Tốc độ gió tính toán là tốc độ gió lấy trung bình trong 10 phút tự ghi của máy đo gió ở độ cao 10m trên mặt nước:

Đồ án tốt nghiệp



Với Wt = 22,07 (m/s)



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



→



Kd = 1,2559



K10 = 1 – Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m trên mặt nước, xác định

theo bảng 4.2.

Bảng 4.2 Hệ số K10 chuyển đổi

Khoảng cách giữa

máy đo gió và mặt nước, m

K10

Khoảng cách giữa

máy đo gió và mặt nước, m

K10



5



6



7



8



1,14



1,11



1,07



1,04



13



14



15



0,96



0,95



0,94



9



10



11



12



1,02



1,00



0,98



0,97



16



17



18



19



20



0,93



0,92



0,91



0,90



0,89



Thay vào ta có:



W10 = 0,8789.1,2559.1.22,07 = 24,3611(m / s ) ≈ 24,4(m / s )

4.1.2 Đà gió:



Đối với vùng không có yếu tố địa hình hạn chế, giá trị trung bình của đà gió D (m),

đối với 1 tốc độ gió tính toán W (m/s) cho trước được xác định theo công thức:



D = 5.1011.



ν

W



Trong đó:



ν



là độ nhớt động học của không khí, lấy bằng 10-5 (m2/s)



Thay vào ta có:



D = 5.1011.



10− 5

= 204,92( Km)

24, 4



Giá trị lớn nhất của đà gió D max theo 14TCVN 130 – 2002 trang 74: được xác định

theo bảng B -3 (bảng 4.1)

Bảng 4.3. Giá trị lớn nhất của đà gió

Tốc độ gió tính toán W (m/s)

Đà gió Dmax (km)

Trang: 27



20



25



30



40



50



1600



1200



600



200



100



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



Dmax = 1434,4 (Km)

Nhận thấy L = 204,92Km < 1434,4Km là giá trị đà gió lớn nhất cho phép.

4.1.3Mực nước tính toán sóng :



Là mực nước cao nhất năm, có tần suất đảm bảo tương ứng với cấp công trình,

theo bảng 4.4:

Bảng 4.4 Tần suất mực nước tính toán

Cấp công trình



Đặc biệt



Tần suất Mực nước cao nhất năm (%)

Với cấp công trình là cấp IV



→



2



I và II

5



III và IV

10



P = 10%



4.1.4 Các yếu tố sóng :



Hình 4.1 Các yếu tố sóng

Phần sóng trên mặt nước tĩnh gọi là ngọn sóng, điểm cao nhất sóng gọi là đỉnh

sóng. Phần sóng dưới mặt nước tĩnh gọi là bụng sóng, chỗ thấp nhất của bụng sóng

gọi là chân sóng. Khoảng cách thẳng đứng từ đỉnh sóng và chân sóng gọi là chiều cao

sóng Hs. Khoảng cách nằm ngang giữa hai đỉnh sóng là hoặc hai chân sóng kề nhau

gọi là chiều dài sóng Ls. Tỉ số giữa chiều cao sóng và chiều dài sóng H s/ Ls gọi là độ

dốc sóng. Đường nằm ngang chia đôi chiều cao sóng gọi là đường trung bình sóng.

Thông thường do ngọn sóng tương đối nhọn, bụng sóng tương đối thoải, độ cao ngọn

sóng thường lớn hơn độ sâu bụng sóng, vì vậy đường trung bình sóng thường cao hơn

đường mặt nước tĩnh. Độ cao chênh lệch đó gọi là độ dướn, ký hiệu là δ.

Trang: 28



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



Thời gian để thực hiện một lần nhô lên, thụt xuống của sóng gọi là chu kỳ sóng

Ts. Trong quá trình nổi sóng, loại sóng có các yếu tố di chuyển về phía trước gọi là

sóng tiến. Tốc độ mà sóng di chuyển theo phương ngang gọi là tốc độ sóng C. Độ cao

sóng Hs, chiều dài sóng Ls, độ dốc sóng, tốc độ sóng, và chu kỳ sóng T s đều là những

đại lượng chủ yếu xác định hình thái sóng, gọi chung là các yếu tố sóng.

