Chương 7: CỬA SÔNG VÀ CỬA VỊNH TRIỀU
7.2. Đặc tính cửa vịnh triều
Tại cửa vịnh triều, thường có sự tương tác giữa sự chuyển vận của bùn cát dọc bờ biển và 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 và đường bờ biển phía ngoài. Bruun (1978) đã khảo sát tính ổn định của cửa và đã đưa ra kết luận rằng tính ổn định của cửa phụ thuộc vào quan hệ P/Mtotal.
Trong quan hệ này, P là khối nước triều (m3); Mtotal là tổng lượng bùn cát chuyển vận ven bờ từ hai hướng vào cửa. Đây là hệ số không thứ nguyên.
Bảng 7.1: Ổn định của cửa
P/Mtotal > 150 Các điều kiện tương đối thuận lợi, tồn tại vật chắn nhỏ trước
cửa, khả năng tháo qua cửa tốt
100 < P/Mtotal < 150 Các điều kiện không thuận lợi, tồn tại các vật chắn ở ngoài khơi xa
50 < P/Mtotal < 100 Vật chắn trước cửa vào 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 và lý do để các cửa tồn tại là dòng chảy lũ từ trong sông đẩy bùn cát tạo lạch sâu. Tuy nhiên cửa loại này không mấy thuận lợi cho giao thông thủy.
P/Mtotal < 20 Là dạng cửa tạm thời chỉ xuất hiện trong các kỳ nước lớn chứ
không hình thành cửa thường xuyên.
Bruun đã nghiên cứu và xác định hệ số này 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
Cửa tại địa điểm Nước Hệ số ổn định
Vlie Eyerlandse Gat
Aveiro Big Pass Ponce de Leon Thyboruun inlet
Krishnapatam
Hà Lan Hà Lan Bồ Đào Nha Florida (Mỹ) Florida (Mỹ) Đan Mạch
Ân Độ
1000 200
60 100
30 120
15
Tuy nhiên, cũng phải nhấn mạnh là khi dòng chảy từ trong sông đủ lớn (dạng cửa sông hơn là cửa vịnh hay đầm phá) thì khối nước tính toán P phải đưa thêm cả lượng dòng chảy này. Đây là vấn đề khá phức tạp trong tính toán.
Với các cửa có dòng chảy mùa lũ đáng kể, nhưng mùa cạn thì rất ít hoặc không có thì có thể xác định hệ số ổn định riêng rẽ cho từng mùa. Kết luận là trong mùa cạn cửa không ổn định, có khi bị đóng hoàn toàn và về mùa lũ cửa ổn định có điều kiện. Hiện tượng này xảy ra ở một số vùng gió mùa như Ân Độ và Sri-Lanka.
Ở các cửa vịnh triều và thông thường ở các cửa sông, quan hệ giữa mặt cắt ngang và khối nước triều rất chặt chẽ. Nếu như khối nước triều giảm thì diện tích mặt cắt ngang cũng giảm (không đúng trong trường hợp ngược lại, nghĩa là diện tích mặt cắt ướt giảm thì khối nước triều cũng giảm theo).
Khối nước triều P(m3) là tổng lượng nước chảy qua cửa sông, cửa vịnh triều ứng với triều cao nhất và triều thấp nhất. Nó tương đương với diện tích mặt thoáng vịnh triều nhân với độ lớn triều. Rất nhiều công thức được xây dựng thiết lập tương quan giữa khối nước triều với mặt cắt ướt tương đương tại cửa vào, trong đó công thức do O’BRIEN[1931] được sử dụng thường xuyên nhất:
A = 6.56 x 10-5 P0.85 (7.1) Trong đó:
A = Mặt cắt ướt tương đương tại cửa vào (m2) P = Khối nước triều (m3)
Đối với các bài toán kỹ thuật, quan hệ này khá thích hợp. Đối với trường hợp cải tạo đất trong vịnh triều hoặc trong cửa sông, vấn đề là cửa vào sẽ nhỏ đi và kéo theo là cửa bị nông hơn. Vì vậy, cải tạo đất gây tác động xấu đến luồng tàu thuyền đi vào cảng.
Độ sâu mực nước tương đương tại cửa vào hetính bằng:
he = (Qf2 / C2b2Ib)1/3 (7.2) trong đó:
Qf = Lưu lượng nước ngọt (m3/s) C = Hệ số chezy =
k 6h
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 thường cũng tồn tại cân bằng giữa lượng nước trong vịnh triều với lượng bùn cát vào ra trong vịnh. Chẳng hạn tại vùng vịnh Waddensea phía bắc Hà Lan – Đức, các nhà khoa học tìm thấy mối quan hệ khá chặt chẽ giữa mực nước trung bình trong vịnh và cao trình của các dải cát ngầm. Mối quan hệ này chưa được giải thích về bản chất vật lý của hiện tượng, nhưng dường như có mối quan hệ chặt chẽ giữa chiều cao sóng và độ sâu nước trong vịnh. Kết quả là nếu mực nước biển tăng thì đáy của các bãi cát ngầm dường như cũng được tăng theo. Dân vùng Waddensea gọi là hiện tượng “ đói cát” của vịnh. Thực tế hiện tượng này là lượng cát đi vào vịnh nhiều hơn lượng đi ra và do vậy phía ngoài cửa vịnh có hiện tượng xói do bùn cát đi vào trong vịnh và bùn cát ven bờ sẽ di chuyển tới thay thế bùn cát đi vào vịnh. Như vậy hiện tượng tăng của mực nước biển sẽ là nguyên nhân gây ra hiện tượng xói đáng kể đường bờ và các đảo chắn trước cửa vịnh.
Ví dụ:
Giả sử cửa vịnh triều có độ rộng 15 km, khoảng cách từ cửa vịnh tới đường bờ là 10 km thì diện tích vùng được xem là vịnh triều là 150 km2. Giả thiết mực nước biển tăng 10 cm (theo số liệu thống kê của 50 năm gần đây, trong tương lai trị số này có thể lớn hơn) và đáy biển cũng nâng lên 10 cm thì lượng cát cần thiết lấp đầy thể tích đó là 15.000.000 m3. Lượng bùn cát này được mang đến từ các đoạn bờ cận kề với vịnh.
Như trên giả thiết, độ rộng vịnh là 15 km, điều đó có nghĩa là mỗi mét chiều ngang cần lượng cát là 1000 m3. Giả thiết chiều dày bãi là 10 m thì cần phải xói 100 m trong 50 năm hay 2 m/năm. Có thể thấy rằng tốc độ xói như trên là đáng kể để có thể nâng đáy vịnh lên 10 cm.