Đồ án tốt nghiệp tính toán dòng chảy do sóng khu vực bãi biển thiên cầm, hà tĩnh

MỞ ĐẦU Ý Nghĩa khoa học và thực tiễn Khu vực ven bờ là nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp của trường sóng, nơi toàn bộ năng lượng sóng bị tiêu tán do quá trình sóng đổ, cộng thêm các tác động của thủy triều, gió, thềm lục địa, địa hình bờ… nên tại đây các quá trình thủy thạch động lực hết sức phức tạp. Trong những yếu tố đó có thể kể đến dòng sinh ra do sóng, là một loại hình dòng chảy biển mang tính ngẫu nhiên nhưng lại ảnh hưởng rất lớn tới quá trình bồi lắng, biến động bờ bãi. Do đó nó đã trở thành mối quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu trên toàn thế giới3. Trong nghiên cứu kỹ thuật bờ biển, dòng sinh ra do sóng có ý nghĩa quan trọng bởi nó là tác nhân chính của quá trình vận chuyển trầm tích vùng ven bờ. Các hiện tượng bồi lấp hay xói lở trong vùng sóng đổ có ảnh hưởng trực tiếp đến công tác hoạch định, thiết kế và tuổi thọ của các công trình biển xây dựng trong vùng gần bờ4. Không chỉ mang lại lợi ích trong vấn đề kỹ thuật, nghiên cứu dòng do sóng còn có ý nghĩa thực tiễn lớn, mang lại rất nhiều lợi ích về kinh tế cũng như tính mạng con người trong vấn đề quản lý đới bờ hay dự báo, cảnh báo các hiểm họa tự nhiên trong những vùng đông dân cư và các khu du lịch ven biển. Theo Mac Mahan J.H; Thornton Ed.B và Renies J.M ở bang Florida, sự nguy hiểm lớn nhất trong các mối nguy hiểm tự nhiên xảy ra tại các bãi tắm là do dòng chảy tách bờ gây ra 4. Việt Nam là một nước có đường bờ biển dài, bên cạnh những thuận lợi về quân sự, khoa học… thì đó còn là một lợi thế lớn về kinh tế biển, đặc biệt là ngành công nghiệp không khói du lịch. Và để phát huy thế mạnh này, cũng như đảm bảo cho việc phát triển bền vững, ta cần nhiều hơn các công trình nghiên cứu về biển mà đặc biệt là các nghiên cứu trong vùng sóng đổ, trong đó phải kể đến đầu tiên là các hiện tượng dòng do sóng3. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam, với hơn 3200 km đường bờ biển cùng những danh lam thắng cảnh kỳ thú, có tiềm năng rất lớn phát triển du lịch và nghỉ dưỡng biển. Các khu du lịch – nghỉ dưỡng ở vùng ven biển xuất hiện ngày càng nhiều, số lượng người có điều kiện đi nghỉ dưỡng tăng lên đáng kế, khách quốc tế ngày càng đông. Hầu như tất cả các tỉnh ven biển đều đã và đang đầu tư những khu nghỉ dưỡng, tắm biển rất đẹp. Tuy nhiên, từ nhiều nguồn tin khác nhau cho thấy sự cố tai nạn, tổn thất về người do tắm biển xảy ra không phải là ít, và hầu như chưa thấy nơi nào hiểu rõ về dòng chảy sinh ra do sóng và có những quan tâm đúng mực về việc nghiên cứu, xác định và cảnh báo nó3. Qua các đợt khảo sát tiền trạm cũng như thu thập thông tin được từ đồn biên phòng Hà Tĩnh và thông tin trên các trang báo địa phương có thể thấy rõ nguy cơ về dòng chảy ven bờ tại khu vực này đẫ và đang tồn tại như một hiểm hoa đe dọa đến tính mạng của những du khách đến tắm biển1. Cũng theo thông tin điện tử Hà Tĩnh tại các bãi biển đã sảy ra các vụ đuối nước. Qua một vài thông tin từ nhân chứng thì các trường hợp bị đuối nước hay xảy ra vào mùa gió chướng, nếu không có kinh nghiệm sẽ rất có nguy cơ bị hụt chân rơi vào các dòng xoáy. “Cắm phao cảnh báo tại các vùng xoáy nước ở bãi tắm Thiên Cầm” đó là chỉ đạo của Phó Chủ Tịch HĐND tỉnh Võ Hồng Hải1. Ảnh cờ báo hiệu nguy hiểm Tuy đã xảy ra nhiều tai nạn do dòng xoáy ven bờ tại khu vực nghiên cứu, nhưng hiểu biết của người dân về hiện tượng này còn quá ít cũng như hệ thống cảnh báo còn rất thô sơ và chưa thấy có đội cứu trợ bờ biển cùng trang thiết bị chuyên dụng để ứng phó với các tình huống trong khu vực bãi biển này. Đây là lý do cũng là nhu cầu cấp bách để thực hiện đề tài “Tính toán dòng chảy do sóng khu vực bãi biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh” do tôi cùng với sự hướng dẫn của PGS.TS Đinh Văn Mạnh và Th.S Đặng Song Hà thực hiện. Mục tiêu đề tài Xem xét hướng sóng vùng gần bờ khu vực bãi biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh. Nghiên cứu, so sánh ảnh hưởng của sóng đến trường dòng chảy ven bờ khu vực nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu Mô hình tính sóng và thủy động lực DELFT3D. Trường dòng chảy do sóng khu vực nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu Thu thập phân tích đánh giá tài liệu về sóng và các số liệu về thủy, hải văn trong khu vực của vùng biển. Mô hình hóa, mô phỏng số.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 4

1.1.Đặc điểm tự nhiên 4

1.1.1.Vị trí địa lí 4

1.1.2.Tài nguyên thiên nhiên 5

1.2.Chế độ khí tượng thủy, hải văn khu vực nghiên cứu 6

1.2.1.Điều kiện khí tượng 6

1.2.2.Chế độ thủy văn 7

1.2.3.Chế độ hải văn 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT MÔ HÌNH DELFT 3D 9

