HÌNH THÁI BỜ BIỂN - CHƯƠNG 2

SÓNG, MỰC NƯỚC VÀ DÒNG CHẢY2.1 GIỚI THIỆUVan der Velden (1998) đã viết rằng, nếu biển lúc nào cũng hiền hòa và phẳng lặng thì các nghiên cứu về biển sẽ chẳng còn gì thú vị nữa. Thật may là trong tự nhiên không phải là thế, mực nước biển luôn dao động theo các thời đoạn dài, ngắn khác nhau một cách thường xuyên và theo các quy luật phức tạp khiến cho biển cả trở nên thật bí ẩn và các nghiên cứu về biển thật thú vị và đáng quan tâm. Sóng hình thành từ gió...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
HÌNH THÁI BỜ BIỂN - CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2 SÓNG, MỰC N Ư ỚC VÀ DÒNG CHẢY 2.1 GIỚI THIỆU Van der Velden (1998) đã viết rằng, nếu biển lúc nào cũng hiền hòa và phẳng lặngthì các nghiên cứu về biển sẽ chẳng còn gì thú vị nữa. Thật may là trong tự nhiênkhông phải là thế, mực nước biển luôn dao động theo các thời đoạn dài, ngắn khácnhau một cách thường xuyên và theo các quy luật phức tạp khiến cho biển cả trở nênthật bí ẩn và các nghiên cứu về biển thật thú vị và đáng quan tâm. Sóng hình thành từ gió (gọi tắt là sóng gió) là một tác nhân quan trọng có tác dụngtruyền năng lượng từ gió qua đại dương tới bờ biển. Khi tới vùng nước nông, nănglượng sóng chuyển thành dòng chảy dọc bờ và gây nên hiện tượng vận chuyển bùn cátven bờ. Sự hình thành sóng từ gió phụ thuộc vào tốc độ gió và thời gian gió thổi vàphạm vi không gian có gió thổi. Sóng hình thành trong vùng có bão được gọi là sóngbão và chúng thường rất phức tạp. Tại một thời điểm, có rất nhiều chiều cao sóng khácnhau, sóng dường như xuất hiện đột ngột và biến mất đột ngột. Sở dĩ mà sóng bãophức tạp như vậy là do bão không chỉ đơn giản tạo nên một loại sóng mà là tạo nêntoàn bộ phổ sóng với một dải các giá trị chu kỳ và chiều cao sóng khác nhau. Tuy vậy,khi sóng di chuyển ra khỏi vùng có bão thì chúng lại trở nên đều đặn và phát triểnthành sóng lừng, (swell wave), đây là các sóng có chiều cao và khoảng cách giữa cácđỉnh sóng đồng đều nhau. Ở trạng thái đều đặn này, một con sóng có thể nối tiếp cáccon sóng đơn khác trên một quãng đường dài đáng kể khi chúng lan truyền qua đạidương. Sóng lừng có vai trò truyền năng lượng qua đại dương tới bờ biển, tại đó cácsóng bị vỡ do ảnh hưởng của ma sát đáy và giải phóng năng lượng mà nó mang theotrong vùng sóng vỡ. Các kiến thức cơ bản và cụ thể về lý thuyết sóng gió đã được trình bày trong giáotrình “Sóng gió” được biên soạn cho sinh viên năm thứ 3, giáo trình này sẽ không nhắclại các kiến thức đó. Chương 2 sẽ chỉ giới thiệu một cách tóm tắt về lý thuyết sóngbiên độ nhỏ, tuyến tính của Airy, giới thiệu các tính toán, mô tả các thông số sóng cóliên quan trực tiếp tới hiện tượng vận chuyển bùn cát và diễn biến bờ biển. Những kháiniệm cơ bản về mực nước và dòng triều có liên quan tới hình thái bờ biển cũng sẽđược giới thiệu trong chương này 2.2 LÝ THUYẾT SÓNG TUYẾN TÍNH CỦA AIRY Để hiểu được chuyển động của sóng khi truyền qua đại dương sau khi thoát ly khỏinơi hình thành và sự biến đổi các tham số sóng khi nó đi vào vùng nước nông gần bờ, 18thì việc biểu diễn toán học các phương trình tương quan dự tính tốc độ chuyển động vàsự thay đổi chiều cao sóng theo độ sâu, các phương trình biểu thị năng lượng sóng là rấtcần thiết. Trong tính toán vận chuyển bùn cát và diễn biến đường bờ, các thông số sóngcơ bản và các phương trình mô tả quỹ đạo chuyển động, vận tốc của các chất điểm nướctrong sóng là đặc biệt quan trọng. Các lý thuyết sóng áp dụng trong tính toán có nhiều loại khác nhau, từ lý thuyết sóngtuyến tính tương đối đơn giản của Airy tới lý thuyết sóng phức tạp của Cnoidal. Tuynhiên, do tính chất phức tạp của sóng và cơ chế vận chuyển bùn cát cũng như mối tươngtác giữa các yếu tố sóng, dòng chảy và bùn cát mà khó có thể biểu diễn toán học đượccác tương quan này thông qua các lý thuyết sóng phức tạp. Ở đây sẽ nhấn mạnh tới việcứng dụng L ý thuyết Sóng Tuyến tính của Airy, lý thuyết được áp dụng tại vùng nướcsâu, các tương quan toán học tương đối đơn giản, để mô tả chuyển động của sóng. Dotính chất phức tạp mà lý thuyết sóng Cnoidal ít nhận được sự quan tâm và ít được ứngdụng rộng rãi trong thực tiễn mặc dù đây là một lý thuyết sóng có khả năng ứng dụng rấtrộng. CÁC GIẢI THIẾT CƠ BẢN VÀ ĐẶC TRƯNG SÓNG Hình dạng, vận tốc và sự chuyển động của các chất điểm nước khi kết hợp với nhaucủa một chuỗi sóng đơn là rất phức tạp; chúng sẽ trở nên phức tạp nữa khi ở ngoài thựctế, tức là trên mặt biển, nơi có vô số các sóng có kích thước, tần số và hướng truyềnsóng khác nhau cùng có mặt. Như đã nêu ở trên, lý thuyết sóng đơn giản nhất mô tảchuyển động của sóng là lý thuyết của Airy, hay còn được gọi là lý thuyết sóng tuyếntính vì lý thuyết này đã sử dụng một số giản thiết nhằm tuyến tính hóa các đặc trưngsóng. Lý thuyết này đã dựa vào các giả thiết như sau: trong môi trường chất lỏng khôngnén được (giả thiết này tương đối hợp lý), chất lỏng không tham gia chuyển động quay(giả thiết này nhằm ám chỉ rằng coi môi trường nước không có tính nhớt, tuy khônghoàn toàn đúng trong thực tế nhưng các sai số xuất phát từ giải thiết này là có thể chấpnhận được), trên một bề mặt đáy không thấm nước ( không hoàn toàn đúng trong thựctế) và xét các sóng có biên độ nhỏ (tuy đây không phải là giả thiết tốt nhưng kết quả tínhtoán khá phù hợp với thực tế trong trường hợp sóng không quá lớn). Cho tới nay, lý thuyết sóng đơn giản nhất, lý thuyết của Airy, vẫn có thể sử d ...