Luận án Nghiên cứu hiệu quả của đê ngầm đến quá trình tiêu hao năng lượng sóng tác động vào bờ biển Việt Nam

c một 
số thí nghiệm mô hình vật lý lan truyền sóng qua đê ngầm với các điều kiện biên thủy 
lực khác nhau nhƣ thể hiện ở Bảng 2.1. Nội dung chi tiết về việc thực hiện các thí 
nghiệm này đƣợc trình bày cụ thể ở Mục 3.5 của luận án. 
Mô hình số đƣợc thiết lập nhƣ trong mô hình vật lý với đê ngầm có mặt cắt hình thang 
cao 40 cm, đỉnh đê rộng B = 40 cm, hệ số mái đê m = 2, bãi trƣớc đê dài 10 m có độ 
dốc 1/100 (xem Hình 2.7). Đỉnh đê so với đáy máng đoạn nằm ngang ở độ cao 0,50 m. 
Bảng 2.1 Các kịch bản thí nghiệm dùng cho kiểm định và hiệu chỉnh mô hình toán 
TT Kịch bản Hm0 (m) TP (s) Độ ngập S (m) B (m) 
1 KD-H15T20 0,15 2,0 0,20 
0,40 2 KD-H20T20 0,20 2,0 0; 0,05; 0,10; 0,15 và 0,20 
3 KD-H20T25 0,20 2,5 0,20 
Hình 2.7 Mô hình đê ngầm trong mô hình toán 
Sử dụng đƣờng quá trình sóng thực đo cho nguồn phát sóng tại biên đầu vào, các tham 
số sóng tại các vị trí đầu đo WG1 và WG2 đƣợc sử dụng để kiểm định mô hình tƣơng 
ứng với các kết quả đo đạc trong mô hình vật lý. 
Hai tham số hiệu chỉnh cơ bản của mô hình là hệ số nhớt xoáy  và hệ số ma sát f 
(thông qua độ nhám tuyệt đối ks). Đây là những tham số mô hình chi phối các quá trình 
tiêu hao năng lƣợng chính trong P-COULWAVE (sóng vỡ và ma sát đáy). 
2.3.3.2 Kết quả kiểm định các đặc trưng sóng 
Kết quả kiểm định cho thấy trong hai tham số nêu trên thì hệ số nhớt xoáy có tính nhạy 
và ảnh hƣởng nhiều hơn cả đối với kết quả tính toán (xem Hình 2.8).Với các kịch bản 
kiểm định xem xét thì sự phù hợp chung tốt nhất của các đặc trƣng sóng thực đo và 
tính toán đạt đƣợc với các giá trị  = 0,05 m2/s và ks = 10
-7m. Chiều cao sóng tính toán 
37 
so với kết quả đo đạc trong mô hình vật lý cho tất cả các kịch bản kiểm định đƣợc thể 
hiện trong Bảng 2.2 và Hình 2.9. Mức độ sai lệch trong việc dự báo chiều cao sóng là 
tƣơng đối nhỏ, lớn nhất là 13,7% cho trƣờng hợp sóng dài (KD-H20T25). Một số kết 
quả kiểm định tiêu biểu về đƣờng quá trình sóng và phổ sóng tại vị trí sau đê WG2 
đƣợc lần lƣợt thể hiện trên các Hình 2.10 và Hình 2.11. 
Nhìn chung, sự phù hợp giữa phổ sóng thực đo và dự báo bằng mô hình toán là khá 
tốt. Do vậy, sai lệch về chiều cao sóng cũng tƣơng đối nhỏ. Tuy nhiên, về chi tiết 
đƣờng quá trình sóng thì sự phù hợp đạt đƣợc ở mức độ thấp hơn. Điều này có thể lý 
giải là do mô hình chƣa miêu tả đƣợc đầy đủ tính chất phân tán và tính tƣơng tác phi 
tuyến của sóng khi qua đê ngầm. Mặc dù vậy, dùng cho mục đích phân tích đánh giá 
mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố chi phối đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm (chỉ 
sử dụng chiều cao sóng trƣớc và sau đê) thì mức độ tin cậy của P-COULWAVE là 
hoàn toàn chấp nhận đƣợc. 
