6 Các mô hình điều khiển tàu E.W Bijker, L.E van Loo, W.W Massie 6.1 Các mô hình vật lý Phương pháp thông dụng để nghiên cứu khả điều khiển tàu biển cảng trường với quy mô thực điều kiện tự nhiên Do điều nhiều không thực tế điều kiện tàu cảng, nên mô hình vật lí thường hay sử dụng Một số yêu cầu mô yêu cầu nẩy sinh trình bày sau Do quy mô thời gian bị lệch mô hình vật lí, (thời gian không tái tạo theo tỷ lệ 1:1), đưa quy mô vào mô tả khả lái tàu thực Thêm vào đó, kích thước mô hình lái tàu lúc đứng vị trí tương ứng so với tàu thực Cảm giác hình ảnh nhìn thấy khác với ghì họ nhìn thấy đứng bong tàu thực Nếu lái tàu đứng phía mô hình tàu (ví dụ bờ) không nhận thấy biến đổi nhỏ hướng tàu điều dễ dàng nhận điều kiện tự nhiên Thậm chí đầu lái tàu bố trí điểm tương ứng mô hình tàu, ảnh hưởng khoảng cách tác động lên hình ảnh thu nhận Với tầm nhìn ống nhòm, thông thường khoảng cách đánh giá xác cỡ 200 mét Như có nhiều thông tin khoảng cách thu khoảng 200 mét mô hình so với nguyên Ưu điểm tầm nhìn mô hình bù đắp cách lái tàu nhắm mắt lại Bảng 6.1 Các đặc trưng Esso Atlantic mô hình nguyên Tỷ lệ DWT Chiếm nước Dài Rộng Sâu Mớn nước Công suất Tốc độ Tấn Tấn m m m m Kw Hải lÝ/h 508731 670000 406,6 71,0 31,2 25,0 33570 16 25 32,56 42,88 16,2 2,84 1,25 1,0 0,430 3,2 50 4,07 5,36 8,13 1,42 0,62 0,5 0,038 2,26 B¶ng 6.1 minh hoạ cho ta kích thước đặc trưng mô hình tàu chở dầu Esso Atlantic Có thể thấy tàu lớn, mô hình 1:50; chúng có độ chiếm nước cao nhiều tàu khác Mặt khác tàu chở dầu có công suất tương đối nhỏ, thuyền yacht với kích thước mô hình tàu cần có công suất 100 lần lớn Các mô hình tàu với liên kết phần qua máy tính trình bày mục 39 6.2 Tiếp cận mô Các thiết bị mô tàu máy mà lái tàu thử lái trạng thái khác Trong mô hình vật lí, đà trình bày đây, thoả mÃn điều kiện vừa nêu, giới hạn loại máy mà yếu tố người thể quy mô thời gian tự nhiên Các thiết bị mô máy bay sử dụng đào tạo phi công dân dụng quân thí dụ tương tự tốt Tính chất thiết bị mô dạng chỗ người lái nghĩ lái tàu điều kiện thực Vậy làm thực với điều kiện tàu thực? Chúng ta giải thích điều mục sau 6.3 Mô tả mô tàu Các mô tả sau cho thấy đặc trưng thiết bị mô tàu đại có Sẽ có khác biệt thiết bị mô khác nhau, thiết bị mô cụ thể trình bày Phần thiết bị mô tàu thường buồng lái với kích thước thật tất thiết bị cần thiết bàn đồ, la bàn, rada, thiết bị hàng hải khác, bình pha cà phê, tất thiết bị hoạt động Vào thời điểm thuỷ thủ có cảm giác đứng buồng lái thực tàu neo xung quanh bị sương mù bao phủ nên thấy bên Điều thứ hai không thường xuyên (ít thấy), phận thiết bị mô máy tính lớn Cả máy tính tổng hợp lẫn máy tính số đà sử dụng trước đây; máy tính số phát triển đạt khả tính với tốc độ nhanh đà chiếm lĩnh vị trí Máy tính kết nối với tất thiết bị cầu tàu đảm bảo đầu vào từ thiết bị kiểm tra cầu tàu điều khiển đầu thiết bị Ví dụ, biện pháp kiểm tra thuỷ thủ đưa sử dụng đầu vào tính toán biến đổi tốc độ hướng tàu Những biến đổi thông báo theo thời gian thực- cho lái tàu thông qua thiết bị cầu tàu Các toạ độ vị trí xác định cho hệ thống, la bàn, số tốc độ phản ảnh phản hồi tàu lệnh phát người lái Làm mà phản hồi xác định cho tàu lạch tàu định ? Điều hoàn toàn giống tương quan hay tập hợp mối tương quan cần thiết cho phân tích thống kê trực tiếp đà giới thiệu chương Nhìn chung, mối tương quan dự báo giải tích, hy vọng vào thực nhiệm thông qua nguyên khác hay nghiên cứu mô hình vật lí Tuy nhiên hàng