Luận văn thạc sĩ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELFT3D

Luận văn thạc sĩ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELFT3D Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có chế độ động lực phức tạp với sự tác động và ảnh hưởng của các...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS ĐINH VĂN ƯU

Hà Nội – 2012

và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Trong quá trình tham gia khóa học, học viên đã nhận được sự chỉ dạy tận tình của các thầy trong Bộ môn Hải dương học cho các môn học chuyên ngành Học viên xin trân trọng cảm ơn các Thầy về những kiến thức đã được truyền thụ thông qua các môn học

Luận văn này được thực hiện từ tháng 1-2012 đến tháng 12 năm 2012, trong quá trình nghiên cứu để đi đến những kết quả trong luận văn này, tác giả luôn nhận được

sự hướng dẫn rất tận tình, những gợi ý, chỉ dẫn và khích lệ quý báu của GS TS Đinh Văn Ưu (Khoa KTTV và HDH, Đại học KHTN), tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Ưu về những hỗ trợ đó

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn TS Sylvain Ouillon (IRD tại Việt Nam) người đã luôn dành thời gian giải đáp, thảo luận một số vấn đề học viên khúc mắc liên quan đến ứng dụng mô hình trong quá trình thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Thọ Sáo người đã tận tình giải đáp một

số vấn đề học viên chưa hoàn toàn hiểu biết được trong quá trình thực hiện đề tài luận văn

Trong quá trình hoàn thành luận văn này, tác giả cũng đã được tham gia và nhận được những hỗ trợ hết sức quý báu và cần thiết từ đề tài QGTĐ 04-11, tác giả xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài QGTĐ 04-11 về những hỗ trợ đó

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô khác trong bộ môn Hải dương học, Văn phòng khoa KTTV và HDH, lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường biển, các bạn đồng nghiệp đã quan tâm động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất để học viên hoàn thành nhiệm vụ của mình

Hải Phòng, ngày 31 tháng 12 năm 2012

Học viên

Vũ Duy Vĩnh

Môc Lôc

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu 3

1.1.1 Nghiên cứu ngoài nước 3

1.1.2 Nghiên cứu trong nước 6

1.2 Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu 9

1.2.1 Vị trí địa lý và địa hình 9

1.2.2 Chế độ gió 10

1.2.3 Đặc điểm thủy văn 11

1.2.4 Đặc điểm hải văn 12

1.2.5 Đặc điểm trầm tích 14

CHƯƠNG 2 TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 16

2.1 Tài liệu 16

2.2 Phương pháp 19

2.2.1 Xử lý số liệu 19

2.2.2 Mô hình toán học 23

2.2.3 Thiết lập mô hình 38

2.2.4 Hiệu chỉnh và kiểm chứng kết quả của mô hình 44

2.2.5 Các kịch bản tính toán 50

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52

3 1 Thủy động lực 52

3.1.1 Biến động theo không gian 52

3.1.2 Biến động theo thời gian 59

3 2 Vận chuyển trầm tích lơ lửng 69

3.2.1 Theo không gian 69

3.2.2 Biến động theo thời gian 74

3.2.3 Tác động của một số yếu tố 83

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 97 Phụ lục A Một số kết quả tính trường hợp hiện tại A-1 Phụ lục B Ảnh hưởng của dao động mực nước B-1 Phụ lục C Ảnh hưởng của gió C-1 Phụ lục D Ảnh hưởng của sóng và gió D-1

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Tần suất vận tốc gió và các hướng trung bình năm tại Hòn Dáu (1960-2011) 10

Bảng 1 2 Tần suất độ cao sóng và các hướng tại Hòn Dáu (1970-2011) 13

Bảng 2 1 Tóm tắt các thông số của mô hình cho hiện tại (kịch bản 1-2) 50

Bảng 2 2 Các kịch bản tính toán khác nhau của mô hình 51

DANH MỤC HÌNH Hình 1 1 Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và khu vực nghiên cứu 9

Hình 2 1 Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng số hóa từ bản đồ 16

Hình 2 2 Biến đổi vận tốc và hướng gió tại Hòn Dáu trong năm 2009 17

Hình 2 3 Tương quan lưu lượng nước tại một số sông trong khu vực nghiên cứu 20

Hình 2 4 Tương quan lưu lượng nước tại vị trí khảo sát và quan trắc định kỳ 21

Hình 2 5 Lưu lượng nước trung bình giờ tại các sông chính khu vực Hải Phòng 22

Hình 2 6 Lưới tính của mô hình cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và vùng ngoài 23

Hình 2 7 Tương tác sóng- dòng chảy và vận chuyển trầm tích trong mô hình Delft3d 24

Hình 2 8 Lưới tính và lưới độ sâu của mô hình thủy động lực 39

Hình 2 9 Ví dụ điều kiện ban đầu cho kịch bản tính mùa khô 40

Hình 2 10 Ví dụ điều kiện ban đầu cho kịch bản tính mùa mưa 41

Hình 2 11 Hàm lượng TTLL tại biên sông Cấm và Văn Úc 42

Hình 2 12 Hệ số Manning (m-1/3s) cho các điểm trong miền tính của mô hình 43

Hình 2 13 Vị trí các điểm hiệu chỉnh và trích xuất kết quả tính của mô hình 45

Hình 2 14 So sánh số liệu đo đạc mực nước và tính toán từ mô hình tại Hòn Dáu 46

Hình 2 15 So sánh kết quả quan trắc dòng chảy và tính toán từ mô hình tại trạm B2 47

Hình 2 16 So sánh kết quả quan trắc dòng chảy và tính toán từ mô hình tại trạm Do Son 48

Hình 2 17 So sánh kết quả quan trắc hàm lượng TTLL và tính toán từ mô hình 49

Hình 3 1 Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa khô 55

Hình 3 2 Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa khô 56

Hình 3 3 Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa mưa 57

Hình 3 4 Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa mưa 58

Hình 3 5 Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1) 60

Hình 3 6 Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2) 61

Hình 3 7 Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây nam đảo Cát Hải (H3) 62

Hình 3 8 Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía nam đảo Cát Hải (H4) 63

Hình 3 9 Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (H5) 64

Hình 3 10 Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây nam Cát Bà (H6) 65

Hình 3 11 Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía nam Cát Hải (H7) 66

Hình 3 12 Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực ven bờ Đồ Sơn (H8) 67

Hình 3 13 Phân bố TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng mùa khô trong kỳ triều cường 72

Hình 3 14 Phân bố TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng trong kỳ triều cường – mùa mưa 73

Hình 3 15 Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1) 75

Hình 3 16 Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2) 76

Hình 3 17 Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây nam đảo Cát Hải (H3) 77

Hình 3 18 Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía nam đảo Cát Hải (H4) 78

Hình 3 19 Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (H5) 79

Hình 3 20 Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây nam Cát Bà (H6) 80

Hình 3 21 Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía nam Cát Hải (H7) 81

Hình 3 22 Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực ven bờ Đồ Sơn (H8) 82

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DĐMN: Dao động mực nước

ĐHKHTN: Đại học Khoa học Tự nhiên

E: East (hướng đông)

HDH: Hải dương học

KHTN: Khoa học tự nhiên

KTTV: Khí tượng thủy văn

NE: NorthEast (hướng đông bắc)

nnk: những người khác

MT: Môi trường

SE: SouthEast (hướng đông nam)

S: South (hướng nam)

TTLL: Trầm tích lơ lửng

TĐL: Thủy động lực

MỞ ĐẦU

Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có chế độ động lực phức tạp với sự tác động và ảnh hưởng của các yếu tố như sóng, dòng chảy, thủy triều và dòng nước ngọt từ sông đưa ra Khu vực này cũng có hệ thống cảng biển quan trọng, đầu mối

ra biển của các tỉnh phía bắc Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau mà xu hướng bồi lắng ở khu vực cảng Hải Phòng luôn diễn ra mạnh mẽ, các tàu hàng lớn thường rất khó vào cảng chính mà phải chờ đến thời gian nước lớn mới có thể vào hoặc ra khỏi cảng

