Luận văn thạc sĩ khoa học: 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

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NOI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM VĂN TIÊN

UNG DUNG MÔ HÌNH (VNU/MDEC) TÍNH TOÁN CHE ĐỘ THỦY

ĐỘNG LUC VÀ VẬN CHUYÊN TRAM TÍCH VUNG CUA SONGVEN BIEN HAI PHÒNG

LUAN VAN THAC SY KHOA HOC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Phạm Văn Tiến

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH (VNU/MDEC) TÍNH TOÁN CHÉ ĐỘ THỦYĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYÊN TRẢM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG

VEN BIÊN HÁI PHÒNG

Chuyên ngành: Hải dương học

Mã số: 60 44 97

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS TS Đinh Văn Ưu

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ ¿St Sv 1111 TT 1111111111111 11111111 3

ĐẶT VAN ĐỀ - ST n t1 1212111 11111111111111111 111111 111111111111 1111111111111 1111 EEe 7Chương 1 TONG QUAN - - 522221 EE212121E121212121212111 112111111111 te 91.1 Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyền tram tích 9

1.1.1] Các nghiÊn Của NUOC HBOÀÌÏ ằ ve ret 91.1.2 Các nghiÊn CỨU ÍFOH HHỚC cv key 14

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu - + 2 s+s+s+£z£szx+£e£zx+xere¿ 16

2.2.1 Phạm Vi nghiÊH CỨH - «+ ng vn ve 16

2.2.2 Đặc điểm khí tượng, thủy - hải vănm - 5 cscececerercrezerees l62.2.3 Đặc điểm trầm tích -cc-ccsctteEtittrtirrtrttrirrtrirrrirrrrierried 23Chương 2 MÔ HÌNH VNU/MDEC - - 2 +E2SE+E£EE£EEEEEEEEEEErErrkrrrrees 25

2.1 Mô hình thủy động lực s6 + 1S ng ng key 25

2.1.1 Hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy 252.1.2 Phương pháp biến đổi tọa độ CONG Ø -:5c5c+cccc+ccccsea 292.1.3 Điều kiện biên trong MO hìHh «cv vvrrre 312.1.4 Điêu kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo -.- 2-5555: 332.2 Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửngg + + +©s+s+E+E+E+E+EeEererereree 342.2.1 Hệ phương trình lan truyền và khuếch tán vật chất 342.2.2 Mô hình biến đổi độ dày lớp tram tích đáy lỏng 382.3 Các phương pháp tham số hóa của mô hình - - 2+5 5s+s+cs+sa 392.3.1 Phương pháp thể tích hữu hạn - 5-52 5255+sece+e+Eseeccztseecez 392.3.2 Sơ đồ lưới tinh Arakawa C rời rac hóa theo không gian 40

2.2.3 Phương pháp tách mod ( mode- spÏHfiHg) - -« «<< «s«++++ 43

"8.9 00 8n 45Chương 3 KET QUA NGHIÊN CUU - - 25 +£+E£+E+E£E££E+E+Ee£szE+Eeree 46

3.1 Triển khai mô hình ¿- 2 ¿+ £+S£+E£E+EE£EE+E££EtEEEEE+Ezkerxerxrrerree 46

3.1.1 Các phương Gn tinh ton << 9E ve 46

3.1.2 Dieu Kien tinh tOGN na aaqunudaỤỮỒ.Ả 493.1.3 Kết quả hiệu chỉnh mô hinh i.cececcccccscescscesessecssesessssesesssseseseseseseees 503.2 Kết quả tính toán chế độ thủy động lực - 2 5 scs+s+sec«2 51

3.2.1 Trường dòng chảy và mc nước trieU cececcccsccscssescssessssessssseseesesees 513.2.2 Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 1 (khi tinh đến thủy

triều và lưu lượng SONG) +55 SE+SSE‡E‡EE‡EEEEEEEEEEEEEEEE 212112111211 tre 543.2.3 Trường dòng chảy và mực nước tổng hop 2 (khi tính đến thủy

triều, lưu lượng sông và gió theo 2 ImÌA) 5-5 ScEE‡EeEErkrtekrkeeerees 583.3 Kết quả tính toán vận chuyền tram tích lơ lửng - 5: 623.3.1 Vận chuyển tram tích lơ lửng dưới tác động của thủy triéu 623.3.2 Vận chuyển tram tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng

3.3.3 Van chuyén tram tich lo lửng dưới tac động của dòng chảy tổng

3.4 Ảnh hưởng của các cửa sông Lạch Tray, Nam Triệu đến chế độ thủy

động lực và vận chuyên trầm tích trong khu VỰC -cc So khese 73

KET LUẬẬN - - St 1 11111 1111111 1111111111111 1111111111111 110111 rrei 76

IV100I20080:7) 8.4: 0201577 77

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hoa gió trạm Hon Dau tháng 1 (a) và tháng 7 (b) 17

Hình 2.2 Sơ đồ lới 3D Arakawa C ¿ + 5c2cc2xcxerxerxerrrervees 41

Hình 2.3 Dia hình khu vực nghiên cứu -++++++<s>++++sss 45

Hình 3.1 Vị trí các điểm, các mặt cắt ¿+ se c£+x+E+Esxzezxzesesee 50Hình 3.2 Biến trình mực nước tính toán và thực do tại điểm P5 51Hình 3.3 Trường mực nước tại thời điểm 35h khi chỉ tính đến thủy triều

Hình 3.4 Trường mực nước va hoan lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khichỉ tính đến thủy triỀU ¿2 SE +E+E+E£EE£E#E£EEEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErErrrrees 52

Hình 3.5 Trường mực nước và hoàn lưu tang mặt tại thời điểm 115h khichỉ tính đến thủy triU - + 2 S2+E£SE+E£EE2EEEE2EEEEEEE212121712121 2121 xe 52

Hình 3.6 Biến trình mực nước vận tốc dòng chảy tại cửa Nam Triệu vàLach Huyện khi chỉ tính đến thủy triỀu - 2 2+s+£+E+E+E+Ee£zxererees 53

Hình 3.7 Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 44h khichỉ tính đến thủy triU -+- 2 S2 E£SE+E£EE2EEEE2EEEEEEEEEEEE2E712121 211 xe 54Hình 3.8 Trường mực nước và hoàn lưu tang mặt tại thời điểm 50h khitính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiỂu - 2s +ccszs+zecxe: 56

Hình 3.9 Trường mực nước va hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 66h khitính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại - - 5-5 s+s+cszxecszsez 56Hình 3.10 Biến thiên vận tốc dòng chảy tang mặt tại điểm P2 gan cửaLạch Tray khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượngsông cực tiêu (HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại

(HP 3) G11 ST TH TH TH HH HH tk 57

Hình 3.11 Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 gần cửa

Nam Triệu khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượngsông cực tiêu (HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại

Hình 3.14 Trường mực nước và hoan lưu tầng mặt tại thời điểm 141h

khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướng Đông Nam 60

Hình 3.15 Trường mực nước và dòng chảy tầng mặt tại thời điểm 341hkhi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướngNam 60

Hình 3.16 Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 khi tínhđến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tínhđến thủy triều, lưu lượng sông cực và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đếnthủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi tínhđến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Nam -. 61

Hình 3.17 Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 khi tínhđến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tínhđến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Bắc (HP05); khi tínhđến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi

tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Nam (HP07) 61

Hình 3.18 Nồng độ trầm tích lơ lửng khi tính đến thủy triều và nồng độtrầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiỆt - 2 25s +2 szs+£ecse: 63

Hình 3.19 Nồng độ trầm tích lơ lửng lửng khi tính đến thủy triều và

nồng độ tram tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ -2- z5: 64Hình 3.20 Nong độ trầm tích lơ lửng tính toán tại điểm P4 khi tính đếnthủy triều và nồng độ tram tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 65

Hình 3.21 Nông độ tram tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tinh

đến thủy triều và nồng độ tram tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 66

Hình 3.22 Nồng độ tram tích lo lửng tính toán khi tính đến thủy triều,

lưu lượng sông nhỏ nhất và nồng độ tram tích trên biên nhỏ nhất trong mùa

Hình 3.23 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,

lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ

Hình 3.24 Nong độ tram tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tinhđến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớnnhất trong mùa Ìũ - ¿52 SE SE2E#EEEEEEEEEEEEEEEEE121212111 21111111111 Le 0 68

