường Đại học Thủy lợi; các cơ quan, các nhà khoa học, các

đồng nghiệp và xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban chủ nhiệm đề tài cấp Bộ Xây dựng

“Nghiên cứu chế tạo cấu kiện tường biển có mũi hắt sóng phục vụ xây dựng công trình

bảo vệ bờ đảo và bờ các khu đô thị, và khu du lịch ven biển”, Mã số TĐ145-17 đã cung

cấp số liệu và giúp đỡ NCS để có thể hoàn thành nhiệm vụ này.

Tác giả cũng xin được chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Công trình biển và

đường thủy, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là GS.TS Thiều Quang

Tuấn, PGS.TS. Lê Hải Trung, TS. Lê Tuấn Hải. Các thầy cô đã tạo điều kiện, giúp đỡ

NCS về mặt chuyên môn cũng như đóng góp những ý kiến quý báu để để NCS thực hiện

và hoàn thành chương trình nghiên cứu của mình.

Đặc biệt, NCS gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã hỗ trợ,

động viên để tác giả duy trì nghị lực, sức khỏe, chia sẻ gánh vác công việc của gia đình,

cơ quan trong suốt quá trình nghiên cứu để tác giả hoàn thành luận án.

MỤC LỤC

MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .....................................................................................vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................xi

DANH MỤC KÝ HIỆU ............................................................................................... xii

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 5

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 5

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .................................................... 6

4.1. Cách tiếp cận .................................................................................................. 6

4.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 6

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...................................................................... 6

5.1. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................... 6

5.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................ 6

6. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 7

7. Cấu trúc của luận án ..................................................................................... 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SÓNG TRÀN QUA TƯỜNG

BIỂN 8

1.1 Tổng quan về sóng tràn ................................................................................ 8

1.1.1 Khái niệm chung về sóng tràn và lưu lượng sóng tràn trung bình ................. 8

1.1.2 Lưu lượng sóng tràn cho phép ....................................................................... 8

1.1.3 Các tham số chi phối sóng tràn ...................................................................... 9 1.2 Các nghiên cứu về sóng tràn qua tường biển trên thế giới và Việt Nam ...... 10

1.2.1 Nghiên cứu sóng tràn qua tường biển ở nước ngoài .................................... 11 1.2.2 Nghiên cứu sóng tràn qua đê biển, tường biển ở Việt Nam ........................ 23 1.3 Hiện trạng tường biển và hư hỏng tường biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ .... 26

1.4 Kết luận chương 1 ...................................................................................... 31

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU

iii

SÓNG TRÀN QUA TƯỜNG BIỂN CÓ MŨI HẮT SÓNG TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ 33

2.1 Cơ sở khoa học nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt

sóng .................................................................................................................. 33

2.1.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong, có

mũi hắt sóng .......................................................................................................... 33

2.1.2 Thiết kế nghiên cứu ...................................................................................... 34

2.2 Cơ sở lý thuyết chung về mô hình vật lý ..................................................... 36

2.2.1 Tương tự về hình học ................................................................................... 36 2.2.2 Tương tự về động học .................................................................................. 36

2.2.3 Tương tự về động lực học ............................................................................ 36

2.2.4 Lý thuyết phi thứ nguyên ............................................................................. 37

2.3 Thiết kế thí nghiệm nghiên cứu sóng tràn qua tường biển trên mô hình vật lý

máng sóng ......................................................................................................... 39

2.3.1 Điều kiện biên và địa hình bãi biển phục vụ thiết kế thí nghiệm ................ 39

2.3.2 Điều kiện về thiết bị thí nghiệm ................................................................... 39

2.3.3 Lựa chọn tỉ lệ mô hình ................................................................................. 40

2.3.4 Phân tích phi thứ nguyên ............................................................................. 41

2.3.5 Xây dựng mô hình tường biển và bố trí thí nghiệm ..................................... 44

2.3.6 Các tham số đo đạc và tính toán .................................................................. 48

2.3.7 Trình tự thí nghiệm ...................................................................................... 49

2.3.8 Các kịch bản thí nghiệm ............................................................................... 51

2.4 Phân tích ảnh hưởng của tỉ lệ mô hình và điều kiện phòng thí nghiệm ........ 54

2.5 Kết luận chương 2 ...................................................................................... 56

CHƯƠNG 3 SÓNG TRÀN QUA TƯỜNG BIỂN MẶT CONG CÓ MŨI HẮT

SÓNG ĐẶT TRÊN BỆ MÁI NGHIÊNG ..................................................................... 57

3.1 Ảnh hưởng của mũi hắt sóng và hình dạng mặt tường đến lưu lượng sóng tràn

3.1.1 Ảnh hưởng của mũi hắt sóng đến lưu lượng tràn ........................................ 57 3.1.2 Ảnh hưởng của hình dạng mặt tường đến lưu lượng tràn ............................ 61 3.2 Phân tích tương tác sóng - tường biển biển mặt cong có mũi hắt sóng bằng hệ

thống video - camera ......................................................................................... 62

3.2.1 Quá trình tương tác sóng - tường ................................................................. 63 3.2.2 Phân tích sóng tràn qua tường biển mặt cong bằng hệ thống video - camera 67

3.2.3 Kết quả phân tích tương tác sóng - tường biển ............................................ 71

3.3 Xây dựng công thức thực nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn do ảnh

hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng ...................................................... 80

3.3.1 Lựa chọn dạng công thức thực nghiệm ........................................................ 80

3.3.2 Xây dựng công thức thực nghiệm ................................................................ 81

3.4 Kết luận chương 3 ...................................................................................... 89

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG TƯỜNG BIỂN PHÙ HỢP CHO KHU

DU LỊCH ĐỒ SƠN, THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG ....................................................... 92 4.1 Lựa chọn địa điểm ứng dụng kết quả nghiên cứu ........................................ 92

4.1.1 Vị trí địa lý ................................................................................................... 92

4.1.2 Điều kiện tự nhiên ........................................................................................ 93

4.2 Hiện trạng tường biển ................................................................................. 94

4.2.1 Hiện trạng kết cấu tường biển tại khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng.............. 94

4.2.2 Hiện trạng sóng tràn qua một số đoạn tường biển tại Đồ Sơn ..................... 97

4.2.3 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của sóng tràn tới hư hỏng tường biển tại Đồ Sơn

101

4.3 Ứng dụng kết quả nghiên cứu ................................................................... 104

4.3.1 Xác định cao trình đỉnh tường ................................................................... 105

4.3.2 Đề xuất bố trí mặt cắt ngang tường biển .................................................... 108

4.3.3 Đề xuất quy trình nâng cấp, cải tạo tường biển ......................................... 110

4.4 Kết luận chương 4 .................................................................................... 112

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 113

I. Kết quả đạt được của luận án ....................................................................... 113

II. Những đóng góp mới của luận án ............................................................... 115

III. Tồn tại và hướng phát triển ....................................................................... 115

IV. Kiến nghị .................................................................................................. 116

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 118 PHỤ LỤC .................................................................................................................... 123

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 0.1 Các dạng mặt cắt ngang tường biển ................................................................. 1 Hình 0.2 Sơ họa sóng tràn qua (a) tường biển thẳng đứng không mũi hắt sóng; (b) tường

biển thẳng đứng có mũi hắt sóng; (c) tường biển mặt cong có mũi hắt sóng ................. 2

Hình 0.3 Hiện tượng xói chân tường biển do cộng hưởng sóng phản xạ ........................ 3

Hình 0.4 Một số công trình tường biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ, Việt Nam ................ 3 Hình 0.5 Minh họa mặt cắt ngang tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng trên mái nghiêng

......................................................................................................................................... 4

Hình 1.1 Sóng tràn qua tường biển .................................................................................. 8

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí thùng đo sóng tràn trên đỉnh tường biển ở Samphire Hoe (Pullen và cộng sự 2008) ............................................................................................................ 12

Hình 1.3 Hình dạng tường thẳng đứng trên mái nghiêng .............................................. 16

Hình 1.4 Sơ đồ tường có mũi hắt trên mái nghiêng (trái) và định nghĩa các tham số của

tường đỉnh (phải) theo EurOtop (2018) ......................................................................... 16

Hình 1.5 Kích thước tường mặt cong có mũi hắt sóng do Berkeley-Thorn và Roberts

(1981) đề xuất ................................................................................................................ 18

Hình 1.6 Mô hình thí nghiệm đê phá sóng tường đứng mặt cắt hỗn hợp của Franco và

nnk (1994) ...................................................................................................................... 18

Hình 1.7 Định nghĩa các tham số tính toán sóng tràn cho tường đứng đơn giản có mũi

hắt sóng (EurOtop – 2018) ............................................................................................ 19

Hình 1.8 Sóng tràn qua các dạng mặt cắt tường biển khác nhau - Veale và nnk (2012)

....................................................................................................................................... 20

Hình 1.9 Mặt cắt ngang tường biển được thí nghiệm trong nghiên cứu của Talia

Schoonees (2014) .......................................................................................................... 21

Hình 1.10 Tổng hợp các dạng mặt cắt ngang tường biển được thí nghiệm trong Đề tài

KHCN Bộ Xây Dựng, 2019 - Mã số TĐ 145-17 ........................................................... 26 Hình 1.11 Tường biển bảo vệ bờ tại đảo Trần, huyện Cô Tô, tỉnh Quảng Ninh .......... 27 Hình 1.12 Công trình bảo vệ bờ biển trước chùa Cái Bầu, Quảng Ninh ...................... 27 Hình 1.13 Tường biển bảo vệ Nhà máy ô tô Vinfast trên đảo Cát Hải ......................... 28 Hình 1.14 Tường biển khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng ................................................ 29 Hình 1.15 Sóng tràn, sóng bắn qua đỉnh tường biển diễn ra thường xuyên ở Đồ Sơn, Hải Phòng trong các đợt gió mùa Đông Bắc mạnh .............................................................. 29 Hình 1.16 Các khối đá bị sóng đẩy lên mặt đường sau các đợt bão, gió mùa Đông Bắc

mạnh tại Đồ Sơn, Hải Phòng ......................................................................................... 30

Hình 2.1 Sơ đồ các bước nghiên cứu sóng tràn qua tường biển bằng mô hình vật lý của

luận án ............................................................................................................................ 35

Hình 2.2 Máng sóng Hà Lan được sử dụng để thực hiện thí nghiệm tường biển ......... 40

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí các hạng mục công trình và đầu đo sóng .................................... 45 Hình 2.4 Kích thước bệ mái nghiêng bằng gỗ (đơn vị: mm) ........................................ 45

Hình 2.5 Các MCN tường biển được thí nghiệm (trái), mô hình tường biển bằng nhựa

mica (phải) ..................................................................................................................... 46 Hình 2.6 Kích thước tường biển mặt cong có mũi hắt sóng được thí nghiệm .............. 46

Hình 2.7 Bố trí mô hình tường biển trong máng sóng .................................................. 47

Hình 2.8 Hệ thống máy tính thu số liệu sóng và máy quay ghi lại tương tác sóng với

công trình ....................................................................................................................... 50 Hình 2.9 Hiệu chỉnh đầu đo bằng phần mềm HR-DAQ ............................................... 50

Hình 2.10 Sự biến thiên chiều cao sóng từ nước sâu vào nước nông của một kịch bản

sóng đều ......................................................................................................................... 54

Hình 3.1 So sánh lưu lượng tràn qua tường biển mặt đứng có mũi hắt (TM1) và không

có mũi hắt (TK1) ........................................................................................................... 58

Hình 3.2 So sánh lưu lượng tràn qua tường biển mặt nghiêng có mũi hắt (TM2) và không

có mũi hắt (TK2) ........................................................................................................... 58

Hình 3.3 So sánh lưu lượng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt (TM3) và không

có mũi hắt (TK3) ........................................................................................................... 59

Hình 3.4 Hình ảnh thí nghiệm sóng tràn qua tường mặt đứng không có (trái) và có mũi

hắt sóng (phải) ............................................................................................................... 60

Hình 3.5 Hình ảnh thí nghiệm sóng tràn qua tường mặt nghiêng không có (trái) và có

mũi hắt sóng (phải) ........................................................................................................ 60

Hình 3.6 Hình ảnh thí nghiệm sóng tràn qua tường mặt cong không có (trái) và có mũi hắt sóng (phải) ............................................................................................................... 60

Hình 3.7 So sánh lưu lượng tràn của cả từng dạng mặt cắt ngang tường, trường hợp có

mũi hắt ........................................................................................................................... 62 Hình 3.8 Giai đoạn 1, lưỡi sóng tiếp xúc với mái nghiêng và bắt đầu leo trên mái nghiêng

....................................................................................................................................... 64 Hình 3.9 Giai đoạn 1, sóng không vỡ, lưỡi sóng tiếp tục di chuyển trên mái nghiêng . 64 Hình 3.10 Giai đoạn 2, sóng va vào thân tường và đã xuất hiện sóng bắn ................... 65 Hình 3.11 Giai đoạn 2, lưỡi sóng tiếp xúc với thân tường và uốn cong theo hình dạng của mặt cong .................................................................................................................. 65

vii

Hình 3.12 Giai đoạn 2, nước lấp đầy mặt cong dưới mũi hắt sóng ............................... 65

Hình 3.13 Giai đoạn 2, sóng tiếp xúc với thân tường và uốn cong theo hình dạng của

mặt tường và mũi hắt sóng bắn ngược lại phía biển...................................................... 65

Hình 3.14 Giai đoạn 3, sóng bắn đạt chiều cao lớn nhất ............................................... 66

Hình 3.15 Giai đoạn 3, dòng chảy sóng tràn qua đỉnh tường được hình thành ............. 66 Hình 3.16 Giai đoạn 4, sóng bắt đầu rút về phía biển ................................................... 67

Hình 3.17 Giai đoạn 4, sóng rút hoàn toàn về phía biển ............................................... 67

Hình 3.18 Giao diện Grabit trên Matlab ........................................................................ 69 Hình 3.19 Xử lý tăng chất lượng ảnh sóng tràn từ video camera.................................. 69

Hình 3.20 Gán điểm tham chiếu cho hình ảnh sóng tràn từ video camera ................... 69

Hình 3.21 Trích xuất dữ liệu sóng bắn từ ảnh video camera ........................................ 70

Hình 3.22 Trích xuất đường mặt nước sóng tràn từ ảnh video camera ......................... 70 Hình 3.23 Thời điểm dòng tràn bắt đầu hình thành trên đỉnh tường biển ..................... 71

Hình 3.24 Thời điểm dòng tràn qua khỏi đỉnh tường biển ............................................ 71

Hình 3.25 Phạm vi lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường, kịch bản

Re_D70H13T18............................................................................................................. 71

Hình 3.26 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất kịch bản Re_D70H13T18 ..................... 71

Hình 3.27 Tổng hợp chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất của các kịch bản sóng đều ..... 72

Hình 3.28 Đường mực nước sóng tràn kịch bản Re_D70H13T18 ............................... 73

Hình 3.29 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong kịch bản Re_D70H13T18 ............. 73

Hình 3.30 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong nhóm các kịch bản sóng đều ......... 74

Hình 3.31 Tương quan giữa chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối và chiều cao lưu không

tương đối ........................................................................................................................ 77

Hình 3.32 Tương quan giữa chiều cao lưu không tương đối và độ đốc đỉnh sóng tương

đối .................................................................................................................................. 77

Hình 3.33 Tương quan giữa chiều cao lưu không tương đối và độ dốc lớp tràn tương đối ....................................................................................................................................... 78

Hình 3.34 Tương quan giữa chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương và thời gian duy trì dòng

tràn đỉnh tường biển tương đối ...................................................................................... 78 Hình 3.35 Tương quan giữa lưu lượng tràn tương đối và thời gian duy trì dòng tràn đỉnh

tường biển tương đối ..................................................................................................... 79 Hình 3.36 Sơ đồ tính toán sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng ......... 81 Hình 3.37 So sánh số liệu đo đạc sóng tràn với trường hợp đê có cùng cao trình và không có tường đỉnh (đê có hệ số mái trước m = 2) ................................................................ 82

Hình 3.38 Sự biến đổi của hệ số chiết giảm với chiều cao tường tương đối

viii

....................................................................................................................................... 84

Hình 3.39 Hệ số tính từ thí nghiệm có xu thế nghịch biến với độ dốc sóng .. 84

Hình 3.40 Quan hệ với chiều cao tường tương đối .......................... 85

Hình 3.41 Quan hệ với chiều cao tường tương đối .................... 87

Hình 3.42 So sánh kết quả tính toán lưu lượng sóng tràn phi thứ nguyên giữa đo đạc và

tính toán ......................................................................................................................... 87

Hình 3.43 Số liệu sóng tràn so sánh với EurOtop-2018 sau khi đã xét tới hệ số chiết

giảm sóng tràn do tường mặt cong có mũi hắt sóng ................................................ 88

Hình 4.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu áp dụng kết cấu tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng tại khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng ................................................ 92

Hình 4.2 Hoa gió tại trạm Hòn Dấu (2000 - 2021) ....................................................... 94

Hình 4.3 Các đoạn tường biển tại bán đảo Đồ Sơn và các mặt cắt ngang điển hình. ... 95 Hình 4.4 Mặt cắt ngang đoạn tường biển số 5, khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng .......... 96

Hình 4.5 Kết cấu mũi hắt sóng đoạn tường biển số 3, khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng

....................................................................................................................................... 97

Hình 4.6 Mặt cắt ngang đoạn tường biển số 3, khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng .......... 97

Hình 4.7 Vị trí các mặt cắt ngang được đo đạc dọc theo tuyến tường biển khu du lịch

Đồ Sơn ........................................................................................................................... 98

Hình 4.8 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC10 [6] ................................ 99

Hình 4.9 Lưu lượng sóng tràn trung bình qua một số mặt cắt tường biển tại Đồ Sơn 102

Hình 4.10 Hiện trạng vị trí ứng dụng thiết kế kết quả nghiên cứu .............................. 105

Hình 4.11 Mặt cắt ngang tường biển đề xuất áp dụng cho KDL Đồ Sơn ................... 110

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các tham số chi phối đến sóng tràn qua đê/tường biển ................................... 9

Bảng 1.2 Hệ số chiết giảm sóng tràn cho đê tường đứng (Franco và Franco (1999))

....................................................................................................................................... 19 Bảng 2.1 Tỉ lệ của một số tham số cơ bản theo tiêu chuẩn Froude ............................... 37 Bảng 2.2 Hiệu ứng tỉ lệ và các giới hạn quan trọng (EurOtop 2018)............................ 41

Bảng 2.3 Các tham số chi phối cơ bản trong thí nghiệm sóng tràn qua tường biển ..... 42

Bảng 2.4 Ma trận thứ nguyên cơ bản ............................................................................ 42

Bảng 2.5 Đặc điểm của các dạng mặt cắt ngang tường biển được thí nghiệm ............. 46 Bảng 2.6 Vị trí và mục đích của các đầu đo sóng ......................................................... 46

Bảng 2.7 Các tham số đo đạc và tính toán của thí nghiệm............................................ 48

Bảng 2.8 Các kịch bản thí nghiệm cho nhóm TN 1 – sóng tràn qua các dạng mặt cắt

ngang tường biển khác nhau .......................................................................................... 51

Bảng 2.9 Các kịch bản thí nghiệm cho nhóm TN 2 – sóng tràn qua tường mặt cong có

mũi hắt sóng................................................................................................................... 52

Bảng 3.1 Các kịch bản thí nghiệm sóng đều ................................................................. 68

Bảng 3.2 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất ( ) của các kịch bản sóng đều ........... 72

Bảng 3.3 Chiều dày lớn nước tràn lớn nhất ................................................................... 74

Bảng 3.4 Thời gian duy trì dòng chảy tràn trên đỉnh tường biển .................................. 75

Bảng 3.5 Tham số sóng tràn tương đối qua tường biển ................................................ 76

Bảng 4.1 MNTK và tham số sóng tại nước sâu ứng với các giá trị tần suất thiết kế .. 100

Bảng 4.2 Kết quả tham số sóng trước chân công trình của các đoạn tường biển tương

ứng với các tần suất khác nhau .................................................................................... 100

Bảng 4.3 Lưu lượng tràn trung bình qua một số đoạn tường biển tại Đồ Sơn ............ 101

Bảng 4.4 Mức độ tác động của lưu lượng tràn qua tường biển [6] ............................. 101 Bảng 4.5 Mức độ ảnh hưởng của lưu lượng tràn sau khi tính toán ............................. 103 Bảng 4.6 Tính toán lựa chọn chiều cao tường biển ..................................................... 108

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Giải thích

2D/3D 2-dimensional/3-dimensional

BNN&PTNT Bộ nông nghiệp và Phát triển nông thôn

HR-DAQ Data Acquisition and Analysis Software

KDL Khu du lịch

KHCN Khoa học công nghệ

KTM Ký hiệu không thỏa mãn điều kiện

MC Mặt cắt

MCN Mặt cắt ngang

MNTK Mực nước thiết kế

NCS Nghiên cứu sinh

nnk Những người khác

NLSW Non-Linear Shallow Water – Phương trình phi tuyến nước nông

PL Phụ lục

PT Phương trình

QĐ Quyết định

RANS Reynolds Averaged Navier Stokes – Mô hình toán họ RANS

STT Số thứ tự

TCTL Tiêu chuẩn thủy lợi

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TH Trường hợp

TK (1, 2, 3) Ký hiệu tường không có mũi hắt

TN Thí nghiệm

TM Ký hiệu thỏa mãn điều kiện

TM (1, 2, 3) Ký hiệu tường có mũi hắt

TT Thông tư

VOF Volume Of Fluid – Mặt thoáng

WG Wave gauge

DANH MỤC KÝ HIỆU

Ký hiệu Đơn vị Giải thích

Chiều cao an toàn dự phòng trong công thức tính cao trình m đỉnh đê/tường biển (đổi ký hiệu)

Hệ số trung bình trong công thức sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng

- Gia tốc tại điểm bất kỳ tương ứng của mô hình

- n các đại lượng biến đổi độc lập

- Gia tốc tại điểm bất kỳ của nguyên hình

m2 Tham số diện tích

Đại lượng đặc trưng cho chiều cao lưu không trong công

- thức tính lưu lượng sóng tràn qua tường biển mặt cong có

mũi hắt sóng

Đại lượng đặc trưng cho lưu lượng sóng tràn trong công

- thức tính lưu lượng sóng tràn qua tường biển mặt cong có

mũi hắt sóng

Độ dâng cao của mực nước biển do ảnh hưởng của biến đổi

m khí hậu toàn cầu trong công thức tính cao trình đỉnh

đê/tường biển (đổi)

Hệ số trung bình trong công thức sóng tràn qua tường biển - mặt cong có mũi hắt sóng

m Bề rộng cơ đê

Hệ số trung bình trong công thức sóng tràn qua tường biển - mặt cong có mũi hắt sóng

m Độ sâu nước trước tường đứng phía trên thềm cơ

D m Độ sâu nước thí nghiệm trong máng sóng

- Lực tác dụng tại điểm bất kỳ tương ứng của mô hình

- Lực tác dụng tại điểm bất kỳ của nguyên hình

- Số Reynol

m/s2 Gia tốc trọng trường

m Độ sâu nước trước chân công trình

xii

m Chiều dày lớp nước tràn trung bình

Ký hiệu Đơn vị Giải thích

m Chiều cao tường

m Tổng chiều cao công trình Hđ

m Chiều cao sóng mô men 0 tại chân công trình

m Chiều cao sóng mô men 0 ở nước sâu

m Chiều cao sóng quân phương

m Chiều cao sóng ý nghĩa tại chân công trình

m Chiều cao sóng ý nghĩa ở nước sâu

- Hệ số chiết giảm do mũi hắt sóng

- Hệ số phản xạ

- Độ dài tuyến tính tương tứng của mô hình

- Độ dài tuyến tính của nguyên hình

Chiều dài sóng ở nước sâu xác định theo chu kỳ đỉnh phổ m sóng

Chiều dài sóng xác định theo chu kỳ phổ sóng trung bình m

Chiều dài sóng xác định theo chu kỳ đặc trưng phổ sóng m

- Hệ số mái đê

- Các đại lượng biến đổi độc lập được chọn ở phương trình

% Tần suất thiết kế

Lưu lượng sóng tràn trung bình đơn vị

Lưu lượng sóng tràn trong trường hợp đê không có tường cong

Lưu lượng sóng tràn trường hợp đê có tường cong có mũi hắt sóng m3/s/m hoặc l/s/m m3/s/m hoặc l/s/m m3/s/m hoặc l/s/m

- Lưu lượng sóng tràn phi thứ nguyên

- Các đại lượng (số biến) cơ bản

m Chiều cao lưu không của đỉnh đê/tường so với mực nước tính toán

xiii

- Lực ma sát

Ký hiệu Đơn vị Giải thích

Chiều cao sóng leo 2% (ứng với 2% con sóng vượt qua m mức này ở trên mái đê không tràn)

Độ dốc sóng ở nước sâu xác định theo chu kỳ sóng đỉnh - phổ

- Độ dốc sóng biểu kiến xác định theo chu kỳ đặc trưng phổ sóng

Độ dốc sóng xác định theo chu kỳ phổ trung bình -

m Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất

s Tham số thời gian hoặc thời gian thí nghiệm

s Chu kỳ đỉnh phổ trung bình

s Chu kỳ đặc trưng phổ sóng

s Thời gian duy trì dòng chảy sóng tràn trên đỉnh

s Chu kỳ đỉnh phổ sóng

- Vận tốc tại điểm bất kỳ tương ứng của mô hình

- Vận tốc tại điểm bất kỳ của nguyên hình

v Tham số lưu tốc

m/s l hoặc m3 Tổng thể tích sóng tràn đo được

- Sức căng bề mặt

m Cao trình mực nước thiết kế

m Cao trình đỉnh tường biển

(º) Độ dốc của mái đê phía biển

(º) Góc nghiêng của tường đỉnh trên đê

(º) Góc sóng tới

- Hệ số chiết giảm sóng tràn do cơ đê

- Hệ số chiết giảm sóng tràn do mũi hắt sóng ở tường đỉnh

- Hệ số chiết giảm sóng tràn do độ nhám mái

- Độ dài ngắn của đỉnh sóng

xiv

Hệ số chiết giảm sóng tràn do độ dốc sóng và mũi hắt - sóng ở tường đỉnh

Ký hiệu Đơn vị Giải thích

- Hệ số chiết giảm sóng tràn do tường đỉnh trên đê

- Hệ số chiết giảm sóng tràn do tường cong có mũi hắt sóng

- Hệ số chiết giảm sóng tràn do góc sóng tới xiên góc

Hàm số của chiều cao tường và tính chất tương tác sóng - với tường

(º) Góc ở mũi hắt sóng

- λ Tỉ lệ mô hình

- Hệ số tương tự của gia tốc

- Hệ số tương tự về lực

- Hệ số tương tự Froude

Hệ số tỉ lệ độ dài hay còn gọi là tỉ xích độ dài, tỉ xích hình - học

- Hệ số tương tự của vận tốc

- Các biến không thứ nguyên, j = 1 ÷ (n - r)

Пj - Hệ số sóng vỡ Iribarren (chỉ số tương tự sóng vỡ)

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam hiện có khoảng 405 đô thị trải dài trên hơn 3.200 km bờ biển và dự kiến đến

năm 2025, sẽ có thêm khoảng 130 thành phố dự kiến sẽ được xây dựng [1]. Cùng với

tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển ở các thành

phố, khu đô thị, khu du lịch ven biển là 1 xu thế tất yếu trong bối cảnh các tác động của

biến đổi khí hậu và thiên tai ở vùng ven biển ngày càng trở nên rõ rệt.

Do quỹ đất tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển thường hạn hẹp, không phù hợp để

xây dựng đê biển với mặt cắt ngang hình thang. Mặt khác, đê biển cũng không phù hợp

với yêu cầu về thẩm mỹ tại những khu vực này. Thay vào đó, tường biển sẽ được lựa

chọn làm công trình bảo vệ cho toàn bộ kết cấu hạ tầng và dân sinh kinh tế của khu vực.

Hiện nay phần lớn các khu đô thị, du lịch ven biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ nước ta

đều đang được bảo vệ bằng tường biển do những ưu điểm về cảnh quan và mặt bằng so

với đê biển truyền thống.

Tường biển là một dạng công trình bảo vệ bờ biển với chức năng bảo vệ và ổn định

đường bờ cũng như toàn bộ khu vực phía sau công trình trước tác động của sóng, nước

dâng và các tác động bất lợi khác từ phía biển. Tường biển thường được thiết kế để tạo

cảnh quan hài hòa giữa biển và đất liền, góp phần khai thác hiệu quả những giá trị của

các khu đô thị, du lịch ven biển. Nhìn chung, tường biển có mặt cắt ngang khá phong

phú nhưng có thể chia thành 03 dạng cơ bản bao gồm: dạng thẳng đứng (Hình 0.1a),

dạng bậc thang (Hình 0.1b) và dạng mặt cong (Hình 0.1c) [2].

Hình 0.1 Các dạng mặt cắt ngang tường biển

Hầu hết tường biển tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ

đều được xây dựng, tu bổ qua nhiều thời kỳ khác nhau. Vì vậy, tường biển tại nhiều khu

vực thường xuyên bị hư hỏng do một số hạn chế về kỹ thuật, gây ảnh hưởng đáng kể tới

kết cấu hạ tầng và dân sinh kinh tế của các khu đô thị, du lịch ven biển.

Mặt khác, hiện nay các công trình ven biển đang phải chịu ảnh hưởng trực tiếp của biến

đổi khí hậu và nước biển dâng, dẫn đến nguy cơ sóng tràn qua công trình ngày càng lớn

hơn. Về lý thuyết, có thể sử dụng biện pháp gia tăng cao trình đỉnh của công trình hiện

có để giảm sóng tràn. Tuy nhiên, việc nâng cao trình đỉnh tường biển có thể gây cản trở

tầm nhìn ra phía biển, ảnh hưởng tới cảnh quan chung của khu vực.

Một trong những giải pháp giảm sóng tràn nhưng không làm gia tăng cao trình đỉnh

tường được đề xuất là thiết kế tường biển có mũi hắt sóng (Hình 0.2b), đặc biệt có thể

kết hợp với mặt cong để giảm lưu lượng sóng tràn (Hình 0.2c). Mặt cong ở thân tường

và mũi hắt sóng có tác dụng hướng dòng chảy ra khỏi khu vực được bảo vệ. Khi sóng

tới đập vào thân tường, mặt cong và mũi hắt sóng của tường sẽ hướng dòng nước ra

phía biển.

Hình 0.2 Sơ họa sóng tràn qua (a) tường biển thẳng đứng không mũi hắt sóng; (b) tường biển thẳng đứng có mũi hắt sóng; (c) tường biển mặt cong có mũi hắt sóng

Tuy vậy, khi làm mũi hắt sóng thì áp lực nước lên thân tường và mũi hắt sóng sẽ lớn

hơn so với trường hợp tường thẳng đứng [3] tiềm ẩn nguy cơ mất ổn định trượt ngang

và gia tăng hiện tượng xói bãi trước sát chân tường (Hình 0.3).

Hình 0.3 Hiện tượng xói chân tường biển do cộng hưởng sóng phản xạ

Để khắc phục hiện tượng mất ổn định và xói chân tường nêu trên, hiện nay một số mặt

cắt ngang tường biển hỗn hợp ở nước ta được nghiên cứu đề xuất với kết cấu bao gồm

một khối tường biển bằng bê tông trọng lực đặt trên một bệ mái nghiêng.

Tường biển đặt trên bệ mái nghiêng hoàn toàn khác với kết cấu tường đỉnh đặt trên đê

biển. Các kết cấu tường đỉnh đặt trên đê biển thường có chiều cao giới hạn trong khoảng

0,8 ÷ 1,2 m. Trong khi đó, tường biển đặt trên bệ mái nghiêng có chiều cao trong khoảng

từ 1,5 ÷ 3,0 m, lớn hơn nhiều so với tường đỉnh đặt trên đê biển (Hình 0.4). Mặt cắt

ngang kết cấu tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng thường

được áp dụng để bảo vệ các khu du lịch, đô thị ven biển ở nước ta được minh họa trong

Hình 0.5.

Hình 0.4 Một số công trình tường biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ, Việt Nam

Hình 0.5 Minh họa mặt cắt ngang tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng trên mái nghiêng

Kết cấu tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng còn được sử dụng

để nâng cấp, thay thế các tuyến đê biển đã có, nhằm tiết kiệm quỹ đất và tạo cảnh quan

cho các khu đô thị, khu du lịch ven biển. Theo Hình 0.5, kết cấu tường biển này bao

gồm các bộ phận chính như sau:

(1) Kết cấu đất đắp và đường giao thông phía sau tường.

(2) Khối tường biển trọng lực bằng bê tông với mặt cắt ngang dạng tường mặt cong có

mũi hắt sóng, chiều cao có thể từ 1,5 ÷ 3m.

(3) Kè mái nghiêng nối tiếp chân tường với độ dốc từ 1:2,0 ÷ 1:3,0. Độ dốc này thường

lớn so với mái đê biển nhằm tiết kiệm quỹ đất tại các khu du lịch và giảm sóng leo lên

mặt tường biển. Mái kè có tác dụng chống xói lở cho khu vực chân tường, đồng thời

đóng vai trò như một bệ phản áp phía biển, giảm nguy cơ trượt ngang cho tường biển,

tăng tính ổn định cho công trình.

(4) Kết cấu chân khay bảo vệ chân công trình (có thể kết hợp bố trí các kết cấu bê tông

kiểu răng lược nhằm tiêu tán bớt năng lượng của sóng lên công trình).

Nhìn chung, nhiều công trình tường biển dạng mặt đứng ở nước ta hiện nay cơ bản mới

đáp ứng được một số yêu cầu về cảnh quan và tiết kiệm quỹ đất nhưng khả năng chống

sóng tràn, sóng bắn còn rất hạn chế.

Hiện vẫn còn nhiều tuyến công trình tường biển ở các khu đô thị, khu du lịch ven biển

chưa được tu bổ, nâng cấp. Một số công trình đã được đầu tư, nâng cấp với kết cấu tường

mặt cong có mũi hắt sóng nhưng phần lớn các công trình này chưa tính toán cụ thể được

lưu lượng tràn qua tường biển (một số công trình còn được thiết kế theo kinh nghiệm)

nên hiệu quả chống tràn còn khá thấp.

Thời gian vừa qua, hầu hết các công trình đê/tường biển ở nước ta đã áp dụng các tiêu

chuẩn thiết kế như: “14 TCN 130-2002 - Hướng dẫn thiết kế đê biển”, “TCVN 9901:

2014 - Yêu cầu thiết kế đê biển”; một số công trình đã vận dụng các tiêu chuẩn và hướng

dẫn của nước ngoài (TAW-2002, Eurotop-2017, EurOtop-2018) trong việc tính toán

thiết kế. Tuy nhiên, kết cấu tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng

cho tới nay vẫn chưa có nghiên cứu và chỉ dẫn kỹ thuật cụ thể. Do vậy, nghiên cứu ảnh

hưởng của tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng đến sóng tràn

qua đỉnh tường có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, có thể sử dụng làm cơ sở xây dựng

hướng dẫn tính toán sóng tràn qua dạng kết cấu tường biển này nhằm tăng độ tin cậy

cho công trình, đảm bảo yêu cầu khai thác hiệu quả các khu đô thị, du lịch ven biển với

quỹ đất hạn hẹp, đặc biệt là trong điều kiện biến đổi khí hậu và thiên tai ở vùng ven biển

xuất hiện ngày càng nhiều.

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá ảnh hưởng của tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái

nghiêng đến sóng tràn qua tường biển từ kết quả nghiên cứu trên mô hình vật lý máng

sóng.

- Đề xuất được 01 mặt cắt ngang tường biển phù hợp cho khu đô thị, khu du lịch vùng

duyên hải Bắc Bộ và áp dụng cho khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên

bệ mái nghiêng, trong điều kiện sóng không vỡ.

- Phạm vi nghiên cứu: bờ biển tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển vùng duyên hải

Bắc Bộ.

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1. Cách tiếp cận

Tổng hợp, phân tích các kết quả nghiên cứu hiện có ở trong và ngoài nước về sóng tràn

nói chung và sóng tràn qua tường biển nói riêng; nghiên cứu các công trình tường biển

đã và đang xây dựng ở vùng duyên hải Bắc Bộ. Phân tích đánh giá về các hư hỏng

thường gặp của tường biển tại khu vực nghiên cứu, nghiên cứu ảnh hưởng của tường

biển mặt cong đối với sóng tràn qua tường biển, từ đó đề xuất hình dạng mặt cắt ngang

tường biển và tính toán cao trình đỉnh tường biển phù hợp với khu vực nghiên cứu.

4.2. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tổng quan: phân tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc các tài

liệu, các công trình nghiên cứu có liên quan mật thiết với luận án, từ đó tìm ra những

vấn đề khoa học mà các nghiên cứu trước chưa được đề cập một cách đầy đủ.

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thực hiện các thí nghiệm mô hình vật lý nghiên

cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng.

- Phương pháp khảo sát, điều tra và đo đạc thực địa tại vùng nghiên cứu.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5.1. Ý nghĩa khoa học

Hiện nay ở nước ta chưa có nhiều nghiên cứu về tương tác của sóng với tường biển dạng

mặt cong, đặc biệt là ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng đặt trên bệ mái

nghiêng đến khả năng chiết giảm sóng tràn qua tường biển. Do vậy, việc nghiên cứu ảnh

hưởng của tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng đến sóng tràn

sẽ góp phần nâng cao mức độ tin cậy trong tính toán sóng tràn qua tường biển. Nghiên

cứu này có ý nghĩa về mặt khoa học trong việc bố trí, tính toán thiết kế tường biển phù

hợp cho bờ biển các khu đô thị, khu du lịch vùng duyên hải Bắc Bộ nước ta.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn

Qua khảo sát về hiện trạng tường biển tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển Bắc Bộ

cho thấy hiện tượng tường biển bị hư hỏng do sóng tràn tại khu vực này khá phổ biến,

đặc biệt trong điều kiện bão, áp thấp nhiệt đới hoặc trong các đợt gió mùa Đông Bắc

mạnh. Hàng năm, các địa phương đều phải đầu tư nhiều kinh phí để tu bổ, xây dựng lại

các công trình này. Mặt khác, nhiều khu đô thị, khu du lịch ven biển nước ta hiện nay

đang có nhu cầu nâng cấp, cải tạo các tường biển cũ hiện có thành tường biển mặt cong

có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng. Tuy nhiên đến nay, vẫn chưa có các chỉ dẫn

kỹ thuật liên quan tới việc xây dựng tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, dẫn đến

những khó khăn khi tính toán thiết kế cho dạng công trình này. Do vậy, việc nghiên cứu

ảnh hưởng của tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng đến sóng

tràn qua công trình có ý nghĩa thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu trong luận án có thể sử

dụng làm cơ sở để xây dựng các chỉ dẫn kỹ thuật, phục vụ tính toán thiết kế tường biển

cho các khu đô thị, khu du lịch ven biển có điều kiện tương tự.

6. Những đóng góp mới của luận án

- Đã làm sáng tỏ được các tham số chi phối tới lưu lượng sóng tràn qua tường biển như

hình dạng mặt tường và mũi hắt sóng, chiều cao tường tương đối, chiều cao lưu không

tương đối và chu kỳ sóng.

- Phát triển được công thức thực nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn (3-10)

tích hợp vào công thức sóng tràn qua tường biển của EurOtop-2018 để tính toán lưu

lượng sóng tràn cho dạng tường biển mặt cong có mũi hắt sóng đặt trên bệ mái

nghiêng, áp dụng tính toán cao trình đỉnh cho tường biển mặt cong có mũi hắt sóng

ở quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng.

7. Cấu trúc của luận án

Ngoài các phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án được trình bày trong 4

chương, bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu sóng tràn qua tường biển.

Chương 2: Cơ sở khoa học và thiết kế thí nghiệm nghiên cứu sóng tràn qua tường biển

có mũi hắt sóng trên mô hình vật lý.

Chương 3: Sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng đặt trên bệ mái nghiêng.

Chương 4: Đề xuất mặt cắt ngang tường biển phù hợp cho khu du lịch Đồ Sơn, thành

phố Hải Phòng.

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SÓNG TRÀN QUA

CHƯƠNG 1 TƯỜNG BIỂN

1.1 Tổng quan về sóng tràn

1.1.1 Khái niệm chung về sóng tràn và lưu lượng sóng tràn trung bình

Sóng tràn là hiện tượng nước bị đẩy tràn qua đỉnh của đê/tường biển do động năng của

sóng trong khi đỉnh công trình vẫn còn cao hơn mực nước biển. Khi sóng leo vượt quá

đỉnh đê/tường biển thì sẽ sinh ra sóng tràn (Hình 1.1), do vậy sóng tràn thường có mối

liên hệ mật thiết với sóng leo [4].

