Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH TRUYỀN SĨNG
QUA RẠN NGẦM TRÊN THỀM ĐẢO NỔI XA BỜ
1

Phạm Thị Thúy1, Lê Hải Trung2, Trần Thanh Tùng2
Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn, email:
2
Trường Đại học Thủy lợi

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Đánh giá hiệu quả giảm sóng của rạn ngầm
nhân tạo đặt trên thềm đảo nổi san hô xa bờ là
vấn đề phức tạp do đặc điểm địa hình rất khác
biệt so với vùng ven bờ. Các đảo san hơ này
thường có một thềm dốc, với đáy chuyển gấp
từ rất sâu (vài trăm mét) đến rất nông (một vài
mét). Tiếp nối là thềm san hô tương đối phẳng
và rộng, trong cùng là lõi đảo (hình 1).

tại hiện trường, mơ hình tốn và mơ hình vật
lý. Chính vì vậy, bài báo này nhằm tổng hợp
và đánh giá những nghiên cứu đã có về q
trình truyền sóng qua rạn ngầm trên thềm đảo.
Nhìn chung, đây là q trình suy giảm và biến
đổi năng lượng sóng từ vùng nước sâu tới đảo
và trên thềm đảo có bố trí rạn ngầm.
2. TỔNG QUAN Q TRÌNH SUY GIẢM
SĨNG TRÊN THỀM ĐẢO

2.1. Q trình truyền sóng từ nước sâu
vào vùng nước nơng

Hình 1. Sơ họa địa hình của đảo nổi
Với đặc điểm địa hình như trên, trường
thuỷ động lực học trên thềm đảo theo đó
cũng có những đặc điểm riêng. Sóng nước
sâu sau khi gặp mép xanh sẽ bị tán xạ mạnh
trên sườn dốc, năng lượng sóng bị tiêu tán
phần lớn, gấp nhiều lần so với trường hợp bờ
biển cát thơng thường. Sóng lan truyền trên
thềm đảo là sóng thứ cấp và tiếp tục được
truyền tới các hướng bờ và biển. Khi gặp vật
cản như kết cấu rạn ngầm đặt trên thềm đảo,
sóng lại tiếp tục q trình tương tác phức tạp.
Những nghiên cứu về q trình truyền sóng
trong điều kiện địa hình tương đối đặc biệt như
các đảo san hô đa số dựa trên bộ tài liệu đo đạc

Các nghiên cứu trước đây chủ yếu nghiên
cứu hiện tượng truyền sóng đối với bờ biển
thơng thường (độ dốc <1/20) với độ sâu biến
đổi dần. Nghiên cứu truyền sóng đối với kiểu
bờ có vách dốc đứng, độ sâu biến đổi đột
ngột như dạng đảo san hơ cho đến nay chưa
có nhiều. Các nghiên cứu truyền sóng trên
thềm san hơ ở Úc hầu hết đều liên quan tới
vùng Great Barrier Reef (GBR) (Wolanski,
1986; Young, 1989; Hardy và nnk., 1990;

Massel, 1994). Ngoài ra, cịn có các nghiên
cứu về sóng lừng truyền tới diềm san hô ở
Hawaii (Lee and Black,1978; Gerritsen,1981;
Lowe và nnk., 2005).
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy
sóng tới bị suy giảm đáng kể khi truyền qua
thềm đảo san hô và tỷ lệ suy giảm tương đối
phù hợp với các lý thuyết hiện có về ma sát
đáy và sự tiêu tan sóng vỡ. Tỉ lệ tiêu tán năng
lượng sóng lớn nhất có thể lên tới 75% ÷
86% (Lee và Black,1978; Kono và
Tsukyama,1980). Hệ số truyền sóng qua rạn
ngầm trung bình là 0,46 và biến đổi bởi thủy

552


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

triều (0,32 với thủy triều thấp và 0,62 với
thủy triều cao) Lugo-Fernondez (1998).
Bằng mơ hình tốn, Sheppard; Charles &
nnk (2005) nghiên cứu ảnh hưởng của chiều
rộng rạn san hô, độ nhám bề mặt và mực nước
tới sự tiêu tán năng lượng cho 14 rạn san hô ở
Seychelles. Tom E. Baldock và nnk(2019) sử
dụng mơ hình số hai chiều để mô phỏng chế
độ thủy động lực trên rạn san hô lý tưởng [1].
Với một chiều dài rạn nhất định, chiều cao
sóng sẽ giảm khi bề rộng của rạn tăng. Nếu bề

