Xem mẫu

  1. tr×nh ®¬n gi¶n còng nh− phøc t¹p, ®Çy ®ñ. Kh«ng tÝnh ®Õn trong c¸c ph−¬ng tr×nh Saint – Vernant sãng bÒ mÆt tho¸ng dÉn ®Õn sù mÊt th«ng tin vÒ c¸c gîn sãng. TÝnh trän vÑn bÞ suy gi¶m Ch−¬ng 3 ngay c¶ tÝnh cÊu tróc cña phæ liªn tôc c¸c thµnh t¹o lßng s«ng vµ lµm cho viÖc lµm s¸ng tá c¸c líp riªng biÖt c¸c d¹ng lßng s«ng lµ kh«ng thÓ. H×nh th¸i häc, ®éng lùc häc vµ ¶nh h−ëng qua l¹i c¸c nguyªn tè cÊu tróc cña ®Þa h×nh lßng s«ng CÊu tróc bªn trong cña hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng , phøc t¹p vµ bËc thang cã chÝnh ®Æc tr−ng lµ gi÷a c¸c nguyªn tè cña ®Þa h×nh lßng s«ng tån t¹i chØ cã quan hÖ h×nh th¸i vµ thiÕu h¼n c¸c quan hÖ trùc tiÕp vµ nh©n qu¶. Mäi t¸c ®éng cña mét nguyªn tè tæ hîp d¹ng lßng s«ng ®Õn nguyªn tè kh¸c (trªn cïng mét bËc thang còng nh− trªn c¸c bËc thang kh¸c nhau) diÔn ra qua c¸c nguyªn tè cÊu tróc dßng ch¶y nh− lµ phÇn c¨n b¶n trong hÖ thèng dßng ch¶y – lßng s«ng. Cho nªn khi xem xÐt trong t−¬ng lai quan hÖ t−¬ng hç cña ho¹t ®éng kinh tÕ häc vµ ®éng lùc häc c¸c d¹ng lßng s«ng kh¸c nhau vµ tËp hîp cña chóng sÏ cã kiÓu lµ c¸c ¶nh h−ëng qua l¹i nµy bÞ trung b×nh ho¸, vµ thÕ nªn c¸c tÝnh chÊt cña nã víi cïng mét h×nh th¸i häc vµ ®éng lùc häc cña d¹ng ®Þa h×nh ®ang xÐt, vÒ tæng thÓ hoµn toµn kh«ng ®¬n trÞ do b¶n chÊt ngÉu nhiªn truyÒn t¸c ®éng cña cÊu tróc dßng ch¶y. Møc ®é kh«ng ®¬n trÞ nµy gi¶m víi sù t¨ng cèt lâi cÊu tróc dßng ch¶y vµ cÊu tróc ®Þa h×nh lßng s«ng. Kinh nghiÖm nhiÒu n¨m ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p h×nh th¸i häc ®Ó ph©n tÝch ®éng lùc ®Þa h×nh lßng s«ng kh¼ng ®Þnh ë møc ®é cao tÝnh cèt lâi ®ã. Tuy nhiªn trong mçi tr−êng hîp cô thÓ vÊn ®Ò nµy ®ßi hái sù xem xÐt kü l−ìng h¬n. 57 58
  2. ®−îc thùc hiÖn khi 3.1. Gîn sãng (sãng c¸t nhá nhÊt) L p < 2πHβ'3 Fr B. Ph. Snhisenco [91] gäi gîn sãng lµ c¸c d¹ng ®¸y víi b−íc sãng ®Æc tr−ng cì ®é s©u dßng ch¶y. Richads [129] ph©n ra c¸c víi β'3 = β 3 d¹ng t−¬ng tù d−íi tªn gäi lµ gîn sãng mega. Nh− vËy, gîn sãng B−íc sãng, mµ ®èi víi nã vËn tèc t¨ng biªn ®é x¸o trén cùc ®−îc hiÓu lµ c¸c sãng c¸t nhá nhÊt, kÝch th−íc cña nã phô thuéc ®¹i, ®−îc x¸c ®Þnh theo hÖ thøc vµo ®é s©u dßng ch¶y. dk1 Im(c)/(dk1 ) = 0 Kh¶o s¸t tÝnh kh«ng æn ®Þnh cña dßng ch¶y vµ lßng s«ng Cùc trÞ nµy quan s¸t ®−îc khi theo quan hÖ víi khuÊy ®éng ban ®Çu chøng tá r»ng thuéc ph¹m trï nµy bao gåm c¸c sãng c¸t hai chiÒu, kÝch th−íc cña L p = 2πHβ '3 Fr / 1 + αFr 2 . (3.1) chóng ®−îc x¸c ®Þnh bëi sù hiÖn diÖn søc kh¸ng ®¸y vµ sãng BiÓu thøc nµy chÝnh x¸c ho¸ c«ng thøc (2.9) nhËn ®−îc bëi trªn mÆt tho¸ng cña dßng ch¶y. XuÊt ph¸t tõ ®iÒu nµy cã thÓ A. E. Mikhinov [60] trªn c¬ së c¸c gi¶ thuyÕt gÇn ®óng. ®¬n gi¶n ho¸ hÖ ph−¬ng tr×nh (2.19) ®Ó nhËn ®−îc lêi gi¶i gi¶i tÝch cho ®é dµi cña gîn sãng. TÝnh hai chiÒu cña gîn sãng cho phÐp bá qua ®é cong cña ®−êng dßng vµ c¸c tham sè thuû lùc thµnh phÇn nagng. Khi ®ã, ta nhËn ®−îc hÖ: a1 A + c1 P = 0 ; a3 A + c3 P + d3 T = 0 ; a 4 A + d4 T = 0 , víi U1 i ; c1 = g − U12 Hβ 3 k12 ; a1 = α 1U1 − 2 g 2 C o H k1 a3 = H ; c3 = U1 − c ; d3 = −U1 + c ; a4 = M ; d4 = − c . H×nh 3.1. Gîn sãng hai chiÒu trong lßng s«ng Lªna t¹i tr¹m Mokhsogolokh. Sau khi lo¹i c¸c biÕn A, P, vµ T, sù ph©n chia c¸c vËn tèc tæ Gîn sãng lµ mét trong nh÷ng h¹ng phæ biÕn nhÊt cña c¸c hîp ra ph©n thùc vµ phÇn ¶o vµ bá qua c¸c sè h¹ng nhá thu d¹ng ®¸y. Kh¶o s¸t chóng tiÕn hµnh trªn s«ng Niger ë kho¶ng ®−îc quan hÖ ph−¬ng sai: ®é s©u H = 2,0 ... 20,0 m, vËn tèc dßng ch¶y U = 0,6 .... 1,7m/s, β 3U 12 H k12 − g 2 gU 12 Im(c ) = (αU ) ®−êng kÝnh h¹t trung b×nh D = 0,7 ... 0,8 mm; trªn s«ng Obi víi M 2 − gH + β 3U12 H 2 k12 2 C o H k1 H = 2,0 ... 5,0 m, vËn tèc dßng ch¶y U = 0,6 .... 1,0m/s, ®−êng 1 §iÒu kiÖn Im( c ) > 0 – t¨ng biªn ®é x¸o trén theo thêi gian – kÝnh h¹t trung b×nh D = 0,7 ...2,0 mm. Trªn s«ng Lªna H = 3,0 59 60
  3. ... 7,0 m, vËn tèc dßng ch¶y U = 0,8 .... 1,5m/s, ®−êng kÝnh h¹t Xö lý sè liÖu ®o ®¹c hiÖn tr−êng vµ c¸c sè liÖu thùc nghiÖm [124] chøng tá r»ng hÖ sè biÕn ®æi ®é dµi gîn sãng Cv = σ L / L p trung b×nh D = 0,25 mm Gîn sãng lµ d¹ng ®¸y hai chiÒu. Th©n cña chóng thuéc sèng thay ®æi trong mét giíi h¹n hÑp vµ trung b×nh kho¶ng 0,40 c¾t h−íng dßng ch¶y mét kho¶ng v−ît qu¸ b−íc gîn sãng däc (H×nh 3.3 a). dßng ch¶y. VÝ nh− trong lßng s«ng Lªna t¹i tr¹m Mokhsogolokh (H×nh 3.1), b−íc gîn sãng theo dßng ch¶y lµ 5 – 10 m, cßn ®−êng sèng tr¶i dµi tõ 200 – 300 m. Th−êng ®−êng sèng cña gîn sãng cong, h¬n thÕ b−íc cña khóc uèn nµy gÇn víi b−íc cña gîn sãng däc theo dßng ch¶y nhê nã mµ h×nh d¹ng mang d¸ng dÊp ba chiÒu. Nh−ng thËm chÝ trong c¶ tr−êng hîp nµy c¸c gîn sãng còng t¸ch b¹ch song song tõng d¶i víi nhau theo mÆt c¾t ngang. Trong mÆt c¾t däc gîn sãng ®Æc tr−ng bëi d¹ng elip víi c¸c m¸i dèc trªn vµ d−íi. M¸i nghiªng trªn th−êng dµi h¬n m¸i d−íi – trªn s«ng Obi kho¶ng 70% tr−êng hîp hÖ sè bÊt ®èi xøng cña gîn sãng (LB–LH)/L lµ d−¬ng. Khi ®ã bÊt ®èi xøng d−¬ng cña gîn sãng kh«ng lín, 30% c¸c gîn sãng nh− thÕ hÇu nh− lµ ®èi xøng – LB /LH = 1,0 ... 1,19, thªm 30% – LB /LH = 1,2 ... 1,59, chØ cßn gÇn 40% gîn sãng thùc sù bÊt ®èi xøng LB /LH > 1,6; Nh÷ng nÕu t¹i c¸c gîn sãng quan s¸t thÊy bÊt ®èi xøng ©m ( ®é dµi m¸i H×nh 3.2. To¸n ®å c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i gîn sãng th−îng nguån d−íi LH dµi h¬n) th× nã l¹i biÓu thÞ mét c¸ch râ rµng (LH /LB > s«ng Obi 1,6) ë mét nöa c¸c gîn sãng nh− vËy, cßn d¹ng gÇn víi ®èi xøng (LH /LB < 1,2). quan s¸t thÊy chØ cã 10% c¸c tr−êng hîp. a– 11.07.85 b·i v¾t Ust–Pesan−i; b– 13.07.85 nh¸nh R−baxkaia §−êng cong ph©n bè ®é dµi gîn sãng (H×nh 3.2) theo ®Ò Trong tr−êng hîp nµy ®−êng cong ph©n bè ®é dµi gîn sãng xuÊt cña Saire [124] th−êng m« t¶ bëi ph©n bè gama d¹ng: m« t¶ bëi hµm víi mét tham sè – chiÒu dµi trung b×nh gîn sãng β α α −1 L exp(− βL )dL . dp = (3.2) Γ(α ) KiÓm tra tÝnh øng dông cña c«ng thøc (3.1) ®Ó tÝnh to¸n L p HÖ sè α vµ β liªn quan tíi ®é dµi trung b×nh gîn sãng L p tiÕn hµnh theo sè liÖu gèc vµ kh¶o s¸t thùc nghiÖm. T−¬ng quan ®é dµi gîn sãng trung b×nh cña ®o ®¹c vµ tÝnh to¸n trong σ2 vµ ph−¬ng sai cña chuçi bëi hÖ thøc sau: L kho¶ng vËn tèc dßng ch¶y U = 0,1 .... 2,5m/s; ®é s©u H = 0,001 σ2 2 L = α /β , = α /β , Γ – hµm gama ... 20,0 m, vµ ®−êng kÝnh phÇn tö h¹t D = 0,2 .... 2,0mm – lÊy L 61 62
