Xác định vận tốc lắng đọng của trầm tích cố kết theo phương pháp đường cong bán thực nghiệm

Vận tốc lắng đọng trầm tích là tham số quan trọng tác động đến tính chất của quá trình vận chuyển trầm tích. Bài viết trình bày xác định vận tốc lắng đọng của trầm tích cố kết theo phương pháp đường cong bán thực nghiệm.

Vietnam Journal of Marine Science and Technology; Vol 21, No 4; 2021: 481–491 DOI: https://doi.org/10.15625/1859-3097/15164 https://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst Calculating the settling velocity of cohesive sediment based on semiempirical method Le Nguyen Hoa Tien*, Vo Luong Hong Phuoc University of Science, Vietnam National University- Ho Chi Minh city, Vietnam * E-mail: lnhtien@hcmus.edu.vn Received: 26 December 2020; Accepted: 24 June 2021 ©2021 Vietnam Academy of Science and Technology (VAST) Abstract Settling velocity is an important parameter affecting the characteristics of sediment transport Especially for cohesive sediment in estuarine or mangrove areas, determination of settling velocity is extremely complex The study focuses on anlalyzing the relationship between settling velocity and sediment concentration Based on the empirical formulas of Hwang (1989) and experimental data of Mehta and Li (2003), the settling velocity by concentration is considered with variation of four parameters a, b, m and n The method is applied to calculate the settling velocity of cohesive sediment in Can Gio Biosphere Reserve, Ho Chi Minh city From collected sediment samples in fieldwork, the settling column test is used to determine settling velocities With 38 data of experimental settling velocity, the semi-empirical curve is determined The results show that the settling velocity in free settling is about 0.28 × 10-5 m/s; the maximum velocity is about 0.99 × 10-3 m/s corresponding to the maximum concentration of 4.7 kg/m3 The resulting values of a, b, m and n are 0.05; 3.5; and 3.2, respectively The results are reliable to real applications Keywords: Settling velocity, cohesive sediment, semi-empirical curve, settling column test, mangrove forests, Can Gio Citation: Le Nguyen Hoa Tien, Vo Luong Hong Phuoc, 2021 Calculating the settling velocity of cohesive sediment based on semi-empirical method Vietnam Journal of Marine Science and Technology, 21(4), 481–491 481 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển, Tập 21, Số 4; 2021: 481–491 DOI: https://doi.org/10.15625/1859-3097/15164 https://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst Xác định vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết theo phương pháp đường cong bán thực nghiệm Lê Nguyễn Hoa Tiên*, Võ Lương Hồng Phước Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam * E-mail: lnhtien@hcmus.edu.vn Nhận bài: 26-12-2020; Chấp nhận đăng: 24-6-2021 Tóm tắt Vận tốc lắng đọng trầm tích tham số quan trọng tác động đến tính chất q trình vận chuyển trầm tích Đặc biệt hạt trầm tích cố kết vùng bãi bồi cửa sông vùng rừng ngập mặn, việc xác định giá trị vận tốc lắng đọng trầm tích vô phức tạp Mối liên hệ vận tốc lắng đọng nồng độ trầm tích đề cập đến cơng trình Dựa nghiên cứu Hwang (1989) số liệu đo đạc thực nghiệm Mehta Li (2003), công thức thực nghiệm tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích theo nồng độ trầm tích với phụ thuộc vào bốn tham số đặc trưng a, b, m, n nghiên cứu Từ đó, cơng thức áp dụng để tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích vùng rừng ngập mặn Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh Từ mẫu trầm tích thu thập trường, cột