Nghiên cứu ảnh hưởng của nước dâng do sóng đến biến động bãi biển và giải pháp bảo vệ bãi biển Cửa đại, Hội An

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 
NGUYỄN NGỌC THẾ 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC DÂNG DO SÓNG 
ĐẾN BIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ 
BÃI BIỂN CỬA ĐẠI, HỘI AN 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI, NĂM 2021 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 
NGUYỄN NGỌC THẾ 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC DÂNG DO SÓNG 
ĐẾN BIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ 
BÃI BIỂN CỬA ĐẠI, HỘI AN 
 Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình Biển 
 Mã số : 958 02 03 
 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Trần Thanh Tùng 
 GS. TS. Nguyễn Trung Việt 
HÀ NỘI, NĂM 2021 
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các kết quả 
nghiên cứu cũng như các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép 
từ bất kỳ một nguồn nào dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài 
liệu được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định. 
 Tác giả luận án 
 Nguyễn Ngọc Thế 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Lời đầu tiên tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Thanh Tùng và 
GS.TS Nguyễn Trung Việt đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu 
để hoàn thành luận án. 
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, khoa Công trình, bộ môn 
Kỹ thuật Công trình Biển, trường Đại Học Thủy Lợi và Trường Cao đẳng Công nghệ - 
Kinh tế và Thủy lợi miền Trung, đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận 
án này. 
Tác giả xin cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài: “Nghiên cứu về quá trình xói lở của bờ biển 
Hội An và đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ biển một cách bền vững” đã cho phép tác giả 
là thành viên chính, trực tiếp tham gia nghiên cứu và sử dụng các số liệu của dự án. 
Nhân dịp này, tác giả cũng xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các nhà khoa học, 
nhóm cộng tác nghiên cứu, các thầy cô và đồng nghiệp với tình cảm và iiong chân thành 
đã động viên, giành nhiều thời gian và công sức giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý 
báu trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện luận án. 
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình đã quan tâm, động viên, khích 
lệ, ủng hộ và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả yên tâm thực hiện và hoàn thành luận án. 
iii 
MỤC LỤC 
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 4 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 4 
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................................. 4 
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................. 5 
6. Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 6 
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ NƯỚC DÂNG DO SÓNG VÀ CÔNG 
TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN ............................................................................................ 7 
1.1. Khái quát chung về nước dâng do sóng và ảnh hưởng của nước dâng do sóng .. 7 
1.1.1. Các thuật ngữ liên quan đến nước dâng do sóng .......................................... 7 
1.1.2. Phạm vi ảnh hưởng và tác động của nước dâng do sóng tới bãi biển .......... 8 
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về nước dâng do sóng trên thế giới ......................... 10 
1.3. Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam về nước dâng do bão, nước dâng do sóng 
và công trình bảo vệ bờ biển ......................................................................................... 15 
1.3.1. Các nghiên cứu về nước dâng, nước dâng do sóng .................................... 15 
1.3.2. Các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển đã áp dụng tại Việt Nam ............ 17 
1.4. Các nghiên cứu liên quan đến biển Cửa Đại, Hội An ........................................ 19 
1.5. Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án .................................................................... 22 
1.6. Kết luận Chương 1 ............................................................................................. 22 
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH NƯỚC DÂNG DO SÓNG VÀ BIẾN 
ĐỘNG BÃI BIỂN ......................................................................................................... 24 
2.1. Lựa chọn phương pháp xác định nước dâng do sóng trong luận án .................. 24 
2.2. Các số liệu cơ bản phục vụ nghiên cứu .............................................................. 26 
2.2.1. Tài liệu địa hình .......................................................................................... 26 
2.2.2. Tài liệu thủy, hải văn .................................................................................. 29 
2.2.3. Số liệu bùn cát đáy. ..................................................................................... 35 
2.3. Phương pháp phân tích nước dâng do sóng từ bộ số liệu đo đạc ....................... 36 
