luận văn thạc sĩ nghiên cứu động lực học của sóng sau đới sóng đổ tại bãi biển nha trang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Văn Mỹ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SÓNG SAU ĐỚI SÓNG ĐỔ TẠI BÃI BIỂN NHA TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Văn Mỹ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SÓNG SAU ĐỚI SÓNG ĐỔ TẠI BÃI BIỂN NHA TRANG Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 60440228 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Kim Cương Hà Nội - 2015 z TS Jean-Pierre Lefebvre LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Kim Cương TS Jean-Pierre Lefebvre tận tình hướng dẫn em suốt thời gian em thực luận văn Các thầy dạy cho em kiến thức quý báu giúp đỡ em số liệu cơng cụ tính tốn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS TS Đinh Văn Ưu PGS TS Nguyễn Trung Việt chủ nhiệm đề tài: “Nghiên cứu chế độ thủy động lực học vận chuyển bùn cát vùng cửa sông bờ biển Vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hịa” – Chương trình KH&CN nghị định thư cấp Nhà nước cung cấp cho em số liệu kiến thức bổ ích Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo môn Khoa học công nghệ biển nói riêng khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học nói chung, ban giám đốc cán Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành luận văn Trong q trình thực luận văn, khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để em bổ sung hồn thiện cho nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn! i z MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v MỞ ĐẦU .1 Chương - TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÙNG SÓNG VỠ VÀ SÓNG TRÀN 1.1 Giới thiệu vùng sóng tràn (swash zone) 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Các khu vực gần bờ .4 1.1.3 Sóng sóng gây sóng tràn 1.1.4 Chu kỳ sóng tràn 1.1.5 Hình thái bãi biển chuyển động sóng tràn 10 1.2 Tình hình nghiên cứu .11 1.3 Mục tiêu luận văn .13 Chương – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÙNG SÓNG VỠ VÀ SÓNG TRÀN 14 2.1 Phương pháp xử lý phân tích số liệu khảo sát .14 2.1.1 Khảo sát thực địa .14 2.1.2 Phương pháp xử lý số liệu Vectrino 15 2.1.3 Phương pháp đồng số liệu Vectrino số liệu Video 18 2.2 Mơ hình Dam-Break 22 2.2.1 Lý chọn mơ hình Dam-break 22 2.2.2 Giới thiệu mơ hình Dam-break 22 2.2.3 Mơ hình dịng chảy nước nơng 24 2.3 Tổng quan khu vực vịnh Nha Trang 29 ii z 2.3.1 Vị trí địa lí 29 2.3.2 Đặc điểm gió .29 2.3.3 Đặc điểm dòng chảy 30 2.3.4 Đặc điểm thủy triều dao động mực nước .31 2.3.5 Đặc điểm chế độ sóng .31 Chương – KẾT QUẢ TÍNH TỐN TẠI BÃI BIỂN NHA TRANG 34 3.1 Kết phân tích trường dịng chảy vùng sóng vỡ sóng tràn 34 3.2 Phân bố lượng rối vùng sóng vỡ sóng tràn .39 3.3 Mối quan hệ độ cao sóng ngồi khơi chiều cao bore sóng tràn 49 3.4 Mô vận tốc bore nước mô hình số Dam-break .50 KẾT LUẬN .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 iii z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Khoảng tần số vùng sóng tràn [Short, 1999] Bảng Bảng tần suất hướng sóng khu vực nghiên cứu 32 Bảng 2 Bảng tần suất độ cao sóng khu vực nghiên cứu .33 Bảng Các trường hợp mô bore nước mô hình Dam-break………51 iv luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Q trình lan truyền sóng từ khơi vào bờ Hình Đặc điểm bãi biển (bên trái) phần đất bồi biển (bên phải) (Masselink & Hughes 2003) Hình Phân loại khu vực sóng gần bờ Hình Đại diện dao động sóng tần số cao Hình Đại diện sóng dài cưỡng hai thành phần sóng nhóm sóng ngắn Hình Sơ đồ mơ chu kỳ sóng tràn bãi biển mơ hình Xbeach Hình Đo đạc thực địa vận tốc dòng chảy ngang bờ (đường nét liền) độ sâu nước (đường nét đứt) cho chu kỳ sóng tràn, đo vị trí nửa giới hạn lên xuống nước [Hughes cộng sự, 1997] Hình Hình thái bãi biển 11 Hình Triển khai đo Vectrino II (Nortek) vùng sóng vỡ sóng tràn sơ đồ nguyên tắc đo…………………………………………………………… 14 Hình 2 Biểu đồ tín hiệu/tỷ lệ nhiễu SNR Beam cao thấp trình đo .16 Hình Lựa chọn đoạn liệu (đoạn màu đỏ) chuỗi liệu 16 Hình Độ lớn vận tốc (màu xanh dương) hướng (màu xanh cây) trung bình micro-profile (đồ thị cùng), biểu diễn dao động vận