Bài viết Xác định điều kiện biên cho bố trí không gian giải pháp tôn tạo đảo nổi thuộc QĐTS nghiên cứu, xác định các đặc trưng như mực nước, chiều cao sóng ý nghĩa, chu kì sóng, hướng sóng chủ đạo ở một trong những đảo nổi thuộc Quần đảo Trường Sa.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN BIÊN CHO BỐ TRÍ KHÔNG GIAN GIẢI PHÁP TÔN TẠO ĐẢO NỔI THUỘC QĐTS Nguyễn Quang Chiến1, Lê Hải Trung1 Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenquangchien@gmail.com GIỚI THIỆU Các đảo san hơ ngồi khơi Biển Đơng vừa có giá trị tài nguyên thiên nhiên, cảnh quan vừa có ý nghĩa chiến lược an ninh quốc phòng Các đảo có diện tích nhỏ, 0,1 tới 0,5km2 Do đó, việc tơn tạo mở rộng bãi quanh đảo nhu cầu cấp thiết quan tâm nghiên cứu Để phát huy hiệu làm việc, giải pháp tơn tạo cần bố trí khơng gian hợp lí thiết kế ổn định kết cấu Trong đó, qui luật diễn biến hình thái, tham số địa hình, tham số thủy động lực, tham số môi trường sinh thái đảo quan trọng cần nghiên cứu tỉ mỉ Bài báo nhằm nghiên cứu, xác định đặc trưng mực nước, chiều cao sóng ý nghĩa, chu kì sóng, hướng sóng chủ đạo đảo thuộc Quần đảo Trường Sa (QĐTS) Đây điều kiện thủy động lực phục vụ bố trí khơng gian bãi đảo giải pháp chỉnh trị, mở rộng đảo Số liệu sóng trích lấy từ sở liệu mơ hình sóng WaveWatch III (NOAA) vị trí 11,5° Bắc, 115,5° Đông thời đoạn 2011-2015 Thống kê sóng theo thángcho thấy tháng XI, XII I có hoạt động sóng mạnh mẽ Hướng sóng chủ đạo Đông Bắc Bắc với chiều cao sóng vượt 4,5m Đây vùng nước sâu sóng bị vỡ Hình thể hoa sóng điển hình tháng XII ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN & SỐ LIỆU Đảo nghiên cứu nằm vùng lòng trũng Biển Đơng, xa đất liền Phần đảo có kích thước khoảng 100m × 500m; phần thềm san hơ quanh đảo có bề rộng trung bình 500m Bãi đảo dự kiến tơn tạo có đường bờ theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Tác động thuỷ triều không đáng kể Đảo chưa có trạm hải văn việc triển khai thiết bị khảo sát không thực thường xuyên khó khăn mặt địa lí, kĩ thuật Hình Hoa sóng vùng ngồi khơi, trung bình cho tháng XII thời đoạn 2011-2015 Địa hình đáy biển khu vực quanh đảo khảo sát phạm vi 300 ha, lập thành bình đồ tỉ lệ 1/2000 Đây sở để trích xuất mặt cắt đáy biển bãi đảo phục vụ tính truyền sóng Mặt cắt dài 700 m Từ bờ đảo, vùng thềm nằm ngang rộng 500 m cao độ m tiếp sườn dốc 1/25, nối với đáy biển 750 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 TÍNH TỐN Ta cần ước tính thơng số hải văn thiết kế để đảm bảo giải pháp hoạt động hiệu quả, tôn tạo mở rộng bãi đảo Để đặc trưng cho hoạt động ổn định giải pháp, điều kiện hải văn cần chọn cho biến động dài hạn bãi biển thay biến trình hải văn đại lượng đặc trưng không đổi mực nước, chiều cao sóng ý nghĩa, chu kì sóng, hướng sóng chủ đạo 30 H s (2) 1,56 Kết tính tốn cho thấy hai hướng sóng chủ đạo Đơng Bắc Bắc có chiều cao sóng địa mạo 2,00 m 2,60m (với chu kì tương ứng 6,20s 7,07s) chọn làm điển hình Sóng Đơng Bắc có chiều cao nhỏ vượt trội số lần xuất Tp 3.1 Mực nước Để đặc trưng cho tuổi thọ cơng trình, ta chọn mực nước trung bình nhiều năm đảo cho điều kiện biên để tính tốn, tức +0,0m 3.2 Vùng nước sâu Số liệu cho thấy hai mùa sóng rõ rệt với thời gian trì dài gần nhau: mùa đơng có sóng mạnh từ hướng Đơng Bắc, mùa hè sóng từ hướng Tây, yếu Theo ngun tắc sóng lớn có vai trị đặc biệt quan trọng đến vận chuyển bùn cát diễn biến bờ biển (De Vriend nnk, 1993), ta tính chiều cao sóng địa mạo, Hmor Chiều cao sóng tương đương với chuỗi chiều cao sóng với tác động tương đương phương diện biến đổi hình thái bờ biển dài hạn: Pi H i2.5 2.5 H mor (1) Pi Hi (m) chiều cao sóng ý nghĩa cấp sóng thứ i; Pi (%) tần suất xảy cấp sóng Dựa số liệu sóng thống kê theo hướng với cấp sóng cách 0,5m, ta áp dụng cơng thức (1) để tính chiều cao sóng địa mạo cho hướng riêng Chu kì sóng tính dựa tương quan phi tuyến Hs ~ Tp tổng hợp từ số liệu WaveWatch, Hình Độ dốc sóng nước sâu, Hs / 1,56Tp2 khoảng từ 1:25 đến 1:100 Như vậy, số liệu sóng thu từ WaveWatch có xu hướng thoải Ta chọn giá trị độ dốc điển hình sóng nước sâu (Sop) 1:30 để tính Tp Hình Liên hệ chiều cao (trục tung) chu kì sóng đỉnh phổ (trục hồnh) 3.3 Đặc trưng sóng thiết kế Chương trình phần mềm Wadibe (Thiều Quang Tuấn, 2015) sử dụng để tính truyền sóng từ vùng nước nơng vào nước sâu với điều kiện biên Bảng Bảng Điều kiện biên tính truyền sóng Đặc trưng Hrms[m] Tp[s] Góc hướng sóng Sop[-] Bắc 2,83 6,20 0° 0,033 Đông Bắc 3,68 7,07 45° 0,033 Tính tốn cho hai hướng có điều kiện gồm mực nước = 0,0 m,độ dốc mặt sóng vỡ β0 = 0,1; hệ số tiêu tán lượng α = 1; hệ số ma sátf = 0,106 Hệ số ma sát đáy f chọn vùng đáy biển san hô, dựa nghiên cứu Lowe nnk (2005) quy đổi công thức dùng Wadibe Chỉ số sóng vỡ γb lấy theo cơng thức Battjes & Janssen (1978) Bước lưới tính tốn Δx = m có hiệu chỉnh độ sâu tính tốn (Roelvink, 1995) với n = 0,50 p = 0,80 xét đến sóng dềnh 751 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Kết sau chạy Wadibe cho biểu đồ suy giảm sóng, Hình Ở đoạn tiếp giáp thềm bãi, khoảng cách ngang bờ X = 500m đến 700m, chiều cao sóng giảm mạnh Hướng Đơng Bắc, sóng giảm từ 2,35 xuống 0,6m; hướng Bắc, 2,85 xuống 0,45m Do hiệu ứng khúc xạ mà sóng tới xiên góc, từ hướng Bắc, có chiều cao nhỏ vào thềm san hơ Chỉ số sóng vỡ γ = Hb/hb ~ 0,8 giá trị tương đối lớn sóng vỡ sườn (vị trí X~700m) phần dốc trước xâm nhập vào thềm san hơ Lưu ý, đường bờ xem xét có hướng Tây Bắc – Đông Nam Giải pháp tôn tạo dự kiến đặt thềm san hơ nên chiều cao sóng thiết kế lấy mép ngồi thềm Hs = 0,85m sóng Đơng Bắc hay 0,65m - sóng Bắc Chu kì sóng giữ ngun 6,20s 7,07s Trong hai trường hợp,sóng tới coi trực diện với bờ (góc sóng tới = 0°) Hrms (m) MNT Mat cat bai -2 -4 Z (m) -6 -8 -10 -12 100 200 300 400 500 600 700 Khoang cach ve phia bien Xb (m) Hình Phân bố chiều cao sóng ngang bờ trường hợp sóng Bắc Trục hồnh: khoảng cách từ bờ [m], trái qua phải; trục tung: cao độ đáy chiều cao sóng [m] pháp với tổ hợp tải trọng cực hạn tần suất thiết kế cần xác định trước tương ứng với đặc trưng sóng.Tuỳ vào u cầu dạng cơng trình mà ta tính thêm tham số số tương tự sóng vỡ Iribarren hay vận tốc quỹ đạo phần tử nước sát đáy, để tính khả xói lở chân cơng trình Cũng cần lưu ý độ nhám đáy biển biến đổi phức tạp có san hô sinh trưởng mức độ khác Số liệu quan trắc cần thiết để xác thực giá trị tham số tính tốn Ngồi ra, đảo thường có kích thước nhỏ với đường bờ cong lớn, dẫn tới khúc xạ sóng mạnh Do đó,ta phải dùng mơ Hình chiều để mơ trường sóng khu vực (Woodroffe, 2001) Tóm lại, báo tính tốn thiết lập tham số thủy động lực phục vụ bố trí mặt giải pháp tôn tạo, mở rộng bãi cho đảo thuộc QĐTS Cùng với việc hiểu rõ quy luật vận chuyển trầm tích,thay đổi bãi đảo theo mùa, giải pháp cơng nghệ thích hợp nghiên cứu đề xuất thiết kế Sự mở rộng bãi đảo góp phần quan trọng đáp ứng nhu cầu mặt hoạt động phát triển kinh tế - xã hội an ninh quốc phòng đảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Khi sóng truyền đến nước nông, ứng suất phát xạ gây nước dềnh Độ dốc mặt nước tỉ lệ thuận với độ dốc đáy theo hệ số 1/(1+8/3γ2) ≈ 0,19 Nước dềnh cao vùng thềm san hô với mực nước 0,34 m (sóng Đơng Bắc) 0,36m (sóng Bắc) Đây mực nước điển hình để tính tốn bố trí giải pháp vùng thềm san hơ NHẬN XÉT, KẾT LUẬN Quy trình tính tốn áp dụng cách linh hoạt cho yêu cầu khác Chẳng hạn, thiết kế kết cấu giải [1] Battjes, J.& Janssen, P., 1978 Energy loss and set-up due to breaking of random waves.Proc.16th Int Conf Coast Eng Hamburg, 569 - 587 [2] De Vriend, H.J., Capobianco, M.& nnk., 1993 Approaches to long-term modelling of coastal morphology: A review Coastal Engineering, 21, 225-269 [3] Lowe, R.J., Falter, J.L., &nnk., 2005 Spectral wave dissipation over a barrier reef.Journal of Geophysical Research110, C04001 [4] Thiều Q Tuấn, 2015 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Wadibe [5] Woodroffe, C.D., 2001 Coasts: Form, Processes and Evolution Cambridge University Press 752 ... thông số hải văn thiết kế để đảm bảo giải pháp hoạt động hiệu quả, tôn tạo mở rộng bãi đảo Để đặc trưng cho hoạt động ổn định giải pháp, điều kiện hải văn cần chọn cho biến động dài hạn bãi biển thay... số thủy động lực phục vụ bố trí mặt giải pháp tơn tạo, mở rộng bãi cho đảo thuộc QĐTS Cùng với việc hiểu rõ quy luật vận chuyển trầm tích,thay đổi bãi đảo theo mùa, giải pháp cơng nghệ thích hợp... với điều kiện biên Bảng Bảng Điều kiện biên tính truyền sóng Đặc trưng Hrms[m] Tp[s] Góc hướng sóng Sop[-] Bắc 2,83 6,20 0° 0,033 Đơng Bắc 3,68 7,07 45° 0,033 Tính tốn cho hai hướng có điều kiện