Quá trình Phát tán vật chất trong các cửa sông và vùng nước ven bờ ( ĐH khoa học tự nhiên ) - Chương 10

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

72
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu những hệ thống phân tầng một phần 10.1 Giới thiệu Trong Chương 8 những kết quả khảo sát thực nghiệm trong môi trường biển xáo trộn mạnh đã được thảo luận, những trường hợp nghiên cứu đặc trưng được dùng để minh họa trạng thái phát tán trong những điều kiện như vậy. Khi cột nước xáo trộn mạnh, nói chung do rối mạnh phát sinh bởi ma sát của biên với dòng chảy, mặc dầu việc khuấy bởi tác động gió và sóng tại mặt nước cũng hỗ trợ quá trình đồng nhất hoá. Trong những...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Quá trình Phát tán vật chất trong các cửa sông và vùng nước ven bờ ( ĐH khoa học tự nhiên ) - Chương 10

Ch¬ng 10. Nghiªn cøu nh÷ng hÖ thèng ph©n tÇng mét phÇn 10.1 Giíi thiÖu Trong Ch¬ng 8 nh÷ng kÕt qu¶ kh¶o s¸t thùc nghiÖm trong m«i trêng biÓn x¸o trén m¹nh ®· ®îc th¶o luËn, nh÷ng trêng hîp nghiªn cøu ®Æc trng ®îc dïng ®Ó minh häa tr¹ng th¸i ph¸t t¸n trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nh vËy. Khi cét níc x¸o trén m¹nh, nãi chung do rèi m¹nh ph¸t sinh bëi ma s¸t cña biªn víi dßng ch¶y, mÆc dÇu viÖc khuÊy bëi t¸c ®éng giã vµ sãng t¹i mÆt níc còng hç trî qu¸ tr×nh ®ång nhÊt ho¸. Trong nh÷ng hoµn c¶nh nh vËy, ®éng lîng s½n sµng vËn chuyÓn qua cét níc, dÉn ®Õn møc ®é trît t¬ng ®èi thÊp. ThuËt ng÷ 'thÊp' ph¶i ®îc sö dông víi sù c©n nh¾c, v× níc x¸o trén m¹nh liªn quan ®Õn nh÷ng dßng ch¶y m¹nh cã thÓ ph¸t sinh trît ®¸ng kÓ; chÝnh x¸c h¬n cÇn nãi r»ng ®é trît trªn ®¬n vÞ 'dßng ch¶y trung b×nh ®é s©u' lµ thÊp. Tæng qu¸t, ph¸t t¸n trong nh÷ng ®iÒu kiÖn ®ång nhÊt liªn quan ®Õn x¸o trén m¹nh vµ ®é trît thÊp. Ngîc l¹i, ph¸t t¸n trong nh÷ng dßng ch¶y ph©n tÇng, nh ®· xÐt trong Ch¬ng 9, phô thuéc ®¸ng kÓ vµo x¸o trén vµ sù trît qua mÆt ph©n c¸ch mËt ®é, ngoµi ra lµ rèi ph¸t sinh bëi ma s¸t biªn. Sù trît mÆt ph©n c¸ch g©y ra nh÷ng bÊt æn ®Þnh ph¸t sinh rèi cêng ®é cao, thêng lµ gi¸n ®o¹n, trong khu vùc l©n cËn nªm mËt ®é. H¬n n÷a, viÖc t¹o thµnh nh÷ng bÊt æn ®Þnh nµy ®îc trî gióp bëi sù trît qua nªm mËt ®é, mµ ®Õn lît nã ®îc t¨ng cêng bëi ®éng lîng th¼ng ®øng, ®éng lîng nµy bÞ gi¶m díi nh÷ng ®iÒu kiÖn ph©n tÇng. Nh vËy ph¸t t¸n trong dßng ch¶y ph©n tÇng liªn quan ®Õn x¸o trén yÕu vµ trît m¹nh. Ch¬ng cuèi cïng nµy nh»m môc ®Ých ph¸c ho¹ ®ång thêi nh÷ng kÕt qu¶ kh¶o s¸t, c¶ trong phßng thÝ nghiÖm vµ hiÖn trêng, ®Ó thÊy r»ng nh÷ng qu¸ tr×nh ph¸t t¸n cã vÎ bÞ ¶nh hëng bëi sù biÕn ®æi æn ®Þnh ®îc quan tr¾c trong c¸c cöa s«ng vµ níc ven bê ra sao. §Ó b¾t ®Çu, chóng ta xÐt mét vµi ®iÒu kiÖn dßng ch¶y kh¸c nhau g©y ra nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt cña trît vµ rèi. MÆc dÇu mét dßng ch¶y ®Æc trng cã thÓ tõ mét møc ®é æn ®Þnh, vµ do x¸o trén trë thµnh dßng ch¶y kh¸c trong mét chu kú thêi gian ng¾n, sù xuÊt hiÖn ngÉu nhiªn cña nh÷ng sù kiÖn nµy kh«ng ®óng víi møc ®é trËt tù vèn cã. KhÝa c¹nh nµy sÏ ®îc th¶o luËn trong môc 10.3.1 vÒ nguån muèi cöa s«ng, cã thÓ ph¸t biÓu ®¬n gi¶n lµ ®iÒu kiÖn mµ ®é mÆn trung b×nh trong mét chu kú dµi t¹i mét vÞ trÝ ®· cho trong cöa s«ng kh«ng ®æi. Nguån muèi sÏ sö dông ®Ó chØ ra cã thÓ sö dông ph©n bè ®é mÆn nh mét ®¸nh gi¸ ban ®Çu nh÷ng ®Æc trng ph¸t t¸n cña mét hÖ thèng nh thÕ nµo. Trong níc ven bê nh÷ng kh¸c biÖt ®é mÆn cã thÓ kh«ng ®ñ ®Ó x¸c ®Þnh nh÷ng gradient khuyÕch t¸n mét c¸ch chÝnh x¸c vµ nh÷ng nghiªn cøu ph¸t t¸n dùa trªn mét chÊt chØ thÞ 317
®îc tr×nh bµy. Bëi vËy, môc tiÕp theo kh¶o s¸t viÖc c¸c thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ ®· chØ ra ph¹m vi nh÷ng hÖ sè ph¸t t¸n trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¸c nhau cña dßng ch¶y vµ sù æn ®Þnh ra sao. Nh÷ng ph¸t hiÖn nµy sÏ ®îc th¶o luËn díi ¸nh s¸ng cña hiÓu biÕt hiÖn t¹i vÒ m«i trêng biÓn côc bé. T¹i ®iÓm nµy sÏ trë nªn râ rµng ®èi víi ngêi ®äc lµ sù hiÓu biÕt thËt sù vÒ ph¸t t¸n, nh÷ng nguyªn nh©n vµ nh÷ng hiÖu øng cña nã, lµ mét qu·ng ®êng dµi ph¶i ®i. Bëi vËy, ch¬ng nµy kÕt luËn b»ng mét vµi nhËn xÐt vÒ nh÷ng con ®êng cã thÓ nghiªn cøu, Ýt nhÊt còng xÐt ®Õn tiÒm n¨ng lín sö dông c«ng nghÖ míi. 10.2 qu¸ ®é 10.2.1 Sù thÝch øng cña ph¸t t¸n ®èi víi nh÷ng møc ®é rèi kh¸c nhau Trong nh÷ng ch¬ng tríc ®©y ®· thÓ hiÖn r»ng ph¸t t¸n phô thuéc vµo møc ®é x¸o trén vµ ®é lín cña trît th¼ng ®øng vµ n»m ngang. Trong ch¬ng nµy sù chó ý tËp trung vµo trît th¼ng ®øng v× ®©y thêng lµ yÕu tè thèng trÞ ë xa nh÷ng biªn ngang nh ®êng bê hoÆc nh÷ng hßn ®¶o. H¬n n÷a, ph©n tÇng mËt ®é ¶nh hëng ®Õn ph©n bè th¼ng ®øng cña x¸o trén vµ trît, vµ ®Æc ®iÓm nµy cã mèi quan t©m ®Æc biÖt lµ nghiªn cøu qu¸ tr×nh ph¸t t¸n trong nh÷ng hÖ thèng ph©n tÇng mét phÇn. Còng ®· chØ ra r»ng rèi sö dông hiÖu øng ph¶n håi lªn ph¸t t¸n ë chç møc ®é t¨ng rèi, vµ do ®ã lµ x¸o trén, t¹o ra sù thay ®æi ph©n bè trît vËn tèc, ¶nh hëng lªn sù ph¸t sinh vÒ sau cña chuyÓn ®éng rèi. Møc ®é rèi trong dßng triÒu phô thuéc vµo søc m¹nh cña dßng triÒu, vµ bëi vËy møc ®é ph¸t t¸n chÊt hoµ tan ph¶i biÕn ®æi ®¸ng kÓ trong mét chu kú triÒu. Ngoµi ra, sù t¨ng rèi gi¸n ®o¹n ®· ®îc quan tr¾c trong nh÷ng dßng triÒu (Heathershaw, 1974). Nh÷ng sù kiÖn 'næ tung' nµy bÒn v÷ng víi kho¶ng tõ 5 ®Õn 10 gi©y vµ cã ®é c¸ch gi·n lµ 100 gi©y. Nh÷ng thùc nghiÖm trong phßng cña Linden vµ Simpson (1988) m« t¶ trong môc 9.4.2 ®îc sö dông ®Ó suy luËn sù ph¸t t¸n thÝch øng víi nh÷ng ®iÒu kiÖn x¸o trén kh¸c nhau ra sao, chóng ®îc t¹o ra b»ng c¸ch cho nh÷ng bät kh«ng khÝ khuÊy hai líp trong bÓ chøa. Sù trît vËn tèc cã tr¸ch nhiÖm víi ph¸t t¸n ph¸t sinh bëi sù x©m nhËp cña níc mÆn díi mét líp níc ngät; ®iÒu nµy t¹o nªn dßng ch¶y mËt ®é (tµ ¸p). Hai khÝa c¹nh ®îc kh¶o s¸t - tríc hÕt, sù thÝch øng cña ph¸t t¸n víi kho¶ng thêi gian cña chu kú x¸o trén , b»ng tÇn sè t¹i ®ã dßng kh«ng khÝ ®îc më vµ ng¾t xen kÏ, vµ thø hai, sù thÝch øng cña ph¸t t¸n ®èi víi søc m¹nh cña lùc ®iÒu khiÓn tµ ¸p. Tham sè nµy cho b»ng gρ H 2 (10.1) B ρ xut' trong ®ã H lµ ®é s©u níc vµ u’t lµ cêng ®é rèi rms (root mean square - c¨n bËc hai trung b×nh b×nh ph¬ng – ND) liªn quan ®Õn bät. HÖ sè ph¸t t¸n däc K(B) x¸c ®Þnh cho nh÷ng gi¸ trÞ kh¸c nhau cña  vµ B, vµ chuÈn hãa b»ng c¸ch sö dông nh÷ng gi¸ trÞ K(0) lµ hÖ sè ph¸t t¸n chØ do bät. H×nh 10.1 cho thÊy h×nh vÏ kÕt qu¶. Nh÷ng ph¸t hiÖn chØ ra r»ng ®èi víi mét gi¸ trÞ ®· cho cña B, tû lÖ K(B)/K(0) t¨ng khi chu kú gi¸n ®o¹n  cña rèi t¨ng. §iÒu nµy ®îc quy cho sù trît t¨ng cêng gi÷a hai líp khi nh÷ng bät ®îc ng¾t, cho phÐp dßng ch¶y mËt ®é t¨ng tèc. Tû lÖ K(B)/K(0) còng 318
t¨ng cïng víi sù t¨ng cña B víi mét gi¸ trÞ cè ®Þnh cña , nh thÓ do viÖc cêng ho¸ hoµn lu tµ ¸p bëi nh÷ng gradient mËt ®é lín h¬n. MÆc dï dßng ch¶y mËt ®é chØ thÓ hiÖn mét yÕu tè ph¸t sinh trît th¼ng ®øng, nh÷ng thùc nghiÖm râ rµng thÓ hiÖn tÇm quan träng cña rèi biÕn ®æi theo thêi gian trong viÖc ®iÒu khiÓn ®é lín ph¸t t¸n däc. H×nh 10.1 HÖ sè ph¸t t¸n däc K(B) ®îc chuÈn hãa bëi K(0), gi¸ trÞ chØ do nh÷ng bät, vÏ theo tham sè B tµ ¸p. Nh÷ng ch÷ thËp t¬ng øng víi dßng ch¶y trong ®ã rèi kh«ng thay ®æi theo thêi gian; nh÷ng ®iÓm kh¸c t¬ng øng víi dßng ch¶y rèi tuÇn hoµn víi ba chu kú dao ®éng kh¸c nhau. (Theo Linden vµ Simpson, 1988, víi sù cho phÐp th©n thiÖn cña Elsevier Science Ltd, The Boulevard, Kidlington 0X1 1GB, V¬ng quèc anh) Nh÷ng quan tr¾c trong c¸c cöa s«ng ph©n tÇng mét phÇn ®· chØ ra r»ng cÊu tróc vËn tèc vµ mËt ®é cã thÓ tr¶i qua nh÷ng biÕn ®æi ®¸ng kÓ trong thêi gian mét chu kú thñy triÒu, dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi râ rÖt hÖ sè khuyÕch t¸n däc hiÖu qu¶ Kxe (West vµ Mangat, 1986; West vµ Shiono, 1988). §· thÊy trong nh÷ng môc 9.2.2 vµ 9.2.3 r»ng, nh÷ng thay ®æi ®¸ng kÓ vµ ®«i khi nhanh cña cÊu tróc mËt ®é vµ vËn tèc cã thÓ xuÊt hiÖn trong c¸c cöa s«ng nªm mÆn. Chóng ®îc gäi lµ nh÷ng chu kú x¸o trén m¹nh (IMP), ®îc quan tr¾c trong nh÷ng hÖ thèng ph©n tÇng mét phÇn. VÝ dô, nh÷ng quan tr¾c t¹i Blue House Point trong cöa s«ng Tees, phÝa §«ng B¾c níc Anh, chØ ra r»ng mét IMP b¾t ®Çu xuÊt hiÖn vµo kho¶ng 11,00 giê, øng víi 1,5 giê sau níc lín (h×nh 10.2) (New vµ nnk., 1986 ). T¹i vÞ trÝ nµy sù chuyÓn ®éng m¹nh vÒ phÝa biÓn cña níc mÆt ®îc dù kiÕn g©y ra sù ph©n tÇng t¨ng cêng trong thêi gian triÒu xuèng, khi níc nhiÔm mÆn ®îc mang vÒ phÝa biÓn trªn líp cã ®é mÆn thÊp h¬n. 319
H×nh 10.2 BiÕn ®æi ®é mÆn trong cöa s«ng Tees khi triÒu xuèng, cho thÊy sù x¸o trén híng lªn cña muèi mÆt níc s0, muèi t¹i ®¸y sb. (Theo New vµ nnk., 1986, ®îc sù ®ång ý cña Academic Press) Tuy nhiªn, nh thÊy trong h×nh vÏ, viÖc b¾t ®Çu x¸o trén m·nh liÖt lµm cho nªm mÆn sÏ bÞ mßn xuèng díi, mang muèi nhiÒu h¬n lªn níc gÇn mÆt. Sù x¸o trén m¹nh nµy tiÕp tôc cho ®Õn kho¶ng 5 giê sau níc lín, b»ng thêi gian ®ã cét níc gÇn nh ®ång nhÊt vµ bÊt kú sù x¸o trén tiÕp theo nµo còng cã hiÖu øng kh«ng ®¸ng kÓ lªn ph©n bè ®é mÆn níc mÆt. Nh ®· thÊy, sù ph¸t triÓn cña rèi m¹nh cã thÓ lµm cho cöa s«ng ph©n tÇng mét phÇn, Ýt nhÊt còng lµ côc bé, ®Ó thay ®æi tr¹ng th¸i x¸o trén m¹nh. Sù th©m nhËp cña muèi khi triÒu lªn, kÌm theo sù x¸o trén Ýt râ rÖt h¬n, sau ®ã cã thÓ tr¶ l¹i hÖ thèng vÒ tr¹ng th¸i ph©n tÇng mét phÇn cña nã; qu¸ tr×nh nµy t¬ng ®¬ng víi thùc nghiÖm x©m nhËp mÆn cña Linden vµ Simpson (1988). Ph¶i nhí r»ng x¸o trén m·nh liÖt xuÊt hiÖn ®¸ng chó ý nhÊt khi triÒu xuèng trong c¸c nh¸nh gi÷a cña nh÷ng hÖ thèng nh vËy, nhng nh ®îc ghi chó trong môc 9.2.3, trong c¸c nh¸nh cao h¬n cña mét vµi cöa s«ng, cã xu híng ®ång nhÊt khi triÒu lªn vµ ph©n tÇng khi triÒu xuèng (vÝ dô s«ng Tamar t¹i phÝa T©y Nam níc Anh (West vµ nnk., 1990)). Mét chuçi nh÷ng bÊt æn ®Þnh trong dßng ch¶y ph©n tÇng cã thÓ cã nguyªn nh©n kh¸c, vµ nh ®îc ®Ò cËp bëi Thorpe (1987), nh÷ng bÊt æn ®Þnh víi nguyªn nh©n kh¸c nhau thËm chÝ cã thÓ xuÊt hiÖn t¹i cïng mét chç vµ cïng mét thêi gian. Ph©n bè chi tiÕt trong mét nh¸nh s«ng ph©n tÇng mét phÇn cña cöa s«ng Tees cho thÊy mét sè hiÖn tîng x¸o trén, cã lÏ do c¸c nguyªn nh©n kh¸c nhau (h×nh 10.3) (Lewis, 1996). Kho¶ng mét nöa chÆng triÒu xuèng (tøc lµ 12,30 giê), cÊu tróc ®é mÆn tr¶i qua mét thay ®æi ®¸ng kÓ; sù ph©n kú cña ®êng ®¼ng mÆn t¹i kho¶ng 2,0 m ®é s©u gi¶ thiÕt r»ng nã xuÊt hiÖn tõ sù bÊt æn ®Þnh mÆt ph©n c¸ch. Dùa vµo nh÷ng sè Richardson gradient vµ tæng hîp ®· quan tr¾c, cã vÎ sù kiÖn x¸o trén ®îc thóc ®Èy bëi nh÷ng bÊt æn ®Þnh Kelvin - Helmholtz ph¸t triÓn t¹i ®¸y cña nªm mËt ®é khi sè Richardson gradient trë nªn nhá h¬n 0,25. Nh÷ng 320
bÊt æn ®Þnh mÆt ph©n c¸ch cã thÓ ®îc trî gióp bëi sù trît dßng ch¶y ph¸t sinh bëi nh÷ng sãng néi h×nh thµnh trong cöa s«ng Tees. Sau ®ã cét níc trë nªn ®ång nhÊt vµ ®îc quy cho rèi ph¸t sinh t¹i ®¸y, cã kh¶ n¨ng x¸o trén muèi vµ níc ngät trªn toµn bé ®é s©u, khi nh÷ng bÊt æn ®Þnh mÆt ph©n c¸ch ®· ph¸ vì rµo ch¾n h×nh thµnh bëi nªm mÆn. H×nh 10.3 Sù biÕn ®æi theo thêi gian trong ph©n bè ®é mÆn t¹i mét vÞ trÝ trong cöa s«ng Tees. (Theo Lewis vµ Lewis trong HiÖu øng næi trong §éng lùc häc Ven bê, 1997, b¶n quyÒn cña HiÖp héi §Þa vËt lý Mü) Sù ®ång nhÊt bëi nh÷ng bÊt æn ®Þnh chØ do nh÷ng sãng cuén K - H cã vÎ kh«ng ch¾c bëi v× n¨ng lîng trong nh÷ng ®Æc tÝnh nh vËy lµ kh«ng ®Çy ®ñ. MÆc dÇu h×nh 10.3 chØ thÓ hiÖn sù thay ®æi theo thêi gian trong cÊu tróc t¹i mét ®iÓm x¸c ®Þnh, nh÷ng quan tr¾c b»ng håi ©m chØ ra r»ng nh÷ng thay ®æi lín h¬n trong ph©n bè ®é mÆn ®· xuÊt hiÖn t¹i nh÷ng thêi ®iÓm t¬ng tù däc theo toµn bé nh¸nh s«ng 2 