2.3.1. Cơ sở khoa học phân tích nước dâng do sóng từ hình ảnh camera ............ 36 
iv 
2.3.2. Phân tích ảnh, trích xuất dao động mực nước từ camera và cọc tiêu ......... 43 
2.3.3. Tính toán nước dâng do sóng từ chuỗi số liệu đo đạc ................................ 44 
2.4. Phương pháp mô hình toán mô phỏng nước dâng do sóng ............................... 48 
2.4.1. Giới thiệu mô hình sử dụng trong nghiên cứu luận án ............................... 48 
2.4.2. Tính toán lan truyền sóng từ nước sâu vào vùng ven bờ ............................ 49 
2.4.3. Tính toán nước dâng do sóng và biến động bãi biển ................................. 54 
2.5. Kết luận Chương 2 ............................................................................................. 58 
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC DÂNG DO SÓNG ĐẾN 
BIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN CỬA ĐẠI, HỘI AN ............................................................. 59 
3.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 59 
3.2. Phân tích và khái quát một số quy luật về biến động mặt cắt ngang bãi ......... 61 
3.2.1. Phân tích biến động mặt cắt ngang bãi biển qua các giai đoạn .................. 61 
3.2.2. Khái quát một số quy luật biến động mặt cắt ngang bãi biển .................... 67 
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nước dâng do sóng đến biến động bãi biển .......... 69 
3.3.1. Trường hợp tính toán và vị trí các mặt cắt tính toán .................................. 69 
3.3.2. Kết quả mô phỏng nước dâng do sóng trong bão ven biển Cửa Đại .......... 71 
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nước dâng do sóng đến biến động bãi biển .... 78 
3.3.4. Phân tích ảnh hưởng của nước dâng do sóng đến biến động bãi biển ........ 84 
3.4. Kết luận Chương 3 ............................................................................................. 90 
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ 
BÃI BIỂN CỬA ĐẠI, HỘI AN .................................................................................... 93 
4.1. Giới thiệu chung ................................................................................................. 93 
4.1.1. Vị trí địa lý, địa hình và địa mạo khu vực nghiên cứu ............................... 93 
4.1.2. Hiện trạng bãi biển Cửa Đại, Hội An ......................................................... 94 
4.2. Mục tiêu giải pháp công trình bảo vệ bãi biển Cửa Đại, Hội An....................... 98 
4.3. Các căn cứ nghiên cứu đề xuất phương án bố trí công trình bảo vệ bãi biển .... 98 
4.4. Phương án bố trí công trình ngăn cát, giảm sóng .............................................. 99 
4.4.1. Phương án chung bố trí mặt bằng công trình.............................................. 99 
4.4.2. Các phương án bố trí công trình ............................................................... 100 
4.5. Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của các phương án bố trí công trình..................... 101 
4.5.1. Phương pháp đánh giá .............................................................................. 101 
v 
4.5.2. Độ cao sóng sau khi bố trí các phương án công trình bảo vệ ................... 101 
4.5.3. Biến động bãi biển theo các phương án bố trí công trình ......................... 103 
4.6. Lựa chọn phương án công trình ....................................................................... 106 
4.7. Kết luận Chương 4 ........................................................................................... 107 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 108 
I. Những kết quả đạt được cửa luận án ................................................................... 108 
II. Những đóng góp mới của luận án ...................................................................... 111 
III. Những tồn tại và kiến nghị hướng tiếp tục nghiên cứu ..................................... 111 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 112 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 114 
PHẦN PHỤ LỤC ........................................................................................................ 119 
PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................. 119 
PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................. 154 
vi 
DANG MỤC CÁC HÌNH ẢNH 
Hình 1 Tình trạng xói lở nghiêm trọng tại khu vực biển Cửa Đại, Hội An. .................. 2 
Hình 2 Phạm vi khu vực nghiên cứu ............................................................................... 4 
Hình 1.1 Sơ đồ mô tả các thuật ngữ về nước dâng do bão, nước dâng do sóng. ............ 7 
Hình 1.2 Hình thái bãi biển . ........................................................................................... 8 
Hình 1.3 Cơ chế phá hủy đụn cát ven bờ . ...................................................................... 9 
Hình 1.4 Hình ảnh minh họa tác động NDDS đến xói lở chân đụn cát tại bãi Tân Mỹ, 
Cửa Đại trong đợt bão tháng 10/2016. .......................................................................... 10 