2.1.Mô hình thủy động lực 9

2.2.Cơ sở lý thuyết mô hình SWAN 16

2.2.1.Phương trình cơ bản 16

2.2.2.Các biểu thức chi tiết 17

2.3.Tương tác dòng chảy – sóng 24

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH CHO VÙNG NGHIÊN CỨU 27

3.1.Số liệu phục vụ tính toán 27

3.1.1.Số liệu địa hình 27

3.1.2.Số liệu sóng 29

3.1.3.Số liệu gió 31

3.2.Thiết lập miền tính và lưới tính 31

3.3.Thiết lập bộ thông số mô hình 33

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY DO SÓNG KHU VỰC BÃI BIỂN THIÊN CẦM, HÀ TĨNH THEO MỘT SỐ KỊCH BẢN 35

4.1.Kịch bản tính toán 35

4.2.Kết quả tính toán 37

4.2.1.Kịch bản N 37

4.2.2.Kịch bản N-NE 40

4.2.3.Kịch bản NE 43

4.2.4.Kịch bản E-NE 46

4.2.5.Kịch bản E 49

4.2.6.Kịch bản E-SE 52

4.3.So sánh giữa các phương án tính toán 55

KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN C

Bảng 1.1 Các đơn vị hành chính vùng bờ tỉnh Hà Tĩnh 5

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP MÔ HÌNH CHO VÙNG NGHIÊN CỨUY

Bảng 3.1 Tần suất sóng theo 16 hướng sóng chính ngoài khơi biển Thiên Cầm 30Bảng 3.2 Bảng các thông số chính của mô hình được thiết lập 33

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY DO SÓNG KHU VỰC BÃI BIỂN HÀ TĨNH THEO MỘT SỐ KỊCH BẢ

Bảng 4.1 Kết quả tính sóng đại diện ngoài khơi cho vùng biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh 35Bảng 4.2 Một số phương án tính toán trong nghiên cứu này 36Bảng 4.3 So sánh kết qua các phương án tính 55

DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU

Hình 1.1: Ranh giới hành chính của tỉnh Hà Tĩnh 4

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP MÔ HÌNH CHO VÙNG NGHIÊN CỨU Hình 3.1: Tổng hợp số liệu địa hình vùng nghiên cứu 29

Hình 3.2: Hoa sóng thống kê khu vực nghiên cứu 29

Hình 3.3: Bản đồ gió vùng nghiên cứu 31

Hình 3.4: Sơ đồ lưới tính của vùng nghiên cứu 32

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY DO SÓNG KHU VỰC BÃI BIỂN HÀ TĨNH THEO MỘT SỐ KỊCH BẢN Hình 4.1: Mực triều tham khảo tại trạm triều quốc tế Hon Nieu_IHO 36

Hình 4.2: Trường độ cao sóng phương án N 37

Hình 4.3: Trường độ lớn dòng chảy phương án N 38

Hình 4.4: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng N 39

Hình 4.5: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng N 40

Hình 4.6: Trường độ cao sóng phương án N-NE 41

Hình 4.7: Trường độ lớn dòng chảy phương án N-NE 41

Hình 4.8: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng N-NE 42

Hình 4.9: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng N-NE 43

Hình 4.10: Trường độ cao sóng phương án NE 44

Hình 4.11: Trường độ lớn dòng chảy phương án NE 44

Hình 4.12: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng NE 45

Hình 4.13: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng NE 46

Hình 4.14: Trường độ cao sóng phương án E-NE 47

Hình 4.15: Trường độ lớn dòng chảy phương án E-NE 47

Hình 4.16: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng E-NE 48Hình 4.17: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng E-NE 49Hình 4.18: Trường độ cao sóng phương án E 50Hình 4.19: Trường độ lớn dòng chảy phương án E 50Hình 4.20: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng E 51Hình 4.21: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng E 52Hình 4.22: Trường độ cao sóng phương án E-SE 53Hình 4.23: Trường độ lớn dòng chảy phương án E-SE 53Hình 4.24: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng E-SE 54Hình 4.25: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng E-SE 55

MỞ ĐẦU

Ý Nghĩa khoa học và thực tiễn

Khu vực ven bờ là nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp của trường sóng, nơi toàn bộnăng lượng sóng bị tiêu tán do quá trình sóng đổ, cộng thêm các tác động của thủytriều, gió, thềm lục địa, địa hình bờ… nên tại đây các quá trình thủy thạch động lực hếtsức phức tạp Trong những yếu tố đó có thể kể đến dòng sinh ra do sóng, là một loạihình dòng chảy biển mang tính ngẫu nhiên nhưng lại ảnh hưởng rất lớn tới quá trìnhbồi lắng, biến động bờ bãi Do đó nó đã trở thành mối quan tâm của rất nhiều nhànghiên cứu trên toàn thế giới[3]

Trong nghiên cứu kỹ thuật bờ biển, dòng sinh ra do sóng có ý nghĩa quan trọngbởi nó là tác nhân chính của quá trình vận chuyển trầm tích vùng ven bờ Các hiệntượng bồi lấp hay xói lở trong vùng sóng đổ có ảnh hưởng trực tiếp đến công tác hoạchđịnh, thiết kế và tuổi thọ của các công trình biển xây dựng trong vùng gần bờ[4] Không chỉ mang lại lợi ích trong vấn đề kỹ thuật, nghiên cứu dòng do sóng còn

có ý nghĩa thực tiễn lớn, mang lại rất nhiều lợi ích về kinh tế cũng như tính mạng conngười trong vấn đề quản lý đới bờ hay dự báo, cảnh báo các hiểm họa tự nhiên trongnhững vùng đông dân cư và các khu du lịch ven biển Theo Mac Mahan J.H; ThorntonEd.B và Renies J.M ở bang Florida, sự nguy hiểm lớn nhất trong các mối nguy hiểm tựnhiên xảy ra tại các bãi tắm là do dòng chảy tách bờ gây ra [4]

