Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
LỰA CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT KẾT CẤU NGẦM
TRÊN THỀM ĐẢO NỔI XA BỜ
Phạm Thị Thúy1, Lê Hải Trung2, Trần Thanh Tùng2
1
Trường Đại học Thủy lợi và Đại học kỹ thuật Lê Quý Đôn, email: thuy39vtl@gmail.com
2Trường Đại học Thủy lợi
1. GIỚI THIỆU CHUNG của giải pháp là công việc cần thiết. Nội dung
này được thực hiện thông qua kết quả thử
Đảo san hô xa bờ là một đối tượng nghiên
cứu có tính đặc thù, hoàn toàn khác biệt so nghiệm bằng thí nghiệm mô hình vật lý sẽ
với các dạng rạn viền bờ, rạn chắn bờ. Đảo trình bày trong phần tiếp theo.
san hô xa bờ được tạo thành từ các khối núi 2. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VẬT LÝ
ngầm ở độ sâu mực nước lớn, 1000 tới 1500
m. Trên bề mặt các khối núi này có thể hình 2.1. Các điều kiện nguyên hình
thành một bộ phận nhô lên khỏi mặt nước ngay - Địa hình nguyên hình được lựa chọn đưa
cả khi thủy triều lên cao nhất gọi là lõi đảo. vào thí nghiệm như sau: phần lõi đảo ở mức
Thềm san hô xung quanh mở rộng với diện độ cao: +4m; phần thềm san hô rộng trung
tích lớn gấp nhiều lần phần nổi. Ngoài thềm bình 300-1000m tương đối bằng phẳng; vách
san hô là vách dốc đứng, ăn xuống biển sâu. dốc đứng (fore-reef slope) 1/5, [1].
Để bảo vệ bờ cho phần lõi đảo, công trình - Độ sâu mực nước trên thềm dao động
kè đã được xây dựng với kết cấu tường bê tông theo địa hình thềm và thủy triều. Trung bình
trọng lực. Sau khi xây kè, do hoạt động của mực nước trên thềm từ 2-4.0m [1].
con người mà có nhiều nơi quần thể sinh vật - Điều kiện sóng: Sóng khí hậu với hướng
trên thềm đảo không được bảo vệ, quá trình sóng chủ đạo là Đông Bắc và Bắc có chiều
phá hủy san hô xảy ra, xói lở ngày càng cao và chu kỳ lần lượt bằng Hs = 2.0-2.5m và
nghiêm trọng. Trên thềm san hô, một số doi cát sóng cực trị có thể lên tới trên 10m. [1]
hình thành một cách tự nhiên nhưng không cố 2.2. Điều kiện máng sóng thí nghiệm
định mà có xu thế di chuyển (một phần) xung
Thí nghiệm được thực hiện tại máng sóng
quanh lõi đảo tùy theo mùa sóng gió. Bên cạnh
thuộc Phòng Thí nghiệm Thủy lực tổng hợp -
đó, các đảo san hô xa bờ nằm ở khu vực có chế
Trường Đại học Thủy lợi. Máng có chiều dài
thủy động lực phức tạp, thường xuyên chịu tác
tổng là 50m, chiều cao 1.2m và chiều rộng
động của bão, áp thấp nhiệt đới.
1m. Máng có thể tạo sóng đều hoặc sóng
Với mục đích tăng khả năng chống xói lở
cho bờ, góp phần tôn tạo, mở rộng bãi đảo và ngẫu nhiên theo một số dạng phổ sóng phổ
tạo ra môi trường thuận lợi cho san hô và các biến như phổ JONSWAP hay Peirsion-
sinh vật biển sinh trưởng và phát triển thì cần Moskowitz (PM) với chiều cao sóng ngẫu
một giải pháp công trình. Yêu cầu của giải nhiên tối đa có thể tạo ra trong máng là 0.3m
pháp này là phải có tính linh động, có khả và chu kỳ là 3s.
năng di chuyển và bố trí ở khu vực khác 2.3. Phương án thí nghiệm
trong trường hợp cần thiết. Giải pháp được Căn cứ vào điều kiện nguyên hình và năng
kiến nghị là kết cấu ngầm đặt trên thềm đảo. lực của máng sóng thí nghiệm, tỉ lệ mô hình thí
Xác định vị trí đặt kết cấu ngầm trên thềm nghiệm được lựa chọn lần lượt là 1/40; 1/20 và
đảo sao cho phát huy được hiệu quả tối ưu 1/15. Thí nghiệm được thực hiện với 16 kịch
196
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
bản như Bảng 1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm được Các tham số đo đạc trực tiếp từ thí nghiệm
sơ họa ở Hình 1. là chiều cao sóng và chu kỳ sóng. Đối với
vùng nước sâu chiều cao sóng được xác định
Bảng 1. Các kịch bản thử nghiệm
là chiều cao sóng ý nghĩa Hs và chu kỳ sóng
Mô hình Nguyên hình Tp xác đinh tại vị trí đỉnh của phổ sóng ở biên
Tỉ lệ Hs T D Hs T D nước sâu. Đối với vùng nước nông trên thềm
(cm) (s) (cm) (m) (s) (cm) lúc này thay vì sử dụng chiều cao sóng Hs và
5 1.2 5.0 2 4.65 2 chu kỳ Tp người ta thường dùng chiều cao
10 1.4 7.5 4 5.42 3 sóng mô men Hmo và chu kỳ phổ sóng đặc
1/40
15 1.6 10 6 6.20 4 trưng Tm-1,0 [2].
20 1.8 8 7.75 Hệ số truyền sóng Kt-S-D là tỷ số giữa chiều
1/20 20 2.0 20.0 4.4 6.97 4 cao sóng nước nông trên thềm Hs,S và chiều
1/15 20 2.1 26.5 3.3 6.97 4 H s,S
cao sóng nước sâu Hs,D: Kt_S_D =
H s,D
P1 P2 P3 P4 P5 P6
Sóng ngẫu nhiên
Bản sóng
Hình 1. Sơ đồ thiết kế thí nghiệm và bố trí thiết bị đo đạc
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Truyền sóng trên thềm đảo hiện nhiều đỉnh với giá trị mật độ năng lượng
của phổ sóng chênh lệch ít hơn. Sóng có xu
Sóng nước sâu khi truyền lên đảo gặp vách hướng phát triển về nơi có tần số thấp hơn
dốc đứng, sóng bị vỡ đột ngột, năng lượng và (sóng dài hơn). Kết quả cho thấy, sóng dài phát
chiều cao sóng đều giảm mạnh. Sóng truyền có triển ở những kịch bản mực nước thấp, và
thể chia thành hai khu vực: vùng sóng vỡ tại trong cùng một mực nước, sóng tới càng lớn
vách dốc đứng (năng lượng sóng bị tiêu tán do thì sóng thứ cấp có chu kỳ càng dài.
sự suy giảm đột ngột của độ sâu) và vùng phía
sau khu vực vách dốc đứng (năng lượng sóng a) Sóng nước sâu
bị tiêu tán do ma sát với thềm san hô) [2]. Hệ
số truyền sóng Kt_S_D trên thềm đảo có xu hướng
giảm dần theo hướng từ khu vực sóng vỡ lân
cận vách dốc đứng vào đến lõi đảo.
b) Sóng trên thềm tại đầu đo P5
Hình 2. Sóng vỡ trên vách dốc đứng
Phổ sóng cũng có sự thay đổi trong quá trình
sóng truyền lên đảo. Phổ sóng ở khu vực nước
sâu xuất hiện một đỉnh nhọn, trong khi đó sóng Hình 3. Kết quả phổ sóng đo đạc từ thí
hình thành trên thềm là sóng thứ cấp, phổ sóng nghiệm ứng với độ sâu mực nước 7.5cm;
có xu thế bị biến dạng, hình dạng bẹt hơn, xuất chiều cao sóng nước sâu 10cm và chu kỳ 1.4s
197
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
3.2. Lựa chọn vị trí đặt kết cấu ngầm Trong đó trục tung biểu thị hệ số truyền
Kết quả thí nghiệm sóng truyền trên thềm sóng Kt_S_D; trục hoành là khoảng cách tương
với các kịch bản trong Hình 4: đối từ đỉnh rạn đến điểm đặt đầu đo sóng (X)
và bề rộng thềm (B).
