C. Ghi chỳ: như 1C ở trờn Rất cần sử dụng moi dữ liệu thuộc cỏc vựng kề cận, sử dụng bất kỳ tài liệu nào cú thể cung cấp thụng tin bổ sung về khớ hậu súng (wave climatology) của vựng.
d. Những dữ liệu về dũng chảy
Những dữ liệu về dũng nhiều khi rất quan trọng để đỏnh giỏ sự vận tải trầm tớch dọc bờ hoặc ngang bờ, và để đỏnh giỏ cỏc quỏ trỡnh thuỷ lực trong lạch triều và cỏc đường thuỷ cú giới hạn. Cỏc dũng chảy sinh ra do nhiều cơ chế khỏc nhau, biến đổi rất mạnh theo khụng gian và thời gian cả về cường độ cũng như chiều hướng. Cú 4 nhúm dũng khụng định hướng gõy tỏc động đến mụi trường ven bờ và cỏc biến động địa chất. Đú là:
Cỏc dũng chảy gần bờ do song kớch động, gồm cỏc dũng chảy dọc bờ và theo khe mỏng (rip current)
Luồng chảy trong cỏc kờnh (channel) và lạch triều (inlet); Cỏc dũng này đổi chiều ngày đờm một lần hay nửa ngày đờm một lần tuỳ thuộc loại triều ở dọc bờ kế cận. Sụng xả nước
Cỏc dũng hải lưu dọc theo cỏc khối lục địa.
Phần này trỡnh bày sơ lược hai chủ đề đầu và đưa dữ liệu thớ dụ. Chủ đề 3 và 4 vượt ra ngoài khuụn khổ cuốn sỏch này và bạn đọc cần tham khảo cỏc tài liệu khỏc.
(1) Cỏc dũng chảy gần bờ do súng tạo thành.
(a) Về lý thuyết, một trong những mục đớch quan trọng của việc đo cỏc dũng chảy ở gần bờ do súng gõy ra là để đỏnh giỏ sự vận tải trầm tớch dọc bờ. Ở trỡnh độ cụng nghệ và tri thức toỏn học hiện nay hiểu biết về bản chất vật lớ của sự vận tải trầm tớch thỡ việc đo trực tiếp dài hạn cỏc dũng chảy dọc bờ bằng thiết bị đo là khụng thực tế. Cú hai lớ do: Thứ nhất, việc triển khai, vận hành và bảo dưỡng thiết bị đặt ở miền gần bờ và trong đới súng nhào (surfzone) là khú khăn và tốn kộm. Thứ hai, sự hiểu biết về cơ chế vận tải trầm tớch vẫn cũn rất nhỏ bộ và chưa cú một quy tắc toỏn học nào được cụng nhận là phương phỏp cuối cựng để tớnh toỏn vận tải trầm tớch, ngay cả khi dũng chảy, độ hạt, địa hỡnh và cỏc thụng số khỏc đều biết cả. Một vấn đề khỏc cần xem xột là làm sao kiểm soỏt được sự biến thiờn của dũng chảy theo
hướng dọc và ngang đới súng nhào. Bởi lớ do việc thu thập dữ liệu ở đới song nhào là cực kỳ khú khăn nờn chẳng những những biến đổi dũng chảy theo hướng cắt ngang mà cả những biến đổi của dũng chảy theo thời gian cũng chưa được hiểu rừ.
(b) Sự trượt dọc bờ (longshore (or literal) drift) được định nghĩa là: “Vật liệu (như cuội, sỏi, cỏt, mảnh vỏ trai ốc) được di chuyển dọc theo bờ nhờ vào cỏc dũng chảy dọc bờ” (Bates và Jackson,1984). Sự trượt thực dọc bờ hiểu là hiệu số giữa khối lượng vật liệu di chuyển theo một hướng dọc theo bờ và khối lượng di chuyển theo hướng ngược lại (Bascom,1964).
