Lựa chọn vị trí đặt kết cấu ngầm trên thềm đảo nổi xa bờ

Bài viết Lựa chọn vị trí đặt kết cấu ngầm trên thềm đảo nổi xa bờ trình bày các nội dung: Truyền sóng trên thềm đảo; Lựa chọn vị trí đặt kết cấu ngầm. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Sóng nước sâu khi truyền đến đỉnh vách dốc đứng sẽ trải qua các quá trình biến hình phức tạp làm phổ sóng biến đổi, từ hình dạng nhọn sang dạng bẹt hơn.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 LỰA CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT KẾT CẤU NGẦM TRÊN THỀM ĐẢO NỔI XA BỜ Phạm Thị Thúy1, Lê Hải Trung2, Trần Thanh Tùng2 Trường Đại học Thủy lợi Đại học kỹ thuật Lê Quý Đôn, email: thuy39vtl@gmail.com 2Trường Đại học Thủy lợi GIỚI THIỆU CHUNG Đảo san hô xa bờ đối tượng nghiên cứu có tính đặc thù, hồn tồn khác biệt so với dạng rạn viền bờ, rạn chắn bờ Đảo san hô xa bờ tạo thành từ khối núi ngầm độ sâu mực nước lớn, 1000 tới 1500 m Trên bề mặt khối núi hình thành phận nhơ lên khỏi mặt nước thủy triều lên cao gọi lõi đảo Thềm san hô xung quanh mở rộng với diện tích lớn gấp nhiều lần phần Ngồi thềm san hô vách dốc đứng, ăn xuống biển sâu Để bảo vệ bờ cho phần lõi đảo, công trình kè xây dựng với kết cấu tường bê tông trọng lực Sau xây kè, hoạt động người mà có nhiều nơi quần thể sinh vật thềm đảo không bảo vệ, trình phá hủy san hơ xảy ra, xói lở ngày nghiêm trọng Trên thềm san hô, số doi cát hình thành cách tự nhiên khơng cố định mà có xu di chuyển (một phần) xung quanh lõi đảo tùy theo mùa sóng gió Bên cạnh đó, đảo san hơ xa bờ nằm khu vực có chế thủy động lực phức tạp, thường xuyên chịu tác động bão, áp thấp nhiệt đới Với mục đích tăng khả chống xói lở cho bờ, góp phần tơn tạo, mở rộng bãi đảo tạo môi trường thuận lợi cho san hô sinh vật biển sinh trưởng phát triển cần giải pháp cơng trình u cầu giải pháp phải có tính linh động, có khả di chuyển bố trí khu vực khác trường hợp cần thiết Giải pháp kiến nghị kết cấu ngầm đặt thềm đảo Xác định vị trí đặt kết cấu ngầm thềm đảo cho phát huy hiệu tối ưu giải pháp công việc cần thiết Nội dung thực thơng qua kết thử nghiệm thí nghiệm mơ hình vật lý trình bày phần THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH VẬT LÝ 2.1 Các điều kiện nguyên hình - Địa hình nguyên hình lựa chọn đưa vào thí nghiệm sau: phần lõi đảo mức độ cao: +4m; phần thềm san hô rộng trung bình 300-1000m tương đối phẳng; vách dốc đứng (fore-reef slope) 1/5, [1] - Độ sâu mực nước thềm dao động theo địa hình thềm thủy triều Trung bình mực nước thềm từ 2-4.0m [1] - Điều kiện sóng: Sóng khí hậu với hướng sóng chủ đạo Đơng Bắc Bắc có chiều cao chu kỳ Hs = 2.0-2.5m sóng cực trị lên tới 10m [1] 2.2 Điều kiện máng sóng thí nghiệm Thí nghiệm thực máng sóng thuộc Phịng Thí nghiệm Thủy lực tổng hợp Trường Đại học Thủy lợi Máng có chiều dài tổng 50m, chiều cao 1.2m chiều rộng 1m Máng tạo sóng sóng ngẫu nhiên theo số dạng phổ sóng phổ biến phổ JONSWAP hay PeirsionMoskowitz (PM) với