Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu quá trình bồi xói bờ biển khu vực Đồi Dương, TP. Phan Thiết

Do đó, quá trình tính toánbồi xói được thực hiện theo hai hướng gió trên với thời gian đặc trưng là tháng 1cho mùa gió Đông Bac và tháng 7 cho mùa gió Tay Nam.Nghiên cứu sử dụng phần mềm

HOANG THỊ THỦY TIEN

NGHIÊN CỨU QUA TRÌNH BOI XOI BO BIENKHU VUC DOI DUONG, TP PHAN THIET

Chuyên ngành : Xây Dung Công Trình Thuy

Mã số: 605840

LUẬN VÁN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 7 năm 2012

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA —DHQG -HCM

Cán bộ hướng dan khoa học : PGS.TS Lê Song Giang

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS Nguyễn Thế Biên

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Huynh Công Hoài

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Dai học Bach Khoa, DHQG Tp.HCM ngày 29 tháng 09 năm 2012

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS.TS Huynh Thanh Sơn2 TS Luu Xuan Loc

3 PGS.TS Lê Song Giang

4 PGS.TS Nguyễn Thế Biên

3 TS Huỳnh Công Hoài

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

CHỦ TỊCH HOI DONG TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Hoàng Thị Thủy Tiên MSHV: 10200400Ngày, tháng, năm sinh: 20/03/1985 Nơi sinh: Ninh Thuận

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60 58 40I TÊN DE TÀI: Nghiên cứu quá trình bồi xói bờ biển khu vực Đồi Duong, TP.Phan Thiết

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu sự bồi xói tại khu vực Đồi Dương, TP.Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận thông qua việc sử dụng mô hình toán F28 vàRCPWAVE Qua đó, đánh giá hiện trạng bồi xói tại khu vực và dé xuất biện phápkhắc phục

H NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:HI.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU:

IV CÁN BỘ HƯỚNG DAN: PGS TS LE SONG GIANG

Tp HCM, ngày 01 tháng Ø7 năm 2012CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NGHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

KHOA QUAN LÝ CHUYEN NGÀNH

LỜI CÁM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Lê Song Giang, người thầyđã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp số liệu và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian

thực hiện và hoàn thành luận văn.

Em xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tài nguyên nước, khoa Kỹ thuậtxây dựng đã truyền đạt những kinh nghiệm, kiến thức quý báu trong suốt quá trình

học tập.

Con xin cảm ơn cha mẹ và gia đình đã luôn động viên, khuyên khích và tạomọi điêu kiện đề con học tập và làm việc Day là nguôn động lực lớn lao dé conhoàn thành quá trình học tập.

Xin cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè đã hỗ trợ tư liệu, nhiệt tình giúp đỡ trong

mọi lĩnh vực.

Luận văn đã trình bày các kết quả nghiên cứu bài toán bôi xói tại ĐôiDuong, TP Phan Thiết Diễn biến bồi xói tại đây chủ yếu bị tác động của 2 yếu tốlà sóng và dòng chảy Nghiên cứu số liệu thống kê về khí tượng thủy văn cho thaykhu vực Đôi Dương chịu tác động của hai mùa gió chính là gió Đông Bắc và TâyNam và do vậy diễn biến bồi xói tại đây cũng theo 2 mùa Do đó, quá trình tính toánbồi xói được thực hiện theo hai hướng gió trên với thời gian đặc trưng là tháng 1(cho mùa gió Đông Bac) và tháng 7 (cho mùa gió Tay Nam).

Nghiên cứu sử dụng phần mềm F28 dé xây dựng mô hình toán số vùng biểnBình thuận, phục vụ tính toán dòng chảy và vận chuyển bùn cát khu vực Đôi dương.Trong mô hình này, phương trình Saint — Vernant hai chiều và phương trình cânbăng bùn cát hai chiều được giải bằng phương pháp thé tích hữu hạn với lưới tứgiác phi cau trúc Dé khảo sát sự tác động của sóng trong khu vực nghiên cứu, đề tàiđã sử dung phần mềm RCPWAVE tính toán trường sóng trong khu vực Mô hìnhRCPWAVE tính sóng bằng cách giải phương trình lan truyền sóng trên đáy có độdốc nhỏ băng phương pháp sai phân hữu hạn trên lưới cấu trúc Kết quả tính sóngsau đó được nội suy trên các mắt lưới của lưới tính dòng chảy và bùn cát và đượcdùng làm số liệu đầu vào cho mô hình F28 dé tính toán sự bồi xói tại khu vực ĐôiDương dưới tác động dong thời của sóng và dòng chảy Số liệu mực nước dau vàocủa mô hình được lấy từ kết quả tính toán của mô hình biến Dong

Ngoài việc nghiên cứu bồi xói với hiện trạng địa hình tại Đôi Duong, dé tàicòn giả định trường hợp xây dựng đảo nhân tạo ở xa bờ để nghiên cứu khả năng

giảm tác động cua sóng và lượng bôi xói của các đảo nhân tạo này.

This thesis represents the research results of the sediment transport at DoiDuong, Phan Thiet city Erosion and deposition process is mostly affected by twofactors as waves and currents By researching the statistic data of hydrometologyshows that the Doi Duong area is impacted of two main monsoon is northeast andsouthwest Therefore, the process of calculating erosion and deposition was done intwo wind direction on the time characterized by January (north-east monsoon) andJuly (south-west monsoon).

The research uses F28 software to set the mathematic model for Binh Thuansea area to compute current and sediment transport in Doi Duong area In this model,2D Saint-Vernant equation and 2D sediment balance equation are solved by volumefinite method with flexible quadrangular mesh To survey the action of wave on theresearch area, the project used RCPWAVE software to compute wave field on thisarea RCPWAVE model compute wave by solving wave propagation equation onmild bottom slope by finite difference method in structure mesh Wave results areinterpolated on computation mesh of current and sediment, they was used as inputdata for F28 model to compute sediment transport at Doi Duong area under thecombined action of wave and current Data input of water level was get from dataoutput of East Sea model.

Beside research sediment transport with present bathymetry of Doi Duong,this thesis also assume this area has the artificial islands to research possibility ofreducing the waves and currents action by this artificial islands.

Tôi xin cam đoan: luận van ‘‘Nghién cứu qua trình bồi xói bờ biến khuvực Đôi Dương, Tp Phan Thiết? là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, thông tin được sử dụng trong luận văn là trung thực Các kết quảtrình bay trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong các công

trình nghiên cứu khác.

