- Trang Chủ
- Địa Lý
- QUÁ TRÌNH PHÁT TÁN VẬT CHẤT TRONG CÁC CỬA SÔNG VÀ VÙNG NƯỚC VEN BỜ
Xem mẫu
- trêng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn
ROY LEWIS
qu¸ tr×nh Ph¸t t¸n vËt chÊt
trong c¸c cöa s«ng
vµ vïng níc ven bê
Biªn dÞch: NguyÔn Thä S¸o
- hµ néi 2004
2
- 3
- Lêi ngêi dÞch
Khu vùc cöa s«ng ven bê lµ n¬i tËp trung d©n c ®«ng ®¶o vµ c¸c ho¹t ®éng kinh
tÕ s«i ®éng, cã thÓ kÓ ®Õn v« sè nh÷ng thµnh phè lín, nh÷ng c¶ng lín, nh÷ng trung t©m
v¨n ho¸ vµ th¬ng m¹i lín nh New York, Amsterdam, Singapore, Saint Peterburg,
Marseile...®Òu n»m trªn vïng cöa s«ng ven bê. Cöa s«ng vµ vïng ven bê lµ nh÷ng khu
vùc cã chÕ ®é thuû th¹ch ®éng lùc, nhiÖt muèi, ho¸ sinh rÊt phøc t¹p v× nh÷ng khu vùc
nµy chÞu t¸c ®éng cña c¶ s«ng vµ biÓn. Do vËy viÖc n¾m b¾t c¸c yÕu tè thiªn nhiªn vµ m«i
trêng n¬i ®©y lµ viÖc lµm kh«ng thÓ thiÕu, thu hót sù ®Çu t cña c¸c nhµ qu¶n lý, ho¹ch
®Þnh chÝnh s¸ch vµ sù quan t©m cña c¸c nhµ khoa häc. §Ó nghiªn cøu vïng cöa s«ng vµ
ven bê tríc hÕt cÇn cã nh÷ng hiÓu biÕt nhÊt ®Þnh vÒ H¶i d¬ng häc vµ Thuû v¨n häc.
Ngoµi ra cÇn vËn dông kh¸ nhiÒu kiÕn thøc vÒ To¸n häc, C¬ häc chÊt láng vµ Thuû lùc
häc vµ Thuû ®éng lùc häc ®Ó bæ sung. MÆc dï t¹i c¸c níc tiªn tiÕn, viÖc nghiªn cøu vïng
nµy rÊt ®îc chó träng nhng do nh÷ng ®Æc thï phøc t¹p cña nã, c¸c kÕt luËn khoa häc
thêng ®îc ph¸t biÓu mét c¸ch dÌ dÆt. Do nh÷ng nhu cÇu ph¸t triÓn kinh tÕ vµ quèc
phßng cña níc ta, viÖc nghiªn cøu cöa s«ng ven bê cµng dÇn ®îc chó träng.
QuyÓn s¸ch ‘Qu¸ tr×nh ph¸t t¸n vËt chÊt trong c¸c cöa s«ng vµ vïng níc ven bê’
cña Roy Lewis lµ mét quyÓn s¸ch tr×nh bµy nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ thuû ®éng lùc vµ
lan truyÒn chÊt, cã nh÷ng kh¶o s¸t chuyªn s©u vÒ mét sè khÝa c¹nh nµo ®ã, cã nh÷ng
minh ho¹ b»ng thùc nghiÖm trong phßng cïng nh÷ng sè liÖu ®o ®¹c ngoµi hiÖn trêng.
§Æc biÖt cuèn s¸ch ph©n tÝch kh¸ s©u s¾c c¸c quan ®iÓm khoa häc kh¸c nhau vÒ qu¸ tr×nh
khÕch t¸n vËt chÊt, cïng nh÷ng gîi ý nghiªn cøu triÓn khai trong t¬ng lai cho ngêi ®äc
C¸c häc sinh n¨m cuèi chuyªn ngµnh h¶i d¬ng, thuû v¨n, m«i trêng hoÆc c¸c lÜnh vùc
liªn quan cã thÓ coi ®©y lµ mét tµi liÖu häc tËp tèt. Cuèn s¸ch còng bæ Ých ®èi víi c¸c
nghiªn cøu sinh. Trong qu¸ tr×nh dÞch, ngêi dÞch cè g¾ng b¸m s¸t néi dung mét c¸ch
triÖt ®Ó. Tuy vËy, do c¸ch hµnh v¨n cã dông ý cña t¸c gi¶, mét sè thuËt ng÷ chuyªn m«n
cha th«ng dông vµ kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn viÖc dÞch kh«ng ph¶i dÔ dµng vµ ch¾c ch¾n
kh«ng tr¸nh khái sai sãt, nh÷ng chç cha cã thuËt ng÷ tiÕng ViÖt chÝnh x¸c ngêi ®äc cã
thÓ vËn dông theo ng«n tõ mµ mét sè ngµnh liªn quan ®· sö dông, hoÆc suy luËn theo
ng÷ c¶nh.
Ngêi dÞch c¸m ¬n Khoa KT- TV- HDH, Trêng §¹i häc KHTN ®· t¹o ®iÒu kiÖn
thùc hiÖn c«ng viÖc, c¸m ¬n PGS TS §inh V¨n ¦u ®· hiÖu ®Ýnh, c¸m ¬n c¸c ®ång nghiÖp
®· cã nh÷ng gãp ý kÓ c¶ phª ph¸n vµ x©y dùng.
