http://www.ebook.edu.vn 9. Vấn đề ô nhiễm vệ dòng mật độ 9.1 Mở đầu ở vùng ven biển, nhiều vấn đề kỹ thuật liên quan đến sự khác nhau giữa nớc ngọt v nớc mặn. Một nguyên nhân cơ bản của mọi vấn đề l ô nhiễm vấn đề. Chơng ny thảo luận đến các vấn đề đó. 9.2 Ô nhiễm 9.2.1 Các loại ô nhiễm Các loại ô nhiễm bao gồm: 1. Chất thải của con ngời. 2. Ô nhiễm dầu 3. Carbon halogen 4. Các vật chất hữu cơ khác 5. Kim loại nặng 6. Nhiệt 7. Các chất phóng xạ 8. Bùn cát mịn Các chất thải của con ngời đợc xem trớc hết, vì nó liên quan tới vấn đề thẩm mỹ. Tuy nhiên, nó l các sản phẩm tự nhiên v chất thải do các sinh vật biển cũng rất lớn. Theo Bascom (1974-1), sáu triệu tấn cá trống ở vùng biển bang California thải ra một khối lợng chất thải tơng đơng với 90 triệu ngời m những chất thải ny chứa đựng nhiều vi khuẩn rất nguy hiểm cho con ngời. Nớc biển với hm lợng chất thải hữu cơ cao l thức ăn cho các động vật cấp thấp trong lòng biển, m những động vật ny lại l thức ăn cho các loi cao cấp hơn. Tuy nhiên có hai vấn đề cần phải chú ý, đó l nhu cầu oxy hòa tan trong nớc v vi khuẩn. Nhu cầu o xy có thể lm giảm mức o xy hòa tan xuống dới mức nhu cầu của các sinh vật biển. Trong khi phần lớn vi khuẩn bị chết sau một khoảng thời gian ngắn, khi tiếp xúc với môi trờng nớc mặn. Điều ny không hon ton đúng với tất cả các loi theo đó các vấn đề dịch tễ học có thể xuất hiện. Dầu v các sản phẩm dầu l những chất ô nhiễm loại bậc nhất. Phản ứng của công chúng khi hiện tợng dầu trn trên sông, biển rất mạnh mẽ. Tu thuyền không phải l nguyên nhân duy nhất gây ô nhiễm dầu trn. Một lợng đầu không xác định đang thấm vo đại dơng. Báo cáo của cơ quan pháp luật bang Connecticut đã kết luận rằng hai phần ba lợng dầu thoát ra biển l lợng dò rỉ từ máy v dầu thải từ các máy móc. Lợng dầu ny phát tán một cách chậm chạp ra môi trờng xung quanh, trừ trờng hợp tu chở dầu bị vỡ, khi đó quá trình dầu loang rất nhanh v rất nguy hại cho môi trờng biển. Nhiễm bẩn do dầu trn cũng chỉ l vấn đề tạm thời. ảnh hởng tới hệ sinh thái l rất nghiêm trọng, nhng tình hình tự nhiên trớc đó có thể phục hồi sau một số năm. 212 http://www.ebook.edu.vn Carbon halogen bao gồm các loại thuốc trừ sâu hữu cơ, trong khi một số hợp chất hóa học chẳng hạn TEPP giảm khả năng gây tử vong rất nhanh, nhng một số loại nh DDT dờng nh khó bị phân hủy trong điều kiện tự nhiên. Quá trình tích tụ của các loại thuốc trừ sâu vo các sinh vật biển (sinh khối) l khá rõ rng v đáng báo động. Việc cung cấp dinh dỡng vo biển đã đẩy nhanh quá trình phát triển của các sinh vật biển. Tuy nhiên, nếu không có sự kiểm soát thì sự phát triển quá mức của chúng trong một thời gian ngắn sẽ l một thảm họa cho sự cân bằng của hệ sinh thái do lợng oxy m chúng sử dụng lm thối rữa thức ăn yêu cầu rất lớn dẫn đến hệ sinh thái biển sẽ rất khó đoán biết trớc đợc. Do khả năng mang điện của các hạt sét, chúng có thể giữ các kim loại nặng v trở thnh các phân tử rất di tồn tại trong nớc do tự nhiên hay các hoạt động sống của con ngời đa các kim loại nặng vo nớc biển. Nồng độ kim loại nặng v các hợp chất hữu cơ khác trong bùn cát l tơng đối cao. Nồng độ ny