Xây dựng công thức thực nghiệm xác định hệ số ảnh hưởng của mũi hắt sóng đến lưu lượng tràn qua đê biển có tường đỉnh

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 114
BÀI BÁO KHOA HỌC 
XÂY DỰNG CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH 
HỆ SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA MŨI HẮT SÓNG ĐẾN LƯU LƯỢNG 
TRÀN QUA ĐÊ BIỂN CÓ TƯỜNG ĐỈNH 
Nguyễn Văn Dũng1, Thiều Quang Tuấn2, Lê Xuân Roanh2, Nguyễn Văn Thìn2 
Tóm tắt: Lưu lượng tràn qua đỉnh đê có tường đỉnh không chỉ phụ thuộc vào độ lưu không Rc, độ 
dốc và độ nhám mà còn phụ thuộc vào vị trí, chiều cao và đặc điểm của mũi hắt sóng. Kết quả phân 
tích số liệu của 324 kịch bản thí nghiệm sóng tràn trong mô hình vật lý đã tìm ra công thức thực 
nghiệm xác định hệ số ảnh hưởng của mũi hắt sóng đến lưu lượng sóng tràn qua đê biển có tường 
đỉnh. Từ đó có thể tích hợp một cách tường minh vào công thức (Thiều Quang Tuấn, 2013) cũng 
như (TAW, 2002) khi có tường đỉnh. 
Từ khóa: Tường đỉnh; Mũi hắt, Sóng tràn; Đê biển, TAW-2002, Tuan 2013. 
1. GIỚI THIỆU 
Các kết quả điều tra đánh giá hiện trạng hư 
hỏng đê biển sau bão các tỉnh ven biển miền 
Bắc và Bắc Trung Bộ cho thấy sóng tràn qua đê 
gây hư hại mái trong là một trong những cơ chế 
phá hỏng đê biển phổ biến ở nước ta (Vũ Minh 
Cát và cộng sự, 2008) (Hình 1). 
Công thức xác định lưu lượng sóng tràn 
(TAW, 2002), sau đó được tổng hợp (EurOtop, 
2007) chưa xét đến ảnh hưởng của chiều cao 
tường và bề rộng thềm trước tường. (Thiều 
Quang Tuấn, 2013) trên cơ sở (TAW, 2002), 
thông qua thí nghiệm trên mô hình vật lý đã 
xây dựng được công thức thực nghiệm xác 
định ảnh hưởng của chiều cao tường và bề rộng 
thềm trước đến khả năng giảm lưu lượng sóng 
tràn. Trường hợp tường đỉnh có mũi hắt sóng 
vẫn chưa được (TAW, 2002) và (Thiều Quang 
Tuấn, 2013) nghiên cứu. Theo kết quả nghiên 
cứu (Nguyễn Văn Dũng và cộng sự 2015), mũi 
hắt sóng có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng 
giảm lưu lượng sóng tràn trung bình qua đê 
biển. Vì vậy, cần thiết phải xét đến hệ số ảnh 
hưởng này trong công thức tính toán sóng tràn 
của (TAW, 2002) cũng như của (Thiều Quang 
Tuấn, 2013). 
Hình 1. Đê biển Hậu Lộc, Thanh Hóa hư hỏng do bão số 7 năm 2005 (nguồn Internet) 
2. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VẬT LÝ 
MÁNG SÓNG1 
Các thí nghiệm mô hình vật lý sóng tràn qua 
1 Trường Đại học Hồng Đức. 
2 Trường Đại học Thủy Lợi. 
đê biển có tường đỉnh có mũi hắt sóng đã được 
triển khai trong máng sóng Hà Lan, Trường ĐH 
Thủy Lợi. Máng sóng có chiều dài 45m (hiệu 
quả 42m), rộng 1,0m và cao 1,2m. Máy tạo sóng 
được trang bị hệ thống hấp thụ sóng phản xạ 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 115
chủ động Active Reflection Compensation 
(AUKEPC/ARC) và có khả năng tạo sóng ngẫu 
nhiên theo phổ với chiều cao lên tới 30cm, chu 
kỳ đỉnh phổ 3,0s. 
Mô hình đê và các tham số sóng thí nghiệm 
được lựa chọn có tỷ lệ mô hình là 1/10. Đê được 
chế tạo có chiều cao 70cm, với hai độ dốc phía 
biển 1/3 và 1/4 được kết hợp với ba chiều cao 
tường W khác nhau là 6cm, 9cm, và 12cm. 
Đồng thời mũi hắt tường đỉnh có 3 góc nghiêng 
 khác nhau là 0o, 45o và 90o và chiều cao mũi 
hắt hn là 2cm, bề rộng mũi hắt là 2cm. Tường 
đỉnh có thể dịch chuyển để tạo ra các bề rộng 
thềm trước S khác nhau 0cm, 10cm và 25cm. 
Hình 2 minh họa quá trình bố trí thí nghiệm mô 
hình trong máng sóng. 
Bảng 1. Tóm tắt các tham số thí nghiệm 
Mái đê 
phía 
biển 
Các thông số sóng 
W (cm) S (cm) D (m) β (0) 
hn 
(cm) 
Bn 
(cm) Hmo(m) Tp (s) 
Dạng 
phổ 
1/3 0.124, 0.148 
và 0.178 
1.422, 1.73 
và 2.058 
Jonswap 6, 9, 12 0, 10, 
25 
0.55, 
0.60 
0, 45, 90 2 2 
1/4 0.124, 0.148 
và 0.178 
1.422, 1.73 
và 2.058 
Jonswap 6, 9, 12 0, 10, 
25 
0.55, 
0.60 
0, 45, 90 2 2 
Tổng số: 324 kịch bản thí nghiệm 
Hình 2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm mô hình vật lý 
W
h
B
S