Ngêi dÞch
NguyÔn Thä S¸o
5
- Môc lôc
Lêi ngêi dÞch ............................................................................................................................ 5
Môc lôc ...................................................................................................................................... 6
Lêi nãi ®Çu............................................................................................................................... 12
Lêi c¶m ¬n ............................................................................................................................... 15
Chó gi¶i.................................................................................................................................... 16
ch¬ng 1. Giíi thiÖu................................................................................................................. 20
1.1 Nh÷ng tr¹ng th¸i ph¸t t¸n tiªu biÓu .................................................................................. 20
1.2 TÝnh t¬ng tù gi÷a khuyÕch t¸n ph©n tö vµ khuyÕch t¸n rèi .............................................. 21
1.2.1 KhuyÕch t¸n rèi......................................................................................................... 21
1.2.2 §é nhít rèi................................................................................................................ 23
1.2.3 Nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Ó chuyÓn tõ dßng ch¶y tÇng ®Õn dßng ch¶y rèi............................... 25
1.2.4 HiÖu øng cña qu¸ ®é ®èi víi ph©n bè vËn tèc ............................................................ 28
1.3 §¸nh gi¸ hiÖu øng cña ph¸t t¸n lªn sù pha lo·ng.............................................................. 30
Ph¸t t¸n trît ..................................................................................................................... 30
ø ng dông cho sù pha lo·ng trong s«ng ............................................................................... 31
ø ng dông cho sù pha lo·ng trong m«i trêng biÓn.............................................................. 35
1.4 CÊu tróc cña quyÓn s¸ch .................................................................................................. 36
ch¬ng 2. §éng lùc häc chÊt láng - Dßng ch¶y ®ång nhÊt...................................................... 38
2.1 Giíi thiÖu ......................................................................................................................... 38
2.2 Dßng ch¶y æn ®Þnh ........................................................................................................... 39
2.2.1 Dßng ®Òu................................................................................................................... 39
2.2.2 Ph¬ng tr×nh Bernoulli............................................................................................... 40
2.2.3 N¨ng lîng ®Æc trng cña dßng ch¶y ........................................................................ 43
2.2.4 Níc nh¶y thñy lùc................................................................................................... 45
2.2.5 Dßng ch¶y biÕn ®æi dÇn dÇn...................................................................................... 48
6
- 2.2.6 Ph¬ng tr×nh cña dßng ch¶y biÕn ®æi dÇn dÇn ............................................................ 50
2.3 C¸c hiÖu øng líp biªn...................................................................................................... 53
2.3.1 Tr¹ng th¸i cña nh÷ng líp biªn.................................................................................... 53
2.3.2 ¸p suÊt ®éng lùc ...................................................................................................... 54
2.3.3 HÖ sè c¶n .................................................................................................................. 56
2.3.4 Ph©n bè l«garÝt cña vËn tèc........................................................................................ 57
2.3.5 Gradient ¸p suÊt thuËn vµ nghÞch ............................................................................... 59
2.3.6 VÕt xo¸y................................................................................................................... 62
2.3.7 C¸c hoµn lu thø cÊp ................................................................................................ 64
2.4 Dßng ch¶y biÕn ®æi theo thêi gian ................................................................................... 65
2.4.1 Thay ®æi ®é s©u vµ dßng ch¶y theo thñy triÒu............................................................. 65
2.4.2 Nh÷ng ph¬ng tr×nh chuyÓn ®éng tæng qu¸t.............................................................. 66
2.4.3 Sãng tiÕn .................................................................................................................. 66
2.4.4 C©n b»ng n¨ng lîng sãng........................................................................................ 68
2.4.5 BiÕn d¹ng sãng......................................................................................................... 69
2.4.6 Dßng d ................................................................................................................... 71
2.4.7 N¨ng lîng rèi ph¸t sinh tõ ®¸y ................................................................................ 74
2.4.8 Tiªu t¸n n¨ng lîng thñy triÒu .................................................................................. 74
2.4.9 øng suÊt trît biÕn ®æi theo thêi gian....................................................................... 77
2.5 Tãm t¾t ............................................................................................................................ 80
VËn tèc tuyÖt ®èi................................................................................................................ 80
Trît vËn tèc...................................................................................................................... 80
X¸o trén do rèi................................................................................................................... 80
Ch¬ng 3. §éng lùc häc chÊt láng - Dßng ch¶y ph©n tÇng..................................................... 82
3.1 Giíi thiÖu ......................................................................................................................... 82
3.2 C¸c nguyªn nh©n æn ®Þnh ................................................................................................. 83
3.2.1 æn ®Þnh do sù ®èt nãng mÆt níc .............................................................................. 83
3.2.2 Sù ph¸t triÓn tÝnh æn ®Þnh trong dßng ch¶y hai líp...................................................... 85
3.2.3 Sù æn ®Þnh trong mét dßng ch¶y liªn tôc ph©n tÇng .................................................... 86
3.2.4 C«ng thøc ®èi víi hoµn lu th¼ng ®øng æn ®Þnh.......................................................... 89
3.3 Nh÷ng nguyªn nh©n bÊt æn ®Þnh....................................................................................... 92
3.3.1 Sãng néi ................................................................................................................... 92
3.3.2 Dßng ch¶y hai líp ..................................................................................................... 95
3.3.3 Níc nh¶y thuû lùc néi............................................................................................. 97
3.3.4 Rèi sãng cuén .......................................................................................................... 99
3.3.5 Sãng Holmboe........................................................................................................ 100
3.4 Ph¸t sinh vµ tiªu t¸n côc bé n¨ng lîng rèi ................................................................... 100
3.4.1 Kh¸i niÖm vÒ ph¸t sinh vµ tiªu t¸n côc bé ................................................................ 100
3.4.2 Møc ®é ph¸t sinh n¨ng lîng rèi............................................................................. 101
7
- 3.4.3 Thay ®æi ph©n tÇng do x¸o trén................................................................................ 102
3.4.4 Tiªu chuÈn duy tr× cña rèi........................................................................................ 103
3.5 Giíi h¹n ®èi víi ph¸t sinh n¨ng lîng rèi ....................................................................... 105
3.5.1 T¾t dÇn do ph©n tÇng ............................................................................................... 105
3.5.2 Lý thuyÕt trît kh«ng ®æi ...................................................................................... 107
3.5.3 Lý thuyÕt trît biÕn ®æi ......................................................................................... 110
