CHƯƠNG VII : TÍNH TOÁN THỦY VĂN VÙNG SÔNG ẢNH HƯỞNG THỦY TRIỀU 7. Một số kiến thức về thuỷ triều 7. Khái niệm về thuỷ triều 7. Thuỷ triều Thuỷ triều là hiện tượng sóng của nước biển dưới tác động của các lực gây ra bởi Mặt trăng, Mặt trời và các hành tinh khác lên các chất điểm nước trên đại dương.
Dưới tác động của các lực trên, nước trên đại dương dâng lên tạo thành các sóng nước di chuyển trên đại dương tạo thành sự chuyển động tương đối giữa Trái đất, Mặt trăng, Mặt trời và các hành tinh khác. Sự chuyển động của Mặt trăng xung quanh Trái đất và của hệ thống Mặt trăng - Trái đất xung quanh Mặt trời có tính chu kỳ, kéo theo sự xuất hiện có chu kỳ của sóng nước trên đại dương. Các sóng nước tạo ra do hiện tượng trên được gọi là sóng triều. Sự di chuyển có chu kỳ của các sóng triều gây ra hiện tượng lên xuống có chu kỳ của mực nước biển tại một vị trí quan trắc.
Bởi vậy, có thể coi thuỷ triều là hiện tượng dao động có chu kỳ của mực nước biển tại vị trí quan trắc. Các đặc trưng cơ bản của thuỷ triều 1) Mực nước triều: là cao trình mực nước biển hoặc sông có ảnh hưởng thuỷ triều so với mặt chuẩn tại một vị trí quan trắc nào đó, thường được ký hiệu là Z. 2) Quá trình mực nước triều: là đồ thị của quá trình thay đổi mực nước triều theo thời gian t, được ký hiệu là Z(t). Như vậy mực nước triều là hàm của thời gian, được biểu thị bằng đường cong Z = Z(t).
Trên đường quá trình mực nước triều có các pha triều lên ( còn gọi là triều dâng ), triều xuống ( triều rút ), cùng các đặc trưng đỉnh và chân triều. Thời kỳ liên tục trong đó dZ/dt > 0 gọi là pha triều lên, ngược lại là pha triều xuống. Đỉnh triều là điểm chuyển tiếp giữa pha triều lên và pha triều xuống, còn chân triều là điểm chuyển tiếp giữa pha triều xuống và pha triều lên. Tại các đỉnh và chân triều có dZ/dt = 0.
194 3) Mực nước đỉnh triều và chân triều: là mực nước tương ứng với đỉnh và chân triều. Nếu trong một ngày đêm có một lần triều lên, một lần triều xuống sẽ tương ứng có một mực nước đỉnh triều và một mực nước chân triều. Nếu trong một ngày đêm có hai lần triều lên, hai lần triều xuống, sẽ tồn tại trên đường quá trình triều hai đỉnh và hai chân triều. Trong trường hợp một ngày đêm có hai đỉnh và hai chân triều, sẽ có một đỉnh triều cao và một đỉnh triều thấp, một chân triều cao và một chân triều thấp (xem hình 7-1).
4) Biên độ triều và chu kỳ triều Biên độ mực nước triều là chênh lệch mực nước giữa đỉnh triều so với chân triều kế tiếp, thường ký hiệu là AP. Chu kỳ triều là khoảnh thời gian giữa hai đỉnh triều đặc trưng kế tiếp nhau, thường ký hiệu là T. Có nhiều loại chu kỳ khác nhau. - Trong một ngày đêm có chu kỳ nửa ngày đối với loại chế độ bán nhật triều, tức là trong một ngày đêm có hai lần triều lên và hai lần triều xuống với chu kỳ xấp xỉ 12 giờ 25 phút.
- Trong một ngày đêm có chu kỳ ngày, là khoảng thời gian giữa hai đỉnh triều hoặc hai chân triều kế tiếp đối với chế độ nhật triều, hoặc là khoảng thời gian giữa hai đỉnh triều cao (hoặc thấp), chân triều cao (hoặc thấp) trong trường hợp bán nhật triều. - Nếu ta vẽ đường bao chân triều và đỉnh triều (hình 7-2), sẽ tồn các chu kỳ triều nửa tháng, một tháng, tức là khoảng cách giữa hai lần triều cường hoặc kém kế tiếp nhau. Ngoài ra còn tồn tại các loại chu kỳ lớn hơn, chẳng hạn chu kỳ 4 tháng, chu kỳ năm, chu kỳ 4 năm v. 195 Chu kỳ triều Chu kỳ triều Mực nước Z (m) Mực nước Z (m) Đỉnh triều cao Đỉnh triều Đỉnh triều thấp Thời gian Thời gian Chân triều cao Chân triều Chân triều thấp a) Nhật triều b) Bán nhất triều Hình 7-1: Đường quá trình mực nước triều Z~t trong 1 ngày đêm 200 150 100 Mực nước (cm) 50 0 -50 -100 11/1/01 11/2/01 11/3/01 11/4/01 11/5/01 11/7/01 11/8/01 11/9/01 11/10/01 11/11/01 11/13/01 11/14/01 11/15/01 11/16/01 11/17/01 11/19/01 11/20/01 11/21/01 11/22/01 11/24/01 11/25/01 11/26/01 11/27/01 11/28/01 11/30/01 Ngày, tháng Hình 7 -2 - Đường quá trình triều trong một tháng (từ ngày 130/11/2001) tại Cửa Ba lạt 5) Triều cường, triều kém Trong một tháng thường có hai thời kỳ triều hoạt động mạnh đó là thời kỳ triều cường (còn gọi là thời kỳ nước lớn), khi đó biên độ triều lớn đỉnh triều cao hơn còn chân triều lại thấp hơn những ngày khác.
Xen kẽ với hai thời kỳ triều cường có hai thời kỳ 196 triều hoạt động yếu gọi là thời kỳ triều kém (thời kỳ nước ròng), khi đó biên độ triều nhỏ, đỉnh triều thấp, còn chân triều lại cao so với những ngày khác. Phân loại thuỷ triều Chu kỳ triều trong một ngày đêm đặc trưng cho chế độ triều tại một vị trí quan trắc. Bởi vậy người ta phân loại thuỷ triều theo chu kỳ triều trong một ngày đêm. Có hai loại chế độ triều sau đây: a/ Chế độ bán nhật triều đều: là hiện tượng xảy ra trong một ngày mặt trăng (24 giờ 50 phút) có hai lần triều lên và hai lần triều xuống, đỉnh và chân triều của hai lần đó xấp xỉ bằng nhau, chu kỳ triều gần bằng 12 giờ 25 phút.
b/ Nhât triều đều: là hiện tượng xảy ra trong một ngày mặt trăng có một lần triều lên một lần triều xuống, chu kỳ triều xấp xỉ 24 giờ 50 phút. c/ Bán nhật triều không đều: là hiện tượng xảy ra tương tự như (a), song đỉnh và chân triều trong hai lần triều liên tiếp có sự chênh lệch khá lớn. d/ Nhật triều không đều: là hiện tượng mà trong chu kỳ nửa tháng, số ngày nhật triều không quá 7 ngày, những ngày còn lại là bán nhật triều. Phân loại thủy triều dọc bở biển Việt Nam Ở nước ta, dọc theo bờ biển từ Bắc đến Nam thuỷ triều có chế độ rất khác nhau.
Theo chế độ triều có thể chia làm 8 vùng, thống kê ở bảng 7 -1. Bảng 7-1: Chế độ thuỷ triều bờ biển Việt Nam TT Vùng địa danh Chế độ thuỷ triều Biên độ triều cường (m) 1 Từ Quảng Ninh - Thanh Hoá Nhật triều đều 3,2 2,6 2 Nghệ An - Quảng Bình Nhật triều không đều 2,5 1,2 3 Nam Quảng Bình - Thuận An Bán nhật triều không đều 1,1 0,6 4 Cửa Thuận An và vùng phụ cận Nhật triều không đều 0,4 0,5 5 Nam Thừa Thiên đến Q. Nam Bán nhật triều không đều 0,8 1,2 6 Quảng Nam - Hàm Tân Nhật triều không đều 1,2 2,0 197 7 Hàm Tân - Cà Mau Bán nhật triều không đều 2,0 3,5 8 Cà Mau - Hà Tiên Nhật triều đều hoặc không đều < 1,0 Theo thống kê ở bảng (6-1), biên độ triều giảm dần từ Quảng Bình đến Cửa Thuận An (Huế), sau đó lại tăng dần đến mũi Cà Mau. Từ Cà Mau đến Hà Tiên biên độ triều lại giảm xuống rõ rệt.
Bờ biển Việt Nam không dài (3200 km), nhưng có chế độ triều của hầu hết các bờ biển trên thế giới. Tính đa dạng của chế độ triều dọc bờ biển việt Nam phản ánh sự phức tạp của nó. Đặc biệt là tại bờ biển đồng bằng sông Cửu Long, phía đông và phía tây có chế độ triều khác biệt nhau, gây ra sự phức tạp của cơ chế chuyển động của thuỷ triều ở kênh rạch thuộc châu thổ này. Các nhân tố ảnh hưởng đến chế độ thủy triều ngoài biển 7.
Ảnh hưởng của các lực gây triều Trong các lực gây triều thì lực hấp dẫn của mặt trăng, mặt trời đến các chất điểm nước trên trái đất là chủ yếu. Quỹ đạo chuyển động của mặt trăng xung quanh trái đất và hệ thống trái đất - Mặt trăng xung quanh mặt trời là rất phức tạp dẫn đến sự phức tạp về chế độ thuỷ triều ở các vị trí trên trái đất. Trong một ngày, do trái đất quay quanh trục của nó, nên vị trí tương đối giữa mặt trăng và trái đất sẽ thay đổi theo chu kỳ ngày mặt trăng ( 24 giờ 50 phút). Do đó mặt trăng sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ thuỷ triều trong ngày.
Mặt trăng chuyển động xung quanh trái đất 28 ngày đêm, do đó vị trí tương đối giữa mặt trăng, mặt trời và trái đất cũng có sự thay đổi theo chu kỳ một tháng dẫn đễn sự thay đổi theo chu kỳ của chế độ triều trong một tháng. Tương tự vậy, sự thay đổi theo chu kỳ giữa 3 thiên thể trong một năm và nhiều năm sẽ kéo theo sự thay đổi có chu kỳ của chế độ triều trong một năm và nhiều năm. Ảnh hưởng của Mặt trăng đến chế dộ triều trong ngày Sự thay đổi mức nước biển trong một ngày tại vị trí quan sát phụ thuộc vào vị trí tương đối của trái đất và mặt trăng trong một ngày. Trên hình 7- 3 sơ hoạ các lực gây triều tại các điểm đặc trưng trên Trái đất trong một ngày Mặt trăng.
198 A Mặt trăng D C O 1 Lực hướng tâm 2 Lực ly tâm 3 Tổng hợp lực B Hình 7- 3: Các lực gây triều dưới tác động của mặt trăng Trái đất và Mặt trăng có khối lượng khác nhau, bởi các lực tác dụng tương hỗ giữa chúng tạo nên hệ thống chuyển động quay của hệ Mặt trăng - Trái đất xung quanh trục chung cách tâm trái đất một khoảng bằng 0,73 bán kính Trái đất. Kết cục của hiện tượng này phát sinh các lực tác dụng lên chất điểm trên Trái đất như sau: * Lực ly tâm có giá trị như nhau đối với mọi chất điểm trên trái đất kể cả ở tâm trái đất. Lực ly tâm có phương song song với phương của đường thẳng nối tâm trái đất với tâm mặt trăng, hướng của lực ngược với hướng từ tâm trái đất đến mặt trăng. * Lực hấp dẫn của mặt trăng lên các chất điểm trên trái đất khác với lực ly tâm.
Phương của lực trùng với phương nối chất điểm đó với tâm mặt trăng, hướng của lực đi từ chất điểm đến mặt trăng. Giá trị của lực hấp dẫn tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng từ chất điểm đến tâm của mặt trăng. * Tổng hợp của hai lực này sẽ tạo nên lực gây triều có phương, hướng và giá trị phụ thuộc vào điểm quan sát trên trái đất (xem hình 7-3). Ta xét hai điểm C và D nằm trên phương nối trục trái đất với mặt trăng.