Đồ án tốt nghiệp tính toán dòng chảy do sóng khu vực bãi biển thiên cầm, hà tĩnh

MỞ ĐẦU Ý Nghĩa khoa học và thực tiễn Khu vực ven bờ là nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp của trường sóng, nơi toàn bộ năng lượng sóng bị tiêu tán do quá trình sóng đổ, cộng thêm các tác động của thủy triều, gió, thềm lục địa, địa hình bờ… nên tại đây các quá trình thủy thạch động lực hết sức phức tạp. Trong những yếu tố đó có thể kể đến dòng sinh ra do sóng, là một loại hình dòng chảy biển mang tính ngẫu nhiên nhưng lại ảnh hưởng rất lớn tới quá trình bồi lắng, biến động bờ bãi. Do đó nó đã trở thành mối quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu trên toàn thế giới3. Trong nghiên cứu kỹ thuật bờ biển, dòng sinh ra do sóng có ý nghĩa quan trọng bởi nó là tác nhân chính của quá trình vận chuyển trầm tích vùng ven bờ. Các hiện tượng bồi lấp hay xói lở trong vùng sóng đổ có ảnh hưởng trực tiếp đến công tác hoạch định, thiết kế và tuổi thọ của các công trình biển xây dựng trong vùng gần bờ4. Không chỉ mang lại lợi ích trong vấn đề kỹ thuật, nghiên cứu dòng do sóng còn có ý nghĩa thực tiễn lớn, mang lại rất nhiều lợi ích về kinh tế cũng như tính mạng con người trong vấn đề quản lý đới bờ hay dự báo, cảnh báo các hiểm họa tự nhiên trong những vùng đông dân cư và các khu du lịch ven biển. Theo Mac Mahan J.H; Thornton Ed.B và Renies J.M ở bang Florida, sự nguy hiểm lớn nhất trong các mối nguy hiểm tự nhiên xảy ra tại các bãi tắm là do dòng chảy tách bờ gây ra 4. Việt Nam là một nước có đường bờ biển dài, bên cạnh những thuận lợi về quân sự, khoa học… thì đó còn là một lợi thế lớn về kinh tế biển, đặc biệt là ngành công nghiệp không khói du lịch. Và để phát huy thế mạnh này, cũng như đảm bảo cho việc phát triển bền vững, ta cần nhiều hơn các công trình nghiên cứu về biển mà đặc biệt là các nghiên cứu trong vùng sóng đổ, trong đó phải kể đến đầu tiên là các hiện tượng dòng do sóng3. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam, với hơn 3200 km đường bờ biển cùng những danh lam thắng cảnh kỳ thú, có tiềm năng rất lớn phát triển du lịch và nghỉ dưỡng biển. Các khu du lịch – nghỉ dưỡng ở vùng ven biển xuất hiện ngày càng nhiều, số lượng người có điều kiện đi nghỉ dưỡng tăng lên đáng kế, khách quốc tế ngày càng đông. Hầu như tất cả các tỉnh ven biển đều đã và đang đầu tư những khu nghỉ dưỡng, tắm biển rất đẹp. Tuy nhiên, từ nhiều nguồn tin khác nhau cho thấy sự cố tai nạn, tổn thất về người do tắm biển xảy ra không phải là ít, và hầu như chưa thấy nơi nào hiểu rõ về dòng chảy sinh ra do sóng và có những quan tâm đúng mực về việc nghiên cứu, xác định và cảnh báo nó3. Qua các đợt khảo sát tiền trạm cũng như thu thập thông tin được từ đồn biên phòng Hà Tĩnh và thông tin trên các trang báo địa phương có thể thấy rõ nguy cơ về dòng chảy ven bờ tại khu vực này đẫ và đang tồn tại như một hiểm hoa