3.6 N¨ng lîng rèi ph¸t sinh tõ xa ...................................................................................... 112
3.6.1 Sè Richardson tæng hîp........................................................................................... 112
3.6.2 §iÒu kiÖn ®èi víi sù bÊt æn ®Þnh mÆt ph©n c¸ch....................................................... 113
3.6.3 §iÒu kiÖn ®èi víi x¸o trén trong dßng ch¶y ph©n tÇng.............................................. 114
3.6.4 Nh÷ng ®ãng gãp t¬ng ®èi cña ®¸y vµ mÆt ph©n c¸ch ............................................. 116
3.7 Tãm t¾t .......................................................................................................................... 118
Ch¬ng 4. KhuyÕch t¸n rèi ................................................................................................... 120
4.1 Tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng rèi ............................................................................................ 120
4.2 C¸c thuéc tÝnh trung b×nh cña trêng rèi........................................................................ 121
4.2.1 Ph©n t¸ch rèi vµ nh÷ng ®iÒu kiÖn trung b×nh............................................................. 121
4.2.2 Kh¸i niÖm qu·ng ®êng x¸o trén ............................................................................ 122
4.2.3 Ph¬ng tr×nh c©n b»ng khèi lîng tæng qu¸t ........................................................... 123
4.3 C¸c thuéc tÝnh thèng kª cña trêng rèi........................................................................... 125
4.3.1 Nh÷ng c¸ch tiÕp cËn Euler vµ Lagrange ................................................................... 125
4.3.2 KhuyÕch t¸n tõ mét nguån liªn tôc ......................................................................... 126
4.3.3 KhuyÕch t¸n ®èm loang rêi r¹c ................................................................................ 129
4.3.4 Lý thuyÕt c©n b»ng v¹n n¨ng ................................................................................... 132
4.3.5 Sù t¸ch ra cña h¹t trong rèi ®ång nhÊt ...................................................................... 134
4.3.6 Phæ n¨ng lîng........................................................................................................ 136
4.4 Tãm t¾t .......................................................................................................................... 138
Ch¬ng 5. Qu¸ tr×nh ph¸t t¸n trît...................................................................................... 139
5.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n ........................................................................................................... 139
5.2 Ph¸t t¸n tr¹ng th¸i æn ®Þnh............................................................................................ 144
5.2.1 Trît th¼ng ®øng däc theo dßng ch¶y trung b×nh...................................................... 144
5.2.2 Trît th¼ng ®øng vu«ng gãc víi dßng ch¶y trung b×nh ............................................. 151
5.2.3 Trît theo híng vu«ng gãc víi dßng ch¶y trung b×nh ............................................. 153
5.3 Dßng ch¶y trît kh«ng æn ®Þnh....................................................................................... 154
5.3.1 Ph¸t t¸n trong dßng ch¶y nhiÔu ®éng ....................................................................... 154
5.3.2 X¸o trén th¼ng ®øng chËm...................................................................................... 156
5.3.3 X¸o trén th¼ng ®øng nhanh...................................................................................... 157
8
- 5.3.4 HiÖu øng cña thay ®æi vËn tèc x¸o trén .................................................................... 158
5.4 Nh÷ng vÝ dô ph©n bè vËn tèc tiªu biÓu............................................................................ 159
5.4.1 øng dông cña lý thuyÕt ph¸t t¸n trît...................................................................... 159
5.4.2 øng dông ®èi víi ph©n bè vËn tèc tuyÕn tÝnh........................................................... 159
5.4.3 Ph©n bè theo quy luËt sè mò .................................................................................... 161
5.4.4 øng dông ®èi víi nh÷ng ph©n bè trong m«i trêng biÓn .......................................... 162
5.5 Tãm t¾t .......................................................................................................................... 164
Ch¬ng 6. M« h×nh hãa qu¸ tr×nh ph¸t t¸n .......................................................................... 166
6.1 Giíi thiÖu ....................................................................................................................... 166
6.2 Pha lo·ng vµ cuèn theo b»ng tia.................................................................................... 167
6.3 Ph¸t t¸n ®èm loang........................................................................................................ 169
6.3.1 Ph¬ng ph¸p thÓ hiÖn Gauss .................................................................................... 169
6.3.2 Nguån cã chiÒu réng h÷u h¹n .................................................................................. 171
6.4 Ph¸t t¸n nh÷ng vÖt loang................................................................................................ 172
6.4.1 VÖt loang Gauss ...................................................................................................... 172
6.4.2 Cho phÐp ®èi víi giíi h¹n biªn................................................................................. 173
6.4.3 Nguån cã chiÒu réng h÷u h¹n .................................................................................. 176
6.5 Nh÷ng m« h×nh ngÉu hµnh ............................................................................................. 176
6.6 Nh÷ng m« h×nh cöa s«ng mét chiÒu ................................................................................ 180
6.6.1 Giíi thiÖu ................................................................................................................ 180
6.6.2 M« h×nh l¨ng trô thñy triÒu...................................................................................... 182
6.6.3 M« h×nh so s¸nh ®é mÆn.......................................................................................... 186
6.6.4 Nh÷ng m« h×nh tr¹ng th¸i æn ®Þnh........................................................................... 188
6.6.5 Nh÷ng m« h×nh biÕn ®æi theo thêi gian .................................................................... 193
6.7 Nh÷ng m« h×nh cöa s«ng hai chiÒu -trung b×nh híng ngang .......................................... 194
6.7.1 ThiÕt lËp m« h×nh .................................................................................................... 194
6.7.2 C¸c ph¬ng tr×nh c¬ b¶n ......................................................................................... 195
6.7.3 Ph¬ng ph¸p gi¶i..................................................................................................... 196
6.8 Nh÷ng m« h×nh cöa s«ng hai chiÒu - trung b×nh ®é s©u.................................................. 198
6.9 Nh÷ng m« h×nh ba chiÒu ................................................................................................ 199
6.10 Tãm t¾t ........................................................................................................................ 200
Ch¬ng 7. Ph¬ng ph¸p luËn ®èi víi ®o ®¹c vµ quan tr¾c................................................... 202
7.1 Giíi thiÖu ....................................................................................................................... 202
7.2 Nh÷ng chÊt chØ thÞ ®îc giíi thiÖu.................................................................................. 203
7.2.1 Kü thuËt thùc nghiÖm .............................................................................................. 203
9
- 7.2.2 C¸c vÝ dô øng dông.................................................................................................. 208
7.3 Nh÷ng chÊt chØ thÞ tù nhiªn ............................................................................................ 217
7.3.1 Kü thuËt thùc nghiÖm .............................................................................................. 217
7.3.2 VÝ dô øng dông........................................................................................................ 220
7.4 Nh÷ng quan tr¾c bæ trî.................................................................................................. 221
7.4.1 §Þnh vÞ vÞ trÝ............................................................................................................ 221
7.4.2 Quan tr¾c t¹i ®iÓm cè ®Þnh....................................................................................... 223
7.4.3 ChuyÓn ®éng Lagrange............................................................................................ 226
7.4.4 ViÔn th¸m ............................................................................................................... 227
Ch¬ng 8. Nghiªn cøu nh÷ng hÖ thèng x¸o trén m¹nh ........................................................ 229
8.1 Giíi thiÖu ....................................................................................................................... 229
8.2 Kü thuËt ph©n lo¹i cöa s«ng ........................................................................................... 230
8.3 Ph¸t t¸n quy m« thêi gian ng¾n ...................................................................................... 233
8.3.1 §iÒu kiÖn kh«ng ®îc kiÓm so¸t bëi sù trît............................................................ 233
8.3.2 HiÖu øng cña kÝch thíc xo¸y.................................................................................. 235
8.3.3 Ph¸t t¸n tuyÖt ®èi vµ t¬ng ®èi................................................................................. 246
8.4 Ph¸t t¸n cã quy m« thêi gian trung b×nh ......................................................................... 248
8.4.1 Nh÷ng ®iÒu kiÖn ®îc kiÓm so¸t bëi sù trît néi thñy triÒu ...................................... 248
8.4.2 Nh÷ng hÖ sè khuyÕch t¸n hiÖu qu¶........................................................................... 250
8.4.3 §ãng gãp cña trît ®èi víi qu¸ tr×nh ph¸t t¸n däc .................................................... 257
8.4.4 §ãng gãp cña trît ®èi víi ph¸t t¸n híng ngang .................................................... 261
8.5 Ph¸t t¸n quy m« thêi gian dµi........................................................................................ 264
8.5.1 Ph¸t t¸n däc............................................................................................................. 264
8.5.2 Ph¸t t¸n híng ngang .............................................................................................. 265
8.6 So s¸nh víi nh÷ng ®iÒu kiÖn m«i trêng ..................................................................... 267
8.6.1 Sù thÝch nghi víi ®iÒu kiÖn xung quanh.................................................................... 267
8.6.2 Nguyªn nh©n biÕn thiªn cña Kxe, Kye ........................................................................ 271
8.7 Tãm t¾t .......................................................................................................................... 272
Ch¬ng 9. Nghiªn cøu nh÷ng hÖ thèng ph©n tÇng................................................................ 274
9.1 Giíi thiÖu ....................................................................................................................... 274
9.2 Nh÷ng fio vµ cöa s«ng nªm mÆn..................................................................................... 276
9.2.1 C¸c ®Æc tÝnh cña cöa s«ng nªm mÆn......................................................................... 276
9.2.2 ChuyÓn ®éng khi triÒu lªn trong cöa s«ng nªm mÆn ................................................. 278
9.2.3 ChuyÓn ®éng khi triÒu xuèng trong cöa s«ng nªm mÆn ........................................... 282
9.2.4 C¸c ®Æc trng cña fio............................................................................................... 287
9.2.5 Dßng ch¶y vµo vµ dßng ch¶y ra tõ nh÷ng fio............................................................ 288
10
- 9.2.6 Nghiªn cøu ph¸t t¸n trong c¸c fio vµ cöa s«ng ph©n tÇng.......................................... 290
9.3 Dßng ch¶y ra tõ cöa s«ng............................................................................................... 291
9.3.1 §Æc trng cña nh÷ng dßng ch¶y ra........................................................................... 291
9.3.2 X¸o trén vÖt loang ch¶y ra ....................................................................................... 293
9.3.3 Ph¸t t¸n dµi h¹n trong níc ven bê........................................................................... 298
9.4 C¸c front........................................................................................................................ 307
9.4.1 Giíi thiÖu ................................................................................................................ 307
9.4.2 C¸c front x¸o trén thñy triÒu.................................................................................... 308
9.4.3 C¸c front vÖt loang .................................................................................................. 311
9.4.4 C¸c front trît ......................................................................................................... 312
9.5 Tãm t¾t .......................................................................................................................... 316
Ch¬ng 10. Nghiªn cøu nh÷ng hÖ thèng ph©n tÇng mét phÇn ............................................. 317
10.1 Giíi thiÖu ..................................................................................................................... 317
10.2 Qu¸ ®é......................................................................................................................... 318
10.2.1 Sù thÝch øng cña ph¸t t¸n ®èi víi nh÷ng møc ®é rèi kh¸c nhau............................... 318
10.2.2 HiÖn tîng qu¸ ®é vµ sù ph¸t triÓn cña rèi.............................................................. 322
10.2.3 ChÊt chØ thÞ nh mét biÖn ph¸p lÊy trung b×nh ........................................................ 324
10.3 Thùc nghiÖm nguån muèi.............................................................................................. 325
10.3.1 Nguån muèi .......................................................................................................... 325
10.3.2 HÖ sè ph¸t t¸n........................................................................................................ 332
10.4 C¸c gi¸ trÞ nhá nhÊt ®èi víi ph¸t t¸n híng ngang........................................................ 334
10.5 Nghiªn cøu t¬ng lai ®èi víi ph¸t t¸n trong m«i trêng biÓn......................................... 338
10.6 Tãm t¾t toµn bé............................................................................................................ 338
Tµi liÖu tham kh¶o................................................................................................................. 340
11
- Lêi nãi ®Çu
Vµo ngµy ®Çu tiªn trong nghiªn cøu sau ®¹i häc cña t«i, gi¸o viªn híng dÉn t«i,
gi¸o s Kenneth Bowden, nãi: 'T«i muèn b¹n kh¶o s¸t khÝa c¹nh c¬ b¶n nµo ®ã cña x¸o
trén th¼ng ®øng cã sö dông mét chÊt chØ thÞ mµu ph¸t quang'. Dêng nh vµo thêi gian
®ã, ®©y lµ mét ®ßi hái rÊt th¼ng th¾n - ®¬n gi¶n lµ ®æ chÊt mµu nµo ®ã vµo biÓn vµ sö
dông mét m¸y ®o ®é ph¸t quang ®Ó x¸c ®Þnh xem nã nhanh chãng x¸o trén theo ®é s©u
®Õn ®©u - thËt dÔ dµng!
Ba m¬i n¨m sau, sù tiÕn bé trong hiÓu biÕt vÒ x¸o trén th¼ng ®øng cã vÎ chËm
trÔ mét c¸ch khã tin. Chóng ta vÉn cßn gÆp khã kh¨n lín trong viÖc ®Þnh lîng møc ®é
x¸o trén th¼ng ®øng trong biÓn, mÆc dÇu c¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm ®· kh¼ng ®Þnh
r»ng qu¸ tr×nh nµy cã tÇm quan träng hµng ®Çu ®èi víi viÖc pha lo·ng c¸c chÊt ®îc th¶i
vµo m«i trêng biÓn. C©u hái ®Æt ra lµ t¹i sao vÊn ®Ò nµy l¹i khã kh¨n ®Õn nh vËy?
C¸c n¨m tríc ®©y ®· cã xu híng xem biÓn nh mét khèi níc lín ®îc x¸o trén
kü, chuyÓn ®éng cïng víi thñy triÒu mét c¸ch ®Òu ®Æn vµ cã thÓ dù ®o¸n ®îc. NhËn thøc
nµy cã thÓ Ýt nhÊt mét phÇn lµ do nh÷ng nhµ lý thuyÕt ®· ®¬n gi¶n hãa to¸n häc cña hä
víi gi¶ thiÕt r»ng rèi trong biÓn lµ ®ång nhÊt theo ph¬ng n»m ngang vµ ph¬ng th¼ng
®øng. Trong c¸c cöa s«ng, ®· râ r»ng chuyÓn ®éng th¼ng ®øng cña rèi bÞ t¾t dÇn ë mét
ph¹m vi nµo ®ã bëi sù ph©n tÇng, ®îc t¹o ra do níc s«ng ch¶y trµn trªn níc mÆn hoÆc
do viÖc lµm Êm tÇng níc mÆt. Cã thÓ nhËn thøc ®óng ®¾n r»ng sù t¾t dÇn nµy cña rèi
ph¶i dÉn ®Õn viÖc gi¶m møc ®é x¸o trén th¼ng ®øng, còng nh sù yÕu ®i cña x¸o trén rèi
ngang, nhng l¹i cha bao giê nhËn ra r»ng khã mµ thu ®îc mét mèi quan hÖ gi÷a møc
®é x¸o trén vµ møc ®é ph©n tÇng hiÖn cã.
Nh÷ng kh¶o s¸t thùc nghiÖm trong c¶ ba thËp niªn ®· qua thÓ hiÖn mét sè phøc
t¹p cña nh÷ng qu¸ tr×nh trong c¸c cöa s«ng vµ vïng níc ven bê. ThËm chÝ sù ph©n tÇng
t¬ng ®èi yÕu cã thÓ ¶nh hëng ®Õn cêng ®é rèi vµ biÕn ®æi vËn tèc, hoÆc sù trît, trªn
toµn bé ®é s©u. C¸c hÖ thèng kh«ng trë nªn æn ®Þnh h¬n khi ph©n tÇng t¨ng lªn. Ph©n
tÇng lµm gi¶m møc ®é truyÒn ®éng lîng trong c¸c líp th¼ng ®øng ®ang cã, chØ víi mét
kh¸c biÖt nhá vÒ mËt ®é gi÷a chóng, ®Ó trît qua nhau nh thÓ ®îc 'b«i tr¬n'; nã lµm
t¨ng ®é trît th¼ng ®øng, lÇn lît cã thÓ t¹o ra sù bÊt æn ®Þnh dÉn ®Õn t¨ng thay v× gi¶m
møc ®é x¸o trén th¼ng ®øng.