(c) Bởi lẽ dũng chảy thực dọc bờ cú thể biến động rất lớn năm này qua năm khỏc dọc theo đường bờ, cho nờn nờn triển khai mỏy đo dũng ở một địa điểm trong vũng vài năm để thu được càng nhiều dữ liệu ở một điểm càng tốt. Đỏng tiếc là vấn đề kinh phớ cú thể khụng cho phộp triển khai mỏy lõu năm. Ngay cả khi triển khai dài hạn cũng cú thể khụng phỏt hiện được những biến động cú quy mụ hàng vài thập niờn, chẳng hạn những biến đổi khớ hậu liờn quan El Nino. Ở mức tối thiểu, cỏc dũng chảy gần bờ phải được kiểm soỏt tại một địa điểm ớt nhất là liờn tục 1 năm để đỏnh giỏ những biến đổi xảy ra khi cỏc mựa chuyển tiếp. Cỏc nhà khoa học ven bờ và cụng trỡnh sư phải nhận thức rừ những hạn chế của cỏc dữ liệu về dũng đo tại thực địa và phải hiểu rằng những biến đổi dài hạn mụ hỡnh lưu thụng cũng cú thể khụng được phỏt hiện mặc cho mọi cố gắng lớn nhất ở thực địa.
Bảng 5-11: Cỏc thụng số trạng thỏi biển
Ký hiệu Mụ tả Đơn vị
Thuật ngữ cơ bản
a Biờn độ m c Vận tốc pha hay celerity (phase velocity or celerity) m/s cg Vận tốc nhúm m/s f Tần số Hz H Chiều cao súng m L Bước súng đo theo hướng lan truyền súng m T Chu kỳ súng 1/f giõy Ө Hướng lan truyền súng như đ ược dựng trong phổ hướng súng độ ∆ f Độ gia tăng tần số gốc trong phõn tớch Fourier riờng biệt Hz δ Độ lệch chuẩn m
Những thụng số chung
fp Tần số của đỉnh phổ (peak), 1/ Tp Hz Hs Chiều cao đỏng kể của súng được xỏc định là 1/3 chiều cao
lớn nhất của cỏc chiều cao súng được tớnh bằng H1/3 c ủa
súng đổ xuống, hoặc H1/3 của súng trồi lờn (khụng hiểu ?!) m Tp Chu kỳ của cỏc đỉnh phổ 1/fp giõy
Cỏc hàm giải tớch miền thời gian
H1/3,d (khụng hiểu ?!) m H1/3,u (khụng hiểu ?!) m
Cỏc thụng số giải tớch miền tần số
fp Tần số của đỉnh phổ.Cú thể ướctớnh tần số này bằng nhiều cỏch: Hz 1).Là tần số mà ở đú S(f) lớn nhất; 2). Điều chỉnh mụ hỡnh phổ
lý thuyết cho thớch hợp với tần số phổ ước tớnh.
Hmo Số ước tớnh hiều cao đỏng kể của song, 4/ mo m2/Hz mn Moment thứ n của mật độ phổ m2/giõyn S(f) Mật độ phổ m2/ Hz Tp Chu kỳ đỉnh phổ 1/fp giõy Cỏc hàm và thụng số cú định hướng k Vectơ súng rad /một d(f,Ө) Hàm trải rộng định hướng độ S(f,Ө) M ật đ ộ ph ổ đ ịnh h ư ớng (m2/Hz) độ a Hướng súng.Đú là thụng số súng định hướng thường dựng, độ là gúc giữa phương bắc và hướng súng đến. Trong định nghĩa
này nếu thuận kim đồng hồ là dương
Ө Hướng lan truyền song, nú thể hiện hướng của khụng, độ ngược kim đồng hồ là dương.
Өm(f) Hướng trung bỡnh của súng là hàm của tần số. Giỏ trị trung bỡnh
của tất cả Өm(f) được gọi là hướng tổng thể của súng độ
Bảng 5-12: Những quy ước thể hiện cỏc số đo mụi trường cú định hướng
Loại dữ liệu Nội dung ký hiệu Thớ dụ
Giú Súng Dũng khụng hướng
Giú thổi đến TỪ ĐÂU Súng trào đến TỪ ĐÂU Dũng chảy đi ĐẾN ĐÂU
Giú Bắc thổi đến từ hướng 0 độ Súng Tõy đến từ hướng 270 độ Dũng hướng đụng chảy đi hướng 90 độ
Hỡnh 5-23: Đồ thị biểu diễn độ cao, chu kỳ và hướng súng theo cỏc số lieụe thu thập ở bờ Fort Walton, Florida
Hỡnh 5-24: Cỏc trạm đo dũng chảy ở lạch triều East Pas, Destin, Florida, 10/1983. Số liệu được đo liờn tục với bước thời gian là 1 tiếng. Sơ đồ cho thấy lỳc 2h10CST, dũng chảy cú hướng TB (ở khu vực phớa tõy của
Hỡnh 5-25: Vớ dụ về nhật ký thực địa ghi thời gian số đo dũng chảy ở lạch triều East Pas. Đõy là cỏc số liệu thực tế nhưng hơi khú đọc
Hỡnh 5-26: Đồ thị biểu diễn tốc độ dũng chảy (hỡnh dưới) và hướng dũng chảy (trờn)
(2) Luồng chảy trong cỏc kờnh và lạch triều
(a) Lạch là “một đường dẫn nhỏ, hẹp ở bờ, qua đú nước thõm nhập vào đất liền” (Bates và Jackson, 1984). Lạch triều cú kớch thước khỏc nhau từ những luồng ngắn, hẹp xuyờn qua đảo chắn đến cỏc chi lưu cửa sụng lớn, như vịnh Chesapeake. Cú rất nhiều nghiờn cứu địa chất và địa chất cụng trỡnh về luồng chảy qua lạch triều nằm trong cỏc doi chủ yếu là cỏt, đặc biệt khi cỏc lạch được dựng làm đường hàng hải nối bến cảng với biển cả.
(b) Lạch triều cho phộp trao đổi nước giữa biển và vịnh trong mỗi chu kỳ triều. Do đú, cỏc dũng chảy trong lạch triều đặc trưng là một chiều, cú sự thay đổi hướng theo từng ngày đờm hoặc nửa ngày đờm, phụ thuộc vào hoạt động thuỷ triều dọc theo bờ biển khơi. Luồng
chảy qua lạch triều cú thể bị phức tạp hoỏ bởi cỏc chế độ thuỷ động lực của vịnh nội địa, đặc biệt là khi cú cỏc đường dẫn khỏc nối ra biển khơi.
(c) Cú rất nhiều mụ hỡnh số và mụ hỡnh lớ thuyết được xõy dựng để mụ tả luồng chảy qua lạch triều và cho phộp cỏc nhà khoa học dự bỏo tỏc động của những biến động về kớch thước dũng chảy, chiều dài và hướng (Aubrey và Weishar, 1988; Escoffier, 1977; Seelig, Harrớ, và Herchenroder, 1977; Sỏch hướng dẫn bảo vệ bờ, 1984). Tuy nhiờn, số lớn mụ hỡnh sẽ đem lại lợi ớch nhiều hơn nếu được, hoặc cần phải được phõn độ bằng đối chiếu với cỏc số đo đại lượng vật lớ tiến hành ở lạch triều và ở nơi gần gận. Những số đo thực tế cần cú thường hoặc là mức dõng cao của triều từ biển khơi đến hoặc từ vịnh kề cận hoặc là cỏc vận tốc dũng chảy thực tế từ bờn trong họng của lạch triều.
(d) Sự thể hiện dữ liệu độ cao thuỷ triều thường là tương đối thẳng tiến, thường gồm cú trục x chỉ thời gian ngày/giờ và trục y là độ cao (H.5.6). Mặc dự dỏng chung của đường cong giống nhau, mỗi đường biển diễn là duy nhất xột về độ cao của cỏc đỉnh và về độ trễ thời gian (the time lags). Cú thể được xếp chồng cỏc đường cong lờn nhau để so sỏnh. Song, chỉ cần đối chiếu dữ liệu trong một thỏng thụi thỡ cũng đó quỏ phức tạp để cú thể đem lại lợi ớch gỡ.