km, nãi lªn r»ng b×nh lu ®¬n gi¶n cña níc x¸o trén ®i qua ®iÓm ®o kh«ng ph¶i lµ lý do c¬ b¶n cña nh÷ng biÕn ®æi trong cÊu tróc ®é mÆn quan tr¾c ®îc. Khi triÒu lªn, nh÷ng sãng cuén K - H xuÊt hiÖn ®Ó ph¸t triÓn trªn mÆt phÝa trªn cña nªm mÆn ®ang ®Õn (h×nh 10.3). T¹i xÊp xØ mét nöa pha triÒu lªn mét vµi bÊt æn ®Þnh rÊt lín ph¸t triÓn, lµm t¨ng nhanh ®é mÆn mÆt níc; nguyªn nh©n cña nh÷ng ®Æc ®iÓm chÝnh nµy, ®· ®îc quan tr¾c trong nh÷ng trêng hîp kh¸c, vÉn cha ®îc biÕt nhng cã thÓ t¬ng tù nh nh÷ng sãng cuén lín ®îc quan tr¾c ®Ó h×nh thµnh t¹i mÆt trªn cña vïng x©m nhËp mÆn trong thùc nghiÖm ë phßng thÝ nghiÖm (Simpson, 1997). Mét sè nghiªn cøu sím nhÊt vÒ sù bÊt æn ®Þnh néi trong biÓn lµ nh÷ng thùc nghiÖm ®îc thùc hiÖn trong §Þa Trung H¶i bëi Woods (1968). Trong c¸c nghiªn cøu nµy, mét chÊt chØ thÞ mµu ph¸t quang ®îc sö dông ®Ó b¸m theo mét khu vùc máng cña nªm nhiÖt, vµ nh÷ng thay ®æi kÕ tiÕp ®èi víi líp mµu ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch sö dông chôp ¶nh díi níc. Nh÷ng thùc nghiÖm chØ ra r»ng nh÷ng sãng néi lan truyÒn däc theo nªm nhiÖt thØnh tho¶ng t¹o ra nh÷ng bÊt æn ®Þnh trît, ®ôc thµnh c¸c lç trong líp ®ã mét c¸ch hiÖu qu¶. Nh÷ng ®o ®¹c kü lìng nhiÖt ®é vµ dßng ch¶y chØ ra r»ng nh÷ng bÊt æn ®Þnh 321
nµy thuéc kiÓu Kelvin - Helmholtz. Tuy nhiªn, ®Ó dù ®o¸n chÝnh x¸c ë ®©u vµ khi nµo sù ®¶o ngîc xuÊt hiÖn trong toµn bé líp máng ®ßi hái ph¶i cã chi tiÕt hiÖn tîng cña cÊu tróc mËt ®é vµ trêng sãng néi. C¸c nguyªn nh©n cã thÓ cã cña nh÷ng chu kú x¸o trén m¹nh ®· ®îc th¶o luËn trong môc 9.2.3. MÆc dÇu vÉn cßn ph¶i x¸c lËp nh÷ng lý do cã thÓ kh¸c nhau tõ tr¹ng th¸i biÓn nµy sang tr¹ng th¸i biÓn kh¸c (New vµ nnk., 1986), hiÖu øng cña mét IMP lªn ph¸t t¸n cã tÇm quan träng hµng ®Çu. Kho¶ng thêi gian cña mét IMP cã thÓ biÕn ®æi tõ mét vµi phót ®Õn vµi giê, nh thÊy trong cöa s«ng Tees. HiÓn nhiªn r»ng trong nh÷ng khu vùc ®ã cña cöa s«ng hoÆc níc ven bê thÝch hîp víi x¸o trén m¹nh nh ®· thÊy t¹i nh÷ng chç co hÑp trong cöa s«ng Fraser, mét IMP cã thÓ lµ mét phÇn ®¸ng kÓ cña chu kú thñy triÒu. Tuy nhiªn, trong nh÷ng khu vùc thÝch hîp víi nh÷ng ®iÒu kiÖn ph©n tÇng, kho¶ng thêi gian cña bÊt kú IMP nµo cã thÓ t¬ng ®èi ng¾n. Nh vËy ®iÒu quan träng lµ nhËn ®îc sù hiÓu biÕt cã thÓ ®óng nµo ®ã vµ kho¶ng thêi gian cña nh÷ng sù kiÖn x¸o trén m¹nh nh vËy nÕu ®Þnh lîng ®îc hiÖu øng toµn bé lªn ph¸t t¸n. 10.2.2 HiÖn tîng qu¸ ®é vµ sù ph¸t triÓn cña rèi Mét vµi thay ®æi vÒ trît vµ cÊu tróc mËt ®é liªn quan ®Õn nh÷ng tr¹ng th¸i ®îc t¹o ra bëi mét ¶nh hëng bªn ngoµi lªn dßng ch¶y - tøc lµ vÒ nguyªn t¾c chóng liªn quan ®Õn tr¹ng th¸i nµo ®ã cña thñy triÒu hoÆc ®Þa h×nh cöa s«ng, mµ cã nghÜa lµ mét viÔn c¶nh nµo ®ã cã thÓ ®o¸n tríc. Tuy nhiªn, nh÷ng thay ®æi kh¸c cña trît vµ cÊu tróc mËt ®é xuÊt hiÖn tõ nh÷ng bÊt æn ®Þnh mÆt ph©n c¸ch. T¹i mét vÞ trÝ ®Æc trng däc theo ®é dµi cöa s«ng, møc ®é trît cã thÓ bÞ ¶nh hëng bëi sù cã mÆt hoÆc v¾ng mÆt cña nh÷ng sãng néi. Nh÷ng sãng nµy cã thÓ ph¸t sinh t¹i vÞ trÝ tõ xa nµo ®ã vµ sù ®i ®Õn cña chóng t¹i ®iÓm quan t©m phô thuéc vµo mét tËp hîp nh÷ng yÕu tè kh«ng ®o¸n tríc ®îc nh møc ®é tiªu t¸n cña sãng, sù ph¸ vì t¹i nh÷ng vÞ trÝ kh¸c vµ liÖu cã ph¶i nh÷ng ®iÒu kiÖn lµ ®óng ®Ó cho chóng ph¸t triÓn t¹i chç ban ®Çu! §iÒu nµy lµm cho 'nh÷ng bÊt æn ®Þnh ph¸t sinh néi t¹i‘ kh«ng thÓ dù ®o¸n ®îc mét c¸ch hiÖu qu¶. Mét tæng quan tuyÖt vêi vÒ sù phøc t¹p cña vÊn ®Ò ®· ®îc viÕt bëi Thorpe (1987). MÆc dÇu viÖc t¹o thµnh mét tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh cã thÓ do mét hoÆc vµi hiÖn tîng, kÕt qu¶ cã thÓ kh«ng ph¶i mét tr¹ng th¸i ph¸t triÓn hoµn toµn cña rèi. ThuËt ng÷ 'qu¸ ®é' ®îc sö dông ®Ó thay ®æi tõ tr¹ng th¸i dßng ch¶y tÇng thµnh mét c¸i g× ®ã kh¸c rÊt khã x¸c ®Þnh, nhng kÐo theo møc ®é lín h¬n ®¸ng kÓ cña chuyÓn ®éng kh«ng ®Òu 't¬ng tù rèi' (Thorpe, 1987). Trong biÓn hë, sù ph¸t triÓn cña mét tr¹ng th¸i hçn ®én lµ hiÕm cã, mÆc dÇu sù qu¸ ®é tõ tÇng ®Õn dßng ch¶y rèi cã thÓ thêng xuyªn xuÊt hiÖn. Thorpe gi¶ thiÕt r»ng nh÷ng thay ®æi cÊu tróc mËt ®é mÞn cã thÓ kh«ng ph¶i do rèi m¹nh, nhng vÉn cßn h¬n lµ do sù ph©n r· cha ®Çy ®ñ cña mét cÊu tróc bÞ biÕn ®æi, bëi n¨ng lîng lÊy tõ bÊt æn ®Þnh tríc khi ®¹t ®îc mét tr¹ng th¸i rèi ph¸t triÓn hoµn toµn. Kh«ng may lµ viÖc hiÓu biÕt c¸i g× x¶y ra ®èi víi sù thay ®æi n¨ng lîng vµ dßng khèi lîng trong thêi gian qu¸ ®é thËm chÝ cßn Ýt h¬n ®èi víi nh÷ng tr¹ng th¸i trong ®ã sù qu¸ ®é lµ hoµn toµn. VÊn ®Ò ®Þnh lîng nh÷ng thay ®æi xuÊt hiÖn trong dßng ch¶y ph©n tÇng ®îc hîp nhÊt b»ng viÖc cïng mét lo¹i bÊt æn ®Þnh cã thÓ ®i qua mét sè giai ®o¹n qu¸ ®é, mçi trong sè ®ã cã thÓ t¬ng øng víi nh÷ng hiÖu qu¶ kh¸c nhau cña chuyÓn ®æi n¨ng 322
lîng. §èi víi viÖc gi¶i quyÕt mét vÊn ®Ò thùc tiÔn vÒ vËn chuyÓn th¼ng ®øng vµ ph©n bè l¹i chÊt hoµ tan trong dßng ch¶y ph©n tÇng, nh÷ng xem xÐt nh vËy ®ßi hái gi¸ trÞ ®o ®¹c rèi rÊt chi tiÕt theo kh«ng gian vµ thêi gian. H×nh 10.4 lµ mét s¬ ®å kh¸i niÖm quy m« minh häa vai trß cña nh÷ng bÊt æn ®Þnh Kelvin - Helmholtz theo nh÷ng sè Reynolds vµ Froude kh¸c nhau, dùa vµo thùc nghiÖm trong phßng vµ hiÖn trêng. H×nh 10.4 Ph¸c häa sù thÝch øng cña hiÖn tîng qu¸ ®é liªn quan ®Õn bÊt æn ®Þnh K - H ®èi víi nh÷ng biÕn ®æi cña sè Reynolds vµ Froude mÆt ph©n c¸ch. (Theo Thorpe, T¹p chÝ Nghiªn cøu §Þa vËt lý, 92(C5), 5231- 5248, 1987, b¶n quyÒn cña HiÖp héi §Þa vËt lý Mü) Nh÷ng kÕt qu¶ kh¶o s¸t trong phßng thÝ nghiÖm chøng tá rÊt h÷u Ých trong viÖc cho thÊy nh÷ng lo¹i hiÖn tîng cã thÓ xuÊt hiÖn trong c¸c cöa s«ng hoÆc nh÷ng vïng ven bê (Simpson, 1997). Tuy nhiªn, sö dông nh÷ng kÕt qu¶ tõ nh÷ng nghiªn cøu nh vËy ®Ó suy luËn sù x¸o trén xuÊt hiÖn trong thÕ giíi thùc tÕ nhiÒu ®Õn ®©u, cÇn thÊy r»ng, ngoµi viÖc biÕt ®é lín cña hiÖu øng ph¸t sinh, ph¶i biÕt tÇn sè xuÊt hiÖn cña hiÖn tîng. §iÒu kh¸c thêng nhÊt ë ®©y lµ bÊt kú ®¸nh gi¸ thùc tÕ nµo vÒ tÇn sè xuÊt hiÖn cña mét kiÓu sù kiÖn x¸o trén ®Æc trng, ®Æc biÖt do viÖc h×nh thµnh nh÷ng ®iÒu kiÖn thóc ®Èy sù bÊt æn ®Þnh, phô thuéc vµo lÞch sö ®· qua cña nh÷ng sù kiÖn x¸o trén trong dßng ch¶y. Nh vËy, viÖc sö dông trùc tiÕp nh÷ng nghiªn cøu trong phßng thÝ nghiÖm vµ lý thuyÕt nh÷ng qu¸ tr×nh rèi ®Ó ®Þnh lîng hiÖn tîng t¬ng ®¬ng trong nh÷ng tr¹ng th¸i biÓn lµ ®Æc biÖt khã, bëi v× tÇn sè xuÊt hiÖn cña hiÖn tîng ®ã nãi chung lµ kh«ng biÕt, ®Æc biÖt khi nh÷ng sù kiÖn x¸o trén ®ã cã thÓ hiÕm. 323