tăng ngoi nguyên nhân tĩnh điện còn phải kể đến các quá trình cơ học khác nh chuyển động rối, sự thay đổi điều kiện hóa lý nh độ a xit, độ muối, lợng o xy hòa tan v nhiệt độ nớc biển. Khi mức độ ô nhiễm tăng cao v tham gia vo các quá trình sinh học sẽ l một thảm họa không những cho hệ sinh thái biển m cả sức khỏe của con ngời. Rất khó tách các kim loại nặng từ khối bùn cát khổng lồ ở vùng cửa sông, do vậy cần có giải pháp ngăn chăn việc đẩy các chất thải chứa kim loại nặng v kiểm soát bùn cát chứa kim loại nặng tại vùng cửa sông v dải ven biển. Các kim loại nặng vo lòng biển từ khí quyển. Chẳng hạn cháy rừng sẽ có thêm các oxit kim loại đi vo khí quyển v sẽ lắng đọng ở mọi nơi trên trái đất. Cũng nh các loại thuốc trừ sâu, các kim loại nặng cũng tích tụ lại. Hình 9-1 biểu diễn lợng chì tích tụ trong các lớp bùn khảo sát đợc ở Long Beach, California. Việc nồng độ chì tăng đột ngột trong những năm gần đây l do hoạt động hng không tăng mạnh. Hình 9-1: Nồng độ chì trong bùn cát (theo Bascom 1974-1) Phát xạ nhiệt có thể lm nớc ấm hơn hoặc lạnh hơn so với xung quanh. Phần lớn các sinh vật biển tự thích nghi với sự thay đổi nhiệt khi ở gần những vùng nóng hơn hoặc lạnh hơn ở trên, nhng chúng sẽ bị tiêu diệt hng loạt khi có sự thay đổi đột ngột chế 213 http://www.ebook.edu.vn độ nhiệt, áp. Nhiệt đa vo nớc biển chỉ gây hiệu ứng đối với hệ sinh thái trên một vùng cục bộ. Các chất thải phóng xạ gây ra các loại ô nhiễm rất nguy hiểm. Các sinh vật biển có thể chịu đựng đợc lợng phóng xạ lớn hơn nhiều lần sức chịu đựng của con ngời. Con ngời sẽ bị nhiễm phóng xạ khi ăn phải các loi cá sống trong vùng bị nhiễm độc phóng xạ. Do vậy, các chất thải phóng xạ không nên thải vo những vùng nuôi cá, hoặc đánh bắt cá ở những vùng bị nhiễm phóng xạ. Cũng không nên chọn giải pháp chôn các chất phóng xạ xuống đất vì dù nó thẩm thấu một cách rất chậm chạp thì sau một thời gian di các chất phóng xạ ny sẽ đến nớc ngầm tầng sâu v gây độc cho nguồn nớc. Bùn cát mịn giữ lại sau khi nạo vét cũng nguy hiểm cho các sinh vật biển. Các hạt sét mịn lơ lửng với nồng độ cao sẽ ngăn cản ánh sáng chiếu sâu vo lòng nớc v điều ny có thể dẫn tới việc diệt vong một số loi sinh vật biển. Nh vậy bùn cát l mối đe dọa đối với môi trờng vì nó lm giảm ánh sáng v bản thân chúng chứa đựng nhiều chất ô nhiễm, kể cả các kim loại nặng đe dọa sự tồn vong của hệ sinh thái. 9.2.2 Các giải pháp kiểm soát ô nhiễm Việc ban hnh các bộ luật phù hợp v khả thi sẽ tạo một công cụ tốt cho việc kiểm soát ô nhiễm. Trong hoạt động hng ngy, cũng phải có một hệ thống với các thiết bị chuyên dùng để đo đạc v kiểm soát ô nhiễm. Các vấn đề chung nhất trong đánh giá môi trờng bao gồm: - Tác động nên con ngời, động, thực vật sẽ gây nên các hậu quả trực tiếp - Các hậu quả trực tiếp của các hoạt động thờng rất khó định lợng - Các hậu quả trực tiếp đợc lợng hóa bằng các đơn vị khác nhau - Hậu quả trực tiếp cũng khó biểu thị dới dạng tiền tệ - Các giải pháp đợc đánh giá ở tác động cuối cùng, nhng ở các giai đoạn trung gian không thể đánh giá đợc. Các vấn đề ny sẽ đợc đánh giá trên nền tảng xã hội. Nó đợc lợng hóa v biểu