chiều cao sóng ngẫu nhiên tối đa tạo máng 0.3m chu kỳ 3s 2.3 Phương án thí nghiệm Căn vào điều kiện ngun hình lực máng sóng thí nghiệm, tỉ lệ mơ hình thí nghiệm lựa chọn 1/40; 1/20 1/15 Thí nghiệm thực với 16 kịch 196 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Bảng Sơ đồ bố trí thí nghiệm sơ họa Hình Bảng Các kịch thử nghiệm Tỉ lệ 1/40 Bản sóng 1/20 1/15 Mơ hình T D Hs (cm) (s) (cm) 1.2 5.0 10 1.4 7.5 15 1.6 10 20 1.8 20 2.0 20.0 20 2.1 26.5 Nguyên hình T D Hs (s) (cm) (m) 4.65 5.42 6.20 7.75 4.4 6.97 3.3 6.97 P1 Sóng ngẫu nhiên P2 Các tham số đo đạc trực tiếp từ thí nghiệm chiều cao sóng chu kỳ sóng Đối với vùng nước sâu chiều cao sóng xác định chiều cao sóng ý nghĩa Hs chu kỳ sóng Tp xác đinh vị trí đỉnh phổ sóng biên nước sâu Đối với vùng nước nông thềm lúc thay sử dụng chiều cao sóng Hs chu kỳ Tp người ta thường dùng chiều cao sóng mơ men Hmo chu kỳ phổ sóng đặc trưng Tm-1,0 [2] Hệ số truyền sóng Kt-S-D tỷ số chiều cao sóng nước nơng thềm Hs,S chiều H s,S cao sóng nước sâu Hs,D: Kt_S_D = H s,D P3 P4 P5 P6 Hình Sơ đồ thiết kế thí nghiệm bố trí thiết bị đo đạc KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Truyền sóng thềm đảo Sóng nước sâu truyền lên đảo gặp vách dốc đứng, sóng bị vỡ đột ngột, lượng chiều cao sóng giảm mạnh Sóng truyền chia thành hai khu vực: vùng sóng vỡ vách dốc đứng (năng lượng sóng bị tiêu tán suy giảm đột ngột độ sâu) vùng phía sau khu vực vách dốc đứng (năng lượng sóng bị tiêu tán ma sát với thềm san hơ) [2] Hệ số truyền sóng Kt_S_D thềm đảo có xu hướng giảm dần theo hướng từ khu vực sóng vỡ lân cận vách dốc đứng vào đến lõi đảo nhiều đỉnh với giá trị mật độ lượng phổ sóng chênh lệch Sóng có xu hướng phát triển nơi có tần số thấp (sóng dài hơn) Kết cho thấy, sóng dài phát triển kịch mực nước thấp, mực nước, sóng tới lớn sóng thứ cấp có chu kỳ dài a) Sóng nước sâu b) Sóng thềm đầu đo P5 Hình Sóng vỡ vách dốc đứng Phổ sóng có thay đổi q trình sóng truyền lên đảo Phổ sóng khu vực nước sâu xuất đỉnh nhọn, sóng hình thành thềm sóng thứ cấp, phổ sóng có xu bị biến dạng, hình dạng bẹt hơn, xuất Hình Kết phổ sóng đo đạc từ thí nghiệm ứng với độ sâu mực nước 7.5cm; chiều cao sóng nước sâu 10cm chu kỳ 1.4s 197 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 3.2 Lựa chọn vị trí đặt kết cấu ngầm Kết thí nghiệm sóng truyền thềm với kịch Hình 4: Trong trục tung biểu thị hệ số truyền sóng Kt_S_D; trục hồnh khoảng cách tương đối từ đỉnh rạn đến điểm đặt đầu đo sóng (X) bề rộng thềm (B) Hình Hệ số truyền sóng theo khoảng cách thềm với kịch Việc lựa chọn vị trí đặt kết cấu ngầm xem xét vào mục đích khai thác, sử dụng bãi biển cần bảo vệ Nếu vị trí xây dựng gần bờ bờ lõi đảo bị xói mạnh bờ đảo bị sụt lún; Khi đặt xa bờ hiệu giảm sóng cơng trình khơng cao Theo tài liệu tham khảo, khoảng cách bờ kết cấu ngầm nên khoảng 1-1,5 lần chiều dài sóng nước sâu Đối với tốn sóng truyền thềm đảo, sóng nước sâu trải qua trình biến hình phức tạp