- II.43 - hiệu chỉnh bằng cách chia chiều cao đo đợc cho hệ số khúc xạ v hệ số cạn. Trong trờng hợp đó, cũng cần xem xét đến các sự thay đổi trong hớng sóng . (7) Nếu chiều cao sóng có ý nghĩa có đợc từ các số liệu đo đạc thực tế lớn hơn một nửa chiều sâu nớc tại địa điểm đo đạc, có thể cho rằng việc ghi chép sóng ny đã bị ảnh hởng bởi hiện tợng sóng vỡ. Với các số liệu sóng nh vậy, các thông số của sóng nớc sâu phải đợc tính bằng cách dự báo sóng. Tuy nhiên, cần nhớ rằng đối với sóng nớc sâu (hindcasted), sóng có ý nghĩa ở vị trí đo đạc phải ớc tính nh miêu tả trong 4.5 Các biến dạng của sóng, v phải so sánh với các số liệu đo đạc thực tế. (8) Nên xác định sóng nớc sâu sẽ đợc sử dụng trong thiết kế có xét đến xác suất gặp ngẫu nhiên dạ trên chu kỳ trở lại v tuổi thọ của kết cấu đang xét. Tuy nhiên, cách lý giải xác suất gặp ngẫu nhiên sẽ tuỳ thuộc vo các chức năng, tầm quan trọng v thời hạn thu hồi vốn của kết cấu v các yếu tố khác, v do đó không thể xác định nó cho trờng hợp chung. Vì vậy nó phải đợc xác định riêng cho mỗi trờng hợp riêng rẽ bằng sự xét đoán của kỹ s chịu trách nhiệm. ở đây, xác suất gặp ngẫu nhiên nghĩa l xác suất m sóng với chiều cao lớn hơn chiều cao sóng phản hồi với một chu kỳ lặp đã cho sẽ suất hiện ít nhất một lần trong thời hạn tuổi thọ của kết cấu đang nghiên cứu. (9) Khi xác định sóng nớc sâu sẽ sử dụng trong thiết kế, cần xem xét các ngoại lực v các h hỏng đã qua của các kết cấu hiện có lân cận với kết cấu đang thiết kế. (10) Phải xác định các thông số sóng nớc sâu riêng biệt cho mỗi hớng của các phơng vị mời sáu điểm, tuy nhiên các hớng có chiều cao sóng nhỏ v ảnh hởng c ủa chúng lên kết cấu đã đợc x ét đoán l không đáng kể thì có thể loại bỏ. Hớng sóng ở đây l hớng của thnh phần sóng không đều có mật độ năng lợng cao nhất, nói cách khác, l hớng chính. Vì lực sóng tác động lên kết cấu đang xét không thay đổi lớn khi hớng sóng thay đổi chỉ một vi độ, có thể chấp nhận trong thiết kế sử dụng hệ phơng vị 16 điểm để đại diện cho hớng sóng 4.2.2. Phơng thức để có các thông số của sóng tính toán Đầu tiên, sóng nớc sâu phải xác định theo 4.2.1 Nguyên tắc để xác định sóng nứơc sâu dùng trong thiết kế . Sau đó, phải đánh giá các biến dạng do khúc xạ, nhiễu xạ, cạn v vỡ. Cuối cùng các song có các ảnh hởng bất lợi nhất đến kết cấu đang nghiên cứu hoặc các công trình trong hậu phơng phải đợc dùng lm sóng tính toán. > Chỉ dẫn kỹ thuật @ Các thông số của sóng tính toán đợc xác định theo phơng thức sau: (1) Các ảnh hởng của sự biến dạng của sóng nh khúc xạ, nhiễu xạ, cạn v vỡ áp dụng cho sóng nớc sâu xác định theo 4.2.1 Nguyên tắc xác định sóng nớc sâu dùng trong thiết kế để xác định các thông số của sóng tính toán tại vị trí thiết kế. (2) Nếu vị trí đang xét phải chịu các điều kiện đặc biệt (ví dụ các sự nhiễu loạn do các sóng phản xạ từ ngoi hoặc một sự tăng chiều cao sóng do các góc lõm), cũng phải xét đến các điều kiện ny. (3) Lực sóng v các tác động khác của sóng lên kết cấu đang xét nh việc sóng trn bờ đợc xác định đối với các sóng có đợc trên đây. (4) Tuỳ theo các điều kiện khác nhau liên quan đến các hoạt động của sóng, có thể có trờng hợp lực sóng trở thnh lớn nhất khi mực nớc thấp, v do đó, phải tiến hnh nghiên cứu cho tất cả các mực nớc có thể nhận thức đợc. (5) Việc tính toán trên đợc thực hiện cho mỗi hớng có thể có theo đó sóng nớc sâu có thể tiến vo. Sóng nớc sâu có tác động lớn nhất hoặc có các ảnh hờng lên kết cấu đang nghiên cứu hoặc các công trình ở hậu phơng bất lợi nhất đợc chọn lm sóng tính toán. 4.3 Dự báo sóng 4.3.1 Tổng quát Phải tiến hnh dự báo sóng bằng một phơng pháp thích hợp > Chú giải @ (1) Việc dự báo sóng đợc lm theo hai bớc sau: www.Gia24.vn - II.44 - (a) Xác định trờng gió (b) Tính toán sự phát triển v sự suy yếu dần của sóng (2) Trờng trong đó sóng đợc sinh ra v phát triển đợc gọi l trờng gió v trờng gió đợc đặc trng bởi bốn thông số: vận tốc gió, hớng gió, đ gió v thời gian gió thổi. Khi đã xác định đợc trờng gió, phải tính toán sự phát triển v sự suy giảm của sóng bằng cách sử dụng phơng pháp dự báo thích hợp nhất với các điều kiện của trờng gió. > Chỉ dẫn kỹ thuật @ Trờng gió đợc xác định theo các phơng thức sau: (a) Thu thập các bản đồ thời tiết v các dữ liệu khí tợng. (b) Xác định khoảng thời gian dự báo cho mỗi trờng hợp. (c) Tính các gió gradien từ các bản đồ thời tiết (d) Ước tính các gió mặt biển bằng các công thức kinh nghiệm v số liệu đo đạc. (e) Chuẩn bị bản đồ trờng gió. 4.3.2 Dự báo sóng trong vùng phát sinh Để dự báo sóng trong vùng phát sinh, nên xem các phơng pháp phổ v phơng pháp sóng có ý nghĩa l các phơng pháp chuẩn. [Chú giải] Độ tin cậy của các kết quả của việc dự báo sóng phải đợc xem xét thông qua so sánh với các số liệu đo sóng. [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Các phơng pháp phổ (a) Tổng quát Các phơng pháp phổ có thể phân loại thnh phơng pháp thnh phần phổ đã đợc phát triển bằng cách giả định rằng các thnh phần của phổ cho mỗi tần số v hớng phát triển độc lập cho tới khi đạt đợc trạng thái cân bằng no đó, v phơng pháp thông số dựa trên ý đồ rằng sự phát triển v suy giảm cuả một phổ sóng có thể đợc mô tả bằng một số nhỏ no đó các thông số. Với phơng pháp trên, sự phát triển sóng đợc mô tả bằng dòng năng lợng từ gió truyền vo các sóng thnh phần lm nên phổ v sự tơng tác phi tuyến yếu giữa các sóng thnh phần. Với phơng pháp sau, sự phát triển sóng đợc xem l kết quả tổng hợp của các ảnh hởng phi tuyến mạnh v một loại cơ chế đồng dạng đợc giả định cùng với việc đa vo một số ít thông số. Các tính toán đợc thực hiện bằng cách lập công thức v giải các phơng trình chỉ đạo các quá trình phát triển v biến dạng của sóng có sử dụng các thông số. Độ chính xác của việc dự báo sóng bằng phơng pháp phổ cha đợc nghiên cứu đầy đủ. Tuy nhiên, do độ chính xác của việc dự báo sóng phụ thuộc lớn vo độ chính xác của việc xác định gió đại dơng, hiện nay, sẽ l hợp lý để tin rằng độ chính xác của phơng phá p phổ cũng tơng đơng nh của phơng pháp sóng có ý nghĩa.Tuy nhiên, phải nhớ rằng ngay với cùng mô hình dự báo sóng, các kết quả có thể thay đổi 10 ~ 20% do các sự khác nhau về nhiều vấn đề nh mạng tính toán, các điều kiện biến hoặc các hắng số kinh nghiệm. Theo đó, cần nghiên cứu tính chất xác đáng v độ chính xác của các kết quả dự báo bằng cách so sánh chúng với các giá trị quan sát (các ví dụ so sánh nh vậy đợc cho trong sách tham khảo 6) 15) .Đặc biệt, một dạng phổ cân bằng đợc quy định lm giới hạn cho sự phát triển của sóng trong các phơng pháp phổ hiện hnh. Ngời ta cho rằng độ chính xác của bản thân phổ giả định ảnh hởng lớn đến các kết quả, do đó sẽ l ý hay khi nghiên cứu độ chính xác đối với các dạng hm số của phổ tần số hoặc của phổ theo hớng đó l vì chiều cao sóng có ý nghĩa tỷ lệ với căn bậc hai của tích phân của phổ theo hớng, có nghĩa l việc tính toán cho thấy chiều cao sóng có ý nghĩa không thay đổi nhiều ngay cả nếu bản thân dạng phổ thay đổi ít nhiều, v do đó cách xác đáng nhất để tiến hnh tính toán l xem xét dạng phổ. Phơng pháp phổ có các lợi ích sau đây so với phơng pháp sóng có ý nghĩa: (1) Các ảnh hởng của sự thay đổi tốc độ gió v hớng gió đến sự phát triển của sóng đợc mô tả cụ thể (2) Các kết quả ớc tính gần đúng về chiều cao sóng v chu kỳ sóng có đợc ngay cả khi trờng gió chuyển động cùng với