Tp HCM, tháng 07 năm 2012Tác giả luận văn

Hoàng Thị Thúy Tiên

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 2 ° SE 9E 9E 9E o5 g0 3990922 iv

DANH MỤC BÁNG - <5 % << 0 9 v08 89800540 viiCHU ONG 1 MO DAU Qu sssssssssscssscssscssecsssesssessssssssssesssesssesssesssesssesssesssesssesssesssesseeses 11.1 Đặt vẫn đỀ - ác 1111211 11g12 HT TT HT ng |1.2 Mục đích nghiên cứu của dé tài + c5: 5 tt E2 E1 E1 12111 tre 2

1.3 Phương pháp nghiÊn CỨU G G0099 kg 2[.4 Nội dung nghién CỨU - - - - << 5 10000 ve 3

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của để tầi., cong ni 3CHƯƠNG 2 DIEU KIỆN TỰ NHIÊN VA TINH HÌNH XÂM THỰC VUNG

BIEN VEN BO BÌNH THUẬN 2° 5° <2 se s£ssEseEsesEseseEsessessesesse 4

2.1 Điều kiện tự nhiÊn - se 111 111191 1E 1111 1E H11 ng ng 42.1.1 Điều kiện khí hậu G-G- G - EExSxEE9E E128 SE SE ve ng ree 42.1.2 Điều kiện thủy hải văn . ¿-¿- 5+ S221 E2 SE E23 E51 121211211 cee 6"Nhà 0 6

2.1.2.2 Dòng chảy Ven Đờ c0 re 62.1.2.3 SÓng cc St t1 T1 12 1111121111111 11211 110111111111110111 1101111111 gke 7

2.1.3 Điều kiện địa hình, địa chat +: S2 2 22x EEErxrkrkerrrrreee 82.2 Tình hình xâm thực biỂn - - - sE E912 EvESESE SE gvgvE gvgvgvseree 8

2.3 Các nghiên cứu đã thực hiện ở khu vực Đồi Dương - cv 9

CHUONG 3 TONG QUAN PHUONG PHAP TINH TOAN DIEN BIEN

VUNG VEN BO cssssssssssssssssssssssssssssssssssessssssssssssssssssosssssesessssssssssesssssosessssssssnssssssees 11

3.1 Tổng quan về bùn Cat ceceecccccsesessesesesssscssesssesscscsesscscsesscsesessesescsessessseeseseeeees II

3.1.1 Khái niệm bùn Cat - - - - G5 S0 ng ng re II3.1.2 Phân loại bùn cát - - - - + - << 0001011010100 1111110115 111111 1 rrv vờ 11

3.1.2.1 Đường kính hạt - - - - - 5G 00 ng nen 12

3.1.2.2 Đặc điểm chuyển động ¿ - 52522552 2E+EvEzEvterrrrrrrerree 12

3.1.2.3 Kha năng tao 1Ong G0 HH re 13

3.1.2.4 Phân loại theo tính kết dính - - s s£+Sx+E+E££sEsEexzezesxe 133.2 Điều kiện khởi động của hạt bùn cát - c9 ng 133.3 Các dạng chuyền động của bùn cát - ¿5 + 22+ cxcteErxrrerererrees 18

3.4 Dòng bùn cát lo ÏỬng << 5 100900 ng và 20

3.4.1 Nông độ trung bình theo thời gian qua mặt cắt -. +: 203.4.2 Chuyén tai bùn cát trong vùng sóng chưa vỡ -. -5-cc+cscsc 213.4.3 Chuyén tải bùn cát trong vùng sóng VO :-+ + s+s+cccsceee 22

3.5 Dòng bùn cát ấy HH re 23

3.6 Mô hình toán vận tải bùn cát và diễn biến đáy - 2 5555555: 253.6.1 Diễn bién đáy và vận tải bùn cát - ¿55c Sccxcerecrerererrerred 25

3.6.2 Mô hình dong Chảy << 0n re 28

3.7 Lý thuyết tính sóng trong mô hình RCPWA VEE - ¿55552 cscscesesce¿ 303.8 Phan mém ứng dụng trong nghiên cứu - ¿5s 2 s+s+se+s+x+zszszsee: 31

3.8.1 Mô hình dong Chảyy << 0n re 3l3.8.2 Mô hình SÓNE -G G0 35

3.8.3 Diễn biến đáy và vận tải bùn cát - ¿55c Secxccrecrerrrerrerred 35CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH TOÁN SO CHO VUNG BIEN PHAN THIET 38

4.1 Mô hình dòng chảy và vận tải bùn cất - - - < c1 n1 1 ng 384.1.1 Lưới tính và địa hình - - .- œ0 gen 38

4.1.2 Điều kiện biên và các thông số tính toán khác -5555¿ 42

4.1.3 Hiệu chỉnh mô hình wu esescsscsesscsessesessssesseseseestsseessseeseeees 44

4.2 Mô hình lan truyền sóng - ¿+ + 2 ©E+EEE+E+E2EEEEEEEEEEEEErErrkrkrrrrerree 50

4.2.1 Lưới tinh và địa hink woo csescscsesscsessesessesssssssssstsesesnsseseees 50

4.2.2 Điều kiện biên và các thông số tính toán khác -5555¿ 51

CHƯƠNG 5 KET QUÁ TÍNH TOÁN - 5< s2 se sessesesseseesessessese 525.1 Trường hợp không xét ảnh hưởng của sóng (THỊ và TH2) 53

5.1.1 Gió hướng Đông Bắc (THI) 2-2-2 EE+E+E+ESESESEEErerkrkrkrered 53

5.1.2 Gió hướng Tây Nam (TH2) - - <5 1S 1 99 1n ke 595.2 Trường hợp có ảnh hưởng của sóng (TH3 và THA) « ++<<5 64

5.2.1 Gió hướng Đông Bắc (TH3) ¿- - - SE E SE SEEEErErkrkrkrkred 64

5.2.2 Gió hướng Tây Nam (THA) - - <5 1S 1 993 1 re 7]5.3 Trường hợp có ảnh hưởng của sóng va đảo (TH5 và THH6) 77

5.3.1 Gió hướng Đông Bắc (T5) -¿-¿- - SE SE SESEEEEErkrkrkrkred 77

5.3.2 Gió hướng Tây Nam (THO) - - <5 1S 1 9 1n ke 34KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - 2 5° < s2 S2 s2 e2 sessssese 91

KGt LUA woe eececcseecececesescccecscececessevscscececscssvscacecsesevavasacecssvaavacucesssvevacsesevavaraceeeees 9]Kiến nghị - c6 12 1 3 1115111111 111115 11111111 11111101 0120101011111 010101111110 92TÀI LIEU THAM KHẢO << < 5° < 5£ se se se se sesssesessesers 93

Hình 1.1: Khu vực Đồi Dương, Bình Thuận (vs 2Hình 2.1: Xói lở tại phía nam kè Phước Thể - Tuy Phong và tại bờ nam cửa La Gi

¬ 8

Hình 2.2: Các công trình kè mềm và kè bê tông ở Bình Thuận - 9

Hình 3.1: Các lực tác dụng lên hat bùn cát (trên đáy ngang) - - «<5 14

Hình 3.2: Ngưỡng khởi động của hạt bùn cát trên đáy phăng, Shields (1936) 16Hình 3.3: Các dang chuyển động của bùn Cat ceecscesesssessesesessesesessesesessesesesseseeeeees 19Hình 3.4: Lưới tính hai Chieu eseeseesseesseesseeeseesseeeseeeseceseeeseesseesseesseesneeseseneeeseses 32Hình 3.5: Diện tích kiỂm soát TỊ, - ¿E133 1E E515 1511111111111 EEckrkd 32Hình 3.6: Diện tích kiỂm soát q -¿-¿- 5 252223 E9 2E E23 EEEE5E121 7117125 11x re, 32

