Mô hình toán mô phỏng trưng độ cao sóng và dòng chảy do sóng vùng biển Thuận An Hòa Duân tỉnh Thừa Thiên Huế

Xuất phát từ yêu cầu thực tế là phải tính toán đến sự ảnh hưởng của sóng vào khu vực dự án, với các trường hợi bất lợi nhất như khi có bão, gió mùa ..... Nên trường sóng trong khu vực nghiên cứu cần phải tính đến trường sóng được truyền từ ngoài khơi, trường sóng do gió tại địa phương sinh ra. Để tính toán được sự ảnh hưởng của trường sóng truyền từ ngoài khơi thì miền tính phải dủ lớn và rộng ra phía ngoài khơi để có thể coi sóng ngoài khơi là sóng nước sâu. Mặt khác biên hai bên về phía khu vực có công trình phải càng xa công trình càng tốt để tránh những sai số ảnh hưởng. Hơn nữa hiện nay có nhiều phương pháp để tính toán ảnh hưởng của công trình cũng như sự tác động của sóng lên công trình bằng phương pháp hiện đại. Voí điều kiện hạn chế về tốc độ máy tính hiện nay cũng như về khả năng đáp ứng số liệu đầu vào. Nên chúng tôi lựa chọn miềm tính với kích thước 91 km X 63,1km với bước lưới 100 m như trình bày trên Hình 2.1.1 để tính toán cho trường sóng lớn khúc xạ bằng phần mềm MIKE 21 NSW và miền tính nhỏ hơn với bước lưới 5 km khu vực bố trí công trình bằng phần mềm MIKE 21 EMS. Cơ sở về lý thuyết của các phần mềm này độc giả có thể tham khảo trong các tài liệu 1, 2. Các phần mềm này trước khi được đưa vào áp dụng sẽ được kiểm định trong điều kiện thực tế cho phép và sẽ được trình bày trong các mục sau. Các phần mềm này đề là những phần mềm tiên tiến và hiện đại do DHI (Dan Mạch) sản suất và đâ được áp dụng rộng rãi ở trong và nhiều nước trên thế giới.

Trang 1

phụ Lục III

Mô hình toán mô phỏng trờng độ cao sóng và dòng chảy do sóng vùng biển Thuận An - Hòa

Duân tỉnh Thừa Thiên Huế

Trang 2

đến trờng sóng đợc truyền từ ngoài khơi, trờng sóng do gió tại địaphơng sinh ra Để tính toán đợc sự ảnh hởng của trờng sóng truyền từngoài khơi thì miền tính phải dủ lớn và rộng ra phía ngoài khơi để

có thể coi sóng ngoài khơi là sóng nớc sâu Mặt khác biên hai bên vềphía khu vực có công trình phải càng xa công trình càng tốt đểtránh những sai số ảnh hởng Hơn nữa hiện nay có nhiều phơng pháp

để tính toán ảnh hởng của công trình cũng nh sự tác động của sónglên công trình bằng phơng pháp hiện đại Voí điều kiện hạn chế vềtốc độ máy tính hiện nay cũng nh về khả năng đáp ứng số liệu đầuvào Nên chúng tôi lựa chọn miềm tính với kích thớc 91 km X 63,1kmvới bớc lới 100 m nh trình bày trên Hình 2.1.1 để tính toán cho trờngsóng lớn khúc xạ bằng phần mềm MIKE 21 NSW và miền tính nhỏ hơnvới bớc lới 5 km khu vực bố trí công trình bằng phần mềm MIKE 21EMS Cơ sở về lý thuyết của các phần mềm này độc giả có thể thamkhảo trong các tài liệu [1, 2] Các phần mềm này trớc khi đợc đa vào

áp dụng sẽ đợc kiểm định trong điều kiện thực tế cho phép và sẽ đợctrình bày trong các mục sau Các phần mềm này đề là những phầnmềm tiên tiến và hiện đại do DHI (Dan Mạch) sản suất và đâ đợc ápdụng rộng rãi ở trong và nhiều nớc trên thế giới

Trong thời gian đo sóng để kiểm định, thời tiết phải tơng đối

ổn định nghĩa là trờng gió phải khá đồng nhất để tránh nhữngnhiễu động sóng hình thành tại địa phơng

Trong hoàn cảnh hiện nay chúng ta thực sự cha có đợc nhữngchuỗi số liệu có đủ các yêu cầu nêu trên Tuy nhiện Trung tâm

ĐLCSVB&HĐ, Viện KHTL đẫ tiến hành quan trắc sóng tại ven bờ biểnThuận An-Hoà Duân từ ngày 16 tháng 4 năm 1999 đến 23 tháng 4năm 1999 tại trạm V4 (Hình 2.2.1) Để lựa chọn gió làm tham số tínhtoán sóng cho vùng biển sâu, chúng tôi lựa chọn đợc 5 ngày có hớnggió và vận tốc gió tơng đối ổn định: 14, 15, 16, 17 và 19 tháng 4năm 1999 tại trạm KTTV Cồn cỏ Vì trạm Cồn Cỏ đã đợc nghiên cứu và

Trang 3

tính toán trong phụ lục I nên chúng tôi sử dụng số liệu gió tại Cồn Cỏ là

đại diện cho gió tại vùng nớc để tính toán cho sóng ngoài khơi Số liệuquan trắc gió 4 obs tại trạm Cồn Cỏ đợc trình bày trên Bảng 2.2.1

Trang 4

Bảng 2.2.1 Số liệu quan trắc gió tại trạm cồn cỏ 10 mét trênmặt biển.

Đây là phần mềm đã đợc hiệu chỉnh, kiểm chứng nhiều đồngthời đang đợc sử dụng rộng rãi ở cả nớc ta vả trên thế giới để tínhtoán và dự báo sóng tại vùng biển Kết quả tính toán sóng vùng nớc sâucho từng ngày đợc thể hiện trên các Bảng 2.2.2

Bảng 2.2.2: Sóng nớc sâu khu vực Thuận An-Hoà Duân

Ngày 14/4/1999

_ WIND ADJUSTMENT and WAVE GROWTH

Elevation of Observed Wind Zobs: 10.00 meters Wind

Observation Type

Observed Wind Speed Uobs: 3.50 mps Air-Sea Temp Difference delT: 25.00 deg C Overwater (ship)

Duration of Observed Wind DurO: 24.00 hr

Duration of Final Wind DurF: 24.00 hr

Latitude of Observation LAT: 17.00 deg

Length of Wind Fetch F: 20.00 mi Wave Growth Equations

Equiv Neutral Wind Speed Ue: 2.39 mps Adjusted Wind Speed Ua: 2.28 mps Open Water Fetch

Wave Height Hm0: 0.14 m Deep-water Wave Period Tp: 1.98 sec Fully-

Developed

Ngày 15/4/1999

Trang 5

Observation Type

Developed

Ngµy 16/4/1999

Observation Type

Equiv Neutral Wind Speed Ue: 1.96 mps - Adjusted Wind Speed Ua: 1.85 mps Open Water Fetch

Developed

Ngµy 17/4/1999

Observation Type

Trang 6

Wave Height Hm0: 0.36 m Deep-water Wave Period Tp: 3.12 sec Fetch-limited

Ngµy 18/4/1999

WIND ADJUSTMENT and WAVE GROWTH

Observation Type

Developed

Ngµy 19/4/1999

Observation Type

Developed

UNABLE TO CONVERGE ON MONIN-OBUKHOV LENGTH (L)

Ngµy 20/4/1999

Observation Type

Observed Wind Speed Uobs: 4.00 mps

Trang 7

Air-Sea Temp Difference delT: 25.00 deg C Overwater (ship)

Trang 8

Hình 2.1.1 Bản đồ độ sâu và miền tính trờng sóng lớn khu vực Thuận An- Hoà Duân.

N

Trang 9

Hình 2.2.1: Vị tri quan trắc sóng, gió V4 khu vực Thuận An-HoàDuân (tọa độ i=483, j=323)

N

NTrạm V4

Đầm Cầu

Phá Tam

Trang 10

Hình 2.2.2 So sánh độ cao sóng quan trắc và tính toán bằng mô hình MIKE 21 NSW

Trang 11

III Kết quả tính toán

3.1 Kết quả mô phỏng tính toán trờng khúc xạ sóng trong

điều kiện tự nhiên vùng ven bờ biển Thuận An-Hòa Duân bằng phần mềm MIKE21 NSW.