việc truyền sóng. www.Gia24.vn - II.45 - (3) Sóng do gió v nớc dâng cùng với các điều kiện của biển có thể đợc tái hiện trong một tính toán. Do đó, nếu các kết quả dự báo sử dụng một phơng pháp sóng có ý nghĩa xem ra không đáng tin, nên dự báo lần nữa bằng phơng pháp phổ. Nhân đây, phơng pháp phổ đã đợc nghiên cứu v phát triển, tập trung chủ yếu vo nớc sâu .Chỉ có một số ít nghiên cứu liên quan đến sóng nớc nông, cụ thể l Collins, Cavaleri, Golding v Yamaguchi vv (b) Chi tiết Các phơng pháp dự báo sóng bằng phơng pháp phổ đã đợc phát triển bởi nhiều nh nghiên cứu từ các năm 1960. Các phơng pháp do các nh nghiên cứu Nhật Bản gồm có mô hình Inoue, mô hình Isozaki v Uji s MRI, v mô hình Yamaguchi v Tsuchiya. Cơ sở của các mô hình ny l phơng trình cân bằng năng lợng sau đây: ' w w )(),,,( fCxtfE t G T E(f, T ,t,x)+ D (f,U)+ E (f,U)E(F, T ,t,x) +F 3 +F 4 +F 5 (4.3.1) trong đó : E(f,T,t,x) : mật độ năng lợng của phổ sóng hai chiều. D(f, U) : hệ số khuyếch đại tuyến tính trong lý thuyết cộng hởng phillips E (f, U) : hệ số khuyếch đại số mũ trong lý thuyết Miles F 3 : năng lợng mất đi do sóng vỡ F 4 : tổng thất năng lợng do ma sát trong khi sóng lan truyền vv F 5 : sự trao đổi năng lợng do sự tơng tác phi tuyến giữa các sóng thnh phần f,T : tần số v góc của sóng thnh phần t: thời gian x : véc tơ vị trí C G (f) : véc tơ vận tốc nhóm U : vận tốc gió ' : toán tử vi phân (2) Các phơng pháp sóng có ý nghĩa (a) Phơng pháp S-M-B 1. Tổng quát 19), 20) Phơng pháp S-M-B đợc dùng khi trờng gió tĩnh. Chiều cao v chu kỳ của sóng nớc sâu có ý nghĩa đợc ớc tính từ vận tốc gió v thời gian gió thổi trong trờng gió v chiều di hớng gió bằng Hình 4.3.1. Về chiều cao sóng có đợc từ vận tốc gió v từ thời gian gió thổi, chiều cao no thấp hơn đợc chấp nhận l giá trị đã dự báo , cũng nh vậy đối với chu kỳ. Hình 4.3.1 đợc vẽ dựa trên mối quan hệ bởi các phơng trình (4.3.2), (4.3.3) v (4.3.4), chúng đợc viết lại bởi Wilson năm 1965. ằ ằ ằ ằ ằ ằ ẳ ô ô ô ô ô ô ơ ê ắ ẵ đ á ạ ã ă â Đ 2 2/1 2 2 3/1 004,01 1 130,0 U gF U gH (4.3.2) ằ ằ ằ ằ ằ ằ ẳ ô ô ô ô ô ô ơ ê ắ ẵ đ á ạ ã ă â Đ 5 3/1 2 3/1 008,01 1 137,1 2 U gF U gT S (4.3.3) www.Gia24.vn - II.46 - FF G gT dF C dF t 00 3/1 4/ S (4.3.4) trong đó : H 1/3 : chiều cao sóng có ý nghĩa (m) T 1/3 : chu kỳ sóng có ý nghĩa (s) U : vận tốc gió ở 10 m trên mặt biển (m/s) F : chiều di của trờng gió (m) g : gia tốc trọng trờng (m/s 2 ) ( = 9,81 m/s 2 ) t : thời gian tối thiểu (h: giờ) (2) Xác định chiều di hữu hiệu của trờng gió. Khi trờng gió có chiều rộng rất nhỏ so với chiều di (ví dụ trong một vịnh di), chiều di trờng gió đợc xác định l khoảng cách tới bờ đối diện. Nếu khoảng cách tới bờ đối diện thay đổi lớn khi hớng gió chỉ thay đổi một chút, nên sử dụng chiều di hữu hiệu của trờng gió đợc xác định trong phơng trình (4.3.5) khi tiến hnh dự báo Ư Ư i ii eff F F T T cos cos 2 (4.3.5) trong đó : F eff : chiều di hữu hiệu của trờng gió (km) F i : khoảng cách tới bờ đối diện theo hớng i (km) T i : góc giữa hớng của F i v hớng gió thịnh hnh ( o ) Hình 4.3.1 Biểu đồ dự báo sóng bằng phơng pháp S-M-B (b) Phơng pháp Willson Đ g ió ( km ) Tốc đ ộ g ió U ( m/s ) www.Gia24.vn - II.47 - Phơng pháp Willson l sự mở rộng của phơng pháp S-M-B. Nó gồm có các sự cải tiến để có thể áp dụng nó cho cả trờng gió di động, ví dụ trong trờng hợp bão .Sử dụng đồ thị H 1/3 -t- F -T 1/3 cho trong Hình T.4.3.2 sự lan truyền của sóng đợc vạch ra trong mặt phẳng F-T, trong khi sự phát triển của chiều cao sóng có ý nghĩa v chu kỳ của nó đợc vạch ra trong mặt phẳng H 1/3 t v mặt phẳng T 1/3 t (một cách tơng ứng). Hình ny có đợc bằng tính toán dựa trên các phơng trình (4.3.2), (4.3.3) v (4.3.4) (c) Dự báo đối với sóng nớc nông Trong các phơng pháp có xét đến ảnh hởng của chiều sâu nớc tới sự phát triển của sóng (nghĩa l tổn thất năng lợng do ma sát với đáy biển) có phơng pháp Sakamato Ijima. Đợc biết qua kinh nghiệm rằng chu kỳ sóng có ý nghĩa v chiều cao sóng có ý nghĩa thoả mãn quan hệ sau (chú ý rằng điều ny chỉ áp dụng cho sóng do gió trong khu vực đ gió) 3/13/1 86,3 HT (4.3.6) trong đó : H 1/3 : chiều cao sóng có ý nghĩa (m) T 1/3 : chu kỳ sóng có ý nghĩa (s) Hình T.4.3.2. Đồ thị H 1/3 -t - F - T 1/3 (từ các phơng trình Willson- 1965) Trong phơng pháp Sakamato-Ijima, ý tởng trong phơng pháp Willson đối với sóng nớc sâu đã đợc đa vo trờng hợp đối với sóng nớc nôdẫng đến đồ thị H 1/3 -t-F-C G nh trong Hình 4.3.3. Sử dụng đồ thị ny có thể tiến hnh việc dự báo các sóng nớc nông trong một trờng gió có đ gió thay đổi. www.Gia24.vn - II.48 - 4.3.3. Dự báo sóng lừng Khi cần thiết dự báo sóng dâng, phải dùng đến phơng pháp Bretschneider [Chú giải] Các phơng pháp dự báo sóng lừng gồm có phơng pháp Bretschneider, phơng pháp P-N-J v các phơng pháp phổ. Với phơng pháp Bretschneider chiều cao sóng v chu kỳ sóng lừng đợc dự báo từ các thông số của sóng có ý nghĩa. Với phơng pháp P-N-J các thông số của sóng dâng có đợc bằng cách ớc tính các ảnh hởng của sự phân tán vận tốc v lan truyền theo hớng của các thnh phần phổ. Với phơng pháp phổ nh đã nói ở trên, sử dụng đến các tính toán bằng số; nói chung, không có sự khác biệt giữa sóng v sóng lừng trong vùng phát sinh sóng trong việc tính toán đối với các sóng thnh phần ở tất cả các tần số khác nhau đợc tiến hnh đồng thời, v kết quả l các thông số sóng có ý nghĩa để kết hợp các sóng do gió v sóng lừng. Nếu sử dụng một phơng pháp sóng có ý nghĩa để dự báo các sóng trong vùng phát sinh sóng, cần phải dự báo sóng lừng, trong trờng hợp đó, phải sử dụng phơng pháp Bretschneider, nó tơng đối đơn giản v dễ sử dụng. Tuy nhiên, chú ý rằng số lợng các dữ liệu quan sát đáng tin cậy đã có đợc đối với sóng lừng l không đủ, do đó độ chính xác của việc dự báo thấp hơn so với việc dự báo đối với sóng lừng trong vùng phát sinh sóng . Do đó, cần xem các giá trị dự báo sóng lừng chỉ đại diện cho các giá trị gần đúng ,không hơn, v chỉ sử dụng chúng sau khi đã tiến hnh nghiên cứu so sánh với các dữ liệu đo đạc thực tế. [Chỉ dẫn kỹ thuật] Trong phơng pháp Bretschneider, việc dự báo sóng lừng đợc tiến hnh bằng cách sử dụng Hình T.4.3.4. (A) Chú thích : Các số trên đồ thị chỉ vận tốc gió(m/s) với chiều sâu nớc (m) trong ngoặc Hình T.4.3.3. Đồ thị H 1/3 -t-F-C G đối với sóng nớc nông (Phơng pháp Sakamato-Ijima) www.Gia24.vn - II.49 - Hình T.4.3.4. Đồ thị dự báo sóng lừng Số hạng F min trong đồ thị l chiều di trờng gió tối thiểu, D l khoảng cách suy giảm của sóng dâng, H F v T F l chiều cao v chu kỳ của sóng có ý nghĩa ở cuối trờng gió, v H D v T D l chiều cao v chu kỳ của sóng có ý nghĩa tại điểm dự báo sóng dâng. Nếu chiều cao v chu kỳ của sóng có ý nghĩa đợc xác định bởi vận tốc gió v chiều di trờng gió trong phơng pháp S-M-B, chiều di tối thiểu của trờng gió F min bằng chiều di trờng gió thực tế. Nếu sự phát triển của sóng bị chi phối bởi thời gian gió thổi , thì F min l chiều di trờng gió tơng ứng với thời gian v vận tốc của gió. Thời gian t cần thiết cho sóng lan truyền trên chiều di suy giảm D đợc tính từ phơng trình sau: DGD gT D C D t S 4 (4.3.7) trong đó : C GD : vận tốc nhóm tơng ứng với T D (m/s) 4.4. Xử lý thống kê các dữ liệu quan trắc và sóng đ dự báo (1) Các đặc trng của sóng đợc biểu thị nh sự phân bố chung của chiều cao sóng v chu kỳ sóng theo hớng sóng bằng việc sử dụng các dữ liệu sóng hng