Nghiên cứu phổ sóng ở vịnh gành rái

GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 1.2 MỤC TIÊU LUẬN ÁN: 1.3 PHẠM VI CỦA LUẬN ÁN: CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SÓNG VÀ PHỔ SÓNG .8 2.1 SÓNG BIỂN 2.1.1 Định nghóa: 2.1.2 Phaân loại sóng biển: .8 2.1.3 Đặc điểm chung sóng gió: 12 2.1.4 Quá trình hình thành lan truyền sóng gió: .12 2.1.5 Sóng thực tính ngẫu nhiên: 14 2.2 PHỔ SÓNG: 15 2.2.1 Khaùi nieäm: 15 2.2.2 Phổ sóng có hướng 17 CHƯƠNG 3: CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 19 3.1 MỘT SỐ CÔNG THỨC TÍNH PHỔ TẦN ĐƠN HƯỚNG 19 3.1.1 Phoå Neumann (1952): 19 3.1.2 Phổ Pierson-Moskovitz lần (P-M1) (1964) 19 3.1.3 Phổ Pierson-Moskovitz lần (P-M2) 20 3.1.4 Phoå hai tham số Bretschneider (1959) - Mitsuyasu(1968) .21 3.1.5 Phổ ITTC .21 3.1.6 Phổ ISSC (hội nghị độ bền tàu thủy): 22 3.1.7 Phổ sóng có đà gió giới hạn Liu (1971) .22 3.1.8 Phoå JONSWAP (1973) 23 3.1.9 Phổ sóng nước cạn TMA (1984) .25 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN 3.2 MỘT SỐ HÀM PHÂN BỐ NĂNG LƯNG THEO HƯỚNG 26 3.2.1 Công thức cosin bình phương (1949) 26 3.2.2 Công thức SWOP (1960) 26 3.2.3 Công thức tổng quát Longuet-Higgins (1961) 27 3.3.4 Công thức Mitsuyasu (1975) 29 3.3.5 Công thức Hasselmann (1980) 30 CHƯƠNG 4: THU THẬP SỐ LIỆU ĐO SÓNG 32 4.1 THIẾT BỊ ĐO: 32 4.2 NGUYÊN LÝ ĐO: 33 4.3 CÔNG TÁC ĐO VÀ KẾT QUẢ ĐO: 34 CHƯƠNG 5: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG THỐNG KÊ CỦA SÓNG 37 5.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT: .37 5.1.1 Xác định chiều cao chu kỳ sóng đơn hệ sóng: .37 5.1.1.1 Phương pháp vượt qua điểm “0” (zero-upcrossing) 38 5.1.1.2 Phương pháp vượt xuống điểm “0” (zero-downcrossing) 39 5.1.1.3 Phương pháp đếm đỉnh sóng .39 5.1.1.4.- Phương pháp đếm chân sóng .40 5.1.2 Sóng đại biểu hệ sóng: .41 5.1.3 Phân bố chiều cao sóng: .42 5.1.3.1 Xác định phân bố chiều cao sóng thực đo: .42 5.1.3.2 Hàm phân bố Rayleigh: 43 5.2 LỜI GIẢI SỐ: 44 5.2.1 Xác định Ztb vaø η 44 5.2.2 Xác định N0, H, T 44 5.2.3 Sắp xếp thứ tự sóng theo chiều cao giảm dần 45 5.2.4 Xác định giá trị sóng đại biểu 46 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN 5.2.5 Xác định phân bố chiều cao sóng hệ sóng 47 5.2.6 Sơ đồ khối 47 CHƯƠNG 6: PHỔ SÓNG 52 6.1 Cơ sở lý thuyết: 52 6.1.1 Phaân tích phổ tần 52 6.1.2 Ước tính phổ tần với phương pháp làm nhẵn đồ thị 59 6.1.2.1 Cửa sổ liệu (Data Window) 59 6.1.2.2 Tính toán Periodogram .60 6.1.2.3 Làm nhẵn Periodogram 60 6.1.3 Các tham số phoå: 63 6.1.3.1 Mômen phổ: .63 6.1.3.2 Tần số trung bình, chu kỳ trung bình (công thức 1): 63 6.1.3.3 Tần số trung bình, chu kỳ trung bình (công thức 2): 63 6.1.3.4 Tần số đỉnh: .64 6.1.3.5 Tham số đỉnh phổ: 64 6.1.3.6 Tham số bề rộng phổ: 64 6.1.3.7 Chiều cao sóng trung bình bình phương: 64 6.1.3.8 Chiều cao sóng có nghóa 65 6.2 Lời giải số 65 6.2.1 Xác định Ztb η: .65 6.2.2 Biến đổi liệu: 65 6.2.3 Phân tích liệu đo đạc thành chuỗi Fourier: 65 6.2.4 Tính Ik : .65 6.2.5 Tính toán mật độ phổ: 65 6.2.6 Tính toán giá trị đặc trưng phổ: 65 6.2.7 Sơ đồ khối: 66 