Giáo trình cơ sở kỹ thuật bờ biển - Chương 7 pptx

ở những nơi sóng nhỏ phía sau đảo chắn, hoặc phía trong cửa sông, nh†ng độ lớn triều từ trung bình đến lớn thì vịnh triều phát triển tốt với độ dốc đáy không lớn, khoảng 1: 1000 tính từ

7 Cửa sông v ệ cửa vịnh triều

7.1 Sự khác nhau giữa cửa vịnh triều vμ cửa sông

Estuary lμ cửa sông, trong khi cửa vịnh triều lμ điểm nối trực tiếp ra biển, tại đây l†u l†ợng n†ớc sông bằng không (Qs = 0) Vì vậy, đối với vịnh triều, sẽ không có dòng mật độ do tác

động của l†u l†ợng sông chảy ra Một cách tổng quát, ng†ời ta chia ra 2 loại vịnh triều: vịnh nằm sau các đảo chắn ngoμi biển vμ đầm phá

Tại các bờ biển có vịnh nằm sau đảo chắn sẽ có một khoảng hở nằm giữa các đảo, theo đó

n†ớc ra vμo trong vịnh, nơi đ†ợc giới hạn giữa bờ vμ đảo Thông th†ờng, vật chất tại cửa vịnh chủ yếu lμ cát, mặc dù đáy vịnh phía trong đôi khi rất nhiều bùn Đối với cửa đầm phá thì vật chất có thể lμ cát, nh†ng cũng có thể lμ bùn hoặc hỗn hợp vì đầm phá chịu ảnh h†ởng mạnh từ đất liền vμ mang dáng dấp gần với cửa sông hơn lμ vịnh loại đảo chắn

Đối với cửa sông, ảnh h†ởng của dòng chảy từ trong sông lμ rất lớn, nó lμ nhân tố tạo nên hình thái địa mạo của vùng Vật chất cửa sông chủ yếu lμ bùn, cũng có khi lμ cát nh†ng tỉ

lệ thấp Chính vì vậy của sông mang lại những nét đặc tr†ng riêng Cửa sông vùng châu thổ sông Hồng vμ Cửu Long lμ cửa sông hình nan quạt, trong khi các cửa sông miền trong lại rất đa dạng Chẳng hạn khu vực trung trung bộ, nơi các dãy núi chạy sát ra biển thì cửa sông ít thay đổi vμ chảy trên nền đá gốc , trong khi các cửa sông phần bắc (từ Thanh Hóa

đến Quảng Trị) vμ ở nam Trung bộ từ Phú Yên đến Bình Thuận cửa sông phát triển trên nền trầm tích biển hoặc sông biển, cửa bị đóng mở theo chu kỳ mùa lũ - mùa kiệt

ở những nơi sóng nhỏ (phía sau đảo chắn, hoặc phía trong cửa sông, nh†ng độ lớn triều từ trung bình đến lớn thì vịnh triều phát triển tốt với độ dốc đáy không lớn, khoảng 1: 1000 tính từ bờ ra phía ngoμi vμ th†ờng lμ các hạt mịn nh† phù sa, bùn hay hạt sét Khái niệm độ lớn triều đáng kể vμ độ dốc nhỏ đ†ợc hiểu lμ sóng không vỡ trong vịnh triều vμ sự chuyển

động của bùn cát do cơ chế dịch chuyển khối n†ớc ra vμo d†ới tác dụng của thủy triều mạnh hơn nhiều tác dụng của sóng

Cũng phải kể đến một số ngoại lệ khi vịnh triều hình thμnh trên vùng bờ hoμn toμn không

bị che chắn, chẳng hạn vùng đầm phá Tam Giang trong tr†ờng hợp nμy, sự phát triển của vịnh triều lμ sự kết hợp của các vật chất hạt mịn, phù sa lơ lửng vμ đáy biển khá thoải ở những nơi khác, vịnh triều hình thμnh giới hạn sau những vùng đất nhô ra biển (Vịnh Cam Ranh), sau đảo chắn (Vịnh Hạ Long) hoặc phía trong cửa sông

7.2 Đặc tính cửa vịnh triều

Tại cửa vịnh triều, th†ờng có sự t†ơng tác giữa sự chuyển vận của bùn cát dọc bờ biển vμ khả năng đẩy của cửa Nếu khả năng đẩy của cửa yếu thì dòng cát chuyển vận ven bờ sẽ lấp cửa Khi khả năng đó lớn thì sẽ có sự trao đổi bùn cát giữa vịnh triều nằm trong cửa vμ

đ†ờng bờ biển phía ngoμi Bruun (1978) đã khảo sát tính ổn định của cửa vμ đã đ†a ra kết luận rằng tính ổn định của cửa phụ thuộc vμo quan hệ P/Mtotal

Trong quan hệ nμy, P lμ khối n†ớc triều (m3); Mtotal lμ tổng l†ợng bùn cát chuyển vận ven

bờ từ hai h†ớng vμo cửa Đây lμ hệ số không thứ nguyên

162

Bảng 7.1: ổn định của cửa

cửa, khả năng tháo qua cửa tốt

100 < P/Mtotal < 150 Các điều kiện không thuận lợi, tồn tại các vật chắn ở ngoμi khơi

xa

50 < P/Mtotal < 100 Vật chắn tr†ớc cửa vμo khá lớn, tuy nhiên vẫn tồn tại lạch sâu

cắt qua vật chắn

20 < P/Mtotal < 50 Tất cả các cửa dạng dòng chảy cắt qua vật chắn Trong thời kỳ

bão hoặc gió mùa, sóng vỡ ngay trên vật chắn vμ lý do để các cửa tồn tại lμ dòng chảy lũ từ trong sông đẩy bùn cát tạo lạch sâu Tuy nhiên cửa loại nμy không mấy thuận lợi cho giao thông thủy

không hình thμnh cửa th†ờng xuyên

Bruun đã nghiên cứu vμ xác định hệ số nμy cho các cửa khác nhau trên thế giới Kết quả ghi trong bảng 7.2

Bảng 7.2: Hệ số P/Mtotal các cửa sông thế giới

Vlie

Eyerlandse Gat

Aveiro

Big Pass

Ponce de Leon

Thyboruun inlet

Krishnapatam

Hμ Lan

Hμ Lan

Bồ Đμo Nha Florida (Mỹ) Florida (Mỹ)

Đan Mạch

Ân Độ

1000 200 60 100 30 120 15

Tuy nhiên, cũng phải nhấn mạnh lμ khi dòng chảy từ trong sông đủ lớn (dạng cửa sông hơn

lμ cửa vịnh hay đầm phá) thì khối n†ớc tính toán P phải đ†a thêm cả l†ợng dòng chảy nμy

Đây lμ vấn đề khá phức tạp trong tính toán

Với các cửa có dòng chảy mùa lũ đáng kể, nh†ng mùa cạn thì rất ít hoặc không có thì có thể xác định hệ số ổn định riêng rẽ cho từng mùa Kết luận lμ trong mùa cạn cửa không ổn

định, có khi bị đóng hoμn toμn vμ về mùa lũ cửa ổn định có điều kiện Hiện t†ợng nμy xảy

ra ở một số vùng gió mùa nh† Ân Độ vμ Sri-Lanka

ở các cửa vịnh triều vμ thông th†ờng ở các cửa sông, quan hệ giữa mặt cắt ngang vμ khối n†ớc triều rất chặt chẽ Nếu nh† khối n†ớc triều giảm thì diện tích mặt cắt ngang cũng giảm (không đúng trong tr†ờng hợp ng†ợc lại, nghĩa lμ diện tích mặt cắt †ớt giảm thì khối n†ớc triều cũng giảm theo)

Khối n†ớc triều P(m3) lμ tổng l†ợng n†ớc chảy qua cửa sông, cửa vịnh triều ứng với triều cao nhất vμ triều thấp nhất Nó t†ơng đ†ơng với diện tích mặt thoáng vịnh triều nhân với

độ lớn triều Rất nhiều công thức đ†ợc xây dựng thiết lập t†ơng quan giữa khối n†ớc triều với mặt cắt †ớt t†ơng đ†ơng tại cửa vμo, trong đó công thức do O’BRIEN [1931] đ†ợc sử dụng th†ờng xuyên nhất:

A = 6.56 x 10-5 P0.85 (7.1) Trong đó:

A = Mặt cắt †ớt t†ơng đ†ơng tại cửa vμo (m2)

P = Khối n†ớc triều (m3)

Đối với các bμi toán kỹ thuật, quan hệ nμy khá thích hợp Đối với tr†ờng hợp cải tạo đất trong vịnh triều hoặc trong cửa sông, vấn đề lμ cửa vμo sẽ nhỏ đi vμ kéo theo lμ cửa bị nông hơn Vì vậy, cải tạo đất gây tác động xấu đến luồng tμu thuyền đi vμo cảng

Độ sâu mực n†ớc t†ơng đ†ơng tại cửa vμo he tính bằng:

he= [Qf2 / C2b2Ib]1/3 (7.2) trong đó:

Qf = L†u l†ợng n†ớc ngọt (m3/s)

C = Hệ số chezy =

k h 6

18log e (m1/2/sec) (k = chiều cao sóng cát đáy sông), or C = kstr* R1/6

b = Chiều rộng sông (m)

Ib = Độ dốc trung bình đáy sông

Thông th†ờng cũng tồn tại cân bằng giữa l†ợng n†ớc trong vịnh triều với l†ợng bùn cát vμo ra trong vịnh Chẳng hạn tại vùng vịnh Waddensea phía bắc Hμ Lan – Đức, các nhμ khoa học tìm thấy mối quan hệ khá chặt chẽ giữa mực n†ớc trung bình trong vịnh vμ cao trình của các dải cát ngầm Mối quan hệ nμy ch†a đ†ợc giải thích về bản chất vật lý của hiện t†ợng, nh†ng d†ờng nh† có mối quan hệ chặt chẽ giữa chiều cao sóng vμ độ sâu n†ớc trong vịnh Kết quả lμ nếu mực n†ớc biển tăng thì đáy của các bãi cát ngầm d†ờng nh† cũng đ†ợc tăng theo Dân vùng Waddensea gọi lμ hiện t†ợng “ đói cát” của vịnh Thực tế hiện t†ợng nμy lμ l†ợng cát đi vμo vịnh nhiều hơn l†ợng đi ra vμ do vậy phía ngoμi cửa vịnh có hiện t†ợng xói do bùn cát đi vμo trong vịnh vμ bùn cát ven bờ sẽ di chuyển tới thay thế bùn cát đi vμo vịnh Nh† vậy hiện t†ợng tăng của mực n†ớc biển sẽ lμ nguyên nhân gây

ra hiện t†ợng xói đáng kể đ†ờng bờ vμ các đảo chắn tr†ớc cửa vịnh

Ví dụ:

Giả sử cửa vịnh triều có độ rộng 15 km, khoảng cách từ cửa vịnh tới đ†ờng bờ lμ 10 km thì diện tích vùng đ†ợc xem lμ vịnh triều lμ 150 km2 Giả thiết mực n†ớc biển tăng 10 cm (theo số liệu thống kê của 50 năm gần đây, trong t†ơng lai trị số nμy có thể lớn hơn) vμ

đáy biển cũng nâng lên 10 cm thì l†ợng cát cần thiết lấp đầy thể tích đó lμ 15.000.000 m3 L†ợng bùn cát nμy đ†ợc mang đến từ các đoạn bờ cận kề với vịnh Nh† trên giả thiết, độ rộng vịnh lμ 15 km, điều đó có nghĩa lμ mỗi mét chiều ngang cần l†ợng cát lμ 1000 m3 Giả thiết chiều dμy bãi lμ 10 m thì cần phải xói 100 m trong 50 năm hay 2 m/năm Có thể thấy rằng tốc độ xói nh† trên lμ đáng kể để có thể nâng đáy vịnh lên 10 cm

164

7.3 Chuyển động bùn cát/bồi lắng cửa vịnh triều

Đáy vịnh triều th†ờng khá phẳng vμ không có những vùng biến đổi dị th†ờng vμ lμ vùng cửa sông hoặc giữa các đảo chắn với bờ N†ớc biển đi vμo hệ thống các lạch triều vμ trμn lên mặt bãi Sau điẻm n†ớc dừng, triều bắt đầu rút, mặt bãi lại lộ ra n†ớc đi vμo lạch triều chảy dần ra biển Quá trình nμy cộng với t†ơng tác giữa dòng triều vμ sóng lμ nhân tố quan trọng mang bùn cát ra vμo vμ bồi đắp lên vịnh triều

Phân bố đơn giản nhất lμ bùn vμ phù sa gần bờ vμ cát ở phía ngoμi biển theo h†ớng đi từ bờ

ra ngoμi Các vùng thấp trong vịnh th†ờng xuyên ngập n†ớc chịu ảnh h†ởng của dòng triều mạnh hơn lμ sóng Hầu nh† chỉ ở thời kỳ dừng n†ớc (cho cả triều c†ờng vμ triều kém) thì mới thấy có ảnh h†ởng của sóng Kết quả lμ bùn cát tồn tại d†ới dạng lơ lửng, nguồn lắng

đọng chủ yếu lμ bùn cát đáy

Các vùng cao độ trung bình có quá trình ngập chìm vμ lộ ra t†ơng tự nh† đã trình bμy ở trên, nh†ng vai trò của dòng triều chuyển vận bùn cát mạnh nhất tại thời điểm giữa chu kỳ triều (nằm giữa điểm chân triều vμ đỉnh triều vμ giữa thời gian n†ớc c†ờng vμ n†ớc kém) Trong thời kỳ nμy bãi đ†ợc bồi chủ yếu do cát đáy đ†ợc mang theo dòng n†ớc Tuy nhiên, trong thời đoạn dừng n†ớc (khoảng 1-2 giờ), bùn cát lơ lửng có thể chìm xuống đáy phủ lên các vật chất đã lắng chìm tr†ớc đó hoặc trên các sóng cát đã hình thμnh do dòng chảy

Các vùng cao chỉ ngập n†ớc khi gặp triều cao thời điểm mμ tốc độ dòng chảy rất nhỏ hay xấp xỉ về không Điều đó có nghĩa lμ không thể có bồi lắng của bùn cát đáy, tuy nhiên có thể có một l†ợng nhỏ bùn cát lơ lửng lắng chìm tại thời kỳ n†ớc dừng Khi triều rút khi tốc

độ dòng rút tạo ra lực cắt lớn hơn lực giữ của các hạt bùn cát thì lớp bùn mịn vừa đ†ợc bồi

bị cuốn theo Tuy nhiên, các vật chất loại nμy lμ loại kết dính nên không dễ bị xói khi dòng rút không đủ lớn Các thí nghiệm tại vùng biển Wadden Sea cho thấy nếu v = 0.4-0.5 m/s thì mới đủ khả năng xói các vật chất đã lắng chìm sau 16 giờ vμ hiện t†ợng lắng trở lại không xảy ra khi l†u tốc dòng n†ớc vẫn còn khoảng từ 0.1 đến 0.2 m/s

Bồi lắng các hạt mịn ở các vùng cao chỉ xảy ra trong thời khoảng n†ớc dừng Khi n†ớc triều đã phủ kín mặt bãi thì các hạt lơ lửng sẽ bắt đầu lắng chìm khi l†u tốc dòng n†ớc nhỏ hơn hoặc bằng l†u tốc lắng chìm cho phép Tuy nhiên, hiện t†ợng lắng chìm không phải lμ thẳng đứng tại chỗ mμ các hạt mịn đ†ợc đẩy vμo phía trong bờ mμ lắng chìm ở đó do l†u tốc d† của dòng n†ớc Nh† vậy, các hạt mịn sẽ nằm lại vị trí phía gần bờ hơn so với điểm

l†u tốc lắng chìm đạt giá trị tới hạn Giả sử l†u tốc dòng lên vμ dòng rút bằng nhau, sau thời khoảng n†ớc dừng, triều rút thì bùn cát đã lắng đọng cũng không bị xói để trở lại hình thức lơ lửng trừ khi l†u tốc dòng rút quá lớn Đặc điểm nμy phổ biến đối với bùn cát dính kết Kết quả lμ thời gian bùn cát ở trạng thái lơ lửng khi triều rút ngắn hơn khi triều lên vμ

nó sẽ đ†ợc mang vμo bờ nhiều hơn bị mang ng†ợc lại biển Chính vì vậy, vùng cao lμ vùng

đ†ợc bồi nhanh hơn vμ khi bãi đủ cao, ít chịu ảnh h†ởng triều thì thời gian vμ mức độ ngập cũng giảm dần trong thời kỳ triều c†ờng

Khi thời gian bãi lộ ra đủ dμi thì hệ sinh vật rừng ngập mặn bắt đầu phát triển Những cây

đầu tiên phát triển lμ muống biển, tiếp đến lμ họ sú vẹt, trang, mắm v.v Rễ thực vật cắm vμo lớp bùn sẽ giảm khả năng xói của bãi Thân cây có tác dụng lμm giảm dòng chảy vμ thúc đẩy quá trình chìm lắng của bùn cát Đối với các vùng bãi cao, khi bùn chiếm †u thế

sẽ hình thμnh các bãi lầy, các bãi nμy phát triển dần ra biển vμ các vùng bãi cũ hình thμnh

tr†ớc có tần suất ngập n†ớc giảm dần Nếu có hệ thống lạch sông phát triển khá sâu vμ sau thời khoảng đủ dμi vùng bãi lầy sẽ khô dần thμnh các vùng đất mới

ở các vùng nhiệt đới ẩm, hệ thống rừng ngập mặn phát triển khá tốt trên các bãi bùn, hệ rễ cây ngập mặn sẽ giữ bùn lại rất tốt vμ hệ sinh thái đất ngập n†ớc phát triển ở khu vực bãi cao thay thế cho các bãi lầy

7.4 Đẩy nhanh quá trình bồi tụ

Nhiều nơi trên thế giới, dân vùng biển mong muốn khai thác các vùng đất bãi cμng sớm cμng tốt, chính vì vậy họ rất quan tâm đến việc đẩy nhanh đến quá trình bồi tụ ở n†ớc ta,

có rất nhiều vùng đất mới ở các cửa sông đã đ†ợc hình thμnh, đặc biệt lμ 2 tam giác châu sông Hồng vμ sông Mekong Các ph†ơng pháp đơn giản nhất lμ cho phép dòng n†ớc mang theo bùn cát đi vμo vùng vịnh dễ dμng, nh†ng kiểm soát quá trình dòng chảy đi ra bằng cách cho chảy chậm hoặc chảy ổn định Trong thực tế, các ống tiêu hoặc các đê ngăn nhỏ

đ†ợc xây dựng để chỉ một phần n†ớc chảy trμn qua mặt, phần còn lại sẽ chảy từ từ ra khỏi vùng đó Với thời gian kéo dμi ra đủ để các hạt bùn cát lắng chìm xuống đáy nhiều hơn

7.5 Cửa sông vùng triều

Từ “cửa sông vùng triều” bắt nguồn từ gốc Latinh “aestus”, nghĩa lμ triều Phần lớn mọi

ng†ời trên thế giới cho rằng cửa sông vùng triều lμ vùng sông gặp biển Tuy nhiên, để có một định nghĩa chính xác hơn thì còn tuỳ vμo quan niệm do các nhμ khoa học xây dựng Trong phạm vi nμy chúng ta không nghiên cứu các định nghĩa đó mμ chỉ cần hiểu rằng cửa sông vùng triều lμ nơi gặp gỡ của n†ớc ngọt vμ n†ớc biển

Các cửa sông vùng triều không đồng nhất do sự khác nhau về độ lớn triều vμ l†u l†ợng chảy ra từ sông tạo nên sự trộn lẫn giữa n†ớc ngọt vμ n†ớc mặn Về cơ bản, các nhμ khoa học chia thμnh 3 loại cửa sông vùng triều: cửa sông mặn tiến vμo d†ới dạng nêm; cửa hỗn hợp một phần vμ cửa hỗn hợp hoμn toμn

Cửa dạng nêm khi n†ớc sông chảy vμo biển có thuỷ triều nhỏ, n†ớc ngọt nằm trên nêm n†ớc mặn tiến vμo sông với độ dμy giảm dần vμ trong điều kiện hầu nh† không có dòng triều Trong tr†ờng hợp nμy 2 khối n†ớc chậm chạp tr†ờn lên nhau tạo nên mặt ngăn cách

đ†ợc xem lμ cứng Thực tế khi 2 khối n†ớc tr†ờn lên nhau tạo nên ứng suất cắt trên mặt tiếp giáp vμ lμ nguyên nhân gây ra rối cục bộ vμ sóng nội bộ tạo thμnh khu vực mặt tiếp giáp

Vị trí của nêm mặn phụ thuộc vμo dòng chảy trong sông Khi l†u l†ợng chảy ra nhỏ, nêm mặn tiến sâu vμo đất liền hơn khi l†u l†ợng dòng chảy lớn Khi sông có l†u l†ợng bùn cát nhỏ sẽ xuất hiện dạng nêm mở, còn tr†ờng hợp l†u l†ợng bùn cát lớn có xu thế hình thμnh dạng delta Đó lμ các cửa sông Hồng, Mekong hay Mississippi

Dạng cửa sông hỗn hợp một phần lμ cửa hình thμnh khi n†ớc sông chảy ra biển có độ lớn triều trung bình Dòng triều lμ đáng kể vμ toμn bộ khối n†ớc dịch chuyển lên xuống theo

sự dịch chuyển của thuỷ triều Cho nên, thêm vμo dòng chảy sinh ra tại mặt ngăn cách, ma sát tại đáy sông tạo nên lực cắt tại đó vμ tạo ra hiện t†ợng rối - lμ nguyên nhân gây ra sự

trộn lẫn giữa hai khối n†ớc hơn lμ sóng sinh ra tại mặt ngăn cách Không chỉ có n†ớc mặn chuyển động đi lên mμ n†ớc ngọt cũng xâm nhập xuống

Tại điểm cμng ra gần cửa, dòng chảy tổng cộng (dòng d†) h†ớng vμo đất liền giảm dần,

nh†ng dòng chảy có h†ớng ra biển khi cμng đi lên mặt lại tăng lên Điểm không có dòng

d† thay đổi tuỳ thuộc vμo địa hình đáy Tại điểm nμy, không có dòng d† h†ớng vμo đất liền vμ đ†ợc xem lμ điểm “0” của cửa sông

Điểm “0” thay đổi lên xuống theo trục sông, phụ thuộc vμo sự thay đổi của độ lớn triều trong nửa chu kỳ triều (12.5 đến 14 ngμy) Cũng có sự thay đổi mùa phụ thuộc vμo l†u l†ợng sông

Tại các cửa sông rộng, nông nh†ng có độ lớn triều lớn, dòng triều khá đáng kể so với dòng chảy trong sông thì hiện t†ợng trộn lẫn hoμn toμn xảy ra Trong các cửa sông loại nμy, nồng độ muối thay đổi rất ít theo chiều sâu, nh†ng lại thay đổi rất nhiều theo mặt cắt ngang Cửa sông loại nμy th†ờng lμ loại cửa hình phễu, nông, rộng ở cửa vμ thu nhanh khi

đi vμo trong đất liền

Chỉ số trộn lẫn Į biểu thị mức độ trộn lẫn Trộn lẫn hoμn toμn vμ hình thμnh lớp song song không trộn lẫn lμ 2 biên của quá trình trộn lẫn

P

T

* Q

= f

Qf = L†u l†ợng n†ớc ngọt (m3/sec)

T = Chu kỳ triều (sec)

P = Khối n†ớc triều (m3)