10.2.3 ChÊt chØ thÞ nh mét biÖn ph¸p lÊy trung b×nh ViÖc sö dông chÊt chØ thÞ ®· chøng tá lµ con ®êng h÷u Ých ®Ó ®¹t ®îc sù thÊu hiÓu nµo ®ã vÒ hiÖu øng toµn bé cña hiÖn tîng qu¸ ®é lªn qu¸ tr×nh ph¸t t¸n mét chÊt hoµ tan. MÆc dÇu kü thuËt ®îc th¶o luËn trong Ch¬ng 7 vµ ®îc minh häa bëi mét vµi kÕt qu¶ trong Ch¬ng 8 kh«ng chØ ra nh÷ng chi tiÕt vÒ tÇn sè vµ ®é lín cña nh÷ng bÊt æn ®Þnh, nã cung cÊp mét ph¬ng tiÖn lÊy trung b×nh ¶nh hëng kÕt hîp cña trît vËn tèc vµ x¸o trén rèi. Tr¹ng th¸i cña chÊt chØ thÞ vµ c¸ch tiÕp cËn thùc nghiÖm cã thÓ cã hiÖu qu¶ ®¸ng kÓ vÒ th«ng tin ph¸t sinh. VÝ dô, nÕu nh÷ng kh¸c biÖt ®é mÆn ®îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é ph¸t t¸n, th× ph©n bè muèi sÏ lµ kÕt qu¶ cña nh÷ng qu¸ tr×nh ph¸t t¸n qua mét sè chu kú thñy triÒu mét c¸ch b×nh thêng. Nh÷ng sù kiÖn x¸o trén ®Æc trng nh vËy, vÝ nh sù xuÊt hiÖn cña ph¸t t¸n ®Æc biÖt thÊp vµo mét ngµy ®Æc trng, cã thÓ kh«ng hiÓn nhiªn khi ph©n bè toµn bé cña muèi ®îc ®o mét vµi ngµy vÒ sau. Tuy nhiªn, nÕu mét sù kiÖn quan träng xuÊt hiÖn trong chu kú ®o ®¹c, th× cÊu tróc ®ang thay ®æi cña ph©n bè ®é mÆn trë nªn hiÓn nhiªn vµ cã thÓ sö dông ®Ó biÕt mét Ýt vÒ qu¸ tr×nh x¸o trén, nh ®îc minh häa bëi h×nh 10.3. KÕt luËn nµy phô thuéc vµo nh÷ng quy m« thêi gian vµ kh«ng gian ®îc chi tiÕt ho¸ mét c¸nh ®Çy ®ñ ®Ó cho phÐp hiÖu øng cña sù kiÖn sÏ ®îc ph¸t hiÖn vµ ®Þnh lîng. VÝ dô, nh÷ng ®o ®¹c ph©n bè ®é mÆn t¹i nh÷ng kho¶ng mét giê trong mét chu kú thñy triÒu kh«ng thÝch hîp cho viÖc suy xÐt hiÖn tîng x¸o trén ph¸t triÓn vµ hoµn tÊt trong 15 phót. Nh÷ng hiÖu øng trung b×nh cña c¸c qu¸ tr×nh lªn quy m« thêi gian vµ kh«ng gian nhá h¬n thêng x¸c ®Þnh râ rµng h¬n b»ng c¸ch sö dông mét chÊt chØ thÞ, nh chÊt chØ thÞ mµu ph¸t quang. Quy m« ban ®Çu cña ph©n bè mµu th¼ng ®øng cã thÓ nhá h¬n 1,0 m ®ñ ®Ó x¸c ®Þnh nh÷ng thay ®æi do x¸o trén t¹i nªm mËt ®é, nh thÓ hiÖn bëi Woods (1968) trong nªm nhiÖt §Þa Trung H¶i. Khã kh¨n ®èi víi nh÷ng thùc nghiÖm trªn quy m« nhá lµ rèi cã vÎ cã mÆt ë nh÷ng quy m« lín h¬n quy m« thùc nghiÖm, vµ c¸c xo¸y liªn quan lµm cho chÊt chØ thÞ bÞ dÞch chuyÓn hoÆc thËm chÝ ph¸ huû trong mét tr¹ng th¸i kh«ng thÓ ®o¸n tríc. §iÒu nµy hÇu nh ch¾c ch¾n lµ mét trong nh÷ng lý do biÕn ®éng trong nh÷ng kÕt qu¶ nhËn ®îc tõ thùc nghiÖm mµu. Mét qu¸ tr×nh ®Æc trng lµm biÕn d¹ng nh÷ng ®èm loang hoÆc vÖt loang chÊt chØ thÞ lµ t¸c ®éng cña trît dßng ch¶y vµ nh÷ng ph¬ng ph¸p ®Ó lo¹i bá hiÖu øng nµy khái d÷ liÖu thùc nghiÖm ®îc th¶o luËn trong Ch¬ng 8. ThËm chÝ víi 'viÖc lµm s¹ch' b¶n ghi d÷ liÖu nµy, thêng cã sù ph©n t¸n râ rÖt cña møc ®é x¸o trén ®· ®¸nh gi¸, nãi chung ®îc biÓu thÞ b»ng nh÷ng hÖ sè khuyÕch t¸n hoÆc nh÷ng vËn tèc khuyÕch t¸n. Dï cã thõa nh÷ng ®iÒu kh«ng ch¾c ch¾n liªn quan ®Õn nh÷ng thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ, mét vµi bøc tranh tæng qu¸t næi bËt cã gi¸ trÞ trong viÖc ®Þnh lîng ®é lín ph¸t t¸n trong níc biÓn. Tríc hÕt, nh÷ng ®o ®¹c ®é mÆn cho thÊy mét vµi cöa s«ng cã thÓ cã nguån muèi cã thÓ chøng tá ®îc vµ ph¸t hiÖn nµy cã thÓ sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ nh÷ng hÖ sè ph¸t t¸n trung b×nh thñy triÒu. Thø hai, khi lÊy trªn nhiÒu khu vùc thuû v¨n kh¸c nhau, cã vÎ xuÊt hiÖn sù bÒn v÷ng nhÊt ®Þnh vÒ ®é lín cña hÖ sè ph¸t t¸n híng ngang, khi chØ xÐt nh÷ng gi¸ trÞ nhá nhÊt ®Ó gi¶m ¶nh hëng kh«ng ®Òu cña trît ngang do giã. Hai môc sau lÇn lît kh¶o s¸t kÕt qu¶ tõ nh÷ng thùc nghiÖm ®é mÆn vµ chÊt chØ thÞ mµu. 324
10.3 thùc nghiÖm Nguån muèi 10.3.1 Nguån muèi Nguyªn lý tæng qu¸t cña nguån muèi lµ, khi lÊy trung b×nh qua nhiÒu chu kú thñy triÒu, nh÷ng biÕn ®æi trong dßng ch¶y s«ng cã thÓ bá qua, ®é mÆn t¹i bÊt kú vÞ trÝ ®Æc trng nµo däc theo cöa s«ng cßn l¹i lµ h»ng sè. §iÒu hîp lý lµ dßng ch¶y níc ngät qua cöa s«ng liªn tôc vËn chuyÓn muèi vÒ phÝa biÓn vµ bëi vËy, cã thÓ nghÜ r»ng cöa s«ng trë nªn ngät h¬n vµ ngät h¬n. Sù thùc ®iÒu nµy kh«ng x¶y ra, cho thÊy r»ng muèi ph¶i ®îc mang vÒ phÝa ®Êt bëi mét c¬ chÕ nµo ®ã, vµ tiªu chuÈn ®é mÆn kh«ng ®æi cã nghÜa lµ møc ®é mµ ®iÒu nµy x¶y ra ph¶i phï hîp chÝnh x¸c víi møc ®é vËn chuyÓn ra biÓn bëi dßng ch¶y s«ng. Bëi v× chØ cã chuyÓn ®éng b×nh lu qua hÖ thèng lµ do s«ng, c¬ chÕ mang muèi vÒ phÝa ®Êt ph¶i kh«ng liªn quan ®Õn bÊt kú chuyÓn ®éng thùc tÕ nµo cña níc, tøc lµ nã ph¶i ®îc khuÕch t¸n. §Ó kh¶o s¸t nh÷ng c¬ chÕ céng t¸c víi dßng muèi híng vµo phÝa ®Êt, nhiÒu nghiªn cøu ®· ®¸nh gi¸ ®é lín cña nh÷ng thµnh phÇn vËn chuyÓn do sù t¬ng quan cña vËn tèc, ®é mÆn vµ ®é s©u t¹i nh÷ng vÞ trÝ ®Æc trng. Møc vËn chuyÓn, hoÆc dßng muèi do dßng ch¶y u b»ng tÝch sè , trong ®ã nh÷ng dÊu mãc biÓu thÞ lÊy trung b×nh trong mét kho¶ng thêi gian (môc 4.2.1) vµ s lµ ®é mÆn ®o cïng thêi gian vµ cïng vÞ trÝ nh víi dßng ch¶y. Toµn bé dßng muèi trªn chiÒu réng ®¬n vÞ qua mét mÆt c¾t th¼ng ®øng cã thÓ lÊy trung b×nh trong mét chu kú thñy triÒu ®Ó cho ta dßng thùc tÕ FT b»ng c¸ch sö dông biÓu thøc Th 1   usdzdt . (10.2) FT  T 00 B»ng viÖc biÓu thÞ u vµ s díi d¹ng nh÷ng gi¸ trÞ trung b×nh vµ ®é lÖch tõ gi¸ trÞ trung b×nh ®ã, cã thÓ tÝnh to¸n ®é lín cña FT tõ nh÷ng quan