View
219
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
oo
VŨ DUY VĨNH
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELFT3D
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội – 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
oo
VŨ DUY VĨNH
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELFT3D
Chuyên ngành: Hải dương học
Mã số: 60.44.97
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. ĐINH VĂN ƯU
Hà Nội – 2012
Lời cảm ơn
Nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài luận văn tốt nghiệp lớp
cao học chuyên ngành Hải Dương học, khóa 2010-2012 tại khoa Khí tượng, Thủy văn
và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
Trong quá trình tham gia khóa học, học viên đã nhận được sự chỉ dạy tận tình của
các thầy trong Bộ môn Hải dương học cho các môn học chuyên ngành. Học viên xin
trân trọng cảm ơn các Thầy về những kiến thức đã được truyền thụ thông qua các môn
học.
Luận văn này được thực hiện từ tháng 1-2012 đến tháng 12 năm 2012, trong quá
trình nghiên cứu để đi đến những kết quả trong luận văn này, tác giả luôn nhận được
sự hướng dẫn rất tận tình, những gợi ý, chỉ dẫn và khích lệ quý báu của GS. TS Đinh
Văn Ưu (Khoa KTTV và HDH, Đại học KHTN), tác giả xin chân thành bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc tới thầy Ưu về những hỗ trợ đó.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn TS. Sylvain Ouillon (IRD tại Việt Nam)
người đã luôn dành thời gian giải đáp, thảo luận một số vấn đề học viên khúc mắc liên
quan đến ứng dụng mô hình trong quá trình thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Thọ Sáo người đã tận tình giải đáp một
số vấn đề học viên chưa hoàn toàn hiểu biết được trong quá trình thực hiện đề tài luận
văn.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô khác trong bộ môn Hải
dương học, Văn phòng khoa KTTV và HDH, lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường
biển, các bạn đồng nghiệp đã quan tâm động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất để
học viên hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Hải Phòng, ngày 31 tháng 12 năm 2012
Học viên
Vũ Duy Vĩnh
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
iii
Môc Lôc
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................................vi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .................3
1.1. Tình hình nghiên cứu............................................................................................3
1.1.1. Nghiên cứu ngoài nước ..................................................................................3
1.1.2. Nghiên cứu trong nước ..................................................................................6
1.2. Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu .........................................................9
1.2.1. Vị trí địa lý và địa hình ..................................................................................9
1.2.2. Chế độ gió ....................................................................................................10
1.2.3. Đặc điểm thủy văn .......................................................................................11
1.2.4. Đặc điểm hải văn..........................................................................................12
1.2.5. Đặc điểm trầm tích .......................................................................................14
CHƯƠNG 2. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ............................................................16
2.1. Tài liệu ................................................................................................................16
2.2. Phương pháp .......................................................................................................19
2.2.1. Xử lý số liệu .................................................................................................19
2.2.2. Mô hình toán học .........................................................................................23
2.2.3. Thiết lập mô hình .........................................................................................38
2.2.4. Hiệu chỉnh và kiểm chứng kết quả của mô hình..........................................44
2.2.5. Các kịch bản tính toán..................................................................................50
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................52
3. 1. Thủy động lực ....................................................................................................52
3.1.1. Biến động theo không gian ..........................................................................52
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
iv
3.1.2. Biến động theo thời gian ..............................................................................59
3. 2. Vận chuyển trầm tích lơ lửng ............................................................................69
3.2.1. Theo không gian...........................................................................................69
3.2.2. Biến động theo thời gian ..............................................................................74
3.2.3. Tác động của một số yếu tố .........................................................................83
KẾT LUẬN ...................................................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................91
PHỤ LỤC ......................................................................................................................97
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại................................................ A-1
Phụ lục B. Ảnh hưởng của dao động mực nước ......................................................B-1
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió.................................................................................C-1
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió .................................................................. D-1
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Tần suất vận tốc gió và các hướng trung bình năm tại Hòn Dáu (1960-2011).......10 Bảng 1. 2. Tần suất độ cao sóng và các hướng tại Hòn Dáu (1970-2011) ..............................13 Bảng 2. 1. Tóm tắt các thông số của mô hình cho hiện tại (kịch bản 1-2) ...............................50 Bảng 2. 2. Các kịch bản tính toán khác nhau của mô hình.......................................................51
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và khu vực nghiên cứu...................................................9 Hình 2. 1. Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng số hóa từ bản đồ .............................................16 Hình 2. 2. Biến đổi vận tốc và hướng gió tại Hòn Dáu trong năm 2009................................................17 Hình 2. 3. Tương quan lưu lượng nước tại một số sông trong khu vực nghiên cứu ..............................20 Hình 2. 4. Tương quan lưu lượng nước tại vị trí khảo sát và quan trắc định kỳ ....................................21 Hình 2. 5. Lưu lượng nước trung bình giờ tại các sông chính khu vực Hải Phòng................................22 Hình 2. 6. Lưới tính của mô hình cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và vùng ngoài ....................23 Hình 2. 7. Tương tác sóng- dòng chảy và vận chuyển trầm tích trong mô hình Delft3d .......................24 Hình 2. 8. Lưới tính và lưới độ sâu của mô hình thủy động lực ............................................................39 Hình 2. 9. Ví dụ điều kiện ban đầu cho kịch bản tính mùa khô .............................................................40 Hình 2. 10. Ví dụ điều kiện ban đầu cho kịch bản tính mùa mưa ..........................................................41 Hình 2. 11. Hàm lượng TTLL tại biên sông Cấm và Văn Úc ................................................................42 Hình 2. 12. Hệ số Manning (m-1/3s) cho các điểm trong miền tính của mô hình .................................43 Hình 2. 13. Vị trí các điểm hiệu chỉnh và trích xuất kết quả tính của mô hình......................................45 Hình 2. 14. So sánh số liệu đo đạc mực nước và tính toán từ mô hình tại Hòn Dáu .............................46 Hình 2. 15. So sánh kết quả quan trắc dòng chảy và tính toán từ mô hình tại trạm B2 .........................47 Hình 2. 16. So sánh kết quả quan trắc dòng chảy và tính toán từ mô hình tại trạm Do Son..................48 Hình 2. 17. So sánh kết quả quan trắc hàm lượng TTLL và tính toán từ mô hình.................................49 Hình 3. 1. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa khô..........55 Hình 3. 2. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa khô.....56 Hình 3. 3. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa mưa.........57 Hình 3. 4. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa mưa....58 Hình 3. 5 . Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1).........60 Hình 3. 6. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2) ..................61 Hình 3. 7. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây nam đảo Cát Hải (H3) ..........62 Hình 3. 8. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía nam đảo Cát Hải (H4) ................63 Hình 3. 9. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (H5) .......64 Hình 3. 10. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây nam Cát Bà (H6) ................65 Hình 3. 11. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía nam Cát Hải (H7) .....................66 Hình 3. 12. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực ven bờ Đồ Sơn (H8) .........................67 Hình 3. 13. Phân bố TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng mùa khô trong kỳ triều cường............72 Hình 3. 14. Phân bố TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng trong kỳ triều cường – mùa mưa........73 Hình 3. 15. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1).........75 Hình 3. 16. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2) .................76 Hình 3. 17. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây nam đảo Cát Hải (H3) .........77 Hình 3. 18. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía nam đảo Cát Hải (H4) ...............78 Hình 3. 19. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (H5) ......79 Hình 3. 20. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây nam Cát Bà (H6)..................80 Hình 3. 21. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía nam Cát Hải (H7) ......................81 Hình 3. 22. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực ven bờ Đồ Sơn (H8) ..........................82
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DĐMN: Dao động mực nước
ĐHKHTN: Đại học Khoa học Tự nhiên
E: East (hướng đông)
HDH: Hải dương học
KHTN: Khoa học tự nhiên
KTTV: Khí tượng thủy văn
NE: NorthEast (hướng đông bắc)
nnk: những người khác
MT: Môi trường
SE: SouthEast (hướng đông nam)
S: South (hướng nam)
TTLL: Trầm tích lơ lửng
TĐL: Thủy động lực
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
1
MỞ ĐẦU
Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có chế độ động lực phức tạp với sự tác
động và ảnh hưởng của các yếu tố như sóng, dòng chảy, thủy triều và dòng nước
ngọt từ sông đưa ra. Khu vực này cũng có hệ thống cảng biển quan trọng, đầu mối
ra biển của các tỉnh phía bắc. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau mà xu
hướng bồi lắng ở khu vực cảng Hải Phòng luôn diễn ra mạnh mẽ, các tàu hàng lớn
thường rất khó vào cảng chính mà phải chờ đến thời gian nước lớn mới có thể vào
hoặc ra khỏi cảng.
Cũng ở khu vực này, bãi biển Đồ Sơn là bãi tắm khá nổi tiếng được phát hiện
từ thời Pháp. Đây là bãi tắm đẹp, sơn thủy hữu tình và có đường giao thông thuận
lợi đi Hà Nội và các tỉnh phía bắc. Chính vì vậy bãi biển Đồ Sơn có ý nghĩa hết sức
quan trọng đối với ngành du lịch nói riêng và sự phát triển kinh tế xã hội của thành
phố Hải Phòng nói chung. Tuy nhiên vấn đề đục nước ở bãi biển Đồ Sơn đã làm
giảm sức hấp dẫn của khu du lịch này. Mặc dù đã có một số nghiên cứu để tìm ra
nguyên nhân của hiện tượng này nhưng các kết quả nghiên cứu đó vẫn còn hạn chế.
Vì vậy, các kết quả của đề tài này sẽ góp phần tăng cường sự hiểu biết về nguyên
nhân của hiện tượng đục nước ở vùng ven bờ Đồ Sơn.
Do những nguyên nhân trên mà đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng (TTLL)
ở khu vực này đã được quan tâm nghiên cứu khá nhiều. Tuy nhiên do những nguyên
nhân khác nhau mà các kết quả của những nghiên cứu đó vẫn còn các hạn chế.
Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng một hệ thống mô hình tổng hợp 3 chiều thủy
động lực- sóng- vận chuyển TTLL dựa trên mô hình Delft3D của Hà Lan với mục
tiêu là nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích ở vùng cửa sông ven biển Hải
Phòng.
Với mục tiêu như trên, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu chủ yếu sẽ là:
thu thập, xử lý các tài liệu liên quan để thiết lập đầu vào, kiểm chứng và hiệu chỉnh
mô hình; triển khai các phương án ứng dụng các mô hình thủy động lực (TĐL),
sóng và vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu theo các kịch bản khác nhau: theo
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
2
mùa, theo yếu tố tác động. Phạm vi khu vực nghiên cứu là vùng cửa sông ven biển
Hải Phòng nhưng chủ yếu tập trung vào khu vực phía đông bắc bán đảo Đồ Sơn.
Sau thời gian tiến hành nghiên cứu các kết quả nhận được đã cung cấp các đặc điểm
vận chuyển TTLL ở vùng ven biển Hải Phòng, cũng như vai trò của một số yếu tố
như thủy triều, gió, sóng kết hợp với gió đến đặc diểm vận chuyển TTLL ở khu vực
nghiên cứu.
Báo cáo này trình bày các kết quả đó và được cấu trúc như sau:
Mở đầu: Giới thiệu sơ lược về mục tiêu nội dung và phương pháp nghiên cứu
của luận văn
Phần thứ nhất của báo cáo trình bày sơ lược tổng quan tình hình nghiên cứu
trong và ngoài nước có liên quan tới vấn đề. Cũng trong phần này, tổng quan về
điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu được đưa ra, trong đó chủ yếu tập trung
vào các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự vận chuyển TTLL ở khu
vực nghiên cứu như chế độ gió, đặc điểm thủy văn sông, hải văn và trầm tích.
Các tài liệu cơ bản và phương pháp chính để thực hiện các nội dung và mục
tiêu nghiên cứu đã đặt ra của luận văn được trình bày trong phần thứ 2 của báo cáo.
Trong phần này, sẽ cung cấp các thông tin về những tài liệu chính để thiết lập mô
hình, cơ sở toán học của các mô hình TĐL và vận chuyển TTLL. Ngoài ra, các
phương pháp xử lý số liệu để thiết lập các điều kiện biên cho mô hình cũng được
trình bày trong phần này. Cũng trong phần thứ 2 của báo cáo, trình bày chi tiết việc
thiết lập các mô hình toán học để mô phỏng điều kiện TĐL và vận chuyển TTLL
cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Một số kết quả hiệu chỉnh kiểm chứng mô
hình cũng như những kịch bản tính toán chính cũng đã được trình bày.
Các kết quả phân tích đánh giá điều kiện TĐL, vận chuyển TTLL ở khu vực
nghiên cứu được trình bày trong phần thứ 3 của báo cáo.
Cuối cùng là một vài kết luận và khuyến nghị.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu
1.1.1. Nghiên cứu ngoài nước
Trầm tích lơ lửng (TTLL) có một vai trò quan trọng ở nhiều khía cạnh khác
nhau đối với môi trường biển và công trình bờ. Tuy nhiên môi trường ở vùng cửa
sông ven biển rất phức tạp, nơi diễn ra sự tương tác của các khối nước sông- biển,
dòng triều, sóng, gió, lực Coriolis…nên những hiểu biết của con người các quá trình
như lắng đọng, tái lơ lửng, kết keo vẫn còn nhiều hạn chế. Ngoài phương pháp phân
tích đánh giá các đặc điểm vận chuyển TTLL từ số liệu đo đạc khảo sát người ta đã
phát triển và ứng dụng các mô hình toán học để dự báo các đặc điểm vận chuyển
TTLL ở vùng cửa sông ven biển [30]. Các mô hình này thông thường là các chương
trình tính để giải các bài toán cơ bản của cơ học chất lỏng và phương trình vận
chuyển trầm tich [22, 47].
Các phương trình cơ bản của cơ học chất lỏng có thể được giải theo sơ đồ trong
không gian của 1 chiều (1D), hai chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D). Tương ứng với các
phương trình đó là các mô hình số 1 chiều, 2 chiều hoặc 3 chiều đồng thời tính phức
tạp cũng lần lượt tăng dần. Trong tự nhiên, hầu hết các quá trình TĐL và vận
chuyển trầm tích ở vùng của sông ven biển như dòng chảy rối, thủy triều, ứng suất
của gió, tác động của sóng, sự phân tầng nhiệt-muối, dòng chảy nói chung là các
quá trình 3 chiều [47]. Vì vậy, khi áp dụng và phát triển các mô hình toán vào các
vùng cửa sông ven biển người ta cố gắng lựa chọn các mô hình 3 chiều.
Các mô hình 2 chiều có thể là bình lưu hoặc tổng hợp theo độ sâu. Một mô hình
bình lưu giải các phương trình động lượng và liên tục cho chất lỏng và các pha
(phases) của trầm tích [54]. Những ứng dụng của mô hình 2 chiều là các thiết kế
trong các mương thoát nước và hệ thống thủy lợi [32, 67]. Các mô hình vận chuyển
trầm tích 2 chiều dựa trên phương trình động lượng trung bình theo độ sâu và
phương trình liên tục cho trầm tích ([27, 49]. Mực nước, vận tốc dòng chảy, hàm
lượng TTLL và một số yếu tố khác được tính tại các điểm. Các tham số của mô
hình được giả thiết là đồng nhất theo độ sâu tại mỗi điểm tính.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
4
Những ví dụ của mô hình 2 chiều có thể kể đến như các nghiên cứu của
Struiksma và nnk [59] và Wang [68]. Struiksma và nnk đã tính toán biến động đáy
của một đoạn sông với việc ứng dụng mô hình vận chuyển trầm tích trên cơ sở các
công thức của Engelund và Hansen [37]. Wang [68] đã nghiên cứu phân bố trầm
tích ở gần cửa sông với trường hợp dòng chảy ít biến đối. Các mô hình vận chuyển
trầm tích 2 chiều được sử dụng rộng rãi trong thực tế như MIKE 21 [35] và TABS-
MD [60]. Mô hình MIKE 21 được phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch và là mô
hình sai phân hữu hạn. Mô hình này cho các kết quả khá tốt và được sử dụng nhiều
ở Mỹ. Tương tự như vậy, mô hình TABS-MD được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực
công trình bờ từ khi ra đời trong những năm 1970. Một mô hình 2 chiều là cần thiết
nếu tính đến các kiểu hoàn lưu phức tạp và dòng chảy không ổn định. Tuy nhiên so
với các mô hình 1 chiều, các mô hình 2 chiều đòi hỏi thời gian tính toán nhiều hơn,
số liệu cung cấp và các biến đầu vào nhiều hơn. Vì vậy trong một số trường hợp có
thể cân nhắc lựa chọn giữa mô hình một chiều và 2 chiều [50].
Mô hình 3 chiều dựa trên các phương trình cân bằng khối lượng hay khuyếch
tán đối lưu của TTLL [67]. Trong phần lớn các mô hình 3 chiều, trường dòng chảy
và hàm lượng TTLL được tổng hợp (intergated) và tính toán ở mỗi bước thời gian.
Mô hình 3 chiều tính đến cả các thành phần bình lưu và đối lưu của quá trình vận
chuyển trầm tích và được dùng khi có sự phân tầng về dòng chảy và vận chuyển
trầm tích [47]. Các mô hình 3 chiều cung cấp đầy đủ nhất bao gồm cả số lượng các
biến của bất kỳ hệ TĐL nào. Việc hiệu chỉnh mô hình cũng đòi hỏi lượng số liệu
lớn và phức tạp hơn [67], bởi vì các chương trình được yêu cầu phải thể hiện được
tất cả các quá trình phức tạp của điều kiện TĐL diễn ra cả trong 3 hướng [50].
Thông thường các số liệu đầu vào cho mô hình 3 chiều có được từ các số liệu gần
đúng của các tài liệu nghiên cứu hơn là từ số liệu khảo sát do việc khảo sát các tham
số này ở điều kiện 3 chiều cho đến nay vẫn còn nhiều khó khăn. Các mô hình TĐL -
vận chuyển bùn cát 3 chiều cung cấp sự hiểu biết sâu sắc về diễn biến và sự tương
tác của các quá trình diễn ra trong thủy vực. Một ví dụ của kết quả mô hình TĐL 2
chiều là kết quả đánh giá biến động của các nêm mặn vùng cửa sông [67]. Nhiều
mô hình 3 chiều đã được áp dụng với các qui mô khác nhau như trong phòng thí
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
5
nghiệm [51], hay quy mô các khu vực nhỏ [62]. Việc áp dụng mô hình 3 chiều ở
quy mô vùng lớn thường gặp khó khăn do thời gian gian tính toán lâu, vì vậy người
ta thường chỉ mô phỏng trong phạm vi một vài ngày hoặc một chu kỳ triều [51].
Việc ứng dụng mô hình 3 chiều cần thiết nhất ở những vùng có cấu trúc thủy động
lực và quá trình trầm tích phức tạp với các xoáy và biến động mạnh theo không gian
[62, 63]. Một số mô hình đã được sử dụng rộng rãi nhất phải kể đến như RMA11
[52], ECOMSED [38], CH3D-SED [31], Delft-3D [34]. Khi mô hình CH3D-SED
được áp dụng gần đây ở vùng cửa sông Mississippi-Atchafalaya, mô hình này chỉ
được dùng để kiểm tra tính chính xác của một giả thuyết về sự sắp xếp đường cong
trầm. Người ta đã đi đến kết luận rằng một mô hình 2 chiều được xử lý và thiết lập
tốt có thể trở thành một công cụ kỹ thuật chuyên nghiệp cho nghiên cứu động lực
học công trình bờ [43]. Một ví dụ khác, O’Connor và Nicholson cung cấp một mô
hình 3 chiều đầy đủ bao gồm một mô hình vận chuyển TTLL, quá trình ngưng keo
và kết bông [51]. Katopodi và Ribberink thông báo về một mô hình tựa 3 chiều
(quasi-3D) cho TTLL dựa trên việc giải gần đúng phương trình khuếch tán- bình
lưu cho sóng và dòng chảy [40]. Briand và Kamphuis đưa ra một cách tiếp cận chi
tiết việc tính toán vận chuyển trầm tích dựa trên kết hợp tính dòng chảy 3 chiều và
phân bổ hàm lượng TTLL theo phương thẳng đứng [28]. Một mô hình sai phân hữu
hạn 3 chiều cho TĐL và vận chuyển TTLL đã được mô tả bởi Cancino và Neves
[29].
Gần đây, trong một số nghiên cứu của Châu Âu về vùng cửa sông thuộc dự án
Khoa học và Công nghệ biển (MAST). Một trong những kết quả của dự án này là
một mô hình kết hợp TĐL- sinh thái vùng thềm lục địa gọi là mô hình
COHERENS. Đây là mô hình tổng hợp của các thành phần vật lý như dòng chảy,
nhiệt độ, độ muối, các module sinh vật phù du, các quá trình sinh- địa- hóa, TTLL
và module phát tán vật chất theo công thức của Eulerian và Lagrangian [44, 45].
Tuy nhiên, phần vận chuyển trầm tích trong mô hình này chưa tính đến những biến
động của địa hình đáy. Viện Thủy lực Delft cũng đã phát triển hệ thống mô hình
tổng hợp (2D/3D) để mô phỏng điều kiện TĐL và vận chuyển trầm tích dưới ảnh
hưởng của các lực khí tượng và thủy triều. Mô hình này tính đến những biến động
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
6
của địa hình đáy, quá trình lắng đọng, xói lở và có thể tính kết hợp (coupling) các
điều kiện TĐL - sóng và vận chuyển trầm tích ở mỗi bước thời gian (Online) trong
quá trình tính toán [34].
Đáng chú ý là phần lớn các mô hình TĐL - vận chuyển trầm tích đều giả thiết
là phân bố áp suất thủy tĩnh và dùng các sơ đồ phần tử hữu hạn hoặc sai phân hữu
hạn, phương pháp chuyển đổi hệ tọa độ thẳng đứng sigma, ảnh hưởng của các lực
được phân chia giống nhau lên toàn bộ cột nước. Phần lớn các mô hình này dùng
các biểu diễn đại số để tham số hóa các hệ số rối và dùng các phương trình bán thực
nghiệm với các hệ số đã được đơn giản hóa. Những so sánh, đánh giá về tính năng,
khả năng áp dụng, mức độ mạnh yếu của các mô hình được sử dụng rộng rãi nhất
hiện nay đã được so sánh và thảo luận chi tiết trong cuốn “A Review on Coastal
Sediment Transport Modelling” của Laurent Amoudry [23].
1.1.2. Nghiên cứu trong nước
Với trên 3200 km chiều dải bờ biển, vùng ven bờ biển Việt Nam tiếp nhận một
lượng trầm tích rất lớn từ hệ thống sông Hông-Thái Bình ở Bắc Bộ và hệ thống
sông Mê Kông ở Nam Bộ. Dòng trầm tích từ lục địa đi vào vùng ven bờ không chỉ
gây ra những tác động về môi trường như ô nhiễm, đục hóa mà còn là một trong
những nguyên nhân gây sa bồi luồng lạch cản trở các hoạt động giao thông thủy.
Chính vì vậy nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích ở các vùng cửa sông ven
biển Việt Nam có ý nghĩa cả lý luận và thực tiễn cũng như nhận được sự quan tâm
của các nhà quản lý và các nhà khoa học. Trong giai đoạn đầu khi các mô hình toán
chưa phát triển, các nghiên cứu về vận chuyển TTLL ở vùng biển Việt Nam chủ yếu
dựa trên các phân tích đánh giá từ số liệu khảo sát. Tiêu biểu trong số đó là nghiên
cứu của về động lực vùng ven biển và cửa sông Việt Nam [2]. Trong nghiên cứu
này, các tác giả đã dựa trên việc phân tích số liệu đo đạc để đánh giá tương quan
giữa các yếu tố động lực và quá trình trầm tích ở vùng cửa Văn Úc và Ba Lạt. Một
nghiên cứu khác về thủy thạch động lực chủ yếu dựa trên những số liệu quan trắc
[3]. Theo đó, dòng bồi tích dọc bờ vùng ven biển Hải Thịnh- Hà Nam Ninh đã được
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
7
tính toán bằng các công thức của CERC và sự vận động của dòng bùn cát ven bờ
chủ yếu là do TTLL (chiếm tới 90%).