4.1.5 Lý thuyết về tính toán sóng:

4.1.5.1 Dự báo sóng gió trên biển:



Để có số liệu đầu vào thật chính xác phục vụ cho công tác thiết kế công trình

biển, công tác dự báo sóng gió trên biển đòi hỏi phải đúng, có độ tin cậy cao. Mục

đích cụ thể của dự báo là chọn các thông số đúng : chiều cao H; chiều dài L; chu kỳ T

phù hợp với nội dung tính toán thiết kế từng hạng mục công trình cảng biển.

Đối với mỗi địa điểm xây dựng cảng trước hết phải có hải đồ, có đầy đủ số liệu

thuỷ hải văn (hoa gió, mực nước, thuỷ triều, hải lưu..). Đặc biệt phải có các số liệu

sau: tốc độ gió W (m/s) ở độ cao trên mặt nước biển 10m; các hướng gió kèm theo tần

suất; đà gió F (km;m); thời gian tác động của gió t (h); độ sâu đáy biển d nếu tính sóng

khởi điểm nước nông; độ đốc đáy biển i (khi tính sóng khởi điểm nước nông).. Nếu dự

báo sóng khởi điểm nước sâu cho 1 hướng gió chỉ cần 3 yếu tố xuất phát: W, F, t.

Lịch sử phát triển hệ thống cảng biển thế giới đã thôi thúc nhiều nhà khoa học

sáng lập ra nhiều phương pháp dự báo sóng cả cho sóng gió mùa và sóng bão. Phần

lớn các phương pháp này được toán đồ hoá bằng các đồ thị và các bảng biểu, nhằm

tạo thuận lợi cho việc dự báo sóng. Rất nhiều các phương pháp này được đưa vào các

tiêu chuẩn thiết kế cảng.

Tổng hợp có 2 nhóm các phương pháp dự báo sóng : nhóm theo trường phái

sóng có ý nghĩa (được sử dụng rộng rãi ở Nhật, Tây Âu..) và nhóm theo trường phái

sóng trung bình (chủ yếu ứng dụng ở Nga, Đông Âu, Việt nam..).

4.1.5.2 Tổng quan về các lý thuyết tính áp lực sóng lên công trình chắn sóng.



Tải trọng sóng là tải trọng cơ bản để tính toán đê chắn sóng. Trên thế giới hiện

nay tồn tại hai trường phái sử dụng các thông số sóng khác nhau để tính toán. Trường

phái của Nga và các nước Đông Âu dựa trên cơ sở các thông số sóng trung bình:



h, λ , T ... Trường phái của các nước Tây Âu, Nhật bản... dựa trên cơ sở các thông số



Trang: 29



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



h ,λ



sóng có ý nghĩa: 1 3 1 3 . Tuy nhiên dù tính toán theo bất cứ trường phái nào thì cũng

phải xuất phát từ việc xác định chiều cao sóng ở vùng nước sâu, nơi mà độ sâu không

ảnh hưởng đến sự vận hành của sóng.

Tải trọng và tác động của sóng lên công trình phụ thuộc vào độ sâu nơi xây

dựng công trình đó. Độ sâu khu nước liên quan tới các thông số sau:



λ



- Chiều dài trung bình của sóng.



h - Chiều cao của sóng tới.

db - Độ sâu đến đáy.



d cr - Độ sâu tới hạn ứng với sóng vỡ lần đầu khi sóng tiến đến gần bờ.

d crl - Độ sâu tới hạn ứng với sóng vỡ lần cuối.

Phân biệt 4 vùng theo sự thay đổi độ sâu khu nước từ ngoài khơi vào bờ như sau

(hình 4.2):

+ Vùng nước sâu khi độ sâu đến đáy



d b ≥ 0,5λ



, ở đây đáy khu nước gần như

không ảnh hưởng đến sự phát triển và các đặc trưng cơ bản của sóng.



+ Vùng nước nông có độ sâu



0,5λ > db ≥ dcr



, ở đây đáy khu nước gây ảnh hưởng

đến sự phát triển và các đặc trưng cơ bản của thông số sóng.



+ Vùng sóng vỡ có độ sâu



d cr > db ≥ dcrl , trong phạm vi này sóng bắt đầu và kết



thúc quá trình sóng vỡ.