tr¾c chi tiÕt cña ®é mÆn vµ dßng ch¶y trong mét chu kú thñy triÒu. C¸c c«ng tr×nh tríc ®©y xÐt sù vËn chuyÓn cña muèi do nh÷ng biÕn ®æi th¼ng ®øng trong trung b×nh thñy triÒu vµ nh÷ng dao ®éng thñy triÒu chu kú ng¾n (kho¶ng nöa giê), cïng víi biÕn ®æi thñy triÒu trung b×nh ®é s©u (Bowden, 1963). Nh÷ng nghiªn cøu sau nµy cho phÐp nh÷ng biÕn ®æi thñy triÒu theo ®é s©u, hoÆc diÖn tÝch mÆt c¾t ngang (Dyer, 1973), vµ nh÷ng ngêi kh¸c xÐt sù ®ãng gãp ®èi víi dßng muèi tõ nh÷ng biÕn ®æi ngang cña dßng ch¶y vµ ®é mÆn (Fischer, 1972). Râ rµng cöa s«ng kh¸c biÖt vÒ thñy ®éng lùc cña chóng vµ do ®ã vÒ ý nghÜa cña nh÷ng qu¸ tr×nh ®Æc trng tham gia vµo c¬ chÕ khuÕch t¸n vÒ phÝa bê. Phô thuéc vµo chÊt lîng cña d÷ liÖu quan tr¾c, nh÷ng nghiªn cøu nµy kh«ng ph¶i lu«n lu«n t¹o ra mét nguån muèi cã thÓ chøng tá ®îc; gi¸ trÞ cña chóng thêng ®îc dù phßng nh÷ng ®é lín t¬ng ®èi cho mét vµi sè h¹ng. Mét nghiªn cøu cã tËp hîp d÷ liÖu t¬ng ®èi lín cho cöa s«ng Tees (h×nh 10.5) chØ ra r»ng nguån muèi ®· ®¹t ®îc vµ cho thÊy r»ng, trong hÖ thèng hÑp nµy, cã nh÷ng sè h¹ng nhÊt ®Þnh thèng trÞ c¬ chÕ c©n b»ng (Lewis vµ Lewis, 1983). Nh÷ng kÕt qu¶ kh¶o s¸t nµy ®îc cho trong h×nh 10.6. Trong s¬ ®å, híng d¬ng ®îc lÊy vÒ phÝa biÓn ®Ó nh÷ng gi¸ trÞ ©m trªn h×nh vÏ thÓ hiÖn nh÷ng thµnh phÇn cña dßng híng vÒ phÝa ®Êt. 325
T¹i mçi trong sè t¸m vÞ trÝ lÊy mÉu däc theo cöa s«ng, dßng kÕt hîp thùc tÕ do nh÷ng thµnh phÇn riªng biÖt ®îc chØ ra bëi mét mòi tªn. VËn chuyÓn thùc tÕ vÒ phÝa biÓn bëi dßng ch¶y s«ng ®îc chØ ra b»ng ®êng liÒn; tÊt nhiªn ®©y lµ dßng d¬ng vµ nã ®îc ph¶n chiÕu trong trôc x ®Ó so s¸nh cã thÓ thùc hiÖn víi nh÷ng sè h¹ng khuÕch t¸n. Cã thÓ thÊy r»ng nh÷ng mòi tªn nãi chung tu©n theo xu híng cña ®êng liÒn - chªnh lÖch ®é lín lµ do nh÷ng quan tr¾c ®· ®îc lÊy t¹i t©m cña lßng dÉn chÝnh cña cöa s«ng, trong ®ã dßng ch¶y m¹nh h¬n, trong khi dßng muèi cña s«ng dùa vµo vËn tèc trung b×nh mÆt c¾t. H×nh 10.5 C¶nh quan mÆt b»ng cña cöa s«ng Tees, phÝa §«ng B¾c Níc Anh. (Theo Lewis vµ Lewis, 1983, ®îc sù ®ång ý cña Academic PrPress) VËn chuyÓn thùc tÕ cña muèi vÒ phÝa biÓn do dßng ch¶y s«ng ®îc ®¸nh gi¸ b»ng viÖc lµm khíp mét hµm ®èi víi ph©n bè däc trung b×nh thñy triÒu cña ®é mÆn. §©y lµ mét hµm hyperbolic cã d¹ng 1 1  tanh( H ( x  QxM )) s0  (10.3) 2s M trong ®ã s 0 lµ ®é mÆn trung b×nh thñy triÒu lÊy trung b×nh mÆt c¾t ngang t¹i kho¶ng c¸ch x tõ biªn phÝa ®Êt cña cöa s«ng, sm lµ ®é mÆn t¹i biªn phÝa biÓn cña cöa s«ng, xM lµ ®é dµi cöa s«ng, H lµ ®é dèc cña gradient ®é mÆn vµ Q lµ hÖ sè dÞch chuyÓn däc ®èi víi ph©n bè ®é mÆn. Nãi chung, ph©n bè däc cña muèi t¬ng øng víi H = 0,002 vµ Q = 0,5. Dßng 'khuÕch t¸n' híng vµo phÝa ®Êt F cña muèi ®ßi hái c©n b»ng víi dßng ra phÝa biÓn cña dßng ch¶y níc ngät qua hÖ thèng sÏ ®îc tÝnh to¸n tõ quan hÖ R s 0  FA (10.4) 326
trong ®ã R lµ dßng níc ngät ch¶y vµo vµ A lµ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang trung b×nh thñy triÒu t¹i mét vÞ trÝ ®îc chän däc theo cöa s«ng. Ba sè h¹ng c¬ b¶n chØ ra trong h×nh 10.6 lµ dßng hoµn lu th¼ng ®øng, dßng ph¸t t¸n nhiÔu ®éng (hoÆc b¬m thñy triÒu) mµ phÇn lín do sù t¬ng quan cña nh÷ng dao ®éng thñy triÒu trong vËn tèc vµ ®é mÆn, vµ dßng xuÊt hiÖn tõ dßng tr«i phi thñy triÒu. ý nghÜa vËt lý cña mçi sè h¹ng nµy b©y giê sÏ ®îc m« t¶. Hoµn lu th¼ng ®øng §©y cã lÏ lµ qu¸ tr×nh dÔ hiÓu nhÊt v× ®îc thÓ hiÖn b»ng nh÷ng sè h¹ng tr¹ng th¸i æn ®Þnh; víi lý do nµy, nã ®îc sö dông ®Ó minh häa nh÷ng bíc trong lý thuyÕt ph¸t t¸n trît ®· cho trong môc 5.1. H×nh 3.3 cho thÊy ph©n bè vËn tèc vµ muèi tiªu biÓu cho ph©n bè trong cöa s«ng ph©n tÇng mét phÇn. Hoµn lu d mang níc mÆt vÒ phÝa biÓn víi møc c©n b»ng chÝnh x¸c víi thÓ tÝch vËn chuyÓn cña níc ®¸y vÒ phÝa ®Êt. V× kh«ng cã b×nh lu thùc tÕ cña níc do hoµn lu nµy, ®ßi hái cÇn tháa m·n lµ qu¸ tr×nh ph¶i ®îc khuÕch t¸n. Møc ®é vËn chuyÓn muèi vÒ phÝa biÓn bëi líp trªn nhá h¬n møc ®é vËn chuyÓn muèi bëi líp thÊp h¬n v× nh÷ng tÇng níc mÆt cã ®é mÆn thÊp h¬n. Nh vËy vËn chuyÓn toµn bé qua mét mÆt c¾t ngang cöa s«ng lµ lªn thîng lu. CÇn thÊy r»ng chØ cã thÓ cã ®é mÆn tr¹ng th¸i æn ®Þnh nh ®îc chØ ra trong h×nh 3.3 nÕu dßng muèi th¼ng ®øng lµ chØ võa ®ñ ®Ó thay thÕ muèi trong líp trªn víi møc ®é mµ nã bÞ mÊt vµo biÓn. B¬m thñy triÒu 'B¬m thñy triÒu' lµ do sù t¬ng quan cña dao ®éng thñy triÒu trong vËn tèc trung b×nh ®é s©u vµ ®é mÆn. Qu¸ tr×nh t¹o nªn mét phÇn ph¸t t¸n nhiÔu ®éng ph¸t sinh bëi sù t¬ng quan chÐo cña nh÷ng biÕn ®æi vËn tèc, ®é mÆn vµ ®é s©u. H×nh 10.7 giíi thiÖu nh÷ng h×nh vÏ biÕn ®æi vËn tèc vµ ®é mÆn t¹i mét vÞ trÝ cè ®Þnh trong nh¸nh trung t©m cöa s«ng Tees trong mét chu kú thñy triÒu. H×nh vÏ cho thÊy sù biÕn ®æi nh÷ng gi¸ trÞ trung b×nh ®é s©u cïng víi c¸c gi¸ trÞ gÇn mÆt níc vµ ®¸y. VËn tèc trung b×nh ®é s©u nãi chung cã d¹ng h×nh sin vµ kh«ng lÖch mét c¸ch ®¸ng kÓ víi h×nh nµy do nh÷ng sù kiÖn x¸o trén bªn trong thñy triÒu. MÆt kh¸c, ®é mÆn trung b×nh ®é s©u bÞ lÖch ®¸ng kÓ so víi biÕn ®æi h×nh sin thuÇn tuý, chñ yÕu do ¶nh hëng cña ®é mÆn níc mÆt lªn gi¸ trÞ trung b×nh ®é s©u t¹i bÊt kú thêi ®iÓm nµo. Khi triÒu lªn, sù kh¸c nhau trong vËn tèc dßng ch¶y gi÷a nh÷ng líp trªn vµ thÊp h¬n do hoµn lu d, g©y ra sù t¨ng ®é mÆn trong líp trªn so víi líp thÊp h¬n. ¦u thÕ nµy do sù trît dßng ch¶y khi triÒu lªn xuÊt hiÖn trong Tees bëi v× x¸o trén t¬ng ®èi thÊp trong mét phÇn thêi gian cña chu kú thñy triÒu. NÕu ®iÒu kiÖn x¸o trén thÊp ®îc duy tr× khi triÒu xuèng, th× dßng d kh«i phôc sù dÞch chuyÓn t¬ng ®èi cña ®é mÆn mÆt níc vµ ®¸y, t¹o ra sù biÕn ®æi xÊp xØ h×nh sin cña ®é mÆn trung b×nh ®é s©u. Trong thùc tÕ, dßng triÒu xuèng thÝch hîp víi x¸o trén m¹nh vµ møc gi¶m ®é mÆn mÆt níc bÞ gi¶m do sù vËn chuyÓn híng lªn cña muèi. Nh vËy, do sù t¬ng t¸c kÕt hîp cña hoµn lu d víi biÕn ®æi thñy triÒu trong x¸o trén th¼ng ®øng, ®é mÆn trung b×nh ®é s©u cã xu híng t¨ng khi triÒu xuèng vµ gi¶m khi triÒu lªn. Do ®ã t¬ng quan cña thay ®æi vËn tèc vµ ®é mÆn trong thêi gian thñy triÒu cã thÓ lµm cho dßng muèi dao ®éng trë nªn híng vÒ phÝa biÓn. Trong thùc tÕ, sù ®¶o híng dßng muèi cã thÓ kh«ng x¶y ra 327
