1

Phụ lục: H

Hướng dẫn sử dụng chương trình SWAN-One

H.1 Khởi động Swan One

Người dùng có thể chọn tùy ý thư mục làm đường dẫn và làm việc với SwanOne. Người dùng nên để các file dữ liệu đầu vào cũng như kết quả chạy mô hình trong cùng một thư mục. SwanOne mặc định sử dụng thư mục lưu các file chương trình nhưng thư mục này luôn được đặt ở những vị trí không thuận tiện. Nếu người dùng muốn lưu tất cả dữ liệu của SwanOne trong một thư mục riêng, người thì có thể tạo một thư mục trong SwanOne nhưng sẽ thuận tiện hơn nếu tạo trước thư mục này. Như ví dụ trong hướng dẫn sử dụng này, đường dẫn làm việc là E:\SwanCases. Trong thư mục này các thư mục con E:\SwanCases\profiles được tạo ra và chứa rất nhiều các file số liệu đầu vào.

Khi khới động SwanOne. Hai cửa sổ sẽ mở ra. Một cửa sổ có nền đen và đó là cửa sổ trang lệnh của Matlab. Người dùng không phải quan tâm đến cửa sổ này. Cửa số còn lại là cửa sổ SwanOne.

Nhấn vào Tab “File” , kích chuột vào “new” để khai báo trường hợp tính toán mới (lựa chọn khác là “exit”, để kết thúc chương trình ).

Bây giờ trên màn hình xuất hiện “new project”. Trong phiên bản này của SwanOne, người dùng không thể mở các files sẵn có mà phải tạo một dự án mới. Trong hộp “Folder Name” gõ tên của thư mục dữ liệu SwanOne hoặc lựa chọn thư mục làm việc bằng cách kích vào nút “Browse”. Sau đó, người dùng gõ trong hộp “Project Name” tên tính toán cụ thể. Trong ví dụ dưới đây, trường hợp tính toán được gọi là Case 1.

2

H.2 Dữ liệu đầu vào

H.2.1 Địa hình đáy

SwanOne yêu cầu nhập hoặc cung cấp file dữ liệu địa hình đáy - profile đáy. Đây là file định dạng kiểu ASCII (cụ thể là file txt được tạo trong Notepad). File này cung cấp thông tin về độ sâu đáy. File này nên chứa hai cột ngăn cách nhau bởi (ít nhất) một khoảng cách (khoảng trống). Trong cột đầu tiên, là khoảng cách tính bằng m chỉ ra độ sâu tại điểm bắt đầu tính toán, cột thứ hai là độ sâu tính bằng m dưới cao độ chuẩn Chart Datum. Độ sâu nên được để giá trị âm. Các khoảng cách không nhất thiết phải bằng nhau, các giá trị nhập vào là các giá trị thực (sử dụng dấu chấm để

phân tách phần thập phân).

Người dùng nên để file địa hình đáy trong một thư mục. Trong ví dụ này, tất cả các profiles được để trong thư mục E:\SwanCases\profiles. Người dùng có thể có các file địa hình đáy trong thư mục này. Khi sử dụng có thể gõ trong tên thư mục hoặc sử dụng nút “Load File” để tới file này. Mặt cắt địa hình sẽ hiện lên trong một cửa sổ nhỏ.

3

Khi sử dụng chỉ có thể chọn dữ liệu đầu vào dạng file XZ. Bạn không thể chỉnh sửa mặt cắt địa hình trong SwanOne ngay tại cửa sổ đó, Việc thay đổi mặt cắt địa hình chỉ được chỉnh sửa ngoài SwanOne, ví dụ bằng Notepad.

Ngoài ra, người dùng phải nhập hướng của đường bờ biển. Hướng mà người dùng nên đưa vào đây được hiểu là hướng so với hướng Bắc. Sử dụng nút “Display” cho phép hiển thị hướng vừa được lựa chọn. Trong ví dụ này, một mặt cắt địa hình của bờ biển Hà Lan gần Petten được chọn.

Góc Alpha là hướng của mặt cắt địa hình bãi so với hướng Bắc. trong ví dụ trên giá trị của alpha = 200 PP

0PP được chọn. Mặt cắt địa hình bãi phải vuông góc với đường bờ.

Lưu các giá trị và lựa chọn bằng cách kích vào nút “save”. Lưu file bằng nút “save” màn hình sẽ tự động tắt. Tuy nhiên, người dùng có thể đóng mà không cần lưu bằng cách kích vào “close”.

Chú ý: khi kích vào nút “save” mà bạn chưa tải file địa hình đáy lên, chương trình sẽ dừng lại kèm theo cảnh báo.

H.2.2 Dữ liệu đầu vào – Dòng chảy

Trong trường hợp không muốn đưa dòng chảy vào, người dùng phải lựa chọn “No current” (không có dòng chảy) rồi lưu lại. Trong trường hợp người dùng không chọn bất cứ lựa chọn nào thì SwanOne sẽ không chạy. Thông thường ảnh hưởng của dòng chảy là rất nhỏ, vì vậy việc sử

4

dụng mô hình này khuyến cáo người dùng không nên đưa dòng chảy vào. Tuy nhiên, phải nhớ trong trường hợp này vẫn cần lựa chọn “No current”.

Khi muốn đưa dòng chảy vào, người dùng phải tạo file đầu vào cho dòng chảy. File này nên bao gồm ba cột và được phân tách bởi ít nhật một dấu cách. Cột đầu tiên nên là khoảng cách được sử dụng trong file độ sâu (mặt cắt địa hình). Cột thứ hại là lưu tốc vuông góc với mặt cắt địa hình và cột thứ ba là lưu tốc cùng hướng với mặt cắt địa hình. Các lưu tốc có đơn vị là m/s. Khoảng cách giữa các điểm có thể lựa chọn tùy ý. SwanOne sẽ nội suy tuyến tính giữa các điểm. Hướng tương ứng với hình vẽ nhỏ ở trên. File dữ liệu của dòng chảy có thể được tạo ra trong Notepad và lưu trong cùng thư mục với các file độ sâu. Ngoài khu vực được xác định, lưu tốc được giả thiết bằng không.

H.2.3 Đầu vào – các điều kiện biên

Trong cửa sổ này các điều kiện biên sóng tại khu vực nước sâu được thiết lập. Ngoài ra có thể sử dụng phổ sóng thông qua một file hoặc xác định các thông đầu vào. Với những người mới sử dụng mô hình, bạn nên sử dụng cách vào mô hình các thông số sóng.

Người dùng có thể xác định phổ sóng thông qua các thông số như chiều cao sóng nước sâu (HBBm0BBBB) và chu kỳ sóng nước sâu (T BBpBBBB). SwanOne chuyển các dữ liệu này sang phổ Jonswap với giá trị cực trị γ= 3 và đuôi phổ fPP

-5PPPP.

Hướng sóng cũng cần được thiết lập và lưu ý hướng so với hướng Bắc. Trong ví dụ này hướng sóng lấy giá trị 30 PP

0PP.

5

Chú ý: trong thực tế, người dùng sẽ không xác định được chiều cao sóng ở biên nhưng có thể sửu dụng năng lượng sóng đưa vào trong mô hình. Vì vậy, người dùng có thể nhìn thấy độ lệch giữa chiều cao sóng đưa vào tại biên và chiều cao sóng được tính toán tại điểm 1. Để có thếm thông tin chi tiết, xem phụ lục 1 của hướng dẫn sử dụng này.

Ở mức nâng cao hơn, người dùng có thể sử dụng phổ sóng tại biên đầu vào. Trong trường hợp đó bạn cần lựa chọn “SWAN1-D Spectrum”, tải một file phổ và lưu lại. File phổ phải có định dạng cụ thể. Như file đầu vào, người dùng có thể dùng file kết quả của SwanOne. Điều này cho phép người dùng chồng xếp các mô hình, cụ thể là một mô hình lưới thô với mực nước từ rất sâu đến nông và lưới mịn từ mực nước nông tới bờ. File kết quả với phần mở rộng SP1 từ mô hình SwanOne thô có thể được sử dụng trực tiếp làm file đầu vào cho mô hình lưới mịn. Người dùng cũng có thể tự tạo ra file đầu vào bằng Notepad. Việc này phải được thực hiện khá chính xác bởi vì SwanOne không chấp nhận lỗi đánh máy. Trong phụ lục 2, file phổ SWAN được thảo luận một cách chi tiết hơn.

Trong cửa sổ này, sự độ lệch của mực nước cũng có thể thấy được. Độ sâu nước tương ứng với file mặt cắt được đưa vào tương ứng với cao độ chuẩn, như vậy mực nước tương ứng cũng đã được thiết lập tương ứng với cao độ chuẩn. Trong ví dụ này, mực nước của CD+1 được lựa chọn.

Trong hộp này, người dùng có thể lựa chọn mực nước tổng hợp, mực nước này có sự gia tăng do nước dâng.

Trong bảng phía dưới, người dùng có thể thiết lập tốc độ gió và hướng gió. Tốc độ gió nên được để m/s, hướng gió xét với hướng Bắc. Trong ví dụ này, hướng gió là 5PP

0PP.

Thông tin chi tiết về tỷ lệ Beaufort có thể tham khảo tại :

Hhttp://en.wikipedia.org/wiki/Beaufort_scaleH

6

Với nút “display” các hướng nhập vào có thể được hiển thị. Đóng cửa sổ này sau khi sử dụng. Trong trường hợp có quá nhiều cửa sổ được mở cùng lúc, SwanOne sẽ dừng lại và đưa ra thông báo lỗi.

Sau khi nhập dữ liệu người dùng phải lưu thông tin bằng cách kích nút “save”; cửa sổ sẽ đóng lại. Người dùng đóng mà không lưu lại thì kích nút “cancel”.

H.2.4 Đầu vào – vị trí trích xuất kết quả đầu ra

SwanOne đưa ra các thông số phổ tại bất kỳ một điểm nào thuộc profile đáy. Tuy nhiên một phổ đầy đủ chỉ được xác định tại các vị trí đã được lựa chọn trước. Trong cửa sổ này người dùng có thể nhập các vị trí trong tám hộp. Không quá tám vị trí trích xuất kết quả đầu ra được đưa ra trong phiên bản hiện tại. Trong ví dụ này, một phổ được chọn tại biên độ sâu mực nước (phổ đầu vào), khu thềm lục địa giữa và một số điểm gần bờ. Khi một giá trị được chọn ngoài profile (trong ví dụ là tại 3700m) profile được vẽ sẽ có dạng nằm ngang.

Lưu dữ liệu bằng cách kích vào nút “save”; màn hình đóng. Người dùng cũng đóng mà không lưu bằng cách kích vào nút “close”. Nút “Display” các vị trí phổ được tính được đánh dấu trên màn hình.

Chú ý: người dùng phải chọn ít nhất một vị trí trích xuất kết quả đầu ra, nếu không chương trình sẽ bị dừng lại với một thông báo lỗi.

7

H.3 Tính toán

Bằng cách kích vào nút tính toán, màn hình tính toán sẽ mở ra. Các giá trị mặc định cho kích thước bước và số bước sẽ được hiển thị. Các giá trị này có thể được thay đổi để làm cho việc tính toán chính xác hơn (và việc tính toán sẽ chậm hơn). Sau khi thay đổi một giá trị (hoặc dx hoặc số bước) ấn “Edit” để tính giá trị khác.

Bắt đầu tính toán với nút “start”. Vào lúc này, SwanOne gọi file Swan.exe để tạo tính toán và nó có thể mất một lúc tùy thuộc vào khả năng của máy tính.