Hình 1.1 Sóng tràn qua tường biển

Sóng tràn có thể xảy ra ở hai trường hợp khác nhau. Trường hợp tràn đầu tiên được gọi

là dòng “tràn xanh” hay còn gọi là “thuần tràn” xảy ra khi sóng đủ cao để nước bám sát

vào mái công trình và chảy tràn thành dòng qua đỉnh của công trình ven biển. Loại tràn

thứ hai là “sóng bắn”, xảy ra khi sóng va đập vào công trình và bắn qua đỉnh của công

trình. Nước bắn qua tường do động lượng của chính bản thân chúng hoặc tác động của

gió (EurOtop, 2007) [4].

Lượng sóng tràn được lấy trung bình trong một đơn vị thời gian được gọi là lưu lượng

sóng tràn trung bình . Lưu lượng sóng tràn trung bình thường được lấy trên một mét

chiều dài công trình và được đo bằng l/s/m hoặc m3/s/m.

1.1.2 Lưu lượng sóng tràn cho phép

Lượng sóng tràn cho phép là một trong những tham số quan trọng khi thiết kế đê/tường

biển. Đại lượng này được đưa ra dựa trên việc đánh giá các tác động của sóng tràn đến

bản thân công trình và đối tượng được công trình bảo vệ [5].

Hiện nay ở nước ta, khi thiết kế các công trình đê/tường biển hầu như đều sử dụng Tiêu

chuẩn TCVN 9901: 2014 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê biển để xác định lưu

lượng tràn cho phép. Theo đó, lưu lượng nước biển cho phép tràn qua mặt đê phụ thuộc

vào chất lượng kết cấu bảo vệ đỉnh đê, mái đê phía đồng và khu nước cho phép ngập

phía trong đồng [6].

Do tác động của sóng tràn phụ thuộc vào yếu tố địa hình phía sau đê và đặc biệt là tính

chất công trình (sóng tràn là kết quả tương tác giữa sóng và công trình) nên rất khó có

thể định lượng chính xác lưu lượng tràn cho phép ngoài thực tế. Lưu lượng tràn cho

phép nêu trên chỉ để tham khảo và có thể điều chỉnh cho phù hợp tùy theo điều kiện của

từng trường hợp thiết kế cụ thể [5].

1.1.3 Các tham số chi phối sóng tràn

Các tham số ảnh hưởng đến sóng tràn có thể được chia thành hai nhóm: tham số hình

học kết cấu công trình và tham số sóng [5] được trình bày cụ thể trong Bảng 1.1.

Bảng 1.1 Các tham số chi phối đến sóng tràn qua đê/tường biển

STT Tham số ảnh hưởng đến sóng tràn Đơn vị Ký hiệu

1 m Chiều cao lưu không của đỉnh đê so với mực nước tính toán.

Độ dốc mái đê. 2 (º)

Độ nhám mái đê. 3 -

Bề rộng cơ đê, độ sâu cơ đê. 4 m

Độ dốc cơ đê. 5 º

Tham số hình học kết cấu công trình Chiều cao tường đỉnh, tường biển. 6 m

Độ dốc mặt tường đỉnh. 7 (º)

hoặc Chiều cao sóng ý nghĩa ở nước sâu. 8 m

hoặc 9 Chiều cao sóng ý nghĩa ở chân công trình. m Tham số sóng

10 Chu kỳ đỉnh phổ sóng. s

STT Tham số ảnh hưởng đến sóng tràn Đơn vị Ký hiệu

, 11 Chu kỳ đặc trưng phổ. s

12 Góc sóng tới ở nước sâu/ở chân công trình.

, 13 Chiều dài sóng nước sâu/ở chân công trình. m

14 Độ dài ngắn của đỉnh sóng. -

15 Hệ số sóng vỡ Iribarren. -

là độ dốc sóng ứng với chu kỳ đặc trưng , được tính theo công thức:

(1-1)

Ngoài ra còn có một số khái niệm phụ thuộc vào tính chất tương đối của sóng và công

trình như:

- Bãi trước công trình: là phần bãi biển phía trước nối liền với thân đê/tường biển;

- Chân đê/tường biển: là vị trí chuyển tiếp giữa mái đê/tường biển phía ngoài và bãi

trước. Tuy nhiên khi địa hình đáy bãi trước thay đổi thì chân công trình được quy

định là vị trí cách mép nước một khoảng là từ một nửa bước sóng đến

[5];

- Cơ (thềm) phía biển: có thể xem là một bộ phận cấu thành của mặt cắt ngang đê. Bố

trí cơ đê phía biển hợp lý có thể làm tăng độ ổn định của đê, giảm đáng kể tác động

của sóng lên mái đê.

1.2 Các nghiên cứu về sóng tràn qua tường biển trên thế giới và Việt Nam

Nhìn chung, sóng tràn thường được nghiên cứu theo hai hướng chính gồm:

- Định lượng sóng tràn về lưu lượng trung bình, thể tích tràn, đặc trưng dòng chảy do

sóng tràn gây nên.

- Xác định các tác động do sóng tràn gây nên như gây hư hỏng (xói đỉnh và mái đê),

mất ổn định kết cấu, thiệt hại kết cấu hạ tầng phía sau công trình bảo vệ bờ.

Phương pháp và kỹ thuật tiếp cận trong nghiên cứu sóng tràn tương đối phong phú nhưng

có thể phân chia thành 03 nhóm chính:

- Phương pháp thực nghiệm đo đạc hiện trường.

- Phương pháp mô hình vật lý.

- Phương pháp mô hình số trị.

1.2.1 Nghiên cứu sóng tràn qua tường biển ở nước ngoài

1.2.1.1 Nghiên cứu thực nghiệm, đo đạc tại hiện trường về sóng tràn qua tường biển

Nhìn chung, nghiên cứu sóng tràn qua tường biển bằng phương pháp thực nghiệm, đo

đạc tại hiện trường rất tốn kém và khó thực hiện. Có thể kể đến một số nghiên cứu điển

hình sau:

Dự án OPTICREST của Ủy ban Châu Âu phát hiện ra yếu tố sóng leo trên mái dốc nhám

đã bị đánh giá thấp trong các thử nghiệm mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ do tỉ lệ hoặc hiệu ứng

trong phòng thí nghiệm. Do đó, các tác động tương tự dự kiến sẽ ảnh hưởng đến kết quả

của mô hình sóng tràn. Một trong những mục tiêu chính của dự án CLASH là giải quyết

vấn đề về tỉ lệ và hiệu ứng phòng thí nghiệm bị nghi ngờ đối với sóng tràn (De Rouck

và cộng sự, 2005) [7].

Mục tiêu của nghiên cứu CLASH đạt được bằng cách so sánh các phép đo sóng tràn tại

ba địa điểm khác nhau với các phép đo mô hình tỉ lệ thực, trong đó có nghiên cứu với

tường chắn sóng thẳng đứng với cơ chân bằng đá dăm (Samphire Hoe, Vương quốc

Anh). Ba vị trí nguyên mẫu được mô hình hóa trong ít nhất hai phòng thí nghiệm khác

nhau. Kết quả sóng tràn của các mô hình được so sánh với kết quả nguyên mẫu để phát

triển hướng dẫn mới về tỉ lệ có thể có và các hiệu ứng trong phòng thí nghiệm (De Rouck

và cộng sự, 2005) [7].

Pullen và cộng sự (2008) [8] đã khảo sát các phép đo tại hiện trường và phòng thí nghiệm

về lưu lượng tràn trung bình. Nghiên cứu cung cấp mô tả chi tiết về phương pháp nghiên

cứu thực địa và thử nghiệm mô hình vật lý tương ứng được thực hiện trong dự án

CLASH cho tường chắn sóng thẳng đứng tại Samphire Hoe, Southampton, Vương quốc

Anh (Hình 1.2).

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí thùng đo sóng tràn trên đỉnh tường biển ở Samphire Hoe (Pullen và cộng sự 2008)

Các kết quả cho thấy: không có ảnh hưởng của hiệu ứng tỉ lệ đối với lưu lượng sóng tràn

qua tường chắn sóng thẳng đứng hoặc gần thẳng đứng. Đồng thời nghiên cứu cũng khảo

sát ảnh hưởng của gió tới quá trình đo đạc sóng tràn trong phòng thí nghiệm và ngoài

hiện trường. Gió làm tăng lưu lượng sóng tràn với trường hợp lưu lượng thấp, nhưng

ảnh hưởng của nó tới lưu lượng sóng tràn là không đáng kể khi lưu lượng cao (Pullen

và cộng sự, 2008).

Pullen và cộng sự (2008) [8] cũng đã tiến hành đo đạc lưu lượng sóng tràn qua tường

biển mặt đứng bảo vệ một khu đất lấn biển ở Samphire, phía tây Dover. Nghiên cứu sử

dụng 3 loại thùng đo để xác định thể tích của từng con sóng tràn và tổng lưu lượng tràn.

Lựa chọn 3 thời điểm thích hợp, các thiết bị hiện trường có thể ghi được lưu lượng tràn

tự nhiên với giá trị từ rất nhỏ, không gây bất kỳ nguy hiểm nào, tới hơn 3 l/s/m. Chuỗi

thí nghiệm 2 chiều với tỉ lệ 1/40 và chuỗi thí nghiệm 3 chiều với tỉ lệ 1/20 cũng được

thiết kế và thực hiện để so sánh kết quả hiện trường và mô hình vật lý.

M. Yamashiro và cộng sự (2013) [9] đã tiến hành nghiên cứu về đặc điểm của hiện

tượng sóng tràn và sóng bắn qua tường biển bằng cách quan sát thực nghiệm tại một hòn

đảo nhân tạo của Nhật Bản tên là “Choshu-Dejima” vào mùa đông (từ tháng 12 năm

2008 đến tháng 2 năm 2009). Toàn bộ tường chắn sóng ở phía Tây của đảo được quay

trên 4 máy quay video kỹ thuật số. Sóng tràn được đo bằng cách sử dụng ba bể chứa

được trang bị đồng hồ đo để ghi lại sự thay đổi mực nước theo thời gian khi có nước

chảy vào. Kết quả thí nghiệm cho thấy, lượng sóng tràn phía sau tường chắn sóng chủ

yếu là nước tràn qua tường và sự đóng góp của sóng bắn là khá nhỏ. Hàm mật độ xác

suất của tần suất xuất hiện sóng bắn có thể được coi là phân bố Rayleigh trên thực tế.

1.2.1.2 Nghiên cứu trên mô hình vật lý về sóng tràn qua tường biển

Hầu hết các nghiên cứu sóng tràn thường được nghiên cứu trong máng sóng, rất ít các

nghiên cứu sóng tràn được thực hiện trong bể sóng. Các công thức thực nghiệm tính

toán sóng tràn cũng được phát triển từ các nghiên cứu mô hình vật lý máng sóng. Việc

thống kê, phân tích quá trình phát triển của các công thức tính toán sóng tràn qua đê

biển/tường biển trên thế giới được sử dụng làm cơ sở lựa chọn trường hợp áp dụng cho

nghiên cứu của luận án trong phần thiết lập công thức thực nghiệm ở Chương 3.

a) Sóng tràn qua đê biển mái nghiêng

Nghiên cứu đầu tiên đặt nền móng cho nghiên cứu sóng tràn được biết đến là nghiên của

Saville (1955) với một loạt các thí nghiệm sóng đơn [5]. Cho đến nay, đã có nhiều thí

nghiệm đã và đang được tiến hành tại nhiều cơ sở nghiên cứu trên thế giới nhưng chủ

yếu là ở các nước Châu Âu, trong đó gần một nửa đã được thực hiện trong thời gian gần

đây (năm 2000 - 2004) [10]. Các thí nghiệm sau này được thực hiện trong điều kiện

ngày càng tốt hơn và gần với điều kiện tự nhiên hơn như: sóng ngẫu nhiên có phổ, tỉ lệ

mô hình lớn, cấu tạo hình học và dạng kết cấu công trình đa dạng…

Tiếp nối nghiên cứu sóng tràn bằng các thí nghiệm sóng đơn của Saville (1955), Owen

(1980) dựa trên số lượng hàng ngàn thí nghiệm mô hình sóng ngẫu nhiên, bước đầu đã

xây dựng được công thức xác định lưu lượng sóng tràn trung bình qua công trình mái

nghiêng có độ nhám rất nhỏ (mái nhẵn) [11]. Các nghiên cứu sau đó của Owen cũng đã

xét đến ảnh hưởng của độ nhám mái đê đến lưu lượng sóng tràn trung bình qua đê thông

qua hệ số chiết giảm .

Nối tiếp Owen, De Waal và Van der Meer (1992) [12] đã tiếp tiếp tục nghiên cứu sóng

tràn qua đê mái nhẵn không thấm tương tự như Owen (1980). Tuy nhiên, lưu lượng sóng

tràn trung bình được ước lượng có xét thêm độ thiếu hụt của chiều cao lưu không đỉnh

đê . Các kết quả nghiên cứu này vẫn còn một vài hạn chế như: chưa xét

đến ảnh hưởng của độ nhám mái đê và ảnh hưởng của cơ đê và sóng tràn được tính thông

qua tham số sóng leo .

Sau đó, Van deer Meer (1993) [13] 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 và sử dụng

cả các kết quả nghiên cứu của Owen (1980). Ngoài ra, Van deer Meer (1993) 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 der Meer và Janssen (1995) [14] đã cải tiến các công thức tính toán trước đó, sóng

tràn tính toán trực tiếp thông qua độ lưu không tương đối . Sóng tràn còn phụ

thuộc vào tính chất tương tác sóng với công trình thể hiện qua sóng vỡ và sóng không

vỡ. Trong nghiên cứu này, công thức đã được xây dựng để tính toán sóng tràn qua đê có

cơ đê ở phía biển và xem xét độ nhám của mái đê. Công thức của Van deer Meer và

Janssen (1995) có thể áp dụng với điều kiện độ dốc sóng > 2.

TAW (2002) [15], EurOtop (2007) [4], EurOtop (2018) [16] đã xây dựng được các công

thức tính toán sóng tràn qua đê biển cho các loại kết cấu hình học đê và có xét đến các

yếu tố ảnh hưởng khác nhau đến sóng tràn qua đê. Một trong các yếu tố quan trọng được

xét đến là ảnh hưởng của tường đỉnh trên đê trong trường hợp sóng không vỡ trên mái

nghiêng (Công thức (1-2)).

(1-2)

Trong đó, là lưu lượng sóng tràn trung bình, là chiều cao lưu không, là gia tốc

trọng trường, giá trị trung bình của các hệ số , và , là hệ số

chiết giảm do độ nhám mái, là hệ số chiết giảm do góc sóng tới xiên góc, là hệ

số ảnh hưởng kết hợp xác định theo từng dạng kết cấu công trình khác nhau:

(+) Mái nhẵn và tường đỉnh không có mũi hắt sóng.

(+) Mái nhẵn và tường đỉnh có mũi hắt sóng.

(+) Mái nhẵn và có thềm trước giảm sóng.

(+) Mái nhẵn có thềm trước và tường đỉnh thẳng đứng không mũi hắt sóng.

(+) Mái nhẵn có thềm trước và tường đỉnh thẳng đứng có mũi hắt sóng.

Đến nay, công thức EurOtop (2018) được coi là công thức tính toán sóng tràn hoàn chỉnh

nhất cho đa dạng các loại kết cấu hình học đê mái nghiêng. Đặc biệt EurOtop (2018) có

xét đến ảnh hưởng của tường đỉnh trên đê có mũi hắt sóng tới sóng tràn.

Cụ thể, EurOtop (2018) cung cấp hướng dẫn về tường đỉnh trên mái nghiêng hoặc trên

thềm trước có hoặc không có mũi hắt và được chia thành bốn trường hợp ứng dụng:

(1) Trường hợp 1: tường đỉnh có chiều cao tương đối lớn với chân tường bên dưới mực

nước tính toán (tính toán như hướng dẫn trong EurOtop-2007):

- Chân tường dưới mực nước tính toán.

- hoặc cho sóng vỡ.

(2) Trường hợp 2: tường chắn sóng ở cuối mái nghiêng có độ dốc thoải 1:6

(3) Trường hợp 3: tường chắn sóng với chân tường ở trên mực nước tính toán, trên mái

nghiêng hoặc thềm trước, sóng không vỡ trên mái nghiêng. Đối với mái nghiêng

thoải hơn và sóng vỡ, tính toán như hướng dẫn trong EurOtop-2007.

- Mái nghiêng có độ dốc 1/2 ÷ 1/3

- Tường trên mái đê hoặc trên thềm trước.

- Sóng không vỡ trên mái đê.

(4) Trường hợp 4: trong khu vực lặng sóng như các vịnh…

Công thức EurOtop (2018) đã khắc phục được nhược điểm của TAW (2002) và EurOtop

(2007) là xét đến ảnh hưởng của tường đỉnh trên đê trong cả trường hợp sóng không vỡ

trên mái đê.

- Khi tường đỉnh là tường thẳng không có mũi hắt sóng ( ):

(1-3)

Phạm vi áp dụng:

Trong đó: là hệ số chiết giảm do tường đứng không mũi hắt sóng trên mái dốc;

là chiều cao tường; chiều cao lưu không của đỉnh tường trên mực nước tính toán.

Hình 1.3 Hình dạng tường thẳng đứng trên mái nghiêng

- Khi tường đỉnh trên đê có mũi hắt sóng ( )

Hình 1.4 Sơ đồ tường có mũi hắt trên mái nghiêng (trái) và định nghĩa các tham số của tường đỉnh (phải) theo EurOtop (2018)

Trong đó:

là hệ số chiết giảm do tường đứng không mũi hắt sóng trên mái dốc được tính như

công thức (1-3);

là hệ số chiết giảm bởi mũi hắt sóng, phụ thuộc vào góc của mũi hắt sóng và chiều

cao mũi hắt sóng tương đối so với chiều cao tường (Hình 1.4).

cho (1-4)

với: nếu

nếu

cho (1-5)

với: nếu

nếu

là hệ số chiết giảm do ảnh hưởng của độ dốc sóng đối với mũi hắt sóng. Khi tường

có mũi hắt sóng thì chu kỳ sóng hay độ dốc sóng có ảnh hưởng tới sóng tràn, sóng dài

sẽ lấp đầy khoảng không gian phía dưới mũi do vậy các con sóng tới tiếp theo sẽ cảm

nhận tường như là một tường đứng không có mũi hắt và bụng cong. Sóng chu kỳ ngắn

sẽ không chịu ảnh hưởng này.

(1-6)

Phạm vi áp dụng công thức:

; ; và .

Các công thức tính toán sóng tràn qua đê mái nghiêng và ưu nhược điểm của từng công

thức được tổng hợp trong Bảng PL A-1. Nhìn chung, các công thức tính toán sóng tràn

qua đê mái nghiêng hiện có chủ yếu được áp dụng với kết cấu đê biển mái nghiêng, đê

mái nghiêng có tường đỉnh. Mặc dù đã xét đến ảnh hưởng của mũi hắt sóng ở tường

đỉnh/tường biển nhưng chưa có công thức nào xét đến ảnh hưởng của các dạng mặt tường

khác, đặc biệt là tường mặt cong đến lưu lượng sóng tràn qua đỉnh tường.

Trước đó đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của tường có mũi hắt sóng tới sóng

tràn, chẳng hạn như nghiên cứu về tường mặt cong có mũi hắt sóng của Berkeley-Thorn

và Roberts (1981) [17]. Berkeley-Thorn và Roberts (1981) đã tiến hành các thí nghiệm

mô hình vật lý về tường mặt cong tại Kent Northern ở Vương quốc Anh. Nghiên cứu đã

đề xuất một kết cấu tường mặt cong với mũi hắt sóng được đặt trên mái nghiêng. Mô

hình đã được thí nghiệm trong điều kiện chiều cao tường nhỏ hơn chiều cao sóng được

thử nghiệm. Mô hình tường mặt cong có mũi hắt được chứng minh có hiệu quả hơn

trong điều kiện ít khắc nghiệt hơn và vượt trội hơn nhiều so với tường mặt đứng. Tuy

chưa đưa ra được công thức thực nghiệm về ảnh hưởng của mũi hắt sóng tới sóng tràn

nhưng nghiên cứu của Berkeley-Thorn và Roberts (1981) đã khẳng định hiệu quả giảm

sóng tràn của kết cấu tường mặt cong có mũi hắt sóng và là cơ sở để thiết kế tường mặt

cong có mũi hắt sóng trong nghiên cứu này của luận án.

Hình 1.5 Kích thước tường mặt cong có mũi hắt sóng do Berkeley-Thorn và Roberts (1981) đề xuất

b) Sóng tràn qua tường đứng

Đã có khá nhiều công thức tính toán sóng tràn qua tường biển dạng mặt đứng được phát

triển qua các thời kỳ. Các công thức cụ thể và ưu nhược điểm của từng công thức được

tổng hợp trong Bảng phụ lục PLA-2. Trong đó, công thức Franco và Franco (1999) là

một trong những công thức được áp dụng phổ biến trong tính toán thiết kế tường biển ở

Việt Nam. Franco và Franco (1999) [18] đã tiến hành các nghiên cứu với nhiều dạng kết

cấu công trình (Hình 1.6) và điều kiện thủy lực khác nhau dẫn đến công thức tính sóng

tràn như công thức (1-7).

Hình 1.6 Mô hình thí nghiệm đê phá sóng tường đứng mặt cắt hỗn hợp của Franco và nnk (1994)

(1-7)

Với là hệ số chiết giảm kể đến ảnh hưởng của cấu tạo hình học của vách ngoài của

tường đứng được tra theo Bảng 1.2 và hệ số chiết giảm do sóng đến xiên góc.

Bảng 1.2 Hệ số chiết giảm sóng tràn cho đê tường đứng (Franco và Franco (1999))

STT Cấu tạo hình học mặt trước đê

1 Vách ngoài không thấm 1,0

2 Vách ngoài không thấm và có mũi hắt sóng 0,78

3 Vách ngoài thẩm thấu độ mở 20%, sàn đậy kín 0,72 ÷ 0,79

4 Vách ngoài thẩm thấu độ mở 20%, sàn hở 0,58

Công thức này dùng cho trường hợp sóng không vỡ và chiều cao lưu không tương đối

của đỉnh đê nằm trong khoảng .

Nhìn chung các công thức tính toán sóng tràn qua tường đứng hầu như chưa xét đến ảnh

hưởng của các dạng mặt tường khác ngoài mặt đứng và không xét tới ảnh hưởng của

mũi hắt sóng tới lưu lượng sóng tràn qua tường.

c) Ảnh hưởng của mũi hắt sóng đến sóng tràn qua tường biển

Các cơ chế xác định tính hiệu quả của tường biển có mũi hắt sóng khá phức tạp và chưa

được mô tả đầy đủ. Theo EurOtop (2018), các tham số đánh giá sóng tràn qua tường

biển với mũi hắt sóng được thể hiện trong Hình 1.7.

Hình 1.7 Định nghĩa các tham số tính toán sóng tràn cho tường đứng đơn giản có mũi hắt sóng (EurOtop - 2018)

Kortenhaus và cộng sự (2003) [19] đã đề xuất cách xác định hiệu quả giảm sóng tràn

của tường đứng có mũi hắt sóng bằng một hệ số chiết giảm , hay chính là tham số

được đưa vào EurOtop (2018). Hệ số chiết giảm sóng tràn do mũi hắt sóng được xác

định như sau:

𝑘𝑏𝑛 = (1-8) 𝑞𝑐ó 𝑚ũ𝑖 ℎắ𝑡 𝑠ó𝑛𝑔 𝑞𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑐ó 𝑚ũ𝑖 ℎắ𝑡 𝑠ó𝑛𝑔

Pearson và cộng sự (2004) [20] đã đề xuất hiệu chỉnh theo biểu đồ với hệ số hiệu

chỉnh . Theo đó, độ lớn của phụ thuộc vào các yếu tố như sóng, mực nước và độ

nghiêng của mũi hắt sóng (góc hay tỉ số ).

Một số nghiên cứu về tường biển bằng mô hình vật lý gần đây đã đề cập tới ảnh hưởng

của mũi hắt sóng đến sóng tràn qua tường biển, có thể kể đến một số nghiên cứu tiêu

biểu như sau:

Veale và cộng sự (2012) [21] đã tiến hành thí nghiệm mô hình vật lý với 3 mặt cắt tường

chắn sóng khác nhau bao gồm tường thẳng đứng không có mũi hắt, tường thẳng đứng

có mũi hắt và tường mặt cong có mũi hắt (Hình 1.8). Thiết kế tường chắn sóng cho

nghiên cứu này dựa trên những phát hiện và khuyến nghị của Van Doorslaer & De

Rouck (2010). Góc nghiêng của mũi hắt sóng đã được sử dụng cho nghiên cứu

này. Kết quả thí nghiệm cho thấy trong cùng điều kiện thí nghiệm, hai mặt cắt tường có

mũi hắt sóng đều có hiệu quả giảm sóng tràn tốt hơn so với tường không có mũi hắt

sóng. Tường có mũi hắt làm cho sóng tới bị phản xạ ngược lại phía biển, thay vì hướng

lên như đối với tường không có mũi hắt.

Hình 1.8 Sóng tràn qua các dạng mặt cắt tường biển khác nhau - Veale và nnk (2012)

Talia Schoonees (2014) [22] đã thực hiện thí nghiệm mô hình vật lý với 03 mặt cắt

ngang tường biển: một mặt cắt tường thẳng đứng không có mũi hắt sóng và hai mặt cắt

tường biển có mũi hắt sóng với độ dài nhô ra của mũi hắt khác nhau (Hình 1.9). Kết quả

nghiên cứu cho thấy tường biển thẳng đứng có mũi hắt sóng hiệu quả hơn trong việc

giảm sóng tràn so với tường biển thẳng đứng không có mũi hắt sóng. Mức độ giảm sóng

tràn có thể lên tới 100% tùy thuộc vào chiều cao lưu không, điều kiện sóng và chiều dài

phần nhô ra phía biển của mũi hắt sóng. Chiều dài phần nhô ra phía biển của mũi hắt

sóng có ảnh hưởng đến lưu lượng sóng tràn của tường biển. Khi chiều dài phần nhô ra

phía biển của mũi hắt sóng tăng lên thì lưu lượng sóng tràn giảm đi. Tuy nhiên, đối với

các trường hợp có chiều cao lưu không lớn, chiều dài của phần nhô ra phía biển của mũi

hắt sóng trở nên ít quan trọng hơn.

Hình 1.9 Mặt cắt ngang tường biển được thí nghiệm trong nghiên cứu của Talia Schoonees (2014)

• Nhận xét chung:

Các công thức tính toán sóng tràn qua đê/tường biển được nghiên cứu qua phương pháp

mô hình vật lý ngày càng hoàn thiện hơn, góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác

thiết kế đê/tường biển đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và nước biển

dâng như hiện nay. Tuy vậy, các công thức này chủ yếu được áp dụng với đê biển mái

nghiêng, đê mái nghiêng có tường đỉnh, tường biển mặt thẳng đứng. Mặc dù đã có trường

hợp xét đến ảnh hưởng của mũi hắt sóng ở tường đỉnh/tường biển nhưng chưa có công

thức nào xét đến ảnh hưởng của các dạng mặt tường khác, đặc biệt là tường mặt cong

đến lưu lượng sóng tràn qua đỉnh tường.

Ngoài ra, còn có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của gió tới sóng tràn qua tường đứng.

Trong đó, ảnh hưởng tối đa của gió đối với sóng tràn của các công trình ven biển có thể

được mô hình hóa thành công bằng cách sử dụng guồng tạo gió (De Waal, 1996) [23].

Nghiên cứu về ảnh hưởng của gió đối với sóng tràn qua các kết cấu đê biển có tường

đỉnh trong máng sóng (Wolters and van Gent, 2007) [24]. Ảnh hưởng của gió được mô

hình hóa bằng guồng tạo gió đặt trên đỉnh đê. Tường đỉnh dạng thẳng đứng với các chiều

cao khác nhau, độ dốc mái đê 1:2 và 1:1,5 đã được thử nghiệm. Kết quả cho thấy lưu

lượng tràn trung bình khi xét đến ảnh hưởng của gió nằm trong khoảng 1,2 ÷ 6,3 lần so

với lưu lượng nước tràn trung bình trong các thí nghiệm không có gió trong máng sóng.

1.2.1.3 Nghiên cứu trên mô hình số trị về sóng tràn qua tường biển

Một trong những công cụ mạnh để phân tích tương tác sóng - công trình là phương pháp

số trị. Máng sóng số (numerical wave flume) đã được phát triển mạnh từ những năm

cuối thập kỉ 1990, ngày nay thường được dùng kết hợp với thí nghiệm mô hình vật lý

để nghiên cứu công năng và độ bền của công trình bờ biển. Việc sử dụng mô hình số

trong tính toán công trình biển đang được sử dụng rộng rãi trong giai đoạn hiện nay do

nó có những ưu điểm:

- Việc áp dụng mô hình số tính toán công trình có thể sử dụng máy tính điện tử làm

công cụ hỗ trợ.

- Kết quả tính toán chính xác, khách quan không phụ thuộc vào cảm tính của người

tính toán công trình.

- Có thể giải quyết các bài toán có điều kiện biên phức tạp.

- Các số liệu đầu vào, đầu ra của bài toán nghiên cứu dưới dạng số, có thể chủ động

lựa chọn các thông số tùy theo yêu cầu của người tính toán.

Các mô hình toán dựa trên mô hình RANS và phương trình phi tuyến nước nông được

sử dụng phổ biến nhất trong việc tính toán sóng tràn. Các mô hình họ RANS-VOF có

khả năng áp dụng mô phỏng tương tác giữa sóng với tường đỉnh, với các dạng kết cấu

công trình phức tạp khác nhau. Các mô hình NLSW có khả năng khá tốt trong việc tính

toán lưu lượng sóng tràn qua đê có độ dốc nhỏ và không có tường đỉnh (Kobayashi and

Wurjanto 1989; Kobayashi and Wurjanto 1992; Dodd 1998; Hu et al. 2000; Hubbard

and Dodd 2002; Stansby and Feng 2004) [25] [26] [27] [28] [29] [30]. Đối với các kết

cấu có hình dạng phức tạp như mái rất dốc hoặc dốc đứng, việc biến đổi tương đương

dạng hình học của kết cấu hoặc cải tiến mô hình số là cần thiết để mô hình NLSW có

thể được áp dụng một cách tương đối hợp lý (Hu et al. 2000, Zhou et al. 2001, Shiach

et al. 2004) [28] [31] [32].

Các hạn chế nội tại của mô hình NLSW có thể được giải quyết bởi mô hình dạng

Boussinesq. Sóng vỡ không được mô tả một cách tự nhiên bởi phương trình Boussinesq

và hệ số đạo hàm bậc cao trong phương trình này không phù hợp tại các vị trí gần với

đường bờ (Bellotti and Brocchini 2002; Brocchini and Dodd 2008) [33] [34]. Phương

trình Bousssinesq cải tiến như trong mô hình COULWAVE bởi Lynett et al. (2000;

2002) được áp dụng khá tốt cho khu vực sóng vỡ [35]. Tuy nhiên, khi đó các mô hình

này trở nên rất phức tạp để có thể tính toán sóng tràn qua công trình nằm trong đới sóng

vỡ. Như vậy các mô hình NLSW vẫn tỏ ra lợi thế hơn các mô hình Boussinesq với cùng

mức độ chính xác trong việc tính toán dự báo sóng tràn.

1.2.2 Nghiên cứu sóng tràn qua đê biển, tường biển ở Việt Nam

Hiện nay, các đối tượng nghiên cứu về sóng tràn ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào đê

biển, đê biển có tường đỉnh và chưa có nhiều nghiên cứu sóng tràn liên quan đến tường

biển, đặc biệt là tường biển có mũi hắt sóng. Các nghiên cứu nổi bật về sóng tràn qua đê

biển có thể kể đến như:

- Thiều Quang Tuấn và cộng sự (2006, 2009, 2010, 2013) đã tiến hành thí nghiệm mô

hình vật lý kết hợp với phân tích lý thuyết cho các kịch bản thí nghiệm với điều kiện

biên sát với thực tế của đê biển Việt Nam. Các nghiên cứu này đã đánh giá độ tin cậy

của TAW (2002) và xây dựng được các cơ sở khoa học quan trọng cho việc tính toán

sóng tràn qua đê biển ở Việt Nam [36] [37] [38] [39];

- Để khắc phục các hạn chế trong TAW (2002) đối với sóng tràn qua tường đỉnh trên

đê, Thiều Quang Tuấn và cộng sự (2009) [36] đã tiến hành các thí nghiệm mô hình vật

lý trong máng sóng Hà Lan tại trường Đại học Thủy Lợi để kiểm nghiệm và bổ sung

tính toán sóng tràn qua tường đỉnh trên đê biển.

Các thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện biên thiết kế phổ biến nhất ở nước ta

về mặt thủy động lực (sóng và mực nước), hình học kết cấu (chiều cao đê, mái đê, tường

đỉnh trên đê) và bãi trước đê. Việc xem xét ảnh hưởng của tường đỉnh trên đê trong

nghiên cứu chỉ mới giới hạn ở dạng tường đỉnh có vách dốc đứng phía biển, tường nằm

sát mép đỉnh đê phía biển, không có thềm trước.

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp tính toán của TAW (2002) nhìn chung

đánh giá thấp ảnh hưởng của tường đỉnh trên đê đến sóng tràn (thông qua hệ số chiết

giảm sóng tràn do tường đỉnh). Độ dốc mái quy đổi khi có tường theo phương pháp

TAW (2002) làm gia tăng đáng kể chỉ số Iribarren và do vậy đã tạo ra điều kiện sóng vỡ

giả trong tính toán sóng tràn. Ngoài ra, theo TAW (2002) tường đỉnh không có ảnh

hưởng đến lưu lượng sóng tràn trong trường hợp sóng không vỡ. Tuy nhiên các số liệu

thực nghiệm trong nghiên cứu của Thiều Quang Tuấn và cộng sự (2009) [36] cho thấy

điều ngược lại. Nghiên cứu đã đề xuất phương pháp mới tính toán lưu lượng sóng tràn

có kể đến ảnh hưởng tường đỉnh thấp trên đê và đã đi sâu hơn về bản chất vật lý của

tương tác sóng và tường đỉnh trên đê biển. Khả năng chiết giảm sóng tràn của tường

đỉnh đã được xét đến với ảnh hưởng không chỉ từ các yếu tố sóng mà còn từ điều kiện

hình học đê (chiều cao tường, độ lưu không). Phương pháp mới đã cho thấy có độ tin

cậy cao hơn, có thể dễ dàng tích hợp với phương pháp của TAW (2002) trong việc tính

toán lưu lượng sóng tràn trung bình qua đê biển có tường đỉnh.

- Tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của Thiều Quang Tuấn và nnk (2009), Thiều

Quang Tuấn (2013) [37] tiếp tục thực hiện các thí nghiệm bổ sung với mục tiêu: Đánh

giá hệ số ảnh hưởng tổng hợp của tường đỉnh đối với lưu lượng sóng tràn trung bình

qua đê có chiều cao tường thay đổi và có thềm trước tường.

Kết quả phân tích thí nghiệm cho thấy, hệ số ảnh hưởng tổng hợp của tường là tích của

các hệ số ảnh hưởng thành phần do chiều cao tường, bề rộng thềm trước tường đem lại

và có thể dùng chung cho cả sóng vỡ và sóng không vỡ. Phương pháp mới có thể tích

hợp một cách tường minh vào các công thức tính toán sẵn có của TAW (2002) góp phần

nâng cao độ tin cậy trong tính toán lưu lượng sóng tràn trung bình qua đê biển có tường

đỉnh đặc thù ở nước ta.

- Nguyễn Văn Thìn & nnk (2013) đã áp dụng mô hình số - dựa trên hai phương trình

NLSW và RANS để tính toán lưu lượng sóng tràn qua đê biển có tường đỉnh thấp. Các

mô hình số đã được kiểm định và hiệu chỉnh với bộ số liệu sóng tràn qua đê biển (sóng

ngẫu nhiên) thu được từ nghiên cứu trước đó của Thiều Quang Tuấn (2013) [37]. Các

tác giả đã chỉ ra rằng có thể áp dụng khá hiệu quả mô hình số để dự đoán lưu lượng sóng

tràn đối cho đê biển có tường đỉnh thấp [40];

- Nguyễn Văn Dũng & nnk (2015) đã tìm hiểu ảnh hưởng của tường đỉnh thấp có mũi hắt

sóng tới lưu lượng sóng tràn qua đê biển thông qua các thí nghiệm trên mô hình vật lý

máng sóng. Kết quả từ 324 thí nghiệm sóng tràn trong mô hình vật lý cho thấy [41]:

+ Nếu trước thềm không có khoảng lưu không ( ) thì hình dáng của mũi hắt sóng

của tường đỉnh sẽ có ảnh hưởng đến lưu lượng sóng tràn.

+ Trong cùng một điều kiện thí nghiệm, lưu lượng sóng tràn với trường hợp tường đỉnh

không có mũi hắt sóng ( ) lớn hơn so với trường hợp tường đỉnh có mũi hắt sóng

( ). Mặt khác, khả năng chiết giảm sóng tràn có xu thế tăng nhanh khi góc mũi

hắt tăng từ 0o đến 45o và giảm chậm lại khi góc mũi hắt tăng từ 45o đến 90o.

+ Đối với cùng một điều kiện thềm trước và góc mũi hắt sóng không đổi, chiều cao

mũi hắt tương đối tăng lên thì khả năng chiết giảm sóng tràn giảm, lưu lượng sóng

tràn qua đê biển tăng. Điều này cho thấy chiều cao tương đối của mũi hắt tỉ lệ nghịch

với khả năng chiết giảm sóng tràn của tường đỉnh.

- Nguyễn Văn Thìn (2016) sử dụng máng sóng số COBRAS-UC/RANS - VOF để mô

phỏng tương tác sóng - tường và dòng chảy với một số dạng kết cấu như tường thẳng

đứng, tường rỗng… Kết quả thể hiện khả năng tốt trong việc ước lượng lưu lượng sóng

tràn và mô phỏng cấu trúc bề mặt của dòng chảy tràn. Tuy nhiên, chiều cao sóng bắn

được tính toán vẫn còn sai số đáng kể. Nghiên cứu cũng cho thấy tường có thềm trước

thể hiện hiệu quả hơn trong việc làm giảm lưu lượng sóng tràn và kiểm soát tốt hơn sóng

bắn so với trường hợp tường không có thềm trước. Cũng tương tự với dạng hình học và

các thông số sóng quan tâm ở đây, chiều cao tường lớn hơn sẽ cho kết quả chiều cao

sóng bắn cao hơn [42].

- Đề tài KHCN Bộ Xây Dựng “Nghiên cứu chế tạo cấu kiện tường biển có mũi hắt sóng

phục vụ xây dựng công trình bảo vệ bờ đảo và bờ các khu đô thị, khu du lịch ven biển -

Mã số TĐ 145-17” (2019) [43] đã nghiên cứu sóng tràn qua tường biển bằng mô hình

vật lý. Đã có 6 dạng tường biển được thí nghiệm, mỗi dạng bao gồm một mặt cắt không

có mũi hắt sóng và một mặt cắt có mũi hắt sóng (Hình 1.10). Kết quả nghiên cứu cho

thấy tường biển có mũi hắt sóng có hiệu quả giảm sóng tràn tốt hơn so với tường biển

không có mũi hắt sóng. Trong 6 dạng mặt cắt tường biển thì tường biển mặt cong, có

mũi hắt sóng tỏ ra hiệu quả hơn trong việc giảm sóng tràn, ngoài ra dạng tường này còn

có tính thẩm mỹ cao, phù hợp để áp dụng trong bảo vệ bờ biển các khu đô thị, khu du

lịch ven biển nước ta. Đây là cơ sở để tác giả lựa chọn tường mặt cong có mũi hắt sóng

để phục vụ cho nghiên cứu ảnh hưởng của tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng đến

sóng tràn qua tường biển của luận án.

Hình 1.10 Tổng hợp các dạng mặt cắt ngang tường biển được thí nghiệm trong Đề tài KHCN Bộ Xây Dựng, 2019 - Mã số TĐ 145-17

1.3 Hiện trạng tường biển và hư hỏng tường biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ

Từ nhiều năm qua, tường biển đã được sử dụng làm công trình bảo vệ bờ tại một số khu

du lịch, nghỉ dưỡng ở miền Bắc nước ta. Bên cạnh những yêu cầu về điều kiện kinh tế -

kỹ thuật, tường biển còn có ưu thế về tính thẩm mỹ, phù hợp với cảnh quan chung, hài

hòa với các kết cấu hạ tầng trong các khu du lịch (đường nội bộ, vườn hoa, lối lên

xuống…) và đặc biệt là có thể hạn chế tối đa ảnh hưởng của công trình đến tầm nhìn ra

biển. Đối với các đảo tiền tiêu, đảo du lịch, tường biển được lựa chọn làm công trình

bảo vệ bờ do những ưu điểm như: mặt bằng chiếm chỗ nhỏ hơn so với các dạng công

trình khác (ví dụ như so với đê biển có mặt cắt hình thang truyền thống), thuận lợi trong

việc bố trí các vị trí phòng thủ… Ngoài ra, có thể tạo hình, trang trí bề mặt tường biển

nhằm tăng tính thẩm mỹ cho công trình.

