ỨNG DỤNG MÔ HÌNH (VNU MDEC) TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

TRƯỜNG Đ ẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM VĂN TIẾN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VNU/MDEC TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHO

TRƯỜNG Đ ẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM VĂN TIẾN

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH (VNU/MDEC) TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY

ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG

VEN BIỂN HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

VEN BIỂN HẢI PHÒNG

Chuyên ngành: Hải dương học

Mã số: 60 44 97

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS TS Đinh Văn Ưu

Lời cảm ơn

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn trực tiếp của

GS TS Đinh Văn Ưu Bên cạnh đó còn có sự đóng góp ý kiến quý báu

của các Thầy, Cô trong khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, các

anh chị cùng lớp và các đồng nghiệp trong Trung tâm Nghiên cứu Biển

và Tương Tác Biển -Khí quyển

Trước tiên em xin chân thành cảm ơn GS TS Đinh Văn Ưu người

trực tiếp chỉ dạy, giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong khoa Khí tượng

Thủy văn và Hải dương học đã dạy và giúp đỡ em hoàn thành khóa học

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Nghiên

cứu Biển và Tương tác Biển – Khí quyển, lãnh đạo Viện Khoa học Khí

tượng Thủy văn và Môi trường đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi

cho tôi hoàn thành khóa học, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong

thời gian tôi học tập

Luận văn được hoàn thành trong khuôn khổ tham gia đề tài

QGTĐ 04-11 Tác giả cảm ơn vì sự hỗ trợ này

Phạm Văn Tiến

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC BẢNG 7

ĐẶT VẤN ĐỀ 8

Chương 1 TỔNG QUAN 10

1.1 Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích 10

1.1.1 Các nghiên của nước ngoài 10

1.1.2 Các nghiên cứu trong nước 15

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 17

2.2.1 Phạm vi nghiên cứu 17

2.2.2 Đặc điểm khí tượng, thủy - hải văn 17

2.2.3 Đặc điểm trầm tích 24

Chương 2 MÔ HÌNH VNU/MDEC 26

2.1 Mô hình thủy động lực 26

2.1.1 Hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy 26

2.1.2 Phương pháp biến đổi tọa độ cong σ 30

2.1.3 Điều kiện biên trong mô hình 32

2.1.4 Điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo 34

2.2 Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng 35

2.2.1 Hệ phương trình lan truyền và khuếch tán vật chất 35

2.2.2 Mô hình biến đổi độ dày lớp trầm tích đáy lỏng 39

2.3 Các phương pháp tham số hóa của mô hình 40

2.3.1 Phương pháp thể tích hữu hạn 40

2.3.2 Sơ đồ lưới tính Arakawa C rời rạc hóa theo không gian 41

2.2.3 Phương pháp tách mod ( mode- splitting) 44

2.3 Số liệu đầu vào 46

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 47

3.1 Triển khai mô hình 47

3.1.1 Các phương án tính toán 47

3.1.2 Điều kiện tính toán 50

3.1.3 Kết quả hiệu chỉnh mô hình 51

3.2 Kết quả tính toán chế độ thủy động lực 52

3.2.1 Trường dòng chảy và mực nước triều 52

3.2.2 Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 1 (khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông) 55

3.2.3 Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 2 (khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông và gió theo 2 mùa) 59

3.3 Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng 63

3.3.1 Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của thủy triều 63

3.3.2 Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng hợp 1 67

3.3.3 Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng hợp 2 70

3.4 Ảnh hưởng của các cửa sông Lạch Tray, Nam Triệu đến chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực 74

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hoa gió trạm Hòn Dáu tháng 1 (a) và tháng 7 (b) 18

Hình 2.2 Sơ đồ lới 3D Arakawa C 42

Hình 2.3 Địa hình khu vực nghiên cứu 46

Hình 3.1 Vị trí các điểm, các mặt cắt 51

Hình 3.2 Biến trình mực nước tính toán và thực đo tại điểm P5 52

Hình 3.3 Trường mực nước tại thời điểm 35h khi chỉ tính đến thủy triều 52

Hình 3.4 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khi chỉ tính đến thủy triều 53

Hình 3.5 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 115h khi chỉ tính đến thủy triều 53

Hình 3.6 Biến trình mực nước vận tốc dòng chảy tại cửa Nam Triệu và Lạch Huyện khi chỉ tính đến thủy triều 54

Hình 3.7 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 44h khi chỉ tính đến thủy triều 55

Hình 3.8 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 50h khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu 57

Hình 3.9 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 66h khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại 57

Hình 3.10 Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 gần cửa Lạch Tray khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu (HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại (HP03) 58

Hình 3.11 Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 gần cửa

Nam Triệu khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng

sông cực tiểu (HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại

(HP03) 58

Hình 3.12 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h

khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông 60

Hình 3.13 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 122h

khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa kiệt và gió hướng Bắc 60

Hình 3.14 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 141h

khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướng Đông Nam 61

Hình 3.15 Trường mực nước và dòng chảy tầng mặt tại thời điểm 341h

khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướngNam 61

Hình 3.16 Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 khi tính

đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tính

đến thủy triều, lưu lượng sông cực và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đến

thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi tính

đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Nam 62

Hình 3.17 Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 khi tính

đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tính

đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Bắc (HP05); khi tính

đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi

tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Nam (HP07) 62

Hình 3.18 Nồng độ trầm tích lơ lửng khi tính đến thủy triều và nồng độ

trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt 64

Hình 3.19 Nồng độ trầm tích lơ lửng lửng khi tính đến thủy triều và

nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 65

Hình 3.20 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán tại điểm P4 khi tính đến

thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 66

Hình 3.21 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 67Hình 3.22 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông nhỏ nhất và nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt 68Hình 3.23 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 68Hình 3.24 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 69Hình 3.25 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt

và gió hướng Đông 70Hình 3.26 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt

và gió hướng Bắc 71Hình 3.27 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ và gió hướng Đông Nam 72Hình 3.28 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt

và gió hướng Nam 73Hình 3.29 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt và gió hướng Nam 73

từ bản chất đa quy mô tự nhiên của những vấn đề được nghiên cứu: mô hình ven biển thường được phát triển với quy mô ít nhất hàng chục mét, lớn hơn nhiều so với các quá trình vật lý xảy ra như rối, tương tác trầm tích-trầm tích và tướng tác trầm tích với chất lỏng Các hiệu ứng 3D quan trọng xuất hiện ở các vùng với độ nghiêng lớn, tạo ra dòng chảy thứ cấp giữ vai trò quan trọng cho sự tích tụ trầm tích dọc cửa sông Trong thực tế, khi không có gradient mật độ lớn, vận tốc chìm lắng và sự tương tác đáy-nước tạo ra gradient thẳng đứng của trầm tích lơ lửng Vì vậy, phương pháp tiếp cận mô hình 3D là phương pháp đầy đủ nhất cho các mục đích

mô tả vận chuyển trầm tích Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học máy tính đã đem lại nhiều thuận lợi trong các tính toán khoa học nói chung và ngành khoa học biển nói riêng Việc ứng dụng các mô hình chạy trên các máy tính trong nghiên cứu, tính toán đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam Các mô hình được ứng dụng phổ biến trong hải dương học có thể kể đến như: MIKE, SMS, DELFT, ROM, POM, GHER, ECOMSED…

Việt Nam là quốc gia có vùng biển lớn ở khu vực Đông Nam Á Nhiều ngành, nhiều lĩnh vực kinh tế mũi nhọn của Việt Nam đều gắn với biển như dầu khí, nuôi trồng, khai thác và chế biến thủy sản, hàng hải và du lịch biển… Việt Nam có vùng biển đặc quyền kinh tế rộng hơn 1.000.000 km2, gấp 3 lần diện tích đất liền,

có hơn 3000 đảo lớn, nhỏ Việt Nam có vị trí địa - kinh tế và địa - chiến lược đặc biệt, nằm trên các tuyến giao thông hàng hải quốc tế chủ yếu của thế giới Nước ta

có trên 3.260 km bờ biển, với nhiều hệ thống cảng biển như: Của ông, Cái Lân, Hải Phòng, Đình Vũ, Nghi Sơn, Hòn La, Vũng Áng, Chân Mây, Dung Quất, Vân Phong, Thị Vải đủ điều kiện vận chuyển hàng trăm triệu tấn hàng hóa thông quan mỗi năm, đồng thời đảm bảo cho ngành sửa chữa, đóng mới phương tiện thủy và

các ngành dịch vụ biển phát triển cả trong hiện tại và tương lai Dọc bờ biển Việt

Nam, trung bình cứ 20 km đường bờ biển sẽ có 1 cửa sông, với nhiều vũng, vịnh

ven biển Đây là những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển hàng hải và kinh tế

biển nói chung

Hải Phòng là thành phố ven biển trực thuộc trung ương, là trung tâm kinh tế

của khu vực Đông Bắc Bộ Cho đến nay, kinh tế cảng vẫn là ngành kinh tế đóng vai

trò chính trong nền kinh tế Hải Phòng có 2 cảng biển lớn là cảng Hải Phòng và

cảng Đình Vũ Vùng biển Hải Phòng có 5 cửa sông đổ ra là cửa Bạch Đằng, Cấm,

Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình Chế độ thủy thạch động lực học ở đây rất phức tạp

do chịu tác động đồng thời của cả sông và biển Việc nghiên cứu, tính toán chế độ

thủy động lực và vận chuyển trậm tích trong khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng

là rất cần thiết Nghiên cứu sẽ cung cấp bức tranh chung về trường dòng chảy,

những đặc điểm cơ bản của quá trình vận chuyển trầm tích trong khu vực giúp công

tác quản lý, quy hoạch tuyến luồng tàu, tính toán sa bồi luồng nhằm đóng góp một

phẩn nhỏ cho các yêu cầu thực tế đặt ra Mô hình số trị hoàn toàn có thể đáp ứng

được các mục đích trên, mô tả chi tiết của trường thủy động lực và diễn biến quá

trình lan truyền trầm tích trong khu vực

Với những lý do trên học viên đã lựa chọn đề tài luận văn là: “Ứng dụng mô

hình (VNU/MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu

vực cửa sông ven biển Hải Phòng”

Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Mô hình VNU/MDEC

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích

1.1.1 Các nghiên của nước ngoài

Vận chuyển trầm tích được nghiên cứu từ rất sớm như ở Trung Quốc cổ đại, Lương Hà, Hy Lạp và Đế quốc La Mã Nghiên cứu bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm sớm nhất được thực hiện bởi nhà khoa học DuBuat (1738-1809) người Pháp Ông xác định vận tốc dòng chảy gây ra xói mòn đáy, trong đó có xem xét đến

sự khác nhau của vật liệu đáy DuBuat đã phát triển khái niệm ma sát trượt Hagen (1797-1884) người Đức và Dupuit (1804-1866) người Pháp mô tả về chuyển động dọc theo đáy và chuyển động lơ lửng của trầm tích Brahms (1753) đề xuất một công thức tính vận tốc tới hạn trên đáy với vật liệu là đá Công thức vận tải đáy đầu tiên dựa vào độ dốc và độ sâu được DuBoys (1847-1924) người Pháp đề xuất, Ông khái quát quá trình vận chuyển như chuyển động của các hạt trầm tích trong một loạt các lớp

Đến khoảng năm 1900, mô hình biến đổi đáy đầu tiên được Fargue 1910) người Pháp và Reynolds (1892-1912) người Anh xây dựng Cơ sở nghiên cứu vận chuyển trầm tích trong các máng thí nghiệm được bắt đầu bởi Engels (1854-1945) người Đức và Gilbert (1843-1918) người Mỹ

(1827-Lý thuyết vận chuyển trầm tích được viết bởi Forchheimer (1852-1933) và Schoklitsch (1888-1969) người Đức Đến năm 1914, phát triển phương trình tích ứng suất trượt đáy tới hạn (bắt đầu chuyển động của một hạt) theo chiều dọc của đáy dốc Phương trình tương tự cho một hạt dừng chuyển động theo chiều ngang một đáy dốc được Leiner đề xuất năm 1912 Năm 1936, Shields có một đóng góp quan trọng liên quan đến ứng suất trượt đáy tới hạn cho sự khởi đầu chuyển động của các hạt trầm tích Các đường cong được đề xuất gọi là đường cong “Shislds” Các nghiên cứu đầu tiên liên quan đến động lực học chất lỏng và vận chuyển bùn cát được thực hiện bởi Bagnold năm 1936, 1937 Đến năm 1950, Einstein và

các cộng sự nhờ vào sự phát triển của năng lực tính toán, biến các mô hình toán vận

chuyển bùn cát thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực khoa học ven biển Năm

1967, Robert P Apmann và Ralph R Rumer nghiên cứu quá trình phát tán các hạt

trầm tính do khuếch tán rối trong dòng chảy bất đồng nhất dựa trên mô hình toán

Thí nghiệm được tiến hành trong một máng dài với 3 lớp trầm tích Hệ số khuếch

tán được xác định là một hàm của đặc trưng trầm tích và vận tốc dòng chảy

Một trong những nghiên cứu đầu tiên liên quan đến điều kiện bùn lỏng được

thực hiện bởi Einstein và Chien năm 1955, hai quá trình kết bông và cố kết đáy đã

được nghiên cứu Tác giả đã nhận định rằng độ mặn tối thiểu 1‰ là giới hạn khởi

đầu cho quá trình kết bông

Odd và Owen, 1972 sử dụng mô hình 1D xem xét tốc độ xói mòn và lắng

đọng dựa trên công thức đề xuất của Krone 1962 và Partheniades 1965 Smith và

Kirby, 1989 đã ứng dụng các mô hình 1D để mô phỏng vận chuyển bùn cát và thay

đổi hình thái quy mô lớn ở các sông De Vries, trong kênh thủy triều Dyer và Evans,

mô phỏng quá trình hình thành “lutocline” ở các cửa sông Ross và Mehta

Năm 1971, O'Connor trình bày mô hình 2D tích phân theo độ sâu Ariathurai

và Krone, 1976 đã trình bày một mô hình phần tử hữu hạn áp dụng các yếu tố hình

tam giác với một xấp xỉ bậc hai cho nồng độ và phương pháp trọng số thặng dư

Galerkian Mô hình sử dụng các công thức cổ điển xác định quá trình xói mòn và

lắng đọng trầm tích Quá trình keo tụ được tính toán bằng cách xác định vận tốc

chìm lắng trên mỗi phần tử lưới là một hàm của thời gian Mulder và Udink 1991 áp

dụng mô hình 2D cho cửa sông Western Scheldt có tính đến thủy triều và sóng gió

Mô hình giải một phương trình cân bằng tác động phổ, nội suy độ cao và chu kỳ

sóng tính toán theo các thời kỳ triều khác nhau để xác định vận tốc quỹ đạo và

thành phần ứng suất trượt đáy do sóng Sử dụng các công thức thực nghiệm để tính

toán xói mòn và lắng đọng trầm tích và sử dụng các giá trị đồng nhất cho ứng suất

trượt tới hạn của quá trình xói mòn, lắng đọng và vận tốc chìm lắng

Li và cộng sự, 1994 phát triển mô hình 2DV tích hợp giữa mô hình thủy động lực học và mô hình vận chuyển bùn cát cho cửa sông Gironde nước Pháp, trong đó có sử dụng mô hình khép kín rối để tính hệ số nhớt rối và hệ số khuếch tán,

mô hình có tính đến quá trình trao đổi trầm tính đáy Năm 2002, Wen-Cheng Liu, Ming-Hsi Hsu và Albert Y Kuo áp dụng mô hình hai chiều trung bình độ sâu nghiên cứu đặc điểm thủy động lực và vận chuyển bùn cát lơ lửng trong cửa sông của hệ thống sông Tanshui Rivers, Đài Loan

Beckers, 1991, trong một nghiên cứu dòng chảy tổng hợp vùng biển Tây Địa Trung Hải trong điều kiện mùa đông điển hình bằng mô hình GHER-3D, cho rằng

mô hình có thể khôi phục các quá trình vật lý và xu hướng chính của dòng chảy tổng hợp trong khu vực Năm 1994, Beckers và cộng sự nghiên cứu thủy động lực học vùng biển Tây Địa Trung Hải bằng mô hình 3D Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng 2 mô hình: mô hình “metagnostic” (định hướng hệ thống) và mô hình chuẩn đoán (định hướng quá trình), được chạy đồng thời và có tính đến tương tác Nghiên cứu chỉ ra quá cấu trúc và sự bất ổn định của dòng Algeria

O'Connor và Nicholson, 1988 cung cấp một mô hình 3D đầy đủ, bao gồm một mô hình vận chuyển bùn lỏng, có tính đến sự kết bông và cố kết Katopodi và Ribberink 1992 đã phát triển một mô hình tựa 3D cho vận chuyển bùn cát lơ lửng trên cơ sở của phương trình bình lưu khuếch tán cho dòng chảy và sóng, phân tích

độ nhạy của các tham số sóng và dòng chảy Các mô hình (nghiêng áp) thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích đã được phát triển và áp dụng cho các vùng ven biển (De Kok và cộng sự, 1995)

Năm 1994, Leonor Cancino và Ramiro Neves mô tả và ứng dụng hệ thống

mô hình thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích 3D (dạng nghiêng áp, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn) Mô hình thủy động lực dựa trên xấp xỉ thuỷ tĩnh và xấp xỉ Boussinesq, sử dụng tọa độ sigma kép cho chiều thẳng đứng với lưới so le và

sơ đồ bán ẩn bậc hai Ngoài phương trình động lượng và phương trình liên tục, mô hình giải hai phương trình vận chuyển nhiệt độ, độ muối và một phương trình trạng

thái có tính đến hiệu ứng nghiêng áp Mô phỏng quá trình vận chuyển trầm tích gắn

kết được thực hiện bằng cách giải các phương trình bảo toàn, bình lưu - khuếch tán

3D, trong cùng một lưới sử dụng trong mô hình thủy động lực Qúa trình cố kết, xói

mòn và lắng đọng của trầm tích được biểu diễn bằng các công thức thực nghiệm

Các mô hình đã được thử nghiệm và hiệu chỉnh bằng cách mô phỏng dòng triều và

vận chuyển bùn cát lơ lửng ở các cửa sông Hai ứng dụng ở cửa sông Western

Scheldt (Hà Lan) và Gironde (Pháp) cho thấy sự phù hợp tốt giữa kết quả tính toán

và đo đạc thực địa

Năm 2003, Changsheng Chen và Hedong Liu phát triển mô hình 3D tính

hoàn lưu khu vực ven biển và cửa sông Mô hình dựa trên hệ phương trình nguyên

thủy 3 chiều gồm các phương trình động lượng, liên tục, nhiệt, muối, mật độ và sử

dụng mô hình khép kín rối bậc 2,5 của Mellor và Yamada Mô hình sử dụng hệ tọa

độ chuyển đổi sigma cho phương thẳng đứng, phương ngang sử dụng lưới cấu trúc

hình tam giác Mô hình toán sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn, thể tích hữu

hạn và phần tử hữu hạn Mô hình đã được áp dụng cho biển Bột Hải, cửa sông

Satilla River

Năm 2004, Wahyu W Pandoe và Billy L Edge ứng dụng mô hình

ADCIRC-3D tính toán dòng chảy và vận chuyển bùn cát dọc bờ biển vịnh Mexico

và dọc bờ biển Texas, kết quả cho thấy mô hình cho kết quả tốt khi áp dụng cho các

khu vực cửa sông có độ dốc nhỏ

Năm 2005, C.H Wang, Onyx W.H Wai và C.H Hu phát triển mô hình tính

toán vận chuyển trầm tích cho vùng cửa sông Pearl River (vịnh Lingding) Mô hình

sử dụng kỹ thuật tách để giải các phương trình chủ đạo: giải các số hạng bình lưu

bằng phương pháp Eulerian-Lagrangian, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho

các số hạng khuếch tán theo phương ngang và phương pháp sai phân hữu hạn cho

số hạng khuếch tán theo phương thẳng đứng Sơ đồ khép kín rối bậc 2,5 của

Mellor-Yamada được sử dụng kết hợp để xác định tham số nhớt rối thẳng đứng

Guy Simpsona, Sebastien Castelltort, 2005 trình bày mô hình coupled giữa

mô hình dòng chảy mặt, vận chuyển trầm tích và diễn biến hình thái Mô hình sử dụng các phương trình nước nông cho dòng chảy, bảo toàn nồng độ trầm tích, hàm thực nghiệm cho ma sát đáy, xói mòn và lắng đọng Quá trình xói mòn và lắng đọng được xử lý độc lập và tác động đến thông lượng trầm tích thông qua trao đổi vuông góc với biên đáy của dòng chảy

Năm 2008, John C Warner, Christopher R Sherwooda, Richard P Signel, Courtney K Harris và Hernan G Arangoc phát triển mô hình 3D couple sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát bằng công cụ MCT (Model Coupling Toolkit) và áp dụng tính toán cho vịnh Massachusetts Mô hình là sự kết hợp giữa mô hình hoàn lưu ven biển ROM v3.0 và mô hình tính sóng vùng nước nông SWAN Ứng suất sóng 2 chiều được đưa vào phương trình động lượng, cùng với hiệu ứng của sóng mặt Vận chuyển trầm tích được xem xét trong nhiều lớp, mỗi lớp có các đặc điểm riêng như đường kính hạt, mật độ, vận tốc lắng đọng, ứng suất tới hạn cho quá trình xói mòn Vận chuyển trầm tích lơ lửng trong cột nước được tính giống thuật toán bình lưu khếch tán và bổ sung thuận toán giải theo chiều thẳng đứng mà không phụ thuộc vào tiêu chuển CFL Ngoài ra, còn có mô hình lớp biên đáy tính toán tương tác sóng - dòng chảy, làm tăng ứng suất đáy, tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển trầm tích và làm tăng ma sát đáy, tạo ra tác động ngược trở lại dòng chảy Năm 2008, Idris Mandang và Tetsuo Yanagi áp dụng mô hình 3D ECOMSED được phát triển bởi HydroQual (2002) vào tính toán vận chuyển trầm tích khu vực cửa sông Mahakam, phía Đông Kalimantan, Indonesia Mô hình có sử dụng phép xấp xỉ Bousinesq và xấp xỉ thủy tĩnh Mô phỏng qúa trình vận chuyển trầm tích dựa trên cơ sở giải đồng thời các phương trình bình lưu – khuếch tán – bảo toàn 3 chiều

Năm 2009, M Radjawane và F Riandini sử dụng mô hình 3D vào mô phỏng hoàn lưu và vận chuyển bùn cát gắn kết từ 3 cửa sông Angke, Karang và Ancol vào trong vịnh Jakarta, Indonesia Đánh giá ảnh hưởng của thủy triều, gió và dòng chảy

sông đến quá trình lan truyền trầm tích trong vinh

1.1.2 Các nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, các nghiên cứu liên quan đến vấn đề thủy động lực và vận

chuyển bùn cát bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước Cho

đến nay các vấn đề liên quan đến thủy động lực và vận chuyển trầm tích tại các

vùng ven biển Việt Nam đang là mối quan tâm của nhiều nhà khoa học và các cơ

quan nghiên cứu Một số cơ quan nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như Khoa

Khí tượng Thủy văn Hải dương học, ĐHKHTN-ĐHQGHN, Viện Khoa học Thủy

lợi, Viện Cơ học, Viện Hải dương Học Nha Trang, Viện Tài nguyên và Môi trường

biển Hải Phòng, Các khu vực xói lở và bồi tụ tiêu biểu có thể kể đến như Cát Hải

(Hải Phòng) Văn Lý, Hải Triều, Hải Hậu (Nam Định), Ngư Lộc, Hậu Lộc (Thanh

Hóa ), Cảnh Dương (Quảng Bình), Phan Rí, La Gi, Phan Thiết (Bình Thuận), Cần

Thạnh (Thành phố Hồ Chí Minh), Gò Công Đông (Tiền Giang), Hồ Tàu, Đông Hải

(Trà Vinh), Cửa Tranh Đề (Sóc Trăng), Ngọc Hiển (Bạc Liêu), Quá trình vận

chuyển trầm tích được nghiên cứu trong Chương trình Biển KT.03 (1991-1995),

KHCN.06 (1996-2000), ngoài ra nó cũng được nghiên cứu trong các đề tài độc lập

cấp nhà nước và trong chương trình biển giai đoạn 2001-2005 Ngoài ra nhiều đề

tài, dự án liên quan đến trầm tích lơ lửng được thực hiện tại các cấp, cùng nhiều

công trình nghiên cứu được công bố trong các tạp chí khoa học trong nước

Đinh Văn Ưu (2003 – 2012), nghiên cứu các quá trình thủy động lực, lan

truyền vật chất bằng mô hình 3D (MDEC) Trong thời gian này, tác giả đã phát triển

và hoàn thiện dần mô hình cho mục đích nghiên cứu thủy động lực, vận chuyển

trầm tích và lan truyền chất gây ô nhiễm môi trường Mô hình sử dụng hệ phương

trình bình lưu khuếch tán đầy đủ đối với các tính toán thủy động lực và nồng độ

trầm tích lơ lửng và phương trình bảo toàn khối lượng để tính toán sự biến đổi của