H.4 Tạo kết quả đầu ra

Thông tin chung

Thông tin cơ bản được viết trong thư mục con của thư mục các trường hợp tạo trong SwanOne. Trong ví dụ này tên của thư mục con được xác định là “Case1” (xem giải thích trong chương “Input” (đầu vào)). Trong thư mục này chứa các file sau đây:

8

MAT Swan-file bên trong, không thể đọc được

PRT file báo cáo Swan

SWN file đầu vào Swan cho một quá trình

TAB file kết quả tiêu chuẩn của Swan

_bot.DAT file profile đáy được mở rộng cho sử dụng bên trong của Swan

_pointX.SP1 file phổ một chiều cho điểm kết quả X

_pointX.SP2 file phổ hai chiều cho điểm kết quả X

_Table.TAB file kết quả đầu ra được tạo ra bởi lệnh Tablse của SwanOne

Tất cả các file có thể được đọc bằng Notepad. Tuy nhiên, nó có thuận tiện để mở các file trong Excel. Trong trường hợp đó, người dùng phải chuyển text sang cột. Chọn cột A trong Excel và mở “Text to Columns” trong tab “Data” của Excel. Chọn “delimited” và “space”như là một giới hạn.

Chú ý: trong trường hợp người dùng có các số trong excel được định dạng theo quy định Châu Âu (cụ thể là 0,23 thay vì 0.23), trước tiên phải chuyển các dấu chấm thành dấu phẩy. Để làm được điều này, lệnh “replace all” trong Excel được thực hiện trước khi đưa lệnh “Text to columns”.

H.4.1 Kết quả đầu ra – biểu đồ

Sau khi kích vào “Rays Plot” cửa sổ lập biểu đồ tia mở ra. Đầu tiên, người dùng phải xác định đồ thị muốn được hiển thị bằng cách kích vào “define graphs”. Cửa sổ “define ray-plot” mở ra. Người dùng có thể chọn tới 4 biểu đồ trong một cửa sổ. View 1 được mặc định cho Hm0. Đánh dấu một trong các thông số. Trong trường hợp muốn nhiều biểu đồ hơn thì kích vào View 2 và chọn thông số thứ hai.

Trong ví dụ này quan hệ giữa Hm0, Tm-1, góc sóng tới và độ sâu được chọn để hiện thị. Sau khi kích “done”, màn hình cơ bản được mở ra với các biểu đồ được yêu cầu.

9

10

H.4.2 Kết quả đầu ra – biểu đồ phổ

Kích vào “spectrum plots” cửa sổ biểu thị phổ sóng sẽ hiện ra. Kích vào “define graphs” để chọn phổ. Lúc này chỉ có chọn phổ 1D. Có thể lập biểu cho bốn phổ trong trên màn hình. Chỉ một phổ có thể chọn trong một view. Lựa chọn không hiển thị lưới chia không được kích hoạt trong cửa sổ này.

11

H.4.3 Kết quả đầu ra – in

Tab Print cho phép người dùng chọn các thông số cần xuất ra trong bảng kết quả. Lưu ý: Không thể in trực tiếp ra máy in.

Thông tin về Swan (About)

Trong màn hình “about” (màn hình con của Help), người dùng tìm thấy thông tin về phiên bản của SwanOne và phiên bản được ghi lại của Swan. Hướng dẫn sử dụng này được viết cho SwanOne phiên bản 0.01 và phiên bản này sử dụng Swan 40.72.

SwanOne được viết trong MatLab bởi Sepehr Eslami Arab dưới sự hướng dẫn của GS. Henk Jan Verhagen (phần Kỹ thuật thủy lực) và Gerbrant van Vledder (phần Cơ học chất lỏng) thuộc Trường Đaị học Công nghệ Delft, Hà Lan.

Trách nhiệm pháp lý

Chương trình mô phỏng truyền sóng 1 chiều SwanOne được xây dựng bởi Trường Đaị học Công nghệ Delft, Hà Lan. Phiên bản hiện tại được cập nhất những kiến thức mới nhất về lý thuyết truyền sóng, tương tác sóng và cơ học chất lỏng tính đến năm 2009.

Trường công nghệ Delft và những người sang lập chương trình này không chịu bất cứ trách nhiệm pháp lý trong bất cứ tình huống nào liên quan đến việc ứng dụng mô hình này.

