THỦY ĐỘNG HỌC CỦA BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG potx

CHƯƠNG 3
THỦY ĐỘNG HỌC
CỦA BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG
Vòng tuần hoàn của các dòng hải lưu có vai trò rất
quan trọng đối với:
•
xói mòn và vận chuyển vật liệu trầm tích
•
Điều hòa nhiệt độ thủy quyển và khí quyển
•
cân bằng sự ổn định/bền vững của môi trường sống
Sự phân bố và hoạt động của các dòng hải lưu phụ
thuộc mạnh mẽ vào:
•
Sự chênh lệch tỉ trọng của nước mà nó là kết quả của sự chênh
lệch về: nhiệt độ, độ mặt
•
Tuần hoàn của khí quyển
•
Địa hình đáy biển
•
Do có sự chênh lệch về tỉ trọng nên nước biển và đại
dương có sự phân tầng/phân đới theo chiều thẳng đứng
•
Đới trên cùng có độ sâu vài trăm mét chịu tác động mạnh
của sóng, thủy triều, bức xạ mặt trời nên được gọi là đới
hỗn hợp. Các hoạt động của dòng chảy chủ yếu diễn ra
theo phương ngang
•
Các đới nằm sâu hơn có chu trình thủy hải lưu hoạt động
do sự chênh lệch về tỉ trọng và có đặc điểm ngèo oxi.

Hoạt động quay của trái đất làm lệch hướng
chuyển động của vật thể về bên phải ở bán cầu
bắc và lệch về bên trái ở bán cầu nam.
(Ekman) do hiệu ứng
coriolis mà gió có thể
làm cho nước trên
mặt chuyển động ở
một góc tối đa là 45
o

so với hướng gió.
Lực coriolis làm lệch
hướng của từng lớp
nước nhiều hơn so
với hướng gió theo
độ sâu cho đến khi
lực ma sát và
chuyển động của
dòng do gió không
còn đáng kể. Do vậy
mà vận tốc giảm dần
và độ lệch tăng dần
theo độ sâu. Cấu
trúc vận tốc dạng
xoắn này đc gọi là
xoắn Ekman
Liên quan đến xoắn Ekman là hiện tượng dòng trồi (upwelling),

xảy ra khi bờ biển nằm bên trái hướng gió thổi. nước ấm và
nhẹ được vận chuyển đi xa và nước lạnh là nặng giàu chất
dinh dưỡng ở dưới sâu trồi lên
Các dạng dòng chảy khác
1. Dòng phân kì
2. Dòng hội tụ =>hình thành lên dòng
hút chìm (trụt, downwelling)
3. Dòng nước sâu/dòng đáy
CÁC QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG
HỌC ĐỚI VEN BIỂN VÀ VẬN
CHUYỂN TRẦM TÍCH
SÓNG
•
Phần lớn sóng ở đại dương được hình thành do gió. Sóng có thể di
chuyển trên một diện tích và quãng đường rất lớn. Trong quá trình
di chuyển, sóng có thể thay đổi biên độ nhưng vẫn duy trì được
bước sóng và chu kỳ ổn định.
•
Khi vào đến ven bờ, biên độ, bước sóng và chu kỳ của sóng biển
do tác động của một loạt các yếu tố như độ sâu đáy biển, địa mạo
đáy biển, hình thái đường bờ,
• Mặc dù sóng biển/đại dương thường thay đổi theo thời gian và không gian nhưng
trong phạm vi hẹp có thể coi là sóng tuyến tính (sóng airy) khi chiều cao sóng có giá
trị nhỏ so với bước sóng và độ sâu đáy biển.
•
ƞ – độ cao sóng theo thời gian so với mực nước tĩnh
•
c – vận tốc truyền sóng
•
x – Khoảng cánh theo phương nằm ngang

)(2cos
2 T
t
L
xH
−Π=
η
T
L
c
=
Độ sâu Vs tốc độ truyền sóng
•
Nước sâu: h/L ≥ 0,5
Nước nông: h/L ≤ 0,04
Vùng chuyển tiếp: 0,5 > h/L > 0,04
k – Trị số sóng,
Π
=
Π
=
2
2
o
o
o
gL
C
gT
C

ghC =
oo
CkhgCkhg
gT
C
<=
Π
=
)(tan)(tan
2
L
k
Π
=
2
Sự khúc xạ của sóng
•
Khi sóng tiếp bờ với đường đỉnh sóng lệch so với đường đồng mức độ
sâu đáy biển một góc α nào đó sẽ làm cho đường đi của sóng bị khúc xạ
và có xu hướng // với đường đồng mức độ sâu và đường bờ.
•
Vận tốc và bước sóng cũng giảm theo
)(tan
0
khg
C
C
L
L
Sin

Sin
oo
===
α
α
Sóng đổ
•
Sóng đổ khi chiều cao sóng đạt mức độ tới hạn, Một phần lớn năng
lượng sóng chuyển sang dạng động năng rối (turbulent)
Sóng đổ
Điều kiện sóng đổ
H/L<1/7
ɣ = H/h =0.78
Trong thực tế ɣ thay đổi
từ 0,4 – 1,2, tùy thuộc
vào độ dốc của bãi
biển.
•
Đới sóng đổ (surf zone) đặc trưng bởi nước có
nhiều bọt và hòa tan không khí nhiều hơn
Dòng chảy dọc bờ
•
Dòng dọc bờ hình thành khi sóng tiếp cận đường bờ theo một góc lệch nào đó.
•
Độ rộng của dòng dọc bờ tương đương với độ rộng của đới sóng đổ
•
Có khả năng vận chuyển trầm tích lớn
Dòng ngang bờ

•
Độ rộng của dòng ngang bờ hẹp
•
Chảy vuông góc với đường bờ
•
Di chuyển qua đới sóng đổ và nhanh
chóng bị triệt tiêu khi đi ra ngoài vùng
nước sâu
•
Vận chuyển trầm tích từ bãi biển ra
vùng nước sâu
Dòng ngang bờ
Hướng thoát hiểm ra khỏi khu vực nước cuốn bởi dòng ngang bờ
Vật liệu trầm tích được vận chuyển do tác dụng của ứng suất trượt đáy Ƭ
o
Ƭ
o
= Ƭ
os
+ Ƭ
of
+ Ƭ
ot
Ƭ
os
Ma sát tương tác hạt
Ƭ
of
Lực cản bề mặt đáy
Ƭ

ot
Lực vận chuyển do chuyển hóa moment làm dịch chuyển vật liệu
Ở thời điểm vật liệu bắt đầu chuyển động ta có Ƭ
o
= Ƭ
CR
Vận chuyển trầm tích
[ ]
)02,0exp(1055,0
2,11
3,0
*
*
D
D
CR
−−+
+
=
θ
ρ
ρ
υ
s
s
D
sg
D
=







−
=
3
1
2
*
)1(
: độ nhớt động lực học của nước =µ/Ʋ ρ
θ: Trị số Shield
ρ=1000kg/m
3
cho nước ngọt và bằng 1035 kg/m
3
cho
nước biển
= 1,0x10Ʋ
-6
m
2
/s µ ~1,0x10
-3
N s/m
2
gD
gD

s
CR
CR
s
)(
)(
ρρ
τ
θ
ρρ
τ
θ
−
=
−
=
•
θ
s
< θ
CR
: Không có vận chuyển trầm tích
•
θ
CR
≤ θ
s
≤0,8: Có vận chuyển tt trên bề mặt lượn sóng
•
θ

s
≥0,8: Trầm tích vận chuyển dưới dòng chảy dạng tấm
CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ
CỦA TRẦM TÍCH