đe dọa đến tính mạng của những du khách đến tắm biển1. Cũng theo thông tin điện tử Hà Tĩnh tại các bãi biển đã sảy ra các vụ đuối nước. Qua một vài thông tin từ nhân chứng thì các trường hợp bị đuối nước hay xảy ra vào mùa gió chướng, nếu không có kinh nghiệm sẽ rất có nguy cơ bị hụt chân rơi vào các dòng xoáy. “Cắm phao cảnh báo tại các vùng xoáy nước ở bãi tắm Thiên Cầm” đó là chỉ đạo của Phó Chủ Tịch HĐND tỉnh Võ Hồng Hải1. Ảnh cờ báo hiệu nguy hiểm Tuy đã xảy ra nhiều tai nạn do dòng xoáy ven bờ tại khu vực nghiên cứu, nhưng hiểu biết của người dân về hiện tượng này còn quá ít cũng như hệ thống cảnh báo còn rất thô sơ và chưa thấy có đội cứu trợ bờ biển cùng trang thiết bị chuyên dụng để ứng phó với các tình huống trong khu vực bãi biển này. Đây là lý do cũng là nhu cầu cấp bách để thực hiện đề tài “Tính toán dòng chảy do sóng khu vực bãi biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh” do tôi cùng với sự hướng dẫn của PGS.TS Đinh Văn Mạnh và Th.S Đặng Song Hà thực hiện. Mục tiêu đề tài Xem xét hướng sóng vùng gần bờ khu vực bãi biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh. Nghiên cứu, so sánh ảnh hưởng của sóng đến trường dòng chảy ven bờ khu vực nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu Mô hình tính sóng và thủy động lực DELFT3D. Trường dòng chảy do sóng khu vực nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu Thu thập phân tích đánh giá tài liệu về sóng và các số liệu về thủy, hải văn trong khu vực của vùng biển. Mô hình hóa, mô phỏng số.

MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1.Đặc điểm tự nhiên 1.1.1.Vị trí địa lí 1.1.2.Tài nguyên thiên nhiên 1.2.Chế độ khí tượng thủy, hải văn khu vực nghiên cứu 1.2.1.Điều kiện khí tượng 1.2.2.Chế độ thủy văn 1.2.3.Chế độ hải văn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT MƠ HÌNH DELFT 3D 2.1.Mơ hình thủy động lực 2.2.Cơ sở lý thuyết mơ hình SWAN 16 2.2.1.Phương trình 16 2.2.2.Các biểu thức chi tiết 17 2.3.Tương tác dịng chảy – sóng 24 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH CHO VÙNG NGHIÊN CỨU 27 3.1.Số liệu phục vụ tính tốn .27 3.1.1.Số liệu địa hình 27 3.1.2.Số liệu sóng .29 3.1.3.Số liệu gió 31 3.2.Thiết lập miền tính lưới tính 31 3.3.Thiết lập thơng số mơ hình .33 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN DỊNG CHẢY DO SÓNG KHU VỰC BÃI BIỂN THIÊN CẦM, HÀ TĨNH THEO MỘT SỐ KỊCH BẢN .35 4.1.Kịch tính tốn 35 4.2.Kết tính tốn 37 4.2.1.Kịch N 37 4.2.2.Kịch N-NE 40 4.2.3.Kịch NE .43 4.2.4.Kịch E-NE 46 4.2.5.Kịch E 49 4.2.6.Kịch E-SE 52 4.3.So sánh phương án tính toán 55 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .58 DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN C Bảng 1.1 Các đơn vị hành vùng bờ tỉnh Hà Tĩnh .5 CHƯƠNG THIẾT LẬP MƠ HÌNH CHO VÙNG NGHIÊN CỨUY Bảng 3.1 Tần suất sóng theo 16 hướng sóng ngồi khơi biển Thiên Cầm 30 Bảng 3.2 Bảng thơng số mơ hình thiết lập 33 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN DỊNG CHẢY DO SÓNG KHU VỰC BÃI BIỂN HÀ TĨNH THEO MỘT SỐ KỊCH BẢ Bảng 4.1 Kết tính sóng đại diện khơi cho vùng biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh 35 Bảng 4.2 Một số phương án tính tốn nghiên cứu .36 Bảng 4.3 So sánh kết qua phương án tính 55 DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU Hình 1.1: Ranh giới hành tỉnh Hà Tĩnh .4 CHƯƠNG THIẾT LẬP MƠ HÌNH CHO VÙNG NGHIÊN CỨU Hình 3.1: Tổng hợp số liệu địa hình vùng nghiên cứu .29 Hình 3.2: Hoa sóng thống kê khu vực nghiên cứu .29 Hình 3.3: Bản đồ gió vùng nghiên cứu 31 Hình 3.4: Sơ đồ lưới tính vùng nghiên cứu 32 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN DỊNG CHẢY DO SÓNG KHU VỰC BÃI BIỂN HÀ TĨNH THEO MỘT SỐ KỊCH BẢN Hình 4.1: Mực triều tham khảo trạm triều quốc tế Hon Nieu_IHO .36 Hình 4.2: Trường độ cao sóng phương án N 37 Hình 4.3: Trường độ lớn dòng chảy phương án N .38 Hình 4.4: Trường phân bố vận tốc dịng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng N 39 Hình 4.5: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng N 40 Hình 4.6: Trường độ cao sóng phương án N-NE .41 Hình 4.7: Trường độ lớn dòng chảy phương án N-NE .41 Hình 4.8: Trường phân bố vận tốc dịng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng N-NE 42 Hình 4.9: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng N-NE 43 Hình 4.10: Trường độ cao sóng phương án NE 44 Hình 4.11: Trường độ lớn dịng chảy phương án NE 44 Hình 4.12: Trường phân bố vận tốc dịng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng NE 45 Hình 4.13: Trường phân bố vận tốc dịng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng NE 46 Hình 4.14: Trường độ cao sóng phương án E-NE 47 Hình 4.15: Trường độ lớn dịng chảy phương án E-NE .47 Hình 4.16: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng E-NE 48 Hình 4.17: Trường phân bố vận tốc dịng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng E-NE 49 Hình 4.18: Trường độ cao sóng phương án E 50 Hình 4.19: Trường độ lớn dịng chảy phương án E 50 Hình 4.20: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng E 51 Hình 4.21: Trường phân bố vận tốc dịng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng E 52 Hình 4.22: Trường độ cao sóng phương án E-SE 53 Hình 4.23: Trường độ lớn dịng chảy phương án E-SE 53 Hình 4.24: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương dọc bờ phương án tính sóng hướng E-SE .54 Hình 4.25: Trường phân bố vận tốc dòng chảy theo phương ngang bờ phương án tính sóng hướng E-SE .55 MỞ ĐẦU Ý Nghĩa khoa học thực tiễn Khu vực ven bờ nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp trường sóng, nơi tồn lượng sóng bị tiêu tán q trình sóng đổ, cộng thêm tác động thủy triều, gió, thềm lục địa, địa hình bờ… nên trình thủy thạch động lực phức tạp Trong yếu tố kể đến dịng sinh sóng, loại hình dịng chảy biển mang tính ngẫu nhiên lại ảnh hưởng lớn tới trình bồi lắng, biến động bờ bãi Do trở thành mối quan tâm nhiều nhà nghiên cứu toàn giới[3] Trong nghiên cứu kỹ thuật bờ biển, dịng sinh sóng có ý nghĩa quan trọng tác nhân q trình vận chuyển trầm tích vùng ven bờ Các tượng bồi lấp hay xói lở vùng sóng đổ có ảnh hưởng trực tiếp đến cơng tác hoạch định, thiết kế tuổi thọ cơng trình biển xây dựng vùng gần bờ[4] Không mang lại lợi ích vấn đề kỹ thuật, nghiên cứu dịng sóng cịn có ý nghĩa thực tiễn lớn, mang lại nhiều lợi ích kinh tế tính mạng người vấn đề quản lý đới bờ hay dự báo, cảnh báo hiểm họa tự nhiên vùng đông dân cư khu du lịch ven biển Theo Mac Mahan J.H; Thornton Ed.B Renies J.M bang Florida, nguy hiểm lớn mối nguy hiểm tự nhiên xảy bãi tắm dòng chảy tách bờ gây [4] Việt Nam nước có đường bờ biển dài, bên cạnh thuận lợi qn sự, khoa học… cịn lợi lớn kinh tế biển, đặc biệt ngành cơng nghiệp khơng khói - du lịch Và để phát huy mạnh này, đảm bảo cho việc phát triển bền vững, ta cần nhiều công trình nghiên cứu biển mà đặc biệt nghiên cứu vùng sóng đổ, phải kể đến tượng dịng sóng[3] Tính cấp thiết đề tài Việt Nam, với 3200 km đường bờ biển danh lam thắng cảnh kỳ thú, có tiềm lớn phát triển du lịch nghỉ dưỡng biển Các khu du lịch – nghỉ dưỡng vùng ven biển xuất ngày nhiều, số lượng người có điều kiện nghỉ dưỡng tăng lên đáng kế, khách quốc tế ngày đông Hầu tất tỉnh ven biển đầu tư khu nghỉ dưỡng, tắm biển đẹp Tuy nhiên, từ nhiều nguồn tin khác cho thấy cố tai nạn, tổn thất người tắm biển xảy ít, chưa thấy nơi hiểu rõ dịng chảy sinh sóng có quan tâm mực việc nghiên cứu, xác định cảnh báo nó[3] Qua đợt khảo sát tiền trạm thu thập thông tin từ đồn biên phịng Hà Tĩnh thơng tin trang báo địa phương thấy rõ nguy dòng chảy ven bờ khu vực đẫ tồn hiểm hoa đe dọa đến tính mạng du khách đến tắm biển[1] Cũng theo thông tin điện tử Hà Tĩnh bãi biển sảy vụ đuối nước Qua vài thơng tin từ nhân chứng trường hợp bị đuối nước hay xảy vào mùa gió chướng, khơng có kinh nghiệm có nguy bị hụt chân rơi vào dịng xốy “Cắm phao cảnh báo vùng xoáy nước bãi tắm Thiên Cầm” đạo Phó Chủ Tịch HĐND tỉnh Võ Hồng Hải[1] Ảnh cờ báo hiệu nguy hiểm Tuy xảy nhiều tai nạn dòng xoáy ven bờ khu vực nghiên cứu, hiểu biết người dân tượng hệ thống cảnh báo cịn thơ sơ chưa thấy có đội cứu trợ bờ biển trang thiết bị chuyên dụng để ứng phó với tình khu vực bãi biển Đây lý nhu cầu cấp bách để thực đề tài “Tính tốn dịng chảy sóng khu vực bãi biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh” với hướng dẫn PGS.TS Đinh Văn Mạnh Th.S Đặng Song Hà thực Mục tiêu đề tài Xem xét hướng sóng vùng gần bờ khu vực bãi biển Thiên Cầm, Hà Tĩnh Nghiên cứu, so sánh ảnh hưởng sóng đến trường dịng chảy ven bờ khu vực nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Mơ hình tính sóng thủy động lực DELFT3D - Trường dịng chảy sóng khu vực nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu - Thu thập phân tích đánh giá tài liệu sóng số liệu thủy, hải văn khu vực vùng biển - Mô hình hóa, mơ số CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm tự nhiên 1.1 Vị trí địa lí Hà Tĩnh nằm mảnh đất đầy nắng gió Bắc Trung Bộ cách thủ Hà Nội 340 km phía Nam, tỉnh Hà Tĩnh có lợi phía Đơng giáp biển, phía Tây giáp dãy Trường Sơn huyền thoại nước Lào Nhờ vào đặc điểm đó, địa hình Hà Tĩnh trở nên đa dạng hết từ vùng đồi núi, trung du – đồng đến sông suối, hồ… Đáng ý đường bờ biển trải dài 137 km, Hà Tĩnh làm du khách phải ngỡ ngàng trước vẻ đẹp bãi tắm, phải kể đến biển Thiên Cầm[1] Thiên Cầm bãi biển thuộc huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh Hà Tĩnh sáu tỉnh nằm duyên hải Bắc Trung Bộ với tổng diện tích 6.055 km2, chiếm khoảng 1,8% tổng diện tích nước, tọa độ 17°53'50"-18°45'40"vĩ độ Bắc, 105°05'50" - 106°30'20"kinh độ Đông Tỉnh Hà Tĩnh gồm có 13 đơn vị hành chính[1]: - Thành phố: Thành Phố Hà Tĩnh - Thị xã: Thị xã Hồng Lĩnh Thị xã Kỳ Anh - 10 huyện: Can Lộc, Cẩm Xuyên, Đức Thọ, Hương Khê, Hương Sơn, Kỳ Anh, Lộc Hà, Nghi Xuân, Thạch Hà Vũ Quang Hình 1.1: Ranh giới hành tỉnh Hà Tĩnh Vùng bờ Hà Tĩnh gồm có huyện thị: Nghi Xuân, Lộc Hà, Thạch Hà, Cẩm Xuyên, huyện Kỳ Anh TX Kỳ Anh Riêng Thị xã Kỳ Anh vừa thành lập năm 2015 theo Nghị số 903/NQ-UBTVQH13 tách từ huyện Kỳ Anh cũ Ranh giới vùng bờ: - Phía bắc giáp tỉnh Nghệ An, ranh giới Sông Lam dãy núi Thiên Nhẫn - Phía Nam giáp tỉnh Quảng Bình, ranh giới dãy núi Hồnh Sơn - Phía Đơng giáp biển Đơng - Phía Tây giáp huyện, thị khác tỉnh Hà Tĩnh Bảng 1.1: Các đơn vị hành vùng bờ tỉnh Hà Tĩnh TT Đơn vị hành Diện tích tự nhiên (ha) Số đơn vị cấp xã Huyện Nghi Xuân 22.004,14 19 Huyện Lộc Hà 11.853,06 13 Huyện Thạch Hà 35.703,39 31 Huyện Cẩm Xuyên 63.653,13 27 Huyện Kỳ Anh 76.114,00 21 TX Kỳ Anh 28.025,03 12 Tổng 237.352,75 123 Vùng bờ tỉnh Hà Tĩnh có vị trí thuận tiện cho việc hợp tác, trao đổi thương mại với tỉnh nước khác khu vực Lào, Campuchia, Thái Lan Vùng bờ có hệ thống giao thông thuận lợi như: Quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh, đường sắt Bắc Nam, quốc lộ 8A, quốc lộ 12A Ngoài ra, vùng bờ Hà Tĩnh có cảng nước sâu Vũng Áng – Sơn Dương trung tâm thương mại tạo thuận lợi việc trao đổi hợp tác với nước khu vực Việc tăng cường phát triển tiểu khu vực Hành lang kinh tế Đông-Tây lưu vực sông Mekong hội cho vùng bờ Hà Tĩnh phát triển hội nhập kinh tế[1] Vùng bờ Hà Tĩnh có 137km bờ biển có nhiều cảng cửa sơng lớn (Cửa Hội, Cửa Sót, Cửa Nhượng Cửa Khẩu) với hệ thống giao thông tốt, thuận lợi cho giao thương kinh tế, văn hóa xã hội phát triển kinh tế 1.1.2 Tài nguyên thiên nhiên Hà Tĩnh có 276.003 rừng, gồm 199.847 rừng tự nhiên 76.156 rừng trồng, với độ che phủ rừng đạt 45% Rừng tự nhiên thường gặp kiểu rừng nhiệt đới, vùng núi cao gặp loại rừng kim nhiệt đới Rừng trồng phần