loạt thử nghiệm chuẩn, thử nghiện dich dắc, diễn chạy thử tàu míi cã thĨ sư dơng cung cÊp c¸c hƯ sè hay tương quan cần thiết Nhiều hiệu ứng riêng ảnh hưởng độ dốc bờ lạch gần xác định tốt cách tiến hành hàng loạt vận hành chuẩn với mô hình vật lí Với thiết lập tất tương quan đó, máy tính xác định đường tàu thay đổi số thiết bị đọc tương ứng Nguồn gốc thực nghiệm tương quan cho phép hoàn thiện phân tích thống kê lí thuyết Lái tàu điều khiển tàu điều kiện sương mù dày đặc không thấy từ cầu tàu 40 Một số trường hợp sử dụng hai thành phần mô tả Tuy nhiên thiết bị mô phức tạp đà đưa thêm hiệu ứng không gian bên Các bổ sung tốt việc chiếu hình ảnh bên phao, bờ, đèn tín hiệu, v.v lên ảnh xung quanh cầu tàu Các thiết bị mô tốt tạo hình ảnh xung quanh cách chiếu hình bóng tàu lên hình Các nguồn sáng dầu nhỏ đặt vị trí mô cầu tàu Các đèn chuyển động tương mô hình (hiện mô hình chuyển động tương đối so với ánh sáng) nhằm mục đích biến đổi hình ảnh chiếu lên Những hình ảnh đà đưa người lái khỏi sương mù tạo tầm nhìn tốt cho họ Tính thực tạo phức tạp cách chiếu hình ảnh tàu, thuyền nhìn thấy từ cầu tàu- lên hình xung quanh Về nguyên lí, việc chiếu hình ảnh tàu đủ khả cho phép mô điều kiện lưu thông tàu khác Tất nhiên máy tính kiểm tra mô hình chiếu Đồng thời, máy tính tính toán đặc trưng thống kê toàn hành trình Mức lệch chuẩn đường thực tế tàu so với đường mô tả xác định 6.4 Sử dụng mô tàu Những mô điều khiển tàu có nhiều công dụng Phổ biến đào tạo thuỷ thủ cảng giống phi công sử dụng thiết bị mô bay Điều bất lợi kinh phí cao thiết bị đà hạn chế việc sử dụng cho mục đích Thiết bị mô sử dụng để đánh giá chuyển động tàu vào cảng Vì lẽ nhà thiết kế cảng sử dụng thiết bị mô cách có hiệu Một cách lựa chọn khác khả mô tập tính loại tàu vào cảng có Dữ liệu thu từ chuyến thử thiết bị mô cung cấp nhiều liệu có giá trị cho việc đánh giá toàn cảnh cảng lạch vào cảng Thiết bị mô sử dụng kỹ thuật biển khơi nhằm phát triển cách thức triển khai tối ưu tàu kéo quy trình triển khai lắp đặt thiết bị trọng lực lớn đưa chúng từ vị trí đến vị trí khác Mặc dù trạng thái không phổ biến cố học máy tàu cần mô Điều bắt buộc phải làm thế? yêu cầu chiến lược cần phát triển dựa sở kinh nghiệm thu Các liệu Oldenkamp (1977) đưa nhắc đến chương trước đà thu thông qua thiết bị mô 6.5 Một số điều cần lưu ý Các thiết bị mô hoạt động tàu cho phép thu nhiều liệu bổ ích tập tính tàu điều kiện định Điều trở nên vô giá việc đánh giá thiết kế cảng Tuy nhiên kết mô số hạn chế Không phải tất đầu vào tiềm ẩn để ý tới thiết bị mô Ví dụ tác động sóng, quan trọng tàu nhỏ, 41 đưa vào mô Phần lớn thiết bị mô không cho phép lái tàu gọi tàu kéo hỗ trợ Cũng nghi ngờ đến ảnh hưởng biến đổi độ dốc bờ lạch vào cảng đà xác định tương đối tốt mô hình vật lí lại bao quát thử nghiệm Mặc dầu kết mức độ thực tuyệt đối, song thiết bị mô cung cấp thông tin giá trị cho nhà thiết kế Trong số trường hợp, nhà thiết kế cố gắng chứng minh đặc trưng tàu sử dụng cảng định xem khả lựa chọn bắt tay vào thiết kế lạch tàu rộng hay cửa vào cảng to Dữ liệu loại thu qua trợ giúp tàu kéo trình bày chương 42 Tăng cường khả vận hành tàu L.E v Loo 7.1 Đặt vấn đề Thông thường nhà thiết kế cảng phải đứng trước lựa chọn hai thiết kế: Một lạch tàu khiêm tốn số tàu có rủi ro cao liên quan tới vấn đề vận hành tàu, hay lạch tàu rộng rÃi tàu lại an toàn Cách lựa chọn thứ hai hấp dẫn vốn yêu cầu đầu tư loại cảng lạch tàu tính nhà lập kế