Trong những năm gần đây, do sự phát triển của các công cụ tính toán nên mô
hình toán học đã dần được đưa vào sử dụng trong việc tính toán TĐL và vận chuyển
bùn cát. Các mô hình được sử dụng nhiều ở Việt Nam là Mike 21 (Viện Địa lý, ĐH
Thủy lợi, Viện KTTV và MT), SMS (Viện KTTV và MT, Viện Cơ học, trường
ĐHKHTN), MDEC (Trường ĐHKHTN), Delft3D (Viện Tài nguyên và Môi trường
biển, Đại học Thủy lợi). Những lĩnh vực ứng dụng nhiều của mô hình vận chuyển
trầm tích như phục vụ đánh giá bồi tụ xói lở vùng cửa sông ven biển Bắc Bộ [16],
vùng ven biển miền Trung [5] và vùng biển Nam Bộ [11], đánh giá xu thế bồi tụ-
xói lở khu vực Cửa Đáy [10], vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng
cửa sông ven biển Hải Phòng [18]. Trong những nghiên cứu trên, các mô hình vận
chuyển trầm tích chủ yếu được dùng để tính toán dự báo cân bằng của các dòng bùn
cát ở vùng ven bờ. Ứng dụng khác liên quan đến mô hình vận chuyển TTLL liên
quan đến lĩnh vực môi trường là đánh giá phân bố của TTLL ở các vùng cửa sông
ven biển. Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như ứng dụng mô hình
Mike và SMS đánh giá ảnh hưởng do hoạt động của nhà máy nhiệt điện Mông
Dương đến quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng ở khu vực này [12]; ứng dụng mô
hình 3 chiều để nghiên cứu lan truyền TTLL ở vùng biển ven bờ Quảng Ninh [19];
nghiên cứu phân bố và biến động của TTLL, biến động địa hình đáy khu vực vịnh
Hạ Long- Bái Tử Long bằng mô hình 3 chiều (Dellft3D) để phục vụ đánh giá sức
tải môi trường của khu vực này [14]; trên cơ sở ứng dụng mô hình Delft3D các tác
giả tại Viện Tài nguyên và Môi trường biển đã thiết lập đồng thời mô hình thủy
động lực-sóng và vận chuyển TTLL để đánh giá ảnh hưởng của đập Hòa Bính đến
phân bố TTLL ở vùng ven bờ châu thổ sông Hồng [21].
Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng là nơi hằng năm tiếp nhận một lượng trầm
tích khá lớn từ lục địa của hệ thống sông Hồng- Thái Bình qua 5 cửa sônng chính là
Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Trong đó sông Cấm và Văn Úc
là 2 trong số 4 cửa ra biển chính của dòng vật chất từ sông Hồng- Thái Bình ra vùng
ven bờ châu thổ sông Hồng. Dòng bùn cát từ lục địa đưa ra vùng cửa sông ven biển
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
8
góp phần hình thành nên các bãi bồi phì nhiêu, tăng nhanh quá trình lấn biển mở
rộng đất đai, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh vật. Tuy nhiên, dòng bùn cát này
cũng gây ra các vấn đề môi trường khác như đục nước, sa bồi luồng lạch. Chính vì
vậy đặc điểm vận chuyển trầm tích ở vùng ven biển Hải Phòng đã được quan tâm
nghiên cứu từ khá lâu. Điển hình là các nghiên cứu về điều kiện TĐL và vận chuyển
trầm tích trong mối liên hệ với hiện tượng biến dạng bờ và xói lở bờ đảo Cát Hải
[13]. Cũng dựa trên những số liệu khảo sát, trong nghiên cứu về động lực vùng cửa
Văn Úc, Nguyễn Văn Cư và nnk đã đưa ra những đánh giá về quan hệ của các yếu
tố động lực với quá trình vận chuyển trầm tích ở khu vực này [6]. Một nghiên cứu
tổng hợp khác dựa trên các điều kiện địa chất- thủy động lực- vận chuyển trầm tích
để xác định nguyên nhân đục nước ở bãi biển Đồ Sơn cũng đã được tiến hành [4].
Những nghiên cứu liên quan về vận chuyển trầm tích ở khu vực này đã được tiến
hành thông qua ứng dụng mô hình toán học trong thời gian gần đây. Đáng chú ý là
nghiên cứu áp dụng mô hình Mike21 để đánh giá điều kiện động lực, dự báo vận
chuyển trầm tích khu vực cửa Văn Úc và Lạch Huyện ([6, 7]. Một số nghiên cứu
khác bằng mô hình 3 chiều (3D) cũng đã được thực hiện ở khu vực này [20, 18, 1,
8]. Trong Luận văn cao học với nội dung đánh giá đặc trưng TTLL vùng cửa sông
ven biển Hải Phòng, tác giả Trần Anh Tú cũng đã sử dụng module chất lượng nước
(Delf3d-WAQ) trong mô hình Delft3d để mô phỏng điều kiện TĐL – vận chuyển
TTLL [17]. Tuy nhiên trong nghiên cứu này, tác giả chỉ dùng mô hình 2 chiều và
không tính đến các yếu tố sóng nên không thể hiện được sự ảnh hưởng do tương tác
của các quá trình thủy động lực- sóng và vận chuyển TTLL ở diễn ra ở khu vực
nghiên cứu.
Việc ứng dụng các mô hình toán học nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích
ở nước ta tuy nhiều nhưng vẫn còn có những hạn chế, đặc biệt là vấn đề số liệu đầu
vào cho mô hình. Nguồn số liệu cung cấp cho các mô hình ở nước ta thường thiếu
số lượng, thiếu đồng bộ, hệ thống và cả độ chính xác. Do đó việc xử lý số liệu đầu
vào, hiệu chỉnh các tham số tính toán để lựa chọn được những tham số phù hợp cho
mô hình vẫn là một vấn đề tồn tại cần giải quyết trong thời gian tới.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
9
1.2. Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu
1.2.1. Vị trí địa lý và địa hình
Khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng tọa độ 20.5-20.9 độ vĩ bắc và 106.5-
107.1 độ kinh đông, vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ, rìa Đông Bắc của châu thổ
sông Hồng thuộc thành phố Hải Phòng, cách Hà Nội khoảng 102km về phía đông
(Hình 1. 1).
Hình 1. 1. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và khu vực nghiên cứu
Khu vực này được tạo thành bởi các quá trình động lực sông, biển và sông -
biển hỗn hợp. Đây là vùng biển có chế độ nhật triều đều với biên độ triều lớn, lại
nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, cho nên vai trò động lực thuỷ
triều và thực vật ưa mặn đã đóng vai trò quan trọng cho sự thành tạo và phát triển
địa hình ở đây. Mặt khác, do hoạt động giao thông thuỷ, quai đê lấn biển, khai thác
tài nguyên thiên nhiên ở vùng cửa sông của con người cũng làm cho động lực phát
triển của địa hình khu vực nghiên cứu thêm phức tạp. Bờ biển ven bờ Hải Phòng có
dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ
yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra. Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng
có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
10
1.2.2. Chế độ gió
Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bị chi phối bởi 2 hệ thống gió mùa, đó là
gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam. Vào mùa đông, khu vực này chịu sự ảnh
hưởng giao tranh giữa hai hệ thống gió mùa từ áp cao Xibiri và gió mùa tín phong
từ áp cao phụ biển Đông Trung Hoa. Hai hệ thống này khi thì tác động luân phiên
xen kẽ, khi thì đồng thời tác động đã gây nên tình trạng biến động khá mạnh mẽ của
thời tiết trong mùa. Hệ thống gió mùa từ áp cao cực đới chiếm ưu thế vào các tháng
giữa mùa đông (khoảng tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau), lấn át hẳn hệ
thống tín phong. Trái lại vào những tháng đầu mùa đông (khoảng tháng 11) và cuối
mùa đông (tháng 2-3) hệ thống tín phong lại vượt lấn át hệ thống cực đới. Do đó
trong thời kỳ mùa đông thời tiết thường có những giai đoạn lạnh (khô hay ẩm) đặc
trưng cho gió mùa cực đới (khi xuất hiện gió mùa đông bắc) xen kẽ với những ngày
nóng ấm đặc trưng của thời tiết tín phong. Trong mùa gió đông bắc với các hướng
thịnh hành là Bắc, Đông Bắc vận tốc gió trung bình thường đạt 3,2-3,7 m/s. Hàng
tháng trung bình có 3 - 4 đợt gió mùa đông bắc, kéo dài từ 5 - 7 ngày, gây ra mưa
nhỏ, vận tốc gió những ngày đầu đạt đến cấp 5 - 6 (tương đương 8 - 13 m/s), vận
tốc gió lớn nhất ở các đảo có thể đạt tới 25 – 30 m/s, sau đó giảm dần.
Bảng 1. 1. Tần suất vận tốc gió và các hướng trung bình năm tại Hòn Dáu (1960-2011)
Khoảng vận tốc (m/s) Hướng
1.0 - 2.0 2.0 - 3.0 3.0 - 4.0 4.0 - 5.0 5.0 - 6.0 6.0 - 7.0 >= 7.0 Tổng số
(%) N 4.14 2.74 1.55 0.74 0.26 0.14 0.10 9.67
NNE 0.91 0.76 0.46 0.32 0.12 0.06 0.05 2.70 NE 2.52 2.17 1.32 0.59 0.20 0.10 0.07 6.96
ENE 1.08 1.15 0.88 0.59 0.28 0.13 0.10 4.20 E 5.72 6.70 5.33 2.82 1.08 0.41 0.18 22.25
ESE 1.88 2.05 1.31 0.52 0.16 0.07 0.05 6.03 SE 3.42 3.44 2.09 0.84 0.22 0.08 0.04 10.13
SSE 0.96 1.02 0.94 0.59 0.25 0.10 0.05 3.91 S 1.60 1.72 1.79 1.25 0.86 0.37 0.08 7.68
SSW 0.40 0.39 0.44 0.42 0.25 0.14 0.07 2.10 SW 0.56 0.39 0.43 0.25 0.10 0.07 0.04 1.84
WSW 0.12 0.04 0.04 0.02 0.00 0.00 0.00 0.22 W 0.47 0.17 0.06 0.01 0.01 0.01 0.01 0.74
WNW 0.21 0.07 0.02 0.02 0.01 0.00 0.00 0.34 NW 1.63 0.62 0.21 0.08 0.03 0.02 0.02 2.61
NNW 1.16 0.49 0.22 0.11 0.05 0.01 0.02 2.06 Tổng số (%) 26.78 23.91 17.09 9.19 3.87 1.71 0.89 83.44 Tần suất lặng gió (%) 16.56
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
11
Tương tự như thời kỳ mùa đông, vào thời kỳ mùa hè luôn có sự tranh chấp ảnh
hưởng giữa gió mùa tây nam và các khối khí lạnh yếu từ phía bắc. Hai khối khí này
thay nhau thống trị thời tiết trong các tháng mùa hè với các hướng gió thịnh hành là
đông, đông nam và tây nam chiếm tần suất khoảng trên 50%. Tốc độ gió trung bình
đạt 3,5 - 4,0 m/s, cực đại đạt 20 – 25 m/s.
Trong thời kỳ chuyển tiếp khí hậu (tháng 4 và tháng 10), sự ảnh hưởng của gió
mùa giảm, thường xuất hiện gió biển-đất liền với vận tốc khoảng cấp 3 - cấp 4, ban
ngày có gió thổi từ biển vào đất liền, ban đêm có gió thổi ngược lại từ đất liền ra
biển.
Các kết quả phân tích thống kê dựa trên số liệu quan trắc gió tại Hòn Dáu
(1960-2011) cho thấy trung bình trong nhiều năm các hướng gió có tần suất xuất
hiện lớn là E, SE, NE và S (Bảng 1. 1). Vận tốc gió ở khu vực này với giá trị nhỏ
hơn 3m/s chiếm tần suất tới trên 50%. Tần suần xuất hiện gió có vận tốc từ 3-5m/s
chiếm khoảng 26.3%. Tần suất xuất hiện gió trên 5m/s chỉ chiếm khoảng 6.5%
(Bảng 1. 1)
Trong mùa khô, hướng gió thịnh hành chủ yếu là E, N và NE với tần suất lần
lượt là 35.2, 16.6 và 11.1%. Vận tốc gió lớn hơn 6m/s trong mùa này chiếm tần suất
khoảng 29%. Trong mùa mưa các hướng gió thịnh hành là E, SE, S, N và NE. Vận
tốc gió lớn hơn 6m/s chiếm tần suất khoảng 37.9%.
1.2.3. Đặc điểm thủy văn Lượng nước của vùng châu thổ sông Hồng ảnh hưởng bởi gió mùa Tây Nam
(mùa hè), xoáy thuận nhiệt đới (mùa thu) và bão (hè thu). Thời kỳ nhiều nước kéo
dài từ tháng (VI - X), dòng chảy lớn nhất trên sông Hồng xuất hiện vào tháng VIII,
dòng chảy nhỏ nhất xuất hiện vào tháng III.
Hàng năm, hệ thống sông Hồng- Thái bình cung cấp khoảng 120 tỷ m3 nước và
114 triệu tấn phù sa cho vùng ven bờ. Lượng vật chất này chủ yếu qua 9 cửa sông
chính: Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình, Trà Lý, Ba Lạt, Ninh Cơ
và Đáy. Trong đó vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu tác động trực tiếp của các
sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Chế độ dòng chảy ở các
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
12
sông này cũng như các sông khác thuộc hệ thống sông Hồng-Thái Bình có đặc điểm
là biến động mạnh theo mùa. Phân tích từ các chuỗi số liệu nhiều năm cho thấy tải
lượng nước hằng năm tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa (từ tháng 6 đến
tháng 9) hằng năm. Trong khi đó các tháng còn lại lượng chảy hầu như rất nhỏ [14].
Trong mùa mưa, lưu lượng chảy trung bình của các sông ra biển biến đổi trong
khoảng 300-2200m3/s, trong khi các tháng mùa khô, lưu lượng nước trung bình chỉ
dao động quanh giá trị 50-300m3/s.
1.2.4. Đặc điểm hải văn
Dao động mực nước (DĐMN) ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng thuộc kiểu
nhật triều đều điển hình với hầu hết số ngày trong tháng là nhật triều, bán nhật triều
chỉ xuất hiện 2-3 ngày trong kì nước kém. Trong một pha triều có một lần nước lớn
và một lần nước ròng. Trong một tháng mặt trăng có hai kỳ nước cường, mỗi kỳ 11-
13 ngày, biên độ trung bình dao động 2,6-3,6m và hai kỳ nước kém, mỗi kỳ 3-4
ngày có biên độ 0,5-1,0m. Sóng triều có tính chất sóng đứng với ưu thế thuộc các
sóng nhật triều O1, K1 có biên độ 70-90cm, trong khi các sóng bán nhật triều M2, S2
chỉ có vai trò thứ yếu với biên độ khá nhỏ.
Trong năm, dao động triều đạt giá trị lớn nhất vào thời kì triều chí điểm khi độ
xích vĩ mặt trời cực đại vào tháng 6 và 12, và ngược lại, nhỏ nhất vào triều phân
điểm khi độ xích vĩ mặt trời bằng “0” vào tháng 3 và 9. Trong các tháng 3, 4, 8 và 9
độ lớn triều giảm và xuất hiện triều bán nhật 3-4 ngày mỗi tháng.
Chế độ sóng Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng là vịnh nước nông ven bờ có cấu tạo địa
hình đáy rất phức tạp do hệ thống val bãi ngầm và luồng lạch luôn biến động. Sóng
ở ngoài vùng nước sâu truyền vào bờ, do ảnh hưởng của ma sát đáy, các đặc trưng
của sóng (tốc độ lan truyền, độ cao, chu kỳ, độ dài) cũng như hướng vận động luôn
thay đổi. Vì vậy, chế độ sóng khác biệt hẳn với chế độ sóng vùng nước sâu cả về
hướng thịnh hành và cấp độ cao.
Trong thời kỳ mùa đông gió mùa NE hoạt động mạnh cả về tần suất lẫn tốc độ,
song do đảo Cát Hải, Cát Bà che chắn làm giảm khá lớn năng lượng gió tác động
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
13
lên mặt biển, hơn nữa đà sóng lại ngắn và độ sâu nhỏ nên ở khu vực nghiên cứu
sóng gió kém phát triển hơn so với ngoài khơi. Tuy nhiên vào thời gian triều cường,
sóng gió vẫn có điều kiện phát triển và khúc xạ lan truyền sóng vào vùng ven bờ.
Trong mùa này hướng sóng thịnh hành là E và NE. Độ cao sóng trung bình đạt 0,5 -
0,6 m. Độ cao sóng lớn nhất khoảng 2,0 - 2,5 m, ở khu vực ven bờ phía đông bán
đảo Đồ Sơn độ cao sóng có thể lên tới 3,0 m.
Về mùa hè chế độ sóng gió có đặc điểm ngược lại so với mùa đông cả hướng
lẫn cấp độ cao. Sóng gió có hướng thịnh hành, ảnh hưởng lớn đến quá trình thuỷ
thạch động lực khu vực nghiên cứu là SE và S với tần suất xuất hiện cao. Đặc biệt
trong các tháng VI, VII sóng gió hướng N chiếm ưu thế gây ảnh hưởng mạnh đến
xói lở bờ bãi phía N bán đảo Đình Vũ và đảo Cát Hải cũng như khu vực luồng tàu.
Độ cao sóng trung bình đạt 0,6 - 0,8 m. Trong thời kỳ này thường có bão và áp thấp
nhiệt đới đổ bộ vào khu vực gây sóng to, gió lớn.
Bảng 1. 2. Tần suất độ cao sóng và các hướng tại Hòn Dáu (1970-2011)
Khoảng độ cao (m) Hướng
0.3- 0.5 0.5- 0.8 0.8 -1.0 1.0 -1.5 1.5-2.0 2.0- 2.5 2.5-3.0 >= 3.0
Tổng số (%)
N 1.95 1.04 1.40 0.59 0.07 0.02 0.00 0.01 5.08 NNE 0.41 0.23 0.30 0.13 0.03 0.00 0.00 0.00 1.09
NE 1.80 1.07 1.38 0.67 0.09 0.02 0.00 0.01 5.04
ENE 0.93 0.74 0.92 0.51 0.06 0.01 0.00 0.01 3.18
E 9.42 5.25 6.58 3.58 0.29 0.05 0.01 0.04 25.22
ESE 1.31 0.81 1.30 0.56 0.10 0.02 0.02 0.01 4.13
SE 5.13 2.61 4.10 2.50 0.31 0.05 0.01 0.02 14.73
SSE 0.48 0.47 0.80 0.95 0.20 0.02 0.00 0.00 2.92
S 1.08 0.64 1.96 2.30 0.44 0.02 0.00 0.01 6.45
SSW 0.06 0.05 0.10 0.15 0.02 0.00 0.00 0.01 0.39
SW 0.19 0.15 0.39 0.37 0.07 0.00 0.00 0.01 1.19 WSW 0.13 0.08 0.24 0.40 0.06 0.01 0.00 0.01 0.93
W 0.12 0.03 0.05 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.21
WNW 0.26 0.09 0.13 0.04 0.01 0.00 0.00 0.00 0.53
NW 0.31 0.10 0.10 0.03 0.01 0.00 0.00 0.00 0.55
NNW 0.06 0.04 0.03 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.14
Tổng số (%) 23.63 13.38 19.78 12.81 1.74 0.24 0.04 0.16 71.78
Tần suất lặng gió (%) 28.22
Kết quả phân tích thống kê số liệu quan tắc sóng trong nhiều năm (1970-2011)
tại Hòn Dáu cho thấy các hướng sóng chủ yếu tác động vào khu vực này là E, SE, S
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
14
và NE với tần suất xuất hiện lần lượt là 25.2, 14.7, 6.5 và 5%. Cũng theo kết quả
phân tích trên, độ cao sóng nhỏ hơn 0.5m chiếm tới 52% (trong đó khoảng 28.2%
là lặng sóng), độ cao sóng lớn hơn 1.5m chỉ chiếm khoảng 15% tổng số số liệu
(Bảng 1. 2)
1.2.5. Đặc điểm trầm tích
Trầm tích lơ lửng trong nước ở vùng cửa sông ven bờ Hải Phòng ven bờ chủ
yếu do sông cung cấp, ngoài ra còn do sóng khuấy đục. Hàm lượng TTLL trong
nước ở các cửa sông từ cửa Thái Bình, Văn Úc đến cửa Cấm, Bạch Đằng vào mùa
mưa có giá trị dao động trong khoảng 0.09- 0.2kg/m3 và khoảng 0.05- 0.1kg/m3 vào
mùa khô. Hàm lượng TTLL của các cửa sông đưa ra đạt giá trị cao nhất vào lúc
mực nước thấp trung bình từ 1,5-1,86 m (so với 0 mHĐ). Khi triều cường, TTLL
các cửa sông đưa ra biển đã bị trung hoà điện tích hạt keo được dòng triều đưa trở
lại vùng ven bờ biển Hải Phòng, bồi tụ cho trầm tích bãi triều. Trung bình hàm
lượng TTLL của nước ven bờ biển vào lúc triều cường trong mùa mưa là 0.07-
0.1kg/m3, trong mùa kiệt là 0.02-0.05kg/m3. Nhìn chung, TTLL từ các cửa sông đưa
ra khá cao, nhờ thuỷ triều, TTLL được ngưng keo, bồi tụ để duy trì và mở rộng diện
tích bãi triều [6].
Trầm tích tầng mặt
Các cấp độ hạt của trầm tích ở vùng ven biển cửa sông Hải Phòng có kích
thước thay đổi từ 0,001 - 1 mm, trong đó hàm lượng cấp hạt 1- 0,5 mm chiếm dưới
5%, cấp hạt từ 0,25- 0,01 mm chiếm 45-95%, cấp hạt nhỏ hơn 0,01 mm chiếm từ
10- 45%. Giá trị đường kính trung bình (Md) của trầm tích nằm trong khoảng từ
0,01- 0,17 mm, hàm lượng % cấp hạt có sự biến đổi quan hệ với nhau theo chế độ
động lực sông biển.
- Cát nhỏ: Ngoài cửa sông trầm tích cát nhỏ phân bố chủ yếu ở đới sóng vỡ với
bề mặt địa hình dương có cao độ trên 0,5 m, tạo nên các cồn cát. Trong lòng dẫn
sông trầm tích cát nhỏ phân bố chủ yếu dưới dạng các bãi bồi ven sông. Trầm tích
cát nhỏ ở đây có cấp hạt 0,25- 0,5 mm chiếm 2,82%, cấp hạt 0,25- 0,1 mm chiếm
83%, cấp hạt 0,1- 0,05 mm chiếm 7,96%, cấp hạt 0,05- 0,01 mm chiếm 5,42%, cấp
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
15
hạt nhỏ hơn 0,01 mm chiếm 5- 10%, giá trị Md đạt 0,17 mm, giá trị trung bình của
S0 khoảng 1,34.
- Cát bột: Trầm tích cát bột nằm bao quanh trầm tích cát nhỏ phân bố trên bề
mặt địa hình có cao độ từ “0” m trở lên. Trầm tích cát bột có hàm lượng trung bình
đối với cấp hạt 0,25- 0,1mm chiếm 31,9%, cấp hạt 0,1- 0,05 mm chiếm 42%, cấp
hạt 0,05- 0,01 chiếm 12%, cấp hạt nhỏ hơn 0,01 chiếm 19%, giá trị Md đạt 0,1 mm,
S0 đạt giá trị 1,8.
- Bột lớn: Trầm tích bột phân bố chủ yếu ở phía khuất sóng sau cồn cát, val cát
đó là bề mặt bãi triều. Trầm tích bột lớn có cấp hạt 0,05 - 0,01 mm chiếm 24,55%
cấp hạt 0,01- 0,005 mm chiếm 5%, cấp hạt nhỏ hơn 0,005mm chiếm 11%. Giá trị
Md nằm trong khoảng 0,06 mm, S0 đạt 2,7.
