Nghiên cứu chế độ trường sóng và tác động của nó đến biến động suy thoái bãi biển nha trang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VŨ THẮNG NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ TRƯỜNG SÓNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐẾN BIẾN ĐỘNG – SUY THOÁI BÃI BIỂN NHA TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT... ĐẠI HỌC QUỐC GIA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VŨ THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ TRƯỜNG SÓNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐẾN

BIẾN ĐỘNG – SUY THOÁI BÃI BIỂN NHA TRANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VŨ THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ TRƯỜNG SÓNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐẾN

BIẾN ĐỘNG – SUY THOÁI BÃI BIỂN NHA TRANG

Ngành: Cơ kỹ thuật

Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật

Mã số: 60.52.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Mạnh Hùng

Hà nội – 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn: “Nghiên cứu chế độ trường sóng và tác động của

nó đến biến động – suy thoái bãi biển Nha Trang” là kết quả nghiên cứu của

riêng tôi với sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Mạnh Hùng Các số liệu nêu ra

và trích dẫn trong luận văn là trung thực không phải là sao ch p toàn văn của

t k tài liệu hay công tr nh nghi n cứu nào kh c mà không ch r trong tài liệu tham khảo

Hà Nội, ngày 9 tháng 10 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Vũ Thắng

ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài luận văn này tôi xin ày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới: Ban giám hiệu trường Đại học Công nghệ khoa Cơ học kỹ thuật, Phòng Sau đại học đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cơ quan nơi tôi công t c đã tạo điều kiện về mặt thời gian, kinh phí và các thủ tục hành chính trong suốt quá trình học tập

PGS TS Nguyễn Mạnh Hùng - người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ và tạo mọi điều kiện trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này

C c đồng nghiệp tại Phòng Cơ học và Môi trường Biển đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm luận văn

Nhiệm vụ hợp tác quốc tế: Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông và bờ biển vịnh Nha Trang, t nh Khánh Hòa do PGS.TS Nguyễn Trung Việt chủ nhiệm Nhiệm vụ đã cung c p cho tôi số liệu đo đạc về địa hình, sóng và mặt cắt bãi biển Nha Trang

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn c c thầy cô trong Khoa Cơ học kỹ thuật đã tận tính dạy dỗ và truyền thụ kiến thức cho tôi trong những năm học vừa qua

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ TIẾN HÀNH CHO KHU VỰC VỊNH NHA TRANG 3

1.1.Tổng quan về khu vực nghiên cứu 3

1.1.1 Đặc điểm kinh tế xã hội 3

1.1.2 C c điều kiện tự nhiên 4

1.2 Các nghiên cứu về trường sóng và biến đổi ãi đã tiến hành cho khu vực 6

1.2.1 Tình hình nghiên cứu tính toán sóng và vận chuyển bùn cát 6

1.2.2 Các nghiên cứu về trường sóng khu vực vịnh Nha Trang 7

1.2.3 Các nghiên cứu về biến đổi bãi khu vực vịnh Nha Trang 8

CHƯƠNG II – CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC MÔ HÌNH ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN TRONG LUẬN VĂN 9

2 1 Cơ sở lý thuyết mô hình SWAN 9

2.1.1 Giới thiệu mô hình 9

2.1.2 C c phương tr nh cơ ản 9

2.2 Cơ sở lý thuyết các mô hình tính sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát trong hệ thống mô hình SMS (CMS-flow và CMS-wave) 12

2 2 1 Cơ sở lý thuyết mô hình CMS-flow 12

2 2 2 Cơ sở lý thuyết mô hình CMS-wave 22

2.2.3 Kết nối giữa các mô hình CMS-flow và CMS-wave 25

2 3 Cơ sở lý thuyết mô hình SBEACH: 26

CHƯƠNG III – ÁP DỤNG CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ ĐỘNG LỰC VÀ BÙN CÁT CHO KHU VỰC BÃI BIỂN NHA TRANG VÀ CÁC KẾT QUẢ NHẬN ĐƯỢC 30

