Giáo trình sóng gió PGS.TS Nghiêm Tiến Lam ĐHTL

78 165 0
Giáo trình sóng gió  PGS.TS Nghiêm Tiến Lam ĐHTL

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Sóng gió TS Nghiêm Tiến Lam Khoa Kỹ thuật Biển, Đại học Thuỷ lợi §1.1 Mục đích nội dung – Cung cấp kiến thức sóng nước: trình tạo ra, lan truyền, biến đổi tiêu tán sóng nước gió – Lý thuyết sóng biên độ nhỏ (lý thuyết tuyến tính) – Tương tác ảnh hưởng sóng đến cơng trình q trình ven bờ – Tính tốn xử lý số liệu sóng – Tập trung vào sóng chu kỳ ngắn §1.2 Phân loại sóng biển Sóng thần Nước dâng bão nhiễu động khí tượng Sóng bão Nguyên nhân Động đất Mặt Trời Mặt Trăng Sóng gió Sóng lừng loại khác Năng lượng Tần số (s-1) Chu kỳ 10-5 10-4 Sóng triều thơng thường (T cố định) Loại sóng 10-3 24h 12h 10-2 phút Sóng chu kỳ dài Sóng trọng lực 10-1 25s 10 1s 0.1s Sóng gió Sóng mao dẫn §1.2 Phân loại sóng biển Bảng 1.1: Chu kỳ chế thành tạo loại sóng khác Dạng sóng Cơ chế vật lý thành tạo Chu kỳ Sóng sức căng mặt ngồi Sức căng mặt ngồi < 10-1 s Sóng gió Ứng suất cắt gió, trọng lực < 15 s Sóng lừng Sóng gió < 30 s Sóng đập Nhóm sóng - Seiche Thay đổi trường gió - 30 Cộng hưởng cảng Sóng đập, seiche Sóng thần Động đất, đất đá lở Nước dâng bão Ứng suất gió biến đổi áp suất khơng khí - days Sóng triều Trọng lực gây tác động mặt trăng, mặt trời lực ly tâm trái đất quay 12 - 24 h - 40 10 - h §1.4 Sóng ngắn sóng dài Loại sóng Sóng dài Sóng ngắn Tính chất dòng chảy Dòng chảy dừng biến đởi chậm Dòng chảy dừng biến đổi nhanh Độ cong của đường dòng theo phương thẳng đứng Yếu Mạnh Gia tốc thẳng đứng Không đáng kể Đáng kể Phân bố áp suất Xấp xỉ thuỷ tĩnh Phi thuỷ tĩnh (thuỷ động) Phân bố vận tốc Gần đồng Rất không đồng nhất (ngoại trừ lớp biên đáy) Lực cản đáy Đáng kể Không đáng kể Phân bố áp suất vận tốc (p) (u) a) Sóng dài (p) (u) b) Sóng ngắn Bản ghi đo đạc sóng: Giản đồ sóng ký §1.3 Các khái niệm • • • • • • • Ngọn sóng (lưng sóng) Bụng sóng Đỉnh sóng (đầu sóng) Chân sóng Biên độ sóng: a Độ cao sóng: H Bước sóng (chiều dài sóng): L • Độ dốc sóng: S = H/L ζ L Đỉnh sóng H a Mặt nước bình x qn Chân sóng §1.3 Các khái niệm ζ • Chu kỳ sóng, T [s]: khoảng thời gian hai lần đỉnh sóng xuất liên tiếp T T t ζ (t ) Đ1.3 Cỏc khỏi nim c bn Tn s sóng, f = 1/T [Hz]: số lượng đỉnh sóng truyền qua điểm cố định thời gian giây • Tần số góc sóng, ω = 2π/T = 2πf [rad/s] • Số sóng, k = 2π/L: số đo chu trình số lượng đỉnh sóng đơn vị chiều dài • Tốc độ truyền sóng (vận tốc sóng, tốc độ pha), C = L/T = ω/k =√(g/k) [m/s]: tốc độ di chuyển mặt sóng §1.3 Các khái niệm • Vận tốc nhóm sóng, Cg: tốc độ truyền lượng sóng §1.3 Các khái niệm • Năng lượng sóng: Năng lượng sóng truyền đơn vị diện tích bề mặt E = ρ w gH §1.3 Các khái niệm • Hướng sóng (hướng truyền sóng): góc tính từ trục Bắc (N), theo chiều kim đồng hồ, đến hướng từ sóng tới Đơng (E) Hướ Hướng sóng β Đườ ng b Hướ Hướng đườ đường bờ Hư ng t ruy ền φ són g N Đườ n góc g g với bờ g ruy ền són Hư ng t α Đư đỉ n ng són h g Hướng Bắc N Bắc (N) Đườ ng b Hướ Hướng sóng đến Sóng gió Chương 2: Các phương trình học chất lỏng §2.1 Phương pháp mơ tả dòng chảy chất lỏng • Phương pháp Lagrange: khảo sát chuyển động hạt chất lỏng theo khơng gian thời gian • Phương pháp Euler: khảo sát biến đổi tính chất vật lý chất lỏng theo thời gian điểm cố định theo khụng gian Đ2.2 Th tc Th tốc (dòng chảy chiều khơng xốy) u=− ∂φ ∂x v=− ∂φ ∂y w=− ∂φ ∂z • Hàm dòng (dòng chảy chiều không nén được) u=− ∂ψ ∂z w= ∂ψ ∂x • Các điều kiện Cauchy-Riemann ∂φ ∂ψ = ∂x ∂z ∂φ ∂ψ =− ∂z ∂x §2.3 Hệ phương trình chất lỏng: phương trình liên tục • Phương trình liên tục: định luật bảo tồn vật chất w ∂ρ ∂ρ u ∂ρ v ∂ρ w + + + =0 ∂t ∂x ∂y ∂z • Với chất lỏng không nén được: v u z ρu ρu + ∂ ( ρu ) Δx ∂x y ∂u ∂v ∂w + + =0 ∂x ∂y ∂z x §2.4 Hệ phương trình chất lỏng: phương trình chuyển động • Phương trình chuyển động: bảo tồn động lượng • Áp suất thuỷ tĩnh: p = − ρ gz • Ứng suất tiếp: phụ thuộc độ nhớt Du chuyển động rối chất lỏng ∑ Fx = m Dt • Định luật Newton: F = ma Dv ∑ Fy = m Dt • Đạo hàm tồn phần: Df ∂f ∂f ∂f ∂f = +u +v +w Dt ∂t ∂x ∂y ∂z ∑F z =m Dw Dt §2.5 Phương trình chuyển động: Phương trình Euler • Giả thiết: chất lỏng liên tục, không nhớt (lý tưởng), không nén Du ∂p =− Dt ρ ∂x Dv ∂p =− Dt ρ ∂y Dw ∂p ∂ =− −g =− ( p + ρ gz ) ρ ∂z ρ ∂z Dt 10 §7.3 Phao đo sóng trường Waverider (Datawell, Hà Lan) WatchMate (AXYS, Canada) TRIAXYS Directional Wave Buoy Wavescan (NCE, Norway) 64 §7.4 Quan trắc sóng từ xa • Đo sóng thiết bị quan trắc từ xa – Thiết bị không đặt trực tiếp nước (đặt phía mặt nước: giàn cố định, tàu, máy bay, vệ tinh) – Sử dụng nguyên lý phản xạ sóng điện-từ (ánh sáng, ra-đa – Đo diện rộng thời gian ngắn – Chi phí đắt • Phương pháp – Chụp ảnh lập thể – Đo sóng laser (đo độ cao) – Đo sóng radar (độ gồ ghề bề mặt, mức độ phản xạ) §7.5 Dự báo sóng • Ngun lý – Dựa quan hệ kinh nghiệm (số liệu đo đạc) sóng với gió – Độ cao sóng chu kỳ sóng phụ thuộc vào vận tốc gió, đà gió, thời gian gió thổi độ sâu nước – Sử dụng phương pháp thống kê phân tích phổ • Các trường hợp: – Sóng phát triển hồn tồn (FAS, FDS) nước sâu – Sóng phát triển nước sâu với đà gió bị hạn chế – Sóng phát triển nước nơng với đà gió bị hạn chế 65 Đ7.6 Phõn b giú b mt Phõn b vận tốc gió lớp sát biên u( z) ⎛ z ⎞ = ln ⎜ ⎟ u* κ ⎝ z0 ⎠ • Ứng suất gió τ = ρ a u*2 = ρ a CdU102 • Chiều cao nhám z0 = c1 νa u* • Hệ số kéo Gió nhẹ (< m/s) z0 = ch u*2 g Gió mạnh Cd = f (U10 ) §7.7 Các đại lượng dùng để dự báo sóng • Độ cao sóng phi thứ ngun gH H% s = 2s UA gTp T%p = UA • Chu kỳ sóng phi thứ nguyên • Đà sóng phi thứ nguyên gF F% = UA • Thời gian phát triển phi thứ nguyên • Độ sâu nước phi thứ nguyên gt t% = UA gd d% = UA 66 §7.8 Sóng nước sâu phát triển hồn tồn • Phổ Pierson-Moskowitz cho trạng thái sóng phát triển hoàn toàn vùng nước sâu (Pierson Moskowitz, 1964) dựa vào 420 ghi số liệu sóng tàu từ 1955-1960 ⎡ ⎛ ⎞ α g2 g ⎢ −0.74 ⎜ exp E( f ) = ⎟ ⎢⎣ ( 2π ) f ⎝ 2π fU19.5 ⎠ • Vận tốc gió U19.5 = 1.075 ⋅ U10 • Chiều cao sóng H m = 0.0246 ⋅ U102 • Chu kỳ sóng Tp = 1.14 • Quan hệ chiều cao chu kỳ sóng ⎤ ⎥ ⎥⎦ 2π U19.5 g H m = 0.04 ⋅ Tp2 §7.9 Sóng nước sâu bị giới hạn đà gió • Phổ JONSWAP cho sóng trạng thái phát triển điều kiện đà gió bị giới hạn (Hasselmann et al, 1973) dựa vào số liệu sóng đo đạc dự án Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) ⎡ ⎛ f ⎞ ⎤ α g2 ⎢ exp −1.25 ⎜ ⎟ ⎥ γ ( f ) E( f ) = ⎜ f ⎟ ⎥ ⎢ π f ( ) ⎝ p⎠ ⎦ ⎣ • • γ: hệ số cải thiện đỉnh, làm cho đỉnh nhọn Chiều cao sóng H% = 1.6 ⋅10−3 ⋅ F% 0.5 • Chu kỳ sóng T%p = 0.286 ⋅ F% 0.33 • Thời gian phát triển t%F = 65.9 ⋅ F% • Quan hệ chiều cao, chu kỳ sóng thời gian phát triển S H% m = 8.033 ⋅10−5 ⋅ t% T%p = 5.95 ⋅10 −2 ⋅ t% 67 §7.10 Phương pháp CERC tính sóng nước sâu • Tính đà gió U = RT RLU10 F = ∑ Fi i =1 3° Điểm tính tốn F9 F8 F7 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 F1 F2 F3 F4 F5 F6 10 15 20 25 Vận tốc gió đất liền, U (m/s) Hướng gió Hệ số hiệu chỉnh vận tốc gió, RT U A = 0.71 ⋅ U 1.23 Hệ số hiệu chỉnh vận tốc gió, RL • Phương pháp CERC 1984 tính sóng nước sâu dựa phổ JONSWAP sử dụng vận tốc gió hiệu chỉnh 10 ⎛ ⎞7 • Chuyển vận tốc gió độ cao 10 m so với mặt biển U10 = U z ⎜ ⎟ ⎝ z ⎠ • Hiệu chỉnh gió 1.3 1.2 1.1 0.9 0.8 0.7 -20 -15 -10 -5 10 15 20 Chênh lệch nhiệt độ khơng khí nước biển, (Ta-Ts ) (°C) §7.10 Phương pháp CERC (tiếp) Bị hạn chế đà gió Phát triển hồn tồn • Chiều cao sóng H% S = 1.6 ⋅10−3 F% • Chu kỳ sóng T%p = 0.286 F% • Thời gian phát triển t%F = 68.8 F% • Đà gió hiệu dụng ⎛ t% ⎞ F%eff = ⎜ ⎟ ⎝ 68.8 ⎠ H% S = 0.243 T%p = 8.134 t%FAS = 7.15 ⋅104 • Quan hệ chiều cao chu kỳ sóng − 3 Tp = 9.8U A H S T%p = 20.9 H% S3 68 Đ7.11 Phng phỏp Krylov S dng cỏc tiêu chuẩn СНиП 2.06.04-82 “Tải trọng lực tác dụng lên cơng trình thuỷ lợi (do sóng, băng tàu)”, 22 TCN 222-95 Bộ Giao thông Vận tải, U QPTL C1-78 Bộ Thuỷ lợi (cũ) • Sử dụng tia cách góc cung Δθ (SNiP 2.06.04-82, sử dụng Δθ = 22.5°) F4 F3 F2 • Đà gió Fi = r (θi ) cos θ i • Độ cao sóng H = P π F1 ∑ H (U , F ) ΔE i F6 θ1 i i F5 θ/2 θ/2 { −2 H% m = 0.256 ⋅ − ⎡⎣1 + ⋅10−3 ⋅ F% 0.5 ⎤⎦ { • Chu kỳ sóng F7 P T%p = 7.745 ⋅ − ⎡⎣1 + ⋅10−3 ⋅ F% 0.5 ⎤⎦ } } −2 0.625 §7.11 Phương pháp Krylov (tiếp) • Độ cao sóng { } −2 H% m = 0.256 ⋅ − ⎡⎣1 + ⋅10−3 ⋅ F% 0.5 ⎤⎦ H P2 = ∑ H 02 (U , Fi ) ΔEi π • i Chu kỳ sóng { −2 T%p = 7.745 ⋅ − ⎡⎣1 + ⋅10−3 ⋅ F% 0.5 ⎤⎦ • Hướng sóng θ = } 0.625 ∑ H (U , F ) ΔE θ i i i i H P2 69 §7.12 Phương pháp SMB tính sóng nước sâu • Cơng thức SMB (Sverdrup-Munk-Bretschneider) • Chiều cao sóng H% S = 0.283 ⋅ ( 0.0125 ⋅ F% 0.42 ) T%p = 7.54 ⋅ ( 0.077 ⋅ F% 0.25 ) • Chu kỳ sóng • Thời gian phát triển ⎧⎪ ⎫⎪ 2 ⎡ ⎤ t%F = K ⋅ exp ⎨ A ( ln F% ) − B ln F% + C + D ln F% ⎬ ⎢ ⎦⎥ ⎪⎣ ⎩ ⎭⎪ Các hệ số K = 6.5882, A = 0.0161, B=0.3692, C=2.2024, D=0.8798 §7.13 Dự báo sóng nước nơng • Phổ TMA (Texel-Marsen-Arsloe) cho sóng vùng nước có độ sâu hạn chế (Bouws et al, 1985) E( f ) = ⎡ ⎛ f ⎞ ⎤ α g2 ⎢ exp − 1.25 ⎜⎜ ⎟⎟ ⎥ γ ( f ) Φ ( 2π ) f ⎢⎣ ⎝ f p ⎠ ⎥⎦ 70 Đ7.14 Cụng thc SMB tớnh súng nc nụng Cơng thức SMB (Sverdrup-Munk-Bretschneider) • Chiều cao sóng ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ ⎪ 0.00565 ⋅ F% ⎪ % % H S = 0.283 ⋅ ⎜ 0.530d ⎟ ⋅ ⎨ ⎬ ⎝ ⎠ ⎪ ⎛ 0.530d% ⎞ ⎪ ⎜ ⎟⎪ ⎪ ⎝ ⎠⎭ ⎩ • Chu kỳ sóng ⎧ ⎫ ⎪ % ⎪⎪ ⎛ ⎞ ⋅ 0.0379 F ⎪ T%p = 7.54 ⋅ ⎜ 0.833d% ⎟ ⋅ ⎨ ⎬ ⎝ ⎠ ⎪ ⎛ 0.833d% ⎞ ⎪ ⎜ ⎟⎪ ⎪ ⎝ ⎠⎭ ⎩ • Thời gian phát triển t%lim = 537 ⋅ T%p §7.15 Cơng thức Hurdle Stive (1989) tính sóng nước nơng • Chiều cao sóng ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ 4.3 ⋅10−5 ⋅ F% ⎪ ⎪ % % H m = 0.25 ⋅ ⎜ 0.6d ⎟ ⋅ ⎨ ⎬ ⎝ ⎠ ⎪ ⎛ 0.6d% ⎞ ⎪ ⎜ ⎟⎪ ⎪ • Chu kỳ sóng ⎝ ⎠⎭ ⎩ ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ 4.1 ⋅10−5 ⋅ F% ⎪ ⎪ % % Tp = 8.3 ⋅ ⎜ 0.76d ⎟ ⋅ ⎨ ⎬ ⎝ ⎠ ⎪ ⎛ 0.76d% ⎞ ⎪ ⎜ ⎟⎪ ⎪ ⎝ ⎠⎭ ⎩ • Thời gian phát triển t%lim = 537 ⋅ T%p 71 Đ7.16 Tớnh súng bóo theo CERC (1984) • Tính tốn sóng bão nước sâu Độ cao sóng α ⋅U f ⎛ R ⋅ ΔP ⎞ ⎧⎪ H s = 5.03 ⋅ exp ⎜ 0.29 + ⎨ ⎟ UR ⎝ 4700 ⎠ ⎪⎩ • Chu kỳ sóng • Các ký hiệu – R = Bán kính xuất vận tốc gió lớn (km) – ΔP = Độ giảm áp tâm bão (mmHg) – α = Hệ số phụ thuộc tốc độ di chuyển bão đà gió (α = cho bão di chuyển chậm) – Uf = Tốc độ di chuyển bão (m/s) – UR = Vận tốc gió ổn định lớn xuất R (m/s) ⎫⎪ ⎬ ⎭⎪ α ⋅U f ⎛ R ⋅ ΔP ⎞ ⎧⎪ Ts = 8.60 ⋅ exp ⎜ ⎟ ⎨1 + 0.145 UR ⎝ 9400 ⎠ ⎩⎪ ⎫⎪ ⎬ ⎭⎪ §7.16 Tính sóng bão theo CERC (1984) • UR = Vận tốc gió ổn định lớn xuất R (m/s) U R = 0.865 ⋅ U max + 0.5 ⋅ U f • Umax = Vận tốc gió gradient lớn độ cao 10 m so với mặt biển (m/s) U max = 0.447 ⎡⎣14.5 ⋅ ΔP − R ( 0.31 f ) ⎤⎦ f = 2ω sin ϕ • f = Hệ số Coriolis • ω = Vận tốc góc Trái Đất (1 vòng 23 56 phút 4.09 giây) (rad/h) ω= 2π = 0.2625 23.93 • φ = Vĩ độ địa lý (rad) 72 Đ7.16 Tớnh súng bóo theo CERC (1984) Độ cao sóng điểm tính tốn: Biểu đồ suy giảm độ cao sóng • Chu kỳ sóng điểm tính tốn Ts′ = 12.1 H s′ g §7.17 Tính sóng nước sâu bão theo Young (1988) • Sử dụng “đà gió tương tương” + bU maxU f + cU 2f + dU max + eU f + f ) F = ψ R′ ( aU max a = -2.175×10-3, b = 1.506×10-2, c = -1.223×10-1, d = 2.190ì10-1, e = 6.737ì10-1, f = 7.980ì10-1 Thụng s tỷ lệ ψ ψ = −0.015 ⋅ U max + 0.0431 ⋅ U f + 1.30 • Giá trị hiệu chỉnh R’ R′ = 22.5 × 103 ⋅ log e R 70.8 ì 103 a v phng phỏp phổ JONSWAP 73 §7.18 Ví dụ tính tốn sóng nước sâu (CERC, 1984) • • u cầu: Tính sóng nước sâu tạo từ gió U10 = 15 m/s thổi thời gian t = giờ, đà gió F = 100 km Bước 1: Tính vận tốc gió hiệu chỉnh: sử dụng RT=1.1 → vận tốc gió hiệu chỉnh UA = 20 m/s U A = 0.71 ⋅ ( RT U10 ) 1.23 = 0.71ì (1.1ì 15 ) 1.23 = 22.3 Bước 2: Tính thời gian gió thổi phi thứ nguyên t đà gió phi thứ nguyên F, với t [s],F [m] gt 9.81× × 3600 t% = = = 9492 UA 22.3 gF 9.81×100 × 103 F% = = = 1969 UA 22.32 • Bước 3: Tính chiều dài đà gió hiệu Feff 3 ⎛ t% ⎞ ⎛ 9492 ⎞ F%eff = ⎜ ⎟ = 1621 ⎟ =⎜ ⎝ 68.8 ⎠ ⎝ 68.8 ⎠ §7.18 Ví dụ tính tốn sóng nước sâu (CERC, 1984) • Bước 4: So sánh F Feff Vì F > Feff → sóng bị giới hạn thời gian gió thổi, sử dụng Feff để tính tốn F% ⇐ F%eff = 1621 • Bước 5: Tính Hs, Tp H% s = 1.6 ⋅10−3 F% = 1.6 × 10−3 × 1621 = 0.064 T%p = 0.286 F% = 0.286 × 1621 = 3.36 • Bước 6: So sánh Hs,Tp với Hs, Tp FAS Vì Hs = 0.064 < 0.243, Tp = 3.36 < 8.134 → sóng chưa phát triển hồn tồn (bị hạn chế đà gió) • Bước 7: Tính Hs Tp Hs = H% sU A2 0.064 × 22.32 = = 3.27 9.81 g Tp = T%pU A g = 3.36 ì 22.3 = 7.6 9.81 74 Đ7.19 Ví dụ tính tốn sóng nước nơng (CERC, 1984) • • u cầu: Tính tốn sóng tạo từ gió U10 = 15 m/s, thời gian thổi t = giờ, đà gió F = 100 km, độ sâu nước d = 15 m Bước 1: Tính vận tốc gió hiệu chỉnh với RT=1.1 → UA = 20 m/s U A = 0.71 ⋅ ( RT U10 ) 1.23 • = 0.71× (1.1× 15 ) 1.23 = 22.3 Bước 2: Tính độ sâu phi thứ ngun, thời gian gió thổi phi thứ nguyên t, đà gió phi thứ nguyên F, sử dụng t [s], F [m] gd 9.81× 15 d% = = = 0.295 UA 22.32 gt 9.81× × 3600 t% = = = 9492 UA 22.3 gF 9.81×100 ×103 F% = = = 1969 UA 22.32 §7.19 Ví dụ tính tốn sóng nước nơng (CERC, 1984) • Bước 3: Tính đại lượng trung gian • Bước 4: Tính đà gió hiệu Feff 3 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ d1 = ⎜ 0.530 ⋅ d% ⎟ = ⎜ 0.530 × 0.295 ⎟ = 0.209 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ d = ⎜ 0.833 ⋅ d% ⎟ = ⎜ 0.833 × 0.2958 ⎟ = 0.483 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 3 ⎧ ⎫ ⎡ % ⎞ ⎤ d2 ⎪ t ⎛ ⎪ % ⎢ ⎥ Feff = ⎨atanh ⎬ ⎢ 7.54 ⋅ d ⎜⎝ 537 ⎟⎠ ⎥ 0.0379 ⎪ ⎪ ⎣ ⎦ ⎩ ⎭ 3 ⎧ ⎫ ⎡ ⎤ 9492 0.483 ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ ⎥ = ⎨atanh ⎢ ⎬ = 10858 ⎢ 7.54 × 0.483 ⎜⎝ 537 ⎟⎠ ⎥ 0.0379 ⎪ ⎪⎩ ⎣ ⎦ ⎭ • Bước 5: So sánh F Feff Vì F < Feff → sóng khơng bị giới hạn thời gian gió thổi Dùng F để tính tốn 75 §7.19 Ví dụ tính tốn sóng nước nơng (CERC, 1984) • Bước 6: Tính Hs Tp ⎛ % 0.00565 ⋅ F H% s = 0.283 ⋅ d1 ⋅ ⎜ ⎜ d1 ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎛ 0.00565 × 1969 ⎞ = 0.283 × 0.209 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 0.049 0.209 ⎝ ⎠ ⎛ %3 0.0379 F ⋅ ⎜ T%p = 7.54 ⋅ d ⋅ ⎜ d2 ⎜ ⎝ • Bước 7: Tính Hs Tp Hs = ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎛ 0.0379 × 1969 ⎞ = 7.54 × 0.483 × ⎜⎜ ⎟⎟ = 2.75 0.483 ⎝ ⎠ H% sU A2 0.049 × 22.32 = = 2.51 9.81 g Tp = T%pU A g = 2.75 × 22.3 = 6.3 9.81 §7.20 Ví dụ tính tốn sóng nước sâu bão (CERC, 1984) • • u cầu: Tính sóng lớn bão vĩ tuyến 17º, áp suất tâm bão P0 = 940 mbar, bán kính gió lớn R = 50 km, tốc độ di chuyển bão Uf = 50 km/giờ Cho α = 1, áp suất vùng khơng có bão Pn = 1013.25 mbar Bước 1: Tính hệ số Coriolis f f = 2ω sin ϕ = × 0.2625 × sin (17 × 3.14 /180 ) = 0.1535 • Bước 2: Tính độ giảm áp tâm bão theo mmHg ΔP = Pn − P0 = • Bước 3: Đổi vận tốc di chuyển bão từ km/giờ sang m/s Uf = • 1013.25 − 940 = 55 1.333224 50 × 1000 = 13.89 3600 Bước 4: Tính vận tốc gió gradient lớn cách tâm bão bán kính R U max = 0.447 ⎡⎣14.5 ⋅ ΔP − R ( 0.31 f ) ⎤⎦ ( ) = 0.447 × 14.5 × 55 − 50 ì 0.31ì 0.1535 = 47.0 76 Đ7.20 Vớ d tính tốn sóng nước sâu bão (CERC, 1984) • Bước 5: Tính vận tốc gió ổn định lớn xuất bão bán kính R U R = 0.865 ⋅ U max + 0.5 ⋅ U f = 0.865 × 47.0 + 0.5 × 13.89 = 47.60 • Bước 6: Độ cao sóng có nghĩa chu kỳ sóng có nghĩa vùng nước sâu xuất vận tốc gió lớn 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 ⎠ ⎩ α ⋅U f ⎫⎪ ⎛ R ⋅ ΔP ⎞ ⎧⎪ Ts = 8.60 ⋅ exp ⎜ ⎬ ⎟ ⎨1 + 0.145 U R ⎪⎭ ⎝ 9400 ⎠ ⎪⎩ 1×13.89 ⎫ ⎛ 50 × 55 ⎞ ⎧ = 8.60 × exp ⎜ ⎬ = 14.89 ⎟ ⎨1 + 0.145 47.60 ⎭ ⎝ 9400 ⎠ ⎩ §7.21 Ví dụ tính tốn sóng nước sâu bão (Young, 1988) • • u cầu: Tính sóng nước sâu lớn bão theo phương pháp Young (1988) Bước 1: Tính thơng số tỷ lệ ψ • Bước 2: Tính bán kính hiệu chỉnh R’ ψ = −0.015 ⋅U max + 0.0431⋅U f + 1.30 = −0.015 × 47.0 + 0.0431×13.89 + 1.30 = 1.1935 R′ = 22.5 ×103 ⋅ log e R − 70.8 × 103 = 22.5 × 103 × log e ( 50 × 1000 ) 70.8 ì 103 = 172645 Bc 3: Tớnh đà gió tương tương F + bU maxU f + cU 2f + dU max + eU f + f ) F = ψ R′ ( aU max =1.1935 × 172645 × (-2.175 × 10−3 × 47.02 +1.506 × 10−2 × 47.0 × 13.89-1.223 × 10−1 × 13.892 +2.190 × 10−1 × 47.0+6.737 × 10−1 × 13.89+7.98 × 10−1 )=388091 77 §7.21 Ví dụ tính tốn sóng nước sâu bão (Young, 1988) • Bước 4: Tính đà gió phi thứ nguyên F gF 9.81× 388091 F% = = = 1723 U max 47.02 • Bước 5: Tính Hs Tp H% s = 1.6 ⋅10−3 F% = 1.6 × 10−3 × 1723 = 0.066 T%p = 0.286 F% = 0.286 × 1723 = 3.43 • Bước 6: Tính Hs Tp từ H% sU max 0.066 × 47.02 = = 14.96 9.81 g T% U 3.43 × 47.0 Tp = p max = = 16.4 g 9.81 Hs = 78 ... a) Sóng dài (p) (u) b) Sóng ngắn Bản ghi đo đạc sóng: Giản đồ sóng ký §1.3 Các khái niệm • • • • • • • Ngọn sóng (lưng sóng) Bụng sóng Đỉnh sóng (đầu sóng) Chân sóng Biên độ sóng: a Độ cao sóng: ... loại sóng khác Dạng sóng Cơ chế vật lý thành tạo Chu kỳ Sóng sức căng mặt ngồi Sức căng mặt ngồi < 10-1 s Sóng gió Ứng suất cắt gió, trọng lực < 15 s Sóng lừng Sóng gió < 30 s Sóng đập Nhóm sóng. .. Chu kỳ 10-5 10-4 Sóng triều thơng thường (T cố định) Loại sóng 10-3 24h 12h 10-2 phút Sóng chu kỳ dài Sóng trọng lực 10-1 25s 10 1s 0.1s Sóng gió Sóng mao dẫn §1.2 Phân loại sóng biển Bảng 1.1:

Ngày đăng: 27/03/2019, 11:32

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan