Giải pháp công trình đê chắn sóng nổi sử dụng cho các khu tránh trú bão, neo đậu tầu thuyền đã được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên việc áp dụng ở Việt Nam còn hạn chế do những nghiên cứu cụ thể về đê chắn sóng nổi còn rất ít. Bài báo đề cập đến hiệu quả giảm sóng của đê chắn sóng nổi thông qua nghiên cứu mô hình vật lý, được tiến hành trong máng sóng của Phòng Thí nghiệm Thủy lực – Đại học Thuỷ Lợi. Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu quả giảm sóng của đê là đáng kể, vì vậy có thể nghiên cứu ứng dụng trong thực tiễn ở nước ta.
NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ CHẮN SÓNG NỔI HÌNH HỘP CHO KHU TRÚ BÃO TẦU THUYỀN TRÊN MƠ HÌNH VẬT LÝ ThS Hồ Hồng Sao - Đại học Thủy Lợi ThS Nguyễn Văn Dũng - Đại học Hồng Đức Tóm tắt: Giải pháp cơng trình đê chắn sóng sử dụng cho khu tránh trú bão, neo đậu tầu thuyền nghiên cứu áp dụng nhiều nước giới Tuy nhiên việc áp dụng Việt Nam hạn chế nghiên cứu cụ thể đê chắn sóng Bài báo đề cập đến hiệu giảm sóng đê chắn sóng thơng qua nghiên cứu mơ hình vật lý, tiến hành máng sóng Phòng Thí nghiệm Thủy lực – Đại học Thuỷ Lợi Kết thí nghiệm cho thấy hiệu giảm sóng đê đáng kể, nghiên cứu ứng dụng thực tiễn nước ta ĐẶT VẤN ĐỀ Nằm khu vực nhiệt đới gió mùa, Việt Nam thường xuyên phải chịu ảnh hưởng gió bão Với đặc điểm Việt Nam có bờ biển dài số lượng tàu cá lớn, hàng năm có nhiều thiệt hại cho ngư dân vùng ven biển, đặc biệt tầu thuyền bị hư hại mùa mưa bão Xây dựng khu tránh trú bão cho tàu thuyền hướng đắn hữu hiệu để giảm thiểu thiệt hại người tài sản bão gây Mục tiêu xây dựng công trình khu tránh, trú bão phải giảm tối đa độ cao sóng bão ảnh hưởng sóng vùng neo đậu để đảm bảo cho tàu thuyền an toàn Muốn cần nghiên cứu giải pháp khoa học cơng nghệ tiêu giảm sóng phù hợp để áp dụng vào xây dựng cơng trình Bài báo đề cập giải pháp cơng trình sử dụng giới hệ thống xà lan bê tơng neo giữ dây mềm có tác dụng đê chắn sóng nổi, áp dụng cho cảng cá nơi trú bão tàu thuyền Việc nghiên cứu hiệu giảm sóng đê chắn sóng tiến hành thí nghiệm mơ hình vật lý thực máng sóng Hình Kiểu hình hộp 38 Phòng Thí nghiệm Thuỷ lực - Trường Đại học Thuỷ lợi GIỚI THIỆU CHUNG Bên cạnh giải pháp cơng trình tiêu giảm tác động sóng dạng đê chắn sóng truyền thống (dạng mái nghiêng), kiểu tường đứng hay kiểu hỗn hợp loại hình đê chắn sóng sử dụng cho số khu neo đậu tầu thuyền giới Ưu điểm đê chắn sóng xây dựng với tốc độ nhanh, dễ vận chuyển có tính động cao Tuy nhiên việc nghiên cứu loại đê hạn chế khó khăn chế thủy động lực học phức tạp, việc tính tốn neo giữ đê khơng đơn giản, u cầu kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên Phạm vi nên áp dụng với vùng có độ cao sóng vừa phải, có chu kỳ khơng lớn, sử dụng cho nhiều khu vực có chiều sâu nước khác Tuỳ thuộc theo hình dạng, kết cấu, kích thước, vật liệu điều kiện áp dụng mà đê chắn sóng phân loại theo bốn dạng chính: kiểu hình hộp, kiểu Mat, kiểu Pontoon kiểu Tethered Hình Kiểu Tethered a) Ghép ngang b) Ghép dọc Hình Kiểu Mat Tuy nhiên đê chắn sóng kiểu hình hộp sử dụng sử dụng nhiều Kiểu đê thường làm bê tơng cốt thép dạng hình hộp rỗng có lõi làm vật liệu nhẹ (như polystyrene) Liên kết khối hình hộp linh hoạt, cho phép di chuyển dọc theo trục đê chắn sóng liên kết cố định để làm cho chúng hoạt động kết cấu Đê chắn sóng giải pháp thích hợp với vùng biển có đáy yếu mà khó sử dụng đê chắn sóng cố định Tại vùng nước sâu, đê chắn sóng kiểu cố định thường có chi phí lớn Hơn việc lắp đặt, bố trí đê chắn sóng động, sử dụng cho nhiều địa điểm khác Nhược điểm đê chắn sóng hiệu việc giảm độ cao sóng có chu kỳ chiều cao sóng lớn so với cấu trúc cố định Việc neo giữ hệ thống dây cáp đòi hỏi tính tốn phức tạp, xẩy cố gây hư hỏng cho cơng trình đê, đặc biệt gặp bão lớn vượt tần suất thiết kế Và so với đê chắn sóng truyền thống, đê chắn sóng yêu cầu thường xuyên phải kiểm tra bảo dưỡng NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH VẬT LÝ HIỆU QUẢ GIẢM SĨNG 3.1 Mơ hình nghiên cứu 3.1.1 Nhiệm vụ - Xác định kích thước phù hợp đê chắn sóng hình hộp chữ nhật như: bề rộng đê Hình Kiểu Pontoon chắn sóng (B), chiều cao đê (H), chiều sâu ngập nước đê (Dr), chiều dài đoạn đê (L) - Xác định mức độ hiệu giảm sóng (tỉ lệ chiều cao sóng trước sau đê chắn sóng) ứng với cấp sóng ngẫu nhiên có chiều cao chu kỳ khác 3.1.2 Điều kiện làm việc cơng trình: - Chiều sâu nước khoảng 12m; - Chiều cao sóng lớn Hsmax = 2,4m; - Chu kỳ sóng vừa nhỏ, Tp khoảng (4 7)s 3.1.3.Giới hạn nghiên cứu - Bỏ qua tác động gió cơng trình - Thí nghiệm đoạn đê chắn sóng mơ hình máng sóng (mơ hình chiều) - Cáp neo cố định với đáy máng, bỏ qua tính tốn Cáp neo “Rùa” bê tơng 3.1.4 Tương tự tỉ lệ mơ hình Để có tương tự động lực học yếu tố sóng, mơ hình cần đảm bảo tn thủ theo định luật tương tự Froude, thỏa mãn điều kiện lực quán tính cân với trọng lực mơ hình Chỉ tiêu tổng quát : l L h H (1) T L (2) Dựa điều kiện tương tự hình học với mơ hình đê chắn sóng từ (1/5 1/70), với kích thước máng sóng thí nghiệm, lựa chọn tỉ lệ mơ hình 1/20 ( l h 20 ) 3.2 Thiết lập điều kiện thí nghiệm 3.2.1 Kích thước mơ hình 39 Bảng Kích thước mơ hình thí nghiệm Mơ hình Ngun hình Chiều rộng (B) 25 cm 5,0 m Chiều sâu (H) 15 cm 3,0 m Chiều dài (L) 96 cm 19,2 m Chiều sâu ngập 12 cm 2,4 m (D ) lượng Khối 28 kg 224.103 kg (M) Chiều sâu 45 cm 9m Hình Kích thước mơ hình (mm) nước (h)Điều kiện sóng phổ sóng tạo cách hồn 3.2.3 Tiến hành thí nghiệm với sóng ngẫu nhiên chỉnh Các thơng số mực nước, chiều cao có phổ dạng chuẩn JONSWAP Series thí sóng, chu kỳ sóng, chiều dài bước sóng nghiệm có chiều cao sóng tới Hs = 0,04m; thống kê Bảng 0,05m; 0,06m; 0,075m; 0,10m 0,12m, Chiều dài sóng tính theo bảng B-6,14TCN tương ứng với chu kỳ đỉnh phổ Tp 130-2002-Hướng dẫn thiết kế đê biển, quan hệ = 0,8 1,6s g T 2 d L= ứng với vùng chuyển tiếp d = Tổng hợp bao gồm 18 thí nghiệm, thời gian 2 L thí nghiệm lấy khoảng 1000Tp (1000 9m Tương ứng có độ dốc sóng Hi/Li sóng) để đảm bảo dải tần số (chu kỳ) Bảng Điều kiện sóng thí nghiệm mơ hình đê chắn sóng Trườ Chiều cao sóng (Hs) Chu kỳ sóng (Tp) Chiều dài bước sóng ng hợp Mơ Ngun Mơ Ngun Mơ (L ) Nguyên (*) hình hình hình hình hình hình (cm) (m) (s) (s) (m) (m) H04_ 0,8 0,8 3,6 1,01 20,2 T H05_ 1,0 0,9 4,05 1,22 24,5 T H06_ 1,2 1,0 4,5 1,50 30,1 T H075_ 7,5 1,5 1,2 5,4 1,99 39,8 T H10_ 10 2,0 1,45 6,53 2,60 52,0 T H12_ 12 2,4 1,6 7,2 2,99 59,8 (*)T : Ha_Tb ,trong đó: Ha – chiều cao sóng thí nghiệm(cm); Tb – Chu kỳ sóng thí nghiệm (s) 3.2.4 Chế tạo mơ hình - Mơ hình chế tạo vật liệu nhựa Mica đảm bảo tương tự độ nhám Kết cấu kín nước, vững - Gia tải vữa xi măng để đảm bảo khối lượng ổn định kết cấu - Hệ thống neo cáp thép d =3mm, neo cố định với đáy máng - Các sai số hình học không vượt ± 2mm 3.3 Thiết bị phần mềm đo đạc 3.3.1 Máng tạo sóng đầu đo Máng sóng sử dụng thí nghiệm máng 40 sóng Viện Thủy lực Delft (Hà Lan) cung cấp, có chiều dài 57m, rộng 1m, cao 1,2m, chiều dài khoang kính 48m Các đầu đo sóng Viện Thủy lực Delft chế tạo có độ xác cao, bảo quản điều kiện tốt Khi thí nghiệm, đầu đo kết nối với máy tính thơng qua thu nhận – chuyển đổi tín hiệu 16 kênh (DAU-06) phần mềm Delft-Measure 3.3.2 Các phần mềm sử dụng phân tích, xử lý số liệu Các chương trình đo đạc, phân tích, xử lý số liệu thí nghiệm trường Đại học Công nghệ Delft – Hà Lan chuyển giao gồm có: - Phần mềm điều khiển máy tạo sóng Wlhost - Phần mềm tạo file sóng: sóng đều, sóng ngẫu nhiên DELFT-AUKE - Phần mềm thu nhận tín hiệu DELFT- MEASURE - Chương trình xác định khoảng cách đầu đo sóng DISTANCE - Phần mềm Matlab Script Decomp: phân tích, xử lý số liệu đo 3.4 Các bước thí nghiệm 3.4.1 Sơ đồ thí nghiệm 57000 300 2000 2700 300 400 Đê chắn sóng Đầu đo Neo 450 1200 1500 Máy tạo sóng Đầu đo 1600 Đầu đo Neo Máy tạo sóng Đầu đo Đê chắn sóng 1200 1000 Vị trí mô hình mặt cắt dọc máng Vị trí mô hình mặt máng Hỡnh B trớ mụ hỡnh v đầu đo sóng máng thí nghiệm 3.4.2 Các bước thí nghiệm gồm: - Thiết kế mơ hình, chế tạo mơ hình; - Lắp đặt mơ hình, thiết bị thí nghiệm; - Kiểm định thiết bị đo, vận hành thử sửa chữa mơ hình; - Thí nghiệm thu thập số liệu trường hợp có khơng có đê chắn sóng; - Chụp ảnh, quay phim trường hợp đo đạc; - Chỉnh lý, xử lý số liệu đo Việc chế tạo mơ hình thực tỉ mỉ, đảm bảo độ xác, việc tiến hành đo đạc Hình Hình ảnh thí nghiệm c thc hin ỳng qui trình, số liệu đo thí nghiệm xác 3.4 Kết thí nghiệm Đánh giá hiệu giảm sóng thơng qua hệ số truyền sóng Ct Ct = Ht /Hi (3) đó: Ht : Chiều cao sóng sau đê; Hi : Chiều cao sóng trước đê Dưới trị số chiều cao sóng đầu đo (Bảng 3), hệ số truyền sóng Ct (Bảng 4) Hình Chiều cao sóng trước sau đê 41 Bảng Chiều cao sóng đầu đo (m) TH Đầu đo Hmo_1 Hmo_2 H04_T08 H05_T09 H06_T10 H075_T12 H10_T145 H12_T16 0.0576 0.0578 0.0583 0.0579 0.0230 0.0245 0.0237 0.0711 0.0702 0.0736 0.0717 0.0279 0.0290 0.0284 0.0869 0.0878 0.0898 0.0882 0.0347 0.0365 0.0356 0.1055 0.1079 0.1051 0.1062 0.0466 0.0447 0.0457 0.1412 0.1410 0.1518 0.1447 0.0849 0.0818 0.0834 0.1761 0.1746 0.1705 0.1737 0.1112 0.1073 0.1093 Bảng Hệ số truyền sóng Ct TH HS Hi Ct H04_T08 H05_T09 H06_T10 H075_T12 H10_T145 H12_T16 0.058 0.410 0.072 0.397 0.088 0.403 0.106 0.430 0.145 0.576 0.174 0.629 Giá trị hệ số truyền sóng thu ứng với trường hợp thí nghiệm cho thấy: + Với chiều cao sóng Hmo ≤ 1,5 m hiệu giảm sóng đê tốt, chiều cao sóng sau đê giảm từ 57 – 60 %, đê chắn sóng hoạt động ổn định + Với mức chiều cao sóng Hmo từ 2,0 2,4m hiệu giảm sóng giảm khoảng 40%, chiều cao sóng sau đê tương đối lớn Thí nghiệm cho thấy mức chiều cao sóng lớn hơn, áp lực tác dụng lên đê dây cáp lớn, đê hoạt động không ổn định KẾT LUẬN Với kết thí nghiệm, kiến nghị áp dụng vùng ven biển có địa hình che chắn, chiều cao sóng ≤ 1,5 m (vì qua thống kê tỉnh ven biển nước ta chủ yếu tàu nhỏ duới 45 CV; với loại tàu dao động mực nước 