64 11 áp dụng các đặc trng thống kê của sóng E.W. Bijker, W.W. Massie 11.1 Mở đầu Các thông tin cung cấp trong chơng trớc đủ đáp ứng cho những ngời chỉ quan tâm tới các số liệu cô đọng về sóng. Đối với chúng ta, những kỹ s, điều cần thiết là ở phần ứng dụng các thông tin đó cho việc thiết kế. Trong chơng này sẽ đa ra hai sự khác biệt giữa hai loại tình huống tơng tự với các cách tiếp cận khác nhau trên quan điểm thống kê. Trong loại thứ nhất, độ bền vững của một công trình có thể đợc đánh giá thông qua một đặc trng thống kê nào đó của sóng, ví dụ H sig , độ cao sóng đặc trng. Nh vậy nếu có yêu cầu triển khai mô hình vật lý hay mô hình toán chỉ cần sử dụng phân bố Rayleigh đầy đủ căn cứ vào tham số đã chọn. Một ví dụ dạng này có thể gắn liền với cấu trúc phá sóng mềm. Khi cấu trúc đợc thử nghiệm trên mô hình vật lý, cần tái tạo toàn bộ phân bố Rayleigh đối với độ cao sóng. Mặt khác, nếu sử dụng mô hình toán, các đặc trng sóng đã đợc kể đến trong các công thức của mô hình. Ví dụ có thể đa ra công thức đối với từng loại đê phá sóng. Loại vấn đề này thờng dễ thiết lập. Xác suất xuất hiện của tham số thiết kế thu đợc trực tiếp từ phân bố dài hạn độ cao sóng. Do loại vấn đề này sẽ đợc xem xét kỹ trong các phần về thiết kế các công trình phá sóng chúng ta sẽ không xem xét tiếp ở đây. Trong loại vấn đề thứ hai, cấu trúc đợc thiết kế dựa trên cơ sở sóng đơn. Mục đích của chơng này là xác định xác suất vợt qua của độ cao sóng thiết kế cho trớc. Làm thế nào để thu đợc kết quả, nếu ta không muốn thiết kế cấu trúc đáp ứng đối với sóng cao nhất. Điều này không thể đợc, vì căn cứ vào các phân bố độ cao sóng trớc đây thì đối với độ cao bất kỳ nào của sóng lựa chọn, đều có một phần trăm nhất định sẽ bị vợt qua. Một số rủi ro nào đó cần phải chấp nhận. Vấn đề ở đây là xác định giới hạn cho phép của rủi ro đó, đó là mục đích của chơng 13. Nhiệm vụ của chúng ta bây giờ là xác định khả năng một độ cao sóng cho trớc sẽ bị vợt qua trong một khoảng thời gian cho trớc. Đối với nhiều bài toán nh độ cao mặt bằng của một công trình ngoài khơi, thì số lần sóng ngập không quan trọng, chỉ cần một lần đỉnh sóng đi qua thì công trình đã bị hỏng. 65 Đối với một loạt các bài toán khác, thì vấn đề kéo dài của sóng ngập lại quan trọng. Ví dụ các đặc trng thống kê của chuyển động tàu theo phơng thẳng đứng rất quan trọng cho việc xác định độ sâu lạch tàu. Thông thờng ngời ta quan tâm nhiều tới vấn đề nếu có hàng chục tàu bị gặp khó khăn khi đi trong kênh hơn là chỉ xẩy ra đối với một tàu duy nhất. Bài toán về độ cao mặt bằng của công trình không phức tạp bằng đối với độ sâu lạch tàu. Bài toán thứ nhất sẽ đợc đề cập tới trong phần tiếp của chơng này, còn bài toán lạch tàu sẽ đợc xem xét kỹ trong tập II. 11.2 Đặt vấn đề và cách tiếp cận Tiêu đề của bài toán đó là: với khả năng bao nhiêu khi độ cao sóng thiết kế đã chọn, H d , sẽ bị vợt một hoặc nhiều lần trong thời gian tồn tại, l, của cấu trúc? Khả năng này sẽ bằng tổng các khả năng rằng H d sẽ bị vợt n lần với n > 1. Tổng này thờng rất khó đợc xác định. Sử dụng tính chất của xác suất: khả năng xẩy ra + khả năng