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

101

19 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. Nớc dâng thờng xẩy ra trong hồ Geneva là một thí dụ cho định
nghĩa đó. Loại hiện tợng này có thể do nguyên nhân biến đổi áp suất khí quyển,
hay do có một lợng nớc lớn rút nhanh hay đổ nhanh vào hồ.
Danh từ seiche cũng đợc sử dụng để mô tả các tác động sóng đứng quan trắc
thấy trong cảng. Loại sóng này có chu kỳ tơng đối dài và biên độ thấp so với các
sóng mô tả trong chơng 5. Tại các cảng không hoàn toàn khép kín, các lực tác
động khác có thể gây nên hiện tợng này. Các tác động của triều và các sóng lừng
chu kỳ dài trên các vùng biển kề cận có thể gây nên seiche trong cảng.
Một từ khác range action cũng đợc sử dụng để chỉ các sóng seiche. Từ này
cũng đợc sử dụng để phản ánh chuyển động của tàu neo do seiche gây nên.
19.2 Các trờng hợp đơn giản
Sóng seiche đơn giản thực tế (trong các thuỷ vực kín) là sóng đứng với điểm
nút nằm giữa bể và các phản nút tại hai đầu. Độ dài bể bằng 1./2 độ dài sóng nh
đợc thể hiện trên hình 19.1. Đối với sóng dài đó:
ghc

(19.01)

trong đó: c là vận tốc sóng
g là gia tốc trọng trờng, và
h là dộ sâu trung bình của nớc.
áp dụng công thức trên cho bồn nớc thể hiện trên hình vẽ, chu kỳ sóng, T,
có thể tính nh sau:

gh
L
T
2

(19.02)
Xem hồ Geneva làm ví dụ, ta có thể tìm đợc, với
L = 90 km và h = 200 m có chu kỳ, T, khoảng 1 giờ 8 phút.
Khi cảng nối liền với biển, điểm nút có thể nằm tại cửa vào và phản nút sẽ là
cuối của cảng. Trong trờng hợp này, độ dài sóng bằng 4 lần độ dài bồn cảng và
đợc thể hiện trên hình 19.2. Trong trờng hợp đó:
gh
L
T
4

(19.03)



102





Hình 19.1. Sóng đứng trong bể kín

Hình 19.2. Sóng sseiche trong cảng

Tuy nhiên vẫn có thể tồn tại các khả năng khác. Thông thờng:
ghi
L
T
i
)(
4

(19.04)

trong đó i là số nguyên lẻ: 1,3,5, ; lu ý rằng khi i tăng thì chu kỳ của thành
phần sóng điều hoà thứ i sẽ giảm. Phơng trình 19.03 cũng chính là phơng trình
19.04 với i = 1; từ đây thu đợc thành phần sóng điều hoà thứ 1 hay là sóng sơ
cấp. Một ví dụ với i = 5 đợc thể hiện trên hình 19.3. Nh vậy sóng seiche với một
số chu kỳ nhất định sẽ tồn tại cho từng cảng. Trong thực tế, i trong phơng trình
19.04 thờng nhỏ và chủ yếu i =1.





Hình 19.3. Sóng seciche có
năm sóng thành phần



103

19.3 Tác động của seiche

Thông thờng biên độ của seiche ngay cả trên các phản nút đều có giá trị
nhỏ. Tuy nhiên ở tại điểm nút sự dịch chuyển điều hoà của nớc có thể trở nên
đáng kể. Vì các tàu neo bị giới hạn chuyển dịch ngang, nên có thể xẩy ra sự cố
nếu neo gần điểm nút. Một ảnh hởng khác đối với các tàu lớn có thể do độ
nghiêng của mặt nớc gây nên
19.4 Cảnh báo seiche
Sóng seiche có chu kỳ dài và biên độ nhỏ. Sóng này không bị đổ gần bờ và
có nhiều năng lợng nên có rất ít khả năng can thiệp làm suy yếu nó. Mặt khác
các tác dộng gây nên seiche cũng rất khó hạn chế vì đó thờng là các thành phần
sóng triều hay các sóng lừng. Tuy nhiên chúng ta đang xem xét hiện tợng liên
quan tới cộng hởng nên có thể làm giảm hiệu ứng này. Từ phơng trình 19.04 ta
thấy chu kỳ của seiche phu thuộc vào 2 yếu tố là độ sâu và khoảng cách ngang.
Nh vậy nếu làm biến đổi hai tham số này thì mức độ cộng hởng sẽ giảm theo.
Ngời ta có thể giải quyết vấn đề bằng cách thay đổi hình dạng của bồn cảng với
hy vọng làm giảm sóng phản xạ.


104

20 Các sông có triều
E.W. Bijker, L.E. van Loo
20.1 Mở đầu
Nh đã nhắc đến trong chơng 14, phần lớn các cảng đều đợc xây dựng dọc
theo bờ sông, nhiều khi nằm sâu trong đất liền. Luân đôn, Anh, Portland,
Oregon, Hoa kỳ, Antwerp, Bỉ, Rotterdam, Hà Lan, và Hamburg, Đức là những thí
dụ về các loại cảng này. Trong một số trờng hợp, khoảng cách lớn từ cảng đến
biển đã gây khó khăn cho tàu vào ra cũng nh sự phát triển chung của cảng.
Cảng Deventer của Hà Lan là một ví dụ nh vậy.
Trong chơng này, chúng ta sẽ xem xét các tác động của triều tại hạ lu sông
và những hậu quả gây nên đối với lu thông và nạo vét cảng.

20.2 Các cửa sông
Các cửa sông trên vùng bở phẳng chịu tác động không những của các dòng
nớc ngọt từ thuỷ vực sông đổ về và còn bị các dòng triều từ cửa sông đi lên.
Escoffier (1940) đã nghiên cứu độ ổn định của các cửa triều.

Hình 20.a Tơng quan vận tốc trong kênh
Những nghiên cứu định lợng chủ yếu của Escofier cũng đã dẫn đến các biểu
thức đối với vận tốc cực đại tại cửa, V
m
, cho các loại cửa sông cụ thể nh là một
hàm của bán kính thuỷ lực, R, tiết diện ngang, A, và biên độ triều, h. Do công
thức đa ra cho mỗi cửa sông nhất định nên các biến số khác nh độ ghồ ghề đáy
sông, độ dài sông, diện tích bề mặt và biên độ triều trên biển đợc cho là không
đổi.


105

Escofier đã tổng hợp các biến đó đối với từng cửa sông thông qua một tham số
duy nhất, x, cho rằng kích thớc ngang x đợc đặc trng cho mặt cắt ngang cửa.
Một cách định lợng, ông đã dẫn ra rằng V
m
biến đổi nh một hàm của x đợc
dẫn ra trên hình 20.a.
Trong khoảng từ A đến C trên đờng cong, tiết diện cửa còn nhỏ nên không
có sự khác biệt do dòng triều, chênh lệch triều trong đó không lớn so với trên
biển. Trên đoạn từ C sang E, điều vừa nêu đã không còn đúng nữa và vận tốc cực
đại sẽ giảm khi tiết diện tăng lên.
Bớc tiếp theo của Escofier là đa ra quan điểm về vận tốc tới hạn, V
cr

