Động lực học cát biển - Hướng dẫn các ứng dụng thực hành - Chương mở đầu docx

trờng đại học khoa học tự nhiên


Richard Soulsby







Động lực học cát biển

Hớng dẫn các ứng dụng thực hành








Biên dịch: Nguyễn Thọ Sáo

Hà Nội 2004

2





3






4

lời ngời dịch
Hầu nh hàng ngày chúng ta đều nhận đợc các thông tin về sạt lở bờ sông, xói
lở bờ biển hoặc bồi lấp luồng lạch từ nhiều nơi trên đất nớc. Hiện tợng này xảy ra
thờng xuyên và có xu hớng ngày càng trở nên phức tạp, khó kiểm soát, đe doạ các
mục tiêu kinh tế và quốc phòng, gây ảnh hởng lớn đến đời sống của nhân dân. Vấn
đề bồi tụ và xói lở bờ sông, bờ biển ở Việt Nam cùng những hậu quả kèm theo của nó
đang là mối thách thức đối với các nhà khoa học và các nhà quản lý. Những năm gần
đây, việc nghiên cứu vận chuyển trầm tích và biến đổi địa mạo từ góc độ thuỷ động
lực đã đợc thúc đẩy và nhận đợc một số kết quả khả quan. Tuy nhiên đây là một
lĩnh vực rất khó khăn bởi số liệu điều tra khảo sát còn ít, phơng pháp và kỹ thuật
tính toán cha hoàn thiện nên các kết quả nhận đợc còn nhiều hạn chế. Ngay cả ở
những nớc tiên tiến với trình độ khoa học cao và mô hình tính toán hiện đại,

phơng tiện kỹ thuật đầy đủ, các kết quả vẫn có sai số lớn và các kết luận vẫn đợc
phát biểu một cách dè dặt.
Để cung cấp thêm thông tin khoa học hiện đại và góp phần nâng cao kiến thức
cho sinh viên, NCS và các kỹ s thực hành ở lĩnh vực này, chúng tôi biên dịch cuốn
Động lực học cát biển- Hớng dẫn các ứng dụng thực hành của R. Soulsby, NXB
Thomas Telford, 1997. Richard Soulsby là nhà vật lý và hải dơng học, chuyên sâu
nghiên cứu vận chuyển trầm tích. Ông đang đứng đầu nhóm Trầm tích biển tại Viện
Nghiên cứu Thủy lực HR Wallingford, nớc Anh. HR Wallingford là cơ quan nghiên
cứu và t vấn về nớc và công trình dân dụng nổi tiếng trên thế giới, cung cấp những
giải pháp hợp lý trong các lĩnh vực: tài nguyên nớc, thuỷ lợi, nớc ngầm, tiêu nớc
đô thị, cảng và bến cảng, thuỷ động lực sông, cửa sông, vùng ven bờ và xa bờ.
Tác giả cuốn sách đã tổng quan các công trình nghiên cứu trong lĩnh vự này khá
đầy đủ, trình bày ngắn gọn về các tác nhân, cơ chế, các quan điểm và các phơng
pháp nghiên cứu vận chuyển trầm tích, bồi tụ và xói lở; đa ra bức tranh vật lý của
vấn đề vốn rất phức tạp và lý thú.

Cuốn sách đợc chia thành các tiểu mục về Kiến
thức và Quy trình. Nghiên cứu sinh có thể quan tâm chủ yếu đến Kiến thức, bổ sung
thêm những ví dụ trong Quy trình; sinh viên và kỹ s thực hành có thể theo Quy
trình, và đọc thêm phần liên quan đến Kiến thức.
Hy vọng cuốn sách sẽ có ích cho sinh viên và NCS ở các lĩnh vực hải dơng học,
thuỷ văn học, hàng hải, thuỷ lợi, xây dựng công trình biển, địa lý. Ngời dịch cám ơn
Khoa KT-TV-HDH, Trờng Đại học KHTN đã tạo mọi điều kiện, cám ơn NCS
Nguyễn Minh Huấn đã đọc và hiệu đính bản dịch. Bản dịch chắc chắn còn nhiều
thiếu sót, rất mong nhận đợc góp ý của ngời đọc.


