Suất vận chuyển trầm tích tổng cộng là đại lượng đòi hỏi nhiều nhất để hướng
đến các ứng dụng thực tiễn như bồi lấp các luồng tàu được nạo vét, phát tán các đống
đất và phản ứng động lực hình thái của các khu vực ven bờ đối với các công trình xây
dựng.
Các thành phần trầm tích đáy và trầm tích lơ lửng đối với suất vận chuyển trầm
tích tổng cộng có thể tính toán riêng biệt và cộng lại (trong trường hợp này, hai
thành phần phải tương thích và ứng với độ cao xác định). Nói chung, suất vận
chuyển trầm tích tổng cộng có thể tính bằng công thức kinh nghiệm.
22 trang |
Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 1618 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Động lực học cát biển Chương 10. Vận chuyển trầm tích tổng cộng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
143
Chương 10. vận chuyển trầm tích tổng cộng
10.1. Tổng quan
Suất vận chuyển trầm tích tổng cộng là đại lượng đòi hỏi nhiều nhất để hướng
đến các ứng dụng thực tiễn như bồi lấp các luồng tàu được nạo vét, phát tán các đống
đất và phản ứng động lực hình thái của các khu vực ven bờ đối với các công trình xây
dựng.
Các thành phần trầm tích đáy và trầm tích lơ lửng đối với suất vận chuyển trầm
tích tổng cộng có thể tính toán riêng biệt và cộng lại (trong trường hợp này, hai
thành phần phải tương thích và ứng với độ cao xác định). Nói chung, suất vận
chuyển trầm tích tổng cộng có thể tính bằng công thức kinh nghiệm.
Nguyên lý chung để tính toán suất vận chuyển dòng lơ lửng qs là lấy tích phân
theo độ sâu của dòng trầm tích U(z)C(z) tại độ cao z, lúc đầu được thiết lập cho phân
bố vận tốc và nồng độ theo hướng thẳng đứng U(z) (xem mục 3.2) và C(z) (xem
Chương 8). Như vậy:
h
z
s
a
dzzCzUq (130)
trong đó za= độ cao tham chiếu gần đáy, tại đó nồng độ tham chiếu Ca được tính toán,
và ứng với đỉnh của lớp trầm tích đáy
h = độ sâu nước.
Đối với sóng và dòng chảy kết hợp, U(z) và C(z) thường lấy bằng giá trị trung
bình trong một chu kỳ sóng, mặc dù nếu chặt chẽ thì còn có thành phần do sự đồng
biến của vận tốc và nồng độ theo thời gian. Thành phần đồng biến có thể rất lớn, và
thường ngược hướng với dòng chảy, do vậy vận chuyển trầm tích ròng giảm đi hoặc
thậm chí là âm. Thành phần này lớn nhất trong trường hợp sóng lớn với dòng chảy
yếu. Tuy nhiên các phương pháp tính toán thành phần này vẫn chưa được thiết lập
tốt, và sẽ không được xem xét trong cuốn sách này.
Độ chính xác của các công thức vận chuyển trầm tích thường không cao (xem
mục 1.6). Trong sông, công thức tốt nhất cho dự báo cũng chênh lệch khoảng 2 lần so
với giá trị quan trắc của không quá 70% số mẫu. Trong biển tình hình còn tệ hơn, có
lẽ sai số khoảng 5 lần trong không quá 70% số mẫu. Độ chính xác có thể cải thiện
đáng kể bằng cách đo đạc đặc trưng tại tuyến và hiệu chỉnh các công thức cho hợp lý.
Suất vận chuyển trầm tích tổng cộng có thể biểu thị theo nhiều đơn vị:
qt= suất vận chuyển thể tích
144
= thể tích (m3) của hạt dịch chuyển trên đơn vị thời gian (s) trên đơn vị bề rộng
đáy (m); Như vậy trong hệ SI qt là m
2s-1
Qt= s qt= suất vận chuyển khối lượng (kgm
-1s-1)
it= suất vận chuyển trọng lượng chìm (Nm
-1s-1)
qT = qt(1-) = thể tích vật chất lắng đọng xuống đáy (kể cả nước xốp) trên đơn vị
thời gian trên đơn vị bề rộng (m2s-1).
