Kết quả bước đầu đánh giá hiệu quả giảm sóng của cấu kiện lăng trụ mặt bên khoét lỗ rỗng tròn

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 1
KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG 
CỦA CẤU KIỆN LĂNG TRỤ MẶT BÊN KHOÉT LỖ RỖNG TRÒN 
Lê Thanh Chương, Trần Bá Hoằng 
Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam 
Tóm tắt: Tình trạng sạt lở bờ biển, suy thoái rừng ngập mặn vùng ĐBSCL đang diễn ra rất 
phức tạp và ngày một gia tang. Một trong những nguyên nhân chính là do sóng biển, nước biển 
dâng  gây ra. Để ngăn chặn sạt lở, khôi phục lại rừng ngập mặn dải ven biển ĐBSCL, đã có 
nhiều loại dạng công trình bảo vệ trực tiếp, công trình giảm sóng gây bồi xa bờ. Mặc dù nhiều 
công trình đã mang lại hiệu quả tốt, xong khả năng nhân rộng còn rất hạn chế, do thiếu cơ sở 
khoa học. Với mục đích đánh giá hiệu quả giảm sóng của cấu kiện lăng trụ mặt bên khoét lỗ 
rỗng tròn, làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế đê ngầm giảm sóng bằng cấu kiện này, tập thể 
tác giả đã tiến hành thí nghiệm mô hình vật lý trên bể sóng của Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền 
Nam. Kết quả bước đầu thu được từ thí nghiệm là nội dung chính được trình bày trong bài báo. 
Từ khóa: Cấu kiện lăng trụ khoét lỗ tròn, hiệu quả giảm sóng, mô hình vật lý. 
Summary: Coastal erosion and mangrove forest degradation have been occurring seriously in 
the Mekong Delta. The main causes are wave attacked and sea level rise. In order to prevent 
erosion bank and mangrove rehabilitation in the coast of the Mekong Delta, there were many 
protection measures were built such as revetments, breakwaters in the coast. These measures 
have brought effectively temporary in coastal protection. However, the application of which is 
very limited in large scale, due to lack of scientific basis. The purpose of this study is to evaluate 
the effect of wave transmission through the porous breakwater, and results of which are used for 
designing this structure, the physical model experiments were conducted in the wave basin of the 
Southern Institute of Water Resources Research. Initial results of the experiment are presented 
in this paper. 
ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Để xác định hiệu quả giảm sóng của đê phá 
sóng thì nhiều nghiên cứu đã được thực hiện 
với các kết cấu khác nhau. Md.Salauddin – 
2015 đã tiến hành nghiên cứu trên mô hình vật 
lý hai chiều về cấu kiện Crablock cho thiết kế 
đê phá sóng. AFDN – 2017 đã tiến hành thí 
nghiệm mô hình vật lý 2 chiều đánh giá hiệu 
quả giảm sóng của cấu kiện kết cấu rỗng. R. 
Gutierrez và J. Lozano – 2013 thực hiện thí 
nghiệm mô hình vật lý 2D thiết kế cho đê phá 
sóng Coruña Outer Port (Tây Ban Nha). Dự án 
Ngày nhận bài: 6/11/2017 
Ngày thông qua phản biện: 18/12/2017 
Ngày duyệt đăng: 22/12/2017 
thiết kế đê phá sóng cảng Nghi Sơn – Thanh 
Hóa (2013) đã tiến hành thí nghiệm mô hình 
vật lý 2D và 3D để đánh giá hiệu quả giảm 
sóng và tính toán hư hỏng của công trình với 
cấu kiện Rakuna-IV. Các thí nghiệm đánh giá 
hiệu quả giảm sóng của các kết cấu đê phá 
sóng xa bờ đa phần được thí nghiệm trong 
máng sóng 2 chiều, đặc biệt ở Việt Nam thì 
các thí nghiệm đánh giá hiệu quả giảm sóng 
của đê phá sóng còn rất hạn chế. 
Trong bài báo này, kết cấu được sử dụng cho 
đê chắn sóng là kết cấu rỗng, được làm bằng 
bê tông đúc sẵn và lắp ghép thành tuyến đê 
phá sóng. Việc đánh giá hiệu quả giảm sóng 
của cấu kiện kết cấu rỗng làm đê phá sóng đã 
được thực hiện bằng mô hình vật lý 3D trong 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 2
phòng thí nghiệm của Viện Khoa Học Thủy 
Lợi Miền Nam. 
Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc đánh 
giá hiệu quả giảm sóng của tuyến đê phá sóng 
được lắp ghép bằng cấu kiện rỗng. 
1. THÍ NGHIỆM 
1.1. Cơ sở thí nghiệm 
Các thí nghiệm mô hình được thực hiện trong 
bể sóng 3D của Viện Khoa Học Thủy Lợi 
Miền Nam. Bể sóng dài 35m, rộng 18m và sâu 
1.2m. Máy tạo sóng gồm 3 cánh sóng lớn với 
chiều dài mỗi cánh sóng là 6m và được điều 
khiển bằng phần mềm của tạo sóng của HR 
Wallingford. Máy tạo sóng có thể tạo ra cả 
sóng ngẫu nhiên và sóng đều với chu kỳ và 
chiều cao được thiết lập sẵn. Trong thí nghiệm 
này, tất cả sóng được tạo ra đều là sóng ngẫu 
nhiên với số con sóng được tính toán tạo ra là 
500 con sóng. Ở phía cuối của bể sóng là mái 
hấp thụ sóng được thiết kế bằng đá với đường 
kính 3cm-7cm để giảm sóng phản xạ. Độ dốc 
mái hấp thụ sóng là 1:5. 
Hình 1. Phòng thí nghiệm mô hình thủy lực 
của Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam 
Tham số sóng trong quá trình thí nghiệm được 
đo bởi 8 đầu đo sóng (WG) được bố trí như 
trong hình 2 với khoảng cách giữa WG2, 
WG3, WG4, WG5 lần lượt là 0.7m, 0.3m, 
0.3m. WG1 được sử dụng để đo sóng nước 
sâu, WG2, WG3, WG4, WG5 được sử dụng để 
đo sóng tới và tách sóng phản xạ, WG6 được 
dùng để đo sóng giữa hai đê phá sóng. WG7, 
WG8 đo sóng phía sau đê cách tim đê một 
đoạn 3.1m về phía bờ, trong quá trình thí 
nghiệm quan sát thấy ở vị trí này sóng phía sau 
đê gần như ổn định không bị ảnh hưởng bởi 
sóng leo qua đê hay tác động từ dòng chảy 
quanh đầu đê. 
Hình 2. Mặt bằng bố trí đầu đo sóng 
1.2. Đê phá sóng 
Xét về kích thước của bể sóng và tham số sóng 
có thể tạo ra bởi máy tạo sóng, mô hình được 
làm chính thái và tuân theo luật Froude để đảm 
bảo các điều kiện tương tự về thủy động lực 
với hệ số tỷ lệ hình học 1:35. 
Đê phá sóng xa bờ trong thí nghiệm được thiết 
kế bằng gỗ, để dễ chế tạo và phù hợp với các 
thông số thí nghiệm trong bể sóng. Đê phá 
sóng được xây dựng trên độ dốc bãi 1/500 với 
các kích thước mô hình: chiều cao 7.1cm, bề 
rộng đỉnh 1.7cm, bề rộng chân 8.6cm, chiều 
dài 22.9cm. 
Hình 3. Kích thước cấu kiện đê giảm sóng 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 3
Cao trình đỉnh đê được đo chính xác bằng máy 
thủy bình chuyên dụng trong phòng thí nghiệm 
cho độ chính xác cao đến mm. 
Hình 4. Cấu kiện lắp đặt trong bể 
1.3. Kịch bản thí nghiệm 
Số liệu sóng được lựa chọn từ chuỗi số liệu 
sóng khí hậu nhiều năm tại trạm Bạch Hổ, dựa 
vào số liệu hoa sóng đo đạc từ năm 1986-1999 
nhận thấy: chủ yếu sóng hướng Đông Bắc có 
tác động mạnh mẽ tới quá trình thủy động lực 
học của bờ biển ĐBSCL với chiều cao sóng 
dao động từ 2m đến 4m, chu kỳ từ 6s đến 9s. 
Vì thế chiều cao sóng từ 2-4 m sẽ là giá trị 
chiều cao sóng phục vụ cho số liệu sóng đầu 
vào trong thí nghiệm mô hình vật lý. 
Sóng ngẫu nhiên có phổ JONSWAP dạng 
chuẩn (tạo ra bởi máy tạo sóng) dùng cho thí 
nghiệm. Cụ thể được thể hiện trong bảng 1. 
Thời gian của một thí nghiệm là 500 con sóng 
để đảm bảo dải tần số (chu kỳ) cơ bản của phổ 
sóng yêu cầu được tạo ra một cách hoàn chỉnh. 