tháng, mùa v hng năm. (2) Các dữ liệu sóng bão phải đợc phân loại bằng phơng pháp đỉnh trên ngỡng để có đợc bộ dữ liệu các chiều cao sóng cực hạn dùng cho việc phân tích thống kê cực hạn , v các chiều cao sóng cực hạn phải biểu thị bằng chu kỳ phản hồi. [Chú giải] (1) Các đặc trng phân phối của sóng trong các điều kiện bình thờng đợc biểu thị riêng biệt cho mỗi hớng sóng nh một sự phân bố chung của chiều cao v chu kỳ sóng. Các dữ liệu quan sát thờng có thể có đợc với chiều cao v chu kỳ sóng, do đó phải dùng các dữ liệu đó. Nếu không thể có đợc các dữ liệu quan trắc, khi đó sử dụng dữ liệu đã dự báo. Vì các sóng trong điều kiện bình thờng www.Gia24.vn - II.50 - thờng bị ảnh hởng bởi gió địa phơng nên cần có sự hiểu biết đầy đủ các đặc trng của gió địa phơng. Thờng không có nhiều dữ liệu về hớng sóng , vì vậy phải dự báo. Cần xem xét đầy đủ ảnh hởng của sóng dâng. (2) Cần thể hiện chiều cao các sóng sử dụng trong thiết kế các công trình bảo vệ l chiều cao sóng phản hồi đối với chu kỳ phản hồi của các sóng đỉnh sử dụng các dữ liệu thời gian di (theo nguyên tắc chung ít nhất l 30 năm). Vì chỉ ít nơi có đợc một thời gian di nh vậy, nên thờng phải sử dụng các dữ liệu dự báo (3) Các sóng đỉnh, các dữ liệu cơ bản để ớc tính chiều cao sóng phản hồi, l sóng (thờng l sóng có ý nghĩa) ở thời điểm m chiều cao sóng trở thnh lớn nhất trong quá trình phát triển v suy giảm của sóng trong một điều kiện khí tợng no đó. Ngời ta cho rằng các sóng đỉnh mẫu độc lập lẫn nhau về ý nghĩa thống kê. Khi ớc tính chiều cao sóng phản hồi, có thể sử dụng chuỗi thời gian của các dữ liệu có các sóng đỉnh vợt quá một giá trị ngỡng no đó trong thời kỳ xem xét. Cách khác, có thể có giá trị cực đại của sóng đỉnh cho mỗi năm, v do đó sử dụng các dữ liệu l sóng cực đại hng năm. Trong trờng hợp khác, hm phân bố lý thuyết của chiều cao sóng phản hồi không đợc biết, v do đó ta phải thử một số hm phân bố nh hm phân bố Gumbell v hm phân bố Weibull, tìm dạng hm no phù hợp nhất với các dữ liệu, sau đó ngoại suy nó để ớc tính các chiều cao sóng theo một chu kỳ quay lại khác nhau (ví dụ 50 năm, 100 năm vv ). Độ chính xác của các giá trị ớc tính nh vậy phụ thuộc nhiều vo độ tin cậy của các dữ liệu sử dụng hơn l vo phơng pháp xử lý thông kê. Khi vẽ bộ dữ liệu sóng đỉnh dùng dự báo sóng, cần cẩn thận trong việc lựa chọn thích đáng phơng pháp dự báo v kiểm tra chặt chẽ các kết quả dự báo Về chu kỳ sóng tơng ứng với chiều cao sóng phản hồi, quan hệ giữa chiều cao v chu kỳ sóng đợc lập đồ thị với dữ liệu các sóng đỉnh( đã đợc sử dụng khi ớc tính chiều cao sóng phản hồi) v sau đó chu kỳ sóng đợ c xác định thích đá ng dựa trên tơng quan giữa chúng. (4) Để kiểm tra chu kỳ sóng cho chiều cao sóng theo một chu kỳ quay lại, thì sự liên quan giữa chiều cao v chu kỳ sóng đợc lấy từ các số liệu của các sóng đỉnh (dùng để xác định chiều cao sóng theo chu kỳ quay laị), sau đó chu kỳ sóng đợc xác định trên cơ sở hiệu chỉnh giữa hai số liệu [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Ước tính chiều cao sóng theo chu kỳ quay lại Trong khi xử lý thống kê, các chiều cao sóng đợc sắp xếp lại theo thứ tự thấp dần, v tính xác suất của mỗi giá trị chiều cao sóng không đợc vợt qua. Nếu có N dữ liệu v chiều cao sóng lớn nhất thứ m đợc biểu thị bằng x m,N , xác suất P để chiều cao sóng không vợt quá x m,N đợc tính theo phơng trình sau: >@ E D d N m xHP Nm 1 , (4.4.1) Bảng T.4.4.1. Các thông số sử dụng trong tính toán xác suất không vợt quá một chiều cao sóng no đó Hm phân bố D E Phân bố Gumbel Phân bố Weibull (k = 0,75) (k = 0,85) (k = 1,0) (k = 1,1) (k = 1,25) (k = 1,5) (k = 2,0) 0,44 0,54 0,51 0,48 0,46 0,44 0,42 