0.0 < Į < 0.1 trộn lẫn hoμn toμn,

0.1 < Į < 1.0 trộn lẫn từng phần,

Į = 1.0 Hình thμnh dòng chảy tầng

HARLEMAN AND ABRAHAM[1966] đã phát triển công thức tính mức độ trộn lẫn có tên lμ

hệ số cửa Em

T

* Q F

* P

= E

f

2 o

trong đó:

Qf = L†u l†ợng n†ớc ngọt (m3/sec)

T = Chu kỳ triều (sec)

P = Khối n†ớc triều (m3)

Fo = số Froude =

gh

v

o m

vm = l†u tốc dòng triều lớn nhất (m/sec)

ho = Độ sâu trung bình tại cửa sông (m)

Nếu Em gần với trạng thái chảy tầng, khi Em tăng lên thì mức độ trộn lẫn cũng tăng lên

166

Có một loại cửa sông th†ờng thấy ở các vùng khô hạn – nơi có độ mặn khá cao Cμng đi ra phía cửa độ mặn vμ nồng độ muối cμng tăng do quá trình bốc hơi rất lớn Do nồng độ muối cao nên xuất hiện quá trình chìm xuống vμ chảy ra biển ở lớp d†ới vμ xuất hiện dòng mặt chảy vμo sông

Bảng phần d†ới do SAVENIJE[1992] tổng hợp cho biết các loại cửa sông khác nhau trên thế giới Hình dạng của phần lớn các cửa sông thế giới có dạng hình phễu, đ†ợc biểu diễn bằng 2 công thức sau đây:

) b

x (-B

=

) a

x ( A

=

trong đó:

A0 Diện tích mặt cắt †ớt tại cửa sông (m2)

A(x) Diện tích mặt cắt †ớt tại toạ độ x từ cửa sông (m2)

B0 Độ rộng tại mặt cắt cửa sông (m)

B(x) Độ rộng tại toạ độ x từ cửa sông (m)

x Khoảng cách tính từ cửa sông (m)

a,b Các hệ số xác định từ tμi liệu đo đạc

Có một số cửa sông không thể xác định đ†ợc các hệ số a,b chung cho toμn đoạn cửa vì chúng không có dạng hình phễu, chẳng hạn núi đá ăn sát ra bờ sông tại điểm sát cửa Do hiện t†ợng nμy mμ chiều rộng bị co hẹp, thay vμo đó, độ sâu n†ớc tăng lên Tuy nhiên, với những cửa sông có địa chất tốt thì hiện t†ợng bù trừ nμy cũng không đ†ợc đáp ứng vì tính chất rắn chắc của vật chất đáy sông

Trong bảng 7.1, cột cuối cùng lμ loại trộn lẫn (một trong 4 loại đã trình bμy ở trên)

Mae Klong

Solo

Lalang

Limpopo

Tha Chin

Chao Phya

Incomati

Pungue

Maputo

Thames

Eems

Corantijn

Gambia

Schelde

Delaware

Tejo

1400 2070 2550 2600 300 4300 8100 28000 40000 58500 61000 69000 84400 150000 255000 60000

5.2 9.2 10.6 7.0 5.3 7.2 3.0 4.3 3.6 7.1 3.9 6.5 8.7 10.0 6.6 7.0

102 226 217 50 87 109 42 20 16 23 19 64 121 26 41 11

155 226 96 50 87 109 42 20 16 23 19 48 121 28 42 11

2.0 0.5 2.6 1.1 2.0 2.2 1.4 4.6 2.8 4.3 3.6 2.2 1.2 3.7 1.8 3.4

24 24 24 12 24 24 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12

15 6 27 8 15 22 7 18 12 14 15 12 9 12 9 10

21 12 74 21 45 95 57 504 480 878 1220 828 675 1200 2168 570

2000 1500 2500 1100 600 3620 500 930 280 304 300 4090 2000 500 2000 1500

2 1 1 1 2 1 2 3 2 3 3 2 3 3 3 3

A0 Diện tích mặt cắt †ớt tại cửa

h Độ sâu trung bình mặt cắt cửa

a Hệ số hội tụ chiều dμi

b Hệ số hội tụ ngang

H Độ lớn triều

T Chu kỳ triều

E Độ lệch khỏi trục

Pt Khối n†ớc triều

Qb L†u l†ợng ứng với mực n†ớc ngang bờ (Có thể lμ k/n Qtl)

Loại 1 có độ dốc nồng độ mặn lớn tại cửa sông, th†ờng thấy ở các cửa sông hẹp, thẳng

Loại 3 ng†ợc với loại 1 nghĩa lμ độ dốc nồng độ muối nhỏ tại cửa vμ th†ờng xảy ra với cửa sông dạng hình phễu, độ rộng lớn

Loại 2 không phải lμ dạng chuyển tiếp của 1 vμ 3, nh†ng lμ dạng hỗn hợp giữa 2 loại trên

Đoạn đầu có dạng đ†ờng cong 3, nh†ng đến khoảng giữa lại đổi chiều sang dạng 1 ứng với loại nμy, cửa sông hẹp ở đoạn th†ợng l†u vμ hình phễu điển hình ở đoạn gần cửa Loại 4 ứng với tr†ờng hợp cửa sông có độ mặn rất cao

Hình 7.1: Các loại cửa sông khác nhau

7.6 Chuyển động của dòng bùn

Phần lớn bùn cát đ†ợc mang đến từ trong sông bị giữ lại cửa sông d†ới dạng bùn Tuy nhiên, đ†ờng kính hạt bùn chìm lắng lμ rất nhỏ (khoảng 2 Pm) Rõ rμng đã tồn tại liên kết một số quá trình khác tạo điều kiện cho các hạt mịn chìm lắng tại cửa sông Đó lμ quá trình tích tụ của các hạt nhỏ li ti thμnh các hạt lớn hơn vμ chìm nhanh xuống đáy Có 2

168

con đ†ờng để quá trình nμy xảy ra, đó lμ các quá trình sinh học vμ quá trình kết bông Tích tụ sinh học lμ quá trình ăn các hạt sét của các tổ chức sinh học vμ thải ra d†ới dạng các viên có đ†ờng kính tới 5 mm tạo ra tốc độ chìm lắng tính bằng cm/s chứ không phải bằng mm/giờ Đây lμ nguyên nhân lμm cho quá trình bồi tụ trọng vịnh nhanh hơn Kết bông xảy ra nh† kết quả của lực hút phân tử Thông th†ờng lực nμy không lớn, c†ờng

độ của nó tỉ lệ nghịch với bình ph†ơng khoảng cách giữa 2 hạt sét vμ điều nμy trở nên rất quan trọng khi khoảng cách của 2 hạt cμng gần nhau

Trong n†ớc ngọt, hiện t†ợng kết bông cũng xảy ra nh†ng liên kết yếu Trong n†ớc biển, sự t†ơng tác với các điện tích d†ơng tự do lμ nguyên nhân tạo nên hiện t†ợng trung hoμ, lμm giảm các điện tích âm vμ cho phép lực hút phân tử tăng lên vμ nếu các hạt sét mang điện tích trái dấu chuyển động đến gần nhau thì sẽ xảy ra hiện t†ợng tích tụ hay còn gọi lμ hiện

t†ợng kết bông

Hiện t†ợng kết bông lμ một quá trình quan trọng ở những phần vịnh nơi quá trình trộn lẫn giữa n†ớc ngọt vμ n†ớc mặn xảy ra Có 3 cách để các hạt sét tích tụ với nhau Đó lμ:

- Quá trình rối trong cột n†ớc do tác dụng của gió hoặc lực tạo ra do dòng biên

- Chuyển động Brown: các hạt lơ lửng nhỏ li ti chuyển động ngẫu nhiên do chuyển động của các phân tử n†ớc

- Quá trình chiếm giữ của các hạt lớn khi lắng đọng va vμo các hạt khác

Các vật chất hữu cơ hấp thụ bởi các hạt sét hình thμnh dạng lơ lửng vμ các phim chất nhờn

do các hoạt động của vi khuẩn gây ra tạo ra điện tích d†ơng vμ thúc đẩy quá trình bông kết

Chuyển động của bùn về cơ bản khác chuyển động của cát Trong phần nμy, chuyển động của bùn chỉ đ†ợc thảo luận một cách định tính Các nghiên cứu định l†ợng sẽ trình bμy trong môn học về chuyển động của bùn cát

Trong chuyển động của cát, chuyển động tức thời đ†ợc tính toán nh† lμ hμm số của l†u tốc dòng chảy vμ tác dụng của sóng tại thời điểm đó Khi dòng hoặc sóng tăng lên, chuyển

động cũng tăng vμ ng†ợc lại khi dòng vμ sóng yếu, chuyển động cũng giảm vμ hiện t†ợng bồi xảy ra

Trong tr†ờng hợp đáy bùn, hiện t†ợng nμy không xảy ra Bùn không bao gồm các hạt rời rạc mμ giữa chúng có mối liên kết với nhau Khi chúng ta lấy một mẫu bùn từ đáy biển, có thể thấy chúng t†ơng đối đồng nhất, giống nh† một cái bánh pudding Khi n†ớc chảy qua chiếc bánh, lúc đầu các hạt trong bánh pudding không chuyển sang dạng lơ lửng Chỉ khi l†u tốc dòng chảy đủ lớn vμ sau một khoảng thời gian đủ dμi, chiếc bánh bắt đầu bị cắt rời

ra Một phần chuyển sang dạng lơ lửng, vμ bùn hoμ lẫn vμo khối n†ớc Nh† vậy điểm quan trọng nhất vận tốc khởi động cao cần có tr†ớc khi bùn đáy bắt đầu bị xói Điểm khởi động nμy lμ hμm của độ lớn vμ thời gian