Việt Nam là một nước có đường bờ biển dài, bên cạnh những thuận lợi về quân

sự, khoa học… thì đó còn là một lợi thế lớn về kinh tế biển, đặc biệt là ngành côngnghiệp không khói - du lịch Và để phát huy thế mạnh này, cũng như đảm bảo cho việcphát triển bền vững, ta cần nhiều hơn các công trình nghiên cứu về biển mà đặc biệt làcác nghiên cứu trong vùng sóng đổ, trong đó phải kể đến đầu tiên là các hiện tượngdòng do sóng[3]

Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam, với hơn 3200 km đường bờ biển cùng những danh lam thắng cảnh kỳthú, có tiềm năng rất lớn phát triển du lịch và nghỉ dưỡng biển Các khu du lịch – nghỉdưỡng ở vùng ven biển xuất hiện ngày càng nhiều, số lượng người có điều kiện đi nghỉdưỡng tăng lên đáng kế, khách quốc tế ngày càng đông Hầu như tất cả các tỉnh venbiển đều đã và đang đầu tư những khu nghỉ dưỡng, tắm biển rất đẹp Tuy nhiên, từnhiều nguồn tin khác nhau cho thấy sự cố tai nạn, tổn thất về người do tắm biển xảy ra

không phải là ít, và hầu như chưa thấy nơi nào hiểu rõ về dòng chảy sinh ra do sóng và

có những quan tâm đúng mực về việc nghiên cứu, xác định và cảnh báo nó[3]

Qua các đợt khảo sát tiền trạm cũng như thu thập thông tin được từ đồn biênphòng Hà Tĩnh và thông tin trên các trang báo địa phương có thể thấy rõ nguy cơ vềdòng chảy ven bờ tại khu vực này đẫ và đang tồn tại như một hiểm hoa đe dọa đến tínhmạng của những du khách đến tắm biển[1]

Cũng theo thông tin điện tử Hà Tĩnh tại các bãi biển đã sảy ra các vụ đuối nước.Qua một vài thông tin từ nhân chứng thì các trường hợp bị đuối nước hay xảy ra vàomùa gió chướng, nếu không có kinh nghiệm sẽ rất có nguy cơ bị hụt chân rơi vào cácdòng xoáy “Cắm phao cảnh báo tại các vùng xoáy nước ở bãi tắm Thiên Cầm” đó làchỉ đạo của Phó Chủ Tịch HĐND tỉnh Võ Hồng Hải[1]

Ảnh cờ báo hiệu nguy hiểmTuy đã xảy ra nhiều tai nạn do dòng xoáy ven bờ tại khu vực nghiên cứu, nhưnghiểu biết của người dân về hiện tượng này còn quá ít cũng như hệ thống cảnh báo cònrất thô sơ và chưa thấy có đội cứu trợ bờ biển cùng trang thiết bị chuyên dụng để ứngphó với các tình huống trong khu vực bãi biển này Đây là lý do cũng là nhu cầu cấpbách để thực hiện đề tài “Tính toán dòng chảy do sóng khu vực bãi biển Thiên Cầm,

Hà Tĩnh” do tôi cùng với sự hướng dẫn của PGS.TS Đinh Văn Mạnh và Th.S ĐặngSong Hà thực hiện

Mục tiêu đề tài

Xem xét hướng sóng vùng gần bờ khu vực bãi biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh

Nghiên cứu, so sánh ảnh hưởng của sóng đến trường dòng chảy ven bờ khu vựcnghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

- Mô hình tính sóng và thủy động lực DELFT3D

- Trường dòng chảy do sóng khu vực nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập phân tích đánh giá tài liệu về sóng và các số liệu về thủy, hải văntrong khu vực của vùng biển

- Mô hình hóa, mô phỏng số

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU

1.1 Đặc điểm tự nhiên

.1.1 Vị trí địa lí

Hà Tĩnh nằm trên mảnh đất đầy nắng gió của Bắc Trung Bộ và cách thủ đô HàNội 340 km về phía Nam, tỉnh Hà Tĩnh có lợi thế phía Đông giáp biển, phía Tây giápdãy Trường Sơn huyền thoại cùng nước Lào Nhờ vào đặc điểm đó, địa hình ở HàTĩnh trở nên đa dạng hơn bao giờ hết từ vùng đồi núi, trung du – đồng bằng đến sôngsuối, hồ… Đáng chú ý đó chính là đường bờ biển trải dài 137 km, Hà Tĩnh luôn làm

du khách phải ngỡ ngàng trước vẻ đẹp của các bãi tắm, trong đó phải kể đến biểnThiên Cầm[1]

Thiên Cầm là một bãi biển thuộc huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh Hà Tĩnh làmột trong sáu tỉnh nằm ở duyên hải Bắc Trung Bộ với tổng diện tích 6.055 km2, chiếmkhoảng 1,8% tổng diện tích cả nước, trong tọa độ 17°53'50"-18°45'40"vĩ độ Bắc,105°05'50" - 106°30'20"kinh độ Đông Tỉnh Hà Tĩnh gồm có 13 đơn vị hành chính[1]:

- 1 Thành phố: Thành Phố Hà Tĩnh

- 2 Thị xã: Thị xã Hồng Lĩnh và Thị xã Kỳ Anh

- 10 huyện: Can Lộc, Cẩm Xuyên, Đức Thọ, Hương Khê, Hương Sơn, Kỳ Anh,Lộc Hà, Nghi Xuân, Thạch Hà và Vũ Quang

Hình 1.1: Ranh giới hành chính của tỉnh Hà Tĩnh

Vùng bờ Hà Tĩnh gồm có 6 huyện thị: Nghi Xuân, Lộc Hà, Thạch Hà, CẩmXuyên, huyện Kỳ Anh và TX Kỳ Anh Riêng Thị xã Kỳ Anh vừa được thành lập năm

2015 theo Nghị quyết số 903/NQ-UBTVQH13 và được tách ra từ huyện Kỳ Anh cũ

Ranh giới vùng bờ:

