®¹i häc quèc gia hμ néi tr · mô hình là công cụ quan trọng, hỗ trợ xây dựng...

1

®¹i häc quèc gia hμ néi

Tr−êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn

-------------------

Vũ Công Hữu

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ SÓNG, DÒNG CHẢY VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ NAM ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2010

2

®¹i häc quèc gia hμ néi

Tr−êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn

-------------------

Vũ Công Hữu

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ SÓNG, DÒNG CHẢY VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ NAM ĐỊNH

Chuyên ngành : Hải dương học

Mã số : 60.44.97

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. NGUYỄN MINH SƠN

Hà Nội - 2010

Lời cảm ơn

Để hoàn thành luận văn này, tác giả mong muốn được bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc nhất tới TS. Nguyễn Minh Sơn – Viện Công nghệ Môi Trường –

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã định hướng, trực tiếp hướng dẫn

và tận tình giúp đỡ về nhiều mặt.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới TS. Lê Xuân Hoàn - Viện Cơ học Hà Nội

đã giúp đỡ về số liệu cũng như phương pháp luận để tiếp cận đến bài toán

thực tế.

Tác giả luôn biết biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô trong Bộ môn Hải

Dương học - Khoa KT – TV - HDH đã truyền đạt những kinh nghiệm quý báu

trong quá trình đào tạo, nhờ đó học viên được nâng cao trình độ, mở rộng

tầm hiểu biết khi tiếp cận đến thực tế.

Cuối cùng, Tôi xin được cảm ơn Phòng Quy hoạch Môi trường – Viện

Công nghệ Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi để bản luận văn được hoàn

thành.

Trong quá trình thực hiện, luận văn chắc chắn không tránh khỏi thiếu

sót. Vì vậy, rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp

để luận văn có thể hoàn thiện hơn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 11 năm 2010

Học viên

Vũ Công Hữu

3

Good Luck

Pencil

Mục lục

Lời cảm ơn.........................................................................................................................1

Mục lục ............................................................................................................................... 4

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 6

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................ 9

1.1. Chế độ gió ................................................................................................... 10

1.2. Chế độ sóng................................................................................................. 11

1.3. Chế độ thủy triều và nước dâng ............................................................. 12

1.4. Đặc điểm địa mạo ...................................................................................... 13

1.5. Đặc điểm địa hình vùng ven bờ ............................................................. 15

1.6. Chế độ dòng chảy ...................................................................................... 15

1.7. Diễn biến các cửa sông ............................................................................ 17

1.8. ................ 18 Tình hình xói lở và biến đổi đường bờ khu vực Hải Hậu

Chương 2. GIỚI THIỆU CÁC MÔ ĐUN TRONG HỆ THỐNG MÔ HÌNH

MIKE ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN ......... 21

2.1. Sơ lược về các bộ chương trình thủy động lực .................................. 21

2.2. Giới thiệu mô hình MIKE 21FM........................................................... 26

2.3. Giới thiệu mô đun tính sóng Mike21 SW .......................................... 28

2.4. Giới thiệu mô đun dòng chảy Mike21 HD FM ................................. 34

2.5. Giới thiệu mô đun tính vận chuyển trầm tích .... 37 Mike21 ST FM .

2.6. Sự liên kết giữa các mô đun ................................................................. 40

Chương 3. SỬ DỤNG MÔ HÌNH MIKE TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC

TRƯNG SÓNG, DÒNG CHẢY VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH

VÙNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ NAM ĐỊNH ....................................................... 42

3.1. Thu thập số liệu khảo sát thực địa ......................................................... 42

3.2. Tính toán các đặc trưng trường sóng .................................................... 44

3.2.1. Hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình sóng........................................ 48

4

3.2.2. Tính toán các đặc trưng trường sóng ......................................... 53

3.3. Tính toán trường dòng chảy sóng.......................................................... 58

3.4. Tính toán vận chuyển trầm tích.............................................................. 59

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 60

4.1. Kết quả các phương án tính sóng .......................................................... 60

4.2. ...................................... 67 Kết quả các phương án tính dòng chảy sóng

4.3. Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích ............................................... 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 78

Phụ lục 1: Kết quả tính toán phân bố trường sóng của 20 phương án. .... 82

Phụ lục 2: Kết quả các phương án tính dòng chảy sóng............................... 103

Phụ lục 3: Kết quả các phương án tính vận chuyển trầm tích ................... 109

5

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài:

Lan truyền sóng biển, vận chuyển trầm tích và bồi xói là những lĩnh

vực khoa học quan trọng, được các nhà khoa học rất quan tâm. Trong thực tế,

sóng và vận chuyển trầm tích nói chung, gây xói lở và gây ảnh hưởng tiêu cực

đến các hoạt động kinh tế xã hội ở nhiều vùng ven biển. Nhiều giải pháp quản

lý, kỹ thuật khác nhau đã được xây dựng nhằm giải quyết vấn đề trên và tính

toán mô hình là một trong những công cụ quan trọng giúp ích cho việc xây

dựng các giải pháp đó.

Tỉnh Nam Định có trên 72 km bờ biển và là hạ lưu của nhiều sông lớn

như: sông Hồng, sông Ninh Cơ, sông Đáy. Đây là khu vực đặc thù, thể hiện

đầy đủ các tác động ảnh hưởng đến bãi biển, bờ biển.

Nguyên nhân gây ra sự bồi xói vùng ven biển là do tác động của sóng

và dòng chảy làm cho bùn cát dịch chuyển theo hai hướng: vuông góc với bờ

(cross shore) và dọc theo bờ (long shore). Quá trình bồi xói xảy ra trong thời

gian dài (long term) sẽ làm biến đổi đường bờ và được xem như là hệ qủa của

sự chuyển dịch bùn cát dọc bờ. Nhiều khu vực tại vùng bờ biển Nam Định,

đặc biệt là đoạn bờ trong khoảng từ Văn Lý tới Thịnh Long đã và đang bị xói

lở mạnh. Trong những năm gần đây, quy mô và cường độ xói lở có chiều

hướng gia tăng. Đặc biệt, trong cơn bão số 7 ngày 27 tháng 9 năm 2005, rất

nhiều đoạn đê biển trong khu vực này như đê biển Hải Triều, Hải Hoà, Hải

Thịnh đã bị vỡ, gây ngập lụt cho những khu vực rộng lớn ven bờ. Đặc biệt, tại

một số địa điểm du lịch như bãi biển Thịnh Long, sóng kết hợp với nước dâng

trong bão phá huỷ toàn bộ con đường ven biển và nhiều nhà nghỉ.

Thông thường, tại một số vùng biển, đặc biệt là biển miền Trung, hiện

tượng xói lở xảy ra vào mùa đông, khi sóng lớn kết hợp với triều cường tấn

công vào bờ, đào các hố xói tại bãi và làm sạt lở bờ biển và các công trình xây

6

dựng trên bờ. Vào mùa hè, sóng lặng hơn và sóng lừng mang cát từ ngoài xa

vào bồi lại bãi. Tuy nhiên, cơ chế xói lở tại bãi biển Nam Định vẫn chưa rõ

ràng. Đối với vùng biển này, hiện tượng xói lở xảy ra thường xuyên trong cả

năm, nhưng mạnh hơn vào mùa đông. Quá trình diễn biến xói lở bờ biển do

tác động của sóng là một quá trình khá phức tạp, nó bị tác động bởi các yếu tố

như chiều cao sóng, vị trí sóng vỡ, dòng chảy do sóng vỡ, ứng suất do sóng

tác dụng trên đáy, lượng bùn cát chuyển dịch và cách thức biến dạng mái dốc

bờ biển.

Hình 1. Một số hình ảnh xói lở bờ biển Nam Định

Để nghiên cứu bài toán xói lở đối với khu vực biển Nam Định, cần

nghiên cứu trong mối quan hệ tổng thể giữa các tác động liên quan hoạt động

kinh tế xã hội và do tự nhiên gây ra. Về mặt tự nhiên, cần xét đến sự tác động

tổng hợp của các tác nhân, sóng, dòng chảy, thủy triều, nước dâng, …. Vì

vậy, đề tài Nghiên cứu chế độ song, dòng chảy và vận chuyển trầm tích được

lựa chọn. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn này, chỉ tập chung vào

7

nghiên cứu, tính toán phân bố trường sóng, dòng chảy sóng và lượng vận

chuyển cát gây ra do sóng đối với vùng nước biển ven bờ Hải Hậu - Nam

Định.

Mô hình là công cụ quan trọng, hỗ trợ xây dựng các giải pháp quản lý

nhằm giảm thiểu thiệt hại và phòng ngừa các tác động của biển. Mô hình

MIKE được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới và Việt Nam, có đủ các chức

năng đáp ứng việc giải quyết bài toán thực tế. Mô đun liên hợp Mike21

coupled model FM (hai chiều) trong bộ chương trình được sử dụng cho

nghiên cứu này. Mô đun này liên kết giữa các mô đun tính toán dòng chảy

(Mike21HD FM), mô đun tính toán sóng (Mike21 SW FM), mô đun tính toán

vận chuyển cát (Mike21ST FM) với lưới phi cấu trúc (phần tử hữu hạn) phù

hợp tốt với các dạng đường bờ và địa hình phức tạp.

Mục đích của đề tài: Việc sử dụng công cụ mô hình vào các bài toán

thực tế còn nhiều khó khăn và hạn chế. Trong tực tế, thường không có nhiều

thực nghiệm về các hệ số của mô hình cũng như các số liệu đo đạc hiện

trường phục vụ cho các tham số đầu vào. Vì vậy, mục đích của nghiên cứu

này là thử nghiệm áp dụng các mô đun của bộ chương trình MIKE nhằm tính

toán các đặc trưng trường sóng, dòng chảy sóng và vận chuyển tầm tích gây

ra do sóng. Do vậy, bố cục của luận văn gồm các phần như sau:

MỞ ĐẦU

Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu.

Chương 2: Giới thiệu các mô đun trong hệ thống mô hình Mike được áp

dụng trong nghiên cứu của luận văn.

Chương 3: Tính toán các đặc trưng sóng, dòng chảy và vận chuyển trầm tích

vùng nước biển ven bờ Nam Định.

Chương 4: Các kết quả và thảo luận

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

8

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Tỉnh Nam Định có đường bờ biển dài chạy theo hướng Tây Nam và

Đông Bắc (lệch khoảng 45o so với hướng Bắc) và một số cửa sông như cửa

Đáy, cửa Ninh Cơ, cửa Ba Lạt. Đặc điểm của các cửa sông này là lượng phù

sa vận chuyển hàng năm ra biển khá lớn. Chính vì vậy, tại các vùng cửa sông

này tồn tại rất nhiều bãi cát, doi cát và cồn cát ngầm. Vì cát do các sông đưa

ra là cát mịn nên độ dốc bãi trên toàn vùng bãi biển Nam Định là rất nhỏ. Tại

nhiều vị trí, độ dốc bãi biển là nhỏ hơn 1%.

Hình 1.1. Bản đồ tỉnh Nam Định (Dự án VNICZM, Hà Nội)

9

1.1. Chế độ gió

Tại vùng biển Nam Định tồn tại hai mùa gió rõ ràng, gió mùa đông bắt

đầu vào khoảng tháng 10 hàng năm và kết thúc vào khoảng giữa tháng 3 năm

sau, gió mùa hè (nam, đông nam và tây nam) trong thời gian còn lại của năm,

từ tháng 5 đến tháng 9. Gió mùa đông được đặc trưng bởi tốc độ mạnh thổi từ

phía Bắc, nhiệt độ thấp hơn và lượng mưa thấp hơn. Gió mùa hè được đặc

trưng bởi gió vừa, thổi từ phía nam, nhiệt độ cao hơn và lượng mưa cao hơn.

Ngoài ra, có một giai đoạn chuyển tiếp giữa hai gió mùa chính (tháng 4 và

tháng 10), đặc trưng bởi gió mậu dịch hướng đông mang theo luồng khí mát.

Xung quanh khu vực Hải Hậu có 4 trạm đo gió, cho thấy trường gió

trong Vịnh Bắc Bộ bị ảnh hưởng bởi địa hình rất rõ. Vì trạm Bạch Long Vĩ

nằm ở giữa Vịnh Bắc Bộ (trên đảo Bạch Long Vĩ), cách xa đất liền, dữ liệu

gió ghi nhận tại trạm này sẽ đại diện cho tính sóng nước sâu ở bãi biển Hải

Hậu [18], [26].

Hình 1.2. Hoa gió tại các trạm xung quanh khu vực Hải Hậu (dựa trên chuỗi số liệu từ năm 1976 - 1995)

10

1.2. Chế độ sóng

Chế độ sóng nước sâu ở Vịnh Bắc Bộ có các tính chất rõ ràng theo

mùa. Dựa trên những dữ liệu quan trắc tại trạm Hòn Dấu, các tác giả Pruszak

(2002) và Vinh (1996) đã chỉ ra rằng; trong mùa đông, sóng thịnh hành đến từ

phía đông bắc, trong khi đó vào mùa hè sóng đến từ phía đông và đông nam.

