- Trang Chủ
- Địa Lý
- Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 2
Xem mẫu
- 4 Thang giã Beaufort
E. W. Bijker
Vµo n¨m 1806 §« ®èc cña h¶i qu©n hoµng gia Anh Beaufort ®· ph©n chia
thang vËn tèc giã rÊt tiÖn lîi ®èi víi c¸c thuû thñ trªn c¸c tµu buåm lín vµ ®Æc biÖt
®èi víi thuû thñ tµu chiÕn. Trong thang nµy 0 ®îc chØ tr¹ng th¸i kh«ng cã giã vµ
12 lµ cÊp cao nhÊt, chi tiÕt h¬n cã thÓ gi¶i thÝch nh trong b¶ng 4.1.
B¶ng 4.1 B¶ng thang giã Beaufort
VËn tèc giã M« t¶ cña M« t¶ theo
¸p lùc
CÊp giã thuû thñ Côc KT Mü
N/m2
giã nót h¶i lý/h m/s km/h
Mü
0 0–1 0-0.5 0-2 lÆng giã
1 1-3 1-3 0,5-1,5 2-6 0,14-1,4 buån giã tho¶ng
2 4-6 4-7 2,1-3,1 7-11 2,4-5,7 kh¸ vui giã nhÑ
3 7-10 8-12 3,6-5,1 13-19 7,7-16 vui giã yÕu
4 11-16 13-18 5,7-8 20-30 19-41 vui l¾m giã võa
5 17-21 19-24 9-11 32-39 46-67 kho¸i giã lín
6 22-27 25-31 11-14 41-50 77-115 kho¸i vµ lo giã m¹nh
7 28-33 32-38 14-17 52-61 125-172 lo vµ sî b·o võa
8 34-40 39-46 18-21 63-74 182-250 sî vµ khiÕp b·o
9 41-47 47-54 21-24 76-87 270-350 khiÕp l¾m b·o m¹nh
10 48-55 55-63 25-28 89-102 360-480 ho¶ng lo¹n b·o ph¸t triÓn
11 56-63 64-75 29-33 104-120 500-630 muèn gÆp mÑ b·o
12 trªn 63 trªn 75 trªn 33 trªn 120 trªn 630 Jones ®©y! Hurricane
25
- C¸c thuyÒn trëng cña c¸c chiÕn h¹m thêng gÆp ph¶i khã kh¨n khi lùa chän:
nÕu hä gi÷ l¹i Ýt buåm th× cã thÕ b¶o vÖ ®îc tµu nhng l¹i gÆp khã kh¨n khi ®uæi
theo tµu ®Þch vµ ®«i khi cßn dÔ bÞ b¾t h¬n. Ngîc l¹i nÕu hä mang theo nhiÒu buåm
hä cã nhiÒu kh¶ n¨ng trong chiÕn trËn nhng l¹i dÔ bÞ bÎ g·y cét buåm vµ cã khi
lµm háng c¶ tµu. Th«ng thêng c¸c sü quan h¶i qu©n muèn tr¸nh c¸c ®iÒu kiÖn
nguy hiÓm trªn. Mét sè m« t¶ cña c¸c thuû thñ vÒ chØ huy cña hä ®îc ph¶n ¸nh
trong b¶ng 4.1.
Thang giã Baufort ®· trë nªn rÊt th«ng dông, cho dï cã mét sè kh¸c biÖt vÒ giíi
h¹n vËn tèc giã cã thÓ xÈy ra.
Mét sè sè liÖu bæ sung liªn quan tíi thang søc giã nµy vµ tr¹ng th¸i mÆt biÓn sÏ
®îc cung cÊp trong ch¬ng 12. Lý thuyÕt chung vÒ sãng sÏ ®îc tæng quan trong
c¸c ch¬ng tiÕp.
