Động lực học cát biển - Chương 11: động lực hình thái và xói lở

Nghiên cứu các biến đổi theo thời gian của hình dạng đáy sông, cửa sông hoặc biển gọi là động lực hình thái. Khi các biến đổi phát sinh do sự có mặt của một vật thể hoặc công trình, quá trình nói đến xói lở.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động lực học cát biển - Chương 11: động lực hình thái và xói lở Ch¬ng 11. ®éng lùc h×nh th¸i vµ xãi lë11.1. M« h×nh ho¸ ®éng lùc h×nh th¸i KiÕn thøc Nghiªn cøu c¸c biÕn ®æi theo thêi gian cña h×nh d¹ng ®¸y s«ng, cöa s«ng hoÆcbiÓn gäi lµ ®éng lùc h×nh th¸i. Khi c¸c biÕn ®æi ph¸t sinh do sù cã mÆt cña mét vËtthÓ hoÆc c«ng tr×nh, qu¸ tr×nh nãi ®Õn xãi lë. LÜnh vùc chñ yÕu nãi chung cña ®énglùc h×nh th¸i vµ xãi lë chØ ®Ò cËp kh¸i qu¸t trong híng dÉn nµy, v× ®©y lµ chñ ®Ò línvµ phøc t¹p, sÏ ®îc thÓ hiÖn chi tiÕt h¬n trong c¸c tµi liÖu chuyªn ®Ò. Mét trong c¸c lý do tæng qu¸t nhÊt cÇn thiÕt ®¸nh gi¸ vËn chuyÓn c¸t lµ chophÐp thùc hiÖn dù b¸o c¸c khu vùc båi tô hoÆc xãi lë (vµ tèc ®é cña chóng) t¹i méttuyÕn cöa s«ng hoÆc bê biÓn. Nã ®îc thùc hiÖn b»ng ph¬ng ph¸p ph¬ng tr×nhnguån trÇm tÝch, mµ ®èi víi c¸c øng dông mét chiÒu cã thÓ viÕt nh sau:  1  q B  (140)  D  E   1    x x   = cao ®é ®¸y, so víi mùc quy chiÕutrong ®ã x = to¹ ®é ngang t = thêi gian  = ®é xèp ®¸y qb= suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch trÇm tÝch di ®¸y theo híng x d¬ng D = suÊt båi tô, ®îc biÓu thøc b»ng thÓ tÝch c¸c h¹t trÇm tÝch l¾ng®äng tõ tr¹ng th¸i l¬ löng xuèng mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ®¸y trªn ®¬n vÞ thêi gian E = suÊt xãi lë, ®îc biÓu thÞ b»ng thÓ tÝch c¸c h¹t trÇm tÝch bÞ xãi lªntr¹ng th¸i l¬ löng tõ mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ®¸y trªn ®¬n vÞ thêi gian. Qu¸ tr×nh biÓu thÞ b»ng ph¬ng tr×nh (140) ®îc minh ho¹ trong h×nh 32, ®èi víitrêng hîp chØ cã dßng di ®¸y. Trªn mét kho¶ng c¸ch lín (vÝ dô 100m) vµ thêi gianlín, ‘lîng tr÷’ cña trÇm tÝch l¬ löng thÓ hiÖn b»ng hiÖu sè (E-D) trong ph¬ng tr×nh(140) cã thÓ biÓu thÞ b»ng c¸ch thay thÕ suÊt dßng di ®¸y qb b»ng suÊt vËn chuyÓnvËn chuyÓn trÇm tÝch tæng céng qt, ®Ó cã ph¬ng tr×nh sau ®©y:  1 qt  (141) 1   x xtrong ®ã qt = suÊt vËn chuyÓn thÓ tÝch cña trÇm tÝch tæng céng (di ®¸y vµ l¬ löng)theo híng x d¬ng. 165 Sù phô thuéc cña qt vµo vÞ trÝ x vµ thêi gian t cã thÓ nhËn ®îc tõ mét trong c¸cc«ng thøc vËn chuyÓn trÇm tÝch cho trong Ch¬ng 10. Trong ph¹m vi 2 chiÒu ngang, ph¬ng tr×nh (141) cã thÓ viÕt ë d¹ng:  qtx qty   1   x  y  (142)   1  x  trong ®ã qtx, qty= c¸c thµnh phÇn cña suÊt vËn chuyÓn trÇm tÝch thÓ tÝch theo híngx, y d¬ng y = to¹ ®é ngang trùc giao víi