Bài giảng cơ sở Kỹ thuật bờ biển (chương 5) doc

Thủy triều (8 tiết)
Chương này trình bày các nội dung:
1. Khái niệm chung
2. Các lực sinh thủy triều
3. Phân loại thủy triều và các dạng triều
4. Tính toán thủy triều
5. Ví dụtính toán thủy triều
6. Nước dâng do gió
7. Sóng thần
8. Thủy triều dọc bờbiển Việt Nam
Nước thấp (LowTide)
1. Khái niệm chung
Nước cao (Hightide)
Mực nước triều đặc trưng
1. Triều thiên văn cao nhất (H.A.T) và Triều thiên văn thấp nhất (L.A.T). Đó là mực nước cao nhất và thấp nhất
xuất hiện trong điều kiện khí tượng bình thường tổhợp với các điều kiện thiên văn. Các mực nước này
không phải xuất hiện hàng năm và chúng cũng không phải là mực nước lớn nhất (mực nước lớn nhất có thể
xảy ra khi gặp bão tạo nước dâng).
2. Mực nước trung bình đỉnh triều cao (M.H.W.S) là giá trịtrung bình của 2 lần mực nước cao liên tiếp trong
vòng 24 giờkhi độlớn triều đạt lớn nhất. Nó xảy ra khoảng 1 lần trong vòng 15 ngày.
3. Mực nước trung bình đỉnh triều thấp (M.L.W.S) là giá trịtrung bình của 2 lần mực nước đỉnh triều thấp liên
tiếp trong vòng 24 giờkhi độlớn triều đạt lớn nhất. Nó xảy ra khoảng 1 lần trong vòng 15 ngày.
4. Mực nước trung bình chân triều cao (M.H.W.N) là giá trịtrung bình hai chân triều cao xảy ra trong vòng nửa
tháng trong kỳtriều kém.
5. Mực nước trung bình chân triều thấp (M.L.W.N) là giá trịtrung bình hai chân triều thấp xảy ra trong vòng nửa
tháng trong kỳtriều kém.
6. Mực nước biển trung bình (M.S.L) là mực nước trung bình trong một thời khoảng dài (ít nhất là 18.6 năm)
hay còn gọi là mực nước giảthiết là không có dao động triều.
7. Mực nước trung bình cao nhất (M.H.H.W): là giá trịmực nước trung bình ngày của 2 đỉnh triều (bán nhật
triều) hoặc lớn nhất (nhật triều) trong khoảng thời gian rất dài (ít nhất là 18.6 năm).
8. Mực nước trung bình của đỉnh triều thấp trong những ngày nước cao (M.L.H.W): là giá trịtrung bình ngày

của đỉnh triều thấp hơn (bán nhật triều) trong những ngày nước cao trong khoảng thời gian rất dài (ít nhất là
18.6 năm). Khi chỉcó một đỉnh trong một sốngày thì kí hiệu "Δ" trong bảng M.L.H.W có nghĩa là những ngày
nhật triều.
9. Mực nước trung bình của đỉnh triều cao trong những ngày nước thấp (M.H.L.W): là giá trịtrung bình ngày
của đỉnh triều cao hơn (bán nhật triều) trong những ngày nước thấp trong khoảng thời gian rất dài (ít nhất là
18.6 năm). Khi chỉcó một đỉnh trong một sốngày thì kí hiệu "Δ" trong bảng M.L.H.W có nghĩa là những ngày
nhật triều.
10. Mực nước trung bình của đỉnh triều thấp trong những ngày nước thấp (M.L.L.W): là giá trịtrung bình ngày
của đỉnh triều thấp hơn (bán nhật triều) trong những ngày nước thấp trong khoảng thời gian rất dài (ít nhất là
18.6 năm). Khi chỉcó một đỉnh trong một sốngày thì được lấy nhưgiá trịmực nước thấp nhất.
Sốliệu quan trắc thủy triều
Chuyển động
quay của trái
đất và mặt
trăng trong
hệmặt trời
Theo Newton thủy triều chịu lực hấp dẫn tổng hợp của Mặt trời – trái đất
– mặt trăng.
- Trái đất chuyển động quanh mặt trời 365 ngày
- Mặt trăng chuyển động quanh trái đất 27.3 ngày
- Trái đất tựquay xung quanh trục là 24 hours.
2. Các lực sinh thủy triều
Sựkết hợp trọng tâm của trái đất và mặt trăng
Trái đất
Mặt
trăng
Lực hấp dẫn hệthống
Trái đất – mặt trăng
g
a

b
c
d
e
f
-Tại các điểm a, e: Hợp lực
hướng ra ngoài mực nước
cao hơn so với bình thường
-Tại các điểm c,g hợp lực
hướng vào trong  mực nước
thấp hơn so với bình thường
-Mỗi ngày mặt trăng di
chuyển góc = 360
0
/27.3=13
0
thời gian nước cường, nước
kém cũng dịch chuyển khoảng
50 phút mỗi ngày
2 lần nước cường trong 1 ngày
Tính không đối xứng trong ngày do trục nghiêng của trái đất
Lực hút tại các vịtrí đặc trưng cũng thay đổi Mực nước
đỉnh triều (chân triều) cũng không bằng nhau
3. Phân loại thủy triều và các dạng triều
Phân loại theo công thức sau:
=(h
K1
+h
O1
)/(h

