Nghiên cứu đặc tính phản xạ của kết cấu tiêu sóng đặt tại đỉnh đê biển trên mô hình vật lý

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 1 
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH PHẢN XẠ CỦA KẾT CẤU TIÊU SÓNG ĐẶT 
TẠI ĐỈNH ĐÊ BIỂN TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ 
Phan Đình Tuấn 
Viện khoa học thủy lợi Việt Nam 
Tóm tắt: Cấu kiện tiêu sóng đỉnh hình trụ rỗng đặt tại đỉnh đê được đề xuất nghiên cứu ứng dụng 
cho các mặt cắt đê biển ở những vùng khan hiếm đất đắp đê hoặc đê trên trên nền đất yếu khu vực 
Đồng bằng sông Cửu Long. Kết cấu có dạng ¼ hình tròn, rỗng, trọng lượng nhẹ, bề mặt có đục lỗ 
để hấp thụ năng lượng sóng đến, giảm năng lượng sóng phản xạ và sóng tràn. Bài báo trình bày 
kết quả nghiên cứu đặc tính phản xạ sóng của kết cấu tiêu sóng đỉnh bằng mô hình vật lý. Kết quả 
cho thấy hệ số phản xạ sóng Kr giảm khi độ sâu nước tăng lên và tỷ lệ diện tích lỗ rỗng trên bề 
mặt cấu kiện tăng lên. Với độ rỗng bề mặt cấu kiện là 10%, hệ số phản xạ sóng lớn nhất là 0,63 
trong khi hệ số phản xạ nhỏ nhất đạt được là 0,37 khi độ rỗng bề mặt cấu kiện là 20% với tất cả 
các kịch bản thông số sóng được thí nghiệm. 
Từ khóa: Cấu kiện tiêu sóng đỉnh, hiệu quả giảm sóng, hệ số phản xạ 
Summary: The Hollow Cylindrical Breakwater,which is located on the top of the sea dike, is a 
new structure proposed to apply to sea dykes in areas where soil is scarce or to be built on soft 
ground in Mekong Delta. The structure is in quater-circular shape, with perforated surface to 
absorb incoming wave energy, reduce reflected wave energy and overtopping wave energy. This 
paper presents some results of wave reflection characteristics of this structure on the physical 
model. The results show that the wave reflection coefficient (Kr) decreases as the water depth 
increases and the pore area on the surface of the structure increases. In case of 10% perforated 
surface, Kr max = 0.63 while Kr min = 0.37 with surface porosity is 20% in all experimental 
scenarios. 
Keywords: Hollow Cylindrical Crest Breakwater, Wave Reduction Efficiency, Reflection 
Coefficient 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Đồng bằng sông Cửu Long được xác định là 
vùng chịu ảnh hưởng lớn của biến đổi khí hậu 
toàn cầu, tình trạng sạt lở bờ biển, mất rừng 
phòng hộ xảy ra ngày càng nghiêm trọng. Các 
công trình bảo vệ như đê biển đã xây dựng 
thường có dạng mái nghiêng hoặc mái nghiêng 
kết hợp tường đỉnh để giảm sóng tràn. Tuy 
nhiên, kết cấu tường đỉnh cao tạo ra sóng phản 
xạ lớn, lực tác động vào tường và phần mái 
nghiêng lớn. Trước thực tế đó, tác giả và nhóm 
nghiên cứu Viện Thủy công đề xuất mặt cắt đê 
Ngày nhận bài: 01/3/2021 
Ngày thông qua phản biện: 30/3/2021 
biển có kết cấu hình trụ rỗng tại đỉnh với mục 
tiêu thay thế tường đỉnh đê có hệ số phản xạ 
sóng lớn bằng kết cấu có chức năng hấp thụ 
năng lượng sóng và giảm sóng phản xạ, giảm 
chiều cao đắp đê. Đây là ý tưởng đề xuất quan 
trọng trong điều kiện khan hiếm đất đắp đê, nền 
đất yếu tại các khu vực đồng bằng sông Cửu 
Long. 
Cấu kiện tiêu sóng đỉnh có dạng ¼ hình tròn 
dạng rỗng, trên bề mặt có đục lỗ rỗng để hấp thụ 
và tiêu hao năng lượng sóng. Các cấu kiện được 
chế tạo thành các đơn nguyên lắp ghép với nhau 
Ngày duyệt đăng: 06/4/2021 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 2 
thành công trình dạng tuyến nằm ngay trên đỉnh 
đê. 
