Nghiên cứu chế độ trường sóng và tác động của nó đến biến động suy thoái bãi biển nha trang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VŨ THẮNG NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ TRƯỜNG SÓNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐẾN BIẾN ĐỘNG – SUY THOÁI BÃI BIỂN NHA TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT Hà nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VŨ THẮNG NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ TRƯỜNG SÓNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐẾN BIẾN ĐỘNG – SUY THOÁI BÃI BIỂN NHA TRANG Ngành: Cơ kỹ thuật Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 60.52.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Mạnh Hùng Hà nội – 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn: “Nghiên cứu chế độ trường sóng tác động đến biến động – suy thoái bãi biển Nha Trang” kết nghiên cứu riêng với hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Mạnh Hùng Các số liệu nêu trích dẫn luận văn trung thực ch p toàn văn t k tài liệu hay công tr nh nghi n cứu kh c mà không ch r tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Vũ Thắng ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn xin ày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới: Ban giám hiệu trƣờng Đại học Công nghệ khoa Cơ học kỹ thuật, Phòng Sau đại học tạo điều kiện giúp đỡ hoàn thành luận văn Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam quan nơi công t c tạo điều kiện mặt thời gian, kinh phí thủ tục hành suốt trình học tập PGS TS Nguyễn Mạnh Hùng - ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn giúp đỡ tạo điều kiện trình nghiên cứu hoàn thành luận văn C c đồng nghiệp Phòng Cơ học Môi trƣờng Biển giúp đỡ suốt thời gian làm luận văn Nhiệm vụ hợp tác quốc tế: Nghiên cứu chế độ thủy động lực học vận chuyển bùn cát vùng cửa sông bờ biển vịnh Nha Trang, t nh Khánh Hòa PGS.TS Nguyễn Trung Việt chủ nhiệm Nhiệm vụ cung c p cho số liệu đo đạc địa hình, sóng mặt cắt bãi biển Nha Trang Cuối xin chân thành cảm ơn c c thầy cô Khoa Cơ học kỹ thuật tận tính dạy dỗ truyền thụ kiến thức cho năm học vừa qua iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I – TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ TIẾN HÀNH CHO KHU VỰC VỊNH NHA TRANG 1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu .3 1.1.1 Đặc điểm kinh tế xã hội .3 1.1.2 C c điều kiện tự nhiên 1.2 Các nghiên cứu trƣờng sóng biến đổi ãi tiến hành cho khu vực 1.2.1 Tình hình nghiên cứu tính toán sóng vận chuyển bùn cát 1.2.2 Các nghiên cứu trƣờng sóng khu vực vịnh Nha Trang 1.2.3 Các nghiên cứu biến đổi bãi khu vực vịnh Nha Trang CHƢƠNG II – CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC MÔ HÌNH ĐƢỢC SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN TRONG LUẬN VĂN Cơ sở lý thuyết mô hình SWAN 2.1.1 Giới thiệu mô hình .9 2.1.2 C c phƣơng tr nh ản .9 2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình tính sóng, dòng chảy vận chuyển bùn cát hệ thống mô hình SMS (CMS-flow CMS-wave) 12 2 Cơ sở lý thuyết mô hình CMS-flow 12 2 Cơ sở lý thuyết mô hình CMS-wave 22 2.2.3 Kết nối mô hình CMS-flow CMS-wave 25 Cơ sở lý thuyết mô hình SBEACH: 26 CHƢƠNG III – ÁP DỤNG CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ ĐỘNG LỰC VÀ BÙN CÁT CHO KHU VỰC BÃI BIỂN NHA TRANG VÀ CÁC KẾT