Luận văn thạc sĩ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

Luận văn thạc sĩ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG. Các hiện tượng sa bồi luồng cảng, cửa sông, xói lở-bồi tụ bờ biển, độ đục trong nước ra tăng làm...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN ANH TÚ

ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC

CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN ANH TÚ

ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC

CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

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 !

Học viên trân trọng cảm ơn các thầy, cô Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt thời gian học viên tham gia lớp cao học Đặc biệt, để hoàn thành luận văn, học viên được sự hướng dẫn tận tình của GS TS Đinh Văn Ưu, học viên trân trọng cảm ơn THẦY

Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp trong cơ quan, Lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường biển-nơi học viên đang công tác đã tạo điều kiện về mặt thủ tục, thời gian và hết sức quan tâm động viên tinh thần trong khoảng thời gian đi học và hoàn thành luận văn

Học viên xin chân thành cảm ơn !

Hải Phòng, ngày tháng năm 2012

Học viên

MỤC LỤC

NGHĨA CỦA CHỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC HÌNH VẼ ii

DANH MỤC BẢNG iv

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HẢI PHÒNG 5

I.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 5

I.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 5

I.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 7

I.2 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 9

I.2.1 Chế độ khí hậu, khí tượng 9

I.2.2 Thủy văn, hải văn 11

I.2.3 Đặc điểm trầm tích 15

CHƯƠNG II TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 17

II.1 Tài liệu 17

II.1.1 Địa hình 17

II.1.2 Khí tượng 17

II.1.3 Thủy hải văn 18

II.1.4 Trầm tích lơ lửng 19

II.2 Phương pháp 19

II.2.1 Mô hình thủy động lực 19

II.2.2 Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng 24

CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC

CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG 26

III.1 Phân bố TTLL theo thời gian 27

III.2 Đặc điểm TTLL khu vực các sông Hải Phòng 31

III.3 Đặc điểm TTLL khu vực xa bờ Hải Phòng 33

CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELF-T3D 37

IV.1 Triển khai mô hình thủy động lực 37

IV.2 Triển khai mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng 42

IV.3 Kết quả tính toán 45

IV.3.1 Dòng chảy 45

IV.3.2 Trầm tích lơ lửng 51

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 65

NGHĨA CỦA CHỮ VIẾT TẮT

COHEREN: Mô hình kết hợp Thủy động lực-Sinh thái

GENESIS: Mô hình số trị tính biến đổi đường bờ

Viện KH&CNVN: Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Viện TN&MTB: Viện Tài nguyên và Môi trường biển

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1.: Số lượng bão ở khu vực Hải Phòng (1945-2007)………….……….… 11

Hình 1.2.: Sơ đồ phân bố trầm tích đáy khu vực nghiên cứu………….……….… 16

Hình 2.1.: Hoa gió Trạm Hòn Dấu………….……….….18

Hình 2.2.: Lưới so le trong mô hình thủy động lực……….…… 22

Hình 2.3.: Các quá trình cơ bản trong mô hình lan truyền TTLL……….……….… 25

Hình 3.1.: Vị trí và tọa độ điểm quan trắc TTLL và khu vực lân cận……….…….… 27

Hình 3.2.: Biểu đồ giá trị TTLL trung bình mùa (1996-2010) khu vực Đồ Sơn….…… 27

Hình 3.3.: Biểu đồ giá trị trung bình năm của TTLL và tổng lượng mưa năm khu vực Hải Phòng (1996-2010) ……… …….……

28 Hình 3.4.: Nồng độ TTLL trung bình 10 năm và theo tầng trong khu vực ven bờ phía bắc Việt Nam ……… …….……

30 Hình 3.5.: Biến động nồng độ TTLL trung bình theo mùa trong khu vực ven bờ phía bắc Việt Nam……… …….…… 30

Hình 3.6.: Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sông ven biển Hải Phòng vào mùa khô……… …….…….

31 Hình 3.7.: Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sông ven biển Hải Phòng vào mùa mưa……… ……… ……….

32 Hình 3.8.: Sơ đồ thu mẫu TTLL xa bờ khu vực Hải Phòng………… ……….….… 33

Hình 3.9.: Phân bố TTLL theo không gian khu vực nghiên cứu trong mùa khô… ….… 35

Hình 3.10.: Phân bố TTLL theo không gian khu vực nghiên cứu trong mùa khô… … 35

Hình 4.1.: Trường độ sâu vịnh Bắc Bộ (a) và lưới khu vực nghiên cứu (b).……….… ….… 37

Hình 4.2.: Trường độ sâu và trạm (B2) đo đạc kiểm chứng mô hình .……….…….… 38

Hình 4.3.: Đường quá trình mực nước giữa thực đo và kết quả tính từ mô hình tại Trạm Hòn Dấu ……… ……….…….….

41 Hình 4.4.: Vận tốc dòng chảy (mùa khô) theo kết quả tính toán mô hình và số liệu quan trắc tại trạm kiểm chứng B2……… ……….…….…. 42

Hình 4.5.: Hàm lượng TTLL (mùa khô) theo kết quả tính toán mô hình và số liệu

quan trắc tại trạm kiểm chứng B2 ……… ……….…….….

44

Hình 4.6.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 08h ngày 05/3/2010

(mùa khô)……… ……….….…….…. 46

Hình 4.7.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 01h ngày 10/3/2010

46

Hình 4.8.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 07h ngày 19/3/2010

47

Hình 4.9.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 18h ngày 20/3/2010

(mùa khô)……… ……….….…….…. 47

Hình 4.10.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 03h ngày 07/8/2010

49

Hình 4.11.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 19h ngày 12/8/2010

(mùa mưa)……… ……….….…… 49

Hình 4.12.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 02h ngày 20/8/2010

50

Hình 4.13.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 17h ngày 25/8/2010

50

Hình 4.14.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều lên (mùa khô)…… … 53

Hình 4.15.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc đỉnh triều (mùa khô)……… 53

Hình 4.16.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều xuống

54

Hình 4.17.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc chân triều (mùa khô)……… 54

Hình 4.18.: Hàm lượng TTLL lúc 23 giờ ngày 31/3/2010 (mùa khô)……….…… 55

Hình 4.19.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều lên (mùa mưa)……… 58

Hình 4.20.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc đỉnh triều (mùa mưa)……… 58

Hình 4.21.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều xuống

59

Hình 4.22.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc chân triều (mùa khô)……… 59

Hình 4.23.: Hàm lượng TTLL lúc 23 giờ ngày 31/8/2010 (mùa mưa)……….……60

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1.: Mực nước triều (cm) đặc trưng tại Trạm Hòn Dấu trong nhiều năm

(1960-2007)………….……….……….….

