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

2






Kỹ thuật biển
Bộ các bài giảng về kỹ thuật bờ biển dành cho lớp
đào tạo các cán bộ Viện Khoa học thuỷ lợi, Hà Nội

Biên tập tiếng Anh: E. van Meerendonk















Delft Hydraulics

3











TËp I

NhËp m«n vÒ c«ng tr×nh bê









Ngêi dÞch: §inh V¨n ¦u

Hµ Néi – 2003


4


Lời gới thiệu

Để phục vụ chơng trình đào tạo mới của các chuyên ngành Hải dơng học,
chúng tôi đã lựa chọn các sách giáo khoa và chuyên khảo liên quan tới các chuyên
ngành mới nh Kỹ thuật biển, Quản lý tài nguyên và môi trờng biển đã đợc xuất
bản ở nớc ngoài và dịch ra tiếng Việt.
Bộ các bài giảng về kỹ thuật bờ biển sử dụng cho lớp đào tạo cán bộ Viện Khoa
học Thuỷ lợi Hà Nội đợc E. van Meerendonk biên soạn theo các bài giảng từ Viện
Delft Hydraulics, Hà Lan là một tài liệu tơng đối hoàn chỉnh về lĩnh vực này.
Trong giáo trình này có nhiều phần liên quan tới thuỷ động lực biển và các công
trình bảo vệ bờ đã đợc trình bày kỹ trong các giáo trình hiện hành bằng tiếng Việt.
Chúng tôi chỉ chọn tập I và II của bộ sách này để dịch vì trong đó đã trình bày
tơng đối đầy đủ tổng quan về Kỹ thuật biển nhằm làm tài liệu giảng dạy cho sinh
viên năm thứ 3 trớc khi đi vào các chuyên ngành. Do tập III trình bày rất sâu về
những khía cạnh kỹ thuật của công trình bờ thuộc lĩnh vực thiết kế, xây dựng công
trình và tập IV chỉ tập chung cho một vấn đề chuyên sâu của thuỷ động lực bờ là
sóng thần vì vậy chúng tôi không dịch cả hai tập này. Trên cơ sở đó chng tôi lấy tên
cho bản dịch này là Kỹ thuật biển
Để đảm bảo tính khoa học của vấn đề chúng tôi biên dịch toàn bộ phần mở đầu
cho Bộ sách, tuy nhiên do không biên dịch các tập, III và IV nên sẽ có những bổ

sung nhất định để sinh viên có thể nắm đợc đầy đủ yêu cầu nội dung của môn học
này.












5



Lời nói đầu

Bộ bài giảng về kỹ thuật bờ đợc biên soạn phục vụ Viện nghiên cứu khoa học
thuỷ lợi của Cộng hoà Xã hội Chủ ngiã Việt Nam. Trong thời gian 7 tuần từ tháng
10 đến tháng 11 năm 1989 tập bài giảng này đợc E. van Meerendonk từ Viện Delft
Hydraulics sử dụng cho khoá đào tạo các cán bộ của Viện khoa học thuỷ lợi. Những
bài giảng này là một phần của dự án hỗ trợ cho Viện nghiên cứu Khoa học thuỷ lợi
do Delft Hydraulics triển khai với sự tài trợ của UNDP tại Nữu Ước. Bộ bài giảng
về kỹ thuật bờ bao gồm các nội dung sau đây:

Tập I: Mở đầu
Tập II: Những vấn đề cảng, vịnh và bãi biển

Tập III: Thiết kế các công trình ngăn sóng
Tập IV: Tsunami

Những bài giảng này cung cấp các kiến thức chung về nguyên lý, các vấn đề và
phơng pháp giải quyết. Ngoài ra một loạt các bài tập khác nhau cũng đợc triển
khai trong quá trình đào tạo.













6


1 Mở đầu
1.1 Mục đích, yêu cầu
Tập bài giảng này đợc xây dựng ban đầu nh phần bổ sung cho các bài giảng
của giáo s Bijker tại Delft đồng thời cho Đại học công nghệ cũng nh lớp chuyên
đề quốc tề về Thuỷ công trình. Thời gian giảng dạy dành cho việc giới thiệu, trao
đổi, bàn luận và trả lời các câu hỏi liên quan.
Một số học viên có thể không cần lên lớp mà vẫn có thể nghiên cứu thông qua
các tài liệu này. Trong khi trình bày, các câu hỏi đợc lồng vào trong bài giảng,

thông qua đó có thể gây chú ý và kiểm tra mức độ hiểu biết của ngời đọc.
1.2 Các chuyên mục
Tất cả các tài liệu liên quan tới kỹ thuật bờ do giáo s Beijker chuẩn bị tại Đại
học Công nghệ Delft đợc chia thành ba chuyên mục chính hay ba môn học:
Nhập môn kỹ thuật bờ cơ sở của toàn bộ các chuyên mục khác
Những vấn đề cảng, vũng vịnh nghiên cứu chi tiết các chuyên đề liên
quan tới bờ, cảng và các lạch tàu vào cảng
Thiết kế công trình chắn sóng nghiên cứu hai dạng công trình chắn
sóng bằng khối liên kết mềm và bằng nguyên khối.
Việc phân chia các chuyên mục này đợc chú trọng trong khi xây dựng tập bài
giảng này và các nội dung đợc tập hợp theo từng tập riêng rẽ.
Có thể tồn tại cách phân chia khác trong kỹ thuật bờ, trong đó các loại vấn đề
đợc tập hợp lại với nhau. Theo cách đó có ba loại vấn đề sau: Cảng, Địa mạo và
Biển khơi, chúng sẽ đợc đề cập tới trong chơng 2. Việc phân chia này đợc chú
trọng trong hai tập đầu của bộ sách này. Trong từng tập các vấn đề đợc tập hợp
theo nguyên lý vừa nêu. Tuy nhiên nguyên lý phân chia trên không đợc chú trọng
trong tập III bời vì các công trình chắn sóng chỉ là vấn đề riêng của lĩnh vực cảng.
Dạng thông tin thứ 4 liên quan tới những kiến thức cơ sở đã đợc trình bày
trong các giáo trình khác, chúng có thể đợc nhắc lại ngắn gọn, hoặc là các nhận
xét bổ sung hay lu ý. Tuy nhiên những kiến thức đó lại không thể thiếu đợc khi


7

đi vào nghiên cứu các vấn đề thực sự của kỹ thuật bờ và đó là cơ sở của môn học
này.
1.3 Các tài liệu xuất bản định kỳ
Danh mục các tài liệu tham khảo đợc dẫn ra trong phần cuối của mỗi tập. Đó
là những tài liệu cơ bản nhất cung cấp nền tảng nhng không cho ta cập nhật
những kết quả mới phát triển. Các xuất bản định kỳ nhằm đáp ứng mục đích này.

Loại tài liệu này cho thể phân ra thành 5 nhóm đợc mô tả sau đây:
1.4 Tài liệu chung
Những tài liệu về kỹ thuật loại này thờng có tính bao quát cao, trong đó thỉnh
thoảng có thể tìm đợc một số vấn đề liên quan trực tiếp tới kỹ thuật bờ, song nhìn
chung không có các chi tiết cụ thể. Ví dụ về các loại tạp chí định kỳ này có thể là:
Engineering New Record, xuất bản hàng tuần do NXB McGraw Hill,
N.Y. Hoa Kỳ
De Ingenieur, xuất bản hàng tuần do Hội hoàng gia các kỹ s, La Hay,
Hà Lan
Civil Engineering, xuất bản hàng tháng do Hội kỹ s xây dựng Mỹ, N.Y.
Hoa Kỳ.
1.5 Tạp chí chuyên ngành chung
Nhóm các tạp chí loại này cung cấp các thông tin chung về từng lĩnh vực
chuyên ngành. Thông thờng có các thông tin quan tâm trực tiếp song thờng vẫn
thiếu các chi tiết kỹ thuật chuyên ngành. Ví dụ về các tạp chí loại này nh sau:
Ocean Industry, xuất bản hàng tháng do công ty Gulf Publishing,
Houston, Texas, Hoa Kỳ
The Dock and Habor Authority, xuất bản hàng tháng do NXB Foxlow,
London
1.6 Tạp chí kỹ thuật chuyên ngành
Loại tạp chí này cung cấp các chi tiết kỹ thuật chuyên ngành liên quan tới các
vấn đề và cách giải quyết, có thể tìm đợc trong phần tài liệu tham khảo của các
bài đăng trong các tạp chí thuộc hai loại trên. Ví dụ về loại tạp chí này nh sau:
Journal of Waterways, habors, and Coastal Engineering Division, xuất
bản hàng quý do Hội kỹ s xây dựng Mỹ, N.Y., Hoa Kỳ


8

Shore and Beach, xuất bản nửa năm do Hiệp hội bảo vệ bờ biển và bãi

tắm Mỹ, Miami, Florida, Hoa Kỳ
Coastal Engineering in Japan, xuất bản hàng năm do Hội kỹ s xây
dựng Nhật bản, Tokyo, Nhật Bản
Tạp chí kỹ thuật chuyên đề
Loại tạp chí này cung cấp các thông tin nh loại tạp chí kỹ thuật chuyên ngành
song dành riêng cho một nhóm lĩnh vực hoàn toàn khác. Đối với các nhà chuyên
môn, muốn tìm đợc các thông tin cần thiết này, phải tìm kiếm hết sức công phu
trong số các tài liệu dạng tổng quan tóm tắt đợc trình bày sau đây. Có thể đa ra
làm ví dụ một số thông tin có thể tìm thấy trong loại tạp chí này:
Vấn đề áp lực sóng trong Journal of the Engineering Mechanics Division, xuất
bản bởi Hội kỹ s xây dựng Mỹ, N.Y. Hoa Kỳ
Vấn đề tác động của sóng lên cảng trong Journal of the Acoustical Society of
America, N.Y. Hoa Kỳ
1.7 Tổng quan tóm lợc
Các tổng quan tóm lợc phục vụ mục đích tìm kiếm nhanh các tài liệu cần thiết
trong số nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên chúng không cung cấp các thông tin
mới mà chỉ trình bày cô đọng các nội dung trình bày trong bài. Trong số các tạp chí
tổng quan tóm lợc tốt nhất hiện nay có thể kể đến:
Documentation Data, do Phòng thí nghiệm thuỷ lực Delft, Hà Lan xuất
bản
Engineering Index, do Th viện các hội kỹ thuật, N.Y., Hoa Kỳ xuất bản
BHRA Fluid Engineering, dịch vụ tổng quan của Hiệp hội nghiên cứu
thuỷ lực Anh, Bedford.
Hiện nay các phơng tiện máy tính đã và đang phát triển hệ thống tìm kiếm
các tổng quan thông qua mạng. Nhiều hệ tìm kiếm các tổng quan tổng lợc có thể
truy nhập với một phí không đáng kể giúp nhanh chóng đạt đợc kết quả mong
muốn.
1.8 Các sách tham khảo
Sau đây chúng tôi dẫn ra một số sách tham khảo về kỹ thuật bờ, các tài liệu
này có thể đề cập tới một vấn đề quan tâm chứ không phải tất cả các chủ đề rộng

lớn của bộ môn này.
Per Bruun (1973): Port Engineering: Gulf Publishing Company,
Houston, Texas, U.S.A.


9

Arthur T. Ippen (1966): Estuary and Coastline Hydrodynamics:
McGraw-Hill, N.Y.
H Lamb (1963): Hydrodynamics (6
th
edition) : Cambridge Univ. Press.
Muir Wood, A.M. (1968): Coastal Hydraulics: Macmillan and Co. Ltd.,
London, England.
Robert L. Wiegel (1964): Oceanographical Engineering : Prentice-Hall,
Inc., Englewood Cliffs N.J., U.S.A.
1.9 Những đồng tác giả
Quyển sách này đợc tập thể nhóm kỹ thuật bờ Đại học công nghệ Delft chuẩn
bị. Những tác giả ban đầu đợc liệt kê trong phần mở đầu mỗi chơng, mục. Nhiều
ngời khác tham gia vào việc đọc và sửa chữa bổ sung, phần hiệu đính cuối cùng
và tập hợp thành sách do W.W. Massie chịu trách nhiệm. Trong bảng sau đây đa
ra danh sách những đồng tác giả theo thứ tự vần chữ cái.
Bảng 1.1. Những đồng tác giả của tập sách này
GS TS E.W. Bijker Giáo s kỹ thuật bờ, Đại học công nghệ Delft, Delft
KS C.J.P. van Boven Giám đốc điều hành, Dịch vụ quốc tế về biển Smit, Rotterdam
KS J.J. van Dijk Nghiên cứu viên chính, Nhóm kỹ thuật bờ, Đại học công nghệ Delft, Delft
KS J. van de Graaff Nghiên cứu viên chính, Nhóm kỹ thuật bờ, Đại học công nghệ Delft, Delft
KS L.E. van Loo Nghiên cứu viên chính, Nhóm kỹ thuật bờ, Đại học công nghệ Delft, Delft
W.W. Massie, P.E. Nghiên cứu viên chính, Nhóm kỹ thuật bờ, Đại học công nghệ Delft, Delft
KS J. de Nikker Kỹ s trởng về cảng, Bộ môn công trình công cộng, Rotterdam

KS A. Paape Giám đốc chi nhánh Delft, Phòng thí nghiệm thuỷ lực Delft, Delft
1.10 So sánh với lần xuất bản 1976
Trong lần xuất bản này có hai thay đổi lớn và một số thay đổi và hiệu chỉnh
nhỏ. Thay đổi lớn thứ nhất liên quan tới chơng 10 và 11. Mục 10.3 đã đợc sửa lại
và bổ sung đáng kể; chơng 11 đợc viết lại và đa thêm vào các kiến thức hiện đại
về các đặc trng thống kê sóng.