QUẢ NHẬN ĐƢỢC .30 3.1 Thu thập số liệu sóng vùng nƣớc sâu 30 3.2 Tính sóng lan truyền từ vùng nƣớc sâu vào khu vực ven bờ vịnh Nha Trang mô hình SWAN 32 3.2.1 Miền tính lƣới tính: 32 3.2.2 Kiểm chứng mô hình tính sóng: 33 3.2.3 Kết tính lan truyền sóng từ vùng nƣớc sâu vào vịnh Nha Trang: 37 3.3 Thiết lập thông số mô hình CMS-wave CMS-flow .39 iv 3.3.1 Thiết lập thông số mô hình CMS-wave .39 3.3.2 Thiết lập thông số mô hình CMS-flow 41 3.3.3 Thiết lập thông số kết nối hai mô hình CMS-flow CMS-wave: 43 3.4 Các kết tính toán 44 3.5 Phân tích kết tính toán biến động ãi đ y iển khu vực bãi biển Nha Trang dƣới t c động c c trƣờng sóng thịnh hành 52 3.6 Tính toán biến động bãi biển Nha Trang dƣới t c động bão .53 3.6.1 Thiết lập thông số mô hình SBEACH .53 3.6.2 Kết tính mô hình SBEACH 54 Sơ ộ nhận x t đề xu t giải pháp ổn định bãi 54 KẾT LUẬN 56 v DANH MỤC CÁC HÌNH H nh Sơ đồ “Avalanching” mô hình SBEACH Hình 3.1 Trích đoạn số liệu th ng năm 1988 số liệu trƣờng sóng thu thập đƣợc H nh Lƣới tính sóng theo mô hình SWAN cho khu vực Vịnh Nha Trang lân cận Hình 3.3 Vị trí trạm đo đạc tham số sóng Hình 3.4 So s nh độ cao sóng tính toán thực đo trạm A tháng 5/2013 Hình 3.5 So sánh chu k sóng tính toán thực đo trạm A tháng 5/2013 H nh So s nh độ cao sóng tính toán thực đo trạm A tháng 12/2013 Hình 3.7 So sánh chu k sóng tính toán thực đo trạm A tháng 12/2013 H nh Lƣới tính CMS-wave Hình 3.9 Thiết lập thông số CMS-wave H nh 10 Điều kiện phổ sóng biên CMS-wave H nh 11 Lƣới tính CMS-flow Hình 3.12 Thiết lập thông số mô hình CMS-flow Hình 3.13 Các thông số tính toán VCBC Hình 3.14 Giao diện điều khiển tính toán cặp đồng thời hai mô hình Hình 3.15 Vị trí mặt cắt đƣợc sử dụng trích xu t số liệu Hình 3.16 Bản đồ phân bố trƣờng sóng ứng với hƣớng sóng NE H nh 17 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau tính toán với hƣớng sóng NE Hình 3.18 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng NE Hình 3.19 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng NE Hình 3.20 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng NE Hình 3.21 Bản đồ phân bố trƣờng sóng ứng với hƣớng sóng E H nh 22 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau tính toán với hƣớng sóng E Hình 3.23 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng E Hình 3.24 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng E Hình 3.25 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng E Hình 3.26 Bản đồ phân bố trƣờng sóng ứng với hƣớng sóng SE H nh 27 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau tính toán với hƣớng sóng SE Hình 3.28 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng SE Hình 3.29 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng SE Hình 3.30 Bản đồ biến động bãi biển mặt cắt dƣới t c động hƣớng sóng SE Hình 3.31 Biến động địa hình bãi mặt cắt số dƣới t c động c c hƣớng sóng thịnh hành năm NE, E SE Hình 3.32 Biến động địa hình bãi biển mặt cắt số dƣới t c động c c hƣớng sóng thịnh hành năm NE E SE Hình 3.33 Biến động địa hình bãi biển mặt cắt số dƣới t c động c c hƣớng sóng thịnh hành năm NE E SE Hình 3.34 Mực nƣớc ngày 09,10-11-2013 khu vực Nha Trang Hình 3.35 Kết tính toán mô hình SBEACH vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Tần su t (%) xu t c c độ cao sóng theo c c hƣớng Bảng 3.2 Bảng độ cao sóng trung