ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ --- NGUYỄN THIẾU HOA TÍNH TOÁN TRƯỜNG SÓNG, VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ XÓI LỞ BỜ BIỂN, BÃI BIỂN TRONG BÃO KHU VỰC VEN BỜ CHÂU THỔ SÔNG HỒ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
-
NGUYỄN THIẾU HOA
TÍNH TOÁN TRƯỜNG SÓNG, VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ XÓI LỞ
BỜ BIỂN, BÃI BIỂN TRONG BÃO KHU VỰC VEN BỜ CHÂU THỔ
SÔNG HỒNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT
Hà Nội – 2015
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
-
Nguyễn Thiếu Hoa
TÍNH TOÁN TRƯỜNG SÓNG, VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ XÓI LỞ
BỜ BIỂN, BÃI BIỂN TRONG BÃO KHU VỰC VEN BỜ CHÂU THỔ
SÔNG HỒNG
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 Đinh Văn Mạnh
Hà Nội –2015
Trang 3MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, VẬN CHUYỂN
BÙN CÁT VÀ BIẾN ĐỘNG BỜ BIỂN KHU VỰC CHÂU THỔ SÔNG HỒNGError! Bookmark not defined.
1.1 Đặc điểm tự nhiên, điều kiện khí tượng, thủy văn khu vực châu thổ sông
Hồng E
rror! Bookmark not defined.
1.1.1 Lịch sử phát triển vùng ven biển châu thổ Sông Hồng Error! Bookmark not defined
1.1.2 Đặc điểm địa hình vùng châu thổ sông Hồng Error! Bookmark not defined
1.1.3 Hệ thống thuỷ văn Error! Bookmark not defined
1.1.4 Chế độ khí hậu Error! Bookmark not defined
1.1.5 Các yếu tố hải văn Error! Bookmark not defined
1.2 Biến động bờ biển cửa sông khu vực châu thổ sông HồngError! Bookmark not
defined.
1.2.1 Cơ chế xói lở bãi biển thường xuyên tại khu vực ven bờ cửa Hà Lạn – cửa Lạch Giang
Error! Bookmark not defined
1.2.2 Biến động bờ biển khu vực châu thổ sông Hồng dưới tác động của bão và nước dâng
trong bão Error! Bookmark not defined
1.3 Hệ thống đê biển khu vực châu thổ sông Hồng Error! Bookmark not defined.
1.4 Các nghiên cứu về VCBC và biến động bãi biển do bão ở nước ta Error!
Bookmark not defined.
Chương II THU THẬP VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH BIẾN ĐỘNG
BÃI, XÓI LỞ CHÂN ĐÊ TRONG BÃO……….13
2.1 Số liệu thử nghiệm mô hình SBEACH tại bể thí nghiệm sóng và vận chuyển
bùn cát siêu lớn………… ……… 13
2.2 Số liệu đo đạc địa hình mặt cắt vuông góc với bờ biển trước và sau bão tại khu
Định……… …………14
2.3 Số liệu hiện trạng hệ thống đê biển và số liệu về các thông số mực nước, sóng
Hồng……….……….16
Chương III CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH TÍNH BIẾN ĐỘNG BÃI, XÓI LỞ
CHÂN ĐÊ TRONG BÃO – SBEACH Error! Bookmark not defined.
Trang 43.1 Vận chuyển bùn cát ngang bờ và lý thuyết mặt cắt cân bằngError! Bookmark not
defined.
3.2 Cơ sở khoa học các phương pháp tính sóng và vận chuyển bùn cát trong mô hình
SBEACH Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Mô hình tính sóng ngẫu nhiên Error! Bookmark not defined 3.2.2 Tính các tham số liên quan đến trường sóng Error! Bookmark not defined 3.2.3 Tính vận chuyển bùn cát ngang bờ Error! Bookmark not defined
3.3 Thuật toán sử dụng trong mô hình SBEACH Error! Bookmark not defined 3.4 Phương pháp đánh giá sự phù hợp giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo Error!
Bookmark not defined.
3.5 Mô hình SBEACH chạy trong Hệ thống Công nghệ ven bờ phục vụ Thiết kế và
Phân tích (CEDAS) Error! Bookmark not defined 3.6 Các khả năng tính toán và hạn chế của mô hình SBEACHError! Bookmark not
defined.
3.6.1 Khả năng tính toán của mô hình SBEACH Error! Bookmark not defined 3.6.2 Các hạn chế của mô hình SBEACH Error! Bookmark not defined
Chương IV TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ XÓI LỞ BỜ BIỂN, BÃI BIỂN
TRONG BÃO Error! Bookmark not defined.
4.1 Tính toán vận chuyển bùn cát và biến động bãi biển theo số liệu đo đạc tại
SUPERTANK - các bài toán mẫu Error! Bookmark not defined.