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN CHƯƠNG 7: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO SÓNG QUAN TRẮC TẠI NGHI SƠN VÀ GÀNH RÁI 70 7.1 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN: 70 7.1.1 Kết thống kê: .70 7.1.1.1 Giá trị đặc trưng sóng: 70 7.1.1.2 Phân bố chiều cao sóng: 88 7.1.2 Kết phân tích phoå: .103 7.1.2.1 Giá trị đặc trưng phổ: 103 7.1.2.2 Mật độ phổ: 103 7.2 NHẬN XÉT KẾT QUẢ: 128 7.2.1 Kết thống kê: .128 7.2.2 Kết tính phổ: 133 CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 137 8.1 KẾT LUẬN: 137 8.2 KIẾN NGHỊ: 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: Các lý thuyết sóng: Airy, Stoker, Cnoidal sóng đơn (Solitary) xem chuyển động sóng điều hòa (regular) có chu kỳ T = const Thực tế sóng biển gió tạo trường ngẫu nhiên (random field) Nó phụ thuộc vào không gian thời gian, vào yếu tố môi trường khí tượng thủy- hải văn Các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến trường ngẫu nhiên sóng biển là: U - tốc độ gió; t - thời gian gió thổi; F - đà gió; P - áp suất; h - chiều sâu nước yếu tố khác Thêm nữa, nước biển giả thiết chất lỏng lý tưởng, tức chất lỏng không nén được, không nhớt Như sóng biển gió sinh diễn tả theo lý thuyết coi sóng không thực Đặc biệt yếu tố hình thái địa hình đáy biển-bờ biển-hải đảo nơi làm thay đổi mạnh hướng sóng thông số Do vậy, sóng biển mang tính địa phương rõ rệt Tất lý nêu dẫn đến đời phương pháp mô tả đúng, xác đặc trưng sóng biển ngẫu nhiên, với tên gọi lý thuyết sóng thực Lý thuyết sóng thực kết hợp xen kẽ lý thuyết lẫn thực nghiệm Hiện nay, người ta mô tả sóng biển thực theo nhóm phương pháp sau: a) Coi mặt sóng biển thực tổ hợp nhiều sóng riêng biệt rời rạc, mà sóng có: chiều cao H, chu kỳ T pha khác Như vậy, mô tả sóng ngẫu nhiên không điều hòa tổ hợp tuyến tính số lượng lớn ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN sóng điều hòa thành phần Các sóng điều hòa thành phần có biên độ, tần số, pha, hướng khác b) Mặt sóng biển mô tả đặc trưng thống kê chiều cao sóng Số liệu quan trắc thực tế cho thấy tung độ mặt sóng biển biến đổi ngẫu nhiên theo không gian thời gian: η = f(x,y,z,t) x; y; z: toạ độ ba chiều theo không gian; t: thời gian Sau mô tả mô hình xác suất Sau có ghi dao động chiều cao sóng theo thời gian, người ta tiến hành xử lý để mô tả theo cách: - Theo phổ sóng: coi trình ngẫu nhiên tung độ η trình ngẫu nhiên dừng, mô tả hàm mật độ phổ, ký hiệu E(σ) - Theo sóng thống kê: thông số sóng biển ngẫu nhiên mô tả theo tần suất bảo đảm i% phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế công trình cảng nước; chẳng hạn tiêu chuẩn 22TCN-222-95 tần suất bảo đảm i = 0,1%; 1%; 2%; 3%; 5%; l0%; 13% 1.2 MỤC TIÊU LUẬN ÁN: Mục đích luận văn tiến hành thu thập số liệu đo đạc sóng khu vực Nghi Sơn khu vực vịnh Gành Rái, thiết lập chương trình phân tích số liệu đo sóng phương pháp thống kê phương pháp phổ So sánh, đánh giá kết phương pháp kết chúng với số kết nghiên cứu có Từ xác định công thức phù hợp để tính toán phổ cho khu vực nghiên cứu ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN 1.3 PHẠM VI CỦA LUẬN ÁN: - Luận án giới hạn phân tích, đánh giá phân bố chiều cao sóng tính toán phổ tần - Sử dụng kết đo đạc sóng Nghi Sơn khu vực vịnh Gành Rái để phân tích ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SÓNG VÀ PHỔ SÓNG 2.1 SÓNG BIỂN 2.1.1 Định nghóa: Sóng biển dao động đứng mặt biển ngoại lực khác lực gió, lực tạo triều, khí áp, lực động đất, … Ta gọi sóng biển thông thường dao động sóng gây gió, biểu mặt biển dãy vô tận gợn sóng gần song song đồng dạng với nhau, gợn sóng di chuyển hay truyền gần theo hướng gió thổi vào bờ 2.1.2 Phân loại sóng biển: Có nhiều cách phân loại sóng biển: Dưới mười quan điểm phân chia sóng biển a Theo nguyên nhân hình thành: Sóng đại dương, biển chí hồ lớn nguyên nhân sau sinh ra: - Sóng gió tiếp nhận lượng từ gió thổi mặt nước; - Sóng thuỷ triều tạo dao động triều - Sóng động đất hay sóng Tsunami hậu kéo theo trận động đất có tâm dao động biển; - Sóng khí áp áp lực chênh hai luồng áp suất chuyển động mặt nước - Sóng tàu động chân vịt khuấy động nước phía sau tàu dọc theo luồng tàu chạy b Theo tính chất lực tác dụng - Phụ thuộc vào tính chất lực tác dụng, sóng biển chia làm hai loại: ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN - Sóng mao dẫn lực nhớt chất lỏng, lực dính kết phân tử, khối nước lực căng bề mặt; - Sóng trọng lực trọng lượng tạo sức hút trái đất khối có kích thước lớn không đối xứng qua trục đứng qua trục ngang c Theo tính chất chuyển động Dựa vào đặc thù chuyển động sóng biển có nhiều loại với tên gọi đặc trưng: - Sóng tiến: Lấy điểm (thường hạng mục công trình cảng biển) làm mốc cho sóng lan truyền đến, gọi sóng tới; - Sóng khúc xạ sóng bị đổi hướng ảnh hưởng đáy biển; - Sóng nhiễu xạ sóng vào bể cảng hay vịnh có cửa hẹp làm giảm lượng giảm rõ rệt chiều cao sóng - Sóng đứng sóng trùng hợp toàn phần trùng hợp phần, sóng tới gặp công trình tường đứng đặt vùng nước sâu vùng nước nông trùng hợp với sóng phản xạ; - Sóng phản xạ sóng phản sóng tới gặp phải vật cản đứng có chiều dài tương đối lớn so với chiều dài sóng; - Sóng giao thoa trường hợp hai sóng từ hai hướng khác gặp nhau; - Sóng Seiche trường hợp riêng sóng đứng xảy khu nước có diện tích bị hạn chế; - Sóng vỡ sóng xô, tiến vào gần bờ có độ sâu d < dcr (chiều sâu giới hạn) chân công trình (đê chắn sóng mái nghiêng); - Sóng leo sóng leo lên mái dốc công trình bãi biển phía mép nước; - Sóng tụt tượng hậu sóng leo gây xói công trình; ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 10 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN - Sóng tràn xảy sóng tới leo lên công trình có cao trình đỉnh thấp; - Sóng truyền qua thân công trình sóng dư phần lượng chưa tiêu tan hết chui qua thân công trình cấu tạo vật liệu có nhiều khe hở (đá hộc, khối bê tông đổ) d Theo độ sâu nước: Theo độ sâu tương đối (tỷ lệ chiều sâu nước d chiều dài sóng L) tồn ba loại sóng: - Sóng nước sâu d/L > 0.5; tốc độ truyền sóng c phụ thuộc vào chiều dài sóng L: c = gL π (2.1) - Sóng nước nông d/L ≤ 0.5; tốc độ truyền sóng c phụ thuộc chiều