Hiện nay, phần lớn tường biển ở nước ta được thiết kế với hình thức kết cấu bê tông

trọng lực. Hệ thống tường biển hiện tại cơ bản mới chỉ đảm bảo an toàn ở mức độ nhất

định tuỳ theo tầm quan trọng về dân sinh, kinh tế từng khu vực được bảo vệ. Một số

công trình đã được đầu tư nâng cấp với mức đảm bảo ứng với gió từ cấp 9, tổ hợp với

triều trung bình nhưng vẫn còn nhiều tuyến chưa được tu bổ, nâng cấp nên chỉ mới đảm

bảo an toàn với gió bão cấp 8. Dưới đây là một số công trình tường biển hiện hữu cũng

như hiện trạng hư hỏng của tường biển khu vực duyên hải Bắc Bộ nước ta trên địa bàn

tỉnh Quảng Ninh và thành phố Hải Phòng:

Tường biển ở Đảo Trần, huyện Cô Tô, tỉnh Quảng Ninh có kết cấu thẳng đứng, bố trí

lối lên xuống dạng bậc thang (Hình 1.11).

Hình 1.11 Tường biển bảo vệ bờ tại đảo Trần, huyện Cô Tô, tỉnh Quảng Ninh

Công trình bảo vệ khu vực bãi trước chùa Cái Bầu, tỉnh Quảng Ninh có kết cấu đá đổ,

bề mặt phía ngoài được bao phủ bằng bê tông (Hình 1.12).

Hình 1.12 Công trình bảo vệ bờ biển trước chùa Cái Bầu, Quảng Ninh

Nhìn chung, công trình tường biển ở Quảng Ninh có mặt cắt ngang khá đồ sộ nhưng

tính thẩm mỹ của không cao, chưa tạo được điểm nhấn về cảnh quan trong khu vực.

Tường biển thị trấn Cát Bà (đảo Cát Bà, thành phố Hải Phòng) được xây dựng lại từ năm

2003 với tổng chiều dài khoảng 900 m. Kết cấu thân tường bằng đá xây kết hợp với bê

tông cốt thép, cao độ đỉnh tường từ +6,5 m; chiều dày thân tường trung bình 0,5 m.

Tường biển bảo vệ Nhà máy ô tô Vinfast (trên đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng) được

xây dựng từ năm 2018 với tổng chiều dài hơn 3.500 m. Tường có kết cấu bằng bê tông

cốt thép toàn khối, cao trình đỉnh tường +7,0 m; chiều dày thân tường trung bình 0,45m

(đỉnh tường dày 0,3 m, chân tường dày 0,6 m); mái dốc phía trước tường được bảo vệ

bằng khối Holdquader (Hình 1.13).

Hình 1.13 Tường biển bảo vệ Nhà máy ô tô Vinfast trên đảo Cát Hải

Công trình bảo vệ bờ biển bán đảo Đồ Sơn, Hải Phòng với tổng chiều dài 11.250 m,

trong đó có 6.250 m tường biển được xây dựng qua nhiều thời kỳ khác nhau với hình

thức kết cấu đơn giản và đa dạng (đá xây, gạch xây, bê tông) (Hình 1.14). Do được xây

dựng từ khá lâu, trong điều kiện còn thiếu các chỉ dẫn thiết kế cụ thể, khu vực xây dựng

công trình lại thường xuyên chịu tác động của sóng, bão nên tường biển ở khu vực này

thường xuyên bị hư hỏng, gây hư hỏng kết cấu hạ tầng trong khu vực, địa phương phải

đầu tư kinh phí để sửa chữa hàng năm. Sóng tràn qua công trình thường xuyên gây ảnh

hưởng tới hoạt động của khu du lịch.

(i) Tường biển tại bãi tắm Khu 1 (ii) Tường biển tại Quảng trường Khu 1 (iii) Tường biển tại Khu 2 (giáp với Bến Nghiêng)

Hình 1.14 Tường biển khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng

Tường biển tại Đồ Sơn bị hư hỏng chủ yếu ở 3 dạng sau:

+ Sóng tràn gây hư hỏng tường biển;

+ Xói chân tường phía biển;

+ Tường bị gãy, đổ do tác động sóng trực tiếp.

Trong đó, hư hỏng do sóng tràn là dạng hư hỏng phổ biến nhất. Tường biển có thể bị hư

hỏng ngay cả khi mực nước thấp hơn cao trình đỉnh tường. Sở dĩ có hiện tượng này là

do sóng tràn qua đỉnh tường có lưu lượng khá lớn gây mất ổn định phần đỉnh và thân

tường. Cơ chế phá hỏng này được xem là quan trọng nhất khi thiết kế tường biển. Hiện

tượng sóng tràn qua đỉnh tường với lưu lượng khá lớn xảy ra thường xuyên tại nhiều

đoạn tường trên toàn tuyến tường biển Đồ Sơn, bao gồm cả những đoạn tường biển đã

được thiết kế mũi hắt sóng và ngay trong cả các đợt gió mùa Đông Bắc mạnh.

Hình 1.15 Sóng tràn, sóng bắn qua đỉnh tường biển diễn ra thường xuyên ở Đồ Sơn, Hải Phòng trong các đợt gió mùa Đông Bắc mạnh

Hình 1.16 Các khối đá bị sóng đẩy lên mặt đường sau các đợt bão, gió mùa Đông Bắc mạnh tại Đồ Sơn, Hải Phòng

Trong những ngày triều cường (cao trình mực nước triều > +3,0 m) kết hợp với sóng

trong gió mùa Đông Bắc hoặc gió Đông Nam từ cấp 3 đến cấp 4, khi sóng tới tác động

vào mặt ngoài tường biển đã tạo cột nước bắn có chiều cao từ 3 ÷ 5m (Hình 1.15). Trong

điều kiện gió bão, chiều cao cột nước do sóng bắn hình thành có thể lên đến hàng chục

mét, tạo thành năng lượng rất lớn, gây nguy cơ gây mất an toàn cho người và phương

tiện lưu thông qua các cung đường sát với tường biển. Sóng lớn trong bão và trong các

đợt gió mùa mạnh kết hợp với triều cường có thể đẩy cả đá hộc từ bãi biển lên bờ (Hình

1.16). Sóng tràn còn mang theo một lượng cát lớn lên bờ, che phủ đường xá, nhà cửa,

các công trình hạ tầng ven biển, gây nhiều bất tiện đối cho các hoạt động dân sinh.

Nhìn chung, các công trình tường biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ nước ta hiện nay có

kết cấu tương đối đa dạng (đá xây, gạch xây, tường bê tông trọng lực hoặc vật liệu hỗn

hợp) nhưng tính thẩm mỹ chưa cao, chưa tạo được điểm nhấn cảnh quan cho các khu đô

thị, khu du lịch. Hình dạng mặt cắt ngang tường biển tương đối đơn giản, chủ yếu là

tường mặt thẳng đứng và tường mặt nghiêng, không có mũi hắt sóng. Một số đoạn tường

biển tại bán đảo Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng đã được tu bổ, nâng cấp với mũi hắt sóng.

Tuy nhiên, công trình vẫn thường xuyên bị sóng tràn qua đỉnh tường ngay trong điều

kiện không có bão. Với tổ hợp triều cường và gió Đông hoặc Đông Nam từ cấp 3 trở lên

đã có thể gây lên hiện tượng sóng tràn; gây ngập lụt, làm hư hỏng công trình, ảnh hưởng

tới các hoạt động dân sinh và kết cấu hạ tầng phía sau tường.

1.4 Kết luận chương 1

Tường biển là 1 dạng công trình bảo vệ bờ biển phổ biến trên thế giới, thường được xây

dựng tại các khu du lịch, khu đô thị ven biển do có ưu điểm không chiếm nhiều diện tích

đất xây dựng công trình, thuận lợi hơn trong việc tạo cảnh quan cho khu vực. Tại vùng

duyên hải Bắc Bộ nước ta, một số công trình tường biển đã được xây dựng với hình thức

và kết cấu tương đối đơn giản tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển, điển hình như hệ

thống tường biển tại khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. Khác với kết cấu tường

đỉnh trên đê mái nghiêng, các kết cấu tường biển này thường có chiều cao lớn hơn nhiều

so với tường đỉnh, khoảng từ 1,5 ÷ 3,0 m. Tuy vậy, trong điều kiện triều cường kết hợp

với gió mùa hoặc gió trong bão, tương tác giữa sóng và tường diễn ra rất mãnh liệt, dẫn

đến sóng tràn xảy ra nghiêm trọng, ảnh hưởng tới cơ sở vật chất và dân sinh khu vực

phía sau tường.

Trong thời gian qua, một số công trình tường biển ở nước ta đã được thiết kế theo xu

hướng quan tâm nhiều hơn đến tính thẩm mỹ và sự hài hòa với cảnh quan chung; đã có

công trình tường biển được thiết kế có mũi hắt sóng hoặc kết hợp mặt cong với mũi hắt

sóng. Tuy nhiên, đa số các công trình này được thiết kế theo kinh nghiệm nên tường

biển vẫn thường xuyên chịu tác động của sóng tràn, liên tục bị hư hỏng, ảnh hưởng đáng

kể đến kết cấu hạ tầng và hiệu quả khai thác của các khu đô thị, khu du lịch ven biển.

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng tường biển liên tục bị hư hỏng bởi sóng tràn là do việc

thiết kế tường biển ở nước ta vẫn còn một số vấn đề tồn tại như:

- Mặc dù các công thức tính toán sóng tràn qua đê biển, tường biển ngày càng hoàn

thiện hơn, nhưng chủ yếu được áp dụng cho đê biển mái nghiêng, đê mái nghiêng có

tường đỉnh, tường biển mặt thẳng đứng. Bên cạnh đó, dù đã xét đến ảnh hưởng của

mũi hắt sóng ở tường đỉnh/tường biển nhưng chưa có công thức nào xét đến ảnh

hưởng của các dạng mặt tường khác, đặc biệt là tường mặt cong đến lưu lượng sóng

tràn qua đỉnh tường.

- Đến nay chưa có nhiều nghiên cứu về sóng tràn qua tường biển ở Việt Nam. Tường

biển mặt cong, có mũi hắt sóng đặt trên mái nghiêng vẫn chưa được nghiên cứu và có

chỉ dẫn kỹ thuật cụ thể, nên chưa thể áp dụng và tính toán thiết kế cho các khu đô thị,

khu du lịch ven biển ở nước ta.

Để khắc phục những tồn tại nêu trên, tác giả đã tiến hành thống kê, đánh giá sơ bộ các

tham số ảnh hưởng tới sóng tràn, tổng hợp các nhóm công thức tính sóng tràn qua tường

biển hiện có trên thế giới để làm cơ sở thiết kế và thực hiện thí nghiệm mô hình vật lý

nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng đến lưu lượng

sóng tràn qua đỉnh tường.

Cơ sở khoa học của phương pháp nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi

hắt sóng sẽ được trình bày cụ thể ở Chương 2 của Luận án.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU SÓNG TRÀN QUA TƯỜNG BIỂN CÓ MŨI HẮT SÓNG TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ

2.1 Cơ sở khoa học nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng

2.1.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng

Nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng có thể thực hiện qua thực

nghiệm tại hiện trường, thí nghiệm trên mô hình vật lý hoặc nghiên cứu bằng mô hình

toán. Mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng và được lựa chọn tùy thuộc

vào mục đích, phạm vi nghiên cứu cũng như trình độ, khả năng của người nghiên cứu.

Nghiên cứu xác định lưu lượng sóng tràn qua tường biển bằng phương pháp thực nghiệm

tại hiện trường mặc dù có ưu thế về độ tin cậy của số liệu đo đạc nhưng đòi hỏi những

yêu cầu khắt khe về tính đồng bộ và thống nhất của các thiết bị đo đạc; việc lắp đặt, bố

trí thiết bị đo rất phức tạp và không thể khống chế được các tham số và điều kiện nghiên

cứu. Mặt khác phương pháp thực nghiệm đo đạc tại hiện trường bị ảnh hưởng trực tiếp

bởi các yếu tố thời tiết và tốn kém nên chủ yếu phù hợp với những chương trình nghiên

cứu dài hạn ở cấp quốc gia. Trong điều kiện ở Việt Nam và khuôn khổ một luận án tiến

sĩ thì sẽ không đủ các điều kiện, đặc biệt là điều kiện về kinh tế để thực hiện nghiên cứu

sóng tràn bằng phương pháp thực nghiệm tại hiện trường.

Trong những năm gần đây, việc phát triển các mô hình số trị để nghiên cứu lưu lượng

sóng tràn qua tường biển đã đạt được nhiều thành tựu và đã có nhiều mô hình máng sóng

số đã được ra đời. Mô hình số trị có ưu thế là mô phỏng tốt sóng đều, có thể tạo ra nhiều

kịch bản nghiên cứu với chi phí rẻ và nhanh hơn hơn so với nghiên cứu trên mô hình vật

lý và thực nghiệm hiện trường. Phương pháp nghiên cứu sóng tràn trên mô hình số trị

dù có nhiều ưu điểm nhưng vẫn có những hạn chế nhất định. Các mô hình số trị còn hạn

chế trong việc mô phỏng các dạng kết cấu phực tạp. Mặt khác, mô hình số trị cần được

hiệu chỉnh, kiểm định, đánh giá độ tin cậy trước khi tiến hành nghiên cứu bằng các số

liệu đo đạc tại hiện trường hoặc bằng các số liệu đo đạc trên mô hình vật lý máng sóng.

Đối với các nghiên cứu về lưu lượng sóng tràn qua tường biển trong khoảng 20 năm gần

đây, đã có khá nhiều nghiên cứu được thực hiện trên mô hình vật lý máng sóng và đã

đạt được một số thành tựu đáng kể. Thí nghiệm mô hình vật lý là một phương pháp

tương đối tin cậy để xác định lưu lượng sóng tràn trung bình đối với các dạng công trình

ven biển. Các thí nghiệm mô hình vật lý đặc biệt hữu ích khi đánh giá sóng tràn, vì sóng

tràn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố và mang tính ngẫu nhiên. Mô hình vật lý có thể mô

tả đẩy đủ các quá trình vật lý xảy ra khi sóng tương tác với tường, có khả năng tiến hành

đo đạc nhiều điểm đồng thời, dễ dàng kiểm tra các điều kiện hiếm và cực đoan, chi phí

thấp hơn so với phương pháp thực nghiệm. Mặt khác mô hình vật lý còn có thể mô tả

chính xác hình dạng của tường biển như tường thẳng đứng, tường mặt nghiêng, phức

tạp hơn là tường mặt cong. Phương pháp nghiên cứu này còn có thể tổng hợp toàn bộ

các phương trình đặc trưng của một quá trình mà không cần các giả thiết đơn giản hóa

của mô hình toán.

Từ những phân tích ở trên về 3 phương pháp chính nghiên cứu sóng tràn qua tường biển,

căn cứ mục tiêu và đối tượng nghiên cứu, những điều kiện thí nghiệm tại cơ sở đào tạo

và trình độ của bản thân, NCS lựa chọn phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý

máng sóng để phục vụ nghiên cứu của đề tài.

2.1.2 Thiết kế nghiên cứu

Tường biển hiện có mặt cắt ngang khá đa dạng như dạng thẳng đứng, dạng mặt nghiêng,

dạng mặt cong và dạng bậc thang. Trong đó tường biển dạng thẳng đứng, dạng nghiêng

và dạng mặt cong là ba loại mặt cắt ngang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Tuy

nhiên, mỗi dạng mặt tường sẽ phù hợp với điều kiện địa hình và thủy động lực của một

khu vực cụ thể. Tường mặt đứng và mặt nghiêng sẽ phù hợp với những nơi quỹ đất xây

dựng hạn hẹp, những nơi có địa hình dốc và chiều cao sóng lớn. Trong khi đó, tường

mặt bậc thang và mặt cong thường được sử dụng ở nơi có độ dốc bãi thoải hơn, tải trọng

sóng từ trung bình đến lớn; và do lợi thế hơn về tính thẩm mỹ nên dạng kết cấu này

thường được xây dựng ở các khu đô thị, khu du lịch ven biển. Với điều kiện địa hình và

thủy động lực ở vùng duyên hải Bắc Bộ nước ta thì việc sử dụng tường biển bậc thang

và mặt cong làm công trình bảo vệ bờ là tương đối phù hợp.

Bên cạnh đó, mũi hắt sóng ở tường biển cũng có nhiều dạng kết cấu như mặt cong hay

vát mép. Mũi hắt sóng có tác dụng làm lệch hướng dòng chảy tiếp xúc trực tiếp lên thân

tường, do đó giảm lượng sóng tràn. Mũi hắt sóng dạng cong tạo thành một góc trơn

thuận hơn với thân tường biển và không làm chuyển hướng dòng chảy một cách đột

ngột. Ngược lại, mũi hắt sóng vát mép tạo thành một góc nhọn với thân tường và nhanh

chóng thay đổi quỹ đạo dòng chảy. Để tăng hiệu quả giảm sóng tràn, mỗi dạng mặt

tường sẽ được thiết kế với một kết cấu mũi hắt sóng nhất định. Trong thực tế, mũi hắt

sóng dạng cong thường được thiết kế với tường biển mặt cong và hiếm khi thiết kế với

tường biển mặt bậc thang.

Đến nay vẫn chưa có nghiên cứu thấu đáo về hiệu quả giảm sóng tràn của các dạng mặt

cắt ngang tường biển trong điều kiện địa hình và thủy động lực ở vùng Duyên hải Bắc

Bộ. Để giải quyết vấn đề này, tác giả đã thực hiện mô hình vật lý theo 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1 (thực hiện nhóm thí nghiệm TN 1): thí nghiệm sóng tràn qua các dạng

mặt cắt ngang tường biển khác nhau đối với tường biển có và không có mũi hắt sóng.

Thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện địa hình và thủy động lực khu vực duyên

hải Bắc Bộ nhằm đánh giá hiệu quả giảm sóng tràn của từng loại mặt cắt ngang tường.

Từ đó lựa chọn ra mặt cắt ngang tường biển có hiệu quả giảm sóng tràn tốt nhất.

- Giai đoạn 2 (thực hiện nhóm thí nghiệm TN 2): thí nghiệm sóng tràn qua mặt cắt

ngang tường biển đã được lựa chọn ở giai đoạn 1 với các kịch bản chi tiết về chiều

cao lưu không, chiều cao và chu kỳ sóng để nghiên cứu ảnh hưởng của mặt cắt ngang

tường được chọn đến lưu lượng sóng tràn qua tường.

Sơ đồ các bước nghiên cứu được thể hiện như Hình 2.1.

Hình 2.1 Sơ đồ các bước nghiên cứu sóng tràn qua tường biển bằng mô hình vật lý

Các phần tiếp theo tại Chương 2 sẽ trình bày chi tiết về cơ sở lý thuyết, thiết kế thí

nghiệm mô hình vật lý nghiên cứu sóng tràn qua tường biển và phân tích ảnh hưởng của

tỉ lệ mô hình đến kết quả nghiên cứu.

2.2 Cơ sở lý thuyết chung về mô hình vật lý

Một mô hình vật lý tương tự với nguyên hình cần phải đảm bảo có đủ đặc trưng tương

tự ở cả 3 phương diện: hình học, động học và động lực [44]. Lý thuyết tương tự về mô

hình vật lý được trình bày cụ thể như sau.

2.2.1 Tương tự về hình học

Tương tự hình học giữa mô hình (M) và nguyên hình (N) là tương tự về hình dạng hình

học, do đó bất kỳ độ dài tuyến tính tương ứng nào nguyên hình và mô hình phải có cùng

một tỉ lệ.

(2-1)

Trong đó:

,… , - độ dài tuyến tính của nguyên hình;

,… , - độ dài tuyến tính tương ứng của mô hình;

- hệ số tỉ lệ độ dài hay còn gọi là tỷ xích độ dài, tỷ xích hình học.

2.2.2 Tương tự về động học

Tương tự động học là tương tự trạng thái chuyển động giữ mô hình và nguyên hình. Vận

tốc, gia tốc tại điểm bất kỳ tương ứng nào giữa mô hình và nguyên hình bắt buộc phải

song song với nhau và có cùng một hệ số tỉ lệ.

(2-2)

(2-3)

Trong đó: - : là vận tốc và gia tốc; ,

, - : là hệ số tương tự của vận tốc và gia tốc.

2.2.3 Tương tự về động lực học

Tương tự về động lực học là tương tự về lực tác dụng giữa mô hình và nguyên hình. Lực

tác dụng tại điểm bất kỳ tương ứng nào giữa mô hình và nguyên hình bắt buộc phải song

song với nhau và có cùng một hệ số tỉ lệ.

(2-4)

Trong đó: là lực tác dụng; là hệ số tương tự về lực.

Để có được tương tự về động học và động lực học cũng như về yếu tố sóng, mô hình

thu nhỏ trước hết là mô hình lòng dẫn cứng và là mô hình chính thái. Hệ số tương tự

chiều dài sóng và chiều cao sóng giống nhau đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn tương tự

Froude, số Reynol phải như nhau giữa nguyên hình và mô hình.

(2-5)

(2-6)

Từ đó, các thông số như độ dài, diện tích, thể tích, chu kỳ sóng, lưu tốc đều được thiết

lập theo tiêu chuẩn tương tự Froude (Bảng 2.1).

Bảng 2.1 Tỉ lệ của một số tham số cơ bản theo tiêu chuẩn Froude

Tham số Ký hiệu Thứ nguyên Tỉ lệ theo tiêu chuẩn Froude

Độ dài l

Diện tích A

Thể tích V

Thời gian t T

Lưu tốc v

2.2.4 Lý thuyết phi thứ nguyên

Sử dụng phương pháp phân tích thứ nguyên bằng cách liệt kê tất cả các biến liên quan

đến vấn đề nghiên cứu, sau đó tổ hợp tương hỗ các biến không thứ nguyên để có một

quan hệ đơn giản hơn. Từ đó xác định được phương trình chung nhất của các chuỗi thí

nghiệm.

Giả sử vấn đề nghiên cứu có n đại lượng biến đổi độc lập, theo lý thuyết Buckingham

có thể biểu diễn các đại lượng biến đổi mô tả hiện tượng thủy động lực học

cần nghiên cứu trong một phương trình:

(2-7)

Quan hệ trên có thể biểu diễn dưới một dạng khác của các biến không thứ nguyên П1,

. Tổng số các biến П2, ..., ПI với П1, П2, ..., ПI được thiết lập từ các đại lượng

không thứ nguyên sẽ ít hơn tổng số các đại lượng vật lý biến đổi. Nghĩa là sẽ có một

phương trình khác:

( 2-8)

Trong đó: Пj - các biến không thứ nguyên; j = 1 ÷ (n - r); r - các đại lượng (số biến) cơ

bản, số thứ nguyên cơ bản tối đa được chọn (r ÷ 3) (cả hình học, động học, động lực

học); n - các đại lượng biến đổi độc lập được chọn ở phương trình (2-7).

Các biến không thứ nguyên Пj là tích của các đại lượng biến đổi với số mũ nào đó để

tích đó trở thành không thứ nguyên. Mỗi Пj cần có (r + 1) đại lượng biến đổi và được

xác định dựa trên nguyên tắc:

- Các đại lượng biến đổi độc lập được trùng lặp ở các Пj phải chứa đựng đủ r thứ

nguyên cơ bản đã chọn.

- Các thứ nguyên cơ bản tự nó tạo nên các biến không thứ nguyên.

Từ hai nguyên tắc trên, các Пj được xác định:

(2-9)

vật lý không cơ bản. với p = ±1 là số mũ của đại lượng

Để tất cả n đại lượng biến đổi đều có mặt trong phương trình (2-9), nghĩa là:

(2-10)

…………………..

Trong đó:

Tiến hành làm phép cân bằng thứ nguyên sẽ tìm được các đại lượng Пj để tìm các chuỗi

thí nghiệm nhằm giải quyết yêu cầu bài toán.

2.3 Thiết kế thí nghiệm nghiên cứu sóng tràn qua tường biển trên mô hình vật lý máng sóng

2.3.1 Điều kiện biên và địa hình bãi biển phục vụ thiết kế thí nghiệm

Điều kiện địa hình được thể hiện qua tham số độ dốc bãi. Theo báo cáo chuyên đề “Các

điều kiện chi phối hình dạng mặt cắt đê biển các tỉnh trong khu vực nghiên cứu” thuộc

Đề tài “Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với từng loại đê và phù hợp

với điều kiện từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam” [45], bờ biển khu vực duyên

hải Bắc Bộ của Việt Nam chủ yếu là dạng bãi cát, pha cát, phù sa bồi đắp nên có độ dốc

khá thoải, thường là 1/100. Trên cơ sở đó, tác giả thiết kế bãi trước trong máng sóng có

độ dốc 1/100.

Tham số thủy hải văn bao gồm chiều cao sóng, chu kỳ sóng và mực nước thiết kế. Với

điều kiện bãi nông, chiều cao sóng bị giới hạn bởi độ sâu nước, chiều cao sóng trước

chân công trình từ 1 m ÷ 2 m.

Các tham số hình học công trình là yếu tố quan trọng khi thực hiện mô hình vật lý. Đối

với tường biển, chiều cao tường là tham số quan trọng ảnh hưởng đến lưu lượng sóng

tràn qua tường. Chiều cao tường biển khu vực duyên hải Bắc Bộ của Việt Nam trung

bình từ 2 m ÷ 3 m [46].

2.3.2 Điều kiện về thiết bị thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện trong máng sóng Hà Lan (Holland Wave Flume) tại phòng

thí nghiệm thủy lực tổng hợp của trường Đại học Thủy Lợi (Hình 2.2). Máng có chiều

dài 45 m, chiều cao 1,2 m và chiều rộng 1 m. Máng sóng được trang bị máy tạo sóng

dạng piston tiên tiến cùng hệ thống hấp thụ sóng phản xạ chủ động (ARC = Active

Reflection Compensation) cho phép tạo sóng với độ chính xác cao. Máng có thể tạo

sóng đều hoặc sóng ngẫu nhiên theo một số dạng phổ sóng phổ biến biến như phổ

JONSWAP (Joint North Sea Wave Project) hay Peirsion-Moskowitz (PM). Chiều cao

sóng ngẫu nhiên tối đa có thể tạo ra trong máng là 0,3 m và chu kỳ là 3 s.

Hình 2.2 Máng sóng Hà Lan được sử dụng để thực hiện thí nghiệm tường biển

2.3.3 Lựa chọn tỉ lệ mô hình

Việc chọn tỉ lệ mô hình phụ thuộc vào điều kiện thủy hải văn cụ thể cũng như kích thước

tường biển thường được sử dụng ở Miền Bắc nước ta và khả năng đáp ứng của thiết bị

phòng thí nghiệm (độ sâu tối đa của máng sóng thí nghiệm, khả năng tạo sóng tối đa).

Nhiều công trình đã nghiên cứu về hiệu ứng tỉ lệ (scale effect) và đúc kết thành một số

quy tắc chung, cần phải quan sát trong các thí nghiệm mô hình vật lý. Nói chung, chiều

sâu nước trong mô hình thường phải lớn hơn 2 cm nhiều lần; chu kỳ sóng dài hơn 0,35

s; và chiều cao sóng lớn hơn 5 cm nhằm tránh các hiệu ứng do sức căng mặt ngoài

(EurOtop-2018). Các giới hạn về ảnh hưởng của độ nhớt và sức căng bề mặt được đưa

ra trong Bảng 2.2 [16].

Bảng 2.2 Hiệu ứng tỉ lệ và các giới hạn quan trọng (EurOtop 2018)

Quá trình Các lực liên quan Quy luật tương tự Giới hạn tới hạn

Trọng lực Frw

Lan truyền sóng Lực ma sát Rew ; Sức căng bề mặt We

Trọng lực Frw

Sóng vỡ Lực ma sát Rew ; Sức căng bề mặt We

Trọng lực FrA, Frq

Sóng leo Lực ma sát Req

Sức căng bề mặt We

Trọng lực FrA, Frq

Sóng tràn Lực ma sát Req

Sức căng bề mặt We

Trên cơ sở về chế độ thủy hải văn, địa hình địa mạo khu vực nghiên cứu và để có thể bố

trí tất cả các hạng mục, thiết bị thí nghiệm, đồng thời giảm thiểu hiệu ứng tỉ lệ cũng như

thuận tiện cho việc chế tạo, gia công mô hình cũng như tiến hành đo đạc, quan sát thì tỉ

lệ mô hình 1/15 là phù hợp.

- Tương tự hình học: ;

- Tương tự chu kỳ sóng: , tức 1 giây trong mô hình tương ứng 3,87

giây ngoài thực tế.

2.3.4 Phân tích phi thứ nguyên

Cơ sở quan trọng khi nghiên cứu các vấn đề bằng mô hình vật lý là phép phân tích thứ

nguyên. Phương pháp phân tích thứ nguyên theo định luật Pi - Buckingham được sử

dụng để giảm số biến xem xét. Từ đó thiết lập được hàm tổng quát nhất thể hiện mối

quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản của vấn đề nghiên cứu.

Các tham số chi phối cơ bản của vấn đề nghiên cứu phải là các tham số độc lập với nhau.

Từ các nghiên cứu đi trước về sóng tràn qua đê biển như Tuấn và nnk (2006, 2009, 2010,

2013) [47] [36] [39] [37], Dũng và nnk (2015) [48], các tham số chi phối cơ bản, được

tác giả lựa chọn phân tích và nghiên cứu trong thí nghiệm sóng tràn qua tường biển được

tổng hợp trong Bảng 2.3.

Bảng 2.3 Các tham số chi phối cơ bản trong thí nghiệm sóng tràn qua tường biển

STT Tham số chi phối cơ bản Kí hiệu Thứ nguyên

1 Lưu lượng sóng tràn trung bình đơn vị. [L2T-1]

2 Chiều cao sóng. [L]

3 Chiều cao lưu không. [L]

4 Chiều cao tường biển. [L]

Chiều dài sóng ứng với chu kỳ đặc trưng phổ sóng 5 [L]

6 Gia tốc trọng trường. [LT-2]

Việc xác định các tham số chi phối cơ bản đến sóng tràn nhằm xác định được các tham

số cần đo đạc và tính toán khi làm thí nghiệm. Đồng thời phục vụ cho phân tích thứ

nguyên để tìm ra các tham số phi thứ nguyên ảnh hưởng đến lưu lượng sóng tràn. Từ

các tham số chi phối cơ bản đến lưu lượng sóng tràn qua tường biển được liệt kê ở

Bảng 2.3, có thể viết các tham số đó dưới dạng quan hệ hàm số:

Các biến độc lập phi thứ nguyên được xác định dựa trên phép cân bằng thứ nguyên.

Trước hết một ma trận thứ nguyên cơ bản được xây dựng để xác định số đại lượng phi

thứ nguyên độc lập như Bảng 2.4.

Bảng 2.4 Ma trận thứ nguyên cơ bản

Các tham số chi phối cơ bản

Thứ nguyên cơ bản

1 0 0 [L] [T] [M] 1 0 0 1 0 0 1 -2 0 2 -1 0 1 0 0

Từ Bảng 2.4 xác định được:

- Số tham số độc lập:

- Số thứ nguyên cơ bản:

- Vậy số đại lượng phi thứ nguyên độc lập Π là:

Phương trình lưu lượng sóng tràn qua tường biển bao gồm các biến:

Từ ma trận thứ nguyên cơ bản xây dựng được hệ phương trình sau với 06 giá trị biến:

(2-11)

Tiến hành giải hệ phương trình (2-11) để tìm các biến. - Tìm : Chọn ,

Giải hệ phương trình (2-22) được:

- Tìm : Chọn ,

Giải hệ phương trình (2-11) được:

- Tìm : Chọn ,

Giải hệ phương trình (2-11) được:

, - Tìm : Chọn

Giải hệ phương trình (2-11) tìm được:

Qua phép cân bằng thứ nguyên đã tìm được 04 đại lượng phi thứ nguyên sau:

(2-12)

Hàm số chung biểu thị sự ảnh hưởng của các tham số đến lưu lượng sóng tràn qua tường biển sẽ là:

(2-13)

Trong đó: là lưu lượng tràn tương đối; là chiều cao lưu không tương đối;

là chiều cao tường tương đối với là độ dốc sóng xác định theo chu kỳ đặc

trưng phổ sóng . Ba tham số phi thứ nguyên này là cơ sở để xây dựng công thức

thực nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn do tường biển mặt cong có mũi hắt

sóng, đặt trên bệ mái nghiêng trong Chương 3 của luận án.

2.3.5 Xây dựng mô hình tường biển và bố trí thí nghiệm

Với kích thước máng sóng dài 45 m, rộng 1 m và cao 1,2 m; mô hình tường biển trong

máng sóng được bố trí như sơ đồ Hình 2.3, bao gồm: bãi trước, phần bệ mái nghiêng,

khối tường biển, hệ thống đầu đo sóng và hệ thống thu nước tràn.

- Bãi trước: bờ biển khu vực Bắc Bộ có độ dốc khá thoải, do đó bãi trước tường biển

có độ dốc là 1/100.

- Phần bệ có chiều cao 0,35m với mái nghiêng có độ dốc , được chế tạo bằng gỗ

nhẵn không thấm nước để giảm thiểu ảnh hưởng của độ nhớt tới kết quả thí nghiệm,

kích thước bệ được thiết kế như Hình 2.4;

- Khối tường biển được đặt lên trên phần bệ gỗ, và được chế tạo bằng nhựa mica trong, có độ nhẵn cao để thuận lợi cho việc tạo các mặt cong đúng như với thiết kế. Tường

biển ở khu vực duyên hải Bắc Bộ nước ta có chiều cao phổ biến trong khoảng 2m

÷3m, với tỉ lệ mô hình , mô hình tường biển được chế tạo có chiều cao 15

cm, tương ứng với 2,25 m ngoài thực tế. Mô hình tường biển được cố định chắc chắn

vào bệ gỗ để tránh chuyển động dưới tải trọng sóng (Hình 2.4). Có tất cả 06 dạng

MCN tường biển được thí nghiệm ở nhóm TN 1 (Hình 2.5); đặc điểm các mặt cắt

ngang tường biển thí nghiệm được trình bày tại Bảng 2.5; kích thước của các MCN tường được trình bày tại Phụ lục B; kích thước cụ thể của đối tượng nghiên cứu của luận án là tường mặt cong có mũi hắt sóng được chuẩn hóa như Hình 2.6.

- Các đầu đo sóng được bố trí như trong sơ đồ như Hình 2.3: bao gồm 6 đầu đo sóng, được bố trí dọc máng sóng. Trong đó, đầu đo số 1 (WG1) và số 2 (WG2) dùng để kiểm tra sóng đầu vào, các đầu đo từ số 3 đến số 6 (WG3, WG4, WG5, WG6) được

bố trí với khoảng cách 0,25 - 0,20 - 0,35m dùng để phân tích sóng phản xạ theo phương pháp của Zelt và Skjelbreia (1992) [49]. Đầu đo số 6 (WG6) đo sóng tới trước

chân công trình, đây là tham số sóng quan trọng nhất mà tác giả dùng để phân tích

kết quả thí nghiệm. Khoảng cách đầu đo để tách sóng phản xạ được lựa chọn theo

hướng dẫn của bộ phần mềm HR-DAQ (Data Acquisition and Analysis Software)

của HR Wallingford. Vị trí và mục đích của từng đầu đo được mô tả chi tiết như Bảng

2.6. Việc xử lý số liệu đo đạc được xử lý bằng bộ phần mềm HR-DAQ.

- Hệ thống thu nước tràn để xác định lưu lượng sóng tràn qua đỉnh tường: sóng tràn qua tường biển sẽ được thu vào thùng chứa thông qua máng hình chữ nhật có bề rộng

20cm. Từ thùng chứa đặt máy bơm để bơm nước ra phía ngoài, sau đó được đo đạc để xác định tổng lượng nước tràn. Đồng thời cũng bơm bổ sung nước đã tràn qua đê

trở lại máng ở phía sau bảng tạo sóng để đảm bảo mực nước không đổi trong suốt

thời gian thí nghiệm.

- Các máy quay, máy chụp ảnh để ghi hình thí nghiệm được bố trí vuông góc với chiều

dài máng sóng.

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí các hạng mục công trình và đầu đo sóng

Hình 2.4 Kích thước bệ mái nghiêng bằng gỗ (đơn vị: mm)

Hình 2.5 Các MCN tường biển được thí nghiệm (trái), mô hình tường biển bằng nhựa mica (phải)

Hình 2.6 Kích thước tường biển mặt cong có mũi hắt sóng được thí nghiệm

Bảng 2.5 Đặc điểm của các dạng mặt cắt ngang tường biển được thí nghiệm

STT Loại tường Đặc điểm Ký hiệu

1 Có mũi hắt TM1 Tường mặt đứng 2 Không có mũi hắt TK1

3 Có mũi hắt TM2 Tường mặt nghiêng 4 Không có mũi hắt TK2

5 Có mũi hắt TM3 Tường mặt cong 6 Không có mũi hắt TK3

Bảng 2.6 Vị trí và mục đích của các đầu đo sóng

Vị trí Mục đích Ký hiệu đầu đo sóng

WG1 Đặt tại đầu máy tạo sóng

WG2 Trước bãi trước Đo sóng nước sâu Kiểm tra chiều cao sóng trước khi vào vùng nước nông

WG3 Đo sóng phản xạ

WG4 Đo sóng phản xạ

WG5 Đo sóng phản xạ

WG6 Trên bãi trước, cách WG2 một khoảng 5m Trên bãi trước, cách WG3 một khoảng 0,25m Trên bãi trước, cách WG4 một khoảng 0,2m Trên bãi trước, cách WG5 một khoảng 0,35m Đo sóng trước chân công trình và sóng phản xạ

Hình 2.7 mô tả thực tế mô hình tường biển và các thiết bị thí nghiệm được bố trí trong

máng sóng.

Hình 2.7 Bố trí mô hình tường biển trong máng sóng

2.3.6 Các tham số đo đạc và tính toán

Các tham số đo đạc chính của thí nghiệm là chiều cao sóng, chu kỳ sóng và thể tích sóng

tràn qua tường biển. Ở nước sâu khi phổ sóng chưa bị biến dạng, tham số sóng đo đạc

là chiều cao sóng ý nghĩa hoặc và chu kỳ sóng đỉnh phổ . Khi vào vùng

nước nông, khu vực trước chân công trình, phổ sóng bị biến dạng, năng lượng sóng bị

chuyển hóa từ dải tần lớn sang những dải tần nhỏ hơn. Đỉnh phổ ở nước sâu có thể hoàn

toàn biến mất và như vậy chu kỳ đỉnh phổ không còn phù hợp cho tính toán sóng

tràn. Van Gent (2001), Tuấn và nnk (2006) [5] qua các thí nghiệm mô hình và mô hình

toán cũng đã chứng minh rằng việc sử dụng chu kỳ đặc trưng phổ sóng thay vì

cho kết quả đáng tin cậy hơn trong việc tính toán sóng tràn. Tổng hợp các tham số đo

đạc và tính toán của thí nghiệm được trình bày trong Bảng 2.7:

Bảng 2.7 Các tham số đo đạc và tính toán của thí nghiệm

STT Tham số Đơn vị Định nghĩa, công thức tính toán Ký hiệu

1 m là mô men bậc không, cũng chính là diện Chiều cao sóng mô men không

Trong đó: + tích phổ sóng hay tổng phương sai của phổ; + là mật độ năng lượng sóng; + là khoảng tần số quan tâm. và

2 s là tần số tại vị trí phổ có mật độ năng Chu kỳ đỉnh sóng (phổ) Với lượng sóng lớn nhất.

3 s Chu kỳ phổ đặc trưng

và tương ứng là các mô men

4 (-) Hệ số phản xạ Trong đó: phổ bậc -1 và bậc 0. Là tỉ lệ giữa độ cao sóng phản xạ và độ cao sóng tới

STT Tham số Đơn vị Định nghĩa, công thức tính toán Ký hiệu

và và

gồm sóng tới

Trong đó: là độ cao và năng lượng sóng tới; + + là độ cao và năng lượng sóng phản xạ. Sóng đo đạc được tại vị trí trước công trình là và sóng sóng tổng cộng phản xạ được tính theo công thức:

Do đó, sóng tới được xác định là:

5 (l, m3) Tổng thể tích sóng tràn đo được trong mỗi kịch bản thí nghiệm. Tổng thể tích sóng tràn

Lưu lượng sóng tràn trung bình là lượng sóng tràn được lấy trung bình trong một đơn vị thời gian, thường được lấy trên một mét chiều dài đê.