10

Thay đổi lớn thứ hai liên quan tới mô tả quá trình vận chuyển cát trên các bãi
biển. Các chơng 25 và 26 đợc viết lại hoàn toàn.
Nhiều sửa đổi nhỏ đợc tiến hành trong chơng 8 các dạng công trình phá
sóng, 12 phát triển sóng, 16 nạo vét ngoài khơi, 20 ổn định kích thớc lạch
tàu, 22- lắng đọng trầm tích, 30- sửa cho phù hợp với các chơng mới 25 và 26, và
chơng 32 đợc bổ sung.
1.11 Một số điểm lu ý
Tiếng Anh sử dụng trong sách này chủ yếu theo phong cách Mỹ.
Để đọc giả dễ hiểu các ký hiệu phức tạp, chúng đợc giải nghĩa khi lần đầu tiên
đợc đa vào trong mỗi chơng và cuối mỗi tập có dẫn ra một bảng các ký hiệu sử
dụng trong sách.
Tài liệu tham khảo dẫn theo tên tác giả và thời gian. Bảng mục lục tài liệu
tham khảo đầy đủ dẫn ra cuối mỗi quyển sách.
Các hình vẽ nhìn chung đợc thể hiện theo tỷ lệ cho phép. Nhiều hình vẽ trong
sách này đợc trình bày theo tỷ lệ bằng 80% kích thớc hình vẽ gốc. Kích thớc gốc
có thể đợc thiết lập theo tỷ lệ 1 : 1250.
Nhiều thuật ngữ sử dụng trong sách đợc liệt kê trong bảng từ vựng kèm theo.
Vì các đơn vị đo theo hệ Anh vẫn đợc sử dụng rộng rãi trong thực tiễn công
nghiệp biển vì vậy một số bảng chuyển đổi đơn vị cũng đợc dẫn ra.

Những công việc liên quan tới các sửa đổi vất vả này đều do bà G.M. van
Koppen và R.E.A.M. Boeters thành viên của nhóm kỹ thuật bờ, Đại học công nghệ
Delft, Delft đảm nhiệm.


11

2 Tổng quan về kỹ thuật bờ
E.W. Bijker
2.1 Định nghĩa
Kỹ thuật bờ là một thuật ngữ chung phản ánh cô đọng các hoạt động kỹ thuật
liên quan tới các công việc tiến hành dọc bờ biển. Trong những năm gần đây, những
kỹ s chuyên ngành kỹ thuật bờ thờng phải tham gia vào các công trình xây dựng
trên cả các vùng biển khơi. Vì vậy nhiệm vụ đầu tiên của họ là ứng dụng các kiến
thức kỹ thuật phục vụ xây dựng các công trình dọc bờ và trên biển. Thông thờng
công tác thiết kế yêu cầu những mô hình có sẵn, nh vậy đòi có hỏi những kiến
thức cơ bản về các hiện tợng liên quan. Nhìn chung, các kỹ s có thể mở rộng kiến
thức theo các yêu cầu kỹ thuật.
Môt vấn đề phức tạp đối với kỹ thuật bờ là ở chỗ các biến liên quan đều mang
tính ngẫu nhiên. Những phép tính toán thống kê tạo nên cơ sở cho kỹ thuật tối u
hoá đợc ứng dụng rộng rãi cho nhiều vấn đề kỹ thuật bờ.
2.2 Các nghiên cứu cơ sở
Trong số những vấn đề cơ bản mà kỹ thuật bờ thờng gặp phải có sự chuyển
động của nớc dọc bờ, tơng tác giữa nớc chuyển động và vật liệu bờ và đáy và các
lực thuỷ động do sóng và dòng chảy tác động lên các công trình. Đó chỉ là một số ví
dụ cụ thể về các hiện tợng cơ bản; những hiện tợng khác sẽ đợc đề cập sau. Việc
nghiên cứu những hiện tợng này chính là cơ sở của nghiên cứu kỹ thuật bờ.
2.3 Các chuyên ngành
Việc phân chia kỹ thuật bờ đợc chia thành những chuyên ngành cơ bản đã
đợc trình bày trong phần mở đầu. Chúng ta lần lợt trình bày các khía cạnh kỹ

thuật của các chuyên ngành đó trong các mục tiếp sau.
2.4 Các vũng vịnh và cảng
Các cảng biển đợc phát triển theo yêu cầu sử dụng tàu thuyền để vận chuyển
hàng hoá của con ngời. Điều quan trọng ở đây là cần phải đáp ứng một lúc cả yêu
cầu về tiện lợi lẫn yêu cầu kinh tế. Nhiều khi ngời ta cần tìm một giải pháp dung
hoà giữa hai yêu cầu trên. Những khía cạnh cụ thể của vấn đề này đợc đề cập một


12

cách cơ bản trong tập II. Sự hợp tác giữa các nhà thiết kế hàng hải lẫn các nhà
hàng hải thờng có hiệu quả nếu nh vấn đề tối u hoá đợc coi trọng.
Do nhiều cảng biển nằm ngay trên các cửa sông, vì vậy vấn đề hình thành các
bãi và lạch triều thờng đợc xem xét đến trong kỹ thuật bờ. Thông thờng vấn đề
này đợc nghiên cứu kỹ trong kỹ thuật sông. Vấn đề đặc biệt đợc quan tâm ở đây
liên quan tới ảnh hởng của dòng chảy mật độ và sự biến động của độ muối lên các
đặc trng của bùn trong cảng. Trong giáo trình này sẽ có các tiếp cận khác nhau về
dòng chảy mật độ căn cứ vào các yêu cầu thực tiễn; cơ sở lý thuyết của vấn đề này
đợc trình bày kỹ trong các sách và giáo trình chuyên đề. Các đặc trng của bùn
trong cảng và sông có thể trở nên hết sức quan trọng vì chúng gắn kết với yêu cầu
nạo vét trong cảng và có lúc còn mang tính quyết định đối với địa mạo bờ trên một
khoảng cách khá xa cảng. Những vấn đề thiết kế cảng thờng gắn kết chặt chẽ với
các vấn đề địa mạo bờ, và cũng rất khó tách rời các vấn đề này. Trong số các vấn đề
địa mạo có ý nghiã quan trọng đối với cảng đó là các lạch tàu vào cảng và ảnh
hởng của các công trình phá sóng lên các quá trình bờ.
2.5 Địa mạo bờ
Địa mạo bờ là một khoa học nghiên cứu tơng tác giữa sóng, dòng chảy và bờ.
Phần lớn bờ biển đợc hình thành từ các vật liệu cát vì vậy chúng chịu sự biến động
do sóng và dòng chảy. Các bờ đá thờng biến đổi rất chậm đối với các quá trình
sóng và dòng chảy vì vậy chúng liên quan với các nhà địa chất nhiều hơn là đối với