26
- 5 Lý thuyÕt sãng ng¾n
W.W. Massie
5.1 Më ®Çu
Mét sè kiÕn thøc vÒ c¬ chÕ cña c¸c sãng ng¾n lµ hÕt søc cÇn thiÕt cho viÖc hiÓu
tèt h¬n vÒ kü thuËt bê. V× lý thuyÕt sãng ng¾n kh«ng ph¶i lµ néi dung b¾t buéc cña
gi¸o tr×nh nµy, chóng t«i chØ dÉn ra trong môc nµy mét sè t¬ng quan chÝnh cña
sãng. SÏ kh«ng cã sù dÉn gi¶i vÒ c¸c c«ng thøc nµy, chóng cã thÓ ®îc t×m thÊy
trong c¸c gi¸o tr×nh vÒ lý thuyÕt sãng ng¾n hoÆc trong c¸c tµi liÖu tham kh¶o.
Kinsman (1965) ®· cã mét tæng quan vÒ lý thuyÕt sãng ng¾n hÕt søc dÔ ®äc.
TÊt c¶ c¸c kÕt qu¶ tr×nh bµy trong môc nµy ®Òu ®îc rót ra b»ng lý thuyÕt
sãng tuyÕn tÝnh h×nh sin cña Airy. Nh÷ng ngêi ®· cã Ýt nhiÒu kinh nghiÖm quan
s¸t biÓn sÏ ph¶n ®èi r»ng “sãng biÓn kh«ng ph¶i h×nh sin”. §iÒu nµy hoµn toµn
®óng, nhng rÊt nhiÒu tÝnh chÊt cña sãng thùc l¹i ®îc rót ra tõ c¸c nghiªn cøu
sãng ®¬n h×nh sin cha bÞ ®æ. Nh÷ng sãng nµy ®îc xem lµ sãng hai chiÒu: nã sÏ
chuyÓn ®éng trªn mÆt ngang theo híng x cßn theo híng z sÏ lµ mÆt biÓn so víi
mùc níc yªn tÜnh.
5.2 C¸c mèi liªn hÖ c¬ b¶n
Quan s¸t mét vËt næi trªn mÆt biÓn cã sãng ta thÊy r»ng vÞ trÝ cña phao sÏ dao
®éng theo c¶ híng ngang lÉn híng th¼ng ®øng xung quanh vÞ trÝ cè ®Þnh. §iÒu
nµy cã thÓ kú l¹ v× profil sãng l¹i chuyÓn ®éng vÒ phÝa tríc vît phao víi mét vËn
tèc nhÊt ®Þnh. Th«ng thêng vËn tèc cña vËt næi (vËn tèc phÇn tö níc) vµ vËn tèc
chuyÓn ®éng cña ®Ønh sãng (vËn tèc pha) cã c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau. Chóng ta h·y b¾t
®Çu b»ng viÖc xem xÐt chuyÓn ®éng cña vËt næi.
5.3 VËt tèc h¹t níc
C¸c thµnh phÇn ngang vµ th¼ng ®øng cña vËn tèc h¹t níc cã thÓ viÕt :
H cosh k ( z h)
cos( kx t )
u (5.01)
sinh kh
2
27
- H sinh k ( z h)
sin( kx t )
w (5.02)
sinh kh
2
trong ®ã: H lµ ®é cao sãng,
h ®é s©u níc
k sè sãng =2/
®é dµi (bíc) sãng,
thêi gian
t
u vËn tèc ngang tøc thêi cña h¹t níc,
w vËn tèc th¼ng ®øng tøc thêi cña h¹t níc,
x to¹ ®é ngang,
z to¹ ®é th¼ng ®øng, tÝnh tõ mÆt yªn tÜnh híng vÒ phÝa trªn,
tÇn sè sãng = 2/T,
T chu kú cña sãng.
Thay z = 0 vµo c¸c ph¬ng tr×nh 5.01 vµ 5.02 ta thu ®îc c¸c thµnh phÇn cña
vËn tèc tøc thêi cña vËt næi.