Cũng ở khu vực này, bãi biển Đồ Sơn là bãi tắm khá nổi tiếng được phát hiện

từ thời Pháp Đây là bãi tắm đẹp, sơn thủy hữu tình và có đường giao thông thuận lợi đi Hà Nội và các tỉnh phía bắc Chính vì vậy bãi biển Đồ Sơn có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với ngành du lịch nói riêng và sự phát triển kinh tế xã hội của thành phố Hải Phòng nói chung Tuy nhiên vấn đề đục nước ở bãi biển Đồ Sơn đã làm giảm sức hấp dẫn của khu du lịch này Mặc dù đã có một số nghiên cứu để tìm ra nguyên nhân của hiện tượng này nhưng các kết quả nghiên cứu đó vẫn còn hạn chế

Vì vậy, các kết quả của đề tài này sẽ góp phần tăng cường sự hiểu biết về nguyên nhân của hiện tượng đục nước ở vùng ven bờ Đồ Sơn

Do những nguyên nhân trên mà đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng (TTLL)

ở khu vực này đã được quan tâm nghiên cứu khá nhiều Tuy nhiên do những nguyên nhân khác nhau mà các kết quả của những nghiên cứu đó vẫn còn các hạn chế

Chính vì vậy trong khuôn khổ thực hiện đề tài QGTĐ 04-11, học viên đã được

tham gia đề tài và sử dụng các số liệu đo đạc khảo sát mới nhất để nghiên cứu đặc điểm vận chuyển TTLL vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delf3D của Hà Lan

Với mục tiêu như trên, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu chủ yếu sẽ là: thu thập, xử lý các tài liệu liên quan để thiết lập đầu vào, kiểm chứng và hiệu chỉnh

mô hình; triển khai các phương án ứng dụng hệ thống các mô hình thủy động lực (TĐL), sóng và vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu theo các kịch bản khác

nhau: theo mùa, theo yếu tố tác động Phạm vi khu vực nghiên cứu là vùng cửa sông ven biển Hải Phòng nhưng chủ yếu tập trung vào khu vực phía đông bắc bán đảo Đồ Sơn Sau thời gian tiến hành nghiên cứu các kết quả nhận được đã cung cấp các đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng ven biển Hải Phòng, cũng như vai trò của một số yếu tố như thủy triều, gió, sóng kết hợp với gió đến đặc diểm vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu

Báo cáo này trình bày các kết quả đó và được cấu trúc như sau:

Mở đầu: Giới thiệu sơ lược về mục tiêu nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận văn

Phần thứ nhất của báo cáo trình bày sơ lược tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan tới vấn đề Cũng trong phần này, tổng quan về điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu được đưa ra, trong đó chủ yếu tập trung vào các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu như chế độ gió, đặc điểm thủy văn sông, hải văn và trầm tích

Các tài liệu cơ bản và phương pháp chính để thực hiện các nội dung và mục tiêu nghiên cứu đã đặt ra của luận văn được trình bày trong phần thứ 2 của báo cáo Trong phần này, sẽ cung cấp các thông tin về những tài liệu chính để thiết lập mô hình, cơ sở toán học của các mô hình TĐL và vận chuyển TTLL Ngoài ra, các phương pháp xử lý số liệu để thiết lập các điều kiện biên cho mô hình cũng được trình bày trong phần này Cũng trong phần thứ 2 của báo cáo, trình bày chi tiết việc thiết lập các mô hình toán học để mô phỏng điều kiện TĐL và vận chuyển TTLL cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng Một số kết quả hiệu chỉnh kiểm chứng mô hình cũng như những kịch bản tính toán chính cũng đã được trình bày

Các kết quả phân tích đánh giá điều kiện TĐL, vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu được trình bày trong phần thứ 3 của báo cáo

Cuối cùng là một vài kết luận và khuyến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu

1.1.1 Nghiên cứu ngoài nước

Trầm tích lơ lửng (TTLL) có một vai trò quan trọng ở nhiều khía cạnh khác nhau đối với môi trường biển và công trình bờ Tuy nhiên môi trường ở vùng cửa sông ven biển rất phức tạp, nơi diễn ra sự tương tác của các khối nước sông- biển, dòng triều, sóng, gió, lực Coriolis…nên những hiểu biết của con người các quá trình như lắng đọng, tái lơ lửng, kết keo vẫn còn nhiều hạn chế Ngoài phương pháp phân tích đánh giá các đặc điểm vận chuyển TTLL từ số liệu đo đạc khảo sát người ta đã phát triển và ứng dụng các mô hình toán học để dự báo các đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển [30] Các mô hình này thông thường là các chương trình tính để giải các bài toán cơ bản của cơ học chất lỏng và phương trình vận chuyển trầm tich[22, 47]

Các phương trình cơ bản của cơ học chất lỏng có thể được giải theo sơ đồ trong không gian của 1 chiều (1D), hai chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D) Tương ứng với các phương trình đó là các mô hình số 1 chiều, 2 chiều hoặc 3 chiều đồng thời tính phức tạp cũng lần lượt tăng dần Trong tự nhiên, hầu hết các quá trình TĐL và vận chuyển trầm tích ở vùng của sông ven biển như dòng chảy rối, thủy triều, ứng suất của gió, tác động của sóng, sự phân tầng nhiệt-muối, dòng chảy nói chung là các quá trình 3 chiều [47] Vì vậy, khi áp dụng và phát triển các mô hình toán vào các vùng cửa sông ven biển người ta cố gắng lựa chọn các mô hình 3 chiều

Các mô hình 2 chiều có thể là bình lưu hoặc tổng hợp theo độ sâu Một mô hình bình lưu giải các phương trình động lượng và liên tục cho chất lỏng và các pha (phases) của trầm tích [54] Những ứng dụng của mô hình 2 chiều là các thiết kế trong các mương thoát nước và hệ thống thủy lợi [32, 67] Các mô hình vận chuyển trầm tích 2 chiều dựa trên phương trình động lượng trung bình theo độ sâu và phương trình liên tục cho trầm tích ([27, 49] Mực nước, vận tốc dòng chảy, hàm lượng TTLL và một số yếu tố khác được tính tại các điểm Các tham số của mô

Những ví dụ của mô hình 2 chiều có thể kể đến như các nghiên cứu của

của một đoạn sông với việc ứng dụng mô hình vận chuyển trầm tích trên cơ sở các công thức của Engelund và Hansen [37] Wang [68] đã nghiên cứu phân bố trầm tích ở gần cửa sông với trường hợp dòng chảy ít biến đối Các mô hình vận chuyển trầm tích 2 chiều được sử dụng rộng rãi trong thực tế như MIKE 21 [35] và TABS-

MD [60] Mô hình MIKE 21 được phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch và là mô hình sai phân hữu hạn Mô hình này cho các kết quả khá tốt và được sử dụng nhiều

ở Mỹ Tương tự như vậy, mô hình TABS-MD được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực công trình bờ từ khi ra đời trong những năm 1970 Một mô hình 2 chiều là cần thiết nếu tính đến các kiểu hoàn lưu phức tạp và dòng chảy không ổn định Tuy nhiên so với các mô hình 1 chiều, các mô hình 2 chiều đòi hỏi thời gian tính toán nhiều hơn,

số liệu cung cấp và các biến đầu vào nhiều hơn Vì vậy trong một số trường hợp có thể cân nhắc lựa chọn giữa mô hình một chiều và 2 chiều [50]