- Bột: Trầm tích bột phân bố chủ yếu ở trong các rừng ngập mặn ven bờ ứng với
bề mặt bãi triều nằm ở cao trình trên (+1,0) m. Trầm tích bột có hàm lượng cấp hạt
0,1- 0,01 mm chiếm 59% (trong đó cấp hạt 0,1 -0,05 mm chiếm 29,6%, cấp hạt
0,05- 0,01 mm chiếm 29,3%), cấp hạt 0,01- 0,05 mm chiếm 10,5%, cấp hạt nhỏ hơn
0,05 mm chiếm 23%, giá trị Md đạt 0,03 mm, S0 đạt 3,8.
- Cát - bột - sét: Trầm tích cát bột sét trong khu vực nghiên cứu phân bố ở trong
cửa sông, trầm tích này có hàm lượng cấp hạt 0,25- 0,1 mm chiếm 37,5%, cấp hạt
0,1- 0,05 mm chiếm 9,76%, cấp hạt 0,05- 0,01 mm chiếm 12,05%, cấp hạt 0,01-
0,005 mm chiếm 13,6%, cấp hạt 0,005- 0,001 mm chiếm 12,28% còn lại là của cấp
hạt nhỏ hơn 0,001 mm, giá trị trung bình của Md = 0,03 mm, S0 = 6,7.
- Bột sét: Trầm tích bột sét thường gặp ở hai khu vực: sườn bờ ngầm tương ứng
với độ sâu từ 3- 10 m, ở vùng bãi triều chúng nằm trên các bề mặt trũng thấp của bãi
triều hoặc được phân bố ở dọc lạch triều. Trầm tích này có hàm lượng cấp hạt 0,1-
0,05 mm chiếm 22,49%, cấp hạt 0,05 - 0,01 mm chiếm 23,67%, cấp hạt 0,01- 0,005
mm chiếm 15%, cấp hạt 0,005- 0,001 mm chiếm 20% còn lại là của cấp hạt nhỏ hơn
0,001 mm, giá trị trung bình của Md = 0,01 mm, S0 = 4,6
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
16
CHƯƠNG 2. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Tài liệu
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu của luận văn, các tài liệu cần thiết đã
được thu thập xử lý. Đây là những tài liệu đã được tổng hợp từ các kết quả nghiên
cứu có liên quan đến đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận văn.
Địa hình là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các điều kiện
thủy động lực của mỗi khu vực nghiên cứu. Số liệu độ sâu và đường bờ của khu vực
cửa sông ven biển Hải Phòng được số hóa từ các bản đồ địa hình UTM hệ tọa độ địa
lý VN 2000 tỷ lệ 1:50000 và 1:25 000 do Cục Đo đạc Bản đồ (Bộ Tài nguyên và
Môi trường Việt Nam) xuất bản năm 2005 (Hình 2. 1). Những số liệu này đã được
số hóa và hiệu chỉnh theo các số liệu đo độ sâu gần đây.
Hình 2. 1. Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng số hóa từ bản đồ
Độ sâu và địa hình của khu vực phía ngoài và cũng như vùng vịnh Bắc Bộ sử
dụng cơ sở dữ liệu GEBCO -1/8 của Trung tâm tư liệu Hải dương học Vương quốc
Anh. Đây là số liệu địa hình có độ phân dải 0.5 phút được xử lý từ ảnh vệ tinh kết
hợp với các số liệu đo sâu [26, 48].
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
17
Số liệu khí tượng
Các đặc trưng khí tượng có ảnh hưởng nhất định đến điều kiện động lực của
khu vực. Đây cũng là một trong những yếu tố góp phần quan trọng hình thành tính
chất mùa của chế độ động lực ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Trong nghiên
cứu này, các số liệu gió quan trắc trong nhiều năm ở trạm hải văn Hòn Dáu đã được
thu thập và xử lý. Ngoài ra số liệu quan trắc với tần suất 6h/lần trong thời gian
tháng 2-3 và tháng 7-8-9 năm 2009 cũng được thu thập để đưa vào mô hình tính cho
các kịch bản hiện trạng (Hình 2. 2).
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
thời gian (ngày)
hướ
ng
(độ
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
vận
tố
c (m
/s)
hướng vận tốc
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
thời gian (ngày)
hướ
ng
(độ
)
0
1
2
3
4
5
6
7
vận
tố
c (m
/s)
hướng vận tốc
Hình 2. 2. Vận tốc và hướng gió tại Hòn Dáu trong năm 2009 (a- tháng 3-2009; b- tháng 8-2009)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
18
Thuỷ triều
Số liệu về DĐMN ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng được thu thập để hiệu
chỉnh mô hình và cung cấp cho các điều kiện biên mở phía biển. Số liệu mực nước
để hiệu chỉnh mô hình là các kết quả đo đạc mực nước (1h/lần) tại Hòn Dáu trong
tháng 3 và tháng 8 năm 2009.
Ngoài ra, các số liệu DĐMN tại các biên mở phía biển cũng đã được thu thập
xử lý để thiết lập mô hình TĐL. Đó là các số liệu đã được phân tích thành các hằng
số điều hòa thủy triều của 4 sóng triều chính là O1, K1, M2, S2. Tại các điểm biên
mở gần bờ, các số liệu được thu thập xử lý dựa trên các kết quả quan trắc đã được
thực hiện của một số cơ quan như Trung tâm KTTV biển, Viện Địa lý, Viện Cơ học
và Viện Tài nguyên và Môi trường biển. Các hằng số điều hòa thủy triều ở phía
ngoài xa bờ được thu thập từ cơ sở dữ liệu các hằng số điều hòa thủy triều FES2004
[41, 46] của LEGOS (Laboratoire d'Etude en Géophysique et Océanographie
Spatiales, Toulouse) và CLS (Collecte Localisation Satellites) thuộc Trung tâm
Quốc gia nghiên cứu không gian Pháp (CNES) nghiên cứu phát triển.
Lưu lượng nước sông
Khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của dòng nước ngọt từ hệ thống
sông Hồng – Thái Bình. Do chịu sự chi phối của chế độ khí hậu mang tính chất
nhiệt đới gió mùa nên tải lượng nước từ các sông này có đặc điểm quan trọng là
biến đổi mạnh theo mùa: chủ yếu tập trung vào các tháng trong mùa mưa trong khi
khá nhỏ vào mùa khô.
Cho đến nay việc đo đạc đồng thời lưu lượng nước ở các của sông chính trong
khu vực rất khó thực hiện, các số liệu thu thập được thiếu tính đồng bộ và hệ thống.
Vì vậy ngoài các số liệu thu thập được từ các đề tài liên quan ở khu vực này trong
các sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình, các số liệu quan trắc
định kỳ trên sông Cấm và Văn Úc của Trung tâm KTTV Quốc gia cũng đã được thu
thập xử lý để xây dựng các hàm tương quan tuyến tính, qua đó tính toán các chuỗi
số liệu lưu lượng nước cho các biên mở sông của mô hình.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
19
Số liệu nhiệt muối
Số liệu về nhiệt độ và độ muối nước biển ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng
và vùng vịnh Bắc Bộ được thu thập từ các kết quả nghiên cứu của Chương trình
‘‘Điều tra cơ bản và nghiên ứng dụng công nghệ Biển’’ mã số KC.09 (Bộ Khoa học
và công nghệ, 2008) và kết quả quan trắc, nghiên cứu của một số đề tài, dự án có
liên quan trong khu vực. Ngoài ra, để sử dụng cho mô hình tính ở phía ngoài cho
các điều kiện biên mở phía biển được thu thập từ cơ sở dữ liệu WOA09 [71] cho
khu vực biển Đông.
Số liệu hải văn
Số liệu dòng chảy đo đạc tại một số vị trí khảo sát trong khu vực nghiên cứu
của một số đề tài dự án vùng cửa sông ven biển Hải Phòng đã được thu thập xử lý
để phụ vụ hiệu chỉnh kiểm chứng độ tin cậy của mô hình TĐL. Đặc biệt là số liệu
đo đạc dòng chảy từ đề tài liên quan [1, 8]. Số liệu quan trắc sóng của Trung tâm
KTTV Quốc gia tại trạm KTTV Hòn Dáu và Bạch Long Vỹ trong nhiều năm đã
được thu thập và xử lý. Đây là các số liệu quan trắc vào các Obs 7h, 13h và 19h
hằng ngày. Đây là những số liệu sẽ được dùng để tham khảo cho việc thiết lập mô
hình lan truyền sóng vùng cửa sông ven biển Hải Phòng.
2.2. Phương pháp
2.2.1. Xử lý số liệu
Để phục vụ cho việc thiết lập mô hình theo các kịch bản tính toán dự báo khác
nhau, cần thiết phải xử lý các số liệu thu thập để tạo số liệu đầu vào cho mô hình.
Các phương pháp xử lý số liệu khác cũng đã được xử dụng trong nghiên cứu này:
- Phương pháp GIS để số hóa và xử lý số liệu địa hình từ các bản đồ địa hình.
Từ các bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50000 và 1 :25000 do Cục đo đạc bản đồ (Bộ Tài
nguyên và Môi trường) xuất bản với hệ tọa độ UTM-VN2000 ở vùng cửa sông ven
biển Hải Phòng, sử dụng các phần mềm MapInfo và Arcview để số hóa và tại thành
các file địa hình số ở khu vực nghiên cứu (Hình 2. 1). Các phần mềm GIS cũng
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
20
được dùng để lồng ghép số liệu địa hình (số hóa từ bản đồ) ở vùng ven biển với số
liệu địa hình trong Cơ sở dữ liệu địa hình GEBCO -1/8 ở vùng ngoài khơi và cập
nhật bổ sung số liệu đo sâu mới. Kết quả ứng dụng phương pháp GIS là tạo ra file
địa hình có định dạng xyz làm đầu vào để xây dựng lưới độ sâu của mô hình TĐL.
y = 1.6523x - 352.47
R2 = 0.9013-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000
y = 2.745x - 999.88
R2 = 0.8293
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
0 200 400 600 800 1000
y = 0.3092x - 19.075
R2 = 0.9424-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-400 -200 0 200 400 600
y = 1.2018x - 278.17
R2 = 0.8003-200
-100
0
100
200
300
400
0 100 200 300 400 500 600
y = 0.2408x - 67.826
R2 = 0.9793-600
-400
-200
0
200
400
600
-2000 -1000 0 1000 2000 3000
y = 0.6677x - 162.43
R2 = 0.7884-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
0 200 400 600 800 1000
Hình 2. 3. Tương quan lưu lượng nước tại một số sông trong khu vực nghiên cứu (a- S. Cấm và Bạch Đằng, 3-2009; b- S. Cấm và Bạch Đằng, 8-2009; c- S. Văn Úc và Lạch Tray, 3-2009; d-
S. Văn Úc và Lạch Tray, 8-2009; e- S. Văn Úc và Thái Bình, 3-2009; f- S. Văn Úc và Thái Bình, 8-2009)
- Phương pháp tính toán thống kê để tạo các file số liệu dạng chuỗi lưu lượng
nước cho các biên sông của 5 sông chính trong khu vực nghiên cứu là Bạch Đằng,
(a)
(e)
(b)
(c) (d)
(f)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
21
Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Dựa trên các số liệu quan trắc lưu lượng
nước tại sông Cấm và sông Văn Úc của Trung tâm KTTV quốc gia và các số liệu đo
đạc khảo sát tại các sông này trong thời gian tháng 3 và tháng 8-9 năm 2009 của
một số đề tài có liên quan [1, 8], các hàm tương quan giữa lưu lượng nước tại các
sông còn lại đã được tính toán (Hình 2. 3, Hình 2. 4). Thông qua các hàm tương
quan này, các chuỗi số liệu về lưu lượng nước ở các sông không có số liệu đo dài
như Bạch Đằng, Lạch Tray, và Thái Bình đã được xác định để làm điều kiện biên
sông của mô hình (Hình 2. 5). Phương pháp phân tích thống kê cũng được dùng để
phân tích đánh giá các đặc trưng về điều kiện gió, sóng, mực nước và dòng chảy ở
khu vực nghiên cứu.
y = 0.9892x - 129.97
R2 = 0.9813
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000y = 1.2063x - 243.58
R2 = 0.8968
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
y = 2.52x + 10.072
R2 = 0.8408
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
-1000 -500 0 500 1000y = 2.6762x - 79.199
R2 = 0.9149
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Hình 2. 4. Tương quan lưu lượng nước tại vị trí khảo sát và quan trắc định kỳ
(a- Cửa Cấm và vị trí quan trắc trên sông Cấm, 3-2009 ; b- Cửa Cấm và vị trí quan trắc trên sông Cấm, 8-2009; c- Trạm Trung Trang và vị trí khảo sát trên sông Văn Úc, 3-2009; d- Trạm Trung
Trang và vị trí khảo sát trên sông Văn Úc, 8-2009)
- Phương pháp khai thác số liệu từ Cơ sở dữ liệu nhiệt muối WOA09 và cơ sở
dữ liệu thủy triều FES2004. Các cơ sở dữ liệu này cùng cấp số liệu cần thiết để xác
(b) (a)
(c)
(d)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
22
định các điều kiện biên mở cho mô hình TĐL vùng ngoài khơi (với lưới tính thô)
được lưu trữ ở dạng file Netcdf.
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
thời gian (ngày)
lưu lượng
(m3 /s
)
S. Bạch Đằng S. Cấm S. Lạch Tray S. Văn Úc S. Thái Bình
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
thời gian (ngày)
lưu lượng
(m3 /s
)
S. Bạch Đằng S. Cấm S. Lạch Tray S. Văn Úc S. Thái Bình
Hình 2. 5. Lưu lượng nước trung bình giờ tại các sông chính khu vực Hải Phòng (a- tháng 3 năm 2009, b- tháng 8 năm 2009)
- Phương pháp lưới lồng (phương pháp NESTING trong Delf3d) được sử dụng
trong nghiên cứu này để tạo ra các điều kiện biên mở phía biển của mô hình. Theo
phương pháp này để tạo các file số liệu cho điều kiện biên mở biển của mô hình với
lưới chi tiết (mô hình cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng), một mô hình với
lưới thô hơn cùng thời gian tính toán, cùng kiểu lưới tính (lưới cong trực giao và
cùng số tầng) ở phía ngoài vùng này đã được thiết lập (Hình 2. 6). Mô hình lưới thô
có kích thước 424 x 150 điểm tính và sử dụng hệ lưới cong trực giao. Các ô lưới có
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
23
kích thức biển đổi từ 379.3-1376.5m. Theo chiều thẳng đứng mô hình này được
chia thành 7 lớp độ sâu trong hệ tọa độ . Biên mở biển của mô hình này được chia
thành nhiều đoạn khác nhau. Tại mỗi đoạn biên mở đó sử dụng các hằng số điều
hòa trong cơ sở dữ liệu Fes2004 và số liệu nhiệt muối trung bình tháng trong cơ sở
dữ liệu WOA09.
MH vùng cửa sông ven biển Hải Phòng (lưới chi tiết)
MH phía ngoài (lưới thô)
Hình 2. 6. Lưới tính của mô hình cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và vùng ngoài
2.2.2. Mô hình toán học
Trong nghiên cứu này các đối tượng nghiên cứu chủ yếu như TĐL, vận chuyển
TTLL được mô hình hóa trên cơ sở mô hình Delft3d. Đây là mô hình tổng hợp 3
chiều (3D) do Viện Thủy lực Delft (Hà Lan) nghiên cứu phát triển gồm có các
module cơ bản như TĐL (Delft3d-Flow), sóng (Delft3d-Wave), vận chuyển bùn cát
(Delft3d-Sed), chất lượng nước (Delft3-Waq) và sinh thái học (Delft3d-Eco). Mô
hình này có thể mô phỏng tốt điều kiện TĐL - sóng, vận chuyển bùn cát, chất lượng
nước ở vùng cửa sông ven bờ [34].
Module thủy động lực (Delft3d-Flow) có thể tính toán kết hợp đồng thời
(online coupling) với các module khác như sóng (Delft3d-Wave), vận chuyển trầm
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
24
tích (Delft3d-Sed). Việc tính toán kết hợp đồng thời có thể cho thấy được sự tương
tác giữa các quá trình thủy động lực - sóng và vận chuyển trầm tích tại mỗi thời
điểm tính của mô hình [42].
Trong nghiên cứu này, kiểu tính toán kết hợp đồng thời (onlile –coupling) của
các module chính là TĐL, sóng và vận chuyển trầm tích đã được sử dụng để đánh
giá đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng (Hình 2. 7).
Hình 2. 7. Tương tác sóng- dòng chảy và vận chuyển trầm tích trong mô hình Delft3d
Mô hình thủy động lực
Cơ sở toán học của mô hình TĐL trong Delft3D là giải phương trình Navier
Stokes với chất lỏng không nén trong nước nông và phương pháp xấp xỉ
Boussinesq. Sự biến đổi của thành phần vận tốc thẳng đứng trong phương trình
động lượng được bỏ qua. Với mô hình 3 chiều, thành phần vận tốc thẳng đứng được
tính toán từ phương trình liên tục.
Hệ tọa độ
Trong mô hình thủy động lực của Delft3D, có thể chọn một trong 3 kiểu hệ tọa
độ Đề các (Cartesian- x,y), hệ toạ độ cong trực giao ( , ) và hệ tọa độ cầu: ( , ).
Vận chuyển trầm tích (Delft3d-Sed)
Địa hình đáy (Bottom)
Thủy động lực (Delft3d-Flow)
Sóng (Delft3d-Wave)
Tương tác sóng- dòng chảy
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
25
; ; cosRG ; RG ; R- Bán kính trái đất; - vĩ độ địa lý
Hệ tọa độ thẳng đứng được định nghĩa như sau: H
z
d
z
Với: z- là khoảng cách trong hệ tọa độ thẳng đứng; - mực nước; d- độ sâu; H-
độ sâu cột nước (H=d+). Tại đáy =-1; tại mặt nước =0
Các phương trình cơ bản
Phương trình liên tục
Phương trình liên tục cho độ sâu trung bình (viết trong hệ toạ độ cong trực giao):
QGVd
GG
GUd
GGt
)(1)(1 (1)
Trong đó: , : là các tọa độ ngang trong hệ toạ độ cong trực giao; GG , : là
các hệ số chuyển đổi từ hệ toạ cong trực giao sang hệ tọa độ Đề các; d: là độ sâu
tại điểm tính (độ sâu của nước dưới đường chuẩn (0 hải đồ)); : là mực nước tại
điểm tính (so với 0 Hải đồ); U, V: lần lượt là các thành phần vận tốc trung bình
theo các hướng , ; qin và qout : lần lượt là nguồn nước đưa vào và ra trên 1 đơn
vị thể tích; H: là độ dày cột nước tại điểm tính (H = d + ); P, E: lần lượt là
lượng mưa và bốc hơi.
Trong phương trình (1):
t
- biểu diễn sự thay đổi mực nước theo thời gian
GUd
GG
)(1 - biểu diễn sự thay đổi của vận tốc dòng chảy trung
bình U theo hướng
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
26
GVd
GG
)(1 - biểu diễn sự thay đổi của vận tốc dòng chảy trung
bình V theo hướng
Với Q thể hiện lượng thêm vào hay mất của nguồn nước, sự bốc hơi và mưa trên 1
đơn vị diện tích:
EPdqqHQ outin
0
1
)( (2)
Phương trình động lượng
Phương trình bảo toàn động lượng theo hướng và (tọa độ cong trực giao):
Mu
vd
FPG
fvG
GG
vG
GG
uvu
d
u
G
vu
G
u
t
u
v
20
2
)(
11 (3)
Mv
vd
FPG
fuG
GG
uG
GG
uvv
d
v
G
vv
G
u
t
v
v
20
2
)(
11
(4)
Trong đó:
: là vận tốc theo hướng trong hệ toạ độ (m/s); f : là tham số lực Coriolis
(1/s); M, M: lần lượt là ngoại lực theo các hướng , ; P, P: là gradient áp suất;
F, F là ứng suất Reynol; 0 : là tỷ trọng của nước; u, v: lần lượt là vận tốc dòng
chảy theo hướng , (hay x, y); F: thông lượng rối (m/s2); v: thành phần nhớt theo
phương thẳng đứng; M: mô men động lượng thêm vào hay mất đi.
t
u
trong phương trình (3) là sự biến đổi của vận tốc hướng u theo thời gian.
t
v
trong phương trình (4) là sự biến đổi của vận tốc hướng v theo thời gian.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
27
u
G
u,
u
G
v,
u
d trong phương trình (3) là các thành phần bình lưu
của thành phần u
v
G
u , v
G
v ,
v
d trong phương trình (4) là các thành phần bình lưu của
thành phần v
fvG
GG
vG
GG
uv
2
trong phương trình (3) biểu diễn ảnh
hưởng của hiệu ứng Coriolis theo phương u
fuG
GG
uG
GG
uv
2
trong phương trình (4) biểu diễn ảnh
hưởng của hiệu ứng Coriolis theo phương v
PG0
1 trong phương trình (3) là gradient áp suất theo hướng
PG0
1 trong phương trình (4) là gradient áp suất theo hướng
2
2
2
2 11
u
GG
u
GGF H trong phương trình (3) là thành phần ứng
suất theo phương
2
2
2
2 11
v
GG
v
GGF H trong phương trình (4) là thành phần ứng
suất theo phương
u
vd v2)(
1 trong phương trình (3) là thành phần nhớt theo phương
v
vd v2)(
1 trong phương trình (4) là thành phần nhớt theo phương
Vận tốc thẳng đứng
Vận tốc theo phương thẳng đứng trong hệ toạ độ có thể được tính từ phương
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
28
trình liên tục:
)(
)(1)(1outin qqH
Gvd
GG
Gud
GGt
(1’)
Trong đó ảnh hưởng của sự bốc hơi và giáng thủy trên bề mặt cũng được tính đến.
Khía cạnh vật lý của vận tốc trong hệ tọa độ Descartes thì không được đề cập đến
trong phương trình chuyển động. Các giá trị vận tốc này có thể được biểu diễn theo
vận tốc phương ngang, mực nước, vận tốc thẳng đứng như sau:
tt
HHGv
HGu
GGw
1 (2’)
Quy trình giải
+ giải phương trình (1) để tìm
+ giải phương trình (3) và (4) để tìm u, v
+ giải phương trình (1’) để tìm và phương trình (2’) để tìm w Phương trình trạng thái
Tỷ trọng của nước biển là hàm của độ muối và nhiệt độ. Trong Delft3d-Flow,
ta có thể chọn giữa hai kiểu công thức khác nhau của phương trình trạng thái
(Eckart hoặc UNESCO). Phương trình trạng thái của Eckart [36] dựa trên một giới
hạn số đo đạc từ năm 1910. Trong phương trình xuất phát có thành phần áp suất,
nhưng ở điều kiện áp suất thấp, có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó đến tỷ trọng. Công
thức này như sau:
00
0000,1
P
P
(6)
Với: t và s lần lượt là nhiệt độ và độ muối, 0<t<400C, 0<s<40‰
Và: sttt )01.080.3(0745.025.115.1779 2 (7)
698.00 ; sttP 337.0385890 20
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
29
Đối với nước ngọt, công thức Eckart không đưa ra tỷ trọng cực đại ở nhiệt độ 40C.
Vì vậy, khi áp dụng cho vùng cửa sông ven biển, công thức của UNESCO được sử
dụng trong Delft3d-Flow.
Công thức của UNESCO [72] áp dụng với điều kiện 0<t<400C, 0.5<s<43‰
22/30 CsBsAs (8)
Ở đây:
5946
342320
10.536332.610.120083.1
10.001685.110.095290.910.793952.6842594.999
tt
ttt
(9)
49372531 10.3875.510.2467.810.6438.710.0899.410.24493.8 ttttA (10)
2643 10.6546.110.0227.110.72466.5 ttB (11)
Điều kiện biên
Điều kiện biên theo phương thẳng đứng
Trong hệ tọa độ , lớp biên tự do trên mặt (=0, hoặc z=) và đáy (=-1, hoặc
z= -d); là vận tốc thẳng đứng liên quan tới mặt phẳng . Với giả thiết không có
trao đổi qua bề mặt và đáy thì:
01 và 00
Điều kiện biên ở lớp đáy
Ở lớp biên đáy, điều kiện biên cho các phương trình động lượng là:
01
bV u
h
v
;
01
bV v
h
v
(12)
Trong đó: b và b là các thành phần ứng suất đáy theo phương và .