Hình 3.25 Nồng độ tram tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,lưu lượng sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt

và gió hướng ĐÔng - c1 TH ng HH na 69

Hình 3.26 Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,lưu lượng sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệtvà gió hướng BAC - 52s S121 E1 1E212121212121212111 111111111 xe 70

Hình 3.27 Nồng độ tram 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 lũ và

gió hướng Đông Nam - - - - G11 tre 71

Hình 3.28 Nồng độ tram tích lo lửng tính toán khi tinh đến thủy triều,lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt

và g1ó hướng Nam - - - c1 HH rrh 72

Hình 3.29 Nong độ trầm tích lo lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính

đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Vận tốc gió và độ cao sóng trung bình nhiều năm tại trạm Hòn

¬ 22

Bang 1.2 Kích thước các loại hạt trầm tích [§] - 5 52 24

Bảng 3.1 Các phương án tích toán - sccSs ssseveseseee 46

DAT VAN DE

Vận chuyền bùn cát vùng cửa sông ven bién là một qua trình động lực phứctạp, đa chiều, nhiều quy mô Mô hình hóa mô tả cả trầm tích và các chuyên động

của môi trường xung quanh (nước) và tương tác giữa chúng Nhiều vấn đề phát sinh

từ bản chất đa quy mô tự nhiên của những vấn đề được nghiên cứu: mô hình venbiển thường được phát triển với quy mô ít nhất hàng chục mét, lớn hơn nhiều so với

các quá trình vật lý xảy ra như rối, tương tác trầm tích-trầm tích và tướng tác trầm

tích với chất lỏng Các hiệu ứng 3D quan trọng xuất hiện ở các vùng với độ nghiênglớn, tạo ra đòng chảy thứ cấp giữ vai trò quan trọng cho sự tích tụ trầm tích dọc cửasông Trong thực tế, khi không có gradient mật độ lớn, vận tốc chìm lắng và sự

tương tác đáy-nước tạo ra gradient thăng đứng của trầm tích lơ lửng Vì vậy,

phương pháp tiếp cận mô hình 3D là phương pháp đầy đủ nhất cho các mục đíchmô tả vận chuyên trầm tích Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa họcmáy tính đã đem lại nhiều thuận lợi trong các tính toán khoa học nói chung và

ngành khoa học biển nói riêng Việc ứng dung 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 kế đến như:MIKE, SMS, DELFT, ROM, POM, GHER, ECOMSED

Việt Nam là quốc gia có vùng biển lớn ở khu vực Đông Nam A Nhiều

ngành, nhiều lĩnh vực kinh tế mũi nhọn của Việt Nam đều gắn với biển như dầu khí,nuôi trồng, khai thác và chế biến thủy sản, hàng hai và du lịch biển Việt Nam có

vùng biển đặc quyền kinh tế rộng hơn 1.000.000 km”, gấp 3 lần diện tích dat liền,

có hơn 3000 đảo lớn, nhỏ Việt Nam có vị trí địa - kinh tế và địa - chiến lược đặcbiệt, nằm trên các tuyến giao thông hàng hải quốc tế chủ yếu của thế giới Nước ta

có trên 3.260 km bờ biển, với nhiều hệ thống cảng biển như: Của ông, Cái Lân, HảiPhòng, Đình Vũ, Nghi Sơn, Hòn La, Vũng Áng, Chân Mây, Dung Quất, VânPhong, Thi Vai đủ điều kiện vận chuyển hàng trăm triệu tấn hàng hóa thông quanmỗi năm, đồng thời đảm bảo cho ngành sửa chữa, đóng mới phương tiện thủy và

các nganh dịch vụ biển phát triển cả trong hiện tại và tương lai Dọc bờ biển Việt

Nam, trung bình cứ 20 km đường bờ biển sẽ có 1 cửa sông, với nhiều vũng, vịnhven biển Đây là những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển hàng hải và kinh tế

biên nói chung.

Hải Phòng là thành phố ven biển trực thuộc trung ương, là trung tâm kinh tế

của khu vực Đông Bắc Bộ Cho đến nay, kinh tế cảng vẫn là ngành kinh tế đóng vai

trò chính trong nền kinh tế Hải Phòng có 2 cảng biển lớn là cảng Hải Phòng và

cảng Dinh Vũ Vùng biển Hai Phòng có 5 cửa sông đồ ra là cửa Bạch Dang, Cam,

Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình Chế độ thủy thạch động lực học ở đây rất phức tạp

do chịu tác động đồng thời của cả sông và biên Việc nghiên cứu, tính toán chế độ

thủy động lực và vận chuyên tram tích trong khu vực cửa sông ven biển Hải Phònglà rất cần thiết Nghiên cứu sẽ cung cấp bức tranh chung về trường dòng chảy,

những đặc điểm cơ bản của quá trình vận chuyên trầm tích trong khu vực giúp công

tac quan lý, quy hoạch tuyến ludng tàu, tính toán sa bồi luồng nhằm đóng góp mộtphân nhỏ cho các yêu cầu thực tế đặt ra Mô hình số trị hoàn toàn có thé đáp ứng

được các mục đích trên, mô ta chi tiết của trường thủy động lực và diễn biến quátrình 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 chuyền 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 TỎNG QUAN

1.1 Tống quan về mô hình thủy động lực và vận chuyền trầm tích

1.1.1 Các nghiên của nước ngoài

Vận chuyền trầm tích được nghiên cứu từ rất sớm như ở Trung Quốc cô đại,

Lương Hà, Hy Lạp và Đề quốc La Mã Nghiên cứu bằng phương pháp lý thuyết vàthực nghiệm sớm nhất được thực hiện bởi nhà khoa học DuBuat (1738-1809) ngườiPháp Ông xác định vận tốc dòng chảy gây ra xói mòn đáy, trong đó có xem xét đếnsự khác nhau của vật liệu đáy DuBuat đã phát triển khái niệm ma sát trượt Hagen

(1797-1884) người Đức và Dupuit (1804-1866) người Pháp mô tả về chuyên động

dọc theo đáy và chuyên động lơ lửng của trầm tích Brahms (1753) đề xuất mộtcông thức tính vận tốc tới hạn trên đáy với vật liệu là đá Công thức vận tải day đầutiên dựa vào độ dốc và độ sâu được DuBoys (1847-1924) người Pháp đề xuất, Ôngkhái quát quá trình vận chuyên như chuyên động của các hạt tram tích trong một

loạt các lớp.

Đến khoảng năm 1900, mô hình biến đổi đáy đầu tiên được Fargue

(1827-1910) người Pháp và Reynolds (1892-1912) người Anh xây dựng Cơ sở nghiên cứu

vận chuyền trầm tích trong các máng thí nghiệm được bắt đầu bởi Engels 1945) người Đức và Gilbert (1843-1918) người Mỹ.

(1854-Lý thuyết vận chuyền tram tích được viết bởi Forchheimer (1852-1933) vàSchoklitsch (1888-1969) người Đức Đến năm 1914, phát triển phương trình tíchứng suất trượt đáy tới hạn (bắt đầu chuyển động của một hạt) theo chiều doc của

đáy dốc Phương trình tương tự cho một hạt dừng chuyển động theo chiều ngang

một đáy dốc được Leiner đề xuất năm 1912 Năm 1936, Shields có một đóng gópquan trọng liên quan đến ứng suất trượt đáy tới hạn cho sự khởi đầu chuyển độngcủa các hạt trầm tích Các đường cong được dé xuất gọi là đường cong “Shislds”.

Các nghiên cứu đâu tiên liên quan đên động lực học chât lỏng và vận chuyênbùn cát được thực hiện bởi Bagnold năm 1936, 1937 Đến năm 1950, Einstein và

các cộng sự nhờ vào sự phát triển của năng lực tính toán, biến các mô hình toán vậnchuyền bùn cát thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực khoa hoc ven biển Năm

1967, Robert P Apmann và Ralph R Rumer nghiên cứu quá trình phát tán các hạt

trầm tính do khuếch tán rối trong dòng chảy bất đồng nhất dựa trên mô hình toán.Thí nghiệm được tiến hành trong một máng dài với 3 lớp trầm tích Hệ số khuếch

tan được xác định là một hàm của đặc trưng trầm tích và vận tốc dòng chảy.