H.5 Các thông số kết quả

12

Trong các phương trình sau, các moment phổ được xác định như sau:

Moment bậc không của phổ (cụ thể là diện tích của phổ mật độ năng lượng hay tổng năng lượng của phổ:

m0 = ∫ E( f )df

Moment bậc nhất của phổ:

m = ∫ f 1E( f )df

Moment bậc hai của phổ:

m = ∫ f 2E( f )df

Moment bậc âm thứ nhất của phổ:

m = ∫ f -1E( f )df

Để đơn giản các phương trình được lập cho phổ một chiều. Trong thực tế, SwanOne thực hiện các tính toán với phổ hai chiều (hướng), nhưng không tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào cho các phương trình sau.

SwanOne chọn từ Swan các thông số kết quả sau:

Chiều cao sóng Hm0 (đơn vị là m) được tính từ tổng năng lượng trong phổ:

(Chú ý: Swan gọi các giá trị này là HSIGN)

RTP: Thời khoảng đạt đỉnh (đơn vị s); có năng lượng sóng cao nhất

TM01: bình quân thời khoảng tuyệt đối (đơn vị là s)

TM02: thời khoảng bình quân (đơn vị là s)

TMM10: thời khoảng sóng “nước nông” (đơn vị s)

DIR: hướng bình quân (đơn vị là độ, so với hướng Bắc). Hướng thường xác định bởi các đỉnh sóng.

13

DSPR: chiều rộng của phổ hướng một bên (độ lệch hướng lan tỏa hay hướng tiêu chuẩn, đơn vị là o).

DEPTH: độ sâu mực nước thực, độ sâu dưới mốc biểu đồ + mực nước gia tăng + sóng

SwanOne cũng tính các giá trị sau:

Hrms: căn bặc hai bình quân chiều cao sóng bình phương. Hrms là một thông số từ domain thời gian và được xác định như sau:

Trong đó Hi là chiều cao sóng của từng sóng trong trường sóng. Vì Hrms là một đặc trưng tốt cho năng lượng, có quan hệ có định giữa Hrms và mo:

Từ phân tích domain thời gian (giả sử phân bố Rayleigh) như sau:

Và do đó (không chỉ cho sóng có phân bố Rayleigh, cụ thể không phải nước rất nông):

Theo Battjes và Groenendijk, phân bố ở nước rất nông không theo phân bố Rayleigh, và do đó nước rất nông Hs khác Hm0.

Hs: được tính toán bằng phương pháp Battjes-Groenendijk. Chỉ trong nước rất nông, giá trị này khác Hm0.

H2% Chiều cao sóng vượt 2% của các sóng trong trường sóng, được tính toán theo phương pháp của Battjes-Groenendijk.

H.6 File phổ Swan

SwanOne sử dụng cùng các file kết quả như là Swan. Lúc này, chỉ có các file với phần mở rộng SP1 có thể được sử dụng làm đầu vào cho SwanOne. Các file SP1 là phổ mật độ năng lượng một chiều. Tuy nhiên, người dùng có thể xác định cho dải năng lượng không chỉ năng lượng mà còn hướng trung bình của năng lượng đó cũng như hướng lan truyền trong dải đó. Như một ví dụ hai file được đưa ra dưới đây. File bên trái là phổ rất đơn giản, từ một hướng với lan truyền hướng không đổi 30 độ cho tất cả các dải năng lượng. Trong khối đầu tiên được đưa ra, phổ bao gồm 31 dải năng lượng, và tần suất của các dải được đưa ra. Trong khối thứ hai cho mỗi dải năng lượng đưa ra năng lượng, hướng và lan truyền hướng. Năng lượng có đơn vị m2/Hz, nhưng khi người dùng định tính tổng năng lượng bằng tay từ các con số này, thì cần nhận thức rằng đây là phổ có hướng, nên cần nhân kết quả cuối cùng với 2π. Biểu đồ của phổ đầu vào được đưa ra dưới đây (bên trái).

14

Một file tương tự được tạo ra nhưng bao gồm một thành phần trội với đỉnh 20 giây, và một hướng hơi khác. File đầu vào được tạo lại dưới đây. Biểu đồ phổ là biểu đồ bên phải phía trên. Biểu đồ dưới đưa ra rất nhiều phổ tại các khoảng cách khác nhau từ đường bờ.

15