Phương pháp xử lý các điều kiện biên cứng và biên mở trong các mô hình sóng tuyến tính không dừng - Vũ Thanh Ca

Các phương trình cơ bản cho điều kiện biên phản xạ sóng, các phương trình cơ bản cho điều kiện biên sóng truyền qua,phương pháp tính sóng vượt đê, điều kiện biên tại các biên hở và biên sông tơi,... là những nội dung chính trong bài viết "Phương pháp xử lý các điều kiện biên cứng và biên mở trong các mô hình sóng tuyến tính không dừng". Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết để có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp xử lý các điều kiện biên cứng và biên mở trong các mô hình sóng tuyến tính không dừng - Vũ Thanh CaPh¬ng ph¸p xö lý c¸c ®iÒu kiÖn biªn cøng vµ biªn më trong c¸c m« h×nh sãng tuyÕn tÝnh kh«ng dõng. Vò Thanh Ca Trung t©m KhÝ tîng Thuû v¨n BiÓn, Trung T©m KhÝ tîng Thuû v¨n Quèc gia1. Giíi thiÖu chung C¸c m« h×nh truyÒn sãng tuyÕn tÝnh cã nh÷ng u ®iÓm næi bËt lµ chóng cho nghiÖm æn ®Þnh víimét thêi gian tÝnh to¸n ng¾n vµ ®é chÝnh x¸c chÊp nhËn ®îc ®Ó phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ c¸c c«ngtr×nh ven bê còng nh dù b¸o sù biÕn ®æi ®Þa h×nh vïng bê. Ngoµi hai u ®iÓm trªn, lo¹i m« h×nh nµycßn cã mét u ®iÓm rÊt lín lµ chóng cã thÓ ®îc ¸p dông ®Ó tÝnh sãng víi ®é chÝnh x¸c cao cho vïngníc rÊt s©u. Trong khi ®ã, ngoµi c¸c nhîc ®iÓm lµ yªu cÇu thêi gian tÝnh to¸n dµi vµ bé nhí m¸ytÝnh lín, c¸c m« h×nh truyÒn sãng phi tuyÕn yÕu (nh m« h×nh níc n«ng hoÆc m« h×nh xÊp xØBoussinesq) cßn cã mét nhîc ®iÓm rÊt quan träng lµ chóng chØ cã thÓ ®îc ¸p dông ®Ó tÝnh sãng chomét d¶i rÊt hÑp ven bê víi ®é s©u kh¸ nhá. C¸c m« h×nh truyÒn sãng phi tuyÕn (nh lo¹i m« h×nh gi¶itrùc tiÕp ph¬ng tr×nh Navier-Stokes nhê ph¬ng ph¸p VOF hay MAC) tuy r»ng cã ®é chÝnh x¸c caonhng yªu cÇu bé nhí m¸y tÝnh rÊt lín vµ thêi gian tÝnh to¸n ®Æc biÖt dµi. Víi nh÷ng lý do trªn, ngayt¹i c¸c níc tiªn tiÕn trªn thÕ giíi, c¸c m« h×nh truyÒn sãng tuyÕn tÝnh ®ang ®îc ¸p dông rÊt réng r·i®Ó tÝnh to¸n sãng ngoµi kh¬i vµ ven bê. §Æc biÖt, trong trêng hîp miÒn tÝnh to¸n réng víi ®é s©u t¹ibiªn sãng tíi phÝa ngoµi biÓn t¬ng ®èi lín , viÖc sö dông c¸c m« h×nh truyÒn sãng tuyÕn tÝnh ®Ó tÝnhsãng vÉn lµ gi¶i ph¸p duy nhÊt. Tuy vËy, c¸c m« h×nh lo¹i nµy cã mét nhîc ®iÓm quan träng lµ c¸cph¬ng tr×nh c¬ së cña m« h×nh kh«ng tù ®éng xö lý ®îc c¸c ®iÒu kiÖn biªn cøng, nhÊt lµ t¹i c¸cbiªn cã c¸c hÖ sè ph¶n x¹ sãng vµ hÖ sè truyÒn sãng bÊt kú. §iÒu nµy giíi h¹n rÊt nhiÒu viÖc ¸p dôngc¸c m« h×nh nµy ®Ó tÝnh to¸n trêng sãng phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ v× r»ng tÊt c¶ c¸c c«ng tr×nh biÓn®Òu cã mét hÖ sè ph¶n x¹ sãng nµo ®ã. ThÝ dô nh c¨n cø vµo c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña c¸c nhµkhoa häc NhËt b¶n th× hÖ sè ph¶n x¹ sãng t¹i bÒ mÆt c¸c ®ª biÓn ®îc liÖt kª trªn B¶ng 1. B¶ng 1 HÖ sè ph¶n x¹ sãng cña mét sè c«ng tr×nh ven bê Lo¹i c«ng tr×nh HÖ sè Ghi chó ph¶n x¹Têng th¼ng ®øng 0.7–1.0 0.7 cho trêng hîp têng thÊp víi lîng sãng vît qua lín§ª ph¸ sãng ngÇm cã têng th¼ng 0.5 – 0.7®øng§ª ®¸ héc 0.3 – 0.6§ª ph¸ sãng víi c¸c khèi bª t«ng tiªu 0.3 – 0.5huû n¨ng lîng sãng§ª ph¸ sãng th¼ng ®øng cã mÆt gå 0.3 – 0.6ghÒ hÊp thô sãngB·i biÓn tù nhiªn 0.05-0.2 H¬n n÷a, trong mét sè trêng hîp, cÇn ph¶i tÝnh ®Õn sù truyÒn sãng qua c¸c ®ª kÌ rçng v× rÊtnhiÒu ®ª ph¸ sãng ®îc thiÕt kÕ lµ ®ª ®¸ héc hoÆc c¸c khèi bª t«ng nh khèi bª t«ng lËp ph¬ng,triport, tetraport, corelock v.v. §«i khi, ®Ó ®¶m b¶o c¶nh quan cña khu vùc, ®ª ph¸ sãng ®îc thiÕt kÕlµ ®ª ph¸ sãng ngÇm víi mét hÖ sè truyÒn sãng qua vµ hÖ sè ph¶n x¹ sãng thÝch hîp. Trong c¸ctrêng hîp nµy, ®Ó cã thÓ m« pháng ®îc chÝnh x¸c trêng sãng ven bê, ta cÇn xö lý ®îc ®iÒu kiÖnbiªn ph¶n x¹ vµ truyÒn sãng qua ®ª. B¸o c¸o nµy tr×nh bµy c¸c ph¬ng ph¸p xö lý ®iÒu kiÖn biªn më vµ biªn cøng trong c¸c m« h×nhsãng tuyÕn tÝnh kh«ng dõng. §Æc biÖt, c¸c biªn cøng ph¶n x¹ sãng víi mét hÖ sè ph¶n x¹ thÝch hîpcha ®îc gi¶i quyÕt triÖt ®Ó trªn thÕ giíi ®· ®îc t¸c gi¶ cña b¸o c¸o gi¶i quyÕt. H¬n n÷a, biªn cøngvíi mét hÖ sè truyÒn sãng thÝch hîp (nh c¸c ®ª ph¸ sãng b»ng ®¸ héc hoÆc c¸c khèi triport, tetraportv.v… cã mét ®é rçng nµo ®ã cho phÐp sãng truyÒn qua hoÆc lµ trêng hîp sãng vît qua ®ª) còng®îc xö lý. C¸c ph¬ng tr×nh thÝch hîp cho c¸c biªn ®· ®îc rót ra tõ lý thuyÕt vµ mét s¬ ®å sai ph©nthÝch hîp víi ®é chÝnh x¸c cao ®· ®îc ®Ò xuÊt. ViÖc ¸p dông c¸c ®iÒu kiÖn biªn nµy cho mét m«h×nh sãng tuyÕn tÝnh kh«ng dõng ®· ®îc kiÓm chøng b»ng c¸ch so s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n sè trÞvíi nghiÖm gi¶i tÝch trong c¸c trêng hîp ®¬n gi¶n (nh sù t¹o thµnh cña hÖ sãng ®øng khi c¸c sãng®¬n truyÒn vµo mét vïng níc cã ®é s©u kh«ng ®æi bÞ giíi h¹n bëi mét bøc têng víi mét hÖ sè ph¶nx¹ sãng thÝch hîp) vµ c¸c sè liÖu ®o ®¹c b»ng m« h×nh vËt lý cña c¸c nhµ khoa häc NhËt b¶n trongnh÷ng ®iÒu kiÖn rÊt phøc t¹p (nh sù truyÒn cña c¸c sãng ®¬n hay sãng ngÉu nhiªn ®a híng tõ bªnngoµi vµo trong mét bÓ c¶ng víi c¸c ®ª ch¾n sãng cã c¸c hÖ sè ph¶n x¹ thÝch hîp). C¸c kÕt qu¶ kiÓmchøng cho thÊy m« h×nh cã thÓ cho nghiÖm trïng lÆp víi nghiÖm gi¶i tÝch trong trêng hîp ®¬n gi¶nvµ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n phï hîp víi c¸c sè liÖu thùc nghiÖm trong c¸c ®iÒu kiÖn phøc t¹p nh trêngsãng trong bÓ c¶ng. ViÖc ¸p dông c¸c ®iÒu kiÖn biªn mµ t¸c gi¶ ®Ò nghÞ cho phÐp ta tÝnh to¸n ®îctrêng sãng gÇn c¸c c«ng tr×nh biÓn vµ trong c¸c vïng níc víi ®Þa h×nh ®¸y rÊt phøc t¹p víi ®échÝnh x¸c cao víi thêi gian tÝnh to¸n ng¾n, ®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu cña viÖc tÝnh to¸n trêng sãngphôc vô cho viÖc thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh biÓn còng nh vµ qu¶n lý biÓn vµ ven bê.2. Rót ra c¸c ph¬ng tr×nh c¬ b¶n cho ®iÒu kiÖn biªn ph¶n x¹ sãng Th«ng thêng, ®èi víi nh÷ng m« h×nh phi tuyÕn m« pháng trùc tiÕp c¸c qu¸ tr×nh vËt lý x¶y ratrong chuyÓn ®éng sãng nh m« h×nh truyÒn sãng níc n«ng hoÆc m« h×nh xÊp xØ Boussinesq, ®iÒukiÖn biªn ph¶n x¹ vµ truyÒn qua cña sãng ®îc m« pháng b»ng c¸ch cho mét hÖ sè rçng vµ mét hÖ sètiªu t¸n n¨ng lîng sãng thÝch hîp. Tøc lµ trong c¸c m« h×nh nµy, b¶n chÊt vËt lý cña c¸c qu¸ tr×nhsãng ph¶n x¹ vµ sãng truyÒn qua ®îc m« pháng trùc tiÕp vµ c¸c ®iÒu kiÖn biªn ®îc ®a vµo ngaytrong b¶n th©n c¸c ph¬ng tr×nh truyÒn sãng. Tuy nhiªn, víi c¸c m« h×nh sãng tuyÕn tÝnh m« phángc¸c qu¸ tr×nh s ...