More Related Content
Similar to Baigiang mtb chuong2
Similar to Baigiang mtb chuong2 (20)
Baigiang mtb chuong2
- 1. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
Ch¬ng 2: giã (6 tiÕt)
1. Kh¸I niÖm vÒ sù chuyÓn ®éng cña khÝ quyÓn vµ giã
1.1 KhÝ ¸p:
* §N: khÝ ¸p lµ ¸p suÊt cña kh«ng khÝ lªn bÒ mÆt c¸c vËt thÓ , khÝ ¸p phô thuéc
vµo b¶n th©n kh«ng khÝ
VD: khi ®i m¸y bay hoÆc trÌo lªn ®Ønh nói cao ® ¸p suÊt thay ®æi sÏ lµm cho cho
con ngêi c¶m thÊy cã nhiÒu triÖu ch¾ng kh¸c thêng
* §¬n vÞ ®o khÝ ¸p:
ChiÒu cao cét thuû ng©n : ký hiÖu H (mmHg)
HoÆc miliba, ký hiÖu: P(mb)
H= 760 mmHg = P = 1000 mb = 1at ® 1mmHg=4/3 (mb)
1Bar=1000mb=1.01972 kG/cm2 = 1 kG/cm2
Gi¸ trÞ trung b×nh cña khÝ ¸p trªn mÆt ®Êt hay trªn mÆt biÓn thêng lµ 1at.
*KhÝ ¸p tiªuchuÈn: lµ khÝ ¸p ®o ë nhiÖt ®é t = 00C, vÜ ®é 450, t¹i vÞ trÝ ngang mùc
níc biÓn, khÝ ¸p lµ 1013mb.
Cµng lªn cao khÝ ¸p cµng gi¶m: ë ®é cao 100m th× P=988 mb
ë ®é cao 500m th× P=500 mb
*¸p triÒu: lµ ®êng biÓu diÔn lªn suèng hµng ngµy cña ¸p suÊt khÝ quyÓn, cã
tÝnh chÊt chu kú.
khÝ ¸p thÊp nhÊt lóc 4 giê s¸ng, t¨ng dÇn cao nhÊt lóc 10 giê , sau ®ã gi¶m xuèng
lóc 16 giê vµ t¨ng lªn ®Õn 22h
¸p triÒu biÓu diÔn sù thay ®æi khÝ ¸p thêi thiÕt , phô thuéc vµo träng lîng riªng
vµ nhiÖt ®é vµ t0 cña kh«ng khÝ.
§Ó ®o khÝ ¸p ngêi ta sö dông khÝ ¸p kÕ.
V× sao l¹i ph¶i ®o khÝ ¸p? Bëi v× khÝ ¸p cã liªn quan chÆt chÏ ®Õn thêi tiÕt. Nõu khi
khÝ ¸p xuèng thÊp ® trêi ©m u, cã thÓ ma; khi khÝ ¸p t¨ng, trêi quang ®·ng
trong xanh.
Cã c¸c lo¹i ¸p kÕ:
- KhÝ ¸p thuû ng©n: cã møc chÝnh x¸c cao nhÊt.
2-1
- 2. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
-
KhÝ ¸p kÕ hép rçng: gåm 1 hép kÝn h×nh trô ®îc rót hÕt kh«ng khÝ,
mÆt hép trßn b»ng ®ång máng. Khi khÝ ¸p t¨ng sÏ nÐn mÆt hép
xuèng; khi khÝ ¸p gi¶m lµm mÆt hép phång lªn. Cã kim chØ gi¸ trÞ cña
khÝ ¸p.
- KhÝ ¸p kÕ tù ghi: gièng KhÝ ¸p kÕ hép d·n.
*§êng ®¼ng ¸p: lµ ®êng biÓu diÔn c¸c gi¸ trÞ ®¼ng ¸p b»ng nhau, lÊy tõ c¸c
tr¹m trªn toµn thÕ gi¬i
Dùa vµo ®êng ®¼ng ¸p ®Ó dù b¸o b·o, thêi tiÕt …
1.2 HiÖn tîng chuyÓn ®éng cña khÝ quyÓn
*Gi¶i thÝch:
Do kh¶ n¨ng hÊp thô nhiÖt cña mÆt trêi ë c¸c n¬i trªn tr¸i ®Êt lµ kh¸c nhau nªn
nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ ë c¸c khu vùc lµ kh¸c nhau. NÕu ë khu vùc nãng th×
kh«ng khÝ sÏ d·n ra lµm cho nã nhe vµ bay lªn cao ®lµm cho khÝ ¸p ë vïng ®ã
gi¶m, t¹o thµnh vïng cã khÝ ¸p thÊp, t¹o nªn kho¶ng trèng ë phÝa díi. Ngîc l¹i
ë vïng l¹nh th× khÝ ¸p sÏ t¨ng lªn khi kh«ng khÝ co l¹i lµm nã nÆng lªn ® l¾ng
xuèng lµm cho khÝ ¸p ë vïng ®ã t¨ng lªn , trë thµnh vïng cã khÝ ¸p cao. Theo
quy luËt c©n b»ng ¸p suÊt th× sÏ cã hiÖn tîng khèi kh«ng khÝ l¹nh ë vïng khÝ ¸p
cao sÏ trÌn ®Õn vïng cã khÝ ¸p thÊp.
- Sù chuyÓn ®éng cña khÝ quyÓn tõ vïng cã kh¸ ¸p cao sang vïng cã khÝ ¸p thÊp
t¹o thµnh giã.
- §é chªnh lÖch vÒ khÝ ¸p cµng lín, th× tèc ®é vËn chuyÓn kh«ng khÝ cµng nhanh
vµ ®îc ®Æc trng b»ng cêng ®é giã.
- Híng cña giã chÝnh lµ chiÒu chuyÓn ®éng tõ vïng khÝ ¸p cao ®Õn vïng khÝ ¸p
thÊp.