Hình 1.5 Ứng suất bức xạ sóng . ................................................................................... 10 
Hình 1.6 Trắc diện mực nước sóng (a) và độ cao sóng (b) theo dữ liệu thực nghiệm. . 13 
Hình 1.7 Một số hình ảnh tiêu biểu về công trình bảo vệ bờ biển ở Việt Nam . .......... 19 
Hình 2.1 Sơ đồ mô tả sự liên kết, bổ trợ giữa các phương pháp nghiên cứu. ............... 25 
Hình 2.2 Tổng hợp địa hình khu vực biển Hội An . ...................................................... 26 
Hình 2.3 Vị trí đo đạc mặt cắt ngang địa hình bãi biển MCN-01, MCN-02. ................ 27 
Hình 2.4 Mặt cắt ngang địa hình các đợt khảo sát ........................................................ 28 
Hình 2.5 Mặt cắt ngang địa hình thời điểm trước, trong và sau đợt ảnh hưởng bão 
SARIKA năm 2016 tại MCN-02, bãi Tân Mỹ, Cửa Đại ............................................... 28 
Hình 2.6 Đo đạc khảo sát địa hình khu vực nghiên cứu sau đợt bão 3/2017. .............. 29 
Hình 2.7 Biểu đồ thống kê số lượng cơn bão xuất hiện trong tháng từ 1979 – 2020. .. 30 
Hình 2.8 Biểu đồ thống kê số lượng cơn bão và phạm vi bản kính ảnh hưởng ........... 30 
Hình 2.9 Đường đi, bản đồ sóng tái phân tích và bản đồ trường gió của cơn bão 
DOKSURI di chuyển ngày 14/9/2017 và 15/9/2017 . ................................................... 31 
Hình 2.10 Vị trí bố trí các trạm đo đạc thủy, hải văn trong khu vực nghiên cứu. ......... 32 
Hình 2.11 Diễn biến độ cao sóng 02 lần đo, đợt 1 tại hai trạm SMS01 (phía Bắc Cửa 
Đại) và trạm SMS02 (phía trước cửa sông Cửa Đại). ................................................... 33 
Hình 2.12 Diễn biến độ cao sóng đo đạc đợt 2, tháng 3/2017 tại trạm SMS01. ........... 33 
Hình 2.13 Đo đạc hải văn biển Cửa Đại, Hội An từ ngày 10/3/2017 đến 26/3/2017. .. 33 
Hình 2.14 Biến trình tốc độ và hướng dòng chảy đợt khảo sát đợt 1 tại trạm SCR1. ... 34 
Hình 2.15 Biến trình tốc độ và hướng dòng chảy đợt khảo sát đợt 2 tại trạm SCR1. ... 34 
Hình 2.16 Diễn biễn mực nước từ ngày 12/1/2016 đến 4/3/2017 tại trạm đo. ............. 34 
vii 
Hình 2.17. Vị trí lấy mẫu bùn cát đáy. .......................................................................... 35 
Hình 2.18 Thành phần hạt đưa vào mô hình . ............................................................... 35 
Hình 2.19 Sơ đồ tổng hợp màu cơ bản. ......................................................................... 37 
Hình 2.20 Sơ đồ mặt cắt dọc theo cọc tiêu. ................................................................... 37 
Hình 2.21 Sơ đồ phân tích sóng theo đường mực nước trung bình. ............................. 37 
Hình 2.22 Thiết lập, bố trí camera và hệ thống cọc tiêu tại bãi tắm KS Agribank. ...... 38 
Hình 2.23 Bố trí hệ thống cọc tiêu trên MCN địa hình tại bãi tắm KS Agribank. ........ 39 
Hình 2.24 Một số hình ảnh lắp đặt thiết bị quan trắc thu nhận dao động mặt nước biển 
trong bão DOKSURI (từ ngày 12 đến 15//9/2017) tại bãi tắm KS Agribank. .............. 39 
Hình 2.25 Các vị trí, độ dài quy ước kiểm tra trên cọc tiêu. ........................................ 40 
Hình 2.26 Biến dạng ảnh các vị trí trên cọc tiêu. .......................................................... 40 
Hình 2.27 Sơ đồ khối chương trình trích xuất tín hiệu từ ảnh camera và cọc tiêu. ....... 42 
Hình 2.28 Định dạng file dữ liệu ảnh thu nhận từ camera ............................................ 42 
Hình 2.29 Trích xuất khung hình đại diện. .................................................................... 42 
Hình 2.30 Tín hiệu màu R-G-B trên mặt cắt được chương trình đọc và xử lý. ............ 42 
Hình 2.31 Dao động mực nước các cọc tiêu (từ C1 đến C6) trong thời đoạn đo đạc ... 43 
Hình 2. 32 Vị trí trạm đo và mương dẫn nước vào giếng đo trạm hải văn Sơn Trà ..... 44 
Hình 2.33 So sánh mực nước dâng trạm Sơn Trà và trạm tại Cửa Đại, Hội An ........... 45 
Hình 2.34 Tương quan mực nước giữa trạm hải văn Sơn Trà và trạm đo mực nước tại 
Cửa Đại, Hội An giai đoạn từ 12/2015 đến 3/2017 ....................................................... 45 
Hình 2.35 Đồ thị MN dâng trạm hải văn Sơn Trà (12/9/2016 đến 16/9/2016) ............. 46 
Hình 2.36 Phân bố độ cao sóng quan trắc và nước dâng do sóng theo mặt cắt ngang . 47 
Hình 2.37 Sơ đồ khối tính toán nước dâng do sóng và biến động bãi biển................... 48 
Hình 2.38 Miền tính toán vùng ... lý thuyết mô hình thủy lực 2 chiều XBEACH [56] 
2.2.1. Giới thiệu tóm tắt về mô hình mô hình XBEACH 
XBeach là một mô hình số mã nguồn mở được phát triển ban đầu để mô phỏng các quá 
trình thủy động lực học và hình thái động lực học và tác động lên các bờ biển cát với 
kích thước miền hàng km và theo quy mô thời gian của bão. Mô hình bao gồm các quá 
trình thủy động lực học của sự biến đổi sóng ngắn (khúc xạ, vỡ), biến đổi sóng dài (tạo 
ra, lan truyền và tiêu tán), thiết lập do sóng gây ra và dòng chảy không ổn định, cũng 
như ngập nước và ngập tràn. Các quá trình hình thái học bao gồm tải trọng đáy và vận 
chuyển trầm tích lơ lửng, sạt lở mặt đụn cát, tác động và phá vỡ tầng đáy. 