6 m3/s/m hoặc l/s/m Lưu lượng sóng tràn trung bình đơn vị

Trong đó: + V là tổng thể tích sóng tràn (l); là thời gian đo sóng tràn (s); + là chiều dài đê (m). +

2.3.7 Trình tự thí nghiệm

Công tác chuẩn bị là công việc đầu tiên cho quá trình thí nghiệm, việc chuẩn bị được

tiến hành đầy đủ, đúng yêu cầu kỹ thuật như: Vệ sinh máng sóng; bảo dưỡng các máy

móc thiết bị cần thiết trong quá trình thí nghiệm (máy tạo sóng, đầu đo cảm biến đo tín

hiệu sóng, máy tính điều khiển máy tạo sóng,…); chuẩn bị các thiết bị thu hình ảnh

(camera, máy ảnh) (Hình 2.8); chuẩn bị các nguyên vật liệu xây dựng mô hình vật lý

tường biển (nhựa mica, gỗ).

Hình 2.8 Hệ thống máy tính thu số liệu sóng và máy quay ghi lại tương tác sóng với công trình

Hình 2.9 Hiệu chỉnh đầu đo bằng phần mềm HR-DAQ

Trình tự thí nghiệm cần đảm bảo tính khoa học như: Bơm nước và đo mực nước trong

máng sóng; xác định vị trí và khoảng cách giữa các đầu đo sóng; chuẩn bị các thiết bị

phụ trợ; hiệu chỉnh các đầu đo sóng; xác định hệ số chuyển đổi cho từng ngày đo (Hình

2.9) (phụ thuộc vào tính chất của nước có thể thay đổi từng ngày theo nhiệt độ, thành

phần tạp chất, …). Tiếp theo, khởi động máy tạo sóng theo chương trình điều khiển đã

được lập trình từ trước, đo và lưu trữ tín hiệu từ các đầu đo sóng khi sóng trong máng

đã đạt tới ổn định (khoảng 5 phút sau khi máy tạo sóng hoạt động), theo dõi và bơm

nước từ bể thu nước tràn ra các dụng cụ đo thể tích. Sau khi đã đạt thời gian thí nghiệm

cần thiết, dừng máy tạo sóng, tiến hành đo mực nước trong máng sóng thí nghiệm, xác

định tổng lượng nước tràn qua công trình và thời gian thí nghiệm, kiểm tra sơ bộ tính hợp

lý của các số liệu và lưu trữ số liệu, vào sổ nhật ký thí nghiệm. Tiếp đó xử lý số liệu sóng

thu được bằng bộ phần mềm HR-DAQ. Trình tự thí nghiệm chi tiết được trình bày ở Bảng

PL B-1.

2.3.8 Các kịch bản thí nghiệm

Với điều kiện bãi thoải, chiều cao sóng bị giới hạn bởi độ sâu nước, chiều cao sóng trước

chân công trình khoảng 1 m ÷ 2 m [45]. Theo tỉ lệ mô hình là , tạo sóng có chiều

cao khoảng 0,1 m ÷ 0,2 m trong máng sóng là phù hợp. Các kịch bản thí nghiệm được

thiết lập với trường hợp sóng gió mùa, do đó tổ hợp mực nước không phải là cực trị,

chiều cao sóng gió mùa có phạm vi biến thiên rộng từ 0,1 đến 0,17 (m) với chu kỳ từ

1,3 đến 1,9 (s). Các tham số sóng được xây dựng với phổ JONSWAP, đây là dạng phổ

sóng phù hợp với điều kiện sóng gió ở vùng Biển Đông nước ta. Các tham số sóng này

được sử dụng khai báo để tạo file sóng điều khiển máy tạo sóng. Tham số sóng đầu vào

đo đạc được tại đầu đo sóng WG1 có thể có giá trị khác với tham số này do có hệ số

khuếch đại phổ sóng. Mực nước thí nghiệm trước bảng tạo sóng từ 0,55 ÷ 0,75 m, bao

gồm các trường hợp mực nước dưới và ngang chân tường.

Tại nhóm thí nghiệm 1, các kịch bản thí nghiệm cho từng loại tường biển được trình bày

trong Bảng 2.8. Với tổng số 06 dạng mặt cắt tường biển sẽ có 24 kịch bản thí nghiệm,

mỗi kịch bản thí nghiệm được nhắc lại một lần để đảm bảo độ tin cậy của số liệu.

Bảng 2.8 Các kịch bản thí nghiệm cho nhóm TN 1 - sóng tràn qua các dạng mặt cắt ngang tường biển khác nhau

STT Kịch bản thí nghiệm Độ sâu nước tại nước sâu Chu kỳ sóng đỉnh phổ tại nước sâu Độ sâu nước tại nước sâu Mô hình Chiều cao sóng có nghĩa tại nước sâu Nguyên hình Chiều cao sóng có nghĩa tại nước sâu Chu kỳ sóng đỉnh phổ tại nước sâu

D (m) Hs (m) Tp (s) D (m) Hs (m) Tp (s)

1 D60H15T19 2 D60H16T15 3 D65H16T19 4 D65H17T16 0,6 0,6 0,65 0,65 0,15 0,16 0,16 0,17 1,9 1,5 1,9 1,6 9,00 9,00 9,75 9,75 2,25 2,40 2,40 2,55 7,36 5,81 7,36 6,20

Đối với nhóm thí nghiệm 2, đã có 55 trường hợp thí nghiệm được xây dựng với sóng ngẫu

nhiên và 7 kịch bản sóng đều. Sóng tới được xây dựng với dạng phổ JONSWAP, độ sâu

nước được thiết lập từ 0,55 ÷ 0,75 m, trong đó mực nước cao nhất là 0,75 m và ngang với

chân tường. Với sóng ngẫu nhiên, chiều cao sóng được thiết lập với điều kiện sóng gió

mùa biến thiên từ 0,1 ÷ 0,17 (m), chu kỳ sóng từ 1,3 ÷ 1,9 (s) (Bảng 2.9). Với các kịch

bản sóng đều, chiều cao sóng được thiết lập từ 0,13 ÷ 0,20 (m), chu kỳ sóng từ 1,3 ÷ 2,0

(s) (được trình bày cụ thể trong Chương 3).

Bảng 2.9 Các kịch bản thí nghiệm cho nhóm TN 2 - sóng tràn qua tường mặt cong có mũi hắt sóng

Mô hình Nguyên hình STT Kịch bản thí nghiệm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 D55H15T16 D55H15T17 D55H15T18 D55H17T17 D55H17T18 D55H17T19 D60H15T19 D60H16T15 D60H10T13 D60H10T14 D60H10T15 D60H12T14 D60H12T15 D60H12T16 D60H15T16 D60H15T17 D60H15T18 D60H17T17 D60H17T18 D60H17T19 D65H16T19 D65H17T16 D65H10T13 D65H10T14 D65H10T15 D65H12T14 D65H12T15 D65H12T16 D65H15T16 D65H15T17 D65H15T18 D (m) Hs (m) Tp (s) D (m) Hs (m) Tp (s) 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 6 6,42 6,93 6,39 6,83 7,38 7,36 5,81 4,9 5,24 5,66 5,37 5,74 6,2 6 6,42 6,93 6,39 6,83 7,38 7,36 6,2 4,9 5,24 5,66 5,37 5,74 6,2 6 6,42 6,93 0,15 0,15 0,15 0,17 0,17 0,17 0,15 0,16 0,1 0,1 0,1 0,12 0,12 0,12 0,15 0,15 0,15 0,17 0,17 0,17 0,16 0,17 0,1 0,1 0,1 0,12 0,12 0,12 0,15 0,15 0,15 8,25 8,25 8,25 8,25 8,25 8,25 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9,75 9,75 9,75 9,75 9,75 9,75 9,75 9,75 9,75 9,75 9,75 2,25 2,25 2,25 2,55 2,55 2,55 2,25 2,4 1,5 1,5 1,5 1,8 1,8 1,8 2,25 2,25 2,25 2,55 2,55 2,55 2,4 2,55 1,5 1,5 1,5 1,8 1,8 1,8 2,25 2,25 2,25 1,6 1,7 1,8 1,7 1,8 1,9 1,9 1,5 1,3 1,4 1,5 1,4 1,5 1,6 1,6 1,7 1,8 1,7 1,8 1,9 1,9 1,6 1,3 1,4 1,5 1,4 1,5 1,6 1,6 1,7 1,8

Mô hình Nguyên hình STT Kịch bản thí nghiệm

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 D65H17T17 D65H17T18 D65H17T19 D70H10T13 D70H10T14 D70H10T15 D70H12T14 D70H12T15 D70H12T16 D70H15T16 D70H15T17 D70H15T18 D70H17T17 D70H17T18 D70H17T19 D75H10T13 D75H10T14 D75H10T15 D75H12T14 D75H12T15 D75H12T16 D75H15T16 D75H15T17 D75H15T18 D (m) Hs (m) Tp (s) D (m) Hs (m) Tp (s) 6,39 0,65 6,83 0,65 7,38 0,65 4,9 0,7 5,24 0,7 5,66 0,7 5,37 0,7 5,74 0,7 6,2 0,7 6 0,7 6,42 0,7 6,93 0,7 6,39 0,7 6,83 0,7 7,38 0,7 4,9 0,75 5,24 0,75 5,66 0,75 5,37 0,75 5,74 0,75 6,2 0,75 6 0,75 6,42 0,75 6,93 0,75 9,75 9,75 9,75 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 11,25 11,25 11,25 11,25 11,25 11,25 11,25 11,25 11,25 0,17 0,17 0,17 0,1 0,1 0,1 0,12 0,12 0,12 0,15 0,15 0,15 0,17 0,17 0,17 0,1 0,1 0,1 0,12 0,12 0,12 0,15 0,15 0,15 2,55 2,55 2,55 1,5 1,5 1,5 1,8 1,8 1,8 2,25 2,25 2,25 2,55 2,55 2,55 1,5 1,5 1,5 1,8 1,8 1,8 2,25 2,25 2,25 1,7 1,8 1,9 1,3 1,4 1,5 1,4 1,5 1,6 1,6 1,7 1,8 1,7 1,8 1,9 1,3 1,4 1,5 1,4 1,5 1,6 1,6 1,7 1,8

Trong quá trình thí nghiệm, khi sóng truyền vào gần bờ sẽ đi vào khu vực nước nông,

chiều cao sóng bị thay đổi và năng lượng sóng bị tiêu tán thông qua các quá trình như

khúc xạ, nhiễu xạ, biến hình nước nông và sóng vỡ. Đối với công trình tường biển đặt

trên bệ mái nghiêng, chu trình tương tác sóng - tường, đặt trên bệ mái nghiêng có thể

trải qua 4 giai đoạn như sau: (1) sóng leo lên mái nghiêng, (2) sóng va vào thân tường

tạo sóng bắn, (3) sóng tràn qua đỉnh tường và (4) sóng rút. Chu trình tương tác sóng -

tường sẽ được phân tích kỹ hơn trong Chương 3 của luận án. Hình 2.10 mô phỏng sự

biến thiên chiều cao sóng tại 6 đầu đo sóng từ nước sâu vào nước nông thông qua phương

pháp phân tích phổ sóng. Theo đó, chiều cao sóng trước chân tường tại đầu đo WG6 đã

suy giảm đi đáng kể khi sóng truyền từ nước sâu vào nước nông.

Hình 2.10 Sự biến thiên chiều cao sóng từ nước sâu vào nước nông của một kịch bản sóng đều

2.4 Phân tích ảnh hưởng của tỉ lệ mô hình và điều kiện phòng thí nghiệm

Khi thực hiện các thử nghiệm mô hình vật lý, các quá trình vật lý diễn ra một cách tự

nhiên mà không có các giả định đơn giản hóa như các mô hình giải tích hoặc mô hình

số. Mặt khác, các thử nghiệm mô hình vật lý được thực hiện ở quy mô nhỏ hơn nên việc

thu thập dữ liệu ít tốn kém hơn nhiều so với thu thập dữ liệu hiện trường (Hughes, 1995)

[50]. Tuy nhiên, thử nghiệm mô hình vật lý có những hạn chế nhất định: ảnh hưởng của

tỉ lệ mô hình và điều kiện thí nghiệm. Hiệu ứng tỉ lệ xảy ra do không thể đảm bảo tỉ lệ

của tất cả các lực tác động trong mô hình một cách chính xác. Các hiệu ứng trong phòng

thí nghiệm là kết quả của việc không thể mô phỏng tất cả các điều kiện nguyên mẫu

trong mô hình, ví dụ như gió (Hughes, 1995) [50].

• Ảnh hưởng của độ nhớt và sức căng bề mặt

Schüttrumpf & Oumeraci (2005) đã nghiên cứu quy mô và hiệu ứng phòng thí nghiệm

trong thiết kế cao trình đỉnh. Kết quả các thử nghiệm mô hình vật lý bị ảnh hưởng bởi tỉ

lệ và các hiệu ứng trong phòng thí nghiệm. Để tạo ra kết quả chính xác, một mô hình

vật lý phải được thiết lập cẩn thận để đảm bảo giảm thiểu các tác động của tỉ lệ và hiệu

ứng phòng thí nghiệm. Nghiên cứu này cho thấy các hiệu ứng tỉ lệ đối với sóng tràn ảnh

hưởng chủ yếu đến tốc độ tràn thấp do sức căng mặt ngoài và độ nhớt (Schüttrumpf &

Oumeraci, 2005) [51].

Trong thực tế, đê/tường biển làm việc trong môi trường nước mặn; tuy nhiên, khi thí

nghiệm, mô hình được đặt trong môi trường nước ngọt. Do vậy sẽ có sai số về lực nhớt

và khối lượng riêng của nước. Ảnh hưởng của lực nhớt là một tham số tương đối khó

mô phỏng khi cả tiêu chuẩn Reynol và Froude đồng thời được thỏa mãn. Lực hấp dẫn

đóng vai trò quan trọng đối với sóng tràn, dẫn đến việc sử dụng định luật tương tự

Froude. Tiêu chuẩn Froude bỏ qua ma sát, độ nhớt và sức căng bề mặt. Giống như hầu

hết các mô hình vật lý ven biển theo tỉ lệ Froude, hiệu ứng tỉ lệ phát sinh khi nước ngọt

được sử dụng để thí nghiệm được coi là nhỏ và không cần thiết phải có sự hiệu chỉnh

đặc biệt (Pearson và cộng sự, 2002) [52].

• Ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm

- Khi sử dụng máng sóng hai chiều như trong nghiên cứu này, các hiệu ứng phi tuyến không chủ ý có thể xảy ra do sự tạo sóng cơ học. Hiệu ứng phi tuyến có thể là tạo ra

các sóng điều hòa cao hơn hoặc sóng dài giả (Hughes, 1995) [50].

- Ảnh hưởng của biên mô hình đối với sóng tràn có thể xảy ra do các sóng phản xạ lại từ bảng tạo sóng. Điều này xảy ra khi các sóng phản xạ từ mô hình tường biển quay

trở lại bảng tạo sóng và một lần nữa được phản xạ về phía mô hình. Ảnh hưởng này

có thể được loại bỏ nếu quá trình hấp thụ sóng phản xạ được thực hiện tại bảng tạo

sóng (Hughes, 1995) [50]. Máng sóng Hà Lan (Holland Wave Flume) tại phòng thí nghiệm thủy lực tổng hợp của Trường đại học Thủy Lợi được trang bị hệ thống hấp

thụ sóng phản xạ chủ động. Do đó, có thể bỏ qua ảnh hưởng của sóng phản xạ trong

nghiên cứu này.

- Một trong những ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm phổ biến trong thí nghiệm sóng tràn là không có gió. Ảnh hưởng của gió sẽ quan trọng đối với lưu lượng tràn nhỏ, hoặc trường hợp sóng bắn (Pearson và cộng sự, 2002) [52]. Trong nghiên cứu này đã bỏ qua ảnh hưởng của độ nhám mái và ảnh hưởng của gió tới sóng tràn.

• Ảnh hưởng bởi sóng vỡ trên mặt tường:

Sóng vỡ trực tiếp trên một kết cấu tường đứng có thể tạo ra áp lực xung kích có hiệu

ứng tỉ lệ khó xác định. Mặc dù thiết bị phòng thí nghiệm có thể ghi lại được những áp

lực cường độ cao trong thời gian ngắn, cần nhiều nghiên cứu hơn để định lượng các hiệu

ứng tỉ lệ và phát triển các hiệu chỉnh thực nghiệm để chuyển đổi các phép đo mô hình

thành giá trị nguyên mẫu. Có thể nhận thấy lượng không khí bị cuốn vào các con sóng

vỡ trong thí nghiệm nhỏ hơn trong nguyên mẫu, nhưng bóng khí bị hút lớn hơn vì sức

căng bề mặt không được biểu thị đúng cách. Ảnh hưởng của hiện tượng này đến các giá

trị áp lực xung kích vẫn chưa được hiểu biết một cách rõ ràng. Mặc dù luận án không

nghiên cứu đến áp lực sóng lên tường biển, nhưng cho đến khi các hiệu ứng tỉ lệ này

được hiểu rõ hơn, cách tốt nhất để giảm thiểu các hiệu ứng này là thực hiện mô hình ở

tỉ lệ lớn nhất có thể.

2.5 Kết luận chương 2

Chương 2 đã phân tích ưu, nhược điểm của các phương pháp nghiên cứu sóng tràn qua

tường biển. Trên cơ sở này và căn cứ vào mục tiêu, đối tượng nghiên cứu, những điều

kiện tại cơ sở đào tạo và trình độ của bản thân, tác giả đã lựa chọn phương pháp mô hình

vật lý máng sóng để phục vụ nghiên cứu của luận án.

Dựa vào đặc điểm thủy hải văn, địa hình địa mạo khu vực duyên hải Bắc Bộ và khả năng

của máng sóng phòng thí nghiệm, mô hình thí nghiệm đã được xây dựng với tỉ lệ 1/15.

Với kích thước máng sóng dài 45 m, rộng 1 m và cao 1,2 m; mô hình tường biển trong

máng sóng được bố trí bao gồm các hạng mục như bãi trước, phần bệ mái nghiêng, khối

tường biển, hệ thống đầu đo sóng và hệ thống thu nước tràn.

Hai nhóm thí nghiệm đã được xây dựng với sóng gió mùa, dựa trên việc phân tích các

điều kiện biên, hình dạng MCN tường biển ở Việt Nam và trên thế giới. Đây là cơ sở

khoa học quan trọng để thiết kế thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả giảm sóng tràn của

các dạng MCN tường biển khác nhau và lựa chọn được dạng MCN tường biển có hiệu

quả giảm sóng tràn tốt nhất.

Qua phép phân tích thứ nguyên đã xác định được hàm số chung biểu thị sự ảnh hưởng

của các tham số đến lưu lượng sóng tràn qua tường biển như PT. (2-13). Trong đó bao

gồm 03 tham số như sau: là lưu lượng tràn tương đối; là chiều cao

lưu không tương đối, là chiều cao tường tương đối với là độ dốc sóng

xác định theo chu kỳ đặc trưng phổ sóng . Từ bộ số liệu thí nghiệm đã thực hiện ở

Chương 2, tác giả sẽ phân tích kết quả thí nghiệm theo 03 tham số phi thứ nguyên này

để xây dựng công thức thực nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn do tường biển

mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng trong Chương 3 của luận án.

SÓNG TRÀN QUA TƯỜNG BIỂN MẶT CONG CÓ MŨI

CHƯƠNG 3 HẮT SÓNG ĐẶT TRÊN BỆ MÁI NGHIÊNG

3.1 Ảnh hưởng của mũi hắt sóng và hình dạng mặt tường đến lưu lượng sóng tràn

Mục tiêu ở bước đầu tiên của thí nghiệm mô hình vật lý là xác định dạng MCN tường

cho hiệu quả giảm sóng tràn tốt nhất. Để đạt được mục tiêu này, từ bộ số liệu nhóm thí

nghiệm 1, tác giả tiến hành so sánh lưu lượng tràn phi thứ nguyên qua từng loại MCN

tường biển được thí nghiệm. Phân tích ảnh hưởng của hình dạng mặt tường và mũi hắt

sóng đến sóng tràn qua tường, trên cơ sở đó xác định được dạng MCN tường có hiệu

quả giảm sóng tràn tốt nhất để thực hiện bước 2 của nghiên cứu.

Đối với nhóm thí nghiệm 1 - Nghiên cứu sóng tràn qua các dạng tường biển khác nhau

bao gồm tường biển có và không có mũi hắt sóng, tác giả đã hoàn thành 24 kịch bản cho

06 dạng MCN tường biển. Kết quả đo đạc các tham số sóng và lưu lượng sóng tràn trung

bình được trình bày cụ thể ở Bảng PL B-2 và Bảng PL B-3 tại Phụ Lục B.2 của luận án.

3.1.1 Ảnh hưởng của mũi hắt sóng đến lưu lượng tràn

Các biểu đồ từ Hình 3.1 đến Hình 3.3 thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng tràn phi thứ

nguyên và chiều cao lưu không phi thứ nguyên của các cặp mặt cắt ngang tường biển

(có và không có mũi hắt sóng) được thí nghiệm ở nhóm thí nghiệm TN 1.

Kết quả thí nghiệm cho thấy, mối quan hệ giữa lưu lượng tràn phi thứ nguyên và chiều

cao lưu không phi thứ nguyên là nghịch biến, khi chiều cao lưu không tăng thì lưu lượng

tràn giảm và ngược lại. Mặt khác, chiều cao lưu không cũng đại diện cho mực nước thí

nghiệm, do đó có thể nhận định rằng khi mực nước càng cao ( nhỏ) thì lưu lượng tràn

càng lớn. Đồng thời, lưu lượng tràn ở tường có mũi hắt sóng có giá trị thấp hơn so với

tường không có mũi hắt sóng ở tất cả các kịch bản thí nghiệm.

Hình 3.1 So sánh lưu lượng tràn qua tường biển mặt đứng có mũi hắt (TM1) và không có mũi hắt (TK1)

Hình 3.2 So sánh lưu lượng tràn qua tường biển mặt nghiêng có mũi hắt (TM2) và không có mũi hắt (TK2)

Hình 3.3 So sánh lưu lượng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt (TM3) và không có mũi hắt (TK3)

Việc trích xuất hình ảnh từ các video quay được trong quá trình thí nghiệm được sử

dụng để đánh giá hiệu quả của mũi hắt sóng ở tường biển. Các hình từ Hình 3.4 đến

Hình 3.6 so sánh lưu lượng sóng tràn qua từng cặp MCN tường có và không có mũi hắt

sóng. Từ các hình ảnh này có thể nhận thấy: khi không có mũi hắt sóng, sóng tới đập

vào thân tường sẽ hướng lên và dễ dàng vượt qua đỉnh tường tạo hiện tượng sóng bắn

với chiều cao rất lớn, dẫn đến gia tăng lượng sóng tràn qua tường. Đối với tường có mũi

hắt sóng, khi sóng tới đập vào thân tường gặp mũi hắt sóng, dòng nước sẽ uốn cong theo

hình dạng của mũi hắt sóng và quay ngược lại phía biển, do vậy sẽ giảm chiều cao sóng

bắn và lưu lượng sóng tràn qua tường.

Từ những phân tích trên cho thấy: tường biển có mũi hắt sóng có hiệu quả giảm sóng

tràn tốt hơn tường không có mũi hắt sóng. Đây là cơ sở để phân tích hiệu quả giảm sóng

tràn của 03 dạng mặt cắt ngang tường biển có mũi hắt sóng đã được thí nghiệm để xem

xét hiệu quả giảm sóng của tường mặt cong có mũi hắt sóng so với tường mặt đứng và

tường mặt nghiêng.

Hình 3.4 Hình ảnh thí nghiệm sóng tràn qua tường mặt đứng không có (trái) và có mũi hắt sóng (phải)

Hình 3.5 Hình ảnh thí nghiệm sóng tràn qua tường mặt nghiêng không có (trái) và có mũi hắt sóng (phải)

Hình 3.6 Hình ảnh thí nghiệm sóng tràn qua tường mặt cong không có (trái) và có mũi hắt sóng (phải)

3.1.2 Ảnh hưởng của hình dạng mặt tường đến lưu lượng tràn

Hình 3.7 là biểu đồ so sánh lưu lượng tràn phi thứ nguyên của từng dạng mặt cắt ngang

tường trong trường hợp tường có mũi hắt sóng. Có thể đưa ra một số nhận xét sau:

- Trường hợp tường có mũi hắt sóng cho thấy , trong đó lưu lượng

sóng tràn qua tường biển mặt đứng có mũi hắt sóng có giá trị lớn hơn nhiều so với

tường biển mặt nghiêng và mặt cong. Khi xem xét hiệu quả giảm sóng tràn đối với

các dạng tường biển có mũi hắt sóng, tường biển mặt cong (TM3) tỏ ra hiệu quả nhất,

sau đó là tường mặt nghiêng (TM2) và cuối cùng là tường mặt đứng (TM1). Điều này

có thể do ảnh hưởng của hình dạng mặt tường hoặc hình dạng của mũi hắt sóng, hoặc

tổ hợp của cả hai yếu tố này.

- Đối với tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, khi sóng tới đập vào tường, dòng nước

buộc phải chảy dọc theo mặt cong của tường và sau đó được đẩy ngược ra phía biển.

Mặt khác, mũi hắt sóng dạng cong như ở tường mặt cong (TM3) tạo thành một góc

trơn thuận hơn với thân tường biển và không làm lệch hướng dòng chảy một cách đột

ngột, từ đó giảm lượng sóng tràn qua tường. Điều đặc biệt nữa là trong toàn bộ diện

tích tiếp xúc của con sóng vào mặt cong của tường, tia của mỗi điểm sóng tới mặt

tường có góc đến khác nhau, các tia phản xạ đồng thời có góc khác nhau do ảnh

hưởng của mặt cong. Vì vậy, đây cũng là yếu tố tạo ra xáo trộn dòng chảy sau khi

sóng va đập với mặt cong. Hiện tượng xáo trộn do dòng rối đã góp phần giảm năng

lượng của dòng chảy và sóng tác động lên tường. Hơn nữa, đường cung cong có độ

dài của đường dây cung khá lớn, tương ứng chiều dài ma sát giữa dòng chảy với bề

mặt cứng của tường mặt cong, góp phần làm tăng hiệu quả tiêu tán năng lượng do

dòng chảy ma sát với mặt tường.

- Ngược lại, mũi hắt sóng vát mép ở tường mặt nghiêng (TM2) tạo thành một góc nhọn

với thân tường và nhanh chóng thay đổi quỹ đạo dòng chảy, làm kém hiệu quả của

việc giảm sóng tràn. Một phần năng lượng sóng và dòng chảy dọc theo mặt tường sẽ

bị giải phóng tại vị trí góc nhọn. Sự thay đổi đột ngột của mặt tường tại vị trí góc

nhọn còn làm gia tăng sóng bắn tại đây và qua đó làm kém hiệu quả của việc giảm

sóng tràn.

- Tường mặt đứng (TM1) cũng có mũi hắt sóng dạng cong, nhưng khi kết hợp với mặt

đứng của thân tường sẽ làm lệch hướng dòng chảy một cách đột ngột khi sóng tới

tiếp xúc với thân tường. Mặt khác, thân tường mặt đứng sẽ tạo ra áp lực sóng lớn hơn,

do đó hiệu quả giảm sóng của tường mặt đứng có mũi hắt sóng (TM1) thấp nhất trong

cả 03 dạng mặt cắt ngang tường có mũi hắt được thí nghiệm.

Hình 3.7 So sánh lưu lượng tràn của cả từng dạng mặt cắt ngang tường, trường hợp có mũi hắt sóng

Từ những phân tích ở mục 3.1.1 và 3.1.2, có thể nhận thấy tường biển có mũi hắt sóng

có hiệu quả giảm sóng tràn tốt hơn so với tường biển không có mũi hắt sóng. Trong 03

dạng mặt cắt ngang tường biển có mũi hắt sóng được thí nghiệm (tường mặt cong, tường

mặt nghiêng, tường mặt đứng) thì tường biển mặt cong có mũi hắt sóng có hiệu quả

giảm sóng tràn tốt nhất. Do đó, tác giả đã lựa chọn tường biển mặt cong có mũi hắt sóng

để thực hiện bước 2 của nghiên cứu là phân tích tương tác sóng - tường và xác định ảnh

hưởng của MCN tường được chọn đến sóng tràn qua tường biển

3.2 Phân tích tương tác sóng - tường biển biển mặt cong có mũi hắt sóng bằng hệ

thống video - camera

Các hình ảnh quay bằng hệ thống video - camera trong quá trình thí nghiệm với các kịch

bản sóng đều được xử lý để phân tích chi tiết hơn tương tác giữa sóng và tường biển mặt

cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng. Quy trình xử lý hình ảnh bao gồm các

bước: a) Đọc dữ liệu video - camera b) Xử lý, tăng cường chất lượng hình ảnh c) Trích

xuất dữ liệu hình ảnh một đoạn code xử lý hình ảnh được viết bằng ngôn ngữ Matlab đã

được áp dụng để phân tích hình ảnh sóng vỡ, sóng tràn, sóng bắn tóe từ các ảnh trích

xuất từ video - camera. Các tham số liên quan tới quá trình lan truyền sóng, lớp nước

tràn và vận tốc đầu sóng đã được ước tính từ các hình ảnh trích xuất video - camera.

3.2.1 Quá trình tương tác sóng - tường

Theo EurOtop (2018), sóng tràn bao gồm hai thành phần: thuần tràn và sóng bắn.

- Thuần tràn là thành phần chính của sóng tràn và xảy ra khi nước tràn qua một cấu trúc hoặc công trình. Thuần tràn xảy ra khi một sóng biển chạm vào cấu trúc và vượt qua đỉnh của nó, gây ra hiện tượng nước tràn qua mặt tiếp xúc của cấu trúc. Đây là thành phần được quan tâm chính trong EurOtop và có các phương pháp tính toán và tiêu chuẩn để đánh giá và ước lượng lượng nước tràn.

- Sóng bắn là thành phần phụ của sóng tràn và xảy ra khi sóng biển tạo ra những hạt nước vụn hoặc dải nước lớn trên đỉnh cấu trúc. Sóng bắn có thể xảy ra đồng thời với thuần tràn hoặc sau khi thuần tràn xảy ra. Điều này có thể gây ra lượng nước tràn bổ sung hoặc tạo ra tác động mạnh hơn lên cấu trúc so với thuần tràn.

Qua phân tích các video thí nghiệm, chu trình tương tác sóng - tường mặt cong có mũi

hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng có thể trải qua 4 giai đoạn như sau: (1) sóng leo lên

mái nghiêng, (2) sóng va vào thân tường tạo sóng bắn, (3) sóng tràn qua đỉnh tường và

(4) sóng rút.

Quá trình sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng

được phân tích cụ thể theo một kịch bản đại diện là Re_D70H15T18. Các hình từ Hình

3.8 đến Hình 3.17 mô tả bốn giai đoạn trong quá trình tương tác sóng - tường biển.

Giai đoạn 1 - lưỡi sóng leo lên mái nghiêng.

Trong giai đoạn 1 của quá trình tương tác sóng - tường biển, lưỡi sóng bắt đầu leo lên

mái nghiêng và sóng không vỡ trên mái nghiêng của tường biển mặt cong có mũi hắt

sóng. Giai đoạn 1 mô tả quá trình ban đầu của tương tác sóng - tường biển trên mái

nghiêng. Giai đoạn này cho phép đánh giá tác động của sóng và xác định các biện pháp

bảo vệ phù hợp chống xói chân tường và mái nghiêng nhằm thiết kế cấu trúc mái nghiêng

bệ cao của tường biển đảm bảo ổn định. Dưới đây là mô tả chi tiết về giai đoạn 1:

- Lưỡi sóng leo lên mái nghiêng: khi sóng chạm vào mái nghiêng của tường biển, một

phần của sóng bắt đầu leo lên bề mặt mái nghiêng. Lưỡi sóng có độ dốc lớn và tạo ra

một gia tốc đáng kể khi nó di chuyển lên mái nghiêng.

- Sóng không vỡ trên mái nghiêng: trên mái nghiêng, lưỡi sóng tiếp tục di chuyển và

không bị vỡ. Do không bị vỡ, nên sóng tiếp tục di chuyển dọc theo mái nghiêng mà

không gây ra hiện tượng tràn hay tạo ra lực có tác động lớn đến tường biển.

Hình 3.8 Giai đoạn 1, lưỡi sóng tiếp xúc với mái nghiêng và bắt đầu leo trên mái nghiêng Hình 3.9 Giai đoạn 1, sóng không vỡ, lưỡi sóng tiếp tục di chuyển trên mái nghiêng

Giai đoạn 2 - sóng tương tác với thân tường và tạo thành sóng bắn.

Trong giai đoạn 2, sóng va vào thân tường tạo sóng bắn, dòng nước lấp đầy không gian

bên dưới mũi hắt sóng, sau đó uốn cong theo hình dạng của mặt tường và mũi hắt sóng

để bắn ngược lại phía biển. Trong giai đoạn 2 của quá trình tương tác sóng - tường biển

trên một tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, các sự kiện sau xảy ra:

- Sóng va vào thân tường: khi sóng đến thân tường sẽ va chạm và tác động lên bề mặt

thân tường, tạo ra hiện tượng sóng bắn. Chiều cao sóng bắn ở giai đoạn này thấp hơn

so với giai đoạn 3.

- Lưỡi sóng tiếp xúc với thân tường, uốn cong theo hình dạng của mặt tường và mũi

hắt sóng: dưới tác động của sóng bắn và dòng nước, mặt tường và mũi hắt sóng có

thể uốn cong hoặc biến dạng theo hình dạng của lực tác động.

- Dòng nước lấp đầy không gian bên dưới mũi hắt sóng: khi sóng va vào thân tường,

nước trong sóng được xô đẩy và tạo ra những dải nước lớn. Các dải nước này bắn lên

và lấp đầy không gian bên dưới mũi hắt sóng trên thân tường.

- Sóng bắn ngược lại phía biển: sau khi tác động lên thân tường, một phần nước từ sóng

bắn và dòng nước lấp đầy sẽ bắn ngược lại phía biển. Sóng bắn ngược này có thể gây

ra tác động và tác động lên khu vực xung quanh tường biển.

Hình 3.10 Giai đoạn 2, sóng va vào thân tường và đã xuất hiện sóng bắn

Hình 3.11 Giai đoạn 2, lưỡi sóng tiếp xúc với thân tường và uốn cong theo hình dạng của mặt cong

Hình 3.12 Giai đoạn 2, nước lấp đầy mặt cong dưới mũi hắt sóng

Hình 3.13 Giai đoạn 2, sóng tiếp xúc với thân tường và uốn cong theo hình dạng của mặt tường và mũi hắt sóng bắn ngược lại phía biển

Giai đoạn 3 - sóng tràn qua đỉnh tường

Trong giai đoạn 3, sóng bắn và tràn qua tường của quá trình tương tác sóng - tường biển

với tường biển mặt cong có mũi hắt sóng như sau:

- Sóng bắn đạt đến độ cao lớn nhất: trong giai đoạn này, sóng bắn tạo ra từ giai đoạn

trước đạt đến một độ cao lớn nhất trên đỉnh tường. Đây là kết quả của sự tác động

mạnh từ sóng trước và cấu trúc của tường biển.

- Phần của sóng bắn đổ xuống mặt nước trước chân tường: một phần của sóng bắn khi đạt đến độ cao cao nhất sẽ đổ xuống mặt nước trước chân tường, tạo ra một lượng nước tràn qua mặt trước của tường biển và tạo ra dòng chảy tràn.

- Phần của sóng bắn đổ xuống đỉnh tường: một phần khác của sóng bắn (xảy ra đồng thời với phần sóng bắn đổ xuống mặt nước trước chân tường) khi đạt đến độ cao lớn nhất sẽ đổ xuống đỉnh của tường biển. Điều này có thể gây ra tác động lên đỉnh tường và tạo ra một lượng nước tràn qua đỉnh tường.

- Dòng chảy tràn qua đỉnh tường biển: trong giai đoạn cuối cùng của giai đoạn 3, do sóng bắn và lượng nước từ sóng trước, một dòng chảy tràn được hình thành qua đỉnh tường biển. Dòng chảy tràn qua đỉnh tường và tiếp tục dòng chảy xuống phía sau công trình.

Giai đoạn 3 là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình phân tích sóng tràn qua tường

biển. Giai đoạn này mô tả quá trình sóng bắn đạt đến độ cao lớn nhất, tạo ra lượng nước

tràn qua mặt trước, đổ xuống đỉnh của tường biển và hình thành dòng chảy tràn qua đỉnh

tường. Tác giả sẽ tập trung phân tích làm rõ ảnh hưởng của chiều cao sóng, chu kỳ sóng

tới chiều cao sóng bắn lớn nhất, bề dày dòng chảy sóng tràn và thời gian sóng tràn duy

trì trên đỉnh tường ở giai đoạn 3 này.

Hình 3.14 Giai đoạn 3, sóng bắn đạt chiều cao lớn nhất Hình 3.15 Giai đoạn 3, dòng chảy sóng tràn qua đỉnh tường được hình thành

Giai đoạn 4 - sóng rút

Trong giai đoạn 4, sóng rút của quá trình tương tác sóng - tường biển trên một tường

biển mặt cong có mũi hắt sóng. Cụ thể như sau:

- Sóng chảy tràn qua đỉnh tường: trong giai đoạn này, dòng chảy tràn từ giai đoạn trước

tiếp tục phát triển và chảy qua đỉnh của tường biển. Lượng nước tràn được hình thành

từ sóng bắn và giai đoạn trước đó tiếp tục di chuyển và chảy qua đỉnh tường.

- Phát triển của sóng tràn: dòng chảy tràn tiếp tục lan rộng và phát triển khi đi xuống

phía sau tường biển. Sóng tràn có thể tạo ra các dải nước lớn và lan truyền nhanh theo

hình dạng của bề mặt đất hoặc cấu trúc xung quanh.

- Sóng rút về phía biển: cuối cùng, sau khi sóng tràn phát triển và di chuyển xa tường

biển, sóng sẽ rút về phía biển. Quá trình này diễn ra khi lượng nước tràn không còn

đủ để duy trì một dòng chảy liên tục và sóng tràn trở nên yếu dần.

Giai đoạn 4 mô tả quá trình sóng chảy tràn qua đỉnh tường và phát triển của sóng tràn

khi đi xuống phía sau tường biển. Cuối cùng, sóng rút về phía biển khi lượng nước tràn

giảm. Quá trình này hỗ trợ cho xác định biện pháp bảo vệ mái nghiêng phía trước tường

biển hoặc các bài toán liên quan đến xói mòn tại khu vực chân công trình.

Hình 3.16 Giai đoạn 4, sóng bắt đầu rút về phía biển Hình 3.17 Giai đoạn 4, sóng rút hoàn toàn về phía biển

Nhận xét sau khi phân tích quá trình tương tác sóng - tường biển: khi sóng tới thân tường

mặt cong và mũi hắt sóng, dòng nước sẽ uốn cong theo hình dạng của mũi hắt sóng và

quay ngược lại phía biển. Đây là yếu tố làm giảm chiều cao sóng bắn và lưu lượng sóng

tràn qua tường. Lưu lượng sóng tràn có thể xác định bằng cách đo lượng nước tràn qua

tường, tuy nhiên việc đo đạc trực tiếp ngoài hiện trường để xác định chiều cao sóng bắn,

chiều dày lớp nước tràn trên đỉnh tường biển và thời gian duy trì dòng chảy tràn là tương

đối khó khăn. Do đó, tác giả sẽ sử dụng Matlab để xử lý hình ảnh từ các video để nhận

diện chiều cao sóng bắn lớn nhất, chiều dày lớp nước sóng tràn qua đỉnh và thời gian

duy trì dòng tràn cho giai đoạn 3 (Đây là giai đoạn quan trọng nhất do có sóng bắn và

tràn qua tường biển) để làm rõ hơn ảnh hưởng của chiều cao và chu kỳ sóng tới sóng

bắn qua tường.

3.2.2 Phân tích sóng tràn qua tường biển mặt cong bằng hệ thống video - camera

• Dữ liệu ảnh sử dụng trong phân tích sóng tràn:

Dữ liệu ảnh 7 kịch bản thí nghiệm với sóng đều (Bảng 3.1) được quay video bằng máy

camera kỹ thuật số với tần số lấy mẫu 30 khung hình/giây. Mỗi một mẫu thí nghiệm với

kịch bản sóng đều được quay với thời gian trung bình 3 phút tương đương với 5400

khung hình. Độ phân giải trên mỗi khung hình 1440 x 1080 pixel trên mỗi cạnh.

Bảng 3.1 Các kịch bản thí nghiệm sóng đều

Mô hình Nguyên hình STT Kịch bản

1 2 3 4 5 6 7 Re_D70H13T18 Re_D70H15T16 Re_D70H15T17 Re_D70H15T18 Re_D70H15T20 Re_D70H18T18 Re_D70H20T18 D (m) H (m) 0.13 0.15 0.15 0.15 0.15 0.18 0.2 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 T (s) D (m) H (m) 1.95 10.5 1.8 2.25 10.5 1.6 2.25 10.5 1.7 2.25 10.5 1.87 2.25 10.5 2 2.7 10.5 1.8 3 10.5 1.8 T (s) 6.97 6.20 6.58 7.24 7.75 6.97 6.97

• Chương trình phân tích, xử lý dữ liệu hình ảnh

Chương trình phân tích, xử lý dữ liệu hình ảnh được viết bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.

