HÌNH THÁI BỜ BIỂN - CHƯƠNG 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

141
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

VẬN CHUYỂN BÙN CÁT BỜ BIỂN 4.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VÂN CHUYỂN BÙN CÁT KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT Vận chuyển bùn cát đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu các diễn biến bờ biển nói riêng và trong kỹ thuật bờ biển nói chung. Các vấn đề liên quan tới diễn biến bờ biển thường gặp phải là hiện tượng thiếu hụt bùn cát dẫn tới bờ biển bị xói lở ngoài mong muốn; hay hiện tượng dư thừa bùn cát gây nên những vấn đề phức tạp như bồi...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: HÌNH THÁI BỜ BIỂN - CHƯƠNG 4

CHƯƠNG 4 VẬN CHUYỂN BÙN CÁT BỜ BIỂN 4.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VÂN CHUYỂN BÙN CÁT KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT Vận chuyển bùn cát đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu các diễn biến bờ biển nói riêng và trong kỹ thuật bờ biển nói chung. Các vấn đề liên quan tới diễn biến bờ biển thường gặp phải là hiện tượng thiếu hụt bùn cát dẫn tới bờ biển bị xói lở ngoài mong muốn; hay hiện tượng dư thừa bùn cát gây nên những vấn đề phức tạp như bồi lấp các cửa sông, giảm khả năng thoát lũ qua cửa, hay luồng tàu vào cảng, đôi khi là bồi lấp cảng. Trong nghiên cứu diễn biến bờ biển, việc tính toán vận chuyển bùn cát ở vùng ven bờ là một nội dung hết sức quan trọng, vì bùn cát chính là yếu tố trung gian trong quá trình gây nên hiện tượng xói lở hay bồi lấp ở bờ biển. Biết được lượng vận chuyển bùn cát ven bờ thì mới có thể dự báo được sự biến đổi của đường bờ trong điều kiện tự nhiên cũng như đánh giá được ảnh hưởng của các công trình xây dựng ở vùng ven bờ sau này. So với tính toán vận chuyển bùn cát trong sông thiên nhiên thì tính toán vận chuyển bùn cát ở biển phức tạp hơn; đó là do quá trình vận chuyển bùn cát ở biển không những chịu sự tác dụng của dòng chảy mà còn chịu ảnh hưởng của các dao động mực nước do thủy triều, các tác động của sóng và vô số các lực tạo thành dòng chảy khác nhau và liên tục biến đổi. Vận chuyển bùn cát được định nghĩa là số lượng hạt bùn cát bị dòng nước vận chuyển, cuốn trôi theo dòng chảy (với một vận tốc nào đó) trên một đơn vị chiều rộng mặt cắt ngang và trong một đơn vị thời gian. Cụ thể hơn, vận chuyển bùn cát tại một điểm trong dòng chảy (S đơn vị là g/m.s hay kg/m.s) được định nghĩa là tích số giữa nồng độ bùn cát tại điểm đó (c- đơn vị là kg/m3 hay g/m3) và vận tốc trung bình dòng chảy tại điểm xem xét (V- đơn vị là m/s) như sau: S=c×V (4.1) Công thức (4.1) là công thức tính toán vận chuyển bùn cát tại một điểm. Trong thực tế, người ta thường quan tâm tới ảnh hưởng của vận chuyển bùn cát trên một vùng hay một đoạn bờ biển nào đó. Nếu áp dụng nguyên lý liên tục của dòng chảy, cho một thể tích khối chất lỏng được giới hạn từ đáy tới mặt nước, ta có thể tính toán được lượng vận chuyển bùn cát trên một vùng hay một đoạn bờ biển. Khi đã biết lượng bùn cát vận chuyển qua một các biên mặt cắt ngang của đoạn nghiên cứu, có thể xác định được sự biến đổi đáy trong đoạn này. Nếu lượng bùn cát đi vào lớn hơn lượng bùn cát đi ra thì sẽ xảy ra bồi lắng, ngược lại, thì sẽ xảy ra xói lở. Do vậy mà 83
cần xác định được sự dịch chuyển bùn cát theo phương ngang trên một đoạn cho trước tại một thời điểm xác định. Như đã nêu ở trên, vận chuyển bùn cát bờ biển được mô tả bằng tích phân của tích giữa vận tốc (V), với nồng độ bùn cát lơ lửng (c), trên toàn bộ độ sâu của dòng chảy. Trong sông thiên nhiên, cả (V) và (c) đều biến đổi tương đối chậm theo thời gian (t), cùng như theo phương ngang (x). Các đại lượng (V) và (c) đều là hàm độ sâu, do vậy mà cần lấy tích phân trên toàn bộ chiều sâu dòng chảy. Công thức tính toán vận chuyển bùn cát lơ lửng trong sông có dạng như sau: h S = ∫ c( z ) ×V ( z ) dz (4.2) o trong đó S : suất (mức) vận chuyển bùn cát lơ lửng [ g/m.s hay Kg/m.s] h : độ sâu trung bình [m] c(z) : nồng độ bùn cát lơ lửng [g/m3hay Kg/m3] V(z) : thành phần vận tốc theo phương x tại độ sâu z [m/s] z : khoảng cách tính tới đáy sông [m] Tại bờ biển, vấn đề trở nên phức tạp hơn. Cả sóng và dòng chảy đều là những nhân tố quan trọng đối với vận chuyển bùn cát. Dòng chảy chủ yếu có ảnh hưởng tới tốc độ vận chuyển bùn cát, trong khi sóng lại chủ yếu ảnh hưởng tới lượng bùn cát bị vận chuyển. Hình (4-1) minh họa bài toán vận chuyển bùn cát ở bờ biển. Bài toán được được đặt ra như sau: cần xác định thể tích bùn cát được vận chuyển theo phương x qua một đơn vị chiều rộng của mặt phẳng (y-z) được giới hạn từ đáy (mặt phẳng có z=0) tới mặt nước (z = h+η). Trong trường hợp tổng quát, coi sóng và dòng chảy có hướng không song song với phương ngang theo trục x và trục y. Do các yếu tố sóng (đại diện bằng chiều cao sóng η), vận tốc dòng chảy (V), thậm chí là cả nồng độ bùn cát lơ lửng (c), liên tục biến đổi mạnh theo Hình 4-1 Sơ họa 1 đơn vị thể tích xét thời gian (trong một chu kỳ sóng). Đối suất vận chuyển bùn cát. với vận tốc, sự biến thiên theo thời gian 84
