Ứng dụng mô hình vật lí nghiên cứu xói lở chân kè của đê biển mái nghiêng trong bão

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

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Ứng dụng mô hình vật lí nghiên cứu xói lở chân kè của đê biển mái nghiêng trong bão trình bày kết quả của việc thiết lập mô hình vật lí trong máng sóng nghiên cứu hiện tượng xói lở chân kè và bãi trước của đê biển mái nghiêng trong điều kiện bão có xét đến ảnh hưởng của sóng tràn ở vùng ven biển bắc bộ nhằm bổ sung làm rõ hơn về cơ chế xói bồi trước chân đê.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng mô hình vật lí nghiên cứu xói lở chân kè của đê biển mái nghiêng trong bão

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VẬT LÍ NGHIÊN CỨU XÓI LỞ CHÂN KÈ CỦA ĐÊ BIỂN MÁI NGHIÊNG TRONG BÃO Nguyễn Thị Phương Thảo Khoa Kỹ thuật Biển - Trường Đại học Thủy lợi, email: thao.n.p@tlu.edu.vn ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU trường đại học Thủy Lợi. Tổng chiều dài máng là 45 m, chiều dài hiệu quả 42m, chiều cao Ước tính trung bình mỗi năm có khoảng 4 1,2m, chiều cao hữu ích < 1,0 m, chiều rộng đến 6 trận bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào 1,0m, sóng ngẫu nhiên lớn nhất có thể tạo ra vùng ven biển Việt Nam. Trong điều kiện biến với chiều cao HS = 0,3 m và chu kỳ T P = 3,0. đổi khí hậu và nước biển dâng, các trận bão Máy tạo sóng được trang bị hệ thống hấp thụ lớn và siêu lớn xảy ra ngày càng tăng, kèm sóng phản xạ tự động (ARC - Active theo đó là những tác động bất lợi làm gia tăng Reflection Compensation). giá trị cực hạn của các yếu tố sóng, mực nước Thí nghiệm lòng động được thực hiện và dòng chảy dẫn đến các cơ chế hư hỏng gây trên cơ sở nguyên mẫu đặc điểm hiện trạng mất ổn định cho hệ thống đê kè biển. Cơ chế điều kiện địa hình, thủy lực, bùn cát, hình hư hỏng đê được quan tâm nhiều nhất hiện nay thái, công trình đê biển ở khu vực bắc [3]: là xói lở bãi trước và xói chân kè làm cho mái kè bị mất ổn định và không còn khả năng giữ Cao trình đỉnh đê: 4,0m  5,5m; Hệ số mái vật liệu thân đê [1] [2]. Trên thực tế, việc định trước của đê: m = 3  4; Độ cao lưu không lượng dự tính lượng dịch chuyển bùn cát ngang của đỉnh đê phía trên mực nước thiết kế bờ cũng như biến hình lòng dẫn bằng các mô (MNTK):1,5m  2,5m; Bãi trước đê biển có hình toán gặp khó khăn vì cơ chế thủy động độ dốc 1:100; Đướng kính hạt cát rời lực học rất phức tạp, đồng thời số liệu đo đạc trung bình là 0,250mm [1]. thực tế để kiểm nghiệm mô hình rất hiếm, hầu Tiêu chuẩn tương tự và tỉ lệ mô hình hết các mô hình đều dựa trên các kết quả nghiên cứu của thí nghiệm vật lí. Tuy nhiên Trong điều kiện bão, Dean (1985) dựa trên các thí nghiệm nghiên cứu quá trình ngang bờviệc xem xét cơ chế vật lí chủ đạo liên quan trong bão đã thực hiện chưa tính đến khối đến vận chuyển bùn cát trong vùng sóng vỡ cho rằng trong vùng sóng vỡ thì chuyển động lượng nước vượt qua đỉnh đê do sóng tràn. Bài rối chứ rất quan trọng gây ra sự dịch chuyển báo này sẽ trình bày kết quả của việc thiết lập mô hình vật lí trong máng sóng nghiên cứu bùn cát hơn là ứng suất đáy (bed shear). Từ đó Dean (1985) đề xuất mộ số kiến nghị cho hiện tượng xói lở chân kè và bãi trước của đê biển mái nghiêng trong điều kiện bão có xét các mô hình hình quá trình ở vùng sóng vỡ đến ảnh hưởng của sóng tràn ở vùng ven biển gồm [4]: bắc bộ nhằm bổ sung làm rõ hơn về cơ chế xói + Mô hình phải được xây dựng chính thái bồi trước chân đê. hình học (tỉ lệ ngang bằng tỉ lệ đứng); + Thủy động lực học phải tuân theo tiêu THIẾT KẾ MÔ HÌNH chuẩn tương tự Froude N T  N L ; Cơ sở thiết kế mô hình + Vận chuyển bùn cát phải tuân theo tiêu chuẩn tương tự về thông số tốc độ lắng chìm Mô hình được thiết kế để thực hiện thí nghiệm trong điều kiện máng sóng Hà Lan tại (H/T) giữa mô hình và nguyên hình: 551
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 N   N L . Sử dụng công thức kinh nghiệm phần trong đỉnh đê có máng thu nước tràn và bơm ra, đồng thời cũng có máy bơm bổ sung tính tốc độ lắng chìm () của Zanke (1977) [5]. nước đã tràn qua đê trong thời gian chạy mô Dựa trên cơ sở các tiêu chuẩn tương tự, sự hình. Phổ sóng Jonswap được lựa chọn để phân tích về điều kiện nguyên mẫu và sự đáp thực hiện. ứng của điều kiện thí nghiệm. Mô hình được Các yếu tố cần đo đạc trong thí nghiệm: thực hiện với vật liệu cát rời có kích thước - Đo sóng (gồm 4 đầu đo dao động mặt hạt trung bình 120m lấy từ bãi biển Hà nước MHM cách chân đê khoảng một lần Tĩnh. Nhiệt độ của nước vào mùa hè ở Việt chiều dài sóng, khoảng cách mỗi đầu đo được Nam cỡ khoảng T = 25o C, độ nhớt động học xác định theo hướng dẫn tính sóng phản xạ + của nguyên mẫu nước mặn là p = 9.3713E- một đầu đo giữa bãi + một đầu đo gần máy 03cm2/s, mô hình nước ngọt m = 8.9266E- tạo sóng) 03cm2/s [https://ittc.info/media/4048/75-02- - Đo sự thay đổi lòng dẫn (Dùng thước 01-03.pdf] đo trên ba mặt cắt trước và sau khi chạy Dựa trên các đặc điểm của thủy vực và sóng bão). điều kiện máng sóng thí nghiệm, chọn tỉ lệ - Đo lưu lượng tràn qua đê, tính toán lượng mô hình NL = 10, NT = 3,16. nước bổ sung và bơm vào trong quá trình Thiết kế bố trí thí nghiệm mô hình thực hiện với trận bão - Hai camera quay khu vực mái và chân đê ở Mô hình lòng động ứng với đê không phía trên thành máng và ngang máng nhằm phục tường đỉnh được thiết kế như hình 1. Chiều vụ cho công tác phân tích và đánh giá số liệu. cao đê là 80cm, tường đỉnh 10cm, bề rộng Kịch bản thí nghiệm được thực hiện sẽ bao đỉnh đê là 40cm. Mái đê m=3 và 4. Bãi trước gồm các điều kiện thủy lực về mực nước, đặc đê có độ dốc 1:100, độ dày lớp cát tại chân là trưng sóng khác nhau sẽ ảnh hưởng đến diễn 40cm. Phía đầu bãi bố trí mái chắn cát có biến lòng dẫn trước đê như thế nào khi xét độ dốc 1:5. Do nghiên cứu có sóng tràn nên đến lưu lượng tràn qua đê. Hình 1. Mô hình thí nghiệm KẾT QUẢ THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM đáy trong các kịch bản chủ yếu diễn ra trong Trên hình 2 và hình 3 trình bày kết quả khoảng 2m trước chân đê. Kết quả đo đạc sự thay đổi địa hình cho thấy xu thế chung là bị thực hiện mô phỏng biến đổi lòng dẫn trước và sau thời gian ảnh hưởng của sóng bão ứng xói ngay sát chân đê (đến khoảng cách với các kịch bản độ cao lưu không bằng 0,2 - 0,4m) và đoạn cách chân đê từ 15cm (mực nước là 75cm) và 20cm (mực 0,5-1,5m. Xen giữa hai khoảng xói này là nước là 70cm), đặc trưng sóng gồm chiều cao đoạn bồi. Đoạn cách chân đê chừng 1,5m trở ra thì xu thế mặt cắt khá ổn định với các sóng sóng Hs =17cm và 19cm, chu kỳ đỉnh phổ T p = 1.56s và 1.65s, tổng thời gian chạy mô cát tự nhiên. Đây là kết quả của sự tương tác giữa đặc trưng sóng với công trình đê biển. hình là 5000s và 5050s tương đương với Lượng nước tràn qua đê khá nhiều, lớn khoảng 3000 con sóng. Sự thay đổi địa hình nhất là kịch bản D75H19T156 có lưu lượng 552
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 tràn lên đến 75 l/s/m, kịch bản tràn ít nhất là lại máng sóng. Cũng chính do tường đỉnh mà D70H17T156 cũng tràn tới 22 l/s/m. Kết quả làm cho hệ số sóng phản xạ khá cao dao động quan sát và quay camera cho thấy do sự có từ 0,34 đến 0,36 . mặt của tường đỉnh làm cho nước bị bắn lên trên, một phần tràn qua đê, một phần quay trở Hình 2. Đặc điểm mặt cắt trước (hình A,B)và sau khi sóng bão đi qua (hình C) Hình 3. Kết quả đo đạc sự thay đổi địa hình đáy khi tác động của sóng bão có kể đến sóng tràn KẾT LUẬN đến kết quả thay đổi lòng dẫn, cần được nghiên sâu hơn. Từ những nghiên cứu trên có thể đưa ra một vài kết luận chính như sau: TÀI LIỆU THAM KHẢO - Việc lựa chọn tỉ lệ mô hình cần phải [1] Le Hai Trung, "Research on scour of s ea được thực hiện dựa trên những phân tích điều dyke using physical model," Tạp chí Khoa kiện phòng thí nghiệm, nguyên mẫu và lựa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, pp. chọn tiêu chuẩn tương tự phù hợp. 225-234, 2008. - Kết quả đo đạc sự thay đổi lòng dẫn khá [2] Thieu Quang Tuan, "Modelling sea dike toe phù hợp với xu thế chung và theo kết quả đo eros ion during storms," Journal of water đạc của các nghiên cứu trước đây [2] là xói resrources and environment, pp. 235-243, 2008. sát chân đê và hình thành bar nhỏ phía ngoài. [3] Viện KH Thủy Lợi VN, "Báo cáo đánh giá - Trong điều kiện sóng bão, lượng nước hiện trạng đê biển từ Quảng Ninh đến tràn khá lớn, lên tới 75l/s/m nên trước khi Quảng Nam," Hà Nội, 2012. thực hiện thí nghiệm cần phải thử nghiệm để [4] R.G Dean, "Physical Modeling of Littoral Proces ses," in Physical Modelling in Coastal bổ sung lượng nước phù hợp tránh bị ảnh Engineering. Rotterdam, The Netherlands, hưởng hạ thấp mực nước ảnh hưởng đến kết 1985, ch. 3, pp. 119-139. quả đo đạc. [5] Steven A.Hughes, Physical models and - Sự có mặt của tường đỉnh làm gia tăng hệ laboratory techniques in coastal engineering, số phản xạ sóng, điều này có thể ảnh hưởng 3rd ed. Singapore: World scientific, 2005. 553