lí thuyết dòng chảy khu vực cửa tùng

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành niên luận này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Hà Thanh Hƣơng, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo định hƣớng đề tài tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian em thực niên luận Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Đình Khá giúp đỡ em việc hoàn thành niên luận Và em xin cảm ơn thầy cô, anh chị công tác khoa Khí tƣợng-Thủy văn Hải dƣơng học, trƣờng đại hịc Khoa học Tự Nhiên tạo điều kiện giúp em hoàn thành niên luận Bài niên luận không tránh khỏi có thiếu sót, em xin tiếp thu cảm ơn ý kiến đóng góp để niên luận đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15/6/2015 Sinh viên Trần Thị Thảo Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG DÒNG CHẢY CỬA SÔNG VEN BỜ 1.1 Dòng chảy ven biển cửa sông 1.1.1 Dòng triều ven bờ 1.1.2 Dòng chảy sóng 1.1.3 Dòng chảy gió ven bờ 10 1.1.4 Sự tƣơng tác, tổ hợp loại dòng chảy khu vực ven bờ cửa sông 10 1.2 Dòng chảy cửa sông 11 1.2.1 Đặc tính chung thủy triều sau vào cửa sông 11 1.2.2 Sự tƣơng tác dòng triều dòng sông 12 CHƢƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC CỬA TÙNG 14 Vị trí địa lí 14 2 Địa mạo - địa hình - địa chất 15 Khí hậu 16 Hải văn 20 2.4.1 Chế độ sóng 20 2.4.2 Chế độ dòng chảy 23 Chế độ thủy triều mực nƣớc 23 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH CMS-FLOW 24 3.1 Giới thiệu chung CMS-Flow 24 3.2 Hệ phƣơng trình phƣơng pháp số sử dụng mô hình 24 3.2.1 Hệ phƣơng trình 24 3.2.2 Phƣơng pháp số sử dụng mô hình 26 3.3 Các điều kiện biên 27 3.4 Các file đầu vào file đầu 31 3.4.1 Các file đầu vào 31 3.4.2 Các file đầu 34 CHƢƠNG 4: DÒNG CHẢY KHU VỰC CỬA TÙNG 36 4.1 Dòng chảy triều không sóng 36 4.2 Dòng chảy tổng hợp (sóng-triều-gió) 38 KẾT LUẬN 41 Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Một số loại triều phổ biến Việt Nam Hình 2a:Hiện tƣợng triều dâng sông 12 Hình 2b: Hiện tƣợng triêu rút sông 12 Hình – Bản đồ tỉnh Quảng Trị khu vực Cửa Tùng 14 Hình – Ảnh vệ tinh khu vực Cửa Tùng 15 Hình – Mô 3D địa hình Cửa Tùng 15 Hình – Cơ chế đề xuất cho vận chuyển trầm tích bãi tắm Cửa Tùng 16 Hình – Hoa gió trạm Cửa Tùng từ tháng đến tháng 18 (số liệu quan trắc từ năm 1974 đến năm 1982 trạm Cửa Tùng) 18 Hình – Hoa gió trạm Cửa Tùng từ tháng đến tháng 12 19 (số liệu quan trắc từ năm 1974 đến năm 1982 trạm Cửa Tùng) 19 Hình – Hoa sóng trạm Cửa Tùng từ tháng đến tháng 21 (số liệu thực đo từ năm 1961 đến năm 1967 trạm Cửa Tùng) 21 Hình 10 – Hoa sóng trạm Cửa Tùng từ tháng đến tháng 12 22 (số liệu thực đo từ năm 1961 đến năm 1967 trạm Cửa Tùng) 22 Hình 11 – Mực nƣớc Cửa Tùng đƣợc quan trắc từ 7h ngày 13/8/2009 đến 7h ngày 17/8/2009 đợt khảo sát Cửa Tùng tháng /2009 (đại học KHTN, ĐHQGHN) 23 Hình 12 – Các biến ô lƣới mô hình CMS – Flow 26 Hình 13 Dòng chảy triều lên khu vực Cửa Tùng 36 Hình 14 Dòng chảy triều rút khu vực Cửa Tùng 37 Hình 15 Dòng tổng hợp( sóng-gió-thủy triều) khu vực Cửa Tùng vào mùa đông 38 Hình 16 Dòng tổng hợp( sóng-gió-thủy triều) khu vực Cửa Tùng vào mùa hè 39 Hình 17 Dòng tổng hợp( sóng-gió-thủy triều) khu vực Cửa Tùng thời kì giao mùa 40 Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng MỞ ĐẦU Bờ biển Việt Nam dài 3260 km, kéo dài từ Trà Cổ- Quảng Ninh đến Hà TiênKiên Giang, gồm 28 tỉnh, thành phố giáp biển Trên bờ biển Việt Nam khoảng 20 km có cửa sông có tên gọi đổ biển, ảnh hƣởng cửa sông điều kiện phát triển kinh tế trị lớn đặc biệt đánh bắt nuôi trồng thủy hải sản ven bờ Quảng Trị số tỉnh ven biển nƣớc ta, gắn liền với nhiều địa danh tiếng giá trị lịch sử vẻ đẹp tự nhiên Cửa Tùng cửa sông thuộc huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị, với bãi biển Cửa Tùng tiếng từ lâu với tên “bãi biển nữ hoàng” ngƣời Pháp trao tặng Cửa Tùng đƣợc đánh giá loại cửa sông