5.4 Sù dÞch chuyÓn cña h¹t níc
Biªn ®é cña dÞch chuyÓn phao cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lÊy tÝch ph©n vËn
tèc theo thêi gian. Ta cã:
~ H cosh k ( z h)
(5.03)
sinh kh
2
~ H sinh k ( z h)
(5.04)
sinh kh
2
~
trong ®ã: lµ biªn ®é dÞch chuyÓn ngang,
~
lµ biªn ®é dÞch chuyÓn theo ph¬ng th¼ng ®øng.
Hai ®¹i lîng nµy cho ta gi¸ trÞ hai b¸n trôc elip. C¸c phÇn tö níc chuyÓn
®éng theo c¸c elip, kÝch thíc cùc ®¹i cña elip khi phÇn tö níc trªn mÆt biÓn vµ
gi¶m dÇn khi ®é s©u t¨ng.
5.5 VËn tèc sãng
VËn tèc chuyÓn ®éng cña ®Ønh sãng vÒ phÝa tríc ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
g
c tanh kh
(5.05)
T k k
trong ®ã: g lµ gia tèc träng trêng,
c vËn tèc sãng, hay vËn tèc pha cña sãng.
28
- Ph¬ng tr×nh 5.05 thêng khã ®Ó ¸p dông cho thùc tÕ. Bëi v× c¶ vµ k ®Òu phô
thuéc vµo c v× vËy rÊt khã thay thÕ chóng mét c¸ch ®¬n gi¶n trong c«ng thøc ®ã.
Trong môc 6 chóng ta sÏ trë l¹i víi lêi gi¶i nµy b»ng c¸ch sö dông mét sè mÑo kh¸c
nhau.
Cßn b©y giê ta xem xÐt mét nhãm c¸c sãng truyÒn trªn mÆt biÓn, cho r»ng sãng
b¾t ®Çu tõ mÐp cña nhãm vµ truyÒn qua nhãm theo vËn tèc c, vµ sãng sÏ triÖt tiªu ë
gÇn front cña nhãm. Nh vËy nhãm sãng còng chuyÓn ®éng vÒ phÝa tríc nhng víi
vËn tèc nhá h¬n. VËn tèc chuyÓn ®éng cña nhãm sãng sÏ lµ:
c 2kh
cg 1 (5.06)
2 sinh 2kh
hay
cg 1 2kh
1 n (5.07)
2 sinh 2kh
c
Nh trªn c«ng thøc 5.07 tû lÖ gi÷a vËn tèc nhãm vµ vËn tèc pha thêng ®îc ký
hiÖu b»ng n.
N¨ng lîng sãng
N¨ng lîng sãng ®èi víi mét ®¬n vÞ bÒ réng (®é dµi ®Ønh) sÏ lµ:
1
ET gH 2 (5.08)
8
trong ®ã lµ mËt ®é cña níc.
Th«ng thêng, mét c¸ch tiÖn lîi h¬n ®Ó tÝnh n¨ng lîng sãng b»ng n¨ng lîng
trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt.
1
E gH 2 (5.09)
8
N¨ng lîng nµy lan truyÒn víi vËn tèc nhãm sãng, cg.
5.6 C«ng suÊt sãng
V× c«ng suÊt lµ n¨ng lîng trªn mét ®¬n vÞ thêi gian, ta cã thÓ tÝnh c«ng suÊt
sãng b»ng c¸ch chia 5.08 cho chu kú sãng. Tuy nhiªn c¸ch tÝnh nµy kh«ng ®óng v×
n¨ng lîng sãng ®îc truyÒn ®i theo vËn tèc nhãm. Cho nªn mèi t¬ng quan chÝnh
x¸c sÏ lµ:
(5.10)
U = E cg = E n c
trong ®ã U lµ c«ng suÊt trªn mét ®¬n vÞ ®é dµi ®Ønh sãng.
¸p suÊt sãng
Sù hiÖn diÖn cña sãng sÏ lµm biÕn ®æi ¸p suÊt trong lßng níc. ¸p suÊt trong
®iÒu kiÖn cã sãng sÏ lµ:
29
- gH cosh k ( z h)
p gz cos( kx t ) (5.11)
cosh kh
2
trong ®ã p lµ ¸p suÊt tøc thêi.
