- Trang Chủ
- Địa Lý
- Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 6
Xem mẫu
- 19 Sãng seiche
L.E. van Loo
19.1 §Þnh nghÜa
Nãi mét c¸ch chÝnh x¸c th× seiche lµ dao ®éng sãng ®øng tù do trong mét
thuû vùc kÝn. Níc d©ng thêng xÈy ra trong hå Geneva lµ mét thÝ dô cho ®Þnh
nghÜa ®ã. Lo¹i hiÖn tîng nµy cã thÓ do nguyªn nh©n biÕn ®æi ¸p suÊt khÝ quyÓn,
hay do cã mét lîng níc lín rót nhanh hay ®æ nhanh vµo hå.
Danh tõ seiche còng ®îc sö dông ®Ó m« t¶ c¸c t¸c ®éng sãng ®øng quan tr¾c
thÊy trong c¶ng. Lo¹i sãng nµy cã chu kú t¬ng ®èi dµi vµ biªn ®é thÊp so víi c¸c
sãng m« t¶ trong ch¬ng 5. T¹i c¸c c¶ng kh«ng hoµn toµn khÐp kÝn, c¸c lùc t¸c
®éng kh¸c cã thÓ g©y nªn hiÖn tîng nµy. C¸c t¸c ®éng cña triÒu vµ c¸c sãng lõng
chu kú dµi trªn c¸c vïng biÓn kÒ cËn cã thÓ g©y nªn seiche trong c¶ng.
Mét tõ kh¸c “range action” còng ®îc sö dông ®Ó chØ c¸c sãng seiche. Tõ nµy
còng ®îc sö dông ®Ó ph¶n ¸nh chuyÓn ®éng cña tµu neo do seiche g©y nªn.
19.2 C¸c trêng hîp ®¬n gi¶n
Sãng seiche ®¬n gi¶n thùc tÕ (trong c¸c thuû vùc kÝn) lµ sãng ®øng víi ®iÓm
nót n»m gi÷a bÓ vµ c¸c ph¶n nót t¹i hai ®Çu. §é dµi bÓ b»ng 1./2 ®é dµi sãng nh
®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 19.1. §èi víi sãng dµi ®ã:
c gh (19.01)
trong ®ã: c lµ vËn tèc sãng
g lµ gia tèc träng trêng, vµ
h lµ dé s©u trung b×nh cña níc.
¸p dông c«ng thøc trªn cho bån níc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ, chu kú sãng, T,
cã thÓ tÝnh nh sau:
2L
(19.02)
T
gh
Xem hå Geneva lµm vÝ dô, ta cã thÓ t×m ®îc, víi
L = 90 km vµ h = 200 m cã chu kú, T, kho¶ng 1 giê 8 phót.
Khi c¶ng nèi liÒn víi biÓn, ®iÓm nót cã thÓ n»m t¹i cöa vµo vµ ph¶n nót sÏ lµ
cuèi cña c¶ng. Trong trêng hîp nµy, ®é dµi sãng b»ng 4 lÇn ®é dµi bån c¶ng vµ
®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 19.2. Trong trêng hîp ®ã:
4L
(19.03)
T
gh
101
- H×nh 19.1. Sãng ®øng trong bÓ kÝn H×nh 19.2. Sãng sseiche trong c¶ng
Tuy nhiªn vÉn cã thÓ tån t¹i c¸c kh¶ n¨ng kh¸c. Th«ng thêng:
4L
(19.04)
Ti
(i ) gh
trong ®ã i lµ sè nguyªn lÎ: 1,3,5,...; lu ý r»ng khi i t¨ng th× chu kú cña thµnh
phÇn sãng ®iÒu hoµ thø i sÏ gi¶m. Ph¬ng tr×nh 19.03 còng chÝnh lµ ph¬ng tr×nh
19.04 víi i = 1; tõ ®©y thu ®îc thµnh phÇn sãng ®iÒu hoµ thø 1 hay lµ sãng s¬
cÊp. Mét vÝ dô víi i = 5 ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 19.3. Nh vËy sãng seiche víi mét
sè chu kú nhÊt ®Þnh sÏ tån t¹i cho tõng c¶ng. Trong thùc tÕ, i trong ph¬ng tr×nh
19.04 thêng nhá vµ chñ yÕu i =1.
H×nh 19.3. Sãng seciche cã
n¨m sãng thµnh phÇn
102
- 19.3 T¸c ®éng cña seiche
Th«ng thêng biªn ®é cña seiche ngay c¶ trªn c¸c ph¶n nót ®Òu cã gi¸ trÞ
nhá. Tuy nhiªn ë t¹i ®iÓm nót sù dÞch chuyÓn ®iÒu hoµ cña níc cã thÓ trë nªn
®¸ng kÓ. V× c¸c tµu neo bÞ giíi h¹n chuyÓn dÞch ngang, nªn cã thÓ xÈy ra sù cè
nÕu neo gÇn ®iÓm nót. Mét ¶nh hëng kh¸c ®èi víi c¸c tµu lín cã thÓ do ®é
nghiªng cña mÆt níc g©y nªn
19.4 C¶nh b¸o seiche
Sãng seiche cã chu kú dµi vµ biªn ®é nhá. Sãng nµy kh«ng bÞ ®æ gÇn bê vµ
cã nhiÒu n¨ng lîng nªn cã rÊt Ýt kh¶ n¨ng can thiÖp lµm suy yÕu nã. MÆt kh¸c
c¸c t¸c déng g©y nªn seiche còng rÊt khã h¹n chÕ v× ®ã thêng lµ c¸c thµnh phÇn
sãng triÒu hay c¸c sãng lõng. Tuy nhiªn chóng ta ®ang xem xÐt hiÖn tîng liªn
quan tíi céng hëng nªn cã thÓ lµm gi¶m hiÖu øng nµy. Tõ ph¬ng tr×nh 19.04 ta
thÊy chu kú cña seiche phu thuéc vµo 2 yÕu tè lµ ®é s©u vµ kho¶ng c¸ch ngang.