Hình 5. Hoa sóng tại trạm Bạch Hổ từ năm 
1986-1999 
Bảng 1. Thông số sóng thực tế và mô hình 
Hs,0 (m) TP (s) 
Thực tế Mô hình Thực tế Mô hình 
2.1 0.06 6.86 1.16 
3.15 0.09 7.69 1.3 
3.85 0.11 8.34 1.41 
Hệ thống đê phá sóng được đặt song song với 
đường đỉnh sóng và cách đường bờ giả định 
một khoảng 3.14m. 
Bảng 2.Phương án bố trí mô hình đê phá 
sóng tỉ lệ 1/35 
 Ls (m) GB (m) XB (m) 
Phương 
án 
Thực 
tế 
Mô 
hình 
Thực 
tế 
Mô 
hình 
Thực 
tế 
Mô 
hình 
MH0 Không công trình 
MH2 210 6.00 50 1.43 110 3.14 
MH3 250 7.14 50 1.43 110 3.14 
MH4 210 6.00 70 2.00 110 3.14 
MH6 170 4.86 50 1.43 110 3.14 
MH7 210 6.00 30 0.86 110 3.14 
Bảng 3. Ma trận các kịch bản thí nghiệm 
Phương 
án bố trí 
ĐPS 
 Cao trình đê Mực nước Tham số sóng nước sâu 
MH2 
MH3 
MH4 
MH6 
MH7 
x Cao trình đê Z1=+1.5 m Cao trình đê Z2=+2 m x 
Mực nước thấp D=42cm 
Mực nước cao D=44cm x 
Hs,0=6cm; Tp=1.16s 
Hs,0=9cm; Tp=1.30s 
Hs,0=11cm; Tp=1.41s 
MH0 x Không công trình x Mực nước thấp D=42cm Mực nước cao D=44cm x 
Hs,0=6cm; Tp=1.16s 
Hs,0=9cm; Tp=1.30s 
Hs,0=11cm; Tp=1.41s 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 4
Tổng hợp chương trình thí nghiệm bao gồm 66 
kịch bản (kết hợp từ 5 kịch bản đê x 2 cao 
trình đỉnh đê x 2 giá trị mực nước x 3 giá trị 
tham số sóng nước sâu và cộng thêm 6 kịch 
bản không công trình). 
2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 
Các tham số sóng (chiều cao, các chu kỳ đặc 
trưng) t ại các vị trí nước sâu, trước đê và sau 
đê được tính toán từ các phổ sóng đo đạc sử 
dụng chương trình HR Wallingford. Chương 
trình tính toán phân tách sóng phản xạ của 
phần mềm dựa trên phương pháp Mansard và 
Funke (phân tách sóng phản xạ) để xác định 
sóng tới (Hm0,i) và sóng phản xạ (Hm0,r) trước 
công trình sử dụng 4 đầu đo sóng (WG2, 3, 
4, 5). 
Các tham số được đo trực t iếp từ thí 
nghiệm là: 
 Chiều cao sóng momen Hm0 
Chiều cao sóng Hm0 có giá trị xấp xỉ chiều 
cao sóng ý nghĩa Hs và được xác định từ mô 
men bậc 0 của phổ mật độ nặng lượng sóng 
như sau [6]: 
- S(f) là giá trị mật độ năng lượng của phổ 
sóng tương ứng với tần số f; 
- m0 là giá trị mô-men bậc 0 của phổ sóng; 
 Hiệu quả giảm sóng của đê phá sóng 
Mức độ giảm chiều cao sóng hay nói cách 
khác là hiệu quả giảm sóng của đê phá sóng xa 
bờ được đánh giá thông qua tỷ số giữa chiều 
cao sóng phía sau đê só với chiều cao sóng đến 
trước đê. Hiệu quả giảm sóng của đê:
0,
0,
m t
t
m i
H
K
H
Trong đó: 
- Kt là hệ số truyền sóng qua đê (-); 
- Hm0,t là chiều cao sóng phía sau đê được 
xác định ở vị trí cách đê một khoảng 3.14m 
(mô hình); 
- Hm0,i là chiều cao sóng phía trước đê được 
xác định ở vị trí cách đê một khoảng 1.5m (mô 
hình); 
Chiều cao lưu không đỉnh đê (Rc ) là khoảng 
cách từ đỉnh đê đến bề mặt mực nước. Trường 
hợp đê ngầm thì Rc0. 