nh theo c c hƣớng độ sâu 90m Bảng 3.3 Bảng chu k sóng trung nh theo c c hƣớng độ sâu 90m Bảng 3.4 Bảng độ cao sóng trung bình độ sâu 15m Bảng 3.5 Bảng chu k sóng trung bình độ sâu 15m Bảng 3.6 Hình trƣờng sóng theo hƣớng t c động Bảng 3.7 Số liệu địa hình mặt cắt bãi biển trƣớc sau bão vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SMS tầng mặt Surface-water Modeling System - Hệ thống mô hình tính CMS – wave Coastal Modeling System – wave - Hệ thống mô hình tính vùng ven bờ - tính sóng CMS – flow Coastal Modeling System – flow - Hệ thống mô hình tính vùng ven bờ - tính dòng chảy SWAN Simulating WAve Nearshore – Mô hình tính sóng gần bờ STWAVE STeady state spectral WAVE – Mô hinh tính sóng phổ ổn định SBEACH Storm-induced BEAch Change - Mô hình tính biến đổi mặt cắt vuông góc với bờ bão VCBC Vận Chuyển Bùn Cát NT Nha Trang MỞ ĐẦU Trong năm gần khu vực bãi biển Nha Trang phải đối mặt với số vần đề cần đƣợc giải nhƣ v n đề môi trƣờng biến động – suy thoái bãi Biến động – suy thoái bãi đƣợc hiểu trình nhƣ xói lở, m t bãi, biến động địa h nh dƣới mặt nƣớc tạo c c ar sâu s t m p nƣớc hay xu t hiện tƣợng động lực ven bờ nhƣ dòng t ch (rip currents), xoáy cục khu vực ven bờ Những tƣợng tr n đƣợc x c định suy thoái bãi biển gây m t bãi tắm khu vực dọc bờ biển vịnh Nha Trang ảnh hƣởng trực tiếp đến mạnh nh t nơi ngh dƣỡng, tắm biển Các yếu tố động lực biển bao gồm sóng, dòng chảy, mực nƣớc vận chuyển bùn cát (VCBC) tham số đầu vào định đến suy thoái bãi Nhà nƣớc ta từ lâu nhận thức đƣợc tầm quan trọng v n đề biến động cửa sông, bờ biển n n triển khai nhiều công trình, đề tài, dự án nhằm điều tra, thu thập, x c định trạng bồi xói, theo dõi diễn biến địa hình vùng trọng điểm, xây dựng luận khoa học cho giải pháp phòng chống Tuy nhi n đặc điểm phức tạp vùng cửa sông, ven biển dƣới t c động yếu tố động lực biển, gió mùa bão, chƣa có đƣợc kết phân tích đ nh gi tính toán cho phép lý giải chế dự báo diễn biến c c đặc trƣng thủy động lực bùn cát phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội Ngoài ra, điều kiện t c động biến đổi khí hậu, việc tính toán trình hậu biến đổi bãi biển, bờ biển trở lên phức tạp Hầu hết quy trình mô hình sử dụng chƣa có điều kiện kiểm tra hiệu ch nh chi tiết đồng điều kiện Việt Nam V n đề suy thoái bãi tắm Nha Trang sau có công trình bảo vệ đƣợc Ủy ban nhân dân t nh Kh nh Hòa quan tâm đặc biệt Ngày 08/03/2012, Sở Khoa học Công nghệ Khánh Hòa tổ chức hội thảo khoa học: “Đề xu t giải pháp khoa học công nghệ nhằm nâng c p bãi biển Nha Trang phục vụ du lịch phát triển bền vững” với tham gia c c chuy n gia đầu ngành hải dƣơng học, công trình biển quản lý môi trƣờng Nhận thức đƣợc mức độ c p thiết v n đề biến động – suy thoái khu vực bãi biển Nha Trang, lựa chọn hƣớng nghiên cứu với đề tài: “nghiên cứu chế độ trường sóng tác động đến biến động – suy thoái bãi biển Nha Trang" Luận văn có mục tiêu nhƣ sau: - - Có đƣợc chế độ trƣờng sóng vùng nƣớc sâu khu vực vịnh Nha Trang Dựa vào phƣơng ph p tính to n lan truyền trƣờng sóng vùng nƣớc sâu vào khu vực ãi iển Nha Trang có đƣợc c c h nh trƣờng sóng thịnh hành t c động đến đ y iển ãi iển Nha Trang Đ nh gi đƣợc c c iến động đ y iển ãi iển Nha Trang qua c c kết tính to n iến đổi đ y theo c c mô h nh tính đại Sơ ộ nhận x t đƣa c c giải ph p nhằm ổn định ãi Luận văn ao gồm: Mở đầu