hoạch bắt đầu phản đối Các phương pháp nhằm làm cho phương án thứ trở nên hấp dẫn mục đích mục Việc kết hợp hai phương pháp đà vào kết nghiên cứu cho thấy: biến đổi độ dài lạch làm cho vận hành dễ hơn, ví dụ thông qua giảm dòng chảy ngang Cách thứ hai, thường giải pháp đắt đỏ yêu cầu xây dựng công trình chắn sóng nhằm chặn hay đổi hướng dòng chảy ngang giảm tác động Tại số nơi chắn gió đặc biệt dựng lên cảng nhằm giảm tác động gió lên tàu vận hành chậm Vì tàu lại hay gặp phải khó khăn vận hành ? Như đà bàn luận chương 5, dòng chảy ngang làm cho tàu vượt giới hạn luồng có kích thước rộng bình thường Khi tốc độ tàu giảm, ảnh hưởng trở nên rõ nét Tốc độ tàu phía trước chậm khu vực gần cảng làm cho bánh lái khó điều khiển Sự suy giảm trở nên tồi tệ máy tàu tắt nhằm cho tàu giảm tốc độ nhanh Do bánh lái phần lớn nằm sau máy đẩy nên dòng nước suy giảm làm hiệu hiệu bánh lái Nếu tàu cho máy đẩy theo chiều ngược lại với mục đích giảm tốc độ nhanh hơn, điều làm khả điều khiển Như vậy, tàu chở dầu lớn (200 000 DWT) phải dừng khẩn cấp từ tốc độ 15 hải lí/ giờ, khoảng cách để tàu dừng hẳn vào khoảng 2,5 hải lí chắn giữ nguyên hướng Chỉ có cách lựa chọn tốt trường hợp không gian đủ rộng cho tàu chạy với tốc độ cực đại phía trước quay tàu theo hình chữ U Theo cách tàu tránh chướng ngại vật cách mũi khoảng kilômét Thông thường kiểu vận hành thực lạch 7.2 Hỗ trợ tàu kéo Một khả lựa chọn khác thuyền trưởng dẫn tàu theo đường thuỷ hạn chế trợ giúp tàu kéo Chỉ có tàu có khả sử dụng tàu kéo hÃm đặc hiệu Đối với tàu lớn (định nghĩa tàu lớn phụ thuộc vào khả có tàu kéo nhìn chung với 50 000 43 DWT xem tàu lớn) tàu kéo chủ yếu sử dụng có hiệu chống lại ảnh hưởng dòng ngang tàu dẫn tàu theo hướng Với nhiệm vụ điều khiển kéo, trường hợp cần thiết, tàu cần quay ngược máy nhằm giảm gia tốc nhanh Hình 7.1 cho ta khoảng cách dừng ba loại tàu chở dầu từ quan trắc trường Rotterdam.Vậy tàu kéo cần phải có công suất bao nhiêu? Tại Europort, tàu chở dầu lớn thường trang bị lực kéo tổng 7x105 N thường phân bố thành tàu kéo Điều có nghĩa lực kéo yêu cầu lớn - điều kiện cảng nhiều công suất lớn 2000 kW Bảng 7.1 cho ta liệu so sánh loại tàu kéo khác Dữ liệu tàu chở dầu lớn cho thấy chúng có công suất tương đối nhỏ! Cho hướng tàu theo đường thẳng, độ sâu 1,2 lần độ mớm nước, lực tác động ngược chiều ngoại trừ có hỗ trợ tàu kéo Hình 7.1 Khoảng cách dừng tàu chở dầu khu vực nước nông Những vấn đề vận hành cần đặt tàu kéo? Vấn đề khó giải tàu kéo đường kéo cần nằm tàu kéo tàu kéo Tốc độ tối đa mà thuyền trưởng tàu kéo có khả làm việc hải lí /giờ (3 m/s) điều kiện lí tưởng Tốc độ cần giảm đến khoảng hải lí/giờ trước tàu kéo trợ giúp tàu cách hiệu Do khả vận hành tốt nên tàu kéo với động Voith-Schneider đảm tốc độ cao Như loại tàu kéo chạy với tốc độ cực đại hướng; ưu kéo theo tính không hiệu sử dụng công suất dẫn bảng 7.1 Cách chuyển đường kéo sang phía tàu kéo đòi hỏi thời gian mà có chuyển động dọc theo lạch Sáng chế Nhật đà cho phép tàu kéo tiếp cận trực tiếp vào mạn tàu thông qua hệ thống kết nối Điều trì chứng minh tính hiệu độc lập tương đối 44 Bảng 7.1 Dữ liệu hoàn thiện tàu tàu kéo Loại Công suất lực kéo Công suất chiếm (N/kw) (kw/tấn) Kéo với máy đẩy thường 170 Kéo với máy đẩy tunnel 210 Kéo với máy đẩy Voith-Schneider 135 Tàu kéo biển lớn 170 ~5 Smit-Rotterdam - 3,76 Tàu chỏ dầu lớn - 0,075 Chiến hạm - 11,5 ~4 Vấn đề giảm khoảng cách dừng cần thiết cảng mở rộng trợ giúp