HÌNH THÁI BỜ BIỂN - CHƯƠNG 3

ĐỘNG LỰC HỌC BỜ BIỂN3.1 SÓNG VỠ VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG SÓNG VỠSóng tiếp nhận năng lượng từ gió, khi gió thổi trên mặt biển. Bão có thể truyền một lượng rất lớn năng lượng tạo thành sóng, các sóng này sau đó chuyển động hàng ngàn kilomét tới vùng bờ biển. Năng lượng sóng, được tích lũy trên một vùng bờ biển rộng, khi đi tới dải sóng vỡ ở gần bờ sẽ được giải phóng. Phần lớn năng lượng sóng sẽ tiêu tán do hiện tượng sóng vỡ xảy ra ở gần bờ, tại thời điểm...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
HÌNH THÁI BỜ BIỂN - CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 3 ĐỘNG LỰC HỌC BỜ BIỂN 3.1 SÓNG VỠ VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG SÓNG VỠ Sóng tiếp nhận năng lượng từ gió, khi gió thổi trên mặt biển. Bão có thể truyền mộtlượng rất lớn năng lượng tạo thành sóng, các sóng này sau đó chuyển động hàng ngànkilomét tới vùng bờ biển. Năng lượng sóng, được tích lũy trên một vùng bờ biển rộng,khi đi tới dải sóng vỡ ở gần bờ sẽ được giải phóng. Phần lớn năng lượng sóng sẽ tiêután do hiện tượng sóng vỡ xảy ra ở gần bờ, tại thời điểm sóng vỗ lên các vách đá hoặclên trên bãi biển cát. Đây là nguồn năng lượng quan trọng nhất, hơn tất cả các nguồnnăng lượng khác có tác dụng tới vùng bờ biển; và cũng là nguyên nhân chính tạo nêndòng chảy ở gần bờ và vận chuyển trầm tích; cũng như tham gia vào quá trình khốngchế sự diễn biến hình thái bờ biển. Chương 3 sẽ giới thiệu quá trình tiêu tán năng lượng sóng ở gần bờ. Chương này sẽxem xét hiện tượng sóng vỡ, các đặc trưng của sóng vỡ. Đặc biệt là sự hình thành dòngchảy do hiện tượng sóng vỡ trong vùng sóng đổ. Các hiện tượng phức tạp hơn có liênquan tới phân bố lưu tốc của dòng chảy dọc bờ trên chiều rộng của vùng sóng vỡ, vàphân bố lưu tốc của dòng chảy dọc bờ của một phổ sóng sẽ được giới thiệu. Phần cuốicủa chương 2 sẽ đánh giá sự tương tác giữa dòng chảy dọc bờ do sóng vỡ gây ra vớicác dao động mực nước ven bờ và ảnh hưởng của gió và thủy triều tới dòng chảy dọcbờ. CÁC DẠNG SÓNG VỠ K hi sóng chuy ển đ ộ ng t ới g ần b ờv à đ i vào vùng nướ c nông có đ ộ sâub ằng xấp x ỉ h ai l ần chi ều cao sóng, doả nh hưở ng c ủ a đ ị a hình đ áy, sóng trởn ên mấ t ổ n đ ịnh. Khi đ ỉnh sóng v ượ tqua chân sóng và mất cân bằng, sóngb ị đổ (hay còn g ọ i là sóng vỡ ), và tanthành hàng ngàn bong bóng nướ c vàbọ t khí (hình 3-1). Ngườ i ta thườ ngcho rằng, sóng v ỡ l à vì chúng b ị k éo Hình 3-1 Sóng vỡ dạng bổ nhào, mộttrên đ áy bi ể n cho đ ến khi chuyể n đ ộ ng dạng sóng vỡ trong tự nhiên, sóng bịh ướ ng v ề p hía trướ c b ị v ấp và đ ỉnh cuộn tròn và cuốn về phía trước.sóng đổ n hào xuố ng d ướ i. Trong th ự c t ếk hông đ úng nh ư v ậy. 56 Hình 3-2 Các dạng sóng đổ xảy ra Hình 3-3 Sóng vỡ trên bãi biển, hình ở gần bờ: sóng bạc đầu, sóng bổ dạng sóng được chụp lại bằng máy ảnh nhào, sóng vỗ bờ có tốc độ chụp nhanh trong phờng thí nghiệm. Mũi tên trên hình vẽ chỉ vị trí khi sóng bắt đầu vỡ C ác nghiên cứu thự c nghiệ m đượ c tiến hành vớ i đ iề u ki ện ma sát rất nhỏ v àcác nghiên c ứ u trên mô hình tính biến d ạng sóng đã ch ỉ r a r ằng, cùng vớ i mộ td ạng sóng vỡ nh ư nhau, các tính toán phân tích có th ể bỏ q ua thành ph ần ma sát. Thự c tế là, sóng vỡ khi mái trước sóng trở nên quá dốc, nhất là ở phần sát đỉnh sóng,do vận tốc chuyển động của các chất điểm nước tại đỉnh sóng lớn hơn vận chuyểnchuyển động của hình dạng sóng làm cho phần đỉnh dâng lên trước. Ba dạng sóng vỡ thông thường được thừa nhận (như hình 3-2) là sóng bạc đầu, sóngbổ nhào và sóng vỗ bờ (spilling, plunging, and surging). Sóng bạc đầu (spillingbreakers) là các sóng dựng đứng từ từ cho đến khi đỉnh sóng mất ổn định và đổ xuốngtạo thành đám bọt khí và bong bóng trắng xóa ở mặt trước sóng. Sóng bổ nhào(plunging breakers) là các sóng có mặt trước gần như thẳng đứng, mũi sóng cuộn lêntrên và đổ nhào về phía trước tạo thành một tấm màn nước (hình 3-1 và 3-2). Sóng vỗ 57bờ (surging breakers) dựng đứng như thể sắp đổ nhào, nhưng vì chân sóng vỗ vào tớimặt bãi thế nên đỉnh sóng bị đổ sập và biến mất ngay sau đó. Theo Galvin (1968) thì có 4 dạng sóng vỡ khác nhau (như hình 3-3), ngoài 3 dạngsóng đã được nêu ở trên thì còn một dạng sóng vỡ khác là sóng đổ (collapsing breaker),là dạng vỡ trung gian giữa sóng bổ nhào và sóng vỗ bờ. Trong thực tế các dạng sóng vỡxảy ra liên tục, dạng này nối tiếp dạng khác nên rất khó áp dụng kiểu phân loại này. Hơnthế nữa, trong cùng một ngày, khi quan sát trên bãi biển, thông thường có thể nhìn thấycác dạng sóng vỡ khác nhau, lúc là sóng bạc đầu, khi là sóng bổ nhào. Các dạng sóng vỡnày phụ thuộc vào chiều cao của từng con sóng và sự tương tác giữa sóng với đáy biểnnơi sóng vỡ. Nhìn chung, sóng bạc đầu (spilling breakers) hay có khuynh hướng xảy ra ở bờ biểncó độ dốc nhỏ trong điều kiện sóng có độ dốc lớn; sóng bổ nhào thường xuất hiện ởnhững bờ biển có bãi dốc và sóng có độ dốc trung bình; sóng vỗ bờ hay xảy ra ở bờ biểnrất dốc và độ dốc sóng nhỏ. Dựa trên cơ sở quan sát sóng vỡ trong máng sóng tại phòngthí nghiệm, Galvin (1968) đã dự đoán được gần đúng loại sóng vỡ căn cứ vào tỷ số (H0/L0S2) hay Hb/gT2S, trong đó chỉ số 0 nhằm chỉ các tham số sóng ở vùng nước sâu, Hb làchiều cao sóng vỡ, S là độ dốc của bãi biển. Khi tỷ số không thứ nguyên trên tăng, dạngsóng vỡ sẽ thay đổi từ sóng vỗ bờ đến sóng bổ nhào rồi sóng bạc đầu. Tỷ số trên đượcGalvin sử dụng bằng cách kết hợp độ dốc bãi S với tỷ số độ dốc sóng, được biểu biễnbằng biểu thức H0/L0 hoặc Hb/gT2 (trong đó L0 ≈ gT2/2π). Battjes (1974) đã sắp đặt lạitỷ số này thành dạng biểu thức với các tham số sóng nước sâu và gần bờ, tỷ số này saunày được gọi là chỉ số Iribarren - hay còn gọi là chỉ số sóng vỡ S Chỉ số sóng vỡ ở vùng nước sâu: ξ 0 = (3-1a) 1 ( H 0 / L0 ) 2 S Chỉ số sóng vỡ ở vùng sóng đổ: ξ b = (3-1b) ...