có thể thấy rõ do có sự dao động của các chuyển động sóng. Sự biến thiên của nồng độ bùn cát lơ lửng được minh họa trên hình (4-2), mô tả 99 bảng ghi khác nhau của nồng độ bùn cát c(t) được vẽ trên cùng 1 biểu đồ, tất cả đều được đo tại một điểm cố định trong điều kiện sóng đều lý t ưởng. Trên hình vẽ có thể thấy được sự biến thiên theo thời gian của (c) và cũng minh chứng được rằng không thể (trong thời điểm hiện tại) xác định được quy luật biến đổi nồng độ bùn cát lơ lửng theo các hàm của không gian và thời gian. Hình 4-2 Đồ thị nồng độ bùn cát theo hàm của thời gian (của 99 bảng ghi độc lập nhau) Theo lý thuyết, tại bờ biển, lượng bùn cát vận chuyển qua một mặt phẳng trên một đơn vị chiều rộng (hình 4-1) được xác định theo công thức: h +η t ' 1 ∫∫ Sx = c( z , t ) × V ( z , t ) dt dz (4-3) t' 0 0 Trong đó : S x : lượng bùn cát vận chuyển theo phương (x) trên một đơn vị chiều rộng trong 1 đơn vị thời gian [m3/m.s]. t' : thời đoạn lấy tích phân [s] h: độ sâu nước cục bộ [m]. η: cao trình mực nước tức thời [m]. nồng độ bùn cát lơ lửng tức thời[m3/m3] c(z ,t) : V(z ,t) : thành phần vận tốc tức thời theo phương x [m/s]. z: khoảng cách tính từ đáy [m]. t: thời gian [s]. Trong công thức (4.3), bất kỳ sự biến thiên trong các tham số trên đơn vị chiều rộng đáy sông được lấy giá trị trung bình. Thời gian, t’, phải đủ dài để đưa đến giá trị trung bình các ảnh hưởng bất thường của sóng và do vậy mà nó dài hơn nhiều so với chu kỳ của một con sóng đơn. Nguyên tắc tính toán vận chuyển bùn cát trong công thức (4.3) hết sức đơn giản. Tuy vậy vấn đề là việc ước tính các hàm c(z,t) và V(z,t) theo độ sâu và thời gian, như đã minh họa trên hình (4-2), là hết sức khó. Những hiểu biết về đặc tính của c(z,t) 85
dưới tác động của các sóng đều còn chưa đầy đủ và hơn thế nữa, đối với các sóng vỡ không đều thì vấn đề này lại càng phức tạp hơn. Tính toán vận chuyển bùn cát theo hướng truyền sóng, dựa trên công thức (3.4), do vậy sẽ trở nên rất khó khi những hiểu biết về c(z,t) là rất ít và giá trị trung bình của V(z,t) gần như bằng 0, điều này làm cho các kết quả tính toán trở nên rất dễ mất ổn định khi gặp các số liệu đầu vào có sai số lớn. Trong trường hợp tính toán vận chuyển bùn cát dọc bờ biển (hay còn gọi là vận chuyển bùn cát song song với bờ), có thể đơn giản hóa công thức tính. Bên trong vùng sóng vỡ, góc sóng vỡ tác dụng với bờ ϕbr, thường nhỏ (thậm chí ngay cả khi góc truyền sóng ban đầu ở vùng nước sâu ϕ0 có giá trị lớn, thì sau khi bị khúc xạ ở bên ngoài vùng sóng vỡ, góc sóng tới đường bờ sẽ giảm đi đáng kể. Ví dụ, một sóng có chiều cao sóng tại vùng nước sâu H0=2m, góc sóng tới ở vùng nước sâu ϕ0 = 30° và chu kỳ sóng là 7 giây, khi vỡ có góc sóng vỡ giảm xuống còn 13,3°). Điều này dẫn tới tồn tại một trường vận tốc trong vùng sóng vỡ với độ lớn dòng chảy không đổi và có hướng song song với đường bờ, và sóng cũng hầu như sóng song với đường bờ này. Nếu đặc biệt quan tâm tới hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ, thì hiển nhiên có thể thấy rằng, sóng chỉ gây ra sự biến đổi có chu kỳ nhỏ đối với vận tốc dòng chảy dọc bờ và do vậy V(z,t) có thể rút gọn thành V(z). Vận tốc dòng chảy dọc bờ lúc này có thể tương đương với vận tốc dòng chảy trong sông thiên nhiên (cũng không phụ thuộc vào thời gian). Nếu như vận tốc dòng chảy không phụ thuộc vào thời gian, như đã chỉ ra ở trên, thì có thể sử dụng nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình theo thời gian, c(z), để thay thế cho nồng độ bùn cát lơ lửng phụ thuộc vào cả thời gian và độ sâu c(z,t). Điều này sẽ làm đơn giản hóa đáng kể việc xác định các đại lượng trong công thức (4.3) bởi vì chủ yếu các số liệu và hiểu biết về nồng đồ bùn cát đều là các giá trị nồng độ trung bình chứ không phải là nồng độ tức thời tại một thời điểm nào đó có sự biến đổi trong một chu kỳ sóng. Rất nhiều nghiên cứu đã và đang được tiến hành với nồng độ bùn cát lơ lửng phụ thuộc vào thời gian nhưng đây vẫn còn là một vấn đề chưa được phát triển hoàn chỉnh. Tuy vậy việc sử dụng giá trị trung bình thời gian làm cho bài toán vận chuyển bùn cát trở nên đơn giản hơn so với việc sử dụng công thức tổng quát (4.3) ban đầu. Bằng cách rút gọn và đơn giản hóa các đại lượng (c) và (V) như đã nêu ở trên, lượng vận chuyển bùn cát lơ lửng tổng cộng được tính toán bằng cách lấy tích phân lượng vận chuyển bùn cát tại mỗi giá trị độ sâu cụ thể: h +η h ∫ c( z ) V ( z ) dz ≈ ∫ c( z ) V ( z ) dz Sx = (4.4) 0 0 86