- Phía bắc giáp tỉnh Nghệ An, ranh giới là Sông Lam và dãy núi Thiên Nhẫn

- Phía Nam giáp tỉnh Quảng Bình, ranh giới là dãy núi Hoành Sơn

- Phía Đông giáp biển Đông

- Phía Tây giáp các huyện, thị khác của tỉnh Hà Tĩnh

Bảng 1.1: Các đơn vị hành chính vùng bờ tỉnh Hà Tĩnh

TT Đơn vị hành chính Diện tích tự nhiên (ha) Số đơn vị cấp xã

Vùng bờ Hà Tĩnh có 137km bờ biển có nhiều cảng và cửa sông lớn (Cửa Hội,Cửa Sót, Cửa Nhượng và Cửa Khẩu) cùng với hệ thống giao thông khá tốt, rất thuậnlợi cho giao thương kinh tế, văn hóa xã hội và phát triển kinh tế

1.1.2 Tài nguyên thiên nhiên

Hà Tĩnh hiện có 276.003 ha rừng, gồm 199.847 ha rừng tự nhiên và 76.156 harừng trồng, với độ che phủ của rừng đạt 45% Rừng tự nhiên thường gặp là kiểu rừngnhiệt đới, vùng núi cao có thể gặp các loại rừng lá kim á nhiệt đới Rừng trồng phần

lớn là thông nhựa Hà Tĩnh có thảm thực vật rừng đa dạng với hơn 86 họ và 500 loàicây gỗ, gồm nhiều loại gỗ quý như lim xanh, sến, táu, đinh, gụ, … và một số thú quýhiếm như hổ, báo, hươu đen, trĩ, gà lôi, …và các loài bò xát khác[1].

Hà Tĩnh có bờ biển dài 137 km với nhiều cửa sông lớn với khoảng 267 loài cá,thuộc 90 họ, trong đó có 60 loài có giá trị kinh tế cao, 20 loài tôm, nhuyễn thể như sò,mực…Về khoáng sản, tỉnh có trữ lượng khoáng sản nằm rải rác ở hầu khắp các huyệngồm than đá, sắt, thiếc, than bùn, cao lanh, cát thủy tinh, thạch anh[1]

Hà Tĩnh có nhiều sông nhỏ và bé chảy qua, con sông lớn nhất là sông La và sôngLam, ngoài ra có sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu, Ngàn Tươi, Rào Cái Tổng chiều dài cáccon sông khoảng 400km tổng sức chứa 13 tỷ m3[1]

.2 Chế độ khí tượng thủy, hải văn khu vực nghiên cứu

.2.1 Điều kiện khí tượng

* Chế độ nhiệt: Nhiệt độ trung bình hàng năm 22 - 25oC Trong năm, khí hậuđược chia thành hai mùa rõ rệt:

- Mùa nắng kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, khí hậu khô nóng nhất là từ tháng 5đến tháng 8 Nhiệt độ trung bình tháng từ 24,7oC (tháng 4) đến 32,9oC (tháng 6) Nhiệt

độ cao nhất lên tới 38,5 - 40oC

- Mùa mưa kéo dài từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ trung bình tháng từ18,3oC (tháng 1) đến 21,8oC (tháng 11) với nhiều ngày ở một số khu vực có nhiệt độdưới 7oC (tháng 11, tháng 12)

* Độ ẩm: Nhìn chung độ ẩm không khí tương đối cao (trung bình khoảng từ 84 87%), độ ẩm trung bình cao nhất khoảng 92 - 96%, vào các tháng 1, 2, 3, độ ẩm trungbình thấp nhất khoảng 55 - 70% vào các tháng 6, 7, 8

-* Bốc hơi: Bốc hơi Piche trung bình năm đạt 800 mm Lượng bốc hơi lớn thườngxảy ra vào tháng 7 với mức trung bình tháng đạt 180 - 200 mm Tháng 2 có lượng bốchơi nhỏ nhất: 27 - 34 mm

* Số giờ nắng: Số giờ nắng: 1.400 - 1.600 giờ/năm

* Chế độ gió: Hà Tĩnh nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng của chế độ gió mùa vàgió Lào nhưng hướng gió mang tính chất phân mùa không rõ rệt như một số địaphương khác thuộc khu vực Bắc Trung Bộ hoặc Bắc Bộ

- Tốc độ gió trung bình đạt từ 1,7 - 2,4 m/s

- Mùa Đông hướng gió chủ đạo là gió Tây Bắc rồi đến gió Bắc và Đông Bắc, tầnsuất tổng cộng tới 50 - 60%.

- Mùa hè: Hướng gió chủ đạo là gió Nam, tần suất 40 - 50%

Bão thường xuất hiện bắt đầu từ tháng 8 và kết thúc vào tháng 11 hoặc 12 Bìnhquân mỗi năm có từ 2 đến 3 cơn bão có ảnh hưởng trực tiếp đến Hà Tĩnh

* Chế độ mưa: Hà Tĩnh có lượng mưa khá lớn, trung bình trên 2.000mm/năm, cábiệt có nơi lên đến 3.500mm/năm như: vùng thượng nguồn sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu,Rào Trổ, khu vực Hoành Sơn, Kỳ Lạc - Kỳ Anh Lượng mưa phân bố không đồng đềutrong năm: mùa Đông - Xuân chiếm 25% lượng mưa năm, chủ yếu là mưa phùn kếthợp với gió mùa Đông Bắc; mưa lớn tập trung vào mùa Hạ và Thu, chiếm 85% lượngmưa năm, đặc biệt cuối thu mưa rất to Mưa lớn thường gây ngập lụt, sạt lở đất, lũquét[1]

.2.2 Chế độ thủy văn

Hà Tĩnh có hệ thống sông ngòi khá dày đặc, nhưng có đặc điểm chung là chiềudài ngắn, lưu vực nhỏ, tốc độ dòng chảy lớn, nhất là về mùa mưa lũ Dòng chảy đốivới sông suối ở Hà Tĩnh phân theo mùa rõ rệt, hầu hết các con sông đều chịu ảnhhưởng của mưa lũ ở thượng nguồn, những vùng thấp trũng ở hạ lưu thường bị nhiễmmặn do chế độ thủy văn