Ứng suất trượt (shear stress) ở đáy gây ra dòng chảy rối lần lượt cho dòng chảy
trung bình theo độ sâu (2 chiều) và 3 chiều là:
UUC
g
Db 2
2
0 ;
bbD
b uuC
g23
0 (13)
Với: U là vận tốc dòng chảy trung bình theo độ sâu của phương ngang; ub là vận tốc
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
30
dòng chảy theo phương ngang của lớp nước đầu tiên phía trên đáy (đối với trường
hợp 3 chiều).
Các công thức của Chezy, Manning và White Colebrook có thể được dùng để xác
định ứng suất trượt cho dòng chảy trung bình theo độ sâu.
Theo công thức Manning: n
hC D
6
2 ; h- độ sâu tổng cộng; n- hệ số Manning
Theo công thức White Colebrook:
sD k
hC
12log18 102 ; ks- hệ số Nikuradse (m)
Để tính toán vận tốc dòng chảy theo phương ngang ở đáy trong trường hợp 3 chiều,
Delft3d-Flow sử dụng công thức:
0
*
21ln
z
zuu b
b (14)
Hệ số Chezy trong trường hợp cho dòng chảy 3 chiều có thể được xác định như sau:
023 2
lnz
zgCC b
DD (15)
Từ phương trình (6) ta có thể thấy sự khác nhau giữa mô hình 2 và 3 chiều trong
Delft3d-Flow có liên quan đến độ dày tính toán của lớp biên sát đáy.
Trong đó, bỏ qua thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng. Độ nhám z0 phụ
thuộc vào thành phần bình lưu trong hệ tọa độ , và thời gian t, và được biểu diễn
như sau:
ee
hz
g
C D
21
0 (16)
Điều kiện biên bề mặt
Ở trên mặt, điều kiện biên cho phương trình động lượng là:
)cos(00
s
v u
h
v (17)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
31
Và : )sin(00
s
v v
h
v (18)
Với là góc tạo thành giữa vector ứng suất gió và hướng đường lưới tính . Khi
không có gió, ứng suất gió trên bề mặt bằng không (=0). Ứng suất gió có thể xác
định bằng phương trình:
sss uu **0 (19)
Và độ lớn có thể xác định theo phương trình sau: 210UCdas
(20)
Trong đó: a- mật độ không khí; U10- Vận tốc gió ở 10m phía trên bề mặt; Cd- hệ số
ma sát (phụ thuộc vào vận tốc gió U10).
Điều kiện biên mở
Trong mô hình Delft3d-Flow, điều kiện biên mở có thể dựa trên các số liệu tính
toán, quan trắc hoặc NESTHD từ mô hình có phạm vi miền tính lớn hơn. Có 4 kiểu
điều kiện biên mở được áp dụng là: Mực nước: =F(t); Vận tốc dòng chảy: U=FU
(t); Lưu lượng (tổng và từng ô lưới): Q=FQ(t);
Điều kiện ban đầu
Trong mô hình Delft3D, các điều kiện ban đầu như mực nước, nhiệt độ, muối cần
được xác định. Ở mô hình thủy động có hai cách xác định điều kiện ban đầu:
- xác định điều kiện ban đầu từ file kết quả của các lần chạy trước đó
- xác định điều kiện ban đầu do người dùng
Tiêu chuẩn ổn định của mô hình thủy động lực
Các phương trình toán học trên được giải bằng phương pháp sai phân ẩn với sơ
đồ khử luân hướng (ADI – Alternating Direction Implicit) trên hệ lưới cong [34].
Trong mô hình thuỷ động lực, độ ổn định của mô hình có thể được đánh giá qua số
Courant - một chỉ số đánh giá độ chính xác và tiêu chuẩn ổn định của mô hình. Đối
với những vùng có sự biến đổi lớn về địa hình đáy biển hoặc đường bờ, số Courant
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
32
không nên vượt quá khoảng 10-30 [66]. Theo Stelling [58], với mô hình 2 chiều, số
Courant (CFL- Courant- Friedrichs-Lewy) được xác định như sau:
22
112
yxghtCFL (21)
Trong công thức trên: g: gia tốc trọng trường (m/s2); h: là độ sâu của cột nước tại
điểm tính (m); t: là bước thời gian (giây); x: là kích thước ô lưới theo phương x
(m); y: là kích ô lưới theo phương y (m).
Trong mô hình 3 chiều, tiêu chuẩn ổn định được dùng tương tự như với mô
hình 2 chiều nhưng với điều kiện cần có so sánh đánh giá với các bước thời gian
khác nhau [34].
Tương tác dòng chảy- sóng
Tương tác sóng-dòng chảy trong mô hình Delft3D-Flow dựa trên sự điều chỉnh
các công thức của Soulsby và nnk [57]:
wcm y ; qp xbxxy 11 (22)
Và ứng suất đáy cực đại : wcz max ; nm xaxy 11
Trong đó : a, b, p, q, m và n là các tham số và giá trị: wc
cx
z
wjj
C
faaaaa 104321 logcoscos
Ở đây : c - ứng suất đáy do dòng chảy ; w - ứng suất đáy do sóng ; m - ứng suất
suất đáy tổng cộng do sóng và dòng chảy ; max - ứng suất đáy tổng cộng (do sóng và
dòng chảy) cực đại ; - góc giữa hướng truyền sóng và hướng của dòng chảy.
Hướng truyền sóng có thể được xác định theo công thức:
22
sin
cos.
cosVU
V
U
w
w
(24)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
33
Hướng sóng cũng có thể xác định qua các thành phần ứng suất fx và fy bằng
công thức: FU
F
F
V
U
y
x
.
cos
Yếu tố ma sát đáy của sóng dưới tác dụng của dòng chảy có thể được biểu diễn
qua công thức của Swart
2;3.0
2;21.5exp00251.0
19.0
s
ssw
k
A
k
A
k
A
f (25)
Ks là hệ số nhám Nikuradse và A xác định bởi 2
orbU
/, trong đó là tần số sóng.
Trong công thức trên fw có thể biểu diễn qua chu kỳ sóng và độ nhám đáy
300sk
z ;
2*
2*19.0*
30;3.0
30;1.14exp00251.0
A
AAf w (26)
Với A*= được xác định qua 2
orbU
T/z0.
Trong các công thức trên, giả thiết rằng m và max có cùng hướng như c do
dòng chảy chiếm ưu thế.
Ứng suất đáy do dòng chảy có thể được biểu diễn bằng công thức:2
0 UCzc
Trong đó Cz là hệ số ma sát (drag coeficient) và liên hệ với hệ số Chézy : 22D
z C
gC
Trong mô hình 3D, giả thiết profile của vận tốc có dạng Logarith, khi đó ứng suất
đáy trung bình theo thời gian do sóng được liên hệ với hệ số ma sát fw:
2
02
1orbwc Uf
(27)
Ở đây: fw- vận tốc quỹ đạo do sóng; 2
orbU
- biên độ của vận tốc quỹ đạo sóng gần
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
34
đáy
Profile của vận tốc phù hợp với sự tăng lên của ứng suất trung bình m cho sóng và
dòng chảy, với phân bố theo qui luật Logarith cho dòng chảy bên ngoài lớp biên
sóng: 2
*
~
0 um ; Với 2
*
~
u = là vận tốc ứng suất trượt do sóng và dòng chảy
Khi đó phương trình (14) có thể được viết lại :
~
0
~
*
21ln
z
zuu b
b (28)
Với bu là độ lớn vận tốc dòng chảy ở lớp đầu tiên trên đáy. Khi đó sự tăng lên của
độ nhám (roughness length) do sóng và dòng chảy ~
0z có thể được xác định như sau:
1
2
1
~
*
~
0
u
u
b
b
e
zz
Dòng chảy trôi do sóng
Các thành phần chuyển động của khối nước ( sxM và s
yM ) được xác định thông qua
tổng hợp các thành phần dòng chảy trôi (us và vs) của toàn bộ cột nước:
x
D
ssx k
EdzuM
0 ; y
D
ssy k
EdzvM
0 (29)
Với E là năng lượng sóng và được xác định bằng công thức: 208
1rmsgHE
Khi đó các thành phần vận tốc được tính như sau: )(0 D
Mu
sxs
(30)
)(0 D
Mv
sys
(31)
Đối với mô hình 3D, Stokes drift trong mô hình Delft3D-Flow được tính từ lý
thuyết sóng [33]:
Ts
kH
kzkazu
sin,cos)(sinh2
)2cosh()(
2
2
(32)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
35
Góc giữa dòng chảy và hướng truyền sóng được tính toán như sau:
),(tan 1 sy
sx MM (33)
Mô hình sóng
Mô hình lan truyền sóng (Delft3D-Wave) trong hệ thống mô hình Delft3d là
module dựa trên mô hình SWAN. Delft3d-Wave có thể dùng để tính toán các đặc
trưng của trường sóng trong vùng ven bờ, trong các hồ và cửa sông từ các điều kiện
gió, địa hình đáy và dòng chảy. Mô hình này dựa trên phương trình cân bằng tác
động sóng (hoặc phương trình cân bằng năng lượng trong trường hợp không có
dòng chảy) với các nguồn cung cấp và tiêu tán năng lượng.
Phổ sóng được xét đến trong mô hình SWAN là phổ mật độ tác động N(σ,θ)
hơn là phổ mật độ năng lượng E(σ,θ) bởi vì khi có mặt dòng chảy, mật độ tác động
được bảo toàn trong khi mật độ năng lượng thì không [70]. Các biến độc lập đó là
tần số tương đối σ và hướng sóng θ. Mật độ tác động bằng mật độ năng lượng chia
cho tần số tương đối (trong SWAN phổ này thay đổi theo không gian và thời gian).
N(σ,θ)=E(σ,θ)/σ (34)
Sự phát triển của phổ được mô tả bằng phương trình cân bằng tác động phổ.
Phương trình này viết trong hệ tọa độ Đề các [38] có dạng như sau:
S
NcNcNcy
Ncx
Nt yx
(35)
Phương trình trên mô tả sự tiến triển của phổ sóng, thành phần đầu tiên trong vế
trái biểu thị lượng thay đổi địa phương của mật độ tác động theo thời gian, thành
phần thứ hai và thứ ba mô tả sự lan truyền của phổ mật độ tác động trong không
gian địa lý (với vận tốc truyền là Cx và Cy tương ứng theo các hướng của trục x và
y), thành phần thứ tư biểu thị sự thay đổi của tần số dưới ảnh hưởng của độ sâu và
dòng chảy (với vận tốc truyền là Cσ). Thành phần thứ năm biểu thị sự khúc xạ do độ
sâu và dòng chảy. Các biểu thức đối với các tốc độ truyền được rút ra từ lý thuyết
sóng tuyến tính. Giá trị S trong vế phải của phương trình là giá trị hàm nguồn mật
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
36
độ năng lượng đưa ra từ các hiệu ứng tạo sóng, tiêu tán sóng và tương tác giữa các
sóng. Chi tiết hơn về mô hình Delft3D- Wave có thể xem trong Tài liệu sử dụng mô
hình [34].
Trong mô hình sóng Delft3D-Wave, các quá trình được tính đến bao gồm: sự
tạo thành sóng do gió; tiêu tán năng lượng sóng do sóng vỡ, ma sát đáy và sóng đổ;
tương tác sóng không tuyến tính, tương tác với dòng chảy
Mô hình vận chuyển trầm tích
Vận chuyển trầm tích lơ lửng được tính toán thông qua giải phương trình
khuếch tán bình lưu (advection diffusion) 3 chiều cho TTLL:
0,,,
z
c
zy
c
yx
c
xz
cww
y
vc
x
uc
t
czsysxs
s (36)
Trong các phương trình trên: c: hàm lượng TTLL (kg/m3); u, v, w: là các thành
phần vận tốc dòng chảy theo các phương x, y, z (m/s); xs, , ys, , zs, : là các hệ số
khuyếch tán rối (m2/s); sw : vận tốc lắng đọng trầm tích (m/s).
Trong phương trình trên, các thành phần dòng chảy và hệ số khuyếch tán được
lấy từ kết quả của mô hình thủy động lực. Để giải phương trình trên (phương trình
36), cần xác định các hệ số khuếch tán, tốc độ lắng đọng trầm tích và các điều kiện
biên điều kiện ban đầu của mô hình.
Điều kiện ban đầu:
Điều kiện ban đầu của mô hình vận chuyển TTLL trong mô hình Delft3d có thể
được xác định bằng một trong hai cách
- Hàm lượng TTLL ban đầu phân bố theo không gian từ kết quả của lần chạy
trước đó của mô hình (từ restart file)
- Hàm lượng TTLL ban đầu phân bố theo không gian (hoặc không đổi theo không
gian) do người dùng tạo ra
Điều kiện biên: Điều kiện biên cho mô hình vận chuyển TTLL gồm các biên mặt
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
37
nước, đáy và biên mở
Biên mặt nước: thông lượng qua mặt nước được cho giá trị bằng 0 (trừ trao đổi
nhiệt) :
0
z
ccw ss tại z=
Trao đổi trầm tích lơ lửng giữa cột nước và đáy được tính toán theo công thức của
Partheniades-Krone [53]:
ecrcwMSE ,, (37)
dcrcwbs ScwD ,, (38)
tz
zcc bb ,
2 (39)
Ở đây : E- dòng bùn cát do xói (kg/m2.s); M- tham số xói (do người dùng xác định)
(kg/m2.s); ecrcwS ,, - hàm xác định xói (erosion step function) :
ecrcw
ecrcwecr
cw
ecrcwS
,
,,,
,0
,1,
(40)
D- dòng bồi tích (kg/m2.s); sw : tốc độ lắng đọng trầm tích (m/s); cb-hàm lượng trầm
tích trung bình gần lớp biên đáy; dcrcwS ,, - hàm xác định bồi (deposition step
function):
dcrcw
dcrcwecr
cw
dcrcwS
,
,,,
,0
,1,
(41)
cw - ứng suất đáy lớn nhất do dòng chảy và sóng ; ec, - tiêu chuẩn ứng suất cho quá
trình xói (N/m2) ; dc, - tiêu chuẩn ứng suất cho quá trình bồi (N/m2).
Vận tốc lắng đọng trầm tích lơ lửng biến đổi mạnh theo thời gian và không gian.
Đây là yếu tố phụ thuộc vào hàm lượng TTLL, độ muối [69] và quá trình kết keo
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
38
(flocs) của các hạt TLLL. Nói chung tốc độ lắng đọng trầm tích tăng lên khi quá
trình kết keo diễn ra mạnh mẽ. Trong mô hình Delft3d, để mô phỏng sự ảnh hưởng
của độ muối đến tốc độ lắng đọng TTLL, thành phần vận tốc lắng đọng được chia
thành thành phần vận tốc lắng đọng trầm tích trong nước ngọt fsw , (độ muối bằng 0)
và lắng đọng trầm tích trong nước có độ muối lớn nhất max,sw :
maxmax,
maxmax
,
max
max,
0,
,
,)cos(12
cos12
SSw
SSS
Sw
S
Sw
w
s
fss
s
(42)
Trong đó: 0,sw : tốc độ lắng đọng trầm tích; max,sw : tốc độ lắng đọng trầm tích trong
trường hợp độ muối lớn nhất; fsw , : tốc độ lắng đọng trầm tích khi độ muối bằng 0 ;
S: độ muối ; Smax: độ muối lớn nhất
Hệ số khuyếch tán rối đối với trầm tích trong mô hình tương đương với hệ số
này đối với chất lỏng và được tính toán thông qua mô hình khép kín rối: fs .
Trong đó: s - hệ số xáo trộn thẳng đứng cho trầm tích; f - hệ số xáo trộn thẳng
đứng cho chất lỏng.
Điều kiện biên mở: tại các biên mở của mô hình vận chuyển TTLL trong mô
hình Delft3d, cần xác định giá trị hàm lượng TTLL. Các giá trị này có thể là hằng
số theo thời gian và độ sâu hoặc là các giá trị biến đổi theo thời gian và độ sâu trong
thời gian tính toán.
2.2.3. Thiết lập mô hình
Phạm vi miền tính của mô hình
Mô hình thuỷ động lực cho khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng sử dụng hệ
lưới cong trực giao. Phạm vi vùng tính của mô hình bao gồm các vùng nước của các
cửa sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình và phía ngoài các cửa
sông này mở rộng ra phía ngoài. Miền tính có kích thước khoảng 50 km theo chiều
đông bắc - tây nam và 51 km theo chiều tây bắc - đông nam, với diện tích mặt nước
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
39
khoảng 1500km2 được chia thành 293 x 455 điểm tính, kích thước các ô lưới biến
đổi từ 21.9 đến 320.9m (Hình 2. 8-a). Theo chiều thằng đứng, toàn bộ cột nước
được chia làm 7 lớp độ sâu theo hệ tọa độ . Lưới độ sâu được thiết lập trên cơ sở
lưới tính và bản độ địa hình của khu vực đã được số hóa (Hình 2. 8 -b).
Hình 2. 8. Lưới tính và lưới độ sâu của mô hình thủy động lực (a- lưới tính; b- lưới độ sâu)
Thời gian tính toán
Mô hình TĐL khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng được thiết lập và chạy với
thời gian là các mùa đặc trưng trong năm (mùa mưa và mùa khô) của các kịch bản
khác nhau. Trong đó hai kịch bản hiện trạng được thiết lập để hiệu chỉnh và kiểm
chứng mô hình gồm: mùa mưa (tháng 7-8-9 năm 2009); mùa khô (tháng 2- 3 năm
2009). Bước thời gian chạy của mô hình thủy động lực là 0,5 phút.
Các quá trình cơ bản được tính đến trong mô hình
Mô hình tính được lựa chọn kiểu liên kết đồng thời của các quá trình cơ bản
thủy động lực- sóng- vận chuyển TTLL (Hình 2. 7). Trong đó các yếu tố chính được
tính đến bao gồm: độ muối, nhiệt độ; ảnh hưởng của gió bề mặt; tương tác với sóng
(tính đồng thời kết hợp sóng-online coupling) và TTLL (tính đồng thời)
Điều kiện ban đầu của mô hình
Trong mô hình Delft3d, điều kiện ban đầu của mô hình có thể sử dụng từ kết
(a) (b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
40
quả tính toán của các lần chạy trước đó thông qua các restart file (Hình 2. 9, Hình 2.
10). Đối với trường hợp áp dụng cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng, điều kiện
ban đầu của các kịch bản hiện trạng là các kết quả tính toán từ 0h ngày 1 đến 23h
ngày 28 tháng 2 (mùa khô) và 0h ngày 1 đến 23h ngày 31 tháng 7 (mùa mưa).
Hình 2. 9. Ví dụ điều kiện ban đầu cho kịch bản tính mùa khô (a- mực nước; b- độ muối tầng mặt; c- nhiệt độ tầng mặt; d- hàm lượng TSS tầng mặt)
Điều kiện biên
Mô hình có các biên mở biển và biên sông: biên mở phía biển gồm các biên phía
nam cửa Thái Bình, phía đông nam và nam đảo Cát Bà và đông nam Tuần Châu
(Hình 2. 8 –a). Các biên sông bao gồm các mặt cắt tại sông Bạch Đằng: Phà Rừng;
sông Cấm (gần cầu Cầu Bính), Lạch Tray (gần Phấn Dũng); Văn Úc (gần đò Dương
Áo); sông Thái Bình (khu vực Trấn Dương).
(a) (b)
(c) (d)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
41
Hình 2. 10. Ví dụ điều kiện ban đầu cho kịch bản tính mùa mưa (a- mực nước; b- độ muối tầng mặt; c- nhiệt độ tầng mặt; d- hàm lượng TSS tầng mặt)
- Với các điều kiên biên biển, số liệu để cung cấp cho các biên mở này là kết
quả tính toán toán từ mô hình phía ngoài sau đó sử dụng phương pháp NESTHD để
tạo các file số liệu nhiệt độ, độ muối, mực nước tại các điểm biên. Đây là các số liệu
dạng chuỗi thời gian với tần suất 1h/lần.
- Đối với các biên sông, số liệu độ muối, nhiệt độ cho điều kiện biên là các đặc
trưng trung bình tháng. Lưu lượng nước sử dụng cho các điều kiện biên sông ở khu
vực nghiên cứu là các chuỗi số liệu được tính toán từ số liệu đo với tần suất 1h/lần
(Hình 2. 5). Hàm lượng TTLL cho các biên sông tại sông Cấm và Văn Úc sử dụng
chuỗi số liệu đo trung bình ngày (Hình 2. 11), các sông còn lại sử dụng các đặc trưng
trung bình: 0.05kg/m3 vào mùa khô và 0.08kg/m3 vào mùa mưa.
(a) (b)
(c) (d)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
42
Điều kiện khí tượng
Trong nghiên cứu này, chỉ xét tới ảnh hưởng của gió, các yếu tố khí tượng khác
như độ ẩm, lượng mưa, bức xạ, nhiệt độ không khí không tính đến trong mô hình.
Số liệu gió đưa vào mô hình tính là các số liệu quan trắc tại Hòn Dáu trong tháng 2-
3 và tháng 7-8-9 năm 2009 với tần suất 6h/lần (Hình 2. 2).
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
thời gian (ngày)
Tss
kg/
m3 )
tháng 8 tháng 3
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
thời gian (ngày)
Tss
kg/
m3 )
tháng 8 tháng 3
Hình 2. 11. Hàm lượng TTLL tại biên sông Cấm và Văn Úc (a – sông Cấm; b- sông văn Úc)
Các tham số tính toán khác của mô hình
- Tham số nhám đáy (bottom roughness) trong nghiên cứu này lựa chọn sử
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
43
dụng các hệ số Manning (n) biến đổi theo không gian với giá trị 0.018-0.023 m-1/3s
(Hình 2. 12). Các hệ số manning lớn hơn ở điều kiện trầm tích đáy là vật liệu thô và
nhỏ hơn ở điều kiện trầm tích đáy là hạt mịn. Căn cứ để tính toán các hệ số này dựa
vào bản đồ phân bố trầm tích tầng mặt và Tài liệu hướng dẫn lựa chọn các hệ số
Manning [24, 56].
Hình 2. 12. Hệ số Manning (m-1/3s) cho các điểm trong miền tính của mô hình
- Các giá trị liên quan đến điều kiện rối có thể được xác định do người dùng
như là một hằng số, hoặc tham số biến đổi theo không gian hoặc tính toán với cách
tiếp cận HLES (mô phỏng xoáy lớn bình lưu - Horizontal Large Eddy Simulation).
Mô hình HLES gần đây đã được tích hợp trong hệ thống mô hình Delft3d theo lý
thuyết của Uittenbogaard [61] và được thảo luận trong nghiên cứu của Van Vossen
[64]. Trong nghiên cứu này, hệ số khuyếch tán rối và nhớt rối nền theo phương
ngang được lựa chọn là 10m2/s. Các hệ số này theo phương thẳng đứng là 10-5m2/s.
Mô hình khép kín rối 2 chiều là mô hình HLES trong Delft3d. Mô hình khép kín rối
3 chiều trong nghiên cứu này là mô hình k-є.
Tham số tính toán của mô hình trầm tích lơ lửng
- Vận tốc lắng đọng của TTLL được chọn là 0.1mm/s. Đây là giá trị vận tốc
lắng đọng trong nước ngọt ( fsw , ). Trong quá trình tính toán, vận tốc lắng đọng sw sẽ
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
44
tính đến cả những ảnh hưởng do độ mặn như trong phương trình 42.
- Tiêu chuẩn ứng suất cho quá trình xói của trầm tích ( ec, ) biến đổi trong
khoảng từ 0.1-1.0 N/m2 [65]). Trong nghiên cứu này sau các lần hiệu chỉnh, tiêu
chuẩn xói được lựa chọn là 0.25 N/m2.
- Tiêu chuẩn ứng suất cho quá trình bồi lắng của trầm tích ( dc, ) biến đổi trong
khoảng từ 0.005-0.25 N/m2 [65]). Trong nghiên cứu này sau các lần hiệu chỉnh, tiêu
chuẩn xói được lựa chọn là 0.1N/m2.