12

Bảng 1.2.: Tần suất sóng Trạm Hòn Dấu (2005-2007)……… ……….… 14

Bảng 1.3.: Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sông Hải Phòng……… …… … 15

Bảng 3.1.: Hệ số vượt GHCP (QCVN10:2008) của giá trị TTLL trung bình năm khu

29

Bảng 3.2.: TTLL trung bình (mg/l) của nước biển Hải Phòng vào mùa khô (tháng

3/2009) và mùa mưa (tháng 7/2009)……….…… …

34

Bảng 4.1.: Các thông số được sử dụng cho mô hình thủy động……….… 39

Bảng 4.2.: Lựa chọn giá trị TTLL (mg/l) trung bình mùa tại biên lỏng……….… 43

Bảng 4.3.: Các tham số được sử dụng cho mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng…… … 43

MỞ ĐẦU

Các hiện tượng sa bồi luồng cảng, cửa sông, xói lở-bồi tụ bờ biển, độ đục trong nước ra tăng làm ảnh hưởng đến chất lượng nước các bãi tắm, khu nuôi trồng thủy sản đều liên quan đến trầm tích lơ lửng (TTLL) Ngoài ra, những khu vực có giá trị hàm lượng TTLL cao làm ảnh hưởng tới tầm nhìn xuyên suốt của khối nước, sự quang hợp của thực vật và sự sống của các loài sinh vật trong môi trường nước

Thành phố cảng Hải Phòng mỗi năm đều có sự đóng góp quan trọng của hai ngành kinh tế đặc trưng là dịch vụ cảng biển và du lịch Tuy nhiên, do đặc thù địa lý vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu ảnh hưởng nặng nề của dòng vật chất từ lục địa đưa ra qua các hệ thống sông Thái Bình, sông Hồng Trong các dòng vật chất đó, dòng trầm tích lơ lửng có cơ chế rất phức tạp do cả nguyên nhân tự nhiên (dòng chảy, sóng, xói lở bờ) và con người (nạo vét luồng, khai hoang lấn biển, phá rừng ngập mặn nuôi trồng thủy sản) gây ra Sa bồi luồng vào cảng Hải Phòng đang có xu hướng gia tăng đi kèm việc chi phí cho việc nạo vét luồng lạch rất tốn kém Theo thống kê của Cảng vụ Hàng hải Hải Phòng (2005), khối lượng nạo vét luồng vào cảng Hải Phòng năm 2003 và 2004 tương ứng là 2.394.000m3 và 2.854.000m3 [26] Chi phí cho việc nạo vét luồng hàng năm tốn kém hàng chục tỷ đồng, hiệu quả kinh doanh tăng không nhiều Mặt khác, quá trình nạo vét ở các luồng vào cảng diễn ra thường xuyên khiến cho bùn cát và các vật chất ô nhiễm đã lắng xuống lại bị đưa lên, hòa tan trong nước làm gia tăng các nguy cơ gây ô nhiễm đến môi trường nước và các hệ sinh thái xung quanh [2] Mặt khác, dòng vật chất này làm ảnh hưởng đế n chất lượng các bãi tắm Đồ Sơn và khu nuôi trồng hải sản đảo Cát Bà làm giảm hiệu quả đáng kể về mặt kinh tế Ngoài ra hiện nay thành phố Hải Phòng có kế hoạch thực hiện dự án

đê quai lấn biển phục vụ xây dựng Sân bay Quốc tế vùng tại ven bờ Tiên Lãng Việc này ít nhiều sẽ làm thay đổi cơ chế dòng chảy, vận chuyển trầm tích lơ lửng của các sông Văn Úc và Thái Bình nói riêng và vùng cửa sông ven bờ Hải Phòng nói chung [5] Bởi vậy, việc đánh giá TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng

là điều cần thiết

Với những lý do trên học viên đã chọn nghiên cứu vấ n đề về trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng

Nội dung chính của luận văn được trình bày thành 04 chương:

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điều kiện tự nhiên khu vực

Hải Phòng

Chương 2: Tài liệu và phương pháp

Chương 3: Đánh giá hiện trạng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven

biển Hải Phòng

Chương 4: Mô phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển

Hải Phòng bằng mô hình delft3d

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HẢI PHÒNG

I.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

I.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Nghiên cứu sự phân bố trầm tích lơ lửng vùng cửa sônng ven biển đã được các nhà khoa học ngoài nước quan tâm từ hàng trăm năm nay và đạt được rất nhiều thành tựu quan trọng Các kết quả nghiên cứu này đã được áp dụng phục

vụ cho việc bảo vệ các công trình ven bờ và phát triển môi trường bền vững

Những nghiên cứu lý thuyết về trầm tích (vận chuyển) đáng kể như các công trình của H.A Einstein (1950), Krone và Partheniades (1962, 1968), E.W BijJker (1967, 1971), Leo C Van Rijn (1993), J.W Vander Meer (1990), Richard Soulsby (1997) Tuy nhiên, gần cuối thế kỷ XX đến ngày nay, việc nghiên cứu các quá trình động lực-vận chuyển trầm tích đã có những bước phát triển cao hơn: đó là xây dựng các mô hình vật lý, mô hình toán Đi tiên phong trong nghiên cứu vấn đề này là những nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như

Mỹ, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản Các kết quả nghiên cứu được khái quát hóa mang tính phươg pháp luận, viết thành các ”cẩm nang” sử dụng [24] Có thể kể

ra một số những kết quả nghiên cứu đã được khái quát hóa thành sách Đó là

”Động lực gần bờ và các quá trình bờ: Lý thuyết, đo đạc và các mô hình dự báo” của Horikawa K., 1978, ”Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho các ứng dụng thực tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sông, cửa sông hình phễu và biển ven bờ” của Richard S., 1997, hay ”Các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sông, cửa sông và ven biển” của Leo C Van Rijn, 1993 [13]

Do sự tương tác của các quá trình thủy và thạch động lực mà kết quả cuối cùng của sự tương tác này là sự tạo ra những dạng địa hình khác nhau, phụ thuộc

vào hàng loạt các yếu tố thạch động lực như kích thước, hình dạng hạt vật liệu, tỉ trọng, mức độ gắn kết của vật liệu, độ dốc địa hình, và các yếu tố thủy động lực: sóng, dòng chảy biển, sông là các yếu tố luôn biến đổi theo thời gian, không gian Bởi những lý do trên nên các mô hình được thiết lập để tính toán sự tương tác của các quá trình thủy-thạch động lực, đa phần, có liên quan đến các công thức thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm Cho nên nhu cầu có những phòng thí nghiệm để thiết lập và kiểm tra tính đúng đắn của các mô hình là rất cần thiết

