Chuyên đề 7b: NGHIÊN CỨU SÓNG TRÊN CÁC CỬA SÔNG ĐỒNG NAI – SÀI GÒN NHẰM ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỂ ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN docx

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM Chương trình bảo vệ môi trường và phòng tránh thiên tai ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP NHÀ NƯỚC – MÃ SỐ KC-08.29

Trang 1

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

Chương trình bảo vệ môi trường và phòng tránh thiên tai

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP NHÀ NƯỚC – MÃ SỐ KC-08.29

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHCN ĐỂ ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN HẠ DU HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI - SÀI GÒN PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN

KINH TẾ - XÃ HỘI VÙNG ĐÔNG NAM BỘ

Chuyên đề 7b:

NGHIÊN CỨU SÓNG TRÊN CÁC CỬA SÔNG ĐỒNG NAI – SÀI GÒN NHẰM ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỂ ỔN ĐỊNH

LÒNG DẪN

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Hoàng Văn Huân

Chủ nhiệm chuyên đề: TS Nguyễn Hữu Nhân

Thực hiện: ThS Trần Thành Công

NCS Lê Thị Việt Hoa

KS Lương Xuân Đài

5982-9

21/8/2006

Trang 2

CöA S¤NG §åNG NAI – SµI GßN

12

7.1 TÝnh sãng tõ biÓn xa bê truyÒn vµo cöa s«ng §ång Nai – Sµi Gßn 18

8.2 TÝnh chÊt sãng trªn c¸c cöa s«ng §ång Nai – Sµi Gßn 30 8.3 §Þa h×nh BTCG vµ cöa s«ng §ång Nai – Sµi Gßn 33

TµI LIÖU THAM KH¶O

Trang 3

Đề tài KC.08-29: Nghiên cứu đề xuất các giải pháp KHCN để ổn định lòng dẫn hạ du hệ thống sông

Đồng Nai - Sài Gòn phục vụ phát triển kinh tế xã hội vùng Đông Nam bộ

Chuyên đề 7b: Nghiên cứu sóng trên các cửa sông Đồng Nai – Sài Gòn nhằm đề xuất giải pháp khoa học công nghệ để ổn định

Mở đầu

Các cửa sông Đồng Nai-Sài Gòn (bao gồm: cửa Soài Rạp, cửa Đông Hòa, cửa Ngã Bảy và cửa Cái Mép) không chỉ là các đối tượng địa lý kiểm soát quá trình tương tác tự nhiên giữa hạ lưu sông Đồng Nai-Sài Gòn và biển Đông, mà còn là các đối tượng rất quan trọng liên quan đến hoạt động của con người trong giao thông đường thủy, quốc phòng, thủy lợi, thủy sản, thoát nước, nông nghiệp, lâm nghiệp và bảo vệ môi trường Sóng tại các cửa sông Đồng Nai-Sài Gòn (CSĐNSG) là một trong các quá trình thủy lực chủ yếu xác định trạng thái của chúng, cũng như cường độ, phạm vi và hệ quả

sự tương tác giữa hệ thống sông Đồng Nai-Sài Gòn với biển Đông Nó ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống và hoạt động của hàng triệu người trên vùng hạ lưu Do hoạt động trên vùng nước nông, địa hình chia cắt, biên độ dao động của thủy triều rất lớn, nên sóng tại các CSĐNSG là các quá trình thủy động lực học phức tạp, biến động mạnh Ngay nay, nghiên cứu kết hợp ứng dụng các mô hình thủy lực số hiện đại với các cơ sở dữ liệu (CSDL) phân giải cao và công cụ GIS là giải pháp tối ưu và khả thi để phủ kín các dữ liệu về sóng tại đây Báo cáo này mô tả các kết quả nghiên cứu sóng tại các CSĐNSG với tinh thần đó

Dưới đây là báo cáo kết quả nghiên cứu sóng tại các cửa sông Đông Nai và Sài Gòn (miền Đông Nam Bộ) trong điều kiện địa hình hiện trạng Toàn bộ các dữ liệu số

về sóng trên mạng lưới tính được trình bày cô đọng dưới dạng các bản đồ đường đồng mức, trường vector và các bảng số liệu rút gọn để đối chiếu, tra cứu và sử dụng một cách nhanh chóng, hiệu quả và chính xác Nhóm nghiên cứu đã đặc biệt quan tâm đến

độ tin cậy và độ chi tiết của các đánh giá định lượng đối với các thông số sóng Điều

đó còn được thể hiện bằng các giải pháp Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhìn chung, các cửa sông Đồng Nai-Sài Gòn là khá ổn định về lòng dẫn chính, trong đó các cửa sông Ngã Bảy, Cái Mép ổn định hơn các cửa sông Soài Rạp và Đông Hòa

Các cố gắng của chúng tôi tạo ra bộ dữ liệu tương đối đầy đủ về các tình huống sóng thường gặp trong khu vực nghiên cứu phục vụ nhu cầu của các cán bộ thiết kế trong việc phát triển ý tưởng và đề xuất các giải pháp kỹ thuật hợp lý để khai thác và bảo vệ chúng Nói chung, các phương án tính toán sẽ bổ sung số liệu cho nhau

Tuy nhiên, khoa học nghiên cứu sóng biển là gần đúng Sai số có ba nguồn gốc chính là: (1) Mô hình toán xuất phát xấp xỉ gần đúng thực tế; (2) Các phép toán trên máy tính xấp xỉ gần đúng mô hình toán xuất phát; (3) Số liệu nhập được đo bởi các máy móc với sai số nhất định và chưa đầy đủ và toàn vẹn so với thực tế Do đó, các kết quả tính toán có chứa sai số (không thể trách khỏi) là 10-15%

Trang 4

Báo cáo đóng gói trên 150 trang A4 Cán bộ chịu trách nhiệm chính là TS Nguyễn Hữu Nhân, NCVC, Công tác tại Đài KTTV Khu vực Nam Bộ, Địa chỉ: 8 Mạc

Đỉnh Chỉ, Q.1, Tp Hồ Chí Minh, ĐT: (08)8237809 Chúng tôi xin lắng nghe ý kiến

đóng góp để kịp thời hiệu chỉnh các sai sót

Tp Hồ Chí Minh ngày 22 tháng 2 năm 2006

Trang 5

1 YÊU CầU Kỹ THUậT

Xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) sóng hiện trạng trên các cửa sông Đông Nai-Sài Gòn (CSĐNSG): Soài Rạp (SR), Đông Hòa (ĐH), Ngã Bảy (NG), Cái Mép (CM) và bãi triều Cần Giờ (BTCG);

2 MụC TIÊU

Cung cấp CSDL về sóng biển phục vụ công tác nghiên cứu giải pháp khai thác

và bảo vệ các cửa sông nêu trên;

3 ĐốI TƯợNG Và PHạM VI NGHIÊN CứU

Đối tượng nghiên cứu là các yếu tố sóng trong phạm vi địa lý là vùng cửa sông

Đồng Nai-Sài Gòn (CSĐNSG) như trên bản đồ 1, 2 với 4 cửa sông lớn là: Soài Rạp (SR), Đông Hòa (ĐH), Ngã Bảy (NB) và Cái Mép (CM), trong đó cửa SR và NB là các cửa sông chính

Các CSĐNSG đều là các cửa sông rất lớn, nằm lùi sâu vào đất liền (18-23km) so với đường bờ biển Nam Bộ nói chung Vùng đệm giữa biển Đông và các CSĐNSG là vịnh Đồng Tranh (bên ngoài cửa SR và ĐH) và vịnh Gành Rái (bên ngoài cửa NB và CM) Vịnh Gành Rái khá kín, trong khi Đông

Tranh lại hở Bãi triều Cần Giờ là vùng biên tự

nhiên ngăn chúng thành hai hệ thống tương đối

độc lập với nhau Do có sự ngăn cách này, ảnh

hưởng của sông Mekong lên vịnh Gành Rái là bé,

trong khi ảnh hưởng của sông Mekong lên vịnh

Đồng Tranh và cửa SR là khá lớn Đặc biệt, sau

khi có sự điều tiết dòng chảy của hồ Trị An, ảnh

hưởng của sông Mekong lên vịnh Đồng Tranh và

cửa SR tăng trong mùa lũ và giảm trong mùa kiệt so với trước đây Các cửa sông NB và

CM chịu ảnh hưởng của biển lớn hơn nguồn sông Nhìn chung, ảnh hưởng của biển

Đông lên các các cửa sông SR, ĐH, NB, CM và BTCG lớn hơn ảnh hưởng của nguồn thượng du Đặc biệt, chúng được bán đảo Vũng Tàu che chắn ở phía Đông và được

ĐBSCL bảo vệ ở phía Tây (xem bản đồ 1 và 2)

Các CSĐNSG nằm trên vùng giáp ranh giữa vùng ĐBSCL (địa hình bằng phẳng, dồi dào nước và phù sa từ sông Mekong) và vùng duyên hải Đông Nam Bộ (địa hình dốc, khô hạn và sông suối ngắn và nhỏ)

Các cửa sông này bảo đảm nhiều chức năng quan trọng là:

Vựng nghiờn cứu nằm lựi sõu vào đất liền (18-23km) so với đường

bờ biển Nam Bộ núi chung và nằm trờn vựng giỏp ranh giữa vựng ĐBSCL và vựng duyờn hải Đụng Nam Bộ

Trang 6

- Các CSĐNSG và BTCG đang là môi trường các hoạt động ngành giao thông

đường thủy, quốc phòng, thủy lợi, thủy sản, thoát nước, nông nghiệp, lâm nghiệp và bảo vệ môi trường đang tăng nhanh tốc độ và quy mô Chúng còn các đối tượng đặc biệt quan trọng trong quy hoạch phát triển của tp HCM và khu vực kinh tế trong điểm phía Nam Hiện nay, các cửa NB và CM đang là các luồng giao thông thủy lớn và nhộn nhịp nhất của tp HCM và của VN nói chung vì độ sâu tại đây lớn, địa hình đáy và bờ

ổn định Tuy độ sâu trên cửa SR nhỏ và kém ổn định hơn, nhưng gần đây đang có dự

án nghiên cứu mở rộng luồng tàu qua cửa SR để đáp ứng nhu cầu giao thông thủy giữa khu công nghiệp Hiệp Phước và biển Đông, không phải vòng qua luồng sông Lòng Tàu BTCG cũng được quy hoạch phát triển du lịch biển (dự án lấn Biển Cần Giò) nhằm khai thác tối đa lợi thế của hệ thống rừng ngập mặn Cần Giờ

4 PHƯƠNG PHáP TIếP CậN

4.1 Đặt vấn đề

Sóng là một trong số các yếu tố thủy văn chính (các yếu tố kia là thủy triều + nước dâng, xâm nhập mặn, vận chuyển bùn cát) xác định chế độ thủy văn và địa hình của các cửa sông nói trên Nó góp phần chính xác định trạng thái của chúng, ảnh hưởng mạnh đến cường độ, phạm vi và hệ quả sự tương tác hệ thống sông Đồng Nai-Sài Gòn với biển Đông Do đó, nhu cầu về CSDL về sóng tại các CSĐNSG có các căn

cứ khoa học xác đáng nhằm xây dựng các giải pháp bảo vệ , sử dụng hợp lý chúng ngày càng cấp bách

Sóng biển Đông tác động đến các CSĐNSG xuất phát từ các hướng nằm trong cung E<->SE<->S (bản đồ 2) Sóng trên các sửa sông SR, ĐH, NB và CM là quá trình thủy động lực học phức tạp vì chúng xẩy ra trên vùng nước nông, địa hình chia cắt, có biên độ dao động độ sâu rất lớn (2-:-4m) do tác động thủy triều chế độ bán nhật triều không đều Số liệu đo đạc và khảo cứu về sóng và dòng chảy ở đây khá dồi dào, tuy nhiên, giá trị sử dụng thực tiễn (để tích hợp giải pháp tối ưu trong khai thác và bảo vệ các cửa sông) vẫn chưa cao vì tính manh mún, cục bộ và khó chồng xếp với các lớp dữ liệu thông tin địa lý, kinh tế, môi trường Do đó, để phủ kín các dữ liệu và thông tin về sóng tại đây, cần kết hợp ứng dụng các mô hình thủy lực số hiện đại với các cơ sở dữ

Trang 7

liệu có độ phân giải không gian cao và công cụ GIS Dưới đây là một số kết quả nghiên cứu với tinh thần đó

4.2 Phân tích các yếu tố xác định sóng trên vùng nghiên cứu

Sóng các cửa sông SR, NB, CM, ĐH và BTCG do gió tại chỗ sinh ra và do sóng biển từ biển Đông truyền đến Đối với các CSĐNSG, gió tại chỗ thường sinh ra sóng gió đơn thuần đang phát triển, độ cao nhỏ và chu kỳ ngắn, có hướng trùng với hướng gió Ngược lại, các sóng từ biển Đông truyền vào thường là sóng lừng, chu kỳ dài và độ cao lớn, đặc biệt là trong các đợt gió mùa Đông Bắc đã chuyển sang hướng Đông hay

Đông Nam hoặc trong các cơn bão hay áp thấp nhiệt đới di chuyển chậm trên thềm lục

địa Nam Bộ

Do tác động ngăn sóng của mũi Nghinh Phong, bán đảo Vũng Tàu và tác động phá sóng của vùng biển nông nằm lấn ra biển của châu thổ sông Mekong (Bến Tre, Tiền Giang) và vị trí lùi sâu vào đất liền của các cửa sông SR, NB, CM, ĐH và BTCG, nên sóng biển tại các của sông SR, NB, CM, ĐH và BTCG là tương đối yếu Sóng tới các cửa sông SR, NB, CM, ĐH và BTCG chịu ảnh hưởng mạnh của địa hình đáy và bờ biển thềm lục địa Nam Bộ

Điều này thể hiện cụ thể ở 4 điểm:

(i) Mặc dù trên biển xa bờ Đông Nam Bộ, hướng thịnh hành của sóng biển là

Đông-Bắc trong mùa khô và Tây-Nam trong mùa mưa (xem hình 2), nhưng do tác dụng chắn sóng của mũi Nghinh Phong và bản đảo Vũng Tàu, cũng như sự khúc xạ và phá sóng trên dải nước nông ven bờ Nam bộ, nên các hướng sóng tới trên vùng nghiên cứu chỉ nằm trong cung Đông< >Đông-Nam< >Nam ;

(ii) Sóng trong bão và áp thấp nhiệt đới cũng lan truyền theo các hướng này sau

đó xâm nhập tiếp vào các cửa sông SR, NB, CM, ĐH và BTCG;

(iii) Càng vào sát bờ, ảnh hưởng của địa hình đáy lên các yếu sóng càng tăng, do

đó sự phân bố độ cao sóng và hướng sóng theo không gian tại đây khác hẳn biển khơi;

(iv) Khi tiến đến sát bờ, sự tác động của đáy mạnh đến mức làm cho sóng trở nên mất ổn định và cuối cùng phải vỡ hoàn toàn trên bãi nước nông, bắt đầu từ độ sâu

D~0,78H (hay trên bờ), trong đó là H là độ cao sóng

Nói chung, quá trình hình thành, lan truyền và biến dạng sóng trên các cửa sông

SR, NB, CM, ĐH và BTCG rất phức tạp, nhưng hoàn toàn sáng tỏ về cơ chế vật lý Khoa học biển (phát triển trong hàng trăm năm nay) đã có công cụ tin cậy để xác định bức tranh nói trên Các công cụ này đã được tích luỹ dưới dạng các cẩm nang đối với các vấn đề đơn giản và các phần mềm thuỷ lực đối với các quá trình phức tạp Chúng

Trang 8

(ii) Để dự báo các biến đổi chưa xẩy ra do cũng phải dùng đến mô hình thủy lực; (iii) Số liệu đo đạc dù rất nhiều cũng không bao giờ đủ để xây dựng bộ dữ liệu hoàn chỉnh (dù chi phí bỏ ra là rất lớn) khi thiết kế các phương án và bảo vệ vùng

4.3 Phương pháp nghiên cứu

Các phân tích trên cho thấy, cần thực hiện 3 bước công tác liên tiếp sau:

1 Thu thập và phân tích các số thiệu thực đo về sóng tại vùng nghiên cứu và lân cận;

2 Xác định các yếu tố sóng trên biển xa bờ (biển sâu) theo gió hay theo số liệu thống kê nhiều năm tạ trạm KT-HV “Bạch Hổ”;

3 Xác định các yếu tố sóng trên bãi biển nông, các cửa sông CSĐNSG do sóng từ biển xa bờ truyền đến và do gió tại chỗ sinh ra

Phương pháp để thực hiện các công tác trên bao gồm:

1 Phương pháp thống kê được áp dụng để thực hiện bước 1 [12,13,14];

2 Phương pháp thống kê kết hợp với phương pháp phân tích phổ sóng được (Cẩm nang số No 702 do Tổ chức Khí tương thế giới ấn hành, 1998 , [13,14]) được dùng

để thực hiện bước 2;

3 Bước 3 là bước công tác phức tạp nhất Để xác định các yếu sóng trên bãi biển nông ven bờ CSĐNSG do sóng từ biển xa bờ truyền đến, chúng tôi dùng mô hình thuỷ lực sóng đơn sắc “Mild-slope ưave Model” elipptic (Bekhoff) do Trung tâm nghiên cứu công trình ven bờ biển (CERC) thuộc quân đội Hoa kỳ công tố năm

1986 đã được chúng tôi cải tiến thêm (1998-2004) [6- :-11]

4 Sóng do gió tại chỗ sinh ra trên bãi các cửa sông SR, NB, CM, ĐH và BTCG

được tính theo phần mềm CRESS, 1989

Trang 9

5 TìNH HìNH NGHIÊN CứU SóNG THEO TàI LIệU THựC ĐO

Ngay tại các CSĐNSG, sóng được đo đạc khảo sát chưa nhiều, nhất là khi thời tiết xấu Chỉ có các đo đạc sóng tại các khu cận các cửa sông theo chuyên đề phục vụ ngành giao thông, phần lớn đo trong khoảng thời gian ngắn và khi thời tiết tốt [1, 2, 3]

