Numerical Simulation of Wave Overtopping of a Vertical Porous Detached Breakwater

Abstract

Various types of vertical porous detached breakwaters are being built to reduce the impact of wave pressure on sea dikes as well as avoid rapid, severe erosion along the coastline of the lower Mekong Delta area. Waves can both pass through the porous breakwater and over the top of the structure (overtopping). The effectiveness of porous structures varies because it depends on the crest freeboard height, breakwater width, and porosity. However, the effectiveness of this type of porous detached breakwater has yet to be proven. This paper evaluates the effectiveness of this type of breakwater by introducing a numerical model based on the Navier -Stokes equations applied to the porous media. The numerical model is applied to simulate solitary waves interacting with the porous structures for various cases. The numerical results show that when the crest freeboard is low (low-crested porous breakwater), the breakwater width and the porosity of the breakwater do not significantly affect the wave height behind the breakwater. The wave reduction effect is greatly increased with the increase of the crest height due to submerged breakwater and overtopping waves. The breakwater schematization is tested to show the porous breakwater effectiveness in reducing wave energy.

Xác định chiều rộng đê tường đứng rỗng dạng ngập đáp ứng hiệu quả chiết giảm sóng đơn dùng mô hình số và phương trình hồi quy bậc hai

“…Đối với những khu vực hứng chịu những con sóng lớn hoặc có tính chất bảo vệ quan trọng như khu đông dân cư, khu quân sự thì giải pháp kết hợp chủ độngbị động được sử dụng [13]. Do đặc điểm có thể cho sóng truyền qua, đê chắn sóng rỗng được sử dụng để chủ động giảm chiều cao sóng tới tác động lên đường bờ khu vực ven biển, đặc biệt hơn là những nơi không có che chắn như bán đảo, hải đảo [6], [11], [14][15][16][17]. Trong trường hợp cần đảm bảo mỹ quan, không che chắn phía sau để phục vụ cho bãi biển hay khu du lịch, đê chắn sóng rỗng dạng ngập được sử dụng như phương án tối ưu về mặt kỹ thuật [14].…”

“…Đến nay, chưa có lý thuyết tổng quan cho kết cấu đê rỗng mới này, các nghiên cứu về đê chắn sóng rỗng tập trung vào việc phát triển mô hình vật lý [5], [6], [18], mô hình thực nghiệm [11], [12], [18], [19], [20] và mô hình toán [11], [16], [18], [21][22][23][24][25][26]. So với mô hình vật lý và mô hình thực nghiệm, mô hình toán là phương pháp được sử dụng rộng rãi hơn với ưu điểm tiết kiệm thời gian, chi phí thiết kế mà vẫn đảm bảo độ chính xác cho phép.…”

“…Có thể nhận thấy, đê tường đứng kết cấu rỗng dạng ngập có đặc điểm nổi bật là vừa cho sóng truyền qua thân đê, vừa cho sóng đi qua đỉnh đê một cách dễ dàng, đặc biệt là sóng đơn (solitary wave) có chiều cao sóng hoàn toàn nằm trên mực nước tĩnh [16], [22][23]. Vì thế, hiệu quả giảm sóng của đê tường đứng rỗng dạng ngập là không lớn.…”

“…Sóng đơn được thiết lập từ biên ngoài bên trái của mô hình số, lan truyền theo thời gian vào miền tính toán tương tác với kết cấu và được hấp thụ hoặc đi ra ngoài biên phải. Sóng đơn được coi là có chiều dài vô cùng lớn, hình dạng đơn giản chỉ có một con sóng, thông số thiết lập là chiều sâu nước và chiều cao sóng nên được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu để xác định đặc trưng của các kết cấu mà nó tương tác [16], [17]. Trong mô hình số Flow-3D được sử dụng trong nghiên cứu này, lý thuyết sóng đơn được phát triển bởi McCowan [34].…”