- Tốc độ xói trong tự nhiên đo đạc được biến đổi trong khoảng 10-5-10-3kg/m2s.
Với tỷ trọng bùn cát đáy là 2650kg/m3, tỷ trọng trầm tích lơ lửng gần lớp biên đáy
là 500kg/m3, tốc độ xói ban đầu được giả thiết là 10-3 kg/m2.s.
Mô hình sóng
Mô hình sóng trong nghiên cứu này được thiết lập chạy đồng thời (online
coupling) với mô hình thủy động lực và mô hình vận chuyển trầm tích lơ lửng. Tại
mỗi thời điểm tính toán (1h), mô hình sóng sẽ sử dụng lưới tính, trường gió, các kết
quả tính độ sâu, mực nước, dòng chảy của mô hình thủy động lực.
- điều kiện biên mở của mô hình sóng sử dụng kết quả quan trắc sóng theo thời
gian tại Bạch Long Vỹ trong năm 2009.
- Kiểu ma sát đáy trong mô hình sóng ở nghiên cứu này được lựa chọn là phổ
JONSWAP với hệ số ma sát đáy có giá trị 0.067 [34]. Mô hình B&J ([25] được lựa
chọn để tính ảnh hưởng của nước nông nơi diễn ra quá trình sóng đổ [34]. Các quá
trình và tham số cơ bản khác của mô hình sóng được tóm tắt trong Bảng 2. 1
2.2.4. Hiệu chỉnh và kiểm chứng kết quả của mô hình
Cơ sở số liệu để hiệu chỉnh mô hình
- Số liệu mực nước đo đạc với tần suất 1h/lần do Trung tâm khí tượng thủy văn
quốc gia thực hiện tại trạm Hải văn Hòn Dáu trong năm 2009.
- Số liệu đo đạc dòng chảy (được đo 2 tầng) và hàm lượng TTLL (lấy mẫu 2
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
45
tầng) tại vùng cửa Nam Triệu và phía ngoài khu vực Đồ Sơn vào mùa khô từ 18/3-
19/3/2009 mùa mưa từ 30/8-02/9/2009 (điểm B2, Hình 2. 13) của các đề tài liên
quan [1, 8].
Hình 2. 13. Vị trí các điểm hiệu chỉnh và trích xuất kết quả tính của mô hình
Đối với kết quả tính toán DĐMN của mô hình, sau lần hiệu chỉnh cuối kết quả
so sánh cho thấy đã có sự phù hợp cả về pha và biên độ giữa số liệu quan trắc và
tính toán (Hình 2. 14). Tính toán hệ số tương quan giữa mực nước quan trắc và tính
toán trong mùa khô và mùa mưa lần lượt là 0.96 và 0.98. Sai số bình phương trung
bình tương ứng lần lượt là 0.22m và 0.20m.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
46
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
mự
c nướ
c (m
)
quan trắcmô hình
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
mự
c nướ
c (
m)
quan trắcmô hình
Hình 2. 14. So sánh số liệu đo đạc mực nước và tính toán từ mô hình tại Hòn Dáu (a- mùa khô, 04/3-23/3/2009; b- mùa mưa, 04/8-23/8/2009)
Các giá trị quan trắc dòng chảy được phân tích thành các thành phần kinh
hướng (u) và vĩ hướng (v) trước khi so sánh với các kết quả tính toán từ mô hình.
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
47
Sau lần hiệu chỉnh cuối cùng, các kết quả so sánh cho thấy giữa quan trắc và tính
toán dòng chảy ở khu vực này có sự phù hợp (Hình 2. 15 và Hình 2. 16).
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
thời gian (giờ)
thà
nh
phầ
n vậ
n tố
c V
(m/s
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
mự
c nướ
c (
m)
quan trắc- tầng đáy mô hình-tầng mặtmô hình - tầng 2 mô hình - tầng 3mô hình - tầng 4 mô hình - tầng 5 mô hình - tầng 6 mô hình - tầng đáymực nước
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
thời gian (giờ)
thà
nh
phầ
n vậ
n tố
c V
(m/s
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
mự
c nướ
c (
m)
quan trắc- tầng đáy mô hình-tầng mặtmô hình - tầng 2 mô hình - tầng 3mô hình - tầng 4 mô hình - tầng 5 mô hình - tầng 6 mô hình - tầng đáymực nước
Hình 2. 15. So sánh kết quả quan trắc dòng chảy và tính toán từ mô hình tại trạm B2 (18/3-19/3/2009; a- thành phần vận tốc U; b- thành phần vận tốc V)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
48
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
thời gian (giờ)
thà
nh
phầ
n vậ
n tố
c U
(m/s
)
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
mự
c nướ
c (
m)
quan trắc- tầng đáy mô hình-tầng mặtmô hình - tầng 2 mô hình - tầng 3mô hình - tầng 4 mô hình - tầng 5 mô hình - tầng 6 mô hình - tầng đáymực nước
-0.9
-0.7
-0.5
-0.3
-0.1
0.1
0.3
0.5
0.7
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
thời gian (giờ)
thà
nh
phầ
n vậ
n tố
c V
(m/s
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
mự
c nướ
c (
m)
quan trắc- tầng đáy mô hình-tầng mặt mô hình - tầng 2
mô hình - tầng 3 mô hình - tầng 4 mô hình - tầng 5
mô hình - tầng 6 mô hình - tầng đáy mực nước
Hình 2. 16. So sánh kết quả quan trắc dòng chảy và tính toán từ mô hình tại trạm Do Son (31/8-02/9/2009; a- thành phần vận tốc U; b- thành phần vận tốc V)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
49
Kết quả so sánh tính toán hàm lượng TTLL từ mô hình với số liệu quan trắc
(Hình 2. 17) cho thấy mặc dù còn chưa thực sự trùng khít giữa hai chuỗi số liệu trên
nhưng ở đây cũng có sự phù hợp nhất định giữa hàm lượng TTLL tính toán và quan
trắc cũng như sự phù hợp của các chuỗi số liệu này với biến đổi của mực nước trong
thời gian phân tích.
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
thời gian (giờ)
TSS
(kg
/m3 )
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
mự
c nước
(m
)
mô hình-mặt mô hình-tầng 2 mô hình-tầng 3 mô hình-tầng 4
mô hình-tầng 5 mô hình-tầng 6 mô hình-tầng đáy Quan trắc-mặt
quan trắc-đáy mực nước
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
thời gian (giờ)
TSS (kg/m
3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
mô hình-mặt mô hình-tầng 2 mô hình-tầng 3mô hình-tầng 4 mô hình-tầng 5 mô hình-tầng 6mô hình-tầng đáy Quan trắc-mặt quan trắc-đáymực nước
Hình 2. 17. So sánh kết quả quan trắc hàm lượng TTLL và tính toán từ mô hình
(a- tại trạm B2, 18/3-19/3/2009; a- tại trạm Do Son 31/8-02/9/2009)
(b)
(a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
50
Bảng 2. 1. Tóm tắt các thông số của mô hình cho hiện tại (kịch bản 1-2)
Module Thông số Giá trị
Số điểm tính M=293, N=455
x, y 21.9-320.9m
Số tầng 7(hệ tọa độ 13-15%/ lớp) Bước thời gian 30 giây Ngưỡng giữa khô và ướt (dry/wet) 0.1 m Hệ số nhám Manning Biến đổi theo không gian Hệ số nhớt theo phương ngang 10.0m2/s Hệ số khuyếch tán theo phương ngang 10.0m2/s Hệ số nhớt theo phương đứng 1.0 x 10-5m2/s Hệ số khuyếch tán theo phương đứng 1.0 x 10-5m2/s Mô hình rối 2 chiều HLES Mô hình khép kín rối 3 chiều k-e turbulence closure Sơ đồ bình lưu Cyclic method
Thủy động lực
chuẩn hóa hệ tọa độ On
Hdy(ngưỡng khô và ướt) 0.1 Kiểu ma sát đáy JONSWAP Liên kết với mô hình thủy động lực Use and don’t extend Đô sâu gây ra sóng đổ (mô hình B&J) Bettjes & Janssen (1978) Hệ số Alfa 1.0 Hệ só Gamma 0.73
Sóng
Kích hoạt các quá trình Wind growth, whitecapping
Tỷ trọng trầm tích đáy 2650kg/m3 Tỷ trọng trầm tích lơ lửng sát đáy 500kg/m3
Tốc độ lắng đọng trầm tích fsw , 0.1mm/s
Tiêu chuẩn ứng suất xói ec, 0.25N/m2
Tiêu chuẩn ứng suất bồi dc, 0.1N/m2
Vận chuyển TTLL
Tốc độ xói M 10-3 kg/m2s
2.2.5. Các kịch bản tính toán
Để đánh giá đặc điểm vận chuyển TTLL cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng,
các kịch bản tính toán khác nhau đã được thiết lập (Bảng 2. 2). Các nhóm kịch bản
tính toán bao gồm:
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
51
- Các kịch bản hiện trạng với điều kiện thực của tháng 2-3 và tháng 7-8-9 năm
2009, có tính đến tất cả các yếu tố như thủy triều, sóng, gió, nhiệt, muối và ảnh
hưởng của sông.
- Kịch bản đánh giá ảnh hưởng do thủy triều: thiết lập như các kịch bản hiện
trạng nhưng không có DĐMN.
Bảng 2. 2. Các kịch bản tính toán khác nhau của mô hình
Yếu tố Kịch bản mùa
Sông thủy triều gió sóng
Ghi chú
1 khô + + + +
2 mưa + + + + Kịch bản hiện trạng
3 khô + x + +
4 mưa + x + +
Ảnh hưởng của thủy
triều
5 khô + + x x
6 mưa + + x x
7-9 khô + + +* x
10-12 mưa + + +* x
Ảnh hưởng của gió
13 khô + x +* +
14 mưa + x +* +
Ảnh hưởng của sóng
và gió
Ghi chú: +*: gió hướng NE, E và SE với vận tốc gió trung bình 4.5m/s
- Kịch bản đánh giá ảnh hưởng của gió, 2 nhóm kịch bản: thiết lập như các kịch
bản hiện trạng nhưng không có gió-sóng, thiết lập như các kịch bản hiện trạng với
gió vận tốc trung bình và hướng không đổi (NE, E, SE).
- Kịch bản đánh giá ảnh hưởng của gió kết hợp với sóng: thiết lập như các kịch
bản hiện trạng với điều kiện sóng và gió trung bình và hướng không đổi (NE, E,
SE).
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
52
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3. 1. Thủy động lực
Điều kiện thủy động lực ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu tác động
tổng hợp của các yếu tố như dao động mực nước, trường gió, sóng và các khối nước
sông đưa ra. Trong các yếu tố trên, những biến động của trường gió và tải lượng
nước sông đã gây ra sự biến đổi của trường dòng chảy theo mùa.
3.1.1. Biến động theo không gian
Mùa khô
Dòng chảy tổng hợp vào mùa khô ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng biến
động mạnh theo pha dao động của mực nước triều. Trong pha triều lên, trường dòng
chảy có hướng từ biển vào phía trong các sông. Ở phía ngoài, hướng dòng chảy chủ
yếu là đông nam- tây bắc (Hình 3. 1). Trong pha triều này, các khối nước đi từ phía
vịnh Hạ Long vào vùng ven bờ phía tây đảo Cát Bà. Vận tốc dòng chảy ở khu vực
nghiên cứu trong pha triều này phổ biến trong khoảng 0-2-0.5m/s. Một số khu vực
có vận tốc dòng chảy lớn hơn (0.7-1.0m/s) như ở cửa Lạch Huyện, phía trong cửa
Nam Triệu, sông Bạch Đằng và Cấm (Hình 3. 1).
Trong pha triều xuống, do có sự kết hợp với các khối nước sông nên vận tốc
dòng chảy lớn hơn (đặc biệt là các lớp nước trên mặt) so với pha triều lên. Vận tốc
dòng chảy ở pha triều này phổ biến dao động trong khoảng 0.3-0.7m/s (Hình 3. 2).
Hướng dòng chảy trong pha triều này chủ yếu định hướng theo hướng từ bờ ra phía
ngoài (tây bắc- đông nam)
Ở thời kỳ nước lớn, vận tốc dòng chảy khá nhỏ (đặc biệt là phía ngoài các cửa
sông), sự ảnh hưởng của khối nước sông vào thời điểm này rất hạn chế nên khối
nước biển xâm nhập sâu hơn vào phía trong các cửa sông. Đáng chú ý là thời điểm
nước lớn, vẫn xuất hiện dòng chảy ở phía trong các cửa sông với vận tốc khoảng
0.1-0.3m/s trong khi phía ngoài biển vận tốc dòng chảy rất nhỏ (Hình A. 1, Phụ lục
A). Trường dòng chảy chỉ đạt giá trị nhỏ nhất sau thời điểm nước lớn khoảng 1-2h.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
53
Trong thời điểm nước ròng của mùa khô, trường dòng chảy khu vực ven biển
Hải Phòng có vận tốc khá nhỏ và phân tán mạnh về vận tốc và hướng chảy. Cũng
do tải lượng nước của các sông nhỏ nên thời gian dừng chảy vào thời điểm nước
ròng ngắn hơn, trường dòng chảy nhanh chóng chuyển trạng thái từ dừng chảy
thành chảy lên (Hình A. 2, Phụ lục A).
Sự biến động của trường dòng chảy ở khu vực nghiên cứu trong mùa khô theo
độ sâu là không lớn, sự phân tầng dòng chảy xảy ra rõ rệt hơn ở các pha triều lên và
triều xuống (Hình 3. 1 và Hình 3. 2). Trong khi đó vào các thời điểm nước lớn hoặc
nước ròng, chênh lệch dòng chảy giữa các tầng là khá nhỏ (Hình A. 1, Hình A2).
Trong những ngày triều kém của mùa khô, xu hướng biến động của trường
dòng chảy tổng hợp ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng cũng tương tự như trong
những ngày triều cường nhưng giá trị vận tốc dòng chảy cực đại nhỏ hơn nhiều so
với những ngày triều cường (Hình A. 3, Hình A. 4, Phụ lục A). Trường dòng chảy
trong những ngày triều kém phân bố đều hơn, ít xuất hiện những khu vực có vận tốc
quá lớn so với khu vực khác.
Do độ sâu nhỏ lên sự phân tầng về giá trị vận tốc và hướng dòng chảy không
lớn. Vận tốc dòng chảy theo cáo tầng khác nhau khá đồng nhất ở vùng phía trong
gần các cửa sông và có chênh lệch tương đối lớn ở các vùng nước sâu phía ngoài.
Hướng dòng chảy theo độ sâu ít thay đổi trong pha triều lên hoặc xuống nhưng phân
hóa mạnh ở các thời điểm quanh khoảng thời gian mực nước đạt cực trị.
Mùa mưa
Vào mùa mưa, mặc dù lưu lượng nước sông đưa ra lớn hơn mùa khô lớn, nhưng
do ảnh hưởng của trường gió nên dòng chảy từ biển hướng vào phía các cửa sông
vận có giá trị khá lớn. Trong pha triều này, hướng dòng chảy chủ yếu là đông nam-
tây bắc với giá trị vận tốc biến đổi từ 0,2-0,7m/s. Một số khu vực có vận tốc dừng
chảy lớn hơn như Lạch Huyện cửa Nam Triệu và cửa Bạch Đằng, Cấm (Hình 3. 3).
So với mùa khô, sự kết hợp giữa dòng chảy sông và dòng triều được thể hiện rõ
nét vào pha triều xuống tạo ra dòng chảy tổng hợp với vận tốc khá lớn so với các
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
54
pha triều khác. Hướng dòng chảy trong trường hợp này định hướng theo hướng của
các các của sông ra phía biển, và chủ yếu là hướng đông nam và nam. Giá trị vận
tốc dòng chảy biến đổi trong khoảng từ 0,4-1.0m/s. Một số nơi do lòng dẫn hẹp như
khu vực cửa Lạch Huyện, cửa Nam Triệu vận tốc dòng chảy tầng mặt có thể đạt đến
giá trị trên 1,0m/s (Hình 3. 4).
Vào thời điểm nước lớn của mùa mưa, cũng tương tự như trong mùa khô vẫn
thấy xuất hiện dòng chảy hướng vào sâu các sông với giá trị vận tốc khoảng 0.1-
0.4m/s trong khi ở các khu vực phía ngoài có dòng chảy khá nhỏ (Hình A. 5). Sau
thời điểm nước lớn khoảng 1-2 giờ, giá trị vận tốc dòng chảy nhỏ nhất và đổi hướng
chảy xuống. Trường dòng chảy cuối pha triều lên tăng từ phía ngoài vào trong các
cửa sông, trong khi đầu pha triều xuống lại có xu hướng giảm dần từ phía trong các
cửa sông ra phía ngoài biển.
Ở thời điểm nước ròng, khối nước từ sông có điều kiện phát triển mạnh mẽ ra
phía biển, nhưng do địa hình khu vực bị phân hóa mạnh khi mực nước xuống thấp
nên trường dòng chảy vào mùa mưa ở thời điểm nước dòng khá phân tán cả về
hướng và các giá trị vận tốc. Một số khu vực vẫn có vận tốc dòng chảy lớn như phía
trong các sông, khu vực cửa nam Triệu, Lạch Huyện (Hình A. 6, Phụ lục A)
Trong những ngày triều kém của mùa mưa, biến động của trường dòng chảy
tổng hợp theo các pha dao động mực nước cũng tương tự như trong những ngày
triều cường nhưng giá trị vận tốc dòng chảy cực đại ở khu vực phía trong các cửa
sông thường có giá trị nhỏ hơn nhiều (30-60%) so với những ngày triều cường.
Cũng tương tự như trong mùa khô, phân bố theo không gian của trường dòng chảy
vào những ngày triều kém trở lên đồng nhất hơn, chênh lệch giá trị vận tốc ở một số
khu vực có giá trị cục bộ lớn so với nhưng khu vực còn lại nhỏ hơn so với những
ngày triều cường. Vào pha triều lên trường dòng chảy hướng vào các cửa sông có
giá trị rất nhỏ (dưới 0.2m/s) so với thời điểm đó trong ngày triều cường (Hình A. 7).
Trong khi đó vào thời điểm nước lớn của ngày triều kém, dòng chảy hướng ra phía
ngoài vẫn có giá trị khá lớn (khoảng 0.1-0.3m/s) ở phía ngoài biển (Hình A. 8).
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
55
Hình 3. 1. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa khô
(Đơn vị: m/s. Trong kỳ triều cường-18h, 19/3/2009; H=2.1m; a- tầng mặt; b- tầng đáy)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
56
Hình 3. 2. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa khô (Đơn vị: m/s. Trong kỳ triều cường-7h, 20/3/2009; H=1.3m; a- tầng mặt; b- tầng đáy)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
57
Hình 3. 3. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa mưa (Đơn vị: m/s. Trong kỳ triều cường-12h, 19/8/2009; H=2.5m; a- tầng mặt; b- tầng đáy)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
58
Hình 3. 4. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa mưa (Đơn vị: m/s. Trong kỳ triều cường-23h, 19/8/2009; H=1.6m; a- tầng mặt; b- tầng đáy)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
59
Sự phân tầng của các trường dòng chảy theo pha dao động của mực nước trong
mùa mưa ở khu vực nghiên cứu thể hiện rõ rệt hơn so với mùa khô. Trong mùa
mưa, sự phân tầng của dòng chảy (dù không lớn) không chỉ thể hiện rõ rệt ở các
thời điểm triều lên, triều xuống (Hình 3. 3, Hình 3. 4) mà cả trong các trường hợp
mực nước đạt giá trị cực trị (Hình A. 5, Hình A. 6, Phụ lục A). Sự phân tầng cũng
tăng dần từ vùng cửa sông ra khu vùng biển phía ngoài nơi có độ sâu lớn hơn.
3.1.2. Biến động theo thời gian
Để đánh giá biến động theo thời gian của giá trị vận tốc dòng chảy ở khu vực
nghiên cứu, kết quả tính toán của mô hình tại một số điểm đã được phân tích đánh
giá trong tương quan với DĐMN. Các khu vực đó bao gồm khu vực cửa Nam Triệu,
tây nam Cát Hải, phía ngoài cửa Lạch Huyện, phía tây nam đảo Cát Bà và phía
ngoài vùng biển Đồ Sơn (Hình 2. 13)
Các kết quả phân tích cho thấy biến động của giá trị vận tốc dòng chảy ở các
khu vực khác nhau trong vùng nghiên cứu đều phụ thuộc chặt chẽ vào DĐMN triều.
Trong một chu kỳ triều thường xuất hiện bốn cực trị vận tốc dòng chảy: hai cực đại
và hai cực tiểu. Cực đại dòng chảy xuất hiện trong nửa cuối của pha triều lên lớn
hơn cực trị dòng chảy ở nửa cuối pha triều xuống. Độ lớn dòng chảy và chênh lệch
giữa các tầng ở khu vực này cũng thường có giá trị lớn hơn ở những ngày triều
cường và nhỏ hơn vào những ngày triều kém (xem các Hình 3. 5 đến Hình 3. 12).
Tuy nhiên sự biến động theo thời gian của dòng chảy ở mỗi khu vực lại có những
đặc trưng riêng:
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
60
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 5. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Tại khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1, Hình 2. 13) do lòng dẫn khá hẹp
nên vận tốc dòng chảy khá lớn. Trong mùa khô, tại một số thời điểm vận tốc dòng
chảy có thể đạt giá trị 1m/s và phổ biến trong khoảng 0.4-0.8m/s; vào những ngày
triều kém vận tốc dòng chảy ở đây không vượi quá 0.65m/s (Hình 3. 5). Vào mùa
mưa vận tốc dòng chảy có giá trị lớn hơn mùa khô và thường dao động trong
khoảng 0.4-0.9m/s và dưới 0.5m/s vào những ngày triều kém. Ở khu vực này, sự
(b)
(a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
61
phân tầng giá trị vận tốc dòng chảy giữa tầng mặt và đáy trong mùa khô phổ biến
dưới 0.2m/s nhưng vào mùa mưa (đặc biệt là những ngày triều cường) sự chênh
lệch này thường lớn hơn 0.3m/s. Khoảng thời gian vận tốc dòng chảy lớn và nhỏ
vào mùa khô ở khu vực này khá cân bằng nhưng trong mùa mưa thời gian dòng
chảy có vận tốc lớn vào kỳ triều xuống khá dài (đến gần thời điểm nước dòng), đây
là kết quả thể hiện ảnh hưởng của các khối nước sông vào mùa mưa ở khu vực này
(Hình 3. 5-b).
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 6. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
(b)
(a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
62
- Tại khu vực phía ngoài cửa Nam Triệu (phía tây Cát Hải, H2, Hình 3. 6), biến
đổi của vận tốc dòng chảy theo thời gian cũng có những diễn biến tương tự như khu
vực phía trong cửa Nam Triệu. Tuy nhiên vận tốc dòng chảy cả trong mùa khô và
mùa mưa ở khu vực này đều lớn hơn so với so với khu vực gần cửa sông. Thời gian
dòng chảy có vận tốc lớn trong pha triều xuống vào mùa mưa vẫn lớn hơn so với
thời gian đó của pha triều lên nhưng không quá lệch như ở khu vực phía trong cửa
Nam Triệu (Hình 3. 6). Vận tốc dòng chảy cực đại trong pha triều xuống ở khu vực
này cả trong mùa mưa và khô đều lớn hơn nhiều so với dòng chảy cực đại trong pha
triều lên: khoảng 0.1-0.3m/s (mùa khô) và 0-0.1-0.5m/s (mùa mưa).
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 7. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây nam đảo Cát Hải (H3) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
63
- Ở khu vực tây nam đảo Cát Hải (H3, Hình 3. 7), biến đổi của vận tốc dòng
chảy theo thời gian cũng như tại các vị trí trước đã xét. Vào mùa khô vận tốc dòng
chảy ở đây thường có giá trị thấp hơn so với khu vực phía tây đảo Cát Hải và biến
động chủ yếu trong khoảng 0.4-0.7m/s (Hình 3. 7-a). Vào mùa mưa biến động dòng
chảy theo thời gian ở khu vực này cũng giống như phía trong của Nam Triệu và tây
đảo Cát Hải nhưng vận tốc dòng chảy cực đại trong những ngày triều cường vào
pha triều xuống nhỏ hơn phía trong của Nam Triệu. Dòng chảy cực đại trong pha
triều xuống có thể lên tới trên 0.7-0.8m/s, trong khi cực đại dòng chảy trong pha
triều lên chỉ đạt 0.3-0.5m/s (Hình 3. 7-b).