Đáng kể nhất là chuỗi số liệu quan trắc sóng bằng máy đo sóng phối cảnh IVANOV trong khoảng thời gian từ tháng 9 năm 1986 đến tháng 4 năm 1987 (8 tháng) tại mũi Nghinh Phong và khu cảng Sao Mai, Bến Đình [3] Chế độ quan trắc là 5 lần mỗi ngày vào các giờ 7, 10, 13, 16 và 18 Các yếu tố được quan trắc là: độ cao sóng (H), bước sóng (l), chu kỳ (T) và tốc độ truyền sóng (c) Kế tiếp, để nghiên cứu khả năng cải tạo luồng Soài Rạp, Công ty tư vấn GTVT phía Nam cũng đã lập trạm quan trắc sóng bằng mắt vào mùa mưa (tháng X năm 1996) và mùa khô (tháng IV năm 1997) tại điểm Vàm Láng (cửa SR) hàng giờ từ 7 giờ sáng đến 5 giờ chiều mỗi ngày Ngoài ra cũng có các quan trắc sóng bằng máy tự ghi hiện đại trong khoảng thời gian ngắn (1-2 giờ) tại khu vực luồng tàu đi vào cửa NB và cửa SR khi thời tiết tốt

Các kết luận chính của Viện thiết kế GTVT sau khi phân tích số liệu khảo sát sóng mùa khô năm 1986-1987 tại cảng Sao Mai (Bến Đình) và mũi Nghinh Phong như sau:

- Độ cao sóng cực đại trong thời kỳ quan trắc ở Sao Mai là 1,2 m khi tốc độ gió 8m/s hướng Tây Còn ở mũi Nghinh Phong, độ cao sóng cực đại là 1,9 m khi tốc độ gió

Các thông số thống kê theo số liệu thực đo khi sóng có độ cao cực đại tại trạm Sao Mai và mũi Nghinh Phong trong các tháng khảo sát như sau:

Tháng Độ cao (cm)Chu kỳ (giây)Độ cao (cm)Chu kỳ (giây)

Trang 10

- Sóng tại Nghinh Phong và lân cận là sóng từ biển Đông truyền tới (đóù là sóng

độ cao và chu lỳ lớn và dài có năng lượng lớn);

- Sóng tại Sao Mai và lân cận là sóng do gió cục bộ gây ra (đó là sóng có năng lượng nhỏ, sức tàn phá công trình không đáng kể)

Như sau này chúng ta sẽ thấy, các đánh giá trên mô hình toán trong phần nghiên cứu tiếp theo cũng cho kết quả tương tự trong điều kiện thời tiết bình thường và thời tiết xấu tại khu vực mũi Nghinh Phong và Sao mai (kể cả hướng và trị số độ cao sóng)

Trong bão và gió lớn, không có số liệu khảo sát để so sánh với số liệu tính toán Kết quả quan trắc sóng tại Vàm Láng (đặt bên bờ hữu sông Soài Rạp) cho thấy:

1 Trong mùa mưa, tại đây đây hầu như lặng sóng Nhưng cũng đã quan trắc

được sóng độ cao 1,25m khi tốc độ gió Tây-Nam là 9 m/s Đây là sóng chu kỳ ngắn (không quá 4,5 s) và hướng nằm trong cung TâyóTây-Nam Như vây, sóng này thuần túy là sóng gió do gió cục bộ gây ra

2 Trong mùa khô, sóng tại đây thường có hướng từ Đông đến Đông-Nam (chiếm đến 98%) trường hợp Độ cao cực đại trong thời đo (tháng 4 năm 1997)

đạt 1,25m chu kỳ 5 giây Đa số trường hợp, độ cao sóng đạt 0,5 đến 0,7 m Thông thường đây là sóng hổn hợp gió lừng Rất phù hợp với kết quả tính toán Các phân tích số liệu khảo nêu trên dẫn đến 3 kết luận sau:

1 Sóng mạnh tại khu vực các CSĐNSG là sóng truyền từ biển Đông tới, chủ yếu xẩy ra trong mùa gió mùa Đông Bắc (mùa gió chướng) và do hoạt động của các cơn bão hay áp thấp nhiệt đới thường xuất hiện trên biển Nam Bộ và Nam Trung bộ trong khoảng thời gian từ tháng X đến tháng XII dương lịch

Trang 11

lên/xuống trên dàn khoan) Do đó, sử dụng các dữ liệu sóng thực đo tại đây để xác định sóng biển sâu làm đầu vào cho việc tính giá trị biên của sóng tới tại mở miền tính để từ

Trang 12

Với mục đích nêu trên, chúng tôi đã các dữ liệu thông kế số liệu sóng thực đo tại trạm “Bạch Hổ” ở dưới đây Kết quả xử lý thống kê chuỗi số liệu quan trắc sóng tạ trạm “Bạch Hổ” được trình bày trong bảng 1à 3

Các kết luận sau đây sẽ được dùng để lập dữ liệu nhập về sóng trên biên hở của vịnh Đồng Tranh khi tính toán sự lan truyền sóng từ biển Đông vào các CSĐNSG:

1 Chế độ sóng trên biển ngoài khơi vịnh Đồng Tranh (tại trạm “Bạch Hổ”) tương ứng với chế độ gió tại đây: sóng hướng Tây-Nam thịnh hành trong màu gió Tây-Nam và sóng hướng Đông-Bắc thịnh hành trong màu gió Đông-Bắc Như vậy, tại Bạch Hổ, ảnh hưởng của đáy và bờ biển Nam Bộ là bé, chưa có hiện tương khác xạ sóng (độ sâu biển tại đây là 50m)

2 Sóng ngoài khơi thềm lục địa Nam Bộ thường là sóng hổn hợp gió lừng Độ cao trung bình 1,6m, chu kỳ 5 giây Đã quan trắc thấy sóng độ cao 10,5 m và kỳ 11,5 giây trong mùa gió Đông-Bắc Sóng lớn thường xuất hiện trong mùa gió

Đông-Bắc Sóng có độ cao trên 4m có xác suất xuất hiện cao nhất trong mùa gió

Đông Bắc Trong mùa gió Tây-Nam, độ cao sóng ít khi vượt 3m Chu kỳ sóng nằm trong khoảng 5,0 đến 12,0 giây Độ cao sóng cực đại có chu kỳ hoàn kỳ

100 năm là 12,7 m

3 Sóng ven bờ phía Đông Nam Bộ (cách bờ 12 hải lý) là sóng tạo thành từ sóng biển sâu có hướng nằm trong cung từ Bắc đến Nam truyền đến Do hiệu ứng khúc xạ sóng khi tiến vào vùng nước nông, hướng sóng luôn có khuynh hướng trực giao với đường đẳng sâu, do đó sóng ven bờ Nam Bộ thường có hướng nằm trong cung từ Đông-Đông-Bắc đến Nam, trong đó sóng hướng nằm trong cung

từ Đông đến Đông Nam có tần suất xuất hiện cao nhất

4 Trong mùa gió Tây Nam, sóng ven bờ phía Đông Nam Bộ thường yếu, trừ những ngày có áp thấp nhiệt đới, bão hay dông nhiều

Bảng 1 Các đánh giá thống kê về độ cao H và chu lỳ sóng T tại trạm "Bạch Hổ"

Trang 13

Bảng 2 Tần suất (%) hướng sóng theo 8 hướng và tháng tại trạm “Bạch Hổ”

Hướng Tháng

Trang 14

Nói chung, độ cao sóng ven bờ biển Đông Nam Bộ (dãi biển cách bờ 12 hải lý, mở miền tính là một ví dụ) giảm so với sóng ngoài biển xa bờ do hiệu ứng tán xạ và nhiễu xạ sóng, trong khi đó chu kỳ sóng vẫn như ngoài biển khơi Sự suy giảm này có thể tính ra từ mô hình về khúc xạ tia sóng và tán xạ sóng [12,13,14] Tùy vào địa hình đáy, tính chất sóng biển sâu (nhất là hướng sóng ngoài biển khơi), đô cao sóng có thể giảm 30% đến 80% so với độ cao sóng trên biển sâu Tuy nhiên, có một số khu vực cục bộ,

độ cao sóng tăng lên so với sóng trên biển sâu do sự hội tu năng lượng sóng phát sinh bởi cơ chế khúc xạ Các sóng lớn thường vỡ ở khoảng cách xa bờ 3-10km

6 CáC CƠ Sở Dữ LIệU ĐầU VàO Để TíNH SóNG TạI CáC CSĐNSG

6.1 Sóng biển xa bờ (biển sâu)

Như trên đây đã nêu, chế độ sóng ngoài biển xa bờ liên hệ chặt chẻ với chế độ gió

Số liệu sóng gió tại trạm “Bạch Hổ” là điển hình nhất So sánh Hoa gió tại đây như trên hình 1 và số liệu sóng thống kê trên bảng 1à3 khẳng định điều đó Trên cơ sở đó, chúng tôi đề nghị giải quyết vấn đề xác định sóng biển xa bờ như sau:

1 Các yếu tố sóng trung bình và sóng cực đại có chu kỳ hoàn kỳ 1 năm có thể lấy trực tiếp từ số liệu quan trắc sóng tại “Bạch Hổ”