3.1 Thu thập số liệu sóng vùng nước sâu 30

3.2 Tính sóng lan truyền từ vùng nước sâu vào khu vực ven bờ vịnh Nha Trang bằng mô hình SWAN 32

3.2.1 Miền tính và lưới tính: 32

3.2.2 Kiểm chứng mô hình tính sóng: 33

3.2.3 Kết quả tính lan truyền sóng từ vùng nước sâu vào vịnh Nha Trang: 37

3.3 Thiết lập các thông số trong mô hình CMS-wave và CMS-flow 39

iv

3.3.1 Thiết lập thông số trong mô hình CMS-wave 39

3.3.2 Thiết lập thông số trong mô hình CMS-flow 41

3.3.3 Thiết lập thông số kết nối giữa hai mô hình CMS-flow và CMS-wave: 43

3.4 Các kết quả tính toán 44

3.5 Phân tích kết quả tính toán biến động ãi đ y iển khu vực bãi biển Nha Trang dưới t c động của c c trường sóng thịnh hành 52

3.6 Tính toán biến động bãi biển Nha Trang dưới t c động của bão 53

3.6.1 Thiết lập thông số trong mô hình SBEACH 53

3.6.2 Kết quả tính mô hình SBEACH 54

3 7 Sơ ộ nhận x t và đề xu t các giải pháp ổn định bãi 54

KẾT LUẬN 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

H nh 2 1 Sơ đồ “Avalanching” trong mô hình SBEACH

Hình 3.1 Trích một đoạn số liệu th ng 1 năm 1988 của bộ số liệu trường sóng thu thập được

H nh 3 2 Lưới tính sóng theo mô hình SWAN cho khu vực Vịnh Nha Trang và lân cận

Hình 3.3 Vị trí trạm đo đạc các tham số sóng

Hình 3.4 So s nh độ cao sóng tính toán và thực đo tại trạm A tháng 5/2013

Hình 3.5 So sánh chu k sóng tính toán và thực đo tại trạm A tháng 5/2013

H nh 3 6 So s nh độ cao sóng tính toán và thực đo tại trạm A tháng 12/2013

Hình 3.7 So sánh chu k sóng tính toán và thực đo tại trạm A tháng 12/2013

H nh 3 8 Lưới tính CMS-wave

Hình 3.9 Thiết lập các thông số chính của CMS-wave

H nh 3 10 Điều kiện phổ sóng tại biên CMS-wave

H nh 3 11 Lưới tính CMS-flow

Hình 3.12 Thiết lập các thông số chính trong mô hình CMS-flow

Hình 3.13 Các thông số tính toán VCBC

Hình 3.14 Giao diện điều khiển tính toán cặp đồng thời giữa hai mô hình

Hình 3.15 Vị trí 3 mặt cắt được sử dụng trong trích xu t số liệu

Hình 3.16 Bản đồ phân bố trường sóng ứng với hướng sóng NE

H nh 3 17 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau khi tính toán với hướng sóng

NE

Hình 3.18 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 1 dưới sự t c động hướng sóng NE Hình 3.19 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 2 dưới sự t c động hướng sóng NE Hình 3.20 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 3 dưới sự t c động hướng sóng NE Hình 3.21 Bản đồ phân bố trường sóng ứng với hướng sóng E

H nh 3 22 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau khi tính toán với hướng sóng

E

Hình 3.23 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 1 dưới sự t c động hướng sóng E Hình 3.24 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 2 dưới sự t c động hướng sóng E Hình 3.25 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 3 dưới sự t c động hướng sóng E Hình 3.26 Bản đồ phân bố trường sóng ứng với hướng sóng SE

H nh 3 27 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau khi tính toán với hướng sóng

SE

Hình 3.28 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 1 dưới sự t c động hướng sóng SE Hình 3.29 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 2 dưới sự t c động hướng sóng SE Hình 3.30 Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 3 dưới sự t c động hướng sóng SE Hình 3.31 Biến động địa hình bãi tại mặt cắt số 1 dưới t c động của c c hướng sóng thịnh hành trong năm NE, E và SE

