Ứng dụng mô hình (VNU MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích vùng cửa sông ven biển hải phòng

Ứng dụng mô hình (VNU/MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích vùng cửa sông ven biển Hải Phòng Phạm Văn Tiến Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS chuyên ngành: Hải dương học; Mã số: 60 44 97 Người hướng dẫn: GS.TS. Đinh Văn Ưu Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Nghiên cứu mô hình VNU/MDEC: Mô hình thủy động lực; Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng; Các phương pháp tham số hóa của mô hình. Tiến hành thực nghiệm và trình bày các kết quả đạt được: Triển khai mô hình; Kết quả tính toán chế độ thủy động lực; Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng; Ảnh hưởng của các cửa sông Lạch Tray, Nam Triệu đến chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực. Keywords: Hải dương học; Chế độ thủy động lực; Trầm tích; Hải Phòng Content ĐẶT VẤN ĐỀ Vận chuyển bùn cát vùng cửa sông ven biển là một quá trình động lực phức tạp, đa chiều, nhiều quy mô. Mô hình hóa mô tả cả trầm tích và các chuyển động của môi trường xung quanh (nước) và tương tác giữa chúng. Vì vậy, phương pháp tiếp cận mô hình 3D là phương pháp đầy đủ nhất cho các mục đích mô tả vận chuyển trầm tích. Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học máy tính đã đem lại nhiều thuận lợi trong các tính toán khoa học nói chung và ngành khoa học biển nói riêng. Việc ứng dụng các mô hình chạy trên các máy tính trong nghiên cứu, tính toán đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam. Các mô hình được ứng dụng phổ biến trong hải dương học có thể kể đến như: MIKE, SMS, DELFT, ROM, POM, GHER, ECOMSED… Việc nghiên cứu, tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trậm tích trong khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng là rất cần thiết. Nghiên cứu sẽ cung cấp bức tranh chung về trường dòng chảy, những đặc điểm cơ bản của quá trình vận chuyển trầm tích trong khu vực giúp công tác quản lý, quy hoạch tuyến luồng tàu, tính toán sa bồi luồng nhằm đóng góp một phẩn nhỏ cho các yêu cầu thực tế đặt ra. Mô hình số trị hoàn toàn có thể đáp ứng được các mục đích trên, mô tả chi tiết của trường thủy động lực và diễn biến quá trình lan truyền trầm tích trong khu vực. Với những lý do trên học viên đã lựa chọn đề tài luận văn là: “Ứng dụng mô hình (VNU/MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng”. Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Mô hình VNU/MDEC Chương 3: Kết quả nghiên cứu Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích 1.1.1. Các nghiên của nước ngoài Vận chuyển trầm tích được nghiên cứu từ rất sớm như ở Trung Quốc cổ đại, Lương Hà, Hy Lạp và Đế quốc La Mã. Beckers, 1991, trong một nghiên cứu dòng chảy tổng hợp vùng biển Tây Địa Trung Hải trong điều kiện mùa đông điển hình bằng mô hình GHER-3D, cho rằng mô hình có thể khôi phục các quá trình vật lý và xu hướng chính của dòng chảy tổng hợp trong khu vực. Năm 1994, Beckers và cộng sự nghiên cứu thủy động lực học vùng biển Tây Địa Trung Hải bằng mô hình 3D. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng 2 mô hình: mô hình “metagnostic” (định hướng hệ thống) và mô hình chuẩn đoán (định hướng quá trình), được chạy đồng thời và có tính đến tương tác. Nghiên cứu chỉ ra quá cấu trúc và sự bất ổn định của dòng Algeria. O'Connor và Nicholson, 1988 cung cấp một mô hình 3D đầy đủ, bao gồm một mô hình vận chuyển bùn lỏng, có tính đến sự kết bông và cố kết. Katopodi và Ribberink 1992 đã phát triển một mô hình tựa 3D cho vận chuyển bùn cát lơ lửng trên cơ sở của phương trình bình lưu khuếch tán cho dòng chảy và sóng, phân tích độ nhạy của các tham số sóng và dòng chảy. Các mô hình (nghiêng áp) thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích đã được phát triển và áp dụng cho các vùng ven biển (De Kok và cộng sự, 1995). Năm 1994, Leonor Cancino và Ramiro Neves mô tả và ứng dụng hệ thống mô hình thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích 3D (dạng nghiêng áp, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn). Mô hình thủy động lực dựa trên xấp xỉ thuỷ tĩnh và xấp xỉ Boussinesq, sử dụng tọa độ sigma kép cho chiều thẳng đứng với lưới so le và sơ đồ bán ẩn bậc hai. Ngoài phương trình động lượng và phương trình liên tục, mô hình giải hai phương trình vận chuyển nhiệt độ, độ muối và một phương trình trạng thái có tính đến hiệu ứng nghiêng áp. Mô phỏng quá trình vận chuyển trầm tích gắn kết được thực hiện bằng cách giải các phương trình bảo toàn, bình lưu - khuếch tán 3D, trong cùng một lưới sử dụng trong mô hình thủy động lực. Qúa trình cố kết, xói mòn và lắng đọng của trầm tích được biểu diễn bằng các công thức thực nghiệm. Các mô hình đã được thử nghiệm và hiệu chỉnh bằng cách mô phỏng dòng triều và vận chuyển bùn cát lơ lửng ở các cửa sông. Hai ứng dụng ở cửa sông Western Scheldt (Hà Lan) và Gironde (Pháp) cho thấy sự phù hợp tốt giữa kết quả tính toán và đo đạc thực địa. Năm 2003, Changsheng Chen và Hedong Liu phát triển mô hình 3D tính hoàn lưu khu vực ven biển và cửa sông. Mô hình dựa trên hệ phương trình nguyên thủy 3 chiều gồm các phương trình động lượng, liên tục, nhiệt, muối, mật độ và sử dụng mô hình khép kín rối bậc 2,5 của Mellor và Yamada. Mô hình sử dụng hệ tọa độ chuyển đổi sigma cho phương thẳng đứng, phương ngang sử dụng lưới cấu trúc hình tam giác. Mô hình toán sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn, thể tích hữu hạn và phần tử hữu hạn. Mô hình đã được áp dụng cho biển Bột Hải, cửa sông Satilla River. Năm 2005, C.H. Wang, Onyx W.H. Wai và C.H. Hu phát triển mô hình tính toán vận chuyển trầm tích cho vùng cửa sông Pearl River (vịnh Lingding). Mô hình sử dụng kỹ thuật tách để giải các phương trình chủ đạo: giải các số hạng bình lưu bằng phương pháp Eulerian- Lagrangian, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho các số hạng khuếch tán theo phương ngang và phương pháp sai phân hữu hạn cho số hạng khuếch tán theo phương thẳng đứng. Sơ đồ khép kín rối bậc 2,5 của Mellor-Yamada được sử dụng kết hợp để xác định tham số nhớt rối thẳng đứng. Năm 2008, John C. Warner, Christopher R. Sherwooda, Richard P. Signel, Courtney K. Harris và Hernan G. Arangoc phát triển mô hình 3D couple sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát bằng công cụ MCT (Model Coupling Toolkit) và áp dụng tính toán cho vịnh Massachusetts. Mô hình là sự kết hợp giữa mô hình hoàn lưu ven biển ROM v3.0 và mô hình tính sóng vùng nước nông SWAN. Ứng suất sóng 2 chiều được đưa vào phương trình động lượng, cùng với hiệu ứng của sóng mặt. Vận chuyển trầm tích được xem xét trong nhiều lớp, mỗi lớp có các đặc điểm riêng như đường kính hạt, mật độ, vận tốc lắng đọng, ứng suất tới hạn cho quá trình xói mòn. Vận chuyển trầm tích lơ lửng trong cột nước được tính giống thuật toán bình lưu khếch tán và bổ sung thuận toán giải theo chiều thẳng đứng mà không phụ thuộc vào tiêu chuển CFL. Ngoài ra, còn có mô hình lớp biên đáy tính toán tương tác sóng - dòng chảy, làm tăng ứng suất đáy, tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển trầm tích và làm tăng ma sát đáy, tạo ra tác động ngược trở lại dòng chảy. Năm 2008, Idris Mandang và Tetsuo Yanagi áp dụng mô hình 3D ECOMSED được phát triển bởi HydroQual (2002) vào tính toán vận chuyển trầm tích khu vực cửa sông Mahakam, phía Đông Kalimantan, Indonesia. Mô hình có sử dụng phép xấp xỉ Bousinesq và xấp xỉ thủy tĩnh. Mô phỏng qúa trình vận chuyển trầm tích dựa trên cơ sở giải đồng thời các phương trình bình lưu – khuếch tán – bảo toàn 3 chiều. Năm 2009, M. Radjawane và F. Riandini sử dụng mô hình 3D vào mô phỏng hoàn lưu và vận chuyển bùn cát gắn kết từ 3 cửa sông Angke, Karang và Ancol vào trong vịnh Jakarta, Indonesia. Đánh giá ảnh hưởng của thủy triều, gió và dòng chảy sông đến quá trình lan truyền trầm tích trong vinh. 1.1.2. Các nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, các nghiên cứu liên quan đến vấn đề thủy động lực và vận chuyển bùn cát bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước. Cho đến nay các vấn đề liên quan đến thủy động lực và vận chuyển trầm tích tại các vùng ven biển Việt Nam đang là mối quan tâm của nhiều nhà khoa học và các cơ quan nghiên cứu. Một số cơ quan nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, ĐHKHTN-ĐHQGHN, Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Cơ học, Viện Hải dương Học Nha Trang, Viện Tài nguyên và Môi trường biển Hải Phòng, Các khu vực xói lở và bồi tụ tiêu biểu có thể kể đến như Cát Hải (Hải Phòng) Văn Lý, Hải Triều, Hải Hậu (Nam Định), Ngư Lộc, Hậu Lộc (Thanh Hóa ), Cảnh Dương (Quảng Bình), Phan Rí, La Gi, Phan Thiết (Bình Thuận), Cần Thạnh (Thành phố Hồ Chí Minh), Gò Công Đông (Tiền Giang), Hồ Tàu, Đông Hải (Trà Vinh), Cửa Tranh Đề (Sóc Trăng), Ngọc Hiển (Bạc Liêu), Quá trình vận chuyển trầm tích được nghiên cứu trong Chương trình Biển KT.03 (1991-1995), KHCN.06 (1996-2000), ngoài ra nó cũng được nghiên cứu trong các đề tài độc lập cấp nhà nước và trong chương trình biển giai đoạn 2001-2005. Ngoài ra nhiều đề tài, dự án liên quan đến trầm tích lơ lửng được thực hiện tại các cấp, cùng nhiều công trình nghiên cứu được công bố trong các tạp chí khoa học trong nước. Đinh Văn Ưu (2003 – 2012), nghiên cứu các quá trình thủy động lực, lan truyền vật chất bằng mô hình 3D (MDEC). Trong thời gian này, tác giả đã phát triển và hoàn thiện dần mô hình cho mục đích nghiên cứu thủy động lực, vận chuyển trầm tích và lan truyền chất gây ô nhiễm môi trường. Mô hình sử dụng hệ phương trình bình lưu khuếch tán đầy đủ đối với các tính toán thủy động lực và nồng độ trầm tích lơ lửng và phương trình bảo toàn khối lượng để tính toán sự biến đổi của độ dày lớp đáy lỏng. Một số kỹ thuật tính toán mới đã được phát triển và áp dụng cho phép linh hoạt hơn trong quá trình thiết lập các điều kiện biên có mực nước và lưu lượng biến đổi phức tạp như các cửa sông. Năm 2010, Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn và Đặng Đình Khá phân tích đánh giá biến động trầm tích lơ lửng, trầm tích đáy và diễn biến hình thái khu vực cửa sông Bến Hải và vùng ven bờ Cửa Tùng trên cơ sở số liệu 2 đợt khảo sát do khoa KT-TV-HDH thực hiện 8/2009 và 4/2010 và thu thập của Công ty Tư vấn GTVT (TEDI) năm 2000. Vũ Thanh Ca, Nguyễn Quốc Trinh, áp dụng phương pháp tính sóng có năng lượng tương đương vào tính toán vận chuyển bùn cát dọc bờ khi nghiên cứu về nguyên nhân xói lở bờ biển Nam Định. Năm 2011, Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển, Nguyễn Vũ Thắng tính biến động bờ biển khu vực huyện Hải Hậu tỉnh Nam Định dưới tác động đồng thời của sóng và dòng chảy bằng cách chạy