Ngời dịch: Nguyễn Thọ Sáo
5

Mục lục
Mở đầu 10
Lời cảm ơn 12
Chú giải 13
Những minh họa 18
Các ví dụ 18

Các bảng 19
Các hình vẽ 19

Chơng 1. Giới thiệu 21
1. 1. Tổng quan 21

1.2. Gói phần mềm SandCalc 22

1.3. Trạng thái cát biển 23

1.4. Khái niệm về ứng suất trợt tại đáy 24

1.5. Quy trình tổng quát nghiên cứu trầm tích 29

1.6. Sai số và độ nhạy 35

Chơng 2. Các thuộc tính của nớc và cát 37
2.1. Mật độ và độ nhớt của nớc 37

Kiến thức 37

Quy trình 39

2.2. Vật chất đáy 39

Kiến thức 39

Quy trình 43

2.3. Những hỗn hợp cát - nớc 44
Kiến thức 44

Quy trình 46

2.4. Độ thấm và lỏng hoá 47

Kiến thức 47

Quy trình 52

Chơng 3. Dòng chảy 53
6

3.1. Tổng quan 53

3.2. Phân bố vận tốc dòng chảy 53

Kiến thức 53

Quy trình 58

3.3. Ưng suất trợt ma sát lớp đệm do dòng chảy 59

Kiến thức 59

Quy trình 62

3.4. Ưng suất trợt tổng cộng do dòng chảy 63

Kiến thức 63

Quy trình 65

Chơng 4. Sóng 67
4.1. Tổng quan 67

4.2. Độ cao sóng và chu kỳ sóng 67

Kiến thức 67

4.3. Bớc sóng 71

Kiến thức 71

Quy trình 72

4.4. Vận tốc quỹ đạo sóng 72

Kiến thức 72

Quy trình 75

4.5. Ưng suất trợt ma sát lớp đệm do sóng 75

Kiến thức 75

Quy trình 78

4.6. Ưng suất trợt tổng cộng do sóng 79

Kiến thức 79

Quy trình 79

4.7. Sóng đổ 80

Kiến thức 80

Quy trình 81

Chơng 5. Kết hợp sóng và dòng chảy 82
5.1. Tổng quan 82

5.2. Bớc sóng 82

Kiến thức 82

Quy trình 83

5.3. Ưng suất trợt tại đáy 83
7

Kiến thức 83

Quy trình 87

Chơng 6. Ngỡng chuyển động 90
6.1. Tổng quan 90

6.2. Ngỡng vận tốc dòng chảy 90

Kiến thức 90

Quy trình 91

6.3. Ngỡng độ cao sóng 93

Kiến thức 93

Quy trình 93

6.4. Ngỡng ứng suất trợt tại đáy 94

Kiến thức 94

Quy trình 98

Chơng 7. Các thành tạo đáy 100
7.1. Tổng quan 100

72. Các gợn cát và sóng cát do dòng chảy 100

Kiến thức 100

Quy trình 105

73. Gợn cát do sóng 106
Kiến thức 106

Quy trình 108

74. Ma sát do đáy gồ ghề 108

Kiến thức 108

Quy trình 111

Chơng 8. Trầm tích lơ lửng 113
8.1 Tổng quan 113

8.2. Chỉ tiêu lơ lửng và kích thớc hạt 113

Kiến thức 113

8.3. Vận tốc chìm lắng 114

Kiến thức 114

Quy trình 117

8.4. Nồng độ dới tác động dòng chảy 118

Kiến thức 118

Quy trình 123

8

8.5. Nồng độ dới tác động sóng 124

Kiến thức 124

Quy trình 125

8.6. Nồng độ dới tác động sóng và dòng chảy 127

Kiến thức 127

Quy trình 129

Chơng 9. Dòng di đáy 132
9.1. Tổng quan 132

9.2. Dòng di đáy do dòng chảy 133

Kiến thức 133

Quy trình 136

9.3. Dòng di đáy do sóng 137

Kiến thức 137

Quy trình 137

9.4. Dòng di đáy do sóng và dòng chảy 139

Kiến thức 139

Quy trình 141

Chơng 10. Vận chuyển trầm tích tổng cộng 143
10.1. Tổng quan 143

10.2. Vận chuyển trầm tích tổng cộng do dòng chảy 144

Kiến thức 144

Quy trình 147

10.3. Vận chuyển trầm tích tổng cộng do sóng 148

Kiến thức 148

10.4. Vận chuyển trầm tích tổng cộng do sóng kết hợp với dòng chảy 150

Kiến thức 150

Quy trình 157

10.5 Vận chuyển dọc bờ 159

Kiến thức 159

Quy trình 162

Chơng 11. Động lực hình thái và xói lở 165
11.1. Mô hình hoá động lực hình thái 165

