C. Ghi chỳ: như 1C ở trờn Rất cần sử dụng moi dữ liệu thuộc cỏc vựng kề cận, sử dụng bất kỳ tài liệu nào cú thể cung cấp thụng tin bổ sung về khớ hậu súng (wave climatology) của vựng.
b. Cỏc tư liệu về súng.
(1) Cỏc quy trỡnh chung
(a) Đối với một người quan sỏt từ trờn bờ hay trờn thuyền, mặt biển luụn thể hiện như một sự chen lấn hỗn loạn của súng với cỏc bước nhảy cao và chu kỳ khỏc nhau, di chuyển theo nhiều hướng tản mạn. Cỏc dụng cụ đo súng và ghi lại những biến đổi về độ cao của bề mặt nước. Đỏng tiếc là những dữ liệu này nếu chỉ vẽ lờn một cỏch đơn giản theo thời gian thỡ nú cũng chỉ phản ảnh sự phức tạp của bề mặt biển và cho ta rất ớt thụng tin khởi đầu về tớnh chất của cỏc súng riờng biệt được thể hiện vào thời điểm đo đạc đú (H.5.17). Sau khi thu được dữ liệu độ cao của mặt nước, cần phải xử lớ để cú được con số thống kờ về súng mà cỏc nhà khoa học hay kỹ sư xõy dựng cú thể sử dụng được để tỡm hiểu sức súng cú thể gõy tỏc động gỡ đến vựng nghiờn cứu của họ.
(b) Phõn tớch dữ liệu súng thường là bao gồm cỏc bước: Truyền dữ liệu từ thiết bị đo sang mỏy tớnh
Chuyển đổi dữ liệu ở dạng số đo volt sang đơn vị đo lường cụng trỡnh xõy dựng Kiểm tra chất lượng lần đầu
Phõn tớch phổ
Kiểm tra chất lượng bổ sung (nếu cần)
Túm tắt số liệu thống kờ thành bảng bảng và vẽ đồ thị
Cỏc hỡnh vẽ của từng đợt súng đỏnh độc lập hoặc cỏch xử lớ đặc biệt khỏc.
Mụ tả chi tiết quy trỡnh trờn khụng thuộc khuụn khổ sỏch này. Phần này sẽ chỉ túm tắt một vài khớa cạnh về thu thập dữ liệu, kiểm tra chất lượng và thuật ngữ. Vỡ tớnh phức tạp của chủ đề bạn đọc cần tham khảo tài liệu khỏc để biết thờm chi tiết: Piersol,1986; Horikawa,1988; và Weaver,1983.
H.5.17 trỡnh bày đường bảng diễn cỏc giỏ trị ỏp suất chưa xử lớ theo loạt số đo liờn tục theo thời gian ở trục x. Vỡ thu thập dữ liệu liờn tục trong ngày thỡ tốn kộm do vậy việc trắc đạc chỉ tiến hành qua từng loạt thời gian tỏch biệt hay gọi là “đợt súng đỏnh” cỏch nhau 1 khoảng thời gian định trước (thường là từng 2, 4 hay 6 giờ một, H.5.17.
Trong mỗi ”đợt súng đỏnh” thường ghi lại ỏp suất hệ quả (consecutive pressure) của loạt 1.024 hoặc loạt 2048 số đo, vận tốc U và vận tốc V (V là vận tốc nước hướng trực giao nằm ngang - orthogonal horizontal water velocity). Với tần số đo là 1Hz, thời gian đo một loạt tương ứng là 17,07 và 34,13 phỳt. Hiển nhiờn là cần thu thập dữ liệu của cỏc “đợt súng đỏnh” càng dày càng tốt, song khối lượng dữ liệu thu được sẽ nhanh chúng vượt quỏ khả năng xử lớ của người phõn tớch và khú lưu trữ dữ liệu. Cho nờn khi lập chương trỡnh thu thập dữ liệu cần cõn đối giữa nhu cầu thu thập dữ liệu thật dày với nhu cầu để cụng cụ đo đạc tại hiện trường trong một thời gian hợp lớ. Đó cú cố gắng cho rằng chừng nào mỏy cũn đặt ở biển thỡ chỳng phải được lập trỡnh để thu thập được nhiều nhất dữ liệu cú thể được. Tuy nhiờn việc quản lớ, phõn tớch và lưu trữ dữ liệu sau này cú thể tốn kộm vượt xa mức lưu giữ
mỏy tại thực địa. Cho nờn vấn đề cơ bản cú lẽ là giỏ thành phõn tớch sẽ là yếu tố xỏc định kinh phớ của dự ỏn. Kế hoạch thu thập dữ liệu được ỏp dụng trong cỏc dự ỏn của CERC trỡnh bày ở bảng 5.10.