  4. trung b×nh, hÖ sè t−¬ng quan r = 0,66 (H×nh 3.4). Bá c¸c gi¸ trÞ thøc (3.1). C«ng thøc thùc nghiÖm ®¬n gi¶n h¬n: L p = 0 ,7 H chi phèi nh− lµ ®é chÝnh x¸c x¸c ®Þnh ®é dµi gîn sãng ®èi víi c¸c (3 . 3 ) ®iÒu kiÖn tù nhiªn còng nh− ®¹i l−îng biÕn β'3 x¸c ®Þnh bëi L p = 1,9 UH (3 . 4 ) ph©n bè vËn tèc thuû trùc cña vËn tèc thµnh phÇn dßng ch¶y. Gi¸ trÞ trung b×nh β'3 tÝnh ®−îc nhê c«ng thøc (3.1) theo sè liÖu còng cho c¸c kÕt qu¶ xÊp xØ. Tuy nhiªn c«ng thøc (3.1) cã ý ®é dµi thùc tÕ cña gîn sãng lµ 0,73 vµ kh«ng kh¸c mÊy víi gi¸ nghÜa lín ®èi víi viÖc t×m hiÓu c¬ chÕ h×nh thµnh gîn sãng vµ t¹o nªn kh¶ n¨ng t¨ng ®é chÝnh x¸c cña tÝnh to¸n khi triÖt tiªu tÝnh kh«ng x¸c ®Þnh trong c¸c tham sè. Ph©n tÝch nghiÖm hÖ (2.19) chøng tá (xem h×nh 2.8) r»ng trªn ®o¹n héi tô c¸c miÒn ph¸t triÓn gîn sãng vµ c¸c sãng c¸t nhá t¹o nªn c¸c cùc ®¹i ®Þa ph−¬ng. §é dµi t−¬ng øng víi c¸c cùc ®¹i ®ã m« t¶ bëi c«ng thøc (3.1) víi hÖ sè β'3 = 1,2 β'3 . C¸c gîn sãng ba chiÒu nh− vËy kh¸ phæ biÕn ë lßng s«ng Terek d−íi cöa s«ng Sundji. Chóng còng nhËn thÊy ë lßng s«ng Niger nh−ng kh«ng t¹o thµnh ë ®ã c¸c m¶ng lín. C¸c tµi liÖu thùc tÕ chøng tá r»ng b−íc gîn sãng ba chiÒu kho¶ng 2 lÇn lín h¬n b−íc gîn sãng hai chiÒu. §−êng cong ph©n bè ®é cao gîn sãng, theo gi¶ thuyÕt cña Vang vµ Tren [137] xÊp xØ ph©n bè Vªibul – Gnhedenco ( ) dp = µλh µ −1 exp − λh µ dh . (3.5) C¸c hÖ sè µ vµ λ quan hÖ víi h p vµ σ 2 h b»ng hÖ thøc σ h / h 2 = Γ(2 / µ + 1){[Γ(1 / µ + 1]2 − 10 }; h p = λ −1 / µ Γ(1 / µ + 1). Sè liÖu 2 p kh¶o s¸t hiÖn tr−êng vµ thùc nghiÖm chøng tá sù biÕn ®æi Ýt cña H×nh 3.3. Quan hÖ cña ®é dµi trung b×nh L (a) vµ ®é cao h (b) gîn sãng (1) hÖ sè biÕn ®æi ®é cao gîn sãng, gi¸ trÞ trung b×nh cña nã Cvh ≈ 0,5 cm (xem h×nh 3.3 b). Khi ®ã ®−êng cong ph©n bè ®é cao ®ôn c¸t (2) vµ ng−ìng ch¾n (3) víi ®é lÖch qu©n ph−¬ng trung b×nh cña ®é dµi vµ ®é cao c¸c d¹ng ®¸y trªn gîn sãng, vµ còng nh− ®é dµi ®−îc x¸c ®Þnh b»ng mét tham sè – ®é cao trung b×nh cña gîn sãng. gi¸ trÞ lý thuyÕt lµ 0,55. C¸c gi¸ trÞ β'3 rêi r¹c kh¸c víi trung XÊp xØ tuyÕn tÝnh trong lêi gi¶i ph−¬ng tr×nh thuû lùc b»ng b×nh 2 lÇn hoÆc h¬n. Sù ph©n t¸n lín c¸c gi¸ trÞ cña hÖ sè β'3 dÉn tíi viÖc gi¶m m¹nh ®é chÝnh x¸c cña tÝnh to¸n theo c«ng 63 64
  5. ph−¬ng ph¸p x¸o trén bÐ kh«ng cho kh¶ n¨ng thu ®−îc biÓu thøc cho ®é cao gîn sãng. C¸c c¸ch tiÕp cËn phi tuyÕn trong lý thuyÕt nµy cßn ch−a ®−îc so¹n th¶o ®Çy ®ñ. Tuy nhiªn mét sè l−îng lín c¸c sè thiÖu thùc nghiÖm vµ kh¶o s¸t cña Ialin, Karakhan [139], V. K. Debonski, L. D. Kogan, N. A. Mikhailova [22] cho phÐp gi¶ thiÕt xÊp xØ sau vÒ phô thuéc cña ®é cao gîn sãng vµo c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc: ⎛ ⎞ U − uH U − uH hp exp⎜ − b ⎟. =a (3.6) ⎜ ⎟ H UH ⎝ ⎠ gH §èi víi gîn sãng s«ng Lªna c¸c hÖ sè a vµ b t−¬ng øngb»ng 1,6 vµ 0,5 (H×nh 3.5) TÝnh chÊt ngÉu nhiªn cña ph©n bè ®é cao vµ chiÒu dµi gîn sãng chi phèi quan hÖ x¸c suÊt gi÷a chóng víi kho¶ng biÕn ®éng lín c¸c gi¸ trÞ ®é cong cña gîn sãng h / L H×nh 3.4. Quan hÖ chiÒu dµi gîn sãng thùc tÕ Lp vµ chiÒu dµi tÝnh theo c¸c (H×nh 3.6) c«ng thøc : a– (3.1); b– (3.3) H×nh 3.6. Quan hÖ gi÷a ®é cao h vµ chiÒu dµi L cña gîn sãng (a) vµ ®ôn c¸t H×nh 3.5. Phô thuéc ®é cao h cña gîn sãng vµ ®ôn c¸t vµo c¸c nh©n tè x¸c (b) trªn s«ng Lªna ®Þnh – ®é s©u H, vËn tèc dßng ch¶y U vµ vËn tèc kh«ng xãi lë UH 65 66
  6. Mét tham sè quan träng lµ ®é cong trung b×nh cña m¸i d−íi x¸c ®Þnh vÞ trÝ c¸c gîn sãng nµy hoÆc kia theo trËt tù thêi gian. gîn sãng h p / L H . §èi víi th−îng nguån s«ng Obi gi¸ trÞ nµy C¸c ®o ®¹c hiÖn tr−êng chi tiÕt t−¬ng tù chøng tá r»ng c¸c kh«ng v−ît qu¸ 0,4 (gãc nghiªng cña m¸i 200), cßn gi¸ trÞ mod lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i gîn sãng 0,1 – 0,15 (gãc nghiªng cña m¸i tõ 6 – 90). §©y lµ c¸c gi¸ trÞ (chiÒu dµi Lp; ®é cao hp; bÊt ®èi xøng L H / L B vµ ®é cong h p / L p ) trung b×nh cña m¸i nghiªng d−íi víi l¸t c¾t m¸i nghiªng elip, ë vµ ph−¬ng sai cña chóng Ýt thay ®æi theo thêi gian víi c¸c ®Æc phÇn trªn cña l¸t c¾t uèn cong nhá h¬n gi¸ trÞ trung b×nh cßn tr−ng thuû lùc kh«ng ®æi. §ång thêi h×nh th¸i häc nh©n sinh m¸i d−íi – lín h¬n nhiÒu. cña mét sè gîn sãng cô thÓ thay ®æi m¹nh d−íi ¶nh h−ëng cña C¸c gîn sãng ®−îc h×nh thµnh trong c¸c m¸ng thÝ nghiÖm n−íc th¶i c«ng céng nh©n tè ngÉu nhiªn (H×nh 3.7). víi c¸c ®é s©u cña dßng ch¶y t−¬ng ®èi nhá H/hp = 2…10, th−êng cã d¹ng tam gi¸c víi m¸i nghiªng d−íi cong gÇn víi ®é cong cña gãc m¸i nghiªng tù nhiªn. H×nh d¹ng gîn sãng nh− vËy kh«ng ®Æc tr−ng ®èi víi c¸c s«ng lín, n¬i gi¸ trÞ H/hp th−êng v−ît qu¸ 200 – 700. D¹ng c¸c ®−êng cong ph©n bè ®èi víi c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i cña c¸c gîn sãng ®−îc chän tõ tiªn ®Ò vÒ tÝnh chÊt cña qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn, tÝnh chÊt h×nh thµnh chóng. Ph©n bè gama víi Cv = const m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh nhiÔu ®éng, trong ®ã bao gåm c¶ sù nh¶y cãc c¸c phï sa ®¸y. Ph©n bè Veibull – Gnhedenco xuÊt hiÖn nh− lµ ph©n bè giãi h¹n cña cùc ®¹i. Ph©n bè ®é cao gîn sãng còng m« t¶ kh¸ tèt bëi ph©n bè gama. Râ rµng, cã thÓ ®¹t ®Õn sù trïng hîp tèt h¬n cña c¸c ®−êng cong lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm khi sö dông c¸c ph©n bè víi 3 – 4 tham sè. Sù thay ®æi h×nh th¸i c¸c gîn sãng víi sù dÞch chuyÓn vÒ phÝa d−íi cña nã theo lßng s«ng ®· ®−îc nghiªn cøu trªn lò xuèng n¨m 1985 t¹i Obi d−íi ®o¹n nhËp c¸c s«ng Bii vµ Katunhi. Trong vïng nhê c¸c phao th¶ c¸ch nhau tõ 20 – 30 m, cã ®Þnh c¸c profile däc chiÒu dµi 70–100m. §iÒu nµy cho phÐp H×nh 3.7. Sù thay ®æi c¸c hÖ sè t−¬ng quan r chuçi ®é dµi (1), ®é cao (2), víi ®é chÝnh x¸c ®ñ ®Ó chuyÓn tõ mÆt c¾t däc nµy sang mÆt c¾t ®é cong (3) vµ bÊt ®èi xøng (4) cña cïng mét gîn sãng trªn s«ng Obi khi kh¸c nhê m¸y håi ©m ®o tõng giê, 10 –12 lÇn mét ngµy. Trªn t¨ng kho¶ng thêi gian t gi÷a c¸c ®iÓm ®o ®é s©u c¸c mÆt c¾t theo thêi gian cña b¨ng håi ©m kh«ng khã kh¨n ®Ó 67 68
  7. C¸c hÖ sè t−¬ng quan cÆp chuçi c¸c tham sè h×nh th¸i cña mét gîn sãng trong c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau gi¶m nhanh víi sù t¨ng thêi ®o¹n t¸ch c¸c chuçi ®ã. §èi víi thêi ®o¹n 2 giê (1,5 chu kú gîn sãng τ ) c¸c hÖ sè t−¬ng quan ®èi víi ®é cao vµ chiÒu dµi gîn sãng gi¶m ®Õn 0,4, cßn ®èi víi ®é cong vµ bÊt ®èi xøng – ®Õn 0,3. Sù thay ®æi lín nh− vËy cña h×nh thÓ d¹ng ®¸y cho sù x¸c ®Þnh vÞ trÝ c¸c gîn sãng kÐm tin cËy qua c¸c thêi ®o¹n dµi. Sù ph©n tÝch nh− vËy ®ßi hái viÖc lÆp l¹i ®o s©u ®¸y kh«ng Ýt h¬n mét lÇn mét giê. §èi víi chu kú 6 giê ( 4τ ) c¸c hÖ sè t−¬ng quan ®èi víi chuçi ®é uèn cong vµ bÊt ®èi xøng ®i qua ®iÓm 0, cßn ®èi víi thêi ®o¹n 8–9 giê còng ®i qua ®iÓm 0 c¶ c¸c hÖ sè ®èi víi chuçi ®é cao vµ chiÒu dµi. Nãi c¸ch kh¸c, cho mét thêi ®o¹n nh− vËy ®· x¶y ra sù biÕn h×nh trän vÑn c¸c gîn sãng cô thÓ khi b¶o toµn c¸c ®Æc tr−ng h×nh häc trung b×nh toµn bé tæ hîp d¹ng ®¸y. §−êng cong ph©n bè c¸c tû sè cÆp ®é cao n»m d−íi gîn sãng víi ®é cao n»m trªn gîn sãng chøng tá r»ng mäi cÆp gîn sãng H×nh 3.8. §é lÆp l¹i p cña hÖ thøc ®é cao hai gîn sãng (a) vµ sù biÕn ®éng ph©n ra hai nhãm (H×nh 3.8a): 1) ®é cao gÇn b»ng nhau – tû sè theo thêi gian cña ®é cao (h
  8. ®¹i thÓ hiÖn râ. X¸c suÊt gÇn nhÊt chuyÓn bÊt kú trong sè x¸o CÇn ®Æc biÖt chó ý r»ng tæ hîp sãng c¸t bËc thang víi trén cña chóng vÒ d¹ng ®¸y. Ph©n tÝch phæ c¸c chuçi cao tr×nh kho¶ng b−íc sãng réng vµ cÊu t¹o phøc t¹p nhiÒu d¹ng ®¸y t¹o ®¸y s«ng kÐo dµi (xem h×nh 1.4) chøng tá r»ng hµm mËt ®é phæ thµnh trªn ®¸y s«ng ngßi víi c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc dßng ch¶y trong miÒn sãng c¸t nhá vµ trung b×nh cã d¹ng "ån tr¾ng", víi dõng. §Æc tr−ng cÊu t¹o cña nã nh− thÕ nh− lµ tÝnh phøc t¹p, bÞ c¸c cùc trÞ mËt ®é phæ riªng biÖt. Trªn c¸c profile ®ã t¸ch ra c¸c chi phèi kh«ng ph¶i lµ sù hiÖn diÖn c¸c d¹ng tù ®éng (mÆc dï d¹ng ®¸y trrong kháng biÕn ®éng lín cña chiÒu dµi L1 = chóng cã thÓ cã mÆt), mµ lµ kh¶ n¨ng tÝch tô sãng c¸t víi kÝch 10H…1000H. th−íc kh¸c nhau. M¶ng thèng nhÊt cña sãng c¸t võa vµ nhá do kho¶ng biÕn §èi víi c¸c sãng c¸t võa vµ nhá cÇn chia ra hai giai ®o¹n ®éng chiÒu dµi lín cña c¸c d¹ng gép vµo nhãm thÓ hiÖn cÊu t¹o ph¸t triÓn chÝnh: chñ ®éng vµ thô ®éng. Trong giai ®o¹n chñ bËc thang: c¸c sãng c¸t nhá h¬n cã thÓ h×nh thµnh trªn bÒ mÆt ®éng sãng c¸t t¹o thµnh vµ biÕn d¹ng bëi cÊu tróc xo¸y cña c¸c sãng c¸t lín h¬n, vÒ phÇn m×nh nã l¹i t¹o nªn c¸c sãng c¸t dßng ch¶y, h×nh ¶nh ph¶n ¸nh chóng trong c¸c ®Êt ®¸ bÞ bµo lín h¬n n÷a v.v.. Sù phøc t¹p cÊu t¹o sãng c¸t theo møc ®é t¨ng mßn. Trªn giai ®o¹n thô ®éng sãng c¸t víi chiÒu dµi x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña nã t¹o nªn sù kh¸c biÖt vÒ chÊt trong h×nh th¸i biÕn d¹ng bëi tr−êng vËn tèc mµ trong ®ã kh«ng thÓ t¹o thµnh häc vµ ®éng lùc häc c¸c sãng c¸t lín h¬n vµ nhá h¬n. Cho nªn c¸c cÊu tróc xo¸y vµ ph¶n ¸nh sãng c¸t cña chóng chiÒu dµi nhÊt thiÕt cÇn c¸c d¹ng trung gian ph©n bè trªn c¸c bËc kh¸c nµy. C¸c sãng c¸t thô ®éng th−êng biÕn d¹ng víi sù dÞch chuyÓn nhau cña tæ hîp bËc thang, xem xÐt vµ lµm râ trong khu«n khæ theo bÒ mÆt cña chóng c¸c sãng c¸t chñ ®éng hay thô ®éng c¸c nh©n cÊu tróc ®éc lËp cña c¸c møc cÊu tróc d¹ng vi m«. nhiÒu h¬n. Danh môc ®−îc chÊp nhËn c¸c sãng c¸t võa vµ nhá c¸c mùc §ôn c¸t biÓu hiÖn râ trong lßng s«ng Niger d−íi cöa s«ng bËc thang kh¸c nhau hiÖn cßn ch−a ®−îc so¹n th¶o, mÆc dï Benue. H×nh th¸i häc vµ ®éng lùc häc cña chóng ®−îc nghiªn chóng ®−îc nªu ra bëi nhiÒu nhµ nghiªn cøu khi lµm viÖc trªn cøu trong lò – kiÖt n¨m 1978–1979 [80,84]. Trong thÝ dô nµy ta c¸c ®èi t−îng tù nhiªn. Hay ph©n lo¹i nhÊt lµ c¸c sãng c¸t theo xÐt c¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña h×nh th¸i häc vµ ®éng lùc häc c¸c trËt tù [104] b¾t ®Çu tõ viÖc ®¸nh sè c¸c sãng c¸t nhá nhÊt. N. I. sãng c¸t nhá nµy. Alecxayevski [2,3] ký hiÖu sãng c¸t c¸c møc bËc thang kh¸c Trong giai ®o¹n ph¸t triÓn chñ ®éng, ®ôn c¸t lµ mét sãng nhau b»ng c¸c ch÷ c¸i theo trËt tù cña tiÕng Nga, khi ®ã ch÷a c¸t ba chiÒu gÇn nh− song song trªn b×nh ®å víi tû lÖ gi÷a ®é dµi vµ ®é réng L2 / L1 ≈ 1,0 . Theo mÆt th¼ng ®öng c¶ chiÒu däc c¸i "A" g¾n cho c¸c b·i v¾t ngang – sãng c¸t lín, cßn c¸c sãng c¸t nhá h¬n theo møc ®é ®¬n gi¶n vµ gi¶m chiÒu dµi cña chóng lÉn chiÒu ngang c¸c s−ên cña ®ôn c¸t låi, h×nh d¹ng profile lµ c¸c ch÷ c¸i tiÕp theo. T¸c gi¶ [81, 88] ®Ò nghÞ cho mçi tæ hîp kiÓu elip (xem h×nh 1.3). Tuy nhiªn m¸i s−ên d−íi, thËm chÝ c¶ sãng c¸t tªn gäi: ®ôn c¸t – lµ c¸c sãng c¸t nhá, bÒ mÆt cña nã ®ôn c¸t chñ ®éng ®«i khi còng th¼ng hoÆc lâm. Trong l¸t c¾t thèng trÞ bëi c¸c gîn r·nh; d¶i c¸t – lµ c¸c sãng c¸t nhá bÒ mÆt ngang c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng th−êng ®èi xøng. Trong l¸t c¾t däc thèng trÞ bëi ®ôn c¸t; b·i c¸t – lµ c¸c sãng c¸t võa trªn bÒ mÆt 83% ®ôn c¸t cã bÊt ®èi xøng d−¬ng, trong sè ®ã gÇn mét nöa – cña nã cã c¸c d¶i c¸t. lµ lín( L B / L H > 1,6 ), mét phÇn t− lµ nhá ( L B / L H < 1,2) . Trong sè 71 72
  9. h¬n so víi gîn sãng – kho¶ng 78% tr−êng hîp hd / L H < 0,1 (60). c¸c ®ôn c¸t víi bÊt ®èi xøng ©m, mét phÇn t− cã bÊt ®èi xøng lín, vµ gÇn mét nöa – nhá. GÇn víi d¹ng ®èi xøng cã 46% toµn Kh¶o s¸t tr−êng vËn tèc theo thêi gian lò trªn c¸c ®ôn c¸t chñ bé ®ôn c¸t chñ ®éng trªn s«ng Niger [ −0,1 < ( L B − L H ) / L < 0,1] ®éng chøng tá r»ng (xem h×nh 2.2a) c¸c xo¸y kÕt hîp d−íi ch©n c¸c sãng c¸t nh− vËy kh«ng t¹o thµnh do ®é cong m¸i s−ên d−íi Ph©n bè c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng theo chiÒu dµi vµ ®é cao ®−îc nhá. Khi ®ã tr−êng vËn tèc thùc tÕ trªn c¸c sãng c¸t quan hÖ m« t¶ bëi chÝnh c¸c ®−êng cong ph©n bè (3.2) vµ (3.5) nh− ®èi víi gîn sãng. C¸c hÖ sè biÕn ®æi chiÒu dµi ( CVL = 0,4 ) vµ ®é cao víi vËn tèc chi phèi bëi ®Þa h×nh ®¸y, bëi mét quan hÖ ng−îc: hÖ sè t−¬ng quan ( r = −0,69 ) . §iÒu nµy chøng tá vÒ sù hiÖn diÖn cña ( C V h = 0,5 ) cña ®ôn c¸t gÇn víi h»ng sè (xem h×nh 3.3). ¸cc xo¸y t¹o sãng c¸t trªn c¸c sãng c¸t chñ ®éng. Lý thuyÕt kh«ng æn ®Þnh c¸c x¸o trén nhá trong xÊp xØ tuyÕn tÝnh kh«ng cho kh¶ n¨ng thu ®−îc c«ng thøc lý thuyÕt ®èi víi chiÒu dµi c¸c ®ôn x¸c suÊt. Ph©n tÝch tµi liÖu thùc nghiÖm theo chiÒu dµi c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng trªn c¸c s«ng Amazon, Niger, Terek (H×nh 3.9) chøng tá r»ng ®Ó tÝnh to¸n chiÒu dµi ®ôn c¸t ¸p dông ®−îc c«ng thøc d¹ng (3.1) L = β ' HFr . Tuy nhiªn hÖ sè β " lµ kh¸c nhau ®èi víi c¸c s«ng kh¸c nhau vµ cã xu h−íng t¨ng víi sù t¨ng kÝch th−íc s«ng. Do viÖc thµnh t¹o c¸c sãng c¸t võa vµ nhá kh«ng liªn quan ®Õn sãng trªn bÒ mÆt tho¸ng mµ x¸c ®Þnh bëi søc kh¸ng thuû lùc, nªn quan hÖ β " víi ph©n bè vËn tèc thuû trùc chØ cã thÓ lµ gi¸n tiÕp th«ng qua ¶nh h−ëng cña c¸c tham sè gîn sãng ®Õn ®é nh¸m cña ®¸y. ¶nh h−ëng t−¬ng tù ®−îc Richards [129] chØ ra khi gi¶i thÝch sù h×nh thµnh c¸c gîn sãng. Th«ng th−êng β " = 30 … 40. Xö lý c¸c tµi liÖu thùc nghiÖm nh− thÕ chØ ra r»ng ®é cao trung b×nh c¸c ®ôn c¸t ®−îc m« t¶ bëi quan hÖ (3.6) (c¸c hÖ sè H×nh 3.9. Quan hÖ chiÒu dµi c¸c ®ôn c¸t trªn c¸c s«ng Amazon (1), Niger (2) 3,2 vµ 0,3) vµ Terek (3) víi c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc dßng ch¶y. Quan hÖ gi÷a ®é cao vµ chiÒu dµi cña c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng còng mang tÝnh ngÉu nhiªn, mod cña ®é cong c¸c ®ôn c¸t chñ Trªn ®−êng lò rót, theo møc ®é gi¶m ®é s©u vµ l−u l−îng ®éng lµ 0,04, thÊp h¬n nhiÒu so víi gîn sãng (xem h×nh 3.6) riªng cña dßng ch¶y diÔn ra sù biÕn d¹ng tr−êng vËn tèc trªn §é uèn m¸i nghiªng d−íi cña c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng thÊp c¸c ®ôn c¸t vµ thay ®æi d¹ng ®ôn c¸t. Tr−êng vËn tèc b¾t ®Çu 73 74
