- Trang Chủ
- Địa Lý
- Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 1
Xem mẫu
- Kü thuËt biÓn
Bé c¸c bµi gi¶ng vÒ kü thuËt bê biÓn dµnh cho líp
®µo t¹o c¸c c¸n bé ViÖn Khoa häc thuû lîi, Hµ Néi
Biªn tËp tiÕng Anh: E. van Meerendonk
Delft Hydraulics
2
- TËp I
NhËp m«n vÒ c«ng tr×nh bê
Ngêi dÞch: §inh V¨n ¦u
Hµ Néi – 2003
3
- Lêi gíi thiÖu
§Ó phôc vô ch¬ng tr×nh ®µo t¹o míi cña c¸c chuyªn ngµnh H¶i d¬ng häc,
chóng t«i ®· lùa chän c¸c s¸ch gi¸o khoa vµ chuyªn kh¶o liªn quan tíi c¸c chuyªn
ngµnh míi nh Kü thuËt biÓn, Qu¶n lý tµi nguyªn vµ m«i trêng biÓn ®· ®îc xuÊt
b¶n ë níc ngoµi vµ dÞch ra tiÕng ViÖt.
Bé c¸c bµi gi¶ng vÒ kü thuËt bê biÓn sö dông cho líp ®µo t¹o c¸n bé ViÖn Khoa
häc Thuû lîi Hµ Néi ®îc E. van Meerendonk biªn so¹n theo c¸c bµi gi¶ng tõ ViÖn
Delft Hydraulics, Hµ Lan lµ mét tµi liÖu t¬ng ®èi hoµn chØnh vÒ lÜnh vùc nµy.
Trong gi¸o tr×nh nµy cã nhiÒu phÇn liªn quan tíi thuû ®éng lùc biÓn vµ c¸c c«ng
tr×nh b¶o vÖ bê ®· ®îc tr×nh bµy kü trong c¸c gi¸o tr×nh hiÖn hµnh b»ng tiÕng ViÖt.
Chóng t«i chØ chän tËp I vµ II cña bé s¸ch nµy ®Ó dÞch v× trong ®ã ®· tr×nh bµy
t¬ng ®èi ®Çy ®ñ tæng quan vÒ Kü thuËt biÓn nh»m lµm tµi liÖu gi¶ng d¹y cho sinh
viªn n¨m thø 3 tríc khi ®i vµo c¸c chuyªn ngµnh. Do tËp III tr×nh bµy rÊt s©u vÒ
nh÷ng khÝa c¹nh kü thuËt cña c«ng tr×nh bê thuéc lÜnh vùc thiÕt kÕ, x©y dùng c«ng
tr×nh vµ tËp IV chØ tËp chung cho mét vÊn ®Ò chuyªn s©u cña thuû ®éng lùc bê lµ
sãng thÇn v× vËy chóng t«i kh«ng dÞch c¶ hai tËp nµy. Trªn c¬ së ®ã chng t«i lÊy tªn
cho b¶n dÞch nµy lµ Kü thuËt biÓn
§Ó ®¶m b¶o tÝnh khoa häc cña vÊn ®Ò chóng t«i biªn dÞch toµn bé phÇn më ®Çu
cho Bé s¸ch, tuy nhiªn do kh«ng biªn dÞch c¸c tËp, III vµ IV nªn sÏ cã nh÷ng bæ
sung nhÊt ®Þnh ®Ó sinh viªn cã thÓ n¾m ®îc ®Çy ®ñ yªu cÇu néi dung cña m«n häc
nµy.
4
- Lêi nãi ®Çu
Bé bµi gi¶ng vÒ kü thuËt bê ®îc biªn so¹n phôc vô ViÖn nghiªn cøu khoa häc
thuû lîi cña Céng hoµ X· héi Chñ ngi· ViÖt Nam. Trong thêi gian 7 tuÇn tõ th¸ng
10 ®Õn th¸ng 11 n¨m 1989 tËp bµi gi¶ng nµy ®îc E. van Meerendonk tõ ViÖn Delft
Hydraulics sö dông cho kho¸ ®µo t¹o c¸c c¸n bé cña ViÖn khoa häc thuû lîi. Nh÷ng
bµi gi¶ng nµy lµ mét phÇn cña dù ¸n hç trî cho ViÖn nghiªn cøu Khoa häc thuû lîi
do Delft Hydraulics triÓn khai víi sù tµi trî cña UNDP t¹i N÷u ¦íc. Bé bµi gi¶ng
vÒ kü thuËt bê bao gåm c¸c néi dung sau ®©y:
TËp I: Më ®Çu
TËp II: Nh÷ng vÊn ®Ò c¶ng, vÞnh vµ b·i biÓn
TËp III: ThiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh ng¨n sãng
TËp IV: Tsunami
Nh÷ng bµi gi¶ng nµy cung cÊp c¸c kiÕn thøc chung vÒ nguyªn lý, c¸c vÊn ®Ò vµ
ph¬ng ph¸p gi¶i quyÕt. Ngoµi ra mét lo¹t c¸c bµi tËp kh¸c nhau còng ®îc triÓn
khai trong qu¸ tr×nh ®µo t¹o.
5
- 1 Më ®Çu
1.1 Môc ®Ých, yªu cÇu
TËp bµi gi¶ng nµy ®îc x©y dùng ban ®Çu nh phÇn bæ sung cho c¸c bµi gi¶ng
cña gi¸o s Bijker t¹i Delft ®ång thêi cho §¹i häc c«ng nghÖ còng nh líp chuyªn
®Ò quèc tÒ vÒ Thuû c«ng tr×nh. Thêi gian gi¶ng d¹y dµnh cho viÖc giíi thiÖu, trao
®æi, bµn luËn vµ tr¶ lêi c¸c c©u hái liªn quan.
Mét sè häc viªn cã thÓ kh«ng cÇn lªn líp mµ vÉn cã thÓ nghiªn cøu th«ng qua
c¸c tµi liÖu nµy. Trong khi tr×nh bµy, c¸c c©u hái ®îc lång vµo trong bµi gi¶ng,
th«ng qua ®ã cã thÓ g©y chó ý vµ kiÓm tra møc ®é hiÓu biÕt cña ngêi ®äc.
1.2 C¸c chuyªn môc
TÊt c¶ c¸c tµi liÖu liªn quan tíi kü thuËt bê do gi¸o s Beijker chuÈn bÞ t¹i §¹i
häc C«ng nghÖ Delft ®îc chia thµnh ba chuyªn môc chÝnh hay ba m«n häc:
NhËp m«n kü thuËt bê – c¬ së cña toµn bé c¸c chuyªn môc kh¸c
Nh÷ng vÊn ®Ò c¶ng, vòng vÞnh – nghiªn cøu chi tiÕt c¸c chuyªn ®Ò liªn
quan tíi bê, c¶ng vµ c¸c l¹ch tµu vµo c¶ng
ThiÕt kÕ c«ng tr×nh ch¾n sãng – nghiªn cøu hai d¹ng c«ng tr×nh ch¾n
sãng b»ng khèi liªn kÕt mÒm vµ b»ng nguyªn khèi.
ViÖc ph©n chia c¸c chuyªn môc nµy ®îc chó träng trong khi x©y dùng tËp bµi
gi¶ng nµy vµ c¸c néi dung ®îc tËp hîp theo tõng tËp riªng rÏ.
Cã thÓ tån t¹i c¸ch ph©n chia kh¸c trong kü thuËt bê, trong ®ã c¸c lo¹i vÊn ®Ò
®îc tËp hîp l¹i víi nhau. Theo c¸ch ®ã cã ba lo¹i vÊn ®Ò sau: C¶ng, §Þa m¹o vµ
BiÓn kh¬i, chóng sÏ ®îc ®Ò cËp tíi trong ch¬ng 2. ViÖc ph©n chia nµy ®îc chó
träng trong hai tËp ®Çu cña bé s¸ch nµy. Trong tõng tËp c¸c vÊn ®Ò ®îc tËp hîp
theo nguyªn lý võa nªu. Tuy nhiªn nguyªn lý ph©n chia trªn kh«ng ®îc chó träng
trong tËp III bêi v× c¸c c«ng tr×nh ch¾n sãng chØ lµ vÊn ®Ò riªng cña lÜnh vùc c¶ng.
