ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY LỰC KHU VỰC NAM ĐÌNH VŨ THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 2.1. Mục tiêu chung 2 2.2. Mục tiêu cụ thể 2 3. Nội dung nghiên cứu của đề tài 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3 1.1. Cơ sở lý luận 3 1.2. Cơ sở thực tiễn 4 1.2.1. Tình hình nghiên cứu thế giới 5 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 6 CHƯƠNG II ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9 2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 9 2.1.1. Địa điểm nghiên cứu 9 2.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội 19 2.1.2 Thời gian nghiên cứu 21 2.2 Đối tượng nghiên cứu 21 2.3 Phương pháp nghiên cứu 21 2.3.1 Phương pháp luận: 21 2.3.2 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu địa chất, thủy văn để sử dụng cho việc mô phỏng diễn biến đường bờ thông qua mô hình MIKE 21 22 2.3.3 Phương pháp biên tập bản đồ 22 2.3.4 Phương pháp phân tích và tổng hợp 22 2.3.5 Phương pháp chuyên gia 23 2.3.6 Phương pháp kế thừa, phân tích các tài liệu từ các nguồn hiện có 23 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 24 3.1. Giới thiệu về mô hình 24 3.1.1. Phần mềm Mike Zero 24 3.1.2. Giới thiệu mô hình MIKE 21 25 3.1.3. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 21 26 3.1.4. Hệ phương trình cơ bản và phương pháp giải 27 3.1.5. Cơ sở lý thuyết công cụ MIKE 21 ToolBox tính toán mực nước triều 28 3.2. Tài liệu thu thập 28 3.2.1. Địa hình 28 3.2.2. Số liệu khí tượng 29 3.2.3. Thủy triều 29 3.2.4. Số liệu hải văn 29 3.3. Thiết lập dữ liệu đầu vào mô hình 30 3.3.1. Lựa chọn miền tính, lưới tính 30 3.3.2. Thiết lập các điều kiện biên 31 3.3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. 34 3.3.4. Kết quả mô phỏng thủy lực theo mùa 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 1. Kết luận 51 2. Kiến nghị 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA KHOA HỌC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA KHOA HỌC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của em

Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài là trung thực Những tài liệutrong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính emthu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong báo cáo còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như sốliệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồngốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

về nội dung báo cáo khoa học của mình

Hà Nội, Ngày 15 tháng 5 năm 2017

Sinh Viên

Nguyễn Minh Tùng

LỜI CÁM ƠN

Đồ án “Ứng dụng mô hình MIKE 21 nghiên cứu chế độ thủy lực khu vực NamĐình Vũ thành phố Hải Phòng” do sinh viên Nguyễn Minh Tùng thực hiện từ2/2017 -5/2017 dưới sự hướng dẫn của cô giáo Nguyễn Thị Lan Trong quá trìnhthực hiện, đề tài em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình, sự chỉ bảo của cô giáoNguyễn Thị Lan và tòan thể các thầy, cô giáo trong khoa Khoa học biển và Hải đảotrường Đại Học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội để hoàn thành mục tiêu và nhiệm

vụ đề ra Em xin trân trọng cảm ơn sự chỉ bảo, giúp đỡ, phối hợp chân thành và hiệuquả đó

Do thời gian và trình độ em còn nhiều hạn chế nên đồ án sẽ không tránh khỏinhững thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp tích cực của thầy và các bạn

để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 15 tháng 5 năm 2017

Sinh Viên

Nguyễn Minh Tùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

2.1 Mục tiêu chung 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 2

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3

1.1 Cơ sở lý luận 3

1.2 Cơ sở thực tiễn 4

1.2.1 Tình hình nghiên cứu thế giới 5

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 6

CHƯƠNG II ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9 2.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 9

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 9

2.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 19

2.1.2 Thời gian nghiên cứu 21

2.2 Đối tượng nghiên cứu 21

2.3 Phương pháp nghiên cứu 21

2.3.1 Phương pháp luận: 21

2.3.2 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu địa chất, thủy văn để sử dụng cho việc mô phỏng diễn biến đường bờ thông qua mô hình MIKE 21 22

2.3.3 Phương pháp biên tập bản đồ 22

2.3.5 Phương pháp chuyên gia 23

2.3.6 Phương pháp kế thừa, phân tích các tài liệu từ các nguồn hiện có 23

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 24

3.1 Giới thiệu về mô hình 24

3.1.1 Phần mềm Mike Zero 24

3.1.2 Giới thiệu mô hình MIKE 21 25

3.1.3 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 21 26

3.1.4 Hệ phương trình cơ bản và phương pháp giải 27

3.1.5 Cơ sở lý thuyết công cụ MIKE 21 ToolBox tính toán mực nước triều 28

3.2 Tài liệu thu thập 28

3.2.1 Địa hình 28

3.2.2 Số liệu khí tượng 29

3.2.3 Thủy triều 29

3.2.4 Số liệu hải văn 29

3.3 Thiết lập dữ liệu đầu vào mô hình 30

3.3.1 Lựa chọn miền tính, lưới tính 30

3.3.2 Thiết lập các điều kiện biên 31

3.3.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 34

3.3.4 Kết quả mô phỏng thủy lực theo mùa 38

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

1 Kết luận 51

2 Kiến nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DĐMN Dao Động Mực Nước

DHI Danish Hydraulics Institute

GMT Giờ Mặt Trời tại đài thiên văn Hoàng Gia Greenwich tại Greenwich,

Luân Đôn, Anh Nơi đây được quy ước nằm trên kinh tuyến số 0.KTTV Khí Tượng Thủy Văn

NSE Nash – Sutcliffe

TĐL Thủy Động Lực

UTM Viết tắt của cụm từ Universal Trasverse Mercator hay Universal

Trasverse Mercator khi được dịch sang tiếng Việt nó có nghĩa là phép

chiếu hình trụ ngang đồng góc hay Phép chiếu bản đồ UTM.

VCSHP Vùng Cửa Sông Hải Phòng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Tần suất vận tốc gió và các hướng trung bình năm tại Hòn Dáu (1960 2011) 12Bảng 2.2: Tần suất độ cao sóng và các hướng tại Hòn Dáu (1970-2011) 15Bảng 3.1: Bảng kết quả chỉ tiêu Nash – Sutcliffe 35

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hải Phòng là một thành phố duyên hải nằm ở hạ lưu của hệ thống sông TháiBình thuộc đồng bằng sông Hồng Có hệ thống sông ngòi lớn với 5 cửa sông mang

5 đặc trưng về thủy động lực khác nhau cho thấy sự đa dạng của khu Nam Đình Vũ(Bạch Đằng) là 1 trong số 5 cửa sông thuộc hệ thống sông ngòi của Hải Phòng.Nam Đình Vũ hay còn gọi là tân cảng Đình Vũ, hiện là khu bến cảng chính, cảngtổng hợp và cảng container của cụm cảng Hải Phòng Nó nằm ở cửa sông BạchĐằng, trên bán đảo Đình Vũ, thuộc quận Hải An, thành phố Hải Phòng Là mộttrong những cảng có tầm quan trọng đặc biệt trong sự phát triển kinh tế - xã hội và

an ninh quốc phòng của nước ta Đặc điểm nổi bật ở cửa sông Nam Đình Vũ là bịchi phối mạnh mẽ bởi dòng chảy lũ từ trong sông Thành phần này có mặt và chiếmhầu như toàn bộ luồng lạch chính và một phần biển nông trước ngưỡng của cửasông (trước các bar chắn cửa sông) Tốc độ dòng chảy lũ rất cao nó lấn át dòng triềuvốn tồn tại không phụ thuộc vào chế độ mùa Nước lũ chảy mạnh, đẩy khối nướcmặn về phía trước đỉnh bar Tốc độ dòng chảy tổng hợp ở lòng dẫn cửa sông đặcbiệt mạnh khi triều rút xuống thấp, có thể đạt và vượt tốc độ 1 m/s Do độ dốc mặtnước trong sông lớn khi triều thấp và nước chảy trong lòng dẫn có thiết diện nhỏhẹp gây hiện tượng xói sâu lòng dẫn ở ngưỡng cửa sông, phá vỡ các bar chắn cửasông Nam Đình Vũ nói chung đã được chú ý nghiên cứu từ khá sớm nhằm thu thậpnhững tư liệu phục vụ cho việc khai thác, sử dụng nguồn lợi, phát triển kinh tếbiển, phát triển kinh tế - xã hội trong vùng và đảm bảo an ninh quốc phòng

Để thực hiện các mục tiêu trên đòi hỏi phải có những khảo sát kỹ về các điềukiện tự nhiên như địa chất địa mạo, các điều kiện về khí tượng, thủy văn, hải văn,các chế độ thủy triều, của khu vực Trên cơ sở đó cần thiết có những nghiên cứutổng thể về các đặc trưng thủy lực của khu vực phục vụ việc xây dựng các côngtrình ven biển, phục vụ công tác thăm dò và khai thác dầu khí và hơn hết là phục vụcông tác quy hoạch phát triển vùng Mặc dù vậy, so với các vùng cửa sông khác củanước ta nói riêng và Biển Đông nói chung mức độ nghiên cứu ở đây còn tương đối