Kiến thức 165

Quy trình 168

11.2. Xói lở 168

9

Kiến thức 168

Quy trình 169

Chơng 12. Xử lý trờng dòng chảy - sóng 171
12.1. Tổng quan 171

12.2. Tiếp cận sóng và thủy triều thiết kế 171

12.3. Tiếp cận xác suất 173

12.4. Tiếp cận tuần tự 176

Chơng 13. Những trờng hợp nghiên cứu 178
13.1. Tổng quan 178

13.2. Sự ổn định của việc chống xói 178

13.3. Xâm thực trầm tích tại công trình lấy nớc 180

13.4. Bồi lấp luồng dẫn nạo vét 181

Tài liệu tham khảo 186














10
Mở đầu
ý nghĩa bao hàm về động lực học trầm tích theo nghĩa rộng nhất đáng ngạc
nhiên là còn lâu mới đạt đợc. Tất nhiên, không quá cờng điệu khi nói rằng sự ra
đời của các nền văn minh trong các thung lũng đất bồi phì nhiêu của Mesopotamia,
Ai Cập và Trung Quốc đã phụ thuộc vào vận chuyển trầm tích. Trong thời gian trớc
đây, bồi lắng trầm tích trong các thung lũng, hồ và biển chuyển thành các mặt cắt
địa chất của đất đá trầm tích và hình thành cơ sở của nhiều khoa học về địa chất, cổ
sinh học và khảo sát hyđrô-cacbon. Quá trình trầm tích, dẫn đến sự hoá thạch những

cây cối và động vật, đôi khi cũng giữ lại những dấu vết gồ ghề phát sinh bởi sóng
hoặc dòng chảy và các bằng chứng khác về những điều kiện thủy lực trong các kỷ
nguyên trớc đây. Trầm tích trẻ hơn cho thấy các bằng chứng lịch sử lắng đọng ở
dạng phấn hoa hoặc trùng có vỏ, và giữ lại những tạo tác hình thành nguyên liệu thô
cho khảo cổ. Từ quan điểm địa lý, cấu trúc địa mạo và các biển trên trái đất phần lớn
đợc xác định bởi sự xói mòn đất đá, vận chuyển và bồi lắng chúng nh những trầm
tích. Thậm chí trên những hành tinh khác trầm tích có thể cung cấp những đầu mối,
nh việc giải thích những đặc tính giống các dòng sông là bằng chứng cho sự tồn tại
trớc đây của nớc ở trạng thái lỏng trên sao Hoả.
Phạm vi quyển sách này hạn chế hơn so với các phác họa ở trên, đợc giới hạn ở
những trầm tích không kết dính và chủ yếu tới ngữ cảnh biển, mặc dù một số vật
chất cũng có thể áp dụng đợc cho cửa sông và sông. Tiêu điểm chính của nó là về
những khía cạnh của động lực học trầm tích liên quan chủ yếu tới những kỹ s dân
dụng, các nhà hải dơng học, những nhà khoa học trái đất và những nhà khoa học
môi trờng. Chuyển động của trầm tích trong các dòng sông, những cửa sông và biển
là một chủ đề có tầm quan trọng thực tiễn lớn đối với những ứng dụng công trình, và
đó cũng là một lĩnh vực thử thách và hấp dẫn cho nghiên cứu hàn lâm. Tuy nhiên,
ngời kỹ s thực hành đang tìm kiếm một giải pháp khẩn cấp cho một dự án liên
quan đến trầm tích thờng thấy rằng không dễ gì nắm bắt đợc những kết quả
nghiên cứu hàn lâm nổi bật đợc xuất bản bằng một ngôn ngữ xa lạ trong các tạp chí
và tuyển tập hội thảo. Ngợc lại, nhà nghiên cứu hàn lâm có thể tiếp xúc cha đầy
đủ với những ứng dụng thực tiễn để quyết định những con đờng nghiên cứu nào là
cần thiết nhất để theo đuổi. Mục tiêu của tôi trong quyển sách này là bắc cầu qua
chỗ trống giữa nghiên cứu hàn lâm và những ứng dụng thực hành, bằng việc tổng
kết những kết quả nghiên cứu trong một dạng hợp nhất, bằng cách giới thiệu những
ví dụ đã thực hiện và các trờng hợp nghiên cứu, và bằng việc nêu bật những khu
vực mà việc hiểu biết còn hạn chế và những sai sót lại lớn. Để làm điều này, đôi khi
tôi thực hiện các đơn giản hóa mà ngời theo chủ nghĩa thuần túy có thể phản đối, và
trong một vài trờng hợp tôi mạn phép tính lại những kết quả nghiên cứu trong một
dạng tổng quát, những tác giả nguyên bản có thể cảm thấy lệch so với những quy ớc