D¹ng th«ng tin thø 4 liªn quan tíi nh÷ng kiÕn thøc c¬ së ®· ®îc tr×nh bµy
trong c¸c gi¸o tr×nh kh¸c, chóng cã thÓ ®îc nh¾c l¹i ng¾n gän, hoÆc lµ c¸c nhËn
xÐt bæ sung hay lu ý. Tuy nhiªn nh÷ng kiÕn thøc ®ã l¹i kh«ng thÓ thiÕu ®îc khi
6
- ®i vµo nghiªn cøu c¸c vÊn ®Ò thùc sù cña kü thuËt bê vµ ®ã lµ c¬ së cña m«n häc
nµy.
1.3 C¸c tµi liÖu xuÊt b¶n ®Þnh kú
Danh môc c¸c tµi liÖu tham kh¶o ®îc dÉn ra trong phÇn cuèi cña mçi tËp. §ã
lµ nh÷ng tµi liÖu c¬ b¶n nhÊt cung cÊp nÒn t¶ng nhng kh«ng cho ta cËp nhËt
nh÷ng kÕt qu¶ míi ph¸t triÓn. C¸c xuÊt b¶n ®Þnh kú nh»m ®¸p øng môc ®Ých nµy.
Lo¹i tµi liÖu nµy cho thÓ ph©n ra thµnh 5 nhãm ®îc m« t¶ sau ®©y:
1.4 Tµi liÖu chung
Nh÷ng tµi liÖu vÒ kü thuËt lo¹i nµy thêng cã tÝnh bao qu¸t cao, trong ®ã thØnh
tho¶ng cã thÓ t×m ®îc mét sè vÊn ®Ò liªn quan trùc tiÕp tíi kü thuËt bê, song nh×n
chung kh«ng cã c¸c chi tiÕt cô thÓ. VÝ dô vÒ c¸c lo¹i t¹p chÝ ®Þnh kú nµy cã thÓ lµ:
Engineering New Record, xuÊt b¶n hµng tuÇn do NXB McGraw Hill,
N.Y. Hoa Kú
De Ingenieur, xuÊt b¶n hµng tuÇn do Héi hoµng gia c¸c kü s, La Hay,
Hµ Lan
Civil Engineering, xuÊt b¶n hµng th¸ng do Héi kü s x©y dùng Mü, N.Y.
Hoa Kú.
1.5 T¹p chÝ chuyªn ngµnh chung
Nhãm c¸c t¹p chÝ lo¹i nµy cung cÊp c¸c th«ng tin chung vÒ tõng lÜnh vùc
chuyªn ngµnh. Th«ng thêng cã c¸c th«ng tin quan t©m trùc tiÕp song thêng vÉn
thiÕu c¸c chi tiÕt kü thuËt chuyªn ngµnh. VÝ dô vÒ c¸c t¹p chÝ lo¹i nµy nh sau:
Ocean Industry, xuÊt b¶n hµng th¸ng do c«ng ty Gulf Publishing,
Houston, Texas, Hoa Kú
The Dock and Habor Authority, xuÊt b¶n hµng th¸ng do NXB Foxlow,
London
1.6 T¹p chÝ kü thuËt chuyªn ngµnh
Lo¹i t¹p chÝ nµy cung cÊp c¸c chi tiÕt kü thuËt chuyªn ngµnh liªn quan tíi c¸c
vÊn ®Ò vµ c¸ch gi¶i quyÕt, cã thÓ t×m ®îc trong phÇn tµi liÖu tham kh¶o cña c¸c
bµi ®¨ng trong c¸c t¹p chÝ thuéc hai lo¹i trªn. VÝ dô vÒ lo¹i t¹p chÝ nµy nh sau:
Journal of Waterways, habors, and Coastal Engineering Division, xuÊt
b¶n hµng quý do Héi kü s x©y dùng Mü, N.Y., Hoa Kú
7
- Shore and Beach, xuÊt b¶n nöa n¨m do HiÖp héi b¶o vÖ bê biÓn vµ b·i
t¾m Mü, Miami, Florida, Hoa Kú
Coastal Engineering in Japan, xuÊt b¶n hµng n¨m do Héi kü s x©y
dùng NhËt b¶n, Tokyo, NhËt B¶n
T¹p chÝ kü thuËt chuyªn ®Ò
Lo¹i t¹p chÝ nµy cung cÊp c¸c th«ng tin nh lo¹i t¹p chÝ kü thuËt chuyªn ngµnh
song dµnh riªng cho mét nhãm lÜnh vùc hoµn toµn kh¸c. §èi víi c¸c nhµ chuyªn
m«n, muèn t×m ®îc c¸c th«ng tin cÇn thiÕt nµy, ph¶i t×m kiÕm hÕt søc c«ng phu
trong sè c¸c tµi liÖu d¹ng tæng quan tãm t¾t ®îc tr×nh bµy sau ®©y. Cã thÓ ®a ra
lµm vÝ dô mét sè th«ng tin cã thÓ t×m thÊy trong lo¹i t¹p chÝ nµy:
VÊn ®Ò ¸p lùc sãng trong Journal of the Engineering Mechanics Division, xuÊt
b¶n bëi Héi kü s x©y dùng Mü, N.Y. Hoa Kú
VÊn ®Ò t¸c ®éng cña sãng lªn c¶ng trong Journal of the Acoustical Society of
America, N.Y. Hoa Kú
1.7 Tæng quan tãm lîc
C¸c tæng quan tãm lîc phôc vô môc ®Ých t×m kiÕm nhanh c¸c tµi liÖu cÇn thiÕt
trong sè nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau. Tuy nhiªn chóng kh«ng cung cÊp c¸c th«ng tin
míi mµ chØ tr×nh bµy c« ®äng c¸c néi dung tr×nh bµy trong bµi. Trong sè c¸c t¹p chÝ
tæng quan tãm lîc tèt nhÊt hiÖn nay cã thÓ kÓ ®Õn:
Documentation Data, do Phßng thÝ nghiÖm thuû lùc Delft, Hµ Lan xuÊt
b¶n
Engineering Index, do Th viÖn c¸c héi kü thuËt, N.Y., Hoa Kú xuÊt b¶n
BHRA Fluid Engineering, dÞch vô tæng quan cña HiÖp héi nghiªn cøu
thuû lùc Anh, Bedford.
HiÖn nay c¸c ph¬ng tiÖn m¸y tÝnh ®· vµ ®ang ph¸t triÓn hÖ thèng t×m kiÕm
c¸c tæng quan th«ng qua m¹ng. NhiÒu hÖ t×m kiÕm c¸c tæng quan tæng lîc cã thÓ
truy nhËp víi mét phÝ kh«ng ®¸ng kÓ gióp nhanh chãng ®¹t ®îc kÕt qu¶ mong
muèn.
1.8 C¸c s¸ch tham kh¶o
Sau ®©y chóng t«i dÉn ra mét sè s¸ch tham kh¶o vÒ kü thuËt bê, c¸c tµi liÖu
nµy cã thÓ ®Ò cËp tíi mét vÊn ®Ò quan t©m chø kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c chñ ®Ò réng
lín cña bé m«n nµy.
Per Bruun (1973): Port Engineering: Gulf Publishing Company,
Houston, Texas, U.S.A.
8
- Arthur T. Ippen (1966): Estuary and Coastline Hydrodynamics:
McGraw-Hill, N.Y.
H Lamb (1963): Hydrodynamics (6th edition) : Cambridge Univ. Press.
Muir Wood, A.M. (1968): Coastal Hydraulics: Macmillan and Co. Ltd.,
London, England.
Robert L. Wiegel (1964): Oceanographical Engineering : Prentice-Hall,
Inc., Englewood Cliffs N.J., U.S.A.