rộng của rạn tiếp tục tăng thì chiều cao sóng
tăng và đạt đỉnh tạm thời khi bề rộng của rạn
xấp xỉ chiều dài của rạn. Nếu chiều rộng của
rạn tiếp tục tăng lớn hơn chiều dài rạn thì
chiều cao sóng khi đó lại giảm, do đó các rạn
san hơ ngắn và rộng, dài và hẹp có chiều cao
sóng ở khu vực trung tâm rạn tương tự nhau.
Các nghiên cứu trong phịng thí nghiệm
cũng cho thấy ra các đặc tính quan trọng gồm
sóng lan truyền trên thềm đảo là sóng ngoại
trọng lực (IG) với chiều cao sóng giảm so với
sóng tới, chu kỳ dài trong khoảng 20 ~ 300s
và hình thành sóng leo [2]. Tuấn và Cường
[2] chỉ ra hai khu vực: vùng sóng vỡ tại vách
dốc đứng (năng lượng sóng bị tiêu tán do sự
suy giảm đột ngột của độ sâu) và vùng phía
sau khu vực vách dốc đứng (năng lượng sóng
bị tiêu tán do ma sát với thềm san hô). Các
yếu tố chi phối chế độ thủy động lực sóng
trên vùng sóng vỡ, và sự lan truyền của sóng
vỡ là độ ngập tương đối (d/H0) trên thềm, độ
dốc phía trước của thềm dốc và độ sâu nước
tương đối so với đỉnh thềm san hơ (hc/H0).
2.2. Q trình giảm sóng trên rạn ngầm
a) Rạn ngầm nhân tạo (Artificial Reef) là
các dạng kết cấu ngầm nhân tạo được đặt trên
đáy biển, để tái tạo lại một số chức năng của
rạn san hô tự nhiên như bảo vệ, tái sinh, tập
trung hoặc tăng cường các quần thể tài
nguyên sinh vật biển (FAO, 2015).

Gần đây các nghiên cứu trên rạn ngầm nhân
tạo với mục đích chủ yếu là phục hồi rạn san
hơ và hệ sinh thái biển khu vực gần bờ, với độ
sâu thả rạn khá lớn đã được nghiên cứu, ứng
dụng thành công trên hơn 50 nước. Tại

Mandives, 360 tấn bê tông với kết cấu khác
nhau được sử dụng; sau 3,5 năm có 500 lồi
san hơ sinh sống và phát triển. Tại Sigapore,
sự đa dạng của các sinh vật biển tăng lên đáng
kể sau 10 năm thả rạn nhân tạo. Hệ số đa dạng
sinh học tăng từ 0,6 đến 1,3 năm 2014 so với
năm 2004. Tại Rio de Janeiro - Brazil, sau khi
quần thể rạn san hơ có diện tích 1500m2 bao
gồm bê tông và lốp xe được thả đã tạo hiệu
quả với 51 loài cá được ghi nhận; tần suất, sự
đa dạng của các lồi cá trên các kết cấu bê
tơng cao hơn so với lốp xe (24% so với 11%).
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hình dáng,
kết cấu, vật liệu chế tạo rạn nhân tạo có ảnh
hưởng rõ rệt đến sự thu hút sinh vật đến sinh
sống tại khu vực rạn.
b) Hiệu quả giảm sóng của rạn ngầm
nhân tạo
Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của rạn
ngầm nhân tạo được thực hiệu chủ yếu trong
phịng thí nghiệm trên mơ hình vật lý. Từ đó,
cơng thức thực nghiệm được xây dựng để
đánh giá hiệu quả giảm sóng của các kết cấu
ngầm nhân tạo.

+ Tương tác giữa sóng và rạn ngầm
Sóng ngoại trọng lực khi truyền đến kết cấu
ngầm sẽ va đập với mặt ngồi rạn (từ các khối
có độ rỗng) sóng truyền trực tiếp qua thân rạn
ngầm, các phần tử chất lỏng chuyển động hỗn
loạn và có sự trao đổi động lượng. Tại đây sinh
ra dịng chảy rối, sóng tương tác với nhau cũng
như va đập từ thành khối này sang thành khối
kia giữa lỗ rỗng của các khối làm năng lượng
sóng tiếp tục giảm. Khi ra khỏi rạn ngầm, năng
lượng sóng giảm đi đáng kể ví dụ (hình 2).

Hình 2. Tương tác giữa sóng
và rạn ngầm nhân tạo Reef Ball (RB)
+ Hiệu quả giảm sóng qua rạn ngầm
nhân tạo
Johnson & nnk (1951) đã xây dựng cơng
thức tính hệ số truyền sóng qua rạn ngầm dựa

553


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

trên kết quả thí nghiệm trên mơ hình vật lý
cho sóng đều:
sinh 2k  D  S   2k  D  S 
(1)
Kt  1 
sinh  2kh   2kD