Xem mục 9.1 để chuyển đổi thành đơn vị kỹ thuật.
10.2. vận chuyển trầm tích tổng cộng do dòng chảy
Kiến thức
Đối với dòng chảy thuỷ triều khi không có sóng (ví dụ trong cửa sông kín) thực tế
chung là sử dụng công thức vận chuyển trầm tích phát triển cho sông, ở dạng tựa ổn
định. Có khoảng hơn 20 công thức loại này (xem Sleath (1984) với danh sách đầy đủ
hơn) trong đó 3 công thức trích dẫn dưới đây được sử dụng rộng rãi nhất và phù hợp
nhất đối với biển. Khi sử dụng cho biển chúng ít thích hợp so với sông, bởi vì giả thiết
rằng sóng cát/đụn cát ở trạng thái cân bằng với vận tốc dòng chảy tức thời là điều
không thực tế trong dòng chảy thuỷ triều.
1. Engelund và Hansen (1972)
50
2
223
1
040
dsg
UC
q Dt
/,
SC (131)
trong đó hệ số ma sát CD phải xác định theo phương pháp ma sát bồi tích Engelund
(1966). Phương pháp này lúc đầu được dẫn xuất bằng cách xem xét cân bằng năng
lượng đối với dòng di đáy trên các đụn cát, nhưng hiện nay được sử dụng rộng rãi
như phương pháp trầm tích tổng cộng (và khá chính xác). Nó không kể đến điều kiện
ngưỡng chuyển động.
2. Acker và White (1973)
m
AW
AWAW
n
AWt
A
AF
u
U
dUCq
*
SC (132a)
trong đó
n
n
AW
dh
U
dsg
u
F
1
2/1
*
/10ln46,21
SC (132b)
và nếu
d
sg
D
3/1
2*
1
SC (132c)
thì đối với 1 < D* < 60 (trầm tích mịn)
145
n = 1- 0,243lnD*
AAW= 14,0
23,0
2/1
*
D
34,1
66,9
*
D
m
13,8ln434,0ln86,2exp 2** DDCAW SC (132d)
và đối với D* > 60 (trầm tích thô)
n = 0 ; 17,0AWA ; m =1,5; 025,0AWC . SC (132e)
Hình 30. Các công thức vận chuyển trầm tích chỉ do dòng chảy
Kích thước hạt d phải lấy bằng d = d35. Vận tốc ma sát u* = UCD
2/1 phải xác định
theo phương pháp ma sát bồi tích White và nnk (1980). Công thức vận chuyển được
dẫn xuất bằng cách xét dạng quan hệ vận chuyển đối với trầm tích di đáy (trầm tích
thô) và trầm tích lơ lửng (trầm tích mịn) riêng rẽ, liên kết chúng lại thông qua sự
chuyển tiếp trong dải 1 < D* 60 bằng các hệ số kinh nghiệm n, AAW, m và CAW đã
khớp với tập hợp lớn số liệu.
146
Một tập hợp giá trị các hệ số được kiểm tra dựa trên các số liệu gần đây nhất
được đưa ra vào năm 1990. Các biểu thức đối với n và AAW là không đổi, nhưng biểu
thức đối với m và CAW là:
đối với 1 D* 60
m = 67,1
83,6
*
D
97,7ln426,0ln79,2exp 2** DDCAW SC (132f)
và đối với m = 1,78 ; 025,0AWC . SC (132g)
3. Van Rijn (1984)
Van Rijn dẫn xuất một lý thuyết đầy đủ, dễ hiểu về vận chuyển trầm tích trong
sông dựa trên một hỗn hợp của vật lý cơ bản và các kết quả kinh nghiệm. Ông tham
số hoá các kết quả của phương pháp đầy đủ (đến 25%) thành các công thức đơn giản
hơn sau đây:
sbt qqq SC (133a)
2,1
50
4,2
2/1
501
005,0
h
d
gds
UU
hUq crb SC (133b)
6050
42
21
501
0120 ,*
,
/
,
D
h
d
gds
UU
hUq crs SC (133c)
với
90
10
1,0
50
4
log19,0
d
h
dU cr với 0,1 d50 0,5 mm (133d)
90
10
6,0
50
4
log5,8
d
h
dU cr với 0,5 d50 2 mm. (133e)
Trong các phương trình (133d) và (133e) phải sử dụng hệ SI.