M1
+h
S1
);
< 0.25: Bán nhật triều
> 1.00: Nhật triều
0.25 < < 1.00: triều hỗn hợp
M
1
Triều chính mặt trăng
S
1
Triều chính mặt trời
K
1
Triều do độnghiêng mặt trăng trên quĩđạo mặt trời
O
1
Triều do độnghiêng của mặt trăng
Các
dạng
thủy
triều
hình
thành
trên
thế
giới
VỊTRÍ CỦA MẶT TRĂNG VÀ THỦY TRIỀU
4. Tính toán thuỷtriều

1. Phương pháp phân tích điều hòa do Doodsun tìm vào năm 1930's.
2. Mực nước biển thay đổi do các thành phần thủy triều và là tổng hợp của các thành
phần điều hòa mà mỗi thành phần ởmột vịtrí xác định, tại một thời điểm được đặc
trưng bởi 3 yếu tố:
• Biên độh
j
, đó là khoảng dao động thẳng đứng giữa mực nước cao nhất hoặc
nhỏnhất so với mực nước trung bình do thành phần thứi gây ra (m);
• Chu kỳω
j
, là khoảng thời gian cần thiết đểảnh hưởng của thành phần này quay
trởlại (
0
/giờ). Trịsốnghịch đảo của ω
j
gọi là chu kỳ;
• Độlệch pha α
i
, là khoảng thời gian giữa chuyển động của thiên thể(mặt trăng
hoặc mặt trời) đi qua thiên đỉnh của vịtrí nghiên cứu và thời gian thực xảy ra
(tính bằng độ).
)(cos)(
1
0 ii
N
i
i
thhth





h
t
Mực nước triều tính toán tại thời điểm t (m);
h
o
Mực nước trung bình (là giá trịtrung bình của chuỗi triều giờquan trắc trong
khoảng thời gian khá dài, m);
t Thời điểm tính toán (giờ);
(t = 0: thời điểm bắt đầu đo đạc đểcó các sốliệu vềh
j
và α
j
).
N Sốthành phần tính toán
Công thức thực hành tính toán thuỷtriều tại 1 điểm xác định
 
)
g
-u)+
V
(+t*(
H
*
f
+
h
=
h

j
ojj
j
n
i
ot

cos
1


f
j
: Hệsốhiệu chỉnh triều thuần nhất trong năm (lấy từbảng)
t : Sốgiờlấy đến 0 giờcủa ngày tính toán.
(Vo+u): Các biến sốtriều thuần nhất trong năm (lấy từbảng)
S : Sốngày tính từngày 1/1 đến 0 giờngày tính toán
g
j
: Hệsốsửa chữa kappa (lấy từbảng)
25.8213.94303Nhật triều do độnghiêng của mặt
trăng
O
1
23.9315.04107Nhật triều do độnghiêng mặt trăng
trên quĩđạo mặt trời
K
1
12.0030.00000Bán nhật triều chính mặt trờiS
2

12.4228.98410Bán nhật triều chính mặt trăngM
2
Chu kỳ
T (giờ) (= 360
0
/ ω
j
)
Tốc độgóc
ω
j
(
0
/giờ)
Thành phần triều chủyếuKý hiệu
Theo nghiên cứu có trên 200 thành phần ảnh hưởng đến triều tổng hợp tại
mọi vịtrí trên trái đất, nhưng chỉcó 4 thành phần chính là M
2
, S
2
, K
1
và O
1
tạo ra thuỷtriều trong khi các thành phần khác rất nhỏso với 4 thành phần
trên.
Ởmột vịtrí nhất định và tại một thời điểm nào đó nếu biết h
M2
, h
S2

, h
K1
, h
O1
và α
M2
, α
S2
, α
K1
and α
O1
thì mực nước tổng hợp tính được
Ghi chú: Giá trịω
j
và T là nhưnhau cho mọi vịtrí trên trái đất, ởbất kỳthời
điểm nào. Giá trịh
i
và α
i
lấy từsốliệu quan trắc.
Một sốthành phần triều chính (Thiên văn + Nước nông)
Triều nước nông3.11115.93641/8 nhật triều gốc từ4M
2
M8
Triều nước nông4.1486.95231/6 nhật triều gốc từ3M
2
M6
Triều nước nông6.2757.4238¼ nhật triều gốc từM
2

+ N
2
MN4
Triều nước nông6.1058.9841¼ nhật triều gốc từM
2
+ S
2
MS4
Triều nước nông6.2157.9682¼ nhật triều gốc từ2M
2
M4
Triều thiên văn43830.0821Triều mặt trời chu kỳdàiSsa
Triều thiên văn6610.5444Triều mặt trăng chu kỳdàiMm
Triều thiên văn3281.0980Triều mặt trăng chu kỳdàiMf
Triều thiên văn12.1929.5285Bán nhật triều Elip mặt trăngL2
Triều thiên văn26.8713.3987Nhật triều Elip mặt trăngQ1
Triều thiên văn11.9730.0821Bán nhật triều do quĩđạo nghiêng giữa Mặt
trăng – Mặt Trời
K2
Triều thiên văn12.6628.4397Bán nhật triều Elip mặt trăngN2
Triều thiên văn24.0714.9589Nhật triều mặt trời do mặt phẳng nghiêngP1
Ghi chúChu kỳTốc độgóc
(
0
/ giờ)
Thành phần triều chủyếuKí hiệu
1. Hệsốf tại điểm
giữa năm từ
1970 – 2037
2. Hệsốf của các

thành phần MS,
2SM và MSf
bằng hệsốf
của M2;
3. Hệsốf của các
thành phần P1,
R2, S1, S2, S4,
S6, T2, Sa và
Ssa bằng 1.0
Hệsốf
Giá trị(Vo + u) (tính
bằng độ) tại kinh
tuyến gốc Greenwich)
tại thời điểm bắt đầu
các năm dương lịch
bắt đầu từ1970 đến
2037 gồm K1, K2,
M2, M4, N2, O1, P1,
S2
Giá trị(Vo + u) (tính bằng độ) tại kinh tuyến gốc (Greenwich) tại
thời điểm bắt đầu các năm dương lịch bắt đầu từ1970 đến 2037
58.9841057.9682030.0821428.4397230.0000028.9841014.9589313.9430315.04107ω(
0
/giờ)
MS4M4K2N2S2M2P1O1K1Thành phần
Tốc độgóc các thành phần triều (ω) (
0
/giờ)
Ví dụtính toán thủy triều 12 giờngày 23/4/1990 tại Hook of Holland (Hà Lan)
187

59
85
145
0.10
0.12
0.79
0.19
13.943
28.440
28.984
30.000
O
1
N
2
M
2
S
2
g
i
(
0
)h
i
(m)
i
(
o
/h)Thành phần

167
341
347
360
161
256
183
0
236
229
325
0
240
324
259
0
1.128
0.977
0.977
1
O
1
N
2
M
2
S
2
23 Apr 1990
12 h

(v
i
+u
i
)
23 Apr 1990
0 h
(v
i
+u
i
)
1 Apr 1990
0 h
(v
i
+u
i
)
1 Jan 1990
0 h
(v
i
+u
i
)
f
i
Thành phần
cos (167 + 240 + 236 + 161 - 187) = - 0.22

cos (341 + 324 + 229 + 256 - 59) = + 0.98
cos (347 + 259 + 325 + 183 - 85) = + 0.62
cos (360 + 0 + 0 + 0 - 145) = - 0.81
10
12
79
19
1.128
0.977
0.977
1
O
1
N
2
M
2
S
2
cos [(
i
t + (v
i
+ u
i
) - g
i
]h
i
f

i
Thành phần
Tổng hợp các thành phần triều
Tính toán thủy triều tại Hook of Holland(Hà Lan) ngày 30/4/68.
Đường quá trình triều do 4 thành phần M
2
, S
2
, O
1
và K
1
tạo ra
4 thành phần riêng rẽvà đường tổng hợp
M2
S2 O1
K1
Triều tổng hợp
5. Ví dụtính toán triều
6. Nước dâng do gió
Nước dâng là hiện tượng mực nước tăng lên
(hoặc hạxuống) so với một giá trịbình thường
tại thời điểm đó do tác dụng của gió trên bề
mặt nước
Các loại nước dâng thường gặp
 Nước dâng do gió
Nước dâng do bão
Nước dâng do động đất (Sóng thần)
Nước dâng + Thủy triều
Quan hệgiữa độlớn của

động đất và sóng thần
7. Sóng thần (Tsunami)
Là sóng do động đất hình thành trong lòng
đại dương ởđộsâu từ1 – 10 km
Đặc trưng
Bước sóng dài từhàng trăm đến hàng
nghìn km
Chu kỳsóng tính bằng phút
Ít bịbiến dạng khi tiến vào bờ
Khi tiến vào bờ nước nông dần
 Chiều cao sóng tăng dần
Trận sóng thần ngày 26/12/2004 xảy ra trên
Ấn ĐộDương đã làm chết hơn 280.000
người và xóa sạch các làng mạc thuộc các
quốc gia Indonesia, Srilanca, India, Thailands
và 1 sốquốc gia châu Phi cách xa tâm chấn
tới trên 1000 km.
Quan hệ
giữa độlớn
của động đất
và chu kỳ
sóng thần