Tiêu chuẩn và chú giải đối với các công trình cảng ở nhật bản Phần 5 pps

- II.43 -
hiệu chỉnh bằng cách chia chiều cao đo đợc cho hệ số khúc xạ v hệ số cạn. Trong trờng hợp đó,
cũng cần xem xét đến các sự thay đổi trong hớng sóng .
(7) Nếu chiều cao sóng có ý nghĩa có đợc từ các số liệu đo đạc thực tế lớn hơn một nửa chiều sâu nớc
tại địa điểm đo đạc, có thể cho rằng việc ghi chép sóng ny đã bị ảnh hởng bởi hiện tợng sóng vỡ.
Với các số liệu sóng nh vậy, các thông số của sóng nớc sâu phải đợc tính bằng cách dự báo
sóng. Tuy nhiên, cần nhớ rằng đối với sóng nớc sâu (hindcasted), sóng có ý nghĩa ở vị trí đo đạc
phải ớc tính nh miêu tả trong 4.5 Các biến dạng của sóng, v phải so sánh với các số liệu đo đạc
thực tế.
(8) Nên xác định sóng nớc sâu sẽ đợc sử dụng trong thiết kế có xét đến xác suất gặp ngẫu nhiên dạ
trên chu kỳ trở lại v tuổi thọ của kết cấu đang xét. Tuy nhiên, cách lý giải xác suất gặp ngẫu nhiên
sẽ tuỳ thuộc vo các chức năng, tầm quan trọng v thời hạn thu hồi vốn của kết cấu v các yếu tố
khác, v do đó không thể xác định nó cho trờng hợp chung. Vì vậy nó phải đợc xác định riêng cho
mỗi trờng hợp riêng rẽ bằng sự xét đoán của kỹ s chịu trách nhiệm. ở đây, xác suất gặp ngẫu
nhiên nghĩa l xác suất m sóng với chiều cao lớn hơn chiều cao sóng phản hồi với một chu kỳ lặp
đã cho sẽ suất hiện ít nhất một lần trong thời hạn tuổi thọ của kết cấu đang nghiên cứu.
(9) Khi xác định sóng nớc sâu sẽ sử dụng trong thiết kế, cần xem xét các ngoại lực v các h hỏng đã
qua của các kết cấu hiện có lân cận với kết cấu đang thiết kế.
(10) Phải xác định các thông số sóng nớc sâu riêng biệt cho mỗi hớng của các phơng vị mời sáu
điểm, tuy nhiên các hớng có chiều cao sóng nhỏ v ảnh hởng c
ủa chúng lên kết cấu đã đợc x
ét
đoán l không đáng kể thì có thể loại bỏ. Hớng sóng ở đây l hớng của thnh phần sóng không
đều có mật độ năng lợng cao nhất, nói cách khác, l hớng chính. Vì lực sóng tác động lên kết cấu
đang xét không thay đổi lớn khi hớng sóng thay đổi chỉ một vi độ, có thể chấp nhận trong thiết kế
sử dụng hệ phơng vị 16 điểm để đại diện cho hớng sóng
4.2.2. Phơng thức để có các thông số của sóng tính toán
Đầu tiên, sóng nớc sâu phải xác định theo 4.2.1 Nguyên tắc để xác định sóng
nứơc sâu dùng trong thiết kế . Sau đó, phải đánh giá các biến dạng do khúc xạ,
nhiễu xạ, cạn v vỡ. Cuối cùng các song có các ảnh hởng bất lợi nhất đến kết cấu

đang nghiên cứu hoặc các công trình trong hậu phơng phải đợc dùng lm sóng
tính toán.
>
Chỉ dẫn kỹ thuật
@

Các thông số của sóng tính toán đợc xác định theo phơng thức sau:
(1) Các ảnh hởng của sự biến dạng của sóng nh khúc xạ, nhiễu xạ, cạn v vỡ áp dụng cho sóng nớc
sâu xác định theo 4.2.1 Nguyên tắc xác định sóng nớc sâu dùng trong thiết kế để xác định các
thông số của sóng tính toán tại vị trí thiết kế.
(2) Nếu vị trí đang xét phải chịu các điều kiện đặc biệt (ví dụ các sự nhiễu loạn do các sóng phản xạ từ
ngoi hoặc một sự tăng chiều cao sóng do các góc lõm), cũng phải xét đến các điều kiện ny.
(3) Lực sóng v các tác động khác của sóng lên kết cấu đang xét nh việc sóng trn bờ đợc xác định
đối với các sóng có đợc trên đây.
(4) Tuỳ theo các điều kiện khác nhau liên quan đến các hoạt động của sóng, có thể có trờng hợp lực
sóng trở thnh lớn nhất khi mực nớc thấp, v do đó, phải tiến hnh nghiên cứu cho tất cả các mực
nớc có thể nhận thức đợc.
(5) Việc tính toán trên đợc thực hiện cho mỗi hớng có thể có theo đó sóng nớc sâu có thể tiến vo.
Sóng nớc sâu có tác động lớn nhất hoặc có các ảnh hờng lên kết cấu đang nghiên cứu hoặc các
công trình ở hậu phơng bất lợi nhất đợc chọn lm sóng tính toán.
4.3 Dự báo sóng
4.3.1 Tổng quát
Phải tiến hnh dự báo sóng bằng một phơng pháp thích hợp
>
Chú giải
@

(1) Việc dự báo sóng đợc lm theo hai bớc sau:
www.Gia24.vn

- II.44 -
(a) Xác định trờng gió
(b) Tính toán sự phát triển v sự suy yếu dần của sóng
(2) Trờng trong đó sóng đợc sinh ra v phát triển đợc gọi l trờng gió v trờng gió đợc đặc trng
bởi bốn thông số: vận tốc gió, hớng gió, đ gió v thời gian gió thổi. Khi đã xác định đợc trờng
gió, phải tính toán sự phát triển v sự suy giảm của sóng bằng cách sử dụng phơng pháp dự báo
thích hợp nhất với các điều kiện của trờng gió.
>
Chỉ dẫn kỹ thuật
@

