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

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

0
50
lượt xem
14
download

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

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khu vực cửa sông ven bờ là nơi tập trung dân cư đông đảo và các hoạt động kinh tế sôi động, có thể kể đến vô số những thành phố lớn, những cảng lớn, những trung tâm văn hoá và thương mại lớn như New York, Amsterdam, Singapore, Saint Peterburg, Marseile...đều nằm trên vùng cửa sông ven bờ. Cửa sông và vùng ven bờ là những khu vực có chế độ thuỷ thạch động lực, nhiệt muối, hoá sinh rất phức tạp vì những khu vực này chịu tác động của cả sông và biển. ...

Chủ đề:
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 mở đầu

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

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản