Mô hình số trị tính toán trường sóng cho vùng ven bờ biển có tốc độ thoải

Nhằm giúp các bạn có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết "Mô hình số trị tính toán trường sóng cho vùng ven bờ biển có tốc độ thoải" dưới đây. Nội dung bài viết trình bày về mô hình sóng vỡ, điều kiện biên hở, biên cứng và điều kiện ban đầu,...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình số trị tính toán trường sóng cho vùng ven bờ biển có tốc độ thoảiM« h×nh sè trÞ tÝnh to¸n trêng sãng cho vïng ven bê biÓn cã ®é dèc tho¶i Vò Thanh Ca ViÖn KhÝ tîng Thuû v¨n Phïng §¨ng HiÕu §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn, §¹i häc Quèc gia Hµ néi1. Giíi thiÖu chung Do nhu cÇu ph¸t triÓn kinh tÕ biÓn vµ ven bê trong thêi kú ®æi míi ë níc ta, vÊn ®Ò tÝnh to¸ntrêng sãng ven bê ®Ó phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh ven bê, c¸c c«ng tr×nh b¶o vÖ bê còngnh c«ng t¸c nghiªn cøu vµ qu¶n lý ven bê lµ rÊt quan träng. Mét m« h×nh sè trÞ tÝnh to¸n trêngsãng ven bê ph¶i tho¶ m·n ®îc c¸c yªu cÇu lµ cã thÓ tÝnh to¸n ®îc trêng sãng cho vïng ven bêvíi ®Þa h×nh ®¸y rÊt phøc t¹p cã sù hiÖn diÖn cña c¸c c«ng tr×nh biÓn víi ®é chÝnh x¸c cho phÐpnhng ®ßi hái mét thêi gian tÝnh to¸n ®ñ ng¾n vµ mét dung lîng bé nhí ®ñ nhá ®Ó cã thÓ ¸p dông®îc cho ®iÒu kiÖn níc ta. MÆc dï cã nh÷ng ®ßi hái thùc tÕ, nhng ë ta vÉn cßn thiÕu mét m« h×nh®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu trªn. C¸c m« h×nh sè trÞ tÝnh to¸n trêng sãng ven bê hiÖn ®ang ®îc södông ë níc ta cã thÓ ®îc ph©n chia thµnh hai lo¹i: lo¹i thø nhÊt lµ c¸c m« h×nh sãng tuyÕn tÝnh chophÐp tÝnh ®îc trêng sãng ven bê cã tÝnh ®Õn c¸c hiÖu øng khóc x¹, níc n«ng, sãng vì vµ nhiÔu x¹yÕu (nh m« h×nh RCPWAVE, Ebersole, 1985), hoÆc lµ kh«ng tÝnh ®Õn nhiÔu x¹ nhng l¹i tÝnh ®Õnsù ph¸t sinh n¨ng lîng sãng do giã (nh m« h×nh SWAN). V× kh«ng tÝnh ®îc sù nhiÔu x¹ vµ ph¶nx¹ sãng mét c¸ch ®Çy ®ñ, lo¹i m« h×nh nµy chØ cã thÓ ®îc ¸p dông cho nh÷ng vïng níc ven bê víinh÷ng ®êng ®¼ng s©u rÊt ®¬n gi¶n vµ kh«ng cã sù hiÖn diÖn cña c¸c c«ng tr×nh biÓn. V× vËy kh«ngthÓ ¸p dông nh÷ng m« h×nh lo¹i nµy ®Ó tÝnh to¸n sãng phôc vô cho viÖc tÝnh to¸n dù b¸o sù thay ®æicña ®Þa h×nh ®¸y biÓn vµ ®êng bê hay thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh biÓn vµ ven bê. Lo¹i m« h×nh thø hai lµc¸c m« h×nh sãng phi tuyÕn gi¶i c¸c ph¬ng tr×nh truyÒn sãng phi tuyÕn cho vïng níc n«ng (nhlo¹i m« h×nh truyÒn sãng dµi) hay níc t¬ng ®èi n«ng (nh m« h×nh xÊp xØ Boussinesq). Mét thÝ dô®iÓn h×nh cña m« h×nh lo¹i nµy lµ m« h×nh MIKE21. Lo¹i m« h×nh nµy cã thÓ tÝnh ®Çy ®ñ sãng nhiÔux¹, khóc x¹, ph¶n x¹, níc n«ng, sãng vì, thËm chÝ sãng leo nhng ®ßi hái thêi gian tÝnh to¸n dµi vµbé nhí m¸y tÝnh lín. Bëi vËy, rÊt khã ¸p dông m« h×nh lo¹i nµy trong ®iÒu kiÖn níc ta. H¬n n÷a, c¸cm« h×nh lo¹i nµy chØ cã thÓ ®îc ¸p dông cho mét vïng níc n«ng hay rÊt n«ng ë ven bê (cã ®é s©unhá h¬n 0.15 bíc sãng víi m« h×nh níc n«ng hay nhá h¬n 0.35 bíc sãng ®èi víi m« h×nh xÊp xØBoussinesq do Madsen vµ Sorensen ®Ò xuÊt). Nh vËy, giíi h¹n ¸p dông cña lo¹i m« h×nh nµy rÊt hÑpvµ rÊt khã ®îc ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n sù lan truyÒn sãng cho nh÷ng vïng bê s©u. XuÊt ph¸t tõ nh÷ng lý do trªn, môc ®Ých cña nghiªn cøu nµy lµ x©y dùng mét m« h×nh sè trÞ chophÐp tÝnh to¸n tÊt c¶ c¸c hiÖn tîng sãng ven bê nh nhiÔu x¹, khóc x¹, ph¶n x¹, níc n«ng, sãng vìvíi ®é chÝnh x¸c cao trong mäi ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh ®¸y biÓn vµ cã sù hiÖn diÖn rÊt phøc t¹p cña c¸cc«ng tr×nh biÓn nhng l¹i ®ßi hái thêi gian tÝnh to¸n ®ñ ng¾n vµ bé nhí m¸y tÝnh ®ñ nhá ®Ó cã thÓ ¸pdông tiÖn lîi cho c«ng t¸c t vÊn.2. Rót ra ph¬ng tr×nh Ph¬ng tr×nh lan truyÒn sãng ngÉu nhiªn cho vïng bê tho¶i ®îc rót ra dùa trªn tÝnh bÊt biÕncña Lagrangian  . Lagrangian  cña dao ®éng mùc níc  víi hµm thÕ  ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸chtÝch ph©n n¨ng lîng sãng tõ ®¸y biÓn cho tíi mÆt níc nh sau   1 1       t   h    z   gz dz . 2 2 (1) h  2 2  Trong ®ã,  lµ khèi lîng riªng cña níc; g lµ gia tèc träng trêng; z lµ täa ®é th¼ng ®øng tÝnhtõ mÆt níc; h lµ ®é s©u;  z vµ  t theo thø tù lµ ®¹o hµm riªng cña hµm thÕ sãng  theo täa ®é th¼ng®øng z vµ thêi gian t; vµ  h lµ gradient cña hµm thÕ  theo ph¬ng n»m ngang. Gi¶ thiÕt r»ng hµm thÕ  cña sãng ®¬n ®îc biÓu diÔn nh sau ~   x , y , z , t     x, y , t  f  z  (2) cosh k h  z  f z   (3) ...