1.3 C¸c th«ng sè cña giã vµ thiÕt bÞ ®o giã
Giã ®îc ®Æc trng bëi 2 th«ng sè c¬ b¶n: híng giã vµ cêng ®é giã (vËn tèc)
· Híng giã: chia thµnh 16 híng chÝnh
2-2
- 3. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
· VËn tèc giã: ®Æc trng cho sù m¹nh yÕu cña giã
§¬n vÞ ®o vËn tèc lµ h¶i lý /giê (mils/h) hay cßn gäi lµ “nut” (knot)
1mils/h = 1 knot = 0.516 m/s
1h¶i lý = 1852m
§Ó biÓu thÞ vËn tèc vµ híng giã ngêi ta dïng hoa giã
· Hoa giã: lµ ®å thÞ biÓu diÔn vËn tèc giã ®ång thêi víi c¸c híng giã t¬ng
øng cña nã.
Hoa giã ®îc biÓu diÔn theo 3 c¸ch th«ng dông: d¹ng ®a gi¸c, d¹ng tõng
híng riªng biÖt vµ c¸c ®êng ®¼ng vËn tèc.
Hoa giã cã thÓ biÓu diÔn theo tõng th¸ng hoÆc tõng n¨m, cã ®Æc ®iÓm: ®é dµy
cña c¸nh hoa biÓu diÔn tèc ®é giã, c¸nh chÜa vÒ ®©u th× ®Êy lµ híng giã,
chiÒu dµi cña c¸nh hoa ®Æc trng cho thêi gian xuÊt hiÖn cña giã.
Giã ®îc chia thµnh 12 cÊp (xem gi¸o tr×nh MTB)
Chó ý : cÊp sãng = cÊp giã – 1
· C¸c thiÕt bÞ ®o giã:
- ThiÕt bÞ cÇm tay
- G¾n cè ®Þnh ë tr¹m
CÊu t¹o chung lµ cã hÖ thèng chong chãng høng giã th«ng qua hÖ thèng b¸nh
r¨ng ® ra kim ®ång hå.
Sinh viªn ®äc thªm tµi liÖu vµ sÏ ®îc quan s¸t thùc tÕ trong ®ît ®i thùc tËp khÝ
tîng h¶i v¨n ë Hßn DÊu.
1.4 C¸c lo¹i giã:
Cã 2 lo¹i giã chñ yÕu: Giã mïa vµ giã b·o
- Giã mïa: lµ giã chØ chuyÓn ®éng theo 1 híng, xuÊt hiÖn do ¶nh hëng vÒ
nhiÖt ®é vµ khÝ ¸p gi÷a lôc ®Þa vµ biÓn.Giã mïa kÐo dµi tõng ®ît. VD: giã
mïa §«ng B¾c,
- Giã b·o: lµ giã kh«ng theo 1 híng, thùc chÊt lµ nh÷ng c¬n xo¸y.
2-3
- 4. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
- D«ng : Sinh ra do nhiÖt ®é cña mÆt trêi lµ kh«ng khÝ bèc lªn cao, tÝch tô l¹i
thµnh d¹ng m©y d«ng (hay m©y vò tÝch), khi gÆp l¹nh t¹o ma cã kÌm theo
sÊm chíp.
- Tè : Thùc chÊt lµ d«ng, nhng kh«ng ë vïng réng mµ t¹o thnµh d¶i hÑp vµ
chuyÓn dÞch víi vËn tèc 90-100 km/h, cã híng giã ®ét ngét.
2. M« t¶ giã gÇn mÆt ®Êt:
2.1 Kh¸i niÖm:
a. HiÖn tîng “ch¶y rèi” cña khÝ quyÓn:
Ph©n biÖt 2 chÕ ®é ch¶y cña khÝ quyÓn lµ ch¶y tÇng vµ ch¶y rèi.
Ph©n biÖt chÕ ®é ch¶y b»ng hÖ sè Reynolds:
V .D
Re = (2-1)
n
V: vËn tèc trung b×nh cña dßng ch¶y hay khÝ
D: kÝch thíc ®Æc trng
n: hÖ sè nhít ®éng häc cu¶ chÊt láng hay khÝ
m
n= (2-2)
r
m: hÖ sè nhít ®éng häc
r: khèi lîng riªng cña chÊt láng hay khÝ
Víi chÊt láng chÕ ®é ch¶y tÇng xuÊt hiÖn khi Re<2320; ch¶y rèi Re>2320
Tr¹ng th¸i ch¶y tÇng: chÊt láng chuyÓn ®éng thµnh tõng líp chØ theo ph¬ng däc
®êng ch¶y
Tr¹ng th¸i ch¶y rèi: c¸c phÇn tö chÊt láng c®éng hçn lo¹n, võa chuyÓn ®éng éc
dßng, ngang dßng, g©y nªn sù x¸o trén ngang.
ë nhiÖt ®é 150C khÝ quyÓn H=760 mmHg cã:
rkk=0.121 kg.s/m4 rníc=0.0114 kg.s/m4
mKK =0.145*10-8 cm2/s mníc= 0.28 cm2/s
* So s¸nh gi÷a chÊt láng vµ chÊt khÝ: xem tµi liÖu trang 24
NX: B¶n chÊt chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ lµ ch¶y rèi, chØ cã líp kh«ng khÝ s¸t
mÆt ®Êt lµ ch¶y tÇng.
b. TÝnh chÊt chung cña giã mÆt ®Êt
ChuyÓn ®éng cña giã lµ chuyÓn ®éng rèi mang tÝnh chÊt ngÉu nhiªn cña 1 líp
h¹n chÕ gÇn mÆt ®Êt hay mÆt biÓn.
T¹i ®iÓm M vµ thêi gian t trong kh«ng gian cã thÓ biÓu diÔn trêng vËn tèc giã
nh sau:
2-4
- 5. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
V ( M ,t ) = V ( M ) + v ( M ,t ) (2-3)
Trong ®ã: t: biÕn thêi gian
V (M ) : gi¸ trÞ trung b×nh vËn tèc giã t¹i ®iÓm M trong kho¶ng thêi gian kh¶o
s¸t T
v ( M ,t ) : gi¸ trÞ trung b×nh thµnh phÇn m¹ch ®éng vËn tèc giã,
sv
sv
Chó ý : vËn tèc giã biÓu diÔn theo (2.1), 2 sè h¹ng V( M ) vµ v(M,t) ®Òu mang tÝnh
chÊt nhiÔu lo¹n v× thùc chÊt giã kh«ng chØ thæi theo 1 ph¬ng mµ nhiÒu ph¬ng;
thµnh phÇn trung b×nh cã tÝnh nhiÔu lo¹n nÕu xÐt trong kho¶ng thêi gian dµi (vÝ dô
1 n¨m)-gäi lÇ nhiÔu ®éng lín, vµ thµnh phÇn m¹ch ®éng ph¶n ¶nh sù nhiÔu lo¹n
cña b¶n th©n hiÖn tîng chuyÓn ®éng khÝ quyÓn, tøc lµ xÐt gi÷a 2 thêi ®iÓm t1 vµ
t2 rÊt gÇn nhau (T=t1-t2)-gäi lµ nhiÔu ®éng nhanh (tøc thêi).
*Cã 2 quan ®iÓm ®Ó m« t¶ tÝnh chÊt cña giã:
- Quan ®iÓm tiÒn ®Þnh
- Quan ®iÓm ngÉu nhiªn
§Ó tÝnh vËn tèc trung b×nh trong kho¶ng thêi gian T, Davenport (Canada) ®a ra
c¸c gi¶ thiÕt:
+ VËn tèc giã lµ qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn dõng trong kho¶ng thêi gian T
+ T ph¶i ®ñ ng¾n ®Ó ph¶n ¸nh thÝch hîp víi t¸c ®éng cña 1 trËn b·o t¬ng ®èi
ng¾n, ®ång thêi ®ñ dµi ®Ó kÕt cÊu ctr×nh kÞp ph¶n øng víi t¸c ®éng cña giã.
Thêng lÊy T=20’ ¸ 1giê (®èi víi giã ®Êt liÒn)
2.2 C¸c m« h×nh giã gÇn mÆt ®Êt:
* C¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c ®ù¬c tiÕn hµnh trªn 3 lo¹i ®Þa h×nh:
- §Þa h×nh cã ®é nh¸m Ýt ( bê biÓn, ®ång b»ng, miÒn quª b»ng ph¼ng)
- Vïng cã ®é nh¸m trung b×nh (vïng thÞ trÊn nhá)
- Vóng cã ®é nh¸m lín (trung t©m ®« thÞ, c¸c thµnh phè lín)
2-5
- 6. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
* C¸c gi¶ thiÕt c¬ b¶n:
- ChuyÓn ®éng cña giã lµ chuyÓn ®éng ®ång nhÊt
- gi¶ thiÕt mÆt ®Êt n»m ngang
- ë ®écao ®ñ lín trªn mÆt ®Êt ¶nh hëng cña ma s¸t coi nh kh«ng cã
- §é nh¸m trªn mÆt ®Êt xem nh ®ång ®Òu
* Profil cña vËn tèc giã trung b×nh
§N: xÐt trong kho¶ng thêi gian T, quy luËt thay ®æi vËn tèc trung b×nhtheo chiÒu
cao tÝnh tõ mÆt ®Êt trë lªn gäi lµ Profil vËn tèc giã trung b×nh; ph¬ng cña nã
trïng víi ph¬ng giã thæi.
a. M« h×nh luü thõa: (Davenport x©y dùng) ®a ra m« h×nh Profil cña vËn tèc
giã trung b×nh cã d¹ng hµm luü thõa:
a
éZ ù
V (Z ) = V ( Zo ) ê ú (2-4)
ë Zo û
Trong ®ã:
Z: ®é cao vÞ trÝ ®ang xÐt trªn mÆt ®Êt
Zo: ®é cao vÞ trÝ gèc, n¬i ®Æt tr¹m ®o vËn tèc giã; thêng lÊy b»ng 10m (so
víi mùc níc biÓn)
V (Z ) : vËn tèc trung b×nh ë ®é cao Z
V (Zo ) : vËn tèc trung b×nh ë ®é cao Zo
Tõ (2-4) cã:
a a
éZ ù éZ ù
V (Z ) = V (10) ê ú hoÆc V ( Z ) = V G(Z ) ê ú (2-5)
ë10 û ë ZG û
V G (Z ) : vËn tèc trung b×nh ë ®é cao gradient
ZG: ®é cao gradient, tõ ®é cao nµy trë lªn vËn tèc giã coi nh kh«ng ®æi
a : th«ng sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt nh¸m cña ®Þa h×nh mÆt ®Êt, tra
b¶ng sau:
Lo¹i ®Þa §ång b»ng ThÞ trÊn Trung t©m
h×nh ®« thÞ
a 0,16 0,28 0,40
zG(m) 270 390 510
Davenport biÓu diÔn th«ng sè a trªn ®å thÞ sau:
2-6
- 7. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
z (m)
(3)
z G =510
(2)
z G =390
3
(1)
z G =270
2
1
V(z)
z o =10
V10 V(zo) VG
(1) (2)
VG
(3)
VG
b. M« h×nh Logarit:
(kÕt qu¶ kÕt hîp gi÷a nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm)
§a ra c«ng thøc díi d¹ng logarit:
(Z - Zd )
V ( Z ) = 2,5.V * . log (2-6)
ZR
Trong ®ã:
V* lµ vËn tèc ma s¸t, ®ù¬c x¸c ®Þnh theo cthøc:
V ( Zo )
V* = (2-7)
2,5 log[( Zo - Zd) / Z R ]
Zd: ®é cao cña mÆt chuÈn:
+ Víi vïng ®ång b»ng Zd=0
+ Víi vïng cã vËt c¶n Zd=0.75h
(h lµ ®é cao trung b×nh cña vËt c¶n)
ZR: gi¸ trÞ phô thuéc vµo ®kiÖn ®Þa h×nh
Lo¹i ®Þa Bê biÓn §ång ThÞ trÊn §« thÞ Trung
h×nh b»ng t©m ®«
thÞ lín
ZR (m) 0,005- 0,03-0,1 0,2-0,3 0,35- 0,6-0,8
0,01 0,45
Chó ý:
- C¶ 2 m« h×nh nªu trªn chØ ®óng trong trêng hîp giã cã vËn tèc lín.
- Qua c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ®èi víi líp khÝ quyÓn
h¹n chÕ cã dßng ch¶y giã ph¬ng ngang ®ång nhÊt cho thÊy luËt logarÝt cã gi¸ trÞ
vËn tèc lín h¬n luËt luü thõa ®èi víi giã lín vµ xÐt ë ®é cao tõ 0 ®Õn vµi tr¨m mÐt.
- Trêng hîp giã cã vËn tèc nhá ph¶i lÊy ngay sè liÖu cña ®o ®¹c.
2-7
- 8. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
c. M¹ch ®éng cña giã
M¹ch ®éng cña vtèc giã sÏ g©y ra t¸c ®éng ®èi víi c«ng tr×nh. Víi gi¶ thiÕt
trong kho¶ng thêi gian T, vËn tèc giã ®îc coi lµ 1 trêng ngÉu nhiªn chuÈn,
trung t©m vµ dõng theo thêi gian. Th× thµnh phÇn m¹ch ®éng cña vËn tèc giã
®îc thÓ hiÖn qua nh÷ng ®¹i lîng sau:
(tham kh¶o thªm tµi liÖu Lý thuyÕt x¸c suÊt)
* Ph¬ng sai cña vËn tèc giã: (hay ®é lÖch qu©n ph¬ng)sv2
- Theo Davenport: s v2 = 6V *2 = const (2-8)
- Theo Haris: s v2 = 6.656V *2 (2-9)
Víi V* lµ vËn tèc ma s¸t cã thÓ tÝnh theo cthøc (2-7) hoÆc
2
V *2 = k V 10 (2-10)
V (10) : vËn tèc trung b×nh ë ®é cao 10m trªn mùc níc biÓn
k: hÖ sè c¶n cña bÒ mÆt: vïng ®« thÞ k=0.05
vïng tho¸ng k=0.005
vïng rõng vµ d©n c k=0.01
*Cêng ®é m¹ch ®éng: (IV)
sV
IV = (2-11)
V
IV : phô thuéc vµo ®é nh¸m cña mÆt ®Êt cho trong b¶ng tra
Lo¹i mÆt s sv
®Êt Iv = v
V VG
§ång b»ng 0,18 0,106
ThÞ trÊn 0,32 0,110
§« thÞ 0,58 0,115
Cêng ®é m¹ch ®éng sÏ gi¶m khi cµng lªn cao. Bëi v× cµng lªn cao th× vËn
tèc giã cµng æn ®Þnh nªn biÕn thiªn lµ nhá.
*Hµm mËt ®é phæ cña m¹ch ®éng vËn tèc: SVVlý
Phæ vËn tèc giã ®îc x©y dùng trªn c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt vµ ®o ®¹c.
f .S vv (f ) 4.c 2
2
=
V* (1 + c 2 ) 4 / 3
1200.f
trong ®ã: f - tÇn sè m¹ch ®éng vËn tèc. c = ; V10 - vËn tèc giã trung b×nh ë
V10
®é cao 10 m (m/s); V* - vËn tèc ma s¸t (xem c«ng thøc 2.7).
Ngoµi ra cßn cã c¸c biÓu thøc kh¸c nh cña Harris, Mihio, Simin ...
2-8
- 9. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
KÕt luËn: Giã ®îc m« t¶ qua gi¸ trÞ trung b×nh vµ thµnh phÇn m¹ch ®éng.
Thµnh phÇn m¹ch ®éng ®îc thÓ hiÖn bëi 2 ®¹i lîng: ®é lÖch qu©n ph¬ng
vµ hµm mËt ®é phæ.
3. M« t¶ giã ngoµi biÓn
3.1 §Æc ®iÓm giã ngoµi biÓn:
§èi víi giã ngoµi biÓn t¸c ®éng trùc tiÕp lªn c«ng tr×nh lµ kh«ng lín, thêng
chiÕm kho¶ng 10% t¶i träng m«i trêng (gåm sãng, giã dßng ch¶y)
Nhng ph¶i nghiªn cøu ®Æc tÝnh b¶n chÊt cña giã bëi v× giã lµ yÕu tè c¬ b¶n
trong ®éng lùc häc biÓn g©y ra sãng vµ dßng ch¶y. . Do vËy, giã ®ãng mét vai
trß ®Æc biÖt, ¶nh hëng lín ®Õn tr¹ng th¸i cña m«i trêng biÓn.
§Æc ®iÓm cña giã ngoµi biÓn:
- BÒ mÆt phÝa díi réng, tho¸ng ® sù thay ®æi profil giã theo chiÒu cao
nhá h¬n so víi trong ®Êt liÒn.
