Do Dong Chay

Đo dòng chảy I. Tổng quan về dòng chảy biển (hải lưu) Khái niệ m: Dòng chảy biển là những dịch chuyển của nước theo phương nằm ngang trên những khoảng cách lớn (dòng chảy quy mô lớn). Dòng chảy biển được đặc trưng bởi hướng và vận tốc. Phân loại các dòng chảy biển: Có thể phân loại các dòng chảy biển theo những đặc điểm sau : 1. Các nhân tố động lực (các lực gây dòng chày). 2. Độ ổn định. 3. Độ sâu phân bố. 4. Tính chất chuyển động. 5. Tính chất lý hóa. Theo các nhân tố động lực (các lực gây nên dòng chày) dòng chảy có thể chia thành 3 nhóm chính : Dòng chảy gradient: là dòng chảy gây nên bởi gradient nằm ngang của áp suất, xuất hiện khi mặt biển nằm nghiêng so với mặt đẳng thế. Gồm dòng rút là dòng chảy gây nên bởi sự dâng và rút nước dưới tác động của gió, dòng gradient áp lực là dòng chảy gây nên bởi sự dâng nước ven bờ và ở vùng cửa sông do nước sông chảy ra, dòng chảy mật độ là dòng chảy gây nên bởi gradient của mật độ nước, dòng chảy nhiệt muối là dòng chảy gây nên bởi sự phân bố không đều của nhiệt độ và độ muối. Dòng chảy gió và dòng chảy trôi: Dòng chảy trôi do lực tác động kéo theo của gió gây nên, dòng chảy gió thì do tác động đồng thời của nguyên nhân nói trên và độ nghiêng của mặt biển tạo nên dưới tác dụng trực tiếp của gió và sự phân bố lại mật độ do dòng chảy trôi. Dòng triều: là dòng chảy do sóng triều gây nên. Theo độ ổn định: dòng chảy cố định, dòng chảy tuần hoàn, dòng chảy tạm thời (ngẫu nhiên). Theo độ sâu phân bố: dòng chảy tầng mặt, dòng chảy tầng sâu, dòng chảy sát đáy. Theo tính chất chuyển động: dòng chảy thẳng, dòng chảy uốn khúc và dòng chảy cong. Theo tính chất lý hóa: dòng chảy nóng, dòng chảy lạnh và dòng chảy nhạt.

1

II. Nguyên tắc đo vận tốc dòng chảy biển Máy đo vận tốc dòng chảy: Hiện tại có nhiều thiết bị do dòng chuyên dụng với nhiều nguyên lý khác nhau như sóng âm - hiệu ứng Dopler, điện từ, cơ… Ở đây chúng ta sẽ trình bày loại máy do đơn giản dựa trên nguyên lý cơ và có tại bộ môn chúng ta. 1. Đặc điểm: Kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, cấu trúc đơn giản, dễ vận hành. 2. Cấu tạo: Cánh quạt nằm tại đầu máy, thân máy chứa bộ phận đếm số vòng quay của cánh quạt và một mạch điện một chiều đơn giản, phần đuôi có gắn chân vịt nhằm định hướng dòng chảy.

Hình 2.1 Máy do vận tốc dòng chảy 3. Nguyên lý: Khi cánh quạt quay dược 5 vòng thì viên bi nhỏ trong thân máy sẽ chạy đến làm kín mạch điện một chiều và chuông điện sẽ rung lên. Đếm số lần rung của chuông điện ta có thể xác định được vận tốc dòng chảy theo công thức sau: v = 0.6893n + 0.0072 trong đó

n = số lần chuông reo x 5 / khoảng thời gian đo. 2

Các bước đo vận tốc dòng chảy: 1. Nhận số liệu độ sâu từ trạm khí tượng. 2. Đưa máy xuống ngang mặt nước. 3. Từ từ thả máy xuống 3 mức độ sâu: + Cách mặt nước 0.5 m. + Khoảng ½ độ sâu. + Cách đáy khoảng 1 m. - Ở mỗi độ sâu sẽ tiến hành các bước sao: + Giữ một khoảng thời gian để máy ổn định. + Đợi hồi chuông đầu tiên vang lên, ta bắt đầu canh giờ và đếm số hồi chuông vang lên (t≥45s). + Sau khi hoàn tất ta kéo máy lên khỏi mặt nước.

III. Xử lý số liệu. Xử lý số liệu. Nhập số liệu thô từ số liệu thực đo từ nhật ký hành trình trong chuyến đi thực tập, số liệu được tổng kết thô và sau đó được tính toán lại cụ thể theo công thức dựa trên số liệu thực đo. Tính vận tốc dòng tại hai tầng: tầng mặt và tầng đáy. Theo công thức: v = 0.6893n + 0.0072 trong đó: n = số lần chuông reo x 5 / khoảng thời gian đo Sau đó số liệu được lấy riêng theo tầng mặt và tầng đáy nhằm phục vụ cho mục đích sử dụng của từng số liệu.

3

IV. Nhận xét. Trạm liên tục: -

Ta sẽ sử dụng dao động mực nước triều triều tại Vũng Tàu để xem xét sự tương quan giữa triều và vận tốc dòng tại nơi khảo sát.

Hình 3.1 Biên độ triều tại trạm Vũng Tàu

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn vận tốc dòng tại các tầng.

4

-

Vận tốc dòng giảm theo độ sâu.

Ảnh hưởng của triều: -

Trong biểu đồ 3.2, tại lúc 5h thiếu một số liệu của tầng đáy.

-

Vận tốc dòng thay đổi theo dao động mực nước triều và có sự trễ pha hơn triều tại Vũng Tàu. Tại lúc 16h, khi dòng triều đang rút, vận tốc dòng rất lớn (tầng mặt 0.94 m/s, tầng sâu 0.96 m/s, tầng sát dáy 0.87 m/s). sau đó giảm, còn biên độ triều lớn lúc đó đang giảm. Tại lúc 24h vận tốc dòng lớn nhất (tầng mặt 0.97 m/s, tầng sâu 0.95 m/s, tầng sát dáy 0.70 m/s) khi dòng đang lên. Từ 2 - 3h, 16/8 triều đứng, vận tốc dòng khi ấy khá nhỏ (tầng mặt 0.17 m/s, tầng sâu 0.35 m/s, tầng sát dáy 0.22 m/s). Như vậy, tại lúc triều đang dâng hay đang rút thì vận tốc dòng lớn và khi triều đứng thì vận tốc dòng nhỏ. Điều này đúng với lý thuyết triều đã học. Và chúng ta có thể kết luận rằng vận tốc dòng tại đây bị chi phối mạnh mẽ bởi dòng triều.

Hình 3.3 Vận tốc gió tại bề mặt. Ảnh hưởng của gió: -

Các giá trị tại 18h, 19h, 20h, 21h (15/08/08) là do mất số liệu thực đo. Còn các giá trị tại 4h, 5h, 6h ngày hôm sau (16/08/08) là lúc đó lặng gió.

-

Gió là một trong những nguyên nhân tác động đến dòng chảy. Ảnh hưởng mạnh đến dòng chảy ở tầng mặt và có thể làm thay đổi dòng chảy.

5

-

Dựa vào biểu đồ ta thấy, lúc đầu gió tương đối ổn định vận tốc khoảng từ 3 - 5 m/s. Lúc 23h, 24h (15/08/08) gió lớn là do có mưa nhỏ và sóng hơi mạnh. Ngày 16/08/08, thấy gió tương đối ổn định và ngày nắng, vận tốc trung bình từ 4 - 6 m/s.

-

Vào lúc 24 (15/08), khi vận tốc gió đạt giá trị cực đại (11 m/s) thì vận tốc dòng tầng mặt tại thời điểm này cũng đạt giá trị cực đại (0.97 m/s). Thế nhưng vào khoảng thời gian từ 10h đến 13h ngày 16/08 khi gió thổi ổn định có vận tốc từ 4 - 6 m/s thì vận tốc dòng lại rất nhỏ (vào lúc 13h, tầng mặt 0.24 m/s, tầng sâu 0.29 m/s, tầng sát dáy 0.18 m/s). Điều này chứng tỏ mối tương giữa vận tốc gió và vận tốc dòng không là mối tương quan tuyến tính đơn giản, chúng ta cần có những nghiên cứu sâu hơn để xác định mối liên hệ này.

Hình 3.4 Phân bố độ muối tại tầng mặt và tầng sát đáy. Ảnh hưởng của độ muối: -

Số liệu lúc 19h và 22h (15/08/08) là mất mẫu (sự cố kỹ thuật lúc đo).

-

Độ muối tầng mặt tương đối ổn định, còn tầng đáy có những giá trị cao như 15h (15/08/08), 4h (16/08/08) nguyên nhân do khi lấy mẫu nước đã bị chạm đáy.

6

-

Triều lên mang theo trầm tích. Độ muối biến đổi theo dòng triều. Khi triều rút, tức từ 15h cho đến 19h ta thấy, độ muối có giảm theo xu hướng dòng triều, và từ 23h đến 4h sáng khi triều dâng, độ muối tăng theo dòng triều.

-

Ở đây chúng ta vẫn chưa nhận thấy được mối liên hệ giữa vận tốc dòng và độ muối.

Các trạm mặt rộng (7 trạm):

Hình 3.6 Biểu đồ biểu diễn vận tốc dòng tại các tầng.

Nhận xét: -

Vận tốc dòng thấp nhất mà ta do được là tại trạm thứ 3 (tầng mặt 0.12 m/s, tầng sâu 0.4 m/s, tầng sát dáy 0.44 m/s), và vận tốc dòng ca nhất ta do được là tại trạm thứ 2 (tầng mặt 0.13 m/s, tầng sâu 0.92 m/s, tầng sát dáy 0.85 m/s).

-

Giá trị vận tốc dòng tăng theo độ sâu. Dòng sát dáy tại nơi khảo sát có vận tốc rất lớn, ( MR01: 0.88 m/s, MR02: 0.85 m/s, MR04: 0.74 m/s…). Tuy nhiên vận tốc tại bề mặt của các trạm này lại khá nhỏ ( MR01: 0.15 m/s, MR02: 0.13 m/s, MR04: 0.14 m/s…).

7

Hình 3.7 Biểu đồ biểu diễn độ tại tầng mặt và tầng sát đáy.

Nhận xét: -

Tại trạm mặt rộng MR05 (13:27), thao tác đo chạm đáy. Nên chênh lệch giữa hai tầng này cao (tầng mặt 13‰ và tầng dáy 29 ‰).

-

Nguyên nhân khác biệt dộ muối tại tầng mặt và tầng sát dáy có thể là do dòng triều dâng mạnh gây nên xáo trôn độ muối ở hai tầng.

-

Mối tương quan giữa vận tốc dòng và độ muối không thể hiện rõ.

Hình 3.5 Biểu đồ biểu diễn vận tốc gió trên bề mặt.

8

Nhận xét: -

Vận tốc gió tương đối ổn định từ 3-6 m/s.

-

Tại các trạm MR06 và MR07 lúc 13:47 và 14:13, giá trị vận tốc lớn là do thao tác đo chưa chính xác vì lúc này theo nhật ký hải trình không có hiện tượng bất thường về thời tiết.

-

Dựa vào biểu đồ ta chưa nhận thấy sự tương quan giữa vận tốc gió và vận tốc dòng, có thể do ảnh hưởng của gió không nổi trội như ảnh hưởng của triều.

Tài liệu tham khảo Hải dương học vật lý tập II – Nhà xuất bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp Hà Nội – 1981. 9