  10. ®−îc x¸c ®Þnh bëi ®Þa h×nh ®¸y: hÖ sè t−¬ng quan cña vËn tèc tròng cña ®ôn c¸t t¹o nªn c¸c xo¸y liªn kÕt víi dßng ch¶y s¸t dßng ch¶y thùc tÕ vµ ®Þa h×nh bÞ chi phèi lµ 0,8. Sù ph¸t triÓn ®¸y theo chiÒu ng−îc l¹i, duy tr× ®é cong cña m¸i s−ên d−íi. Sù ®ôn c¸t b−íc vµo giai ®o¹n thô ®éng, khi ®ã h×nh th¸i häc vµ h×nh thµnh c¸c xo¸y liªn kÕt lµm t¨ng sù ph©n ho¸ vËn tèc däc ®éng lùc häc chi phèi kh«ng ph¶i bëi cÊu tróc dßng ch¶y ph¶n ®ôn c¸t. Bá qua phÇn m¸i s−ên trªn, n¬i cã vËn tèc dßng ch¶y chiÕu bëi ®ôn c¸t mµ lµ tr−êng vËn tèc g©y nªn sù tån t¹i cña lín h¬n, vµ m¸i s−ên d−íi, n¬i c¸c qu¸ tr×nh träng lùc ®ãng vai c¸c sãng c¸t ®¸y. trß lín, dÞch chuyÓn vÒ d−íi theo chiÒu dßng ch¶y nhanh h¬n so víi phÇn ®¸y cña m¸i trªn, n»m trong vïng t¸c ®éng cña c¸c Trong lßng s«ng Niger theo tÝnh chÊt biÕn d¹ng c¸c ®ôn c¸t xo¸y liªn kÕt cña sãng c¸t trªn. §ôn c¸t dµi ra, ®ång thêi lµm thô ®éng chia ra hai miÒn: 1) miÒn biÕn d¹ng chËm vµ 2) miÒn gi¶m ®é cao cña chóng. biÕn d¹ng nhanh. VËn tèc vµ tÝnh chÊt biÕn d¹ng cña c¸c ®ôn c¸t thô ®éng Trªn miÒn biÕn d¹ng chËm khi l−u l−îng n−íc, ®é s©u vµ phÇn nhiÒu bÞ chi phèi bëi ®é cao vµ ®é cong ban ®Çu cña chóng. vËn tèc dßng ch¶y gi¶m ®¸ng kÓ, h×nh th¸i häc cña ®ôn c¸t – C¸c ®ôn c¸t cao vµ cong h¬n sím t¹o nªn d¹ng bÊt ®èi xøng chiÒu cao vµ chiÒu dµi cña tõng sãng c¸t riªng biÖt còng nh− c¸c h¬n. C¸c ®ôn c¸t thÊp vµ ph¼ng h¬n th−êng lµ ®èi xøng. Khi ®Æc tr−ng trung b×nh vµ c¸c ®−êng cong ph©n bè cña chóng v¾ng c¸c qu¸ tr×nh duy tr× h×nh d¹ng c¸c ®ôn c¸t nh− vËy nã thay ®æi chËm h¬n rÊt nhiÒu so víi giai ®o¹n ®ôn c¸t chñ ®éng. ®−îc lµ tr¬n vµ nhËp víi c¸c ®ôn c¸t cong. DiÔn ra sù nh©n ®«i MiÒn nµy chiÕm toµn bé c¸c ®¸y bïn s©u víi ®é s©u H > 7m. VÝ ®ét ngét chiÒu dµi ®ôn c¸t, ®· ®−îc N. S. Znamenski xem xÐt dô ®iÓn h×nh lµ l¸t c¾t trªn h×nh 3.10, n¬i mµ víi sù gi¶m ®é mét c¸ch chi tiÕt [28]. s©u tõ 16,5 – 8,7 vµ vËn tèc dßng ch¶y tõ 1,9 – 0,4 m/s b¶o toµn kh«ng chØ c¸c ®Æc tr−ng trung b×nh mµ cßn c¶ h×nh th¸i c¸c ®ôn §ång thêi víi sù mÊt tÝnh ®èi xøng vµ lµ t¹o nªn d¹ng ba riªng rÏ trong c¸c ®iÒu kiÖn tÝnh ®éng lùc cao cña chóng. C¸c chiÒu râ nÐt. C¸c ®ôn c¸t l©n cËn hoµ hîp víi nhau, sèng cña ®−êng cong ®¶m b¶o ®é cao, chiÒu dµi, ®é cong vµ bÊt ®èi xøng chóng liªn kÕt l¹i lµm mét thµnh sãng yÕu, ®−êng, nghiªng vÒ ®ôn c¸t trong miÒn nµy khi thay ®æi c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc mét phÝa. §ôn c¸t trë nªn hai chiÒu. Theo møc h¹ thÊp mùc dßng ch¶y hÇu nh− kh«ng ®æi. n−íc trong qu¸ tr×nh trén cuèn hót hÇu hÕt c¸c ®ôn c¸t ba chiÒu lín. B−íc ®ôn c¸t hai chiÒu t¨ng tõ 1,5 – 2,0 b−íc ®ôn c¸t ba MiÒn biÕn d¹ng nhanh ph©n bè trªn c¸c b·i v¾t, gê vµ cï chiÒu vµo ®Çu kú biÕn d¹ng nhanh ®Õn 10 vµ cßn h¬n n÷a vÒ lao víi ®é s©u H < 5...6 m. Khi gi¶m l−u l−îng n−íc vµ ®é s©u cuèi kú (H×nh 3.11). dßng ch¶y sù biÕn d¹ng c¸c ®ôn c¸t thô ®éng diÔn ra nhanh h¬n so víi c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng. Sù chªnh lÖch lín vÒ vËn tèc C¸c r·nh kh«ng s©u t¹o nªn trªn lßng s«ng Niger c¸c miÒn dßng ch¶y trªn c¸c khu vùc kh¸c nhau cña ®ôn c¸t dÉn tíi sù biÕn d¹ng ®ôn c¸t kh«ng ®Òu. T¹i ®©y vµo ®Çu kú lò xuèng sù t¨ng vËn tèc dÞch chuyÓn sèng c¸t vµ ch©n sãng c¸t. Nã nhanh biÕn d¹ng diÔn ra chËm, vµ vµo cuèi kú – t¨ng nhanh. §èi víi chãng h×nh thµnh d¹ng h×nh chãp bÊt ®èi xøng truyÒn thèng víi miÒn nµy ®Æc tr−ng qu¸ tr×nh t¨ng ®é cao ®ôn c¸t vµo ®Çu kú gê cong låi phÝa m¸i trªn vµ vâng vÒ phÝa m¸i d−íi kho¶ng 30 – biÕn d¹ng nhanh cña chóng. C¸c ®ôn c¸t thô ®éng cao dÞch 350, gÇn víi gãc m¸i s−ên tù nhiªn ®èi víi c¸t trong n−íc. T¹i chuyÓn nhanh h¬n so víi ®ôn c¸t thÊp vµ tr−ît trªn c¸c m¸i 75 76
  11. s−ên trªn cña chóng. V× thÕ viÖc bæ sung ®é cao sèng c¸c ®ôn ®ã Theo møc kÕt hîp vµ thµnh t¹o c¸c ®ôn c¸t thô ®éng hai t¨ng lªn. chiÒu trong thêi kú kiÖt trªn c¸c ®o¹n ®ång mùc n−íc trong s«ng Niger b¾t ®Çu t¹o nªn c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng ba chiÒu, kÝch th−íc cña chóng t−¬ng øng víi c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc cña dßng ch¶y. Khi ®ã c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng ®−îc h×nh thµnh míi nhanh chãng dÞch chuyÓn xuèng d−íi theo dßng ch¶y trë thµnh nh©n tè chÝnh cña dÞch chuyÓn c¸c ®ôn c¸t thô ®éng hai chiÒu (H×nh 3.12). M« t¶ sù thay ®æi ®ôn c¸t chi phèi d¹ng tæng quan cña quan hÖ gi÷a c¸c tham sè ®o ®¹c h×nh th¸i vµ c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc dßng ch¶y cña chóng. Quan hÖ kiÓu nh− thÕ lµ gièng nhau ®èi víi ®ôn c¸t nhiÒu s«ng. ThÝ dô nh− nã ®· ®−îc m« t¶ bëi Allen [104] ®èi víi s«ng Vezer, B. Ph. Snhisenco [43] ®èi víi s«ng Polomet. C¸c cån c¸t ®−îc t¸ch ra vµ ®−îc nhiÒu ng−êi nghiªn cøu H×nh 3.10. BiÕn d¹ng ®ôn c¸t chËm trong r∙nh s©u lßng s«ng Niger t¹i tr¹m [2, 50]. Mét phÇn chóng lµ c¸c d¹ng xung ®ét cña ®Þa h×nh ®¸y Geregu trong thêi kú tõ ®Ønh lò (07.10.78) (a) ®Õn kú kiÖt (11.04.79) (b) lßng s«ng, ®«i khi nã chÝnh lµ c¬ së. §−êng cong ph©n bè ®é dµi cån c¸t th−êng ®−îc m« t¶ tèt b»ng ph©n bè gama, nh−ng th«ng tin ®Çy ®ñ vÒ ®é cao cña chóng hiÖn t¸c gi¶ còng ch−a ®−îc t−êng minh. ChiÒu dµi trung b×nh cña cån c¸t t¨ng theo sù t¨ng l−îng n−íc s«ng. Sè liÖu vÒ sù thay ®æi kÝch th−íc cña cån c¸t trªn ®o¹n s«ng Niger tõ tr¹m Geregu ®Õn tr¹m Adraokut khi thay ®æi l−îng n−íc s«ng trong vßng mét n¨m thuû v¨n nhËn ®−îc trong kÕt qu¶ ®o s©u nhiÒu lÇn trªn c¸c mÆt c¾t däc cè ®Þnh theo ®¸y r·nh kh«ng s©u. §Ó t¨ng møc ®é kh¸ch quan cña chuçi cao ®é ®¸y ng−êi ta tiÕn hµnh ph©n tÝch phæ. Trªn ®−êng cong mËt ®é phæ c¸c cao ®é ®¸y S( k1 ) , t¸ch ra miÒn cùc ®¹i thø nhÊt t−¬ng øng víi vòng. Nã ®−îc giíi h¹n bëi sè sãng t−¬ng øng víi hai cùc tiÓu cña hµm. ChiÒu dµi vòng ®−îc x¸c ®Þnh theo sè sãng km t−¬ng øng víi H×nh 3.11. BiÕn d¹ng nhanh ®ôn c¸t trªn s«ng Niger thµnh ph¶i ®¶o cùc ®¹i cña mËt ®é phæ S trong miÒn nµy. §é cao trung b×nh cña Adraokut trªn lò xuèng 77 78