1.9 Nh÷ng ®ång t¸c gi¶
QuyÓn s¸ch nµy ®îc tËp thÓ nhãm kü thuËt bê §¹i häc c«ng nghÖ Delft chuÈn
bÞ. Nh÷ng t¸c gi¶ ban ®Çu ®îc liÖt kª trong phÇn më ®Çu mçi ch¬ng, môc. NhiÒu
ngêi kh¸c tham gia vµo viÖc ®äc vµ söa ch÷a bæ sung, phÇn hiÖu ®Ýnh cuèi cïng
vµ tËp hîp thµnh s¸ch do W.W. Massie chÞu tr¸ch nhiÖm. Trong b¶ng sau ®©y ®a
ra danh s¸ch nh÷ng ®ång t¸c gi¶ theo thø tù vÇn ch÷ c¸i.
B¶ng 1.1. Nh÷ng ®ång t¸c gi¶ cña tËp s¸ch nµy
GS TS E.W. Bijker Gi¸o s kü thuËt bê, §¹i häc c«ng nghÖ Delft, Delft
KS C.J.P. van Boven Gi¸m ®èc ®iÒu hµnh, DÞch vô quèc tÕ vÒ biÓn Smit, Rotterdam
KS J.J. van Dijk Nghiªn cøu viªn chÝnh, Nhãm kü thuËt bê, §¹i häc c«ng nghÖ Delft, Delft
KS J. van de Graaff Nghiªn cøu viªn chÝnh, Nhãm kü thuËt bê, §¹i häc c«ng nghÖ Delft, Delft
KS L.E. van Loo Nghiªn cøu viªn chÝnh, Nhãm kü thuËt bê, §¹i häc c«ng nghÖ Delft, Delft
W.W. Massie, P.E. Nghiªn cøu viªn chÝnh, Nhãm kü thuËt bê, §¹i häc c«ng nghÖ Delft, Delft
KS J. de Nikker Kü s trëng vÒ c¶ng, Bé m«n c«ng tr×nh c«ng céng, Rotterdam
KS A. Paape Gi¸m ®èc chi nh¸nh Delft, Phßng thÝ nghiÖm thuû lùc Delft, Delft
1.10 So s¸nh víi lÇn xuÊt b¶n 1976
Trong lÇn xuÊt b¶n nµy cã hai thay ®æi lín vµ mét sè thay ®æi vµ hiÖu chØnh
nhá. Thay ®æi lín thø nhÊt liªn quan tíi ch¬ng 10 vµ 11. Môc 10.3 ®· ®îc söa l¹i
vµ bæ sung ®¸ng kÓ; ch¬ng 11 ®îc viÕt l¹i vµ ®a thªm vµo c¸c kiÕn thøc hiÖn ®¹i
vÒ c¸c ®Æc trng thèng kª sãng.
9
- Thay ®æi lín thø hai liªn quan tíi m« t¶ qu¸ tr×nh vËn chuyÓn c¸t trªn c¸c b·i
biÓn. C¸c ch¬ng 25 vµ 26 ®îc viÕt l¹i hoµn toµn.
NhiÒu söa ®æi nhá ®îc tiÕn hµnh trong ch¬ng 8 – c¸c d¹ng c«ng tr×nh ph¸
sãng, 12 – ph¸t triÓn sãng, 16 – n¹o vÐt ngoµi kh¬i, 20 – æn ®Þnh kÝch thíc l¹ch
tµu, 22- l¾ng ®äng trÇm tÝch, 30- söa cho phï hîp víi c¸c ch¬ng míi 25 vµ 26, vµ
ch¬ng 32 ®îc bæ sung.
1.11 Mét sè ®iÓm lu ý
TiÕng Anh sö dông trong s¸ch nµy chñ yÕu theo phong c¸ch Mü.
§Ó ®äc gi¶ dÔ hiÓu c¸c ký hiÖu phøc t¹p, chóng ®îc gi¶i nghÜa khi lÇn ®Çu tiªn
®îc ®a vµo trong mçi ch¬ng vµ cuèi mçi tËp cã dÉn ra mét b¶ng c¸c ký hiÖu sö
dông trong s¸ch.
Tµi liÖu tham kh¶o dÉn theo tªn t¸c gi¶ vµ thêi gian. B¶ng môc lôc tµi liÖu
tham kh¶o ®Çy ®ñ dÉn ra cuèi mçi quyÓn s¸ch.
C¸c h×nh vÏ nh×n chung ®îc thÓ hiÖn theo tû lÖ cho phÐp. NhiÒu h×nh vÏ trong
s¸ch nµy ®îc tr×nh bµy theo tû lÖ b»ng 80% kÝch thíc h×nh vÏ gèc. KÝch thíc gèc
cã thÓ ®îc thiÕt lËp theo tû lÖ 1 : 1250.
NhiÒu thuËt ng÷ sö dông trong s¸ch ®îc liÖt kª trong b¶ng tõ vùng kÌm theo.
V× c¸c ®¬n vÞ ®o theo hÖ Anh vÉn ®îc sö dông réng r·i trong thùc tiÔn c«ng
nghiÖp biÓn v× vËy mét sè b¶ng chuyÓn ®æi ®¬n vÞ còng ®îc dÉn ra.
Nh÷ng c«ng viÖc liªn quan tíi c¸c söa ®æi vÊt v¶ nµy ®Òu do bµ G.M. van
Koppen vµ R.E.A.M. Boeters thµnh viªn cña nhãm kü thuËt bê, §¹i häc c«ng nghÖ
Delft, Delft ®¶m nhiÖm.
10
- 2 Tæng quan vÒ kü thuËt bê
E.W. Bijker
2.1 §Þnh nghÜa
Kü thuËt bê lµ mét thuËt ng÷ chung ph¶n ¸nh c« ®äng c¸c ho¹t ®éng kü thuËt
liªn quan tíi c¸c c«ng viÖc tiÕn hµnh däc bê biÓn. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, nh÷ng
kü s chuyªn ngµnh kü thuËt bê thêng ph¶i tham gia vµo c¸c c«ng tr×nh x©y dùng
trªn c¶ c¸c vïng biÓn kh¬i. V× vËy nhiÖm vô ®Çu tiªn cña hä lµ øng dông c¸c kiÕn
thøc kü thuËt phôc vô x©y dùng c¸c c«ng tr×nh däc bê vµ trªn biÓn. Th«ng thêng
c«ng t¸c thiÕt kÕ yªu cÇu nh÷ng m« h×nh cã s½n, nh vËy ®ßi cã hái nh÷ng kiÕn
thøc c¬ b¶n vÒ c¸c hiÖn tîng liªn quan. Nh×n chung, c¸c kü s cã thÓ më réng kiÕn
thøc theo c¸c yªu cÇu kü thuËt.
M«t vÊn ®Ò phøc t¹p ®èi víi kü thuËt bê lµ ë chç c¸c biÕn liªn quan ®Òu mang
tÝnh ngÉu nhiªn. Nh÷ng phÐp tÝnh to¸n thèng kª t¹o nªn c¬ së cho kü thuËt tèi u
ho¸ ®îc øng dông réng r·i cho nhiÒu vÊn ®Ò kü thuËt bê.
2.2 C¸c nghiªn cøu c¬ së
Trong sè nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n mµ kü thuËt bê thêng gÆp ph¶i cã sù chuyÓn
®éng cña níc däc bê, t¬ng t¸c gi÷a níc chuyÓn ®éng vµ vËt liÖu bê vµ ®¸y vµ c¸c
lùc thuû ®éng do sãng vµ dßng ch¶y t¸c ®éng lªn c¸c c«ng tr×nh. §ã chØ lµ mét sè vÝ
dô cô thÓ vÒ c¸c hiÖn tîng c¬ b¶n; nh÷ng hiÖn tîng kh¸c sÏ ®îc ®Ò cËp sau. ViÖc
nghiªn cøu nh÷ng hiÖn tîng nµy chÝnh lµ c¬ së cña nghiªn cøu kü thuËt bê.