0,39 0,12 0,64 0,59 0,53 0,50 0,47 0,42 0,37 Các giá trị dùng cho D v E trong phơng trình ny phụ thuộc vo hm phân bố. Đặc biệt các giá trị đợc sử dụng đợc ghi trong Bảng T.4.4.1. Các giá trị dùng cho phân bố Gumbel đợc xác định bởi Gringorten sao cho các ảnh hởng của mức độ phân tán thống kê trong các dữ liệu đợc giảm đến tối thiểu. Các giá trị dùng cho phân bố Weibull đợc xác định bởi Petruaskas v Aagaard cũng cùng nguyên tắc đó. Đồ thị Thomas thờng đợc dùng trong thuỷ văn tơng ứng với trờng hợp D = 0, E = 1 v đồ thị Hazen tơng ứng với trờng hợp D = 0,5, E = 0. Hm phân bố đợc dùng trong thuỷ văn gồm có các phân bố chuẩn Gumbell (phân bố số mũ kép), phân bố giá trị lôgarit cực hạn, v phân bố chuẩn (trờng hợp sau cùng, các dữ liệu phải đợc biến đổi trớc một cách thích đáng) .Vì các dữ liệu về các chiều cao sóng đỉnh không đợc thu thập trong một khoảng thời gian di, nên cha biết rõ hm phân bố no l phù hợp nhất. www.Gia24.vn - II.51 - Theo Petruaskas v Aagaard, chúng tôi giới thiệu phơng pháp m ngời ta thử tám hm phân bố, cụ thể hm phân bố Gumbel (phơng trình 4.4.2) v hm phân bố Weibull (phơng trình 4.4.3) với k = 0,75; 0,85; 1,0; 1,1; 1,25; 1,5 v 2,0; hm phân bố no hợp nhất với các dữ liệu của một bộ dữ liệu no đó sẽ đợc lựa chọn lm hm phân bố cực hạn cho bộ dữ liệu đó. >@ ằ ẳ ô ơ ê ắ ẵ đ á ạ ã ă â Đ d A expexp Bx xHP (Phân bố Gumbel) (4.4.2) >@ ắ ẵ đ á ạ ã ă â Đ d k A Bx xHP exp1 (Phân bố Weibull) (4.4.3) Để cho các dữ liệu khớp với hm phân bố, xác suất không vợt quá (xác suất không vợt quá một chiều cao sóng no đó) P đợc chuyển đổi thnh biến số r v (= (x B)/A) bằng phơng trình (4.4.4) hoặc (4.4.5) r v = - ln {- lnP [H x ]} (Phân bố Gumbel) (4.4.4) r v = [- ln {1 P [H x ]}] 1/k (Phân bố Weibull) (4.4.5) Nếu dữ liệu ăn khớp hon ton với phơng trình (4.4.2) hoặc (4.4.3) khi đó có một quan hệ tuyến tính giữa x v r v . Theo đó, dữ liệu đợc cho l tuân theo quan hệ tuyến tính cho trong phơng trình (4.4.6). Thông số A v B đợc xác định bằng cách sử dụng phơng pháp bình phơng nhỏ nhất, từ đó cho phơng trình để ớc tính chiều cao sóng phản hồi BrAx Q (4.4.6) Trong đó Â v B l các gía trị ớc tính của các thông số A v B trong phơng trình (4.4.2) hoặc (4.4.3) Chu kỳ quay lại R p của chiều cao sóng H liên quan tới xác suất không vợt quá P(H x) theo phơng trình sau: )(1 1 xHPN K R p d hoặc : (4.4.7) p NR K xHP 1)( d trong đó : K : Số năm trong thời kỳ tiến hnh phân tích N: số các dữ liệu sóng đỉnh (2) Hm phân bố ứng cử v tiêu chuẩn loại trừ Goda đã kiến nghị phơng pháp sau đây 51)~53) , nó l một dạng sửa đổi lại của phơng pháp nói trên. (a) Thêm phân bố loại II Fisher- Tippett vo các phân bố ứng cử Phân bố loại II Fisher-Tippett đợc cho bởi phơng trình sau: P[H d x] = exp [- {1 + (x B)/ (kA)} -k ] (4.4.8) Chín hm số sau đây đợc sử dụng lm hm số ứng cử để thử cho khớp: hm phân bố Gumbel (phơng trình (4.4.2)), hm phân bổ Weibull (phơng trình (4.4.3)), với k = 0,75; 1,0; 1,4; v 2,0 (4 giá trị cho trớc) v hm phân bổ loại II Fisher-Tippett với k = 2,5; 3,33; 5 v 10 (4 giá trị cho trớc) Thay vo các giá trị liệt kê trong Bảng T.4.4.1 các phơng trình sau đây đợc dùng đối với D v E trong phơng trình (4.4.1) www.Gia24.vn - II.52 - Với phân bổ Gumbel : D = 0,44 , E = 0,12 (4.4.9) Với phân bố Weibull: D = 0,20 + 0,27 k (4.4.10) E = 0,20 + 0,23 k Với phân bổ loại II Fisher-Tippett: D = 0,44 + 0,52/k E = 0,12 0,11/k (4.4.11) (b) Chọn hm tôt nhất thông qua tiêu chuẩn loại bỏ Các hm không thích hợp bị loại bỏ bằng hai bộ tiêu chuẩn. Bộ thứ nhất l các tiêu chuẩn REC. Đối với phần d của hệ số tơng quan cho mỗi hm số phân bố, mức xác suất không vợt quá 95% đợc xác định trớc. Nếu phần