XBeach có hai chế độ: chế độ thủy tĩnh và chế độ không thủy tĩnh. 
Trong chế độ thủy tĩnh, sự biến đổi biên độ sóng ngắn được giải quyết tách biệt với sóng 
dài, dòng chảy và sự thay đổi hình thái. Chế độ không thủy tĩnh giải quyết tất cả các quá 
trình bao gồm cả chuyển động sóng ngắn, nhưng với nhu cầu tính toán nhiều hơn. 
2.2.2. Chế độ không thủy tĩnh 
Lưu lượng trung bình theo độ sâu do sóng và dòng chảy được tính bằng phương trình 
nước nông phi tuyến tính, bao gồm cả áp suất không thủy tĩnh. 
Phương trình cân bằng hoạt động sóng ngắn 
Sóng cưỡng bức trong phương trình động lượng ở vùng nước nông nhận được từ một 
phiên bản phụ thuộc vào thời gian của phương trình cân bằng tác dụng của sóng. Tương 
tự như mô hình HISWA [63] của Đại học Delft, phân bố theo hướng của mật độ hoạt 
động được tính đến, trong khi phổ tần số được biểu thị bằng một tần số, được biểu thị 
tốt nhất bằng tham số phổ fm-1,0. Phương trình cân bằng hoạt động sóng được đưa ra: 
∂A
∂t
+
∂cxA
∂x
+
∂cxA
∂y
+
∂cxA
∂θ
= −
Dw + Df + Dv
σ
Tác động của sóng A được tính như sau: 
A(x, y, t, θ) =
Sw (x, y, t, θ)
σ(x, y, t)
trong đó:  biểu thị góc tới so với trục x, Sw biểu thị mật độ năng lượng sóng trong mỗi 
ô định hướng và là tần số sóng nội tại. Tần số nội tại và vận tốc nhóm cg thu được 
từ quan hệ phân tán tuyến tính. 
σ = √gktanhkh 
(2. 31) 
(2. 32) 
(2.32a) 
162 
Tốc độ truyền sóng trong không gian x, y và theo phương được cho bởi: 
Cx (x,y,t,) =cg cos() 
Cy (x,y,t,) =cg sin() 
c0(x, y, t, θ) =
σ
sinh2kh
(
∂h
∂x
sinθ −
∂h
∂y
cosθ) 
trong đó: h đại diện cho độ sâu của nước tại địa phương và k là số sóng. Tần số sóng nội 
tại  được xác định mà không có sự tương tác của dòng sóng bằng với tần số xuyên tâm 
tuyệt đối . 
Tương tác Sóng – dòng chảy 
Trong XBeach, điều này được tính đến bằng cách hiệu chỉnh số sóng k với việc sử dụng 
phương trình Eikonal, điều này sẽ có tác động đến nhóm và tốc độ truyền sóng (x, y và 
không gian hướng). Số sóng ngang và sóng dọc bờ, kx và ky, được xác định theo phương 
trình (2.36; 2.37). Trong các công thức này, các chỉ số phụ đề cập đến hướng của các 
thành phần vectơ sóng. 
kx = kx
n−1 + kx 
ky = ky
n−1 + ky 
trong đó: chỉ số phụ n-1 đề cập đến số sóng của bước thời gian trước đó, kx và ky là các 
hiệu chỉnh số sóng và kx và ky là các số sóng đã hiệu chỉnh có tính đến sự hiện diện của 
dòng chảy. Các số hạng hiệu chỉnh được xác định bằng bộ phương trình thứ hai, phương 
trình Eikonal: 
∂kx
∂t
+
∂w
∂x
= 0 
∂ky
∂t
+
∂w
∂y
= 0 
Số sóng sau đó được cho: 
k = √kx2 + ky2 
Tần số bán kính tuyệt đối  được tính bằng: 
ω = σ + kxu
L + kyv
L + 
trong đó: uL và vL lần lượt là vận tốc Lagrangian trung bình qua bờ và độ sâu dọc bờ. 