x. H×nh 32. Nguyªn lý cña ®éng lùc h×nh th¸i §èi víi c¸c øng dông nh båi lÊp c¸c luång tµu n¹o vÐt hoÆc c¸c r·nh ®Ó ®Æt®êng èng vµ c¸p ngÇm, sù ph¸t t¸n c¸c ®èng ®Êt ®æ hoÆc c¸c ®èng tr÷ trÇm tÝch, cãthÓ thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n ®éng lùc h×nh th¸i b»ng gi¶i tÝch. Tuy nhiªn ®èi víi c¸ckhu vùc cöa s«ng vµ ven bê lín h¬n cÇn sö dông c¸c m« h×nh tÝnh to¸n. §iÒu c¬ b¶ncña c¸c m« h×nh nµy lµ h×nh d¹ng cña ®¸y thay ®æi theo tõng kho¶ng thêi gian ®Òu 166®Æn, trêng sãng, dßng ch¶y vµ vËn chuyÓn trÇm tÝch ®îc tÝnh to¸n l¹i víi ®Þa h×nhmíi. Qu¸ tr×nh nµy ®îc lÆp l¹i cho ®Õn hÕt thêi gian yªu cÇu. Cã 3 nhãm m« h×nh chÝnh cña m« h×nh sè trÞ ®éng lùc h×nh th¸i: M« h×nh b·i ph¼ng, tÝnh to¸n c¸c biÕn ®æi vÞ trÝ vµ h×nh d¹ng ®êng bê (vÝ dômùc níc tÜnh trung b×nh däc theo b·i) trong chu kú nhiÒu n¨m hoÆc hµng chôcn¨m. Mét chuçi dµi ®é cao sãng vµ híng sãng ®îc sö dông lµm ®Çu vµo. Chóng bÞkhóc x¹ tõ níc s©u ®Õn ®êng sãng ®æ, dÉn ®Õn c«ng thøc vËn chuyÓn trÇm tÝch däcbê nh c«ng thøc CERC t¹i mçi ®iÓm líi däc theo ®êng bê. Sù tiÕn hoÆc lïi cña®êng bê ®îc tÝnh to¸n t¹i mçi bíc thêi gian b»ng c¸ch tÝnh to¸n nguån trÇm tÝch(vËn chuyÓn ®Õn trõ ®i vËn chuyÓn ®i) cho mçi « n»m gi÷a c¸c ®iÓm líi. KÕt qu¶ chomét d¹ng míi cña ®êng bê. Qu¸ tr×nh ®îc lÆp l¹i cho ®Õn hÕt kho¶ng thêi gian cñachuçi sãng cho s½n. C¸c c¶i tiÕn bao gåm: sö dông c«ng thøc vËn chuyÓn phøc t¹ph¬n, ph©n bè vËn chuyÓn trªn vïng sãng ®æ vµ sö dông nhiÒu tuyÕn däc ®êng bêthay v× chØ mét tuyÕn. M« h×nh mÆt c¾t ven bê, m« t¶ mÆt c¾t b·i ngang bê theo mét ®êng vu«ng gãcvíi ®êng bê th¼ng hoÆc h¬i cong. Mét líi ®iÓm ®îc lÊy däc theo ®êng vu«ng gãc,sãng bÞ khóc x¹ tõ níc s©u, bÞ vì theo chØ tiªu sãng ®æ, vµ tiÕp tôc lan truyÒn quavïng sãng ®æ. Cã sù xem xÐt nµo ®ã vÒ biÕn ®éng øng suÊt vµ vËn tèc theo chiÒuth¼ng ®øng. TÝnh to¸n thùc hiÖn theo ph©n bè mÆt c¾t ®é cao sãng, níc d©ng, øngsuÊt trît t¹i ®¸y, sù bÊt ®èi xøng sãng, vËn tèc dßng sãng déi vµ suÊt vËn chuyÓntrÇm tÝch tæng hîp ngang bê (vÝ dô c«ng thøc Bailard). Thay ®æi h×nh d¹ng mÆt c¨tb·i t¹i mçi bíc thêi gian ®îc tÝnh to¸n theo nguån trÇm tÝch gi÷a c¸c ®iÓm líi. Nãcho ta h×nh d¹ng míi cña mÆt c¾t ®¸y th¼ng gãc víi bê. Qu¸ tr×nh lÆp l¹i cho tõng®iÒu kiÖn sãng tiÕp theo. C¸c c¶i tiÕn bao gåm: s¬ ®å sãng vì phøc t¹p h¬n, c«ng thøcvËn chuyÓn trÇm tÝch phøc t¹p h¬n, xÐt ®Õn vÞªc d©ng vµ rót mùc níc theo thuûtriÒu, xÐt ®Õn dßng ch¶y thuû triÒu vµ xÐt c¶ vËn chuyÓn trÇm tÝch däc bê còng nhngang bê. Nãi chung mét doi c¸t ch¾n sãng h×nh thµnh do sù héi tô cña vËn chuyÓntrÇm tÝch híng vµo bê tõ phÝa biÓn cña ®iÓm sãng vì do sù bÊt ®èi xøng sãng v ...