- Villars Editeur)
9.4.4 Các front trượt
Một front trượt phát sinh vào lúc triều lên trong cửa sông khi ma sát với những bờ bao tạo ra biến đổi hướng ngang của vận tốc dòng chảy. Gradient dọc của mật độ và trượt vận tốc theo trục dọc làm cho tại trung tâm lòng dẫn độ mặn tăng nhanh hơn so với tại những mép bờ, phát sinh sự biến đổi ngang của mật độ. Trong một nhánh thẳng, mật độ nước lớn hơn tại trung tâm lòng dẫn làm cho mặt nước hơi thấp hơn so với những mép bờ và gradient áp suất hệ quả làm cho nước tầng mặt dịch chuyển từ mép bờ về trung tâm. Đồng thời, phân bố mật độ hướng ngang phát sinh một lực tác động từ trung tâm về phía
những mép bờ, và lực này tăng theo độ sâu do vậy khi cột nước xuống sâu hơn nó thống trị lực hướng về tâm do có độ dốc mặt nước.
Hình 9.36 Sự hình thành một front xâm nhập thủy triều. (Theo Simpson and Nunes, 1981, được sự đồng ý
của Academic Press)
Hình 9.37 Sự hình thành một front hình chữ V khi triều lên tại Loch Creran, Scotland
Hoàn lưu kết quả có thể tạo ra sự hội tụ mặt nước dọc theo trục cửa sông, như được chỉ ra bởi những vectơ vận tốc trong hình 9.38. Cơ chế này có thể có hiệu ứng đặc biệt quan trọng lên quá trình phát tán trong cửa sông bởi vì vật nổi tụ tập lại dọc theo
đường hội tụ, và vì hoàn lưu ngang ảnh hưởng lên phân bố thẳng đứng của chất hoà tan. Hoàn lưu ngang thường liên quan đến dòng chảy trong những lòng dẫn uốn cong (mục 2.3.7) nhưng quá trình này phụ thuộc vào ma sát của dòng triều với những bờ bao, có thể phát sinh một chuyển động thứ cấp tương đương trong lòng dẫn thẳng. Cơ chế bình lưu cũng tác động khi triều xuống trong cửa sông, nhưng khi vận tốc theo trục đảo hướng, mật độ tại trung tâm lòng dẫn giảm so với tại những bờ bao và có xu hướng để dòng chảy phân kỳ trên mặt nước phát triển.
Quá trình hình thành một front hội tụ theo trục có thể mô tả khi sử dụng lý thuyết tương tự đối với hoàn lưu trạng thái ổn định đã cho trong mục 3.2.4. Giả thiết không có dòng chảy thực theo hướng ngang và gradient mật độ ngang cửa sông /y đồng nhất theo độ sâu, vận tốc ngang v( y, z) có thể dẫn xuất theo cách tương tự như đối với phương trình (3.24) để nhận được
(8 9 1) 48 ) , ( 3 2 3 N y gh z y v z . (9.15)
Hình 9.38 Hình thành một front biến dạng bởi hoàn lưu ngang suy luận từ biến đổi mật độ. (Theo Nunes và
Simpson, 1985, được sự đồng ý của Academic Press)
Những khảo sát bằng máy bay cho thấy các front hội tụ theo trục là front kiểu trượt, xuất hiện trong nhiều cửa sông Vương quốc Anh. Trạng thái và cơ chế phát sinh front trượt được minh họa rất tốt bởi những nghiên cứu sự xuất hiện của front hội tụ theo trục trong cửa sông Conwy, phía Bắc Wales. Đã thấy sự khác biệt độ mặn là 2,0 giữa trung tâm và những mép bờ của lòng dẫn có chiều rộng 100 m và độ sâu là 5 m; những dị thường mật độ quan trắc được cho thấy trong hình 9.39. Lấy mật độ trung bình = 1020 kgm-3 và độ nhớt rối Nz = 0,01 m2s-1, phương trình (9.15) nói lên rằng dòng chảy mặt nước phải là 0,12 ms-1, làm cho tâm lòng dẫn hạ thấp khoảng 4 mm. Kết quả này so sánh rất tốt với vận tốc ngang thực đo là 0,10 ms-1 tại mặt cắt của Conwy có kích thước xấp xỉ (Nunes, 1982).
Những quan trắc chi tiết cấu trúc mật độ và hoàn lưu được thực hiện tại Conwy sử dụng một khung thẳng đứng được kéo có gắn các bộ cảm ứng đo hướng và các đồng hồ công tác đo dòng chảy (Turrell và Simpson, 1988). Ngoài ra, những mẫu nước tại những điểm qua mặt cắt được lấy để phân tích độ mặn bằng mặn kế cảm ứng. Những đo đạc độ mặn này cho thấy gradient độ mặn hướng ngang s/y tương tự như các mép lòng dẫn, đạt đến cực đại khoảng 0,04 m-1 khoảng hai giờ trước nước lớn (hình 9.40). Những gradient hướng ngang khi triều xuống nhỏ hơn nhiều, tiêu biểu là 0,01 m-1.
Hình 9.39 Sự tạo thành các dị thường mật độ trong mặt cắt ngang cửa sông. (Theo Nunes và Simpson,