Tốc độ truyền sóng (theo phương x và y) được cho bởi: 
(2. 35) 
(2. 34) 
(2. 33) 
(2. 37) 
(2. 36) 
(2. 39) 
(2. 38) 
(2. 40) 
(2. 41) 
163 
cx(x, y, t, θ) = cg cos(θ) + u
L 
cy(x, y, t, θ) = cg sin(θ) + v
L 
Tốc độ lan truyền trong không gian có hướng , nơi tính đến khúc xạ 
đáy (số hạng đầu) và khúc xạ dòng điện (hai số hạng cuối), nhận được từ: 
cθ(x, y, t, θ) =
σ
sinh2kh
(
∂h
∂x
sinθ −
∂h
∂y
cosθ) + cosθ (sinθ
∂u
∂x
− cosθ
∂u
∂y
)
+ sinθ (sinθ
∂v
∂x
− cosθ
∂v
∂y
) 
Sự tiêu tán năng lượng sóng 
Năm công thức phá sóng khác nhau được thực hiện trong XBeach. Các công thức có thể 
được chọn bằng cách sử dụng ngắt từ khóa (Bảng PL2.1). 
Bảng PL 2.1 Các công thức phá sóng khác nhau được thực hiện 
Công thức phá sóng Loại sóng Từ khóa 
Roelvink (1993a) Cố định roelvink1 
Roelvink (1993a) Phiên bản mở rộng roelvink2 
Daly et al. (2010) Cố định roelvink_daly 
Baldock et al. (1998) Đứng im baldock 
Janssen & Battjes (2007) Đứng im janssen 
Tổng tiêu tán năng lượng của sóng, tức là tích hợp theo hướng, do sóng phá vỡ có thể 
được mô hình hóa theo Roelvink (1993) [64]. Trong công thức của sự tiêu tán do sóng 
vỡ, ý tưởng là tính toán sự tiêu tán với một phần nhỏ của sóng đứt Qb nhân với sự tiêu 
tán mỗi sự kiện vỡ. Trong công thức này,α được áp dụng làm hệ số tản sóng của O, Trep 
là chu kỳ sóng đại diện và Ew là năng lượng của sóng. Phần phá sóng được xác định với 
chiều cao sóng bình phương gốc Hmrs và chiều cao sóng lớn nhất Hmax. Chiều cao sóng 
tối đa được tính bằng tỷ số giữa độ sâu mực nước (h) cộng với một phần nhỏ của chiều 
cao sóng  Hrms bằng cách sử dụng chỉ số ngắt . Trong công thức cho Hrmss thì  đại 
diện cho mật độ nước và g là hằng số hấp dẫn. Tổng năng lượng sóng Ew được tính bằng 
cách tích phân trên các thùng hướng sóng. 
D̅w = 2
α
Trep
QbEw 
(2. 44) 
(2. 43) 
(2. 42) 
(2. 45) 
164 
Qb = 1 − exp (− (
Hrms
Hmax
)
n
), Hrms = √
8Ew
ρg
, Hmax = γ. (h + δHrms) 
Ew(x, y, t) = ∫ Sw(x, y, t, θ)dθ
2π
0
Trong biến thể của (2.45), người ta cũng có thể sử dụng một công thức phá sóng khác, 
được trình bày trong (2.46). Công thức này hơi khác so với công thức của Roelvink 
(1993) và được chọn bằng cách sử dụng từ khóa: roelvink2. Sự khác biệt chính với công 
thức ban đầu là sự tiêu tán sóng với roelvink2 tỷ lệ với H3/h thay vì H2 
D̅w = 2
α
Trep
QbEw
Hrms
h
Ngoài ra, công thức của [65] cho biết rằng sóng sẽ hoàn toàn vỡ nếu độ cao của sóng 
vượt quá ngưỡng () và ngừng đứt nếu độ cao của sóng giảm xuống dưới ngưỡng khác 
(2). Công thức này được chọn bởi break = roelvink_daly và ngưỡng thứ hai, (2), có thể 
được đặt bằng cách sử dụng từ khóa (2). 
{
Qb = 1 if Hrms > γh
Qb = 0 if Hrms < γ2h
Trong trường hợp sóng tĩnh [66] được áp dụng, được trình bày trong (2.48, 2.48a). Trong 
công thức phá vỡ này, các sóng vỡ phân đoạn Qb và chiều cao sóng vỡ Hb được tính toán 
khác so với các công thức phá vỡ được sử dụng cho tình huống không đứng yên, α được 
áp dụng làm hệ số tiêu tán sóng, frep biểu thị một tần số nội tại đại diện và y là hệ số hiệu 
chuẩn 
D̅w =
1
4
αQbρgfrep(Hb
2 + Hrms
2 ) 
Qb = exp [− (
Hb
2
Hrms
2 )], Hb =
0,88
k
tanh [
γkh
0,88
] 
Cuối cùng, có thể sử dụng công thức [JB07] để phá sóng của sóng tĩnh. Công thức này 
là một bản sửa đổi của công thức Baldock. 
D̅w =
√π αfrepρgHrms
3
16h
Qb 
Qb = 1 +
4
3√π
(R3 +
3
2
R) exp(−R2) − erf (R) 
R =
Hb
Hrms
(2. 46) 
(2. 47) 
(2. 48) 
(2. 49) 
(2.49b) 
(2.49a) 
(2.48a) 
(2.45a) 
(2.45b) 
165 
Trong cả trường hợp cố định hoặc đứng yên, tổng tiêu tán sóng được phân bố tỷ lệ thuận 
trên các hướng sóng với công thức trong (2.50). 
Dw(x, y, t, θ) =
Sw(x, y, t, θ)
Ew(x, y, t)
D̅w(x, y, t) 
Ứng suất bức xạ 
Với sự phân bố không gian của tác động sóng, ứng suất bức xạ có thể được đánh giá 
bằng cách sử dụng lý thuyết sóng tuyến tính như được mô tả bởi: 
Sxx,r(x, y, t) = fcos
2θSrdθ 
Sxy,r(x, y, t) = Sỹ,r(x, y, t) = fsinθcosθSrdθ 
Syy,r(x, y, t) = fsin
2θSrdθ 
Sự nhiễu loạn do sóng 
Sự rối loạn do sóng gây ra ở bề mặt nước phải được chuyển về phía đáy để ảnh hưởng 
đến sự khuấy lên của trầm tích. [RS89] đã sử dụng mô hình phân rã theo cấp số nhân 
với độ dài trộn tỷ lệ với Hrms để ước tính thời gian năng lượng nhiễu loạn trung bình tại 
lớp đáy từ nhiễu động trên mặt nước: 
kb =
k
exp (
h
Hrms
)
− 1 
trong đó kb là phương sai nhiễu loạn tại đáy và k là phương sai nhiễu loạn trung bình 
theo thời gian tại mặt nước. 
kb =
k̅s
exp (
h
Lmix
) − 1
Phương trình nước nông 
Đối với các sóng tần số thấp và dòng chảy trung bình, chúng tôi sử dụng các phương 
trình nước nông. Để tính đến thông lượng khối lượng do sóng gây ra và dòng chảy (trở 
lại) tiếp theo, chúng được đúc thành công thức trung bình theo chiều sâu Lagrangian 
trung bình (GLM) ([AM78], [WRG00]). Trong khuôn khổ như vậy, các phương trình 
động lượng và liên tục được xây dựng theo vận tốc Lagrangian được định nghĩa là 
khoảng cách mà một hạt nước di chuyển trong một chu kỳ sóng, chia cho chu kỳ đó. 
Vận tốc này liên quan đến vận tốc Eulerian (vận tốc trung bình sóng ngắn quan sát được 
tại một điểm cố định) bằng cách: 
(2. 50) 
(2. 55) 
(2. 54) 
(2. 52) 
(2. 51) 
(2. 53) 
166 
uL = uE + uS và vL = vE + vS 
trong đó uS và vS đại diện cho Stokes trôi theo hướng x- và y tương ứng ([Phi77]). Sự 
trôi dạt Strokes được tính toán trong đó năng lượng Ew và hướng sóng ngắn thay đổi của 
nhóm sóng thu được từ sự cân bằng hoạt động của sóng. 
