Bài viết Mô hình toán đánh giá hiệu quả giảm sóng của hàng rào tre trình bày kết quả nghiên cứu mô phỏng quá trình truyền sóng qua rào bằng mô hình số COBRAS-UC với mục tiêu tìm hiểu và đánh giá mức độ chi phối của các tham số hình học và kết cấu rào như chiều cao, bề rộng và độ rỗng của lớp nhét cành cây.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 MƠ HÌNH TỐN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA HÀNG RÀO TRE Thiều Quang Tuấn1 , Mai Trọng Luân2 Khoa Kỹ thuật Biển - Trường Đại học Thủy lợi, email: Tuan.T.Q@tlu.edu.vn Viện Sinh thái bảo vệ cơng trình - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam GIỚI THIỆU Hàng rào làm từ bó cành thân sẵn có địa phương tre, tràm (sau gọi chung hàng rào tre) sử dụng phổ biến giải pháp giảm sóng, gây bồi nhằm hỗ trợ trồng tái sinh rừng ngập mặn nơi thích hợp Tuy nhiên cịn nghiên cứu q trình truyền sóng hiệu giảm sóng loại hàng rào [1] Bài báo trình bày kết nghiên cứu mơ q trình truyền sóng qua rào mơ hình số COBRAS-UC với mục tiêu tìm hiểu đánh giá mức độ chi phối tham số hình học kết cấu rào chiều cao, bề rộng độ rỗng lớp nhét cành cách hàng rào từ 10 - 15m (tham khảo thêm [1] chi tiết mơ hình trường) STA-1 STA-5 STA-2 Hình Mơ hình trường Nhà Mát Liệt số liệu sóng lựa chọn cho kiểm định hiệu chỉnh mơ nêu Bảng sóng tới trước rào có chiều cao đủ lớn (> 0.4m) góc sóng tới nhỏ (vng góc với rào) Có thể thấy hệ số truyền sóng Kt có giá trị tương đồng (Kt = 0.60 ~ 0.8 cho Rc/Hs = 1.0 ~ 1.0) với kết đo trường Sóc THIẾT LẬP VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH Trăng tiến hành khn khổ dự án COBRAS-UC GIZ (Đức) hàng rào có dạng cấu tạo Mơ hình COBRAS-UC máng sóng số hình học kết cấu họ RANS-VOF, nghiên cứu phát Bảng Các trường hợp kiểm định triển từ năm 1999 Trường đại học Cornell Mỹ Mô hình có khả mơ tương Kịch B Hs,i Hs,t d Kt tác sóng với cơng trình với tính (m) (m) (m) (m) (-) tương tự máng sóng vật lý 0.80 0.49 0.3 0.81 0.61 Với tốn sóng truyền qua hàng rào tre, B80d081 0.80 0.43 0.35 1.58 0.81 nghiên cứu sử dụng kết đo đạc B80d158 trường sóng truyền Bạc Liêu B120d158 1.20 0.48 0.4 1.58 0.81 đợt gió mùa Đơng Bắc từ 29/12/2016B120d128 1.20 0.47 0.31 1.28 0.66 06/01/2017 vị trí STA-2 (xem Hình 1) Ba loại hàng rào với bề rộng khác B = 0.80, B160d103 1.60 0.43 0.26 1.03 0.60 1.20 1.60m với chiều cao rào H B160d143 1.60 0.43 0.34 1.43 0.79 = 145cm (kể từ đáy) thử nghiệm Trong Bảng Hs,i Hs,t chiều Chiều cao sóng đo đạc phía trước cao sóng tới sóng truyền qua rào, d độ sau hàng rào đầu đo áp lực vị trí sâu nước rào Kt =Hs,t/Hs,i hệ số truyền 12 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 sóng thực đo Hình trình bày sơ đồ thiết lập mơ hình, miền tính tốn có kích thước tiêu biểu (dài cao) 70m 3,5m rời rạc hóa thành 750 85 lưới chữ nhật khơng có kích cỡ nhỏ 0,10m theo