Xem mẫu
- trêng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn
Richard Soulsby
§éng lùc häc c¸t biÓn
Híng dÉn c¸c øng dông thùc hµnh
Biªn dÞch: NguyÔn Thä S¸o
Hµ Néi 2004
- 2
- 3
- lêi ngêi dÞch
HÇu nh hµng ngµy chóng ta ®Òu nhËn ®îc c¸c th«ng tin vÒ s¹t lë bê s«ng, xãi
lë bê biÓn hoÆc båi lÊp luång l¹ch tõ nhiÒu n¬i trªn ®Êt níc. HiÖn tîng nµy x¶y ra
thêng xuyªn vµ cã xu híng ngµy cµng trë nªn phøc t¹p, khã kiÓm so¸t, ®e do¹ c¸c
môc tiªu kinh tÕ vµ quèc phßng, g©y ¶nh hëng lín ®Õn ®êi sèng cña nh©n d©n. VÊn
®Ò båi tô vµ xãi lë bê s«ng, bê biÓn ë ViÖt Nam cïng nh÷ng hËu qu¶ kÌm theo cña nã
®ang lµ mèi th¸ch thøc ®èi víi c¸c nhµ khoa häc vµ c¸c nhµ qu¶n lý. Nh÷ng n¨m gÇn
®©y, viÖc nghiªn cøu vËn chuyÓn trÇm tÝch vµ biÕn ®æi ®Þa m¹o tõ gãc ®é thuû ®éng
lùc ®· ®îc thóc ®Èy vµ nhËn ®îc mét sè kÕt qu¶ kh¶ quan. Tuy nhiªn ®©y lµ mét
lÜnh vùc rÊt khã kh¨n bëi sè liÖu ®iÒu tra kh¶o s¸t cßn Ýt, ph¬ng ph¸p vµ kü thuËt
tÝnh to¸n cha hoµn thiÖn nªn c¸c kÕt qu¶ nhËn ®îc cßn nhiÒu h¹n chÕ. Ngay c¶ ë
nh÷ng níc tiªn tiÕn víi tr×nh ®é khoa häc cao vµ m« h×nh tÝnh to¸n hiÖn ®¹i,
ph¬ng tiÖn kü thuËt ®Çy ®ñ, c¸c kÕt qu¶ vÉn cã sai sè lín vµ c¸c kÕt luËn vÉn ®îc
ph¸t biÓu mét c¸ch dÌ dÆt.
§Ó cung cÊp thªm th«ng tin khoa häc hiÖn ®¹i vµ gãp phÇn n©ng cao kiÕn thøc
cho sinh viªn, NCS vµ c¸c kü s thùc hµnh ë lÜnh vùc nµy, chóng t«i biªn dÞch cuèn
“§éng lùc häc c¸t biÓn- Híng dÉn c¸c øng dông thùc hµnh” cña R. Soulsby, NXB
Thomas Telford, 1997. Richard Soulsby lµ nhµ vËt lý vµ h¶i d¬ng häc, chuyªn s©u
nghiªn cøu vËn chuyÓn trÇm tÝch. ¤ng ®ang ®øng ®Çu nhãm TrÇm tÝch biÓn t¹i ViÖn
Nghiªn cøu Thñy lùc HR Wallingford, níc Anh. HR Wallingford lµ c¬ quan nghiªn
cøu vµ t vÊn vÒ níc vµ c«ng tr×nh d©n dông næi tiÕng trªn thÕ giíi, cung cÊp nh÷ng
gi¶i ph¸p hîp lý trong c¸c lÜnh vùc: tµi nguyªn níc, thuû lîi, níc ngÇm, tiªu níc
®« thÞ, c¶ng vµ bÕn c¶ng, thuû ®éng lùc s«ng, cöa s«ng, vïng ven bê vµ xa bê.
T¸c gi¶ cuèn s¸ch ®· tæng quan c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu trong lÜnh vù nµy kh¸
®Çy ®ñ, tr×nh bµy ng¾n gän vÒ c¸c t¸c nh©n, c¬ chÕ, c¸c quan ®iÓm vµ c¸c ph¬ng
ph¸p nghiªn cøu vËn chuyÓn trÇm tÝch, båi tô vµ xãi lë; ®a ra bøc tranh vËt lý cña
vÊn ®Ò vèn rÊt phøc t¹p vµ lý thó. Cuèn s¸ch ®îc chia thµnh c¸c tiÓu môc vÒ KiÕn
thøc vµ Quy tr×nh. Nghiªn cøu sinh cã thÓ quan t©m chñ yÕu ®Õn KiÕn thøc, bæ sung
thªm nh÷ng vÝ dô trong Quy tr×nh; sinh viªn vµ kü s thùc hµnh cã thÓ theo Quy
tr×nh, vµ ®äc thªm phÇn liªn quan ®Õn KiÕn thøc.
Hy väng cuèn s¸ch sÏ cã Ých cho sinh viªn vµ NCS ë c¸c lÜnh vùc h¶i d¬ng häc,
thuû v¨n häc, hµng h¶i, thuû lîi, x©y dùng c«ng tr×nh biÓn, ®Þa lý. Ngêi dÞch c¸m ¬n
Khoa KT-TV-HDH, Trêng §¹i häc KHTN ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn, c¸m ¬n NCS
NguyÔn Minh HuÊn ®· ®äc vµ hiÖu ®Ýnh b¶n dÞch. B¶n dÞch ch¾c ch¾n cßn nhiÒu
thiÕu sãt, rÊt mong nhËn ®îc gãp ý cña ngêi ®äc.