phẳng, yếu tố biển chiếm ƣu Địa mạo đáy Cửa Tùng đánh giá không phức tạp, với đƣờng đẳng sâu song song với đƣờng bờ, đảo hay chắn cát Đây vừa nguyên nhân, vừa minh chứng cho việc đánh giá tác động biển đến khu vực Bãi phía Bắc Cửa Tùng có vòng cung tạo thành mũi nhô, vòng cung gần cửa sông bãi tắm Cửa Tùng Biển Cửa Tùng có đặc điểm dốc, độ sâu tăng mạnh từ bờ khơi nên chịu ảnh hƣởng thủy triều nhƣng có lƣợng sóng lớn, vậy, ảnh hƣởng sóng lớn vận chuyển trầm tích biến đổi địa hình, địa mạo Năm 2004, Sở Thủy sản Quảng Trị (nay thuộc sở Nông nghiệp Phát triển nông thôn Quảng Trị) thực dự án khu neo đậu trú bão hậu cần nghề cá cửa sông, xây dựng kè có chiều dài 430 m, cao 1,5 m, rộng m với kết cấu đá hộc bê tông cốt thép vƣơn biển bờ Nam Cửa Tùng Mục tiêu dự án góp phần bảo vệ bãi tắm Cửa Tùng, đại hóa khu sản xuất nghề cá ven biển Nhƣng dự án hoàn thành, bãi tắm biển Cửa Tùng bắt đầu xuất tình trạng xâm thực, sạt lở tình trạng ngày nghiêm trọng Nguyên nhân tình trạng chế độ thủy động lực vốn có Cửa Tùng bị thay đổi, khiến dòng chảy vận chuyển trầm tích thay đổi làm biến đổi địa hình đáy đƣờng bờ Trong niên luận sinh viên tìm hiểu dòng chảy cửa sông ven bờ đặc biệt khu vực Cửa Tùng, bƣớc đầu tìm hiểu mô hình CMS-Flow thuộc hệ thống mô hình SMS (Surface Water Modeling System) cho phép mô trƣờng dòng chảy dƣới tác động sóng Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng CHƢƠNG DÒNG CHẢY CỬA SÔNG VEN BỜ Vùng cửa sông ven biển vùng đầy biến động, phức tạp không gian lẫn thời gian.Thông thƣờng ngƣời ta dùng đƣờng bờ biển kéo dài nối qua cửa sông để phân vùng ven cửa sông vùng cửa sông Dòng chảy vùng ven biển cửa sông dòng chảy tổng hợp nhiều dòng thành phần: dòng triều, dòng chảy sông, dòng ven sóng, dòng gió, dòng mật độ dòng hải lƣu khác Trong vùng cửa hay thời điểm đó, thƣờng có hay hai dòng thành phần chiếm ƣu Dòng chảy vùng cửa sông dòng thuận nghịch có chu kì kết hợp dòng chảy từ thƣợng lƣu sông đổ dòng triều từ truyền vào 1.1 Dòng chảy ven biển cửa sông Dòng chảy xảy vùng cửa sông, ven biển dòng chảy tổng hợp, thông thƣờng tổng hợp số dòng chảy thành phần nhƣ: dòng triều, dòng chảy sông, dòng ven sóng, dòng gió, vv Trong vùng cửa biển thƣờng có hay hai thành phần chiếm ƣu Ở vùng cửa sông estualy dòng triều chiếm ƣu thế; vùng cửa sông delta dòng sông chiếm ƣu thế; vùng cửa sông miền Trung dòng ven sóng chiếm ƣu Ngƣời ta dùng biểu thức sau để biểu thị dòng chảy tổng hợp vùng cửa sông ven biển: ⃑ ⃑ =⃑ +⃑ =⃑ +⃑ Trong đó: ⃑ Dòng chảy tổng hợp vùng cửa sông ven biển ⃑ Thành phần dòng chảy tuần hoàn ⃑ Thành phần dòng chảy không tuần hoàn ⃑ Dòng chảy ổn định ⃑ Dòng chảy không ổn định Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng Thành phần dòng chảy tuần hoàn tập hợp tất loại dòng triều sóng triều gây với chu kì khác nhau; thành phần dòng chảy không tuần hoàn( gọi dòng dƣ) bao gồm thành phần: dòng chảy ổn định dòng chảy không ổn định Thành phần dòng chảy ổn định thƣờng dòng quán tính, đƣợc phát sinh có tốc độ hƣớng chảy ổn định vùng nƣớc sâu, gió tắt dòng chảy tồn theo quán tính thời gian định Thành phần dòng không ổn định bao gồm loại dòng xảy ngẫu nhiên nhƣ dòng chảy mƣa lũ từ sông đổ ra, biến thiên trƣờng gió khí áp, thay đổi mật độ nƣớc, Toàn thành phần có điều kiện phát sinh khác nhau: Dòng chảy sông ngòi tồn chủ yếu đoạn cửa sông phần biển nông trƣớc cửa sông Dòng chảy sóng hình thành đới ven bờ lƣợng sóng vỡ Dòng trôi gió hình thành tồn chủ yếu vùng thoáng rộng trƣớc cửa sông có sƣờn bờ ngầm dốc Dòng mật độ phát sinh điều kiện có chênh lệch mật độ nƣớc sông nƣớc biển vùng cửa sông Các yếu tố dòng dƣ hình thành vùng cửa sông ven biển phụ thuộc nhiều vào yếu tố phát sinh, luôn biến động theo thời gian có tính mùa vụ rõ rệt 1.1.1 Dòng triều ven bờ Thông thƣờng triều lên, dòng triều có phƣơng thức gần nhƣ song song với đƣờng bờ có hƣớng từ xích đạo hai cực trái đất Ngƣợc lại triều xuống, hƣớng dòng triều từ hai cực xích đạo Ở bờ biển Việt Nam , phƣơng hƣớng dòng triều tùy thuộc vào cửa truyền triều từ đại dƣơng vào biển Đông, vị trí tƣơng đối vùng nghiên cứu với cửa đó, nhƣng nói chung có hƣớng từ Nam đến Bắc triều lên từ Bắc đến Nam triều xuống Đặc trƣng dòng triều( trị số hƣớng) đƣợc biểu thị elip triều Elip triều hình vẽ tập hợp vecto vận tốc điểm chu kì triều Tùy theo chu kì dòng triều đƣợc phân chia thành nhóm nhƣ sau: - Nhóm dòng nhật triều ( chu kì 24,28 giờ) Nhóm dòng bán nhật triều ( chu kì 12,24 giờ) Nhóm dòng chu kì ¼ ngày ( chu kì 6,12 giờ) Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng Ở biển ven bờ VIệt Nam dòng triều chủ yếu dòng nhật triều dòng bán nhật triều 1a Nhật triều trạm Hòn Dáu 1b Bán nhật triều trạm Cửa Gianh 1c Bán nhật triều không trạm Vũng Tàu Hình 1: Một số loại triều phổ biến Việt Nam Trƣờng vecto vận tốc dòng triều ven bờ thƣờng đƣợc nghiên cứu theo phƣơng pháp đƣợc phân tích chi tiết phần sau: - Từ số liệu thực đo dòng chảy tổng hợp tách triều lƣu Phân tích điều hòa sóng thành phần Giải hệ phƣơng trình sóng nƣớc nông Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 1.1.2 Dòng chảy sóng Khi sóng tiến vào vùng nƣớc nông ven bờ, sóng vỡ độ sâu nƣớc 1,28 đến 1,5 lần chiều cao sóng Khi sóng vỡ, lƣợng sóng biến thành lực làm di chuyển khối nƣớc, tạo thành dòng chảy Trong đới sóng vỡ, ảnh hƣởng dòng chảy túy ( dòng chảy triều, dòng chảy gió ) có ảnh hƣởng không đáng kể ảnh hƣởng ma sát đáy tồn dòng chảy ứng suất phát xạ sóng Thực chất ứng suất phát xạ dòng động lƣợng sóng sinh truyền từ vùng nƣớc nông vào bờ, gồm hai thành phần: tốc độ chuyển động hạt nƣớc sông áp suất Thành phần thứ đƣợc tính động lƣợng đơn vị thể tích chất lỏng SU đóng góp cho dòng chảy động lƣợng với i đơn vị tiết diện vuông góc với phƣơng truyền sóng SU Nhƣ dòng động lƣợng toàn phần theo hƣớng lan truyền sóng : Im = ∫ Theo hƣớng U vuông góc với phƣơng truyền sóng dòng động lƣợng 0, tốc độ phần tử nƣớc hƣớng Thành phần thứ hai áp suất tính : Ip = ∫ Giá trị độc lập với phƣơng truyền sóng Thành phần chủ yếu ứng suất phát xạ theo hƣớng truyền sóng đƣợc tính trung bình thời gian dòng động lƣợng toàn phần trừ giá trị sóng Sss = ∫ ∫ 0dz Trong đó: D - độ sâu nƣớc biển ɳ - nƣớc dâng sóng P0- áp suất thủy tĩnh Bỏ qua số hạng bậc cao hơn, theo lý thuyết sóng truyền tĩnh ta có ứng suất phát xạ theo hƣớng truyền sóng : Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng H2 ( 1+ Sss = ) Và hƣớng góc: Snn = ∫ = ∫ 0dz H2 Các công thức giải tích dòng ven sóng dựa cân ứng suất phát xạ theo phƣơng song song với bờ ứng suất ma sát đáy Trong công thức này, bỏ qua ma sát bên nên cực đại dòng chảy sóng đƣợc tính đới sóng vỡ Trên thực tế giá trị thƣờng nhỏ tính toán 0,8 lần cực đại sóng vỡ Các công thức giải tích khả ứng dụng cho vùng bờ có địa hình phức tạp mà hƣớng truyền sóng pháp tuyến với bờ khó xác định Trong trƣờng hợp này, đới sóng đổ không rõ ràng nên cần thiết ứng dụng mô hình toán học Thông thƣờng mô hình đƣợc xây dựng dựa hệ phƣơng trình chuyển động phƣơng trình liên tục với ngoại lực ứng suất phát xạ : ( )+ ( ) S xx S xy Txx Txy      bx   gD x y x y S xy x  S yy y  Txy x  Tyy y   by   gD Phƣơng trình liên tục: +   ( Du )  ( Dv)  x y Trong : u,v :- vận tốc dòng chảy theo trục x,y :- mật độ nƣớc biển D :- độ sâu nƣớc biển ɳ :- nƣớc dâng sóng Txx, Tyy, Txy :- ứng suất Reynolds Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng Hiện nay, có nhiều công thức tính toán dòng ven sóng đƣợc xác lập sở phƣơng trình cân lƣợng sóng phƣơng trình cân lực 1.1.3 Dòng chảy gió ven bờ Có nhiều yếu tố động lực ảnh hƣởng đến dòng chảy nhƣ dòng triều, dòng sóng dòng gió Tùy thuộc vào địa hình đƣờng bờ hƣớng mở cửa sông mà ngƣời ta xác định đƣợc yếu tố động lực tác động đến dòng chảy Ở vùng cửa sông