Hà Tĩnh có nhiều lưu vực sông, do đó nguồn tài nguyên nước mặt rất dồi dào,hàng năm cung cấp cho tỉnh khoảng 11–13 tỷ m3 nước Hà Tĩnh có 13 con sông bắtnguồn từ dãy Trường Sơn, với tổng chiều dài hơn 400km Các con sông này là mộtphần của 4 lưu vực sông lớn bao gồm: Lưu vực sông La bao gồm các sông Ngàn Sâu,Ngàn Phố với diện tích lưu vực 3.221 km2; Lưu vực sông Cửa Sót, bao gồm sôngNghèn, sông Rào Cái, với diện tích lưu vực 1.349 km2; Lưu vực sông Cửa Khẩu baogồm sông Trí, sông Kèn và sông Quèn với diện tích lưu vực 510 km2; Lưu vực sôngCửa Nhượng gồm sông Gia Hội và sông Rác với diện tích lưu vực 356 km2 Bốn lưuvực tạo ra các vùng nước lợ và bao phủ 6.000 ha bãi biển và đất đai Độ mặn các khunày thích hợp cho phát triển nuôi trồng thủy sản như tôm, cua, cá, nhuyễn thể và nuôitrồng rong biển Hà Tĩnh còn có 345 ao hồ lớn nhỏ, chủ yếu phục vụ sản xuất lúa vụĐông Xuân và vụ Hè Thu Hồ lớn trên địa bàn tỉnh là Kẻ Gỗ, Sông Rác và các hồ CửaThờ Trại Tiểu Ngoài 345 hồ chứa hiện có với tổng công suất 762,6 triệu m3, tỉnh tiếptục xây dựng các hồ chứa mới và các dự án thủy lợi đa mục tiêu[1]

Các con sông ở Hà Tĩnh là nguồn cung cấp nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt vàcác hoạt động phát triển kinh tế xã hội đồng thời cũng có chức năng thoát lũ về mùamưa lũ.

.2.3 Chế độ hải văn

Vùng biển Hà Tĩnh đặc trưng bởi chế độ nhật triều không đều Hàng năm có gầnnửa số ngày có 2 lần nước lớn, 2 lần nước ròng trong ngày Ở các vùng cửa sông thờigian triều cường thường chỉ 10 giờ nhưng thời gian triều rút thường kéo dài khoảng15÷16 giờ Biên độ triều theo số liệu trung bình 10 năm (1994÷2004) ở trạm ThạchĐồng khoảng 19,86 cm (tháng 1) đến 30,93 cm (tháng 7, tháng 8)

Chiều cao sóng biển từ 0,25m đến 0,75m, chiếm 33,52%, chiều cao sóng từ0,75m đến 1,25m chiếm 12,78%, còn lại là sóng lặng

Độ mặn nước biển dao động từ 15‰ (tháng 9, tháng 10) đến 34 ‰ (tháng 12 vàtháng 1); độ pH là 8÷8,18; độ đục 20-30 mg/l; ôxy hòa tan (DO) = 4,5÷5,6

Độ mặn nước biển: dao động từ 5 – 7% tuỳ thuộc vào lượng mưa, thời tiết cáctháng trong năm Hàm lượng muối dinh dưỡng phốt phát từ 5 – 12 mg/m3 và Silic từ

90 mg/m3

Hải lưu: vùng biển Hà Tĩnh luôn có hai dòng hải lưu nóng ấm và mát lạnh chảyngược, hoà trộn vào nhau Một dòng cách ven bờ khoảng 30 – 40km, dòng khác ởngoài và sâu hơn Vùng hai dòng hòa trộn vào nhau thường nằm ở độ sâu 20 – 30m,nơi cá thường tập trung sinh sống Nhiệt độ nước bề mặt cũng thay đổi theo mùa, cựcđại vào tháng 7, tháng 8 ở khoảng 30 – 31oC và cực tiểu vào tháng 12 đến tháng 3 ởkhoảng 18 – 22oC

Hải đảo: Hà Tĩnh có một số đảo ven bờ, thường cách bờ khoảng từ 2-5km nhưhòn Nồm, hòn Lạp cách bờ biển Nghi Xuân 4km; ngoài khơi Cửa Nhượng có hòn Én(cách bờ 5km), hòn Bơớc (cách bờ 2km); ở nam Kỳ Anh cách bờ biển 4km có hòn SơnDương, xa hơn phía Đông có hòn Chim

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT MÔ HÌNH DELFT 3D

Modun Delft3D – FLOW bao gồm các công thức toán học được xây dựng dưới cácgiả thiết vật lý cơ bản dưới đây:

- Có sự dao động trên mặt tự do

- Tính đến ảnh hưởng của lực quay trái đất - lực Coriolis

- Tính đến ảnh hưởng của mật độ nước (phương trình trạng thái)

- Tính chênh lệch mật độ theo phương ngang do áp suất

- Rối được đưa vào thông lượng khối và động lượng

- Tính đến vận chuyển muối, nhiệt và các phần tử cố kết khác

- Lực thủy triều tác động đến biên mở

- Tính đến biến đổi ma sát trượt của gió theo thời gian và không gian trên

bề mặt nước

- Ma sát trượt đáy biến đổi theo thời gian

- Biến đổi áp suất khí quyển trên mặt nước theo cả không gian và thờigian

- Nguồn vào và ra thay đổi theo thời gian

- Tính đến các điểm khô ướt trên bãi triều

- Trao đổi nhiệt thông qua mặt thoáng.

