CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN VÀ ĐÊ CHẮN SÓNG - CHƯƠNG 2 ppsx

Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-1
Chương 2
XÁC ĐỊNH THAM SỐ SÓNG VÀ MỰC
NƯỚC
2.1. Các quy định chung.
Khi xác định các thông số của sóng ở phía vùng nước không được che chắn và
trong các khu nước được che chắn phải xét đến các yếu tố hình thành sóng, tốc độ gió,
hướng gió, thời gian tác động liên tục của gió trên mặt nước. Kích thước và hình dạng
của vùng nước chịu gió, địa hình đáy biển và độ sâu vùng nước có xét đến các dao động
mực nước.
Mực nước tính toán và các đại lượng của gió phải xác định theo kết quả x
ử lý thống
kê các chuỗi số liệu quan trắc nhiều năm (≥25 năm). Khi xác định mực nước tính toán
phải xét đến các dao động do thuỷ triều, nước dâng và nước rút do bão, các dao động
theo mùa và theo năm.
Khi tính toán các thông số sóng phải chia biển thành các vùng sau đây:
- Vùng nước sâu: độ sâu
d
5.0d λ≥ , ở vùng này đáy biển không ảnh hưởng đến các
đặc trưng của sóng;
- Vùng nước nông: độ sâu d nằm trong phạm vi
crd
dd5.0 >≥λ , ở vùng này sự lan
truyền của sóng và các đặc trưng của sóng chịu ảnh hưởng của đáy biển.
- Vùng sóng đổ: từ độ sâu d
cr
đến độ sâu d
cr,u
là độ sâu bắt đầu và kết thúc của sóng

đổ;
- Vùng mép nước: nơi có độ sâu
ucr
d
,
≤
, ở đó sóng vỡ tràn lên bờ có chu kỳ;
- Khi xác định độ ổn định và độ bền của công trình thuỷ và các cấu kiện, suất bảo
đảm tính toán của chiều cao sóng trong hệ sóng được lấy theo bảng:
Bảng 2- 1. Xác định suất bảo đảm của công trình thuỷ

Loại công trình thuỷ
Suất bảo đảm tính toán của
chiều cao sóng %
Công trình dạng đường
thẳng đứng
1
Công trình kiểu kết cấu hở
và vật liệu cản cục bộ:
- Cấp I
- Cấp II
- Cấp III


1
5
13
Công trình gia cố bờ:
- Cấp I, II
- Cấp III, IV

1
5
Công trình chắn sóng có mái
dốc gia cố bằng:
- Tấm, bản Bê tông
- Đá đổ, các khối kỳ dị


1
2
Khi xác định độ che chắn sóng của khu nước cảng chiều cao sóng lấy với suất bảo
đảm 5%;
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-2
Khi xác định chiều cao sóng leo chiều cao sóng lấy với suất bảo đảm là 1%.
Khi xác định tải trọng sóng lên công trình cần lấy chiều cao sóng với suất đảm bảo
h
i
và chiều dài trung bình
λ
của sóng.
2.2. Xác định tham số gió tính toán.
Do sóng được xét đến là sóng do gió gây ra và không xét sóng do các nguyên nhân
khác nên ta cần phải xác định các thông số gió trước khi xác định thông số sóng. Với gió
mạnh, sóng sẽ lớn và công trình sẽ có kích thước lớn. Tuy nhiên nếu ta lấy gió yếu thì
thông số sóng sẽ nhỏ, công trình sẽ có kích thước nhỏ, tuổi thọ của công trình ngắn. Để
dung hoà cần chọn thông số gió sao cho giá thành suy diễn của công trình là tối ưu.
p = 0,1k + E (2- 1)

Trong đó K là giá thành xây dựng cơ bản, E là giá thành duy tu trong một n
ăm.
Để đơn giản hoá trong quy phạm 22TCN 222-95 nêu tần suất của gió theo cơn bão
tính toán là:
2% (1 lần trong 50 năm)- đối với công trình cấp I và II;
4% (1 lần trong 25 năm)- đối với công trình cấp III và IV.
Theo yêu cầu trên ta cần xác định cấp công trình trước khi xác định tần suất gió.
2.2.1. Vận tốc gió của cơn bão tính toán.
Trên thực tế số liệu quan trắc của các cơn bão có thể không đầy đủ. Để xác định vận
tốc gió của cơn bão có chu kỳ lặp với N năm nào đó ta sử dụng phương pháp
Alếchxâyev.G.A Đặt giả thiết ta cần xác định giá trị của x trong chu kỳ lặp N năm khi có
số liệu trong m năm.
Alếchxâyep đề xuất công thức thực nghiệm sau:
n
xabS .lg −= (2- 2)
Trong đó:
n - hằng số sao cho quan hệ
n
xS ~lg là tuyến tính;
a, b - hằng số được xác định khi có quan hệ tuyến tính
n
xS ~lg ;
x - đại lượng ngẫu nhiên;
S
- số lần xuất hiện bình quân trong 1 năm theo các cấp giá trị của x.
Trước hết cần xác định giá trị n bằng cách cho một số giá trị và vẽ đồ thị quan hệ
n
xS ~lg
. Nếu giá trị n làm cho đồ thị
n

xS ~lg
là đường thẳng thì giá trị này của n là giá
trị được chấp nhận. Ta cần xác định giá trị của x xuất hiện 1 lần trong N năm, hay nói
cách khác
N
S
1
=
, thay vào công thức trên ta có:
n
axb
N
−=
1
lg hay NbaxaxbN
nn
lglg +=⇒−=− suy ra:
()
n
n
Nb
a
x
1
1
lg.
1
+
⎟
⎠

⎞
⎜
⎝
⎛
= (2- 3)
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-3
a, b - hệ số trong phương trình đường thẳng
n
xabS .lg −= được xác định bằng
cách lấy 2 điểm có giá trị x
1
, x
2
bất kỳ trên đồ thị và giải hệ phương trình:
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
−=
−=
n
n
xabS
xabS
22
11
.lg

.lg
(2- 4)
Trình tự tính toán thực hiện như sau:
-Lập bảng phân cấp giá trị của x và số lần xuất hiện của từng năm theo các cấp, tính
giá trị
m
S
S = theo mỗi cấp, S là tổng số lần xuất hiện trong một cấp của m năm.
Bảng 2- 2. Phân cấp giá trị x và số lần xuất hiện
Số lần xuất hiện v
i
≥ v theo cấp sau
Năm
2 m/s 5 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 50 m/s
1963 m
11
m
12
m
13

1964 m
21
m
22
m
23


1999 m

n1
m
n2
m
n3

Với số năm quan trắc là m ta có:
S
∑
=1j
1j
m

∑
=1j
2j
m


S
m
S
1

m
S
2

m
S

3


Slg

1
lg S

2
lg S

3
lg S

Cho n một số giá trị ví dụ 0,8; 1; 1,2; vẽ đồ thị quan hệ giữa Slg và v
n

Trong ví dụ trên khi n =1,0 thì quan hệ
Slg và v
n
là đường thẳng nên ta chấp nhận
giá trị này. Lấy hai điểm bất kỳ trên đường thẳng ta có
n
2
n
1
v,v và
21
lg,lg SS
dựa vào hệ

phương trình:
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
−=
−=
n
n
vabS
vabS
22
11
.lg
.lg

Xác định a, b với cấp công trình đã cho ta có chu kỳ lặp N có thể là 25 năm hoặc 50
năm, giá trị v được xác định theo công thức (2.3).
2.2.2. Chuyển tốc độ gió sang điều kiện mặt nước.
Khi xác định tham số sóng và nước dồn cần chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt
nước. Tốc độ gió trên 10m so với mực nước trên biển được xác định theo công thức:
ttfw
v.K.Kv = (2- 5)
Trong đó:
v
t
- tốc độ gió ở độ cao 10m trên mặt đất, lấy trong khoảng 10’ với suất bảo đảm
đã xác định.
K

f
- hệ số tính đổi tốc độ gió bằng máy đo gió, xác định theo công thức:
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-4
t
f
v
5,4
675,0K +=
(2- 6)
(nhưng không lớn hơn 1)
K
t
- hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước, K
t
=1 khi tốc độ gió v
t
đo
trên địa hình là bãi cát bằng phẳng và xác định theo bảng 2.3 với các dạng địa hình
khác.
Bảng 2- 3. Giá trị hệ số K
t

Giá trị K
t
khi địa hình thuộc loại Tốc độ gió v
t

(m/s)

A B C
10 1,10 1,30 1,47
15 1,10 1,2 1,44
20 1,09 1,26 1,42
25 1,09 1,25 1,39
30 1,09 1,24 1,38
35 1,09 1,22 1,36
40 1,08 1,21 1,34
A- địa hình trống trải (bờ biển, đồng cỏ, rừng thưa, đồng bằng);
B - thành phố rừng rậm hoặc địa hình tương tự có chương ngai vật phân bố đều,
chiều cao hơn 10m so với mặt đất;
C - địa hình thành phố với nhà chiều cao hơn 25m.
2.2.3. Xác định đà gió.
Khi xác định sơ bộ các thông số sóng thì giá trị của đà gió (m) đối với vận tốc gió
tính toán v
w
(m/s) cho trước được xác định theo công thức:
w
visw
v
KL
υ
=
(2- 7)
Trong đó:
K
vis
- hệ số, lấy bằng 5.10
11
;

υ
- hệ số nhớt động học của không khí lấy bằng 10
-5
m
2
/s.
Giá trị đà gió lớn nhất L
w
(m) cho phép lấy theo bảng đối với vận tốc gió tính toán
cho trước.
Bảng 2- 4. Giá trị đà gió theo v
w

Tốc độ gió v
w
m/s 20 25 30 40 50
Giá trị đà gió L.10
-3
(m) 1600 1200 600 200 100
2.3. Mực nước lan truyền sóng.
2.3.1. Mực nước tính toán.
Khi xác định thông số sóng và tính tải trọng sóng cũng như cao trình đỉnh công
trình ta cần xác định mực nước lan truyền sóng. Để có mực nước này ta cần xác định mực
nước tính toán và nước dâng do gió.
Mực nước tính toán được lấy không lớn hơn:
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-5
1% (1 lần trong 100 năm) đối với công trình cấp I;
5% (1 lần trong 20 năm) đối với công trình cấp II, III;

10% (1 lần trong 10 năm) đối với công trình cấp IV.
2.3.2. Chiều cao nước dâng do gió.
Chiều cao nước dâng do gió (Δh
set
) được xác định qua quan trắc thực tế. Nếu không
có số liệu quan trắc thực tế thì có thể xác định Δh
set
theo phương pháp đúng dần (coi độ
sâu đáy biển là hằng số)
()
bw
set
2
w
wset
hcos.
h.5,0dg
L.v
.Kh Δ+α
Δ+
=Δ (2- 8)
Trong đó:
Δh
b
- nước dâng do bão (chênh lệch áp suất),
n
b
P
h
γ

Δ
=Δ
;
ΔP - độ chênh áp;
γ
n
- trọng lượng riêng của nước;
Δh
set
- nước dâng do nước dồn và bão;
L
w
- đà gió;
v
w
- vận tốc gió tính toán;
d - độ sâu trung bình trên đà gió;
K
w
- hệ số lấy theo bảng 2.4;
w
α
- góc hợp của hướng gió với pháp tuyến của đường bờ.
Bảng 2- 5. Hệ số K
w
v
w
(m/s) K
w
20 2,1.10

-6
30 3,0.10
-6
40 3,9.10
-6
50 4,8.10
-6
2.3.3. Mực nước lan truyền sóng:
∇ lan truyền sóng = ∇ MNTT + Δh
set
(2- 9)
2.4. Xác định thông số sóng khởi điểm.
2.4.1. Thông số sóng trong vùng không ảnh hưởng đường bờ.
Chiều cao trung bình
d
h (m) và chu kỳ trung bình của sóng
T
(s) ở vùng nước sâu
phải xác định theo đường cong bao trên cùng ở đồ thị 2.1. Căn cứ vào các giá trị của các
đại lượng không thứ nguyên
w
V/gt ,
2
/
w
VgL ,
2
/
w
Vgd để xác định các trị số