thị trên cùng cơ sở v cùng đơn vị. Các hiệu quả tạm thời thờng bị lãng quên. Trong một dự án cụ thể, vấn đề trách nhiệm bao giờ cũng thu hút đợc sự quan tâm. Các cơ quan gây ra ô nhiễm thờng lảng tránh đăng ký quản lý về ô nhiễm. Các hoạt động ny thờng phải đợc đăng ký thờng xuyên với cơ quan cải thiện, lm sạch môi trờng, nhng thông thờng nó không đợc thể hiện rõ rng trong luật pháp. Nhiều vấn đề ô nhiễm v ợt khỏi khuôn khổ một đất nớc v trở thnh vấn đề quốc tế, chẳng hạn vấn đề ô nhiễm nguồn nớc các con sông chảy qua nhiều quốc gia. Thông thờng thì các hoạt động kinh tế ở vùng thợng nguồn gây ô nhiễm cho vùng hạ lu v dải bờ biển. Vấn đề nhiễm bẩn không khí dờng nh còn phức tạp hơn nhiều v các giải pháp mang tính quốc tế phải đợc áp dụng. Trong thực tế, do sự khác nhau về tiêu chuẩn môi trờng, gây nên nhiều phiền toái v sự xung đột về mặt chính trị giữa các quốc gia láng giềng với nhau về kiểm soát ô nhiễm. 214 http://www.ebook.edu.vn Trong vòng 40 năm gần đây, luật quốc tế về biển đã đợc xây dựng v đa vo thực hiện. Bắt đầu l hiệp ớc về thềm lục địa (1958), nó xác định quyền của các nớc có biển cũng nh nghĩa vụ của họ đa ra các giải pháp bảo vệ nguồn lợi biển. Hiệp định Luân đôn (còn gọi l hiệp định chôn lấp chất thải vo biển) đã nhận đợc sự đồng tình của nhiều quốc gia về việc xem xét một v đa ra một cách định kỳ danh sách các chất thải bị cấm chôn lấp hoặc đốt cháy trên biển v danh sách các chất cho phép chôn lấp hoặc đốt cháy. Để tránh ô nhiễm cho tu thuyền gây ra, hiệp định MARPOL (1982) cũng đợc các quốc gia có biển đồng tình. Hiệp định của UN về quyền lãnh hải (1982) bao gồm khung luật pháp cho việc sử dụng biển v đại dơng. Các điều luật liên quan đến việc bảo tồn v quản lý các sinh vật biển. Bảo vệ môi trờng biển cũng đợc đề cập trong hiệp định ny. 9.3 Dòng mật độ vùng cửa sông Điểm đợc xem xét l giới hạn trên cùng của dòng triều khi vo cửa sông. Do nớc mặn v nớc ngọt có sự xáo trộn ở mức độ khác nhau, tại các vị trí khác nhau l nguyên nhân sinh ra dòng mật độ, tơng tự nh biến đổi của nhiệt độ. Dòng sinh ra do sự khác nhau về mật độ gọi l dòng mật độ, trong khi sự thay đổi về độ muối sẽ lm thay đổi tính chất hóa lý của bùn cát mịn. 9.3.1 Sự thay đổi độ muối theo thủy triều Trớc hết chúng ta nghiên cứu phân bố mặn trong sông. Đờng đẳng nồng độ muối biểu diễn sự thay đổi của lợng muối. Nếu đờng đẳng nồng độ phân bố theo phơng thẳng đứng ta nói rằng nớc mặn v nớc ngọt xáo trộn hon ton, trong khi phân bố của chúng theo phơng nằm ngang nghĩa l giữa chúng có sự phân tầng: nớc ngọt nằm trên, nớc mặn nằm dới. Hình 9-1 biểu diễn mặt cắt dọc phân bố nồng độ muối. Hình 9-2: Phân bố nồng độ muối () 215 http://www.ebook.edu.vn Mô hình dòng chảy cơ bản vùng của sông l nớc ngọt phía trên mặt hớng chảy ra biển, trong khi dòng nớc biển ở đáy chảy vo trong sông. Độ lớn về lu tốc v mức độ xáo trộn giữa nớc ngọt v nớc mặn thay đổi theo mỗi cửa sông. Chú ý rằng các sông ở bắc bán cầu, hớng dòng chảy của nớc ngọt ra biển có xu thế lệch phải dới tác dụng của lực Coriolis. Hớng đối diện của vùng cửa sông chịu ảnh hởng trội của biển. ở hầu hết các cửa sông, dòng chảy từ biển vo đều nằm ở lớp dới. Chỉ trong trờng hợp dòng chảy trong sông đủ lớn lấp đầy khối nớc triều ngay cả trong trờng hợp pha triều lên thì nớc mặn không thể vo đợc của sông. Rất ít con sông có lu lợng đủ lớn quanh năm để khống chế mặn xâm nhập vo cửa sông. Độ mặn ttại một điểm bất kỳ trên sông thay đổi trong một con triều, v độ muối đợc xem l đạt giá trị lớn nhất tại điểm dừng triều. Mối quan hệ ny đối với cảng Rotterdam đợc biểu diễn ở hình 9-3. Từ hình vẽ ta thấy rằng độ muối của nớc biển khoảng 35(), nhng nớc biển thuần túy không bao giờ thấy tại cảng Rotterdam. Sự xáo trộn nớc ngọt chảy từ trong sông ra với nớc biển để trở thnh nớc lợ. Nếu điểm xem xét cng xa bờ thì độ muối cng cao cho đến khi đạt trị số lớn nhất. Hình 9.3: Dòng chảy v độ muối ở cảng Rotterdam Mức độ xáo trộn tại vùng cửa sông liên quan đến tỉ số giữa khối nớc triều v dòng chảy nớc ngọt từ trong sông, v đợc biểu diễn bằng hệ số xáo trộn(D). P T* Q = f D (9.1) where: D : Hệ số xáo trộn, P : Thể tích khối nớc triều, 216 http://www.ebook.edu.vn Q f : Lu lợng nớc ngọt (m 3 /s), T : Chu kỳ triều (s). Trờng hợp xáo trộn hon ton D = 0 v khi hình thnh lớp với nớc mặn nằm dới thì D = 1. Ví dụ tại sông Schelde ngời ta quan trắc thấy hiện tợng xáo trộn hon ton, trong khi tại đoạn dẫn vo cảng Rotterdam thì lại l hiện tợng phân lớp (Lu lợng trong sông chảy ra lớn, triều có độ lớn nhỏ). Tiếp cận cơ bản hơn với vấn đề ny l nghiên cứu của Ippen and Harleman (1961) về quá trình xáo trộn thông qua việc sử dụng hệ số phân tầng không thứ nguyên S. Hệ số ny biểu diễn nh sau: lengluongnangsuatCuong tieuluongnangsuatCuong S tan tan (9.2) Năng lợng tiêu tán ở tử số l kết quả của việc giảm sóng triều khi đi vo trong vùng cửa sông. Mẫu số phản ánh sự tăng lên của năng lợng khi mật độ của nó tăng lên khi đi ra phía cửa sông gặp nớc mặn. Harleman v Abraham (1966) đa ra hệ số cửa sông E có ý nghĩa gần nh hệ số phân tầng S. D F = T Q PF = E 2 f 2 (9.3) Với F l số Froude tơng ứng với lu lợng dòng triều lớn nhất tại cửa sông. ghuF / Hệ số cửa sông E sử dụng thuận tiện hơn hệ số phân tầng S do việc xác định nó dễ dng hơn. Ngợc lại với hệ số xáo trộn Iw, mức độ xáo trộn ở cửa sông tăng lên cùng với sự tăng của hệ số cửa sông. Các cửa sông xáo trộn hon ton có hệ số E = 0.15 9.3.2 Nêm mặn Khi nớc ngọt từ trong sông chảy ra gặp nớc biển hình thnh nêm mặn (hình 9-4). Nớc mặn xâm nhập vo trong sông ở dới đáy, phía trên l nớc ngọt chảy hớng ra ngoi v khi quá trình xáo trộn xảy ra tạo thnh mặt tiếp xúc đợc xem l ít có sự xáo trộn giữa 2 khối nớc tạo thnh nêm mặn thì nêm mặn đợc gọi l nêm cứng. Chiều di xâm nhập mặn đợc xác định bằng sự cân bằng giữa lực ma sát dọc trên bề mặt v độ dốc áp suất nằm ngang do độ nghiêng của mặt tiếp xúc. Khi đạt tới trạng thái cân bằng, mặt ngăn cách của nêm mặn ở trạng thái ổn định với lớp nớc ngọt mỏng dần khi ra phía biển. Schijf and Schonfeld (1953) đã tìm đợc biểu thức tính toán chiều di nêm mặn trong kênh lăng trụ, đáy nằm ngang, mặt cắt chữ nhật chảy vo biển. 217 http://www.ebook.edu.vn Hình 9.4: Nêm mặn tĩnh tại vùng cửa sông Nếu không có sự xáo trộn qua mặt tiếp xúc thì chiều di nêm mặn l: 3 1 3 2 2 1 5 6 32 5 12 FF F f h L w (9.4) Với 2121 1 1 )( 8 VVVV f U W (9.5) v ghVF f G / (9.6) L w : Chiều di nêm mặn (m) V f : Lu tốc dòng chảy từ sông ở phía trên nêm mặn (m/s) V 1 : Lu tốc nớc ngọt ngay phía trên nêm mặn (m/s) V 2 : Lu tốc trong khối nớc mặn (m/s) W 1 : Lực ma sát dọc trên mặt tiếp xúc (N/m 2 ) G = (U 2 - U 1 ) / U 1 (hệ số không thứ nguyên) Biểu thức ny phản ánh ảnh hởng của độ sâu dòng chảy (h), lu tốc dòng chảy nớc ngọt V f , v chênh lệch mật độ giữa 2 khối nớc. Giá trị của f 1 vo khoảng 0.1. Tất nhiên, ở trạng thái cân bằng lý tởng, V 2 = 0. Lý do l không có lực ma sát ở đáy sông nh đợc biểu diễn trên hình 9- 4. Ti liệu để xây dựng đồ thị hình 9 - 4 gồm có: f 1 = 0.08; h = 10 m; V f = 0.2 m/s; v G = 0.0246, v tính đợc L w = 2689 m. Trong thực tế, chúng ta thờng gặp cân bằng động. Sự xáo trộn xảy ra trong khu vực tiếp xúc giữa 2 khối nớc. Hình đứt nét đứng trên hình 9 - 4 khoảng một nửa của nêm mặn. Lu lợng thực tại một mặt cách ngang sẽ l: Q 1 = Q f + Q w (9.7) where: Q w = Lu lợng chảy vo thuộc khối nớc mặn Q f = Lu lợng nớc ngọt Q 1 = Lu lợng tổng hợp tại mặt cắt xác định 218 http://www.ebook.edu.vn Do tính liên tục của khối nớc ta có: Q 1 S 1 = Q w S 2 (9.8) Với S 1 độ muối trong khối nớc phía trên nêm v S 2 l độ muối dới nêm. Khi thay đại lợng V f tính toán từ các phơng trình 9 -5 v 9 - 6 vo phơng trình 9-4 ta thấy L w có xu thế giảm khi V f tăng v khi F = 1 thì L w = 0. Chú ý rằng, V f tăng cũng có nghĩa l Q f tăng, điều ny dờng nh trái ngợc với các công thức kinh nghiệm trình by trong các phơng trình 9-1 v 9-3. Theo đó khi Q f tăng hiện tợng phân tầng cũng tăng lên v mặt ngăn cách nằm ngang sẽ thay thế cho nêm với chiều di xác định. Điều cha rõ rng ny đợc giải thích bằng thực tế rằng ảnh hởng của thủy triều có thể bỏ qua trong công thức 9 - 4, nh vậy so sánh ny l vô nghĩa. Trong thực tế, sự xâm nhập mặn rất phức tạp do l lợng sông thay đổi, ảnh hởng của thủy triều v lòng sông không phải lăng trụ. Thông thờng, ảnh hởng của thủy triều l quan trọng nhất. Nó gây nên dao động của hệ thống dòng chảy 2 lớp trên đáy sông không bằng phẳng. Chuyển động ny lm tăng khả năng xáo trộn qua lại giữa 2 lớp chất lỏng. Tại những cửa sông ảnh hởng của thủy triều mạnh, trong khi nớc ngọt chảy từ trong sông ra nhỏ, hiện tợng phân tầng sẽ bị phá vỡ dẫn đến quá trình xáo trộn hon ton, nghĩa l tại một thời điểm bất kỳ, một mặt cắt bất kỳ, sự thay đổi độ muối theo phơng thẳng đứng rất nhỏ. 9.3.3 Hiện tợng phân tầng theo phơng ngang Hiện tợng phân tầng theo phơng ngang có nghĩa l có mặt ngăn cách nằm ngang ngăn cách giữa 2 khối nớc có mật độ khác nhau. Nếu mật độ tầng trên nhỏ hơn tầng dới thì mặt ngăn cách sẽ ổn định. Trong thực tế, mặt ngăn cách kiểu ny rất ổn định thậm chí khi có sự chuyển động của cả 2 khối nớc. Hiện tợng phân tầng do sự khác nhau về độ muối hoặc nhiệt độ thờng thấy trong đại dơng, nhng ít thấy ở trong các hồ có độ sâu nớc nhỏ. Khi bề mặt phân tầng nằm ngang tồn tại trong khối nớc, sóng sẽ hình thnh trong khu vực mặt ngăn cách, lệch về khối nớc phía trên. Mặt trên của