tàu kéo từ phía khơi cho phép việc giảm gia tốc bắt đầu sớm Điều không may chỗ tác động sóng không cho phép triển khai tàu kéo cảng biển Không việc chuyển dich đường kéo trở nên nguy hiểm thời gian, chuyển động tàu kéo sóng dẫn đến chấn động không cần thiết lên cáp kéo phận Knue Niewenhuyse (1974) đà xem xét vấn đề cách tương đối chi tiết Tất nhiên tàu kéo đóng với mục đích thu lợi nhuận Khi thời gian lại tàu trở nên quan trọng nhà vận hành cảng thường để ý đến việc lựa chọn trợ giúp tàu kéo lại trở nên kinh tế 7.3 Thiết bị hích tàu Các tàu nhanh chở hàng hoá đắt tiền cần gọi tàu kéo nhiều cảng dẫn đến việc chậm trễ không kinh tế cho toàn hành trình Các tàu container ví dụ Những tàu thường có thiết bị hích tàu gắn phổ sung vào máy đẩy kép, hai cho đặc trưng vận hành tốt so sánh với tàu đơn Thiết bị hích tàu máy đẩy gắn vào trục đặt vuông góc tàu ống nối qua phần đáy tàu phía trước Các thiết bị tạo lực đẩy ngang trực tiếp giúp vận hành tàu tốt Tất nhiên điều yêu cầu đầu tư bổ sung cho tàu ; chúng trở nên kinh tế tàu dạng chuyên chở container Trong chương sau xem xét lại toàn vấn đề thiết kế tối ưu lạch tàu sở phần đà trình bày chương chương trước 45 Tối ưu hoá tổng thể lạch tàu W.W Massie 8.1 Mở đầu Bốn chương trước đà trình bày vấn đề thiết kế lạch dẫn tàu vào cảng với trọng đến độ sâu chương bề rộng chương lại Thực tế cho thấy độ sâu bề rộng lạch đáng quan tâm, mục tiêu chương nhằm rút tương quan sâu phát triển nhằm tối ưu hoá tổng thể 8.2 Định nghĩa tối ưu hoá tổng thể Nhìn chung, xà hội cạnh tranh, người ta tìm kiếm nguồn cung ứng rẻ đặc biệt hàng hoá dịch vụ thị trường Do nhà đầu tư trọng điều so với vốn ban đầu đặc biệt họ người đầu tư chủ u Nh­ vËy viƯc thiÕt kÕ l¹ch tèi ­u sÏ trở nên rẻ quảng thời gian lâu dài hấp dẫn so với thiết kế có giá đầu tư ban đầu thấp Như ®· chØ r»ng thiÕt kÕ tèi ­u sÏ yªu cầu tính toán, sở tổng hợp lệ giá trị đầu tư, chi phí xây dựng, tu, bảo hiểm rủi ro chạy tàu Các nội dung phân tích riêng với việc trọng đến mối tương quan nhân tố dẫn chương từ đến 8.3 Chi phí xây dựng Chi phí xây dựng lạch tàu cụ thể xác định dễ dàng qua điều kiện trường vật liệu đáy, điều kiện sóng triều, phương pháp vị trí đổ vật liệu nạo vét Trong nhân tố quan trọng dự án, chúng lại biến đổi thiết kế chọn lựa dự án khu vực Khi thiết kế đập ngăn sóng, điều kiện sóng bình thường dẫn đến hạ giá nạo vét, việc giảm riêng rẽ không đủ để chứng minh giá đầu tư đập Các khoản giảm thiểu khác nạo vét tu hay kích thước lạch nhỏ chứng minh cho vốn đầu tư Thậm chí không cần đến đập ngăn sóng, độ sâu lẫn bề rộng lạch gây ảnh hưởng lên chi phí ban đầu tu Có thể thấy lạch tàu tương đối rộng nông xây dựng với giá đầu tư cho lạch sâu hẹp 46 8.4 Tổn thất Mô hình bảo hiểm tổn thất mô tả cách tường tận chương Tại đây, vấn đề quan trọng chỗ thể chi phí gắn liền với bề rộng độ sâu lạch cách đơn giản Lạch tàu nông rộng tương đối đà nêu mục trước yêu cầu phần phụ thêm bề rộng nhằm dung hoà khả điều khiển tàu có độ thoáng đáy không lớn Sự gia tăng độ sâu lạch tăng khả điều khiển tàu giống khả giảm bề rộng với tổn thất không đổi 8.5 Chi phí tu Bên cạnh chi phí xây dựng tổn thất hai số phận đà nhắc đến chơng 13 tập I, lạch tàu cần đưa thêm chi phí nạo vét thường xuyên nhằm tu ổn định kích thước lạch Do cảm nhận lượng nạo vét tu phụ thuộc vào kích thước lạch, việc dự báo nạo vét tu cần thiết nhằm đánh giá khả lựa chọn lạch cụ thể Dự báo tượng bồi tụ vấn ®Ị hÕt