Tốc độ gió trong mùa đông mạnh hơn trong mùa hè, tạo ra sóng cao hơn so

với mùa hè. Ước tính độ cao sóng trung bình trong nước sâu vào khoảng 1,8-

2,0m đối với mùa đông và 1,2-1,4 m đối với mùa hè. Tuy nhiên, sự khác biệt

theo mùa rõ rệt nhất có lẽ là tần số xuất hiện độ cao sóng ý nghĩa (Hs). Vào

mùa Đông, Hs đạt giá trị 3m chiếm tới 10%, trong khi vào mùa hè Hs đạt giá

trị 2m chiếm 10% [24].

Ở phía Bắc của Việt Nam, bão chủ yếu xảy ra vào tháng 7 và tháng 8

(trong thời gian mùa hè). Trong bão, độ cao sóng vùng nước sâu có thể đạt giá

trị 8-10m. [16], [18].

Đối với Việt Nam nói chung và Hải Hậu nói riêng, chuỗi số liệu đo

sóng trong thời gian dài thường là rất hiếm. Trong khuôn khổ của một chương

trình viện trợ của quốc tế Cơ quan Hợp tác Phát triển Thụy Điển (SIDA), 4

đợt đo sóng tại bãi biển Hải Hậu được thực hiện vào năm 2005 và 2006 [14],

[20]. Tuy nhiên, các đợt đo này thực hiện trong điều kiện thời tiết ôn hòa và

trong thời gian ngắn hạn (khoảng 10 ngày). Các tần xuất xuất hiện độ cao

sóng ý nghĩa dựa trên dữ liệu đo được tại độ sâu 20m (trạm S1), cho thấy rằng

trong mùa đông, độ cao của sóng đo được cao hơn trong mùa hè. Trong mùa

đông, độ cao sóng ý nghĩa lớn hơn 1,0m chiếm tới 10% , trong khi đó vào

mùa hè độ cao sóng ý nghĩa lớn hơn 0,6m chiếm tới 10% [12] .

11

Hình 1.3. Tần xuất độ cao sóng ý nghĩa dựa trên số liệu đo trong các

đợt khảo sát năm 2005 và 2006

Vịnh Bắc Bộ nối với biển Đông qua cửa vịnh mở rộng theo hướng

Đông - Nam nên các sóng lừng sẽ xảy ra trong vịnh Bắc Bộ khi có sóng lớn

trong vùng biển Đông. Các phép đo đồng thời tại các trạm ven vờ Hải Hậu

trong các đợt của năm 2005 và 2006 cho thấy xuất hiện sóng lừng cao hơn 1m

trong điều kiện lặng gió [14]. Như vậy, các sóng lừng phát sinh phía Nam của

biển Đông có thể truyền vào và làm ảnh hưởng đến bãi biển Hải Hậu.

1.3. Chế độ thủy triều và nước dâng Thuỷ triều đóng vai trò động lực quan trọng ở khu vực ven biển và cửa

sông nói chung và khu vực đồng bằng Bắc Bộ nói riêng. Thuỷ triều ở đây

mang tính chất nhật triều đều với độ cao triều tới trên 3,5m. Trong năm, độ

lớn triều đạt giá trị cực đại vào các tháng đầu năm, giữa năm và cuối năm.

Các sóng triều truyền từ Biển Đông và một phần bị phản xạ ở khu vực cuối

vịnh Bắc Bộ. Với độ dài 50km và độ sâu 50m, thời gian cộng hưởng trong

vinh vào cỡ 25h [23], khoảng thời gian này xấp xỉ với chu kỳ của các sóng

triều O1, K1 dẫn đến sự cộng hưởng làm tăng biên độ triều dọc bờ biển Việt

Nam [10]. Dòng triều trung bình đạt 20-30cm/s, dòng triều lớn nhất đạt

12

60cm/s và ở các bãi triều là 50cm/s (Thanh, 1997). Độ cao trung bình đạt

1,92m, lớn nhất 3,64m (23-12-1987 đến 01-07-1988) [15].

Hiện tượng nước dâng do gió mùa chủ yếu xuất hiện vào mùa đông do

ảnh hưởng của hệ thống gió mùa Đông Bắc với tốc độ cao và hướng khá ổn

định. Các kết quả phân tích các tài liệu quan trắc trong 40 năm (1962 - 2002)

qua cho thấy trị số nước dâng do gió mùa Đông Bắc kết hợp với sóng lớn ở

đây xấp xỉ cỡ 50 - 80cm. Hiện tượng nước dâng do bão xảy ra tương tự như

gió mùa nhưng trị số cao và cường độ mạnh trong khoảng thời gian ngắn gây

tác động rất mạnh ở vùng ven biển gây ra hiện tượng phá huỷ, làm hư hỏng

đến các công trình ven bờ nói chung và đê kè nói riêng. Các kết quả nghiên

cứu trước đây cho thấy nước dâng cực đại tại vùng biển Nam Định khá cao,

có thể đạt trên 2m. Thí dụ trong cơn bão số 7 ngày 27 tháng 9 năm 2005,

nước dâng do bão với độ cao cực đại tại Quất Lâm khoảng 1,90m, tại Thịnh

Long trên 1,8m, kết hợp với triều cường đã gây ra vỡ đê biển và ngập lụt tại

nhiều xã [2].

1.4. Đặc điểm địa mạo

Tất cả các vị trí bờ biển bị xói mòn tại vùng biển Nam Định đều là

vùng bờ cát. Với các vùng bờ này, sóng phải lớn hơn một giá trị nào đó mới

có khả năng gây vận chuyển cát và biến đổi địa hình đáy một cách đáng kể.

Đối với vùng bờ biển Nam Định, các tính toán sơ bộ cho thấy chỉ có sóng với

độ cao lớn hơn 0,75 m mới có khả năng gây vận chuyển cát một cách đáng kể

[1]

13

Hinh 1.4. Đường cong cấp phối hạt tại bãi biển Nam Định (Viện Cơ

học)

Kết quả đo và phân tích các mẫu trầm tích tại các mặt cắt vuông

góc với bờ của dự án SIDA ở khu vực Hải Hậu cho thấy, đường kính

D50 của trầm tích có giá trị trong khoảng 0,14 - 0,18mm [12].

14

1.5. Đặc điểm địa hình vùng ven bờ

Địa hình khu vực bãi biển hải hậu có độ dốc thoải, tạo ra đới rộng làm

giảm năng lượng sóng [17], các đường đẳng sâu chạy dọc theo đường bờ.

Tuy nhiên, khu vực cửa Ba Lạt có độ dốc lớn và địa hình phức tạp tạo lên sự

mất trầm tích ở khu vực ngoài [25]. Độ dốc trung bình tính từ bờ đến độ

sâu khoảng 7-8m vào khoảng 1–1,6%. Xung quanh cửa Ba Lạt, gần các

bãi bồi có độ dốc khoảng 4% [25].

1.6. Chế độ dòng chảy

Các thành phần dòng chảy chủ yếu trong đới ven bờ bao gồm dòng

chảy phát sinh do sóng, dòng thủy triều, dòng chảy gió và chảy ra từ các cửa

sông. Những thành phần dòng chảy tương tác với địa hình hình tạo ra các

dạng hoàn lưu phức tạp [17]. Đường bờ của bờ biển Hải Hậu, chạy theo

hướng Đông Bắc-Tây Nam, hướng sóng chiếm ưu thế trong cả hai mùa đông

và mùa hè chủ yếu chéo so với đường bờ, hình thành dòng chảy sóng dọc bờ.

Tại bãi biển Hải Hậu, dòng chảy sóng có vai trò chủ đạo gây lên vận chuyển

trầm tích và thay đổi hình thái [17].

Theo tác giả Phạm Văn Ninh, vận tốc dòng chảy gió tại vùng biển ven

bờ Nam Định có thể đạt tới 25-30cm/s vào mùa đông và 10-15 cm/s vào mùa

hè [2].

Dòng triều thể hiện vai trò chủ đạo trong quá trình hình thành bãi triều

và lạch triều ở khu vực ven bờ và các đầm phá. Ở Vịnh Bắc Bộ, các sóng triều

truyền từ phía Nam đến Bắc, dẫn đến dòng triều hướng lên phía Bắc trong

thời gian của pha triều lên và hướng xuống phía Nam trong pha triều rút.

Dòng triều trung bình trong khu vực gần bờ, ở độ sâu khoảng 5m, có vận tốc

trong khoảng 25 đến 40cm/s. Vận tốc tối đa có thể đạt 60 đến 80cm/s [17]. Do

sự bất đối xứng của dòng triều ở khu vực ven bờ, thời gian triều lên ngắn hơn

15

so thời gian triều lên xuống, tương ứng 42% và 58% thời gian, dẫn đến dòng

triều thực hướng xuống phía Nam ở khu vực ven biển [24].

Đáng chú ý là dựa trên dữ liệu đo và mô hình số, Ninh, Quỳnh, Việt

Liên (2001) và Van Mar en và Hoekstra (2004) cho thấy hoàn lưu do gió quay

ngược chiều kim đồng hồ, trung tâm của nó nằm ở giữa Vịnh Bắc Bộ trong cả

mùa gió đông và mùa hè. Do đó, trong vùng ven bờ biển Hải Hậu, dòng dư

luôn hướng về phía nam. Như đã đề cập ở trên, tốc độ gió trong mùa đông là

mạnh hơn trong mùa hè và dòng chảy gió trong mùa đông lớn hơn trong mùa

hè [24].

Trong dự án SIDA, đặt 4 trạm đo tại khu vực biển ven bờ Hải Hậu

trong 2 các đợt (10 ngày mỗi đợt) năm 2005 và 2006, tháng 2 đặc trưng cho

mùa đông và tháng 8 đặc trưng cho mùa hè. Chế độ dòng chảy dựa trên các

đợt đo cho thấy dòng dư luôn hướng xuống phía Nam trong cả mùa đông và

mùa hè, ngoại trừ trạm S2. Dòng chảy trung bình trong các đợt đo khoảng

30cm/s và dòng chảy lớn nhất đạt khoảng 50–80 cm/s [12].

Hình 1.5. Chế độ dòng chảy dựa trên các đợt đo tại 4 trạm (2005 và 2006)

16

1.7. Diễn biến các cửa sông

Sông Hồng mang đến một lượng lớn trầm tích được thải vào vịnh Bắc

Bộ qua 7 cửa sông. Lượng trầm tích đổ ra biển hàng năm thay đổi theo mùa rõ

ràng. Lượng mưa trong mùa hè cao hơn rất nhiều so với mùa đông (khoảng

80% tổng lượng mưa hàng năm), dẫn đến tải lượng trầm tích được vận

chuyển vào mùa hè chiếm khoảng 91- 96% tổng tải lượng của năm. Tổng tải

lượng trầm tích do sông Hồng vận chuyển ra biển khoảng 75-100 triệu

tấn/năm. Trong đó, khoảng 30% bồi ở khu vực gần bờ tạo thành các bãi triều

(độ sâu dưới 2m) và các roi cát, phần còn lại vận chuyển qua các lạch triều ra

ngoài nước sâu (độ sâu 2m đến 30m [8], [17]... Tải lượng trầm tích do hệ

thống sông hồng được phân bố qua các của sông; cửa Văn Úc khoảng 19%,

cửa Thái Bình khoảng 6%, cửa Trà Lý khoảng 9%; cửa Ba Lạt khoảng 21%;

cửa Lạch Giang khoảng 6%, cửa Đáy khoảng 19%, và 20% cho tất cả các

phân lưu nhỏ hơn [24]. Một số hình ảnh về sự biến đổi các cửa sông [3];

Hình 1.6. Cửa sông Ba Lạt trong giai đoạn 1912-1965

Hình 1.7. Cửa sông Ba Lạt trong giai đoạn 1965-2001

17

Hình 1.8. Cửa sông Đáy trong giai đoạn 1921-1965

Hình 1.9. Cửa sông Đáy trong giai đoạn 1965-2001

1.8. Tình hình xói lở và biến đổi đường bờ khu vực Hải Hậu Nam Định

Bờ biển Hải Hậu từ cửa sông Sò đến cửa Ninh Cơ dài trên 27,42km đi

qua 7 xã: Hải Lộc, Hải Đông, Hải Lý, Hải Chính, Hải Triều, Hải Hoà và Hải

Thịnh. Đây là đoạn bờ sạt lở dài nhất, nghiêm trọng nhất ven bờ châu thổ

sông Hồng và Bắc Việt Nam.

Bờ biển Hải Hậu (Nam Định) bị xói sạt trên đoạn dài chừng 17km, tốc

độ trung bình 14,5m/năm; lớn nhất 20,5m/năm. Đến nay, có thể xác định

được Hải Hậu có 10,4 km bờ rất nguy hiểm, do tính xung yếu của đê kè và

mật độ dân cư tập trung cao [3], [15].

Đoạn bờ thuộc xã Hải Đông (dài khoảng 2,5km). Trong đó 1km đầu tiên

giáp xã Hải Lộc, bờ đang bị xói lở mạnh làm sập mái đê tạo vách đứng 2m.

Khoảng 1,5km đê thuộc làng Xuân Hà hiện đang bị xói lở, phía trước cồn cát

lộ ra lớp bùn nâu đỏ.

