Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 1 TÍNH CÁC ĐẶC TRƯNG SÓNG TỪ GIÓ THEO SPM 1984 Nghiêm Tiến Lam Khoa Kỹ thuật Biển, Đại học Thuỷ lợi 1. Giới thiệu Do các điều kiện hạn chế về số liệu đo đạc sóng, việc tính toán sóng biển hoặc sóng trong hồ chứa từ số liệu gió thường được áp dụng bằng các công thức kinh nghiệm. Có khá nhiều công thức tính sóng từ gió như Sverdrup và Munk (1944, 1946, 1947), Sverdrup-Munk- Bretschneider (SMB) (Bretschneider, 1952, 1958, 1970), Krylov (1966), Donelan (Donelan, 1980; Schawab et al., 1984; Donelan et al., 1985; Bishop et al., 1992), JONSWAP (Hasselmann et al., 1973), Kahma (1981), Dobson et al., (1989), SPM (CERC, 1973, 1975, 1977, 1984), Hurdle và Stive (1989), Young và Verhagen (1996). Trong đó công thức SPM phiên bản năm 1984 (SPM 1984) dựa trên cơ sở công thức JONSWAP được giới thiệu trong Shore Protection Manual (CERC, 1984) đã và đang được sử dụng một cách rộng rãi. Tài liệu này trình bày phương pháp SPM 1984 và cách áp dụng trong tính toán các điều kiện sóng nước sâu và sóng ở độ sâu nước hạn chế. 2. Tính sóng trong điều kiện gió thổi ổn định 2.1. Xác định đà gió và hiệu chỉnh tốc độ gió Trong 3 phiên bản đầu tiên năm 1973, 1975, 1977, SPM dựa trên công thức SMB với việc tính toán đà gió bình quân theo cosine và sử dụng vận tốc gió bề mặt bình quân mà không xét đến ảnh hưởng của cao độ hay sự chênh lệch nhiệt độ giữa nước biển và khí quyển. Trong phiên bản SPM 1984, đà gió sử dụng là giá trị trung bình số học được tính toán các đà gió trong khoảng hướng gió ±15° như công thức (1) và minh hoạ trên Hình 1. Hướng gió 3° F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 Điểmtínhtoán F 7 F 8 F 9 Hướng gió 3° F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 Điểmtínhtoán F 7 F 8 F 9 Hình 1: Tính toán đà gió Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 2 9 1 1 9 i i FF = = ∑ (1) Vận tốc gió đo đạc được chuyển về độ cao 10 m so với bề mặt sử dụng công thức (2). 1 7 10 10 z UU z ⎛⎞ = ⎜⎟ ⎝⎠ , với z < 20 m (2) 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 5 10 15 20 25 Vận tốc gió trên đất liền, U (m/s) Hệ số hiệu chỉnh vận tốc gió, R L Hình 2: Hệ số hiệu chỉnh vận tốc gió thổi trên đất liền 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 Chênh lệch nhiệt độ không khí và nước biển, (T a -T s ) (°C) Hệ số hiệu chỉnh vận tốc gió, R T Hình 3: Hệ số hiệu chỉnh vận tốc gió do chênh lệch nhiệt độ không khí và nước biển Ngoài ra, vận tốc gió cũng được hiệu chỉnh bằng 2 hệ số hiệu chỉnh: hệ số R L để hiệu chỉnh sự khác biệt giữa vận tốc gió thổi qua mặt đất (U L ) và thổi qua mặt nước (U W ), và hệ số R T cho ảnh hưởng ổn định của chênh lệch nhiệt độ nước và không khí. Hệ số hiệu chỉnh khi sử dụng số liệu gió đo đạc trên đất liền được tra trong Hình 2 và được lấy R L =1 nếu sử dụng vận tốc gió trên biển. Dùng R L =0.9 nếu U L >18.5 m/s. Hệ số hiệu chỉnh ổn định R T phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ nước biển và không khí cho trong Hình 3. Trong trường hợp không có số liệu về chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và nước biển thì có thể lấy giá trị mặc định là R T =1.1. Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 3 Với các giả thiết là sự phát triển của sóng bị giới hạn về đà gió quan hệ chặt chẽ với vận tốc ma sát u * hơn là tốc độ gió đo đạc U, và mối quan hệ giữa u * và U cho vùng biển hở được áp dụng trực tiếp cho điều kiện đà gió giới hạn, công thức SPM 1984 sử đại lượng vận tốc gió hiệu chỉnh U A để hiệu chỉnh quan hệ phi tuyến thực đo giữa ứng suất và vận tốc gió theo (3) 1.23 0.71 A UU=⋅ (3) với 10TL URRU = (4) 2.2. Các đại lượng phi thứ nguyên Để thuận tiện cho việc tính toán, các đại lượng phi thứ nguyên sau đây được sử dụng Độ cao sóng phi thứ nguyên 2 s s A gH H U =  (5) Chu kỳ sóng phi thứ nguyên p p A gT T U =  (6) Đà sóng phi thứ nguyên 2 A gF F U =  (7) Thời gian phát triển phi thứ nguyên A gt t U =  (8) Độ sâu nước phi thứ nguyên 2 A gd d U =  (9) 2.3. Tính toán sóng nước sâu Công thức SPM 1984 tính toán sóng nước sâu dựa trên cơ sở công thức JONSWAP và sử dụng vận tốc gió hiệu chỉnh U A như sau Chiều cao sóng có nghĩa 1 3 2 1.6 10 S HF − =⋅  (10) Chu kỳ sóng tại đỉnh phổ sóng 1 3 0.286 p TF=  (11) Thời gian sóng phát triển 2 3 68.8 F tF=   (12) Từ (12) sẽ tính được đà gió hiệu dụng 3 2 eff 68.8 t F ⎛⎞ = ⎜⎟ ⎝⎠   (13) Sóng được tạo ra ở vùng nước sâu có thể ở ba trạng thái là bị hạn chế về đà gió, bị hạn chế về thời gian gió thổi hoặc là phát triển hoàn toàn. Khi tính cho vùng nước nhỏ (như trong hồ) Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 4 sóng có thể bị hạn chế bởi đà gió ngắn, tức là F < F eff . Khi đó các giá trị H S và T p được tính trực tiếp từ các công thức (10) và (11). Ở các vùng nước lớn hơn có thể dùng các công thức này nhưng thời gian gió thổi có thể hạn chế độ cao sóng. Nếu thời gian trận bão nhỏ hơn t F , hay F > F eff , thì trạng thái biển sẽ là bị giới hạn về thời gian gió thổi và các giá trị của H S và T p vẫn được tính theo các công thức (10) và (11) nhưng sử dụng chiều dài đà gió hiệu dụng (đà gió cần thiết để tạo cùng độ cao sóng nếu thời gian gió thổi vô hạn) tính theo công thức (13). Nghĩa là giá trị nhỏ hơn trong các giá trị F bởi F eff được dùng để tính sóng. Ở vùng nước rất rộng lớn và gió có thời gian thổi lâu thì trạng thái biển có thể phát triển hoàn toàn. Điều kiện này xảy ra khi cả t và t F đều lớn hơn t full tính theo (14). Với điều kiện sóng phát triển hoàn toàn thì sử dụng các công thức giới hạn trên cho chiều cao và chu kỳ sóng tính theo (15) và (16): t full = 7.15·10 4 (14) H S = 0.243 (15) T p = 8.134 (16) Từ các công thức (10) và (11) cho thẩy chu kỳ sóng có mối quan