2 Riêng sóng cực trị với có chu kỳ hoàn kỳ 10, 25, 50, 100, chúng ta có thể sử dụng cả hai phương pháp xác định sóng tại biển xa bờ: (i) tính sóng theo số liệu quan trắc sóng tại trạm “Bạch Hổ” bằng các kéo dài đường cong bảo đảm và (ii) tính sóng theo cẩm nang phạm No 702 đối với sóng đã phát triển theo số liệu gió với đà sóng tới hạn là 120km có cùng chu kỳ hoàn kỳ trong trường hợp nếu việc xác định sóng tần suất hiếm theo số liệu quan trắc sóng gặp khó khăn Theo viện thiết kế Dầu Khí, Liên doanh Vietsovpetro, số liệu đánh giá sóng xa bờ theo 8 hướng có chu kỳ hoàn kỳ 1, 10, 25, 50 và 100 năm xuất hiện 1 lần bảng 4 Bảng 4 Độ cao (H,m) và chu kỳ sóng (T, giây) của sóng có nghĩa cực đại thể xuất hiện 1 lần trong 1, 10, 25, 50 và 100 năm tại trạm “Bạch Hổ” cho các hướng nguy hiểm

9,7giây

6,4m 9,5 giây

5,5m 9,2 giây

4,5m 8,7 giây

3,5m 8,1 giây

Đông 6,2m

9,4 giây

5,4m 9,1 giây

5,0m 8,9 giây

3,8m 8,5 giây

3,0m 7,9 giây

Đông-Nam 5,2m

7,8 giây

4,1m 7,5 giây

3,3m 7,2 giây

2,8m 6,9 giây

2,3m 6,2 giây Nam 3,3m

7,3 giây

3,1m 7,1 giây

2,9m 7,0 giây

2,5m 6,7 giây

1,8m 5,6 giây Tây-Nam 5,5m

8,7 giây

4,8m 8,6 giây

4,4m 8,5 giây

4,1m 8,1 giây

3,0m 7,9 giây

Trang 15

Tài liệu quan trắc về bão trong 70 năm qua cho thấy, đã có 9 cơn bão với gió ổn

định trên cấp 10 đi vào thềm lục địa Nam Bộ, trong đó có 6 cơn trong tháng XI, 2 cơn trong tháng XII và 1 cơn trong tháng I Số áp thấp nhiệt đới nhiều hơn Nói chung, bão trong khu vực khảo sát thường nhỏ hoặc vừa Gió cực đại trong bão tại Vũng tàu đo ở

độ cao trạm (18m) trước năm 1975 không vượt quá 30m/s Chỉ có một lần ghi nhận

được tốc độ gió như vậy trong vòng 70 năm qua, còn tốc độ gió lớn hơn 20m/s ghi nhận được 4 lần Tuy nhiên, vận tốc gió lớn như vậy chỉ tồn tại ít phút, do đó khả năng tích lũy năng lượng để sinh ra sóng nhỏ Chỉ có vận tốc gió trong bão có thời gian hoạt

động đủ dài mới có thể sinh ra sóng nguy hiểm và sức tàn phá lớn (đây là vận tốc gió tính theo cấp bão theo chuẩn của WMO) Về khả năng tạo sóng, đối với bão cấp 10, vận tốc gió khoảng 23m/s thổi ổn định trong vòng 5 giờ hay vận tốc gió khoảng 25m/s thổi ổn định trong vòng 4 giờ cũng tương đương với gió trong bão cấp 11, vận tốc gió 28m/s thổi ổn định và liên tục trong 3 giờ liền [14]

Đối với sóng trong bão, chúng ta xem sóng thuộc loại đang phát triển, chỉ phụ thuộc vào hướng gió, tốc độ gió và thời gian gió thổi (không cần đà sóng) Phương pháp tính sóng theo số liệu gió như trong tài liệu [12,13,14] Sóng trong bão được tính ngay trên biên hở

6.2 Sóng tới trên biên mở miền tính

Để giải bài toán khúc xạ, nhiễu xạ và tán xạ sóng trên các CSĐNSG, cần cho giá trị các thông số sóng (Độ cao, chu kỳ và hướng sóng) trên biên mở Sóng tại biên mở (trên các cạnh phía Đông và Nam miền tính sóng trên các CSĐNSG như trên bản đồ 2) còn gọi là sóng tới

Biên mở vùng tính sóng có độ sâu nằm trong khoảng 15mà33m, nên sóng tại đây khác với sóng xa bờ (trạm “Bạch Hổ”) Để xác định độ cao và hướng song tới trên biên

mở, ta phải dẫn chúng từ biển sâu (độ sâu >50) tới đây Có hai phương pháp tiến hành: (1) Sử dụng định luật Snell; (2) Sử dụng mô hình số thủy lực số về cân bằng năng lướng sóng (Mô hình SWAN, MIKE 21, STWAVE, SEDAS) để truyền dữ liệu sóng trên biển

xa bờ vào các điểm biển mở miền tính sóng ven bờ như trên bảng đồ 2và 3

Đối với phương pháp tia (sử dụng định luật Snell), thứ tự các bước như sau:

1 Xây dựng bản đồ địa hình đáy biển cho miền không gian đủ rộng, bắt đầu từ biển xa bờ (độ sâu >50m) đến sát là biên mở là (xem bản đồ 2) Quan trọng nhất là thể hiện các đẳng sâu một cách hợp lý để sử dựng trong các bước tính khúc xạ sóng theo định luật Snell

Trang 16

2 Sử dụng định luật Snell (dạng toán đồ tác nghiệp) để xác định hệ số khúc xạ (có thể thay đổi trong khoảng 0,5-:-1,0) Độ cao sóng được hiệu chỉnh liên tục dọc theo tia sóng theo công thức: Hi+1=Hiki, i=1,2, ,N Trong đó: i là thứ tự các điểm

đẫn tia sóng từ biển xa bờ (khi I=1) tiến đến đến biên mở miền tính sóng (khi 1); Hi là độ cao sóng tại bước i và ki là hệ số khú xạ tại bước i Nói chung có bao nhiêu đường đẳng độ sâu từ biển xa bờ đến biên mở miền thính thì có bấy nhiêu bước dẫn (muốn chính xác, cần nhiều đường đẳng độ sâu)

i=N-3 Sự suy giảm độ cao sóng do giảm độ sâu cho đến biên mở miền tính còn phụ thuộc vào độ dốc đáy và thông số sóng biển khơi Độ dốc đáy ở đây vào khoảng 0,0005-0,001, tùy vào hướng sóng tới, do vậy hệ số suy giảm độ cao sóng Kd=H/Ho vào khoảng 0,90-0,97 (không đáng kể)

4 Để tính đến ảnh hưởng của sự hội tụ/phân kỳ tia sóng lên độ cao sóng trên biên

mở, chúng ta sử dụng thêm giả thiết: dòng năng lượng sóng bảo toàn trong quá trình truyền từ biển xa bờ đến điểm biên mở, do đó đại lượng (H2L)o tại biển xa bờ

và (H2L)p tại điểm biên mở là như nhau (H là độ cao sóng và L là khoảng các giữa hai tia sóng gần nhau nhất)

Phương pháp tia sóng nêu trên chỉ có thể dùng khi cấu tạo của đáy là đơn giản (các

đường đẳng sâu có dạng dường thẳng song song hay ít nhất là gần thẳng và gần song song với nhau, sóng chưa biến dạng mạnh và chưa bị vỡ)

Trong trường hợp cụ thể đang xét, phương pháp dùng định luật Snell còn hợp lý cho đến các điểm biên mở có độ sâu >15m, tùy vào tính chất sóng trên biển xa bờ

Đối với phương pháp sử dụng mô hình thực số, thứ tự các bước như sau:

Độ sâu trung bình để tính sóng đang phát triển trong bão đối với gió có hướng nằm trong cung từ NNE đến và SE là được đánh giá xấp xỉ 35m, theo hướng ESE là 30 m, theo hướng S là 25 m và theo hướng SSW là 20 m

Trang 17

Kết quả tính toán sóng trên biên mở miền tính trong gió mùa và trong bão như trên bảng 5 Sóng ngoài khơi được xác định theo 8 hướng chính, tuy nhiên chúng tôi chỉ tính sóng trên biên mở miền tính cho 6 hướng có nằm trong cung E<->SSW (bao gồm cả các hướng phụ, nhưng nguy hiểm) Các đánh giá thường được làm tròn theo độ chính trong cẩm nang quan trắc sóng hiện nay Có tất cả 36 giá trị sóng trên biên mở miền tính được lập ra Các hướng sóng chính, có tác đông mạnh đến các CSĐNSG là

SE và SSE Các hướng này rất thường gặp trong mùa khô, khi sóng trên biển khơi có hướng nằm trong cung NEóSE

Bảng 5 Hướng, độ cao và chu kỳ sóng có nghĩa trên biên mở miền tớnh

Stt Hướng

sóng

Độ cao (m)

Chu kỳ (giây) Loại sóng và điều kiện thời tiết hình thành

Sóng trung bình trong mùa khô

Trang 18

Stt Hướng

sóng

Độ cao (m)

Chu kỳ (giây) Loại sóng và điều kiện thời tiết hình thành

Sóng trong bão cấp 10 (tốc độ gió 23m/s), thổi ổn

định trong 5 giờ hay sóng trong bão cấp 10 (tốc

độ gió 25m/s), thổi ổn định trong 4 giờ hay bão cấp 11 (tốc độ gió bằng 28 m/s) thổi ổn định trong 3 giờ hay bão cấp 12 (tốc độ gió bằng 32 m/s) thổi ổn định 2 giờ liên tục

