Giáo trình thủy lực biển ( Nxb ĐHQG Hà Nội ) Chương 4

Gió thường xuyên tồn tại trên biển, dưới tác động của gió trên mặt biển, sóng được hình thành và lan truyền đi xa trên biển đến các vùng bờ. Sóng gió thường là các sóng ba chiều không đồng đều và có tính ngẫu nhiên về biên độ, chu kỳ và hướng truyền.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình thủy lực biển ( Nxb ĐHQG Hà Nội ) Chương 4 Chương 4 SÓNG TRONG DẢI VEN BỜ Giới thiệu Gió thường xuyên tồn tại trên biển, dưới tác động của gió trên mặt biển, sóng được hình thành và lan truyền đi xa trên biển đến các vùng bờ. Sóng gió thường là các sóng ba chiều không đồng đều và có tính ngẫu nhiên về biên độ, chu kỳ và hướng truyền. Trong nhiều cách mô tả sóng ngẫu nhiên thì cách đơn giản nhất thường dùng đó là đơn giản các sóng về một sóng đơn đặc trưng (Representative Monochromatic Wave) có chu kỳ, độ cao và hướng truyền xác định. Đối với sóng ngoài khơi để phát triển nhờ năng lượng của gió thì có ba nhân tố của trường gió phải thoả mãn đó là: Tốc độ gió lớn hơn một giá trị tới hạn nào đó, khoảng đà gió và thời gian gió thổi phải đủ dài. Sau khi dời khỏi vùng gió tác động, sóng gió đã phát triển truyền đi trên biển, phân tán ra mọi phía và một phần nhỏ năng lượng của sóng bị mất đi do ma sát nhớt. Khi các sóng tiếp cận tới các vùng bờ chúng chuyển thành sóng lừng có dạng hai chiều với chu kỳ đồng đều và các đỉnh sóng tạo thành luống. Do độ sâu giảm đi theo hướng vào bờ, các sóng lừng mang đặc tính của sóng nước nông tương tự như các sóng có chu kỳ không đổi. Vùng nước nông được xem là bắt đầu khi sóng cảm nhận được nền đáy và đáy biển ảnh hưởng lên quá trình truyền sóng. Có nghĩa là, ngược lại đáy biển cũng chịu ảnh hưởng tác động từ chuyển động sóng. Nếu trường gió tác động thổi qua vùng bờ thì mặt biển nổi sóng gồm nhiều đỉnh sóng không đồng đều tiến vào bờ, khi đó sự biến dạng sóng vùng nước nông là rất phức tạp. Những đặc tính nổi bật của quá trình chuyển hoá sóng ở vùng nước nông là biến dạng sóng (Wave Shoaling) và khúc xạ sóng (Wave Refraction). Khúc xạ sóng là kết quả của sự thay đổi tốc độ truyền sóng như là hàm của độ sâu nước, tốc độ dòng chảy và chu kỳ sóng. Các sóng bị khúc xạ thay đổi hướng truyền làm cho các dải đỉnh sóng có xu thế song song với các đường đẳng sâu. Biến dạng sóng là kết quả thay đổi tốc độ truyền của dòng năng lượng sóng, độ sâu càng nông thì tốc độ dòng năng lượng càng giảm đi, do độ cao sóng tỉ lệ thuận với căn bậc hai của năng lượng sóng nên độ cao sóng phải tăng lên khi sóng tiến đến vùng nước nông hơn để đảm bảo năng lượng sóng được bảo toàn và cuối cùng sóng bị vỡ tại điểm mà độ cao sóng xấp xỉ bằng độ sâu. Điểm này được gọi là điểm sóng đổ (breaking point) đánh dấu điểm cuối của vùng nước nông (Shoaling zone) và bắt đầu của vùng sóng đổ (Surf zone). (xem hình 4.1) . Nhìn chung, điểm đổ của một chuỗi sóng không phải là một điểm cụ thể mà là một vùng bởi vì điểm sóng đổ bị dịch chuyển theo từng sóng tới do sự không đồng nhất của sóng tới và sự phản xạ của bờ. 109 Hình 4.1 Sóng trong vùng ven bờ Trong hình 4.1 các thuật ngữ có ý nghĩa như sau: offshore zone: vùng khơi; Shoaling zone: vùng nước nông; Surf zone: vùng sóng đổ; Swash zone: vùng sóng vỗ bờ; Breaking point: điểm sóng đổ; Plunging point: điểm sóng đổ sập xuống. Run-up zone: vùng sóng leo; Near-shore zone: vùng ven bờ. Theo các nghiên cứu thì ảnh hưởng của đáy lên chuyển động sóng quan sát được khi tỷ lệ giữa độ sâu và độ dài sóng nước sâu nhỏ hơn 0,5, tức là khi độ sâu nhỏ hơn 1/2 độ dài sóng. Như thế khi sóng lan truyền vào vùng bờ, dưới tác động ảnh hưởng của nền đáy như độ dốc, sự giảm độ sâu, độ gồ ghề của đáy, sóng bị thay đổi các đặc trưng của nó. Trên thực tế, khi sóng truyền vào vùng nước nông thì xảy ra các hiện tượng: biến dạng sóng, khúc xạ sóng, tán xạ sóng, phản xạ sóng, phá huỷ sóng và tiêu tán năng lượng. Các mô tả chi tiết về các hiện tượng này sẽ được trình bày trong các mục tiếp theo của chương này. Để mô tả kích thước, đặc trưng của các sóng ta sử dụng các khái niệm qui ước sau: H : độ cao sóng – khoảng chênh lệch giữa đỉnh sóng và chân sóng; L: độ dài sóng – khảng cách giữa hai đỉnh sóng (hoặc chân sóng) kế tiếp; T: chu kỳ sóng – khoảng thời gian để L hai đỉnh sóng kế tiếp đi qua một điểm cố định; C: tốc độ truyền sóng, C = . T 2π Tỉ số H/L được gọi là độ dốc sóng. Đại lượng ω = là tần số góc của sóng. Đại lượng T H h là độ cao tương đối hay độ cao không thứ nguyên của sóng. Đại lượng là độ sâu tương h L đối hay độ sâu không thứ nguyên. Trong đó, h là độ sâu nước. Trên thực tế sóng gió trên biển có chu kỳ bậc 10-1 và là loại sóng phổ biến nhất trên đại dương và tổng năng lượng của nó cũng lớn nhất. 4.1. CÁC PH ƯƠ NG ...