estualy phẳng bãi bồi hay bar cát ảnh hƣởng sóng chiếm ƣu nên không tính đến dòng chảy gió Ở vùng cửa sông delta chân chim delta hình quạt có nhiều bãi bồi bar chắn cát trƣớc cửa sông ảnh hƣởng sóng tới khu vực cửa sông nhỏ nên dòng chảy gió chiếm ƣu Dòng chảy gió ven bờ yếu tố động lực quan trọng trình kiến tạo đƣờng bờ Ở Việt Nam, vịnh Bắc Bộ có dòng chảy gió chịu chi phối hai hệ thống gió mùa Các hƣớng gió gây dòng trôi với vân tốc dòng nhỏ V= 0,1-0,2m/s Dòng trôi có điều kiện phát triển mạnh mùa đông có đợt gió mùa Đông Bắc từ -10 ngày Do vùng biển trƣớc cửa sông nông nên khi ngừng thổi thỳ dòng trôi tiếp tục di chuyển theo quán tính tốc độ nhanh chóng giảm dần Tuy nhiên, vào bờ, mặt ma sát đáy, mặt dòng khác mạnh lấn át nên dòng trôi bị yếu dần Cửa Tùng cửa sông phẳng đặc trƣng khu vực miền Trung Việt Nam Ở cửa sông ảnh hƣởng sóng đến dòng chảy ven bờ lớn nên dòng chảy sóng chiếm ƣu Dòng gió ven bờ gần nhƣ bị bỏ qua 1.1.4 Sự tương tác, tổ hợp loại dòng chảy khu vực ven bờ cửa sông Dòng chảy tổ hợp khu vực ven bờ biển cửa sông tập hợp tất loại dòng chảy đƣợc kể tới phần Bởi vừa có tính chất phân mùa ( phục thuộc vào loại dòng chảy không tuần hoàn ), vừa dao động theo chu kì thủy triều Do đó, trƣờng phân bố vận tốc đa dạng, thể tƣơng tác loại dòng chảy thành phần vùng cửa sông ven biển điển hình tƣơng tác dòng triều dòng ven bờ đới sóng vỡ Nhƣ ta biết, dòng triều cửa có phƣơng hƣớng thay đổi theo chu kì triều, theo biểu đồ hình elip, có trục dài theo phƣơng gần với Bắc – Nam Nghĩa dòng triều có phƣơng hƣớng thay đổi liên tục ngày Trong dòng ven sóng có phƣơng ổn định theo mùa Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 10 Các thành phần đƣợc loại bỏ từ thành phần triều cách thiết lập điều kiện biên chúng Nếu điều kiện biên mực nƣớc triều đƣợc sử dụng, mực nƣớc biên thủy triều đƣợc tính toán theo bƣớc thời gian Pha triều biên độ đƣợc giữ không đổi qua biên triều Đối với ứng dụng đòi hỏi phải có biên độ biến đổi pha biên mở, giải pháp mô hình khu vực đƣợc áp dụng để lập đồ độ cao mặt nƣớc nhƣ điều kiện biên cho M2D Điều kiện mực nước theo chuỗi thời gian Điều kiện mực nƣớc theo chuỗi thời gian đƣợc xác định mực nƣớc đọc vào mô hình từ file đầu vào Sự tăng thời gian số liệu tác động không đòi hỏi phải nằm tăng thời gian bƣớc thời gian mô hình Bởi mô hình thƣờng có bƣớc thời gian nhỏ so với mực nƣớc liệu đầu vào, M2D phải đƣợc cài đặt để xử lý giá trị biên mực nƣớc thời gian mà giá trị đƣợc quy định đầu vào Có tùy chọn thứ để giữ mực nƣớc không đổi giá trị mực nƣớc đầu vào Và tùy chọn thứ hai để nội suy tuyến tính theo thời gian giá trị mực nƣớc đầu vào File đầu vào điều kiện biên cho mực nƣớc chứa tham số dùng để thiết lập tùy chọn nội suy Điều kiện vận tốc mực nước theo thời gian Điều kiện biên chuỗi thời gian mực nƣớc vận tốc đƣợc áp dụng điều kiện biên vận tốc ô biên thêm vào chuỗi mực nƣớc Các vận tốc xác định điều kiện biên đƣa vào chuyển động thông qua thành phần bình lƣu Sự rời rạc hóa phƣơng trình chuyển động cho việc nhận giá trị vận tốc biên giống với cách thực cho ô lƣới không nằm biên Điều kiện biên lưu lượng dòng chảy theo thời gian Điều kiện biên lƣu lƣợng dòng chảy theo thời gian đƣợc định nơi mà lƣu lƣợng dòng chảy đƣợc biết đến Ví dụ điển hình, nơi điều kiện biên đƣợc áp dụng chi lƣu (sông, suối, lạch), kênh lƣu lƣợng đƣợc kiểm soát, vị trí nhận nƣớc xả nƣớc nhà máy thủy điện nhƣ để làm mát nƣớc xử lý nƣớc thải nhà máy Một điều kiện biên lƣu lƣợng dòng chảy quy định lƣu lƣợng dòng chảy nhiều ô biên Nếu ô đƣợc định nằm biên lƣu lƣợng dòng chảy, phƣơng trình chuyển động cho ô không đƣợc giải quyết, thành phần dòng pháp tuyến bề mặt đƣợc quy định Bởi M2D hoạt động mạng lƣới so le, ô "tƣởng tƣợng" đƣợc thêm vào bên phải lƣới lƣu Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 28 lƣợng dòng chảy buộc ô biên theo quy định phía dƣới Ô tƣởng tƣợng đƣợc cung cấp quyền truy cập vào bề mặt ô bên phải lƣới Đối với ô lƣới điều kiện biên lƣu lƣợng dòng chảy đƣợc đặt mặt bên phải lƣới vị trí i + l, j thông lƣợng đƣợc cho : q k 1 xi 1, j  Qxbi 1, j  yi 1, j b Trong : Qxi1, j lƣu lƣợng dòng chảy đầu vào đoạn song song với trục x i+1, biểu thị ô tƣởng tƣợng liền kề bên phải ô ith Đối với ô lƣới điều kiện biên lƣu lƣợng dòng chảy đƣợc đặt mặt bên phải lƣới vị trí i - l, j thông lƣợng đƣợc cho bởi: q k 1 xi 1, j  Qxbi1, j  yi , j Đối với ô lƣới điều kiện biên tốc độ dòng chảy đƣợc đặt mặt bên phải lƣới vị trí i, j+1 thông lƣợng đƣợc cho bởi: q k 1 yi , j 1  Qybi , j 1  xi , j 1 Trong Qyb lƣu lƣợng dòng chảy song song với trục y i , j 1 Đối với ô lƣới điều kiện biên lƣu lƣợng dòng chảy đƣợc đặt mặt bên phải lƣới vị trí i, j-1 thông lƣợng đƣợc cho bởi: q k 1 yi , j Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng  Qyki, j11  xi , j 1 29 Điều kiện biên đóng, phản xạ Điều kiện biên đóng, phản xạ đƣợc xác định biên không thấm, ví dụ nhƣ mặt phân cách nƣớc – đất Những biên đƣợc coi nhƣ tƣờng, nƣớc chảy song song với mặt tƣờng, nhƣng xuyên qua Các điều kiện biên tƣơng tự nhƣ điều kiện biên vận tốc dòng chảy ngoại trừ vận tốc đƣợc quy định Vận tốc pháp tuyến biên đóng mặt ô bên trái là: Qxki , j1  vận tốc pháp tuyến biên đóng mặt đáy là: Qyki, j1  Biên đóng bề mặt ô bên phải phía đƣợc quy định ô tƣởng tƣợng i+1, j i, j+1 tƣơng ứng Điều kiện biên mực nước vận tốc điều chỉnh sóng Những mô cho khu vực gần bờ có thông tin điều kiện biên thích hợp mà không bao gồm có mặt sóng Điều kiện biên vận tốc mực nƣớc điều chỉnh sóng làm thay đổi giá trị điều kiện biên đƣợc mô tả để giải thích cho sóng Nếu mực nƣớc điều chỉnh vận tốc đƣợc chấp nhận tác động ứng suất xạ điều kiện biên giá trị biên đƣợc điều chỉnh cho dòng chảy gây sóng Việc điều chỉnh biên đƣợc tiến hành cách tạo thay đổi bề mặt, phù hợp với lời giải ẩn dòng chảy gây ứng suất xạ dịch chuyển qua biên Điều kiện biên đƣợc cho với mô hình hoàn lƣu ven bờ Việc điều chỉnh điều kiện biên đƣợc mô tả thực việc giải phƣơng trình chuyển động liên tục chiều, gradien ứng suất xạ có mặt phƣơng trình chuyển động Các phƣơng trình chuyển động liên tục theo trục x nhƣ sau : (h  b  ' ) Q' x  0 t x Q' x u 'Q' x (h  b  ' )   g  bx  wx  Sx t x x ' Với :   b   Trong  điều kiện biên đƣợc áp dụng, b giá trị biên theo quy định( đọc từ file) Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 30 3.4 Các file đầu vào file đầu 3.4.1 Các file đầu vào File đầu vào cần thiết cho M2D file lƣới tính file kiểm soát Một mô cụ thể yêu cầu file đầu vào bao gồm kết hợp của: điều kiện ban đầu, chuỗi thời gian mực nƣớc, lƣu lƣợng dòng theo thời gian, thành phần thủy triều, tốc độ hƣớng gió, ứng suất sóng, đặc điểm kỹ thuật đầu (đối với phần tử lựa chọn giá trị toàn cầu ) 1, File lưới tính Các file lƣới dùng cho M2D đƣợc cấu trúc giống tất thông tin liên quan đến phần tử đƣợc tìm thấy dòng nhƣ phần tử mã hóa Định dạng tạo thuận tiện cho ngƣời dùng sử dụng phần tử nằm file lƣới, tính chất dễ dàng xem sửa đổi Các file lƣới chứa thông tin không đƣợc sử dụng M2D, nhƣng đƣợc giữ lại cho ngƣời sử dụng làm tài liệu tham khảo xử lý sau Dòng file lƣới dòng tiêu để mô tả cột thông tin tạo nên lƣới Các tiêu đề đƣợc ghi dòng Tất dòng sau thông tin phần tử đƣợc xác định lần Các phần tử đƣợc xác định cách nhận dạng phần tử số lƣợng phần tử lân cận chúng, đƣợc gọi hƣớng địa phƣơng (về phía bắc, phía đông, phía nam, phía tây) Những hƣớng tƣơng đối so với khu vực hệ thống đƣợc xác định lƣới có tọa độ địa lý toàn cầu phối hợp Một file lƣới cần thiết cho tất mô hình M2D SMS lƣu file lƣới M2 với phần mở rộng ".m2g." 2, Mô hình kiểm soát Thông số kỹ thuật kiểm soát mô hình đƣợc định nghĩa file đầu vào đƣợc gọi "M2D.m2c" "projectname.ni2c" vị trí "projectname" đƣợc đặt tên ngƣời dùng SMS lƣu file điều khiển với phần mở rộng ".m2c" "projectname.m2c." Mỗi dòng file điều khiển chứa chuỗi tham số ký tự mô tả File đầu vào đầu ngƣời dùng định cho M2D ngoại trừ file khởi động nóng xen kẽ, đƣợc liệt kê nhƣ thông số đầu vào file điều khiển Tên file đƣợc giới hạn đến 50 ký tự Phải có không gian tham số chuỗi ký tự mô tả Các định dạng file kiểm soát nhƣ cho tất mô hình dự án cấu hình Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 31 3, Điều kiện ban đầu Một file điều kiện ban đầu cung cấp độ cao bề mặt nƣớc vận tốc vào đầu vào mô cho tất ô Mỗi dòng file điều kiện ban đầu chứa 13 giá trị Độ sâu mực nƣớc đƣợc đƣa với đơn vị m thành phần vận tốc đƣợc đƣa với đơn vị m/s M2D viết file khởi động nóng dƣới dạng chuẩn để đọc điều kiện ban đầu Một file khởi động nóng cung cấp thời gian cụ thể đƣợc quy định vòng kiểm soát mô hình SMS, tên tập tin khởi động nóng có phần mở rộng ".m2i." "H0TSTART1.M2I" "HOTSTART2.M2I." Các file khởi động nóng đƣợc gọi việc thiết lập khoảng thời gian khởi động nóng theo giờvà phải lớn 4, File điều kiện biên mực nước theo thời gian Điều kiện biên theo thời gian mộ hình M2D đƣợc xác định mực nƣớc bề mặt biển Có hai loại file chứa thông tin điều kiện biên mực nƣớc bề mặt đƣợc sử dụng Một loại chứa chuỗi thời gian loại lại chứa nhiều chuỗi thời gian Cả điều kiện biên theo thời gian đƣợc sử dụng mô 5, File liệu điều kiện biên vận tốc Điều kiện biên thông tin vận tốc đƣợc sử dụng với điều kiện biên mực nƣớc theo nhiều chuỗi thời gian Định dạng vận tốc theo thời gian Hoặc định dạng vận tốc theo nhiều chuỗi thời gian Vận tốc theo chuỗi thời gian không đƣợc thiết lập số liệu mực nƣớc ô M2D thừa nhận số liệu mực nƣớc kết hợp với vận tốc theo thời gian, giá trị đƣợc áp dụng cách xác định ô file lƣới Nếu chuỗi thời gian mực nƣớc kết hợp với vận tốc truyền qua ô đƣợc tìm thấy, M2D mở file MHDRIVER MVDRIVER SMS lƣu file MVDRIVER nhƣ file "mvdriver_projectname.dat." 6, File số liệu lưu lượng dòng chảy Tốc độ dòng chảy đƣợc cung cấp file có chứa thông tin chuỗi thời gian riêng biệt M2D nhận giá trị tốc độ dòng chảy theo chuỗi thời cách xác định ô file lƣới Lƣu lƣợng dòng chảy theo chuỗi thời gian truyền qua ô lƣới M2D mở file Q-DRIVER Dòng file Q-DRIVER chứa hai giá trị nguyên Giá trị xác định số file có chứa tỷ lệ dòng chảy chuỗi thời gian lƣu lƣợng dòng chảy Số thứ hai tổng số ô lƣới chịu tác động lƣu lƣợng dòng chảy Dòng thứ hai chứa tên file số liệu có chứa số liệu bắt buộc Dòng thứ ba file QDRIVER chứa số ô đƣợc điều khiển số liệu chứa tập tin đƣợc liệt Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 32 kê dòng thứ hai, tham số nội suy Các tham số nội suy đƣợc quy định cụ thể, số liệu đƣợc nội suy mô hình thời gian bƣớc lƣới 7, Tốc độ hướng gió Tốc độ hƣớng gió đƣợc đƣa file gió đƣợc ngƣời dùng quy định liệt kê file M2D.m2c Các file gió bắt buộc chứa ba giá trị dòng Giá trị chuỗi thời gian nhiều kể từ bắt đầu mô Giá trị thứ hai tốc độ gió với đơn vị m/s giá trị thứ ba hƣớng gió với đơn vị độ Các quy ƣớc cho việc định hƣớng đầu vào gió 0° gió thổi từ phía Bắc, 900 với gió thổi từ phía Đông Tốc độ gió phải đủ lớn SMS có chứa hộp thoại chuỗi thời gian tốc độ hƣớng gió đƣợc quy mô tả với M2D Nếu hộp thoại đƣợc truy cập để tạo tập tin chuỗi thời gian, đƣợc lƣu lại với phần mở rộng ".m2w." 8, Thành phần thủy triều File thành phần triều bao gồm dòng Dòng tiêu đề xác định đƣợc nguồn gốc thông tin dòng triều đƣợc bỏ qua M2D Các dòng lại dòng chứa thông tin nhƣ biên độ (m) pha ( độ) thành phần thủy triều cụ thể Các thành phần đƣợc định từ dòng thứ đến thứ ( theo thứ tự xuất hiện): M2, N2, S2, K2, K2, Oi, M4, Me Nếu thành phần cụ thể không đƣợc quy định giá trị biên độ đƣợc thiết lập 9, Ứng suất sóng Ứng suất sóng đƣợc đƣa file ứng suất sóng xạ đƣợc ngƣời dùng quy định liệt kê file có phần mở rộng „M2D.m2c‟ Các file ứng suất sóng xạ bao gồm toàn ứng suất sóng xạ quy định thời điểm cụ thể Dòng file chứa văn "TIME:" đƣợc theo sau thời gian kể từ bắt đầu mô Dòng đến dòng NCELLS + chứa ba giá trị Giá trị số ô lƣới xác định, giá trị thứ hai thứ ba x y-thành phần ứng suất sóng tƣơng ứng Ứng suất sóng phải đƣợc đƣa theo thứ tự tăng dần số xác định ô Sự thiết lập thông tin bao gồm bƣớc thời gian sóng ứng suất cho ô có file cho bƣớc thời gian mà sóng ứng suất có sẵn M2D tiến hành tính toán khoảng thời gian khác so với khoảng thời gian ứng suất sóng, ứng suất sóng nội suy tuyến tính M2D theo thời gian Nếu mốc thời gian cuối file ứng suất sóng xạ xác định thời gian trƣớc kết thúc mô M2D, M2D áp dụng giá trị Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 33 số cho ứng suất sóng xạ sau thời điểm thông tin sóng cuối (không có nội suy không đƣợc thực hiện) 10, Chọn file đầu Ô quan sát đƣợc ngƣời dùng định đƣợc lựa chọn cho thời gian Đầu hàng loạt biến điều khoản phƣơng trình chi phối Một danh sách ô đƣợc cung cấp đầu ô đặc tả file Các tập tin bao gồm danh sách số nhận dạng ô với số dòng Nếu ô quan sát đƣợc lựa chọn SMS lƣu nhƣ phần mô hình M2D, SMS cung cấp cho ô danh sách mở rộng đuôi ".ts." 11, File xác định thời gian đầu toàn cầu Độ cao mặt nƣớc toàn cầu tốc độ đƣợc ghi vào file thời điểm xác định đầu toàn cầu với file thời gian đặc tả Những file bao gồm danh sách lần thời gian kể từ bắt đầu mô phỏng, mà đầu toàn cầu đƣợc ghi Mỗi dòng file bao gồm giá trị thời gian Các file xác định đầu toàn cầu riêng biệt đƣợc đòi hỏi cho mực nƣớc bề mặt vận tốc, đƣa tùy chọn để lƣu file toàn cầu Đầu toàn cầu riêng biệt tập tin thời gian đặc tả cần thiết cho độ cao mặt nƣớc vận tốc, cung cấp tùy chọn để lƣu có tập tin toàn cầu Thời gian liệt kê kế toàn cầu file thời gian đặc điểm kỹ thuật khoảng thời gian không đổi thay đổi Yêu cầu lần đƣợc liệt kê file theo 3.4.2 Các file đầu Có hai loại file đầu đƣợc định cho M2D File chuỗi thời gian biến vị trí trạm file biến toàn cầu Mô tả file đƣợc đƣa Đối với hai loại file đầu ra, biến đƣợc báo cáo từ vị trí tính toán mô hình Nhƣ vậy, độ cao mặt nƣớc đƣợc báo cáo từ trung tâm ô, thành phần x- vận tốc đƣợc báo cáo từ trung tâm ô mặt trái, y-thành phần vận tốc đƣợc báo cáo từ trung tâm bề mặt ô đáy 1, Chuỗi thời gian vị trí trạm Chuỗi thời gian file đầu cho vị trí trạm cụ thể chứa dòng giá trị chuỗi thời gian tính toán Phần đầu xác định số lƣợng ô cột đầu Số lƣợng ô tiêu đề đƣợc viết "C #" nơi # biểu thị số lƣợng ô Các "C" đƣợc đặt Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 34 tiêu đề để phân biệt số lƣợng ô từ số liệu việc chia gói thông tin ( SMS đọc thông tin nhƣ chuỗi ký tự) Dòng tiêu đề chứa dấu thời gian (ngày phân đoạn) giá trị biến Độ cao mặt nƣớc hai thành phần vận tốc đƣợc ghi vào file riêng biệt cho tổng ba file đầu trạm 2, Thời gian lượng toàn cầu file đặc điểm kỹ thuật Các file toàn cầu đƣợc tạo cho độ cao mặt nƣớc, vận tốc thay đổi chiều sâu Các định dạng file bao gồm toàn cầu đầu giá trị biến vào thời điểm đƣợc định ngƣời sử dụng Mỗi tập hợp thông tin file có chứa dòng với dấu thời gian, sau dòng có chứa vị trí x, y ô giá trị biến, chẳng hạn nhƣ ɳ Đối với vận tốc, dòng chứa u v, thông tin toàn cầu đƣợc lƣu lại cho ô lƣới viết theo thứ tự tăng dần số nhận dạng ô Phần mở rộng file ni2s cho trƣờng vô hƣớng m2v cho trƣờng vectơ Các đơn vị cho chuỗi thời gian file toàn cầu chuẩn hệ mét Độ cao mặt nƣớc đƣợc đƣa với đơn vị m vận tốc đƣợc đƣa với đơn vị m/s Dấu thời gian đƣợc đƣa từ bắt đầu mô Do thời gian có hạn, niên luận em bƣớc đầu tìm hiểu mô hình mà chƣa ứng dụng mô hình để tính toán trƣờng dòng chảy cho khu vực Cửa Tùng Vì niên luận em sử dụng kết tính toán từ mô hình Mike 21-3 thầy Đặng Đình Khá cung cấp để bƣớc đầu phân tích trƣờng dòng chảy khu vực Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 35 CHƢƠNG 4: DÒNG CHẢY KHU VỰC