Mô hình 3 chiều dựa trên các phương trình cân bằng khối lượng hay khuyếch tán đối lưu của TTLL [67] Trong phần lớn các mô hình 3 chiều, trường dòng chảy

và hàm lượng TTLL được tổng hợp (intergated) và tính toán ở mỗi bước thời gian

Mô hình 3 chiều tính đến cả các thành phần bình lưu và đối lưu của quá trình vận chuyển trầm tích và được dùng khi có sự phân tầng về dòng chảy và vận chuyển trầm tích [47] Các mô hình 3 chiều cung cấp đầy đủ nhất bao gồm cả số lượng các biến của bất kỳ hệ TĐL nào Việc hiệu chỉnh mô hình cũng đòi hỏi lượng số liệu lớn và phức tạp hơn [67], bởi vì các chương trình được yêu cầu phải thể hiện được tất cả các quá trình phức tạp của điều kiện TĐL diễn ra cả trong 3 hướng [50] Thông thường các số liệu đầu vào cho mô hình 3 chiều có được từ các số liệu gần đúng của các tài liệu nghiên cứu hơn là từ số liệu khảo sát do việc khảo sát các tham

số này ở điều kiện 3 chiều cho đến nay vẫn còn nhiều khó khăn Các mô hình TĐL - vận chuyển bùn cát 3 chiều cung cấp sự hiểu biết sâu sắc về diễn biến và sự tương tác của các quá trình diễn ra trong thủy vực Một ví dụ của kết quả mô hình TĐL 2

nghiệm [51], hay quy mô các khu vực nhỏ [62] Việc áp dụng mô hình 3 chiều ở quy mô vùng lớn thường gặp khó khăn do thời gian gian tính toán lâu, vì vậy người

ta thường chỉ mô phỏng trong phạm vi một vài ngày hoặc một chu kỳ triều [51] Việc ứng dụng mô hình 3 chiều cần thiết nhất ở những vùng có cấu trúc thủy động lực và quá trình trầm tích phức tạp với các xoáy và biến động mạnh theo không gian [62, 63] Một số mô hình đã được sử dụng rộng rãi nhất phải kể đến như RMA11 [52], ECOMSED [38], CH3D-SED [31], Delft-3D [34] Khi mô hình CH3D-SED được áp dụng gần đây ở vùng cửa sông Mississippi-Atchafalaya, mô hình này chỉ được dùng để kiểm tra tính chính xác của một giả thuyết về sự sắp xếp đường cong trầm Người ta đã đi đến kết luận rằng một mô hình 2 chiều được xử lý và thiết lập tốt có thể trở thành một công cụ kỹ thuật chuyên nghiệp cho nghiên cứu động lực học công trình bờ [43] Một ví dụ khác, O’Connor và Nicholson cung cấp một mô hình 3 chiều đầy đủ bao gồm một mô hình vận chuyển TTLL, quá trình ngưng keo

và kết bông [51] Katopodi và Ribberink thông báo về một mô hình tựa 3 chiều (quasi-3D) cho TTLL dựa trên việc giải gần đúng phương trình khuếch tán- bình lưu cho sóng và dòng chảy [40] Briand và Kamphuis đưa ra một cách tiếp cận chi tiết việc tính toán vận chuyển trầm tích dựa trên kết hợp tính dòng chảy 3 chiều và phân bổ hàm lượng TTLL theo phương thẳng đứng [28] Một mô hình sai phân hữu hạn 3 chiều cho TĐL và vận chuyển TTLL đã được mô tả bởi Cancino và Neves [29]

Gần đây, trong một số nghiên cứu của Châu Âu về vùng cửa sông thuộc dự án Khoa học và Công nghệ biển (MAST) Một trong những kết quả của dự án này là một mô hình kết hợp TĐL- sinh thái vùng thềm lục địa gọi là mô hình COHERENS Đây là mô hình tổng hợp của các thành phần vật lý như dòng chảy, nhiệt độ, độ muối, các module sinh vật phù du, các quá trình sinh- địa- hóa, TTLL

và module phát tán vật chất theo công thức của Eulerian và Lagrangian [44, 45] Tuy nhiên, phần vận chuyển trầm tích trong mô hình này chưa tính đến những biến động của địa hình đáy Viện Thủy lực Delft cũng đã phát triển hệ thống mô hình tổng hợp (2D/3D) để mô phỏng điều kiện TĐL và vận chuyển trầm tích dưới ảnh

của địa hình đáy, quá trình lắng đọng, xói lở và có thể tính kết hợp (coupling) các điều kiện TĐL - sóng và vận chuyển trầm tích ở mỗi bước thời gian (Online) trong quá trình tính toán [34]

Đáng chú ý là phần lớn các mô hình TĐL - vận chuyển trầm tích đều giả thiết

là phân bố áp suất thủy tĩnh và dùng các sơ đồ phần tử hữu hạn hoặc sai phân hữu hạn, phương pháp chuyển đổi hệ tọa độ thẳng đứng sigma, ảnh hưởng của các lực được phân chia giống nhau lên toàn bộ cột nước Phần lớn các mô hình này dùng các biểu diễn đại số để tham số hóa các hệ số rối và dùng các phương trình bán thực nghiệm với các hệ số đã được đơn giản hóa Những so sánh, đánh giá về tính năng, khả năng áp dụng, mức độ mạnh yếu của các mô hình được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay đã được so sánh và thảo luận chi tiết trong cuốn “A Review on Coastal Sediment Transport Modelling” của Laurent Amoudry [23]

1.1.2 Nghiên cứu trong nước

Với trên 3200 km chiều dải bờ biển, vùng ven bờ biển Việt Nam tiếp nhận một lượng trầm tích rất lớn từ hệ thống sông Hông-Thái Bình ở Bắc Bộ và hệ thống sông Mê Kông ở Nam Bộ Dòng trầm tích từ lục địa đi vào vùng ven bờ không chỉ gây ra những tác động về môi trường như ô nhiễm, đục hóa mà còn là một trong những nguyên nhân gây sa bồi luồng lạch cản trở các hoạt động giao thông thủy Chính vì vậy nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích ở các vùng cửa sông ven biển Việt Nam có ý nghĩa cả lý luận và thực tiễn cũng như nhận được sự quan tâm của các nhà quản lý và các nhà khoa học Trong giai đoạn đầu khi các mô hình toán chưa phát triển, các nghiên cứu về vận chuyển TTLL ở vùng biển Việt Nam chủ yếu dựa trên các phân tích đánh giá từ số liệu khảo sát Tiêu biểu trong số đó là nghiên cứu của về động lực vùng ven biển và cửa sông Việt Nam [2] Trong nghiên cứu này, các tác giả đã dựa trên việc phân tích số liệu đo đạc để đánh giá tương quan giữa các yếu tố động lực và quá trình trầm tích ở vùng cửa Văn Úc và Ba Lạt Một nghiên cứu khác về thủy thạch động lực chủ yếu dựa trên những số liệu quan trắc

tính toán bằng các công thức của CERC và sự vận động của dòng bùn cát ven bờ chủ yếu là do TTLL (chiếm tới 90%)

Trong những năm gần đây, do sự phát triển của các công cụ tính toán nên mô hình toán học đã dần được đưa vào sử dụng trong việc tính toán TĐL và vận chuyển bùn cát Các mô hình được sử dụng nhiều ở Việt Nam là Mike 21 (Viện Địa lý, ĐH Thủy lợi, Viện KTTV và MT), SMS (Viện KTTV và MT, Viện Cơ học, trường ĐHKHTN), MDEC (Trường ĐHKHTN), Delft3D (Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Đại học Thủy lợi) Những lĩnh vực ứng dụng nhiều của mô hình vận chuyển trầm tích như phục vụ đánh giá bồi tụ xói lở vùng cửa sông ven biển Bắc Bộ [16], vùng ven biển miền Trung [5] và vùng biển Nam Bộ [11], đánh giá xu thế bồi tụ- xói lở khu vực Cửa Đáy [10], vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng [18] Trong những nghiên cứu trên, các mô hình vận chuyển trầm tích chủ yếu được dùng để tính toán dự báo cân bằng của các dòng bùn cát ở vùng ven bờ Ứng dụng khác liên quan đến mô hình vận chuyển TTLL liên quan đến lĩnh vực môi trường là đánh giá phân bố của TTLL ở các vùng cửa sông ven biển Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như ứng dụng mô hình Mike và SMS đánh giá ảnh hưởng do hoạt động của nhà máy nhiệt điện Mông Dương đến quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng ở khu vực này [12]; ứng dụng mô hình 3 chiều để nghiên cứu lan truyền TTLL ở vùng biển ven bờ Quảng Ninh [19]; nghiên cứu phân bố và biến động của TTLL, biến động địa hình đáy khu vực vịnh

Hạ Long- Bái Tử Long bằng mô hình 3 chiều (Dellft3D) để phục vụ đánh giá sức tải môi trường của khu vực này [14]; trên cơ sở ứng dụng mô hình Delft3D các tác giả tại Viện Tài nguyên và Môi trường biển đã thiết lập đồng thời mô hình thủy động lực-sóng và vận chuyển TTLL để đánh giá ảnh hưởng của đập Hòa Bính đến phân bố TTLL ở vùng ven bờ châu thổ sông Hồng [21]

Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng là nơi hằng năm tiếp nhận một lượng trầm tích khá lớn từ lục địa của hệ thống sông Hồng- Thái Bình qua 5 cửa sônng chính là Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình Trong đó sông Cấm và Văn Úc

là 2 trong số 4 cửa ra biển chính của dòng vật chất từ sông Hồng- Thái Bình ra vùng

góp phần hình thành nên các bãi bồi phì nhiêu, tăng nhanh quá trình lấn biển mở rộng đất đai, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh vật Tuy nhiên, dòng bùn cát này cũng gây ra các vấn đề môi trường khác như đục nước, sa bồi luồng lạch Chính vì vậy đặc điểm vận chuyển trầm tích ở vùng ven biển Hải Phòng đã được quan tâm nghiên cứu từ khá lâu Điển hình là các nghiên cứu về điều kiện TĐL và vận chuyển trầm tích trong mối liên hệ với hiện tượng biến dạng bờ và xói lở bờ đảo Cát Hải [13] Cũng dựa trên những số liệu khảo sát, trong nghiên cứu về động lực vùng cửa Văn Úc, Nguyễn Văn Cư và nnk đã đưa ra những đánh giá về quan hệ của các yếu

tố động lực với quá trình vận chuyển trầm tích ở khu vực này [6] Một nghiên cứu tổng hợp khác dựa trên các điều kiện địa chất- thủy động lực- vận chuyển trầm tích

để xác định nguyên nhân đục nước ở bãi biển Đồ Sơn cũng đã được tiến hành [4] Những nghiên cứu liên quan về vận chuyển trầm tích ở khu vực này đã được tiến hành thông qua ứng dụng mô hình toán học trong thời gian gần đây Đáng chú ý là nghiên cứu áp dụng mô hình Mike21 để đánh giá điều kiện động lực, dự báo vận chuyển trầm tích khu vực cửa Văn Úc và Lạch Huyện ([6, 7] Một số nghiên cứu khác bằng mô hình 3 chiều (3D) cũng đã được thực hiện ở khu vực này [20, 18, 1, 8] Trong Luận văn cao học với nội dung đánh giá đặc trưng TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng, tác giả Trần Anh Tú cũng đã sử dụng module chất lượng nước (Delf3d-WAQ) trong mô hình Delft3d để mô phỏng điều kiện TĐL – vận chuyển TTLL [17] Tuy nhiên trong nghiên cứu này, tác giả chỉ dùng mô hình 2 chiều và không tính đến các yếu tố sóng nên không thể hiện được sự ảnh hưởng do tương tác của các quá trình thủy động lực- sóng và vận chuyển TTLL ở diễn ra ở khu vực nghiên cứu

Việc ứng dụng các mô hình toán học nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích

ở nước ta tuy nhiều nhưng vẫn còn có những hạn chế, đặc biệt là vấn đề số liệu đầu vào cho mô hình Nguồn số liệu cung cấp cho các mô hình ở nước ta thường thiếu

số lượng, thiếu đồng bộ, hệ thống và cả độ chính xác Do đó việc xử lý số liệu đầu vào, hiệu chỉnh các tham số tính toán để lựa chọn được những tham số phù hợp cho

1.2 Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu

1.2.1 Vị trí địa lý và địa hình

Khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng tọa độ 20.5-20.9 độ vĩ bắc và 106.5- 107.1 độ 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 Nội khoảng 102km về phía đông (Hình 1 1)

Hình 1 1 Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và khu vực nghiên cứu

Khu vực này được tạo thành bởi các quá trình động lực sông, biển và sông - biển hỗn hợp Đây là vùng biển có chế độ nhật triều đều với biên độ triều lớn, lại nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, cho nên vai trò động lực thuỷ triều và thực vật ưa mặn đã đóng vai trò quan trọng cho sự thành tạo và phát triển địa hình ở đây Mặt khác, do hoạt động giao thông thuỷ, quai đê lấn biển, khai thác tài nguyên thiên nhiên ở vùng cửa sông của con người cũng làm cho động lực phát triển của địa hình khu vực nghiên cứu thêm phức tạp Bờ biển ven bờ Hải Phòng có dạng đường cong lõm của bờ 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 biển Hải Phòng

có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ

1.2.2 Chế độ gió

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 ảnh hưởng 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 phiên xen kẽ, khi thì đồng thời tác động đã gây nên tình trạng biến động khá mạnh mẽ của thời 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 hệ thống tín phong Trái lại vào những tháng đầu mùa đông (khoảng tháng 11) và cuối mùa đông (tháng 2-3) hệ thống tín phong lại vượt lấn át hệ thống cực đới Do đó trong thời kỳ mùa đông thời tiết thường có những giai đoạn lạnh (khô hay ẩm) đặc trưng cho gió mùa cực đới (khi xuất hiện gió mùa đông bắc) xen kẽ với những ngày nóng ấm đặc trưng của thời tiết tín phong Trong mùa gió đông bắc với các hướng thịnh hành là Bắc, Đông Bắc vận tốc gió trung bình thường đạt 3,2-3,7 m/s Hàng tháng 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 - 13 m/s), vận tốc gió lớn nhất ở các đảo có thể đạt tới 25 – 30 m/s, sau đó giảm dần

Bảng 1 1 Tần suất vận tốc gió và các hướng trung bình năm tại Hòn Dáu (1960-2011)

Khoảng vận tốc (m/s) Hướng

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

Tổng số (%)

Tương tự như thời kỳ mùa đông, vào thời kỳ mùa hè luôn có sự tranh chấp ảnh hưởng giữa gió mùa tây nam và các khối khí lạnh yếu từ phía bắc Hai khối khí này thay nhau thống trị thời tiết trong các tháng mùa hè với các hướng gió thịnh hành là đông, đông nam và tây nam chiếm tần suất khoảng trên 50% Tốc độ gió trung bình đạt 3,5 - 4,0 m/s, cực đại đạt 20 – 25 m/s

Trong thời kỳ chuyển tiếp khí hậu (tháng 4 và tháng 10), sự ảnh hưởng của gió mùa giảm, thường xuất hiện gió biển-đất liền với vận tốc khoảng cấp 3 - cấp 4, ban ngày có gió thổi từ biển vào đất liền, ban đêm có gió thổi ngược lại từ đất liền ra biển

Các kết quả phân tích thống kê dựa trên số liệu quan trắc gió tại Hòn Dáu (1960-2011) cho thấy trung bình trong nhiều năm các hướng gió có tần suất xuất hiện lớn là E, SE, NE và S (Bảng 1 1) Vận tốc gió ở khu vực này với giá trị nhỏ hơn 3m/s chiếm tần suất tới trên 50% Tần suần xuất hiện gió có vận tốc từ 3-5m/s chiếm khoảng 26.3% Tần suất xuất hiện gió trên 5m/s chỉ chiếm khoảng 6.5% (Bảng 1 1)

Trong mùa khô, hướng gió thịnh hành chủ yếu là E, N và NE với tần suất lần lượt là 35.2, 16.6 và 11.1% Vận tốc gió lớn hơn 6m/s trong mùa này chiếm tần suất khoảng 29% Trong mùa mưa các hướng gió thịnh hành là E, SE, S, N và NE Vận tốc gió lớn hơn 6m/s chiếm tần suất khoảng 37.9%

1.2.3 Đặc điểm thủy văn

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 kéo dài 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 m3nước và

114 triệu tấn phù sa cho vùng ven bờ Lượng vật chất này chủ yếu qua 9 cửa sông 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 của các sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình Chế độ dòng chảy ở các

sông này cũng như các sông khác thuộc hệ thống sông Hồng-Thái Bình có đặc điểm

là biến động mạnh theo mùa Phân tích từ các chuỗi số liệu nhiều năm cho thấy tải lượng nước hằng năm tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa (từ tháng 6 đến tháng 9) hằng năm Trong khi đó các tháng còn lại lượng chảy hầu như rất nhỏ [14] Trong mùa mưa, lưu lượng chảy trung bình của các sông ra biển biến đổi trong khoảng 300-2200m3/s, trong khi các tháng mùa khô, lưu lượng nước trung bình chỉ dao động quanh giá trị 50-300m3/s

1.2.4 Đặc điểm hải văn

Dao động mực nước (DĐMN) ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng thuộc kiểu nhật triều đều điển hình 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 nước ròng Trong một tháng mặt trăng có hai kỳ nước cường, mỗi kỳ

11-13 ngày, biên độ trung bình dao động 2,6-3,6m và hai kỳ nước kém, mỗi kỳ 3-4 ngày có biên độ 0,5-1,0m Sóng 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 yếu với biên độ khá nhỏ

Trong năm, dao động triều đạt giá trị lớn nhất vào thời kì triều chí điểm khi độ xích vĩ mặt trời cực đại vào tháng 6 và 12, và ngược lại, nhỏ nhất vào triều phân điểm khi độ xích vĩ mặt trời bằng “0” vào tháng 3 và 9 Trong các tháng 3, 4, 8 và 9

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

lên mặt biển, hơn nữa đà sóng lại ngắn và độ sâu nhỏ nên ở khu vực nghiên cứu sóng gió kém phát triển hơn so với ngoài khơi Tuy nhiên vào thời gian triều cường, sóng gió vẫn có điều kiện phát triển và khúc xạ lan truyền sóng vào vùng ven bờ Trong mùa này hướng sóng thịnh hành là E và NE Độ cao sóng trung bình đạt 0,5 - 0,6 m Độ cao sóng lớn nhất khoảng 2,0 - 2,5 m, ở khu vực ven bờ phía đông bán đảo Đồ Sơn độ cao sóng có thể lên tới 3,0 m

Về mùa hè chế độ sóng gió có đặc điểm ngược lại so với mùa đông cả hướng lẫn cấp độ cao Sóng gió có hướng thịnh hành, ảnh hưởng lớn đến quá trình thuỷ thạch động lực khu vực nghiên cứu là SE và S với tần suất xuất hiện cao Đặc biệt trong các tháng VI, VII sóng gió hướng N chiếm ưu thế gây ảnh hưởng mạnh đến xói lở bờ bãi phía N bán đảo Đình Vũ và đảo Cát Hải cũng như khu vực luồng tàu

Độ cao sóng trung bình đạt 0,6 - 0,8 m Trong thời kỳ này thường có bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào khu vực gây sóng to, gió lớn

Bảng 1 2 Tần suất độ cao sóng và các hướng tại Hòn Dáu (1970-2011)

Khoảng độ cao (m) Hướng

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 >= 3.0

Tổng số (%)

và NE với tần suất xuất hiện lần lượt là 25.2, 14.7, 6.5 và 5% Cũng theo kết quả phân tích trên, độ cao sóng nhỏ hơn 0.5m chiếm tới 52% (trong đó khoảng 28.2%

là lặng sóng), độ cao sóng lớn hơn 1.5m chỉ chiếm khoảng 15% tổng số số liệu (Bảng 1 2)

1.2.5 Đặc điểm trầm tích

Trầm tích lơ lửng trong nước ở vùng cửa sông ven bờ Hải Phòng ven bờ chủ

yếu do sông cung cấp, ngoài ra còn do sóng khuấy đục Hàm lượng TTLL trong nước ở các cửa sông từ cửa Thái Bình, Văn Úc đến cửa Cấm, Bạch Đằng vào mùa mưa có giá trị dao động trong khoảng 0.09- 0.2kg/m3 và khoảng 0.05- 0.1kg/m3 vào mùa khô Hàm lượng TTLL của các cửa sông đưa ra đạt giá trị cao nhất vào lúc mực nước thấp trung bình từ 1,5-1,86 m (so với 0 mHĐ) Khi triều cường, TTLL các cửa sông đưa ra biển đã bị trung hoà điện tích hạt keo được dòng triều đưa trở lại vùng ven bờ biển Hải Phòng, bồi tụ cho trầm tích bãi triều Trung bình hàm lượng TTLL của nước ven bờ biển vào lúc triều cường trong mùa mưa là 0.07-0.1kg/m3, trong mùa kiệt là 0.02-0.05kg/m3 Nhìn chung, TTLL từ các cửa sông đưa

ra khá cao, nhờ thuỷ triều, TTLL được ngưng keo, bồi tụ để duy trì và mở rộng diện tích bãi triều [6]

Trầm tích tầng mặt

Các cấp độ hạt của trầm tích ở vùng ven biển cửa sông Hải Phòng có kích thước thay đổi từ 0,001 - 1 mm, trong đó hàm lượng cấp hạt 1- 0,5 mm chiếm dưới 5%, cấp hạt từ 0,25- 0,01 mm chiếm 45-95%, cấp hạt nhỏ hơn 0,01 mm chiếm từ 10- 45% Giá trị đường kính trung bình (Md) của trầm tích nằm trong khoảng từ 0,01- 0,17 mm, hàm lượng % cấp hạt có sự biến đổi quan hệ với nhau theo chế độ động lực sông biển

- Cát nhỏ: Ngoài cửa sông trầm tích cát nhỏ phân bố chủ yếu ở đới sóng vỡ với

bề mặt địa hình dương có cao độ trên 0,5 m, tạo nên các cồn cát Trong lòng dẫn sông trầm tích cát nhỏ phân bố chủ yếu dưới dạng các bãi bồi ven sông Trầm tích

hạt nhỏ hơn 0,01 mm chiếm 5- 10%, giá trị Md đạt 0,17 mm, giá trị trung bình của

S0 khoảng 1,34

- Cát bột: Trầm tích cát bột nằm bao quanh trầm tích cát nhỏ phân bố trên bề mặt địa hình có cao độ từ “0” m trở lên Trầm tích cát bột có hàm lượng trung bình đối với cấp hạt 0,25- 0,1mm chiếm 31,9%, cấp hạt 0,1- 0,05 mm chiếm 42%, cấp hạt 0,05- 0,01 chiếm 12%, cấp hạt nhỏ hơn 0,01 chiếm 19%, giá trị Md đạt 0,1 mm,

S0 đạt giá trị 1,8

- Bột lớn: Trầm tích bột phân bố chủ yếu ở phía khuất sóng sau cồn cát, val cát

đó là bề mặt bãi triều Trầm tích bột lớn có cấp hạt 0,05 - 0,01 mm chiếm 24,55% cấp hạt 0,01- 0,005 mm chiếm 5%, cấp hạt nhỏ hơn 0,005mm chiếm 11% Giá trị

Md nằm trong khoảng 0,06 mm, S0 đạt 2,7

- Bột: Trầm tích bột phân bố chủ yếu ở trong các rừng ngập mặn ven bờ ứng với

bề mặt bãi triều nằm ở cao trình trên (+1,0) m Trầm tích bột có hàm lượng cấp hạt 0,1- 0,01 mm chiếm 59% (trong đó cấp hạt 0,1 -0,05 mm chiếm 29,6%, cấp hạt 0,05- 0,01 mm chiếm 29,3%), cấp hạt 0,01- 0,05 mm chiếm 10,5%, cấp hạt nhỏ hơn 0,05 mm chiếm 23%, giá trị Md đạt 0,03 mm, S0 đạt 3,8

- Cát - bột - sét: Trầm tích cát bột sét trong khu vực nghiên cứu phân bố ở trong cửa sông, trầm tích này có hàm lượng cấp hạt 0,25- 0,1 mm chiếm 37,5%, cấp hạt 0,1- 0,05 mm chiếm 9,76%, cấp hạt 0,05- 0,01 mm chiếm 12,05%, cấp hạt 0,01- 0,005 mm chiếm 13,6%, cấp hạt 0,005- 0,001 mm chiếm 12,28% còn lại là của cấp hạt nhỏ hơn 0,001 mm, giá trị trung bình của Md = 0,03 mm, S0 = 6,7

- Bột sét: Trầm tích bột sét thường gặp ở hai khu vực: sườn bờ ngầm tương ứng với độ sâu từ 3- 10 m, ở vùng bãi triều chúng nằm trên các bề mặt trũng thấp của bãi triều hoặc được phân bố ở dọc lạch triều Trầm tích này có hàm lượng cấp hạt 0,1- 0,05 mm chiếm 22,49%, cấp hạt 0,05 - 0,01 mm chiếm 23,67%, cấp hạt 0,01- 0,005

mm chiếm 15%, cấp hạt 0,005- 0,001 mm chiếm 20% còn lại là của cấp hạt nhỏ hơn 0,001 mm, giá trị trung bình của Md = 0,01 mm, S0 = 4,6

CHƯƠNG 2 TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Tài liệu

Để thực hiện các nội dung nghiên cứu của luận văn, các tài liệu cần thiết đã được thu thập xử lý Đây là những tài liệu đã được tổng hợp từ các kết quả nghiên cứu 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 kiện

thủy động lực của mỗi khu vực nghiên cứu Số liệu độ sâu và đường bờ của khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng được số hóa từ các bản đồ địa hình UTM hệ tọa độ địa

lý VN 2000 tỷ lệ 1:50000 và 1:25 000 do Cục Đo đạc Bản đồ (Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam) xuất bản năm 2005 (Hình 2 1) Những số liệu này đã được

số hóa và hiệu chỉnh theo các số liệu đo độ sâu gần đây

Hình 2 1 Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng số hóa từ bản đồ

Độ sâu và địa hình của khu vực phía ngoài và cũng như vùng vịnh Bắc Bộ sử dụng cơ sở dữ liệu GEBCO -1/8 của Trung tâm tư liệu Hải dương học Vương quốc Anh Đây là số liệu địa hình có độ phân dải 0.5 phút được xử lý từ ảnh vệ tinh kết hợp với các số liệu đo sâu [26, 48]

Số liệu khí tượng

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

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

mở gần bờ, các số liệu được thu thập xử lý dựa trên các kết quả quan trắc đã được thực hiện của một số cơ quan như Trung tâm KTTV biển, Viện Địa lý, Viện Cơ học

và Viện Tài nguyên và Môi trường biển Các hằng số điều hòa thủy triều ở phía ngoài xa bờ được thu thập từ cơ sở dữ liệu các hằng số điều hòa thủy triều FES2004 [41, 46] của LEGOS (Laboratoire d'Etude en Géophysique et Océanographie Spatiales, Toulouse) và CLS (Collecte Localisation Satellites) thuộc Trung tâm Quốc gia nghiên cứu không gian Pháp (CNES) nghiên cứu phát triển

Lưu lượng nước sông

Khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của dòng nước ngọt từ hệ thống sông Hồng – Thái Bình Do chịu sự chi phối của chế độ khí hậu mang tính chất nhiệt đới gió mùa nên tải lượng nước từ các sông này có đặc điểm quan trọng là biến đổi mạnh theo mùa: chủ yếu tập trung vào các tháng trong mùa mưa trong khi khá nhỏ vào mùa khô

Cho đến nay việc đo đạc đồng thời lưu lượng nước ở các của sông chính trong khu vực rất khó thực hiện, các số liệu thu thập được thiếu tính đồng bộ và hệ thống

Vì vậy ngoài các số liệu thu thập được từ các đề tài liên quan ở khu vực này trong các sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình, các số liệu quan trắc định kỳ trên sông Cấm và Văn Úc của Trung tâm KTTV Quốc gia cũng đã được thu thập xử lý để xây dựng các hàm tương quan tuyến tính, qua đó tính toán các chuỗi

số liệu lưu lượng nước cho các biên mở sông của mô hình

Số liệu nhiệt muối

Số liệu về nhiệt độ và độ muối nước biển ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng

và vùng vịnh Bắc Bộ được thu thập từ các kết quả nghiên cứu của Chương trình

‘‘Điều tra cơ bản và nghiên ứng dụng công nghệ Biển’’ mã số KC.09 (Bộ Khoa học

và công nghệ, 2008) và kết quả quan trắc, nghiên cứu của một số đề tài, dự án có liên quan trong khu vực Ngoài ra, để sử dụng cho mô hình tính ở phía ngoài cho các điều kiện biên mở phía biển được thu thập từ cơ sở dữ liệu WOA09 [71] cho khu vực biển Đông

Số liệu hải văn

Số liệu dòng chảy đo đạc tại một số vị trí khảo sát trong khu vực nghiên cứu của một số đề tài dự án vùng cửa sông ven biển Hải Phòng đã được thu thập xử lý

để phụ vụ hiệu chỉnh kiểm chứng độ tin cậy của mô hình TĐL Đặc biệt là số liệu

đo đạc dòng chảy từ đề tài liên quan [1, 8] 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 vùng cửa sông ven biển Hải Phòng

2.2 Phương pháp

2.2.1 Xử lý số liệu

Để phục vụ cho việc thiết lập mô hình theo các kịch bản tính toán dự báo khác nhau, cần thiết phải xử lý các số liệu thu thập để tạo số liệu đầu vào cho mô hình Các phương pháp xử lý số liệu khác cũng đã được xử dụng trong nghiên cứu này:

- Phương pháp GIS để số hóa và xử lý số liệu địa hình từ các bản đồ địa hình

Từ các bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50000 và 1 :25000 do Cục đo đạc bản đồ (Bộ Tài nguyên và Môi trường) xuất bản với hệ tọa độ UTM-VN2000 ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng, sử dụng các phần mềm MapInfo và Arcview để số hóa và tại thành các file địa hình số ở khu vực nghiên cứu (Hình 2 1) Các phần mềm GIS cũng

được dùng để lồng ghép số liệu địa hình (số hóa từ bản đồ) ở vùng ven biển với số

liệu địa hình trong Cơ sở dữ liệu địa hình GEBCO -1/8 ở vùng ngoài khơi và cập

nhật bổ sung số liệu đo sâu mới Kết quả ứng dụng phương pháp GIS là tạo ra file

địa hình có định dạng xyz làm đầu vào để xây dựng lưới độ sâu của mô hình TĐL

y = 1.6523x - 352.47

R2 = 0.9013 -3000

-2000 -1000 0 1000 2000 3000

-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000

y = 2.745x - 999.88

R2 = 0.8293

-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500

y = 0.3092x - 19.075

R2 = 0.9424 -200

-150 -100 -50 0 50 100 150 200

y = 1.2018x - 278.17

R2 = 0.8003 -200

-100 0 100 200 300 400

0 100 200 300 400 500 600

y = 0.2408x - 67.826

R2 = 0.9793 -600

-400 -200 0 200 400 600

-2000 -1000 0 1000 2000 3000

y = 0.6677x - 162.43

R2 = 0.7884 -300

-200 -100 0 100 200 300 400 500

Hình 2 3 Tương quan lưu lượng nước tại một số sông trong khu vực nghiên cứu

(a- S Cấm và Bạch Đằng, 3-2009; b- S Cấm và Bạch Đằng, 8-2009; c- S Văn Úc và Lạch Tray, 3-2009; d-

S Văn Úc và Lạch Tray, 8-2009; e- S Văn Úc và Thái Bình, 3-2009; f- S Văn Úc và Thái Bình, 8-2009)

- Phương pháp tính toán thống kê để tạo các file số liệu dạng chuỗi lưu lượng

Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình Dựa trên các số liệu quan trắc lưu lượng nước tại sông Cấm và sông Văn Úc của Trung tâm KTTV quốc gia và các số liệu đo đạc khảo sát tại các sông này trong thời gian tháng 3 và tháng 8-9 năm 2009 của một số đề tài có liên quan [1, 8], các hàm tương quan giữa lưu lượng nước tại các sông còn lại đã được tính toán (Hình 2 3, Hình 2 4) Thông qua các hàm tương quan này, các chuỗi số liệu về lưu lượng nước ở các sông không có số liệu đo dài như Bạch Đằng, Lạch Tray, và Thái Bình đã được xác định để làm điều kiện biên sông của mô hình (Hình 2 5) Phương pháp phân tích thống kê cũng được dùng để phân tích đánh giá các đặc trưng về điều kiện gió, sóng, mực nước và dòng chảy ở khu vực nghiên cứu

y = 0.9892x - 129.97

R2 = 0.9813 -1500

-1000 -500 0 500 1000 1500

R2 = 0.8968

-400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

y = 2.52x + 10.072

R2 = 0.8408 -2000

-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500

R2 = 0.9149

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Hình 2 4 Tương quan lưu lượng nước tại vị trí khảo sát và quan trắc định kỳ

(a- Cửa Cấm và vị trí quan trắc trên sông Cấm, 3-2009 ; b- Cửa Cấm và vị trí quan trắc trên sông Cấm, 8-2009; c- Trạm Trung Trang và vị trí khảo sát trên sông Văn Úc, 3-2009; d- Trạm Trung

Trang và vị trí khảo sát trên sông Văn Úc, 8-2009)

- Phương pháp khai thác số liệu từ Cơ sở dữ liệu nhiệt muối WOA09 và cơ sở

dữ liệu thủy triều FES2004 Các cơ sở dữ liệu này cùng cấp số liệu cần thiết để xác

(b) (a)

(c)

(d)

định các điều kiện biên mở cho mô hình TĐL vùng ngoài khơi (với lưới tính thô) được lưu trữ ở dạng file Netcdf

Hình 2 5 Lưu lượng nước trung bình giờ tại các sông chính khu vực Hải Phòng

(a- tháng 3 năm 2009, b- tháng 8 năm 2009)

- Phương pháp lưới lồng (phương pháp NESTING trong Delf3d) được sử dụng

trong nghiên cứu này để tạo ra các điều kiện biên mở phía biển của mô hình Theo phương pháp này để tạo các file số liệu cho điều kiện biên mở biển của mô hình với lưới chi tiết (mô hình cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng), một mô hình với lưới thô hơn cùng thời gian tính toán, cùng kiểu lưới tính (lưới cong trực giao và cùng số tầng) ở phía ngoài vùng này đã được thiết lập (Hình 2 6) Mô hình lưới thô

(a)

(b)

kích thức biển đổi từ 379.3-1376.5m Theo chiều thẳng đứng mô hình này được chia thành 7 lớp độ sâu trong hệ tọa độ σ Biên mở biển của mô hình này được chia thành nhiều đoạn khác nhau Tại mỗi đoạn biên mở đó sử dụng các hằng số điều hòa trong cơ sở dữ liệu Fes2004 và số liệu nhiệt muối trung bình tháng trong cơ sở

dữ liệu WOA09

MH vùng cửa sông ven biển Hải Phòng (lưới chi tiết)

MH phía ngoài (lưới thô)

Hình 2 6 Lưới tính của mô hình cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và vùng ngoài 2.2.2 Mô hình toán học

Trong nghiên cứu này các đối tượng nghiên cứu chủ yếu như TĐL, vận chuyển TTLL được mô hình hóa trên cơ sở mô hình Delft3d Đây là mô hình tổng hợp 3 chiều (3D) do Viện Thủy lực Delft (Hà Lan) nghiên cứu phát triển gồm có các module cơ bản như TĐL (Delft3d-Flow), sóng (Delft3d-Wave), vận chuyển bùn cát (Delft3d-Sed), chất lượng nước (Delft3-Waq) và sinh thái học (Delft3d-Eco) Mô hình này có thể mô phỏng tốt điều kiện TĐL - sóng, vận chuyển bùn cát, chất lượng nước ở vùng cửa sông ven bờ [34]

Module thủy động lực (Delft3d-Flow) có thể tính toán kết hợp đồng thời (online coupling) với các module khác như sóng (Delft3d-Wave), vận chuyển trầm

tích (Delft3d-Sed) Việc tính toán kết hợp đồng thời có thể cho thấy được sự tương tác giữa các quá trình thủy động lực - sóng và vận chuyển trầm tích tại mỗi thời điểm tính của mô hình [42]

Trong nghiên cứu này, kiểu tính toán kết hợp đồng thời (onlile –coupling) của các module chính là TĐL, sóng và vận chuyển trầm tích đã được sử dụng để đánh giá đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng (Hình 2 7)

Hình 2 7 Tương tác sóng- dòng chảy và vận chuyển trầm tích trong mô hình Delft3d

Mô hình thủy động lực

Cơ sở toán học của mô hình TĐL trong Delft3D là giải phương trình Navier Stokes với chất lỏng không nén trong nước nông và phương pháp xấp xỉ Boussinesq Sự biến đổi của thành phần vận tốc thẳng đứng trong phương trình động lượng được bỏ qua Với mô hình 3 chiều, thành phần vận tốc thẳng đứng được tính toán từ phương trình liên tục

Hệ tọa độ

Trong mô hình thủy động lực của Delft3D, có thể chọn một trong 3 kiểu hệ tọa

độ Đề các (Cartesian- x,y), hệ toạ độ cong trực giao ( ηξ, ) và hệ tọa độ cầu: ( φλ, )

Vận chuyển trầm tích

(Delft3d-Sed)

Địa hình đáy (Bottom)

Thủy động lực (Delft3d-Flow)

Sóng (Delft3d-Wave)

Tương tác sóng- dòng chảy

ξ = ; η =φ; Gξξ =Rcosφ ; Gηη =R; R- Bán kính trái đất; φ- vĩ độ địa lý

Hệ tọa độ thẳng đứng σ được định nghĩa như sau:

H

z d

Với: z- là khoảng cách trong hệ tọa độ thẳng đứng; ζ- mực nước; d- độ sâu; H-

độ sâu cột nước (H=d+ζ) Tại đáy σ=-1; tại mặt nước σ=0

G U d G G

∂

+

∂+

∂

+

∂+

∂

∂

η

ζξ

ζ

ηη ξξ

ηη ηη

ξξ

)(1

)(1

(1)

Trong đó: ξ, η: là các tọa độ ngang trong hệ toạ độ cong trực giao; Gξξ, Gηη : là các hệ số chuyển đổi từ hệ toạ cong trực giao sang hệ tọa độ Đề các; d: là độ sâu tại điểm tính (độ sâu của nước dưới đường chuẩn (0 hải đồ)); ζ : là mực nước tại điểm tính (so với 0 Hải đồ); U, V: lần lượt là các thành phần vận tốc trung bình theo các hướng ξ, η; qin và qout : lần lượt là nguồn nước đưa vào và ra trên 1 đơn

vị thể tích; H: là độ dày cột nước tại điểm tính (H = d +ζ ); P, E: lần lượt là lượng mưa và bốc hơi

- biểu diễn sự thay đổi của vận tốc dòng chảy trung

bình U theo hướng ξ

- biểu diễn sự thay đổi của vận tốc dòng chảy trung

−

σ0

1

)( (2)

Phương trình động lượng

Phương trình bảo toàn động lượng theo hướng ξ và η (tọa độ cong trực giao):

ξ ξ

ξ ξξ

ηη ηη

ξξ

ξξ ηη

ξξ ηη

ξξ

σσ

ζρ

ξη

σζ

ωηξ

M

u v d

F P G

fv G G

G

v G

G G

uv u

d

u G

v u G

∂

∂+

+

∂

∂+

2

)(

11

(3)

η η

η ηη

ξξ ηη

ξξ

ξξ ηη

ξξ ηη

ξξ

σ σ ζ ρ

η η

σ ζ

ω η ξ

M

v v d

F P G

fu G G

G

u G

G G

uv v

d

v G

v v G

∂

∂ +

+

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

2 0

2

) (

1 1

(4)

Trong đó:

ω : là vận tốc theo hướng σ trong hệ toạ độ σ (m/s); f : là tham số lực Coriolis

(1/s); Mξ, Mη: lần lượt là ngoại lực theo các hướng ξ, η; Pξ, Pη: là gradient áp suất;

Fξ, Fη là ứng suất Reynol; ρ0: là tỷ trọng của nước; u, v: lần lượt là vận tốc dòng

chảy theo hướng ξ, η (hay x, y); F: thông lượng rối (m/s2); νv: thành phần nhớt theo

phương thẳng đứng; M: mô men động lượng thêm vào hay mất đi

∂

∂+

σ ζ

ω

∂

∂ +

v

d trong phương trình (4) là các thành phần bình lưu của thành phần v

fv G

G G

v G

ηη ηη

ξξ

ξξ ηη

ξξ

2

trong phương trình (3) biểu diễn ảnh

hưởng của hiệu ứng Coriolis theo phương u

fu G G

G

u G

ξξ ηη

ξξ

ξξ ηη

ξξ

2

trong phương trình (4) biểu diễn ảnh

hưởng của hiệu ứng Coriolis theo phương v

∂

∂

ηξ

ν

ηη ηη ξξ

ξξ

G G

u G G

∂

∂

ηξ

ν

ηη ηη ξξ

ξξ

G G

v G G

trình liên tục:

)(

)(1

)(1

out

in q q H G

v d G G

G u d G

G

∂

∂+

∂

+

∂+

∂

+

∂+

∂

∂

σ

ωη

ζξ

ζ

ηη ξξ

ηη ηη

ξξ

(1’)

Trong đó ảnh hưởng của sự bốc hơi và giáng thủy trên bề mặt cũng được tính đến Khía cạnh vật lý của vận tốc ω trong hệ tọa độ Descartes thì không được đề cập đến trong phương trình chuyển động Các giá trị vận tốc này có thể được biểu diễn theo vận tốc phương ngang, mực nước, vận tốc thẳng đứng ω như sau:

∂

∂+

∂

∂+

∂

∂+

=

t t

H H

G v

H G

u G G

η

ζη

σξ

ζξσ

ηη ξξ

Tỷ trọng của nước biển ρ là hàm của độ muối và nhiệt độ Trong Delft3d-Flow,

ta có thể chọn giữa hai kiểu công thức khác nhau của phương trình trạng thái (Eckart hoặc UNESCO) Phương trình trạng thái của Eckart [36] dựa trên một giới hạn số đo đạc từ năm 1910 Trong phương trình xuất phát có thành phần áp suất, nhưng ở điều kiện áp suất thấp, có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó đến tỷ trọng Công thức này như sau:

0 0 0

000 , 1

P

P

αλ

0 =

α ; P 5890 38t 0.37t2 3s

Đối với nước ngọt, công thức Eckart không đưa ra tỷ trọng cực đại ở nhiệt độ 40C

Vì vậy, khi áp dụng cho vùng cửa sông ven biển, công thức của UNESCO được sử dụng trong Delft3d-Flow

Công thức của UNESCO [72] áp dụng với điều kiện 0<t<400C, 0.5<s<43‰

2 2 / 3

6

3 4 2

3 2

0

10.536332

610

.120083

1

10.001685

110

.095290

910.793952

6842594

999

t t

t t

=

ρ

(9) 4

9 3

7 2

5 3

1 4.0899.10 7.6438.10 8.2467.10 5.3875.1010

3 1.0227.10 1.6546.1010

.72466

B=− − + − − − (11)

Điều kiện biên

Điều kiện biên theo phương thẳng đứng

Trong hệ tọa độ σ, lớp biên tự do trên mặt (σ=0, hoặc z=ζ) và đáy (σ=-1, hoặc z= -d); ω là vận tốc thẳng đứng liên quan tới mặt phẳng σ Với giả thiết không có trao đổi qua bề mặt và đáy thì:

Điều kiện biên ở lớp đáy

Ở lớp biên đáy, điều kiện biên cho các phương trình động lượng là:

0

τ σ

ξ σ

b

V u h

η σ

Ứng suất trượt (shear stress) ở đáy gây ra dòng chảy rối lần lượt cho dòng chảy trung bình theo độ sâu (2 chiều) và 3 chiều là:

τ (13) Với: U là vận tốc dòng chảy trung bình theo độ sâu của phương ngang; ub là vận tốc

dòng chảy theo phương ngang của lớp nước đầu tiên phía trên đáy (đối với trường hợp 3 chiều)

Các công thức của Chezy, Manning và White Colebrook có thể được dùng để xác định ứng suất trượt cho dòng chảy trung bình theo độ sâu

Theo công thức Manning:

z

z u

≈

0 2

e e

h z

0 κ (16)

Điều kiện biên bề mặt

Ở trên mặt, điều kiện biên cho phương trình động lượng là:

) cos(

0 0

θρ

(17)

Và : sin( )

0 0

θρ

ma sát (phụ thuộc vào vận tốc gió U10)

Điều kiện biên mở

Trong mô hình Delft3d-Flow, điều kiện biên mở có thể dựa trên các số liệu tính toán, quan trắc hoặc NESTHD từ mô hình có phạm vi miền tính lớn hơn Có 4 kiểu điều kiện biên mở được áp dụng là: Mực nước: ζ=Fζ(t); Vận tốc dòng chảy: U=FU

(t); Lưu lượng (tổng và từng ô lưới): Q=FQ(t);

Điều kiện ban đầu

Trong mô hình Delft3D, các điều kiện ban đầu như mực nước, nhiệt độ, muối cần được xác định Ở mô hình thủy động có hai cách xác định điều kiện ban đầu:

- xác định điều kiện ban đầu từ file kết quả của các lần chạy trước đó

- xác định điều kiện ban đầu do người dùng

Tiêu chuẩn ổn định của mô hình thủy động lực

Các phương trình toán học trên được giải bằng phương pháp sai phân ẩn với sơ

đồ khử luân hướng (ADI – Alternating Direction Implicit) trên hệ lưới cong [34] Trong mô hình thuỷ động lực, độ ổn định của mô hình có thể được đánh giá qua số Courant - một chỉ số đánh giá độ chính xác và tiêu chuẩn ổn định của mô hình Đối với những vùng có sự biến đổi lớn về địa hình đáy biển hoặc đường bờ, số Courant

không nên vượt quá khoảng 10-30 [66] Theo Stelling [58], với mô hình 2 chiều, số Courant (CFL- Courant- Friedrichs-Lewy) được xác định như sau:

y x gh t

Trong công thức trên: g: gia tốc trọng trường (m/s2); h: là độ sâu của cột nước tại điểm tính (m); Δt: là bước thời gian (giây); Δx: là kích thước ô lưới theo phương x (m); Δy: là kích ô lưới theo phương y (m)

Trong mô hình 3 chiều, tiêu chuẩn ổn định được dùng tương tự như với mô hình 2 chiều nhưng với điều kiện cần có so sánh đánh giá với các bước thời gian khác nhau [34]

y= 1+ 1− (22)

Và ứng suất đáy cực đại : τmax = z(τc +τw) ; y=1+ax m(1−x)n

Trong đó : a, b, p, q, m và n là các tham số và giá trị:

w c

c

x

ττ

+ +

=

z

w j

j

C

f a

a a

a

a 1 2cosφ 3 4cosφ log10

Ở đây : τ - ứng suất đáy do dòng chảy ; c τ - ứng suất đáy do sóng ; w τ - ứng suất msuất đáy tổng cộng do sóng và dòng chảy ; τmax- ứng suất đáy tổng cộng (do sóng và dòng chảy) cực đại ; φ- góc giữa hướng truyền sóng và hướng của dòng chảy

Hướng truyền sóng φ có thể được xác định theo công thức:

sin

cos

Hướng sóng φ cũng có thể xác định qua các thành phần ứng suất fx và f y bằng

công thức:

F U F

F V

.0

2

;21

.5exp00251.0

19 0

ππ

s

s s

w

k A k

A k

A

Ks là hệ số nhám Nikuradse và A xác định bởi U∧2orb/ω, trong đó ω là tần số sóng

Trong công thức trên f w có thể biểu diễn qua chu kỳ sóng và độ nhám đáy

0

*

30

;3

.0

30

;1

.14exp00251.0

π

π

A

A A

Với A*= được xác định qua U∧orb2 T/z0

Trong các công thức trên, giả thiết rằng τ và m τmaxcó cùng hướng như τ do cdòng chảy chiếm ưu thế

Ứng suất đáy do dòng chảy có thể được biểu diễn bằng công thức:τc =ρ0C z U 2

Trong đó Cz là hệ số ma sát (drag coeficient) và liên hệ với hệ số Chézy : 2

Trong mô hình 3D, giả thiết profile của vận tốc có dạng Logarith, khi đó ứng suất

đáy trung bình theo thời gian do sóng được liên hệ với hệ số ma sát f w:

2 02

1

orb w

c = ρ f U∧

τ (27)

Ở đây: f w- vận tốc quỹ đạo do sóng; U∧orb2 - biên độ của vận tốc quỹ đạo sóng gần