søc phøc t¹p NÕu chóng ta xem xÐt mặt cắt trầm tích qua lạch, đột biến điều kiện thuỷ lực sóng, dòng chảy, độ sâu, độ muối gần cửa sông gây nên loạt biến đổi địa mạo theo thời gian Sẽ xẩy tượng bồi lắng cïng lóc víi xãi lë cơc bé §iỊu dƠ hiĨu công thức cổ điển tính toán vận chuyển trầm tích sử dụng kỹ thuật sông ngòi không đảm bảo cho việc dự báo biến đổi đáy lạch vào cảng biển Phần lại sách nhằm dẫn đến dự báo biến đổi địa mạo bờ Chương 25 sâu lí giải vấn đề trầm tích lạch tàu Có thể sai lầm cho nạo vét bồi tụ cửa vào cảng nhân tố địa mạo ảnh hưởng đến thiết kế cảng; việc xây dựng cảng địa điểm đá gốc không cần đến biến đổi địa mạo dọc theo toàn đoạn bờ Trong thường xuyên ý đến biến đổi chi phí tương ứng việc đánh giá thiết kế lạch vào cảng, chúng lại cần đưa vào đánh giá dự án tổng thể cảng 47 Vận chuyển cát ven bờ J v d Graaff 9.1 Mở đầu Vận chuyển trầm tích vấn đề quan trọng kü tht bê Trong nhiỊu vÊn ®Ị kü tht bờ chất lượng đề án đưa phụ thuộc vào đánh giá định lượng bồi tụ xói lở Hình 9.1 Sơ đồ nguyên lí liên tục Sóng dòng chảy dọc bờ với tính chất trầm tích đáy, xác định tèc ®é vËn chun vËt liƯu ®íi bê Tèc ®é vËn chun nµy, cïng víi sù biÕn ®éng cđa biến đổi tổng hợp bờ quan trọng để dự báo biến đổi tự nhiên đường bờ ảnh hưởng công trình lên đới bờ Thậm chí khu vực xa bờ, vấn đề vận chuyển trầm tích đáy quan trọng; việc xói lấp gần móng công trình khơi ống dẫn dầu đóng vai trò quan trọng ổn định chúng Quá trình vận chuyển trầm tích chia thành giai đoạn: a Quá trình khuấy đưa vật liệu đáy vào thể lơ lửng lớp nước sát đáy tách hẳn vật liệu khỏi đáy 48 b Dịch chuyển ngang vật liệu nước c Sự lắng đọng trở lại vật liệu xuống đáy Thông thường quan tâm tới ảnh hưởng vận chuyển trầm tích lên diện tích đáy Điều xét đến việc sử dụng nguyên lí liên tục cho thể tích giới hạn mặt đáy mặt biển bao tiết diện thẳng đứng hình 9.1 Như tượng xói lắng đọng đáy xác định dòng trầm tích tổng cộng vận chuyển qua mặt thẳng đứng đà biết Kết hợp điều với việc phân chia trình trên, thấy trình b hÕt søc quan träng; vỊ nguyªn lÝ chóng ta cã thể xem bước khác cách tách biệt Điều quan tâm dịch chuyển ngang phần tử vật liệu qua tiết diện khoảng thời gian định Đối với nhiều toán, phân bố trầm tích chuyển dịch ngang theo độ sâu nghĩa định biến đổi đáy, biết tính chất trầm tích, chẳng hạn độ xốp, lượng trầm tích vận chuyển tính thể tích vật liệu đơn vị bề ngang đơn vị thời gian [L3/LT] ThËt tiƯn lỵi, nÕu nh­ chóng ta cã thĨ thu biểu thức lí thuyết vận chuyển cát phụ thuộc vào tham số vật lí sóng, dòng chảy vật liệu Tuy nhiên, cho ®Õn chóng ta vÉn ch­a thĨ cã biĨu thức thật tốt cả; người ta cố gắng đưa mô hình nguyên lí, thông qua dẫn công thức tính vận chuyển trầm tích 9.2 Cơ sở công thức Hình 9.2 minh hoạ vấn đề cần giải Chúng ta xác định tốc độ (thể tích) vận chuyển trầm tích qua bề rộng đơn vị mặt phẳng y-z kể từ đáy, z = -h, đến mặt biển, z = Về nguyên tắc không thiết phải chọn hướng dòng chảy hay sóng trùng với hướng trục toạ độ Lượng trầm tích vận chuyển qua mặt phẳng tô đậm hình 9.2 thể qua công thức: Sx  t '    c( z, t ).u p ( z , t )dt dz t ' h (9.01) đó: c(z,t) nộng độ vật liệu lơ lửng tức thời thể qua đơn vị thể tích vật liệu đáy đơn vị thể tích nước dịch chuyển Các tác động sóng làm cho c biến đổi nhanh, độ cao đáy lại biến đổi chậm h độ sâu cục nước, Sx tốc độ trầm tích vận chuyển thể qua đơn vị thể tích đơn vị rộng thời gian t thời gian, t khoảng thời gian tiến hành lấy tích phân, up(z,t) giá trị tức thời thành phần vận tốc x phần tử vật chất qua mặt phẳng nêu trên; kết tổng hợp sóng lẫn dòng chảy, 49 (x,y,t) độ cao mực nước tức thời Theo công thức tham số đơn vị bề rộng đà lấy trung bình Khoảng thời gian, t, sử dụng công thức 9.01 cần phải đủ lớn để loại trừ tác động bất thường sóng, nhìn chung cần lấy lớn chu kỳ sóng Nguyên lí nêu đơn giản, nhiên nhiều khó khăn nẩy sinh tìm cách đánh giá hàm c(z,t) up(z,t) để đưa vào công thức 9.01 Do phần lớn nội dung lại sách này, tập trung làm rõ việc xác định cách hợp lí nhằm dự báo hai hàm này, thể qua biến đo đạc Hình 9.2 Sơ đồ tính dòng vận chuyển trầm tích 9.3 Đơn giản hoá trình Phương trình 9.01 chứa hai hàm c(z,t) up(z,t) dấu tích phân, nguyên lí hai hàm Tuy nhiên, thực tế có khả cho phép đơn giản hoá phương trình 9.01 Một điều kiện đơn giản hoá được, xét vận chuyển trầm tích dọc bờ đới sóng đổ Trong giới hạn đới sóng đổ, góc tới sóng đổ, br, thường nhỏ Ngay sóng khơi có góc tới, 0, lớn, tượng khúc xạ đới sóng đổ làm giảm đáng kể góc tới Ví dụ, với sóng nước sâu có độ cao H0 = m, vµ gãc 0 = 30 chu kỳ s, góc br khoản 13,3 50 Hình 9.3 Sơ đồ đới sóng đổ Những hệ thành phần vận tốc đới sóng đổ thể định tính hình 9.3 Nếu tập trung í đến dòng vận chuyển dọc bờ dựa sở cho sóng gây nên biến động không đáng kể vận tốc dòng chảy dọc bờ thành phần up(z,t) 9.01 không phụ thuộc vào thời gian t Với phép xấp xỉ nêu trên, công thức 9.01 viết qua d¹ng:   1 t' S x   u p ( z )   c( z, t )dt  dz h   t' (9.02) Nång ®é c(z,t) công thức vấn đề cần giải Chúng ta có kiến thức nồng độ trường sóng biến đổi qua chu kỳ; nguyên nhân chủ yếu thiếu hụt phương tiện đo đạc nồng độ Tuy may mắn có nồng độ trung bình, c (z), sóng Đưa giá trị nồng độ trung bình vào công thức 9.02 ta thu được: S x u p ( z )c( z )dz (9.03) h cho ta tiện lợi tính toán 9.01 Những nội dung trình bày chủ yếu dạng công thức đơn giản hoá Một số điểm cần lưu ý Trong phÇn tiÕp theo chóng ta sÏ xem xÐt tới ứng suất xạ, tượng sóng tạo nên có ý nghĩa quan trọng thuỷ động lực häc ®íi bê Sau mét sè trao ®ỉi mang tÝnh đại cương, sâu tìm hiểu thành phần ứng suất xạ chương sau; nguyên nhân tăng mực nước dọc theo bờ biển Trong trường hợp đặc biệt, tác động thay đổi mực nước gây ảnh hưởng tới thành phần lực dọc bờ tác động lên dòng dọc bờ đới sóng đổ dòng chảy dọc bờ Điều đề cập đến chương Chương 12 đề cập đến thành phần khác ứng suất xạ mà nhiều trường hợp có ảnh hưởng đáng kể đến lực tác động nguyên nhân dòng chảy dọc bờ Mặt khác, số thành phần quan trọng hơn, lại cần thiết cân động lực nước đới sóng đổ, chúng xem xét sơ lược chương 13 và14 51 Trong chương 15 giới thiệu chi tiết phương pháp ®¸nh gi¸ lùc ma s¸t ®¸y t¸c ®éng tỉng hợp sóng dòng chảy Lực ma sát tổng cộng có ý nghĩa quan trọng đặc biệt đới sóng đổ Chương 16 trình bày cách giải vấn đề xác định dòng chảy dọc bờ đới sóng đổ thông qua việc sử dụng kết thu từ chương trước.Vận tốc dòng chảy up cần sử dụng công thức 9.01 Hai chương 17 18 cung cấp thông tin lịch sử sở để xác định vận chuyển cát trình bày chương 19 Tất nhiên vận tốc xác định chương xuất trở lại chương này, nhằm trả lời câu hỏi đặt trước 52 10 ứng suất xạ thành phần E.W Bijker 10.1 Mở đầu Chương trình bày nguyên lí ứng suất xạ thành phần nó, đặc biệt vai trò quan trọng trình địa mạo bờ Các trình bày không vào chi tiết; trình bày chi tiết người đọc tìm thấy tài liệu tham khảo Longuet-Higgins vµ Stewart (1962, 1964), Dorrestein (1961) vµ Battjes (1977) Những kết lí thuyết trình bày ứng dụng cho vấn đề cụ thể chương sau 10.2 Các ứng suất xạ ứng suất xạ lực áp suất trội (vượt qúa) so với lực áp suất thuỷ tĩnh gây nên sù hiƯn diƯn cđa sãng Trong thùc tÕ, øng suất xạ dạng ứng suất thực (lực đơn vị diện tích) lực thực (vẫn theo nhận thức đây) mà lực đơn vị độ dài (Điều rút từ tích phân lực đơn vị diện tích theo toàn độ sâu nước) Tuy nhiên, phép biến đổi áp dụng cho ứng suất thực áp dụng cho ứng suất xạ; điều trình bày phần sau Không giống áp suất thuỷ tĩnh, ứng suất xạ tính đồng nhất; thay vào đó, ứng suất, chúng gắn kết với hướng mặt phẳng định Trong phần bàn luận này, mặt phẳng mặt thẳng đứng vuông góc với hai trục toạ ®é ngang, X theo h­íng lan trun sãng vµ Y dọc theo đỉnh sóng Từ thu thành phần ứng suất xạ Tuân theo định luật thứ Niutơn chuyển động, lực xác định tốc độ thay đổi ứng suất ứng suất tương đương với dòng (thông lượng) động lượng sóng toàn độ sâu Khi tiến hành lấy tích phân công việc chiếm nhiều thời gian- theo độ sâu mặt phẳng vuông góc với trục X, thu kết quả: 2kh S XX    E sinh kh   (10.01) đó: SXX thành phần ứng suất xạ theo hướng truyền sóng, h độ sâu nước, k số sóng = 2/, 53 độ dài sóng, E lượng sóng (đà xác định tập trước): E = (1/8) g H2 (10.02) đó: g gia tốc trọng trường, H độ cao sóng, mật độ nước Sử dụng công thức vận tốc sóng tập trước, phương trình 10.01 chuyển dạng tương đương: S XX n   E 2  (10.03) Trong ®ã n = (cg/c) tỷ số vận tốc nhóm sóng vận tốc sóng Dạng công thức thường tiện lợi ứng dụng thực tiễn sau Việc tính toán thành phần thứ hai ứng suất ngang tác động lên bề mặt thẳng đứng vuông góc với đỉnh sóng có dạng sau: SYY  kh E sinh 2kh Hay thĨ hiƯn qua n: SYY  (n  / 2) E (10.04) (10.05) áp dụng kết xấp xỉ thông thường sóng biển sâu đà trình bày tập I, chóng ta cã: 1 S XX    E 2 vµ SYY  (10.03a) (10.05a) Trong vïng nước nông ứng suất có dạng: S XX    E 2 (10.03a) vµ 1 SYY    E 2 (10.03a) 10.3 BiÕn ®ỉi cđa ứng suất xạ Vậy có nhân tố gây ảnh hưởng đến ứng suất xạ? Thông thường, tham số quan trọng độ cao sóng, thông qua lượng sóng Trên vùng nước sâu, nhân tố ảnh hưởng Trên vùng nước chuyển tiếp, độ sâu nước, h, độ dài sóng, (thông qua k) hay đơn giản n trở thành nhân tố quan trọng Trong vùng nước nông, cho ứng suất xạ lại phụ thuộc vào lượng sóng Đây không đơn chuyển đổi mà lượng sóng phụ thuộc nhiều vào độ sâu nước sóng đổ xuất 54 Hình 10.1 Sơ đồ thành phần ứng suất xạ mặt phẳng ngang Nếu xem xét phần tử thể tích nước dạng hình khối hình thành mặt phẳng thẳng đứng dẫn hình 10.1, điều kiện sóng độ sâu hoàn toàn mặt phẳng 1, 2, 3, 4, thành phần ứng suất xạ mặt phẳng đối diện thể hình vẽ không tồn lực tổng hợp Chỉ trường hợp điều kiện sóng biến đổi mặt phẳng hay ta thấy xuất lực tổng hợp Nh­ vËy, chóng ta cã thĨ cho r»ng øng st xạ gây ảnh hưởng đến qúa trình vật lí điều kiện khu vực không đồng Tại khu vực có xuất hiện tượng khúc xạ, nhiễu xạ nước nông sóng đổ Ví dụ sau minh hoạ biến đổi lên ứng suất xạ gây nên tượng nước nông sãng ®ỉ sãng tiÕp cËn bê Víi mét ®é dốc không đổi, m, ví dụ 1: 100, sóng có ®é cao, Ho , b»ng m ®i vµo bê với đỉnh sóng song song đường bờ (không tính đến khúc xạ nhiễu xạ) Chu kì sóng tương đương 12 giây cho thấy tham số sóng đổ, p, nhỏ tương sóng đổ dồn xuất Với số sóng đổ, , 0,5 ta thu kết tính toán độ sâu khác bảng 10.1 Dễ dàng nhận thấy rằng, miền đới sóng đổ, ứng suất tăng lên