Ngêi dÞch: NguyÔn Thä S¸o
4
- Môc lôc
Më ®Çu ........................................................................................................10
Lêi c¶m ¬n .................................................................................................12
Chó gi¶i ......................................................................................................13
Nh÷ng minh häa ......................................................................................18
C¸c vÝ dô ............................................................................................................18
C¸c b¶ng ............................................................................................................19
C¸c h×nh vÏ ........................................................................................................19
Ch¬ng 1. Giíi thiÖu ...............................................................................21
1. 1. Tæng quan ..................................................................................................21
1.2. Gãi phÇn mÒm SandCalc............................................................................22
1.3. Tr¹ng th¸i c¸t biÓn .....................................................................................23
1.4. Kh¸i niÖm vÒ øng suÊt trît t¹i ®¸y...........................................................24
1.5. Quy tr×nh tæng qu¸t nghiªn cøu trÇm tÝch ......................................................29
1.6. Sai sè vµ ®é nh¹y........................................................................................35
Ch¬ng 2. C¸c thuéc tÝnh cña níc vµ c¸t .........................................37
2.1. MËt ®é vµ ®é nhít cña níc........................................................................37
KiÕn thøc........................................................................................................37
Quy tr×nh........................................................................................................39
2.2. VËt chÊt ®¸y ................................................................................................39
KiÕn thøc........................................................................................................39
Quy tr×nh........................................................................................................43
2.3. Nh÷ng hçn hîp c¸t - níc...........................................................................44
KiÕn thøc........................................................................................................44
Quy tr×nh........................................................................................................46
2.4. §é thÊm vµ láng ho¸...................................................................................47
KiÕn thøc........................................................................................................47
Quy tr×nh........................................................................................................52
Ch¬ng 3. Dßng ch¶y ..............................................................................53
5
- 3.1. Tæng quan ...................................................................................................53
3.2. Ph©n bè vËn tèc dßng ch¶y .........................................................................53
KiÕn thøc........................................................................................................53
Quy tr×nh........................................................................................................58
3.3. ¦ng suÊt trît ma s¸t líp ®Öm do dßng ch¶y.............................................59
KiÕn thøc........................................................................................................59
Quy tr×nh........................................................................................................62
3.4. ¦ng suÊt trît tæng céng do dßng ch¶y......................................................63
KiÕn thøc........................................................................................................63
Quy tr×nh........................................................................................................65
Ch¬ng 4. Sãng.........................................................................................67
4.1. Tæng quan ...................................................................................................67
4.2. §é cao sãng vµ chu kú sãng.........................................................................67
KiÕn thøc........................................................................................................67
4.3. Bíc sãng ....................................................................................................71
KiÕn thøc........................................................................................................71
Quy tr×nh........................................................................................................72
4.4. VËn tèc quü ®¹o sãng ..................................................................................72
KiÕn thøc........................................................................................................72
Quy tr×nh........................................................................................................75
4.5. ¦ng suÊt trît ma s¸t líp ®Öm do sãng......................................................75
KiÕn thøc........................................................................................................75
Quy tr×nh........................................................................................................78
4.6. ¦ng suÊt trît tæng céng do sãng ...............................................................79
KiÕn thøc........................................................................................................79
Quy tr×nh........................................................................................................79
4.7. Sãng ®æ........................................................................................................80
KiÕn thøc........................................................................................................80
Quy tr×nh........................................................................................................81
Ch¬ng 5. KÕt hîp sãng vµ dßng ch¶y ................................................82
5.1. Tæng quan ...................................................................................................82
5.2. Bíc sãng ....................................................................................................82
KiÕn thøc........................................................................................................82
Quy tr×nh........................................................................................................83
5.3. ¦ng suÊt trît t¹i ®¸y ................................................................................83
6
- KiÕn thøc........................................................................................................83
Quy tr×nh........................................................................................................87
Ch¬ng 6. Ngìng chuyÓn ®éng...........................................................90
6.1. Tæng quan ...................................................................................................90
6.2. Ngìng vËn tèc dßng ch¶y..........................................................................90
KiÕn thøc........................................................................................................90
Quy tr×nh........................................................................................................91
6.3. Ngìng ®é cao sãng ....................................................................................93
KiÕn thøc........................................................................................................93
Quy tr×nh........................................................................................................93
6.4. Ngìng øng suÊt trît t¹i ®¸y ...................................................................94
KiÕn thøc........................................................................................................94
Quy tr×nh........................................................................................................98
Ch¬ng 7. C¸c thµnh t¹o ®¸y .............................................................. 100
7.1. Tæng quan .................................................................................................100