Hình 4.1: Lưới tính khu vực Binh Thuận - 5-5-5555 S555 1 11313 3 xxx 39

Hình 4.2: Lưới tính khu vực Phan Thiét - ¿+ 66k E+E#E£E+EEEsEeEeEsEeeEeeseei 40Hình 4.3: Địa hình đáy biển Bình Thuận - ¿22 + 2 2£*+E+E+Ez£z£zzxzxzesree AlHình 4.4: Khu vực biển Đông w.c.eeeeceeecccceecsescsesesececscscscscsvecscscsssssesesssssessesssssseaeas 42Hình 4.5: Lưới tinh mô hình biển Đông - + 2 22 2 2£2£E+E£E+EzEz£EzErerevee 42

Hình 4.6: Mực nước tại các vi trí trên biên thuộc Bình Thuận vào tháng 7/1996 43Hình 4.7: Mực nước tại các vi trí trên biên thuộc Bình Thuận vào tháng 1/1997 43

Hình 4.8: Tốc độ dong chảy ở trạm | (tháng 6/2009) HH, 45

Hình 4.9: Hướng dòng chảy ở tram | (tháng 6/2009) se 45

Hình 4.10: Tốc độ dong chảy ở trạm 2 (thang 6/2009) G3, 45

Hình 4.11: Hướng dòng chảy ở trạm 2 (tháng 6/200) SH se 45

Hình 4.12: Tốc độ dong chảy ở trạm | (thang I1/2009) Hs, 46

Hình 4.13: Hướng dòng chảy ở trạm | (tháng I1/2009) Ă + sssseees 46

Hình 4.14: Tốc độ dong chảy ở trạm 2 (thang I1/2009) Q9 46

Hình 4.15: Hướng dòng chảy ở trạm 2 (tháng I1/2009) Ă + ssssees 46Hình 4.16: Mực nước 6 tram Ô - c3 1 31 1 36 48Hình 4.17: Mực nước 6 tram ⁄4 -c s1 1133030303033 1 34 48

Hình 4.18: Mực nước 6 tram à -c n1 s2 48

Hình 4.19: Tốc độ dòng chảy ở trạm 3 - 252 Set SE 2E E2 EErkrkerrreg 49

Hình 4.20: Hướng dòng chảy ở trạm Ô - 5 11H ng re 49

Hình 4.21: Tốc độ dòng chảy ở trạm ⁄4 ¿-:- + +52 E23 SEEEEEEEEEEErkrkrrrree 49

Hình 5.17: Trường sóng hướng Tây Nam ([H4) - <5 «+ + E+ssseessseees 71

Hình 5.18: Trường vận tốc lúc triều lên (TTH4) - - 2 c2 2+s+s+£+£z£z£szsceeẻ 72Hình 5.19: Dòng bùn cát đáy lúc triều lên (THA) - 222 55s+£+c£z£s+szc+2 73Hình 5.20: Trường vận tốc lúc triều xuống (TH44) - TS S S3 se 74Hình 5.21: Dòng bùn cát đáy lúc triều xuống (THA) 2-5- + +c+ccz£s+scc+2 75Hình 5.22: Độ bồi lang tại cuối thời gian tính toán (THA) - 5-5: 76Hình 5.23: Các đảo giả định (màu đen) tại khu vực Đổi Dương 77

Hình 5.24:Hình 5.25:Hình 5.26:Hình 5.27:Hình 5.28:Hình 5.29:Hình 5.30:Hình 5.31:Hình 5.32:Hình 5.33:Hình 5.34:Hình 5.35:Hình 5.36:

Đảo CO ở DU Bal u ccccccccccsssssecccccceeeseeccceeceeesecccessauseeccesseaeecceseuagaseseeees 77Trường sóng hướng Đông (THŠ) .- -ĂĂ S1 re, 78

Trường vận tốc lúc triều lên (TTH5) ¿ - - 2 +22 £s+£+x+£zczszszeee 70Dòng bùn cát đáy lúc triều lên (T5) - ¿5-5 552cc 2+sze+escee 80Trường vận tốc lúc triều xuống (TH5) - SS SH sen 81Dòng bùn cát đáy lúc triều xuống (THS) ¿5-5-++c+csczcs+scceẻ 82Độ bồi lắng tại cuối thời gian tính toán (TH5) -5- + +c5c<e: 83

Trường sóng hướng Nam (THO) 5 ĂĂẶ S111 ree 84

Trường vận tốc lúc triều lên (TH6) ¿ - - 2 + 52 £s+£+£+£z£zezszeeẻ 85Dòng bùn cát đáy lúc triều lên (TH6) - 2-5-5 55222 2+<£s+escze 86Trường vận tốc lúc triều xuống (TH6) c2 87Dòng bùn cát đáy lúc triều xuống (THO) oe - 2 2 2 55552s+cscse: 88Độ bồi lắng tại cuối thời gian tính toán (THỊ) -.- 2-5: 89

Bảng 2.1:Bảng 2.2:Bảng 2.3:Bảng 2.4:Bảng 2.5:Bang 3.1:Bang 3.2:Bang 4.1:Bang 4.2:Bang 5.1:

vii

DANH MUC BANG

Nhiệt độ không khí thang và năm (ÌC) uo ee eececceessceseceseesecessesseeseeeseeees 4

Lượng mưa theo thang - - - - -< s56 + 19011990 ng re 4

Hướng và tốc độ gió lớn nhất tháng trạm Phan Thiết từ 2003 đến 2008 5Vận tốc gió trung bình tháng va năm (M/S) - - 2 2 2 s+s+s+sscze: 5Thống kê quan trắc sóng ngoài khơi tại trạm Bạch Hồ - 9

Phân loại đường kính hat theo Liên Xô cũ - << se 12Phân loại đường kính hạt theo Lane va cộng sự (19447) 12VỊ trí trạm và thời Qian ỞO c c c1 S1 1 re 44Cac trường hợp tính toán SÓN Ăn ng re 51Cac trường hợp tính tOán Ăn ke 52

MỞ ĐẦU1.1 Đặt vẫn đề

Bình Thuận là một trong số rất nhiều tỉnh ven bờ biển của Việt Nam đangphát triển nhanh chóng về du lịch như việc xây dựng nhà hang, khách sạn ngay cảngnhiều dọc theo bờ biến Việc này mang lại lợi ích kinh tế xã hội rất lớn cho tỉnh Vềmặt địa lý, phía bac Bình Thuận giáp với Lâm Đồng và Ninh Thuận, phía đông giápbiển Đông, phía Tây giáp Đông Nai, và phía Nam giáp Vũng Tàu Bình Thuận cóhai mùa rõ rệt với nhiệt độ cao, sông ngòi ngắn và nhỏ, gid mạnh, nhiều đụn cát vàbãi cát vàng trai dài ven bién

Dọc theo 190km đường bờ, Bình Thuận có 6 cửa sông (Long Hương, Phan

Rí, Phú Hải, Thương Chánh, Tân Hải và Lagi) và nhiều mũi đá hay hốc đá (La Gan,Mũi Nho, Mũi Rơm, Mũi Né, Mũi Kê Gà) Bình Thuận cũng có nhiều công trìnhven bờ và công trình chỉnh trị cửa sông được xây dựng nhằm phát triển nghề cá vàđảm bảo an toàn luồng lạch (kè biển Hàm Tiến, mỏ hàn cửa sông Ca Tu, Lagi ).Gan day, Binh Thuận cũng đã phát triển kỹ nghệ du lich tại địa phương Nhiều côngtrình nhà hàng, khách sạn, khu nghỉ mát cao cấp đã được dựng lên dọc theo các bãibiển đẹp của địa phương (lang Thuy si, làng Nga, khách san cao cấp Novotel )

Tat cả những công trình này nhanh chóng gây ảnh hưởng đến sự thay đối bờbiên ở Hàm Tiến, cảng cá Phan Thiết, Đồi Dương Sự thành công của các dé chắnsóng, mỏ hàn hay đê biển đã phan nào khống chế được sự xói lở cục bộ của bờ biểntại nơi có công trình như cửa sông Phan Thiết, Lagi Nhưng chúng lại gây nên

những hậu quả như cát tràn vào cửa sông ở Lagi, xói lở bờ hạ lưu cửa mỏ hàn ở cửa

sông cảng cá Phan Thiết Xói lở bờ biển được khống chế khá tốt tại khu vực HàmTiến — Mũi Né nhưng khu vực xói lở đã dịch chuyên vẻ phía hạ lưu như Phú Hải,Đồi Dương

Do đó, việc tính toán xói lở tại Đồi Dương là rất cấp thiết, từ đó có thé đưa rabiện pháp khắc phục xói lở và hướng phát triển xa hơn là tính toán sự ồn định chobờ bién tại nơi đây.

Hình 1.1: Khu vực Đôi Duong, Binh Thuận

1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu bản chất vật lý và mô hình vận chuyển bùn cát vùng ven biến

- Sử dụng m6 hình toán sô nghiên cứu diên biên khu vực Đôi Duong dé làm rõ

bản chất xói bôi tại đây và đề xuất phương pháp bảo vệ

1.3 Phuong pháp nghiên cứu

- Phương pháp mô hình số, trong đó:

+ Phương trình Saint — Vennant hai chiều+ Phương trình vận tải chất trong dòng chảy hai chiều nước nông

+ Các công thức kinh nghiệm+ Mô hình sóng

- Phương pháp giải: thể tích hữu hạn

1.4 Nội dung nghiên cứu

- Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên khu vực Đôi Dương, Phan Thiết- Nghiên cứu bản chat vật lý của quá trình vận chuyển bùn cát vùng ven biến,mô hình tính toán thủy lực và bồi xói bờ biển

- Ap dụng mô hình toán dé tính toán quá trình động lực và diễn biến xói bồi tạikhu vực Đôi Dương

- Dé xuất biện pháp bảo vệ

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tài

Tìm ra được hiện trạng, nguyên nhân gây xói lở tại Đồi Dương từ đó đưa ra

hướng giải quyết, góp phần thúc day nền kinh tế du lịch, bảo vệ bờ biến tại địa

phương.

Chương 2

DIEU KIEN TỰ NHIÊN VA TINH HÌNH XÂM THỰC

VÙNG BIÊN VEN BỜ BÌNH THUẬN2.1 Điều kiện tự nhiên

2.1.1 Điều kiện khí hậu

Bình Thuận là tỉnh duyên hải cực Nam Trung Bộ Việt Nam, với bờ bién dai192 km từ mũi Đá Chet giáp Cà Na (Ninh Thuận) đến bãi bồi Binh Châu (Ba Ria-Vũng Tàu) Phía bắc giáp tỉnh Ninh Thuận, phía tây bắc giáp tỉnh Lâm Đồng, phíatây giáp tỉnh Đồng Nai, phía tây nam giáp tinh Ba Rịa - Vũng Tàu

Theo Quy chuẩn Xây dựng QCVN 02: 2009/BXD [10], nhiệt độ và lượngmưa tại Phan thiết được cho trong bảng 2.1 và 2.2

Bang 2.1: Nhiệt độ không khí tháng và năm (°C)

Bang 2.2: Luong mua theo thang

Luong mua Thang Nam(mm) 1|u}miliv! v/v] vil viol wx! x | xr | xu

Trung bình | 1 | 0 | 6 | 30 | 136] 145 | 165 | 164 | 192] 155] 58 | 20 | 1072

Muangay | 5 | 5 | 121] 102| 1781 1321 so | 98 | 162 | 157/215] 86 | 215lon nhatQua hai bang trén ta thay, tinh Binh Thuận mang đặc trưng của khí hau nhiệtđới gió mùa, một năm có hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mưa khô Nhiệt độ trung

thời gian nay tăng lên, gây mưa nhiều từ tháng 5 tới tháng 10 (trung bình hơn

150mm) Từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau nhiệt độ giảm xuống, mức trung bình

trong những tháng này khoảng 25°C, kéo theo lượng mưa giảm nhanh chóng, chỉcòn 58mm trong tháng 11 và từ thang 1 đến tháng 3 thì gần như không có mưa Tuynhiệt độ ban ngày ở đây khá cao (trung bình khoảng 36°C) nhưng lượng mưa ởBình Thuận trung bình năm khoảng 1072mm, thấp hơn rất nhiều so với lượng mưa

trung bình của cả nước (trên 1500mm).

Do mang tính chât của khí hậu nhiệt đới gió mùa, nên ở tỉnh Bình Thuậnhàng năm có hai mùa gió chính: gió mua Dong Bac và gió mua Tây Nam Toc độ và

hướng gió lớn nhất tại trạm Phan Thiết được cho trong bảng 2.3Bảng 2.3: Hướng và tốc độ gió lớn nhất tháng trạm Phan Thiết từ 2003 đến 2008 [10]

Theo Quy chuẩn Xây dựng QCVN 02: 2009/BXD [10], các thông số gióđặc trưng tại Phan thiết được cho trong bảng 2.4

Bang 2.4: Vận tốc gió trung bình tháng va năm (m/s)

ThángTrạm Năm

| H | HI | IV | V | VI | VH | VHI | IX | X | XI | XIPhan Thiết | 4.1 | 4.2 13.9133 [28130129] 33 |26|25|31|32| 32

Theo cơ quan Khí tượng Hoa ky (NOAA), trên toàn biển Đông, mùa gióTây Nam bat dau từ tháng 6 tới tháng 8, còn mùa gió Đông Bắc bắt đầu từ tháng 11tới tháng 3 năm sau Tháng 4, 5 và 9, 10 là thời gian chuyển mùa Trong mùa gióTây Nam, vận tốc gió ở khu vực giữa biển Đông có thể lên tới 7m/s còn trong mùagió Đông Bac, vận tốc gió ở khu vực giữa biển Đông có thé lên tới 10m/s [6].

Do nam về cuối miền Trung, nên tỉnh Bình Thuận ít chịu ảnh hưởng củabão so với các tinh còn lại Từ năm 1961 đến 2008, thống kê có 64 cơn bão đồ bộảnh hưởng lên vùng biến Bình Thuận (theo Quy chuẩn Xây dựng QCVN 02:

2009/BXD) Cac cơn bão thường tập trung vào tháng 10 và 11.