Trong đó: Sx : lượng bùn cát vận chuyển theo phương (x) trên một đơn vị chiều rộng trong 1 đơn vị thời gian [m3/m.s]. h : độ sâu nước cục bộ [m] c(z) : nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình thời gian [m3/m3] V(z) : thành phần vận tốc theo phương x [m/s] z : khoảng cách tính từ đáy [m]. η : cao trình mực nước tức thời [m] Vận chuyển bùn cát có thể biểu diễn dưới dạng thứ nguyên của thể tích bùn cát trên một đơn vị chiều rộng trong một đơn vị thời gian [L3/LT]. Nếu thể tích bùn cát được biểu diễn bằng thể tích có kể cả độ rỗng giữa các hạt bùn cát thì lượng vận chuyển bùn cát có thể liên kết trực tiếp tới hiện tượng bồi, xói. Trường hợp nồng độ được biểu diễn là tỷ số (m3/m3) thì kết quả tính toán phải nhân với 1 (1 − p ) (với p là hệ số độ rỗng ≈ 40%) để có được thể tích nguyên dạng. Nếu sử dụng nồng độ biểu diễn dưới các dạng khác như kg/m3 thì cần thêm hệ số hiệu chỉnh cho công thức (4.4). CÁC HÌNH THỨC VẬN CHUYỂN BÙN CÁT Phần này sẽ trình bày một cách tóm tắt các khái niệm cơ bản về cơ chế và hình thức vận chuyển bùn cát. Những kiến thức chi tiết về cơ chế và hình thức vận chuyển bùn cát có thể tham khảo thêm tại giáo trình động lực học sông ngòi và các tài liệu tham khảo khác. Các mô tả về sự vận chuyển bùn cát trong vùng sóng vỗ sẽ được trình bày ở phần tiếp theo. Thông thường bùn cát được vận chuyển dưới ba hình thức sau: vận chuyển bùn cát đáy vận chuyển bùn cát lơ lửng vận chuyển bùn cát dưới dạng rửa trôi. Vận chuyển bùn cát dưới dạng rửa trôi bao gồm các hạt bùn cát rất mịn (hạt sét hoặc hàn bùn, hay các hạt chất hữu cơ) nổi lơ lửng trong nước, được vận chuyển theo dòng nước. Các hạt này thường xuyên ở trạng thái lơ lửng và không bao giờ lắng đọng ở đáy sông. Do vậy, những hiểu biết về thành phần bùn cát đáy không thừa nhận bất kỳ một dạng vận chuyển bùn cát rửa trôi nào cả. Vì thế khi sử dụng khái niệm “vận chuyển bùn cát tổng cộng” thì thành phần các hạt bùn cát rửa trôi sẽ được bỏ qua. Trong vận chuyển bùn cát tổng cộng thường được phân thành hai loại: bùn cát đáy và bùn cát lơ lửng (mặc dù đôi khi rất khó có thể phân biệt được rõ rệt giữa hai loại bùn cát này). Rất khó có thể định nghĩa chính xác các thuật ngữ đã nêu nhưng cơ sở 87
phân chia bùn cát tổng cộng thành hai loại là dựa vào cơ chế và đặc điểm chuyển động chuyển động của các loại bùn cát này. Thứ nhất là bùn cát chuyển động ở gần đáy sông được gọi là vận chuyển bùn cát đáy, có sách gọi là bùn cát di đáy; thứ hai là vận chuyển bùn cát lơ lửng hay sức tải cát lơ lửng. Trong thực tế, ranh giới giữa bùn cát lơ lửng và bùn cát di đáy khó có thể phân chia một cách rõ ràng vì giữa 2 loại này trong cùng một điều kiện dòng nước những hạt tương đối nhỏ của bùn cát di đẩy và những hạt tương đối lớn của bùn cát lơ lửng có thể trao đổi lẫn nhau. Do vậy mà việc phân biệt sự vận chuyển của bùn cát đáy và bùn cát lơ lửng lại càng khó hơn và không thể phân biệt được chính xác. Nhưng có thể nói rằng việc phân chia thành hai loại bùn cát này lại rất cần thiết vì trạng thái chuyển động và các quy luật cơ học của chúng là hoàn toàn khác nhau. - Vận chuyển bùn cát đáy Vận chuyển bùn cát đáy (Sb) được định nghĩa là phần bùn cát được vận chuyển ở gần đáy và hầu như có sự tiếp xúc với đáy trong quá trình vận chuyển. Các hình thức chuyển động chính của nó bao gồm trượt, lăn và nhảy vọt trên đáy. Quá trình vận chuyển bùn cát đáy xảy ra trên một lớp dòng chảy mỏng bên trên đáy sông. Do vậy vận chuyển bùn cát đáy cần xác định hầu hết ứng suất đáy tác dụng trực tiếp trên bề mặt của hạt cát (hình 4-10 - Các lực tác dụng lên hạt cát) - Vận chuyển bùn cát lơ lửng Ngược với bùn cát đáy, vận chuyển bùn cát lơ lửng (Ss) chỉ chịu tác động bởi ma sát giữa các hạt cát trong nước. Suất chuyển bùn cát lơ lửng được xác định bằng cách lấy tích phân trên toàn bộ độ sâu dòng chảy (là khoảng cách từ đáy tới mặt nước) của tích số giữa vận tốc của hạt bùn cát lơ lửng và nồng độ của bùn cát trong nước. h S s = ∫ c( z ) × V ( z ) dz δb trong đó δb : là chiều dày của lớp dòng chảy sát đáy 4.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA BÙN CÁT BỜ BIỂN GIỚI THIỆU CHUNG Bãi biển tự nhiên có thể bao gồm rất nhiều loại vật liệu có đường kính và hình dạng khác nhau. Tuy vậy, hầu hết vật liệu của các bãi biển đều có dải đường kính và hình dạng tương đối hẹp và chủ yếu là cát silic. THÀNH PHẦN BÙN CÁT Hầu hết hạt cát ở bờ biển đều là sản phẩm của quá trình phong hóa do điều kiện thời tiết, do vậy mà thành phần của bùn cát sẽ phản ánh phần nào nguồn gốc tự nhiên của chúng. Ở nhiều nơi, sự xói mòn các núi đá có cấu tạo granit (granitic) và sau đó 88