Từ đó phương pháp thí nghiệm và mô hình vật lý ra đời và phát triển mạnh mẽ

Có rất nhiều nước trên thế giới có những phòng thí nghiệm hiện đại đủ khả năng

mô phỏng lại các quá trình thủy-thạch động lực trong những khu vực nghiên cứu

cụ thể Do vậy các kết quả tính toán bằng mô hình khá chính xác Ngoài ra, trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, siêu máy tính, hàng loạt các mô hình toán ra đời, dần trở thành các công cụ hữu hiệu và ưu thế trong nghiên cứu thủy động lực và chất lượng nước Các kết quả của các mô hình toán này cho chúng ta cái nhìn tổng quan về đối tượng nghiên cứu cũng như

cơ chế hình thành, phát triển và biến đổi trong mối quan hệ với các đối tượng khác có liên quan, từ đó có thể đưa ra cách ứng xử khôn ngoan đối với thiên nhiên

Theo hướng mô hình hóa có 2 loại mô hình: Mô hình vật lý và mô hình toán Những Trung tâm, Viện hàng đầu về nghiên cứu, tính toán, dự báo các quá trình thủy-thạch động lực, có thể kể đến là: Trung tâm Thủy lực Hà Lan (Delft Hydraulics) với bộ các phần mềm DELFT3D, UNIBEST; Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulic Instiute-DHI) nổi tiếng với các phần mềm: MIKE 21, MIKE 3, hay Trung tâm Nghiên cứu Công trình Ven bờ thuộc Quân đội Mỹ (Coastal Engineering Research Center-CERC) có các mô hình GENESIS, SBEACH; mô hình TELEMAC của Pháp, đều ứng dụng tốt cho tính toán

dòng chảy, sóng, vận chuyển bùn cát, biến động địa hình đáy biển, đường bờ, bồi lấp cửa sông Ngoài ra, một số các mô hình có mã nguồn mở như COHERENS (Bỉ), SHYFEM (Italia) cũng phát triển không kém các phần mềm nói trên

I.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng và các quá trình động lực bằng mô hình hóa ở Việt Nam đã được bắt đầu phát triển từ khoảng đầu năm 1980 [10] Các mô hình thường được thiết lập để tính toán các yếu tố thủy động lực nhiều hơn các yếu tố thạch động lực Sự gắn kết giữa hai quá trình thủy và thạch động lực trong các mô hình của chúng ta còn bị hạn chế Do đó, các kết quả tính bằng

mô hình của chúng ta rất khó được kiểm chứng trên cả hai phương diện trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Ở Việt Nam phương pháp mô hình số trị nghiên cứu TTLL chỉ phát triển ở mức cơ sở phục vụ mục tiêu riêng lẻ trong nước chứ chưa được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi ở cấp quốc tế Vấn đề nghiên cứu TTLL ở Việt Nam được chú trọng trong Chương trình Biển KT.03 (1991-1995); KHCN.06 (1996-2000); TTLL liên quan đến xói lở bờ biển còn được đặt ra trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp nhà nước và trong chương trình biển giai đoạn 2001-2005 Ngoài ra nhiều đề tài, dự án liên quan đến TTLL được thực hiện tại các cấp Các tác giả Trần Hồng Thái [15], Đinh Văn Ưu [25], Nguyễn Thọ Sáo [14] đã ứng dụng và phát triển một số phương pháp và mô hình tính toán động lực và vận chuyển trầm tích cho một số vùng cửa sông ven biển (Cửa Ông-Quảng Ninh, Cửa Tùng-Quảng Trị, Hải Phòng) Việt Nam Các nghiên cứu này chú trọng vào động lực học của lớp gần đáy để cải tiến phương pháp tính bán thực nghiệm đã có Mục đích là làm chính xác hơn các công thức bán thực nghiệm của các tác giả nước ngoài để tính dòng vật liệu ven bờ Các tác giả thuộc Viện Hải dương học, Nha Trang, tiêu biểu Bùi Hồng Long đã nghiên cứu

vùng Phan Rí, Hàm Tiến, Phước Thể với mục tiêu cung cấp các thông số kỹ thuật, đưa ra các phương án thiết kế và thi công đê, kè chống xói lở Các tác giả thuộc Viện cơ học đứng đầu là Nguyễn Mạnh Hùng, đã ứng dụng những mô hình thủy-thạch động lực tổng hợp nhiều yếu tố để tính toán quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng ven bờ là rất đáng ghi nhận theo hướng mô hình hóa để nghiên cứu biến động bờ biển và vùng cửa sông Các tính toán của nhóm còn đi sâu, chi tiết vào việc tính cặp các yếu tố thủy-thạch động lực như sóng, dòng chảy, mực nước vào nghiên cứu biến đổi đáy Ngoài ra, các tác giả còn đưa ra những tổng kết về các phương pháp tính toán vận chuyển bùn cát và các mô hình tính biến động đường bờ và những kết quả áp dụng cụ thể cho nhiều vùng xói lở dọc bờ biển Việt Nam như vùng Hải Hậu, Nam Định, Hồ Tàu-Định An, Trà Vinh, Gành Hào, Bạc Liêu Các tác giả thuộc Viện Địa lý đã nghiên cứu rất sâu về xói lở và bồi tụ, đặc biệt là khu vực ven biển Miền Trung Trong những năm gần đây Nhà nước đã cho triển khai nhiều đề tài nghiên cứu, ứng dụng về các quá trình thủy-thạch động lực và xói lở, bồi tụ chẳng hạn như: Ứng dụng các mô hình WAM, STWAVE để dự báo sóng trong đề tài KC.09.04; Các đề tài KT.03.14, KHCN.06.08 (1996-2000), KC.09.05 (2001-2005) tiến hành nghiên cứu, dự báo quá trình xói lở-bồi tụ bờ biển và cửa sông Việt Nam;

dự án Việt Nam-Thụy Điển (2004-2007): nghiên cứu xói lở bờ biển Hải Hậu, Nam Định, dự án đã ứng dụng nhiều mô hình về sóng, vận chuyển bồi tích; Đề tài cấp nhà nước KHCN-06-10 ”Cơ sở khoa học và các đặc trưng đới bờ phục

vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” do Viện Cơ học chủ trì Các đề tài trên ngoài việc đo đạc thực địa đã xây dựng và áp dụng các mô hình nhằm tính toán các quá trình sóng, dòng chảy, vận chuyển trầm tích, biến đổi địa hình bãi, đường bờ, nhằm lý giải các nguyên nhân gây ra các tác động môi trường trên Các tác giả thuộc Viện TN&MTB đã ứng dụng mô hình DELFT3D để nghiên

cứu các vấn đề có liên quan đến TTLL ở các khu vực khác nhau như Quảng Ninh [17], Hải Phòng [1], Thái Bình và Nam Định [20] Các nghiên cứu này đã giúp cho các nhà quản lý địa phương nói trên có cách nhìn một cách tổng thể về mối quan hệ giữa phát triển kinh tế - xã hội, quản lý tổng hợp dải ven bờ và bảo

vệ môi trường biển Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng vùng cửa sông Hải Phòng cũng đã có một số kết quả nhất định [18, 23, 25] Tuy nhiên những kết quả này được nhận định của các chuyên gia về đặc trưng trầm tích lơ lửng ở một phạm vi hẹp mà chưa có cách nhìn một cách tổng quan về phạm vi không gian

cũng như biến đổi theo thời gian (hàng chục năm)

I.2 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

Thành phố Hải Phòng nằm ở bờ tây vịnh Bắc Bộ thuộc phía đông vùng duyên hải Bắc Bộ, cách Hà Nội 102 km, diện tích tự nhiên khoảng 152.318 ha, giới hạn trong khoảng 20030’39”-21001’15” vĩ độ Bắc, 106023’39”-107008’39” kinh độ Đông [9] Bờ biển ven bờ 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 Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ Bề mặt đáy biển được cấu tạo bởi các thành phần hạt mịn, có nhiều lạch sâu vốn là những

lòng sông cũ nay dùng làm luồng lạch ra vào của tàu thuyền [16, 19]

I.2.1 Chế độ khí hậu, khí tượng

Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng nằm trong vùng ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, về cơ bản có thể chia thành hai mùa: mùa đông (từ tháng

11 năm trước đến tháng 3 năm sau) có đặc điểm lạnh, khô và mưa ít trong khi mùa hè (tháng 4 đến tháng 10) có đặc điểm nóng, ẩm và mưa nhiều Nhiệt độ không khí trung bình năm ở khu vực này dao động trong khoảng từ 22,5-30,00C

Mùa đông khá lạnh với nhiệt độ trung bình xuống dưới 200C Mùa hè khá nóng kéo dài 5 tháng, từ tháng V đến tháng IX, với nhiệt độ không khí trung bình dao động trong khoảng từ 26,2 - 28,90C Lượng mưa trung bình nhiều năm ở vùng ven biển Hải Phòng khá lớn với giá trị từ 1.600 - 2.000mm Tuy nhiên, lượng mưa phân bố không đều mà chủ yếu tập trung vào các tháng mùa hè, cao nhất vào tháng 8 đạt trên 200mm Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, lượng mưa khá nhỏ, tổng lượng mưa chỉ đạt khoảng 300mm Chế độ gió khu vực ven biển Hải Phòng thể hiện rõ rệt sự ảnh hưởng hoàn lưu chung của khí quyển và thay đổi theo mùa Về mùa đông thịnh hành gió hướng bắc và đông bắc Hàng tháng trung bình có 3 - 4 đợt gió mùa đông bắc, có tháng 5 - 6 đợt kéo dài 3 - 5 ngày Vận tốc gió trung bình dao động trong khoảng 3,2-3,7m/s, mạnh nhất có thể đạt tới 25-30m/s Vào mùa hè (khoảng từ tháng 5 đến tháng 9), chế độ gió ở khu vực này chịu sự chi phối của hệ thống gió mùa tây nam, hướng gió chủ yếu là đông nam và nam Tốc độ gió trung bình khoảng 3,5-4,0 m/s, cực đại đạt 20 - 25m/s

Khu vực Hải Phòng trong giai đoạn 1945-2007, có 53 cơn bão ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp Từ hình 1.1 cho thấy số lượng bão ảnh hưởng đến khu vực Hải Phòng có sự dao động giữa các năm, có một số năm không có cơn nào (1949, 1950, 1953…), những năm có một cơn chiếm đa số, đáng chú ý là năm

1996 có tới 3 cơn ảnh hưởng đến khu vực Hải Phòng, một số năm có 2 cơn Đường trung bình trượt 5 năm cho thấy bão giai đoạn 1989 - 1992 bão hoạt động mạnh nhất trung bình 1,75 cơn, giai đoạn 1958 - 1959 không có cơn nào Nhìn chung bão ở khu vực Hải Phòng có xu hướng tăng nhưng tăng chậm so với Việt Nam

0 1 2 3 4

Hình 1.1 Số lượng bão ở khu vực Hải Phòng (1945 - 2007) [8]

I.2.2 Thủy văn, hải văn

· Thủy văn sông

Khu vực nghiên cứu chịu tác động trực tiếp từ nguồn cung cấp nước và trầm tích của các sông chính chảy vào Các sông này đều là phần hạ lưu cuối cùng trước khi đổ ra biển của hệ thống sông Thái Bình gồm có: Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình Đây là các sông có hướng chảy chủ yếu

là tây bắc-đông nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, phù sa bồi đắp ngày càng nhiều, nhất là ở vùng cửa sông, vài đoạn hình thành các doi bãi hay cồn cát Các sông lớn có cửa trực tiếp đổ ra biển vừa chịu ảnh hưởng của chế độ dòng chảy thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều vịnh của khu vực; càng gần cửa sông, lòng sông càng mở rộng, hai bờ được bồi đắp nhiều Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, một số vùng cửa sông lắng đọng phù sa có chiều hướng

bị thu hẹp, gây khó khăn cho giao thông thủy và thay đổi cấu trúc dòng chảy sông

· Dao động mực nước

Thủy triều vùng ven biển Hải Phòng là nhật triều thuần nhất với biên độ dao động lớn Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một

chân triều (nước ròng) Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cường (spring

tide), mỗi chu kỳ kéo dài 11 - 13 ngày với biên độ dao động mực nước từ 2 - 4

m Trong kỳ triều kém (neap tide) tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất

bán nhật triều tăng lên: trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều (cao, thấp) Tài liệu quan trắc mực nước trong nhiều năm (1960 - 2007) tại trạm Hải văn Hòn Dấu cho thấy: mực nước biển lớn nhất có thể đạt 4,21m (22/10/1985) và mực nước biển nhỏ nhất là -0,07m (21/12/1964) (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Mực nước triều (cm) đặc trưng tại Trạm Hòn Dấu trong nhiều

Nguồn: Đài KT-TV khu vực Đông Bắc

· Dòng chảy ven biển

Dòng chảy ven bờ Hải Phòng là dòng chảy tổng hợp, gồm các thành phần dòng chảy triều, gió, sóng, dòng chảy sông và cả những tính chất của dòng chảy vịnh Bắc Bộ Dòng chảy ở các khu vực cửa sông thường chịu ảnh hưởng mạnh của sông, trong khi ở phía ngoài biển dòng chảy tầng mặt chủ yếu do gió gây ra Trong trường gió đông bắc, dòng chảy tầng mặt dọc bờ có hướng thống trị là từ bắc xuống nam còn trong trường gió đông nam, dòng chảy tầng mặt dọc bờ thể

hiện nhiều hướng khác nhau tùy thuộc vào cường độ dòng chảy các sông và địa hình của bờ biển

Trong số các thành phần tạo nên dòng chảy tổng hợp ở khu vực ven biển Hải Phòng thì dòng chảy triều và thành phần nhật triều có vai trò quyết định Dòng nhật triều có độ lớn áp đảo, gấp 5 - 20 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều lần dòng 1/4 ngày Đặc điểm dòng chảy thường định hướng theo luồng lạch, cửa sông hoặc song song với đường bờ Dòng chảy, chủ yếu dòng triều mạnh vào các tháng 6, 7, 12, 1, yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9 trong năm Khu vực ven bờ Đồ Sơn

- Lạch Tray, dòng chảy định hướng theo đường bờ và cửa sông Dòng chảy xuống hướng đông, đông nam kéo dài 12 - 14 giờ, tốc độ cực đại 35cm/s, dòng chảy lên hướng bắc, tây bắc, kéo dài 10 - 12 giờ, tốc độ cực đại 42cm/s Ở khu vực cửa Nam Triệu, do ảnh hưởng của sông, tốc độ dòng chảy xuống cực đại 90 cm/s và chảy lên cực đại 60 cm/s Vùng ven bờ Cát Hải có sự lệch pha giữa thời điểm bắt đầu nước lên và nước rút ở các điểm Bến Gót (ảnh hưởng nhiều hơn của triều Hòn Gai) và Hoàng Châu (ảnh hưởng nhiều hơn của triều Hòn Dấu) Khu vực Hoàng Châu thường muộn hơn 1 giờ Dòng triều lên đến Gia Lộc rẽ hai nhánh về phía Hoàng Châu với tốc độ cực đại 90 cm/s và nhỏ hơn ở Bến Gót Dòng triều xuống hướng ngược lại, đạt cực đại 50 cm/s ở Bến Gót Tại khu vực đông nam Cát Bà, dòng chảy cũng do dòng triều quyết định, hướng chảy phức tạp, tốc độ chỉ 8 - 12 cm/s, nơi mạnh 20 - 30 cm/s và có thể đạt đến trên 50 cm/s

ở các lạch hẹp Vào mùa hè dòng đục hướng tây nam từ Đồ Sơn lên làm ảnh hưởng mạnh đến khu vực phía nam đảo Cát Bà Ra xa bờ, dòng chảy triều yếu dần đi và vai trò dòng chảy mùa thể hiện rõ ràng hơn Mùa hè, dòng chảy hướng đông bắc tốc độ trung bình 10 - 15 cm/s, mùa đông dòng chảy hướng tây nam, tốc độ trung bình 20 - 30 cm/s

· Sóng biển

Trên vùng biển khơi Hải Phòng, hướng gió thịnh hành nhất là gió đông bắc, tần suất từ tháng 9 năm trước tới tháng 4 năm sau từ 33,5% tới 62,0%; tần suất bé nhất trong tháng 9 là 24,3% Sóng ven biển Hải Phòng chủ yếu là sóng truyền từ ngoài khơi đã bị khúc xạ và phân tán năng lượng do ma sát đáy Từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, hướng sóng thịnh hành trên vùng biển phía bắc đảo Cát Bà là đông bắc, tần suất lớn hơn 40%; vùng phía nam đảo Cát

Bà - Long Châu, sóng chuyển dần sang hướng đông, tháng 3 sóng hướng đông thịnh hành nhất Mùa hè, từ tháng 5 đến tháng 8, sóng hướng nam khống chế trên toàn vùng biển, tần suất tới 43% Tháng 7, tần suất sóng hướng đông chiếm

Nguồn: Đài KT-TV khu vực Đông Bắc

Theo số liệu sóng quan trắc trong 3 năm (2005 - 2007) cho thấy độ cao sóng trung bình giữa các tháng không có sự chênh lệch nhiều, giá trị độ cao sóng trong khoảng từ 0,39m đến 0,62m Độ cao sóng trong tháng 6, 7, 12, 1, 2 cao hơn các tháng còn lại Độ cao sóng lớn nhất quan trắc được là 3,69m vào 13h ngày 31/7/2005 Độ cao sóng chiếm tần suất lớn nhất trong khoảng 0,25 - 1,0m, chủ yếu là sóng hướng đông và đông bắc Sóng có độ cao từ 3-4m chiếm tần suất

nhỏ 0,15% (Bảng 1.2)

I.2.3 Đặc điểm trầm tích

· Trầm tích lơ lửng

Trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông ven biển khu vực nghiên cứu do nhiều nguồn cung cấp khác nhau nhưng nguồn chủ yếu là từ các sông đưa ra Hàm lượng trầm tích lơ lửng trong các sông biến thiên trong khoảng rất rộng, từ 10 đến 1.000g/m3 trong năm Hàm lượng bùn cát thay đổi theo khu vực và theo mùa Về mùa mưa hàm lượng trầm tích lơ lửng ở các vị trí khác nhau thay đổi trong khoảng 53 - 215g/m3, trên sông Bạch Đằng và phía ngoài cửa Nam Triệu

có giá trị khá nhỏ 80 - 100g/m3, cực đại đạt tới 700 - 964 g/m3 trên luồng Cửa Cấm Mùa khô, hàm lượng trầm tích lơ lửng trung bình biến đổi trong khoảng 42