Rc*
Rc
m = 3; 4
n
n
Hình 3. Mô phỏng các tham số đê và tường trong tính toán sóng tràn 
Chương trình thí nghiệm được thực hiện với 
sự kết hợp của các yếu tố hình học đê và các 
tham số sóng và mực nước được tóm tắt như 
trong Bảng 1. Các thí nghiệm được thực hiện 
theo một trình tự biến đổi có hệ thống các tham 
số của tường đỉnh (S, W, β) nhằm tạo điều kiện 
đánh giá ảnh hưởng của tường một cách thuận 
lợi hơn. Tổng cộng có 324 kịch bản thí nghiệm 
với sóng ngẫu nhiên đã được thực hiện, mỗi thí 
nghiệm được kéo dài ít nhất là 1000 con sóng để 
tạo được đầy đủ miền dao động tần số của phổ 
sóng như mong muốn. Sóng đến và sóng phản 
xạ được phân tách theo phương pháp của (Zelt 
and Skjelbreia ,1992), trong đó sử dụng các số 
liệu ghi sóng của 03 đầu đo sóng đồng bộ được 
đặt phía trước đê (Hình 2). 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 116
3. TAW (2002) VÀ TUẤN (2013) 
Lưu lượng sóng tràn trung bình qua đê biển 
trong trường hợp sóng vỡ (0m< 2.0) theo 
(TAW, 2002): 
03
0 00
0.067 1 1
* . .exp 4.75. . .
tan
c
m
m m vm
Rq
Q
HgH

  
 (1) 
Trong đó: 
 + q: Lưu lượng đơn vị sóng tràn trung bình 
thời gian (l/s trên m dài); 
 + Hmo: Chiều cao sóng tại chân công 
trình(m); 
 + γβ: Hệ số chiết giảm do ảnh hưởng của góc 
sóng tới; 
 + γr: Hệ số chiết giảm do độ nhám của vật 
liệu bảo vệ mái; 
+ γb: Hệ số chiết giảm do cơ; 
+ γv: Hệ số chiết giảm sóng do tường đứng, 
được xác định theo: 
+ γv = 1,35-0.0078 αw khi độc dốc mặt ngoài 
tường : αw = 45÷90
o 
+ γv= 1,0 khi αw = 45
o 
+ γv = 0,65 khi αw = 90
o (tường dốc đứng) 
Hệ số ảnh hưởng tổng hợp của tường v theo 
(Thiều Quang Tuấn, 2013): 
0 0 0
1 1 1 1 1 1
1 1.6 1
8v w s c m m m
W S
R H    
   
