Mô hình hóa toán học sóng gió trong đại dương bất đồng nhất không gian ( Đại học quốc gia Hà Nội ) - Chương 6 pptx

cao sóng phù hợp chất với quan trắc có Chẳng hạn, theo quan trắc ny, sóng cực trị lớn đợc quan sát thấy gió ngợc Đặc điểm biến dạng tơng tự hm phân bố độ cao sóng dới tác động dòng chảy đà đợc xác lập tiến hnh đo kênh Karacum [136,165] Vì biến đổi lớn xảy với độ cao sóng độ đảm bảo nhỏ, nên biến dạng ny cần phải tính tới xác định tham số sóng tính toán tải trọng sóng lên thủy công trình ny xem xét ứng dụng cách tiếp cận phổ bi toán ny Căn vo thuật ngữ vật lý, khúc xạ sóng nớc nông xem xét khuôn khổ bi toán truyền sóng tản mạn môi trờng đẳng hớng bất đồng không gian Nh có thĨ suy tõ mơc 1.6, sù trun chïm sãng đợc mô tả phơng trình trờng hợp mặt cầu (1.86)(1.89) v mặt phẳng (5.2), ngoi trờng hợp ny tần số giữ nguyên không đổi dọc tia σ  f (k , H (r ))  gk th (kH )  const (6.1) §iỊu kiƯn nμy cung cÊp mét biĨu thøc tiƯn Ých ®Ĩ xác định số sóng k v vận tốc pha c dọc quỹ đạo tuỳ thuộc vo độ sâu biến thiên chậm H Biến dạng sóng nớc nông Hệ đơn giản thứ hai từ quan hệ động học tổng quát nhận đợc trờng hợp đáy dạng hình trụ, tức độ sâu H biến đổi hớng, chẳng hạn H H (x) Nh− cã thÓ suy tõ (5.2), hợp phần vectơ sóng k y 6.1 Biến dạng phổ sóng phản xạ nớc nông cần phải giữ không đổi thời gian chuyển động chùm sóng k y  k sin β  const , (6.2) Ch−¬ng Phản xạ phổ sóng đới ven bờ Phơng pháp mô tả sóng đà dẫn chơng cho phép phân tích đơn giản trờng hợp truyền sóng gió đới bờ, tức sóng biển tơng đối ngắn từ vùng nớc sâu di chuyển tới vùng nớc nông v tiến dần đến đờng bờ số nhiều nhân tố khác ảnh hởng tới hnh vi sóng, khúc xạ có vai trò đặc biệt Nó dẫn tới chỗ tham số sóng: hớng truyền, bớc sóng, biên độ v trắc diện sóng biến đổi theo biến thiên đặn độ sâu Nh đà nêu phần mở đầu, có nhiều công trình nghiên cứu vấn đề biến dạng sóng đới ven bờ Trong chơng 353 góc hớng vectơ k v đờng đẳng sâu Từ (6.2) trực tiếp suy mối phơ thc gi÷a gãc β vμ sè sãng k ë ®©y hay vËn tèc pha c (cã tÝnh tíi (6.1)) thời điểm ban đầu v thời điểm tuỳ ý t sin β k c0 (6.3)   sin k c Quan hệ (6.3) đợc biết quang học dới tên gọi định luật Snell Dạng quan hệ không phụ thuộc vo cách thức biến thiên địa hình đáy đoạn đờng điểm cuối v 354 đầu tia, v đợc xác định giá trị độ sâu điểm ë chÝnh mÐp n−íc H  , β v nh sóng không bị phá huỷ nớc nông, chúng tiến vuông góc vo bờ không phụ thuộc vo chuyển động trớc Trong thực tế sóng thờng bị phá huỷ, không đạt tới đờng mép nớc, để xác định góc sóng tới đới sóng nho phải sử dụng biểu thức (6.3) trớc giá trị độ sâu bắt đầu vai trò hiệu ứng phi tuyến mạnh Những hiệu ứng ny biểu biến dạng liên tục trắc diện sóng, kết cục dẫn tới đổ nho sãng Ta chun sang xem xÐt sù biÕn d¹ng phỉ sóng nớc nông cần phải lu ý vỊ khu vùc ¸p dơng c¸ch tiÕp cËn phỉ dựa sử dụng phơng trình (1.84), (1.86)(1.89) mặt cầu hay (5.1), (5.2) hệ tọa độ phẳng (địa phơng) Phơng trình tiến triển mật độ phổ lợng sóng đà nhận đợc với giả thiết phi tuyến yếu v độc lập pha sóng riêng biệt Giả thiết ny bị phá huỷ ảnh hởng mạnh hiệu ứng phi tuyến đới nớc nông gần bờ Nh ta xem quan ®iĨm phỉ cã thĨ ¸p dơng ë ngoμi ®íi biÕn dạng phi tuyến v đổ sóng Xét trờng hợp đơn giản biến dạng phổ, nghiệm thu đợc đơn giản, giải tích Giả sử phổ sóng ban đầu l đồng v dừng S S (, ) Phổ đợc cho biên Q Q(r ) , nơi độ sâu H H (r ) Độ lớn phổ ton miền dễ dng thu đợc từ (5.1) hay (5.4), bỏ qua tác động hm ngn, tøc gi¶ thiÕt r»ng G  Phỉ tần-góc dọc đờng đặc trng (6.2) biểu diễn d−íi d¹ng biĨu thøc  κ S (ω, β, r )  ω  κ   ω      1 S (ω, β ) , (6.4)  ®ã   (, r ) Gãc    (, , r ) cã thĨ dƠ dμng t×m trờng hợp độ sâu H (r ) biến thiªn mét h−íng, thÝ dơ H  H ( x) vμ theo (6.2) k y  k y , ®ã  sin(  )   arcsin Giá trị đối số hm arcsin (6.5) không đợc lớn đơn vị Từ suy điều kiện động học hạn chế vùng xác định số sóng v gãc  sin()  0 (6.6) Vi ph¹m ®iỊu kiƯn nμy cã nghÜa lμ t møc ®é gi¶m độ sâu, / tăng, điểm với tọa độ x x' hợp phần phổ tơng ứng không tồn Khi xây dựng nghiệm phổ đầy đủ tổ hợp , , x nên lÊy S (, , x)  (6.7) Tõ nghiƯm (6.4) trùc tiÕp suy r»ng phỉ S (, , x) không phụ thuộc độ dốc đáy, m đợc xác định giá trị độ sâu Từ quan hệ ny dễ nhân đợc phổ sóng nớc nông nh biết phổ sóng nớc sâu Trong trờng hợp biểu thức phổ tần-góc viết d−íi d¹ng sau: S (, , H )  ( g )  2H   1   sh ( 2H )     S (,  ) (6.8) BiÓu thøc nμy trïng với biểu thức quan hệ tơng tự đà nhận đợc trớc công trình [87,94] Ta cho phổ sóng nớc sâu dới dạng 355 (6.5) 356 S (,  )  S () cos n0 ( ) Q (n0 ) , (6.9) Q (n0 ) hm phân bố góc quy chuÈn  n0  n   1 2      Q(n0 )    (n  1)  0  / vo độ sâu không thứ nguyên H / g Nếu nh độ sâu giảm / 2, giá trị số sóng v số luỹ thừa đơn điệu tăng, giá trị vận tốc pha đơn điệu giảm, tỉ số mật độ phổ theo mức độ giảm độ sâu lúc đầu giảm ít, sau bắt đầu tăng, điều ny l biến thiên không đơn điệu vận tốc pha (n)  hμm Gama Tõ quan hÖ (6.6) suy ra: độ sâu giảm đại lợng / th H tăng, v thu hẹp cung quạt hớng dòng lợng sóng chúng tiến tới bờ Thí dụ ban đầu / , nớc nông   arcsinth ( H )  , ngoμi      1     cos   sin     0      n0 n  cos n , (6.10) n n0 (  /  ) Nh− vËy độ sâu giảm dần, số luỹ thừa ®é réng gãc h−íng n  n0 (  / ) tăng, điều ny đà đợc khẳng định liệu quan trắc [94] Giá trị phổ tần S (, H ) /2 S (, , H )d  / biÕn ®ỉi nh− sau S (, H )  ( g ) 4 2 H   1   sh (2 H )     S () Đặc điểm biến đổi tham số phổ nớc nông biểu diễn hình 6.1 dẫn giá trị tơng đối số sóng  /  , chØ sè luü thõa n / n0 , vËn tèc pha sãng c / c nh tỉ số mật độ phổ S (, H ) / S () (6.11) phô thuéc    n0 1     0       n     1   ( n  1)    n  (n0  1)    1 2  (6.11) 357 Víi t− c¸ch lμ mét thÝ dơ, ta minh hoạ đặc điểm biến dạng phổ tần-góc nớc nông Trên hình 6.2 dẫn phổ tầngóc S (, , H ) ®èi víi   (a) vμ 30 (b) độ sâu khác Đối với độ sâu đà chọn, vận tốc nhóm giảm, biến thiên tham số phổ lm tăng phổ tần số trung bình v giảm phổ tần số nhỏ v lớn Đối với góc lớn (xem hình 6.2 b) mật độ phổ giảm tất tần số Trên hình ny đờng cong 2, 3, 4, giảm nhanh tới không giá trị H bé l phá huỷ điều kiện (6.6), vắng mặt hợp phần phổ tơng ứng Biểu thức (6.8) cho phép tính đơn giản biến thiên tham số sóng nớc nông Chẳng hạn, có thĨ dƠ dμng thÊy r»ng chu kú sãng trung b×nh thực tế không biến đổi điều kiện đờng đẳng sâu thẳng, đờng đẳng sâu có dạng phức tạp chu kỳ sóng trung bình đo đợc số điểm gần bờ khác liên quan tới tái phân bố lợng hợp phần sóng Nhận thấy nói chung tính toán lý thuyết biến dạng sóng v không đới nớc nông gần bờ dựa mô hình tuyến tính đợc khẳng định liệu thực địa [94] Tuy nhiên khu vực áp dụng quan hệ đà dẫn giới hạn trờng hợp ảnh hởng gió lên đổ nho đỉnh sóng có 358 thể bỏ qua Trong thùc tÕ ®iỊu ®ã chØ ®óng víi sù biến dạng sóng lừng v tự động áp dụng cho tất loại sóng gió Sự tiến triển phổ sóng chịu tác động trực tiếp gió đới ven bờ đợc xét mục 9.2 Hình 6.2 Thí dụ biến dạng phổ tần - góc nớc nông với  (a) vμ   30 (b):  phổ xuất phát nớc sâu 100m; độ sâu 30m; độ sâu 25m; độ sâu 20m; độ sâu 15m Hình 6.1 Biến dạng tỉ số phổ sóng S / S (1), sè sãng  /  (2), chØ sè luü thõa gãc h−íng n  n (  /  ) Sè liÖu đo sóng gió vùng nớc nông gần bờ từ dn v bệ quan trắc phong phú v có nhiều u việt so với đo đạc từ tầu ngoi biển khơi Vì đơng nhiên nh nghiên cứu muốn sử dụng liệu quan trắc để phân tích tính chất sóng gió vùng biển sâu [84] Các phổ tần số nhận đợc nhờ xử lý quan trắc ny đợc đem đồng nhất, nhiều không đủ cứ, với phổ vùng biển sâu Tuy nhiên, chÝ víi cïng ®iỊu kiƯn giã nh− ë xa bờ (trên nớc sâu) v gần bờ (trong đới ven bờ) phổ v đặc trng thống kê khác sóng khác Những kết lý thuyết khúc xạ sóng tuyến tính, đa mối liên hệ phổ tần-góc hai điểm độ sâu khác trờng hợp đờng đẳng sâu thẳng, đợc dùng (3) v vận tốc pha c / c (4) sãng trun vu«ng góc vo bờ 359 360 để giải bi toán suy diễn phổ sóng gió đới ven bờ thnh phổ vùng khơi sâu Tuy nhiên, phải nhận định cách tiếp cận ny hợp thức đờng đẳng sâu thẳng v đ sóng điểm nớc sâu v nớc nông ®đ nhá ®Ĩ sù ph¸t sinh sãng giã, sù tản mát ma sát đáy v tơng tác phi tuyến yếu không ảnh hởng nhiều tới biến ®ỉi cđa phỉ sãng Sù tiÕn triĨn c¸c u tè sóng đới ven bờ Nghiệm bi toán phổ (6.8) cho phép ta dễ nhận đợc biểu thức quan hệ mô tả tiến triển yếu tố sóng trung bình nớc nông Muốn vậy, trờng hợp tổng quát phải tích phân biểu thức phổ (6.8) theo tần số v hớng H  a  a0    H   cos     sin ( ) H / H 0  2    (6.13) Quan hÖ (6.13)   chÝnh lμ c«ng thøc Green Theo (6.12) trun sãng tõ n−íc s©u vμo nớc nông độ cao sóng lúc đầu giảm Víi h−íng trun tỉng qu¸t   gi¸ trÞ nμy b»ng a / a  0,95 ,   60   b»ng 0,80 (xem hình 6.3) Đối với phổ cực hẹp S (, )  m0 (   ) (  ) , biến thiên biên độ sóng có thĨ biĨu diƠn d−íi d¹ng t−êng minh a  a0 cos( )   H  cos()  1   sh (2 H )   , (6.12) v đợc xác định theo (6.1) v (6.3) nh l hm giá trị ban đầu chúng v độ sâu H Dễ dng chứng minh đợc biểu thức nằm dới dấu bậc hai (6.12) trùng với tỉ số hợp phần vận tốc nhóm c gx0 / c gx (5.49) đợc rút từ tích ph©n chn Maxlov (xem mơc 5.6) vμ chøng tá vỊ bảo ton dòng lợng hớng vuông góc tới bờ Đối với sóng di ( kH ) quan hệ (6.12) đơn giản v viết nh sau 361 Hình 6.3 Biến thiên biên độ sãng tiÕn vμo bê d−íi c¸c gãc kh¸c Những giá trị biên độ sóng lớn vô hạn mép nớc đợc suy từ nghiệm (6.12) H l giá trị không thực vật lý Cách tiếp cận phổ giải bi toán "không l trơn" đợc 362 điểm kỳ dị ny nh đà lm trờng hợp khúc xạ sóng dòng chảy ngợc bất đồng phơng ngang Kỳ dị tồn đồng thời tất hợp phần phổ mÐp n−íc (t¹i H  ) DiƠn biÕn nh− nghiệm l tính toán cha tính đến hiệu ứng phi tuyến v khả đổ nho sóng, m ta đà không xét tới phản xạ sóng đoạn đáy nghiêng thực tế xảy Lý thuyết tuyến tính có tính tới khả phản xạ, đà nhiều lần đợc xem xét khuôn khổ phơng trình sóng di [128,197], nh khuôn khổ phơng trình dòng chảy chất lỏng [181] Chẳng hạn, công trình [128] đà cho thấy: phép gần phơng trình nớc nông thủy vực độ nghiêng đáy không đổi H x , nghiệm xác bi toán đợc mô tả qua hm Besselle ë xa mÐp n−íc (t¹i x   ) nghiệm ny mô tả sóng đứng biên độ biến đổi tuân theo công thức tuyến tính Green Trên mép nớc H biên độ sóng hữu hạn a a H / g tuyến Boussinesk mô tả truyền sóng đơn dạng knoit, giống sóng biển nớc nông Vấn đề ny đợc khảo sát công trình cña L A Ostrovski vμ E N Pelinovski [152], ë phân tích khúc xạ sóng biên độ hữu hạn đáy không phẳng phơng pháp mức độ no tơng tự nh phơng pháp âm hình học phi tuyến, nhng đợc khái quát hoá cho trờng hợp môi trờng tản mạn Nếu sóng truyền phía tăng độ sâu, xuất điểm tụ tia khoảng cách no kể từ ®−êng mÐp n−íc (t¹i x  x * ) Sau quay ngoặt điểm x x * , sóng bắt đầu truyền hớng ngợc lại, tức bờ Góc hớng truyền sóng xác định theo quan hệ (6.3), từ quan hệ ny xác định vị trÝ tô tia b»ng sin  *  hay c( x * )  c / sin  Độ sâu thủy vực điểm ny  k y c0  arcth H H   g sin  ky  *  ,   (6.14) biĨu thøc nμy, víi sãng nớc nông viết dới dạng H * h / sin Sự tăng biên độ v giảm bớc sóng sóng truyền vo dải nớc nông lm tăng vai trò hiệu ứng phi tuyến, gây nên thuyên giảm no với mực trung bình chất lỏng, v phát sinh dòng chảy ngợc bù lại dòng nớc sóng gây nên [141,188,312,313] Trong phép gần quang hình, biên độ sóng điểm tụ tia trở nên vô cùng, điều ny đợc suy thí dụ nh− tõ (6.12) cos   Ph−¬ng pháp tiệm cận trình by mục Các hiệu ứng phi tuyến biểu biến dạng liên tục trắc diện sóng, dẫn tới đổ nho sóng Trên nớc nông, với giá trị biên độ hữu hạn, lý thuyết sóng Stokes trở nên không hiệu lực đây, với t cách l phơng trình xuất phát, phải sử dụng phơng trình Boussinesk với độ sâu nhỏ v biến đổi Các phơng trình tản mát phi Xuất phát từ (5.52) biểu thức giá trị cực đại biên độ sóng lân cận ®iĨm tơ tia cã thĨ viÕt d−íi d¹ng 363 5.6 l tơng đối dễ áp dụng để tính trờng sóng lân cận điểm tụ tia Hình dạng mặt nớc tự thể dới dạng (5.47), const , cßn F  gk th kH ( x)  364 a max  1,69 a C gx  F H     H x    2F     k   x   , (6.15) x  x* gk  F c g F   ; k H c ch (kH ) k x ®ã Trong trờng hợp sóng nớc nông quan hệ (6.15) có tÝnh tíi (6.14) cã thĨ biĨu diƠn d−íi d¹ng a max  H k sin   1,90 a  0  H / x  6  cos    (6.16) Biên độ cực đại a max l hm góc ban đầu , ngoi trị số lớn a max đạt đợc  35,26 ; a max  H k 6  1,50  0   H / x  x x* Rõ rng tia quay ngoặt không cần thiết bờ phải thẳng, hay độ sâu biến đổi hớng vuông góc bờ Sự thu hút sóng xảy với tần số cho tồn điều kiện cần thiết tơng ứng để xuất điểm tụ tia khoảng cách từ bờ Một cách tơng tự, bờ sóng bị thu hút thnh tạo địa hình dới nớc, thí dụ dÃy núi ngầm, với điều kiện ®iĨm tơ tia tån t¹i tõ hai phÝa cđa thμnh tạo Một loạt trờng hợp tơng tự xảy với sóng địa vất lý chất khác đà đợc mô tả công trình [48,49,126] Bằng phép gần nớc nông [164] đà mô tả thu hút, cộng hởng v tán xạ sóng thềm đại dơng, gây nên dao động lắc vịnh, vũng v cảng biển 365 6.2 Tơng tác phi tuyến yếu sóng nớc nông Tổng quan vấn đề Tơng tác phi tuyến yếu sóng l chế vật lý định hình thnh v tiến triển sóng gió Vì vậy, việc đánh giá ảnh hởng tới biến dạng phổ sóng nớc nông đáng quan tâm Tính toán số tích phân tác động mô tả trình vận chuyển lợng phi tuyến yếu l việc phức tạp v đòi hỏi nhiều thêi gian m¸y tÝnh (xem mơc 4.1) thËm chÝ với điều kiện biển sâu vô hạn Trong trờng hợp độ sâu hữu hạn tính tích phân tác động cng khó khăn nhiều [269] Tuy nhiên đà chứng minh đợc hiệu tơng tác phi tuyến yếu sóng tăng lên độ sâu thủy vực giảm [269], v giới hạn tính thích dụng phép mô tả rối yếu chế ny bị hiệu lực độ sâu đủ bé chuyển động sóng mặt tự thờng đợc mô tả khuôn khổ phơng trình phi tuyến-tản mạn Boussinesk hay Korteveg de Briz Vì hay khảo sát trình tiến triển phi tun phỉ sãng tr−êng hỵp trung