chìm lắng phịng thí nghiệm sử dụng để xác định vận tốc lắng đọng trầm tích theo nồng độ Với 38 mẫu số liệu vận tốc lắng đọng trầm tích thu được, đường cong bán thực nghiệm mơ mối liên hệ vận tốc lắng đọng nồng độ trầm tích xác định Kết cho thấy giá trị vận tốc lắng đọng trầm tích vùng chìm lắng tự khoảng 0,28 × 10-5 m/s; giá trị vận tốc lắng đọng trầm tích cực đại đạt 0,99 × 10-3 m/s ứng với nồng độ cực đại 4,7 kg/m3 Các giá trị a, b, m, n là: a = 0,05; b = 3,5; m = 3; n = 3,2 Kết thu phù hợp với điều kiện thực tế đáng tin cậy Từ khóa: Vận tốc lắng đọng, trầm tích cố kết, đường cong bán thực nghiệm, thí nghiệm cột chìm lắng, rừng ngập mặn, Cần Giờ GIỚI THIỆU Vận tốc lắng đọng Ws vận tốc cuối hạt trầm tích riêng lẻ lắng đọng lại chất lỏng yên tĩnh Vận tốc lắng đọng phụ thuộc vào kích thước hạt xác định vận tốc lắng đọng dựa vào đường kính hạt, mật độ độ nhớt chúng định luật Stoke [1] Điều áp dụng dễ dàng trầm tích khơng cố kết, trầm tích cố kết, việc tính tốn vận tốc lắng đọng trở nên phức tạp trình keo tụ (flocculations) Một số nghiên cứu vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết phụ thuộc vào hình 482 dạng, kích thước mật độ khối keo [2–4] Tuy nhiên, vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác trình rối, nồng độ trầm tích lơ lửng độ mặn [5] Trong có nhiều nghiên cứu đưa kết thay đổi vận tốc lắng đọng nồng độ trầm tích lơ lửng thay đổi Sự phụ thuộc vận tốc lắng đọng vào nồng độ trầm tích lơ lửng chia thành ba vùng chính: Lắng đọng tự (free settling), lắng đọng keo tụ (flocculation settling) lắng đọng cản trở (hindered settling) Ross Mehta (1989) đề nghị rằng: vùng lắng đọng tự xảy nồng độ thấp Calculating the settling velocity of cohesive sediment 0,4 g/L, vùng lắng đọng keo tụ xảy giá trị nồng độ nằm khoảng 0,4– g/L, lắng đọng cản trở xảy nồng độ cao g/L [6] Một số tác giả đưa cơng thức tính toán cho vùng sau: Burt (1986) đưa cơng thức tính vận tốc lắng đọng cho trường hợp lắng đọng keo tụ [7]; Richardson & Zaki (1954) [8] Winterwerp (2002) [9] đưa công thức cho vùng lắng đọng cản trở Hwang (1989) đưa cơng thức thực nghiệm tính tốn vận tốc lắng đọng cho vùng lắng đọng keo tụ cản trở [10], sau đó, cơng thức tiếp tục Mehta Li (2003) áp dụng để tính toán vận tốc lắng đọng [11] Wolanski et al., (1992) cho thấy vận tốc lắng đọng hàm phi tuyến nồng độ trầm tích vùng lắng đọng keo tụ vùng lắng đọng cản trở mà phụ thuộc mạnh mẽ vận tốc lắng đọng vào trình rối [12] Bên cạnh đó, Shrestha Orlob (1996) cịn phát triển cơng thức tính tốn vận tốc lắng đọng phụ thuộc vào nồng độ trầm tích lơ lửng ứng suất dịng [13]; hay Furukawa et al., (1997) tính tốn vận tốc lắng đọng dựa phương trình chuyển tải khối lượng trầm tích, giả sử khơng xét đến tái lơ lửng [14] Đặc biệt, Manning et al., (2013) tiến hành nhiều thí nghiệm với nhiều trường hợp khác (thay đổi kích thước hạt keo, thay đổi tỉ lệ bùn/cát hỗn hợp trầm tích giá trị ứng suất rối) nhằm nghiên cứu động lực dính kết trầm tích, cách thức chúng ảnh hưởng đến trình vận chuyển trầm tích vận tốc lắng đọng trầm tích [15] Gần đây, nhà khoa học tiếp tục tính tốn giá trị vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết cách cải tiến độ xác thiết bị đo đạc trường kỹ thuật - thiết bị đo đạc phịng thí nghiệm: Markussen Andersen (2013) [16], Smith Friedrichs (2015) [17], Wendling et al., (2015) [18] Các nghiên cứu xác định vận tốc lắng đọng trầm tích nước ta cịn Các kết vận tốc lắng đọng xác định thông qua công thức thực nghiệm Võ Lương Hồng Phước nnk., (2008) sử dụng cơng thức tính Furukawa et al., (1997) để xác định vận tốc lắng