§Ó bæ sung cho nhËn thøc ®· thay ®æi vÒ tr¹ng th¸i cña chuyÓn ®éng rèi trong
biÓn vµ hiÖu øng ph©n tÇng, cã mét nhËn thøc n©ng cao vÒ sù tån t¹i cña nh÷ng qu¸ tr×nh
kh¸c ¶nh hëng ®Õn sù ph©n bè c¸c chÊt trong nh÷ng vïng níc thñy triÒu. Níc cã mËt
®é kh¸c nhau hîp l¹i vµ tuú theo ®iÒu kiÖn thñy triÒu, cã thÓ h×nh thµnh nh÷ng khu vùc
héi tô, däc theo ®ã vËt liÖu tr«i næi nh bät, t¶o biÓn vµ dÇu tô tËp l¹i. Nh÷ng khu vùc
nh vËy còng cã thÓ lµm h¹n chÕ sù lan truyÒn theo híng th¼ng ®øng vµ híng ngang
12
- cña c¸c vËt liÖu næi trung tÝnh nh hãa chÊt hoµ tan, chÊt h¹t mÞn hoÆc thùc vËt phï du
vµ ®éng vËt phï du. ThËm chÝ sãng trªn mÆt ph©n c¸ch, khi lan truyÒn däc theo biªn gi÷a
c¸c líp níc næi gÇn bÒ mÆt vµ nh÷ng líp níc cã mËt ®é lín h¬n ë tÇng s©u, cã thÓ t¹o
nªn c¸c ®êng héi tô, ®«i khi kh¸ râ ®èi víi ngêi quan s¸t nh nh÷ng vÖt níc tr¬n tru
loang qua mÆt níc gîn sãng. Sù h×nh thµnh cña nh÷ng khu vùc héi tô nµy dêng nh
phô thuéc vµo nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt cña giã vµ thñy triÒu nªn chóng xuÊt hiÖn vµ
biÕn mÊt ®i phô thuéc vµo nh÷ng ®iÒu kiÖn m«i trêng. Nh÷ng ®iÒu nµy lµm cho viÖc dù
®o¸n x¸o trén cña vËt chÊt trong biÓn rÊt khã kh¨n.
Nh vËy, nhËn thøc vÒ tr¹ng th¸i x¸o trén trong khu vùc níc ven bê vµ cöa s«ng
®· thay ®æi trong nhiÒu n¨m, vµ c¸c ph¸t hiÖn míi b»ng thùc nghiÖm tiÕp tôc thay ®æi
viÔn c¶nh nµy. Tuy nhiªn, nhu cÇu ®Þnh lîng nh÷ng qu¸ tr×nh x¸o trén trong m«i trêng
biÓn vÉn cßn ®ã, vµ ®iÒu c¬ b¶n lµ bÊt kú ai b¾t ®Çu kh¶o s¸t sù x¸o trén trong níc cã
thñy triÒu cÇn ph¶i cã mét c¶m nhËn ®èi víi sù hiÓu biÕt hiÖn t¹i vÒ nh÷ng yÕu tè c¬ b¶n
¶nh hëng ®Õn x¸o trén. V× m«i trêng biÓn biÕn ®éng nh vËy, kh«ng thÓ nãi chÝnh x¸c
quy tr×nh vµ ph©n tÝch thùc nghiÖm nµo ph¶i tu©n thñ vÊn ®Ò ®· ®Æt ra. Bëi vËy, quyÓn
s¸ch nµy kh«ng ph¶i lµ mét tµi liÖu chØ dÉn - nã m« t¶ kiÕn thøc hiÖn nay vÒ c¸c qu¸ tr×nh
¶nh hëng ®Õn sù x¸o trén vµ ph¸t t¸n c¸c chÊt trong c¸c cöa s«ng vµ khu vùc níc ven
bê, ®Ó nh÷ng kh¶o s¸t trong t¬ng lai cã thÓ thùc hiÖn víi kiÕn thøc vÒ c¸c yÕu tè ¶nh
hëng cã thÓ cã.
§Ó cung cÊp mét c¬ së v÷ng ch¾c nh»m hiÓu biÕt nh÷ng c¬ chÕ quan tr¾c ®îc
trong biÓn, ba ch¬ng ®Çu bao trïm mét sè nÐt næi bËt vÒ c¬ häc chÊt láng, xÐt ®Õn nh÷ng
hiÖu øng ph©n tÇng. §iÒu quan träng lµ ngêi ®äc cÇn cã nh÷ng c¬ së nµo ®Êy mµ theo ®ã,
rèi liªn quan ®Õn sù lan truyÒn chÊt vµ c¸ch tiÕp cËn 'cæ ®iÓn’ nµy ®îc nãi ®Õn trong
Ch¬ng 4. Tiªu ®iÓm cña quyÓn s¸ch lµ sù ph¸t t¸n, c¬ chÕ mµ trong ®ã ¶nh hëng kÕt
hîp cña rèi víi sù biÕn ®æi theo kh«ng gian cña vËn tèc trung b×nh lµm t¨ng cêng qu¸
tr×nh pha lo·ng. V× c¬ chÕ nµy c¬ b¶n nh vËy, Ch¬ng 5 ®a ra m« t¶ t¬ng ®èi chi tiÕt
lý thuyÕt ®îc sö dông ®Ó xem xÐt qu¸ tr×nh ph¸t t¸n ë nh÷ng giai ®o¹n riªng biÖt cña
qu¸ tr×nh x¸o trén; cã lÏ khÝa c¹nh h÷u Ých nhÊt lµ phÇn cuèi cña ch¬ng, minh häa møc
®é lan truyÒn chÊt díi nh÷ng ®iÒu kiÖn cho tríc cña sù trît vËn tèc, vµ x¸o trén theo
híng th¼ng ®øng cã thÓ ®Þnh lîng ë d¹ng hÖ sè ph¸t t¸n nh thÕ nµo.
Cã lÏ kh«ng thùc tÕ khi ®a ra nh÷ng chi tiÕt vÒ tÊt c¶ c¸c lo¹i m« h×nh ®· cã ®Ó
®¸nh gi¸ sù pha lo·ng trong biÓn - Ch¬ng 6 cung cÊp mét tæng quan ®Ó ngêi ®äc ý thøc
®îc ph¹m vi cña c¸c m« h×nh vµ c¸c gi¶ thiÕt ®¬n gi¶n hãa c¬ b¶n mµ mäi m« h×nh ®Òu
ph¶i cã, v× chóng chØ m« pháng xÊp xØ sù phøc t¹p cña t×nh h×nh thùc tÕ. HÇu nh nhÊt
thiÕt ph¶i cã kh¶o s¸t thùc nghiÖm, ®Æc biÖt trong c¸c khu vùc míi nghiªn cøu, vµ
Ch¬ng 7 ph¸c th¶o mét vµi ph¬ng ph¸p ®· sö dông ®Ó nghiªn cøu qu¸ tr×nh ph¸t t¸n
vµ ph©n tÝch d÷ liÖu. Ba ch¬ng cuèi m« t¶ mét vµi ph¸t kiÕn, ®îc c«ng bè trong c¸c tµi
liÖu tham kh¶o, trong c¸c kh¶o s¸t nh÷ng qu¸ tr×nh trong c¸c cöa s«ng vµ níc ven bê,
næi bËt ®èi víi x¸o trén vËt chÊt; nãi réng ra, nh÷ng nghiªn cøu nµy ®îc ph©n chia
thµnh nh÷ng kÕt qu¶ theo nh÷ng ®iÒu kiÖn x¸o trén m¹nh, ph©n tÇng vµ x¸o trén tõng
phÇn. §iÒu quan träng lµ ngêi ®äc Ýt nhÊt ph¶i cã hiÓu biÕt tæng qu¸t vÒ nh÷ng qu¸
tr×nh nµy v× mét sè trong sè chóng cã thÓ cã t¸c ®éng trong khu vùc nghiªn cøu.