Trong đó: k - số sóng; D - độ sâu nước tại
rạn; S - độ ngập của đỉnh rạn so với mực
nước; h - chiều cao của rạn ngầm.
Van der Meer (1991) đề xuất công thức hệ
số truyền sóng qua đê đỉnh hẹp:
2,0 < Rc/Hs< 1,13 Kt = 0,8
1,13 < Rc/Hs< 1,2 Kt = 0,46–0,3Rc/Hi (2)
1,2 < Rc/Hs< 2,0 Kt = 0,1
với Rc là chiều cao lưu khơng hoặc độ ngập
của đỉnh đê sovới mực nước tính tốn.
D'Angremond & nnk (1996) đã xây dựng
cơng thức tính tốn hệ số truyền sóng cho hai
trường hợp đê thấm và không thấm nước:





0 ,31

Rc
0 ,5op  B 
 a 1 e
(3)


Hs
 Hs 
với a = 0,64 cho đê thấm nước và a = 0,8 cho
đê không thấm nước,0p là số Iribarren.

Tuấn & nnk đã nghiên khả năng giảm sóng
của đê ngầm kết cấu rỗng cho bãi của rừng
ngập mặn dựa trên cơng thức có sẵn của
Angremond et al (1996):
R
0 ,26om 1,0
K t  0, 22. c  0 ,75. 1  e
(4)
Hs
với khoảng áp dụng của công thức:
Rc/Hmo = -0,76~ 2; Sop = 0,016~0,03;
Som = 0,01~0,025; Kt = 0,22~ 0,77.
Dhinakaran & nnk (2002, 2009, 2011) đã
nghiên cứu sự truyền sóng khi truyền qua đê
ngầm được tạo thành từ các khối bê tông
rỗng (SBW) để chỉ ra độ rỗng tối ưu là 11%
và tổng chiều cao đê ngầm trong mơ hình nên
bằng 1,25 lần độ sâu của nước.
Armono & Hall (2003) đã đề xuất cơng
thức truyền sóng qua rạn ngầm nhân tạo từ
các nghiên cứu trong máng sóng cho kết cấu
nhân tạo là các khối Reefball (RB):
Hi
h
h
Kt  1,616  31,322. 2  1,099  0, 265 (5)
d
B
gT
K t  0 , 4






với phạm vi áp dụng: Hi/gT2 = 0,001~ 0,015;
h/B=0,35~0,583 và h/d = 0,7~1.

Buccino & nnk (2014) đã phân tích hệ số
truyền sóng và đưa ra cơng thứctruyền sóng
qua đê ngầm từ các khối bê tông rỗng RB:
Kt 

1
  H si
1  0 ,3  
  Rce

  *
1,5  b
 



0 , 71 

Rce
 1, 47
H si




2 R
K t   0 , 249 min 4;b*  0 ,9474  ce  1, 47 (6)

 H si

Kt  a

Rce
b
H si

0, 4 

Rce
 0 , 71
H si

Có thể nói các nghiên cứu dựa trên mơ
hình vật lý đã chỉ khá đầy đủ các tham số cơ
bản ảnh hưởng đến hiệu quả giảm sóng của
rạn ngầm như Rc,0p, B, độ rỗng. Một số
công thức kinh nghiệm về sự suy giảm đã
được thiết lập cho khu vực bãi thoải gần bờ.
3. KẾT LUẬN

Nghiên cứu q trình tương tác giữa sóng
với rạn ngầm nhân tạo đã được quan tâm gần
đây, tuy nhiên được sử dụng với 2 mục đích

chính: (1) phục hồi lại hệ sinh thái biển; (2)
giảm sóng, bảo vệ bờ cho những khu vực
xung yếu, bãi đê nơi biển bồi hoặc được che
chắn bởi rừng ngập mặn, độ dốc bãi tương
đối thoải. Những nghiên cứu với mục đích
kết hợp giảm sóng và phục hồi hệ sinh thái
cho các đảo nổi nơi có địa hình khác biệt như
đã nêu trên thì hầu như chưa có cần được
xem xét và nghiên cứu sâu hơn.
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Armono, H.D. & Hall, K. R. 2003. Wave
transmission on submerged breakwaters
made of hollow hemispherical shape
artificial reefs. In: Canadian coastal
conference. pp. 313-322.
[2] Dhinakaran,
G.,
Sundar,
V.,
&
Sundaravadivelu, R. (2012). Review of the
research on emerged and submerged
semicircular breakwaters. Proceedings of
the Institution of Mechanical Engineers,
Part M: Journal of Engineering for the
Maritime Environment, 226(4), 397-409.
[3] Tuan, T.Q., Cuong, Đ.Q. 2019. Wave
Transmission Across Steep Submerged
Reefs. In: International Conference on
Asian and Pacific Coasts (APAC 2019).

Springer, Singapore. pp 687-694.
[4] Tuấn, T. Q., Sản, Đ. C., Tú, L.X. và Dương
Đ.V. 2018. Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng
của đê kết cấu rỗng trên mơ hình máng sóng.
Tạp chí KHCN Thủy lợi, số 49. pp 95-102.

554