Xem mẫu
- Ch¬ng 1. giíi thiÖu
1. 1. Tæng quan
Cuèn s¸ch nµy tæng kÕt nh÷ng qu¸ tr×nh chñ yÕu x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i c¸t trong
biÓn, ë mét d¹ng dÔ dµng øng dông. KÕt qu¶ dù ®Þnh lµ cung cÊp c«ng cô ®Ó c¸c thùc
hµnh viªn cã thÓ tÝnh to¸n tr¹ng th¸i c¸t biÓn theo kh¸i niÖm c«ng tr×nh. MÆc dï
®iÓm nhÊn m¹nh chÝnh lµ lªn trÇm tÝch cã kÝch thíc h¹t thuéc cÊp ®é c¸t, nhiÒu
chuyªn môc còng ¸p dông cho c¸c h¹t lín h¬n, kÓ c¶ cuéi sái. Nh vËy, nhiÒu kÕt qu¶
cã thÓ ¸p dông trong s«ng vµ cöa s«ng, còng nh trong biÓn.
§©y lµ tËp s¸ch kÌm theo cuèn "Híng dÉn vÒ bïn cöa s«ng" ®îc c«ng bè nh
b¸o c¸o SR 309 cña HR (Delo vµ Ockenden, 1992), vµ cuèn "Híng dÉn vËn chuyÓn
trÇm tÝch trong s«ng", b¸o c¸o SR 359 cña HR (Fisher, 1993). Cuèn híng dÉn nµy
cËp nhËt, më réng vµ thay thÕ cuèn "Híng dÉn vÒ c¸t biÓn", b¸o c¸o SR 351 cña HR
(Soulsby, 1994) tríc ®©y.
Môc ®Ých cña cuèn s¸ch lµ cung cÊp c¸c ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸c ®¹i lîng
®éng lùc trÇm tÝch vµ thuû ®éng lùc kh¸c nhau, ®ßi hái trong c¸c øng dông vËn
chuyÓn trÇm tÝch biÓn ë d¹ng hîp nhÊt vµ dÔ ¸p dông, cïng nh÷ng kiÕn nghÞ ®èi víi
hÇu hÕt c¸c ph¬ng ph¸p thÝch hîp cho sö dông. Dù ®Þnh chñ yÕu lµ cuèn s¸ch tham
kh¶o vµ “lµm nh thÕ nµo”, do vËy kh«ng bao hµm c¸c dÉn xuÊt vµ th¶o luËn dµi
dßng. Nã còng quý gi¸ ®èi víi c¸c môc ®Ých ®µo t¹o, ®Æc biÖt khi sö dông kÕt hîp víi
gãi phÇn mÒm SandCalc cho c¸c bµi tËp huÊn luyÖn.
§· cã mét vµi s¸ch gi¸o khoa tuyÖt vêi nh cña Sleath (1984), Dyer (1986),
Fredsoe vµ Deigaard (1992), Nielsen (1992) vµ Van Rijn (1993). NhiÒu nguyªn lý vËn
chuyÓn trÇm tÝch biÓn xuÊt ph¸t tõ c¸c ph¬ng ph¸p sö dông trong s«ng. VËn
chuyÓn trÇm tÝch båi tÝch ®îc ®Ò cËp trong c¸c s¸ch cña Graf (1984), Yalin (1977) vµ
Raudkivi (1990) vµ híng dÉn cña Fisher (1993). Trong ng÷ c¶nh réng h¬n, vËn
chuyÓn trÇm tÝch ven bê ®îc ®Ò cËp bëi Muir-Wood vµ Fleming (1981) vµ Horikawa
(1988), vµ c¸c ®Æc tÝnh c¸t xa h¬n ngoµi kh¬i ®îc Stride (1982) ®Ò cËp. Nh÷ng ¸p
dông ®èi víi qu¶n lý b·i biÓn ®îc ®Ò cËp trong híng dÉn cña Simm vµ nh÷ng ngêi
kh¸c (1996). NhiÒu khÝa c¹nh cña qu¶n lý b·i ®îc ®Ò cËp trong Híng dÉn b¶o vÖ bê
cña Hoa Kú (CERC, 1984). M« h×nh ho¸ ®éng lùc h×nh th¸i ven bê ®îc ®Ò cËp bëi
Vriend (®ang chuÈn bÞ), vµ xãi lë xung quanh c«ng tr×nh biÓn ®îc ®Ò cËp bëi
Whitehouse (1997).
Còng nh viÖc tr×nh bµy c¸c c«ng thøc vµ ph¬ng ph¸p ®ang cã ®Ó tÝnh to¸n c¸c
®¹i lîng ®ßi hái kh¸c nhau, trong nhiÒu trêng hîp c¸c c«ng thøc míi còng ®îc
tr×nh bµy. Chóng ®îc dÉn xuÊt tõ c¸c nghiªn cøu gÇn ®©y cña t¸c gi¶, vµ ®¸ng tin
cËy ë sù ®¬n gi¶n lÉn chÝnh x¸c h¬n so víi c¸c c«ng thøc tríc ®©y, trªn c¬ së so s¸nh
21
- víi c¸c tËp hîp ®o ®¹c lín. C¸c ph¬ng ph¸p míi bao gåm c¸c c«ng thøc cho: cÊu tróc
th¼ng ®øng cña dßng ch¶y thuû triÒu, hÖ sè ma s¸t ®èi víi dßng ch¶y thuû triÒu vµ
dßng ch¶y æn ®Þnh trªn mÆt ®¸y trÇm tÝch ph¼ng, vËn tèc quü ®¹o sãng t¹i ®¸y biÓn,
hÖ sè ma s¸t ®èi víi sãng, ma s¸t ®¸y kÕt hîp cña sãng vµ dßng ch¶y, vËn tèc ch×m
l¾ng cña h¹t c¸t, ngìng øng suÊt trît t¹i ®¸y cña c¸c h¹t c¸t díi t¸c ®éng cña
dßng ch¶y vµ/hoÆc sãng, suÊt vËn chuyÓn di ®¸y vµ tæng céng cña c¸t do dßng ch¶y
vµ/hoÆc sãng, vËn chuyÓn trÇm tÝch däc bê.
HÇu hÕt c¸c c«ng thøc lµ ®ång nhÊt vÒ thø nguyªn, do ®ã bÊt kú mét hÖ ®¬n vÞ
nµo (vÝ dô hÖ SI) còng cã thÓ sö dông cho c¸c tham sè. Trong mét sè Ýt c«ng thøc
kh«ng ®ång nhÊt vÒ thø nguyªn, c¸c ®¬n vÞ thÝch hîp ®îc nªu râ. Chó ý r»ng, trong
hÖ SI ®ång nhÊt thø nguyªn, kÝch thíc h¹t ph¶i lÊy b»ng mÐt (vÝ dô
200 m 2 10 4 m ).
Cuèn s¸ch ®îc chia ra c¸c ch¬ng bao trïm c¸c thuéc tÝnh c¬ b¶n cña c¸t vµ
níc, thuû ®éng lùc (tÝnh to¸n c¸c thuéc tÝnh dßng ch¶y vµ/hoÆc sãng u thÕ ®èi víi
vËn chuyÓn c¸t), c¸c qu¸ tr×nh vµ vËn chuyÓn c¸t (c¸c c«ng thøc liªn hÖ hÇu hÕt c¸c
nhãm bµi to¸n chÝnh) vµ ®éng lùc h×nh th¸i (sö dông dù b¸o vËn chuyÓn trÇm tÝch
nh thÕ nµo ®Ó tÝnh to¸n bøc tranh båi tô vµ xãi lë). Ch¬ng tiÕp theo ®a ra chØ dÉn
c¸c ph¬ng ph¸p xö lý trêng sãng vµ dßng ch¶y phøc t¹p thêng gÆp trong nhiÒu
vÊn ®Ò thùc tiÔn. Mçi mét ch¬ng chÝnh ®îc cÊu tróc theo c¸c môc, mçi môc ®îc
ph¸c ho¹ ë d¹ng tæng kÕt tríc hÕt lµ t×nh tr¹ng kiÕn thøc vÒ chuyªn ®Ò vµ sau ®ã lµ
quy tr×nh ®Ó thùc hiÖn tÝnh to¸n c«ng tr×nh. Trong nhiÒu trêng hîp, quy tr×nh ®îc
minh ho¹ b»ng c¸c vÝ dô sè ®· thùc hiÖn, cuèn s¸ch kÕt thóc b»ng c¸c trêng hîp
nghiªn cøu toµn diÖn c¸c nhãm bµi to¸n th«ng dông nhÊt cña vÊn ®Ò trÇm tÝch trªn
thùc tÕ.
1.2. Gãi phÇn mÒm SandCalc
§Ó thao t¸c nhanh vµ tÝnh to¸n chÝnh x¸c nhiÒu ®¹i lîng nªu trong s¸ch, mét
gãi phÇn mÒm cã tªn SandCalc ®îc ph¸t triÓn ®Ó bæ trî cho cuèn s¸ch. Nã cho ta
truy cËp dÔ dµng tíi h¬n 70 ph¬ng tr×nh vµ ph¬ng ph¸p ®a ra trong s¸ch, víi hÖ
thèng Menu ho¹t ®éng trong hÖ ®iÒu hµnh Windows ®Ó sö dông trªn m¸y tÝnh PC.