4.2 Tính toán vận chuyển bùn cát, biến động bãi và hiệu chỉnh mô hình SBEACH trong
một cơn bão thực tế tại bờ biển thị trấn Hải Thịnh, huyện Hải HậuError! Bookmark not defined.
4.2.1 Tính toán và hiệu chỉnh mô hình SBEACH trong bão DAMREY Error! Bookmark not
defined
4.2.2 Tính toán vận chuyển bùn cát, xói lở bãi biển cho các trường hợp cực đoan chế độ sử
defined
4.2.3 Đề xuất giải pháp bảo vệ đê biển khu vực châu thổ sông Hồng Error! Bookmark not
defined
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 2
Trang 5DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2 Vị trí các mặt cắt đo đạc định kỳ nhiều năm tại khu vực ven bờhuyện Hải
Hình 3 Cao trình bãi biển trong các thời điểm cao đạc khác nhau tại mặt cắt số
Hình 4 Khảo sát thực địa tại “Nhà thờ đổ trên biển” thuộc bờ biển khu vực xã
Hình 5 Khảo sát thực địa hiện trạng hệ thống đê biển tại xã Hải Hòa, huyện Hải Hậu tỉnh Nam Định (ảnh chụp khi triều kém) trong khuôn khổ đề tài hợp tác Việt
Hình 10 Mực nước tổng cộng trong các ngày 27-28/9/2005 đưa vào tính toán
Hình 16.Các profile ban đầu trước bão, profile tính toán theo HC-8 và thực đo 50
Trang 6Hình 17.Các kết quả tính toán xói lở bãi biển khu vực Hải Thịnh với hai trường
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1 Các tham số động lực đầu vào và thời gian tính toán trong các thí
Bảng 4 Đánh giá mực nước tổng cộng tại chân đê khu vực Hải Thịnh trong các
Trang 7DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Giải nghĩa
Hệ thống Công nghệ ven bờ phục vụ Thiết kế và Phân tích)
Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc
EBP (Equilibrium Beach Profile) Profil cân bằng bãi biển
Trang 8LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu tôi đã tham gia
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả
Nguyễn Thiếu Hoa
Trang 9LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới Viện Cơ học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cơ quan nơi tôi công tác đã cử đi đào tạo, cũng như tạo điều kiện về mặt thời gian, kinh phí và các thủ tục hành chính trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghệ, Khoa Cơ học kỹ thuật, Phòng đào tạo đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này
Nhiệm vụ hợp tác Việt Nga “Nghiên cứu bãi biển và dự báo biến động bãi khu vực ven bờ biển Việt Nam và Liên bang Nga” Mã số VAST.HTQT.NGA.03 hai giai
đoạn 2010-2011 và 2014-2015, thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã tài trợ và tạo điều kiện cho tôi đi khảo sát thực tế và tham gia đo đạc tại khu vực thị trấn Thịnh Long, châu thổ sông Hồng
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn tới thầy hướng dẫn PGS.TS Đinh Văn Mạnh đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này
Xin gửi lời cám ơn chân thành đến GS TSKH Magnus Larson, Khoa Kỹ thuật Tài nguyên Nước, Đại học Lund Thụy Điển đã cung cấp các số liệu đo đạc tại Bể thí nghiệm sóng và vận chuyển bùn cát siêu lớn và kết quả tính toán theo mô hình trong một số trường hợp tiêu biểu
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Cơ học kỹ thuật đã tận tình dạy dỗ và truyền thụ kiến thức cho tôi trong những năm học vừa qua
Cuối cùng xin cảm ơn các cô chú, các bạn đồng nghiệp tại Phòng Cơ học và Môi trường Biển, Viện cơ học đã nhiệt tình giúp đỡ, tư vấn cho tôi thực hiện luận văn này
Trang 11MỞ ĐẦU
Mục tiêu của luận văn này là thiết lập được hệ thống mô hình số đủ tin cậy cho phép tính toán vận chuyển bùn cát, xói lở bãi biển do bão gây ra cho khu vực đang xảy ra xói lở tại vùng châu thổ sông Hồng; trên cơ sở kết quả tính toán nhận được sẽ
Với mục tiêu trên, khu vực nghiên cứu của luận văn được lựa chọn là khu vực bãi biển của thị trấn Hải Thịnh; đây là một khu vực xung yếu có thể đại diện cho toàn bộ
bờ biển của khu vực châu thổ sông Hồng, tại nơi này đã nhiều lần đê bị phá hủy trong bão
Hệ thống mô hình số được sử dụng trong luận văn này là CEDAS, với modul chủ yếu được khai thác là mô hình SBEACH.Đây là hệ thống mô hình số cho phép tính toán sự biến động của bãi biển sau bão