Các công thức hiệu lực đối với các tham số trong phạm vi h = 1-20m, U = 0,5-5
ms-1, d50= 0,1-2 mm và đối với nước ngọt ở 15
oC.
Phương trình (133b) giống như phương trình (119) đối với dòng di đáy.
Đây là dạng dễ sử dụng nhất trong biển. Phương pháp Van Rijn (1984) đầy đủ
được Van Rijn đưa ra ở dạng từ bước này đến bước khác (1993, Phụ lục A), hoặc bởi
Fisher (1993) gồm nhiều tính toán hơn, kể cả ma sát bồi tích bằng phương pháp Van
Rijn (1984).
Tất cả các phương pháp này lúc đầu được dẫn xuất để áp dụng cho sông và ít áp
dụng hơn cho biển vì độ dốc mặt nước thường không là tham số đầu vào cho trước,
147
cũng không quan hệ đơn trị với ma sát đáy. ứng suất trượt tại đáy phải tính toán
bằng phương pháp khác cho biển.
Một so sánh các phương pháp Engelund và Hansen, Ackers và White (nguyên
bản) và Van Rijn (phương pháp đầy đủ) được cho trên hình 30, đối với trường hợp đặc
trưng của cát thạch anh có phân bố kích thước hạt đã cho trong ví dụ 10.1, trong
nước ngọt 20oC, độ sâu 10m và vận tốc dòng chảy 1,4ms-1. Ma sát đáy được dự báo
theo phương pháp Engelund; White, Paris và Bettes; Van Rijn, tương ứng. Các tính
toán thực hiện bằng cách sử dụng gói phần mềm SandCalc. Cả 3 phương pháp đều
cho suất vận chuyển trầm tích rất nhỏ đối với U < 0,5 ms-1, và vận chuyển trầm tích
tăng nhanh theo vận tốc dòng chảy khi dòng chảy vượt quá 0,5 ms-1. Tại 1,4 ms-
1, phương pháp Ackers và White dự báo xấp xỉ 2 lần, còn phương pháp Engelund và
Hansen xấp xỉ một nửa các giá trị dự báo theo phương pháp Van Rijn. Còn có nhiều
phương pháp khác, nhưng 3 phương pháp này thực hiện khá tốt khi so sánh với một
số lớn số liệu thực đo, với 60% đến 70% dự báo nằm trong khoảng 2 lần các giá trị
quan trắc. Có điều là độ chính xác sẽ được cải thiện đáng kể, vì việc so sánh số liệu
với nhau tự nó cho thấy các giá trị làm đầu vào cũng biến động ở mức độ này.
