(1) Phản ứng chung của bờ đối với sự biến động mực nước biển (xem chương 2)
Cú rất nhiều dải đảo chắn xung quanh Hoa Kỳ đó được đắp cao trong thời kỳ nước biển dõng cao vào thời Holocene, điều này cho ta dự đoỏn rằng ở những vựng này nguồn cung cấp trầm tớch là đủ để cỏc bờ biển theo kịp với độ dõng cao mực nước biển. Điều cũn chưa rừ là cỏc bờ phản ứng như thế nào đối với cỏc biến động mức nước biển ngắn hạn. Thớ dụ về cỏc quỏ trỡnh ngắn hạn hơn là những biến đụng mực nước ở Great Lake diễn ra trong nhiều năm và mức nước biển dõng cao nhiều thỏng liền cú liờn quan với cỏc dao động ở Nam Thỏi Bỡnh Dương do El Nino gõy ra.
(2) Phản ứng đối với bóo
(a) Dựa trờn những nghiờn cứu khởi đầu của mỡnh ở cỏc bờ nam California trong những năm 1940, Shepard (1950) xõy dựng mụ hỡnh cổ điển rằng cú sự trao
đổi trầm tớch giữa bờ trờn đất liền / bờ ngoài khơi theo chu kỳ mựa đụng/mựa hố. Những nghiờn cứu từ hồi đú đến nay cho thấy rằng mụ hỡnh này ỏp dụng được cho phần lớn cỏc bờ khỏc cú súng lừng chi phối, nơi mà chế độ súng biến đổi theo mựa (cỏ biệt là cỏc bờ Thỏi Bỡnh Dương)(Carter,1988). Cú nhiều vựng bờ khụng thể
hiện biến động rừ rệt theo mựa. Thay vào đú, chỳng bị xúi mũn quanh năm khi cú bóo và tỏi dựng lại trong thời kỳ khớ hậu tốt sau đú.
(b) Ở một số vựng nhưở Gulf Coast, những cơn bóo khụng thường xuyờn và khụng đều đặn cú thể là yếu tố động lực học quan trọng nhất tỏc động đến bờ. Tiếp sau một trong số cỏc trận bóo, việc tỏi dựng bờ và cồn cỏt cú thể diễn ra nhiều năm. (H.3.6 cho thấy một phần của bờ Florida/ Alebama mà đó bị huỷ hoại sau trận bóo Frederick năm 1979, được phục hồi chậm chạp). Gần đõy, quan niệm phổ biến cho rằng những cơn bóo là yếu tố động lực học hỡnh thỏi quan trọng nhất gõy xúi mũn bờ của Gulf Coast đang được đỏnh giỏ lại bằng sử dụng những dữ liệu mới. Cỏc nhà khoa học hiểu ra rằng mặt tiền khối khớ lạnh mựa đụng (winter cold front), năm này qua năm khỏc, là nguyờn nhõn đỏng kể gõy ra sự
thoỏi lui hàng năm của cỏc đảo chắn. Dingler, Reiss và Plant (1993) khảo sỏt cỏc đảo Dernieres ở Louisiana và thấy rằng cơn bóo Gilbert (9-1988) khởi đầu sự
thoỏi lui đỏng kể của bờ biển. Song, hiện nay người ta đó giảm bớt độ xúi mũn trung bỡnh bằng cỏch cải biến bề mặt bờ tạo ra trước đõy bởi cỏc cơn bóo do mặt tiền dũng chảy lạnh kớch thớch. Những phản ứng khỏc nhau này cú liờn quan đến quy mụ của cơn bóo. Mặt tiền khối lạnh, tự thõn là một cơn bóo nhỏ, đó bào mũn toàn bộ mặt bờở cựng một mức độ. Số lớn cỏt và bựn được tớch đọng lại ở ngoài khơi và chỉ cú một phần nhỏ cỏt xúi mũn ra là được tớch tụ trở lại trờn bờ phớa sau vỡ những cơn bóo do lạnh gõy ra này thường khụng làm nước biển dõng cao đỏng kể đủ để tràn ngập bờ. Cơn bóo Gilbert, ngược lại, đó dõng cao đỏng kể mực nước biển cho nờn sự xúi mũn đầu tiền xảy ra ở phần trờn của bờ và số lớn cỏt được tớch đọng lại ở phớa sau đảo nhờ vào cỏc quỏ trỡnh tràn rửa. Sau thời gian 5 năm tỏc động tổng thể của cơn bóo này đối với cỏc đảo Dernieres là làm chậm lại tốc độ
đảo thoỏi lui khoảng chứng 50% so với độ thoỏi lui do mặt trước dũng chảy lạnh gõy ra riờng một mỡnh.
(3) Mụ hỡnh phản ứng của bờ theo quy tắc Bruun.