- Líp giã gÇn s¸t mÆt níc cã vËn tèc giã cã 3 thµnh phÇn khi cã sãng lín
3.2 Profil cña vËn tèc giã trung b×nh ngoµi biÓn
XÐt trong kho¶ng thêi gian T, theo ph¬ng trïng víi giã thæi , profil cña vËn tèc
giã trung b×nh ngoµi biÓn cã thÓ m« t¶ theo c¸c quy luËt sau:
a. LuËt luü thõa (Davenport)
Nh c«ng thøc (2-4) hoÆc (2-5)
Trong ®ã ë ngoµi biÓn lÊy a=0.1
Mét sè t¸c gi¶ kh¸c lÊy a=0.13; a=0.14
(t¬ng ®¬ng víi khu vùc ®ång b»ng)
b. LuËt Logarit
Nh c«ng thøc (2-6), (2-7)
ë ngoµi biÓn khi giã m¹nh lÊy ZR = 2 (mm)
Giã võa ph¶i ZR < 1 (mm)
NX: thùc nghiÖm cho thÊy khi z<100m th× profil cña vËn tèc giã trung b×nh theo
luËt luü thõa vµ luËt logarit cho kÕt qu¶ gièng nhau.
c. Quy ph¹m DnV (NaUy)
z
V t (z ) = bV10 ( ) a
10
trong ®ã:
V t (z ) - vËn tèc giã trung b×nh trong kho¶ng thêi gian t;
z - ®é cao trªn mÆt níc trung b×nh, tÝnh b»ng m;
V10 - vËn tèc giã trung b×nh trong 1 giê, ë ®é cao z=10 m.
a - hÖ sè cña hµm lòy thõa;
b - hÖ sè giËt cña giã ë møc z=10m.
2-9
- 10. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
B¶ng 2.2. Gi¸ trÞ c¸c th«ng sè a vµ b
Th«ng TÝnh trung b×nh theo kho¶ng thêi gian
sè 1h 10' 1' 15s 5s 3s
a 0,150 0,130 0,113 0,106 0,102 0,100
b 1,000 1,060 1,180 1,260 1,310 1,330
d. Quy ph¹m BV (Ph¸p)
Cã 2 lo¹i vËn tèc giã cÇn ph©n biÖt:
- vËn tèc giã trung b×nh trong 1 giê
- vËn tèc giã trung b×nh trong 10s, gäi lµ giã giËt.
C¸c ®¹i lîng nµy x¸c ®Þnh theo luËt:
z + 66
V(z ) = V10 2,5 (2.9)
z + 180
trong ®ã:
z - ®é cao trªn mÆt níc trung b×nh (m)
V10 - vËn tèc trung b×nh ë ®é cao 10m, ®îc tÝnh theo c¸c ®iÒu kiÖn b×nh
thêng (tøc lµ chu kú lÆp l¹i lµ 1 th¸ng) vµ ®iÒu kiÖn cùc trÞ (chu kú lÆp l¹i lµ 50
n¨m).
NÕu kh«ng cã c¸c sè liÖu thèng kª t¹i vÞ trÝ sÏ x©y dùng c«ng tr×nh, cã thÓ
tham kh¶o:
- Giã trung b×nh trong 1h:
V10 = 36 m/s ®iÒu kiÖn cùc trÞ
V10 = 18 m/s ®iÒu kiÖn b×nh thêng
- Giã giËt:
V10 = 51,5 m/s ®iÒu kiÖn cùc trÞ
V10 = 36 m/s ®iÒu kiÖn b×nh thêng
ë biÓn B¾c, giã giËt cã vËn tèc lín h¬n vËn tèc trung b×nh 1,3¸1,4 lÇn.
3.3 M¹ch ®éng giã ngoµi biÓn
T¬ng tù nh cÊu tróc giã trªn mÆt ®Êt. M¹ch ®éng giã ngoµi biÓn gåm 3 thµnh
phÇn:
- 1 theo ph¬ng giã thæi ® lµ ph¬ng tréi nhÊt
- 2 thµnh phÇn vu«ng gãc víi ph¬ng giã thæi
M¹ch ®éng cña giã g©y ra c¸c hiÖu øng §LH ®èi víi c«ng tr×nh biÓn, nã ®îc m«
t¶ theo quan ®iÓm tiÒn ®Þnh hoÆc ngÉu nhiªn. C¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c cho phÐp m«
t¶ thèng kª, biÓu diÔn m¹ch ®éng vËn tèc giã b»ng hµm mËt ®é phæ. Cêng ®é
s
m¹ch ®éng I v = v cã thÓ lÊy b»ng 0,10 (theo Shiotani) ë ®é cao ~20m.
V
Qua xö lý c¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c ®èi víi thµnh phÇn m¹ch ®éng cña giã, cho thÊy
n¨ng lîng m¹ch ®éng giã chñ yÕu tËp trung trong d¶i chu kú tõ 5s ®Õn 5 phót.
Víi c¸c chu kú ng¾n (tÇn sè cao) cña m¹ch ®éng, d¹ng mËt ®é phæ cña
Davenport tá ra kh¸ thÝch hîp. M« h×nh cña DnV còng ®îc dïng phæ biÕn ®èi
2 - 10
- 11. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
víi giã biÓn.
a. Phæ Davenpost
b. Phæ DnV
4. B·o vµ ¸p thÊp nhiÖt ®íi
4.1 Kh¸i niÖm vÒ b·o
(tµi liÖu trang 35)
+ Nguyªn nh©n ph¸t sinh b·o:
Nh tr×nh bµy ë trªn, giã lµ sù chuyÓn ®éng cña khèi kh«ng khÝ tõ vïng cã khÝ ¸p
cao sang vïng cã khÝ ¸p thÊp. MÆt kh¸c, lùc c«ri«lÝt sinh ra do tr¸i ®Êt quay lµm
giã kh«ng thæi th¼ng tõ n¬i cã khÝ ¸p cao sang n¬i cã khÝ ¸p thÊp, mµ thæi lÖch vÒ
bªn ph¶i (ë B¾c b¸n cÇu), vµ vïng khÝ ¸p thÊp sÏ n»m ë bªn tr¸i khi tÝnh xu«i
theo híng giã . §©y còng lµ néi dung cña ®Þnh luËt Buy-Ba-l« (nhµ khÝ tîng Hµ
lan).
ë B¾c b¸n cÇu, díi t¸c dông cña
lùc c«ri«lÝt, chung quanh t©m khÝ ¸p
thÊp, giã thæi ngîc chiÒu kim ®ång
hå, cßn ë quanh trung t©m khÝ ¸p
cao, giã thæi theo chiÒu kim ®ång hå.
ë B¸n cÇu Nam, th× ngîc l¹i.