- Bay hơi và lắng đọng

- Các lực tạo triều

- Ảnh hưởng của dòng chảy trên biên trong các phương trình động lượngtrung bình theo độ sâu

- Ma sát trượt biên ở bên biên cứng

- Trao đổi thẳng đứng của động lượng do sóng nội

- Ảnh hưởng của sóng đến ma sát đáy (2D và 3D)

- Dòng chảy qua các công trình

- Trong trường hợp hai chiều, quy mô không gian theo phương thẳngđứng (độ sâu) được coi nhỏ hơn rất nhiều so với phương ngang hay giả thiết là vùng nướcnông Khi đó gia tốc theo phương thẳng đứng nhỏ hơn nhiều so với gia tốc trọng trường

Vì vậy phương trình chuyển động theo phương thẳng đứng được rút gọn thành phươngtrình cân bằng thủy tĩnh

Tọa độ thẳng đứngđược định nghĩa như sau : 

z−ζ

d +ζ =

z−ζ H

 

Với: z là khoảng cách trong hệ tọa độ thẳng đứng; ζ - mực nước; d – độ sâu; H - độ sâu

cột nước (H = d + ζ ) Tại đáy tại mặt nước 

b Các phương trình

Phương trình liên tục

Phương trình liên tục cho độ sâu trung bình trong hệ tọa độ cong trực giao (ξ,η) :

Trong đó: , : là các tọa độ ngang trong hệ toạ độ cong trực giao; √ Gξξ√ Gηη : là

các hệ số chuyển đổi từ hệ toạ độ 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 một 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

w: 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 ứngsuất Reynol; r0: 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); nv: thành phần nhớt theo phương thẳng đứng; M: mô men

động lượng thêm vào hay mất đi

Phương trình cân bằng thủy tĩnh

∂P

∂σ=−gρHρH

(2.4)Sau khi lấy tích phân 2 vế theo phương thẳng đứng σ ta có:

P=P atm+gρHH∫ρ(ξ ,η ,σ ' ,t )dσ '

(2.5)Nếu coi mật độ nước không biến đổi và đưa vào tính chung với áp suất khí quyển

P atm thì áp suất tổng cộng theo các hướng sẽ là:

ρ= 1000 P0λ+α0P0 (2.10)

Trong đó: t, s là nhiệt độ và độ muối.

Và: 



0 < t < 400C, 0 < s < 40‰

c 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); w là vận tốc thẳng đứng liên quan tới mặt phẳng  Với giả thiết không có trao đổi qua bềmặt và đáy:

-ω|σ=−1=0

và

ω|σ=0=0

(2.11)

Điều kiện biên ở lớp đáy

Ở lớp biên đáy, điều kiện biên cho các phương trình động lượng là:

νvh

∂ u

∂ σ |σ =−1= τbξξ

ρ0 ;

νvh

∂ σ |σ =−1= τbξη

ρ0 ; (2.12)

Trong đó τbξξ và τbξη là các thành phần ứng suất đáy theo phương ξ ,η

Ứng suất trượt ở đáy gây ra dòng chảy rối lần lượt cho dòng chảy trung bình theo

độ sâu (2 chiều) và 3 chiều là:

Công thức Manning: C 2 D=

6

√h

n với h là độ sâu tổng cộng; n là hệ số Manning.

Công thức White Colebrook:

C 2 D=18 log10(12 h k s ) ; k s là hệ số Nikuradse.

Để tính toán vận tốc dòng chảy theo phương ngang ở đáy trong trường hợp 3chiều, Delft3D-FLOW sử dụng công thức:

Điều kiện biên bề mặt

Điều kiện biên cho phương trình động lượng:

ν v h

∂v

∂σ|σ =0=

|τ→s|

ρ0 sin (θ )

Điều kiện biên mở

Trong mô hình Delft3d-Flow, điều kiện biên mở có thể dựa trên các số liệu tínhtoán, quan trắc hoặc NESTHD (lưới lồng) từ mô hình có phạm vi miền tính lớn hơn Có

4 kiểu điều kiện biên mở được áp dụng là: Mực nước: ζ =Fζ( t ) ; Vận tốc dòng chảy: U

= FU(t); Lưu lượng (tổng và từng ô lưới): Q = FQ(t).

Điều kiện tại biên lỏng

Trong Delft3D-FLOW có các loại biên sau có thể được đưa vào:

 Biên mực nước: ζ =Fζ( t )

 Biên vận tốc: U=FU( t )

 Biên lưu lượng (tổng cộng hoặc theo ô lưới): Q=FQ( t )

 Biên không đổi Riemann U +ζ

gρH

d=F R(t )

Thông thường các điều kiện biên được xác định trong giới hạn một số các điểmbiên Việc nội suy tuyến tính dọc biên được sử dụng để gán các giá trị tại điểm biên, vìvậy việc nội suy này có thể tạo ra dòng chảy không thực trong khu vực quan tâm.Miền tính nên được mở rộng để ảnh hưởng của điều kiện biên đến vùng quan tâm lànhỏ nhất

Điều kiện biên cứng

Biên cứng được đặt tại vị trí chuyển tiếp giữa đất và nước Tại biên cứng bắtbuộc phải thỏa mãn hai điều kiện là: đối với dòng chảy tại biên và ứng suất trượt dọctại biên

 Đối với dòng chảy tại biên: không có dòng chảy qua biên (điều kiệnkhông thấm)

 Đối với ứng suất trượt dọc biên thì một trong hai điều kiện sau phảiđược thỏa mãn: ứng suất trượt tiếp tuyến bằng không (điều kiện không trượt)hoặc điều kiện trượt từng phần

Với các tính toán trong phạm vi rộng thì ảnh hưởng của ứng suất trượt dọc biêncứng có thể bỏ qua và điều kiện không trượt được áp dụng cho tất cả các biên cứng

Còn với các tính toán trong phạm vi hẹp thì ảnh hưởng của bề mặt biên cứng trở nênđáng kể.

d Điều kiện ban đầu

Trong mô hình Delft3D, các điều kiện ban đầu như mực nước, nhiệt độ, độ muốicần được xác định Ở mô hình thủy động lực có hai cách xác định điều kiện ban đầu:

- Xác định điều kiện ban đầu tứ các file kết quả của các lần chạy trước

- Xác định điều kiện ban đầu do người chạy

e Tiêu chuẩn ổn định của mô hình Delft3D-FLOW

Các phương trình toán học trên được giải bằng phương pháp sai phân ẩn với sơ đồkhử luân hướng (ADI – Alternating Direction Implicit) trên hệ lưới cong Trong môhình thuỷ động lực, độ ổn định của mô hình có thể được đánh giá qua số Courant – mộtchỉ 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 không nên vượt quákhoảng 10-30 [2] TheoStelling với mô hình 2 chiều, số Courant (CFL- CourantFriedrichs-Lewy) được xác định như sau[2]:

CFL=2 Δzt√gρHh(Δzx12+

1

Δzy2) (2.19)

Trong công thức trên: g: gia tốc trọng trường (m/s2); h: là độ sâu của cột nước

tại điểm tính (m); Dt: là bước thời gian (giây); Dx: là kích thước ô lưới theo phương x (m); Dy:

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

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình SWAN

động được bảo toàn trong khi mật độ năng lượng thì không được bảo toàn Các biến

độc lập đó là tần số tương đối w và hướng sóng q Mật độ tác động bằng mật độ năng

lượng chia cho tần số tương đối N(w,q)=E(w,q)/w Trong SWAN phổ này thay đổi

theo thời gian và không gian

Sự phát triển của phổ được mô tả bằng phương trình cân bằng tác động phổ.Trong hệ toạ độ Đề Các ta có:

w



N С N

С N

С y N С x

không gian địa lý (với tốc độ truyền C x và C y theo hướng x và y) Thành phần thứ tư

biểu thị thay đổi của tần số tương đối do thay đổi độ sâu và dòng chảy Thành phần thứnăm đưa ra 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 độ năng lượng đưa ra

từ các hiệu ứng tạo sóng, tiêu tán sóng và tương tác giữa các sóng

Khi sử dụng trong quy mô thềm lục địa hoặc đại dương người sử dụng có thểchọn cách viết trong hệ toạ độ cầu:

với l là kinh tuyến, j là vĩ tuyến.

2.2.2 Các biểu thức chi tiết

a Năng lượng cung cấp bởi gió (S in )

Sự tăng trưởng của sóng do gió được mô tả bởi :

 ,  A BE w, 

với: A - hệ số tăng tuyến tính, B - hệ số tăng theo hàm mũ

Trong mô hình sử dụng tốc độ gió đưa vào tính sóng là tốc độ tại độ cao 10 m U10

Trong khi tính toán sử dụng tốc độ ma sát U*, công thức chuyển từ U10 sang U*nhận được như sau

2 10

U x

xU ,

,

s / m ,

U x

, ) U (

C D

5710

0650

80

5710

28751

10

3 10

10 3

10

(2.24)

Đối với hệ số tăng tuyến tính A, biểu thức của Cavaleri và Malanotte-Rizzoli

(1981) được sử dụng với một cách lọc để loại bỏ sự tăng trưởng sóng tại các tần sốthấp hơn tần số Pierson-Moskowitz

3

0 2

10 5 1

w

*

/ exp

cos ,

max U

g

x , A

w w



, q w - hướng gió, c - hệ số lọc, w PM - tần số đỉnh phổ trong trạngthái sóng phát triển hoàn toàn theo phổ Pierson và Moskowitz

Hai biểu thức của tăng trưởng sóng theo hàm mũ được sử dụng trong SWAN

Biểu thức thứ nhất của Komen (1984) đưa ra như một hàm của U * /c ph :

С

U ,

, max B

(2.26)

Trong đó C ph là tốc độ pha và w a và w w là mật độ của không khí và nước Biểuthức thứ hai của Janssen (1989,1991) dựa trên lý thuyết sóng gió tựa tuyến tính vàđược đưa ra như sau :

    w w

c

U B

U / c r ,

e c gz

ln ,

w

* r

(2.28)

với k là hằng số Von Karman k=0,4 và Z e là hệ số nhám bề mặt hiệu dụng Nếu l>1 thì hằng số b=0 Janssen giả định rằng profile của gió có dạng như sau :

U ) z (

với U(z) là tốc độ gió tại độ cao z trên mực nước biển trung bình, z o là độ dài nhám

Độ dài nhám hiệu dụng phụ thuộc vào độ dài nhám z0 và trạng thái mặt biển

thông qua ứng suất sóng t w và ứng suất tổng cộng bề mặt t.



 /

z z

w

e



1

 w w

r2

d d k

k , BE

I w w

(2.31)

Giá trị U* có thể xác định cho từng tốc độ gió U10 và phổ sóng E(s,w) được đưa ra

từ phương trình trên Trong SWAN quá trình lặp được thực hiện theo sơ đồ lặp củaMastenbroek (1993)

b Tiêu tán năng lượng sóng (S ds )

Sóng bạc đầu sinh ra do độ dốc của sóng vượt quá giới hạn sóng đổ Quá trìnhsóng bạc đầu được mô tả bằng mô hình mạch động của Hasselmann (1974) Các giá trịcủa số sóng được sử dụng trong vùng có độ sâu nước giới hạn

 w   wE w, 

k

k ,

k là số sóng trung bình và G là hệ số phụ thuộc vào độ dốc sóng

tổng hợp Hệ số phụ thuộc vào độ dốc này được đưa ra bởi nhóm WAMDI (1988) vàđược hiệu chỉnh bởi Gunther (1992) theo Janssen

 

p

~ PM

~

~ ds

KJ

S

S k

k C

với: d =0 biểu thức của G giống với biểu thức của WAMDI Hệ số C ds , d và m là các

hệ số hiệu chỉnh,

~

S là độ dốc tổng hợp, S PM là giá trị của S với phổ

Pierson-Moskowitz Giá trị của độ dốc tổng hợp được cho như sau :

tot

E k

 w

2

00

d d , E

E tot

(2.37)

Giá trị của các hệ số hiệu chỉnh C ds , d và hệ số mũ p trong mô hình này đã được

