Quá trình Phát tán vật chất trong các cửa sông và vùng nước ven bờ ( ĐH khoa học tự nhiên ) - Chương 8

Nghiên cứu những hệ thống xáo trộn mạnh8.1 Giới thiệu Trong Chương 4 đã chỉ ra rằng sự pha loãng một chất trong môi trường biển được thúc đẩy bởi tác động của rối; sự pha loãng như vậy được coi như xáo trộn khuếch tán. Tuy vậy, Chương 5 đã giải thích phát tán trượt, trong đó những biến đổi vận tốc theo không gian làm tăng diện tích mặt nước mà qua đó xáo trộn khuếch tán có thể tác động, có thể định lượng ra sao. Trong các cửa sông và vùng nước ven bờ, vận...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Quá trình Phát tán vật chất trong các cửa sông và vùng nước ven bờ ( ĐH khoa học tự nhiên ) - Chương 8 Ch¬ng 8. Nghiªn cøu nh÷ng hÖ thèng x¸o trén m¹nh8.1 Giíi thiÖu Trong Ch¬ng 4 ®· chØ ra r»ng sù pha lo·ng mét chÊt trong m«i trêng biÓn ®îcthóc ®Èy bëi t¸c ®éng cña rèi; sù pha lo·ng nh vËy ®îc coi nh x¸o trén khuÕch t¸n.Tuy vËy, Ch¬ng 5 ®· gi¶i thÝch ph¸t t¸n trît, trong ®ã nh÷ng biÕn ®æi vËn tèc theokh«ng gian lµm t¨ng diÖn tÝch mÆt níc mµ qua ®ã x¸o trén khuÕch t¸n cã thÓ t¸c ®éng,cã thÓ ®Þnh lîng ra sao. Trong c¸c cöa s«ng vµ vïng níc ven bê, vËn tèc thêng biÕn ®æitheo ®é s©u vµ theo híng vu«ng gãc víi dßng ch¶y, vµ ph¸t t¸n trît thêng lµ c¬ chÕ uthÕ hç trî sù pha lo·ng. T¹i ®iÓm nµy nªn tãm t¾t l¹i bèn khÝa c¹nh chÝnh cña ph¸t t¸ntrît ®· ®îc lµm s¸ng râ trong Ch¬ng 5. Nh÷ng ®iÒu ®ã lµ: 1. Trong dßng ch¶y æn ®Þnh víi sù x¸o trén t¬ng ®èi nhanh, ®é lín ph¸t t¸n nh¹yc¶m ®èi víi ph©n bè vËn tèc. 2. NÕu hÖ thèng cã giíi h¹n, vÝ dô bëi mÆt níc vµ ®¸y biÓn, th× ph¸t t¸n tû lÖ nghÞchvíi hÖ sè khuyÕch t¸n th¼ng ®øng. 3. Khi chØ mét biªn h¹n chÕ x¸o trén, vÝ dô mÆt níc, ph¸t t¸n tû lÖ thuËn víi hÖ sèkhuyÕch t¸n th¼ng ®øng. 4. Trong dßng ch¶y nhiÔu ®éng (thñy triÒu), ph¸t t¸n phô thuéc vµo møc ®é x¸o trénrèi so víi møc ®é biÕn d¹ng ph¸t sinh bëi sù trît. §Ó hiÓu vµ ®Þnh lîng møc ®é ph¸t t¸n trong c¸c cöa s«ng vµ níc ven bê, ®ßi háikiÕn thøc cho c¶ trît vËn tèc lÉn x¸o trén rèi. V× nh÷ng yÕu tè nµy cã vÎ biÕn ®æi trªnmét khu vùc vµ thay ®æi theo thêi gian øng víi khi triÒu xuèng vµ triÒu lªn, viÖc nhËn®îc mét hiÓu biÕt nh vËy ®Æt ra mét th¸ch thøc ®¸ng kÓ. T×nh huèng cßn phøc t¹p h¬në chç trît vµ rèi kh«ng ph¶i lµ nh÷ng qu¸ tr×nh ®éc lËp - khi lÊy trung b×nh hoÆc thêigian khuyÕch t¸n dµi ra, nh÷ng chuyÓn ®éng ®· lµ mét phÇn cña t¸c ®éng trît nay trëthµnh mét phÇn cña rèi. H¬n n÷a, nh ®· thÊy trong Ch¬ng 3, rèi vËn chuyÓn c¶ ®énglîng lÉn khèi lîng víi møc ®é kh¸c víi møc ®é ph©n tÇng cña dßng ch¶y. Ch¬ng nµy kh¶o s¸t nh÷ng qu¸ tr×nh ph¸t t¸n trong níc x¸o trén m¹nh, trong®ã nh÷ng hiÖu øng ph©n tÇng phøc t¹p cã thÓ bá qua. Tham kh¶o nh÷ng kÕt qu¶ thùcnghiÖm trong m«i trêng biÓn vµ gi¶i thÝch chóng trªn c¬ së nh÷ng kh¸i niÖm lý thuyÕt®· ph¸c th¶o trong nh÷ng Ch¬ng 4 vµ 5. Hai ch¬ng sau ®Ò cËp ®Õn sù ph¸t t¸n trongnh÷ng dßng ch¶y cßn qu¸ xa ®Ó ®ång nhÊt; Ch¬ng 9 xÐt nh÷ng hÖ thèng hoµn toµn ph©ntÇng vµ Ch¬ng 10 xÐt nh÷ng hÖ thèng ®îc ph©n lo¹i nh ph©n tÇng mét phÇn. Sùph©n chia m«i trêng biÓn nh vËy lµ h¬i tuú tiÖn vµ cã mét sè dù ®Þnh ®Ó ®Þnh lîng sùbiÕn thiªn tÝnh æn ®Þnh trong cöa s«ng. Bëi vËy, ch¬ng nµy b¾t ®Çu víi mét tæng quan 229ng¾n gän vÒ kü thuËt ph©n lo¹i cöa s«ng ®îc ¸p dông cho ®Õn nay. Nh÷ng ®iÒu kiÖn x¸otrén m¹nh phô thuéc vµo rèi, hoÆc ph¸t sinh t¹i ®¸y biÓn hoÆc bëi t¸c ®éng giã/sãng trªnmÆt biÓn, vµ phÇn cßn l¹i cña ch¬ng nµy kh¶o s¸t sù ph¸t t¸n xuÊt hiÖn tõ c¸c nguyªnnh©n ban ®Çu nµy.8.2 Kü thuËt ph©n lo¹i cöa s«ng Kh«ng kh¸c thêng ®Ó nhËn ra r»ng nh÷ng hÖ thèng ®¹i d¬ng n»m gi÷a nh÷ngcùc trÞ cña x¸o trén m¹nh vµ ph©n tÇng. Trong mét vµi trêng hîp, sù ph©n tÇng t¹i métvÞ trÝ ®Æc trng cã thÓ biÕn ®æi gi÷a nh÷ng giíi h¹n nµy trong mét chu kú ®· cho, cho nªn,vÝ dô cét níc t¬ng ®èi ®ång nhÊt t¹i mét thêi gian trong chu kú thñy triÒu vµ hoµn toµnph©n tÇng t¹i thêi gian kh¸c. TÝnh biÕn thiªn nh vËy kh«ng bÞ h¹n chÕ ®èi víi nh÷ngthay ®æi theo thêi gian chu kú thñy triÒu. T¹i mét vÞ trÝ ®· cho, nh÷ng biÕn ®æi tÝnh æn®Þnh cã thÓ xuÊt hiÖn tõ nh÷ng thay ®æi do sù nãng lªn hµng ngµy bëi bøc x¹ mÆt trêi,nh÷ng thay ®æi cêng ®é dßng ch¶y trong kú triÒu cêng/yÕu, hoÆc thËm chÝ nh÷ng thay®æi hµng ngµy/tõng mïa cña nguån níc ngät nhËp vµo cöa s«ng hoÆc vïng ven bê.Nh÷ng hÖ thèng, vÒ trung b×nh, n»m gi÷a nh÷ng cùc trÞ cña æn ®Þnh ®îc m« t¶ nhph©n tÇng mét phÇn; chóng quan träng theo quan ®iÓm ph¸t t¸n bëi v× chóng t¬ng ®èitæng qu¸t. Cã mèi quan t©m tõ l©u trong viÖc ph©n lo¹i cöa s«ng theo c¸c kiÓu ®Æc trng, dùavµo viÖc m« t¶ nh÷ng qu¸ tr×nh vËt lý, hãa häc hoÆc sinh häc ®i cïng chóng. B»ng c¸chnµy cã thÓ nãi, liÖu cã ph¶i nh÷ng qu¸ tr×nh trong mét cöa s«ng lµ t¬ng ®ång víi nh÷ngqu¸ tr×nh t¬ng ®¬ng trong mét cöa s«ng cïng kiÓu hay kh«ng. Trong khi thiÕu mét sèbiÖn ph¸p ®Ó ph©n lo¹i cöa s«ng, viÖc so s¸nh nh÷ng hÖ thèng trë nªn tuú tiÖn h¬n. Tho¹ttiªn, sù ph©n biÖt nh÷ng lo¹i cöa s«ng kh¸c nhau lµ thuÇn tóy m« t¶, quy vÒ ®Þa m¹o (tøclµ h×nh d¹ng ®¸y) vµ nh÷ng ®Æc trng cña cét níc (Pritchard, 1952). Tuy nhiªn, ®Ó sos¸nh nh÷ng qu¸ tr×nh vËt lý trong nh÷ng lo¹i cöa s«ng kh¸c nhau, ®· cã nh÷ng nç lùc ®Ós¾p ®Æt mét ph¬ng ph¸p ph©n lo¹i mang tÝnh ®Þnh lîng h¬n. Mét c¸ch tiÕp cËn lµ x¸c®Þnh cöa s«ng díi d¹ng mét sè phi thø nguyªn - vÝ dô sè cöa s«ng EN (Turner, 1973: tr.158) x¸c ®Þnh nh pt F 2 (8.1) EN  RTtrong ®ã Pt lµ thÓ tÝch l¨ng trô thñy triÒu (tøc lµ thÓ tÝch cña níc biÓn ®i vµo cöa s«ngkhi triÒu lªn), F = u0/ (gd)1/2 lµ sè Froude b×nh thêng, u0 lµ vËn tèc thñy triÒu trung b×nhvµ d lµ ®é s©u thñy triÒu trung b×nh, R lµ lu lîng thÓ tÝch nhËp vµo cña s«ng vµ T lµchu kú thñy triÒu. §· ®¸nh gi¸ r»ng sù ph©n chia gi÷a ®iÒu kiÖn ph©n tÇng vµ ®iÒu kiÖnx¸o trén m¹nh xuÊt hiÖn khi EN n»m tõ 0,03 ®Õn 0,3, nh÷ng gi¸ trÞ lín h¬n cña EN t¬ngøng víi t×nh huèng sau. V× cÊu tróc mËt ®é cña mét cöa s«ng cã thÓ thay ®æi ®¸ng kÓ trong thêi gian métchu kú thñy triÒu, nh÷ng nç lùc sím nhÊt ®Ó ®Þnh lîng sù kh¸c nhau gi÷a c¸c cöa s«ng®· sö dông vËn tèc trung b×nh thñy triÒu liªn quan ®Õn nguån níc ngät nhËp vµo hÖthèng vµ hoµn lu d th¼ng ®øng (Hansen vµ Rattray, 1966). Nh ...