Nh vËy nÕu lµm biÕn ®æi hai tham sè nµy th× møc ®é céng hëng sÏ gi¶m theo.
Ngêi ta cã thÓ gi¶i quyÕt vÊn ®Ò b»ng c¸ch thay ®æi h×nh d¹ng cña bån c¶ng víi
hy väng lµm gi¶m sãng ph¶n x¹.
103
- 20 C¸c s«ng cã triÒu
E.W. Bijker, L.E. van Loo
20.1 Më ®Çu
Nh ®· nh¾c ®Õn trong ch¬ng 14, phÇn lín c¸c c¶ng ®Òu ®îc x©y dùng däc
theo bê s«ng, nhiÒu khi n»m s©u trong ®Êt liÒn. Lu©n ®«n, Anh, Portland,
Oregon, Hoa kú, Antwerp, BØ, Rotterdam, Hµ Lan, vµ Hamburg, §øc lµ nh÷ng thÝ
dô vÒ c¸c lo¹i c¶ng nµy. Trong mét sè trêng hîp, kho¶ng c¸ch lín tõ c¶ng ®Õn
biÓn ®· g©y khã kh¨n cho tµu vµo ra còng nh sù ph¸t triÓn chung cña c¶ng.
C¶ng Deventer cña Hµ Lan lµ mét vÝ dô nh vËy.
Trong ch¬ng nµy, chóng ta sÏ xem xÐt c¸c t¸c ®éng cña triÒu t¹i h¹ lu s«ng
vµ nh÷ng hËu qu¶ g©y nªn ®èi víi lu th«ng vµ n¹o vÐt c¶ng.
20.2 C¸c cöa s«ng
C¸c cöa s«ng trªn vïng bë ph¼ng chÞu t¸c ®éng kh«ng nh÷ng cña c¸c dßng
níc ngät tõ thuû vùc s«ng ®æ vÒ vµ cßn bÞ c¸c dßng triÒu tõ cöa s«ng ®i lªn.
Escoffier (1940) ®· nghiªn cøu ®é æn ®Þnh cña c¸c cöa triÒu.
H×nh 20.a T¬ng quan vËn tèc trong kªnh
Nh÷ng nghiªn cøu ®Þnh lîng chñ yÕu cña Escofier còng ®· dÉn ®Õn c¸c biÓu
thøc ®èi víi vËn tèc cùc ®¹i t¹i cöa, Vm, cho c¸c lo¹i cöa s«ng cô thÓ nh lµ mét
hµm cña b¸n kÝnh thuû lùc, R, tiÕt diÖn ngang, A, vµ biªn ®é triÒu, h. Do c«ng
thøc ®a ra cho mçi cöa s«ng nhÊt ®Þnh nªn c¸c biÕn sè kh¸c nh ®é ghå ghÒ ®¸y
s«ng, ®é dµi s«ng, diÖn tÝch bÒ mÆt vµ biªn ®é triÒu trªn biÓn ®îc cho lµ kh«ng
®æi.
104
- Escofier ®· tæng hîp c¸c biÕn ®ã ®èi víi tõng cöa s«ng th«ng qua mét tham sè
duy nhÊt, x, cho r»ng kÝch thíc ngang x ®îc ®Æc trng cho mÆt c¾t ngang cöa.
Mét c¸ch ®Þnh lîng, «ng ®· dÉn ra r»ng Vm biÕn ®æi nh mét hµm cña x ®îc
dÉn ra trªn h×nh 20.a.
Trong kho¶ng tõ A ®Õn C trªn ®êng cong, tiÕt diÖn cöa cßn nhá nªn kh«ng
cã sù kh¸c biÖt do dßng triÒu, chªnh lÖch triÒu trong ®ã kh«ng lín so víi trªn
biÓn. Trªn ®o¹n tõ C sang E, ®iÒu võa nªu ®· kh«ng cßn ®óng n÷a vµ vËn tèc cùc
®¹i sÏ gi¶m khi tiÕt diÖn t¨ng lªn.
Bíc tiÕp theo cña Escofier lµ ®a ra quan ®iÓm vÒ vËn tèc tíi h¹n, Vcr, nÕu
vËn tèc nhá h¬n gi¸ trÞ nµy sÏ kh«ng g©y ra xãi mßn. Gi¸ trÞ vËn tèc tíi h¹n nµy Ýt
nhiÒu kh«ng phô thuéc vµo kÝch thíc cöa s«ng vµ ®îc vÏ b»ng ®êng th¼ng
trªn h×nh 20.a (B-D).
Sù biÕn ®æi cña cöa s«ng cã thÓ ®îc dù b¸o th«ng qua ®êng cong ACE
t¬ng quan víi vËn tèc tíi h¹n Vcr. Trong trêng hîp nÕu Vm thêng xuyªn nhá
h¬n Vcr ®èi víi mäi gi¸ trÞ x, th× trÇm tÝch l¾ng ®äng trªn cöa sÏ ®îc gi÷ l¹i vµ
cöa s«ng sÏ chÞu nguy c¬ bÞ ®ãng l¹i. Trong trêng hîp ngîc l¹i, nÕu ta cã hiÖn
tîng c¾t nhau cña ®êng cong Vm(x) víi ®êng Vcr vÝ dô t¹i hai ®iÓm B vµ D trªn
h×nh vÏ, sÏ cã mét sè hËu qu¶ kh¸c nhau cã thÓ xÈy ra. NÕu nh kÝch thíc l¹ch
t¬ng øng trong ®o¹n A-B cña ®êng cong 20.a, t¬ng øng trêng hîp l¹ch qu¸
nhá ®Ó tån t¹i, nªn sÏ bÞ båi lÊp do c¸c qu¸ tr×nh tù nhiªn. NÕu nh kÝch thíc
l¹ch t¬ng øng trong ®o¹n D-E, vËn tèc cùc ®¹i còng nhá nhng qu¸ tr×nh l¾ng
®äng vÉn tiÕp tôc cho ®Õn tËn ®iÓm D. Cuèi cïng, nÕu kÝch thíc t¬ng øng ®o¹n
B-D th× hiÖn tîng xãi mßn sÏ xÈy ra cho ®Õn tËn ®iÓm D, nh vËy t¹i ®iÓm D ta
cã tr¹ng th¸i c©n b»ng æn ®Þnh.
Víi nh÷ng c¨n cø nh vËy, chóng ta cã thÓ g©y c¸c t¸c ®éng lªn sù biÕn ®æi
t¹i c¸c cöa s«ng. Do ®iÓm D cho ta tr¹ng th¸i æn ®Þnh tù nhiªn, ta cã thÓ thÊy
r»ng ®¹i bé phËn c¸c cöa s«ng ®Òu cã xu thÕ ®¹t ®Õn ®iÓm nµy. Mét trËn b·o lín
cã thÓ lÊp ®Çy cöa s«ng vµ ®ét ngét dÉn vÒ tr¹ng th¸i t¬ng øng ®o¹n A-B, trong
trêng hîp ®ã cÇn tiÕn hµnh n¹o vÐt ®Ó kh«ng dÉn ®Õn hiÖn tîng bÞ lÊp hoµn
toµn. Chóng ta kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i t¸i t¹o l¹i tr¹ng th¸i cò mµ chØ cÇn ®a vÒ
tr¹ng th¸i t¬ng øng ®o¹n B-C-D vµ tù nhiªn sÏ tù tiÕp tôc phÇn viÖc cña m×nh
trong mét kho¶ng thêi gian t¬ng ®èi dµi.
Yªu cÇu lu th«ng tµu cã thÓ dÉn ®Õn yªu cÇu më réng cöa vµo c¶ng. NÕu
nh qu¸ tr×nh më réng dÉn ®Õn viÖc chuyÓn vÒ ®o¹n D-E, th× c«ng viÖc n¹o vÐt sÏ
thu ®îc lîi nhuËn l©u dµi. Trong trêng hîp nµy viÖc n¹o vÐt vµ më réng ph¸i
tÝnh to¸n th«ng qua c¸c gi¶i ph¸p c«ng tr×nh sao cho tiÕt diÖn ngang cña cöa ®îc
gi÷ æn ®Þnh. Trªn c¬ së ®êng cong h×nh 20.a, c«ng viÖc ph¶i tiÕn hµnh theo
híng t¨ng gi¸ trÞ Vm ®èi víi cïng mét gi¸ trÞ x. Trong trêng hîp ®ã, ®iÓm c©n
b»ng D sÏ chuyÓn dÞch vÒ bªn ph¶i theo trôc x.
Mét trong nh÷ng c©u hái quan träng nhÊt cÇn tr¶ lêi khi sö dông mèi t¬ng
quan cña Escofier, ®ã lµ: ‘®iÒu kiÖn æn ®Þnh cña mét cöa s«ng ®îc x¸c ®Þnh ra
sao?’ hay nãi c¸ch kh¸c: ‘khi nµo th× ®¹t ®îc ®iÓm D trªn h×nh 20.a?’ C¸c nhµ
nghiªn cøu nh O’Brien (1969), Jarrett (1976) vµ Shigemura (1980) ®· chó ý
nhiÒu ®Õn viÖc x¸c ®Þnh tiÕn diÖn æn ®Þnh cho mét cöa s«ng. C¸c kÕt qu¶ ®èi víi
c¸c bê c¸t kh«ng cã sù kh¸c biÖt nhiÒu so víi kÕt qu¶ cña O’Brien (1969). ¤ng ®·
105
- x¸c ®Þnh r»ng tiÕt diÖn ngang tèi u cña cöa , A, phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo thÓ
tÝch triÒu. BiÓu thøc ®îc viÕt trong d¹ng sau:
A = 6.56.10-5 P
trong ®ã A lµ tiÕt diÖn ngang tèi thiÓu æn ®Þnh cña cöa (tÝnh b»ng m2) vµ P lµ
thÓ tÝch triÒu (tÝnh b»ng m3).
Trong biÓu thøc trªn, thÓ tÝch triÒu P lµ chªnh lÖch lîng níc mµ cöa s«ng
chøa ®îc ®èi víi hai mùc níc cao vµ thÊp triÒu. Nã thêng ®îc x¸c ®Þnh theo
tÝch cña diÖn tÝch mÆt níc cña cöa s«ng vµ biªn ®é triÒu trong cöa. Do lu lîng
s«ng còng ®ãng vai trß h×nh thµnh nªn thÓ tÝch triÒu, v× vËy thÓ tÝch nµy kh«ng
nhÊt thiÕt ph¶i b»ng tÝch ph©n cña dßng vµo vµ dßng ra t¬ng øng triÒu cao vµ
triÒu thÊp. HÖ sè trong biÓu thøc 20.01 cã thø nguyªn 1/L, trong hÖ thø nguyªn
lb.s hÖ sè nµy b»ng 2.10-5, víi A tÝnh b»ng ft2 vµ P tÝnh b»ng ft3.
ThÓ tÝch triÒu ®¬c O’Brien ®¸nh gi¸ tõ 1,4.107 m3 (5.108 ft3) ®Õn kho¶ng
3.109 m3 ( 1,1.1011 ft3). Cã thÓ thÊy r»ng ph¬ng tr×nh 20.01 cho gi¸ trÞ h¬i lín ®i
qua tiÕt diÖn ngang ®èi víi thÕ tÝch triÒu nhá.