ít và riêng lẻ Mức độ chi tiết và những biến động theo không gian và thời gian của

các đặc trưng chế độ thủy lực cần phải được tiếp tục nghiên cứu tỉ mỉ hơn để phục

vụ các yêu cầu thực tế ngày càng cao tại từng vùng cụ thể

Theo đánh giá của Bộ Tài nguyên và Môi trường cũng như đánh giá của các

tổ chức quốc tế thì Việt Nam là một trong số các nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhấtcủa tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu Trong đó khu vực cửa sông Nam Đình Vũthành phố Hải Phòng là một trong những khu vực trọng điểm chịu sự ảnh hưởngnày Chính vì vậy cần phải có những nghiên cứu sâu và cụ thể về các đặc trưng thủylực (chế độ thủy triều, chế động sóng, dòng chảy từ hệ thống sông ) này để làm cơ

sở phục vụ công tác nghiên cứu, phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai bão lũ

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Cần nắm được đặc điểm của khu vực nghiên cứu, nắm được cơ sở lý thuyếtcủa mô hình MIKE 21 Xác định một số đặc trưng thủy lực khu vực Nam Đình Vũ,Hải Phòng Các kết quả tính toán các đặc trưng chế độ mực nước, vận tốc dòngchảy… Do vậy, cấu trúc của đồ án gồm các phần sau: Ngoài phần mở đầu, kết luận

và kiến nghị cấu trúc đồ án gồm 3 chương chính:

Chương I: Tổng quan nghiên cứu

Chương II: Địa điểm, thời gian và phương pháp nghiên cứu

Chương III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Cơ sở lý luận

Cửa sông: Theo quan điểm động lực, D.W Pritchard (1967) cho rằng “Cửasông là một thủy vực ven bờ nửa khép kín, liên hệ trực tiếp với biển và ở trong đó,nước biển hòa trộn có mức độ với nước ngọt đổ ra từ các dòng lục địa” Tuy nhiênđịnh nghĩa này không đúng với các hệ cửa sông mù và các cửa sông quá mặn Vìvậy, J.H.Day(1981) đã bổ sung và đề xuất một định nghĩa có nội dung rộng hơn”Cửa sông là thủy vực ven bờ nửa khéo kín về mặt không gian, liên hệ trực tiếp vớibiển một cách thường xuyên hay theo chu kỳ, trong đó độ muối biến đổi do sự hòatrộn có mức độ của nước biển với nước ngọt đổ ra từ các dòng lục địa”

Như vậy, vùng cửa sông là nơi tranh chấp mãnh liệt giữa đất liền và biển, ở đóluôn xảy ra hai quá trình trái ngược nhau là bồi tụ và bào mòn Hai quá trình nàyxảy ra phụ thuộc vào các yếu tố thủy lực của dòng sông và dòng biển (Sóng, thủytriều,…) và các quá trình địa chất

Vùng ven bờ: Theo IUCN(1986), vùng ven bờ được định nghĩa như sau: “làvùng ở đó đất và biển tương tác với nhau, trong đó ranh giới về đất liền được xácđịnh bởi giới hạn các ảnh hưởng của biển đến đất và ranh giới về biển được xácđịnh bởi giới hạn các ảnh hưởng của đất và nước ngọt đến biển”

Vùng ven biển (Coastal area): về mặt địa lý thì rộng hơn vùng ven bờ, đườngbiên của nó mở rộng về phía đất liền hơn Vùng ven bờ chỉ là một phần của khu vựcven biển Điều này rất quan trọng, đứng trên phương diện chức năng, bởi trongnhiều quy trình về môi trường, nhân khẩu, kinh tế và xã hội trên thực tế bắt nguồn

từ vùng ven biển rộng lớn, tuy nhiên những biểu hiện của chúng chỉ thấy rõ trongphạm vi vùng ven bờ

Vùng cửa sông ven biển là vùng chịu sự tương tác giữa môi trường nước biển

và nước ngọt, hình thành nước lợ với sự pha trộn các tính chất của môi trường nướcbiển và nước ngọt nội địa Hoạt động thủy triều tác động lên vùng này hình thànhcác hệ sinh thái thủy sinh vô cùng đa dạng và phong phú, có ảnh hưởng đến hoạtđộng sản xuất và phát triển kinh tế của vùng Vùng cửa sông ven biển là nơi nhậnnguồn dinh dưỡng hữu cơ dồi dào bắt nguồn từ các con sông cũng như được bổ

sung từ biển, là nguồn cung cấp thức ăn dồi dào để hỗ trợ cho sự sống của nhiềuloài sinh vật khác nhau.

Thủy triều là hiện tượng dao động thường xuyên có tính chu kỳ của các khốinước trong các biển và đại dương, nước sông Có 2 nguyên nhân gây ra hiện tượngthủy triều Thủy triều do các thiên thể gây ra, tác động bởi lực vạn vật hấp dẫn, gọi

là thủy triều thiên văn Thủy triều do các điều kiện khí tượng như gió bão, hoạtđộng của sóng v.v., gọi là thủy triều khí tượng Thủy triều khí tượng xảy ra khôngtheo quy luật Thủy triều thiên văn xảy ra hàng ngày và có quy luật

Mô hình thủy lực là một công cụ dùng để mô phỏng các chế độ thủy động lựcnhư chế độ sóng, dòng chảy, nước dâng… Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều các

mô hình thủy lực được áp dụng rộng rãi Tuy nhiên, mỗi mô hình đều có nhiệm vụ,chức năng riêng, tùy thuộc vào mục đích và khu vực nghiên cứu cụ thể mà chúng talựa chọn mô hình nghiên cứu cho phù hợp

Mô hình MIKE 21: do DHI Water & Enviroment phát triển, là hệ thống môhình mới cơ bản trong cách tiếp cận mắt lưới linh hoạt Hệ thống mô hình được pháttriển cho việc ứng dụng nghiên cứu hải dương học, môi trường vùng cửa sông venbiển Mô hình gồm có phương trình liên tục, phương trình mômen, phương trìnhmật độ, phương trình độ mặn

Module thủy động lực là thành phần tính toán cơ bản của hệ thống mô hìnhMIKE 21, cung cấp chế độ thủy lực cơ bản cho khu vực tính toán

Bờ biển là một dải đất có chiều rộng không xác định mở rộng từ đường bờvào sâu trong đất liền tới sự thay đổi đầu tiên về địa hình Các vách, các cồn cát,hoặc đường thực vật có mặt thường xuyên

1.2 Cơ sở thực tiễn

Hải Phòng có mạng lưới sông ngòi dày đặc, mật độ trung bình từ 0.6- 0.8 kmtrên 1m2 Sông ngòi Hải Phòng đều là các chỉ lưu của sông Thái Bình đổ ra vịnhBắc Bộ Cụ thể, các dòng chảy trong hệ thống được mô tả như sau: sông Cầu bắtnguồn từ vùng núi Văn Ôn ở độ cao trên 1.170 m thuộc Bắc Cạn, về đến Phả Lại thìhợp lưu với sông Thượng và sông Lục Nam, là nguồn của sông Thái Bình chảy vàođồng bằng trước khi đổ ra biển với độ dài 97km và chuyền hướng chảy theo tây

và sông Thái Bình đã tạo ra mạng lưới chi lưu các cấp như sông Kinh Môn, KinhThầy, Văn Úc, Lạch Tray,…đổ ra biển bằng 5 cửa sông chính gồm : cửa sông BạchĐằng, Văn Úc, Cấm, Thái Bình, Lạch Tray.

1.2.1 Tình hình nghiên cứu thế giới

Có rất nhiều các công trình nghiên cứu về động lực và hình thái bờ biển như:

“Động lực vùng bờ biển không có thủy triều” của Longinov V.V (1963), “Địa mạo

bờ biển” của Leontyev O.K., Nikiforov L.G và Safianov G.A Các nghiên cứu vềquá trình biến đổi địa hình ở đới bờ là một trong những hướng phát triển của địamạo học Trong giai đoạn đầu, việc nghiên cứu chủ yếu dừng lại ở mức mô tả, tiếp

đó là đo vẽ Trong quá trình đó, các nhà địa mạo nhận thấy rằng mỗi hình thái địahình ở đới bờ thường do một quá trình động lực chủ đạo tạo ra “hình thái nào, độnglực ấy” (quả nào thì nhân ấy).[11]

Tức là từ các thành tạo địa hình có thể phỏng đoán được các quá trình độnglực trong quá khứ đã tạo ra chúng Sau này, từ nhu cầu thực tiễn, phải dự báo đượccác quá trình phát triển của các dạng địa hình, đặt ra vấn đề phải hiểu biết các quátrình động lực cũng như cơ chế thành tạo địa hình (động lực nào thì hình thái đó).Theo hướng nghiên cứu này, việc mô phỏng các quá trình thủy-thạch động lực bằngcác mô hình toán là cần thiết Nó cho phép các nhà nghiên cứu có thể tính toán cáctrường động lực bằng các công thức toán học, giảm bớt khó khăn trong đo đạc thực

tế, nhất là trong thời gian xảy ra các hiện tượng thời tiết nguy hiểm

Một số mô hình tính toán, dự báo các quá trình sóng, dòng chảy, vận chuyểnbồi tích và biến đổi địa hình được xây dựng ở các trường đại học và viện nghiên cứukhác nhau như: WAMDI Group (1988); Guenther và đồng nghiệp (1992), mô hìnhtính sóng vùng khơi WAM[12]; Tolman 1991, STWAVE; Young (1988), mô hìnhtính sóng trong bão[13]; Ebersole, Cialone, and Prater 1986, mô hình tính sóngvùng ven bờ: RCPWAVE, RDE, PBCG,… Nhìn chung, các mô hình đều được xâydựng với tổ hợp nhiều mô đun Do việc đo đạc, tính toán các quá trình ven bờ rấtphức tạp, nên các phương pháp thực nghiệm, thống kê vẫn đóng vai trò chủ đạo.Những năm gần đây công nghệ ảnh viễn thám đã được áp dụng rộng rãi, nhằm đánhgiá sự biến đổi đường bờ với độ phân giải lớn Cùng với sự phát triển của phươngpháp mô hình hóa, thống kê trong việc nghiên cứu các quá trình động lực vùng ven

bờ là sự phát triển các thiết bị khảo sát, dựa trên các thành tựu mới nhất về quanghọc và sóng âm đo đạc các đặc trưng động lực ven bờ như: máy đo sóng- dòngchảy, máy đo lưu lượng nước sông Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau như

