Động lực học cát biển - Chương 12: xử lý trường dòng chảy - sóng

Trong các mục trước đã giả thiết rằng một vận tốc dòng chảy đơn và/hoặc một điều kiện sóng đơn (hoặc phổ sóng) được đặt ra. Tuy nhiên, đối với nhiều ứng dụng thực tế người ta phải giáp mặt với điều kiện dòng chảy và sóng thay đổi rất lớn trong một năm từ những điều kiện yên lặng kết hợp với triều yếu cho đến những cơn bão cực mạnh .
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động lực học cát biển - Chương 12: xử lý trường dòng chảy - sóng Ch¬ng 12. Xö lý trêng dßng ch¶y - sãng12.1. Tæng quan Trong c¸c môc tríc ®· gi¶ thiÕt r»ng mét vËn tèc dßng ch¶y ®¬n vµ/hoÆc mét®iÒu kiÖn sãng ®¬n (hoÆc phæ sãng) ®îc ®Æt ra. Tuy nhiªn, ®èi víi nhiÒu øng dôngthùc tÕ ngêi ta ph¶i gi¸p mÆt víi ®iÒu kiÖn dßng ch¶y vµ sãng thay ®æi rÊt lín trongmét n¨m tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn yªn lÆng kÕt hîp víi triÒu yÕu cho ®Õn nh÷ng c¬n b·ocùc m¹nh kÕt hîp víi dßng ch¶y triÒu cêng cùc ®¹i. C©u hái lµ lµm sao ®Ó dù ®o¸nvËn chuyÓn trÇm tÝch trung b×nh (hoÆc ®éng lùc h×nh th¸i hoÆc xãi lë), xÐt ®Õn nh÷nghiÖu øng cña tÊt c¶ nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy mét c¸ch chÝnh x¸c. QuyÕt ®Þnh sö dông®Çu vµo nµo cña sãng vµ dßng ch¶y cã tÇm quan träng ®Æc biÖt cho viÖc tÝnh to¸n vËnchuyÓn trÇm tÝch dµi h¹n hoÆc ®éng lùc h×nh th¸i. VÊn ®Ò xö lý trêng dßng ch¶y - sãng n¶y sinh khi liªn kÕt víi sù ®a d¹ng réngr·i cña c¸c nhãm øng dông: • sù æn ®Þnh cña vËt liÖu chèng xãi xung quanh nh÷ng c«ng tr×nh xa bê • sù ph¸t triÓn xãi xung quanh nh÷ng c«ng tr×nh (kh«ng ®îc b¶o vÖ) • viÖc ch«n lÊp nh÷ng vËt thÓ n»m trªn ®¸y biÓn • sù ph¸t triÓn ®éng lùc h×nh th¸i cña b·i biÓn vµ nh÷ng vïng xa bê khi cã hoÆckh«ng cã c«ng tr×nh • sù lu ®éng trÇm tÝch vµ ®êng vËn chuyÓn trong c¸c vïng xa bê • sù x©m thùc trÇm tÝch hµng n¨m vµo nh÷ng c«ng tr×nh lÊy níc • møc båi lÊp hµng n¨m nh÷ng r·nh, luång tµu vµ bÕn c¶ng. HÇu hÕt c¸c nguyªn lý c¬ b¶n m« t¶ díi ®©y lµ tæng qu¸t cho mét vµi hoÆctÊt c¶ nh÷ng øng dông ë trªn. Cã ba c¸ch tiÕp cËn c¬ b¶n cã thÓ sö dông: • tiÕp cËn sãng vµ thñy triÒu thiÕt kÕ • tiÕp cËn x¸c suÊt • tiÕp cËn tuÇn tù. TÊt c¶ ®Òu cã nh÷ng thÕ m¹nh vµ thÕ yÕu cña chóng, vµ ®îc m« t¶ díi ®©y.12.2. TiÕp cËn sãng vµ thñy triÒu thiÕt kÕ Theo c¸ch tiÕp cËn nµy, mét ®iÒu kiÖn ®é cao vµ dßng ch¶y thñy triÒu ®¬n, vµmét sãng ®¬n ®îc chØ râ. Trong mét vµi nghiªn cøu chóng ®îc chØ ra bëi kh¸chhµng nh nh÷ng ®iÒu kiÖn thiÕt kÕ mµ mét c«ng tr×nh hoÆc s¬ ®å ph¶i ®¶m nhËn.Chóng cã thÓ dùa vµo nh÷ng tham sè mang ý nghÜa c«ng tr×nh, nh c¬n b·o 50 n¨mvµ nh÷ng ®iÒu kiÖn thuû triÒu thiªn v¨n lín nhÊt cã thÓ lµm cho mét c«ng tr×nh h 171háng nhng chóng kh«ng nhÊt thiÕt lµ nh÷ng ®iÒu kiÖn thÝch hîp nhÊt cho nh÷ngmôc ®Ých vËn chuyÓn trÇm tÝch, v× ®iÒu kiÖn cùc trÞ hiÕm khi cã thÓ xuÊt hiÖn nhvËy hoÆc ng¾n ngñi ®Õn nçi nã chØ cã mét hiÖu øng nhá lªn tr¹ng th¸i trÇm tÝch dµih¹n. Mét ®iÒu kiÖn kÕt cÊu chÞu mái, cã xÐt ®Õn t×nh tr¹ng tÝch lòy sau nh÷ng thêigian dµi, hÇu nh phï hîp h¬n víi t×nh tr¹ng vËn chuyÓn trÇm tÝch mÆc dï vÉn chaph¶i lµ lý tëng. Mét sù lùa chän thÝch hîp h¬n cho sãng vµ dßng ch¶y cã thÓ thùc hiÖn bëi viÖclÊy nh÷ng gi¸ trÞ ®ãng gãp lín nhÊt cho vËn chuyÓn trÇm tÝch trung b×nh dµi h¹n,dùa vµo tiÕp cËn x¸c suÊt m« t¶ trong môc 12. 3. Nh mét híng dÉn th«, trong khuvùc níc cã thñy triÒu chóng lµ: • dßng ch¶y lín nhÊt cña triÒu cêng trung b×nh, nÕu sãng kh«ng ®¸ng kÓ • dßng ch¶y lín nhÊt cña thñy triÒu trung b×nh (vÝ dô M2) ghÐp nèi víi sãng cãtÇn suÊt 10 %, nÕu sãng quan träng. §Ó tÝnh to¸n chuyÓn trÇm tÝch däc bê, mét híng dÉn th« sÏ xÐt ®Õn: • sãng cã tÇn suÊt 20 %. Trong c¸c vïng dßng ch¶y giã chiÕm u thÕ, sãng thiÕt kÕ vµ dßng ch¶y thiÕt kÕcÇn ph¶i ®îc liªn kÕt víi vËn tèc giã. Cã thÓ thùc hiÖn nh÷ng lùa chän tèt h¬n nÕu biÕt ph©n bè x¸c suÊt cña vËn tècdßng ch¶y, pc(Ui) vµ ®é cao sãng, pH(Hj). Trong ®ã, Ui - vËn tèc dßng ch¶y t¹i trungt©m cña kho¶ng thø i, vµ Hj lµ ®é cao sãng t¹i trung t©m cña kho¶ng thø j, cña biÓu®å x¸c suÊt. Lóc ®ã dßng ch¶y thiÕt kÕ Ud, vµ ®é cao sãng thiÕt kÕ Hd, cho b»ng : 1/ m   U d   U im pc (U i ) (143a) i    1/ n   H d   H n p H ( H j )  . (143b) j j  Nh÷ng gi¸ trÞ sè mò m vµ n phô thuéc vµo vÊn ®Ò ®ang xÐt: ®èi víi øng suÊttrît t¹i ®¸y m = n = 2; ®èi víi dßng di ®¸y m = n = 3; ®èi víi vËn chuyÓn trÇm tÝchtæng céng m vµ n trong kho¶ng 3 - 5; ®èi víi vËn chuyÓn däc bê n = 2,5. Nh÷ng kü thuËt tiªn tiÕn h¬n ®Ó chän mét thñy triÒu ®éng lùc h×nh th¸i(Latteux, 1996) hoÆc mét sãng ®¬n ®¹i biÓu (Chesher vµ Miles, 1992) cho viÖc m«h×nh ho¸ chi tiÕt ®éng lùc h×nh th¸i ®îc ph¸t triÓn ®Ó gi¶m bít thêi gian tÝnh to¸ntíi nh÷ng tØ lÖ qu¶n lý ®îc. §iÒu quan träng lµ ý thøc ®îc r»ng c©u tr¶ lêi nhËn ®îc trong tÝnh to¸n vËnchuyÓn trÇm tÝch sÏ phô thuéc cã tÝnh quyÕt ®Þnh vµo sù lùa chän nh÷ng ®iÒu kiÖn®Çu vµo dßng ch¶y vµ sãng, sù lùa chän nµy thêng quan träng h¬n sù lùa chänph¬ng ph¸p sö dông hoÆc sù kh«ng thÝch hîp cña m« h×nh dù b¸o vËn chuyÓn trÇmtÝch. Nh vËy c¸ch tiÕp cËn sãng vµ thñy triÒu thiÕt kÕ chØ sö dông nÕu kh«ng thÓhoÆc kh«ng thùc tÕ khi sö dông c¸ch tiÕp cËn x¸c suÊt hoÆc tiÕp cËn tuÇn tù. 17212.3. TiÕp cËn x¸c suÊt Thêng nãi r»ng vËn chuyÓn trÇm tÝch bÞ chi phèi bëi nh÷ng sù kiÖn cùc trÞ.§iÒu nµy chØ ®óng mét phÇn. Mét c¬n b·o cùc trÞ kÕt hîp víi dßng ch¶y triÒu cênglín nhÊt sÏ cã t¸c ®éng lín nhng rÊt hiÕm khi xuÊt hiÖn, trong khi nh÷ng sãng võaph¶i kÕt hîp víi thuû triÒu trung b×nh l¹i xuÊt hiÖn rÊt thêng xuyªn. C¶ hai sùkiÖn cã thÓ cã ®ãng gãp nh nhau cho vËn chuyÓn trÇm tÝch dµi h¹n. C¸ch tiÕp cËnx¸c suÊt bao gåm tÊt c¶ c¸c tæ hîp cã thÓ cã cña nh÷ng sù kiÖn, ®îc tæng hîp b»ngmét träng sè phô thuéc vµo tÇn sè xuÊ ...