13
- Mét ®ång nghiÖp tõ nh÷ng ngµy cßn ë trêng ®¹i häc, tiÕn sü Charles Lennon,
thêng nãi ‘s¸ch kh«ng ph¶i ®Ó ®äc', b»ng c¸ch ®ã «ng cã ý nãi r»ng nh÷ng s¸ch gi¸o khoa
cÇn ®îc thÊm nhuÇn ®Ó häc ®îc nh÷ng ý tëng ®Æc biÖt, chø kh«ng ph¶i lµ ®äc tõ trang
b×a ®Çu ®Õn trang b×a cuèi nh mét cuèn tiÓu thuyÕt. T©m niÖm víi ®iÒu nµy, mét phô lôc
kh¸ chi tiÕt ®îc cung cÊp ®Ó ngêi ®äc cã thÓ s½n t×m thÊy nh÷ng ®iÓm then chèt vÒ mét
chñ ®Ò ®Æc trng. Nh÷ng chç mµ mét khÝa c¹nh cÇn ®i s©u kh¶o s¸t, khuyÕn c¸o ngêi
®äc nªn sö dông nh÷ng tµi liÖu tham kh¶o b¶n gèc. §èi víi nh÷ng ai quan t©m më réng
vÒ nh÷ng khu vùc s«ng kh«ng cã thñy triÒu, cÇn tham kh¶o tËp s¸ch kÌm theo, bµi viÕt vÒ
x¸o trén trong s«ng cña Rutherford (1994).
14
- Lêi c¶m ¬n
QuyÓn s¸ch nµy hµm ¬n nhiÒu ®èi víi sù trî gióp ch©n thµnh cña nh÷ng nhµ phª
b×nh, nh÷ng lêi phª b×nh vµ nh÷ng ®Ò xuÊt cã Ých cña hä lµ v« cïng qói gi¸. Sù biÕt ¬n cña
t«i dµnh cho nh÷ng ngêi ®· ®äc toµn bé, hoÆc mét sè phÇn cña quyÓn s¸ch, gåm: GS
Keith Dyer, Trêng ®¹i häc Plymouth, TS Alan Elliott, C¬ quan nghiªn cøu Ven bê vµ
Cöa s«ng, Trêng ®¹i häc Wales, TS Paul Linden, Trêng ®¹i häc Cambridge, GS Ron
Smith, Trêng ®¹i häc Loughborough, vµ cuèi cïng, nhng kh«ng cã nghÜa lµ cuèi cïng
nhÊt, ®èi víi ®ãng gãp ®¸ng kÓ cña TS Martin Tasker, ICI Engineering, Runcom Heath.
Lêi c¸m ¬n ch©n thµnh còng dµnh cho nh÷ng nhµ qu¶n lý chÝnh t¹i Phßng thÝ
nghiÖm M«i trêng Brixham vµ nh÷ng thµnh viªn trong nhãm cña t«i ë Phßng M« h×nh
ho¸ M«i trêng bëi nh÷ng ý tëng vµ b×nh luËn mang tÝnh x©y dùng cña hä, ®Æc biÖt lµ
«ng Andrew Riddle vµ «ng Jon Lewis.
Lêi c¶m ¬n còng dµnh cho vî vµ con trai cña t«i v× sù hç trî vµ ®éng viªn quý b¸u
cña hä ®èi víi t«i trong viÖc thùc thi nhiÖm vô.
15
- Chó gi¶i
A diÖn tÝch mÆt c¾t ngang
AL h»ng sè profil vËn tèc
(ms-1)
B vËn tèc khuyÕch t¸n vÖt loang
Cd hÖ sè c¶n
D møc ®é tiªu t¸n do nhít
E(k) n¨ng lîng t¹i sè sãng k
EN sè cöa s«ng
Es n¨ng lîng ®Æc trng
Fr sè Froude
Fj sè Froude tia
Fi sè Froude mÆt ph©n c¸ch
(kgm-2s-1)
Fm dßng muèi lªn thîng lu
G møc ®é ph¸t sinh rèi KE
(Jm-2)
H hiÖu suÊt nhiÖt
H ®é dèc cña gradient ®é mÆn
H biªn ®é thuû triÒu (m)
(kgs-1)
I lu lîng chÊt « nhiÔm
(kgs-1)
Is lu lîng nhËp chÊt « nhiÔm t¹i mÆt c¾t s
(kgm-2s-1)
Isv lu lîng chÊt « nhiÔm
(m2s-1)
Kh hÖ sè ph¸t t¸n ngang ®èi víi ®èm loang h×nh ªlÝp
(m2s-1)
Kx hÖ sè khuyÕch t¸n rèi däc
(m2s-1)
Kxe hÖ sè ph¸t t¸n däc
(m2s-1)
Krc hÖ sè ph¸t t¸n híng t©m
(m2s-1)
Ky hÖ sè khuyÕch t¸n rèi ngang
(m2s-1)
Kye hÖ sè ph¸t t¸n ngang
(m2s-1)
Kz hÖ sè khuyÕch t¸n rèi th¼ng ®øng
L ®é dµi lßng dÉn hoÆc nh¸nh s«ng
M khèi lîng vËt chÊt th¶i
(m2s-1)
Nx hÖ sè nhít rèi (täa ®é x)
P møc ®é t¨ng PE
16
- (ms-1)
P vËn tèc khuyÕch t¸n ®èm loang
Pb møc ®é rèi KE nhËn ®îc tõ ma s¸t ®¸y
Pn thÓ tÝch l¨ng trô thñy triÒu cña ®o¹n thø n
Pt thÓ tÝch l¨ng trô thñy triÒu cña cöa s«ng
(kg s-1)
Q lu lîng khèi lîng
(m3s-1)
Q lu lîng thÓ tÝch
Q hÖ sè dÞch chuyÓn híng däc
Qn thÓ tÝch cña ®o¹n thø n
R b¸n kÝnh thñy lùc (m)
(m3s-1)
R lu lîng thÓ tÝch s«ng
Re sè Reynolds
Ri sè Richardson gradient
RiB sè Richardson tæng hîp
Rf sè Richardson dßng
T chu kú thñy triÒu (h)
(ms-1)
U biªn ®é dßng triÒu (x)
Vn thÓ tÝch lóc níc thùc tÕ cña ®o¹n thø n
W chiÒu réng cña ®èm loang hoÆc vÖt loang
(ms-1)
W vËn tèc giã
X ®é dÞch chuyÓn h¹t theo híng x
V ®é dÞch chuyÓn h¹t theo híng y
Z ®é dÞch chuyÓn h¹t theo híng z
(ms-1)
c vËn tèc sãng
cp nhiÖt dung t¹i ¸p suÊt kh«ng ®æi
d ®é s©u líp
fn phÇn thÓ tÝch ®o¹n thø n
g gia tèc träng lùc
g' gia tèc träng lùc triÕt gi¶m
h ®é s©u tæng céng (m)
i tæn thÊt n¨ng lîng trªn ®¬n vÞ chiÒu dµi
itx cêng ®é rèi cña nhiÔu ®éng vËn tèc (täa ®é x)
k sè sãng
l quy m« khuyÕch t¸n
ls quy m« xo¸y trong dßng ch¶y ph©n tÇng
lo quy m« xo¸y trong dßng ch¶y x¸o trén
m, n,p nh÷ng h»ng sè
17
- (m2s-1)
q lu lîng thÓ tÝch trªn chiÒu réng ®¬n vÞ
