Luận văn thạc sĩ TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À BIẾN ĐỘNG ĐÁY BIỂN TẠI VÙNG LÂN CẬN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG VÀ DÒNG CHẢY

Luận văn thạc sĩ TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À BIẾN ĐỘNG ĐÁY BIỂN TẠI VÙNG LÂN CẬN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG VÀ DÒNG CHẢY. Sự biến động bãi biển trong vùng nước nông ven bờ là kết qủa tác động của các quá trình tự nhiên...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHI ÊN

-Dương Công Điển

TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À BIẾN ĐỘNG ĐÁY BIỂN TẠI VÙNG LÂN CẬN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA

SÓNG VÀ DÒNG CHẢY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHI ÊN

-Dương Công Điển

TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À BIẾN ĐỘNG ĐÁY BIỂN TẠI VÙNG LÂN CẬN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA

SÓNG VÀ DÒNG CHẢY

Chuyên ngành: Hải dương học

Mã số: 60 44 97

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS Nguyễn Minh Huấn

Hà Nội - 2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẤU ……… 1

Chương 1 – TỔNG QUAN ……… 2

1.1 Đặt vấn đề ……… 2

1.2 Mục tiêu nghiên cứu ……… 3

1.3 Giới hạn nghiên cứu ……… 3

1.4 Phương pháp nghiên c ứu ……… 4

Chương 2 – ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BIỂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ……… 5

2.1 Đặc điểm tự nhiên, điều kiện khí tượng thủy văn khu vực cửa Thuận An ……… 6

2.2 Hiện trạng công trình bảo vệ bờ tại cửa Thuận An ……… 6

Chương 3 – MÔ HÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ……… 9

3.1 Cơ sở lý thuyết CMS-flow……… 9

3.2 Cơ sở lý thuyết CMS-wave ……… 19

3.3 Kết nối giữa CMS-flow và CMS-wave ……… 22

3.4 Thiết lập lưới tính, điều kiện biên, điều kiện ban đầu ……… 22

3.5 Phân tích số liệu, xây dựng kịch bản tính toán ……… 27

3.6 Thiết lập các thông số và hiệu chỉnh mô hình ……… 33

3.7 Kết quả tính toán ……… 40

KẾT LUẬN ……… ……… 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 56

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình1: Bản đồ khu vực phá Tam Giang – Cầu Hai ……… 5

Hình2 Hệ thống kè biển tại cửa Thuận An ……… 7

Hình 3 Chi tiết kết cấu kè (S1, S2 và B) tại phía bờ bắc cửa Thuận An ………… 7

Hình 4 Chi tiết kết cấu kè (N) tại bờ nam cửa Thuận An ……… 8

Hình 5 Lưới tính CMS-wave với biên sóng nước sâu và vị trí của kè biển 23

Hình 6 Lưới tính CMS-flow với biên mực nước và vị trí các kè biển 24

Hình 7 Lưới tính CMS-flow tại khu vực cửa Thuận An với địa h ình đáy biển 25

Hình 8 Vị trí các kè trong miền tính 26

Hình 9 Dao động mực nước trong một chu kỳ triều tại Thuận An 27

Hình 10 So sánh độ cao sóng tính toán v à đo đạc tại trạm MSP1 thời gian: 10 -12/2002 28

Hình 11 Đường đi, so sánh độ cao sóng tính toán v à đo đạc trong cơn bão frankie 7/1996 28

Hình 12 Đường đi, so sánh độ cao sóng tính toán v à đo đạc trong cơn bão Wukong 9/2000 28

Hình 13 Đường đi, so sánh độ cao sóng tính toán v à đo đạc trong cơn bão Linda 11/1997 29

Hình 14 Vị trí điểm lấy các tham số sóng n ước sâu 29

Hình 15 Hoa sóng tại trạm ngoài khơi trong nhiều năm 30

Hình 16 Hoa sóng tại trạm ngoài khơi trong mùa gió đông bắc và mùa gió tây nam 31

Hình 17 Quy định về hướng sóng trong mô h ình CMS-wave 32

Hình 18 Vị trí các trạm quan trắc dao động mực n ước và dòng chảy 21/4/2007 34

Hình 19 Thiết lập các thông số chính của CMS -wave 34

Hình 20 Điều kiện phổ sóng tại bi ên CMS-wave 35

Hình 21 Thiết lập các thông số chính tron g mô hình CMS-flow 35

Hình 22 Các thông số tính toán vận chuyển trầm tích 36

Hình 23 Điều kiện biên dao động mực nước 36

Hình 24 Giao diện điều khiển tính toán cặp đồng thời giữa hai mô hình 37

Hình 25 So sánh mực nước tính toán và đo đạc tại trạm V1từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày 22/4/2007 37

Hình 26 So sánh tốc độ dòng chảy tính toán với tốc độ d òng chảy đo đạc tại các tầng mặt, giữa và đáy tại trạm V1từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày 22/4/2007 38

Hình 27 So sánh hướng dòng chảy tính toán với hướng dòng chảy đo đạc tại các tầng mặt, giữa và đáy tại trạm V1từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày 22/4/2007 38

Hình 28 Trường dòng chảy tại khu vực cửa Thuận An trong pha triều l ên 39Hình 29 Trường dòng chảy tại khu vực cửa Thuận An trong pha triều xuống 39Hình 30 Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 120

đến 150 độ 40Hình 31 Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày

dưới tác động của sóng có h ướng từ 120 đến 150 độ 41Hình 32 Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 90

đến 120 độ 41Hình 33 Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày

dưới tác động của sóng có hướng từ 90 đến 120 độ 42Hình 34 Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 60

đến 90 độ 42Hình 35 Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày

dưới tác động của sóng có hướng từ 60 đến 90 độ 43Hình 36 Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 30

đến 60 độ 43Hình 37 Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày

dưới tác động của sóng có hướng từ 30 đến 60 độ 44Hình 38 Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 0

đến 30 độ 44Hình 39 Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày

dưới tác động của sóng có hướng từ 0 đến 30 độ 45Hình 40 Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 330

đến 0 độ 45Hình 41 Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày

dưới tác động của sóng có hướng từ 330 đến 0 độ 46Hình 42 vị trí các mặt cắt từ 1 đến 5 47Hình 43 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 1 dưới tác động của các hướng

sóng khác nhau 47Hình 44 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 1 dưới tác động tổng hợp của tất

cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 48Hình 45 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 2 dưới tác động của các h ướng

sóng khác nhau 48Hình 46 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 2 dưới tác động tổng hợp của tất

cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 49Hình 47 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 3 dưới tác động của các h ướng

sóng khác nhau 49

Hình 48 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 3 dưới tác động tổng hợp của tất

cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 50

Hình 49 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 4 dưới tác động của các h ướng sóng khác nhau 50

