TÍNH TOÁN DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG DIỄN BIẾN ĐƯỜNG BỜ BIỂN THUẬN AN HÒA DUÂN SAU 01 NĂM, 05 NĂM VÀ 10 NĂM

Để giải quyết mục tiêu nghiên cứu, dự báo biến động bờ biển Thuận An Hòa Duân trong nghiên cứu, sử dụng 02 mô đuyn cơ bản là mô đuyn LITLINE và LITDRIFT.Trên cơ sở lý thuyết được trình bày ở chương II, các bước xây dựng mô hình dự báo biến động đường bờ cho đoạn bờ biển cụ thể Thuận An Hòa Duân bao gồm: Xác lập miền tính, lưới tính. Xác lập số liệu đầu vào: các điều kiện về sóng, về mực nước, về bùn cát, dòng chảy và điều kiện công trình. Xây dựng bảng tính lượng vận chuyển bùn cát (sediment transport tables). Kiểm định mô hình, xác lập bộ thông số tính toán.

TÍNH TOÁN DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG DIỄN BIẾN ĐƯỜNG BỜ BIỂN THUẬN AN - HÒA DUÂN SAU 01 NĂM, 05 NĂM VÀ 10 NĂM

4.1 Xây dựng mô hình tính toán:

Để giải quyết mục tiêu nghiên cứu, dự báo biến động bờ biển Thuận An Hòa Duân trong nghiên cứu, sử dụng 02 mô đuyn cơ bản là mô đuyn LITLINE vàLITDRIFT

-Trên cơ sở lý thuyết được trình bày ở chương II, các bước xây dựng mô hình

dự báo biến động đường bờ cho đoạn bờ biển cụ thể Thuận An - Hòa Duân baogồm:

- Xác lập miền tính, lưới tính

- Xác lập số liệu đầu vào: các điều kiện về sóng, về mực nước, về bùn cát,dòng chảy và điều kiện công trình

- Xây dựng bảng tính lượng vận chuyển bùn cát (sediment transport tables)

- Kiểm định mô hình, xác lập bộ thông số tính toán

4.1.1 Xác lập miền tính và lưới tính:

Căn cứ vào điều kiện địa hình, vị trí đường bờ thiết lập miền tính và lưới tínhbao gồm đường bờ biển từ cửa Thuận An - Hòa Duân trên chiều dài 12.150 m đượcxây dựng trên cơ sở bản đồ địa hình đo vẽ 6/2002 với bước lưới là 10 m (xem hình4.1) Các mặt cắt đặc trưng từ prof 1 ÷ prof 8, mỗi mặt cắt được bắt đầu từ đường

bờ cao kéo dài đến đường đẳng sâu -20 m với ciều dài trung bình là 2.170 m vàbước lưới chia là 10 m (xem hình 4.2)

Các thông số này được xác định căn cứ vào hệ tọa độ với trục x là đường cơ

sở và trục y vuông góc với trục x và hướng ra biển so với dường bờ và có xu thếgần vuông góc với đường bờ (xem hình 4.1)

Hình 4.1 Miền tính và lưới tính vùng bờ biển Thuận An - Hòa Duân

Hình 4.2a Mặt cắt đặc trưng Prof1_ cho đoạn bờ biển Thuận An - Hòa Duân

Hình 4.2b Mặt cắt đặc trưng Prof3_ cho đoạn bờ biển Thuận An - Hòa Duân

4.1.2 Xác lập các số liệu đầu vào:

Đối với vùng bờ biển Thừa Thiên Huế, sóng là chế độ động lực thống trị.Việc nghiên cứu chế độ sóng được tiến hành trên kết quả tính sóng nước sâu theo

mô hình SWAN (tại vị trí 108o kinh Đông và 17o vĩ Bắc ở độ sâu 80 m) trongkhoảng thời gian liên tục 10 năm từ 1997 ÷ 2006 với bước thời gian là 3h trên cơ sởtrường gió bề mặt biển Đông do tổ chức khí tượng Nhật Bản JIMA cung cấp

Trên cơ sở tính toán và phân tích, thống kê sóng nước sâu cho phép thiết lậpchế độ sóng tính toán và hoa sóng cho vùng biển nghiên cứu (xem bảng 4.1 và hình4.3)

Bảng 4.1 Chế độ sóng tính toán cho vùng biển Thuận An- Hòa DuânThừa Thiên Huế ( tính truyền bằng mô hình MIKE21NSW) tại độ sâu -20m

Hình 4.3 Hoa sóng cho vùng biển Thừa thiên Huế

( theo chuỗi số liệu 10 năm 1997-2006)

b Điều kiện mực nước:

Điều kiện mực nước được xác lập trên cơ sở chuỗi số liệu đo đạc mực nướcliên tục trong 01 năm tại cửa Thuận An (từ 10/2004 ÷ 9/2005) và sử dụng phươngpháp phân tích điều hòa theo phương pháp IOS xác định bộ hằng số điều hòa chovùng biển nghiên cứu để từ đó dự báo mực nước triều cho các thời gian cần môphỏng dự báo diễn biến đường bờ.

Bảng 4.2 Bộ hằng số điều hòa vùng biển Thuận An

Đối với việc nghiên cứu vận chuyển bùn cát và biến động đường bờ thì việc

có đủ các số liệu về bùn cát đáy để thể hiện được đúng sự phân bố bùn cát khu vực(thông qua D50 và độ không đồng đều D84/D16) có ý nghĩa khá quan trọng và cơ bảntrong việc nghiên cứu vận chuyển bùn cát và diễn biến đường bờ

Đối với vùng biển Thuận An - Hòa Duân trên cơ sở phân tích 58 mẫu bùn cátđáy (được lấy theo sự phân bố khá đồng đều trong phạm vi nghiên cứu) đã chophép xác định được các đặc trưng bùn cát tại vùng biển nghiên cứu như trong bảng4.3

Bảng 4.3 Đặc trưng bùn cát đáy khu vực bờ biển Thuận An - Hòa Duân

Trên bãi Mép nước Dưới nước đến khoảng cách 300m

cách mép nướcĐường kính hạt D50

( mm)

Bảng 4.4 Kịch bản tính sóng dùng xác định khối lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ

biển Thuận An - Hòa Duân

TT Tần xuất xuất hiện

( %) Chiều cao sóngHrms(m) Chu kỳ sóngTz( sec) Hướng sóngMWD( độ)

Bảng 4.5 Lượng vận chuyển dọc bờ tiềm năng trung bình năm

cho dải bờ biển Thuận An hòa Duân

Hướng Lượng VC cat dọc bờ(m3/ năm)

- Theo kết quả tính toán Trên mô hình SETRAND của trường đại học Xây

dựng, trên cơ sở nguồn số liệu sóng của dự án quy hoạch cảng “The study on port plan the key of central region” cho kết quả tính toán khối lượng vận chuyển cát dọc

bờ biển Thừa Thiên Huế như sau (xem bảng 4.6):

Bảng 4.6 Khối lượng vận chuyển cát dọc bờ biển Thừa Thiên Huế

Hạng mục tính toán Giá trị tính toán:

“+”: Từ Bắc xuống Nam

“-”: Từ Nam lên Bắc

Lượng bùn cát từ Bắc xuống Nam 100.948 m3/năm

Lượng bùn cát từ Nam lên Bắc -973.802 m3/năm

- Đường bờ xuất phát (ban đầu): 6/2002

- Đường bờ so sánh: là đường bờ đo đạc 6/2006

- Sử dụng mô đuyn LITLINE để dự báo diễn biến đường bờ sau 04 năm, kếtquả được trình bày trên hình 4.5

Hình 4.5 So sánh kết quả tính toán biến động đường bờ

trên mô hình LITLINE với sô liệu đo đạc

Qua đánh giá, so sánh kết quả tính toán với đo đạc cho thấy:

+ Xu thế diễn biến đường bờ là khá phù hợp

+ Sai số trung bình năm giữa đo đạc và tính toán là 8 m

Nhình chung, kết quả bước đầu là chấp nhận được

c Đánh giá về kết quả kiểm định mô hình biến động đường bờ và bộ thông số tính toán của mô hình:

Trên cơ sở so sánh kết quả và tính toán khối lượng vận chuyển bùn cát dọc

bờ các kết quả nghiên cứu tương tự và kết quả tính toán dự báo biến động đường bờvới số liệu đo đạc thực tế cho thấy nhìn chung các kết quả kiểm định là chấp nhậnđược và có thể sử dụng mô hình thiết lập để tính toán, dự báo biến động đường bờvới bộ thông số tính toán được xác định ở bảng 4.7

Bảng 4.7 Bộ thông số tính toán dùng cho mô đuyn tính toán dự báo biến động

đường bờ LITLINE

Độ thô thủy lực của hạt bùn cát (m/s) 0,033

Ứng suất tiếp tới hạn (critical shield parameter) 0,045

Loại dạng phổ (sử dụng phân bố Rayleigh) 2

Hệ số mở rộng sóng (spreading factor) 0,35

4.2 Tính toán dự báo biến động đường bờ biển Thuận An - Hòa Duân sau 01 năm, 05 năm và 10 năm:

Sử dụng mô hình biến động đường bờ được thiết lập tính toán, dự báo biếnđộng đường bờ biển Thuận An - Hòa Duân sau 01 năm, 05 năm và 10 năm

a Các kịch bản sóng dùng trong dự báo biến động đường bờ:

Các kịch bản sóng dùng trong dự báo biến động đường bờ được xác lập nhờ

mô hình LITCON V trên cơ sở các thông số trên bảng 4.1 Sau đây là kết quả xácđịnh các kịch bản sóng dùng trong tính toán:

Bảng 4.8 Kịch bản tính sóng cho 1 năm

TT Tần xuất xuất hiện

( %)

Chiều cao sóngHrms(m)

Chu kỳ sóngTz( sec)

Hướng sóngMWD( độ)

Chu kỳ sóngTz( sec)

Hướng sóngMWD( độ)

Chu kỳ sóngTz( sec)

Hướng sóngMWD( độ)

b Kết quả tính toán, dự báo biến động đường bờ biển Thuận An - Hòa Duân sau

01 năm, 05 năm và 10 năm:

Sử dụng mô hình LITLINE với bộ thông số tính toán theo bảng 4.7, bảngvận chuyển bùn cát (sediment transport table) transport table_5crs_Reilay.val và cáckịch bản tính sóng ( từ bảng 4.8- bảng 4.10) để dự báo biến động đường bờ biểnThuận An - Hòa Duân sau 01 năm, 05 năm và 10 năm:

- Đường bờ ban đầu là 10/2006

- Kết quả tính toán được trình bày trên hình 4.6 và hình 4.7 và các bảng

+ Đoạn 1 - đoạn bờ biển Thuận An - Hòa Duân với chiều dài 4.500 m: đây là

đoạn bờ biển xói với tốc độ xói trung bình năm là -4 m/năm ÷ -7 m/năm và lớn nhất

là -17 m/năm

+ Đoạn 2 - tiếp theo đoạn 1 dài ≈ 1.440 m (từ 4.500 m ÷ 5.940 m): là đoạn ít

biến đổi

+ Đoạn 3 - tiếp theo đoạn 2 dài 3.280 m (từ 5.940 m ÷ 9.920 m): là đoạn bờ

biển xói với tốc độ xói trung bình là -4,63 m/năm và lớn nhất là -18,8 m/năm

+ Đoạn 4 - tiếp theo đoạn 3 dài 500 m (từ 9.220 m ÷ 9.720 m): đoạn này bờ

biển ít biến động

+ Đoạn 5 - tiếp theo đoạn 4 dài ≈ 2.430 m (từ 9.720 m ÷ 12.150 m): đoạn bờ

biển bồi là chủ yếu với tốc độ bồi trung bình là 1,5 m/năm ÷ 3 m/năm và lớn nhất là

4 m/năm ÷ 5 m/năm

- Các kết quả tính toán, dự báo biến động đường bờ biển Thuận An - HòaDuân là phù hợp với các kết quả nhận được từ phân tích số liệu thực đo (mục 3.2.1

và mục 3.2.3 chương III) cả về xu thế định tính cũng như định lượng

- Khu vực bờ biển bị xói lở mạnh vẫn là đoạn bờ biển Thuận An - Hòa Duântrong đó khu vực bị xói lở mạnh nhất vẫn là khu vực bãi tắm Thuận An và khu vựccửa sông

Hình 4.6 Kết quả dự báo biến động đường bờ biển Thuận An- Hòa Duân sau 1 năm; 5 năm, 10 năm

Hình 4.7 Mức độ biến động đường bờ biển Thuận An- Hòa Duân sau 1 năm; 5 năm, 10 năm

- Các kết quả tính toán còn chỉ ra rằng dọc bờ biển Thuận An - Hòa Duân bềrộng của vùng sóng đổ (nơi diễn ra sự vận chuyển bùn cát mạnh) biến thiên từ 200

m ÷ 400 m (kể từ mép nước) và vận tốc dòng ven bờ do sóng có thể đạt tới -1,4 m/s(cách bờ khoảng 200 m) trong mùa gió Đông Bắc và đạt -0,45 m/s (cách bờ khoảng

100 m) trong mùa gió Đông Nam (xem hình 4.8 và hình 4.9) Hướng thịnh hành củadòng chảy ven bờ do sóng là từ Nam lên Bắc, điều này cũng phù hợp với kết quảtính toán về khối lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ (mục 4.1.3.1)

Hình 4.8 Dòng chảy ven bờ do sóng trong gió mùa Đông Bắc

Hình 4.9 Dòng chảy ven bờ do sóng trong gió mùa Đông Nam

4.3 Tính toán biến động đường bờ biển Thuận An - Hòa Duân sau 01 trận bão:

Ở đây, trận bão được sử dụng trong nghiên cứu, tính toán là trận bãoXangsane đổ bộ vào vùng bờ biển Thừa Thiên Huế từ ngày 29/9/2006 ÷ 2/10/2006

4.3.1 Xác định lượng vận chuyển cát dọc bờ biển Thuận An - Hòa Duân

do cơn bão Xangsane:

a Kịch bản tính sóng trong cơn bão Xangsane:

Kịch bản tính sóng trong cơn bão Xangsane được trình bày ở bảng 4.11

Bảng 4.11 Kịch bản tính sóng trong cơn bão Xangsane

Bảng 4.11 Kịch bản tính sóng cho cơn bão Xansane

TT Tần xuất xuất hiện

( %)

Chiều cao sóngHrms(m)

Chu kỳ sóngTz( sec)

Hướng sóngMWD( độ)

b Kết quả tính toán khối lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ do cơn bãoXangsane được trình bày trên bảng 4.12.

Bảng 4.12 Khối lượng vận chuyển cát dọc bờ biển Thuận An - Hòa Duân

trong cơn bão Xangsane

Hạng mục tính toán Giá trị tính toán:

“+”: Từ Bắc xuống Nam

“-”: Từ Nam lên Bắc

Lượng bùn cát từ Bắc xuống Nam 0

Lượng bùn cát từ Nam lên Bắc -20.720 m3

Lượng bùn cát tổng cộng (Gross) 20.720 m3

Lượng bùn cát dòng (Net) -20.720 m3

Như vậy, lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ biển Thuận An - Hòa Duân gây

ra do 01 trận bão là không nhiều: ví dụ như cơn bão Xangsane chỉ là 20.720 m3chiếm 2% - 3% của tổng lượng vận chuyển bùn cát trung bình năm của dải bờ biểnnày

4.3.2 Tính toán biến động đường bờ biển do cơn bão Xangsane:

- Kịch bản tính sóng được sử dụng theo bảng 4.11

- Kết quả tính toán, dự báo biến động đường bờ do cơn bão Xangsane đượctrình bày trên hình 4.10 và các bảng từ đến (phụ lục 1)

Hình 4.10 Kết quả tính toán, dự báo mức độ bồi, xói đường bờ biển Thuận An

-Hòa Duân do cơn bão Xangsane

Từ kết quả tính toán cho thấy:

+ Các khu vực bị bão Xangsane gây xói lở lớn tập trung ở khu vực bãi tắmThuận An (đoạn 1) và đoạn 3; kèm theo hiện tượng xói lở là bồi xen kẽ

+ Mức độ gây xói lở bờ biển do bão Xangsane là khá lớn: trung bình vàokhoảng -0,85 m và lớn nhất là -8 m

+ Mức độ gây bồi do bão Xangsane là có giá trị tương tự như xói nhưng vớitrị số dương

4.4 Kết luận:

Qua kết quả sử dụng các mô đuyn LITLINE và LITDRIFT trong bộ phầnmềm LITPACK để nghiên cứu, dự báo biến động đường bờ biển Thuận An - HòaDuân cho phép đi đến kết luận rằng:

- Các kết quả tính toán khối lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ và biến độngđường bờ biển Thuận An - Hòa Duân là phù hợp với các kết quả quan trắc, đo đạc

và các kết quả nghiên cứu trước đây của đoạn bờ biển này

- Biến động bờ biển Thuận An - Hòa Duân là một quá trình bồi, xói đan xennhưng xu thế xói là chủ yếu Mức độ xói lở đường bờ trung bình năm là -4 m ÷ -7

m/năm lớn nhất là -16 m ÷ -18 m/năm Các khu vực xói lở trọng điểm vẫn là bãitắm Thuận An - Hòa Duân và và đoạn bờ biển gần vùng cửa sông.

- Một trận bão chỉ có khả năng gây ra lượng vận chuyển bùn cát tương đốinhỏ, chỉ chiếm khoảng 2% ÷ 3% tổng lượng vận chuyển trung bình năm Tuy nhiên,khả năng gây biến động đường bờ lớn (nếu so với mức độ biến động của một vàingày so với 01 năm)

- Mô hình LITPACK là một mô hình có khả năng tốt trong nghiên cứu, dựbáo biến động đường bờ không chỉ với Thừa Thiên Huế mà với đường bờ biển nước

ta Tuy nhiên, các dữ liệu đầu vào quan trọng vẫn là việc xác định chế độ sóng vàbùn cát

Ngoài ra, để kết quả dự báo của mô hình đạt độ chính xác cần đòi hỏi nhiềuthời gian và công phu trong việc lựa chọn bộ thông số tính toán sao cho phù hợp vớiđiều kiện tự nhiên từng vùng của dải ven biển Việt Nam