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0mự
c nướ
c (m
)tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 8. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía nam đảo Cát Hải (H4) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
64
- Tại khu vực ven bờ phía nam đảo Cát Hải (H4, Hình 3. 8), mặc dù có phần
giống xu hướng biến động của dòng chảy theo thời gian ở các khu vực đã xét trước
đó nhưng vận tốc dòng chảy cực đại ở khu vực này vào mùa khô thường nhỏ hơn ở
khu vực tây nam sát bờ Cát Hải với giá trị phổ biển 0.2-0.4m/s. Tuy nhiên vào mùa
mưa ở khu vực này, vận tốc dòng chảy cực đại thường có giá trị khá lớn (đặc biệt là
vào các ngày triều cường) với giá trị khoảng 0.8-1.0m/s. Vận tốc dòng chảy cực đại
trong pha triều lên cũng chỉ đạt giá trị 0.2-0.5m/s (Hình 3. 8).
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 9. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (H5) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
65
- Ở khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (điểm H5, Hình 3. 9) là nơi chịu ảnh
hưởng yếu của các khối nước sông đưa nhưng biến động vấn tốc dòng chảy theo
thời gian cả trong mùa khô và mùa mưa đều không có sự khác biệt so với những
điểm đã xét trước đó. Vận tốc dòng chảy cực đại ở khu vực này vào mùa khô phổ
biến dao động trong khoảng 0.5-0.8m/s. Trong khi giá trị đó vào mùa mưa lên tới
0.8-1.2m/s (Hình 3. 9).Các cực đại dòng chảy trong pha triều lên khá nhỏ (0.3-
0.5m/s).
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 10. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây nam Cát Bà (H6) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
66
- Tại khu vực ven bờ phía tây nam đảo Cát Bà (H6), biến động vận tốc dòng
chảy trong mùa khô phổ biến dao động trong khoảng 0.4-0.6m/s và dòng chảy cực
đại trong pha triều xuống thường có giá trị lớn hơn cực đại trong pha triều lên
khoảng 0.2m/s. Vào mùa mưa, vận tốc dòng chảy cực đại ở khu vực này cũng có
giá trị khá lớn và biến đổi từ 0.6-1.0m/s, trong đó dòng chảy vào pha triều xuống
thường có giá trị lớn hơn 0.6m/s (vào những ngày triều cường) và dòng chảy cực
đại trong pha triều lên chỉ đạt đạt giá trị nhỏ hơn 0.5m/s. Điều đó thể hiện sự ảnh
hưởng của các khối nước sông đến khu vực này vào những ngày triều cường của
mùa mưa (Hình 3. 10).
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận
tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0mự
c nướ
c (m
)tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 11. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía nam Cát Hải (H7) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
67
- Tại vùng nước giữa Đồ Sơn - Cát Hải, Cát Bà (điểm H7), biến động của vận
tốc dòng chảy theo thời gian vẫn thể hiện những ảnh hưởng của các khối nước sông
qua cửa Nam Triệu và cửa Lạch Tray. Trong mùa khô do ảnh hưởng của các khối
nước sông đưa ra tới vùng này yếu nên vận tốc dòng chảy cực đại trong pha triều
lên và triều xuống khá cân bằng và biến đổi chủ yếu trong khoảng 0.2-0.4m/s. Tuy
nhiên vào mùa mưa, vận tốc dòng chảy cực đại ở khu vực này vào pha triều xuống
có thể lên tới 0.6-0.9m/s và chênh lệch khá lớn so với dòng chảy cực đại trong pha
triều lên (khoảng 0.3-0.4m/s). Cũng ở khu vực này, sự phân tầng giá trị vận tốc
dòng chảy khá mạnh (chênh lệch giữa vận tốc tầng mặt và tầng đáy có thể lên tới
0.7-0.8m/s vào những ngày triều cường) đặc biệt là vào mùa mưa (Hình 3. 11-b).
0.0
0.1
0.2
0.3
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận tốc
(m
/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 12. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực ven bờ Đồ Sơn (H8) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
(b)
(a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
68
- Tại khu vực ven bờ Đồ Sơn (điểm H8), biến động vận tốc dòng chảy theo thời
gian trong mùa mưa và mùa khô có xu hướng tương tự như ở khu vực giữa nhưng
do địa hình khá nông nên vận tốc dòng chảy cực đại ở khu vực này cả trong mùa
mưa và mùa khô đều khá nhỏ so với các khu vực khác. Vận tốc dòng chảy cực đại
trong mùa khô chỉ dao động trong khoảng 0.15-0.2m/s và khoảng 0.2-0.35m/s trong
mùa mưa (Hình 3. 12).
Nhận xét biến động dòng chảy theo thời gian:
- Biến động theo thời gian của vận tốc dòng chảy vùng ven biển Hải Phòng phụ
thuộc khá chặt chẽ vào thủy triều. Dòng chảy thường có giá trị lớn và biến động
mạnh vào những ngày triều cường. Độ lớn dòng chảy cực đại trong pha triều xuống
thường lớn hơn trong pha triều lên. Vận tốc dòng chảy cực tiểu xuất hiện sau thời
điểm mực nước đạt cực trị khoảng 1-2 giờ, trong đó cực tiểu dòng chảy ở thời kỳ
nước lớn thường nhỏ hơn cực tiểu dòng chảy vào thời kỳ nước ròng.
- Sự phân tầng về giá trị vận tốc dòng chảy tăng dần từ khu vực cửa sông (nơi có độ
sâu nhỏ) ra khu vực phía ngoài. Ở mỗi vị trí, sự phân tầng diễn ra mạnh mẽ hơn vào
những ngày triều cường và các thời điểm triều lên hoặc triều xuống.
- Vào mùa mưa, chênh lệch độ lớn dòng chảy cực đại giữa pha triều xuống và pha
triều lên thường có giá trị lớn hơn sự chênh lệch đó trong mùa khô. Vận tốc dòng
chảy cực đại trong mùa mưa cũng thường có giá trị lớn hơn vận tốc dòng chảy cực
đại trong mùa khô. Số giờ dòng chảy có giá trị vận tốc lớn trong mưa cũng lớn hơn
so với mùa khô.
- Khoảng thời gian (số giờ) vận tốc dòng chảy có giá trị lớn ở các vị trí gần cửa
sông khá lớn (đỉnh cực trị có dạng tù) so với khoảng thời gian vận tốc dòng chảy có
giá trị nhỏ (chân cực trị có dạng nhọn). Trong khi đó tại các khu vực phía ngoài thời
gian dòng chảy có giá trị nhỏ và giá trị lớn tương đối cân bằng.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
69
3. 2. Vận chuyển trầm tích lơ lửng
3.2.1. Theo không gian
Mùa khô
Đặc điểm vận chuyển và lan truyền của TTLL có liên quan chặt chẽ đến chế độ
thủy động lực và nguồn cung cấp trầm tích. Vào mùa khô hàm lượng TTLL của các
sông Hải Phòng thường có giá trị không lớn hơn 0.12kg/m3. Tuy nhiên giữa các
sông khác nhau cũng có sự phân tán lớn, một số sông có hàm lượng trầm tích cao
hơn các sông còn lại như sông Cấm và Văn Úc. Cũng trong mùa khô, do tải lượng
nước từ sông đưa ra khá nhỏ nên phạm vi phát tán của TTLL ra vùng biển phía
ngoài cũng rất hạn chế.
Trong pha triều lên trường dòng chảy có hướng từ phía biển vào các cửa sông
vì vậy vùng có hàm lượng TTLL cao bị đẩy dần về phía lục địa. Ảnh hưởng của
vùng nước có hàm lượng TTLL cao (khoảng 0.07kg/m3) chỉ ở sát phía ngoài cửa
Lạch Tray và phía trong cửa Nam Triệu (Hình 3. 13- a,b). Các khu vực khác hàm
lượng TTLL có giá trị khá nhỏ.
Trong pha triều xuống, các khối nước từ sông hướng ra biển có điều kiện phát
triển mạnh hơn nên dòng TTLL phát triển ra phía biển nhiều hơn. Tuy nhiên do lưu
lưu lượng nước trong mùa khô khá nhỏ nên sự chênh lệch phạm vi của vùng nước
có hàm lượng TTLL cao trong pha triều lên và triều xuống vào mùa khô là không
lớn (Hình 3. 13- c, d). Đáng chú ý là hàm lượng TTLL trong pha triều xuống có giá
trị khá nhỏ so với pha triều lên, có thể do TTLL trong pha triều lên chủ yếu là do
xói đáy dưới tác dụng của dòng triều chứ không phải do từ sông đưa ra.
Sự xâm nhập của các khối nước biển mạnh nhất vào thời điểm nước lớn. Trong
pha triều này, diễn biến lan truyền của TTLL tiếp tục xu hướng của pha triều lên,
đẩy các khối nước sông vào sát phía lục địa. Sự phát tán tán của TTLL từ các sông
ra vùng ven biển bị hạn chế nhất và chỉ còn thấy xuất hiện phía sâu trong các sông
(Hình 3. 13-e, f).
Trong thời điểm nước ròng, các khối nước sông cũng như dòng TTLL từ lục
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
70
địa có điều kiện phát triển mạnh nhất ra phía ngoài, đặc biệt là phía cửa Nam Triệu,
cửa Lạch Tray (Hình 3. 13- g,h) và ven bờ phía tây nam đảo Cát Hải. Tuy nhiên,
lưu lượng nước sông trong mùa khô hạn chế nên phạm vi phát tán của TTLL cũng
chỉ dừng lại ở khu vực phía tây Cát Hải. Hàm lượng TTLL ở khu vực phía ngoài
cửa Lạch Huyện trong pha triều này vào mùa khô cũng có giá trị khá nhỏ (dưới
0.01kg/m3, Hình 3. 13- g,h).
Vào những ngày triều kém của mùa khô, xu hướng biến động của TTLL qua
các pha triều về cơ bản cũng giống như những ngày nước cường. Tuy nhiên nó cũng
có những đặc điểm riêng. Vào thời điểm triều lên, sự xâm nhập của nước biển vào
phía trong các cửa sông bị hạn chế hơn so với những ngày triều cường, làm cho
TTLL có điều kiện phát triển ra phía ngoài hơn ở thời điểm này (Hình 3. 13-a,b và
Hình A. 9-a). Vào thời điểm nước lớn vào ngày triều kém, TTLL vẫn gây ra đục
nước ở vùng biển phía ngoài cửa Nam Triệu, tây nam đảo Cát Hải và phía ngoài cửa
Lạch Tray (Hình 3. 13-e, f và Hình A. 9-c, Phụ lục A). Trong thời kỳ nước ròng của
ngày triều kém, TTLL từ các sông đưa ra bị giảm nhẹ khả năng phát tán ra phía
ngoài so với những ngày triều cường (Hình 3. 13-g, h và Hình A. 9-d, Phụ lục A).
Mùa mưa
Trong mùa mưa, xu thế biến động TTLL theo pha triều cũng tương tự như mùa
khô nhưng tải lượng nước từ các sông đưa ra lớn hơn nên sự phát tán của TTLL từ
lục địa ra phía ngoài cũng mạnh mẽ hơn.
Trong pha triều lên, khối nước với hàm lượng TTLL (lớn hơn 0.1kg/m3) bị dồn
lại ở khu vực phía tây nam đảo Cát Hải- ven bờ Lạch Tray và một phần khu vực cửa
Lạch Huyện. Ở phía ngoài xa hơn, hàm lượng TTLL giảm dần (Hình 3. 14-a,b).
Ở pha triều xuống của mùa mưa, dòng bùn cát lơ lửng từ sông có điều kiện
phát triển ra phía ngoài, ảnh hưởng đến một phần khu vực ven bờ đảo Cát Bà và bãi
biển Đồ Sơn với giá trị hàm lượng TTLL khoảng dưới 0.03kg/m3 (Hình 3. 14-c,d).
Vào thời điểm nước lớn của mùa mưa, sự xâm nhập của các khối nước biển đã
đẩy vùng nước có hàm lượng TTLL cao vào sát phía trong cửa Nam Triệu và Lạch
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
71
Tray. Ở khu vực phía ngoài hàm lượng TTLL chỉ có giá trị khoảng 0.01-0.003kg/m3
(Hình 3. 14-e,f).
Trong thời điểm nước ròng của mùa mưa, các khối nước sông với hàm lượng
TTLL cao có điều kiện phát triển mạnh ra phía ngoài làm cho vùng nước phía nam
và tây nam Cát Hải và phía bắc Đồ Sơn có đục khá cao với hàm lượng TTLL có thể
lên tới trên 0.1kg/m3 (Hình 3. 14-g,h). Tuy nhiên vùng nước ven bờ phía tây nam
Cát Bà và khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện hàm lượng TTLL vẫn có giá trị
không vượt quá 0.04kg/m3 (Hình 3. 14-g, h).
Vào những ngày triều kém của mùa mưa, xu hướng biến động của TTLL qua
các pha triều về cơ bản cũng giống như những ngày nước cường. Tuy nhiên nó cũng
có những đặc điểm riêng. Vào thời điểm triều lên, lượng TTLL bị dồn lại phía trong
khu vực các cửa sông giảm mạnh so với những ngày nước cường nên khu vực có
hàm lượng TTLL cao ở phía ngoài các cửa sông giảm đi rõ rệt (Hình 3. 14-a,b và
Hình A. 9-e, Phụ lục A). Trong thời điểm triều xuống, TTLL từ các sông đưa ra chỉ
phát tán hạn chế với phạm vi khá nhỏ ở sát các cửa sông so với những ngày triều
cường (Hình 3. 14-c,d và Hình A. 9-f, Phụ lục A). Vào thời điểm nước lớn vào ngày
triều kém, TTLL ở vùng phía ngoài cửa Nam Triệu giảm mạnh hàm lượng (khá
khác so với mùa khô) so với thời điểm đó trong kỳ nước cường (Hình 3. 14-e, f và
Hình A. 9-g, Phụ lục A), có thể do hieệu ứng dồn nước và TTLL vào ngày triều
kém yếu hơn. Trong thời kỳ nước ròng của ngày triều kém, TTLL từ các sông đưa
ra bị giảm mạnh khả năng phát tán ra phía ngoài so với những ngày triều cường chỉ
còn phân bố tập trung phía ngoài cửa Lạch Tray, phía tây và tây nam đảo Cát Hải
(Hình 3. 14-g, h và Hình A. 9-h, Phụ lục A).
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
72
Hình 3. 13. Phân bố TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng mùa khô trong kỳ triều cường
(triều lên: 18h, 19/3/2009; H=2.1m; a- tầng mặt; b- tầng đáy; triều xuống: 7h, 20/3/2009; H=1.3m; c- tầng mặt; d- tầng đáy; nước lớn: 0h, 20/3/2009; Hmax=3.2m; e- tầng mặt; f- tầng đáy; nước ròng: 12h, 20/3/2009; Hmin=0.4m; g- tầng mặt; h- tầng đáy. Đơn vị: kg/m3)
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(h) (g)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
73
Hình 3. 14. Phân bố TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng trong kỳ triều cường – mùa mưa
(triều lên: 12h, 19/8/2009; H=2.5m; a- tầng mặt; b- tầng đáy; triều xuống: 23h, 19/8/2009; H=1.6m; c- tầng mặt; d- tầng đáy; nước lớn: 17h, 19/8/2009; Hmax=3.7m; e- tầng mặt; f- tầng đáy; nước ròng: 5h, 19/8/2009; Hmin=0.3m; a- tầng mặt; b- tầng đáy. Đơn vị: kg/m3)
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
74
Nhận xét
- Đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng biến đổi
mạnh theo mùa. Vào mùa khô do sự suy giảm của lưu lượng nước và hàm lượng
TTLL nên sự phát tán của TTLL từ các sông ra phía ngoài rất hạn chế quanh các
cửa sông và vùng nước phía trong cửa Nam Triệu với hàm lượng TTLL nhỏ hơn
0.07kg/m3. Trong khi đó vào mùa mưa do tải lượng nước và TTLL từ các sông đưa
ra lớn nên TTLL có điều kiện phát tán mạnh tới vùng nước khu vực giữa đảo Cát
Hải - Đồ Sơn - Cát Bà với một số thời điểm hàm lượng TTLL có thể trên 0.1kg/m3.
- Trong các điều kiện thời tiết bình thường, biến động theo không gian của các
khối nước có hàm lượng TTLL cao ở vùng ven biển Hải Phòng chủ yếu theo pha
dao động của mực nước triều. Dòng triều trong pha triều lên mang TTLL trở lại
phía các cửa sông đồng thời làm tăng cường sự đục nước ở các khu vực này. Ngược
lại vào pha triều xuống, dòng triều làm tăng cường sự phát tán TTLL từ lục địa ra
phía ngoài.
3.2.2. Biến động theo thời gian
Biến động theo thời gian của hàm lượng TTLL tại các vị trí khác nhau ở vùng
cửa sông ven biển Hải Phòng cũng đã dược phân tích đánh giá trong tương quan với
dao động mực nước. Các khu vực đó bao gồm khu vực cửa Nam Triệu, tây nam Cát
Hải, phía ngoài cửa Lạch Huyện, phía tây nam đảo Cát Bà và phía ngoài vùng biển
Đồ Sơn (Hình 2. 13).
Các kết quả phân tích cho thấy biến động của hàm lượng TTLL ở các khu vực
khác nhau trong vùng nghiên cứu đều phụ thuộc chặt chẽ vào dao động mực nước
triều. Trong một chu kỳ triều thường xuất hiện hai lần cực trị hàm lượng TTLL: một
cực đại và một cực tiểu. Cực đại hàm lượng TTLL thường xuất hiện vào thời điểm
nước ròng do TTLL từ sông đưa ra và cực tiểu thường xuất hiện vào thời điểm nước
lớn khi nước biển xâm nhập trở lại. Hàm lượng TTLL và và chênh lệch của giá trị
này giữa các tầng ở vùng biển Hải Phòng khu vực này cũng thường có giá trị lớn
hơn ở những ngày triều cường và nhỏ hơn vào những ngày triều kém (xem các Hình
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
75
3. 15 đến Hình 3. 22). Tuy nhiên sự biến động theo thời gian của hàm lượng TTLL
có những đặc trưng riêng ở mỗi khu vực lại có những đặc trưng riêng:
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
TT
LL
(k
g/m
3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
TT
LL
(k
g/m
3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 15. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Tại khu vực phía trong cửa Nam Triệu (điểm H1, Hình 2. 13), hàm lượng
TTLL vào mùa khô có giá trị khá nhỏ và dao động trong khoảng 0.0-0.07kg/m3
nhưng vào mùa mưa giá trị đó biến đổi chủ yếu từ 0.02-0.1kg/m3. Ở khu vực này,
hàm lượng TTLL khá đồng nhất theo độ sâu và chỉ có sự chênh lệch nhỏ ở các đạt
cực trị (Hình 3. 15). Cũng tại khu vực này vào mùa khô, hàm lượng TTLL trong
pha triều xuống thường nhỏ hơn nửa đầu trong pha triều lên.
(b)
(a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
76
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 16. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Tại khu vực phía tây đảo Cát Hải (điểm H2, Hình 2. 13), hàm lượng TTLL
vào mùa khô dao động trong khoảng 0.0-0.04kg/m3 nhưng vào mùa mưa giá trị đó
biến đổi chủ yếu từ 0.02-0.1kg/m3. Giá trị cực tiểu của hàm lượng TTLL xuống thấp
hơn một chút ở khu vực này thể hiện sự ảnh hưởng do xâm nhập của khối nước biển
vào khu vực này lớn hơn trong khi ảnh hưởng của nước sông vẫn khá lớn (hàm
lượng TTLL cực đại không thay đổi nhiều so với khu vực phía trong cửa Nam
Triệu). Cũng tại khu vực này, thời gian hàm lượng TTLL cực đại và cực tiểu vào
mùa mưa đã khá cân bằng so với vị trí phía trong cửa Nam Triệu, điều này thể hiện
sự cân bằng giữa các khối nước sông – biển ở khu vực này đã bớt chênh lệch hơn
phía gần các cửa sông (Hình 3. 16).
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
77
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.11
0.13
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 17. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây nam đảo Cát Hải (H3) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Ở phu vực phía tây nam đảo Cát Hải (phía ngoài cửa Nam Triệu, điểm H3),
biến đổi hàm lượng TTLL vào mùa khô chủ yếu từ 0-0.03kg/m3. Điều này cho thấy
và mùa khô ở khu vực này đã có sự xâm nhập sâu của các khối nước biển. Trong
khi đó ở những thời điểm nước lớn vào mùa khô ở khu vực này gần như không có
sự phân tầng về hàm lượng TTLL theo chiều thẳng đứng (Hình 3. 17-a). Vào mùa
mưa, biến động theo thời gian của hàm lượng TTLL ở khu vực này cũng có xu
hướng tương tự như các khu vực khác ở phía trong cửa Nam Triệu (Hình 3. 17-b)
với giá trị hàm lượng TTLL dao động phổ biến từ 0- 0.08kg/m3. Hàm lượng TTLL
cực tiểu ở đây giảm đến giá trị 0 cho thấy ảnh hưởng của các khối nước biển trong
(b)
(a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
78
mùa mưa vào pha triều lên ở khu vực này đã thể hiện rõ rệt hơn so với các vùng
nước khác phía trong cửa Nam Triệu. Cũng ở khu vực này vào mùa mưa, thời gian
hàm lượng TTLL có giá trị nhỏ lớn hơn thời gian giá trị đó lớn và sự phân tầng hàm
lượng TTLL cũng lớn hơn các khu vực phía gần cửa sông.
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
TT
LL
(k
g/m
3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 18. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía nam đảo Cát Hải (H4) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Tại khu vực phía nam đảo Cát Hải (điểm H4, Hình 2. 13), hàm lượng TTLL
trong mùa khô khá nhỏ với giá trị biến đổi chủ yếu từ 0-0.01kg/m3 và thời gian
TTLL có giá trị nhỏ lớn hơn thời gian giá trị này cao. Điều đó thể hiện ảnh hưởng
của các khối nước sông đến khu vực này khá nhỏ so với các khối nước biển. Trong
khi đó vào mùa mưa hàm lượng TTLL dao động từ 0-0.07kg/m3. Thời gian xuất
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
79
hiện hàm lượng TTLL với giá trị nhỏ vẫn chủ yếu vào thời điểm nước lớn nhưng
thời gian xuất hiện hàm lượng TTLL cực đại lệch dần về thời điểm đầu pha triều lên
chứ không phải là khi nước ròng (Hình 3. 18-b).
0.000
0.002
0.004
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 19. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (H5) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Tại khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (điểm H5) trong thời gian tính toián
vào mùa khô hàm lượng TTLL có giá trị rất nhỏ và biến đổi chủ yếu trong khoảng
0-0.002kg/m3 (Hình 3. 19-a). Trong khi vào mùa mưa hàm lượng TTLL phổ biến
dao động quanh giá trị 0-0.02kg/m3. Những ảnh hưởng của nước sông với hàm
lượng TTLL cao đến khu vực này không lớn và chủ yếu qua các kênh Cái Tráp và
Hà Nam và một phần từ vùng phía ngoài cửa Nam Triệu; hàm lượng TTLL thông
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
80
thường vào mùa mưa nhỏ hơn 0.02kg/m3 và chỉ lớn hơn giá trị này ở một vài thời
điểm khi nước ròng và sau thời điểm nước ròng khoảng 2-3h (Hình 3. 19-b).
0.000
0.002
0.004
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
TT
LL
(k
g/m
3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 20. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây nam Cát Bà (H6) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Cũng giống như ở khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện, ở khu vực phía tây
nam Cát Bà (điểm H6), hàm lượng TTLL có giá trị khá nhỏ (dưới 0.001kg/m3 vào
mùa khô và dưới 0.01kg/m3 vào mùa mưa). Biến động theo thời gian của hàm lượng
TTLL ở khu vực này cũng nhỏ và không rõ rệt, những ảnh hưởng do TTLL từ lục
địa chỉ được thể hiện rõ trong những ngày triều cường cùng với lưu lượng nước từ
các sông đưa ra lớn (Hình 3. 20).