Hình 50 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 4 dưới tác động tổng hợp của tất cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 51

Hình 51 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 5 dưới tác động của các h ướng sóng khác nhau 51

Hình 52 So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 5 dưới tác động tổng hợp của tất cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 52

Hình 53 Kết quả đo đạc đường bờ tại Thuận An tháng 6 năm 2 012 52

Hình 54 Ảnh chụp khu vực bồi cát phía nam k è tại cửa Thuận An 6/2012 53

Hình 55 Ảnh chụp vị trí các bar cát ngầm tại cửa Thuận An 6/2012 54

Hình 56 Ảnh chụp các bar cát tại trung tâm luồng ra vào tại cửa Thuận An 6/2012 54 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng1: Các đợt đo đạc tại cửa Thuận An từ 1/2007 đến nay ……… 8

Bảng 2 Bảng tần suất sóng trung b ình nhiều năm 30

Bảng3 Bảng tần suất sóng n ước sâu theo các hướng tác động tới đường bờ 32

Bảng4 Kết quả phân tích các yếu tố sóng theo h ướng tác động 33

Bảng 5 Lượng trầm tích vận chuyển qua các mặt cắt 55

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CMS – wave Coastal Model ing System - wave

CMS – flow Coastal Model ing System - flow

MỞ ĐẦU

Sự biến động bãi biển trong vùng nước nông ven bờ là kết qủa tác động củacác quá trình tự nhiên như gió, sóng, dòng chảy, sóng thần và biến động của mựcnước biển Tuy nhiên sự tác động của con ng ười cũng có ảnh hưởng đáng kể thôngqua các công trình nhân t ạo như xây dựng kè, đê chắn sóng, tường đứng ven biển vàcác quá trình nạo vét luồng cũng như nuôi bãi Do vậy nghiên cứu sự biến động bãibiển trong vùng ven bờ là hết sức cần thiết và quan trọng đối với các công trình ven

bờ như: xây dựng cảng, thiết kế luồng tầu v à các công trình bảo vệ bờ

Trong nghiên cứu này, tôi tiến hành các phân tích số liệu thủy động lực học

có tác động tới các quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy trong vùng nướcnông ven bờ Áp dụng mô hình số (CMS) tính toán mô phỏng sự biến động b ãi biểntại vùng cửa Thuận An sau khi xây dựng công tr ình kè biển Trong quá trình tínhtoán kiểm chứng mô hình, Các tham số sóng và dòng chảy được hiệu chỉnh và kiểmchứng kỹ lưỡng Ngoài ra bộ số liệu đo đạc biến động đ ường bờ trong khuôn khổ

dự án VS\RDE-03 được sử kiểm chứng với các kết quả biến động b ãi biển của môhình

Các kết quả mô phỏng chỉ ra rằng, b ước đầu các công trình xây dựng kè biểnvới mục đích bảo vệ, ngăn chặn xói lở bờ biển ở khu vực Hải D ương – Thuận An –Hòa Duân đã có những kết quả nhất định Khu vực bờ biển Hải D ương đã được bảo

vệ khỏi các tác động gây xói lở, khu vực phía nam cửa Thuận An chuyển từ trạngthái xói lở sang bồi tụ Các kết quả tính toán đ ưa ra được bức tranh khá phù hợp vớicác kết quả đo đạc thực tế

Để hoàn thành bài luận văn này tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâusắc tới: Ban giám hiệu tr ường Đại học Khoa học tự nhi ên, Khoa Khí tượng - Thủyvăn và Hải dương học, phòng sau đại học đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi ho àn thànhluận văn này

Viện Cơ học, Viện KH và CN Việt Nam (địa chỉ; 18 Hoàng Quốc Việt,Nghĩa Đô Cầu Giấy, Hà Nội), cơ quan nơi tôi công tác đ ã cử đi đào tạo cũng nhưtạo điều kiện về mặt thời gian, kinh phí và các thủ tục hành chính trong suốt quátrình học tập

Ban giám đốc, các đồng nghiệp của Trung tâm Khảo sát Nghiên cứu Tư vấnMôi trường Biển và dự án hợp tác Việt Nam – Thụy Điển VS\RDE-03 góp ý, cungcấp số liệu, tạo điều kiện đi khảo sát đo đạc tại khu vực cửa biển Thuận An

PGS TS Nguyễn Minh Huấn - người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ và tạomọi điều kiện trong quá tr ình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Khí t ượng – Thủy văn vàHải dương Học đã tận tính dạy dỗ và truyền thụ kiến thức cho tôi trong những nămhọc vừa qua

Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây dưới sự phát triển mạnh của nền kinh tế cũng nh ư

sự phát triển nhanh của ng ành du lịch và dịch vụ, nhiều các công tr ình ven bờ như

đê biển, kè chắn sóng, mỏ hàn được xây dựng với mục đích chỉnh trị nhằm đạt đ ượcmục tiêu phục vụ phát triển kinh tế, bảo vệ các vùng dân cư kh ỏi sự xâm thực từphía biển

Khu vực cửa biển Thuận An – Thừa Thiên Huế là một trong những cửa ng õquan trọng của giao thông đường thủy kết nối hầu hết các con sông của tỉnh ThừaThiên Huế và trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai trong đó có cảng Thuận

An với Biển Đông Đây cũng là cửa chính tiêu thoát lũ trong mùa mưa và là kênhtrao đổi nước giữa đầm phá và biển Thêm vào đó phía bắc cửa là khu dân cư thuộc

xã Hải Dương với số lượng dân cư lớn và phía nam cửa là khu du lịch bãi tắm biểnThuận An Đây là hai khu vực đang có hiện tượng xói lở mạnh gây ra t ình trạngnguy hiểm tới đời sống dân cư cũng như phát triển du lịch trong khu vực [3]

Với chủ trương ngăn chặn sự bồi lấp luồng tàu tại Thuận An và bảo vệ bờ haiphía bắc và phía nam, đầu năm 2005 Ủy ban nhân dân Tỉnh Thừa Thi ên Huế đã ra

quyết định phê duyệt dự án xây dựng “xử lý khẩn cấp khắc phục xói lở bờ biển H ải Dương và chỉnh trị luồng cảng Thuận An, tỉnh Thừa Thi ên Huế” Giai đoạn 1 xây

dựng công trình chống xói lở bờ biển Hải D ương – Thuận An – Hòa Duân Côngtrình đã được xây dựng vào đầu năm 2008 và hoàn thành vào cuối năm 2010

Với mục tiêu bảo vệ các vùng bị xói lở, công trình bước đầu đã có một số hiệuquả nhất định Khu vực phía bắc (khu bờ biển x ã Hải Dương) có các kè S1, S2 và Bbảo vệ cách ly khu vực bờ khỏi các tác động của sóng v à dòng chảy nên quá trình xói

lở bờ biển tại đây không c òn diễn ra Khu vực phía nam gần cửa (khu bờ biển Thuận

An – Hòa Duân) hiện tượng xói lở không còn (đặc biệt là bãi biển phía nam kè) vàthay vào đó là quá trình bồi diễn ra mạnh mẽ dưới sự che chắn của các công trình.Khu vực phía trong cửa Thuận An, quá trình bồi xói và biến động bãi biển và đường

bờ diễn ra phức tạp Khu vực phía nam xa công tr ình quá trình bồi và xói diễn ra theomùa dưới tác động của các hướng sóng khác nhau trong gió m ùa Đông Bắc và giómùa Tây Nam

Như vậy kết quả sau khi xây dựng các k è biển trong giai đoạn 1 của dự án đ ã cócác tác động đến các quá trình thủy động lực và kết quả là tác động đến sự tiến triểncủa đường bờ và bãi biển khu vực cửa Thuận An v à vùng lận cận như sau:

- Quá trình sóng và dòng chảy khu vực gần công tr ình và cửa Thuận An có sựthay đổi.

- Các công trình cách ly hoặc ngăn cản dòng vận chuyển trầm tích dọc bờ, làmthay đổi bức tranh vận chuyển trầm tích

- Với mục tiêu bước đầu là ngăn cản sự xói lở tại các bờ biển Hải D ương –Thuận An – Hòa Duân, Các công trình kè đã phát huy được tính hiệu quả tạicác vùng bờ biển lận cận công trình, tuy nhiên chưa giải quyết được sự bồi lấpluồng tàu và xói lở tại các khu vực bờ phía trong cửa

Để hiểu rõ quy luật các quá trình vận chuyển trầm tích và biến động đáy biển,cần có sự nghiên cứu chi tiết về các quá trình động lực gây ra quá trình vận chuyểntrầm tích trong khu vực cửa Thuận An, đặc biệt l à các tác động của công trình Cócác nghiên cứu định lượng mô phỏng, đưa ra bức tranh vận chuyển trầm tích vàbiến đổi đáy biển, từ đó có các giải pháp khắc phục các yếu điểm trong giai đoạn 1của công trình cũng như đưa ra hướng giải quyết trong giai đoạn tiếp theo Cácmục tiêu chính của nghiên cứu gồm có:

- Nghiên cứu phân tích các quá trình động lực (sóng và dòng chảy) tác độngđến quá trình vận chuyển trầm tích trong khu vực cửa Thuận An

- Nghiên cứu ứng dụng mô hình SMS (các mô đun CMS-flow và CMS-wave)trong việc tính toán vận chuyển trầm tích khu vực cửa Thuận An d ưới tácđộng của công trình

Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung nghiên cứu vận chuyển trầm tích tạikhu vực của Thuận An, đặc biệt l à khu vực lận cận công trình, dưới tác động chủyếu của hai yếu tố sóng v à dòng chảy Các thông số của công trình cũng được đưavào mô hình tính nhằm mục đích mô phỏng đ ược các tác động của nó t ới sự vậnchuyển trầm tích và biến động đáy biển

Do việc sử dụng mô hình hai chiều trung bình theo độ sâu để mô phỏng cácquá trình thủy động lực và biến đổi đáy, cho nên các kết quả chỉ mô phỏng đ ượcquá trình biến đổi đáy biển, sự biến đổi đ ường bờ không được mô phỏng ở đây Tuynhiên các kết quả đo đạc biến động đ ường bờ vẫn được sử dụng để so sánh sự tươngquan giữa kết quả tính biến động đáy biển với sự biến động của đ ường bờ

Các kịch bản tính toán sử dụng các kết quả phân tích sóng theo các hướngtác động khác nhau, mỗi hướng tác động tiến hành lấy trung bình các tham số sóngtheo một khoảng thời gian Dao động mực nước áp dụng tại biên được lấy bằng sự

biến động mực nước trong một chu kỳ triều đặc tr ưng Lưu lượng trong các sôngkhông được sử dụng trong các nghi ên cứu tính toán.

1.4 Phương pháp nghiên c ứu

Dựa trên các đặc điểm khu vực nghi ên cứu vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai

và vùng cửa sông lạch triều Thuận An, cho nên phương pháp nghiên c ứu được hìnhthành trên cơ sở:

- Nghiên cứu các tài liệu liên quan tới vùng đầm phá, cửa sông và công trình.Dựa vào các thông tin phù h ợp với vùng nghiên cứu Dựa trên thông tin, sốliệu và các kết quả của các nghiên cứu, công trình khoa học và các đề tài, dự

án đã tiến hành tại khu vực Xem xét phân tích các s ố liệu, văn bản có li ênquan

- Thu thập các số liệu cơ bản về địa hình, đường bờ, thông số của công tr ình,các số liệu về mực nước, chế độ sóng và tính chất trầm tích

- Phân tích số liệu làm cơ sở thiết lập mô hình và xây dựng các kịch bản tínhtoán

- Xác định mô hình phù hợp với nguồn số liệu v à khu vực nghiên cứu

- Thiết lập mô hình dựa trên các số liệu cơ bản, lựa chọn điều kiện tr ên biên vàđiều kiện ban đầu

- Hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình

- Mô phỏng mô hình theo các kịch bản tính toán

- Phân tích kết quả tính toán

2.1 Đặc điểm tự nhiên, điều kiện khí tượng, thủy văn khu vực cửa Thuận

và không đều nhau [6] Cửa có độ rộng vào khoảng 350m và chiều dài khoảng600m, chỗ sâu nhất lên đến trên 15m Cửa Thuận An giữ một vai trò điều hòa vềsinh thái và môi trư ờng cho đầm phá Tam Giang Trong mùa mưa nó c òn đóng vaitrò quan trọng trong việc tiêu thoát lũ Về kinh tế xã hội đây là cửa biển và là tuyếnluồng chính đi vào cảng Thuận An – cảng nằm sâu trong đầm phá – và vào hầu hếtcác nhánh sông của tỉnh Thừa Thiên Huế Bản đồ khu vực cửa Thuận An và vùnglận cận được mô tả trên hình 1[4]

Về đặc điểm khí tượng: Khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai nằm trongkhu vực có khí hậu nhiệt đới gió m ùa Hai mùa gió chính đó là mùa gió đông b ắcxảy ra vào các tháng 11, 12, 1 và 2 và mùa gió tây nam x ảy ra vào các tháng 6, 7, 8

và 9 Ngoài ra khu vực này còn chịu tác động của một số cơn bão nhiệt đới, đặc biệtnhiều cơn bão có cường độ mạnh đi thẳng trực tiếp v ào từ biển Đông

Về đặc điểm thủy văn: Đây là khu vực có các đặc điểm về thủy, hải văn phứctạp Về chế độ thủy văn, cửa Thuận An l à nơi tiêu thoát nước của hầu hết các consông đổ vào đầm phá Tam Giang Trong thời gian mùa lũ (tháng 10 đến tháng 1năm sau) lưu lượng trong các sông tăng rất cao do địa hình khu vực phía sau là núirất dốc Cá biệt trong một số năm l ượng nước lớn làm vỡ đoạn bờ biển Hòa Duântạo ra cửa thứ 2 thông ra biển Độ cao mực nước thủy triều tại đây khá nhỏ (bi ên độdao động khoảng 0.25m [3]) và là khu vực bán nhật triều đều Chế độ sóng chịu tácđộng của chế độ gió mùa Các sóng có hư ớng E và NE chiếm tới trên 90% trongtổng phần trăm của năm

Từ năm 1980, tình hình xói lở ở ven bờ biển tỉnh Thừa Thi ên Huế, dọc theođoạn bờ biển từ Hải D ương đến Hòa Duân trở thành một vấn đề nguy kịch Xói lởchủ yếu tác động đến bờ biển tại hai vị trí: x ã Hải Dương (phía bắc cửa Thuận An)với cường độ xói lở 10m/năm v à xã Thuận An – Phú Thuận (phía nam cửa ThuậnAn) với cường độ xói lở 5-6m/năm Xói lở gây tác hại trầm trọng đến bãi biển dulịch Thuận An, đe dọa sự phát triển du lịch trong khu vực Do vậy đầu năm 2006 Ủyban nhân dân tỉnh Thừa Thiên Huế đã phê duyệt dự án xây dựng công tr ình “xử lý

khẩn cấp khắc phục xói lở bờ biển Hải D ương và chỉnh trị luồng cảng Thuận An”.Trong giai đoạn 1 xây dựng hai hệ thống k è biển chống xói lở tại bờ phía bắc (x ãHải Dương) và phía nam (x ã Thuận An) Hệ thống kè đã được khởi công xây dựngvào đầu năm 2008 Kết cấu hệ thống kè tại Thuận An được mô tả trong hình vẽ 3, 4:

Hình 2 Hệ thống kè biển tại cửa Thuận An

Hình 3 Chi tiết kết cấu kè (S1, S2 và B) tại phía bờ bắc cửa Thuận An

Hình 4 Chi tiết kết cấu kè (N) tại bờ nam cửa Thuận An

Sau thời gian xây dựng hệ thống k è, hiện tượng xói lở và bồi tụ tại các vùng

bờ biển có sự thay đổi mạnh mẽ Trong thời gian từ tháng 1/2007 đến nay, trongkhuôn khổ dự án hợp tác Việt Nam – Thụy Điển về phát triển bền vững các v ùngven biển Việt Nam, Viện Cơ học đã tiến hành đo đạc và quan trắc các yếu tố thủyđộng lực, biến động b ãi biển và đường bờ tại khu vực cửa Thuận An Các số liệu đođạc góp phần quan trọng trong việc đánh giá, hiệu chỉnh v à kiểm chứng các môhình tính toán Trong bảng 1 đưa ra thống kê các đợt khảo sát đo đạc tại cửa Thuận

An trong thời gian từ tháng 1/2007 đến nay

Bảng 1: Các đợt đo đạc tại cửa Thuận An từ 1/2007 đến nay

TT Thời gian Yếu tố đo đạc

1 01/2007 Biến động đường bờ và địa hình đáy biển

2 04/2007 Đo đạc địa hình, dòng chảy và dao động mực nước

Chương 3 - MÔ HÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À CÁC KẾT QUẢ

TÍNH TOÁN

Hệ thống mô hình ven bờ là tổ hợp của các mô hình tính toán sóng, dòng chảy,vận chuyển trầm tích và biến động bãi biển trong khu vực ven bờ Hệ thống đ ượcxây dựng nhằm áp dụng tính toán trong các luồng tầu và vận chuyển trầm tích tạicác cửa sông và biến động của bãi biển Các môdun là một phần trong hệ thông môhình SMS, được xây dựng và phát triển tính toán với nhiều công cụ hỗ trợ về côngnghệ GIS và được triển khai trên hệ thống máy tính cá nhân cũng nh ư hệ máy tínhsong song [7,8,9,10,11]

3.1 Cơ sở lý thuyết CMS-flow

CMS- Flow là mô hình tính toán tr ường dòng chảy và vận chuyển trầm tích Môhình tính toán vận chuyển các chất hòa tan (muối) và trầm tích dưới tác động củathủy triều, gió và sóng Mô hình động lực dựa trên phương trình bảo toàn trongvùng nước nông và các thành phần lực Coriolis, ứng suất gió, ứng suất sóng, ứngsuất đáy, ma sát do vật cản, ảnh hưởng của đáy và khuyếch tán rối Có ba phươngpháp tính toán vận chuyển trầm tích là: Mô hình tính toán v ận chuyển trầm tích tổngcộng của Wantanabe ( 1997), tính toán vận chuyển trầm tích kết hợp tính toán trầmtích lơ lửng và di đáy theo công thức của Lund-CIRP (Camenen và Larson 2006) vàtính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng theo công thức của Van Rijn kết hợp vớicông thức vận chuyển trầm tích di đáy của Lund-CIRP Trong trường hợp này cáctác giả lựa chọn phương pháp thứ hai – tính toán vận chuyển trầm tích theo cáccông thức của Lund-CIRP

η – độ cao của dao động mực n ước,

t – thời gian,

qx– thông lượng trên một đơn vị bề rộng theo phương x,

qy– thông lượng trên một đơn vị bề rộng theo phương y,

u – thành phần vận tốc theo hướng x,

v – thành phần vận tốc theo hướng y,

g – gia tốc trọng trường,

Dx– hệ số khuyếch tán theo h ướng x,

Dy– hệ số khuyếch tán theo h ướng y,

f - Tham số Coriolis,

τbx- ứng suất đáy theo phương x,

τby- ứng suất đáy theo phương y,

τwx- ứng suất gió theo phương x,

τwy- ứng suất gió theo phương y,

τSx- ứng suất sóng theo phương x,

τSx- ứng suất sóng theo ph ương y

Các thành phần vận tốc được tính toán từ thông l ượng như sau:

(4)(5)Trong trạng thái không có tác động của sóng, ứng suất đáy đ ược tính như sau:

/

(10)Trong đó R là bán kính th ủy lực và n là hệ số nhám Manning

Trong trạng thái có sóng tác động Ứng suất đáy được tính theo sự phân bốtựa đồng nhất của dòng chảy (do thủy triều, gió v à sóng trên mặt) và vận tốc quỹđạo sóng tại đáy Ứng suất tại đá y được tính trung bình cho từng chu kỳ của sóng tạitừng nút lưới tại mỗi bước thời gian Công thức tính ứng suất đáy khi có mặt sóng

và dòng chảy được Nishimura 1988 đưa ra như sau:

(11)

Với σ là tần số góc của sóng, H l à chiều cao sóng và k là số sóng,

Uwctốc độ quỹ đạo sóng và ωbtần số góc sóng khi có mặt d òng chảy

Ứng suất gió được tính theo công thức:

Sxx- ứng suất bức xạ sóng theo h ướng vuông góc với bờ

Ω – tần số góc quay của trái đất, φ vĩ tuyến

Hệ số nhớt rối phụ thuộc v ào độ dài xáo trộn của cột nước, trong trường hợpkhông có tác động sóng có thể tính theo h àm của độ sâu nước, tốc độ dòng chảy và

độ nhám của đáy biển (Fanconer 1980) nh ư sau:

Trong vùng sóng đổ, dưới tác động của sóng, các xáo trộn theo ph ươngngang là rất đáng kể Công thức tính hệ số nhớt rối nh ư sau:

(24)Trong đó εL mô phỏng sự thay đổi theo ph ương ngang, được Kraus vàLarson 1991 đưa ra như sau

Phân bố gió theo độ cao:

Phân bố tốc độ gió theo chiều cao đ ược tính theo công thức của Charnock

1955 và Hsu 1988

(29)Với

Wz– tốc độ gió tại độ cao z so với mặt biển ,

Z0– độ cao của mặt biển,

Km– hệ số nhớt xoáy, Z là chiều cao.

Giả thiết rằng lớp khí quyển sát mặt n ước là ổn định, khi đó ứng suất gió tại

độ cao 10 m trên mặt biển có thể tính theo Hsu 1988 nh ư sau:

W10– tốc độ gió tại độ cao 10 m tr ên mặt biển

Theo thực nghiệm có thể áp dụng công thức tính tốc độ gió tại độ cao 10 mnhư sau:

/

(32)

Phương trình tính toán vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy biển:

Trong CMS-flow các hệ phương trình tính toán vận chuyển trầm tích và biến đổiđáy biển được tính toán theo ba công thức :

- Công thức của Wantanabe (1987), tính toán vận chuyển trầm tích tổng cộngbao gồm: tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng và di đáy

- Công thức tính vận chuyển trầm tích của Lund-CIRP (Camenen và Larson2006) Công thức tính lượng trầm tích tổng cộng kết hợp từ c ông thức tínhvận chuyển trầm tích lơ lửng và công thức tính vận chuyển trầm tích di đáy

- Tính toán vận chuyển trầm tích tổng cộng dựa theo c ông thức tính vậnchuyển trầm tích lơ lửng của VanRijn kết hợp công thức tính vận chuyểntrầm tích di đáy của Lund-CIRP

Trong báo cáo này các tác gi ả sử dụng công thức tính toán vận chuyển trầm tíchcủa Lund-CIRP

Công thức Lund – CIRP sử dụng trong CMS-flow theo hai phương th ức:

Thứ nhất, tính toán lượng vận chuyển tổng cộng dựa vào sự kết hợp của vậnchuyển trầm tích lơ lửng và di đáy Cách th ức thứ hai sử dụng ph ương trình bìnhlưu khuyếch tán Trong phần tiếp theo nhân tố độ nhám v à ma sát đáy áp dụng trongCMS-flow sẽ được giới thiệu, tiếp đó là vận chuyển trầm tích dạng lơ lửng và diđáy

Độ nhám và hệ số ma sát:

Độ nhám của đáy được xem như tổng hợp của ba thành phần, tính chất của trầmtích ksd, hình dạng ksf và kích thước kss (Soulsby 1997) Độ nhám tổng cộng đượcxem như là tổng của ba thành phần trên:

(40)Nhám liên quan tới kích thước hạt được Wilson (1966, 1989) đ ưa ra như sau:

θi– tham số Shields ứng với sóng hoặc d òng chảy

Ứng với dòng chảy, ta có:

(42)Ứng với sóng

(43)Dựa trên hệ số nhám ta có thể tính toán đ ược hệ số ma sát tương ứng với sóng vàdòng chảy Theo công thức của Soulsby(1994) v à Swart (1997) ta có

Ứng suất trượt gây ra do dòng chảy được tính là.

(45)Ứng suất trượt cực đại do sóng được tính như sau:

(46)ứng suất trung bình được xác định là

Công thức tính vận chuyển trầm tích đáy

Công thức tính toán vận chuyển trầm tích đáy qb dưới tác động của sóng v àdòng chảy được Camenen và Larson (2005) đưa ra như sau:

Trong đó chỉ số w và n tương ứng theo hướng của sóng và hướng vuông gócvới hướng truyền sóng, a và b là các hệ số, θcw,m và θcw là các giá trị của tham sốShield trung bình và c ực đại dưới tác động đồng thời của sóng v à dòng chảy chưa

kể đến độ nhám của đáy

Hệ số an được lấy bằng 12 cho th ành phần vận chuyển vuông góc với h ướngsóng Hệ số b được xem như điều kiện ban đầu của chu yển động, được lấy giá trị là4.5

Các giá trị θnetvà θcnđược xác định theo công thức:

Ma sát đáy trong trư ờng hợp có mặt cả sóng v à dòng chảy được tính theocông thức của Madsen và Grant (1976) như sau:

Với | |/ | | và fc, fwlà hệ số ma sát trong trường hợp chỉ códòng chảy và sóng.