phương ngang 0,05m theo phương đứng Đầu đo sóng bố trí trước sau rào tương tự ngồi mơ hình trường giá mức độ ảnh hưởng độ rỗng hàng rào tiến hành với hai giá trị tiêu biểu n = 0,6 0,70 Kết tính tốn trình bày Bảng cho thấy độ rỗng có độ nhạy cao kết tính tốn, độ rỗng lớn tiêu hao lượng sóng hàng rào giảm hay hệ số truyền sóng qua hàng rào tăng rõ rệt (Kt tăng từ 0.38 lên 0.49 n tăng từ 0.60 lên 0.70) Tuy hệ số Kt tính tốn cịn khác xa so với giá trị thực đo (0.61) cho thấy yếu tố độ rỗng phải xem xét ảnh hưởng hệ số cản phi tuyến Độ rỗng tính tốn hàng rào sau lựa chọn ứng với giá trị lớn n = 0.70 Hình Thiết lập mơ hình hàng rào Bảng Ảnh hưởng độ rỗng rào B80d081 Tính toán Kt đo Hm0,i Hm0,t TH n Kt (m) (m) 0.60 0.60 0.49 0.19 0.38 0.80 0.60 0.49 0.15 0.31 0.61 0.60 0.70 0.49 0.24 0.49 Bảng Ảnh hưởng hệ số cản B80d081 TH Tính tốn n Hm0,i (m) Hm0,t (m) Kt 0.60 0.70 0.49 0.24 0.49 0.50 0.70 0.49 0.26 0.53 0.20 0.70 0.49 0.32 0.66 Kt đo Hình Kết kiểm định hệ số Kt rào 0.61 B80d158 0.50 0.70 0.43 0.29 0.68 0.20 0.70 0.43 0.33 0.77 0.81 Ở hai tham số kiểm định cho đặc trưng kết cấu rào có ảnh hưởng chi phối đến q trình lan truyền tiêu hao lượng sóng độ rỗng n hệ số cản phi tuyến Độ rỗng hàng rào thực tế đo đạc xác định vào khoảng 60 - 70% Ở kịch hàng rào B80d081 (nước thấp) sử dụng để đánh giá độ rỗng Với kịch số trường hợp tính tốn nhằm đánh 13 Ảnh hưởng hệ số cản phi tuyến đến hệ số truyền sóng qua rào xem xét cho hai kịch loại tường có bề rộng 80cm: B80d081 B80d158 Các giá trị thay đổi khoảng từ 0.60 đến 0.20 độ rỗng hàng rào giữ ngun n = 0.70 Kết tính tốn thống kê Bảng cho thấy với = 0.20 kết hệ số truyền sóng tính tốn sát với thực tế đo đạc Điều cho thấy vật liệu lớp nhét cành có mức độ cản tiêu hao lượng sóng thấp nhiều so với dạng kết cấu rỗng truyền thống khác đá đổ ( = 0.8 đến 1.20) Cuối cặp giá trị n = 0.70 = 0.20 lựa chọn kết kiểm định sử dụng cho tính tốn mơ truyền sóng qua hàng rào So sánh kết tính tốn Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 thực đo thể Hình cho thấy phù hợp tốt với sai số lớn vào khoảng 11% KÍCH THƯỚC RÀO THEO YÊU CẦU GIẢM SÓNG Sử dụng kết kiểm định mơ hình nêu để mơ tính tốn từ đề xuất kích thước hàng rào theo u cầu giảm sóng hai khu vực nghiên cứu Cà Mau (biển Tây) Sóc Trăng (biển Đơng) với độ sâu bãi vị trí cần làm rào giảm sóng cao trình 0.70 1.0m Trường hợp đánh giá truyền sóng sóng gió mùa đơng bắc (Cà Mau: sóng nước sâu Hs,0 = 2.0m tới trước rào Hs,i = 0.8m; Sóc Trăng: Hs,0 = 2.5m Hs,i = 1.0m) thời điểm mực nước triều cao trung bình Các thơng số tính tốn tóm tắt Bảng Theo yêu cầu giảm sóng để trồng rừng chiều cao sóng phía sau rào cần khơng vượt q chiều cao sóng cho phép [Hs ] = 0.40m Bảng Kết kích thước hàng rào yêu cầu Cà Mau (CM) Sóc Trăng (ST) Kịch CM-1 CM-2 CM-3 CM-4 ST-1 ST-2 ST-3 ST-4 ST-5 ST-6 Hàng rào B(m) 0.8 1.2 1.6 0.8 1.6 1.6 1.6 1.6 2.0 2.4 Ztr (m) h(m) Hs,i (m) Hs,t (m) Kết luận 1.45 1.45 1.45 1.80 2.20 2.60 2.80 3.00 3.20 3.50 0.80 0.80 0.80 0.80 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.46 0.43 0.40 0.38 0.70 0.60 0.58 0.56 0.52 0.40 Ko đạt Ko đạt Đạt Đạt Ko đạt Ko đạt Ko đạt Ko đạt Ko đạt Đạt 0.7 0.7 0.7 0.7 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 thấy trường hợp mực nước xấp xỉ vượt đỉnh hàng rào bề rộng B có ảnh hưởng mờ nhạt đến hiệu giảm sóng rào Khi chiều cao hàng rào tăng lên H=180cm với bề rộng tối thiểu B=80cm đem lại hiệu giảm sóng đạt yêu cầu Ở Sóc Trăng địa hình bãi sâu sóng lớn nên với chiều cao hàng rào từ H = 220cm đến 320cm với bề rộng từ B = 160cm đến B = 200cm khơng đạt u cầu giảm sóng Chỉ chiều cao rào tăng lên H = 350cm bề rộng B = 240cm hiệu giảm sóng vừa đạt mức yêu cầu KẾT LUẬN Kết kiểm định mơ hình COBRAS-UC với số liệu thực nghiệm trường Nhà Mát (Bạc Liêu) cho thấy ảnh hưởng quan trọng tham số kết cấu rào độ rỗng vật liệu đến q trình truyền sóng qua rào Mơ hình sau kiểm định sử dụng để tính tốn xác định kích thước hình học hàng rào theo yêu cầu giảm sóng hai khu vực trồng rừng thử nghiệm Cà Mau Sóc Trăng Kết cho thấy khu vực biển Tây (Cà Mau) với cao trình bãi khơng q sâu (0.70m) rào tre với kích thước khả dụng (đặc biệt chiều cao) đem lại hiệu giảm sóng u cầu, có tính khả thi Tuy nhiên nơi bị xói sâu, bãi thấp (cao trình 1.0m Sóc Trăng) hàng rào tre tỏ không khả thi chiều cao rào theo yêu cầu giảm sóng trở nên lớn, vượt giới hạn chiều dài loại thân gỗ tự nhiên (tre, tràm) khai thác khu vực Để mở rộng phạm vi ứng dụng, cần thiết phải có thêm nghiên cứu nhằm cải tiến kết cấu rào giải pháp vật liệu thay nhằm nâng cao hiệu giảm sóng cho loại hàng rào Với khu vực nghiên cứu Cà Mau với chiều cao hàng rào H = 145cm bề rộng B TÀI LIỆU THAM KHẢO = 80 - 120cm chiều cao sóng phía sau rào vượt mức cho phép, hàng rào khơng đạt [1] Mai Cao Trí Ngơ Thị Thùy Anh, 2018 Sự truyền sóng qua hàng rào tre bờ biển yêu cầu giảm sóng Cũng với chiều cao Bạc Liêu mùa gió Tây Nam Tạp chí với bề rộng rào B = 160cm hiệu Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, giảm sóng vừa đạt mức yêu cầu Có thể 61, 115-119 14 ... đỉnh hàng rào bề rộng B có ảnh hưởng mờ nhạt đến hiệu giảm sóng rào Khi chiều cao hàng rào tăng lên H=180cm với bề rộng tối thiểu B=80cm đem lại hiệu giảm sóng đạt u cầu Ở Sóc Trăng địa hình. .. rào giải pháp vật liệu thay nhằm nâng cao hiệu giảm sóng cho loại hàng rào Với khu vực nghiên cứu Cà Mau với chiều cao hàng rào H = 145cm bề rộng B TÀI LIỆU THAM KHẢO = 80 - 120cm chiều cao sóng. .. 120cm chiều cao sóng phía sau rào vượt mức cho phép, hàng rào khơng đạt [1] Mai Cao Trí Ngơ Thị Thùy Anh, 2018 Sự truyền sóng qua hàng rào tre bờ biển yêu cầu giảm sóng Cũng với chiều cao Bạc Liêu