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
81
0.000
0.002
0.004
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
TT
LL
(kg/
m3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nước
(m)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
TT
LL
(k
g/m
3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mực
nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 21. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía nam Cát Hải (H7) (a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Tại vùng nước khu vực giữa bán đảo Đồ Sơn- Cát Hải- Cát Bà (điểm H7,
Hình 2. 13), hàm lượng TTLL trong mùa khô dao động chủ yếu trong khoảng 0-
0.001kg/m3. Đây là khu vực mà sự biến đổi của hàm lượng TTLL trong mùa khô
vào những ngày triều kém có giá trị rất nhỏ và hầu như không đáng kể. Trong mùa
mưa, hàm lượng TTLL biến dổi chủ yếu từ 0-0.05kg/m3 và cũng thể hiện xu hướng
tương tự như mùa khô. Ở khu vực này thời gian xuất hiện hàm lượng TTLL lớn ít
hơn nhiều so với thời gian hàm lượng TTLL có giá trị nhỏ cả trong mùa mưa và
mùa khô (Hình 3. 21).
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
82
0.000
0.002
0.004
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
TT
LL
(k
g/m
3 )
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
TT
LL
(k
g/m
3)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
mự
c nướ
c (m
)
tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nước
Hình 3. 22. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực ven bờ Đồ Sơn (H8)
(a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Ở khu vực ven biển Đồ Sơn (điểm H8, Hình 2. 13), hàm lượng TTLL trong
mùa mưa có giá trị khá nhỏ (hầu hết nhỏ hơn 0.001kg/m3) trong những ngày triều
cường và không đáng kể trong những ngày triều kém. Trong khi đó, vào mùa mưa,
hàm lượng TTLL dao động trong khoảng 0-0.02kg/m3. Hàm lượng TTLL thường
lớn hơn vào thời điểm triều lên điều này thể hiện ảnh hưởng do TTLL vận chuyển
từ các sông ra khu vực này là nhỏ và sự tăng hàm lượng TTLL chủ yếu là do dòng
triều. Mặc dù khu vực này có độ sâu khá nhỏ nhưng trong mùa mưa sự chênh lệch
hàm lượng TTLL giữa tầng mặt và các tầng phía dưới là khá lớn (Hình 3. 22).
(a)
(b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
83
Qua những phân tích trên có thể nhận xét rằng:
+ Vào mùa khô, ảnh hưởng của dòng TTLL từ các sông đưa ra rất hạn chế: ở
khu vực cửa Nam Triệu chỉ giới hạn trong khu vực phía tây nam Hoàng Châu và sát
cửa Lạch Tray. Các khu vực khác chỉ chịu ảnh hưởng của TTLL từ sông đưa ra
trong một số ngày triều cường, còn những ngày triều kém, TTLL từ sông trong mùa
khô gần như không ảnh hưởng đến các khu vực khác (phía Nam Cát Hải, phía ngoài
cửa Lạch Huyện, khu vực Đồ Sơn – Cát Bà) ở vùng ven biển Hải Phòng.
+ Vào mùa mưa, do lưu lượng nước từ các sông và hàm lượng TTLL đều tăng
lên nên dòng TTLL có điều kiện phát triển mạnh ra phía ngoài. Tuy nhiên trong thời
gian tính toán khối nước có hàm lượng TTLL lớn hơn 0.1kg/m3 cũng không vượt
quá khu vực có độ sâu 5m. Biến động theo thời gian của hàm lượng TTLL ở vùng
ven biển Hải Phòng trong mùa mưa cũng thể hiện sự phụ thuộc vào dòng bùn cát từ
sông đưa ra và dao động mực nước triều. Ở những khu vực gần cửa sông hơn thời
gian xuất hiện hàm lượng TTLL có giá trị lớn nhiều hơn thời gian xuất hiện hàm
lượng TTLL nhỏ và hàm lượng TTLL cực tiểu lớn hơn 0. Trong khi đó ở nhưng khu
vực phía ngoài thời gian xuất hiện hàm lượng TTLL lớn ít hơn thời gian hàm lượng
TTLL có giá trị nhỏ và giá trị cực tiểu xuống tới giá trị 0.
Cả trong mùa mưa và mùa khô, biến động theo thời gian của hàm lượng TTLL
đều thể hiện xu hướng có giá trị cao hơn, biến động với khoảng giá trị lớn hơn vào
những ngày triều cường và ngược lại trong những ngày triều kém. Hàm lượng
TTLL cực tiểu thường xuất hiện vào thời điểm nước lớn nhưng giá trị cực đại xuất
hiện trong khoảng từ sau thời điểm nước ròng đến nửa đầu của pha triều lên.
3.2.3. Tác động của một số yếu tố
Ngoài yếu tố quan trọng nhất là dòng bùn cát từ các sông đưa ra, đặc điểm vận
chuyển TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu ảnh hưởng của một số yếu tố
như thủy triều, gió và kết hợp của sóng và gió.
Ảnh hưởng của thủy triều
Với biên độ triều khá lớn, thủy triều có thể làm tăng cường hoặc hạn chế sự phát tán
của TTLL từ vùng cửa sông ra phía ngoài.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
84
Vào mùa khô do dòng TTLL và lưu lượng nước đưa ra đều nhỏ lên những ảnh
hưởng của thủy triều đến đặc điểm vận chuyển TTLL không thể hiện rõ rệt. Trong
mùa mưa, ở pha triều lên, ảnh hưởng của thủy triều làm tăng cường sự xâm nhập
của nước biển vào sâu các cửa sông thêm khoảng 1-2.5km (Hình B. 1, Phụ lục B).
Vào pha triều xuống, yếu tố này làm tăng cường sự phát tán của TTLL ra phía ngoài
khoảng thêm khoảng 4-8km (Hình B. 2, Phụ lục B). Với cùng các điều kiện khác thì
sự dâng mực nước ở thời điểm nước lớn không làm cho khối nước sông bị đẩy lại
sâu vào trong sông nhiều mà phân bố TTLL theo chiều thẳng đứng trở lên đồng
nhất hơn so với trường hợp không có thủy triều vào thời điểm đó (Hình B. 3). Thời
điểm nước ròng có thể tăng cường sự phát tán của TTLL từ lục địa ra phía ngoài
thêm khoảng 5-10 km (Hình B. 4, Phụ lục B).
Những ảnh hưởng của thủy triều đến phân bố TTLL theo không gian cũng được
thể hiện tương tự như những tác động đến profile của TTLL (Hình B. 5- e, f, g, h).
Ảnh hưởng của thủy triều làm tăng cường xáo trộn, khuyếch tán TTLL từ các tầng
dưới lên các tầng trên mặt, mở rộng phạm vi ảnh hưởng của TTLL ra phía ngoài
trong pha triều xuống và hạn chế sự phát triển của TTLL từ các sông trong pha triều
lên. Trong mùa khô do dòng bùn cát từ lục địa đưa ra nhỏ nên những tác động của
thủy triều cũng khá nhỏ (Hình B. 5-a,b,c,d, Phụ lục B).
Ảnh hưởng của gió
Đánh giá những ảnh hưởng của gió đã được thực hiện qua phân tích kết quả
tính toán kịch bản hiện tại khi không có gió với các kịch bản với hướng gió khác
nhau như NE, E và SE.
Trong mùa khô, vì tải lượng nước và TTLL đưa ra phía ngoài khá nhỏ nên
những tác động của trường gió đến profile của TTLL trong tất cả các pha triều đều
không thể hiện rõ rệt.
Vào mùa mưa, do dòng TTLL đưa ra lớn nên những ảnh hưởng của trường gió trở
nên rõ rệt hơn.
+ Gió NE trong pha triều lên làm cho sự xâm nhập của nước biển (với hàm
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
85
lượng TTLL nhỏ hơn) ở tầng trên vào sâu phía trong cửa sông khoảng 0.5-1.2km,
nó cũng làm cường sự khuếch tán TTLL lên tầng mặt ở vùng biển phía ngoài (Hình
C. 1-b, Phụ lục C). Trong pha triều xuống, ảnh hưởng của gió làm tăng cường xáo
trộn và phát tán TTLL ở lớp nước phía trên nhưng lại hạn chế sự mở rộng của nước
sông ở tầng gần đáy (Hình C. 2-b, Phụ lục C). Ở thời kỳ nước lớn, gió hướng NE
làm tăng nhẹ sự xâm nhập của nước biển trên tầng mặt về phía cửa sông (Hình C. 3-
b). Trong thời kỳ nước ròng, ảnh hưởng của gió E đến profile TTLL khá nhỏ (Hình
C. 4-b, Phụ lục C).
+ Gió hướng E trong pha triều lên vào mùa mưa làm cho lớp nước biển trên
mặt tiến sâu hơn vào phía trong khoảng 0.5-1.0km trong khi TTLL ở các lớp dưới
mở rộng ra phía biển (Hình C. 1-c) hơn so với trường hợp không có gió. Trong pha
triều xuống, gió hướng E làm tăng cường sự xáo trộn TTLL trong cột nước ở phía
ngoài vùng ảnh hưởng của nước sông ở khoảng 10-16km từ cửa sông (Hình C. 2-c).
Ở thời kỳ nước lớn, gió E làm tăng cường sự xâm nhập của khối nước biển vào phía
trong sông, giảm hàm lượng TTLL ở tầng mặt (Hình C. 3-c). Trong thời kỳ nước
ròng, ảnh hưởng của gió E đến phân bố TTLL khá nhỏ (Hình C. 4-c, Phụ lục C).
+ Gió hướng SE trong pha triều lên vào mùa mưa làm cho lớp nước biển trên
mặt và cả đáy tiến sâu hơn vào phía trong khoảng 0.5-1.5km hơn so với trường hợp
không có gió (Hình C. 1-d). Trong pha triều xuống, gió hướng SE cũng làm tăng
cường sự xáo trộn TTLL trong cột nước ở phía ngoài vùng ảnh hưởng của nước
sông ở khoảng 10-16km từ cửa sông và làm cho vùng nước có hàm lượng TTLL mở
rộng ra phía ngoài hơn (Hình C. 2-d). Ở thời kỳ nước lớn, gió SE làm khối nước
biển xâm nhập sâu hơn vào vùng cửa sông (lớn hơn cả với gió hướng E), giảm hàm
lượng TTLL ở tầng mặt ở phía ngoài (Hình C. 3-d). Trong thời kỳ nước ròng, gió
SE làm hạn chế sự phát tán TTLL ra phía ngoài nhưng khá nhỏ (Hình C. 4-d).
Phân bố không gian của TTLL cũng thể hiện sự tác động của trường gió với xu
hướng như đã phân tích ở trên. Vào mùa khô, gió làm tăng cường độ đục ở phía
ngoài vùng ảnh hưởng của TTLL từ sông đưa ra nhưng với vai trò khá nhỏ (Hình C.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
86
5). Vào mùa mưa những ảnh hưởng của gió đến vận chuyển TTLL ở khoảng 8-
18km từ cửa sông ra đã trở lên rõ rệt hơn, trong đó có ảnh hưởng làm tăng độ đục
cửa nước ven bờ Đồ Sơn, đặc biệt là trong pha triều xuống khi xuất hiện gió hướng
E và SE (Hình C. 6, Phụ lục C).
Ảnh hưởng của sóng và gió
Những ảnh hưởng đồng thời của sóng và gió đã được khảo sát thông qua các
kịch bản tính toán và phân tích giữa các trường hợp không có yếu tố sóng-gió và có
tính đến yếu tố sóng- gió. Các kết quả cho thấy:
Trong mùa khô, cũng như các trường hợp khác tải lượng nước và TTLL từ sông
đưa ra nhỏ nên những tác động của sóng-gió mặc dù làm hạn chế sự phát tán TTLL
ra phía ngoài, tăng cường xâm nhập của nước biển vào sâu các sông nhưng ảnh
hưởng đó khá nhỏ (Hình D. 1, Phụ lục D).
Vào mùa mưa những ảnh hưởng của sóng- gió đến vận chuyển TTLL ở vùng
cửa sông ven biển Hải Phòng được thể hiện rõ rệt hơn.
+ Sóng và gió hướng NE trong pha triều lên làm tăng cường sự khuyếch tán
TTLL ở các tầng nước phía dưới lên các tầng trên mặt (Hình D. 2-b). Vào pha triều
xuống, ảnh hưởng của sóng- gió cũng làm độ đục ở phía ngoài (khoảng 10-18km)
tăng lên đáng kể so với trường hợp không có sóng gió (Hình D. 3-b). Ở thời điểm
nước lớn, sóng- gió làm cho khối nước có độ đục lớn mở rộng ra phía ngoài khoảng
1-4km so với trường hợp không có ảnh hưởng của sóng- gió, đồng thời các lớp
nước tầng mặt cũng trở lên đục hơn khi có tác động của sóng- gió hướng E vào thời
điểm nước lớn (Hình D. 4-b). Vào thời điểm nước ròng ảnh hưởng của sóng gió làm
cho vùng nước ở khoảng cách 16-19km tăng mạnh độ đục so với trường hợp không
có tác động của sóng- gió (Hình D. 5-b, Phụ lục D).
+ Sóng và gió hướng E trong pha triều lên làm tăng cường sự khuyếch tán
TTLL ở nước phía ngoài từ các tầng dưới lên các tầng trên mặt (Hình D. 2-c). Vào
pha triiều xuống, ảnh hưởng của sóng- gió cũng làm độ đục ở phía ngoài (khoảng
10-19km) tăng lên đáng kể so với trường hợp không có sóng gió (Hình D. 3-c). Ở
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
87
thời điểm nước lớn, sóng- gió làm cho khối nước có độ đục lớn mở rộng ra phía
ngoài khoảng 1-3km so với trường hợp không có ảnh hưởng của sóng- gió, đồng
thời các lớp nước tầng mặt cũng trở lên đục hơn khi có tác động của sóng- gió
hướng E vào thời điểm nước lớn (Hình D. 4, Phụ lục D). Khi mực nước xuống thấp
nhất, sóng gió làm cho vùng nước ở khoảng cách 16-20km tăng mạnh độ đục so với
trường hợp không có tác động của sóng- gió (Hình D. 5-c, Phụ lục D).
+ Sóng và gió hướng SE trong pha triều lên làm tăng cường sự khuyếch tán
TTLL ở nước phía ngoài từ các tầng dưới lên các tầng trên mặt (Hình D. 2-d). Vào
pha triiều xuống, ảnh hưởng của sóng- gió cũng làm độ đục ở phía ngoài (khoảng
10-20km) tăng lên đáng kể so với trường hợp không có sóng gió (Hình D. 3-d). Ở
thời điểm nước lớn, sóng- gió hướng SE không làm thay đổi nhiều phân bố (Hình
D. 4-d). Trong khi vào thời điểm nước ròng ảnh hưởng của sóng gió làm cho vùng
nước ở khoảng cách 16-20km tăng mạnh độ đục so với trường hợp không có tác
động của sóng- gió (Hình D. 5-d).
Những ảnh hưởng do sóng- gió còn được thể hiện qua phân bố theo không gian
của TSS đặc biệt là các thời điểm triều lên và triều xuống. Vào mùa khô, các hướng
gió NE, E và SE đều làm tăng độ đục ở phía ngoài nhưng ảnh hưởng lớn nhất là
hướng gió SE. Cũng trong mùa khô, ảnh hưởng của sóng gió là lớn nhất vào thời
điểm triều xuống (Hình D. 6, Phụ lục D).
Trong mùa mưa, những ảnh hưởng của gió-sóng đến phân bố của TTLL rất rõ
rệt. Khi không có tác động của sóng gió trong pha triều lên, ảnh hưởng của TTLL từ
các cửa sông chỉ hạn chế ở phía ngoài cửa Nam Triệu (Hình D. 7-a), nhưng khi đưa
những ảnh hưởng của sóng gió vào thì vùng đục nước xuất hiện ở phía đông và
đông bắc Đồ Sơn xuất hiện trong tất cả các hướng sóng gió NE, E và SE, trong đó
hướng SE tác động mạnh hơn (Hình D. 7- b,c,d). Tương tự như vậy, trong pha triều
xuống do ảnh hưởng của gió-sóng hướng NE, E, SE đã làm xuất hiện các vùng
nước đục ở phía ngoài vùng ảnh hưởng của các khối nước sông trong đó có vùng
biển Đồ Sơn (Hình D. 7- f, g, h, Phụ lục D).
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
88
KẾT LUẬN
Một hệ thống mô hình thủy động lực- sóng-vận chuyển TTLL trên cơ sở mô
hình Delft3d đã được ứng dụng tính toán đồng thời để nghiên cứu đặc điểm vận
chuyển TTLL ở vùng ven biển Hải Phòng. Để phục vụ cho việc thiết lập và kiểm
chứng kết quả của mô hình, các bộ số liệu liên quan ở khu vực đã được thu thập và
xử lý tương đối đầy đủ và hệ thống. Các kết quả so sánh giữa tính toán bằng mô
hình và quan trắc cho thấy đã có sự phù hợp tương đối và mô hình này có thể được
sử dụng như một công cụ để nghiên cứu đặc điểm vận chuyển TTLL cho vùng ven
biển Hải Phòng.
- Đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng biến đổi
mạnh theo mùa. Vào mùa khô do sự suy giảm của lưu lượng nước và hàm lượng
TTLL nên sự phát tán của TTLL từ các sông ra phía ngoài rất hạn chế quanh các
cửa sông và vùng nước phía trong cửa Nam Triệu, phía tây nam Hoàng Châu và sát
cửa Lạch Tray với hàm lượng nhỏ hơn 0.07kg/m3. Các khu vực khác chỉ chịu ảnh
hưởng của TTLL từ sông đưa ra trong một số ngày triều cường, còn những ngày
triều kém, TTLL từ sông trong mùa khô gần như không ảnh hưởng đến các khu vực
khác như phía Nam Cát Hải, phía ngoài cửa Lạch Huyện, khu vực Đồ Sơn – Cát Bà.
Trong khi đó vào mùa mưa do tải lượng nước và TTLL từ các sông đưa ra lớn nên
TTLL có điều kiện phát tán mạnh tới vùng nước khu vực giữa đảo Cát Hải – Đồ
Sơn- Cát Bà với một số thời điểm hàm lượng TTLL có thể trên 0.1kg/m3. Tuy nhiên
trong thời gian tính toán khối nước có hàm lượng TTLL lớn hơn 0.1kg/m3 cũng
không vượt quá khu vực có độ sâu 5m.
- Sự phân tầng của TTLL ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng không lớn. Sự
phân tầng này chủ yếu diễn ra trong mùa mưa vào các thời điểm triều lên và triều
xuống ở khu vực cách cửa sông khoảng 8-16km.
- Thủy triều ở vùng ven biển Hải Phòng có ảnh hưởng quan trọng đến đặc điểm
lan truyền TTLL ở khu vực này, đặc biệt là trong mùa mưa: tăng cường vận chuyển
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
89
TTLL trong pha triều xuống và hạn chế sự phát tán TTLL ra phía ngoài trong pha
triều lên. Trong pha triều lên, ảnh hưởng của thủy triều làm tăng cường sự xâm
nhập của nước biển vào sâu các cửa sông thêm khoảng 1-2.5km. Vào pha triều
xuống, yếu tố này làm tăng cường sự phát tán của TTLL ra phía ngoài khoảng 4-
8km. Sự dâng mực nước ở thời điểm nước lớn không làm cho khối nước sông bị
đẩy lại sâu vào trong sông nhiều mà phân bố TTLL theo chiều thẳng đứng trở lên
đồng nhất hơn. Thời điểm nước ròng có thể tăng cường sự phát tán của TTLL từ lục
địa ra phía ngoài khoảng 5-10 km.
- Những tác động của trường gió đến vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven
biển Hải Phòng thể hiện rõ trong mùa mưa khi tải lượng TTLL từ lục địa đưa ra lớn.
Ảnh hưởng của gió trong pha triều lên làm cho sự xâm nhập của nước biển ở tầng
trên vào sâu phía trong cửa sông khoảng 0.5-1.5km, nó cũng làm cường sự khuyếch
tán TTLL lên tầng mặt ở vùng biển phía ngoài. Trong pha triều xuống, ảnh hưởng
của gió làm tăng cường sự xáo trộn TTLL trong cột nước ở phía ngoài vùng ảnh
hưởng của nước sông ở khoảng 10-16km từ cửa sông. Ở thời kỳ nước lớn, gió làm
tăng nhẹ sự xâm nhập của nước biển trên tầng mặt về phía cửa sông. Trường gió
cũng có vai trò nhất định trong ảnh hưởng làm tăng độ đục của nước ven bờ Đồ Sơn
vào mùa mưa, đặc biệt là trong pha triều xuống khi xuất hiện gió hướng E và SE.
- Sóng và gió kết hợp có ảnh hưởng quan trọng đến đặc điểm vận chuyển TTLL
ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng, nhất là trong mùa mưa. Dưới ảnh hưởng của
sóng và gió, TTLL trong pha triều lên được tăng cường khuyếch tán ở các tầng phía
dưới lên các tầng trên mặt. Vào pha triều xuống, ảnh hưởng của sóng- gió cũng làm
độ đục ở phía ngoài (khoảng 10-20km) tăng lên đáng kể so với trường hợp không
có sóng gió. Ở thời điểm nước lớn, sóng- gió làm cho khối nước có độ đục lớn mở
rộng ra phía ngoài khoảng 1-4km so với trường hợp không có ảnh hưởng của sóng-
gió, đồng thời các lớp nước tầng mặt cũng trở lên đục hơn khi có tác động của sóng-
gió. Vào thời điểm nước ròng ảnh hưởng của sóng gió làm cho vùng nước ở khoảng
cách 16-19km tăng mạnh độ đục so với trường hợp không có tác động của sóng-
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
90
gió. Tác động của sóng gió đến phân bố theo không gian của TTLL cũng được thể
hiện rất rõ rệt trong mùa mưa, nó tạo thành các vùng đục nước ở phía ngoài cửa
Nam Triệu, khu vực phía đông bắc và bãi biển Đồ Sơn. Trong đó hướng gió tác
động mạnh nhất là SE.
Trong nghiên cứu này, các đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven
biển Hải Phòng mới chỉ được xét đến trong các điều kiện thời tiết bình thường mà
chưa tính đến ảnh hưởng của các hiện tượng thời tiết cực đoan như gió mùa, bão
đến vận chuyển TTLL ở khu vực này như thế nào. Trong khuôn khổ của một luận
văn thạc sỹ, vai trò của các yếu tố như DĐMN, gió, sóng đến vận chuyển TTLL ở
khu vực ven biển Hải Phòng mới chỉ được đánh giá bước đầu. Những hạn chế này
sẽ được khắc phục trong những nghiên cứu tiếp theo.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
91
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt 1. Đỗ Trọng Bình, Trần Anh Tú, Vũ Duy Vĩnh (2010), “Nghiên cứu đánh giá lan
truyền các chất gây ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bằng mô hình toán học”. Báo cáo tổng hợp Đề tài cấp Thành phố Hải Phòng. Mã số: ĐT.MT.2008.500.
2. Nguyễn Văn Cư và nnk (1990), “Động lực vùng ven biển và cửa sông Việt Nam - Phần nghiên cứu cửa sông”. Báo cáo TK đề tài 48B - 02 - 01. Chương trình nghiên cứu biển 48B-02 (1986 - 1990), Viện KHVN. Hà Nội
3. Nguyễn Văn Cư và nnk (1994), “Đặc điểm các quá trình động lực và hiện trạng bồi xói ven biển đồng bằng sông Hồng”. Báo cáo tổng kết đề tài VIE 89/034. Hà Nội.
4. Nguyễn Văn Cư và nnk (1995), “Báo cáo tổng kết đề tài: Nguyên nhân và giải pháp khắc phục đục nước bãi biển Đồ Sơn” (thuộc chương trình nghiên cứu khoa học và triển khai đổi mới công nghệ cấp thành phố (Hải Phòng).