Hình 2.8 Độ nhạy của các tham số đối với kết quả tính toán (KD-H15T20) 
38 
Hình 2.9 So sánh chiều cao sóng Hm0 giữa đo đạc và tính toán bằng mô hình 
Bảng 2.2Kết quả kiểm định chiều cao sóng Hm0 tại các vị trí WG1 và WG2 
Kịch bản 
Độ ngập 
S (m) 
Hm0-WG1 (m) Hm0-WG2 (m) 
Vật lý 
Mô hình 
toán 
Sai số 
(%) 
Vật lý 
Mô hình 
toán 
Sai số 
(%) 
KD-H15T20 0,20 0,202 0,223 2,4 0,139 0,122 9,0 
KD-H20T20 
0,20 0,216 0,221 0,5 0,133 0,146 10,2 
0,15 0,222 0,223 6,3 0,124 0,138 13,5 
0,10 0,223 0,210 6,2 0,111 0,128 10,4 
0,05 0,217 0,204 2,5 0,102 0,113 3,7 
0,00 0,210 0,215 7,7 0,094 0,097 11,4 
KD-H20T25 0,20 0,256 0,278 9,4 0,165 0,186 13,7 
(a) KD-H15T20 S = 0,20 m 
 (m) 
Thời gian t (s) 
39 
Hình 2.10 So sánh đường quá trình sóng (tại WG2) giữa đo đạc trong mô hình vật lý 
và mô hình toán (S = 0,20 m): (a) KD-H15T20 (b) KD-H20T20 
Hình 2.11So sánh phổ sóng (tại WG2) giữa đo đạc trong mô hình vật lý và mô hình 
toán (S = 0,20 m): (a) KD-H15T20 (b) KD-H20T20 
(b) KD-H20T20 S = 0,20 m 
(a) KD-H15T20 S = 0,20 m 
(b) KD-H20T20 S = 0,20 
m 
 (m) 
Thời gian t (s) 
40 
2.3.4 Kịch bản mở rộng đánh giá xu thế và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố chi 
phối đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm 
Từ bộ tham số mô hình đã đƣợc kiểm định ở trên, mô hình P-COULWAVE đã đƣợc 
áp dụng để mô phỏng các kịch bản mở rộng nhƣ thay đổi về kích thƣớc hình học mặt 
cắt ngang đê và bãi đê (bề rộng đỉnh, độ ngập, hệ số mái đê, độ dốc bãi trƣớc) và các 
tham số sóng nhằm xem xét mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố đến hiệu quả giảm sóng 
của đê ngầm. Khi xem xét ảnh hƣởng của một yếu tố thì các yếu tố còn lại sẽ đƣợc cố 
định. Bảng 2.3 tổng hợp các trƣờng hợp xem xét với các kịch bản mở rộng. Trong tất 
cả các trƣờng hợp mô phỏng sóng tới là đều là sóng ngẫu nhiên đƣợc khởi tạo theo 
phƣơng pháp số với dạng phổ JONSWAP chuẩn. 
Kết quả tính toán, phân tích mức độ ảnh hƣởng của từng yếu tố chi phối đƣợc trình 
bày lần lƣợt ở các mục tiếp theo, trong đó hiệu quả giảm sóng của đê ngầm  đƣợc 
đánh giá dựa trên kết quả tính toán chiều cao sóng phía trƣớc và sau đê ngầm theo sơ 
đồ trên Hình 1.6 và biểu thức (1.2). 