2.3 C¸c chuyªn ngµnh
ViÖc ph©n chia kü thuËt bê ®îc chia thµnh nh÷ng chuyªn ngµnh c¬ b¶n ®·
®îc tr×nh bµy trong phÇn më ®Çu. Chóng ta lÇn lît tr×nh bµy c¸c khÝa c¹nh kü
thuËt cña c¸c chuyªn ngµnh ®ã trong c¸c môc tiÕp sau.
2.4 C¸c vòng vÞnh vµ c¶ng
C¸c c¶ng biÓn ®îc ph¸t triÓn theo yªu cÇu sö dông tµu thuyÒn ®Ó vËn chuyÓn
hµng ho¸ cña con ngêi. §iÒu quan träng ë ®©y lµ cÇn ph¶i ®¸p øng mét lóc c¶ yªu
cÇu vÒ tiÖn lîi lÉn yªu cÇu kinh tÕ. NhiÒu khi ngêi ta cÇn t×m mét gi¶i ph¸p dung
hoµ gi÷a hai yªu cÇu trªn. Nh÷ng khÝa c¹nh cô thÓ cña vÊn ®Ò nµy ®îc ®Ò cËp mét
11
- c¸ch c¬ b¶n trong tËp II. Sù hîp t¸c gi÷a c¸c nhµ thiÕt kÕ hµng h¶i lÉn c¸c nhµ
hµng h¶i thêng cã hiÖu qu¶ nÕu nh vÊn ®Ò tèi u ho¸ ®îc coi träng.
Do nhiÒu c¶ng biÓn n»m ngay trªn c¸c cöa s«ng, v× vËy vÊn ®Ò h×nh thµnh c¸c
b·i vµ l¹ch triÒu thêng ®îc xem xÐt ®Õn trong kü thuËt bê. Th«ng thêng vÊn ®Ò
nµy ®îc nghiªn cøu kü trong kü thuËt s«ng. VÊn ®Ò ®Æc biÖt ®îc quan t©m ë ®©y
liªn quan tíi ¶nh hëng cña dßng ch¶y mËt ®é vµ sù biÕn ®éng cña ®é muèi lªn c¸c
®Æc trng cña bïn trong c¶ng. Trong gi¸o tr×nh nµy sÏ cã c¸c tiÕp cËn kh¸c nhau vÒ
dßng ch¶y mËt ®é c¨n cø vµo c¸c yªu cÇu thùc tiÔn; c¬ së lý thuyÕt cña vÊn ®Ò nµy
®îc tr×nh bµy kü trong c¸c s¸ch vµ gi¸o tr×nh chuyªn ®Ò. C¸c ®Æc trng cña bïn
trong c¶ng vµ s«ng cã thÓ trë nªn hÕt søc quan träng v× chóng g¾n kÕt víi yªu cÇu
n¹o vÐt trong c¶ng vµ cã lóc cßn mang tÝnh quyÕt ®Þnh ®èi víi ®Þa m¹o bê trªn mét
kho¶ng c¸ch kh¸ xa c¶ng. Nh÷ng vÊn ®Ò thiÕt kÕ c¶ng thêng g¾n kÕt chÆt chÏ víi
c¸c vÊn ®Ò ®Þa m¹o bê, vµ còng rÊt khã t¸ch rêi c¸c vÊn ®Ò nµy. Trong sè c¸c vÊn ®Ò
®Þa m¹o cã ý nghi· quan träng ®èi víi c¶ng ®ã lµ c¸c l¹ch tµu vµo c¶ng vµ ¶nh
hëng cña c¸c c«ng tr×nh ph¸ sãng lªn c¸c qu¸ tr×nh bê.
2.5 §Þa m¹o bê
§Þa m¹o bê lµ mét khoa häc nghiªn cøu t¬ng t¸c gi÷a sãng, dßng ch¶y vµ bê.
PhÇn lín bê biÓn ®îc h×nh thµnh tõ c¸c vËt liÖu c¸t v× vËy chóng chÞu sù biÕn ®éng
do sãng vµ dßng ch¶y. C¸c bê ®¸ thêng biÕn ®æi rÊt chËm ®èi víi c¸c qu¸ tr×nh
sãng vµ dßng ch¶y v× vËy chóng liªn quan víi c¸c nhµ ®Þa chÊt nhiÒu h¬n lµ ®èi víi
c¸c kü s kü thuËt bê. V× sao c¸c vïng bê nhiÒu bïn l¹i chÞu biÕn ®éng Ýt h¬n khi cã
sãng vµ dßng ch¶y t¸c ®éng? Chóng ta sÏ tr¶ lêi c©u hái nµy trong ch¬ng 27.
§iÒu may m¾n ë chæ phÇn lín vËt liÖu bê ®Òu lµ c¸t. V× c¸t cã thÓ dÔ dµng n¹o
vÐt vµ sù biÕn ®æi cña c¸c bê c¸t còng cã thÓ dù b¸o mét c¸ch t¬ng ®èi chÝnh x¸c
b»ng c¸c m« h×nh to¸n häc. Nh÷ng m« h×nh nµy sÐ ®îc tr×nh bµy tãm t¾t trong tËp
nµy, nh÷ng th«ng tin chi tiÕt h¬n cã thÓ t×m thÊy trong tËp II.
Còng dÔ hiÓu r»ng tríc hÕt cÇn hiÓu râ chuyÓn ®éng cña níc (t¸c ®éng cña
sãng vµ c¸c lo¹i dßng ch¶y) däc bê tríc khi dù b¸o biÕn ®æi ®Þa m¹o. Tõ ®ã yªu cÇu
hiÓu biÕt nhiÒu nguyªn lý thuû ®éng lùc häc; mét sè nguyªn lý nµy sÏ ®îc «n l¹i
trong c¸c ch¬ng tiÕp sau ®©y.
T¸c ®éng cña sãng vµ dßng ch¶y lªn b·i biÓn cho ®Õn nay vÉn cßn nhiÒu ®iÓm
cha râ. VËn chuyÓn c¸t theo híng däc bê vµ vu«ng gãc bê lµ nh÷ng chñ ®Ò quan
träng trong nghiªn cøu kü thuËt bê. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu theo híng nµy sÏ
®îc tiÕp tôc sö dông ®Ó kiÓm chøng c¸c m« h×nh to¸n häc dù b¸o biÕn ®æi ®êng
bê.
V× kh«ng ph¶i tÊt c¶ sù biÕn ®æi cña bê ®Òu theo ý muèn v× vËy c«ng t¸c b¶o vÖ
bê còng hÕt søc cÇn thiÕt. C«ng t¸c b¶o vÖ cho phÐp lµm chËm c¸c qu¸ tr×nh tù
nhiªn hoÆc trong mét sè trêng hîp lµm v« hiÖu ho¸ c¸c t¸c ®éng kh«ng mong
muèn. VÝ dô, c¸c má hµn x©y dùng vu«ng gãc hoÆc song song víi bê lµm cho qu¸
12
- tr×nh xãi lë bÞ h¹n chÕ. Cã mét sù lùa chän kh¸c b»ng c¸ch chuyÓn nh©n t¹o c¸t tõ
vïng båi tô ®Õn vïng bÞ xãi. C¸c vÊn ®Ò b¶o vÖ bê biÓn sÏ ®îc ®Ò cËp muén h¬n
trong tËp nµy.
Kh«ng chØ cã c¸c c«ng tr×nh ph¸ sãng vµ c¸c l¹ch vµo c¶ng míi lµm cho ®Þa m¹o
bÞ biÕn ®æi; c¸c s«ng tù nhiªn vµ c¸c cöa s«ng còng còng cã thÓ lµm ®iÒu ®ã. §iÒu
nµy sÏ ®îc bµn chi tiÕt trong phÇn cuèi cña tËp nµy.