72. C¸c gîn c¸t vµ sãng c¸t do dßng ch¶y........................................................100
KiÕn thøc......................................................................................................100
Quy tr×nh......................................................................................................105
73. Gîn c¸t do sãng..........................................................................................106
KiÕn thøc......................................................................................................106
Quy tr×nh......................................................................................................108
74. Ma s¸t do ®¸y gå ghÒ ................................................................................108
KiÕn thøc......................................................................................................108
Quy tr×nh......................................................................................................111
Ch¬ng 8. TrÇm tÝch l¬ löng................................................................113
8.1 Tæng quan ..................................................................................................113
8.2. ChØ tiªu l¬ löng vµ kÝch thíc h¹t ............................................................113
KiÕn thøc......................................................................................................113
8.3. VËn tèc ch×m l¾ng .....................................................................................114
KiÕn thøc......................................................................................................114
Quy tr×nh......................................................................................................117
8.4. Nång ®é díi t¸c ®éng dßng ch¶y.............................................................118
KiÕn thøc......................................................................................................118
Quy tr×nh......................................................................................................123
7
- 8.5. Nång ®é díi t¸c ®éng sãng......................................................................124
KiÕn thøc......................................................................................................124
Quy tr×nh......................................................................................................125
8.6. Nång ®é díi t¸c ®éng sãng vµ dßng ch¶y ...............................................127
KiÕn thøc......................................................................................................127
Quy tr×nh......................................................................................................129
Ch¬ng 9. Dßng di ®¸y..........................................................................132
9.1. Tæng quan .................................................................................................132
9.2. Dßng di ®¸y do dßng ch¶y.........................................................................133
KiÕn thøc......................................................................................................133
Quy tr×nh......................................................................................................136
9.3. Dßng di ®¸y do sãng..................................................................................137
KiÕn thøc......................................................................................................137
Quy tr×nh......................................................................................................137
9.4. Dßng di ®¸y do sãng vµ dßng ch¶y ...........................................................139
KiÕn thøc......................................................................................................139
Quy tr×nh......................................................................................................141
Ch¬ng 10. VËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng ..................................143
10.1. Tæng quan ...............................................................................................143
10.2. VËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng do dßng ch¶y .......................................144
KiÕn thøc......................................................................................................144
Quy tr×nh......................................................................................................147
10.3. VËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng do sãng................................................148
KiÕn thøc......................................................................................................148
10.4. VËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng do sãng kÕt hîp víi dßng ch¶y ............150
KiÕn thøc......................................................................................................150
Quy tr×nh......................................................................................................157
10.5 VËn chuyÓn däc bê ...................................................................................159
KiÕn thøc......................................................................................................159
Quy tr×nh......................................................................................................162
Ch¬ng 11. §éng lùc h×nh th¸i vµ xãi lë...........................................165
11.1. M« h×nh ho¸ ®éng lùc h×nh th¸i .............................................................165
KiÕn thøc......................................................................................................165
Quy tr×nh......................................................................................................168
11.2. Xãi lë .......................................................................................................168
8
- KiÕn thøc......................................................................................................168
Quy tr×nh......................................................................................................169
Ch¬ng 12. Xö lý trêng dßng ch¶y - sãng .......................................171
12.1. Tæng quan ...............................................................................................171
12.2. TiÕp cËn sãng vµ thñy triÒu thiÕt kÕ........................................................171
12.3. TiÕp cËn x¸c suÊt ....................................................................................173
12.4. TiÕp cËn tuÇn tù......................................................................................176
Ch¬ng 13. Nh÷ng trêng hîp nghiªn cøu ......................................178
13.1. Tæng quan ...............................................................................................178
13.2. Sù æn ®Þnh cña viÖc chèng xãi................................................................178
13.3. X©m thùc trÇm tÝch t¹i c«ng tr×nh lÊy níc ...........................................180
13.4. Båi lÊp luång dÉn n¹o vÐt .......................................................................181
Tµi liÖu tham kh¶o ................................................................................186
9
- Më ®Çu
ý nghÜa bao hµm vÒ ®éng lùc häc trÇm tÝch theo nghÜa réng nhÊt ®¸ng ng¹c
nhiªn lµ cßn l©u míi ®¹t ®îc. TÊt nhiªn, kh«ng qu¸ cêng ®iÖu khi nãi r»ng sù ra
®êi cña c¸c nÒn v¨n minh trong c¸c thung lòng ®Êt båi ph× nhiªu cña Mesopotamia,
Ai CËp vµ Trung Quèc ®· phô thuéc vµo vËn chuyÓn trÇm tÝch. Trong thêi gian tríc
®©y, båi l¾ng trÇm tÝch trong c¸c thung lòng, hå vµ biÓn chuyÓn thµnh c¸c mÆt c¾t
®Þa chÊt cña ®Êt ®¸ trÇm tÝch vµ h×nh thµnh c¬ së cña nhiÒu khoa häc vÒ ®Þa chÊt, cæ
sinh häc vµ kh¶o s¸t hy®r«-cacbon. Qu¸ tr×nh trÇm tÝch, dÉn ®Õn sù ho¸ th¹ch nh÷ng
c©y cèi vµ ®éng vËt, ®«i khi còng gi÷ l¹i nh÷ng dÊu vÕt gå ghÒ ph¸t sinh bëi sãng
hoÆc dßng ch¶y vµ c¸c b»ng chøng kh¸c vÒ nh÷ng ®iÒu kiÖn thñy lùc trong c¸c kû
nguyªn tríc ®©y. TrÇm tÝch trÎ h¬n cho thÊy c¸c b»ng chøng lÞch sö l¾ng ®äng ë
d¹ng phÊn hoa hoÆc trïng cã vá, vµ gi÷ l¹i nh÷ng t¹o t¸c h×nh thµnh nguyªn liÖu th«
cho kh¶o cæ. Tõ quan ®iÓm ®Þa lý, cÊu tróc ®Þa m¹o vµ c¸c biÓn trªn tr¸i ®Êt phÇn lín
®îc x¸c ®Þnh bëi sù xãi mßn ®Êt ®¸, vËn chuyÓn vµ båi l¾ng chóng nh nh÷ng trÇm
tÝch. ThËm chÝ trªn nh÷ng hµnh tinh kh¸c trÇm tÝch cã thÓ cung cÊp nh÷ng ®Çu mèi,
nh viÖc gi¶i thÝch nh÷ng ®Æc tÝnh gièng c¸c dßng s«ng lµ b»ng chøng cho sù tån t¹i
tríc ®©y cña níc ë tr¹ng th¸i láng trªn sao Ho¶.