HÖ thèng Menu ®îc cÊu t¹o t¬ng øng víi cïng ®Çu ®Ò vµ tiÓu môc sö dông
trong s¸ch. C¸c ph¬ng tr×nh cã trong SandCalc ®îc ký hiÖu ‘SC’ bªn c¹nh sè hiÖu
ph¬ng tr×nh trong híng dÉn nµy, vµ tªn ph¬ng tr×nh còng t¬ng tù nh khi nã
xuÊt hiÖn trong SandCalc. Khi cÇn thiÕt, mét vµi gi¶i thÝch bæ sung cho ph¬ng ph¸p
cã trong SandCalc ®îc cho ë vÞ trÝ thÝch hîp trong cuèn s¸ch.
C¸c ®¹i lîng ®îc tÝnh to¸n trong SandCalc lµ ®Çu ra cña mét ph¬ng tr×nh
®îc tù ®éng chuyÓn thµnh ®Çu vµo cña ph¬ng tr×nh kh¸c. C¸c gi¸ trÞ ®Çu ra vµ ®Çu
vµo ®îc kiÓm tra ®Ó ®¶m b¶o r»ng chóng n»m trong mét ph¹m vi cho phÐp, c¸c gi¸
trÞ ngÇm ®Þnh ®îc ®a ra cho mét vµi tham sè.
HÇu hÕt c¸c vÝ dô thùc hiÖn vµ trêng hîp nghiªn cøu cho trong s¸ch cã thÓ tÝnh
to¸n dÔ dµng b»ng c¸ch sö dông SandCalc. Trong c¸c vÝ dô thùc hiÖn, c¸c kÕt qu¶
22
- cña mçi bíc tÝnh to¸n ®îc lµm trßn ®Õn 3 ch÷ sè cã nghÜa. Trong mét vµi trêng
hîp sai sè tÝch luü dÉn ®Õn nh÷ng kh¸c biÖt nhá gi÷a c¸c sè trong c¸c vÝ dô vµ gi¸ trÞ
do SandCalc ®a ra. Trong nh÷ng trêng hîp nh vËy, gi¸ trÞ cña SandCalc chÝnh
x¸c h¬n.
1.3. Tr¹ng th¸i c¸t biÓn
VËn chuyÓn c¸t cã vai trß sèng cßn trong nhiÒu khÝa c¹nh cña c«ng tr×nh xa bê,
ven bê vµ cöa s«ng. ChuyÓn ®éng cña c¸t ¶nh hëng ®Õn: x©y dùng c¶ng vÒ mÆt kinh
tÕ (chi phÝ cho n¹o vÐt c¶ng vµ luång tµu thêng lµ rÊt lín), x©y dùng c¸c nhµ m¸y
®iÖn vµ läc dÇu ven bê (c¸t cã thÓ ®i vµo c¸c c«ng tr×nh lÊy níc lµm m¸t), chèng
ngËp lôt ven bê (sù toµn vÑn c¸c b·i biÓn vµ ®ª ch¾n sãng ngoµi kh¬i lµ cèt yÕu ®Ó
tiªu t¸n n¨ng lîng sãng), sù t¨ng trëng hoÆc tµn lôi c¸c b·i biÓn cho môc ®Ých gi¶i
trÝ (quyÕt ®Þnh sù thµnh c«ng cho nhiÒu n¬i nghØ lÔ), sù an toµn cña c¸c dµn khoan
xa bê vµ ®êng èng (xãi ®¸y biÓn cã thÓ lµm lung lay dµn khoan hoÆc vì c¸c ®êng
èng), vµ nhiÒu øng dông kh¸c n÷a.
C¸t ®îc ®Þnh nghÜa quy íc lµ trÇm tÝch cã ®êng kÝnh trong ph¹m vi tõ 0,062
®Õn 2mm. Nh÷ng trÇm tÝch mÞn h¬n ®îc ph©n lo¹i lµ sÐt vµ bïn (bïn sÖt) vµ c¸c
thuéc tÝnh cña chóng bÞ ¶nh hëng m¹nh bëi sù kÕt dÝnh ®iÖn ho¸ vµ sinh häc. Trong
trÇm tÝch hçn hîp, hiÖu øng kÕt dÝnh lµ quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh c¸c thuéc
tÝnh trÇm tÝch, nÕu h¬n 10% trÇm tÝch mÞn h¬n 0,062mm. Nh÷ng hçn hîp nh vËy
thêng lµ kh¸ng xãi h¬n thuÇn tuý bïn hoÆc thuÇn tuý c¸t. C¸c h¹t lín h¬n 2mm
®îc ph©n lo¹i lµ cuéi sái. §é thÊm cña cuéi sái lµ mét yÕu tè quan träng trong viÖc
x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i cuéi sái vµ mét tû lÖ c¸t hçn hîp víi cuéi sái cã thÓ lµm gi¶m ®é
thÊm cña nã.
Trong biÓn, c¸t cã thÓ chuyÓn ®éng bëi dßng ch¶y (do thuû triÒu, giã hoÆc sãng)
hoÆc bëi sãng, hoÆc th«ng thêng nhÊt lµ c¶ sãng vµ giã t¸c ®éng cïng nhau. C¸t
®îc vËn chuyÓn bëi c¸c qu¸ tr×nh c¬ b¶n lµ cuèn theo, dÞch chuyÓn vµ l¾ng ®äng
(h×nh 1a). Ba qu¸ tr×nh nµy x¶y ra ®ång thêi vµ cã thÓ t¸c ®éng t¬ng hç víi nhau.
Sù cuèn theo x¶y ra lµ kÕt qu¶ cña ma s¸t t¸c ®éng lªn ®¸y biÓn bëi dßng ch¶y
vµ/hoÆc sãng, víi viÖc khuÕch t¸n rèi cã thÓ mang h¹t lªn tr¹ng th¸i l¬ löng.
Sù dÞch chuyÓn x¶y ra do h¹t l¨n, nh¶y vµ trît däc theo ®¸y thÝch øng víi ma
s¸t, vµ trong trêng hîp ®¸y dèc lµ do träng lùc. Nã ®îc biÕt ®Õn nh dßng di ®¸y,
vµ lµ h×nh thøc vËn chuyÓn chñ ®¹o ®èi víi c¸c dßng ch¶y chËm vµ/hoÆc c¸c h¹t lín.
NÕu dßng ch¶y ®ñ nhanh (hoÆc sãng ®ñ lín) vµ h¹t ®ñ mÞn, c¸t sÏ bÞ ®a vµo tr¹ng
th¸i l¬ löng ë ®é cao vµi mÐt trªn ®¸y, vµ ®îc dßng ch¶y mang ®i. H×nh thøc vËn
chuyÓn nµy ®îc biÕt nh dßng l¬ löng vµ thêng lín h¬n rÊt nhiÒu so víi dßng di
®¸y. Trong c¸c t×nh huèng biÓn vµ cöa s«ng tiªu biÓu, h×nh thøc chñ ®¹o cña vËn
chuyÓn lµ dßng di ®¸y ®èi víi c¸c h¹t th« h¬n 2mm vµ dßng l¬ löng ®èi víi c¸c h¹t
mÞn h¬n 0,2mm.
L¾ng ®äng x¶y ra khi h¹t n»m trong dßng di ®¸y hoÆc ra khái tr¹ng th¸i l¬ löng.
Trong hÇu hÕt thêi gian, sù cuèn theo cña mét sè h¹t vµo tr¹ng th¸i l¬ löng vµ sù
23
- ch×m l¾ng cña mét sè h¹t kh¸c xuèng ®¸y do träng lîng cña chóng cã thÓ x¶y ra
®ång thêi.
SuÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch ®îc ®Þnh nghÜa lµ “lîng” trÇm tÝch trªn mét ®¬n vÞ
thêi gian ®i qua mét mÆt ph¼ng th¼ng ®øng cã bÒ réng ®¬n vÞ vu«ng gãc víi híng
dßng ch¶y (h×nh 1b).
‘Lîng’ trÇm tÝch cã thÓ ®o b»ng thÓ tÝch hoÆc khèi lîng, do ®ã trong hÖ SI, suÊt
vËn chuyÓn trÇm tÝch lµ kgm 1 s 1 hoÆc m 3 m 1 s 1 m 2 s 1 t¬ng øng. §¬n vÞ thùc tÕ
h¬n lµ tÊn/mÐt/ngµy còng thêng ®îc sö dông víi sù chuyÓn ®æi râ rµng. Sè ®o ë
d¹ng “träng lîng ch×m” ®«i khi còng ®îc sö dông. SuÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch trong
biÓn cã ®é lín vµ híng, do ®ã lµ ®¹i lîng vÐct¬.
Møc ®é båi tô hoÆc xãi lë rßng (thùc tÕ) cña mét khu vùc ®¸y biÓn phô thuéc vµo
sù chªnh lÖch møc ®é mµ c¸t ®i vµo vµ ®i ra khái khu vùc. NÕu c¸t ®îc mang vµo
khu vùc nhiÒu h¬n ®îc mang ra, ®¸y ®îc båi, nÕu ngîc l¹i th× ®¸y bÞ xãi. ThËm
chÝ khi suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch rÊt lín, cao ®é ®¸y sÏ kh«ng thay ®æi nÕu vËn
chuyÓn nh nhau trªn toµn bé khu vùc.
C¸c c«ng viÖc ®ßi hái ®Ó dù b¸o bøc tranh båi tô vµ xãi lë trong khu vùc nghiªn
cøu lµ:
- tÝnh to¸n ph©n bè thuû ®éng lùc cña dßng ch¶y vµ sãng, vµ c¸c ®¹i lîng phô
thuéc nh øng suÊt trît t¹i ®¸y (ma s¸t ®¸y),
- tÝnh to¸n ph©n bè kÕt qu¶ cña suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch,
- tÝnh to¸n ph©n bè møc ®é båi tô/xãi lë.
§iÒu nhÊn m¹nh cña cuèn s¸ch lµ qu¸ tr×nh vËt lý ¶nh hëng ®Õn c¸t, nhng
ngoµi ra, c¸c ¶nh hëng sinh häc cã thÓ cã vai trß quan träng, mÆc dï ë møc ®é thÊp
h¬n so víi bïn. C¸c chÊt nhÇy do bµi tiÕt cã thÓ kÕt hîp c¸c h¹t víi nhau, ngîc l¹i,
c¸c loµi trïng cã thÓ cµy xíi thµnh r·nh vµ dÔ bÞ dßng ch¶y lµm xãi, c¸c sinh vËt ®µo
bíi cã thÓ khuÊy ®éng mét líp 10 cm hoÆc t¬ng tù nh vËy trong vßng tõ 4-6 h, do
®ã lµm ph¼ng ®i c¸c gîn c¸t do dßng ch¶y t¹o nªn. Cã rÊt Ýt c«ng tr×nh ®Þnh lîng c¸c
¶nh hëng sinh häc lªn trÇm tÝch, mét sè c«ng tr×nh cã ý nghÜa nhÊt ®îc Pender vµ
nnk (1994) tãm t¾t l¹i. MÆc dï hiÖn t¹i cã mét vµi ph¬ng ph¸p ®Þnh lîng ®Ò cËp
®Õn c¸c hiÖu øng sinh häc, ngêi kü s cÇn nhËn thøc r»ng chóng cã thÓ t¹o ra c¸c
dù b¸o kh«ng ®¸ng tin cËy, ®Æc biÖt trong c¸c khu vùc cã dßng ch¶y vµ sãng yÕu.
Trong c¸c khu vùc cã dßng ch¶y m¹nh vµ sãng lín, c¸c hiÖu øng chÝnh thêng lµ
thuû ®éng lùc, cßn c¸c hiÖn øng sinh häc cã thÓ bá qua mét c¸ch hîp lý.
1.4. Kh¸i niÖm vÒ øng suÊt trît t¹i ®¸y
HiÖu øng t¸c ®éng cña c¸c yÕu tè thuû ®éng lùc (sãng vµ dßng ch¶y) lªn ®éng lùc
trÇm tÝch x¶y ra chñ yÕu th«ng qua ma s¸t mµ chóng sö dông trªn ®¸y biÓn. §iÒu
nµy ®îc thÓ hiÖn ë d¹ng øng suÊt trît t¹i ®¸y, chÝnh lµ lùc ma s¸t sö dông bëi
dßng ch¶y trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ®¸y. NhiÒu c«ng tr×nh ®Ò cËp ®Õn c¸c ph¬ng
ph¸p tÝnh to¸n øng suÊt trît t¹i ®¸y vµ c¸c ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hiÖu øng cña
chóng lªn trÇm tÝch. Sù tr×nh bµy ë ®©y phôc vô cho viÖc thiÕt lËp quan hÖ gi÷a c¸c
24
- H×nh 1. S¬ ®å a) c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trÇm tÝch biÓn (trong thùc tÕ tÊt c¶ x¶y ra ®ång thêi) vµ b)
mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi dßng ch¶y ®Ó x¸c ®Þnh suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch
25
- lo¹i øng suÊt trît t¹i ®¸y kh¸c nhau, c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c nhau thÓ hiÖn chóng,
vµ nh÷ng ®ãng gãp kh¸c nhau cho chóng; vµ ®Þnh nghÜa c¸c chó gi¶i ®îc sö dông.
Chi tiÕt h¬n ®îc cho trong c¸c môc næi bËt cña c¸c ch¬ng chÝnh, ®Æc biÖt lµ môc 3.4
vµ 3.6.
cã ®¬n vÞ lµ lùc t¸c ®éng trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch ( Nm 2
øng suÊt trît t¹i ®¸y 0
theo hÖ SI), còng cã thÓ viÕt ë ®¬n vÞ vËn tèc ( ms 1 theo hÖ SI) nh vËn tèc ma s¸t
hoÆc vËn tèc trît u*, x¸c ®Þnh th«ng qua quan hÖ:
0 u* 2 (1a)
1/ 2
u* 0 / (1b)
trong ®ã lµ mËt ®é níc.
0
Sù chuyÓn ®æi nµy lµ thuÇn tuý cho tiÖn lîi vÒ to¸n häc, tr¸nh viÕt l¹i , vµ
vËn tèc ma s¸t kh«ng t¬ng øng víi vËn tèc ‘thùc tÕ’ cña dßng ch¶y (mÆc dï nã cã thÓ
liªn quan ®Õn nhiÔu ®éng rèi trong c¸c thµnh phÇn vËn tèc thùc tÕ). §èi víi nhiÒu
môc ®Ých, d¹ng phi thø nguyªn cña øng suÊt trît t¹i ®¸y vµ quan hÖ cña nã víi
trÇm tÝch ®îc sö dông, th«ng qua tham sè Shields, x¸c ®Þnh b»ng:
0
(2a)
g s d
hoÆc
u*2
(2b)
g s 1d
trong ®ã: g = gia tèc träng lùc
= mËt ®é níc
s = mËt ®é h¹t trÇm tÝch
s = tû lÖ cña mËt ®é h¹t vµ mËt ®é níc
d = ®êng kÝnh h¹t trÇm tÝch.
øng suÊt trît ph¸t sinh t¹i ®¸y kh«ng chØ phô thuéc vµo vËn tèc dßng ch¶y mµ
cßn vµo ®é nh¸m ®¸y biÓn. Nã cã thÓ ®o b»ng ®é nh¸m Nikurase k s (cã thÓ liªn hÖ
víi kÝch thíc h¹t), hoÆc ®é dµi nh¸m z 0 (cã thÓ dÉn xuÊt tõ ph©n bè vËn tèc). Hai
®é nh¸m liªn hÖ víi nhau b»ng quan hÖ:
z 0 k s / 30 (3a)
k s 30 z 0 . (3b)
C¸c chó gi¶i trªn ¸p dông cho c¸c gi¸ trÞ tæng qu¸t, cã thÓ biÕn ®æi theo thêi gian
cña øng suÊt trît t¹i ®¸y vµ c¸c ®¹i lîng kh¸c. Tuy vËy, còng rÊt cã Ých khi ph©n
biÖt c¸c c¬ chÕ ph¸t sinh kh¸c nhau b»ng c¸ch sö dông c¸c chØ sè. øng suÊt trît t¹i
®¸y cã thÓ ph¸t sinh bëi:
26
- - dßng ch¶y, víi c¸c ®¹i lîng trung b×nh theo thêi gian biÓu thÞ b»ng 0, u* vµ
(tøc lµ nh trong chó gi¶i tæng qu¸t)
- sãng, víi biªn ®é cña c¸c ®¹i lîng dao ®éng biÓu thÞ b»ng w, u*w vµ w
- chuyÓn ®éng kÕt hîp sãng vµ dßng ch¶y, víi c¸c ®¹i lîng trung b×nh thêi gian
trong mét chu kú sãng, biÓu thÞ b»ng m, u*m vµ m vµ c¸c gi¸ trÞ cùc ®¹i cña c¸c ®¹i
lîng trong mét chu kú sãng, biÓu thÞ b»ng max, u*max vµ ma10.
C¸c nhiÔu ®éng rèi g©y ra c¸c biÕn ®éng lín xung quanh c¸c gi¸ trÞ ®· cho ë trªn,
nhng ®èi víi hÇu hÕt c¸c môc ®Ých thùc tiÔn, c¸c gi¸ trÞ trung b×nh nªu trªn lµ ®ñ.
Cã thÓ cã sù kh¸c biÖt vÒ gi¸ trÞ z0 (vµ ks) do dßng ch¶y vµ do sãng, ®Æc biÖt nÕu
híng dßng ch¶y vµ sãng víi ®Ønh c¸c gîn c¸t trªn ®¸y biÓn lµ kh¸c nhau, tuy vËy ®Ó
®¬n gi¶n, cã thÓ gi¶ thiÕt cïng mét gi¸ trÞ z0 ¸p dông cho c¶ sãng vµ dßng ch¶y trong
cuèn s¸ch nµy.