2.1.2 Điều kiện thủy hải văn2.1.2.1 Thủy triéu

Thủy triều khu vực ven bờ tỉnh Bình Thuận có chế độ triều khá phức tạp, chếđộ nhật triều ở phía Bắc và bán nhật triều ở phía Nam Thời gian triều dâng thườnglâu hơn triều rút, và có biên độ triều khoảng 1.5 đến 2.0m

Triều trên biển Đông lan truyền theo hướng từ phía Bắc xuống phía Nam nênthủy triều Phan Thiết chậm pha hơn thủy triều Phan Rí Phân tích số liệu đo chothay các sóng bán nhật triều tới Phan Thiết trễ hơn khoảng 1 giờ so với Phan Ritrong khi sóng nhật triều chỉ trễ hơn khoảng 5 phút Tuy nhiên nếu nhìn vào chỉ tiếtthì dường như chân triều giữa 2 nơi nay hầu như xảy ra đồng thời nhưng đỉnh triềuPhan Thiết xuất hiện sau đỉnh triều Phan Rí khoảng 1 giờ [6]

2.1.2.2 Dòng cháy ven bờ

Dòng chảy ven bờ biển Bình Thuận gây ra chủ yếu bởi 2 yếu tố: thủy triều vagió mùa Trong 2 yếu tố nay, thủy triều có thời gian đặc trưng tính bằng ngày còngió mùa có thời gian đặc trưng tính băng mùa Do vậy dòng chảy chủ đạo sẽ là dòngchảy gây ra bởi gió mùa còn thủy triều sẽ làm dòng chảy thực tế dao động quanh giá

trị chủ đạo này [6].

Vào mùa Đông, chế độ dòng chảy ven bờ tỉnh Bình Thuận chịu chi phối củahệ thống hoàn lưu biển Đông, do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, dòng chảy ven

Vào mùa hè, dòng chảy phức tạp hơn mùa đông, dòng ven bờ biển Phú Yên— Khánh Hòa có dòng chảy ven bờ từ Bắc xuống Nam với tốc độ khoảng 25 —40em/s, dòng ven bờ hòa nhập với luồng dòng chảy từ phía Tây Nam hướng về phíaĐông Bắc ở gần Phú Quý Bức tranh dòng chảy mùa hè khu vực khá phù hợp vớihiện tượng nước trôi Do vậy, hướng dòng chảy mùa hè có sự phân tán, hoa dòng

chảy có nhiêu hướng.

Vào mùa chuyền tiếp từ đông sang hè, chế độ dòng chảy có hướng như chếđộ dòng chảy mùa hè, hướng dòng chảy rất phân tán vừa có hướng chảy về Namvừa có hướng dòng chảy lên Bac, đồng thời vừa có hướng dòng chảy vào bờ và

ngược từ bờ ra.2.1.2.3 Sóng

Biển Bình Thuận là một vùng biển hở, mở ra biển Đông, vì vậy sóng trongvùng biển này chủ yếu phát sinh từ sóng ngoài khơi truyền vào Nói chung cácnghiên cứu về sóng ở các vùng biển Việt nam tương đối thưa thớt, vùng biển Binhthuận và ngoài khơi cũng không là ngoại lệ Tuy nhiên chúng ta vẫn có thể thamkhảo số liệu sóng quan trắc tại trạm hải văn Bạch Hồ Theo kết quả quan trắc từ1987 tại trạm này, một số thông số đặc trưng sóng ngoài khơi được cho trong bảng

2.6 [6].

Bang 2.5: Thống kê quan trắc sóng ngoài khơi tại tram Bạch Hỗ

„ ThángThông sô

I II III | IV V VI | VII | VIIT | IX X XI | XII

Ht» (m) 26) 19} 15] 10/09) 14] 1,2 | 15 | 1,8] 15 | 2,2 | 3.0Tip (sec) 64 | 5.7 | 55] 5,1 | 4,8 ) 5,1 | 5,1 | 50 | 4,8 | 62 | 62 | 65

Himax (m) 7,0 | 63 | 69 | 4,5 | 60 | 4,7 | 4,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 7,0 110,5

Tay (SEC) 8,7 | 8,2 | 80 | 100] 68 | 7,1 | 7.7 | 70 | 73 | 84] 84 1115

2.1.3 Điều kiện địa hình, địa chất

Bãi biển tương đối thoải nằm bên trong các cánh cung, giữa các mũi đá, taothành những bãi tam tự nhiên Doc bờ biển có các cửa sông chính là sông Cà Ty,sông Cái, sông Lũy và sông Cầu Nam Vào mùa khô các cửa sông hay bị bồi cạn,đặc biệt là vào mùa gió Đông Bắc

Tài liệu khảo sát địa chất phục vụ xây dựng các công trình ven biển BìnhThuận cho thay cau tạo địa chất của lớp đất bờ chủ yếu lớp cát mịn đến trung lẫn sỏinhỏ, vỏ sò, vỏ ốc Trạng thái rời rạc đến chặt vừa, xen kẽ một số điểm có các thấukính sét mỏng nằm kẹp giữa lớp cát rời rac và cát chặt Nguồn chủ yếu là trầm tíchbiển [6]

2.2 Tình hình xâm thực biến

Tình hình xói bồi hiện nay ở Bình Thuận diễn ra hết sức phức tạp theo chiều

hướng gây thiệt hại cho con người Tại các khu vực nhà dân hay các khu khai thácdu lịch, bãi biển thường bị xói (Phú Hải, Đồi Dương, xã Tân Thành và Tân Thuận,huyện Hàm Thuận Nam), còn tại cửa sông thì lại bị bồi, gây trở ngại rất lớn cho tàu

thuyén qua lại (cửa sông Cà Ty) [9]

Hình 2.1: Xói lở tại phía nam kè Phước Thể - Tuy Phong (trái) và tại bờ nam cửa

La Gi (phải).

Dé hạn chế xâm thực bờ biển, nhiều biện pháp đã được thực hiện với nhiềudạng kết cấu khác nhau Từ các bao cát do người dân tự làm (hình 2.1) cho đến các

hiệu quả tốt, không những vậy, do xuất hiện nhiều công trình cứng nên làm cho tình

Hình 2.2: Các công trình kè mềm (trái) và kè bê tông ở Bình Thuận

2.3 Các nghiên cứu đã thực hiện ở khu vực Đôi Dương

Đặng Văn Tỏ (2008) đã dùng phần mềm MEPBAY để tính toán sự thay đổiđường bờ biến ở hai tỉnh Bình Thuận và Ninh Thuận [2] Tuy kết quả tính toán môphỏng được đường bờ hiện tại và sau khi bị xói lở, nhưng kết quả chưa thể hiệnđược khối lượng chuyền tải Mặt khác, phan mềm MEPBAY là phần mém dùng déhướng dẫn sinh viên bước dau tiếp cận với việc tính toán bồi xói và có nhiều số liệuđầu vào phải dựa vào kinh nghiệm nên kết quả tính vẫn còn nhiều hạn chế

Lê Song Giang, Nguyễn Thị Phương, Mai Chí (2011) đã nghiên cứu quy luật

diễn biến dải ven bờ từ Cà Ná tới Mũi Kê Gà (tỉnh Bình Thuận) Các tác giả đã đođạc thực tế và dùng phương pháp mô hình toán số gồm RCPWAVE, F28 và chươngtrình TDT33.FOR để xác định cơ chế và quy luật diễn biến vùng bờ biển này.Nghiên cứu đã mô phỏng được trường sóng, dòng chảy ven bờ và sự chuyền tải bùn

cát trong khu vực nghiên cứu [6].