không xẩy ra = 1, cho rằng chúng ta muốn xác định khả năng xẩy ra thì từ tính chất vừa nêu ta có thể đánh giá thông qua khả năng không bao giờ xẩy ra; điều này sẽ đợc đề cập thờng xuyên trong các phần tiếp theo. Mỗi cơn bão xuất hiện có thể đợc đặc trng bởi giá trị cho trớc của H sig , độ cao sóng đặc trng. Độ cao sóng này đặc trng cho một chuỗi N sóng tác động lên công trình khi có bão. Số N sóng này đợc phân bố theo phân bố Rayleigh. Phân bố đợc đặc trng bởi một tham số duy nhất là H sig . Có thể cho rằng độ cao sóng đặc trng tuân theo phân bố tần số dài hạn tơng tự thể hiện trên hình vẽ 10.3 trong chơng trớc. 11.3 Phép xử lý số Trớc hết cho phép bàn luận về cách xác định N liên quan tới giá trị riêng của H sig . Đôi khi, giá trị của N đợc đánh giá từ các băng ghi sóng trong quá trình phân tích để xác định H sig , v.v Một cách lựa chọn khác là chia khoảng bão bằng chính chu kỳ sóng đặc trng rút ra trong khi giảm độ dài chuỗi số liệu. Trong mọi trờng hợp, N đợc biết tơng ứng với mỗi giá trị H sig . Trớc hết, cho rằng một cơn bão chứa N sóng đợc đặc trng bởi H sig . Chúng ta chọn một giá trị độ cao sóng thiết kế bất kỳ H d . Khả năng mà độ cao H d vợt quá bất kỳ sóng nào sẽ là: 2 2 )( sig H d H d eHp (11.01) Khả năng sóng này không bị vợt qua sẽ là: 1 p(H d ) (11.02) 66 Khả năng sóng này không vợt qua một loạt N sóng sẽ: [1 p(H d )] N (11.03) Cuối cùng, khả năng rằng độ cao sóng này, H d , vợt qua cơn bão chứa N sóng sẽ: E 1 = 1 - [1 p(H d )] N (11.04) Nh một khả năng lựa chọn khác, một số ngời muốn sử dụng xấp xỉ Poisson để xác định E 1 . Khi mà P(H d ) còn nhỏ (thông thờng đối với vấn đề của chúng ta) thì sự khác nhau ở đây không đáng kể. Trong trờng hợp đó: )( 1 1 d HNP eE (11.05) Bớc tiếp theo là kết hợp khả năng này, E 1 , với khả năng rằng giá trị H sig đã sử dụng trên đây cũng xuất hiện. Khả năng H sig xuất hiện có thể lấy từ phân bố dài hạn của độ cao sóng đặc trng. Các giá trị đa ra trên đồ thị hình 10.3 cho ta thông tin về khả năng một giá trị cho trớc của độ cao H sig bị vợt qua. Chúng ta cần xác định gần đúng khả năng H sig xuất hiện. Giá trị này, p(H sig ), co thể xem nh khả năng độ cao sóng, H sig - H sig , bị vợt qua trừ đi khả năng độ cao H sig + H sig bị vợt qua: p(H sig ) = P(H sig - H sig ) P(H sig + H sig ) (11.06) p(H sig ) là khả năng H sig nằm trong khoảng : (H sig + H sig ) > H sig > (H sig - H sig ) (11.07) Khoảng này có độ rộng bằng 2H sig đợc đặc trng bởi giá trị nằm giữa chúng. Thông thờng, giá trị p(H sig ) phụ thuộc vào giá trị đã chọn cho H sig . Mối phụ thuộc này sẽ không còn đáng kể và đạt giá trị rất nhỏ nh đợc trình bày trong phần cuối mục này. Nh một hớng đơn giản, có thể chọn H sig sao cho giá trị E 1 tính theo (11.05) không biến đổi nhiều nếu H sig H sig đợc sử dụng. Giá trị H sig vào khoảng 0,5 m. Nh vậy khả năng giá trị đã chọn H sig sử dụng trong tính toán E 1 trên đây đã đợc xác định, chúng ta có thể xác định khả năng H d xuất hiện trong một chu kỳ bão bất kỳ. E 2 = p(H sig ) E 1 (11.08) Tuy nhiên, đây chỉ mới là bớc mở đầu của việc giải bài toán. Rất có khả năng rằng H d sẽ xuất hiện