O’Brien ®· t×m thÊy cã sù ¶nh hëng kh«ng lín l¾m cña kÝch thíc trÇm tÝch
®¸y ®èi víi c«ng thøc 20.01. C«ng thøc nµy cã thÓ ¸p dông ®ång thêi cho c¸c cöa
s«ng réng còng nh c¸c vòng, vÞnh vµ ®Çm ph¸ cã triÒu. Mét h¹n chÕ ®èi víi c«ng
thøc nµy lµ chØ ¸p dông ®èi víi khu vùc b¸n nhËt triÒu ¸p ®¶o. Nh÷ng th«ng tin
trong thêi gian sau nµy liªn quan tíi tÝnh to¸n cho trêng hîp nhËt triÒu víi thêi
gian biÕn ®æi cña thÓ tÝch triÒu lµ 12h 25m, dÉn ®Õn gi¸ trÞ vËn tèc dßng kh«ng
®æi, nhng kh«ng rót ra ®îc sù kh¸c biÖt so víi kÕt luËn h¬n 30 n¨m tríc.
H×nh d¹ng cña cöa cã thÓ ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh nªu trªn th«ng qua nhiÒu
yÕu tè kh¸c nhau. Chóng ta t¹m thêi chuyÓn phÇn tranh luËn nµy tíi ch¬ng 29.
20.3 C¸c lßng s«ng
VÒ h×nh th¸i tù nhiªn vµ ®é n«ng s©u cña s«ng ®îc tr×nh bµy trong c¸c gi¸o
tr×nh vÒ thuû v¨n c«ng tr×nh. C©u hái ®Æt ra ë ®©y liªn quan ®Õn vai trß cña triÒu
lªn sù h×nh thµnh vµ biÕn ®æi cña ®é s©u do uèn khóc cña lßng s«ng vµ bê.
Khi dßng ch¶y thuËn nghÞch ch¶y trªn kªnh n«ng th× t¸c ®éng lµm t¨ng
cêng ®é s©u ®¸y thêng x¶y ra t¹i nh÷ng n¬i mµ lßng s«ng uèn khóc trïng víi
bê. T¹i trÝ nµy cã sù tho¶ hiÖp gi÷a dßng ch¶y khi triÒu cao vµ khi triÒu kiÖt. ThÝ
dô vÒ sù ph¸t triÓn nµy cã thÓ t×m thÊy trªn h×nh 20.1 ®îc thÓ hiÖn cho mét
®o¹n s«ng Schelde t¹i vïng Antwerp, BØ.
Trªn c¸c khu vùc n¬i cã bÒ réng kh«ng cè ®Þnh, th× sù ph¸t triÓn ®¸y cã thÓ
xÈy ra hoµn toµn kh¸c nhau. Lo¹i s«ng cã triÒu nµy thêng cã hai hÖ l¹ch ®éc lËp
víi nhau. Dßng triÒu lªn thêng ®i vµo theo méi nh¸nh vµ khi triÒu rót l¹i ®i theo
nh¸nh kh¸c. Nh÷ng nhãm c¸c l¹ch nµy xuÊt hiÖn gÇn c¸c khu vùc cã uèn khóc.
H×nh 20.2 cho ta thÊy râ h¬n c¸c d¹ng l¹ch t¹i mét ®o¹n kh¸c cña s«ng Schelde
kho¶ng 50 km c¸ch Antwerp vÒ phÝa h¹ lu.
C¸c l¹ch triÒu lªn thêng ph©n biÖt theo c¸c nÐt ®Æc trng sau ®©y:
106
- a. Chóng thêng n«ng h¬n so víi c¸c l¹ch triÒu rót
H×nh 20.1. S¬ ®å s«ng Schelde t¹i Antwerp
b.Chóng cã thÓ bÞ c¹n: cã xu thÕ c¹n dÇn vµ cuèi cïng t¹o nªn c¸c b·i c¹n
§èi víi c¸c l¹ch triÒu rót, chóng cã xu thÕ s©u dÇn. Nguyªn nh©n cña sù kh¸c
biÖt nµy sÏ ®îc tr×nh bµy vµ gi¶i thÝch trong phÇn tiÕp theo.
107
- H×nh 20.2. S«ng Schelde phÝa ®«ng Hansweert
20.4 Dßng triÒu
Mét trong sè c¸c yÕu tè cho phÐp x¸c ®Þnh sù kh¸c nhau chñ yÕu gi÷a l¹ch
triªu lªn vµ l¹ch triÒu rót ®ã lµ lu lîng níc khi triÒu rót thêng lín h¬n so víi
lîng níc vµo kú triÒu lªn. §iÒu nµy ®îc gi¶i thÝch bëi tæng lîng níc s«ng vµ
níc biÓn ®i vµo khi triÒu lªn sÏ tham gia vµo chu kú triÒu rót. §iÒu nµy còng
dÉn tíi viÖc dßng triÒu rót m¹nh h¬n dßng triÒu lªn vµ tõ ®ã dÉn tíi l¹ch triÒu trë
nªn s©u h¬n. Mét thÝ dô vÒ vÊn ®Ò nµy ®îc thÓ hiÖn trªn b¶ng 20.1 vµ h×nh 20.3
cho ta sè liÖu dßng ch¶y t¹i Rotterdam.
NÕu nh to¸n ®å ®îc x©y dùng cho dßng ch¶y trªn mét kho¶ng c¸ch xa vÒ
thîng lu, th× dßng ch¶y trë nªn m¹nh h¬n nhiÒu. T¹i mét sè ®iÓm dßng ch¶y cã
thÓ thêng xuyªn theo híng ®i xuèng víi gi¸ trÞ vËn tèc biÕn ®æi theo triÒu. VËy
kho¶ng c¸ch tèi ®a mµ triÒu cßn g©y ¶nh hëng lªn dßng ch¶y lµ bao nhiªu? VÒ lý
thuyÕt th× hÇu nh rÊt lín, ngo¹i trõ nh÷ng n¬i cã dßng ch¶y qu¸ m¹nh.
