Bài viết Ứng dụng mô hình vật lí nghiên cứu xói lở chân kè của đê biển mái nghiêng trong bão trình bày kết quả của việc thiết lập mô hình vật lí trong máng sóng nghiên cứu hiện tượng xói lở chân kè và bãi trước của đê biển mái nghiêng trong điều kiện bão có xét đến ảnh hưởng của sóng tràn ở vùng ven biển bắc bộ nhằm bổ sung làm rõ hơn về cơ chế xói bồi trước chân đê.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH VẬT LÍ NGHIÊN CỨU XÓI LỞ CHÂN KÈ CỦA ĐÊ BIỂN MÁI NGHIÊNG TRONG BÃO Nguyễn Thị Phương Thảo Khoa Kỹ thuật Biển - Trường Đại học Thủy lợi, email: thao.n.p@tlu.edu.vn ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ước tính trung bình năm có khoảng đến trận bão áp thấp nhiệt đới đổ vào vùng ven biển Việt Nam Trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng, trận bão lớn siêu lớn xảy ngày tăng, kèm theo tác động bất lợi làm gia tăng giá trị cực hạn yếu tố sóng, mực nước dịng chảy dẫn đến chế hư hỏng gây ổn định cho hệ thống đê kè biển Cơ chế hư hỏng đê quan tâm nhiều xói lở bãi trước xói chân kè làm cho mái kè bị ổn định khơng cịn khả giữ vật liệu thân đê [1] [2] Trên thực tế, việc định lượng dự tính lượng dịch chuyển bùn cát ngang bờ biến hình lịng dẫn mơ hình tốn gặp khó khăn chế thủy động lực học phức tạp, đồng thời số liệu đo đạc thực tế để kiểm nghiệm mơ hình hiếm, hầu hết mơ hình dựa kết nghiên cứu thí nghiệm vật lí Tuy nhiên thí nghiệm nghiên cứu q trình ngang bờ bão thực chưa tính đến khối lượng nước vượt qua đỉnh đê sóng tràn Bài báo trình bày kết việc thiết lập mơ hình vật lí máng sóng nghiên cứu tượng xói lở chân kè bãi trước đê biển mái nghiêng điều kiện bão có xét đến ảnh hưởng sóng tràn vùng ven biển bắc nhằm bổ sung làm rõ chế xói bồi trước chân đê trường đại học Thủy Lợi Tổng chiều dài máng 45 m, chiều dài hiệu 42m, chiều cao 1,2m, chiều cao hữu ích < 1,0 m, chiều rộng 1,0m, sóng ngẫu nhiên lớn tạo với chiều cao HS = 0,3 m chu kỳ T P = 3,0 Máy tạo sóng trang bị hệ thống hấp thụ sóng phản xạ tự động (ARC - Active Reflection Compensation) Thí nghiệm lòng động thực sở nguyên mẫu đặc điểm trạng điều kiện địa hình, thủy lực, bùn cát, hình thái, cơng trình đê biển khu vực bắc [3]: Cao trình đỉnh đê: 4,0m 5,5m; Hệ số mái trước đê: m = 4; Độ cao lưu khơng đỉnh đê phía mực nước thiết kế (MNTK):1,5m 2,5m; Bãi trước đê biển có độ dốc 1:100; Đướng kính hạt cát rời trung bình 0,250mm [1] Tiêu chuẩn tương tự tỉ lệ mơ hình Trong điều kiện bão, Dean (1985) dựa việc xem xét chế vật lí chủ đạo liên quan đến vận chuyển bùn cát vùng sóng vỡ cho vùng sóng vỡ chuyển động rối quan trọng gây dịch chuyển bùn cát ứng suất đáy (bed shear) Từ Dean (1985) đề xuất mộ số kiến nghị cho mơ hình hình q trình vùng sóng vỡ gồm [4]: + Mơ hình phải xây dựng thái hình học (tỉ lệ ngang tỉ lệ đứng); + Thủy động lực học phải tuân theo tiêu THIẾT KẾ MƠ HÌNH chuẩn tương tự Froude N T N L ; Cơ sở thiết kế mô hình + Vận chuyển bùn cát phải tuân theo tiêu chuẩn tương tự thơng số tốc độ lắng chìm Mơ hình thiết kế để thực thí nghiệm điều kiện máng sóng Hà Lan (H/T) mơ hình ngun hình: 551 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 N N L Sử dụng công thức kinh nghiệm tính tốc độ lắng chìm () Zanke (1977) [5] Dựa sở tiêu chuẩn tương tự, phân tích điều kiện nguyên mẫu đáp ứng điều kiện thí nghiệm Mơ hình thực với vật liệu cát rời có kích thước hạt trung bình 120m lấy từ bãi biển Hà Tĩnh Nhiệt độ nước vào mùa hè Việt Nam cỡ khoảng T = 25o C, độ nhớt động học ngun mẫu nước mặn p = 9.3713E03cm2/s, mơ hình nước m = 8.9266E03cm2/s [https://ittc.info/media/4048/75-0201-03.pdf] Dựa đặc điểm thủy vực điều kiện máng sóng thí nghiệm, chọn tỉ lệ mơ hình NL = 10, NT = 3,16 Thiết kế bố trí thí nghiệm mơ hình Mơ hình lịng động ứng với đê khơng tường đỉnh thiết kế hình Chiều cao đê 80cm, tường đỉnh 10cm, bề rộng đỉnh đê 40cm Mái đê m=3 Bãi trước đê có độ dốc 1:100, độ dày lớp cát chân 40cm Phía đầu bãi bố trí mái chắn cát có độ dốc 1:5 Do nghiên cứu có sóng tràn nên phần đỉnh đê có máng thu nước tràn bơm ra, đồng thời có máy bơm bổ sung nước