đọng vùng rừng ngập mặn (RNM) Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh Trường hợp dịng triều - sóng yếu, vận tốc lắng đọng có giá trị khoảng từ 2,0 × 10-4 m/s đến 4.5 × 10-4 m/s trường hợp sóng mạnh, vận tốc lắng đọng đạt 2,0 × 10-3 m/s [19] Nguyễn Vĩnh Bảo Trung Võ Lương Hồng Phước (2015) thiết kế cột chìm lắng để xác định vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết trường hợp khác Kết cho thấy vận tốc lắng đọng trung bình sau: nồng độ chuẩn, vận tốc lắng đọng trầm tích đạt 0,48 × 10-3 m/s; độ muối 20‰, vận tốc lắng đọng trầm tích có giá trị 0,4 × 10-3 m/s; trầm tích có đường kính hạt từ 0,045 mm đến 0,075 mm vận tốc lắng đọng đạt 1,06 × 10-3 m/s nồng độ cao, vận tốc lắng đọng đạt giá trị 0,13 × 10-3 m/s [20] Gratiot et al., (2017) nghiên cứu trình dính kết trầm tích vùng cửa sơng Định An, Trà Vinh Trong nghiên cứu này, tác giả đưa vận tốc lắng đọng hai trường hợp: Lắng đọng cột nước tĩnh Ws,q lắng đọng hạt có trạng thái dính kết khác Ws, Kết cho thấy nồng độ trầm tích thấp 200 mg/L, Ws,q đạt 10-5 m/s Ws, đạt × 10-5 m/s Khi nồng độ trầm tích nằm khoảng từ 200 mg/L đến g/L, Ws,q đạt giá trị cực đại 1,8 × 10-3 m/s nồng độ trầm tích 2,7 g/L Ws, đạt giá trị cực đại 6,3 × 10-4 m/s nồng độ trầm tích 4,3 g/L Đối với nồng độ khoảng g/L, trình lắng đọng cản trở chiếm ưu vận tốc lắng đọng giảm theo nồng độ [2] Như vậy, việc kế thừa tiếp tục phát triển nghiên cứu xác định vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết cần thiết Trong cơng trình này, vận tốc lắng đọng trầm tích tính tốn dựa cơng thức nghiên cứu Hwang (1989) cho hai vùng lắng đọng: Vùng lắng đọng keo tụ vùng lắng đọng cản trở Trong đó, vận tốc lắng đọng trầm tích tính tốn theo nồng độ trầm tích (Cơng thức (1) Mục 2) Hwang (1989) thu thập mẫu trầm tích bùn vùng hồ Okeechobee (Hoa Kỳ); sử dụng cột chìm lắng để tính tốn vận tốc lắng đọng Bên cạnh phụ thuộc nồng động trầm tích, kết tính tốn Hwang (1989) cho thấy vận tốc 483 Le Nguyen Hoa Tien, Vo Luong Hong Phuoc lắng đọng phụ thuộc vào số tham số thực nghiệm a, b, m, n Để xác định giá trị tham số thực nghiệm a, b, m, n, Hwang (1989) sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu [10] Trong cơng trình này, tác giả sử dụng số liệu thực nghiệm Mehta Li (2003) để tính tốn vận tốc lắng đọng, sau thay đổi giá trị a, b, m, n để đánh giá phụ thuộc vận tốc lắng đọng vào tham số này, từ xác định cách thức hiệu chỉnh tham số a, b, m, n Các tác giả bước đầu áp dụng phương pháp để tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết vùng RNM Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VẬN TỐC LẮNG ĐỌNG Vận tốc lắng đọng trầm tích hạt mịn, đặc biệt trầm tích cố kết thay đổi đáng kể với nồng độ trầm tích lơ lửng [10] Theo đó, vận tốc lắng đọng phân chia cách thích hợp thành ba vùng, phụ thuộc vào nồng độ sau (hình 1): Lắng đọng tự (free settling, C < C1), lắng đọng keo tụ (flocculation settling, C1 < C < C2), lắng đọng cản trở (hindered settling, C2 < C < C3) Trong đó, C nồng độ trầm tích, C1 giá trị nồng độ trầm tích giới hạn vùng lắng đọng tự do, C2 giá trị nồng độ trầm tích giới hạn vùng chìm lắng keo tụ (tương ứng với vận tốc lắng đọng trầm tích cực đại) C3 giá trị nồng độ trầm tích giới hạn vùng lắng đọng cản trở Hình Sự thay đổi vận tốc lắng đọng với nồng độ trầm tích lơ lửng [11] Lắng đọng tự (C < C1) xảy nồng độ trầm tích lơ lửng thấp, lúc vận tốc lắng 484 đọng Ws không phụ thuộc vào nồng độ [11] Vận tốc lắng đọng tính tốn theo cơng thức Stokes phụ thuộc vào đường kính hạt keo, mật độ khối nước, mật độ hạt keo, hệ số cản CD [11] Trong vùng lắng đọng keo tụ cản trở, Hwang (1989) phát triển mối quan hệ kết hợp vận tốc lắng đọng nồng độ trầm tích sau [10]: Ws  aC n  C  b2  (1) m đó: Ws vận tốc lắng đọng trầm tích; C nồng độ trầm tích; a, b, m, n hệ số thực nghiệm phụ thuộc trầm tích Khi C2 > b2, nghĩa điều kiện nồng độ trầm tích cao mối liên hệ Ws C sau [10]: Ws  aC n2 m (3) đó: n – 2m < 0, vùng lắng đọng cản trở, vận tốc lắng đọng trầm tích phải giảm nồng độ trầm tích tăng Các hệ số a, b, m, n có giá trị thích hợp tùy vùng nghiên cứu Thơng thường, hệ số b có giá trị khoảng từ đến 10, hệ số n có giá trị khoảng 0,8 đến 2,5; hệ số m có giá trị khoảng 1,0 đến 3,0; hệ số a thường có giá trị dao động lớn nên khơng có giới hạn [11] Ngồi ra, vùng lắng đọng keo tụ lắng đọng cản trở giới hạn nồng độ C2 tương ứng với vận tốc lắng đọng cực đại Ws2 Giá trị nồng độ C2 vận tốc lắng đọng cực đại Ws2 tương ứng xác định sau [10]: C  b 1/  2m   n  1   (4) Calculating the settling velocity of cohesive sediment mn /2  2m  1  n  Ws  abn2m  m  2m     n  (5) SƠ ĐỒ KHỐI TÍNH TỐN VẬN TỐC LẮNG ĐỌNG TRẦM TÍCH Chương trình tính tốn vận tốc lắng đọng lập trình ngơn ngữ lập trình Fortran Matlab theo sơ đồ khối hình với vận tốc lắng đọng lớn Ws2 (m/s); nồng độ trầm tích giới hạn cho vùng chìm lắng tự C1; giá trị b a tính tốn theo công thức (4) (5) Kết Wout (m/s) - vận tốc lắng đọng trầm tích tính theo nồng độ đo đạc thực nghiệm; Ws (m/s) - vận tốc lắng đọng trầm tích mơ theo nồng độ trầm tích; - Các hệ số a, b, m, n cho công thức tính vận tốc lắng đọng trầm tích thực nghiệm PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THAM SỐ a, b, m, n Cách chọn giá trị mô ban đầu m, n Hệ số thực nghiệm m, n hệ số quan trọng để có mơ ban đầu cho vận tốc lắng đọng trầm tích Vì hệ số phụ thuộc vào trầm tích nên việc xác định thường khơng dễ dàng Cơng trình dựa giới hạn điều kiện liên quan đến m n sau: Giới hạn: m nằm khoảng [1, 3]; n nằm khoảng [0,8; 2,5] [11]; Điều kiện: n – 2m < nhằm thỏa mãn phương trình (3) 2n/m – > nhằm thỏa mãn phương trình (5) Hình Sơ đồ khối chương trình tính vận tốc lắng đọng trầm tích Giá trị đầu vào Cin (kg/m3): Nồng độ trầm tích lơ lửng từ đo đạc thực nghiệm cột chìm lắng ứng với mực nước thời gian cụ thể Các tham số mô ban đầu: Giá trị tham số m, n; nồng độ trầm tích C2 (kg/m3) ứng Hình Kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi giá trị tham số m n 485 Le Nguyen Hoa Tien, Vo Luong Hong Phuoc Từ giới hạn trên, chuỗi liệu m với m chạy từ đến 3, bước nhảy chuỗi liệu cho n với n chạy từ 0,8 đến 2,5; bước nhảy 0,1 tạo Sau đó, dựa điều kiện đưa ra, thu giá trị m n thích hợp Các giá trị m, n thu kết hợp với giá trị vận tốc lắng đọng cực đại Ws2 nồng độ trầm tích tương ứng C2 để xác định giá trị b a nhờ vào phương trình (4) (5) Hình kết mô sau lựa chọn giá trị m, n Kết cho thấy với m = 2; n = 1,4 (đường liền nét) dạng mơ vận tốc lắng đọng gần với phân bố giá trị thực nghiệm nên tác giả sử dụng giá trị để làm liệu đầu vào Cách chọn tham số a, b, m, n Sau chọn giá trị m n thích hợp (m = 2; n = 1,4), giá trị a b tính tốn tương ứng a = 0,16 b = 3,9 Kết chọn làm liệu mơ ban đầu Sau đó, vận tốc lắng đọng tính tốn thay đổi a, b, m, n Một số kết sau: Thay đổi giá trị b: Hình biểu diễn kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi b Nhìn chung, kết cho thấy vận tốc lắng đọng Ws tỉ lệ nghịch với b Trong vùng nồng độ trầm tích thấp (phần bên trái đồ thị, tương ứng với vùng lắng đọng keo tụ), thay đổi vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi rõ ràng Điều phù hợp với phương trình (2) thay đổi vận tốc lắng đọng trầm tích cịn phụ thuộc vào giá trị b Ngược lại, vùng nồng độ trầm tích cao (phần bên phải đồ thị, tương ứng với vùng lắng đọng cản trở), đồ thị thay đổi Kết phù hợp với phương trình (3) cơng thức tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích khơng chứa giá trị b Thay đổi giá trị m: Hình biểu diễn kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi m Tương tự, kết cho thấy vận tốc lắng đọng trầm tích Ws tỉ lệ nghịch với m Tuy nhiên, xu hướng thay đổi vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi giá trị m có điểm khác so với thay đổi b Cụ thể, giá trị vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi hai vùng nồng độ trầm tích thấp (phần bên trái đồ thị, tương ứng vùng lắng đọng keo tụ) vùng nồng độ trầm tích cao (phần bên phải đồ 486 thị, tương ứng vùng lắng đọng cản trở) Đặc biệt, vùng nồng độ trầm tích cao (vùng lắng đọng cản trở), thay đổi Ws diễn mạnh mẽ hơn, nồng độ trầm tích cao giá trị Ws thay đổi mạnh Hình Kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi giá trị tham số b Hình Kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi giá trị tham số m Thay đổi giá trị n: Hình biểu diễn kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi n Kết cho thấy thay đổi giá trị Calculating the settling velocity of cohesive sediment n thay đổi Ws cịn tùy thuộc vào nồng độ trầm tích C, C < kg/m3 Ws tỉ lệ nghịch với n, C > kg/m3 Ws tỉ lệ thuận với n Ngoài ra, vận tốc lắng đọng Ws2 tương ứng với nồng độ cực đại C2 thay đổi n khơng thay đổi nhiều Hình Kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi giá trị tham số n thay đổi a Nhìn chung, kết cho thấy vận tốc lắng đọng thay đổi tỉ lệ thuận theo giá trị a Không thay đổi vận tốc lắng đọng vùng nồng độ trầm tích thấp (lắng đọng keo tụ) hay vùng nồng độ trầm tích cao (lắng đọng cản trở), kết cho thấy giá trị a thay đổi làm cho đồ thị vận tốc lắng đọng trầm tích có xu hướng tịnh tiến theo phương y Như vậy, kết hiệu chỉnh giá trị a, b, m, n số liệu thực nghiệm Mehta Li (2003) cho thấy thay đổi a, b hình dạng đồ thị vận tốc lắng đọng trầm tích bị thay đổi Do thay đổi để tìm giá trị a, b, m, n thích hợp cho trầm tích vùng việc hiệu chỉnh giá trị a, b nên ưu tiên xem xét Nhận xét chung Sau thực mô vận tốc lắng đọng trầm tích theo nồng độ trầm tích lơ lửng dựa số liệu thực nghiệm Mehta Li (2003) kết hợp với hiệu chỉnh giá trị a, b, m, n, số kết đạt sau: Khi hiệu chỉnh a: Ws tỉ lệ thuận với a; Khi hiệu chỉnh b: Ws tỉ lệ nghịch với b, nồng độ trầm tích cao (vùng lắng đọng cản trở) Ws có thay đổi; Khi hiệu chỉnh m: Ws tỉ lệ nghịch với m; Khi hiệu chỉnh n: Ws tỉ lệ nghịch n C < kg/m3 Ws tỉ lệ thuận với n C > kg/m3 Ngoài ra, hiệu chỉnh m, n vận tốc lắng đọng trầm tích bị thay đổi nhiều so với hiệu chỉnh a, b ÁP DỤNG TÌM THAM SỐ a, b, m, n VÀ VẬN TỐC LẮNG ĐỌNG TRẦM TÍCH Vận tốc lắng đọng trầm tích khơng phụ thuộc vào yếu tố liên quan đến đặc trưng trầm tích mà cịn phụ thuộc vào điều kiện mơi trường khu vực nghiên cứu Do vậy, từ kết quả, nhận xét kinh nghiệm rút từ việc hiệu chỉnh giá trị a, b, m, n số liệu Mehta Li (2003), vận tốc lắng đọng trầm tích vùng RNM cụ thể tiến hành tính tốn Hình Kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích thay đổi giá trị tham số a Thay đổi giá trị a: Hình biểu diễn kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích Dữ liệu trầm tích khu vực khảo sát Vùng RNM chọn rạch Nàng Hai, Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh (hình 8) Khu vực lấy mẫu bao gồm vùng bãi bồi vùng rừng (khu vực hình chữ nhật) Tổng số 487 Le Nguyen Hoa Tien, Vo Luong Hong Phuoc mẫu trầm tích thu thập trường mẫu Đây khu vực khảo sát nghiên cứu chế độ thủy động lực học (sóng, dịng, triều) q trình xói lở - bồi tụ Bộ mơn Hải dương, Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG-HCM Các vị trí lấy mẫu trầm tích lựa chọn dựa vị trí đo đạc yếu tố thủy động lực học mặt cắt khảo sát thay đổi địa hình đáy đường bờ Hình Vị trí khu vực nghiên cứu: Bản đồ Cần Giờ khu vực lấy mẫu Các mẫu trầm tích phân loại kích thước hạt phương pháp rây Các kích thước rây sử dụng bao gồm: 0,2 mm; 0,1 mm; 0,075 mm 0,045 mm Bảng thể tỉ lệ phần trăm theo kích thước hạt mẫu trầm tích Kết cho thấy trầm tích có đường kính nhỏ 0,045 mm đạt tỉ lệ cao nhất, tỉ lệ trầm tích có đường kính hạt từ 0,045 mm đến 0,075 mm Mẫu T1 T4 có tỉ lệ trầm tích hạt trầm tích đường kính từ 0,075 mm đến 0,1 mm chiếm tỉ lệ cao nhóm đường kính từ 0,1 mm đến 0,2 mm Mẫu T2 T3 cho kết ngược lại Mẫu T5 cho thấy tỉ lệ hạt hai nhóm đường kính nhỏ: Đường kính từ 0,075 mm đến 0,1 mm chiếm tỉ lệ 0,25% đường kính từ 0,1 mm đến 0,2 mm chiếm tỉ lệ 0,58% Như vậy, kết phân loại kích thước hạt cho thấy trầm tích khu vực nghiên cứu bao gồm cát mịn, bùn sét Bảng Tỉ lệ phần trăm đường kính hạt mẫu trầm tích Mẫu T1 T2 T3 T4 T5 488 D < 0,045 mm 46,87 42,37 42,46 61,82 64,92 Tỉ lệ (%) 0,045 mm ≤ D < 0,075 mm 0,075 mm ≤ D < 0,1 mm 35,40 8,97 28,77 10,98 30,35 12,01 16,42 11,83 34,24 0,25 0,1 mm ≤ D < 0,2 mm 8,76 17,88 15,19 9,93 0,58 Calculating the settling velocity of cohesive sediment Để xác định vận tốc lắng đọng, cột chìm lắng phịng thí nghiệm Bộ mơn Hải dương, Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM sử dụng (hình 9) [20] Cột chìm lắng có độ cao m Các mẫu lấy ba tầng: 0,3 m; 0,9 m 1,5 m tương ứng với vòi số 1, hình với 20 mốc thời gian Tổng cộng thí nghiệm gồm 60 mẫu Các mẫu lọc, sấy để xác định nồng độ trầm tích phịng thí nghiệm, từ tính tốn vận tốc lắng đọng theo nồng độ trầm tích Kết thu 38 số liệu vận tốc lắng đọng thực nghiệm theo nồng độ trầm tích biểu diễn chấm trịn hình 10 keo tụ chưa thể rõ vùng lắng đọng cản trở Dựa vào kết thực nghiệm vận tốc lắng đọng theo nồng độ trầm tích, đường cong bán thực nghiệm xác định, tham số a, b, m, n xác định là: a = 0,05; b = 3,5; m = n = 3,2 Kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết khu vực nghiên cứu thu sau: Vận tốc lắng đọng nằm khoảng từ 0,64 × 10-6 m/s đến 0,99 × 10-3 m/s Vận tốc lắng đọng vùng lắng đọng tự do: Wsf = 0,28 × 10-5 m/s Vận tốc lắng đọng cực đại Ws2 = 0,99 × 10-3 m/s tương ứng với nồng độ cực đại C2 = 4,7 kg/m3 Hình 10 Kết tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích hiệu chỉnh giá trị a, b, m, n mẫu trầm tích rừng ngập mặn Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh Hình Cột chìm lắng Kết Hình 10 biểu diễn vận tốc lắng đọng thực nghiệm theo nồng độ trầm tích kết hiệu chỉnh tham số a, b, m, n Hình 10 cho thấy số liệu đo chủ yếu tập trung vùng lắng đọng So sánh kết tính tốn với số kết từ số nghiên cứu trước (bảng 2), ta thấy: Nhìn chung, vận tốc lắng đọng vùng tự vận tốc lắng đọng cực đại cỡ bậc với nghiên cứu trước Tuy nhiên, giá trị vận tốc lắng đọng trầm tích tính tốn thấp so với kết trước Nguyên nhân đặc điểm trầm tích khác khu vực nghiên cứu Giá trị nồng độ trầm tích cực đại C2 thu cao Điều mẫu thí nghiệm thu chủ yếu tập trung vùng lắng đọng keo tụ 489 Le Nguyen Hoa Tien, Vo Luong Hong Phuoc Bảng So sánh kết tính tốn vận tốc lắng đọng với nghiên cứu trước Các nghiên cứu Hwang (1989) [10] Sverdrup (2005) [22] N V B Trung V L H Phước (2014) [20] Gratiot et al., (2017) [21] Kết tính toán - L N H Tiên V L H Phước (2020) Khu vực nghiên Vận tốc lắng đọng Vận tốc lắng đọng Nồng độ cực cứu tự Wsf (m/s) cực đại Ws2 (m/s) đại C2 (kg/m3) Hồ Okeechobee 0,73 × 10-3 3,18 (Hoa Kỳ) -5 Khơng có thơng 1,05 × 10 đến tin 2,4 × 10-3 RNM Cần Giờ, 0,63 × 10-3 2,58 HCM Cửa sơng Định 1,5 × 10-5 1,8 × 10-3 2,7  0,2 An, Trà Vinh RNM Cần Giờ, 0,28 × 10-5 0,99 × 10-3 4,7 HCM KẾT LUẬN Dựa công thức thực nghiệm Hwang (1989) số liệu thí nghiệm Mehta Li (2003), cơng trình bước đầu xác định quy luật ảnh hưởng tham số a, b, m, n đến vận tốc lắng đọng trầm tích Vận tốc lắng đọng trầm tích tỉ lệ thuận với hệ số a; tỉ lệ nghịch với hệ số b vùng lắng đọng keo tụ; tỉ lệ nghịch với hệ số m Khi nồng độ trầm tích thấp kg/m3, vận tốc lắng đọng trầm tích tỉ lệ nghịch với n nồng độ trầm tích cao kg/m3, vận tốc lắng đọng trầm tích tỉ lệ thuận với n Từ mẫu trầm tích thu thập RNM Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh, ta xác định vận tốc lắng đọng theo nồng độ trầm tích cột chìm lắng phịng thí nghiệm Với 38 số liệu vận tốc lắng đọng trầm tích theo nồng độ, đường cong bán thức nghiệm xác định Kết thu tham số a, b, m, n sau: a = 0,05; b = 3,5; m = n = 3,2 Vận tốc lắng đọng trầm tích nằm khoảng từ 0,64 × 10-6 m/s đến 0,99 × 10-3 m/s với giá trị vận tốc cực đại Ws2 = 0,99 × 10-3 m/s ứng với nồng độ trầm tích cực đại C2 = 4,7 kg/m3 Vận tốc lắng đọng trầm tích vùng lắng đọng tự đạt giá trị 0,28 × 10-5 m/s Kết tính tốn thu phù hợp đáng tin cậy Nhìn chung, phương pháp xác định vận tốc lắng đọng trầm tích đường cong bán thực nghiệm đơn giản góp phần hạn chế khó khăn đo đạc vận tốc lắng đọng trầm tích cố kết ngồi trường Các tính tốn vận tốc lắng đọng trầm tích theo phương pháp đường cong bán thực nghiệm áp dụng vào mơ hình tốn để tính 490 phân bố nồng độ trầm tích khu vực nghiên cứu RNM Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHCM khuôn khổ Đề tài mã số T201909 Tác giả chân thành cảm ơn Nguyễn Phúc Đức Nguyễn Vĩnh Bảo Trung hỗ trợ q trình tính tốn, thu thập mẫu thực thí nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Van Rijn, L C., 1993 Principles of sediment transport in rivers, estuaries and coastal seas (Vol 1006, pp 11-3) Amsterdam: Aqua publications [2] Gibbs, R J., 1985 Estuarine flocs: their size, settling velocity and density Journal of Geophysical Research: Oceans, 90(C2), 3249–3251 https://doi.org/ 10.1029/JC090iC02p03249 [3] Thonon, I., Roberti, J R., Middelkoop, H., Van der Perk, M., and Burrough, P A., 2005 In situ measurements of sediment settling characteristics in floodplains using a LISST‐ST Earth Surface Processes and Landforms: The Journal of the British Geomorphological Research Group, 30(10), 1327–1343 https://doi.org/10.1002/esp.1239 [4] Dyer, K R., 1989 Sediment processes in estuaries: future research requirements Journal of Geophysical Research: Oceans, 94(C10), 14327–14339 https://doi.org/10.1029/JC094iC10p14327 Calculating the settling velocity of cohesive sediment [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Leussen, W V., 1988 Aggregation of particles, settling velocity of mud flocs a review In Physical processes in estuaries (pp 347–403) Springer, Berlin, Heidelberg doi: 10.1007/978-3-64273691-9_19 Ross, M A., and Mehta, A J., 1989 On the mechanics of lutoclines and fluid mud Journal of Coastal Research, 5, 51–62 Burt, T N., 1986 Field settling velocities of estuary muds In Estuarine cohesive sediment dynamics (pp 126–150) Springer, New York, NY doi: 10.1007/978-1-4612-4936-8_7 Richardson, J F., and Zaki, W N., 1954 The sedimentation of a suspension of uniform spheres under conditions of viscous flow Chemical Engineering Science, 3(2), 65–73 https://doi.org/ 10.1016/0009-2509(54)85015-9 Winterwerp, J C., 2002 On the flocculation and settling velocity of estuarine mud Continental shelf research, 22(9), 1339–1360 https://doi.org/10.1016/S0278-4343(02) 00010-9 Hwang, K N., 1989 Erodibility of fine sediment in wave-dominated environments Master’s thesis, University of Florida 158 p Mehta, A J., and Li, Y., 2003 Principles and process-modeling of cohesive sediment transport University of Florida, Gainesville, FL Wolanski, E., Gibbs, R J., Mazda, Y., Mehta, A., and King, B., 1992 The role of turbulence in the settling of mud flocs Journal of Coastal Research, 8(1), 35–46 Shrestha, P L., and Orlob, G T., 1996 Multiphase distribution of cohesive sediments and heavy metals in estuarine systems Journal of Environmental Engineering, 122(8), 730–740 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-937 2(1996)122:8(730) Furukawa, K., Wolanski, E., and Mueller, H., 1997 Currents and sediment transport in mangrove forests Estuarine, Coastal and Shelf Science, 44(3), 301–310 https://doi.org/10.1006/ecss.1996.0120 [15] Manning, A J., Spearman, J R., Whitehouse, R J., Pidduck, E L., Baugh, J V., and Spencer, K L., 2013 Flocculation Dynamicsof Mud: Sand Mixed Suspensions Sediment Transport: Processes and Their Modelling Applications, 119 doi: 10.5772/55233 [16] Markussen, T N., and Andersen, T J., 2013 A simple method for calculating in situ floc settling velocities based on effective density functions Marine Geology, 344, 10–18 https://doi.org/ 10.1016/j.margeo.2013.07.002 [17] Smith, S J., and Friedrichs, C T., 2015 Image processing methods for in situ estimation of cohesive sediment floc size, settling velocity, and density Limnology and Oceanography: Methods, 13(5), 250– 264 https://doi.org/10.1002/lom3.10022 [18] Wendling, V., Gratiot, N., Legout, C., Droppo, I G., Coulaud, C., and Mercier, B., 2015 Using an optical settling column to assess suspension characteristics within the free, flocculation, and hindered settling regimes Journal of Soils and Sediments, 15(9), 1991–2003 Doi: 10.1007/s11368-015-1135-1 [19] Vo Luong Hong Phuoc, Stanislaw Massel, Dang Truong An, Nguyen Cong Thanh (2008) Concentration of suspended sediments in mangrove forests Journal of Geology, Series B, (31–33), 155–163 [20] Nguyễn Vĩnh Bảo Trung, Võ Lương Hồng Phước, 2015 Thí nghiệm tính vận tốc chìm lắng trầm tích cố kết theo phương pháp cột chìm lắng Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, 18(2), 19–28 [21] Gratiot, N., Bildstein, A., Anh, T T., Thoss, H., Denis, H., Michallet, H., and Apel, H., 2017 Sediment flocculation in the Mekong River estuary, Vietnam, an important driver of geomorphological changes Comptes Rendus Geoscience, 349(6–7), 260–268 https://doi.org/10.1016/j.crte.2017.09.012 [22] Sverdrup, K A., Duxbury A C., and Duxbury, A B., 2005 An introduction to the world’s oceans 8th edition Mc Graw Hill 491 ... liệu vận tốc lắng đọng trầm tích thu được, đường cong bán thực nghiệm mơ mối liên hệ vận tốc lắng đọng nồng độ trầm tích xác định Kết cho thấy giá trị vận tốc lắng đọng trầm tích vùng chìm lắng. .. khóa: Vận tốc lắng đọng, trầm tích cố kết, đường cong bán thực nghiệm, thí nghiệm cột chìm lắng, rừng ngập mặn, Cần Giờ GIỚI THIỆU Vận tốc lắng đọng Ws vận tốc cuối hạt trầm tích riêng lẻ lắng đọng. .. Minh, ta xác định vận tốc lắng đọng theo nồng độ trầm tích cột chìm lắng phịng thí nghiệm Với 38 số liệu vận tốc lắng đọng trầm tích theo nồng độ, đường cong bán thức nghiệm xác định Kết thu tham