các kỹ s kỹ thuật bờ. Vì sao các vùng bờ nhiều bùn lại chịu biến động ít hơn khi có
sóng và dòng chảy tác động? Chúng ta sẽ trả lời câu hỏi này trong chơng 27.
Điều may mắn ở chổ phần lớn vật liệu bờ đều là cát. Vì cát có thể dễ dàng nạo
vét và sự biến đổi của các bờ cát cũng có thể dự báo một cách tơng đối chính xác
bằng các mô hình toán học. Những mô hình này sé đợc trình bày tóm tắt trong tập
này, những thông tin chi tiết hơn có thể tìm thấy trong tập II.
Cũng dễ hiểu rằng trớc hết cần hiểu rõ chuyển động của nớc (tác động của
sóng và các loại dòng chảy) dọc bờ trớc khi dự báo biến đổi địa mạo. Từ đó yêu cầu
hiểu biết nhiều nguyên lý thuỷ động lực học; một số nguyên lý này sẽ đợc ôn lại
trong các chơng tiếp sau đây.
Tác động của sóng và dòng chảy lên bãi biển cho đến nay vẫn còn nhiều điểm
cha rõ. Vận chuyển cát theo hớng dọc bờ và vuông góc bờ là những chủ đề quan
trọng trong nghiên cứu kỹ thuật bờ. Các kết quả nghiên cứu theo hớng này sẽ
đợc tiếp tục sử dụng để kiểm chứng các mô hình toán học dự báo biến đổi đờng
bờ.
Vì không phải tất cả sự biến đổi của bờ đều theo ý muốn vì vậy công tác bảo vệ
bờ cũng hết sức cần thiết. Công tác bảo vệ cho phép làm chậm các quá trình tự
nhiên hoặc trong một số trờng hợp làm vô hiệu hoá các tác động không mong
muốn. Ví dụ, các mỏ hàn xây dựng vuông góc hoặc song song với bờ làm cho quá


13

trình xói lở bị hạn chế. Có một sự lựa chọn khác bằng cách chuyển nhân tạo cát từ
vùng bồi tụ đến vùng bị xói. Các vấn đề bảo vệ bờ biển sẽ đợc đề cập muộn hơn
trong tập này.
Không chỉ có các công trình phá sóng và các lạch vào cảng mới làm cho địa mạo
bị biến đổi; các sông tự nhiên và các cửa sông cũng cũng có thể làm điều đó. Điều
này sẽ đợc bàn chi tiết trong phần cuối của tập này.
2.6 Kỹ thuật biển khơi

Cho đến thời gian gần đây, các cảng và địa mạo bờ là các chủ đề chính của kỹ
thuật bờ truyền thống. Hiện nay ý muốn của con ngời làm việc trên biển đã ngày
càng tăng lên. Một lĩnh vực biển khơi cũng đã phát triển nhanh và các nhà kỹ
thuật bờ làm việc dọc theo các bờ nớc nông đã đợc yêu cầu giải quyết các vấn đề
mới mẻ cho vùng biển sâu. Từ đó một lĩnh vực tiếp theo của hải dơng học đã đợc
đa vào do những yêu cầu hiểu biết các quá trình trong vùng biển sâu. Một trong
những thúc đẩy đầu tiên phát triển kỹ thuật biển khơi xuất phát từ các công ty dầu
khí.
Thuật ngữ kỹ thuật biển khơi ở đây có thể hiểu nh kỹ thuật liên quan tơi các
công việc không có liên kết trực tiếp với đất liền. Một số ngời còn gọi là kỹ thuật
đại dơng, tuy nhiên đây là một lĩnh vực mới nên khó có thể bàn đến một thuật ngữ
thống nhất. Sự thống nhất thuật ngữ có thể bắt đầu từ các kết quả, ví dụ, một số ký
s hàng hải thiết kế các công trình ngoài khơi, trong khi một số khác lại thiết kế
các trạm phát điện cho tàu.
Ta đều biết các con tàu chuyển động không có liên kết trực tiếp với đất liền
nhng chúng không thuộc lĩnh vực kỹ thuật biển khơi mà thuộc lĩnh vực các kỹ s
đóng tàu. Mặt khác các tác động của tàu lên các công trình lại rất quan trọng đối
với chúng ta.
Những ngời làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật biển khơi cần phải có những kiến
thức về một số lĩnh vực riêng. Những nhà thiết kế tàu, các kỹ s cơ khí có thể có
đóng góp đáng kể cùng các các kỹ s xây dựng trong lĩnh vực kỹ thuật biển khợi.
Hiện tại ở Delft, những chuyên ngành này đang có sự hợp tác chặt chẽ trong
chơng trình liên ngành kỹ thuật biển khơi.