18

Đoạn bờ thuộc xã Hải Lý (dài 3km), với 1,8km đoạn phía Bắc giáp Hải

Đông tiếp giáp trực tiếp với biển nhờ các cồn cát, phi lao-dứa dại rộng 50-

100m. Phía trong là đường đê đất đắp cao không kè. Sạt lở bờ cát tự nhiên đã

tạo ra vách xói cao 0,6 – 1,0m. Khoảng 1,2km phía Nam đoạn bờ Văn Lý có

kè lát mái và kè ô vuông chống xói lở. Đoạn đê này hiện nay là đoạn đầu tiên

xuất hiện quá trình xói lở mãnh liệt nhất từ đầu những năm 70 của thế kỷ

trước. Hiện nay, tuyến đê biển 1 tại khu vực này hầu như bị phá hủy hoàn

toàn. Đoạn đê này thường bị phá huỷ nghiêm trọng ở nhiều giai đoạn, đặc biệt

vào mùa gió mùa Đông Bắc và bão.

Đoạn bờ thuộc xã Hải Chính (dài khoảng 3,4km), có 1,6km bờ đê tuyến

ngoài đã bị phá huỷ gần như hoàn toàn, chỉ còn 320m nền đê cũ sót lại ở đầu

phía Bắc nối tuyến giáp xã Hải Lý và 120m đê nối tuyến cũ sót lại ở phía Bắc

xã. Tuyến đê chính diện với sóng biển đã được kè lát mái PAM và đã hình

thành một tuyến đê trong cách 100-250m.

Đoạn bờ thuộc xã Hải Triều (dài khoảng 3,6km) có 2km đầu tiên giáp xã

Hải Chính cũng đang bị sạt lở nghiêm trọng. Tuyến đê ngoài đang bị phá hoại

với cường độ mạnh nhất vào những năm 80, vào thời kỳ cuối những năm 90

nhà thờ “Lái Tim” thuộc xóm Quang Phục bị phá huỷ hoàn toàn trước sóng

biển. Trong đoạn này có 1,2km kè bê tông của dự án PAM và 0,8km đê đang

được tu bổ, đắp cao và kè. Khoảng 1,5km đê còn lại phía Nam tương đối ổn

định bởi phía trước của tuyến đê ngoài có cồn cát - phi lao rộng 100m. Tuyến

đê trong đang được hình thành, cách 120m.

Đoạn bờ thuộc xã Hải Hoà (dài khoảng 4km) có 0,5km đầu tiên giáp xã

Hải Triều. Tuyến đê ngoài đã được kè bê tông theo dự án PAM, phía trước

mặt kè có cồn cát phi lao thưa rộng 40-70m. Tuyến đê phòng hộ phía trong

cách tuyến đê ngoài khoảng 200m. Trong cơn bão số 7/2005 khu vực Cồn

19

Tròn tại đây bị tràn trên chiều dài 40m, sau đó bị tràn vỡ tuyến đê chính,

chiều dài đê bị tràn vỡ trên 300m.

Đoạn bờ xã Hải Thịnh (dài 7km): Chiều dài 1,4km bờ phía Bắc giáp xã

Hải Hoà có di cồn cát-phi lao-dứa dại, rộng khoảng 50-100m áp sát đê biển.

Trong cơn bão số 7/2005 đoạn Hải Thịnh III (Thị trấn Thịnh Long): Vỡ chiều

dài 40m, lúc 11 giờ 53 phút, sau đó lỗ vỡ tiếp tục mở rộng thêm; chiều dài

đoạn đê vỡ tới 174m, có chỗ sâu tới (- 2,5)m; (kẹp giữa 2 đê có dân cư của

làng Tân Anh - thị trấn Thịnh Long. (trích dẫn từ “Báo cáo Hiện trạng sạt lở

bờ biển, phá hoại đê, kè biển Hải Hậu- Giao Thuỷ- Nam Định thời kỳ gần

đây”).

Hình 1.10. Các đoạn đường bờ bị xói

20

Chương 2. GIỚI THIỆU CÁC MÔ ĐUN TRONG HỆ THỐNG MÔ

HÌNH MIKE ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU

CỦA LUẬN VĂN

2.1. Sơ lược về các bộ chương trình thủy động lực

Hiện nay, có rất nhiều mô hình, phần mềm tính toán quá trình thuỷ

động lực được xây dựng trên thế giới. Mỗi phần mềm đều có đặc thù riêng do

mối quan tâm cụ thể khác nhau. Vì vậy, nó cũng có những ưu điểm và hạn

chế riêng. Có thể kể đến một số phần mềm tiên tiến, giải quyết được khá đầy

đủ các mối quan tâm về đặc trưng thủy động lực vùng cửa sông, ven biển,

biển được áp dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam như sau:

Phần mềm SMS: do Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công trình

Quân đội Mỹ và Phòng Nghiên cứu Đường thuỷ và Phòng Nghiên cứu Thuỷ

động lực xây dựng. Phần mềm có thể tính toán dòng chảy một chiều, hai

chiều và ba chiều ổn định và không ổn định. SMS được có các hợp phần khác

nhau (SMS, manual, version 8.1):

RMA2, HIVEL2D và Flo2dh dùng để tính toán dòng chảy hai chiều

cho các khu vực trong sông và vùng cửa sông;

RMA10 và CH3D dùng để tính toán dòng chảy ba chiều cho các khu

vực trong sông và cửa sông;

ADCIRC và M2D dùng để tính toán dòng chảy trong các biển và đại

dương;

CGWAVE và BOUS2D dùng để tính toán sóng ổn định;

STWAVE dùng để tính toán sóng không ổn định;

RMA4 và SED2D-WES dùng để tính toán lan truyền chất ô nhiễm và

vận chuyển trầm tích;

HEC-RAS dùng để tính toán dòng chảy một chiều trong sông và trong

kênh hở.

21

Phần mềm Telemac: do Phòng Thủy động lực và Môi trường Quốc gia

(LNHE) thuộc Cục Nghiên cứu và Phát triển, Ủy ban Năng lượng Pháp (EDF-

DRD) xây dựng. TELEMAC được thiết kế để tính toán các quá trình vật lý

diễn ra trong sông, cửa sông và các vùng nước ven bờ. TELEMAC dựa trên

những kỹ thuật phần tử hữu hạn áp dụng cho lưới tam giác phi cấu trúc cho

phép mô tả thực tế với dạng đường bờ phức tạp và biến đổi độ sâu. Bộ

chương trình có thể áp dụng mô phỏng đối với cả nước mặt và nước ngầm.

Phần mềm bao gồm các mô đun sau (TELEMAC Packages, manual):

TELEMAC-2D: mô đun dòng chảy hai chiều;

TELEMAC-3D: mô đun dòng chảy ba chiều kết hợp với vận chuyển

trầm tích lơ lửng;

SUBIEF-2D: mô đun chất lượng nước và vận chuyển trầm tích lơ lửng

hai chiều;

SUBIEF-3D: mô đun chất lượng nước và vận chuyển trầm tích lơ lửng

ba chiều;

SISYPHE: mô đun vận chuyển trầm tích lơ lửng và dòng di đáy (không

kết dính);

ARTEMIS: mô đun tính toán thủy động lực cho vùng cảng;

TOMAWAC: mô đun tính sóng;

ESTEL-2D: mô đun thuỷ động lực nước ngầm hai chiều;

ESTEL-3D: mô đun thuỷ động lực nước ngầm ba chiều.

Phần mềm Delft3D: là hệ thống tổng hợp các mô đun thành phần của

Viện Thuỷ lực Delft – Hà Lan, bao gồm nhiều mô đun khác nhau và thể hiện

được mối quan hệ giữa các mô đun đó. Ngoài ra, còn có các công cụ hỗ trợ

như khác để biễu diễn kết quả tính toán, tạo lưới tính toán, nhập và xử lý các

số liệu đầu vào (Delft3D, manual 2002).

Delft3D FLOW: tính dòng chảy không ổn định

22

Delft3D WAVE: tính toán sự lan truyền sóng ngắn không ổn định ở

vùng nước nông, tính đến tác động của gió, sự tiêu tán năng lượng do ma

sát đáy, sóng vỡ, khúc xạ, hiệu ứng nước nông.

Delft3D-WAQ: tính toán chất lượng nước và lan truyền vật chất, sự

phát tán, phân huỷ, chuyển đổi giữa các chất ...

Delft3D-PART: đánh giá phân bố nồng độ theo quá trình động lực và

theo không gian và thời gian của các hạt.

Delft3D-ECO: mô hình sinh thái tính toán quá trình động lực phát triển

loài tảo và chất dinh dưỡng, …

Delft3D-SED: tính toán vận chuyển trầm tích, xói lở và bồi lắng trầm

tích kết dính, không kết dính, hữu cơ và vô cơ, lơ lửng và đáy.

Delft3D-MOR: tính toán biến đổi hình thái đáy biển do sự chênh lệch

vận chuyển trầm tích, là hệ quả của tác động của cả dòng chảy và sóng.

Phần mềm Mike Zero: được phát triển bởi Viện Tài nguyên và Môi

trường nước Đan Mạch (DHI Water & Environment), MIKE Zero là tên

chung của tất cả các mô hình liên quan đến môi trường nước của DHI, bao

gồm (Mike Zero, manual, 2008):

MIKE 11 - mô hình 1 chiều cho sông và kênh;

MIKE 21 - mô hình 2 chiều cho cửa sông, vùng nước ven bờ và biển;

MIKE 31 - mô hình 3 chiều cho biển sâu, vùng cửa sông và ven bờ;

LITPACK - mô hình cho các quá trình ở vùng ven biển, đường bờ;

MIKE SHE - mô hình thủy văn cho lưu vực sông.

Ở Việt Nam cũng có nhiều tổ chức, cơ quan, tiến hành xây dựng các

mô hình toán tính dòng chảy và chất lượng nước 2 chiều. Tuy nhiên. các mô

hình đó chủ yếu phục vụ cho mục đích nghiên cứu chưa đạt được yêu cầu ứng

dụng trong thực tiễn, kể cả về tính tăng, độ tin cậy và sự thuận tiện trong việc

khai thác. Đặc biệt, các mô hình chất lượng nước vẫn đang ở mức độ sơ khai.

23

Hầu như chỉ có một số mô hình tính toán sự lan truyền của các chất bảo toàn,

như độ mặn là đảm bảo độ tin cậy, còn đối với các chất không bảo toàn như

trầm tích (có sự tương tác giữa nước và nền đáy), chất gây ô nhiễm (có sự

phân huỷ vật chất) thì chưa đạt được độ tin cậy cần thiết. Ngoài ra, việc quan

trắc và thu thập các số liệu để hiệu chỉnh và kiểm chứng các mô hình chất

lượng nước rất khó khăn và tốn kém; điều đó cũng hạn chế sự phát triển của

các mô hình này.

Một xu hướng phổ biến ở Việt Nam trong thập kỷ qua là chuyển giao

và áp dụng các phầm mềm thương mại tiên tiến trên thế giới. Việc tiếp cận

đến các phần mềm tiên tiến như vậy đã hỗ trợ giải quyết được một số bài toán

trong thực tế (như kiểm soát lũ, thiết kế cảng, quản lý nguồn thải ...), đồng

thời nâng cao năng lực của các chuyên gia phần mềm trong nước. Các phần

mềm thương mại trên thế giới liệt kê ở trên đã được chuyển giao cho một số

cơ quan khác nhau ở Việt Nam và được áp dụng cho một số vùng của Việt

Nam.

Phần mềm Delft3D đã được chuyển giao cho các cơ quan của Việt nam

như: Viện Nghiên cứu và Kinh tế Thuỷ lợi, Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn,

Viện Nghiên cứu Tài nguyên và Môi trường biển (Hải Phòng), Viện Khí

tượng Thủy văn (Bộ TN&MT) ... và được áp dụng trong một số nghiên cứu

như: Mô phỏng chất lượng nước Hồ Tây (Luận án Tiến sĩ của TS. Hoàng

Dương Tùng - Cục Bảo vệ Môi trường; 2004); hay: Ứng dụng mô hình

Delft3D nghiên cứu sự ảnh hưởng của thủy triều đến hình thái cửa sông ven

biển Hải Phòng (ThS. Nguyễn Thị Phương Thảo - Viện Khoa học Thuỷ lợi,

2003).

Phần mềm Mike Zero cũng đã được chuyển giao cho một số cơ quan:

Viện Quy hoạch Thuỷ lợi, Viện Nghiên cứu và Kinh tế Thuỷ lợi, Viện Thiết

kế Giao thông và Công trình Đường thuỷ, Viện Công nghệ Môi trường ... Một

24

số mô đun của phần mềm đã được tính toán và áp dụng trong một số đề tài:

Trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước KC08.11, Trung tâm Động

lực Sông thuộc Viện Khoa học Thủy lợi đã ứng dụng Mike21C cho bốn khu

vực trọng điểm trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình trong việc đánh

giá những biến động về thủy lực, bùn cát và diễn biến lòng dẫn dưới những

kịch bản về địa hình, về dòng chảy khác nhau. Năm 2006 - 2007, trong khuôn

khổ của đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới (MIKE 21) vào

đánh giá và dự báo phòng chống sạt lở bờ sông (miền Bắc, miền Trung, miền

Nam)” với 2 trọng điểm ở miền Bắc được lựa chọn là đoạn sông ngã ba Thao

- Đà, đã ứng dụng mô hình Mike 21 vào đánh giá, dự báo biến động lòng dẫn

ở 2 khu vực. Dự án “Thiết lập quy hoạch cơ bản phát triển sông Hồng đoạn

qua Hà Nội” là một dự án quy hoạch lớn có sự phối hợp thực hiện giữa các

chuyên gia Hàn Quốc và Việt Nam. Một trong những nội dung quan trọng của

Dự án là sử dụng mô hình toán để đánh giá hiệu quả về khả năng thoát lũ và

dự báo mức độ bồi, xói lòng sông khi thực hiện các phương án quy hoạch

tuyến đê mới và chỉnh trị lòng dẫn trên đoạn sông Hồng dài 40km thuộc địa

phận thành phố Hà Nội. Sau khi phân tích các ưu nhược điểm của một số mô

hình, Dự án đã lựa chọn mô hình Mike 21.