trong một trờng sóng khác đợc đặc trng bởi giá trị H sig khác hoàn toàn nằm ngoài khoảng mô tả trong (11.7) mà chúng ta đã sử dụng cho đến bây giờ. Bởi vì giá trị mới của H sig sẽ đợc sử dụng để thể hiện cho điều kiện bão khác, một giá trị E 1 khác cũng cần đợc tính mới. Để mang tính liên tục, chúng ta đa thêm một chỉ số khác, i, đặc trng cho giá trị đã chọn H sig đối với cả E 1 lẫn E 2 . Phơng trình 10.8 bây giờ có dạng: E 2i = p(H sig i ) E 1i (11.09) trong lý thuyết chúng ta có thể chọn các giá trị H sig đủ bao quất toàn bộ khoảng độ cao sóng bão từ 0 cho đến độ cao sóng tối đa. Số lợng các khoảng đó, N, sẽ phụ thuộc vào giá trị của H sig đã chọn trớc đây. Khi H sig tăng N sẽ 67 giảm về giá trị một vài E 2i . Trong thực tế, nh sẽ đợc trình bày trong mục 11.4 không phải lúc nào cũng cần chọn các giá trị H sigi trên toàn khoảng biến đổi độ cao sóng. Đối với giá trị H d cho trớc- nó sẽ trở nên hằng số cho toàn bộ bài toán- sẽ thấy rằng E 1 tăng lên cả trong khi p(H sigi ) giảm lẫn trong khi H sigi tăng. Kết quả cho E 2 i nhỏ cả trong khi H sigi đạt tới hạn, cũng nh khi giá trị E 2 i trở nên rất nhỏ, vì thế không cần thiết phải tính toán đối với các giá trị H sig rất lớn và rất bé. Kết quả này sẽ đợc trao đổi tiếp cùng với ví dụ trong mục 11.4. Vì mỗi một cơn bão chỉ đợc đặc trng bởi một giá trị H sigi , hai cơn bão khác nhau không thể cùng xuất hiện đồng thời; các giá trị H sigi có thể nh nhau, nhng sẽ tơng ứng với các giá trị p(H sigi ) khác nhau. Tổng của tất cả giá trị có thể của p(H sigi ) cần phải bằng 1. Khả năng độ cao sóng thiết kế, H d , bị vợt quá ít nhất một lần trong một chu kỳ bão sẽ là: ' 1 23 N i i EE (11.10) Dựa vào các phân tích trên đây, khả năng sóng thiết kế không bị vợt sẽ là: 1 - E 3 (11.11) Hơn nữa, chúng ta biết (chơng 10) rằng mỗi năm có thể có M cơn bão, và công trình của chúng ta có tuổi thọ l năm, thì cấu trúc chịu M l cơn bão tác động đến. Khả năng rằng H d không bị vợt qua trong suốt l năm sẽ là: l M E 3 1 (11.12) và cuối cùng khả năng rằng độ cao sóng thiết kế H d bị vợt qua tối thiểu một lần trong suốt quãng tồn tại của cấu trúc sẽ là: l M d EHp 3 11)( (11.13) Đây là mục tiêu hiện nay của chúng ta. Tất nhiên nếu chúng ta tìm thấy giá trị p(H d ) không mong muốn lớn quá hoặc nhỏ quá- thì công việc duy nhất đó là chọn (đoán) một giá trị khác của H d và lặp lại toàn bộ quy trình xem mục 11.6. Quy trình này có thể tiến hành thông qua dạng bảng đợc tiến hành đối với một giá trị H d trong mục tiếp theo. 11.4 Ví dụ Xác định khả năng độ cao sóng thiết kế H d , có giá trị 30 mét, xuất hiện ít nhất một lần trong khoảng tồn tại, l, bằng 25 năm, đối với công trình trên Biển Bắc gần Dunlin. Các giá trị độ cao sóng và thời gian tồn tại đợc lấy theo giá trị phổ biến cho Biển Bắc. Chúng ta chọn H sig bằng 0,5 mét và chọn các giá trị H sig giá trị nguyên nh trên cột 1 bảng 11.1. Cần thấy rằng các khoảng giới hạn (cột 2) đúng tại điểm nửa mét ngoại trừ phần cuối của bảng. 68 Các giá trị p(H sig ) trong cột 3 đợc lấy ra từ đồ thị hình 10.3 và p(H sig ) cột 4- là hiệu giữa các giá trị kề nhau trong cột 3. Các