Quy trình
1. Ví dụ 10.1. Vận chuyển trầm tích tổng cộng do dòng chảy
- Để tính toán suất vận chuyển trầm tích tổng cộng
qt (thể tích/thể tích) chỉ do dòng chảy,
cho các giá trị của
+ cấp phối kích thước trầm tích đáy
(các công thức khác nhau
đòi hỏi các phần trăm khác nhau) d16 0,141m
d35 0,175m
d50 0,200m
d65 0,230m
d84 0,282m
d90 0,315m
+ độ sâu nước h 10m
+ vận tốc dòng chảy trung bình U 1,0ms-1
+ mật độ trầm tích s 2650kgm
-3
+ nhiệt độ 20oC
+ độ muối 0o/oo
+ gia tốc trọng trường g 9,81ms-2
- Tính toán độ nhớt động học
(mục 2.1) 1,0 x 10-6m2s-1
148
- Tính toán mật độ nước
(mục 2.1) 1000kgm-3
- Tính toán tỷ lệ mật độ trầm tích s 2,65
2. Các ví dụ thực hiện chi tiết theo các phương pháp Ackers và White và Van
Rijn được cho trong Hướng dẫn vận chuyển trầm tích trong sông (Fisher,1993). Các
giá trị cho trong ví dụ 10.1 cho ta suất vận chuyển trầm tích dự báo theo các công
thức khác nhau, tính toán bằng SandCalc như sau:
Engelund và Hansen qt 1,52 x 10
-4 m2s-1
Ackers và White (nguyên bản) qt 2,53 x 10
-4 m2s-1
Ackers và White (sửa đổi) qt 1,98 x 10
-4 m2s-1
Van Rijn (phương pháp đầy đủ) qt 1,40 x 10
-4 m2s-1
Van Rijn (công thức) qt 2,75 x 10
-4 m2s-1
Các giá trị dự báo lớn nhất và nhỏ nhất chênh lệch nhau khoảng 2 lần, thể hiện
mức độ không chắc chắn trong tính toán suất vận chuyển trầm tích tổng cộng trong
dòng chảy ổn định.
10.3. vận chuyển trầm tích tổng cộng do sóng
Kiến thức
Sóng gây ra vận chuyển trầm tích ròng bằng một số cơ chế:
- Sóng cuốn theo trầm tích nhiều hơn so với dòng chảy, và khuếch tán chúng
thông qua lớp biên sóng. Khi có mặt dòng chảy, rối do dòng chảy sinh ra làm khuếch
tán trầm tích lơ lửng lên cao hơn và mang chúng đi với dòng chảy ròng.
- Khi bị vỡ trên bãi sóng phát sinh dòng chảy dọc bờ, dòng này vận chuyển trầm
tích dọc theo bờ (bởi cơ chế nói trên)
- Vận tốc quỹ đạo dưới đỉnh sóng lớn hơn dưới chân sóng và do đó cuốn theo
nhiều trầm tích hơn. Chúng gây ra vận chuyển trầm tích ròng theo hướng lan truyền
sóng (nói chung hướng vào bờ)
- Vận chuyển khối lượng (hoặc phun trào) nước theo hướng lan truyền sóng được
sản sinh trong lớp biên sóng, mang trầm tích theo hướng sóng.
- Trong vùng sóng đổ sóng sản sinh vận tốc dòng sóng dội sát đáy hướng ra khơi,
mang trầm tích ra xa bờ.
Một trong các phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất là công thức của Bailard
(1981), trong đó véc tơ vận chuyển trầm tích tổng cộng qt là tổng của 4 số hạng:
sssobsbot qqqqq (134a)
với
uu
sg
c
q
i
Bf
bo
2
tan1
(134b)
149
iu
sg
c
q
i
Bf
bs
3
2tan1
tan
(134c)
uu
wsg
c
q
s
Bf
so
3
1
(134d)
iu
wsg
c
q
s
sf
ss
5
2
2
1
tan
(134e)
trong đó
g = gia tốc trọng trường
s = mật độ trầm tích
s = s /
= mật độ nước
cf = hệ số ma sát trong công thức = uuc f
= véc tơ ứng suất trượt tại đáy
u = vận tốc tổng cộng sát đáy do sóng và dòng chảy kết hợp
i = góc ma sát nội của trầm tích (tan i = 0,63)
tan = độ dốc đáy
i = véc tơ đơn vị hướng ngược độ dốc
ws = vận tốc chìm lắng trầm tích
B = 0,10 = hiệu suất dòng di đáy
s = 0,02 = hiệu suất dòng lơ lửng
. = trung bình thời gian trên nhiều sóng.