khối nớc l mặt tiếp xúc giữa nớc v không khí. Tuy nhiên, sóng nội xảy ra tại khu vực ngăn cách giữa 2 khối nớc m sự sai khác mật độ của chúng không nhiều. Sự khác nhau ny đã tạo nên sóng nội có khi mạnh bằng sóng do gió tạo ra. Nớc tĩnh l điều kiện tạo nên hiện tợng phân tầng theo phơng ngang với khối nớc ngọt nằm trên khối nớc mặn. Sóng nội bộ (hình 9-5) hình thnh giống nh sóng do tu thuyền, sóng do động đất hoặc hiện tợng lở đất ngầm gây ra. Sóng nội bộ cũng hình thnh trên bề mặt của 2 khối chất lỏng chuyển động tơng đối so với nhau. 219 http://www.ebook.edu.vn Hình 9-5: Sóng nội Tốc độ truyền sóng tại bề mặt ngăn cách tính theo công thức: 2112 2121 )( TUTU TTUU g c (9 - 9) Với: c = tốc độ truyền sóng U = mật độ T = Chiều dy lớp chất lỏng Khi U 2 xấp xỉ bằng U 1 ,phơng trình (9 - 9) đợc viết l: 2112 2121 )( TUTU TTUU g c = h g 21 TTG (9 - 10) với: G = (U 1 - U 2 ) / U 1 h = T 1 + T 2 Các sóng ny có thể rất cao vì ảnh hởng của trọng lực không lớn. Chúng thờng chịu ảnh hởng nhỏ của sóng âm tại bề mặt. Sóng nội cũng có thể hấp thụ một cách đáng kể năng lợng do tu thuyền tạo ra. Ví dụ dới đây giải thích điều ny. Một con tu có độ sâu mớn nớc l 4 m chạy qua một khối chất lỏng đồng nhất phía trên có độ dy 3 m với độ muối S = 5() v nhiệt độ T =2 0 C nằm trên khối nớc có chiều dy 7 v độ muối S = 36(), nhiệt độ T = 4 0 C . Hỏi tốc độ giới hạn của tu l bao nhiêu để có thể di chuyển qua khu vực ny? Từ bảng quan hệ giữa độ muối, nhiệt độ (bảng 4.1, chơng 4), ta có V t1 = 4.00 : U1 = 1004.0 kg/m 3 V t2 = 28.70 : U2 = 1028.7 kg/m 3 Theo đầu bi ta có: T 1 = 3 m; T 2 = 7 m; Thay vo phơng trình (9-10) ta có 220 http://www.ebook.edu.vn c = sm /71.0 )3)(7.1028()7)(1004( )7)(3)(81.9)(0.10047.1028( (9.11) Chỉ khi tu chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc ny thì nó mới có thể chuyển động lên phía trớc. Đây l vấn đề rất đợc quan tâm ở vi thế kỷ trớc đây ở vùng biển Baltic khi nớc có độ muối tơng đối nhỏ chảy trên lớp nớc có độ muối cao hơn chảy ra từ Skagerak. 9.3.4 Bồi lắng trong sông Nh đã đợc trình by ở những phần trớc, sự dao động mực nớc trong một chu kỳ triều l nguyên nhân lm cho nêm mặn chuyển động lên xuống. Hệ quả trực tiếp nhất của việc di chuyển nêm mặn vo sông l quá trình bồi lắng tại cửa sông. Dòng chảy sát đáy thay đổi rất mạnh bởi sự hiện diện của nêm mặn. Phần phía trên đỉnh nêm mặn, dòng chảy có hớng ra biển, trong khi trong nêm mặn dòng chảy có hớng chảy vo sông với tốc độ khá nhỏ. Vì lu tốc đáy tại đỉnh nêm phải bằng không, nên quá trình bồi lắng sẽ xảy ra ở khu vực ny. ở những cửa sông m ảnh hởng của thủy triều không lớn v sự tồn tại của nêm ổn định thì bùn cát bồi lắng có thể lm đáy sông nâng lên đáng kể. Chính l vai trò của nêm mặn m tại đây có sự thay đổi mật độ nớc l nguyên nhân chính gây ra hiện tợng bồi lắng. Cũng còn phải kể tới sự khác nhau về nhiệt độ nớc tạo nên sự thay đổi khi gặp nhau v thúc đẩy thêm quá trình bồi. Hiện tợng xáo trộn ny còn thấy ở những kênh xả nớc sau khi lm lạnh của nh máy nhiệt điện. Khi bùn cát lơ lửng m thnh phần của nó gồm các các hạt sét v mật độ của nớc tại nêm mặn tạo ra sự khác nhau về độ muối thì các quá trình điện hóa có ảnh hởng quyết định đến hình thức lắng đọng tại cửa sông. Các hạt sét mịn trong nớc ngọt có hình dẹt hoặc hình mũi kim với kích thớc tối đa khoảng vi micromet. Khi xáo trộn với nớc biển m thnh phần các ion dơng nh (Na + , Mg 2 +, Ca 2 + v.v ) thì quá trình trung hòa phát triển, các hạt liên kết với nhau thnh hạt có kích thớc lớn hơn để chìm lắng xuống đáy sông. Độ muối khoảng 3 l giới hạn trong quá trình kết tủa v lơ lửng hóa. ảnh hởng điện hóa chỉ mạnh mẽ khi sự thay đổi của độ muối nằm dới giới hạn ny. Quá trình kết tủa xảy ra mạnh khi nồng độ muối tăng lên, nhng đến khi triều rút, nớc ngọt tăng lên hay độ muối giảm đi thì quá trình phá vỡ các hạt đã liên kết để trở lại trạng thái lơ lửng lại xảy ra. Quá trình ny thờng lm thay đổi hm lợng cát lơ lửng trong nớc ở những nơi độ muối nhỏ. Có thể hình dung ảnh hởng ny bằng việc so sánh tốc độ lắng chìm của hạt cát trong nớc ngọt v tốc độ lắng chìm của nó trong nớc có độ muối trên 5. Các kết quả nghiên cứu của Allersma, Hoekstra v Bijker (1967) cho tỉ số ny khoảng 1:50. Chất lợng của bùn cát đáy sông trong vùng ny không giống với bùn cát nguyên gốc. Thực tế bùn cát tạo thnh trong quá trình kết tủa thờng có hm lợng nớc khá cao. Thể tích của nó gấp khoảng từ 5 đến 10 lần thể tích của các hạt nguyên gốc (trong cơ 221 [...]... 7.16 6.08 4 .90 3.64 2.65 2.38 S() Trong cảng 3 .96 3.30 3.04 2.63 3.01 3 .91 5.23 6.56 6. 69 6.37 5.43 4.36 3.82 VD tại mặt 1.1 49 x 1 0-3 5 .95 2 x 1 0-4 1.6 19 x 1 0-4 7.830 x 1 0-4 1.600 x 1 0-3 2.567 x 1 0-3 2.180 x 1 0-3 4.616 x 1 0-4 4.6 79 x 1 0-4 1.128 x 1 0-3 1.3 79 x 1 0-3 1.325 x 1 0-3 1.0 39 x 1 0-3 3.0 4.0 1.2 -5 .0 -8 .0 -1 0.7 -1 0.3 -1 .4 2.1 2.5 2.5 2.1 2.1 ( computed from salinities at T = 160C) Bảng 9- 2 : Độ mặn... 9- 1 Thời gian (hrs) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mực n ớc triều (m MSL) -0 . 69 -0 .50 - 0.03 +0.52 +0 .91 +1.04 +0 .91 +0.61 +0.25 -0 .15 -0 .47 -0 .58 -0 .62 Dòng chảy trong sông (m/s) -0 .15 +0.08 +0.60 +0.75 +0.44 +0.07 -0 .44 -0 .73 -1 .03 -1 .05 -0 .85 -0 .52 -0 .30 Dòng chảy trn vo cảng cm/s) +0 .90 +2.20 +3.20 +2.20 +1.10 0.00 -1 .50 -2 .10 -1 .60 -1 .10 -1 .50 -0 .80 0.00 Bảng 9- 1 : Số liệu đo đạc tại khu vực cảng dầu... Hình 9- 8 : Triều đo đạc tại cảng dầu số 2 (Đ ờng vo cảng Rotterdam) Hình 9- 9 : Dòng mật độ đo đạc tại cảng dầu số 2 227 http://www.ebook.edu.vn Sự khác nhau về độ muối v dòng mật độ sinh ra đo đạc tại cửa vo cảng dầu số 2 cho tại bảng 9- 2 v hình 9- 9 So sánh các số liệu đo đạc với kết quả tính toán theo ph ơng trình ( 9- 1 4) thấy rằng có sự khác nhau giữa lý thuyết v thực tế T.gian (giờ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9. .. cát thì: 1200 = (2650) (1-Vv) + (1000) (Vv) (9. 26) Từ đó tính đ ợc Vv = 0.88 hay trong 1m3 bùn cát chứa: ( 1-0 .88) (2650) = 318 kg (9. 27) các hạt khô Nh vậy, theo bảng 9- 3 thì thể tích bùn cát khô sẽ l: (5 .9 x 105) / (318) = 1855 m3 (9. 28) Giả sử khu vực nghiên cứu có chế độ bán nhật triều, nghĩa l trong 1 năm số lần n ớc vo ra cảng sẽ l: (365.25)x (24) / (12.42) = 706 (9. 29) v l ợng bùn cát bồi lắng... 1000.85 1003.02 4.32 x10 3 (9. 17) Độ sâu n ớc trung bình trong cảng l: h 13.5 1 x 1.7 14.35 m 2 (9. 18) Độ rộng tại mực n ớc t ơng ứng l: 400 + (14.35 x 8) = 515 m (9. 19) Diện tích mặt cắt ớt t ơng ứng: Ae 1 (400 515)(14.35) 2 6565m 2 (9. 20) Thể tích n ớc triều mang vo do dòng trn, trong một chu kỳ triều sẽ l: P = (515)(2000)(1.7) = 1.75 x106 m3 233 http://www.ebook.edu.vn (9. 21) Hình 9. 13: Sơ đồ hóa cảng... mật độ Bảng 9- 1 đ a ra bảng ti liệu đ ợc sử dụng để vẽ hình 9- 8 biểu diễn trạng thái triều trên đ ờng vo cảng 225 http://www.ebook.edu.vn Rotterdam, phía tr ớc của cảng dầu số 2 nh đã nói ở trên ảnh h ởng của dòng mật độ không đ ợc xem xét trong bảng số liệu trên Vì l u tốc dòng chảy tại cửa vo của cảng rất nhỏ, khoảng cm/s Các hình ny về cơ bản giống với các số liệu đã cho trong bảng 9- 1 Thời gian... kg/m3, v đây l điều kiện xuất hiện lực do chênh lệch mật độ, mặc dù không có thủy triều Giả sử mặt cắt khu vực cảng l chữ nhật với độ sâu h = 7m v chiều di L = 2500 m nh hình 9- 1 1 2 29 http://www.ebook.edu.vn Sử dụng ph ơng trình ( 9- 1 4) với việc sử dụng hệ số 0.35 thay cho 0.45, ta tìm đ ợc dòng mật độ có vận tốc 1042 m/h Với l u tốc ny, nêm mặn tiến vo điểm cuối cùng của cảng trong thời gian 2giờ 24 phút... v rất dễ trở lại trạng thái lơ lửng 9. 3.5 Một số biện pháp kiểm soát dòng mật độ trong sông Có rất ít giải pháp kỹ thuật có ý nghĩa kinh tế cao nhằm kiểm soát tình trạng nêm mặn lấn vo trong sông Phần lớn các giải pháp kỹ thuật chỉ tập trung vo những khu vực nhỏ có ý nghĩa kinh tế cao nh l ồng tu v khu vực cảng Có thể dễ dng nhận ra rằng có thể hạn chế đ ợc quá trình xâm nhập của nêm mặn nếu giảm độ... 2 1 gh12 1 2 2 2 gh2 (9. 12) với: = mật độ của n ớc ngọt v n ớc mặn g = gia tốc trọng tr ờng h = độ sâu vì 2 > 1, ph ơng trình (9. 12) biến đổi thnh: 1, 2 224 http://www.ebook.edu.vn h1 h2 2 (9. 13) 1 Trong khi lực tổng hợp tác động lên cửa triệt tiêu thì chuyển động do nó tạo ra lại khác không Khi mở cửa điều kiện ny không ổn định v dẫn tới mẫu dòng chảy nh biểu diễn trong hình 9- 7 Dòng chảy ở lớp có... hình thnh một ng ỡng trn ngầm có nơi rộng đến 457 m , nh ng không đ ợc cao hơn 9 m, ảnh h ởng tới vận tải thủy Tuy nhiên khi l u l ợng n ớc sông lớn hơn 11,328 m3/s), vấn đề xói chân công trình rất lớn v l vấn đề khó giải quyết nhất của công trình 9. 4 Dòng mật độ trong cảng Thủy triều tạo ra dòng chảy ra vo cảng v trong ph ơng trình chuyển động của nó thì số hạng quán tính không lớn Điều đó có nghĩa l . +2.20 2 - 0.03 +0.60 +3.20 3 +0.52 +0.75 +2.20 4 +0 .91 +0.44 +1.10 5 +1.04 +0.07 0.00 6 +0 .91 -0 .44 -1 .50 7 +0.61 -0 .73 -2 .10 8 +0.25 -1 .03 -1 .60 9 -0 .15 -1 .05 -1 .10 10 -0 .47 -0 .85 -1 .50 11 -0 .58 -0 .52. 1.6 19 x 10 -4 1.2 3 3.64 2.63 7.830 x 10 -4 -5 .0 4 5.08 3.01 1.600 x 10 -3 -8 .0 5 7.25 3 .91 2.567 x 10 -3 -1 0.7 6 8.06 5.23 2.180 x 10 -3 -1 0.3 7 7.16 6.56 4.616 x 10 -4 -1 .4 8 6.08 6. 69 4.6 79. 4.6 79 x 10 -4 2.1 9 4 .90 6.37 1.128 x 10 -3 2.5 10 3.64 5.43 1.3 79 x 10 -3 2.5 11 2.65 4.36 1.325 x 10 -3 2.1 12 2.38 3.82 1.0 39 x 10 -3 2.1 ( computed from salinities at T = 16 0 C) Bảng 9- 2 : Độ