Ngoài việc đòi hỏi các thông số đầu vào của mô hình số, như số liệu đo đạc mặt cắt địa hình, địa mạo, các thông số đặc trưng của bùn cát, các tham số mực nước, sóng , mô hình này cần được kiểm định kỹ càng trên cơ sở các số liệu đo đạc trong
bể thí nghiệm cũng như tại hiện trường khu vực nghiên cứu Do vậy, luận văn đã được hoàn thành trên cơ sở các nội dung chính như sau:
biển vùng châu thổ sông Hồng, đặc biệt là khu vực nghiên cứu bãi biển Hải Thịnh;
số tính toán vận chuyển bùn cát và biến động bãi bao gồm: các số liệu đo đạc
từ bể thí nghiệm sóng SUPERTANK, số liệu đo đạc địa hình thực tế trước và sau bão tại khu vực nghiên cứu, các số liệu thống kê về các đặc trưng thủy lực (sóng, dòng chảy, mực nước, bão, );
cho một số bài toán mẫu (so sánh với số liệu đo đạc và tính toán trong bể thí nghiệm sóng SUPERTANK);
DAMREY tại khu vực ven biển Hải Thịnh;
sóng có chu kỳ lặp 50 năm và 100 năm từ đó đưa ra các đánh giá, kiến nghị về
Trang 12TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Báo cáo dự án “Nghiên cứu, lập dự án khả thi chống xói lở khu vực xã Hải Trạch, huyện Bố Trạch – tỉnh Quảng Binh” Trung tâm Khảo sát Nghiên cứu, Tư vấn Môi trường Biển, Hà Nội 4/2011
2 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Trung tâm KHTN &CNQ “Nghiên cứu cơ chế bồi xói bờ biển khu vực châu thổ sông Hồng” Phạm Văn Ninh, Viện Cơ học Hà
Nội 12/2003
3 Báo cáo tổng hợp đề tài cấp nhà nước “Hiện trạng và nguyên nhân bồi xói dải bờ biển Việt Nam Đề xuất các biện pháp khoa học kỹ thuật bảo vệ và khai thác vùng đất ven biển” Mã sốKT 03.14 Hà Nội, 1995
4 Doãn Tiến Hà, 2010 “Ứng dụng mô hình SBEACH tính toán biến đổi mặt cắt ngang bãi biển Phú Yên”Đặc san Khoa học công nghệ thủy lợi số 27 tháng 10/2010
Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi
5 Đinh Văn Mạnh (chủ biên, 2014) “Tính toán cao độ mực nước biển phục vụ thiết
kế công trình ven biển” Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội, 2014
6 Nguyễn Mạnh Hùng (2009) “Báo cáo tổng kết nội dung nghiên cứu –Xác định các tham số sóng trong điều kiện gió mạnh, gió mùa và bão tại vùng nước sâu và ven bờ” thuộc đề tài “Xác định chiều cao sóng trong tính toán thiết kế đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam” Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hà Nội 2009
7 Nguyễn Mạnh Hùng (2014) “Các quá trình thủy thạch động lực ven bờ: mực nước; sóng; và vận chuyển bùn cát” Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ,
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội, 2014
8 Phạm Văn Ninh, 2003 “Nghiên cứu cơ chế bồi xói bờ biển khu vực châu thổ sông Hồng” Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Trung tâm KHTN &CNQ, Viện
Cơ học Hà Nội 12/2003
Tiếng Anh
9 M Larson and N C Kraus, (1989) “Sbeach: Numerical Model for Simulating Storm – induced Beach Change” Department of The Army US Corps of Engineers,
Washington, DC 1989
10 Magnus Larson, Nguyen Manh Hung, Hans Hanson, Annika Sundstromand
Emma Sodervall (2014) “Impacts of Typhoons on the Vietnamese Coastline: A Case Study of Hai Hau Beach and Ly Hoa Beach” Chapter 2 of the book “Coastal disaster
and climate change in Viet Nam – Engineering and planning perspective” edited by
Trang 13Nguyen Danh Thao, Hiroshi Tagaki and Miguel Esteban Elsevier Publishing house,
2014
11 Nguyen Manh Hung, Duong Cong Dien, 2006 “Effects of the storm number 7 (DAMREY) on the sea dyke system of Namdinh province” Journal of Marine Sciences,
Volume 4 (T6), 2006
12 Nguyen Manh Hung, Magnus Larson (2014) “Coastline and River Mouth Evolution in the Central Part of the Red River Delta” Chapter 3 of the book “Coastal disaster and climate change in Viet Nam – Engineering and planning perspective”
edited by Nguyen Danh Thao, Hiroshi Tagaki and Miguel Esteban Elsevier Publishing house, 2014
13 The final report of the project “The Evolution and Sustainable Management of Coastal Areas in Vietnam” The “Vietnam Sweden Research Cooperation Programme:
2004 – 2011) Hanoi 2011
14 Shore Protection Manual Coastal Engineering Research Center, US Navy, 1984