Một trong những nghiên cứu đầu tiên liên quan đến điều kiện bùn lỏng đượcthực hiện bởi Einstein va Chien năm 1955, hai quá trình kết bông và có kết đáy đã

được nghiên cứu Tác giả đã nhận định rằng độ mặn tối thiểu 1%o là giới hạn khởiđầu cho quá trình kết bông.

Odd và Owen, 1972 sử dụng mô hình ID xem xét tốc độ xói mòn và lắngđọng dựa trên công thức đề xuất của Krone 1962 và Partheniades 1965 Smith và

Kirby, 1989 đã ứng dung các mô hình 1D dé mô phỏng vận chuyền bùn cát và thayđổi hình thái quy mô lớn ở các sông De Vries, trong kênh thủy triều Dyer va Evans,

mô phỏng quá trình hình thành “lutocline” ở các cửa sông Ross và Mehta.

Năm 1971, O'Connor trình bay mô hình 2D tích phân theo độ sâu Ariathuraiva Krone, 1976 đã trình bay một mô hình phan tử hữu hạn áp dụng các yếu tô hình

tam giác với một xấp xỉ bậc hai cho nồng độ và phương pháp trọng số thặng dưGalerkian Mô hình sử dụng các công thức cô điển xác định quá trình xói mòn và

lắng đọng trầm tích Quá trình keo tụ được tính toán băng cách xác định vận tốcchim lắng trên mỗi phan tử lưới là một hàm của thời gian Mulder và Udink 1991 ápdụng mô hình 2D cho cửa sông Western Scheldt có tính đến thủy triều và sóng gid.Mô hình giải một phương trình cân bằng tác động phổ, nội suy độ cao và chu kỳ

sóng tính toán theo các thời kỳ triều khác nhau để xác định vận tốc quỹ đạo vàthành phần ứng suất trượt đáy do sóng Sử dụng các công thức thực nghiệm để tínhtoán xói mòn và lăng đọng trầm tích và sử dụng các giá trị đồng nhất cho ứng suấttrượt tới hạn của quá trình xói mòn, lăng đọng và vận tôc chìm lăng.

10

Li và cộng sự, 1994 phát triển mô hình 2DV tích hợp giữa mô hình thủyđộng lực học và mô hình vận chuyển bùn cát cho cửa sông Gironde nước Pháp,trong đó có sử dụng mô hình khép kín rối để tính hệ số nhớt rối và hệ số khuếch tán,mô hình có tính đến quá trình trao đổi tram tính đáy Năm 2002, Wen-Cheng Liu,Ming-Hsi Hsu và Albert Y Kuo áp dụng mô hình hai chiều trung bình độ sâunghiên cứu đặc điểm thủy động lực và vận chuyền bùn cát lơ lửng trong cửa sôngcủa hệ thong sông Tanshui Rivers, Đài Loan.

Beckers, 1991, trong một nghiên cứu dòng chảy tổng hợp vùng biển Tây Địa

Trung Hải trong điều kiện mùa đông điển hình băng mô hình GHER-3D, cho rằngmô hình có thé khôi phục các quá trình vật ly và xu hướng chính của dòng chảytổng hợp trong khu vực Năm 1994, Beckers và cộng sự nghiên cứu thủy động lựchọc vùng biển Tây Địa Trung Hải bằng mô hình 3D Trong nghiên cứu này, các tácgiả đã sử dụng 2 mô hình: mô hình “metagnostic” (định hướng hệ thống) và môhình chuẩn đoán (định hướng quá trình), được chạy đồng thời và có tính đến tươngtác Nghiên cứu chỉ ra quá câu trúc va sự bat ôn định cua dong Algeria.

O'Connor và Nicholson, 1988 cung cấp một mô hình 3D đầy đủ, bao gồm

một mô hình vận chuyền bùn lỏng, có tính đến sự kết bông và cố kết Katopodi vàRibberink 1992 đã phát triển một mô hình tựa 3D cho vận chuyên bùn cát lơ lửngtrên 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 chuyên 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 thốngmô hình thuỷ động lực và vận chuyên trầm tích 3D (dạng nghiêng áp, sử dụngphương pháp sai phân hữu hạn) Mô hình thủy động lực dựa trên xấp xỉ thuỷ tĩnh vàxấp xỉ Boussinesq, sử dung tọa độ sigma kép cho chiều thăng đứng với lưới so le vàsơ đồ bán ân bậc hai Ngoài phương trình động lượng và phương trình liên tục, môhình giải hai phương trình vận chuyền nhiệt độ, độ muối và một phương trình trạng

II

thái có tính đến hiệu ứng nghiêng áp Mô phỏng quá trình vận chuyền trầm tích gắn

kết được thực hiện bằng cách giải các phương trình bảo toàn, bình lưu - khuếch tán3D, 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 bang các công thức thực nghiệm.Các mô hình đã được thử nghiệm và hiệu chỉnh bằng cách mô phỏng dòng triều vàvận chuyển bùn cát lơ lửng ở các cửa sông Hai ứng dụng ở cửa sông WesternScheldt (Hà Lan) và Gironde (Pháp) cho thấy sự phù hợp tốt giữa kết quả tính toánvà đo đạc thực địa.

Năm 2003, Changsheng Chen và Hedong Liu phát triển mô hình 3D tính

hoàn lưu khu vực ven biên 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 sửdụng mô hình khép kín rỗi bậc 2,5 của Mellor va Yamada Mô hình sử dụng hệ tọa

độ chuyền đổi sigma cho phương thắng đứng, phương ngang sử dụng lưới cấu trúc

hình tam giác Mô hình toán sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn, thể tích hữuhạn và phần tử hữu hạn Mô hình đã được áp dụng cho biển Bột Hải, cửa sôngSatilla River.

Năm 2004, Wahyu W Pandoe va Billy L Edge ứng dung mô hìnhADCIRC-3D tính toán dong chảy va vận chuyền bùn cát doc bờ biển vịnh Mexicovà dọc bờ biển Texas, kết quả cho thấy mô hình cho kết quả tốt khi áp dụng cho cáckhu vực cửa sông có độ dôc nhỏ.

Năm 2005, C.H Wang, Onyx W.H Wai và C.H Hu phát triển mô hình tính

toán vận chuyên trầm tích cho vùng cửa sông Pearl River (vịnh Lingding) Mô hình

sử dung kỹ thuật tách dé giải các phương trình chủ đạo: giải các số hạng bình lưubằng phương pháp Eulerian-Lagrangian, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn chocác số hạng khuếch tán theo phương ngang và phương pháp sai phân hữu hạn chosố hạng khuếch tán theo phương thăng đứng Sơ đồ khép kín rối bậc 2,5 của Mellor-Yamada được sử dụng kết hợp đề xác định tham số nhớt rối thắng đứng.

12

Guy Simpsona, Sebastien Castelltort, 2005 trình bay mô hình coupled giữamô hình dòng chảy mặt, vận chuyên trầm tích và diễn biến hình thái Mô hình sử

dụng các phương trình nước nông cho dòng chảy, bảo toàn nồng độ trầm tích, hàm

thực nghiệm cho ma sát đáy, xói mòn và lắng đọng Quá trình xói mòn và lắng đọngđược xử lý độc lập và tác động đến thông lượng trầm tích thông qua trao đổi vuông

góc với biên đáy của dòng chảy.

Năm 2008, John C Warner, Christopher R Sherwooda, Richard P Signel,

Courtney K Harris va Hernan G Arangoc phát triển mô hình 3D couple sóng, dòngchảy và vận chuyển bùn cát bang công cu MCT (Model Coupling Toolkit) va ápdụng tính toán cho vịnh Massachusetts Mô hình là sự kết hợp giữa mô hình hoàn

lưu ven biển ROM v3.0 và mô hình tinh sóng vùng nước nông SWAN Ứng suấtsóng 2 chiều được đưa vào phương trình động lượng, cùng với hiệu ứng của sóng

mặt Vận chuyền 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 trìnhxói mòn Vận chuyên trầm tích lơ lửng trong cột nước được tính giống thuật toánbình lưu khéch tán và bổ sung thuận toán giải theo chiều thăng đứng mà không phụthuộc vào tiêu chuén 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 sat day, tạo ra tác động ngược trở lại dòng chảy.