d của hệ số tơng quan vợt quá gía trị ngỡng ny đối với một hm phân bố khi dữ liệu giá trị cực hạn phù hợp với hm số phân bổ ny, hm số đang xét bị loại bỏ vì không thích hợp . Bộ thứ hai l tiêu chuẩn DOL. Giá trị cực đại trong dữ liệu đợc lm thnh không thứ nguyên bằng cách sử dụng độ lệch trung bình v chuẩn cho ton bộ dữ liệu. Nếu giá trị đó thấp hơn mức 5% hoặc trên mức 95% của sự phân bố cộng dồn độ lệch không thứ nguyên của hm phân bổ, hm ny bị loại bỏ vì không thích hợp. Sau đó, hm tốt nhất đợc chọn không đơn giản theo giá trị của hệ số tơng quan, m còn phải theo tiêu chuẩn MIR. Tiêu chuẩn ny xét đến vấn đề l số trung bình của phần d của hệ số tơng quan liên quan tới 1,0 sẽ thay đổi theo hm phân bố. Hm m tỷ số của phần d của hệ số tơng quan của mẫu v ph ần d trung bình đối với hm phân bố thích hợp l thấp nhất thì đợc xem l hm phân bố khớp nhất. 4.5. Sự biến dạng của sóng 4.5.1. Tổng quát ( Điều 4, Khoản 3 Thông báo) Theo quy tắc chung, các sóng đợc xem l tác động lên công trình cảng v bến phải l các sóng bất lợi nhất đối với độ ổn định của kết cấu hoặc đối với việc sử dụng các công trình cảng v bến. Về điểm ny, phải chú ý thích đáng tới các biến dạng của sóng trong khi sóng lan truyền từ vùng nớc sâu vo bờ, gồm có nhiễu xạ, khúc xạ, cạn, vỡ v.v 4.5.2. Khúc xạ sóng Hiện tợng sóng khúc xạ xẩy ra ở vùng nớc có độ sâu trung gian tới vùng nớc nông. Đó l do sự thay đổi trong vận tốc cục bộ của sóng do sự thay đổi về chiều sâu nớc. Phải xét đến các sự thay đổi về chiều cao sóng v hớng sóng do khúc xạ. [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Tính toán khúc xạ đối với sóng ổn định (a) HIện tợng khúc xạ v hệ số khúc xạ (xem Hình T.4.5.1) Nếu sóng đi tới một đờng ranh giới thẳng theo chiều xiên, tại đó chiều sâu nớc thay đổi từ h 1 sang h 2 , các sóng sẽ bị khúc xạ tại đờng biên đó do sự thay đổi vận tốc sóng gây ra bởi chiều sâu nớc thay đổi. Giả dụ kết quả l khoảng cách giữa các tia sóng thay đổi từ b 1 sang b 2 . Nếu sự thay đổi trong bề rộng tia sóng không quá lớn, có thể giả định không có dòng năng lợng sóng no cắt ngang qua tia sóng v chảy ra ngoi. Nếu các nguồn tổn thất năng lợng khác ví nh ma sát dọc theo đáy biển đợc bỏ qua, khi đó tính liên tục trong dòng vận tải năng lợng dẫn đến sự thay đổi chiều cao sóng H 1 ở độ sâu nớc h 1 thnh chiều cao sóng H 2 ở độ sâu nớc h 2 nh đợc cho trong phơng trình sau đây: 2 1 2 1 1 2 b b C C H H G G (4.5.1) trong đó : C G1 , C G2 : vận tốc nhóm ở độ sâu nớc h 1 v h 2 (m/s) www.Gia24.vn [...]... đoợc theo phoơng trình sau: sinD 2Sh sinD 0 tanh L (4 .5. 3) Kr cosD 0 cosD (4 .5. 4) ở đây, L, D vw Do lw chiều dwi sóng ở độ sâu noớc h, góc tới của sóng ở độ sâu noớc h vw góc tới của sóng ở noớc sâu (toơng ứng) Hình T.4 .5. 2 vw T.4 .5. 3 cho hệ số khúc xạ vw hoớng sóng, bằng cách sử dụng toơng ứng các phoơng trình (4 .5. 4) vw (4 .5. 3) Hình T.4 .5. 2 Hệ số khúc xạ của sóng ổn định tại bờ có các đoờng đồng sâu... 25 B/L 1,0 2,0 4,0 c) Smax = 75 Góc giữa đê chắn sóng vw hoớng đi tới của sóng T 150 53 (380) 460 (310) 410 (260) 0 300 58 (280) 53 0 (230) 490 (190) 0 450 65 (200) 620 (170) 600 ( 150 ) 0 600 71 (110) 700 (100) 700 (100) 0 Góc giữa đê chắn sóng vw hoớng đi tới của sóng T 150 49 (340) 410 (260) 360 (210) 0 300 52 (220) 470 (170) 420 (120) 0 450 61 (160) 57 0 (120) 54 0 (90) 0 600 70 (100) 670 (70) 650 (50 )... sâu noớc trong cảng, các sai số sẽ lớn, trong troờng hợp đó nên nghiên cứu chiều cao sóng trong cảng bằng các thử nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc các phoơng pháp tính toán bằng số có xét cả khúc xạ [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Các đồ thị nhiễu xạ đối với sóng không ổn định Các hình T.4 .5. 