các sản phẩm của quá trình xói mòn phong hóa được vận chuyển từ sông ra biển dẫn tới một phần rất lớn (khoảng 70%) bùn cát bãi biển có thành phần là các hạt quarzt và khoảng 20% còn lại là fenspat. Các vật liệu này rất cứng và chịu mài mòn tốt trên quá trình bị vận chuyển từ nơi nó hình thành ra tới bờ biển, còn lại những vật liệu mềm và chịu mài món kém đều bị tiêu biến do mài mòn trên quá trình chuyển động ra biển. Sự xói lở các mũi đá, vách đá và quá trình vận chuyển bùn cát theo phương ngang của bùn ctá cũng là nguồn cung cấp bùn cát ra biển. Ngoài cát hạt quarzt, trong cát còn có một số loại khoáng vật khác nữa như: hornblende, garnet, magnetite, ilmenite, và tourmaline. Các chất này thường được thấy tích tụ thành một lớp vật chất có màu đen trên bề mặt bãi biển. Các khoáng vật này được xem như là các khoáng vật nặng vì chúng có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng (viết tắt là TLR) của các hạt quarzt. Để phân biệt sự khác nhau giữa chúng, người ta thường sử dụng đại lượng là tỷ trọng riêng, là mật độ - hay cong gọi là trọng lượng riêng (khối lượng/m3) của khoáng vật chia cho TLR của nước. Đối với các khoáng vật nặng, tỷ trọng riêng của chúng thường lớn hoen 2,78 trong khi tỷ trọng riêng của các hạt quartz là 2.65 ( để có được khối lượng thực của các khoáng vật này, cần chia trọng lượng của khoáng vật cho trọng lượng của nước trên một đơn vị thể tích) Ở những nơi mà đất đá tại vùng cục bộ này bao gồm các vật liệu khác nhau, và không chỉ có hạt quartz thì thành phần của bùn cát về cơ bản sẽ khác với những mô tả ở trên. Tại vùng nhiệt đới, các sản phẩn của bùn cát có nguồn gốc từ các hoạt động của sinh vật có thể bao trùm lên các sản phẩm phong hóa hay lắng đọng. Cát Biogenous có thể là sản phẩm mài mòn thềm lục địa hoặc sự tàn phá của các rặng san hô. ĐƯỜNG KÍNH HẠT BÙN CÁT Cát có thể có nhiều kích thước khác nhau, điều này có thể thấy rõ khi chúng ta xem xét một mẫu cát. Hình (4-3) mô tả ảnh chụp một mẫu cát đại biểu với nhiều đường kính và hình dạng khác nhau. Để xác định kích thước của cát trong một mẫu, phải dùng đến phương pháp thống kê các mẫu cát. Thông thường người ta dùng đường kính bình quân hay đường kính trung bình của hạt cát, biểu diễn bằng milimét. Đường kính trung bình của các hạt cát ở bờ biển Việt Nam thường dao động từ 0.1 đến 0.35 mm. Không phải tất cả thành phần trầm tích Hình 4-3 Ảnh chụp một mẫu cát bãi biển đều là cát. Các nhà địa chất đã ể 89
xây dựng bảng phân loại xác định loại trầm tích nào là cát, hay dăm, cuội , sỏi. Một trong những cách phân loại phổ biến nhất là phân loại theo theo thước đo Wentworth, đây là cách phân loại dựa vào đường kính của hạt trầm tích (biểu diễn bằng mm) dựa trên hàm bậc 2, được mô tả trên bảng (4-1). Trên thước đo Wentworth, các hạt trầm tích có kích thước từ 0.0625 đến 2 mm được phân loại là cát. Các trầm tích mịn hơn chủ yếu là hạt bùn và hạt sét, và các hạt lớn hơn nó là cuội, sỏi. Do cách phân loại kích thước hạt cát của Wentworth phụ thuộc vào hàm bậc 2, Krumbein (1936) đã giới thiệu thước đo "phi" thay thế cho đường kính trung bình của hạt cát, Kích thước của phi được biểu diễn theo kích thước của hạt bằng công thức sau φ = − log 2 d (4.5) Như vậy d = 2-φ, trong đó d được biểu diễn bằng milimét. (dạng biểu thức toán học tương đương, sử dụng logarits tự nhiên, là φ=-lnd/ ln2 = -log10 d / log 1 0 2.) Bảng 4-1 Thước phân loại đường kính hạt bùn cát của Wentworth Mô tả loại hạt Đường Kích Phân loại theo tính Đơn vị theo thước tỷ lệ kính hạt thước sàng đồng nhất của hạt φ Wentworth t.bình tiêu chuẩn (USC) Đá tảng -8 256 Sỏi, cuội Cuội 76.2 3 in -6 64.0 Thô 19.0 3/4 in Đá dăm Sỏi -2.25 4.76 No. 4 Mịn -2 4.0 Đá dăm -1 2.0 No. 10 Thô Rất thô 0 1.0 2.0 Trung Thô 1 0.5 bì h Cát Trung 1.25 0.42 No. 40 Cát 2 0.25 Mịn 2.32 0.20 No. 100 3 0.125 No. 140 Rất mịn Mịn 3.76 0.074 No. 200 4 0.0625 Bùn 8 0.00391 Hạt sét 12 0.00024 Bùn hoặc sét Hạt keo kết 90
Thước tỷ lệ phi được dùng khá rộng rãi, đặc biệt là trong nghiên cứu địa chất biển, vì nó cho phép thể hiện một cách thuận tiện phân bố kích thước hạt cát. Nhưng cũng có điểm bất lợi là trong thước tỷ lệ phi, nếu giá trị của phi càng lớn thù đường đướng tương ứng của hạt cát càng nhỏ vì trong công thức (4.5) có chỉ số âm ở phần mẫu số. Ví dụ như đường kính phi 3.5 sẽ tương ứng với hạt cát rất mịn (0,088mm), còn phi của 1 có nghĩa là hạt cát thô trung bình (đường kính hạt bằng 0,5mm) còn bùn cát có phi = - 5 sẽ là các hạt cuội sỏi (d=32mm) Để xác định được dải kích thước của một mẫu hạt, cần phân tích được kích thước các hạt trong mẫu thông qua phương pháp sàng, một phương pháp khá phổ biến hiện nay. Các sàng là hệ thống các rây có kích thước mắt đường kính mắt sàng khác nhau, chúng được sắp xếp sao cho các sàng có đường kính lớn ở trên và các sàng có đường kính nhỏ hơn ở dưới. Mẫu cần xác định thành phần hạt được bỏ lên sàng trên cùng và sau đó người ta tiến hành sàng bằng máy cho đến khi các hạt cát rơi xuống hết các sàng từ trên xuống dưới, mỗi loại hạt được giữ lại ở một sàng có đường kính mắt sàng tương ứng. Các máy sàng thường được sử dụng là loại Roto-tap. Sau khi sàng, người ta cân trọng lượng của cát được giữ lại trong mỗi sàng và tính phần trăm trọng lượng của mỗi sàng. Kích thước của bùn cát thường được biểu diễn dưới một số dạng. Chúng có thể được vẽ thành biểu đồ đường kính hạt như hình 4-4, hoặc được biểu diễn dưới dạng thông thường là phần trăm trọng lượng của cát nằm giữa hai lớp sàng và đường kính mắt sàng tương ứng. Dạng biểu diễn này cho thấy được phân bố của thành phần hạt trong mẫu. Cách biểu diễn thứ Hình 4-4 Một ví dụ về biểu đồ đường kính hạt hai khá phổ biến là phân bố đường kính lũy tích của mẫu, được minh họa tại hình (4-5), cho phép biểu diễn “phần trăm các hạt thô hơn”. Dạng biểu biễn này còn đường gọi là đường cấp phối của hạt bùn cát. Trục tung biểu diễn phần trăm trọng lượng mẫu hạt và trục hoành biểu diễn đường kính của hạt trong mẫu dưới dạng logarit (giảm dần từ trái sang phải) Trong nhiều trường hợp, phân bố của hạt bùn cát được biểu diễn hầu như tuân theo luật phân bố xác xuất log-normal; do đó, nếu trên giấy xác xuất, trục tung được dùng để 91
mô tả phần trăm lũy tích trọng lượng của các hạt trong mẫu và trục hoành tỷ lệ phi được dùng để biểu diễn kích thước của bùn cát thì sẽ thu được một đường thẳng (e.g., Otto 1939). Hàm mật độ xác xuất dạng log-normal được biểu diễn bằng hàm của phi f (φ ), như sau: (φ − μφ )2 − 1 2 2σ φ f (φ ) = (4-6) e σφ 2π Trong đó μ φ l à đ ườ ng kính trung bình bi ể u di ễ n b ằ ng đ ơ n v ị p hi, và σφ là phương sai tiêu chuẩn của kích thước hạt Xác xuất để hạt cát có kích thước lớn lơn một kích thước φg cho trước sẽ bằng φg ∫ f (φ ) d φ P ⎡φ < φg ⎤ = (4.7) ⎣ ⎦ −∞ Có thể thấy rằng xác xuất để hạt cát có kích thước lớn hơn kích thước bình quân của mẫu là 1/2 , trong khi xác xuất để hạt cát có kích thước lớn hơn 0 (φ ⇒ ∞) là 1. Hình 4-5 Một ví dụ về đường cấp phối hạt bùn cát của một mẫu BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG KÍNH HẠT THEO KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN Đường kính của bùn cát ở bãi biển biến đổi dọc trên mặt cắt ngang bãi biển, theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới và dọc theo bãi biển. Hình (4-6) biểu diễn đường kính hạt theo phương mặt cắt ngang từ điểm ở ngoại khơi (bên phải) tới điểm ở trong bờ (bên trái), có thể thấy rằng, bùn cát ở ngoài khơi thường mịn hơn bùn cát ở vùng gần bờ, nơi có yếu tố động lực mạnh hơn, thường xuyên chịu tác động của sóng vỡ và hiệu ứng nước nông khi sóng chuyển động vào gần bờ. Tại đường sóng vỡ, được ký hiệu là điểm sóng vỡ trên hình vẽ, nơi có mức độ rối động cao nhất trên toàn bộ mặt cắt 92
ngang, thì đường kính hạt đạt tới giá trị lớn nhất. Ngang qua vùng sóng vỡ, đường kính của các hạt cát nhỏ dần cho tới vùng sóng vỗ bờ (nơi có hiện tượng sóng dâng và rút trên bề mặt bãi biển), tại đây đường kính hạt lại tăng. Sự biến thiên của đường kính hạt bùn cát trên mặt cắt ngang của bãi biển phần không ngập nước có thể thay đổi do tác động của gió, tác dụng này có thể tuyển chọn và sàng lọc hết các hạt mịn khi gió cuốn chúng đi khỏi bãi biển, và sự xuất hiện bất thường của sóng bão. Trên đỉnh của các đụn cát không có lớp phủ thực vật thường là các hạt thô hơn, và chúng cũng chịu tác dụng tuyển chọn sàng lọc của gió, tạo thành lớp vật liệu thô hóa trên đỉnh của đụn cát. Sự phân loại của bùn cát biến đổi với đường kính trung bình. Thông thường, tại những vùng rối động hỗn loạn cao thì bùn cát thường đều đặn. Hình 4-6 Biến thiên của đường kính hạt bùn cát dọc theo mặt cát ngang bờ biển (Bascom 1951. Hiệp hội Địa vật lý Hoa Kỳ). Sự biến thiên của bùn cát dọc theo bờ biển có thể do tính đa dạng của các quá trình không đồng nhất. Bãi biển có dạng đỉnh nhọn với các cạnh của đỉnh nhọn đối mặt với sóng, nhìn chung thường tạo điều kiện cho quá trình tập hợp các vật liệu thô tại phần mỏm của đỉnh nhọn. Sự biến thiên của năng lượng sóng tác động lên bãi biển có thể có ý nghĩa quan trọng đối với sự biến thiên của kích thước của bùn cát và độ dốc mặt bãi. Hình (4-7) biển diễn sự giảm dần của kích thước đường kính hạt cát khi mức độ trực diện với sóng giảm dần và độ dốc mặt bãi giảm dần khi đường kính hạt cát giảm. 93
Hình 4-7 Tương quan giữa đường kính hạt và độ dốc bãi biển (from Wiegel 1965). Sự biến đổi mang tính tạm thời xảy ra theo nhiều bước thời gian khác nhau, từ một vài ngày đến 1 mùa hay 1 vài năm. Sự biến đổi hàng năm có thể nhận thấy rất rõ, khi vào thời kỳ mùa hè, bề mặt bãi biển được bao phủ bởi cát, nhưng khi sóng mạnh lên vào mùa đông, cát bị cuốn trôi trên bề mặt bãi biển để lộ ra bên dưới một bờ biển cuội sỏi. Cát sau khi bị cuốn trôi khỏi bờ biển sẽ nằm lại trên các dải cát ngầm ngoài khơi và được đưa trở lại phần thềm trước của bãi nhờ tác dụng của các sóng nhẹ hơn xuất hiện vào mùa hè tiếp sau đó, và một lần nữa, nó lại che phủ lên trên mặt bãi cội sỏi. HÌNH DẠNG Hình dạng của hạt cát có ảnh hưởng nhất định tới đặc tính của nó trong môi trường biển. Hạt cát dẹt hoặc hình đĩa chắc chắn sẽ có tốc độ chịu lắng trong nước khác với một hạt cát hình cầu. Đồng thời hình dạng của một hạt cát cũng phản ánh độ tuổi của nó. Những hạt cát có bề mặt trơn nhẵn thường trải qua các tác động mãnh liệt của sóng trong một thời gian tương đối dài so với những hạt cát có bề mặt sắc cạnh. Một số đo đạc đã được đề xuất để mô tả hình dạng của hạt bùn cát. Phương pháp phổ biến nhất là phân loại của Zingg (1935) dựa trên các quan trắc của độ dài ba trục chính của một hạt cát (được ký hiệu là a,b và c) với kích thước giảm dần. Nếu độ dài của tất cả ba trục này là như nhau, thì hạt cát sẽ có hình cầu. Nếu chúng có hình dạng khác thì sẽ phụ thuộc vào tỷ số của b/a và c/a được trình bày ở hình 4.8. 94