Năm 2008, Idris Mandang va Tetsuo Yanagi 4p dụng mô hình 3DECOMSED được phát triển bởi HydroQual (2002) vào tính toán vận chuyền tram

tích khu vực cửa sông Mahakam, phía Đông Kalimantan, Indonesia Mô hình có sử

dụng phép xấp xỉ Bousinesq và xấp xi thủy tĩnh Mô phỏng qúa trình vận chuyểntram tích dựa trên cơ sở giải đồng thời các phương trình bình lưu — khuếch tán — bảo

toàn 3 chiêu.

Năm 2009, M Radjawane và F Riandini sử dụng mô hình 3D vào mô phỏng

hoàn lưu và vận chuyền bùn cát gan kết từ 3 cửa sông Angke, Karang va Ancol vàotrong vịnh Jakarta, Indonesia Đánh giá ảnh hưởng của thủy triều, gió và dòng chảy

13

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

chuyên 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 cácvùng 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 Thủylợi, Viện Cơ học, Viện Hải dương Học Nha Trang, Viện Tài nguyên và Môi trườngbiển Hải Phòng, Các khu vực xói lở và bồi tụ tiêu biểu có thé ké 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

Thanh (Thành phố Hỗ Chí Minh), Gò Công Đông (Tiền Giang), Hồ Tau, Đông Hải(Trà Vinh), Cửa Tranh Đề (Sóc Trăng), Ngọc Hiển (Bạc Liêu), Quá trình vận

chuyên 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.

Dinh Văn Uu (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 triểnvà hoàn thiện dần mô hình cho mục đích nghiên cứu thủy động lực, vận chuyểntram tích và lan truyền chat gây ô nhiễm môi trường Mô hình sử dụng hệ phươngtrình bình lưu khuếch tán đầy đủ đối với các tính toán thủy động lực và nồng độtrầm tích lơ lửng và phương trình bảo toàn khối lượng để tính toán sự biến đổi củađộ dày lớp đáy lỏng Một số kỹ thuật tính toán mới đã được phát triển và áp dụngcho phép linh hoạt hơn trong quá trình thiết lập các điều kiện biên có mực nước vàlưu lượng biến đổi phức tạp như các cửa sông Các công trình tiêu biểu có thé kê

14

đến như năm 2003, Các kết quả phát triển và ứng dụng mô hình ba chiều (3D) thuỷnhiệt động lực biển ven và nước nông ven bờ Quảng Ninh Năm 2005, Phát triển

mô hình tính toán vận chuyền chất lơ lửng đối với vùng biển vịnh Hạ Long và khảnăng ứng dụng trong việc xây dựng hệ thống mô hình monitoring và dự báo môi

trường biển và Ứng dụng mô hình dòng chảy ba chiều (3D) nghiên cứu quá trìnhlan truyền chất lơ lửng tại vùng biển ven bờ Quảng Ninh Năm 2006, Phát triển và

ứng dụng mô hình tính toán vận chuyên chất lơ lửng và biến động trầm tích đáycho vùng biển Vịnh Hạ Long Năm 2009, Mô hình vào tính toán vận chuyên tramtích và biến động địa hình day áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phong.Năm 2012, Tiến tới hoàn thiện mô hình ba chiều (3D) thủy động lực cửa sông ven

Năm 2005, Nguyễn Thị Bảy, Mạnh Quỳnh Trang, ứng dụng mô hình 2 chiều

tính toán chuyên tải bùn cát dính vùng ven biển dựa vào lời giải hệ phương trình

Reynolds, kết hợp với hệ phương trình chuyền tai bùn cát, lay trung bình theo chiềusâu, có tính đến hàm số nguồn, mô tả tốc độ bốc lên hay lắng xuống của hạt Môhình tính được kiểm tra với nghiệm giải tích, và so sánh với số liệu thực đo đối vớivùng biên Cần Giờ.

Năm 2009, Nguyễn Kỳ Phùng, Đào Khôi Nguyên, đánh giá biến đổi đáy venbờ biển Rạch Giá do dòng chảy khi xây dựng đảo nhân tạo Hai Âu Nghiên cứu dựatrên mô hình 2 chiều, có tính đến ứng suất gió bề mặt và ứng suất day do dòng chảy.

Năm 2010, Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn và ĐặngĐình Khá phân tích đánh giá biến động trầm tích lơ lửng, trầm tích đáy và diễn biếnhình thái khu vực cửa sông Bến Hải và vùng ven bờ Cửa Tùng trên cơ sở số liệu 2đợt khảo sát do khoa KT-TV-HDH thực hiện 8/2009 và 4/2010 và thu thập củaCông ty Tư vấn GTVT (TEDI) năm 2000 Trần Hồng Thái, Lê Vũ Việt Phong,

Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Văn Hải ứng dụng mô hình toán 2 chiều RMA2 và

SED2D để mô phỏng quá trình vận chuyên bùn cát trong sông - biển từ nhữngnguồn ô nhiễm khác nhau do Dự án xây dựng Nhà máy nhiệt điện Mông Dương gây

15

nên Vũ Thanh Ca, áp dụng mô hình 2 chiều tính toán dòng chảy tổng hợp va vận

chuyên bùn cát kết dính vùng ven bờ Vũ Thanh Ca, Nguyễn Quốc Trinh, áp dụng

phương pháp tính sóng có năng lượng tương đương vào tính toán vận chuyên bùncát dọc bờ khi nghiên cứu vê nguyên nhân xói lở bờ biên Nam Định.

Năm 2011, Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điền, Nguyễn Vũ Thắng tínhbiến động bờ biển khu vực huyện Hải Hậu tỉnh Nam Định dưới tác động đồng thờicủa 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 vàSTWWAVE Phạm Sỹ Hoàn và Lê Dinh Mau áp dụng mô hình ECOMSED tính

toán vận chuyên vật chất lơ lửng tại dai ven biển cửa sông Mê Công Mô hình sửdụng phương trình liên tục, phương trình cân bằng thỷ tĩnh, các phương trình bảotoàn nhiệt-muối, phương trình vận chuyển vật chất, kỹ thuật phân tách dang 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 năm1982.

1.2 Tông quan về khu vực nghiên cứu

2.2.1 Pham vi nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu được giới hạn từ 106.7-107.00E va 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 cửasông, đảo và bán đảo, vùng ven bờ ton tại các khu rừng ngậm mặn và lộ bãi khitriều xuống.

2.2.2 Đặc điểm khí tượng, thủy - hải văn

2.2.2.1 Đặc điểm khí hậu-khí hậu

Khí hậu khu vực Hải Phòng mang đặc điểm chung của khí hậu nhiệt đới gió

16

mùa và đặc điểm riêng của vùng ven biển có nhiều hải đảo TP Hải Phòng có chếđộ nhiệt thuộc loại trung bình của dải ven biển Bắc Bộ, lượng bức xạ đạt giá trị lớnnhất trong mùa hè và đạt giá trị nhỏ nhất trong mùa đông, trung bình mỗi năm có

khoảng 1.670-1.680 giờ nắng 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.

WEST » EAST WEST 4 EAST

WIND SPEED SN WIND SPEED

Hình 1.1 Hoa gió trạm Hon Dau tháng I (a) và tháng 7 (b)

Theo số liệu quan trắc tại tram Hòn Dau từ 1960-2002 cho thấy, trong cáctháng mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), thời kỳ hoạt động mạnh của giómùa cực đới khô - lạnh, các hướng gió thịnh hành bao gồm Bắc, Đông Bắc vàĐông, với tần suất mỗi hướng tương ứng khoảng 18%, 12% và 36%; gió các hướng

còn lại có tần suất nhỏ dưới 6% Tốc độ gió trung bình các tháng mùa đông dat 4,5

m/s, cực đại đạt 24 m/s Trong các tháng mùa hè (từ tháng 5-10), gió chủ yếu cóhướng Nam, Đông Nam và Đông, tần suất tương ứng các hướng đạt 15%, 16% và

15%; các hướng gió còn lại có tần suất nhỏ Tốc độ gió trung bình các tháng mùa hèđạt 5,1 m/s, cực đại đạt 45 m/s trong điều kiện có bão Hình 1.1 trình bày hoa gió

trạm Hon Dau tháng | và tháng 7.

Chê độ nhiệt của Hải Phòng được phân ra hai mùa nóng, mùa lạnh rõ rệt và

17

chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ gió mùa, nhiệt độ biến thiên rất mạnh trong

năm Do sự luân phiên tranh chấp của các khối không khí có bản chất khác nhaunên thời tiết và khí hậu khu vực Hải Phòng thường xuyên biến động, sự biến độngnày được thể hiện qua biến động của nhiệt độ không khí Trong mùa đông, nhiệt độtrung bình các tháng là 21,5°C, nhiệt độ thấp là nhất 6,7°C, cao nhất là 32,3°C.

Chênh lệch nhiệt độ trong ngày có thể đạt trên 10°C Trong mùa hè, nhiệt độ trung

bình các tháng là 27,7°C, nhiệt độ thấp nhất giảm tới 15,3°C, cao nhất là 37,9°C.

Cũng giống như các tỉnh trong khu vực Đông Bắc Bộ, Hải Phòng có chế độ

mưa mùa tập trung trong mùa hè, mùa đông khô lạnh ít mưa Tổng lượng mưa cả

năm dao động trong khoảng 1.600 — 2.000mm nhưng phân bó không đều theo mùa.Lượng mưa cao nhất rơi vào tháng 8 (có thé đạt tới 235mm), thấp nhất vào tháng

12, khoảng 16mm (số liệu thống kê tại trạm Hòn Dau) Tổng số ngày mua trong

năm đạt 100 - 150 ngày, tập trung chủ yếu vào các tháng mùa hè.

Độ am tương đối trong không khí khu vực TP Hải Phòng khá cao, độ 4m

trung bình năm đạt 84,2%, trong đó hai tháng III và IV độ âm đạt tới 90,2% do ảnh

hưởng của mưa phùn Hai tháng đầu mùa đông (tháng 11, 12) có độ âm thấp nhất,

khoảng 77,5% và 77,8% Đây là thời kỳ thịnh hành thời tiết khô hanh do gió mùaĐông Bắc lạnh và khô mang lại.

Hải Phòng năm trong vùng có bão và áp thấp nhiệt đới đỗ bộ nhiều, chiếm31% tông số cơn bão đồ bộ vào nước ta hàng năm, trung bình mỗi năm có 1 - 2 cơnbão và áp thấp dé bộ trực tiếp, 3 - 4 cơn bão và áp thấp khác gián tiếp ảnh hưởng

đến vùng ven biển và đảo Thời kỳ bão đồ bộ trực tiếp vào Hải Phòng tập trung

trong các tháng 7 đến tháng 9 với tông tần suất 78%, trong đó tháng 7 là 28%, tháng8 là 21% va tháng 9 là 29% Trong lịch sử đã có nhiều cơn bão đồ bộ vào HảiPhòng hoặc khu vực lân cận gây ra nhiều thiệt hại cả về người và tài sản Có thé kếđến các cơn bão điển hình sau: cơn bão KATE đồ bộ vào Hải Phòng ngày26/9/1955, bão WENDY đồ bộ vào Hải Phòng ngày 09/9/1968, bão SARAH dé bộvào Hải Phòng ngày 21/07/1977 và cơn bão số 7 đồ bộ vào các tỉnh Ninh Bình -

18

Thanh hóa ngày 27-30/9/2005.

2.2.2.2 Đặc điểm thủy văn

TP Hải Phòng có nhiều sông lớn chảy qua, các sông đều là phần hạ lưu cuốicùng trước khi đồ ra biển của hệ thống sông Thái Bình Hướng chảy của các dòngsông chủ yếu là Tây Bắc - Đông Nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, hàm lượngphù sa cao Các sông lớn có cửa trực tiếp đồ ra biển vừa chịu ảnh hưởng của chế độ

dòng chảy thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều vịnh Bắc Bộ.

Càng gân cửa sông, lòng sông càng mở rộng.

Dòng chảy sông có sự biến đối rất lớn theo mùa, tương ứng với mùa mưa vàmùa khô có mùa lũ và mùa cạn Mùa lũ thường bắt đầu chậm hơn mùa mưa mộttháng (vào tháng 6 - 10), mùa cạn từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Trong mùa lũ,lưu lượng nước chiếm 75 - 85% cả năm, đặc biệt trong 3 thang 7, 8, 9 lưu lượngnước chiếm 50 - 70% Li lớn nhất thường vào tháng 7 hoặc tháng 8, chiếm 20 -27%, có khi tới 35% lưu lượng nước cả năm Trong mùa lũ, các sông ở phía bắc

(Bạch Đăng, Văn Úc, Lạch Tray) chịu ảnh hưởng của chế độ lũ sông Thái Bình

mạnh hơn, trong khi đó các sông phía nam (Luộc, Hoá, Thái Bình, Mới) chịu ảnhhưởng chế độ lũ của sông Hồng mạnh hơn 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.

Hàng năm, lưu lượng nước nhỏ nhất thường xuất hiện vào tháng 3 Sông

Kinh Thay (tram Cửa Cam) lưu lượng trung bình mùa cạn 115m’/s, lưu lượng kiệtnhất trung bình 47,2m’/s, trong đó lưu lượng kiệt nhất là 0,1m /⁄s; sông Văn Uc

(trạm Trung Trang) có lưu lượng trung bình mùa cạn là 193m⁄s, lưu lượng kiệt

nhất trung bình 63,2m”⁄s, lưu lượng nhỏ nhất 52,5mỶ/s: sông Mới (trạm sông Mới)

lưu lượng trung bình mùa can là §2,6m”⁄s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 53,0mỶ⁄s,lưu lượng kiệt nhất là 4§.2m”⁄s; sông Thái Bình (trạm Cống Rỗ) lưu lượng trungbình mùa cạn là 16.4m”⁄s, lưu lượng kiệt nhất trung bình đạt 1.Im”⁄s, lưu lượng kiệt

19

nhất xấp xi bằng 0.

Độ đục trong các sông ở Hải Phòng biến thiên trong khoảng rất rộng, từ 10đến 1000g/mỶ trong năm Hàm lượng bùn cát thay đổi theo khu vực và theo mùa.

Về mùa mưa, độ đục trung bình ở các trạm thay đôi trong khoảng 53 - 215 g/m’, trén

sông Bạch Dang và phía ngoài cửa Nam Triệu có giá trị khá nhỏ 80 - 100g/m’*, độ

đục cực đại đạt tới 700 - 964 g/m? trén luéng Cửa Cam Mùa khô, độ đục trung bìnhbiến đồi trong khoảng 42 - 94g/mỶ, cực đại đạt 252 - 860g/mỶ tập trung ở vùng cửa

sông phía ngoài do tác động khuấy đục đáy của sóng và dòng triều.

Lượng bùn cát trong các sông ở Hải Phòng chủ yếu từ thượng lưu hệ thốngsông Thái Bình chuyên về và một phan từ Sông Hồng chuyền sang qua Sông Đuống

ở phía trên và Sông Luộc ở phía dưới Trong năm, lượng bùn cát tập trung chủ yếu

vào những tháng mùa lũ, chiếm tới 90% lượng bùn cát cả năm Tháng 8 thường cótong lượng bùn cát lớn nhất, chiếm từ 35 - 40% tổng lượng bùn cát trong năm,lượng bùn cát nhỏ nhất thường là vào tháng 3 chỉ từ 0,5 - 1% tổng lượng bùn cát cả

Các sông chính ở Hải Phòng đều chịu sự tác động mạnh mẽ của chế độ triềutrong khu vực Điều này thể hiện rõ qua dao động mực nước hàng ngày trong các

thời kỳ triều Những dao động triều ở ngoài biển được truyền vào sông về cơ bản

vẫn phù hợp với quy luật triều ngoài biển Tuy nhiên, càng vào sâu trong sông thủytriều càng bị biến dạng do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như lượng nước thượng lưudồn về, ma sát đáy sông, hình dạng, kích thước lòng sông và độ uốn khúc lớn nhỏ.

Càng vào sâu, sự biến động của sóng triều càng lớn, đến một ranh giới nhất định thì

thủy triều không còn ảnh hưởng trong sông.

Tổng lượng nước từ biển do thuỷ triều dồn vào sông biến đổi theo mùa.Trong mùa kiệt, lượng nước từ thượng lưu về ít nên tổng lượng nước do thuỷ triềutruyền vào biến déi theo ngày, phụ thuộc vào chu kỳ và biên độ thuỷ triều Mùa lũ,nguồn nước thượng lưu lớn, dòng triều bị day lùi nên tổng lượng nước do thuỷ triều

20

vào nhỏ.

Nước mặn xâm nhập từ biển vào sông phụ thuộc rất nhiều vào chế độ thuỷtriều và chế độ nước từ thượng lưu Nồng độ muối trong nước sông luôn luôn biếnđổi theo thời gian và không gian, thường khá cao vào các tháng mùa can, cao nhất

là tháng 3, tuy nhiên cực đại độ mặn này có thể bị xê dịch do phụ thuộc vào nhiều

yếu tố khác Trong nhiều năm, độ mặn có biến động lớn, và có liên quan chặt chẽtới lượng chảy sông từng năm.

2.2.2.3 Đặc điểm hải văna Thủy triều

Thủy triều trong khu vực Hải Phòng có chế độ nhật triều đều thuần nhất Đâylà 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 thê đạt tới2,0 m Trong kỳ triều thấp, tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhậttriều 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, thêhiện qua mối quan hệ tương tác giữa thuỷ triều, sóng, gió, dòng chảy sông, địa hìnhkhu 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 vaitrò chính, quy định tính chất của dòng tông hợp Dòng triều mang tính chất thuận

nghịch, elíp triều det, định hướng theo luồng, lạch, cửa sông hoặc song song vớiđường bờ Dòng triều mạnh vào các tháng 6, 7, 12, 1 và yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9

trong năm Kết quả phân tích điều hoà các thành phần dòng triều cho thấy, dòng

toàn nhật có độ lớn áp đảo, gấp 5 - 10 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều dòng

21

triều 1/4 ngày Dòng chảy tổng hợp có giá trị vận tốc khá lớn, thường nam trong

khoảng 0,4 - 1,0m/s Hướng chảy thường song song với đường bờ, trừ các khu vực

cửa sông hướng dòng chảy thay đổi phụ thuộc vào các luồng lạch chính Trường

dòng chảy 6n định trong mùa đông hướng tây nam, tốc độ trung bình 20 - 25cm/s,trong mùa hè hướng đông bắc, tốc độ trung bình 15 - 20cm/s Khi triều lên dòng

chảy thường có hướng từ nam lên bắc, khi triều xuống dong chảy có hướng ngược

là 27% và 37% Độ cao sóng trung bình 0,72 m, độ cao sóng cực đại đạt 5,6 m.

Bảng 1.1 Trình bày các đặc trưng sóng, gió nhiều năm tại trạm Hòn Dau.

Bang 1.1 Van tốc gió và độ cao sóng trung bình nhiễu năm tại trạm Hòn Dáu

phía tây nam có nhiệt độ trung bình cao hơn nhiệt độ nước biển vùng đông bắc,

22

chênh lệch từ 2 — 4C, giá trị trung bình toàn vùng là 16°C Trong các tháng mùa hè,

nhiệt độ nước biển trung bình cao hơn 25°C, nhiệt độ nước biến cao nhất đạt 35°C

vào tháng 7 Nhiệt độ nước biên có xu thê giảm dân từ bờ ra khơi.

e Độ muối nước biên

Vào mùa đông, độ muối tầng mặt trên toàn vùng biển Hải Phòng gần nhưđồng nhất với giá trị khoảng 31%o, từ tháng 2 đến tháng 4 độ muối đạt tới giá trị caonhất là 32%o Độ muối có xu thé tăng dần từ bờ ra khơi.

Mùa hè, nước các sông ngòi đồ ra mạnh, độ muối giảm dần; tháng 8 độ muối

giảm xuống thấp nhất, có thé tới 5%o ở các khu vực gần cửa sông Tại vùng phíanam cửa Nam Triệu có một lưỡi nước độ muối thấp, hướng tây bắc - đông nam vàtrên vùng biên phía bắc cũng có một lưỡi nước độ muối thấp hướng đông bắc - tâynam; hai lưỡi nước này phát triển mở rộng dần và hoà vào nhau tại vùng đảo TràBản Theo chiều thắng đứng, hiện tượng phân tầng độ muối phát triển suốt trongmùa hè, mạnh nhất vào tháng 8 Sự dao động của độ muối trong ngày chủ yếu dothủy triều gây ra, với biên độ khoảng từ 0,6 - 4%o.

2.2.3 Đặc điểm tram tích

Tram tích khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng chủ yếu được cung cấp từ 5con sông trong khu vực là sông Bạch Đăng, sông Câm, sông Lạch Tray, sông VănÚc và sông Thái Bình Hàm lượng trầm tích lơ lửng thay đổi tùy theo từng khu vực,

theo mùa và chịu chi phối của chế độ thủy động lực trong vùng Khu vực ven bờ

gần các cửa sông có hàm lượng tram tích lớn hơn khu vực xa bờ Nồng độ tram tích

lơ lửng trong các tháng mùa lũ lớn hơn các tháng mùa kiệt.

Các nghiên cứu [1, 6, 8] đã chỉ ra răng, nồng độ trầm tích nồng độ tram tích

lơ lửng tại cửa sông ven biển Hải Phòng biến thiên từ 10-1000 mg/l trong năm Mùalũ, nồng độ trầm tích lơ lửng biến thiên từ 53-215 mg/l, trên sông Bạch Dang vàphía ngoài cửa Nam Triệu có giá tri khá nhỏ khoảng 80-100 mg/l, cực đại đạt trênluồng Cửa Cam với 700-964 mg/l Mùa khô, nồng độ tram tích lơ lửng biến thiên từ

23

42-94 mg/l, cực dai 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 sôngCấm có giá trị lớn nhất, sau đó đến sông Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình và Bạch

Theo kết quả nghiên cứu [8], phân bố kích thước hạt các loại tram tích đáy

biển khu vực Hải Phòng biến đổi từ lớn hơn Im đến 0,001mm (Bảng 1.2) Trầmtích cát nhỏ phân bố chủ yếu ở các khu vực ven biên và các doi cát hai bên cửa Nam

Triệu và Lạch Huyện: ven biển Đồ Sơn, các xã Tân Tiến, Tân Thành, Văn Phong,

Phù Long, Hiền Hao, Xuân Đán, chương Hoàng Châu và chương Hang Day Tram

tích bột lớn phân bố bao quanh khu vực trầm tích cát nhỏ, tập trung nhiều nhất ở

khu vực ven biển Cát Bà trải rộng hết chương Hang Day Trầm tích bùn bột nhỏphân bố tập trung ở khu vực giữa Hòn Dáu - Đồ Sơn, Cát Hải và chương Hàng Dày,

xen kẽ giữa các vùng tram tích bột lớn.

Bang 1.2 Kích thước các loại hạt tram tích [8]TT Loại trầm tích dso

1 | Khối tang 0,1-1,0 m2 Soi trung 2,5-5,0 mm

Chương 2 MÔ HINH VNU/MDEC

Mô hình thủy động lực ba chiều (3D) VNU/MDEC được phát triển tại Trungtâm Động lực học Thủy khí Môi trường - ĐQGHN trên cơ sở mô hình quy mô biểnven GHER của Đại học Liege So với mô hình GHER, mô hình MDEC đã đượchoàn thiện hơn cho phép mô phỏng các quá trình quy mô nhỏ và vừa Trong đó sơđồ tham số hóa hệ số nhớt rối được triển khai khác nhau theo phương ngang vàphương thắng đứng Mô hình tính đến tác động của sóng trên mặt biển bằng cách sử

dung mô hình tương tac 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 Vinh 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 muốivà quá trình lan truyền chất lơ lửng, dầu nhiều pha trong nước và trầm tích lơ lửngvới các quy mô thời gian tháng và mùa.

Trong báo cáo này, học viên tập trung tính toán, phân tích các kết quả thuđược đối với trường dòng chảy, mực nước và trường trầm tích lơ lửng vùng cửasông ven biên Hải Phòng Đánh giá vai trò và các tác động của các sông đến chế độthủy động lực và vận chuyên trầm tích lơ lửng trong khu vực.

2.1 Mô hình thủy động lực

Mô hình thủy động lực biển ven bờ bao gồm mô hình hệ các phương trìnhđộng lực biển nguyên thủy, mô hình tác động trên mặt, mô hình lớp biên đáy và kỹthuật xử lý điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo.

2.1.1 Hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy

V.y=0 (2.1)

Ou =

at V.Vut fe, xu =—V,q+V (2.2)

25

Trong đó: V=é e +8, e tổ, z ; V, =é4 z +&, e 5 VSu+uU,é,;

Ox, Ox, ~ OX, Ox, Ox, 1"

b= Po 9: f= 2Qcosd; XH - hệ số khuếch tán động năng rối, Ô - hệ số khuếch

tán rối theo phương thang đứng của lực nổi, g = Py gx,+&€; P- hệ số nhớt roi

(theo phương thang đứng), &- lực thế triều, ø - mật độ nước (pp) mật độ quy chiếu),

zt, F,,F,: thông lượng rối riêng phan của động lượng, nhiệt lượng và lượng muối;hạng thức năng lượng b6 sung từ các quy mô vừa và nhỏ mp sé bị triệt tiêu khi mô

phỏng hoan lưu tổng hợp với quy mô thời gian hàng giờ trở lên.

Sơ đồ tham số hóa hệ số nhớt rối được triển khai khác nhau theo phươngngang và phương thắng đứng.

Đối với phương thang đứng Z(x;) sử dụng công thức kinh điển của

ữ, =ữ= ` (2.7)

Trong đó mật độ động năng rối k thu được từ phương trình (2.5), quãng đường

xáo trộn rồi i„ được xác định theo lý thuyết lớp biên chất lỏng phân tang:

Im = (1 -Ry)ln(X3) (2.8)

26

với 1,(x3) là một ham của khoảng cách tính từ biên đáy (xa).

Số Richardson thông lượng phụ thuộc vào mức độ phân tang mật độ và phânlớp vận tốc (độ trượt-shear):

Thanh phan tản mát năng lượng rối ¢ được đánh giá theo tương quan của

Kolmogorov phụ thuộc vào k.

£= VỚI Ox © (2.11)

Sau khi tinh toán được hệ số nhớt rồi, các hệ số khuếch tán rối được đánh giathông qua các hệ số phi thứ nguyên - có bậc đại lượng O(1) Đối với hệ sốkhuếch tán theo phương thăng đứng có tính đến mối phụ thuộc vào độ phân tầng

thông qua số Richardson thông lượng Ry:

avy, wW°~rlI-R,; y~ll-l4

Mô hình tương tác sóng-gió trong lớp biên khí quyên sát mặt phục vụ tínhtoán các đặc trưng sóng cũng như ứng suất gió trong điều kiện có sóng, theo đó ứng

suất gió bao gồm hai thành phan: do rối thuần túy r,, va do tác động sóng 7„„:

Các tác động này được tham số hóa thông qua hệ số ma sát của mặt biển Cp

27

xem hệ sô này như một hàm của vận tôc gió tại khoảng cách z từ mặt biên Vận tôc

gió tại khoảng cách z lại chịu tác động của tham sô nhám trong các điêu kiện không

có sóng z,cting như có sóng z, (Jansen, 1992):

H Em #t=i| (2.13)

K xe

Trong đó z,va z, được xác định theo các công thức ban thực nghiệm phụthuộc vào tỷ số giữa vận tốc sóng và vận tốc gió: c/V hay c/u: (Đinh văn Ưu, 1981).

Mô hình lớp biên đáy cho phép tính toán ứng suất tổng cộng của dòng nước

lên đáy Giá trị của ứng suất này cũng bao gồm hai thành phan: rối thuần túy dohiệu ứng trượt vận tốc dòng chảy và do chuyền động sóng (Grant và Madsen, 1979,WAMDI,1988):

7y, = ØC,V” =7, +7, = OC,V” + ØC,M” = PU sew = plu +usy) (2.14)

động của cả dòng lẫn sóng trong lớp biến đáy:

Kye = ifs —= *| (2.16): u,, K,

Trong điều kiện không có sóng: k„„ =k, = + và hệ số ma sát dòng sẽ là:

1 K7

28

Đối với ứng suất do sóng, ta có thế sử dụng công thức:

2 1 2

Tụ — poy = 2, w (2 18)

Với các hệ thức tính hệ sô ma sát sóng f,,, biên độ dao động Ay và van toc uyrút ra từ lý thuyết sóng tuyến tính :

2.1.2 Phương pháp biến đổi tọa độ cong ø

Theo các nghiên cứu trước đây và nghiên cứu của Leonor Cancino và

Ramiro Neves, 1999 chứng minh việc sử dụng tọa độ kép sigma lam tăng tính ônđịnh của mô hình tại các khu vực bãi triêu và có thê tông quát cho một sô lượng lớncác miền sigma [19, 23, 30].

Phuong phap biến đổi tọa độ z theo o cho ta hệ toa độ tựa cong bằng cáchthay cho biến độ sâu bằng biến không thứ nguyên o Dé chuyền đổi biến độ sausang tọa độ mới chúng ta sử dụng biểu thức liên hệ tọa độ o với độ sâu biển h vàtọa độ z trong dạng đơn giản sau đây:

Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này cũng gặp phải những vấn đề cần

giải quyết đặc biệt đối với điều kiện biên tại đáy biển, sự tương thích trong khai

triển các gradient tại những vùng có biến đôi độ sâu đột ngột Trong trường hop nàydẫn tới gradient ngang trong mô hình có giá trị gần với gradient thang đứng Nhưvậy tại các miền có sự biến đổi lớn của độ sâu như các bờ biên dốc, việc sử dụng

lưới tính tựa cong theo địa hình có thể dẫn tới sai số đáng kể Dé khắc phục nhược

điểm nay mô hình MDEC3D đã đưa ra phương pháp biến đổi tọa độ o kép Bangcách này đã giải quyết được những nảy sinh khi gradient độ sâu lớn Trong trườnghợp thay thế độ dốc lớn băng tường thắng đứng sẽ cho phép giảm số điều kiện biên

29

xuống chỉ còn điều kiện biên đáy.

Trên hình Hình 2.1 cho ta sơ đồ lưới trong tọa độ sigma kép phân bố theochiều thắng đứng tại mặt cắt AB Trong mô hình này phân bố thắng đứng được

phân thành hai vùng Region I va Region II, ranh giới giữa hai vùng được xác định

bằng Hm, trong bài toán nay sử dụng Hyjy=1,86m Đối với lớp nước mặt (Region

] va lớp nước bên dưới ( Region II) giá tri o được chọn như sau:

Region I Region II

0 01 0,25

Với sự lựa chọn phân vùng ở trên, theo chiều thăng đứng mô hình gồm 5

tầng, 1 tầng ở lớp nước mặt và 4 tầng ở lớp nước bên dưới Sự lựa chọn này đảmbảo thể hiện được các quá trình hoàn lưu trong khu vực một cách tỷ mỉ và các kếtquả đưa ra được phân bô thăng đứng của các yêu nghiên cứu.

¡| 3+1 HC, hy) | ri ý >—min(h,h,), 5=-L(+min(#,h,)

A ¢ +min(h, hị) L

&, = (2.20)

1422") knix,<—n, 5=(h—h)

h— hị) L

Theo cách chuyên đổi này, tại mặt tiếp giáp giữa hai lớp sẽ có sự phá vỡ tính

liên tục của ma trận chuyền đổi Tuy nhiên điều này sẽ không gây ảnh hưởng tới kếtđiều kiện liên tục của các thông lượng theo hướng pháp tuyến.

2.1.3 Điều kiện biên trong mô hình

Trong mô hình sử dụng 4 kiểu điều kiện biên cơ bản: Tại biên mặt và đáybiển sử dụng điều kiện không trao đổi vật chất qua biên; Tại biên đất sử dụng điềukiện không thấm; Tại biên biển sử dụng gradien theo hướng pháp tuyến bằng 0;Biên cửa sông sẽ được mô tả trong một mục khác.

Trong bộ mô hình MDEC3D, có hơn 100 file là các chương trình con chuyênxử lý các loại điều kiện biên thuộc hai loại: chủ động và thụ động.

Điều kiện biên trên mặt tiếp giáp giữa bién- khí quyển

Trên mặt phân cách biển - khí quyên, cần đảm bảo tính liên tục của cácthông lượng trao đôi từ hai môi trường có kế đến sự khác biệt về mật độ của nướcvà không khí Thông thường các thông lượng này đều do quá trình trao đồi rối quyếtđịnh.