Nh÷ng vïng khÝ ¸p thÊp gäi lµ xo¸y thuËn (cyclone) vµ nh÷ng vïng khÝ ¸p cao
gäi lµ xo¸y nghÞch (anticyclone).
Thêi tiÕt vµ nh÷ng biÕn ®æi cña thêi tiÕt phô thuéc vµo sù ph¸t triÓn vµ chuyÓn
dÞch cña xo¸y thuËn vµ xo¸y nghÞch. Xo¸y thuËn thêng kÐo theo thêi tiÕt u ¸m,
cã ma vµ giã m¹nh. Ngîc l¹i, xo¸y nghÞch th× thêi tiÕt thêng æn ®Þnh, Ýt m©y,
kh«ng ma, g©y giã mét chiÒu (nh giã mïa §«ng B¾c).
B·o lµ mét trong c¸c d¹ng cña xo¸y thuËn nhiÖt ®íi khæng lå.
Khèi kh«ng khÝ chuyÓn ®éng ngîc
chiÒu kim ®ång hå (ë B¾c b¸n cÇu) V1
t¹o c¸c ®êng ®¼ng trÞ ¸p suÊt. VËn
tèc giã cã ph¬ng tiÕp tuyÕn víi quü
®¹o ®¼ng trÞ ¸p suÊt nµy , víi ®Æc
V2
®iÓm vËn tèc ë phÝa ph¶i cña ®êng
xo¸y thuËn di chuyÓn (v1) lín h¬n so
víi phÝa tr¸i (v2):
v1=v+v0
v2=v-v0
trong ®ã v-vËn tèc chuyÓn ®éng cña
khÝ quanh t©m. v0-vËn tèc di chuyÓn
cña xo¸y thuËn.
2 - 11
- 12. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
+ Ph©n cÊp b·o
+ CÊu tróc 1 c¬n b·o: T©m b·o; Vµnh ®ai b·o; Khu vùc ¶nh hëng cña b·o
+ Tªn gäi 1 c¬n b·o
4.2 Mïa b·o vµ ¸p thÊp nhiÖt ®íi ë BiÓn §«ng
(xem tµi liÖu trang 38)
C¸c xo¸y thuËn nhiÖt ®íi g©y ra ¸p thÊp nhiÖt ®íi vµ b·o (gäi chung lµ b·o nhiÖt
®íi) tõ biÓn ®æ bé vµo ®Êt liÒn, g©y t¸c h¹i lín cho c¸c níc vïng nhiÖt ®íi.
a) Ph©n bè b·o. B·o ë BiÓn §«ng
- Vïng cã tÇn suÊt b·o lín nhÊt lµ vïng biÓn T©y B¾c Th¸i B×nh D¬ng, trong
®ã cã biÓn §«ng vµ ViÖt Nam.
- Mïa b·o thêng tõ th¸ng 6-10. Cã khi b·o sím tõ th¸ng 2 vµ muén nhÊt cã
thÓ kÐo dµi tíi th¸ng 12.
Theo thèng kª 55 n¨m (1911-1968), tæng sè c¬n b·o ho¹t ®éng ë biÓn §«ng
nh sau:
+ trung b×nh hµng n¨m lµ 9,6 c¬n
+ NhiÒu nhÊt lµ 18 c¬n (n¨m 1964)
+ Ýt nhÊt lµ 3 c¬n (n¨m 1925)
Nh÷ng c¬n b·o ho¹t ®éng ë biÓn §«ng b¾t nguån tõ hai khu vùc kh¸c nhau:
- Mét bé phËn tõ vïng biÓn miÒn T©y Th¸i B×nh D¬ng, vît qua Philippin vµo
(chiÕm ~60%)
- Mét bé phËn h×nh thµnh ngay trªn biÓn §«ng (~40%), gäi lµ "b·o ®Þa
ph¬ng", cã ®êng ®i phøc t¹p, cã thÓ g©y t¸c h¹i cho mäi ho¹t ®éng trªn biÓn vµ
®Êt liÒn.
VD: Mét c¬n b·o m¹nh nhÊt trong giai ®o¹n 1950-1975 lµ c¬n b·o xuÊt hiÖn
vµo th¸ng 9/1957 di chuyÓn vÒ phÝa §µi Loan cã Pmin=943mb; Vmax=55m/s.
b) B·o ®æ bé vµo ViÖt Nam
ViÖt Nam cã vïng biÓn réng vµ bê biÓn dµi h¬n 3000km, trùc tiÕp chÞu ¶nh
hëng cña b·o biÓn §«ng, lµ 1 trong nh÷ng æ b·o lín nhÊt thÕ giíi. Trªn 70%
c¸c c¬n b·o ë biÓn §«ng ®æ bé vµo biÓn vµ lôc ®Þa ViÖt Nam. Theo sè liÖu thèng
kª trong 29 n¨m (1954-1982) cã 178 c¬n b·o vµ ¸p thÊp nhiÖt ®íi ®æ bé vµo ViÖt
Nam. Sù ph©n bè b·o theo n¨m lµ kh«ng ®Òu:
N¨m 1963 vµ 1974 : 11 c¬n
2 - 12
- 13. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
N¨m 1978: 12 c¬n N¨m 1976: kh«ng cã c¬n b·o nµo.
Tèc ®é giã lín nhÊt : 48m/s vµo ngµy 1/9/1964 t¹i H¶i HËu.
Vïng cã mËt ®é b·o ®æ bé cao nhÊt lµ kho¶ng vÜ tuyÕn 160-220, vµ gi÷a vÜ
tuyÕn 120-130.
5. Giã mïa ë biÓn §«ng
a) Ph©n lo¹i giã mïa
"Giã mïa" lµ mét trong c¸c ®èi tîng cña khÝ tîng häc, ®· ®îc nghiªn cøu
tõ rÊt l©u vµ cã nh÷ng ph¸t triÓn rÊt s©u s¾c trong nh÷ng n¨m sau nµy bëi cã sù
kÕt hîp gi÷a c¸c nhµ khÝ tîng vµ ®Þa lý (lÜnh vùc "§Þa lý-KhÝ hËu häc").