14

3 Hải dơng học
W.W. Massie
3.1 Mở đầu

Hải dơng học là một khoa học nghiên cứu đại dơng. Con ngời đã tiến hành
nghiên cứu đại dơng trong nhiều thế kỷ qua. Công tớc L.F. Marsigli đã viết ra
một trong những quyển sách đầu tiên về đề tài này, đợc xuất bản năm 1725. Bản
dịch sang tếng Hà Lan đợc xuất bản năm 1786 và một bản sao vẫn còn lu giữ tại
th viện Đại học Leiden.
M.F. Maury, một sỹ quan của hải quân Hoa Kỳ, đã viết quyển sách đầu tiên về
hải dơng học hiện đại vào năm 1885 khi ông ta làm việc ở Cơ quan thuỷ văn hải
quân. Nhiều kết quả của ông rút ra từ các quan trắc trên tàu có giá trị rất lớn; tất
cả đều đợc giải thích một cách rất hay, mặc dầu ông không có những kiến thức về
địa vật lý.
Công trình nghiên cứu đầu tiên và có hệ thống về đại dơng đợc H.M.S
Challenger tiến hành. Con tàu này xuất phát từ Portsmouth, nớc Anh vào ngày
21 tháng 12 năm 1872 và trong vòng 33 năm đã có một hành trình 100 000 kilômét
với 50 tập báo cáo. Đây cũng là lần đầu đã chia hải dơng học ra 4 lĩnh vực hiện
đại: sinh học, hoá học, địa chất và vật lý.
Vậy vai trò quan trọng của hải dơng học đối với kỹ thuật bờ là gì? Chúng ta sẽ
lần lợt xem xét trong các mô tả chi tiết sau đây về các lĩnh vực nêu trên.
Sinh học hải dơng
Sinh học hải dơng gắn liền với các vật chất sống trong biển. Các kỹ s thuộc
lĩnh vực kỹ thuật biển thờng ít khi đối mặt trực tiếp với các vấn đề này, song các
nhân tố sinh học đóng một vai trò gián tiếp quan trọng. Việc các sinh vật bám vào
công trình cũng nh các tác động môi trờng là những ví dụ cụ thể.
Hoá học hải dơng
Hoá học nớc biển là một vấn đề quan trọng đối với các nhà sinh học biển,
song nó còn trở nên quan trọng hơn đối với các kỹ s làm việc với các công trình
trong biển. Các vật liệu sử dụng trong xây dựng công trình biển cần dáp ứng yêu
cầu trơ trong nớc biển và chịu dựng áp suất cao ở độ sâu. Các nhà nghiên cứu cần
tìm ra các vật liệu đối với các vùng nớc sâu hàng trăm mét. Những vấn đề ăn mòn
kim loại cũng sẽ trở nên trầm trọng hơn khi độ sâu tăng.

15

Địa chất hải dơng
Những nhà địa chất tìm kiếm các khoáng chất có giá trị thơng mại trên đáy
biển và dới biển luôn tạo ra công ăn việc làm cho các nhà kỹ thuật bờ. Khi các nhà
kỹ thuật bờ không thông thạo lĩnh vực địa chất biển, họ nhất thiết phải yêu cầu các
nhà địa chất biển cung cấp các thông tin liên quan tới nền móng công trình.
Vật lý hải dơng
Các nhà vật lý hải dơng có lẽ thuộc loại gần giống nhất đối với các nhà kỹ
thuật bờ. Cả hai loại ngời này đều quan tâm tới sóng, triều và các vấn đề chung
thuỷ động lực học. Quan tâm đối với sóng có lẽ quan trọng nhất đối với họ. Các nhà
hải dơng học cho rằng sóng là một vấn đề hóc búa, còn các nhà kỹ thuật bờ lại rút
ra từ đây những vấn đề hết sức thách thức đối với họ. Cùng với việc xây dựng các
công trình trên biển sâu, các nhà kỹ thuật bờ lại phải chú ý tới những vấn đề trớc
đây chỉ có các nhà hải dơng học vật lý quan tâm đó là dòng chảy biển.
3.2 Mô tả các đại dơng
Một số mô tả tổng quát các đặc điểm tự nhiên của các đại dơng sẽ giúp hiểu
biết dễ hơn các quá trình động lực xuất hiện trong biển.

Hình 3.1. Đờng phân bố tích luỹ diện tích đại dơng theo độ sâu theo Sverdrup
Hình 3.1 cho ta thấy phân bố diện tích đại dơng (%) theo độ sâu. Độ sâu
trung bình vào khoảng 3800 m và thể tích các đại dơng vào khoảng 1370x10
15
m
3
.
Trong khi đó Biển Bắc có độ sâu trung bình 94 m và thể tích nớc 0.054 x10
15

m
3
.
Phần nông nhất của đại dơng (7,6% diện tích tổng cộng) đợc gọi là thềm lục địa.
Hiện nay các nhà kỹ thuật bờ đã đợc hỏi đến những vấn đề nằm trong miền từ
thềm lục địa đến bờ dốc lục địa vì vậy họ cần hiểu sâu thêm về hải dơng học. Giới
hạn của thềm lục địa của phần lớn bờ lục địa có thể đạt tới bề rộng khoảng 1200


16

km. Nơi có thềm lục địa rộng nhất thuộc Bắc băng dơng, phía bắc Xiberia, thềm
lục địa phức tạp nhất có lẽ thuộc bờ tây Mỹ (bờ đông Thái Bình Dơng).
Đại dơng đợc phân chia thành các biển (bồn) liên kết với nhau trong đó các
quá trình vật lý hải dơng quan trọng đợc thể hiện rõ nhất. Những bồn này có độ
sâu từ 3 đến 5 km với một số vùng sâu hơn hoặc nông hơn. Phần lớn những biến
động của đại dơng xẩy ra trong lớp nớc trên cùng có độ dày 1 đến 2 km. Sâu hơn
có thể xem đồng nhất đối với độ muối (35%
0
- xem mục 3.6) và nhiệt độ (3 C -
4C). Mặt khác dòng chảy trong lớp nớc này cũng rất yếu và có thể cho bằng 0.
Trong mục tiếp theo chúng ta sẽ đề cập tới dòng chảy biển, còn về các tính chất vật
lý của nớc biển sẽ đợc đề cập riêng trong mục 3.6.
3.3 Dòng chảy gió đại dơng
Lực cơ bản gây nên dòng chảy chính là gió tác động lên mặt biển. Các dòng tín
phong và dòng gió tây đã tạo nên các dòng chảy hớng về phía tây tại các vùng vĩ
độ thấp và đi về phía đông trên vĩ độ cao. Có thể mô tả điều này đối với các thành
phần dòng chảy trên khu vực bắc Đại tây dơng:
Dòng chảy bắc xích đạo chảy về hớng tây từ quần đảo Cap Verde về phía biển
Caribe. Một phần dòng chảy đi vào biển đó và một phần khác chảy theo hớng tây-

bắc ở phía đông quần đảo Caribe (dòng chảy Antilles) sau đó gặp dòng Florida.
Nớc thoát khỏi biển Caribe giữa Florida và Cuba đi vào dòng chảy Florida. Dòng
chảy Florida (thờng đợc gọi là Gulf Stream) tiếp tục chảy về hớng bắc dọc bờ bắc
Mỹ đến khoảng vĩ độ 45N thì quay về hớng đông và hình thành nên dòng chảy
bắc Đại tây dơng. Một nhánh của dòng này quay về hớng nam, dọc bờ Bồ đào
nha, tạo nên dòng chảy Canary và kết thúc dòng chảy khép kín.
Hệ dòng chảy tơng tự có thể thấy đối với nam Đại tây dơng cũng nh các đại
dơng khác. Những dòng chảy đông-tây nh trên tơng ứng với các vĩ tuyến có gió
thống trị. Các dòng chảy hớng bắc và nam đảm bảo sự cân bằng khối lợng nớc.
Làm thế nào mà gió có thể gây nên dòng chảy đông tây? Câu hỏi này sẽ đợc
giả đáp trong phần cuối của chơng này, nhng trớc hết cần xem xét cân bằng của
các dòng chảy trong đại dơng.
3.4 Động lực dòng chảy đại dơng
Sự cân bằng quen thuộc giữa lực trọng trờng và lực ma sát mô tả bằng phơng
trình Chezy đã đợc sử dụng rộng rãi trong mô phỏng dòng chảy trong sông không
thể sử dụng đợc cho đại dơng. Bởi vì đại dơng thờng rất sâu và vận tốc dòng
chảy lại rất bé (nhỏ hơn 1 m/s), lực ma sát trở nên không quan trọng. Mặt khác, các
dòng chảy đại dơng lan truyền trên một khoảng cách dài trên bề mặt của quả đất
quay, nên một lực khác- lực Coriolis trở nên quan trọng.