Vận chuyển trầm tích lơ lửng:

Công thức tính vận chuyển trầm tích lơ lửng qs dựa trên giả thiết sự phân bốnồng độ trầm tích theo hàm mũ dọc theo mặt cắt theo ph ương thẳng đứng và tốc độdòng chảy là đồng nhất Công thức của Camenem v à Larson (2006) đưa ra như sau:

(58)Trong đó kc,kw,kblà các hệ số

Phương trình bình lưu khuyếch tán

Vận chuyển trầm tích tổng cộng gồm hai thành phần, vận chuyển trầm tích l ơlửng và vận chuyển trầm tích di đáy Các công thức tính vận chuyển trầm tích lơlửng và di đáy dựa trên ứng suất trượt tại từng vị trí Tuy nhi ên trong một số trườnghợp lượng vận chuyển trầm tích lơ lửng biến đổi mạnh nh ư tại các cửa sông, lạchtriều, luồng tàu và tại các chân công tr ình, khi đó không thể tính vận chuyển trầmtích dựa vào các lực tác động tại chỗ Trong tr ường hợp này phương trình bình lưukhuyếch tán được sử dụng Trong CMS -flow, phương trình bình lưu khuyếch tánthu được từ tích phân liên tục trung bình theo độ sâu của thành phần vận chuyểntrầm tích lơ lửng

(59)

qx– thông lượng trên một đơn vị bề rộng song song với trục x ,

qy– thông lượng trên một đơn vị bề rộng song song với trục y,

u – tốc độ dòng chảy trung bình theo độ sâu theo hướng x,

v – tốc độ dòng chảy trung bình theo độ sâu theo hướng y,

Kx– hệ số khuyếch tán của trầm tích theo hướng x,

Ky– hệ số khuyếch tán của trầm tích theo hướng y,

P – lượng trầm tích đến,

D – lượng trầm tích bị mất đi

Phương trình thay đổi đáy được viết như sau:

(60)

Ở đây: qbx– Suất vận chuyển trầm tích di đáy theo hướng trục x,

qby– Suất vận chuyển trầm tích di đáy theo hướng trục y,

hoặc không đều Mỗi mộ t ô lưới gồm có chỉ số i và j tương ứng với trục x và y của miền lưới tính Mực nước được tính tại trung tâm ô l ưới, các thành phần tốc độ x và

y được tính tại trung tâm cạnh phía b ên trái và cạnh dưới đáy, các giá trị thông

lượng cũng được tính tại các vị trí giống nh ư các thành phần tốc độ

Điều kiện ổn định:

Để đảm bảo sự ổn định của s ơ đồ hiện, bước thời gian cực đại đ ược tính theo

hệ số Courant do Richtmyer và Morton đưa ra (

thuỷ triều còn có nhiều tác động khác, các th ành phần của dòng chảy có thể đượctạo ra do gió, các sóng, v à lưu lượng của sông đổ ra Mỗi tác động sẽ sinh ra một tốc

độ tương ứng vì vậy số Courant được xác định chính xác h ơn bằng:

Δs

Δt

) u

u u

(u

ξ  tide  wind  waves  tributary (62)với u tide là vận tốc dòng chảy do thủy triều, u wind là tốc độ dòng chảy do tác độngcủa gió u waves là vận tốc dòng chảy sinh ra do sóng, u tributary là tốc độ dòng chảy dosông đổ ra Trong các vùng có dòng chảy mạnh, như là tại vùng thuỷ triều dâng, rútmạnh (lạch triều) dòng triều chiếm ưu thế còn trong vùng sóng đổ, dòng chảy sinh

ra do sóng có thể mạnh hơn đáng kể so với dòng triều Tại các vùng này thôngthường cần chia độ phân giải b ước lưới theo không gian nhỏ h ơn Sự kết hợp củacác dòng chảy mạnh và các ô lưới nhỏ giới hạn kích th ước bước thời gian cho phép

Điều kiện biên:

Mô hình CMS-flow sử dụng sáu loại điều kiện biên, và có thể chỉ ra cụ thể biêntác động và không tác động Nguồn số liệu CMS -flow sử dụng làm điều kiện biên làcác số liệu quan trắc đo đạc (do ng ười sử dụng cung cấp dạng các file), số liệu từcác mô hình có miền tính lớn hơn như ADCIR (thông qua các mô đun t ự động) vàcác mô hình khác (d ạng các file đầu vào) Các điều kiện biên gồm có

+ Đều kiện biên mực nước cho dưới dạng các sóng triều : trong mô hình

CMS-flow có thể cho phép tính toán với tám sóng triều khác nhau gồm có (M 2, S2,

N2, K2, K1, O1, M4, và M6)

+ Điều kiện biên mực nước cho dưới dạng chuỗi mực n ước theo thời gian:

loại điều kiện này được cho bằng file các giá trị mực n ước

+ Điều kiện biên mực nước và tốc độ dòng chảy theo thời gian: loại điều

kiện biên này áp đặt các giá trị mực nước và tốc độ dòng chảy theo thời gian tại các

ô lưới trên biên

+ Điều kiện biên lưu lượng theo thời gian: theo cách này, tại các ô trên biên

sẽ được gán giá trị lưu lượng

+ Điều kiện biên phản xạ, không thấm: loại biên này thường gặp tại nơi giao

nhau giữa đất và nước được coi như mặt tường Tại các ô lưới biên kiểu này, nướcchỉ có thể chảy theo h ướng song song với mặt tiếp giáp đất v à nước mà không thấmqua nó

+ Điều kiện biên thích ứng theo trường sóng và trường tốc độ: điều kiện bên

này cho phép tính đến các hiệu ứng của tr ường sóng đến mực n ước ở vùng sát bờ(các hiệu ứng nước dâng, nước rút do sự biến đổi của th ành phần ứng suất bức xạsóng vuông góc với bờ) Đây được coi là một điểm mới đối với các mô h ình tínhtoán dòng chảy khu vực sát bờ

+Tính toán khô ướt: Trong CMS-flow đã sử dụng các kỹ thuật khác nhau để

mô phỏng hiện tượng khô ướt như phương trình bar cát, đập nước (Reid và Bodine1968) và các bài toán biên di đ ộng (Yeh và Chou 1978)

Mỗi ô ướt sẽ được kiểm tra sau mỗi bước tính xem nó có trở th ành khô không saukhi tính được các giá trị mực n ước và tốc độ của bước tính đó cho toàn bộ lưới tính.Chỉ tiêu để ô tính nà trở thành khô là:

cr j i, j i, j

i, d η D

Với D,j là độ sâu nước tổng cộng, D cr là độ sâu nước mà dưới đó các ô được coi làkhô và ngược lại mỗi ô khô sẽ đ ược kiểm tra sau mỗi b ước tính xem nó có trở th ànhướt không khi độ sâu n ước tổng cộng vượt quá D cr và nước chuyển động về phía ôkhô

3.2 Cơ sở lý thuyết CMS-wave

Mô hình CMS-wave là mô hình tính toán lan truy ền phổ sóng dựa trên việc giảiphương trình cân bằng tác động sóng dạng ổn định tr ên lưới không đồng nhất trong

hệ tọa độ Đề các Mô h ình có khả năng tính toán quá trình phát triển và lan truyềnsóng do gió, hiệu ứng khúc xạ, phản xạ, mất mát năng l ượng do ma sát đáy, sóngbạc đầu và sóng đổ Ngoài ra các quá trình t ương tác giữa các sóng, sóng với d òngchảy, sóng leo, nước dâng do sóng và sóng truyền qua các công trình cũng đượctính toán

Công thức sử dụng theo Mase 2001 nh ư sau:

(64)Trong đó,

Tương tác sóng và dòng chảy

Các thành phần vận tốc Cx, Cy và Cθđược viết như sau:

(67)(68)

ở đây U và V là thành phần vận tốc dòng chảy theo hướng x và y k là số sóng và h

là độ sâu nước Mối liên hệ giữa tần số góc tương đối σ, tần số góc tuyệt đốiv ω, sốsóng k và vận tốc dòng chảy| | √ theo Jonsson 1990 là được mô tả theocông thức

Và

σ2= gktanh(kh)

Trong đó được gọi là thành phần Doppler-shifting

Sự khác biệt chính khi tính toán sự truyền sóng khi có v à không có mặt dòngchảy chính là tìm ra tần số thực sự của sóng Xem xét sự phân tán của th ành phầnDoppler-shifting cho thấy rằng sẽ không giải đ ược khi các sóng bị chặn hoàn toànbởi dòng chảy, theo Smith 1998, Larson và Kraus 2002, nếu tốc độ nhóm sóng Cgnhỏ hơn dòng chảy ngược hướng sẽ là

Như vậy sóng không thể tiếp tục truyền khi bị d òng chảy đủ mạnh ngượchướng chặn lại Khi đó hầu hết năng lượng sẽ bị mất đi do sóng đổ, một phần nhỏ bịphản xạ hoặc chuyển xuống các sóng có tần số nhỏ h ơn Trong CMS-wave khi sóng

bị chặn, khi đó mật độ tác động sóng đ ược coi bằng 0

Phản xạ sóng:

Năng lượng của sóng bị phản xạ khi sóng truyền vào bờ biển hoặc côngtrình Năng lượng này được tính toán dựa trên góc của sóng đến và sóng phản xạ.Mật độ năng lượng tác động của sóng phản xạ biểu thị bằng một h àm tuyến tính củamật độ tác động của sóng đến

(72)Trong đó K là hệ số phản xạ của sóng K=0 – không tính đến phản xạ sóng.K=1 – tính đến phản xạ sóng

Sóng đổ do địa hình đáy:

Khi sóng truyền vào vùng nước nông, độ cao của sóng bị giới hạn bởi độ sâ ucủa cột nước Với mỗi chiều cao của sóng tới độ sâu n ước giới hạn sẽ là (theo Smith1999)

Trong đó Hb là độ cao sóng đổ Độ cao sóng đổ trong CMS -wave tính theocông thức dựa trên độ dốc tới hạn của sóng đ ược Miche (1951) đưa ra là:

Sóng đổ do gió và dòng chảy ngược:

Năng lượng sóng mất mát do sóng vỡ, trong đó bao gồm cả sóng vỡ do d òngchảy và nhớt rối được Lin và Lin (2006) đưa ra như sau:

Trong đó cdslà hệ số, ν là hệ số nhớt rối, , là biên độ sóng

Ảnh hưởng của ma sát đáy

Mất mát năng lượng do ma sát đáy được tính toán theo mô h ình lực kéo củaCollins (1972) được mô tả như sau:

(78)Với,

(79)Trong đó là vận tốc quỹ đạo sóng trung b ình, Etotallà mặt độ năng lượngsóng tổng cộng và cflà hệ số ma sát

2 2Với

(84)

3.3 Kết nối giữa CMS-flow và CMS-wave

Để giải quyết đồng thời các yếu tố động lực sóng, d òng chảy, và mực nước, môhình CMS-flow có thể kết nối với mô h ình tính sóng CMS-wave Việc kết kết nốiđược thực hiện thông qua mô đun điều khiển trong hệ thống SMS Nhờ khả năngkết nối này mà hai mô hình có thể trao đổi các dữ liệu cho nhau Trong khi kết nối,hai mô hình được đặt trên hai hệ trục toạ độ khác nhau h oặc trùng nhau trong miềntính phụ thuộc vào sự định hướng của đường bờ với hệ trục toạ độ Hệ thống SMS

tự động tính toán các p hép quay cần thiết của các hệ trục toạ độ khi trao đổi cáctrường kết quả tính giữa hai mô h ình Thông qua mô đun điều khiển, có sáu cáchlựa chọn tương tác cho việc kết nối giữa hai mô h ình như sau:

+ Trao đổi một chiều: Các građien ứng suất bức xạ và các tham số sóng từ

mô hình CMS-wave cung cấp cho mô hình CMS-flow

+ Trao đổi một chiều: Dòng chảy từ mô hình CMS-flow cung cấp cho mô

hình CMS-wave

+ Trao đổi một chiều: Độ sâu tổng cộng và dòng chảy từ mô hình CMS-flow

cung cấp cho mô hình CMS-wave

+ Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và tham số sóng từ mô

hình CMS-wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và dòng chảy, mực nước từ môhình CMS-flow cung cấp cho mô hình CMS-wave

+ Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và các tham số sóng từ

mô hình CMS-wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và độ sâu tổng cộng từ môhình CMS-flow cung cấp cho mô hình CMS-wave

+ Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và các tham số sóng từ

mô hình CMS-wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và độ sâu tổng cộng và dòngchảy từ mô hình CMS-flow cung cấp cho mô hình CMS-wave Đây là dạng trao đổihai chiều đầy đủ nhất và chúng tôi đã sử dụng dạng này để tính toán

3.4 Thiết lập lưới tính, điều kiện biên, điều kiện ban đầu

Để phục vụ trong việc thiết lập v à chia lưới tính toán sóng, dòng chảy vàbiến đổi đáy các số liệu về địa h ình và đường bờ được sử dụng Về địa h ình, số liệuđịa hình trên toàn vùng Biển Đông tỉ lệ 1/100.000 (bản đồ địa hình Hải quân ViệtNam), bản đồ địa hình chi tiết đo đạc các vùng cửa sông ven bờ 1/25.000, 1/5.000(dự án đo đạc thiết kế công tr ình ) năm 1999 cập nhật năm 2001, 2005 v à số liệu đosâu hồi âm năm 2007 (dự án hợp tác Việt Nam – Thụy Điển VS\RDE-03) Số liệuđường bờ được sử dụng làm ranh giới biên đất và biển, các số liệu được số hóa từ

ảnh vệ tinh Landsat 2005 v à chi tiết tại khu vực cửa Thuận An từ số liệu đo đạcbằng GPS năm 2007.

3.4.1 Lưới tính CMS-wave

CMS-wave có thể tính toán trên các dạng lưới vuông và chữ nhật Trongnghiên cứu này tác giả tính toán CMS-wave trên lưới chữ nhật Khu vực chia l ướigồm cửa Thuận An v à vùng lận cận (xem trong hình 5) Vùng tính có kích thư ớc15.000m (300 ô lưới) theo hướng song song với đường bờ, 12000m (480 ô lưới)theo hướng vuông góc với bờ Mỗi ô l ưới có kích thước là 25m x 50m tương ứngvới các hướng ngang bờ và dọc bờ Với kích thước ô lưới này đáp ứng đủ điều kiện

có thể tính toán được ứng suất bức xạ sóng trong v ùng sóng đổ Vùng tính đượcxoay một góc 240 độ so với trục hướng bắc sao cho biên sóng nước sâu tương đốisong song với các đường đẳng sâu Ô lưới có độ sâu lớn nhất xấp xỉ 30m Phần phíatrong miền tính bao phủ một phần của phá Tam Giang v à sông Hương

Hình 5 Lưới tính CMS-wave với biên sóng nước sâu và vị trí của kè biển

3.4.2 Lưới tính CMS-flow

CMS-flow tính toán trên lư ới chữ nhật, trên lưới chữ nhật này kích thước các

ô lưới có thể linh động thay đổi với các kích th ước khác nhau Để tăng hiệu quảtrong việc tính toán cũng nh ư tiết kiệm thời gian tính toán tác giả sử dụng l ưới tínhchữ nhật không đều Để đảm bảo tính thông nhất, trao đổi qua lại giữa hai mô h ìnhsóng (CMS-wave) và dòng chảy, biến động đáy biển (CMS -flow), hai mô hình sửdụng kích thước vùng tính giồng nhau và tránh những sai số trong quá tr ình nội suykích thước ô lưới tại khu vực cửa sông, vùng lận cận công trình được lấy có kíchthước tương đối giống nhau Trong đó kích th ước ô lưới nhỏ nhất tại điểm trungtâm là vùng cửa sông gần chân công tr ình là 25m x 25m Các ô l ưới ở phạm vi phíangoài được lấy kích thước tăng theo hệ số bias 1.01, ô lưới có kích thước lớn nhất là100m x 100m Lưới tính CMS-flow được mô tả như trong hình 6, chi tiết tại khuvực cửa Thuận An nh ư trong hình 7

Hình 6 Lưới tính CMS-flow với biên mực nước và vị trí các kè biển

3.4.2 Lưới tính CMS-flow

CMS-flow tính toán trên lư ới chữ nhật, trên lưới chữ nhật này kích thước các

ô lưới có thể linh động thay đổi với các kích th ước khác nhau Để tăng hiệu quảtrong việc tính toán cũng nh ư tiết kiệm thời gian tính toán tác giả sử dụng l ưới tínhchữ nhật không đều Để đảm bảo tính thông nhất, trao đổi qua lại giữa hai mô h ìnhsóng (CMS-wave) và dòng chảy, biến động đáy biển (CMS -flow), hai mô hình sửdụng kích thước vùng tính giồng nhau và tránh những sai số trong quá tr ình nội suykích thước ô lưới tại khu vực cửa sông, vùng lận cận công trình được lấy có kíchthước tương đối giống nhau Trong đó kích th ước ô lưới nhỏ nhất tại điểm trungtâm là vùng cửa sông gần chân công tr ình là 25m x 25m Các ô l ưới ở phạm vi phíangoài được lấy kích thước tăng theo hệ số bias 1.01, ô lưới có kích thước lớn nhất là100m x 100m Lưới tính CMS-flow được mô tả như trong hình 6, chi tiết tại khuvực cửa Thuận An nh ư trong hình 7

Hình 6 Lưới tính CMS-flow với biên mực nước và vị trí các kè biển

3.4.2 Lưới tính CMS-flow

CMS-flow tính toán trên lư ới chữ nhật, trên lưới chữ nhật này kích thước các

ô lưới có thể linh động thay đổi với các kích th ước khác nhau Để tăng hiệu quảtrong việc tính toán cũng nh ư tiết kiệm thời gian tính toán tác giả sử dụng l ưới tínhchữ nhật không đều Để đảm bảo tính thông nhất, trao đổi qua lại giữa hai mô h ìnhsóng (CMS-wave) và dòng chảy, biến động đáy biển (CMS -flow), hai mô hình sửdụng kích thước vùng tính giồng nhau và tránh những sai số trong quá tr ình nội suykích thước ô lưới tại khu vực cửa sông, vùng lận cận công trình được lấy có kíchthước tương đối giống nhau Trong đó kích th ước ô lưới nhỏ nhất tại điểm trungtâm là vùng cửa sông gần chân công tr ình là 25m x 25m Các ô l ưới ở phạm vi phíangoài được lấy kích thước tăng theo hệ số bias 1.01, ô lưới có kích thước lớn nhất là100m x 100m Lưới tính CMS-flow được mô tả như trong hình 6, chi tiết tại khuvực cửa Thuận An nh ư trong hình 7

Hình 6 Lưới tính CMS-flow với biên mực nước và vị trí các kè biển

Hình 7 Lưới tính CMS-flow tại khu vực cửa Thuận An vớ i địa hình đáy biển 3.4.3 Thông số của công trình kè biển sử dụng trong tính toán

Các thông số của hệ thống kè biển nêu trên phần trước được sử dụng trongmiền tính bao gồm kè biển dạng đê chắn sóng bờ phía bắc v à kè mỏ hàn tại bờ phíanam

Tại bờ phía bắc cửa Thuận An: Các kè biển dạng đê chắn sóng kiên cố baogồm hai kè sếp thành tam giác cân tạo thành hệ thống khép kín ngăn cách ho àn toànkhu bờ biển bên trong với biển phía ngoài Do vậy mọi tác động của các yếu tốđộng lực lên vùng bờ biển khu vực bên trong là không còn Do không có s ự trao đổinước với bên ngoài, cho nên trong tính toán các kè đư ợc cho là biên cứng và vùngphía trong được coi là biên cứng – không tính toán các yếu tố thủy động lực cũngnhư biến đổi đáy tại khu vực n ày

Tại bờ phía nam cửa Thuận An: K è biển được thiết kế dạng mỏ h àn, xâydựng theo hướng vuông góc với đường bờ Trong tính toán các ô l ưới dọc theo vị tríxây dựng kè được thiết lập là dạng công trình Với thiết lập như vậy kè có tính năngngăn dòng chảy dọc bờ truyền qua thân k è cũng như ngăn sóng truyền qua, chophép sóng phản xạ trên thân và nhiễu xạ tại đầu kè Chi tiết thiết lập các kè trongmiền tính xem hình vẽ 8