hệ gần gũi với độ cao sóng nếu đà gió đã được xác định như trong (17) và (18) 2 3 20.9 pS TH=  (17) hay 12 33 9.8 pAS TUH − = (18) Các bước tính toán các đặc trưng sóng nước sâu theo phương pháp SPM 1984 được thể hiện trong Hình 4 và Ví dụ 1 kèm theo sau đây. Ví dụ 1: Tính sóng nước sâu Tính các điều kiện sóng tạo ra từ vận tốc gió U 10 = 15 m/s thổi trong thời gian t = 6 giờ trên đà gió F = 100 km. Bước 1: Tính vận tốc gió hiệu chỉnh theo công thức (3) với giá trị mặc định R T =1.1 được vận tốc gió hiệu chỉnh U A = 20 m/s. () ( ) 1.23 1.23 10 0.71 0.71 1.1 15 22.3 AT URU=⋅ =×× =(m/s) (19) Bước 2: Tính thời gian gió thổi phi thứ nguyên t với thời gian t được quy đổi ra giây và đà gió phi thứ nguyên F với đà gió F được quy đổi ra mét 9.81 6 3600 9492 22.3 A gt t U × × == =  (20) 3 22 9.81 100 10 1969 22.3 A gF F U ×× == =  (21) Bước 3: Tính chiều dài đà gió hiệu quả F eff theo (13) 3 3 2 2 eff 9492 1621 68.8 68.8 t F ⎛⎞ ⎛⎞ == = ⎜⎟ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎝⎠   (22) Bước 4: So sánh F và F eff . Vì F > F eff nên sóng bị giới hạn về thời gian gió thổi và sẽ sử dụng F eff thay thế cho F để tính các đặc trưng sóng: Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 5 eff 1621FF⇐=  (23) H s = 0.0016 F ½ T p = 0.286 F ⅓ H s = H s U A ²/g T p = T p U A /g (F > F eff )? (H s >0.243) và (T p >8.134)? NhậpU 10 , F, t F eff = (t  / 68.8)³ / ² t  = gt/U A F = gF/U A ² F = F eff H s = 0.243 T p = 8.134 Đúng: Sóng phát triển bị hạnchế về thờigian Đúng: Sóng phát triển hoàn toàn U A =0.71 (R T U 10 ) 1.23 Kếtthúc Bắt đầu Sai: Sóng phát triển không bị hạnchế về thờigian Sai: Sóng phát triển bị hạnchế vềđàgió H s = 0.0016 F ½ T p = 0.286 F ⅓ H s = H s U A ²/g T p = T p U A /g (F > F eff )? (H s >0.243) và (T p >8.134)? NhậpU 10 , F, t F eff = (t  / 68.8)³ / ² t  = gt/U A F = gF/U A ² F = F eff H s = 0.243 T p = 8.134 Đúng: Sóng phát triển bị hạnchế về thờigian Đúng: Sóng phát triển hoàn toàn U A =0.71 (R T U 10 ) 1.23 Kếtthúc Bắt đầu Sai: Sóng phát triển không bị hạnchế về thờigian Sai: Sóng phát triển bị hạnchế vềđàgió Hình 4: Sơ đồ thuật toán tính sóng nước sâu theo SPM (1984) Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 6 Bước 5: Tính H s và T p sử dụng các công thức (10) và (11) 1 33 2 1.6 10 1.6 10 1621 0.064 s HF −− =⋅ =× × =  (24) 1 3 3 0.286 0.286 1621 3.36 p TF==×=  (25) Bước 6: So sánh H s và T p với các giá trị H s và T p của điều kiện phát triển hoàn toàn trong các công thức (15) và (16). Vì H s = 0.064 < 0.243 và T p = 3.36 < 8.134, đều nhỏ hơn trạng thái phát triển hoàn toàn nên trạng thái của sóng là chưa phát triển hoàn toàn và bị hạn chế về chiều dài đà gió. Bước 7: Tính H s và T p từ các công thức (5) và (6) 2 2 0.064 22.3 3.27 9.81 sA s HU H g × == =  (m) (26) 3.36 22.3 7.6 9.81 pA p TU T g × == =  (s) (27) Vậy đáp số cuối cùng là sóng tạo