của họ ở mức độ nào đó một cách chính đáng. Tôi hy vọng rằng lợi ích đạt đợc ở sự
đồng nhất và tính khả dụng sẽ có giá trị hơn sự kém chính xác nào đó.
11
Hầu hết các mục của quyển sách đợc chia thành các tiểu mục về Kiến thức và
Quy trình. Nghiên cứu sinh có thể tập trung chủ yếu vào Kiến thức, có thể bổ sung
thêm những bài tập dựa vào những ví dụ trong Quy trình, trong khi kỹ s thực hành
có thể chỉ muốn theo Quy trình, có thể bổ túc bằng việc đọc những phần liên quan
đến Kiến thức. Một vài điều đợc chủ tâm nhắc lại, và những ký hiệu thờng đợc
định nghĩa trong mỗi mục, để các chuyên đề riêng lẻ đợc khép kín hợp lý. Tham
khảo mở rộng đợc lu ý tại những chỗ không thể trình bày kỹ.
Tôi hy vọng rằng bằng cách này quyển sách mang lại sự trình bày tiện lợi và khả
dụng đối với những quá trình trầm tích ở một dạng dễ tiếp cận đến rộng rãi độc giả.
Richard Soulsby nhận học vị về vật lý và hải dơng học trớc khi chuyên sâu 11
năm trong nghiên cứu vận chuyển trầm tích tại Viện các Khoa học Đại dơng. Từ
1985 ông nghiên cứu và t vấn trong lĩnh vực này tại Viện Nghiên cứu Thủy lực
Wallingford, nơi ông đang đứng đầu Nhóm Trầm tích Biển.
12
Lời cảm ơn
Quyển sách này ra đời từ một báo cáo trớc đây có nhan đề 'Hớng dẫn về cát
biển'. Khi thực hiện sự chuyển đổi này tôi cám ơn nhóm ngời thẩm định đợc mời
của phiên bản trớc gồm: ông B. H. Rofe, TS C. A. Fleming, GS K. R. Dyer, TS J.
Nicholson, TS Ping Dong, các ông C. W. Frith, P. D. Hunter, K. W. Bunker, C. T.
Erbrich, P. D. Crews, M. W. Owen, R. Runcie, D. Richardson và P. B. Woodhead.
Ngoài ra, những đồng nghiệp của tôi ở HR Wallingford là TS R. J. S. Whitehouse, các
ông N. P. Bunn và J. S. Damgaard đã có những đóng góp giá trị. Tôi muốn chuyển lời
cảm ơn của tôi tới tất cả những nhà khoa học và những kỹ s nói trên vì những bình
luận sâu sắc và kỹ lỡng của họ mà dẫn đến những cải tiến đáng kể trong quyển
sách. Tôi cũng cám ơn June Clarkson và Ruth Smith do sự kiên nhẫn của họ và cẩn
thận đánh máy bản thảo.
Nhiều chủ đề nghiên cứu của riêng tôi trích dẫn trong quyển sách thoạt tiên

đợc khích lệ bằng một đợt đi sáu tháng nh một thành viên đợc mời đến Trờng
đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU) tại Trondheim. Tôi cám ơn Hội đồng
vì Nghiên cứu Công nghiệp và Khoa học Na Uy (NTNF) và GS Dag Myrhaug để
điều này có thể thực hiện.
Quyển sách đợc xuất bản thay mặt Cục Môi trờng, Giao thông và Các khu vực,
cơ quan đã cấp một phần vốn để chuẩn bị nó. Những cảnh quan và thông tin giới
thiệu trong sách là của HR Wallingford và không nhất thiết là của cơ quan cấp vốn.
HR Wallingford là một cơ quan nghiên cứu chuyên gia độc lập, t vấn, phần
mềm và đào tạo, đã phục vụ công nghiệp nớc và công trình dân dụng tại hơn 60
nớc trên toàn thế giới trong hơn 50 năm. Chúng tôi nhắm tới mục đích cung cấp
những giải pháp hợp lý cho những kỹ s và những nhà quản lý làm việc trong các
lĩnh vực:
tài nguyên nớc
thuỷ lợi
nớc ngầm
tiêu nớc đô thị
sông
thủy triều
cảng và bến cảng
ven bờ
xa bờ.
13