nhng hoµn lu d t¨ng cêng cã xu híng gi¶m ®é lín cña nã lªn thîng lu. §©y lµ mét ®iÓm quan träng v× nã cho thÊy hai sè h¹ng c©n b»ng muèi lín nhÊt ®îc bæ sung ra sao; mét dßng m¹nh do dßng ch¶y d lµm dÞu dßng b¬m thñy triÒu vµ mét dßng d yÕu t¨ng cêng nã. H×nh 10.6 Thµnh phÇn cña dßng muèi ®o t¹i t¸m tr¹m däc theo trôc cöa s«ng Tees. Dßng dù kiÕn cña muèi do dßng ch¶y níc ngät ®îc chØ ra bëi mét ®êng liªn tôc vµ nh÷ng mòi tªn chØ ra dßng thùc tÕ ®îc tÝnh to¸n tõ tæng sè cña nh÷ng thµnh phÇn, ®o t¹i trung t©m lßng dÉn. (Theo Lewis, 1987, ®îc sù ®ång ý cña Blackwell Scientific Publications) Dßng muèi tr«i Stokes Tõ h×nh 10.6 cã thÓ thÊy r»ng dßng do t¬ng quan cña nh÷ng nhiÔu ®éng vËn tèc vµ ®é mÆn trë nªn kh¸ lín t¹i hai tr¹m gÇn phÝa ®Êt nhÊt. Dßng nµy ®îc ®iÒu khiÓn bëi mét c¬ chÕ kh¸c víi c¬ chÕ m« t¶ ë trªn. Nh÷ng ®o ®¹c dßng ch¶y t¹i cÇu Victoria, øng víi tr¹m thîng lu nhÊt trong h×nh 10.5, chØ ra r»ng gi¸ trÞ trung b×nh thñy triÒu tiªu biÓu khi triÒu cêng lµ kho¶ng 0,20 ms- 1 . Dùa vµo lu lîng thÓ tÝch t¬ng øng cña níc ngät nhËp vµo tõ s«ng, dßng ch¶y d 328
H×nh 10.7 BiÕn ®æi vËn tèc vµ ®é mÆn quan tr¾c gÇn mÆt níc vµ ®¸y, vµ ®é s©u trung b×nh, t¹i tr¹m 3 trong cöa s«ng Tees ( ___ trung b×nh ®é s©u, - - - 0,2 ®é s©u, ....... 0,6 ®é s©u). (Theo Lewis vµ Lewis, 1983, ®îc sù ®ång ý cña Academic Press) t¹i cÇu ph¶i nhá h¬n 0,01 ms-1. Sù m©u thuÉn cã thÓ gi¶i thÝch bëi dßng ch¶y ngîc lªn trªn cöa s«ng lµ dßng tr«i Stokes (môc 2.4.6); dßng tr«i Stokes t¹i cÇu Victoria ®îc tÝnh to¸n lµ xÊp xØ 0,21 ms-1, ®ñ ®Ó thèng trÞ toµn bé sù ®ãng gãp dßng ch¶y s«ng cho dßng d. T¹i hai tr¹m thîng lu, dßng d thËm chÝ ®ñ m¹nh ®Ó ¶nh hëng ®Õn thêi gian ®¶o 329
ngîc dßng ch¶y. H×nh 10.8 minh häa c¬ chÕ lµm cho dßng muèi dao ®éng díi nh÷ng hoµn c¶nh nh vËy. H×nh 10.8 BiÕn ®æi trong vËn tèc vµ ®é mÆn t¹i vÞ trÝ 8 trong cöa s«ng Tees, mét vÞ trÝ t¹i ®ã sù ®¶o ngîc dßng ch¶y bÞ ¶nh hëng cña dßng tr«i Stokes ( ____ ®é s©u trung b×nh, - - - 0,2 ®é s©u, ........ 0,6 ®é s©u). (Theo Lewis vµ Lewis, 1983, ®îc sù ®ång ý cña Academic Press) T¹i mét vÞ trÝ ®· cho nh÷ng thêi gian ®¶o ngîc dßng ch¶y dÞch chuyÓn mét c¸ch ®¸ng kÓ so víi nh÷ng thêi gian mµ dßng triÒu trung b×nh ®é s©u ®¶o ngîc híng. Nh 330
vËy, mÆc dï dßng triÒu vÉn cßn gÇn nh h×nh sin, dßng ch¶y vÒ phÝa ®Êt cã thÓ dõng kho¶ng nöa giê tríc khi dßng ch¶y nhiÔu ®éng ®æi dÊu (h×nh 10.8 (a)). Tuy nhiªn, sù biÕn ®æi ®é mÆn lµ gÇn nh ®èi xøng qua thêi gian ®¶o ngîc dßng ch¶y vµo lóc cuèi cña pha triÒu lªn bëi v× sù thay ®æi ®é mÆn ph¸t sinh bëi vËn chuyÓn b×nh lu cña ph©n bè ®é mÆn híng däc (h×nh 10.8 (b)). Nh vËy biÕn ®æi ®é mÆn kh«ng cßn ®èi xøng qua thêi gian ®¶o ngîc dßng triÒu t¹i lóc cuèi pha triÒu lªn. VËy lµ dßng muèi trong thêi gian nh÷ng chu kú dßng ch¶y híng vÒ phÝa biÓn (nh÷ng khu vùc g¹ch chÐo trong h×nh vÏ) nhá h¬n dßng muèi trong thêi gian nh÷ng chu kú dßng ch¶y híng vÒ phÝa ®Êt. Theo c¸ch nµy dßng dao ®éng thùc tÕ ®îc híng lªn trªn cöa s«ng vµo nh¸nh s«ng, trong ®ã sù ph©n tÇng nãi chung lµ yÕu trong suèt chu kú thñy triÒu vµ c¬ chÕ x¸o trén kh«ng ®èi xøng thÊy ®îc sau ®ã trong cöa s«ng lµ Ýt ®¸ng kÓ. Dßng tr«i phi thñy triÒu Cã thÓ sai lÇm khi cã Ên tîng r»ng hoµn lu th¼ng ®øng vµ ph¸t t¸n nhiÔu ®éng (b¬m thñy triÒu) lµ nh÷ng c¬ chÕ duy nhÊt ®iÒu khiÓn sù c©n b»ng muèi. Trong cöa s«ng Tees, nh÷ng tr¹m thîng lu còng bÞ ¶nh hëng bëi dßng do nh÷ng t¬ng quan kh¸c kh«ng gi÷a nh÷ng biÕn ®æi ®é s©u vµ ®é mÆn, vµ bëi t¬ng quan cña nh÷ng nhiÔu ®éng vËn tèc vµ ®é s©u; c¶ hai sè h¹ng nµy t¹o ra mét dßng muèi híng vÒ phÝa biÓn. Sè h¹ng sau thÓ hiÖn hiÖu øng cña vËn tèc Stokes lªn ph©n bè ®é mÆn trung b×nh thñy triÒu vµ nã mét phÇn ®èi ngÞch víi dßng nhiÔu ®éng xuÊt hiÖn tõ mét dßng ch¶y d m¹nh. Nh÷ng cöa s«ng kh¸c cã thÓ cã nh÷ng yÕu tè kh¸c tréi h¬n nh nh÷ng dßng xuÊt hiÖn do nh÷ng biÕn ®æi ngang cña c¸c thuéc tÝnh (Fischer, 1972) hoÆc nh÷ng thay ®æi ®¸ng kÓ trong diÖn tÝch mÆt c¾t ngang trong thêi gian mét chu kú thñy triÒu (Okubo, 1964). §é lín cña c¬ chÕ ph¸t t¸n Ngoµi viÖc chØ ra r»ng ®¹t ®îc sù c©n b»ng muèi, h×nh 10.6 còng cung cÊp th«ng tin h÷u Ých vÒ ®é lín t¬ng ®èi cña c¸c sè h¹ng dßng khuÕch t¸n kh¸c nhau trong cöa s«ng Tees. Trong tÝnh to¸n, nh÷ng chuyÓn ®éng rèi cña nguån muèi víi nh÷ng chu kú Ýt h¬n mét phót ®îc tÝnh trung b×nh b»ng quy tr×nh lÊy mÉu. Thùc tÕ lµ, c©n b»ng muèi hîp lý vÉn cßn nhËn ®îc cã thÓ xem nh b»ng chøng r»ng dßng do nhiÔu ®éng rèi lµ kh«ng quan träng. H¬n n÷a, tÊt c¶ c¸c ®o ®¹c thùc hiÖn t¹i t©m lßng dÉn chÝnh cña cöa s«ng vµ kh«ng xÐt ®Õn dßng muèi do nh÷ng biÕn ®æi híng ngang, víi ngo¹i lÖ lµ nh÷ng gi¸ trÞ vËn tèc t¹i t©m ch¾c ch¾n cao h¬n gi¸ trÞ trung b×nh mÆt c¾t ngang. Nh÷ng kÕt qu¶ nh vËy nãi lªn r»ng nh÷ng biÕn ®æi híng ngang kh«ng t¹o ra bÊt kú dßng khuÕch t¸n ®¸ng kÓ nµo trong Tees. C©n b»ng nh÷ng sè h¹ng khuÕch t¸n víi vËn chuyÓn b×nh lu kh«ng thËt hoµn h¶o. T¹i biªn phÝa biÓn cña cöa s«ng, dßng thùc tÕ thÊp h¬n dù kiÕn mÆc dÇu ®é lÖch c©n b»ng lµ kh¸ nhá. T¹i nh÷ng tr¹m phÝa trªn, nguån muèi trong chu kú 5 ngµy cña thêi kú triÒu cêng hoÆc yÕu lÖch khái c©n b»ng. V× ®©y lµ khu vùc trong ®ã gradient ®é mÆn dèc nhÊt, nã ®îc dù kiÕn nh¹y c¶m nhÊt ®èi víi nh÷ng thay ®æi cña nh÷ng ¶nh hëng bªn ngoµi nh dßng ch¶y s«ng vµ ®èi víi nh÷ng ¶nh hëng bªn trong nh biÕn ®æi dßng thÝch øng víi nh÷ng thay ®æi h»ng ngµy cña ®é lín thñy triÒu. ThÊy r»ng dßng muèi toµn bé t¹o nªn sù dÞch chuyÓn xuèng h¹ lu cña ph©n bè däc cña muèi gi÷a nh÷ng kú triÒu cêng vµ yÕu. 331