dài sóng L độ sâu d: c = gL π th π d L (2.2) - Soùng nước cạn d < < L; lúc tốc độ truyền sóng c phụ thuộc vào độ sâu d: c = gd (2.3) e Theo chu kỳ T kết hợp với chiều dài sóng L: Có hai loại sóng ngắn sóng dài: Sóng ngắn T < phút loại sóng thường gặp; Sóng dài T > phút với chiều dài L đạt tới hàng chục, hàng trăm km (loại sóng hiếm) g Theo thời điểm tác động gió: Sóng gió mặt biển tách làm hai giai đoạn - Sóng cưỡng từ lúc gió bắt đầu thổi lúc gió thổi mạnh; ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 126 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 127 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 128 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN 7.2 NHẬN XÉT KẾT QUẢ: 7.2.1 Kết thống kê: - Một số biểu đồ phân bố chiều cao sóng hệ sóng dạng gồ ghề, biểu diễn phân bố chiều cao sóng chuẩn hóa theo giá trị Htb hệ sóng toàn hệ sóng đo đạc dạng biểu đồ nhẵn - Phân bố chiều cao hệ sóng đo đạc có kết phù hợp với hàm phân bố Rayleigh Phần lớn đồ thị hệ sóng (các hệ sóng Nghi Sơn có: 142/161=88.20%) có cực trị H/Htb=0.8 (phù hợp với phân bố Rayleigh) - Sóng quan trắc Nghi Sơn có giá trị đặc trưng sau: + Hmax thay đổi từ 0.256m (Tmax tương ứng 5.327s hệ sóng 105) đến 0.781m (Tmax tương ứng 5.217s hệ sóng 162), trung bình 0.460m + Tmax thay đổi từ 3.537s (hệ sóng 122) đến 9.750s (hệ sóng 005), trung bình 5.448s + H1/10 thay đổi từ 0.237m (T1/10 tương ứng 4.218s hệ sóng 116) đến 0.644m (T1/10 tương ứng 5.440s hệ sóng 159), trung bình 0.390m + T1/10 thay đổi từ 4.150s (hệ sóng 110) đến 8.782s (hệ sóng 023), trung bình 5.492s + H1/3 thay đổi từ 0.183m (T1/3 tương ứng 4.887s hệ sóng 114) đến 0.548m (T1/3 tương ứng 5.448s hệ sóng 158), trung bình 0.316m + T1/3 thay đổi từ 4.297s (hệ sóng 117) đến 7.977s (hệ sóng 005), trung bình 5.504s + Htb thay đổi từ 0.122m (Ttb tương ứng 5.456s hệ sóng 114) đến 0.345m (Ttb tương ứng 5.643s hệ sóng 158), Htb trung bình 0.213m ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 129 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN + Ttb thay đổi từ 4.518s (ở hệ sóng 125) đến 7.602s (hệ sóng 022), Ttb trung bình 5.650s + Htbbp thay đổi từ 0.134m (ở hệ sóng 114) đến 0.381m (ở hệ sóng 158) Sau bảng thống kê giá trị cực trị trung bình giá trị đặc trưng sóng Nghi Sơn (trong thời gian quan trắc): Bảng 7.5: Các giá trị cực trị trung bình giá trị đặc trưng hệ sóng quan trắc Nghi Sơn Hmax(m) Tmax(s) Htb(m) Ttb(s) H1/10(m) T1/10(s) Hs(m) Ts(s) Htbbp Max 0.781 9.750 0.345 7.602 0.644 8.782 0.548 7.977 0.381 TB 0.460 5.448 0.213 5.650 0.390 5.492 0.316 5.504 0.231 Min 0.256 3.537 0.122 4.518 0.237 4.150 0.183 4.297 0.134 - Các hệ sóng Nghi Sơn Gành Rái (với sóng tham khảo) có tỷ số chiều cao sóng tính toán theo phương pháp thống kê phù hợp với nghiên cứu Giáo sư Goda (xem Bảng 7.6), kết phù hợp với phân bố Rayleigh (xem Bảng 7.7) ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 130 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN Bảng 7.6: So sánh kết tính toán sóng thực với nghiên cứu Goda Nghi Sơn Tỷ số H1/10/H1/3 