chƣơng I - Tổng quan khu vực tình hình nghiên cứu tiến hành cho khu vực vịnh Nha Trang chƣơng II - Cơ sở lý thuyết mô h nh đƣợc sử dụng để tính toán luận văn chƣơng III - Áp dụng mô hình tính toán yếu tố động lực bùn cát cho khu vực bãi biển Nha Trang kết nhận đƣợc, cuối kết luận 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Mạnh Hùng 2000 “Tính toán trường sóng vận chuyển bùn cát phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” b o c o tổng kết đề tài c p nhà nƣớc KHCN-06-10 “Cơ sở khoa học đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” Viện Cơ học Hà Nội 2000 Nguyễn Mạnh Hùng Phạm Văn Ninh Dƣơng Công Điển Mô hình tính cặp đồng thời yếu tố sóng, dòng chảy mực nước phục vụ nghiên cứu biến động bờ biển vùng châu thổ sông Hồng, Tuyển tập công tr nh Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí Toàn quốc năm 2005 Nhiệm vụ hợp t c quốc tế khoa học công nghệ theo nghị định thƣ “Nghiên cứu chế độ thủy động lực học vận chuyển bùn cát vùng cửa sông bờ biển vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa” Đại học Thủy lợi Hà Nội 2012 Sở khoa học công nghệ t nh Kh nh Hòa (2004), "Đặc điểm khí hậu thủy văn tỉnh Khánh Hòa" UBND t nh Kh nh Hòa (2003) "Địa chí Khánh Hòa" NXB trị quốc gia http://nhatrang.khanhhoa.gov.vn/Default.aspx?TopicId=8e575c35-adbc4e2d-9a77-aa6f8317137e Nguyễn Kim Vinh (1997),"Đo đạc nghiên cứu đặc trưng động lực biển Nha Trang mối liên hệ với môi trường" B o c o đề tài sơ sở Viện Hải Dƣơng học Trần Văn B nh Trịnh Thế Hiếu,"Sự biến đổi hình thái địa hình bãi đường bờ số khu vực bờ biển Nam trung theo thời gian (20072008)" Tạp chí KHCN iển T10(2010) số Tr 15-29 Tiếng Anh CMS User Manual, Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2012 10 SMS Surface Water Modeling System – Tutorials Version 10.1 Brigham Young University – Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2011 11 Shore Protection Manual Coastal Engineering Research Center, US Navy, 1984 12 CEDAS-SBEACH version 4.03; Copyright 1999-2015, Veri-Tech, Inc [...]... c quốc tế về khoa học và công nghệ theo nghị định thƣ Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông và bờ biển vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa” Đại học Thủy lợi Hà Nội 2012 4 Sở khoa học và công nghệ t nh Kh nh Hòa (2004), "Đặc điểm khí hậu và thủy văn tỉnh Khánh Hòa" 5 UBND t nh Kh nh Hòa (2003) "Địa chí Khánh Hòa" NXB chính trị quốc gia 6 http://nhatrang.khanhhoa.gov.vn/Default.aspx?TopicId=8e575c35-adbc4e2d-9a77-aa6f8317137e... toán trường sóng và vận chuyển bùn cát phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” b o c o tổng kết đề tài c p nhà nƣớc KHCN-06-10 “Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” Viện Cơ học Hà Nội 2000 2 Nguyễn Mạnh Hùng Phạm Văn Ninh Dƣơng Công Điển Mô hình tính cặp đồng thời các yếu tố sóng, dòng chảy và mực nước phục vụ nghiên cứu biến động bờ biển. .. http://nhatrang.khanhhoa.gov.vn/Default.aspx?TopicId=8e575c35-adbc4e2d-9a77-aa6f8317137e 7 Nguyễn Kim Vinh (1997),"Đo đạc và nghiên cứu các đặc trưng động lực biển Nha Trang trong mối liên hệ với môi trường" B o c o đề tài sơ sở Viện Hải Dƣơng học 8 Trần Văn B nh Trịnh Thế Hiếu,"Sự biến đổi hình thái địa hình bãi và đường bờ tại một số khu vực bờ biển Nam trung bộ theo thời gian (20072008)" Tạp chí KHCN iển T10(2010) số 2 Tr 15-29 Tiếng