Động lực học cát biển - Chương 1: lý thuyết tổng quan

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cuốn sách này tổng kết những quá trình chủ yếu xác định trạng thái cát trong biển, ở một dạng dễ dàng ứng dụng. kết quả dự định là cung cấp công cụ để các thực hành viên có thể tính toán trạng thái cát biển theo khái niệm công trình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Động lực học cát biển - Chương 1: lý thuyết tổng quan

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