uS =
Ewcosθ
phc
 and vS =
Ewsinθ
phc
Các phương trình động lượng GLM kết quả được đưa ra bởi: 
∂uL
∂t
= uL
∂uL
∂x
+ vL
∂uL
∂y
− fvL − vh (
∂2uL
∂x2
+
∂2uL
∂y2
) =
τsx
ph
−
τbx
E
ph
− g
∂η
∂x
+
Fx
ph
+
Fv,x
ph
∂vL
∂t
= uL
∂vL
∂x
+ vL
∂vL
∂y
− fuL − vh (
∂2vL
∂x2
+
∂2vL
∂y2
) =
τsy
ph
−
τby
E
ph
− g
∂η
∂y
+
Fy
ph
+
Fv,y
ph
∂η
∂t
+
∂hu
∂x
+
∂hv
∂y
= 0 
Độ nhớt ngang 
Theo mặc định, độ nhớt ngang (vh) được tính bằng cách sử dụng mô hình [Sma63] để 
tính đến sự trao đổi động lượng ngang ở các quy mô không gian nhỏ hơn kích thước 
lưới tính toán, được cho là: 
vh = cS
221/2√(
δu
δx
)
2
+ (
δv
δy
)
2
+
1
2
(
δu
δx
+
δv
δy
)
2
∆x∆y 
trong đó cS là hằng số Smagorinsky được đặt ở 0,1 trong tất cả các mô phỏng mô hình. 
Cũng có thể sử dụng giá trị do người dùng xác định cho độ nhớt ngang bằng cách tắt mô 
hình Smagorinsky và chỉ định giá trị trực tiếp. 
Phương trình khuếch tán 
Nồng độ trầm tích trong cột nước được lập mô hình bằng cách sử dụng sơ đồ khuếch 
tán-đối lưu trung bình theo độ sâu với thuật ngữ chìm tại nguồn dựa trên nồng độ trầm 
tích cân bằng ([GV83]): 
∂hC
∂t
+
∂hCuE
∂x
+
∂hCvE
∂y
+
∂
∂x
[Dhh
∂C
∂x
] +
∂
∂y
[Dhh
∂C
∂y
] =
hCeq − hC
Ts
In đại diện cho nồng độ trầm tích trung bình theo độ sâu thay đổi theo thang thời gian 
nhóm sóng và là hệ số khuếch tán trầm tích. Sự cuốn theo của trầm tích được biểu thị 
bằng thời gian thích ứng, được cho bằng một phép gần đúng đơn giản dựa trên độ sâu 
của nước địa phương và vận tốc rơi của trầm tích. Một giá trị nhỏ tương ứng với phản 
(2. 56) 
(2. 59) 
(2. 60) 
(2. 58) 
(2. 57) 
(2. 61) 
(2. 62) 
167 
ứng trầm tích gần như tức thời. Hệ số này là hệ số hiệu chỉnh và hiệu chuẩn có tính đến 
thực tế được xác định trên dữ liệu trung bình theo độ sâu. 
Ts = max (fTs
h
ws
, Ts, min) 
Vận chuyển trầm tích 
Trong phiên bản hiện tại của XBeach, có sẵn hai công thức vận chuyển trầm tích. Công 
thức của hai công thức được trình bày trong các phần sau. Đối với cả hai phương pháp, 
tổng nồng độ cặn cân bằng được tính theo phương trình (2.64). Trong phương trình này, 
giá trị nhỏ nhất của nồng độ bùn cát cân bằng (cho cả tải trọng đáy và tải trọng lơ lửng) 
so với nồng độ bùn cát tối đa cho phép. 
Ceq = max (min (Ceq,b,
1
2
Cmax +min (Ceq,s,
1
2
Cmax) , 0 
Công thức vận chuyển trầm tích đầu tiên có thể có là phương trình Soulsby-Van Rijn. 
Nồng độ cặn cân bằng được tính toán theo: 
Ceq,b =
Asb
h
(√vmg2 + 0.018
urms,2
2
cd
 − UCr)
2.4
Ceq,s =
Ass
h
(√vmg2 + 0.018
urms,2
2
cd
 − UCr)
2.4
Hệ số tải trọng đáy và tải trọng treo được tính với: 
Asb = 0.005h (
D50
h∆gD50
)
1.2
, Ass = 0.0125h(
D∗
−0.6
h∆gD50
)
1.2
Trong đó đường kính cặn không thứ nguyên (D*) có thể được tính theo công thức sau. 
Là độ nhớt động học dựa trên biểu thức của Van Rijn và là một hàm của nhiệt độ nước. 
XBeach giả định nhiệt độ không đổi là 20 độ C, điều này dẫn đến độ nhớt động học 
không đổi là. 