gian, tøc biển mặt l biển sâu sóng di đợc xét, mặt khác l biển không nông đến møc mμ lý thut rèi u mÊt hiƯu lùc T×nh nh xảy thủy vực nớc nông truyền sóng từ vùng biển sâu vo đới ven bờ Thiết lập bi toán Trong trờng hợp đồng không gian, vế phải phơng trình động học (5.1) mô tả tơng tác phi tuyến yếu, diễn đạt bi toán tiến triĨn phỉ d−íi d¹ng dN  G nl (6.17) dt 366 Giả sử tần số liên hệ với số sóng k quan hệ tản mát gk th (kH ) Giải số phơng trình (6.17) chất lỏng độ sâu hữu hạn l nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi nhiều thời gian tính máy Để đơn giản việc giải bi toán sử dụng dẫn công trình [275], cho biết kết tính toán số tích phân tác động phổ tần-góc S (, ) trờng hợp độ sâu hữu hạn l tơng tự nh kết nhận đợc chất lỏng sâu vô hạn (   gk ) vμ chØ kh¸c bëi mét nhân tử R thân tích phân tác động thnh dạng không thứ nguyên ~ ~ S (, ) S S (, ) ; (6.20) max ~ S max 11 G nl max ~ (, ) / g , (6.21) ~ S max giá trị cực đại phổ; S giá trị không thứ ~ nguyên phổ; G nl giá trị không thứ nguyên tích phân G nl (, ) tác động Bằng cách tơng tự đà quy nh©n T (4.4) cđa biĨu thøc d−íi dÊu tÝch phân (4.3) dạng không thứ nguyên (6.18) Để tính đại lợng không thứ nguyên đà chọn lới tần số tơng đối i (i 1, 30) vμ c¸c h−íng  j ( j  1, 36) , G NL hm vận chuyển lợng phi tuyến yếu phổ sóng chất lỏng độ sâu hữu hạn; G nl hm nút lới đà tính mảng trị số nhân Giải số phơng trình đợc thực theo giai đoạn giai đoạn thứ theo phổ đà cho S (, , t n ) xác định cực đại S max v tần số tơng tự chất lỏng sâu vô hạn Biểu thức cña hμm R cã [365], nã lμ hμm cña tham sè ~  kH z t−¬ng øng  max cho thời điểm t n giai đoạn thứ hai tÝnh c¸c G NL (, ) 2  gk th ( kH )  R (kH ) G nl (, ) 2  gk 5,5     R ( ~ )   ~ 1  ~  exp   ~  z z z z     , (6.19) Nh giải bi toán tiến triển phổ (6.17) quy giải phơng trình m vế phải ta tính theo quan hệ chất lỏng sâu vô hạn, sau nhân với hm R Thuật toán giải bi toán tiến triển Trong giải số bi toán tiến triển, tích phân tác động đợc tính theo phơng pháp đà mô tả chơng 4, đà sử dụng phơng pháp số trị độ xác cao v hớng dẫn công trình [161] Đà tính tới thực tế l thời gian tính tích phân tác động lớn, m tích phân phải tính nhiều lần, bớc giải bi toán Để tiết kiệm thời gian tính, nên biểu diễn phổ v 367 giá trị không thứ nguyên vế phải phơng trình (6.17) Khi giá trị nhân T không tính, m lấy trị số đà tính trớc giai đoạn chuẩn bị Giá trị có thứ nguyên ~ nhận đợc cách nhân giá trị tính đợc G với S max x 11 / g Sau ®ã giải phơng trình tiến triển (6.17) max phơng pháp số Euler Theo giá trị phổ nhận đợc b−íc hiƯn t¹i S (i ,  j , t n ) lại tìm trị số cực đại nã, vμ thùc hiƯn b−íc gi¶i tiÕp theo NhËn thÊy giải số bi toán, phổ biến đổi liên tiếp, dới tích phân xuất đối số , , không trùng với giá trị cđa c¸c nót i ,  j C¸c gi¸ trị phổ điểm đợc xác định b»ng néi suy theo nót gÇn nhÊt Cã thĨ đẩy nhanh trình tính đáng kể cách 368 tách từ miền tính tích phân ba chiều ®Çy ®đ mét miỊn cã ý nghÜa nhÊt, cã ®ãng góp vo giá trị tích phân Kích thớc miền đợc xác định độ xác tính to¸n cho tõ tr−íc Sư dơng tht to¸n nμy cho phép cắt giảm đáng kể khối lợng tính toán Thí dơ, nÕu sai sè tÝnh to¸n cho tr−íc b»ng 5%, tốc độ tính tăng bậc ứng với nớc sâu v nớc nông thời điểm khác Các giá trị vận chuyển phi tuyến yếu đợc quy chuẩn theo cực đại hm, tính cho phổ xuất phát (tại t ) nớc sâu Bớc tích phân t đà đợc chọn tự động ®· tÝnh ®Õn mét thùc tÕ lμ tiÕn triÓn phi tuyến yếu, phổ dịch chuyển dần vùng tần thấp, cờng độ vận chuyển lợng giảm Trong đáp ứng đòi hỏi cho bớc biến thiên tơng đối phổ phải gần nh nhau, từ mối quan hệ đồng nhận đợc  (n) ( n t n  t n 1  S max / S max1)    (n) max /  ( n 1) max  11  R (n) / R ( n 1) , (6.22) (n) t n gia số thời gian bớc n ; S max cực đại tơng øng cđa phỉ;  ( n )  tÇn sè max Kết thực hoá cách tiếp cận vừa mô tả đà xây dựng đợc thuật toán tối u v chơng trình cho phép đa kết ổn định với độ xác đòi hỏi chi phí thời gian tính máy tơng ®èi nhá (mét b−íc thêi gian tÝnh 10 gi©y máy PC/AT-486) Kết tính toán số Mục đích thực tính toán số giải bi toán tiến triển l khảo sát ảnh hởng độ sâu thủy vực tới trình vận chuyển lợng phi tuyến u vμ tiÕn triĨn phỉ Víi t− c¸ch lμ gi¸ trị ban đầu, đà chọn phổ điển hình đợc dùng mô tả sóng gió l phỉ JONSWAP víi tham sè ®Ønh nhän   3,3 v phân bố góc lợng ~ cos Trên hình 6.4, 6.5 biểu diễn kết tính hm vận chuyển lợng phi tuyến yếu v tiến triển phổ tần số tơng 369 Hình 6.4 Các hm vận chuyển lợng phi tuyến yếu thủy vực độ sâu hữu hạn: vận chuyển lợng phi tuyến ban đầu biển sâu vô hạn; đại lợng t  10 s;  vËn chuyÓn phi tuyến trờng hợp độ sâu hữu hạn Hm  0,7 t¹i t   10 s;  t¹i  Hm  0,6 Hμm vËn chun phi tuyến yếu xuất phát (xem hình 6.4) có ~ dạng điển hình, cực đại dơng nằm tần sè    /   max ~ 0,95 , cực tiểu (âm) tần số 1,08 Cực tiểu thứ hai khoảng 75% giá trị cực cực tiểu thứ nằm tần số ~ 1,40 Cũng hình vẽ ny biểu diễn giá trị vận chuyển phi tuyến hệ thống sóng nớc sâu qua t 10 s sau bắt đầu trình tiến triển Cực đại hm đà dịch 370 ~ ~ bên trái v nằm tần sè   0,725 , cßn cùc tiĨu  ë 0,83 Giá trị vận chuyển phi tuyến cực đại đà giảm bậc, giá trị cực tiểu giảm lần Cực tiểu thứ hai biến Tính toán ny chứng tỏ trình vận chuyển lợng phi tuyến yếu thuyên giảm mạnh mẽ tác động lên phổ v dịch chuyển phổ vùng tần thấp, giá trị cực đại phổ đà tăng lên 30%, v dạng trở nên hẹp Do giảm tần số cực đại đà diễn trình giảm công suất vËn chun phi tun u, vμ ta thÊy d¹ng phỉ trở nên ổn định Điều ny phù hợp với ớc lợng nhận đợc từ quan hệ thứ nguyên G nl  S max  / g , ớc lợng ny cho thấy mức độ phụ max thuộc chế phi tuyến vo tần số cực đại phổ Với độ cao trung bình, sóng trở nên di v thoải hơn, tức độ dốc sóng v tính chất phi tuyến giảm Đặc ®iĨm diƠn biÕn hμm vËn chun phi tun u phổ sóng (xem hình 6.5) thủy vực độ sâu hữu hạn mức độ định tơng tự nh trờng hợp độ sâu vô hạn Tuy nhiên, giá trị hm G NL trờng hợp độ sâu hữu hạn lớn nhiều, cực đại dịch bên trái Còn thân phổ tần số trở nên hẹp, giá trị cực đại lớn so với trờng hợp độ sâu vô hạn Với độ sâu giảm cng giảm, xu ny cng mạnh lên Hm phân bố góc đợc thể hình 6.6 cho thấy phần no trở nên co hẹp lại chỗ lân cận cực đại phổ, với mức độ nhỏ so với phổ tần số Tất điều ny chứng tỏ gia tăng cờng độ tơng tác phi tuyến yếu nớc nông diễn trình tăng trởng hi mang lợng, nhờ từ ton phổ sóng vùng cực đại phổ hẹp, có nghĩa l tạo xu hình thnh trờng sóng đơn 371 H×nh 6.5 Sù tiÕn triĨn phi tun u cđa phỉ tần số Các ký hiệu quy ớc giống nh hình 6.4 Quá trình ny cng tiếp diễn, giả thiết xuất phát lm sở mô hình xét không thích hợp Theo ớc lợng [65] xác định điều kiện thích dụng phơng trình động học (6.17) bất ®¼ng thøc: ~ (k ) k  T N R 372 trờng hợp đòi hỏi xem xét cụ thể Trong trờng hợp độ sâu v tốc độ dòng chảy biến đổi dọc theo hớng, để ớc lợng biến dạng sóng sử dụng kết mục ny 6.4 Tiêu tán lợng sóng nớc nông đáy gây nên Tổng quan vấn đề Khi truyền sóng nớc nông chuyển động sóng chất lỏng đạt tới mặt đáy Ngoi khúc xạ sóng đà mô tả diễn tơng tác chuyển động sóng với đáy, kết cục xuất thêm chế vật lý ảnh hởng tới hình thnh phổ sóng Hình 6.15 Các yếu tố sóng trung bình dòng chảy ngợc có tính tới diện v đổ nho sóng ngợc (trên đoạn dòng B ) Kết tính toán chứng minh ảnh hởng độ sâu không đồng v tốc độ dòng chảy dẫn tới biến đổi yếu tố sóng m ta dự báo đợc xuất phát từ chế biến dạng riêng rẽ Trong số trờng hợp ảnh hởng đồng thời độ sâu biến đổi v dòng chảy lm tăng biến dạng sóng, số trờng hợp khác lm giảm Trong thủy vực nớc nông, nơi có mặt dòng chảy bất đồng không gian, xảy tình độ cao v yếu tố khác sóng tăng đáng kể (một số lần) Cũng có tình ngợc lại, sóng gần nh gi¶m tíi møc biÕn mÊt hoμn toμn NhiƯm vơ tÝnh biến dạng sóng 401 Tham số định tác động đáy lên sóng l tích không thứ nguyên số sóng k với độ sâu H Trên độ sâu nhỏ, ảnh hởng hiệu ứng phi tuyến mạnh, việc sử dụng phơng trình động học đà dùng để mô tả tiến triển phổ sóng không hợp lý Trong mục ny giới hạn xem xét trờng hợp trung gian, đáy bắt đầu có ảnh hởng tới sóng, nhng độ sâu cha nhỏ v phơng trình động học sử dụng đợc Giả thiết tham số không thứ nguyên kH nằm phạm vi 0,5 kH 3,0 Phải nhận xét có nhiều công trình nghiên cứu tác động trình đáy lên sóng Tổng quan công trình đợc thực hiƯn thÝ dơ bμi b¸o cđa P Shemdin vμ nnk [351], số nhiều chế ảnh hởng đáy lên sóng đà phân biệt ra: nhiễu xạ bất đồng đáy, chuyển động lớp biên nhớt, thấm xuyên nớc qua đáy xốp v ma sát rối lớp biên Cơ chế thứ dẫn tới tái phân bố 402 địa phơng lợng sóng tán xạ hợp phần sóng, thí dụ rạn san hô quy mô nhỏ hay roi cát Ba chế sau l chế tiêu tán Tính hiệu dụng chúng đợc định điều kiện cụ thể hình thnh lớp biên đáy Sự thấm xuyên phụ thuộc vo cấu tạo xốp (tính xuyên qua đợc) vật liệu đáy, ma sát đáy phụ thuộc kích thớc yếu tố gồ ghề đáy Sự tiêu tán nh l hm ứng suất sóng đáy Xét tiêu tán lợng sóng ma sát đáy gây nên trờng sóng ngẫu nhiên v diện dòng chảy trung bình Cách tiếp cận nh cho sóng đà đợc K Kajiura [291] đề xuất, J Christoffersen v I Jonsson [232] khái quát lên cho trờng hợp sóng đơn sắc v có mặt dòng chảy Phơng trình động lợng tuyến tính ®èi víi líp biªn chÊt láng cã thĨ viÕt d−íi d¹ng   1   P  , (6.39) t 2 z mật độ nớc; v giá trị tốc độ nagng đợc lấy trung bình (theo Reynolds); P giá tri áp suất lấy trung bình; ứng suất rối lớp biên Các đại lợng v , P vμ  cã thĨ quy −íc t¸ch thnh đại lợng không đổi (trung bình theo pha) v đại lợng d thăng giáng, thí dụ w  c , (6.40) ®ã  c   ;  w     ; phi tuyến vo chuyển động tổng cộng ngời ta giả thiết đại lợng w không bên ngoi lớp biên sóng, l phụ lớp mỏng lớp biên dòng chảy Phơng trình xung chuyển động sóng tìm đợc nhờ lấy trung bình phơng trình (6.39) theo pha sóng ngẫu nhiên v trừ phơng trình trung bình từ phơng trình ®Çy ®đ (6.39)  w 1 w  Pw  (6.41) t 2 2  z NÕu gi¶ thiết građien áp suất không phụ thuộc vo độ cao sãng bªn líp biªn sãng, ng−êi ta thay giá trị mặt v viết H  ( w  V w )   w  , (6.42) t 2  z H V w tốc độ quỹ đạo dòng tự Chỉ số H giá trị tốc độ đáy z H , đợc chấp nhận giá trị biên giới lớp biên dòng chất lỏng không nhớt Sự tiêu tán lợng sóng gây ma sát đáy tìm đợc cách sau Phơng trình (6.42) nhân với v wk giá trị tốc độ quỹ đạo hợp phần sóng k , sau lấy tích phân theo độ sâu v láy trung bình theo pha sóng ngẫu nhiên g S (k )  t  ký hiƯu lÊy trung b×nh theo  H      wk  z  w dz  H H   V wk w pha sóng ngẫu nhiên Các hợp phần tốc độ v áp suất biểu diễn tổng tuyến tính dòng chảy không đổi v chuyển động sóng Tuy nhiên ứng suất c vμ  w phô thuéc   H  404 H   Vwk   wk  Vwk  z  w d z H   H H  H   w H   H V dz   z wk   wk  Vwk   t  wk  Vwk d z H 403  H   H   H   H ,   víi   ®é dầy lớp biên sóng Số hạng thứ hai biểu thức H ny triệt tiêu, giá trị V wk không đổi lớp biên sóng Số đợc biểu diễn dới dạng hạng thứ ba triệt tiêu tính tuần hon chuyển động Cuối nhận đợc H H G f ( k )  V wk  w (6.43) g với V (z ) giá trị tốc độ độ cao z , hệ số trở kháng C D l Từ (6.43) suy tiêu tán lợng sóng phụ thuộc vo giá trị tốc độ quỹ đạo dòng sát đáy không nhiễu, thờng đợc biết trớc, v ứng suất rối đáy, giá trị ứng suất ny cha đợc xác định Vấn đề l chỗ cha có đợc liệu đo trực tiếp ứng suất đáy gây nên sóng ngẫu nhiên hay tổng sóng với dòng trung bình Những dũ liệu đo có thờng nhận đợc cao lớp biên [232] v chủ yếu điều kiện phòng thí nghiệm sóng đơn sắc Vì ngời ta cho tham số hóa ứng suất đáy sóng ngẫu nhiên xuất phát từ lý thuyết sóng đơn, biểu thức xấp xỉ phổ sát đáy vận tốc thờng hẹp v thuộc loại có mốt [303] Tham số hóa ứng suất đáy Tồn nhiều biểu thức gần giải vấn đề khép kín phơng trình lớp biên rối: từ công thức thực nghiệm đơn giản đến sơ đồ khép kín bậc cao [149] Phép gần nhớt rối đợc dùng rộng rÃi để mô hình hóa dòng dừng khí v đại dơng Trong khuôn khổ phép gần ny, ứng suất đợc tham số hóa tơng tự trờng hợp nhớt thông th−êng   , (6.44)   ve z ®ã v e ~ 1 /  hÖ sè nhớt rối Xuất phát từ định luật kháng trở (6.44), đại lợng ứng suất dòng dừng cã thÓ 405   C D ( z )V ( z ) , (6.45) hμm cña tØ sè độ gồ ghề mặt mực đà cho, sau ny giá trị đợc chấp nhận độ dầy lớp biên ý tởng nhớt rối đợc K Kajiura sử dụng cho lớp biên dao động [291] v đà đợc khái quát hóa lên cho trờng hợp sóng đơn sắc v có mặt dòng chảy công tr×nh cđa J Christoffersen vμ I Jonsson [232] øng st chung đợc chia lm ứng suất sóng v ứng suất liên quan tới dòng chảy c w    c   w  ve  ve (6.46) z z Nh− vËy, øng suÊt có dạng tổng hai thnh phần Một thnh phần phụ thuộc vo dòng chảy lớp biên sát đáy, ®ã   H v e  v ec ~ c 1/2 , thnh phần thứ hai đợc xác định chuyển động sóng phụ lớp biên sóng bên trong, H ve v ew ~  w 1/4 NhËn thÊy r»ng giá trị hệ số v e hai lớp biên ny đợc xác định cách khác Nhờ kết giải phơng trình lớp biên với điều kiện biên tơng ứng đại lợng c nhận đợc định luật trở kháng (6.45), V VcH Để xác định đại lợng w tồn hai khả Thứ liªn quan tíi viƯc sư dơng biĨu diƠn phỉ tr−êng sóng Điều ny cho phép nhận đợc định luật trở kháng cho hợp phần phổ Trong cách tiếp cận thứ hai tính toán đợc thực cho dải tần số no phổ, thí dụ cho tần số cực đại Kết có đợc định luật trở kháng tích phân 406 H víi V w rms H H H  w  C D (Vw ) rms Vw , (6.47)  gi¸ trị trung bình bình phơng tốc độ dòng chảy đáy Nhận thấy ứng suất đáy gây sóng v dòng chảy liên quan tới hợp phần tơng ứng thông lợng dòng chảy bên mặt đáy, đợc mô tả quan hệ (6.45) v (6.47) ảnh hởng thông lợng sóng v dòng chảy dừng lên đợc tính đến thông qua tham số C D , giá trị tăng lên chuyển động tổng cộng so với trờng hợp xét chuyển động sóng hay xét dòng chảy không đổi cách riêng rẽ J Christoffersen v I Jonsson [232] đà cho thấy đa phần trờng hợp chuyển động sóng có ảnh hởng mạnh tới lớp biên dòng chảy không đổi tạo nên, l ngợc lại K Hasselman v J Collins [268] đà đề xuất phép gần khác cho ứng suất đáy gây nên trờng sóng ngẫu nhiên có mặt dòng chảy không đổi Họ đề nghị khái quát hóa định luật trở kháng (6.45) cho trờng hợp ứng suất đáy tổng cộng liên quan tới tốc độ ton phần dòng độ cao no đó, thí dụ độ cao lớp biên sóng H  CD V H V H (6.48) NhËn thÊy r»ng (6.48) cã chøa pha sãng d−íi d¹ng phi tun, trong (6.47) chuyện Ngoi giá trị hệ số trở kháng đợc xác định từ ớc lợng thực nghiệm tiêu tán lợng sóng Thế (6.47) vo biểu thức tiêu tán (6.43), nhận đợc H H  G f ( k )   C D (V w ) rms V wk (6.49) g   407 NÕu quan hƯ (6.49) viÕt l¹i theo thuật ngữ mật độ phổ lợng, tiêu tán đợc biểu diễn dới dạng k H G f ( k )  2C D (V w ) rms S (k ) (6.50) sh(2kH )   H ®ã cã thĨ dïng ký hiƯu C f  2C D V w rms Mét biÓu thức nh nhận đợc xuất phát từ (6.48), xem C f  4C DVcH Trong m« hình lớp biên hai lớp hệ số C f phụ thuộc tuyến tính vo giá trị bình phơng trung bình tốc độ sát đáy, mô hình lớp đại lợng ny tỉ lệ với tốc độ dòng chảy Đà có nhiều thử nghiệm nhằm xác định giá trị hệ số C f nh l hm độ gồ ghề đáy, tham số tích phân phổ, tần số v hớng truyền hợp phần sóng Theo liệu đợt thí nghiệm JONSWAP trị số trung bình đại lợng ny đợc ớc lợng b»ng C f  0,038 m2/s3 [267] Theo ý kiÕn tác giả mô hình WAM [303] điều ny tơng ứng với điều kiện sóng bình thờng Tuy nhiên bÃo mạnh độ lớn hệ số phải phụ thuộc vo tham số tr−êng sãng liªn tơc biÕn thiªn thêi gian b·o Theo ớc lợng S Weber [383] biểu thức phơ thc cđa hƯ sè nμy cã thĨ viÕt d−íi d¹ng nh− sau: H C f  exp(8,34  6,34 z H,08 )(V w ) rms ,   H ®ã z H  k N  max / V w rms (6.51) Giá trị củâthm số ®é dμi gå ghỊ cã thĨ b»ng k N  0,04 sóng gió lẫn sóng lừng, ảnh hởng thủy triều bỏ qua Tiêu tán lợng sóng gây thấm xuyên qua đáy Sự tiêu tán lợng sóng nhắc tới đợc mô tả với 408 giả thiết đáy không thấm Giá thiết ny lm đơn giản nghiệm bi toán, song lúc no Các chuyển động sóng xâm nhập vo đất đáy có cấu tạo xốp, thấm qua đợc dòng chất lỏng Trong phần lợng sóng để khắc phục lực cản đáy xốp Có thể hình thnh bi toán đơn giản khuôn khổ mô tả chuyển động sóng môi trờng hai lớp lớp ( H z ) giả định chuyển ®éng thÕ, cßn ë líp d−íi (  H n z H ) xốp, lợng sóng tiêu tán liên quan tới thấm qua Tại biên phân cách hai lớp ( z H ) cho điều kiện liên tục ứng suất pháp tuyến v không đổi dòng chất lỏng Trờng hợp lớp cát dầy, bi toán đà đợc O Shemdin v nnk [351] xem xét, cát độ dầy hữu hạn S Massel [320] Họ đà nhận đợc biểu thức hm tiêu tán dới d¹ng   th[k ( H n  H )] gKk G p (k )   S (k ) , (6.52) v    K k ( H n  H ) sh( kH )  ch (kH )   v ch [k ( H n H )] K hệ số thấm xuyên cát; ( H n H ) độ dầy lớp cát; v  hƯ sè nhít Khi ( H n  H ) (trờng hợp lớp cát dầy) hm tiêu tán đơn giản v đợc viết nh sau: G p (k )  C p  k S (k ) ch (kH ) (6.53) C p  gK / v  hƯ sè thÊm xuyªn Giá trị hệ số ny 0,0006 m/s cát hạt mịn kích thớc hạt Dm 0,25 mm Đối với cát hạt thô C p 0,01 m/s, Dm  mm 409 So s¸nh c¸c hμm tiêu tán gây ma sát đáy (6.50) v thấm xuyªn (6.53) cho thÊy r»ng tÝnh chÊt biÕn thiªn cđa chóng tïy thc vμo tham sè kH kh¸ gièng Chỉ có trờng hợp sóng lừng tần số thấp giá trị hm khác biệt Giá trị hm gần cát hạt mịn kích thớc hạt Dm 0,25 v hệ số C f 0,001 điển hình cho đáy phẳng Sự tiêu tán lợng sóng gây ảnh hởng bùn lỏng Tại vùng biển ven bờ v đặc biệt cửa sông hay gặp tình đáy đợc phủ lớp bùn lỏng, l loại bùn nhớt có cấu tạo khác nằm trạng thái lơ lửng Sóng gió thâm nhập xuống sâu, gây nên chuyển động bùn lỏng, độ nhớt bùn lỏng dẫn tới tiêu tán lợng sóng Cờng độ tắt dần gây nên ảnh hởng bïn láng cã thĨ v−ỵt tréi rÊt nhiỊu so víi mát lợng sóng liên quan tới nguyên nhân khác [375] Thí dụ, đợc biết sông Amazonka mang lợng bùn lớn tới vùng Surinam Số liêu thực nghiệm [384] cho biết lợng sóng bị mát mạnh Sóng đến 88% lợng lan truyền hai trạm Độ sâu vïng tr¹m thø nhÊt b»ng 7,1m, ë vïng tr¹m thø hai 4,7m, khoảng cách hai trạm khoảng 1,5 km Những mát lớn lợng khoảng cách nhỏ nh không liên quan tới đổ nho hay biến dạng sóng Hiện đà xây dựng nhiều mô hình tiêu tán sóng có mặt bùn lỏng Phân loại mô hình có chuyên khảo S Massel [320] Thông thờng mô hình xét chất lỏng hai lớp Chuyển động líp trªn (  H  z   ) đợc mô tả phép gần Để mô tả động lực học lớp dới ( H n  z   H ), lμ mét líp 410 nhớt, ngời ta dùng hm dòng Trong công trình S Hsiao v O Shemdin [279] đà nhận đợc nghiệm bi toán ny v mối liên hệ số sóng v tần số có dạng k đó:  th (kH) , g th (kH )   (6.54) k   (m  k )  s1  c1  m   ; r k  2  ( m  k ) c  s   2k m      m  k 1   k ( J  i v )  hợp phần khác Những quy luật chế tiêu tán gây ảnh hởng bùn lỏng lên sóng nh sau [279] Hiệu ứng ảnh hởng giảm tăng độ dầy lớp nớc v giảm bớc sóng Sự có mặt bùn lỏng lm giảm bớc sóng Sự biến đổi ny thờng 1020% v đạt tới 50% Tiêu tán lợng sóng tăng tăng độ dầy lớp bùn lỏng v tăng độ nhớt Tuy nhiên, độ nhớt đạt tới giá trị định, tác dụng tiêu tán lớp bùn lỏng bắt đầu giảm Sự tán xạ sóng đáy không phẳng Khi truyền sóng đáy không phẳng lợng sóng bị tán xạ Cơ chế tán xạ mô tả khuôn khổ lý thuyết tơng tác phi tuyến Theo cách tiếp cận ny, biểu thức chuyển động sóng mặt   tù (r , t ) vμ mỈt đáy gồ ghề (r ) (ở độ sâu  H  H (1  (r )),  ) đợc biểu diễn dới dạng tích phân 1/2 ; s1  sh (k ( H n  H )) ch (m( H n  H )); s  sh (k ( H n  H )) sh (m( H n  H )); c1  ch (k ( H n  H )) sh (m( H n  H )); c2  ch (k ( H n  H )) ch (m( H n  H )); v  hƯ sè nhít ®éng häc; r  E /  m  tØ sè mËt ®é n−íc vμ mËt ®é bïn láng; J  E /  m , E  hƯ sè ®μn håi tiÕp tun Đại lợng k (6.54) l đại lợng phức k k r ik i Phần ảo k chứng tỏ tiêu tán lợng sóng liªn quan tíi líp bïn láng Khi E   vμ v   quan hƯ (6.54) chun thμnh quan hệ tản mát thông thờng sóng chất lỏng độ sâu hữu hạn H Từ (6.54) có thĨ dƠ dμng nhËn biĨu thøc cho hμm phỉ tiªu tán lợng sóng (6.55) G ds (k )  2k i C g S (k ) Vì hm tiêu tán (6.55) phụ thuộc tuyến tính vo phổ, nên tiến triển lợng hợp phần phổ diễn độc lập với 411 Fourrier, tức đợc phân theo vectơ sóng v tần số, ngoi tần số hợp phần phổ mô tả gồ ghề đáy đợc chấp nhận không Sự tán xạ sóng yếu tố gồ ghề đáy dẫn tới tính chất tắt dần cộng hởng trờng sóng trung bình [155] Để dẫn tới biến đổi biên độ sóng có hợp phần phổ yếu tố gồ ghề đáy no m vectơ sóng chúng thoả mÃn điều kiện đồng pha  k  k1  k  , (6.56) k vectơ sóng sóng tới; k1 vectơ sóng sóng tán xạ; k vectơ sóng "trờng đóng băng" yếu tố gồ ghề đáy Nói cách khác, vectơ sóng sóng tán xạ thoả mÃn điều kiện đà biết Bregg Các hợp phần gồ ghề đáy không cộng hởng dẫn tới biến đổi tần số sóng, nhng có hợp phần cộng hởng ảnh hởng tới 412 tắt dần sóng phân biệt hai trờng hợp: phổ F (k ) rộng, tức tơng ứng với E N Pelinovski [155] đà nhận đợc biểu thức gia số tắt dần trờng sóng trung bình (đối với biên độ viết giá trị quy mô tơng quan bé, v hẹp (độ di tơng quan lớn) Về trờng hợp thứ ngời ta nói l tán xạ môi trờng thăng giáng quy mô nhỏ, trờng hợp thứ hai tán xạ môi trờng thăng giáng lớn, hai trờng hợp số số sóng ảnh hởng tới tán xạ Rõ rng với giá trị giá trị F (0) bất đồng a ae t ) cho nớc nông theo phép gần Bourr v biểu thức ny đà đợc khái quát hóa công trình I V Lavrenov [100] cho trờng hợp sóng di tản mát ( kH ) Quan hệ gH tản mát đợc chÊp nhËn d−íi d¹ng 2  BiĨu thøc  / 3k H cña gia số tắt dần đợc viết nh sau: Re     gH k 2 2  / 3k H 0   3     d , (6.57)   cos   2k sin , (k ) phổ yếu tố gồ ghề đáy Trong trờng hợp gồ ghề chiều, đờng đẳng sâu nghiêng gãc  /   víi h−íng trun sãng, phổ chủ yếu tán xạ phía trớc, với gồ ghề quy mô nhỏ tán xạ phía sau, v tán xạ hai phía diƠn thùc tÕ nh− Khi sãng tíi kh«ng vuông góc với bất đồng ( ) góc 45o sóng tán xạ truyền vuông góc với sóng chính, không ảnh hởng tới biên độ sóng chÝnh Mét ®iỊu lý thó nhËn thÊy lμ  45 sóng tán xạ phía sau lan trun vỊ phÝa tr−íc TÝch ph©n (6.57) dƠ tÝnh, v nhận đợc F (0) F (2k cos ) cos (2) cos  hÊp thô sóng gồ ghề đáy lớn lớn nhiều so với gồ ghề nhỏ, với gồ ghề quy mô lớn đợc xác định giá trÞ hƯ sè hÊp thơ phơ thc vμo gãc tíi, ngoi tán xạ phía sau triệt tiêu   45  VỊ mỈt vËt lý, ®iỊu nμy lμ víi hai chiỊu c¸c gå ghỊ cã d¹ng           (k )  F 2k sin sin      2k sin cos     2 2      gH k nhÊt quy m« lín lớn so với trờng hợp bất đồng quy mô nhỏ, tích phân F (k ) b»ng  V× vËy hƯ sè (6.58) Khi 90 đại lợng tăng vô hạn định Kết ny dễ dng Trong trờng hợp sóng tới vuông góc ( ) tắt dần đợc giải thích tính chất cộng hởng tán xạ Khi sóng trợt dới góc nhỏ quy mô tơng quan hiệu dụng tăng ®ét ngét Leff  L / cos  , thμnh thử bất đồng trở thnh 2 / 3k H định hợp phần phổ gồ ghề đáy hai sè sãng k  vμ k  2k , sè sãng thø nhÊt øng víi sù t¸n x¹ vỊ phÝa tr−íc, sè sãng thø hai – vỊ phÝa sau NÕu F (0)  F (2k ) , tán xạ sóng không tồn tại, có gồ ghề đáy Thông thờng ngời ta cho F (k ) hm đơn điệu giảm k Có thể 413 bất đồng quy mô lớn hơn, tán xạ bất đồng đó, nh đà nói, tăng đột ngột Ta xét bất đồng đẳng hớng hai chiều địa hình đáy (k ) (k ) Trong trờng hợp ny với gå ghỊ 414 quy m« bÐ   (2k sin )   (0) ~  L2 vμ  ~  gH k L2 / 3k H Từ rõ trờng hợp bất đồng quy m« bÐ mèi phơ thc l thõa cđa hƯ sè hấp thụ đà biến đổi ( k thay k ) Với gồ ghề quy mô lớn phổ (k ) khác không lân cËn bÐ (    , t¸n xạ phía sau), v nhận đợc ~  gH k L2  / 3k H Nh− vËy, nhê cách tiếp cận ny đà giải cách trực quan bi toán kinh điển tán xạ sóng đáy không phẳng v tìm hiểu tính chất phép gần thờng đợc dùng 6.5 Mô hình số biến dạng sóng gió đới ven bờ số đà đợc nhắc tới phần tổng quan chuyên khảo Thờng l bi toán đợc quy việc xác định yếu tố sóng vùng ven bờ cụ thể giá trị xuất phát chúng đợc biết vùng khơi nớc sâu Phơng pháp truyền thống giải bi toán đợc khuyến nghị sử dụng, thí dụ "Tiêu chẩn v quy tắc xây dựng" () [183], v dựa việc xác định dòng lợng dọc theo ống tia sóng từ biên xt ph¸t, cã thĨ dÉn tíi sù hiƯn diƯn c¸c điểm tụ tia v xuất kỳ dị nghiệm bi toán Trong mục ny trình by phơng pháp nghịch xây dựng đờng đặc trng phơng trình phổ cân lợng sóng không xuất kỳ dị đà nêu Phơng pháp ny cho phép nhận đợc nghiệm xác, phản ánh đợc chi tiết tinh khúc xạ sóng, không liên quan với khuếch tán số thờng xảy với phần lớn sơ đồ số trị Bi toán đợc giải nhờ phơng trình cân mật độ phổ tác động sóng viết dới dạng chung (1.84)(1.89) Ta chuyển từ mật độ phổ tác động N sang mật độ phổ lợng S  N , ta sÏ xem lμ hμm cña sè sãng k  k vμ gãc  Cßn vỊ Thiết lập bi toán Trong mục trớc đà xét trờng hợp riêng, nghiệm bi toán khúc xạ sóng nớc nông v dòng chảy bất đồng nhận đợc dới dạng giải tích Trong trờng hợp tổng quát hơn, độ sâu thủy vực v tốc độ dòng chảy biến đổi cách tùy ý, thu đợc nghiệm nh Tuy nhiên bi toán tính biến dạng sóng gió thđy vùc thùc thĨ míi cã ý nghÜa thực tế Những khó khăn tính toán liên quan tới thân lời phát biểu bi toán v việc thực hóa nó, kể diện thông tin cần thiết trờng dòng chảy, hình thái hm nguồn G , nh đà nêu mục 6.2, ỏ qua tơng tác phi tun u cđa c¸c sãng phỉ tr−êng hợp biến dạng sóng đới ven bờ cục Phơng trình cân mật độ phổ lợng có tính tới chế tiêu tán lợng sóng G ds ma sát đáy, có dạng ~ ~ dS  f   H d H d  f  dk       S  G ds , (6.59) dt  H   dt  dt  k dt      ~ ®ã f   2kH / sh(2kH ) Cã rÊt nhiỊu thư nghiệm đa dạng giải bi toán ny Một Thuật giải bi toán Để tìm phổ lợng sóng, v từ 415 416 tìm tham số sóng: độ cao, bớc, chu kỳ , phải tích phân hệ phơng trình (6.59) dọc theo đờng đặc trng (1.86)(1.89) Phép tích phân ny phải thực cho tập hợp rời rạc số sóng k i v hớng j (hình 6.16) Tuy nhiên, điểm ban đầu không gian pha tia * , * , k i* ,  *j ij ij  gãp h−íng cđa vïng n−íc (däc trơc Oy , y R ( ) ) đợc định có tính đến điều kiện đảm bảo cách xa điểm tính toán ( 139 10 m  y  130  10 m ) ®Ĩ cho ảnh hởng biên ngang bỏ qua phần vo phổ tính toán v từ chúng phải bắt đầu tích phân tia, không đợc biết trớc Vì việc thực hóa bi toán gồm hai giai đoạn giai đoạn thứ giải bi toán "nghịch" xuất phát từ điểm tính toán ,  , k i ,  j tìm tia v điểm ban đầu tơng ứng với chúng * , * , k i* ,  *j Khi ®ã hƯ ij ij phơng trình (1.86)(1.89) đợc giải cách lấy tÝch ph©n "vỊ phÝa sau", tøc víi phÐp thay t t Sau tìm điểm * , * , k i* , *j phơng trình đặc trng (1.86)(1.89) với ij ij phơng trình vận chuyển lợng (6.59) đợc tích phân "về phía trớc" dọc tia v, cách đó, tìm mật độ phổ lợng điểm tính toán Các kết tính kiểm tra Nếu ý tới tính đa nhân tố mô hình, tức số lợng lớn chế khác hình thnh nên phổ sãng, tr−íc hÕt chóng ta chØ xÐt sù biÕn d¹ng sóng đới ven bờ không tính đến ảnh hởng dòng chảy nh giai đoạn khảo sát mô hình Với t cách để kiểm tra, ta xÐt sù tiÕn triĨn sãng diƠn trun từ nớc sâu tới nớc nông, thủy vực mô hình độ dốc đáy không đổi Giả thiết biến đổi độ sâu đợc mô tả biểu thức H ( x)  28,0  1,05  10 3 x , (6.60) x R ( ) cos  ;  vμ  gốc tọa đọ hệ tọa độ địa phơng; R bán kính Trái Đất Chấp nhận kÝch th−íc cđa vïng n−íc  x  27  10 m ViƯc chän c¸c kÝch th−íc ngang 417 Hình 6.16 Tính vectơ sóng phần phía đông vịnh Phần Lan (1 tia ngợc, tia mang lợng) Phổ sóng nớc sâu (tại x ) chấp nhận tuân theo biểu thức (5.16), hm phân bố góc ta lấy dới dạng xấp xỉ đợc xác hóa (4.14), (4.15), dạng hm ny có vai trò quan trọng nh thấy dới Trong tính toán tần số cực đại max chấp nhận rađ/s, số sóng đợc biểu diễn rời rạc dới dạng tập gồm 17 giá trị biến thiên dải: 0,06 k i 1,26m TËp c¸c h−íng gãc  j gåm 418 30 giá trị dải 0,96 j 0,96 2 Theo thuật giải đà đề xuất, tích phân "về phía trớc" hệ phơng trình (1.86)–(1.89) vμ "vỊ phÝa sau" cđa chÝnh hƯ nμy cïng với với phơng trình cân lợng sóng đợc thực phơng pháp RungeKutta độ xác bậc bốn có chọn tự động bớc tích phân Nhờ kết tính toán số thực với hớng sóng tổng quát trùng với trục Ox số điểm däc theo trơc Ox (khi y  ) ®· nhận đợc giá trị phổ S (k , ) , phỉ tÇn sè – gãc S (, )  S ( k , )dk / d , phỉ c¸c sè sãng S (k )   S (k , )d vμ phỉ tÇn sè S ()   S (, )d ThÊy r»ng phỉ tÇn sè – gãc biểu lộ xu tăng lên tần số thấp v giảm tần số cao (khi ) Đối với góc khác nhiều với hớng tổng quát mật độ phổ thuyên giảm tất tần số Đối với c¸c gãc lín (   30  ) mËt độ phổ tần số thấp giảm tới không Điều ny l không tồn hợp phần phổ tơng ứng v thu hẹp giải quạt hớng phân bố góc lợng sóng Đặc điểm diễn biến S (, ) bị quy định chỗ: giảm độ sâu, vận tốc nhóm lúc đầu giảm, sau bắt đầu tăng, số sóng đơn điệu tăng lên, tia truyền hợp phần phổ quay phía vuông góc với đờng bờ Phổ tần số S () không biến đổi nhiều (ít l độ sâu dới m), v tần số cực đại phổ thực tế giữ nguyên nh trớc Phổ S (k ) dịch chuyển vùng giá trị lớn số sóng v trở nên rộng hơn, cực đại giảm Đặc điểm diễn biến nh phổ đợc khẳng định số liệu quan trắc thực địa [94] 419 Sau tìm giá trị phổ điểm tính toán, phổ đợc tích phân theo góc v số sóng phơng pháp Simpson, v cách tìm mômen thống kê, sau tìm ớc lợng tham số sóng: độ cao h , bớc v chu kỳ Những giá trị ~ ~ tơng đối độ cao trung bình h h / h0 , b−íc    /  vμ chu kú ~   /  biÓu diễn nh hm độ sâu tơng đối H /   0 thùc tÕ trïng hỵp víi tính toán nghiệm phổ xác đà thực trớc mục 6.3 (xem hình 6.10) Thí dụ, với đờng đẳng sâu thẳng, độ cao tơng đối h / h0 lúc đầu giảm đến giá trị 0,9 , sau bắt đầu tăng Chu kỳ trung bình giảm nhẹ (đến 3%), sau thấy tăng chậm Bớc sóng đơn điệu giảm Các kết tính cho thấy rằng: đờng đẳng sâu thẳng, song song, giá trị trung bình độ cao v chu kỳ sóng không biến đổi nhiều, l tới độ sâu diễn biến dạng phi tuyến sóng So sánh số liệu tính toán với kết đo thực địa tiến hnh vùng nớc có độ nghiêng đáy không đổi [94] thấy phù hợp Tính biến dạng sãng ë vïng ven bê XÐt sù biÕn d¹ng sãng vịnh, nơi đờng đẳng sâu không thẳng (xem hình 6.16) Đà chọn đồ vùng nớc thực, phđ b»ng mét l−íi hai chiỊu ( 100  38 ®iĨm nót) B−íc trªn trơc Ox b»ng 372 m, b−íc trục Oy 743 m Tại nút lới độ sâu thủy vực H ij đợc cho theo đồ độ sâu Giống nh trờng hợp trớc, ta xem phổ xuất phát đợc cho dới dạng (5.16) biên vùng (tại x ) Ta tính phỉ ë ®iĨm víi täa ®é: x  20,09  10 m; y  6,32  10 m Điểm ny có đặc biệt l nằm rÃnh trũng địa hình đáy (xem hình 6.16) 420 Khi tích phân số phơng trình đặc trng (1.86)(1.89) giá trị độ sâu H v građien độ sâu dọc tia đợc xác định nội suy Thí nghiệm cho thấy đặc điểm tia v phổ tính toán phụ thuộc vo bậc đa thức nội suy đợc chọn theo điều kiện ổn định nghiệm Theo kết tính toán thấy phổ không gian S (k , ) sâu trung bình thủy vực thực, t¹i x  20,8  10 m – trïng với độ sâu điểm tính toán Nói cách khác, lần tính ny ta thay độ sâu thực độ sâu với độ nghiêng không đổi Kết tính toán thấy tham số trung bình đà biến đổi nh− sau: ~ ~ h  0,65 ;   0,91 ; ~ 0,98 thay đổi đáng kể v khác nhiều với phổ tính cho trờng hợp độ nghiêng đáy không đổi Phổ trở nên hẹp hớng phần lớn giá trị số sóng, ngoại trừ hớng trùng với hớng đờng đẳng sâu điểm tính toán, mật độ phổ giảm mạnh hon ton không tồn tại, đặc số sóng nhỏ, kết l giá trị mật độ phổ S (k ) đà giảm đáng kể, số sóng cực đại phổ đà tăng nhiều Các giá trị trung bình tơng đối ~ ~ yếu tè sãng nh− sau: h  0,31 ; ~  0,85 ;   0,66 Nh− ®· thÊy,  đặc điểm diễn biến phổ v giá trị trung bình yếu tố sóng tính đợc địa hình đáy đợc chọn khác với giá trị tơng ứng trờng hợp tính kiểm tra tiến hnh với thủy vực độ nghiêng đáy không đổi (6.60) Nguyên nhân khác biệt ny l số nhân tố Thứ nhất, ảnh hởng phân kỳ hình học lợng sóng gắn liền với biên bên thủy vực v kích thớc hạn chế vùng cho phổ ban đầu Thứ hai, khác biệt ny gây nên đặc điểm biến đổi độ sâu dọc theo ống tia truyền sóng mang lợng tới điểm tính toán Mặc dù hai nguyên nhân liên quan với nhau, ta thử tìm hiểu phần đóng góp tơng đối nguyên nhân Muốn phải tiến hnh tính toán bổ sung, ta chấp nhận biên bên thủy vực nh trớc, độ sâu lấy theo tuân theo công thức biến đổi độ sâu trờng hợp độ nghiêng đáy không đổi (6.60) Lu ý độ sâu H theo (6.60) điểm ban đầu ( x ) trùng với độ 421 Hình 6.17 Phổ tính toán số sóng đới ven bờ Trên hình 6.17 dẫn phổ S1 (k ) v S (k ) đợc quy chuẩn theo bình phơng độ cao trung bình sóng xuất phát v nhận đợc cho thủy vực thực v mô hình Phổ S1 lân cận cực đại khoảng lần nhỏ giá trị mật độ phổ S vùng số sóng lớn hai phổ có giá trị gần với Ngoi ra, S1 có cực đại thứ hai, S v phổ xuất phát cực đại thứ hai Điều ny chứng tỏ rằng: số sóng nhỏ 422 giá trị số sóng cực đại thứ hai, khúc xạ sóng diễn độ sâu thực, lm giảm mạnh mật độ phổ Trên số sóng lớn giá trị đà nêu tợng vừa không xảy v mật độ phổ thực tế không biến đổi điều ny gây nên thu hẹp dải góc có mật độ lợng khác không, ban đầu dải ny nằm khoảng từ 90 đến 90o, thnh dải từ 43,5 đến 0o Trong thời gian độ sâu thực (xem hình 6.18 a) thu hẹp khoảng ny mức độ lớn hơn, đặc biệt với số sóng bÐ Nh− vËy, trun sãng tõ n−íc s©u tíi nớc nông đà diễn trình lọc hợp phần phổ đặc điểm diễn biến độ sâu Những hợp phần sóng di, sau phản ứng với biến đổi độ sâu, lệch phía độ sâu nhỏ Hình quạt định hớng góc hợp phần ny thu hẹp mạnh, giữ không đổi hớng song song đờng đẳng sâu Những hợp phần sóng ngắn thâm nhập vo lân cận điểm tính toán m không biến đổi đáng kể Thí dụ ny khẳng định rằng: tình thực, biến dạng c¸c phỉ sãng vμ c¸c tham sè cđa chóng cã thể khác biệt với trờng hợp tiến triển sóng điều kiện đờng đẳng sâu thẳng v song song ng−êi ta vÉn th−êng dïng lμm thÝ dô ®iĨn h×nh TÝnh sãng ë vïng ven bê cã dòng chảy Ta chuyển sang tính biến dạng sóng gió, thí dụ thềm đảo Sakhalin, nơi quan sát thấy tốc độ dòng chảy lớn, m/s, ngoi vùng ny độ sâu bất đồng ảnh hởng tới sóng Hình 6.18 Các đờng đẳng trị mật độ phổ phản xạ sóng độ sâu thực (a) v độ sâu mô hình (b) Trên hình 6.18 dẫn đờng đẳng trị mật ®é phæ S1 (k , ) vμ S (k , ) Do kích thớc tuyến tính hạn chế biên Để tính toán số biến dạng sóng đà chọn hệ tọa độ vuông góc (hình 6.19), trục ®øng Oy h−íng theo ®−êng kinh tun, trơc ngang Ox chän däc theo ®−êng vÜ tun (víi b−íc x  4,93 km, y 24,67 km), nút cho trớc độ sâu H ( x, y ) lấy theo xuất phát, nơi cho trớc mật độ phổ ban đầu khác không, m hình quạt hớng góc mật độ phổ đà thu hẹp lại điểm tính toán xa dần kể từ biên ny Nh thấy rõ hình 6.18, đồ Lới đợc chọn cho mặt biến đổi độ sâu điểm lân cận tơng đối nhỏ, mặt khác số lợng điểm nút không nhiỊu Nh− vËy sè b−íc trªn trơc Ox b»ng N x  22 vμ sè b−íc 423 424 trªn trơc Oy  N y  19 Phỉ xt ph¸t lấy theo xấp xỉ (5.16) với giá trị tham sè nh− sau: n  ;  max  0,39 , tøc t−¬ng øng víi chu kú sãng trung bình 11,5 s Hớng sóng tổng quát xuất phát lấy tuÇn tù b»ng   150, 180, 210  , hệ tọa độ địa lý tơng ứng với hớng 120, 90, 60o Hình 6.19 Tính toán biến dạng sóng gió vùng ven bờ có dòng chảy: 1) Các tia sóng tính toán Hình 6.20 Trắc diện ngang vận tốc dòng chảy nh hm khoảng cách từ bờ Cho dòng chảy hớng dọc theo đờng bờ, tức hớng dòng chảy lm với trục 2) Các tia mang lợng Ox góc 280o v giá trị tốc độ dòng chảy không biến đổi theo hớng ny Trên hớng vuông góc biến đổi 3) Các điểm tính toán 4) Hớng dòng chảy tốc độ dòng chảy chấp nhận tuân theo đờng đầu tốc biểu diễn Tại điểm nút lới cho trớc độ hình 6.20 TÝnh phỉ sãng thùc hiƯn cho ®iĨm víi täa ®é sâu v tốc độ dòng chảy Các chữ số x0  32,5  10 m vμ y  54,3 10 m theo thuật giải mô tả số hiệu điểm tính toán Nh tính toán đà cho thấy ảnh hởng gió kích thớc hạn chế thuỷ vực v tiêu tán liên quan tới ma sát đáy bỏ qua Hiệu ứng biến dangh sóng gây dòng chảy v nớc nông Ngoi ra, nh dòng chảy chủ yếu ảnh hởng tới phần phổ sóng ngắn, nớc nông, ngợc lại, tác động tới phần phổ sóng di 425 Kết tích phân số phổ hai chiều đà cho giá trị độ cao, chu kỳ v bớc sóng Sai số tích phân số đợc ớc lợng không lớn 23% Các tính toán thực cho hai điểm với độ sâu 42 vμ 12 m Ngoμi cịng tÝnh víi tr−êng hỵp dòng chảy ( V ) v có dòng chảy ( V ) Kết cho thấy ảnh hởng tơng đối yếu dòng chảy v độ sâu tới sóng điểm tính toán thứ Bị biến dạng nhiều l bớc sóng trung bình: bớc sóng giảm 10% (với hớng sóng xuất phát 426 60o) dòng chảy v giảm 19% có dòng chảy Chu kỳ trung bình thực tế không biến đổi Còn độ cao: trung bình: tăng 7% trờng hợp hớng sóng xuất phát 120o giả thiết dòng chảy thực tế không ảnh hởng tới tham số sóng cực trị [45] đợc khẳng định Tuy nhiên, tiến gần tới bờ, độ sâu giảm v ảnh hởng dòng chảy lên sóng trở nên đáng kể Bớc sóng giảm, độ cao tăng, giá trị cực đại quan sát thấy có dòng chảy v hớng truyền sóng tổng quát ban đầu 120o điểm tính thứ hai tăng tơng đối độ cao đạt tới 20% Khi dòng chảy độ cao lớn nhận đợc với hớng sóng ban đầu 90o, tăng độ cao đạt 8% Bớc sóng điểm ny giảm 2030% Để kết luận ta nhận xét chơng ny đà nghiên cứu vấn đề biến dạng phổ sóng khúc xạ nớc nông v có mặt dòng chảy bất đồng nhất, không kể tới ảnh hởng gió (vấn đề ny xét chơng 9) Đà chứng minh ảnh hởng đồng thời dòng chảy bất đồng v gồ ghề đáy thủy vực dẫn tới biến đổi trờng sóng diễn đạt đợc cách tổng cộng đơn giản hiệu ứng dòng chảy v độ sâu xét riêng rẽ 427 Phần Sử dụng mô hình toán sóng gió để giải số bi toán ứng dụng Nhập đề Hoạt động thực tiễn ngời liên quan đến biển đặt vấn đề tính toán yếu tố trờng sóng gió để giải loạt bi toán thực dụng, số phân hai loại bi toán Bi toán thứ xuất phát từ nhu cầu khách quan tính v dự báo trạng thái mặt biển phục vụ hng hải Bi toán thứ hai nhu cầu thực tính toán kỹ thuật áp lực lên thủy công trình chịu tác động sóng Chúng ta cần thiết phải xem xét hai bi toán ny có tính đến khả thực chúng thực tế: khả ny tùy thuộc không vo mô hình toán đợc sử dụng, m vo loạt hon cảnh khác trớc hết phải kể đến chất lợng thông tin xuất phát dùng tính toán Sai số thông tin nhiều xoá tất nỗ lực nh khoa học hớng tới hon thiện mô hình sóng gió Vì giải bi toán thực tế nên tiếp cận thực bi toán với quan điểm có cân nhắc, lờng hết phức tạp vấn đề Phải nhận xét lý thuyết trình phát triển sóng gió cha đợc nghiên cứu ®Çy ®đ, nh−ng nhu cÇu thùc tiƠn ®· dÉn tíi xây dựng nhiều mô hình sóng gió Căn vo số lợng lớn mô hình sóng gió tồn đến năm 1985, Nhóm công tác Quốc tế Đề án Mô hình hóa Sóng biển (SWAMP) đà so sánh v phân loại số mô hình đà xây dựng trớc [331] Bảng phân loại ny dựa đặc điểm biểu diễn hm nguồn phơng trình cân mật độ phổ lợng v chủ yếu cách m ngời ta tính tới vận chuyển lợng phi tuyến yếu phổ sóng gió Mặc dù hình thức thể chế vật lý định phát triển phổ sóng gió đơn sơ, loạt mô hình ny tiếp tục đợc sư dơng réng r·i 428 cho ®Õn tËn ngμy Có lẽ, điều ny l mô hình ny cho kết thoả mÃn nhu cầu nhμ thùc hμnh vμ ngoμi ra, chóng cã tèc ®é chạy nhanh so với mô hình sóng gió đại thuộc hệ ba v bốn [365] Trong công nghệ tính toán chung xem xét sau đây, sử dụng mô hình phổ tham số Mô hình ny, mặt sử dụng phép tham số hóa trình vận chuyển lợng phi tuyến yếu phổ sóng, nên thuộc loại mô hình hon thiện hệ hai, nhng mặt khác, tính đến tơng tác sóng với lớp biên khí quyển, nên xếp vo loại mô hình sóng gió hệ bốn Nh sau cho thấy, đơn giản, mô hình phổ tham số đa kết tin cậy, vận hnh nhanh, sử dụng thực hiƯn c¸c tÝnh to¸n nghiƯp vơ thêi gian thùc v để giải bi toán có tính chất khí hậu cần tính toán liên tục trờng sóng gió nhiều thập nên Chơng vấn đề dự b¸o nghiƯp vơ giã vμ sãng theo c¸c tr−êng khÝ ¸p 7.1 Tỉng quan vÊn ®Ị Mơc ®Ých ci cïng xây dựng mô hình sóng gió l sử dụng chúng tính toán chẩn đoán v dự báo thực tế Vấn đề sử dụng thực tế mô hình tỏ phức tạp hơn, tùy thuộc không vo thân mô hình, m vo chất lợng thông tin xuất phát, l trờng gió hay khí áp mặt đất 429 Kết cục, có đối sánh kết tính toán với liệu quan trắc thực địa l tiêu chí khách quan ®é chÝnh x¸c tÝnh c¸c yÕu tè sãng giã vμ chất lợng mô hình Sự phức tạp so sánh kết tính mô hình với liệu thực địa liên quan tới loạt vấn đề Để thực tính toán cần thông tin xuất phát tin câyk trạng thái khí lớp biên sát đất, bao gồm khí áp, tốc độ gió, nhiệt độ nớc v không khí Ngoi ra, cần số liệu quan trắc gió v sóng Hiện đà có mảng liệu quan trắc lớn trạng thái biển đội hoa tiêu quan trắc mắt từ tầu Tuy nhiên, liệu ny cung cấp ớc lợng thô, khó dùng để kiểm tra mô hình toán nên sử dụng số liệu quan trắc máy Đáng tiếc, vấn đề thu nhận số liệu quan trắc máy thờng bỏ ngỏ Từ năm 1994, Viện nghiên cứu Khoa học Bắc Cực v Nam Cực () đà xuất khả thực sử dụng liệu quan trắc đồ sộ thực máy c¸c dμn khoan thc c¸c vïng biĨn Nauy, Greenland vμ Bắc Hải Vị trí địa lý dn ny đợc hình 7.1 Các số liệu đặn nhập trung tâm điện tín theo kênh trao đổi quốc tế (mà "Ship") Điều ny tạo hội để kiểm tra độ xác dự báo gió mặt đất v sóng viện đặn phát hnh cho vùng biển thuộc Bắc Băng Dơng v Bắc Đại Tây Dơng Các dự báo thực theo hệ phơng pháp dựa sử dụng mô hình phổ tham số [43, 99, 171, 185] Thông tin xt ph¸t lμ c¸c dù b¸o khÝ ¸p trun tíi từ Trung tâm Châu Âu Dự báo Trung hạn (ECMWF) Để thực nhiệm vụ đặt ra, trớc hết phải tổ chức công tác thu nhận v tích luỹ thông tin quan trắc cách tin cậy, tiến hnh phân loại v phân tích, loại bỏ khiếm khuyết, xếp tơng ứng liệu tính toán v 430 ... tự (r , t ) v mặt đáy gồ ghề (r ) (? ?? độ sâu H  H (1  (r )) ,   ) đợc biểu diễn dới dạng tích phân 1/2 ; s1  sh (k ( H n  H )) ch (m( H n  H )) ; s  sh (k ( H n  H )) sh (m( H n  H )) ;... Ta cho phổ sóng nớc sâu dới dạng 355 (6 . 5) 3 56 S (,  )  S (? ? ?) cos n0 (? ?? ) Q (n0 ) , (6 . 9) ®ã Q (n0 )  hμm ph©n bè gãc quy chuÈn  n0  n   1 2      Q(n0 )    (n  1)  0  0... độ nghiêng đáy không đổi (6 .6 0) Lu ý độ sâu H theo (6 .6 0) điểm ban đầu ( x ) trùng với độ 421 Hình 6. 17 Phổ tính toán số sóng đới ven bờ Trên hình 6. 17 dẫn phổ S1 (k ) v S (k ) đợc quy chuẩn