1 §¹i häc quèc gia hµ néi Trêng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn NguyÔn M¹nh Hïng, NguyÔn Thä s¸o M« h×nh tÝnh sãng vïng ven bê Hµ Néi - 2005 2 3 mục lục Mở đầu Chơng 1 Lý thuyết cơ bản về trờng sóng trên vùng biển sâu và ven bờ 1.1 Các yếu tố sóng, dạng sóng và phân loại trờng sóng 5 1.2 Các lý thuyết mô phỏng trờng sóng, phạm vi áp dụng đối với các vùng nớc sâu và ven bờ 8 1.3 Tác động và tơng tác của trờng sóng với các quá trình thuỷ thạch, động lực ven bờ 15 Chơng 2 Biến đổi các yếu tố sóng khi truyền vào vùng ven bờ 2.1 Tốc độ, độ dài và các yếu tố khác của chuyển động sóng vùng ven bờ 19 2.2 Biến dạng sóng vùng ven bờ 28 2.3 Khúc xạ sóng vùng ven bờ 30 2.4 Nhiễu xạ sóng do vật cản 33 2.5 Kết hợp sóng khúc xạ và nhiễu xạ 36 2.6 Phản xạ sóng 40 2.7 Sóng đổ 41 2.8 Tơng tác giữa sóng và dòng chảy ở vùng ven bờ 48 Chơng 3 ứng suất bức xạ sóng và các quá trình do sóng sinh ra ở vùng ven bờ 3.1 Các thành phần ứng suất bức xạ sóng 54 3.2 Mực nớc dâng và rút tại vùng sóng đổ 57 3.3 Các loại dòng chảy do sóng vùng ven bờ 59 3.4 Lý thuyết dòng chảy sóng dọc bờ 60 3.5 Lớp biên sóng 65 3.6 Sóng dài vùng ven bờ 69 4 Chơng 4 Lý thuyết phổ sóng áp dụng cho vùng ven bờ 4.1 Phổ sóng trong vùng biển có độ sâu giới hạn 71 4.2 Biến đổi phổ sóng vùng ven bờ 78 Chơng 5 Các mô hình tính toán sóng gió, sóng lừng vùng ven bờ 5.1 Các yếu tố tạo sóng và điều kiện khí tợng hải văn ảnh hởng đến trờng sóng 80 5.2 Các phơng pháp tính sóng dựa trên các mối tơng quan lý thuyết và thực nghiệm giữa các yếu tố sóng và các yếu tố tạo sóng. Quy phạm tính toán sóng của Việt Nam 93 5.3 Các mô hình tính sóng vùng ven bờ dựa trên phơng pháp giải phơng trình lan truyền sóng 103 Tài liệu tham khảo 123 5 Mở đầu Giáo trình Mô hình tính sóng vùng ven bờ đợc biên soạn nh một sự kế tiếp cuốn giáo trình Động lực học Biển phần 1 Sóng biển [1] đợc biên soạn năm 1998 dành cho học sinh Hải dơng học tại khoa Khí tợng, Thuỷ văn và Hải dơng học . Đây là một cuốn sách viết khá đầy đủ các kiến thức cơ bản về trờng sóng, trong đó đề cập đến cả trờng sóng vùng khơi và trờng sóng ven bờ, các phơng pháp tính toán dự báo sóng trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm. Tuy nhiên do sự phát triển rất nhanh của các nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm của ngành Hải dơng học nói chung và động lực sóng biển nói riêng, đặc biệt tại khu vực ven bờ là nơi tập trung mọi hoạt động kinh tế, xây dựng, du lịch nghỉ dỡng, nên trong khoảng từ những năm 90 lại đây, nhiều lý thuyết, mô hình tính toán trờng sóng mới đã đợc nghiên cứu và đa vào áp dụng trong nghiệp vụ hàng ngày. Cuốn giáo trình này đợc biên soạn nhằm đáp ứng đợc các yêu cầu năng cao, cập nhật các lý thuyết, mô hình tính sóng vùng ven bờ, và với phơng hớng nâng cao trình độ, kỹ năng thực hành tính toán cho sinh viên. Một số các phần lý thuyết cơ bản về trờng sóng sẽ đợc nhắc lại so với giáo trình đầu, tuy nhiên các lý thuyết về phơng trình lan truyền sóng trên vùng biển có độ dốc thoải, lý thuyết bức xạ sóng và các mô hình tính sóng theo phơng pháp số là những phần hoàn toàn mới và những năm vừa qua các sinh viên đã đợc truyền đạt từng phần. Giáo trình gồm 5 chơng xắp xếp theo thứ tự từ lý thuyết cơ bản đến thực hành và các mô hình tính sóng. Chơng I đề cập đến lý thuyết cơ bản về trờng sóng vùng biển sâu và ven bờ do PGS. TS. Nguyễn Mạnh Hùng biên soạn. Chơng II viết về biến đổi các yếu tố sóng khi lan truyền vào vùng ven bờ do PGS. TS. Nguyễn Mạnh Hùng biên soạn. Chơng III trình bày lý thuyết ứng xuất bức xạ sóng và các quá trình do sóng sinh ra ở vùng ven bờ do TS. Nguyễn Thọ Sáo biên soạn. Chơng IV liên quan tới lý thuyết phổ sóng áp dụng cho vùng ven bờ do PGS. TS. Nguyễn Mạnh Hùng biên soạn. Chơng V là các mô hình tính toán sóng gió, sóng lừng vùng ven bờ do PGS. TS. Nguyễn Mạnh Hùng và TS. Nguyễn Thọ Sáo cùng biên soạn. Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã cố gắng trình bày một cách cô đọng các phần lý thuyết và thực hành, liên quan đến trờng sóng vùng ven bờ. Đồng thời cũng chọn lựa các thuật ngữ chung nhất trong nghiên cứu sóng, trong nghiên cứu địa hình địa mạo vùng bờ nhằm bớc đầu thống nhất các thuật ngữ chuyên môn trong ngành Hải dơng. Tuy vậy có thể vẫn còn những vẫn đề bỏ sót, cần đợc bổ sung và các thuật ngữ cần đợc thống nhất. Chúng tôi biết ơn và đánh giá cao các phát hiện và đóng góp của ngời đọc và các bạn đồng nghiệp. . cho vùng ven bờ 4.1 Phổ sóng trong vùng biển có độ sâu giới hạn 71 4.2 Biến đổi phổ sóng vùng ven bờ 78 Chơng 5 Các mô hình tính toán sóng gió, sóng lừng vùng ven bờ 5.1 Các yếu tố tạo sóng. động sóng vùng ven bờ 19 2.2 Biến dạng sóng vùng ven bờ 28 2.3 Khúc xạ sóng vùng ven bờ 30 2.4 Nhiễu xạ sóng do vật cản 33 2.5 Kết hợp sóng khúc xạ và nhiễu xạ 36 2.6 Phản xạ sóng 40 2.7 Sóng. vùng sóng đổ 57 3.3 Các loại dòng chảy do sóng vùng ven bờ 59 3.4 Lý thuyết dòng chảy sóng dọc bờ 60 3.5 Lớp biên sóng 65 3.6 Sóng dài vùng ven bờ 69 4 Chơng 4 Lý thuyết phổ sóng