Bài giảng cơ sở kỹ thuật bờ biển (đại học thủy lợi)

HẢI DƯƠNG HỌC (5) Hải dương học gì? Đối tượng nghiên cứu 9 9 Sinh học biển Hóa học biển Địa chất biển Vật lý biển Hệ thống gió Tồn cầu Khu vực biển Việt Nam Dịng chảy gió – Hải lưu Dòng mật độ HẢI DƯƠNG HỌC LÀ GÌ? ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU a Định nghĩa: Là mơn KH nghiên cứu biển Mọi thứ có liên quan đến biển đề cập đến b Đối tượng nghiên cứu: Nhiều, tập hợp lại gồm nhóm sau: b.1 SINH HỌC BIỂN Đời sống sinh vật lòng biển (Trong khối nước biển lớp vật chất đáy biển) Sự diện quần thể hay cá thể tổng hòa nhân tố khu vực xác định 9 Ví dụ ngập mặn lý thuyết sống tồn dải bờ biển VN Tuy nhiên tồn phát triển vùng Châu thổ sơng Hồng, Sơng Cửu Long? Giải thích Tại san hơ lại phát triển vùng biển lạnh? Tại lại phát bãi cá lớn? v.v… Nghiên cứu phát triển biển đại dương qua trầm tích xác sinh vật để lại – Môn Cổ sinh học 9 Tại biết Hà Nội trước biển (Cổ tích Sơn Tinh – Thủy Tinh) Xác sinh vật biển để lại lớp đất đá b.2 HĨA HỌC BIỂN 9Thành phần hóa học nước biển DVô (Fe, Cu, Pb, Mn, SO4, Cl…) DHữu (BOD, COD, CO …) 9Các đặc trưng biểu thị tính chất hóa học nước biển D Mùi, màu, vị DNhiệt độ, áp suất DNồng độ ρ(kg/m3), độ mặn (‰) 9Sự biến đổi tính chất hóa học nước biển DPhụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất độ mặn thông qua mối quan hệ σt = ρt – 1000 Trong đó: ρt nồng độ nhiệt độ t áp suất p; σt tra bảng việc tính nồng độ nước biển sau: Ví dụ: Tính nồng độ nước biển độ mặn 32 ‰ nhiệt độ 240c Tra bảng ta có σ = 21.51 D ρ24 = 1021.51 (kg/m3) DĐể đơn giản tính gần σt = 0.75 S với S độ mặn tính (‰) Thay số liệu vào ta có: σt = 0.75 x 32 = 24 b.3 ĐỊA CHẤT BIỂN (đã nghiên cứu chương II) b.4 VẬT LÝ BIỂN 9Các yếu tố vật lý biển bao gồm: Sóng, gió, mực nước, dịng chảy 9Sóng nghiên cứu kỹ chương 9Gió trình bày kỹ mơn học “Marine Climate” Trong chương trình bày điểm chung 9Mực nước, Dịng chảy: Cũng tương tự gió trình bày kiến thức Hệ thống gió Tồn cầu 9 Hệ thống hồn lưu vĩ độ thấp Phân bố trường gió & Khí áp tồn cầu Khu vực biển Việt Nam a) Gió mùa đặc tính trội tác động đến bờ biển Việt Nam Mùa hè với hệ thống: DGió mùa Tây Nam từ Bengan DThấp nóng phía Tây DCác nhiễu động thời tiết khác bão, áp thấp v.v… Mùa đơng DGió mùa Đơng bắc Kết là: D Hướng sóng mùa ngược hẳn D Dòng ven bờ ngược b) Bão ảnh hưởng tới VN 9Bão hình thành biển Thái Bình dương tháng năm, trực tiếp đổ vào bờ biển Việt nam từ tháng đến tháng 12 9Bão chậm dần từ bắc vào nam 9Vùng ảnh hưởng nhiều lớn bắc đến Nam Trung Nam khơng có bão Hậu bão DNước dâng DNước tràn DPhá hủy CS hạ tầng+Người c) Các hệ thống gió địa phương 9Gió biển gió đất 9Gió núi thung lũng 9Dơng nhiệt DẢnh hưởng cục Dịng chảy gió – Hải lưu 