(2)
Trong đó: 
+ w : Hệ số chiết giảm do ảnh hưởng của 
chiều cao tường đỉnh W; 
+ s : Hệ số chiết giảm do ảnh hưởng của 
thềm trước S; 
+ W: chiều cao tường đỉnh (cm); 
+ S: Bề rộng thềm trước (cm). 
4. KIỂM ĐỊNH SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 
TRƯỜNG HỢP TƯỜNG ĐỈNH KHÔNG 
CÓ MŨI HẮT SÓNG 
Sử dụng bộ số liệu sóng tràn ứng với trường 
hợp không có mũi hắt ( = 0), tính toán hệ số 
chiết giảm ảnh hưởng của tường chắn theocông 
thức (2) đã được tích hợp vào công thức (1), kết 
quả so sánh được thể hiện qua Hình 4. 
Hình 4. Kiểm định số liệu thí nghiệm Bảng 1 với trường hợp tường đỉnh không có mũi hắt sóng 
 theo Thiều Quang Tuấn (2013) và TAW-2002 
Kết quả thể hiện trên Hình 4 cho thấy ảnh 
hưởng của tường đỉnh trên đê trong trường hợp 
không có mũi hắt được tính toán theo công thức 
(2) đủ độ tin cậy. Do đó có thể kế thừa công 
thức này để mở rộng cho trường hợp khi tường 
đỉnh có mũi hắt. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 117
5. PHÂN TÍCH MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG 
CỦA MŨI HẮT SÓNG ĐẾN SÓNG TRÀN 
QUA ĐÊ BIỂN 
Số liệu thí nghiệm sóng tràn trong trường hợp 
tường đỉnh có mũi hắt sóng (góc mũi hắt  = 450 và 
900) được kiểm định với công thức (2) tích hợp vào 
công thức (1) thể hiện như Hình 5. Kết quả cho thấy 
mũi hắt sóng có ảnh hưởng đáng kể đến lưu lượng 
sóng tràn qua đê biển và do vậy cần thiết phải kể đến 
ảnh hưởng này trong hệ số ảnh hưởng tổng hợp v. 
Hình 5. Ảnh hưởng của mũi hắt của tường đỉnh đến sóng tràn qua đê biển 
6. PHƯƠNG PHÁP MỚI XÁC ĐỊNH HỆ 
SỐ ẢNH HƯỞNG TỔNG HỢP CỦA 
TƯỜNG ĐỈNH CÓ MŨI HẮT 
Do ảnh hưởng của mũi hắt sóng và thềm 
trước phụ thuộc vào nhau và coi ảnh hưởng của 
chiều cao tường là độc lập (Nguyễn Văn Dũng 
và cộng sự, 2015), trên cơ sở kế thừa công thức 
(2) thì hệ số chiết giảm của tường đỉnh có mũi 
hắt được thể hiện như sau: 
,
1 1 1
.
v w s   
 (3) 
Trong đó s, là hệ số chiết giảm do ảnh 
hưởng của thềm trước và mũi hắt sóng của 
tường. 
Hệ số chiết giảm của mũi hắt và thềm trước 
s, có thể được xác định như (4): 
, 0 0 , 0
1 1 1 1
1
8s m m s
S
a a
H
 
    
 (4) 
với a là hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mũi 
hắt, s,=0 là hệ số chiết giảm của thềm trước khi 
không có mũi hắt (xác định theo công thức (1)). 
Từ (4), hệ số ảnh hưởng của mũi hắt và thềm 
acó thể được xác định như sau: 
, , 0
1 1
s s
a
   
 (5) 
Nhìn chung a là hàm số phức hợp phụ thuộc 
vào bề rộng tương đối S/Hm0, 0m, góc mũi hắt  
và chiều cao mũi hắt tương đối hn/W. 
0
0
, , , nm
m
hS
a F
H W
  
 (6) 
Phương trình (6) được xác định dựa vào các 
số liệu thí nghiệm cùng với các điều kiện biên 
ràng buộc của a như sau: 
max
0 khi 0
khi 0& 0
a
a a S

 