, nếu
vận tốc nhỏ hơn giá trị này sẽ không gây ra xói mòn. Giá trị vận tốc tới hạn này ít
nhiều không phụ thuộc vào kích thớc cửa sông và đợc vẽ bằng đờng thẳng
trên hình 20.a (B-D).
Sự biến đổi của cửa sông có thể đợc dự báo thông qua đờng cong ACE
tơng quan với vận tốc tới hạn V
cr
. Trong trờng hợp nếu V
m
thờng xuyên nhỏ
hơn V
cr
đối với mọi giá trị x, thì trầm tích lắng đọng trên cửa sẽ đợc giữ lại và
cửa sông sẽ chịu nguy cơ bị đóng lại. Trong trờng hợp ngợc lại, nếu ta có hiện
tợng cắt nhau của đờng cong V
m
(x) với đờng V
cr
ví dụ tại hai điểm B và D trên
hình vẽ, sẽ có một số hậu quả khác nhau có thể xẩy ra. Nếu nh kích thớc lạch
tơng ứng trong đoạn A-B của đờng cong 20.a, tơng ứng trờng hợp lạch quá
nhỏ để tồn tại, nên sẽ bị bồi lấp do các quá trình tự nhiên. Nếu nh kích thớc
lạch tơng ứng trong đoạn D-E, vận tốc cực đại cũng nhỏ nhng quá trình lắng
đọng vẫn tiếp tục cho đến tận điểm D. Cuối cùng, nếu kích thớc tơng ứng đoạn
B-D thì hiện tợng xói mòn sẽ xẩy ra cho đến tận điểm D, nh vậy tại điểm D ta
có trạng thái cân bằng ổn định.
Với những căn cứ nh vậy, chúng ta có thể gây các tác động lên sự biến đổi
tại các cửa sông. Do điểm D cho ta trạng thái ổn định tự nhiên, ta có thể thấy
rằng đại bộ phận các cửa sông đều có xu thế đạt đến điểm này. Một trận bão lớn
có thể lấp đầy cửa sông và đột ngột dẫn về trạng thái tơng ứng đoạn A-B, trong

trờng hợp đó cần tiến hành nạo vét để không dẫn đến hiện tợng bị lấp hoàn
toàn. Chúng ta không nhất thiết phải tái tạo lại trạng thái cũ mà chỉ cần đa về
trạng thái tơng ứng đoạn B-C-D và tự nhiên sẽ tự tiếp tục phần việc của mình
trong một khoảng thời gian tơng đối dài.
Yêu cầu lu thông tàu có thể dẫn đến yêu cầu mở rộng cửa vào cảng. Nếu
nh quá trình mở rộng dẫn đến việc chuyển về đoạn D-E, thì công việc nạo vét sẽ
thu đợc lợi nhuận lâu dài. Trong trờng hợp này việc nạo vét và mở rộng phái
tính toán thông qua các giải pháp công trình sao cho tiết diện ngang của cửa đợc
giữ ổn định. Trên cơ sở đờng cong hình 20.a, công việc phải tiến hành theo
hớng tăng giá trị V
m
đối với cùng một giá trị x. Trong trờng hợp đó, điểm cân
bằng D sẽ chuyển dịch về bên phải theo trục x.
Một trong những câu hỏi quan trọng nhất cần trả lời khi sử dụng mối tơng
quan của Escofier, đó là: điều kiện ổn định của một cửa sông đợc xác định ra
sao? hay nói cách khác: khi nào thì đạt đợc điểm D trên hình 20.a? Các nhà
nghiên cứu nh OBrien (1969), Jarrett (1976) và Shigemura (1980) đã chú ý
nhiều đến việc xác định tiến diện ổn định cho một cửa sông. Các kết quả đối với
các bờ cát không có sự khác biệt nhiều so với kết quả của OBrien (1969). Ông đã


106

xác định rằng tiết diện ngang tối u của cửa , A, phụ thuộc tuyến tính vào thể
tích triều. Biểu thức đợc viết trong dạng sau:
A = 6.56.10
-5
P
trong đó A là tiết diện ngang tối thiểu ổn định của cửa (tính bằng m
2