Mét hiÖn tîng kh¸c ®èi víi c¸c s«ng cã triÒu ®ã lµ sù biÕn ®æi theo triÒu cña
mùc níc.
108
- B¶ng 20.1. Sè liÖu triÒu vµ dßng t¹i Rotterdam
Thêi gian Dßng trung Mùc cao triÒu
(h) b×nh (m/s) (m)
0 -0,15 -0,69
1 +0,08 -0,50
2 0,60 -0,03
3 0,75 +0,52
4 0,44 0,91
5 0,07 1,04
6 -0,44 0,91
7 -0,73 0,61
8 -1,03 0,25
9 -1,05 -0,15
10 -0,85 -0,47
11 -0,52 -0,58
12 -0,30 -0,62
H×nh 20.3 Dßng ch¶y t¹i Rotterdam
Dßng ch¶y vµ mùc níc ®îc liªn hÖ víi nhau th«ng qua ph¬ng tr×nh m« t¶
sãng dµi. Trong trêng hîp ®ã, quy luËt b¶o tån ®éng lîng sÏ cho ta:
VV
V V z
V g g 2
(20.02)
x t x Ch
109
- trong ®ã:
C lµ hÖ sè ma s¸t Chezy
g lµ gia tèc träng trêng
h lµ ®é s©u
t lµ thêi gian
V lµ vËn tèc dßng
x lµ to¹ ®é theo däc s«ng
z lµ mùc mÆt níc tuyÖt ®èi
Trong ph¬ng tr×nh ®ã, ®· gi¶ thiÕt r»ng ®é dèc cña s«ng lµ nhá vµ dßng
ch¶y s«ng kh«ng ®¸ng kÓ. NÕu nh ma s¸t – thµnh phÇn cuèi cña ph¬ng tr×nh-
còng bÞ bá qua (t¬ng øng trêng hîp sãng ng¾n trªn mÆt hoÆc triÒu trªn ®¹i
d¬ng s©u), th× triÒu theo híng th¼ng ®øng (mùc níc) vµ theo híng ngang
(dßng ch¶y) cã cïng pha vµ ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 20.4.
H×nh 20.4 T¬ng quan lý tëng vËn tèc – mùc níc
110
- H×nh 20.5 TriÒu ngang vµ däc t¹i Rotterdam
Trong thùc tÕ, thµnh phÇn ma s¸t trong ph¬ng tr×nh 20.02 cã thÓ trë nªn
®¸ng kÓ nÕu so s¸nh víi c¸c thµnh phÇn qu¸n tÝnh. Do mét phÇn ®éng lîng bÞ
mÊt ®Ó chèng l¹i ma s¸t nªn vËn tèc bÞ suy gi¶m. H×nh 20.05 cho ta kÕt qu¶ so
s¸nh gi÷a triÒu theo ph¬ng th¼ng ®øng vµ theo ph¬ng ngang t¹i Rotterdam.
§êng dßng ch¶y hoµn toµn t¬ng tù nh trªn h×nh 20.3. PhÇn bªn ph¶i cña h×nh
®· cho thªm vµo mét chu kú triÒu (12 h 25 m) so víi sè liÖu trong b¶ng 20.1. Thêi
gian triÒu cao vµ triÒu thÊp ®îc ®¸nh dÊu cïng víi thêi gian níc ®øng (dßng
ch¶y b»ng zero).
CÇn nãi thªm r»ng sù lÖch pha gi÷a giê dßng triÒu vµ mùc níc ®èi víi triÒu
thÊp thêng lín h¬n so víi triÒu cao.
§iÒu nµy mét phÇn do níc s«ng ch¶y vµo lÊp ®Çy c¸c phÇn trªn cña thÕ tÝch
triÒu trong giai ®o¹n triÒu lªn. Sù chuyÓn ®æi trong chªnh lÖc mùc níc sÏ lµm
cho sãng triÒu bÞ trÔ, trong khi ®èi víi níc thÊp qu¸ tr×nh xÈy ra ngîc l¹i, dßng
s«ng cã xu thÕ kÐo dµi dßng ch¶y.
Nguyªn nh©n thø hai v× sao l¹ch triÒu rót s©u h¬n vµ liªn tôc h¬n ®îc dÉn
ra trªn h×nh 20.5. DÔ dµng nhËn thÊy r»ng dßng ch¶y triÒu rót ®¹t cùc ®¹i khi
khi mùc níc triÒu cã gi¸ trÞ thÊp h¬n so víi mùc níc lóc dßng ch¶y triÒu lªn ®¹t
cùc ®¹i. Tæng hîp hiÖu øng cña vËn tèc lín cña triÒu thÊp vµ ®é kÐo dµi cña dßng
ch¶y ®ã ®· lµm t¨ng vËn tèc vµ t¨ng qu¸ tr×nh xãi mßn ®èi víi l¹ch triÒu rót.
111
- B¶ng 20.2 Sè liÖu triÒu tr¹m T©y Schelde
Thêi Vlissingen Hanswert Mùc níc
gian t¹i Schelde (m)
(h) Mùc (m) Dßng Mùc (m) Dßng (m/s)
(m/s)
0 1,72 -0,14 2,43 +0,50 1,60
1 1,14 -0,66 1,76 -0,95 2,83
2 +0,20 -0,94 +0,80 -1,07 2,92
3 -0,80 -0,87 -0,30 -1,07 2,00
4 -1,63 -0,71 -1,29 -0,99 0,90
5 -2,07 -0,44 -2,08 -0,72 +0,03
6 -1,78 +0,04 -2,32 -0,28 -0,75
7 -1,33 0,32 -1,60 0,60 1,44
8 -0,81 0,45 -0,90 0,66 -2,04
9 -0,10 0,63 -0,28 0,84 -1,85
10 +1,30 1,24 +0,73 1,14 -0,65
11 2,10 0,88 2,11 1,74 -0,17
12 1,77 +0,09 2,52 +0,80 +0,10
13 1,35 -0,53 2,00 -0,70 2,60
Nh÷ng ph©n tÝch trªn ®©y chØ míi tiÕn hµnh ®èi víi c¸c quan tr¾c trªn mét
mÆt c¾t qua s«ng. Sãng triÒu cßn lan truyÒn theo híng däc s«ng. ThÝ dô vÒ hiÖn
tîng nµy cho thÊy triÒu cao ®¹t tíi Antwerp sau 1 h 45 m so víi Vlissingen. Sè
liÖu triÒu ®èi víi phÇn t©y cöa Schelde ®o¹n gi÷a Vlissingen vµ Schelde, BØ, ®îc
tr×nh bµy trong b¶ng 20.2 vµ h×nh 20.6. Cöa s«ng nµy cã lu lîng s«ng kh«ng
lín, kh¸c víi ®iÒu kiÖn cöa s«ng t¹i Rotterdam. H×nh 20.6 cho thÊy râ rµng sù lan
truyÒn cña sãng triÒu däc theo cöa s«ng. HiÖn tîng nµy còng ®îc c¸c tµu sö
dông nh sÏ ®îc tr×nh bµy ë phÇn tiÕp theo.
V× sao dßng triÒu lªn cùc ®¹i trong b¶ng 20.2 l¹i lín h¬n cùc ®¹i cña dßng
triÒu rót? §iÒu nµy do sù biÕn d¹ng cña ®êng mùc níc g©y nªn, khi níc lªn,
tèc ®é t¨ng cña mùc níc xÈy ra trong mét kho¶ng thêi gian ng¾n h¬n v× vËy vËn
tèc dßng sÏ lín h¬n.
112
- H×nh 20.6 Mùc níc triÒu t¹i T©y Schelde
20.5 Giao th«ng ®êng s«ng
C¸c nguyªn nh©n bè trÝ c¸c c¶ng trªn s«ng ®· ®îc ®Ò cËp ®Õn trong ch¬ng
14. VÊn ®Ò n¹o vÐt còng ®· ®îc ph©n tÝch. VËy liÖu triÒu cã kh¼ n¨ng gi¶m bít
lîng n¹o vÐt còng nh hç trî giao th«ng trªn s«ng hay kh«ng? Nh ®· ph©n
113
- tÝch, chóng ta nhËn thÊy r»ng kh«ng ph¶i lóc nµo còng cÇn thiÕt tiÕn hµnh n¹o
vÐt nh÷ng khóc c¹n trªn s«ng ®¶m b¶o cho mäi lo¹i tµu qua l¹i ®îc. Cã thÓ nªn
®Ó c¸c tµu lín chê ®îi t¹i cöa s«ng cho ®Õn thêi ®iÓm níc lªn cao cho phÐp vît
s«ng dÔ dµng h¬n. Tuy nhiªn c¸c lo¹i tµu nµy kh«ng thÓ ®¹t ®îc vËn tèc t¬ng
øng nh vËn tèc sãng triÒu. Do vËy chóng cã thÓ ®i vµo s«ng khi triÒu cao, nhng
kh«ng kÞp hµnh tr×nh lªn s«ng theo níc lªn ®îc vµ viÖc dõng tµu lµ cÇn thiÕt.
§Ó x¸c ®Þnh lÞch tr×nh tèt nhÊt cho tµu, yªu cÇu c¬ b¶n lµ dù b¸o ®é s©u t¹i c¸c
khu vùc c¹n trªn s«ng vµo thêi ®iÓm tµu ®Õn. §Ó lµm ®îc viÖc nµy nhÊt thiÕt
ph¶i tÝnh ®îc vËn tèc lan truyÒn cña sãng triÒu. Do ma s¸t lµm gi¶m vËn tèc
truyÒn sãng triÒu, ph¬ng tr×nh 5.05 b ®· trë nªn kÐm chÝnh x¸c. CÇn sö dông
c«ng thøc sau:
c gh (1 tan 2 ) (20.3)
trong ®ã:
h lµ ®é s©u trung b×nh
lµ tham sè ma s¸t ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau:
T '8 gVmax
1
arctan (20.4)
6 2 C 2 h
2
trong ®ã:
C lµ sè Chezy
T’ lµ chu kú triÒu
Vmax lµ cùc ®¹i dßng triÒu lªn
C¸c thñ tôc tÝnh to¸n sÏ ®îc minh ho¹ th«ng qua vÝ dô ®¬n gi¶n .
20.6 VÝ dô
Mét thuû thñ cÇn ®a con tµu yªu cÇu ®é s©u l¹ch cùc ®¹i 11,5 mÐt ®i lªn 250
km ®Ó cËp c¶ng. C¸c b·i c¹n trªn ®êng ®i ®îc thÓ hiÖn qua h×nh 20.7. §é s©u
cña c¸c b·i c¹n nµy chØ b»ng 11 mÐt so víi mùc níc trung b×nh, nh÷ng khu vùc
cßn l¹i cã ®é s©u 13 mÐt. HÖ sè Chezy ®èi víi ®o¹n s«ng nµy lÊy b»ng 10 m1/2/s.
114
- H×nh 20.7 Sè liÖu cho vÝ dô
TriÒu ë ®©y lµ b¸n nhËt (chu kú 12 h 25 m) vµ ®îc thÓ hiÖn qua ®êng h×nh
sin. §é lín triÒu lµ 3 mÐt vµ dßng ch¶y cùc ®¹i lµ 1,2 m/s. C¸c th«ng tin vÒ triÒu
®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 20.7.
Mét ®iÒu kiÖn phô lµ tµu cã vËn tèc cùc tiÓu 5 h¶i lý/ giê (9,26 km/h) vµ cùc
®¹i lµ 8 h¶i lý/giê (14,82 km/h).
Lêi gi¶i ®îc b¾t ®Çu b»ng viÖc x¸c ®Þnh vËn tèc cña sãng triÒu lªn, sö dông
c«ng thøc 20.04:
1 (12,42)(3600) (8)(9,81) 1,20
arctan (20.05)
6 2 60 2
2 13
1
arctan ,52
1 (20.06)
2
28,33 (20.07)
Nh vËy, tõ (20.03) ta cã :
115
- c (9.81)(130(1 tan 2 28.330 ) (20.08)
c 9,51m / s 34,2km / h (20.09)
§Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña tµu t¹i mäi thêi ®iÓm cÇn lÊy tÝch ph©n vËn tèc tµu
theo thêi gian. §iÒu nµy cã thÓ dÔ dµng tiÕn hµnh b»ng ph¬ng ph¸p sè nh ®îc
tr×nh bµy trªn b¶ng 20.3. Trong b¶ng nµy ®· ®a ra sè liÖu tÝnh cho hai lo¹i tµu:
mét chuyÓn ®éng theo vËn tèc nhá nhÊt, mét chuyÓn ®éng víi vËn tèc lín nhÊt.
B¶ng 20.3 B¶ng sè tÝch ph©n vÞ trÝ tµu
Tµu chuyÓn ®éng 9,3 km/h Tµu chuyÓn ®éng 14,8 km/h
Thêi V Þ trÝ
gian níc Giê Cao §é VËn Tµu Tµu Giê Cao §é VËn Tµu Tµu
lín triÒu triÒu s©u tèc triÒu triÒu s©u tèc
x x x x
0 -82,4 3,8 +0,5 11,5 +1,2 0,0 3,8 +0,5 11,5 +1,2 0,0
1 -48,2 4,4 +0,9 13,9 +1,2 13,6 13,6 4,2 +0,8 13,8 +1,2 19,1 19,1
2 -14,0 5,0 +1,2 14,2 +1,1 13,3 27,2 4,7 +1,1 14,1 +1,2 19,1 38,2
3 20,2 5,6 +1,4 14,4 +0,9 12,5 40,5 5,1 +1,3 12,3 +1,1 18,8 57,4
4 54,4 6,2 +1,5 12,5 +0,7 11,8 53,0 5,6 +1,4 14,4 +0,9 18,0 76,1
5 88,6 6,9 +1,4 14,4 +0,3 10,4 64,9 6,0 +1,5 14,5 +0,8 17,7 94,2
6 122,8 7,6 +1,2 14,2 -0,2 8,6 75,2 6,5 +1,5 14,5 +0,5 16,6 111,8
7 157,0 8,3 +0,8 13,8 -0,6 7,1 83,8 7,0 +1,4 14,4 +0,2 15,5 128,4
8 191,2 9,1 +0,2 13,2 -0,9 6,1 91,0 7,6 +1,2 14,2 -0,2 14,1 144,0
9 225,4 10,0 -0,5 12,5 -1,1 5,3 97.0 8,2 +0,8 13,8 -0,5 13,0 158,0
10 259,6 10,8 -1,0 12,0 -1,2 5,0 102,4 8,8 +0,4 11,4 171,0
11 293,8 11,7 -1,4 11,6 -1,0 5,7 107,3
12 328,0 12,5 -1,5 11,5 -0,6 7,1 113,0
13 362,2 13,3 -1,4 11,6 -0,2 8,6 120,2
14 396,4 14,0 -1,1 11,9 +0,3 10,4 128,8
15 430,6 14,7 -0,6 12,4 +0,7 11,8 139,1
16 464,8 15,4 -0,1 12,9 +1,0 12,9 151,0
17 499,0 16,0 +0,3 14,3 +1,1 163,9
Trong b¶ng 20.3, vËn tèc tµu ®îc tÝch ph©n theo thêi gian cho bíc 1 giê. §Ó
x¸c ®Þnh vËn tèc tuyÖt ®èi cña tµu, cÇn biÕt ®îc vËn tèc dßng triÒu t¹i vÞ trÝ tµu
cuèi mçi giê. V× c¸c ®Æc trng triÒu chØ cho t¹i cöa, ta cho r»ng triÒu lan truyÒn
däc theo l¹ch víi vËn tèc kh«ng ®æi c.H×nh 20.6 cho thÊy r»ng ®iÒu nµy trong thùc
116
- tÕ kh«ng ph¶i lóc nµo còng tho¶ m·n. §é s©u vµ dßng ch¶y cã thÓ thu ®îc tõ
®êng cong triÒu trªn h×nh 20.7 b»ng c¸ch ®a tµu vµ ®Ønh sãng triÒu vÒ mét ®¬n
vÞ thêi gian t¬ng ®¬ng. Nh vËy thêi gian trong cét tr¸i cña b¶ng lµ thêi gian
tuyÖt ®èi, trong khi thêi gian triÒu, cét ®Çu tiªn cho mçi tµu, ®îc x¸c ®Þnh theo
kho¶ng gi÷a tµu vµ ®Ønh triÒu. Bëi v× tÊt c¶ thêi gian triÒu ®Òu liªn quan tíi ®Ønh
triÒu cao, nªn cã thÓ cã gi¸ trÞ lín h¬n mét chu kú triÒu. Th«ng thêng viÖc thªm
hoÆc bít ®i mét sè lÇn nhÊt ®Þnh chu kú triÒu kh«ng ¶nh hëng gh× lªn kÕt qu¶
tÝnh to¸n.
Dßng ®Çu tiªn trong b¶ng 20.3 ®îc tÝnh to¸n nh sau:
Thêi gian b¾t ®Çu ®îc chän mét c¸ch bÊt kú vµ cho b»ng zero. V× ®é
s©u níc trªn b·i c¹n ®Çu tiªn ph¶i lín h¬n 11,5 mÐt, t¬ng øng mùc
triÒu b»ng +0,5 mÐt. Tõ h×nh 20.7 mùc triÒu nµy t¬ng øng thêi gian
triÒu lµ 3,8 giê. Còng tõ h×nh 20.7, t¹i thêi ®iÓm ®ã, vËn tèc triÒu lµ
+1,2 m/s. Kho¶ng gi÷a thêi gian triÒu cao vµ thêi gian triÒu võa tÝnh
lµ: 6,21 – 3,8 = 2,41 giê. Víi vËn tèc truyÒn triÒu 34,2 km/h, ®Ønh triÒu
sÏ n»m t¹i kho¶ng c¸ch –82,4 km tÝnh tõ thêi gian tµu vît qua b·i
c¹n ®Çu tiªn.
Mçi giê tiÕp theo triÒu sÏ lan truyÒn ®îc 34,2 km.
ViÖc x¸c ®Þnh ®èi víi kho¶ng 16-17 giê ®îc tiÕn hµnh nh sau:
T¹i t = 16 giê, tµu sÏ ®Õn vÞ trÝ 151,0 km vµ ®Ønh triÒu t¹i 464,8 km. Pha
cña triÒu trªn h×nh 20.7:
464,8 151,0
6,21 15,4h
34,2
C¨n cø thêi gian 15,4 giê trong h×nh 20.7 ta cã mùc triÒu lµ -0,1 mÐt vµ
vËn tèc triÒu lµ +1,0 m/s. Mùc triÒu nµy cho ®é s©u lµ 12,9 m. Mçi giê tµu
ch¹y ®îc :
1,0 m/s x 3600s +9,3 = 12,9 km
cho ta kho¶ng c¸ch tµu ch¹y ®îc sau 17 giê lµ 163,9 km.
C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n trªn b¶ng 20.3 cã thÓ nhËn thÊy dÔ dµng trªn ®å thÞ vÞ
trÝ tµu so víi thêi gian. Trªn h×nh 20.8, c¸c vÞ trÝ cña tµu vµ cña ®Ønh triÒu ®îc
thÓ hiÖn, cïng víi vÞ trÝ ba b·i c¹n. Ngoµi ra cßn ®a ra kho¶ng thêi gian cÇn ®Ó
tµu ®i qua c¸c b·i c¹n ®ã.
Mét sè kÕt luËn quan träng cã thÓ rót ra tõ h×nh 20.8:
a. C¶ hai tµu ®Òu cÇn chê sãng triÒu thø hai ®Ó vît qua b·i c¹n thø ba.
Tèc ®é tµu nhanh h¬n trong vÝ dô nµy kh«ng ®a ®Õn sù kh¸c biÖt vÒ
thêi gian ®Ó hai con tµu cÇn vît qua 170 km ®Çu cña cöa s«ng.
b. Con tµu chËm h¬n cã thÓ tr¸nh ®îc viÖc dõng chê däc ®êng nÕu xuÊt
ph¸t chËm h¬n mét Ýt. §iÒu nµy cã thÓ tiÕn hµnh b»ng c¸ch dÞch
chuyÓn ®êng cong cho tµu vÒ bªn ph¶i mét Ýt trªn h×nh 20.8. B·i c¹n
thø hai sÏ ngËp s©u trong ®ît triÒu thø nhÊt vµ tµu sÏ ®Õn muén ®ñ
®Ó b·i c¹n thø ba cho ph¸p tµu ®i qua ®îc.
117
- 118
- H×nh 20.8 §êng cong t¬ng quan kho¶ng c¸ch- thêi gian ®èi víi triÒu vµ tµu thuyÒn
119
- c. ViÖc nao vÐt b·i c¹n thø 3 còng t¬ng ®¬ng viÖc n¹o c¶ hai b·i c¹n
®Çu vµ thø hai ®¶m b¶o cho tµu ®i l¹i thuËn lîi.
d. ViÖc n¹o vÐt d¶i ngÇm ngoµi cöa cã thÓ cho phÐp tµu nhanh vît qua
c¶ b· c¹n thø hai vµ thø ba trong con triÒu ®Çu.
e. ViÖc n¹o vÐt b· c¹n thø hai kh«ng lµm biÕn ®æi ®Æc biÖt tíi hµnh tr×nh
tµu trªn cöa s«ng.
VÊn ®Ò lùa chän c¸c ph¬ng ¸n n¹o vÐt còng nh ®é s©u cÇn thiÕt ®èi víi c¸c
l¹ch tµu liªn quan t¬Ý c¸c vÊn ®Ò kinh tÕ-kü thuËt ®· ®îc ®Ò cËp tíi trong ch¬ng
13. ViÖc x¸c ®Þnh ®é s©u tèi u cho l¹ch tµu sÏ ®îc xem xÐt kü lìng trong
ch¬ng 5 cña tËp II.
20.7 C¸c t¸c ®éng kh¸c cña triÒu
Khi níc ngät tõ s«ng ®æ ra gÆp níc mÆn, sù kh¸c nhau cña mËt ®é sÏ dÉn
tíi xuÊt hiÖn dßng ch¶y bæ sung. Sù biÕn ®æi cña ®é muèi còng g©y ¶nh hëng c¸c
tÝnh chÊt ho¸ lý cña trÇm tÝch . Nh÷ng vÊn ®Ò nµy sÏ ®îc xem xÐt chung trong
c¸c ch¬ng 22 vµ 23.
120
nguon tai.lieu . vn