Tóm lại, chúng ta quan tâm đặc biệt đến các trường hợp sóng mạnh và nguy hiểm

đối với các CSĐNSG Trên cơ sở phân tích điều kiện khí tượng và địa hình biển khu vực nghiên cứu và lân cận, chúng ta dễ dàng thấy rằng: sóng thực tế nguy hiểm đối với các CSĐNSG chỉ có thể xẩy ra trong trường hợp bão/áp thấp nhiệt đới hoạt động trên vùng biển ven bờ Nam Bộ hay có gió mùa Đông-Bắc hoạt động mạnh và ổn định, trong

đó cần nhấn mạnh rằng: (1) sóng do bão gây ra có hướng nằm trong cung NE>E

<->SSW thực sự ảnh hưởng đến đây (đây thường là các sóng đang phát triển, các yếu tố sóng trên biên biển sâu của miền khảo sát có thể xác định theo hướng, vận tốc và thời gian gió thổi); (2) sóng do gió mùa ổn định gây ra có hướng nằm trong cung ESE <

>SSW (cung ngắn) là sóng trực tiếp ảnh hưởng đến các CSĐNSG (đó thường là các sóng đã phát triển, do đó các yếu tố sóng trên biên biển sâu của miền khảo sát có thể xác định theo số liệu quan trắc sóng tại trạm “Bạch Hổ”)

Trang 19

và 1:100.000

6.5 Mạng lưới tính

Miền khảo sát hiện tượng khúc xạ, nhiễu xạ và tán xạ sóng từ biển xa bờ khi đến CSĐNSG như bản đồ 3 Chúng ta sử dụng thuật toán RCPWAVE (CERC, USA) để tính sóng trên CSĐNSG Khi lập mạng lưới tính, thuật toán này đòi hỏi: (1) bước tính dọc theo tia sóng không vượt quá 1/8 bước sóng; (2) góc sóng tới trên biên mở không vượt quá 57 độ; (3) độ sâu trên biên mở phải đủ lớn (lớn gấp 5 lần độ cao sóng tại đó) Miền tính sóng là một hình chữ nhật cạch dài hướng lên hướng Bắc dài 37km, cạnh ngắn hướng sang hướng Đông dài 35km Độ sâu tại các hướng sóng tới chính 20-:-25m Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng mô hình thủy lực để tính các thông số sóng trên CSĐNSG, chúng tôi đã xây dựng hai mạng lưới như sau:

Mạng lưới tính 1 dùng để tính toán sự lan tỏa sóng từ các hướng nằm trong cung EôESE đến các CSĐNSG có các thuộc tính như sau:

• Trục Ox dài 41.7km hướng về phía Đông Trục OY dài 41km hướng lên phía Bắc

• Độ phân giải theo OX (chiều truyền sóng chính): Dx=6m Có tất cả là 6836 bước lưới dọc trục OX Độ phân giải theo OY (chiều song song với bờ biển) là Dy=30m

Có tất cả là 1367 bước lưới dọc theo trục OY

• Kích thước mảng tính là 6951x 1367nút

Mạng lưới tính 2 dùng để tính toán sự lan tỏa sóng từ các hướng nằm trong cung SEôSSW đến các CSĐNSG có các thuộc tính như sau:

• Trục Ox dài 41km hướng xuống Nam Trục OY dài 41.7km hướng sang phía Đông

• Độ phân giải theo OX là Dx=6m Có tất cả là 6836 bước lưới dọc trục OX ộ phân giải theo Oy là =30 m Có tất cả là 1391 bước lưới dọc theo trục OY

Trang 20

7.1 Tính sóng từ biển xa bờ truyền vào các CSĐNSG

Thực hiện xong các bước nêu trên, chúng ta sử dụng phần mềm RCPWAVE đã

được chúng tôi cải tiến thêm để tính sóng trên các CSĐNSG sinh ra do sóng từ biển

Đông truyền tới Sau khi chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh lại các thông số sóng, chúng ta chạy tổng cộng 108 thực nghiệm số trị (bao gồm: 36 thực nghiệm số trị ứng với 36 số liệu sóng trên biên mở (bảng 5) với địa hình hiện trạng (xem bản đồ 3) ứng với 3 mực nước tính sóng : mực nước cao nhất, trung bình và thấp nhất)

Tiếp theo là sử dụng các công cụ trợ giúp khác để lập bản đồ sóng và các bảng số liệu cần thiết lam đầu vào cho bài toán quy hoạch khai thác hợp lý va bảo vệ sự ổn định các cửa sông SR, ĐH, NB, CM và BTCG

Toàn bộ các kết quả chi tiết được thể hiện trên 219 bản đồ và bảng số liệu trích từ các bản đồ này tại 79 vị trí chọn lọc trên các CSĐNSG và bãi triều Cần Giờ như trên cách hình 1, 2 và 3 Trong đó có một số điểm cận bờ và một số điểm xa bờ

Đây là các sản phẩm chính của nghiên cứu này

Trang 21

03 04

05 06

07

08 09

10 11

12 13

14 15

16

17

18 19

20 21 22

Hỡnh 2 Vị trớ và độ cao súng cực trị từ biển Đụng truyền tới tại 29

điểm nằm trờn cửa Soài Rạp

Trang 22

08 09

10

11 12 13 14

15 16

17 18 19 20

21 22

23

24 25

26 27

28 29

Hỡnh 3 Vị trớ và độ cao súng cực trị từ biển Đụng truyền tới tại 29

điểm nằm trờn cửa Đụng Hũa và bói triều Cần Giờ

Trang 23

03 04 05 06

07

08

09 10

11 12 13

24 25

Hỡnh 4 Vị trớ và độ cao súng cực trị từ biển Đụng truyền tới 25

điểm nằm trờn cửa Ngó Bảy và Cỏi Mộp

Trang 24

- Hướng gió và hướng sóng do gió cục bộ sinh ra được xem là trùng nhau;

- Sóng các hướng nằm trong cung ENE<->SSW là sóng truyền trực tiếp từ biển

Đông vào, chúng ta xác định theo cách như đã mô tả trong mục trên, không cần tính lại

ở đây Chúng ta chỉ tính cho các hướng sóng N, NE, SW, W và NW

Tần suất (%) theo cấp và hướng tại trạm Vũng tàu như sau:

W NW

ký hiệu

Tỷ lệ : 1% ~ 1.5mm

Hỡnh 5 Hoa giú tại Trạm Vũng Tàu

Trang 25

- Từ phân tích dữ liệu địa hình đáy biển (xem bản đồ 3), chúng ta có thể ước tính độ sâu trung bình dọc theo các hướng gió chủ yếu thổi đến các điểm A >N với vị trí như trên trên hình 6

- Độ sâu trung bình (m) dọc theo các hướng gió trong điều kiện mực nước trung bình (z=0m) để tính sóng như sau:

Trang 26

Lưu ý: khi mực nước đạt 1,7m, độ sâu tính song tăng lên 1,7m, ngược lại, khi mực nước kiệt (z=-2,89m), độ sâu tính sóng giảm 2,89m Độ sâu trong bảng trên khác so với độ sâu tại chính các điểm tính sóng

Trong chuyên đề này, chúng ta quan tâm đến các yếu tố sóng sinh do gió cục bộ tần suất hiếm là:

Hướng

Thời tiết

Kết quả tính sóng đang phát triển do gió sinh ra với mực nước khá nhau như trên bảng 6 >9 Sản phẩm chính của nghiên cứu này

Bảng 6 Độ cao sóng có nghĩa do gió tại chổ tần suất hiếm thổi trong 12 giờ khi mực nước là trung bình [Độ cao sóng (m) tại ô bên trái, chu kỳ sóng (giây) tại ô bên phải]

Trang 27

Trang 28

• Các trị số định lượng của các thông số sóng tại tất cả các vị trí trong vùng nghiên cứu có thể lấy thẳng từ các bản đồ và bảng số với lưu ý là:

Trang 29

1 Sai số không thể khắc phục được của các số liệu là 10 >15%

2 Sóng là quá trình có phổ rộng nhất định Những trị số của các thông số sóng

có nghĩa, sóng 10% và 1% nêu trên chỉ 3 sóng thành phần của phổ sóng Trên thực tế sẽ quan trắc được các sóng thành phần khác.

8 THảO LUậN

Dưới đây là một số nhận xét kết quả nghiên cứu về tình hình sóng biển trên các CSĐNSG để các chuyên gia tham khảo thêm

8.1 Độ tin cậy các số liệu đầu vào

Độ tin cậy của số liệu tính toán sóng trên CSĐNSG cần được kiểm định bằng các phương pháp hoàn toàn độc lập với nhau Có 3 phương pháp độc lập chính: (1) đo sóng trực tiếp trên CSĐNSG và đồng thời đo cả sóng tới trên biên; (2) Làm thí nghiệm

động lực sóng trên mô hình vật lý với các chỉ tiêu tương tự nghiêm ngặt; (3) Làm thực nghiệm số trị xác định các thông số sóng trên máy tính nhờ sự trợ giúp của mô hình toán Về nguyên tắc, trong cùng một điều kiện tạo sóng như nhau, 3 phương pháp trên phải cho các kết quả như nhau, hay chí ít sai lệch giữa chúng phải nằm trong giới hạn cho phép

Mặt khác, quy luật lan truyền sóng vào miền nước nông (do sự khúc xạ, nhiễu xạ và tán xạ sóng biển khống chế) cũng đã được nhận thức khá tốt Các nhận thức này

có thể coi là một công cụ để đánh giá độ tin cậy của các bản đồ về tia sóng và phân bố

độ cao sóng trình bày các bản đồ 5 à228 và các bảng số trên hình 2à4, bảng 6à9

Do không làm các thí nghiệm trên mô hình vật lý, nên chúng ta sử dụng hai phương pháp còn lại đánh giá độ tin cậy của kết quả tính toán: (i) phân tích mức độ hợp lý của các số liệu tính toán dựa trên các quy luật đã được khảng định; (ii) so sánh kết quả tính toán trên mô hình toán và số liệu thống kê từ các chuỗi dữ liệu thực đo

Độ tin cậy của dữ liệu nhập và phương pháp luận

1 Số liệu sóng trên biển xa bờ được hình thành từ số liệu thực đo tại trạm “Bạch Hổ” Riêng gió trong bão thiết kế cấp 10-11 với tần suất xuất hiện 1 lần trong 50 năm

Đây là các con số đã biết trước theo phân cấp bão của Việt Nam và WMO Phương pháp tính toán sóng từ gió là cẩm nang Việt Nam và Quốc tế (WMO) số 702 Như vậy,

độ tin cậy các số liệu này là chấp nhập được

2 Sóng tới trên biên mở phía Nam và phía Đông miền khảo sát (xem bản đồ 2 và 3) được xác định bằng SWAN là hợp lý (theo đúng chuẩn Việt Nam và quốc tế) vì ở độ

Trang 30

sâu nói trên, hiệu ứng tán xạ và nhiễu xạ là chưa lớn Do đó, ta có thể nói rằng, các con

số đánh giá sóng trên biên mở trình bày trên bảng 5 là chấp nhập được

3 Mực nước tính sóng: chúng tôi chọn mực nước trung bình (z=0m) để khảo sát tính chất phổ biến của sóng trên CSĐNSG Mực nước tính sóng z=1,7m được dùng để khảo sát các yếu tố sóng cực trị phục vụ công tác thiết kế các hạng mục công trình lấn biên Các con số này xuất phát từ số liệu thực đo, nên độ tin cây là bảo đảm

4 Số liệu địa hình đáy và bờ biển được sử dụng để tính sóng trên CSĐNSG (xem bản đồ 2à3) Đó là tài liệu thực đo kết hợp với hải đồ Công tác số hóa được thực hiện trên phần mềm AutoCad và MicroStation Có thể nói, đây là tài liệu mới và có độ phân giải tốt nhất hiện có tại khu vực này

5 Miền tính toán như trên bản đồ 3 là hợp lý Các CSĐNSG nằm cách xa biên, do

đó sai số trên biên ảnh hưởng đến đây là không đáng kể Miền tính này lại rất rộng, bảo đảm phủ hết các hình thái tạo sóng trên các CSĐNSG

6 Độ phân giải mô hình tính sóng là 6m theo phương sóng tới và 30m theo phương trực giao Đây là độ phân giải cao, đủ chi tiết cho giai đoạn nghiên cứu tiền khả thi

7 Mô hình tính sóng RCPWAVE của CERC(US Army) đã trải nghiệm 20 năm khai thác ở nhiều nước trên thế giới và ở Việt Nam Nội dung vật lý của nó rất phù hợp

để mô phỏng sóng trên các CSĐNSG Thuật toán số trị của nó là ổn định tuyệt đối Độ bảo đảm học thuật của nó để khảo sát sóng trên các CSĐNSG là chấp nhận được

8 Mô hình này cũng được đem áp dung cho các dự án lớn như nghiên cứu sóng tại cảng Vũng áng (đã thi công giai đoạn 1, Hà Tĩnh), vịnh Dung Quất (dự án cảng nước sâu Dung Quất), vịnh Chân Mây (dự án cảng nước sâu Chân Mây), vịnh Rạch Giá (dự

án lấn biển Rạch Gía), Cảng Lộc An (Vũng Tàu), dự án cảng Sao Mai, Bến Đình; dự án cảng Cái Mép, sông Thị Vải, Sóng trên bãi cạn Cần Giờ, sóng trên vùng biển ven bờ và cửa sông Nam Bộ (đề tài cấp Nhà Nước)

9 Số phương án tính sóng là rất lớn Một số phương án tính toán chỉ có ý nghĩa đối chứng Tất cả các số liệu tính toán đều được đóng gói dạng bản đồ GIS, bảo đảm sự khách quan và tính toàn vẹn của thông tin xuất

Tóm lại, trong hoàn cảnh hiện nay, dữ liệu nhập và phương pháp tính sóng nêu trên

có độ tin cậy chấp nhập được cho giai đoạn nghiên cứu khả thi lấn biển Cần Giờ

Độ tin cậy của kết xuất

1 Về hướng sóng

Trang 31

Phân tích hướng sóng trên các bản đồ 5à228 cho thấy:

- Nói chung hướng sóng trên các CSĐNSG chủ yếu chỉ phụ thuộc vào hướng sóng tới trên biên, địa hình đáy và bờ (ít phụ thuộc và độ cao sóng và chu kỳ sóng), trong đó tại miền nước nông như BTCG và ven đường bờ sông, biển, địa hình đáy và đường bờ

có vai trò chính Điều này hoàn toàn phù hợp với các quy luật tự nhiên đã nhận thức

được về phân bố lại năng lượng sóng do hiệu ứng khúc xạ, nhiễu xạ và tán xạ khi tiến vào vùng nước nông

- Khi tiến vào vùng nước nông, tia sóng vùng ven bờ đổi hướng sao cho hướng dòng năng lượng sóng trực giao với đường đồng mức độ sâu cột nước Điều này hoàn toàn phù hợp với quy luật tự nhiên đã nhận thức được về sự đổi hướng sóng khi tiến vào vùng nước nông Phần biển sâu trên 15m, sự khúc xạ sóng độ cao nhỏ không lớn

- Hướng sóng tính toán hoàn toàn toàn phù hợp với hướng sóng thực đo trong mùa khô tại các điểm có số liệu quan trắc (đo nhiều tháng, do phân viện thiết kế GTVT phía Nam thực hiện [1]) là mũi Nghinh Phong và Sao Mai Tại Nghinh Phong hướng sóng chủ đạo vào mùa khô (XI-IV) là hướng Đông -Nam với (tần suất cực đại 92,6% vào tháng I /1987) Tại Sao Mai hướng sóng chủ đạo vào mùa khô là hướng Nam (tần suất cực đại 93,94% vào tháng II/1987)

- Khi có gió Tây Nam, hướng sóng tính toán có hướng Tây-Nam Kết quả này cũng phù hợp với tài liệu khảo sát

Tóm lại, số liệu đánh giá hướng các tia sóng trên các CSĐNSG bằng mô hình RCPWAVE hợp lý về quy luật lan truyền sóng và phù hợp với các dữ liệu thực đo

2 Về độ cao sóng Sự biến đổi năng lượng sóng trên miền nước nông khá phức

tạp Chúng ta đánh giá độ tin cậy kết quả tính bằng hai phương pháp: (1) phân tích tính hợp lý của kết quả tính toán; (2) so sánh số liệu tính toán với số liệu thực đo Chúng ta

có các nhận xét như sau:

- Các cơ chế cơ bản và đơn giản được xem là chuẩn để xác định độ tin cậy về mặt học thuật của các tính toán độ cao sóng khúc xạ là: Dòng năng lượng sóng truyền đi theo hướng tia sóng, do đó khi tia sóng phân kỳ, mật độ năng lượng sóng giảm (tức độ

cao sóng giảm), và ngược lại khi có sự hội tụ tia sóng Quy luật này thể hiện rất rõ trên các bản đồ độ cao sóng tính toán (xem bản đồ 7à228 tại các vùng sóng chưa vỡ) Như

vậy, độ tin cậy về mô phỏng hiệu ứng khúc xạ sóng trong công trình này là phù hợp với học thuyết truyền sóng trên biển ven bờ và vùng nước nông

Trang 32

- Các số liệu đo đạc sóng dài ngày cho thấy, độ cao sóng và các thông số sóng cực

đại ở Nghinh Phong cao hơn ở Sao Mai 50-150% Các kết quả thực nghiệm trên mô hình cũng cho các đánh giá tương tự

- Theo số liệu đo đạc, độ cao sóng cực đại trong thời kỳ quan trắc ở Sao Mai là 1,2m chu kỳ 3.8 giây (khi có gió hướng Tây tốc độ gió là 8m/s) Đây chính là sóng do gió tại chỗ sinh ra Số liệu thực đo này rất phù hợp với đánh giá sóng tại chỗ đã được trình bày trong bảng 6à9

- Tại ở mũi Nghinh Phong, độ cao sóng cực đại là 1,97 m chu kỳ 8 giây (khi có gió hướng Đông-Đông-Bắc, tốc độ gió 14 m/s) Đây chính là sóng hổn hợp lừng gió có nguồn gốc từ biển xa bờ truyền đến Đánh giá theo mô hình toán cũng cho các các trị

số xấp xỉ

- Để ý thêm là: trong khi tại Nghinh Phong sóng cực đại quan trắc được trong gió mùa Đông Bắc, thì tại Sao Mai sóng vào thời điểm đó lại rất yếu Các bức tranh mô phỏng sóng cũng cho kết quả tương tự: hệ thống sóng cực tại Sao Mai và mũi Nghinh phong là độc lập với nhau