2.6 Kü thuËt biÓn kh¬i
Cho ®Õn thêi gian gÇn ®©y, c¸c c¶ng vµ ®Þa m¹o bê lµ c¸c chñ ®Ò chÝnh cña kü
thuËt bê truyÒn thèng. HiÖn nay ý muèn cña con ngêi lµm viÖc trªn biÓn ®· ngµy
cµng t¨ng lªn. Mét lÜnh vùc biÓn kh¬i còng ®· ph¸t triÓn nhanh vµ c¸c nhµ kü
thuËt bê lµm viÖc däc theo c¸c bê níc n«ng ®· ®îc yªu cÇu gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò
míi mÎ cho vïng biÓn s©u. Tõ ®ã mét lÜnh vùc tiÕp theo cña h¶i d¬ng häc ®· ®îc
®a vµo do nh÷ng yªu cÇu hiÓu biÕt c¸c qu¸ tr×nh trong vïng biÓn s©u. Mét trong
nh÷ng thóc ®Èy ®Çu tiªn ph¸t triÓn kü thuËt biÓn kh¬i xuÊt ph¸t tõ c¸c c«ng ty dÇu
khÝ.
ThuËt ng÷ kü thuËt biÓn kh¬i ë ®©y cã thÓ hiÓu nh kü thuËt liªn quan t¬i c¸c
c«ng viÖc kh«ng cã liªn kÕt trùc tiÕp víi ®Êt liÒn. Mét sè ngêi cßn gäi lµ kü thuËt
®¹i d¬ng, tuy nhiªn ®©y lµ mét lÜnh vùc míi nªn khã cã thÓ bµn ®Õn mét thuËt ng÷
thèng nhÊt. Sù thèng nhÊt thuËt ng÷ cã thÓ b¾t ®Çu tõ c¸c kÕt qu¶, vÝ dô, mét sè ký
s hµng h¶i thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh ngoµi kh¬i, trong khi mét sè kh¸c l¹i thiÕt kÕ
c¸c tr¹m ph¸t ®iÖn cho tµu.
Ta ®Òu biÕt c¸c con tµu chuyÓn ®éng kh«ng cã liªn kÕt trùc tiÕp víi ®Êt liÒn
nhng chóng kh«ng thuéc lÜnh vùc kü thuËt biÓn kh¬i mµ thuéc lÜnh vùc c¸c kü s
®ãng tµu. MÆt kh¸c c¸c t¸c ®éng cña tµu lªn c¸c c«ng tr×nh l¹i rÊt quan träng ®èi
víi chóng ta.
Nh÷ng ngêi lµm viÖc trong lÜnh vùc kü thuËt biÓn kh¬i cÇn ph¶i cã nh÷ng kiÕn
thøc vÒ mét sè lÜnh vùc riªng. Nh÷ng nhµ thiÕt kÕ tµu, c¸c kü s c¬ khÝ cã thÓ cã
®ãng gãp ®¸ng kÓ cïng c¸c c¸c kü s x©y dùng trong lÜnh vùc kü thuËt biÓn khîi.
HiÖn t¹i ë Delft, nh÷ng chuyªn ngµnh nµy ®ang cã sù hîp t¸c chÆt chÏ trong
ch¬ng tr×nh liªn ngµnh kü thuËt biÓn kh¬i.
13
- 3 H¶i d¬ng häc
W.W. Massie
3.1 Më ®Çu
H¶i d¬ng häc lµ mét khoa häc nghiªn cøu ®¹i d¬ng. Con ngêi ®· tiÕn hµnh
nghiªn cøu ®¹i d¬ng trong nhiÒu thÕ kû qua. C«ng tíc L.F. Marsigli ®· viÕt ra
mét trong nh÷ng quyÓn s¸ch ®Çu tiªn vÒ ®Ò tµi nµy, ®îc xuÊt b¶n n¨m 1725. B¶n
dÞch sang tÕng Hµ Lan ®îc xuÊt b¶n n¨m 1786 vµ mét b¶n sao vÉn cßn lu gi÷ t¹i
th viÖn §¹i häc Leiden.
M.F. Maury, mét sü quan cña h¶i qu©n Hoa Kú, ®· viÕt quyÓn s¸ch ®Çu tiªn vÒ
h¶i d¬ng häc hiÖn ®¹i vµo n¨m 1885 khi «ng ta lµm viÖc ë C¬ quan thuû v¨n h¶i
qu©n. NhiÒu kÕt qu¶ cña «ng rót ra tõ c¸c quan tr¾c trªn tµu cã gi¸ trÞ rÊt lín; tÊt
c¶ ®Òu ®îc gi¶i thÝch mét c¸ch rÊt hay, mÆc dÇu «ng kh«ng cã nh÷ng kiÕn thøc vÒ
®Þa vËt lý.
C«ng tr×nh nghiªn cøu ®Çu tiªn vµ cã hÖ thèng vÒ ®¹i d¬ng ®îc H.M.S
Challenger tiÕn hµnh. Con tµu nµy xuÊt ph¸t tõ Portsmouth, níc Anh vµo ngµy
21 th¸ng 12 n¨m 1872 vµ trong vßng 33 n¨m ®· cã mét hµnh tr×nh 100 000 kil«mÐt
víi 50 tËp b¸o c¸o. §©y còng lµ lÇn ®Çu ®· chia h¶i d¬ng häc ra 4 lÜnh vùc hiÖn
®¹i: sinh häc, ho¸ häc, ®Þa chÊt vµ vËt lý.
VËy vai trß quan träng cña h¶i d¬ng häc ®èi víi kü thuËt bê lµ g×? Chóng ta sÏ
lÇn lît xem xÐt trong c¸c m« t¶ chi tiÕt sau ®©y vÒ c¸c lÜnh vùc nªu trªn.
Sinh häc h¶i d¬ng
Sinh häc h¶i d¬ng g¾n liÒn víi c¸c vËt chÊt sèng trong biÓn. C¸c kü s thuéc
lÜnh vùc kü thuËt biÓn thêng Ýt khi ®èi mÆt trùc tiÕp víi c¸c vÊn ®Ò nµy, song c¸c
nh©n tè sinh häc ®ãng mét vai trß gi¸n tiÕp quan träng. ViÖc c¸c sinh vËt b¸m vµo
c«ng tr×nh còng nh c¸c t¸c ®éng m«i trêng lµ nh÷ng vÝ dô cô thÓ.
Ho¸ häc h¶i d¬ng
Ho¸ häc níc biÓn lµ mét vÊn ®Ò quan träng ®èi víi c¸c nhµ sinh häc biÓn,
song nã cßn trë nªn quan träng h¬n ®èi víi c¸c kü s lµm viÖc víi c¸c c«ng tr×nh
trong biÓn. C¸c vËt liÖu sö dông trong x©y dùng c«ng tr×nh biÓn cÇn d¸p øng yªu
cÇu tr¬ trong níc biÓn vµ chÞu dùng ¸p suÊt cao ë ®é s©u. C¸c nhµ nghiªn cøu cÇn
t×m ra c¸c vËt liÖu ®èi víi c¸c vïng níc s©u hµng tr¨m mÐt. Nh÷ng vÊn ®Ò ¨n mßn
kim lo¹i còng sÏ trë nªn trÇm träng h¬n khi ®é s©u t¨ng.
14
- §Þa chÊt h¶i d¬ng
Nh÷ng nhµ ®Þa chÊt t×m kiÕm c¸c kho¸ng chÊt cã gi¸ trÞ th¬ng m¹i trªn ®¸y
biÓn vµ díi biÓn lu«n t¹o ra c«ng ¨n viÖc lµm cho c¸c nhµ kü thuËt bê. Khi c¸c nhµ
kü thuËt bê kh«ng th«ng th¹o lÜnh vùc ®Þa chÊt biÓn, hä nhÊt thiÕt ph¶i yªu cÇu c¸c
nhµ ®Þa chÊt biÓn cung cÊp c¸c th«ng tin liªn quan tíi nÒn mãng c«ng tr×nh.