  12. cån c¸t h 3 ®−îc tÝnh theo phÇn tr¨m ph−¬ng sai cña chuçi g¾n víi miÒn ®ã: h3 = ∫ S( k1 )dk1 . ChiÒu dµi cån ghi ®−îc khi lò lªn hÇu nh− kh«ng thay ®æi víi sù gi¶m l−u l−îng vµ mùc n−íc. §é cao cån c¸t t¨ng dÇn khi lò lªn vµ ë ®Ønh lò, cßn trong thêi gian lò xuèng hÇu nh− kh«ng ®æi vµ chØ ë cuèi lò xuèng vµ vµo thêi kú kiÖt, khi mµ ®é s©u trung b×nh trong r·nh nhá h¬n 0,4 m, cån c¸t b¾t ®Çu ch¶y. Trong thêi gian ®ã d¹ng cån c¸t chÞu sù thay ®æi ®¸ng kÓ: tõ mét sãng c¸t ®èi xøng víi m¸i nghiªng låi ph¼ng chóng trë nªn bÊt ®èi xøng m¹nh. M¸i s−ên trªn ch¶y ra trë nªn hÇu nh− n»m ngang, chiÒu dµi cña nã gÇn víi b−íc cån c¸t. §é cong m¸i s−ên d−íi cña cån c¸t cã gãc m¸i nghiªng tù nhiªn 33 – 350. VËn tèc dÞch chuyÓn cña cån xuèng d−íi theo chiÒu dßng ch¶y kh¸ lín: trªn ®Ønh lò nã lµ 4,5 m/ngµy ®ªm, lóc lò xuèng – 2,3 m/ ngµy ®ªm, cßn mïa kiÖt – 0,3 m/ngµy ®ªm. Xem xÐt ®ång thêi c¸c quan hÖ cña ®é cao trung b×nh cña c¸c gîn sãng vµ sãng c¸t ®é phøc t¹p kh¸c nhau víi c¸c nh©n tè thuû lùc x¸c ®Þnh (xem h×nh 3.5) chøng tá r»ng ®èi víi mäi d¹ng ®¸y ®Æc tr−ng sù hiÖn diÖn cña hai nh¸nh quan hÖ ®ã. Kh¶o s¸t H×nh 3.12. Sù dÞch chuyÓn c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng ba chiÒu (1–19) trªn bÒ nh¸nh t¨ng ®é cao t−¬ng ®èi h / H (hay ®é cong h/ L ) cña c¸c mÆt c¸c ®ôn c¸t thô ®éng hai chiÒu (I, II) trªn s«ng Niger mïa kiÖt n¨m 1979 d¹ng ®¸y víi sù t¨ng cña vËn tèc dßng ch¶y t−¬ng ®èi U − u H Quü ®¹o kh«ng gian vµ thêi gian cña chuyÓn ®éng lßng s«ng gi÷a c¸c ®ôn c¸t hai vµ sau khi ®¹t tíi cùc ®¹i nh¸nh gi¶m ®é cao t−¬ng ®èi (®é chiÒu (1) vµ ba chiÒu (2) cong), tøc lµ sù bµo mßn c¸c d¹ng ®¸y víi sù t¨ng tiÕp tôc U − u H . Tuy nhiªn sù bµo mßn gîn c¸t b¾t ®Çu víi vËn tèc dßng C¸c ®iÒu kiÖn t−¬ng tù còng h×nh thµnh ë lßng s«ng Terec ch¶y bÐ h¬n so víi sù bµo mßn sãng c¸t nhá vµ võa vµ sãng c¸t phÝa d−íi cöa s«ng Sunji trong thêi kú lò. T¹i ®©y ®· h×nh cµng lín th× vËn tèc cÇn ®Ó bµo mßn chóng cµng lín. KÕt qu¶ thµnh mét tæ hîp phøc t¹p c¸c d¹ng ®¸y gåm gîn sãng, ®ôn c¸t cho kh¶ n¨ng c¸c ®iÒu kiÖn thuû lùc khi trªn c¸c ®ôn c¸t kh«ng vµ cån c¸t. Nh−ng trong ®iÒu kiÖn vËn tèc dßng ch¶y lín (2,5 – t¸ch (hoÆc thÓ hiÖn yÕu) c¸c gîn sãng trªn bÒ mÆt cån c¸t sÏ 3,0 m/s) vµ tÝnh linh ®éng cña ®Êt ®¸y cao (®−êng kÝnh trung kh«ng cã c¸c ®ôn c¸t v.v.. ViÖc ®¸nh sè c¸c sãng c¸t nhá vµ võa b×nh cña h¹t 0,3 – 0,4 mm) tæ hîp nµy kh«ng æn ®Þnh vµ th−ëng nªu trªn dùa trªn vÞ trÝ cña chóng trong chuçi bËc thang, bá xuyªn thay ®æi. mét vµ chØ mét sãng c¸t lín trong c¸c thêi ®iÓm qua sù thèng nhÊt vÒ dÊu hiÖu ®Þnh d¹ng. kh¸c nhau víi vËn tèc vµ ®é s©u dßng ch¶y Ýt thay ®æi cã thÓ cã 79 80
  13. c¸c s−ên ph¼ng kh«ng phøc t¹p vµ cã thÓ m« h×nh ho¸ bëi c¸c Sù kÕt hîp cña c¸c gîn sãng vµ sãng c¸t víi ®é cao, ®é cong sãng c¸t bÐ h¬n vµ chÝnh nã cã thÓ cã c¸c m¸i ph¼ng vµ ®−îc vµ xu h−íng ph¸t triÓn kh¸c nhau vµo c¸c pha kh¸c nhau cña phñ bëi c¸c gîn sãng (H×nh 3.13). Trong tr−êng hîp nµy viÖc chÕ ®é thuû v¨n dÉn ®Õn mét bøc tranh phøc t¹p cña sù thay ®¸nh sè c¸c d¹ng ®¸y ®−îc x¸c ®Þnh trong chÝnh thêi kú h×nh ®æi c¸c kh¸ng trë thuû lùc chung cña lßng s«ng trong tiÕn tr×nh thµnh cña chóng, khi mµ chóng ®−îc cÊu t¹o phøc t¹p h¬n. §èi thay ®æi c¸c ®iÒu kiÖn thuû v¨n. Trªn s«ng Niger hÖ sè kh¸ng 2 λ ( λ = 2 g / Cv ) gi¶m khi t¨ng sè R©ynol Re vµo cuèi kú d©ng víi thêi kú cÊu tróc sãng c¸t ®¬n gi¶n h¬n viÖc ký hiÖu sè cña chóng lµm chÝnh x¸c theo cÊu t¹o ®èi víi c¸c d¹ng phøc t¹p mùc n−íc trong lò vµ ®¹t tíi gi¸ trÞ cùc tiÓu t¹i ®Ønh lò (H×nh quan hÖ víi c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc cña dßng ch¶y. 3.14). Khi ®ã tÊt c¶ c¸c sãng c¸t võa vµ nhá cã profile däc ®èi xøng víi m¸i s−ên d−íi ph¼ng, n¬i kh«ng t¹o thµnh c¸c xo¸y liªn kÕt. Chóng kh«ng t¹o nªn c¸c h×nh d¹ng kh¸ng trë chØ lµm t¨ng mét Ýt kh¸ng trë theo chiÒu dµi. §é cong lín nhÊt ®Æc thï cho thêi gian nµy ë c¸c gîn sãng, h/ L ®¹t 0,08. D−íi ch©n cña chóng t¹o nªn c¸c xo¸y liªn kÕt bøt ra khái vïng ®¸y vµ næi trªn bÒ mÆt dßng ch¶y, t¹o nªn ë ®©y c¸c xo¸y trßn ®−êng kÝnh 4 – 5 m, th−êng ®i víi dßng ch¶y ng−îc chiÒu. Cã thÓ, søc kh¸ng thuû lùc ®−îc x¸c ®Þnh bëi ®é nh¸m cña c¸c gîn sãng. Søc kh¸ng ®¹t cùc ®¹i vµo cuèi kú, chuyÓn ho¸ chËm thµnh ®ôn c¸t víi c¸c gi¸ trÞ Re : 8 – 9.106 khi mµ λ kho¶ng 0,2. Vµo cuèi kú lò xuèng vµ vµo kú kiÖt, søc kh¸ng lßng dÉn gi¶m xuèng. §iÒu nµy ®−îc gi¶i thÝch bëi sù gi¶m vai trß cña gîn sãng trong viÖc h×nh thµnh søc kh¸ng lßng dÉn. Khi ®ã ®é cao gîn sãng trë nªn thÊp h¬n, sãng c¸t d−íi ch©n c¸c lòng ®Çy bïn biÕn mÊt. §ãng gãp chÝnh trong søc kh¸ng cña lßng dÉn lµ do c¸c d¶i vµ cån c¸t hai chiÒu cong, bÊt ®èi xøng mang l¹i, d−íi lòng cña nã xuÊt hiÖn c¸c xo¸y liªn kÕt. Tuy nhiªn, ®é dµi vïng xo¸y trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi lßng dÉn trong thêi gian ®ã Ýt h¬n so víi thêi kú ph¸t triÓn gîn sãng, cßn khi gi¶m mùc n−íc víi sù liªn kÕt c¸c sãng c¸t nã l¹i cßn gi¶m n÷a. HÖ sè kh¸ng trë vµo thêi kú kiÖt lµ λ = 0,002. H×nh 3.13. Sù thay ®æi tÝnh phøc t¹p cña tæ hîp cån c¸t – ®ôn c¸t dÞch N. S. Znamenskaia khi ph©n tÝch c¸c chØ tiªu ph©n chia gîn chuyÓn trªn s«ng Terec (tr¹m thuû v¨n Parabots) víi vËn tèc dßng ch¶y 1,7 sãng vµ ®ôn c¸t [29], ®· ®i tíi kÕt luËn r»ng c¸c h×nh d¹ng lßng m/s vµ ®é s©u 6,3 m 81 82
  14. s«ng nµy thuéc vµo mét líp, mét mùc cÊu tróc. Sè liÖu cña dÞch chuyÕn d−íi d¹ng c¸c d¹ng ®¸y. chóng t«i chøng minh r»ng c¸c nÐt t−¬ng ®ång, ch¾c ch¾n lµ cã tån t¹i. C¸c ®ôn c¸t nhá nhÊt theo kÝch th−íc cïng cì víi c¸c gîn sãng , sù phô thuéc cña sè ®o gîn sãng vµ ®ôn c¸t vµo c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc cã cïng mét cÊu tróc. Tuy nhiªn sù kh¸c biÖt cña chóng, tõ quan ®iÓm cña t¸c gi¶, kh¸ râ rµng: 1) c¸c gîn sãng chñ ®éng cã thÓ lµ hai chiÒu lÉn ba chiÒu; c¸c ®ôn c¸t chñ ®éng chØ cã ba chiÒu; 2) trªn to¸n ®å I m ( c ) = f ( k1 , k2 ) sãng c¸t vµ ®ôn c¸t chiÕm c¸c miÒn kh¸c nhau; 3) mèi phô thuéc cña hÖ sè kh¸ng thuû lùc vµo sè R©ynol ®èi víi gîn sãng vµ ®ôn c¸t cã c¸c d¹ng kh¸c nhau. Cho nªn, xuÊt ph¸t tõ c¸c nguyªn t¾c ®ång d¹ng, cÇn kh¼ng ®Þnh gîn sãng vµ ®ôn c¸t (còng nh− c¸c sãng c¸t trung b×nh) ph¶i thuéc c¸c mùc cÊu tróc kh¸c nhau. H×nh th¸i häc c¸c d¹ng ®ôn c¸t cã kÝch th−íc lín h¬n th−êng ¶nh h−ëng m¹nh ®Õn h×nh th¸i häc c¸c d¹ng nhá h¬n ph©n bè trªn chóng. Trªn c¸c gîn sãng, n»m trªn c¸c ®ôn c¸t, ë s«ng Niger ë phÇn gÇn th©n ®ôn ®−îc ®Æc tr−ng bëi chiÒu dµi vµ chiÒu cao lín h¬n so víi ë phÇn vâng. TÝnh biÕn ®æi kÝch th−íc c¸c gîn sãng trªn ®ôn c¸t khi ®ã còng lín h¬n so víi sù biÕn ®éng vËn tèc vµ ®é s©u dßng ch¶y. §Æc biÖt, ¶nh h−ëng kh¸ lín lªn kÝch th−íc cña c¸c d¹ng ®¸y nhá lµ c¸c sãng c¸t víi m¸i s−ên d−íi cong mµ d−íi nã t¹o nªn c¸c xo¸y liªn kÕt. Trong miÒn vËn tèc nhá vµ ng−îc diÔn ra sù trÇm l¾ng c¸c phï sa máng vµ gîn sãng kh«ng ®−îc thµnh t¹o. §ång thêi c¸c d¹ng ®¸y nhá cã kÝch th−íc trung b×nh hÇu nh− kh«ng cã liªn quan víi kÝch th−íc c¸c sãng c¸t lín h¬n mµ H×nh 3.14. Mèi phô thuéc cña hÖ sè søc kh¸ng λ vµo sè Raynol trong lßng chóng n»m trªn ®ã. c¸c quan hÖ nh− vËy ®èi víi c¸c d¹ng ®¸y dÉn s«ng Niger (tõ Adjaokut) trªn c¸c pha kh¸c nhau cña chÕ ®é thuû v¨n c¸c s«ng Niger, Oka, Enhix©y ®−îc ®Æc tr−ng bëi c¸c hÖ sè t−¬ng quan – 0,3 ....0,3, hiÕm khi v−ît qu¸ 0,5 (b¶ng 3.1) (Trªn c¸c trôc täa ®é, gi¸ trÞ lµm gi¶m 5 lÇn) TÝnh phøc t¹p cña cÊu t¹o tæ hîp sãng c¸t g©y ¶nh h−ëng 1 – pha d©ng sãng lò, 2 – ®Ønh sãng, – lò xuèng, 4 – kiÖt lín ®Õn ®éng lùc cña nã, ph¶n ¸nh qua l−u l−îng phï sa ®¸y, 83 84
  15. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n dßng phï sa ®¸y theo biÕn h×nh (c¶i tæ h×nh d¹ng) ®¸y s«ng ®· ®−îc biÕt ®Õn tõ cuèi thÕ kû XIX. B. B¶ng 3.1 Ma trËn hÖ sè t−¬ng quan chiÒu dµi/chiÒu cao cña c¸c d¹ng V. Poliacov sö dông ®èi víi sù biÕn h×nh trong hÖ thèng l¹ch lßng dÉn lín víi c¸c chiÒu dµi/chiÒu cao trung b×nh cña c¸c d¹ng lßng dÉn s©u – b·i v¾t [66]. G. V. Lopatin [49] vµo n¨m 1934, khi kh¶o bÐ h¬n n»m trªn chóng. s¸t trªn s«ng Vonga, Luga vµ Kemka ®· tÝnh l−u l−îng phï sa DS Cì 1 2 3 4 5 6 7 8 ®¸y qs theo sè liÖu chiÒu cao h vµ vËn tèc x¸o trén cr cña th©n S«ng Niger sãng c¸t ®¸y: q s = (1 − p )σ hc r KU 1 1,0/– 0,5/– –0,2/– –0,1/– –0,1/– –0,2/– –/– –/– , (3.7) víi σ – hÖ sè h×nh d¹ng sãng c¸t ( ≈ 0 ,5 − 0 ,6 ), p – ®é rçng cña NN 2 1,0/– 0,5/– 0,6/– 0,1/– –0,3/– –0,2/– –/– –/– trÇm tÝch ®¸y. Theo møc ®é nh¹y cña m¸y håi ©m trong thùc tÕ 3 ô 1,0/ – –0,2/– 0, 6 / – 0,6/– –0,3/– –0,2/– –/– –/– kh¶o s¸t c«ng thøc (3.7) trë nªn ®−îc sö dông réng r·i trong c¸c SC 4 1,0/– –0,1/– 0, 1 / – 0,6/– 0,6/– –0,2/– –/– –/– v¨n b¶n khoa häc vµ thiÕt kÕ. BC 5 1,0/– –0,1/– –0,3/– 0,3/– 0,6/– –/– –/– –/– ¸p dông c«ng thøc (3.7) dùa trªn gi¶ thiÕt r»ng l−u l−îng phï sa ®¸y b»ng l−u l−îng phï sa dÞch chuyÓn d−íi d¹ng sãng DC 6 1,0/– –0,2/– –0,2/– –0,2/– –0,2/– –/ – 0,2/– 0,2/– c¸t tøc lµ c¸c phÇn tö phï sa ®−îc bµo mßn tõ m¸i s−ên trªn §ôn 7 –/– –/– –/– –/– –/– 0,2/– 1,0/– 0,3/– cña sãng c¸t tÝch tô vµo m¸i s−ên d−íi cña nã. Khi sö dông ®Ó Gîn 8 –/– –/– –/– –/– –/– 0,2/– 0,3/– 1,0/– tÝnh to¸n c¸c tµi liÖu vÒ h×nh th¸i vµ ®éng lùc cña c¸c sãng c¸t S«ng Enhix©y lín h¬n mµ trªn ®ã cã sù dÞch chuyÓn cña c¸c sãng c¸t bÐ, gi¶ thiÕt r»ng vËt chÊt cÊu t¹o c¸c sãng c¸t bÐ ë m¸i trªn cña sãng DC 6 –/– –/– –/– –/– –/– 1.0/1,0 0, 4 / 0 , 7 0,5/–0,4 c¸t lín h¬n còng hoµn toµn ®−îc tÝch tô t¹i m¸i d−íi cña nã. §ôn 7 –/– –/– –/– –/– –/– 0,4/0,7 1. 0 / 1 , 0 0,5/0,4 Sù l−îc bá nh− vËy ®ång nghÜa víi khi nghiªn cøu chuyÓn Gîn 8 –/– –/– –/– –/– –/– 0,5/–0,4 0, 5 / 0 , 4 1.0/1,0 ®éng cña sãng c¸t trong giai ®o¹n ph¸t triÓn thô ®éng víi m¸i S«ng Oka d−íi cong, gÇn víi gãc m¸i tù nhiªn trong n−íc, n¬i mµ sù dÞch 3 ô –/– –/– 1.0/1,0 –/– 0,72/0,0 0,43/–0,1 0,09/0,0 –/ – chuyÓn cña c¸c phÇn tö phï sa diÔn ra chñ yÕu d−íi t¸c ®éng cña träng lùc. NÕu nh− ë c¸c d¹ng ®¸y mäi kiÓu trong tæ hîp bËc BC 5 –/– –/– 0,72/0,0 –/– 1.0/1,0 0,68/0,4 0,35/–0,05 –/– thang theo ®éng lùc häc vµ h×nh th¸i häc c¸c m¸i d−íi cong ®−îc DC 6 –/– –/– 0,43/–0,1 –/– 0,68/0,4 1.0/1,0 0,43/0,33 –/– h×nh thµnh th× kÕt qu¶ tÝnh to¸n l−u l−îng phï sa ®¸y kh«ng §ôn 7 –/– –/– 0,09/0,1 –/– 0,35/–0,05 0,43/0,33 1.0/1,0 –/– phô thuéc vµo sù lùa chän kÓi h×nh d¹ng ®¸y, VËy nªn vµo thêi Ký hiÖu: DS - D¹ng s«ng; KU - Khóc uèn; NN - Nót ph©n nh¸nh; kú kiÖt trong lßng s«ng Niger c¸c gîn sãng vµ ®ôn c¸t ba chiÒu SC- Sãng c¸t; BC - Bß c¸t; DC - D¶i c¸t dÞch chuyÓn theo bÒ mÆt c¸c ®ôn c¸t hai chiÒu vµ vËt liÖu cña nã hoµn toµn l¾ng trªn m¸i d−íi cña ®ôn c¸t hai chiÒu, thóc ®Èy 85 86
  16. sù dÞch chuyÓn chËm thô ®éng xu«i theo dßng s«ng (xem h×nh trong mét ph¹m vi lín, cã thÓ b»ng kh«ng vµ thËm chÝ ©m (dÞch 3.12). L−u l−îng phï sa, dÞch chuyÓn d−íi d¹ng ®ôn c¸t c¸c kiÓu chuyÓn lªn phÝa th−îng l−u) phô thuéc vµo hÖ thøc cña l−u h×nh th¸i kh¸c nhau lµ b»ng nhau: nã chiÕm kho¶ng 1,45.10–5 l−îng phï sa ®¸y ë d¹ng nµy hay d¹ng kia trªn c¸c m¸i trªn vµ m3/s trªn 1 mÐt front c¶ ®èi víi ®ôn c¸t ba chiÒu lÉn ®ôn c¸t hai d−íi cña sãng c¸t. Cã thÓ cã mét hÖ sè tuú ý cña vËn tèc dÞch chiÒu. §èi víi tr−êng hîp nµy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n vËn tèc chuyÓn c¸c d¹ng ®¸y c¸c h¹ng kh¸c nhau trong ®ã sù dÞch dÞch chuyÓn c¸c d¹ng lín hoµn toµn ®óng theo sè liÖu vÒ h×nh chuyÓn phÇn sèng cña c¸c sãng c¸t lín nhanh h¬n so víi c¸c th¸i vµ ®éng lùc cña c¸c d¹ng nhá ®· ®−îc N. S. Znamenskaia sãng c¸t nhá n»m trªn nã do sù tÝch tô phï sa ë m¸i d−íi c¸c [26] vµ Z. § Kopalianhi [45] ®Ò xuÊt. sãng c¸t lín, do sù vËn chuyÓn theo m¸i d−íi cña c¸c sãng c¸t nhá. Khi ®ã chiÒu dµi c¸c sãng c¸t lín h¬n ®−îc t¨ng lªn víi c¸c Tuy nhiªn, thËm chÝ vµo thêi kú kiÖt kh«ng ph¶i tÊt c¶ mäi ®Æc tr−ng thuû lùc cña dßng ch¶y kh«ng ®æi. Còng cã thÓ cã t×nh d¹ng ®¸y cña ®Þa h×nh lßng s«ng ®Òu ®−îc ®Æc tr−ng bëi ®é cong huèng ng−îc l¹i, trong ®ã do sù vËn chuyÓn phï sa t¨ng c−êng cña m¸i d−íi, ®ñ ®Ó chøa l¾ng ®äng cña mäi phÇn tö phï sa r¬i trªn m¸i d−íi cña sãng c¸t chiÒu dµi cña nã gi¶m ®i. Quan s¸t vµo ®ã. Cßn trong mïa lò vµ lôt, khi mµ khèi l−îng phï sa ®¸y thÊy c¶ sù ph©n ho¸ vËn tèc dÞch chuyÓn c¸c d¹ng ®¸y cã ®é chñ yÕu ®−îc mang ®i, c¸c sãng c¸t ®¸y th−êng ®èi xøng, ®é cong kh¸c nhau tõ c¸c ®iÒu kiÖn dÞch chuyÓn kh¸c nhau theo bÒ cong m¸i d−íi nhá h¬n nhiÒu gãc m¸i tù nhiªn cña c¸t trong mÆt cña chóng cña c¸c sãng c¸t vµ c¸c phÇn tö phï sa nhá h¬n. n−íc. Trong tr−êng hîp nµy, mét vµi phÇn tr¨m