Hình 6. Mô phỏng mặt cắt ngang đê chắn sóng 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Sự biến đổi sóng từ nước sâu vào nước 
nông 
Khi sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng 
nước nông thì sẽ trải qua các quá trình vật lý 
làm tiêu hao năng lượng sóng như khúc xạ, ma 
sát đáy, sóng vỡ. Ngoài ra còn có tán xạ làm 
phổ sóng biến đổi (chuyển dịch năng lượng 
sóng giữa các dải tần số), đặc biệt khi gặp vật 
cản (đê ngầm). 
Hình 7. Sự biến đổi sóng trước 
và sau công trình
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 5
Kim số 1 (nước sâu) 
Kim số 5 (trước công trình) 
Kim số 7 (sau công trình) 
Hình 8. Sự biến đổi hình dạng phổ sóng 
Trong quá trình tiêu hao năng lượng sóng thì 
sóng vỡ là quá trình tiêu tán năng lượng sóng lớn 
nhất. Hiện tượng sóng vỡ xảy ra khi sóng biến 
hình trong nước nông làm gia tăng chiều cao 
sóng và do đó độ dốc sóng vượt quá ngưỡng giời 
hạn ổn định hình dạng dẫn đến sóng vỡ. 
Sự thay đổi các tham số đặc trưng của sóng 
(chiều dài sóng và chiều cao sóng) trong quá 
trình sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng 
nước nông, sau khi sóng vỡ được thể hiện qua 
biểu đồ hình 9a, 9b. Với đường biểu đồ mùa 
đen nét liền biểu thị cho mực nước cao trong 
thí nghiệm 7cm (thực tế 2.45m) và đường màu 
xanh nét đứt biểu thị cho mực nước thấp trong 
thí nghiệm là 5cm (thực tế 1.75m). 
Trong trường hợp mực nước là 5cm được xác 
định tại vị trí trước công trình 1.5m trong mô 
hình thí nghiệm, khi chiều cao sóng nước sâu 
là 6cm thì chiều cao sóng trước công trình đạt 
ngưỡng 0.6d (3cm), nên trong các trường hợp 
chiều cao sóng nước sâu lớn hơn 6cm thì chiều 
cao sóng trước công trình luôn khoảng 0.6 lần 
độ sâu nước. Điều tương tự nhận thấy khi mực 
nước trước công trình là 7cm thì chiều cao 
sóng trước công trình luôn giữ ở mực 0.6 lần 
độ sâu nước (4.2cm) hình 9b. 
Vận tốc đỉnh sóng: c=L/T (L là chiều dài sóng; 
T là chu kỳ sóng); 
Khi chiều cao sóng nước sâu tăng thì chiều dài 
sóng trước công trình cũng tăng (hình 9a), làm 
cho vận tốc đỉnh sóng tăng lên. Trong cùng 
một điều kiện sóng nước sâu, khi mực nước 
thấp hơn thì chiều dài sóng trước công trình 
lớn hơn và chiều cao sóng trước công trình lớn 
hơn khi mực nước nhỏ hơn . 
Như vậy sóng khi truyền từ nước sâu vào nước 
nông qua vùng sóng vỡ, nếu bị giới hạn về độ 
sâu nước thì năng lượng của một con sóng lớn 
hay nhỏ sẽ được thể hiện qua vận tốc đỉnh sóng. 
(a) (b) 
Hình 9 Sự thay đổi các tham số sóng 
(a)Tương quan chiều cao sóng nước sâu và chiều dài sóng trước công trình 
(b) Tương quan chiều cao sóng nước sâu và chiều cao sóng trước công trình 
Hm0=10.6cm 
Tp=1.33s 
Hm0=3.10cm 
Tp=5.18s 
Hm0=1.60cm 
Tp=19.05s 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 6
3.2. Hiệu quả giảm sóng 
Hiệu quả giảm sóng của đê phá sóng được thể 
hiện qua hệ số truyền sóng Kt (hình 10), cho 
thấy sóng ngắn và sóng dài trước công trình 
cho các hiệu quả giảm sóng khác nhau. Trục 
hoành là tỷ số giữa chiều cao lưu không đỉnh 
đê Rc và chiều cao sóng trước công trình H 
(được xác định tại vị trí cách công trình 50m). 
Trục tung là hệ số truyền sóng Kt (được xác 
định tại vị trí cách đê phía sau một khoảng 
110m). Khi tăng chiều cao lưu không Rc thì 
hệ số truyền sóng giảm (chiều cao sóng sau 
đê giảm) hệ số truyền sóng tỷ lệ nghịch với tỷ 
số Rc/H. Sóng ngắn trước công trình trong 
mô hình thí nghiệm có chiều dài sóng từ 
1.80m đến 2.32m, sóng dài có giá trị từ 4.08m 
đến 5.50m. 