Chú giải
a, b, A, B những hệ số phi thứ nguyên trong các công thức
A = U
w
T/(2) biên độ quỹ đạo của chuyển động sóng tại đáy
*
kU

w
b
s

số Rouse (tham số lơ lửng)
C nồng độ thể tích của trầm tích (thể tích/ thể tích)
C
100
hệ số ma sát áp dụng cho dòng chảy tại cao độ1 m
C
a
nồng độ trầm tích tham chiếu (thể tích/ thể tích) tại độ cao z
a

C
D
hệ số ma sát áp dụng cho dòng chảy trung bình độ sâu
C
M
nồng độ khối lợng của trầm tích (khối lợng/ thể tích)
C
0
nồng độ tham chiếu (thể tích/ thể tích) tại đáy biển (z = 0)
cos hàm lợng giác côsin
d đờng kính sàng của hạt
50
3/1
2
*
)1(

d
sg
D









kích thớc hạt phi thứ nguyên
d
n
đờng kính hạt mà n% hạt có khối lợng mịn hơn, ví dụ d
10
, d
90

d
50
đờng kính hạt trung vị
d
50,b
đờng kính hạt trung vị tại đáy biển
d
50,s
đờng kính trung vị của hạt lơ lửng
d

cr
đờng kính hạt chỉ bất động đối với một dòng chảy cho trớc
e = 2,718281828
exp(x) = e
x
hàm số mũ cơ số tự nhiên
f tham số Coriolis
f
w
hệ số ma sát sóng
f
wr
hệ số ma sát sóng đáy nhám
f
ws
hệ số ma sát sóng đáy trơn
g = 9,81 ms
-2
gia tốc trọng trờng
h độ sâu nớc
H độ cao sóng nớc
H
bk
độ cao sóng đổ
14
H
0
độ cao sóng nớc sâu
H
rms

độ cao sóng căn bậc hai trung bình bình phơng
H
s
độ cao sóng có nghĩa
I độ dốc mặt nớc (gradien thủy lực)
k = 2/L số sóng của sóng nớc
k
s
độ nhám hạt cát tơng đơng Nikuradse
K
l
hệ số thấm
K
p
độ thấm đặc trng
L bớc sóng của sóng nớc
L
p
bớc sóng tại đỉnh của phổ sóng ngoài khơi
L
0
bớc sóng nớc sâu
ln lô-ga tự nhiên (cơ số e)
log
10
lô-ga cơ số 10
p áp suất
p
c
phân bố xác suất của vận tốc dòng chảy

p
cw
xác suất tổ hợp của vận tốc dòng chảy và vận tốc quỹ đạo sóng
p
H
phân bố xác suất độ cao sóng
p
w
phân bố xác suất vận tốc quỹ đạo sóng
q
b
suất vận chuyển thể tích của trầm tích đáy, trên thời gian đơn vị, trên
chiều rộng đơn vị
q
B
= q
b
(1-) thể tích vật chất chìm lắng xuống đáy (kể cả nớc xốp), đợc vận
chuyển trên thời gian đơn vị, trên chiều rộng đơn vị
Q
b
=
s
q
b
suất vận chuyển khối lợng của trầm tích
q
bx
thành phần q
b

lan truyền theo hớng dòng chảy
q
by
thành phần q
b
lan truyền vuông góc với dòng chảy, theo cùng cách với
góc
q
b1/2
suất vận chuyển thể tích của trầm tích đáy trong nửa chu kỳ sóng
Q
LS
suất vận chuyển trầm tích dọc bờ tích phân qua vùng sóng đổ, ở dạng
thể tích trầm tích (không tính độ xốp) trên thời gian đơn vị
q
s
suất vận chuyển thể tích của trầm tích lơ lửng
q
t
suất vận chuyển thể tích của trầm tích tổng cộng
q
tc
suất vận chuyển trầm tích chỉ do dòng chảy
q
tx
, q
ty
những thành phần suất vận chuyển thể tích của trầm tích tổng cộng
theo các hớng x,y