) và P là
thể tích triều (tính bằng m
3
).
Trong biểu thức trên, thể tích triều P là chênh lệch lợng nớc mà cửa sông
chứa đợc đối với hai mực nớc cao và thấp triều. Nó thờng đợc xác định theo
tích của diện tích mặt nớc của cửa sông và biên độ triều trong cửa. Do lu lợng
sông cũng đóng vai trò hình thành nên thể tích triều, vì vậy thể tích này không
nhất thiết phải bằng tích phân của dòng vào và dòng ra tơng ứng triều cao và
triều thấp. Hệ số trong biểu thức 20.01 có thứ nguyên 1/L, trong hệ thứ nguyên
lb.s hệ số này bằng 2.10
-5
, với A tính bằng ft
2
và P tính bằng ft
3
.
Thể tích triều đơc OBrien đánh giá từ 1,4.10
7
m
3
(5.10
8
ft
3
) đến khoảng
3.10
9
m
3

( 1,1.10
11
ft
3
). Có thể thấy rằng phơng trình 20.01 cho giá trị hơi lớn đi
qua tiết diện ngang đối với thế tích triều nhỏ.
OBrien đã tìm thấy có sự ảnh hởng không lớn lắm của kích thớc trầm tích
đáy đối với công thức 20.01. Công thức này có thể áp dụng đồng thời cho các cửa
sông rộng cũng nh các vũng, vịnh và đầm phá có triều. Một hạn chế đối với công
thức này là chỉ áp dụng đối với khu vực bán nhật triều áp đảo. Những thông tin
trong thời gian sau này liên quan tới tính toán cho trờng hợp nhật triều với thời
gian biến đổi của thể tích triều là 12h 25m, dẫn đến giá trị vận tốc dòng không
đổi, nhng không rút ra đợc sự khác biệt so với kết luận hơn 30 năm trớc.
Hình dạng của cửa có thể ảnh hởng đến quá trình nêu trên thông qua nhiều
yếu tố khác nhau. Chúng ta tạm thời chuyển phần tranh luận này tới chơng 29.


20.3 Các lòng sông
Về hình thái tự nhiên và độ nông sâu của sông đợc trình bày trong các giáo
trình về thuỷ văn công trình. Câu hỏi đặt ra ở đây liên quan đến vai trò của triều
lên sự hình thành và biến đổi của độ sâu do uốn khúc của lòng sông và bờ.
Khi dòng chảy thuận nghịch chảy trên kênh nông thì tác động làm tăng
cờng độ sâu đáy thờng xảy ra tại những nơi mà lòng sông uốn khúc trùng với
bờ. Tại trí này có sự thoả hiệp giữa dòng chảy khi triều cao và khi triều kiệt. Thí
dụ về sự phát triển này có thể tìm thấy trên hình 20.1 đợc thể hiện cho một
đoạn sông Schelde tại vùng Antwerp, Bỉ.
Trên các khu vực nơi có bề rộng không cố định, thì sự phát triển đáy có thể
xẩy ra hoàn toàn khác nhau. Loại sông có triều này thờng có hai hệ lạch độc lập
với nhau. Dòng triều lên thờng đi vào theo mội nhánh và khi triều rút lại đi theo
nhánh khác. Những nhóm các lạch này xuất hiện gần các khu vực có uốn khúc.

Hình 20.2 cho ta thấy rõ hơn các dạng lạch tại một đoạn khác của sông Schelde
khoảng 50 km cách Antwerp về phía hạ lu.
Các lạch triều lên thờng phân biệt theo các nét đặc trng sau đây:


107

a. Chúng thờng nông hơn so với các lạch triều rút



Hình 20.1. Sơ đồ sông Schelde tại Antwerp
b.Chúng có thể bị cạn: có xu thế cạn dần và cuối cùng tạo nên các bãi cạn
Đối với các lạch triều rút, chúng có xu thế sâu dần. Nguyên nhân của sự khác
biệt này sẽ đợc trình bày và giải thích trong phần tiếp theo.



108



Hình 20.2. Sông Schelde phía đông Hansweert
20.4 Dòng triều
Một trong số các yếu tố cho phép xác định sự khác nhau chủ yếu giữa lạch
triêu lên và lạch triều rút đó là lu lợng nớc khi triều rút thờng lớn hơn so với
lợng nớc vào kỳ triều lên. Điều này đợc giải thích bởi tổng lợng nớc sông và
nớc biển đi vào khi triều lên sẽ tham gia vào chu kỳ triều rút. Điều này cũng
dẫn tới việc dòng triều rút mạnh hơn dòng triều lên và từ đó dẫn tới lạch triều trở
nên sâu hơn. Một thí dụ về vấn đề này đợc thể hiện trên bảng 20.1 và hình 20.3

cho ta số liệu dòng chảy tại Rotterdam.
Nếu nh toán đồ đợc xây dựng cho dòng chảy trên một khoảng cách xa về
thợng lu, thì dòng chảy trở nên mạnh hơn nhiều. Tại một số điểm dòng chảy có
thể thờng xuyên theo hớng đi xuống với giá trị vận tốc biến đổi theo triều. Vậy
khoảng cách tối đa mà triều còn gây ảnh hởng lên dòng chảy là bao nhiêu? Về lý
thuyết thì hầu nh rất lớn, ngoại trừ những nơi có dòng chảy quá mạnh.

Một hiện tợng khác đối với các sông có triều đó là sự biến đổi theo triều của
mực nớc.










109

Bảng 20.1. Số liệu triều và dòng tại Rotterdam
Thời gian
(h)
Dòng trung
bình (m/s)
Mực cao triều
(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


Hình 20.3 Dòng chảy tại Rotterdam


Dòng chảy và mực nớc đợc liên hệ với nhau thông qua phơng trình mô tả
sóng dài. Trong trờng hợp đó, quy luật bảo tồn động lợng sẽ cho ta:

hC
VV
g
x
z
g
t
V
x
V
V

2










(20.02)




110

trong đó:
C là hệ số ma sát Chezy
g là gia tốc trọng trờng
h là độ sâu
t là thời gian
V là vận tốc dòng
x là toạ độ theo dọc sông
z là mực mặt nớc tuyệt đối
Trong phơng trình đó, đã giả thiết rằng độ dốc của sông là nhỏ và dòng
chảy sông không đáng kể. Nếu nh ma sát thành phần cuối của phơng trình-
cũng bị bỏ qua (tơng ứng trờng hợp sóng ngắn trên mặt hoặc triều trên đại
dơng sâu), thì triều theo hớng thẳng đứng (mực nớc) và theo hớng ngang

(dòng chảy) có cùng pha và đợc thể hiện trên hình 20.4.


Hình 20.4 Tơng quan lý tởng vận tốc mực nớc



111


Hình 20.5 Triều ngang và dọc tại Rotterdam
Trong thực tế, thành phần ma sát trong phơng trình 20.02 có thể trở nên
đáng kể nếu so sánh với các thành phần quán tính. Do một phần động lợng bị
mất để chống lại ma sát nên vận tốc bị suy giảm. Hình 20.05 cho ta kết quả so
sánh giữa triều theo phơng thẳng đứng và theo phơng ngang tại Rotterdam.
Đờng dòng chảy hoàn toàn tơng tự nh trên hình 20.3. Phần bên phải của hình
đã cho thêm vào một chu kỳ triều (12 h 25 m) so với số liệu trong bảng 20.1. Thời
gian triều cao và triều thấp đợc đánh dấu cùng với thời gian nớc đứng (dòng
chảy bằng zero).
Cần nói thêm rằng sự lệch pha giữa giờ dòng triều và mực nớc đối với triều
thấp thờng lớn hơn so với triều cao.
Điều này một phần do nớc sông chảy vào lấp đầy các phần trên của thế tích
triều trong giai đoạn triều lên. Sự chuyển đổi trong chênh lệc mực nớc sẽ làm
cho sóng triều bị trễ, trong khi đối với nớc thấp quá trình xẩy ra ngợc lại, dòng
sông có xu thế kéo dài dòng chảy.
Nguyên nhân thứ hai vì sao lạch triều rút sâu hơn và liên tục hơn đợc dẫn
ra trên hình 20.5. Dễ dàng nhận thấy rằng dòng chảy triều rút đạt cực đại khi
khi mực nớc triều có giá trị thấp hơn so với mực nớc lúc dòng chảy triều lên đạt
cực đại. Tổng hợp hiệu ứng của vận tốc lớn của triều thấp và độ kéo dài của dòng
chảy đó đã làm tăng vận tốc và tăng quá trình xói mòn đối với lạch triều rút.