sóng vào gần bờ, đới sóng đổ giới hạn tăng trưởng tiếp đến suy giảm đường bờ Độ dài sóng với điều kiện nước sâu 225 mét Tham số phân loại sóng đổ là: Ho/(o) = 222 55 Bảng 10.1 Các giá trị ứng suất ph¸p tuyÕn H0 = 5.00 m, T= 12 s,  = 0.5 h h/0 H/H H E n SXX SYY Khoảng cách từ bờ m - - m N/m - N/m N/m m 150 0,6670 0,9983 4,99 31325 0,5019 15782 60 15000 125 0,5558 0,9945 4,97 31087 0,5064 15941 199 12500 100 0,4447 0,9839 4,92 30428 0,5203 16449 618 10000 80 0,3557 0,9656 4,83 29307 0,5476 17443 1395 8000 60 0,2663 0,9380 4,69 27655 0,6020 19469 2821 6000 40 0,1779 0,9142 4,57 26270 0,6947 23364 5115 4000 30 0,1334 0,9160 4,58 26373 0,7569 26737 6775 3000 25 0,1112 0,9250 4,62 26894 0,7917 29237 7845 2500 20 0,0889 0,9434 4,72 27794 0,8292 32046 9209 2000 15 0,0667 0,9778 4,89 30052 0,8688 37192 11033 1500 12,5 0,0556 1,005 5,02 31747 0,8993 41227 12677 1250 10 0,0445 5,00 31432 0,9105 41522 12903 1000 0,0356 4,00 20116 0,9278 27270 8606 800 0,0267 3,00 11315 0,9454 15738 5040 600 0,0178 2,00 5029 0,9633 7176 2330 400 0,0133 1,50 2829 0,9724 4087 1336 300 2,5 0,0111 1,25 1964 0,9770 2856 937 250 0,0089 1,00 1257 0,9815 1839 605 200 1,5 0,0067 0,75 707 0,9860 1041 344 150 1,0 0,0044 0,5 314 0,9908 466 154 100 10.4 Các thành phần ứng suất xạ Nếu muốn biết thành phần ứng suất xạ mặt phẳng ngang, phương pháp phân tích ứng suất phẳng cần áp dụng Trên hình 10.2a cho ta sơ đồ cung tròn Mohr ứng suất điểm có độ sâu chuyển tiếp với thành phần thể hình 10.2b Như sử dụng quy tắc cung tròn Mohr, với điểm đầu SXX ứng suất mặt ngang với góc tìm cách kẻ đường thẳng qua điểm đầu với góc theo hướng Công thức toán học dễ dàng thu từ sơ đồ cân hình 10.2b trực tiếp từ sơ đồ theo tính chất hình học đường tròn Nói chung ta có công thức sau: 56 Hình 10.2a Sơ đồ phân tích ứng suất phẳng Mohr Hình 10.2b Các thành phần ứng suất S XX SYY S XX  SYY  cos 2 2 S  SYY S XX  SYY Syy= XX  cos 2 2 S  S YY Sxy = XX sin 2 Sxx = 57 Hình 10.3 Sơ đồ Mohr tính toán ứng suất theo độ sâu kh¸c (H0=5 m, T = 12 s, =0,5) C¸c đường tròn Mohr tương ứng ứng suất xạ tính toán dẫn bảng 10.1 thể hình 10.3 Các số nằm gần đường tròn cho ta độ sâu nước tương ứng với đường tròn Một số đường tròn thể đường ngắt nhằm dễ phân biệt hình vẽ 58 Hình 10.4 Sơ đồ bờ thành phần ứng suất 10.5 Các ứng dụng toán kỹ thuật bờ Do trình đới bờ nghiên cứu chương tới chia thành thành phần song song vuông góc bờ, tiện lợi xem xét thành phần ứng suất theo hướng Hình 10.4 cho ta thấy sơ đồ mặt cắt ngang vùng bờ với thành phần ứng suất tác động lên phần tử hướng song song với dỉnh sóng, ứng suất pháp tuyến tiếp tuyến (nhớt) lên phần tử song song với đường bờ Trong chương sau số thành phần riêng ứng suất xạ xem xét chi tiết nhằm giải thích số tượng riêng đới bờ 59 ... 0, 133 4 0,9160 4,58 26 37 3 0,7569 26 737 6775 30 00 25 0,11 12 0, 925 0 4, 62 26894 0,7917 29 237 7845 25 00 20 0,0889 0,9 434 4, 72 27794 0, 829 2 32 0 46 920 9 20 00 15 0,0667 0,9778 4,89 30 0 52 0,8688 37 1 92 11 033 ... 0,9 839 4, 92 30 428 0, 520 3 16449 618 10000 80 0 ,35 57 0,9656 4, 83 29 30 7 0,5476 174 43 139 5 8000 60 0 ,26 63 0, 938 0 4,69 27 655 0,6 020 19469 28 21 6000 40 0,1779 0,91 42 4,57 26 270 0,6947 23 364 5115 4000 30 ... 37 1 92 11 033 1500 12, 5 0,0556 1,005 5, 02 31 747 0,89 93 4 122 7 126 77 125 0 10 0,0445 5,00 31 4 32 0,9105 41 522 129 03 1000 0, 035 6 4,00 20 116 0, 927 8 27 270 8606 800 0, 026 7 3, 00 1 131 5 0,9454 15 738 5040