H1/3/Htb Hmax/H1/3 Tmax/T1/3 T1/10/T1/3 T1/3/Ttb (161 hệ sóng) Gành Rái (4 hệ sóng tham khảo) Goda [6] (171 hệ sóng) Min 1.114 Trung bình 1.234 Max 1.414 1.45 Độ lệch chuẩn 0.057 0.056 Min 1.330 1.4 Trung bình 1.485 Max 1.622 1.75 Độ lệch chuẩn 0.058 0.064 Min 1.152 1.1 Trung bình 1.459 Max 2.169 2.4 Độ lệch chuẩn 0.154 0.262 Min 0.719 0.952 0.6 Max 1.411 1.005 1.3 Min 0.820 0.932 0.9 Max 1.183 0.998 1.1 Min 0.797 0.996 0.9 Max 1.150 1.034 1.4 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI 1.15 1.236 1.540 1.333 1.274 1.588 1.653 GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 131 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN Bảng 7.7: So sánh kết tính toán sóng thực theo phương pháp thống kê với kết tính toán theo phân bố Rayleigh Nghi Sơn Tỷ số Gành Rái Rayleigh Trung Độ lệch Trung bình chuẩn bình H1/10/Htb 1.833 0.132 1.905 2.03 H1/3/Htb 1.485 0.058 1.540 1.6 H1/10/Htbbp 1.687 0.098 1.730 1.8 H1/3/Htbbp 1.367 0.033 1.399 1.4157 Htb/Htbbp 0.921 0.015 0.909 0.886 - Mối tương quan Hs Ts biễu diễn biểu thức: A= 2π H s g Ts2 (7.1) với g=9.81m/s2 Với hệ sóng quan trắc Nghi Sơn, giá trị trung bình A là: Atb= 0.0071, độ lệch chuẩn σ = 0.0024 (hình 7.57, hình 7.58) TƯƠNG QUAN GIỮA Hs VAØ Ts 0.60 r(Hs,Ts) 0.50 Hs (m) 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.0 2.0 4.0 Ts (s) 6.0 8.0 10.0 Hình 7.57: Tương quan Hs Ts sóng quan trắc Nghi Sơn ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 132 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN A= (2Pi/g)(Hs/Ts^2) 0.014 A=(2Pi/g)(Hs/Ts^2) A trung bình 0.012 0.010 A 0.008 0.006 A tb= 0.0071 0.004 σ=0.0024 0.002 0.000 14 24 34 44 54 64 74 84 94 104 114 124 134 144 154 164 Hệ sóng Hình 7.58: Tương quan Hs Ts sóng quan trắc Nghi Sơn - Mối tương quan Hs Ts biễu diễn biểu thức: A= 2π H s , g Ttb2 (7.2) với g=9.81m/s2 Với hệ sóng quan trắc Nghi Sơn, giá trị trung bình Atb= 0.0067, độ lệch chuẩn σ = 0.0022 (hình 7.59, hình 7.60) TƯƠNG QUAN GIỮA Hs VÀ Ttb 0.60 r(Hs,Ttb) 0.50 Hs (m) 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 Ttb (s) 5.0 6.0 7.0 8.0 Hình 7.59: Tương quan Hs Ttb sóng quan trắc Nghi Sơn ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 133 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN A= (2Pi/g)(Hs/Ttb^2) 0.014 A=(2Pi/g)(Hs/Ttb^2) A trung bình 0.012 0.010 A 0.008 0.006 A tb = 0.0067 σ=0.0022 0.004 0.002 0.000 14 24 34 44 54 64 74 84 94 104 114 124 134 144 154 164 Hệ sóng Hình 7.60: Tương quan Hs Ttb sóng quan trắc Nghi Sơn 7.2.2 Kết tính phổ: - Khi làm nhẵn đồ thị phổ với giá trị nhỏ, chẳng hạn n=12 hay n=8, n=4, n=2 hay không làm nhẵn phổ xuất nhiều đỉnh hơn, giá trị đỉnh phổ cao (xem hình 7.56) - Năng lượng sóng đo đạc tập trung lớn khoảng tần số từ 0.02s-10.30s-1 - Dạng phổ hệ sóng quan trắc Nghi Sơn tính trực tiếp có dạng phù hợp với dạng phổ B-M dạng phổ P-M (xem hình 33 đến hình 55) Độ lệch trung bình bình phương phổ B-M so với phổ tính trực tiếp có giá trị tính cho 161 hệ sóng Nghi Sơn có giá trị 9.00E-05m2s, độ lệch trung bình bình phương phổ P-M2 so với phổ tính trực tiếp 2.03E-04 m2s - Chiều cao sóng có nghóa Hs, chiều cao sóng trung bình bình phương Htbbp xác định từ phương pháp phổ phương pháp thống kê có kết tương tự (xem hình 7.61 7.62) ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 134 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 135 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN Hs(m) SO SÁNH KẾT QUẢ Hs TỪ THỐNG KÊ - PHỔ GÀNH RÁI 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 Hs phoå Htbbp phoå 27 77 Hs thống kê Htbbp thống kê 83 HỆ SÓNG 85 Hình 7.62: So sánh kết Hs Htbbp quan trắc Gành Rái xác định từ phương pháp thống kê phương pháp phổ (với hệ sóng tham khảo) - Chu kỳ đỉnh Tp có giá trị khoảng từ 4.364s đến 9.600s (tính toán với n=16) - Giá trị trung bình tỷ số chu kỳ đỉnh với chu kỳ có nghóa xác định phương pháp thống kê có giá trị phù hợp với nghiên cứu Goda (xem bảng 7.8) Bảng 7.8: So sánh tỷ số chu kỳ đỉnh với chu kỳ có nghóa xác định phương pháp thống kê với kết nghiên cứu Goda, Darbyshire Tỷ số Tp/Ts Nghi Sơn Min 0.784 Trung bình 1.060 Max 1.604 Độ lệch chuẩn 0.175 Goda Darbyshire 1.05 1.14 - Tỷ số chu kỳ trung bình xác định từ phổ chu kỳ trung bình xác định từ thống kê có giá trị bảng 7.9 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 136 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN Bảng 7.9: Các tỷ số chu kỳ trung bình thống kê, chu kỳ trung bình tính phương pháp phổ sóng quan trắc Nghi Sơn Tỷ số Min Nghi Sơn 0.899 T01/Ttb Trung bình Max Độ lệch chuẩn Min 1.004 1.128 0.039 0.794 T02/Ttb Trung bình Max Độ lệch chuẩn Min 0.935 1.025 0.043 0.861 T02/T01 Trung bình Max Độ lệch chuẩn 0.931 0.972 0.024 - Giá trị tham số đỉnh phổ Qp hệ sóng quan trắc Nghi Sơn nằm khoảng từ 1.20 đến 6.20, có giá trị trung bình khoảng 2.48, sóng phần lớn sóng gió, số hệ sóng có kết hợp sóng lừng; giá trị Qp hệ sóng tham khảo Gành Rái có giá trị từ 3.247 đến 6.422 - Giá trị tham số bề rộng phổ ε hệ sóng quan trắc Nghi Sơn nằm khoảng từ 0.573 đến 0.902 Do hệ sóng phần lớn có dải tần trải rộng ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 137 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 8.1 KẾT LUẬN: - Luận án thu thập số nghiên cứu phổ sóng: số công thức tính toán phổ tần, số hàm phân bố lượng theo hướng - Luận án thu thập, trình bày nghiên cứu lý thuyết tính toán thống kê sóng, tính toán phổ tham số phổ từ số liệu đo - Luận án thiết lập chương trình tính xác định đặc trưng thống kê, xác định phân bố chiều cao sóng, xác định phổ sóng tham số phổ từ số liệu đo - Luận án sử dụng số liệu sóng đo từ ngày 15/12/2002 đến 22/12/2002 Nghi Sơn, đầu tháng 11/2004 Gành Rái Xí nghiệp Tư vấn Thiết kế Cảng – Kỹ thuật biển (PORTCOAST Consultant) thực thiết bị đo sóng phân tích - Kết cho thấy: + Phân bố chiều cao sóng phù hợp với phân bố Rayleigh Tương quan giá trị đặc trưng chiều cao sóng phù hợp với phân bố Rayleigh + Kết tính toán giá trị đặc trưng sóng phương pháp thống kê phương pháp phổ tương đương + Các tỷ số chiều cao, tỷ số chu kỳ sóng thống kê: H1/10/H1/3, H1/3/Htb, Hmax/H1/3, Tmax/T1/3, T1/10/T1/3, T1/3/Ttb