112

Bảng 20.2 Số liệu triều trạm Tây Schelde
Vlissingen

Hanswert Thời
gian
(h) Mực (m) Dòng
(m/s)
Mực (m) Dòng (m/s)
Mực nớc
tại Schelde (m)
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

Những phân tích trên đây chỉ mới tiến hành đối với các quan trắc trên một
mặt cắt qua sông. Sóng triều còn lan truyền theo hớng dọc sông. Thí dụ về hiện
tợng này cho thấy triều cao đạt tới Antwerp sau 1 h 45 m so với Vlissingen. Số
liệu triều đối với phần tây cửa Schelde đoạn giữa Vlissingen và Schelde, Bỉ, đợc
trình bày trong bảng 20.2 và hình 20.6. Cửa sông này có lu lợng sông không
lớn, khác với điều kiện cửa sông tại Rotterdam. Hình 20.6 cho thấy rõ ràng sự lan
truyền của sóng triều dọc theo cửa sông. Hiện tợng này cũng đợc các tàu sử
dụng nh sẽ đợc trình bày ở phần tiếp theo.
Vì sao dòng triều lên cực đại trong bảng 20.2 lại lớn hơn cực đại của dòng
triều rút? Điều này do sự biến dạng của đờng mực nớc gây nên, khi nớc lên,
tốc độ tăng của mực nớc xẩy ra trong một khoảng thời gian ngắn hơn vì vậy vận
tốc dòng sẽ lớn hơn.







113



Hình 20.6 Mực nớc triều tại Tây Schelde

20.5 Giao thông đờng sông
Các nguyên nhân bố trí các cảng trên sông đã đợc đề cập đến trong chơng
14. Vấn đề nạo vét cũng đã đợc phân tích. Vậy liệu triều có khẳ năng giảm bớt

lợng nạo vét cũng nh hỗ trợ giao thông trên sông hay không? Nh đã phân


114

tích, chúng ta nhận thấy rằng không phải lúc nào cũng cần thiết tiến hành nạo
vét những khúc cạn trên sông đảm bảo cho mọi loại tàu qua lại đợc. Có thể nên
để các tàu lớn chờ đợi tại cửa sông cho đến thời điểm nớc lên cao cho phép vợt
sông dễ dàng hơn. Tuy nhiên các loại tàu này không thể đạt đợc vận tốc tơng
ứng nh vận tốc sóng triều. Do vậy chúng có thể đi vào sông khi triều cao, nhng
không kịp hành trình lên sông theo nớc lên đợc và việc dừng tàu là cần thiết.
Để xác định lịch trình tốt nhất cho tàu, yêu cầu cơ bản là dự báo độ sâu tại các
khu vực cạn trên sông vào thời điểm tàu đến. Để làm đợc việc này nhất thiết
phải tính đợc vận tốc lan truyền của sóng triều. Do ma sát làm giảm vận tốc
truyền sóng triều, phơng trình 5.05 b đã trở nên kém chính xác. Cần sử dụng
công thức sau:
)tan1(
2

hgc
(20.3)

trong đó:
h là độ sâu trung bình


là tham số ma sát đợc tính theo công thức sau:

hC
gVT
22
max
6
8'
arctan
2
1



(20.4)

trong đó:
C là số Chezy
T là chu kỳ triều
V
max
là cực đại dòng triều lên
Các thủ tục tính toán sẽ đợc minh hoạ thông qua ví dụ đơn giản .
20.6 Ví dụ
Một thuỷ thủ cần đa con tàu yêu cầu độ sâu lạch cực đại 11,5 mét đi lên 250
km để cập cảng. Các bãi cạn trên đờng đi đợc thể hiện qua hình 20.7. Độ sâu
của các bãi cạn này chỉ bằng 11 mét so với mực nớc trung bình, những khu vực
còn lại có độ sâu 13 mét. Hệ số Chezy đối với đoạn sông này lấy bằng 10 m

1/2
/s.