- 94g/m3, cực đại đạt 252 - 860g/m3 tập trung ở vùng cửa sông phía ngoài do ảnh hưởng khuấy đục đáy của sóng và dòng triều Các kết quả nghiên cứu [12] về trầm tích lơ lửng tại 5 sông chính vùng ven biển Hải Phòng cho thấy hàm lượng trầm tích lơ lửng ở sông Cấm có giá trị lớn nhất, sau đó đến các sông là Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình và Bạch Đằng Hàm lượng trầm tích lơ lửng trong mùa khô có giá trị khá nhỏ (khoảng 50%) so với mùa mưa

Bảng 1.3 Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sông Hải Phòng [12]

Hình 1.2 Sơ đồ phân bố trầm tích đáy khu vực nghiên cứu [4]

CHƯƠNG II TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

II.1 Tài liệu

II.1.1 Địa hình

Số liệu độ sâu và đường bờ của khu vực ven biển thành phố Hải Phòng được

số hoá từ các bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1: 50.000 do Cục Đo đạc Bản đồ xuất bản, đây là những bản đồ mới xuất bản trong những năm gần đây với hệ tọa độ nhà nước VN-2000 Các bản đồ này đã được quét vào máy tính, số hoá và xử lý bằng các phần mềm Acview, MapInfo Độ sâu khu vực ven biển Hải Phòng, Cát

Bà còn được bổ sung cập nhật từ những số liệu đo sâu trong vài năm gần đây của một số đề tài dự án khác đã thực hiện ở khu vực này Ngoài ra, để thiết lập mô hình NESTHD, độ sâu phía ngoài khu vực ven biển thành phố Hải Phòng và lân cận còn được tham khảo và bổ sung từ cơ sở dữ liệu địa hình ETOPO5 (Earth Topography - 5 Minute) của Trung tâm Tư liệu Địa vật lí Quốc gia Mỹ NGDC (National Geophysical Data Center) và GEBCO-1 (General Bathymetric Chart of the Ocean (GEBCO) one minute) của Trung tâm tư liệu hải dương học vương quốc Anh (British Oceanographic Data Centre-BODC)

có giá trị 20 m/s (13 giờ ngày 25/8/2010)

a) Tháng 3 năm 2010 b) Tháng 8 năm 2010

Hình 2.1 Hoa gió Trạm Hòn Dấu

II.1.3 Thủy hải văn

Những số liệu về khí tượng sử dụng trong mô hình thuỷ động lực bao gồm

bức xạ mặt trời, độ ẩm tương đối, lượng mây, nhiệt độ không khí và gió Đây là

những số liệu được đo đạc bởi Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn quốc gia ở các

trạm khí tượng thuỷ văn như Phủ Liễn, Hòn Dấu Ngoài ra số liệu khí tượng

cung cấp cho mô hình thuỷ động lực cũng được tham khảo thêm từ số liệu của

Trạm Quan trắc không khí của Viện Tài nguyên và Môi trường biển tại Hải

Phòng Các đặc trưng trung bình theo mùa (mùa mưa và mùa khô) của các yếu tố

khí tượng cũng được thu thập và tổng hợp để phục vụ đầu vào cho mô hình

Những số liệu về lưu lượng sông được lấy từ chuỗi quan trắc từ các trạm cố

định trên các sông Hải Phòng, ngoài ra số liệu dòng chảy đã được tham khảo từ

các kết quả khảo sát và đánh giá của các đề tài [4, 20, 21, 22]

Đã sử dụng chương trình dự báo thuỷ triều của Đài Thiên văn Quốc gia Nhật Bản NAO (National Astronomical Observatory) để tính cho vùng vịnh Bắc Bộ (Hình 4.1) sau đó trích xuất mực nước tại biên lỏng của khu vực nghiên cứu để tính trường dòng chảy Kết quả mực nước tính từ mô hình đã được so sánh với

số liệu mực nước dự báo tại Trạm Hòn Dấu

II.1.4 Trầm tích lơ lửng

Số liệu quan trắc và phân tích về trầm tích lơ lửng của các đề tài [1, 3, 4, 6,

11, 12] đã được sử dụng để đánh giá hiện trạng và làm tư liệu tham khảo cho sự

mô phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng

II.2 Phương pháp

II.2.1 Mô hình thủy động lực

Cơ sở toán học của mô hình thuỷ động lực 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 (Delft)

Theo phương nằm ngang, tuỳ thuộc vào các điều kiện cụ thể tại mỗi khu vực tính, một trong các hệ toạ độ chủ yếu sau có thể được sử dụng:

- Hệ toạ độ Đề các (Cartesian): (x,y) Dùng cho các vùng tính có địa hình và đường bờ đơn giản

- Hệ toạ độ cong trực giao: (x , h ) Sử dụng cho những khu vực có địa hình

và đường bờ phức tạp như các vùng cửa sông, ven biển, các vũng vịnh v.v

- Hệ toạ độ cầu: (l , f ) Áp dụng cho những khu vực rộng lớn, trải dài trên nhiều kinh - vĩ độ khác nhau

Phương trình liên tục (viết trong hệ toạ độ cong trực giao):

Q G V d G G

G U d G G

¶

+

¶ +

¶

+

¶ +

¶

¶

h

z x

z

hh xx

hh hh

xx

) ( 1

) (

Với Q thể hiện sự thêm vào hay mất của nguồn nước, sự bốc hơi và mưa trên một đơn vị diện tích:

E P d q q H

-s 0

1

) (

d là độ sâu tại điểm tính (độ sâu của nước dưới đường chuẩn (0 hải đồ))

z là mực nước tại điểm tính (mực nước trên một đường chuẩn)

U, V lần lượt là các thành phần vận tốc theo các hướng x , h

qin và qout lần lượt là nguồn nước đưa vào và ra trên 1 đơn vị thể tích

H là độ sâu tại điểm tính (H=d +z )

P, E lần lượt là lượng mưa và bốc hơi

Phương trình bảo toàn động lượng theo hướng z và h ( toạ độ cong trực giao):

fv

G G

G

v G

G G

uv u

d

u G

v u G

u t

u

-¶

¶ -

¶

¶ +

¶

¶ +

+

¶

¶ +

¶

¶ +

¶

¶

x h

s z

w h x

hh

hh xx

xx

hh xx hh

xx

2

x z

z

u v d

F P

ø

ö ç

+ + -

1

fu G G

G

u G

G G

uv v

d

v G

v v G

u t

¶

¶ -

¶

¶ +

¶

¶ +

+

¶

¶ +

¶

¶ +

¶

¶

h h

s z

w h x

xx

hh xx

xx

hh xx hh

xx

2

h h

h

v v d

F P

ø

ö ç

+ + -

) ( 1

) ( 1

out

in q q H G

v d G G

G u d G G

-¶

¶ +

¶

+

¶ +

¶

+

¶ +

¶

¶

s

w h

z x

z

hm xx

hh hh

- Các kiểu ứng suất đáy:

+ Theo công thức Chézy: C- hệ số Chézy (m1/2/s

+ Theo công thức Manning:

n

H

C = 6Với: H- độ sâu tổng cộng; n- hệ số Manning

ø

ö çç è

+ Lưới tính và lưới độ sâu

Theo chiều ngang, lưới tính của mô hình có dạng so le (hình 2.2) Mỗi ô lưới chứa một điểm mực nước, một điểm độ sâu đáy, một điểm vận tốc dòng chảy theo phương x (vận tốc u), một điểm vận tốc dòng chảy theo phương y (vận tốc v) Những điểm này không giống nhau Điểm mực nước được xác định ở giữa của mỗi ô lưới và các dòng chảy thành phần được xác định trên các biên của ô lưới

Hình 2.2 Lưới so le trong mô hình thuỷ động lực [27]

Lưới độ sâu được tạo thành trên cơ sở lưới tính, số liệu cần thiết để tạo các lưới độ sâu là số liệu đo đạc, số liệu số hoá từ các bản đồ địa hình

+ Đặc điểm các điều kiện của mô hình

Các biên của mô hình thuỷ động lực bao gồm các biên đóng và biên mở Biên đóng là biên dọc theo đường ranh giới giữa đất và nước Ngược lại, biên

mở là một mặt cắt, nơi dòng chảy có thể đi vào hoặc ra vùng tính Trong mô hình thuỷ động lực, các giá trị ở các biên lỏng cần được xác định chính xác vì nó có thể ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả tính toán Những giá trị này có thể được xác định qua đo đạc, qua tính toán hoặc NESTING từ mô hình có phạm vi lớn hơn

Vị trớ cỏc biờn lỏng xa điểm quan tõm sẽ hạn chế những nhiễu động từ cỏc biờn Với mỗi trường hợp cụ thể cú thể ỏp dụng 1 trong 4 kiểu điều kiện biờn cho cỏc biờn lỏng khỏc nhau: biên mực nước (z = Fz (t)); biên dòng chảy (U=FU(t));

biên lưu lượng (Q=FQ(t)); biên Riemann ( ) ữữ

ứ

ử ỗỗ

+ Tiờu chuẩn ổn định của mụ hỡnh

Cỏc phương trỡnh toỏn học trờn được giải bằng phương phỏp sai phõn ẩn (WL|Delft Hydraulics, 1999) với sơ đồ khử luõn hướng (ADI - Alternating Direction Implicit) trờn hệ lưới cong Trong mụ hỡnh thuỷ động lực, độ ổn định của mụ hỡnh cú thể được đỏnh giỏ qua số Counrant - một chỉ số đỏnh giỏ độ chớnh xỏc và tiờu chuẩn ổn định của mụ hỡnh Đối với những vựng cú sự biến đổi lớn về địa hỡnh đỏy biển hoặc đường bờ, số Counrant khụng nờn vượt quỏ khoảng 10 - 30 (Van Ballegooyen và Taljaard, 2001) Theo Stelling (1984), với

mụ hỡnh 2 chiều, số Counrant được xỏc định như sau:

ữữ

ứ

ử ỗỗ

ố

ổ

D

+ D D

y x gh t

trong cụng thức trờn: C: là số Counrant

g: gia tốc trọng trường (m/s2) h: là độ sõu của cột nước tại điểm tớnh (m)

Dt: là bước thời gian (giõy)

Dx : là kớch thước ụ lưới theo phương x (m)

Dy: là kớch ụ lưới theo phương y (m)

Số Counrant cú quan hệ chặt chẽ với bước thời gian tớnh toỏn, độ sõu điểm tớnh và kớch thước ụ lưới Nú rất cần thiết trong việc lựa chọn bước thời gian lớn nhất cho mụ hỡnh nhằm giảm thời gian chạy cho mỗi trường hợp mà vẫn đảm

bảo độ chính xác và ổn định của mô hình Các tham số sau có liên quan đến bước thời gian: sự ổn định của mô hình, yêu cầu độ chính xác, kích thước ô lưới

nhỏ nhất, độ sâu, thời gian tính toán

II.2.2 Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng

Cơ sở toán học của mô hình vận chuyển trầm tích là phương trình lan truyền

và khuyếch tán vật chất:

÷ø

öç

÷÷

ø

öçç

÷ø

öç

C D y C u x

C D x

t

C

z z

y y

x

Nếu tính cả nguồn đưa từ ngoài vào thì:

),

( t C F C u z

C D z C u y

C D y C u x

C D

x

t

C

z z

y y

x

ø

öç

÷÷

ø

öçç

÷ø

öç

Dx, Dy, Dz là các hệ số khuyếch tán theo các phương x, y, z

F(C, t) là nguồn vật chất thêm vào hoặc mất đi

C : hàm lượng vật chất

Đối với mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng, giả thiết rằng hàm lượng trầm tích lơ lửng trong cột nước giảm khi xảy ra quá trình lắng đọng trầm tích Mặt khác quá trình xói (tái lơ lửng-resuspension) xảy ra khi hàm lượng trầm tích lơ lửng trong cột nước tăng lên Quá trình lắng đọng trầm tích phụ thuộc vào ứng suất xung quanh bề mặt (ambient shear stress-Tau) và ứng suất tới hạn cho quá trình lắng đọng (Taucrsed) Nếu ứng suất xung quanh thấp hơn ứng suất tới hạn, thì diễn ra quá trình lắng đọng trầm tích (Hình 2.3)

Dòng trầm tích lắng đọng (Sedimentation flux)= Psed x Vsed x (IM1) (g/m2/ngày)

Trong đó : Vsed là : vận tốc lắng đọng trầm tích

IM1 là : nồng độ vật chất vô cơ

Psed là : khả năng lắng đọng và được tính theo công thức :

Hình 2.3 Các quá trình cơ bản trong mô hình lan truyền TTLL [27]

Ngược lại, quá trình xói xảy ra khi ứng suất xung quanh cao hơn ứng suất tới hạn cho quá trình tái lơ lửng (Taucrres):

Dòng tái lơ lửng (Ressuspension flux) = Pres x Zres

(g.m2/ngày)

Trong đó: Zres là: tỷ lệ tái lơ lửng ban đầu

Pres là: khả năng tái lơ lửng và được tính theo công thức:

ø

öçç

è

æ

,0max

Tau

Tau res cr

(9) Trong đó: IM1 là hàm lượng trầm tích lơ lửng; Psed- xác suất xảy ra quá trình lắng đọng trầm tích; Vsed- Vận tốc lắng đọng; Tau-ứng suất xung quanh; Taucrsed-ứng suất tới hạn cho quá trình lắng đọng trầm tích; Taucrres-ứng suất tới hạn cho quá trình tái lơ lửng; Pres-xác suất xảy ra quá trình tái lơ lửng; Zres- tốc độ tái lơ

lửng từ bề mặt đáy Ứng suất xung quanh (Tau) phụ thuộc vào các quá trình

động lực sóng, gió, dòng chảy, mực nước, độ nhám đáy

CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG

KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

Trầm tích lơ lửng khu vực ven biển Hải Phòng là một quá trình phức tạp, do

có năm cửa sông đổ ra biển Theo kết quả nghiên cứu của [12, 16] cho thấy vùng biển ven bờ Hải Phòng có hàm lượng TTLL khá cao do chịu ảnh hưởng của khối nước từ các cửa sông Bạch Đằng, sông Cấm đổ ra Vào mùa mưa, lượng nước trao đổi lớn nên nước có hàm lượng TTLL cao, giá trị cao nhất quan trắc được là hơn 2000 mg/l tại khu vực cửa Bạch Đằng (Đình Vũ) Phía ngoài cửa Bạch Đằng, hàm lượng TTLL trung bình trong mùa mưa đạt 407,6 mg/l (tháng 7/2006) và mùa khô (tháng 3/2007) đạt 47,3 mg/l Khu vực phía trong sông Bạch Đằng (Bến Rừng), hàm lượng TTLL có giá trị thấp hơn, trung bình đạt 116,8 mg/l trong mùa mưa (tháng 6/2007) và 87,4 mg/l trong mùa khô (tháng 2/2007) Tại các vùng đất ngập nước đã ghi nhận hàm lượng TTLL trong mùa khô là 36 mg/l (tháng 4/2003) Khu vực sông Cấm (Bến Bính) có hàm lượng TTLL trung bình đạt 367mg/l trong mùa mưa (tháng 9/2007) và 258 mg/l trong mùa khô (tháng 01/2008) Khu vực ngoài khơi Cát Bà, hàm lượng TTLL khá thấp, trung

bình 20 mg/l trong mùa mưa và 39 mg/l trong mùa khô

Trong chuỗi số liệu (501 số liệu) thu thập quan trắc được từ trước đến nay của các nghiên cứu do Viện TN&MTB thực hiện cho thấy có 186 (chiếm 35,93%) số liệu vượt GHCP so với QCVN10: 2008/BTNMT (Tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven bờ đối với nước dùng cho Nuôi trồng thuỷ sản và bảo tồn thuỷ sinh, thông số trầm tích lơ lửng 50 mg/l)

Các đặc trưng biến đổi theo thời gian, không gian của TTLL tại khu vực nghiên cứu được phân tích chi tiết như sau:

III.1 Phân bố TTLL theo thời gian

Từ trước đến nay đã có nhiều đề tài, dự án nghiên cứu về trầm tích lơ lửn g, trong đó đáng kể Nhiệm vụ [3] do Viện Tài nguyên và Môi trường biển thực hiện từ năm 1995 đến nay Dựa trên chuỗi số liệu quan trắc trong giai đoạn 1996-2010 (15 năm), học viên đã phân tích và đánh giá sự biến đổi của TTLL khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng (đại diện điểm quan trắc tại Đồ Sơn được thể hiện trên hình 3.1) theo thời gian như sau:

Hình 3.1 Vị trí và tọa độ điểm quan trắc TTLL và khu vực lân cận [3]

Hình 3.2 Biểu đồ giá trị TTLL trung bình mùa (1996-2010) khu vực Đồ Sơn

Theo hình 3.2 cho thấy giá trị TTLL của khu vực nghiên cứu có các năm

1996, 1997, 2006, 2007 và 2009 cả hai mùa khô và mưa đều vượt GHCP so với QCVN10: 2008/BTNMT (Tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven bờ đối với nước dùng cho Nuôi trồng thuỷ sản và bảo tồn thuỷ sinh, thông số trầm tích lơ lửng 50 mg/l) Giá trị trung bình mùa của TTLL trong các năm 2002, 2004, 2007 và 2010 đều xấp xỉ bằng nhau, các năm 1997, 2005, 2006 mùa khô có giá trị gấp nhiều

lần mùa mưa

Hình 3.3 thể hiện mối quan hệ giữa giá trị trung bình năm của TTLL và tổng lượng mưa năm của khu vực nghiên cứu Trên biểu đồ này cho thấy những năm đạt cực trị về lượng mưa thì giá trị trung bình của TTLL cũng đạt cực trị và ngược lại những năm có tổng lượng mưa thấp thì giá trị TTLL trung bình năm cũng thấp Trong giai đoạn 2005-2010 giá trị TTLL trung bình năm có biểu hiện vượt GHCP so với QCVN10: 2008/BTNMT

Hình 3.3 Biểu đồ giá trị trung bình năm của TTLL và tổng lượng mưa năm

khu vực Hải Phòng (1996-2010)

Trong bảng 3.1 cho thấy hệ số vượt GHCP của giá trị TTLL trung bình năm của các năm 1996, 1997, 2001, 2006, 2007, 2008, 2009 vượt từ 1,04 đến 2,54 lần

cho phép so với QCVN10: 2008/BTNMT

Bảng 3.1 Hệ số vượt GHCP (QCVN10:2008/BTNMT) của giá trị TTLL

trung bình năm khu vực nghiên cứu

xu thế chung của các khu vực khác

Hình 3.4 Nồng độ TTLL trung bình 10 năm và theo tầng

trong khu vực ven bờ phía bắc Việt Nam [7]

Theo hình 3.5 cho thấy giá trị TTLL biến đổi theo thời gian trong trong khoảng 15 năm trở lại đây (1996-2010) của khu vực nghiên cứu có xu thế tương

tự như các khu vực lân cận là mùa mưa cao hơn mùa khô

Hình 3.5 Biến động nồng độ TTLL trung bình theo mùa

trong khu vực ven bờ phía bắc Việt Nam [7]