tràn qua đê thời gian chạy mơ hình Phổ sóng Jonswap lựa chọn để thực Các yếu tố cần đo đạc thí nghiệm: - Đo sóng (gồm đầu đo dao động mặt nước MHM cách chân đê khoảng lần chiều dài sóng, khoảng cách đầu đo xác định theo hướng dẫn tính sóng phản xạ + đầu đo bãi + đầu đo gần máy tạo sóng) - Đo thay đổi lòng dẫn (Dùng thước đo ba mặt cắt trước sau chạy sóng bão) - Đo lưu lượng tràn qua đê, tính tốn lượng nước bổ sung bơm vào trình thực với trận bão - Hai camera quay khu vực mái chân đê phía thành máng ngang máng nhằm phục vụ cho cơng tác phân tích đánh giá số liệu Kịch thí nghiệm thực bao gồm điều kiện thủy lực mực nước, đặc trưng sóng khác ảnh hưởng đến diễn biến lòng dẫn trước đê xét đến lưu lượng tràn qua đê Hình Mơ hình thí nghiệm KẾT QUẢ THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM đáy kịch chủ yếu diễn Trên hình hình trình bày kết khoảng 2m trước chân đê Kết đo đạc thay đổi địa hình cho thấy xu chung bị thực mơ biến đổi lịng dẫn trước sau thời gian ảnh hưởng sóng bão ứng xói sát chân đê (đến khoảng cách với kịch độ cao lưu không 0,2 - 0,4m) đoạn cách chân đê từ 15cm (mực nước 75cm) 20cm (mực 0,5-1,5m Xen hai khoảng xói nước 70cm), đặc trưng sóng gồm chiều cao đoạn bồi Đoạn cách chân đê chừng 1,5m trở xu mặt cắt ổn định với sóng sóng Hs =17cm 19cm, chu kỳ đỉnh phổ T p = 1.56s 1.65s, tổng thời gian chạy mô cát tự nhiên Đây kết tương tác đặc trưng sóng với cơng trình đê biển hình 5000s 5050s tương đương với Lượng nước tràn qua đê nhiều, lớn khoảng 3000 sóng Sự thay đổi địa hình kịch D75H19T156 có lưu lượng 552 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 tràn lên đến 75 l/s/m, kịch tràn lại máng sóng Cũng tường đỉnh mà D70H17T156 tràn tới 22 l/s/m Kết làm cho hệ số sóng phản xạ cao dao động quan sát quay camera cho thấy có từ 0,34 đến 0,36 mặt tường đỉnh làm cho nước bị bắn lên trên, phần tràn qua đê, phần quay trở Hình Đặc điểm mặt cắt trước (hình A,B)và sau sóng bão qua (hình C) Hình Kết đo đạc thay đổi địa hình đáy tác động sóng bão có kể đến sóng tràn đến kết thay đổi lịng dẫn, cần nghiên sâu KẾT LUẬN Từ nghiên cứu đưa vài kết luận sau: - Việc lựa chọn tỉ lệ mơ hình cần phải thực dựa phân tích điều kiện phịng thí nghiệm, ngun mẫu lựa chọn tiêu chuẩn tương tự phù hợp - Kết đo đạc thay đổi lòng dẫn phù hợp với xu chung theo kết đo đạc nghiên cứu trước [2] xói sát chân đê hình thành bar nhỏ phía ngồi - Trong điều kiện sóng bão, lượng nước tràn lớn, lên tới 75l/s/m nên trước thực thí nghiệm cần phải thử nghiệm để bổ sung lượng nước phù hợp tránh bị ảnh hưởng hạ thấp mực nước ảnh hưởng đến kết đo đạc - Sự có mặt tường đỉnh làm gia tăng hệ số phản xạ sóng, điều ảnh hưởng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Le Hai Trung, "Research on scour of s ea dyke using physical model," Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, pp 225-234, 2008 [2] Thieu Quang Tuan, "Modelling sea dike toe eros ion during storms," Journal of water resrources and environment, pp 235-243, 2008 [3] Viện KH Thủy Lợi VN, "Báo cáo đánh giá trạng đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam," Hà Nội, 2012 [4] R.G Dean, "Physical Modeling of Littoral Proces ses," in Physical Modelling in Coastal Engineering Rotterdam, The Netherlands, 1985, ch 3, pp 119-139 [5] Steven A.Hughes, Physical models and laboratory techniques in coastal engineering, 3rd ed Singapore: World scientific, 2005 553 ... lệ mơ hình NL = 10, NT = 3,16 Thiết kế bố trí thí nghiệm mơ hình Mơ hình lịng động ứng với đê khơng tường đỉnh thiết kế hình Chiều cao đê 80cm, tường đỉnh 10cm, bề rộng đỉnh đê 40cm Mái đê m=3... trước đê xét đến lưu lượng tràn qua đê Hình Mơ hình thí nghiệm KẾT QUẢ THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM đáy kịch chủ yếu diễn Trên hình hình trình bày kết khoảng 2m trước chân đê Kết đo đạc thay đổi địa hình. .. thấy xu chung bị thực mô biến đổi lòng dẫn trước sau thời gian ảnh hưởng sóng bão ứng xói sát chân đê (đến khoảng cách với kịch độ cao lưu không 0,2 - 0,4m) đoạn cách chân đê từ 15cm (mực nước