TÍNH TOÁN MỰC NƯỚC BIỂN THIẾT KẾ

TÍNH TOÁN MỰC NƯỚC BIỂN THIẾT KẾ

Thường xác định theo tần suất mực nước biển cao nhất năm. Mỗi năm đo được hơn 700 số liệu ứng với đỉnh triều ở vùng bán nhật triều và hơn 360 ở vùng nhật triều xuất hiện dưới tác dụng tổng hợp các yếu tố thiên văn, khí tượng, có tính chất ngẫu nhiên. Số hạng lớn nhất trong liệt đó là mực nước biển cao nhất năm. Với n năm số liệu thực đo mực nước biển, sẽ có n trị số mực nước cao nhất năm. Tần suất xuất hiện của mực nước bằng hoặc cao hơn một trị số nào đó là P %, chu kỳ lặp (Hoàn kỳ hay số năm xuất hiện trở lại) là T (năm):

Nếu thiết kế đê biển cho thời hạn sử dụng N năm, thì trong niên hạn sử dụng, xác suất xuất hiện mực nước nhỏ hơn Z₅₀ (chu kỳ lặp T = 50 năm, tần suất P = 2%) là:

F = (1-P%)^N (A-2)

Với F: là suất an toàn. Trong thời gian sử dụng, suất nguy hiểm có thể gặp Z₅₀ là:

Q = 1-(1-P%)^N (A-3)

Khi N = 50 năm, từ công thức (A-2) và (A-3) có thể tính ra trong thời hạn sử dụng 50 năm, suất an toàn để đê biển không gặp mực nước Z₅₀ (50 năm xuất hiện một lần) chỉ có 36,4 %, còn suất nguy hiểm là 63,6%.

Thường yêu cầu phải có số liệu liên tục mực nước biển cao nhất năm không ít hơn 20 năm và mực nước đặc biệt đã xuất hiện trong lịch sử. Đường cong phân tích tần suất mực nước cao nhất, thường dùng đường cong tần suất lý thuyết phân bố dạng cực trị I (phân bố Gumbel). Ở khu vực cửa sông vùng triều, chịu ảnh hưởng dòng chảy sông thường dùng đường cong tần suất lý thuyết phân bố dạng Pearson III.

- Phương pháp phân tích tần suất dạng cực trị I:

Ví dụ: có n giá trị mực nước cao nhất năm, xếp thứ tự Z_i, trị số trung bình là:

Sai số quân phương của mực nước Z_i trong n năm là:

Trị số mực nước cao Z_p tương ứng với tần suất (P%) là:

Với _pn là hệ số liên quan đến tần suất P(%) và số năm có số liệu n, theo bảng A-1.

Tính các trị số Z_p theo công thức (A-6), vẽ lên trên giấy kẻ ô xác suất đường cong tần suất lý thuyết mực nước triều cao, đồng thời chấm lên các điểm tần suất kinh nghiệm để kiểm tra mức độ phù hợp giữa lý thuyết và thực tế.

Mực nước cao nhất năm Z­_i sắp xếp theo thứ tự giảm dần, tần suất kinh nghiệm P của số hạng thứ m được tính như sau:

Quan hệ giữa chu kỳ lặp T (năm) và tần suất năm P(%) theo công thức (A-1).

Trường hợp ngoài số liệu mực nước biển thực đo n năm, thường qua điều tra có được số liệu mực nước đặc biệt lớn Z_N xuất hiện trong N năm lịch sử, thì tiến hành phân tích tần suất như sau:

- Trị số trung bình: theo công thức A-8 sau:


- Sai số quân phương: theo công thức A-8 sau:


Với Z_p tính theo A-6, nhưng và S trong công thức đó, được tính theo A-8 và A-9, trị số  _pn tra theo bảng A-1, số liệu là N.

- Tần suất kinh nghiệm của mực nước đặc biệt lớn: ; Tần suất kinh nghiệm của các mực nước khác tính theo A-7.

Với: Z_z, Z_y - Mực nước cao thiết kế cùng chu kỳ lặp của trạm x(đã biết) của trạm y (cần xác định);

A_x, A_y- Mặt phẳng biển trung bình của trạm x (đã biết) và của trạm y (cần xác định);

R_x, R_y - Hiệu số giữa trị số trung bình mực nước cao nhất năm cùng kỳ và mặt phẳng biển trung bình ở hai trạm x (đã biết) và y (cần xác định).

Do đó: (A-11)

b) Nếu tại vị trí thiết kế công trình không có số liệu thực đo liên tục trong 5 năm, lúc đó tại trạm y cần tiến hành đo đạc mực nước đồng thời với trạm x trong một thời gian ngắn (khoảng 1 tháng) thì xác định mực nước cao thiết kế của trạm y như sau:

• 
  Sử dụng số liệu quan trắc đồng bộ trong 1 tháng, tìm mặt phẳng biển trung bình đoản kỳ trong thời đoạn chênh lệch chiều cao nhất của tháng đó ở hai trạm (trị số trung bình toán học của mực nước triều thực đo trong thời đoạn đó), biểu thị là A_sx và A_sy.
  
• 
  Sử dụng số liệu mực nước thực đo của tháng đó, vẽ đường quá trình mực nước triều của hai trạm, và chập 2 mặt phẳng biển trung bình của hai trạm vào nhau, điều chỉnh sao cho thời gian chân triều và đỉnh triều của hai đường quá trình đó trùng nhau, để so sánh dạng triều và chênh lệch triều của chúng có tương tự nhau không.
  
• 
  Nếu dạng triều hai trạm tương tự nhau, mực nước hai trạm không bằng nhau là do chênh lệch triều hai trạm không bằng nhau gây ra. Giả thiết rằng hiệu số giữa mực nước cao thiết kế của hai trạm Z_x và Z_y và mặt phẳng biển trung bình nhiều năm A_x và A_y tỷ lệ thuận với chênh lệch triều của hai trạm:
  

Về hình thức, công thức A-12 giống với công thức A-10, nhưng vế phải của hai công thức khác nhau: Tỷ số ở A-12 biểu thị trị số trung bình của tỷ số chênh lệch triều ở hai trạm, phân biệt tính toán chênh lệch triều R_yi và R_xi của mỗi ngày (ở vùng bán nhật triều có hai trị số trong một ngày) và, sau đó tính . Với n là số chênh lệch triều thống kê thực tế trong một tháng thực đo.

- Giả thiết hiệu số giữa mặt phẳng biển trung bình nhiều năm và đoản kỳ ở hai trạm bằng nhau:

A_y- A_sy= A_x- A_sx= ∆A ( A-13)

hoặc

A_y= A_sy+ (A_x- A_sx)

Tính:

Với: A_x - mặt phẳng biển trung bình của trạm x (đã biết);

Z_x - mực nước cao thiết kế năm ở một chu kỳ lặp nào đó của trạm x (đã biết);

Z_y - mực nước cao thiết kế cùng chu kỳ lặp ở trạm y (cần xác định).

Biểu đồ quan hệ các mực nước triều đặc trưng công thức A-13 và A-14 trong hình A-1.




Hình A-1. Quan hệ các mực nước triều đặc trưng

A.4. Mực nước triều cực trị tại một số trạm tiêu biểu của Việt Nam

Mực nước triều cực đại và cực tiểu trong chu kỳ 19 năm (1972ữ1990) và mực nước triều cực trị thiên văn của các trạm mực nước tiêu biểu dọc bờ biển Việt Nam trong bảng A-2.