Bảng 2.3 Các trƣờng hợp tính toán mở rộng 
Yếu tố ảnh 
hƣởng 
Phạm vi biến đổi 
Số 
kịch 
bản 
Hm0 
(m) 
Tp 
(s) 
B 
(m) 
m 
(-) 
S 
(m) 
S/Hm0 
(-) 
B/Lp 
(-) 
i 
(-) 
Độ ngập nƣớc 
tƣơng đối S/Hm0 
0,1 
~0,2 
2,0 0,4 2,0 
0,0 
~0,4 
0,0 ~ 
2,0 
0,1 1/100 9 
Bề rộng đê 
tƣơng đối B/Lp 
0,2 2,0 
0,4 
~1,2 
2,0 0,2 1,0 
0,1 
~0,3 
1/100 7 
Độ dốc mái đê 0,2 2,0 0,4 
1,5 
~3,0 
0,2 1,0 0,1 1/100 3 
Độ dốc bãi đê 0,2 2,0 0,4 2,0 0,2 1,0 0,1 
1/30 ~ 
1/250 
5 
Ghi chú: ô màu xanh biểu thị tham số biến đổi 
2.3.4.1 Ảnh hưởng của độ ngập nước trên đỉnh đê 
Sử dụng mặt cắt ngang đê có bề rộng đỉnh B = 0,4 m, độ dốc mái m = 2,0, bãi trƣớc đê 
có độ dốc i =1/100, độ ngập của đê lần lƣợt là S = 0,4; 0,35; 0,3; 0,25; 0,2; 0,15; 0,1; 
0,05 và 0 m. Các tham số sóng trƣớc đê là Hm0 = 0,10 ~ 0,20 m, Tp = 2,0 s. 
41 
Ở đây, mức độ ngập của đỉnh đê đƣợc xem xét một cách tƣơng đối so với chiều cao 
sóng Hm0, còn gọi là độ ngập tƣơng đối S/Hm0. Kết quả tính toán chiều cao sóng phía 
sau đê và hiệu quả giảm sóng tƣơng ứng với các độ ngập tƣơng đối khác nhau đƣợc 
thể hiện trên Hình 2.12 và Bảng 2.4. 
Có thể nhận thấy rằng trong cùng một điều kiện về cấu tạo hình học đê và chiều dài 
sóng thì hiệu quả giảm sóng của đê ngầm tăng nhanh theo quy luật hàm mũ khi độ ngập 
của đê giảm (nghịch biến). Đê hầu nhƣ không có tác dụng giảm sóng khi S/Hm0 2,0. 
Nhƣ vậy có thể kết luận rằng độ ngập tƣơng đối của đê S/Hm0 có ảnh hƣởng quan trọng 
đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm. 
Hình 2.12 Ảnh hưởng của độ ngập tương đối S/Hm0 đến hiệu quả giảm sóng của đê 
Bảng 2.4 Hiệu quả giảm sóng tƣơng ứng với các độ ngập tƣơng đối khác nhau 
S (m) Hs,i (m) Tp (s) S/Hs (-) Hs,t (m) Kt (-) (%) 
0,40 0,198 2,0 2,02 0,194 0,980 2,0 
0,35 0,196 2,0 1,79 0,191 0,972 2,8 
0,30 0,195 2,0 1,54 0,187 0,956 4,4 
0,25 0,192 2,0 1,30 0,178 0,928 7,2 
0,20 0,190 2,0 1,05 0,169 0,885 11,5 
0,15 0,181 2,0 0,83 0,140 0,775 22,5 
0,10 0,180 2,0 0,56 0,122 0,679 32,1 
0,05 0,155 2,0 0,32 0,094 0,605 39,5 
0,00 0,122 2,0 0,00 0,067 0,547 45,3 
42 
2.3.4.2 Ảnh hưởng của bề rộng đỉnh đê 
Để đánh giá mức độ ảnh hƣởng của bề rộng đỉnh đê đến hiệu quả giảm sóng, các mô 
phỏng lan truyền sóng qua đê đã đƣợc thực hiện tƣơng ứng với các trƣờng hợp bề rộng 
đỉnh đê thay đổi B = 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 2,0 và 2,5 m (xem Hình 2.13). Các yếu tố 
khác nhƣ độ ngập của đê và tham số sóng tới đƣợc giữ không đổi (S = 0,2 m; Hm0 = 
0,20 m và Tp = 2,0 s). 