đồng thời các mô hình tính dòng chảy và sóng. Các mô hình được sử dụng gồm ADCIRC, CMS-M2D, SWAN và STWWAVE. Phạm Sỹ Hoàn và Lê Đình Mầu áp dụng mô hình ECOMSED tính toán vận chuyển vật chất lơ lửng tại dải ven biển cửa sông Mê Công. Mô hình sử dụng phương trình liên tục, phương trình cân bằng thỷ tĩnh, các phương trình bảo toàn nhiệt-muối, phương trình vận chuyển vật chất, kỹ thuật phân tách dạng dao động do Simons (1974), Madala và Piacsek (1977) phát triển, so đồ MPDATA cho quá trình bình lưu và sơ đồ khép kín rối bậc 2 do Mellor và Yamada đề xuất năm 1982. 1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 2.2.1. Phạm vi nghiên cứu Khu vực nghiên cứu được giới hạn từ 106.7-107.00E và 20.65-21.850N, vùng cửa sông ven biển được bao bọc bởi đảo Cát Bà, Cát Hải, bán đảo Đồ Sơn, Đình Vũ. Trong vùng có 3 cửa sông là cửa Nam Triệu, Lạch Tray và Lạch Huyện. Chế độ thủy thạch động lực học ở đây rất phức tạp do chịu tác động đồng thời của cả sông và biển. Địa hình khu vực khá phức tạp do bị chia cắt mạnh bởi các cửa sông, đảo và bán đảo, vùng ven bờ tồn tại các khu rừng ngậm mặn và lộ bãi khi triều xuống. 2.2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy - hải văn 2.2.2.1. Đặc điểm khí hậu-khí hậu Chế độ gió khu vực Hải Phòng chịu sự chi phối của chế độ gió mùa Đông Nam Á, tại đây hoàn lưu tín phong của vùng cận chí tuyến bị nhiễu loạn và thay thế bằng một dạng hoàn lưu phát triển theo mùa. Chế độ nhiệt của Hải Phòng được phân ra hai mùa nóng, mùa lạnh rõ rệt và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ gió mùa, nhiệt độ biến thiên rất mạnh trong năm. Tổng lượng mưa cả năm dao động trong khoảng 1.600 – 2.000mm nhưng phân bố không đều theo mùa. Lượng mưa cao nhất rơi vào tháng 8 (có thể đạt tới 235mm), thấp nhất vào tháng 12, khoảng 16mm (số liệu thống kê tại trạm Hòn Dáu). Độ ẩm tương đối trong không khí khu vực TP. Hải Phòng khá cao, độ ẩm trung bình năm đạt 84,2%, trong đó hai tháng III và IV độ ẩm đạt tới 90,2% do ảnh hưởng của mưa phùn. Hai tháng đầu mùa đông (tháng 11, 12) có độ ẩm thấp nhất, khoảng 77,5% và 77,8%. Đây là thời kỳ thịnh hành thời tiết khô hanh do gió mùa Đông Bắc lạnh và khô mang lại. Hải Phòng nằm trong vùng có bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ nhiều, chiếm 31% tổng số cơn bão đổ bộ vào nước ta hàng năm, trung bình mỗi năm có 1 - 2 cơn bão và áp thấp đổ bộ trực tiếp, 3 - 4 cơn bão và áp thấp khác gián tiếp ảnh hưởng đến vùng ven biển và đảo. Thời kỳ bão đổ bộ trực tiếp vào Hải Phòng tập trung trong các tháng 7 đến tháng 9 với tổng tần suất 78%, trong đó tháng 7 là 28%, tháng 8 là 21% và tháng 9 là 29%. 2.2.2.2. Đặc điểm thủy văn Dòng chảy sông có sự biến đổi rất lớn theo mùa, tương ứng với mùa mưa và mùa khô có mùa lũ và mùa cạn. Mùa lũ thường bắt đầu chậm hơn mùa mưa một tháng (vào tháng 6 - 10), mùa cạn từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Mùa cạn, lượng nước từ thượng lưu về ít, nguồn nước trong sông chủ yếu do nước ngầm và thủy triều, lưu lượng nước chỉ chiếm 15 - 20% cả năm. 2.2.2.3. Đặc điểm hải văn a. Thủy triều Thủy triều trong khu vực Hải Phòng có chế độ nhật triều đều thuần nhất. Đây là vùng có biên độ triều khá cao của miền Bắc. Thời gian trung bình triều dâng 11-12h, thời gian triều rút 13-14h. Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một chân triều (nước ròng). Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cao, mỗi chu kỳ kéo dài 11 - 13 ngày với biên độ dao động mực nước có thể đạt tới 2,0 m. Trong kỳ triều thấp, tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhật triều tăng lên, trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều. Hàng năm, thủy triều có biên độ lớn vào các tháng 5, 6, 7 và 10, 11, 12, biên độ nhỏ vào các tháng 3, 4 và 8, 9. b. Dòng chảy Chế độ dòng chảy vùng ven biển và đảo khu vực Hải Phòng rất phức tạp, thể hiện qua mối quan hệ tương tác giữa thuỷ triều, sóng, gió, dòng chảy sông, địa hình khu vực. Dòng chảy ven bờ trong khu vực là tổng hợp của các dòng chảy triều, dòng chảy sóng ven bờ, dòng chảy gió, dòng chảy sông, trong đó dòng triều có vai trò chính, quy định tính chất của dòng tổng hợp. Dòng triều mang tính chất thuận nghịch, elíp triều dẹt, định hướng theo luồng, lạch, cửa sông hoặc song song với đường bờ. c. Sóng Sóng ven biển Hải Phòng chủ yếu là sóng truyền từ ngoài khơi đã bị khúc xạ và phân tán năng lượng do ma sát đáy. Theo số liệu sóng tại trạm Hòn Dáu từ 1960 – 2002 cho thấy, trong mùa đông sóng có các hướng chính là hướng Đông, Đông Bắc, tần suất tương ứng là 40%, 12%. Độ cao sóng trung bình các tháng mùa đông là 0,64 m, độ cao sóng cực đại đạt 2,8 m. Trong mùa hè sóng thịnh hành là hướng Nam và Đông Nam, với tần suất tướng ứng là 27% và 37%. Độ cao sóng trung bình 0,72 m, độ cao sóng cực đại đạt 5,6 m. d. Nhiệt độ nước biển Theo số liệu tại trạm Hòn Dáu từ 1960 – 2002 cho thấy, trong các tháng mùa đông, nhiệt độ nước biển thường thấp hơn 25 o C, nhiệt độ trung bình thấp nhất trong năm thường xuất hiện vào tháng 2, nhiệt độ nước biển thấp nhất 13,5 o C. e. Độ muối nước biển Vào mùa đông, độ muối tầng mặt trên toàn vùng biển Hải Phòng gần như đồng nhất với giá trị khoảng 31‰, từ tháng 2 đến tháng 4 độ muối đạt tới giá trị cao nhất là 32‰. Độ muối có xu thế tăng dần từ bờ ra khơi. 2.2.3. Đặc điểm trầm tích Các nghiên cứu [1, 6, 8] đã chỉ ra rằng, nồng độ trầm tích nồng độ trầm tích lơ lửng tại cửa sông ven biển Hải Phòng biến thiên từ 10-1000 mg/l trong năm. Mùa lũ, nồng độ trầm tích lơ lửng biến thiên từ 53-215 mg/l, trên sông Bạch Đằng và phía ngoài cửa Nam Triệu có giá trị khá nhỏ khoảng 80-100 mg/l, cực đại đạt trên luồng Cửa Cấm với 700-964 mg/l. Mùa khô, nồng độ trầm tích lơ lửng biến thiên từ 42-94 mg/l, cực đại đạt 252-860 mg/l tập trung ở vùng cửa sông phía ngoài do ảnh hưởng khuấy đục đáy của sóng và dòng triều. Hàm lượng trầm tích lơ lửng ở sông Cấm có giá trị lớn nhất, sau đó đến sông Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình và Bạch Đằng. Chương 2. MÔ HÌNH VNU/MDEC Mô hình thủy động lực ba chiều (3D) VNU/MDEC được phát triển tại Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường - ĐQGHN trên cơ sở mô hình quy mô biển ven GHER của Đại học Liege. So với mô hình GHER, mô hình MDEC đã được hoàn thiện hơn cho phép mô phỏng các quá trình quy mô nhỏ và vừa. Trong đó sơ đồ tham số hóa hệ số nhớt rối được triển khai khác nhau theo phương ngang và phương thẳng đứng. Mô hình tính đến tác động của sóng trên mặt biển bằng cách sử dụng mô hình tương tác sóng-gió và mô hình lớp biên đáy [12-18, 22, 32]. Mô hình VNU/MDEC đã được kiểm chứng qua các tính toán áp dụng cho toàn Biển Đông, cho Vịnh Bắc Bộ, vùng biển Đông Nam Bộ và vùng biển Quảng Ninh, Hải Phòng trong Đề tài QGTD 07.94 và nhiều công trình nghiên cứu của GS. Đinh Văn Ưu. Các công trình này nghiên cứu trường dòng chảy, nhiệt độ, độ muối và quá trình lan truyền chất lơ lửng, dầu nhiều pha trong nước và trầm tích lơ lửng với các quy mô thời gian tháng và mùa. Trong báo cáo này, học viên tập trung tính toán, phân tích các kết quả thu được đối với trường dòng chảy, mực nước và trường trầm tích lơ lửng vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Đánh giá vai trò và các tác động của các sông đến chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích lơ lửng trong khu vực. 2.1. Mô hình thủy động lực 2.1.1. Hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy 0. v  (2.1)     3    quefuv t u h (2.2) T FTv t T      (2.3) S FSv t S      (2.4)                          x k xx b x u kv t k kb ~~ ~ . 0 3 2 3   (2.5)   q x b 3  (2.6) Trong đó: ; 3 3 2 2 1 1 x e x e x e         2 2 1 1 x e x e h       ; 33 euuv   ; gb 0 0     ; f = 2  cos  ; k  ~ - hệ số khuếch tán động năng rối, b  ~ - hệ số khuếch tán rối theo phương thẳng đứng của lực nổi,    3 0 gx p q ;  ~ - hệ số nhớt rối (theo phương thẳng đứng),  - lực thế triều,  - mật độ nước (  0 mật độ quy chiếu),   , T F  , S F  : thông lượng rối riêng phần của động lượng, nhiệt lượng và lượng muối; hạng thức năng lượng bổ sung từ các quy mô vừa và nhỏ  0 sẽ bị triệt tiêu khi mô phỏng hoàn lưu tổng hợp với quy mô thời gian hàng giờ trở lên. 2.1.2. Phương pháp biến đổi tọa độ cong σ Mô hình MDEC3D sử dụng phương pháp biến đổi tọa độ  kép. Trong mô hình này phân bố thẳng đứng được phân thành hai vùng Region I và Region II, ranh giới giữa hai vùng được xác định bằng H LIM , trong bài toán này sử dụng H LIM =1,86m. Với sự lựa chọn phân vùng ở trên, theo chiều thẳng đứng mô hình gồm 5 tầng, 1 tầng ở lớp nước mặt và 4 tầng ở lớp nước bên dưới. Sự lựa chọn này đảm bảo thể hiện được các quá trình hoàn lưu trong khu vực một cách tỷ mỉ và các kết quả đưa ra được phân bố thẳng đứng của các yếu nghiên cứu. 2.1.3. Điều kiện biên trong mô hình 2.1.4. Điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo Trong [20] GS. Đinh Văn Ưu đã đưa ra phương pháp sử lý điều kiện biên hở cửa Nam Triệu và Lạch Tray, khu vực cửa sông có triều áp đảo. Mực nước thực tế vùng biển cửa sông sẽ bao gồm tổng mực nước do dao động triều và gia tăng mực nước do sông đổ ra:    t (2.30) Trong đó phần gia tăng mực nước do sông   sẽ bị triệt tiêu khi đi xa về phía biển. Mối tương quan giữa đại lượng này với lưu lượng hay vận tốc tương ứng sẽ phụ thuộc vào đặc trưng hình thái cửa sông. 2.2. Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng 2.2.1. Hệ phương trình lan truyền và khuếch tán vật chất Trong mô hình vận chuyển trầm tích sử dụng phương trình 3D bình lưu-khuyếch tán nồng độ trầm tích lơ lửng không biến tính (c):                        s cw z cw z cv y cu xt c z c zy c yx c x zyx                 (2.32) Trong đó, bên cạnh các thành phần vận tốc (u,v, w) và hệ số khuếch tán (λ x , λ y , λ z ) theo 3 hướng, vận tốc lắng đọng w s phụ thuộc vào đặc trưng của trầm tích lơ lửng. Quá trình lắng đọng và bứt tách trầm tích trên đáy được kết nối với mô hình vận chuyển trầm tích thông qua điều kiện biên đáy: [...]... tác sông- biển làm thay đổi ranh giới vùng tác động của sông và biển Phân tích kết quả tính toán trong các phương án HP12 đến HP15 cho thấy các trường gió hướng Đông, Đông Nam và Nam đều có tác động làm thu hẹp ảnh hưởng của sông đến quá trình động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực KẾT LUẬN Kết quả tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông ven biển Hải Phòng bằng mô hình. .. Hình 3.7 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt và gió hướng Nam 3.4 Ảnh hưởng của các cửa sông Lạch Tray, Nam Triệu đến chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực Các kết quả tính toán thể hiện rõ quá trình tương tác sông- biển trong khu vực So với trường hợp chỉ mô phỏng thủy