Địa hình dạng ren (feston), các bãi dạng l~ỡi liềm vμ những dạng địa hình tuần hoμn khác

Một phần của tài liệu Các sóng dài trọng lực trong đại dương - Chương 4 pptx (Trang 49 - 55)

ng chảy đứt đoạn

4.9. Địa hình dạng ren (feston), các bãi dạng l~ỡi liềm vμ những dạng địa hình tuần hoμn khác

những dạng địa hình tuần hoμn khác

Tác động của sóng biển lμ nhân tố chính hình thμnh bờ vμ đới ven bờ. Sóng đồng thời lμ nhân tố phá hủy vμ nhân tố xây dựng. Hai quá trình đối ng‡ợc liên tục diễn ra ở vùng bờ: 1) sự di chuyển trầm tích ven bờ vμ sự tích tụ chúng; 2) sự xâm thực − sự phá hủy đáy

c học đới bờ vμ địa mạo biển. ỹ thuật

nhữ ợc trình bμy trong các cuón

các ơng

nhữ

t định sự hình thμnh hình thái ven bờ − đó lμ sóng gió (đặc biệt sóng bão). Thật vậy, hầu nh‡ luôn luôn sự xâm thực bờ mạnh mẽ lμ hệ quả của các trận bão lớn. Khi nhìn thấy những con sóng khổng lồ, đôi luận

ng‡ời ta đã nhận ra rằng không hoμn toμn nh‡

các bờ 0 *. Nh‡ đã nhận

tăng

Xuấ cơ học bởi sóng biển đối với đá gốc tạo thμnh bờ vμ phần ven bờ của

biển [32].

Có nhiều sách báo về động lự

Những nguyên lý cơ bản của bộ môn nμy đ‡ợc trình bμy trong cuốn chuyên khảo của V. P. Zenkovich [32], những khía cạnh k

quan trọng của vấn đề−trong công trình của G. Ạ Saphianov [87], ng vấn đề t‡ơng tác sóng vμ bờ đ‡

chuyên khảo của W. Baskom [2] vμ Ị Ọ Leonchev [54] cũng nh‡ tuyển tập chuyên đề [92, 228] v.v... Trong mục nμy, theo g‡ công trình [77] sẽ chỉ xem xét một số vấn đề đặc thù liên quan tới

ng quá trình sóng lμ đối t‡ợng của nghiên cứu nμỵ Theo truyền thống ng‡ời ta cho rằng nhân tố chính quyế

khi cao hơn 10 m, trμn tới bờ, thì điều hoμn toμn lôgic lμ rút ra kết rằng chính chúng dẫn tới sự biến dạng của đới bờ. Tuy nhiên, thời gian gần đây

vậy, rằng các sóng bão chỉ lμ nguyên nhân gián tiếp của những biến đổi vμ biến dạng địa hình, còn nguyên nhân trực tiếp của

chúng những chuyển động sóng ngoại trọng lực [129, 199]. Tr‡ớc hết, điều nμy lμ do quá trình đổ nhμo sóng lμm hạn chế độ cao của

sóng đi tới từ biển khơi, thμnh thử tại Hs

xét ở trên, sự tăng tr‡ởng độ cao sóng gió tại nơi đổ bộ vμo bờ không dẫn tới những biến đổi đáng kể của chúng ở đới sóng đổ, mμ chỉ mở rộng bản thân đới nμỵ Đối với các sóng ngoại trọng lực thì không có sự hạn chế nμy, vμ về nguyên tắc độ cao của chúng có thể

không giới hạn về phía bờ (xem hình 4.8) [117, 189].

Còn một tình huống nữa, theo đó ảnh h‡ởng t‡ơng đối của sóng ngoại trọng lực tăng lên một cách đáng kể (so với sóng gió). t phát từ điều kiện giới hạn rằng gia tốc của dòng chảy ng‡ợc dọc đáy nghiêng không thể v‡ợt hơn gia tốc rơi tự do, Munk vμ Wimbush [61] đã đ‡a ra chỉ tiêu π π β λ β ζs = = T ≥ , (4.95) ở đâ / 2 / 0 R g Rs s

y β− góc nghiêng đáy, Rs − độ cao mực n‡ớc dâng lên của sóng, λ0 − b‡ớc sóng của sóng tới trên n‡ớc sâu, T− chu kỳ sóng. Từ (4.95) suy ra rằng 2 2 2 2π β T g Rs ≤ . (4.96)