Hình 2.13 Mặt cắt tính toán trong trường hợp bề rộng đỉnh đê thay đổi 
Tƣơng tự nhƣ trên bề rộng đỉnh đê cũng đƣợc xem xét một cách tƣơng đối so với chiều 
dài sóng nƣớc nông Lp tại vị trí công trình, tức là bề rộng đỉnh đê tƣơng đối B/Lp. Kết 
quả tính toán hiệu quả giảm sóng của đê ngầm tƣơng ứng với các bề rộng tƣơng đối 
của đỉnh đê B/Lp khác nhau đƣợc thể hiện trên Hình 2.14 và trong Bảng 2.5. 
Hình 2.14 Ảnh hưởng của bề rộng đỉnh đê tương đối B/Lp đến hiệu quả giảm sóng của đê 
Tác giả thấy rằng trong cùng một điều kiện thủy lực thì đỉnh đê càng rộng thì hiệu quả 
giảm sóng càng cao. Nhìn chung, hiệu quả giảm sóng của đê tỷ lệ thuận theo quy luật 
hàm mũ với bề rộng đỉnh đê tƣơng đối B/Lp. Khi đỉnh đê quá rộng B/Lp 0,50(Hình 
43 
2.14) thì hiệu quả giảm sóng có xu thế tăng chậm, kém hiệu quả. Về tƣơng quan mức 
độ ảnh hƣởng tới hiệu quả giảm sóng thì tỏ ra yếu hơn so với độ ngập tƣơng đối 
S/Hm0. Tuy nhiên, đây vẫn là yếu tố có ảnh hƣởng quan trọng đến hiệu quả giảm sóng 
của đê ngầm. 
Bảng 2.5 Ảnh hƣởng của bề rộng đỉnh đê tới hiệu quả giảm sóng của đê ngầm 
B (m) Hs,i (m) Tp (s) B/Lp (-) Hs,t (m) Kt (-) (%) 
0,4 0,19 2,0 0,10 0,169 0,89 11,1 
0,6 0,19 2,0 0,15 0,161 0,85 15,3 
0,8 0,19 2,0 0,20 0,153 0,81 19,5 
1,0 0,19 2,0 0,25 0,146 0,77 23,2 
1,2 0,19 2,0 0,30 0,139 0,73 26,8 
2,0 0,19 2,0 0,50 0,110 0,58 42,1 
2,5 0,19 2,0 0,63 0,105 0,55 44,7 
2.3.4.3 Ảnh hưởng của độ dốc mái đê 
Sử dụng mặt cắt ngang đê có bề rộng đỉnh B = 0,4 m với hệ số mái đê thay đổi m = 
1,5; 2,0 và 3,0 (Hình 2.15). Đây là những hệ số mái có tính phổ biến trong thực tiễn, 
tùy theo điều kiện xây dựng cụ thể. Các điều kiện thủy lực nhƣ độ ngập của đê và 
tham số sóng tới đƣợc giữ không đổi tƣơng tự nhƣ ở trƣờng hợp trƣớc (S = 0,2 m; Hm0 
= 0,20 m và Tp = 2,0 s). 