phù hợp với nghiên cứu Goda + Tương quan Hs Ts tính theo biểu thức 7.1, với A = 0.0071 (độ lệch chuẩn σ = 0.0024) + Tương quan Hs Ttb tính theo biểu thức 7.2, với A = 0.0067 (độ lệch chuẩn σ = 0.0022) ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 138 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN + Trong phổ nghiên cứu, phổ Bretschneider-Mitsuyasu phù hợp với phổ sóng quan trắc Nghi Sơn Phổ Pierson-Moskovitz lần phù hợp sai lệch lớn 8.2 KIẾN NGHỊ: Các nghiên cứu cần tiếp tục phân tích quan hệ tham số sóng với tác động gió, phân tích phổ hướng sóng ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 139 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GSTS Trần Minh Quang, Sóng công trình chắn sóng, NXB GTVT Hà Nội, 1993 [2] TS Trần Thu Tâm, Công trình ven biển, NXB ĐHQG TP HCM, 2003 [3] Phạm Văn Giáp đồng sự, Bể cảng đê chắn sóng, NXB xây dựng Hà Nội, 2000 [4] Dr Thomas H.C Herbers, Shoaling transformation of wave frequency – directional spectra, the Journal of Geophysical Research, January 2002 [5] Yoshimi Goda, Random Seas and Design of Maritime Structures, Univesity of Tokyo press, 1985 [6] Goda, Y and K Nagai: Investigation of the statistical properties of sea waves with field and simulation data, Rept Port and harbour Res Inst., Vol 13, No.1, 1974, pp.3-37 (in Japanese) [7] Koopmans, loc Cit [8] Kuwajima, S and K.Nagai: The fast Fourier transform for the sample of arbitrary length and its application to spectral analyses, Tech Note of Port and Harbour Res Inst No.155, 1973 (in Japanese) [9] Rye, H.: Ocean wave groups, Dept Marine Tech., norwegian Inst Tech., Rept UR-82-18, 1982 [10] GSTS Nguyeãn Xuân Hùng, Động lực học công trình biển, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 [11] Trần Công Nghị, Động lực học công trình khơi, NXB Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2002 [12] PGS.TS Phạm Văn Giáp đồng sự, Sóng biển cảng biển, NXB Xây dựng, 2004 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 140 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN [13] Phan Văn Khôi, Tuổi thọ mỏi kết cấu thép biển, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 [14] SONTEK, Triton operation Manual Firmware version 1.0 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI ... ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 48 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN Hình 5.6: Sơ đồ khối bước tính toán thống kê sóng ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD:... kê sóng (1) ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 50 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN Hình 5.8: Sơ đồ khối tính toán thống kê sóng (2) ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH... σ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỔ SÓNG Ở VỊNH GÀNH RÁI GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG 19 HVTH: PHAN TRƯỜNG ÂN CHƯƠNG 3: CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN Lý thuyết phổ sóng nhiều người nghiên cứu số liệu sóng biển