9Dòng biển gọi hải lưu hệ thống gió tồn cầu định hình thành vịng khép kín 9Có dịng hải lưu giúp trao đổi nhiệt nhanh vĩ độ làm giảm tính cực hạn phân bố nhiệt độ mặt đại dương Sự khác cao trình mực nước biển trung bình vĩ độ a) Đặc điểm dịng hải lưu • • Rất rộng sâu Tốc độ chảy không đổi không lớn ρf trình chuyển động vào cảng diễn hình vẽ ρf V=0 ρs V≠0 a b c Trong đó: η = a cos (kx − ω t ) 2π k= L φ =ω t − k x H a= 2π ω= T L g c= = kh T k c = celerity of the wave g L0 = T 2π 2πh L = L L Các biến đổi sóng tiến vào bờ Khi sóng tiến vào bờ DĐộ sâu nước giảm DMa sát đáy tăng lên DDẫn tới số tượng sau: Hiệu ứng nước nông Khúc xạ Sóng vỡ Phản xạ Nhiễu xạ Nước dâng sóng Sóng leo Hiệu ứng nước nơng • Khi vào nước nơng giả sử lượng sóng khơng bị tiêu hao ma sát DNăng lượng đơn vị không thay đổi D Khi nơng mực nước tăng lên tức thời DBước sóng giảm dần Dđộ dốc sóng tăng lên DLưu tốc đỉnh lớn DHiện tượng sóng đổ DHiện tượng sóng vỡ DNăng lượng sóng chuyển sang cho chất điểm nước hình thành dịng ven bờ • • Ngồi nước sâu: góc đường đỉnh sóng với đường đẳng sâu (đường bờ) Φ0 KC tia sóng b0 Tia sóng bên trái có tốc độ lớn tia phía phải DĐường đỉnh sóng cong dần hay Φ0 giảm dần vào gần bờ ta thấy đỉnh sóng gần song song với đường bờ DHiện tượng khúc xạ Khúc xạ Sóng vỡ Khi tốc độ chất điểm nước u > c có tượng đổ D chất điểm nước vượt ngồi mặt cắt sóng DHiện tượng sóng vỡ ξ = tan α / (H/L0)0.5 ; H/L0: Độ dốc sóng L0 = gT2/2π ; H: Chiều cao sóng; tan α: độ dốc đáy biển Khi ξ < 2.5 – 3: giới hạn sóng vỡ ξ> 3: Sóng tràn & sóng rút ξ = 0.5 – 3.0: Vỡ tung bọt trắng ξ < 0.3 – 0.5: Vỡ kiểu cuộn nghiêng ξ ≤ 0.2: Vỡ kiểu bạc đầu Trong thực tế dùng γb = HS / h để dự đốn điểm sóng vỡ Khi γb = 0.65 – 0.75 sóng bắt đầu vỡ Phản xạ Khi sóng tiến vào bờ gặp tường đứng phản xạ hồn tồn Gọi tốc độ sóng đến c; sóng phản xạ –c Tại điểm cộng hưởng: Biên độ sóng gấp lần có chuyển động đứng Tại điểm giao nhau: biên độ = có chuyển động ngang Sóng nhiễu xạ Nước dâng sóng ηmax = 0.3 γbr Hb Trong đó: γbr = Chỉ số sóng vỡ giá trị lớn H/h = 0.78 Hb =Chiều cao sóng đường sóng vỡ (sóng đều) Sóng leo mực nước lớn mái cơng trình Ru 9 9 Với mái nhẵn tính theo biểu thức ξ = Ru/Hs với H chiều cao sóng trước chân cơng trình Giá trị ξ = 2.5 – 3.0 Thực nghiệm:Ru = 1.5 Hs ξ Rumax = R2% với ξ = Khi Rumax = R2% =3Hs Trong thực tế mái làm với vật liệu khác độ dốc mái khác nên sóng leo mái hàm số tham số tính theo CT sau: Ru2% /Hs = 1.6 γb γf γβ ξ Với γb: Hệ số chiết giảm đê γf : Chiết giảm độ nhám mái γβ : Góc lệch hướng sóng với trục vng góc với đê H Ư s è c h iÕ t g i¶ m k h i b ố trí c đ ê H Ư s è c h iÕ t g i¶m d o c ó c đ ê ( b) b đ ợ c tín h to n b » n g p h − ¬ n g tr ×n h s a u : γ b =1− d B (1 − ( h ) ) Lb