115


Hình 20.7 Số liệu cho ví dụ
Triều ở đây là bán nhật (chu kỳ 12 h 25 m) và đợc thể hiện qua đờng hình
sin. Độ lớn triều là 3 mét và dòng chảy cực đại là 1,2 m/s. Các thông tin về triều
đợc thể hiện trên hình 20.7.
Một điều kiện phụ là tàu có vận tốc cực tiểu 5 hải lý/ giờ (9,26 km/h) và cực
đại là 8 hải lý/giờ (14,82 km/h).
Lời giải đợc bắt đầu bằng việc xác định vận tốc của sóng triều lên, sử dụng
công thức 20.04:







13
20,1
60
)81,9)(8(
6
)3600)(42,12(
arctan
2

1
22



(20.05)



52,1arctan
2
1



(20.06)


33,28



(20.07)


Nh vậy, từ (20.03) ta có :

116

)33.28tan1(130)(81.9(
02
c
(20.08)


hkmsmc /2,34/51,9



(20.09)


Để xác định vị trí của tàu tại mọi thời điểm cần lấy tích phân vận tốc tàu
theo thời gian. Điều này có thể dễ dàng tiến hành bằng phơng pháp số nh đợc
trình bày trên bảng 20.3. Trong bảng này đã đa ra số liệu tính cho hai loại tàu:
một chuyển động theo vận tốc nhỏ nhất, một chuyển động với vận tốc lớn nhất.

Bảng 20.3 Bảng số tích phân vị trí tàu
Tàu chuyển động 9,3 km/h Tàu chuyển động 14,8 km/h
Thời
gian

Vị trí
nớc
lớn
Giờ

triều
Cao
triều
Độ
sâu
Vận
tốc
Tàu
x
Tàu
x
Giờ
triều

Cao
triều
Độ
sâu
Vận
tốc
Tàu
x
Tàu
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 bảng 20.3, vận tốc tàu đợc tích phân theo thời gian cho bớc 1 giờ. Để
xác định vận tốc tuyệt đối của tàu, cần biết đợc vận tốc dòng triều tại vị trí tàu
cuối mỗi giờ. Vì các đặc trng triều chỉ cho tại cửa, ta cho rằng triều lan truyền
dọc theo lạch với vận tốc không đổi c.Hình 20.6 cho thấy rằng điều này trong thực


117

tế không phải lúc nào cũng thoả mãn. Độ sâu và dòng chảy có thể thu đợc từ
đờng cong triều trên hình 20.7 bằng cách đa tàu và đỉnh sóng triều về một đơn
vị thời gian tơng đơng. Nh vậy thời gian trong cột trái của bảng là thời gian
tuyệt đối, trong khi thời gian triều, cột đầu tiên cho mỗi tàu, đợc xác định theo
khoảng giữa tàu và đỉnh triều. Bởi vì tất cả thời gian triều đều liên quan tới đỉnh
triều cao, nên có thể có giá trị lớn hơn một chu kỳ triều. Thông thờng việc thêm
hoặc bớt đi một số lần nhất định chu kỳ triều không ảnh hởng ghì lên kết quả
tính toán.
Dòng đầu tiên trong bảng 20.3 đợc tính toán nh sau:
Thời gian bắt đầu đợc chọn một cách bất kỳ và cho bằng zero. Vì độ
sâu nớc trên bãi cạn đầu tiên phải lớn hơn 11,5 mét, tơng ứng mực

triều bằng +0,5 mét. Từ hình 20.7 mực triều này tơng ứng thời gian
triều là 3,8 giờ. Cũng từ hình 20.7, tại thời điểm đó, vận tốc triều là
+1,2 m/s. Khoảng giữa thời gian triều cao và thời gian triều vừa tính
là: 6,21 3,8 = 2,41 giờ. Với vận tốc truyền triều 34,2 km/h, đỉnh triều
sẽ nằm tại khoảng cách 82,4 km tính từ thời gian tàu vợt qua bãi
cạn đầu tiên.
Mỗi giờ tiếp theo triều sẽ lan truyền đợc 34,2 km.
Việc xác định đối với khoảng 16-17 giờ đợc tiến hành nh sau:
Tại t = 16 giờ, tàu sẽ đến vị trí 151,0 km và đỉnh triều tại 464,8 km. Pha
của triều trên hình 20.7:

h4,1521,6
2,34
0,1518,464



Căn cứ thời gian 15,4 giờ trong hình 20.7 ta có mực triều là -0,1 mét và
vận tốc triều là +1,0 m/s. Mực triều này cho độ sâu là 12,9 m. Mỗi giờ tàu
chạy đợc :
1,0 m/s x 3600s +9,3 = 12,9 km
cho ta khoảng cách tàu chạy đợc sau 17 giờ là 163,9 km.
Các kết quả tính toán trên bảng 20.3 có thể nhận thấy dễ dàng trên đồ thị vị
trí tàu so với thời gian. Trên hình 20.8, các vị trí của tàu và của đỉnh triều đợc
thể hiện, cùng với vị trí ba bãi cạn. Ngoài ra còn đa ra khoảng thời gian cần để
tàu đi qua các bãi cạn đó.
Một số kết luận quan trọng có thể rút ra từ hình 20.8:
a. Cả hai tàu đều cần chờ sóng triều thứ hai để vợt qua bãi cạn thứ ba.
Tốc độ tàu nhanh hơn trong ví dụ này không đa đến sự khác biệt về
thời gian để hai con tàu cần vợt qua 170 km đầu của cửa sông.

b. Con tàu chậm hơn có thể tránh đợc việc dừng chờ dọc đờng nếu xuất
phát chậm hơn một ít. Điều này có thể tiến hành bằng cách dịch
chuyển đờng cong cho tàu về bên phải một ít trên hình 20.8. Bãi cạn
thứ hai sẽ ngập sâu trong đợt triều thứ nhất và tàu sẽ đến muộn đủ
để bãi cạn thứ ba cho pháp tàu đi qua đợc.




118





119


H×nh 20.8 §êng cong t¬ng quan kho¶ng c¸ch- thêi gian ®èi víi triÒu vµ tµu thuyÒn


120


c. Việc nao vét bãi cạn thứ 3 cũng tơng đơng việc nạo cả hai bãi cạn
đầu và thứ hai đảm bảo cho tàu đi lại thuận lợi.
d. Việc nạo vét dải ngầm ngoài cửa có thể cho phép tàu nhanh vợt qua
cả bã cạn thứ hai và thứ ba trong con triều đầu.
e. Việc nạo vét bã cạn thứ hai không làm biến đổi đặc biệt tới hành trình
tàu trên cửa sông.

Vấn đề lựa chọn các phơng án nạo vét cũng nh độ sâu cần thiết đối với các
lạch tàu liên quan tơí các vấn đề kinh tế-kỹ thuật đã đợc đề cập tới trong chơng
13. Việc xác định độ sâu tối u cho lạch tàu sẽ đợc xem xét kỹ lỡng trong
chơng 5 của tập II.
20.7 Các tác động khác của triều
Khi nớc ngọt từ sông đổ ra gặp nớc mặn, sự khác nhau của mật độ sẽ dẫn
tới xuất hiện dòng chảy bổ sung. Sự biến đổi của độ muối cũng gây ảnh hởng các
tính chất hoá lý của trầm tích . Những vấn đề này sẽ đợc xem xét chung trong
các chơng 22 và 23.