KhÝa c¹nh quan t©m kh¸c thÓ hiÖn trong h×nh 10.6 lµ viÖc ph¸t hiÖn r»ng nh÷ng thµnh phÇn ®Æc trng cña dßng muèi kh«ng biÕn ®æi mét c¸ch tr¬n tru däc theo toµn bé ®é dµi cöa s«ng. VÝ dô, dßng do hoµn lu th¼ng ®øng ®¹t ®Õn mét gi¸ trÞ ®Æc biÖt lín t¹i tr¹m thø n¨m kÓ tõ biªn phÝa biÓn, kho¶ng hai lÇn lín h¬n gi¸ trÞ cña cïng thµnh phÇn ®ã cña dßng t¹i tr¹m thø t. C©n b»ng muèi ®îc duy tr× b»ng sù t¬ng øng c¸c gi¸ trÞ cao vµ thÊp ®èi víi dßng do b¬m thñy triÒu t¹i nh÷ng tr¹m thø t, thø n¨m, t¬ng øng. MÆc dÇu ®é s©u trung b×nh t¹i hai tr¹m nµy hÇu nh gièng nhau, cöa s«ng trë nªn n«ng h¬n ®¸ng kÓ v× tr¹m 4 gÇn víi biªn phÝa biÓn, vµ cã vÎ viÖc gi¶m ®é s©u lµ nguyªn nh©n x¸o trén rèi m¹nh. Sù x¸o trén nµy lµm gi¶m søc m¹nh hoµn lu th¼ng ®øng, lµm yÕu sù ph©n tÇng, vµ do ®ã lµm gi¶m ®é lín cña dßng æn ®Þnh (xem môc 5.2.1). Nh vËy nguån muèi cho thÊy nh÷ng c¬ chÕ kh¸c nhau cã thÓ thèng trÞ ph¸t t¸n trªn mét chiÒu dµi t¬ng ®èi ng¾n cña mét cöa s«ng nh thÕ nµo - trong vÝ dô nµy gi÷a c¸c tr¹m chØ lµ h¬n 2 km. 10.3.2 HÖ sè ph¸t t¸n Ph¸t t¸n trung b×nh thñy triÒu Mét khÝa c¹nh quan träng cña ph©n tÝch dßng muèi lµ cung cÊp th«ng tin vÒ nh÷ng qu¸ tr×nh t¹o ra ph¸t t¸n däc trong cöa s«ng. Cã lÏ minh häa tèt nhÊt lµ b»ng viÖc xem xÐt ph¸t hiÖn r»ng nh÷ng dßng ph¸t t¸n do hoµn lu th¼ng ®øng vµ b¬m thñy triÒu lµ bæ sung c¬ b¶n t¹i nh÷ng vÞ trÝ ®Æc trng trªn mét ®é dµi ®¸ng kÓ cña cöa s«ng Tees. Trong ph©n tÝch dßng muèi ®· m« t¶ ë trªn, dßng muèi ®îc chia ra nh÷ng thµnh phÇn xuÊt hiÖn tõ ph©n bè tr¹ng th¸i æn ®Þnh cña vËn tèc vµ ®é mÆn vµ nh÷ng ®èi t¸c biÕn ®æi theo thñy triÒu cña chóng. H¬n n÷a, nh÷ng c¬ chÕ t¹o nªn nh÷ng dßng nµy thùc chÊt lµ nh÷ng c¬ chÕ ®îc m« t¶ tríc ®©y bëi Taylor (1953) (môc 5.2.1); tøc lµ trît dßng ch¶y th¼ng ®øng däc theo híng dßng ch¶y vµ x¸o trén th¼ng ®øng. Nh vËy tiÕp cËn c©n b»ng muèi ®îc biÓu thÞ theo c¸ch trong ®ã sù trît vµ x¸o trén th¼ng ®øng, dï cho tÝnh biÕn thiªn ®¸ng kÓ cña chóng trong thêi gian thñy triÒu, kÕt hîp ®Ó b¶o ®¶m r»ng muèi ®îc mang vÒ phÝa ®Êt víi møc ®é phï hîp víi møc tæn thÊt ra biÓn bëi dßng ch¶y s«ng. Mèi quan hÖ trung b×nh thñy triÒu nµy cã thÓ biÓu thÞ nh sau u fw s0  Fm  0 (10.5) trong ®ã ufw lµ vËn tèc do dßng ch¶y níc ngät, s 0 lµ ®é mÆn trung b×nh ®é s©u trung b×nh thñy triÒu vµ Fm dßng muèi híng lªn thîng lu t¹i mét mÆt c¾t ®Æc trng qua cöa s«ng. §èi víi hÖ sè ph¸t t¸n däc Kxe t¹i mÆt c¾t s 0 uf w s0  K xe (10.6) x vµ thÊy r»ng s 0 Fm   K xe . (10.7) x H·y gi¶ thiÕt r»ng dßng muèi t¹i t©m lßng dÉn liªn quan ®Õn dßng trung b×nh mÆt c¾t ngang Fm bëi hµm f cho nªn 332
Fm  fFc . (10.8) §· thÊy tõ nh÷ng quan tr¾c trong Tees (Lewis vµ Lewis, 1983) r»ng mét phÇn ®¸ng kÓ cña dßng khuÕch t¸n trong c¸c cöa s«ng ®îc thèng trÞ bëi hoµn lu th¼ng ®øng vµ nh÷ng thµnh phÇn dao ®éng Fv vµ FT t¬ng øng. Nh vËy, víi xÊp xØ ®Çu tiªn Fc  Fv  FT . (10.9) Tõ nh÷ng ph¬ng tr×nh (10.5), (10.8) vµ (10.9) u fw S0  ( Fv  FT ) . (10.10) f Toµn bé kÕt qu¶ kh¶o s¸t tõ 1975 ë cöa s«ng Tees gi¶ thiÕt r»ng f n»m trong ph¹m vi 0,5 ®Õn 0,7. Gi¶ thiÕt r»ng f = 0,6, b¶ng 10.1 liÖt kª nh÷ng gi¸ trÞ quan tr¾c ®èi víi - (Fv +FT) cïng nh÷ng gi¸ trÞ ufws0/f dùa vµo lu lîng s«ng trong thêi gian quan tr¾c. Nh÷ng gi¸ trÞ tõ nh÷ng tr¹m thø ba vµ thø t tõ miÖng cöa s«ng nh trong h×nh 10.5 ®îc sö dông trong vÝ dô nµy. LÊy nh÷ng gradient ®é mÆn quan tr¾c, nh÷ng gi¸ trÞ ®èi víi Kxe ®îc tÝnh to¸n trªn c¬ së nh÷ng ph¬ng tr×nh (10.6) vµ (10.10) vµ chóng còng ®îc cho trong b¶ng. B¶ng 10.1 cho thÊy gi÷a nh÷ng kú triÒu cêng vµ yÕu, nh÷ng gi¸ trÞ Kxe kh«ng thay ®æi nhiÒu, dï cã sù t¨ng ®¸ng kÓ trong gradient däc cña ®é mÆn. VÝ dô, t¹i tr¹m 3, Kxe gi¶m tõ 86 ®Õn 70 m2s-1 (t¬ng ®¬ng víi 22 % møc thay ®æi), khi s0/x t¨ng tõ 0,30 ®Õn 0,51 x 10-6 m-1 (t¬ng ®¬ng víi 54 % møc thay ®æi). Tõ b¶ng 10.1 cã thÓ thÊy r»ng sù thay ®æi tõ triÒu yÕu ®Õn triÒu cêng lµm cho dßng muèi do hoµn lu th¼ng ®øng Fv t¨ng tõ -3,49 ®Õn -10,11 x 10 -2 kgm-2s-1; ®iÒu nµy thÓ hiÖn sù t¨ng râ rµng møc ®é vËn chuyÓn vÒ phÝa bê cña muèi bëi c¬ chÕ nµy. Tuy nhiªn, b¶ng 10.1 còng chØ ra r»ng dßng muèi do b¬m thñy triÒu FT, thËt sù ®¶o ngîc dÊu do vËy cã sù vËn chuyÓn vÒ phÝa biÓn cña muèi bëi c¬ chÕ nµy khi triÒu cêng. Nh vËy dßng khuÕch t¸n kÕt hîp - ( Fv + FT), chØ t¨ng 40 %. Trong viÖc tÝnh to¸n hÖ sè ph¸t t¸n däc, sù t¨ng nµy phÇn lín ®îc bï ®¾p bëi sù t¨ng gradient ®é mÆn, vµ do ®ã sù thay ®æi Kxe gi÷a triÒu cêng vµ triÒu yÕu lµ t¬ng ®èi nhá. Nh vËy, tr¹ng th¸i bæ sung cña nh÷ng dßng muèi do hoµn lu th¼ng ®øng vµ b¬m thñy triÒu b¶o ®¶m r»ng chØ cã mét biÕn ®æi t¬ng ®èi khiªm nhêng trong hÖ sè ph¸t t¸n däc. Ph¸t t¸n néi thñy triÒu §èi víi phÇn lín cöa s«ng Tees, sù duy tr× nguån muèi chñ yÕu do c©n b»ng gi÷a vËn chuyÓn muèi vÒ phÝa biÓn bëi dßng ch¶y s«ng vµ dßng khuÕch t¸n muèi híng vµo phÝa ®Êt bëi hoµn lu th¼ng ®øng vµ b¬m thñy triÒu. V× vËn chuyÓn do s«ng vµ hoµn lu th¼ng ®øng lÊy nh nh÷ng sè h¹ng tr¹ng th¸i æn ®Þnh, sù kh¸c nhau gi÷a chóng ®îc t¹o ra bëi sù vËn chuyÓn muèi tÝch hîp thñy triÒu bëi b¬m thñy triÒu. §iÒu nµy t¬ng ®¬ng víi viÖc biÓu thÞ l¹i ph¬ng tr×nh (10.10) ë d¹ng u fw S0 (10.11) FT  (  Fv ) f chó ý r»ng c¶ FT vµ Fv lµ d¬ng ®èi víi vËn chuyÓn híng lªn thîng lu. 333