Hình 4. Hệ số truyền sóng
theo khoảng cách trên thềm
với các kịch bản
Việc lựa chọn vị trí đặt kết cấu ngầm được chảy, gây ra xói lở cục bộ và sụt lún bờ. Với
xem xét căn cứ vào mục đích khai thác, sử tất cả các kịch bản, tại P6 (X/B0,7) đều cho
dụng đối với bãi biển cần được bảo vệ. Nếu vị thấy Hmo6 > Hm05. Do đó kết cấu ngầm cũng
trí xây dựng quá gần bờ có thể bờ lõi đảo sẽ bị không nên đặt quá gần bờ đảo.
xói mạnh và bờ đảo sẽ bị sụt lún; Khi đặt quá 4. KẾT LUẬN
xa bờ hiệu quả giảm sóng của công trình sẽ
không cao. Theo các tài liệu tham khảo, khoảng Từ kết quả nghiên cứu cho thấy:
cách giữa bờ và kết cấu ngầm nên trong khoảng - Sóng nước sâu khi truyền đến đỉnh vách
1-1,5 lần chiều dài sóng nước sâu. dốc đứng sẽ trải qua các quá trình biến hình
Đối với bài toán sóng truyền trên thềm phức tạp làm phổ sóng biến đổi, từ hình dạng
nhọn sang dạng bẹt hơn. Sóng thứ cấp trên thềm
đảo, sóng nước sâu trải qua quá trình biến
đảo có chiều cao giảm và chu kỳ sóng dài hơn.
hình phức tạp. Từ kết quả truyền sóng trên
- Đặc điểm sóng truyền trên đảo: Sóng bị
Hình 4 cho thấy sóng nước sâu (tại P1) khi
vỡ, chiều cao sóng giảm mạnh tại lân cận
gặp vách dốc đứng sóng sẽ bị vỡ, tổn thất đỉnh vách dốc, sóng thứ cấp hình thành và
năng lượng cục bộ tại vị trí lân cận đỉnh dốc truyền trên thềm đảo đến vị trí khoảng một
sẽ làm năng lượng và chiều cao sóng giảm đi nửa chiều dài thềm thì sóng thứ cấp dần dần
rất nhanh (tại P2). Sóng thứ cấp sau đó hình ổn định, khi truyền đến gần bờ đảo, sóng thứ
thành tiếp tục truyền vào bờ. Lúc đầu khi mới cấp lại có xu thế bị mất ổn định do ảnh
hình thành sóng còn chưa ổn định (tại P3), do hưởng của sự phản xạ sóng từ bờ.
ma sát với đáy, năng lượng và chiều cao sóng - Vị trí kiến nghị đặt kết cấu ngầm
thứ cấp tiếp tục giảm nhưng chậm hơn và sau 0,5 ≤ X/B ≤ 0,7.
đó dần ổn định tại các vị trí P4, P5. Sóng tiếp - Vị trí đặt kết cấu ngầm như kiến nghị áp
tục tiến vào bờ, lúc này ngoài ma sát đáy, sự dụng cho thềm đảo có bề rộng đủ lớn (trung
ảnh hưởng đáng kể của sóng phản xạ từ bờ bình 300m - 1000m). Khi đảo có thềm rất hẹp,
tới sóng truyền làm cho sóng truyền bị mất sóng sau khi bị vỡ tại vách dốc đứng không có
ổn định. Kết quả là chiều cao sóng tổng sau đủ chiều dài để ổn định, kiến nghị này sẽ không
đó không còn ổn định mà lại tăng lên. phù hợp. Trong trường hợp đó sẽ phải sử dụng
Với cả 03 tỉ lệ thử nghiệm 1/40; 1/20 và giải pháp khác (công trình giảm sóng đặt ở khu
1/15, ở vị trí X/B ≥ 0,5 thì sóng thứ cấp sau sóng vỡ...), cần được nghiên cứu thêm.
khi hình thành đã ổn định. Như vậy, về mặt
thủy động lực thì vị trí có thể đặt kết cấu 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
ngầm tại vị trí X/B 0,5. Tuy nhiên sóng thứ [1] Phạm Thị Thúy, "Tiểu luận tổng quan về
cấp sau khi tiến đến gần bờ đảo sẽ bị ảnh quá trình truyền sóng qua rạn ngầm nhân
hưởng mạnh bởi sự phản xạ từ bờ đảo, nếu tạo trên thềm đảo nổi xa bờ," Hà Nội, 2021.
bờ đảo là các công trình cứng, độ dốc lớn, sự [2] Thiều Quang Tuấn, Đinh Quang Cường
"Wave Transmission Across Steep
phản xạ này là rất lớn. Dòng phản hồi từ bờ
Submerged Reefs," International Conference
đảo có thể tương tác với sóng truyền, với kết on Asian and Pacific Coasts (APAC 2019)
cấu ngầm làm tăng chiều cao sóng, tăng dòng Springer, Singapore, pp. 687-694, 2019.
198
nguon tai.lieu . vn