Giã mïa Ch©u ¸ lµ giã mïa ®iÓn h×nh nhÊt cña thÕ giíi. Ngêi ta tËp trung
nghiªn cøu 3 lo¹i:
- Giã mïa Ên §é
- Giã mïa Malaysia
- Giã mïa NhËt B¶n
ë ®©y, sÏ chØ h¹n chÕ trong ph¹m vi "Giã mïa biÓn §«ng vµ ViÖt Nam" ®·
®îc c¸c nhµ khÝ tîng ®óc kÕt tõ thùc tÕ vµ x©y dùng theo quan ®iÓm "giã mïa
nhiÖt cæ truyÒn", tøc lµ dùa vµo sù thay ®æi ¸p suÊt trªn ®¹i d¬ng vµ lôc ®Þa diÔn
ra song song víi nh÷ng thay ®æi nhiÖt ®é.
ë níc ta, do ¶nh hëng t¬ng quan vÒ nhiÖt ®é vµ khÝ ¸p gi÷a lôc ®Þa vµ biÓn
kh¬i, nªn thêng xuÊt hiÖn hai thø giã mïa: 1) giã mïa §«ng B¾c vÒ mïa l¹nh, 2)
giã mïa Nam hay §«ng Nam (ë B¾c Bé) hoÆc T©y Nam (ë Trung Bé vµ Nam Bé)
vÒ mïa hÌ.
b) Giã mïa §«ng B¾c
§Æc ®iÓm lµ giã nµy do khèi kh«ng khÝ khæng lå cao ¸p l¹nh (tíi -300C ë phÝa
B¾c ®¹i lôc ®Þa ch©u ¸ vµ trung t©m ë Siberie-M«ng cæ di chuyÓn xuèng phÝa
Nam tíi vïng cã khÝ ¸p thÊp. V× chÞu ¶nh hëng cña lùc Coriolit, nªn tõ híng
B¾c nã ®æi thµnh híng §«ng B¾c.
Thêi gian xuÊt hiÖn: thêng vµo ®Çu th¸ng 9 kÐo dµi cã khi tíi th¸ng 5 cña
n¨m sau; tËp trung vµo c¸c th¸ng 11, 12 vµ th¸ng 1,2 cña n¨m sau.
Giã mïa §«ng B¾c cã søc giã cã khi kh«ng kÐm mét c¬n b·o võa, søc giã
m¹nh nhÊt tËp trung chõng 1/2 ®Õn 1 ngµy. Trong ®Êt liÒn, giã cã thÓ lªn tíi cÊp
6, 7 vµ ngoµi kh¬i cã thÓ lªn tíi cÊp 8 vµ 9.
2 - 13
- 14. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
c) Giã mïa hÌ
Giã mïa hÌ ngîc l¹i víi giã mïa ®«ng, Dßng khÝ chuyÓn ®éng tõ biÓn (n¬i
t¬ng ®èi l¹nh) vµo ®Êt liÒn bÞ ®«t nãng, t¹o nªn giã mïa Nam hay §«ng Nam ë
B¾c Bé vµ giã mïa T©y Nam ë Trung Bé vµ Nam Bé.
Thêi gian xuÊt hiÖn thêng tõ gi÷a th¸ng 5 ®Õn th¸ng 9, c¸c ph¬ng thÞnh
hµnh ®èi víi tõng vïng lµ kh¸c nhau.
VÒ mÆt x©y dùng c«ng tr×nh, giã mïa hÌ tuy kh«ng g©y ra lùc lín nh giã b·o
hay giã mïa §«ng B¾c, nhng ta cÇn quan t©m ®Õn nã ®Ó chän thêi gian thÝch
hîp trong n¨m khi thi c«ng c«ng tr×nh ngoµi biÓn (trong ®iÒu kiÖn thuËn lîi nhÊt
vÒ sãng vµ giã) vµ x©y dùng tiÕn ®é thi c«ng nãi chung.
5. ¶nh hëng cña giã ®Õn mùc níc biÓn
¶nh hëng cña giã ®Õn mùc níc biÓn chÝnh lµ níc d©ng
Khi cã b·o mùc níc biÓn thay ®æi cã thÓ d©ng h¹ thÊt thêng.
Khi giã ngoµi kh¬i thæi vµo mùc níc ven bê t¨ng lªn
Khi giã trong ®Êt liÒn thæi ra th× mùc níc h¹
*HiÖn tîng níc d©ng phô thuéc vµo 3 yÕu tè:
- ¸p lùc giã t¸c ®éng lªn khèi níc biÓn th«ng qua bÒ mÆt tiÕp xóc
gi÷a níc vµ kh«ng khÝ
- ¸p suÊt khÝ quyÓn trªn mÆt níc
- §iÒu kiÖn biªn ë ®¸y vµ bê biÓn, phô thuéc vµo ma s¸t gi÷a khèi
níc biÓn víi ®¸y biÓn vµ bê biÓn
* Khi tÝnh to¸n níc d©ng : phô thuéc vµo híng giã + cêng ®é giã +
®êng bê
+ §é cao níc d©ng cùc ®¹i do b·o ®îc x¸c ®Þnh theo cthøc:
Hdmax = a + b + V2max.cosa (2-16)
Trong ®ã:
Vmax: vËn tèc giã cùc ®¹i (m/s)
a: gãc gi÷a híng giã cùc ®¹i víi ph¬ng ph¸p tuyÕn ®êng bê
a, b : hÖ sè håi quy x¸c ®Þnh theo ph¬ng ph¸p ®o, ®Þa ®iÓm ®o, thêi gian ®o
+ ë ViÖt Nam thêng tÝnh Hd theo c«ng thøc: (22TCN-222-95)
2
V10 .D
H d = 2.10 -6 cos a (2-17)
gd
V10 : vËn tèc giã ®o ë ®é cao 10m so víi MNTB
d: ®é s©u níc trung b×nh vïng ven bê khu vùc tÝnh to¸n
2 - 14
- 15. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
g: gia tèc träng trêng; g=9.81 m/s
D: ®µ giã (phô thuéc vµo vtèc giã, híng giã vµ ®Æc ®iÓm ®Þa h×nh vïng dù
b¸o )
Víi vïng biÓn cã yÕu tè ®Þa h×nh kh«ng h¹n chÕ, ®µ giã trung b×nh ®îc x¸c
®Þnh:
n
D=k (2-18)
V10
k: hÖ sè; k= 5.1011
n: hÖ sè nhít ®éng häc cña kh«ng khÝ; n= 10-5 (m2/s)
+ Trêng hîp cÇn tÝnh chÝnh x¸c:
k .r kk .V 2
H d = c .D. (2-19)
r n .g.d
Trong ®ã: V: vËn tèc giã tÝnh to¸n
c: hÖ sè, phô thuéc ®Þa h×nh ®¸y biÓn
D: ®µ giã
k: hÖ sè kinh nghiÖm
rkk,rn : mËt ®é kh«ng khÝ vµ níc
d: ®é s©u níc vïng biÓn xÐt
g: gia tèc träng trêng
v Níc d©ng ë biÓn §«ng
* BiÓn §«ng lµ khu vùc chÞu 2 chÕ ®é giã lµ giã mïa cã tÝnh chÊt hoµn lu ë
khu vùc §«ng Nam ¸ (lu©n phiªn 2 lo¹i giã mïa thÞnh hµnh lµ giã mïa hÌ vµ giã
mïa ®«ng) vµ giã b·o nhiÖt ®íi. Nhøng n¨m gÇn ®©y ë ViÖt Nam hiÖn tîng níc
d©ng kh«ng cã tÝnh chÊt tuÇn hoµn.
* Theo sè liÖu thèng kª (cha ®Çy ®ñ), níc d©ng do b·o ë ViÖt Nam cã thÓ
vît qu¸ 2-2,5m, khi b·o lín. Khu vùc ven biÓn cã x¸c suÊt níc d©ng do b·o
lín nhÊt lµ ë ®ång b»ng B¾c Bé vµ Thanh Hãa-NghÖ TÜnh (vÜ ®é 180-210). Nh
vËy, níc d©ng do b·o ë ViÖt Nam lµ rÊt nguy hiÓm.
* Vïng cã níc d©ng lín n»m ë ®íi giã m¹nh, phÝa ph¶i cña n¬i b·o ®æ bé
vµo kho¶ng 3-5km. ë phÝa tr¸i c¬n b·o níc d©ng yÕu h¬n, tøc lµ ®êng bao
níc d©ng kh«ng ®èi xøng qua ®êng ®i cña b·o.
* Trung t©m KhÝ tîng biÓn ViÖt Nam ®a ra c«ng thøc kinh nghiÖm gÇn ®óng
rót ra tõ ®iÒu kiÖn ven biÓn miÒn B¾c ®Ó tÝnh níc d©ng do giã nh sau:
2
Dh max = 0,175V max
2 - 15
- 16. Bµi gi¶ng m«n häc: T¸c ®éng cña M«i trêng biÓn lªn c«ng tr×nh Bé m«n: C¬ së KTXD CTB & CTVB
trong ®ã: Dh max - ®é cao lín nhÊt cña níc d©ng (cm)
V max - vËn tèc giã m¹nh nhÊt khi b·o (tÝnh trung b×nh), m/s
Sai sè kiÓm nghiÖm thùc tÕ cña c«ng thøc (2.14) tÝnh theo trung b×nh b×nh
ph¬ng lµ 35 cm víi 41 c¬n b·o ®æ bé vµo ven biÓn miÒn B¾c ViÖt Nam.
VÝ dô: V = 40m / s cã Dh max = 280cm
V = 30m / s cã Dh max = 160cm
* §èi víi vïng biÓn phÝa Nam, cßn Ýt sè liÖu thùc ®o vÒ níc d©ng. Mét vµi vÝ
dô:
- Vòng Tµu (vÜ ®é 10020') trong c¬n b·o Thelma (16/11/1973) víi giã m¹nh t¹i
®Þa ph¬ng lµ v=14m/s, ®o ®îc níc d©ng cùc ®¹i lµ 96cm.
- Nha Trang (vÜ ®é 12015') trong c¬n b·o Fabian (14/10/1981) víi giã m¹nh t¹i
®Þa ph¬ng lµ v=28m/s, ®o ®îc níc d©ng cùc ®¹i lµ 38cm.
- ë phÝa Nam, khi cã b·o vÉn cã níc d©ng lín cã thÓ vît qu¸ 1-1,5m.
* ë ngoµi kh¬i cña biÓn ViÖt Nam : Dùa trªn c¸c sè liÖu thu ®îc (tuy cßn rÊt
Ýt) vµ qua xö lý to¸n häc cho thÊy níc d©ng ë khu vùc quÇn ®¶o Trêng Sa do
b·o cÊp 12 trë lªn cã thÓ tíi 1m. VÝ dô ®iÓn h×nh lµ c¬n b·o TESS ®i qua vïng
nµy (5-6/11/1988) ®¹t trªn cÊp 11 víi Vmax30,5m/s , P=975 mb (®· ghi l¹i ®îc
h×nh ¶nh tõ vÖ tinh)
v KÕt luËn
- V× trÞ sè níc d©ng phô thuéc vµo vËn tèc giã (Vmax) cña 1 c¬n b·o, nªn
trong thiÕt kÕ tïy theo tÇn suÊt thiÕt kÕ ®èi víi cÊp b·o ë khu vùc x©y dùng c«ng
tr×nh mµ ®Þnh ra Dh max - Nãi c¸ch kh¸c, níc d©ng do b·o ë mét khu vùc kh«ng
cã gi¸ trÞ cè ®Þnh mµ phô thuéc vµo tÇn suÊt b·o.
2 - 16