B¶ng 10.1 HÖ sè ph¸t t¸n suy luËn tõ nh÷ng sè h¹ng dßng muèi -(Fv+FT) s0/x Kxe Tr¹m Fv FT Ph¹m vi -2 -1 -6 -1 (102m2s-1) (x0,01kgm s ) ufws0/f (x 10 m ) TriÒu yÕu 3 -3,49 -0,83 4,32 3,2-4,5 0,30 0,86 4 -4,74 -6,50 11,24 8,6-12,0 0,33 1,99 TriÒu cêng 3 -10,11 4,03 6,08 4,2-5,9 0,51 0,70 4 -5,11 -7,17 12,28 11,0-15,5 0,51 1,41 Nh vËy sù biÕn ®æi ®é lín cña b¬m thñy triÒu trong thêi gian mét chu kú triÒu ph¶i m« t¶ sù c©n b»ng muèi ®îc duy tr× ra sao t¹i bÊt kú vÞ trÝ ®Æc trng nµo däc theo chiÒu dµi cöa s«ng. Th«ng qua viÖc hiÓu biÕt nh÷ng c¬ chÕ thÊy r»ng nh÷ng yÕu tè ®iÒu khiÓn dßng muèi néi thñy triÒu, vµ do ®ã lµ ph¸t t¸n néi thñy triÒu cã thÓ x¸c ®Þnh vµ hy väng ®îc ®Þnh lîng. Mét sù gi¶i thÝch ®èi víi dßng b¬m thñy triÒu ®· cho ë trªn. Nh÷ng phÇn tö then chèt cña c¬ chÕ trong cöa s«ng Tees lµ: 1. Sù phô thuéc dßng muèi lªn hoµn lu th¼ng ®øng 2. Sù x¸o trén yÕu khi triÒu lªn 3. Sù x¸o trén m¹nh khi triÒu xuèng. Tr¹ng th¸i nµy lµ ®iÓn h×nh cña bÊt kú cöa s«ng nµo t¹i ®ã x¸o trén khi triÒu xuèng m¹nh h¬n x¸o trén khi triÒu lªn; tøc lµ mét hÖ thèng 'tréi triÒu xuèng'. NhiÒu cöa s«ng cã x¸o trén triÒu lªn m¹nh h¬n vµ ®îc gäi lµ nh÷ng hÖ thèng 'tréi triÒu lªn'. 10.4 C¸c gi¸ trÞ nhá nhÊt ®èi víi Ph¸t t¸n híng ngang Trong Ch¬ng 8 nh÷ng gi¸ trÞ hÖ sè ph¸t t¸n híng ngang b¾t nguån tõ viÖc nghiªn cøu mét sè chÊt chØ thÞ mµu ®· dÉn. Trong hÇu hÕt c¸c trêng hîp ®ã, trît th¼ng ®øng liªn quan ®Õn thµnh phÇn ngang cña vËn tèc cã vÎ ®· trî gióp qu¸ tr×nh ph¸t t¸n. ViÖc xem xÐt giê ®©y lµ cho mét tËp hîp d÷ liÖu do nh÷ng nghiªn cøu chÊt chØ thÞ mµu trong 21 khu vùc kh¸c nhau xung quanh bê biÓn V¬ng quèc Anh (Riddle vµ Lewis, 1997). Mét vµi nghiªn cøu ®îc thùc hiÖn trong nh÷ng khu vùc bao quanh, xÐt vÒ ®Æc tÝnh lµ cöa s«ng nhng phÇn lín thùc hiÖn trong nh÷ng vÞnh vµ bê biÓn t¬ng ®èi th¼ng (b¶ng 10.2). HÇu hÕt c¸c thùc nghiÖm kÌm theo viÖc th¶i c¸c ®èm loang rêi r¹c chÊt chØ thÞ mµu, vµ viÖc theo dâi chóng sau ®ã nãi chung ®îc giíi h¹n víi mét pha triÒu lªn hoÆc triÒu xuèng; ba tËp hîp nh÷ng kÕt qu¶ th¶i liªn tôc trong Holy Loch, vÞnh Red Wharf vµ ngoµi kh¬i bê biÓn Cumberland ®îc cho trong b¶ng. MÆc dÇu nh÷ng kÕt qu¶ riªng lÎ ®îc ph©n tÝch chi tiÕt, nh÷ng ph¸t hiÖn giíi thiÖu ë ®©y chØ tham chiÕu cho mét so s¸nh côc bé. ChØ nh÷ng hÖ sè ph¸t t¸n híng ngang ®îc trÝch dÉn, bëi v× sù biÕn thiªn cña nh÷ng gi¸ trÞ Kxe gi¶ thiÕt r»ng chóng bÞ 334
¶nh hëng m¹nh bëi thµnh phÇn däc cña trît th¼ng ®øng. Nh÷ng gi¸ trÞ Kye nhá nhÊt ®îc chän ®Ó lo¹i bá nh÷ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm trong ®ã sù trît do giã cã xu híng thèng trÞ ph¸t t¸n híng ngang. CÇn thÊy r»ng ®èi víi mét vµi khu vùc, cã h¬n mét cÆp tiªu biÓu cña nh÷ng hÖ sè bëi v× nh÷ng ®iÒu kiÖn h¶i d¬ng häc ®îc lÜnh héi kh¸c nhau mét c¸ch ®¸ng kÓ khi c¸c cùc tiÓu ®îc x¸c ®Þnh. B¶ng 10.2 Gi¸ trÞ nh÷ng hÖ sè x¸o trén xung quanh bê biÓn V¬ng quèc Anh. (Theo Riddle vµ Lewis, 1997, ®îc sù ®ång ý cña Academic Press) M· sè Kye(min) Kz h u khu 2 -1 -4 2 -1 (m s ) (x10 m s ) (m) (m/s) vùc VÞnh Tees (ngoµi kh¬i) B 0,500 2,0 50,0 0,35 §iÓm Anvil O 0,090 62,0 23,0 1,40 Bude (ngoµi kh¬i) V 0,140 60,0 20,0 0,07 VÞnh Poole L 0,010 111,5 15,0 0,40 Seaton Carew (ngoµi kh¬i) X 0,330 25,0 15,0 0,25 Aberystwyth D 0,003 24,7 13,0 0,35 Teignmouth Q 0,420 20,0 12,0 0,20 Vïng níc Southampton T 0,100 50,0 12,0 0,60 Cöa s«ng Dart S 0,350 40,0 10,0 0,21 VÞnh Swansea C 0,210 2,0 8,0 0,30 Seaton Carew (gÇn bê) W 0,045 25,0 7,2 0,25 Criccieth vµ Morfa Bychan E 0,010 10,5 7,0 0,18 Lyme Regis (gÇn bê) Y 0,150 28,0 7,0 0,15 Stevenston A 0,050 19,2 6,0 0,06 Cöa s«ng Plym G 0,010 14,4 4,0 0,15 Cöa s«ng Forth I 0,050 8,5 3,5 1,00 Cöa s«ng Tees H 0,050 9,7 3,0 0,15 Morfa Bychan F 0,060 8,4 2,5 0,03 VÞnh Severn Card. -triÒu lªn M 0,014 110,0 1,8 0,75 VÞnh Severn Card.-triÒu xuèng N 0,021 24,0 1,8 0,75 Holy Loch (liªn tôc) 2 0,020 2,0 20,0 0,70 VÞnh Red Wharf (liªn tôc) 3 0,040 9,0 20,0 0,33 Bê biÓn Cumberland (liªn tôc) 4 0,210 6,0 30,0 0,52 Trung b×nh 0,050 20,0 10,0 0,30 Cùc tiÓu 0,003 2,0 1,8 0,03 Cùc ®¹i 0,500 111,5 50,0 1,40 335
Nh÷ng hÖ sè híng ngang (b¶ng 10.2) n»m trong ph¹m vi tõ 0,003 ®Õn 0,50 m2s-1 vµ cã gi¸ trÞ trung b×nh lµ 0,05 m2s-1, t¬ng tù nh nh÷ng gi¸ trÞ trung b×nh cña Kye t×m thÊy trong thùc nghiÖm trong níc ven bê Ai len vµ níc Anh, vµ ®îc b¸o c¸o trong môc 8.4.2. Nh÷ng hÖ sè x¸o trén th¼ng ®øng trong nh÷ng khu vùc dßng triÒu m¹nh h¬n giíi h¹n gi÷a 0,0002 vµ 0,011 m2s-1, víi gi¸ trÞ trung b×nh lµ 0,0020 m2s-1. Nh÷ng kÕt qu¶ nµy cho ta mét ph¹m vi réng vÒ ®é lín cña nh÷ng hÖ sè x¸o trén ®o ®¹c, ®o¸n chõng g©y ra bëi nh÷ng kh¸c biÖt côc bé cña cêng ®é rèi vµ trît vËn tèc. VÉn khã kh¨n ®Ó liªn hÖ nh÷ng møc ®é x¸o trén víi nh÷ng tham sè vËt lý ®Æc trng, vµ viÖc ®¸nh gi¸ nh÷ng hÖ sè ph¸t t¸n ®èi víi mét khu vùc vÉn cßn phô thuéc vµo nghiªn cøu thùc nghiÖm trong khu vùc liªn quan. Tuy nhiªn, nh÷ng kÕt qu¶ trong b¶ng 10.2 gi¶ thiÕt r»ng ®é lín cña Kye biÕn ®æi theo ®é s©u trong nh÷ng khu vùc trong ®ã thùc nghiÖm chÊt chØ thÞ ®îc thùc hiÖn. V× lý do nµy, nh÷ng hÖ sè ®èi víi thùc nghiÖm ®èm loang ®îc s¾p xÕp theo ®é s©u cña níc trong nhiÒu khu vùc. H×nh 10.9 Nh÷ng gi¸ trÞ Kye nhá nhÊt vÏ theo nh÷ng gi¸ trÞ Kz t¬ng øng. D÷ liÖu b¾t nguån tõ thùc nghiÖm ®èm loang mµu t¹i nh÷ng vÞ trÝ xung quanh bê biÓn V¬ng quèc Anh. (Theo Riddle vµ Lewis, 1997, ®îc sù ®ång ý cña Academic Press) H×nh 10.9 cho thÊy nh÷ng gi¸ trÞ nhá nhÊt cña Kye tõ nh÷ng thùc nghiÖm kh¸c nhau ®îc vÏ theo nh÷ng gi¸ trÞ Kz t¬ng øng cïng khu vùc ®ã. Nh÷ng m· sè khu vùc ®îc liÖt kª trong b¶ng 10.2. H×nh vÏ gi¶ thiÕt r»ng cã mèi quan hÖ ngîc gi÷a Kye, vµ Kz ®Æc biÖt ®èi víi nh÷ng kÕt qu¶ tõ nh÷ng khu vùc s©u h¬n, hiÖn ra bëi ®êng phÝa trªn cña hai ®êng cong trong h×nh vÏ. Mèi quan hÖ ngîc nµy chØ ra r»ng ph¸t t¸n híng ngang tu©n thñ sù thÝch øng dù ®o¸n ®èi víi Kz cho dßng ch¶y hoµn toµn cã giíi h¹n (môc 5.2.2), nãi lªn r»ng sau chu kú ®èm loang mµu ®îc theo dâi, thêng lµ 2 ®Õn 3 giê, x¸o trén gi÷a mÆt níc vµ ®¸y biÓn ®îc hoµn tÊt. Nh vËy tr¹ng th¸i cã thÓ biÓu thÞ bëi ph¬ng tr×nh cã d¹ng 336