Các số hạng thể hiện: qbo= vận chuyển dòng di đáy trên đáy nằm ngang, qbs =
hiệu ứng độ dốc lên dòng di đáy, qso= dòng lơ lửng trên đáy nằm ngang, qss= hiệu ứng
độ dốc đáy lên dòng lơ lửng.
Công thức Bailard phát triển từ lý luận ‘năng lượng’ được đề xuất một cách
thành công bởi Bagnold, Inman và Bowen; cách tiếp cận tổng quát là ở chỗ công thực
hiện khi vận chuyển trầm tích là một tỷ lệ cố định của tổng năng lượng bị tiêu tán
bởi dòng chảy. Dự định ban đầu của nó là cho vận chuyển trầm tích ngang bờ và dọc
bờ trong vùng sóng đổ. Công thức áp dụng cho vận chuyển tại một điểm: ví dụ để
nhận được suất vận chuyển trầm tích tổng cộng dọc bờ, suất vận chuyển trầm tích
phải được tích phân trên vùng sóng đổ.
Điều này khá thông dụng đối với các nhà mô hình số bởi hiệu quả tính toán và vì
nó xét đến:
- vận chuyển dòng di đáy và dòng lơ lửng
- sóng và dòng chảy, kể cả hiệu ứng bất đối xứng của sóng
150
- độ dốc đáy theo hướng bất kỳ.
Có 2 khía cạnh thực hiện không được nói đến trong công thức nguyên bản:
- độ cao mà tại đó vận tốc tổng cộng u được đo, độ cao 0,05m dường như là phù
hợp
- dạng của hệ số ma sát cf, Bailard dẫn xuất theo số liệu trên cơ sở từ trường hợp
này đến trường hợp khác, nhưng các khả năng khác là sử dụng 0,5fw (xem mục 4.5),
hoặc tốt hơn vẫn là dạng liên quan đến ứng suất trượt tại đáy do sóng và dòng chảy
kết hợp (xem mục 5.3).
Soulsby (1995b) thông báo kết quả một đợt kiểm tra mở rộng công thức Bailard
theo số liệu thí nghiệm trong phòng và số liệu hiện trường, và theo các mô hình vận
chuyển trầm tích phức tạp hơn, thực hiện theo nhiệm vụ bắt buộc cho các nhà
nghiên cứu từ 6 tổ chức của châu Âu. Họ khảo sát tính hiệu lực của phương pháp để
sử dụng trong các mô hình động lực hình thái bên ngoài cũng như bên trong vùng
sóng đổ. Những phát hiện cơ bản của họ như sau:
- Có một phạm vi rộng trong cách định nghĩa của công thức Bailard, và các thông
báo trước đây về việc phù hợp tốt với số liệu thường nằm ở xử lý cá nhân.
- Đối với đáy phẳng, các điều kiện trong vùng sóng đổ mà công thức Bailard lúc
đầu dẫn xuất, vận chuyển trầm tích dự báo nói chung bằng khoảng 5 lần và thường
là 2 lần giá trị quan trắc. Hệ số ma sát phải dựa trên độ nhám liên quan đến hạt
trong trường hợp này.
- Trên đáy gợn cát các dự báo có thể có sai số đến 100 lần, thậm chí nếu sử dụng
độ nhám liên quan đến gợn cát. Tồi tệ hơn, cả đo đạc thí nghiệm lẫn đo đạc hiện
trường thường cho thấy vận chuyển ngược hướng với dự báo. Các kết quả tốt nhất có
thể nhận được bằng cách lấy vận tốc ở 1mm- 5mm trên đáy và sử dụng độ nhám liên
quan đến hạt, mặc dù điều này có thể không thực tế trong các mô hình động lực hình
thái.
- Đối với điều kiện sóng chiếm ưu thế, sự phù hợp tốt hơn so với điều kiện dòng
chảy chiếm ưu thế.
- So sánh với các mô hình toán khác cho thấy có sự phù hợp tốt, giả thiết rằng
các mô hình phức tạp hơn có thể có cùng khiếm khuyết như công thức Bailard về khả
năng dự báo chính xác trên một phạm vi rộng các điều kiện.
10.4. vận chuyển trầm tích tổng cộng do sóng kết hợp với dòng
chảy
Kiến thức
Điều chủ yếu của tính toán vận chuyển cát trong vùng bờ và ngoài khơi là coi cả
sóng và dòng chảy như các lực điều khiển. Về thực chất, sóng (với sự trợ giúp nào đó
của dòng chảy) khuấy cát lên và dòng chảy vận chuyển nó đi. Chính sóng cũng sinh
ra dòng chảy, hoặc là dòng chảy dọc bờ thông qua sự giảm ứng suất phát xạ trong
151
quá trình sóng vỡ trên bãi biển hoặc là vận chuyển khối lượng (hoặc phun trào) gần
đáy theo hướng lan truyền sóng, như kết quả của các quá trình lớp biên.
Hình 31. Vận chuyển trầm tích do sóng cộng với dòng chảy
Công thức Bailard (xem mục 10.3) có thể sử dụng cho sóng và dòng chảy, cũng
như đối với sóng bất đối xứng. Các phương pháp khác dẫn xuất đặc biệt cho sóng và
dòng chảy kết hợp được đưa ra dưới đây.
1. Grass (1981)
Nếu suất vận chuyển trầm tích qtc chỉ do sóng được cho bằng
n
Gtc UAq
(135a)
thì suất vận chuyển qt (thể tích/ thể tích) do sóng và dòng chảy kết hợp được cho
bằng
152
2/1
2
2
08,0
n
rms
D
Gt U
C
UUAq (135b)
trong đó
AG,n= hệ số kinh nghiệm nhận được bằng cách làm khớp phương trình (135a) với
số liệu đặc trưng tại tuyến
U = vận tốc dòng chảy trung bình độ sâu
Urms= vận tốc quỹ đạo sóng căn bậc hai trung bình bình phương
CD= hệ số ma sát chỉ do dòng chảy.
Công thức được dẫn xuất cho dòng lơ lửng bằng việc cho rằng động năng rối được
được sản sinh bởi các lớp biên do sóng và dòng chảy kết hợp. Điều này đặc biệt hữu
ích, nơi các đo đạc đặc trưng tại tuyến của suất vận chuyển dòng lơ lửng được thực
hiện trong điều kiện yên lặng để nhận được các giá trị AG và n, như một quy trình
ngoại suy để dự báo cho các điều kiện có bão. Tuy nhiên, chỉ nên sử dụng nó đối với
các điều kiện Urms < U , và đối với đáy gợn cát, ứng với số liệu hiện trường, theo đó
hệ số hiệu chỉnh lấy bằng 0,08.
2. Soulsby - Van Rijn
tan6,11018,0
4,22/1
2
2
crrms
D
st UU
C
UUAq SC (136a)
trong đó
2,150
2,1
50
1
/005,0
gds
hdh
Asb
SC (136b)
2,150
6,0
*50
1
012,0
gds
Dd
Ass
SC (136c)
sssbs AAA SC (136d)
U = vận tốc dòng chảy trung bình độ sâu
Urms= vận tốc quỹ đạo sóng căn bậc hai trung bình bình phương
CD=
2
0 1)/ln(
40,0
zh
hệ số ma sát chỉ do dòng chảy
U Cr= ngưỡng vận tốc dòng chảy theo phương trình (133d,e)
= độ dốc đáy theo hướng phun trào, là âm nếu dòng chảy chảy ngược
h = độ sâu nước
d50= đường kính hạt trung vị
z0= 0,006mm độ dài nhám đáy
153
s = mật độ tương đối của trầm tích
g = gia tốc trọng trường
= độ nhớt động học của nước
D*= 50
3/1
2
)1(
d
sg
.
Công thức áp dụng cho vận chuyển trầm tích tổng cộng (trầm tích đáy cộng với
trầm tích lơ lửng) do sóng và dòng chảy kết hợp trên đáy ngang và đáy dốc. Số hạng
Asb cho ta dòng di đáy, và số hạng Ass cho ta dòng lơ lửng. Phương pháp dự kiến cho
điều kiện đáy gợn cát, và z0 phải lấy bằng 6mm.
Nó được dẫn xuất bằng việc áp dụng nguyên lý được Grass sử dụng cho công
thức chỉ do dòng chảy của Van Rijn (xem ở trên), và sửa đổi để xét đến số hạng
ngưỡng và số hạng độ dốc. Hệ số 0,018 khác với giá trị 0,08 trong phương trình
(135b), và nhận được bằng cách hiệu chỉnh theo các đường cong do Van Rijn (1993,
phụ lục A) vẽ, cho ta suất vận chuyển tính toán bằng cách sử dụng chương trình
TRANSPORT của ông. Nó có lợi thế so với công thức Grass ở chỗ: cho giá trị hệ số As
khi không có đo đạc đặc trưng tại tuyến, xét đến trầm tích đáy và hiệu ứng độ dốc; và
kể đến vận tốc ngưỡng. So sánh công thức Soulsby -Van Rijn và chương trình
TRANSPORT của Van Rijn thể hiện trên hình 31 với một dải vận tốc dòng chảy và
điều kiện sóng. Sự tăng mạnh suất vận chuyển do tác động sóng là hiển nhiên.
Số hạng độ dốc đáy (1-1,6tan ) là hình thức được các nhà mô hình số và toán
học sử dụng rộng rãi, nhưng lại là quy trình kém chính xác hơn so với việc sửa đổi
vận tốc ngưỡng cho hiệu ứng độ dốc (xem mục 6.4).
3. Van Rijn (1989)
Van Rijn sử dụng công thức Van Rijn chỉ do dòng chảy bằng cách xét mô hình
giải tích bán kinh nghiệm cho khuếch tán trầm tích qua lớp biên sóng. Nó khá phức
tạp để trình bày đầy đủ ở đây (xem Van Rijn, 1993 để có đầy đủ chi tiết), và dễ áp
dụng nhất bằng cách sử dụng chương trình máy tính TRANSPORT trên đĩa kèm
theo cuốn sách của Van Rijn. Các nguyên lý kể đến bao gồm:
- Dòng di đáy được tính toán tại mỗi thời điểm thông qua một chu kỳ sóng bất
đối xứng, dựa trên vận tốc tức thời gần đáy do sóng cùng dòng chảy, áp dụng cho
công thức trầm tích đáy, và lấy trung bình trong chu kỳ sóng.
- Phân bố nồng độ trầm tích lơ lửng suy luận theo độ khuếch tán rối không đổi
theo thời gian, và nhận được bằng tích phân số gradien nồng độ theo hướng thẳng
đứng, xét đến hiệu ứng nồng độ cao và phân tầng mật độ.
- Phân bố vận tốc được tính toán như 2 phân bố lôgarít với các độ dốc khác nhau
bên trong và bên ngoài lớp biên sóng, tại mép lớp biên.
- Suất vận chuyển dòng lơ lửng được tính toán bằng tích phân số theo hướng
thẳng đứng tích số của nồng độ trung bình theo thời gian và phân bố vận tốc.
154
- Suất vận chuyển trầm tích tổng cộng là tổng của suất vận chuyển dòng di đáy
và dòng lơ lửng, và có thành phần theo hướng sóng cũng như thành phần theo hướng
dòng chảy.
Mặc dầu phương pháp không phải là một mô hình số theo khái niệm quy ước, nó
chỉ có thể thực hiện trong thực hành thông qua sử dụng chương trình máy tính. Nó
được hỗ trợ tốt bằng cách so sánh với số liệu.
4. Phương pháp STP