 (7) 
Hệ số ảnh hưởng tổng hợp của tường v từ số 
liệu thí nghiệm so với đường chuẩn của (TAW, 
2002). 
log( )
log( )
TAW
v
m
Q
Q
 (8) 
với QTAW và Qm lần lượt là lưu lượng sóng 
tràn phi thứ nguyên xác định theo đường chuẩn 
của (TAW, 2002) không kể đến ảnh hưởng của 
tường (vế phải của (1) với v =1.0) và lưu lượng 
sóng tràn phi thứ nguyên đo đạc được (vế trái 
của (1)). 
Kết quả phân tích sự phụ thuộc của avới 
chiều rộng thềm tương đối ứng với các góc hắt 
sóng  khác nhau được thể hiện như Hình 6. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 118
Hình 6. Sự phụ thuộc của a với bề rộng thềm và góc mũi hắt sóng 
Như vậy, với cùng một góc hắt sóng ( 
không đổi, Hình 6b hoặc 6c), a giảm chậm theo 
quy luật phi tuyến với bề rộng thềm tương đối 
S/Hm0/0m. Giá trị alớn nhất ứng với trường 
hợp không có thềm trước (S = 0). Khi có cùng 
một bề rộng thềm, a có xu thế tăng nhanh theo 
 khi  tăng từ 0 đến 45o và sau đó giảm chậm 
khi  tăng từ trên 45o đến 90o. Sự thay đổi của 
atheo với > 45
o là không nhiều, chứng tỏ a 
đạt giá trị cực đại tương ứng với góc hắt > 45o. 
Sự tăng giảm này của a tương tự như quy luật 
hình sin. Giá trị góc  đem lại a,maxsẽ được xác 
định dựa trên sự phù hợp nhất của hàm avới 
các số liệu thực nghiệm. 
Hình 7. Sự phụ thuộc của a với bề rộng thềm và chiều cao mũi tương đối. 
Nhìn chung có thể thấy rằng ảnh hưởng của 
chiều cao tương đối của mũi hắt có ảnh hưởng 
yếu đến hệ số chiết giảm tổng hợp. Với cùng 
một bề rộng thềm tương đối thì agiảm chậm 
khi hn/W tăng. Quan hệ nghịch biến này có quy 
luật tương tự như dạng hàm mũ. 
Dựa vào những phân tích nêu trên chúng 
ta có thể đưa ra phương trình quan hệ giữa a 
với các tham số chi phối của nó theo (9) như 
sau: 
 10 2tanh exp sin
nm n
m
H h
a c n
S W
  
     
 (9) 
trong đó c là hệ số kinh nghiệm xác định theo 
phương pháp hồi quy với các số liệu thí nghiệm, 
n1 và n2 (n2> 1 theo kết quả phân tích từ (Hình 
5) là các hằng số được xác định theo phương 
pháp thử dần theo quy luật ảnh hưởng sao để 
đem lại sự phù hợp nhất của hàm. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 119
Kết quả phân tích hồi quy nhiều biến sử dụng 
Matlab cho kết quả các hằng số n1 = 2.0 và n2 = 
1.5 và hệ số thực nghiệm c = 0.222. Công thức 
(9) có thể được viết lại như sau: 
200.222 tanh exp sin 1.5m nm
H h
a
S W
  