D∗ = (
∆g
v2
)
1/3
D50 
Nồng độ cặn cân bằng được tính toán theo: 
Ceq,b =
Asb
h
(√vmg2 + 0.64urms,2
2 − UCr)
1.5
(2. 63) 
(2. 64) 
(2. 65) 
(2. 66) 
(2. 67) 
(2. 68) 
168 
Ceq,s =
Ass
h
(√vmg2 + 0.64urms,2
2 − UCr)
2.4
Công thức vận chuyển trầm tích thứ ba có thể có là phương trình Van Rijn (1993 phân 
biệt giữa vận chuyển trầm tích dưới độ cao tham chiếu tại đó trầm tích được coi là vận 
chuyển tải trọng đáy và trên độ cao tham chiếu là được coi là tải trọng lơ lửng. 
Vận chuyển đáy nằm được tính toán với: 
Sb=0.006 swsD50M0.5Me0.7 
Đối với tải trọng lơ lửng, trước tiên, nồng độ chuẩn được tính theo: 
ca = 0.015ρs
D50Ta
1.5
αD∗0.3
Hiệu ứng độ dốc của bãi 
Ảnh hưởng của mái dốc lên thủy động lực cục bộ không được xem xét trong XBeach. 
Hai biểu thức có thể được thực hiện để thay đổi cường độ vận chuyển bùn cát. Phương 
thức đầu tiên là phương thức mặc định trong XBeach: 
qx,slope = qx − αhC√(uL)2 + (vL)2
∂zb
∂x
qy,slope = qy − αhC√(uL)2 + (vL)2
∂zb
∂y
Phương pháp này có thể được áp dụng cho vận chuyển tổng lượng bùn cát hoặc chỉ cho 
vận chuyển tải trọng đáy. Phương pháp thứ hai dựa trên công thức kỹ thuật của [Sou97]: 
qslope = q(1 − α
∂zb
∂s
) 
Ngoài ra, phương pháp này có thể được áp dụng cho vận chuyển toàn bộ hoặc chỉ vận 
chuyển theo đáy. Để thay đổi hướng vận chuyển tải trọng đáy, có thể sử dụng biểu thức: 
tan(αψ,new) =
sin(αψ) − f(θ)
dzb
dy
cos(αψ) − f(θ)
dzb
dx
f(θ) =
1
9(
D50
h )
0.3θ0.5
qb.x = |qb|cos (αψ,new) 
qb.y = |qb|sin (αψ,new) 
(2. 69) 
(2. 71) 
(2. 70) 
(2.72) 
(2.73) 
(2.74) 
(2.75) 
(2.76) 
(2.77) 
(2.78) 
169 
Cuối cùng, có thể điều chỉnh việc bắt đầu tiêu chí chuyển động cho vận chuyển toàn bộ 
hoặc chỉ vận chuyển tải trọng đáy thông qua ([Sou97]): 
θcr
adjused
= θcr
cos(ψ) sin(β) + √cos2(β)tan2(ψi) − sin2(ψ)sin2(β)
tan (ψi)
Xói lở đụn cát 
Để giải thích cho sự sụt giảm của vật liệu cát từ mặt đụn cát đến bờ biển trong quá trình 
xói mòn cồn cát do bão gây ra (từ khóa: tuyết lở) được giới thiệu để cập nhật sự tiến hóa 
của đáy. Avalanching được giới thiệu thông qua việc sử dụng độ dốc nền quan trọng 
cho cả khu vực khô và ướt. Người ta cho rằng các khu vực ngập nước dễ bị sụt trượt 
hơn nhiều và do đó, hai mái dốc tới hạn riêng biệt cho các điểm khô và ướt được sử 
dụng. Giá trị mặc định lần lượt là 1 và 0,3. Khi vượt quá độ dốc tới hạn này, vật liệu 
được trao đổi giữa các ô liền kề với lượng cần thiết để đưa mái dốc trở lại độ dốc tới 
hạn. 
|
∂zb
∂x
| > mcr 
Để ngăn chặn việc tạo ra các sóng xung kích lớn do sự thay đổi đột ngột của mức đáy, 
việc cập nhật đáy do sạt lở đã được giới hạn ở tốc độ tối đa là. Công thức (2.81, 2.82) 
cho thấy sự thay đổi mức đáy kết quả trong một bước thời gian. 
∆zb= min((|
∂zb
∂x
| − mcr) ∆x, vav,max∆t) ,
∂zb
∂x
> 0 
∆zb= max (−(|
∂zb
∂x
| − mcr)∆x, vav,max∆t) ,
∂zb
∂x
< 0 
(2.79) 
(2.80) 
(2.81) 
(2.82)