Chương trình đọc hình ảnh trích xuất từ video camera theo khung hình riêng biệt dưới dạng ma trận số. Các phân tích tham số sóng tràn: lớp nước tràn trên đỉnh lớn nhất

, chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất , thời gian duy trì dòng chảy sóng tràn trên đỉnh

tường được trích xuất từ ma trận hình ảnh. Tác giả dựa trên thư viện mã nguồn mở

GrabitGUI bằng ngôn ngữ Matlab để phân tích tham số sóng tràn và vẽ định lượng

đường mặt nước sóng tràn. Đây là công cụ mã nguồn mở để xử lý hình ảnh trong môi

trường Matlab với các chức năng chính:

- Tải và hiển thị hình ảnh: tải hình ảnh từ các tệp tin đước trích xuất từ video camera

và hiển thị trên giao diện.

- Hiệu chuẩn hình ảnh: tăng cường chất lượng ảnh, hiệu chuẩn hình ảnh bằng cách tạo

các điểm tham chiếu trên hình ảnh và tính toán tọa độ theo các điểm tham chiếu.

- Trích xuất dữ liệu: lưu trữ và xử lý các biến số trong không gian làm việc (workspace)

của Matlab. Lưu các tham số dưới dạng tệp tin dữ liệu *.mat.

- Giao diện người dùng: các thành phần giao diện người dùng (UI components) như

nút bấm, khung (frame), và trích xuất dữ liệu.

Hình 3.18 Giao diện Grabit trên Matlab

• Các bước phân tích tham số sóng tràn từ video camera được mô tả trên lưu đồ sau:

- Bước 1: đọc dữ liệu Video Camera. Dữ liệu ảnh từ 7 kịch bản thí nghiệm, trong đó

sóng được duy trì ở chiều cao sóng đều.

- Bước 2: xử lý, tăng cường chất lượng hình ảnh. Hình ảnh sóng tràn được xử lý làm

tăng chất lượng ảnh: khử nhiễu, tăng độ mịn, làm nét; xử lý hiệu chỉnh ảnh hưởng của

góc nghiêng, gán các điểm tham chiếu để xác định tọa độ và kích thước các điểm ảnh.

Hình 3.19 Xử lý tăng chất lượng ảnh sóng tràn từ video camera Hình 3.20 Gán điểm tham chiếu cho hình ảnh sóng tràn từ video camera

- Bước 3: Trích xuất dữ liệu hình ảnh. Bao gồm các tham số sóng tràn: chiều cao đỉnh và thời gian duy trì , lớp nước tràn trên đỉnh lớn nhất lưỡi sóng lớn nhất

dòng chảy sóng tràn trên đỉnh tường được trích xuất từ ma trận hình ảnh.

+ Chiều cao sóng bắn được xác định bằng cách trích xuất và lưu vào các ma trận điểm

ảnh sóng bắn phục vụ cho việc phân tích chiều cao sóng bắn lớn nhất.

+ Lớp nước tràn trên đỉnh được xác định bằng cách trích xuất ma trận điểm ảnh đường

mặt nước sóng tràn. Từ đó, phân tích bề dày lớp nước tràn trên đỉnh lớn nhất.

Hình 3.21 Trích xuất dữ liệu sóng bắn từ ảnh video camera Hình 3.22 Trích xuất đường mặt nước sóng tràn từ ảnh video camera

+ Thời gian duy trì dòng chảy sóng tràn trên đỉnh được xác định bằng cách trích xuất

khoảng thời điểm sóng tràn hình thành trên đỉnh của tường biển và sóng tràn hết qua

đỉnh. Lưu lượng sóng tràn trung bình qua tường có thể được xác định dựa trên giả

thiết chiều dày lớp nước tràn trung bình phân bố đều trên toàn bộ bề rộng máng:

(3-1)

Trong đó:

- là lưu lượng sóng trung bình qua tường biển;

- là chiều dày lớp nước tràn trung bình ( );

- là bề rộng máng sóng thí nghiệm;

- là vận tốc dòng chảy tràn qua đỉnh tường biển (bằng bề rộng đỉnh tường/ ).

Hình 3.23 Thời điểm dòng tràn bắt đầu hình thành trên đỉnh tường biển Hình 3.24 Thời điểm dòng tràn qua khỏi đỉnh tường biển

3.2.3 Kết quả phân tích tương tác sóng - tường biển

a) Kết quả phân tích hình ảnh lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường

Các kết quả phân tích hình ảnh trong phần này là chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất,

tương ứng với các kịch bản sóng đều có chiều cao sóng và chu kỳ sóng

. Kết quả của từng kịch bản thí nghiệm được trình bày cụ thể tại Mục a -

Phụ Lục C. Hình 3.25 và Hình 3.26 thể hiện kết quả phân tích cho một trường hợp đại

diện là kịch bản Re_D70H13T18 tương ứng với và .

Hình 3.26 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất kịch bản Re_D70H13T18 Hình 3.25 Phạm vi lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường, kịch bản Re_D70H13T18

Hình 3.27 Tổng hợp chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất của các kịch bản sóng đều

STT

Kịch bản

H (m) T (s)

L (m)

Smax (cm)

𝑅𝑐 𝐻

1.54

Re_D70H13T18

0.2

0.13

1.8

3.82

0.034

Bảng 3.2 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất ( ) của các kịch bản sóng đều

1.33

Re_D70H15T16

0.2

0.15

1.6

3.02

0.050

13.64

1.33

Re_D70H15T17

0.2

0.15

1.7

3.41

0.044

21.54

1.33

Re_D70H15T18

0.2

0.15

1.8

3.82

0.039

22.64

1.33

Re_D70H15T20

0.2

0.15

4.72

0.032

22.16

1.11

Re_D70H18T18

0.2

0.18

1.8

3.82

0.047

40.96

1.00

Re_D70H20T18

0.2

1.8

3.82

0.052

35.54

48.60

Bảng 3.2 cho thấy: chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất của các kịch bản phân bố trong

khoảng từ 13,64 cm đến 48,60 cm. Chiều cao sóng tới càng lớn thì chiều cao đỉnh lưỡi

sóng lớn nhất càng cao. Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất trong các thí nghiệm sóng

đều xảy ra với kịch bản có chiều cao sóng lớn nhất , chu kỳ sóng .

Khi tăng chu kỳ sóng từ 1,6s ÷ 2,0s tại các kịch bản có cùng chiều cao sóng

thì chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất tăng trong khoảng 22,55 ÷ 40,69 cm.

Khi chu kỳ sóng dài nhất là 2,0s (tương ứng với kịch bản Re_D70H15T20) thì chiều

cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất đạt giá trị cực đại. Khi chiều cao sóng và chu kỳ sóng nhỏ

thì góc dốc của lưỡi sóng có độ dốc thoải, diện tích bụng sóng nhỏ, bề rộng lưỡi sóng

nhỏ, có hình thành phần bụng sóng. Khi chiều cao và chu kỳ sóng tăng thì lưỡi sóng

hình thành góc dốc, bề rộng lưỡi sóng tăng, bụng sóng dần không còn duy trì. Với tường

cong có mũi hắt sóng thì chu kỳ sóng hay độ dốc sóng có ảnh hưởng quan trọng tới sóng

tràn, sóng với chiều cao lớn và chu kỳ dài sẽ lấp đầy khoảng không gian phía dưới mũi

hắt do vậy các con sóng tới tiếp theo sẽ cảm nhận tường như là một tường đứng không

có mũi hắt và bụng cong.

b) Kết quả phân tích hình ảnh chiều dày lớp nước tràn đỉnh tường biển lớn nhất

Các kết quả phân tích hình ảnh chiều dày lớp nước tràn đỉnh tường biển lớn nhất

trong các kịch bản sóng đều có chiều cao sóng , chu kỳ sóng

. Kết quả phân tích của tất cả các kịch bản thí nghiệm được trình bày chi

tiết tại Mục b - Phụ Lục C. Hình 3.28 và Hình 3.29 thể hiện kết quả cho một trường hợp

đại diện là kịch bản Re_D70H13T18 ứng với và .

Hình 3.28 Đường mực nước sóng tràn kịch bản Re_D70H13T18 Hình 3.29 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong kịch bản Re_D70H13T18

Hình 3.30 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong nhóm các kịch bản sóng đều

Kết quả phân tích chiều dày lớp nước tràn trên đỉnh tường biển với chiều cao sóng và

chu kỳ sóng từ ảnh video camera được trình bày trong Bảng 3.3:

STT

Kịch bản

H (m) T (s)

L (m)

hmax (cm)

Re_D70H13T18

0.2

0.13

1.8

5.05

0.026

𝑅𝑐 𝐻𝑚0 1.54

5.92

Re_D70H15T16

0.2

0.15

1.6

3.99

0.038

1.33

6.07

Re_D70H15T17

0.2

0.15

1.7

4.51

0.033

1.33

7.14

Re_D70H15T18

0.2

0.15

1.8

5.05

0.030

1.33

8.63

Re_D70H15T20

0.2

0.15

6.24

0.024

1.33

9.05

Re_D70H18T18

0.2

0.18

1.8

5.05

0.036

1.11

10.89

Re_D70H20T18

0.2

1.8

5.05

0.040

1.00

14.41

Bảng 3.3 Chiều dày lớn nước tràn lớn nhất

Theo Bảng 3.3, chiều dày lớp nước tràn qua đỉnh tường biển lớn nhất của các kịch bản

phân bố trong khoảng từ 5,92cm ÷ 14,41cm. Chiều cao sóng tới tỷ lệ thuận với chiều

dày sóng tràn qua đỉnh tường. Chiều dày sóng tràn qua đỉnh tường biển lớn nhất trong

các thí nghiệm sóng đều xảy ra với kịch bản có chiều cao sóng lớn nhất , chu

kỳ sóng . Khi tăng chu kỳ sóng từ 1,6s ÷ 2,0s trong các kịch bản có cùng

chiều cao sóng thì chiều dày sóng tràn đỉnh tường đạt giá trị 14,41cm khi

chu kỳ sóng dài nhất ở 2,0s.

c) Kết quả phân tích hình ảnh thời gian duy trì dòng tràn đỉnh

Thời gian duy trì dòng chảy sóng tràn trên đỉnh tường biển được xác định bằng cách

trích xuất khoảng thời điểm sóng tràn hình thành trên đỉnh của tường biển và sóng tràn

hết qua đỉnh.

STT

Kịch bản

H (m) T (s)

L (m)

ttr (s)

𝑅𝑐 𝐻𝑚0

Re_D70H13T18

0.2

0.13

1.8

3.82

0.026

1.54

1.633

Re_D70H15T16

0.2

0.15

1.6

3.02

0.038

1.33

1.367

Re_D70H15T17

0.2

0.15

1.7

3.41

0.033

1.33

1.500

Re_D70H15T18

0.2

0.15

1.8

3.82

0.030

1.33

1.767

Re_D70H15T20

0.2

0.15

4.72

0.024

1.33

1.833

Re_D70H18T18

0.2

0.18

1.8

3.82

0.036

1.11

1.700

Re_D70H20T18

0.2

1.8

3.82

0.040

1.00

1.867

Bảng 3.4 Thời gian duy trì dòng chảy tràn trên đỉnh tường biển

Thời gian duy trì dòng chảy tràn trên đỉnh tường biển tỷ lệ thuận với chiều cao sóng tới,

tương ứng . Bảng 3.4 cho thấy thời gian duy từ 1,033s ÷ 1,967s và

trì dòng chảy tràn qua đỉnh tường biển phụ thuộc vào chiều cao và chu kỳ sóng như sau:

- Khi chiều cao sóng tăng lên, khối lượng nước trên đỉnh sóng tăng, tạo ra một lực áp

lực lên đỉnh tường biển. Thời gian duy trì dòng chảy tràn tăng theo chiều cao sóng,

vì năng lượng của sóng cần nhiều thời gian hơn để tiêu tán hết khối lượng nước tràn

hình thành do sóng tràn.

- Chu kỳ sóng cũng ảnh hưởng đến thời gian duy trì dòng chảy tràn. Khi sóng có chu

kỳ ngắn, tần suất và mật độ của dòng chảy tràn có thể tăng, làm cho thời gian duy trì

cũng ngắn hơn. Ngược lại, sóng có chu kỳ dài có thể tạo ra dòng chảy tràn ổn định

hơn và kéo dài thời gian duy trì.

thì thời gian Khi tăng chu kỳ sóng từ 1,6s ÷ 2,0s với cùng chiều cao sóng

duy trì dòng chảy tràn đỉnh tường cũng tăng và đạt được giá trị lớn nhất là 1,867s trong

trường hợp sóng có chu kỳ dài nhất là 2,0s.

d) Đánh giá các tham số sóng tràn phi thứ nguyên

Các kịch bản sóng đều thí nghiệm với tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ

mái nghiêng được sử dụng để nghiên cứu tương tác giữa sóng và tường biển. Các tham

số sóng tràn phi thứ nguyên được phân tích như sau:

- Chiều cao lưu không tương đối:

- Chiều cao chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối:

- Độ dốc đỉnh lưỡi sóng tương đối:

- Độ dốc lớp tràn tương đối:

- Lưu lượng tràn tương đối:

- Thời gian duy trì dòng tràn đỉnh tường biển tương đối:

Từ đó, làm sáng tỏ các tác động của chiều cao sóng và chu kỳ sóng đến chiều dày lớp

tràn đỉnh sóng tràn qua tường biển, chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất và thời gian duy

trì dòng tràn qua đỉnh.

𝑞

Kịch bản

√𝑔𝐻3

𝑡𝑡𝑟 𝑇

(m)

(s)

(m)

𝑅𝑐 𝐻

𝑆𝑚𝑎𝑥 𝐻

𝑆𝑚𝑎𝑥 𝐿

ℎ𝑚𝑎𝑥 𝐻

1 Re_D70H13T18 0.13 1.8 5.05 1.54 0.119

0.91

0.027

0.012 0.907

2 Re_D70H15T16 0.15 1.6 3.99 1.33 0.117

1.44

0.054

0.015 0.854

3 Re_D70H15T17 0.15 1.7 4.51 1.33 0.126

1.51

0.050

0.016 0.882

4 Re_D70H15T18 0.15 1.8 5.05 1.33 0.129

1.48

0.044

0.017 0.981

5 Re_D70H15T20 0.15

6.24 1.33 0.130

2.73

0.066

0.015 0.917

6 Re_D70H18T18 0.18 1.8 5.05 1.11 0.129

2.37

0.070

0.022 0.944

7 Re_D70H20T18 0.2 1.8 5.05 1.00 0.132

3.24

0.096

0.029 1.037

Bảng 3.5 Tham số sóng tràn tương đối qua tường biển

Hình 3.31 Tương quan giữa chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối và chiều cao lưu không tương đối

Hình 3.31 cho thấy: chiều cao lưu không tương đối tỷ lệ nghịch với chiều cao

đỉnh lưỡi sóng tương đối . Hệ số tương quan . Nếu chiều cao sóng

tăng thì chiều cao đỉnh lưỡi sóng cũng tăng theo. Khi chiều cao sóng lớn nhất

(kịch bản Re_D70H20T18) thì chiều cao lưu không tương đối đạt giá trị

nhỏ nhất là 1,00, tương ứng với độ dốc đỉnh lưỡi sóng tương đối đạt giá trị cực đại là

0,096. Khi chiều cao sóng tăng từ 0,13 ÷ 0,2m thì chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối

tăng từ 0,91 ÷ 3,24.

Hình 3.32 Tương quan giữa chiều cao lưu không tương đối và độ đốc đỉnh sóng tương đối

Hình 3.32 cho thấy: chiều cao lưu không tương đối tỷ lệ nghịch với độ dốc đỉnh

lưỡi sóng tương đối . Hệ số tương quan . Nếu chiều cao sóng tăng

thì độ dốc đỉnh lưỡi sóng cũng tăng theo. Khi chiều cao sóng lớn nhất là

(kịch bản Re_D70H20T18) thì chiều cao lưu không tương đối đạt giá trị nhỏ nhất là

1,00, tương ứng với độ dốc đỉnh lưỡi sóng tương đối đạt giá trị cực đại là 0,996. Khi chu

thì độ dốc đỉnh kỳ sóng tăng từ 1,6s ÷ 2,0s và giữ nguyên chiều cao sóng

lưỡi sóng tương đối có xu thế tăng từ 0,054 ÷ 0,066.

Hình 3.33 Tương quan giữa chiều cao lưu không tương đối và độ dốc lớp tràn tương đối

Hình 3.34 Tương quan giữa chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương và thời gian duy trì dòng tràn đỉnh tường biển tương đối

Hình 3.33 cho thấy: chiều cao lưu không tương đối tỷ lệ nghịch với độ dốc lớp

tràn tương đối . Hệ số tương quan . Khi chiều cao lưu không tương

đối tăng từ 1,00 ÷ 1,54 thì độ dốc lớp tràn tương đối sẽ giảm khoảng 2,4 lần tương ứng

từ 0,012 ÷ 0,029. Khi chiều cao lưu không tăng (độ sâu nước giảm) thì chiều dày lớp

tràn tương đối có xu thế giảm. Sóng có chu kỳ càng ngắn thì chiều dày lớp tràn tương

đối có xu thế càng nhỏ.

Hình 3.34 cho thấy: chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối và thời gian duy trì

dòng tràn đỉnh tường biển tương đối có quan hệ đồng biến với nhau. Hệ số tương

quan . Chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối tăng từ 0,026 ÷ 0,221 thì thời gian

duy trì dòng tràn đỉnh tường biển tương đối cũng tăng tương ứng trong khoảng 0,854 ÷

1,037. Khi chu kỳ sóng tăng thì chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối cũng tăng theo.

Tương tự, nếu giữ nguyên chu kỳ sóng thì khi chiều cao sóng tăng (hoặc độ dốc sóng

tăng) thì chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối cũng tăng và đồng biến với thời gian duy

trì dòng tràn đỉnh tường biển tương đối.

Hình 3.35 Tương quan giữa lưu lượng tràn tương đối và thời gian duy trì dòng tràn đỉnh tường biển tương đối

Hình 3.35 cho thấy: lưu lượng tràn tương đối có tương quan tỷ lệ thuận với

thời gian duy trì dòng tràn đỉnh tường biển tương đối . Hệ số tương quan

. Khi giữ nguyên chiều cao sóng và thời gian duy trì dòng chảy

tràn tăng chu kỳ sóng từ 1,6s ÷ 2s thì lưu lượng tràn tương đối tăng từ 0,114 ÷ 0,135.

Nếu tăng chiều cao sóng tới giá trị lớn nhất là 0,2m thì lưu lượng tràn tương đối đạt giá

trị lớn nhất là 0,132.

3.3 Xây dựng công thức thực nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn do ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng

3.3.1 Lựa chọn dạng công thức thực nghiệm

Tác giả đã thực hiện 55 kịch bản thí nghiệm với sóng ngẫu nhiên ở nhóm thí nghiệm thứ

2 cho tường mặt cong có mũi hắt sóng. Kết quả thí nghiệm cụ thể được trình bày trong

Bảng PL B-5 và Bảng PL B-6 tại Phụ lục B.3 của luận án.

Kết quả thí nghiệm sơ bộ của nhóm 2 cho thấy:

- Không có sóng tràn qua tường đối với trường hợp mực nước thấp, tương ứng với

trường hợp .

- Chỉ xuất hiện sóng tràn tương ứng với các kịch bản có chiều cao sóng lớn từ

trở lên và ứng với trường hợp mực nước trung bình .

- Sóng tràn xuất hiện ở tất cả các kịch bản thí nghiệm khi mực nước và

mực nước .

Mô hình tường biển mặt cong có mũi hắt sóng được sử dụng trong thí nghiệm nhóm 2

có các đặc điểm sau:

- Chiều cao tường ( ) nhỏ hơn so với chiều cao tổng thể ( ) của công trình (

- Chân tường luôn nằm cao hơn hoặc bằng mực nước tính toán.

- Hệ số mái nghiêng phía trước m = 2.

- Sóng không vỡ trên mái nghiêng.

Đối chiếu các đặc điểm trên với điều kiện áp dụng của công thức EurOtop-2018, nhận

thấy mô hình thí nghiệm thỏa mãn trường hợp 3 theo phương pháp tính toán sóng tràn

của EurOtop-2018 (xem mục 1.2.1.2). Công thức EurOtop cho trường hợp này áp dụng

cho đê mái nghiêng có tường đỉnh và sóng không vỡ trên mái nghiêng. Do đó, trường

hợp áp dụng cho nghiên cứu này được lựa chọn là “Tường biển mặt cong có mũi hắt

sóng, đặt trên bệ mái nghiêng, sóng không vỡ trên mái nghiêng”.

Các kết quả thí nghiệm nhằm hướng tới mục tiêu xác định ảnh hưởng của tường biển

dạng mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng đến lưu lượng sóng tràn qua

công trình. Sơ đồ tính toán như Hình 3.36.

Hình 3.36 Sơ đồ tính toán sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng

Theo EurOtop-2018, ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng đến lưu lượng sóng

tràn qua tường biển được biểu diễn thông qua hệ số chiết giảm sóng tràn do ảnh hưởng

của tường .

Để xác định hệ số chiết giảm sóng tràn do tường mặt cong có mũi hắt sóng, trước hết,

cần tính toán kiểm tra hệ số sóng vỡ Iribarren theo công thức (3-2) để xác định trường

hợp xem xét là sóng vỡ ( ) hay sóng không vỡ trên mái nghiêng ( ):

(3-2)

Sau khi tính toán từ bộ số liệu thực nghiệm, nhận thấy tất cả các kịch bản thí nghiệm

đều cho giá trị (xem Bảng PL B-7). Do vậy, có thể xác định phạm vi xem xét

của nghiên cứu này là sóng không vỡ trên mái nghiêng.

3.3.2 Xây dựng công thức thực nghiệm

Theo như phân tích thứ nguyên ở mục 2.3.4, các tham số phi thứ nguyên ảnh hưởng đến

lưu lượng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng bao gồm: lưu lượng tràn tương

đối ; chiều cao lưu không tương đối , chiều cao tường tương đối và độ

dốc sóng . Các tham số phi thứ nguyên này là cơ sở để xây dựng công thức thực

nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn do tường biển mặt cong có mũi hắt sóng,

đặt trên bệ mái nghiêng.

Như đã lập luận ở mục 3.3.1, dạng công thức phù hợp nhất để áp dụng cho nghiên cứu

là công thức tính sóng tràn qua đê mái nghiêng có tường đỉnh và sóng không vỡ trên

mái nghiêng của EurOtop-2018 (PT. (1-2) - mục 1.2.1.2). So sánh kết quả lưu lượng

sóng tràn thí nghiệm với kết quả lưu lượng tràn tính toán từ công thức EurOtop-2018,

trường hợp sóng tràn qua đê không tường đỉnh, sóng không vỡ PT. (1-2): kết quả thể

hiện trên Hình 3.37 cho thấy khi có tường mặt cong có mũi hắt sóng trên đỉnh mái

nghiêng, sóng tràn đã suy giảm đi đáng kể.

Hình 3.37 So sánh số liệu đo đạc sóng tràn với trường hợp đê có cùng cao trình và không có tường đỉnh (đê có hệ số mái trước m = 2)

Từ phân tích trên có thể nhận thấy, ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng cần

được xét đến một cách cụ thể hơn để đảm bảo sự tin cậy khi tính toán lưu lượng sóng

tràn qua tường biển. Hệ số chiết giảm sóng tràn do tường mặt cong có mũi hắt sóng, đặt

trên bệ mái nghiêng sẽ được xác định từ bộ số liệu thực nghiệm.

Từ công thức EurOtop-2018 (PT. (1-2)) trong trường hợp đê không có tường mặt cong

có mũi hắt sóng thì sóng tràn qua đê được xác định (bỏ qua ảnh hưởng của sóng tới xiên

góc và độ nhám của mái, và ) như sau:

(3-3)

Khi có tường cong có mũi hắt sóng trên đỉnh mái nghiêng và công trình có cùng chiều

cao lưu không với đê trong trường hợp trên, lưu lượng sóng tràn được xác định là:

(3-4)

Từ PT. (3-3) và (3-4):

(3-5)

Từ PT. (3-5) rút ra:

(3-6)

với các đại lượng , là các đại lượng đặc trưng cho lưu lượng sóng tràn và chiều

cao lưu không phi thứ nguyên được xác định như sau:

; (3-7)

Từ các PT. (3.6) và (3-7), hệ số chiết giảm sóng tràn do tường mặt cong có mũi hắt sóng

có thể được xác định từ các số liệu thực nghiệm. Hình 3.38 trình bày tương quan của

hệ số với chiều cao tường tương đối :

Hình 3.38 Sự biến đổi của hệ số chiết giảm với chiều cao tường tương đối

Như vậy, theo Hình 3.38, quan hệ là nghịch biến, khi chiều cao tường

tương đối tăng thì hệ số chiết giảm nhỏ đi (ảnh hưởng chiết giảm đến sóng tràn lớn lên).

Trong trường hợp nghiên cứu thì dao động trong khoảng 0,50 ÷ 1,0; trong khi

đó biến đổi trong khoảng từ 0,40 ÷ 0,80, tồn tại giá trị nhỏ hơn nhiều so với trường

hợp tường đỉnh có vách đứng trên đỉnh đê (theo TAW-2002/EurOtop-2007 thì ảnh

hưởng chiết giảm sóng tràn lớn nhất của tường đỉnh trên đê xảy ra với ).

Hình 3.39 Hệ số tính từ thí nghiệm có xu thế nghịch biến với độ dốc sóng

Tuy nhiên như lập luận ở trên thì chu kỳ sóng cũng có ảnh hưởng tới sóng tràn thông

qua hệ số chiết giảm (xem CT. EurOtop-2018 nêu trên và Tuan, 2013). Khi sóng từ nước

sâu vào bãi trước bị vỡ do điều kiện hạn chế độ sâu sẽ xuất hiện các sóng dài bên trong

khu vực sóng vỡ do sự biến dạng của phổ sóng. Theo EurOtop-2018, trong trường hợp

tường cong có mũi hắt sóng thì những con sóng dài sẽ lấp đầy khoảng không gian phía

dưới mũi hắt do vậy các con sóng tới tiếp theo sẽ cảm nhận tường cong có mũi hắt này

như là một tường thẳng đứng bình thường. Sóng có chu kỳ ngắn sẽ không chịu ảnh

hưởng của hiệu ứng “lấp đầy” như sóng có chu kỳ dài. Qua phân tích bộ số liệu thí

nghiệm, nhận thấy hệ số có xu thế nghịch biến với độ dốc sóng hay đồng biến

với chu kỳ sóng (Hình 3.39).

Để thuận tiện cho việc phân tích ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng đến sóng

tràn, khái niệm mới về chiều cao tường tương đối được đưa vào. Hệ số này không phải

là một hằng số mà là một hàm số của tham số hình học tường (ở trường hợp này là chiều

cao tường ) và tính chất tương tác sóng với tường, được xác định như sau:

(3-8)

với là độ dốc sóng biểu kiến xác định theo chu kỳ trước chân công trình.

Hình 3.40 thể hiện quan hệ cho thấy xu thế nghịch biến một cách rõ ràng hơn so

với kết quả trên Hình 3.39.

Hình 3.40 Quan hệ với chiều cao tường tương đối

Có thể nhận thấy, hệ số chiết giảm sóng tràn của tường mặt cong có mũi hắt sóng gần

như không đổi và xấp xỉ bằng giá trị của tường đỉnh mặt đứng khi chiều

cao tường tương đối . Điều này có thể được lý giải là do ảnh hưởng của chu kỳ

sóng đối với trường hợp sóng có chu kỳ dài ( nhỏ, nhỏ). Từ tính chất này hàm

toán học miêu tả quan hệ được đề xuất như sau:

(3-9)

Trong đó , là các hệ số được xác định dựa trên phân tích hồi quy phi tuyến với các

số liệu thực nghiệm. Để đánh giá sự phù hợp của phương trình hồi quy với các biến số,

hệ số hồi quy thường được sử dụng. Hệ số nằm trong khoảng từ 0 tới 1,

càng lớn (càng tiến gần đến 1) thì kết quả hồi quy càng tin cậy. Trong phân tích hồi quy

để xác minh kết quả thực nghiệm, ngoài hệ số hồi quy người ta còn dùng thêm một

chỉ tiêu có độ tin cậy cao hơn là (Root mean squared error) - độ lệch chuẩn của

các phần dư (sai số dự đoán). Phần dư là thước đo khoảng cách từ các điểm dữ liệu đến

đường hồi quy; là thước đo mức độ dàn trải của những phần dư này, nói cách

khác, nó cho biết mức độ tập trung của dữ liệu xung quanh đường hồi quy. càng

nhỏ tức là sai số càng bé thì độ tin cậy của đường hồi quy càng cao. có mối quan

hệ nghịch biến, trực tiếp với hệ số . Ví dụ, nếu thì , khi đó tất cả

các điểm thực nghiệm đều nằm trên đường hồi quy và không có sai số. Tuy nhiên giá trị

hầu như không bao giờ đạt được trong thực tế, đặc biệt là trong thí nghiệm

mô hình vật lý sóng tràn luôn bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ mô hình và điều kiện phòng thí

nghiệm (xem mục 2.4).

Hình 3.41 trình bày kết quả phân tích hồi quy PT. (3-9) với các kết quả thực nghiệm. Hệ

số hồi quy và sai số dự đoán được đánh giá khá tốt và nếu

xét tới tính ngẫu nhiên của sóng tràn qua tường biển. Trị trung bình của các hệ số thực

nghiệm trong PT. (3-9) được xác định là và .

Cuối cùng công thức (3-8) được viết lại thành:

(3-10)

Như vậy với hệ số được xác định theo PT. (3-9) thì có thể ước lượng lưu lượng sóng

tràn qua tường đỉnh mặt cong có mũi hắt sóng theo công thức EurOtop-2018 (PT. (1-2)

- mục 1.2.1.2).

Hình 3.41 Quan hệ với chiều cao tường tương đối

Hình 3.42 So sánh kết quả tính toán lưu lượng sóng tràn phi thứ nguyên giữa đo đạc và tính toán

Hình 3.42 trình bày kết quả so sánh lưu lượng sóng tràn phi thứ nguyên đo đạc và

tính toán theo các phương trình (1-2) và (3-10) với mức độ phù hợp khá tốt, hệ số tương

quan .

Hình 3.43 là biểu đồ sóng tràn tính toán theo công thức EurOtop-2018 (PT. (1-2) - mục

1.2.1.2), tương tự như Hình 3.37 sau khi đã kể tới hệ số chiết giảm sóng tràn do ảnh

hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng . So sánh kết quả giữa Hình 3.43 và Hình

3.37 cho thấy việc kể đến ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng thông qua hệ

số chiết giảm sóng tràn đã cải thiện đáng kể mức độ tin cậy trong tính toán sóng tràn

cho trường hợp tường mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng.

Hình 3.43 Số liệu sóng tràn so sánh với EurOtop-2018 sau khi đã xét tới hệ số chiết giảm sóng tràn do tường mặt cong có mũi hắt sóng

Trên cơ sở các đặc trưng mô hình vật lý đã xây dựng của luận án, điều kiện áp dụng

công thức (3-10) được kiến nghị như sau:

- Chân tường luôn nằm cao hơn hoặc bằng mực nước tính toán.

- Hệ số mái nghiêng phía trước m = 2.

- Sóng không vỡ trên mái nghiêng.

- Tỉ số .

- Bỏ qua độ nhám mái và hướng sóng tới.

3.4 Kết luận chương 3

Chương 3 đã tổng hợp và phân tích số liệu của các nhóm thí nghiệm đã được xây dựng

và thực hiện ở Chương 2.

Qua phân tích bộ số liệu thí nghiệm nhóm 1 - nghiên cứu sóng tràn qua các dạng mặt

cắt ngang tường biển khác nhau, có thể nhận thấy độ sâu nước trước chân tường là tham

số có ảnh hưởng quan trọng tới lưu lượng sóng tràn qua tường. Đây là cơ sở để xây dựng

kịch bản thí nghiệm với các giá trị mực nước khác nhau khi thực hiện nhóm thí nghiệm

2 để có bộ số liệu đầy đủ hơn. Kết quả nhóm thí nghiệm 1 cho thấy: tường biển có mũi

hắt sóng có hiệu quả giảm sóng tràn tốt hơn so với tường biển không có mũi hắt sóng.

Trong 3 dạng mặt cắt ngang tường biển có mũi hắt sóng được thí nghiệm (tường mặt

cong, tường mặt nghiêng, tường mặt đứng) thì tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng có

hiệu quả giảm sóng tràn tốt nhất. Do đó, tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng đã được

lựa chọn để thực hiện bước 2 của nghiên cứu: phân tích tương tác sóng - tường và xác

định ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng đến sóng tràn qua tường biển.

Qua phân tích video thí nghiệm của 7 kịch bản sóng đều cho thấy, chu trình tương tác

sóng - tường mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng có thể được chia làm 4

giai đoạn: (1) sóng leo lên mái nghiêng, (2) sóng va vào thân tường tạo đỉnh sóng, (3)

sóng tràn qua đỉnh tường và (4) sóng rút. Trong đó, giai đoạn 3 là giai đoạn quan trọng

nhất của quá trình tương tác sóng - tường. Giai đoạn này mô tả quá trình đỉnh sóng đạt

đến độ cao lớn nhất, tạo ra lượng nước tràn qua mặt trước, đổ xuống đỉnh của tường

biển và hình thành dòng chảy tràn chảy qua đỉnh tường. Ảnh hưởng của chiều cao và

chu kỳ sóng tới, chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất, bề dày dòng chảy sóng tràn và thời

gian sóng tràn duy trì trên đỉnh tường ở giai đoạn 3 đã được phân tích như sau:

- Chiều cao lưu không tương đối có tương quan nghịch biến khá chặt chẽ với độ dốc

đỉnh lưỡi sóng tương đối. Thêm vào đó, khi chiều cao sóng tăng, chiều cao đỉnh lưỡi

sóng lớn nhất cũng tăng theo. Sự tương quan này cũng thể hiện sự biến đổi của độ

dốc đỉnh lưỡi sóng tương đối dựa trên thay đổi của chiều cao sóng và chu kỳ sóng.

- Chiều cao lưu không tương đối và độ dốc lớp nước tràn tương đối có một mối quan

hệ nghịch biến. Điều này cho thấy, khi chiều cao lưu không tăng (độ sâu nước giảm)

thì chiều dày lớp tràn tương đối có xu hướng giảm. Ngoài ra, khi chu kỳ sóng ngắn

hơn, chiều dày lớp tràn tương đối có xu thế nhỏ hơn.

- Chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối và thời gian duy trì dòng tràn đỉnh tường biển

tương đối có mối quan hệ đồng biến. Khi chu kỳ sóng tăng, chiều cao đỉnh lưỡi sóng

tương đối cũng tăng theo. Tương tự, khi giữ nguyên chu kỳ sóng và tăng chiều cao

sóng (hoặc độ dốc sóng), chiều cao đỉnh lưỡi sóng tương đối cũng tăng và đồng biến

với thời gian duy trì dòng tràn đỉnh tường biển tương đối.

- Lưu lượng tràn tương đối có mối quan hệ tỷ lệ thuận với thời gian duy trì dòng tràn

đỉnh tường biển tương đối.

- Khi chiều cao sóng và chu kỳ sóng nhỏ, đỉnh sóng có độ dốc thoải và bề rộng lớn.

Khi chiều cao sóng và chu kỳ sóng tăng, đỉnh sóng tạo ra góc dốc lớn, bề rộng của

lưỡi sóng tăng và bụng sóng dần biến mất. Khi sóng với chiều cao và chu kỳ lớn tới

và gặp tường mũi hắt sóng, sóng có thể tràn qua mũi hắt và lấp đầy không gian phía

dưới mũi hắt, các con sóng tới tiếp theo sẽ cảm nhận tường biển như với tường đứng

không còn có mũi hắt và bụng cong.

Những phân tích trên cho thấy tương quan mật thiết nhưng phức tạp giữa các tham số

sóng tràn và việc nắm vững mối liên hệ này sẽ giúp hiểu rõ hơn về tương tác giữa sóng

và tường biển và là cơ sở để phân tích cho các trường hợp sóng ngẫu nhiên tiếp theo.

Từ việc phân tích 55 kịch bản thí nghiệm nhóm 2 - thí nghiệm sóng tràn qua tường biển

mặt cong có mũi hắt sóng cho thấy: khi có tường mặt cong có mũi hắt sóng, sóng tràn

qua tường đã suy giảm đi đáng kể. Ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng đến

lưu lượng sóng sóng tràn qua tường biển được biểu diễn thông qua hệ số chiết giảm sóng

tràn do ảnh hưởng của tường . Quan hệ giữa hệ số chiết giảm sóng tràn do tường mặt

cong có mũi hắt sóng và chiều cao tường tương đối ( ) nhìn chung là nghịch

biến, khi chiều cao tường tương đối tăng thì hệ số chiết giảm nhỏ đi. Hệ số chiết giảm

sóng tràn do tường mặt cong có mũi hắt sóng có xu thế nghịch biến với độ dốc sóng

hay đồng biến với chu kỳ sóng.

Thông qua phân tích bộ số liệu thí nghiệm, công thức (3-10) đã được xây dựng để xác

định hệ số chiết giảm sóng tràn do ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng. Công

thức này có thể tích hợp vào công thức của EurOtop (2018) - công thức (1-2) để tính

toán cao trình đỉnh tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng cũng như xác định lưu lượng

sóng tràn qua tường mặt cong có mũi hắt sóng trong trường hợp chân tường nằm trên

hoặc ngang với mực nước tính toán và sóng không vỡ trên mái nghiêng. Trên cơ sở đó,

có thể áp dụng tường biển có mặt cong có mũi hắt sóng để cải tạo, nâng cấp cho 1 đoạn

tường biển đang bị hư hỏng ở khu du lịch Đồ Sơn và áp dụng công thức (3-9) để xác

định cao trình đỉnh tường biển được cải tạo, nâng cấp trong nội dung Chương 4.

ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG TƯỜNG BIỂN PHÙ HỢP

CHƯƠNG 4 CHO KHU DU LỊCH ĐỒ SƠN, THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

4.1 Lựa chọn địa điểm ứng dụng kết quả nghiên cứu

Hệ thống tường biển khu du lịch Đồ Sơn có quy mô tương đối lớn ở Miền Bắc với tổng

chiều dài 6.250m. Do được xây dựng, tu bổ và nâng cấp qua nhiều thời kỳ nên kết cấu

công trình không đồng bộ, tính thẩm mỹ chưa cao; một số đoạn thường xuyên bị hư

hỏng do sóng tràn, gây nguy cơ mất an toàn cho các công trình dân sinh phía sau tường.

Do vậy, bờ biển khu du lịch Đồ Sơn được lựa chọn làm vị trí để nghiên cứu áp dụng kết

cấu tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng với MCN tương tự như MCN tường biển đã

được thí nghiệm ở Chương 2, sơ đồ tính toán như Hình 3.8 đã trình bày ở Chương 3 của

luận án.

4.1.1 Vị trí địa lý

Quận Đồ Sơn có vị trí phía Bắc giáp quận Dương Kinh, phía Tây giáp huyện Kiến Thụy,

phía Đông và Đông Nam giáp biển Đông. Bán đảo Đồ Sơn được hình thành do dãy núi

Rồng vươn dài ra biển với chiều dài khoảng 5 km. Với ưu thế về cảnh đẹp thiên nhiên

của núi, rừng và bãi biển. Đồ Sơn đã được xây dựng thành khu nghỉ mát nổi tiếng cho

sĩ quan Pháp và giới thượng lưu người Việt Nam vào những năm cuối của thế kỷ 19.

Hình 4.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu áp dụng kết cấu tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng tại khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng

4.1.2 Điều kiện tự nhiên

(a) Khí hậu

Khí hậu của thành phố Hải Phòng mang tính chất cận nhiệt đới ẩm ấm, đặc trưng của

thời tiết Miền Bắc Việt Nam. Vì địa hình kéo dài theo bờ biển nên khí hậu của thành

phố Hải Phòng cũng chịu sự chi phối mạnh của biển. Mùa hè nóng ẩm, mưa nhiều, mùa

đông khô và lạnh. Trong năm có 4 mùa Xuân, Hạ, Thu, Đông tương đối rõ rệt. Nhiệt độ

trung bình vào mùa hè vào Tháng 7 (28,3°C), tháng lạnh nhất là Tháng 1 (16,3°C). Số

giờ nắng trong năm cao nhất là các tháng mùa hè và thấp nhất vào Tháng 2, độ ẩm trung

bình trên 80%, lượng mưa 1600 ÷ 1800 mm/năm [53].

(b) Thủy triều và mực nước biển

Thuỷ triều vùng biển Đồ Sơn có đặc điểm điển hình của chế độ thuỷ triều ven bờ vịnh

Bắc Bộ. Theo tài liệu quan trắc ở trạm khí tượng thuỷ văn Hòn Dấu, thuỷ triều ở khu

vực này thuộc chế độ nhật triều thuần nhất, hầu hết số ngày trong tháng là nhật triều (24

÷ 25 ngày); mực nước dao động từ 3 ÷ 4 m vào thời kỳ nước cường, khoảng 0,5 m vào

thời kỳ nước kém. Vào kỳ triều cường, mực nước lên xuống nhanh, có thể đạt 3,5 m/giờ

[54]. Theo số liệu thống kê nhiều năm chuỗi mực nước triều tại tạm Hòn Dấu, thành phố

Hải Phòng (cao độ hải đồ):

- Mực nước biển trung bình nhiều năm: 1,9 m;

- Mực nước biển cao nhất (ngày 22/10/1985): 4,21 m;

- Mực nước biển thấp nhất (ngày 21/12/1964): 0,07 m;

- Chênh lệch triều lớn nhất (ngày 23/12/1968): 3,94 m;

Bán đảo Đồ Sơn nằm xen giữa 2 cửa sông là Lạch Tray và cửa Văn Úc. Tuy nhiên, đặc

điểm triều vùng này là triều đoạn ngoài cửa sông. Ở đây yếu tố biển đóng vai trò chủ

yếu về động lực học.

Quan sát hoa gió tổng hợp cho thấy gió tại Hòn Dấu chủ yếu ở tốc độ 0 ÷ 9 m/s, tốc độ

từ 9 m/s trở lên chiếm rất ít và hướng gió thịnh hành nhất là hướng Đông.

(d) Chế độ sóng

Các đặc trưng sóng tại khu vực Đồ Sơn phụ thuộc chủ yếu vào chế độ gió của 2 mùa

chính trong năm (mùa đông và mùa hè) kết hợp với điều kiện địa hình ở từng đoạn cụ

thể. Vào mùa đông, hướng sóng thịnh hành là Đông và Đông Bắc với độ cao trung bình

0,5 ÷ 0,75 m, giá trị cực đại đạt 2,5 ÷ 3,0 m, có thể đạt tới 3,0 ÷ 4,0 m. Vào mùa hè,

hướng sóng thịnh hành là Nam, Đông Nam với độ cao trung bình đạt 0,5 ÷ 0,75 m, cực

đại đạt 3,0 ÷ 3,5 m.

Hình 4.2 Hoa gió tại trạm Hòn Dấu (2000 - 2021)

Từ các đặc trưng về thủy triều và sóng trong khu vực cho thấy, tuyến công trình bảo vệ

cho phía Đông Nam của bán đảo Đồ Sơn chịu tác động trực diện của hướng sóng có giá

trị lớn nhất trong năm [43].

4.2 Hiện trạng tường biển

4.2.1 Hiện trạng kết cấu tường biển tại khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng

Bán đảo Đồ Sơn được tạo thành bởi dãy Núi Rồng chạy dọc theo hướng Tây Bắc - Đông

Nam. Địa hình sườn phía Tây Nam khá dốc, cao độ đường bờ tương đối lớn, khu vực

này hiện không có hệ thống công trình bảo vệ bờ. Sườn phía Đông Bắc với địa hình

thoải và bằng phẳng hơn, các công trình kiến trúc phục vụ cho du lịch và dân sinh (đường

giao thông, vỉa hè, bồn hoa, nhà hàng, khách sạn, nhà cửa) đã được xây dựng dọc theo

bờ biển, ngay phía sau hệ thống công trình tường biển.

Hệ thống tường biển tại khu du lịch Đồ Sơn có quy mô tương đối lớn và khá đa dạng ở

khu vực duyên hải Bắc Bộ với chiều dài khoảng 6.250 m. Hệ thống công trình này đóng

vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ toàn bộ kết cấu hạ tầng khu du lịch và dân cư

trên bán đảo Đồ Sơn. Ngay phía sau tường biển là vỉa hè, lòng đường giao thông và các

công trình xây dựng (nhà cửa, vật kiến trúc). Tuyến tường biển Đồ Sơn có điểm đầu tại

chân Đồi Độc và kết thúc tại Bến tàu Không số huyền thoại (Bến Nghiêng). Nối tiếp hệ

thống tường biển là tuyến đê bằng đá xây của Dự án Khu du lịch Hòn Dấu với tổng

chiều dài khoảng 5km.

Tuyến tường biển nằm trong quần thể công trình, kiến trúc của khu du lịch Đồ Sơn.

Công trình được xây dựng, tu bổ, nâng cấp trong suốt quá trình hình thành và phát triển

của khu du lịch với các hình thức kết cấu tương đối đa dạng (đá xây, gạch xây, bê tông).

Trong đó, những đoạn tường biển Đồ Sơn đầu tiên đã được xây dựng từ những năm cuối

của thế kỷ 19 và tiếp tục được hoàn thiện cho đến ngày nay. Theo hình thức kết cấu và

một số đặc trưng liên quan đến điều kiện làm việc (bãi trước, địa hình phía sau công

trình…), tuyến tường biển Đồ Sơn được chia thành 10 đoạn như Hình 4.3.

Hình 4.3 Các đoạn tường biển tại bán đảo Đồ Sơn và các mặt cắt ngang điển hình.

Theo hình thức kết cấu công trình, có thể chia tường biển Đồ Sơn thành 02 loại mặt cắt

ngang điển hình trên toàn tuyến công trình như sau:

- Tường biển kết cấu bằng đá xây, gạch xây kết hợp với bê tông: Bao gồm các đoạn số

1, số 2 và các đoạn từ số 5 ÷ số 10. Hầu hết các đoạn tường này vẫn còn giữ nguyên

kết cấu cũ, chưa được nâng cấp, tường biển dạng không có mũi hắt sóng. Tổng chiều

dài các đoạn trên là 4.817 m. Cao trình đỉnh tường biến thiên theo cao độ tự nhiên

của đường bờ, từ +3,60 m ÷ +7,50 m, trong đó cao trình phổ biến ở mức +4,50 m ÷

+4,80 m; chân tường biến thiên theo cao độ tự nhiên của bãi biển. Chiều dày thân

tường 45 cm; chiều rộng mặt tường từ 50 ÷ 60 cm; chiều dày phần mũ tường 11 cm.

Kết cấu tường bằng đá xây, phần đỉnh tường xây gạch chỉ. Các đoạn từ số 5 đến số

10, thân tường và mũ tường được trang trí bằng đá rửa.

Hình 4.4 Mặt cắt ngang đoạn tường biển số 5, khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng

- Tường kết cấu bằng bê tông cốt thép hoặc gia cố bằng bê tông cốt thép: Loại kết cấu

này bao gồm các đoạn số 3 và số 4 với tổng chiều dài là 1.431 m. Các đoạn tường

này đã được tu bổ, nâng cấp trong thời gian từ năm 2013 đến nay. Phần đỉnh tường

được thiết kế mũi hắt sóng (Hình 4.5). Cao trình đỉnh tường dao động từ +4,30 m ÷

+5,00 m; chân tường biến thiên theo cao độ tự nhiên, từ +1,0 m ÷ +1,5 m. Chiều dày

thân tường từ 50 ÷ 200 cm (biến thiên theo chiều cao tường); chiều rộng đỉnh tường

từ 70 ÷ 80 cm. Mũi hắt ở đỉnh tường với 2 loại bán bán kính cong (20 cm và 30 cm).

Kết cấu tường bằng đá xây kết hợp với bê tông đổ tại chỗ.

Hình 4.5 Kết cấu mũi hắt sóng đoạn tường biển số 3, khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng

Hình 4.6 Mặt cắt ngang đoạn tường biển số 3, khu du lịch Đồ Sơn, Hải Phòng

4.2.2 Hiện trạng sóng tràn qua một số đoạn tường biển tại Đồ Sơn

Cả 10 đoạn tường biển Đồ Sơn (Hình 4.7) đã được đo đạc mặt cắt ngang địa hình để

phục vụ tính toán lưu lượng sóng tràn qua từng đoạn tường biển. Số liệu cụ thể của từng

mặt cắt ngang bãi được trình bày trong các bảng từ Bảng PL D-2 đến Bảng PL D-11 tại

Phụ Lục D.1 của luận án.

Hình 4.7 Vị trí các mặt cắt ngang được đo đạc dọc theo tuyến tường biển khu du lịch Đồ Sơn

• Cấp công trình và tần suất thiết kế

Tuyến công trình bảo vệ bờ biển bán đảo Đồ Sơn hiện nay không thuộc hệ thống đê điều

của thành phố Hải Phòng. Tuy nhiên, xét về yếu tố địa lý, tuyến tường biển trên bán đảo

Đồ Sơn có vị trí nằm giữa hai tuyến Đê Biển 1 và Đê Biển 2 là các tuyến đê cấp III

(Theo quyết định số 501/QĐ-BNN-TCTL ngày 20/3/2014 của Bộ Nông nghiệp và Phát

triển nông thôn về việc phân loại, phân cấp đê trên địa bàn thành phố Hải Phòng). Mặt

khác, do các yếu tố về địa hình địa mạo của khu vực nghiên cứu (cao hơn các khu vực

lân cận, địa hình thoải dần ra phía biển) nên tuyến tường biển khu du lịch Đồ Sơn được

đánh giá là ảnh hưởng không đáng kể đến công tác phòng chống lụt bão đối với khu vực

được bảo vệ của các tuyến Đê biển 1 và Đê biển 2.

Do vậy, cấp công trình của tuyến tường biển khu du lịch Đồ Sơn được xác định theo

Thông tư số 54/2013/TT-BNNPTNT ngày 17/12/2013 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển

nông thôn. Tương ứng với diện tích và số dân được công trình bảo vệ, cấp của công

trình được xác định là cấp IV.

Theo TCVN 9901: 2014, tương ứng với công trình cấp IV, tần suất thiết kế của công trình

là . Tuy nhiên trong, hiện tượng sóng tràn thường xuyên xảy ra đối với tường

biển khu du lịch Đồ Sơn ngay cả trong điều kiện không có gió bão. Do vậy, lưu lượng

tràn qua tường được tính toán theo tần suất thiết kế (3,33%) và các tần suất 2% và 5%.

• Xác định mực nước thiết kế

Theo quyết định số 1613/QĐ-BNN-KHCN ngày 09/7/2012 của Bộ Nông nghiệp và Phát

triển nông thôn, Bảng B.1 “Tọa độ các điểm tính toán đường tần suất mực nước tổng

hợp từ tỉnh Quảng Ninh đến tỉnh Quảng Nam”, phụ lục B của Quyết định; dọc bờ biển

thành phố Hải Phòng có 3 điểm đã tính toán sẵn đường tần suất mực nước tổng hợp,

trong đó mặt cắt MC10 thuộc xã Đại Hợp, huyện Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng (tọa

độ 20°42'E; 106°46'E) là nơi gần công trình nhất được chọn tra cứu mực nước thiết kế.

Hình 4.8 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC10 [6]

Từ Hình 4.8, có thể xác định được MNTK ứng với từng tần suất TK, giá trị MNTK được

trình bày ở Bảng 4.1.

• Xác định tham số sóng tại nước sâu

Tham số sóng nước sâu phục vụ tính toán sóng tràn bao gồm chiều cao sóng và

chu kỳ sóng . Trong đó chiều cao sóng nước sâu được xác định bằng đường tần suất

sóng cực trị nhiều năm tại trạm Bạch Long Vĩ kế thừa từ Đề tài KHCN Bộ xây dựng

(chi tiết tại Bảng PL D-12). Chu kỳ sóng được tính toán từ chiều cao sóng theo công

thức kinh nghiệm của (Linh và Tuấn, 2015) [55].

(4-1)

Tổng hợp kết quả MNTK và tham số sóng tại nước sâu được thể hiện ở Bảng 4.1.

Bảng 4.1 MNTK và tham số sóng tại nước sâu ứng với các giá trị tần suất thiết kế

STT Tần suất P (%) 2% 3.33% 5%

1 Mực nước thiết kế (m) 3,38 3,2 2,73

7,73 7,36 7,02 2 Chiều cao sóng nước sâu Hs (m)

10,17 10,02 9,88 3 Chu kỳ sóng đỉnh phổ tại nước sâu Tp (s)

• Xác định các tham số sóng tại chân công trình

Sử dụng mô hình WADIBE (được phát triển bởi GS.TS. Thiều Quang Tuấn - Trường

Đại học Thủy Lợi) để tính toán truyền sóng từ ngoài khơi vào bờ cho 10 mặt cắt đã đo

đạc, kết quả được thể hiện ở Bảng 4.2. Tính toán chi tiết được trình bày tại Phụ lục C.2.2

của luận án.

Bảng 4.2 Kết quả tham số sóng trước chân công trình của các đoạn tường biển tương ứng với các tần suất khác nhau

P = 2% P = 3,33% P = 5% STT Đoạn (s) (s) (s) (m) (m) (m)

1 D1 2,294 7,118 2,202 7,035 1,952 6,799

2 D2 1,511 6,328 1,402 6,197 1,091 5,785

3 D3 2,090 6,932 1,996 6,842 1,751 6,594

4 D4 2,601 7,378 2,513 7,306 2,292 7,116

5 D5 2,456 7,258 2,367 7,182 2,140 6,978

6 D6 2,411 7,219 2,323 7,143 2,096 6,938

7 D7 1,918 6,765 1,816 6,662 1,536 6,357

8 D8 2,710 7,466 2,625 7,397 2,415 7,223

9 D9 1,845 6,692 1,745 6,588 1,498 6,313

100

10 D10 2,269 7,096 2,170 7,006 1,937 6,784

• Tính toán lưu lượng sóng tràn

Với mặt cắt ngang hiện trạng của khu vực nghiên cứu thì việc áp dụng công thức Franco

và Franco (1999) - công thức (1-7), mục 1.2.1.2 là phù hợp nhất để tính toán lưu lượng

sóng tràn qua các đoạn tường biển Đồ Sơn. Kết quả tính toán lưu lượng sóng tràn qua 10

đoạn tường biển Đồ Sơn ứng với các tần suất thiết kế khác nhau được thể hiện ở Bảng

4.3 (Chi tiết tại Phụ lục C.2.3).

Bảng 4.3 Lưu lượng tràn trung bình qua một số đoạn tường biển tại Đồ Sơn

STT Mặt cắt q2% (l/s/m) q3,33% (l/s/m) q5% (l/s/m)

D1 151,2 90,1 18,4 1

D2 19,8 8,7 0,4 2

D3 20,9 10,8 1,4 3

D4 101,0 63,2 16,2 4

D5 300,5 206,3 67,9 5

D6 54,1 34,6 9,2 6

D7 132,6 77,7 13,6 7

D8 290,5 206,3 77,6 8

D9 29,8 15,8 2,2 9

27,3 16,1 3,5 10 D10

4.2.3 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của sóng tràn tới hư hỏng tường biển tại Đồ Sơn

Mức độ ảnh hưởng của lưu lượng tràn qua tường biển ( ) đối với sự an toàn của công

trình được tra theo Bảng D2, Phụ lục D - TCVN 9901: 2014. Trong đó, nếu q > 20 thì

công trình bị hư hỏng nếu mái sau không được bảo vệ và khi q ≥ 50 thì công trình bị hư

hỏng kể cả khi được gia cố, bảo vệ (xem chi tiết tại Bảng PL D-17).

Bảng 4.4 Mức độ tác động của lưu lượng tràn qua tường biển [6]

STT q (l/s/m) Mức độ ảnh hưởng

q < 2 Không bị hư hỏng 1

2 < q < 20 Bị hư hỏng nếu đỉnh không được gia cố 2

20 < q < 50 Bị hư hỏng nếu mái sau không được bảo vệ 3

101

q ≥ 50 Bị hư hỏng mặc dù được gia cố bảo vệ hoàn chỉnh 4

Từ Bảng 4.3 và Bảng 4.4, có thể so sánh lưu lượng sóng tràn tính toán qua một số đoạn

tường biển Đồ Sơn với các ngưỡng lưu lượng sóng tràn cho phép qua tường biển được

trình bày ở Hình 4.9.

Hình 4.9 Lưu lượng sóng tràn trung bình qua một số mặt cắt tường biển tại Đồ Sơn

Từ Hình 4.9 có thể đưa ra một số nhận xét về lưu lượng tràn qua 10 mặt cắt ngang tường

biển ở Đồ Sơn như sau:

- Các đoạn D1, D5 và D8 có lưu lượng tràn cao nhất trên toàn tuyến (trong đó đoạn D1

đã được nâng cấp thành dạng tường có mũi hắt sóng), các đoạn này đều có cao trình

đỉnh nhỏ hơn +4,5 m và độ sâu nước trước chân công trình lớn hơn các đoạn khác

khiến cho sóng tới trước chân công trình lớn hơn. Kết quả tính toán này cũng phù hợp

với thực tế vì đây cũng là những đoạn thường xuyên bị hư hỏng nhất do sóng tràn.

- Các đoạn D3 và D4 là hai đoạn đã được nâng cấp thành tường biển có mũi hắt sóng. , trong khi độ sâu Đoạn D3 có cao trình đỉnh lớn hơn các đoạn khác

nước trước chân công trình nhỏ hơn nên lưu lượng tràn qua công trình thấp hơn. Lưu

lượng tràn qua đoạn D4 vẫn tương đối lớn do độ sâu nước trước chân công trình khá

102

lớn (chỉ nhỏ hơn so với các đoạn D5 và D8) và cao trình đỉnh đoạn D4 cũng nhỏ hơn so với đoạn D3 ( ).

- Các đoạn D2, D6, D9 và D10 đều có lưu lượng tràn tương đối nhỏ. Do địa hình trước

chân công trình tương đối thoải, mực nước trước công trình nông nhất so với toàn

tuyến nên lưu lượng tràn qua các đoạn này nhỏ hơn so với các đoạn trên toàn tuyến.

Tuy địa hình trước chân công trình của hai đoạn D6 và D10 sâu hơn so với D2 và D9,

nhưng do cao trình đỉnh cả hai đoạn này đều lớn hơn +5 m, đặc biệt đoạn D10 có nên lưu lượng tràn qua hai đoạn này cũng có giá trị không quá lớn.

Bảng 4.5 xác định mức độ ảnh hưởng đến an toàn của công trình ứng với các tần suất

thiết kế.

Bảng 4.5 Mức độ ảnh hưởng của lưu lượng tràn sau khi tính toán

STT P% q (l/s/m)

1 2,00

- (Nhóm a) D1, D4, D5, D6, D7, D8: q > 50 - (Nhóm b) D3, D9, D10: 20 < q < 50 - (Nhóm c) D2: 2 < q < 20

2 3.33

- (Nhóm a) D1, D4, D5, D7, D8: q > 50 - (Nhóm b) D6: 20 < q < 50 - (Nhóm c) D2, D3, D9, D19: 2 < q < 20 Mức ảnh hưởng Hầu hết các đoạn tường biển có nguy cơ bị hư hỏng rất cao ngay cả khi đã được gia cố, bảo vệ. Hầu hết các đoạn tường biển có nguy cơ bị hư hỏng rất cao ngay cả khi đã được gia cố, bảo vệ.

3 5,00 Nhiều đoạn tường sẽ bị hư hỏng nếu công trình không được gia cố, bảo vệ. - (Nhóm a) D5, D8: q > 50 - (Nhóm c) D1, D4, D6, D7, D7, D9, D10: 2 < q < 20 - (Nhóm d) D2, D3: q < 2

Như vậy, căn cứ TCVN 9901: 2014, nhóm c và nhóm d có lưu lượng tràn cho phép (an

toàn cho công trình) khi mái phía sau tường được hoặc gia cố bảo vệ. Nhóm b chỉ an

toàn khi mái phía sau tường được gia cố bảo vệ bằng vật liệu chống xói. Nhóm a có lưu

lượng tràn vượt khung quy định của tiêu chuẩn này. Kết quả tính toán cho thấy, mức

đảm bảo an toàn của tường biển tại bán đảo Đồ Sơn hiện tại là rất thấp. Đây là một trong

những nguyên nhân dẫn đến các hư hỏng xảy ra thường xuyên đối với công trình.

Với kết quả tính toán lưu lượng sóng tràn qua đỉnh tường biển như trên (trị số khá lớn),

công trình tường biển có thể bị hư hỏng kết cấu bảo vệ đỉnh, tăng khả năng xảy ra trượt,

lật hoặc dịch chuyển đất sau tường. Mặt khác, lượng nước tràn lớn sẽ thấm vào tường

có thể gây ra hiện tượng nứt bê tông, dần phá hủy kết cấu thân tường. Trên thực tế, sóng

103

tràn thường xuyên xảy ra trên đoạn tường này đã gây ra hiện tượng ngập lụt tại khu vực

phía sau tường biển ngay cả trong điều kiện triều cao gặp gió cấp 4 trở lên, tiềm ẩn nguy

hiểm cho người tham gia giao thông, có thể làm hư hỏng kết cấu hạ tầng phía sau tường

biển và gây nhiễm mặn khu vực phía sau công trình, ảnh hưởng nặng nề đến các hoạt

động dân sinh kinh tế của địa phương.

Gia tăng cao trình đỉnh tường hiện trạng là một trong những biện pháp có thể sử dụng

để khống chế sóng tràn qua tường. Tuy nhiên, việc tăng chiều cao tường sẽ ảnh hưởng

đến cảnh quan, hạn chế tầm nhìn ra biển tại khu du lịch Đồ Sơn. Do vậy, NCS đề xuất

giải pháp thiết kế tường biển mặt cong có mũi hắt sóng và điều chỉnh cao trình đỉnh

tường phù hợp với cảnh quan chung của khu vực nhằm hướng tới mục tiêu giảm lưu

lượng sóng tràn qua tường để đảm bảo an toàn cho kết cấu hạ tầng và các hoạt động của

dân sinh phía sau tường. Việc tính toán cao trình đỉnh tường và bố trí MCN tường biển

phù hợp sẽ được trình bày ở mục 4.3 của luận án.

4.3 Ứng dụng kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu hiện trạng công trình trên toàn tuyến tường biển Đồ Sơn cho thấy các đoạn

D1, D4, D5 và D8 là những đoạn có lượng sóng tràn qua tường lớn nhất. Đây là những

đoạn tường biển nằm ngoài các bãi tắm trong khu du lịch, khi thủy triều rút lộ ra bãi

phía trước công trình bằng đá phiến, cao độ bãi thấp hơn so với các bãi tắm.

Kết quả tính toán lưu lượng sóng tràn ứng với tần suất thiết kế (P = 3,33%) cho thấy

sóng tràn tại các đoạn tường biển D5, D8 đạt trị số cao nhất so với các đoạn còn lại trên

toàn tuyến tường biển Đồ Sơn. Tường biển khu vực D8 thường xuyên bị hư hỏng tại

nhiều vị trí, cơ quan quản lý đã phải dựng rào chắn tạm, phòng tránh nguy hiểm cho

người và phương tiện khi lưu thông qua khu vực này (Hình 4.10).

Đoạn tường biển D8 có vị trí sát với vỉa hè và đường giao thông nội khu. Đây là những

điều kiện thuận lợi trong việc tổ chức thi công nâng cấp công trình. Do đó, đoạn bờ biển

D8 được lựa chọn để áp dụng thiết kế tường biển mặt cong có mũi hắt sóng nhằm giảm

lưu lượng sóng tràn qua công trình, đảm bảo an toàn cho kết cấu hạ tầng và các hoạt

104

động du lịch phía sau tường.

Hình 4.10 Hiện trạng vị trí ứng dụng thiết kế kết quả nghiên cứu

• Quy mô công trình

Theo TCVN 9901: 2014, quy mô công trình được xác định như sau:

- Cấp công trình: Cấp IV;

- Tần suất thiết kế: .

• Điều kiện biên thiết kế:

Điều kiện biên thiết kế của đoạn tường biển D8 đã được NCS xác định ở mục 4.2.2 của

luận án, các tham số sóng tại chân công trình của đoạn D8 đã được trình bày ở Bảng 4.2.

Tổng hợp các tham số thiết kế như sau:

- Mực nước thiết kế: ;

- Chiều cao sóng tại chân công trình: ;

- Chu kỳ sóng đỉnh phổ tại chân công trình: .

4.3.1 Xác định cao trình đỉnh tường

Cao trình đỉnh tường biển thiết kế được tính toán theo công thức:

(4-2)

Trong đó:

- : cao trình đỉnh tường biển;

105

- : cao trình mực nước thiết kế;

- : chiều cao an toàn dự phòng phụ thuộc vào cấp công trình (xem chi tiết tại PL D);

- : độ dâng cao của mực nước biển do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu (xem

chi tiết tại Phụ lục D).

- : chiều cao lưu không của đỉnh tường biển so với MNTK; được tính toán bằng công

thức EurOtop-2018. Eurotop-2018 đã khuyến nghị sử dụng công thức sau trong thiết kế

và đánh giá an toàn:

(4-3)

trong đó, là chiều cao sóng tại chân công trình; là độ cao lưu không thực đỉnh

đê; , là các hệ số chiết giảm sóng tràn do độ nhám mái, sóng tới xiên góc và

là hệ số ảnh hưởng kết hợp xác định theo từng dạng kết cấu công trình khác nhau, trong

trường hợp này chính là hệ số chiết giảm sóng tràn do tường cong có mũi hắt sóng, đặt

trên bệ mái nghiêng .

Để tính toán được chiều cao lưu không , trước hết cần lựa chọn lưu lượng tràn cho

phép. Theo TCVN 9901: 2014, mức độ ảnh hưởng của lưu lượng tràn qua tường biển ( )

đối với sự an toàn của công trình được tra theo Bảng D2, Phụ lục D - TCVN 9901: 2014.

Trong đó, nếu thì công trình bị hư hỏng nếu mái sau không được bảo vệ

và khi thì công trình bị hư hỏng kể cả khi được gia cố, bảo vệ. Do đó,

lưu lượng tràn cho phép được lựa chọn là .

Từ đó:

- Chiều cao sóng:

- Chu kỳ sóng đỉnh phổ:

- Chu kỳ đặc trưng phổ sóng:

- Chiều dài sóng:

- Độ dốc mái nghiêng:

106

- Độ dốc sóng:

- Chỉ số Iribarren:

- Kiểm tra điều kiện sóng vỡ: → sóng không vỡ

- Hệ số chiết giảm do độ nhám mái (mái nghiêng sử dụng cấu kiện đặc biệt):

- Hệ số chiết giảm do góc sóng tới: chọn hướng sóng tới nguy hiểm nhất là vuông góc

với đường bờ, khi đó :

- Tính toán chiều cao lưu không:

+ Giả thiết chiều cao lưu không:

+ Tính hệ số chiết giảm do tường cong có mũi hắt sóng: Áp dụng công thức (3-9):

với

+ Tính lưu lượng tràn theo công thức (4-3)

+ So sánh lưu lượng tràn tính toán với lưu lượng tràn cho phép đã chọn ,

nếu sai số tính nhỏ hơn 10% thì kết quả tính toán có thể chấp nhận được.

+ Cuối cùng tính được cao trình đỉnh tường biển theo công thức (4-2).

Từ điều kiện áp dụng công thức (3-9) như trình bày ở Chương 3, chiều cao tường cần

lựa chọn sao cho thỏa mãn điều kiện áp dụng của công thức là: . Trên

cơ sở đó, các giá trị chiều cao tường khác nhau sẽ được tính toán thử dần để tìm giá trị

chiều cao tường và chiều cao lưu không thỏa mãn điều kiện áp dụng công thức (3-9).

Kết quả tính toán được trình bày ở Bảng 4.6 (trong đó, KTM - là ký hiệu không thỏa

mãn, TM - là ký hiệu thỏa mãn). Cao trình tường biển sẽ được lựa chọn sao cho tường

biển không cản trở tầm nhìn ra phía biển và đặc biệt phải phù hợp với cảnh quan chung

của khu du lịch Đồ Sơn.

Theo kết quả tính toán từ Bảng 4.6, với lưu lượng tràn cho phép có hai

trường hợp chiều cao tường biển thỏa mãn điều kiện áp dụng công thức (3-9) là TH3 -

và TH3 - . Tuy nhiên, ứng với chiều cao tường là 2 m thì cao

trình đỉnh tường tính toán có giá trị khá lớn và bằng +6,79 m, như vậy sẽ cản trở tầm

107

nhìn ra phía biển. Đối với trường hợp chiều cao khối tường biển là thì cao

trình đỉnh tường biển tính toán có giá trị thấp hơn là , với cao trình này thì

đoạn tường biển được nâng cấp, cải tạo sẽ phù hợp với cảnh quan chung khắc phục được

yếu tố cảnh quan và nhìn chung à không làm cản trở tầm nhìn ra biển, và nhìn chung

không quá chênh lệch với cao trình trung bình của tuyến tường biển tại khu du lịch Đồ

Sơn (+6,0 m).

Bảng 4.6 Tính toán lựa chọn chiều cao tường biển

Tham số Ký hiệu TH1 TH3 TH4 TH2

Chiều cao tường (m) 1,5 1 2 2,5

Chiều cao lưu không (m) 3,43 3,45 3,29 2,8

Cao trình đỉnh tường biển (m) 6,93 6,95 6,79 6,3

Kiểm tra điều kiện áp dụng công 0,44 0,29 0,61 0,88

thức KTM KTM TM TM

Kiểm tra điều kiện phù hợp với KTM KTM KTM TM cảnh quan ( )

Vì vậy để đảm bảo tính thẩm mỹ về mặt cảnh quan cũng như tính liên tục và đồng nhất

với hiện trạng toàn tuyến công trình tường biển ở Đồ Sơn, cao trình đỉnh tường thiết kế

được lựa chọn là , chiều cao khối tường biển mặt cong có mũi hắt sóng là

, đặt trên bệ mái nghiêng có .

4.3.2 Đề xuất bố trí mặt cắt ngang tường biển

Tuyến tường biển khu du lịch Đồ Sơn (trên địa bàn quận Đồ Sơn) đã được xây dựng qua

nhiều thời kỳ, bằng các loại vật liệu khác nhau (đá xây, gạch xây, bê tông cốt thép hoặc

vật liệu hỗn hợp), với thức kết cấu đa dạng, trong đó một số đoạn đã được thiết kế mũi

hắt sóng. Hiện tượng sóng tràn xảy ra thường xuyên đối với nhiều đoạn tường biển gây

hư hỏng công trình bảo vệ bờ, ảnh hưởng đáng kể đến các hoạt động dân sinh kinh tế

phía sau tường biển. Do vậy việc lựa chọn mặt cắt ngang tường biển cần phải phù hợp

với các điều kiện tự nhiên và các yêu cầu về quản lý, khai thác khu du lịch trong công

tác đầu tư tu bổ, nâng cấp tuyến tường biển.

Đối với các khu đô thị, đặc biệt là các khu đô thị gắn với các hoạt động du lịch, việc xây

108

dựng công trình bảo vệ bờ biển thường bị khống chế bởi thời gian và biện pháp thi công.

Mặt khác, việc đánh giá hiện trạng công trình để tận dụng một phần kết cấu có sẵn trong

quá trình xây dựng tường biển cũng góp phần tiết giảm chi phí đầu tư xây dựng công

trình và bảo vệ môi trường, việc tính toán hợp lý trong thiết kế kỹ thuật và biện pháp thi

công có thể rút ngắn thời gian thi công, giảm thiểu các ảnh hưởng đến các hoạt động

dân sinh kinh tế của khu đô thị, khu du lịch ven biển.

Tường biển tại tại khu du lịch Đồ Sơn đã được xây dựng qua nhiều thời kỳ, chất lượng

không đồng đều, khả năng chống sóng tràn còn tương đối hạn chế. Tuy nhiên việc phá

bỏ toàn bộ công trình trong quá trình tu bổ, nâng cấp tuyến tường biển có thể sẽ gây ra

nhiều vấn đề bất cập như tăng chi phí đầu tư, kéo dài thời gian thi công hoặc các vấn đề

liên quan đến cảnh quan môi trường trong khu vực.

Sau khi thực hiện việc đánh giá hiện trạng công trình, kết cấu tường biển mới được thiết

kế nâng cấp, cải tạo trên nền tường biển cũ hiện trạng nhằm tận dụng kết cấu vẫn đảm

bảo điều kiện ổn định cho công trình. Kết cấu tường biển mới sẽ tạo thành điểm nhấn

về cảnh quan của khu du lịch. Do vậy, tác giả bản luận án đề xuất công trình với kết cấu

tường mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ đá mái nghiêng tại Hình 0.5 như đã nêu ở

mục “Tính cấp thiết của đề tài”. Kết cấu dạng tường biển này bao gồm các bộ phận

chính như sau:

(1) Kết cấu đất đắp và đường giao thông phía sau tường;

(2) Khối tường biển trọng lực bằng bê tông với mặt cắt ngang dạng tường mặt cong có

mũi hắt sóng 2,5 m;

(3) Kè mái nghiêng nối tiếp chân tường có độ dốc ;

(4) Kết cấu chân khay bảo vệ chân công trình.

Tường biển cũ hiện có sẽ được phá dỡ phần phía trên đã bị hư hỏng. Mặt trước tường sẽ

được đắp thêm đá (nếu cần) tạo thành phần bệ với mái nghiêng để đặt khối tường biển

lên trên (Hình 4.11). Mặt trước tường sẽ chịu tác động trực tiếp của sóng, dòng chảy, do

đó mái nghiêng nên được bảo vệ bằng cấu kiện phù hợp với cảnh quan chung của khu

du lịch. Lưng tường sẽ được lấp đá hoàn trả và tạo sự liên kết với đường giao thông hiện

tại. Đỉnh tường sẽ được khống chế không quá chênh lệch với cao trình trung bình toàn

109

tuyến tường biển tại khu du lịch để đảm bảo tính liên tục và đồng nhất. Vật liệu phá dỡ

sẽ được thu hồi, tận dụng để đắp phía sau thân tường làm đường giao thông. Tường sẽ

được chia thành từng đoạn với chiều dài và trọng lượng sao cho thuận tiện và an toàn

khi chế tạo các đốt tường và lắp dựng.

(Ghi chú: kích thước tính bằng mm, cao trình tính bằng m)

Hình 4.11 Mặt cắt ngang tường biển đề xuất áp dụng cho KDL Đồ Sơn

Mặt cắt ngang tường biển đề xuất có thể áp dụng trên các đoạn tường biển, đặc biệt là

đối với các đoạn tường không đi qua các bãi tắm tại khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải

Phòng nhằm giảm tối đa lưu lượng sóng tràn qua tường, góp phần đảm bảo an toàn cho

các hoạt động dân sinh và kết cấu hạ tầng phía sau tường.

4.3.3 Đề xuất quy trình nâng cấp, cải tạo tường biển

4.3.3.1 Mục đích, yêu cầu

Tường biển với hình thức kết cấu mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng có

thể áp dụng cho các đoạn bờ biển đáp ứng được các điều kiện về địa hình, địa chất; đặc

điểm thủy, hải văn và các yêu cầu về cảnh quan, môi trường tại các khu đô thị, khu du

lịch ven biển, phù hợp với điều kiện và trình độ thi công, lắp đặt các công trình ở vùng

ven biển nước ta.

Nhìn chung, quỹ đất tại các khu du lịch, khu đô thị ven biển đều tương đối hạn hẹp, quá

trình thi công xây dựng tường biển cần phải hạn chế tối đa các ảnh hưởng đến cảnh quan

110

chung cũng như các hoạt động dân sinh, kinh tế trong khu vực. Do vậy việc xây dựng,

nâng cấp tường biển ở các khu đô thị, khu du lịch thường bị khống chế về thời gian thi

công. Mặt khác, mặt bằng xây dựng, lắp đặt tường biển ở các khu đô thị, khu du lịch

ven biển thường khá chật hẹp, trong khi vẫn phải đảm bảo các điều kiện phục vụ thi

công (tập kết vật liệu; bố trí trang thiết bị, máy móc phục vụ thi công; an toàn lao

động…).

Để đáp ứng những yêu cầu khắt khe về mặt bằng, thời gian thi công cũng như giảm thiểu

tới mức thấp nhất các tác động của việc nâng cấp, cải tạo, xây dựng tường biển ở các

khu đô thị, khu du lịch ven biển, NCS đề xuất sử dụng các khối bê tông cốt thép đúc

sẵn, lắp ghép thành tuyến tường biển trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và cảnh

quan tại khu vực xây dựng công trình. Các cấu kiện này có thể được đúc tại các nhà máy

hoặc ở phía ngoài các khu đô thị, khu du lịch ven biển. Biện pháp thi công này sẽ rút

ngắn thời gian thi công, đồng thời sẽ khắc phục được một số khó khăn liên quan đến

điều kiện xây dựng công trình.

4.3.3.2 Quy trình nâng cấp, cải tạo tường biển

• Đối với các đoạn bờ biển đã có công trình bảo vệ bờ (tường biển, tường trọng lực

kiểu thẳng đứng). Các công trình dạng này thường có kết cấu bằng đá xây (gạch xây).

- Bước 1: khảo sát, đánh giá hiện trạng công trình. Khi công trình vẫn đảm các điều

kiện về kỹ thuật và thẩm mỹ, có thể tận dụng một phần để xây dựng tường biển.

- Bước 2: phá dỡ một phần kết cấu đá xây đến cao trình phù hợp với cao trình đặt kết

cấu bê tông đúc sẵn. Thi công tạo mặt bằng đảm bảo các điều kiện để chuẩn bị lắp

dựng kết cấu tường biển đúc sẵn.

- Bước 3: lắp dựng các modul tường biển (các cấu kiện bê tông đúc sẵn) trên cơ sở tuân

thủ các yêu cầu về kỹ thuật.

- Bước 4: hoàn thiện việc xây công trình đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và mỹ thuật

(lấp đất phía sau tường, thực hiện các biện pháp làm kín nước, xây lát vỉa hè, các

trang trí khác…).

• Trường hợp 2: đối với các đoạn bờ biển chưa có công trình bảo vệ bờ.

- Bước 1: khảo sát các điều kiện xây dựng công trình (địa hình, địa chất, mặt bằng…)

111

tại vị trí xây dựng công trình.

- Bước 2: thi công xây dựng bệ để lắp đặt tường biển. Kết cấu của bệ có thể bằng đá

xây, bê tông đổ tại chỗ, bê tông lắp ghép… hoặc kết hợp các dạng kết cấu phù hợp

với yêu cầu về kỹ thuật và cảnh quan trong khu vực.

- Bước 3, Bước 4: thực hiện tương tự như Trường hợp 1.

4.4 Kết luận chương 4

Chương 4 đã tóm tắt các điều kiện tự nhiên và hiện trạng của các tường biển tại khu du

lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng; thống kê các dạng công trình tường biển đã được

xây dựng cũng như các hư hỏng của tường biển trong khu vực; phân tích các đặc điểm

khí tượng, thủy hải văn đã được sử dụng trong thiết kế công trình đê biển và tường biển

vùng này; phân tích lựa chọn cấp công trình và tính toán các điều kiện biên phục vụ thiết

kế công trình.

Chương 4 đã áp dụng các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của tường mặt cong đến lưu

lượng sóng tràn qua tường - công thức (3-9) để tính toán kiểm tra cao trình đỉnh tường

biển với giá trị lưu lượng tràn cho phép là 20 (l/s/m), có xem xét tới sự phù hợp với địa

hình của khu du lịch cũng như các điều kiện kinh tế, kỹ thuật cũng như cảnh quan chung

cho khu vực khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. Để đảm bảo tính liên tục và

đồng nhất với hiện trạng toàn tuyến công trình tường biển ở Đồ Sơn và thuận lợi cho

quá trình thi công, lắp đặt. Cao trình đỉnh tường thiết kế đã được tính toán và lựa chọn

là , khối tường biển mặt cong có mũi hắt sóng có chiều cao là

được đặt trên bệ mái nghiêng có độ dốc . NCS đã đề xuất được kết cấu tường biển

phù hợp cho khu du lịch Đồ Sơn, có thể áp dụng thay thế các công trình tường biển

không còn đảm bảo an toàn trên toàn tuyến tường biển tại khu du lịch Đồ Sơn, thành

phố Hải Phòng.

Nội dung chương này cũng đã đề xuất được các bước thực hiện chính trong quy trình

nâng cấp, cải tạo tường biển. Có thể sử dụng quy trình này để tham khảo khi xây dựng

các công trình tường biển bảo vệ các khu du lịch, khu đô thị ven biển vùng duyên hải

112

Bắc Bộ nước ta.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. Kết quả đạt được của luận án

1. Nghiên cứu tổng quan về sóng tràn và sóng tràn qua tường biển

Luận án đã tổng quan được tình hình nghiên cứu sóng tràn qua đê biển và các nghiên

cứu về sóng tràn qua tường biển ở Việt Nam và trên thế giới. Nghiên cứu sóng tràn qua

tường biển là vấn đề mới ở Việt Nam, có ý nghĩa quan trọng đối với bờ biển các khu đô

thị, các khu du lịch ven biển vùng duyên hải Bắc Bộ.

Luận án đã nêu được hiện trạng tường biển và các dạng hư hỏng thường gặp của các

công trình tường biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ. Trong đó, hư hỏng tường biển do sóng

tràn là dạng hư hỏng xảy ra thường xuyên và phổ biến nhất.

Tác giả đã thống kê, phân tích có chọn lọc các công trình nghiên cứu về sóng tràn qua

tường biển và chỉ ra những vấn đề các nghiên cứu trước đây chưa đề cập hoặc có đề cập

nhưng chưa đầy đủ. Các nghiên cứu về sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt

sóng ở Việt Nam hiện nay còn khá hạn chế. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của tường biển

mặt cong, có mũi hắt sóng là cơ sở quan trọng trong việc tính toán cao trình đỉnh tường

biển cho các khu đô thị, khu du lịch ven biển.

2. Nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng bằng mô hình vật lý máng sóng

Luận án đã làm rõ cơ sở khoa học và phân tích lựa chọn được phương pháp nghiên cứu

ảnh hưởng của tường biển mặt cong có mũi hắt sóng đến lưu lượng sóng tràn qua tường

biển trên mô hình vật lý máng sóng. Thông qua phân tích điều kiện địa hình và thủy

động lực khu vực duyên hải Bắc Bộ nước ta, tác giả đã xây dựng được 02 nhóm thí

nghiệm: nhóm thứ (1) - nghiên cứu sóng tràn qua các dạng mặt cắt tường biển khác

nhau, bao gồm tường có và không có mũi hắt sóng để đánh giá hiệu quả giảm sóng tràn

và tìm ra dạng mặt cắt ngang tường có hiệu quả giảm sóng tràn tốt nhất; nhóm thứ (2) -

nghiên cứu chi tiết sóng tràn qua tường mặt cong có mũi hắt sóng, nhằm xây dựng công

thức thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của tường tới sóng tràn.

3. Nghiên cứu quá trình tương tác sóng-tường biển và xây dựng công thức thực

113

nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn

Từ video thí nghiệm của 7 kịch bản sóng đều, tác giả đã phân tích chu trình tương tác

sóng - tường mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng có thể trải qua 4 giai

đoạn: (1) sóng leo lên mái nghiêng, (2) sóng va vào thân tường tạo sóng bắn, (3) sóng

tràn qua đỉnh tường và (4) sóng rút. Trong đó giai đoạn 3 là giai đoạn quan trọng nhất

của quá trình phân tích sóng tràn qua tường biển. Giai đoạn này mô tả quá trình sóng

bắn đạt đến độ cao lớn nhất, góp phần tạo ra lượng nước tràn qua mặt trước, đổ xuống

đỉnh của tường biển và hình thành dòng chảy tràn chảy qua đỉnh tường. Kết quả phân

tích cho thấy chiều cao sóng và chu kỳ sóng có mối quan hệ đồng biến với chiều cao

đỉnh lưỡi sóng tương đối. Ngoài ra, khi chu kỳ sóng giảm, chiều dày lớp nước tràn tương

đối có xu thế nhỏ hơn. Lưu lượng tràn tương đối có mối quan hệ tỷ lệ thuận với thời

gian duy trì dòng tràn đỉnh tường biển tương đối.

Trên cơ sở kết quả phân tích 55 kịch bản thí nghiệm với sóng ngẫu nhiên, tác giả đã xác

định được ảnh hưởng của tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng đến sóng tràn qua tường

biển và được biểu diễn thông qua hệ số chiết giảm sóng tràn . Kết quả thí nghiệm cho

thấy sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng có sự suy giảm đi đáng kể.

Luận án cũng chỉ ra: khi chiều cao tường tương đối tăng lên thì hệ số chiết giảm sóng

tràn nhỏ đi, hệ số chiết giảm sóng tràn do tường mặt cong có mũi hắt sóng có xu thế

nghịch biến với độ dốc sóng.

Kết quả phân tích bộ số liệu mô hình vật lý đã được sử dụng để xây dựng được công thức

xác định hệ số chiết giảm sóng tràn do ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng

(công thức (3-10)). Công thức này có thể tích hợp vào công thức của EurOtop-2018 (1-2)

để xác định sóng tràn qua tường mặt cong có mũi hắt sóng trong trường hợp chân tường

nằm trên hoặc ngang với mực nước tính toán và sóng không vỡ trên mái nghiêng.

4. Ứng dụng kết quả nghiên cứu đề xuất kết cấu tường biển phù hợp cho khu du lịch Đồ Sơn, quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng

Tác giả đã ứng dụng công thức (3-10) để tính toán cao trình đỉnh tường biển mặt cong,

có mũi hắt sóng và đề xuất kết cấu tường biển phù hợp cho một trong những đoạn bờ

biển xung yếu nhất của khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. Đây là khu vực đã

được đầu tư xây dựng các công trình kiến trúc có giá trị cao, tuy nhiên hiện tượng sóng

114

tràn qua công trình với lưu lượng lớn tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn cho các hoạt

động của khu du lịch. Kết cấu tường biển được đề xuất của nghiên cứu có thể áp dụng

để thay thế các công trình tường biển không còn đảm bảo an toàn trên toàn tuyến tường

biển tại địa bàn khu du lịch Đồ Sơn.

II. Những đóng góp mới của luận án

- Đã làm sáng tỏ được các tham số chi phối tới lưu lượng sóng tràn qua tường biển như

hình dạng mặt tường và mũi hắt sóng, chiều cao tường tương đối, chiều cao lưu không

tương đối và chu kỳ sóng;

- Phát triển được công thức thực nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn (3-10) tích

hợp vào công thức sóng tràn qua tường biển của EurOtop-2018 để tính toán lưu lượng

sóng tràn cho dạng tường biển mặt cong có mũi hắt sóng đặt trên bệ mái nghiêng, áp

dụng tính toán cao trình đỉnh cho tường biển mặt cong có mũi hắt sóng ở quận Đồ

Sơn, thành phố Hải Phòng.

III. Tồn tại và hướng phát triển

1. Những tồn tại

- Các nghiên cứu hiện tại chỉ dừng lại ở tường biển nhẵn không thấm nước, chưa xét

đến ảnh hưởng của độ nhám mái, hướng sóng đến, độ dài ngắn của đỉnh sóng.

- Nghiên cứu chỉ mới xét đến hình dạng mũi hắt sóng mặt cong đến sóng tràn, chưa xét

đến ảnh hưởng của kích thước hình học mũi hắt sóng (bán kính cong, độ nhô của mũi

hắt sóng, …).

- Công thức thực nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn mới chỉ áp dụng cho

tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng, chưa xem xét tới các dạng tường biển mặt

đứng, tường biển mặt nghiêng hoặc mặt bậc thang…

- Công thức thực nghiệm xác định hệ số chiết giảm sóng tràn do tường mặt cong có

mũi hắt sóng chỉ được áp dụng trong điều kiện sóng không vỡ trên mái nghiêng và

chân tường nằm ngang hoặc trên mực nước tính toán, chưa xét đến trường hợp sóng

vỡ và chân tường nằm dưới mực nước tính toán.

2. Hướng phát triển

- Tiếp tục nghiên cứu về ảnh hưởng của kích thước hình học mũi hắt sóng, hình dạng

115

măt tường (dạng thẳng đứng, nghiêng, bậc thang) đến sóng tràn qua tường biển;

- Nghiên cứu mở rộng phạm vi áp dụng cho các vùng bờ biển khác ở nước ta với các

điều kiện bãi trước, tham số sóng và mực nước khác với vùng duyên hải Bắc Bộ.

IV. Kiến nghị

Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện các đóng góp mới của luận án để sớm được áp dụng vào

trong đào tạo, tính toán thiết kế tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng ở vùng duyên hải

Bắc Bộ và các khu vực có điều kiện địa hình, chế độ thủy hải văn tương tự với khu vực

116

nghiên cứu.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

[1] H. T. Lê, X. T. Tăng, N. L. Nguyễn, and D. K. Mai, “Nghiên cứu chế tạo và lắp đặt

thử nghiệm cấu kiện tường biển bảo vệ khu du lịch Hòn Dấu resort,” Tạp chí Tài nguyên

nước, Số 1, tr. 29–35, Tháng 1/2020.

[2] H. T. Le, T. L. Dang, X. T. Tang, T. D. Nguyen, and T. T. Tran, “Wave overtopping

and splash-up at seawalls with bullnose,” Vietnam Journal of Marine Science and

Technology, vol. 20, pp. 333–342, Jul. 2020, doi: 10.15625/1859-3097/20/3/15064.

[3] X. T. Tang, H. T. Le, T. L. Dang, T. D. Nguyen, and T. T. Tran, “Wave overtopping

on seawall with bullnose measurements compared to design guidelines,” presented at

the 3rd International Conference on Sustainability in Civil Engineering, Nov. 2020.

[4] X. T. Tang, H. T. Le, T. L. Dang, T. D. Nguyen, and T. T. Tran, “Wave overtopping

at seawalls with bullnose,” presented at the 8th International Conference on the

Application of Physical Modelling in Coastal and Port Engineering and Science,

Zhoushan, China, Zhoushan, China, Dec. 2020, pp. 249–256.

[5] X. T. Tăng, T. T. Trần, and D. K. Mai, “Nghiên cứu sóng tràn qua tường biển tại khu

du lịch đồ sơn, thành phố hải phòng,”. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm

2021, Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2021, tr. 193–195.

[6] X. T. Tăng and T. T. Trần, “Đánh giá hiện trạng và phân tích nguyên nhân, cơ chế

hư hỏng các tường biển tại khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng,” Tạp chí Khoa

học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, Số 75, tr. 24–32, T9/2021.

[7] H. T. Le, X. T. Tang, T. T. Tran, T. L. Dang, and T. D. Nguyen, “Experimental

Measurements of Wave Overtopping at Seawalls,” presented at the 6th International

Electronic Conference on Water Sciences (ECWS-6), Nov. 2021.

[8] X. T. Tăng and T. T. Trần, “Đề xuất mặt cắt ngang tường biển phù hợp cho khu du

lịch đồ sơn, thành phố hải phòng” Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023,

117

Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2023, tr. 176-178.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] T. N. Mai, Mô hình đô thị ven biển có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu. Nhà

Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2016.

[2] “Seawall,” Wikipedia. Jun. 17, 2022. Accessed: Jul. 24, 2022. [Online]. Available:

https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Seawall&oldid=1093576620

[3] Coastal Wiki, “Seawalls and revetments.”

http://www.coastalwiki.org/wiki/Seawalls_and_revetments (accessed Feb. 02,

2023).

[4] EurOtop, Wave Overtopping of Sea Defences and Related Structures: Assessment

Manual. Environment Agency UK/Expertise Netwerk Waterkeren NL/Kuratorium fur Forschung im Kusteningenieurswesen, DE, 2007.

[5] Q. T. Thiều, Đê biển và kè mái nghiêng. Hà Nội: Nhà xuất bản xây dựng, 2016.

[6] Tiêu chuẩn quốc gia, TCVN 9901: 2014 “Công trình Thủy lợi - Yêu cầu thiết kế Đê

biển.” 2014.

[7] J. De Rouck, J. Geeraerts, P. Troch, A. Kortenhaus, T. Pullen, and L. Franco, “New results on scale effects for wave overtopping at coastal structures, the CLASH

programme,” Ghent University report 8-EVK3-2001-00058, 2005.

[8] T. Pullen, W. Allsop, T. Bruce, and J. Pearson, “Field and laboratory measurements

of mean overtopping discharges and spatial distributions at vertical seawalls,”

Coastal Engineering, vol. 56, no. 2, pp. 121–140, 2009.

[9] M. Yamashiro, A. Yoshida, S. Kaida, and Y. Nishii, “Characteristics of splash run-

ups generated at vertical coastal structures,” presented at the 7th International

Conference on Asian and Pacific Coasts, APAC 2013,” Proceedings of the 7th

International Conference on Asian and Pacific Coasts, APAC 2013, 2013, pp. 166–

172.

[10] H. Verhaeghe, J. W. Van der Meer, G.-J. Steendam, P. Besley, L. Franco, and M. Van Gent, “Wave overtopping database as the starting point for a neural network prediction method,” Coastal Structures 2003, pp. 418–430, 2004.

[11] M. W. Owen, “Design of seawalls allowing for overtopping,” Report EX924,

Hydraulics Research, Wallingford, UK, 1980.

118

[12] J. W. Van der Meer, K. d’Angremond, and J. Juhl, “Probabilistic calculations of wave forces on vertical structures,” Coastal Engineering Proceedings, no. 24, 1992.

[13] J. van der Meer, “Conceptual design of rubble mound breakwaters, World

Scientific,” Advances in Coastal and Ocean Engineering, vol. 1, pp. 221–315,

1993, doi: 10.1142/9789812797582_0005.

[14] J. W. van der Meer, “Wave run-up and wave overtopping at dikes,” Wave forces

on inclined and vertical structures, ASCE, 1995.

[15] TAW, Technical Report Wave Run-up and Wave Overtopping at Dikes. Delft, the

Netherlands: Technical Advisory Committee on Flood Defenses, 2002.

[16] EurOtop, Manual on wave overtopping of sea defences and related structures: An

overtopping manual largely based on European research, but for worldwide

application. Environment Agency UK/Expertise Netwerk Waterkeren

NL/Kuratorium fur Forschung im Kusteningenieurswesen, DE, 2018.

[17] R. Berkeley-Thorn and A. C. Roberts, “Sea defence and coast protection works,”

Publ by Thomas Telford Ltdr, 1981.

[18] C. Franco and L. Franco, “Overtopping formulas for caisson breakwaters with

nonbreaking 3D waves,” Journal of waterway, port, coastal, and ocean

engineering, vol. 125, no. 2, pp. 98–108, 1999.

[19] A. Kortenhaus, J. Pearson, T. Bruce, N. W. H. Allsop, and J. W. Van der Meer,

“Influence of parapets and recurves on wave overtopping and wave loading of

complex vertical walls,” in Coastal Structures 2003, 2004, pp. 369–381.

[20] J. Pearson, T. Bruce, W. Allsop, A. Kortenhaus, and J. van der Meer, “Effectiveness

of recurve walls in reducing wave overtopping on seawalls and breakwaters,” in

Coastal Engineering 2004: (In 4 Volumes), World Scientific, 2005, pp. 4404–4416.

[21] W. Veale, T. Suzuki, T. Verwaest, K. Trouw, and T. Mertens, “Integrated design

of coastal protection works for Wenduine, Belgium,” Coastal Engineering

Proceedings, vol. 1, no. 33, p. 70, 2012.

[22] T. Schoonees, “Impermeable recurve seawalls to reduce wave overtopping,”

Stellenbosch : Stellenbosch University, 2014. Accessed: Nov. 29, 2022. [Online].

https://typeset.io/papers/impermeable-recurve-seawalls-to-reduce-

Available: wave-overtopping-2x0hglmohm

[23] J. P. de Waal, P. Tönjes, and J. W. van der Meer, “Wave overtopping of vertical structures including wind effect,” in Coastal Engineering 1996, 1996, pp. 2216– 2229.

[24] G. Wolters and M. R. van Gent, “Maximum wind effect on wave overtopping of sloped coastal structures with crest elements,” in Coastal Structures 2007: (In 2

119

Volumes), World Scientific, 2009, pp. 1263–1274.

[25] N. Kobayashi and A. Wurjanto, “Wave Overtopping on Coastal Structures,”

Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering-asce - J WATERW

PORT COAST OC-ASCE, vol. 115, Mar. 1989, doi: 10.1061/(ASCE)0733-

950X(1989)115:2(235).

[26] N. Kobayashi and A. Wurjanto, “Irregular Wave Setup and Run-up on Beaches,”

Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering-asce - J WATERW

PORT COAST OC-ASCE, vol. 118, Jul. 1992, doi: 10.1061/(ASCE)0733- 950X(1992)118:4(368).

[27] N. Dodd, “Numerical Model of Wave Run-Up, Overtopping, and Regeneration,”

Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering-asce - J WATERW

PORT COAST OC-ASCE, vol. 124, Mar. 1998, doi: 10.1061/(ASCE)0733- 950X(1998)124:2(73).

[28] K. Hu, C. G. Mingham, and D. M. Causon, “Numerical simulation of wave

overtopping of coastal structure using the non-linear shallow water equation,”

Coastal Engineering, vol. 41, pp. 433–465, Nov. 2000, doi: 10.1016/S0378-

3839(00)00040-5.

[29] M. Hubbard and N. Dodd, “A 2D numerical model of wave runup and overtoping,”

Coastal Engineering, vol. 47, pp. 1–26, Nov. 2002, doi: 10.1016/S0378-

3839(02)00094-7.

[30] P. K. Stansby and T. Feng, “Surf zone wave overtopping a trapezoidal structure: 1-

D modelling and PIV comparison,” Coastal Engineering, vol. 51, pp. 483–500,

Aug. 2004, doi: 10.1016/j.coastaleng.2004.06.001.

[31] J. Zhou, D. M. Causon, C. G. Mingham, and D. Ingram, “The Surface Gradient

Method for the Treatment of Source Terms in the Shallow-Water Equations,”

Journal of Computational Physics, vol. 168, pp. 1–25, Mar. 2001, doi: 10.1006/jcph.2000.6670.

[32] J. Shiach, C. G. Mingham, D. Ingram, and T. Bruce, “The applicability of the

shallow water equations for modelling violent wave overtopping,” Coastal Engineering, vol. 51, pp. 1–15, Mar. 2004, doi: 10.1016/j.coastaleng.2003.11.001.

[33] G. Bellotti and M. Brocchini, “On using Boussinesq-type equations near the shoreline: A note of caution,” Ocean Engineering - OCEAN ENG, vol. 29, pp. 1569–1575, Sep. 2002, doi: 10.1016/S0029-8018(01)00092-0.

[34] M. Brocchini and N. Dodd, “Nonlinear Shallow Water Equation Modeling for Coastal Engineering,” Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering-

asce - J WATERW PORT COAST OC-ASCE, vol. 134, Mar. 2008, doi:

120

10.1061/(ASCE)0733-950X(2008)134:2(104).

[35] P. Lynett, T.-R. Wu, and P. Liu, “Modeling wave runup with depth-integrated

equations,” Coastal Engineering, pp. 89–107, Jul. 2002, doi: 10.1016/S0378-

3839(02)00043-1.

[36] Q. T. Thieu, M. C. Vu, and H. T. Le, “Experimental study on wave overtopping at seadikes with vertical crown-wall,” in Asian and Pacific Coasts 2009: (In 4

Volumes, with CD-ROM), World Scientific, 2010, pp. 79–85.

[37] Q. T. Thieu, “Influence of low sea-dike crown-walls on wave overtopping discharge,” Coastal Engineering Journal, vol. 55, no. 4, pp. 1350013–1, 2013.

[38] T. Tuan, H. Verhagen, P. Visser, and M. Stive, “Wave overwash at low-crested

beach barriers,” Coastal Engineering Journal, vol. 48, pp. 371–393, Jan. 2006.

[39] Q. T. Thieu and H. Oumeraci, “A numerical model of wave overtopping on

seadikes,” Coastal Engineering, vol. 57, no. 8, pp. 757–772, 2010.

[40] V. T. Nguyễn, Q. T. Thiều, and V. N. Nguyễn, “Nghiên cứu bằng mô hình số sóng

tràn qua đê biển có tường đỉnh thấp,” 1, pp. 89–89, 2013.

[41] V. D. Nguyễn, “Nghiên cứu cơ sở khoa học của giải pháp tường đỉnh giảm sóng

tràn trên đê biển,” Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Thủy Lợi, Hà Nội, 2017.

[42] V. T. Nguyễn, “Nghiên cứu sóng tràn qua đê biển có tường đỉnh ở Bắc Bộ,” Luận

án tiến sĩ kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy: 62-58-40-01, Đại học

Thủy lợi, Hà Nội, 2014. Accessed: Aug. 17, 2021. [Online]. Available:

http://tailieuso.tlu.edu.vn/handle/DHTL/7070

[43] T. T. Trần and T. Lê, “Báo cáo tổng hợp đề tài KHCN Bộ Xây dựng. ‘Nghiên cứu

chế tạo cấu kiện tường biển có mũi hắt sóng phục vụ xây dựng công trình bảo vệ

bờ đảo và bờ các khu đô thị, khu du lịch ven biển,’” Đại học Thủy Lợi, Hà Nội,

2020.

[44] P. H. Lương and Đ. H. Trần, Lý thuyết thí nghiệm mô hình công trình thủy. NXB

Xây Dựng, 2003.

[45] M. C. Vũ, “Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với từng loại đê và

phù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam,” Đề tài NCKH cấp bộ giai đoạn I: 2007 - 2008, 2008.

121

[46] T. Trần and H. T. Lê, “Báo cáo điều tra, khảo sát hiện trạng các công trình tường biển khu vực Quảng Ninh - Hải Phòng - Đề tài KHCN Bộ xây dựng ‘Nghiên cứu chế tạo cấu kiện tường biển có mũi hắt sóng phục vụ xây dựng công trình bảo vệ bờ đảo và bờ các khu đô thị, khu du lịch ven biển,’” Bộ xây dựng, Đề tài NCKH cấp bộ (2017-2019), 2019.

[47] Q. T. Thieu, H. J. Verhagen, P. Visser, and M. J. Stive, “Wave overwash at low-

crested beach barriers,” Coastal engineering journal, vol. 48, no. 4, pp. 371–393,

2006.

[48] V. D. Nguyễn, X. R. Lê, and Q. T. Thiều, “Nghiên cứu ảnh hưởng của mũi hắt đến lưu lượng sóng tràn qua đê biển,” Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi

trường, no. 50, 2015.

[49] J. A. Zelt and J. E. Skjelbreia, “Estimating incident and reflected wave fields using an arbitrary number of wave gauges,” in Coastal Engineering 1992, 1993, pp. 777–

789.

[50] S. A. Hughes and E. Mansard, “Physical models and laboratory techniques in

coastal engineering,” Coastal Engineering, vol. 27, no. 1, pp. 124–125, 1996. [51] H. Schüttrumpf and H. Oumeraci, “Scale and model effects in crest level design,”

in Proceedings of the 2nd Coastal Symposium, Höfn, Iceland, 2005, pp. 5–8.

[52] J. Pearson, T. Bruce, W. Allsop, and X. Gironella, “Violent wave overtopping–

measurements at large and small scale,” in Coastal Engineering 2002: Solving

Coastal Conundrums, World Scientific, 2003, pp. 2227–2238.

[53] M. C. Nguyễn, Đặc điểm khí hậu Hải Phòng. Thành phố Hải Phòng: Nhà Xuất bản

Hải Phòng, 1986.

[54] N. N. Thụy, Thủy triều vùng biển Việt Nam. Hà Nội: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ

thuật, 1984.

[55] T. L. Đặng and Q. T. Thiều, “Quan hệ chu kỳ và chiều cao của sóng gió mùa vùng

biển Bắc và Bắc Trung Bộ Việt Nam,” presented at the Hội nghị khoa học thường

122

niên Đại học Thủy Lợi, Hà Nội: Đại học Thủy Lợi, Nov. 2015.

PHỤ LỤC

123

Phụ lục A: Các công thức tính toàn sóng tràn qua đê/tường biển

Bảng PL A- 1 Một số công thức tính toán sóng tràn qua đê biển mái nghiêng

Công thức Ưu điểm Hạn chế Tác giả/ công trình

(0-1)

trong đó:

là lưu lượng tràn trung bình, là chu kỳ sóng trung bình 500 thí nghiệm với nhiên, ngẫu sóng được thực hiện với các độ dốc mái khác nhau.

(s), là chiều cao sóng ý nghĩa (m), là chiều cao lưu không (+) Chưa xét đến ảnh hưởng của độ nhám mái đê; (+) Đê dạng đơn giản, chỉ một số ít thí nghiệm có cơ đê phía trước.

và là các hằng số thực nghiệm được lập Owen (1980) [11] của đỉnh đê (m), cho các độ dốc mái đê khác nhau.

(0-2) Đã xét đến ảnh hưởng của độ nhám mái đê. Chưa xét đến ảnh hưởng của cơ đê tới sóng tràn.

trong đó:

là hệ số chiết giảm do độ nhám mái.

(0-3)

Xét đến sự thiếu hụt lưu của chiều cao đê không trong đó, đỉnh . De Waal và Van der Meer (1992) [11] là chiều cao sóng leo 2% (m)

(+) Chưa xét đến ảnh hưởng của độ nhám mái đê và ảnh hưởng của cơ đê; (+) Sóng tràn được tính thông qua tham số sóng leo .

PL-1

Công thức Ưu điểm Hạn chế Tác giả/ công trình

Phạm vi ứng dụng hẹp, không áp dụng cho đê có tường đỉnh

(0-4) trong đó, là độ lưu không tương đối Van deer Meer (1993) [12]; Van der Meer và Janssen (1995) [13] công thức có thể áp dụng với điều kiện độ dốc sóng > 2.

Khi sóng vỡ

(+) Đánh giá thấp ảnh hưởng của tường đỉnh trên đê đến sóng tràn (thông qua hệ số chiết do giảm sóng

(0-5) Khi sóng không vỡ (+) Sóng tràn phụ thuộc vào tính chất tương tác sóng với công trình thể hiện qua sóng vỡ và sóng không vỡ; (+) Đê có cơ đê ở phía biển và đã xem xét đến ảnh hưởng của độ nhám của mái đê. (+) Phạm vi ứng dụng rộng rãi cho đa dạng loại kết cấu hình học; (+) Xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác. tràn ); tường đỉnh

TAW (2002) [14], EurOtop (2007) [15] (0-6)

trong đó: là chiều cao sóng tại chân đê; là chỉ số

; (+) Cơ đê và tường đỉnh không có ảnh hưởng đến tràn lượng sóng lưu trong trường hợp sóng không vỡ. Iribarren được tính toán từ chu kỳ phổ đặc trưng độ cao lưu không thực đỉnh đê; là là độ dốc mái đê quy đổi;

PL-2

Công thức Ưu điểm Hạn chế Tác giả/ công trình

, , và là các hệ số chiết giảm sóng tràn do cơ, độ

nhám mái, sóng tới xiên góc và tường đỉnh. Với sóng không vỡ:

(0-7)

Trong đó, giá trị trung bình của các hệ số , và

, là hệ số ảnh hưởng kết hợp xác định theo từng dạng

EurOtop (2018) [16]

Mới xét đến ảnh hưởng của tường đỉnh mặt đứng, chưa xét đến ảnh hưởng của các dạng mặt tường (mặt cong, mặt khác nghiêng, mặt bậc thang).

(+) Phạm vi ứng dụng rộng rãi cho đa dạng loại kết cấu hình học; (+) Xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác; (+) Xét đến ảnh hưởng của tường đỉnh đặc biệt là tường đỉnh có mũi hắt sóng trong sóng hợp trường không vỡ.

kết cấu công trình khác nhau: (+) Mái nhẵn và tường đỉnh không có mũi hắt sóng; (+) Mái nhẵn và tường đỉnh có mũi hắt sóng; (+) Mái nhẵn và có thềm trước giảm sóng; (+) Mái nhẵn có thềm trước và tường đỉnh thẳng đứng không mũi hắt sóng; (+) Mái nhẵn có thềm trước và tường đỉnh thẳng đứng có mũi hắt sóng.

PL-3

Bảng PL A- 2 Một số công thức tính toán sóng tràn qua tường đứng

Công thức Ưu điểm Hạn chế Tác giả/ công trình

(+) Có xu thế đánh giá thấp lưu lượng sóng tràn khi (0-8) lớn;

trong đó: là hệ số ảnh hưởng phụ thuộc vào hình dạng kết cấu đặc

Franco và cộng sự (1994) [17] thức Công đơn giản, dễ áp dụng.

thù của đê phá sóng. Điều kiện sóng cho thí nghiệm là sóng không vỡ (dạng dâng vỡ). Phạm vi áp dụng: .Rc/Hs = 0.9~2.3

(+) Chưa xét ảnh hưởng của hướng sóng đến; (+) Chưa xét tới tường có mũi hắt sóng và các dạng mặt tường khác (mặt cong, mặt nghiêng, mặt bậc thang).

(0-9)

Phạm vi áp dụng: .

Điều kiện sóng tương tác với công trình được xác định bởi hệ số:

Allsop và cộng sự (1995) [18] Với sóng phản xạ:

Cho thấy điều sóng kiện trước tường cũng có ảnh hưởng lớn đến lượng sóng tràn qua đê. (0-10) (+) Chưa xét ảnh hưởng của hướng sóng đến; (+) Chưa xét tới tường có mũi hắt sóng và các dạng mặt tường khác (mặt cong, mặt nghiêng, mặt bậc thang).

Với sóng xung kích:

PL-4

Công thức Ưu điểm Hạn chế Tác giả/ công trình

(0-11)

cho

(0-12)

trong đó, và lần lượt là các hệ số chiết giảm kể đến ảnh hưởng

Franco và Franco (1999) [19]

(+) Chưa xét đến điều kiện sóng trước tường; (+) Chưa xét tới các dạng mặt tường khác (mặt cong, mặt nghiêng, mặt bậc thang). Kể đến ảnh của hưởng hướng sóng đến và cấu tạo hình học của mặt ngoài tường.

của cấu tạo hình học của vách ngoài của tường đứng và sóng đến xiên góc. Điều kiện áp dụng: Công thức cho tường đứng dạng đơn giản: Điều kiện sóng tương tác với công trình được xác định bởi hệ số:

Với sóng phản xạ:

EurOtop (2018) [16] (0-13)

Xét đến ảnh hưởng của độ sâu nước và điều kiện sóng tương tác với tường Với sóng xung kích: (+) Chưa xét ảnh hưởng của hướng sóng đến; (+) Chưa xét tới tường có mũi hắt sóng và các dạng mặt tường khác (mặt cong, mặt nghiêng, mặt bậc thang).

(0-14)

PL-5

Công thức Ưu điểm Hạn chế Tác giả/ công trình

với

(0-15)

với Công thức cho tường đứng hỗn hợp: Điều kiện tương tác sóng với công trình được xem xét thông qua tham

số

Với sóng phản xạ:

Với sóng xung kích:

(0-16)

Xét đến ảnh hưởng của độ sâu nước và điều kiện sóng tương tác với tường với (+) Chưa xét ảnh hưởng của hướng sóng đến; (+) Chưa xét tới tường có mũi hắt sóng và các dạng mặt tường khác (mặt cong, mặt nghiêng, mặt bậc thang).

(0-17)

với

PL-6

Phụ lục B: Kết quả thí nghiệm

Trình tự thí nghiệm chi tiết được thể hiện trong bảng sau:

Bảng PL B- 1 Trình tự thí nghiệm

STT Nội dung công việc Ghi chú Thời gian

I 1 2 3

5 15 phút

Máy quay sóng tràn cần đặt đúng khung hình, cạnh đứng trái, cạnh ngang dưới Chỉ tiến hành vào đầu giờ sáng và/ hoặc khi thay đổi mực nước; nên dùng giẻ sạch lau đầu đo 6

Chú ý đảm bảo an toàn về điện 8 II

CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM Bật máy tính + bộ đo sóng + máy tạo sóng Kiểm tra & thay nhãn thí nghiệm Kiểm tra và bơm nước vào máng cho đúng với MN yêu cầu Chuẩn bị và lắp đặt 02 máy quay + chân máy quay; chuẩn bị máy ảnh Kiểm định 06 đầu đo sóng (thao tác 3 bước: 0,08, -0,08, 0 cho mỗi đầu đo); Chú ý kiểm tra mức 0 trên các núm điều khiển; Chuẩn bị chạy kịch bản thí nghiệm + chọn file điều khiển tạo sóng tương ứng Kiểm tra mực nước ban đầu trong & ngoài thùng tràn (vạch 0) và trong xô chứa (vạch 50l) Kiểm tra hệ thống bơm + ổ cắm điện + dây dẫn TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Chạy máy tạo sóng với kịch bản lựa chọn; chạy máy tính ghi số liệu DAQ

10 Đo lượng nước tràn, 100 lít/ 1 lần bơm Liên tục

Chú ý Update Zeros (10s); Mở van xả nước vào máng & chạy bơm nhỏ Đánh dấu vào sổ ghi chép - Mức thể tích tiêu chuẩn là 100 lít 11 III Kiểm tra mực nước và bơm nước bổ sung vào máng nếu cần thiết KẾT THÚC THÍ NGHIỆM

PL-7

STT Nội dung công việc Ghi chú Thời gian

13 14

Hoàn thiện bảng ghi chép thông số thí nghiệm, lượng nước tràn, bắn xử lý sơ bộ để kiểm tra kết quả so với kịch bản IV 17 18

21 V

Khi thí nghiệm còn khoảng khoảng 1 phút thì quay về cabin, Tắt máy tạo sóng (nút Generation Off) Tắt hệ thống thu nhận số liệu DAQ (nút Complete); Tắt các máy quay; Đo đạc lượng nước tràn còn lại + ghi chép lại số liệu; Gõ nhật kí vào máy tính (file Excel) Xử lí số liệu sóng thu được (sóng thống kê, sóng phổ, sóng phản xạ) CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM TIẾP THEO Thay nhãn thí nghiệm Kiểm tra và bơm nước vào máng cho đúng với MN yêu cầu Kiểm tra mực nước ban đầu trong & ngoài thùng tràn (vạch 0) và trong xô chứa (vạch 50l) Lau kính máng sóng 4 mặt ở khoang quan sát sóng tràn, sóng bắn Chuẩn bị máy quay, máy bơm… CUỐI NGÀY - Sao lưu dữ liệu; - Tắt máy tính và các thiết bị đo; cất máy quay, máy ảnh vào cabin; 22

- San lại cát phía trước thảm đá; - Tắt các ổ điện & công tắc; - Rà soát đối chiếu phiếu và file nhật ký

PL-8

B.1. Kích thước mặt cắt ngang mô hình các dạng tường biển được thí nghiệm

Hình PL B- 1 Kích thước mặt cắt ngang mô hình tường mặt đứng không có mũi hắt sóng - TK1 (trái) và tường mặt đứng có mũi hắt sóng - TM1 (phải)

PL-9

Hình PL B- 2 Kích thước mặt cắt ngang mô hình tường mặt nghiêng không có mũi hắt sóng - TK2 (trái) và tường mặt nghiêng có mũi hắt sóng - TM2 (phải)

Hình PL B- 3 Kích thước mặt cắt ngang mô hình tường mặt cong không có mũi hắt sóng - TK3 (trái) và tường mặt cong có mũi hắt sóng - TM3 (phải)

PL-10

B.2. Kết quả thí nghiệm sóng tràn qua các dạng mặt cắt ngang tường biển khác nhau

Bảng PL B- 2 Kết quả thí nghiệm cho tường mặt đứng

STT

Kịch Bản

q (m3/s/m)

Hs (m)

Tp (m)

Kr

Loại tường

Độ sâu nước ở nước sâu (m)

Độ sâu nước trước chân công trình (m)

D60H15T19_TM1_01

0,6

0,237

0,132

1,79

1,58E-05

0,538

D60H15T19_TM1_02

0,6

0,237

0,131

1,79

1,79E-05

0,554

D60H16T15_TM1_01

0,6

0,237

0,137

1,68

1,33E-05

0,447

TM1

D60H16T15_TM1_02

0,6

0,237

0,146

1,68

1,33E-05

0,445

D65H16T19_TM1_01

0,65

0,287

0,155

1,79

5,26E-05

0,592

D65H16T19_TM1_02

0,65

0,287

0,154

1,68

5,26E-05

0,612

D65H17T16_TM1_02

0,65

0,287

0,168

1,68

3,50E-05

0,54

D60H15T19_TK1_01

0,6

0,237

0,13

1,79

2,11E-05

0,57

D60H15T19_TK1_02

0,6

0,237

0,131

1,79

1,89E-05

0,563

D65H16T19_TK1_01

0,65

0,287

0,152

1,79

2,21E-04

0,629

TK1

D65H16T19_TK1_02

0,65

0,287

0,153

1,68

2,23E-04

0,616

D65H17T16_TK1_01

0,65

0,287

0,167

1,68

1,23E-04

0,543

D65H17T16_TK1_02

0,65

0,287

0,167

1,68

1,19E-04

0,536

PL-11

Bảng PL B- 3 Kết quả thí nghiệm cho tường mặt nghiêng

STT

Kịch Bản

q (m3/s/m)

Hs (m)

Tp (m)

Kr

Loại tường

Độ sâu nước ở nước sâu (m)

Độ sâu nước trước chân công trình (m)

D60H15T19_TM2_01

0,6

0,237

0,129

1,68

3,16E-06

0,602

D60H15T19_TM2_02

0,6

0,237

0,128

1,79

4,21E-06

0,609

D60H16T15_TM2_01

0,6

0,237

0,144

1,59

2,00E-06

0,491

D60H16T15_TM2_02

0,6

0,237

0,143

1,68

1,87E-06

0,496

TM2

D65H16T19_TM2_01

0,65

0,287

0,16

1,68

2,32E-05

0,643

D65H16T19_TM2_02

0,65

0,287

0,16

1,68

2,42E-05

0,646

D65H17T16_TM2_01

0,65

0,287

0,163

1,68

7,50E-06

0,595

D65H17T16_TM2_02

0,65

0,287

0,163

1,68

7,50E-06

0,605

D60H15T19_TK2_01

0,6

0,237

0,129

1,68

7,37E-05

0,602

D60H15T19_TK2_02

0,6

0,237

0,128

1,68

7,37E-05

0,604

D60H16T15_TK2_01

0,6

0,237

0,143

1,68

5,07E-05

0,495

D60H16T15_TK2_02

0,6

0,237

0,143

1,68

4,67E-05

0,498

TK2

D65H16T19_TK2_01

0,65

0,287

0,159

1,68

4,42E-04

0,66

D65H16T19_TK2_02

0,65

0,287

0,158

1,68

4,40E-04

0,669

D65H17T16_TK2_01

0,65

0,287

0,161

1,68

3,29E-04

0,629

D65H17T16_TK2_02

0,65

0,287

0,161

1,68

3,30E-04

0,629

PL-12

Bảng PL B- 4 Kết quả thí nghiệm cho tường mặt cong

STT

Kịch Bản

q (m3/s/m)

Hs (m)

Tp (m)

Kr

Loại tường

Độ sâu nước ở nước sâu (m)

Độ sâu nước trước chân công trình (m)

D60H15T19_TM3_01

0,6

0,237

0,129

1,79

1,67E-06

0,592

D60H15T19_TM3_02

0,6

0,237

0,129

1,79

1,94E-06

0,594

D60H16T15_TM3_01

0,6

0,237

0,134

1,68

1,89E-06

0,504

D60H16T15_TM3_02

0,6

0,237

0,134

1,68

1,67E-06

0,502

TM3

D65H16T19_TM3_01

0,65

0,287

0,159

1,68

1,11E-05

0,656

D65H16T19_TM3_02

0,65

0,287

0,151

1,68

1,28E-05

0,654

D65H17T16_TM3_01

0,65

0,287

0,154

1,68

8,33E-06

0,603

D65H17T16_TM3_02

0,65

0,287

0,163

1,59

7,78E-06

0,602

D60H15T19_TK3_01

0,6

0,237

0,131

1,79

3,16E-05

0,565

D60H15T19_TK3_02

0,6

0,237

0,131

1,68

3,16E-05

0,566

D60H16T15_TK3_01

0,6

0,237

0,136

1,68

1,33E-05

0,469

D60H16T15_TK3_02

0,6

0,237

0,137

1,68

1,07E-05

0,455

TK3

D65H16T19_TK3_01

0,65

0,287

0,154

1,79

2,84E-04

0,611

D65H16T19_TK3_02

0,65

0,287

0,151

1,68

2,79E-04

0,644

D65H17T16_TK3_01

0,65

0,287

0,165

1,68

1,94E-04

0,569

D65H17T16_TK3_02

0,65

0,287

0,164

1,68

1,88E-04

0,58

PL-13

B.3. Kết quả thí nghiệm sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng

Bảng PL B- 5 Kết quả lưu lượng tràn và đặc trưng sóng trước chân công trình của mỗi kịch bản thí nghiệm sóng tràn qua tường mặt cong có mũi hắt sóng

Đặc trưng sóng tại WG6

STT Kịch bản q (l/s/m) Thời gian đo t (s) Hệ số phản xạ Kr Hm0 (m) Tp (s) Tm-1,0 (s) Tổng thể tích tràn trên 20 cm chiều dài tường V (l)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 D55H15T16 D55H15T17 D55H15T18 D55H17T17 D55H17T18 D55H17T19 D60H15T19 D60H16T15 D60H10T13 D60H10T14 D60H10T15 D60H12T14 D60H12T15 D60H12T16 D60H15T16 D60H15T17 D60H15T18 D60H17T17 D60H17T18 D60H17T19 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,90 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,25 1,50 2,00 780 840 900 840 900 960 950 750 660 720 780 720 780 840 780 840 900 840 900 960 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0047 0,0067 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0134 0,0083 0,0104 0,581 0,620 0,648 0,614 0,637 0,698 0,718 0,643 0,575 0,661 0,697 0,629 0,676 0,693 0,640 0,676 0,691 0,650 0,674 0,712 0,073 0,069 0,065 0,075 0,070 0,069 0,132 0,162 0,095 0,101 0,113 0,118 0,131 0,133 0,160 0,149 0,137 0,163 0,153 0,148 1,630 1,730 1,730 1,730 1,630 1,630 1,630 1,540 1,220 1,460 1,540 1,460 1,540 1,540 1,630 1,630 1,630 1,630 1,630 1,540 1,71 1,93 2,16 2,04 2,29 2,49 2,20 1,56 1,35 1,42 1,47 1,45 1,50 1,56 1,65 1,84 2,06 1,94 2,20 2,36