độ nhạy cảm của sensor, độ bền, nên các thiết bị hiện đại đo đạc được sử dụng hạnchế Với các công trình nghiên cứu địa mạo nói chung và địa mạo bờ biển trong cácmối quan hệ động lực hình thái nói riêng, những năm gần đây đã đạt được nhiều kếtquả mới cả về lý thuyết cũng như ứng dụng trong thực tiễn nhờ những tiến bộ về kỹthuật quan trắc, thu thập số liệu và các mô hình số

Mặc dù, khoa học về cửa sông về bờ biển chỉ mới được hình thành từ khoảnggiữa thế kỷ 20, với sự ra đời công trình “Cơ sở học thuyết về phát triển bờ biển” củaZencovich V.P.(1962), nhưng những nghiên cứu về mối quan hệ giữa địa hình bờbiển và các quá trình động lực đã được các nhà khoa học đề cập đến từ lâu.[14] Vàonửa sau của thế kỷ 20, đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về động lực vàhình thái bờ biển, trong đó đáng quan tâm hơn là “Động lực vùng bờ biển không cóthủy triều” của Longinov V.V (1963) , “Địa mạo bờ biển” của Leontyev O.K Tómgọn lại lần nữa, vùng cửa sông là nơi chịu tác động phức tạp của chế độ động lựcsông- biển đã đạt được là đáng trân trọng, góp phần lý giải và làm sáng tỏ nhiều vấn

đề Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chủ yếu tập trung tại môt khu vực và chưa đánhgiá một cách cụ thể rõ nét từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp.[11]

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Đề tài nghiên cứu “Các đặc trưng thủy động lực và môi trường tại khu vựccửa sông Bạch Đằng” của tác giả Đinh Văn Ưu đã cho thấy dao động mực nước tạikhu vực cửa sông Bạch Đằng chịu sự chi phối hoàn toàn của thủy triều Tác giả đãđưa ra được một số kết quả phân tích các đặc điểm thủy động lực và môi trường thuđược chủ yếu từ đợt khảo sát ngày 22 tháng 8 đến 29 tháng 8 năm 2012 tại trạmHoàng Châu trên khu vực cửa Nam Triệu (Các đặc trưng thủy động lực sẽ bao gồmdao động mực nước và cấu trúc dòng chảy, những đặc trưng môi trường chỉ baogồm độ muối và nồng độ trầm tích lơ lửng - sẽ được sử dụng khi thiết lập điều kiệnbiên cho mô hình thủy động lực - môi trường) Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa cótính xác thực, chưa có số liệu cụ thể, tất cả chỉ dừng lại ở lý thuyết, lập luận và chưa

hưởng của lưu lượng nước sông lên dao động mực nước trong thời gian ngắn hạnhầu như không đáng kể Đối với dao động dài hạn quy mô mùa trở lên, mức độ ảnhhưởng cần được nghiên cứu kỹ hơn thông qua quan trắc đồng bộ, độ chính xác trên

cơ sở phân tích tương quan mực nước - lưu lượng dọc cửa sông kết hợp mô hìnhthủy lực.[2]

Việc so sánh đồng thời biến trình hướng và vận tốc dòng chảy từ các kỳnước kiệt và nước cường cho ta thấy khoảng thời gian nước biển đi vào sông tăngdần theo mức độ tăng của độ cao triều, đặc biệt tại tầng mặt khí hậu như tất cả 24giờ đều quan trắc thấy nước từ sông chảy ra Tác giả Đào Đình Châm và NguyễnQuang Minh đã đưa ra được những ý kiến nhận định về các yếu tố động lực tại khuvực Hải Phòng trong đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu đánh giá chế độ thủy lực họckhu vực biển cửa sông Văn Úc - Thành Phố Hải Phòng” Dòng chảy sông có ảnhhưởng rất lớn đến dòng chảy chung ở vùng cửa sông vào mùa hè, mùa này thườngxảy ra các trận lũ lớn do mưa kéo dài ở thượng nguồn các con sông Diễn biến dòngchảy phụ thuộc vào quá trình phân phối nước trong hệ thống sông Hồng - sông TháiBình Hơn nữa thủy triều cũng đóng vai trò quan trọng trong chế độ động lực chung

ở cửa sông: biên độ dao động mực nước tạo lên đới sóng vỡ và dải đất bùn chìmngập rất rộng ở khu vực cửa sông Nó là một trong những yếu tố chủ yếu quyết địnhnên sự hình thành, phát triển luồng lạch và các bãi bồi ven biển vực sông.[1]

Ở một khía cạnh khác trong tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển các tác giảTrần Đức Thạnh, Lê Đức An, Trịnh Minh Trang đã hiểu rất rõ về tài nguyên vị thếtiềm năng vùng cửa sông để từ đó cho ra đề tài nghiên cứu có tên “Vùng cửa sông ởHải Phòng- Tài Nguyên vị thế và tiềm năng phát triển” Bài viết đã nêu bật lên đượcvùng cửa sông Hải Phòng có một tiềm năng lớn về tài nguyên vị thế đối với pháttriển kinh tế - xã hội của thành phố Về tài nguyên địa – tự nhiên, đây là vị trí đầumối của các hệ thống thủy đạo sông biển, vị trí chuyển tiếp giữa lục địa và biển, bản

lề giữa ven bờ Đông Bắc và đồng bằng châu thổ sông Hồng, là cửa ngõ của Bắc Bộ

và Nam Trung Quốc Đó là các vùng cửa sông hình phễu và châu thổ điển hình, cócấu trúc nửa kín, hệ thống luồng lạch sâu rộng, khá ổn đinh và có diện tích vùngtriều rộng lớn Không chỉ có vậy tác giả còn khẳng định đây là vùng có các tàinguyên thiên nhiên khá phong phú và đặc biệt chế độ nhật triều đều biên độ lớn

mang lại nhiều lợi ích lớn về kinh tế và môi trường, có giá trị cửa mở hướng biển ởven bờ phía Bắc Việt Nam, gắn kết Hải Phòng với thủ đô chính trị Hà Nội Hơn nữatác giả nêu lên vùng cửa sông Hải Phòng còn là không gian phát triển các khu dân

cư và đô thị hóa ven biển,nơi hội tụ nhiều yếu tố góp phần đảm bảo an ninh quốcphòng, hỗ trợ giữ vững chủ quyền và lợi ích quốc gia trên biển.[6]

Các nhà nghiên cứu không chỉ dừng ở nghiên cứu chế độ thủy lực, đề tài

“Nghiên cứu và thiết kế giải pháp bảo vệ bờ biển Môi Trường” của Đoàn ThịGiang, tác giã đã sử dụng phần mềm MIKE 21 để đưa ra một bộ số liệu hằng sốthủy triều trên toàn cầu, từ đó dự báo kết quả thủy triều tương đối chính xác tại cáctrạm dọc ven biển Việt Nam cũng như các điểm trên thế giới.[4]

Trước tính cấp bách của vấn đề, tôi quyết định chọn đề tài “Ứng dụng mô hìnhMIKE 21 nghiên cứu chế độ thủy lực khu vực Nam Đình Vũ thành phố Hải Phòng”

để tìm hiểu nhiều hơn sâu hơn về cơ chế các yếu tố thủy lực và ứng dụng mô hìnhMIKE 21 để mô phỏng chế độ thủy lực tại khu vực Nam Đình Vũ thành phố HảiPhòng Tuy nhiên, do hạn chế về những số liệu mới nhất và tài liệu tham khảo nên

đề tài chỉ dừng ở việc nghiên cứu chung về các yếu tố sóng , thủy triều, dòng chảy

và cuối cùng là ứng dụng Mike 21 tại khu vực cửa sông Nam Đình Vũ thành phốHải Phòng

CHƯƠNG II ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Khu vực cửa sông Nam Đình Vũ thành phố Hải Phòng

Hình 2.1: Vùng cửa sông Nam Đình Vũ – Hải Phòng

(Nguồn: Ảnh vệ tinh trích từ Google earth) 2.1.1.1 Đặc điểm tự nhiên

Hải Phòng là một thành phố duyên hải nằm ở hạ lưu của hệ thống sông TháiBình thuộc đồng bằng sông Hồng có vị trí nằm trong khoảng từ 20035’ đến 21001’

vĩ độ Bắc và từ 106029’ đến 107005 kinh độ Đông Phía Bắc và Đông Bắc giáp tỉnhQuảng Ninh, phía Tây Bắc giáp tỉnh Hải Dương, phía Tây Nam giáp tỉnh Thái Bình

và phía Đông là biển Đông với đường bờ biển dài 125km, nơi có 5 cửa sông lớn làBạch Đằng, Cửa Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và sông Thái Bình Hệ thống vùng cửasông Hải Phòng có tiềm năng lớn về tài nguyên vị thế đối với phát triển kinh tế - xã

hội Về tài nguyên địa – tự nhiên, đây là vị trí đầu mối của các hệ thống thủy đạosông – biển, vị trí chuyển tiếp giữa lục địa và biển, bản lề giữa ven bờ Đông Bắc vàđồng bằng châu thổ sông Hồng, là cửa ngõ của Bắc Bộ và Nam Trung Quốc Đó làcác vùng cửa sông hình phễu và châu thổ điển hình, có cấu trúc nửa kín, hệ thốngluồng lạch sâu rộng, khá ổn định và có diện tích vùng triều rộng lớn Vùng cửa sôngHải Phòng có quá trình tiến hóa tự nhiên lâu dài, nằm ở ven biển nhiệt đới gió mùa

có điều kiện tự khá ổn định và thiên tai không quá khắc nhiệt Đây còn là vùng cócác tài nguyên thiên nhiên khác phong phú và đặc biệt chế độ nhiệt triều đều biên

độ lớn mang lại nhiều lợi ích lớn về kinh tế Về tài nguyên địa – kinh tế,VCSHP cógiá trị là cửa mở hướng biển ở ven bờ phía Bắc Việt Nam, có vai trò gắn kết HảiPhòng với thủ đô chính trị Hà Nội Đây là khu vực trung tâm của không gian kinh tếvùng Duyên hải Bắc Bộ và là vị trí trung tâm của hệ thống kinh tế hai hànhlang( Hải Phòng – Hà Nội - Nam Ninh và Hải Phòng – Hà Nội – Côn Minh) – mộtvành đai (vịnh Bắc Bộ) trong quá trình phát triển hội nhập quốc tế Đặc biệt hơn cảVCSHP còn là địa bàn thuận lợi để ưu tiên phát triển nhiều ngành kinh tế biển vàkhu kinh tế biển và khu kinh tế biển trọng điểm Về tài nguyên địa – chính trị,VCSHP là không gian phát triển các khu dân cư và đô thị hóa ven biển, nơi hội tụnhiều yếu tố góp phần đảm bảo an ninh quốc phòng, hỗ trợ giữ vững chủ quyền vàlợi ích quốc gia trên biển Phạm vi khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng tọa độ20.5 -20.9 độ vĩ bắc và 106.5-107.1 kinh đông, vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ,rìa Đông Bắc của châu thổ sông Hồng thuộc thành phố Hải Phòng, cách Hà Nộikhoảng 102km về phía đông

Hình 2.2 : Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và cửa sông Bạch Đằng.

(Nguồn: ảnh vệ tinh trích từ Google earth)

Khu vực này được tạo thành bởi các quá trình động lực sông, biển và sôngbiển hỗn hợp Đây là vùng biển có chế độ nhật triều đều với biên độ triều lớn, lạinằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, cho nên vai trò động lực thủytriều và thực vật ưa mặn đã đóng góp vai trò quan trọng cho sự thành tạo và pháttriển địa hình ở đây Mặt khác, do hoạt động giao thông thủy, quai đê lấn biển, khaithác tài nguyên thiên nhiên ở vùng cửa sông của con người cũng làm cho động lựcphát triển của địa hình khu vực nghiên cứu thêm phức tạp Bờ biển ven bờ HảiPhòng có dạng đường cong lõm của bở tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng,cấu tạo chủ yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra Địa hình vùng cửa sông ven biểnHải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ

2.1.1.2 Khí hậu

Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bị chi phối bởi 2 hệ thống gió mùa, đó

là gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam Vào mùa đông, khu vực này chịu sự ảnhhưởng giao tranh giữa hai hệ thống gió mùa từ áp cao Xibiri và gió mùa tín phong

từ áp cao phụ biển Đông Trung Hoa Hai hệ thống này khi thì tác động luân phiênxen kẽ, khi thì đồng thời tác động đã gây nên tình trạng biến động khá mạnh mẽ củathời tiết trong mùa Hệ thống gió mùa từ áp cao cực đới chiếm ưu thế vào các tháng

giữa mùa đông (khoảng tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau), lấn át hẳn hệthống tín phong Trái lại vào những tháng đầu mùa đông (khoảng tháng 11) và cuốimùa đông (tháng 2-3) hệ thống tín phong lại vượt lấn át hệ thống cực đới Do đótrong thời kỳ mùa đông thời tiết thường có những giai đoạn lạnh (khô hay ẩm) đặctrưng cho gió mùa cực đới (khi xuất hiện gió mùa đông bắc) xen kẽ với những ngàynóng ấm đặc trưng của thời tiết tín phong Trong mùa gió đông bắc với các hướngthịnh là Bắc, Đông Bắc với vận tốc gió trung bình thường đạt 3,2 -3,7 m/s Hàngtháng trung bình có 3-4 đợt gió mùa đông bắc kéo dài từ 5-7 ngày, gây ra mưa nhỏ,vận tốc gió những ngày đầu đạt đến cấp 5 -6 (tương đương 8-13m/s), vận tốc giólớn nhất ở các đảo có thể đạt tới 25 – 30m/s, sau đó giảm dần.

Bảng 2.1: Tần suất vận tốc gió và các hướng trung bình năm tại Hòn Dáu (1960 -2011)

Hướng

số (%) 1.0 -

2.0

2.0 3.0

3.0 4.0

4.0 5.0

5.0 6.0

6.0 7.0 >=7.0

2.1.1.3 Thủy Văn

Ở khu vực có tổng cộng ba cửa sông chính đổ ra biển là Lạch Huyện, NamTriệu, Lạch Tray và có bốn sông chính là Sông Yên Lập (nay thành hồ chứa), sôngBạch Đằng (dài 42km, trung bình rộng 1km, sâu 8m); Sông Cấm (dài 37km, trungbình rộng 400m, sâu 7m) và sông Lạch Tray (dài 43km, trung bình rộng 120m, sâu4m)

Lượng nước của vùng châu thổ sông Hồng ảnh hưởng bởi gió mùa Tây Nam(mùa hè), xoáy thuận nhiệt đới (mùa thu) và bão (hè thu) Thời kỳ nhiều nước kéodài từ tháng (VI – X), dòng chảy lớn nhất trên sông Hồng xuất hiện vào tháng VIII,dòng chảy nhỏ nhất xuất hiện vào tháng III

Hàng năm, hệ thống sông Hồng- Thái Bình cung cấp khoảng 120 tỷ m3 nước

và 114 triệu tấn phù sa cho vùng ven bờ Lượng vật chất này chủ yếu qua 9 cửasông chính: Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình, Trà Lý, Ba Lạt, Ninh

Cơ và Đáy Trong đó vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu tác động trực tiếp củacác sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình Chế độ dòng chảy ở cácsông này cũng như sông khác thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình có đặc điểm làbiến động mạnh theo mùa Phân tích từ các chuỗi số liệu nhiều năm cho thấy tảilượng nước hằng năm tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa (từ tháng 6 đếntháng 9) hằng năm Trong khi đó các tháng còn lại lượng chảy hầu như rất nhỏ.Trong mùa mưa, lưu lượng chảy trung bình của các sông ra biến biến đổi trongkhoảng 300 – 2200m3/s, trong khi các tháng mùa khô lưu lượng nước trung bình chỉdao động quanh giá trị 50-300m3/s

Vùng cửa sông Nam Đình Vũ là một vực nước lợ mặn có độ mặn thay đổitrong khoảng 0,5 – 32%0 (0,5-25%0 về mùa mưa, 0,5 – 32%0về mùa khô) Độ mặn0,5 – 20%0 đặc trưng cho khu cửa Cấm – Nam Triệu Độ mặn 10-23%0 đặc trưngcho khu Lạch Huyện – Yên Lập

2.1.1.4 Đặc điểm hải văn

a) Chế độ triều

Dao động mực nước (DĐMN) ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng thuộckiểu nhật triều đều điển hình với hầu hết số ngày trong tháng là nhật triều đều điểnhình với hầu hết số ngày trong tháng là nhật triều, bán nhật triều chỉ xuất hiện 2-3

ngày trong kì nước kém Trong một pha triều có một lần nước lớn và một lần nướcròng Trong một tháng mặt trăng có hai kỳ nước cường, một kỳ 11-13 ngày, biên độtrung bình dao động 2,6-3,6m và hai kỳ nước kém, mỗi kỳ 3-4 ngày có biên độ 0,5-1,0m Song triều có tính chất sóng đứng với ưu thế thuộc các sóng nhật triều O1, K1

có biên độ 70-90cm, trong khi các sóng bán nhật triều M2,S2 chỉ có vai trò thứ yếuvới biên độ khá nhỏ

Trong năm, dao động triều đạt giá trị lớn nhất vào thời kì triều chí điểm khi độxích vĩ mặt trời cực đại và tháng 6 và 12, và ngược lại, nhỏ nhất vào triều phânđiểm khi độ xích vĩ mặt trời bằng “0” vào tháng 3 và tháng 9 Trong các tháng 3, 4,

8 và 9 độ lớn triều giảm và xuất hiện triều bán nhật 3-4 ngày mỗi tháng

Trong thời kỳ mùa đông gió mùa NE (Đông Nam) hoạt động mạnh cả về tầnsuất lẫn tốc độ, song do đảo Cát Hải, Cát Bà che chắn làm giảm khá lớn năng lượnggió tác động lên mặt biển, hơn nữa đà sóng lại ngắn và độ sâu nhỏ nên ở khu vựcnghiên cứu sóng gió kém phát triển hơn so với ngoài khơi Tuy nhiên vào thời giantriều cương, sóng gió vẫn có điều kiện phát triển và khúc xạ lan truyền sóng vàovùng ven bờ Trong mùa này hướng sóng thịnh hành là E (Bắc) cà NE (Đông Nam)

Độ cao sóng trung bình đạt 0,5 – 0,6m Độ cao sóng lớn nhất khoảng 2,0 – 2,5m, ởkhu vực ven bờ phía đông bán đảo Đồ Sơn độ cao sóng có thể lên tới 3,0m

Về mùa hè chế độ sóng gió có đặc điểm ngược lại so với mùa đông cả hướnglẫn cấp độ cao Sóng gió có hướng thịnh hành, ảnh hưởng lớn đến quá trình thủyđộng lực khu vực nghiên cứu là SE (Đông Nam) và S (Nam) với tần suất xuất hiệncao Đặc biệt trong các tháng VI, VII sóng gió hướng N (Bắc) chiếm ưu thế gây ảnhhưởng mạnh đến xói lở bãi phía N bán đảo Nam Đình Vũ và đảo Cát Hải cũng như

khu vực luồng tàu Độ cao sóng trung bình đạt 0,6m – 0,8m Trong thời kỳ nàythường có bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào khu vực gây sóng to, gió lớn.