Hệ số phản xạ sóng của cấu kiện tiêu sóng đỉnh 
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Chiều cao 
sóng, độ sâu nước, độ cao lưu không trên đỉnh 
cấu kiệnBằng các kết quả đo đạc thí nghiệm 
và phân tích trên mô hình vật lý, bài báo này 
làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố nói trên đến 
đặc tính phản xạ sóng của cấu kiện tiêu sóng đã 
đề xuất. 
Hình 1: Mặt cắt đê biển có cấu kiện hì trụ rỗng tại đỉnh 
2. THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ 
2.1. Kết cấu cấu kiện tiêu sóng đỉnh nghiên cứu 
Hình 2: Kết cấu cấu kiện tiêu sóng đỉnh nghiên cứu 
25
5
40
10
20
5
47 29
35
33
33
35
26
23
15
29
29
29
22
22
R
23
5
R22
0
250
50
10 10 10
50
c¾t ngang
60 60
25
5
30 60 60 30
180
chÝnh diÖn
16
29
32
29
32
29
16
250
18
0
mÆt b»ng
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 3 
Kết cấu cấu kiện tiêu sóng đỉnh có dạng ¼ hình 
tròn có đục lỗ rỗng trên bề mặt với các tỷ lệ khác 
nhau để đánh giá đặc tính phản xạ của sóng khi 
tương tác với công trỉnh. Bán kính ngoài cấu 
kiện thí nghiệm R=0,235m, đường kính lỗ rỗng 
trên mặt cong của cấu kiện thay đổi từ 0,025m 
đến 0,029m, độ dày tường cấu kiện thí nghiệm 
là 0,015m Chiều cao đơn nguyên cấu kiện trên 
mô hình thí nghiệm là 0,255m, bề rộng cấu kiện 
là 0,25m, mỗi đơn nguyên dài 0,18m. 
2.2. Sơ đồ và kịch bản thí nghiệm 
Thí nghiệm được tiến hành trên máng sóng của 
Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động 
lực học sông biển – Viện Khoa học Thủy lợi 
Việt Nam. Máng sóng sử dụng cho thí nghiệm 
là máng sóng Flander có chiều dài làm việc hiệu 
quả 30m, chiều cao 1,8m, chiều rộng 2m. Máy 
tạo sóng có thể tạo ra sóng đều, sóng ngẫu nhiên 
theo một dạng phổ Jonwap, Jonwap Par, 
Moskowitz, 
Moskowitz Par và Sin. Chiều cao sóng lớn nhất 
có thể tạo trong máng là Hmax=0.4m và chu kỳ 
từ Tp=0.5s ÷5.0s. 
Việc nghiên cứu hiệu quả làm việc của công 
trình được mô phỏng trên mô hình vật lý chính 
thái và tương tự theo tiêu chuẩn Froude. Trên 
cơ sở phạm vi không gian mô hình, khả năng 
tạo sóng của hệ thống máy tạo sóng, để đáp ứng 
được mục tiêu và nội dung nghiên cứu, tỷ lệ mô 
hình được chọn 1/10. 
Mặt ngang máng 
Mặt bằng máng 
Hình 3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 
3 đầu đo W2,W3, W4 được bố trí để xác định 
sóng phản xạ tuân thủ theo lý thuyết của 
Mansard và Funke (1980), đầu đo W4 đo sóng 
phía sau đê. Các yêu cầu về khoảng cách đầu đo 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 4 
sau đây phải được thực hiện để loại bỏ giá trị 
bất thường trong phép đo. 
X23 = L/10; Với L: Chiều dài sóng nước sâu; 
L/6 < X24 < L/3 và X24 ≠ L/5 và X24 ≠ 3L/10 
X23 ≠ n.Lp/2, với n=1,2; 
X24 ≠ X23, với n=1,2; 
Sóng ngẫu nhiên có phổ JONSWAP dạng 
chuẩn (tạo ra bởi máy tạo sóng) dùng cho thí 
nghiệm có chiều cao biến đổi từ Hs= 0,1m đến 
0,15m và chu kỳ đỉnh phổ Tp= 1,3s-:-2,1s, độ 
sâu nước d trước cấu kiện cũng được biến đổi 
với 4 cấp độ 0,15 m; 0,20m; 0,25 và 0,3m. Thời 
gian của mỗi một thí nghiệm được lấy ít nhất 
1000.Tp (1000 con sóng) để đảm bảo dải tần số 
(chu kỳ) cơ bản của phổ sóng yêu cầu được tạo 
ra một cách hoàn chỉnh. 
Bảng 1: Các thông số thí nghiệm 
Mặt 
cắt thí 
nghiệm 
Các thông số sóng Độ cao 
lưu không 
Rc (m) 
Chiều cao 
kết cấu hw 
(cm) 
Hệ số 
rỗng 
(%) 
Mái dốc 
đê phía 
biển 
Độ dốc 
bãi Hm0 (m) T (s) 
Kết cấu 
hình trụ 
rỗng tại 
đỉnh 
0.10 
0.125 
0.15 
1,3 
1,7 
2,1 
0.10 
0.15 
0.20 
0.25 
25,5 
10 
15 
20 
1/3 1/250 
3. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH 
3.1. Phân tích đánh giá kết quả 
Ảnh hưởng của độ sâu nước đến hệ số phản xạ sóng 
Khi độ sâu nước tăng lên, hệ số phản xạ sóng 
có xu hướng giảm xuống trong tất cả trường 
hợp chiều cao sóng được thí nghiệm. Trường 
hợp độ rỗng bề mặt là 10%, hệ số phản xạ Kr 
giảm từ 0,656 đến 0,515 khi độ sâu nước thay 
đổi từ 0,15m đến 0,30m. Hệ số Kr lớn nhất 
(Kr=0,656) khi d/gT2 = 0,0028 và nhỏ nhất khi 
d/gT2 = 0,0218 (Kr=0,515). 
Trường hợp độ rỗng bề mặt là 15%, hệ số phản 
xạ Kr giảm từ 0,638 đến 0,414 khi độ sâu nước 
thay đổi từ 0,15m đến 0,30m. Hệ số Kr lớn nhất 
(Kr=0,638) khi d/gT2 = 0,0028 và nhỏ nhất khi 
d/gT2 =0,0168 (Kr=0,414). 
Xu hướng tương tự, với độ rỗng bề mặt là 20%, 
hệ số phản xạ Kr giảm từ 0,635 đến 0,371 khi 
độ sâu nước thay đổi từ 0,15m đến 0,30m. Hệ 
số Kr lớn nhất (Kr=0,635) khi d/gT2 = 0,0059 
và nhỏ nhất khi d/gT2 =0,0168 (Kr=0,371). 
Điều này có thể giải thích như sau: Ở độ sâu 
nước thấp, tương tác sóng với công trình chủ 
yếu diễn ra mạnh ở phần mái đê, năng lượng 
sóng đến chủ yếu bị suy giảm 1 phần so sóng 
vỡ trên mái, phần năng lượng còn lại gây ra 
sóng phản xạ lớn nên hệ số phản xạ lớn. Khi độ 
sâu nước lớn, sóng đến ngoài tương tác trên mái 
đê còn được hấp thụ bởi kết cấu tiêu sóng đỉnh 
thông qua các lỗ rỗng trên bề mặt, do đó năng 
lượng gây ra sóng phản xạ nhỏ hơn. 
Hình 4: Quan hệ giữa Kr với d/gT2, 
 trường hợp độ rỗng 10% 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 5 
Hình 5: Quan hệ giữa Kr với d/gT2, 
trường hợp độ rỗng 15% 
Hình 6: Quan hệ giữa Kr với d/gT2, 
trường hợp độ rỗng 20% 
Ảnh hưởng của độ lưu không đỉnh đê (Rc) đến 
hệ số phản xạ sóng: 
Độ lưu không đỉnh đê Rc (là khoảng cách tính 
từ mực nước đến đỉnh cấu kiện). Kết quả thí 
nghiệm cho thấy hệ số phản xạ có xu hướng 
tăng khi độ lưu không đỉnh đê tăng với các kịch 
bản chiều cao sóng và độ rỗng bề mặt cấu kiện 
khác nhau. 
Trường hợp độ rỗng bề mặt là 10%, hệ số phản 
xạ Kr tăng từ 0,515 đến 0,656 khi chiều cao sóng 
thí nghiệm thay đối từ 0,1m đến 0,15m. Hệ số Kr 
lớn nhất (Kr=0,656) khi Rc/Hi = 2,44 và nhỏ nhất 
khi Rc/Hi = 1,137 (Kr=0,515). 
Trường hợp độ rỗng bề mặt là 15%, hệ số phản 
xạ Kr tăng từ 0,414 đến 0,638 khi chiều cao 
sóng thí nghiệm thay đối từ 0,1m đến 0,15m. 