17

Cho rằng dòng chảy chuyển động với vận tốc không đổi dọc theo đờng thẳng
(đờng thẳng ở đây có nghĩa là dọc theo vòng tròn chính tâm). Gia tốc Coriolis tác
động lên một đơn vị khối lợng nớc sẽ là:

a
c
= 2

sin

V
trong đó:
a
c
- gia tốc Coriolis

- vận tốc quay của quả đất = 0,729.10
-4
1/s
V - vận tốc dòng chảy, và

- vĩ độ địa lý.
(3.01)

Gia tốc này (hoặc lực tác động lên một đơn vị khối lợng) theo hớng về phía
phải do với hớng chuyển động ở bắc bán cầu (theo hớng ngợc lại đối với nam bán
cầu).
Nếu nh dòng chảy theo hớng đờng tròn chính tâm thì gia tốc tổng cộng
vuông góc với dòng sẽ bằng zero. Gia tốc Coriolis sẽ bị cân bằng bởi gradient của áp
suất. Gradient ngang của áp suất cũng có hớng vuông góc với dòng chảy và tác
động ngợc hớng với gia tốc Coriolis. Sự cân bằng của hai thành phần ấy sẽ là:
V
n
p


sin2

1




trong đó:

mật độ của nớc, và
n
p


gradient ngang áp suất vuông
góc với dòng chảy.
(3.02)

Sự khác nhau về mật độ không đủ để gây nên gradient áp suất đó, chính độ
nghiêng của mặt biển đã tạo ra sự cân bằng đó. Nh vậy có sự chênh lệc về mực
nớc giữa các vùng khác nhau của đại dơng. Có thể chứng minh điều này bằng
cách tính sự chênh lệch mực nớc giữa hai bờ eo Florida (theo hớng vuông góc với
dòng Florida). Vĩ tuyến của khu vực là 26N, dòng chảy có vận tốc trung bình 1.0
m/s, và bề rộng eo biển khoảng 80 km.
2
54
104601261072902
1
s
m
n
o

.,),)()(sin.,)((



Trên khoảng cách 80 km sự chênh lệc mực nớc sẽ là:
mz
23
5
10521080
819
1046



,
.,

Giá trị này tơng ứng số liệu đo đạc thực tế khoảng 45 cm.
Dòng chảy theo cách tính toán nh trên thờng đợc gọi là dòng địa chuyển.


18

Một kết quả khá thú vị, (nhng không thật quan trọng đối với hải dơng học)
có thể thu đợc nếu cho dòng chảy quay với giả thiết rằng gradient ngang của áp
suất bằng 0. Trong trờng hợp đó, gia tốc Coriolis sẽ cân bằng với gia tốc ly tâm
V

r
V

sin2
2


(3.03a)



sin2
r
V

(3.03b)

trong đó r là bán kính cong.
Các dòng chảy dạng này chỉ có khả năng làm lệch một số quan trắc hải dơng,
nhng trong một số trờng hợp có thể gây nhiễu động. Những dòng chảy này đã
gây nên một số vấn đề khá trầm trọng đối với sự thích ứng của mô hình thuỷ lực tại
một phòng thí nghiệm của Hoa Kỳ mấy năm về trớc. Một bồn trụ có đờng kính 4
m đợc cho nớc đầy vào buổi tối và để qua đêm. Sáng sớm các nhà nghiên cứu
nhận thấy nớc trong bồn chuyển động. Vì phòng thí nghiệm nằm trên vỹ tuyến
45N, vận tốc đo đợc vào khoảng 0,2 mm/s.
Dòng chảy này, đúng nh mô tả, không phụ thuộc vào độ sâu, bởi vì ma sát đã
không đợc kể đến. Điều này không có ý nghĩa quan trọng đối với biển và đại
dơng, tuy trớc đây cũng có đề cập tới loại dòng chảy này trong lớp nớc trên 1-2
km, đặc biệt khi chúng ta tiếp tục xem xét các dòng địa chuyển và gió tác động lên
mặt biển.

3.5 Dòng chảy trôi Ekman
Nansen (1902) đã mô tả các quan trắc của mình về hiện tợng băng trôi trên
Bắc Băng dơng. Ông ta nhận thấy rằng băng trên mặt biển không chuyển động
theo hớng gió, mà bị lệch một góc từ 20 đến 40. Nansen giải thích hiện tợng
này bằng hiệu ứng Coriolis, và cho rằng dòng chảy tại các lớp sâu hơn do tác động
của ứng suất phân lớp sẽ có hớng lệch hơn dần về bên phải. Theo yêu cầu của
Nansen, Ekman đã nghiên cứu hiện tợng này bằng phơng pháp toán học. Các kết
của của Ekman công bố năm 1902 sẽ không đợc trình bày dới đây. Chúng tôi chỉ
dẫn ra các quan điểm xuất phát và các kết quả chính. Công trình nghiên cứu đối
với biển sâu vô hạn, gió thổi ổn định về hớng và vận tốc đồng nhất trên mặt biển.
Mặt biển đợc xem nh mặt phẳng ngang và chỉ có lực tác động duy nhất là ứng
suất gió. Trong trờng hợp trạng thái dừng (không có gia tốc) có thể viết:
v
z
u
z
.sin2
2
2







(3.05)


u

z
v
z
.sin2
2
2







(3.06)


trong đó:


19

u thành phần vận tốc ngang theo trục x
v tthành phần vận tốc ngang theo hớng y
z trục toạ độ theo phơng thẳng đứng tính từ mặt biển (+ đi lên), và

z
hệ số nhớt rối theo phơng thẳng đứng.
Các triển khai toán học đã đợc Neuman và Pierson (1966) tiến hành sau này.
Họ giả thiết rằng gió chỉ thổi theo hớng trục y, ứng suất trên mặt biển sẽ là:
0

zzS
dt
dV


(3.07)

tác động theo trục y.
Kết quả cho lời giải nh sau






z
D
eVu
o
z
D
S


45cos

(3.08)

z
D
eVv
o
z
D
S


45sin

(3.09)

cho ta các thành phần của vận tốc ngang tại các độ sâu z khác nhau khi biết
vận tốc trên mặt và D.