Bảng 2.2: Tần suất độ cao sóng và các hướng tại Hòn Dáu (1970-2011)

Hướng

Số (%)

0.3

-0.5

0.5 0.8

0.8 1.0

1.0 1.5

1.5 2.0

2.0 2.5

2.5 3.0

Nguồn: Viện Tài nguyên môi trường

Kết quả phân tích thống kê số liệu quan trắc sóng trong nhiều năm 2011) tại Hòn Dáu cho thấy các hướng sóng chủ yếu tác động vào khu vực này là E(Đông), SE (Đông Nam), S (Nam) và NE (Đông Bắc) với tần suất xuất hiện lần lượt

(1970-là 25.2, 14.7, 6.5 và 5% Cũng theo kết quả phân tích trên, độ cao sóng nhỏ hơn0.5m chiếm tới 52% (trong đó khoảng 28.2% là lặng sóng), độ cao sóng lớn hơn1.5m chỉ chiếm khoảng 15% tổng số số liệu

Thủy triều đóng vai trò quan trọng trong chế độ động lực chung ở cửa sông:biên độ dao động mực nước lớn tạo ra đới sóng vỡ và dải đất bùn chìm ngập rấtrộng ở khu vực cửa sông Ngoài ra khi triều dâng – rút tạo ra dòng chảy tốc độ rấtmạnh ở ngưỡng cửa sông và ở giữa các cồn và cả ở bãi ngầm Nó là một trong

những yếu tố chủ yếu quyết định nên sự hình thành, phát triển luồng lạch và các bãibồi ven biển cửa sông.

Khu vực ven biển cửa sông Nam Đình Vũ là nơi có chế độ nhật triều đều điểnhình với hầu hết số ngày trong tháng là nhật triều, trong một pha triều 25 giờ có mộtlần nước lớn một lần nước ròng Trong một tháng mặt trăng có hai kỳ nước cường,mỗi kỳ 11 – 13 ngày, độ lớn triều dao động 2,6 -3,6m và hai kỳ nước kém, xen kẽ,mỗi kỳ 3 – 4 ngày có độ lớn triều 0,5 – 1,0m Mùa hè, triều mạnh vào các tháng 5,

6, 7, yếu vào các tháng 8, 9 và thường dâng cao vào buổi chiều Mùa đông, triềumạnh vào các tháng 10, 11, 12, yếu vào các tháng 3, 4 và thường dâng cao vào buổisáng Độ lớn thủy triều thuộc loại lớn ở nước ta, trung bình 3,0m, cực đại 4,18m,cực tiểu 1,75m

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Hình 2.3: Dao động mực nước tại Hòn Dáu tháng 1/2007 tại Hòn Dấu

(Nguồn: Trạm Nghiên Cứu Hòn Dáu - Hải Phòng)

Mực triều cực đại: 4,0m Mực triều thấp nước kém 1,1mMực triều cao nước cường 3,6m Mực triều thấp nước cường 0,4mMực triều cao nước kém 2,4m Mực triều thấp nhất 0,0mMực triều trung bình 1,86m

Mực nước trung bình trên các sông so với mực biển thấp nhất tại Hòn Dáukhoảng 210-256 cm, có thể vượt 4,5m khi có lũ Ảnh hưởng thủy triều trên các sôngrất lớn, chi phối mực nước- dòng chảy và truyền mặn sâu vào lục địa Sóng triềutruyền sâu đến tận Phả Lại, cách biển 90km và biểu hiện đến tận Phủ Lạng Thương,cách biển 140km Tuy nhiên, giới hạn truyền mặn 1%0 chỉ đến Bền Triều, cách biển

9-10 giờ/16 – 15 giờ vào mùa hè; 11 – 12/13 -14 giờ vào mùa đông; trên sông Cấm

là 12/13 giờ ở cả hai mùa Tốc độ dòng ở cửa sông mùa khô trung bình 10-15cm/s,hiếm khi vượt 50cm/s và bị dòng triều lấn át Vào ngày lũ, dòng chảy sông lớn,thường trên 100cm/s, đạt tới 1,8-2,5m/s, lấn át dòng triều và chảy xuống chiếm hầuhết thời gian trong ngày

c) Dòng chảy

Dòng chảy có thành phần dòng nhật triều quyết định, nên có tính thuận nghịchtrong ngày, phụ thuộc vào địa hình bờ, hướng bờ, luồng lạch và cửa sông Dòngchảy mạnh vào các tháng 6, 7, 12, 1, yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9 và mạnh nhất khimực nước dao động lên – xuống ngang qua mực triều trung bình Tốc độ dòng trongkhoảng rất rộng từ 0,1 – 1,8m/s, trung bình 10-30cm/s Tại cửa Nam Đình Vũ, tốc

độ dòng chảy xuống cực đại 90cm/s và chảy lên cực đại 60cm/s Phía ngoài vùngcửa sông, dòng chảy triều yếu đi và vai trò dòng chảy mùa thể hiện rõ ràng Mùa hè,dòng chảy hướng đông bắc tốc độ 10-15cm/s, mùa đông dòng chảy hướng tây nam,tốc độ 20-30cm/s

Hình 2.4: Mô hình dòng chảy (Delf – 3D) sông Bạch Đằng tại tầng mặt giữa pha

triều xuống mùa Đông (kỳ nước cường 7h, 20/3/2009)

(Nguồn: Viện tài nguyên và môi trường)

Chế độ dòng chảy nước mặt được tính cho mùa khô (01/2007 và 3/2009) vàmùa mưa (6/2007 và 8/2009): tốc độ dòng chảy trong mùa mưa có xu thế chung lớngấp 2-3 lần mùa khô, thậm chí đến 5 lần tại khu vực sông Ruột Lợn khi triều xuống.Mùa khô, tốc độ dòng chảy có giá trị trung bình 20 – 35 cm/s, giá trị cực đại có thểđạt 80 cm/s, hướng dòng chảy theo trục lòng dẫn

Thời gian chảy xuống chiếm 60 – 70%, tốc độ dòng chảy xuống cũng giảmhẳn Tốc độ dòng chảy hầu hết tại các khu vực hơn nhau không đáng kể, phía khuvực thượng lưu của cửa sông Nam Đình Vũ có giá trị lớn nhất Khu vực phía hạ lưudòng chảy xuống có hướng Tây Nam và dòng chảy có hướng ngược lại Vào mùakhô, tại khu vực phân lưu của cửa sông Chanh, do dòng chảy đổi hướng nên tốc độdòng chảy ở đây nhỏ hơn so với khu vực lòng dẫn chính của sông Bạch Đằng.

Mùa mưa tốc độ dòng chảy trung bình toàn bộ khu vực tính toán có giá trị đạt

30 – 35cm/s khi chảy lên và 40 – 50cm/s khi chảy xuống Khi chảy xuống, dòngchảy hạ lưu sông có sự hợp lưu của các sông Đác Bạc, Giá, Ruột Lợn và dòng triềunên giá trị cực đại có thể đạt 100 – 120cm/s Khu vực phân luuw tại cửa sôngChanh và hợp lưu cửa sông Ruột Lợn giá trị vận tốc đáng kể trong cả khi chảy lên

và chảy xuống Tốc độ dòng chảy thường lớn nhất khi triều đang xuống qua mựctriều trung bình

Hàm lượng trầm tích lơ lửng trong nước vùng cửa sông biến thiên trongkhoảng rộng 10 – 1000g/m3 Vào mùa mưa, trầm tích lơ lửng khoảng 53 – 215g/m3lúc triều xuống và khoảng 20-50g/m3 lúc triều lên Về mùa khô, trầm tích lở lửngkhi triều xuống đạt 42g/m3 và đạt 56 -148g/m3 khi triều lên

Đánh giá khó khăn thuận lợi của địa bàn nghiên cứu

Hải Phòng là khu vực có địa hình phức tạp Địa hình phía bắc của Hài Phòng

là vùng trung du, có đồi núi xen kẽ với đồng bằng và ngả thấp dần về phía nam rabiển Khu đồi núi này có liên hệ với hệ núi Quảng Ninh, di tích của nền móng uốnnếp cổ bên dưới, nơi trước đây đã xảy ra quá trình sụt võng với cường độ nhỏ, gồmcác loại cát kết, đá phiếm sét và đá vôi với độ tuổi khác nhau được phân bố thànhtừng dải liên tục theo hướng Tây Bắc – Đông Nam từ đất liền ra biển Đường bờvùng Hải Phòng thường không ổn định, có cấu tạo phức tạp do hệ thống các đảo vàđường bờ khúc khuỷu bị xẻ với nhiều sông, luồng lạch nhỏ chia cắt

Địa hình khu vực Nam Đình Vũ phức tạp đa dạng cho nên việc thu thập bản

đồ địa hình phục vụ công tác mô phỏng là rất khó khăn Số liệu quan trắc nướcvùng nghiên cứu không được nhiều

2.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội

Khu kinh tế cửa sông Đình Vũ có phía Đông giáp sông Bạch Đằng, cửa LạchHuyện và biển; phía Tây giáp xã Hòa Bình và phần còn lại của các xã Thủy Sơn,Thủy Đường, Tân Dương, Dương Quan huyện Thủy Nguyên, phường Đông Hải 1,Nam Hải, một phần phương Đông Hải 2, quận Hải An và sông Lạch Tray; phía Bắcgiáp sông Giá; Phía Nam giáp biển Có tổng diện tích khoảng 22.540 ha, bao gồmphần diện tích khu kinh tế hiện hữu là 22.140ha và phần diện tích mở rộng khoảng400ha toàn bộ diện tích khu công nghiệp Tràng Duệ Khu kinh tế Đình Vũ – CátHải có 2 phân khu chức năng chính là khu phi thuế quan và khu thuế quan trong đó:

Khu phi thuế quan có tổng diện tích đất tự nhiên là 1258 ha đươc bố trí tạikhu vực Nam Đình Vũ và cảng Lạch Huyện với các chức năng chính như chế xuất,kho tàng, quảng bá, trung bày sản phẩm dịch vụ, điều hành, hải quan và an ninhquốc phòng… Khu thuế quan có tổng diện tích đất tự nhiên 12.932 ha gồm các khuchức năng chính như: Hệ thống cảng có tổng diện tích đất tự nhiên là 1.046ha, baogồm: Cảng cửa ngõ quốc tế Hải Phòng (cảng Lạch Huyện) 640ha, cảng Đình Vũ251ha, cảng Nam Đình Vũ 144ha … Kho tàng có tổng diện tích đất tự nhiên là209ha, bố trí gắn với các cảng và khu công nghiệp; các trung tâm phục vụ côngcộng tổng diện tích đất tự nhiên là 761ha, bao gồm: Trung tâm phục vụ công cộngcủa khu kinh tế bố trị tại khu vực nam sân bay quốc tế Cát Bi quy mô 22ha Cáctrung tâm phục vụ công cộng khu vực được bố trí tại các đô thị mới, khu dân cưtrong khu kinh tế quy mô 739ha; các trung tâm chuyên ngành có tổng diện tích đất

tự nhiên 2.105ha, gồm: Trung tâm y tế, chữa bệnh, trung tâm giáo dục – đào tạo vànghiên cứu khoa học, các cơ sở du lịch – nghỉ dưỡng, Các khu đô thị và khu dân

cư có tổng diện tích đất tự nhiên là 2.062ha, bao gồm: Khu đô thị Bến Rừng 390ha,VSIP 364ha, Nam sông Giá (từ sông Giá đến ranh giới khu VSIP và khu Bến Rừng)371ha, Nam Tràng Cát 629ha, Nam sân bay quốc tế Cát Bi (từ sân bay quốc tế Cát

Bi đến đường kéo dài sang phía Tây của đường Tân Vũ – Lạch Huyện) 221ha vàkhu dân cư Cát Hải 87ha;

Hệ thống giao thông và hạ tầng kĩ tầng kỹ thuật có tổng diện tích tự nhiên là2.196ha, bao gồm: Đất giao thông đối ngoại (trừ cảng) khoảng 557ha, đất giaothông đối nội trong khu kinh tế khoảng 1474ha, đất các công trình hạ tầng ký thuật

là 165ha Ngoài 2 phân khu chức năng chính, phần diện tích đất còn lại của khu

kinh tế Đình Vũ – Cát Hải dành cho cây xanh sinh thái, cây xanh cách ly với diệntích 3.133 ha với đất mặt có diện tích 5.217ha.

2.1.2.2 Cơ cấu kinh tế

Khu kinh tế Đình Vũ – Hải Phòng là nơi được khai thác tối đa lợi thế về điềukiện tự nhiên, vị trí địa lý, tiềm năng kinh tế xã hội Theo qui hoạch đã được ThủTướng Chính phủ phê duyệt với trái tim là cảng cửa ngõ quốc tế Hải Phòng đượcxác định là mối thu hút đầu tư, tiếp nhận kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, tạo động lựcmới cho Hải Phòng và vùng duyên hải Bắc Bộ tăng tốc phát triển Chính phủ chỉđạo xây dựng và phát triển khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải trở thành khu kinh tếtổng hợp, một trung tâm kinh tế biển, đa ngàng, đa lĩnh vực, bao gồm kinh tế hànghải (trọng tâm là phát triển dịch vụ cảng), trung tâm công nghiệp, dịch vụ tài chính,ngân hàng, du lịch thương mại của vùng và cả nước

Xây dưng và phát triển khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải gắn với quy hoạchphát triển của thành phố Hải Phòng, vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ và hai hànhlang kinh tế: Côn Minh (Trung Quốc) – Lào Cai – Hà Nội – Hải Phòng – QuảngNinh; Nam Ninh (Trung Quốc) – Lạng Sơn – Hà Nội – Hải Phòng – Quảng Ninh;tạo sự liên kết chặt chẽ với khu kinh tế Vân Đồn – Quảng Ninh Trước mắt, khukinh tế Đình Vũ – Cát hải tập trung phát triển các khu du lịch nghỉ dưỡng cao cấp(khu du lịch sinh thái Cát Bà, các cơ sở du lịch – nghỉ dưỡng Nam Tràng Cát, cáccông viên cây xanh – khu vui chơi giải trí…), hệ thống cảng biển hiện đại có tổngdiện tích đất tự nhiên 1.046 ha (Tân cảng Đình Vũ, cảng cửa ngõ quốc tế HảiPhòng, cảng Nam Đình Vũ, cảng cá Cát Hải…), khu thuế quan 12.532ha, khu phithuế quan 1.258ha, hệ thống kho tàng 209ha, các khu công nghiệp tập trung có tổngdiện tích đất tự nhiên 4.550ha (khu công nghiệp Bến Rừng 319ha, khu công nghiệpVSIP 698ha, khu công nghiệp Nam Tràng Cát 138ha, khu công nghiệp Nam Đình

Vũ 681ha, khu công nghiệp Cát Hải và Lạch Huyện 1.447ha, khu công nghiệpTràng Duệ 400ha, các trung tâm dịch vụ công cộng 761ha, các trung tâm chuyênngành 2.105ha, các khu đô thị và dân cư đô thị 2.062ha, đất quốc phòng – anninh103ha)

Trong chiến lược hướng biển của nền kinh tế Việt Nam, khu kinh tế Đình Vũ

Trong chục năm qua tuy tuyến luồng ra vào có nhiều hạn chế nhưng Đình Vũ vẫnluôn là cửa ngõ thông thương quan trọng nhất trong hệ trao đổi hàng hóa thươngmại của các tỉnh phía Bắc với các nước trong khu vực và trên thế giới, với tổnglượng hàng hóa thông qua riêng hiện đạt trên 11,9 triệu tấn/năm, chiếm khoảng 85%tổng lượng hàng tổng hợp qua các cảng biển phía Bắc Cùng với chiến lược pháttriển vùng kinh tế trọng điểm miền Bắc (Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh) là sựhình thành và phát triển hàng hóa các khu kinh tế, công nghiệp tập trung, các nhàmáy với quy mô lớn ở Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Hải Dương… và sự pháttriển kinh tế chung trong cả vùng với sự chuyển đổi sâu sắc làm cho sự luân chuyểnhàng hóa qua cảng tăng nhanh, đây thực sự là một cơ hội lớn đồng thời cũng là mộtthách thức lớn đối với việc nâng cấp, phát triển càng khu vực Đình Vũ nói riêng vàcụm cảng phía Bắc nói chung trong thời gian tới.

2.1.2 Thời gian nghiên cứu

Từ tháng 3/20017 đến tháng 5/2017

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Chế độ thủy lực ven bờ: chế độ dòng chảy, mực nước

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện thành công mục tiêu ban đầu để ra, trong đồ án sinh viên đã phải

sử dụng các phương pháp sau đây

2.3.1 Phương pháp luận:

Từ ý tưởng về vấn đề muốn nghiên cứu, tác giả đã thu thập thông tin, nghiêncứu về chế độ thủy lực và các vấn đề liên quan đến vấn đề nghiên cứu để đưa ramục tiêu, đề xuất nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.3.2 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu địa chất, thủy văn để sử dụng cho việc mô phỏng diễn biến đường bờ thông qua mô hình MIKE 21

Từ số liệu, ứng dụng để mô hình MIKE 21 để mô hình hóa các quá trình sóngthủy triều, dòng chảy sông, dòng chảy ven bờ từ số liệu quan trắc Từ đó định lượngđược các quá trình gây ra bồi lắp cửa sông làm cơ sở đề xuất giải pháp, khắc phụ sabồi luồng tàu phục vụ quy hoạch, phá triển hệ thống cảng biển, cụm công nghiệpkhu vực

Phương pháp phân tích

Phương pháp phân tích là phương pháp phân tích lý thuyết thành những mặt,những bộ phận, những mối quan hệ theo lịch sử thời gian để nhận thức, phát hiện vàkhai thác các khía cạnh khác nhau của lý thuyết từ đó chọn lọc những thông tin cầnthiết phục vụ cho đề tài nghiên cứu

Phân tích lý thuyết bao gồm những nội dung sau

Phân tích nguồn tài liệu (tạp chí và báo cáo khoa học, tác phẩm khoa học, tàiliệu lưu trữ thông tin đại chúng) Mỗi nguồn có giá trị riêng biệt

