GENESIS mô hình số trị mô tả biến đổi đường bờ

Chương Tóm tắt lý thuyết mô hình 1.1 Sự cần thiết mô hình hoá diễn biến đường bờ Bảo vệ đường bờ ổn định đường bờ nhiệm vụ trung tâm lĩnh vực kỹ thuật bờ biển Sự biến đổi bãi biển bị chi phối yếu tố gió, sóng dòng chảy, mực nước, đặc trưng bùn cát nguồn cung cấp Để dự báo diễn biến bờ biển gây trình phức tạp vậy; cần công cụ hữu ích mô hình toán Không cho kết khách quan mà công cụ hỗ trợ tính toán cho kịch khác dự án phát triển Dù vậy, cần nhận thức mô hình toán hoàn toàn thay vai trò kỹ thuật viên vận hành mô hình họ có trách nhiệm kết cuối 1.2 Khả mô hình GENESIS mô hình “đường đơn”, nghĩa hình dạng mặt cắt ngang bờ không đổi mà dịch chuyển theo chiều ngang Tuy vậy, giản hoá lại khó phù hợp thực tiễn Trong cách mô đường đồng mức đáy song song với cần đại diện đường cong nhất, đường bờ Với số giả thiết phù hợp, GENESIS dùng cho bãi biển cát để phân tích phản ứng đường bờ tác dụng sóng nhiều toán kỹ thuật Mô hình dự đoán vị trí đường bờ biến đổi khoảng thời gian từ vài tháng đến vài năm; thích hợp trường hợp có xu hướng biến đổi đường bờ dài hạn có quy luật, chẳng hạn thoái lui đường bờ phía khuất đập mỏ hàn phát triển đường bờ phía sau đập phá sóng Khoảng thời gian mô phụ thuộc vào điều kiện sóng vận chuyển bùn cát, độ xác điều kiện biên, tính chất dự án mức độ gần giống bãi so với vị trí cân Ngay sau xây dựng công trình, bãi biển bị thay đổi nhiều so với trạng thái cân Trong trường hợp thay đổi gia diện vận chuyển cát dọc bờ lớn nhiều so với bão thay đổi theo mùa Diễn biến kéo dài vài năm CHƯƠNG TÓM TẮT LÝ THUYẾT MÔ HÌNH này, mặt cắt biến đổi hai vị trí cân bằng, GENESIS mô tả cách hiệu Không gian mô biến đổi từ vùng dự án đơn lẻ cỡ vài trăm mét đến dải bờ biển dài vài chục km Cần lưu ý rằng, phạm vi công trình không lớn điều kiện mở rộng vùng rộng lớn nhiều Trong số trường hợp, phạm vi mô hình mở rộng tuỳ theo yêu cầu xem xét ảnh hưởng mô hình tới khu vực lân cận Như đề cập trên, mô hình biến đổi đường bờ xây dựng nhằm mô trình biến đổi dài hạn đường bờ trình tiến tới trạng thái cân Trạng thái xáo trộn ban đầu thường công trình lớn xay dựng, chẳng hạn đê chắn cát cửa sông bến cảng Mô hình mô biến động ngẫu nhiên đường bờ mà xu rõ rệt, chẳng hạn biến đổi dòng ven bờ điều kiện sóng khác nhau, biến đổi bờ biển lạch triều, biến đổi dòng chảy gây gió, vận chuyển bùn cát ngang bờ trận bão 1.3 So sánh mô hình biến đổi đường bờ Các mô hình giải tích cho nghiên cứu phương trình vi phân biểu thị diễn biến đường bờ Nhưng để có nghiệm đúng, nhiều giả thiết phải chấp nhận nhằm lý tưởng hoá điều kiện tự nhiên Do mô hình giải tích cần, áp dụng giai đoạn tiền khả thi, với mục đích chủ yếu nhận diện xu hướng phát triển đường bờ ảnh hưởng yếu tố sóng góc tới, điều kiện biên, điều kiện ban đầu Đến mô hình xói lở mặt cắt mô xói lở bãi biển ảnh hưởng bão (Kriebel Dean, 1985; Larson, 1988) biến đổi mặt cắt ngang sau đổ cát nuôi bãi (Larson Kraus, 1989a) Mô hình bỏ qua trình vận chuyển bùn cát dọc bờ Về nguyên tắc, mô hình diễn biến mặt cắt diễn biến đường bờ dùng kết hợp để mô biến đổi vị trí đường bờ ngắn hạn lẫn dài hạn Mô hình biến đổi đường bờ, GENESIS, tổng quát hoá từ mô hình giải tích, xét tới nhiều yếu tố phức tạp công trình, sóng, điều kiện biên điều kiện ban đầu Ngoài ra, nguồn bổ sung bùn cát nuôi bãi, bổ sung bùn cát từ cửa sông, hoạt động khai thác cát, v.v xét đến Mô hình chiều mô thay đổi độ cao, độ đáy theo hai hướng: dọc bờ ngang bờ; gỡ bỏ giả thiết hình dạng mặt cắt ngang không đổi (của mô hình biến đổi đường bờ) vận chuyển bùn cát không đổi (của mô hình biến đổi mặt cắt) Sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát xác định toàn lưới tính toán Mô hình loại cần chạy máy tính mạnh đòi hỏi việc kiểm định mô hình phân tích độ nhạy sâu sắc CHƯƠNG TÓM TẮT LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 1.4 Vai trò mô hình biến đổi đường bờ kế hoạch dự án Mô hình biến đổi đường bờ liên hệ chặt chẽ hỗ trợ đáng kể cho giai đoạn lập kế hoạch dự án Hình 1.1 Bước b: Các liệu thu thập bao gồm trình tự nhiên yếu tố gắn với công trình Chú ý cấu trúc địa chất gián tiếp ảnh hưởng đến mô hình biến đổi đường bờ, chẳng hạn lún sụt vị trí định Các bước c-d : GENESIS, qua việc mô diễn biến bờ biển với nhiều phương án khác nhau, công cụ đánh giá phương án tìm giải pháp tối ưu cuối Chẳng hạn, (Hanson Kraus, 1986a), có phương án vạch nhằm hạn chế xói mòn bãi biển khu nghỉ mát Phương án “số không” đặt xem xét với phương án xây dựng dãy đập mỏ hàn với kích thước khoảng cách khác nhau, nuôi bãi với khối lượng khác nhau, đập phá sóng Với phương án, khối lượng vật liệu bờ biển ước tính, từ vào giải pháp kỹ thuật mà chọn phương án khả thi Bước g: Mô hình biến đổi đường bờ hỗ trợ hướng dẫn cho kế hoạch đo đạc, theo dõi đường bờ Các khu vực có đường bờ thay đổi mạnh mẽ xác định, từ phương án hợp lý nhằm đo đạc vùng (cả mật độ lẫn tần suất đo đạc) CHƯƠNG TÓM TẮT LÝ THUYẾT MÔ HÌNH Hình 1.1: Các bước thiết lập kế hoạch thực dự án Chương Lý thuyết mô hình Chương nhằm giới thiệu lý thuyết mô hình biến đổi đường bờ nói chung biểu thức toán dùng GENESIS nói riêng Bắt đầu từ giả thiết mô hình, phép tính vận chuyển bùn cát diễn biến đường bờ trình bày Một đặc điểm phần tính toán sóng xét đến Nhưng quan trọng khái niệm riêng GENESIS “ô lượng sóng” “miền vận chuyển” sâu xem xét, bên cạnh điều kiện biên công thức vận chuyển nói chung 2.1 Các giả thiết mô hình biến đổi đường bờ Nhiều quan trắc cho thấy mặt cắt ngang bãi biển trì hình dạng đặc trưng nó, trừ có biến động lớn sau trận bão Nhưng thay đổi theo mùa mặt cắt biến đổi nhiều so với mặt cắt đặc trưng “trung bình theo thời gian” nói Pelnard-Considère (1956) đề xuất theo lý thuyết phản hồi đường bờ tác dụng sóng, với giả thiết quan trọng mặt cắt ngang bãi chuyển động tịnh tiến theo phương ngang suốt trình bồi xói Mô hình ông kiểm định phòng thí nghiệm Với giả thiết vậy, vị trí mặt cắt xác định từ điểm cho trước mặt cắt; toàn địa hình đáy đặc trưng đường đồng mức nhất—thường đường mép nước (đường bờ) Do đó, mô hình có tên Mô hình biến đổi đường bờ hay Mô hình phản hồi đường bờ, hay đơn giản hơn: Mô hình đường đơn theo ý nghĩa biểu diễn địa hình đáy thông qua đường đồng mức Một giả thiết khác cát vận chuyển gần bờ phạm vi độ cao định trước Giới hạn phạm vi đỉnh thềm hoạt động, giới hạn độ sâu mà bồi/xói đáng kể—“độ sâu giới hạn vận chuyển bùn cát” Việc hạn chế di chuyển mặt cắt ngangtrong phạm vi nói cho ta phương pháp đơn giản xác định chu vi phần mặt cắt bị bồi lắng xói lở, từ ước tính thể bùn cát tăng/giảm đi, tương ứng với dịch chuyển đường bờ Trong mô hình, công thức vận chuyển bùn cát dọc bờ xác định Đối với bãi biển mở (nhìn biển khơi), lưu lượng vận chuyển bùn cát hàm chiều cao hướng CHƯƠNG LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 10 sóng vỡ Ở không xét đến chi tiết dòng chảy ven bờ Cuối giả thiết đường bờ có xu hướng biến đổi dài hạn cách rõ rệt Xu hướng chủ đạo chi phối biến động đường bờ “nhiễu động” gây bão, chế độ sóng, thuỷ triều, v.v Chỉ có tác động sóng gây vận chuyển bùn cát dọc bờ điều kiện biên điều kiện chi phối biến đổi đường bờ dài hạn Trong dự án có đập mỏ hàn, kè hướng dòng cửa sông đập phá sóng (đều gây chênh lệch vận chuyển cát dọc bờ), giả thiết thường thoả mãn Tóm lại, giả thiết mô hình biến đổi đường bờ bao gồm: • Hình dạng mặt cắt bãi biển không đổi • Giới hạn phía bờ phía biển mặt cắt ngang không đổi • Vận chuyển cát dọc bờ gây sóng vỡ • Bỏ qua chi tiết dòng chảy gần bờ • Có xu hướng phát triển đường bờ dài hạn Những giả thiết làm đơn giản hoá mô hình tạo điều kiện cho việc mô thuận lợi Tuy cần lưu ý số trường hợp, giả thiết bị vi phạm, chẳng hạn khu vực gần công trình Phía bồi đập mỏ hàn thoải phía mặt cắt bãi trung bình Trong trường hợp đường bờ biển biến đổi phù hợp với thực đo cần có diễn giải cẩn thận tổng lượng vận chuyển cát Bên cạnh đó, giả thiết độ sâu vận chuyển bùn cát độ cao thềm không đổi dọc suốt bờ biển không hoàn toàn phù hợp với thực tế cần thận trọng lựa chọn hai giá trị đặc trưng cho dải bờ biển mô Dòng vận chuyển bùn cát gây sóng vỡ không phù hợp số trường hợp mà đóng góp gió, dòng triều v.v đáng kể GENESIS mô chi tiết dòng chảy chuyển cát theo phương ngang phương thẳng đứng, mô dòng tách bờ, dòng hồi quy, v.v Xu hướng biến đổi dài hạn đường bờ có có tác động điều kiện biên trình mang tính quy luật bổ sung bùn cát sông thay đổi trạng thái sóng gây đập phá sóng xa bờ 2.2 2.2.1 Phương trình biến đổi đường bờ Phương trình Chọn hệ toạ độ Đề-các với trục x hướng song song với đường bờ trục y hướng vuông góc với bờ khơi Xét đoạn đường gần bờ ∆x, khoảng thời gian ∆t dịch chuyển đoạn ∆y Nếu phạm vi thay đổi từ mặt cắt từ thềm bãi (cao độ Db ) xuống tới độ sâu giới hạn vận chuyển bùn cát (Dc ) thay đổi thể tích bùn cát thời gian ∆t là: ∆V = ∆x∆y(Db + Dc ) CHƯƠNG LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 11 Trong đó, chênh lệch vận chuyển bùn cát (Q) theo hướng dọc bờ (x), dẫn đến thay đổi thể tích bùn cát là: ∆Q∆t = (∂Q/∂x)∆x∆t Từ cân vận chuyển bùn cát ∆V = ∆x∆y(Db + Dc ) = (∂Q/∂x)∆x∆t có xét thêm lượng bổ sung bùn cát q theo phương ngang bờ chuyển ∆t → ta phương trình vi phân: ∆y + ∆t Db + Dc ∂Q −q ∂x =0 (2.1) Để giải phương trình (2.1) cần có vị trí đường bờ ban đầu, hai điều kiện biên cho hai đầu đường bờ, giá trị Q, q, Db Dc 2.2.2 Lưu lượng vận chuyển bùn cát Vận chuyển cát dọc bờ Công thức tính lưu lượng vận chuyển cát dọc bờ là: Q = (H Cg )b a1 sin 2θbs − a2 cos θbs ∂H ∂x (2.2) b đó: H = Chiều cao sóng Cg = Vận tốc nhóm sóng lý thuyết sóng tuyến tính b = Chỉ số biểu thị điều kiện tính đường sóng vỡ θbs = Góc sóng vỡ tạo với đường bờ Các hệ số không thứ nguyên a1 a2 cho bởi: K1 a1 = 16 ρs ρ (2.3) − (1 − ρ) (1,416)5/2 K2 a2 = 16 ρs ρ 7/2 (2.4) − (1 − n) tan β (1,416) đó: K1 , K2 = Các hệ số kinh nghiệm đóng vai trò thông số mô hình ρs = Khối lượng riêng cát (2650 kg/m3 cát quartz) ρ = Khối lượng riêng nước (1030 kg/m3 nước biển) n = Độ rỗng lớp cát đáy (lấy = 0,4) tan β = Độ dốc trung bình đáy biển lấy phạm vi từ đường bờ xuống đến độ sâu giới hạn vận chuyển bùn cát CHƯƠNG LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 12 Hệ số 1,416 dể quy đổi chiều cao sóng ý nghĩa nhập vào GENESIS, sang chiều cao sóng quân phương Trong công thức (2.2), số hạng thứ biểu thị công thức SPM (1984) tính dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ sóng vỡ xiên góc với bờ Komar Inman (1970) gợi ý giá trị K1 = 0,77, theo Kraus nnk (1982), K1 khoảng từ 0,77 xuống 0,58; khoảng giá trị coi điển hình Số hạng thứ hai (2.2) biểu thị ảnh hưởng yếu tố khác đến vận chuyển bùn cát dọc bờ, gra-đien theo hướng dọc bờ chiều cao sóng vỡ ∂Hb /∂x, (theo Ozasa Brampton, 1980) Yếu tố thường nhỏ nhiều so với yếu tố sóng vỡ xiên góc đề cập trên, điều kiện bờ biển trống trải Nhưng gần công trình có nhiễu xạ sóng yếu tố góp phần đáng kể cải thiện kết mô (Kraus, 1983) Mặc dù ước tính theo kinh nghiệm, hệ số K1 K2 cần xem xét thông số kiểm định mô hình Thông số K1 với giá trị 1/(Db + Dc ) chi phối thời gian biến đổi đường bờ, độ lớn lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ Giá trị K2 nằm khoảng