r tû lÖ cña ®é lÖch chuÈn
s ®é mÆn
s ®é dèc ®¸y
sL ®é dèc mÆt níc
t thêi gian
(ms-1)
u* vËn tèc ma s¸t
(ms-1)
ub vËn tèc dßng ch¶y ®¸y
(ms-1)
uFW vËn tèc dßng ch¶y níc ngät
(ms-1)
u0 vËn tèc t¹i ®iÓm th¶i
(ms-1)
ur vËn tèc tæng hîp trong mÆt ph¼ng x- z
(ms-1)
us vËn tèc mÆt níc
(ms-1)
uSm vËn tèc dßng tr«i Stokes
(ms-1)
uTm vËn tèc trung b×nh theo ®é s©u trung b×nh thñy triÒu
(ms-1)
u vËn tèc theo híng x
(ms-1)
v vËn tèc theo híng y
(ms-1)
w vËn tèc theo híng z
x täa ®é däc
y täa ®é ngang
z täa ®é th¼ng ®øng (híng xuèng díi)
(s-1)
gradient vËn tèc th¼ng ®øng (trît) (täa ®é x)
zx
hÖ sè gi·n në do nhiÖt cña níc
gãc nghiªng cña ®¸y
h»ng sè trong biÓu thøc truyÒn ®éng lîng
u
h»ng sè trong biÓu thøc truyÒn khèi lîng
s
(m2s-3)
møc ®é tiªu t¸n n¨ng lîng
dÞ thêng thÕ n¨ng
lÖch pha dao ®éng thñy triÒu
tham sè gradient ¸p suÊt
o
hÖ sè truyÒn khèi lîng ph©n tö
h»ng sè von Karman
hÖ sè nhít ph©n tö
hÖ sè nhít ®éng häc
thÕ n¨ng cña cét níc
(kg m-3)
mËt ®é
(s-1)
vËn tèc gãc thñy triÒu
18
- ®é lÖch chuÈn toµn bé ®èi víi ®èm loang h×nh ªlÝp (m)
h
®é lÖch chuÈn (täa ®é x)
x
®é lÖch chuÈn do khuyÕch t¸n vµ ph¸t t¸n
xs
®é lÖch chuÈn chØ do ph¸t t¸n
x
®é lÖch chuÈn híng t©m
rc
®é lÖch chuÈn t¬ng ®èi so víi nh÷ng täa ®é cè ®Þnh
yc
®é lÖch chuÈn t¬ng ®èi so víi träng t©m
yr
øng suÊt trît
®é nhít ph©n tö ®éng häc
cao tr×nh mÆt níc (m)
®é s©u ph©n sè z / h
19
- Ch¬ng 1. Giíi thiÖu
1.1 Nh÷ng tr¹ng th¸i ph¸t t¸n tiªu biÓu
'Ph¸t t¸n' mét chÊt hoµ tan thÓ hiÖn sù pha lo·ng cña nã th«ng qua x¸o trén víi
chÊt láng bao quanh. §èi víi mét khèi lîng vËt chÊt ®· cho, x¸o trén lµm t¨ng thªm thÓ
tÝch bÞ chiÕm chç vµ nh vËy ph¸t sinh sù gi¶m nång ®é. Trong m«i trêng tù nhiªn, ph¸t
t¸n x¶y ra do nh÷ng hiÖu øng kÕt hîp cña chuyÓn ®éng rèi vµ chuyÓn ®éng ph©n tö,
chóng ®îc hç trî bëi nh÷ng qu¸ tr×nh lµm t¨ng thÓ tÝch bÞ chiÕm chç vµ do ®ã lµm t¨ng
diÖn tÝch tiÕp xóc mµ qua ®ã x¸o trén cã thÓ thùc hiÖn.
ThuËt ng÷ 'ph¸t t¸n' ®«i khi ¸p dông ®èi víi viÖc lan truyÒn c¸c chÊt kh«ng thÓ
trén lÉn, nh÷ng chÊt mµ kh«ng tr¶i qua bÊt kú sù pha lo·ng nµo. §iÒu nµy cã thÓ bÞ hiÓu
sai vµ ph¶i cã sù ph©n biÖt cÈn thËn gi÷a lan truyÒn ph¸t t¸n trong ®ã kh«ng cã pha
lo·ng vµ lan truyÒn ph¸t t¸n trong ®ã x¸o trén lµm gi¶m nång ®é cña vËt chÊt. §iÒu nhÊn
m¹nh cña quyÓn s¸ch nµy lµ ph¸t t¸n, trong ®ã sù x¸o trén vµ sù pha lo·ng x¶y ra. NhiÒu
kh¸i niÖm ®îc th¶o luËn còng thÝch hîp ®èi víi lan truyÒn vËt chÊt kh«ng hoµ tan - vÝ
dô, sù t¸ch dÇn chÊt l¬ löng c¸ biÖt hoÆc nh÷ng ®éng vËt riªng lÎ trong quÇn thÓ phï du.
Nh÷ng qu¸ tr×nh ph¸t t¸n cã tÇm quan träng c¬ b¶n ®èi víi ®êi sèng trong biÓn.
VÝ dô, am«ni¾c do c¸ bµi tiÕt sÏ ®éc ®èi víi cuéc sèng díi níc nÕu nã kh«ng ®îc pha
lo·ng vµ x¸o trén víi níc xung quanh. Nh÷ng chÊt dinh dìng ph¸t sinh tõ sù thèi r÷a
nh÷ng sinh vËt chÕt t¹i ®¸y biÓn sÏ kh«ng s½n cã cho sinh vËt phï du nÕu kh«ng cã sù
x¸o trén th¼ng ®øng ®Ó ph¸t t¸n nh÷ng chÊt dinh dìng ®ã trong toµn bé cét níc.
ThØnh tho¶ng, nh÷ng qu¸ tr×nh ph¸t t¸n kh«ng ®ñ ®Ó b¶o ®¶m sù pha lo·ng thÝch
hîp, vµ trong trêng hîp cña nh÷ng chÊt dinh dìng, mét kÕt tËp cã thÓ dÉn ®Õn sù t¨ng
trëng qu¸ møc cña t¶o phï du, sinh ra mét sù 'në hoa'. Mét vµi hoa t¶o rÊt ®éc ®èi víi c¸
vµ khi t¶o chÕt ®i, chóng t¹o thµnh c¸c líp phñ trªn ®¸y biÓn cã thÓ lµm ng¹t nh÷ng ®éng
vËt sèng ë ®ã. NÕu x¸o trén qua l¹i cña níc ngät víi níc mÆn trong c¸c cöa s«ng m¹nh,
th× cã sù thay ®æi dÇn dÇn cña ®é mÆn däc theo chiÒu dµi cöa s«ng vµ khi c¸ di chuyÓn lªn
thîng lu hoÆc xuèng h¹ lu chóng cã thÓ dÇn dÇn thÝch nghi víi nh÷ng ®é mÆn kh¸c
nhau. Tuy nhiªn, nÕu x¸o trén kh«ng ®ñ ®Ó lµm dung hoµ sù thay ®æi tõ níc ngät ®Õn
níc mÆn, th× mét mÆt ph©n c¸ch mËt ®é râ rÖt cã thÓ h×nh thµnh, vµ nh÷ng loµi cha
thÝch nghi ngay víi thay ®æi qu¸ lín vÒ ®é mÆn cã thÓ chÕt nÕu chóng di chuyÓn vµo s©u
hoÆc ®îc mang qua mÆt ph©n c¸ch nµy.