Janssen và Komen nhận được từ việc khép kín phương trình cân bằng năng lượng sóngtrong điều kiện tăng trưởng sóng lý tưởng cho vùng nước sâu, điều này có nghĩa rằng

hệ số G phụ thuộc vào công thức của gió được sử dụng Trong SWAN có hai công thức gió được sử dụng, do đó có hai giá trị G được sử dụng Đối với biểu thức của Komen các hệ số cho như sau C ds=2,36x10-5, d =0 và p=4 Với biểu thức của Janssen

C ,

 w w

U rms

Hasselmann (1973) tìm ra từ kết quả thực nghiệm của JONSWAP như sau :

C bottom =C JON=0,038m2s-3 trong điều kiện sóng lừng Bouws và Komen (1983) chọn hệ

số C JON=0,067m2s-3 đối với điều kiện phát triển sóng hoàn toàn vùng ven bờ Cả hai giátrị này có thể sử dụng trong SWAN

Biểu thức của Collin (1972) dựa trên công thức sóng điều hoà với các tham sốchọn thích hợp để hiệu chỉnh cho trường sóng ngẫu nhiên Madsen (1988) đưa ra côngthức tương tự của Hasselmann và Collins nhưng trong mô hình này hệ số ma sát đáy làhàm của độ cao nhám của đáy và điều kiện sóng thực tế Hệ số ma sát đưa ra như sau :

rms w

bottom f g U C

w

a log m

f

log

f 104 104

11

1

m b

m

tot b

b

H

E Q

 w w w

   

tot tot br

, ds

E

, E D ,

S w  w 



Độ cao sóng cực đại được xác định trong SWAN là H m =gd Chỉ số sóng đổ

thường bằng một hằng số hoặc một hàm của độ dốc đáy hoặc độ dốc sóng tới Trong

SWAN giá trị này được lấy mặc định g =0,73.

e Tương tác phi tuyến giữa các sóng (S nl )- Tương tác sóng bậc bốn

Tương tác sóng bậc bốn được tính với xấp xỉ DIA của Hasselmann (1985).Chương trình nguồn này được sử dụng trong SWAN Trong xấp xỉ DIA sẽ xét haitương tác bậc bốn của số sóng, với các tần số như sau :

tần số w3, và w4 nằm trong góc đối xứng của q3 =11,50 và q4 =-33,60)

Với phương pháp rời rạc hoá biểu thức gần đúng của tương tác giữa các sóng

-DIA, giá trị hàm nguồn S nl4 (w,q) được tính theo :

 w,  S w,  S w, 

nl

* nl

với a1=1, a2=(1+ l) và a3=(1- l) Mỗi một thành phần của (i=1,2,3) là:

2

11 4

2 4 4

1 1

2

2 w   w   w    w  

 w



, E g

C ,

i nl

i nl

1

2



 w



 w



 w

C )

d k (

trong đó k d số sóng của đỉnh phổ JONSWAP Giá trị của các hệ số là: C sh1=5,5,

C sh2 =6/7 và C sh3 =-1,25 Trong vùng nước giới hạn k p d ®0 sự truyền năng lượng phi tuyến dẫn tới không xác định Do vậy sử dụng giới hạn thấp của k p d =0,5 dẫn tới giá trị lớn nhất của R là: k p d=4,43 Để tăng hiệu quả của mô hình, trong trường hợp phổ sóng

có dạng tuỳ ý, số sóng cực đại k p sẽ được thay bằng k P 0,75k ~

f Tương tác phi tuyến giữa các sóng (S nl )- Tương tác sóng bậc ba

Xấp xỉ tổng toàn bộ của biểu thức gần đúng bậc ba (LTA) của Eldeberky (1996)

là phiên bản được hiệu chỉnh của xấp xỉ rời rạc bậc ba của Eldeberky và Battjes (1995)

và được sử dụng trong SWAN với từng thành phần phổ hướng

S nl3 w,  S nl3 w, S nl3 w,  (2.53)với:

 w,  S w, 

S nl3   2nl32 (2.55)

Ở đây a EB là hệ số hiệu chỉnh Giá trị b được xấp xỉ bằng:

T H r

với T 2/w Tương tác sóng bậc ba chỉ được tính khi 10 > U r > 0,1 Hệ số tương tác

J lấy từ biểu thức Madsen và Sorensen (1993).

3

2 2

2 2

5

215

2

2

d k

gd gd

d k

c gd k

F x 

với d là độ sâu nước tổng cộng (bao gồm cả nước dâng do sóng) và h độ cao trung

bình của mặt nước (gồm cả nước dâng do sóng)

Quan trắc và tính toán dựa trên phương trình cân bằng mô men thẳng đứng củaDingemans (1987) cho rằng dòng chảy sóng là do tác động phân kỳ của thành phần tự

do của lực sóng gây ra còn nước dâng là do tác động quay của thành phần tự do củalực sóng gây ra Để tính toán nước dâng, người ta chỉ cần xét sự phân kỳ của phươngtrình cân bằng mô men Nếu sự phân kỳ được bỏ qua thì ta có:

x

gd x

y

F x

τm= y(τc+ τw) ; y=x(1+bξxp(1−x)q)

Ứng suất đáy cực đại: τmax= z(τc+ τw) ; y=1+axm( 1−x )n

Với: a, b, p, q, m, n là các tham số; giá trị x=

τ c

τ c+τ w a=(a1+a2|cos φ j|)+(a3+a4|cos φj|)log10(f w

C z) (2.61)

Với τc là ứng suất đáy do dòng chảy; τw - ứng suất đáy do sóng; τm - ứng

suất đáy tổng cộng do sóng và dòng chảy; τmax - ứng suất đáy tổng cộng (do sóng và

dòng chảy) cực đại; φ là góc hợp bởi giữa hướng truyền sóng và hướng dòng chảy

Hướng truyền sóng φ được xác định bằng:

Hoặc được xác định qua các thành phần ứng suất f x , f y

Trong đó k s là hệ số nhám Nikuradse và A được xác định bởi U orbξ

z~0=12

Δzz bξ e

Các thành phần chuyển động của khối nước (M x s ; M s y) được xác định thông

qua tổng hợp các thành phần dòng chảy trôi (u s và v s) của toàn bộ cột nước: