V.2. Sóng gió vùng ven biển Quảng Ngãi

V.2. Sóng gió vùng ven biển Quảng Ngãi

- Với vùng bờ thoải, sóng thường đổ vỡ từ ngoài xa tạo ra dòng chảy và lực va đập không mạnh. Vật liệu đáy trong đới sóng vỡ có xu thế được dòng sóng chuyển dịch vào phía bờ.

- Ngược lại, với vùng bờ dốc sóng thường đổ vỡ sát bờ, tạo ra dòng chảy tốc độ cao và lực va đập mạnh. Quá trình chuyển vận bùn cát trong đới sóng vỡ sẽ theo chiều ngược lại, từ trong bờ ra phía ngoài khơi và chuyển vật liệu dích dắc dọc đường bờ, tạo ra các địa hình bồi tụ - xói lở cục bộ xen kẽ.

Như đã đề cập, chế độ sóng có liên quan mật thiết với gió (là nguồn động lực chính phát sinh sóng trên mặt biển) và phụ thuộc yếu tố địa hình vùng bờ, nơi sóng đi qua và chuyển hoá năng lượng khi đổ vỡ, tạo thành dạng sóng đứng (với bờ rất dốc) hoặc dòng chảy sóng (trên bờ thoải). Do không có nguồn số liệu quan trắc sóng trực tiếp tại vùng nghiên cứu, chúng tôi chọn giải pháp tính toán chế độ sóng thông qua năng lượng gió và các quan trắc sóng ngoài khơi do các phương tiện khác nhau cung cấp (các đợt khảo sát khoa học biển, nguồn thông tin hàng hải, thông tin từ các trạm phao quan trắc tự động).

Vùng ven biển Quảng Ngãi, chế độ sóng có đặc điểm sau:

- Ngoài khơi: mùa Đông hướng sóng chính là Bắc, Đông Bắc trong đó hướng sóng Đông Bắc chiếm ưu thế. Mùa Hè, hướng sóng chính là Nam và Đông Nam trong đó hướng Đông Nam chiếm ưu thế.

- Ven bờ: vào mùa Đông hướng sóng chính là Đông Bắc. Nhưng càng vào gần bờ do hiện tượng sóng Đông Bắc bị khúc xạ và đổi hướng dần sang hướng Đông Đông Bắc. Mùa Hè, hướng chính là Đông Nam và vào sát vùng bờ sóng chuyển dần sang gần hướng Đông Đông Nam và Đông do hiện tượng khúc xạ.

Như vậy, ở vùng biển ven bờ trong mùa Đông có hai hướng sóng chính là Đông Bắc và Đông Đông Bắc. Ngược lại, vào mùa Hè các hướng sóng chính là Đông Nam và Đông Đông Nam. Mặc dù ngoài khơi gió và sóng hướng Đông không cao, nhưng do ảnh hưởng của nhân tố địa hình trong quá trình sóng khúc xạ, sóng hướng Đông có ảnh hưởng mạnh ở vùng ven bờ trong cả hai thời kỳ gió GMĐB và GMTN. Sóng hướng Đông khi đổ vỡ ven biển có tác động mạnh bởi lực va đập (do đổ trực diện) và dòng chảy khi sóng đổ vỡ có vai trò di cư bùn cát ngang bờ (từ ngoài khơi đưa vào trong bờ và ngược lại).

Ở vùng biển ven bờ sóng bị khúc xạ từ vùng nước có độ sâu bằng khoảng nửa độ dài bước sóng (H  /2); càng vào gần bờ sóng càng bị khúc xạ và đổi hướng mạnh. Sóng đổ vỡ trong vùng nước có độ sâu H  (1.2 1.6)h, h - là độ cao sóng trước khi đổ vỡ. Tại ven biển Quảng Ngãi do thềm lục địa hẹp, biển có độ sâu lớn và đà gió dài nên sóng lớn có điều kiện phát triển mạnh mẽ vào thời kỳ GMĐB. Sóng lớn còn xuất hiện trong trường hợp bão và ATNĐ hoạt động, trong đó cần chú ý tới sóng hướng Đông Bắc và Đông Đông Bắc (khi tâm bão đổ bộ vào khu vực phía nam của tỉnh – như phân tích ở trên ).

V.3 - Dòng chảy

5.3.1 – Nhận xét chung

V = Vth + Vkth (5.1)

Trong đó: V - Dòng chảy tổng hợp,

Vth - thành phần dòng chảy tuần hoàn,

Vkth - thành phần dòng chảy phi tuần hoàn (dòng dư).

Nhóm dòng chảy tuần hoàn chủ yếu gồm các loại dòng triều biến đổi có chu kỳ xác định. Ngược lại trong nhóm dòng chảy phi tuần hoàn (còn gọi là dòng dư) gồm có dòng chảy do gió, dòng mật độ, dòng chảy do sóng vỡ, dòng lũ từ sông ngòi... Tuỳ thuộc vào từng nơi, từng lúc mà vai trò của các thành phần đó mạnh yếu khác nhau.

Trong số các loại dòng dư, thì dòng chảy do sóng đổ vỡ (trong đới sóng vỡ) có tác động rất mạnh tới hiện tượng xói lở- bồi tụ do vai trò dịch chuyển bùn cát đáy ven bờ. Trong thực tế, rất khó đo đạc tốc độ dòng sóng đổ vỡ do sự biến thiên quá nhanh của chúng trong chu kỳ sóng, người ta buộc phải sử dụng các phương pháp tính toán gần đúng bằng các công thức bán thực nghiệm khác nhau, như các phương pháp của Longuet- Higgins [54,58], của Baskirov [49]. Một trong số phương pháp chúng được tôi sử dụng do Baskirov đề nghị dựa trên cơ sở phương trình cân bằng động lực học, dạng rút gọn như sau:

- Hướng dòng: V = Vb + Vt (5.2)

- Trị số tốc độ: V = (Vb ² + Vt ²) ^0.5 (5.3)

Trong đó Vb Vt - các thành phần chảy dọc bờ và chảy vuông góc với đường bờ, chúng được xác định theo các công thức rút gọn có dạng:

Vb = {-  cos + [(cos)² + 2KL.sin2]^0.5} / 2KL (5.4)

Vt = { cos + [(cos)² + 2KL.cos(2+1)]^0.5} / 2KL (5.5)

Trong đó:

L - khoảng cách từ nơi sóng đổ tới mép nước (m),

K - hệ số ma sát đáy thay đổi 0.2- 0.45, tuỳ thuộc vào loại vật liệu,

 - diện tích thiết diện ướt mặt cắt ngang sóng (m²)

 - góc tới giữa tia sóng khi đổ với pháp tuyến đường bờ (^o),

,  - chu kỳ (s) và chiều dài bước sóng (m)

Tốc độ dòng chảy sóng đổ cực đại Vmax xác định bằng công thức:

Vmax = [(h² )^1/6 10k. g^0.5] / (2 + m) (5.6)

Trong đó:

k- hệ số nhám, phụ thuộc vào chất đáy, thay đổi từ 0.5 đến 1.0

g, m - gia tốc trọng trường và độ dốc đới bờ

h,  - chiều cao và chiều dài bước sóng

Trong các công thức (5.4) và (5.5), dễ dàng nhận thấy tốc độ thành phần chảy ven bờ Vb đạt giá trị lớn nhất khi góc tới =45⁰ và chúng triệt tiêu khi =0⁰. Ngược lại, thành phần chảy theo phương pháp tuyến Vt có giá trị cao nhất khi =0⁰. Trường hợp khi góc tới =90⁰, các thành phần dòng chảy do sóng đổ đều triệt tiêu.

Trong thực tế, hầu hết các trường hợp sóng đổ vỡ ven bờ thì góc tới của tia sóng đổ () nằm trong khoảng từ 0⁰ - 60⁰, ít khi vượt quá 60⁰ - 70⁰. Điều này giải cho trường hợp khi ngoài khơi sâu tia sóng đi song song với đường bờ biển (=90⁰), nhưng ở ven bờ do ma sát đáy sóng bị khúc xạ và đổi hướng nên vẫn xẩy ra hiện tượng sóng đổ vỡ và tạo ra dòng chảy ven bờ.