Trªn ®©y lµ nh÷ng vÝ dô vÒ nh÷ng qu¸ tr×nh tù nhiªn ®· tån t¹i tõ khi ®êi sèng
ph¸t triÓn trong biÓn. Trong nhiÒu thÕ kû con ngêi ®· sö dông kh¶ n¨ng ph¸t t¸n cña
biÓn vµ cöa s«ng ®Ó lµm lo·ng vµ th¶i ®i nh÷ng phÕ th¶i. ViÖc øng dông nµy nãi chung lµ
20
- tèt nhng víi sù t¨ng trëng d©n c vµ nÒn c«ng nghiÖp liªn ®íi, kh¶ n¨ng ph¸t t¸n
cña nhiÒu cöa s«ng vµ mét sè vïng ven bê ®· qu¸ t¶i, dÉn ®Õn sù t¸c ®éng ®Õn cuéc sèng
díi níc vµ rñi ro ®èi víi vÊn ®Ò søc kháe con ngêi. Bëi vËy, ®iÒu nµy cã tÇm quan
träng rÊt lín ®Ó hiÓu c¸c chÊt th¶i trë nªn ®îc ph¸t t¸n trong biÓn vµ cöa s«ng nh thÕ
nµo, vµ ®Ó cã thÓ ®Þnh lîng ®îc møc ®é pha lo·ng díi nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¸c nhau.
Nh÷ng nhµ vËt lý biÓn cè g¾ng thùc hiÖn nhiÖm vô nµy b»ng c¸ch sö dông c¸c m« h×nh
to¸n häc ®Ó m« t¶ nh÷ng hÖ thèng phøc t¹p nµy trªn m¸y tÝnh, vµ ¸p dông nh÷ng quan
tr¾c hiÖn trêng ®Ó kiÓm tra tÝnh hîp lý nh÷ng dù ®o¸n cña hä. NhiÒu nhµ sinh vËt häc
quan t©m ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò nh sù ph¸t t¸n trøng c¸, ph©n bè nh÷ng chÊt dinh dìng
ph¸t ra tõ nh÷ng con s«ng hoÆc sù lan truyÒn c¸c ®èm loang phï du chøa ®ùng Êu trïng
cña hÖ ®éng vËt. Nh÷ng nhµ hãa häc biÓn cã thÓ cÇn ®¸nh gi¸ sù ph¸t t¸n cña c¸c h¹t mÞn
mang kim lo¹i b¸m theo. Nh vËy, cã mèi quan t©m ®¸ng kÓ ®Ó hiÓu biÕt nh÷ng nguyªn
nh©n cña ph¸t t¸n vµ ®Ó ®Þnh lîng hiÖu øng cña nã lªn lan truyÒn nh÷ng chÊt tù nhiªn
vµ do con ngêi t¹o ra.
QuyÓn s¸ch nµy nh»m môc ®Ých m« t¶ nhËn thøc hiÖn nay vÒ nh÷ng qu¸ tr×nh
ph¸t t¸n trong m«i trêng biÓn b»ng c¸c kh¸i niÖm t¬ng ®èi ®¬n gi¶n víi hy väng r»ng
nã sÏ cã Ých ®èi víi c¸c nhµ h¶i d¬ng häc vµ nh÷ng nhµ khoa häc tõ nh÷ng chuyªn ngµnh
kh¸c. Mét môc tiªu bæ sung cña quyÓn s¸ch lµ tËp hîp c¸c nghiªn cøu l¹i víi nhau, ®Ó
võa thÓ hiÖn nh÷ng bíc quan träng trong viÖc hiÓu biÕt nh÷ng qu¸ tr×nh ph¸t t¸n, võa
m« t¶ nh÷ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm ®Æc biÖt h÷u Ých. Hy väng r»ng danh môc c¸c s¸ch
tham kh¶o ®a ra trong quyÓn s¸ch còng cã gi¸ trÞ ®èi víi nh÷ng nhµ nghiªn cøu ®ang
t×m kiÕm nh÷ng th«ng tin c¬ b¶n. §Ó b¶o ®¶m r»ng nh÷ng khÝa c¹nh ph¸t t¸n cã thÓ ®îc
®Ò cËp víi ®Çy ®ñ chi tiÕt, quyÓn s¸ch nµy chØ xÐt sù ph¸t t¸n nh÷ng chÊt hoµ tan vµ c¸c
chÊt l¬ löng mÞn; ®Ó cã th«ng tin vÒ sù ph¸t t¸n cña dÇu hoÆc ®éng lùc c¸c trÇm tÝch th«,
ngêi ®äc cÇn ph¶i tham chiÕu ®Õn c¸c tµi liÖu ®· xuÊt b¶n kh¸c (vÝ dô Dyer, 1986a).
Trong suèt quyÓn s¸ch nµy, ®iÒu nhÊn m¹nh dùa trªn sù hiÓu biÕt c¸c qu¸ tr×nh
vËt lý. TÊt nhiªn to¸n häc ph¶i ®îc tr×nh bµy ®Ó x¸c ®Þnh nh÷ng c¬ chÕ nµy, nhng ph¶i
kh¼ng ®Þnh r»ng viÖc m« t¶ sÏ cã nh÷ng gi¶ thiÕt ®Æt ra vµ ý nghÜa cña kÕt qu¶ ph¶i thËt
râ ®èi víi ngêi ®äc kh«ng n¾m nhiÒu vÒ to¸n häc.
1.2 TÝnh t¬ng tù gi÷a khuyÕch t¸n ph©n tö vµ khuyÕch t¸n rèi
1.2.1 KhuyÕch t¸n rèi
Nh÷ng ph©n tö t¹o ra mét chÊt láng thêng lu«n lu«n chuyÓn ®éng vµ sù chuyÓn
®éng nµy t¨ng theo nhiÖt ®é bëi v× t¸c ®éng cña c¸c ph©n tö phô thuéc vµo n¨ng lîng
nhiÖt s½n cã. ChuyÓn ®éng ph©n tö nh vËy cã thÓ g©y ra sù x¸o trén qua l¹i dÇn dÇn cña
chÊt hoµ tan víi dung m«i bao quanh. Nh vËy, nÕu mét giät mùc nhá vµo trong mét chÐn
níc ®Ó ®øng yªn trong mét thêi gian dµi, th× dÇn dÇn mùc khuÕch t¸n trong toµn bé thÓ
tÝch díi t¸c ®éng cña chuyÓn ®éng ph©n tö vµ cuèi cïng trë nªn pha lo·ng ®Òu. Sù dÞch
chuyÓn cña mùc ®¹t ®îc lµ do nh÷ng ph©n tö cña mùc va ch¹m ngÉu nhiªn víi nh÷ng
ph©n tö níc ®Ó sao cho, qua mét diÖn tÝch bÊt kú ®· cho nµo trong níc còng cã sù trao
®æi nh÷ng ph©n tö cña c¶ níc lÉn mùc.
21
nguon tai.lieu . vn