PL-14

Đặc trưng sóng tại WG6

STT Kịch bản q (l/s/m) Thời gian đo t (s) Hệ số phản xạ Kr Hm0 (m) Tp (s) Tm-1,0 (s) Tổng thể tích tràn trên 20 cm chiều dài tường V (l)

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 D65H16T19 D65H17T16 D65H10T13 D65H10T14 D65H10T15 D65H12T14 D65H12T15 D65H12T16 D65H15T16 D65H15T17 D65H15T18 D65H17T17 D65H17T18 D65H17T19 D70H10T13 D70H10T14 D70H10T15 D70H12T14 D70H12T15 D70H12T16 D70H15T16 D70H15T17 D70H15T18 D70H17T17 17,00 10,65 0,40 0,50 0,60 1,00 0,00 0,80 5,20 5,80 10,00 12,80 17,60 18,00 2,80 3,25 3,20 16,00 15,50 52,00 77,00 60,00 110,00 119,00 0,782 0,685 0,662 0,718 0,746 0,694 0,725 0,717 0,691 0,754 0,777 0,721 0,748 0,767 0,668 0,734 0,736 0,694 0,713 0,715 0,666 0,723 0,702 0,670 0,143 0,172 0,115 0,126 0,138 0,122 0,134 0,156 0,162 0,145 0,137 0,161 0,151 0,150 0,111 0,110 0,137 0,147 0,138 0,158 0,180 0,150 0,166 0,184 1,540 1,540 1,460 1,460 1,540 1,460 1,540 1,540 1,630 1,540 1,630 1,550 1,630 1,540 1,390 1,460 1,550 1,460 1,540 1,540 1,540 1,630 1,630 1,630 2,21 1,72 1,43 1,56 1,79 1,45 1,50 1,85 1,65 1,85 2,01 1,93 2,16 2,30 1,51 1,40 1,61 1,65 1,46 2,01 2,39 1,85 2,73 2,48 950 800 660 720 780 720 780 840 780 840 900 840 900 960 660 720 780 720 780 840 840 900 900 900 0,0895 0,0666 0,0030 0,0035 0,0038 0,0069 0,0000 0,0048 0,0333 0,0345 0,0556 0,0762 0,0978 0,0938 0,0212 0,0226 0,0205 0,1111 0,0994 0,3095 0,4583 0,3333 0,6111 0,6611

PL-15

Đặc trưng sóng tại WG6

q (l/s/m) STT Kịch bản Thời gian đo t (s) Hệ số phản xạ Kr Hm0 (m) Tp (s) Tm-1,0 (s) Tổng thể tích tràn trên 20 cm chiều dài tường V (l)

45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 D70H17T18 D70H17T19 D75H10T13 D75H10T14 D75H10T15 D75H12T14 D75H12T15 D75H12T16 D75H15T16 D75H15T17 D75H15T18 130,00 139,00 0,50 20,00 25,00 41,00 70,00 115,00 181,00 261,00 286,00 900 960 660 720 780 720 780 840 840 900 900 1,630 2,290 1,390 1,460 1,550 1,460 1,550 1,540 1,540 1,630 2,120 2,17 2,32 1,58 1,55 1,54 1,69 1,68 1,86 2,17 2,69 3,00 0,726 0,748 0,668 0,664 0,683 0,639 0,642 0,673 0,622 0,655 0,662 0,155 0,159 0,135 0,158 0,171 0,174 0,192 0,188 0,215 0,208 0,214 0,7222 0,7240 0,0038 0,1389 0,1603 0,2847 0,4487 0,6845 1,0774 1,4500 1,5889

Bảng PL B- 6 Kết quả đặc trưng sóng tại 6 đầu đo sóng của thí nghiệm sóng tràn qua tường mặt cong có mũi hắt sóng

WG6

STT

Kịch bản

Kr

Tp (s)

Mực nước (m)

Hm0 (m)

Tp (s)

WG4 Tm- 1,0 (s)

WG5 Tm- 1,0 (s)

WG1 Tm- 1,0 (s)

WG2 Tm- 1,0 (s)

WG3 Tm- 1,0 (s)

D55H15T16

Tm- 1,0 (s) 0,147 1,55 1,61 0,168 1,63 1,61 0,158 1,73 1,47 0,158 1,75 1,72 0,158 1,72 1,72 0,073 1,71

1,630

0,581

D55H15T17

0,144 1,67 1,72 0,168 1,72 1,85 0,168 1,82 1,85 0,178 1,79 1,72 0,177 1,78 1,72 0,069 1,93

1,730

0,620

D55H15T18

0,143 1,75 1,85 0,168 1,81 1,85 0,178 1,87 1,85 0,177 1,88 1,85 0,167 1,92 1,79 0,065 2,16

1,730

0,648

0.55

D55H17T17

0,162 1,76 1,72 0,178 1,77 1,61 0,187 1,89 1,85 0,187 1,87 1,79 0,187 1,87 1,72 0,075 2,04

1,730

0,614

D55H17T18

0,152 1,79 1,72 0,188 1,87 1,85 0,197 1,96 1,85 0,196 1,98 1,85 0,186 2,02 1,79 0,070 2,29

1,630

0,637

D55H17T19

0,156 1,87 1,85 0,188 1,95 1,85 0,197 2,05

0,196 2,07 1,85 0,186 2,19 1,85 0,069 2,49

1,630

0,698

D60H15T19

0,146 1,81 1,92 0,178 1,86 1,85 0,187 1,86 1,92 0,187 1,91 1,92 0,167

1,85 0,132

2,2

1,630

0,718

0.6

D60H16T15

0,160 1,56 1,52 0,178 1,52 1,56 0,167 1,61 1,43 0,168 1,67 1,39 0,168 1,66 1,61 0,162 1,56

1,540

0,643

PL-16

WG6

STT

Kịch bản

Kr

Tp (s)

Mực nước (m)

Hm0 (m)

Tp (s)

WG1 Tm- 1,0 (s)

WG2 Tm- 1,0 (s)

WG3 Tm- 1,0 (s)

WG5 Tm- 1,0 (s)

WG4 Tm- 1,0 (s)

D60H10T13

Tm- 1,0 (s) 0,104 1,27 1,32 0,109 1,29 1,39 0,109 1,31 1,39 0,119 1,32 1,32 0,109 1,33 1,32 0,095 1,35

1,220

0,575

D60H10T14

0,100 1,35 1,43 0,119 1,36 1,39 0,119 1,38 1,39 0,119

1,4

1,35 0,109

1,4

1,28 0,101 1,42

1,460

0,661

D60H10T15

0,107 1,41 1,52 0,129 1,45 1,56 0,119 1,46 1,43 0,119 1,47 1,39 0,119 1,51 1,61 0,113 1,47

1,540

0,697

D60H12T14

0,127

1,5

1,43 0,139

1,4

1,39 0,139 1,42 1,39 0,139 1,43 1,39 0,129 1,46 1,32 0,118 1,45

1,460

0,629

D60H12T15

0,124 1,42 1,52 0,139 1,49 1,56 0,149 1,51 1,43 0,138 1,54 1,39 0,139 1,56 1,67 0,131

1,5

1,540

0,676

D60H12T16

0,123 1,53 1,61 0,149 1,54 1,56 0,138

1,6

1,47 0,149 1,62 1,67 0,158 1,58 1,67 0,133 1,56

1,540

0,693

D60H15T16

0,152 1,57 1,56 0,168 1,62 1,56 0,158 1,71 1,47 0,168 1,69 1,72 0,178 1,64 1,67 0,160 1,65

1,630

0,640

D60H15T17

0,149 1,64 1,67 0,178 1,69 1,79 0,177 1,77 1,85 0,187 1,73 1,72 0,187 1,72 1,72 0,149 1,84

1,630

0,676

D60H15T18

0,148 1,79 1,79 0,178 1,78 1,79 0,187

1,8

1,85 0,187 1,81 1,79 0,187 1,85 1,79 0,137 2,06

1,630

0,691

D60H17T17

0,168 1,67 1,72 0,197 1,71 1,79 0,196 1,83 1,79 0,206 1,79 1,79 0,206 1,79 1,72 0,163 1,94

1,630

0,650

D60H17T18

0,166 1,77 1,79 0,197 1,83 1,79 0,206 1,87 1,85 0,206

1,9

1,79 0,196 1,96 1,79 0,153

2,2

1,630

0,674

D60H17T19

0,155 1,86 1,92 0,188 1,93 1,85 0,206 1,95 1,92 0,196 2,03 1,92 0,186 2,17 1,79 0,148 2,36

1,540

0,712

D65H16T19

0,158 1,83 1,92 0,198 1,87 1,79 0,216 1,88 1,92 0,195 1,95 1,85 0,186 2,05 1,79 0,143 2,21

1,540

0,782

D65H17T16

0,173 1,58 1,56 0,197 1,64 1,56 0,196 1,76 1,79 0,196 1,72 1,72 0,206 1,68 1,61 0,172 1,72

1,540

0,685

D65H10T13

0,117 1,36 1,32 0,129 1,38 1,39 0,129 1,41 1,39 0,129 1,47 1,32 0,139 1,45 1,22 0,115 1,43

1,460

0,662

D65H10T14

0,122 1,44 1,32 0,139 1,48 1,39 0,158 1,49 1,43 0,148 1,55 1,32 0,138 1,59 1,32 0,126 1,56

1,460

0,718

D65H10T15_01

0,120 1,65 1,56 0,159 1,65 1,56 0,148

1,9

1,43 0,148

1,85 0,158 1,95 1,61 0,138 1,79

1,540

0,746

D65H10T15_02

0,121 1,63 1,56 0,159 1,62 1,56 0,148 1,87 1,43 0,148 1,95 1,85 0,148 1,92 1,61 0,127 1,78

1,540

0,739

D65H12T14

0,123 1,39 1,39 0,139 1,39 1,39 0,149 1,43 1,43 0,138 1,44 1,32 0,139 1,46 1,32 0,122 1,45

1,460

0,694

0.65

D65H12T15_01

0,121 1,44 1,56 0,149 1,49 1,52 0,148 1,51 1,43 0,138 1,53 1,67 0,149 1,55 1,61 0,134

1,5

1,540

0,725

D65H12T15_02 0,121 1,43 1,47 0,149 1,47 1,56 0,148 1,51 1,43 0,138 1,53 1,35 0,149 1,54 1,61 0,134 1,49

1,540

0,728

D65H12T16_01

0,154 1,69 1,56 0,178 1,73 1,56 0,167 1,91 1,85 0,178 1,86 1,72 0,187 1,79 1,67 0,156 1,85

1,540

0,717

D65H12T16_02

0,120 1,53 1,56 0,149 1,55 1,56 0,148 1,63 1,72 0,158 1,62 1,72 0,158 1,59 1,67 0,133 1,58

1,540

0,757

D65H15T16

0,148 1,56 1,56 0,178 1,61 1,56 0,177

1,7

1,72 0,187 1,66 1,67 0,197 1,63 1,67 0,162 1,65

1,630

0,691

D65H15T17

0,144 1,64 1,67 0,188 1,68 1,79 0,197 1,75 1,79 0,196 1,71 1,72 0,196 1,73 1,72 0,145 1,85

1,540

0,754

D65H15T18

0,150 1,72 1,79 0,188 1,76 1,79 0,206 1,78 1,85 0,196 1,78 1,79 0,186 1,84 1,79 0,137 2,01

1,630

0,777

PL-17

WG6

STT

Kịch bản

Kr

Tp (s)

Mực nước (m)

Hm0 (m)

Tp (s)

WG1 Tm- 1,0 (s)

WG2 Tm- 1,0 (s)

WG3 Tm- 1,0 (s)

WG5 Tm- 1,0 (s)

WG4 Tm- 1,0 (s)

D65H17T17

Tm- 1,0 (s) 0,162 1,66 1,67 0,197 1,71 1,79 0,206 1,79 1,79 0,215 1,76 1,72 0,215 1,78 1,72 0,161 1,93

1,550

0,721

D65H17T18

0,168 1,75 1,79 0,197 1,81 1,79 0,226 1,83 1,85 0,215 1,86 1,79 0,205 1,94 1,79 0,151 2,16

1,630

0,748

D65H17T19

0,167 1,84 1,92 0,207

1,9

1,79 0,225 1,91 1,92 0,205

1,85 0,196

2,1

1,79 0,150

2,3

1,540

0,767

D70H10T13

0,125 1,34 1,32 0,149 1,36 1,35 0,138 1,38 1,35 0,139 1,42 1,32 0,129 1,46 1,25 0,111 1,51

1,390

0,668

D70H10T14

0,113 1,34 1,43 0,129 1,35 1,35 0,139 1,39 1,39 0,129

1,4

1,32 0,129 1,41 1,28 0,110

1,4

1,460

0,734

D70H10T15

0,129 1,55 1,52 0,159 1,55 1,52 0,148 1,68 1,39 0,148 1,68 1,67 0,158 1,64 1,56 0,137 1,61

1,550

0,736

D70H12T14

0,140 1,52 1,52 0,168

1,5

1,47 0,158 1,66 1,43 0,148 1,76 1,32 0,148 1,76 1,56 0,147 1,65

1,460

0,694

D70H12T15

0,130 1,43 1,47 0,149 1,47 1,52 0,148 1,51 1,43 0,148 1,52 1,61 0,158 1,51 1,56 0,138 1,46

1,540

0,713

D70H12T16

0,155 1,77 1,56 0,188 1,71 1,72 0,177 1,96 1,79 0,187 1,92 1,67 0,197

1,9

1,67 0,158 2,01

1,540

0,715

0.7

D70H15T16

0,183 1,92 1,56 0,207 1,81 1,72 0,206 2,27 1,79 0,215 2,18 1,67 0,215 2,21 1,67 0,180 2,39

1,540

0,666

D70H15T17

0,154 1,64 1,72 0,198 1,68 1,72 0,196 1,75 1,79 0,206 1,69 1,72 0,206 1,72 1,72 0,150 1,85

1,630

0,723

D70H15T18

0,180 2,12 2,08 0,217 1,99 1,72 0,225

2,3

1,79 0,224 2,36 1,79 0,215 2,43 1,72 0,166 2,73

1,630

0,702

D70H17T17

0,191 1,94 1,61 0,216 1,99 1,72 0,225 2,17 1,79 0,234 2,14 1,72 0,234 2,21 1,67 0,184 2,48

1,630

0,670

D70H17T18

0,170 1,76 1,85 0,217 1,81 1,72 0,225 1,82 1,79 0,224 1,87 1,79 0,205 1,97 1,67 0,155 2,17

1,630

0,726

D70H17T19

0,176 1,84 1,85 0,217 1,89

0,235 1,93 1,85 0,214 2,01 1,79 0,205 2,15 1,79 0,159 2,32

2,290

0,748

D75H10T13

0,116 1,38 1,32 0,139

1,4

1,35 0,139 1,45 1,35 0,139 1,48 1,32 0,129 1,57 1,25 0,112 1,58

1,390

0,668

D75H10T14

0,125 1,46 1,52 0,149 1,45 1,47 0,138 1,55 1,39 0,139 1,61 1,28 0,149 1,62 1,52 0,132 1,55

1,460

0,664

D75H10T15

0,132

1,5

1,52 0,149 1,53 1,52 0,148 1,57 1,39 0,148 1,61 1,67 0,158 1,59 1,52 0,141 1,54

1,550

0,683

D75H12T14

0,143 1,54 1,52 0,168 1,53 1,47 0,158 1,69 1,39 0,158 1,77 1,28 0,158 1,76 1,56 0,147 1,69

1,460

0,639

0.75

D75H12T15

0,151 1,58 1,52 0,178 1,57 1,52 0,167 1,75 1,39 0,168 1,75 1,67 0,178 1,73 1,52 0,162 1,68

1,550

0,642

D75H12T16

0,158 1,68 1,56 0,178

1,7

1,67 0,177 1,83 1,67 0,187 1,79 1,67 0,187 1,78 1,67 0,156 1,86

1,540

0,673

D75H15T16

0,178 1,79 1,61 0,207 1,82 1,67 0,196 2,03 1,67 0,216 1,96 1,67 0,215

1,67 0,183 2,17

1,540

0,622

D75H15T17

0,176 1,99 1,61 0,217

1,67 0,225 2,15 1,79 0,234 2,15 1,67 0,224 2,33 1,67 0,174 2,69

1,630

0,655

D75H15T18

0,183 2,25

0,216 2,24

0,215 2,52 1,79 0,215 2,64 1,79 0,215

2,8

1,67 0,178

2,120

0,662

PL-18

Bảng PL B- 7 Hệ số sóng vỡ Iribarren của các kịch bản thí nghiệm (bỏ qua các kịch bản V = 0)

Đặc trưng sóng trước chân công trình

STT

Kịch bản

Rc (m)

hw/Rc

sm-1,0

hw

m-1,0

qw (m3/s/m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

D60H15T19 D60H16T15 D60H17T17 D60H17T18 D60H17T19 D65H16T19 D65H17T16 D65H10T13 D65H10T14 D65H10T15 D65H12T14 D65H12T15 D65H12T16 D65H15T16 D65H15T17 D65H15T18 D65H17T17 D65H17T18 D65H17T19 D70H10T13 D70H10T14 D70H10T15 D70H12T14 D70H12T15 D70H12T16 D70H15T16 D70H15T17 D70H15T18 D70H17T17

Hm0 (tt) (m) 0,132 0,162 0,163 0,153 0,148 0,143 0,172 0,115 0,126 0,138 0,122 0,134 0,133 0,162 0,145 0,137 0,161 0,151 0,150 0,111 0,110 0,137 0,147 0,138 0,158 0,180 0,150 0,166 0,184

Tm-1,0 (s) 2,20 1,56 1,94 2,20 2,36 2,21 1,72 1,43 1,56 1,79 1,45 1,49 1,58 1,65 1,85 2,01 1,93 2,16 2,30 1,51 1,40 1,61 1,65 1,46 2,01 2,39 1,85 2,73 2,48

0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15

0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,250 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200

4,74E-06 6,67E-06 1,34E-05 8,33E-06 1,04E-05 8,95E-05 6,66E-05 3,03E-06 3,47E-06 3,85E-06 6,94E-06 5,77E-06 4,76E-06 3,33E-05 3,45E-05 5,56E-05 7,62E-05 9,78E-05 9,38E-05 2,12E-05 2,26E-05 2,05E-05 1,11E-04 9,94E-05 3,10E-04 4,58E-04 3,33E-04 6,11E-04 6,61E-04

1,74E-02 4,27E-02 2,78E-02 2,02E-02 1,70E-02 1,87E-02 3,73E-02 3,60E-02 3,31E-02 2,76E-02 3,73E-02 3,87E-02 3,42E-02 3,81E-02 2,72E-02 2,17E-02 2,78E-02 2,07E-02 1,82E-02 3,13E-02 3,61E-02 3,38E-02 3,46E-02 4,16E-02 2,50E-02 2,02E-02 2,81E-02 1,43E-02 1,92E-02

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75

3,79 2,42 3,00 3,52 3,83 3,66 2,59 2,63 2,75 3,01 2,59 2,54 2,71 2,56 3,03 3,40 3,00 3,48 3,71 2,83 2,63 2,72 2,69 2,45 3,16 3,52 2,99 4,18 3,61

PL-19

Đặc trưng sóng trước chân công trình

STT

Kịch bản

Rc (m)

hw/Rc

sm-1,0

hw

m-1,0

qw (m3/s/m)

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

D70H17T18 D70H17T19 D75H10T13 D75H10T14 D75H10T15 D75H12T14 D75H12T15 D75H12T16 D75H15T16 D75H15T17 D75H15T18

Hm0 (tt) (m) 0,155 0,159 0,112 0,132 0,141 0,147 0,162 0,156 0,183 0,174 0,178

Tm-1,0 (s) 2,17 2,32 1,58 1,55 1,54 1,69 1,68 1,86 2,17 2,69 3,00

0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15

0,200 0,200 0,150 0,150 0,150 0,150 0,150 0,150 0,150 0,150 0,150

7,22E-04 7,24E-04 3,79E-06 1,39E-04 1,60E-04 2,85E-04 4,49E-04 6,85E-04 1,08E-03 1,45E-03 1,59E-03

0,75 0,75 1 1 1 1 1 1 1 1 1

2,11E-02 1,90E-02 2,88E-02 3,51E-02 3,81E-02 3,29E-02 3,67E-02 2,89E-02 2,48E-02 1,54E-02 1,27E-02

3,44 3,63 2,95 2,67 2,56 2,76 2,61 2,94 3,17 4,03 4,44

PL-20

Phụ lục C: Phân tích tương tác sóng - tường biển mặt cong có mũi hắt sóng đặt

trên bệ mái nghiêng

Hình PL C- 1 Lập trình xử lý dữ liệu hình ảnh sóng tràn trên Matlab

a) Kết quả phân tích hình ảnh sóng lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với

tường

Hình PL C- 3 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất trong kịch bản Re_D70H15T16 Hình PL C- 2 Phạm vi lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường, kịch bản Re_D70H15T16

PL-21

Hình PL C- 5 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất trong kịch bản Re_D70H15T17 Hình PL C- 4 Phạm vi lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường kịch bản Re_D70H15T17

Hình PL C- 7 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất trong kịch bản Re_D70H15T18 Hình PL C- 6 Phạm vi lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường kịch bản Re_D70H15T18

Hình PL C- 9 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất trong kịch bản Re_D70H15T20

Hình PL C- 8 Phạm vi lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường kịch bản Re_D70H15T20

PL-22

Hình PL C- 11 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất trong kịch bản Re_D70H18T18 Hình PL C- 10 Phạm vi lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường kịch bản Re_D70H18T18

Hình PL C- 13 Chiều cao đỉnh lưỡi sóng lớn nhất trong kịch bản Re_D70H20T18 Hình PL C- 12 Phạm vi lưỡi sóng hình thành khi sóng tương tác với tường kịch bản Re_D70H20T18

b) Kết quả phân tích hình ảnh chiều dày lớp nước tràn đỉnh tường biển lớn nhất

PL-23

Hình PL C- 14 Đường mực nước sóng tràn kịch bản Re_D70H15T16 Hình PL C- 15 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong kịch bản Re_D70H15T16

Hình PL C- 16 Đường mực nước sóng tràn kịch bản Re_D70H15T17 Hình PL C- 17 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong kịch bản Re_D70H15T17

Hình PL C- 18 Đường mực nước sóng tràn kịch bản Re_D70H15T18 Hình PL C- 19 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong kịch bản Re_D70H15T18

PL-24

Hình PL C- 20 Đường mực nước sóng tràn kịch bản Re_D70H15T20 Hình PL C- 21 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong kịch bản Re_D70H15T20

Hình PL C- 22 Đường mực nước sóng tràn kịch bản Re_D70H18T18 Hình PL C- 23 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong kịch bản Re_D70H18T18

Hình PL C- 24 Đường mực nước sóng tràn kịch bản Re_D70H20T18 Hình PL C- 25 Chiều dày lớp nước tràn lớn nhất trong kịch bản Re_D70H20T18

PL-25

Phụ lục D: Tính toán lưu lượng sóng tràn qua 10 đoạn tường biển tại quận Đồ Sơn,

thành phố Hải Phòng

Cao trình đỉnh tường biển thiết kế được tính toán theo công thức:

Trong đó: - : Cao trình đỉnh tường biển;

: Cao trình mực nước thiết kế; -

- : Chiều cao lưu không của đỉnh tường biển so với MNTK;

- : Chiều cao an toàn dự phòng phụ thuộc vào cấp công trình, không nhỏ

hơn các trị số quy định trong Bảng PLD-1;

- : Độ dâng cao của mực nước biển do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn

cầu, [m].

Bảng PL D- 1 Chiều cao dự phòng an toàn cho mỗi cấp công trình (m) theo (TCVN 9901: 2014)

I II III IV V

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Cấp công trình Chiều cao dự phòng an toàn a, m

Trị số a bao gồm sai số trong tính toán chiều cao đỉnh đê thiết kế, không bao gồm độ

cao phòng lún và nước biển dâng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu.

Căn cứ kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam do Bộ Tài nguyên và

Môi trường công bố năm 2016 và điều kiện cụ thể của từng công trình, việc đề xuất trị

số của b phù hợp nhưng phải được chủ đầu tư hoặc cơ quan có thẩm quyền chấp thuận.

Có thể xác định trị số b theo công thức b = n  rNBD, trong đó n là chu kỳ số năm lặp lại

cho phép tương ứng với cấp công trình và rNBD là tốc độ dâng cao trung bình hàng năm

của mực nước biển tương ứng với kịch bản phát thải trung bình, [m/năm].

PL-26

D.1. Số liệu đo đạc mặt cắt ngang địa hình cho 10 đoạn tường biển tại Đồ Sơn

Bảng PL D- 2 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 1

X (m) Z (m) Mặt cắt ngang tường

0 3 2 0,3 1 2,05 2,1 3,55 3,55 3,55

0,2 3,4

3 3,4

Đoạn 1 (Từ sau đền Bà Đế đến đầu Bãi tắm đoàn 295) Chân núi Hết đường bê tông Đến đường bê tông Tường kè Tường kè Đến đá tảng

1,2 0 0,65 0,2 0,4 2,7 0,6 2 3 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3,56 4,26 4,26 1,56 1,54 1,5 1,38 1,25 1,05 0,91 0,72 0,4 0,25 -0,17 -0,2 -0,46 -0,65 -0,95 -1,15

PL-27

Bảng PL D- 3 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 2

X (m) Z (m) Mặt cắt ngang tường

0 4,1

3,5 3,5 4,16 4,05

0,2 4,18

Đoạn 2 (Tiếp theo đến cuối Bãi tắm đoàn 295) Hết đường nhựa Đến đường nhựa Vỉa hè Tường kè Tường kè Đến đá tảng Hết đá tảng

4,5 0 0,35 0,5 2 3 3 3,8 3,2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4,16 4,71 4,71 2,46 2 1,6 1,7 1,75 1,75 1,54 1,44 1,38 1,3 1,24 1,15 1,07 0,95 0,84 0,71 0,57 0,45 0,32 0,15 -0,05 -0,15 -0,26

PL-28

Bảng PL D- 4 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 3

Mặt cắt ngang tường X (m) Z (m) Đoạn 3 (Tiếp theo đến quảng trường khu 1)

0 4,19

Vỉa hè +

0,5 4,18

đường

7,7 4,16

0,3 3,7

2,8 3,7

Đến bãi 2 3,72

0,8 3,92

4 3,93

Tường kè 0 5,01

Đến kè đá lát

Tường kè 0,8 5,01

1,3 1,4

Hết kè đá lát

1 1,08

3 1,01

2,6 0,45

Hết đá rối 2 0,34

Đến bãi 2 0,29

3 0,26

3 0,24

5 0,16

5 0,1

5 -0,01

5 5 -0,1 -0,27

5 5 -0,38 -0,45

5 5 -0,56 -0,63

5 -0,69

5 -0,8

5 -0,89

PL-29

Bảng PL D- 5 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 4

X (m) Z (m) Mặt cắt ngang tường

0 4,14

5 0 0,5 4,11 4,71 4,71

6 1,22

1,8 0,85

3 -0,1

Đoạn 4 (Tiếp theo đến Kè Vòng) Đến thảm cỏ Vỉa hè Tường kè Tường kè Hết kè bê tông tấm Hết kè đá lát Hết đá rồi đến bãi

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 -0,4 -0,7 -0,8 -1 -1,1 -1,2 -1,4 -1,6 -1,8 -2,05

PL-30

Bảng PL D- 6 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 5

Mặt cắt ngang tường

X (m) 0 Z (m) 3,87

Đoạn 5 (Tiếp theo đến lô cốt) Đến đường nhựa Hết vỉa hè

Vỉa hè Tường kè Tường kè Hết kè đá lát 4 0,2 3,6 4 0,1 0,2 0,2 0,4 0,3 5,5 2 1 4 5 5 5 5 5 5 5 5 3,85 3,9 3,85 3,74 3,64 3,64 4,19 4,19 1 0,45 0 -0,6 -1 -1,2 -1,25 -1,3 -1,36 -1,4 -1,45 -1,51 -1,65

PL-31

Bảng PL D- 7 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 6

X (m) Z (m) Mặt cắt ngang tường Đoạn 6 (Tiếp theo đến bãi tắm khu 1)

0 4,69

4,6 4,6 4,68 4,65

0,4 4,6

0,1 3,5 0 0,4 0,5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4,74 4,7 5,3 5,3 0,85 0,67 0,41 0,26 -0,1 -0,2 -0,6 -0,9 -1,1 -1,2 -1,4 -1,5 Hết đường nhựa Đến đường nhựa Hết vỉa hè Vỉa hè Tường kè Tường kè Đến đá tảng

PL-32

Bảng PL D- 8 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 7

Hết đường nhựa 0 5 Đến đường nhựa 4 0,3 0,2 Hết vỉa hè 3,4 Vỉa hè 0 Tường kè 0,4 Tường kè 0,2 3 Hết kè đá lát 0,5 Đến bãi cát 1 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

Mặt cắt ngang tường X (m) Z (m) Đoạn 7 (Tiếp theo đến bãi tắm số 2 khu 1)

3,75 3,74 3,71 3,65 3,79 3,75 4,25 4,25 2,35 2,29 2,26 2 1,53 1,37 1,21 1,04 0,9 0,76 0,6 0,46 0,3 0,14 0,01 -0,1 -0,2 -0,28 -0,36 -0,58 -0,69 -0,78 -0,87 -0,95 -1,03 -1,1

PL-33

Bảng PL D- 9 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 8

Mặt cắt ngang tường X (m) Z (m) Đoạn 8 (Tiếp theo đến đầu bãi tắm khu 2)

0 3,92

5,3 3,9

Đến đường nhựa Đến đường nhựa Hết vỉa hè Vỉa hè Tường kè Tường kè Đến đá tảng

0,3 0,2 4,4 0 0,5 0,5 0,7 2,8 1,0 1,2 2 3 3 3 5 5 5 5 5 5 3,75 3,93 3,91 4,41 4,41 1,78 1,62 1,05 0,85 0 -0,3 -0,4 -0,8 -1,1 -1,2 -1,35 -1,55 -1,92 -2,15 -2,38

PL-34

Bảng PL D- 10 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 9

Mặt cắt ngang tường Đoạn 9 (Bãi tắm khu 2) X (m) Z (m)

Đến đường nhựa Vỉa hè Tường kè Tường kè Đến kè đá lát Hết kè đá lát Đến bãi cát

0 0,3 0,2 3,8 4 0 0,45 0,5 2,6 0,2 5,1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4,26 4,2 4,41 4,41 4,4 4,95 4,95 3 2,8 2,3 1,66 1,72 1,85 1,8 1,48 1,09 0,79 0,59 0,4 0,23 0,08 -0,04 -0,14 -0,25 -0,29 -0,32 -0,48 -0,55

PL-35

Bảng PL D- 11 Số liệu mặt cắt ngang địa hình Đoạn 10

Mặt cắt ngang tường Z (m) X (m)

5 4,9 4,8 5

Đoạn 10 (Tiếp theo đến Bến Nghiêng) 0 Hết đường nhựa Đến đường nhựa 7,2 0,3 0,2 Hết vỉa hè 3,2 4,99 4,96 4 Vỉa hè 0 Tường kè 5,56 0,6 5,56 Tường kè 0,8 2,56 Chân kè 0,5 2,56 Đến đá tảng nhỏ 3,1 1,06 0,7 0,6 0,5 0,4 0,2 0,2 0,15 0,35 0,5 0,05 -0,15 -0,3 -0,6 -0,65 -0,7 -0,85 -1,01 -1,15 2,5 1 2 3 3 3 3 4 3 2 2 2 3 3 4 5 5 5

PL-36

D.2. Tính toán sóng tràn qua các đoạn tường biển tại Đồ Sơn, Hải Phòng

D.2.1. Xác định tham số sóng nước sâu

Tham số sóng nước sâu phục vụ tính toán sóng tràn bao gồm chiều cao và chu kỳ sóng.

Trong đó chiều cao sóng nước sâu được xác định bằng đường tần suất sóng tại trạm

Bạch Long Vĩ trình bày ở Bảng PL D-12 [43]. Chu kỳ sóng được tính toán từ chiều cao

sóng theo công thức kinh nghiệm của (Linh và Tuấn, 2015) [55].

Bảng PL D- 12 Phân bố tần suất sóng tại trạm Bạch Long Vĩ [43]

Phân bố Weibull

Giá trị 4,1 0,42 Đơn vị m Đặc trưng thống kê Giá trị trung bình Hệ số phân tán CV

Hệ số thiên lệch CS

Thứ tự Hs m Thời gian lặp lại (năm)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0,18 Tần suất P(%) 0,01 0,10 0,20 0,33 0,50 1,00 1,50 2,00 3,00 5,00 10,00 20,00 25,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 75,00 80,00 10,52 9,49 9,14 8,87 8,63 8,20 7,94 7,73 7,43 7,02 6,37 5,58 5,28 5,00 4,51 4,05 3,60 3,12 2,86 2,58 10000 1000 500 303,03 200 100 66,667 50 33,333 20 10 5 4 3,333 2,5 2 1,667 1,429 1,333 1,25

PL-37

Phân bố Weibull

Giá trị 4,1 0,42 Đơn vị m Đặc trưng thống kê Giá trị trung bình Hệ số phân tán CV

Hệ số thiên lệch CS 21 22 23 24 25 26 27 0,18 85,00 90,00 95,00 97,00 99,00 99,90 99,99 2,26 1,87 1,34 1,03 0,53 -0,07 -0,35 1,176 1,111 1,053 1,031 1,01 1,001 1

D.2.2. Xác định các tham số sóng trước chân tường biển

Sử dụng mô hình WADIBE (được phát triển bởi GS. TS. Thiều Quang Tuấn - Bộ môn

Công trình biển và đường thủy - Trường Đại học Thủy Lợi) để tính toán truyền sóng từ

ngoài khơi vào bờ cho 10 mặt cắt đã đo đạc được mô tả ở mục 4.1.3. Bảng PL D-13

trình bày các tham số đầu vào của mô hình WADIBE.

Bảng PL D- 13 Tham số đầu vào của mô hình Wadibe tương ứng với từng 𝑃𝑇𝐾

P (%) MNTK Chiều cao sóng Hrms (m) Chu kỳ sóng Tp (s) Độ dốc sóng s0

2 3,33 5 3,381 3,2 2,727 5,466 5,2 4,964 10,17 10,02 9,88 0,048 0,047 0,046

PL-38

Hình PL D- 26 Giao diện mô hình WADIBE

Xuất kết quả truyền sóng từ mô hình và tiến hành xác định chiều cao sóng quân phương

𝐻𝑟𝑚𝑠 tại vị trí chân công trình (cách mép nước một đoạn bằng 𝐿0/4). Chiều cao sóng có

nghĩa tại chân công trình có giá trị bằng 𝐻𝑠 = 𝐻𝑟𝑚𝑠 × √2, chu kỳ sóng được xác định

theo công thức (4-1). Kết quả truyền sóng ngang bờ cho đoạn D8 như sau (các đoạn

khác tương tự).

(i)

PL-39

(ii)

(iii)

Hình PL D- 27 Phân bố chiều cao sóng ngang bờ Đoạn 8; (i) - tần suất P = 2%, (ii) - P = 3.33%, (iii) - tần suất P = 5%

PL-40

D.2.3. Tính toán lưu lượng sóng tràn qua các đoạn tường biển Đồ Sơn, Hải Phòng

Bảng PL D- 14 Kết quả tính toán lưu lượng tràn qua một số đoạn tường biển tại Đồ Sơn, ứng với tần suất P = 2%

Mặt cắt D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10

γβ Rc/Hm0

MNTK (m) Hs (m) Tp (s) Zđ (m) Rc (m) γs 1 1 1 1 1 1

3,38 3,38 3,38 2,46 2,41 1,92 7,26 7,22 6,76 4,25 5,3 4,19 0,81 1,92 0,87 1 0,83 0,83 0,83 0,33 0,80 0,45

qFr (m3/s/m)

3,38 3,38 3,38 3,38 3,38 3,38 3,38 2,71 1,85 2,27 2,29 1,51 2,09 2,60 7,47 6,69 7,10 7,12 6,33 6,93 7,38 4,41 4,95 5,56 4,26 4,71 5,01 4,71 1,03 1,57 2,18 0,88 1,33 1,63 1,33 1 0,78 0,78 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,38 0,88 0,78 0,51 0,38 0,85 0,96 151,2 19,8 20,9 101,0 300,5 54,1 132,6 290,5 29,8 27,3

Bảng PL D- 15 Kết quả tính toán lưu lượng tràn qua một số đoạn tường biển tại Đồ Sơn, ứng với tần suất P = 3.33%

Mặt cắt D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10

3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2

γβ Rc/Hm0

MNTK (m) Hs (m) Tp (s) Zđ (m) Rc (m) γs 0,78 0,78 1 1 1 1 1 1

qFr (m3/s/m)

3,2 2,20 7,03 4,26 1,06 1 0,83 0,48 90,1 3,2 3,2 3,2 1,40 2,00 2,51 2,37 2,32 1,82 2,62 1,75 2,17 6,20 6,84 7,31 7,18 7,14 6,66 7,40 6,59 7,01 5,3 4,25 4,41 4,95 5,56 4,71 5,01 4,71 4,19 1,51 1,81 1,51 0,99 2,10 1,05 1,21 1,75 2,36 1 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 1,08 0,91 0,60 0,42 0,90 0,58 0,46 1,00 1,09 8,7 10,8 63,2 206,3 34,6 77,7 206,3 15,8 16,1

Bảng PL D- 16 Kết quả tính toán lưu lượng tràn qua một số đoạn tường biển tại Đồ Sơn, ứng với tần suất P = 5%

0,78 0,78 1 1 1 1 1 1

D1 2,73 1,95 6,80 4,26 1,53 1 0,83 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 1,09 1,75 2,29 2,14 2,10 1,54 2,41 1,50 1,94 5,78 6,59 7,12 6,98 6,94 6,36 7,22 6,31 6,78 4,71 5,01 4,71 4,19 4,25 4,41 4,95 5,56 5,3 1,98 2,28 1,98 1,46 2,57 1,52 1,68 2,22 2,83 1 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 Mặt cắt MNTK (m) Hs (m) Tp (s) Zđ (m) Rc (m) γs γβ

PL-41

D1 0,79 18,4 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 1,82 1,30 0,87 0,68 1,23 0,99 0,70 1,48 1,46 3,5 9,2 0,4 13,6 77,6 16,2 67,9 1,4 2,2 Mặt cắt Rc/Hm0 qFr (m3/s/m)

Bảng PL D- 17 Mức độ tác động của lưu lượng nước tràn qua đê biển - Bảng D.2, TCVN 9901: 2014 [6]

STT Mức độ ảnh hưởng Đối tượng bị ảnh hưởng

Lưu lượng tràn, q (l/s/m) < 50 Từ 50 đến 200 1 Kè mái nghiêng

 200

2 Đê biển mái cỏ

< 1 Từ 1 đến 10  10 < 2

Từ 2 đến 20

3 Tường biển Từ 20 đến 50

 50

Không bị hư hỏng Bị hư hỏng nếu không gia cố đỉnh Mặc dù có gia cố đỉnh nhưng vẫn bị hư hỏng Không bị hư hỏng Bắt đầu xuất hiện hư hỏng Bị hư hỏng Không bị hư hỏng Bị hư hỏng nếu đỉnh không được gia cố Bị hư hỏng nếu mái sau không được bảo vệ Bị hư hỏng mặc dù được gia cố bảo vệ hoàn chỉnh Không bị hư hỏng < 0,001

Từ 0,001 đến 0,030 Hư hỏng nhẹ 4 Nhà ở

 0,030 < 0,004

5 Người đi bộ Từ 0,50 đến 1,00

Hư hỏng kết cấu Bị ướt nhẹ Từ 0,004 đến 0,03 Bị ướt nhưng không nguy hiểm Từ 0,003 đến 0,50 Nguy hiểm đập phá sóng tường chắn Nguy hiểm đi trên đê mái cỏ và đê phá sóng hỗn hợp ngang Rất nguy hiểm An toàn với mọi vận tốc  1,00 < 0,001

Từ 0,001 đến 0,01 Không an toàn ở vận tốc cao

Từ 0,01 đến 0,10 6 Phương tiện giao thông Từ 0,10 đến 0,70

Không an toàn khi đỗ xe trên đê phá sóng kiểu tường Không an toàn khi đỗ xe trên đê phá sóng hỗn hợp ngang Không an toàn đối với mọi vận tốc  0,70

PL-42