CỬA TÙNG Dƣới số kết từ mô hình Mike 21-3 modun thủy lực với điều kiện biên thủy triều gồm sóng tốc độ gió cho mùa đƣợc lấy trung bình toàn miền 2m/s hai trƣờng hợp có sóng sóng 4.1 Dòng chảy triều không sóng Kết tính toán trƣờng dòng chảy trƣờng hợp sóng cho thấy thủy triều triều khu vực sông nhỏ nhƣng truyền vào sông lớn Hình 13 Dòng chảy triều lên khu vực Cửa Tùng Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 36 Hình 14 Dòng chảy triều rút khu vực Cửa Tùng Khi triều lên dòng chảy có hƣớng vào sông mạnh, dòng chảy sông bị triệt tiêu hoàn toàn khu vực Do ảnh hƣởng địa hình nên vận tốc dòng triều lên không lớn không ảnh hƣởng sâu vào sông Khi triều rút, dòng triều dòng sông có hƣớng biển tạo thành dòng chảy song song với vờ có hƣớng Nam-Bắc Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 37 4.2 Dòng chảy tổng hợp (sóng-triều-gió) Hình 15 Dòng tổng hợp( sóng-gió-thủy triều) khu vực Cửa Tùng vào mùa đông Dòng chảy khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng mùa đông có hƣớng từ Bắc xuống Nam, chảy song song với đƣờng bờ Khu vực gần bờ phía Bắc có xoáy nhỏ nguyên nhân gây biến đổi đƣờng bờ biển khu vực Ở khu vực cửa sông kè tồn xoáy với lƣu tốc nhỏ dòng sông chảy dòng chảy từ phía Bắc chảy xuống Đây nguyên nhân gây bồi lấp cửa ảnh hƣởng đến hoạt động tàu thuyền vào Cảng Phía sau kè xuất xoáy gây bồi tụ cho khu vực phía sau kè nhƣng gây xói lở bờ phía Nam Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 38 Hình 16 Dòng tổng hợp( sóng-gió-thủy triều) khu vực Cửa Tùng vào mùa hè Dòng chảy khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng mùa hè có hƣớng từ phía Nam lên, chảy song song với đƣờng bờ Vào mùa hè, dòng chảy tạo xoáy cửa sông phía bắc bãi tắm Cửa Tùng Các xoáy phía cửa sông tồn mùa đông mùa hè Tuy nhiên vào mùa hè xoáy phát triển mạnh mở rộng so với mùa đông Ở số khu vực bãi tắm Cửa Tùng hình thành dòng tách bờ gây cân trầm tích khu vực Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 39 Hình 17 Dòng tổng hợp( sóng-gió-thủy triều) khu vực Cửa Tùng thời kì giao mùa Ở khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng thời kì chuyển từ mùa hè sang mùa đông, phía bờ Nam dòng chảy song song với bờ có hƣớng từ phía Nam lên Đến khu vực bãi tắm Cửa Tùng tranh chấp dòng từ phía Nam lên dòng từ phía Bắc xuống tạo thành dòng tách bờ diện rộng hƣớng biển gây ảnh hƣởng đến hình thái đƣờng bờ khu vực bãi tắm Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 40 KẾT LUẬN Cửa Tùng khu vực cửa sông đặc trƣng cho vùng cửa sông ven bờ miền Trung Việt Nam Đặc điểm khu vực cửa sông phẳng dốc chịu ảnh hƣởng thủy triều chủ yếu chịu ảnh hƣởng sóng Dòng chảy cửa sông ven bờ khu vực Cửa Tùng phức tạp, thấy thủy triều không chiếm ƣu so với sóng khu vực Các xoáy dòng chảy hình thành vùng cửa sông ven bờ, tồn mùa đông mùa hè Dòng sóng thành phần chiếm ƣu nguyên nhân gây xói lở bồi tụ khu vực này.Việc xây dựng kè bờ Nam cửa sông làm hay đổi chế độ dòng chảy dẫn đến trạng xói mòn bãi tắm bồi tụ cửa sông làm ảnh hƣởng đến hoạt động cảng phát triển du lịch Cần tìm giải pháp để hạn chế việc bồi tụ xói lở khu vực Sinh viên bƣớc đầu tìm hiểu mô hình CMS, hệ phƣơng trình sử dụng mô hình, phƣơng pháp giải, điều kiện biên, file đầu vào đầu mô hình Việc tìm hiểu ứng dụng mô hình đƣợc sinh viên tiếp tục thực khóa luận tốt nghiệp Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Chỉnh trị cửa sông ven bờ - Phạm Văn Giáp, Lương Văn Hậu - Nhà xuất xây dựng Báo cáo tổng kết dự án điều tra, đánh giá xâm thực bãi tắm Cửa Tùng- Trường KHTN- Sở tài nguyên môi trường tỉnh Quảng Trị Two-Dimensional Depth-Averaged Circulation Model M2D: Version 2.0, Report 1, Technical Documentation and User' Guide Mô hình hoàn lưu nướcvùng cửa sông ven bờ chịu ảnh hưởng mạnh thủy triều- Đinh Văn Ưu, Hà Thanh Hương Lí thuyết dòng chảy cửa khu vực Cửa Tùng 42