Hình 2.15 Mặt cắt tính toán trong khi hệ số mái đê thay đổi 
Kết quả tính toán hiệu quả giảm sóng tƣơng ứng với các trƣờng hợp hệ số mái khác 
nhau (Hình 2.16)cho thấy rằng khi mái đê càng thoải thì hiệu quả giảm sóng càng tăng, 
tƣơng tự nhƣ xu thế tăng bề rộng đê. Tuy nhiên, mức độ ảnh hƣởng của độ dốc mái là 
không đáng kể (hệ số mái tăng từ 1,5 lên 3,0 chỉ đem lại  tăng từ 10% lên 16%). Trên 
44 
thực tế, phạm vi biến đổi hệ số mái đê thậm chí còn hẹp hơn do đê ngầm đƣợc bảo vệ 
bởi lớp khối phủ có độ dốc mái khá lớn (m =1,5 hoặc 2,0) nhằm đem lại hiệu quả ổn 
định thủy lực. Vì lý do này,tác giả xem hệ số mái đê là tham số ảnh hƣởng thứ yếu và 
chỉ nên sử dụng một hệ số mái đê tiêu biểu trong các thí nghiệm mô hình vật lý máng 
sóng đánh giá hiệu quả giảm sóng của đê ngầm sau này. Ảnh hƣởng của hệ số mái đê 
đƣợc xem xét một cách lồng ghép thông qua số Iribarren  đặc trƣng cho tính chất 
tƣơng tác của sóng với đê. 
Hình 2.16 Ảnh hưởng của hệ số mái đê đến hiệu quả giảm sóng 
2.3.4.4 Ảnh hưởng của độ dốc bãi trước đê 
Nhƣ đã đề cập đến trong phần khái niệm ở mục 1.1.2 là bãi trƣớc có ảnh hƣởng tổng 
hợp đến quá trình lan truyền sóng vào bờ thông qua các yếu tố đặc trƣng cơ bản của nó 
là độ dốc và độ sâu của bãi (yếu tố hình thái khác của bãi không xét tới ở đây do chỉ 
giới hạn ở dạng bãi đáy phẳng). Ảnh hƣởng của độ sâu nƣớc trên bãi đến hiệu quả 
giảm sóng của đê ngầm đã đƣợc kể đến một phần thông qua việc sử dụng chiều cao 
sóng Hm0 nhƣ đã đề cập trƣớc đây. Ở đây, chúng ta sẽ xem xét ảnh hƣởng trực tiếp của 
độ dốc bãi đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm. 
Hình 2. 17 Mặt cắt tính toán khi thay đổi độ dốc bãi trước 
Bãi biển (bãi cát) ở khu vực Bắc bộ và Bắc Trung bộ thuộc phạm vi nghiên cứu của 
45 
luận án là tƣơng đối thoải với độ dốc trung bình dao động trong khoảng từ 1/50 đến 
1/200(xem mục 1.1.2.1). Để thấy rõ mức độ ảnh hƣởng của độ dốc bãi đến hiệu quả 
giảm sóng của đê ngầm, các tham số mặt cắt ngang đê và điều kiện thủy lực đƣợc giữ 
cố định tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp ở trên còn độ dốc của bãi trƣớc đê đƣợc lần lƣợt thay 
đổi từ đáy ngang, đáy thoải đến đáy dốc với i = 0; 1/200; 1/150; 1/100; 1/50 và 1/30 
(Hình 2.17). 
Kết quả tính toán hiệu quả giảm sóng của đê ngầm ứng với các độ dốc bãi khác nhau 
nhƣ thể hiện trên Hình 2.18 cho thấy hiệu quả giảm sóng của đê tăng lên khi bãi trƣớc 
thoải hơn và lớn nhất cho trƣờng hợp đáy ngang. Điều này khẳng định sự khác biệt 
khá rõ ràng về hiệu quả giảm sóng khi đê đƣợc xây dựng trên đáy phẳng so với trƣờng 
hợp trên bãi trƣớc có độ dốc thoải (chênh lệch về hiệu quả giảm sóng có thể lên tới 
trên 10%). Tuy nhiên, nếu xét trong phạm vi biến đổi khá hẹp của độ dốc bãi thuộc 
vùng biển khu vực nghiên cứu (1/100 ~ 1/200) thì mức độ ảnh hƣởng này cũng chỉ là 
thứ yếu ( chỉ tăng khoảng 3 ~ 5 % khi độ dốc mái đê giảm từ 1/30 xuống còn 1/200). 