VËt lý h¶i d¬ng
C¸c nhµ vËt lý h¶i d¬ng cã lÏ thuéc lo¹i gÇn gièng nhÊt ®èi víi c¸c nhµ kü
thuËt bê. C¶ hai lo¹i ngêi nµy ®Òu quan t©m tíi sãng, triÒu vµ c¸c vÊn ®Ò chung
thuû ®éng lùc häc. Quan t©m ®èi víi sãng cã lÏ quan träng nhÊt ®èi víi hä. C¸c nhµ
h¶i d¬ng häc cho r»ng sãng lµ mét vÊn ®Ò hãc bóa, cßn c¸c nhµ kü thuËt bê l¹i rót
ra tõ ®©y nh÷ng vÊn ®Ò hÕt søc th¸ch thøc ®èi víi hä. Cïng víi viÖc x©y dùng c¸c
c«ng tr×nh trªn biÓn s©u, c¸c nhµ kü thuËt bê l¹i ph¶i chó ý tíi nh÷ng vÊn ®Ò tríc
®©y chØ cã c¸c nhµ h¶i d¬ng häc vËt lý quan t©m ®ã lµ dßng ch¶y biÓn.
3.2 M« t¶ c¸c ®¹i d¬ng
Mét sè m« t¶ tæng qu¸t c¸c ®Æc ®iÓm tù nhiªn cña c¸c ®¹i d¬ng sÏ gióp hiÓu
biÕt dÔ h¬n c¸c qu¸ tr×nh ®éng lùc xuÊt hiÖn trong biÓn.
H×nh 3.1. §êng ph©n bè tÝch luü diÖn tÝch ®¹i d¬ng theo ®é s©u theo Sverdrup
H×nh 3.1 cho ta thÊy ph©n bè diÖn tÝch ®¹i d¬ng (%) theo ®é s©u. §é s©u
trung b×nh vµo kho¶ng 3800 m vµ thÓ tÝch c¸c ®¹i d¬ng vµo kho¶ng 1370x1015 m3.
Trong khi ®ã BiÓn B¾c cã ®é s©u trung b×nh 94 m vµ thÓ tÝch níc 0.054 x1015 m3.
PhÇn n«ng nhÊt cña ®¹i d¬ng (7,6% diÖn tÝch tæng céng) ®îc gäi lµ thÒm lôc ®Þa.
HiÖn nay c¸c nhµ kü thuËt bê ®· ®îc hái ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò n»m trong miÒn tõ
thÒm lôc ®Þa ®Õn bê dèc lôc ®Þa v× vËy hä cÇn hiÓu s©u thªm vÒ h¶i d¬ng häc. Giíi
h¹n cña thÒm lôc ®Þa cña phÇn lín bê lôc ®Þa cã thÓ ®¹t tíi bÒ réng kho¶ng 1200
15
- km. N¬i cã thÒm lôc ®Þa réng nhÊt thuéc B¾c b¨ng d¬ng, phÝa b¾c Xiberia, thÒm
lôc ®Þa phøc t¹p nhÊt cã lÏ thuéc bê t©y Mü (bê ®«ng Th¸i B×nh D¬ng).
§¹i d¬ng ®îc ph©n chia thµnh c¸c biÓn (bån) liªn kÕt víi nhau trong ®ã c¸c
qu¸ tr×nh vËt lý h¶i d¬ng quan träng ®îc thÓ hiÖn râ nhÊt. Nh÷ng bån nµy cã ®é
s©u tõ 3 ®Õn 5 km víi mét sè vïng s©u h¬n hoÆc n«ng h¬n. PhÇn lín nh÷ng biÕn
®éng cña ®¹i d¬ng xÈy ra trong líp níc trªn cïng cã ®é dµy 1 ®Õn 2 km. S©u h¬n
cã thÓ xem ®ång nhÊt ®èi víi ®é muèi (35%0 - xem môc 3.6) vµ nhiÖt ®é (3 C -
4C). MÆt kh¸c dßng ch¶y trong líp níc nµy còng rÊt yÕu vµ cã thÓ cho b»ng 0.
Trong môc tiÕp theo chóng ta sÏ ®Ò cËp tíi dßng ch¶y biÓn, cßn vÒ c¸c tÝnh chÊt vËt
lý cña níc biÓn sÏ ®îc ®Ò cËp riªng trong môc 3.6.
3.3 Dßng ch¶y giã ®¹i d¬ng
Lùc c¬ b¶n g©y nªn dßng ch¶y chÝnh lµ giã t¸c ®éng lªn mÆt biÓn. C¸c dßng tÝn
phong vµ dßng giã t©y ®· t¹o nªn c¸c dßng ch¶y híng vÒ phÝa t©y t¹i c¸c vïng vÜ
®é thÊp vµ ®i vÒ phÝa ®«ng trªn vÜ ®é cao. Cã thÓ m« t¶ ®iÒu nµy ®èi víi c¸c thµnh
phÇn dßng ch¶y trªn khu vùc b¾c §¹i t©y d¬ng:
Dßng ch¶y b¾c xÝch ®¹o ch¶y vÒ híng t©y tõ quÇn ®¶o Cap Verde vÒ phÝa biÓn
Caribe. Mét phÇn dßng ch¶y ®i vµo biÓn ®ã vµ mét phÇn kh¸c ch¶y theo híng t©y-
b¾c ë phÝa ®«ng quÇn ®¶o Caribe (dßng ch¶y Antilles) sau ®ã gÆp dßng Florida.
Níc tho¸t khái biÓn Caribe gi÷a Florida vµ Cuba ®i vµo dßng ch¶y Florida. Dßng
ch¶y Florida (thêng ®îc gäi lµ Gulf Stream) tiÕp tôc ch¶y vÒ híng b¾c däc bê b¾c
Mü ®Õn kho¶ng vÜ ®é 45N th× quay vÒ híng ®«ng vµ h×nh thµnh nªn dßng ch¶y
b¾c §¹i t©y d¬ng. Mét nh¸nh cña dßng nµy quay vÒ híng nam, däc bê Bå ®µo
nha, t¹o nªn dßng ch¶y Canary vµ kÕt thóc dßng ch¶y khÐp kÝn.
HÖ dßng ch¶y t¬ng tù cã thÓ thÊy ®èi víi nam §¹i t©y d¬ng còng nh c¸c ®¹i
d¬ng kh¸c. Nh÷ng dßng ch¶y ®«ng-t©y nh trªn t¬ng øng víi c¸c vÜ tuyÕn cã giã
thèng trÞ. C¸c dßng ch¶y híng b¾c vµ nam ®¶m b¶o sù c©n b»ng khèi lîng níc.
Lµm thÕ nµo mµ giã cã thÓ g©y nªn dßng ch¶y ®«ng – t©y? C©u hái nµy sÏ ®îc
gi¶ ®¸p trong phÇn cuèi cña ch¬ng nµy, nhng tríc hÕt cÇn xem xÐt c©n b»ng cña
c¸c dßng ch¶y trong ®¹i d¬ng.
3.4 §éng lùc dßng ch¶y ®¹i d¬ng
Sù c©n b»ng quen thuéc gi÷a lùc träng trêng vµ lùc ma s¸t m« t¶ b»ng ph¬ng
tr×nh Chezy ®· ®îc sö dông réng r·i trong m« pháng dßng ch¶y trong s«ng kh«ng
thÓ sö dông ®îc cho ®¹i d¬ng. Bëi v× ®¹i d¬ng thêng rÊt s©u vµ vËn tèc dßng
ch¶y l¹i rÊt bÐ (nhá h¬n 1 m/s), lùc ma s¸t trë nªn kh«ng quan träng. MÆt kh¸c, c¸c
dßng ch¶y ®¹i d¬ng lan truyÒn trªn mét kho¶ng c¸ch dµi trªn bÒ mÆt cña qu¶ ®Êt
quay, nªn mét lùc kh¸c- lùc Coriolis trë nªn quan träng.
16
- Cho r»ng dßng ch¶y chuyÓn ®éng víi vËn tèc kh«ng ®æi däc theo ®êng th¼ng
(®êng th¼ng ë ®©y cã nghÜa lµ däc theo vßng trßn chÝnh t©m). Gia tèc Coriolis t¸c
®éng lªn mét ®¬n vÞ khèi lîng níc sÏ lµ:
(3.01)
ac = 2 sin V
trong ®ã:
ac - gia tèc Coriolis
- vËn tèc quay cña qu¶ ®Êt = 0,729.10-4 1/s
V - vËn tèc dßng ch¶y, vµ
- vÜ ®é ®Þa lý.