øng suÊt trît tæng céng t¹i ®¸y 0 t¸c ®éng lªn ®¸y lµ do c¸c thµnh phÇn tõ:
- ma s¸t líp ®Öm 0s, s¶n sinh bëi (vµ t¸c ®éng lªn) c¸c h¹t trÇm tÝch
- søc c¶n h×nh d¹ng 0f s¶n sinh bëi trêng ¸p suÊt liªn quan ®Õn dßng ch¶y trªn
sãng c¸t vµ/hoÆc c¸c thµnh t¹o lín h¬n trªn ®¸y
- thµnh phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch 0t g©y ra bëi sù truyÒn ®éng lîng ®Ó lµm
dÞch chuyÓn c¸c h¹t.
Ba thµnh phÇn cã thÓ céng víi nhau thµnh:
0 0 s 0 f 0t . (4)
T¬ng tù, ba thµnh phÇn cho u*, vµ z0 cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸ch sö dông c¸c
chØ sè s, f vµ t ®Ó t¹o ra c¸c quan hÖ gièng nh c¸c ph¬ng tr×nh (1), (2) vµ (3) cho
mçi thµnh phÇn. øng suÊt trît t¹i ®¸y do sãng, hoÆc sãng céng víi dßng ch¶y, cã thÓ
chia thµnh c¸c thµnh phÇn ma s¸t líp ®Öm, søc c¶n h×nh d¹ng vµ vËn chuyÓn trÇm
tÝch theo cïng c¸ch nh dßng ch¶y. TËp hîp ®Çy ®ñ c¸c chó gi¶i sö dông trong s¸ch
nµy ®èi víi øng suÊt trît t¹i ®¸y cho trong b¶ng 1.
Quy íc lùa chän ®îc sö dông nhiÒu nhÊt (vÝ dô Fredsoe vµ Deigaard (1992),
Van Rijn (1993)) lµ biÓu thÞ c¸c thµnh phÇn b»ng c¸c dÊu nh¸y nh sau:
= 0
= 0 Ma s¸t líp ®Öm
Tæng céng
VËn chuyÓn trÇm tÝch = 0
Søc c¶n h×nh d¹ng = 0
Van Rijn (1993) quy thµnh phÇn ma s¸t líp ®Öm vÒ thµnh phÇn ‘liªn quan ®Õn
h¹t’, ®iÒu nµy t¹o ra sù ph©n biÖt cã Ých, v× ph¬ng ph¸p th«ng thêng tÝnh to¸n
thµnh phÇn nµy lµ theo quan hÖ ph©n bè logarit hoÆc t¬ng tù (xem Môc 3.1) víi gi¸
trÞ z0 (hoÆc ks) chØ liªn quan ®Õn kÝch thíc h¹t. Gi¸ trÞ kÕt qu¶ cña øng suÊt trît
t¹i ®¸y kh«ng thùc sù lµ ma s¸t líp ®Öm cã thÓ ®o trªn bÒ mÆt cña ®¸y gîn c¸t, mµ
l¹i cã ®é lín t¬ng tù vµ cho ta mét sè ®o thùc hµnh quy íc cã thÓ liªn quan ®Õn c¸c
ph¶n øng trÇm tÝch. Nielsen (1992) còng nhÊn m¹nh quy íc nµy b»ng viÖc sö dông
®¹i lîng 2,5 ®èi víi thµnh phÇn ma s¸t líp ®Öm (liªn quan ®Õn h¹t), nhËn ®îc b»ng
27
- c¸ch cho ks =2,5d50 (gi¸ trÞ quy íc) khi sö dông ®é nh¸m h¹t ®Ó tÝnh to¸n thµnh
phÇn nµy.
B¶ng 1. Gi¶i thÝch øng suÊt trît t¹i ®¸y vµ c¸c tham sè liªn quan.
Thµnh phÇn
Lùc t¸c ®éng Tæng céng Ma s¸t Søc c¶n VËn chuyÓn
líp ®Öm h×nh d¹ng trÇm tÝch
0 0s 0f 0t
Dßng ch¶y hoÆc
nãi chung (gi¸ u* u*s u*t
u*f
trÞ trung b×nh) s t
f
w ws wf wt
Sãng (biªn ®é
cña
u*w u*ws u*wt
u*wf
gi¸ trÞ dao ®éng) w ws wt
wf
m mf mt
ms
Sãng + dßng
ch¶y
u*m u*mt
u*mf
u*ms
(gi¸ trÞ trung m mt
mf
ms
b×nh)
max max max
max
Sãng + dßng
ch¶y
u*max u*maxf u*maxt
u*maxs
(gi¸ trÞ cùc ®¹i) max max t
max f
max s
Toµn bé z0 Z0f z0f z0t
Ghi chó: øng suÊt trît t¹i ®¸y 0 , vËn tèc ma s¸t u*, tham sè Shields liªn hÖ
b»ng c¸c ph¬ng tr×nh (1)-(3). C¸c thµnh phÇn liªn hÖ th«ng qua ph¬ng tr×nh (4).
NÕu ®¸y lµ ph¼ng vµ vËn chuyÓn trÇm tÝch kh«ng lín, ph¬ng tr×nh (4) ®¬n gi¶n
thµnh 0 = 0 s vµ sù ph©n biÖt gi÷a c¸c ®¹i lîng ma s¸t líp ®Öm vµ tæng céng lµ
kh«ng cÇn thiÕt. Trêng hîp nµy kh«ng ph¶i lµ c¸ biÖt ®èi víi c¸c h¹t th« (vÝ dô d50 >
0,8mm) nhng c¸t mÞn h¬n thêng lµ cã gîn c¸t (cã thÓ víi ®¸y gå ghÒ lín h¬n) hoÆc
cã vËn chuyÓn dßng trÇm tÝch s¸t ®¸y m¹nh.
Lý do ®Ó kÓ ®Õn nhËn xÐt nµy trong mét vµi chi tiÕt lµ ë chç c¸c lo¹i øng suÊt
trît t¹i ®¸y kh¸c nhau thêng g©y ra sù nhÇm lÉn. §iÒu quan träng lµ ý thøc ®îc
r»ng chØ cã thµnh phÇn ma s¸t líp ®Öm t¸c ®éng trùc tiÕp lªn kÝch thíc h¹t, vµ do
®ã thµnh phÇn nµy ®îc sö dông ®Ó tÝnh ngìng chuyÓn ®éng, dßng di ®¸y (víi mét
sè ngo¹i lÖ) vµ nång ®é tham chiÕu hoÆc møc ®é nhÊc h¹t lªn tr¹ng th¸i l¬ löng. MÆt
kh¸c, chÝnh øng suÊt trît tæng céng t¹i ®¸y lµ thÝch øng víi søc c¶n toµn bé cña
dßng ch¶y (xem môc 7.4), vµ x¸c ®Þnh cêng ®é rèi ¶nh hëng ®Õn sù khuÕch t¸n cña
28
- trÇm tÝch l¬ löng lªn c¸c tÇng cao h¬n trong cét níc (xem Ch¬ng 8). Kh«ng nh×n
nhËn ®îc nh÷ng kh¸c biÖt nµy sÏ dÉn ®Õn sai sè ®¸ng kÓ trong tÝnh to¸n.
1.5. Quy tr×nh tæng qu¸t nghiªn cøu trÇm tÝch
Sau ®©y ®a ra quy tr×nh tæng qu¸t cÇn tu©n thñ ®Ó gi¶i quyÕt mét ph¹m vi réng
lín c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn vËn chuyÓn trÇm tÝch. Trong thùc tÕ kh«ng cã quy tr×nh
tiªu chuÈn hoÆc ®îc chÊp nhËn réng r·i thiÕt lËp cho vÊn ®Ò nµy, quy tr×nh sau ®©y
thuÇn tuý lµ c¸ch tiÕp cËn c¸ nh©n do t¸c gi¶ ®Ò xuÊt. Quy tr×nh ph¶i thÝch hîp víi
vÊn ®Ò ®· nªu vµ Ýt khi ¸p dông hÕt tõng bíc. Trong mét vµi bíc, ®a ra c¸c luËt lÖ
kh¸ ®¬n gi¶n, vµ c¸c chuyªn môc ®îc tham chiÕu ®Õn nÕu cã yªu cÇu chi tiÕt h¬n.
§«i khi th«ng tin ®Çu vµo sÏ kh«ng ®Çy ®ñ, vµ ph¶i cã c¸c gi¶ thiÕt hoÆc lÊy gi¸ trÞ
ngÇm ®Þnh. Tuy vËy c¸c gi¸ trÞ ngÇm ®Þnh chØ sö dông khi kh«ng cã c¸c gi¸ trÞ ®Æc
trng t¹i tuyÕn. C¸c gi¸ trÞ ngÇm ®Þnh ®a ra lµ cho c¸c ®iÒu kiÖn biÓn tiªu biÓu ë
xung quanh níc Anh. HÇu hÕt c¸c bíc ®· nªu cã thÓ tÝnh to¸n nhê sö dông gãi
phÇn mÒm SandCalc.