Hình 3.32 Biến động địa hình bãi biển tại mặt cắt số 2 dưới t c động của c c hướng sóng thịnh hành trong năm NE E và SE

Hình 3.33 Biến động địa hình bãi biển tại mặt cắt số 3 dưới t c động của c c hướng sóng thịnh hành trong năm NE E và SE

Hình 3.34 Mực nước trong 2 ngày 09,10-11-2013 tại khu vực Nha Trang

Hình 3.35 Kết quả tính toán bằng mô hình SBEACH

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Tần su t (%) xu t hiện c c độ cao sóng theo c c hướng Bảng 3.2 Bảng độ cao sóng trung nh theo c c hướng tại độ sâu 90m Bảng 3.3 Bảng chu k sóng trung nh theo c c hướng tại độ sâu 90m Bảng 3.4 Bảng độ cao sóng trung bình tại độ sâu 15m

Bảng 3.5 Bảng chu k sóng trung bình tại độ sâu 15m

Bảng 3.6 Hình thế trường sóng theo hướng t c động

Bảng 3.7 Số liệu địa hình mặt cắt bãi biển trước và sau bão

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SMS Surface-water Modeling System - Hệ thống các mô hình tính trong tầng mặt

CMS – wave Coastal Modeling System – wave - Hệ thống các mô hình tính vùng ven bờ - tính sóng

CMS – flow Coastal Modeling System – flow - Hệ thống các mô hình tính vùng ven bờ - tính dòng chảy

SWAN Simulating WAve Nearshore – Mô hình tính sóng gần bờ STWAVE STeady state spectral WAVE – Mô hinh tính sóng phổ ổn định SBEACH Storm-induced BEAch Change - Mô hình tính biến đổi mặt cắt vuông góc với bờ do bão

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây khu vực bãi biển Nha Trang đang phải đối mặt với một

số vần đề cần được giải quyết như v n đề môi trường và biến động – suy thoái bãi Biến động – suy thoái bãi ở đây được hiểu là các quá trình như xói lở, m t bãi, biến động địa h nh dưới mặt nước tạo ra c c ar sâu ngay s t m p nước hay xu t hiện các hiện tượng động lực ven bờ như dòng t ch ờ (rip currents), các xoáy cục bộ khu vực ven bờ Những hiện tượng tr n được x c định là sự suy thoái bãi biển gây m t bãi tắm tại khu vực dọc bờ biển vịnh Nha Trang ảnh hưởng trực tiếp đến một trong những thế mạnh nh t của nơi đây là ngh dưỡng, tắm biển Các yếu tố động lực biển bao gồm sóng, dòng chảy, mực nước và vận chuyển bùn cát (VCBC) là các tham số đầu vào quyết định đến sự suy thoái của bãi

Nhà nước ta từ lâu đã nhận thức được tầm quan trọng của v n đề biến động cửa sông, bờ biển n n đã triển khai nhiều công trình, đề tài, dự án nhằm điều tra, thu thập,

x c định hiện trạng bồi xói, theo dõi diễn biến địa hình ở các vùng trọng điểm, xây dựng các luận cứ khoa học cho các giải pháp phòng chống Tuy nhi n do đặc điểm phức tạp vùng cửa sông, ven biển dưới t c động của các yếu tố động lực biển, gió mùa

và bão, hiện vẫn chưa có được những kết quả phân tích đ nh gi hoặc tính toán cho phép lý giải cơ chế và dự báo diễn biến của c c đặc trưng thủy động lực và bùn cát phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội Ngoài ra, trong điều kiện t c động của biến đổi khí hậu, việc tính toán các quá trình này và hậu quả của nó là biến đổi bãi biển, bờ biển càng trở lên phức tạp hơn Hầu hết các quy trình và mô hình sử dụng đều chưa có điều kiện kiểm tra và hiệu ch nh chi tiết và đồng bộ đối với điều kiện Việt Nam V n

đề suy thoái của bãi tắm Nha Trang ngay cả sau khi có các công trình bảo vệ đã được

Ủy ban nhân dân t nh Kh nh Hòa quan tâm đặc biệt Ngày 08/03/2012, Sở Khoa học

và Công nghệ Khánh Hòa tổ chức hội thảo khoa học: “Đề xu t giải pháp khoa học công nghệ nhằm nâng c p bãi biển Nha Trang phục vụ du lịch và phát triển bền vững” với sự tham gia của c c chuy n gia đầu ngành về hải dương học, công trình biển và quản lý môi trường

Nhận thức được mức độ c p thiết của v n đề biến động – suy thoái khu vực bãi

biển Nha Trang, tôi lựa chọn hướng nghiên cứu với đề tài: “nghiên cứu chế độ trường

sóng và tác động của nó đến biến động – suy thoái bãi biển Nha Trang"

Luận văn có các mục tiêu như sau:

- Có được chế độ trường sóng vùng nước sâu khu vực vịnh Nha Trang

- Dựa vào phương ph p tính to n lan truyền trường sóng vùng nước sâu vào khu vực ãi iển Nha Trang có được c c h nh thế trường sóng thịnh hành t c động đến đ y iển ãi iển Nha Trang

- Đ nh gi được c c iến động đ y iển ãi iển Nha Trang qua c c kết quả tính

to n iến đổi đ y theo c c mô h nh tính hiện đại

- Sơ ộ nhận x t và đưa ra c c giải ph p nhằm ổn định ãi

Luận văn ao gồm: Mở đầu chương I - Tổng quan về khu vực và tình hình nghiên cứu đã tiến hành cho khu vực vịnh Nha Trang chương II - Cơ sở lý thuyết các mô

h nh được sử dụng để tính toán trong luận văn chương III - Áp dụng các mô hình tính toán các yếu tố động lực và bùn cát cho khu vực bãi biển Nha Trang và các kết quả nhận được, cuối cùng là kết luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Nguyễn Mạnh Hùng 2000 “Tính toán trường sóng và vận chuyển bùn cát

phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” b o c o tổng kết đề tài c p nhà

nước KHCN-06-10 “Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục

vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” Viện Cơ học Hà Nội 2000

2 Nguyễn Mạnh Hùng Phạm Văn Ninh Dương Công Điển Mô hình tính cặp

đồng thời các yếu tố sóng, dòng chảy và mực nước phục vụ nghiên cứu biến động bờ biển vùng châu thổ sông Hồng, Tuyển tập công tr nh Hội nghị

Khoa học Cơ học Thủy khí Toàn quốc năm 2005

3 Nhiệm vụ hợp t c quốc tế về khoa học và công nghệ theo nghị định thư

“Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông và bờ biển vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa” Đại học Thủy lợi Hà

Nội 2012

4 Sở khoa học và công nghệ t nh Kh nh Hòa (2004), "Đặc điểm khí hậu và

thủy văn tỉnh Khánh Hòa"

5 UBND t nh Kh nh Hòa (2003) "Địa chí Khánh Hòa" NXB chính trị quốc

gia

6

http://nhatrang.khanhhoa.gov.vn/Default.aspx?TopicId=8e575c35-adbc-4e2d-9a77-aa6f8317137e

7 Nguyễn Kim Vinh (1997),"Đo đạc và nghiên cứu các đặc trưng động lực

biển Nha Trang trong mối liên hệ với môi trường" B o c o đề tài sơ sở

Viện Hải Dương học

8 Trần Văn B nh Trịnh Thế Hiếu,"Sự biến đổi hình thái địa hình bãi và

đường bờ tại một số khu vực bờ biển Nam trung bộ theo thời gian (2007-2008)" Tạp chí KHCN iển T10(2010) số 2 Tr 15-29

Tiếng Anh

9 CMS User Manual, Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2012

10 SMS Surface Water Modeling System – Tutorials Version 10.1 Brigham Young University – Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2011

11 Shore Protection Manual Coastal Engineering Research Center, US Navy,

1984

12 CEDAS-SBEACH version 4.03; Copyright 1999-2015, Veri-Tech, Inc