Như đã phân tích trong phần 4.1, điều kiện độ 
sâu nước trước công trình trong thí nghiệm bị 
giới hạn nên năng lượng sóng đến trước công 
trình lớn hay nhỏ được thể hiện qua vận tốc 
đỉnh sóng (chiều dài sóng). Kết quả hình 10 
cho thấy, khi chiều dài sóng càng lớn (vận tốc 
đỉnh sóng càng lớn) thì hệ số truyền sóng càng 
lớn tức là sóng phía sau công trình càng lớn. 
Khi các con sóng có cùng chiều cao sóng va 
chạm với công trình đê phá sóng kết cấu rỗng 
thì con sóng nào có chiều dài sóng lớn hơn 
(tần số thấp hơn) thì mức độ tiêu hao năng 
lượng bởi đê phá sóng sẽ ít hơn các con sóng 
có chiều dài ngắn hơn (tần số cao hơn). 
Công trình đê chắn sóng kết cấu rỗng giảm 
được hầu hết các sóng ngắn kể cả trong trường 
hợp đê ngập một khoảng 0.14 lần chiều cao 
sóng thì hiệu quả giảm sóng vẫn đạt khoảng 
40%. Công trình cho hầu hết con sóng dài 
truyền qua trong trường hợp đê ngầm, hiệu 
quả giảm sóng nhỏ hơn 30%. 
Hình 10. Ảnh hưởng của sóng ngắn và sóng 
dài đến hệ số truyền sóng 
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Trong bài báo này, chúng tôi tiến hành 
chương trình thí nghiệm mô hình vật lý 3D 
bao gồm 66 kịch bản thí nghiệm về hiệu quả 
giảm sóng của một số phương án bố trí đê phá 
sóng. Hiệu quả giảm sóng được thể hiện qua 
hệ số truyền sóng Kt tại các vị trí đo khác 
nhau. Theo kết quả đo thực nghiệm, một số 
kết luận về hiệu quả giảm sóng của cấu kiện 
lăng trụ mặt bên khoét lỗ tròn làm đê phá 
sóng được rút ra như sau: 
- Năng lượng sóng được thể hiện qua vận tốc 
đỉnh sóng khi sóng truyền vào vùng nước bị 
giới hạn về độ sâu nước. 
- Đê phá sóng cấu kiện lăng trụ mặt bên 
khoét lỗ tròn giảm được hầu hết các con sóng 
ngắn kể cả trong trường hợp đê bị ngập một 
khoảng 0.14 lần chiều cao sóng. Với các con 
sóng dài thì khả năng giảm sóng của đê kết cấu 
rỗng bị giảm đi đáng kể. 
Tuy nhiên do thời gian thí nghiệm còn ngắn và 
hạn chế về thiết bị đo dòng vận tốc nên một số 
kịch bản thí nghiệm về đo dòng vận tốc sẽ dự 
kiến được thực hiện trong thời gian tới. 
CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 41 - 2017 7
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy Lợi và Môi trường số 4100011 “Nghiên cứu ảnh hưởng 
của đê ngầm và bão đê đến hiệu quả giảm sóng trên mô hình vật lý 2D - Nguyễn Viết Tiến; 
Thiều Quang Tuấn; Lê Kim Truyền” 
[2] Design of low-crested (submerged) structures – an overview –Krystian W. Pilarczyk, 
Rijkswaterstaat, Road and Hydraulic Engineering Division, P.O. Box 5044, 2600 GA 
Delft, the Netherlands; k.w.pilarczyk@dww.rws.minvenw.nl 
[3] Environmental Design of Low Crested Coastal Defence Structures “D31 Wave basin 
experiment final form-3D stability tests at AUU- by Morten kramer and Hans Burcharth”. 
[4] 3D experimental study on a cylindrical floating breakwater system “Chun-YanJiaYu-
ChanGUOaJieCuiaZhi-MingYuanabXiao-JianMaa”. 
[5] Report 2D laboratory study and protection measures for LWD wave transmission at porous 
breakwaters on mangrove foreshore and large-scale near-shore sandbank nourishment 
“AFD, SIWRR, European Union”. 
[6] Hughes, A.S. (ed.), 1993. Physical models and laboratory techniques in coastal 
engineering. 
[7] World Scientific, Singapore, 568 pp.