Bài giảng hải dương học chương 3 đh thủy lợi

4/19/2009 Movement of water particles is circular and the orbit gets smaller with depth until there is no motion at L/2 Movement of water parcels is elliptical and the orbit gets flatter until it is just a back and forth movement at the bottom 4/19/2009 Năng l-ợng sóng Ph-ơng trình động sóng Ph-ơng trình dE t dx z dz g dx Et .g.a Năng l-ợng toàn phần chất điểm n-ớc E = Eđ + Et 1/4/05 E h2 Tốc độ nhóm sóng Định nghĩa Tốc độ nhóm sóng loại tốc độ đặc tr-ng mang l-ợng sóng theo ph-ơng truyền sóng Cn 1/4/05 C1 C2 C1 C2 (4.1) 4/19/2009 Tốc độ nhóm sóng (tt) - Nếu C1C2C Cn CC C2 C C C C (4.2) - Đối với vùng n-ớc nông Cn -Khi H H C sh(2 ) (3) tiến tới (2), H (4.3) , sh(2 ) tốc độ nhóm sóng đ-ợc tính nh- là: Cn 1/4/05 C C (4.4) S 4/19/2009 Applicability of wave theories 0.1 Stokes 5th order 0.01 0.001 H 0.142 L deep water breaking criterium H gT Stokes 3rd order shallow water breaking criterium H 0.78 d Stokes 2nd order H 26 gT 0.0001 0.0001 cnoidal waves linear wave theory (Airy) 0.001 0.01 0.1 d gT 1.0 4/19/2009 Quá trình hình thành sóng gió Giai đoạn phát sinh Giai đoạn phát triển Giai đoạn ổn định Giai đoạn triệt tiêu 1/4/05 4/19/2009 S phỏt trin ca súng ph thuc vo: Tc giú (Wind speed - vw) giú (Wind Fetch - F) sõu nc (Water depth - h) Thi gian trỡ giú (bóo) (Storm duration - t) vw cng ln súng phỏt trin cng nhanh F cng ln thỡ chiu cao súng cng ln h ln nh hng ma sỏt ỏy nh súng nhanh chúng t ti trng thỏi n nh Thi hian trỡ di súng t ti trng thỏi phỏt trin hon ton Chiu cao súng l hm ca tc giú, sõu nc v giú 4/19/2009 Chu k súng l hm ca tc giú, sõu nc v giú Chiu cao súng súng l hm ca tc giú, thi gian giú thi v giú 4/19/2009 Quỏ trỡnh bin dng súng ven b a- Hiệu ứng n-ớc nông b- Hiện t-ợng khúc xạ sóng c- Hiện t-ợng nhiễu xạ sóng d- Hiện t-ợng phản xạ sóng e- Sóng vỡ f- Sóng leo, Sóng trn g- N-ớc dâng a Hiu ng nc nụng Khi i vo nc nụng gi s nng lng súng khụng b tiờu hao ma sỏt Nng lng n v khụng thay i Khi cng nụng thỡ mc nc s tng lờn tc thi Bc súng s gim dn dc súng tng lờn Lu tc nh ln nht Hin tng súng Hin tng súng v Nng lng súng ó chuyn sang cho cỏc cht im nc hỡnh thnh dũng ven b 4/19/2009 Wave Shoaling 4/19/2009 a Hiu ng nc nụng o C o Co 1/ C H H0 C H K S C o g H o C g H Ks hệ số n-ớc nông = o 1/ o H Ho C KS C (2n kh)1/ 2 Khỳc x súng 10 4/19/2009 b Khỳc x súng Refraction of Wave Rays Basic Presumption: Wave energy flux P0 conserved between rays P0 = P1 P1 11 4/19/2009 Wave Energy Flux Conservation P EC g b In deep water: Po Eo Co bo From point to 1: P ECg b ECg b Cg H1 H0 Cg1 b0 1 Co b1 2n C bo KS KR b Shoaling coefficient Refraction coefficient Snells Law Refraction: sin sin L1 C sin L2 C2 Wave ray spacing: b1 cos b2 cos 12 4/19/2009 c Súng nhiu x d Phn x súng Kr =1 Kr c s cú hin tng cỏc cht im nc vt ngoi mt ct súng Hin tng súng v 14 4/19/2009 Ch s súng v (Ch s Iribarren) Cụng thc tớnh chiu cao súng v H b 0.142 L L ú: ú: Hs L0 T Hb,h L tan Hs L0 h = ch s súng v = chiu cao súng ti = di súng vựng nc sõu (=1.56 T2) = chu k súng = gúc dc ca mt bói trc = chiu cao v sõu súng v = chiu di súng Wave Breaking Criteria Deep water: Shallow water: Ho 0.142 Lo Hb 0.78 db 15 4/19/2009 Cỏc dng súng v Trn (spilling) < 0.5 Cuụn (plunging) 0.5 < < (collapsing) = Dõng (surging) > Types of Wave Breaking 16 4/19/2009 sõu súng v Súng tuyn tớnh = 0.78 i vi súng ngu nhiờn, v chiu cao súng l Hs , thỡ ch s nờn ly = 0.5 - 0.6 Breaker Depth Index Hb/db is a function of wave steepness and slope 17 4/19/2009 Súng qua vựng nc nụng Vớ d : Cụng trỡnh kố bo v b ti tnh N iu kin thng: H0 = 1.5m, Tp = s, MNBTB = 0.5m iu kin bóo: H0 = 5.0 m, Tp = 10 s, MNTK=3.5m Gúc súng ti 300 a) Vi cỏc súng trờn thỡ sõu no c xem l nc sõu b) V trớ súng v cỏch chõn bao xa, xỏc nh hb, Hb c) Xỏc nh chiu cao súng trc (chõn) f Súng leo l mc nc ln nht trờn mỏi cụng trỡnh R u 18 4/19/2009 Tính toán sóng leo mái dốc Nghiên cứu phòng thí nghiệm N.N Đrunkôvski (1936) : hsl = 3.2 kn.h.tg (1) Trong đó: h - độ cao sóng tr-ớc mái dốc công trình; kn - hệ số nhám mái dốc, mái dốc mặt nhẵn phẳng kn = 1.0 , mái dốc phẳng lát đá kn = 0.77; - góc nghiêng mái dốc Công thức đ-ợc dùng điều kiện mái dốc có hệ số m=ctg = 14 độ dốc sóng /h = Tính toán sóng leo mái dốc (tt) Năm 1947, B.A P-skin thí nghiệm với mái dốc m = 16 độ dốc sóng /h= 1020 đ-a công thức tính độ cao sóng leo: hl 0.565 h.tg n (3) n: hệ số nhám Cả hai công thức cho kết tính lớn so với độ cao bình quân quan trắc đ-ợc từ 10 đến 20% 19 4/19/2009 Tính toán sóng leo mái dốc (tt) Năm 1975 Krasnozon G.F đến kết luận sử dụng công thức: hlp = k kn.kp kc kw.k.hlo.hp (9) k - hệ số nhám cấu trúc kn - hệ số thấm mái dốc hlo- đô cao sóng leo t-ơng đối mái dốc chữ nhật phẳng không thấm, đ-ợc xác định blểu đồ phụ thuộc vào mái dốc độ dốc sóng vùng n-ớc sâu hay độ sâu H = 2h kp - hiệu chỉnh tần suất, kw - hiệu chỉnh tốc độ gió, kc - hiệu chỉnh phổ sóng, k - hệ số hiệu chỉnh h-ớng truyền sóng tới công trình g Nc dõng súng max = 0.3 br Hb Trong ú: br = Ch s súng v hoc giỏ tr ln nht ca H/h = 0.78 Hb =Chiu cao súng ti ng súng v (súng u) 20 4/19/2009 Cỏc phng phỏp tớnh súng giú a- Ph-ơng pháp kinh nghiệm b- Ph-ơng pháp l-ợng c- Ph-ơng pháp phổ sóng o c & s dng TL súng ton cu (Global wave statistics GWS) a) b) c) d) Ton b i dng c chia thnh 102 mnh Cỏc tu chuyờn dựng v cỏc tu buụn c giao o c súng v giú Hin cũn s dng v tinh o súng Vit nam nm vựng 40 21 4/19/2009 Phõn b súng thi on di Hs 22 4/19/2009 Vớ d v s liu súng di hn Phõn lp chiu cao súng Hs Phõn b di hn (tip) T ct cui cựng cú th i n kt lun rng: 100 % thi gian cú H > m s 23 % thi gian cú H > m s 12 % thi gian cú H > m s :: :: 0.01 % thi gian cú H > m s 23 4/19/2009 Tớnh toỏn tn sut bóo t tn sut súng Gi s cú mt cn bóo trỡ vũng 12 hrs ===> 730 cn bóo/nm Tsut cú cn bóo xhin ln/1 nm = 100/730 = 0.13 % => 6.7 m Tsut cú cn bóo xhin ln/10 nm = 0.013 % => 9.4 m Tsut cú cn bóo xhin ln/100 nm = 0.0013 % => 11.9 m Súng nghiờn cu thớ nghim mụ hỡnh Mỏng súng 24 4/19/2009 B súng 25 [...]... ton Khụng cú phn x Tng ng cú cao trỡnh cao hn mc nc Tng ng chỡm di nc Kt cu mỏi nghiờng bng ỏ Kr = 0.7 - 1 0.5 0.7 0 .3 0.6 0 .3 Tng ng cú nh thp b nc trn nhiu 0.7 Kt cu ờ chn súng cú mỏi bờ tụng ỳc sn 0 .3 0.5 0 .3 ờ chn súng cú kt cu tiờu nng 0 .3 0.6 0 .3 Bói bin t nhiờn 0.05 0.2 0.05 13 4/19/2009 e Súng v Khi tc cht im nc u > c s cú hin tng cỏc cht im nc vt ra ngoi mt ct súng Hin tng súng v 14 4/19/2009... % thi gian cú H > 0 m s 23 % thi gian cú H > 1 m s 12 % thi gian cú H > 2 m s :: :: 0.01 % thi gian cú H > 9 m s 23 4/19/2009 Tớnh toỏn tn sut bóo t tn sut súng Gi s cú mt cn bóo duy trỡ trong vũng 12 hrs ===> 730 cn bóo/nm Tsut cú 1 cn bóo xhin 1 ln/1 nm = 100/ 730 = 0. 13 % => 6.7 m Tsut cú 1 cn bóo xhin 1 ln/10 nm = 0.0 13 % => 9.4 m Tsut cú 1 cn bóo xhin 1 ln/100 nm = 0.00 13 % => 11.9 m Súng trong... iu kin bóo: H0 = 5.0 m, Tp = 10 s, MNTK =3. 5m Gúc súng ti 30 0 a) Vi cỏc con súng trờn thỡ sõu no c xem l nc sõu b) V trớ súng v cỏch chõn ờ bao xa, xỏc nh hb, Hb c) Xỏc nh chiu cao súng trc (chõn) ờ f Súng leo l mc nc ln nht trờn mỏi cụng trỡnh R u 18 4/19/2009 Tính toán sóng leo trên mái dốc Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của N.N Đrunkôvski (1 936 ) : hsl = 3. 2 kn.h.tg (1) Trong đó: h - độ cao sóng... sõu súng v = chiu di súng Wave Breaking Criteria Deep water: Shallow water: Ho 1 0.142 Lo 7 Hb 0.78 db 15 4/19/2009 Cỏc dng súng v Trn (spilling) < 0.5 Cuụn (plunging) 0.5 < < 3 (collapsing) = 3 Dõng (surging) > 3 Types of Wave Breaking 16 4/19/2009 sõu súng v Súng tuyn tớnh = 0.78 i vi súng ngu nhiờn, v chiu cao súng l Hs , thỡ ch s nờn ly = 0.5 - 0.6 Breaker Depth Index Hb/db is a function... dốc sóng vùng n-ớc sâu hay ở độ sâu H = 2h kp - hiệu chỉnh tần suất, kw - hiệu chỉnh tốc độ gió, kc - hiệu chỉnh phổ sóng, k - hệ số hiệu chỉnh h-ớng truyền sóng tới công trình g Nc dõng do súng max = 0 .3 br Hb Trong ú: br = Ch s súng v hoc giỏ tr ln nht ca H/h = 0.78 Hb =Chiu cao súng ti ng súng v (súng u) 20 4/19/2009 Cỏc phng phỏp tớnh súng giú a- Ph-ơng pháp kinh nghiệm b- Ph-ơng pháp năng l-ợng c-... và độ dốc sóng /h = 7 Tính toán sóng leo trên mái dốc (tt) Năm 1947, B.A P-skin cũng đã thí nghiệm với mái dốc m = 16 và độ dốc sóng /h= 1020 và đ-a ra công thức tính độ cao sóng leo: hl 0.565 h.tg n (3) ở đây n: hệ số nhám Cả hai công thức này đều cho kết quả tính lớn hơn so với độ cao bình quân quan trắc đ-ợc từ 10 đến 20% 19 4/19/2009 Tính toán sóng leo trên mái dốc (tt) Năm 1975 Krasnozon G.F đã ... 0.7 - 0.5 0.7 0 .3 0.6 0 .3 Tng ng cú nh thp b nc trn nhiu 0.7 Kt cu chn súng cú mỏi bờ tụng ỳc sn 0 .3 0.5 0 .3 chn súng cú kt cu tiờu nng 0 .3 0.6 0 .3 Bói bin t nhiờn 0.05 0.2 0.05 13 4/19/2009 e... bóo/nm Tsut cú cn bóo xhin ln/1 nm = 100/ 730 = 0. 13 % => 6.7 m Tsut cú cn bóo xhin ln/10 nm = 0.0 13 % => 9.4 m Tsut cú cn bóo xhin ln/100 nm = 0.00 13 % => 11.9 m Súng nghiờn cu thớ nghim mụ hỡnh... cú H > m s 23 % thi gian cú H > m s 12 % thi gian cú H > m s :: :: 0.01 % thi gian cú H > m s 23 4/19/2009 Tớnh toỏn tn sut bóo t tn sut súng Gi s cú mt cn bóo trỡ vũng 12 hrs ===> 730 cn bóo/nm