5. Nguyễn Văn Cư, Phạm Huy Tiến (2003), “Sạt lở bờ biển miền Trung Việt Nam”. NXB. KH&KT Hà Nội.
6. Nguyễn Văn Cư và nnk (2008), Báo cáo đề tài cấp thành phố Hải Phòng: “Nghiên cứu quá trình động lực, dự báo sự vận chuyển bùn cát, bồi tụ, xói lở vùng ven biển cửa sông phục vụ phát triển hệ thống cảng bến và cụm công nghiệp trên sông Văn Úc”. Lưu trữ tại Viện Địa lý.
7. Nguyễn Văn Cư và nnk (2010), “Nghiên cứu quá trình động lực, dự báo vận chuyển, bồi lắng bùn cát tại Lạch Huyện, Nam Đồ Sơn trước và sau khi xây dựng cảng nước sâu và giải pháp khắc phục”. Báo cáo tổng kết đề tài KC.08.10/06-10.
8. Nguyễn Đức Cự và nnk (2011), “Nghiên cứu, đánh giá tác động của các công trình hồ chứa thượng nguồn đến diễn biến hình thái và tài nguyên - môi trường vùng cửa sông ven biển đồng bằng Bắc Bộ”. Báo cáo tổng hợp Đề tài độc lập cấp Nhà nước (Mã số: ĐTĐL. 2009T/05).
9. Nguyễn Đức Cự, Nguyễn Văn Thảo, Vũ Duy Vĩnh (2011), “Nghiên cứu đánh giá tác động thủy thạch - động lực của hệ thống đê quai lấn biển phục vụ xây dựng Sân bay quốc tế tại khu vực ven bờ Tiên Lãng - Hải Phòng”. Báo cáo tổng hợp Nhiệm vụ cấp thành phố Hải Phòng.
10. Nguyễn Xuân Hiển, Dương Ngọc Tiến, Nguyễn Thọ Sáo (2012), “Tính toán và phân tích xu thế bồi tụ xói lở khu vực Cửa Đáy, Tuyển tập báo cáo Hội thảo Khoa học Quốc gia về Khí tượng, Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
92
lần thứ XV. Tập 2. Thủy văn - Tài nguyên nước, môi trường và Biển. NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, tháng 3 năm 2012, tr. 241-246
11. Bùi Hồng Long và nnk (2001), “Nghiên cứu quy luật và dự báo xu thế xói lở- bồi tụ vùng ven bờ cửa sông Việt Nam”. Báo cáo đề tài cấp Nhà nước KHCN-5C. Viện Hải dương học Nha Trang.
12. Trần Hồng Thái, Lê Vũ Việt Phong, Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Văn Hải (2010), “Mô phỏng, dự báo quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng khu vực Cửa Ông”. Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10, Viện Khoa học KTTV&MT; tr. 332- 341.
13. Trần Đức Thạnh, Nguyễn Đức Cự, Nguyễn Chu Hồi và nnk (1998), “Đặc điểm biến dạng bờ và giải pháp phòng chống xói lở bờ đảo Cát Hải, Hải Phòng”. Tài nguyên và Môi trường biển tập IV. NXB KH&KT, Hà Nội.
14. Trần Đức Thạnh, Vũ Duy Vĩnh, Yoshiki Saito, Đỗ Đình Chiến, Trần Anh Tú (2008), “Bước đầu đánh giá ảnh hưởng của đập Hòa Bình đến môi trường trầm tích ven bờ châu thổ sông Hồng”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển số 3-2008. tr1-16.
15. Trần Đức Thạnh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Vũ Thị Lựu (2010), “Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường và đề xuất các giải pháp phát triển bền vững khu vực Vịnh Hạ Long – Vịnh Bái Tử Long”. Đề tài cấp tỉnh Quảng Ninh.
16. Trần Đức Thạnh và nnk (2001), “Nghiên cứu dự báo, phòng chống sạt bờ biển bắc Bộ từ Quảng Ninh tới Thanh Hóa. Báo cáo dự án KHCN-5A”. Phân Viện Hải dương học tại Hải Phòng.
17. Trần Anh Tú (2012), “Đánh giá dặ trưng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng”. Luận Văn cao học, trường ĐHKHTN.
18. Đinh Văn Ưu, (2009), “Mô hình vận chuyển trầm tích và biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phòng”. Tạp chí ĐHQG Hà Nội, KHTN và Công Nghệ số 1S (2009) 133-139.
19. Đinh Văn Ưu, Đoàn Văn Bộ, Hà Thanh Hương, Phạm Hoàng Lâm, (2005), “Ứng dụng mô hình dòng chảy ba chiều (3D) nghiên cứu quá trình lan truyền chất lơ lửng tại vùng biển ven bờ Quảng Ninh”. Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học Cơ học thuỷ khí toàn quốc năm 2005, Hà Nội, trang 623-632.
20. Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Đình Chiến và Trần Anh Tú, (2008), “Mô phỏng đặc điểm thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng”. Tài nguyên và môi trường biển, tập XIII. Nxb KH&KT, Hà Nội. 2008
21. Vũ Duy Vĩnh, Nguyễn Đức Cự và Trần Đức Thạnh, (2011), “Ảnh hưởng của đập Hòa Bình đến phân bố trầm tích lơ lửng vùng ven bờ châu thổ sông
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
93
Hồng”. Kỷ yếu Hội nghị Khoa học và Công nghệ biển lần thứ V, quyển 3.
Tiếng Anh 22. Abbott, M. B. (1992), “Computational Hydraulics”. Ashgate Publishing
Company, Brookfield, Vermont 05036, USA.
23. Amoudry, Laurent., (2008), “A review on coastal sediment transport modelling”. Liverpool, Proudman Oceanographic Laboratory. (POL Internal Document No.189).
24. Arcement, G.J., Jr. and V.R. Schneider (1989), “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains”. U.S. Geological Survey Water Supply Paper 2339, 38 p.
25. Battjes, J. and J. Janssen (1978), “Energy loss and set-up due to breaking of random waves”, In Proceedings 16th International Conference Coastal Engineering, ASCE, pages 569-587. 47, 133, 134, 138, 139, 188
26. Becker, J.J., Sandwell, D.T., Smith, W.H.F., Braud, J., Binder, B., Depner, J., Fabre, D., Factor, J., Ingalls, S., Kim, S.-H., Ladner, R., Marks, K., Nelson, S., Pharaoh, A., Trimmer, R., Von Rosenberg, J., Wallace, G., Weatherall, P. (2009), “Global bathymetry and elevation data at 30 arcsec resolution: SRTM30_PLUS”. Mar. Geodesy 32, 355–371. doi: 10.1080/01490410903297766.
27. Boer, S., DeVriend, H. J. and Wind, H. G. (1984), “A Mathematical Model for the Simulation of Morphological Processes in the Coastal Area”, Proc. 19th ICCE, Houston, USA, pp. 1437-1453.
28. Briand, M.H.G. and Kamphuis, J.W. (1993), “Sediment Transport in the Surf Zone: a Quasi 3-D Numerical model”, Coastal Engineering, Vol. 20, pp. 135-166.
29. Cancino, L. and Neves, R. (1999), “Hydrodynamic and Sediment Suspension Modeling in Estuarine Systems Part I: Description of the Numerical Models.” Journal of Marine Systems, Vol. 22, pp.105-116.
30. Chanson, H. (1999), “The Hydraulics of Open Channel Flow: An Introduction”. John Wiley and Sons Inc., New York.
31. Chapman, R. S., Johnson, B.H. and Vemulakonda, S.R. (1996), "User’s Guide for the Sigma Stretched Version of CH3D-WES." Technical Report HL-96-21, US Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS
32. Celik, I., and Rodi, W. (1988), “Modeling Suspended Sediment Transport in Non- Equilibrium Situations”. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 114, No. 10.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
94
33. Dean, R. G. and R. A. Dalrymple (1991), “Water wave mechanics for enginieers and scientists”, vol. 2 of advanced series on ocean engineering. World Scientific Publishing Company. 242
34. Delft Hydraulics (2003), “Delft3D-FLOW User Manual; Delft3D-WAVE User Manual”
35. DHI Inc (2003), 301 South State Street, Newtown, PA 18940, USA. http://www.dhisoftware.com/general/Contact_info.htm
36. Eckart, C. (1958), “Properties of water, Part II. The equation of state of water and sea water at low temperatures and pressures”. American Journal of Science 256: 225-240
37. Engelund, F. and Hansen, E. (1967), “A monograph on Sediment Transport”, Technisk Forlag, Copenhagen, Denmark.
38. Hasselmann, K., T. P. Barnett, E. Bouws, H. Carlson, D. E. Cartwright, K. Enke, J. Ewing,H. Gienapp, D. E. Hasselmann, P. Kruseman, A. Meerburg, P. M�uller, D. J. Olbers, K. Richter, W. Sell and H. Walden, (1973), “Measurements of wind wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP)”. Deutsche Hydrographische Zeitschrift 8 (12)
39. HydroQual, Inc. (2003), One Lethbridge Plaza, Mahwah, NJ 07430, USA.
40. Katopodi, I. and Ribberink, J.S. (1992), “Quasi-3D Modeling of Suspended Sediment Transport by Currents and Waves”, Coastal Engineering, Vol. 18, pp. 83-110.
41. Lefevre F, Lyard F, Le Provost C, Schrama EJO (2002), “FES99: a global tide finite element solution assimilating tide gauge and altimetric information”. Atmos Ocean Tech 19:1345–1356
42. Lesser, G., J. van Kester and J. A. Roelvink (2000) “On-line sediment transport within Delft3D-FLOW”. Tech. Rep. Z2899, WL.
43. Louisiana Hydroelectric Limited (1999), “Lower Mississippi River Sediment Study”, Final Report. Vidalia, Louisiana.
44. Luyten P. J., E. Deleesnijder, J. Ozer, and K. G. Ruddick (1996), “Presentation of a family of turbulence closure models for stratified shallow water flows and preliminary application to the Rhine outow region”. Continental Shelf Res., 16:101-130, 1996.
45. Luyten P. J., P. J. Jones, R. Proctor, A. Tabor, P. Tett, and K. Wild-Allen, (1999), “Coherens a coupled hydrodynamical-ecological model for regional and shelf seas”, Belgium. Technical Report MUMM report, Management unit of the Mathematical Models of North Sea, 914pp, COSINUS, 1999.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
95
46. Lyard F., F. Lefevre, T. Letellier, and O. Francis. (2006), “Modelling the global ocean tides: modern insights from FES2004”. Ocean Dynamics, 56:394–415, 2006.
47. Martin, J. L. and McCutcheon, S. C. (1999), “Hydrodynamics and Transport for Water Quality Modeling”. Lewis Publications, Boca Raton, Florida.
48. Merri T Jone, Pauline W., Raymond N. Cramer (2009), “User Guide to the centernary edition of the GEBCO digital atlas and its datasets”. Natural environment research council.
49. McAnally, W. H., Letter, J. V., and Thomas, W. A. (1986), “Two and Three- Dimensional Modeling Systems for Sedimentation”. Proc. Third Int. Symp., River Sedimentation, Jackson, USA
50. Moffatt & Nichol Engineers (2000), “Barataria Basin Existing Data and Numerical Model Review and Analysis”. Draft Report Submitted to: State of Louisiana, Department of Natural Resources. Report Prepared by: Moffatt & Nichol Engineers, 2209 Century Drive, Suite 500, Raleigh, NC 27612. July 28, 2000.
51. O'Connor, B. A., and Nicholson, J. (1988), “A Three-Dimensional Model of Suspended Particulate Sediment Transport”, Coastal Engineering 12.
52. Resource Management Associates, Inc. (2003). 4171 Suisun Valley Road, Suite J, Suisun City, CA 94585, USA.
53. Partheniades, E. (1965) “Erosion and Deposition of Cohesive Soils”, Journal of the Hydraulics Division, ASCE 91 (HY 1): 105-139.
54. Schumm, S. A. and Winkley, B. R. (1994), “The Variability of Large Alluvial Rivers”. ASCE Press, New York, 467 pp.
55. Smith, T. J., and O'Connor, B. A. (1977), “A Two-Dimensional Model for Suspended Sediment Transport”, IAHR-congress, Baden-Baden, West Germany.
56. Simons, D.B., and Senturk, F., (1992), “Sediment Transport Technology – Water and Sediment Dynamics”, Water Resources Publications.
57. Soulsby, R. L., L. Hamm, G. Klopman, D. Myrhaug, R. R. Simons and G. P. Thomas, (1993), “Wave-current interaction within and outside the bottom boundary layer”. Coastal Engineering 21: 41-69.
58. Stelling, G. S., (1984), “On the construction of computational methods for shallow water flow problems”. Tech. Rep. 35, Rijkswaterstaat.
59. Struiksma, N., Olesen, K. W., Flokstra, C. and DeVriend, H. J., (1984), “Bed Deformation in Curved Alluvial Channels”. Journal of Hydr. Research, Vol. 23, No. 1.
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
96
60. Thomas, W. A., McAnally, W. H., Jr. (1990), “User's Manual for the Generalized Computer Program Systems for Open Channel Flow and Sedimentation: TABS-2 system”. US Army Corps of Engineers, Waterways Experiment Station, Hydraulics Laboratory, Vicksburg, MS.
61. Uittenbogaard, R.E., (1998), “Model for eddy diffusivity and viscosity related to sub-grid velocity and bed topography”. Note, WL | Delft Hydraulics.
62. Van Rijn, L.C., Van Rossum, H., and Termes, P.P., (1989), “Field Verification of 2D and 3D Suspended Sediment Models”, Submitted to Journal of Hydr. Eng. ASCE.
63. Van Rijn, L.C. (1987), “Mathematical modeling of Morphological processes in the case of Suspended Sediment Transport”, Thesis, Delft Tech. Univ., Delft, The Netherlands.
64. Van Vossen, B., (2000), “Horizontal Large Eddy Simulations; evaluation of computations with DELFT3D-FLOW”. Report MEAH-197, Delft University of Technology.
65. Van Rijn, L., (1993), “Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal Seas”, Aqua Publications, The Netherlands.
66. Van Ballegooyen, R. and Taljaard, S., (2001), “Application of Delft3D – FLOW to stratified estuaries in South Africa”.
67. Van Rijn, L. C. (1989), “The State of the Art in Sediment Transport Modeling, in Sediment Transport Modeling”, edited by Sam S.Y. Wang, 1989. American Society of Civil Engineers, New York.
68. Wang, Z. B. (1989), “Mathematical Modeling of Morphological Processes in Estuaries”, Dissertation, Delft Univ. of Techn. Delft, The Netherlands.
69. Winterwerp, J.C., (1999), “On the dynamics of high-concentrated mud suspensions”, Doctoral Thesis for the Technical University of Delft.
70. Whitham G.B. (1974), "Linear and Nonlinear Waves". New York: John Wiley & Sons.
71. World Ocean Atlas (2009), “National Oceanographic Data Center. 30-03-2010. http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOA09/pr_woa09.html”. Retrieved 19-5-2010
72. UNESCO (1981), “Background papers and supporting data on the international equation of state 1980”. Tech. Rep. 38, UNESCO. 208, 330
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d
97
PHỤ LỤC
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-1
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
Hình A. 1. Dòng chảy (m/s) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng nước lớn – mùa khô
(Trong kỳ triều cường 0h, 20/3/2009; Hmax=3.2m; a- tầng mặt; b- tầng đáy)
(a)
(b)
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-2
Hình A. 2. Dòng chảy (m/s) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng nước ròng – mùa khô
(Trong kỳ triều cường 12h, 20/3/2009; Hmin=0.4m; a- tầng mặt; b- tầng đáy)
(b)
(a)
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-3
Hình A. 3. Dòng chảy tầng mặt (m/s) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa các pha triều – mùa khô
(Trong kỳ triều kém; a- triều lên, H=2.0m, 3h, 12/3/2009; b- triều xuống, H=1.7m, 16h, 12/3/2009)
(a)
(b)
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-4
Hình A. 4. Dòng chảy tầng mặt (m/s) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng khi mực nước cực trị – mùa khô
(Trong kỳ triều kém; a- nước lớn, H=2.5m, 7h, 12/3/2009; b- nước ròng, H=1.3m, 21h, 12/3/2009)
(b)
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-5
Hình A. 5. Dòng chảy (m/s) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng nước lớn – mùa mưa
(Trong kỳ triều cường 17h, 19/8/2009; Hmax=3.7m; a- tầng mặt; b- tầng đáy)
(b)
(a)
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-6
Hình A. 6. Dòng chảy (m/s) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng nước ròng– mùa mưa
(Trong kỳ triều cường 5h, 19/8/2009; Hmin=0.3m; a- tầng mặt; b- tầng đáy)
(b)
(a)
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-7
Hình A. 7. Dòng chảy tầng mặt (m/s) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa các pha triều – mùa mưa
(Trong kỳ triều kém; a- triều lên, H=1.9m, 3h, 13/8/2009; b- triều xuống, H=1.8m, 16h, 13/8/2009)
(a)
(b)
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-8
Hình A. 8. Dòng chảy tầng mặt (m/s) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng khi mực nước cực trị – mùa mưa
(Trong kỳ triều kém; a- nước lớn, H=2.4m, 9h, 13/8/2009; b- nước ròng, H=1.4m, 21h, 12/8/2009)
(a)
(b)
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại
A-9
Hình A. 9. Phân bố TTLL (kg/m3) tầng mặt vùng cửa sông ven biển Hải Phòng trong kỳ triều kém (mùa khô: a- triều lên, H=2.0m, 3h, 12/3/2009; b-triều xuống, H=1.7m, 16h, 12/3/2009; c- nước lớn, H=2.5m, 7h, 12/3/2009; d- nước ròng, H=1.3m, 21h, 12/3/2009; mùa mưa: e- triều lên, H=1.9m, 3h, 13/3/2009; f- triều xuống,
H=1.8m, 16h, 13/3/2009; g- nước lớn, H=2.4m, 9h, 13/8/2009; h- nước ròng, H=1.4m, 21h, 12/8/2009)
(g) (h)
(f) (e)
(c) (d)
(b) (a)
Phụ lục B. Ảnh hưởng của thủy triều
B-1
Phụ lục B. Ảnh hưởng của thủy triều
Hình B. 1. Profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa – thời điểm triều lên (12h, 19/8/2009; a – hiện tại; b- không có thủy triều)
Hình B. 2. Profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa – thời điểm triều xuống (23h, 19/8/2009; a – hiện tại; b- không có thủy triều)
(b)
(b)
(a)
(a)
Phụ lục B. Ảnh hưởng của thủy triều
B-2
Hình B. 3. Profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa – thời điểm nước lớn (17h, 19/8/2009; a – hiện tại; b- không có thủy triều)
Hình B. 4. Profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa – thời điểm nước ròng (5h, 19/8/2009; a – hiện tại; b- không có thủy triều)
(a)
(b)
(a)
(b)
Phụ lục B. Ảnh hưởng của thủy triều
B-3
Hình B. 5. Ảnh hưởng của thủy triều đến phân bố TTLL (kg/m3)- tầng mặt (mùa khô: a – hiện tại (triều lên-18h, 19/3/2009); b- không có thủy triều; c – hiện tại (triều xuống-7h, 20/3/2009); d- không có thủy triều
mùa mưa: e – hiện tại (triều lên-12h, 19/8/2009); f- không có thủy triều; g– hiện tại (triều xuống-23h, 19/8/2009); h- không có thủy triều)
(a)
(d) (c)
(b)
(e) (f)
(g) (h)
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió
C-1
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió
Hình C. 1. Ảnh hưởng của gió đến profile TTLL ((kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa –triều lên
(12h, 19/8/2009; a – không có gió; b- gió NE, c- gió hướng E, d- gió hướng SE)
(d)
(c)
(b)
(a)
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió
C-2
Hình C. 2. Ảnh hưởng của gió đến profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa –triều xuống (23h, 19/8/2009; a – không có gió; b- gió NE, c- gió hướng E, d- gió hướng SE)
(d)
(b)
(c)
(a)
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió
C-3
Hình C. 3. Ảnh hưởng của gió đến profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa –nước lớn
(17h, 19/8/2009; a – không có gió; b- gió NE, c- gió hướng E, d- gió hướng SE)
(d)
(c)
(b)
(a)
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió
C-4
Hình C. 4. Ảnh hưởng của gió đến profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa –nước ròng
(5h, 19/8/2009; a – không có gió; b- gió NE, c- gió hướng E, d- gió hướng SE)
(d)
(c)
(b)
(a)
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió
C-5
Hình C. 5. Ảnh hưởng của gió đến phân bố TTLL (kg/m3) trong mùa khô- tầng mặt (triều lên: 18h, 19/3/2009; a – không có gió; b- gió NE, c- gió hướng E, d- gió hướng SE
(triều xuống: 7h, 20/3/2009; e – không có gió; f- gió NE, g- gió hướng E, h- gió hướng SE)
(a)
(b)
(e)
(f)
(d)
(c) (g)
(h)
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió
C-6
Hình C. 6. Ảnh hưởng của gió đến phân bố TTLL (kg/m3) trong mùa mưa-tầng mặt (triều lên: 12h, 19/8/2009; a – không có gió; b- gió NE, c- gió hướng E, d- gió hướng SE
triều xuống: 23h, 19/8/2009; e – không có gió; f- gió NE, g- gió hướng E, h- gió hướng SE)
(d)
(c) (g)
(h)
(b)
(a)
(f)
(e)
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió
D-1
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió
Hình D. 1. Ảnh hưởng của gió- sóng đến profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa khô –nước ròng (12h, 20/3/2009; a – không có gió+ sóng; b- gió+ sóng NE, c- gió+ sóng hướng E, d- gió+ sóng hướng SE)
(a)
(b)
(c)
(d)
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió
D-2
Hình D. 2. Ảnh hưởng của gió – sóng đến profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa –triều lên
(12h, 19/8/2009; a – không có gió- sóng; b-gió + sóng NE, c-gió + sóng hướng E, d- gió + sóng hướng SE)
(b)
(a)
(c)
(d)
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió
D-3
Hình D. 3. Ảnh hưởng của gió- sóng đến profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa –triều xuống
(23h, 19/8/2009; a – không có gió+ sóng; b-gió+ sóng NE, c-gió+ sóng hướng E, d- gió+ sóng hướng SE)
(d)
(c)
(b)
(a)
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió
D-4
Hình D. 4. Ảnh hưởng của gió- sóng đến profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa –nước lớn
(17h, 19/8/2009; a – không có gió+ sóng; b- gió+ sóng NE, c-gió+sóng hướng E, d- gió+ sóng hướng SE)
(c)
(d)
(b)
(a)
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió
D-5
Hình D. 5. Ảnh hưởng của sóng-gió đến profile TTLL (kg/m3) tại mặt cắt I trong mùa mưa –nước ròng
(5h, 19/8/2009; a – không có gió- sóng; b- gió+ sóng NE, c- gió + sóng hướng E, d- gió + sóng hướng SE)
(c)
(d)
(b)
(a)
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió
D-6
Hình D. 6. Ảnh hưởng của gió –sóng đến phân bố TTLL (kg/m3) trong mùa khô- tầng mặt (triều lên: 18h, 19/3/2009; a – không có gió+ sóng; b- gió+ sóng NE, c- gió+ sóng hướng E, d- gió + sóng hướng SE triều xuống: 7h, 20/3/2009; e – không có gió+ sóng; f- gió+sóng NE, g- gió+ sóng hướng E, h- gió+ sóng hướng SE)
(b) (f)
(a) (e)
(g)
(d)
(c)
(h)
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió
D-7
Hình D. 7. Ảnh hưởng của gió- sóng đến phân bố TTLL (kg/m3) trong mùa mưa- tầng mặt
(triều lên: 12h, 19/8/2009; a – không có gió+sóng; b- gió+sóng NE, c- gió+sóng hướng E, d- gió+ sóng hướng SE triều xuống: 23h, 19/8/2009; e – không có gió+ sóng; f- gió+ sóng NE, g- gió+ sóng hướng E, h- gió+ sóng hướng SE)
(b) (f)
(a) (e)
(d)
(c) (g)
(h)
Recommended