Hệ số Kr lớn nhất (Kr=0,638) khi Rc/Hi = 2,568 
và nhỏ nhất khi Rc/Hi = 1,095 (Kr=0,414). 
Xu hướng tương tự, với độ rỗng bề mặt là 20%, 
hệ số phản xạ Kr tăng từ 0,371 đến 0,635 khi 
chiều cao sóng thí nghiệm thay đối từ 0,1m đến 
0,15m. Hệ số Kr lớn nhất (Kr=0,635) khi Rc/Hi 
= 2,489 và nhỏ nhất khi Rc/Hi =1,062 
(Kr=0,371). 
Hình 7: Quan hệ giữa Kr với Rc/Hi, 
trường hợp độ rỗng 10% 
Hình 8: Quan hệ giữa Kr với Rc/Hi, 
trường hợp độ rỗng 15% 
Hình 9: Quan hệ giữa Kr với Rc/Hi, 
trường hợp độ rỗng 20% 
Ảnh hưởng của chiều cao sóng đến hệ số phản 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 6 
xạ sóng: 
Hệ số phản xạ sóng giảm dần trong các kịch bản 
được thí nghiệm khi chiều cao sóng đến tăng 
lên. Trường hợp độ rỗng bề mặt 10%, tại độ sâu 
nước d=0,3m, độ dốc sóng Hi/gT2=0,0063 cho 
hệ số phản xạ Kr = 0,515. Tại độ sâu nước 
d=0,15m, độ dốc sóng Hi/gT2 = 0,0019, hệ số 
phản xạ Kr = 0,656. 
Trường hợp độ rỗng bề mặt 15%, hệ số phản xạ 
Kr = 0,414 tại độ sâu nước d=0,3m và độ dốc 
sóng Hi/gT2= 0,0051. Tại độ sâu nước 
d=0,15m, độ dốc sóng Hi/gT2 = 0,0019, hệ số 
phản xạ Kr = 0,638. 
Khi độ rỗng bề mặt cấu kiện là 20%, tại độ sâu 
nước d=0,3m, độ dốc sóng Hi/gT2=0,0052, hệ 
số phản xạ nhỏ nhất Kr = 0,378. Hệ số phản xạ 
lớn nhất đo đạc được Kr = 0,638 tại độ sâu nước 
nước d=0,15m và độ dốc sóng Hi/gT2 = 0,004. 
Hình 10: Quan hệ giữa Kr với Hi/gT2, 
 trường hợp độ rỗng 10%
Hình 11: Quan hệ giữa Kr với Hi/gT2, 
 trường hợp độ rỗng 20% 
Hình 12: Quan hệ giữa Kr với Hi/gT2, 
trường hợp độ rỗng 15% 
Ảnh hưởng của độ rỗng bề mặt cấu kiện đến hệ 
số phản xạ sóng 
Trong các thí nghiệm với các kịch bản độ sâu 
nước, chiều cao sóng được tiến hành, kết quả 
đo đạc tính toán cho thấy hệ số phản xạ sóng 
có xu hướng giảm dần khi tỷ lệ diện tích lỗ 
rỗng bề mặt cấu kiện tăng lên. Hệ số phản xạ 
lớn nhất Kr=0,634 khi diện tích lỗ rỗng bề mặt 
cấu kiện là 10%, tại độ sâu nước d=0,2m với 
chiều cao sóng thí nghiệm là Hs=0,1m. 
Ngược lại, khi tăng tỷ lệ diện tích lỗ rỗng bề 
mặt cấu kiện lên 20%, hệ số phản xạ sóng đo 
được là nhỏ nhất, Kr=0,371 tại độ sâu nước 
d=0,3m và chiều cao sóng thí nghiệm 
Hs=0,1m. 
Ngoài ra có thể nhận thấy rằng, ở độ sâu nước 
thấp d=0,2m, hệ số phản xạ không bị ảnh hưởng 
nhiều bởi tỷ lệ diện tích lỗ rỗng bề mặt cấu kiện, 
khi tăng diện tích lỗ rỗng từ 10% lên 20%, hệ 
số phản xạ chỉ giảm được không đáng kể từ 5% 
đến 10%. 
Tuy nhiên độ rỗng ảnh hưởng rõ nét đến hệ số 
phản xạ sóng ở độ sâu nước lớn hơn. Kết quả 
thí nghiệm cho thấy, tại độ sâu nước d=0,25m, 
hệ số phản xạ giảm từ 6% đến 13% khi tăng 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 7 
tỷ lệ lỗ rỗng từ e=10% lên e=15% và từ 10% 
đến 20% khi tăng tỷ lệ lỗ rỗng lên gấp đôi (từ 
e=10% lên e=20%). Đặc biệt tại độ sâu nước 
d=0,3m, tỷ lệ lỗ rỗng là 15%, hệ số phản xạ 
Kr = 0,414 (giảm 22%) so với giá trị Kr 
=0,514 đo được khi tỷ lệ độ rỗng là 10%. Khi 
tỷ lệ lỗ rỗng tăng lên 20%, giá trị Kr min = 
0,371, giảm 28% so với hệ số phản xạ trường 
hợp tỷ lệ độ rỗng là 10%. 
Hình 13: Ảnh hưởng của tỷ lệ lỗ rỗng e 
đến hệ số Kr, trường hợp d=0,2m
Hình 14: Ảnh hưởng của tỷ lệ lỗ rỗng e đến 
 hệ số Kr, trường hợp d=0,3m 
Hình 15: Ảnh hưởng của tỷ lệ lỗ rỗng e đến 
 hệ số Kr, trường hợp d=0,25m 
4. KẾT LUẬN 
Bằng thí nghiệm trên mô hình vật lý máng sóng, 
phân tích kết quả đo đạc tính toán hệ số phản 
xạ, một số nhận xét về các yếu tố ảnh hưởng 
đến đặc tính phản xạ sóng của cấu kiện tiêu 
sóng đỉnh như sau: 
Khi độ sâu nước tăng lên, hệ số phản xạ sóng 
có xu hướng giảm đi. Hệ số phản xạ Kr giảm từ 
0,634-:- 0,515 khi d/gT2 tăng từ 0,0057-:- 
0,0218, từ 0,597-:- 0,414 khi d/gT2 tăng từ 
0,0061-:- 0,0168 và từ 0,578-:- 0,371 khi d/gT2 
tăng từ 0,0059-:- 0,0168 tương ứng với các tỷ 
lệ diện tích lỗ rỗng bề mặt cấu kiện lần lượt là 
10%;15% và 20%. 
Hệ số phản xạ sóng có xu hướng tăng lên khi độ 
lưu không tương đối đỉnh đê (Rc/Hi) tăng lên 
trong tất cả các trường hợp chiều cao và độ rỗng 
bề mặt cấu kiện được thí nghiệm. Hệ số phản xạ 
Kr nhỏ nhất khi Rc/Hi = 1,1 và Kr lớn nhất khi 
Rc/Hi = 2,5. 
Ngoài ra, các kết quả đo đạc cũng cho thấy khi 
tăng tỷ lệ diện tích lỗ rỗng trên bề mặt cấu kiện 
tiêu sóng, hệ số phản xạ có xu hướng giảm. Tuy 
nhiên mức độ giảm sóng phản xạ chỉ rõ ràng ở 
độ sâu nước lớn d=0,3m (Kr giảm từ 22% -28% 
khi tỷ lệ diện tích lỗ rỗng tăng từ 10% lên 15% 
và 20% tương ứng). Ở độ sâu nước thấp hơn 
(d=0,2m) mức độ giảm hệ số phản xạ không 
đáng kể, từ 6% đến13% khi tỷ lệ diện tích lỗ 
rỗng bề mặt cấu kiện tăng từ 10% lên 20%. 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 8 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Mansard, E, P, D,, and Funke, E, R, (1980), The Measurement of Incident and Reflected 
Spectra Using a Least Square Method, Proc, 17th Coastal Eng, Conf,, Sydney, Australia, 
vol, 1, pp, 154-172; 
[2] Hanbin Gu, Xuelian Jiang and Yanbao Li (2008), Research On Hydraulic Performances 0f 
Quarter Circular Breakwater, Chinese-German Joint Symposium on Hydraulic and Ocean 
Engineering, August 24-30, 2008, Darmstadt. 
[3] Balakrishna K, Arkal Vittal Hegde, Binumol S (2015), Reflection and Dissipation 
Characteristics of Non-overtopping Quarter Circle Breakwater with Low-mound Rubble 
Base, Journal of Advanced Research in Ocean Engineering 1(1) (2015) 044-054. 
[4] ArkalVittal Hegde, Sharhabeel P.S. and Sooraj Mohan (2015), Stability of a Perforated 
Quarter Circle Breakwater, International Journal of Ocean and Climate Systems, Volume 6, 
Number 4 - 2015