Gia tèc nµy (hoÆc lùc t¸c ®éng lªn mét ®¬n vÞ khèi lîng) theo híng vÒ phÝa
ph¶i do víi híng chuyÓn ®éng ë b¾c b¸n cÇu (theo híng ngîc l¹i ®èi víi nam b¸n
cÇu).
NÕu nh dßng ch¶y theo híng ®êng trßn chÝnh t©m th× gia tèc tæng céng
vu«ng gãc víi dßng sÏ b»ng zero. Gia tèc Coriolis sÏ bÞ c©n b»ng bëi gradient cña ¸p
suÊt. Gradient ngang cña ¸p suÊt còng cã híng vu«ng gãc víi dßng ch¶y vµ t¸c
®éng ngîc híng víi gia tèc Coriolis. Sù c©n b»ng cña hai thµnh phÇn Êy sÏ lµ:
1 p (3.02)
2 sin V
n
trong ®ã:
mËt ®é cña níc, vµ
p
gradient ngang ¸p suÊt vu«ng
n
gãc víi dßng ch¶y.
Sù kh¸c nhau vÒ mËt ®é kh«ng ®ñ ®Ó g©y nªn gradient ¸p suÊt ®ã, chÝnh ®é
nghiªng cña mÆt biÓn ®· t¹o ra sù c©n b»ng ®ã. Nh vËy cã sù chªnh lÖc vÒ mùc
níc gi÷a c¸c vïng kh¸c nhau cña ®¹i d¬ng. Cã thÓ chøng minh ®iÒu nµy b»ng
c¸ch tÝnh sù chªnh lÖch mùc níc gi÷a hai bê eo Florida (theo híng vu«ng gãc víi
dßng Florida). VÜ tuyÕn cña khu vùc lµ 26N, dßng ch¶y cã vËn tèc trung b×nh 1.0
m/s, vµ bÒ réng eo biÓn kho¶ng 80 km.
1 m
( 2)(0,729.10 4 )(sin 26 o )(1,0) 6,4.10 5 2
n s
Trªn kho¶ng c¸ch 80 km sù chªnh lÖc mùc níc sÏ lµ:
6,4.10 5
80.10 3 52.10 2
z m
9,81
Gi¸ trÞ nµy t¬ng øng sè liÖu ®o ®¹c thùc tÕ kho¶ng 45 cm.
Dßng ch¶y theo c¸ch tÝnh to¸n nh trªn thêng ®îc gäi lµ dßng ®Þa chuyÓn.
17
- Mét kÕt qu¶ kh¸ thó vÞ, (nhng kh«ng thËt quan träng ®èi víi h¶i d¬ng häc)
cã thÓ thu ®îc nÕu cho dßng ch¶y quay víi gi¶ thiÕt r»ng gradient ngang cña ¸p
suÊt b»ng 0. Trong trêng hîp ®ã, gia tèc Coriolis sÏ c©n b»ng víi gia tèc ly t©m
V2 (3.03a)
2 sin V
r
V
2 sin (3.03b)
r
trong ®ã r lµ b¸n kÝnh cong.
C¸c dßng ch¶y d¹ng nµy chØ cã kh¶ n¨ng lµm lÖch mét sè quan tr¾c h¶i d¬ng,
nhng trong mét sè trêng hîp cã thÓ g©y nhiÔu ®éng. Nh÷ng dßng ch¶y nµy ®·
g©y nªn mét sè vÊn ®Ò kh¸ trÇm träng ®èi víi sù thÝch øng cña m« h×nh thuû lùc t¹i
mét phßng thÝ nghiÖm cña Hoa Kú mÊy n¨m vÒ tríc. Mét bån trô cã ®êng kÝnh 4
m ®îc cho níc ®Çy vµo buæi tèi vµ ®Ó qua ®ªm. S¸ng sím c¸c nhµ nghiªn cøu
nhËn thÊy níc trong bån chuyÓn ®éng. V× phßng thÝ nghiÖm n»m trªn vü tuyÕn
45N, vËn tèc ®o ®îc vµo kho¶ng 0,2 mm/s.
Dßng ch¶y nµy, ®óng nh m« t¶, kh«ng phô thuéc vµo ®é s©u, bëi v× ma s¸t ®·
kh«ng ®îc kÓ ®Õn. §iÒu nµy kh«ng cã ý nghÜa quan träng ®èi víi biÓn vµ ®¹i
d¬ng, tuy tríc ®©y còng cã ®Ò cËp tíi lo¹i dßng ch¶y nµy trong líp níc trªn 1-2
km, ®Æc biÖt khi chóng ta tiÕp tôc xem xÐt c¸c dßng ®Þa chuyÓn vµ giã t¸c ®éng lªn
mÆt biÓn.
3.5 Dßng ch¶y tr«i Ekman
Nansen (1902) ®· m« t¶ c¸c quan tr¾c cña m×nh vÒ hiÖn tîng b¨ng tr«i trªn
B¾c B¨ng d¬ng. ¤ng ta nhËn thÊy r»ng b¨ng trªn mÆt biÓn kh«ng chuyÓn ®éng
theo híng giã, mµ bÞ lÖch mét gãc tõ 20 ®Õn 40. Nansen gi¶i thÝch hiÖn tîng
nµy b»ng hiÖu øng Coriolis, vµ cho r»ng dßng ch¶y t¹i c¸c líp s©u h¬n do t¸c ®éng
cña øng suÊt ph©n líp sÏ cã híng lÖch h¬n dÇn vÒ bªn ph¶i. Theo yªu cÇu cña
Nansen, Ekman ®· nghiªn cøu hiÖn tîng nµy b»ng ph¬ng ph¸p to¸n häc. C¸c kÕt
cña cña Ekman c«ng bè n¨m 1902 sÏ kh«ng ®îc tr×nh bµy díi ®©y. Chóng t«i chØ
dÉn ra c¸c quan ®iÓm xuÊt ph¸t vµ c¸c kÕt qu¶ chÝnh. C«ng tr×nh nghiªn cøu ®èi
víi biÓn s©u v« h¹n, giã thæi æn ®Þnh vÒ híng vµ vËn tèc ®ång nhÊt trªn mÆt biÓn.
MÆt biÓn ®îc xem nh mÆt ph¼ng ngang vµ chØ cã lùc t¸c ®éng duy nhÊt lµ øng
suÊt giã. Trong trêng hîp tr¹ng th¸i dõng (kh«ng cã gia tèc) cã thÓ viÕt:
z 2u (3.05)
2 sin .v
z 2
z 2v
2 sin .u (3.06)
z 2
trong ®ã:
18
- u thµnh phÇn vËn tèc ngang theo trôc x
tthµnh phÇn vËn tèc ngang theo híng y
v
z trôc to¹ ®é theo ph¬ng th¼ng ®øng tÝnh tõ mÆt biÓn (+ ®i lªn), vµ
hÖ sè nhít rèi theo ph¬ng th¼ng ®øng.
z
C¸c triÓn khai to¸n häc ®· ®îc Neuman vµ Pierson (1966) tiÕn hµnh sau nµy.
Hä gi¶ thiÕt r»ng giã chØ thæi theo híng trôc y, øng suÊt trªn mÆt biÓn sÏ lµ:
dV
S z (3.07)
z0
dt
t¸c ®éng theo trôc y.