H×nh 5.1.C¸c ®Æc trng cña hµm
hyperbolic
Thµnh phÇn ®Çu cña c«ng thøc 5.11 lµ ¸p suÊt ®èi víi níc yªn tÜnh. Thµnh
phÇn thø hai cho ta sù biÕn ®æi cña ¸p suÊt do sãng g©y ra. Thµnh phÇn biÕn ®æi
nµy rÊt quan träng khi thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh l¾p ®Æt trªn biÓn.
30
- 5.7 C¸c phÐp ®¬n gi¶n ho¸
C¸c ph¬ng tr×nh 5.01 ®Õn 5.11 cã thÓ ®¬n gi¶n ho¸ trong mét sè ®iÒu kiÖn
nhÊt ®Þnh. §iÒu nµy cã thÓ thö th«ng qua c¸c hµm hyperbolic. §Æc trng cña c¸c
hµm hyperbolic ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 5.1.
5.8 C¸c phÐp xÊp xû ®èi víi níc s©u
§èi víi ®iÒu kiÖn níc t¬ng ®èi s©u (h > (/2); vµ tõ ®ã X > trªn h×nh 5.1):
(5.12)
sinh X cosh X >> X
tanh X = 1,0 (5.13)
B©y giê thay thÕ c¸c gi¸ trÞ cña chóng vµ tiÕn hµnh mét sè biÕn ®æi cÇn thiÕt
c¸c c«ng thøc tõ 5.01 ®Õn 5.11 ta thu ®îc:
H 0 k0z
e cosk 0 x t
u0 (5.01a)
2
H 0 k0z
e sin k 0 x t
w0 (5.02a)
2
~H
0 0 e k0 z (5.03a)
2
H
~
0 0 e k0 z (5.04a)
2
g
c0 0 T
(5.05a)
2 k 0 2
c0
cg (5.06a)
2
0
1
n (5.07a)
0 2
1
gH 0 2 0
E (5.08a)
T0 8
1
E 0 gH 0 2 (5.09a)
8
U 0 E0 n0c0 (5.10a)
gH 0 (5.11a)
e k0 z cos k 0 x t
p0 gz
2
31
- ChØ sè o ®îc ®a vµo ®Ó chØ ®iÒu kiÖn níc s©u; ®iÒu nµy nãi chung ®îc dïng
rÊt phæ biÕn trong c¸c tµi liÖu. SÏ kh«ng sö dông ®èi víi T hoÆc v× c¸c tham sè
nµy cã gi¸ trÞ kh«ng biÕn ®æi.
H×nh 5.2. ChuyÓn ®éng theo quü ®¹o cña sãng níc s©u
Thay thÕ c¸c gi¸ trÞ thùc cña g vµ vµo ph¬ng tr×nh 5.05a, ta cã:
co = 1,56 T trong thø nguyªn m.kg.s, vµ
(5.14)
co = 5,12 T trong thø nguyªn ft.lb.s
Còng tõ ph¬ng tr×nh ®ã, ta cã:
o = 1,56 T2 trong thø nguyªn m.kg.s,
(5.15)
o = 5,12 T 2 trong thø nguyªn ft.lb.s.
Nh vËy, trong vïng níc s©u, chóng ta kh«ng cÇn ®au ®Çu khi dïng c«ng thøc
5.05 ®Ó tÝnh vËn tèc sãng.
CÇn lu ý r»ng tõ c¸c ph¬ng tr×nh 5.03a vµ 5.04a quü ®¹o elip ®· chuyÓn
thµnh quü ®¹o trßn víi kÝch thíc gi¶m dÇn theo ®é s©u theo hµm sè mò tù nhiªn.
H×nh 5.2 cho ta chuyÓn ®éng quü ®¹o ®èi víi sãng níc s©u. Trªn h×nh ®ã còng thÊy
r»ng khi ®é s©u ®óng b»ng mét nöa ®é dµi sãng, tû lÖ dÞch chuyÓn trªn mÆt vµ ®é
s©u nµy sÏ b»ng e - = 0,043.