Phạm Bá Trung, Lê Dinh Mau (2011) đã sử dụng phương pháp phân tích ảnhviễn thám để nghiên cứu hiện trạng xói lở, bôi tụ bờ biến tỉnh Bình Thuận Kết quả

nghiên cứu cho thấy xói lở nghiêm trọng đang xảy ra nhiều nơi trong tinh Tại khuvực Đôi Duong, TP Phan Thiết nơi bị xói mạnh nhất là phía bac cửa sông Cà Ty,khu vực bãi tam thuộc bãi Đôi Duong, phường Hưng Long với chiều dài hon 1,5kmliên tục bị xói vào các mùa mưa lũ hàng năm Tại đây đã được bảo vệ băng côngtrình mềm, nhưng tinh trạng xói vẫn xảy ra và công trình thì hư hại [9]

Nguyễn Đức Vượng (2011) đã nghiên cứu hiện trạng xói lở và các công trìnhchống xói lở hiện nay của Bình Thuận Tù đó, đề xuất dự án quy hoạch công trìnhchống xói lở bờ bién tinh Bình Thuận (Giai đoạn 2011 — 2020) Tuy nhiên có mộtsố vẫn đề chưa được giải quyết tốt trong nghiên cứu này, như việc tính toán dòngchảy do triều Ngoai ra nghiên cứu tập trung vào van dé quy hoạch công trình bảo

vệ bờ, ít quan tâm tới việc chỉ ra các quy luật làm cơ sở cho các bài toán khác saunày [7].

Nguyễn Văn Lân đã nghiên cứu nguyên nhân gây xói lở tại Bình Thuận, từđó đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ biển đáp ứng yêu cầu giữ gìn tôn tạo cảnh quan

môi trường du lịch tỉnh Bình thuận Tuy nhiên nghiên cứu này mang tính khảo sát,mô tả là chủ yếu, chưa đề cập trực tiếp van đề quy luật diễn biến bờ bién [8]

Chuong 3

TONG QUAN PHUONG PHAP TINH TOAN

DIEN BIEN VUNG VEN BO3.1 Tống quan về bùn cát

3.1.1 Khái niệm bùn cát

Bùn cát là những phần tử khoáng vật rắn, được dòng chảy vận chuyền và bồilang, tích tụ trong lòng dẫn và bãi bồi Bun cát thường ở dưới dang các hạt khôngđồng nhất, có kích thước rất khác nhau và có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng

riêng của nước [11].

Bùn cát được hình thành từ hai nguồn: xói mòn bề mặt lưu vực và xói mòn

lòng dẫn Dòng bùn cát chịu ảnh hưởng của các nhân tô khí hậu, khí tượng hìnhthái tự nhiên, các nhân tổ mặt đệm lưu vực và các hoạt động kinh tẾ của con người

Đề nghiên cứu bùn cát được dễ dàng, người ta phân loại bùn cát cơ bản theocác tiêu chuẩn sau:

- Theo đường kính hạt

- Theo đặc điểm chuyên động

- Theo khả năng tạo lòng

- Theo tính kết dính có hai nhóm: kết dính và bở rời Đối với các chất kếtdính, chuyển động của chúng phức tạp hơn nhiều do các lực dính không phải làhăng số, mà thay đối theo chất lượng của chất lỏng và theo thời gian, do đó nghiêncứu chuyên động của các vật chất này gặp nhiều khó khăn hơn

3.1.2 Phân loại bùn cat

Có nhiều cách phân loại bùn cát tùy theo đặc tính của chúng, một số cách

phân loại như sau.

Bun 0.001— 0.01 Soi vừa 2.0-5.0Bụi 0.01-0.1 Soi lớn 5.0-10Cat min 0.1-0.2 Đá dam, cuội 10-100Cát vừa 0.2-0.5 Đá hộc >100Cat thô 0.5-1.0

Bang 3.2: Phân loại đường kính hạt theo Lane và cộng sự (1947) [4]Loại hạt Đường kính hạt (mm) | Loại hat Đường kính hạt (mm)

Cuội lớn 250 + 130 Cát rat mịn 1/4 + 1/8

Cuội nhỏ 130 + 64 Bùn thô 1/8 + 1/16

Soi rất thô 64 + 32 Bun trung binh 1/16 + 1/32

Soi thé 32 +16 Bun min 1/32 + 1/64

Soi trung bình 16+8 Bun rat min 1/64 + 1/128Soi rat mịn 8 +4 Sét thé 1/128 + 1/256Cat rat thô 4+2 Sét trung bình 1/256 + 1/512

Bun cát đáy là những hat bùn cát có kích thước lớn, chuyển động gan đáy

dưới các hình thức trượt, lăn hoặc nhảy cóc.

Bun cát lơ lửng là những hạt bùn cát có kích thước nhỏ, nỗi lơ lửng trongdòng nước và chuyền động trôi theo dòng nước

3.1.2.3 Kha năng tạo lòng

Bùn cát tạo lòng: là những hạt bùn cát có khả năng tham gia vào quá trìnhhình thành hình dạng lòng.

Bùn cát không tạo lòng: là những hạt bùn cát không có khả năng tham giavào quá trình hình thành hình dạng lòng.

3.1.2.4 Phân loại theo tính kết dinh

Theo tính kết dính có hai nhóm: kết dính và bở rời Đối với các chất kếtdính, chuyển động của chúng phức tạp hơn nhiều do các lực dính không phải làhăng số, mà thay đối theo chất lượng của chất lỏng và theo thời gian, do đó nghiêncứu chuyên động của các vật chất này gặp nhiều khó khăn hơn

- Bun cát không dính chủ yếu là cát, sỏi và các vật liệu thô- Bun cát dính chủ yếu là các loại bùn và sét

3.2 Điều kiện khởi động của hạt bùn cát

Chuyển động của hạt bùn cát sẽ xảy ra khi lực tác động tức thời của dòngchảy lên hạt bùn cát lớn hơn lực cản trở tức thời Trong điều kiện dòng chảy ở trạngthái rối cùng với tính ngẫu nhiên của kích thước, hình dạng và vị trí của hạt bùn cát,khởi động của chuyển động của hạt bùn cát sẽ không theo quy luật tất định mà phảiđược xác định từ quy luật thống kê

Xét một hạt bùn cát không kết dính năm trên đáy ngang (hình 3.1) Lực dodòng chảy tác dụng lên hạt cát bao gồm lực cản (Fp) và lực nâng (F¡) Hat cát bắtđầu chuyến động khi moment của lực cản (Fp) và lực nâng (F¡) tức thời tại điểmtiếp xúc lớn hon moment giữ lại của trọng lượng hạt chim trong nước (G):

DVS AOS ASKLorne

diém

ai = (bị +b2) cos ®

a2= b2sin?a3= b3 sin?

a, = 2 7 ue (3.4)Biểu thức (3.3) được thiết lập đầu tiên bởi White (1940) trong đó a, phụ

thuộc vào sô Reynolds cục bộ.

Lực can Fp được tinh:

trong do:

Cp — hệ số lực cản

d — đường kính hatp — khôi lượng riêng của nước

u; — vận tốc dong chảy tại vi trí trọng tâm hat

Van toc uy có thê được tính thông qua vận toc ma sát us, như sau:

s = p,/p - ty trọng hạt.