Ph¹m vi quyÓn s¸ch nµy h¹n chÕ h¬n so víi c¸c ph¸c häa ë trªn, ®îc giíi h¹n ë
nh÷ng trÇm tÝch kh«ng kÕt dÝnh vµ chñ yÕu tíi ng÷ c¶nh biÓn, mÆc dï mét sè vËt
chÊt còng cã thÓ ¸p dông ®îc cho cöa s«ng vµ s«ng. Tiªu ®iÓm chÝnh cña nã lµ vÒ
nh÷ng khÝa c¹nh cña ®éng lùc häc trÇm tÝch liªn quan chñ yÕu tíi nh÷ng kü s d©n
dông, c¸c nhµ h¶i d¬ng häc, nh÷ng nhµ khoa häc tr¸i ®Êt vµ nh÷ng nhµ khoa häc
m«i trêng. ChuyÓn ®éng cña trÇm tÝch trong c¸c dßng s«ng, nh÷ng cöa s«ng vµ biÓn
lµ mét chñ ®Ò cã tÇm quan träng thùc tiÔn lín ®èi víi nh÷ng øng dông c«ng tr×nh, vµ
®ã còng lµ mét lÜnh vùc thö th¸ch vµ hÊp dÉn cho nghiªn cøu hµn l©m. Tuy nhiªn,
ngêi kü s thùc hµnh ®ang t×m kiÕm mét gi¶i ph¸p khÈn cÊp cho mét dù ¸n liªn
quan ®Õn trÇm tÝch thêng thÊy r»ng kh«ng dÔ g× n¾m b¾t ®îc nh÷ng kÕt qu¶
nghiªn cøu hµn l©m næi bËt ®îc xuÊt b¶n b»ng mét ng«n ng÷ xa l¹ trong c¸c t¹p chÝ
vµ tuyÓn tËp héi th¶o. Ngîc l¹i, nhµ nghiªn cøu hµn l©m cã thÓ tiÕp xóc cha ®Çy
®ñ víi nh÷ng øng dông thùc tiÔn ®Ó quyÕt ®Þnh nh÷ng con ®êng nghiªn cøu nµo lµ
cÇn thiÕt nhÊt ®Ó theo ®uæi. Môc tiªu cña t«i trong quyÓn s¸ch nµy lµ b¾c cÇu qua
chç trèng gi÷a nghiªn cøu hµn l©m vµ nh÷ng øng dông thùc hµnh, b»ng viÖc tæng
kÕt nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu trong mét d¹ng hîp nhÊt, b»ng c¸ch giíi thiÖu nh÷ng
vÝ dô ®· thùc hiÖn vµ c¸c trêng hîp nghiªn cøu, vµ b»ng viÖc nªu bËt nh÷ng khu
vùc mµ viÖc hiÓu biÕt cßn h¹n chÕ vµ nh÷ng sai sãt l¹i lín. §Ó lµm ®iÒu nµy, ®«i khi
t«i thùc hiÖn c¸c ®¬n gi¶n hãa mµ ngêi theo chñ nghÜa thuÇn tóy cã thÓ ph¶n ®èi, vµ
trong mét vµi trêng hîp t«i m¹n phÐp tÝnh l¹i nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu trong mét
d¹ng tæng qu¸t, nh÷ng t¸c gi¶ nguyªn b¶n cã thÓ c¶m thÊy lÖch so víi nh÷ng quy íc
cña hä ë møc ®é nµo ®ã mét c¸ch chÝnh ®¸ng. T«i hy väng r»ng lîi Ých ®¹t ®îc ë sù
®ång nhÊt vµ tÝnh kh¶ dông sÏ cã gi¸ trÞ h¬n sù kÐm chÝnh x¸c nµo ®ã.
10
- HÇu hÕt c¸c môc cña quyÓn s¸ch ®îc chia thµnh c¸c tiÓu môc vÒ KiÕn thøc vµ
Quy tr×nh. Nghiªn cøu sinh cã thÓ tËp trung chñ yÕu vµo KiÕn thøc, cã thÓ bæ sung
thªm nh÷ng bµi tËp dùa vµo nh÷ng vÝ dô trong Quy tr×nh, trong khi kü s thùc hµnh
cã thÓ chØ muèn theo Quy tr×nh, cã thÓ bæ tóc b»ng viÖc ®äc nh÷ng phÇn liªn quan
®Õn KiÕn thøc. Mét vµi ®iÒu ®îc chñ t©m nh¾c l¹i, vµ nh÷ng ký hiÖu thêng ®îc
®Þnh nghÜa trong mçi môc, ®Ó c¸c chuyªn ®Ò riªng lÎ ®îc khÐp kÝn hîp lý. Tham
kh¶o më réng ®îc lu ý t¹i nh÷ng chç kh«ng thÓ tr×nh bµy kü.
T«i hy väng r»ng b»ng c¸ch nµy quyÓn s¸ch mang l¹i sù tr×nh bµy tiÖn lîi vµ kh¶
dông ®èi víi nh÷ng qu¸ tr×nh trÇm tÝch ë mét d¹ng dÔ tiÕp cËn ®Õn réng r·i ®éc gi¶.
Richard Soulsby nhËn häc vÞ vÒ vËt lý vµ h¶i d¬ng häc tríc khi chuyªn s©u 11
n¨m trong nghiªn cøu vËn chuyÓn trÇm tÝch t¹i ViÖn c¸c Khoa häc §¹i d¬ng. Tõ
1985 «ng nghiªn cøu vµ t vÊn trong lÜnh vùc nµy t¹i ViÖn Nghiªn cøu Thñy lùc
Wallingford, n¬i «ng ®ang ®øng ®Çu Nhãm TrÇm tÝch BiÓn.
11
- Lêi c¶m ¬n
QuyÓn s¸ch nµy ra ®êi tõ mét b¸o c¸o tríc ®©y cã nhan ®Ò 'Híng dÉn vÒ c¸t
biÓn'. Khi thùc hiÖn sù chuyÓn ®æi nµy t«i c¸m ¬n nhãm ngêi thÈm ®Þnh ®îc mêi
cña phiªn b¶n tríc gåm: «ng B. H. Rofe, TS C. A. Fleming, GS K. R. Dyer, TS J.
Nicholson, TS Ping Dong, c¸c «ng C. W. Frith, P. D. Hunter, K. W. Bunker, C. T.
Erbrich, P. D. Crews, M. W. Owen, R. Runcie, D. Richardson vµ P. B. Woodhead.
Ngoµi ra, nh÷ng ®ång nghiÖp cña t«i ë HR Wallingford lµ TS R. J. S. Whitehouse, c¸c
«ng N. P. Bunn vµ J. S. Damgaard ®· cã nh÷ng ®ãng gãp gi¸ trÞ. T«i muèn chuyÓn lêi
c¶m ¬n cña t«i tíi tÊt c¶ nh÷ng nhµ khoa häc vµ nh÷ng kü s nãi trªn v× nh÷ng b×nh
luËn s©u s¾c vµ kü lìng cña hä mµ dÉn ®Õn nh÷ng c¶i tiÕn ®¸ng kÓ trong quyÓn
s¸ch. T«i còng c¸m ¬n June Clarkson vµ Ruth Smith do sù kiªn nhÉn cña hä vµ cÈn
thËn ®¸nh m¸y b¶n th¶o.
NhiÒu chñ ®Ò nghiªn cøu cña riªng t«i trÝch dÉn trong quyÓn s¸ch tho¹t tiªn
®îc khÝch lÖ b»ng mét ®ît ®i s¸u th¸ng nh mét thµnh viªn ®îc mêi ®Õn Trêng
®¹i häc Khoa häc vµ C«ng nghÖ Na Uy (NTNU) t¹i Trondheim. T«i c¸m ¬n Héi ®ång
v× Nghiªn cøu C«ng nghiÖp vµ Khoa häc Na Uy (NTNF) vµ GS Dag Myrhaug ®Ó
®iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn.
QuyÓn s¸ch ®îc xuÊt b¶n thay mÆt Côc M«i trêng, Giao th«ng vµ C¸c khu vùc,
c¬ quan ®· cÊp mét phÇn vèn ®Ó chuÈn bÞ nã. Nh÷ng c¶nh quan vµ th«ng tin giíi
thiÖu trong s¸ch lµ cña HR Wallingford vµ kh«ng nhÊt thiÕt lµ cña c¬ quan cÊp vèn.
HR Wallingford lµ mét c¬ quan nghiªn cøu chuyªn gia ®éc lËp, t vÊn, phÇn
mÒm vµ ®µo t¹o, ®· phôc vô c«ng nghiÖp níc vµ c«ng tr×nh d©n dông t¹i h¬n 60
níc trªn toµn thÕ giíi trong h¬n 50 n¨m. Chóng t«i nh¾m tíi môc ®Ých cung cÊp
nh÷ng gi¶i ph¸p hîp lý cho nh÷ng kü s vµ nh÷ng nhµ qu¶n lý lµm viÖc trong c¸c
lÜnh vùc:
• tµi nguyªn níc
• thuû lîi
• níc ngÇm
• tiªu níc ®« thÞ
• s«ng
• thñy triÒu
• c¶ng vµ bÕn c¶ng
• ven bê
• xa bê.
12
- Chó gi¶i
a, b, A, B nh÷ng hÖ sè phi thø nguyªn trong c¸c c«ng thøc
A = UwT/(2) biªn ®é quü ®¹o cña chuyÓn ®éng sãng t¹i ®¸y
ws
b sè Rouse (tham sè l¬ löng)
kU *
C nång ®é thÓ tÝch cña trÇm tÝch (thÓ tÝch/ thÓ tÝch)
C100 hÖ sè ma s¸t ¸p dông cho dßng ch¶y t¹i cao ®é1 m
Ca nång ®é trÇm tÝch tham chiÕu (thÓ tÝch/ thÓ tÝch) t¹i ®é cao za
CD hÖ sè ma s¸t ¸p dông cho dßng ch¶y trung b×nh ®é s©u
CM nång ®é khèi lîng cña trÇm tÝch (khèi lîng/ thÓ tÝch)
C0 nång ®é tham chiÕu (thÓ tÝch/ thÓ tÝch) t¹i ®¸y biÓn (z = 0)
cos hµm lîng gi¸c c«sin
d ®êng kÝnh sµng cña h¹t
1/ 3
g ( s 1)
D* d 50 kÝch thíc h¹t phi thø nguyªn
2
dn ®êng kÝnh h¹t mµ n% h¹t cã khèi lîng mÞn h¬n, vÝ dô d10, d90
d50 ®êng kÝnh h¹t trung vÞ
d50,b ®êng kÝnh h¹t trung vÞ t¹i ®¸y biÓn
d50,s ®êng kÝnh trung vÞ cña h¹t l¬ löng
dcr ®êng kÝnh h¹t chØ bÊt ®éng ®èi víi mét dßng ch¶y cho tríc
e = 2,718281828
exp(x) = ex hµm sè mò c¬ sè tù nhiªn
f tham sè Coriolis
fw hÖ sè ma s¸t sãng
fwr hÖ sè ma s¸t sãng ®¸y nh¸m
fws hÖ sè ma s¸t sãng ®¸y tr¬n
-2
g = 9,81 ms gia tèc träng trêng
h ®é s©u níc
H ®é cao sãng níc
Hbk ®é cao sãng ®æ
13
- H0 ®é cao sãng níc s©u
Hrms ®é cao sãng c¨n bËc hai trung b×nh b×nh ph¬ng
Hs ®é cao sãng cã nghÜa
I ®é dèc mÆt níc (gradien thñy lùc)
k = 2/L sè sãng cña sãng níc
ks ®é nh¸m h¹t c¸t t¬ng ®¬ng Nikuradse
Kl hÖ sè thÊm
Kp ®é thÊm ®Æc trng
L bíc sãng cña sãng níc
Lp bíc sãng t¹i ®Ønh cña phæ sãng ngoµi kh¬i
L0 bíc sãng níc s©u
ln l«-ga tù nhiªn (c¬ sè e)
log10 l«-ga c¬ sè 10
p ¸p suÊt
pc ph©n bè x¸c suÊt cña vËn tèc dßng ch¶y
pcw x¸c suÊt tæ hîp cña vËn tèc dßng ch¶y vµ vËn tèc quü ®¹o sãng
pH ph©n bè x¸c suÊt ®é cao sãng
pw ph©n bè x¸c suÊt vËn tèc quü ®¹o sãng