5.9 C¸c phÐp xÊp xØ ®èi víi níc n«ng
Mét lo¹t xÊp xØ kh¸c cã thÓ xuÊt hiÖn khi ®é s©u níc trë nªn t¬ng ®èi nhá
(níc n«ng h < (/25) ; X < 0.25 trªn h×nh 5.1):
(5.16)
sinh kh ~ tanh kh ~ kh
cosh kh ~ 1 (5.17)
32
- Sö dông c¸c gi¸ trÞ gÇn ®óng ®ã ®èi víi c¸c ph¬ng tr×nh tõ 5.01 ®Õn 5.05 ta cã:
H
coskx t
u (5.01b)
2kh
H Z
1 sin kx t
w (5.02b)
h
2
H
~
(5.03b)
2kh
H Z
~
1 (5.04b)
2 h
c0 gh
(5.05b)
k
2
c
cg (1 1) c (5.06b)
2
n 1 (5.07b)
1
gH 2
E (5.08b)
T 8
1
E gH 2 (5.09b)
8
(5.10b)
U Ec
gH
cos kx t
p gz (5.11b)
2
VËn tèc pha thu ®îc b©y giê kh«ng cßn phô thuéc vµo chu kú sãng; nã chØ cßn
phô thuéc duy nhÊt vµo ®é s©u. MÆt kh¸c vËn tèc nhãm còng b»ng vËn tèc pha, vµ
vËn tèc ngang cña phÇn tö , u, kh«ng phô thuéc vµo ®é s©u, z. Nh vËy c¸c ph¬ng
tr×nh b©y giê hoµn toµn gièng nh ®èi víi trêng hîp sãng dµi.
H×nh 5.3. ChuyÓn ®éng quü ®¹o trong sãng níc n«ng
§é dµi sãng cã thÓ tÝnh ®îc dÔ dµng b»ng ph¬ng tr×nh 5.05b:
33
- T gh (5.18)
Nh vËy d¹ng ®¬n gi¶n cña ph¬ng tr×nh 5.05b ®· lo¹i trõ nh÷ng phøc t¹p khi
sö dông 5.05.
H×nh 5.3 cho ta chuyÓn ®éng quü ®¹o trong ®iÒu kiÖn sãng níc n«ng. Trªn
h×nh 5.3 ngêi ta cho r»ng h = /25.
5.10 Vïng níc chuyÓn tiÕp
§èi víi c¸c vïng níc cã ®é s©u trong giíi h¹n chuyÓn tiÕp ( (/25) < h < (/2))
chóng ta cÇn sö dông c¸c ph¬ng tr×nh ®Çy ®ñ tõ 5.01 ®Õn 5.11. C¸c phÇn tö níc
chuyÓn ®éng theo quü ®¹o elip gÇn víi h×nh trßn h¬n khi ë gÇn mÆt vµ bÞ biÕn ®æi c¶
vÒ bÒ ngang lÉn theo híng th¼ng ®øng ®Ó cuèi cïng trët thµnh c¸c ®êng ngang
ng¾n khi ®Õn gÇn ®¸y.
V× viÖc sö dông c¸c ph¬ng tr×nh 5.01 ®Õn 5.11 kh«ng thÓ ®îc nÕu nh chØ biÕt
mçi ®é s©u, h, chu kú sãng, T, vµ ®é cao sãng, H, chóng ta sÏ xem xÐt vÊn ®Ò nµy kü
h¬n trong ch¬ng 6.
5.11 Mét sè ®iÓm lu ý
VÉn cßn tån t¹i mét sè c©u hái thùc tiÔn. Tríc hÕt “®é dµi sãng nµo ®îc sö
dông trong tû sè h/ ®èi víi lý thuyÕt níc n«ng, níc chuyÓn tiÕp hay níc s©u”.
