e. Phân loại theo cấu trúc độ mặn
6.5 Dòng chảy vùng ven bờ
Dòng chảy vùng nước nông có sự khác biệt đáng kể so với dòng chảy ngoài đại dương bởi những yếu tố sau:
- Vùng nước nông bị ảnh hưởng mạnh mẽ của ma sát đáy và địa hình ven bờ - Thủy triều là động lực chủ yếu tác động đến dòng nước
- Ảnh hưởng của dòng nước ngọt tạo ra sự chênh lệch mật độ theo phương ngang và phương thẳng đứng
- Dòng chảy thường xuyên bị chế ngự bởi biên bờ biển hay các điều kiện địa hình vùng nước nông.
- Kiểu thời tiết vùng ven bờ ảnh hưởng đến dòng chảy khác nhiều so với ở đại dương.
Các yếu tố chính quyết định đến sự hình thành dòng chảy ven bờ gồm ảnh hưởng của thủy triều, gió và chênh lệch mật độ theo phương ngang. Các lực chủ yếu làm biến đổi dòng ven bờ đó là điều kiện địa hình, ảnh hưởng của lực coriolis và ma sát đáy. Do ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố này mà dòng chảy vùng ven bờ biến đổi mạnh mẽ theo không gian và thời gian.
Theo thời gian, dòng chảy biến đổi hàng giờ do dòng bán nhật triều đến hàng ngày bởi điều kiện thời tiết tạo dòng chảy trôi do gió đến hàng tuần do ảnh hưởng của nước ngọt tạo dòng mật độ. Ảnh hưởng của gió không chỉ biến đổi về tốc độ, thời gian gió thổi mà còn ảnh hưởng cả về hướng gió. Do sự biến đổi mạnh mẽ của gió nên nhiều khi không đánh giá hết được tầm quan trọng của yếu tố thời tiết.
Theo không gian, biến đổi dòng chảy diễn ra theo chiều ngang thềm lục địa nhiều hơn dọc thềm lục địa, đặc biệt ở gần những cửa sông, vịnh triều, hẻm núi ngầm. Nói chung, dòng chảy ven bờ biến đổi nhiều theo không gian hơn dòng dòng ởđại dương.
Do biến đổi mạnh mẽ theo không gian và thời gian mà việc đo đạc hay mô phỏng dòng chảy vùng này trở nên phức tạp hơn. Hệ thống quan trắc yêu cầu mật độ cao hơn và bước thời gian đo đạc ngắn hơn. Mô hình toán yêu cầu độ phân giải cao hơn và bước thời gian ngắn hơn đề mô phỏng chính xác hơn dòng ven bờ.
Dòng chảy vùng ven bờ thông thường có thể chia thành dòng triều và dòng phi triều. Dòng triều là sự chuyển động theo phương ngang của nước biển do vận động lên xuống của thủy triều sinh ra, vì vậy nó có tính chu kỳ. Dòng phi triều bao gồm dòng dòng do gió, sóng, mật độ. Dòng triều đã được đề cập đến trong chương 3, dòng mật độđược trình bày trong chương 5, nên trong mục này sẽđề cập đến dòng chảy do gió.
Hoàn lưu ven bờ là một thành phần dòng chảy biển do dòng ngoài bờ và dòng ven bờ hợp thành, như trên hình 6.5.
Hình 6.5 Sơđồ dòng mặt của dòng ngoài bờ và hệ thống dòng ven bờ [3]
Dòng ngoài bờ là một dòng cận hải, thường tồn tại ở lân cận đới sóng vỡ và vùng biển có độ sâu lớn hơn ngoài đó, chảy song song với đường bờ, thông thường không có quan hệ với sóng, mà thường do tác dụng của thủy triều, gió và sự phân bố của các khối nước.
Dòng ven bờ là dòng chảy của đới sóng vỡ và lân cận, chủ yếu do tác dụng của sóng mà có, lưu tốc tịnh của nó rất nhỏ nhưng nó có thể mang tải bùn cát đã được sóng khuấy lên, vì vậy đây là yếu tố quan trọng để xác định lượng tải cát ven bờ.
Hệ thống dòng ven bờ chủ yếu bao gồm:
- Dòng dọc bờ, chuyển động song song với bờ biển, chuyển tải khối nước vào bờ. - Dòng ngang bờ, nước chảy từ bờ ra biển. Dòng ngang bờ là một thành phần nổi bật nhất của hệ thống dòng ven bờ. Đó là một bó dòng mạnh và hẹp tập trung ở bề mặt, xuyên qua đới sóng vỡ chảy ra biển, với tốc độ lớn hơn 1m/s. Nơi hẹp nhất của dòng tách bờ gọi là cổ, ở đó lưu tốc lớn nhất. Đoạn ngoài có khi vượt
quá đới sóng vỡ đến 500m và mở rộng ra trên một diện tích lớn gọi là đầu, ở đây có lưu tốc nhỏ nhất. Dòng ngang bờ dựa vào dòng dọc bờ để tồn tại, ở nơi hai loại dòng nối tiếp nhau gọi là dòng đền bù.
Ở những vùng khá nông trên thềm lục địa, có mà sát giữa dòng chảy và đáy biển tăng lên dẫn đến tốc độ của dòng do gió thường lớn nhất ở trên bề mặt và giảm dần theo độ sâu. Tuy nhiên không phải luôn luôn xảy ra trường hợp này mà trong thực tế, ứng suất dòng chảy theo phương đứng thường biến đổi rất nhiều tùy thuộc và tốc độ gió,
thời gian gió thổi mạnh, độ sâu nước và sự phân tầng độ mặn theo phương thẳng đứng. Khi gió thổi mạnh lên thì dòng chảy hình thành trước tiên ở trên bề mặt kéo theo ứng suất dòng chảy cũng tăng lên, dần dần để phản ứng lại với sự xáo trộn do gió và
truyền mô men, dòng chảy tầng sâu hơn cũng sẽđược hình thành nhưng ứng suất dòng chảy theo phương thẳng đứng sẽ giảm dần theo độ sâu.
Ở thềm lục địa và vùng nước nông trong vịnh, cửa sông thì nước không đủ sâu để hình thành hoàn toàn vòng xoắn ốc Ekman. Do đó, tại các vùng này thì nước trên bề mặt di chuyển một góc xấp xỉ 450 so với hướng gió thổi giống nhưởđại dương, nhưng góc giữa chuyển động trung bình của cả khối nước với hướng gió thổi thường nhỏ hơn 900 và phụ thuộc vào độ sâu Ekman D. Độ sâu càng nhỏ thì hướng của dòng chảy càng tiệm cận với hướng gió và tốc độ càng giảm do ma sát đáy lớn.
Bảng 6.1 trình bày độ sâu Ekman phụ thuộc chặt chẽ và vĩ độ và tốc độ gió. Bởi vĩ độ có liên quan đến độ lớn của lực Coriolis, ở vĩ độ thấp có lực coriolis nhỏ hơn nên độ sâu Ekman lớn hơn. Tốc độ gió càng lớn thì dẫn đến độ sâu Ekman càng lớn. Cần lưu ý rằng với tốc độ gió ôn hòa và vĩđộ vùng cận nhiệt đới thì độ sâu Ekman ước tính tương ứng với đường đẳng sâu 200m, đây là độ sâu ở rìa ngoài của thềm lục địa.
Bảng 6.1 Độ sâu Ekman biến thiên theo vĩ độ và tốc độ gió
Latitude 10-m Wind (m/s) 15° 45° 5 75 m 45 m 10 150 m 90 m 20 300 m 180 m
Khi gió thổi hướng vào bờ làm cho mực nước biển ven bờ dâng lên gọi là nước dâng do gió, ngược lại khi gió thối hướng ra xa bờ làm nước biển hạ thấp xuống gọi là nước rút.