từ 0,5 đến 1,0 lần K1 Không nên lấy K2 lớn so với 1,0K1 , đường bờ diễn biến mạnh gần công trình mô hình không ổn định Nguồn tụ điểm bùn cát Đại lượng q phương trình (2.1) biểu thị nguồn cấp thu bùn cát chạy theo hướng song song đường bờ Các nguồn cấp thường cửa sông bờ vách đứng (dễ sạt lở), nguồn thu thường lạch sâu kênh dẫn vào cảng Ngoài ra, tác động gió gọi nguồn cấp nguồn thu tuỳ thuộc vào hướng gió thổi biển hay vào bờ Thay đổi trực tiếp vị trí đường bờ Sự thay đổi trực tiếp nuôi dưỡng bãi nạo vét Trong trường hợp này, mặt cắt ngang dịch chuyển phía bờ biển cách định trước, hàm số theo thời gian khoảng cách dọc bờ 2.2.3 Các thông số kinh nghiệm Chiều sâu vận chuyển bùn cát dọc bờ Bề rộng mặt cắt có xảy vận chuyển bùn cát hướng dọc lấy xấp xỉ bề rộng đới sóng vỡ, vốn chủ yếu phụ thuộc vào chiều cao sóng vỡ Thuật toán chuyển cát GENESIS yêu cầu thông số độ sâu hoạt động vận chuyển bùn cát dọc bờ, từ liên quan tới bề rộng đới sóng vỡ “Độ sâu hoạt động vận chuyển bùn cát dọc bờ”, DLT , lấy chiều sâu sóng tần suất 1/10 phía thượng lưu công trình Theo giả thiết GENESIS độ sâu tương đương với: CHƯƠNG LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 13 DLT = 1,27 H1/3 γ (2.5) b đó: 1,27 = Hệ số chuyển đổi chiều cao sóng 1/10 chiều cao sóng ý nghĩa γ = Chỉ số sóng vỡ, tỉ số chiều cao sóng độ sâu nước điểm sóng vỡ H1/3 b = Chiều cao sóng ý nghĩa điểm vỡ Nếu lấy γ = 0,78 ta DLT ≈ 1,6(H1/3 )b Như độ sâu hoạt động DLT nhỏ nhiều so với độ sâu giới hạn vận chuyển bùn cát Dc , trừ trường hợp sóng đăc biệt lớn Một đặc trưng khác “độ sâu lớn vận chuyển bùn cát dọc bờ” DLT o để xác định độ dốc bãi trung bình tan β phương trình (2.2), DLT o cho bởi: DLT o = (2,3 ÷ 10,9Ho ) Ho Lo (2.6) đó: Ho /Lo = Độ dốc sóng nước sâu Ho = Chiều cao sóng ý nghĩa vùng nước sâu Lo = Chiều dài sóng nước sâu Theo lý thuyết sóng tuyến tính Lo = gT /2π với g gia tốc trọng trường T chu kỳ sóng Nếu có số liệu phổ sóng lấy T ứng với đỉnh lượng, không lấy T ứng với chiều cao sóng ý nghĩa (xem Hallermeier, 1983) Trong GENESIS, DLT o tính với bước thời gian giá trị chung đại diện cho đường bờ; thay đổi tuỳ thuộc vào điều kiện sóng phản ánh tính chất biến đổi theo mùa hình dạng độ dốc mặt cắt Hình dạng độ dốc trung bình mặt cắt Hình dạng mặt cắt trung bình Bruun (1954) Dean (1977) sử dụng: D = Ay 2/3 (2.7) D độ sâu, A tham số kinh nghiệm phụ thuộc vào đường kính hạt cát vùng gần bờ, d50 (Moore, 1982)  0,41(d50 )0,94 với d50 < 0,4    0,23(d )0,32 với 0,4 ≤ d < 10 50 50 M= (2.8) 0,28 0,23(d50 ) với 10,0 ≤ d50 < 40,0    0,46(d50 )0,11 với 40,0 ≤ d50 Trong đơn vị tính: d50 (mm) A (m1/3 ) Trường hợp có nhiều mặt cắt thực đo vùng nghiên cứu dùng Hình 2.1 để xác định giá trị d50 đại diện, từ tính A CHƯƠNG LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 14 Hình 2.1: Đường cong để xác định đường kính trung bình Tương ứng với giá trị tham số A độ sâu lớn vận chuyển bùn cát DLT o [cho P.T (2.6)], độ dốc trung bình mặt cắt cân vùng gần bờ là: tan β = A3 DLT o (2.9) Độ sâu giới hạn vận chuyển bùn cát Dc Dc độ sâu dường thay đổi độ cao đáy, thường khó xác định thực tế Mặt khác, coi Dc độ sâu giới hạn vận chuyển bùn cát khoảng thời gian định năm dùng lại công thức (2.6) với chiều cao sóng ý nghĩa lớn nhất, xảy 12 năm (nghĩa tần suất 0,137% năm) (Hallermeier, 1983) Tuy cần so sánh giá trị tính toán với số liệu thực đo, đồng thời cần lưu ý giá trị Dc thay đổi khu vực lân cận công trình 2.3 Tính toán sóng Tài liệu sóng xa bờ dùng cho mô hình thực đo tính toán, với bước thời gian cố định, thường từ đến 24 Chiều cao hướng sóng điểm đo (hoặc tính) phải diễn toán đến điểm sóng vỡ trước tính biển đổi đường bờ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ65 mỏ hàn Các dòng F.4 F.5 Lượng cát chuyển vào khu vực dự án từ biên hai phía bị chi phối chủ yếu giá trị chiều dài cac mỏ hàn Các giá trị sơ lấy cách đo ảnh hàng không, thay đổi trình kiểm định để có hiệu ứng ngăn cản bùn cát tốt Các dòng G.6 G.7 Các đặc trưng hình học đê chắn sóng dễ dàng tìm qua ảnh hàng không Dòng G.9 Các đê chắn sóng thiết kế dạng đá đổ nhiều lớp theo tiêu chuẩn (SPM, 1984) không phun vữa Do chúng có cho sóng truyền qua phần Đồng thời, có tràn đỉnh giai đoạn có nước cao sóng lớn Các đê chắn sóng theo có hệ số truyền sóng tương đối thấp nhau, chúng thiết kế tương tự Tuy vậy, độ sâu nước khác chân đê chắn sóng làm thay đổi thuộc tính truyền sóng điểm khác nhỏ khác công trình Với ước tính ban đầu, ba hệ số truyền sóng lấy không ta chỉnh chúng sau Dòng I.4 Nuôi bãi thực trước sau thời khoảng mô phỏng, vào thời gian hai lần chụp ảnh vệ tinh (thời đoạn mô phỏng) Do đổ bãi làm đầu vào mô hình Số liệu file SHORL Có số cách cho ta vị trí đường bờ, chẳng hạn từ mặt cắt ngang bờ gần nhau, đo đạc trực tiếp đường bờ, từ đo địa hình khu vực, từ ảnh hàng không Theo cách cuối này, cần thu thập ảnh nhiều thời điểm tương ứng với mực nước biết Từ ảnh thu cần số hoá vị trí đường bờ cách thủ công, để xác định toạ độ đường bờ so với đường chuẩn tuỳ ý có xu hướng song song với đường bờ Từ khảo sát thực địa, khoảng cách trung bình đường mép nước đường đồng mức “chuẩn cao độ” xác định cho đoạn bờ tiêu biểu Sau khoảng cách cộng vào bớt từ toạ độ trình số hoá Các ảnh hàng không khu vực dự án chụp khoảng từ 1/10/1977 đến 18/9/1984; ba ảnh vào ngày 24/10/1977, 9/10/1979 chọn phục vụ nghiên cứu Từ 10/1977 đến 1980 nuôi bãi, đơn giản hoá toán thích hợp với mô Căn vào kích thước công trình có ảnh mà xác định tỉ lệ ảnh 1:2300 Khi số hoá, ảnh phóng đại lên tỉ lệ 1:1500 để đảm bảo sai số khoảng cách 0,3 m hay sai số thể tích 841 m3 Pope Rowen (1983)báo cáo mực nước hồ trung bình ba ảnh 0,79 m; 0,76 m; 0,73 m Độ dốc bãi ngang đổ 1:5, sau dần tiến tới 1:12 khoảng tháng Bằng cách chọn độ dốc bãi trung bình 1:12, tính khoảng cách phương ngang tương ứng 9,5 m; 8,8 m 9,1 m số liệu để cộng với vị trí đường bờ số hoá Vì GENESIS không cho phép mặt cắt chuyển tiếp Sự chuyển tiếp từ mái dốc sang thoải giả thiết xảy vào ngày bắt đầu mô phỏng, 24/10/1977 Sự chuyển tiếp phác hoạ vị trí đường bờ ngày 24/10 Mặt cắt ngang biểu thị đường thẳng từ đỉnh thềm bãi với cao độ +2,4 m xuống độ sâu giới hạn vận chuyển bùn cát, −4,8 m Ngoài ra, đoạn CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ66 Hình 5.4: Vị trí đường bờ đo đạc có hiệu chỉnh chuyển tiếp giả sử làm quay mặt cắt ngang qua tâm nó, cao độ −1,2 m Về hình học, điều tương đương bới đường bờ bị thoái lui 8,5 m độ dốc chuyển đổi từ 1:5 sang 1:12 Khoảng thoái lui trừ khỏi vị trí đường bờ vào ngày 24/10/1977 Walker nnk (1980)cũng đề cập đến thay đổi thể tích bãi khu vực dự án khoảng thời gian date ảnh vệ tinh nói Từ 10/1977 đến 10/1978, thể tích tăng thêm 3290 m3 , từ 10/1978 đến 11/1979 thể tích bị ước chừng 306 m3 Mặt khác, ta tính toán so sánh từ số liệu vị trí đường bờ số tương ứng tìm 10320 m3 (từ 1977 → 1978) 5280 m3 (từ 1978 → 1979) Lấy đường bờ năm 1977 làm chuẩn thay đổi thể tích quy sai số trung bình 2,5 m (1 mm ảnh hàng không) ước tính vị trí đường bờ 1978, sai số 0,82 m (0,3 mm ảnh đường bờ 1979 Để thống với nghiên cứu trước đây, vị trí đường bờ 1978 1979 dịch chuyển tiến lên, 2,5 m 0,82 m, dẫn đến chênh lệch thể tích 3260 m3 thời gian từ 10/1977 đến 10/1978 −256 m3 từ 10/1978 đến 10/1979 Vị trí bờ đo đạc có hiệu chỉnh biểu thị Hình 5.4, file SHORL tương ứng Phụ lục B Theo Hình 5.4, xu hướng chung có xói lở dọc bờ phần phía Tây khu vực dự án bồi lắng phía Đông khu vực Hình 5.5 biểu thị thay đổi thể tích bãi khu vực nghiên cứu lấy thể tích bãi 10/1977 làm chuẩn Thay đổi thể tích biến thiên đáng kể theo mùa, với tăng thêm vào mùa đông mát vào mùa hè Trái với dự đoán ban đầu, biến đổi theo mùa dường tăng theo thời gian, thay xu hướng đạt đến trạng thái cân Lượng CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ67 Hình 5.5: Thay đổi thể tích bãi thực đo khu vực nghiên cứu tăng thêm giải thích biến đổi dài hạn chế độ sóng mực nước Ngoài có thay đổi đáng kể thể tích bãi qua năm, xu hướng chung đo đạc bồi lắng vào mùa xuân mùa thu, tương ứng với thể tích ước tính qua phương pháp bình phương nhỏ 1680 m3 /năm 1910 m3 /năm Số liệu file SEAWL Trong mô hình, tường chắn đặt số vị trí dọc theo bờ, định vị từ ảnh hàng không File SEAWL cho Phụ lục B Số liệu file DEPTH Không cần có file DEPTH ta không dùng mô hình truyền sóng Lí sóng tán xạ để chắn sóng thành phần chủ đạo trình truyền sóng, biến thiên chiều cao hướng sóng vỡ dọc bờ nhỏ (do sóng khác xạ qua địa hình đáy tương đối phẳng với đường đồng mức đáy gần song song) Số liệu file WAVES Cũng với phần lớn nghiên cứu mô hình hoá diễn biến đường bờ, tài liệu đo sóng khu vực khoảng thời gian lần đo vị trí đường bờ sẵn Thay vào đó, tính toán sóng (Saville, 1953) cho hồ Erie giai đoạn 1948-1950 sử dụng để đối chiếu CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ68 Bảng 5.1: Các dòng số liệu WAVE_INIT WAVE_2T T H θ T H θ ◦ ◦ s m s m 4,5 1,52 -53 8,0 1,52 -53 3,0 0,61 -30 6,0 0,61 -30 3,0 0,61 -8 6,0 0,61 -8 2,0 0,30 4,0 0,30 3,0 0,61 15 6,0 0,61 15 3,0 0,61 38 6,0 0,61 38 4,0 0,91 60 8,0 0,91 60 mẫu file WAVE WAVE_CNG WAVE_DIFF T H θ T H θ ◦ ◦ s m s m 8,0 1,83 -53 8,0 0,93 -33 6,0 0,73 -30 6,0 0,54 -30 6,0 0,67 -8 6,0 0,59 -8 4,0 0,30 4,0 0,26 6,0 0,55 15 6,0 0,53 15 6,0 0,49 38 6,0 0,49 38 8,0 0,73 60 8,0 0,73 60 xu hướng chung khoảng thời gian có số liệu đo đạc Tính toán hindcast, bảng thực cho vùng Cleveland, cách Lorain 45 km phía Đông Ngoài ra, gần có số liệu thực đo chiều cao chu kì sóng độ sâu m cảng Cleveland giai đoạn từ tháng đến tháng 11/1981 Số liệu đo đạc dùng để hiệu chỉnh số liệu tính toán hindcast theo ba giai đoạn, trình bày Sóng vỡ động lực gây dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ Vì vậy, cần cố gắng chuẩn bị số liệu sóng tạo lưu lượng chuyển cát phù hợp Trong nghiên cứu này, tài liệu GDM (USAED, 1975) cung cấp thông tin vận chuyển bùn cát khu vực, với nội dung sau: a) Nơi cách xa ảnh hưởng che chắn cảng Lorain, lưu lượng chuyển cát tịnh từ Đông sang Tây với ước tính 45900 m3 /năm b) Ảnh hưởng chắn sóng từ phía tây cảng Lorain làm cho dòng vận chuyển qua Lakeview từ phía Tây sang Đông với lưu lượng tiềm ước tính 16400 m3 /năm lưu lượng tổng cộng tiềm ước tính 125000m3 /năm c) Vì nguồn cấp bùn cát có hạn, lưu lượng tiềm không đạt Thay vào đó, lưu lượng tiềm tịnh thực tế ước tính từ 3820 đến 6120 m3 /năm d) Vận chuyển bùn cát đáng kể thời kì mặt hồ không đóng băng, từ tháng đến tháng 11 Ta mô diễn biến đường bờ thời đoạn Việc cần làm tạo chuỗi số liệu sóng khơi (chu kì, chiều cao, hướng sóng) từ bảng kết Saville (1953) Trong thời kì băng, chế độ sóng theo tính toán hindcast cho thấy tới 73% thời gian lặng sóng Tuy vậy, người chạy mô hình tin kết tính toán hindcast nói thiên lặng; cần định nghĩa lại trạng thái “lặng” cho sóng khơi có T = s, H = 0,3 m θ = 0◦ Các dòng số liệu mẫu file ban đầu WAVE_INIT cho Bảng 5.1, kèm theo số liệu sóng hiệu chỉnh sau này, tiện so sánh CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ69 Bảng 5.2: So sánh số liệu sóng thực đo hindcast Sóng S´g hindcast So sánh Hindcast So sánh thực đo IX - XI IX - XI IV -XI IV - XI H Tp Hh Th H T Hh Th H T Tháng m s m s Hh T h m s Hh T h IX 0,37 4,7 0,46 2,4 0,8 1,9 X 0,61 4,9 0,43 2,3 1,4 2,1 XI 0,49 4,7 0,52 2,5 0,9 1,9 TB 0,49 4,7 0,46 2,4 1,0 2,0 0,61 2,4 1,0 1,9 Ghi chú: H = chiều cao sóng ý nghĩa thực đo; Tp = chu kì sóng đỉnh phổ thực đo; Hh = chiều cao sóng ý nghĩa tính toán hindcast; Th = chu kì sóng ý nghĩa theo tính toán hindcast Hướng sóng BĐB B BTB Lặng TB TTB T Tất Bảng 5.3: Lưu lượng chuyển cát dọc bờ tính toán Góc so với Số Lưu lượng tịnh Lưu lượng tổng đường bờ (◦ ) sóng (103 m3 /năm) (103 m3 /năm) −53 55 −31 −30 49 −20 −8 47 −14 713 15 37 18 38 49 58 60 26 29 hướng 976 39 171 Trong chuỗi số liệu sóng có file WAVE_INIT, chế độ sóng cho tháng 9, 10 11 tách so sánh với tài liệu thực đo tương ứng năm 1981 (Bảng 5.2) Từ Bảng 5.2, ta thấy có phù hợp chiều cao sóng thực đo tính toán, chu kì sóng thực đo lớn chừng gấp đôi so với chu kì hindcast Nếu coi chuỗi số liệu thực đo điển hình, ta phải hiệu chỉnh cách nhân đôi chu lì sóng hindcast với buộc không cho chu kì sóng vượt s Kết hiệu chỉnh cho ta file số liệu sóng mới, WAVES_2T, mà số dòng ví dụ có Bảng 5.1 Báo cáo GDM có ước tính lưu lượng chuyển cát dọc bờ theo công thức tương tự P.T (2.2) với K1 = 0,77 K2 = 0,0 Để thống với tính toán chuyên gia có kinh nghiệm tiến hành nghiên cứu địa phương, ta lấy giá trị để tính lưu lượng chuyển cát tiềm trường hợp đường bờ thẳng , công trình Bảng 5.3 số kết tính toán lưu lượng chuyển cát dựa file WAVES hiệu chỉnh Như Bảng 5.3, lưu lượng chuyển cát tịnh dọc bờ có giá trị dương (theo hướng Tây → Đông), hướng dòng vận chuyển ngược với thực tế giá trị lưu lượng có độ lớn cỡ tương đương Không có thông tin để so sánh lưu lượng tổng cộng Có thể CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ70 Bảng 5.4: Chiều cao sóng trung bình hiệu chỉnh ảnh hưởng che khuất cảng Lorain H Hướng Ho (m) H (m) H0 sóng ban đầu hiệu chỉnh BĐB 0,77 0,38 0,49 B 0,73 0,54 0,74 BTB 0,80 0,72 0,90 Lặng 0,30 0,27 0,90 TB 0,92 0,89 0,97 TTB 1,01 1,00 0,99 T 1,00 0,99 0,99 Tất 0,45 0,39 0,27 vài yếu tố gây khác biệt lưu lượng tịnh tính so với kết tính toán trước Đó là: phương pháp hindcast đơn giản để tính bảng sóng; cách làm có phần tuỳ tiện để rút chuỗi số liệu sóng từ số thống kê sau hindcast; giả thiết giai đoạn năm (1948–1950) đại diện cho chế độ sóng từ sau năm 1977 Tuy vậy, nguyên nhân cho khác biệt có lẽ số liệu sóng nghiên cứu trước đăc trưng cho Cleveland mà không xét đến đặc trưng Lorain Nói riêng, đà gió cho sóng hướng Tây Lorain ngắn so với Cleveland, nên chiều cao sóng hướng Tây Lorain nhỏ Xét đến tất yếu tố trên, chiều cao sóng chuỗi thời gian hiệu chỉnh cách nhân hệ số sau (được chọn lựa có ý để tạo kết mong muốn) tuỳ theo hướng theo ta có chuỗi số liệu sóng mới: 0,8 (đối với hướng T); 0,8 (TTB); 0,9 (TB); 1,0 (lặng); 1,1 (TBT); 1,2 (B); 1,2 (BĐB) Đồng thời, giai đoạn lặng sóng, hướng sóng khơi để thể hịên xác hướng Đông Bắc có đà gió dài Sự chuyển đổi số liệu sóng cho ta file WAVE_CNG minh hoạ số ví dụ Bảng 5.1 Theo chuỗi số liệu mới, ta tính lượng chuyển cát tịnh −43600 m lưu lượng chuyển cát tổng cát 174000 m3 Như lượng chuyển cát tịnh phù hợp với giá trị −45900 m3 theo GDM (USAED, 1975) Bước việc chuẩn bị file đầu vào WAVE tính đến ảnh hưởng tán xạ sóng phía khuất sau cảng Lorain Tuy dự án Lakeview tương đối nhỏ cách xa cảng, ta trực tiếp mô hình hoá công trình cảng GENESIS Thay vậy, chương trình máy tính viết để tính chuỗi ảnh hưởng bến cảng Với bước thời gian h file số liệu sóng, chương trình đọc ba số liệu (T , H o , θo ) đưòng đẳng sâu 9,1 m, sau chuyển đổi điều kiện sóng độ sâu đầu phía đê chắn sóng (8,5 m), tính hệ số khúc xạ KD tiêu biểu cho khu vực Lakeview theo phương pháp (Kraus, 1984, 1988a) Từ tính chiều cao sóng xa bờ hiệu chỉnh H = KD Ho Đồng thời, sóng góc tới giới hạn lớn −33 tức đường thẳng nối Lakeview với đỉnh đập chắn sóng Các chiều cao sóng thu sau hiệu chỉnh tổng hợp Bảng 5.4 Sự chuyển đổi cho ta file số liệu sóng WAVES_DIFF, với số dòng ví dụ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ71 Bảng 5.1 Sử dụng số liệu ta tính vận chuyển cát tịnh qua Lakeview 16800 m3 /năm, lượng chuyển cát tổng cộng 110000 m3 /năm Như kết phù hợp với tính toán trước (vận chuyển tịnh 16400 m3 /năm tổng cộng 125000 m3 /năm) Tóm lại, qua việc kết hợp kinh nghiệm thực địa với đánh giá mô hình, file nguyên gốc WAVES_INIT hiệu cỉnh qua số bước để thu file WAVES_DIFF, phù hợp cho khâu kiểm định thẩm định mô hình tiếp sau Với việc thoả mãn điều kiện kiểm tra chuỗi số liệu sóng, file WAVES_DIFF copy để vào file WAVES.DAT để phục vụ cho chạy mô hình 5.3.2 Kiểm định thẩm định mô hình Quá trình kiểm định thẩm định mô hình cho kịch thiết kế yêu cầu chạy mô nhiều lần Các giá trị thông số cần kiểm định, K1 K2 , thay đổi nhằm có phù hợp đường bờ tính toán so với thực đo thời điểm định, đồng thời ước tính lưu lượng chuyển cát dọc bờ tương tự thực tế Ngoài K1 K2 , số tham số khác thay đổi Trong toán kiểm mô hình cho Lakeview, thông thường thời điểm có thông số thay đổi thông số khác giữ nguyên; nhàm tách bạch ảnh hưởng thông số xét, từ ta hiểu vai trò hệ thống chung Chiến lược kiểm định bao gồm trước hết xác định giá trị thông số có ảnh hưởng đến đại lượng biết trường hợp lưu lượng chuyển cất tịnh thay đổi thể tích bãi khu vực nghiên cứu Các tham số xác định giai đoạn đầu kiểm định, tiếp sau tham số có ảnh hưởng mờ nhạt mang tính cục dùng để tối ưu hoá giai đoạn cuối kiểm định Đối với trường hợp tại, tham số K1 điều chỉnh lưu lượng chuyển cát tịnh cần tính toán gần giá trị báo cáo Thứ hai, tham số K2 dược điều chỉnh luân phiên với YG1 để tạo lưu lượng chuyển cát vào biên phía Tây phù hợp với thực tế Thứ ba, hệ số truyền sóng qua đê chắn sóng phía Đông di chuyển hai giai đoạn lưới phía Đông ngằm thu phù hợp tốt vị trí đoạn bối phía Đông tính so với thực đo Hiện chỉnh nhỏ coi bù đắp cho kích thước đoạn lưới khác sai phân phân hoá giảm hoá mức đê chắn sóng (coi độ dày nhỏ) Cuối cùng, người chạy mô hình quay trở lại xem xét mức độ cân đối tham số phù hợp vị trí đường bờ lưu lượng chuyển cát tính toán Kết kiểm định Hình 5.6, file START OUTPT cho Phụ lục B Hình 5.6 cho thấy có phù hợp tốt đường bờ thực đo tính toán Giá trị CVE tính cho thấy chênh lệch bình quân vị trí hai đường bờ 1,2 m Thay đổi thể tích bãi tính 3360 m3 phù hợp so với giá trị thực đo 3290 m3 Nếu có sẵn số liệu, cần thẩm định kết tính toán cách chạy mô hình thời gian độc lập với mô hình sau kiểm định so sánh với đường bờ thực đo Phân tích độ nhạy cần thực với mô hình sau kiểm định, đặc biệt trường hợp tài liệu để thẩm định Trong trường hợp này, có đủ tài liệu đường bờ thực đo phục vụ cho thẩm định, số liệu sóng không đủ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ72 Hình 5.6: Kết kiểm định mô hình Thẩm định thực khoảng thời gian 13 tháng từ 9/10/1978 đến 17/11/1979 Như nói trên, toàn số liệu sóng có vòng năm Vì vậy, không thuyết phục ta dùng số liệu sóng (vốn gây tăng thể tích bờ lượng 3290 m3 khâu thẩm định, đường bờ phần thay đổi Ảnh hàng không cho thấy đoạn đường bờ “dạng hình túi” phía mỏ hàn phía Đông thoái lui đoạn gần hai lần khoảng cách từ đường bờ đến đầu mỏ hàn phía Đông, khoảng thời gian từ 1978 đến 1979 Do vậy, giá trị YG1 tăng từ 21,3 m khâu kiểm định lên thành 39,0 m khâu thẩm định, đo ảnh hàng không Mô hình chạy thẩm định cách sử dụng trường sóng năm thu đường bờ tính toán phù hợp với thực đo Các phép tính độ nhạy cho ta thấy có kết tốt chiều cao sóng tăng 10% Do giá trị HCNGF = 1,1 nhập vào dòng B.1 file START Ở ta thay đổi YG1 HCNGF đồng thời giữ nguyên thông số khác Kết thẩm định cho Hình 5.7 Cũng giống khâu kiểm định, vị trí đường bờ tính toán phù hợp với thực đo Chênh lệch trung bình hai đường bờ 1,2 m; thay đổi thể tích tính toán 238 m3 so với 256 m3 thực đo CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ73 Hình 5.7: Kết thẩm định mô hình 5.3.3 Phân tích độ nhạy Trước dùng mô hình kiểm định phục vụ dự báo diễn biến đường bờ theo thiết kế khác nhau, cần kiểm tra cách hệ thống độ nhạy diễn biến đường bờ ta thay đổi tham số đầu vào quan trọng Mặc dù ta xét với số đoạn chọn lọc, người dùng thử với tham số khác để hiểu ảnh hưởng chúng đến kết đường bờ tính K1, K2 D50 Hình 5.8 cho thấy kết kiểm tra độ nhạy thay đổi tham số K1, K2 D50 Khi tăng K1 từ 0,42 lên 0,52, thể tích cát vùng có tăng thêm chút, hình dạng đường bờ giống khâu thẩm định Với K2 tăng từ 0,12 lên 0,22 salient trở nên rõ ràng hơn, đồng thời có xu hướng nhiều cát so với trường hợp thẩm định Cả hai lần thứ hai cho thấy đường bờ mô tương đối nhạy với thay đổi hợp lý hệ số Phần lớn lượng cát bị sát mỏ hàn phía Tây Một giải thích cho mát cục chênh lệch vận chuyển cát từ hướng Tây sang Đông ảnh hưởng chắn Cảng Lorain tượng “xói hạ lưu” Ta biết đổ cát với đường kính trung vị nhỏ cát địa phương, cần phải cung cấp lượng cát nhiều so với đổ cát thô muốn trì bãi ổn định Tuy CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ74 Hình 5.8: Độ nhạy mô hình thay đổi K1, K2 D50 vậy, công trình thiết kế có hiệu việc ngăn chặn xói bãi Tính toán với D50 = 0, mm (đường kính giảm nửa) cho thấy hai salient nhô rõ rệt với lượng tăng thể tích 596 m3 , so với lượng 260 m3 với cát thô (0,4 mm) ban đầu Cát mịn tương ứng với mặt cắt cân thoải đẩy đường sóng vỡ phía xa bờ Tuy vị trí công trình so với đường bờ giữ nguyên (không thay đổi file START), làm cho ví dụ có phần phi thực tế Cần lưu ý lại GENESIS tính đến chuyển cát khỏi bờ theo phương ngang, điều dễ xảy cát mịn; tác dụng cát mịn bị dự báo theo hướng thiên vị Sóng khơi truyền sóng Hình 5.9 cho thấy độ nhạy mô hình thay đổi hệ số truyền sóng qua đê chắn sóng qua đặc trưng sóng khơi Đường liền nét biểu diễn trường hợp KT ba đê chắn sóng từ Tây sang Đông, từ giá trị ban đầu 0,5; 0,22; 0,3; giảm xuống thành 0,3; 0,02; 0,1 Các đê chắn sóng xây dựng đợt có hình dạng mặt cắt ngang Do đó, hệ số truyền sóng xét lý thuyết phải Một giá trị chung KT gần trung bình cộng ba giá trị cho kết tốt, việc kiểm định tốt chọn giá trị KT khác Và miễn thay đổi KT nằm phạm vi xác định, việc giá trị KT khác chấp nhận nhằm mô sát với diễn biến đường bờ thực tế CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ75 Hình 5.9: Độ nhạy mô hình thay đổi KT , HCNGF ZCNGA Ngoại trừ phần bãi phía Tây, phần lớn đường bờ hình thành salient lớn với thoái lui đoạn đường bờ tương ứng với khoảng cách hai đê chắn sóng giảm hệ số truyền sóng qua đê Về tổng thể, có tăng thể tích vùng Việc tăng chiều cao sóng khoảng 10% (tương ứng với thay đổi giá trị HCNGF từ 1,1 (trong thẩm định) sang 1,2 có kết gần giống tăng K1 , nghĩa lượng tăng nhỏ thể tích bãi khu vực vị trí đường bờ khác biệt so với khâu thẩm định Đặt ZCNGA = −10 có điều kiện sóng khơi quay 10◦ hướng Đông Kết tính toán khẳng định lại hình ảnh trực quan xói lở giảm biên phía Tây tăng cường biên phía Đông khu vực dự án Một lần nữa, kết tính toán cho thấy độ nhạy mô hình mức độ thấp trung bình thay đổi tham số đầu vào 5.3.4 Các cách bố trí công trình khác Sau kiểm định, thẩm định kiểm tra dộ nhạy mô hình, nghiên cứu giải pháp khác nằm giữ lượng đổ bãi khu vực Walker nnk (1980) cân nhắc giải pháp khác để đến lựa chọn cuối dùng đê chắn sóng Các phương pháp khác hiển nhiên cần xét đến đê chắn sóng mỏ hàn để đánh giá mức độ cần thiết công trình Ngoài ra, kết tính toán nói có ích có dự án bờ biển tương tự Tuy vậy, cách làm có hạn chế không CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ76 Hình 5.10: Biến đổi đường bờ tính theo phương án bố trí công trình khác xét đến vai trò đê chắn sóng việc ngăn cản bùn cát chuyển xa bờ, điểm yếu có hữu GENESIS Xét thay đổi đường bờ khoảng thời gian từ 09/10/1978 đến 17/11/1979 theo ba cách bố trí công trình sau: a) Giữ nguyên mỏ hàn, đê chắn sóng b) Giữ nguyên đê chắn sóng, mỏ hàn c) Kéo dài mỏ hàn, đê chắn sóng Với trường hợp c, cách thử sai, mỏ hàn kéo dài đến kết thay đổi thể tích bãi với trường hợp thiết kế gốc (các đê chắn sóng mỏ hàn ngắn) Kết trường hợp tính toán cho Hình 5.10 Với trường hợp có mỏ hàn, không xuất salient Và trường hợp quan trọng mát 43600 m3 cát để nuôi bãi, khoảng nửa lượng cát đổ ban đầu 84100 m3 Để mô trường hợp bỏ hai mỏ hàn, ta thêm vào phía mô hình cũ 20 đoạn lưới tính toán Đoạn đường bờ/tường biển bổ sung định vị vào ảnh hàng không, ngoại trừ số đoạn lưới cần ngoại suy Như vậy, trường hợp này, mô hình gồm có 89 đoạn lưới Giá trị NN dòng A.3 file START đặt 89, vị trí đoạn lưới có đầu đê chắn sóng dòng G.6 tăng thêm 20 Như Hình 5.10, lượng cát đổ có tác dụng phía thượng lưu (Tây) Trên thực tế, chí phía Tây có chút bồi lắng tháo bỏ mỏ hàn Như vậy, rõ ràng mỏ hàn không ngăn không cho cát tháo khỏi khu vực, ngăn không cho cát di chuyển vào CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ77 Về phía hạ lưu (Đông), mô cho thấy mỏ hàn có vai trò thiết yếu để giữ bãi Sau dỡ ỏ mỏ hàn phía Đông đường bờ biển phía Đông thoái lui khoảng 64 m, đồng thời thể tích bãi 38200 m3 , đỏ chút so với phương án đê chắn sóng Một phương án giả thiết thứ ba mô để tìm chiều dài cần thiết hai mỏ hàn đủ để giữ bãi với mức độ tương đương với phương án ban đầu có mỏ hàn đê chắn sóng (Một lần cần nhấn mạnh ta chưa xét đến vận chuyển cát ngang bờ; thực xu hướng cát đổ bãi bị xa bờ đáng kể) Như Hình 5.11, mỏ hàn phía Tây cần kéo dài thêm 64 m mỏ hàn phía Đông thêm 95 m để đảm bảo lượng thất thoát 218 m3 (ít 38 m3 so với trường hợp thiết kế) Như vậy, theo tính toán với giả thiết bỏ qua vận chuyển cát ngang bờ, ta xây thêm 162 m mỏ hàn thay 229 m đê chắn sóng mà giữ cát đổ Vì mỏ hàn thi công từ phía bờ, mỏ hàn đặt vùng nước nông so với đê chắn sóng cần đá xây hơn, dẫn đến giảm giá thành Tuy nhiên với trường hợp mỏ hàn dài, sóng dốc dòng tiêu hình thành mỏ hàn làm trôi cát xa bờ hiệu phương án mỏ hàn dài nhiều so với phương án đê chắn sóng Thực tế phương án mỏ hàn dài bị Hiệp hội kĩ sư Hoa kỳ không chấp nhận (USAED, 1975) tác động tiềm tàng đến vùng bờ kế bên Tóm lại, mô xác nhận phương án kết hợp đê chắn sóng–mỏ hàn ưu việt so với phương án đơn giản khả giữ bãi Cả hai phương án có mỏ hàn có đê chắn sóng không tốt, làm thất thoát nửa cát đổ vòng năm không chấp nhận 5.3.5 Mô với thời đoạn năm Với mô hình kiểm định, việc mô với thời đoạn năm có số liệu đường bờ thích hợp Thông thường, số dự án dài hạn mục tiêu nghiên cứu thiết kế, với trường hợp mô đóng vai trò tiếp tục kiểm chứng mô hình Trong nghiên cứu cụ thể có tính minh hoạ này, số liệu sóng có sẵn vòng năm, làm cho việc dự đoán vị trí đường bờ coi chế độ sóng đồng với năm có số liệu gần Mặc khác, giá trị biến đổi YG1 gắn với bãi biển dạng túi phía Tây khu vực dự án Trong mô hình kiểm định lấy YG1 = 27 m để biểu diễn xu hướng bình quân hàng năm ứng với lượng tăng 1910 m3 Hình 5.11biểu diễn lượng biến đổi bùn cát “tịnh” tính mô năm tháng kể từ 24/10/1977 đến 14/12/1982 Thể tích bãi tăng trung bình 1830 m3 /năm, gần sát với xu hướng tăng đo vào mùa thu 1910 m3 /năm Số liệu đo đạc cho thấy năm thứ hai có tăng thêm 1520 m3 , đến năm thứ ba thứ tư lượng tăng thêm 1910 m3 , đến năm thứ năm tăng thêm 1530 m3 Đo đạc cho thấy lượng tăng nhỏ dần trình hệ thống tiến tới trạng thái cân động Hình 5.12 vẽ vị trí đường bờ tính toán thực đo năm 1982 Tính toán khởi đầu tháng 10/1977, so với số liệu sóng năm lặp lặp lại thời đoạn tính CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ78 Hình 5.11: Thay đổi thể tích bãi từ 10/1977 đến 12/1982 Hình 5.12: Thay đổi đường bờ từ 10/1977 đến 12/1982 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CỤ THỂ CHO DỰ ÁN TẠI LAKEVIEW, OHIO, HOA KỲ79 toán GENESIS dự đoán có thay đổi rõ rệt khoảng từ 1977 đến 1980 có thay đổi nhỏ thời gian lại Điều cho thấy dự án tự điều chỉnh đến trạng thái cân với số liệu sóng năm Đường bờ tính toán thực đo gần phù hợp khoảng 2/3 chiều dài khu vực dự án phía Đông, với mô rõ sàng salient Một đặc điểm cần quan tâm mô hình dự đoán có thoái lui đường bờ vị trí mỏ hàn cách mỏ hàn phía Đông khoảng 90 m Hiện tượng xói lở mỏ hàn phía Tây diễn tả định tính, với mức độ thực đo Có ba lí dẫn đến điều đó: • Thiếu số liệu sóng • Tán xạ sóng gây mỏ hàn bị bỏ qua mô hình • Các ảnh hưởng cục bộ, dòng tiêu Xét thấy tầm quan trọng nguyên nhân theo thứ tự kể Đặc biệt, khoảng hở đầu mỏ hàn đầu đê chắn sóng phía Tây tương đối lớn, làm cho ô lượng vùng nhạy cảm thay đổi chế độ sóng, so với vùng khuất khác Có thể kiểm tra độ nhạy với mục đích cải thiện mô hình, cho đường bờ sát với mỏ hàn phía Tây mô hơn, đề nghị độc giả tự thực điều 5.3.6 Kết luận Nghiên cứu cụ thể trình bày minh hoạ cho công đoạn chuẩn bị số liệu, diễn giải kết nhận từ trước, kiểm định thẩm định cuối áp dụng mô hình tính toán phân tích với trường hợp bố trí công trình khác Ở lược bớt nhiều khâu tính toán trung gian cần nhấn mạnh cách làm tương tự công việc thiết kế thực tiễn Có thể nhận thấy ứng dụng bổ sung vào kho tàng nghệ thuật mô biến đổi đường bờ mà ta đặt quy tắc bất biến cho trường hợp Tuy vậy, kinh nghiệm làm mô hình đồng thời tích luỹ thêm trình phức tạp Vì thế, nghiên cứu cụ thể hi vọng dẫn người học hướng việc phân tích toán bảo vệ bờ biển Nghiên cứu cụ thể thấy mô hình GENESIS với chương trình tính phù hợp với việc mô ảnh hưởng sóng công trình ven bờ biển đến biến đổi dài hạn bãi biển cát cho thấy mô hình công cụ kĩ thuật hỗ trợ đánh giá dự án bảo vệ bờ Nghiên cứu cụ thể nhấn mạnh tầm quan trọng việc phân tích hiểu số liệu đầu vào trình ven bờ vùng vị trí dự án Trong số nhân tố đầu vào mô hình, cần làm cách để có trình sóng điều kiện biên xác Một học rút mô hình dễ đổ vỡ số liệu bị sai [...]... hình thành CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 22 Hình 2.7: Ví dụ về đường đồng mức điển hình nên khu vực có đường bờ biến đổi đột ngột, dẫn đến mất ổn định trong mô hình toán Để khắc phục hạn chế này, GENESIS cho phép lựa chọn làm trơn đường đồng mức (Hình 2.7) từ đó mô phỏng tốt hơn địa hình ngoài khơi Phạm vi đường đồng mức điển hình đến tận độ sâu sóng vỡ, và việc làm trơn đường đồng mức trong thời gian... THUYẾT MÔ HÌNH 15 Hệ phương trình GENESIS bao gồm 2 thành phần: một tính toán vận chuyển bùn cát dọc bờ và diễn biến đường bờ; phần kia tính toán chiều cao và hướng sóng vỡ từ số liệu sóng ngoài khơi cho trước Thành phần này là mô hình truyền sóng nội tại của GENESIS, khác với một mô hình truyền sóng “ngoài” có thể lựa chọn để cung cấp thêm thông tin sóng gần bờ cho GENESIS Việc lựa chọn mô hình sóng... được coi là số bước thời gian mô phỏng Dòng A.8: NOUT: Ngoài vị trí đường bờ cuối cùng sau mô phỏng, ta cần biết diễn biến của đường bờ thông qua các vị trí của nó tại một số thời điểm trong thời đoạn mô phỏng Số NOUT để chỉ định cho GENESIS viết NOUT vị trí đường bờ ra file OUTPT.DAT Dòng A.9: TOUT(I): Dãy các giá trị ngày tháng (hoặc thứ tự lớp thời gian) tại đó in ra kết quả Số giá trị phải bằng... với bờ, đê chắn sóng dài 200 m và cách bờ 250 m Rõ ràng là với KT càng nhỏ thì phần bồi lắng càng vươn xa Đường đồng mức ngoài khơi điển hình Một giả thiết cơ bản trong mô hình biến đổi đường bờ là mặt cắt ngang chuyển động tịnh tiến; cũng có nghĩa là các đường đồng mức ngoài khơi luôn di chuyển song song với đường bờ Tuy vậy nếu áp dụng trực tiếp giả thiết này cho mô hình sóng nội tại thì sẽ hình. .. bởi đáy biển, cho phép mô phỏng thực tế hơn so với khúc xạ đơn thuần; • Tính ổn định đã được kiểm chứng Hình 2.8 cho thấy vị trí của RCPWAVE trong sự kết hợp với GENESIS, trong đó RCPWAVE cung cấp chiều cao và hướng sóng tại đường tham chiếu gần bờ, từ đó GENESIS sử dụng mô hình nội tại để tính truyền sóng đến đường sóng vỡ Thời khoảng tính toán trong mô hình biến đổi đường bờ thường là cỡ vài năm... hai khía cạnh Thứ nhất, sự thay đổi vị trí đường bờ làm góc θ1 thay đổi (Hình 2.5) Thứ hai, hình dạng đường bờ lân cận công trình bị biến dạng cũng gây ảnh hưởng cho các đường đồng mức đáy biển biến dạng tương tự Một hệ thống toạ độ địa phương chạy theo đường đồng mức với hệ trục toạ độ (x ,y ) trong Hình 2.5 Hệ trục này được xoay một góc θs chính là hướng của đường bờ tại điểm P3 : θs = arctan(∂y/∂x)... gần bờ, tuỳ theo mô hình sóng được lưa chọn) Hệ số khúc xạ sóng KR là một hàm số của góc tới (θ1 ) và góc tia khúc xạ (θ2 ) (tại điểm sóng vỡ P2 ) và được cho bởi: KR = cos θ1 cos θ2 (2.11) Hệ số ảnh hưởng nước nông KS phụ thuộc vào chu kỳ sóng, độ sâu tại P1 (điểm đầu), và độ sâu sóng vỡ được cho bởi: CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH Hình 2.2: Sử dụng các mô hình truyền sóng 16 CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH... dọc bờ và vị trí của đường bờ Các ràng buộc này, vốn có vai trò trương tự như điều kiện biên, phải được tính đến trong khi chạy mô hình Dưới đây, các điều kiện thường dùng sẽ được xét đến CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 30 Điều kiện biên “bãi cố định” Trước khi chạy mô hình nên vạch ra tất cả các đường bờ thực đo; trong nhiều trường hợp ta có thể phát hiện ra 1 đoạn bờ biển khá xa khu vực dự án, mà ở đó đường. .. thuộc vào số lượng, chất lượng tài liệu sóng cũng như độ phức tạp của địa hình gần bờ Trên (Hình 2.2a), mô hình truyền sóng nội tại được áp dụng cho vùng gần bờ, coi rằng các đường đồng mức gần như thẳng và song song, các đặc trưng chiều cao và hướng sóng được tính tại các điểm trên lưới tính toán dọc bờ, kể từ độ sâu tương ứng với các số liệu sóng ngoài khơi Nếu áp dụng mô hình sóng “ngoài” (Hình 2.2b),... bằng NOUT Dòng A.10: ISMOOTH: Đường đồng mức đại diện trong mô hình tính sóng nội tại được thực hiện qua phép trung bình trượt Giá trị của ISMOOTH là số ô được dùng để tính trung bình hoá Nếu ISMOOTH = 0 thì không có làm trơn, và đường đồng mức đại diện sẽ đi theo đường bờ Nếu ISMOOTH = N thì đường đồng mức đại diện sẽ là đường thẳng song song với đường nối hai đầu của đường bờ Dòng A.11: IRWM: Nếu IRWM ... toàn địa hình đáy đặc trưng đường đồng mức nhất—thường đường mép nước (đường bờ) Do đó, mô hình có tên Mô hình biến đổi đường bờ hay Mô hình phản hồi đường bờ, hay đơn giản hơn: Mô hình đường đơn... 1989a) Mô hình bỏ qua trình vận chuyển bùn cát dọc bờ Về nguyên tắc, mô hình diễn biến mặt cắt diễn biến đường bờ dùng kết hợp để mô biến đổi vị trí đường bờ ngắn hạn lẫn dài hạn Mô hình biến đổi đường. .. hạn biến đổi dòng ven bờ điều kiện sóng khác nhau, biến đổi bờ biển lạch triều, biến đổi dòng chảy gây gió, vận chuyển bùn cát ngang bờ trận bão 1.3 So sánh mô hình biến đổi đường bờ Các mô hình