H s B : C h iề u rộ n g c đ ê (m ) L b : K h o ¶ n g c ¸ c h n g a n g b a o g å m c ¶ c h iỊ u d i c từ đ iể m H s trê n d i đ iể m g iữ a c đ ê (m ) d h: K h o ¶ n g c ¸ c h ® ó n g tõ m ù c n − í c th iÕ t k Õ tớ i đ iể m g iữ a c ® ª (m ) H s: C h iỊ u c a o s ã n g h iÖ u q u ả tr c c ô n g tr ×n h ( m ) γ b= k h i c đ ê đ ặ t n g a y t¹ i m ù c n − í c th iÕ t k Õ b= k h i c đ ê đ ợ c đ ặ t c a o đ ộ lớ n h n g iá tr ị s ó n g le o h o ặ c đ ặ t th ấ p h ¬ n lÇ n c h iỊ u c a o s ã n g d − í i m ù c n − í c th iÕ t k Õ Hệ số chiết giảm độ nhám mái đê γf TT γf Loại mái Mái phẳng bê tông & bê tông nhựa đường 1.00 Bê tơng lớn, phẳng xếp khít 1.00 Mái cỏ có chiều cao lớn m 0.95 Bê tông khối đá bazan (Tự nhiên nhân tạo) 0.90 Tấm lát loại nhỏ 0.75 Đá xếp mái 0.65 Chiết giảm góc lệch hướng sóng với trục vng góc với đê γβ Khi < β < 300 γβ = 1.00 Khi β > 300 γβ < giảm nhanh Đối với sóng đỉnh nhọn γβ = 1- 0.0022 β (β tính độ) Đối với sóng đỉnh rộng γβ = 1- 0.0033 β (β tính độ) Sự phát triển sóng phụ thuộc vào: Tốc độ gió (Wind speed - vw) Đà gió (Wind Fetch - F) Độ sâu nước (Water depth - h) Thời gian trì gió (bão) (Storm duration - t) 9 9 {F (cos β ) ∑ F= ∑ cos β i i i } vw lớn sóng phát triển nhanh F lớn chiều cao sóng lớn h lớn D ảnh hưởng ma sát đáy nhỏ D sóng nhanh chóng đạt tới trạng thái ổn định Thời hian trì dài Dsóng đạt tới trạng thái phát triển hồn tồn Đo đạc & sử dụng TL sóng toàn cầu (Global wave statistics – GWS) a) b) c) d) Toàn đại dương chia thành 102 mảnh Các tàu chuyên dùng tàu buôn giao đo đạc sóng gió Hiện cịn sử dụng vệ tinh để đo sóng Việt nam nằm vùng 40 Tài liệu đo đạc xử lý vùng biển Kuching – Indonesia – 62 Vùng có hướng gió NW, N, NE 9 cột đầu tài liệu quan trắc Tổng số lần quan trắc hướng NW, N, NE tương ứng 1007, 922, 908 lần cột - tần suất xuất cấp sóng theo hướng VÝ dơ øng víi chiỊu cao sãng 5-6 m, ta cã Theo h−íng NW: 1/1007*24.85 = 0.025 Theo h−íng N: 14/922*22.75 = 0.345 Theo h−íng NE: 11/908*22.40 = 0.271 Tõ cét cã thÓ kÕt luËn r»ng: 100 % thêi gian Hs > m 39.7 % thêi gian Hs > m 17 % thêi gian Hs > m : : 0.025 % thêi gian Hs > m ... Xác sinh vật biển để lại lớp đất đá b.2 HÓA HỌC BIỂN 9Thành phần hóa học nước biển DVơ (Fe, Cu, Pb, Mn, SO4, Cl…) DHữu (BOD, COD, CO …) 9Các đặc trưng biểu thị tính chất hóa học nước biển D Mùi,... 24 b.3 ĐỊA CHẤT BIỂN (đã nghiên cứu chương II) b.4 VẬT LÝ BIỂN 9Các yếu tố vật lý biển bao gồm: Sóng, gió, mực nước, dịng chảy 9Sóng nghiên cứu kỹ chương 9Gió trình bày kỹ mơn học “Marine Climate”... V=0 ρs V≠0 a b c Thủy triều (5 tiết) Chương trình bày nội dung: Khái niệm chung Các lực sinh thủy triều Phân loại thủy triều dạng triều Nước dâng gió Sóng thần Thủy triều dọc bờ biển Việt Nam Khái