giá trị chu kỳ sóng trung bình, T, đa ra trong cột 5 đợc xác định dựa vào phơng trình 10.13 và giá trị cho trớc đối với H sig trong cột 1. Nếu nh bất kỳ giá trị chu kỳ nào trong cột 5 quá nhỏ sẽ dẫn tới kết thúc vì P(H sig ) hơi lớn. Ngời đọc có thể kiểm tra điều này. Giá trị của N dựa vào công thức: T N 36006 (11.14) và đợc thể hiện trên cột 6. Khi các giá trị H sigi (cột 1), H d = 30 m, và N (cột 6) đã biết, P(H d ) và tiếp đến E 1 có thể tính theo 11.01 và 11.04 tơng ứng. Các giá trị đợc thể hiện trên các cột 7 và 8. E 2 i tính theo 11.09 đợc thể hiện trên cột 9. Tổng cột này cho ta E 3 = 81,59 x 10 -6 (11.15) Bảng 11.1. Tính toán xác suất độ cao sóng thiết kế (trích) Khu vực bắc Biển Bắc, H d =30 m, l =25 năm H sig khoảng giới hạn p(H sig ) p(H sig ) T N p(H d ) E l E 2j m m - - s - - - - (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 0 1,000 1 0,21 3,94 5480 0,00 0,00 0,00 2 1.5 0,79 0,32 5,11 4230 0,00 0,00 0,00 3 2.5 0,47 0,20 5,96 3620 1,30.10 -87 0,00 0,00 4 3,5 0,27 0,137 6,64 3250 1,39.10 -49 0,00 0,00 20 19,5 10 -6 1,6.10 -6 12,15 1780 11,1.10 -3 1,000 1,6.10 -6 0,00 = 1,000 E 3 = E 2i = 81,59.10 -6 Với M = 1460 (bão kéo dài 6 giờ nh trên hình 10.3) và l = 25 năm, có thể tính theo 11.13 với kết quả p(H d ) = 0,949 (11.16) 69 hay ta có khoảng 95% khả năng trong suốt 25 năm tối thiểu một lần sóng vợt qua 30 mét trên Biển Bắc. Điều này cho thấy khả năng quá cao đối với điều kiện sóng thiết kế. Một phần nguyên nhân đóng góp cho giá trị cao đó là chu kỳ sóng nhỏ dẫn đến các giá trị lớn của N và từ đó E 1 . Cơ sở lý luận cho việc xác định các giá trị có thể chấp nhận đợc đối với điều kiện thiết kế sẽ đợc trình bày trong chơng 13. Có thể thấy từ bảng 11.1 rằng, trong trờng hợp đó, các tính toán đối với sóng H sig 8 m không đóng góp gì vào giá trị E 2i . Nh vậy việc tính toán này có thể bỏ qua. Phần cuối khác của bảng cho thấy các tính toán dừng lại trong khoảng từ 19,5 m đến , đợc đặc trng bởi H sig = 20 m. Trong trờng hợp đó, vì E 1 = 1,000 và giữ nguyên cho các giá trị H sig cao hơn, các giá trị E 2 i giống hoàn toàn p(H sig ). Nếu nh có nhiều khoảng trên H sig = 20 m đợc sử dụng cho tính tổng các giá trị p(H sig ) và E 2i sẽ giữ nguyên. Các tính toán theo bảng thờng cho kết quả khá tốt; đôi khi cũng có yêu cầu các máy tính số (dạng máy tính bỏ túi là đủ). Sau này, nếu muốn giảm các sai số do phép làm tròn số, nên tiến hành tính toán các cột 7, 8 và 9 cũng nh tổng E 3 thông qua các biểu đồ có sẵn trên máy tính. Điều đó đã đợc dẫn ra trong bảng khi không làm tròn số trong quá trình tính. 11.5 Phơng hớng phát triển Những luận điểm cơ bản trong các phần trên có thể đợc củng cố và phát triển. Một số thí dụ đã cho thấy khả năng đó. Chẳng hạn việc phân tích khả năng biến đổi của độ thoáng đáy tàu trong lạch. Những phát triển mới nhất của luận điểm này thể hiện qua sự kết hợp thông tin về môi trờng và các đặc trng thống kê khác với những thông tin thống kê về vật liệu xây dựng và chất lợng của công nhân dẫn đến khả năng công trình bị hỏng. Chủ đề tổng thể này sẽ đợc đề cập đến trong các giáo trình về thiết kế thống kê và không đợc trình bày ở đây. Trớc khi kết thúc loại vấn đề này, cũng cần nhắc lại rằng phơng pháp đã sử dụng chứa đựng rất nhiều phép đơn giản hoá. Trong một số vấn đề, ví dụ lực tác động sóng thiết kế hoặc vận chuyển cát trên bãi biển, các điều kiện tổng hợp phụ thuộc chủ yếu vào chu kỳ sóng và hớng sóng cũng nh độ cao sóng. Điều này có thể trở nên quan trọng khi xét thời gian hiện diện của sóng độ cao một mét trong cả chuỗi sóng lừng kéo dài hay một đoạn ngắn sóng lăn tăn. Phụ thêm các kiến thức trình bày trong mục 11.3 là các số liệu về hớng và chu kỳ chi tiết của sóng, nhng trong khuôn khổ quyển sách này chúng ta sẽ không xem xét đến. 11.6 Vấn đề tiếp cận nghịch đảo Phơng pháp trình bày trong mục 11.3 cho phép xác định khả năng rằng độ cao sóng thiết kế cho trớc, H d , bị vợt qua trong khoảng tồn tại, l, của công trình. Vấn đề ngợc lại có thể là: Độ cao sóng, H d , nào sẽ xuất hiện với khả năng cho trớc, p(H d ), sẽ bị vợt trong khoảng tồn tại, l, của công trình? Vấn đề nghịch đảo này không thể giải trực tiếp đợc. Quay trở về mục 11.3, ta có thể dễ dàng giải phơng trình 11.3 đối với E 3 , nhng phơng trình 11.10 không thể giải đợc. 70 Không một giá trị nào của E 2i có thể biết đợc, vì vậy cách giải ngợc này không thể có. Trong thực tế, ngời ta có thể tiến hành tính toán cho toàn bộ chuỗi của các giá trị H d nh trình bày trong mục 11.3 . Kết quả cho phép thiết lập tơng quan giữa p(H d ) và H d . Tơng quan này có thể xây dựng thành đồ thị cho phép nội ngoại suy dễ dàng. 11.7 Vấn đề thứ hai Một loại vấn đề hoàn toàn khác có thể xuất hiện trong thực tế. Theo các quy trình thiết kế ngời ta có thể chỉ ra rằng công trình đợc thiết kế đối với sóng tối đa xuất hiện trong bão với khả năng vợt qua cho trớc. Có thể viết điều đó nh sau: Thiết kế cho sóng cực đại trong bão 100 năm. Trên cơ sở các hiểu biết của chúng ta có thể nói rằng không thể bàn luận đợc về sóng cực đại, nó chỉ có nghĩa gây rắc rối đối với các kỹ s và vụ lợi đối với các luật gia. Là kỹ s, chúng ta có hai cách tiếp cận. Thứ nhất, chúng ta có thể, không qua con đờng trực tiếp, xác định độ cao sóng, H d , có một khả năng vợt qua, E l , trong một cơn bão cụ thể nào đó với khả năng vợt qua cho trớc. Chúng ta có thể tìm đợc H d tơng ứng khả năng vợt qua, ví dụ, 1/1000 trong bão 100 năm tại Biển Bắc. Khái niệm bão 100 năm sẽ đợc phân tích trên cơ sở mục 10.3. Với R bằng 100 năm thì f sẽ bằng 1/100 với 1460 bão có khả năng xuất hiện trong một năm: 6 10849,6 )100)(1460( 1 )( sig Hp (11.17) Sử dụng kết quả đồ thị hình 10.3, ta có: H sig = 17,6 m (11.18) và, sử dụng (10.14): T =11.58 s (11.19) sẽ thu đợc thông qua (11.14) N = 1860 (11.20) Biết rằng E 1 ở đây bằng 1/100, ta có thể xác định p(H d ) bằng cách giải phơng trình 11.04: N d EHp 1 1 11)( (11.21) hay khi thay thế các giá trị 6 1860 1 10538,0 1000 1 11)( d Hp (11.22) Phơng trình 10.01 có thể giải đối với H d : )(ln 2 1 dsigd HPHH (11.23) Cuối cùng thu đợc: 71 H d = 47,3 mét. Cách tiếp cận thứ hai dựa vào tính toán cực đại độ cao sóng có thể có trong cơn bão thiết kế đã chọn. Điều tốt nhất và cũng là khó nhất là cần sử dụng các chuỗi đo sóng dài ngày với bớc cho trớc( ví dụ 6 giờ), đối với mỗi chuỗi đợc đặc trng bởi giá trị lựa chọn H sig . Mỗi chuỗi sẽ bao gồm một số sóng nhất định, chẳng hạn N. Nếu ta có các chuỗi nh vậy thì chỉ cần lấy các giá trị sóng cực đại của các chuỗi và tiến hành phân tích thống kê. Độ cao sóng cực đại có khả năng nhất có thể lấy theo mật độ xác suất cao nhất của mẫu phân tích. Nếu nh các chuỗi số liệu sóng đều tuân thủ phân bố Rayleigh thì vấn đề có thể giải quyết bằng phơng pháp lý thuyết. Kết quả sẽ là: NHH sigd ln 2 1 (11.24) Sử dụng phơng trình này và các số liệu đã có trên đây, ta thu đợc: 15,34)1840ln(6,17 2 1 d H m (11.25) Bằng cách này, cũng thu đợc kết quả tơng tự nếu nh thay P(H d ) = 1/N vào phơng trình 11.01. 72 12 Số liệu sóng W.W. Massie 12.1 Mở đầu Trong các chơng 10 và 11 chúng ta đã sử dụng số liệu độ cao sóng mà không đề cập nhiều đến phơng pháp thu thập các số liệu đó. Trong chơng này chúng ta trình bày một cách ngắn gọn bằng cách nào để có đợc các thông tin cần thiết này. 12.2 Các số liệu hiện có Các cơ quan nhà nớc tại nhiều nớc đã tập hợp đợc số liệu sóng và dòng chảy tại một số khu vực thuộc chủ quyền của mình. Một số trong đó đã đợc công bố, một phần lớn đợc cung cấp theo yêu cầu, và cũng có một số đợc giữ bí mật. Tập tài liệu của Dorrestein (1967) là một trong những công bố tốt nhất. Các thông tin đợc cung cấp trong dạng bảng số. Nhìn chung loại thông tin cần thiết trên đợc lu trữ tại các cơ quan quản lý thời tiết và thuỷ văn quy mô quốc gia. Trên quy mô địa phơng các quan trắc thờng phục vụ cho công tác thiết kế vì vậy chúng đợc lu trữ tại các cơ quan nh các công ty hoặc sở. Một số cơ quan thuỷ văn lớn có các số liệu gió, sóng và dòng chảy trên phạm vi lớn, toàn cầu. Có lẽ nơi có khả năng cung cấp số liệu lớn nhất quy mô toàn cầu thuộc Hải quân Liên Hiệp Vơng quốc Anh. Cơ quan thuỷ văn Hải quân Hoa kỳ cũng có một tập hợp số liệu đáng kể. 12.3 Chơng trình đo đạc Tuy nhiên vẫn có những vùng biển hầu nh không có số liệu. Vậy chúng ta cần làm gì? Tất nhiên trong điều kiện có tiền và thời gian thì cần tiến hành chơng trình đo đạc. Độ kéo dài của chơng trình đo đạc cũng khác nhau. Trong một số trờng hợp chu kỳ quan trắc có thể kéo dài phụ thuộc vào mối tơng quan đồng thời giữa số liệu đo tại khu vực với chuỗi số liệu dài ngày tại một vị trí gần đó. Chuỗi số liệu không nên chỉ giới hạn đo đạc sóng, mà trong trờng hợp có thể nên tìm mối tơng quan với số liệu gió. Có nhiều loại dụng cụ, máy móc đo độ cao sóng. Một số dựa vào đo trực tiếp mực nớc biển, số khác đo gia tốc mặt nớc theo phơng thẳng đứng. Loại thứ ba đo dạc chênh lệch áp suất tại một điểm nào đó trong nớc. Chúng ta sẽ không đi sâu vào các thiết bị đo đạc đó. 73 12.4 Sử dụng các số liệu thay thế Nhiều khi có thể tính toán số liệu sóng theo thông tin khi tợng. Những dạng số liệu này có thể lấy từ các tàu thuyền và đợc công bố trong dạng các tập bản đồ chuyên về gió hay áp suất. Các số liệu gió có thể sử dụng trong các công nghệ dự báo sóng. Có phải lúc nào cũng có mối tơng quan giữa sóng và gió? Không hoàn toàn nh vậy, vì vẫn có lúc sóng tồn tại không có gió (sóng lừng) và gió không tạo ra sóng (khi gió thổi từ bờ ra không tạo ra sóng lớn). Làm thế nào để có số liệu sóng từ số liệu áp? Gió thờng đợc dự báo theo gradient áp suất. Sự cân bằng giữa lực gradient áp suất, lực Coriolis và lực ly tâm sẽ cho ta vận tốc gió. Việc tính toán này cũng đơn giản nh khi ta tính dòng chảy đại dơng đợc trình bày trong chơng 3 của tập này. Mỗi khi đã có gió ta có thể sử dụng các công nghệ dự báo sóng. Ưu thế của dự báo so với đo đạc hiện trờng đợc thể hiện thông qua mức độ cung ứng nhanh lại đợc tiến hành trong văn phòng. Tuy nhiên những dự báo này đòi hỏi nhiều công việc liên quan kể cả mối phụ thuộc vào số liệu quan trắc. 12.5 Phơng pháp dự báo SMB Bretscheneider (1952) đã hiệu chỉnh tơng quan dự báo bán thực nghiệm của Sverdrup và Munk (1947) và thu đợc công nghệ đợc gọi là phơng pháp Sverdrup-Munk-Brescheneider (SMB). Trong cơ sở của phơng pháp này có 3 phơng trình không thứ nguyên: )0125,0tanh(283,0 42,0 2 w sig U gH (12.01) )077,0tanh(540,7 25,0 w sig U gH (12.02) ln8798,0]2024,2ln3692,0)(ln0161,0exp5882,6 2 w U gd (12.03) và w U gF 2 (12.04) trong đó: F là độ dài đà sóng, g là gia tốc trọng trờng, H sig là độ cao sóng đặc trng, d là thời gian tác động của gió, T sig là chu kỳ của sóng đặc trng, U w là vận tốc gió, và là tham số xác định theo (12.04) [...]... 3, 6-5 ,2 1 8 -1 9 1, 0-2 ,4 0, 3-0 ,4 0, 8-6 ,0 2,5 Sóng có đỉnh bắt đầu đổ 4 5 5, 7- 8,3 30 - 75 3,8 6,6 0,7 1, 4 1, 0 8,8 4, 0 Sóng có đầu bạc 8, 7- 10 0 -1 40 8, 3 -1 0 1, 9-2 ,4 2, 5 -1 1 5 ,4 Sóng đa dạng, bạc đầu 10 ,8 6 11 , 3- nhiều 18 0-3 30 1 2 -1 7 3, 0 -4 ,6 3, 4 -1 5 6,8 14 ,0 7 14 , 4 -1 7 Sóng lớn, nhiều bọt và tia nước 42 0-6 30 2 0-2 7 5, 5-7 ,9 4, 5 -1 8 8,5 Bọt trắng phát triển mạnh 8 1 7-2 1 78 0 -1 300 3 0 -4 2 9, 1- 1 3,7 5, 5-2 2 10 ,5 Bọt... tia nước làm giảm tầm nhìn 9 2 1- 2 4 15 0 0- 4 7-5 7 1 5-2 0 7, 0-2 5 12 ,5 210 0 10 2 4- 2 8 230 0- Bọt trắng bao phủ tầm nhìn hạn chế 6 3-8 1 2 2-2 9 7, 5-3 0 14 ,7 Bọt trắng phủ toàn biển 88 -1 01 31 - 38 8,5 - 32 16 ,7 Bọt bị cuốn bay theo gió 3300 11 29 - 33 390 046 00 12 Hơn 33 Khí quyển đầy bọt Tầm nhìn tối thiểu 75 Tính tham số (gd/Uw) theo cùng thứ nguyên như khi xác định Sử dụng hình 12 .1 trên cơ sở hai tham số vừa... 12 . 04 74 Bảng 12 .1 Số liệu về sự phát triển của sóng Cấp Giới Đà Baufort hạn vận cực tiểu sóng Giới hạn Giới hạn Chu tác động độ cao chu kỳ tối thiểu tốc gió Thời gian đặc trưng kỳ sóng sóng Mô tả trạng thái biển trung bình - m/s km h m s s - 0 đến 0,5 - - - - - Mặt gương 1 0, 5 -1 ,5 đến 9 đến 0,3 đến 0,2 đến 0,7 0,5 Sóng lăn tăn 2 2, 1- 3 ,1 1 0 -1 5 0, 3-0 ,7 0,0 3-0 ,09 0 ,4 2,8 1, 4 Sóng vừa, chưa đổ 3 3, 6-5 ,2... trong tập II; các công trình phá sóng được trình bày riêng Những khía cạnh lịch sử được lấy từ công trình của Bijker (1 97 4) 14 .2 Giai đoạn đầu Ban đầu, các cảng được xây dựng tại những khu vực thoả mãn cả hai điều kiện liên kết tốt với phần trong đất liền và được bảo vệ khỏi các tác động xấu của biển Những tác động xấu của biển bao gồm tác động tự nhiên (sóng và dòng chảy) và con người (cướp biển) Do... chương 11 liên quan tới một số rủi ro có thể chấp nhận trong thiết kế các công trình kỹ thuật Câu hỏi đầu tiên đặt ra là sự rủi ro cơ bản nào cần được xử lý? Trong chương này chúng ta chỉ tiến hành trao đổi những nét chung Các ứng dụng kỹ thuật chuyên sâu về kỹ thuật bờ sẽ được xem xét muộn hơn trong tập sau của giáo trình này Kỹ thuật thiết kế tối ưu có thể sử dụng trong nhiều vấn đề của các dự án 13 .2... tham số sóng Hsig và Tsig có thể được xác định thông qua phương trình 12 . 01 và 12 .02 f Các độ cao sóng với những xác suất xuất hiện có thể xác định dễ dàng theo các phương pháp trình bày trong chương 11 Những phương pháp giải khác dựa vào toán đồ được trình bày trong tập I quyển Cẩm nang bảo vệ bờ (1 97 3) Bảng 12 .1 được lấy theo Saunders (1 96 5) dẫn ra một số số liệu đặc trưng cho điều kiện sóng phát triển... phương trình 12 .03 thường rất phức tạp cho sử dụng vì đòi hỏi xác định tham số tương ứng giá trị (gd/Uw), phương trình này được thể hiện trên hình 12 .1 Những phương trình này chỉ đúng cho điều kiện nước sâu Việc sử dụng chúng trong thực tiễn theo các bước sau: Hình 12 .1 Tương quan các đặc trưng sóng với đà sóng và thời gian tác động (trục tung: tham số thời gian (gd/Uw) , trục hoành: tham số đà sóng ). .. chương 11 rằng chỉ tiêu thứ 3 có thể đánh giá đối với một số loại công trình ngoài khơi Điều khó khăn nhất ở đây chính là việc đánh giá chỉ tiêu 4 Hậu quả kỹ thuật do hư hại công trình có thể dễ dàng xác định; nhưng các hậu quả xã hội, môi trường và tâm lý rất khó đánh giá bằng các chỉ số kinh tế Tuy nhiên chúng ta sẽ trình bày cách đánh giá thông qua các chỉ số kinh tế 13 .3 Các thủ tục tối ưu hoá Quá trình. .. kiệm được do giảm tổn thất thì mới chọn thiết kế thứ hai, biết rằng giá xây dựng công trình theo thiết kế thứ hai cao hơn Lặp lại các bước như trên cũng sẽ dẫn tới một kết quả tối ưu giống như kết quả theo thủ tục tối ưu trước Các ví dụ về kỹ thuật thiết kế tối ưu được dẫn ra trong các tập II, III, và IV của giáo trình này 13 .4 Các tiếp cận ẩn Có thể hiểu rằng các giá cả tổn thất bao gồm các giá trực tiếp... lạc tàu nhân tạo nối liền cảng với biển Điều thú vị là hai cảng này đã lựa chọn các lạch tàu nhân tạo rộng và sâu thay cho các lạch tàu tự nhiên Cảng Amsterdam đã không sử dụng kênh Bắc Hà lan nối liền Den Helder mà thay bằng kênh Biển Bắc tạo nên đường nối ngắn nhất với Ijmuiden Đường thuỷ Rotterdam cũng là công trình do con người tạo ra Hình 14 .1 Âu thuyền lạc đà 14 .4 Các hướng phát triển hiện đại Các . 6 10 849 ,6 )1 00 )( 1 46 0( 1 )( sig Hp (1 1 .1 7) Sử dụng kết quả đồ thị hình 10 .3, ta có: H sig = 17 ,6 m (1 1 .1 8) và, sử dụng (1 0 .1 4) : T =11 .58 s (1 1 .1 9) sẽ thu đợc thông qua (1 1 .1 4) . 6 11 , 3- 14 ,0 18 0-3 30 1 2 -1 7 3, 0 -4 ,6 3, 4 -1 5 6,8 Sóng lớn, nhiều bọt và tia nớc 7 14 , 4 -1 7 42 0-6 30 2 0-2 7 5, 5-7 ,9 4, 5 -1 8 8,5 Bọt trắng phát triển mạnh 8 1 7-2 1 78 0 -1 300 3 0 -4 2 9, 1- 1 3,7 5, 5-2 2 10 ,5. hạn p(H sig ) p(H sig ) T N p(H d ) E l E 2j m m - - s - - - - (1 ) (2 ) (3 ) (4 ) (5 ) (6 ) (7 ) (8 ) (9 ) 0 1, 000 1 0, 21 3, 94 548 0 0,00 0,00 0,00 2 1. 5