Một hình thức phân loại khác là sử dụng hệ số hình dạng Co của Corey (Corey 1949), trong đó hệ số Co được định nghĩa là tỷ số của Co = c/ ab . Hệ số hình dạng Corey đạt giá trị lớn nhất khi hạt cát là đồng nhất, tương ứng với hạt cát hình cầu, và nhỏ nhất bằng 0, tương ứng với hạt cát có hình đĩa. Một hạt cát tiêu chuẩn thường có giá trị Co = 0,7 Tuy vậy, ở thời điểm này, các tiêu chuẩn hình dạng của bùn cát ít được sử dụng trong tính toán kỹ thuật bờ biển, đối với những dự đoán chưa chắc chắn của lượng bùn cát vận chuyển thì việc không sử dụng các hệ số phức tạp Hình 4-8 Phân loại hình dạng theo trong lý thuyết vận chuyển bùn cát bao phương pháp Zingg nhiêu càng tốt bấy nhiêu. ĐỘ RỖNG Hình dạng của hạt cát có ảnh hưởng tới độ chặt của cát trên bãi biển. Giữa mỗi hạt cát với cát hạt xung quanh nó là các khoảng trống cho phép nước thấm qua. Độ rỗng (p) được định nghĩa là thể tích của khoảng trống có trong một đơn vị thể tích của mẫu cát. Đối với cát, độ rỗng thường có giá trị bằng từ 0,3 đến 0,4. Nó có thể biến đổi dọc theo bờ biển do có sự thay đổi của đường kính hạt cát cũng như mức độ tuyển chọn của các bùn cát. Bùn cát mới được bồi tích, lắng đọng thường có độ rỗng cao, nhưng nó sẽ giảm dần dưới tác dụng của sóng và dòng chảy, và các hạt bùn cát sẽ được xắp xếp lại tới trạng thái ổn định hơn. Điển hình là phần bên trên của bãi trước thường rất xốp, và phần giới hạn của vùng sóng dồn là vùng có độ rỗng cao. Vùng này cho phép nước do sóng dồn lên mặt bãi nhanh chóng thấm xuống dưới và theo dòng hồi quy chảy ngầm bên dưới bãi cát ra phía biển. Vì khối lượng nước do sóng dồn lên mặt bãi bị thấm mất nên khi sóng quay trở lại sẽ giảm khả năng mang bùn cát ra ngoài khơi, điều này tạo nên cơ chế chắn giữ cát trên bề mặt bãi biển. Để xác định trọng lượng thực của một thể tích bùn cát xác định, thì phải biết được độ rỗng của thể tích. Ví dụ, trọng lượng thực của một khối cát có thể tích V có tỷ trọng riêng là ρs được xác định như sau: W = ρ s g (1 − p ) V 95
ĐỘ THÔ THỦY LỰC CỦA BÙN CÁT Một trong những đặc tính thủy lực quan trọng của hạt cát là độ thô thủy lực (ký kiệu là ω), nó biểu thị tốc độ chìm đều trong nước tĩnh mà hạt bùn cát có thể đạt tới dưới tác dụng của trọng lực (hay nói cách khác, đây chính là tốc độ chìm tới hạn). Theo định nghĩa trong động lực học thì độ thô thủy lực là tốc độ chìm đều của hạt bùn cát trong nước tĩnh, điều này không có mâu thuẫn gì so với khái niệm độ thô thủy lực được giới thiệu ở trên. Kích thước tới hạn của hạt bùn cát lơ lửng có trong cột nước, tại một độ sâu cho trước phụ thuộc vào tốc độ chìm đều của hạt bùn cát, đối với hạt bùn cát lớn thì tốc độ chìm nhanh và tất nhiên là không phù hợp với trạng thái lơ lửng trong cột nước khi so sánh với các hạt mịn hơn. Độ thô thủy lực của hạt cát có thể được tính toán theo lý thuyết trong môi trường nước tĩnh thông qua tính toán cân bằng lực tác dụng lên một hạt bùn cát riêng lẻ rơi tự do, trong đó các lực có liên quan tới trọng lượng của hạt cát là W, lực đẩy nổi của nước FB, và lực kéo FD. Viết phương trình cân bằng lực cho hạt cát hình cầu (coi lực dương có B hường từ trên mặt nước xuống dưới đáy) ⎛ πd3 ⎞ ⎛πd3 ⎞ ⎛πd2 ⎞ 2 W - FB - FD = ρ s g ⎜ − ρg ⎜ − ρ CD ⎜ ⎟ω = 0 (4.14) ⎟ ⎟ ⎝6⎠ ⎝6⎠ ⎝8⎠ trong ρs và ρ là trọng lượng riêng của cát và TLR của nước, ( π d 3 /6) là thể tích của hạt cát (giải thiết hạt cát có hình cầu), CD là hệ số cản của hạt cát ở trạng thái chìm, nó là một hàm của số Reynolds, và là tham số không thứ nguyên, được định nghĩa bằng Re = ω d/v. Hệ số nhớt động học của nước v có tương quan với hệ số nhớt động lực μ và trọng lượng riêng của nước, và nó được biểu diễn qua biểu thức, v = μ/ρ. Hầu hết sách tham khảo và các giáo trình về cơ học chất lỏng đều mô tả tương quan giữa hệ số nhớt động học với nhiệt độ nước và lập thành các bảng tra hay đồ thị. Thông thường, v =1.0 x 10-6 m2/s đối với nước ngọt ở nhiệt độ 20°C. Do ρ =1000 kg/m3 đối với nước ngọt và bằng 1035 kg/m3 đối với nước mặn, μ ≈ 1.0 x 1 0 -3 N s/m2. Giải phương trình cân bằng lực theo công thức (4.14), sẽ thu được biểu thức xác định độ thô thủy lực của bùn cát như sau: 4 ( ρ s − ρ ) gd ω= (4.15) 3 ρ CD Hệ số cản đối với hạt cát hình cầu đã được tính toán phân tích trong điều kiện có số Reynolds nhỏ. Khi số Reynolds nhỏ hơn 1, Stokes (1851) đã chứng minh được rằng CD = 24/Re. Thế biểu thức của Stocks vào công thức (4.15), thu được ( ρ s − ρ ) gd 2 ω= (4.16) 18 μ 96
Công thức này còn được gọi là công thức Stock. Từ tương quan trên, được áp dụng cho các hạt cát chìm lắng chậm dần, có thể thấy rằng độ thô thủy lực tăng dần khi kích thước và trọng lượng riêng của hạt bùn cát tăng dần. Khi nhiệt độ nước tăng, sẽ dẫn tới hệ số nhớt động học tăng, và do đó mà tốc độ chìm của hạt bùn cát sẽ lớn hơn khi nhiệt độ nước ấm hơn. Theo sửa đổi của Oseen, đối với số Reynolds lớn hơn 1 nhưng nhỏ hơn 100, thì hệ số cản sẽ bao gồm ảnh hưởng của lực quán tính, như sau ⎛ 2 Re ⎞ 24 CD = ⎜1 + ⎟ Re 16 ⎠ ⎝ Trường hợp số Reynolds lớn hơn 100, Olson (1961) đưa ra biểu thức xác định hệ số 1 ⎛ 3Re ⎞ 24 2 CD = ⎜1 + cản có dạng như sau (4.17) ⎟ Re 16 ⎠ ⎝ Theo lý thuyết trên, trong điều kiện hạn chế đối với số Reynolds có giá trị nhỏ, hàng loạt các biểu đồ biểu diễn độ thô thủy lực biến thiên theo kích thước hạt được xây dựng theo các lý thuyết cũng như các kết quả nghiên cứu thực nghiệm khác nhau. Dưới đây chỉ trình bày các kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Rouse (1937) ở hình (4-9), trong đó độ thô thủy lực của hạt cát hình cầu trong nước và không khí được biểu diễn dưới dạng hàm của kích thước hạt và nhiệt độ. Hình 4-9 Độ thô thủy lực của hạt cát hình cầu dưới dạng hàm của đường kính hạt và nhiệt độ nước (Rouse 1937). Tại vùng sóng vỡ, khi không còn ở trạng thái nước tĩnh nữa và có mức độ xáo trộn và hỗn loạn cao, vận tốc và gia tốc dòng chảy do sóng tạo ra và dòng chảy trung 97
bình. Thêm vào đó, hàng triệu hạt cát bị đẩy nổi lơ lửng dưới tác dụng của sóng. Do vậy, từ kết quả trên, áp dụng cho hạt cát đơn lẻ trong nước tĩnh, như một hướng dẫn, trong điều kiện tự nhiên, tốc độ chìm đều sẽ bị chi phối thêm bởi các ảnh hưởng khác của chuyển động chất lỏng, nồng độ bùn cát và đặc tính của hạt bùn cát cũng như hình dạng của chúng. 4.3 TỐC ĐỘ KHỞI ĐỘNG /ỨNG SUẤT TIẾP TỚI HẠN Trước khi có hiện tượng vận chuyển bùn cát đáy thì trước tiên hạt bùn cát ở đáy phải bị dịch chuyển ra khỏi vị trí ban đầu. Bùn cát ở đáy, chỉ có thể bị dịch chuyển nếu lực đẩy do chuyển động của nước đủ mạnh để nâng hoặc cuốn các hạt bùn cát ra khỏi đáy. Quan điểm này về chuyển động ban đầu được mô tả thông quan vận tốc tới hạn hay ứng suất tiếp tới hạn. Chuyển động ban đầu của hạt cát sẽ phụ thuộc vào các lực tác dụng lên từng hạt cát riêng biệt (hình 4-10) Hình 4-10 Các lực tác dụng lên hạt cát ở đáy Các lực tác lên một hạt cát có thể được chia thành các lực sau: các lực tác dụng làm hạt cát chuyển động bao gồm lực kéo (FD ), lực nâng (FL) và lực gây cản trở sự chuyển động của hạt cát là trọng lực (FG). Hình 4-11 Lực kéo, FD. Lực kéo (FD) được hình thành do sự chênh lệch áp lực giữa các bộ phận khác nhau của hạt cát và lực ma sát nhớt trên bề mặt của hạt bùn cát và nó luôn có hướng tác dụng trùng với hướng chảy ⎛ ρ V 2 ⎞ ⎛ π D2 ⎞ FD = cD ⎜ (4.18) ⎟⎜ ⎟ ⎝ 2 ⎠⎝ 4 ⎠ 98
Trong đó: FD : lực kéo V: Vận tốc dòng chảy CD : hệ số kéo D: đường kính trung bình của hạt ρ :Trọng lượng riêng của nước cát ( đường kính đẳng dung) Lực nâng (FL) luôn tác dụng theo phương vuông góc với lực kéo. Lực nâng xuất hiện khi mặt trên của hạt cát chịu áp lực nhỏ hơn so với vùng lân cận. Vùng áp lực nhỏ này xuất hiện khi bó dòng chảy ở mặt trên của hạt cát bị thu hẹp lại dọc theo hạt bùn cát, theo định luật Benulli, khi vận tốc tăng thì áp lực giảm. Lực nâng được tính như sau: ⎛ ρV 2 ⎞ ⎛ π D 2 ⎞ FL = CL ⎜ (4.19) ⎟⎜ ⎟ ⎝ 2 ⎠⎝ 4 ⎠ Trong đó FL : lực nâng; CL : hệ số nâng Hình 4-12 Lực nâng, FL . Tổng hợp hai lực nâng và lực kéo tạo thành lực tổng hợp (FR) (hình 4-10): FR = FD + FL2 (4.20) 2 Trọng lực hữu hiệu (có kể cả lực đẩy nổi Acsimet), FG, sinh ra do tác dụng của trọng lực tác dụng lên phần trọng lượng của hạt bùn cát bị chìm trong nước có hướng từ trên mặt xuống dưới đáy sông. Đối với hạt cát hình cầu thì trọng lực hữu hiệu FG được xác định như sau: ⎛ π D3 ⎞ FG = ( ρ s − ρ ) g ⎜ (4.21) ⎟ ⎝6⎠ ρs : là trọng lượng riêng của bùn cát trong đó Hạt bùn cát sẽ chuyển động nếu mô men lực đẩy tại điểm tiếp xúc giữa hạt bùn cát với đáy sông (điểm A trong hình 4-10) có dấu dương (trong hình 4-10 là có hướng sang phải). Giả thiết độ dài cánh tay đòn của lực tại điểm A là bằng hàm của đường kính hạt (D), có thể thấy lực mô men đối với hạt cát ở trạng thái không ổn định sẽ là FR × aD - F G × bD > 0 (4.22) 99
Tại điểm tới hạn của mô men, ta có F R × a D = FG × b D (4.23) Biến đổi công thức (4.32) thành : V2 4b = (4.24) ΔgD 3ac trong đó c : là hệ số cản tổng cộng [= c D + c L ] 2 2 Δ : trọng lượng riêng tương đối [= (ρs -ρ)/ρ ] Lực tổng hợp FR cũng có thể được viết dưới dạng hàm (theo phương ngang) của ứng suất tiếp tại đáy, (τ) FR = c’ τ (π/4) D2 (4.25) trong đó : ứng suất tiếp = ρgV2 / C2 τ (4.26) 2 c' : hệ số hằng số [= (C c)/(2g)] V : vận tốc trung bình trên toàn bộ chiều sâu của dòng chảy C : Hệ số Chezy (Sêdi) Thế vào các phương trình trên, thu được : τ 2b =' (4.27) ( ρ s − ρ ) gD 3c a Vế phải của cả hai công thức (4.24) và (4.27) biểu diễn giá trị tới hạn mà hạt bùn cát không chuyển động. Nó đã được Shields [1936] trình bày dưới dạng hàm của số Reynold, như hình (4.13) τ = f (Re) (4.28) ( ρ s − ρ ) gD Trong đó V *D Số Reynold = Re: ν τ: ứng suất tiếp tới hạn = τ crit Hệ số nhớt động học v = τ crit ρ = Vg ν: C V: Vận tốc dòng chảy trung bình Từ công thức 4.28, có thể thấy rằng ứng suất tiếp tới hạn có thể xác định được qua quá trình lặp (vì ứng suất tiếp có ở cả hai vế của công thức). Trong hình (4-13), các đường gạch chéo biểu thị giới hạn của trạng thái chuyển động của hạt bùn cát theo như công thức (4.28). Từ hình trên có thể dễ dàng tìm được giá trị giới hạn tương 100
ứng với các kích thước trung bình của hạt và trạng thái chảy (một số phần trên đồ thị cho thấy rang rới không rõ rệt giữa trạng thái chuyển động hay đứng yên. Hình 4-13 Đường cong Shields biểu thị trạng thái đứng yên hay chuyển động của hạt cát Trong đó trạng thái chuyển động hay không chuyển động của hạt cát phụ thuộc vào các tham số của vận tốc, V, (hoặc ứng suất biến dạng, τ) và đường kính hạt D. Ba tham số này được xét tới trong hầu như tất cả các lý thuyết có liên quan tới sự vận chuyển bùn cát. Ví dụ: Cho biết các thông số sau h = 3 m; r = 0.06 m (độ nhám ở đáy) 1/2 D50 = 200 μm C = 18 log (12h/r) = 50 m /s Từ biểu đồ của Shields tra được hệ số Shields = 0.050 τ crit = 0.16 N / m 2 V*crit = 0.0125 m / s = V g C ⇒ Vcrit = 0.20 m / s Với D50 = 500 μm và các thông số khác giữ nguyên tra được hệ số Shields = 0.034 τ crit = 0.27 N / m 2 V*crit = 0.0163 m / s = V g C ⇒ Vcrit = 0.26 m / s Lưu ý: Trong ví dụ ở trên, độ nhám ở đáy được giả thiết bằng 0.06m. Giá trị này phụ thuộc vào trạng thái của hạt bùn cát ở đáy. Trong trường hợp đáy bằng phẳng có 101
cấu tạo là cát, độ nhám đáy có liên quan tới đường kính hạt; trong trường hợp đáy có sóng cát (như ví dụ ở trên) thì độ nhám của đáu sẽ phụ thuộc vào kích thước của các sóng cát ở đáy Khi ứng suất tiếp tới hạn (hay vận tốc giới hạn) bị vượt qua thì hạt bùn cát sẽ chuyển động, lăn, trượt , và tham gia vào quá trình lơ lửng trong dòng chảy và quá trình vận chuyển của bùn cát. 4.4 TỔNG QUAN VỀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VEN BỜ Vận chuyển bùn cát ở vùng ven bờ thường được phân thành hai hình thức vận chuyển bùn cát riêng biệt, đó là vận chuyển bùn cát theo phương song song với đường bờ hay còn gọi là vận chuyển bùn cát dọc bờ; và vận chuyển bùn cát theo phương vuông góc với đường bờ, hay còn gọi là vận chuyển bùn cát ngang bờ. Nhìn chung, vận chuyển bùn cát dọc bờ và cụ thể là gradient của vận chuyển bùn cát dọc bờ là nguyên nhân chính gây nên sự diễn biến của đường bờ trong thời đoạn dài; nhưng ngược lại, vận chuyển bùn cát theo phương ngang trên mặt cắt ngang bãi biển thường gây nên những diễn biến bờ biển trong thời đoạn ngắn. Nếu những diễn biến theo phương ngang diễn ra lặp lại trong nhiều năm thì nó cũng có thể là nguyên nhân gây nên hiện tượng bồi xói bờ biển trong thời đoạn dài, tuy nhiên, cũng rất khó có thể nhận thấy được điều này vì bản thân các quá trình vận chuyển bùn cát trong tự nhiên rất đa dạng và bản chất tự nhiên của chúng cũng khác nhau. Vận chuyển bùn cát dọc bờ thường xuất hiện trong một vùng tương đối hẹp dọc theo bờ biển và có hướng, độ lớn vận chuyển bùn cát chủ yếu được xác định từ độ cao, chu kỳ và hướng sóng (ở đây không xét tới ảnh hưởng của dòng triều). Sự hiện diện của dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ có thể nhận thấy rất dễ khi quan sát sự phát triển của đường bờ cũng như địa hình ở gần các cửa sông, các mũi đất nhô ra biển, các đập mỏ hàn, các đê chắn sóng ngoài cảng, vv. Các ảnh hưởng của vận chuyển bùn cát theo phương ngang trên bãi biển trong thời đoạn ngắn cũng có thể nhận thấy một cách dễ dàng từ sự thay đổi độ lớn và vị trí của các dải cát ngầm tạo thành khi sóng vỡ, xói lở các đụn cát do nước dâng do bão, vv. Thông thường, ảnh hưởng do sự biến đổi mang tính mùa của trường sóng đối với bờ biển và địa hình đáy biển đều được xem như là các ảnh hưởng mang tính ngắn hạn. Thông thường lượng bùn cát tịnh vận chuyển dọc bờ sẽ lớn hơn rất nhiều so với lượng bùn cát tịnh vận chuyển theo phương ngang trên một mét bề ngang của bờ biển. Tuy vậy, lượng bùn cát tổng cộng vận chuyển theo phương ngang lại lớn hơn rất nhiều so với phương dọc bờ. Về nguyên tắc, mỗi lần sóng lên, bùn cát bị vận chuyển từ ngoài biển vào trong bờ và mỗi khi sóng rút, bùn cát lại bị vận chuyển theo hướng ngược lại. Trong chuyển động này, dòng chảy dọc bờ làm dịch chuyển bùn cát dọc theo bờ biển. 102