6 (a) ~ (c) cho các đồ thị nhiễu xạ gần một đê chắn sóng bán vô hạn đối với sóng không ổn định với các thông số lan truyền... thwnh phần, trong đó phổ sóng theo hoớng đoợc chia ra một số thích hợp các sóng thwnh phần, tính toán khúc xạ cho mỗi loại sóng thwnh phần vw hệ số khúc xạ đối với sóng không ổn định đoợc tính bằng cách lấy bình quân gia quyền các năng loợng sóng thwnh phần; 2) phoơng pháp trong đó phoơng trình cân bằng năng loợng sóng hoặc phoơng trình sóng độ dốc thoải đoợc giải trực tiếp bằng máy tính với các sơ... của trục các sóng nhiễu xạ (xem Hình T.4 .5. 8) thay đổi nhẹ so với hoớng của góc tới T Bảng T.4 .5. 1 (a)~(c) liệt kê hoớng của trục sóng nhiễu xạ nho một hwm số của tỷ lệ B/L của cửa vwo vw hoớng tới Các bảng nwy đoợc sử dụng để có hoớng T của trục các sóng nhiễu xạ, vw từ đó tỷ lệ hiệu dụng B/L của cửa vwo toơng ứng với T có đoợc từ phoơng trình sau đây: B /L = (B/L) sinT (4 .5. 11) Bảng T.4 .5. 1 Góc của... xạ đối với 1 sóng thwnh phần, có thể sử dụng phoơng pháp cân bằng năng loợng đối với các mục đích thực tế, trừ khi mức độ giao nhau lớn (b) ảnh hoởng của nhiễu xạ Khi sóng noớc sâu bị nhiễu xạ bởi 1 đảo hoặc 1 mũi đất, phổ sóng thoờng khác với dạng tiêu chuẩn đã giả định ban đầu Do đó cần sử dụng dạng phổ sau nhiễu xạ khi tiến hwnh tính khúc xạ - II .54 - www.Gia24.vn (c) Đồ thị hệ số khúc xạ vw góc đối. .. T.4 .5. 4 Hệ số khúc xạ của sóng không ổn định tại bờ biển có đoờng đồng sâu thẳng vw song song - II .55 - www.Gia24.vn Hình T.4 .5. 5 Sự thay đổi do khúc xạ trong hoớng chính Dp của sóng không ổn định ở bờ biển có đoờng đồng sâu thẳng vw song song (4) ở các vị trí mw độ sâu noớc không còn bằng khoảng 1 nửa chiều cao sóng noớc sâu, các sóng biểu thị các đặc tính của dòng chảy hơn lw các đặc tính của các. .. xạ gần một đê chắn sóng bán vô hạn đối với sóng không ổn định với các thông số lan truyền theo hoớng Smax = 10; 25 vw 75 Các hình T.4 .5. 6 (a) ~ (l) cho các đồ thị nhiễu xạ qua 1 cửa vwo có B/L = 1; 2; 4; 8 đối với sóng không ổn định với Smax = 10; 25 vw 75 (2) Xử lý với sóng tới xiên Khi các sóng đi tới một đê chắn sóng xiên chéo, đê nwy có một cửa vwo nên có đồ thị nhiễu xạ bằng một tính toán bằng... số khúc xạ vw góc đối với sóng không ổn định ở 1 bờ biển với các đoờng đồng sâu thẳng, song song Hình T.4 .5. 4 vw T.4 .5. 5 cho thấy hệ số khúc xạ Kr vw hoớng sóng chính Dp (toơng ứng) đối với sóng không ổn định tại một bờ có đoờng đồng sâu thẳng vw song song, với hoớng chính của sóng noớc sâu (Dp)o lwm thông số Hoớng (Dp)o đoợc biểu thị lw góc giữa hoớng sóng vw đoờng pháp tuyến với đoờng ranh giới của... lw bo đối với sóng noớc sâu, thay đổi thwnh b do hiện toợng khúc xạ Tỷ số chiều cao sóng sau khi thay đổi với chiều cao sóng ban đầu trong troờng hợp nwy đoợc gọi lw hệ số khúc xạ Hệ số khúc xạ Kr đoợc cho bởi phoơng trình sau: Hình T.4 .5. 1 Sơ đồ khúc xạ sóng K1 b0 /b (4 .5. 2) (b) Phoơng pháp tính khúc xạ Phoơng pháp tính khúc xạ đối với sóng ổn định bao gồm các phoơng pháp tia sóng trong đó các tính . động lên công trình cảng v bến phải l các sóng bất lợi nhất đối với độ ổn định của kết cấu hoặc đối với việc sử dụng các công trình cảng v bến. Về điểm ny, phải chú ý thích đáng tới các biến. 10; 25 v 75. Các hình T.4 .5. 6 (a) ~ (l) cho các đồ thị nhiễu xạ qua 1 cửa vo có B/L = 1; 2; 4; 8 đối với sóng không ổn định với S max = 10; 25 v 75. (2) Xử lý với sóng tới xiên Khi các sóng. Weibull (k = 0, 75) (k = 0, 85) (k = 1,0) (k = 1,1) (k = 1, 25) (k = 1 ,5) (k = 2,0) 0,44 0 ,54 0 ,51 0,48 0,46 0,44 0,42 0,39 0,12 0,64 0 ,59 0 ,53 0 ,50 0,47 0,42 0,37 Các giá trị