§iÒu nµy còng kh«ng khã kh¨n mÊy v× ®é dµi sãng trong vïng níc s©u vµ níc
n«ng cã thÓ tÝnh dÔ dµng theo c¸c c«ng thøc t¬ng øng 5.15 hoÆc 5.18. Tuy nhiªn
nÕu nh vËy c¸c c¸ch sö dông kh¸c nhau cã thÓ dÉn tíi kÕt qu¶ hoµn toµn kh¸c,
nh×n chung ngêi ta sö dông ®é dµi sãng níc s©u tÝnh theo c«ng thøc 5.15.
Mét c©u hái kh¸c ®ã lµ: “Lµm thÕ nµo khi sö dông ®iÒu kiÖn h/?”.
§©y qu¶ lµ mét vÊn ®Ò cã nhiÒu bÊt ®ång ý kiÕn nhÊt. Kinsman (1965) trong
c¸c trang 129-133 cho r»ng tån t¹i hai chØ tiªu c¬ b¶n ®Ó x¸c ®Þnh ®é chÝnh x¸c chÊp
nhËn ®îc cho phÐp xÊp xû: to¸n häc vµ kü thuËt. C¸c nhµ to¸n häc do quan t©m tíi
®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n, chÊp nhËn sai sè cì 0,5%. §èi víi c¸c nhµ kü thuËt th×
kh«ng cÇn tíi giíi h¹n ®ã, hä chØ cÇn sai sè cì 5% lµ tèt l¾m råi. B©y giê chóng ta
thö lµm mét phÐp so s¸nh vÒ vÊn ®Ò nµy.
B¶ng 5.1 ®a ra c¸c giíi h¹n ®èi víi níc n«ng vµ níc s©u theo hai quan ®iÓm
nªu trªn.
Nh vËy ®èi víi níc s©u c¸c chØ tiªu tÝnh theo môc 5.4 gÇn nh kh«ng biÕn ®æi
mÊy h > /4 cã lÏ ®· ®¸p øng. §èi víi níc n«ng, c¸c chØ tiªu tÝnh theo môc 5.5 gÇn
nh kh«ng gièng nhau chót nµo. NÕu c¨n cø theo Kinsman th× h < o /20 cã thÓ xem
lµ giíi h¹n hîp lý. ChÊp thuËn c¸c giíi h¹n nµy, chóng ta sÏ gi¶m ®îc miÒn ®é s©u
cÇn ¸p dông c¸c ph¬ng tr×nh ®Çy ®ñ 5.01 ®Õn 5.11 víi yªu cÇu chung ®¸p øng sai
sè nhá h¬n 5%.
34
- B¶ng 5.1. So s¸nh h/o vµ h/ ®èi víi quan ®iÓm kh¸c nhau
h/o h/
§èi víi níc s©u
Môc 5.4: 1/2,01 1/2
To¸n häc 1/2 1/1,99
Kü thuËt 1/4 1/3,73
§èi víi níc n«ng
Môc 5.5 1/102 1/25
1/25 1/12
To¸n häc 1/200 1/35
Kü thuËt 1/20 1/11.
5.12 C¸c vÝ dô
Tríc hÕt chóng ta h·y xem xÐt mét sè sãng ®Æc trng, sau ®ã mét sè vÝ dô tíi
h¹n nh»m quan s¸t vai trß quan träng cña ®é s©u t¬ng ®èi h/o so víi ®é s©u tuyÖt
®èi h.
. BiÓn B¾c, H = 0,8 m, T = 8 gi©y, h = 10 m (®©y lµ sãng rÊt phæ biÕn t¹i biÓn
B¾c). Tõ ph¬ng tr×nh 5.15,
o = (1,56) (82) = 100 m; h/o = 10/100 = 1/10;
®©y lµ ®é s©u vïng chuyÓn tiÕp, chóng ta sÏ quay l¹i sau khi kÕt thóc ch¬ng 6.
Chó ý r»ng, ®é cao sãng, H, ë ®©y cha ®îc sö dông ®Õn.