sin

z
D

(3.10)

sin2

D
V
s

(3.11)

Ekman đã gọi D là độ sâu ảnh hởng của ma sát; độ sâu mà trên đó độ nhớt rối
có vai trò quan trọng. Tại độ sâu này vận tốc dòng chảy vào khoảng 1/23 giá trị trên
mặt biển và hớng theo chiều ngợc lại. Điều này phù hợp với giả thiết của Hansen
đã nêu trớc đây. Thông thờng D vào khoảng 50 mét, song tăng rất nhanh đến vô
cùng tại xích đạo.
Thay giá trị z = 0 vào các công thức (3.08) và (3.09) chúng ta thu đợc hớng
của vận tốc trên mặt tạo một góc 45 về bên phải so với hớng gió (trên phía bắc
bán cầu).
Để dễ dàng hình dung phân bố không gian của vận tốc chúng ta có thể sử dụng
toạ độ cực
z
D
S
eVV



(3.12)

z

D



0
45

(3.13)


Theo đó vận tốc V giảm theo hàm mũ tự nhiên với độ sâu và góc giữa hớng
gió và dòng tăng tuyến tính theo độ sâu theo hớng kim đồng hồ. Giá trị và hớng


20

của lu lợng nớc tổng cộng thu đợc bằng cách tích phân 3.08 và 3.09 từ z = -
đến z = 0.
2

DV
q
S
x


(3.14)

0

y
q

(3.15)

trong đó q
x
và q
y
là thể tích nớc đi qua một đơn vị bề rộng. Dòng tổng cộng có
hớng vuông góc với hớng gió trên mặt biển.
Những điều nêu trên có vẻ không có lợi ích gì đối với các nhà kỹ thuật bờ. Tuy
nhiên đại dơng luôn có bờ, có độ nghiêng của đáy, có độ sâu hữu hạn vì vậy có thể
điều này sẽ giúp bớc đầu giải quyết bài toán nớc dâng. Dự báo nớc dâng là một
vấn đề hết sức quan trọng đặc biệt dới góc độ tàn phá của hiện tợng này.
Eckman (1905) đã xem xét trờng hợp biển có độ sâu hữu hạn. Kết quả quan
trọng thu đợc là:
gh

S





(3.16)

trong đó:
độ nghiêng của mặt biển
h độ sâu, và

hệ số.
Giá trị của hệ số này biến đổi từ 1 đối với độ sâu rất lớn ( h >>


sin
z
) và 1,5
đối với vùng nớc nông khi ảnh hởng của lực Coriolis không đáng kể. Theo
Neumann và Pierson (1966) lực Coriolis có thể bỏ qua đối với các vấn đề nớc dâng
do gió khi hớng của gradient mặt cực đại không lệch quá 10 đối với hớng gió.
Tuy nhiên, nếu nh độ sâu của nớc biến đổi (điều này hoàn toàn tự nhiên) và
ảnh hởng của nớc dâng do bão lên độ sâu đã đợc kể đến thì chúng ta cần tính
lực tổng cộng theo:
'
'
gzdx
dz
z





(3.17)

trong đó z độ sâu tính từ mặt biển thực tại.
Việc giải bài toán này vợt quá yêu cầu của bài giảng này, Hansen (1956) và
Harris (1963) đã đa ra một tiếp cận vấn đề này.

3.6 Các tính chất vật lý của nớc đại dơng
Tính chất vật lý quan trọng nhất của nớc biển, theo quan điểm kỹ thuật bờ, là
mật độ. Mật độ của nớc là một hàm của 3 biến: độ muối, nhiệt độ và áp suất.
Trong đó ảnh hởng của áp suất có thể xem là không đáng kể, ngoại trừ các điều
kiện độ sâu lớn, ví dụ trên 500 m.


21

Khác với nớc tinh khiết, phần lớn nớc biển có mật độ tăng lên khi nhiệt độ
giảm đến nhiệt độ đóng băng. Đại bộ phận nớc biển có độ muối biến đổi từ 34 đến
36%
o
(phần ngàn theo trọng lợng). Đối với biển Baltic độ muối có thể có lúc dới
7%
o
. Biển Hồng hải ngợc lại có độ muối tới 41%
o
.
Vấn đề phức tạp ở chỗ mối phụ thuộc của mật độ vào nhiệt độ và độ muối
không hề đơn giản. Fisher, Williams and Dial (1970) đã công bố một phơng trình
thực nghiệm đối với thể tích riêng, v. Phơng trình đó là:
pSKK
K
SKvv



24
3

1

(3.18)

trong đó:
K
1
là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ có thứ nguyên cm
3
/(g.%o),
K
2
là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ với thứ nguyên bar/%
o
(1 bar bằng 10
6

dyn/cm
5
tơng ứng áp suất 10
5
Pa = 10
5
N/m
2
hay vào khoảng 0,987 atmospher)
K
3
hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ có thứ nguyên bar cm
3

/g,
K
4
hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ có thứ nguyên bar,
p là áp suất tuyệt đối (bar),
S độ muối (%
o
),
v thể tích riêng (cm
3
/g), và
v

là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ có thứ nguyên cm
3
/g.
Cả 5 hệ số K
1
,K
2
,K
3
,K
4
và v

đều phụ thuộc vào nhiệt độ, T (C), theo phơng
trình đa thức trong dạng:
j
N

j
j
Ta

0

(3.19)

Các hệ số a
j
đối với phơng trình đa thức đợc dẫn ra trong bảng 3.1.
Phơng trình 3.18 đợc sử dụng cho các khoảng giới hạn sau đây:
-2 < T < 100; 0 < p < 1000 bar; 0 < S < 50%
o
.
Những đặc điểm này đã làm cho phơng trình 3.18 trở nên thông dụng hiện
nay. Trong bảng 3.2 dẫn ra giá trị của các hệ số đối với phơng trình 3.18 đợc
đánh giá cho thang nhiệt độ khác khau sử dụng bảng 3.1 và phơng trình 3.19.
Mật độ của nớc (kg/m
3
) có thể xác định từ thể tích riêng tính theo 3.18 nh
sau:

= (1/v).10
3
(3.20)



trong đó

là mật độ với thứ nguyên kg/m
3
.


