Động lực học cát biển - Chương 4: sóng

Sóng đóng vai trò chủ đạo trong việc khuấy trầm tích lên khỏi đáy biển, cũng như tạo ra các dòng chảy chuyển động ổn định như dòng chảy dọc bờ, dòng sóng dội, vận tốc vận chuyển khối lượng (hoặc phun trào) làm cho trầm tích vận chuyển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động lực học cát biển - Chương 4: sóng Ch¬ng 4. Sãng4.1. Tæng quan Sãng ®ãng vai trß chñ ®¹o trong viÖc khuÊy trÇm tÝch lªn khái ®¸y biÓn, còngnh t¹o ra c¸c dßng ch¶y chuyÓn ®éng æn ®Þnh nh dßng ch¶y däc bê, dßng sãng déi,vËn tèc vËn chuyÓn khèi lîng (hoÆc phun trµo) lµm cho trÇm tÝch vËn chuyÓn. SùbÊt ®«Ý xøng cña vËn tèc díi ®Ønh sãng vµ ch©n sãng lµ mét nguån kh¸c cña vËnchuyÓn trÇm tÝch rßng. Sãng cã thÓ ph¸t sinh do hiÖu øng cña giã ®Þa ph¬ng thæitrªn biÓn víi mét kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh gäi lµ ®µ giã vµ thêi gian t¸c ®éng; hoÆc dosãng lõng, ph¸t sinh tõ nh÷ng trËn b·o ë xa vµ thêng cã chu kú dµi h¬n vµ Ýt ph¸ttriÓn vÒ chu kú vµ híng so víi sãng biÓn ph¸t sinh côc bé. MÆc dÇu hÇu hÕt c¸c nçlùc tËp trung vµo viÖc hiÓu biÕt vµ c¸c hiÖu øng cña sãng biÓn ph¸t sinh côc bé,thµnh phÇn sãng lõng dÔ dµng xuyªn s©u tËn ®¸y biÓn vµ cã thÓ ®ãng vai trß quanträng trong ®éng lùc häc trÇm tÝch.4.2. §é cao sãng vµ chu kú sãng KiÕn thøc Lo¹i ®¬n gi¶n nhÊt cña sãng giã lµ sãng ®¬n ®iÖu (hoÆc ®Òu, hoÆc tÇn sè ®¬n), cãgi¸ trÞ ®é cao sãng H, vµ chu kú sãng T duy nhÊt, c¸c sãng ®ång nhÊt víi nhau. NÕusãng cã ®é cao rÊt nhá so víi ®é dµi cña nã (môc 4.3), nã xÊp xØ rÊt tèt víi dao ®éngh×nh sin cña mùc níc vµ vËn tèc quü ®¹o (môc 4.4) vµ c¸c thuéc tÝnh cña nã ®îccho bëi lý thuyÕt sãng tuyÕn tÝnh (vÝ dô xem Sleath, 1984). Sãng ®¬n ®iÖu thêng®îc sö dông trong c¸c m¸ng thÝ nghiÖm v× sù ®¬n gi¶n, vµ trong c¸c dÉn xuÊt lýthuyÕt vÒ vËt lý/ to¸n häc cã xÐt ®Õn øng suÊt trît t¹i ®¸y vµ trÇm tÝch. C¸c sãnglõng phï hîp kh¸ tèt víi c¸c sãng ®¬n ®iÖu. C¸c sãng tù nhiªn kh«ng ®Òu, hoÆc ngÉu nhiªn trong biÓn bao gåm phæ ®é cao,chu kú vµ híng sãng. Phæ tÇn sè S() cho ta ph©n bè n¨ng lîng sãng lµ mét hµmcña tÇn sè gãc  = 2/T. Phæ ®o ®îc trong biÓn cã thÓ xÊp xØ b»ng nhiÒu d¹ng b¸nkinh nghiÖm kh¸c nhau. Chóng phï hîp víi sãng ph¸t sinh côc bé, vµ c¸c sãng lõngcã thÓ xem xÐt nh mét ®ãng gãp bæ sung ë tÇn sè thÊp. Hai d¹ng ®îc sö dông réngr·i nhÊt lµ phæ Pierson-Moskowitz ¸p dông cho sãng ph¸t triÓn hoµn toµn trong nícs©u, vµ phæ JONSWAP cã ®Ønh nhän vµ ¸p dông cho sãng ®ang ph¸t triÓn trongvïng níc thÒm lôc ®Þa (h×nh 11). C¶ 2 phæ ®îc m« t¶ b»ng c¸c ph¬ng tr×nh sau®©y ®èi víi ®é cao sãng cã nghÜa Hs (xem môc tiÕp theo) vµ tÇn sè gãc p t¹i ®Ønh phæ: 67 H×nh 11. Phæ JONSWAP vµ Pierson-Moskowitz 4  5    2 4 H  p     /  p  S    B s  5 exp    (45a)  4  p  4     2        exp  1    1  . (45b)  p   p   2 2      B = 5,  = 1 §èi víi Pierson-Moskowitz B = 3,29,  = 3,3 §èi víi JONSWAP   0,07 víi    p   0,09 víi    p C¸c phæ Bretschneider, ITTC vµ ISSC lµ nh÷ng phiªn b¶n kh¸c, tÊt th¶y cã d¹ngnh phæ Pierson-Moskowitz. Phæ JONSWAP lµ thÝch hîp nhÊt ®èi víi môc ®Ých vËn 68chuyÓn trÇm tÝch, v× nã ¸p dông cho c¸c ®é s©u h÷u h¹n, n¬i sãng ‘c¶m nhËn’ ®îc®¸y, vµ do ®ã trÇm tÝch ‘c¶m nhËn’ ®îc sãng. H×nh 12. BiÓu ®å rêi r¹c chØ ra sù ph©n bè liªn hÖ cña Hs vµ Tz (in l¹i tõ Drapper, 1991, ®îc phÐp cña Her Majesty’s Stationary Office) C¸c sãng tù nhiªn hÇu hÕt ®îc m« t¶ chØ b»ng ®é cao sãng cã nghÜa Hs vµ chukú trung b×nh Tm cña chóng. Chóng ®îc x¸c ®Þnh tõ moment bËc kh«ng m0 vµmoment bËc hai m2 cña phæ: Hs = 4m01/2 (46a) Tm = (m0 /m2 )1/2 . (46b) Moment m0 lµ biÕn thiªn mùc níc. Ngo¹i trõ vïng sãng ®æ, c¸c ®¹i lîng nµy hÇu hÕt ®ång nhÊt víi c¸c ®Þnh nghÜatríc ®©y xuÊt ph¸t tõ viÖc híng dÉn ph©n tÝch c¸c b¶n ghi sãng b»ng c¸ch ®Õmsãng, H1/3 ( Hs) = ®é cao trung b×nh cña 1/3 sãng lín nhÊt, Tz ( Tm) = chu kú sãngc¾t kh«ng. C¸c ®¹i lîng ®îc sö dông phæ biÕn nhÊt lµ Hs vµ Tz, vµ chóng sÏ ®îc södông tæng qu¸t ë ®©y. Mét sè ®o h÷u Ých kh¸c cña ®é cao sãng lµ ®é cao sãng c¨n bËc hai trung b×nhb×nh ph¬ng Hrms, c¨n bËc hai cña nã lµ sè ®o trung b×nh tèt cho n¨ng lîng sãng. 69 Lo¹i trõ gÇn vïng sãng ®æ, nã liªn hÖ víi Hs b»ng quan hÖ: H rms  H s / 2 . SC (47) Mét sè ®o kh¸c cña chu kú sãng lµ chu kú ®Ønh, Tp= 2 /  p , lµ sè nghÞch ®¶o cñatÇn sè mµ t¹i ®ã n¨ng lîng lín nhÊt trong phæ sãng xuÊt hiÖn. Quan hÖ gi÷a Tp vµTz hoÆc Tm ®îc cho vÒ mÆt lý thuyÕt ®èi víi mçi d¹ng phæ nh sau: Pierson-Moskowitz: Tz= 0,710Tp. (48a) JONSWAP: Tz= 0,781Tp . SC (48b) H×nh 13. Quan hÖ ph©n t¸n sãng Sù tr¶i réng híng cña sãng, s¶n sinh sãng ®Ønh ng¾n, ®îc xÐt ®Õn ®¬n gi¶nnhÊt b»ng c¸ch nh©n phæ kh«ng híng (ph¬ng tr×nh (45a)) víi hµm më réngAcos2n  , trong ®ã  lµ híng so víi hí ...