triều, vận. .. hình thủy động lực 3D VNU/MDEC cho thấy khả khả năng ứng dụng cao của mô hình cho các khu vực cửa sông ven biển có địa hình phức tạp Trong chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích vùng cửa sông ven biển Hải Phòng, thủy triều đóng vai trò chủ đạo Trường gió trong khu vực không làm thay đổi bức tranh hoàn lưu triều áp đảo, tuy nhiên gió làm biến đổi giá trị của dòng tổng hợp Ảnh hưởng của lưu lượng sông. .. vậy, cần thiết phải hoàn thiện hoàn thiện mô hình 3D VNU/MDEC phục vụ tính toán thủy động lực và môi trường đáp ứng được các yêu cầu thực tiễn đối với bài toán vận chuyển, lan truyền trầm tích, chất ô nhiễm, quá trình bồi tụ biến đổi địa hình và tích tụ các chất ô nhiễm trong nước và trầm tích đáy References 1 Phạm Hải An (2011), Mô phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng , Hội nghị... trong khu vực Ảnh hưởng của cửa Nam Triệu đến chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực lớn hơn so với cửa Lạch Tray Các kết quả tính toán ở đây còn chưa tính đến một số nhân tố có khả năng ảnh hưởng đến nồng độ trầm tích trong khu vực như phân bố của trầm tích đáy biển, tác động của trường gió trong bão Tác động của trường sóng đến chế độ thủy thạch động lực trong khu vực cần được... phù hợp với vùng nghiên cứu và được sử dụng trong các tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực nghiên cứu Thực đo Tính toán 3 1.5 0 -1.5 -3 2/25/06 0:00 2/25/06 12:00 2/26/06 0:00 2/26/06 12:00 2/27/06 0:00 2/27/06 12:00 2/28/06 0:00 Hình 3.2 Biến trình mực nước tính toán và thực đo tại điểm P5 3.2 Kết quả tính toán chế độ thủy động lực 3.2.1 Trường dòng chảy và mực nước... 3.3.3 Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng hợp 2 Kết quả tính vận chuyển trầm tích trong trường hợp HP14 và HP15 cho thấy trong điều kiện gió mùa mùa hè, lưu lượng và nồng độ trầm tích tại các cửa sông lớn, quá trình vận chuyển trầm tích diễn ra mạnh mẽ So với phương án HP11, trong phương án HP14, trầm tích được vần chuyển mạnh xuống phía Nam Một phần trầm tích được vận chuyển. .. tác sông- biển tại cửa sông thông qua các phương án lưu lượng nước, lưu lượng trầm tích từ sông đi vào biển, các đặc trưng về chế độ thủy động lực, vận chuyển trầm tích trong khu vực nghiên cứu Các phương án được mô phỏng trong thời gian 15 ngày tính từ 0 giờ Mặt Trời trung bình Nồng độ trầm tích ở đây dược tính theo nồng độ phi thứ nguyên Bảng 3.1 Các phương án tích toán Các điều kiện tại các biên cửa. .. dọc bờ Cát Hải, Đồ Sơn cũng nhận thấy sự thay đổi của vận tốc dòng chảy so với phương án HP01, HP02 và HP04 3.3 Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng 3.3.1 Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của thủy triều Kết quả tính toán cho thấy, hàm lượng trầm tích lơ lửng bị tác động bởi dòng chảy thủy triều Độ lớn mực nước và dòng chảy thủy triều ảnh hưởng mạnh mẽ đến nồng độ trầm tích trong... được vận chuyển dọc bờ biển xuống phía nam tới mũi Đồ Sơn và vượt ra ngoài miền tính Trong những ngày triều kém, khả năng lan truyền trầm tích bị hạn chế do dòng triều nhỏ, dẫn đến sự suy giảm của các dòng chảy ven bờ, trầm tích vận chuyển dọc bờ và tích tụ lại ở khu vực có độ sâu nhỏ làm nồng độ trầm tích tại các khu vực gần cửa sông, ven bờ tăng lên Chỉ dưới tác động của thủy triều, nồng độ trầm tích . Ứng dụng mô hình (VNU/ MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích vùng cửa sông ven biển Hải Phòng Phạm Văn. tài luận văn là: Ứng dụng mô hình (VNU/ MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng . Nội dung