Ngoài ra, mô hình MIKE 21 còn được ứng dụng trong nghiên cứu chế

độ thuỷ lực do Công ty Thiết kế và Xây dựng Cảng đường thuỷ thực hiện năm

2001; đánh giá ảnh hưởng của đập ngăn mặn Hà Ra, xóm Bóng đối với thoát

lũ sông Cái Nha Trang- Viện Khoa học Thuỷ lợi thực hiện, năm 2006.

Các phần mềm khác cũng được chuyển giao cho một số cơ quan và

viện nghiên cứu khác như: Phần mềm SMS được chuyển giao cho Đại học

Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Viện Cơ học. Phần mềm TELEMAC được

chuyển giao cho Viện Cơ học, Đại học Đà Nẵng.

25

Nhìn chung, việc sử dụng các mô hình chuyển giao này vẫn chủ yếu

mới dừng ở mức độ nghiên cứu khoa học, hầu như rất ít được áp dụng vào

thực tế, đặc biệt chưa được sử dụng như một công cụ hỗ trợ việc quản lý và ra

quyết định về những vấn đề liên quan đến tài nguyên, môi trường nước tại các

địa phương.

2.2. Giới thiệu mô hình MIKE 21FM

MIKE 21FM là phần mềm kỹ thuật tác nghiệp để tính toán dòng chảy,

sóng, vận chuyển trầm tích và sinh thái học trong sông, hồ, cửa sông, vịnh,

các vùng biển ven bờ và biển ngoài khơi. MIKE 21FM cung cấp môi trường

thiết kế hoàn chỉnh và có hiệu quả cho các ứng dụng kỹ thuật, quản lý và lập

kế hoạch đối với vùng biển ven bờ. Sự kết hợp giữa giao diện đồ họa dễ sử

dụng với kỹ thuật tính toán có hiệu quả đã tạo ra một công cụ hữu ích cho các

nhà quản lý cũng như nhà thiết kế công trình trên toàn thế giới. Trong bộ

chương trình tính toán 2D có các mô đun sau:

PP – Pre and Post Processing: đây là công cụ chuẩn bị số liệu đầu vào

và biểu diễn các kết quả.

HD/FM – Hydrodynamics: mô hình này tính toán dòng chảy và biến

đổi mực nước.

AD – Advection-Dispersion: mô hình tải khuếch tán AD tính toán các

quá trình tải khuếch tán và phân hủy của các chất lơ lửng và hòa tan.

ST – Sediment Transport: mô hình vận chuyển trầm tích (cát) tính toán

các quá trình vận chuyển trầm tích chịu tác động bởi sóng, dòng chảy

và kết hợp cả sóng-dòng chảy.

MT – Mud Transport: mô hình vận chuyển bùn là mô hình kết hợp giữa

mô hình nhiều lớp, được sử dụng để mô tả các quá trình xói lở vận

chuyển và bồi lắng bùn (trầm tích kết dính) hoặc hỗn hợp bùn và cát.

26

CAMS – Coastal Morphology: mô hình hình thái - đường bờ là hệ

thống tổng hợp tính toán kết hợp sóng dòng chảy và vận chuyển trầm

tích dẫn tới biến đổi hình thái - đường bờ, đồng thời quá trình này cũng

ảnh hưởng ngược trở lại tới các quá trình động lực.

PA – Particle: mô hình phần tử PA tính toán vận chuyển và tồn tại của

các chất lơ lửng và hòa tan. Mô hình này được sử dụng để đánh giá rủi

ro, các sự cố ngẫu nhiên…

SA – Spill Analysis: mô hình tràn dầu SA tính toán quá trình lan truyền

và phân rã các chất lơ lửng hòa tan và được sử dụng để dự báo tràn dầu,

đánh giá các kịch bản tràn dầu…

ECO Lab – Ecological Modelling: mô hình sinh thái được phát triển để

mô tả các quá trình vật lý, hóa học, sinh học,,sinh thái và tương tác giữ

các biến trạng thái.

SW - Spectral Wave Model: mô hình phổ sóng SW tính toán sự phát

triển, suy giảm và truyền sóng gió và sóng lừng vào vùng ven bờ.

NSW – Near Shore Spectral Wind-Wave model: mô hình phổ sóng gió

ven bờ mô tả sự lan truyền, phát triển và tiêu tán của các sóng ngắn

trong vùng gần bờ.

PMS – Parabolic Mild Slope Wave model: là mô hình tính toán nhiễu

xạ và khúc xạ sóng tuyến tính được sử dụng để nghiên cứu sự biến đổi

sóng trong vùng có độ dốc thoải.

EMS – Elliptic Mild Slope Wave model: mô hình sóng được sử dụng

để nghiên cứu sóng trong vùng ven bờ có kể đến các hiệu ứng khúc xạ,

nhiễu xạ, phản xạ, phù hợp tốt với sự có mặt của các công trình BW –

Boussinesq Wave model: mô hình sóng Boussinesq được sử dụng để

nghiên cứu và phân tích sự biến đổi sóng trong các cảng, bãi neo đậu và

vùng ven bờ

27

Trong bản khóa luận này, sử dụng mô đun liên hợp, kết hợp 3 mô đun tính

sóng (Mike21SW), dòng chảy (Mike21HD) và vận chuyển cát (Mike21ST).

Các mô đun này đều sử dụng lưới phi cấu trúc (phần tử hữu hạn không đều)

phù hợp tốt với các dạng đường bờ và địa hình phức tạp.

2.3. Giới thiệu mô đun tính sóng Mike21 SW [6]

Mike21 SW là mô hình phổ sóng thế hệ mới dựa trên lưới phi cấu trúc.

Mô hình này mô phỏng sự phát triển sóng, sự phân hủy sóng và sự biến đổi

của sóng gió, sóng lừng vùng ven bờ, ngoài khơi.

Mike21 SW gồm hai công thức khác nhau:

- Công thức tham số hóa độc lập với hướng sóng.

- Công thức phổ sóng đầy đủ.

Công thức tham số hóa độc lập với hướng sóng dựa trên việc tham số

hóa phương trình bảo toàn tác động sóng. Việc tham số hóa này được tạo ra

trong miền tần số bằng việc đưa ra mô men bậc không và bậc một của phổ tác

động sóng như là các biến phụ thuộc (Holthuijsen 1989).

Công thức phổ sóng dầy đủ dựa trên phương trình bảo toàn tác động

sóng (được mô tả bởi Komen 1994 và Yoang 1999). Trong đó, phổ tác động

sóng là phổ tần số và hướng chứa các biến phụ thuộc.

Phương trình bảo toàn tác động sóng được thiết lập trong hệ tọa độ Đề

Các đối với việc áp dụng trong các bài toán quy mô nhỏ và trong hệ tọa độ

cầu với việc áp dụng trong các bài toán quy mô lớn.

Các quá trình vật lý được xét trong mô hình sóng Mike21SW:

- Sự phát triển của sóng do sự tác động của gió.

- Sự tương tác phi tuyến giữa sóng với sóng.

- Sự suy giảm sóng do sóng đổ bạc đầu.

- Sự suy giảm sóng do ma sát đáy.

- Sự suy giảm sóng do sóng đổ.

28

- Hiệu ứng nhiễu xạ và nước nông do biến đổi độ sâu.

- Sự tương tác giữa sóng và dòng chảy.

- Hiệu ứng biến đổi theo thời gian của độ sâu.

Việc rời rạc phương trình chủ đạo được thực hiện theo phương pháp thể

tích hữu hạn trung tâm với lưới tính toán là phi cấu trúc. Theo thời gian,

phương pháp bước phân đoạn được áp dụng và là phương pháp giải hiện đối

với các tần số.

Mike21 SW được áp dụng cho việc mô phỏng và phân tích sóng trong

vùng biển khơi, biển ven, cảng với các quy mô khác nhau. Quy mô nhỏ gắn

liền với hệ tọa độ Đề Các, quy mô lớn gắn liền với hệ tọa độ cầu.

Mô đun này có thể liên kết động với mô đun tính toán dòng chảy để xét

sự tương tác sóng và dòng chảy, kết lối động với mô đun vận chuyển trầm

tích mà ở đó quá trình vận chuyển chủ yếu là do sóng hay dòng chảy sóng do

gradient của trường ứng suất bức xạ sóng trong vùng sóng đổ. Mike21 SW

đưa ra các đặc trưng sóng và trường ứng suất bức xạ phục vụ tính toán vận

chuyển trầm tích.

Các phương trình cơ bản:

Động lực sóng trọng lực được mô tả bởi phương trình truyền tải mật độ

tác động sóng. Đối với các quy mô nhỏ, phương trình truyền tải này thường

được viết trong hệ tọa độ Đề Các và được viết trong hệ tọa độ cầu đối với việc

áp dụng trong quy mô lớn. Phổ mật độ tác động sóng là hàm của 2 tham số

pha sóng biến đổi theo thời gian và không gian. Hai tham số pha sóng có thể

là véc tơ số sóng k

với độ lớn và hướng sóng θ, có thể là tần số góc tương

đối

k

rf 2 hoặc tần số góc tuyệt đối af 2 . Trong mô hình, công

thức phổ đối với hướng sóng và tần số góc tương đối được sử dụng. Mật độ

tác động sóng )( ,N quan hệ với mật độ năng lượng ),( Q theo biểu thức

29

E

N (2.1)

Đối với sóng lan truyền trên độ sâu và dòng chảy biến đổi nhỏ thì quan

hệ giữa tần số góc tương đối và tần số góc tuyệt đối được xác định theo

biểu thức tán xạ tuyến tính sau

Ukkdkgk

.)(tan. (2.2)

Trong đó, g là gia tốc trọng trường, d là độ sâu, U

là véc tơ vận tốc dòng

chảy.

Vận tốc nhóm sóng có quan hệ với vận tốc dòng chảy theo biểu thức gc

kkd

kd

kcg

2sinh

21

2

1

(2.3)

Vận tốc pha sóng có quan hệ với vận tốc dòng chảy bởi biểu thức sau

kc

(2.4)

Phổ tần số được giới hạn theo giải tần số từ tần số min đến tần số max và

được tách thành 2 phần; Phần xác định trước đối với các tần số nhỏ hơn tần số

ngưỡng và phần phân tích chuẩn đoán đối với các tần số lớn hơn tần số

ngưỡng. Tần số ngưỡng phụ thuộc vào tốc độ gió và tần số trung bình (được

sử dụng trong mô hình WAM4). Phần xác định trước của phổ được xác định

bằng cách giải số phương trình truyền tải mật độ tác động sóng. Phần trên tần

số ngưỡng của miền xác định trước thì phần tham số được áp dụng.

30

m

EE

maxmax ,,

(2.5)

Với m là hằng số, và trong mô hình này, m=5. Tần số ngưỡng được xác định

bởi;

PMoffcut ,5.2max,min max (2.6)

Với là tần số trung bình và 1028U

gPM là tần số đỉnh phổ Pierson –

Moskowitz đối với sóng phát triển hoàn toàn, U10 là tốc độ gió ở độ cao 10m

so với mực biển trung bình. Phần chuẩn đoán còn lại được sử dụng trong tính

toán phần chuyển đổi phi tuyến và tính toán các tham số nguyên trong các

hàm nguồn. Phần phổ có tần số nhỏ hơn tần số min thì mật độ phổ được giả

thiết là triệt tiêu.

Phương trình bảo toàn tác động sóng

Trong phần này, chỉ xét các phương trình đối với hệ tọa độ Đề Các.

Phương trình tổng quát là phương trình cân bằng tác động sóng. Phương trình

có dạng:

S

Nvt

N

..

(2.7)

Trong đó, txN ,,, là mật độ tác động, t là thời gian, ),( yxx

là tọa độ Đề

các, cccc yx ,,,vv là tốc độ lan truyền của nhóm sóng, S là số hạng nguồn

trong phương trình cân bằng năng lượng, là toán tử đạo hàm riêng trong

không gian x, , .

Bốn đặc trung của tốc độ lan truyền được xác định bởi:

31

Ucdt

xdcc gyx

, (2.8)

S

UkcdU

t

d

ddt

dc gx

.

(2.9)

S

Uk

m

d

dkdt

dc

1

(2.10)

Trong đó; s là tọa độ không gian theo hướng sóng và m là tọa độ vuông góc

với s. x là toán tử đạo hàm riêng theo hai biến của ),( yxx .

Các hàm nguồn:

Số hạng nguồn là sự tổng hợp các nguồn mô tả các quá trình vật lý khác nhau

surfbotdsnlin SSSSSS (2.11)

Trong đó; là số hạng nguồn do gió, là nguồn năng lượng chuyển do

tương tác phi tuyến giữa sóng với sóng. là nguồn năng lượng tán xạ do

sóng đổ bạc đầu, là nguồn năng lượng tán xạ do ma sát đáy. là nguồn

năng lượng tán xạ do sóng đổ dưới ảnh hưởng của độ sâu.

inS nlS

dsS

botS surfS

Công thức tham số độc lập với hướng sóng:

0

0000 TmC

y

mC

x

mC

t

m yx

(2.12)

1

01111 TmC

y

mC

x

mC

t

m yx

(2.13)

Trong đó, m0(x,y, θ), m1(x,y, θ) là các thành phần mô men bậc không và bậc

một của phổ tác động sóng N(x,y,σ,θ).

32

dyxNyxm nn ,,,,

0

(2.14)

Các số hạng T0(x,y, θ), T1(x,y, θ) là các hàm nguồn mô tả các hiệu ứng do gió

cục bộ, tán xạ năng lượng do ma sát đáy, sóng đổ, tương tác sóng – dòng

chảy.

Phương pháp giải số:

Theo không gian, việc rời rạc hóa được thực hiện bằng phương pháp

thể tích hữu hạn trung tâm. Đối với mô hình sóng trong phiên bản này, các

phần tử được xét là các tam giác. Hàm mật độ tác động sóng là hằng số trong

mỗi một phần tử, được tính toán tại tâm của mỗi phần tử.

Hình 2.1. Mô tả lưới tính toán

Theo thời gian, tích phân theo thời gian thực hiện theo phương pháp

từng từng bước. Bước thứ nhất (bước tính lan truyền), giải phương trình báo

toàn tác động sóng .. không có số hạng nguồn. Trong bước này, sơ đồ Euler

hiện được áp dụng. Bước thứ 2 (bước các số hạng nguồn), nghiệm tìm được

trong bước thứ nhất cộng thêm ảnh hưởng của các số hạng nguồn. Các số

hạng nguồn được tính toán theo sơ đồ ẩn. Trong bước thứ nhất, bước thời

33

gian được lựa chọn sao cho điều kiện ổn định CFL hay số Courant Cri, l, m nhỏ

hơn 1,

(2.15)

Điều kiện biên:

Các biên đất, điều kiện biên hấp thụ hoàn toàn được áp dụng.

Tại biên lỏng (biên mở), cho điều kiện đầu vào của sóng (chỉ xét với

sóng truyền vào miền tính, sóng truyền từ trong miền tính ra ngoài coi như

truyền tự do). Phổ năng lượng được xác định tại các biên lỏng.

2.4. Giới thiệu mô đun dòng chảy Mike21 FM [4]

Mô đun thủy lực là thành phần cơ bản nhất của hệ thống mô hình

MIKE 21 FM và cung cấp các đặc trưng thủy lực cho các mô đun khác trong

hệ thống mô hình MIKE 21 FM. Mô đun này tính toán dòng chảy hai chiều

(2D) bằng phương pháp phần tử hữu hạn không đều để giải hệ phương trình

nước nông 2D.

Hệ phương trình nước nông 2D gồm có phương trình liên tục (bảo toàn

khối lượng, phương trình chuyển động của chất lỏng (bảo toàn động lượng),

và các phương trình khép kín khác như phương trình nhiệt độ, độ muối, mật

độ. Theo phương ngang, hệ tọa độ được sử dụng có thể là hệ tọa độ Đề Các

hoặc hệ tọa độ cầu.

Theo không gian, miền tính được rời rạc bằng các phần tử (ô lưới) liên

tục là các tam giác không đều, lưới phi cấu trúc (unstrucked mesh). Sơ đồ

Euler hiện được sử dụng đối với các tính toán hai chiều.

Phương trình liên tục

34

hSy

hV

x

hU

t

h

(2.16)

Với; U, V là các thành phần vận tốc trung bình theo độ sâu của các thành

phần vận tốc u, v theo các hướng toạ độ x, y, được xác định theo công thức:

dzuh

Ud

1 , dzv

hV

d

1

(2.17)

h = η + d (độ sâu tổng cộng = tổng của mực nước (η) và độ sâu (d)

Các phương trình động lượng

ShUhTy

hTxx

S

x

S

x

gh

x

ph

xghfVh

y

hUV

x

hU

t

hU

sxyxxxyxxbxsx

a

)()(1

2

000

0

2

0

2

(2.18)

ShVhTy

hTxx

S

x

S

y

gh

y

ph

yghfUh

y

hUV

x

hV

t

hV

syyxy

xyxxbysy

a

)()(1

2

000

0

2

0

2

(2.19)

Với Txx Tyy Txy là các thành phần ứng suất nhớt tổng cộng của nhớt

thuần thúy, nhớt rối và khuếch tán. Các thành phần nhớt tổng cộng được tính

theo công công thức dựa trên biến thiên vận tốc ngang theo độ sâu:

x

UATxx

2 , y

VATyy

2 ,

y

V

y

UATxy (2.20)

35

S là tần suất của lưu lượng thải do nguồn điểm, Us, Vs là các thành

phần tốc độ nguồn thải do nguồn điểm. g là gia tốc trọng trường. t là thời

gian; x, y là tọa độ Đề Các; là dao động mực nước; d là độ sâu; h=+d là

chiều cao cột nước; f=2sin là tham số Coriolis, θ là vĩ độ địa lý; g là gia

tốc trọng trường; là mật độ nước; pa là áp suất khí quyển; o là mật độ tiêu

chuẩn;

Mật độ được xét là hàm của nhiệt độ và độ muối. Mối quan hệ này

được thể hiện thông qua phương trình trạng thái dạng chuẩn của nước biển đã

được tổ chức thế giới UNESCO công nhận. Nếu trong mô hình có xét đến sự

biến đổi của mật độ theo không gian và theo thời gian do sự biến đổi của

trường nhiệt độ và độ mưới thì khi đó mô hình tích hợp giá trị của mật độ sau

mỗi một bước thời gian nhờ modul TEMPERATURE/SALINITY (Sự biến

đổi của trường nhiệt độ và độ mưối được tính toán nhờ modul tính truyền tải

nhiệt, muối)

Với các tính toán hai chiều U là vận tốc trung bình theo độ sâu và hệ số

kháng đáy có thể được xác định từ số Chezy C hay số Manning M:

2C

gc f , 261Mh

gc f (2.21)


Biên đất: Dọc theo biên đất, thông lượng được gán bằng không đối với

tất cả các giá trị. Với phương trình động lượng điều này gây ra sự trượt toàn

phần dọc theo biên đất.

Biên mở: Điều kiện biên mở có thể được xác định cả dưới dạng lưu

lượng, giá trị vận tốc dòng chảy hoặc mực nước cho các phương trình thủy

động lực. Đối các biên vận tốc dòng chảy và mực nước thì giá trị trên biên có

36

thể là hằng số, biến đổi theo thời gian nhưng cố định dọc biên, hoặc vừa biến

đổi theo thời gian vừa biến đổi dọc biên.

2.5. Giới thiệu mô đun tính vận chuyển trầm tích Mike 21 ST FM [5].

Sự vận chuyển bùn cát vùng ven bờ biển là do sóng và dòng chảy gây

ra. Tác dụng của sóng lên quá trình vận chuyển bùn bùn cát có hai mặt. Một

mặt, sóng trực tiếp tác động lên các hạt bùn cát và làm cho chúng chuyển

động. Mặt khác, sóng khuấy động bùn cát, nâng chúng lên để dòng chảy ven

bờ vận chuyển chúng đi. Như vậy, trong bất cứ trường hợp nào, sóng cũng là

yếu tố quyết định sự vận chuyển cát ven bờ. Thông thường, hướng vận

chuyển cát sẽ trùng với hướng sóng lan truyền trong đới sóng vỡ ven bờ. Nếu

sóng có hướng vuông góc với bờ, sóng sẽ gây ra vận chuyển cát theo hướng

vuông góc với bờ. Nếu sóng có hướng xiên góc với bờ, sóng sẽ gây ra dòng

vận chuyển cát cả theo hướng vuông góc với bờ và dọc theo bờ.

Mô đun tính vận chuyển cát được xây dựng dựa trên hai loại vận chuyển:

- Vận chuyển do dòng chảy

- Vận chuyển do sự kết hợp giữa sóng và dòng chảy

Trong phần ứng dụng ở đây chỉ xét với sự vận chuyển gây ra do sự kết hợp

giữa sóng và dòng chảy.

Sự chuyển động sóng ngoài lớp biên đáy có thể được lựa chọn xét theo

các lý thuyết sóng khác nhau, lý thuyết sóng cổ điển và lý thuyết sóng bán

thực nghiệm. Trong đó, lý thuyết sóng phi tuyến sử dụng để tính đến các

chuyển động bậc cao (chuyển động quỹ đạo khép kín, tính bất đối xứng).

Các lý thuyết sóng cổ điển:

- Lý thuyết sóng Stoke bậc 1, 3, 5 (Fenton 1985)

- Lý thuyết sóng Croidal bậc 1, 3, 5 (Fenton 1990)

37

- Lý thuyết sóng Vocoidal (Swart, 1982)

Các lý thuyết sóng bán thực nghiệm:

- Lý thuyết sóng Isobe và Horikawa (1982)

- Lý thuyết sóng Doerinh và Bowen (1995)

Sự hình thành lớp biên sóng trong chuyển động kết hợp của sóng và

dòng chảy được mô tả theo phương trình vi phân bậc 1 (Fredsoe 1984),

phương trình này được giải theo phương pháp Rung Kutta bậc 4 trong mỗi

chu kỳ sóng. Chuyển động rối phát sinh từ lớp biên sóng được tính theo mô

hình lớp biên của Fredsoe 1984. Chuyển động rối do dòng trung bình được

xét theo khái niệm quãng đường xáo trộn của Eflrink 1996. Chuyển động rối

do sóng đổ được xét theo phương trình khuếch tán động năng rối của

Deigaard 1986.

Các tác động ảnh hưởng đến dòng trung bình bao gồm;

- Ứng suất trượt do chuyển động sóng.

- Ứng suất trượt do sóng vỡ.

- Ứng suất trượt do chênh lệch mực nước.

Với sự kết hợp của sóng và dòng chảy, thông lượng vận chuyển trầm

tích được xét là tổng của vận chuyển di đáy và vận chuyển lơ lửng theo

phương pháp của Bijker.

qt = qb + qs = qb(1+1,83Q) (2.22)

Trong đó; Q là đại lượng phi thứ nguyên được tính theo công thức,

(2.23)

38

Với h là độ sâu, r là độ nhám đáy, I1, I2 là các biến nguyên Enstein được định

lượng theo các đại lượng phi thứ nguyên A = r/h và z* ;

(2.24)

Trong đó, w là tốc độ lắng đọng của trầm tích lơ lửng κ là hằng số Von

Karman, Uf,wc là vận tốc trượt do sự kết hợp sóng và dòng chảy. Ảnh hưởng

của sóng đến trầm tích lơ lửng được tính thông qua vận tốc trượt Uf,wc;

(2.25)

Với Uf,c là vận tốc trượt do dòng chảy, V là vận tốc trung bình theo độ sâu U,

là biên độ của vậ tốc tại đáy phát sinh do sóng, ξ là đại lượng phi thứ

nguyên biểu diễn theo hệ số ma sát sóng f

bu

w và hệ số Chezy;

(2.26)

Với

(2.27)

Với ab là biên độ của chuyển động sóng tại đáy và được xét theo lý thuyết

sóng tuyến tính;

39

(2.28)

Vận chuyển di đáy và vận chuyển lơ lửng được tính theo công thức

(2.29)

Sự ảnh hưởng của sóng được thể hiện thông qua số hạng khuấy (số

hạng exp (…). Số hạng vận chuyển do dòng chảy thể hiện qua Uf,c. B là hệ số

vận chuyển phi thứ nguyên Δ là mật độ tương đối của trầm tích, μ là nhân tố

dòng rip.

(2.30)

Với, ρ là mật độ nước, ρs là mật độ trầm tích

(2.31)

C’ là số Chezy lien quan đến đặc trung hình học của trầm tích đáy

(2.32)

2.6 . Sự liên kết giữa các mô đun [7]

Mô đun liên hợp (Mike21 Coupled Model FM) là hệ thống liên kết

động, có thể liên kết các mô đun sau;

- Mô đun dòng chảy (Mike21HD FM)

- Mô đun vận chuyển (Mike21AD FM)

- Mô đun sinh thái (Mike21 Ecolab FM)

40

- Mô đun vận chuyển bùn (Mike21 Mud FM)

- Mô đun quỹ đạo hạt (Mike21 Particle Tracking Module FM)

- Mô đun vận chuyển cát (Mike21 ST FM)

- Mô đun phổ sóng (Mike21 SW FM)

Trong số các mô đun đó thì hai mô đun quan trọng của mô đun liên hợp

là mô đun Mike21HD và Mike21SW. Việc liên kết động các mô đun cho

phép tính toán sự tác động qua lại, lẫn nhau giữa các quá trình như, tương tác

sóng và dòng chảy, ảnh hưởng của các quá trình đến địa hình và đường bờ và

ngược lại.

Trong nghiên cứu này, ba mô đun Mike21 HD, Mike21 SW và Mike21

ST trong mô đun liên hợp được sử dụng. Ba mô đun này có thể tính toán riêng

rẽ theo từng mục đích, tuy nhiên trong bài này sử dụng kết quả mô đun liên

hợp.

Mô hình sóng (Mike21SW)

Mô hình dòng chảy(Mike21HD)

Ứng suất bức xạ sóngĐộ cao, chu kỳ, hướng sóng

Mô hình vận chuyển cát (Mike21ST)

Dòng chảy sóng

Hình 2.1. Mối liên hệ giữa các mô đun

41

Chương 3. SỬ DỤNG MÔ HÌNH MIKE TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC

TRƯNG SÓNG, DÒNG CHẢY VÀ VẬN CHUYỂN

TRẦM TÍCH VÙNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ NAM ĐỊNH

Trong việc áp dụng ở đây, mô đun liên hợp (Mike21 Coupled Model

FM) được sử dụng để tính toán trường sóng, dòng chảy sóng và vận chuyển

trầm tích gây ra do sóng. Tuy nhiên, để giảm thời gian tính toán cho máy tính,

mô đun tính sóng được tính trước theo các phương án, sóng được coi phát

triển hoàn toàn và ổn định (ứng suất bức xạ không đổi theo thời gian).

Đối với tính toán sóng, sử dụng điều kiện biên là độ cao, chu kỳ và

hướng sóng tại biên phía ngoài khơi nước sâu, được xử lý từ số liệu gió tại

trạm BLV và CC. Tại biên phía bắc và phía nam, chọn điều kiện đối xứng.

Sử dụng mô đun kết hợp tính toán dòng chảy sóng và vận chuyển trầm

tích do sóng. Để tính toán được dòng chảy sóng, các biên lỏng trong mô đun

dòng chảy được gán với mực mước là hằng số (mực nước triều trung bình) và

nguồn gây ra dòng chảy là trường ứng suất bức xạ sóng nhận được từ kết quả

của mô đun tính sóng Mike21 SW FM.

Điều kiện biên đối với trầm tích lơ lửng là cân bằng nồng độ, tham số

trầm tích đáy lựa chọn là d50 (đường kính trung vị) và độ chọn lọc cát 1,4.

3.1. Thu thập số liệu khảo sát thực địa

Số liệu địa hình: Địa hình khu vực nghiên cứu đã được dự án SIDA

thu thâp và sử lý từ bản đồ Hải Huân Việt Nam, bổ xung số liệu đo từ các đợt

khảo sát của dự án, của viện Cơ học, các dự án đo đạc khu vực cửa sông Ba

Lạt, cửa Lạch Giang, cửa Văn Úc.

42

Hình 3.1. Các điểm đo độ sâu khu vực biển ven bờ Nam Định

Số liệu đo sóng:

Để nghiên cứu, xác định nguyên nhân gây bồi, xói khu vực bờ biển

Nam Định, dự án SIDA đã tiến hành đo sóng tại các điểm S1, S2, S3, S4, khu

vực biển ven bờ, từ cửa Hà Lạn sông Sò đến cửa Lạch Giang sông Ninh Cơ;

Hình 3.2. Địa hình và các vị trí đo sóng

S1(2002’00’, 106021'150’’) tại độ sâu 20m, các vị trí S2(2008’800’,

106025'00’’), S3(2005’5479’’, 106020'7936’’), S4(19059’965’’, 106015'279’’)

tại độ sâu 12m

43

Trong nghiên cứu này, sử dụng số liệu đo tại các điểm trên trong hai

đợt của năm 2006 để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình sóng trước khi tính toán

các phương án sóng. Đợt 1 từ 14h/8/1 đến 4h /8/1/2006, đợt 2 từ 12h/6/8 đến

12h/14/8/2006.

Số liệu gió:

Số liệu đo gió 20 năm tại trạm Bạch Long Vĩ (200 08'N; 1070 43'E), và

tại trạm Cồn Cỏ từ năm 1976 đến 1995 dùng để ước tính độ cao sóng nước

sâu, dùng làm điều kiện biên của mô hình tính sóng.

3.2. Tính toán các đặc trưng trường sóng

Thiết lập miền tính:

Sóng là nhân tố có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến vận chuyển trầm

tích. Do vậy, cần phải thiết lập bài toán tính sóng hợp lý với điều kiện địa

hình cụ thể. Trong bài toán này, chỉ xét đến sự lan truyền sóng dưới sự ảnh

hưởng của các hiệu ứng: nước nông, khúc xạ, nhiễu xạ, ma sát đáy, sóng đổ.

Quá trình vận chuyển trầm tích chỉ xét riêng đối với sóng.

Đối với khu vực Văn Lý Hải Hậu, trường sóng bị ảnh hưởng mạnh bởi

địa hình của 2 cửa sông lớn, cửa Ba Lạt ở phía Bắc và cửa Đáy ở phía Nam.

Các sóng đến từ phía Đông- Bắc và phía Bắc sẽ bị ảnh hưởng mạnh bởi cửa

Ba Lạt, các sóng đến từ phía Đông – Nam và phía Nam bị ảnh hưởng mạnh

bởi cửa Đáy.

Do vậy, miền tính toán cần được mở rộng qua các cửa sông này. Hơn

nữa, việc mở rộng biên còn giảm được sai số tại biên ảnh hưởng vào miền

quan tâm.

Biên phía ngoài khơi: số liệu đầu vào cho mô hình giả thiết là sóng

nước sâu, do vậy cần mở rộng biên ra vùng nước sâu.

44

Hình 3.3. Mô tả các cửa sông

Hình 3.4. Địa hình miền tính (nhìn từ phía đường bờ)

45

Lưới tính toán được chia mịn trong vùng ven bờ ra đến hết đới sóng đổ

và các khu vực có địa hình biến đổi lớn như khu vực lạch chảy cửa Ba Lạt,

cửa Ninh Cơ, ... Khu vực quan tâm đến quá trình bồi xói thuộc địa phận Hải

Hậu (Thị trấn Thịnh Long, các xã Hải Hòa, Hải Chính, Hải Lý, Hải Đông, Hải

Lộc và một phần xã Giao Phong) được chia mịn với kích thước nhỏ nhất của

phần tử tam giác là 40m.

Hình 3.5. Lưới tính toán

46

Hình 3.6. Các mặt cắt hiển thị kết quả

- Mặt cắt C1 dài 12,5km, tọa độ điểm tiếp bờ (20o04’15,57”;

106o15’32,86), cách bờ 30m.

- Mặt cắt C2 dài 11.6km, tọa độ điểm tiếp bờ (20°9'24,83"N;

106°20'17,20"E), cách bờ 30m.

- Mặt cắt C2 dài 12.3km, tọa độ điểm tiếp bờ (20°11'9,13"N;

106°22'20,84"), cách bờ 30m.

Hơn nữa, ở đây sử dụng mô đun tính dòng chảy để tính toán dòng chảy

sóng. Các biên trong mô đun dòng chảy là có định mực nước, bằng mực nước

trung bình (1,94m). Nguồn gây ra trường dòng chảy trong miền chỉ còn lại là

nguồn nội tại do trường ứng xuất bức xạ sóng. Do vậy, việc mở rộng các biên

còn có vai trò giảm sai số tại các biên đối với dòng chảy sóng và vận chuyển

trầm tích do sóng tại khu vực quan tâm.

47

3.2.1. Hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình sóng

Trong bài toán này, việc hiệu chỉnh mô hình sóng được tiến hành trong

thời đoạn 07/01/2006-17/01/2006. Qua đó, so sánh độ cao sóng tính toán với

thực đo tại các trạm do dự án SIDA đo trong các khoảng thời gian đặc trưng

cho mùa đông và mùa hè trong năm 2006.

Hình 3.7. Độ cao sóng thực đo tại các điểm S1, S2, S3, S4

Hình 3.8. So sánh độ cao sóng (Hs) giữa tính toán và thực đo tại S1

48


Hình 10. So sánh độ cao sóng (Hs) giữa tính toán và thực đo tại S3

49


Hình 3.12. Phân bố trường sóng lúc 14h/8/1/2006

50



51

Số liệu thực đo sóng được đo theo từng giờ trong khi sóng tại biên

ngoài khơi được xử lý từ gió theo ốp đo 6h. Do vậy, kết quả tính toán không

thể phản ánh hết sự biến đổi độ cao sóng theo từng giờ. Hơn nữa, trong thực

tế còn có nhiễu động và các tác động khác mà mô hình tính toán không xét

đến. Tuy nhiên, về pha và độ lớn, cho thấy sự phù hợp khá tốt giữa kết quả

tính toán và thực đo.

Các chuỗi số liệu đo sóng trong hai đợt khảo sát của SIDA đều được đo

tại các vị trí tương đối sâu, độ cao sóng tại các vị trí này khác nhau không

nhiều. Do vậy, để ngắn gọn thì việc so sánh kết quả tính toán mô hình và thực

đo trong bước kiểm tra được xét như sau; lấy trung bình độ cao sóng tại các

điểm đo trên và quy vào vị trí đại điểm chung cho các điểm đo (điểm Stb). Từ

đó, so sánh kết quả tính toán với chuỗi số liệu tại Stb.

Hình 3.15. Phân bố độ cao sóng tính toán với độ cao sóng tại điển Stb

52


Việc hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình sóng được thực hiện với 2 chuỗi

số liệu tương đối dài ngày (10 ngày) và độc lập về thời gian. Các kết quả tuy

ở mức độ ban đầu nhưng đã cho thấy sự phù hợp về pha và độ lớn của độ cao

sóng. Bức tranh phân bố trường sóng khá phù hợp với điều kiện địa hình, thể

hiện được ảnh hưởng của quá trình khúc xạ, nhiễu xạ, và ma sát đáy. Qua đó,

lựa chọn được bộ tham số hiệu chỉnh phục vụ để tính toán các kịch bản.

Tuy nhiên, đối với mô hình vận chuyển trầm tích không thể có số liệu

cho việc hiệu chỉnh mô hình nên các tham số hiệu chỉnh mô hình được chọn

theo các giá trị đề xuất của DHI.

3.2.2. Tính toán các đặc trưng trường sóng Hạn chế:

Chỉ xét đến các hiệu ứng sóng: khúc xạ, nhiễu xạ, sóng đổ, ma sát đáy.

53


Áp dụng điều kiện biên đối xứng tại các biên phía bắc và biên phía Nam.

Tại biên ngoài khơi, cho các pham số sóng đầu vào được xét dưới đây (Bảng

3.2).

Xây dựng các phương án tính sóng:

Nhìn chung, khó khăn lớn đối với các mô hình sóng ven bờ là ước tính

chính xác các đặc trưng sóng ngoài khơi làm đầu vào cho các mô hình. Ở Việt

Nam nói chung và khu vực Hải Hậu nói riêng thì các chuối số liệu đo sóng

dài ngày là rất khan hiếm. Vì vậy, các tham số sóng nước sâu làm đầu vào cho

các mô hình sóng ven bờ thường được ước tính từ chuỗi số liệu gió xung

quanh khu vực nghiên cứu.

Trong bài toán này, dữ liệu gió tại trạm BLV được lựa chọn để ước tính

các tham số sóng nước sâu (Pruszak và cộng sự, 2002; Wijdeven, 002). Tuy

nhiên, bằng cách so sánh dữ liệu sóng thực đo với ước tính từ gió tại trạm

Cồn Cỏ (CC), Ha glund and Svensson (2002) nhận thấy rằng gió tại trạm

CC có ảnh hưởng đáng kể đến sóng ở biển Hải Hậu. Để có được trường gió

đại diện cho khu vực nghiên cứu, họ đề xuất phương pháp kết hợp gió tại

BLV và CC.

Trong nghiên cứu này, chuỗi số liệu sóng (20 năm, 1976-1996) được

ước tính bằng cách kết hợp dữ liệu gió tại BLV và CC. Thủ tục kết hợp dữ

liệu gió được đề xuất bởi Ha glund and Svensson (2002) đã được áp dụng.

Dữ liệu gió tại BLV chủ yếu được sử dụng để ước tính sóng nước sâu, trừ khi

gió đến từ các góc giữa SE và SW. Trong những trường hợp gió đến từ các

góc giữa SE và SW, sóng vùng nước sâu ở Hải Hậu có hướng truyền từ phía

Nam, chúng bị ảnh hưởng bởi gió tại trạm CC. Do đó, trong các góc hướng

này, dữ liệu gió tại CC đã được kết hợp với gió tại BLV theo trọng số trung

54

bình để ước tính sóng ngoài biên (tốc độ gió là giá trị trung bình tại BLV và

CC, hướng lấy theo hướng tại CC).

Hình 3.17. Hoa gió tại CC Hình 3.18. Hoa gió tại BLV

Thông thường, phương pháp ước tính sóng của Sverdrup-Munk-

Bretschneider (SMB) trong USACE (1984) được sử dụng để ước tính sóng

nước sâu. Ở Việt Nam, kết quả ước tính của phương pháp này đã được kiểm

chứng tại trạm BLV với chuỗi số liệu thực đo trong 1 năm (1984), được đưa

ra bởi các tác giả Donnelly, 2004; Ha glund và Svensson, 2002. Vì vậy, các

tham số sóng tại biên trong bài toán này được ước tính theo phương pháp

SBM [22].

Không thể mô phỏng cho tất cả các trường hợp gió thực tế trong một

thời gian dài (1 năm tới nhiều năm) do thời gian tính không cho phép. Vì vậy,

chỉ tính cho các trường hợp đại diện cho một dải tham số sóng (H, T, Hướng)

sau đó sẽ tính gộp lại dựa trên tần suất xuất hiện sự kiện đó cho cả chuỗi thời

gian 20 năm để đưa ra cán cân cân bằng trầm tích dọc bờ. Bản chất của việc

này giống như phương pháp tính tích phân gần đúng. Phương pháp này được

Hanson giới thiệu (1987).

55

Bảng 3.1. Kết quả tính toán các đặc trưng sóng dựa trên chuỗi số liệu 20 năm (1976-1995).

Thứ tựSố lấn

xuất hiệnĐộ cao sóng

(m) Chu kỳ sóng

(s) Hướng sóng

(độ) 1 700 0,28 3,1 02 237 0,67 3,1 03 40 1,18 3,1 04 16 1,47 6,1 05 17 1,8 6,1 06 19 2,48 6,1 07 4 3,42 6,1 08 6 7,56 11,6 09 682 0,29 3,8 23

10 1307 0,73 3,8 2311 424 1,18 3,8 2312 263 1,48 5,8 2313 179 1,81 5,8 2314 121 2,31 5,8 2315 13 3,29 5,8 2316 6 7,15 11,4 2317 2369 0,29 3,7 4518 3346 0,71 3,7 4519 797 1,18 3,7 4520 349 1,48 5,7 4521 275 1,82 5,7 4522 113 2,28 5,7 4523 6 3,33 5,7 4524 2 7,18 11,4 4525 766 0,27 3,1 6826 383 0,64 3,1 6827 28 1,18 3,1 6828 8 1,48 5,6 6829 8 1,81 5,6 6830 1717 0,27 3 9031 636 0,64 3 9032 29 1,17 3 9033 5 1,47 5,7 9034 4 1,74 5,7 9035 2 2,26 5,7 90

56

36 1 8,82 12,3 9037 609 0,28 3,1 11338 241 0,65 3,1 11339 15 1,15 3,1 11340 6 1,45 5,6 11341 1 1,65 5,6 11342 1 2,94 5,6 11343 1169 0,33 3,2 13544 573 0,65 3,2 13545 22 1,11 3,2 13546 1 1,46 5,7 13547 2 1,85 5,7 13548 158 0,33 3,2 15849 71 0,61 3,2 15850 1 1,14 3,2 15851 292 0,34 3,2 18052 157 0,66 3,2 18053 1 1,08 3,2 18054 1 1,28 5,1 18055 166 0,34 3,4 20356 165 0,67 3,4 20357 6 1,15 3,4 20358 3 1,38 5,5 20359 1 1,56 5,5 20360 1 2,12 5,5 20361 1140 0,36 3,5 22562 1280 0,68 3,5 22563 81 1,1 3,5 22564 10 1,38 5,9 22565 7 1,65 5,9 22566 6 2,44 5,9 22567 3 3,18 5,9 225

Tổng số lần xuất hiện sự kiện 21068Tổng số số liệu trong 20 năm (1976-1995) 29220

Tuy nhiên, trong tính toán này, chỉ xét với độ cao sóng ngoài khơi lớn

hơn 0,75m, và truyền từ ngoài khơi vào bờ (hướng sóng nằm trong giới hạn từ

57

450 đến 135o). Vì vậy, các phương án tính toán được xét theo các tham số

sóng đầu vào tại biên ngoài khơi như sau:

Bảng 3.2. Các phương án tính toán

PA Số lần xuất hiện

Độ cao

sóng

Chu kỳ

sóng

Hướng sóng

PA

Số lần xuất hiện

Độ cao

sóng

Chu kỳ

sóng

Hướng sóng

1 349 1,48 5,7 45 11 4 1,74 5,7 90

2 275 1,82 5,7 45 12 2 2,26 5,7 90

3 113 2,28 5,7 45 13 1 8,82 12,3 90

4 6 3,33 5,7 45 14 15 1,15 3,1 113

5 2 7,18 11,4 45 15 6 1,45 5,6 113

6 28 1,18 3,1 68 16 1 1,65 5,6 113

7 8 1,48 5,6 68 17 1 2,94 5,6 113

8 8 1,81 5,6 68 18 22 1,11 3,2 135

9 29 1,17 3 90 19 1 1,46 5,7 135

10 5 1,47 5,7 90 20 2 1,85 5,7 135

Tương ứng với các phương án tính sóng là các phương án tính dòng

chảy sóng và tính vận chuyển trầm tích. Tuy nhiên, đối với vùng biển ven bờ

Nam Định thì chỉ khi độ cao sóng lớn hơn 0,75m mới có khẳng năng gây vận

chuyển cát [1]. Do vậy, các phương án tính vận chuyển trầm tích do sóng

được lựa chọn tương ứng với sóng ở biên có độ cao lớn hơn 0,75m.

3.3. Tính toán trường dòng chảy sóng

Kết quả tính toán các đặc trưng trường sóng gồm; trường ứng suất bức

xạ, độ cao, chu kỳ và hướng sóng. Các đặc trưng đó được sử dụng làm đầu

vào cho mô đun liên hợp để tính dòng chảy sóng và vận chuyển trầm tích.

58

Điều kiện biên: Mô đun tính dòng chảy Mike21 HD FM được tích hợp

để tính toán trường dòng chảy sóng trong mô đun liên hợp. Vì vậy, tại các

biên lỏng (biên phía bắc, biên phía nam, biên ngoài khơi) cho mực nước triều

trung bình. Bỏ qua tác tác động phát sinh do gió, chênh lệch áp suất khí

quyển, ... chỉ giữ lại thành phần tác động do ứng suất bức xạ sóng.

Khu vực quan tâm là khu vực Văn Lý, Hải Hậu. Tuy nhiên, miền tính

là miền tính sóng sử dụng ở trên. Các phướng án tính toán được xét cũng là

các phương án tính sóng tương ứng (Bảng 3.2)

3.4. Tính toán vận chuyển trầm tích

Kết quả tính toán các đặc trưng trường sóng và dòng dòng chảy sóng

được sử dụng làm đầu vào để tính vận chuyển trầm tích do sóng.

Khu vực quan tâm là khu vực biển ven bờ Hải Hậu. Tuy nhiên, để giảm

sai số của biên đến khu vực quan tâm, miền tính toán vẫn là miền tính sóng

nêu trên. Các phương án tính vận chuyển trầm tích cũng là các phương án tính

sóng. Theo nghiên cứu [24 ] trầm tích từ cửa Ba Lạt chủ yếu bị lắng đọng ở

khu vực xung quanh cửa Ba Lạt và vận chuyển ra vùng nước sâu. Vì vậy, đối

với khu vực quan tâm trong nghiên cứu này, bỏ qua lượng trầm tích đổ ra biển

từ cửa Ba Lạt ảnh hưởng đến khu vực Hải Hậu.

Trong giới hạn được xét, dòng chảy sóng chủ yếu hướng xuống phía

Nam, do vậy bỏ qua lượng trầm tích từ các cửa sông phía Nam đổ ra biển.

Điều kiện biên: Trong tính toán vận chuyển trầm tích, các biên lỏng áp

dụng là điều kiện cân bằng nồng độ.

Các tham số trầm tích:

Kích thước hạt cát, D50 = 0,14mm.

Độ chọn lọc của cát, σ = 1,4

59

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Kết quả các phương án tính sóng

Trong các phương án, PA1 đến PA5, hướng sóng đến tại biên ngoài

khơi là 450. Kết quả tính toán độ cao sóng tại các mặt cắt C1, C2, C3 được thể

hiện trong các hình 4.1, 4.2, 4.3. Qua đó thấy, độ cao sóng tăng dần xuống

phía Nam, thể hiện rõ sự ảnh hưởng của cửa Ba Lạt gây ra hiện tượng nhiễu

xạ xuống phia Nam.

Hình 4.1. Phân bố độ cao sóng dọc theo mặt cắt (C1)


60




hiện trong các hình 4.4, 4.5, 4.6. Sự biến đổi độ cao sóng có tính chất giống

với các phương án mà hướng sóng đến là 450. Tuy nhiên, sự biến đổi này nhở

hơn là do sự nhiễu xạ bị yếu đi.


61





hiện trong các hình 4.7, 4.8, 4.9. Sự biến đổi độ cao sóng có tính chất giống

với các phương án mà hướng sóng đến là 680.

62



Hình 4.9. Phân bố độ cao sóng dọc theo mặt (C3)

63


khơi là 1130. Kết quả tính toán độ cao sóng tại các mặt cắt C1, C2, C3 được

thể hiện trong các hình 4.10, 4.11, 4.12. Ảnh hưởng của cửa Ba lạt không còn

lớn.



64




thể hiện trong các hình 4.13, 4.14, 4.15. Hướng sóng đến có xu hướng vuông

góc với đường bờ, do vậy không còn sóng nhiễu xạ tại cửa Ba Lạt đến khu

vực từ C1 đến C3.


65



Cửa Ba Lạt có vai trò giống như công trình kè, gây ra sự nhiễu xạ sóng

Đối với các hướng sóng được xét, cửa Lạch Giang và cửa Ninh Cơ ảnh

hưởng không nhiều đến khu vực nghiên cứu.

Vì bãi biển khu vực nghiên cứu rất thoải, do vậy đới sóng đổ dọc bờ

rộng và phụ thuộc vào độ cao sóng đến tại biên ngoài khơi. Nhìn chung, các

sóng đều bị đổ nhiều lần.

Để chi tiết hơn về kết quả phân bố trường sóng, xem phụ lục 1.

66

4.2. Kết quả các phương án tính dòng chảy sóng

Tại các mặt cắt C1 đến C3:


khơi là 450. Kết quả phân bố dòng chảy sóng tại các mặt cắt C1, C2, C3 được

thể hiện trong các hình 4.16, 4.17, 4.18. Qua đó thấy, tốc độ dòng chảy lớn

nhất trong đới sóng đổ tăng dần xuống phía Nam, thể hiện rõ sự ảnh hưởng

của cửa Ba Lạt gây ra hiện tượng nhiễu xạ xuống phia Nam. Hướng dòng

chảy dọc bờ luân hướng xuống phía Nam.

Hình 4.16. Phân bố dòng chảy sóng dọc theo mặt (C1)


67




hiện trong các hình 4.19, 4.20, 4.21. Qua đó thấy, tốc độ dòng chảy lớn nhất

trong đới sóng đổ tăng dần xuống phía Nam. Độ cao sóng tại biên ngoài khơi

trong các phương án này nhỏ. Do vậy, tốc độ dòng chảy lớn nhất xuất hiện tại

gần bờ.


68

Hình 4.20. Phân bố dòng chảy sóng dọc theo mặt cắt (C2)




hiện trong các hình 4.22, 4.23, 4.24. Tính chất biến đổi dòng chảy tương tự

như các phương án có sóng đến tại biên là 680.

69




70



thể hiện trong các hình 4.25, 4.26, 4.27. Tính chất biến đổi dòng chảy tương

tự như các phương án có sóng đến tại biên là 900.



71




thể hiện trong các hình 4.28, 4.29, 4.30. Hướng sóng đến tại biên ngoài khơi

có xu hướng vuông góc với đường bờ. Hướng dòng chảy trong đới sóng đổ

không còn quy luật hướng xuống phía Nam mà biến đổi phức tạp hơn, xuất

hiện những hoàn lưu nhỏ. Khu vực cửa Ba Lạt, dòng chảy hướng hướng phía

Nam, khu vực cửa Lạch Giang thì dòng chảy lại hướng lên phía Bắc. Sự đối

lập này gây ra dòng chảy vuông góc với bờ và sự phức tạp của trường dòng

chảy trong miền giới hạn từ C1 đến C3


72



Nhìn chung, trong các phương án tính toán, hướng dòng chảy luôn có

xu thế xuống phía Nam. Ngay tại cửa Ba Lạt, khu vực lạch triều, địa hình biến

đổi mạnh tạo sóng đổ mạnh, khiến dòng chảy sóng lớn. Các kết quả cho thấy,

ứng suất bức xạ và dòng chảy sóng rất lớn so với khu vực khác. Ngay sau cửa

Ba Lạt xuống phía Nam, dòng chảy sóng lại giảm mạnh.

4.3. Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích

Ứng với mỗi một phương án tính sóng là một kết quả tính toán vận

chuyển trầm tích. Trong giới hạn của bài toán được xét, mô đun liên hợp cho

73

kết quả là trường suất vận chuyển trầm trích ứng với mỗi một phương án tính

sóng. Từ đó, lấy tổng trên toàn bộ độ dài mặt cắt và tổng theo thời gian 20

năm sẽ được lượng vận chuyển qua mỗi mặt cắt trong thời gian đó.

Kết quả tính vận chuyển trầm tích tương ứng với các phương án trên

trong thời gian 20 năm:

Hình 4.31. Lượng vận chuyển trong các phương án tính toán (xét với 20 năm)

Vì vậy, tổng hợp các phương án tính trên, cho ra lượng vận chuyển dọc

bờ qua mỗi mặt cắt vuông góc với bờ.

Q = a1*Q1 +a2*Q2 +…

Trong đó; a1, a2, a3 .. a20 là tần suất xuất hiện trong khoảng thời gian 20

năm được xét. Q1, Q2, . . . Q20 là lượng vận chyển dọc bờ tương ứng với 20

phương án.

Lấy trung bình từng năm để đưa ra cán cân cân bằng trầm tích dọc bờ

trong 1 năm, kết quả được thể hiện trong hình 4.32 dưới đây;

74

Hình 4.32. Cán cân cân bằng trầm tích dọc bờ

Nhận xét kết quả tính toán vận chuyển trầm tích:

Khu vực từ cửa Hà Lạn (sông Sò) đến bãi bồi cửa Ba Lạt, dòng vận

chuyển dọc bờ nhỏ. Trong Khi, từ khu vực cửa Lạch Giang đến gần cửa Hà

Lan, dòng vận chuyển dọc bờ lớn. Như vậy, tồn tại sự mất cân bằng trầm tích

đối với khu vực từ cửa Lạch Giang đến cửa Hà Lan. Xét về lâu dài, đây là

nguyên nhân gây sạt lở bờ biển trong khu vực trên.

Từ bảng phân bố sóng trong các phương án tính toán có thể thấy tồn tại

sự bất đối xứng về trường sóng truyền từ hai phía; Đông Bắc và Đông Nam.

Điều này gây lên dòng vận chuyển xuống phía Nam chiếm ưu thế.

Do ảnh hưởng của cửa Ba Lạt có vai trò giống như công trình kè, dòng

năng lượng sóng nhiễu xạ tập chung từ khu vực gần cửa Hà Lạn xuống phía

Nam khiến cho trường ứng suất bức xạ trong đoạn này luôn lớn hơn đối với

các sóng truyền từ phía Đông Bắc và gây ra xói mạnh.

Các kết quả tính toán cho thấy, ở khu vực Hải Hậu nói chung và Văn

Lý nói riêng, dòng vận chuyển trầm tích có xu hướng xuống phía Nam.

75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN

1. Đã tìm hiểu bộ chương trình Mike, lựa chọn các mô đun tính toán

phục vụ cho luận văn: Mô đun tính sóng, tính dòng chảy, tính vận

chuyển trầm tích và mô đun liên hợp của ba mô đun trên. Qua đó, hiểu

được vai trò, chức năng của các mô đun, có thể vận hành mô hình áp

dụng cho các bài toán thực tế. Đây là bộ chương trình có khả năng tính

toán tốt với các bài toán thực tế.

2. Đã thu thập các nghiên cứu trước đây liên quan đến khu vực nghiên

cứu của các tác giả trong nước cũng như ngoài nước. Từ đó, rút ra các

kết quả phục vụ viết phần tổng quan, xây dựng bài toán.

3. Đã khai thác và xử lý nguồn số liệu thực địa do dự án SIDA thực hiện

đối với khu vực nghiên cứu phục vụ đầu vào cho mô hình, cũng từ đó

xây dựng các phương án tính toán.

4. Đã hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình tính sóng đối với 2 khoảng thời

gian độc lập nhau, cho kết quả phù hợp về trường độ cao sóng.

5. Đã tính toán sự phân bố các đặc trưng trường sóng, dòng chảy sóng,

vận chuyển trầm tích cho 20 phương án, xác định cán cân cân bằng

trầm tích dọc bờ cho khu vực Hải Hậu.

6. Trong bước đầu nghiên cứu này, các kết quả đã chỉ ra sự bồi xói của

vực nghiên cứu do sóng là rất đáng tin cậy, cho thấy sự phù hợp giữa

kết quả tính toán với thực tế tại Văn Lý-Hải Hậu.

7. Quá trình xói lở bờ biển Hải Hậu Nam Định là do sự mất cân bằng bùn

cát. Do tác động của sóng, lượng bùn cát dịch chuyển xuống phía Nam

nhiều hơn so với lượng dịch chuyển lên phía Bắc. Xét về lâu dài, đây

có thể là một trong những nguyên nhân gây xói lở bờ biển Hải Hậu.

76

KIẾN NGHỊ

Theo các kết quả nghiên cứu này thì một số kiến nghị sau được đề xuất:

1. Vì đới sóng đỏ ở khu vực nghiên cứu rất rộng, không thể xây các kè mỏ

hàn để bảo vệ bờ biển. Nếu xây dựng hệ thống đê ngầm để giảm ảnh

hưởng của sóng thì phải xây ở vùng nước sâu, điều này không khả thi

do tốn kém.

2. Nên trả lại sự lưu thông của sông Sò, nhằm cân bằng lượng trầm tích

đổ ra cửa Hà Lạn.

3. Không nên tiếp lục việc lấn biển đối với cửa Ba Lạt hoặc xây dựng kè

chăn sóng Đông Bắc tại khu vực gần cửa Ba Lạt.

77

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Vũ Thanh Ca và Nguyễn Quốc Trinh. Nghiên cứu về nguyên nhân xói lở

bờ biển Nam Định. Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường.

2. Phạm Văn Ninh, Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Mạnh Hùng, Đinh Văn Mạnh,

Nguyễn Thị Việt Liên (2006). Một số kết quả nghiên cứu về thuỷ thạch

động lực và biến đổi đường bờ vùng biển Nam Định. Báo cáo tại Hội thảo

về phòng chống thiên tai và bảo vệ bờ biển. Nam Định tháng 5 năm 2006.

3. Phạm Quang Sơn (2006). Diễn biến các cửa sông và vùng ven biển tỉnh

Nam Định. Báo cáo tại Hội thảo về phòng chống thiên tai và bảo vệ bờ

biển. Nam Định, tháng 5 năm 2006.

4. MIKE 21HD FM, Hydrodynamic Module – Scientific Documentation,

DHI Software 2008.

5. MIKE 21 ST FM, Sand Transport Module – Scientific Documentation,

DHI Software 2008.

6. MIKE 21 SW FM, Spectral Wave Module – Scientific Documentation,

DHI Software 2008.

7. MIKE 21/3 Coupled Model FM, User Guide, DHI Software 2008.

8. Do, M.D.; Mai, T.N.; Chu, V.N.; Tran, N.; Dao, M.T.; Van Weering, Tj.,

C.E., and Van Den Bergh, G.D., 2007. Sediment distribution and

transport at the nearshore zone of the Red River delta, Northern Vietnam.

Journal of Asian Earth Sciences, 29(4), 558–565.

9. Donnelly, C.; Hung, N. M.; Larson, M., and Hanson, H., 2004. One-line

modelling of complex beach conditions: an application to coastal erosion

at Hai Hau beach in the Red River Delta, Vietnam. In: Proceedings of the

29th Conference of Coastal Engineering (Lisbon, Portugal), pp. 2449–

2461.

78

10. Guohong, F.; Yue-Kuen, K.; Kejun, Y., and Yaohua, Z., 1999. Numerical

simulation of principal tidal constituents in the South China Sea, Gulf of

Tonkin and Gulf of Thailand. Continental Shelf Research Journal, 19(7),

845–869.

11. Haglund, M. and Svensson, P., 2002. Coastal Erosion at Hai Hau Beach in

Red River Delta, Vietnam. Lund, Sweden: Lund University, Master’s

thesis, 80p.

12. Huan, N.N., 1996. Vietnam Coastal Zone Vulnerability Assessment.

Hanoi, Vietnam: Center for Consultancy and Technical Support of

Meteorology, Hydrology and Environment, Report of Vietnam VA

Project, 5p.

13. Hung, N.M.; Hanson, H., and Dien, D.C., 2006. Simulation of shoreline

evolution at Hai Hau beach, Red River Delta with the GENESIS model.

In: Proceedings of the First Scientific Workshop on‘‘Coastline Evolution’’

(Thinh Long, Vietnam), pp. 97–107.

14. Hung, N.M.; Moi, N.V.; Them, N.Q.; Dat, N.T.; Donnelly, C., and

Grahn, L., 2006. Field measurements on nearshore processes in the Red

River Delta coastal zone. In: Proceedings of the First Scientific Workshop

on ‘‘Coastline Evolution’’ (Thinh Long, Vietnam), pp. 29–42.

15. Lam, N.X.; Ha, L.T.; Bon, T.V., and Phan, N.V., 2005. Report of the

Current State of the Sea Dikes in Hai Hau District. Nam Dinh,

Vietnam: Department of Natural Resources and Environment, Technical

Report of CCP-2005 Project, 65p.

16. Ninh, P.V.; Quynh, D.N., and Viet Lien, N.T., 2001. The Scientific

Foundation and Technical Parameters in the Coastal Zone of Vietnam for

Nearshore Designed Constructions. Hanoi, Vietnam: Institute of

Mechanics, NCST, Final Report of the National Marine Project, 99p.

79

17. Pruszak, Z., 1998. Coastal Processes in the Red River Delta with

Emphasis on Erosion Problems. Gdansk, Poland: Institute of

Hydroengineering, Polish Academy of Science, Internal Report, 50p.

18. Pruszak, Z.; Szmytkiewicz, M.; Hung, N.M., and Ninh, P.V., 2002.

Coastal processes in the Red River Delta area, Vietnam. Coastal

Engineering Journal, 44(2), 97–126.

19. Quynh Le, T.P.; Garnier, J.; Gilles, B.; Sylvain, T., and Minh, C.V., 2007.

The changing flow regime and sediment load of the Red River, Viet Nam.

Journal of Hydrology, 334(2), 199–214.

20. Sjodahl, M. and Kalantari, Z., 2005. Nearshore Hydrodynamics at Hai

Hau Beach, Vietnam: Field Measurements and Wave Modeling. Lund,

Sweden: Lund University, Master’s thesis, 83p.

21. Smith, J.M.; Sherlock, A.R., and Resio, D.T., 2001. STWAVE: Steady-

State Spectral Wave Model, User’s Guide for STWAVE Version 3.0.

Vicksburg, Mississippi: U.S. Army Corps of Engineers, 66p. Sundstrom,

A. and Sodervall, E., 2004. The Impact of Typhoon on the Vietnamese

Coastline. A Case Study of Hai Hau and Ly Hoa Beach.

22. Lund, Sweden: Lund University, Master’s thesis, 70p. Thanh, T.D.; Saito,

Y.; Dinh, V.H.; Nguyen, H.C., and Do, D.C., 2005. Coastal erosion in Red

River Delta: current status and response. In: Proceedings of an

International Conference on Geological Evolution and Human Impact

(Beijing, China), pp. 98–106.

23. USACE (U.S. Army Corps of Engineers), 1984. Shore Protection Manual

(SPM). Washington: U.S. Government Printing Office, 1088p. USACE,

2002. Coastal Engineering Manual (CEM), Part II, Chapter 2 Washington:

U.S. Government Printing Office, 77p.

80

24. Van Maren, D.S., 2004. Morphodynamics of a Cyclic Prograding Delta:

The Red River, Vietnam. Utrecht, the Netherlands: Utrecht University,

PhD dissertation, 167p.

25. Van Maren, D.S. and Hoekstra, P., 2004. Seasonal variation of

hydrodynamics and sediment dynamics in a shallow subtropical estuary:

the Ba Lat River, Vietnam. Estuary, Coastal and Shelf Sci- ences, 60(3),

529–540.

26. Wijdeven, B., 2002. Coastal Erosion on a Densely Populated Delta Coast,

the interactions between Man and Nature: A Case Study of Nam Dinh

Province, Red River Delta, Vietnam. Delft, the Netherlands: Delft

University of Technology, Master’s thesis, 163p.

81

Phụ lục 1: Kết quả tính toán phân bố trường sóng của 20 phương án. Kêt quả phương án (PA1):

Các tham số sóng đầu vào: Độ cao sóng 1,18(m), chu kỳ sóng 3,1(s), hướng

sóng 45o.

Hình 4.33. Phân bố trường sóng của phương án PA1

Hình 4.34. Phân bố trường sóng khu vực Hải Hậu, phương án PA1

82

Kêt quả phương án (PA2):

Các tham số sóng đầu vào: Độ cao sóng 1,48(m), chu kỳ sóng 5,7(s),

hướng sóng 45o.


Hình 4.36. Phân bố trường sóng khu vực Hải Hậu, phương án 2 PA2

83



hướng sóng 45o.

Hình 4.37. Phân bố trường sóng của phương án 3 (PA3)

Hình 4.38. Phân bố trường sóng khu vực Hải Hậu, phương án 3 (PA3)

84



hướng sóng 45o.



85



hướng sóng 45o.



86



hướng sóng 45o.



87



hướng sóng 68o.



88



hướng sóng 68o.



89



hướng sóng 68o.



90


Các tham số sóng đầu vào: Độ cao sóng 1,17(m), chu kỳ sóng 3,(s),

hướng sóng 90o.



91



hướng sóng 90o.



92



hướng sóng 90o.



93



hướng sóng 90o.



94



hướng sóng 90o.



95



hướng sóng 113o.



96






97






98






99






100






101






102

Phụ lục 2: Kết quả các phương án tính dòng chảy sóng

Hình 4.75. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực Hải Hậu (PA1)



103




104




105

Hình 4.84. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực Hải Hậu (PA10



106




107




108


Phụ lục 3: Kết quả các phương án tính vận chuyển trầm tích

Hình 4.94. Phân bố trường suất vận chuyển khu vực Hải Hậu (PA1)


109


Hình 4.97. Phân bố trường suất vận chuyển khu vực Hải Hậu(PA4)


110




111




112




113

Hình 4.108. Phân bố trường suất vận chuyển khu vực Hải Hậu 15 (PA15)



114




115

®¹i häc quèc gia hμ néi tr · mô hình là công cụ quan trọng, hỗ trợ xây dựng...

Documents