qb suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch cña trÇm tÝch ®¸y, trªn thêi gian ®¬n vÞ, trªn
chiÒu réng ®¬n vÞ
qB = qb(1-) thÓ tÝch vËt chÊt ch×m l¾ng xuèng ®¸y (kÓ c¶ níc xèp), ®îc vËn
chuyÓn trªn thêi gian ®¬n vÞ, trªn chiÒu réng ®¬n vÞ
Qb = sqb suÊt vËn chuyÓn khèi lîng cña trÇm tÝch
qbx thµnh phÇn qb lan truyÒn theo híng dßng ch¶y
qby thµnh phÇn qb lan truyÒn vu«ng gãc víi dßng ch¶y, theo cïng c¸ch víi
gãc
qb1/2 suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch cña trÇm tÝch ®¸y trong nöa chu kú sãng
QLS suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch däc bê tÝch ph©n qua vïng sãng ®æ, ë d¹ng
thÓ tÝch trÇm tÝch (kh«ng tÝnh ®é xèp) trªn thêi gian ®¬n vÞ
qs suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch cña trÇm tÝch l¬ löng
qt suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch cña trÇm tÝch tæng céng
qtc suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch chØ do dßng ch¶y
qtx, qty nh÷ng thµnh phÇn suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch cña trÇm tÝch tæng céng
theo c¸c híng x,y
Uw A
Rw sè Reynolds sãng
s = s/ tû lÖ c¸c mËt ®é cña h¹t vµ níc
14
- sin sin
sinh sin hypÐcbol
T chu kú cña sãng níc
Tm chu kú trung b×nh cña sãng níc
1/2
Tn = (h/g) chu kú tû lÖ cña sãng
Tp chu kú t¹i ®Ønh cña phæ sãng
Ts = (os - cr)/cr tham sè vËn chuyÓn
Tz chu kú c¾t qua kh«ng cña sãng níc
t thêi gian
tanh tang hypÐcbol
U thµnh phÇn ngang cña vËn tèc níc
vËn tèc dßng ch¶y trung b×nh ®é s©u
U
u* = (0/)1/2 vËn tèc ma s¸t
u*f vËn tèc ma s¸t do søc c¶n h×nh d¹ng
u*m = (m/)1/2 vËn tèc ma s¸t trung b×nh
u*max = (max/)1/2 vËn tèc ma s¸t cùc ®¹i
u*s vËn tèc ma s¸t líp ®Öm
u*t thµnh phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch cña vËn tèc ma s¸t
U10 vËn tèc t¹i ®é cao 0,1 m
U100 vËn tèc dßng ch¶y t¹i ®é cao 1 m trªn ®¸y
U a vµ U b gi¸ trÞ cùc ®¹i vµ cùc tiÓu cña vËn tèc dßng ch¶y trung b×nh ®é s©u
trong mét chu kú thñy triÒu
U cr ngìng vËn tèc dßng ch¶y trung b×nh ®é s©u
Urms vËn tèc quü ®¹o sãng c¨n bËc hai trung b×nh b×nh ph¬ng t¹i ®¸y biÓn
Uw biªn ®é vËn tèc quü ®¹o sãng t¹i ®¸y biÓn
Uwc vËn tèc quü ®¹o ®¸y díi ®Ønh sãng
Uwcr ngìng vËn tèc quü ®¹o sãng
Uwt vËn tèc quü ®¹o ®¸y díi ch©n sãng
Ux, Uy thµnh phÇn dßng ch¶y theo c¸c híng x, y
VB vËn tèc toµn bé cña níc qua ®¸y
wmf vËn tèc láng ho¸ cùc tiÓu
ws vËn tèc ch×m l¾ng cña c¸c h¹t trÇm tÝch t¸ch biÖt
wsC vËn tèc ch×m l¾ng cña c¸c h¹t l¬ löng dµy ®Æc
x täa ®é n»m ngang
X = c/(c + w) cêng ®é dßng ch¶y t¬ng ®èi
15
- y to¹ ®é n»m ngang trùc giao víi x
Y = m/(c + w) øng suÊt trît trung b×nh phi thø nguyªn
Z = max/(c + w) øng suÊt trît cùc ®¹i phi thø nguyªn
z ®é cao trªn ®¸y biÓn
za ®é cao tham chiÕu gÇn ®¸y biÓn, t¹i ®ã nång ®é tham chiÕu Ca ®îc
tÝnh to¸n
z0 ®é dµi nh¸m t¹i ®¸y
gãc gi÷a ®Ønh sãng vµ ®êng bê t¹i ®êng sãng ®æ
b
gãc nghiªng cña ®¸y víi mÆt n»m ngang
gãc nghiªng cña ®¸y víi mÆt n»m ngang theo híng dßng ch¶y
x
gãc nghiªng cña ®¸y víi mÆt n»m ngang theo híng vu«ng gãc víi dßng
y
ch¶y
bÒ dµy líp biªn
®é cao gîn c¸t
r
®é cao sãng c¸t
s
®é xèp ®¸y
cao ®é ®¸y so víi mùc quy chiÕu
0
tham sè Shields
g ( s )d
ngìng tham sè Shields
cr
tham sè Shields søc c¶n h×nh d¹ng
f