1.5.1. Thu thËp ®Õn møc tèi ®a th«ng tin c¬ b¶n vÒ khu vùc nghiªn cøu.
Kh¶o s¸t b×nh ®å tû lÖ lín (vµ/hoÆc b¶n ®å, nÕu ¸p dông ®îc) cña khu vùc,
t×m kiÕm c¸c th«ng tin vÒ:
• ®Þa h×nh vµ ®é s©u níc; vËn chuyÓn trÇm tÝch thêng lín nhÊt trong níc
n«ng
• lo¹i trÇm tÝch vµ tÝnh di ®éng, vÝ dô tõ nh÷ng ®¸nh dÊu ChÊt lîng §¸y (môc
2.2, mét lo¹i b¶n ®å chuyªn dông cña Anh-ND); b»ng chøng cña nh÷ng mòi ®Êt nh«
(chØ ra híng vËn chuyÓn rßng däc bê), tombolos, nh÷ng luång vµ nh÷ng bê c¸t, vØa
tråi lé thiªn cã ®¸, nh÷ng vÞnh cã bïn
• vËn tèc vµ híng dßng ch¶y, vÝ dô tõ 'nh÷ng h×nh thoi thñy triÒu' (trôc lín vµ
trôc nhá ªlÝp dßng triÒu-ND); nh÷ng vËn tèc dßng ch¶y vît qu¸ 0,4 ms-1 sÏ cã hiÖu
øng ®¸ng kÓ lªn vËn chuyÓn trÇm tÝch
• chÕ ®é sãng; thÓ hiÖn c¸c sãng ph¸t sinh côc bé (xem kho¶ng c¸ch tíi ®êng bê
gÇn nhÊt theo mäi híng tõ tuyÕn nghiªn cøu) vµ sãng lõng (nh×n híng ®i trùc tiÕp
ra ®¹i d¬ng).
Trong c¸c vïng níc ë Anh, C¬ quan Kh¶o s¸t §Þa chÊt Anh c«ng bè c¸c b¶n ®å
TrÇm tÝch §¸y biÓn (BGS,1987) chØ ra ph©n bè chi tiÕt c¸c lo¹i trÇm tÝch, vµ b»ng
chøng di ®éng trÇm tÝch vµ híng vËn chuyÓn ®èi víi c¸c sãng c¸t (sù bÊt ®èi xøng
chØ ra híng vËn chuyÓn), c¸c bê c¸t, c¸c vÖt r·nh b¨ng hµ (ngô ý vËn chuyÓn trÇm
tÝch kh«ng ®¸ng kÓ trong hµng thiªn niªn kû) vµ c¸c lo¹i kh¸c.
NÕu cã thÓ, ®i thùc ®Þa. LÊy mÉu trÇm tÝch, ghi chó møc ®é kh«ng ®ång nhÊt c¶
híng ngang vµ th¼ng ®øng t¹i tuyÕn (vÝ dô mét líp c¸t máng trªn mét nÒn sái hoÆc
®Êt sÐt). Nh÷ng tËp hîp trÇm tÝch t¹i nh÷ng kÌ má hµn vµ c«ng tr×nh kh¸c thÓ hiÖn
híng vËn chuyÓn. Sù t¨ng trëng cá hoang hoÆc hµu b¸m trªn ®¸ cuéi chØ ra møc ®é
lu ®éng thÊp. Quan s¸t bøc tranh dßng ch¶y (nh÷ng vËt mµu da cam lµm nh÷ng
29
- phao tr«i trªn bÒ mÆt kh¸ tèt) vµ bøc tranh sãng. Hái chuyÖn nh÷ng ngêi ®Þa
ph¬ng, ®Æc biÖt lµ nh÷ng d©n ®¸nh c¸.
1.5.2. Thu thËp th«ng tin c¬ b¶n vÒ nh÷ng thuéc tÝnh níc:
• §é s©u h. Trong c¸c vïng cã thñy triÒu, nÕu ®é lín thñy triÒu nhá h¬n ®é s©u
trung b×nh (chªnh lÖch gi÷a cao ®é mùc níc biÓn trung b×nh MSL vµ ®¸y biÓn), th×
sö dông ®é s©u trung b×nh cho tÊt c¶. NÕu kh«ng, theo dâi nh÷ng biÕn ®æi dßng ch¶y
vµ ®é s©u trong mét chu kú thñy triÒu.
• NhiÖt ®é (ngÇm ®Þnh = 100C) vµ ®é muèi (ngÇm ®Þnh = 35 o/oo). Sö dông nh÷ng
gi¸ trÞ trung b×nh n¨m gÇn ®¸y, trõ phi nh÷ng biÕn ®æi theo mïa lµ quan träng.
• TÝnh to¸n mËt ®é níc (ngÇm ®Þnh = 1027 kgm-3) vµ ®é nhít ®éng häc
(ngÇm ®Þnh = 1,36 x l0 - 6 m2/s) (môc 2.1).
• LÊy gia tèc träng trêng g = 9,81 ms-2.
1.5.3. Thu thËp th«ng tin c¬ b¶n vÒ vËt chÊt ®¸y (môc 2.2) :
• LÊy mÉu ë 5 cm hoÆc cì nh vËy trªn ®¸y sö dông gµu ngo¹m, lç khoan, èng
phãng hoÆc b»ng tay. Tèt nhÊt lµ lÊy s¸u ®Õn t¸m mÉu trong khu vùc nghiªn cøu ®Ó
®¸nh gi¸ tÝnh biÕn thiªn; chóng cã thÓ tÝnh trung b×nh, hoÆc chän mét mÉu tiªu biÓu.
Sö dông b¶n ®å BGS hoÆc Hµng h¶i khi kh«ng cã s½n mÉu.
• Thu thËp ph©n bè kÝch thíc h¹t cña nhãm c¸t vµ sái cña mÉu ®¸y b»ng c¸ch
sµng qua r©y. Ph¶i chän ®êng kÝnh h¹t trung vÞ d50, vµ cµng ®Çy ®ñ cµng tèt cña d10,
d16, d35, d65, d84, d90 tuú theo ph¬ng ph¸p sö dông thÝch hîp. NÕu mét sè gi¸ trÞ
kh«ng ®îc biÕt, cã thÓ ®¸nh gi¸ chóng b»ng gi¶ thiÕt ®êng ph©n bè kÝch thíc h¹t
logarit chuÈn cña c¸c ®iÓm ®· biÕt.
• NÕu d10 nhá h¬n 0,06 mm, trÇm tÝch cã thÓ thÓ hiÖn nh÷ng thuéc tÝnh kÕt dÝnh
vµ ph¬ng ph¸p cho nh÷ng trÇm tÝch cã c¸t sÏ kh«ng ®¸ng tin cËy. KiÓm tra mét
mÉu ít ®Ó xem chóng rêi nhau (kh«ng kÕt dÝnh) hoÆc b¸m vµo nhau (kÕt dÝnh). Sù
cã mÆt cña nh÷ng gîn c¸t trªn ®¸y nãi chung thÓ hiÖn trÇm tÝch t¬ng ®èi kh«ng kÕt
dÝnh. NÕu trÇm tÝch h¬i kÕt dÝnh, th× sö dông nh÷ng ph¬ng ph¸p víi c¸t nhng xö
lý kÕt qu¶ mét c¸ch c©n nh¾c. NÕu rÊt kÕt dÝnh, th× ph¶i xö lý nh bïn, sö dông
nh÷ng ph¬ng ph¸p ®· cho, vÝ dô bëi Delo vµ Ockenden (1992).
• NÕu hÇu hÕt trÇm tÝch lµ th¹ch anh hoÆc kho¸ng vËt t¬ng tù, mËt ®é cã thÓ
lÊy theo gi¸ trÞ mÆc ®Þnh s = 2650 kgm-3. NÕu kh«ng, h·y ®o mËt ®é cña trÇm tÝch (vÝ
dô sö dông chai träng lùc chuyªn dông). TÝnh to¸n tû lÖ mËt ®é s = s/ (ngÇm ®Þnh =
2,58). NÕu mËt ®é rÊt kh¸c víi 2650 kgm-3, hoÆc nh÷ng h¹t rÊt gãc c¹nh hoÆc cã lç (vÝ
dô vôn sß, c¸t san h«, c¸t nói löa), th× cÇn thùc hiÖn nh÷ng ®o ®¹c thñy lùc (vÝ dô
ngìng chuyÓn ®éng; vËn tèc ch×m l¾ng). NÕu Ýt h¬n 30% vËt chÊt lµ vôn sß, chØ tÝnh
to¸n cho nhãm th¹ch anh vµ gi¶ thiÕt r»ng vôn sß lµ t¬ng tù vÒ thuû lùc.
• NÕu nh÷ng hiÖu øng ®é dèc ®¸y lµ vÊn ®Ò quan träng, h·y ®o gãc ma s¸t cña
trÇm tÝch i (ngÇm ®Þnh = 320). §iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸ch ®o gãc nghiªng
30
- mét c¹nh h×nh nãn cña trÇm tÝch, h×nh thµnh bëi viÖc rãt mÉu trÇm tÝch trong níc
tõ mét ®é cao nhá.
• TÝnh to¸n víi d = d50:
- kÝch thíc h¹t phi thø nguyªn D* (ph¬ng tr×nh (75))
- ngìng tham sè Shields cr (ph¬ng tr×nh (77))
- ngìng øng suÊt trît cr (ph¬ng tr×nh (74))
- vËn tèc ch×m l¾ng ws; (ph¬ng tr×nh (102)).
1.5.4. QuyÕt ®Þnh vÒ ®iÒu kiÖn thÞnh hµnh, b»ng c¸ch tham kh¶o b×nh ®å
vµ/ hoÆc ®i thùc ®Þa:
• chØ cã dßng ch¶y (vÝ dô s«ng; cöa s«ng víi doi c¸t t¹i lèi vµo vµ ®îc che ch¾n
khái nh÷ng giã ®Þa ph¬ng; nh÷ng vÞ trÝ ngoµi kh¬i s©u h¬n kho¶ng 40 m). §i tíi
bíc 5.
• chØ cã sãng (vÝ dô khu vùc ven bê hoÆc gÇn bê hå cã ®é s©u nhá h¬n 5 m). §i tíi
bíc 6.
• kÕt hîp sãng vµ dßng ch¶y (vÝ dô nh÷ng vÞ trÝ ngoµi kh¬i vµ ven bê cã ®é s©u
gi÷a 5 vµ 40 m; nh÷ng cöa s«ng ®æ ra biÓn hë hoÆc víi c¸c l¹ch dµi vµ/hoÆc réng ph¬i
bµy tríc giã m¹nh. §i tíi bíc 7.
1.5.5. ChØ cã dßng ch¶y
• QuyÕt ®Þnh sö dông mét vËn tèc dßng ch¶y thiÕt kÕ riªng lÎ hay lµ mét ph©n
bè x¸c suÊt cña vËn tèc (Ch¬ng 12). §èi víi nh÷ng tÝnh to¸n trung b×nh dµi h¹n,
kiÕn nghÞ c¸ch tiÕp cËn x¸c suÊt.
• Thu nhËn nh÷ng ®o ®¹c vËn tèc dßng ch¶y trong mét kú thñy triÒu, trung b×nh
mçi kú triÒu cêng vµ trung b×nh mçi kú triªï yÕu. Sö dông lu tèc kÕ, hoÆc m« h×nh
sè, hoÆc B¶n ®å ªlÝp thuû triÒu Hµng h¶i, hoÆc TËp b¶n ®å Dßng ch¶y Thñy triÒu. Víi
hÇu hÕt c«ng thøc vÒ sau, yªu cÇu lµ dßng ch¶y trung b×nh ®é s©u U . §©y lµ ®¹i
lîng cã thÓ dù tÝnh b»ng mét m« h×nh sè 2DH, vµ xÊp xØ gi¸ trÞ ®o b»ng lu tèc kÕ
®Æt t¹i ®é cao b»ng 0,32 x ®é s©u. §èi víi c¸c lu tèc kÕ t¹i nh÷ng ®é cao kh¸c, vµ víi
Dßng ch¶y Thñy triÒu Hµng h¶i (cho nh÷ng gi¸ trÞ mÆt níc), sö dông ph¬ng tr×nh
(28) chuyÓn ®æi thµnh U .
• TÝnh to¸n øng suÊt trît t¹i ®¸y do ma s¸t líp ®Öm os, vËn tèc ma s¸t u*s, vµ
tham sè Shields s (môc 3.3), sö dông d = d50.
- nÕu s < cr, ®¸y bÊt ®éng (gi¶ thiÕt cã gîn c¸t)
- nÕu cr s 0,8 ®¸y di ®éng vµ gîn c¸t vµ/hoÆc ®ôn c¸t
- nÕu s > 0,8 ®¸y di ®éng vµ ph¼ng víi dßng trÇm tÝch s¸t ®¸y
- nÕu u*s ws kh«ng cã l¬ löng
- nÕu u*s > ws trÇm tÝch lµ l¬ löng.
31
- TÝnh to¸n t¬ng tù cho nh÷ng nhãm kÝch thíc h¹t kh¸c (d10, d16, d35..) sÏ x¸c
®Þnh nh÷ng nhãm kÝch thíc h¹t nµo sÏ di chuyÓn nh di ®¸y hoÆc l¬ löng, hoÆc bÊt
®éng. NÕu d50 > 0,8 mm, kh«ng thµnh h×nh gîn c¸t.
Thùc hiÖn mét vµi hoÆc tÊt c¶ c¸c tÝnh to¸n sau cho phï hîp:
• TÝnh to¸n ®é cao vµ bíc sãng cña nh÷ng gîn c¸t vµ ®ôn c¸t, nÕu cã (môc 7.2).
• TÝnh to¸n ®é nh¸m tæng hîp hiÖu qu¶ z0 vµ øng suÊt trît tæng céng t¹i ®¸y o,
vËn tèc ma s¸t u*, tham sè Shields tõ nh÷ng kÝch thíc cña c¸c thµnh t¹o ®¸y hoÆc
theo ph¬ng ph¸p ma s¸t båi tÝch (môc 7.4).
• TÝnh to¸n kÝch thíc h¹t l¬ löng trung vÞ d50,s (môc 8.2), vµ vËn tèc ch×m l¾ng
t¬ng øng ws; (môc 8.3). Sö dông chóng ®Ó tÝnh to¸n nång ®é trÇm tÝch l¬ löng t¹i
nh÷ng ®é cao mong muèn (môc 8.4).
• TÝnh to¸n suÊt vËn chuyÓn dßng di ®¸y (môc 9.2), xÐt ®é dèc ®¸y nÕu thÝch
hîp.
• TÝnh to¸n suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng (môc 10.2).
• NÕu suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch ®· ®îc tÝnh to¸n t¹i mét tËp hîp c¸c ®iÓm
theo kh«ng gian, tÝnh to¸n bøc tranh xãi lë vµ båi tô (môc 11.1).
1.5.6. ChØ cã sãng
• QuyÕt ®Þnh liÖu cã ph¶i sö dông mét sãng thiÕt kÕ riªng lÎ hoÆc mét ph©n bè
x¸c suÊt ®é cao, chu kú vµ híng sãng (Ch¬ng 12). Víi nh÷ng tÝnh to¸n trung b×nh
dµi h¹n, khuyÕn nghÞ c¸ch tiÕp cËn x¸c suÊt.
• NhËn ®îc b¶n vÏ ph©n bè Hs - Tz hoÆc t¬ng tù, víi th«ng tin vÒ híng nÕu
thÝch hîp (môc 4.2). Cã thÓ thùc hiÖn ®iÒu nµy tõ nh÷ng ®o ®¹c hiÖn trêng víi phao
sãng, m¸y ghi ¸p suÊt, m¸y ghi sãng trªn tµu, nh©n viªn ®o sãng hoÆc nh÷ng quan
s¸t trùc quan; nh÷ng sè ®o lÞch sö gÇn ®©y nhê sö dông nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy,
hoÆc nh÷ng quan s¸t khi neo tµu; hoÆc b»ng tÝnh to¸n dù b¸o lïi tõ b¶n ghi giã. NÕu
chØ s½n cã Hs, h·y ®¸nh gi¸ Tz b»ng ph¬ng tr×nh (49). TÝnh to¸n nh÷ng ®¹i lîng
kh¸c (Hrms, Tp, H vµ T sãng ®¬n t¬ng ®¬ng) sö dông nh÷ng mèi quan hÖ trong môc
4.2, nh yªu cÇu.
• KiÓm tra ®é cao sãng kh«ng vît qu¸ ®é cao sãng ®æ cho ®é s©u níc vµ chu kú
®ã (môc 4.7).
• TÝnh to¸n biªn ®é vËn tèc quü ®¹o ®¸y Uw, nÕu lÊy mét sãng ®¬n t¬ng ®¬ng,
vµ/hoÆc vËn tèc quü ®¹o ®¸y c¨n bËc hai trung b×nh b×nh ph¬ng Urms, nÕu sö dông
ph¬ng ph¸p phæ (môc 4.4). Sù lùa chän phô thuéc vµo nh÷ng yªu cÇu cña c«ng thøc
tiÕp theo.
• TÝnh to¸n biªn ®é øng suÊt trît t¹i ®¸y do ma s¸t líp ®Öm ws, vËn tèc ma s¸t
u*ws, vµ tham sè Shields ws, sö dông d = d50 (môc 4.5):
- nÕu ws < cr, ®¸y bÊt ®éng (gi¶ thiÕt cã gîn c¸t)
- nÕu cr ws 0,8 ®¸y di ®éng vµ gîn c¸t
- nÕu ws > 0,8 ®¸y di ®éng vµ ph¼ng víi dßng trÇm tÝch s¸t ®¸y
32
- - nÕu u*ws ws kh«ng cã l¬ löng
- nÕu u*ws > ws trÇm tÝch lµ l¬ löng.
TÝnh to¸n t¬ng tù cho nh÷ng nhãm kÝch thíc h¹t kh¸c (d10, d16, d35..) sÏ x¸c
®Þnh nh÷ng nhãm kÝch thíc h¹t nµo sÏ di chuyÓn nh di ®¸y hoÆc l¬ löng, hoÆc bÊt
®éng.
Thùc hiÖn mét vµi hoÆc tÊt c¶ c¸c tÝnh to¸n sau ®©y cho phï hîp:
• TÝnh to¸n ®é cao vµ bíc sãng cña gîn c¸t, nÕu cã (môc 7.3).
• TÝnh to¸n ®é nh¸m tæng hîp hiÖu qu¶ z0 theo kÝch thíc gîn c¸t. TÝnh to¸n
biªn ®é øng suÊt trît tæng céng t¹i ®¸y w, vËn tèc ma s¸t u*w, tham sè Shields w
(môc 4.6).
• TÝnh to¸n kÝch thíc h¹t l¬ löng trung vÞ (môc 8.2), vµ vËn tèc ch×m l¾ng t¬ng
øng ws; (môc 8.3). Sö dông chóng ®Ó tÝnh to¸n nång ®é trÇm tÝch l¬ löng t¹i nh÷ng
®é cao mong muèn (môc 8.5).
• TÝnh to¸n suÊt vËn chuyÓn dßng di ®¸y do sãng (môc 9.3).
• TÝnh to¸n suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng do sãng (môc 10.3).
• TÝnh to¸n suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch däc bê (môc 10.5).
1.5.7. KÕt hîp sãng vµ dßng ch¶y
• QuyÕt ®Þnh cã nªn sö dông tiÕp cËn dßng ch¶y thiÕt kÕ + sãng thiÕt kÕ, hoÆc
ph©n bè x¸c suÊt kÕt hîp cña dßng ch¶y vµ sãng (Ch¬ng 12). Víi nh÷ng tÝnh to¸n
trung b×nh dµi h¹n, khuyÕn nghÞ c¸ch tiÕp cËn x¸c suÊt.
• NhËn nh÷ng ®o ®¹c vËn tèc dßng ch¶y, nh trong bíc 5.
• NhËn nh÷ng ®é cao, chu kú vµ híng sãng, vµ chuyÓn thµnh vËn tèc quü ®¹o
®¸y, nh trong bíc 6.
• TÝnh to¸n nh÷ng gi¸ trÞ cùc ®¹i (ma10.s) vµ trung b×nh (ms) cña øng suÊt trît
t¹i ®¸y do ma s¸t líp ®Öm trong mét chu kú sãng (môc 5.3). ChuyÓn ®æi thµnh vËn
tèc ma s¸t cùc ®¹i (u*max,s), vµ trung b×nh (u*ms), nh÷ng tham sè Shields cùc ®¹i
(ma10.s), vµ trung b×nh (ms):
- nÕu max,s < cr, ®¸y bÊt ®éng (gi¶ thiÕt cã gîn c¸t)
- nÕu cr max,s 0,8 ®¸y di ®éng vµ gîn c¸t
- nÕu max,s > 0,8 ®¸y di ®éng vµ ph¼ng víi dßng trÇm tÝch s¸t ®¸y
- nÕu u* max,s ws kh«ng cã l¬ löng
- nÕu u* max,s > ws trÇm tÝch lµ l¬ löng.
TÝnh to¸n t¬ng tù cho nh÷ng nhãm kÝch thíc h¹t kh¸c (d10, d16, d35..) sÏ x¸c
®Þnh nh÷ng nhãm kÝch thíc h¹t nµo sÏ di chuyÓn nh di ®¸y hoÆc l¬ löng, hoÆc bÊt
®éng.
Thùc hiÖn mét vµi hoÆc tÊt c¶ c¸c tÝnh to¸n sau ®©y cho phï hîp:
• TÝnh to¸n ®é cao vµ bíc sãng cña nh÷ng gîn c¸t do dßng ch¶y (môc 7.2) vµ
gîn c¸t do sãng (môc 7.3). Chän ®é cao lín nhÊt.
33
- • TÝnh to¸n ®é nh¸m tæng céng hiÖu qu¶ z0 theo kÝch thíc gîn c¸t.
• TÝnh to¸n gi¸ trÞ cùc ®¹i (max) vµ trung b×nh (m) cña øng suÊt trît tæng céng
t¹i ®¸y trong mét chu kú sãng (môc 5.3). ChuyÓn ®æi thµnh vËn tèc ma s¸t cùc ®¹i
(u*ma10.s), vµ trung b×nh (u*ms), nh÷ng tham sè Shields cùc ®¹i (max), vµ trung b×nh
(m).
• TÝnh to¸n kÝch thíc h¹t l¬ löng trung vÞ (môc 8.2), vµ vËn tèc ch×m l¾ng t¬ng
øng ws; (môc 8.3). Sö dông chóng ®Ó tÝnh to¸n nång ®é trÇm tÝch l¬ löng t¹i nh÷ng
®é cao mong muèn (môc 8.5).
• TÝnh to¸n suÊt vËn chuyÓn dßng di ®¸y trung b×nh (môc 9.4).
• TÝnh to¸n suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng trung b×nh (môc 10.4).
• NÕu suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch trung b×nh ®îc tÝnh to¸n cho mét tËp hîp gåm
nhiÒu ®iÓm trong kh«ng gian, tÝnh to¸n trêng xãi lë vµ båi tô (môc 11.1).
Nh÷ng ph¬ng ph¸p m« t¶ trong quy tr×nh trªn, vµ tÊt nhiªn trong hÇu hÕt
quyÓn s¸ch, liªn quan ®Õn nh÷ng tÝnh to¸n t¹i mét ®iÓm ®Þa ph¬ng, hay nãi r»ng,
cét níc trªn mét mÐt vu«ng hoÆc nh vËy cña ®¸y biÓn. Nghiªn cøu thùc hµnh
thêng yªu cÇu nh÷ng dù ®o¸n trªn mét khu vùc nghiªn cøu më réng h¬n. §èi víi
mét vµi nhãm vÊn ®Ò, quy tr×nh cã thÓ ¸p dông t¹i mçi ®iÓm quan t©m trong khu vùc
nghiªn cøu, nh ®îc m« t¶ trong c¸c Ch¬ng 11 vµ 12.
Tuy nhiªn tæng qu¸t h¬n, nh÷ng ph¬ng ph¸p dù ®o¸n c¸c ®iÒu kiÖn trong mét
vïng më réng r¬i vµo ba lo¹i sau:
• kinh nghiÖm quan s¸t, tËp trung vµo khu vùc nghiªn cøu vµ trong c¸c vïng
t¬ng tù, trong ®ã b»ng chøng t¹m thêi vµ lÞch sö, ®îc hç trî b»ng nh÷ng ®o ®¹c
mÆt réng, ®îc gi¶i thÝch bëi mét thùc hµnh viªn giµu kinh nghiÖm (vÝ dô mét nhµ
®Þa h×nh th¸i häc) ®Ó cung cÊp sù hiÓu biÕt vÒ tr¹ng th¸i cña khu vùc nghiªn cøu vµ
dêng nh ®¸p øng ®îc c«ng viÖc c«ng tr×nh,
• nh÷ng m« h×nh vËt lý, lµ nh÷ng m« h×nh quy m« nhá cña khu vùc nghiªn cøu,
x©y dùng trong phßng thÝ nghiÖm ®Ó m« t¶ dßng ch¶y thuû ®éng lùc vµ/hoÆc ph©n bè
sãng trªn mét ®¸y r¾n, hoÆc ®éng lùc trÇm tÝch vµ ®éng lùc h×nh th¸i nhê sö dông
hîp lý nh÷ng trÇm tÝch nhÑ hoÆc theo tû lÖ víi tù nhiªn,
• nh÷ng m« h×nh sè, gi¶i trªn m¸y tÝnh nh÷ng ph¬ng tr×nh chñ ®¹o cho thñy
lùc häc, ®éng lùc trÇm tÝch vµ ®éng lùc h×nh th¸i, m« t¶ sù ph©n bè nh÷ng ®¹i lîng
nµy trªn mét líi sai ph©n h÷u h¹n hoÆc phÇn tö h÷u h¹n cña khu vùc nghiªn cøu.
Mçi ph¬ng ph¸p lµ mét lÜnh vùc chuyªn m«n mang tÝnh chuyªn gia cña chÝnh
nã, vµ tÊt c¶ c¸c ph¬ng ph¸p yªu cÇu mét kiÕn thøc c¬ së vÒ nh÷ng lo¹i nguyªn lý
giíi thiÖu trong quyÓn s¸ch nµy ®Ó thùc hiÖn chóng mét c¸ch hîp lý. Mét tæng quan
ng¾n gän, víi mét vµi chØ ®Þnh lùa chän ph¬ng ph¸p thÝch hîp nhÊt, ®îc Soulsby
(1993) ®a ra, vµ mét quyÓn s¸ch chuyªn kh¶o chi tiÕt h¬n bao trïm tÊt c¶ c¸c
ph¬ng ph¸p ®îc biªn tËp bëi Abbott vµ Price (1994).
34
- 1.6. Sai sè vµ ®é nh¹y
VËn chuyÓn trÇm tÝch vÉn cßn lµ khoa häc kh«ng chÝnh x¸c. §ã lµ v× nã phô
thuéc vµo nhiÒu qu¸ tr×nh t¬ng hç vµ phøc t¹p, mét sè qu¸ tr×nh thêng kh«ng ®o
®îc hoÆc cha ®îc hiÓu hoµn toµn. C¸c hiÖu øng sinh häc, c¸c trÇm tÝch víi ph¹m
vi thµnh phÇn kÝch thíc h¹t réng, c¸c hiÖu øng lÞch sö vÒ kÝch thíc gîn c¸t vµ sãng
c¸t phô thuéc vµo c¸c sù kiÖn tríc ®ã, thuéc lo¹i cha ®îc hiÓu hoµn toµn. H¬n
n÷a, thÊy râ r»ng mét qu¸ tr×nh phi tuyÕn m¹nh nh ®éng lùc h×nh th¸i trÇm tÝch cã
thÓ biÓu hiÖn mét tr¹ng th¸i hçn lo¹n (theo nghÜa to¸n häc) theo c¸ch mµ thêi tiÕt
vÉn lµm. Do ®ã ngêi kü s ph¶i nhËn thøc r»ng thËm chÝ nh÷ng dù b¸o tèt nhÊt s½n
cã vÒ vËn chuyÓn trÇm tÝch còng cã mét d¶i sai sè réng h¬n so víi dù kiÕn trong c¸c
h¹ng môc c«ng tr×nh vµ ®Ò tµi khoa häc. VÝ dô, víi c«ng tr×nh trªn s«ng, c¸c ph¬ng
ph¸p s½n cã tèt nhÊt còng chØ cã thÓ dù b¸o suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch trong gÇn
70% trêng hîp chªnh nhau ®Õn 2 lÇn. Trong m«i trêng phøc t¹p h¬n ë biÓn, nh÷ng
ph¬ng ph¸p tèt nhÊt cho suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch cha ch¾c ®¹t ®îc sù kh¸c
nhau díi 5 lÇn trong 70% trêng hîp. Cã thÓ c¶i tiÕn ®¸ng kÓ b»ng c¸ch sö dông sè
liÖu ®Æc trng t¹i tuyÕn, vÝ dô dïng møc ®é båi lÊp trong m¬ng n¹o vÐt thùc nghiÖm
®Ó hiÖu chØnh c«ng thøc sö dông cho tuyÕn ®îc chän. MÆc dï vÉn cßn sù kh«ng
chÝnh x¸c, còng nh dù b¸o thêi tiÕt, kh¸ch hµng thêng vÉn muèn cã c©u tr¶ lêi dï
cha hoµn chØnh vÉn cßn h¬n lµ kh«ng cã g×.
Sai sè vµ sai lÖch ph¸t sinh do mét hoÆc nhiÒu lý do sau: ph¬ng ph¸p dù b¸o
kh«ng xÐt tÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh næi bËt, hiÓu biÕt cha ®Çy ®ñ hoÆc m« t¶ kh«ng chÝnh
x¸c c¸c qu¸ tr×nh ®ang xÐt, sö dông ph¬ng ph¸p dù b¸o ngoµi ph¹m vi hiÖu lùc cña
nã (®Æc biÖt lµ ph¬ng ph¸p kinh nghiÖm), sai sè ®o ®¹c c¸c gi¸ trÞ ®Çu vµo, sai sè ®o
®¹c c¸c gi¸ trÞ ®Çu ra "quan tr¾c" ®îc.
Khi thùc hiÖn dù b¸o, dÜ nhiªn cÇn thËn träng tiÕn hµnh ph©n tÝch ®é nh¹y ®Ó
®¸nh gi¸ :
- sai sè ®Çu ra do sai lÖch ®Çu vµo,
- sù kh¸c nhau gi÷a c¸c ph¬ng ph¸p dù b¸o.
Mét sè sai lÖch trong mét vµi tham sè ®Çu vµo quan träng lµ:
- mËt ®é níc 0,2%
- ®é nhít ®éng häc cña níc 10%
- mËt ®é trÇm tÝch s 2%
- ®êng kÝnh h¹t d10, d50, d90,.. 20%
- ®é s©u níc h 5%
- vËn tèc dßng ch¶y U 10%
- híng dßng ch¶y 100
- ®é cao sãng cã nghÜa Hs 10%
- chu kú sãng Tz 10%
- híng sãng 150
35
- C¸c sai lÖch nµy thÓ hiÖn tæ hîp c¸c sai sè thiÕt bÞ vµ tÝnh ®¹i biÓu cña mét gi¸
trÞ riªng lÎ trªn mét tuyÕn lín trong thêi gian dµi. C¸c sai lÖch vÒ mËt ®é níc vµ ®é
nhít ph¸t sinh do c¸c biÓn ®æi mïa vµ kh«ng gian cña nhiÖt ®é vµ ®é muèi níc biÓn.
Nh÷ng sai lÖch vÒ thuéc tÝnh trÇm tÝch lµ do sù biÕn ®æi kh«ng gian vµ thêi gian cña
tæ hîp ®¸y. Nh÷ng sai lÖch vÒ ®é s©u vµ dßng ch¶y lµ do thuû triÒu vµ biÕn ®éng thuû
triÒu, vµ sai sè cña lu tèc kÕ. Nh÷ng sai lÖch vÒ thuéc tÝnh cña níc lµ do kü thuËt
®o ®¹c vµ ph©n tÝch vµ nh÷ng biÕn ®æi trong n¨m cña trêng sãng.
Mét vµi vÝ dô vÒ nh÷ng sai lÖch cña ®Çu ra do nh÷ng sai lÖch cña ®Çu vµo lµ:
- nång ®é trÇm tÝch l¬ löng t¹i ®é cao 1,2 m dù b¸o theo ph¬ng tr×nh (115) ®èi
víi vËn tèc dßng ch¶y = 0,44m/s, vËn tèc quü ®¹o sãng = 0,83m/s vµ ®é s©u = 13m
thay ®æi tõ 3,00kgm-3 ®Õn 0,46 kgm-3 nÕu kÝch thíc h¹t trung vÞ cña trÇm tÝch l¬
löng thay ®æi tõ 0,10mm ®Õn 0,12mm.
- suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch dù b¸o theo ph¬ng tr×nh (136) cho trÇm tÝch cã kÝch
thíc h¹t d50= 0,2mm trong ®é s©u 6m víi vËn tèc 0,75ms-1 thay ®æi tõ 0,52 m2s-1
®Õn 1,0 x10-3 m2s-1 nÕu ®é cao sãng cã nghÜa thay ®æi tõ 2 ®Õn 2,5m.
§é chªnh lÖch gi÷a c¸c ph¬ng ph¸p dù b¸o kh¸c nhau t¬ng ®èi nhá ®èi víi c¸c
tham sè ®· biÕt kh¸ râ, nhng lín h¬n ®èi víi c¸c tham sè biÕt cha râ. VÝ dô, ®é
chªnh lÖch gi÷a c¸c ph¬ng ph¸p nãi chung nhá h¬n:
1% cho mËt ®é níc vµ ®é nhít
10% cho vËn tèc quü ®¹o sãng vµ vËn tèc ch×m l¾ng h¹t
20% cho ngìng cña øng suÊt trît t¹i ®¸y, ngìng vËn tèc dßng ch¶y, ngìng
®é cao sãng
50% cho øng suÊt trît trung b×nh vµ cùc ®¹i t¹i ®¸y do kÕt hîp sãng vµ dßng
ch¶y
3 lÇn cho nång ®é trÇm tÝch l¬ löng vµ suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch do dßng ch¶y
5 lÇn cho nång ®é trÇm tÝch l¬ löng vµ suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch do dßng ch¶y
vµ sãng.
C¸c sai lÖch còng ph¸t sinh trong viÖc tu©n thñ quy tr×nh khi ¸p dông mét
ph¬ng ph¸p ®· cho: vÝ dô xö lý thµnh phÇn trÇm tÝch kÕt dÝnh ra sao, nÕu cã; c¸ch
xö lý vôn sß ra sao; ®é cao sãng vµ chu kú ®¹i biÓu nh thÕ nµo ®Ó thÓ hiÖn phæ sãng;
lµm thÕ nµo ®Ó thÓ hiÖn trêng sãng vµ dßng ch¶y trong thêi gian dµi. C¸c chØ dÉn
®îc ®a ra t¹i nh÷ng n¬i cã thÓ trong cuèn s¸ch nµy, mÆc dï cha cã tiªu chuÈn
quèc tÕ hoÆc thËm chÝ c¸c tiÕp cËn cÇn tu©n thñ nãi chung chÊp nhËn ®îc. C¸c
quyÕt ®Þnh kh¸c nhau vÒ c¸c quy tr×nh do c¸c thùc hµnh viªn kh¸c nhau cã thÓ dÔ
dµng dÉn ®Õn sai kh¸c 50% vÒ kÕt qu¶, thËm chÝ nÕu hä sö dông cïng ph¬ng ph¸p
dù b¸o.
36
nguon tai.lieu . vn