Hỡnh 5-16: Đường biểu diễn trị đo ỏp suất súng ở 2 trạm quan trắc đặt tại Long Beach. Mặc dự chỉ cỏch nhau vài trăm m, nhưng giỏ trị đo đặc ở trạm 2 cho thấy năng lượng súng cao dị thường trong khi ở trạm 1 khụng quan sỏt thấy hiện tượng này. Quan sỏt cỏc đường biểu diễn trong đồ thị cho thấy những biến đổi của biờn độ chiều theo chu kỳ 2 tiếng. Mỗi đonạ băng tần ghi 2048 số đo kộo dài 34,13 phỳt và mỗi đợt
súng đỏnh mạnh được ghi lại cỏch nhau 2 giờ một.
Hỡnh 5-17: Một đoạn băng ghi ỏp suất súng liờn tục và số liệu quan trắc ỏp suất khi súng vỡ
Thiết bị đo Vị trớ Khoảng quan trắc Thiết bị đo súng tự ghi đặt ở biển
Thiết bị đo súng tự ghi đặt ở biển Thiết bị đo súng cú định hướng của CERC Cỏc phao khớ tượng và phao súng của NOAA
Bờ đại dương Great Lake Bờ đại dương Đại dương và hồ 4 hoặc 6 giờ 2 hoặc 3 giờ 1 1
(3) Kiểm tra chất lượng dữ liệu súng
(a) Một khớa cạnh trong phõn tớch súng cú ảnh hưởng quyết định đối với giỏ trị của kết quả cuối cựng đú là cỏc quy trỡnh kiểm tra chất lượng để bảo đảm những dữ liệu thụ, mà thiết bị đo mới thu được là đại diện thực sự cho chế độ súng ở nơi đú. Cỏc thiết bị đo súng cú thể cú hỏng húc cơ học hoặc hỏng điện. Cỏc bộ cảm biến ỏp suất cũng cú thể cú hỏng húc khi ngõm dưới nước. Tuy thế, cho dự hoạt động kộm cỏc thiết bị này vẫn tiếp tục thu thập dữ liệu mà nếu xem xột qua loa vẫn cú thể coi là hợp lớ. Một thớ dụ, H.5.18 thể hiện cỏc đường bảng diễn ỏp suất được ghi lại bằng hai mỏy lắp trờn cựng một giỏ đỡ đặt ở vịnh Mobile, Alabama. Băng ghi ở bờn trờn là của dụng cụ đo đó bị nghẽn ở cửa ỏp lực. Đường cong thể hiện biến đổi tổng quỏt mực nước biển do triều gõy nờn, song tần số dao động cao do súng đi qua gõy nờn đó bị dập tắt đi nhiều. Sự giảm tắt này lại càng thấy rừ khi vẽ riờng cho một đợt súng đỏnh với 1024 số đú (H.5.19). Nếu khụng cú số đo của thiết bị thứ 2, liệu người phõn tớch cú thể kết luận là thiết bị đo thứ nhất làm việc kộm chất lượng? Tỡnh huống này lại càng trở nờn đầy nghi vấn khi xảy ra ở mụi trường năng lượng thấp như Vịnh Mexico, nơi thời tiết yờn tĩnh kộo dài.