Theo kết quả tính toán trong phần "Báo cáo kết quả tính toán

xác định các thông số Động lực biển", chúng tôi tiến hành tính toán cho 3 hớng sóng chính N, NE và E với các tham số sóng nh trình bày trong Bảng 3.1.1 Mực nớc đợc lấy là 2.5 mét theo hệ cao độ Quốc gia

Bảng 3.1.1 Các yếu tố sóng tính toán ngoài khơi (sóng có

Vì miền tính toán rất lớn (631 x 901) ô nên chúng tôi chỉ trích

in độ sâu (hệ cao độ Quốc gia đồng thời độ cao sóng, hớng sóngcho ở phạm vi theo trục x từ ô 450-500 và theo trục y từ 250-350 trêncác Bảng 3.1.2, 3.1.8 Trong các Bảng 3.1.2-3.1.8 độ sâu và độ caosóng tính bằng mét và góc tính theo chiều kim đồng hồ từ trục y

đến hớng sóng ngoài khơi

Từ kết quả tính toán có thể nhận thấy rằng:

Sóng hớng N tạo ra các vùng hội tụ ở khu vực bãi tắm Thuận An Hoà Duân Sóng hớng NE và E tạo ra các vùng hội tụ ở khu vực bãi tắmThuận An - Hoà Duân và Hải Dơng Gây xói lở mạnh tại những vùnghội tụ Đặc biệt là sóng NE có tần suất 95% lại tác dụng trực diệnvuông góc với bờ

Trang 12

Hình 3.1.1 Trờng độ cao và hớng sóng khu vực Thuận An

-Hoà Duân trong phơng án NO1(sóng hớng Bắc).

Trang 13

-Hoà Duân trong phơng án NO2 (sóng hớng Đông Bắc).

Trang 14

-Hoà Duân trong phơng án NO3 (sóng hớng Đông).

Trang 15

Bảng 3.1.2 Trích độ sâu khu vực tính toán (hệ cao độ Quốc gia, độ sâu tính bằng mét).

Bảng 3.1.3 Trích độ cao sóng khu vực tính toán trờng hợp NO1 (

độ cao sóng tính bằng mét)

Bảng 3.1.4 Trích hớng sóng khu vực tính toán trờng hợp NO1 ớng sóng tính bằng độ theo chiều kim đồng hồ và hợp với trục y nh trình bày dới đây

H-Bảng 3.1.5 Trích độ cao sóng khu vực tính toán trờng hợp NO2 (

H-Miền tính toánY

X

Tia sóng

Góc của sóng

Trang 16

Bảng 3.1.7 Trích độ cao sóng khu vực tính toán trờng hợp NO3 (

Trang 17

H-3.2 Kết quả mô phỏng trờng độ cao sóng và dòng chảy do sóng vùng ven bờ Thuận An-Hòa Duân trong điều kiện tự nhiên và có công trình bằng phần mềm MIKE21 EMS.

3.2.1 Trờng hợp trong điều kiện tự nhiên

Bảng 3.2.1: Các phơng án tính toán trờng độ cao sóng và dòng chảy sóng cho các phơng án tự nhiên (không có công

Từ kết quả tính toán có thể nhận thấy rằng:

- Trong điều kiện tự nhiên sóng hớng N và NE (phơng án PO2,PO4 và PO5) dễ gây bồi lấp cửa Thuận An hơn cả đặc biệt là sóng h-ớng N

- Tại các vùng sát bờ dọc bờ biển từ Hải Dơng - Hoà Duân dới tácdụng của sóng hình thành những vùng sóng đổ, nơi mà sự xáo trộixói lở và vận chuyển bùn cát xẩy ra mạnh mẽ

Trang 18

H×nh 3.2.1.1: Trêng dßng ch¶y song ph¬ng ¸n PO1

Trang 19

H×nh 3.2.1.2: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PO2

Trang 21

Trang 23

Trang 24

3.2.2 Trờng hợp có công trình

Các phơng án tính toán trong trờng hợp có công trình đợc trình bày

trên Bảng 3.2.2

Bảng 3.2.2 : Các phơng án tính toán trờng độ cao sóng và

dòng chảy sóng cho các phơng án công trình với lới tính 5 x 5m

12 PA12 Hải Dơng HI N Không đê chắn

sóng bờ Bắc

Các kết quả tính toán về trờng dòng chảy sóng cho thấy:

① Đối với khu vực cửa Thuận An - Hải Dơng dòng chảy sóng hớngBắc (hình 3.2.2.12,3.2.2.16 ) trong bão đạt từ 1-2m/s theo hớng TâyBắc - Đông Nam tạo thành quá trình vận chuyển bùn cát cục bộ từphía Bắc tới phía Nam cửa Thuận An Dòng chảy sóng hớng Đông Bắc(hình 3.2.2.14, 3.2.2.18) tạo thành 2 xoáy khá lớn ngay phía trớc cửaThuận An Dòng chảy sóng hớng Đông bắc (hình 3.2.2.14, 3.2.2.18) tạothành xoáy ngay tại Hải Dơng và dòng chảy sóng có hớng Tây Nam -

Đông Bắc Dới tác động của dòng chảy sóng sẽ gây xói lở bờ biển xãHải Dơng và tạo ra các khu vực bồi đối diện vùng bờ lõm cách xa bờ từ

Trang 25

200 ữ 500m Quá trình xói sẽ tiếp tục phát triển không ngừng lại nếu

không có biện pháp lập lại cân bằng của đờng bờ trớc lũ 1999 Tại khu

vực đờng bờ đổi hớng dòng chảy sóng sẽ tạo các vùng bồi vuông góc với

bờ

Tại vùng cửa Thuận An các vùng xoáy cách cửa 800 ữ1000m tại điều

kiện hình thành các bãi bồi trớc cửa

② Đối với khu vực bờ biển từ Thuận An - Hoà Duân:

Trờng dòng chảy sóng do sóng hớng N và E (hình 3.2.2.2, 3.2.2.6,

3.2.2.10) hình thành ra các dòng chảy ven bờ tơng ứng có hớng SE

-NW và ngợc lại với vận tốc đạt tới 1ữ2m/s Dới tác dụng của sóng NE

(hình 3.2.2.4, 3.2.2.8): phía Nam cửa Thuận An (khu B) hình thành

các vùng xoáy lớn kéo dài cách bờ 200ữ300m đến 2000m tạo điều

kiện bồi đọng Vùng bãi tắm Thuận An - Hoà Duân phía sát bờ dòng

chảy gây xói lở và cách xa bờ 300 ữ 500m hình thành các khu xoáy

ngay phía ngoài tạo ra các vùng bồi tụ

③ Kết quả tính toán dòng chảy ven bờ do sóng cũng cho phép

xác định vận tốc cực đại của dòng dọc bờ đợc trình bày trên bảng

2.402.5 2.6 2.0 2.6 2.8 3.2

400 400 950 400 380 400 200

Địa danh Hải Dơng Cửa Thuận An Xã Thuận An Bãi tắm

Trang 27

Hình 3.2.2.1: Trờng độ cao sóng phơng án PA1-AIII-N

Trang 28

H×nh 3.2.2.2: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA1-AIII-N

Trang 29

Hình 3.2.2.3: Ttrờng độ cao sóng phơng án PA2-AIII-NE

Trang 30

H×nh 3.2.2.4: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA2-AIII-E

Trang 31

Trang 32

Trang 33

Hình 3.2.2.7: Trờng độ cao sóng phơng án PA4-AII-NE

Trang 34

H×nh 3.2.2.8: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA4-AII-NE

Trang 35

Hình 3.2.2.9: Trờng độ cao sóng phơng án PA5-AII-E

Trang 36

H×nh 3.2.2.10: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA5-AII-E

Trang 37

Hình 3.2.2.11: Trờng độ cao sóng phơng án PA6-HI-N

Trang 38

H×nh 3.2.2.12: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA6-HI-N

Trang 39

Hình 3.2.2.13: Trờng độ cao sóng phớng PA7-HI-NE

Trang 40

H×nh 3.2.2.14: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA7-HI-NE

Trang 41

Hình 3.2.2.15: Trờng độ cao sóng phơng án PA8-HII-N

Trang 42

H×nh 3.2.2.16: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA8-HII-N

Trang 43

Hình 3.2.2.17: Trờng độ cao sóng phơng án PA9-HII-NE

Trang 44

H×nh 3.2.2.18: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA9-HII-NE

Trang 45

Hình 3.2.2.19: Trờng độ cao sóng phơng án PA10-AIII-NE

Trang 46

H×nh 3.2.2.20: Trêng dßng ch¶y sãng ph¬ng ¸n PA10-AIII-NE

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	35,53 MB