gi¸ trÞ trung b×nh cña trªn mét chu kú sãng
m
gi¸ trÞ cùc ®¹i cña trªn mét chu kú sãng
max
tham sè Shields ma s¸t líp ®Öm
s
thµnh phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch cña tham sè Shields
t
biªn ®é thµnh phÇn dao ®éng do sãng
w
k = 0,40 h»ng sè Von Karman
bíc sãng cña gîn c¸t
r
bíc sãng cña sãng c¸t
s
®é nhít ph©n tö
= / ®é nhít ®éng häc cña níc
= 3,141592654
mËt ®é cña níc
mËt ®é toµn bé cña ®¸y hoÆc chÊt l¬ löng
B
mËt ®é cña h¹t trÇm tÝch
s
tÇn sè gãc cña thñy triÒu
16
- g = (d84/d16)1/2 ®é lÖch chuÈn h×nh häc cña kÝch thíc h¹t
s = 0,5(d84/d50 + d50/d16) tham sè chän läc h¹t
øng suÊt trît ngang trong cét níc
øng suÊt trît t¹i ®¸y (tæng céng)
0
øng suÊt trît t¹i ®¸y chØ do dßng ch¶y
c
ngìng øng suÊt trît t¹i ®¸y ®Ó trÇm tÝch chuyÓn ®éng
cr
thµnh phÇn søc c¶n h×nh d¹ng 0 do ®¸y gå ghÒ
0f
øng suÊt trît trung b×nh t¹i ®¸y trong mét chu kú sãng do dßng ch¶y
m
vµ sãng kÕt hîp
øng suÊt trît cùc ®¹i t¹i ®¸y trong mét chu kú sãng do dßng ch¶y vµ
max
sãng kÕt hîp
thµnh phÇn ma s¸t líp ®Öm cña øng suÊt trît t¹i ®¸y
0s
thµnh phÇn vËn chuyÓn trÇm tÝch cña øng suÊt trît t¹i ®¸y
0t
biªn ®é ®ao ®éng cña øng suÊt trît t¹i ®¸y do sãng
w
ngìng øng suÊt trît t¹i ®¸y trªn ®¸y nghiªng mét gãc víi mÆt n»m
cr
ngang
gãc gi÷a híng dßng ch¶y vµ híng truyÒn sãng
kÝch thíc phi cña h¹t
gãc ma s¸t cña trÇm tÝch
i
gãc ma s¸t cuèi cïng
r
qbx , y
x, y suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch ®¸y phi thø nguyªn, nh÷ng
1/ 2
g ( s 1)d 3
thµnh phÇn x, y
gãc gi÷a dßng ch¶y vµ híng dèc ngîc cña mét ®¸y nghiªng
2
Uw
tham sè chuyÓn ®éng sãng
g ( s 1)d
= 2/T tÇn sè gãc cña sãng
. ®¹i lîng vect¬ híng ngang theo c¸c thµnh phÇn (.x, .y)
trung b×nh thêi gian qua nhiÒu sãng
LT trung b×nh dµi h¹n (trong nhiÒu th¸ng hoÆc nhiÒu n¨m)
17
- Nh÷ng minh häa
C¸c vÝ dô
VÝ dô 2.1. MËt ®é vµ ®é nhít cña níc
VÝ dô 3.1. Ph©n bè vËn tèc l«garÝt
VÝ dô 3.2. Ph©n bè vËn tèc hµm mò
VÝ dô 3.3. Ma s¸t líp ®Öm ®èi víi dßng ch¶y
VÝ dô 3.4. øng suÊt trît tæng céng t¹i ®¸y theo sè liÖu ®o ®¹c
VÝ dô 3.5. øng suÊt trît tæng céng t¹i ®¸y theo U100
VÝ dô 4.1. Bíc sãng
VÝ dô 4.2. VËn tèc quü ®¹o sãng ®¬n ®iÖu
VÝ dô 4.3. VËn tèc quü ®¹o sãng (phæ)
VÝ dô 4.4. Ma s¸t líp ®Öm ®èi víi sãng
VÝ dô 5.1. øng suÊt trît tæng céng do sãng vµ dßng ch¶y
VÝ dô 6.1. Ngìng vËn tèc dßng ch¶y
VÝ dô 6.2. Ngìng vËn tèc quü ®¹o
VÝ dô 6.3. Ngìng øng suÊt trît t¹i ®¸y
VÝ dô 6.4. Ngìng trªn ®¸y dèc
VÝ dô 6.5. KÝch thíc h¹t tíi h¹n
VÝ dô 7.1. KÝch thíc sãng c¸t
VÝ dô 7.2. DÞch chuyÓn c¸c sãng c¸t
VÝ dô 7.3. Gîn c¸t do sãng
VÝ dô 7.4. øng suÊt trît tæng céng do dßng ch¶y
VÝ dô 7.5. øng suÊt trît tæng céng do sãng
VÝ dô 8.1. VËn tèc ch×m l¾ng
VÝ dô 8.2. Nång ®é díi t¸c ®éng dßng ch¶y
VÝ dô 8.3. Nång ®é díi t¸c ®éng sãng
VÝ dô 8.4. Nång ®é do sãng vµ dßng ch¶y kÕt hîp
VÝ dô 9.1. Dßng di ®¸y do dßng ch¶y
VÝ dô 9.2. Dßng di ®¸y do sãng
VÝ dô 9.3. Dßng di ®¸y do sãng vµ dßng ch¶y
VÝ dô 10.1. VËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng do dßng ch¶y
18
- VÝ dô 10.2. VËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng do sãng vµ dßng ch¶y
VÝ dô 10.3. VËn chuyÓn däc bê
C¸c b¶ng
B¶ng 1. Gi¶i thÝch øng suÊt trît t¹i ®¸y vµ c¸c tham sè liªn quan