Như vậy, các đánh giá độ cao sóng bằng mô hình toán trên các CSĐNSG là hợp lý theo quy luật lan truyền sóng đã được công nhận và phù hợp với các dữ liệu thực đo

8.2 Tính chất sóng trên các CSĐSG

Phân tích các kết quả trình bày trên các bản đồ và bảng số nêu trên cho phép chúng

ta rút ra các nhận xét như dưới đây

Đối với sóng từ biển Đông truyền tới

1 Có thể nói rằng, sóng từ biển Đông đến là một trong các yếu tố Động lực chính tạo nên các CSĐNSG như hiện nay Hơn thế, đây đồng thời là loại sóng có tần suất xuất hiện cao nhất (xác định chế độ sóng) và nguy hiểm nhất (xác định các thông số quy hoạch và thiết kế các hạng mục công trình ven biển và cửa sông)

Trang 33

2 Hiệu quả chắn sóng của mũi Nghênh Phong, sự khúc xạ, nhiễu xạ và tán xạ sóng là các nguyên nhân tự nhiên quan trọng nhất dẫn đến sự phân bố lại mật độ năng lượng sóng và hướng tải vật chất của dòng chảy do sự tán xạ năng lượng sống trên vùng nghiên cứu, trong đó:

a Mũi Nghinh Phong có tác dụng chắn sóng đối với sóng tới có hướng nằm trong cung N >E, làm giảm khá mạnh sóng tới hướng SSE, khoảng 30%-50%, so với độ cao sóng ngoài khơi), nhưng không có ý nghiã chắn sóng tới có hướng nằm trong cung SE >SSW, trong đó đặc biệt lưu ý tới sóng hướng SE là hướng sóng có tần suất xuất hiện cao nhất ở đây

b Sự suy giảm độ cao sóng trên vùng nghiên cứu là phổ biến cho toàn miền, tuy nhiên trên vùng khảo sát vẫn có các vùng hội tụ tia sóng đẫn đến hiện tượng độ cao sóng tại đây cao hơn so với sóng tới trên biên (xem các bản đồ 7 >198)

c Vị trí các trục vùng hội tụ năng lượng sóng nói chung thay đổi theo điều kiện sóng tới (hướng, độ cao và chu kỳ) Tuy nhiên, phổ biến nhất có 4 dãi hội tụ năng lượng sóng (xem bản đồ 5, 6 và các bản đồ 7 >228) là:

- 2 dải hội tia sóng nằm tại hai rìa bãi triều Cần Giờ;

- 1 dải hội tụ năng lượng sóng rìa bên hữu cửa SR (bãi triều Gò Công);

- 1 dãi hội tụ năng lượng sóng vào cu lao Phú Lợi (năm giữa cửa NB và cửa CM)

d Tại các nơi sóng hội tụ, các dải địa hình đáy nhô cao hơn xung quanh, mặc dù

đường bờ biển đối diện các dải này đang bị bào mòn Tài liệu địa hình đo trước đây

và hiện nay đều cho thấy sự tồn tại ổn định của hai vệt đáy biển nhô cao này từ xưa

đến nay hai bên bãi triều Cần Giờ Dù vị trí của chúng dao động (do thời tiết thay

đổi đột ngột, nhưng chưa bao giờ mất hẳn hay có sự đổi phương của trục nói trên

Đây là một chi tiết địa hình khá thú vị

e Xen kẽ các vùng hội tụ là các vùng phân kỳ tia sóng Đối điện với các vùng tia sóng phân kỳ là các vùng bờ bị lỏm vào (so sánh hình 5à6 đối chiếu với địa hình trên bản đồ 2, 3) Đó là khu vực bị xói do dòng chảy sóng ven bờ phát sinh khi sóng vở mang bùn cát ra khỏi vị tri ban đầu

3 Cơ chế tiết giảm năng lượng sóng trên các CSĐNSG là sự khúc xạ sóng liên tục

từ của biển Đông trở vào cho đến lúc mật độ năng lượng sóng trở nên không còn đáng

kể (khu vực dọc sông SR, cửa sông NB, cửa ĐH, cửa CM) Sự tiết giảm này diễn ra không đều cho mọi điểm và phụ thuộc mạnh vào hướng sóng tới Sự tiết giảm năng lượng sóng như vây không đe dọa tnhs ổn đinh của bờ sông trên các CSĐNSG Tuy nhiên, cũng có một vùng sóng tieu năng bằng cơ chế sóng vỡ cần quan tâm đặc biệt là:

Trang 34

- Bờ hữu cửa SR (xem các bản đồ 79-127) thuộc huyên Gò Công, tỉnh Tiền Giang Đây là khu vực thuờng xuyên bị cơ chế này đe dọa, gây xói bề mặt Bùn cát từ đây trôi vào dòng sông SR và bồi trên vùng của SR và bãi cạn Càn Giờ Nếu chân công trình xây dựng tại đây, ổn định công trình sẽ bị đe dọa

- Bờ hữu cửa NB (ví dụ bản đồ 133, 147) thuộc huyện Cần Giờ, tp HCM Mặc dù,

sự hội tụ năng lượng sóng đây khá nguy hiểm cho mũi Cần Giò, tuy nhiên nguy cơ sóng vở gây mật ổn định và hệ thống công trình mũi Cần Giờ không nghiêm trong như vùng sóng vở ở bãi triều Gò Công

4 Cơ chế tiêu năng của sóng trên bãi triều Cần Giờ rất đa dạng Chúng ta có thể chỉ ra một số trường hợp tiêu năng chính của sóng tại đây như sau:

- Khi mực nước trên bãi cao và sóng chưa vỡ (d>1,28H), sóng tiêu năng tại chính dải bờ biển Cần Giờ (gây xói bờ, bào mòn tầng mặt)

- Ngược lại, khi mực nước trên bãi nhỏ, sóng tiêu năng trên bãi triều Càn giờ theo cơ chế sóng vỡ (d<1,28H) Năng lượng sóng phát xạ ra trong trường hợp này biến thành năng lượng tải bùn cát từ chỗ này sang chỗ khác, góp phần làm trơn

địa hình đáy bãi triều Cần Giờ

- Sóng biển tại khu vực khảo sát còn có thể bị triêu tiêu sự tồn tại do hiện tượng khúc xạ dẫn đến sự phân kỳ liên tiếp dòng năng lượng

5 Khi sóng lớn (nhất là sóng trong bão), dù mực nước trên bãi cạn lớn hay bé, sóng thường vỡ ngay trên bãi triều Cân Giờ và bãi triều Gò Công, gây ra sự tàn phá địa hình rất lớn Các nguyên tắc giảm thiểu tác động dòng năng lượng phóng xạ khi sóng tiêu năng trên CSĐNSG có thể là:

- Hướng dòng năng lượng phóng xạ khi sóng vỡ ngược chiều nhau để chúng tự triệt tiêu lẫn nhau (thông qua các cấu trục cản sóng quen thuộc)

- Phân tán, dãn mỏng khu vực sóng vỡ, không cho sóng vỡ tập trung tại một điểm

- Sóng chuyển tiếp từ nước sâu nước nông khi: 1/2>d/L>1/25;

- Sóng nước nông khi d<1/25 (vùng sóng vỡ khi thỏa mãn điều kiện Weggel :

Trang 35

Sử dụng các tiêu chuẩn trên, chúng ta có thể khoanh vùng biên giới các vùng sóng Các bản đồ 19 >78 cho thấy, khu vực sóng vỡ trong bão và trong gió mùa lớn là rất rộng ở nữa phía Đông và rất hẹp ở nữa phía bãi triều Cần Giờ (sóng vỡ ngay trên chân đường bờ biển khi nước cường) Dự báo rằng mức độ xói bờ tại đây sẽ lớn trong bão Ngược lại, sự trải rộng khu vực sóng vỡ trên nửa phía Đông bãi triều Cần Giờ là một cơ chế quan trọng giảm thiểu mức độ xâm thực của biển so với nửa phía bãitriều Cần Giờ

Đối với sóng do gió tại chỗ sinh ra

Sóng do gió tại chỗ sinh ra trong lốc xoáy và bão cấp 10-11 có thể đạt cực đại 2m trên miền nước sâu >6m và đạt 1,5m tại dải sát bờ Như vậy so với sóng trong bão và sóng gió mùa Đông Bắc lớn từ biển Đông truyền đến thì chúng vẫn còn bé hơn Tuy nhiên, lốc xoáy cục bộ thường xẩy ra bất ngờ, khó dự báo, do đó tổn thất do sóng sinh

ra bởi hiện tượng này có khi khá lớn

8.3 Địa hình BTCG và CSĐSG

Do tác dụng của sóng biển từ 3 phía tác động hội tụ đến (từ hai luồng nước sâu Soài Rạp và Vũng Tàu sang và từ biển Đông thẳng đến), bề mặt đất ven bờ Cần Giờ bị bào mòn liên tục Dòng bùn cát sinh ra di chuyển theo hướng từ bờ ra biển Do tác dòng của dòng chảy trên hai luồng nói trên, lượng bùn cát thoát bờ nói được gom thành bãi cạn Cần Giờ dưới dạng một tam giác ngược không đối xứng (vì được dòng chảy hai bên bãi Cần Giơ vuốt) như hiên nay chúng ta đang thấy