(a) Một trong số cỏc mụ hỡnh phản ứng của mặt bờ được biết đến rộng rói nhất là mụ hỡnh được Bruun đề xuất năm 1962 (được trỡnh bày lại trong tỏc phẩm Bruun,1988). Quan niệm của Bruun là cỏc bờ điều chỉnh cho thớch hợp với cỏc điều kiện súng chế ngựở miền đú. ễng lập luận rằng cỏc bờ phải phản ứng lại theo một cỏch nào đú vỡ rừ ràng là chỳng đó phải điều chỉnh và tiến hoỏ từ trước đến nay mỗi khi mực nước biển biến đổi. Cỏc bờ biển khụng biến mất, chỳng chỉ di chuyển. Sự di chuyển này thực hiện như thế nào? Những nghiờn cứu trước đõy về
hỡnh thỏi bờ theo mựa hố – đụng cung cấp những hiểu biết then chốt rằng cỏc bờ
phản ứng thậm chớ đối với cả những biến động chế độ súng theo mựa. Giả định cơ
bằng của bờ và của miền nụng ngoài bờ cũng di chuyển dõng cao lờn và hướng vào đất liền. Bruun đưa ra một số giả định trong cỏch phõn tớch hai chiều của ụng:
Phần trờn của bờ bị xúi mũn vỡ biờn dạng dịch chuyển về phớa vào bờ.
Trầm tớch bị bào mũn ra từ phần trờn của bờ được lắng đọng lại ngay ở miền ngoài bờ; khối lượng trầm tớch bị xúi mũn ra và lắng đọng lại là bằng nhau (nghĩa là ở đõy khụng cú vận tải dọc bờ).
Độ dõng cao đỏy biển ngoài khơi bằng độ dõng cao mực nước biển. Như vậy, độ sõu của nước ở ngoài khơi là khụng thay đổi.
(b) Quy tắc Bruun cú thể biểu thị như sau (H.4.27a):
S H B L R * * (4.5)
Khi R = mức lựi của đường bờ
S = mức dõng cao nước biển
L = khoảng cỏch ngang bờ đến điểm nước sõu bằng H B = độ cao bờ thềm ( berm height ) ở phần bị búc mũn.
Hands (1983) phỏt biểu lại quy tắc Bruun bằng dạng đơn giản hoỏ là: Z zX x (4.6) Khi z = độ chờnh lệch mức nước biển
Mức lui chung cuộc x của biờn dạng cú thể được tớnh toỏn từ kớch thước của biờn dạng sau phản ứng, X và Z, như thể hiện ở H.4.27b
(c) Mặc dự người ta vẫn tiếp tục quan tõm đến khỏi niệm của Bruun, song phương phỏp này vẫn chỉ cú phạm vi ứng dụng hạn chế vào mục đớch dự bỏo. Hands (1983) liệt kờ một vài lớ do của việc ngần ngại ỏp dụng cỏch tiếp cận này:
Sự quản ngại về khả năng giải thớch cỏc biến động động lực học ngắn hạn của mụ hỡnh cõn bằng.
Những khú khăn về đo đạc lượng trầm tớch mất đi từ cỏc đới động (dọc bờ, ngoài bờ cho đến vựng nước sõu và ở trờn bờ cạn do bị trụi rửa).
Những vấn đề xỏc định độ sõu thực của điểm kết thỳc mà phớa sau nú sự biến đổi mực nước khụng cú ảnh hưởng đỏng kể đối với độ dõng cao hay độ dốc của đỏy biển.
Sự ngỡ ngàng trước sự ngắt đứt biờn dạng ở độ sõu điểm kết thỳc được thể
hiện trờn biểu đồ nguyờn thuỷ cũng như trờn số lớn cỏc biểu đồ kế sau minh hoạ
cho quan điểm này.
Một hạn chế thờm nữa và khụng trỏnh khỏi của cỏch tiếp cận đũi hỏi một quỹ
trầm tớch này là ở chỗ nú khụng trả lời cõu hỏi khi nào sẽ diễn ra phản ứng của bờ
mà đường bờ cuối cựng phải dịch đến để tỏi lập biờn dạng cõn bằng ở độ cao mới của nú với cỏc giả định đó nờu trong quy tắc Bruun.
(d) Hands (1983) chứng minh tớnh hợp lý về hỡnh học của quy tắc Bruun bằng một loạt cỏc con số chỉ ra sự di chuyển của biờn dạng theo hướng dõng cao và dịch về đất liền (những con số chỉ cú thứ nguyờn bậc hai; để cú thể tớch cũn phải dựa trờn độ dài của đường bờ):
H.4.28a: Biờn dạng cõn bằng ở mức nước ban đầu.
H.4.28b: Sự dịch chuyển đầu tiờn đưa biờn dạng động (đang biến đổi) cao lờn một đại lượng z và tỏi lập cỏc độ sõu ứng với trạng thỏi cõn bằng ở mức nước đó dõng cao lỳc đú. Hands định nghĩa biờn dạng động là đới nằm giữa điểm kết thỳc và điểm trờn cựng của biờn dạng đó điều chỉnh. Thể tớch khối trầm tớch cần cú để
duy trỡ độ sõu nước ứng với trạng thỏi biờn dạng cõn bằng tỷ lệ với X (bề rộng của đới động) lần z (độ chờnh lệch mức nước biển).
H.4.28c: Thể tớch trầm tớch cần cú được cung cấp bằng sự xờ dịch lần thứ hai, đú là sự thoỏi lui (chuyển dịch ngang) của biờn dạng bằng đại lượng x. Khối lượng trầm tớch tỷ lệ với x lần Z, khi Z là độ nõng cao của biờn dạng động tớnh từ điểm kết thỳc đến độ cao trung bỡnh của phần bào mũn cao nhất ở bờ sau .
H.4.28d: Cõn bằng thể tớch đũi hỏi để chuyển dịch thẳng đứng với thể tớch được cung cấp để chuyển dịch ngang cho ta phương trỡnh 4.6. Trờn thực tế cả hai di chuyển này diễn ra đồng thời làm cho điểm kết thỳc xờ dịch ngược dốc khi mức nước dõng lờn.
Hỡnh 4-27: (a) Sự biến thiờn của đường bờ khi nước biển dõng, được mụ tả theo quy tắc Bruun; (b) Cỏch gọi tờn đơn giản của Hand (1983). Sự di chuyển của cỏc bar cỏt cho thấy cơ chế này
(e) Một trong số những điểm mạnh của quy tắc Bruun là cỏc phương trỡnh đều cú giỏ trị bất kể hỡnh dỏng của biờn dạng, thớ dụ, nếu cú cỏc doi (H.4.27b). Điều quan trọng là khoảng cỏch ngoài biển khới và độ sõu của điểm kết thỳc phải được chọn để nú bao gồm toàn bộ đới cú hoạt động vận tải trầm tớch mạnh mẽ. Do đú, trầm tớch được bảo tồn bất kể cỏc quỏ trỡnh bào mũn cục bộ phức tạp cản trở
quỏ trỡnh tớch tụ khi cỏc doi di chuyển (Komar et al., 1991). Điểm mạnh khỏc nữa đú là một mối liờn quan đơn giản, một kết luận hỡnh học đơn giản chỉ dựa vào mực nước. Mặc cho tớnh đơn giản và cú nhiều giả định, quy tắc này vẫn được sử
dụng rất hữu hiệu trong nhiều hoàn cảnh. Thậm chớ kể cả những thiếu sút của nú, nú vẫn cú thể sử dụng để dự bỏo cỏc bờ sẽ cú thể phản ứng như thế nào trước những biến động về mực nước biển.
Hỡnh 4-28: Mặt cắt chỉnh lý theo hai giai đoạn, thẳng dứng và ngang, mụ tả cơ sở của quy tắc Bruun (phương trỡnh 4-6) (nguồn Hand, 1983). Xem chi tiết ở phần lời.
(4) Sự dụng cỏc mụ hỡnh để dự đoỏn sự thoỏi lui của đường bờ
Mặc dự những nghiờn cứu thực địa xỏc nhận những giả định do Bruun và những người khỏc đưa ra liờn quan sự di chuyển của mặt bờ, đến nay vẫn chưa cú những chứng minh thuyết phục rằng cỏc mụ hỡnh cú thể dự đoỏn được tốc độ thoỏi lui của đường bờ. Komar et al (1991) đưa ra một vài lớ do khiến khụng thể sử
dụng những phương phỏp này như những cụng cụ để dự bỏo:
Cú một sự chậm trễ đỏng kể về mặt thời gian trong phản ứng của bờ sau khi mực nước dõng cao một cỏch bền vững (như Hands (1983) đó nờu ra đối với hồ
Michigan).
Sự nghi vấn trong việc lựa chọn cỏc số hạng được sử dụng trong cỏc phương trỡnh ( cỏ biệt là độ sõu của điểm kết thỳc).
Những phức tạp cục bộ về việc đỏnh giỏ quỹ trầm tớch trong quỹ cỏt.
(5) Khuyến nghị
Chỳng ta cần phải cú nhiều hơn nữa cỏc nghiờn cứu tại thực địa cũng như văn phũng để đỏnh giỏ đỳng đắn hơn phản ứng của bờ trước sự dõng cao (hạ thấp) mực nước biển. Thớ dụ, sẽ rất cú ý nghĩa việc xem xột lại cỏc tuyến khảo sỏt mà Hands (1976,1979,1980) đó quan trắc ở hồ Michigan trong những năm 1970 để xỏc định cỏc bờ đó phản ứng như thế nào đối với mức nước cao xảy ra vào giữa những năm 1980 và đối với việc hạ thấp mức nước tiếp sau những năm đầu thập niờn 90. Ngoài ra, chỳng ta cần đến những tiến bộ mới về khỏi niệm trong cỏc mụ hỡnh lớ thuyết. Chỳng ta cũng cú nhu cầu đỏnh giỏ trầm tớch đó di chuyển ở trờn bờ ở
một số địa phương sau khi mực nước biển dõng cao, vỡ cú những bằng chứng cho thấy trong một số khu vực thành phần cỏt của bờ phản ỏnh cỏc nguồn cung cấp từ
ngoài đường bờ (ngoài khơi) hơn là cỏc nguồn ở trờn bờ (Komor et al,1991).