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 ngợc 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
ngời 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 đợc 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 tơng 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 tợng của nghiên cứu nμỵ Theo truyền thống ngời 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]. Trớc 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 trởng 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 hởng tơng 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 ngợc dọc đáy nghiêng không thể vợt hơn gia tốc rơi tự do, Munk vμ Wimbush [61] đã đa 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 nớc dâng lên của sóng, λ0 − bớc sóng của sóng tới trên nớc 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 lợng
ờng bờ xây vμ đê chắn dùng để bảo vệ bờ khỏi
*
Các t sóng bão đôi khi dẫn tới
xuất tờn
nh hởng tiêu cực của các tờng chắn sóng tới động lực
mùa ờng
chốn mâu
hiệu ứng ngợc 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 cha rõ.
tuần h lỡi 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 thớc.
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 đợc
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 đợc 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 trớc hết quyết định sự hình thμnh hình thái bờ.
Một trong những hiện tợng 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 lỡi liềm (prescentic bars) vμ những dạng khác đã đ
trong cuốn chuyên khảo của Johnson (1919) đã có một chơng yên về các dạng địa hìn
nguồn gốc hình thμnh của các dạng đã đợc 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 thớc của các mắt ren biến thiên từ số chục cm đến hμng trăm km [151, 187, 206, 227], nhng 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 ngời khác đã nghiên cứu về chúng [32, 87].
Dolan vμ
ren dựa trên kích thớc 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 thớc đặc trng 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.
Ngời ta đã đa 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 dới 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 ngợc 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]. Nhợc 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 dới dạng các sóng cát *.
*Theo ý kiến của Guza vμ Inman [187] ở đây đã lợi dụng sự tơng 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 ngời 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 đợc tạo ra trong một số phút, cứ nh tự hiện ra trớc 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 hớng về phía biển, còn các dạng tơng tự của các ba − hớng vμo phía bờ. Thông thờng nhất các ba hình lỡi liềm gặp thấy trong các vịnh biển vμ chúng tựa nh bao lấy các vịnh, nhng đôi khi chúng có mặt ở lân cận các bờ thẳng trải dμị Các ba hình lỡi liềm gặp thấy ở rất nhiều vùng ven bờ khác nhau của Đại dơng Thế giới (vùng bờ Đại Tây Dơng của nớc 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 thớc 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 đợc 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 đờng bờ
hể giữ nguyên bằng phẳng, nhng 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 lỡi 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 thớc 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..), nhng 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 trờng
thuyết cho rμng những dạng địa hình nμy xuất hiện dới 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 hởng của các đòng chảy đứt đoạn khó giải thích đợc sự đa dạng về quy mô của những dạng địa hình đó.
Đến cuối những năm 60 đã tích lũy đợc 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; cờng 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 tơng 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 tợng đó liên quan mật t
nghiệm của Galvin (1965), Harris (1967), Bowen vμ Inman (1969) [131] đã cho thấy rằng các sóng ven đợc 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 dới dạng
vμ Guza, Inman [187] đã xây dựng các mô hình lý thuyết phát sinh ba hình lỡi liềm vμ bờ hình ren tơng 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
đợc 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 ky −kx 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 đợc dẫn
t
u
u < phân bố ở trong đới bao quanh đờng 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 thờng 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 lỡi liềm tuần hoμn, số lợng các cung đó tơng 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 lỡi 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 tơng 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
, đợc phát sinh tại các bờ có sự đổ nhμo sóng thể hiện rõ vμ có các nhân hoμn lu ven bờ phát triển (đặc trng cho các bờ nớc 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 ngời ta đã tìm hiểu đợc, chúng đợc 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 tơng tự về cơ chế phát sinh các bờ hình ren