Giáo trình Mô hình tính sóng vùng ven bờ

1 Đại học quốc gia hà nội Trường đại học khoa học tự nhiên Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Thọ sáo Mô hình tính sóng vùng ven bờ Hà Nội - 2005 2 3 mục lục Mở đầu Chương 1 Lý thuyết cơ bản về trường sóng trên vùng biển sâu và ven bờ 1.1 Các yếu tố sóng, dạng sóng và phân loại trường sóng 5 1.2 Các lý thuyết mô phỏng trường sóng, phạm vi áp dụng đối với các vùng nước sâu và ven bờ 8 1.3 Tác động và tương tác của trường sóng với các quá trình thuỷ thạch, động lực ven bờ 15 Chương 2 Biến đổi các yếu tố sóng khi truyền vào vùng ven bờ 2.1 Tốc độ, độ dài và các yếu tố khác của chuyển động sóng vùng ven bờ 19 2.2 Biến dạng sóng vùng ven bờ 28 2.3 Khúc xạ sóng vùng ven bờ 30 2.4 Nhiễu xạ sóng do vật cản 33 2.5 Kết hợp sóng khúc xạ và nhiễu xạ 36 2.6 Phản xạ sóng 40 2.7 Sóng đổ 41 2.8 Tương tác giữa sóng và dòng chảy ở vùng ven bờ 48 Chương 3 ứng suất bức xạ sóng và các quá trình do sóng sinh ra ở vùng ven bờ 3.1 Các thành phần ứng suất bức xạ sóng 54 3.2 Mực nước dâng và rút tại vùng sóng đổ 57 3.3 Các loại dòng chảy do sóng vùng ven bờ 59 3.4 Lý thuyết dòng chảy sóng dọc bờ 60 3.5 Lớp biên sóng 65 3.6 Sóng dài vùng ven bờ 69 4 Chương 4 Lý thuyết phổ sóng áp dụng cho vùng ven bờ 4.1 Phổ sóng trong vùng biển có độ sâu giới hạn 71 4.2 Biến đổi phổ sóng vùng ven bờ 78 Chương 5 Các mô hình tính toán sóng gió, sóng lừng vùng ven bờ 5.1 Các yếu tố tạo sóng và điều kiện khí tượng hải văn ảnh hưởng đến trường sóng 80 5.2 Các phương pháp tính sóng dựa trên các mối tương quan lý thuyết và thực nghiệm giữa các yếu tố sóng và các yếu tố tạo sóng. Quy phạm tính toán sóng của Việt Nam 93 5.3 Các mô hình tính sóng vùng ven bờ dựa trên phương pháp giải phương trình lan truyền sóng 103 Tài liệu tham khảo 123 5 Mở đầu Giáo trình “ Mô hình tính sóng vùng ven bờ” được biên soạn như một sự kế tiếp cuốn giáo trình “Động lực học Biển – phần 1 – Sóng biển” [1] được biên soạn năm 1998 dành cho học sinh Hải dương học tại khoa Khí tượng, Thuỷ văn và Hải dương học . Đây là một cuốn sách viết khá đầy đủ các kiến thức cơ bản về trường sóng, trong đó đề cập đến cả trường sóng vùng khơi và trường sóng ven bờ, các phương pháp tính toán dự báo sóng trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm. Tuy nhiên do sự phát triển rất nhanh của các nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm của ngành Hải dương học nói chung và động lực sóng biển nói riêng, đặc biệt tại khu vực ven bờ là nơi tập trung mọi hoạt động kinh tế, xây dựng, du lịch nghỉ dưỡng, nên trong khoảng từ những năm 90 lại đây, nhiều lý thuyết, mô hình tính toán trường sóng mới đã được nghiên cứu và đưa vào áp dụng trong nghiệp vụ hàng ngày. Cuốn giáo trình này được biên soạn nhằm đáp ứng được các yêu cầu năng cao, cập nhật các lý thuyết, mô hình tính sóng vùng ven bờ, và với phương hướng nâng cao trình độ, kỹ năng thực hành tính toán cho sinh viên. Một số các phần lý thuyết cơ bản về trường sóng sẽ được nhắc lại so với giáo trình đầu, tuy nhiên các lý thuyết về phương trình lan truyền sóng trên vùng biển có độ dốc thoải, lý thuyết bức xạ sóng và các mô hình tính sóng theo phương pháp số là những phần hoàn toàn mới và những năm vừa qua các sinh viên đã được truyền đạt từng phần. Giáo trình gồm 5 chương xắp xếp theo thứ tự từ lý thuyết cơ bản đến thực hành và các mô hình tính sóng. Chương I đề cập đến lý thuyết cơ bản về trường sóng vùng biển sâu và ven bờ do PGS. TS. Nguyễn Mạnh Hùng biên soạn. Chương II viết về biến đổi các yếu tố sóng khi lan truyền vào vùng ven bờ do PGS. TS. Nguyễn Mạnh Hùng biên soạn. Chương III trình bày lý thuyết ứng xuất bức xạ sóng và các quá trình do sóng sinh ra ở vùng ven bờ do TS. Nguyễn Thọ Sáo biên soạn. Chương IV liên quan tới lý thuyết phổ sóng áp dụng cho vùng ven bờ do PGS. TS. Nguyễn Mạnh Hùng biên soạn. Chương V là các mô hình tính toán sóng gió, sóng lừng vùng ven bờ do PGS. TS. Nguyễn Mạnh Hùng và TS. Nguyễn Thọ Sáo cùng biên soạn. Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã cố gắng trình bày một cách cô đọng các phần lý thuyết và thực hành, liên quan đến trường sóng vùng ven bờ. Đồng thời cũng chọn lựa các thuật ngữ chung nhất trong nghiên cứu sóng, trong nghiên cứu địa hình địa mạo vùng bờ nhằm bước đầu thống nhất các thuật ngữ chuyên môn trong ngành Hải dương. Tuy vậy có thể vẫn còn những vẫn đề bỏ sót, cần được bổ sung và các thuật ngữ cần được thống nhất. Chúng tôi biết ơn và đánh giá cao các phát hiện và đóng góp của người đọc và các bạn đồng nghiệp.