+ Vùng sóng vỗ có độ sâu



kỳ vỗ vào bờ.



Trang: 30



db < d crl , trong phạm vi đó dòng sóng đã bị vỡ theo chu



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



Hình 4.2 Sơ đồ các vùng nước theo độ sâu

A-Vùng nước sâu B-Vùng nước nông C-Vùng sóng vỡ D-Vùng sóng leo

Tải trọng sóng tác động lên công trình do sóng lan truyền từ ngoài khơi vào

được xác định phụ thuộc vào 3 loại sóng tính toán:

+ Khi độ sâu đến đáy



db > 1,5h và độ sâu đến các tấm chống xói ở thềm tường



d br ≥ 1,25h tính toán công trình cần được tiến hành theo sự tác động của sóng

đứng.

+ Khi độ sâu đến đáy



d b ≥ 1,5h và độ sâu trên các tấm chống xói ở thềm tường



dbr < 1,25h tính toán công trình được tiến hành theo sự tác động của sóng vỡ.

+ Khi độ sâu



db < dbr trên đoạn đáy tiếp giáp với công trình 1 khoảng không nhỏ



hơn 0,5 λ tính toán công trình được tiến hành theo sự tác động của sóng vỗ.

Độ sâu tới hạn dcr phụ thuộc vào độ thoải của sóng λ /h xác định theo bảng

4.5:

Trang: 31



Đồ án tốt nghiệp



Trang: 32



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



Bảng 4.5 Quan hệ giữa dcr và



λ /h

dcr/



λ



λ



7



8



10



12



14



16



18



20



30



50



0.5



0.3



0.13



0.11



0.095



0.08



0.07



0.06



0.045



0.02



4.1.6 Các đặc trưng thống kê của sóng:



Trên thực tế, sóng là 1 quá trình ngẫu nhiên, các yếu tố sóng có thể tuân theo

một quy luật thống kê nhất định. Vì vậy để dự báo sóng, cần dùng các đặc trưng

thống kê của sóng:

Sử dụng chiều cao sóng tần suất lũy tích Hsp%.

+



Chiều cao sóng có tần suất 1% (H s1%): 1% số con sóng thống kê có chiều cao

bằng hoặc lớn hơn trị số đó.



+



Chiều cao sóng có tần suất 5% (H s5%): 5% số con sóng thống kê có chiều cao

bằng hoặc lớn hơn trị số đó.



Khu vực tính toán thuộc vùng nước nông nên ta có:



Hs =



H s1/3 1,5

=

= 0,98(m)

1,53 1,53



H1/3 = 0,6h = 0,6.2,49 ≈ 1,5(m) (Theo kinh nghiệm của chuyên gia Hà Lan, ở giai đoạn

thiết kế sơ bộ). Với h = 2,49m (tính toán ở mục 4.2.1.1)

Chiều cao mực nước trước công trình, theo bảng B-4, trang 74,14TCVN 130-2002, P

= 10% (bảng 4.6)

Bảng 4.6 Tần suất mực nước tính toán

Cấp công trình

Tần suất Mực nước cao nhất năm (%)



Trang: 33



Đặc biệt

2



I và II

5



III và IV

10



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



4.1.7 Các phương pháp tính toán các yếu tố sóng do gió :

4.1.7.1 Trường hợp vùng nước sâu:



Sóng trong vùng nước sâu không chịu ảnh hưởng của đáy biển và gọi là sóng

nước sâu.



D>



L0

2



Trong đó:

D – Độ sâu nước.

L0 – Chiều dài sóng ở vùng nước sâu.

Giả sử thời gian đủ dài để sóng hình thành ổn định, dựa vào hình 1 trang 532-22TCN-222-95 và đại lượng không thứ nguyên gt/V w và



ghd / Vw2



và



gT / Vw



gL / Vw2 để xác định các trị số



và lấy các giá trị bé nhất để tính ra chiều cao trung bình và chu kỳ



trung bình của sóng:

+ Chiều cao sóng trung bình :

+ Chu kỳ sóng trung bình:



hd



T



gT

λd =

2π

Xác định chiều dài sóng trung bình :



2



Trong đó:

Vw = 24,4 (m/s) – Tốc độ gió thổi tính toán (mục 4.1.1)

T = 6h – Thời gian gió thổi liên tục.

L = 204,92Km – Đà gió (mục 4.1.2)

d : Độ sâu trung bình trên đà gió. Căn cứ vào bình đồ, ta có:

d = ∇MNTT - (-12) = 2,49 + 12 = 14,49m

Trang: 34



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



gt 9,81× 21600

=

= 8684, 242

Vw

24, 4



Ta có :



gL 9,81× 204920

=

= 3376,554

Vw2

24, 42

gd 9,81× 14, 49

=

= 0, 239

Vw2

24, 42

gd

=

Vw2 0,239

Tra đồ thị ở hình 4.3 với đường

 g h gT 

 2; 

V V 

 w w  = (0,03 ; 2,2)

 g h gT 

 2; 

V V 

 w w  = (0,028 ; 2,05)

 g h gT 

 2; 

V V 

Lấy cặp giá trị  w w  = (0,028 ;2,05) để tính chiều cao và chu kỳ trung bình của

sóng. Ta có:

+



gh

0,028 × 24, 42

= 0,028 ⇒ h =

= 1, 7 m

Vw2

9,81



+



gT

2, 05 × 24, 4

= 2,05 ⇒ T =

= 5,1s

Vw

9,81



⇒ Chiều dài sóng khởi điểm:

2



g.T 9,81× 5,12

λd =

=

= 40, 6m

2.π

2.3,14



Trang: 35



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



Hình 4.3 Đồ thị để xác định các thông số của sóng do gió trong vùng nước sâu

và vùng nước nông

Với chiều dài sóng nước sâu



λd



= 40,6m thì độ sâu giới hạn giữa vùng nước sâu



và vùng nước nông được xác định theo công thức :



d=



λ d L0 40,6

= =

= 20,3m

2 2

2



4.1.7.2 Trường hợp vùng nước nông:



Vùng nước có độ sâu h nhỏ hơn ½ chiều dài sóng gọi là sóng vùng nước nông.

Tùy theo sự giảm nhỏ của độ sâu, ảnh hưởng của đáy biển đối với chuyển động của

chất điểm nước dần tăng lên, quỹ tích chuyển động của chất điểm nước trong sóng

tiến nước nông gần với dạng hình ellipse. Trục ngang và trục đứng của ellipse càng

xuống sâu càng giảm và ellipse càng dẹt.

Các tham số sóng thu được khi tính toán ở vùng nước sâu được hiệu chỉnh bằng

hệ số nông và khúc xạ để thu được giá trị chiều cao sóng có ý nghĩa dùng cho thiết kế.

Đối với công trình đê biển cấp IV, có thể tính chiều cao sóng thiết kế theo.

Trang: 36



Đồ án tốt nghiệp



GVHD: Th.s Lê Văn Thảo



H tk = H 0 .K sh .K r

Trong đó:



H 0 = hd = 1,7m



- Chiều cao sóng ở vùng nước sâu.



sb



K – Hệ số nông.



K sh =



1



2 Kd 

tanh( Kd ).  1 +

÷

 sinh(2 Kd ) 



=



1



2 × 0, 269 × 2, 49 

tanh(0, 269 × 2, 49) ×  1 +

÷

 sinh(2 × 0, 269 × 2, 49) 



= 0,988



Trong đó:



K=



2π

2π

=

= 0, 269

L 23,38

- Số sóng



Với chiều dài sóng ở vùng có chiều sâu nước = d = h = 2,49m. Với T = 5,1s và h =

2,49m, Tra bảng B-6 trang 77, 14TCN 130 -2002 ta có L = 23,38.

r



K – Hệ số khúc xạ.



Kr =



b0 cosφ 0

=

b cosφ1 =1



Trong đó :



φ 0 : Góc giữa đỉnh song và đường đẳng sâu ở vùng nước sâu.

φ 1 : Góc giữa đỉnh song và đường đẳng sâu tại vị trí sóng .



→ H tk = H 0 .K sh .K r = 1,7 × 0,988 × 1 = 1,68m

→ Ltk = λ d .K sh .K r = 40,6 × 0,988 × 1 = 40,1m

Trang: 37