Phân tích tác giả (tác giả trong hay ngoài ngành, tác giả trong cuộc hay ngoàicuộc, tác giả trong nước hay ngoài nước, tác giả đương thời hay quá cố) Mỗi tácgiả có một cái nhìn riêng biệt trước đối tượng

Phân tích nội dung (theo cấu trúc logic của nội dung)

Phương pháp tổng hợp

Phương pháp tổng hợp là phương pháp liên quan kết những măt, những bộphận, những mối quan hệ thông tin từ các lý thuyết đã thu thập đực thành một chỉnh

Tổng hợp lý thuyết bao gồm những nội dung sau:

Bổ sung tài liệu, sau khi phân tích phát hiện thiếu hoặc sai lệch

Lựa chọn tài liệu chỉ chọn những thứu cần, đủ để xây dựng luận cứu Sắp xếptài liệu theo lịch đại (theo tiến trình xuất hiện sự kiện để nhật dạng động thái); sắpxếp tài liệu theo quan hệ nhân – quả để nhận dạng tương tác

Làm tài hiện quy luật Đây là bước quan trọng nhất trong nghiên cứu tài liệu,chính là mục đích của tiếp cận lịch sử

Giải thích quy luật, công việc này đòi hỏi phải sử dụng các thao tác logic đểđưa ra những phán đoán về bản chất các quy luật của sự vật hoặc hiện tượng

Phân tích và tổng hợp là hai phương pháp có quan hệ mật thiết với nhau tạothành sự thống nhất không thể tách rời: phân tích được tiếng hành theo phươnghướng tổng hợp, còn tổng hợp được thực hiện dựa trên kết quả của phân tích Trongnghiên cứu lý thuyết, người nghiên cứu vừa phải phân tích tài liệu, vừa phải tổnghợp tài liệu

2.3.5 Phương pháp chuyên gia

Sau khi khảo sát thực địa, kết hợp với sử dụng thêm phương pháp chuyên gia

để huy động được kinh nghiệm và hiểu biết của nhóm chuyên gia liên ngành và lấy

ý kiến của những người dân địa phương, từ đó lựa chọn được khu vực nghiên cứu.Phương pháp chuyên gia còn được sử dụng để phân tích và đánh giá độ tin vậycủa những thông tin thu thập được từ các hộ gia đình Vì kiến thức của thành viêncác hộ được phỏng vấn còn hạn chế dẫn đến nhận thức và quan niệm chưa đúng, do

đó chuyên gia cần phải kiểm chứng và sàng lọc lại thông tin để kết quả đánh giáđược xác thực

2.3.6 Phương pháp kế thừa, phân tích các tài liệu từ các nguồn hiện có

Kế thừa các khóa luận cử nhân, luận văn thạc sĩ, luận án tiến sĩ, các công trìnhnghiên cứu khoa học của sinh viên đạt giải cao, các đề tài nghiên cứu khoa học cấpviện, cấp trường và cấp bộ có liên quan đến đề tài Đọc các tài liệu này để học cáchlàm của những người đi trước, đồng thời xem đề tài đã được nghiên cứu đến mứcnào, những nội dung nào cần giài quyết tiếp Kế thừa các mô hình đã được xâydựng trước đó

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Giới thiệu về mô hình

3.1.1 Phần mềm Mike Zero

Được phát triển bởi viện Tài Nguyên và Môi Trường nước Đan Mạch (DHI Water

& Environment), Mike Zero là tên gọi chung của tất cả các mô hình liên quan đến môi trường nước của DHI, Mike Zero (manual,2009) bao gồm:

Mike 11: giải quyết đầy đủ các bài toán thủy lực 1 chiều (1D) như tính toánvận tốc, lưu lượng, dao động mực nước ở khu vực ảnh hưởng thủy triều có xét đếnảnh hưởng của mưa trên lưu vực, tác động của các công trình thủy, sự lan truyềnchất,…

Mike 21: mô hình dòng chảy mặt 2D, được ứng dụng để mô phỏng các quátrình thủy lực và các hiện tượng về môi trường trong các hồ, các vùng cửa sông,vùng vịnh, vùng ven bờ và các vùng biển

Mike 31: đây là hệ thống các chương trình phát triển dựa trên các nghiên cứukhoa học gần đây, tính toán dòng chảy và bùn cát 3 chiều (3D) Hệ thống này có thể

mô phỏng rất tốt sự phân bố dòng chảy và bùn cát theo không gian 3 chiều, rất thíchhợp để nghiên cứu với độ chính xác cao bài toán sa bồi, xói lở ở các đoạn sông vàđặc biệt rất thích hợp để áp dụng cho các vấn đề xói lở của các đoạn sông cong, cửasông và ven biển

Hệ thống MIKE Flood: mô hình thủy động lực học dòng chảy kết nối 1&2chiều, có khả năng mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, cửa sông, vịnh vàven biển, cũng như mô phỏng dòng không ổn định hai chiều ngang trên đồng bằngngập lũ

LITPACK: Mô hình cho các quá trình ở vùng ven biển, đường bờ

Mike SHE: Mô hình thủy văn cho lưu vực sông

Ở Việt Nam cũng có nhiều tổ chức, cơ quan tiến hành xây dựng các mô hình tínhtoán dòng chảy và chất lượng nước 2 chiều Tuy nhiên các mô hình đó chủ yếu phục

vụ cho mục đích nghiên cứu, chưa đạt được yêu cầu ứng dụng trong thực tiễn, kể cả

về tính năng, độ tin vậy và sự thuận tiện trong việc khai thác Đặc biệt, các mô hình

toán sự lan truyền của các chất bảo toàn, như độ mặn là đảm bảo độ tin cậy, còn đốivới các chất không bảo toàn như trầm tích (có sự tương tác giữa nước và nề đáy),chất lượng gây ô nhiễm (có sự phân hủy vật chất) thì chưa đạt được độ tin cậy cầnthiết Ngoài ra việc quan trắc và thu thâp các số liệu để hiệu chỉnh và kiểm chứngcác mô hình chất lượng nước rất khó khăn và tốn kém; điều đó cũng hạn chế pháttriển của các mô hình này.

Một xu hướng phổ biển ở Việt Nam trong thập kỉ qua là chuyển giao và áp dụng cácphần mềm thương mại tiên tiến trên Thế giới Việc tiếp cận đến các phần mềm tiêntiến như vậy đã hỗ trợ giải quyết được một số bài toán trong thực tế (như kiểm soát

lũ, thiết kế cảng, quản lý nguồn thải…), đồng thời nâng cao năng lực của cácchuyên gia phần mềm trong nước Các phần mềm thương mại trên Thế giới liệt kê ởtrên đã được chuyển giao cho một số cơ quan khác nhau ở Việt Nam và được ápdụng cho một số vùng của Việt Nam

3.1.2 Giới thiệu mô hình MIKE 21

Trên thế giới và trong nước hiện có nhiều mô hình thủy động lực đang được

áp dụng cho nhiều mục đích khai thác khác nhau như nghiên cứu, quy hoạch vàthiết kế hệ thống công trình…, tiêu biểu có thể kể đến là DELFT 3D (Hà Lan),MIKE (Đan Mạch), EFDC(Mỹ),… Tuy nhiên, mỗi mô hình đềuc so những ưunhược điểm riêng và cho đến nay vẫn chưa có một đánh giá toàn diện và chi tiết vềkhả năng áp dụng của các mô hình nói trên Sau khi cân nhắc so sánh các mô hìnhtoán có thể áp dụng cho khu vực phù hợp với mục tiêu đồ án tác giả đã chọn môhình MIKE MIKE 21 là mô hình dòng chảy mặt 2D, mô hình MIKE 21 được ứngdụng để mô phỏng các quá trình thủy lực và các hiện tượng về môi trường trong các

hồ các vùng cửa sông, vùng vịnh, vùng ven bờ và vùng biển Để thiết kế được cáccông trình đê biển ở khu vực Nam Đình Vũ thành phố Hải Phòng, bài toán đặt ra làphải xác định được tác động của sóng, dòng chảy và dòng triều đến cửa sông vàomùa khô và mùa mưa, từ đó tìm ra qui luật bồi – xói khu vực thông qua việc ứngdụng mô hình toán để mô phỏng quá trình nay Các mô đun MIKE 21 cho phép môphỏng toàn cảnh bức tranh thủy động lực trên miền nghiên cứu, thay vì chỉ tại mộtvài điểm như số liệu đo đạc.MIKE 21 dùng để tính toán một số module như: tínhtoán về thủy triều, tạo địa hình lưới ô vuông, tính toán dòng chảy từ cửa sông ven

biển, tính toán lan truyền sóng từ ngoài khơi vào vùng ven bờ, tính toán lan truyềnsóng trong khu vực bến cảng, tính toán vận chuyền bùn cát, tính toán lan truyềnchất, tính toán tràn dầu, tính toán nước dâng bão, tính toán xâm nhập mặn… Trongnghiên cứu này, với mục tiêu mô phỏng chế độ sóng, thủy triều khu vực Nam Đình

Vũ thành phố Hải Phòng bộ mô hình Mike 21 đã được lựa chọn do đáp ứng nhữngtiêu chí như sau:

Là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng (tính toán trường sóng, dòng chảy, vậnchuyển trầm tích, diễn biến địa hình đáy)

Đã được kiểm nghiệm ở nhiều quốc gia trên thế giới

Giao diện thân thiện, dễ dàng sử dụng và tương thích với nhiều phần mềm GISkhác

Một số nhược điểm của mô hình MIKE

Khi tính toán trường hợp unsteady thường báo lỗi không ổn định tại một sốmặt cắt, mực nước tính toán vượt cao trình đỉnh đê/bờ Đây là một lỗi khá phổ biến

và việc xử lý (để đạt trạng thái ổn định) thường không dễ, mặc dù hệ số courant vẫnđảm bảo)

Tương tự, đối với bài toán AD (advection dispersopn) lan truyền chất thườngkhó đạt được tiêu chí ổn định

Đã có trường hợp tính toán cho kết quả đúng, không bảo toàn vật chất, tổnglượng nước vào khác tổng lượng nước ra

Sai sót trong lệnh điều khiển có điều kiện khi mô tả vận hành công trình.Giao diện có phần khó hiểu

Mô tả công trình trong MIKE SHE chưa sát với thực tế

3.1.3 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 21

MIKE 21, do DHI Water & Environmet phát triển, là hệ thống mô hình mới

cơ bản trong cách tiếp cận mắt lưới linh hoạt Hệ thống mô hình được phát triển choviệc ứng dụng nghiên cứu liên tục,phương trình mật độ, phương trình độ mặn

Mô hình MIKE 21 bao gồm các module sau

- Module thủy động lực học

- Module vận chuyển tính toán vận chuyền bùn cát

- Module giám sát chất điểm

Module thủy động lực học là thành phần tính toán cơ bản của hệ thống môhình MIKE 21, cung cấp chế độ thủy lực cơ bản cho khu vực tính toán

3.1.4 Hệ phương trình cơ bản và phương pháp giải

Module thủy lực cơ bản trong phương pháp số của các phương trình nướcnông 2 chiều – độ sâu – phương trình kết hợp Navier Stoke lấy trung bình hệ sốRenold không nén Nó bao gồm các phương trình liên tục, phương trình độnglượng, nhiệt độ, độ mặn và phương trình mật độ Theo chiều nằm ngang cả hệ tọa

độ Đề các và hệ tọa độ cầu đều được sử dụng

Hệ phương trình cơ bản của chương trình tính toán được xây dựng trên cơ sở 2nguyên lý bảo toàn động lực và bảo toàn khối lượng Kết quả đầu ra của nghiên cứu

là tập hợp các bộ nghiệm mực nước và lưu tốc dòng chảy

Phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng):

Các ký hiệu sử dụng trong công thức:

h (x,y,t): Chiều sâu nước (m)

(x,y,t): Cao độ mặt nước (m)

p,q (x,y,t): Lưu lượng đơn vị dòng theo các hướng X, Y (m3/s/m)= uh, vhu,v: u,v = lưu tốc trung bình chiều sâu theo các hướng X,Y

C (x,y): Hệ số Chezy (m1/2/s).

g: Gia tốc trọng trường (m/s2)

f(V): Hệ số nhám do gió

V; Vx; Vy(x,y,t): Tốc độ gió và các tốc độ gió thành phần theo các hướng X,Y

(p,q): Thông số Coriolis phụ thuộc vào vĩ độ (s-1)

: Áp suất khí quyển (kg/m2/s)

w: Khối lượng riêng của nước (kg/m3)

x, y: Tọa độ không gian (m)

t: Thời gian (s)

xx, xy, yy : Các thành phần của ứng suất tiếp hiệu dụng

3.1.5 Cơ sở lý thuyết công cụ MIKE 21 ToolBox tính toán mực nước triều

Khi cần số liệu thủy triều tại một vị trí nào đó mà khu vực đó lại không có sốliệu đo đạc hoặc có nhưng không đáp ứng đủ nhu cầu số liệu thì MIKE 21 lại cómột mô đun triết xuất số liệu thủy triều theo từng giờ hoặc theo từng bước thời giantrong nhiều năm tại khu vực đó với độ chính xác cao

Thủy triều là một yếu tố điều kiện biên quan trọng trong việc tính toán dòngchảy, xâm nhập mặn cũng như các yếu tố khác Hiện nay có rất nhiều phần mềmđược sử dụng để tính toán thủy triều, các phần mềm này dựa vào số liệu thực đo tạimột số trạm dọc bờ biển rồi tính ra các hằng số điều hòa để dự báo Nếu ta tính toáncho khu vực mà không có số liệu thủy triều thì MIKE 21 đã đưa ra một bộ số liệuhằng số thủy triều trên toàn cầu, dự báo kết quả thủy triều tương đối chính xác tạicác trạm dọc ven biển Việt Nam cũng như các điểm trên thế giới

3.2 Tài liệu thu thập

3.2.1 Địa hình

Để thực hiện các nội dung nghiên cứu của luận vặn, các tài liệu cần thiết đãđược thu thập xử lý Đây là những tài liệu đã được tổng hợp từ các kết quả nghiêncứu có liên quan đến đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận văn

Địa hình là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các điều kiệnthủy động lực của mỗi khu vực nghiên cứu Số liệu độ sâu và đường bờ của khu

độ địa lý VN2000 tỷ lệ 1:50000 và 1:25000 do Cục Đo đạc Bản đồ (Bộ Tài nguyên

và Môi trường Việt Nam) xuất bản năm 2005 Những số liệu đã được số hóa và hiệuchỉnh theo các số liệu đo độ sâu gần đây

Độ sâu và địa hình của khu vực phía ngoài và cũng như vùng vịnh Bắc Bộ sửdụng cơ sở dữ liệu GEBCO – 1/8 của Trung tâm tư liệu Hải dương học Vương quốcAnh Đây là số liệu địa hình có độ phân dải 0.5 phút được xử lý từ ảnh vệ tinh kếthợp với các số liệu đo sâu

3.2.2 Số liệu khí tượng

Các đặc trưng khí tượng có ảnh hưởng nhất định đến điều kiện động lực củakhu vực Đây cũng là một trong những yếu tố góp phần quan trọng hình thành tínhchất mùa của chế độ động lực ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng Trong nghiêncứu này, các số liệu gió quan trắc trong nhiều năm ở trạm hải văn Hòn Dáu đã đượcthu thập và xử lý Ngoài ra số liệu quan trắc với tần suất 6h/lần trong thời giantháng 2-3 và tháng 7-8-9 năm 2009 cũng được thu thập để đưa vào mô hình tính chocác kịch bản hiện trạng

3.2.3 Thủy triều

Số liệu về DĐMN ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng được thu thập đểhiệu chỉnh mô hình và cung cấp cho các điều kiện biên mở phía biển Số liệu mựcnước để hiệu chỉnh mô hình là các kết quả đo đạc mực nước (1h/lần) tại Hòn Dáutrong tháng 3 và tháng 8 năm 2009

Ngoài ra, các số liệu DĐMN tại các biên mở phía biển cũng đã được thu thập

xử lý để thiết lập mô hình TĐL Đó là các số liệu đã được phân tích thành các hằng

số điều hòa thủy triều của 4 sóng triều chính là O1,K1,M2,S2 Tại các điểm biên mởgần bờ, các số liệu được thu thập xử lý dựa trên các kết quả quan trắc đã được thựchiện của một số cơ quan như Trung tâm KTTV biển, Viện Địa lý, Viện Cơ học vàViện Tài nguyên và Môi trường biển

3.2.4 Số liệu hải văn

Số liệu dòng chảy đo đạc tại một số vị trí khảo sát trong khu vực nghiên cứucủa một số đề tài dự án vùng cửa sông Hải Phòng đã được thu thập xử lý để phục vụhiệu chỉnh kiểm chứng độ tin cậy của mô hình TĐL Đặc biệt là số liệu đo đạc dòngchảy từ đề tài liên quan Số liệu quan trắc sóng của Trung tâm KTTV Quốc gia tại

trạm KTTV Hòn Dáu và Bạch Long Vỹ trong nhiều năm đã được thu thập và xử lý.Đây là các số liệu quan trắc vào các Obs 7h, 13h và 19h hằng ngày Đây là những

số liệu sẽ được dùng để tham khảo cho việc thiết lập mô hình lan truyền sóng vùngcửa sông ven biển Hải Phòng

3.3 Thiết lập dữ liệu đầu vào mô hình

3.3.1 Lựa chọn miền tính, lưới tính

Để nghiên cứu chế độ động lực khu vực ven biển cửa sông, miền tính và lướitính được lựa chọn như sau:

Phạm vi vùng tính của mô hình bao gồm các vùng nước của các cửa sôngBạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và phía ngoài các cửa sông này mở rộng raphía ngoài

Mô hình sử dụng lưới tam giác linh hoạt (lưới phi cấu trúc) có độ phân giảithay đổi tăng dần từ ngoài biển sâu vào sát bờ và các cửa sông Lưới tính toán của

mô hình có tổng số nút là 14046 và số phần tử là 26535, lưới tính được chia nhỏ tạikhu vực các cửa sông và ven biển với chiều dài cạnh ô lưới khoảng 50m

Hình 3.1: Địa hình miền tính của khu vực

Hình 3.2 : Lưới tính toán khu vực

3.3.2 Thiết lập các điều kiện biên

3.3.2.1 Mô hình có các biên mở và biên sông:

Các biên sông bao gồm: lưu lượng trung bình tại các mặt cắt trên sông BạchĐằng (Phà Rừng); sông Cấm (gần cầu Cầu Bính), Lạch Tray (gần Phấn Dũng); Văn

Úc (gần đò Dương Áo)

Biên phía biển: biên Bắc 1, biên Bắc 2, biên Biển, biên nam

Điều kiện biên mực nước: được tính toán từ số liệu hằng số điều hòa của môhình MIKE 21, công cụ MIKE 21 Toolbox… Trong mô hình MIKE 21 dao độngtriều được tính theo giờ thế giới GMT vì thế sau khi thiết lập biên mực nước được