ra có chiều cao H s = 3.27 m và chu kỳ T p = 7.6 giây trong điều kiện bị hạn chế về đà gió và thời gian gió thổi. 2.4. Tính toán sóng trong điều kiện độ sâu nước bị hạn chế Trong trường hợp khu vực tính toán sóng có độ sâu hạn chế, công thức tính toán sóng theo SPM (1984) cho vùng nước có độ sâu đều d như sau 1 3 2 4 3 4 0.00565 0.283 tanh 0.530 tanh tanh 0.530 S F Hd d ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ ⎛⎞ ⋅ ⎪ ⎪ =⋅ ⋅ ⎨ ⎬ ⎜⎟ ⎛⎞ ⎝⎠ ⎪ ⎪ ⎜⎟ ⎪ ⎪ ⎝⎠ ⎩⎭     (28) 1 3 3 8 3 8 0.0379 7.54 tanh 0.833 tanh tanh 0.833 p F Td d ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ ⎛⎞ ⋅ ⎪ ⎪ =⋅ ⋅ ⎨ ⎬ ⎜⎟ ⎛⎞ ⎝⎠ ⎪ ⎪ ⎜⎟ ⎪ ⎪ ⎝⎠ ⎩⎭     (29) Hạn chế về thời gian gió thổi 7 3 537 lim p tT = ⋅   (30) Nếu thời gian gió thổi nhỏ hơn t lim thì sóng bị hạn chế về thời gian gió thổi và các giá trị chiều cao và chu kỳ sóng cần phải tính toán dựa vào đà gió hiệu chỉnh suy ra từ các công thức (29) và (30). Các bước tính toán các đặc trưng sóng khi độ sâu nước bị hạn chế theo phương pháp SPM 1984 được thể hiện trong Hình 5 và Ví dụ 2. Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 7 (F > F eff )? Bắt đầu H s = 0.283·d 1 ·tanh(0.00565·F ½ /d 1 ) T p = 7.54·d 2 ·tanh(0.0379·F ⅓ /d 2 ) H s = H s U A ²/g T p = T p U A /g d  = gd/U A ² t  = gt/U A F = gF/U A ² d 1 = tanh(0.530 d  ¾ ) d 2 = tanh(0.833 d  ⅜ ) Nhậpd, U 10 , F, t U A =0.71 (R T U 10 ) 1.23 Kếtthúc F eff ={tanh -1 [(t /537) 3/7 /(7.54·d 2 )](d 2 / 0.0379)}³ F = F eff Đúng: sóng bị hạnchế về thời gian gió thổi Sai: sóng không bị hạnchế về thờigian (F > F eff )? Bắt đầu H s = 0.283·d 1 ·tanh(0.00565·F ½ /d 1 ) T p = 7.54·d 2 ·tanh(0.0379·F ⅓ /d 2 ) H s = H s U A ²/g T p = T p U A /g d  = gd/U A ² t  = gt/U A F = gF/U A ² d 1 = tanh(0.530 d  ¾ ) d 2 = tanh(0.833 d  ⅜ ) Nhậpd, U 10 , F, t U A =0.71 (R T U 10 ) 1.23 Kếtthúc F eff ={tanh -1 [(t /537) 3/7 /(7.54·d 2 )](d 2 / 0.0379)}³ F = F eff Đúng: sóng bị hạnchế về thời gian gió thổi Sai: sóng không bị hạnchế về thờigian Hình 5: Sơ đồ thuật toán tính sóng theo SPM (1984) khi độ sâu nước hạn chế Ví dụ 2: Tính sóng nước nông Tính các điều kiện sóng tạo ra từ vận tốc gió U 10 = 15 m/s thổi trong thời gian t = 6 giờ trên đà gió F = 100 km trong khu vực có độ sâu nước bình quân 15 m. Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 8 Bước 1: Tính vận tốc gió hiệu chỉnh theo công thức (3) với giá trị mặc định R T =1.1 được vận tốc gió hiệu chỉnh U A = 20 m/s. () ( ) 1.23 1.23 10 0.71 0.71 1.1 15 22.3 AT URU=⋅ =×× = (m/s) (31) Bước 2: Tính độ sâu phi thứ nguyên, thời gian gió thổi phi thứ nguyên t với thời gian t được quy đổi ra giây và đà gió phi thứ nguyên F với đà gió F được quy đổi ra mét 22 9.81 15 0.295 22.3 A gd d U × == =  (32) 9.81 6 3600 9492 22.3 A gt t U × × == =  (33) 3 22 9.81 100 10 1969 22.3 A gF F U ×× == =  (34) Bước 3: Tính các đại lượng trung gian trong các công thức (28) và (29) 33 44 1 tanh 0.530 tanh 0.530 0.295 0.209dd ⎛⎞⎛ ⎞ =⋅=×= ⎜⎟⎜ ⎟ ⎝⎠⎝ ⎠  (35) 33 88 2 tanh 0.833 tanh 0.833 0.295 0.483dd ⎛⎞⎛ ⎞ =⋅=×= ⎜⎟⎜ ⎟ ⎝⎠⎝ ⎠  (36) Bước 4: Tính chiều dài đà gió hiệu quả F eff từ các công thức (30) và (29) 3 3 7 2 eff 2 3 3 7 1 atanh 7.54 537 0.0379 1 9492 0.483 atanh 10858 7.54 0.483 537 0.0379 d t F d ⎧⎫ ⎡⎤ ⎛⎞ ⎪⎪ ⎢⎥ = ⎨⎬ ⎜⎟ ⎢⎥ ⋅ ⎝⎠ ⎪⎪ ⎣⎦ ⎩⎭ ⎧⎫ ⎡⎤ ⎪⎪ ⎛⎞ ⎢⎥ == ⎨⎬ ⎜⎟ ⎢⎥ × ⎝⎠ ⎪⎪ ⎣⎦ ⎩⎭   (37) Bước 5: So sánh F và F eff . Vì F < F eff nên sóng không bị giới hạn về thời gian gió thổi và sẽ sử dụng F để tính các đặc trưng sóng. Bước 6: Tính H s và T p sử dụng các công thức (28) và (29) 1 2 1 1 0.00565 0.00565 1969 0.283 tanh 0.283 0.209 tanh 0.049 0.209 s F Hd d ⎛⎞ ⎛⎞ ⋅× ⎜⎟ =⋅⋅ =×× = ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎝⎠   (38) 1 3 3 2 2 0.0379 0.0379 1969 7.54 tanh 7.54 0.483 tanh 2.75 0.483 p F Td d ⎛⎞ ⎛⎞ ⋅× ⎜⎟ =⋅⋅ =× × = ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎝⎠   (39) Bước 7: Tính H s và T p từ các công thức (5) và (6) 2 2 0.049 22.3 2.51 9.81 sA s HU H g × == =  (m) (40) Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 9 2.75 22.3 6.3 9.81 pA p TU T g × == =  (s) (41) Vậy đáp số cuối cùng là sóng tạo ra có chiều cao H s = 2.51 m và chu kỳ T p = 6.3 giây. 3. Tính sóng trong bão Các công thức tính sóng ở phần trên áp dụng trọng trường hợp gió thổi ổn định. Tuy nhiên, trong các cơn bão thì vận tốc và hướng gió luôn thay đổi theo thời gian nên việc sử dụng các công thức ở trên sẽ có khó khăn và không còn phù hợp. Với các trận bão nhiệt đới như thường xuất hiện ở nước ta, chúng thường có phân bố vận tốc gió trong bão tương đổi ổn định và có thể mô hình hoá dựa trên một số thông số của tr ận bão. 3.1. Phương pháp SPM 1984 Với các cơn bão di chuyển chậm, SPM 1984 đưa ra phương pháp tính toán sóng trong bão ở vùng nước sâu khi biết các đặc trưng của trận bão như tốc độ di chuyển của cơn bão, bán kính từ tâm bão đến điểm xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong cơn bão và độ hạ áp tại tâm bão. Tại điểm xuất hiện vận tốc gió lớn nhất của cơn bão, độ cao sóng và chu kỳ sóng có nghĩa có thể tính toán theo (42) và (43) (Bretschneider, 1958) 5.03 exp 1 0.29 4700 f s R U RP H U α ⎧ ⎫ ⋅ ⋅Δ ⎪ ⎪ ⎛⎞ =⋅ + ⎨ ⎬ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎪ ⎪ ⎩⎭ (42) 8.60 exp 1 0.145 9400 f s R U RP T U α ⎧ ⎫ ⋅ ⋅Δ ⎪ ⎪ ⎛⎞ =⋅ + ⎨ ⎬ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎪ ⎪ ⎩⎭ (43) Trong đó R Bán kính của điểm xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong cơn bão (km) ΔP Độ giảm áp của tâm bão (mmHg) α Hệ số phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của cơn bão và đà gió. Với trận bão di chuyển chậm có thể lấy α = 1. U f Tốc độ di chuyển của cơn bão (m/s) U R Vận tốc gió ổn định lớn nhất xuất hiện trong cơn bão tại bán kính R (m/s) max 0.865 0.5 Rf UUU = ⋅+⋅ (44) U max Vận tốc gió gradient lớn nhất ở độ cao 10 m so với mặt biển (m/s) () max 0.447 14.5 0.31UPRf ⎡ ⎤ =⋅Δ− ⎣ ⎦ (45) f Hệ số Coriolis 2sinf ω ϕ = (46) ω Vận tốc góc của Trái Đất (1 vòng trong 23 giờ 56 phút 4.09 giây) (s -1 ) 2 0.2625 23.93 π ω == (47) φ Vĩ độ địa lý (rad) Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 10 Công thức (42) và (43) tính các đặc trưng sóng tại điểm xuất hiện gió lớn nhất trong bão. Độ cao sóng tại các điểm khác được tính toán dựa vào độ cao sóng có nghĩa tính theo (42) và được điều chỉnh bằng một hệ số suy giảm trong Hình 6. Chu kỳ sóng tại các điểm tính toán được tính theo (48). 12.1 s s H T g ′ ′ = (48) với H’ s và T’ s là độ cao và chu kỳ sóng tại điểm tính toán. Hình 6: Biểu đồ hệ số hiệu chỉnh độ cao sóng trong bão 3.2. Phương pháp Young (1988) Để sử dụng công thức tính sóng nước sâu từ phổ JONSWAP, Young (1988) đưa ra khái niệm đà gió tương tương và được tính như sau () 22 max max max ff f F R aU bU U cU dU eU f ψ ′ =+++++ (49) với a = -2.175×10 -3 , b = 1.506×10 -2 , c = -1.223×10 -1 , d = 2.190×10 -1 , e = 6.737×10 -1 , và f = 7.980×10 -1 . Thông số tỷ lệ ψ có thể tính như sau (Young và Burchell, 1996) [...]... max 47.02 (64 ) Bước 5: Tính Hs và Tp sử dụng các công thức (10) và (11) −3 1 2 H s = 1 .6 ⋅10 F = 1 .6 ×10−3 × 1723 = 0. 066 1 3 Tp = 0.2 86 F = 0.2 86 × 3 1723 = 3.43 (65 ) (66 ) Bước 6: Tính Hs và Tp từ các công thức (5) và (6) Hs = 2 H sU max 0. 066 × 47.02 = = 14. 96 (m) g 9.81 Tp = TpU max g = 3.43 × 47.0 = 16. 4 (s) 9.81 (67 ) (68 ) Như vậy, cơn bão tạo ra sóng có độ cao sóng có nghĩa Hs = 14. 96 m và chu... 0. 865 ⋅U max + 0.5 ⋅ U f = 0. 865 × 47.0 + 0.5 × 13.89 = 47 .60 (m/s) (58) Bước 6: Độ cao sóng có nghĩa và chu kỳ sóng có nghĩa tại vùng nước sâu xuất hiện vận tốc gió lớn nhất tại bán kính R α ⋅U f ⎪ ⎛ R ⋅ ΔP ⎞ ⎧ H s = 5.03 ⋅ exp ⎜ ⎟ ⎨1 + 0.29 UR ⎝ 4700 ⎠ ⎪ ⎩ ⎫ ⎪ ⎬ ⎪ ⎭ 1× 13.89 ⎫ ⎛ 50 × 55 ⎞ ⎧ = 5.03 × exp ⎜ ⎬ = 14.3 ⎟ ⎨1 + 0.29 × 47 .60 ⎭ ⎝ 4700 ⎠ ⎩ 01/10/2008 (59) 11 Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển. .. 40 38 36 34 32 30 17 21 45 NG PH ÁT T N IỂ R Ạ IH TỚ N Chiều cao sóng có nghĩa, Hs (m) m Chu kỳ đỉnh phổ sóng, Tp (s) 6 0 1 Thời gian gió tối thiểu, t (h) m 5 1 1.5 2 3 4 5 6 8 10 15 20 30 40 Đà gió, F (km) 50 60 80 100 150 200 300 400 500 60 0 800 1000 Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 Mục lục TÍNH CÁC ĐẶC TRƯNG SÓNG TỪ GIÓ THEO SPM 1984 .1 1 Giới... tốc độ gió do sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và nước biển RL Hệ số hiệu chỉnh tốc độ gió thổi trên đất liên Ta Nhiệt độ không khí (°C) Tp Chu kỳ sóng tại đỉnh phổ sóng (s) Tp Chu kỳ sóng phi thứ nguyên tại đỉnh phổ sóng 01/10/2008 13 Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 Ts Nhiệt độ nước biển (°C) t Thời gian gió thổi (s) t Thời gian gió thổi phi... 1.30 = 1.1935 (61 ) Bước 2: Tính bán kính hiệu chỉnh R’ theo (51) R′ = 22.5 × 103 ⋅ log e R − 70.8 × 103 = 22.5 ×103 × log e ( 50 ×1000 ) − 70.8 × 103 = 17 264 5 (62 ) Bước 3: Tính đà gió tương tương F theo (49) 2 F = ψ R′ ( aU max + bU maxU f + cU 2 + dU max + eU f + f ) f =1.1935 × 17 264 5 × (-2 .175 ×10−3 × 47.02 +1.5 06 × 10−2 × 47.0 × 13.8 9-1 .223 × 10−1 × 13.892 (63 ) +2.190 × 10−1 × 47.0 +6. 737 ×10−1 ×... Nghiem Tien Lam 14 0 9 7s m m 6s 7 8 s 25 3 0 m m 5.5 8 2 0 4 m 75 5s s s s 0 5 s 0 0 6 0 1 s m m 13 5 s 1 s m m 3 m m 8s 25 s 2 .6 s 0 1.8 1 .6 9 0 2.2 2s 12 s 2.4 14 10 1 2.8 16 1 4.5 s 3s 18 4s 3.5 20 2 5 m 5 s 2 m 9s 22 m 5 10 24 4 12 3 5 11 26 m m s 4 7 m 10 m 15 6 9 m 16 8 28 Vận tốc gió hiệu chỉnh, Ua (m/s) s m s m m 22 15 m s 12 m 14 19 11 m 20 5 20 13 42 40 38 36 34 32 30 17 21 45 NG PH ÁT T... = TpU max g = 3.43 × 47.0 = 16. 4 (s) 9.81 (67 ) (68 ) Như vậy, cơn bão tạo ra sóng có độ cao sóng có nghĩa Hs = 14. 96 m và chu kỳ sóng Tp = 16. 4 giây tại vùng nước sâu xuất hiện vận tốc gió lớn nhất cách tâm bão 50 km 01/10/2008 12 Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 Chú ý Độ sâu nước tính toán trong trường hợp sóng nước nông là độ sâu trung bình của cả vùng.. .Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 ψ = −0.015 ⋅U max + 0.0431⋅ U f + 1.30 (50) Giá trị hiệu chỉnh R’ tính từ R như sau R′ = 22.5 × 103 ⋅ log e R − 70.8 × 103 (51) Đơn vị... Coriolis f theo công thức ( 46) f = 2ω sin ϕ = 2 × 0. 262 5 × sin (17 × 3.14 /180 ) = 0.1535 (52) Bước 2: Quy đổi áp suất từ mbar sang mmHg và tính độ giảm áp tâm bão Pn = 1013.25 = 760 (mmHg) 1.333224 (53) P0 = 940 = 705 (mmHg) 1.333224 (54) ΔP = Pn − P0 = 760 − 705 = 55 (mmHg) (55) Bước 3: Quy đổi vận tốc di chuyển của cơn bão từ km/giờ sang m/s Uf = 50 ×1000 = 13.89 (m/s) 360 0 ( 56) Bước 4: Tính vận tốc... ⎠ ⎩ 01/10/2008 (59) 11 Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 ⎧ α ⋅U f ⎛ R ⋅ ΔP ⎞ ⎪ Ts = 8 .60 ⋅ exp ⎜ ⎨1 + 0.145 ⎟ UR ⎝ 9400 ⎠ ⎪ ⎩ ⎫ ⎪ ⎬ ⎪ ⎭ 1× 13.89 ⎫ ⎛ 50 × 55 ⎞ ⎧ = 8 .60 × exp ⎜ ⎬ = 14.89 ⎟ ⎨1 + 0.145 47 .60 ⎭ ⎝ 9400 ⎠ ⎩ (60 ) Như vậy, cơn bão tạo ra sóng có độ cao sóng có nghĩa Hs = 14.3 m và chu kỳ sóng có nghĩa Ts = 14.89 giây tại vùng nước sâu xuất hiện . = -2 .175×10 -3 , b = 1.5 06 10 -2 , c = -1 .223×10 -1 , d = 2.190×10 -1 , e = 6. 737×10 -1 , và f = 7.980×10 -1 . Thông số tỷ lệ ψ có thể tính như sau (Young và Burchell, 19 96) Hướng dẫn thực hành. gió 3° F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 Điểmtínhtoán F 7 F 8 F 9 Hướng gió 3° F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 Điểmtínhtoán F 7 F 8 F 9 Hình 1: Tính toán đà gió Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng. các đặc trưng sóng: Hướng dẫn thực hành Kỹ thuật Bờ biển Tính các đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 01/10/2008 5 eff 162 1FF⇐=  (23) H s = 0.00 16 F ½ T p = 0.2 86 F ⅓ H s = H s U A ²/g T p =