Khi bùn chuyển sang dạng lơ lửng, thì nó phân bố gần nh† đều trên toμn cột n†ớc Điều đó

có nghĩa lμ nồng độ trên mặt vμ gần đáy gần giống nhau Trong quá trình lơ lửng hoá, gradient thẳng đứng của nồng độ gần nh† bằng không

Chuyển động bùn cát lơ lửng khá đơn giản Tốc độ của nó bằng với tốc độ dòng chảy Khi nồng độ c, vận tốc v vμ độ sâu d biết, thì tổng l†ợng bùn cát sẽ lμ S = c*v*d (m3/m/s) Quá trình lắng chìm của bùn khá phức tạp Khi n†ớc t†ơng đối tĩnh (nghĩa lμ ít rối) thì các hạt bùn bắt đầu lắng chìm Nh†ng quá trình nμy rất chậm chạp do kích th†ớc hạt quá nhỏ Vì quá trình xảy ra trong thời gian dμi, nên địa điểm nó đến đáy có thể hoμn toμn khác địa

điểm mμ ta dự tính tại thời điểm bắt đầu lắng chìm

Vì hiện t†ợng trễ trong quá trình lắng chìm vμ tái lơ lửng, nên rất khó khăn trong việc mô phỏng chúng thμnh các ch†ơng trình tính để tính xói cũng nh† bồi lắng Đó lμ vấn đề rất

có ý nghĩa trong nghiên cứu vùng vịnh

Nói tóm lại, có thể nói rằng đáy bùn có xu thế bị xói sạch ở lớp đáy Điều nμy cói thể mô tả nh† sau:

Trong vịnh, quá trình xói trong một cơn bão lμ hμm số của l†u tốc gần đáy Trong các vùng nông, chuyển động theo quĩ đạo của sóng lớn hơn ở các vùng n†ớc sâu, cho nên trong cơn bão, vùng nông xói nhiều hơn vùng n†ớc sâu Tất cả bùn bị xói chuyển sang dạng lơ lửng Vì độ đục trong vịnh giống nhau ở mọi nơi, nên có thể nói nồng độ nh† nhau tại mọi điểm

Sau bão, bùn cát bắt đầu lắng chìm trở lại vμ vì nồng độ bùn cát tại mọi điểm nh† nhau, nên tổng l†ợng bùn cát lắng đọng ở phần n†ớc sâu lớn hơn vùng n†ớc nông Nh† vậy hiệu ứng của trận bão lμ vùng n†ớc nông bị xói vμ vùng sâu hơn đ†ợc bồi Do vậy ít thấy sự thay đổi cao trình đáy biển

Tất nhiên, tình hình nμy chỉ xảy ra trong các trận bão, nơi chiều cao sóng gần nh† bằng nhau tại mọi nơi; dòng chảy trong vịnh coi nh† không có, chỉ có dòng chảy trong mạng l†ới sông Nh† vậy, tác động tổng hợp của sóng vμ dòng chảy lμ khác nhau Trong các kênh triều lên vμ triều rút, không có bùn lắng đọng, vì vận tốc dòng triều cao rất lớn Bùn chỉ có thể lắng đọng ở ở vùng giữa, nơi l†u tốc dòng chảy nhỏ vμ nh† vậy đáy vịnh khu vực nμy đ†ợc nâng lên Khi cây cỏ có thể bắt đầu phát triển đ†ợc trên vùng nμy thì quá trình nâng cao mặt bãi xảy ra còn nhanh hơn, do l†u tốc dòng chảy nhỏ vμ bộ rễ cây giữ bùn cát lại

7.7 Lạch triều lên vμ triều rút

Vì sự khác nhau của các pha triều lên vμ triều xuống, tại cửa sông dòng triều lên vμ triều xuống hoμn toμn khác nhạu Dòng triều lên bắt đầu từ hai bên, nh†ng dòng triều xuống bắt

đầu từ trung tâm Kiểu phân bố nμy còn thấy ở những đoạn sông uốn khúc Cho nên, trong vịnh triều có một số lạch dòng chảy vμo lμ chủ yếu (lạch triều lên), trong khi một số khác chỉ lμ kênh triều rút Hiện t†ợng nμy thấy rất rõ ở vịnh Western Scheldt, phía nam Hμ Lan

Thêm vμo đó lμ ảnh h†ởng của lực Coriolis Lực nμy có xu thế lệch phải khi dòng triều lên hoặc dòng n†ớc sông chảy vμo vịnh ở bắc bán cầu Điều đó có nghĩa lμ ở bắc bán cầu, dòng chảy vμo vịnh lệch về phía bên trái, trong khi dòng chảy từ sông ra lệch bên phải Có một số pha trộn xảy ra do vậy dòng chảy vòng d† xuất hiện trên mặt ngang mạnh hơn trên

170