. Eo Gibrantar, H =25 m, T= 15 gi©y, vµ h = 1000 m (®©y lµ ®iÒu kiÖn sãng
b·o trªn khu vùc biÓn nµy). Tõ c«ng thøc 5.15,
o = (1,56) (152) = 351 m; h/o = 1000/351 > 1/4;
®©y ch¾c ch¾n lµ ®iÒu kiÖn níc s©u. Chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh biªn ®é cña vËn
tèc ngang cña phÇn tö níc ë ®é s©u 100 m theo c«ng thøc 5.01a:
~
u o = (2/15) (25/2) e-(2/351)(100).
35
- Hµm cos sÏ kh«ng sö dông ®Õn khi x¸c ®Þnh biªn ®é. Chóng ta thu ®îc:
~
u o = 5,24 e-1,79 = 0,87 m/s.
VËn tèc cña sãng nµy (theo 5.04) sÏ lµ:
co =(1,56) (15) = 23,4 m/s = 84 km/h = 45 h¶i lý/ h.
. BiÓn B¾c (Bê Hµ Lan), H =1,5 m, T = 8 gi©y, h = 4 m.
o = (1,56) (82) = 100 m; H/o = 4/100 = 1/25, ®©y lµ ®iÒu kiÖn níc n«ng. Nh
vËy tõ 5.05b, c = 6,3 m/s. §é dµi sãng c T = 96,3) (8) = 50 m. N¨ng lîng trªn mét
®¬n vÞ ®é dµi ®Ønh sãng (5.08b) :
T =0,142 106 (N.m)/m
. Trong m« h×nh ngêi ta t¹o sãng víi chu kú 0,6 gi©y víi ®é s©u níc 30 cm.
o = (1,56) (0,62) = 0,56 m; h/o = 30/56 > 1/2; ®©y lµ ®iÒu kiÖn níc s©u. vËn
tèc sãng co = (1,56) (0,6) = 0,94 m/s.
36
- 6 TÝnh to¸n vËn tèc vµ bíc sãng
W.W. Massie
6.1 Më ®Çu
§èi víi vïng níc cã ®é s©u chuyÓn tiÕp (o/20 < h < o/4) kh«ng dÔ dµng g× cã
thÓ x¸c ®Þnh trùc tiÕp ®é dµi sãng hoÆc c¸c tham sè sãng liªn quan khi chØ biÕt chu
kú sãng. Cã hai ph¬ng ph¸p ®îc ®a ra sau ®©y, chóng ®Òu ®îc rót ra ph¬ng
tr×nh phi tuyÕn ®èi víi vËn tèc, ph¬ng tr×nh 5.05.
6.2 Ph¬ng ph¸p lÆp
Nh¾c l¹i ph¬ng tr×nh 5.05,
g
c tanh kh
(5.05)-(6.01)
T k k
trong ®ã: c lµ vËn tèc pha cña sãng
gia tèc träng trêng,
g
k sè sãng = 2/,
h ®é s©u níc,
®é dµi sãng,
T lµ chu kú sãng.
Thay c¸c ®Þnh nghÜa tõ ch¬ng 5 vµo ph¬ng tr×nh 6.01 thu ®îc:
2h
0 tanh (6.02)
V× cha biÕt nªn kh«ng thÓ cã lêi gi¶i trùc tiÕp ®îc. S¬ ®å gi¶i lÆp xÊp xØ lµ
hoµn toµn cho phÐp. B»ng ph¬ng ph¸p lÆp xÊp xØ cho phÐp hiÖu chØnh lêi gi¶i v×
ph¬ng tr×nh chØ cã mét nghiÖm ®èi víi hai gi¸ trÞ cho tríc o vµ h.
§èi víi mét lÇn lÆp sö dông ph¬ng tr×nh 6.02 ( b¾t ®Çu tõ = o) thay vµo gi¸
trÞ bªn ph¶i, ta cã:
2h
i 1 0 tanh (6.03)
i
37
- trong ®ã i = 0, 1, 2, .....