Trờng gió đợc xác định theo các phơng thức sau:
(a) Thu thập các bản đồ thời tiết v các dữ liệu khí tợng.
(b) Xác định khoảng thời gian dự báo cho mỗi trờng hợp.
(c) Tính các gió gradien từ các bản đồ thời tiết
(d) Ước tính các gió mặt biển bằng các công thức kinh nghiệm v số liệu đo đạc.
(e) Chuẩn bị bản đồ trờng gió.
4.3.2 Dự báo sóng trong vùng phát sinh
Để dự báo sóng trong vùng phát sinh, nên xem các phơng pháp phổ v phơng
pháp sóng có ý nghĩa l các phơng pháp chuẩn.
[Chú giải]
Độ tin cậy của các kết quả của việc dự báo sóng phải đợc xem xét thông qua so sánh với các số
liệu đo sóng.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Các phơng pháp phổ
(a) Tổng quát
Các phơng pháp phổ có thể phân loại thnh phơng pháp thnh phần phổ đã đợc phát triển bằng
cách giả định rằng các thnh phần của phổ cho mỗi tần số v hớng phát triển độc lập cho tới khi đạt
đợc trạng thái cân bằng no đó, v phơng pháp thông số dựa trên ý đồ rằng sự phát triển v suy
giảm cuả một phổ sóng có thể đợc mô tả bằng một số nhỏ no đó các thông số. Với phơng pháp

trên, sự phát triển sóng đợc mô tả bằng dòng năng lợng từ gió truyền vo các sóng thnh phần lm
nên phổ v sự tơng tác phi tuyến yếu giữa các sóng thnh phần. Với phơng pháp sau, sự phát triển
sóng đợc xem l kết quả tổng hợp của các ảnh hởng phi tuyến mạnh v một loại cơ chế đồng dạng
đợc giả định cùng với việc đa vo một số ít thông số. Các tính toán đợc thực hiện bằng cách lập
công thức v giải các phơng trình chỉ đạo các quá trình phát triển v biến dạng của sóng có sử dụng
các thông số.
Độ chính xác của việc dự báo sóng bằng phơng pháp phổ cha đợc nghiên cứu đầy đủ. Tuy
nhiên, do độ chính xác của việc dự báo sóng phụ thuộc lớn vo độ chính xác của việc xác định gió đại
dơng, hiện nay, sẽ l
hợp lý để tin rằng độ chính xác của phơng phá
p phổ cũng tơng đơng nh
của phơng pháp sóng có ý nghĩa.Tuy nhiên, phải nhớ rằng ngay với cùng mô hình dự báo sóng, các
kết quả có thể thay đổi 10 ~ 20% do các sự khác nhau về nhiều vấn đề nh mạng tính toán, các điều
kiện biến hoặc các hắng số kinh nghiệm. Theo đó, cần nghiên cứu tính chất xác đáng v độ chính xác
của các kết quả dự báo bằng cách so sánh chúng với các giá trị quan sát (các ví dụ so sánh nh vậy
đợc cho trong sách tham khảo
6) 15)
.Đặc biệt, một dạng phổ cân bằng đợc quy định lm giới hạn
cho sự phát triển của sóng trong các phơng pháp phổ hiện hnh. Ngời ta cho rằng độ chính xác của
bản thân phổ giả định ảnh hởng lớn đến các kết quả, do đó sẽ l ý hay khi nghiên cứu độ chính xác
đối với các dạng hm số của phổ tần số hoặc của phổ theo hớng đó l vì chiều cao sóng có ý nghĩa
tỷ lệ với căn bậc hai của tích phân của phổ theo hớng, có nghĩa l việc tính toán cho thấy chiều cao
sóng có ý nghĩa không thay đổi nhiều ngay cả nếu bản thân dạng phổ thay đổi ít nhiều, v do đó cách
xác đáng nhất để tiến hnh tính toán l xem xét dạng phổ.
Phơng pháp phổ có các lợi ích sau đây so với phơng pháp sóng có ý nghĩa:
(1) Các ảnh hởng của sự thay đổi tốc độ gió v hớng gió đến sự phát triển của sóng đợc mô tả cụ thể
(2) Các kết quả ớc tính gần đúng về chiều cao sóng v chu kỳ sóng có đợc ngay cả khi trờng gió
chuyển động cùng với việc truyền sóng.
www.Gia24.vn

- II.45 -
(3) Sóng do gió v nớc dâng cùng với các điều kiện của biển có thể đợc tái hiện trong một tính toán.
Do đó, nếu các kết quả dự báo sử dụng một phơng pháp sóng có ý nghĩa xem ra không đáng tin, nên dự
báo lần nữa bằng phơng pháp phổ. Nhân đây, phơng pháp phổ đã đợc nghiên cứu v phát triển, tập
trung chủ yếu vo nớc sâu .Chỉ có một số ít nghiên cứu liên quan đến sóng nớc nông, cụ thể l Collins,
Cavaleri, Golding v Yamaguchi vv
(b) Chi tiết
Các phơng pháp dự báo sóng bằng phơng pháp phổ đã đợc phát triển bởi nhiều nh nghiên cứu từ
các năm 1960. Các phơng pháp do các nh nghiên cứu Nhật Bản gồm có mô hình Inoue, mô hình
Isozaki v Uji s MRI, v mô hình Yamaguchi v Tsuchiya. Cơ sở của các mô hình ny l phơng trình
cân bằng năng lợng sau đây:
'
w
w
)(),,,( fCxtfE
t
G
T
E(f,
T
,t,x)+
D
(f,U)+
E
(f,U)E(F,
T
,t,x) +F
3
+F
4

+F
5
(4.3.1)
trong đó :
E(f,T,t,x) : mật độ năng lợng của phổ sóng hai chiều.
D(f, U) : hệ số khuyếch đại tuyến tính trong lý thuyết cộng hởng phillips
E (f, U) : hệ số khuyếch đại số mũ trong lý thuyết Miles
F
3
: năng lợng mất đi do sóng vỡ
F
4
: tổng thất năng lợng do ma sát trong khi sóng lan truyền vv
F
5
: sự trao đổi năng lợng do sự tơng tác phi tuyến giữa các sóng thnh phần
f,T : tần số v góc của sóng thnh phần
t: thời gian
x : véc tơ vị trí
C
G
(f) : véc tơ vận tốc nhóm
U : vận tốc gió
' : toán tử vi phân
(2) Các phơng pháp sóng có ý nghĩa
(a) Phơng pháp S-M-B
1. Tổng quát
19), 20)

Phơng pháp S-M-B đợc dùng khi trờng gió tĩnh. Chiều cao v chu kỳ của sóng nớc sâu có

ý nghĩa đợc ớc tính từ vận tốc gió v thời gian gió thổi trong trờng gió v chiều di hớng
gió bằng Hình 4.3.1. Về chiều cao sóng có đợc từ vận tốc gió v từ thời gian gió thổi, chiều
cao no thấp hơn đợc chấp nhận l giá trị đã dự báo , cũng nh vậy đối với chu kỳ. Hình
4.3.1 đợc vẽ dựa trên mối quan hệ bởi các phơng trình (4.3.2), (4.3.3) v (4.3.4), chúng
đợc viết lại bởi Wilson năm 1965.