Thông số Shields ngưỡng 6,, phụ thuộc vào diéu kiện thủy lực ở vùng ganđáy (số Reynolds Re, = u,d/v), vào hình dang hạt và vào vi tri tương đối của hạt sovới các hạt khác Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện để xác định 0,; và trong đó thínghiệm của Shields (1936) cho trường hợp đáy phăng được sử dụng rộng rãi nhất[4] Hình 3.2 là đỗ thi Shields

Hình 3.2: Ngưỡng khởi động của hạt bùn cát trên đáy phăng, Shields (1936)

Duong cong Shields mô tả phụ thuộc của Ø,; vào Re: không tiện lợi trong

ứng dung vì vận tốc ma sát đáy us chỉ có thé xác định bởi phép lặp Bonnefille(1963) và Yalin (1972) đã chứng minh răng đường cong Shields có thể được biểuthị bang quan hệ giữa 0,„ và đường kính hạt vô thứ nguyên, D: Ở dạng quan hệ nay,đường cong Shields có thể được biểu diễn bởi các công thức như sau:

0,.=0.24D,' kh 1<D, <40, =0.14D,°" khi 4<D.<l0

0, =0.04D;°! khi 10<D,<20 (3.11)0, =0.013D°” khi — 20<D,<l50

0 = 0.055 khi D, >150trong đó

0 =Tye/I(p, —p)gd„| — - thông số Shields ngưỡng

D, = lỆ -1)s/v? ửa 50 - đường kính hạt vo thứ nguyên

Ther - ứng suất đáy tới han trung bình thời gian

đạo - đường kính hạt trung bình (50%)

Các thí nghiệm với các hạt có hình dạng khác nhau chỉ ra răng hệ số 0.không bị ảnh hưởng nhiều bởi hình dạng của các hạt khi sử dụng đường kính danhđịnh (đường kính lẫy từ các hạt có cùng thể tích) như là thông số đặc trưng Các hạtrất phăng có giá trị Ø,; lớn (từ 1.5 đến 2)

Cấp phối hạt có ảnh hưởng lên 6,„ khi dải kích thước hat khá rộng (doo/dso >

3), bởi vì các hạt lớn hơn sẽ bị lộ ra phía ngoài, còn các hạt nhỏ hơn được các hạt

lớn hơn bảo vệ [4] Egiazaroff (1965) đã đề xuất một phương pháp xác định ứngsuất đáy tới hạn theo mỗi cỡ hạt của vật liệu đáy, như sau:

1n (3.12)trong đó:

7, „; - Ứng suất đáy tới hạn của cỡ hat i với kích thước d|T - ứng suất đáy tới han của đường kính trung bình dụb,cr

Khi day nghiêng góc B so với phương doc bờ và góc y so với phương ngang

bờ, ứng suất đáy tới hạn được tính như sau:

Ty cr =K ek, Tp cro (3.14)trong do:

Tuy thuộc vào điều kiện tức thời, chuyển động của hạt bùn cát sẽ ở một trong

ba dạng: lăn, trượt, nhảy cóc và lơ lửng (xem hình 3.3).

Chuyên động lăn, trượt: hạt bùn cát chuyển động nhưng van bám sát đáy

Chuyển động lơ lửng: khi dòng chảy có cường độ rối đủ lớn, hat bùn cát nảy lênnhưng không rơi ngay xuống mà bị vận tốc rối đây tiếp lên Nó trôi theo dòng chảycho tới khi điều kiện dòng chảy không cho phép thì rớt xuống

Một dạng chuyên động khác là của bùn cát không tạo lòng Do loại bùn cátnày không tôn tại trên đáy, không tham gia quá trình diễn biến lòng dẫn nên không

được xem xét ở đây.

Trong tính toán, dòng bùn cát được chia thành 2 phần là dòng bùn cát đáygây ra bởi chuyển động lăn, trượt và nhảy cóc và dòng bùn cát lơ lửng gây ra bởichuyển động lơ lửng Cơ sở của việc phân chia là do sự khác biệt về cơ chế vậnchuyển bùn cát Dòng bùn cát đáy có quan hệ trực tiếp với ứng suất tiếp tác độngtrực tiếp lên hạt, trong khi dòng bùn cát lơ lửng lại liên quan tới ứng suất đáy tông

cộng.

Việc xác định ranh giới giữa bùn cát đáy và bùn cát lơ lửng vẫn chưa có sự

thống nhất Einstein (1950) cho răng ranh giới sẽ phải ở khoảng cách băng một vàilần đường kính hạt, cụ thé 2dzo, trên đáy Tuy nhiên điều này không thực tế khi đáygợn sóng Vì vậy Bijker (1971) đề xuất bề dày lớp bùn cát đáy bằng chiều cao sóng

cát [4].

3.4 Dòng bùn cát lơ lung

Dưới tác động của dòng chảy và sóng kết hợp, nồng độ bùn cát được vậnchuyển được tính theo các trường hợp sau:

3.4.1 Nông độ trung bình theo thời gian qua mặt cắt

Fred be và cộng sự (1985) cho rang tổ hợp của sóng va dòng (theo một gócý ) vận tốc tức thời tại mặt cắt được giả sử gồm 2 phan: thành phần dừng u„ là giátrị trung bình dòng chảy và thành phần không dừng u,, do chuyển động sóng.Thanh phần không dừng được biểu diễn bởi lý thuyết thé năng dòng chảy bên ngoàilớp biên sóng và bởi một mặt cắt vận tốc logarit bên trong lớp biên sóng Ảnhhưởng của lớp biên sóng trên vận tốc dòng trung bình được đưa vảo tính toán bởi độnhám biểu kiến Nong độ trong mặt cat được tính bởi tích phân số trên phương trìnhđối lưu khuếch tán [4]

Theo Van Rijn (1990) nồng độ trên mặt cắt có thé được tính từ mô hình tíchphân số của phương trình đối lưu khuếch tán (3.16), sử dụng phương trình (3.17)như một nông độ tham chiếu [4]

= _ te (3.16)

1.5

c= 0.015p, 5 (3.17)trong do: c— nồng độ trung bình theo thời gian (kg /m*)

Wein = (l—c’)w, — vận tốc rơi của hạt bùn cát lơ lửng trong hỗn hợpchất lỏng và bùn cát (m/s)

w, — vận tốc roi của bùn cát lơ lửng trong nước sạch (m/s)

_— 2 2 0.5 ^ K ` ^ on ` ` L4 2

#,„ =l£¿„+£c„[Ƒ ”— hệ sô hòa trộn giữa dong va song (m"/s)

p, -mật độ bùn cát (x 2650kg / `)

a —bề dày lớp bùn cát day (m)

đ¿ạ — kích thước hạt trung bình của bun cat đáy (m)

1, “hệ số ứng suất trượt đáy

D,— đường kính hạt vô thứ nguyên

3.4.2 Chuyến tải bùn cát trong vùng sóng chưa vỡ

Tiếp cận thời gian trung bình được Van Rijn (1990) dùng để tính chuyên taibùn cát lơ lững băng tích phân trên độ sâu của tích vận tốc và nồng độ [4], như sau:

trong dé: g, - chuyền tải bùn cát lơ lửng tức thời

u— van tốc dong tại độ cao z so với day theo hướng cua vector van tốc

y— van toc do sóng tại độ cao z so với đáy theo hướng cua vector vậntoc - vận tôc quay vệ bởi chuyên tải khôi lượng giữa đỉnh và triên sóng

c—néng độ bùn cát tại độ sâu z so với lớp đáy được tính từ phươngtrình đối lưu khuếch tán

a—bé dày lớp bùn cát đáy

h— độ sau nước

3.4.3 Chuyến tải bùn cát trong vùng sóng vỡ

Chuyén tải bùn cát doc bờ trên đáy cát min trong vùng sóng vỡ thường baogồm chuyên tải bùn cát lơ lửng là kết quả của đặc tính xáo trộn của sóng vỡ và dòngđược tạo ven bờ Vé cơ bản, 2 phương pháp có giá trị cho việc tính toán tốc độchuyển tải doc bờ trong vùng sóng vỡ: phương pháp cục bộ và phương pháp tíchphân Phương pháp đầu tiên cố gang biểu diễn tinh chat vật lý của quá trình chuyểntải bùn cát, xét đến tất cả các hệ số xác đáng vào quá trình tính toán do đó phố biến

hơn [4].

Phương pháp cục bộ dựa trên ứng dụng của công thức chuyền tải bùn cát liên

quan đên các hệ sô cục bộ (⁄z,H,,7,) và tích phân của toc độ chuyên tải cục bộ

(q,) theo chiéu rộng cua vùng sóng vỡ, thu được:

Q=[qdy với q=FŒH.T,,duw,) (3.21)

Phương trình (3.21) yêu cầu phải có dự báo chỉ tiết của phân bố chiều caosóng va phân bố vận tốc dòng dọc vùng sóng vỡ Dòng triều có thé cũng được kểđến trong tính toán Phương pháp Van Rijn trong vùng sóng không vỡ cũng có thểdùng trong điều kiện sóng bể vỡ (xem phân trên)

Trong phương pháp tích phân quan hệ bùn cát tổng cộng dọc bờ với thànhphan dọc bờ của thông lượng sóng tại đường bề vỡ (QO, z Ec „„„ SIA,,cosđ,,) như

sau:

O, = F(H,„.c,„„.6,„) (3.22)

Công thức CERC được pháp triển bởi US-Corps of Engineers liên hệ vớikhối lượng nước chim (1) của tốc độ chuyền tải bùn cát ven bờ với hệ số thông

lượng sóng (Shore Protection Manual, 1984):

I = KEc, ,, sin 8,„ cosG,, (3.23)

trong do: I —toc độ chuyên tai dọc bờ (khối lượng chim)

E=1!8os(H, ,.)`— năng lượng sóng tại đường sóng vỡ/§ rms,br

C,„„ =n, c, — vận toc nhóm sóng tại đường sóng vỡg.br

0, — góc sóng tại đường sóng vỡ (giữa đường triển sóng và đường bờ)K - hệ số (= 0.77)

Dùng độ cao sóng có nghĩa (HH = 42H „„)› Phuong trình (3.8) có thể sắp

chuyên tải bùn cát theo khối lượng Q, weien =A P) PQ, vorume

HH, — độ cao sóng có nghĩa tại đường sóng vỡ

c,„— van tốc pha của sóng tại đường sóng vỡ ~ ( gh, °°n,, = J⁄2[1+ (2kh) / sinh(2kh)|—hé số tai đường sóng vỡ

đ, — góc sóng tại đường sóng vỡh,, — độ sâu nước tại đường sóng vỡ

p —hé số xốp (~ 0.4)

Ø,— ty trọng bùn cát

3.5 Dòng bùn cát day

Trong điều kiện đáy phăng, Bilard-Bagnold (1981) tính toán chuyển tải bùn

cát đáy tức thời theo công thức sau:

yy PL We,q, = —2 IUPU- SUỂIup¿, (3.26)

8- độ dốc đáy cục bộy — hệ số ma sát độngw, — vận tốc rơi của hạt

U =[U2 +u2 +2U,u, cosø|°`—vector vận tốc tức thời sát đáy

u,—van tốc sát đáyó — góc truyền giữa dòng và sóngi, — vector đơn vi thành phần theo hướng của độ đốc đáy.Ban đầu, công thức của Bagnold được phát triển cho dòng dừng đồng hướng.Bailard ứng dụng những công thức này cho dòng dao động kết hợp với dòng dừngtrên đáy có dốc phăng Vận tốc dòng sát đáy không được định nghĩa rõ rang Sốhạng chứa tan Ø biểu diễn tốc độ chuyển tải liên quan đến trọng lực được địnhhướng theo hướng của độ dốc cục bộ (ôz, /ôx,ôz, / @y) và có thé khác với hướngcủa vận tốc cục bộ trung bình

Van Rijn (1991) dùng tiếp cận tức thời dé tính toán chuyến tai bùn cát đáytức thời Giá trị trung bình thời gian đạt được bằng cách tính trung bình theo kỳsóng [4] Chuyển tải bùn cát đáy được tính như sau:

g,(t) =0.25adsD:°"{ F012] | Trav ~ Trew)! Tlbsew |" (3.27)

trong do: q,(f)— chuyền tải bùn cát đáy tức thời

D, - đường kính hat khong thứ nguyênd,, — trung vị đường kính hat lớp đáy

a — hé số hiệu chỉnh (=1—(H, /h)°*)

T, ,„ — Ứng suất trượt đáy tới hạn theo ShieldsTheo Vincent et al (1981), lưu lượng bùn cát đáy có thé tính:

q, = 0.09(0—Ø X/ (3.28)

U- Vận tốc trung bình chiều sâu;0 và 0,,— thông số Shields và thông số Shields ngưỡng.Thông số Shield được tính:

L va T - chiều dài và chu kỳ sóng

@ - góc lệch giữa hướng sóng và dòng chảy

few — hệ số ma sát trong trường hợp vừa có dòng chảy lẫn sóng

3.6 Mô hình toán vận tải bùn cát và diễn biến đáy

3.6.1 Diễn biến đáy và vận tái bùn cát

Phương trình vận tải bùn cát lơ lửng 3 chiều được thiết lập từ nguyên lý bảotoàn khối lượng va có thé viết như sau:

trong đó:

e — nồng độ bùn cát lơ lửngu, V, w — vận tốc dòng chảy lần lượt theo 3 phương x, y, z

w, — vận toc lăng của hạt bùn cát¢, — hệ sô khuéch tan

Đề giải phương trình nay, cần phải biết trước trường vận tốc 3 chiều, chiềucao sóng và hệ số khuếch tán Để đơn giản hơn, phương trình trên được tích phântheo chiều sâu nước, được phương trình vận tải bùn cát lơ lửng 2 chiều:

2S), 26c), S02) — 2 , pe }.2 ¢ DO -(D,-E,) — (3.33)at xy AK Ax J AVL Ay) ` C

q= la, 4, Ƒ = DU — vector lưu lượng đơn vị

D, và E, — suất lang và suất xói của bùn cát ở độ cao acu — hệ số khuếch tán trung bình chiều sâu

Hệ số khuếch tán eụu được tính theo hệ số nhớt rối Ay :

E, = BAy (3.34)

Trong trường hop bùn cat không kết dính, suất lăng va xói bùn cát ở độ cao

a, D, và E;, được tính :

D, -E, =w,(c, -c,,) (3.35)trong do: Ca Va Cae — nông độ bùn cát và nông độ bùn cát bão hoà ở độ cao a

Theo Van Rijn [3], nông độ bun cát bão hòa, c„„„ được tinh :