Từ kết truyền sóng Hình cho thấy sóng nước sâu (tại P1) gặp vách dốc đứng sóng bị vỡ, tổn thất lượng cục vị trí lân cận đỉnh dốc làm lượng chiều cao sóng giảm nhanh (tại P2) Sóng thứ cấp sau hình thành tiếp tục truyền vào bờ Lúc đầu hình thành sóng cịn chưa ổn định (tại P3), ma sát với đáy, lượng chiều cao sóng thứ cấp tiếp tục giảm chậm sau dần ổn định vị trí P4, P5 Sóng tiếp tục tiến vào bờ, lúc ma sát đáy, ảnh hưởng đáng kể sóng phản xạ từ bờ tới sóng truyền làm cho sóng truyền bị ổn định Kết chiều cao sóng tổng sau khơng cịn ổn định mà lại tăng lên Với 03 tỉ lệ thử nghiệm 1/40; 1/20 1/15, vị trí X/B ≥ 0,5 sóng thứ cấp sau hình thành ổn định Như vậy, mặt thủy động lực vị trí đặt kết cấu ngầm vị trí X/B  0,5 Tuy nhiên sóng thứ cấp sau tiến đến gần bờ đảo bị ảnh hưởng mạnh phản xạ từ bờ đảo, bờ đảo cơng trình cứng, độ dốc lớn, phản xạ lớn Dòng phản hồi từ bờ đảo tương tác với sóng truyền, với kết cấu ngầm làm tăng chiều cao sóng, tăng dịng chảy, gây xói lở cục sụt lún bờ Với tất kịch bản, P6 (X/B0,7) cho thấy Hmo6 > Hm05 Do kết cấu ngầm không nên đặt gần bờ đảo KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu cho thấy: - Sóng nước sâu truyền đến đỉnh vách dốc đứng trải qua trình biến hình phức tạp làm phổ sóng biến đổi, từ hình dạng nhọn sang dạng bẹt Sóng thứ cấp thềm đảo có chiều cao giảm chu kỳ sóng dài - Đặc điểm sóng truyền đảo: Sóng bị vỡ, chiều cao sóng giảm mạnh lân cận đỉnh vách dốc, sóng thứ cấp hình thành truyền thềm đảo đến vị trí khoảng nửa chiều dài thềm sóng thứ cấp ổn định, truyền đến gần bờ đảo, sóng thứ cấp lại có xu bị ổn định ảnh hưởng phản xạ sóng từ bờ - Vị trí kiến nghị đặt kết cấu ngầm 0,5 ≤ X/B ≤ 0,7 - Vị trí đặt kết cấu ngầm kiến nghị áp dụng cho thềm đảo có bề rộng đủ lớn (trung bình 300m - 1000m) Khi đảo có thềm hẹp, sóng sau bị vỡ vách dốc đứng khơng có đủ chiều dài để ổn định, kiến nghị không phù hợp Trong trường hợp phải sử dụng giải pháp khác (cơng trình giảm sóng đặt khu sóng vỡ ), cần nghiên cứu thêm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thị Thúy, "Tiểu luận tổng quan q trình truyền sóng qua rạn ngầm nhân tạo thềm đảo xa bờ," Hà Nội, 2021 [2] Thiều Quang Tuấn, Đinh Quang Cường "Wave Transmission Across Steep Submerged Reefs," International Conference on Asian and Pacific Coasts (APAC 2019) Springer, Singapore, pp 687-694, 2019 198 ... dài thềm sóng thứ cấp ổn định, truyền đến gần bờ đảo, sóng thứ cấp lại có xu bị ổn định ảnh hưởng phản xạ sóng từ bờ - Vị trí kiến nghị đặt kết cấu ngầm 0,5 ≤ X/B ≤ 0,7 - Vị trí đặt kết cấu ngầm. .. vị trí đặt kết cấu ngầm vị trí X/B  0,5 Tuy nhiên sóng thứ cấp sau tiến đến gần bờ đảo bị ảnh hưởng mạnh phản xạ từ bờ đảo, bờ đảo cơng trình cứng, độ dốc lớn, phản xạ lớn Dịng phản hồi từ bờ. .. thềm (B) Hình Hệ số truyền sóng theo khoảng cách thềm với kịch Việc lựa chọn vị trí đặt kết cấu ngầm xem xét vào mục đích khai thác, sử dụng bãi biển cần bảo vệ Nếu vị trí xây dựng q gần bờ bờ