Ước tính nước dâng do sóng trên đảo nổi xa bờ bằng mô hình vật lý

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

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Ước tính nước dâng do sóng trên đảo nổi xa bờ bằng mô hình vật lý được nghiên cứu với mục tiêu là xác định nước dâng do sóng vỡ trên đảo nổi thay đổi theo mặt cắt ngang đảo và những nhân tố ảnh hưởng tới nó.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ước tính nước dâng do sóng trên đảo nổi xa bờ bằng mô hình vật lý

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 ƯỚC TÍNH NƯỚC DÂNG DO SÓNG TRÊN ĐẢO NỔI XA BỜ BẰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ Phạm Lan Anh Trường Đại học Thủy lợi, email: lananhct@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG phía sau, Jago và nnk [2007] nhận thấy nước dâng cao nhất (13.8cm) ứng với chiều cao sóng Trong những cơn bão một thành phần làm tới ý nghĩa là 0.4m và có sự khác nhau về nước ảnh hưởng tới dao động mực nước biển dọc dâng giữa đỉnh thềm và bờ đảo ứng với triều theo đảo nổi là nước dâng do sóng vỡ (wave cao và triều thấp. Seelig [1983], Gerritsen setup). Trong điều kiện sóng bão càng phải [1981] và Gourlay [1996] xây dựng mối quan xem xét ảnh hưởng của nước dâng đến vấn đề hệ giữa nước dâng và các chỉ tiêu đánh giá ngập lụt gây mất an toàn vùng lõi đảo. Những sóng vỡ như độ dốc sóng, và độ nông của nước nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường về hiện nhưng các nghiên cứu đều tiến hành với sóng tượng nước dâng do sóng trên các bờ biển cát, đơn sắc chứ không phải sóng ngẫu nhiên. độ dốc thoải, thay đổi đều đã được tiến hành Buckley [2015, 2016] chỉ ra động lực học nước bởi Longuet-Higgins và Stewart [1962, 1964]. dâng trên thềm ảnh hưởng bởi ma sát đáy san Tuy nhiên động lực học nước dâng trên thềm hô (dạng sống) gây ra khác biệt không quá lớn san hô phức tạp hơn nhiều do sự khác biệt về so với trường hợp không kể đến ma sát do đáy. hình thái đảo, độ nhám đáy san hô hoặc phía Nghiên cứu thực hiện cho thềm san hô lý trong đảo là các đầm, phá rộng lớn. Những báo tưởng và xét các điều kiện sóng trung bình cáo đầu tiên của Munk và Sargent [1948] dựa chưa xét tới điều kiện sóng bão. trên những quan sát có được ở đảo Bikini Atoll cho thấy nước biển trung bình dâng tới 0.5m 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU tại các vị trí xung quanh đỉnh thềm đảo. Những quan sát sau đây về nước dâng do sóng trong Xác định nước dâng do sóng vỡ trên đảo điều kiện sóng yếu và trung bình Gerritsen nổi thay đổi theo mặt cắt ngang đảo và những [1981] cho thềm đảo rộng 200m phía sau là nhân tố ảnh hưởng tới nó. đầm tại Ala Moana cho thấy mực nước dâng 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU lên 10.7cm. Lugo-Fernandez và nnk [1998a] đã quan sát thấy trên vịnh Great Pond, St Xây dựng mô hình vật lý chính thái 2 chiều Croix, USVI nước dâng dao động từ 0.8-1.5 dứng tỉ lệ 1:40 trong mang sóng và các kịch cm và đạt được sự tương đồng tương đối tốt bản sóng và mực nước để quan sát, nghiên cứu với mô hình của Tait [1972]. Hench và nnk đánh và các hiện tượng vật lý và đo đạc các [2008] nhận ra nước dâng ảnh hưởng lớn tới chuỗi mực nước thời gian nhằm lượng hóa dòng chảy hướng bờ hình thành gradient mực nước dâng do sóng ứng với các kịch bản. nước từ đỉnh rìa tới bờ đảo và cũng phụ thuộc 4. THIẾT LẬP MÔ HÌNH mạnh mẽ vào chiều cao, chu kì sóng đến có ý nghĩa. Những nghiên cứu trên hầu hết tiến Mô hình đảo được thiết lập chính thái, tỉ hành cho những thềm đảo độ rộng từ 100 tới lệ dài 1:40 trong máng sóng dài 45m, rộng 200m và có ảnh hưởng của đầm lầy phía sau 1m cao 1.2m. Địa hình đáy đảo gồm: mái thềm. Với những thềm nối tiếp bằng bờ đảo dốc trước đảo độ dốc 1:5 dài 2.5m; chuyển 173
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 tiếp lên thềm phẳng dài 10m; phía sau là bờ =1.25. Đầu đo số 1 đặt trong vùng sóng đảo mái 1:5 được chế tạo từ khung thép, cát nước sâu các chân mái trước đảo 5.5m; các và gạch xếp. Bề mặt đảo được tram xi măng đầu đo từ 2 tới 5 đặt trong vùng sóng vỡ; đánh nhẵn. Các đầu đo sóng từ WG1 tới đầu đo 6 tới 9 đo các điểm trên thềm giữ WG12 được bố trí với các khoảng cách như đảo và từ 10 tới 12 đo tại vị trí chân đảo. hình 1 dùng để đo cao trình mặt nước. Toàn Do chỉ có 6 đầu đo mực nước mà có 12 bộ đảo được đặt cách máy tạo sóng 22m. điểm đo các kịch bản sóng và mực nước sẽ Để dập tắt phản xạ sinh ra do mô hình thì được tiến hành lặp lại. Để kết quả đo được tại vị trí cuối máng được bố trí khối đá đổ chính xác các đầu đo được đặt trong lỗ và tại vị trí máy tạo sóng sẽ có bộ hấp thụ khoan vào thềm đảo đường kinh 20cm. Các sóng Active Reflection Compensation - kịch bản thí nghiệm được tiến hành với các ARC. Tại máy tạo sóng sinh ra sóng ngẫu độ sâu d và chiều cao momen và chu kì nhiên phổ JONSWAP với hệ số đỉnh phổ đỉnh phổ khác nhau Hmo, Tp. Hình 1. Mô hình đảo và vị trí các đầu đo Bảng 1. Các điều kiện đầu vào của thí nghiệm và động lực. Trong phạm vi nghiên cứu chỉ xét đến thành phần trung bình. Khoảng thời No. Kịch bản Hmo (m) Tp (s) d (m) gian ổn định để ước tính nước dâng, đủ cho 1 D65H06T135 0.06 1.35 0.15 sóng phát triển toàn diện trong thí nghiệm mô 2 D65H07T113 0.07 1.13 0.15 hình vật lý là 1000 lần chu kì sóng tới. 3 D65H09T120 0.09 1.20 0.15 4 D65H12T140 0.12 1.40 0.15 5 D65H15T155 0.15 1.55 0.15 6 D65H17T165 0.17 1.65 0.15 5. CƠ SỞ TÍNH TOÁN Hình 2. Sơ đồ nước dâng Nước dâng do sóng là sự dâng lên của mực từ đỉnh rìa tới mái đảo nước biển trung bình trên mực nước tĩnh Theo Battjes (1974) phương trình vật lí (được định nghĩa bao gồm hệ quả của tất cả nước dâng do sóng được biểu thị như sau: các ngoại lực khác trừ ngoại lực do nước dâng) do sự truyền động lượng từ sóng sang cột nước thủy lực thông qua sóng vỡ hoặc trong đó: một sự tiêu hao năng lượng nào khác. Nước Sxx là thành phần ứng suất bức xạ, hướng dâng do sóng có 2 thành phần: trung bình  vuông góc với đường bờ; 174
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 d là độ sâu nước trên thềm đảo nổi biến. Qua ước tính nước dâng trên thềm lớn  mật độ nước nhất khoảng từ 10%-12% chiều cao sóng tới. g là gia tốc trọng trường Hình 5 cho thấy khi độ dốc sóng lớn và độ là giá trị trung bình theo thời gian của sâu nước tương đối nhỏ thì lượng nước dâng nước dâng do sóng càng tăng. Nó thể hiện qua quan hệ với số là giá trị trung bình của ứng suất cắt đáy gT 2 H m 0 Trong hầu hết các nghiên cứu sau này và Ursell  là tỉ số giữa độ dốc sóng d2 để tính toán dễ dàng do đóng góp nhỏ thành và độ sâu nước tương đối. phần được bỏ qua khi tính toán nước dâng. 6. CÁC KẾT QUẢ Dựa vào chuỗi số liệu đường quá trình sóng đo đạc các giá trị nước dâng tại từng đầu đo được lấy trung bình theo thời gian 1000 lần chu kì sóng tới và thu được kết quả như Hình 3. 0.012 H15T155 0.010 H06T135 H07T113 0.008 H09T120 0.006 H12T140 H17T165 0.004 Hình 4. Năng lượng sóng tại đầu (m) 0.002 đo 11 sát chân đảo 0.000 0.16 -0.002 0.14 -0.004 0.12 -0.006 0.10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 0.08 X (m) 0.06 m0 Hình 3. Đường nước dâng tại các đầu đo 0.04 theo mặt cắt ngang đảo nổi 0.02 0.00 Nhìn vào xu thế chung phân bố đường -0.02 nước dâng nhận thấy tại vị trí đỉnh rìa xuất -0.04 25 30 35 40 45 50 55 60 hiện nước hạ (set-down) tức là mực nước  trung bình hạ thấp hơn so với mực nước tĩnh ban đầu và đạt giá trí nhỏ nhất. Điều này Hình 5. Sự phụ thuộc của nước dâng tương ứng với quan sát quá trình sóng vỡ thì tương đối và số Ursell tại vị trí xung quanh đỉnh rìa độ sâu nước 7. KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN trước vỡ nhỏ nhất, chỉ có một lớp nước mỏng trước khi sóng cuộn bổ nhào. Nước dâng tăng Kết quả nghiên cứu đã lượng hóa được mạnh sau khi sóng vỡ đặc biệt đối với những nước dâng do sóng vỡ tại các vị trí trên thềm trường hợp sóng lớn H15T155, H17T165 đảo. Ước tính nước dâng bằng 1-12% chiều hình 3, sau đó gần như nằm ngang mặc dù có cao sóng tới. Nước dâng phụ thuộc mật thiết sự tăng giảm cục bộ như tại đầu đo 6, 7. Tại vào mức độ sóng vỡ thông qua độ dốc sóng đầu đo 11 vị trí +9m xuất hiện giá trị tăng đột và độ sâu tương đối. 175