Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 6

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

98
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sóng seiche L.E. van Loo 19.1 Định nghĩa Nói một cách chính xác thì seiche là dao động sóng đứng tự do trong một thuỷ vực kín. Nước dâng thường xẩy ra trong hồ Geneva là một thí dụ cho định nghĩa đó. Loại hiện tượng này có thể do nguyên nhân biến đổi áp suất khí quyển, hay do có một lượng nước lớn rút nhanh hay đổ nhanh vào hồ. Danh từ seiche cũng được sử dụng để mô tả các tác động sóng đứng quan trắc thấy trong cảng. Loại sóng này có chu kỳ tương đối...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 6

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