tốc (đồ thị giữa), khoảng cách sensor – đáy (đồ thị phía dưới) .17 Hình Năng lượng rối TKE ước tính micro-profile .18 Hình Đo đồng máy Vectrino máy quay Video 19 Hình SNR (màu đen), liệu lựa chọn trước (màu xanh) cực tiểu SNR (màu đỏ) 19 Hình Lựa chọn đoạn liệu tốt (màu đỏ) chuỗi liệu 20 Hình Đồ thị 1: Vận tốc (màu xanh dương) hướng (màu xanh cây) dòng chảy; đồ thị 2: Thành phần ngang dòng chảy (hướng lên bờ); đồ thị 3: độ sâu v luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang đo từ cảm biến (đường màu đỏ tương ứng với vị trí cell đo được); đồ thị 4: Năng lượng rối trung bình cell đo 21 Hình 10 Năng lượng rối (TKE) 3,5cm micro-profile 22 Hình 11 Sơ đồ vecto thông lượng qua bề mặt 25 Hình 12 Ngoại suy tuyến tính bên trái bên phải 27 Hình 13 Lưới Cartesian 28 Hình 14 Lưới Non-Cartesian 29 Hình 15 Hoa gió trạm quan trắc khí tượng Nha Trang 30 Hình 16 Hoa sóng khu vực ngồi khơi vùng biển Khánh Hịa .32 Hình Hình ảnh trường dịng chảy vùng sóng tràn lúc 08h48 ngày 29/5/2013………………………………………………………………………… 34 Hình Biến thiên dịng chảy vùng sóng tràn lúc 08h49 ngày 29/5/2013 35 Hình 3 Biến thiên dịng chảy vùng sóng tràn lúc 16h35 ngày 29/5/2013 36 Hình Biến thiên dịng chảy vùng sóng tràn lúc 16h54 ngày 29/5/2013 36 Hình Biến thiên dịng chảy vùng sóng tràn lúc 08h54 ngày 30/5/2013 37 Hình Biến thiên dịng chảy vùng sóng tràn lúc 09h04 ngày 30/5/2013 38 Hình Biến thiên dịng chảy vùng sóng tràn lúc 09h40 ngày 30/5/2013 38 Hình Hai dịng chảy với vận tốc trung bình theo thời gian khác ( u i ) có thành phần rối tương đương (ui') 40 Hình Phổ lượng rối Kolmogorov-Obukhov .40 Hình 10 Biến thiên dòng chảy lượng rối trung bình vùng sóng tràn lúc 08h48 ngày 29/5/2013 41 Hình 11 Cấu trúc phân tầng lượng rối vùng sóng tràn lúc 08h48 ngày 29/5/2013 42 Hình 12 Biến thiên dịng chảy lượng rối trung bình vùng sóng tràn lúc 08h49 ngày 29/5/2013 42 Hình 13 Cấu trúc phân tầng lượng rối vùng sóng tràn lúc 08h49 ngày 29/5/2013 43 vi luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang Hình 14 Biến thiên dịng chảy lượng rối trung bình vùng sóng tràn lúc 16h35 ngày 29/5/2013 43 Hình 15 Cấu trúc phân tầng lượng rối vùng sóng tràn lúc 16h35 ngày 29/5/2013 44 Hình 16 Biến thiên dịng chảy lượng rối trung bình vùng sóng tràn lúc 16h54 ngày 29/5/2013 45 Hình 17 Cấu trúc phân tầng lượng rối vùng sóng tràn lúc 16h54 ngày 29/5/2013 45 Hình 18 Biến thiên dịng chảy lượng rối trung bình vùng sóng tràn lúc 08h54 ngày 30/5/2013 46 Hình 19 Cấu trúc phân tầng lượng rối vùng sóng tràn lúc 08h54 ngày 30/5/2013 46 Hình 20 Biến thiên dịng chảy lượng rối trung bình vùng sóng tràn lúc 09h04 ngày 30/5/2013 47 Hình 21 Cấu trúc phân tầng lượng rối vùng sóng tràn lúc 09h04 ngày 30/5/2013 47 Hình 22 Biến thiên dòng chảy lượng rối trung bình vùng sóng tràn lúc 09h40 ngày 30/5/2013 48 Hình 23 Cấu trúc phân tầng lượng rối vùng sóng tràn lúc 09h40 ngày 30/5/2013 49 Hình 24 Đường quan hệ độ cao sóng ngồi khơi với chiều cao bore sóng tràn 50 Hình 25 So sánh vận tốc dịng chảy đo đạc (chấm tròn) với vận tốc dòng chảy xuất từ mơ hình (đường nét liền) vùng sóng vỡ sóng tràn trường hợp 52 Hình 26 So sánh lượng rối trung bình tke đo đạc (đường nét đứt) với vận tốc dịng chảy từ mơ hình (đường nét liền) vùng sóng vỡ sóng tràn trường hợp .53 Hình 27 So sánh vận tốc dịng chảy đo đạc (chấm trịn) với vận tốc dịng chảy mơ hình xuất (đường nét liền) vùng sóng vỡ sóng tràn trường hợp 53 vii luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang z luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang Hình 28 So sánh lượng rối trung bình tke đo đạc (đường nét đứt) với vận tốc dịng chảy từ mơ hình (đường nét liền) vùng sóng vỡ sóng tràn trường hợp .54 Hình 29 So sánh vận tốc dòng chảy đo đạc (chấm tròn) với vận tốc dịng chảy mơ hình xuất (đường nét liền) vùng sóng vỡ sóng tràn trường hợp 55 Hình 30 So sánh lượng rối trung bình tke đo đạc (đường nét đứt) với vận tốc dịng chảy từ mơ hình (đường nét liền) vùng sóng vỡ sóng tràn trường hợp .55 viii luan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trangluan.van.thac.si.nghien.cuu.dong.luc.hoc.cua.song.sau.doi.song.do.tai.bai.bien.nha.trang z