Hỡnh 5-18: Dữ liệu ỏp suất từ hai mỏy đo lắp trờn cựng một giỏ đỡ ba chõn đặt tại vịnh Mobile, Alabana. Đồ thị phớa trờn là từ mỏy đo cú cửa ỏp suất nghẽn, sự tăng đột ngột ỏp suất ở gần ngày thứ 43 là do giỏ đỡ
Hỡnh 5-19: Dữ liệu quan trắc một con súng vỡ với 1024 điểm đo ỏp suất trờn cỏc thiết bị đo giống nhau thể hiện ở hỡnh 5-18. Kết quả ghi nhận từ thiết bị đo trục trặc (đường biểu diễn trờn) khụng chỉ làm giảm độ cao của súng mà cũn gõy ra sự lệch pha. Những rắc rối này nhỡn chung là khụng thể sửa chữa và phục hồi
cho dự là gần đỳng.
(b) Một hoàn cảnh khú khăn khỏc nữa cú thể xảy ra là khi năng lượng súng dao động quỏ nhanh. Nhiều quy trỡnh phõn tớch dựng cho mỏy tớnh cú cỏc ngưỡng do người dựng đặt trước để loại trừ những số đo chứa qỳa nhiều đỉnh cao tiếng ồn (spikes). Tuy vậy, cú lỳc ngẫu nhiờn xuất hiện sự tăng vọt năng lượng trong một thời gian ngắn, và lỳc này điều quan trọng là làm sao để quy trỡnh phõn tớch khụng loại bỏ những số đo này mà khụng cú kiểm tra. Thớ dụ, một trong hai mỏy đo đặt ở bến cảng Long beach (đường cong dưới ở H.5.16) cú thể hoạt động kộm và ghi lại rất nhiều pik tiếng ồn trờn băng. Trờn thực tế, mỏy đo đó ghi lại những pha năng lượng bất thường cú thật xảy ra tại bến cảng (tức là mỏy vẫn hoạt động bỡnh thường). Thớ dụ khỏc là ở bến cảng Burns, Indiana, H.5.20. Khi độ cao của súng được vẽ theo diễn biến thời gian, xuất hiện nhiều pik. Ở trường hợp này, sự tăng năng lượng súng là thực, nhưng đường cong chứa đầy pik lại là do đó vẽ dữ liệu đo đạc trong nhiều tuần lễ lờn cựng một đồ thị. Xem xột cỏc băng ghi từng ỏp suất riờng biệt (H.5.21) phỏt hiện thấy năng lượng tăng nhanh chúng chỉ trong vũng vài giờ (một đặc trưng của bóo ở Hồ Lớn). Thớ dụ này cho thấy phương phỏp thể hiện cỏc số đo thống kờ về súng cú thể ảnh hưởng lớn như thế nào đến cỏch thức nhà phõn tớch hiểu dữ liệu.
(4) Quy trỡnh phõn tớch và thuật ngữ
(a) Việc phõn tớch dữ liệu súng cú thể phõn thành hai nhúm khỏi quỏt là cỏc quy trỡnh khụng định hướng và cú định hướng. Mặc dự cỏc quy trỡnh cú định hướng tương đối phức tạp hơn nhiều, song tầm quan trọng của việc xỏc định hướng của súng ở miền bờ thường to lớn đủ để biện minh cho chi phớ tăng trội và cho mọi sự phức tạp trong cố gắng thu thập phổ súng cú định hướng. Cỏc phương phỏp thống kờ súng cũng cần cú điều chỉnh phụ thuộc mục đớch ứng dụng. Thớ dụ, nhà địa chất cú thể muốn hiểu chu kỳ, chiều cao trung bỡnh của súng và hướng của cỏc đỉnh (peak direction) dọc theo đường bờ như thế nào. Những thụng tin này cú thể được dựng để đỏnh giỏ sự khỳc xạ của súng và cỏc dũng trụi dọc bờ (long shore drift). Cũn một kỹ sư xõy dựng lại quan tõm đến chiều cao, chu kỳ và hướng đến của súng bóo. Anh ta sẽ sử dụng những dữ liệu này để tớnh toỏn kớch thước cỏc viờn đỏ cần cho cụng trỡnh xõy dựng ở bờ biển đú. Bảng 5.11 liệt kờ những thụng số thống kờ súng phổ biến.
(b) Bảng 5.11 muốn nhấn mạnh rằng phõn tớch súng là một quy trỡnh phức tạp và phải do nhà nghiờn cứu cú kinh nghiệm và kiến thức về cơ học súng và hải dương học thực hiện. Ngoài ra, nhà nghiờn cứu cũn phải cảnh giỏc với cỏc số thống kờ súng thu được từ một nguồn thứ hai khỏc và cũng phải cảnh giỏc với cỏc chuyờn từ đó được định nghĩa như thế nào và cỏc số thống kờ đó được tớnh toỏn như thế nào. Thớ dụ: chiều cao đỏng kể của súng được định nghĩa là độ cao trung bỡnh của ẵ số súng cú độ cao cao nhất cú trong băng ghi. Phải ghi băng này trong thời gian dài bao lõu? Cỏc súng được đo trong miền thời gian bằng cỏch đếm cỏc súng nhào lờn hay đổ xuống? (upcrossing/downcrossing). Hai phương phỏp khụng cho cựng một giỏ trị Hs. Cú thể khụng tốt hơn chăng nếu đỏnh giỏ độ cao đỏng kể của súng bằng thực hiện phõn tớch phổ đối với loạt thời gian trong đú súng được đo tần số và bằng Hs = Hmo? Đõy là quy trỡnh được sử dụng phổ biến trong cỏc thớ nghiệm khi cú khối lượng lớn dữ liệu cần xử lớ. Phương trỡnh trờn đõy thường được coi là cú giỏ tị đối với nước sõu và vừa nhưng khụng thoả đỏng trong điều kiện nước nụng (Horikawa,1988).
(c) Cỏc số đo hướng súng cũng dễ bị luận giải sai phụ thuộc phương phỏp xử lớ bằng mỏy tớnh. Ở ngoài biển, thực là hiếm khi súng đến từ một hướng, thường là súng lừng (swell) gõy ra do cơn bóo xa, cú thể đến từ một hoặc một vài hướng, trong khi súng do giú cục bộ gõy ra thỡ cú rất nhiều hướng. Cỏc nhà nghiờn cứu phải biết năng lượng súng được phõn bố như thế nào theo hướng cũng như theo chu kỳ (cú nghĩa là mật độ phổ theo hướng, S(f,Ө)). Sự phõn bố năng lượng súng theo hướng thường được mỏy tớnh tớnh theo phương phỏp của Longuet-Higgins, Cartwright, và Smith, 1963. Phương phỏp này ỏp dụng đối với cỏc mỏy đo đặt trờn phao ở vựng nước sõu. Cũn một hàm phõn bố khỏc đó được xõy dựng và ỏp dụng từ những năm 1970 (Horikawa,1988). Mặc dự cỏc phương phỏp khỏc nhau khụng cho cựng một giỏ trị về hướng súng trong cựng một bối cảnh, song cũng khụng thể đỏnh giỏ phương phỏp nào hơn phương phỏp nào.
(d) Người sử dụng dữ liệu mụi trường phải luụn luụn tỉnh tỏo trước những quy ước được dựng để trỡnh bày hướng súng. Bảng 5.12 trỡnh bày cỏc hướng được CERC dựng; cỏc cơ quan khỏc cú thể cú cỏc chuẩn mực khỏc.
(e) Một số thiết bị hải dương học được bày bỏn cựng với phần mềm, chỳng xử lớ dữ liệu bỏn tự động, đụi khi ngay ở mỏy cỏ nhõn tại thực địa. Ở một số thiết bị đo khỏc, cỏc dữ liệu thụ được chuyển tải đi và chỉ giữ lại cỏc hệ số Fourier. Người dựng những thiết bị này phải thu thập càng nhiều thụng tin càng tốt về cỏc ngụn ngữ thuật toỏn algol mà nhà sản xuất đó sử dụng. Nếu những quy trỡnh này khụng trựng với những quy trỡnh được dựng để phõn tớch cỏc tập dữ liệu khỏc ở địa phương thỡ cỏc con số thụng kờ rỳt ra được chưa thể dựng để đối chiếu ngay được. Thậm tệ hơn nữa, tỏc giả cuốn sỏch này đó mua phải một phần mềm xử lớ kộm chất lượng. Trong một lần thớ nghiệm ở thực địa, vỡ dữ liệu thụ khụng được lưu trữ lại trong mỏy đo nờn đó khụng thể xử lớ lại và sửa sai. Cuối cựng là việc đo đạc nhiều thỏng trở thành uổng cụng.
(f) Túm lại, điều rất quan trọng là người sử dụng dữ liệu súng phải luụn cảnh giỏc trước việc cỏc số liệu thống kờ súng đó được tớnh toỏn như thế nào và phải hiểu thật thụng suốt những điểm mạnh và điểm yếu của mỗi phương phỏp tớnh toỏn trờn mỏy tớnh và đó được sử dụng.
(a) Để xử lớ một khối lượng cực lớn dữ liệu, thường trong một thớ nghiệm ở thực địa trước hết phải kiểm tra chất lượng và luận giải cỏc kết quả; dữ liệu súng phải được phõn tớch càng sớm càng tốt. Ngoài ra, nhiều khi cũn cú nhu cầu cấp thiết phải kiểm tra cỏc dữ liệu thụ để tin chắc cú thể triển khai ngay được cỏc thiết bị đo hay cần sửa chữa.
(b) H.5.17 và 5.19 trỡnh bày thớ dụ vẽ đồ thị ỏp suất biến thiờn theo thời gian. í nghĩa của đồ thị này là để phục vụ mục đớch kiểm tra chất lượng đó được trỡnh bày, song chỳng lại ớt cú giỏ trị phỏt hiện cỏc thụng tin về bản chất chung, tổng thể, của chế độ súng (wave climate) tại vựng nghiờn cứu.
(c) Để tổng hợp dữ liệu từ nhiều mỏy đo, những số thống kờ cuối cựng phải được lập thành bảng bảng hoặc phải thể hiện bằng đồ thị. H.5.22 là thớ dụ về cỏc dữ liệu hướng súng ở khu Dự ỏn Florida được tập hợp thành bảng như thế nào. H.5.23 lại trỡnh bày cỏch thể hiện những dữ liệu đú bằng đồ thị. Đường cong trờn cho biết độ cao súng Hmo, chu kỳ của pik trung tõm, và hướng của pik thấp. Mặc dự, những số thống kờ khỏc cũng cú thể được vẽ trờn cựng trang đú, vẫn cú nguy cơ làm cho bản vẽ trở nờn rối rắm. Ưu việt của việc lập bảng là cỏc giỏ trị của cỏc lần đo súng riờng rẽ (“burst”) cú thể được kiểm tra. Điểm yếu là ở chỗ khú phỏt hiện xu hướng chung, đặc biệt là nếu việc đo đạc diễn ra nhiều thỏng rũng. Một khi cỏc quy trỡnh thu thập và xử lớ dữ liệu được hoàn thiện, sẽ ngày một khú khăn hơn trong việc trỡnh bày kết quả theo một bảng mẫu linh hoạt và hữu ớch mà khụng quỏ tải mà tỡnh huống cũng khụng bị giản lược hoỏ quỏ mức.
(6) Ứng dụng cỏc dữ liệu súng
Một ứng dụng quan trọng của cỏc dữ liệu về chế độ súng trong cụng tỏc xõy dựng ở ven bờ là xõy dựng cỏc đồ thị khỳc xạ súng. Những đồ thị này cho thấy độ sõu của bờ ảnh hưởng như thế nào đối với hướng súng tiếp cận đường bờ. Thụng tin này cú thể được dựng để đỏnh giỏ khối lượng trầm tớch vận tải và sự vận tải trầm tớch dọc bờ, và những dữ kiện này đến lượt mỡnh lại được sử dụng để dự bỏo những biến đổi địa hỡnh trong cả hai mụi trường: tự nhiờn và khi cú ảnh hưởng của cỏc cụng trỡnh xõy dựng. Phõn tớch khỳc xạ súng cũng cú thể được thực hiện theo một kịch bản giả định, chẳng hạn như dự bỏo việc nạo vột bói cạn ngoài khơi hoặc việc đổ thải vật liệu nạo vột ra khơi sẽ ảnh hưởng như thế nào đối với súng tới.