độ dày lớp đáy lỏng Một số kỹ thuật tính toán mới đã được phát triển và áp dụng

cho phép linh hoạt hơn trong quá trình thiết lập các điều kiện biên có mực nước và

lưu lượng biến đổi phức tạp như các cửa sông Các công trình tiêu biểu có thể kể

đến như năm 2003, Các kết quả phát triển và ứng dụng mô hình ba chiều (3D) thuỷ nhiệt động lực biển ven và nước nông ven bờ Quảng Ninh Năm 2005, Phát triển

mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng đối với vùng biển vịnh Hạ Long và khả năng ứng dụng trong việc xây dựng hệ thống mô hình monitoring và dự báo môi trường biển và Ứng dụng mô hình dòng chảy ba chiều (3D) nghiên cứu quá trình lan truyền chất lơ lửng tại vùng biển ven bờ Quảng Ninh Năm 2006, Phát triển và ứng dụng mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng và biến động trầm tích đáy cho vùng biển Vịnh Hạ Long Năm 2009, Mô hình vào tính toán vận chuyển trầm tích và biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phòng Năm 2012, Tiến tới hoàn thiện mô hình ba chiều (3D) thủy động lực cửa sông ven biển

Năm 2005, Nguyễn Thị Bảy, Mạnh Quỳnh Trang, ứng dụng mô hình 2 chiều tính toán chuyển tải bùn cát dính vùng ven biển dựa vào lời giải hệ phương trình Reynolds, kết hợp với hệ phương trình chuyển tải bùn cát, lấy trung bình theo chiều sâu, có tính đến hàm số nguồn, mô tả tốc độ bốc lên hay lắng xuống của hạt Mô hình tính được kiểm tra với nghiệm giải tích, và so sánh với số liệu thực đo đối với vùng biển Cần Giờ

Năm 2009, Nguyễn Kỳ Phùng, Đào Khôi Nguyên, đánh giá biến đổi đáy ven

bờ biển Rạch Giá do dòng chảy khi xây dựng đảo nhân tạo Hải Âu Nghiên cứu dựa trên mô hình 2 chiều, có tính đến ứng suất gió bề mặt và ứng suất dáy do dòng chảy Năm 2010, Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn và Đặng Đình Khá phân tích đánh giá biến động trầm tích lơ lửng, trầm tích đáy và diễn biến hình thái khu vực cửa sông Bến Hải và vùng ven bờ Cửa Tùng trên cơ sở số liệu 2 đợt khảo sát do khoa KT-TV-HDH thực hiện 8/2009 và 4/2010 và thu thập của Công ty Tư vấn GTVT (TEDI) năm 2000 Trần Hồng Thái, Lê Vũ Việt Phong, Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Văn Hải ứng dụng mô hình toán 2 chiều RMA2 và SED2D để mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát trong sông - biển từ những nguồn ô nhiễm khác nhau do Dự án xây dựng Nhà máy nhiệt điện Mông Dương gây

nên Vũ Thanh Ca, áp dụng mô hình 2 chiều tính toán dòng chảy tổng hợp và vận

chuyển bùn cát kết dính vùng ven bờ Vũ Thanh Ca, Nguyễn Quốc Trinh, áp dụng

phương pháp tính sóng có năng lượng tương đương vào tính toán vận chuyển bùn

cát dọc bờ khi nghiên cứu về nguyên nhân xói lở bờ biển Nam Định

Năm 2011, Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển, Nguyễn Vũ Thắng tính

biến động bờ biển khu vực huyện Hải Hậu tỉnh Nam Định dưới tác động đồng thời

của sóng và dòng chảy bằng cách chạy đồng thời các mô hình tính dòng chảy và

sóng Các mô hình được sử dụng gồm ADCIRC, CMS-M2D, SWAN và

STWWAVE Phạm Sỹ Hoàn và Lê Đình Mầu áp dụng mô hình ECOMSED tính

toán vận chuyển vật chất lơ lửng tại dải ven biển cửa sông Mê Công Mô hình sử

dụng phương trình liên tục, phương trình cân bằng thỷ tĩnh, các phương trình bảo

toàn nhiệt-muối, phương trình vận chuyển vật chất, kỹ thuật phân tách dạng dao

động do Simons (1974), Madala và Piacsek (1977) phát triển, so đồ MPDATA cho

quá trình bình lưu và sơ đồ khép kín rối bậc 2 do Mellor và Yamada đề xuất năm

1982

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

2.2.1 Phạm vi nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu được giới hạn từ 106.7-107.00E và 20.65-21.850N,

vùng cửa sông ven biển được bao bọc bởi đảo Cát Bà, Cát Hải, bán đảo Đồ Sơn,

Đình Vũ Trong vùng có 3 cửa sông là cửa Nam Triệu, Lạch Tray và Lạch Huyện

Chế độ thủy thạch động lực học ở đây rất phức tạp do chịu tác động đồng thời của

cả sông và biển Địa hình khu vực khá phức tạp do bị chia cắt mạnh bởi các cửa

sông, đảo và bán đảo, vùng ven bờ tồn tại các khu rừng ngậm mặn và lộ bãi khi

triều xuống

2.2.2 Đặc điểm khí tượng, thủy - hải văn

2.2.2.1 Đặc điểm khí hậu-khí hậu

Khí hậu khu vực Hải Phòng mang đặc điểm chung của khí hậu nhiệt đới gió

mùa và đặc điểm riêng của vùng ven biển có nhiều hải đảo TP Hải Phòng có chế

độ nhiệt thuộc loại trung bình của dải ven biển Bắc Bộ, lượng bức xạ đạt giá trị lớn nhất trong mùa hè và đạt giá trị nhỏ nhất trong mùa đông, trung bình mỗi năm có khoảng 1.670-1.680 giờ nắng Chế độ gió khu vực Hải Phòng chịu sự chi phối của chế độ gió mùa Đông Nam Á, tại đây hoàn lưu tín phong của vùng cận chí tuyến bị nhiễu loạn và thay thế bằng một dạng hoàn lưu phát triển theo mùa

Hình 1.1 Hoa gió trạm Hòn Dáu tháng 1 (a) và tháng 7 (b)

Theo số liệu quan trắc tại trạm Hòn Dáu từ 1960-2002 cho thấy, trong các tháng mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), thời kỳ hoạt động mạnh của gió mùa cực đới khô - lạnh, các hướng gió thịnh hành bao gồm Bắc, Đông Bắc và Đông, với tần suất mỗi hướng tương ứng khoảng 18%, 12% và 36%; gió các hướng còn lại có tần suất nhỏ dưới 6% Tốc độ gió trung bình các tháng mùa đông đạt 4,5 m/s, cực đại đạt 24 m/s Trong các tháng mùa hè (từ tháng 5-10), gió chủ yếu có hướng Nam, Đông Nam và Đông, tần suất tương ứng các hướng đạt 15%, 16% và 15%; các hướng gió còn lại có tần suất nhỏ Tốc độ gió trung bình các tháng mùa hè đạt 5,1 m/s, cực đại đạt 45 m/s trong điều kiện có bão Hình 1.1 trình bày hoa gió trạm Hòn Dáu tháng 1 và tháng 7

Chế độ nhiệt của Hải Phòng được phân ra hai mùa nóng, mùa lạnh rõ rệt và

chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ gió mùa, nhiệt độ biến thiên rất mạnh trong

năm Do sự luân phiên tranh chấp của các khối không khí có bản chất khác nhau

nên thời tiết và khí hậu khu vực Hải Phòng thường xuyên biến động, sự biến động

này được thể hiện qua biến động của nhiệt độ không khí Trong mùa đông, nhiệt độ

trung bình các tháng là 21,5oC, nhiệt độ thấp là nhất 6,7oC, cao nhất là 32,3oC

Chênh lệch nhiệt độ trong ngày có thể đạt trên 10oC Trong mùa hè, nhiệt độ trung

bình các tháng là 27,7oC, nhiệt độ thấp nhất giảm tới 15,3oC, cao nhất là 37,9oC

Cũng giống như các tỉnh trong khu vực Đông Bắc Bộ, Hải Phòng có chế độ

mưa mùa tập trung trong mùa hè, mùa đông khô lạnh ít mưa Tổng lượng mưa cả

năm dao động trong khoảng 1.600 – 2.000mm nhưng phân bố không đều theo mùa

Lượng mưa cao nhất rơi vào tháng 8 (có thể đạt tới 235mm), thấp nhất vào tháng

12, khoảng 16mm (số liệu thống kê tại trạm Hòn Dáu) Tổng số ngày mưa trong

năm đạt 100 - 150 ngày, tập trung chủ yếu vào các tháng mùa hè

Độ ẩm tương đối trong không khí khu vực TP Hải Phòng khá cao, độ ẩm

trung bình năm đạt 84,2%, trong đó hai tháng III và IV độ ẩm đạt tới 90,2% do ảnh

hưởng của mưa phùn Hai tháng đầu mùa đông (tháng 11, 12) có độ ẩm thấp nhất,

khoảng 77,5% và 77,8% Đây là thời kỳ thịnh hành thời tiết khô hanh do gió mùa

Đông Bắc lạnh và khô mang lại

Hải Phòng nằm trong vùng có bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ nhiều, chiếm

31% tổng số cơn bão đổ bộ vào nước ta hàng năm, trung bình mỗi năm có 1 - 2 cơn

bão và áp thấp đổ bộ trực tiếp, 3 - 4 cơn bão và áp thấp khác gián tiếp ảnh hưởng

đến vùng ven biển và đảo Thời kỳ bão đổ bộ trực tiếp vào Hải Phòng tập trung

trong các tháng 7 đến tháng 9 với tổng tần suất 78%, trong đó tháng 7 là 28%, tháng

8 là 21% và tháng 9 là 29% Trong lịch sử đã có nhiều cơn bão đổ bộ vào Hải

Phòng hoặc khu vực lân cận gây ra nhiều thiệt hại cả về người và tài sản Có thể kể

đến các cơn bão điển hình sau: cơn bão KATE đổ bộ vào Hải Phòng ngày

26/9/1955, bão WENDY đổ bộ vào Hải Phòng ngày 09/9/1968, bão SARAH đổ bộ

vào Hải Phòng ngày 21/07/1977 và cơn bão số 7 đổ bộ vào các tỉnh Ninh Bình -

Thanh hóa ngày 27-30/9/2005

2.2.2.2 Đặc điểm thủy văn

TP Hải Phòng có nhiều sông lớn chảy qua, các sông đều là phần hạ lưu cuối cùng trước khi đổ ra biển của hệ thống sông Thái Bình Hướng chảy của các dòng sông chủ yếu là Tây Bắc - Đông Nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, hàm lượng phù sa cao Các sông lớn có cửa trực tiếp đổ ra biển vừa chịu ảnh hưởng của chế độ dòng chảy thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều vịnh Bắc Bộ Càng gần cửa sông, lòng sông càng mở rộng

Dòng chảy sông có sự biến đổi rất lớn theo mùa, tương ứng với mùa mưa và mùa khô có mùa lũ và mùa cạn Mùa lũ thường bắt đầu chậm hơn mùa mưa một tháng (vào tháng 6 - 10), mùa cạn từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Trong mùa lũ, lưu lượng nước chiếm 75 - 85% cả năm, đặc biệt trong 3 tháng 7, 8, 9 lưu lượng nước chiếm 50 - 70% Lũ lớn nhất thường vào tháng 7 hoặc tháng 8, chiếm 20 - 27%, có khi tới 35% lưu lượng nước cả năm Trong mùa lũ, các sông ở phía bắc (Bạch Đằng, Văn Úc, Lạch Tray) chịu ảnh hưởng của chế độ lũ sông Thái Bình mạnh hơn, trong khi đó các sông phía nam (Luộc, Hoá, Thái Bình, Mới) chịu ảnh hưởng chế độ lũ của sông Hồng mạnh hơn Mùa cạn, lượng nước từ thượng lưu về

ít, nguồn nước trong sông chủ yếu do nước ngầm và thủy triều, lưu lượng nước chỉ chiếm 15 - 20% cả năm

Hàng năm, lưu lượng nước nhỏ nhất thường xuất hiện vào tháng 3 Sông Kinh Thầy (trạm Cửa Cấm) lưu lượng trung bình mùa cạn 115m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 47,2m3/s, trong đó lưu lượng kiệt nhất là 0,1m3/s; sông Văn Úc (trạm Trung Trang) có lưu lượng trung bình mùa cạn là 193m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 63,2m3/s, lưu lượng nhỏ nhất 52,5m3/s; sông Mới (trạm sông Mới) lưu lượng trung bình mùa cạn là 82,6m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 53,0m3/s, lưu lượng kiệt nhất là 48.2m3/s; sông Thái Bình (trạm Cống Rỗ) lưu lượng trung bình mùa cạn là 16.4m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình đạt 1.1m3/s, lưu lượng kiệt

nhất xấp xỉ bằng 0

Độ đục trong các sông ở Hải Phòng biến thiên trong khoảng rất rộng, từ 10

đến 1000g/m3 trong năm Hàm lượng bùn cát thay đổi theo khu vực và theo mùa

Về mùa mưa, độ đục trung bình ở các trạm thay đổi trong khoảng 53 - 215g/m3, trên

sông Bạch Đằng và phía ngoài cửa Nam Triệu có giá trị khá nhỏ 80 - 100g/m3, độ

đục cực đại đạt tới 700 - 964 g/m3 trên luồng Cửa Cấm Mùa khô, độ đục trung bình

biến đổi trong khoảng 42 - 94g/m3, cực đại đạt 252 - 860g/m3 tập trung ở vùng cửa

sông phía ngoài do tác động khuấy đục đáy của sóng và dòng triều

Lượng bùn cát trong các sông ở Hải Phòng chủ yếu từ thượng lưu hệ thống

sông Thái Bình chuyển về và một phần từ Sông Hồng chuyển sang qua Sông Đuống

ở phía trên và Sông Luộc ở phía dưới Trong năm, lượng bùn cát tập trung chủ yếu

vào những tháng mùa lũ, chiếm tới 90% lượng bùn cát cả năm Tháng 8 thường có

tổng lượng bùn cát lớn nhất, chiếm từ 35 - 40% tổng lượng bùn cát trong năm,

lượng bùn cát nhỏ nhất thường là vào tháng 3 chỉ từ 0,5 - 1% tổng lượng bùn cát cả

năm

Các sông chính ở Hải Phòng đều chịu sự tác động mạnh mẽ của chế độ triều

trong khu vực Điều này thể hiện rõ qua dao động mực nước hàng ngày trong các

thời kỳ triều Những dao động triều ở ngoài biển được truyền vào sông về cơ bản

vẫn phù hợp với quy luật triều ngoài biển Tuy nhiên, càng vào sâu trong sông thủy

triều càng bị biến dạng do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như lượng nước thượng lưu

dồn về, ma sát đáy sông, hình dạng, kích thước lòng sông và độ uốn khúc lớn nhỏ

Càng vào sâu, sự biến động của sóng triều càng lớn, đến một ranh giới nhất định thì

thủy triều không còn ảnh hưởng trong sông

Tổng lượng nước từ biển do thuỷ triều dồn vào sông biến đổi theo mùa

Trong mùa kiệt, lượng nước từ thượng lưu về ít nên tổng lượng nước do thuỷ triều

truyền vào biến đổi theo ngày, phụ thuộc vào chu kỳ và biên độ thuỷ triều Mùa lũ,

nguồn nước thượng lưu lớn, dòng triều bị đẩy lùi nên tổng lượng nước do thuỷ triều

vào nhỏ

Nước mặn xâm nhập từ biển vào sông phụ thuộc rất nhiều vào chế độ thuỷ triều và chế độ nước từ thượng lưu Nồng độ muối trong nước sông luôn luôn biến đổi theo thời gian và không gian, thường khá cao vào các tháng mùa cạn, cao nhất

là tháng 3, tuy nhiên cực đại độ mặn này có thể bị xê dịch do phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Trong nhiều năm, độ mặn có biến động lớn, và có liên quan chặt chẽ tới lượng chảy sông từng năm

2.2.2.3 Đặc điểm hải văn

a Thủy triều

Thủy triều trong khu vực Hải Phòng có chế độ nhật triều đều thuần nhất Đây

là vùng có biên độ triều khá cao của miền Bắc Thời gian trung bình triều dâng 12h, thời gian triều rút 13-14h Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một chân triều (nước ròng) Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cao, mỗi chu kỳ kéo dài 11 - 13 ngày với biên độ dao động mực nước có thể đạt tới 2,0 m Trong kỳ triều thấp, tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhật triều tăng lên, trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều Hàng năm, thủy triều có biên độ lớn vào các tháng 5, 6, 7 và 10, 11, 12, biên độ nhỏ vào các tháng 3, 4 và 8, 9

11-b Dòng chảy

Chế độ dòng chảy vùng ven biển và đảo khu vực Hải Phòng rất phức tạp, thể hiện qua mối quan hệ tương tác giữa thuỷ triều, sóng, gió, dòng chảy sông, địa hình khu vực Dòng chảy ven bờ trong khu vực là tổng hợp của các dòng chảy triều, dòng chảy sóng ven bờ, dòng chảy gió, dòng chảy sông, trong đó dòng triều có vai trò chính, quy định tính chất của dòng tổng hợp Dòng triều mang tính chất thuận nghịch, elíp triều dẹt, định hướng theo luồng, lạch, cửa sông hoặc song song với đường bờ Dòng triều mạnh vào các tháng 6, 7, 12, 1 và yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9 trong năm Kết quả phân tích điều hoà các thành phần dòng triều cho thấy, dòng toàn nhật có độ lớn áp đảo, gấp 5 - 10 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều dòng

triều 1/4 ngày Dòng chảy tổng hợp có giá trị vận tốc khá lớn, thường nằm trong

khoảng 0,4 - 1,0m/s Hướng chảy thường song song với đường bờ, trừ các khu vực

cửa sông hướng dòng chảy thay đổi phụ thuộc vào các luồng lạch chính Trường

dòng chảy ổn định trong mùa đông hướng tây nam, tốc độ trung bình 20 - 25cm/s,

trong mùa hè hướng đông bắc, tốc độ trung bình 15 - 20cm/s Khi triều lên dòng

chảy thường có hướng từ nam lên bắc, khi triều xuống dòng chảy có hướng ngược

lại

c Sóng

Chế độ sóng khu vực biển Hải Phòng phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ gió và

đặc điểm địa hình và hình dạng đường bờ Sóng ven biển Hải Phòng chủ yếu là

sóng truyền từ ngoài khơi đã bị khúc xạ và phân tán năng lượng do ma sát đáy

Theo số liệu sóng tại trạm Hòn Dáu từ 1960 – 2002 cho thấy, trong mùa đông sóng

có các hướng chính là hướng Đông, Đông Bắc, tần suất tương ứng là 40%, 12% Độ

cao sóng trung bình các tháng mùa đông là 0,64 m, độ cao sóng cực đại đạt 2,8 m

Trong mùa hè sóng thịnh hành là hướng Nam và Đông Nam, với tần suất tướng ứng

là 27% và 37% Độ cao sóng trung bình 0,72 m, độ cao sóng cực đại đạt 5,6 m

Bảng 1.1 Trình bày các đặc trưng sóng, gió nhiều năm tại trạm Hòn Dáu

Bảng 1.1 Vận tốc gió và độ cao sóng trung bình nhiều năm tại trạm Hòn Dáu

d Nhiệt độ nước biển

Theo số liệu tại trạm Hòn Dáu từ 1960 – 2002 cho thấy, trong các tháng mùa

đông, nhiệt độ nước biển thường thấp hơn 25oC, nhiệt độ trung bình thấp nhất trong

năm thường xuất hiện vào tháng 2, nhiệt độ nước biển thấp nhất 13,5oC Vùng biển

phía tây nam có nhiệt độ trung bình cao hơn nhiệt độ nước biển vùng đông bắc,

chênh lệch từ 2 – 4oC, giá trị trung bình toàn vùng là 16oC Trong các tháng mùa hè, nhiệt độ nước biển trung bình cao hơn 25oC, nhiệt độ nước biển cao nhất đạt 35oC vào tháng 7 Nhiệt độ nước biển có xu thế giảm dần từ bờ ra khơi

e Độ muối nước biển

Vào mùa đông, độ muối tầng mặt trên toàn vùng biển Hải Phòng gần như đồng nhất với giá trị khoảng 31‰, từ tháng 2 đến tháng 4 độ muối đạt tới giá trị cao nhất là 32‰ Độ muối có xu thế tăng dần từ bờ ra khơi

Mùa hè, nước các sông ngòi đổ ra mạnh, độ muối giảm dần; tháng 8 độ muối giảm xuống thấp nhất, có thể tới 5‰ ở các khu vực gần cửa sông Tại vùng phía nam cửa Nam Triệu có một lưỡi nước độ muối thấp, hướng tây bắc - đông nam và trên vùng biển phía bắc cũng có một lưỡi nước độ muối thấp hướng đông bắc - tây nam; hai lưỡi nước này phát triển mở rộng dần và hoà vào nhau tại vùng đảo Trà Bản Theo chiều thẳng đứng, hiện tượng phân tầng độ muối phát triển suốt trong mùa hè, mạnh nhất vào tháng 8 Sự dao động của độ muối trong ngày chủ yếu do thủy triều gây ra, với biên độ khoảng từ 0,6 - 4‰

lơ lửng trong các tháng mùa lũ lớn hơn các tháng mùa kiệt

Các nghiên cứu [1, 6, 8] đã chỉ ra rằng, nồng độ trầm tích nồng độ trầm tích

lơ lửng tại cửa sông ven biển Hải Phòng biến thiên từ 10-1000 mg/l trong năm Mùa

lũ, nồng độ trầm tích lơ lửng biến thiên từ 53-215 mg/l, trên sông Bạch Đằng và phía ngoài cửa Nam Triệu có giá trị khá nhỏ khoảng 80-100 mg/l, cực đại đạt trên luồng Cửa Cấm với 700-964 mg/l Mùa khô, nồng độ trầm tích lơ lửng biến thiên từ

42-94 mg/l, cực đại đạt 252-860 mg/l tập trung ở vùng cửa sông phía ngoài do ảnh

hưởng khuấy đục đáy của sóng và dòng triều Hàm lượng trầm tích lơ lửng ở sông

Cấm có giá trị lớn nhất, sau đó đến sông Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình và Bạch

Đằng

Theo kết quả nghiên cứu [8], phân bố kích thước hạt các loại trầm tích đáy

biển khu vực Hải Phòng biến đổi từ lớn hơn 1m đến 0,001mm (Bảng 1.2) Trầm

tích cát nhỏ phân bố chủ yếu ở các khu vực ven biển và các doi cát hai bên cửa Nam

Triệu và Lạch Huyện: ven biển Đồ Sơn, các xã Tân Tiến, Tân Thành, Văn Phong,

Phù Long, Hiền Hào, Xuân Đán, chương Hoàng Châu và chương Hàng Dày Trầm

tích bột lớn phân bố bao quanh khu vực trầm tích cát nhỏ, tập trung nhiều nhất ở

khu vực ven biển Cát Bà trải rộng hết chương Hàng Dày Trầm tích bùn bột nhỏ

phân bố tập trung ở khu vực giữa Hòn Dáu - Đồ Sơn, Cát Hải và chương Hàng Dày,

Chương 2 MÔ HÌNH VNU/MDEC

Mô hình thủy động lực ba chiều (3D) VNU/MDEC được phát triển tại Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường - ĐQGHN trên cơ sở mô hình quy mô biển ven GHER của Đại học Liege So với mô hình GHER, mô hình MDEC đã được hoàn thiện hơn cho phép mô phỏng các quá trình quy mô nhỏ và vừa Trong đó sơ

đồ tham số hóa hệ số nhớt rối được triển khai khác nhau theo phương ngang và phương thẳng đứng Mô hình tính đến tác động của sóng trên mặt biển bằng cách sử dụng mô hình tương tác sóng-gió và mô hình lớp biên đáy [12-18, 22, 32]

Mô hình VNU/MDEC đã được kiểm chứng qua các tính toán áp dụng cho toàn Biển Đông, cho Vịnh Bắc Bộ, vùng biển Đông Nam Bộ và vùng biển Quảng Ninh, Hải Phòng trong Đề tài QGTD 07.94 và nhiều công trình nghiên cứu của GS Đinh Văn Ưu Các công trình này nghiên cứu trường dòng chảy, nhiệt độ, độ muối

và quá trình lan truyền chất lơ lửng, dầu nhiều pha trong nước và trầm tích lơ lửng với các quy mô thời gian tháng và mùa

Trong báo cáo này, học viên tập trung tính toán, phân tích các kết quả thu được đối với trường dòng chảy, mực nước và trường trầm tích lơ lửng vùng cửa sông ven biển Hải Phòng Đánh giá vai trò và các tác động của các sông đến chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích lơ lửng trong khu vực

2.1 Mô hình thủy động lực

Mô hình thủy động lực biển ven bờ bao gồm mô hình hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy, mô hình tác động trên mặt, mô hình lớp biên đáy và kỹ thuật xử lý điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo

2.1.1 Hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy

0 

h (2.2)

F T

b x

u k

x e x e x e

x e x e

: thông lượng rối riêng phần của động lượng, nhiệt lượng và lượng muối;

hạng thức năng lượng bổ sung từ các quy mô vừa và nhỏ 0 sẽ bị triệt tiêu khi mô

phỏng hoàn lưu tổng hợp với quy mô thời gian hàng giờ trở lên

Sơ đồ tham số hóa hệ số nhớt rối được triển khai khác nhau theo phương

ngang và phương thẳng đứng

Đối với phương thẳng đứng z(x3) sử dụng công thức kinh điển của

Kolmogorov:

;21

~

~ 1 / 4

3   k k l m

Trong đó mật độ động năng rối k thu được từ phương trình (2.5), quãng đường

xáo trộn rối l m được xác định theo lý thuyết lớp biên chất lỏng phân tầng:

với l n (x 3 ) là một hàm của khoảng cách tính từ biên đáy (x3)

Số Richardson thông lượng phụ thuộc vào mức độ phân tầng mật độ và phân lớp vận tốc (độ trượt-shear):

0 2 2

Thành phần tản mát năng lượng rối  được đánh giá theo tương quan của

Kolmogorov phụ thuộc vào k

thông qua số Richardson thông lượng R f :

4,11,1

~

;1

aw at a a D

10 2

(2.12)

Các tác động này được tham số hóa thông qua hệ số ma sát của mặt biển C D

xem hệ số này như một hàm của vận tốc gió tại khoảng cách z từ mặt biển Vận tốc

gió tại khoảng cách z lại chịu tác động của tham số nhám trong các điều kiện không

z z z z u

Trong đó z evà z0 được xác định theo các công thức bán thực nghiệm phụ

thuộc vào tỷ số giữa vận tốc sóng và vận tốc gió: c/V hay c/u* (Đinh văn Ưu, 1981)

Mô hình lớp biên đáy cho phép tính toán ứng suất tổng cộng của dòng nước

lên đáy Giá trị của ứng suất này cũng bao gồm hai thành phần: rối thuần túy do

hiệu ứng trượt vận tốc dòng chảy và do chuyển động sóng (Grant và Madsen, 1979,

WAMDI,1988):

cw w w c w c b

21

bc c

c

k z f

Trong đó kbc là tham số nhám thực tế được tính từ kết quả tổng hợp các tác

động của cả dòng lẫn sóng trong lớp biến đáy:

bc

K A u

u k

k bc b và hệ số ma sát dòng sẽ là:

0 2

)/ln(

2

1

z z f

Đối với ứng suất do sóng, ta có thế sử dụng công thức:

w w w

2.1.2 Phương pháp biến đổi tọa độ cong σ

Theo các nghiên cứu trước đây và nghiên cứu của Leonor Cancino và Ramiro Neves, 1999 chứng minh việc sử dụng tọa độ kép sigma làm tăng tính ổn định của mô hình tại các khu vực bãi triều và có thể tổng quát cho một số lượng lớn các miền sigma [19, 23, 30]

Phương pháp biến đổi tọa độ z theo  cho ta hệ tọa độ tựa cong bằng cách thay cho biến độ sâu bằng biến không thứ nguyên  Để chuyển đổi biến độ sau sang tọa độ mới chúng ta sử dụng biểu thức liên hệ tọa độ  với độ sâu biển h và

tọa độ z trong dạng đơn giản sau đây:

h h z H h z

Trong đó  - độ cao mặt biển,  = 1 khi z=  và  = 0 khi z= -h (đáy biển),

H là độ dày tổng cộng của cột nước

Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này cũng gặp phải những vấn đề cần giải quyết đặc biệt đối với điều kiện biên tại đáy biển, sự tương thích trong khai triển các gradient tại những vùng có biến đổi độ sâu đột ngột Trong trường hợp này dẫn tới gradient ngang trong mô hình có giá trị gần với gradient thẳng đứng Như vậy tại các miền có sự biến đổi lớn của độ sâu như các bờ biển dốc, việc sử dụng lưới tính tựa cong theo địa hình có thể dẫn tới sai số đáng kể Để khắc phục nhược

điểm này mô hình MDEC3D đã đưa ra phương pháp biến đổi tọa độ  kép Bằng

cách này đã giải quyết được những nảy sinh khi gradient độ sâu lớn Trong trường hợp thay thế độ dốc lớn bằng tường thẳng đứng sẽ cho phép giảm số điều kiện biên

xuống chỉ còn điều kiện biên đáy

Trên hình Hình 2.1 cho ta sơ đồ lưới trong tọa độ sigma kép phân bố theo

chiều thẳng đứng tại mặt cắt AB Trong mô hình này phân bố thẳng đứng được

phân thành hai vùng Region I và Region II, ranh giới giữa hai vùng được xác định

bằng HLIM, trong bài toán này sử dụng HLIM=1,86m Đối với lớp nước mặt (Region

I) và lớp nước bên dưới ( Region II) giá trị σ được chọn như sau:

1 Với sự lựa chọn phân vùng ở trên, theo chiều thẳng đứng mô hình gồm 5

tầng, 1 tầng ở lớp nước mặt và 4 tầng ở lớp nước bên dưới Sự lựa chọn này đảm

bảo thể hiện được các quá trình hoàn lưu trong khu vực một cách tỷ mỉ và các kết

quả đưa ra được phân bố thẳng đứng của các yếu nghiên cứu

Hình 2.1 Các điểm lưới tính trong hệ toạ độ cong sigma dọc mặt cắt AB

Công thức định nghĩa tọa độ chuyển đổi kép tọa độ z theo  có thể viết như

)1

)),min(

(1),,min(

,),min(

),min(

ˆ

1 1

3 1

1 3

1 1

3 1 1 3 3

h h L h x khi h h h x L

h L

h h x khi h h h h x L x

2.1.3 Điều kiện biên trong mô hình

Trong mô hình sử dụng 4 kiểu điều kiện biên cơ bản: Tại biên mặt và đáy biển sử dụng điều kiện không trao đổi vật chất qua biên; Tại biên đất sử dụng điều kiện không thấm; Tại biên biển sử dụng gradien theo hướng pháp tuyến bằng 0; Biên cửa sông sẽ được mô tả trong một mục khác

Trong bộ mô hình MDEC3D, có hơn 100 file là các chương trình con chuyên

xử lý các loại điều kiện biên thuộc hai loại: chủ động và thụ động

Điều kiện biên trên mặt tiếp giáp giữa biển- khí quyển

Trên mặt phân cách biển – khí quyển, cần đảm bảo tính liên tục của các thông lượng trao đổi từ hai môi trường có kể đến sự khác biệt về mật độ của nước

và không khí Thông thường các thông lượng này đều do quá trình trao đổi rối quyết định

 Đối với ứng suất rối:

0 3

 Thông lượng rối nhiệt và muối:

b b D

logarit trong lớp biên:

0

/ln

0~10 10



z cm Khi có hiệu ứng biến đổi hướng vận tốc trong lớp biên ta

có thể đưa thêm hệ số hiệu chỉnh R vào công thức (17) và chuyển về trong dạng

sau:

b b D

 Đối với động năng rối:

Giá trị động năng rối tại lớp biên đáy được xác định theo quy luật rối lớp

biên, trong bài toán này lớp biên đáy được mô phỏng theo quy luật logarit Như vậy

động năng rối có thể tính theo ứng suất rối đáy, theo Blumbert và Mellor (1987) thì

mối tương quan này có thể viết:

b

k 1/3

 Đối với các thông lượng nhiệt và muối:

Không có trao đổi qua đáy, các thông lượng cho bằng 0

Điều kiện biên lỏng

Điều kiện biên lỏng được xây dựng theo nguyên lý đảm bảo sự liên kết giữa trong và ngoài miền tính Sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn cho phép dễ dàng hơn việc triển khai đối với cả hai điều kiện giữ nguyên giá trị hoặc thông lượng qua biên Việc xây dựng các điều kiện biên cần đảm bảo không những tính liên tục của thông lượng mà có khả năng thể hiện miền ngoài như một hệ tích cực áp đặt lên hệ trong hoặc như hệ thụ động chịu tác động của hệ trong

Điều kiện biên cứng

Tương tự như ở đáy, đối với các biến vô hướng, các thông lượng theo hướng pháp tuyến của các biến vô hướng đều bị triệt tiêu và cho bằng 0, còn với vận tốc thì áp dụng luật ma sát biên:

u C u n n n

C D



với C D

C là hệ số ma sát

Tại các cửa sông thì điều kiện biên riêng được áp dụng không tuân thủ điều kiện biên cứng

2.1.4 Điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo

Trong [20] GS Đinh Văn Ưu đã đưa ra phương pháp sử lý điều kiện biên hở cửa Nam Triệu và Lạch Tray, khu vực cửa sông có triều áp đảo Mực nước thực tế vùng biển cửa sông sẽ bao gồm tổng mực nước do dao động triều và gia tăng mực nước do sông đổ ra:







Trong đó phần gia tăng mực nước do sông  sẽ bị triệt tiêu khi đi xa về phía

biển Mối tương quan giữa đại lượng này với lưu lượng hay vận tốc tương ứng sẽ

phụ thuộc vào đặc trưng hình thái cửa sông

Đại lượng gia tăng mực nước do sông được xác định thông qua thử nghiệm

số trị và thiết lập mối tương quan với lưu lượng thông qua một đa thức bậc 2 Đối

với cửa Nam Triệu, giá trị gia tăng mực nước do sông có thể biến đổi đến 0,003 m

với lưu lượng sông cực đại khoảng 1000 m3/s, giá trị này bằng 0,001 m với lưu

lượng sông trung bình khoảng 400 m3/s

2.2 Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng

2.2.1 Hệ phương trình lan truyền và khuếch tán vật chất

Trong mô hình vận chuyển trầm tích sử dụng phương trình 3D bình

lưu-khuyếch tán nồng độ trầm tích lơ lửng không biến tính (c):

c

z c z y c y x c

Trong đó, bên cạnh các thành phần vận tốc (u,v, w) và hệ số khuếch tán (λx,

λy, λz) theo 3 hướng, vận tốc lắng đọng ws phụ thuộc vào đặc trưng của trầm tích lơ

lửng

Quá trình lắng đọng và bứt tách trầm tích trên đáy được kết nối với mô hình

vận chuyển trầm tích thông qua điều kiện biên đáy:

E D Q z

Trong đó Q là suất trao đổi trầm tích trên một đơn vị diện tích bề mặt do

kết quả của các quá trình lắng đọng (D) và bứt tách (E) Đối với chất lơ lửng là phù

sa - một hợp phần tựa bền vững với các nguồn xuất - nhập hầu như chỉ xẩy ra trên

biên, vì vậy chỉ cần chú ý duy nhất đến quá trình lắng đọng

Trong nghiên cứu này, các điều kiện biên đối với các biên biển hở được cho giá trị không đổi về nồng độ phi thứ nguyên Đối với mặt phân cách giữa lớp nước

và lớp đáy, các thông lượng trao đổi được tính thông qua quá trình bứt xói và lắng đọng trầm tích

Suất lắng đọng qua biên này được tính dựa vào vận tốc chìm lắng, nồng độ chất lơ lửng tại chỗ và giá trị vận tốc động lực tương đối so với giá trị tới hạn cho phép lắng đọng xuống đáy

u

u c w D





11

Thông thường giá trị s ≈ 2,65 và η = 1,5.10-6 m2/s

Giá trị của d được xác định theo công thức:

21

d d d

d

s

 là độ phân tán của kích thước hạt trầm tích  s<

2 khi trầm tích tương đối đồng nhất,

cr b cr b c

T

, , ' ,

công thức phụ thuộc vào kích thước hạt và giá trị số Shields tới hạn:

cr s

4124,0

* 64 , 0

* 1

D D

D D

cr

trong đó kích thước hạt phi thứ nguyên đặc trưng được tính theo công thức:

3 / 1 2 50

*

)1(

Như vậy kích thước hạt trầm tích d = d50 khi giá trị ứng suất tương đối T >

25

Nghiên cứu vận tốc chìm lắng trong điều kiện dòng triều, Portela (1997) đã

dẫn ra công thức đơn giản hơn chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất lơ lửng:

3 1

/1,0).(02,0

/1,0).(002,0

m kg c s m

m kg c s m

Nồng độ chất lơ lửng gần đáy cb và c được lấy theo nồng độ tại biên dưới

cùng lớp nước hoặc giá trị trung bình cho lớp biên đáy Giá trị của nồng độ này có

thể tính theo quy luật hàm số mũ (Mayer, 1995):

1 0

01

v

s b

v

e H A

w c

với H0 là độ dày lớp nước có ảnh hưởng, thông thường độ dày này được chọn

bằng 1m và c là nồng độ trung bình trong lớp nước đó

Hệ số khuếch tán Av đối với chất lơ lửng mịn đường kính nhỏ hơn 20 µm

được xem là giảm tuyến tính trong lớp sát đáy từ 3.10-10 m2/s đến 3.10-11 m2/s

s m

s m w

s m w c

s m w

s m u

s

s s

s

d

/10.5).(028,0

/10.510.5).()3,4(log02,0008,0

/10.5).(008,0

5 1

5 5

1

5 1

Với

s m

w bio1,15.106 / (2.44) Thông lượng bứt xói từ đáy có thể tính theo nhiều cách khác nhau đối với từng loại trầm tích đáy

Theo Pohlmann (1994), đối với đáy bùn thì suất bứt xói sẽ là:

)/(

E D

2.2.2 Mô hình biến đổi độ dày lớp trầm tích đáy lỏng

Sử dụng phương trình bảo toàn khối lượng để nghiên cứu biến đổi của độ

là thông lượng vật chất vận chuyển ngang trong lớp đáy lỏng có thể

xem đồng nhất với dòng vận chuyển trầm tích di đáy Các hạng thức D và E tương

ứng suất lắng đọng và bứt xói trao đổi với lớp nước nằm trên

Thông thường suất di đáy q

 được tính theo véc tơ của dòng vận chuyển trầm tích di đáy q

, đại lượng này được tính theo nhiều công thức khác nhau như

Piter-Mayer, Van Rijn, v.v phụ thuộc vào ứng suất đáy do tác động của sóng và

dòng chảy và đặc trưng của trầm tích

Công thức Piter-Mayer (1948) dạng tổng quát có thể viết như sau:

2 / 3 2

/ 3 50 2 / 1

)047,0(

Với

50 ,

d

h

C  , h là độ sâu lớp nước, ks,c là tham số nhám

Nếu bỏ qua hạng thức 0,047, công thức (2.48) trở về dạng đơn giản sau:

2 / 3 2 2

.)()(

s cr



Cùng với các giả thiết về hai lớp như trên, Van Rijn (1984) đã đưa ra công

thức tính vận chuyển di đáy trong dạng sau:

cr cr

s

v

v D d

(2.51)

Giá trị ứng suất đáy phục vụ tính tham số Shields, θ, được lấy từ kết quả mô hình thuỷ nhiệt động lực 3D:

2 ,o  u

Như vậy, việc đưa mô hình lớp trầm tích đáy lỏng vào mô hình 3D thuỷ động lực vừa cho phép cung ứng các điều kiện biên trao đổi chất qua biên cho phép giải bài toàn vận chuyển chất lơ lửng, đồng thời kết quả tính toán ứng suất đáy lại cung cấp đầu vào cần thiết cho mô hình lớp biên đáy lỏng Trong trường hợp phát triển

mô hình lớp biên đáy bao gồm các tầng trầm tích khác nhau, chúng ta có thể hoàn thiện mô hình biến động đáy đáp ứng các yêu cầu về nghiên cứu bồi, xói cũng như nguồn gốc, chất lượng môi trường

2.3 Các phương pháp tham số hóa của mô hình 2.3.1 Phương pháp thể tích hữu hạn

Trong mô hình sử dụng phương pháp phần tử hữ hạn để rời rạc hóa hệ phương trình vi phân Cơ sở chính của phương pháp này dựa trên việc thiết lập sự cân bằng cho môt thể tích nào đó và tiến hành cho thể tích này giảm nhưng vẫn giữ giá trị khác 0 Điều này khác với phương pháp sai phân hữu hạn khi ta thay thế biểu thức đạo hàm bằng cách phân tích vào chuỗi Taylor

Kết quả triển khai phương pháp thể tích hữu hạn cho ta giá trị các biến cấu trúc tương đương giá trị trung bình cho toàn thể tích được hình thành bởi các gia số nguyên tố của các tọa độ

Để minh họa sơ đồ rời rạc hóa theo phương pháp thể tích hữu hạn, chúng ta xem xét kết quả triển khai đối với phương trình thủy-nhiệt động lực học trong dạng tổng quát: phương trình tiến triển bình lưu-khuếch tán đối với biến tổng quát y: