Ứng Dụng Mô Hình Mike 21 Đánh Giá Tác Động Của Công Trình Kè Cửa Sông Đến Trường Thủy Động Lực Khu Vực Cửa Tùng, Tỉnh Quảng Trị.pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Đoàn Văn Phan ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH KÈ CỬA SÔNG ĐẾN TRƯỜNG THỦY ĐỘNG LỰC KHU VỰC CỬA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đoàn Văn Phan

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH KÈ CỬA SÔNG ĐẾN TRƯỜNG THỦY ĐỘNG

LỰC KHU VỰC CỬA TÙNG, TỈNH QUẢNG TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đoàn Văn Phan

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH KÈ CỬA SÔNG ĐẾN TRƯỜNG THỦY ĐỘNG

LỰC KHU VỰC CỬA TÙNG, TỈNH QUẢNG TRỊ

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 8440224.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN NGỌC ANH PGS.TS NGUYỄN THỌ SÁO

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS Trần Ngọc Anh và PGS.TS Nguyễn Thọ Sáo đã tận tình hướng dẫn trong cả quá trình học tập nghiên cứu và hoàn thành Luận văn

Ngoài ra, tác giả mong muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Minh Trang; ThS Đặng Đình Khá; CN Nguyễn Xuân Lộc - Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN

đã tận tình tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giả cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo Khoa Khí tượng - Thủy văn - Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đã truyền đạt những bài học quý báu trong quá trình đào tạo, giúp cho tác giả được nâng cao trình độ, học hỏi thêm nhiều kiến thức chuyên môn

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp

và tập thể cán bộ tại Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đã chia sẻ, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và hoàn thành luận văn

Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi những sai sót, tác giả mong nhận được các ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô và các bạn đồng nghiệp

Hà Nội, tháng 12 năm 2020

Đoàn Văn Phan

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH iii

DANH MỤC BẢNG vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH KÈ CỬA SÔNG ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÙNG BIỂN VEN BỜ .4

1.1 Các nghiên cứu liên quan 4

1.2 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 9

1.2.1 Vị trí địa lý 9

1.2.2 Đặc điểm địa hình 11

1.2.3 Đặc điểm địa chất - thổ nhưỡng 12

1.2.4 Đặc điểm khí tượng - thủy hải văn 13

1.3 Hiện trạng hệ thống các công trình 24

1.3.1 Công trình cầu Tùng Luật 24

1.3.2 Công trình kè Cửa Tùng 25

1.3.3 Công trình cảng cá Cửa Tùng 28

1.4 Các phương pháp nghiên cứu 29 CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 21 VÀ YÊU CẦU DỮ

2.1 Giới thiệu chung 31

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 21/3 FM 34

2.2.1 Mô đun dòng chảy MIKE 21 HD 35

2.2.2 Mô đun sóng MIKE 21 SW 37

CHƯƠNG 3 – ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH KÈ CỬA SÔNG LÊN TRƯỜNG THỦY ĐỘNG LỰC KHU VỰC CỬA TÙNG, TỈNH QUẢNG TRỊ 40

3.1 Cơ sở dữ liệu 40

3.1.1 Số liệu địa hình 40

3.1.2 Số liệu thủy động lực 40

3.2 Thiết lập miền tính và điều kiện biên 42

3.2.1 Địa hình khu vực tính toán 42

3.2.2 Miền tính và lưới tính 42

3.2.3 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu 45

3.3 Hiệu chỉnh mô hình 45

3.4 Mô phỏng theo các kịch bản tính toán 49

3.4.1 Xây dựng các nhóm kịch bản 49

3.4.2 Kết quả mô phỏng trường thủy động lực theo các kịch bản 49

3.4.3 Đánh giá sự thay đổi của trường thủy lực theo các kịch bản 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ tỉnh Quảng Trị 10

Hình 1.2 Vị trí các công trình khu vực nghiên cứu 11

Hình 1.3 Biểu đồ mưa bình quân năm tại các trạm ở Quảng Trị 15

Hình 1.4 Sơ đồ mạng lưới sông ngòi và các trạm khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Trị .20

Hình 1.5 Dao động mực nước tại vùng biển Cửa Tùng, Quảng Trị 22

Hình 1.6 Hoa sóng tại điểm ngoài khơi Cửa Tùng từ năm 1979 - 2017 23

Hình 1.7 Cầu Tùng Luật 24

Hình 1.8 Công trình kè phía Nam (phải) và phía Bắc (trái) Cửa Tùng 25

Hình 1.9 Hệ thống kè dọc bãi tắm Cửa Tùng 26

Hình 1.10 Luồng lạch Cửa Tùng thường xuyên bị bồi lấp 27

Hình 1.11 Hiện trạng bãi tắm Cửa Tùng tháng 3/2018 ở xã Vĩnh Thái, Vĩnh Linh 28 Hình 1.12 Cảng cá Cửa Tùng 29

Hình 2.1 Sơ đồ phương pháp tiếp cận lựa chọn mô hình 32

Hình 2.2 Sơ đồ khối ứng dụng mô hình trong nghiên cứu 33

Hình 3.1 Vị trí các trạm đo K1 và K2 trong khu vực nghiên cứu 41

Hình 3.2 Địa hình khu vực tính toán 42

Hình 3.3 Lưới tính toán 43

Hình 3.4 So sánh mực nước tính toán tại K2 và mực nước triều tại Cửa Việt 46

Hình 3.6 So sánh độ cao sóng thực đo và tính toán tại K1 47

Hình 3.7 So sánh hướng sóng thực đo và tính toán tại K1 47

Hình 3.8 So sánh hoa sóng thực đo (a) và tính toán (b) tại K1 48

Hình 3.9 So sánh hoa dòng chảy thực đo (c) và tính toán (d) tại K2 48

Hình 3.10 Mực nước tại khu vực trong kịch bản 0 50

Hình 3.11 Trường sóng tại khu vực trong kịch bản 0 51

Hình 3.12 Trường dòng chảy tại khu vực trong kịch bản 0 52

Hình 3.13 Mực nước tại khu vực trong kịch bản 1 53

Hình 3.14 Trường sóng tại khu vực trong kịch bản 1 54

Hình 3.15 Trường dòng chảy tại khu vực trong kịch bản 1 55

Hình 3.16 Mực nước tại khu vực trong kịch bản 2 56

Hình 3.17 Trường sóng tại khu vực trong kịch bản 2 57

Hình 3.18 Trường dòng chảy tại khu vực trong kịch bản 2 57

Hình 3.19 Mực nước tại khu vực trong kịch bản 3 58

Hình 3.20 Trường sóng tại khu vực trong kịch bản 3 59

Hình 3.21 Trường dòng chảy tại khu vực trong kịch bản 3 60

Hình 3.22 Mực nước tại khu vực trong kịch bản 4 61

Hình 3.23 Trường sóng tại khu vực trong kịch bản 4 62

Hình 3.24 Trường dòng chảy tại khu vực trong kịch bản 4 63

Hình 3.25 Mực nước tại khu vực trong kịch bản 5 64

Hình 3.26 Trường sóng tại khu vực trong kịch bản 5 64 Hình 3.27 Trường dòng chảy tại khu vực trong kịch bản 5 65 Hình 3.28 Ảnh vị trí các điểm trích kết quả tính toán mô phỏng 66

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Mưa bình quân năm 14

Bảng 1.2 Nhiệt độ bình quân tháng trong nhiều năm tại các trạm 15

Bảng 1.3 Ðộ ẩm không khí tương đối trung bình trong nhiều năm (%) 16

Bảng 1.4 Đặc trưng lưu vực của sông Bến Hải và sông Sa Lung 19

Bảng 1.5 Bảng tần suất sóng (1979 - 2017) ngoài khơi biển Cửa Tùng - Quảng Trị .23

Bảng 3.1 Thống kê số liệu thời gian và địa điểm đo sóng, dòng chảy tại khu vực nghiên cứu tháng 10 năm 2018 41

Bảng 3.2 Bảng phân tích chỉ số NASH cho yếu tố mực nước, dòng chảy và sóng tại khu vực nghiên cứu 49

Bảng 3.3 Kết quả bộ thông số của mô hình thủy động lực MIKE 21 49

Bảng 3.4 Bảng trích kết quả tính toán mô phỏng tại điểm A (phía bờ Bắc) 66

Bảng 3.5 Bảng trích kết quả tính toán mô phỏng tại điểm B (phía bờ Nam) 67

Bảng 3.6 Bảng trích kết quả tính toán mô phỏng tại điểm C (ngoài biển) 67

Bảng 3.7 Bảng trích kết quả tính toán mô phỏng tại điểm D (cửa sông) 68

Bảng 3.8 Bảng trích kết quả tính toán mô phỏng tại điểm E (trong sông) 68

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Vùng ven biển của khu vực bãi tắm Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị từ lâu đã bị xói lở, là một vấn đề bức xúc và thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà quản lý, các nhà khoa học và các cộng đồng dân cư địa phương Đã có nhiều nghiên cứu về nguyên nhân gây xói lở bãi tắm và đề xuất các giải pháp giảm thiểu, tuy nhiên cho đến hiện nay vì những lý do khác nhau các giải pháp vẫn chưa phát huy hiệu quả, quá trình xói lở vẫn tiếp diễn

Một số công trình nghiên cứu của Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã mô phỏng và đánh giá tác động của tổ hợp công trình đến chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực Cửa Tùng Các nghiên cứu đã đã chỉ ra một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng xói lở bãi tắm đó là việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ ở khu vực này ảnh hưởng đến các yếu tố thủy động lực như dòng chảy, dòng triều, sóng và quá trình vận chuyển bùn cát Kè chắn cát phía Nam và phía Bắc Cửa Tùng được xây dựng và hoàn thành với mục đích chắn sóng, chắn cát và giảm xói lở bãi tắm nhưng các công trình kè chưa phát huy hiệu quả và tác động của các loại công trình đến trường thủy động lực và quá trình bồi xói vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ

Xuất phát từ những vấn đề bức xúc đó của thực tiễn, đề tài “Ứng dụng mô hình Mike 21 đánh giá tác động của công trình kè cửa sông đến trường thủy động lực khu vực Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị’’ được lựa chọn Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo góp phần tìm hiểu sự thay đổi trường thủy động lực và đề xuất giải pháp ổn định đường bờ cho khu vực vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng Từ đó có các chiến lược để phát triển kinh tế bền vững và ổn định tình hình dân sinh kinh tế của khu vực

2 Mục đích nghiên cứu

Ứng dụng mô hình Mike 21 đánh giá tác động của công trình kè cửa sông lên trường thủy động lực khu vực Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Trường thủy động lực khi có công trình/ không có công trình

Phạm vi nghiên cứu: Khu vực vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị (tháng 5 năm 2018 và tháng 10 năm 2018)

4 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp điều tra, thu thập số liệu, bổ sung các số liệu địa hình, thủy văn, dòng chảy, chế độ thủy triều,…; phương pháp thống kê phân tích; mô hình toán

5 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm 3 chương, phần mở đầu và phần kết luận - kiến nghị

Chương 1 - Tổng quan nghiên cứu đánh giá tác động của các công trình kè cửa sông đến chế độ thủy động lực vùng biển ven bờ

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 21 và yêu cầu số liệu

Chương 3 - Ứng dụng mô hình Mike 21 để đánh giá tác động của công trình

kè cửa sông lên trường thủy động lực khu vực Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị

Để thực hiện đề tài này, tác giả đã thu thập và sử dụng các tài liệu thực tế của lưu vực, kế thừa một số kết quả điều tra, tính toán của các nghiên cứu “Điều tra, đánh giá xâm thực bãi tắm Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị”; “Đánh giá tác động của tổ hợp công trình lên trường thủy động lực vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị”; “Mô phỏng chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu vực Cửa Tùng, Quảng Trị” và tham khảo một số kết quả nghiên cứu của các tác giả khác

nhằm đưa ra những nhận định thích hợp cho vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng về trường thủy động lực

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH KÈ CỬA SÔNG ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC

VÙNG BIỂN VEN BỜ 1.1 Các nghiên cứu liên quan

Dọc bờ biển miền Trung Việt Nam có nhiều cửa sông với nhiều đặc trưng thủy động lực khác nhau tương ứng Các yếu tố thủy động lực này là các yếu tố cơ bản, tác động trực tiếp đến các quá trình vận chuyển trầm tích, sinh học, sinh thái,…

và đồng thời cũng là những thông số quan trọng để thiết kế, thi công các công trình thủy tại mỗi khu vực cửa sông Vì thế, việc nghiên cứu, mô phỏng làm rõ các yếu tố đặc trưng này giúp những nhà quản lí mỗi địa phương có thể đưa ra những chính

sách phát triển kinh tế phù hợp với địa phương mình [9]

Trường thủy động lực và các quá trình vật lý tại các khu vực cửa sông ven biển luôn là một vấn đề được nhiều nhà khoa học cũng như các nhà quản lý quan tâm vì tầm quan trọng của vấn đề này đối với đời sống xã hội tại các địa phương

Do đó, có rất nhiều các nghiên cứu cả trong và ngoài nước về vấn đề này Một số nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới về mô phỏng trường thủy động lực về các khu vực cửa sông ven biển có thể kể đến như [9]:

Các nghiên cứu nước ngoài:

“Mô phỏng chế độ thủy động lực và vận chuyển chất tan ở cửa sông Neuse”

(Simulation of Hydrodynamics and solute transport in the Neuse river estuary),

North Carolina, US Geological Survey, Albemarle-Pamlico Estuarine Study Report No.94-11 của Jeanne C.Robbins, Jerad D.Bales, 1995 [19]

“Mô phỏng chế độ thủy động lực và vận chuyển chất tan ở cửa sông

Pamlico” (Simulation of hydrodynamics and solute transport in the Pamlico river

estuary), North Carolina, US Geological Survey, Albemarle-Pamlico Estuarine

Study Report No.94-454 của Jerad D.Bales, Jeanne C.Robbins, 1995 [20]

Nghiên cứu đã cho thấy các kết quả tính toán dòng chảy, vận chuyển chất tan ứng với các điều kiện khác nhau Ngoài ra, việc tính toán vận chuyển vật liệu đáy tại khu vực nghiên cứu và phạm vi tiếp cận trong các điều kiện dòng chảy khác nhau cũng được tính đến Kết quả mô phỏng tính toán được so sánh quá trình vận chuyển chất tan ở cửa sông Neuse và cửa sông Pamlico trong cùng một khoảng thời gian

“Tác động của lưu lượng sông lên trường thủy động lực học và sự phân tán

chất gây ô nhiễm tiềm ẩn ở cửa sông Douro”, (Influence of river discharge patterns

on the hydrodynamics and potential contaminant dispersion in the Douro estuary),

(Portugal), Water Research, Vol 44, Issue 10 của Isabel C Azevedo, Adriano A Bordalo, Pedro M.Duarte, 2010 [18]

Trong nghiên cứu này, mô hình thủy động lực học đã được áp dụng cho cửa sông Douro Mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên số liệu về mực nước, vận tốc dòng chảy, độ mặn và nhiệt độ Sau đó, nó được sử dụng để phân tích ảnh hưởng của lưu lượng sông đến trường thủy động lực học vùng cửa sông và sự phân tán chất gây ô nhiễm Kết quả tính toán cho thấy rằng trường dòng chảy thay đổi rõ rệt, có xu hướng làm giảm giá trị độ cao mực nước và làm gia tăng sự xâm nhập mặn Trường dòng chảy có tác động rõ nhất trong việc phân tán các chất ô nhiễm và cuối cùng được lan truyền vào cửa sông thông qua các nhánh sông nhỏ Các kết quả tính toán cho thấy rằng lưu lượng sông có thể có những tác động quan trọng đến thủy động lực học cửa sông thông qua các tương tác phi tuyến tính giữa vận tốc dòng chảy và sự biến thiên của nó

“ Mô hình hóa thủy động lực và vận chuyển trầm tích kết dính tại hệ thống

cửa sông Tanshui ” ,(Modelling of hydrodynamics and cohesive sediment transport

in Tanshui River estuarine system), Taiwan, Marine Pollution Bulletin, Vol 44,

Issue 10, pages 1076-1088 của Wen-Cheng Liu, Ming-His Hsu, Albert Y Kuo, 2002 [22]

Nghiên cứu đã sử dụng mô hình hai chiều để mô phỏng trường thủy động lực học và vận chuyển trầm tích kết dính trong hệ thống cửa sông Tanshui Mô hình tính toán ảnh hưởng của các phụ lưu phụ cũng như phụ lưu chính của hệ thống cửa sông Chuỗi thời gian quan trắc của số liệu độ mặn và phân bố độ mặn trung bình theo thứ tự đã được so sánh với kết quả tính toán để hiệu chỉnh các hệ số khuếch tán Việc xác định bộ thông số mô hình được thiết lập với việc so sánh nồng độ chất

lơ lửng được tính toán bằng mô hình và số liệu thực đo tại các trạm khác nhau cho thấy kết quả tốt Mô hình đã được thiết lập và được sử dụng để mô phỏng sự thay đổi độ mặn trung bình ngày và nồng độ trầm tích lơ lửng trong điều kiện mực nước triều thấp tại hệ thống cửa sông Tanshui Kết quả mô hình cho thấy giới hạn xâm nhập mặn ở cửa sông chính nằm ở cầu Hsin-Hai và ở suối Tahan, cách cửa sông 26

km Nghiên cứu đã đánh giá được ảnh hưởng của trường thủy động lực đến phân bố

độ mặn và quá trình vận chuyển bùn cát ở khu vực Từ đó có thể đánh giá về xâm nhập mặn vùng cửa sông

‘‘Tác động của các dự án năng lượng thủy triều lên trường thủy động lực tại

cửa Severn’’, (Impact of different tidal renewable energy projects on the

hydrodynamic processes in the Severn), Estuary, UK, Ocean Modelling, Vol 32,

Issues 1-2 của Junqiang Xia, Roger Falconer, Binliang Lin, 2010 [21]

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các quá trình thủy động lực học tính toán theo mô hình đã được phân tích chi tiết, bao gồm các quá trình xả ở các mặt cắt chính, mực nước tối đa và tối thiểu, dòng thủy triều lớn nhất Kết quả tính toán có thể dự đoán được mực nước tại khu vực làm đập tràn, vận tốc dòng chảy thay đổi phức tạp tại các vị trí khác nhau sẽ có tác động tiêu cực đến một loạt các khía cạnh môi trường Nghiên cứu cũng tính toán kịch bản xây dựng các công trình có ảnh hưởng đến trường thủy động lực tại cửa sông Severn Tuy nhiên, các đánh giá này chỉ tập trung tại khu vực làm đập thủy triều, chưa đánh giá được tác động đến vùng ven biển

Nghiên cứu trong nước:

Tại Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu mô phỏng về thủy động lực khu vực biển miền Trung nói chung, khu vực cửa Tùng nói riêng được tiến hành trong nhiều năm qua Trong đó có các nghiên cứu như:

Phân tích một số đặc trưng động lực ảnh hưởng đến diễn biến hình thái cửa sông Đà Rằng, tỉnh Phú Yên của Vũ Thanh Ca và Phạm Thu Hương Nghiên cứu đã

xác định nguyên nhân và quy luật diễn biến cửa sông Đà Rằng và đưa ra kết luận ảnh hưởng các yếu tố chính tác động đến diễn biến cửa Đà Rằng là do dòng chảy lũ, dòng bùn cát trong sông Ba, sóng, dòng triều Ngoài ra, nghiên cứu còn chỉ ra rằng việc xây dựng các công trình thủy nông, các công trình dân sinh ở mức độ khác nhau cũng có tác động trực tiếp hay gián tiếp cho các qua trình xói lở, bồi lấp cửa sông.[2]

‘‘Nghiên cứu hiện trạng, xác định nguyên nhân và đề xuất các giải pháp

phòng chống bồi lấp cửa sông nhằm khai thông luồng Nhật Lệ - Quảng Bình’’ của

Nguyễn Lập Dân (2007): Nghiên cứu này đã sử dụng mô hình toán thuỷ văn RAS (HEC-River Analysis System) của Hiệp hội các kỹ sư quân sự Hoa Kỳ để đánh giá ảnh hưởng của đập Mỹ Trung và cầu Nhật Lệ đến quá trình xói lở, bồi tụ cửa sông Nhật Lệ Kết quả tính toán đã đánh giá ảnh hưởng của đập Mỹ Trung và cầu Nhật Lệ đến quá trình bồi - xói vùng cửa sông Nhật Lệ bằng mô hình HEC - RAS theo các kịch bản có đập và không có đập, có cầu và không có cầu trong hai mùa lũ, kiệt [3]

‘‘Nghiên cứu mô phỏng trường thủy động lực khu vực cửa sông Nhật Lệ

tỉnh Quảng Bình’’ của tác giả Trần Vinh Quang (2020) [9] Nghiên cứu này đã thiết

lập được bộ mô hình MIKE 21 để mô phỏng trường thủy động lực hiện trạng và các trường hợp cực đoan lũ kết hợp với thủy triều dâng, bão đổ bộ theo các kịch bản khác nhau Các kết quả tính toán cho thấy luận văn đã góp phần làm rõ thêm chế độ thủy động lực và khả năng thoát lũ tại khu vực cửa Nhật Lệ

Khu vực cửa Tùng đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu tập trung đánh giá, trong đó có nhóm các nhà khoa học của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, đã nghiên cứu trong nhiều năm và đã công bố một số các kết quả như:

‘‘Đánh giá tác động của tổ hợp công trình lên trường thủy động lực vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng Quảng Trị’’ (2010) của Nguyễn Thọ Sáo, Trần Ngọc

Anh, Đào Văn Giang và nnk [11]

Nghiên cứu đã tính toán mô phỏng tác động của tổ hợp công trình bao gồm cảng cá Cửa Tùng, cầu Tùng Luật, kè phía Nam Cửa Tùng với các kịch bản khác nhau Và từ đó nhận xét đánh giá tác động của các tổ hợp công trình đồng thời chỉ

ra thực trạng xói lở vùng ven biển Cửa Tùng Nghiên cứu đã phân tích nguyên nhân gây nên hiện tượng xói lở bãi tắm Cửa Tùng và có đề xuất một số giải pháp khắc phục nhằm ổn định bờ và chỉnh trị vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng

Ngoài ra còn có nhiều nghiên cứu về diễn biến hình thái khu vực ven biển như: Ảnh hưởng của công trình thủy lợi Sa Lung đến xâm nhập mặt hạ lưu sông Bến Hải của Nguyễn Ngọc Tuấn, Nguyễn Thế Hùng [12]; Nghiên cứu, xây dựng công nghệ dự báo liên hoàn khí tượng thủy văn biển (gồm sóng, dòng chảy và nước dâng bão) vùng Biển Đông và ven biển Việt Nam’’ của Lê Trọng Đào [4]; Biến động trầm tích và diễn biến hình thái khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng, Quảng Trị (2010) của Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn, Đặng Đình Khá [10]; Mô phỏng chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu vực Cửa Tùng, Quảng Trị (2017) của Nguyễn Thị Trang [13]

Các nghiên cứu công bố liên quan đã thu được những kết quả quan trọng, góp phần làm sáng tỏ đặc điểm trường thủy động lực khu vực nghiên cứu Tuy nhiên, các nghiên cứu này đều tập trung vào những mục tiêu nghiên cứu khác nhau

về các vấn đề hoặc từng vấn đề riêng rẽ trong điều kiện thủy động lực tại khu vực như vận chuyển trầm tích xói lở bờ với số liệu cũ chưa được cập nhật mới nhất [9] Bên cạnh đó, các nghiên cứu chưa hoàn toàn tập trung vào trường thủy động lực khu vực Cửa Tùng nhưng vẫn là nguồn tư liệu quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo

về trường thủy động lực khu vực biển miền Trung nói chung và khu vực Cửa Tùng nói riêng, trong đó có nghiên cứu này Nghiên cứu này sẽ trình bày khả năng ứng dụng mô hình MIKE 21 FM để mô phỏng các tác động khác nhau của công trình tới trường thủy động lực tại khu vực Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị

1.2 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

Hình 1.1 Bản đồ tỉnh Quảng Trị

Vùng nghiên cứu chi tiết từ phía trong cầu Tùng Luật đến vùng ven biển Cửa Tùng Toạ độ nằm trong khoảng 16058’ đến 17007’ vĩ độ Bắc và 1060

29’ đến 1070 24’ kinh độ Đông [11]

Các công trình hiện có trong vùng tính toán: cầu Cửa Tùng, kè phía Bắc và phía Nam Cửa Tùng, cảng cá Cửa Tùng (Hình 1.2 – Nguồn: Google Earth)

Hình 1.2 Vị trí các công trình khu vực nghiên cứu

ở sườn Tây

Nét nổi bật của địa hình Quảng Trị là dốc nghiêng từ Tây sang Đông Ở phía Tây là vùng núi cao rồi hạ xuống vùng đồi và núi thấp với tổng diện tích khoảng 81% diện tích toàn lãnh thổ, tiếp theo vùng đồi và núi thấp là vùng đồng bằng chiếm 11,5% diện tích và phía Đông là vùng cồn cát ven biển

Lưu vực vùng đồng bằng hạ lưu sông Bến Hải: Nhìn chung địa hình đồng bằng khá đơn giản, cao độ tương đối bằng phẳng và thay đổi từ +0,5 đến +3,5m, xen kẽ các đồng ruộng và các khu nuôi trồng thủy sản là các cụm dân cư ở cao độ trên +3,0 đến +5,0m [1, 5, 11, 12]

1.2.3 Đặc điểm địa chất - thổ nhưỡng

Vùng đồng bằng ven biển: vùng đồng bằng của tỉnh Quảng Trị không rộng, chủ yếu tập trung ở hạ lưu các sông Bến Hải, Thạch Hãn, Ô Lâu Có 14 loại đất ở vùng này nhưng chỉ có 5 loại đất phù sa là đất tốt song hàm lượng dinh dưỡng không giàu như các loại đất phù sa ở đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ Ðây là nơi tập trung dân cư và là nơi tập trung chủ yếu của các trung tâm kinh tế của tỉnh, bao gồm các xã nằm phía Đông quốc lộ 1A kéo dài từ Vĩnh Linh đến Hải Lăng Vỏ phong hoá chủ yếu phát triển trên đất đá bazan (Vĩnh Linh) vùng trầm tích biển và phù sa sông, gồm các tiểu vùng:

Tiểu vùng bazan Vĩnh Linh, vùng này thích hợp cho trồng cây hồ tiêu Tiểu vùng cồn cát, bãi cát phân bố dọc bờ biển, địa hình đụn cát có dạng lượn sóng, độ dốc nghiêng ra biển Các đụn cát có độ cao từ 1m đến vài chục mét Cát trắng chiếm ưu thế, tầng dưới cùng bước đầu có tích tụ sắt, chuyển sang màu nâu hơi đỏ Lớp vỏ phong hoá khá dày, thành phần cơ giới trên 97% là cát Đất nghèo các nguyên tố vi lượng

Tiểu vùng đất nhiễm mặn Cửa Tùng được tạo thành dưới tác động của thuỷ triều phân bố ở địa hình thấp, bậc thềm phù sa ven sông hoặc mực nước ngầm nông Diện tích đất này chiếm ít, có thể sử dụng để trồng lúa nhưng cần có các biện pháp thau chua rửa mặn [6, 11, 12]

1.2.4 Đặc điểm khí tượng - thủy hải văn

Quảng Trị nằm trọn vẹn trong khu vực nhiệt đới gió mùa, là vùng chuyển tiếp giữa hai 2 miền khí hậu Miền khí hậu phía Bắc có mùa đông lạnh và phía Nam nóng ẩm quanh năm Tuy nhiên Quảng Trị có khí hậu còn mang nhiều dấu vết của miền Trung Bắc Bộ, khí hậu ở đây có những điểm khác biệt so với các vùng còn lại của miền khí hậu Đông Trường Sơn [11] Hàng năm có 2 mùa rõ rệt :

Mùa mưa (từ tháng IX đến tháng XI) và mùa khô (từ tháng XII đến tháng VIII năm sau) Từ tháng III đến tháng VIII chịu ảnh hưởng của gió Tây Nam khô và nóng Từ tháng IX đến tháng II năm sau chịu ảnh hưởng của gió Đông Bắc đi liền với mưa phùn và rét đậm [13]

1.2.4.1 Đặc trưng khí tượng

Các trạm đo đạc khí tượng :

Trạm khí tượng Vĩnh Linh: Cách lưu vực nghiên cứu khoảng 15 km về

hướng Đông Bắc Trạm có số liệu đo mưa, nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi, gió từ năm

1960 đến năm 1966 và từ năm 1971 đến năm 1976 (13 năm) Do bị chiến tranh nên chuỗi số liệu không được liên tục, chất lượng tài liệu đo không đáng tin cậy

Trạm khí tượng Cửa Tùng: Cách lưu vực nghiên cứu khoảng 20 km về

hướng Đông - Đông Bắc Trạm có số liệu đo mưa, nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi, gió từ năm 1927 đến năm 1943, chất lượng tài liệu đo không đáng tin cậy

Trạm khí tượng Đông Hà: Cách trung tâm lưu vực nghiên cứu khoảng 30 km

về hướng Đông Nam Trạm có số liệu đo lượng mưa và các yếu tố khí hậu khí tượng khác từ năm 1977 đến nay, chất lượng tài liệu đo đáng tin cậy

Trạm khí tượng Quảng Trị: Cách trung tâm của lưu vực nghiên cứu khoảng

43 km về hướng Đông Nam Trạm có số liệu đo: Mưa và các yếu tố khí tượng từ năm 1960 đến 1971, đo mực nước sông và lượng mưa từ năm 1977 đến nay [11,

Chế độ mưa:

Nhìn chung ở Quảng Trị có tổng lượng mưa năm đạt từ 2.300 – 2.700 mm bao gồm các vùng: trung du, gò đồi và vùng đồng bằng ven biển, với lượng mưa năm đạt dưới 2.300 mm ở các vùng thung lũng, núi thấp và vùng cát ven biển, hải đảo Lượng mưa các tháng trong năm thường phân bố không đều, phần lớn tập trung vào các tháng IX, X, XI và tháng XII Lượng mưa bình quân hàng năm trong thời đoạn nhiều năm tương đối lớn Xo = 2.579,8 mm [1, 5, 8, 11]

Đông Hà 48,2 34,1 30,8 60,7 119,3 83,0 65,7 163,2 388,9 683,9 429,0 175,2 2291,8 Thạch Hãn 84,3 60,7 48,9 63,0 135,0 105,7 82,9 135,3 476,4 710,6 438,6 240,7 2627,3 Cửa Việt 57,6 48,6 33,1 50,8 102,6 63,4 68,1 150,3 398,6 574,3 415,7 219,6 2187,8 HướngHoá 83,6 61,7 47,8 97,8 191,5 171,7 148,9 219,1 585,8 778,0 227,7 95,7 2779,9 Khe Sanh 16,7 19,2 29,7 89,8 158,9 210,8 187,8 295,9 376,7 455,0 175,8 64,7 2118,6

Ba Lòng 99,8 90,1 51,0 71,7 156,6 156,8 74,2 173,1 473,4 762,0 411,8 227,8 2794,3

Nguồn: (Đánh giá tác động của tổ hợp công trình lên trường thủy động lực vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng

Quảng Trị - Nguyễn Thọ Sáo và nnk (2010) )

Bảng 1.2 Nhiệt độ bình quân tháng trong nhiều năm tại các trạm

Đơn vị: o C

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Đông Hà 19,2 19,3 22,5 25,6 28,2 29,3 29,6 28,8 27,1 25,1 22,5 19,9 Quảng Trị 19,4 20,4 22,6 25,6 28,1 29,4 29,5 29,0 27,1 25,1 23,2 20,8 Khe Sanh 17,6 18,4 21,8 24,4 25,6 25,6 25,3 24,6 24,0 22,8 20,4 18,2

Nguồn: (Đánh giá tác động của tổ hợp công trình lên trường thủy động lực vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng

Quảng Trị - Nguyễn Thọ Sáo và nnk (2010) )

Độ ẩm:

Độ ẩm các năm nhìn chung tương đối cao, các tháng có gió mùa Tây Nam hoạt động có độ ẩm thấp, độ ẩm lớn nhất xuất hiện vào các tháng II và tháng III Độ

ẩm trung bình năm khoảng 86 %

Bảng 1.3 Ðộ ẩm không khí tương đối trung bình trong nhiều năm (%)

Nguồn: (Đánh giá tác động của tổ hợp công trình lên trường thủy động lực vùng cửa sông ven biển Cửa

Tùng Quảng Trị - Nguyễn Thọ Sáo và nnk (2010) ) Gió và bão

Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, Quảng Trị cũng có hai mùa gió chính là gió mùa Đông và gió mùa Hạ Một hiện tượng tự nhiên đặc biệt cần quan tâm ở Quảng Trị là gió Tây khô nóng (giữa hai miền Đông - Tây Trường Sơn ở Quảng Trị gió Tây khô nóng cũng có sự phân hóa sâu sắc) Ở miền Đông Quảng Trị gió Tây khô nóng được đánh giá là dữ dội nhất nước ta, trung bình mỗi năm có 45 ngày, gió Tây khô nóng ở miền Đông Trường Sơn chỉ có 10 ngày trong một năm Nhiệt độ tối cao tuyệt đối thường xuất hiện trong các đợt gió Tây khô nóng mạnh và

có thể đạt tới 40 - 410 C

Bão và xoáy thuận nhiệt đới là những biến động thời tiết trong mùa hạ, hoạt động rất mạnh mẽ và thất thường Từ tháng V đến tháng VIII vùng ven Thái Bình Dương không khí bị nung nóng bốc lên cao tạo thành những vùng xoáy rộng hàng

trăm km2, tích luỹ dần và di chuyển theo hướng Tây Nam đổ bộ vào đảo Hải Nam Trung Quốc Đến cuối mùa, từ tháng IX đến tháng XI gió Tây Nam suy yếu, nhường dần cho hướng gió Nam và Đông Nam Tâm xoáy thuận di chuyển dần xuống vùng vĩ độ thấp và đổ bộ vào khu vực từ Nghệ An đến Thừa Thiên Huế Cuối mùa, gió Đông Bắc mạnh hẳn lên, ép các xoáy thuận nhiệt đới di chuyển dần

về cực Nam Trung Bộ Quy luật này diễn ra thường xuyên, hàng năm Thời kỳ xoáy thuận nhiệt đới đổ bộ vào Bắc Trung Bộ thường gây ra bão vùng ven biển Hướng

đi của bão trong vùng Bình Trị Thiên như sau:

Bão theo hướng chính Tây chiếm khoảng 30 %

Bão theo hướng Tây - Tây Bắc chiếm khoảng 45 %

Bão theo hướng Nam chiếm khoảng 24 %

Bão theo các hướng khác chiếm khoảng 1 %

Tính chất của bão và áp thấp nhiệt đới ở vùng Quảng Trị cũng rất khác nhau theo từng cơn bão và từng thời kỳ có bão Có năm không có bão và áp thấp nhiệt đới như năm 1963, 1965, 1969, 1986, 1991, 1994 Cũng có năm liên tiếp 3 cơn bão như năm 1964, 1996 hoặc 1 năm có 2 cơn bão như năm 1999 Bình quân 1 năm có 1,2 ÷ 1,3 cơn bão đổ bộ vào Quảng Trị Vùng ven biển Quảng Trị bão và áp thấp nhiệt đới thường gặp nhau tới 78 %, do vậy khi có bão thường gặp mưa lớn sinh lũ trên các triền sông

Bão đổ bộ vào đất liền với tốc độ gió từ cấp 10 đến cấp 12, có khi gió giật trên cấp 12 Thời gian bão duy trì từ 8 ÷ 10 giờ nhưng mưa theo bão thường xảy ra

3 ngày liên tục

Trong thời gian có bão thường đi kèm mưa lớn và có thể gây ra hiện tượng lũ quét gây thiệt hại lớn về người và tài sản Đây cũng là một trong các yếu tố tự nhiên cản trở tới tiến trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Trị [11, 12]

1.2.4.2 Đặc trưng thủy văn

Các trạm đo đạc thủy văn:

Trạm thủy văn Bến Thiêng: Trạm nằm trên sông Sa Lung, trạm có số liệu đo

mực nước, lưu lượng từ năm 1961 đến năm 1966, chuỗi số liệu đo ngắn

Trạm đo mực nước Sa Lung: Nằm về phía hạ lưu trạm Bến Thiêng khoảng

15 km, đây là trạm đo nhằm phục vụ lập dự án công trình ngăn mặn Sa Lung

Trạm thủy văn Gia Vòng: Trạm nằm trên sông Bến Hải, thuộc lưu vực

nghiên cứu Trạm có số liệu đo mưa, mực nước, lưu lượng từ năm 1977 đến nay, chất lượng tài liệu đo đáng tin cậy

Trạm thủy văn Cửa Việt: Nằm bên bờ sông Cửa Việt, cách trung tâm lưu vực

30 km về hướng Đông Nam Trạm có số liệu đo mực nước thủy triều từng giờ một

và đo 24 giờ/ngày Thời gian đo từ năm 1977 đến nay với chuỗi số liệu đầy đủ và mức độ đáng tin cậy, ngoài ra trạm còn có số liệu mưa của những năm trên [11, 12]

Chế độ dòng chảy năm:

Dòng chảy năm phân phối không đều trong năm và chia ra làm 2 mùa: mùa

lũ và mùa cạn Lưu lượng dòng chảy đến bình quân nhiều năm tại Sa Lung với lưu vực 156,4 km2 đạt 8,14 m3/s và tại Gia Vòng với lưu vực 267,0 km2 đạt 12,73 m3/s Nhìn chung, mùa lũ thường bắt đầu từ tháng IX đến tháng XII, lượng dòng chảy chiếm khoảng 67,7 % lượng dòng chảy năm Mùa cạn thường bắt đầu từ tháng I đến tháng VIII, chiếm khoảng 32,4 % lượng dòng chảy năm [11, 12]

Hệ thống sông ngòi

Do điều kiện địa hình của tỉnh dốc và ngắn nên đã tạo ra các hệ thống sông

có điều kiện tương tự như nhau là sông ngắn, độ dốc lớn chảy theo hướng Tây Đông (bắt nguồn từ dãy núi Trường Sơn đổ ra biển) đó là các hệ thống sông Bến Hải, Thạch Hãn, Ô Lâu, chỉ trừ hệ thống sông Xê Pôn chảy qua Lào rồi đổ ra sông

Mê Kông Trong địa phận tỉnh Quảng Trị có 4 con sông chính đó là Bến Hải, Thạch Hãn, Ô Lâu và sông Xê Pôn

Hệ thống sông ngòi trong vùng nghiên cứu gồm có 2 hệ thống sông chính là : Sông Bến Hải và sông Sa Lung

Sông Bến Hải là ranh giới giữa huyện Vĩnh Linh với Gio Linh, sông bắt nguồn từ dãy núi Trường Sơn đổ ra biển tại Cửa Tùng Sông Sa Lung là một nhánh sông cấp 1 của sông Bến Hải chảy qua trung tâm huyện Vĩnh Linh chia diện tích canh tác của huyện ra làm 2 vùng: Bắc và Nam sông Sa Lung Độ dốc các sông này tương đối nhỏ (khoảng 0,5 đến 1 %o) Cao độ lòng sông bình quân -3,5 m, cao độ

Chiều rộng bình quân lưu vực

Chiều dài sông chính

Tổng chiều dài sông nhánh

Độ dốc bình quân sông chính

Độ dốc sườn dốc

FLV(km2) LLV(km) BLV(km) LS(km) Lnh(km) Js JdBến Hải 267,0 30 9 59 63,4 0,007 0,067

Sa Lung 156,4 15 7 35,5 46,5 0,008 0,114

Nguồn: (Đánh giá tác động của tổ hợp công trình lên trường thủy động lực vùng cửa sông ven biển Cửa Tùng

Quảng Trị - Nguyễn Thọ Sáo và nnk (2010) )

Diện tích lưu vực tính đến cửa ra Hiền Lương là 267,0 km2, dòng chảy phân

bố không đều, nước đến tập trung từ tháng IX đến tháng XII và gây ra lũ, mùa khô dòng chảy kiệt thường xuất hiện vào các tháng VII, VIII, hàng năm từ tháng III đến tháng VIII thường bị xâm nhập mặn sâu đến Bến Quan (vào sâu khoảng 19,5 km kể

từ ngã ba sông Sa Lung và sông Bến Hải)

Bến Hải (Cửa Tùng) có chế độ bán nhật triều không đều có tác động đến chế độ dòng chảy của sông Bến Hải

Lưu vực sông Bến Hải nằm trong địa phận hai huyện Vĩnh Linh và Gio Linh,

có dạng hẹp ở thượng lưu và phình ra ở hạ lưu Trung và thượng lưu của khu vực là vùng đồi núi, được bao phủ bởi đất bazan, với độ cao từ 50 - 100 m đến hơn 1000

m Hạ lưu của lưu vực là vùng đồng bằng tương đối bằng phẳng, có các cồn cát chạy dài theo bờ biển [11, 12]

Hình 1.4 Sơ đồ mạng lưới sông ngòi và các trạm khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Trị

1.2.4.3 Đặc trưng hải văn

Cửa biển: Quảng Trị có 2 cửa lạch là Cửa Tùng và Cửa Việt

Cửa Tùng: Nằm giữa hai huyện Vĩnh Linh và Gio Linh là hạ lưu của sông Bến Hải, có độ sâu nhỏ hơn so với Cửa Việt, vào mùa khô độ sâu luồng có thể đạt 2

÷ 3m, hệ thống cơ sở hạ tầng còn rất hạn chế, do lượng tàu thuyền lớn ra vào nơi đây ít hơn so với Cửa Việt Hiện nay tại Cửa Tùng đã xây dựng cầu nối hai bờ Bắc Nam của sông Bến Hải, cùng với cảng cá và khu neo đậu trú bão Cửa Tùng, là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nghề cá tại cửa lạch này, tàu thuyền dưới 135 CV

có thể ra vào dễ dàng Khoảng cách từ Thành phố Đông Hà đến Cửa Tùng là 30 km

về phía Bắc

Cửa Việt: Nằm giữa hai huyện Gio Linh và Triệu Phong, là hạ lưu của sông

Thạch Hãn Cửa lạch này cách Thành phố Đông Hà 14 km, độ sâu tương đối lớn, vì vậy tàu thuyền lớn có thể ra vào dễ dàng Phía bờ Bắc là cảng thương mại, phía bờ Nam có cảng cá và dịch vụ hậu cần nghề cá Cửa Việt có nhiều điều kiện thuận lợi

để phát triển thành trung tâm nghề cá của tỉnh [11]

Thủy triều

Vùng biển Quảng Trị chịu ảnh hưởng của thủy triều có chế độ bán nhật triều không đều, thời gian triều dâng nhỏ hơn thời gian triều rút, hầu hết các ngày trong tháng đều có hai lần nước lên và xuống [15] Biên độ triều lên lớn nhất hàng tháng trong các năm không lớn, dao động từ 59 - 116 cm Biên độ triều xuống lớn nhất cũng chênh lệch không nhiều so với giá trị trên Độ lớn thủy triều vào kỳ nước cường có thể đạt tới 2,5m (Nguồn: quangtri.gov.vn)

Hình 1.5 Dao động mực nước tại vùng biển Cửa Tùng, Quảng Trị

Sóng biển

Mùa gió Đông Bắc, sóng có hướng thịnh hành là Đông Bắc, độ cao sóng trung bình 0,7 – 0,8 m, những tháng đầu mùa độ cao sóng trung bình có thể lớn hơn, lớn nhất 3,0 – 4,0 m Mùa gió Tây Nam, độ cao sóng trung bình 0,55 – 0,75 m, độ cao sóng lớn nhất 2,5 – 3,5m Khi có bão, sóng cao nhất có thể lớn hơn (như ở Cồn

Cỏ tháng IX/1974 quan trắc được sóng cao nhất tới 6 m) [11]

Theo kết quả thu thập và phân tích số liệu sóng tái phân tích từ mô hình toàn cầu, được cung cấp bởi Trung tâm Dự báo Thời tiết Hạn vừa Châu Âu (ECMWF) trong 39 năm (1979 - 2017) tại khu vực ngoài khơi Quảng Trị cho thấy: Khu vực Cửa Tùng chịu ảnh hưởng của 3 hướng sóng chính Đông (E), Đông Bắc (NE) và Đông Nam (SE) (Hình 1.6) với tần suất xuất hiện tương ứng là 45,67%, 27,28% và 13,27% (Bảng 1.5) [15]

Hình 1.6 Hoa sóng tại điểm ngoài khơi Cửa Tùng từ năm 1979 – 2017

(Nguồn: Mô phỏng chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu vực Cửa Tùng, Quảng

Dòng chảy và nhiệt độ nước biển

Nhiệt độ nước biển tầng mặt vào mùa Đông trung bình 21 – 240 C, vào mùa

Hè từ 28 – 300 C Mùa Đông nhiệt độ tăng dần từ bờ ra ngoài khơi và ngược lại vào mùa Hè Biên độ dao động nhiệt độ giữa tầng mặt và tầng đáy trong mùa Đông khoảng 100 C, mùa Hè khoảng 6 – 100

Hoạt động của dòng hải lưu tồn tại quanh năm theo chế độ gió mùa: thời kỳ gió mùa Đông Bắc dòng chảy theo hướng từ Bắc vào Nam, thời kỳ gió mùa Tây Nam chảy theo hướng ngược lại [11, 12]

1.3 Hiện trạng hệ thống các công trình

1.3.1 Công trình cầu Tùng Luật

Cầu Tùng Luật được xây dựng vào năm 2004 (Hình 1.7 – Nguồn: TTXVN) ngay nơi dòng sông gặp biển, nối hai huyện huyện Gio Linh và Vĩnh Linh Cầu có thiết kế dài 461 m, rộng 9 m, tải trọng H30-XB80, khổ thông thuyền 50 m, tĩnh không 8,5 m Có 4 trụ cầu với kích thước mỗi trụ: 10,5 m x 7 m Kết cấu bằng dầm hộp bê tông dự ứng lực liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng đối xứng với kinh phí xây dựng là 44,9 tỷ đồng, cây cầu này sẽ góp phần quan trọng vào việc phát triển kinh tế và hai khu du lịch biển Cửa Tùng và Cửa Việt [11]

Hình 1.7 Cầu Tùng Luật

1.3.2 Công trình kè Cửa Tùng

Kè Cửa Tùng phía Nam (phải) và phía Bắc (trái) (Hình 1.8 – Nguồn: danviet.vn) lần lượt được xây dựng từ năm 2004, 2010 với kết cấu bằng đá hộc và cốt thép vươn dài ra biển nhằm mục đích chắn sóng, chắn cát, giảm xói mòn trụ cầu Tùng Luật và ngăn chặn bồi lấp cửa phục vụ giao thông thủy và an toàn hàng hải cho cảng cá Cửa Tùng Kè phía Bắc: vị trí chân kè (17˚1’02”N; 107˚6’41”E); vị trí đầu kè (17˚1’04”N; 107˚6’46”E), chiều dài kè 180 m, độ rộng kè 8 m Kè phía Nam: vị trí chân kè (17˚0’45”N; 107˚6’43”E); vị trí đầu kè (17˚0’51”N; 107˚6’54”E), chiều dài kè 368 m, độ rộng kè 10 m [15]

Hình 1.8 Công trình kè phía Nam (phải) và phía Bắc (trái) Cửa Tùng

Ngoài các công trình cầu cảng tiêu biểu trên, năm 2009 UBND tỉnh Quảng Trị đã đầu tư xây dựng hạ tầng kỹ thuật khu du lịch bãi tắm Cửa Tùng trong đó có

hệ thống kè dọc bãi tắm dài 700 m với 3 đoạn cùng có kết cấu tường đứng bê tông cốt thép bắt đầu từ mũi đá sát cửa sông Bến Hải nối tiếp đến đầu kè bến thuyền (Hình 1.9 – Nguồn: thanhnien.vn)

Khắc phục tạm thời bằng các khối bê

Sự tồn tại của các công trình cầu cảng trên kết hợp với việc khai thác cát từ Mũi Hàu phục vụ công cuộc đô thị hóa đã làm nguồn cát vàng trở nên cạn kiệt mà thiên nhiên không thể bù đắp gây xói mòn cục bộ, thay đổi cấu tạo thềm biển, ảnh

hưởng đến chế độ dòng chảy Đồng thời ngoài các hoạt động nạo vét luồng đảm bảo hàng hải cho cảng cá Cửa Tùng, còn có một số các hoạt động khai thác cát ngay khu vực lân cận cầu Tùng Luật Hệ quả dẫn đến thực trạng bãi tắm Cửa Tùng bị xói

lở mạnh trong những năm gần đây, khu vực này ngày càng bị thu hẹp về không gian

do sự xâm thực biển gia tăng cả về quy mô lẫn cường độ Bên cạnh đó, tình trạng bồi lấp luồng ra vào tại khu vực cảng cá gây ảnh hưởng rất lớn đến việc ra khơi đánh bắt của ngư dân, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông đường thủy (Hình 1.10)

Hình 1.10 Luồng lạch Cửa Tùng thường xuyên bị bồi lấp Ngoài ra, các đoạn bờ phía Bắc và phía Nam Cửa Tùng cũng đang bị xói lở với mức độ khác nhau Xói lở xảy ra cả trong các cung bờ lõm ở phía Bắc gây hậu quả nghiêm trọng đến hình thái bờ biển, dẫn tới các tổn thất đối với kinh tế, đặc biệt

là du lịch (Hình 1.11 - Nguồn: baoquangtri.vn) [15]

Hình 1.11 Hiện trạng bãi tắm Cửa Tùng tháng 3/2018 ở xã Vĩnh Thái, Vĩnh Linh

1.3.3 Công trình cảng cá Cửa Tùng

Cảng cá Cửa Tùng bắt đầu được xây dựng từ năm 2004, khi Sở Thuỷ sản Quảng Trị (nay thuộc Sở NN-PTNT Quảng Trị) thực hiện dự án khu neo đậu trú bão và hậu cần nghề cá tại Cửa Tùng với kinh phí 39 tỉ đồng Mục tiêu của dự án là góp phần bảo vệ bãi tắm Cửa Tùng, hiện đại hoá khu sản xuất nghề cá ven biển (xem hình 1.12 – Nguồn xanhx.vn)

Trước đây, khu neo đậu là một eo biển kín gió, được một cồn cát lớn nằm phía ngoài che chắn sóng biển Khi thực hiện dự án, hơn 200.000 m3 cát ở cồn này

bị múc đi đổ vào san lấp eo biển tạo thành một bãi cát bằng phẳng Một khu neo đậu tàu thuyền và hậu cần nghề cá có diện tích gần 10.000 m2

được ra đời, nằm phía trên, bên phải bãi tắm [11]

Hình 1.12 Cảng cá Cửa Tùng

1.4 Các phương pháp nghiên cứu

Phương pháp điều tra, thu thập số liệu

Để đánh giá định tính và định lượng các đặc trưng thủy động lực vùng cửa sông ven biển thông qua đo đạc địa hình khu vực cửa sông theo các mùa trong một

số năm để so sánh và đánh giá sự thay đổi các yếu tố theo không gian và thời gian Đồng thời, việc đo đạc các yếu tố thủy, hải văn để cung cấp số liệu đầu vào cho việc

áp dụng mô hình toán vì thực tế số liệu quan trắc thủy, hải văn ở vùng cửa sông ven biển miền Trung còn rời rạc, thiếu đồng bộ và khó khăn cho nghiên cứu diễn biến cửa sông Đây là phương pháp được sử dụng hiện nay nhờ hiện đại hóa, chính xác hóa các thiết bị đo, như máy đo dòng chảy, sóng (AWAC), lưu lượng (ADCP), máy định vị vệ tinh DGPS, thiết bị đo sóng, đo bùn cát, đo độ mặn v.v, và nhờ các kỹ thuật tin học, vi tính trong chỉnh lý, phân tích số liệu để đưa ra những kết quả mang

phụ thuộc vào số liệu đo đạc, mà độ chính xác của số liệu đo là do phương pháp đo

và thiết bị đo [13]

Phương pháp thống kê phân tích

Thông qua việc thu thập tài liệu từ nhiều nhiều nguồn khác nhau, tiến hành tổng hợp theo hệ thống chung tùy vào mục đích nghiên cứu cụ thể khác nhau Từ đó tiến hành phân tích kết quả thu thập được từ các tài liệu để sử dụng phục vụ cho nghiên cứu

Phương pháp mô hình toán

Mô hình toán dùng để mô phỏng và xác định các quy luật liên quan đến diễn biến cửa sông như quá trình diễn biến mực nước, dòng chảy, thủy triều và sóng biển khu vực ngoài khơi và vùng cửa sông, quá trình vận chuyển bùn cát, quá trình diễn biến đường bờ Các công cụ nghiên cứu sự thay đổi của trường thủy động lực, xói

lở, bồi tụ cửa sông và bờ biển bằng mô hình toán động lực hình thái 2 chiều, 3 chiều

mô phỏng diễn biến hình thái của các cửa sông ven biển ngày càng được hoàn thiện

và cho phép mô phỏng chi tiết hơn các hiện tượng diễn biến trong tự nhiên sát thực

tế hơn với thời đoạn mô phỏng ngày càng dài hơn [13]

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 21 VÀ YÊU CẦU DỮ

LIỆU

2.1 Giới thiệu chung

Chúng ta đều biết các quá trình thủy động lực học như sóng, dòng chảy có ảnh hưởng rất lớn tới đời sống con người đặc biệt là những vùng cửa sông ven biển

Do đó việc nghiên cứu tính toán mô phỏng các quá trình thủy động lực tại khu vực Cửa Tùng trong nghiên cứu này với các mục tiêu sau:

- Tính toán mô phỏng các chế độ dòng chảy, sóng tại khu vực Cửa Tùng đối với địa hình và chế độ thủy hải văn được đo đạc đồng bộ để mô phỏng đúng được diễn biến của trường thủy động lực trong điều kiện hiện trạng tại khu vực nghiên cứu;

- Ngoài ra, tính toán mô phỏng các chế độ thủy động lực của khu vực nghiên cứu với địa hình hiện trạng theo các kịch bản ứng với hai mùa gió thịnh hành là Đông Bắc và Tây Nam để tìm hiểu quy luật, sự biến đổi thủy động lực theo từng thời đoạn tại khu vực nghiên cứu Đây là cơ sở để đánh giá sự tác động của công trình tới các yếu tố thủy động lực khu vực Cửa Tùng

Ngày nay, có nhiều phương pháp khác nhau để đánh giá, phân tích các đặc trưng thủy động lực tại một khu vực nghiên cứu nhất định Tuy nhiên, có hai phương pháp cơ bản là phương pháp mô hình hóa và phương pháp phân tích bằng kinh nghiệm Ưu điểm của phương pháp phân tích bằng kinh nghiệm là nhờ vào khả năng nắm rõ tình hình tại khu vực nghiên cứu Do đó có thể phân tích lý giải được một số các yếu tố đặc thù của khu vực đó, tuy nhiên phương pháp này lại phụ thuộc vào trình độ của người phân tích Nó mang tính chủ quan và không có sơ sở rõ ràng

để giải thích Với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngày nay việc nghiên cứu