B¶ng 2. Nh÷ng ký hiÖu ®îc sö dông trªn nh÷ng B¶n ®å Hµng h¶i V¬ng quèc
Anh ®Ó m« t¶ ®¸y biÓn
B¶ng 3. Nh÷ng sè ®o cho c¸c hçn hîp c¸t - níc
B¶ng 4. ChuyÓn ®æi gi÷a c¸c sè ®o ®èi víi nh÷ng hçn hîp c¸t - níc
B¶ng 5. §é xèp cña nh÷ng ®¸y c¸t tù nhiªn
B¶ng 6. §é thÊm cña nh÷ng ®¸y c¸t
B¶ng 7. C¸c gi¸ trÞ trung b×nh cña Z0 vµ C100 ®èi víi c¸c lo¹i ®¸y kh¸c nhau
B¶ng 8. Ph©n tÝch sai sè viÖc lµm khíp ph¬ng tr×nh (59)-(62)
B¶ng 9. C¸c hÖ sè lµm khíp ®èi víi c¸c m« h×nh líp biªn do sãng vµ dßng ch¶y
B¶ng 10. C¸c gi¸ trÞ cña hÖ sè ma s¸t fw vµ hÖ sè ma s¸t CD theo c¸c m« h×nh
kh¸c nhau
B¶ng 11. So s¸nh c¸c dù b¸o vËn tèc ch×m l¾ng
C¸c h×nh vÏ
H×nh 1. S¬ ®å a) c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trÇm tÝch biÓn, vµ b) mÆt ph¼ng
vu«ng gãc víi dßng ch¶y ®Ó x¸c ®Þnh suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch
H×nh 2. MËt ®é níc
H×nh 3. §é nhít ®éng häc cña níc
H×nh 4. BiÓu ®å chuyÓn ®æi nh÷ng ®¬n vÞ phi thµnh m vµ mm
H×nh 5. VÝ dô ph©n bè kÝch thíc h¹t
H×nh 6. Ph©n lo¹i nh÷ng mÉu trÇm tÝch trªn s¬ ®å Folk ch÷ nhËt
H×nh 7. §é thÊm theo ®é xèp
H×nh 8. BiÕn ®æi theo ®é s©u cña vËn tèc dßng ch¶y thuû triÒu
H×nh 9. Ma s¸t ®èi víi dßng ch¶y æn ®Þnh trªn ®¸y ph¼ng kh«ng biÕn ®éng vµ
®¸y biÕn ®éng
H×nh 10. HÖ sè c¶n CD lµ hµm cña ®é nh¸m t¬ng ®èi. So s¸nh c¸c biÓu thøc
kh¸c nhau
H×nh 11. Phæ JONSWAP vµ Pierson-Moskowitz
H×nh 12. BiÓu ®å rêi r¹c chØ ra sù ph©n bè liªn hÖ cña Hs vµ Tz
H×nh 13. Quan hÖ ph©n t¸n sãng
H×nh 14. VËn tèc ®¸y ®èi víi sãng ®¬n ®iÖu vµ sãng ngÉu nhiªn
19
- H×nh 15. BiÕn thiªn cña hÖ sè ma s¸t sãng fw víi ®êng ®i quü ®¹o ®¸y t¬ng ®èi
A/z0
H×nh 16. S¬ ®å t¬ng t¸c phi tuyÕn cña øng suÊt trît t¹i ®¸y do sãng vµ do
dßng ch¶y
H×nh 17. So s¸nh gi÷a 8 m« h×nh dù b¸o øng suÊt trît t¹i ®¸y trung b×nh vµ
lín nhÊt do sãng kÕt hîp víi dßng ch¶y
H×nh 18. Ngìng vËn tèc dßng ch¶y ®èi víi chuyÓn ®éng trÇm tÝch do dßng ch¶y
æn ®Þnh
H×nh 19. Ngìng cña vËn tèc quü ®¹o ®èi víi chuyÓn ®éng cña trÇm tÝch do sãng
H×nh 20. Ngìng chuyÓn ®éng cña trÇm tÝch díi t¸c ®éng sãng vµ/hoÆc dßng
ch¶y
H×nh 21. Ngìng øng suÊt trît t¹i ®¸y ®èi víi chuyÓn ®éng cña h¹t th¹ch anh
cã ®êng kÝnh sµng d
H×nh 22. Ngìng chuyÓn ®éng trªn ®¸y dèc: a) ®é dèc híng däc, b) ®é dèc
híng ngang, c) ®é dèc tæng qu¸t - dßng ch¶y t¹o gãc víi ®é dèc cã gãc
H×nh 23. C¸c lo¹i ®¸y gå ghÒ: a) gîn c¸t do dßng ch¶y b) gîn c¸t do sãng c) sãng
c¸t/ ®ôn c¸t d) doi ng¨n sãng
H×nh 24. C¸c c«ng thøc ®èi víi ®é cao sãng c¸t
H×nh 25. DÞch chuyÓn sãng c¸t trong cöa s«ng Taw - kh¶o s¸t ®¸y hµng ngµy
H×nh 26. VËn tèc ch×m l¾ng cña h¹t c¸t (h×nh vÏ tæng hîp)
H×nh 27. VËn tèc ch×m l¾ng cña h¹t th¹ch anh cã ®êng kÝnh sµng d víi nång ®é
thÊp trong níc tÜnh
H×nh 28. Ph©n bè nång ®é trÇm tÝch l¬ löng a) so s¸nh 3 c«ng thøc, b) biÕn ®æi
kÝch thíc h¹t vµ vËn tèc dßng ch¶y
H×nh 29. SuÊt vËn chuyÓn dßng di ®¸y ®èi víi c¸t/ cuéi sái cho dßng ch¶y æn
®Þnh
H×nh 30. C¸c c«ng thøc vËn chuyÓn trÇm tÝch chØ do dßng ch¶y
H×nh 31. VËn chuyÓn trÇm tÝch do sãng céng víi dßng ch¶y
H×nh 32. Nguyªn lý cña ®éng lùc h×nh th¸i
H×nh 33. Nh÷ng ®ãng gãp bëi tæ hîp sãng vµ dßng ch¶y cho vËn chuyÓn trÇm
tÝch trung b×nh dµi h¹n
20
nguon tai.lieu . vn