2
/
Wd
Vhg và
w
V/Tg , lấy các giá trị bé nhất tìm được để tính ra chiều cao và chu kỳ trung bình của
sóng. Thời gian gió thổi t lấy bằng 21600s khi không có số liệu.
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-6
Nếu điểm tra nằm ngoài vùng đồ thị thì chỉ tra trên đường cong bao trên và khẳng
định được sóng khởi điểm là sóng nước sâu, nếu điểm tra nằm dưới đường cong bao trên
thì sóng khởi điểm sóng nước nông.
Khi tốc độ gió thay đổi dọc theo đà gió thì cho phép lấy
d
h theo kết quả xác định
liên tiếp chiều cao sóng cho các đoạn có tốc độ gió không đổi.
2.4.2. Thông số sóng trong vùng ảnh hưởng đường bờ
Hình dạng đường bờ được coi là phức tạp nếu tỷ số L
max
/L
min
≥2, trong đó L
max
và
L
min
tương ứng là tia ngắn nhất và dài nhất trong số các tia vẽ từ điểm tính toán trong
phạm vi hình quạt
0

45±
hai bên hướng gió cho đến điểm giao cắt với đường bờ phía đầu
gió, trong đó các chướng ngại vật với góc mở ≤22,5
0
không cần xét đến.
Đối với vùng mà thông số sóng hình thành do có sự ảnh hưởng của đường bờ thì
thông số sóng khởi điểm
d
h ,
T
sẽ được xác định theo cách sau;
-Lấy hướng gió chính;
-Lấy thêm về 2 bên 3 tia (3 phương truyền sóng), góc hợp mỗi tia là 22,5
0
;
-Xác định đà gió theo mỗi tia: kéo dài các tia sao cho cắt đường bờ.
Đà gió trên mỗi tia
[
1
min
L
L
i
b
L =

Xác định
ni
L : hình chiếu của
i

L trên tia chính.
Dựa vào chiều sâu trung bình
i
d ,
ni
L , thời gian gió thổi t xác định
i
h .
()
(
)
(
)
2
4
2
4
2
3
2
3
2
2
2
2
2
1
5,31321251,0
−−−
++++++= hhhhhhhh

d
(2- 10)
Chu kỳ sóng xác định theo phương pháp 7 tia được xác định từ giá trị
d
h
d
h
→
w
2
V
h.g
→
w
V
T.g
→ T →
π
=λ
.2
T.g
2
d

2.4.3. Thông số sóng trong vùng có nhiều vật cản nhỏ.
Trong trường hợp trong vùng hình thành thông số sóng có nhiều vật cản thì cách
xác định chiều cao sóng
d
h như sau:
-Vẽ 7 tia giống như phương pháp 7 tia;

-Xác định chiều cao sóng
i
h trên mỗi tia;
-Lấy về 2 bên tia hợp 1 góc 11,25
0
.
Chiều cao sóng trên 1 tia:
mj
2
m
1j
mj
ni
2
n
1i
nin
h.h.xh
∑∑
==
ν+=
(2- 11)
Trong đó:
mjni
,x ν - là kích thước góc của một vật cản thứ i và của khoảng hở thứ j giữa các
vật cản;
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-7
mjni

h,h
- là chiều cao sóng trung bình được xác định dựa vào đà gió
mjni
L,L
sau khi
đã lấy hình chiếu lên tia chính;
0
ni
ni
5,22
x
α
=
;
0
mj
mj
5,22
β
=ν

Sau khi xác định được các khoảng hở và các khoảng bị che bởi vật cản ta xác định
được kích thước góc của chúng. Sau đó xác định được đà gió trong mỗi khoảng: đó là
khoảng cách từ mép vật cản gần nhất đến điểm tính. Trong trường hợp của khoảng hở thì
tính từ đường bờ hoặc lấy theo đà gió xác định theo vận tốc gió.

Hình 2- 1. Đồ thị xác định chiều cao, chu kỳ sóng.
2.4.4. Chiều dài sóng khởi điểm.
Chiều dài trung bình
d

λ của sóng xác định theo công thức sau:
π
=λ
2
Tg
2
d
(2- 12)
2.4.5. Chiều cao sóng với suất bảo đảm i%.
Chiều cao sóng có suất bảo đảm i% trong hệ h
d,i
(m) phải xác định bằng cách nhân
chiều cao trung bình của sóng với hệ số k
i
lấy từ hình 2.2 ứng với đại lượng không thứ
nguyên
2
.
w
VLg . Khi đường bờ có hình dạng phức tạp thì trị số
2
w
VL.g
phải xác định
theo đại lượng
2
.
wd
Vhg và đường cong bao trên cùng của hình 2.1.
Các thông số của sóng với suất bảo đảm 1; 2; 4% phải lấy theo các hàm phân bố

được xác định theo các số liệu hiện trường, còn nếu không có hoặc không đủ các số liệu
đó thì lấy theo kết quả xử lý các bản đồ khí tượng. Khi sóng khởi điểm là nước nông thì
tra theo L, d sau đó lấy giá trị nhỏ nhất.
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-8

Hình 2- 2. Đồ thị xác định k
i

2.4.6. Độ vượt cao của sóng.
Độ cao của đỉnh sóng trên mực nước tính toán
c
η
(m) phải tính toán theo trị số
ic
hη xác định từ hình 2.3 ứng với giá trị
2
.Tgh
i
đã cho, trong đó lấy
d
d
λ
=0,5 với
sóng nước sâu, với sóng nước nông tra theo giá trị cụ thể.

Hình 2- 3. Đồ thị xác định
η
c

2.4.7. Phân vùng sóng khởi điểm.
Khi đã xác định được tham số sóng khởi điểm có thể là sóng nước sâu, có thể sóng
nước nông, ta cần xác định ranh giới của vùng sóng khởi điểm.
Vẽ mặt cắt dọc theo phương của gió.
-Nếu là sóng nước sâu lấy từ MNTT một đoạn
2
λ
;
-Nếu là sóng nước nông: ranh giới của sóng khởi điểm là vùng độ dốc i< 0,001
(Trong trường hợp giá trị của suất bảo đảm nằm ngoài đường cong trên thì dùng
phương pháp nội suy).
2.5. Thông số sóng trong vùng i≤0,001.
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-9
Chiều cao sóng trung bình trong vùng từ ranh giới nước sâu đến vị trí i=0,001 dược
xác định như sau:
- Xác định đà gió L
2
trong khoảng ranh giới sóng nước sâu và i=0,001, độ sâu tương
ứng là d
1
và d
2
;
- Xác định đà gió tương đương L
1
khi biết
d

h
và d
1
(bằng cách tra ngược lại);
- Xác định chiều cao, chu kỳ sóng khi biết đà gió L
1
+L
2
và độ sâu d
2
.
- Chiều cao sóng h
i
lấy bằng
i
kh
trong đó k
i
tra theo L, d sau đó lấy giá trị nhỏ nhất.
Độ vượt cao của sóng xác định như sóng khởi điểm.
2.6. Thông số sóng biến dạng (độ dốc đáy i≥0,001).
2.6.1. Chiều cao sóng biến dạng.
Chiều cao sóng có suất bảo đảm i% ở vùng nước nông với độ dốc đáy 0010,≥ được
xác định theo công thức:
d
h
ilrti
kkkkh =
(2- 13)
k

t
- hệ số biến hình;
k
r
- hệ số khúc xạ;
k
l
- hệ số tổn thất;
k
i
- được xác định như sóng nước sâu.
Hệ số biến hình k
t
lấy trên đồ thị 2.5 theo đường cong 1 và tỷ số
d
d
λ
.
2.6.2. Hệ số khúc xạ.
Hệ số khúc xạ được xác định theo công thức:
a
a
k
d
r
= (2- 14)
Trong đó:
a
d
- khoảng cách giữa các tia sóng cạnh nhau vùng nước sâu (m);

a - khoảng cách giữa các chính các tia sóng đó nhưng theo đường thẳng vẽ qua
một điểm cho trước ở vùng nước nông (m).
Trên mặt bằng khúc xạ, các tia sóng ở vùng nước sâu phải lấy theo hướng lan
truyền sóng đã cho trước, còn ở vùng nước nông thì phải kéo dài các tia đó phù hợp với
sơ đồ và các đồ thị trên hình 2.5.
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-10

Hình 2- 4. Sơ đồ khúc xạ sóng

Hình 2- 5. Đồ thị xác định k
t
.

Hệ số tổn thất k
l
lấy theo bảng 2.6 ứng với các giá trị đã biết của đại lượng
d
d
λ
(d -
chiều sâu khu nước) và độ dốc đáy i, khi
03,0i ≥ thì k
l
=1.
Bảng 2- 6. Xác định k
l
Giá trị k
l

khi độ dốc i bằng Độ sâu tương đối
d
d
λ

0,025
0,02÷0,002
0,01 0,82 0,66
0,02 0,85 0,72
0,03 0,87 0,76
0,04 0,89 0,78
0,06 0,9 0,81
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-11
Giá trị k
l
khi độ dốc i bằng Độ sâu tương đối
d
d
λ

0,025
0,02÷0,002
0,08 0,92 0,84
0,1 0,93 0,86
0,2 0,96 0,92
0,3 0,98 0,95
0,4 0,99 0,98
0,5 và > 1 1

2.6.3. Chiều dài sóng biến dạng.
Bước sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng nước nông phải xác định theo đồ thị
2.6 từ các đại lượng
d
d
λ
và
2
%1
Tg
h
trong đó chu kỳ sóng được lấy bằng chu kỳ sóng vùng
nước sâu.

Hình 2- 6. Đồ thị xác định
λ và
sur
λ .

2.6.4. Độ vượt cao sóng biến dạng.
Độ cao đỉnh sóng trên mực nước tính toán
c
η
lấy theo đồ thị hình 2.3 dựa theo
d
d
λ

và
2

Tg
h
i
.
2.7. Xác định thông số vùng sóng đổ.
2.7.1. Vị trí sóng đổ lần đầu, phân vùng sóng biến dạng.
Khi tính toán thông số sóng biến dạng cần xác định dọc theo tia khúc xạ đến tận
đường bờ, coi như sóng chưa đổ thiết lập bảng sau:
Bảng 2- 7. Giá trị độ sâu sóng đổ lần đầu
d
i
h
ii
d
cr
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-12
d
1
h
i1
d
cr1
d
2
h
i2
d
cr2

d
n
h
in
d
crn
Trong đó d
cr
được xác định theo đồ thị 2.4 khi biết h
i
. Độ sâu tại vị trí sóng đổ lần
đầu chính là vị trí mà d
i
=d
cri
. Sau khi biết được độ sâu sóng đổ lần đầu tính lại các h
i
nằm
trong vùng sóng đổ.
2.7.2. Chiều cao sóng đổ.
Chiều cao sóng đổ h
sur,1%
(m) phải xác định đối với các độ dốc đáy i cho trước theo
các đường 2,3,4 trên đồ thị 2.4. Cách xác định như sau: dựa vào
d
cr
d
λ
để tìm

2
%1,
Tg
h
sur
, từ đó
tính ra h
sur,1%
. Chiều cao sóng đổ h
i
được xác định bằng cách nhân với hệ số k
i
tra trong
bảng 2.11.
2.7.3. Chiều dài sóng đổ.
Chiều dài vùng sóng đổ
sur
λ được xác định theo đường cong bao trên cùng của đồ
thị 2.6.
2.7.4. Độ vượt cao của sóng đổ.
Độ lệch của đỉnh sóng so với MNTT được xác định theo đường cong bao trên cùng
của đồ thị 2.3.
2.7.5. Độ sâu sóng đổ lần cuối, phân vùng mép nước.
Độ sâu lâm giới ứng với sóng đổ lần cuối d
cr,u
khi độ dốc đáy không đổi tính theo
công thức:
cr
n
uucr

dkd
1
,
−
= (2- 15)
Trong đó:
k
u
lấy theo bảng 2.8.
Bảng 2- 8. Xác định k
u
Độ dốc đáy
i
0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05
k
u
0,75 0,63 0,56 0,5 0,45 0,42 0,4 0,37 0,35
n - số lần sóng đổ lấy từ n=2,3,4 với điều kiện thoả mãn bất phương trình:
43,0
2
≥
−n
u
k và 43,0
1
<
−n
u
k
Khi i>0,05 thì d

cr
=d
cr,u
.
Kẻ đường song song với mực nước lan truyền sóng, cách một khoảng d
cr,u
, cắt
đường đáy tại vị trí nào thì đó là vị trí sóng đổ lần cuối.
2.7.6. Dạng sóng đổ trên mái dốc
Dạng sóng đổ trên mái dốc được xác định theo số Irribarren:
0
0
tan
S
α
ξ
=
(2- 16)
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-13
Trong đó:
α - góc nghiêng của mái dốc;
S
0
- độ dốc sóng nước sâu (H
0
/L
0
);

H
0
- chiều cao sóng nước sâu;
L
0
- chiều dài sóng nước sâu
π
2
2
0
gT
L =
;
T - chu kỳ sóng;
g - gia tốc rơi tự do.
Với chiều cao sóng vỡ H
b
ta có ξ
b
(tại vị trí sóng vỡ). Giá trị ξ
0
được xác định cho
mái dốc không thấm và kiểu sóng vỡ tương ứng.

Hình 2- 7. Các dạng sóng vỡ trên mái dốc.
Với sóng không điều hoà tham số bề mặt được xác định như sau:
om
om
S
α

ξ
tan
=
hoặc:
op
op
S
α
ξ
tan
=
(2- 17)
Trong đó:
2
2
m
S
om
S
om
T
H
gL
H
S
π
== ;
2
2
op

S
op
S
op
T
H
gL
H
S
π
==
;
H
s
- chiều cao sóng đáng kể tại chân công trình;
T
m
- chu kỳ trung bình;
T
p
- chu kỳ ứng với đỉnh phổ sóng.
2.8. Chiều cao sóng leo.
2.8.1. Theo TCN 222-95
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-14
Chiều cao sóng leo trước hết được xác định với độ bảo đảm 1%.
%1%1
hkkkkh
runspprrun

= (2- 18)
%1run
h - chiều cao sóng leo lên mái dốc với độ bảo đảm 1%;
k
r
,k
p
- các hệ số nhám và hệ số cho nước thấm qua mái dốc, lấy theo bảng.
Bảng 2- 9. Xác định hệ số k
r
và k
p
Kết cấu gia cố
Độ nhám tương đối
r/h
1%

k
r
k
p
Bản bê tông - 1 0,9
<0,002 1 0,9
0,005÷0,01
0,95 0,85
0,02 0,9 0,8
0,05 0,8 0,7
0,1 0,75 0,6
Cuội, sỏi, hoặc
khối BTCT

>0,2 0,7 0,5
Chú ý: kích thước r(m) của độ nhám phải lấy bằng đường kính trung bình các hạt
vật liệu gia cố mái dốc hoặc bằng kích thước trung bình của các khối BT.
k
sp
lấy theo bảng sau:
Bảng 2- 10. Xác định hệ số K
sp
Trị số
)(ct
g
ϕ

1÷2 3÷5
>5
Tốc độ gió ≥ 20m/s
1,4 1,5 1,6
Tốc độ gió = 10m/s 1,1 1,1 1,2
Hệ số k
sp
Tốc độ gió ≤ 5m/s
1,0 0,8 0,6
Trong đó:
ϕ - góc nghiêng của mái dốc;
k
run
- hệ số lấy theo đồ thị 2.8 phụ thuộc vào độ thoải
%1d
d
h

λ
của sóng nước sâu.
Khi độ sâu nước trước công trình d<2h
1%
thì hệ số k
run
lấy theo các độ thoải của
sóng ghi trong các dấu ngoặc.

Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-15

Hình 2- 8. Đồ thị xác định k
run
.

Chiều cao sóng leo với độ bảo đảm i% phải nhân với k
i
lấy theo bảng 2.9:
Bảng 2- 11. Xác định hệ số k
i
Suất bảo
đảm i%
0,1 1 2 5 10 30 50
Hệ số k
i
1,1 1,0 0,96 0,91 0,86 0,76 0,68
Khi sóng tiến đến công trình với một góc
α

từ phía vùng không được che chắn thì
phải giảm chiều cao sóng leo lên mái dốc bằng cách nhân với hệ số
α
k .
Bảng 2- 12. Xác định hệ số
α
k

α
0 10 20 30 40 50 60
α
k
1 0,98 0,96 0,92 0,87 0,82 0,76
2.8.2. Theo CEM 2000
Chiều cao sóng leo tương đối R
u
/H là hàm của ξ, góc tới của sóng, đặc trưng hình
học của mái dốc, độ thẩm thấu của bề mặt. Các mặt được coi là không thẩm thấu là: đê
nông nghiệp, gia cố bờ, đê chắn sóng có bề mặt không cho thấm hoặc lõi tương đối tốt.
Đê chắn sóng đá đổ với lớp đá lót, tầng lọc ngược được coi là có bề mặt thẩm thấu.
2.8.2.1. Sóng leo trên mái dốc không thấm:
Chiều cao sóng leo và sóng tụt trên mái dốc không thấm được biểu diễn bằng công
thức sau:
β
γγγγξ
hbr
S
ui
CA
H

R
)(
%
+=
(2- 19)
R
ui%
- chiều cao sóng leo với suất bảo đảm i%;
ξ- tham số đồng dạng bề mặt ξ
om
hoặc ξ
op
;
A, C - tham số phụ thuộc vào
ξ và i đối với trường hợp mái nghiêng không thấm,
trơn, dài và chịu tác động sóng thẳng góc;
γ
r
- hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của độ nhám (γ
r
= 1 với mái nghiêng nhẵn);
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-16
γ
h
- hệ số hiệu chỉnh với sóng nước nông không tuân thủ phân bố Rayleigh (γ
h
= 1
với phân bổ Rayleigh);

γ
b
- hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của bậc cơ;
γ
β
- hệ số hiệu chỉnh do góc tới của sóng (γ
b
=1, β=0
0
khi sóng tác dụng thẳng góc).
a. Mái dốc nhẵn:
Công thức Van der Meer (theo [2]):
op
S
u
H
R
ξ
5,1
%2
=
với 0,5 < ξ
op
≤ 2 (2- 20)
0,3
%2
=
S
u
H

R
với 2 < ξ
op
< 3 ÷4
Với sóng tụt:
op
S
d
H
R
ξ
33,0
%2
=
với 0 < ξ
op
≤ 4 (2- 21)
5,1
%2
=
S
d
H
R
với ξ
op
> 4
b. Mái dốc không nhẵn:
-Sự ảnh hưởng của độ nhám khi sóng leo được thể hiện bởi
γ

r
được xác định bởi de
Waal và Van der Meer trong đó 1<
ξ
op
< 3 ÷4, với các giá trị lớn hơn ξ
op
giá trị của γ
r
tiến
tới 1. Giá trị của
γ
r
được lấy theo bảng sau:
Bảng 2- 13. Xác định giá trị γ
r

Mặt mái nghiêng
γ
r

- Trơn, bê tông, bê tông nhựa, asphalt 1,0
- Các khối gia cố bờ nhẵn 1,0
- Cỏ (cao 3cm)
0,9
÷ 1,0
- Đá một lớp
0,35,1 ÷=
D
H

S

0,55
÷ 0,6
- Đá ≥2 lớp
0,65,1 ÷=
D
H
S

0,5
÷ 0,55
- Các khối nhẵn trên mặt trơn (chiều dài theo đường nước
t, bề rộng b, cao h)

Khối vuông t = b
h/b b/h
s
diện tích phủ
0,88 0,12 ÷0,19 1/9 0,7 ÷ 0,75
0,88 0,12 ÷0,24 1/25
0,75
÷ 0,85
0,44 0,12 ÷0,24 1/25 0,85 ÷ 0,95
0,88 0,12 ÷0,18 1/25 0,85 ÷ 0,95
0,18 0,55 ÷1,1 1/4 0,75 ÷ 0,85
Ribs
0,18 0,12 ÷0,19 1/75 0,6 ÷ 0,7
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-17
Sóng leo còn bị ảnh hưởng bởi bậc cơ của mái dốc (theo [2]):

Hình 2- 9. Sơ đồ bậc cơ của mái dốc.
Theo De waal và Van der Meer hiệu ứng của bậc cơ mái dốc có thể được xác định
như sau:
ββ
γγγξγγγγξ
hreqhbrop
S
u
H
R
5,15,1
%2
==
Khi 0,5<ξ
eq
≤ 2 (2- 22)
β
γγγ
hr
S
u
H
R
0,3
%2
= Khi ξ
eq

> 2
Trong đó:
ξ
eq
- tham số bề mặt đồng dạng của sóng vỡ trên mặt nghiêng tương đương.


Hình 2- 10. Mái dốc tương đương của bậc cơ.
γ
b
được xác định như sau:
()
dBB
op
eq
b
rr −−== 11
ξ
ξ
γ
; 0,6 ≤ γ
b
≤ 1,0 (2- 23)
Trong đó:
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-18
α
α
tan

tan
1
eq
B
r −= ;
2
5,0
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
S
B
dB
H
d
r
; 0 ≤ r
dB
≤ 1,0 (2- 24)
Bậc cơ hiệu quả nhất khi nó nằm tại vị trí mực nước lặng, chiều rộng tối ưu khi
γ
b
=0,6.
-Chiều cao sóng H

s
được xác định là chiều cao sóng đáng kể của nước sâu, với điều
kiện nước nông phân bố chiều cao sóng không phải là Releigh khi đó ta có:
s
h
H
H
4,1
%2
=
γ
(2- 25)

Hình 2- 11. Hệ số ảnh hưởng của góc lan truyền sóng.
-Hệ số ảnh hưởng của góc tới β giữa hướng sóng và pháp tuyến của đường mép
nước được xác định theo các công thức (theo [2]):
Với sóng đỉnh dài (sóng cồn):
γ
β
= 1 khi 0
0
≤ β ≤ 10
0
;
γ
β
= cos(β - 10
0
) khi 10
0

< β ≤ 63
0
; (2- 26)
γ
β
= 0,6 khi β > 63
0
.
Với sóng đỉnh ngắn:
γ
β
= 1 - 0,0022 β. (2- 27)
c. Mái dốc bằng đá đổ:
Sóng leo trên mái dốc đá đổ, không thấm được xác định theo công thức Delft
Hydraulies (theo [2]):
om
s
ui
A
H
R
ξ
=
%
khi 1,0 < ξ
om
≤ 1,5 (2- 28)
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-19

C
om
s
ui
B
H
R
)(
%
ξ
=
khi ξ
om
> 1,5
Trong đó:
2/1
2
2
tan
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
om
S

om
gT
H
π
α
ξ
với T
om
: chu kỳ trung bình thay cho ξ
op
. Để thay T
om
cho T
op
để
có thể dùng được nhiều loại phổ;
87,079,0 ÷==
op
om
op
om
T
T
ξ
ξ
với phổ JOINSWAP;
82,071,0 ÷==
op
om
op

om
T
T
ξ
ξ
với phổ Pierson - Moskowitz.
Bảng 2- 14. Các giá trị A, B, C.
i% A B C
0,1 1,12 1,34 0,55
2,0 0,96 1,17 0,46
5,0 0,86 1,05 0,44
10,0 0,77 0,94 0,42
33,0 0,72 0,88 0,41
50,0 0,47 0,80 0,34
2.8.2.2. Sóng leo trên mái dốc thấm.
a. Mái dốc đá đổ.
Khi bề mặt mái dốc cho phép thấm thì chiều cao sóng leo thay đổi. Khả năng thấm
được đặc trưng bởi hệ số thấm ước lượng P. Giá trị của P tuỳ theo loại công trình, xác
định theo hình sau:

Hình 2- 12. Giá trị hệ số thẩm thấu ước lượng với các loại kết cấu.
Chiều cao sóng leo được xác định theo công thức sau (theo [2]):
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-20
om
s
ui
A
H

R
ξ
=
%
với 1,0 < ξ
om
≤ 1,5 (2- 29)
C
om
s
ui
B
H
R
)(
%
ξ
=
với 1,5 < ξ
om
< (D/B)
1/C

D
H
R
s
ui
=
%

với (D/B)
1/C
≤ ξ
om
<7,5
Công thức trên được thành lập với P = 0,5
÷0,6. Giá trị của các hệ tố A, B, C, D
được xác định theo bảng.
Bảng 2- 15. Các giá trị A, B, C, D.
i% A B C D
0,1 1,12 1,34 0,55 2,58
2,0 0,96 1,17 0,46 1,97
5,0 0,86 1,05 0,44 1,88
10,0 0,77 0,94 0,42 1,45
33,0 0,72 0,88 0,41 1,35
60,0 0,47 0,80 0,34 0,82
b. Hàm phân bố của sóng leo (với đá đổ, mái dố thấm).
Phân bố của sóng leo có thể xấp xỉ bằng phân bố Rayleigh (theo [2]).
R
up%
= B (-lnp)
1/C
(2- 30)
R
up%
- Sóng leo p%;
B= H
S
[0,4(S
om

)
-1/4
(cotα)
-0,2
]
C = 3,0(
ξ
om
)
-3/4
với ξ
om
< ξ
omc
(plunging waves)
C = 0,52P
-0,3
(ξ
om
)
P
α
cot với ξ
om
> ξ
omc
(surging waves)
()
75,0/1
3,0

)tan77,5(
+
=
P
omc
P
αξ

2
2
om
S
om
gT
H
π
ξ
= ;
P - hệ số thẩm thấu ước lượng.
2.8.2.3.Sóng tụt trên mái dốc.
Sóng tụt trên mái dốc được xác định theo công thức của Delft Hydraulies (theo [2]):
()
om
S
S
d
eP
H
R
60

15,0
%2
5,12,1tan1,2
−
+−=
α
(2- 31)
2.9. Xác chiều cao sóng nhiễu xạ.
Chiều cao sóng nhiễu xạ h
dif
(m) trong khu nước được che chắn xác định theo công
thức:
idifdif
h.kh = (2- 32)
Trong đó:
dif
k - hệ số nhiễu xạ;
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-21
i
h - chiều cao sóng tới với suất bảo đảm i%,
i
h phải lấy ở ngay vị trí bắt đầu nhiễu
xạ.
Chiều dài tính toán của sóng được lấy bằng chiều dài sóng khởi điểm λ ở cửa vào
của khu nước.
2.9.1. Nhiễu xạ qua một đê.
®iÓm tÝnh
BKS

BNX
−β
+β
r
φ
sãng tíi

Hình 2- 13. Nhiễu xạ qua 1 đê
ϕ-góc hợp giữa biên khuất sóng và đập;
β- góc hợp giữa biên khuất sóng và tia tới điểm tính, nếu nằm phía trong biên
khuất sóng mang dấu dương, nếu nằm ngoài mang dấu âm.
a1
1
K
s,dif
+
=
(2- 33)
Trong đó:
()
5
3
cth.
r
9,01.th.
r
.7,0th5,0a
⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
ϕ
λ
β+ϕ
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
λ
=

ϕ
,
β
- radian.
Hoặc có thể xác định theo qui phạm 22TCN 222-95 (tương đương nhau). Khi a
≤0
thì
1K
s,dif
=
2.9.2. Nhiễu xạ qua 2 đê.
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-22

Hình 2- 14. Nhiễu xạ qua 2 đê
Gọi:
b- bề rộng cửa vào theo phương vuông góc hướng sóng;
21
, ϕϕ - góc hợp giữa đập và biên khuất sóng tương ứng (
21
ϕ
<
ϕ
).
Các bước thực hiện:
-vẽ đường biên khuất sóng.
-vẽ đường mặt sóng
→ r1, r2
-vẽ đường biên nhiễu xạ.
Biên nhiễu xạ được xác định bằng khoảng cách từ biên khuất sóng tương ứng theo
công thức sau:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
=
3
1,1.
i
i
ii
th
r
tg
rl
ϕ
λ
λλ

Hoặc theo 22TCN 222-95 (tương đương nhau)
- Vẽ tia sóng chính (chiều cao sóng trên tia chính là lớn nhất). Tia chính được xác
định bằng khoảng cách từ BKS của đập có góc
ϕ
nhỏ theo công thức:
()
51
2
1
3
2
2
1

3
1
2
1
51
2
1
3
21
2
21
3
1
2
1

1 1,1
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⎥
⎥
⎦
⎤

⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
ϕ
ϕ
ϕϕ
ϕ
ϕ
ϕϕϕ
th
th
thrthr
th
th
ththrrthrb
x
(2- 34)
21

r,r - bán kính tính từ các đỉnh của đập tương ứng.
21
, ϕϕ - góc hợp của BKS và đập tương ứng.
x có thể xác định theo công thức rút gọn trong 22TCN 222-95.
- Xác định giao điểm của tia chính và đường mặt sóng (điểm B).
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-23
- Xác định đại lượng
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
+
=
1
b
ll
.
2
1
d
21
c
nếu xác định
c
ϕ

theo TCN 222-95 trong
đó
21
l,l là khoảng cách từ BKS đến BNX tại vị trí điểm B.
- Xác định hệ số nhiễu xạ
ϕ,dif
Kcho điểm B: giống như nhiễu xạ 1 đập và có thể lấy
ở đập bất kỳ (vì tính theo 2 đập thì tại B các hệ số nhiễu xạ phải bằng nhau)
- Xác định hệ số
c
ϕ
theo công thức hoặc có thể dùng đồ thị của 22TCN 222-95.
()
2
1
21
,
2
,
2
.11
2
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢

⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
−++
=
b
ll
KK
difdif
c
ϕϕ
ϕ
(2- 35)
- Xác định hệ số
ρ,dif
K cho điểm A: giống như trường hợp 1 đập, lấy đập mà điểm A
nằm trong vùng khuất sóng, nếu A nằm ngoài BKS của cả hai đập thì có thể lấy 1 đập bất
kỳ để tính.
- Hệ số nhiễu xạ tại A:

cdifdif
KK

ϕ
ρ
.
,
= (2- 36)
2.9.3. Nhiễu xạ qua đê đảo.
Hệ số nhiễu xạ qua đê đảo được xác định theo công thức:
2
2
2
1 difdifdif
kkk += (2- 37)
Trong đó:
k
dif1
- hệ số nhiễu xạ đầu đê trái;
k
dif2
- hệ số nhiễu xạ đầu đê phải.
2.9.4. Sóng nhiễu xạ có tính đến phản xạ.
Chiều cao sóng nhiễu xạ có xét đến sự phản xạ từ công trình và các vật cản h
dif,s
(m)
tại một điểm trong khu nước được che chắn phải xác định theo công thức:
()
irefdifs,dif
h.kkh += (2- 38)
Trong đó:
i
h - chiều cao sóng tới;

dif
k - hệ số nhiễu xạ, giá trị được xác định như bình thường, chưa kể đến phản xạ;
ref
k
- hệ số phản xạ;
θ
λ
cos
08,0
,,
r
irefrsdifref
ekkkk
−
= (2- 39)
λ
- bước của sóng tới;
sdif
k
,
-hệ số nhiễu xạ tại bề mặt phản xạ được xác định theo các phương pháp tương
ứng (với 1 đê, 2 đê, đê đảo);
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-24
θ
- góc hợp bởi tia sóng tới và pháp tuyến của bề mặt phản xạ.
r - khoảng cách từ bề mặt phản xạ đến điểm tính theo tia sóng phản xạ;
iref
k

,
- hệ số phản xạ, phụ thuộc vào bề mặt phản xạ. Khi góc nghiêng của mặt
phản xạ > 45
0
thì
1
,
=
iref
k
. Khi góc nghiêng < 45
0
thì tra bảng 2.16.
Bảng 2- 16. Xác định hệ số
iref
k
,
.
k
ref,s
khi góc nghiêng của bề mặt phản xạ là i
bằng
Độ thoải của sóng
dif
hλ
1 0,5 0,25
10 0,5 0,02 0,01
15 0,8 0,15 0,02
20 1 0,5 0,04
30 1 0,7 0,05

40 1 0,9 0,06
pr
kk , - hệ số nhám và hệ số cho nước thấm qua mái dốc, xác định theo bảng 2.17
Bảng 2- 17. Xác định hệ số k
r
, k
p

Kết cấu gia cố mái dốc Độ nhám tương đối
%1
hr
k
r
k
p
Bản bê tông (bêtông cốt
thép)
- 1 0,9
Cuội sỏi, đá hoặc các khối
bêtông (bêtông cốt thép)
<0,002
0,005-0,01
0,02
0,05
0,1
>0,2
1
0,95
0,9
0,8

0,75
0,7
0,9
0,85
0,8
0,7
0,6
0,5
Ghi chú: kích thước đặc trưng r của độ nhám phải lấy bằng đường kính trung bình
các hạt vật liệu gia cố mái dốc hoặc bằng kích thước trung bình của các khối
bêtông (bêtông cốt thép)
r - đường kính trung bình của vật liệu gia cố.
2.10. Thông số sóng thiết kế dọc theo công trình.
Khi xác định thông số sóng tại chân công trình và thông số sóng đặc trưng cho chất
lượng che chắn thì cần phải xác định các yếu tố sau:
- Thông số sóng và ranh giới của sóng khởi điểm (có thể nước nông, sâu);
- Ranh giới vùng sóng khúc xạ nhưng chưa bị đổ và các thông số tương ứng:
ηλ ,h, ;
- Các thông số và ranh giới của vùng sóng đổ;
- Bằng cách cho nhiều chùm tia khúc xạ ta sẽ xác định được các thông số sóng dọc
theo chiều dài đê. Dọc theo chiều dài đê, tối thiểu phải xác định được chiều cao sóng tại 3
vị trí (đầu, giữa, gốc đê) và trạng thái của sóng (đổ, chưa đổ).
- Các thông số sóng nhiễu xạ cần phải được xác định cho các vị trí sau:
Chương 2. Xác định tham số sóng và mực nước

2-25
- Tại các vị trí dọc mép bến: các chiều cao sóng tại vị trí này dùng để so sánh với
tiêu chuẩn từ đó xác định được khả năng che chắn của đê;
- Cần xác định giá trị sóng nhiễu xạ dọc theo chiều dài đê. Các thông số sóng tới tại
chân công trình dùng để xác định vật liệu gia cố mặt ngoài còn các thông số sóng nhiễu

xạ dùng để xác định việc gia cố mặt trong. Ngoài ra khi tính toán ổn định trượt, lật cho
công trình thì cần phải xác định tổ hợp nguy hiểm nhất của sóng tới và sóng nhiễu xạ.




Chương 2 2-1
2.1. Các quy định chung 2-1
2.2. Xác định tham số gió tính toán. 2-2
2.3. Mực nước lan truyền sóng 2-4
2.4. Xác định thông số sóng khởi điểm 2-5
2.5. Thông số sóng trong vùng i≤0,001. 2-8
2.6. Thông số sóng biến dạng (độ dốc đáy i≥0,001). 2-9
2.7. Xác định thông số vùng sóng đổ. 2-11
2.8. Chiều cao sóng leo. 2-13
2.9. Xác chiều cao sóng nhiễu xạ 2-20
2.10. Thông số sóng thiết kế dọc theo công trình. 2-24