KÕt qu¶ cho lêi gi¶i nh sau
z
u VS e D cos 45 o z (3.08)
D
z
v VS e D sin 45 o z (3.09)
D
cho ta c¸c thµnh phÇn cña vËn tèc ngang t¹i c¸c ®é s©u z kh¸c nhau khi biÕt
vËn tèc trªn mÆt vµ D.
z
D (3.10)
sin
Vs (3.11)
2 D sin
Ekman ®· gäi D lµ ®é s©u ¶nh hëng cña ma s¸t; ®é s©u mµ trªn ®ã ®é nhít rèi
cã vai trß quan träng. T¹i ®é s©u nµy vËn tèc dßng ch¶y vµo kho¶ng 1/23 gi¸ trÞ trªn
mÆt biÓn vµ híng theo chiÒu ngîc l¹i. §iÒu nµy phï hîp víi gi¶ thiÕt cña Hansen
®· nªu tríc ®©y. Th«ng thêng D vµo kho¶ng 50 mÐt, song t¨ng rÊt nhanh ®Õn v«
cïng t¹i xÝch ®¹o.
Thay gi¸ trÞ z = 0 vµo c¸c c«ng thøc (3.08) vµ (3.09) chóng ta thu ®îc híng
cña vËn tèc trªn mÆt t¹o mét gãc 45 vÒ bªn ph¶i so víi híng giã (trªn phÝa b¾c
b¸n cÇu).
§Ó dÔ dµng h×nh dung ph©n bè kh«ng gian cña vËn tèc chóng ta cã thÓ sö dông
to¹ ®é cùc
z
(3.12)
V VS e D
45 0 z (3.13)
D
Theo ®ã vËn tèc V gi¶m theo hµm mò tù nhiªn víi ®é s©u vµ gãc gi÷a híng
giã vµ dßng t¨ng tuyÕn tÝnh theo ®é s©u theo híng kim ®ång hå. Gi¸ trÞ vµ híng
19
- cña lu lîng níc tæng céng thu ®îc b»ng c¸ch tÝch ph©n 3.08 vµ 3.09 tõ z = -
®Õn z = 0.
VD
qx S (3.14)
2
qy 0 (3.15)
trong ®ã qx vµ qy lµ thÓ tÝch níc ®i qua mét ®¬n vÞ bÒ réng. Dßng tæng céng cã
híng vu«ng gãc víi híng giã trªn mÆt biÓn.
Nh÷ng ®iÒu nªu trªn cã vÎ kh«ng cã lîi Ých g× ®èi víi c¸c nhµ kü thuËt bê. Tuy
nhiªn ®¹i d¬ng lu«n cã bê, cã ®é nghiªng cña ®¸y, cã ®é s©u h÷u h¹n v× vËy cã thÓ
®iÒu nµy sÏ gióp bíc ®Çu gi¶i quyÕt bµi to¸n níc d©ng. Dù b¸o níc d©ng lµ mét
vÊn ®Ò hÕt søc quan träng ®Æc biÖt díi gãc ®é tµn ph¸ cña hiÖn tîng nµy.
Eckman (1905) ®· xem xÐt trêng hîp biÓn cã ®é s©u h÷u h¹n. KÕt qu¶ quan
träng thu ®îc lµ:
S
Λ (3.16)
gh
trong ®ã:
®é nghiªng cña mÆt biÓn
h ®é s©u, vµ
hÖ sè.
z
Gi¸ trÞ cña hÖ sè nµy biÕn ®æi tõ 1 ®èi víi ®é s©u rÊt lín ( h >> ) vµ 1,5
sin
®èi víi vïng níc n«ng khi ¶nh hëng cña lùc Coriolis kh«ng ®¸ng kÓ. Theo
Neumann vµ Pierson (1966) lùc Coriolis cã thÓ bá qua ®èi víi c¸c vÊn ®Ò níc d©ng
do giã khi híng cña gradient mÆt cùc ®¹i kh«ng lÖch qu¸ 10 ®èi víi híng giã.
Tuy nhiªn, nÕu nh ®é s©u cña níc biÕn ®æi (®iÒu nµy hoµn toµn tù nhiªn) vµ
¶nh hëng cña níc d©ng do b·o lªn ®é s©u ®· ®îc kÓ ®Õn th× chóng ta cÇn tÝnh
lùc tæng céng theo:
dz ' z
(3.17)
dx gz '
trong ®ã z’ ®é s©u tÝnh tõ mÆt biÓn thùc t¹i.
ViÖc gi¶i bµi to¸n nµy vît qu¸ yªu cÇu cña bµi gi¶ng nµy, Hansen (1956) vµ
Harris (1963) ®· ®a ra mét tiÕp cËn vÊn ®Ò nµy.
3.6 C¸c tÝnh chÊt vËt lý cña níc ®¹i d¬ng
TÝnh chÊt vËt lý quan träng nhÊt cña níc biÓn, theo quan ®iÓm kü thuËt bê, lµ
mËt ®é. MËt ®é cña níc lµ mét hµm cña 3 biÕn: ®é muèi, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt.
Trong ®ã ¶nh hëng cña ¸p suÊt cã thÓ xem lµ kh«ng ®¸ng kÓ, ngo¹i trõ c¸c ®iÒu
kiÖn ®é s©u lín, vÝ dô trªn 500 m.
20
- Kh¸c víi níc tinh khiÕt, phÇn lín níc biÓn cã mËt ®é t¨ng lªn khi nhiÖt ®é
gi¶m ®Õn nhiÖt ®é ®ãng b¨ng. §¹i bé phËn níc biÓn cã ®é muèi biÕn ®æi tõ 34 ®Õn
36%o (phÇn ngµn theo träng lîng). §èi víi biÓn Baltic ®é muèi cã thÓ cã lóc díi
7%o. BiÓn Hång h¶i ngîc l¹i cã ®é muèi tíi 41%o.
VÊn ®Ò phøc t¹p ë chç mèi phô thuéc cña mËt ®é vµo nhiÖt ®é vµ ®é muèi
kh«ng hÒ ®¬n gi¶n. Fisher, Williams and Dial (1970) ®· c«ng bè mét ph¬ng tr×nh
thùc nghiÖm ®èi víi thÓ tÝch riªng, v. Ph¬ng tr×nh ®ã lµ:
K3
v v K1 S (3.18)
K4 K2S p
trong ®ã:
K1 lµ hÖ sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é cã thø nguyªn cm3/(g.%o),
K2 lµ hÖ sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é víi thø nguyªn bar/%o (1 bar b»ng 106
dyn/cm5 t¬ng øng ¸p suÊt 105 Pa = 105 N/m2 hay vµo kho¶ng 0,987 atmospher)
K3 hÖ sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é cã thø nguyªn bar cm3/g,
K4 hÖ sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é cã thø nguyªn bar,
p’ lµ ¸p suÊt tuyÖt ®èi (bar),
S ®é muèi (%o),
v thÓ tÝch riªng (cm3/g), vµ
v lµ hÖ sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é cã thø nguyªn cm3/g.
C¶ 5 hÖ sè K1,K2,K3,K4 vµ v ®Òu phô thuéc vµo nhiÖt ®é, T (C), theo ph¬ng
tr×nh ®a thøc trong d¹ng:
N
j
a jT (3.19)
j 0
C¸c hÖ sè aj ®èi víi ph¬ng tr×nh ®a thøc ®îc dÉn ra trong b¶ng 3.1.
Ph¬ng tr×nh 3.18 ®îc sö dông cho c¸c kho¶ng giíi h¹n sau ®©y:
-2 < T < 100; 0 < p’ < 1000 bar; 0 < S < 50%o.
Nh÷ng ®Æc ®iÓm nµy ®· lµm cho ph¬ng tr×nh 3.18 trë nªn th«ng dông hiÖn
nay. Trong b¶ng 3.2 dÉn ra gi¸ trÞ cña c¸c hÖ sè ®èi víi ph¬ng tr×nh 3.18 ®îc
®¸nh gi¸ cho thang nhiÖt ®é kh¸c khau sö dông b¶ng 3.1 vµ ph¬ng tr×nh 3.19.
MËt ®é cña níc (kg/m3) cã thÓ x¸c ®Þnh tõ thÓ tÝch riªng tÝnh theo 3.18 nh
sau:
= (1/v).103 (3.20)
trong ®ã lµ mËt ®é víi thø nguyªn kg/m3.
21
nguon tai.lieu . vn