AU
R
w
w

số Reynolds sóng
s =
s
/ tỷ lệ các mật độ của hạt và nớc
15
sin sin
sinh sin hypécbol
T chu kỳ của sóng nớc
T
m
chu kỳ trung bình của sóng nớc
T
n
= (h/g)
1/2
chu kỳ tỷ lệ của sóng
T
p
chu kỳ tại đỉnh của phổ sóng
Ts = (
os
-
cr
)/
cr

tham số vận chuyển
T
z
chu kỳ cắt qua không của sóng nớc
t thời gian
tanh tang hypécbol
U thành phần ngang của vận tốc nớc
U
vận tốc dòng chảy trung bình độ sâu
u
*
= (
0
/)
1/2
vận tốc ma sát
u
*f
vận tốc ma sát do sức cản hình dạng
u
*m
= (
m
/)
1/2
vận tốc ma sát trung bình
u
*max
= (
max

/)
1/2
vận tốc ma sát cực đại
u
*s
vận tốc ma sát lớp đệm
u
*t
thành phần vận chuyển trầm tích của vận tốc ma sát
U
10
vận tốc tại độ cao 0,1 m
U
100
vận tốc dòng chảy tại độ cao 1 m trên đáy
a
U
và
b
U
giá trị cực đại và cực tiểu của vận tốc dòng chảy trung bình độ sâu
trong một chu kỳ thủy triều
cr
U
ngỡng vận tốc dòng chảy trung bình độ sâu
U
rms
vận tốc quỹ đạo sóng căn bậc hai trung bình bình phơng tại đáy biển
U
w

biên độ vận tốc quỹ đạo sóng tại đáy biển
U
wc
vận tốc quỹ đạo đáy dới đỉnh sóng
U
wcr
ngỡng vận tốc quỹ đạo sóng
U
wt
vận tốc quỹ đạo đáy dới chân sóng
U
x
, U
y
thành phần dòng chảy theo các hớng x, y
V
B
vận tốc toàn bộ của nớc qua đáy
w
mf
vận tốc lỏng hoá cực tiểu
w
s
vận tốc chìm lắng của các hạt trầm tích tách biệt
w
sC
vận tốc chìm lắng của các hạt lơ lửng dày đặc
x tọa độ nằm ngang
X =
c

/(
c
+
w
) cờng độ dòng chảy tơng đối
16
y toạ độ nằm ngang trực giao với x
Y =
m
/(
c
+
w
) ứng suất trợt trung bình phi thứ nguyên
Z =
max
/(
c
+
w
) ứng suất trợt cực đại phi thứ nguyên
z độ cao trên đáy biển
z
a
độ cao tham chiếu gần đáy biển, tại đó nồng độ tham chiếu C
a
đợc
tính toán
z
0

độ dài nhám tại đáy

b
góc giữa đỉnh sóng và đờng bờ tại đờng sóng đổ
góc nghiêng của đáy với mặt nằm ngang

x
góc nghiêng của đáy với mặt nằm ngang theo hớng dòng chảy

y
góc nghiêng của đáy với mặt nằm ngang theo hớng vuông góc với dòng
chảy
bề dày lớp biên

r
độ cao gợn cát

s
độ cao sóng cát
độ xốp đáy
cao độ đáy so với mực quy chiếu
dg
s
)(
0

tham số Shields

cr
ngỡng tham số Shields

f
tham số Shields sức cản hình dạng

m
giá trị trung bình của trên một chu kỳ sóng

max
giá trị cực đại của trên một chu kỳ sóng

s
tham số Shields ma sát lớp đệm

t
thành phần vận chuyển trầm tích của tham số Shields

w
biên độ thành phần dao động do sóng
k = 0,40 hằng số Von Karman

r
bớc sóng của gợn cát

s
bớc sóng của sóng cát
độ nhớt phân tử

= / độ nhớt động học của nớc
= 3,141592654
mật độ của nớc

B
mật độ toàn bộ của đáy hoặc chất lơ lửng

s
mật độ của hạt trầm tích
tần số góc của thủy triều
17

g
= (d
84
/d
16
)
1/2
độ lệch chuẩn hình học của kích thớc hạt

s
= 0,5(d
84
/d
50
+ d
50
/d
16

) tham số chọn lọc hạt
ứng suất trợt ngang trong cột nớc

0
ứng suất trợt tại đáy (tổng cộng)

c
ứng suất trợt tại đáy chỉ do dòng chảy

cr
ngỡng ứng suất trợt tại đáy để trầm tích chuyển động

0f
thành phần sức cản hình dạng
0
do đáy gồ ghề

m
ứng suất trợt trung bình tại đáy trong một chu kỳ sóng do dòng chảy
và sóng kết hợp

max
ứng suất trợt cực đại tại đáy trong một chu kỳ sóng do dòng chảy và
sóng kết hợp