Hình 2.18 Hiệu quả giảm sóng của đê khi độ dốc bãi trước thay đổi 
Để tránh nhầm lẫn, ở đây chúng ta không đề cập đến ảnh hƣởng của bãi đến việc làm 
suy giảm chiều cao sóng đến phía trƣớc đê ngầm mà chỉ quan tâm đến hiệu quả giảm 
sóng của đê ngầm (tức là so sánh tƣơng đối giữa chiều cao sóng phía trƣớc và sau đê 
ngầm). Tuy độ dốc bãi có ảnh hƣởng nhỏ đến hiệu quả giảm sóng của đê không có 
nghĩa là bãi không đóng vai trò quan trọng. Bãi có ảnh hƣởng đến hiệu quả giảm sóng 
của đê ngầm thông qua việc làm thay đổi hình dạng phổ sóng trƣớc đê ngầm và do đó 
thay đổi tính chất tƣơng tác sóng với đê ngầm. 
46 
Mặc dầu vậy, mức độ ảnh hƣởng này so với ảnh hƣởng từ các đặc trƣng hình học mặt 
cắt ngang đê (bề rộng, độ ngập) nhƣ đã nêu trên là không lớn và do vậy chúng ta có 
thể sử dụng một độ dốc bãi tiêu biểu cho các thí nghiệm mô hình vật lý sau này và 
tham số độ dốc bãi sẽ không đƣợc kể đến một cách trực tiếp trong đánh giá hiệu quả 
giảm sóng của đê ngầm. Thay vào đó, ảnh hƣởng tổng hợp của bãi thông qua việc làm 
biến đổi hình dạng của phổ sóng tới đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm đƣợc thực sự 
xem xét thông qua việc sử dụng chu kỳ phổ đặc trƣng Tm-1,0 (thay vì chu kỳ Tp) và một 
phần thông qua việc sử dụng chiều cao sóng phổ Hm0. 
2.4 Kết luận Chƣơng 2 
Trong chƣơng này, tác giả đã đi vào nghiên cứu các quá trình vật lý cơ bản dẫn tới sự 
tiêu hao năng lƣợng sóng khi qua đê ngầm. Với sự kế thừa các kết quả nghiên cứu 
tổng quan ở Chƣơng 1, tác giả sử dụng mô hình toán họ Boussinesq P-COULWAVE 
đƣợc kiểm định với các số liệu thí nghiệm mô hình vật lý để đánh giá xu thế và mức 
độ ảnh hƣởng của các tham số chi phối đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm. Kết quả 
mô phỏng mô hình với các kịch bản mở rộng đã cho thấy độ ngập tƣơng đối S/Hm0 và 
bề rộng tƣơng đối B/Lp của đỉnh đê là hai tham số chi phối chủ yếu, trong đó độ ngập 
tƣơng đối có mức độ ảnh hƣởng lớn nhất đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm . Quan 
hệ giữa  và S/Hm0 là nghịch biến và phi tuyến. Khi S/Hm0 2,0 thì đê ngầm hầu nhƣ 
không có tác dụng giảm sóng. Trong khi đó, mối quan hệ giữa  và B/Lp là đồng biến 
và phi tuyến. Khi đỉnh đê quá rộng B/Lp> 0,50 thì hiệu quả giảm sóng có xu thế tăng 
chậm, kém hiệu quả. 
Kết quả của mô hình toán cũng đã cho thấy trong cùng một điều kiện thủy lực thì đê 
ngầm xây dựng trên đáy có độ dốc thoải sẽ có hiệu quả giảm sóng nhỏ hơn đáng kể so 
với trƣờng hợp đê ngầm trên đáy ngang. Nhìn chung, mức độ ảnh hƣởng của bãi đê 
(thông qua việc làm biến đổi hình dạng phổ sóng) và của độ dốc mái đê đến hiệu quả 
giảm sóng của đê ngầm là không lớn. Ngoài ra, trên thực tế độ dốc mái đê và độ dốc bãi 
trƣớc có phạm vi biến đổi hẹp do vậy các tham số này chỉ đóng vai trò thứ yếu. Ảnh 
hƣởng tổng hợp của bãi trƣớc đê sẽ đƣợc thực sự xét đến thông qua việc sử dụng chu kỳ 
phổ đặc trƣng Tm-1,0 và một phần thông qua việc sử dụng chiều cao sóng phổ Hm0. 
Kết quả nhận định về mức độ và xu thế ảnh hƣởng của các tham số chi phối nêu trên 
47 
sẽ là cơ sở cho việc thiết kế xây dựng mô hình vật lý và các kịch bản thí nghiệm. Độ 
ngập và bề rộng tƣơng đối của đỉnh đê phải là các biến cơ bản trong các thí nghiệm và 
do vậy cần phải có phạm vi biến đổi bao trùm các giá trị cận trên và cận dƣới theo nhƣ 
kết quả khảo sát từ mô hình toán. Trong khi đó, độ dốc mái đê và độ dốc bãi đê có ảnh 
hƣởng thứ yếu và trong thực tế có phạm vi biến đổi hẹp do vậy chỉ cần sử dụng một 
giá trị đại diện để xây dựng mô hình vật lý. 
48 
CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ VỀ HIỆU QUẢ 
GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM 
3.1 Mục tiêu thí nghiệm 
Mục tiêu chính của thí nghiệm mô hình vật lý là tạo dựng đƣợc một bộ số liệu thí 
nghiệm làm cơ sở cho việc xây dựng các công thức kinh nghiệm cho phép đánh giá 
một cách tin cậy hiệu quả giảm sóng của đê ngầm với sự ảnh hƣởng của các tham số 
chi phối đã đƣợc nhận dạng ở Chƣơng 2. 
3.2 Lý thuyết tƣơng tự và tỷ lệ mô hình 
Với mô hình sóng ngắn, mô hình cần đƣợc làm chính thái, tức là khi tỷ lệ chiều dài L 
bằng với tỷ lệ chiều cao h, để có sự tƣơng tự về động học và động lực sóng. Các tỷ lệ 
của mô hình cần tuân thủ định luật tƣơng tự Froude. 
Bảng 3.1 Tƣơng quan tỷ lệ của một số đại lƣợng vật lý cơ bản theo luật Froude [38] 
Đại lƣợng Thứ nguyên Tƣơng quan Giá trị 
Độ dài L 20 
Chiều cao L h =L 20 
Thời gian T 4,47 
Việc xác định tỷ lệ mô hình phù hợp đóng vai trò quan trọng, quyết định tính khả thi 
và mức độ chính xác của kết quả thí nghiệm. Lựa chọn tỷ lệ mô hình cần phải đƣợc 
dựa trên điều kiện nguyên mẫu (tham số sóng và kích thƣớc đê ngầm) và sự đáp ứng 
của điều kiện thí nghiệm (tham số sóng tối đa có thể tạo ra bởi máy tạo sóng, kích 
thƣớc của máng sóng thí nghiệm). Tỷ lệ mô hình cần phải đủ lớn để giảm thiểu các 
hiệu ứng do ảnh hƣởng của tỷ lệ mô hình nhỏ, thông thƣờng mô hình sóng ngắn 
thƣờng có tỷ lệ dài L < 60 [39] . 
Từ kết quả đánh giá điều kiện tự nhiên vùng bờ biển phạm vi nghiên cứu ở Chƣơng 1, 
điều kiện thủy lực nguyên mẫu làm cơ sở cho việc xác định tỷ lệ mô hình đƣợc lựa 
chọn nhƣ sau: 
- Thông số sóng: chiều cao sóng HS = 2 ~ 5 m với chu kỳ sóng TP = 5,0 ~ 12,0 s; 
L
1
2
t L 
49 
- Độ sâu nƣớc tại vị trí đê ngầm (trong bão): D = 6 ~ 12 m. 
Căn cứ vào kích thƣớc của máng sóng (chiều cao hữu ích < 1,0 m) và khả năng của 
máy tạo sóng (chiều cao Hs = 0,3 m và chu kỳ Tp = 3,0 là sóng ngẫu nhiên lớn nhất có 
thể tạo ra), tỷ lệ của mô hình sau khi đối chiếu với điều kiện nguyên mẫu nêu trên 
đƣợc lựa chọn là L = 20. Tƣơng quan giữa các tỷ lệ mô hình và giá trị của chúng đƣợc 
xác định theo tiêu chuẩn Froude đƣợc tóm tắt ở Bảng 3.1. 
3.3 Ứng dụng phƣơng pháp phân tích thứ nguyên để thiết lập các phƣơng trình 
tổng quát thể hiện quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản với hiệu quả giảm 
sóng của đê ngầm 
Luận án sử dụng phƣơng pháp PI-PUCKINGHAM để thiết lập các phƣơng trình tổng 
quát thể hiện quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản với hiệu quả giảm sóng của đê 
ngầm. Đây chính là cơ sở cho việc thiết kế các chuỗi thí nghiệm phục vụ cho phân tích 
kết quả, dẫn tới các công thức thực nghiệm về hiệu quả giảm sóng của đê ngầm. 
Từ các lập luận ở Chƣơng 2,tác giả chia các tham số chi phối đến hiệu quả giảm sóng 
của đê ngầm thành hai nhóm tham số cơ bản sau đây: 
- Các tham số thủy động lực: 
Tham số sóng tới tại vị trí công trình: Hm0 , Tp, Lp (hoặc Tm 1,0 và Lm 1,0) 
- Các tham số đặc trƣng hình học mặt cắt ngang đê và bãi đê 
Tham số chi phối chính: 
+ Bề rộng đỉnh đê: B; 
+ Độ ngập nƣớc của đỉnh đê: S. 
 Tham số chi phối phụ: 
+ Độ dốc mái đê: tan ; 
+ Bãi đê: độ dốc i; độ sâu nƣớc D. 
Để có thể xác định đƣợc hiệu quả giảm sóng cho những trƣờng hợp áp dụng và mục 
đích sử dụng khác nhau ở đây nghiên cứu luận án sẽ xây dựng công thức tổng quát cho 
hai trƣờng hợp: (1) chỉ xét các tham số chi phối cơ bản và (2) xét đầy đủ các tham số 
chi phối. 
50 
Trường hợp thứ nhất: là trƣờng hợp đơn giản, chúng ta chỉ xem xét các tham số chi 
phối cơ bản, khi đó bài toán xem xét ở đây chỉ bao gồm 05 tham số độc lập đó là: 
Hm0,i, Hm0,t, Tp, B, và S. Phiếm hàm miêu tả hiệu quả giảm sóng của đê ngầm có dạng: 
 (3.1) 
Quan hệ (3.1) có thể đƣợc biểu diễn dƣới một dạng khác của các biến không thứ 
nguyên i đƣợc thiết lập từ các biến độc lập. Ở đây, có hai thứ nguyên cơ bản là [L] 
và [T] (r = 2) do vậy tổng số các đại lƣợng phi thứ nguyên sẽ bằng 3 (n r = 5 2). 
Nghĩa là biểu thức (3.1) có thể đƣợc viết dƣới dạng một phiếm hàm khác: 
 (3.2) 
Tiến hành làm phép tính cân bằng thứ nguyên ta tìm đƣợc các đại lƣợng i để thiết lập 
phƣơng trình thể hiện quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản với hiệu quả giảm 
sóng của đê ngầm. 
Chọn các thông số cơ bản là Hm0,i, Tp với các thứ nguyên cơ bản là [L] và [T]. 
Bài toán có số ẩn n = 5, số hàm j = 3. 
 (3.3) 
Khi xét đến thứ nguyên của các đại lƣợng xuất xứ, ta đƣợc: 
 (3.4) 
Cân bằng thứ nguyên trong các biểu thức tính i từ phƣơng trình (3.4) ta có c