© Đối với ứng suất rối:

e Thông lượng rôi nhiệt va muôi:

Với Cp - hệ số ma sát đáy, đại lượng nay có thé tính theo quy luật phân bố

logarit trong lớp biên:

Cy = tk /In(z, /zạ)} (2.26)

ở đây z, là khoảng cách tinh từ đáy nơi có vận tốc v=¥,, zạ là tham số

nhám, z, ~ 10° +10 ”em Khi có hiệu ứng biến đổi hướng vận tốc trong lớp biên tacó thê đưa thêm hệ số hiệu chỉnh R vào công thức (17) và chuyên về trong dạng

Tai những noi mà lớp biên đáy không xác định thì có thé lấy gần đúngCp~0,026.

© Đối với động năng rối:

Giá trị động năng rối tại lớp biên đáy được xác định theo quy luật rối lớp

biên, trong bài toán này lớp biên đáy được mô phỏng theo quy luật logarit Như vậy

động năng rối có thé tính theo ứng suất rối đáy, theo Blumbert và Mellor (1987) thìmôi tương quan này có thê việt:

32

— plii=

e Đối với các thông lượng nhiệt và muối:

Không có trao đổi qua đáy, các thông lượng cho bằng 0.

Điêu kiện biên lỏng

Điều kiện biên lỏng được xây dựng theo nguyên lý đảm bảo sự liên kết giữatrong và ngoài miền tính Sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn cho phép dễ dànghơn việc triển khai đối với cả hai điều kiện giữ nguyên giá trị hoặc thông lượng qua

biên Việc xây dựng các điều kiện biên cần đảm bảo không những tính liên tục của

thông lượng mà có khả năng thé hién mién ngoài như một hệ tích cực ap đặt lên hệtrong hoặc như hệ thụ động chịu tác động của hệ trong.

Điều kiện biên cứng

Tương tự như ở đáy, đối với các biến vô hướng, các thông lượng theo hướng

pháp tuyến của các biến vô hướng đều bị triệt tiêu và cho bằng 0, còn với vận tốc

2.1.4 Điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo

Trong [20] GS Dinh Văn Ưu đã đưa ra phương pháp sử lý điều kiện biên hởcửa Nam Triệu và Lạch Tray, khu vực cửa sông có triều áp đảo Mực nước thực tế

vùng biên cửa sông sẽ bao gôm tông mực nước do dao động triêu và gia tăng mựcnước do sông đô ra:

š =ắ Tổ, (2.30)

33

Trong đó phần gia tăng mực nước do sông 6, sẽ bị triệt tiêu khi đi xa về phíabiển Mối tương quan giữa đại lượng này với lưu lượng hay vận tốc tương ứng sẽphụ thuộc vào đặc trưng hình thái cửa sông.

Đại lượng gia tăng mực nước do sông được xác định thông qua thử nghiệm

số trị và thiết lập mối tương quan với lưu lượng thông qua một đa thức bậc 2 Đối

với cửa Nam Triệu, giá trị gia tăng mực nước do sông có thê biến đổi đến 0,003 m

với lưu lượng sông cực đại khoảng 1000 m°⁄s, giá trị này bằng 0,001 m với lưu

lượng sông trung bình khoảng 400 m’/s.

2.2 Mô hình lan truyền tram tích lơ lửng

2.2.1 Hệ phương trình lan truyền và khuếch tán vật chất

Trong mô hình vận chuyền trầm tích sử dụng phương trình 3D bình

lưu-khuyếch tán nồng độ trầm tích lơ lửng không biến tính (c):

< , S(eu)+S(ev)+ ow) <(ew,)=

=~ 4 Oy oc - On Oc (2.32)

Ox “Ox Oy "Oy `Ô

Trong đó, bên cạnh các thành phần vận tốc (u,v, w) và hệ số khuếch tán (Ax,

hy, Az) theo 3 hướng, vận tốc lắng đọng w, phụ thuộc vào đặc trưng của trầm tích lơ

Quá trình lắng đọng và bứt tách trầm tích trên đáy được kết nối với mô hìnhvận chuyên trầm tích thông qua điều kiện biên đáy:

len —Â < =Q=D+E (2.33)

Trong đó Q là suất trao đổi trầm tích trên một đơn vị diện tích bề mặt dokết quả của các quá trình lắng đọng (D) và bit tách (E) Đối với chất lơ lửng là phùsa - một hợp phân tựa bên vững với các nguôn xuât - nhập hâu như chỉ xây ra trên

34

biên, vì vậy chỉ cần chú ý duy nhất đến quá trình lắng đọng.

Trong nghiên cứu này, các điều kiện biên đối với các biên biển hở được chogiá trị không đôi về nồng độ phi thứ nguyên Đối với mặt phân cách giữa lớp nướcvà lớp đáy, các thông lượng trao đồi được tính thông qua quá trình but xói và lắng

đọng trầm tích.

Suất lắng đọng qua biên này được tính dựa vào vận tốc chìm lăng, nồng độ

chất lơ lửng tại chỗ và giá trị vận tốc động lực tương đối so với giá tri tới hạn cho

phép lắng đọng xuống đáy.

D= s⁄|*[ “ | ~ _= (2.34)Us, Tạ

với điều kiện ux < usg hoặc tương ứng t < tg.

Giá trị của vận tốc chìm lắng của chat lơ lửng phụ thuộc một cách phức tapvào đặc trưng của trầm tích và yếu tố động lực học Van Rijn (1984) đã đưa ra một

công thức thực nghiệm sau đây tính theo kích thước hạt d, tỷ lệ giữa mật độ tramtích và mật độ nước, s, va độ nhót động hoc, n:

"ĂẮ (2.35)1877

Thông thường giá trị s = 2,65 va rị = 1,5.10° m’/s.Giá tri cua d được xác định theo công thức:

đ =[I-0,011(ø, -1 -25)„ (2.36)ea | ds, đạo À đ Ân tá X h f A {

Trong đó o, =—| + -—" | là độ phân tán của kích thước hat tram tích ơ,<

công thức phụ thuộc vào kích thước hat va giá tri số Shields tới hạn:

w, ¬

c, =o ni -e^ | (2.41)

với Hạ là độ dày lớp nước có ảnh hưởng, thông thường độ dày này được chon

bang Im và £ là nồng độ trung bình trong lớp nước đó.

Hệ số khuếch tán A, đối với chất lơ lửng mịn đường kính nhỏ hơn 20 um

được xem là giảm tuyến tính trong lớp sát day từ 3.10!” m’/s đến 3.10!" m’/s

36

Trong trường hợp đáy biển có sinh vật đáy, thì quá trình lắng dong sinh họccó thé tính như sau:

Dayo = oioCp (2.43)Với

Whig 115.10 m/s (2.44)

Thông lượng but xói từ day có thé tinh theo nhiều cách khác nhau đối vớitừng loại trầm tích đáy.

Theo Pohlmann (1994), đối với đáy bùn thì suất burt xói sé là:

E=C,(u; —uz,) tonKm’s) (2.45)

Với hệ số Œ = 10 *fon.s/m! lay theo két qua thuc nghiém cua Puls (1984)

va Rodger et al (1985).

Giá tri của vận tốc động luc but xói tới hạn được lấy bằng 0,028 m/s.

Như vậy đối với mô hình vận chuyền chất lơ lửng trong toàn lớp nước, thônglượng vật chất qua biên sẽ là tổng đại số của hai hợp phần lắng đọng D và bứt xói

FLC, =D-E (2.46)

37

2.2.2 Mô hình biến đổi độ dày lóp trầm tích đáy lỏng

Sử dụng phương trình bảo toàn khối lượng để nghiên cứu biến đổi của độdày lớp đáy lỏng:

Số ~vjp—p (2.47)

Với g là thông lượng vật chất vận chuyền ngang trong lớp đáy lỏng có théxem đồng nhất với dòng vận chuyên tram tích di đáy Các hạng thức D và E tươngứng suất lắng đọng và but xói trao đổi với lớp nước nam trên.

Thông thường suất di đáy V.g được tinh theo véc tơ của dòng vận chuyêntrầm tích di đáy 4, đại lượng này được tính theo nhiều công thức khác nhau nhưPiter-Mayer, Van Rijn, v.v phụ thuộc vào ứng suất đáy do tác động của sóng vàdòng chảy và đặc trưng của trầm tích

Công thức Piter-Mayer (1948) dang tong quát có thé viết như sau: