Tài liệu Bài giảng sóng trong kỹ thuật bờ biển.

SÓNG TRONG KỸ THUẬT BỜ BIỂN Viện QH Thủy Lợi 04/01/2007 Thiều Quang Tuấn [email protected] www.coastal.wru.edu.vn Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Hình thành sóng Mô tả sóng, truyền sóng NỘI DUNG Thủy động lực học sóng • Các khái niệm cơ bản • Sóng qua vùng nước nông • Quan trắc sóng Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Vẻ đẹp ?? Thiên tai ?? Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Sóng thần (Tsunami), 2004 http://www.asiantsunamivideos.com/ 300,000 mạng người Patong, Thailand Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Xói lở bờ bãi biển (điều kiện thường) Haitrieu 1995 Haitrieu 2001 Haitrieu 2003 Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Hậu Lộc, 2005 Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Cát Hải, 2005 Hải Thịnh, 2005 Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Hòa Duân, 2003 (sóng trong bão) Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Một số dạng tác động của sóng lên công trình dòng dòng, rối mạch động dòng, lực động
gây mất ổn định Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển
Các khái niệm cơ bản Sự hình thành và phân loại Loại sóng Mao dẫn Sóng gió, sóng cồn Lực dẫn Sức căng mặt ngoài Chu kỳ <0.1 sec. Trọng lực 1 – 12 sec. Sóng thần (Tsunami) Trọng lực 10 min. – 2 hrs. Nước dâng Trọng lực và trái đất quay 1 – 10 hrs. Thủy triều Trọng lực, lực hấp dẫn 12 – 24 hrs. Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển Dòng & áp lực Mực nước biển
Các khái niệm cơ bản Sóng (do) gió  2π x 2π t  H − cos  Đặc trưng 1 con sóng đơn (đều) η =  2 T   L Tp 1.5 1 H (m) 0.5 H a 0 0 5 10 15 -0.5 -1 Tm -1.5 T (sec.) 20 a – biên độ H – chiều cao L – chiều dài (bước) Tp – chu kỳ đỉnh Tm – chu kỳ trung bình cắt 0 Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển
Các khái niệm cơ bản Các lý thuyết sóng nước nông trung gian nước sâu bậc 4 bậc 3 bậc 2 tuyến tính Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển
Các khái niệm cơ bản Các thông số cơ bản theo thuyết sóng tuyến tính Biên độ nhỏ : a < 1/2 nước sâu * Chiều dài sóng ở nước sâu L0 = g/2πT2 ≈ 1.56 T2 * Vận tốc đầu sóng c = L/T * Số sóng k = 2π/L * Chiều dài sóng ở độ sâu h: L = L0tanh(2πh/L) * Độ dốc sóng s = H/L L ≈ L0 tanh(2π h/L0 ) Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển
Sóng và định lượng sóng Độ sâu tương đối Vùng trung gian Nước nông h 1 1 h < Vận tốc đầu sóng 20 c = c ta n h k h c = c = g 2 g T g T L = ta n h k h 1 g h c g = n c = Vận tốc phân tử nước ngang u đứng w 1 F = E c g ρ ga = L M N g h F = E c s in h 2 k h L g u = ω a sin θ cosh k ( 0 2 π g T = g c T F n c e j 1 + cos θ w = ω a h sin h k ( 2 2 a 8 π h + z ) u = ω a e sin θ w = ω a e z 4 π ρ g = s in h k h h = 0 2 2 u = a = 1 c 2 ρ ga = g O P Q ∗ c 1 2 2 w = ω a 2 k h 1 + 2 Thông năng (trên 1 m ngang) 2 π T 2 π Theo lý thuyết
sóng tuyến tính g T = 2 g h L = Vận tốc nhóm 2 = 0 2 π T L = T L L = T Chiều dài 2 g T c = g h 1 > L L = h < 20 L c = 1 < L Nước sâu kz kz sin θ sin θ ) h + z cos θ sin h k h Chuyển dời Ngang Đứng ξ = − a g ω ξ = − a cos θ co sh k ( ) h + z ξ = − a e cos θ sin h k h h ζ sin h k ( h + z ζ = a e kz kz cos θ sin θ ) s in θ = a sin h k h Áp suất p = − ρ g z + ρ g a p = − ρ g z + ρ g a sin θ H a = 2 ω co sh k ( h + z ) sin θ co sh kh 2 π = 2 π k = T θ = ω t − k x L Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển p = − ρ g z + ρ g a e kz s in θ
Các khái niệm cơ bản Chuyển động của phần tử nước do sóng Sóng không “cảm thấy” đáy ở nước sâu - Khuấy động bùn cát - Gây dao động áp lực nước
yếu tố gây mất ổn định đáy Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển
Các khái niệm cơ bản gradient áp lực ở tầng lọc do sóng Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển
Các khái niệm cơ bản Định lượng sóng ngẫu nhiên (không đều) trong tự nhiên ?
Chiều sao sóng có nghĩa Hs (significant) Đại Học Thủy Lợi – Khoa Kỹ Thuật Bờ Biển