     
 (10) 
Với n2 = 1.5 có nghĩa là khi  = 90
o/1.5 = 60o thì ảnh hưởng của mũi hắt là lớn nhất (tức 
sin(1.5) = 1.0). Điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của (Doorslaer và De Rouck, 2010). 
Hình 8. Đường hồi quy hàm số thực nghiệm xác định hệ a 
Đường hồi quy của (10) với các số liệu thực 
nghiệm được thể hiện trên Hình 8 với hệ số hồi 
quy khá tốt R2 = 56 % (so với tính ngẫu nhiên 
và bất định cao của sóng tràn qua tường đỉnh). 
Với hệ số ảnh hưởng của thềm và mũi hắt xác 
định theo (10), hệ số chiết giảm s, theo (4), chúng 
ta có thể dễ dàng xác định hệ số chiết giảm tổng 
hợp của tường đỉnh v theo (3). So sánh v giữa kết 
quả tính toán và thực đo được thể hiện ở trên Hình 
9 với mức độ phù hợp khá tốt R2 = 59 %. 
Hình 9. Hệ số ảnh hưởng tổng hợp của tường đỉnh có mũi hắt sóng v: thực đo và tính toán 
Toàn bộ số liệu thí nghiệm sóng tràn sau 
khi đã kể đến hệ số ảnh hưởng tổng hợp của 
tường đỉnh v xác định theo (3) được thể hiện 
ở Hình 10. So sánh kết quả giữa Hình 10 và 
Hình 5 có thể thấy rằng việc kể đến ảnh 
hưởng của mũi hắt thông qua hệ số ảnh 
hưởng tổng hợp giữa mũi hắt và thềm trước 
đã đem lại mức độ tin cậy cao trong tính toán 
sóng tràn trong trường hợp tường đỉnh trên 
đê có mũi hắt sóng. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 120
Hình 10. Sóng tràn qua đê biển với hệ số ảnh hưởng tổng hợp mới cho tường đỉnh có mũi hắt 
7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho 
thấy (TAW, 2002) chưa mô tả xác đáng ảnh 
hưởng của tường đỉnh đến sóng tràn qua đê 
biển. Việc sử dụng độ dốc mái đê quy đổi khi có 
tường tỏ ra không phù hợp, tạo ra hiện tượng 
sóng không vỡ giả, làm giảm độ tin cậy của 
(TAW, 2002). 
Kết quả kiểm tra từ bộ số liệu của 324 thí 
nghiệm cho thấy ảnh hưởng của tường đỉnh 
trên đê trong trường hợp không có mũi hắt có 
thể được tính toán đủ tin cậy theo công thức 
(2). Do vậy có thể kế thừa phương pháp này 
để mở rộng cho trường hợp khi tường đỉnh có 
mũi hắt. Trên cơ sở công thức (2), quá trình 
phân tích từ chuỗi số liệu thí nghiệm cho thấy 
ảnh hưởng của mũi hắt đến lưu lượng tràn qua 
đê là khá đáng kể, đồng thời mức độ chi phối 
của tường đỉnh có mũi hắt là không giống 
nhau khi thay đổi thềm trước (S), góc nghiêng 
của mũi hắt và chiều cao tương đối cũng ảnh 
hưởng đáng kể đến lưu lượng tràn qua đê. 
Điều này đã gợi mở cho việc đề xuất một hệ 
số ảnh hưởng tổng hợp mới, được phát triển từ 
công thức (2). Hệ số tổng hợp này là hàm số 
phức hợp phụ thuộc vào bề rộng tương đối 
S/Hm0, 0m, góc mũi hắt  và chiều cao mũi 
hắt tương đối hn/W. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Vũ Minh Cát và cộng sự (2008), “Nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với từng loại đê 
và phù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam”, Báo cáo tổng hợp đề tài 
NCKH cấp Bộ, Hà Nội. 
Nguyễn Văn Dũng, Lê Xuân Roanh, Thiều Quang Tuấn (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng của mũi hắt 
đến lưu lượng sóng tràn qua đê biển, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường số 50 
(9/2015). 
EurOtop (2007), “Wave Overtopping of Sea Defences and Related Structures: Assessment Manual”, 
Environment Agency UK/Expertise Netwerk Waterkeren NL/Kuratorium fur Forschung im 
Kusteningenieurswesen, DE. 
Pozueta, B., Van Gent, M.R.A., Van den Boogaard, H.F.P. and Medina, J.R. (2004), ”Neural 
network modelling of wave overtopping at coastal structures”, Proc. 29th Int. Conf. Coastal 
Eng.(ICCE 2004), ASCE, Lisbon, Portugal, pp. 4275-4287. 
TAW-2002 (2002),“Technical report wave run-up and wave overtopping at dikes”, Technical 
Advisory Committee on Flood Defence, The Netherlands. 
Thiều Quang Tuấn(2013), Trang 23, “Ảnh hưởng của tường đỉnh đến lưu lượng sóng tràn qua đê 
biển”, Báo cáo khoa học thường niên trường Đại học Thủy lợi 2013. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 121
Van Doorslaer K. and De Rouck J. (2010), “Reduction of wave overtopping on a smooth dike by 
means of a parapet”, Coastal Eng.(ICCE 2010). 
Verhaeghe, H., Van der Meer, J.W., Steendam, G.J., Besley, P., Franco, L. and Van Gent, M.R.A. 
(2003), “Wave overtopping database as the starting point for a neural network prediction method”, 
ASCE, Proc. Coastal Structures 2003, Portland, pp. 418-430.WL, 2004. DELFT-AUKEPC users’ 
manual, DELTARES, www.detares.nl/nl/software/1029548/aukepc. 
Zelt, J.A. and Skjelbreia, J.E. (1992), “Estimating incident and reflected wave fields using an 
arbitrary number of wave gauges”, Proc. 23rd Int. Conf. Coastal Eng., ASCE, pp. 777-789 
Abstract: 
RESEARCH EFFECTS OF CROWN-WALLS HAVING NOSE TO WAVE 
OVERTOPPING DISCHARGES THROUGH SEA-DIKES. 
Overtopping discharge on top of sea dike with crown wall is not ally depended free board Rc, slope 
of dike, roughness but also related to location, height and shape of the crown wall. Based on the 
324 random scenariosexperiment of physical wave flume modeling we have founded an empirical 
formula to determine the impacts of the nose of crown-walls to wave overtopping discharge through 
sea-dikes. Therefore the research results also made more clearly Thieu Quan Tuan’ formula (2013) 
as well as TAW- 2002 in case of crown wall. 
Keywords: crown - walls, Nose, wave overtopping, Sea-dikes, TAW-2002, Tuan 2013. 
BBT nhận bài: 25/4/2016 
Phản biện xong: 15/6/2016