0,6m gây va đập làm vỡ chìm tàu neo đậu bến, chưa kể ảnh hưởng bất lợi dòng chảy phía loại đê chắn sóng này) 42 Việc nghiên cứu áp dụng giải pháp cơng trình đê chắn sóng áp dụng nhiều nước giới Cùng với nhu cầu nay, việc xây dựng bến neo đậu tránh trú bão cho tầu thuyền, ngày mở rộng dọc theo đường bờ biển nước ta Việc nghiên cứu xây dựng đê chắn sóng để bảo vệ, giảm sóng cho bến thuyền nước ta chưa nhiều việc áp dụng số hạn chế có nghiên cứu cụ thể Trong điều kiện nghiên cứu mô hình tốn phức tạp, tác giả sử dụng thí nghiệm mơ hình vật lý để tìm hiểu xác định hiệu giảm sóng kết cấu đê Thí nghiệm cho thấy mức độ hiệu giảm sóng đáng kể loại hình cơng trình này, nhiên số hạn chế cần có hướng nghiên cứu cụ thể tương lai: - Tính tốn, xác định loại hình, kích thước kết cấu nổi, vật liệu chế tạo, kết cấu neo giữ phù hợp với điều kiện Việt Nam - Công nghệ chế tạo thi công lắp đặt hệ thống đê TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Đẩu (2001), Cơng trình biển – Chỉ dẫn thiết kế thi công đê chắn sóng, Nhà xuất Xây dựng [2] Nguyễn Trung Anh (2007), Nghiên cứu ứng dụng dạng thùng chìm bê tơng cốt thép có buồng tiêu sóng xây dựng cơng trình biển Việt Nam, Luận án Tiến sĩ kĩ thuật, Hà nội [3] Hồ Sĩ Minh, Nguyễn Trọng Tư, Hồ Hồng Sao (2009), Đê chắn sóng hệ thống xà lan bê tông neo giữ dây mềm để giảm sóng khu tránh trú bão tầu thuyền, Tuyển tập báo cáo khoa học - Đại học Thủy lợi [4] Fousert M.W (2006), Floating Breakwater - Theoretical study of a dynamic wave attenuating system, Final report of the master thesis Delft, 2006 Delft University of Technology [5] Functional Design Netherlands, Dutch Floating Breakwaters & Floating Structure Technology, FDN Engineering BV, www.fdn-engineering.nl [6] Mc Cartney, B.L (1985), Floating breakwater design, A.S.C.E Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering Abstract: THE PHYSICAL MODEL OF FLOATING BREAKWATER DEAL WITH THE EFFICIENT DECREASE OF WAVE LEVEL TO PROTECT MARINAS AND SMALL HARBOURS MSc Ho Hong Sao - Water Resources University MSc Nguyen Van Dung – Hong Duc University The use of floating breakwater to protect marinas and small harbours have reasearched and applied to many countries in the world However, the application of floating breakwater in VietNam had some limited in specific reseach This paper deal with the efficient decrease of wave level by the experiment using a physical model, was carried out in a wave-flume at the Hydraulic Laboratory, Water Resources University The experiment has achieved fews of considerable rusults Therefore, floating breakwater is the scientific solution which can be applied in the reality in Viet Nam 43 ... chiều cao sóng Hmo ≤ 1,5 m hiệu giảm sóng đê tốt, chiều cao sóng sau đê giảm từ 57 – 60 %, đê chắn sóng hoạt động ổn định + Với mức chiều cao sóng Hmo từ 2,0 2,4m hiệu giảm sóng giảm khoảng... trục đê chắn sóng liên kết cố định để làm cho chúng hoạt động kết cấu Đê chắn sóng giải pháp thích hợp với vùng biển có đáy yếu mà khó sử dụng đê chắn sóng cố định Tại vùng nước sâu, đê chắn sóng. .. phù hợp đê chắn sóng hình hộp chữ nhật như: bề rộng đê Hình Kiểu Pontoon chắn sóng (B), chiều cao đê (H), chiều sâu ngập nước đê (Dr), chiều dài đoạn đê (L) - Xác định mức độ hiệu giảm sóng (tỉ