0s
thành phần ma sát lớp đệm của ứng suất trợt tại đáy

0t
thành phần vận chuyển trầm tích của ứng suất trợt tại đáy

w
biên độ đao động của ứng suất trợt tại đáy do sóng


cr
ngỡng ứng suất trợt tại đáy trên đáy nghiêng một góc với mặt nằm
ngang
góc giữa hớng dòng chảy và hớng truyền sóng
kích thớc phi của hạt

i
góc ma sát của trầm tích

r
góc ma sát cuối cùng

2/1
3
,
,
)1( dsg
q
ybx
yx


suất vận chuyển trầm tích đáy phi thứ nguyên, những
thành phần x, y
góc giữa dòng chảy và hớng dốc ngợc của một đáy nghiêng

dsg
U
w
)1(
2


tham số chuyển động sóng
= 2/T tần số góc của sóng
. đại lợng vectơ hớng ngang theo các thành phần (.x, .y)
<.> trung bình thời gian qua nhiều sóng
<.>
LT
trung bình dài hạn (trong nhiều tháng hoặc nhiều năm)
18
Những minh họa
Các ví dụ
Ví dụ 2.1. Mật độ và độ nhớt của nớc
Ví dụ 3.1. Phân bố vận tốc lôgarít
Ví dụ 3.2. Phân bố vận tốc hàm mũ
Ví dụ 3.3. Ma sát lớp đệm đối với dòng chảy
Ví dụ 3.4. ứng suất trợt tổng cộng tại đáy theo số liệu đo đạc
Ví dụ 3.5. ứng suất trợt tổng cộng tại đáy theo U
100

Ví dụ 4.1. Bớc sóng
Ví dụ 4.2. Vận tốc quỹ đạo sóng đơn điệu
Ví dụ 4.3. Vận tốc quỹ đạo sóng (phổ)
Ví dụ 4.4. Ma sát lớp đệm đối với sóng
Ví dụ 5.1. ứng suất trợt tổng cộng do sóng và dòng chảy

Ví dụ 6.1. Ngỡng vận tốc dòng chảy
Ví dụ 6.2. Ngỡng vận tốc quỹ đạo
Ví dụ 6.3. Ngỡng ứng suất trợt tại đáy
Ví dụ 6.4. Ngỡng trên đáy dốc
Ví dụ 6.5. Kích thớc hạt tới hạn
Ví dụ 7.1. Kích thớc sóng cát
Ví dụ 7.2. Dịch chuyển các sóng cát
Ví dụ 7.3. Gợn cát do sóng
Ví dụ 7.4. ứng suất trợt tổng cộng do dòng chảy
Ví dụ 7.5. ứng suất trợt tổng cộng do sóng
Ví dụ 8.1. Vận tốc chìm lắng
Ví dụ 8.2. Nồng độ dới tác động dòng chảy
Ví dụ 8.3. Nồng độ dới tác động sóng
Ví dụ 8.4. Nồng độ do sóng và dòng chảy kết hợp
Ví dụ 9.1. Dòng di đáy do dòng chảy
Ví dụ 9.2. Dòng di đáy do sóng
Ví dụ 9.3. Dòng di đáy do sóng và dòng chảy
Ví dụ 10.1. Vận chuyển trầm tích tổng cộng do dòng chảy
19
Ví dụ 10.2. Vận chuyển trầm tích tổng cộng do sóng và dòng chảy
Ví dụ 10.3. Vận chuyển dọc bờ
Các bảng
Bảng 1. Giải thích ứng suất trợt tại đáy và các tham số liên quan
Bảng 2. Những ký hiệu đợc sử dụng trên những Bản đồ Hàng hải Vơng quốc
Anh để mô tả đáy biển
Bảng 3. Những số đo cho các hỗn hợp cát - nớc
Bảng 4. Chuyển đổi giữa các số đo đối với những hỗn hợp cát - nớc
Bảng 5. Độ xốp của những đáy cát tự nhiên
Bảng 6. Độ thấm của những đáy cát
Bảng 7. Các giá trị trung bình của Z

0
và C
100
đối với các loại đáy khác nhau
Bảng 8. Phân tích sai số việc làm khớp phơng trình (59)-(62)
Bảng 9. Các hệ số làm khớp đối với các mô hình lớp biên do sóng và dòng chảy
Bảng 10. Các giá trị của hệ số ma sát f
w
và hệ số ma sát C
D
theo các mô hình
khác nhau
Bảng 11. So sánh các dự báo vận tốc chìm lắng
Các hình vẽ
Hình 1. Sơ đồ a) các quá trình vận chuyển trầm tích biển, và b) mặt phẳng
vuông góc với dòng chảy để xác định suất vận chuyển trầm tích
Hình 2. Mật độ nớc
Hình 3. Độ nhớt động học của nớc
Hình 4. Biểu đồ chuyển đổi những đơn vị phi thành m và mm
Hình 5. Ví dụ phân bố kích thớc hạt
Hình 6. Phân loại những mẫu trầm tích trên sơ đồ Folk chữ nhật
Hình 7. Độ thấm theo độ xốp
Hình 8. Biến đổi theo độ sâu của vận tốc dòng chảy thuỷ triều
Hình 9. Ma sát đối với dòng chảy ổn định trên đáy phẳng không biến động và
đáy biến động
Hình 10. Hệ số cản C
D
là hàm của độ nhám tơng đối. So sánh các biểu thức
khác nhau
Hình 11. Phổ JONSWAP và Pierson-Moskowitz

Hình 12. Biểu đồ rời rạc chỉ ra sự phân bố liên hệ của H
s
và T
z

Hình 13. Quan hệ phân tán sóng
Hình 14. Vận tốc đáy đối với sóng đơn điệu và sóng ngẫu nhiên
20
Hình 15. Biến thiên của hệ số ma sát sóng f
w
với đờng đi quỹ đạo đáy tơng đối
A/z
0

Hình 16. Sơ đồ tơng tác phi tuyến của ứng suất trợt tại đáy do sóng và do
dòng chảy
Hình 17. So sánh giữa 8 mô hình dự báo ứng suất trợt tại đáy trung bình và
lớn nhất do sóng kết hợp với dòng chảy
Hình 18. Ngỡng vận tốc dòng chảy đối với chuyển động trầm tích do dòng chảy
ổn định
Hình 19. Ngỡng của vận tốc quỹ đạo đối với chuyển động của trầm tích do sóng
Hình 20. Ngỡng chuyển động của trầm tích dới tác động sóng và/hoặc dòng
chảy
Hình 21. Ngỡng ứng suất trợt tại đáy đối với chuyển động của hạt thạch anh
có đờng kính sàng d
Hình 22. Ngỡng chuyển động trên đáy dốc: a) độ dốc hớng dọc, b) độ dốc
hớng ngang, c) độ dốc tổng quát - dòng chảy tạo góc với độ dốc có góc
Hình 23. Các loại đáy gồ ghề: a) gợn cát do dòng chảy b) gợn cát do sóng c) sóng
cát/ đụn cát d) doi ngăn sóng
Hình 24. Các công thức đối với độ cao sóng cát

Hình 25. Dịch chuyển sóng cát trong cửa sông Taw - khảo sát đáy hàng ngày
Hình 26. Vận tốc chìm lắng của hạt cát (hình vẽ tổng hợp)
Hình 27. Vận tốc chìm lắng của hạt thạch anh có đờng kính sàng d với nồng độ
thấp trong nớc tĩnh
Hình 28. Phân bố nồng độ trầm tích lơ lửng a) so sánh 3 công thức, b) biến đổi
kích thớc hạt và vận tốc dòng chảy
Hình 29. Suất vận chuyển dòng di đáy đối với cát/ cuội sỏi cho dòng chảy ổn
định
Hình 30. Các công thức vận chuyển trầm tích chỉ do dòng chảy
Hình 31. Vận chuyển trầm tích do sóng cộng với dòng chảy
Hình 32. Nguyên lý của động lực hình thái
Hình 33. Những đóng góp bởi tổ hợp sóng và dòng chảy cho vận chuyển trầm
tích trung bình dài hạn