0

Yếu tố ảnh hưởng sự hình thành đảo ngoài khơi cửa Đại - sông Thu Bồn

8 1 0
  • Yếu tố ảnh hưởng sự hình thành đảo ngoài khơi cửa Đại - sông Thu Bồn

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 15/01/2022, 11:38

Nội dung nghiên cứu nhằm tìm hiểu một trong những nguyên nhân tiềm năng có thể liên quan đến sự hình thành đảo tại vùng cửa sông. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng bùn cát về từ thượng nguồn sông Thu Bồn có ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi cao độ đáy địa hình vùng cửa sông. BÀI BÁO KHOA HỌC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG SỰ HÌNH THÀNH ĐẢO NGỒI KHƠI CỬA ĐẠI - SƠNG THU BỒN Nguyễn Thống1, Hồ Tuấn Đức1,2, Phan Quang Hưng1, Đồng Kim Hạnh3 Tóm tắt: Khu vực cửa sơng Cửa Đại vùng ven bờ biển Hội An xảy tượng xói, bồi phức tạp nhiều năm gần Vùng ngồi khơi Cửa Đại sơng Thu Bồn thường xảy tượng bồi lắng gây cản trở tuyến giao thông thuỷ từ Cửa Đại đến Cù Lao Chàm Sự xuất biến đảo hình thành vị trí vùng ngồi khơi Cửa Đại ghi nhận số thời điểm năm gần Nội dung nghiên cứu nhằm tìm hiểu nguyên nhân tiềm liên quan đến hình thành đảo vùng cửa sơng Kết nghiên cứu cho thấy hàm lượng bùn cát từ thượng nguồn sơng Thu Bồn có ảnh hưởng lớn đến thay đổi cao độ đáy địa hình vùng cửa sơng Kết nghiên cứu xu di chuyển bùn cát ven bờ theo hướng Nam thời kỳ mô từ tháng 1/2016 đến tháng 5/2019 vùng nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng mơ hình số trị Telemac2D kết hợp giải tốn thuỷ thạch động lực sóng ven bờ biển Từ khố: Telemac2D, Tomawac, Sisyphe, Cửa Đại, sơng Thu Bồn, đảo Khủng Long ĐẶT VẤN ĐỀ * Hiện tượng xói lở, bồi lắng vùng cửa Đại bờ biển Hội An ghi nhận nhiều năm gần diễn với tốc độ ngày nhanh Người dân địa phương ghi nhận hình thành biến đảo vị trí khơng xa ngồi khơi Cửa Đại gọi đảo “Khủng Long” Tìm hiểu nguyên nhân tượng bước quan trọng việc đề xuất phương án bảo đảm tuyến giao thông thủy Cửa Đại - Cù Lao Chàm khu vực Một nguyên nhân tiềm nghiên cứu đề tài liên quan đến nồng độ bùn cát đến từ sông Thu Bồn vùng cửa sông Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu q trình chuyển tải hạt thay đổi địa mạo vùng cửa Đại bờ biển Hội An, phương pháp sử dụng nghiên cứu sử dụng mơ hình tốn số, áp dụng đồng thời lý thuyết toán thuỷ động lực với mơ hình Khoa Kỹ thuật Xây Dựng - Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM Trung tâm Châu Á nghiên cứu nước CARE – Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP HCM Khoa Cơng trình - Trường Đại học Thủy lợi 118 Telemac2D (Hervouet Jean Michel, 2007), (Meisser Loren P., 1995), tốn sóng với mơ hình Tomawac tốn biến hình lịng dẫn với mơ hình Sisyphe CƠ SỞ LÝTHUYẾT Telemac2D phần mềm thủy lực dùng để mơ dịng chảy chiều theo phương nằm ngang (trung bình theo phương thẳng đứng) với hệ phương trình Saint Venant sau: (1) Z u u u u v  g s  Fx  divh e grad ( u )  (2) t x y x h Z s v v v (3) u v  g  Fy  divh e grad ( v) t x y y h Trong đó: h(m) – chiều sâu, u & v(m/s) – thành phần vận tốc theo phương ngang x & y vận  tốc U , q(m/s) – lưu lượng đơn vị nguồn, Zs(m) – cao độ mặt thoáng, Fx,y(m/s2) – ngoại lực (khơng kể trọng lực, ví dụ lực Coriolis, ) tác dụng đơn vị khối lượng chiếu theo phương ngang x & y, e (m2/s)- hệ số khuếch tán Bài tốn số lập trình xử lý dạng điều kiện biên như: Biên mực nước Z, KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021) biên lưu lượng Q, biên lưu lượng mực nước (Q&Z), biên vận tốc (u,v), biên vận tốc mực nước (u,v& Z) dạng biên sóng đến Dưới tác dụng gió lên bề mặt đại dương gây nên tượng sóng Hiện tượng vật lý mơ tả phương trình biểu diễn biến đổi mật độ phổ sóng theo hướng phương trình sau giải mơ hình tốn số tính sóng Tomawac phát triển Tập đoàn điện lực Pháp: (4) Với phổ mật độ tác dụng sóng vectơ vị trí hệ toạ độ Cartesien vectơ số sóng,  hướng sóng Hiện tượng biến hình lòng dẫn miền nghiên cứu liên quan đến hai hình thức vận chuyển bùn cát di đẩy bùn cát đáy di chuyển dạng lơ lửng Bùn cát di chuyển lơ lửng chiều theo phương nằm ngang mơ tả phương trình sau: hC   hUC    hVC    C    C  (5)     h s ED    h s t x y x  x  y  y   E  D  Zref  s  Ceq  Cref  Với C = C(x,y,t) nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình theo phương thẳng đứng Trong đó: h = Zs – Zf ≈ Zs – Zref, chiều sâu nước (giả thiết chiều dày lớp bùn cát đáy mỏng); (U,V): vận tốc trung bình theo phương x, y; E: suất xói lở; D: suất bồi tụ, (E – D): lượng trữ trầm tích lơ lửng; Ceq: nồng độ bùn cát trạng thái cân sát đáy; Cref : nồng độ bùn cát sát đáy MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC 2D VÙNG CỬA ĐẠI VÀ VEN BỜ HỘI AN 3.1 Miền tính (6) Miền tính bao gồm mạng lưới hạ lưu sông Thu Bồn khu vực Cửa Đại Hội An, phần ven biển phía Bắc giáp bán đảo Sơn Trà, Đà Nẵng, với chiều dài dọc bờ biển khoảng 55km, chiều rộng trung bình kể từ bờ ngồi khơi khoảng 47km Diện tích miền tính khoảng 2373 km2 (12 km hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn vùng hạ lưu vùng biển ven cửa sông từ Cửa Đại) Miền tính mơ tả 39407 phần tử tam giác phi cấu trúc với lưới lớn có cạnh 4000m (ngồi biển), cạnh nhỏ cho vùng sơng Thu Bồn 25m Hình 3.1 Lưới miền tính 2D KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021) Hình 3.2 Vùng biển Cửa Đại 119 3.2 Điều kiện biên miền nghiên cứu Thuỷ lực Miền tính gồm biên lưu lượng Q nhánh sơng thượng lưu cách Cửa Đại khoảng 12 km theo đường thẳng (NGUYEN Kim Đan et al., 2017) Biên lỏng mực nước Z khơi, cách bờ khoảng 47km Do số liệu đo đạc thời kỳ nên sơ tham khảo trạm thuỷ văn Nông Sơn, Thành Mỹ vùng thượng lưu nội suy theo diện tích lưu vực tương ứng Nhánh sơng lớn (sau cầu Câu Lâu) nhánh nhỏ (nhánh phía Nam, cách cầu Cửa Đại 1.5 km hướng thượng lưu) đổ biển sử dụng cấp lưu lượng trung bình: giai đoạn nhiều nước (tháng 10 - 12) có Q1 = 700 m3/s Q2 = 100 m3/s giai đoạn nước (tháng - 7) có Q’1 = 250 m3/s Q’2 = 50 m3/s Hình 3.3 Diễn biến chiều cao sóng Bùn cát Mô vận chuyển bùn cát khu vực theo mơ hình loại bùn cát hỗn hợp Bùn cát trung bình sơng thay đổi theo hai mùa chính, mùa khơ từ tháng đến tháng mùa mưa từ tháng 10 đến tháng năm 3.3 Hiệu chỉnh mơ hình Mực nước ngồi biển Mực nước biên hở, ngồi khơi biển Đơng, theo thủy triều thời kỳ lấy với sóng (S2, N2, K2, M2, K1, O1, P1, Q1 M4) từ sở liệu OTIS (NOAA) có độ phân giải 1/300 Sóng Số liệu sóng biên ngồi khơi lấy thời kỳ từ sở liệu NOAA chiều cao sóng HM0 điển hình vị trí khác khoảng thời gian từ 01/6/2016 đến 31/12/2016 Gió Xét ảnh hưởng gió (biến đổi theo khơng gian thời gian) đến dịng chảy Đồ thị hình 3.4 thể biểu đồ gió năm 2018 vị trí Cửa Đại Theo đó, khu vực chịu ảnh hưởng mùa gió gió Tây Nam gió Tây Bắc a) b) Hình 3.4 Biểu đồ hoa gió điển hình năm 2016 Cửa Đại lấy theo liệu NOOA (a) tháng 3/2016, (b) tháng 11/2016 Mơ hình hiệu chỉnh theo số liệu quan trắc số vị trí hình 3.5 Hiệu chỉnh thuỷ lực mơ hình Mơ hình hiệu chỉnh với số liệu tháng 10/2014 vị trí H1 Đồ thị kết phân tích điều hồ trình bày bảng 3.1 hình 3.6 Kết so sánh mô số liệu quan trắc phương pháp phân tích điều hịa kết mô phù hợp với số liệu quan trắc Hình 3.5: Vị trí quan trắc sóng K1, O1, M2 S2 cho kết tương đối phù hợp 120 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021) Bảng 3.1 Tổng hợp phân tích điều hồ Triều *K1 *M2 *O1 *S2 *N2 *Q1 *NO1 *MO3 *J1 *MK3 *M4 Quan trắc Biên độ (m) 0.1908 0.1838 0.1543 0.0747 0.0417 0.0298 0.0206 0.0117 0.0072 0.0057 0.0041 Mơ hình Biên độ (m) 0.1844 0.1903 0.1491 0.0928 0.0458 0.0317 0.0162 0.0182 0.0149 0.0186 0.0159 Pha (độ) 71.2 264.6 34.6 335.2 311.1 95.4 141.3 202.7 206.7 231.4 117.1 Pha (độ) 78.1 252.4 50.5 334.1 313.7 113.5 201.0 305.1 208.1 312.8 157.6 Hình 3.6 Mực nước so sánh mô thực đo Hiệu chỉnh mơ hình tính sóng Mơ hình hiệu chỉnh với số liệu sóng quan trắc từ tháng 16/10/2014 đến 12/11/2014 sau Hình 3.7 Chiều cao sóng HM0 vị trí S1 Một số nhận xét cho kết hiệu chỉnh mơ hình sóng sau: - Từ đồ thị cho thấy cách tổng quát chuỗi thời gian giá trị quan trắc trơn so với kết tính tốn Điều hợp lý thực tế với bước thời gian quan trắc số liệu Hình 3.8 Chiều cao sóng HM0 vị trí S2 (1h) lớn nhiều so với bước thời gian tính tốn mơ hình (10s) - Sóng vào tháng 10/2014 lớn so với sóng tháng 4/2014 Điều hợp với xu tự nhiên khu vực Hiệu chỉnh mơ hình bùn cát KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021) 121 Hình 3.9 Số liệu bùn cát từ 4/6/2016 đến 9/6/2016 - Vị trí C3 So sánh kết tính từ mơ thiên nhỏ so với giá trị quan trắc Sự sai biệt đến từ yếu tố tiềm năng: tài liệu địa chất dùng mơ hình chưa sát thực tế, mơ hình tốn số mơ bùn cát sử dụng loại mơ hình hỗn hợp chưa hồn tồn phù hợp, số liệu bùn cát đo đạt có sai số điều kiện lấy mẫu vùng ven biển phức tạp có nhiều yếu tố rủi ro ảnh hưởng đến kỹ thuật lấy mẫu,… Kết mô bùn cát thiên nhỏ có khả làm giảm Hình 4.1 Trường vận tốc mô tức thời lúc 20h, ngày 21/04/2018 Sóng Khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng mùa gió năm, cường độ gió theo hướng Tây Bắc chiếm ưu Kết nghiên cứu Hình 4.3 Chiều cao sóng HM0(m) lúc 0h, ngày 1/11/2018 122 giá trị bồi, xói long dẫn tính từ mô KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Nhằm nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng bùn cát đến từ sơng Thu Bồn lên tượng xói bồi vùng cửa sông, dựa số liệu thu thập từ NOAA sóng, gió khả tính tốn trung tâm máy tính hiệu cao HPCC, mức độ phân giải lưới tính mơ hình tốn số, nghiên cứu thực mô số trị thời gian năm tháng kể từ tháng 1/2016 đến tháng 5/2019 Sau trình bày số kết điển hình thủy lực, sóng biến hình lịng dẫn Thủy động lực Kết mô cho thấy chế độ dòng chảy khu vực chịu ảnh hưởng lớn chế độ thủy triều dòng chảy đến từ sơng Thu Bồn Dịng chảy trung bình tương đối lớn hệ thống sông cửa sông so với vận tốc vùng khác miền nghiên cứu Hình 4.2 Trường vận tốc mô tức thời lúc 20h, ngày 20/11/2018 cho thấy ảnh hưởng Cù Lao Chàm bán đảo Sơn Trà lên cường độ sóng gây gió vùng biển gần bờ tương đối rõ ràng Hình 4.4 Chiều cao sóng HM0 (m) lúc 16h, ngày 12/04/2018 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021) Bùn cát Với điều kiện nêu trên, mô thực tương ứng với trường hợp với giả thiết nồng độ bùn cát trung bình sơng Thu Bồn khác Kịch 1: Nồng độ bùn cát trung bình mùa khơ 60mg/l, mùa mưa 100 mg/l Kịch 2: Nồng độ bùn cát trung bình mùa khô 120mg/l, mùa mưa 200 mg/l Kết mô cho thấy vùng cửa biển khơi Cửa Đại hướng Cù lao Chàm có tượng bồi lắng tương đối nhiều so với vị trí khác Để đánh giá định lượng thay đổi cao độ đáy vùng cửa sơng, tính tốn cân bùn cát vùng ABCD (S=708000m2) xem xét thay đổi cao độ đáy số mặt cắt điển hình I-I II-II thực (Hình 4.6; hình 4.7; hình 4.8) Hình 4.5 Trường di chuyển tức thời bùn cát lơ lửng vùng cửa sông lúc 8h, ngày 3/11/2018 Hình 4.6 Vị trí tính tốn cân bùn cát mặt cắt điển hình xem xét Hình 4.7 Thay đổi cao độ đáy mặt cắt I-I Hình 4.8 Thay đổi cao độ đáy mặt cắt II-II Kết từ hai đồ thị cho thấy bồi lắng tập trung vị trí ngồi khơi cửa sơng (mặt cắt II) xảy chủ yếu vùng gần bờ (mặt cắt II-II) Các đồ thị sau trình bày kết ảnh hưởng hai kịch nồng độ bùn cát từ sông Thu Bồn khác Kết cho thấy tượng bồi lắng gia tăng nồng độ bùn cát tăng Hình 4.9 Thay đổi cao độ đáy mặt cắt I-I cho KB1 KB2 Hình 4.10 Thay đổi cao độ đáy mặt cắt II-II cho KB1 KB2 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021) 123 Cân bùn cát tính tốn cho khu vực ABCD thời kỳ mơ năm tháng trình bày bảng 4.1 Kết cho thấy xu chung khu vực xem xét ABCD bồi thời gian mô từ 1/2016 đến 5/2019 Hiện tượng bồi lớn xảy qúy năm (mùa gió chủ đạo Đơng-Bắc) Xu bồi điều kiện cần có để xuất hình thành cồn cát mới, tượng quan sát vị trí cửa sơng năm gần Bảng 4.2 Bảng tổng hợp cân bùn cát khu vực ABCD cho kịch mô nồng độ bùn cát Bảng 4.1 Bảng tổng hợp cân bùn cát khu vực ABCD Kết tổng hợp bảng cho thấy tượng bồi lắng gia tăng hàm lượng bùn cát từ sông Thu Bồn gia tăng KẾT LUẬN Từ kết nêu rút số kết luận tượng xuất đảo vùng khơi Cửa Đại sau: - Nồng độ bùn cát từ sông Thu Bồn yếu tố cấu tạo thành đảo (cồn) khơi Cửa Đại Nồng độ bùn cát tỷ lệ thuận với tượng bồi lắng vị trí vùng cửa sơng - Hiện tượng bồi lắng chủ yếu xảy vị trí ngồi khơi cửa sông giảm nhanh xa bờ xa cửa sông - Hiện tượng bồi xảy nhiều quý IV (mùa mưa) hàng năm Điều liên quan chặt chẽ đến tổng lượng bùn cát từ thượng nguồn sông, vốn lớn vào thời kỳ với gia tăng lưu lượng dòng chảy sông Lời cảm ơn: - Nghiên cứu tài trợ Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) khn khổ Đề tài mã số C2021-20-43 - Các mô thực hệ thống máy tính hiệu cao (HPCC), trường Đại học Bách Khoa Tp HCM Tăng(m3) 2016 2017 2018 2019 T1-3 971 T4-6 115 T7-9 94 T10-12 31677 T1-3 1248 T4-6 1320 T7-9 15 T10-12 49056 T1-3 4482 T4-6 5087 T7-9 437 T10-12 62746 T1-3 19114 T4-5 21693 Giảm(m3) 2018 2019 T1-3 T4-6 T7-9 T10-12 T1-3 T4-5 Kịch Tăng (m3) 4482 5087 437 62746 19114 21693 Kịch Tăng (m3) 8402 10288 2291 125880 9523 13698 TÀI LIỆU THAM KHẢO NGUYEN Kim Đan et al., 2017 “Nghiên cứu tượng xói lở bờ biển Hội An giải pháp khắc phục” HERVOUET Jean Michel (2007) Hydrodynamics of Free Surface Flows modelling with the finite element method WILEY MEISSNER Loren P (1995) Fortran 90 PWS Publishing Company NOAA National Geophysical Center http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html 124 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021) Abstract: FACTORS AFFECTING THE FORMATION OF A NEW ISLAND IN FRONT OF CUA-DAI RIVER MOUTH, THU-BON RIVER The area of Cua-Dai estuary and the coastal areas of Hoi-An City have experienced complicated erosion and sedimentation in recent years Along the coast of Hoi-An, erosion often occurs, whereas in the area of Cua-Dai River, there is an accretion phenomenon that obstructs the waterway navigation from Cua-Dai to Cu-Lao-Cham The occurrence of sand dunes in the offshore location of Cua-Dai has been recorded a number of times in recent years The purpose of the study is to find out one of the potential causes that may be related to the formation of a new island in the estuary Research results show that the amount of sediment from upstream of the Thu-Bon river has a great influence on the change of bathymetry of the estuary The research results also show the trend of coastal sediment movement in the south direction during the simulation period from January 2016 to May 2019 in the study area This study used the numerical model Telemac which combines the hydro-morphodynamic and wave modules Keywords: Telemac2D, Tomawac, Sisyphe, Cua-Dai, Thu-Bon river, Khung-Long island Ngày nhận bài: 10/10/2021 Ngày chấp nhận đăng: 07/11/2021 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021) 125 ... bùn cát từ sông Thu Bồn gia tăng KẾT LUẬN Từ kết nêu rút số kết luận tượng xuất đảo vùng khơi Cửa Đại sau: - Nồng độ bùn cát từ sông Thu Bồn yếu tố cấu tạo thành đảo (cồn) khơi Cửa Đại Nồng độ... trường Đại học Bách Khoa Tp HCM Tăng(m3) 2016 2017 2018 2019 T 1-3 971 T 4-6 115 T 7-9 94 T1 0-1 2 31677 T 1-3 1248 T 4-6 1320 T 7-9 15 T1 0-1 2 49056 T 1-3 4482 T 4-6 5087 T 7-9 437 T1 0-1 2 62746 T 1-3 19114 T 4-5 ... chịu ảnh hưởng lớn chế độ thủy triều dòng chảy đến từ sơng Thu Bồn Dịng chảy trung bình tương đối lớn hệ thống sông cửa sông so với vận tốc vùng khác miền nghiên cứu Hình 4.2 Trường vận tốc mơ
- Xem thêm -

Xem thêm: Yếu tố ảnh hưởng sự hình thành đảo ngoài khơi cửa Đại - sông Thu Bồn, Yếu tố ảnh hưởng sự hình thành đảo ngoài khơi cửa Đại - sông Thu Bồn