ằ
ằ
ằ
ằ
ằ
ằ
ẳ

ô
ô
ô
ô
ô
ô
ơ
ê



ắ
ẵ

đ

á
ạ
ã
ă
â
Đ


2
2/1
2
2
3/1
004,01
1
130,0
U
gF
U
gH
(4.3.2)

ằ
ằ
ằ
ằ
ằ
ằ

ẳ

ô
ô
ô
ô
ô
ô
ơ
ê



ắ
ẵ



đ

á
ạ
ã
ă
â
Đ


5
3/1

2
3/1
008,01
1
137,1
2
U
gF
U
gT
S
(4.3.3)
www.Gia24.vn

- II.46 -



FF
G
gT
dF
C
dF
t
00
3/1
4/
S
(4.3.4)

trong đó :
H
1/3
: chiều cao sóng có ý nghĩa (m)
T
1/3
: chu kỳ sóng có ý nghĩa (s)
U : vận tốc gió ở 10 m trên mặt biển (m/s)
F : chiều di của trờng gió (m)
g : gia tốc trọng trờng (m/s
2
) ( = 9,81 m/s
2
)
t : thời gian tối thiểu (h: giờ)
(2) Xác định chiều di hữu hiệu của trờng gió.
Khi trờng gió có chiều rộng rất nhỏ so với chiều di (ví dụ trong một vịnh di), chiều di trờng gió đợc
xác định l khoảng cách tới bờ đối diện. Nếu khoảng cách tới bờ đối diện thay đổi lớn khi hớng gió chỉ
thay đổi một chút, nên sử dụng chiều di hữu hiệu của trờng gió đợc xác định trong phơng trình (4.3.5)
khi tiến hnh dự báo
Ư
Ư

i
ii
eff
F
F
T
T

cos
cos
2
(4.3.5)
trong đó :
F
eff
: chiều di hữu hiệu của trờng gió (km)
F
i
: khoảng cách tới bờ đối diện theo hớng i (km)
T
i
: góc

giữa hớng của F
i
v

hớng gió thịnh hnh (
o
)

Hình 4.3.1 Biểu đồ dự báo sóng bằng phơng pháp S-M-B
(b) Phơng pháp Willson
Đ

g
ió
(

km
)
Tốc đ
ộ

g
ió U
(
m/s
)

www.Gia24.vn

- II.47 -

Phơng pháp Willson l sự mở rộng của phơng pháp S-M-B. Nó gồm có các sự cải tiến để có thể
áp dụng nó cho cả trờng gió di động, ví dụ trong trờng hợp bão .Sử dụng đồ thị H
1/3
-t- F -T
1/3
cho
trong Hình T.4.3.2 sự lan truyền của sóng đợc vạch ra trong mặt phẳng F-T, trong khi sự phát triển
của chiều cao sóng có ý nghĩa v chu kỳ của nó đợc vạch ra trong mặt phẳng H
1/3
t v mặt phẳng
T
1/3
t (một cách tơng ứng). Hình ny có đợc bằng tính toán dựa trên các phơng trình (4.3.2),
(4.3.3) v (4.3.4)
(c) Dự báo đối với sóng nớc nông

Trong các phơng pháp có xét đến ảnh hởng của chiều sâu nớc tới sự phát triển của sóng (nghĩa
l tổn thất năng lợng do ma sát với đáy biển) có phơng pháp Sakamato Ijima. Đợc biết qua
kinh nghiệm rằng chu kỳ sóng có ý nghĩa v chiều cao sóng có ý nghĩa thoả mãn quan hệ sau (chú ý
rằng điều ny chỉ áp dụng cho sóng do gió trong khu vực đ gió)

3/13/1
86,3 HT (4.3.6)

trong đó :
H
1/3
: chiều cao sóng có ý nghĩa (m)
T
1/3
: chu kỳ sóng có ý nghĩa (s)



Hình T.4.3.2. Đồ thị H
1/3
-t - F - T
1/3

(từ các phơng trình Willson- 1965)

Trong phơng pháp Sakamato-Ijima, ý tởng trong phơng pháp Willson đối với sóng nớc sâu đã
đợc đa vo trờng hợp đối với sóng nớc nôdẫng đến đồ thị H
1/3
-t-F-C
G

nh trong Hình 4.3.3. Sử
dụng đồ thị ny có thể tiến hnh việc dự báo các sóng nớc nông trong một trờng gió có đ gió thay
đổi.
www.Gia24.vn

- II.48 -




4.3.3. Dự báo sóng lừng
Khi cần thiết dự báo sóng dâng, phải dùng đến phơng pháp Bretschneider
[Chú giải]
Các phơng pháp dự báo sóng lừng gồm có phơng pháp Bretschneider, phơng pháp P-N-J v các
phơng pháp phổ. Với phơng pháp Bretschneider chiều cao sóng v chu kỳ sóng lừng đợc dự báo
từ các thông số của sóng có ý nghĩa. Với phơng pháp P-N-J các thông số của sóng dâng có đợc
bằng cách ớc tính các ảnh hởng của sự phân tán vận tốc v lan truyền theo hớng của các thnh
phần phổ. Với phơng pháp phổ nh đã nói ở trên, sử dụng đến các tính toán bằng số; nói chung,
không có sự khác biệt giữa sóng v sóng lừng trong vùng phát sinh sóng trong việc tính toán đối với
các sóng thnh phần ở tất cả các tần số khác nhau đợc tiến hnh đồng thời, v kết quả l các thông
số sóng có ý nghĩa để kết hợp các sóng do gió v sóng lừng. Nếu sử dụng một phơng pháp sóng có
ý nghĩa để dự báo các sóng trong vùng phát sinh sóng, cần phải dự báo sóng lừng, trong trờng hợp
đó, phải sử dụng phơng pháp Bretschneider, nó tơng đối đơn giản v dễ sử dụng. Tuy nhiên, chú ý
rằng số lợng các dữ liệu quan sát đáng tin cậy đã có đợc đối với sóng lừng l không đủ, do đó độ
chính xác của việc dự báo thấp hơn so với việc dự báo đối với sóng lừng trong vùng phát sinh sóng .
Do đó, cần xem các giá trị dự báo sóng lừng chỉ đại diện cho các giá trị gần đúng ,không hơn, v chỉ
sử dụng chúng sau khi đã tiến hnh nghiên cứu so sánh với các dữ liệu đo đạc thực tế.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Trong phơng pháp Bretschneider, việc dự báo sóng lừng đợc tiến hnh bằng cách sử dụng Hình
T.4.3.4.

(A) Chú thích : Các số trên đồ
thị chỉ vận tốc gió(m/s) với
chiều sâu nớc (m) trong ngoặc
Hình T.4.3.3. Đồ thị H
1/3
-t-F-C
G
đối với sóng nớc nông
(Phơng pháp Sakamato-Ijima)

www.Gia24.vn

- II.49 -

Hình T.4.3.4. Đồ thị dự báo sóng lừng

Số hạng F
min
trong đồ thị l chiều di trờng gió tối thiểu, D l khoảng cách suy giảm của sóng dâng,
H
F
v T
F
l chiều cao v chu kỳ của sóng có ý nghĩa ở cuối trờng gió, v H
D
v T
D
l chiều cao v chu
kỳ của sóng có ý nghĩa tại điểm dự báo sóng dâng. Nếu chiều cao v chu kỳ của sóng có ý nghĩa đợc
xác định bởi vận tốc gió v chiều di trờng gió trong phơng pháp S-M-B, chiều di tối thiểu của

trờng gió F
min
bằng chiều di trờng gió thực tế. Nếu sự phát triển của sóng bị chi phối bởi thời gian
gió thổi , thì F
min
l chiều di trờng gió tơng ứng với thời gian v vận tốc của gió.
Thời gian t cần thiết cho sóng lan truyền trên chiều di suy giảm D đợc tính từ phơng trình sau:

DGD
gT
D
C
D
t
S
4

(4.3.7)
trong đó :
C
GD
: vận tốc nhóm tơng ứng với T
D
(m/s)
4.4. Xử lý thống kê các dữ liệu quan trắc và sóng đ dự báo
(1) Các đặc trng của sóng đợc biểu thị nh sự phân bố chung của chiều cao sóng v
chu kỳ sóng theo hớng sóng bằng việc sử dụng các dữ liệu sóng hng tháng, mùa
v hng năm.
(2) Các dữ liệu sóng bão phải đợc phân loại bằng phơng pháp đỉnh trên ngỡng
để có đợc bộ dữ liệu các chiều cao sóng cực hạn dùng cho việc phân tích thống kê

cực hạn , v các chiều cao sóng cực hạn phải biểu thị bằng chu kỳ phản hồi.
[Chú giải]
(1) Các đặc trng phân phối của sóng trong các điều kiện bình thờng đợc biểu thị riêng biệt cho mỗi
hớng sóng nh một sự phân bố chung của chiều cao v chu kỳ sóng. Các dữ liệu quan sát thờng
có thể có đợc với chiều cao v chu kỳ sóng, do đó phải dùng các dữ liệu đó. Nếu không thể có đợc
các dữ liệu quan trắc, khi đó sử dụng dữ liệu đã dự báo. Vì các sóng trong điều kiện bình thờng
www.Gia24.vn

- II.50 -
thờng bị ảnh hởng bởi gió địa phơng nên cần có sự hiểu biết đầy đủ các đặc trng của gió địa
phơng. Thờng không có nhiều dữ liệu về hớng sóng , vì vậy phải dự báo. Cần xem xét đầy đủ ảnh
hởng của sóng dâng.
(2) Cần thể hiện chiều cao các sóng sử dụng trong thiết kế các công trình bảo vệ l chiều cao sóng
phản hồi đối với chu kỳ phản hồi của các sóng đỉnh sử dụng các dữ liệu thời gian di (theo nguyên
tắc chung ít nhất l 30 năm). Vì chỉ ít nơi có đợc một thời gian di nh vậy, nên thờng phải sử dụng
các dữ liệu dự báo
(3) Các sóng đỉnh, các dữ liệu cơ bản để ớc tính chiều cao sóng phản hồi, l sóng (thờng l sóng có ý
nghĩa) ở thời điểm m chiều cao sóng trở thnh lớn nhất trong quá trình phát triển v suy giảm của
sóng trong một điều kiện khí tợng no đó. Ngời ta cho rằng các sóng đỉnh mẫu độc lập lẫn nhau về
ý nghĩa thống kê. Khi ớc tính chiều cao sóng phản hồi, có thể sử dụng chuỗi thời gian của các dữ
liệu có các sóng đỉnh vợt quá một giá trị ngỡng no đó trong thời kỳ xem xét. Cách khác, có thể có
giá trị cực đại của sóng đỉnh cho mỗi năm, v do đó sử dụng các dữ liệu l sóng cực đại hng
năm. Trong trờng hợp khác, hm phân bố lý thuyết của chiều cao sóng phản hồi không đợc biết,
v do đó ta phải thử một số hm phân bố nh hm phân bố Gumbell v hm phân bố Weibull, tìm
dạng hm no phù hợp nhất với các dữ liệu, sau đó ngoại suy nó để ớc tính các chiều cao sóng theo
một chu kỳ quay lại khác nhau (ví dụ 50 năm, 100 năm vv ). Độ chính xác của các giá trị ớc tính
nh vậy phụ thuộc nhiều vo độ tin cậy của các dữ liệu sử dụng hơn l vo phơng pháp xử lý thông
kê. Khi vẽ bộ dữ liệu sóng đỉnh dùng dự báo sóng, cần cẩn thận trong việc lựa chọn thích đáng
phơng pháp dự báo v kiểm tra chặt chẽ các kết quả dự báo Về chu kỳ sóng tơng ứng với chiều
cao sóng phản hồi, quan hệ giữa chiều cao v chu kỳ sóng đợc lập đồ thị với dữ liệu các sóng đỉnh(

đã đợc sử dụng khi ớc tính chiều cao sóng phản hồi) v sau đó chu kỳ sóng đợ
c xác định thích
đá
ng dựa trên tơng quan giữa chúng.
(4)
Để kiểm tra chu kỳ sóng cho chiều cao sóng theo một chu kỳ quay lại, thì sự liên quan giữa chiều
cao v chu kỳ sóng đợc lấy từ các số liệu của các sóng đỉnh (dùng để xác định chiều cao sóng theo
chu kỳ quay laị), sau đó chu kỳ sóng đợc xác định trên cơ sở hiệu chỉnh giữa hai số liệu

[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Ước tính chiều cao sóng theo chu kỳ quay lại
Trong khi xử lý thống kê, các chiều cao sóng đợc sắp xếp lại theo thứ tự thấp dần, v tính xác suất
của mỗi giá trị chiều cao sóng không đợc vợt qua. Nếu có N dữ liệu v chiều cao sóng lớn nhất thứ
m đợc biểu thị bằng x
m,N
, xác suất P để chiều cao sóng không vợt quá x
m,N
đợc tính theo phơng
trình sau:

>@
E
D


d
N
m
xHP
Nm

1
,
(4.4.1)
Bảng T.4.4.1. Các thông số sử dụng trong tính toán xác suất
không vợt quá một chiều cao sóng no đó
Hm phân bố
D E
Phân bố Gumbel
Phân bố Weibull (k = 0,75)
(k = 0,85)
(k = 1,0)
(k = 1,1)
(k = 1,25)
(k = 1,5)
(k = 2,0)
0,44
0,54
0,51
0,48
0,46
0,44
0,42
0,39
0,12
0,64
0,59
0,53
0,50
0,47
0,42

0,37
Các giá trị dùng cho D v E trong phơng trình ny phụ thuộc vo hm phân bố. Đặc biệt các giá trị
đợc sử dụng đợc ghi trong Bảng T.4.4.1. Các giá trị dùng cho phân bố Gumbel đợc xác định bởi
Gringorten sao cho các ảnh hởng của mức độ phân tán thống kê trong các dữ liệu đợc giảm đến tối
thiểu. Các giá trị dùng cho phân bố Weibull đợc xác định bởi Petruaskas v Aagaard cũng cùng
nguyên tắc đó.
Đồ thị Thomas thờng đợc dùng trong thuỷ văn tơng ứng với trờng hợp D = 0, E = 1 v đồ thị
Hazen tơng ứng với trờng hợp D = 0,5, E = 0.
Hm phân bố đợc dùng trong thuỷ văn gồm có các phân bố chuẩn Gumbell (phân bố số mũ
kép), phân bố giá trị lôgarit cực hạn, v phân bố chuẩn (trờng hợp sau cùng, các dữ liệu phải đợc
biến đổi trớc một cách thích đáng) .Vì các dữ liệu về các chiều cao sóng đỉnh không đợc thu thập
trong một khoảng thời gian di, nên cha biết rõ hm phân bố no l phù hợp nhất.
www.Gia24.vn

- II.51 -
Theo Petruaskas v Aagaard, chúng tôi giới thiệu phơng pháp m ngời ta thử tám hm phân
bố, cụ thể hm phân bố Gumbel (phơng trình 4.4.2) v hm phân bố Weibull (phơng trình 4.4.3) với
k = 0,75; 0,85; 1,0; 1,1; 1,25; 1,5 v 2,0; hm phân bố no hợp nhất với các dữ liệu của một bộ dữ liệu
no đó sẽ đợc lựa chọn lm hm phân bố cực hạn cho bộ dữ liệu đó.

>@
ằ
ẳ

ô
ơ
ê

ắ
ẵ

đ

á
ạ
ã
ă
â
Đ

d
A
expexp
Bx
xHP
(Phân bố Gumbel) (4.4.2)

>@



ắ
ẵ



đ

á
ạ

ã
ă
â
Đ

d
k
A
Bx
xHP exp1
(Phân bố Weibull) (4.4.3)

Để cho các dữ liệu khớp với hm phân bố, xác suất không vợt quá (xác suất không vợt quá một
chiều cao sóng no đó) P đợc chuyển đổi thnh biến số r
v
(= (x B)/A) bằng phơng trình (4.4.4)
hoặc (4.4.5)
r
v
= - ln {- lnP [H x ]} (Phân bố Gumbel) (4.4.4)
r
v
= [- ln {1 P [H x ]}]
1/k
(Phân bố Weibull) (4.4.5)
Nếu dữ liệu ăn khớp hon ton với phơng trình (4.4.2) hoặc (4.4.3) khi đó có một quan hệ tuyến tính
giữa x v r
v
. Theo đó, dữ liệu đợc cho l tuân theo quan hệ tuyến tính cho trong phơng trình (4.4.6).
Thông số A v B đợc xác định bằng cách sử dụng phơng pháp bình phơng nhỏ nhất, từ đó cho

phơng trình để ớc tính chiều cao sóng phản hồi


BrAx



Q
(4.4.6)
Trong đó Â v
B

l các gía trị ớc tính của các thông số A v B trong phơng trình (4.4.2) hoặc
(4.4.3)
Chu kỳ quay lại R
p
của chiều cao sóng H liên quan tới xác suất không vợt quá P(H x) theo phơng
trình sau:

)(1
1
xHPN
K
R
p
d


hoặc : (4.4.7)

p
NR
K
xHP 1)( d

trong đó :
K : Số năm trong thời kỳ tiến hnh phân tích
N: số các dữ liệu sóng đỉnh
(2) Hm phân bố ứng cử v tiêu chuẩn loại trừ
Goda đã kiến nghị phơng pháp sau đây
51)~53)
, nó l một dạng sửa đổi lại của phơng pháp nói trên.
(a) Thêm phân bố loại II Fisher- Tippett vo các phân bố ứng cử
Phân bố loại II Fisher-Tippett đợc cho bởi phơng trình sau:

P[H d x] = exp [- {1 + (x B)/ (kA)}
-k
] (4.4.8)
Chín hm số sau đây đợc sử dụng lm hm số ứng cử để thử cho khớp: hm phân bố Gumbel
(phơng trình (4.4.2)), hm phân bổ Weibull (phơng trình (4.4.3)), với k = 0,75; 1,0; 1,4; v 2,0 (4 giá
trị cho trớc) v hm phân bổ loại II Fisher-Tippett với k = 2,5; 3,33; 5 v 10 (4 giá trị cho trớc)
Thay vo các giá trị liệt kê trong Bảng T.4.4.1 các phơng trình sau đây đợc dùng đối với D v E
trong phơng trình (4.4.1)
www.Gia24.vn

- II.52 -
Với phân bổ Gumbel :
D = 0,44 , E = 0,12 (4.4.9)
Với phân bố Weibull:
D = 0,20 + 0,27

k
(4.4.10)
E = 0,20 + 0,23
k
Với phân bổ loại II Fisher-Tippett:
D = 0,44 + 0,52/k
E = 0,12 0,11/k (4.4.11)
(b) Chọn hm tôt nhất thông qua tiêu chuẩn loại bỏ
Các hm không thích hợp bị loại bỏ bằng hai bộ tiêu chuẩn. Bộ thứ nhất l các tiêu chuẩn REC. Đối
với phần d của hệ số tơng quan cho mỗi hm số phân bố, mức xác suất không vợt quá 95% đợc
xác định trớc. Nếu phần d của hệ số tơng quan vợt quá gía trị ngỡng ny đối với một hm phân
bố khi dữ liệu giá trị cực hạn phù hợp với hm số phân bổ ny, hm số đang xét bị loại bỏ vì không
thích hợp . Bộ thứ hai l tiêu chuẩn DOL. Giá trị cực đại trong dữ liệu đợc lm thnh không thứ
nguyên bằng cách sử dụng độ lệch trung bình v chuẩn cho ton bộ dữ liệu. Nếu giá trị đó thấp hơn
mức 5% hoặc trên mức 95% của sự phân bố cộng dồn độ lệch không thứ nguyên của hm phân bổ,
hm ny bị loại bỏ vì không thích hợp. Sau đó, hm tốt nhất đợc chọn không đơn giản theo giá trị
của hệ số tơng quan, m còn phải theo tiêu chuẩn MIR. Tiêu chuẩn ny xét đến vấn đề l số trung
bình của phần d của hệ số tơng quan liên quan tới 1,0 sẽ thay đổi theo hm phân bố. Hm m tỷ
số của phần d của hệ số tơng quan của mẫu v ph
ần d
trung bình đối với hm phân bố thích hợp
l thấp nhất thì đợc xem l hm phân bố khớp nhất.
4.5. Sự biến dạng của sóng
4.5.1. Tổng quát ( Điều 4, Khoản 3 Thông báo)
Theo quy tắc chung, các sóng đợc xem l tác động lên công trình cảng v bến phải l
các sóng bất lợi nhất đối với độ ổn định của kết cấu hoặc đối với việc sử dụng các công
trình cảng v bến. Về điểm ny, phải chú ý thích đáng tới các biến dạng của sóng trong
khi sóng lan truyền từ vùng nớc sâu vo bờ, gồm có nhiễu xạ, khúc xạ, cạn, vỡ v.v
4.5.2. Khúc xạ sóng
Hiện tợng sóng khúc xạ xẩy ra ở vùng nớc có độ sâu trung gian tới vùng nớc nông.

Đó l do sự thay đổi trong vận tốc cục bộ của sóng do sự thay đổi về chiều sâu nớc.
Phải xét đến các sự thay đổi về chiều cao sóng v hớng sóng do khúc xạ.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Tính toán khúc xạ đối với sóng ổn định
(a) HIện tợng khúc xạ v hệ số khúc xạ (xem Hình T.4.5.1)
Nếu sóng đi tới một đờng ranh giới thẳng theo chiều xiên, tại đó chiều sâu nớc thay đổi từ h
1
sang
h
2
, các sóng sẽ bị khúc xạ tại đờng biên đó do sự thay đổi vận tốc sóng gây ra bởi chiều sâu nớc
thay đổi. Giả dụ kết quả l khoảng cách giữa các tia sóng thay đổi từ b
1
sang b
2
. Nếu sự thay đổi
trong bề rộng tia sóng không quá lớn, có thể giả định không có dòng năng lợng sóng no cắt ngang
qua tia sóng v chảy ra ngoi. Nếu các nguồn tổn thất năng lợng khác ví nh ma sát dọc theo đáy
biển đợc bỏ qua, khi đó tính liên tục trong dòng vận tải năng lợng dẫn đến sự thay đổi chiều cao
sóng H
1
ở độ sâu nớc h
1
thnh chiều cao sóng H
2
ở độ sâu nớc h
2
nh đợc cho trong phơng
trình sau đây:

2
1
2
1
1
2
b
b
C
C
H
H
G
G

(4.5.1)
trong đó :
C
G1
, C
G2
: vận tốc nhóm ở độ sâu nớc h
1
v h
2
(m/s)
www.Gia24.vn

- II.53 -
b

1,
b
2
: khoảng cách giữa các tia sóng ở độ sâu nớc h
1
v h
2
(m)
Trong phơng trình,
21
/bb
đại diện cho sự thay đổi
chiều cao sóng do khúc xạ, trong khi
21
/
GG
CC

đại
diện cho sự thay đổi chiều cao sóng do thay đổi chiều sâu
nớc. Sử dụng hệ số cạn (xem 4.5.5 Sóng cạn),
21
/
GG
CC có thể đại diện bằng
21
/
GG
CC = K
s2

/K
s1
.
Trong đó K
s1
v K
s2
l các hệ số cạn ở chiều sâu nớc h
1
v
h
2
.
Giả dụ bề rộng tia sóng l b
o
đối với sóng nớc sâu,
thay đổi thnh b do hiện tợng khúc xạ. Tỷ số chiều cao
sóng sau khi thay đổi với chiều cao sóng ban đầu trong
trờng hợp ny đợc gọi l hệ số khúc xạ . Hệ số khúc
xạ K
r
đợc cho bởi phơng trình sau:

bbK /
01

(4.5.2)
(b) Phơng pháp tính khúc xạ
Phơng pháp tính khúc xạ đối với sóng ổn định bao gồm các phơng pháp tia sóng trong đó các tính toán
có thể lm đợc với việc sử dụng máy tính v phơng pháp phân tích sự lan truyền của sóng bằng số

trong đó các phơng trình sóng bề mặt đợc giải bằng máy tính có sử dụng các sơ đồ sai phân hữu hạn.
Cần chọn một phơng pháp tính toán thích hợp phù hợp với vị trí.
Tuy nhiên, chú ý rằng với một đờng bờ các đờng đồng sâu thẳng v song song với nhau, sự thay đổi
về hớng sóng v hệ số khúc xạ có thể tính đợc theo phơng trình sau:

L
h
S
DD
2
tanhsinsin
0

(4.5.3)

D
D
cos
cos
0

r
K (4.5.4)
ở đây, L, D v D
o
l chiều di sóng ở độ sâu nớc h, góc tới của sóng ở độ sâu nớc h v góc tới của
sóng ở nớc sâu (tơng ứng). Hình T.4.5.2 v T.4.5.3 cho hệ số khúc xạ v hớng sóng, bằng cách sử
dụng tơng ứng các phơng trình (4.5.4) v (4.5.3)

Hình T.4.5.2. Hệ số khúc xạ của sóng ổn định tại bờ có

các đờng đồng sâu thẳng v song song.
(2) Phạm vi áp dụng các tính toán khúc xạ với sóng ổn định
Chiều sâu nớc h
1

Chiều sâu nớc h
2

Hình T.4.5.1. Sơ đồ khúc xạ sóng
www.Gia24.vn

- II.54 -
Các tính toán đó áp dụng cho các sóng có ít sự lan toả theo hớng v dải tần số hẹp, ví dụ, sóng loại
sóng dâng v sóng thần. Với các sóng nh sóng do gió có nhiều sự lan toả theo hớng v dải tần số
rộng, cần tiến hnh tính toán khúc xạ đối với sóng không ổn định. Tuy nhiên, so sánh các đồ thị cho
biết sự thay đổi về hệ số khúc xạ v hớng sóng đối với sóng ổn định v sóng không ổn định ở một bờ
biển có các đờng đồng sâu thẳng v song song nhau, ngời ta có thể thấy chỉ có sự khác nhau nhỏ
giữa sóng ổn định v sóng không ổn định trong trờng hợp ny. Điều đó có nghĩa l khi địa hình của
một bờ biển đơn điệu trong phạm vi m các đờng đồng sâu đợc xem l thẳng v song song với
đờng bờ, sự khác nhau giữa các kết quả tính ton khúc xạ đối với sóng ổn định v sóng không ổn
định thờng rất nhỏ, do đó các kết quả tính toán khúc xạ sử dụng sóng ổn định có thể dùng lm kết
quả gần đúng.


Hình T.4.5.3. Đồ thị cho thấy sự thay đổi về hớng sóng của
sóng ổn định ở bờ biển có đờng sóng sâu thẳng v song song.
(3) Tính khúc xạ cho sóng không ổn định
(a) Phơng pháp tính toán
Các phơng pháp tính toán khúc xạ đối với sóng không ổn định bao gồm các phơng pháp sau: 1)
phơng pháp sóng thnh phần, trong đó phổ sóng theo hớng đợc chia ra một số thích hợp các sóng

thnh phần, tính toán khúc xạ cho mỗi loại sóng thnh phần v hệ số khúc xạ đối với sóng không ổn định
đợc tính bằng cách lấy bình quân gia quyền các năng lợng sóng thnh phần; 2) phơng pháp trong đó
phơng trình cân bằng năng lợng sóng hoặc phơng trình sóng độ dốc thoải đợc giải trực tiếp bằng
máy tính với các sơ đồ sai phân hữu hạn. Về phơng pháp sóng thnh phần, phơng trình cân bằng năng
lợng đợc tìm ra bằng cách giả định năng lợng sóng không cắt qua các tia sóng v chảy đi. Điều đó có
nghĩa l kỹ thuật về cơ bản nh nhau trong cả hai trờng hợp. Tuy nhiên, với phơng pháp phơng trình
cân bằng năng lợng, khúc xạ đợc tính trong một vùng nhỏ nhng hữu hạn, có nghĩa l hệ số khúc xạ
không trở thnh vô hạn ngay cả tại một điểm có thể có hai tia sóng ổn định hội tụ. Mặt khác, phơng pháp
phơng trình sóng độ dốc thoải phải l một phơng
pháp giải tích chặt chẽ, nhng
khó áp dụng cho 1
vùng rộng khi xác định hệ số khúc xạ đối với sóng không ổn định, chấp nhận việc sử dụng phơng pháp
sóng thnh phần, phơng pháp ny hm ý có sự xếp chồng tuyến tính các hệ số khúc xạ đối với sóng ổn
định v do đó đơn giản v tiện lợi. Tuy nhiên, khi có sự giao nhau của các tia sóng xảy ra trong một tính
toán khúc xạ đối với 1 sóng thnh phần, có thể sử dụng phơng pháp cân bằng năng lợng đối với các
mục đích thực tế, trừ khi mức độ giao nhau lớn.

(b) ảnh hởng của nhiễu xạ
Khi sóng nớc sâu bị nhiễu xạ bởi 1 đảo hoặc 1 mũi đất, phổ sóng thờng khác với dạng tiêu chuẩn
đã giả định ban đầu. Do đó cần sử dụng dạng phổ sau nhiễu xạ khi tiến hnh tính khúc xạ
www.Gia24.vn

- II.55 -
(c) Đồ thị hệ số khúc xạ v góc đối với sóng không ổn định ở 1 bờ biển với các đờng đồng sâu thẳng,
song song.
Hình T.4.5.4 v T.4.5.5 cho thấy hệ số khúc xạ K
r
v hớng sóng chính D
p
(tơng ứng) đối với sóng

không ổn định tại một bờ có đờng đồng sâu thẳng v song song, với hớng chính của sóng nớc
sâu (D
p
)
o
lm thông số. Hớng (D
p
)
o
đợc biểu thị l góc giữa hớng sóng v đờng pháp tuyến với
đờng ranh giới của nớc sâu. S
max
l giá trị cực đại của thông số biểu thị mức độ truyền theo hớng
của năng lợng sóng (xem 4.1.3 [3] Phổ sóng)



.

Hình T.4.5.4. Hệ số khúc xạ của sóng không ổn định tại bờ biển có đờng đồng
sâu thẳng v song song
www.Gia24.vn

- II.56 -

Hình T.4.5.5 Sự thay đổi do khúc xạ trong hớng chính D
p

của sóng không ổn định ở bờ biển có đờng đồng sâu thẳng v song song
(4) ở các vị trí m độ sâu nớc không còn bằng khoảng 1 nửa chiều cao sóng nớc sâu, các sóng biểu thị

các đặc tính của dòng chảy hơn l các đặc tính của các chuyển động sóng. Điều ny có nghĩa các tính
toán khúc xạ đối với hớng sóng v hệ số khúc xạ chỉ có thể áp dụng cho nớc có độ sâu ít nhất bằng
1 nửa chiều cao sóng nớc sâu.
4.5.3. Nhiễu xạ sóng
[1] Nhiễu xạ
Chiều cao sóng trong các vùng m sóng đợc dự liệu trớc sẽ bị ảnh hởng lớn bởi hiện
tợng nhiễu xạ do các vật chớng ngại nh đê chắn sóng hoặc các đảo phải đợc tính
toán bằng 1 phơng pháp thích hợp.
[Chú giải]
Nhiễu xạ l một hiện tợng trong đó sóng đi vo một vùng đợc che chắn bởi các vật nh đê chắn sóng.
Đó l hiện tợng quan trọng nhất khi xác định chiều cao sóng trong một cảng. Tính chất không ổn định
của sóng phải đựơc xét đến trong tính toán nhiễu xạ. Đối với một cảng trong đó chiều sâu nớc đợc giả
định đồng đều. Đã lập đợc các đồ thị nhiễu xạ cho sóng không ổn định đối với một đê chắn sóng bán vô
hạn hoặc một đê chắn sóng thẳng có đúng một cửa vo. Tỷ lệ của chiều cao sóng sau nhiễu xạ so với
chiều cao sóng ban đầu đợc gọi l hệ số nhiễu xạ K
d
. Nói cách khác, hệ số nhiễu xạ K
d
đợc cho bởi
phơng trình sau:
K
d
= H
d
/H
i
(4.5.10)
www.Gia24.vn

- II.57 -

trong đó:
H
i
: Chiều cao sóng tới ngoi cảng
H
d
: Chiều cao sóng trong cảng sau nhiễu xạ.
Đồ thị nhiễu xạ v phơng pháp tính nhiễu xạ giả định rằng chiều sâu nớc trong cảng l đồng
đều. Nếu có các sự thay đổi lớn về chiều sâu nớc trong cảng, các sai số sẽ lớn, trong trờng hợp đó nên
nghiên cứu chiều cao sóng trong cảng bằng các thử nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc các phơng pháp tính
toán bằng số có xét cả khúc xạ.

[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Các đồ thị nhiễu xạ đối với sóng không ổn định
Các hình T.4.5.6 (a) ~ (c) cho các đồ thị nhiễu xạ gần một đê chắn sóng bán vô hạn đối với sóng không
ổn định với các thông số lan truyền theo hớng S
max
= 10; 25 v 75. Các hình T.4.5.6 (a) ~ (l) cho các đồ
thị nhiễu xạ qua 1 cửa vo có B/L = 1; 2; 4; 8 đối với sóng không ổn định với S
max
= 10; 25 v 75.
(2) Xử lý với sóng tới xiên
Khi các sóng đi tới một đê chắn sóng xiên chéo, đê ny có một cửa vo nên có đồ thị nhiễu xạ bằng một
tính toán bằng số. Khi không lm đợc nh vậy hoặc khi đồ thị nhiễu xạ chỉ đợc yêu cầu nh một ti liệu
hớng dẫn sơ lợc, có thể sử dụng phơng pháp gần đúng nh sau đây:
(a) Xác định trục của sóng nhiễu xạ
Khi sóng tới một đê chắn sóng có một cửa theo hớng xiên, hớng T của trục các sóng nhiễu xạ (xem
Hình T.4.5.8) thay đổi nhẹ so với hớng của góc tới T. Bảng T.4.5.1 (a)~(c) liệt kê hớng của trục sóng
nhiễu xạ nh một hm số của tỷ lệ B/L của cửa vo v hớng tới. Các bảng ny đợc sử dụng để có
hớng T của trục các sóng nhiễu xạ, v từ đó tỷ lệ hiệu dụng B/L của cửa vo tơng ứng với T có đợc

từ phơng trình sau đây:
B /L = (B/L) sinT (4.5.11)
Bảng T.4.5.1 Góc của trục sóng khúc xạ T
a) S
max
= 10

B/L
Góc giữa đê chắn sóng v hớng đi tới của sóng T
15
0
30
0
45
0
60
0
1,0
2,0
4,0
53
0
(38
0
)
46
0
(31
0
)

41
0
(26
0
)
58
0
(28
0
)
53
0
(23
0
)
49
0
(19
0
)
65
0
(20
0
)
62
0
(17
0
)

60
0
(15
0
)
71
0
(11
0
)
70
0
(10
0
)
70
0
(10
0
)
b) S
max
= 25

B/L
Góc giữa đê chắn sóng v hớng đi tới của sóng T
15
0
30
0

45
0
60
0
1,0
2,0
4,0
49
0
(34
0
)
41
0
(26
0
)
36
0
(21
0
)
52
0
(22
0
)
47
0
(17

0
)
42
0
(12
0
)
61
0
(16
0
)
57
0
(12
0
)
54
0
(9
0
)
70
0
(10
0
)
67
0
(7

0
)
65
0
(5
0
)
c) S
max
= 75

B/L
Góc giữa đê chắn sóng v hớng đi tới của sóng T
15
0
30
0
45
0
60
0
1,0
2,0
4,0
41
0
(26
0
)
36

0
(21
0
)
30
0
(15
0
)
45
0
(15
0
)
41
0
(11
0
)
36
0
(6
0
)
55
0
(10
0
)
52

0
(7
0
)
49
0
(4
0
)
66
0
(6
0
)
64
0
(4
0
)
62
0
(2
0
)
Chú thích : Góc trong ngoặc đơn l góc lệch so với góc đi tới

www.Gia24.vn