Tiếp theo, trên hai rìa bãi cạn Cần Giờ, tốc độ bồi lấp lớn hơn phần bên trong bãi cạn Cần Giờ Điều này dẫn đến sự phân kỳ tia sóng phần bên trong bãi cạn ra hai rìa nói trên, gia tăng các dòng bùn cát ven bờ biển Cần Giờ đi ra hai rìa bãi cạn Các cơ chế nêu trên đã tạo nên hai vệt địa hình đáy khá cao vươn ra phía biển Kết hợp với dòng bùn cát từ vùng bãi triều Gò Công theo sông SR mang tới, tốc độ bồi lấp vùng của sông SR lớn hơn vùng rìa phía đông BTCG Tuy nhiên, vì tốc độ dòng chảy trên sông SR lớn, nên sự bồi lấp của sông SR đã được cân bằng như hiện trạng

Như trên đã thấy, sóng biển trên BTCG là yếu tố động lực có ý nghĩa quyết định

đối với cấu trục địa hình của nó của và đường bờ biển Cần Giờ hiện nay Bao mòn tầng mặt và bồi tụ và san bằng các vùng đáy biển sâu là cơ chế chính hình thành nên bãi cạn Cần Giờ và các dải địa hình đáy nhô cao trên rìa các bãi cạn này (trong đó có cửa sông SR) Do đó, việc nạo vét đáy sông và biển tạo ra các luồng sâu trên vùng này cần được

i

e

e gT

H H

d

5 19 19

56 1 ,

1 75 43 , /

Trang 36

nghiên cứu thật cẩn trọng Đây là một vấn đề rất phức tạp, cần nghiên cứu thêm

Ngược lại, địa hình các cửa SR, NB, ĐH và CM khá ổn đinh Sóng ở đây tuy khá

manh nhưng tiêu tán năng lượng một cách hiền hòa, trừ hai điểm có sóng vở nêu trên

1 Sóng tại các cửa sông Đồng Nai-Sài Gòn là một trong các quá trình thủy lực chủ

yếu xác định trạng thái của chúng, cũng như cường độ, phạm vi và hệ quả sự tương

tác hệ thống sông Đồng Nai-Sài Gòn với biển Đông, ảnh hưởng rất lớn đến cuộc

sống và hoạt động của hàng triệu người trên lưu vực, đặc biệt vùng duyên hải

2 Do hoạt động trên vùng nước nông, địa hình chia cắt, biên độ dao động của thủy

triều rất lớn, nên sóng tại các cửa sông Đồng Nai-Sài Gòn là các quá trình thủy

động lực học phức tạp, biến động mạnh

3 Nghiên cứu kết hợp ứng dụng các mô hình thủy lực số hiện đại với các cơ sở dữ

liệu có độ phân giải không gian cao và công cụ GIS là giải pháp tối ưu và khả thi để

phủ kín các dữ liệu và thông tin về sóng và dòng chảy tại đây

4 Các tài liệu tính toán sóng ở trên được kiến nghị sử dung trong việc nghiên cứu

các giải pháp bảo vệ và khai thác tối ưu các CSĐNSG và BTCG

5 Địa hình các cửa sông SR, NB, ĐH và CM khá ổn định vì sự tiêu tán năng

lượng sóng ở đây xây ra một cách hiền hòa, trừ hai điểm có sóng vở tại Gò Công và

mũi Cần giờ

6 Địa hình trên các bãi triều Cần Giờ, bãi triều Gò Công phụ thuộc rất lớn vào

hoạt dộng của sóng biển Hai cơ chế đối lập nhau đang kiểm soát địa hình của

chúng là: bào mòn bề mặt vùng bờ và nước cạn và bồi tụ và san bằng các vùng địa

hình báy biển sâu Do đó để bảo vệ vùng này cần có giải pháp giảm thiểu bào mòn

mặt đất ven bờ và vùng nước cạn Cần nghiên cứu cận trọng việc nạo vét luông tàu

có độ sâu lớn đi qua các vùng này Nếu cần phải nạo vét lập luông tàu có độ sâu

lớn, cần kết hợp cả hai loại giải pháp: giảm bào mòn bờ biển và giảm bồilấp luồng

nạo vét

Trang 37

Tài liệu tham khảo

1 Công ty Tư vấn Giao thông Vận tải Phía Nam (1996-1997) Báo cáo kết quả khảo sát Khí tượng-Thuỷ văn và sa bồi trên luồng Soài Rạp Mùa mưa, Tập I (Báo

Cáo Chung) và Mùa khô, Tập II (Báo Cáo Chung) Tp HCM;

2 Viện Thiết kế Giao thông Vận Tải (1990) Khảo sát các yếu tố Khí Thuỷ văn công trình Cảng sông Thị Vải và luông vào cảng Bước bản vẽ thi công

5 Xí nghiệp liên doanh dầu khí VIETSOVPETRO (1991): Báo cáo tổng kết

đề tài "Điều kiện Khí tượng Thủy văn và Hải văn khu vực khai thác dầu mỏ Bạch

Hổ và lân cận Vũng Tàu (Viện nghiên cứu và thiết kế dầu khí trực thuộc xí nghiệp lên doanh dầu khí VIETSOVPETRO thực hiện)

6 Nguyen Huu Nhan (2006) The environment in Ho Chi Minh City Harbours

Chapter 17, pp 261-291 In book “The environment in Asia Pacific Harbours” Ed

by E Wolanski, Springer, Dordrecht, Netherlands, 497 pp

7 Nguyen Huu Nhan (2005) The Integrated model HydroGis for

modelling/predicting Flood and Mass Transport and its Applications in River Deltas of Viet Nam” (2005) Proc of the 38th International Workshop of Typhoon committee ESCAP/WMO on 14-19 Nov, Hanoi, Vietnam

8 Nguyễn Hữu Nhân (1999) Về một hệ thống trợ giúp nghiên cứu sóng trên vùng cửa sông và ven biển Tạp chí KTTV số 2(458) Hà Nội

9 Nguyễn Hữu Nhân (2000) Một số đặc điểm động lực sóng biển vùng cửa Soài Rạp Tạp chí KTTV, Số 10(478) Hà Nội

10 Nguyễn Hữu Nhân, Hồ Ngọc Điệp, Phạm Thành Công, Phạm Văn Đức (1997) Nghiên cứu sóng vịnh Dung Quất trên mô hình toán Dự án tiền khả thi

cảng Dung Quất Cty Tư vấn Cảng-Đường Thủy, Hà Nội

Trang 38

11 Nguyễn Hữu Nhân, Hồ Ngọc Điệp, Phạm Thành Công, Phạm Văn Đức (1997) Nghiên cứu sóng vịnh Chân Mây trên mô hình toán Dự án tiền khả thi

cảng Chân Mây Cty Tư vấn Cảng-Đường Thủy, Hà Nội

12 Nguyễn Sinh Huy (2002) Dựu án nghiên cứu tiền khả thi lấn biển cần giờ.#

13 HAECON ( 2001) The Cai Mep multipurpose & container terminal in Thi

Vai, Vung Tau Prefeasibility Project 280 pp

14 Earisickson J.A., Chou L.W., Vemulakonda S.R (1989) King Bay

processes numerical model Final Report CERC, US Army, USA

15 Ebersole B.A., Clalone M.A., Prater M.D (1986) Regional coastal processes

numerical modeling system Report 1: RCPWAVE-Linear wave propagation model for engineering use CERC, US Army, USA

16 Shore Protection Manual Vol I & Vol II (1984) CERC, US Army, USA,

Fouth Edition

17 SMIRNOV (1984) Hải dương học Leningrad (Tiêng Nga)

18 WMO (1990) Qui phạm phân tích và dự báo sóng (bản dịch tiếng Nga) WMO-No 702, Ban thư ký Tổ chức Khí tượng Thế giới Genevơ

19 Wolanski E, Nguyen Huu Nhan (2005) Oceangraphy of Mekong River

Estuary (2005, with E Wolanski) pp 113115 In book “Megadeltas of Asia Geological evalution and human impact” Ed by Chen Z., Saito Y Goodbred S.L., China Ocean Press, Beijing, 268 pp

-20 Wolanski, Nguyen Huu Nhan, Spagnol S (1998) The fine Sediment Dynamics

In Mekong River Estuary in Dry Season J Coastal Research Vol.14, No2, p3-19 USA

Trang 39

Hướng Bão

Tiêu đề	Chuyên đề 7b: Nghiên Cứu Sóng Trên Các Cửa Sông Đồng Nai – Sài Gòn Nhằm Đề XUất Giải Pháp Khoa Học Công Nghệ Để Ổn Định Lòng Dẫn
Trường học	Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam - https://svkhmt.nhh.edu.vn
Chuyên ngành	Kỹ thuật thủy lực, Nghiên cứu sông, Công nghệ môi trường
Thể loại	Báo cáo nghiên cứu
Năm xuất bản	2006
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	158
Dung lượng	30,4 MB