Đối với bờ nông thoải (β∼0,01) vμ chu kỳ điển hình của sóng lừng (T=10 s) Rs ≤1 cm, trong khi đó đối với các mạch động vỗ bờ

120s) Rs ≤71cm cm; đ =

T ối với bờ sâu (β >0,03) những đại l‡ợng

‡ờng bờ xây vμ đê chắn dùng để bảo vệ bờ khỏi

*

Các t sóng bão đôi khi dẫn tới

xuất t‡ờn

nh h‡ởng tiêu cực của các t‡ờng chắn sóng tới động lực

mùa ‡ờng

chốn mâu

hiệu ứng ng‡ợc lại: phá hủy sự cân bằng tự nhiên của vật liệu cát vμ cuội, hiện các hõm sâu, kết quả lμ sự đổ nhμo sóng diễn ra ngay tại bờ (tức tại g bảo vệ hoặc đê), dẫn tới xói luồng vμ đổ nhμo các công trình chắn sóng. Ví dụ điển hình về ả

bãi− đó lμ vụ bμo mòn tai hại vùng bờ Pitsunđa trong thời gian các cơn bão đông năm 1969. Nh‡ G. Ạ Saphianov [87] đã viết, “xây dựng t g sóng ở đới đổ nhμo lμ một hμnh động mạo hiểm vμ hoμn toμn thuẫn với kết luận của các nhμ chuyên môn về bờ biển”.

http://www.ebook.edụvn nμy tăng lên khoảng một bậc. Từ điều kiện (4.95) suy ra rằng các

[189

tới cm các sóng ngoại trọng lực ở lân cận bờ áp đảo rõ rệt.

haycác

‡ợc biết từ lâụ Ví dụ, chu h đó [219], những vấn đề phân loại vμ (188 ns (1941), Conen (1948) v.v... (xem [32, xuất

chất đến mãi gần đây vẫn còn ch‡a rõ.

tuần h l‡ỡi liềm vμ

một

hình dạng của chúng có đặc điểm giữ nguyên đến ngạc nhiên,

Ferm [151] đã đề xuất bảng phân loại các bờ hình

ngu

hực tế không có gì khác nhau ngoμi kích th‡ớc.

Tác giả đã gặp những dải bờ cát hình ren biểu hiện khá rõ ở

theo bảng phân loại của Dolan vμ Ferm. Tuy nhiên chúng đã đ‡ợc

ngu

‡ợc hình thμnh từ những bất đồng đều ngẫu ết phổ cho

thuộ Branner, Bagnold, Kunen).

vμ n

thuyết nμy lμ ở chỗ chúng giải thích rất không thuyết phục về cấu Với

[206 ằng các bờ hình ren đ‡ợc tạo sóng tiến tới bờ có chu kỳ cμng lớn thì chúng cμng có thể tạo nên

mực dâng sóng ở bờ lớn hơn. Thí nghiệm của Guza vμ Thornton ] (xem hình 4.8) đã cho thấy rằng với độ cao bất kỳ của các đi

>

Hs 30

Nh‡ Holman [198, 203] đã chỉ ra, sự thống trị của các sóng ngoại trọng lực đặc biệt rõ trong thời gian các cơn bão lớn vμ chính các sóng nμy tr‡ớc hết quyết định sự hình thμnh hình thái bờ.

Một trong những hiện t‡ợng đáng ngạc nhiên ở đới ven bờ− sự tồn tại của những dạng địa hình tuần hoμn đặc biệt. Những cấu trúc tuần hoμn đặc thù nh‡ các dải bờ hình ren (festons)

mũi đất dạng bãi đỉnh nhọn (beach cusps), các ba dạng l‡ỡi liềm (prescentic bars) vμ những dạng khác đã đ

trong cuốn chuyên khảo của Johnson (1919) đã có một ch‡ơng yên về các dạng địa hìn

nguồn gốc hình thμnh của các dạng đã đ‡ợc xem xét trong Lane 8), Jefferson (1899), Iva

185, 206, 227]). Mới đây T. Lippmann vμ R. Holman [239] đã đề một bảng phân loại vạn năng các ba cát biển. Tuy nhiên bản của những thμnh tạo nμy

Các dải bờ hình ren có lẽ lμ ví dụ nổi tiếng nhất về địa hình hoμn. Trên bình đồ chúng có dạng các vũng hìn

các mũi đất đỉnh nhọn. Kích th‡ớc của các mắt ren biến thiên từ số chục cm đến hμng trăm km [151, 187, 206, 227], nh‡ng những nhóm mắt ren lớn xuất hiện hay biến mất thực tế cùng một lúc. Các dải bờ hình ren rất phổ biến ở các vùng bờ của các biển Hắc Hải vμ Kaspi, ở vùng bờ tây của Kamchatkạ Các tác giả V. P. Zenkovich, Ẹ N. Egorov, Ạ T. Vlađimirov, Z. Ị Gurieva, V. V. Longinov, G. Ạ Saphianov vμ những ng‡ời khác đã nghiên cứu về chúng [32, 87].

Dolan vμ

ren dựa trên kích th‡ớc của chúng: loại “điển hình” − 8−25 m, loại “bão”− 70−120 m, loại “lớn”− 700−1200 m v.v... Tuy nhiên về mặt

ồn gốc phát sinh phân loại nμy ít có căn cứ, các dải bờ hình ren loại “bão” vμ loại “điển hình” t

vùng bờ Nam Triều Tiên thuộc biển Nhật Bản [77]. Kích th‡ớc đặc tr‡ng của chúng bằng khoảng 150 m, tức chúng thuộc loại “bão” bảo tồn không có biến đổi gì đáng kể ngay cả trong thời tiết hoμn toμn lặng gió.

Ng‡ời ta đã đ‡a ra nhiều giả thuyết khác nhau giải thích ồn gốc của các dải bờ hình ren. Ví dụ, Johnson [219] cho rằng các dải bờ hình ren đ

nhiên khởi nguyên của bờ d‡ới tác động của dòng vỗ bờ. Giả thuyết về nguồn gốc mμi mòn của các dạng bờ hình ren lμ giả thuy biến nhất (Ivans, Berd, Rivas vμ nnk.). Một quan điểm ng‡ợc lại

rằng vai trò chính trong sự hình thμnh các dải bờ hình ren c về các quá trình tích góp dần (

Còn có một số quan điểm chung dung khác nhau (Otvos, Gonhitski nk.) [32, 187, 292]. Nh‡ợc điểm cơ bản của tất cả những lý trúc tuần hoμn đều đặn đến ngạc nhiên của các dải bờ hình ren. nỗ lực lý giải đặc điểm nμy của bờ hình ren, Homma, Sonu ] vμ Schwartz [299] đã đề xuất r

thμnh bởi những di chuyển trầm tích bờ d‡ới dạng các sóng cát *.

*Theo ý kiến của Guza vμ Inman [187] ở đây đã lợi dụng sự t‡ơng tự với sự hμnh của các đụn cát trong các hệ thống sông: những bất đồng nhất ban không

tạo t

http://www.ebook.edụvn Mặc dù vẻ bên ngoμi rất hấp dẫn, sau nμy ng‡ời ta thấy rằng giả

thiết nμy khpông có tính vạn năng vμ không cho phép, chẳng hạn,

‡ớc

biên

có t

mộ u kiện khả dĩ duy nhất vμ thế lμ dải bờ hình ren đ‡ợc tạo ra trong một số phút, cứ nh‡ tự hiện ra tr‡ớc mắt chúng tạ Trong đó các nhóm lớn dải bờ xuất hiện vμ biến mất thực tế

ren

g‡ đất có đỉnh nhọn của bờ hình ren h‡ớng về phía biển, còn các dạng t‡ơng tự của các ba − h‡ớng vμo phía bờ. Thông th‡ờng nhất các ba hình l‡ỡi liềm gặp thấy trong các vịnh biển vμ chúng tựa nh‡ bao lấy các vịnh, nh‡ng đôi khi chúng có mặt ở lân cận các bờ thẳng trải dμị Các ba hình l‡ỡi liềm gặp thấy ở rất nhiều vùng ven bờ khác nhau của Đại d‡ơng Thế giới (vùng bờ Đại Tây D‡ơng của n‡ớc Mỹ, vùng bờ các biển giải thích sự xuất hiện của bờ hình ren đối với các vùng bờ đá tảng gốc.

Một cách linh cảm các nhμ khoa học vμ chuyên gia nhiều n khác nhau hiểu rằng vai trò quan trọng nhất trong sự hình thμnh các dải bờ hình ren thuộc về sóng biển, rằng chúng lμ kết quả ơng tác của các quá trình biển vμ bờ. Trong một số công trình các t‡

tác giả đã thử liên hệ các kích th‡ớc không gian của bờ hình ren vμ độ sóng gió.

V. P. Zenkovich đã thực hiện một loạt quan trắc rất tinh tế. Ông đã chú ý tới một thực tế lμ các dải bờ hình ren đ‡ợc tạo thμnh với những tập hợp hoμn toμn xác định của độ nghiêng đáy, đặc điểm vật liệu vμ các yếu tố sóng. Đôi khi hμng tuần liền đ‡ờng bờ

hể giữ nguyên bằng phẳng, nh‡ng sau đó bỗng nhiên xuất hiện t tập hợp điề

đồng thời [32].

Những thμnh tạo địa hình ngầm ven bờ rất giống với bờ hình có tên lμ “các ba dạng l‡ỡi liềm”. Chúng tựa nh‡ lμ phản xạ ơng của các bờ hình ren: các mũi

thμnh các hệ thống đụn cát, đôi khi đạt tới kích th‡ớc khổng lồ. Đối với các dải bờ hình ren các dòng dọc bờ có thể đóng vai trò của gió.

Địa Trung Hải, Nhật Bản, Hắc Hảị..), nh‡ng hầu bao giờ nh‡ ở những nơi đó quy mô của dao động thủy triều cũng không lớn [131, 206]. Nh‡ Homma vμ Sonu [206] nhận xét, trong một số tr‡ờng

thuyết cho rμng những dạng địa hình nμy xuất hiện d‡ới tác động của các dòng chảy đứt đoạn, những dòng chảy nμy cũng có cấu trúc tuần hoμn rõ nét (xem hình 4.23). Ví dụ, P. Komar [227] chỉ rõ rằng các dòng chảy đứt đoạn lμ nguyên nhân chính của những cấu trúc tuần hoμn của địa hình ven bờ. Tuy nhiên, bằng nảh h‡ởng của các đòng chảy đứt đoạn khó giải thích đ‡ợc sự đa dạng về quy mô của những dạng địa hình đó.

Đến cuối những năm 60 đã tích lũy đ‡ợc nhiều tμi liệu quan trắc về sự biến đổi của địa hình. Với nhiều nhμ nghiên cứu đã trở nên sáng tỏ rằng những thμnh tạo tuần hoμn ở trên bờ vμ lân cận tính

lμ cá

xoáy luân phiên nhau; c‡ờng độ của các dòng chảy yếu dần khi xa vμ c

hiết với nhaụ Những thí nghiệm trong phòng thí μnh khi sóng gió đó, t

ng dạng địa hình có tính tuần hoμn khác hợp riêng biệt có thể gặp thấy nhiều hệ thống ba phân bố ở những khoảng cách khác nhau kể từ bờ.

Lý thuyết t‡ơng đối phổ biến lμ lý

bờ có liên hệ với một quá trình sóng nμo đó thể hiện một cách có chu kỳ ở đới ven bờ. Vμ xuất hiện giả thuyết rằng quá trình đó c sóng ven ngoại trọng lực.

Các dòng chảy liên quan tới sóng ven tạo thμnh một hệ thống dần khỏi bờ. Chỉ cần so sánh sơ đồ các dòng chảy nμy (hình 4.25) ác dạng địa hình ven bờ có thể hiểu rằng các hiện t‡ợng đó liên quan mật t

nghiệm của Galvin (1965), Harris (1967), Bowen vμ Inman (1969) [131] đã cho thấy rằng các sóng ven đ‡ợc tạo th

tiến vμo vùng nền đáy nghiêng gần bờ sẽ dẫn tới sự bμo mòn nền ích cực di chuyển vật liệu trầm tích vμ bằng cách đó về nguyên tắc có thể sinh ra nhữ

http://www.ebook.edụvn nhau ở đới ven bờ.

Xuất phát từ những lập luận chung nμy Bowen, Inman [131]

các Các tính toán của

nhữ g −

‡ỡi liềm cách

giá trị tới hạn nμo đó Xuất phát từ mô hình của Eckart (xem mục 2.2) có tính tới (2.12), (2.13) vμ (2.21), mô đun tốc độ của các phần từ đối với hμi sóng ven bậc không, bậc một vμ bậc hai có thể biểu diễn d‡ới dạng

vμ Guza, Inman [187] đã xây dựng các mô hình lý thuyết phát sinh ba hình l‡ỡi liềm vμ bờ hình ren t‡ơng ứng.

họ vμ dữ liệu mô hình hóa trong phòng thí nghiệm chứng tỏ rằng ng thμnh tạo cấu trúc nμy có một nguồn hình thμnh chun các sóng ven đứng.

Theo ý kiến của Bowen vμ Inman [131], các ba hình l

đ‡ợc tạo thμnh do kết quả lắng đọng vật liệu lơ lửng ở một khoảng nμo đó cách bờ, nơi tốc độ quỹ đạo của các phần tử (theo một mô hình khác của họ, đó lμ tốc độ vận chuyển sóng) nhỏ hơn một

t u . ) ( exp ) / ( ) ( ) , ( 02 02 1/2 0 0 x y u v A gk kx u = + = ω − ; (4.97a) = + = 2 1/2 1 2 1 1(x,y) (u v ) u { ( 1) [1 2 ( 1)]sin ( )} exp( ); ) / ( 2 2 2 1/2 1 gk k x k x ky kx A ω + − − + − (4.97b) = + = 2 1/2 2 2 2 2(x,y) (u v ) u { − + + − ì =A2(gk/ω) k2(x2 4x 2) 4(x 2) }exp( ) ) ( sin )] 2 4 ( 2 [x− −k x2 − x+ 2 kykx ì . (4.97)

http://www.ebook.edụvn Phân bố tốc độ đối với các h

trên hình 4.25. Thấy rõ rằng những điểm nơi

μi thứ nhất vμ thứ hai đ‡ợc dẫn

t

u

u < phân bố ở trong đới bao quanh đ‡ờng u =0. Đối với hμi bậc kh

hật bằng phẳng phân bố

ông − đó lμ vùng với ranh giới hình chữ n ở một hình

‡ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đã cho thấy, thực tế không thể hiện thực hóa tình huống để trong đó đối với một hμi nμo đó tồn tại ổn định một số hệ thống ba: các sóng đủ mạnh để lμm phát sinh ba ở phía bên ngoμi th‡ờng dẫn tới phá hủy ba ở phía bên trong.

khoảng nμo đó cách bờ, đối với các hμi bậc cao hơn − đó lμ các cung l‡ỡi liềm tuần hoμn, số l‡ợng các cung đó t‡ơng ứng với số hiệu của hμi (hình 4.26). Tuy nhiên, nh

Hình 4.26. Biểu diễn bằng sơ đồ sự tạo thμnh hệ thống ba hình loỡi liềm bởi các hμi sóng ven bậc một vμ bậc hai (từ [131])

Công trình của Bowen vμ Inman [131] đã cho phép giải thích bản chất của các ba hình l‡ỡi liềm, cũng giống nh‡ công trình

dòn tăng mạnh sự quan tâm tới

ây dựng một mô hình hình thμnh các bờ hình ren, trong đó vai trò quan trọng thuộc về sự t‡ơng tác của các sóng ven đứng vμ các sóng đi tới (sóng phát xạ). Tùy thuộc vμo đặc điểm của bờ, nh‡ các tác giả giả

, đ‡ợc phát sinh tại các bờ có sự đổ nhμo sóng thể hiện rõ vμ có các nhân hoμn l‡u ven bờ phát triển (đặc tr‡ng cho các bờ n‡ớc nông). Sự chú ý đặc biệt trong công trình [187] đã giμnh cho việc khảo sát vμ mô hình hóa trong phòng thí nghiệm về các bờ hình ren kiểu phản xạ, nh‡ ng‡ời ta đã tìm hiểu đ‡ợc, chúng đ‡ợc hình thμnh hoặc lμ bởi các sóng ven tựa điều hòa (có chu kỳ gấp đôi chu kỳ của sóng tới) của hμi bậc không, hoặc lμ bởi các sóng ven đồng bộ (với các chu kỳ của sóng tới) của một trong các hμi bậc thấp.

Sự nghiên cứu t‡ơng tự về cơ chế phát sinh các bờ hình ren

Một phần của tài liệu Các sóng dài trọng lực trong đại dương - Chương 4 pptx (Trang 49 - 55)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(70 trang)