(e) Sự thể hiện cỏc số đo dũng chảy lại càng khú hơn vỡ thường thu thập một số lượng lớn dữ liệu. Một khú khăn thờm nữa là sự thay đổi dũng ở bờn trong một lạch, lỳc này cần cú đường bảng diễn ba chiều của dũng biến động theo thời gian. Cỏc số đo dũng chảy thu thập ở lạch East Pass, Florida, trong cỏc thớ nghiệm tại thực địa vào giữa năm 1980 được trỡnh bày như một thớ dụ. Dũng chảy được đo thủ cụng bằng thiết bị đo Price kiểu AA đặt trờn thuyền và bằng thiết bị đo dũng Endeco 174. Cỏc số đo thủ cụng được thực hiện qua từng giờ một suốt 24h để cú số liệu về toàn bộ chu kỳ triều. Việc đo đạc được thực hiện cắt ngang luồng ở 4 trạm, mỗi số đo cú 1 quan sỏt gần mặt, một ở giữa độ sõu và một ở gần đỏy (H.5.24). Do đú, cứ mỗi giờ thu được 12 giỏ trị của dữ liệu về hướng và vận tốc (H.5.25). Cú một cỏch thể hiện cỏc giỏ trị này bằng đồ thị là vẽ tốc độ trờn hỡnh chiếu phẳng cú vị trớ của cỏc điểm quan trắc (H.5.24). Loại hỡnh vẽ này thể hiện rừ hướng và đại lượng tương quan của mỗi dũng chảy. Ở thớ dụ này, dữ liệu phỏt hiện dũng chảy theo hướng ngược nhau ở hai nửa đối diện nhau ở lạch triều. Điểm yếu của hỡnh chiếu phẳng là sự đột ngột tức thời của dũng chảy và người quan sỏt khụng thể theo dừi được sự biến đổi hướng và đại lượng của dũng theo thời gian, trừ phi hỡnh vẽ được vẽ lại cho từng thời lượng gia tăng. Những biến đổi theo thời gian cú thể được thể hiện trờn đồ thị kộp với số đo hướng hay vận tốc ở một trục và thời gian ở trục kia (H.5.26). Đỏng tiếc là, để trỏnh bị phức tạp hoỏ, người ta lại vẽ dữ liệu của cả 12 vị trớ đo đạc lờn cựng một bảng đồ.
Do vậy, cỏc số đo ở cựng một độ sõu được vẽ cựng với nhau, như H.5.26, hoặc tất cả cỏc số đo ở cựng một điểm cú thể được cựng vẽ với nhau (cỏc số đo ở gần mặt nước, giữa, và đỏy cột nước).
(f) Túm lại, cú thể bảng diễn dữ liệu về dũng ở dạng đột ngột tức thời của cỏc vectơ dũng hay ở dạng đường cong theo loạt thời gian của mỗi trạm quan trắc riờng lẻ. Cần cú nhiều đồ thị để bảng diễn tất cả cỏc dữ liệu thu thập được thậm chớ của một dự ỏn ngắn hạn. Tốt hơn là nờn trỡnh bày cỏc hỡnh vẽ này ở dạng phụ lục hơn là đưa vào phần lời của bỏo cỏo.
(a) Sự phõn tớch sai số cỏc dữ liệu về dũng cú thể chia thành hai nhúm lớn. Nhúm thứ nhất cú liờn quan đến sự chia độ của cỏc thiết bị cảm biến dũng thực tế. Người sử dụng cần phải biết cỏc số đo mà cụng cụ cụ thể cung cấp phản ảnh trung thực tới mức nào sự vận động của nước mà ta định đo. Thụng tin ngày là quan trọng cho việc đỏnh giỏ tập dữ liệu hiện cú và cho cả việc lập kế hoạch cho những cuộc thớ nghiệm tiếp theo tại thực địa, nơi cú cỏc dụng cụ cú mức độ thớch hợp khỏc nhau.
(b) Nhúm lớn thứ hai là liệu cỏc số đo thu được cú đại diện đỳng cho từng dũng chảy diễn ra ở lạch triều hoặc kờnh mà ta đang nghiờn cứu hay khụng. Đỏnh giỏ vấn đề thứ hai này cực kỳ khú khăn vỡ nú đặt ra vấn đề cơ bản là “tụi cần bao nhiờu dữ liệu?” và “Tụi cú thể thu thập được những dữ liệu mà chỳng sẽ trả lời đớch thực cho vấn đề của tụi?” Người sử dụng luụn cú xu hướng muốn trả lời rằng tụi muốn cú nhiều dữ liệu tới mức cú thể cú, song điều này cú thể dẫn đến phản tỏc dụng. Thớ dụ, liệu cỏc dũng chảy ở một lạch triều đang được đo đạc để xỏc định biến động của thấu kớnh thuỷ triều theo thời gian với một mạng lưới dày đặc cỏc trạm đo, cú thể cung cấp nhiều hơn những dữ liệu hữu ớch? Hay là dữ liệu dư thừa cú thể đem lại những chi tiết khụng cần thiết về dũng chảy rối hay sự hợp lưu dũng ở trong lạch? Đú là những vấn đề rất lớ thỳ, nhưng khụng thể là vấn đề thớch hợp cho cỏc bài toỏn về cụng trỡnh xõy dựng. Mặc dự dữ liệu thu được từ mạng lưới dày đặc kia cú thể dựng để đỏnh giỏ dũng một cỏch tổng thể, toàn diện, song sự thu thập, phõn tớch và quản lớ khối lượng dữ liệu dư thừa kia là rất tốn kộm tiền bạc và thời gian. Khoản tiền chi để quản lớ tập dữ liệu này, nờn chăng, tốt hơn là để kộo dài một chương trỡnh đo đạc đơn giản tại đú. Thật đỏng tiếc là khụng cú một hướng dẫn dứt khoỏt nào cho việc lập kế hoạch nghiờn cứu dũng và bố trớ địa điểm đặt cỏc dụng cụ đo.
(c) Phõn thớch sai sút của cỏc kiểu cảm biến đo dũng khỏc nhau là chủ đề của nhiều nghiờn cứu khỏc nhau trong 30 năm nay. Cú thể xảy ra nhiều loại sai sút, cả trong khi triển khai mỏy, cả trong khi xử lớ dữ liệu. Những lỗi này cú thể đo sự phõn độ, đồng hồ ghi giờ hỏng, do ghi băng, băng ghi quay ngược. Ngoài ra, người dựng cũng phải cảnh giỏc rằng mỗi loại, mỗi nhón hiệu mỏy đo dũng chỉ cú khả năng ghi chớnh xỏc một số thụng số trong cả chuỗi liờn quan sự vận động của nước do ảnh hưởng của cỏc bộ neo, loại cảm biến tốc độ được dựng và cỏch thức ghi dữ liệu của dụng cụ đo (Halpern, 1980). Bài bỏo của Halpern (1980) đó liệt kờ một loạt tài liệu núi về cỏc kết quả thử nghiệm với cỏc mỏy đo dũng được neo thả.
(d) Cỏc nhà chế tạo cụng bố cỏc tiờu chuẩn chớnh xỏc trong cỏc ấn phẩm của họ. Những tiờu chuẩn này cú thể rất lạc quan, đặc biệt là trong những điều kiện xấu thường xảy ra ở đới ven bờ. Do vậy, người dựng dữ liệu cú sẵn cần thu thập nhiều thụng tin cú thể được về cỏch thức bố trớ mỏy, kiểu loại neo để tỡm hiểu độ chớnh xỏc của cỏc số đo. Cuối cựng, sử dụng cú kết quả cỏc mỏy đo dũng phụ thuộc nhiều vào việc lập kế hoạch thớ nghiệm và vào kinh nghiệm và tinh thần trỏch nhiệm của cỏn bộ kỹ thuật trong việc đặt mỏy và bảo dưỡng.
(4) Dũng nước sụng xả ra biển/hồ
(a) Cỏc dũng nước sụng đổ xả vào thuỷ vực cú ảnh hưởng lớn đến một số bờ, đặc biệt là khi đó hỡnh thành những chõu thổ lớn (như Chõu thổ Missisipi). Ngay cả khi vựng nghiờn cứu khụng nằm trong chõu thổ, nhà nghiờn cứu bờ vẫn phải cảnh giỏc trước tỏc động tiềm tàng của sụng đối với cỏc quỏ trỡnh ven bờ, đặc biệt là khi vựng nghiờn cứu chịu ảnh hưởng
của cỏc dũng nước ngọt đổ vào trong một số mựa nào đú hoặc khi cỏc dũng chảy dọc bờ vận tải trầm tớch do sụng đưa vào.