22

Bảng 3.1. Các hệ số đa thức ai cho K
1
,K
2
,K
3
và K
4

K
1
K
2
K
3
K
4

V


cm

3
/g.%o bar/%o bar.cm
3
/g bar cm
3
/g
2,679 .10
-4
2,02 .10
-4
-6,0 .10
-9

10,874
-4,1384 .10
-2

1788,316
21,55053
-0,4695911
3,096363 .10
-3
-7,341182 .10
-6

5918,499
58,05267
-1,1253317
6,6123869 .10
-3

-1,4661625 .10
-5

0,6980547
-7,435626 .10
-4
3,704258 .10
-5

6,315724 .10
-7

9,829576 .10
-9

-1,197269 .10
-10

1,005461 .10
-12

5,437898 .10
-15

1,69946 .10
-17

-2,295063 .10
-20

Vì mật độ nớc biển thờng lớn hơn 1000 kg/m
3
nên các nhà hải dơng học
thờng giảm đi 1000 và ký hiệu chúng bằng sigma. Nếu giá trị tính cho áp suất khí
quyển nó đợc thêm chỉ số t. Nh vậy:

t
=

-1000 (3.21)

trong đó đợc tính đối với áp suất khí quyển.
Giá trị của
t
nh một hàm của độ muối và nhiệt độ đợc dẫn ra trong bảng
3.3. Bảng này đợc thiết lập dựa vào phơng trình (3.18) với p = 10133 bar tơng
ứng 1 atmotpher.
Vì các phơng trình và các bảng thờng khó sử dụng nên Phòng thuỷ lực Delft
đã đề xuất một tơng quan đơn giản. Theo các ký hiệu đã sử dụng trên đây

t
= 0,75 S (3.22)

Phơng trình 3.22 không tính đến ảnh hởng của nhiệt độ và áp suất nên có
giới hạn sử dụng hẹp hơn so với phơng trình 3.18. Thông thờng các nhà kỹ thuật
bờ cho rằng phơng trình 3.22 đã đủ tốt đối với họ khi cần biết sự khác nhau về
mật độ do độ muối với điều kiện nhiệt độ thông thờng.

23

Bảng 3.2. Các hệ số của phơng trình 3.18 với nhiệt độ khác nhau
T K
1
K
2
K
3
K
4

V


C
cm
3
/g%
o
bar/%
o
bar.cm
3
/g bar cm
3
/g
0
2

4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40

2,6790
2,7192
2,7588
2,7930
2,8368
2,8750
2,9128
2,9500
2,9868
3,0232

3,0590
3,0944
3,1292
3,1636
3,1976
3,2310
3,2640
3,2964
3,3284
3,3600
3,3910

10,8740
10,79123
10,70846
10,62570
19,54293
10,46016
10,37739
10,29462
10,21186
10,12909
10,04632
9,96355
9,88078
9,79802
9,71525
9,63248
9,54971
9,46694

9,38418
9,30141
9,21864

1788,316
1829,563
1867,201
1901,373
1932,222
1959,885
1984,500
2006,198
2025,111
2041,365
2055,086
2066.396
2075,413
2082,253
2087,000
2089,855
2090,836
2090,076
2087,679
2083,744
2078,365

5918,499
6030,156
6133,124
6227,712

6314,226
6392,958
6464,205
6528,253
6585,380
6635,864
6679,793
6717,971
6750,117
6776,663
6797,857
6813,939
6825,146
6831,707
6833,847
6831,785
6825,734

0,6980947
0,6967108
0,6956351
0,6948023
0,6941902
0,6937790
0,6935516
0,6934924
0,6935878
0,6938257
0,6941953
0,6946869

0,6952918
0,6960021
0,6068106
0,6977110
0,6986973
0,6997638
0,7009056
0,7021179
0,7033972


Cùng với mật độ, chúng ta quay trở lại một số mô tả đối với đại dơng. Thông
thờng nhiệt độ giảm khi độ sâu tăng. Quá trình bốc hơi có thể làm cho nớc mặt
mặn hơn, trong trờng hợp đó, nhiệt độ cao trên mặt có thể đảm bảo cho nớc ở đây
vẫn nhẹ hơn ở độ sâu lớn.


24

Bảng 3.3.
t
là hàm của nhiệt độ T và độ muối S
S%
0
\T C

20 22 24 26 28 30 32 34 36
20 13,48

12,98

12,45

11,88

11,27

10,64

9,97

9,27

8,54

25 17,29

16,77

16,22

15,64

15,03

14,38

13,70

12.99

12,25

30 21,09

20,56

20,00

19,41

18,78

18,12

17,43

16,72

15,97

35 24,89

24,35

23,78

23,17

22,53

21,86

21,17

20,44

19,68


Sự biến đổi của mật độ do sự khác biệt về nhiệt độ và độ muối có thể sử dụng
để tạo ra một ống phun muối theo cách sau đây:
Ta lấy một ống dài khoảng 1 km và đặt thẳng đứng từ mặt biển. Gắn một máy
bơm vào phía trên và bơm cho nớc từ từ đi theo ống lên trên. Bơm cho nớc chảy
chậm đến mức sao cho nớc biển bao quanh đủ làm cho nớc trong ống nóng lên.
Khi nớc đạt đến trên mặt biển, nếu ta tắt và gỡ bơm ra thì dòng nớc muối từ sâu
đi lên vẫn tiếp tục chảy. Vì sao lại hình thành nên hiện tợng đó và có thể chảy mãi
không? Dòng đi lên sẽ ngừng ngay sau khi lớp nớc có độ dày 1 km trên mặt bị xáo
trộn hoàn toàn.
Dòng chảy do chênh lệch mật độ sẽ đợc xét đến trong mục sau và một lần nữa
sẽ đợc phân tích kỹ hơn trong chơng 22.
3.7 Các dòng chảy mật độ
Gradient ngang của mật độ có thể dẫn đến sự mất cân bằng của lực áp suất và
làm xuất hiện dòng chảy. Cơ chế của dòng chảy loại này hoàn toàn tơng tự đối với
các trờng hợp trong cảng, trong sông có triều và trong đại dơng. Trong chơng 22
của tập sách này sẽ đa ra các công thức toán học chi tiết, ở đây chỉ giới thiệu một
thí dụ mà chúng ta có thể tìm thấy trong đại dơng.
Biển Địa trung hải có độ muối cao hơn và vì vậy có mật độ nớc cao hơn nớc
Đại tây dơng. Có dòng chảy thờng kỳ cỡ 1 m/s chảy ra khỏi biển tại phần sâu của
eo biển Gibranta. Trên mặt biển có dòng chảy rất mạnh đi vào biển. Sự khác biệt về

mật độ chủ yếu do quá trình bốc hơi mạnh trong Địa Trung Hải