phï sa ®¸y ThÕ nªn trªn th−îng nguån s«ng Obi c¸c gîn sãng víi ®é cong ®−îc chuyÓn ho¸ d−íi vâng cña gîn sãng cu·ng nh− c¸c gîn m¸i d−íi 0,15–0,25 dÞch chuyÓn xu«i dßng nhanh h¬n kho¶ng 2 sãng mét phÇn chuyÓn qua m¸i d−íi cña ®ôn c¸t, vµ ®ôn c¸t vÒ – 2,5 lÇn, so víi gîn sãng víi ®é cong m¸i d−íi 0,05– 0,15 víi m¸i d−íi cña cån c¸t. Trong c¸c ®iÒu kiÖn nh− vËy c¸c tÝnh to¸n cïng c¸c ®iÒu kiÖn thuû lùc. theo c«ng thøc (3.7) cho c¸c −íc l−îng thÊp h¬n nhiÕu¬ víi l−u l−îng phï sa thùc, kÕt qu¶ cµng thiªn bÐ th× c¸c d¹ng ®¸y lín tõ Khi x¸c ®Þnh l−u l−îng phï sa theo c¸c tham sè h×nh d¹ng tæ hîp bËc thang ®· ®−îc sö dông nhiÒu ®Ó tÝnh to¸n. §èi víi ®¸y trong thêi kú ph¸t triÓn chñ ®éng cña chóng cÇn ph¶i tÝnh s«ng Niger vµo mïa lò n¨m 1978 l−u l−îng phï sa ®¸y, tÝnh ®Õn vÞ trÝ cña c¸c h×nh d¹ng ®ã trong chuçi bËc thang. NÕu cã theo c¸c ®ôn c¸t lµ 5,5.10–5 m3/s, theo c¸c cån c¸t 1,17.10–5 m3/s. ®−îc th«ng tin vÒ vËn tèc dÞch chuyÓn vµ ®é cao cña gîn sãng, Trªn s«ng Lªna, t¹i tr¹m Mokhsogollokh vµo lóc lò rót n¨m c¸c ®ôn c¸t kh«ng cã gîn sãng hay c¸c sãng c¸t ®¬n gi¶n lín h¬n 1986, l−u l−îng phï sa theo gîn sãng lµ 39,5.10–5 m3/s, heo c¸c th× cÇn tÝnh bæ sung mçi l−u l−îng phï sa ®¸y, chuyÓn ho¸ c¸c ®ôn c¸t lµ 9,54.10–5 m3/s theo mét mÐt chiÒu réng lßng dÉn. sãng c¸t ®ã qua m¸i d−íi: q s1 = (1 − p)σ 1 h1 c r1 + qTp1 (3.8) Ph©n tÝch hiÖn t−îng nµy chøng tá r»ng ®éng lùc cña tæ hîp cÊu tróc bËc thang c¸c d¹ng ®¸y lßng dÉn phÇn nhiÒu phô thuéc Khi sö dông c¸c sãng c¸t lín, tÝch tô bëi c¸c sãng c¸t nhá, vµo sù chuyÓn ho¸ c¸c phÇn tö phï sa trong ®¸y gi÷a c¸c gîn nh− N. I. Alecx©yevski l−u ý, cÇn tÝnh to¸n l−u l−îng phï sa sãng, sù dÞch chuyÓn c¸c gîn sãng trong ®¸y gi÷a c¸c ®ôn c¸t vµ ®¸y nh− lµ tæng l−u l−îng phï sa ®−îc mang trong d¹ng tÊt c¶ v.v.. VËn tèc dÞch chuyÓn th©n c¸c d¹ng ®¸y cã thÓ dao ®éng c¸c sãng c¸t cña tæ hîp bËc thang. Ngoµi ra còng cÇn tÝnh ®Õn vÞ 87 88
  17. HÖ sè chuyÓn ho¸ dßng phï sa ®¸y KTp cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc trÝ cña c¸c sãng c¸t nhá h¬n trªn c¸c sãng c¸t lín h¬n, vµ còng cÇn ®¸nh gi¸ l−u l−îng phï sa ®¸y qua viÖc chuyÓn ho¸ sãng c¸t theo vËn tèc thay ®æi h×nh th¸i mét vµ chØ mét sãng c¸t dÞch theo m¸i d−íi chuyÓn xu«i theo lßng s«ng. NÕu xuÊt ph¸t tõ gi¶ thiÕt r»ng qsN = (1 − p)σ N hN crN + qTpN = (1 − p)σ N hN crN + thêi gian biÕn mÊt ®Çy ®ñ h×nh th¸i häc ban ®Çu bëi sãng c¸t [ ]Tp + [(1 − p)σ N −2 hN −2 cr(N−2) ]Tp +...+ (3.9) + (1 − p)σ N −1 hN −1 cr( N−1) tTp (xem h×nh 3.7) t−¬ng øng víi thêi gian thay thÕ hoµn toµn phï sa trong sãng c¸t th× KTp= τ/tTp víiτ – chu kú dÞch chuyÓn + [(1 − p)σ1h1cr1 ]Tp + qTp sãng c¸t suèt toµn bé chiÒu dµi. Thêi gian biÕn h×nh hoµn toµn 1 sãng c¸t tTp cã thÓ ®¸nh gi¸ theo sù dÞch chuyÓn hÖ sè t−¬ng L−u l−îng phï sa ®i qua vË chuyÓn theo m¸i d−íi cña c¸c quan c¸c chuçi c¸c nguyªn tè h×nh th¸i mét v¸ chØ mét sãng c¸t d¹ng ®¸y vµ kh«ng tham gia vµo sù dÞch chuyÓn cña chóng qTp trong c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau qua gèc 0. hÇu nh− kh«ng cho phÐp trùc tiÕp ®o ®¹c trong ®iÒu kiÖn hiÖn tr−êng. Trong c¸c pháng thÝ nghiÖm qTp cã thÓ ®o ®−îc theo hiÖu Trong xÊp xØ ®Çu tiªn, mèi quan hÖ cña hÖ sè chuyÓn ho¸ vµo ®é cong trung b×nh cña m¸i d−íi sãng c¸t tgα ®−îc m« t¶ c¸c thÓ tÝch phï sa tÝch luü trong bÓ l¾ng vµ vËn chuyÓn d−íi bëi c«ng thøc K TP = exp( −0,64 tg 2α ) , nã cho phÐp tÝnh to¸n vËn d¹ng sãng c¸t. Theo sè liÖu cña 96 thÝ nghiÖm [132], n¬i mµ l−u l−îng phï sa ®o ®−îc theo sù lÊp ®Çy bÓ l¾ng qthùc vµ qtÝnh theo tèc x¸o trén c¸c d¹ng ®¸y c¸c kiÓu kh¸c nhau theo l−u l−îng tÝnh to¸n cña c«ng thøc (3.7) th× 57% c¸c tr−êng hîp qthùc > qtÝnh, phï sa ®¸y d−íi d¹ng phÇn tö qs vµ c¸c tham sè ®Þa m¹o cña ¸cc tøc lµ cã sù chuyÓn ho¸ phï sa. Khi ®ã qthùc v−ît qtÝnh trong 50% d¹ng ®¸y nhá h¬n. NÕu sö dông ®Ó tÝnh to¸n l−u l−îng c¸c phï sa ®¸y cã cÊp h¹t kh¸c nhau c«ng thøc d¹ng q s = aU n , vµ ®Ó c¸c tr−êng hîp víi c¸t cã ®−êng kÝnh 0,93 m« h×nh hãa, khi c¸c phÇn tö phï sa kh«ng l¬ löng vµ di chuyÓn trong tr¹ng th¸i di tÝnh to¸n vËn tèc ch¶y víi ®é s©u dßng s«ng kh«ng ®æi ®Èy. trong c¸c thÝ nghiÖm hÖ sè chuyÓn ho¸ phï sa KTp = (qthùc – U = q/ H víi q – l−u l−îng n−íc riªng , th× vËn tèc dÞch chuyÓn qtÝnh)/ qthùc ®¹t 0,85 [132]. Sù chuyÓn ho¸ c¸c phÇn tö phï sa víi gîn sãng vµ sãng c¸t kh«ng tÝch tô trªn nã c¸c d¹ng ®¸y nhá ®¸y gîn sãng diÔn ra trong 29% c¸c thÝ nghiÖm, sù chuyÓn ho¸ h¬n, cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: c¸c phÇn tö phï sa vµ gîn sãng d−íi ®¸y c¸c ®ôn c¸t – trong Un c r1 = na ; 65% c¸c thÝ nghiÖm. (3.10) H Theo sè liÖu quan tr¾c hiÖn tr−êng cã kh¶ n¨ng ®¸nh gi¸ vËn tèc dÞch chuyÓn ®ôn c¸t víi gîn sãng (hoÆc cån c¸t víi ®ôn gi¸n tiÕp qTp. NÕu nh− trong dßng s«ng ph¸t triÓn chñ yÕu c¸c c¸t) theo c«ng thøc: sãng c¸t gå ghÒ, bÒ m¹t cña nã ®−îc phñ bëi c¸c gîn sãng nh−ng Un Un c r 2 = n(n + 1)a(1 − p)σ1 h1 + naK Tp1 ; c¸c sãng c¸t riªng biÖt ®¹t ®−îc ®é cong tíi h¹n cña s−ên d−íi, (3.11) H + h1 H2 gÇn víi gãc cña m¸i tù nhiªn, th× c¸c sãng c¸t nµy cã thÓ xem vËn tèc dÞch chuyÓn cån c¸t víi ®ôn c¸t vµ gîn sãng theo c«ng nh− lµ c¸c bÓ l¾ng ®Þa ph−¬ng ®Ó chuyÓn ho¸ phï sa. Khi ®ã K Tp = ( FH − F p ) / FH ë ®©y FH vµ FP – diÖn tÝch ®¾p phï sa ë m¸i thøc: d−íi sãng c¸t lâm vµ diÖn tÝch bãc phï sa ë m¸i trªn cña nã. 89 90
  18. Un (xem h×nh 3.13). T−¬ng øng vËn tèc dÞch chuyÓn cån c¸t biÕn c r 3 = n(n + 1)(n + 2 )a(1 − p) σ1 h1σ 2 h2 2 + 3 ®éng tõ 70.10–5 m/s trong thêi kú xuÊt hiÖn ®ôn c¸t ®Õn 160.10–5 H n trong thêi kú bµo mßn chóng. C¸c th¨ng gi¸ng t−¬ng tù cña vËn + n(n + 1)a(1 − p)σ 2 h2 K Tp1 U + (3.12) (H + h1 )2 tèc c¸c sãng c¸t phøc t¹p ®· ®−a ra c¸c ®¸nh gi¸ bÊt ®¬n trÞ cña l−u l−îng phï sa thËm chÝ víi sö dông c«ng thøc d¹ng (3.10) – Un Un + n(n + 1)a(1 − p)σ1 h1 K Tp2 + naK Tp2 (3.12), nÕu nh− c¸c ®o s©u lÆp l¹i ®Ó tÝnh to¸n sù biÕn ®æi h×nh ( H + h2 )2 H + h2 + h1 th¸i sãng c¸t ®−îc thùc hiÖn th−êng xuyªn. KiÓm tra c¸c c«ng thøc (3.10) – (3.12) vµ ®¸nh gi¸ c¸c tham sè a vµ n ®−îc thùc hiÖn trªn c¬ së h¬n 40 ®o ®¹c h×nh th¸i c¸c sãng c¸t , vËn tèc dÞch chuyÓn cña chóng vµ c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc dßng s«ng trªn c¸c s«ng Lªna (tr¹m Mokhogollokh), Niger (tr¹m Adjaokut), Obi (-nguån – s«ng Anui). Víi n = 4 vµ a = 3,7.10–4 nhËn ®−îc sù trïng hîp tho¶ m·n cña vËn tèc dÞch chuyÓn tÝnh to¸n vµ thùc tÕ c¸c d¹ng ®¸y c¸c kiÓu kh¸c nhau. NÕu kh«ng tÝnh ®Õn trong c¸c tÝnh to¸n cÊu tróc bËc thang cña ®Þa h×nh ®¸y lßng dÉn vµ chuyÓn ho¸ phï sa, sù kh«ng phï hîp cña c¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n vµ thùc ®o t¨ng lªn (h×nh 3.15). §Æc ®iÓm râ nhÊt cña ®éng lùc c¸c tæ hîp phøc t¹p cña ®¹i h×nh ®¸y lµ kh¶ n¨ng thay ®æi vËn tèc dÞch chuyÓn c¸c sãng c¸t lín chØ do sù thay ®æi ngÉu nhiªn h×nh th¸i c¸c sãng c¸t nhá víi ®Æc tr−ng thuû lùc cña dßng s«ng kh«ng ®æi. VËy nªn theo c«ng thøc (3.11), sù t¨ng chiÒu cao vµ ®é cong c¸c gîn sãng dÉn tíi sù gi¶m nhanh gi¸ trÞ thµnh viªn thø hai trong c«ng thøc vµ gi¶m ®¸ng kÓ vËn tèc dÞch chuyÓn ®ôn c¸t. Sù gi¶m ®é cao vµ ®é H×nh 3.15. Quan hÖ cña vËn tèc dÞch chuyÓn ®o ®¹c vµ tÝnh to¸n cña gîn cong c¸c gîn sãng dÉn tíi sù t¨ng vËn tèc dÞch chuyÓn ®ôn c¸t, sãng (1), ®ôn c¸t (2) vµ cån c¸t (3) víi viÖc tÝnh (a) vµ kh«ng tÝnh (b) ®é vµ víi viÖc bµo mßn toµn bé gîn sãng vËn tèc dÞch chuyÓn ®ôn phøc t¹p cña tæ hîp sãng c¸t. c¸t cÇn tÝnh to¸n theo c«ng thøc (3.10). §é cao vµ chiÒu dµi cña d¹ng ®¸y cô thÓ víi ®é s©u vµ vËn tèc dßng s«ng kh«ng ®æi biÕn 3.3. C¸c sãng c¸t lín ®éng trong mét ph¹m vi rÊt réng c¶ vÒ kh«ng gian lÉn thêi gian. thÝ dô nh− trªn s«ng Terek ë t¹m Parabotrs trong thêi C¸c sãng c¸t lín cã kÝch th−íc cì chiÒu réng cña dßng s«ng. gian lò mïa hÌ n¨m 1982 trong vßng mét ngµy víi vËn tèc dßng Mùc cÊu tróc nµy ®−îc t¹o nªn nh− lµ c¸c d¹ng sãng c¸t phøc vµ ®é s©u kh«ng ®æi ®é cao ®ôn trªn cån c¸t thay ®æi tõ 0 – 1,2 91 92
  19. t¹p cÊu t¹o bëi aluvi lßng s«ng – c¸c sãng c¸t d¶i, cån, cï lao hÖ ph−¬ng tr×nh (2.11) trong miÒn cùc trÞ ®Þa ph−¬ng cña vËn còng nh− c¸c d¹ng sãng c¸t phñ bëi aluvi b·i båi. tèc t¨ng tr−ëng biªn ®é x¸o trén cao tr×nh ®¸y, ®−îc x¸c ®Þnh bëi chiÒu dµi vµ chiÒu réng cña sãng c¸t x¸c suÊt lín nhÊt. Gi¶i C¸c ®iÒu kiÖn h×nh ph−¬ng tr×nh (2.25) trong ®íi vËn tèc dßng s«ng U = 0 ,5...3,0 thµnh ®Þa h×nh lßng m/s, ®é s©u H = 0 ,5...50 m, ®−êng kÝnh ®Êt ®¸y 0,1–100 mm, hÖ s«ng ®Þa ph−¬ng vµ sè trong c«ng thøc I. L. Rozovski 1/β 1–20 chØ ra (h×nh 3.16) khu vùc g©y ¶nh h−ëng r»ng chiÒu dµi cùc ®¹i cña sãng c¸t lín t¨ng cïng sù t¨ng ®é s©u ®Õn h×nh th¸i häc vµ dßng s«ng vµ gi¶m víi sù t¨ng vËn tèc dßng s«ng vµ ®é nh¸m ®éng lùc häc c¸c sãng cña nã. ChiÒu réng c¸c sãng c¸t lín ®−îc x¸c ®Þnh b»ng hÖ thøc c¸t lín, ®Õn tÝnh phøc c−êng ®é hoµn l−u nagng vµ ®é nh¸m dßng s«ng . §å thÞ nh− t¹p cña cÊu t¹o cña trªn h×nh 3.16 cã thÓ xÊp xØ b»ng c¸c c«ng thøc: chóng, ®Õn tû lÖ cña c¸c L1 = 0 ,21C o HFr −1,1 víi 0 ,07 < Fr ≤ 0 ,5 ; 2 d¹ng ®¸y lín vµ nhá. (3.13) exp(− 3,1Fr ) víi 0 ,5 < Fr ≤ 0 ,9 ; C¸ch tiÖm cËn thùc 2 L1 = 2 ,1C o H nghiÖm nghiªn cøu c¸c (β/ g)Co2 − 1 L1 / L2 = (3.14) sãng c¸t lín dÉn tíi sù ph©n lo¹i h×nh th¸i häc vµ h×nh th¸i ®éng lùc häc rÊt phøc t¹p [90], chóng g©y nªn phiÒn phøc kh«ng kÐm khi chuyÓn sang ®èi t−îng thiªn nhiªn kh¸c. CÇn thiÕt ph¸t triÓn lý thuyÕt thµnh t¹o c¸c sãng c¸t lín, t×m kiÕm c¬ së lý luËn cña quan hÖ c¸c tham sè h×nh H×nh 3.17. H×nh th¸i häc lßng s«ng víi c¸c tû sè kh¸c nhau cña chiÒu réng th¸i chÝnh cña chóng d¹ng lßng s«ng L2 vµ chiÒu réng lßng dÉn b víi c¸c ®Æc tr−ng thuû H×nh 3.16. Phô thuéc chiÒu dµi sãng c¸t lín lùc cña dßng s«ng. 1-. b/ L2 = 0 ,5 ; 2. b/ L2 = 1,0 ; 3. b/ L2 = 1,5 ; 4. b/ L2 = 2 ,0 Trong xÊp xØ ®Çu tiªn bµi to¸n nµy ®−îc gi¶i b»ng kh¶o s¸t sè Sù ph©n bè c¸c d¹ng trong lßng dÉn phô thuéc vµo tû sè 93 94
  20. chiÒu réng cña sãng c¸t lín thèng trÞ L2 vµ chiÒu réng lßng dÉn ph¸t triÓn chñ ®éng cña c¸c sãng c¸t lín ®−îc thùc hiÖn chØ b: K φ = b/ L2 , nÕu nh− K φ ≤ 0 ,5 th× trong lßng dÉn t¹o nªn c¸c trong thêi gian lò lín. Trong c¸c thêi kú ®ã h×nh thµnh kÝch th−íc ®Æc tr−ng c¸c thµnh t¹o tÝch tô nµy – chiÒu dµi vµ chiÒu d¹ng ®¸y phô ph©n bè däc theo bê theo trËt tù c¸c « cê. Cïng réng. ChiÒu cao c¸c sãng c¸t lín t¨ng víi sù t¨ng cña l−u l−îng víi viÖc t¨ng K φ trong phÇn gèc cña d¹ng ®¸y phô t¹o nªn c¸c n−íc còng nh− lµ c¸c sãng c¸t võa vµ nhá. dßng nh¸nh phô, cßn víi K φ = 1,0 kÕt thóc viÖc t¸i t¹o lßng dÉn Tuy nhiªn sau khi n©ng cao bëi vËn tèc dßng s«ng c¸c gi¸ víi c¸c l−íi cï lao. Trong kho¶ng 1,0 < K φ < 1,5 l−íi cï lao kÕt trÞ ng−ìng sù bµo mßn c¶ c¸c sãng c¸t lín b¾t ®Çu . Lisl [122] hîp víi c¸c d¹ng ®¸y phô g¾n víi c¸c bê v.v.. (h×nh 3.17). Do c¸c m« t¶ mét trËn lò lín trªn c¸c con s«ng nhá cña Caliphornia, sãng c¸t lín ®−îc ®Æc tr−ng b»ng phæ hai chiÒu liªn tôc víi c¸c khi c¸c b·i v¾t bÞ bµo mßn, c¸c lòng s©u bÞ phñ bëi phï sa. d¹ng quy m« kh¸c nhau nªn viÖc tËp trung ho¸ c¸c d¹ng bÞ ChiÒu réng lßng dÉn t¨ng lªn, biªn ®é c¸c sãng c¸t lín gi¶m ®ét phøc t¹p (h×nh 3.18) ngét. Theo møc ®é rót xuèng cña lò d¹ng ®Þa h×nh ®Çu tiªn ®−îc x¸c lËp. ChØ tiªu tr¹ng th¸i chñ ®éng cña sãng c¸t lín lµ h×nh d¹ng mÆt tho¸ng dßng s«ng trªn chóng. NÕu nh− sãng dµi trªn bÒ mÆt dßng s«ng n»m ®èi pha víi sãng dµi cao tr×nh ®¸y s«ng vµ ®iÒu nµy chØ ra sù dÞch chuyÓn chñ ®éng cña c¸c sãng c¸t lín do sù bµo mån trong c¸c l¹ch vµ tÝch tô trªn c¸c b·i v¾t. T×nh huèng nµy ®· nhËn ®−îc ë lßng s«ng Niger mïa thu n¨m 1957 vµo thêi kú lò víi l−u l−îng n−íc cùc ®¹i 37000 m3/s. trong thêi kú diÔn ra trËn lò thÊp h¬n n¨m 1978, víi l−u l−îng n−íc cùc ®¹i 20000 m3/s mÆt tho¸ng cña dßng s«ng lµ hÇu nh− b»ng ph¼ng, gãc nghiªng ®ång ®Òu c¶ ë l¹ch vµ c¶ ë b·i. Sù dÞch chuyÓn chñ ®éng cña sãng c¸t lín kh«ng quan tr¾c ®−îc. H×nh 3.18. H×nh th¸i häc c¸c sãng c¸t lín tÝnh to¸n víi viÖc tÝnh ®Õn phæ Nh− vËy, ®éng lùc häc sãng c¸t lín phÇn nhiÒu ®−îc x¸c biªn ®é liªn tôc cña cao tr×nh ®¸y ®Þnh bëi chÕ ®é thuû v¨n cña s«ng ngßi. Trong lßng dÉn h¹ l−u 1. cï lao vµ d¹ng ®¸y phô; 2– ®¸y l¹ch (c¸c ®−êng ®ång møc qua ®¬n vÞ ®é s©u Niger c¸c d¹ng ®¸y phô ®−îc h×nh thµnh ë c¸c chç gi·n côc bé t−¬ng ®èi) 3. bê lßng dÉn cña lßng dÉn, th−êng lµ ë phÝa c¸c bê. Trong nh÷ng n¨m nhiÒu n−íc ë ®©y diÔn ra sù bøt ph¸ dßng khái bê, t¹o nªn mét vïng C¸c sãng c¸t lín cã thÓ tån t¹i ë t¹ng th¸i chñ ®éng hoÆc n−íc yªn tÜnh hoÆc thËm chÝ lµ vïng ch¶y ng−îc. DiÔn ra sù tÝch thô ®éng. Víi sù ph¸t triÓn chñ ®éng sãng c¸t lín dÞch chuyÓn tô phï sa vµ t¹o nªn d¹ng ®¸y phô . Trong thêi kú nhiÒu n−íc nh− lµ mét thÓ thèng nhÊt vµ thÓ hiÖn sù ph¶n chiÕu trong ®¸y trong chu kú n−íc nhiÒu n¨m cña s«ng ngßi c¸c d¹ng ®¸y phô xãi lë cña dßng s«ng t¹o nªn cÊu tróc xo¸y cña nã. Tr¹ng th¸i 95 96
nguon tai.lieu . vn