Mô hình MIKE 21 SW là mô hình mô phỏng quá trình hình thành, suy giảm, lan truyền sóng do gió và sóng lừng ở vùng nước sâu và ven biển. Mô hình được sử dụng để dự báo và đánh giá xu thế của sóng ở ngoài khơi và khu vực ven bờ. Mô hình có xét đến các hiện tượng sóng khúc xạ, sóng nước nông, ảnh hưởng do gió, suy giảm năng lượng do ma sát đáy, sóng vỡ, tương tác giữa sóng - dòng chảy, … MIKE 21 SW cho phép người dùng lựa chọn 1 trong 2 cách mô phỏng sau:
• Phương pháp 1: Sử dụng hệ phương trình bảo toàn động lượng của sóng trong đó tần số sóng được tham số hoá và coi là các biến phụ thuộc theo đề xuất Holthuijsen.
• Phương pháp 2: Sử dụng hệ phương trình bảo toàn động lượng của sóng. Về nguyên tắc, phương pháp thứ 2 là phương pháp tổng quát, có thể sử dụng để nghiên cứu sự phát triển, suy giảm, lan truyền sóng do gió và sóng lừng ở khu vực ngoài khơi và ven bờ. Tuy nhiên, khối lượng tính toán theo phương pháp này sẽ
lớn hơn rất nhiều so với phương pháp 1. Trong phần lớn các trường hợp, phương pháp 1 có thể sử dụng nếu trường sóng nghiên cứu thỏa mãn các điều kiện sau:
- Phạm vi mô hình tính toán nhỏ (từ 10 đến 50 km). - Sóng mô phỏng là sóng phát triển đầy đủ.
- Sóng lừng (và sự kết hợp giữa sóng lừng và sóng gió) là thành phần không quan trọng.
Lưu ý rằng, lực tác động do gió không được xét đến khi sử dụng phương pháp 1. Nếu sử dụng phương pháp tính này, ảnh hưởng của gió đến sóng sẽ được tính toán dựa vào các công thức kinh nghiệm. Phương pháp 1 cũng là phương pháp tính toán sử dụng trong MIKE 21 SW (với khác biệt duy nhất: lưới tính toán là lưới chữ nhật). Mô hình MIKE 21 có xét đến các hiện tượng vật lý sau:
- Sóng phát triển dưới tác động của gió. - Tương tác phi tuyến giữa sóng và sóng. - Phân tán năng lượng do sóng vỡ ngoài khơị - Phân tán năng lượng do ma sát đáỵ
- Phân tán năng lượng do sóng vỡ phát sinh do độ sâu khu nước giảm. - Khúc xạ và lan truyền sóng nước nông.
- Tương tác giữa sóng và dòng chảỵ
- Ảnh hưởng của biến đổi mực nước, có xét đến những vùng thay đổi mực nước. Với phiên bản 2009, hiên tượng nhiễu xạ sóng cũng được xét đến.
4.2.1.2.Phạm vi ứng dụng của MIKE 21 SW
MIKE 21 SW áp dụng để dự báo sóng khu vực ngoài khơi và ven biển, đánh giá điều kiện sóng - chiều cao sóng, chu kỳ sóng, hướng sóng - phục vụ cho việc thiết kế xây dựng các công trình biển, công trình cảng, và công trình bảo vệ bờ. Ngoài ra, kết quả tính trường ứng suất sóng còn dùng để phục vụ cho bài toán vân chuyển bùn cát và diễn biến đường bờ.
Một ứng dụng quan trọng của MIKE 21 SW là dùng để tính sóng phục vụ cho thiết kế công trình ngoài khơi và ven biển. Các công trình thường chịu tác động trực tiếp của sóng trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Đểđánh giá mức độ an toàn
cũng như tính kinh tế của thiết kế, việc xác định chính xác tải trọng của sóng lên công trình là điều hết sức quan trọng. Các số liệu đo đạc tại khu vực công trình thường không dài để có thể đánh giá được một cách chính xác chế độ sóng trong điều kiện thiết kế (sóng bão). Trong trường hợp này, số liệu thực đo có thểđược sử dụng để bổ sung cho mô phỏng trường sóng bằng mô hình MIKE 21 SW.
Mô hình MIKE 21 SW rất phù hợp để dự báo và phân tích sóng cho cả phạm vi lớn (đại dương) và nhỏ (khu vực nghiên cứu). Trong mô phỏng, thông thường lưới mô hình được lựa chọn khá thưa phía ngoài khơi và dày hơn phí gần bờ và các khu vực quan tâm. Đây là một ưu việt lớn của MIKE 21 SW, cho phép người dùng chủ động trong việc lựa chọn kích thước lưới theo yêu cầu của bài toán, giúp việc mô hình hóa đạt hiệu quả tối ưụ
Kết quả về trường ứng suất sóng của mô hình MIKE 21 SW được sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho tính toán vận chuyển bùn cát do sóng. Dòng chảy do sóng được tính toán trên cơ sở trường ứng suất sóng khu vực sóng vỡ sử dụng phần mềm MIKE 21 Flow Model FM. (tham khảo Trương Văn Bốn,(2006) Dự tính mực nước
thuỷ triều ven bờ Vịnh Bắc Bộ bằng phần mềm Mike 21) 4.2.1.3.Chiều cao sóng tại thời điểm xảy ra sự cố ạ) Chiều cao sóng theo hồ sơ thiết kế tính toán
Tài liệu mực nước thiết kế tính theo tiêu chuẩn thiết kếđê biển
Cấp công trình: Theo tiêu chuẩn thiết kếđê thuộc loại công trình cấp IỊ Mực nước thiết kế: Theo tiêu chuẩn an toàn của tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế đê biển có T = 100 năm, tương ứng P =1%. Theo QĐ 1613/QĐ-BNN-KHCN, tra mặt cắt 30 của tiêu chuẩn này cho MNTK = 2,67m.
Sóng thiết kế: Tài liệu sóng tính toán kiểm tra theo Tiêu chuẩn thiết kếđê biển (QĐ 1613/QĐ-BNN-KHCN), với chiều sâu nước tại vị trí công trình (luồng sâu nhất) với độ sâu d = 7,8m cho Hs= 3,19m. Sóng vùng nước sâu Hs=11,2m, T= 12,9s, chiều cao sóng thiết kế tại chân công trình HSD = 5,9m
b). Chiều cao sóng tính toán tại vị trí công trình khi xảy ra cơn bão số 8 năm 2012
Vận tốc gió tính toán trong bão (cấp 12) : V = 36m/s
Sử dụng mô hình Mike 21 tính toán chiều cao sóng tại 14 điểm tại vị trí xây dựng công trình.
Hình 4 - 6: Vị trí các điểm trích rút chiều cao sóng
Bảng 4.1 : Kết quả tính toán kiểm tra trị số sóng tại 14 điểm trên công trình
Điểm đo Trị số H (m) T(s) Điểm đo Trị số H (m) T(s) 1 Max 5.95 13.3 8 Max 5.12 13.2 Min 2.02 5.1 Min 2.15 4.9 2 Max 5.93 13.2 9 Max 4.69 13.4 Min 2.09 5 Min 1.59 3.6 3 Max 5.63 13.1 10 Max 0.63 12.5 Min 2.16 5 Min 0.02 1.8 4 Max 5.63 13.1 11 Max 0.63 11.7 Min 2.16 5 Min 0.02 1.8 5 Max 5.57 13.1 12 Max 0.63 11.3 Min 2.23 5 Min 0.02 1.8
Điểm đo Trị số H (m) T(s) Điểm đo Trị số H (m) T(s) 6 Max 5.42 13.1 13 Max 0.63 11.6 Min 2.22 5 Min 0.02 1.8 7 Max 5.20 13.2 14 Max 0.63 12.1 Min 2.16 5 Min 0.02 1.8 Kết quả:
Khi bão vào Quảng Bình chiều cao sóng tại chân công trình là: Hs,max = 5,95m, T= 13,3s. Điểm thấp nhất Hs,min = 4,67m, T = 13,36s.