B¶ng 6.1. Ph¬ng ph¸p lÆp tÝnh ®é dµi sãng
T = 19 gi©y, h = 50 mÐt
Ph¬ng tr×nh 6.03 Ph¬ng tr×nh 6.04
i i (m) 2i+2 (m)
0 563,8 378,1
1 285,2 382,0
2 451,6 381,6
3 339,2 381,6
4 410,9
5 362,9
6 394,2
7 373,4
8 387,0
9 378,0
10 384,0
11 380,1
12 382,6
13 380,9
14 382,0
15 381,3
16 381,8
17 381,5
NÕu lÆp nhiÒu lÇn ta cã:
2 2 i 1 2 i
2i2 (6.04)
3
i = 0, 1, 2, ….
2 h
2 i 1 0 tanh
2i
38
- Khi sö dông s¬ ®å phøc t¹p h¬n th× sè lÇn lÆp sÏ ®îc gi¶m ®i ®¸ng kÓ (th«ng
thêng chØ cÇn kh«ng qu¸ 4 lÇn lÆp) vµ cã thÓ tiÕn hµnh trªn c¸c m¸y tÝnh tay.
Mét kü thuËt trùc tiÕp cña Eckert (kh«ng c«ng bè) cã thÓ cho lêi gi¶i víi sai sè
nhá h¬n 5%:
2 h
0 tanh (6.05)
0
B¶ng 6.1 cho ta thÊy kÕt qu¶ theo s¬ ®å ®ã.
TÝnh u viÖt cña s¬ ®å lÆp 2 ®îc thÓ hiÖn rÊt râ. §Ó so s¸nh cã thÓ thÊy
ph¬ng tr×nh 6.05 cho = 401,0 m t¬ng ®¬ng sai sè 5,1 %.
Mçi khi ®é dµi sãng ®· ®îc x¸c ®Þnh th× c¸c ®Æc trng kh¸c cña sãng còng ®îc
tÝnh to¸n dÔ dµng.
B¶ng 6.2 C¸c hµm cña sãng h×nh sin (trÝch)
tanh kh kh sin kh cos kh
h
h H
0 H0
0,075 0,632 0,119 0,745 0,816 1,29 0,962
0,080 0,649 0,123 0,774 0,854 1,31 0,955
0,085 0,665 0,129 0,803 0,892 1,34 0,948
0,090 0,681 0,132 0,831 0,929 1,37 0,942
6.3 Ph¬ng ph¸p sö dông c¸c b¶ng
ViÖc tÝnh to¸n tiÕn hµnh theo c¸ch nªu trªn thêng dÉn tíi viÖc tÝnh to¸n b»ng
tay. Mét ph¬ng ¸n ®èi s¸nh ®ã lµ sö dông c¸c b¶ng. B»ng c¸ch chia hai vÕ (6.02)
cho h vµ tiÕn hµnh mét sè phÐp biÕn ®æi:
2h
h h
tanh (6.06)
0
trong ®ã h/o ®îc thÓ hiÖn th«ng qua sè h¹ng h/. Nh vËy cã thÓ lùa chän c¸c
gi¸ trÞ kh¸c nhau cña h/ cã thÓ thu ®îc c¸c gi¸ trÞ t¬ng øng h/o phôc vô x©y
dùng b¶ng. B»ng c¸ch néi suy vÒ h/o hoÆc vÒ h/ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc ®é dµi
sãng.
Wiegel (1964) ®· x©y dùng nªn lo¹i b¶ng nh vËy. B¶ng nµy ®îc c«ng bè trong
s¸ch Kü thuËt h¶i d¬ng (1964) cña t¸c gi¶ vµ trong CÈm nang b¶o vÖ bê (1973).
Mét phÇn tãm t¾t cña b¶ng nµy ®îc thÓ hiÖn trong b¶ng 6.2.
39
- Mét vÝ dô sö dông phÐp lÆp trªn ®©y cã thÓ ®îc kiÓm tra th«ng qua b¶ng. T =
19 gi©y, vµ h = 50 m cho ta o = 563,80 m vµ h/o = 0,0887. Néi suy theo Wiegel
(1964) cho ta h/ = 0,1310 vµ = 381,6 m hoµn toµn phï hîp víi kÕt qu¶ tÝnh to¸n
tríc ®ã.
40
nguon tai.lieu . vn