Đề tài Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ

Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa B – Trường ĐH Thủy lợi Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ Vũ Tuấn Anh (46 B) GV hướng dẫn: PGS.TS Vũ Minh Cát, Th.S Nguyễn Quang Chiến Tóm tắt Diễn biến xói bồi cửa sông ven biển vấn đề cấp thiết quy hoạch phát triển kinh tế vùng ven biển Quá trình bồi lắng cửa sông làm ảnh hưởng lớn đến giao thông thủy vào mùa kiệt, trình xói lở ảnh hưởng đến khu vục dân cư sinh sống quanh Chính cần có nghiên cứu đánh giá chi tiết Trong nghiên cứu dựa tài liệu thực đo sóng, địa hình, dòng chảy ứng dụng mô hình Xbeach số công cụ khác để xem xét đánh giá xu biến đổi cửa sông ven biển, cụ thể cửa Nhật Lệ Từ giúp đưa giải pháp tương lai Vũ Tuấn Anh lớp 46B – Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ – 2008 Giới thiệu chung Diễn biến cửa sông nây vấn đề cấp bách nhiều nước giới có nhiều cửa sông đổ biển có Việt Nam Với đặc điểm bờ biển dài 3000 km chạy dọc đất nước từ Bắc vào Nam, trung bình khoảng 20 km lại có cửa sông đổ biển, vấn đề diễn biến cửa sông cần có nghiên cứu chi tiết cụ thể Trong nghiên cứu sâu vào nghiên cứu diễn biến cửa Nhật Lệ thuộc khu vực thành phố Đồng Hới tỉnh Quảng Bình Nhật Lệ cửa sông đổ biển sông Kiến Giang Đây sông có diện tích lưu vực 2650 km2, nằm vùng trũng duyên hải trung Địa hình lưu vực sông chủ yếu đồi núi thấp, độ cao bình quân lưu vực đạt 234 m với độ dốc 20,1% Lưu vực có hình tròn, tập hợp hai nhánh sông Kiến Giang Đại giang Nhánh sông Kiến Giang có chiều dài 96 km chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam chạy song song với đường bờ biển ngăn cách với biển dãy đụn cát cao phần hạ du Nhánh sông Đại Giang chảy theo hướng Tây Nam – Đông Bắc với chiều dài 93 km Bề mặt lưu vực bị chia cắt mạnh nên mạng lưới sông phát triển với mật độ lưới sông 0,84 km/km2 Phần hạ lưu sông thuận lợi cho việc tập trung nưới nên dễ bị úng ngập mùa mưa Trong năm gần cửa sông bị bồi lấp doi cát phía Nam cửa sông phát triển gây cản trở giao thông, thoát lũ gây xói lở bờ trái uy hiếp công trình dân sinh kinh tế thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình Vũ Tuấn Anh lớp 46B - Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ - 2008 Hình 1: Cửa sông Nhật Lệ Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu 2.1 Mục đích Hiện trình bồi lấp cửa sông Nhật Lệ nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới hoạt động kinh tế ngư dân khu vực Đặc biệt mùa cạn doi cát phía cửa sông nhô lên cao, làm cho cửa sông bị thu hẹp lại, dẫn tới tàu thuyền vào qua cửa sông Vì mục đích nghiên cứu mô hình hoá đường bờ biển mô hình thuỷ động lực hai chiều xbeach, nghiên cứu đánh giá bồi lấp cửa sông mùa cạn, từ xác định vị trí bồi lấp lớn 2.2 Nhiệm vụ Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm phần sau: – Xử lý số liệu đầu vào bao gồm tài liệu sóng, tài liệu địa hình – Ứng dụng mô hình xbeach vào tính toán diễn biến đường bờ biển xét đến ảnh hưởng sóng biển không kể đến lưu lượng từ sông chảy – Xác định vị trí xảy tượng bồi lấp lớn 4 Vũ Tuấn Anh lớp 46B – Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ – 2008 2.3 Tài liệu phục vụ tính toán Tài liệu sóng (Tài liệu thực đo sóng trạm Cồn Cỏ từ năm 1980 đến năm 1990) – Tài liệu địa hình: Bình đồ khu vực cửa Nhật Lệ, mặt cắt địa hình – Tài liệu điều kiện kinh tế xã hội – Ứng dụng mô hình Xbeach vào mô diễn biến cửa sông Nhật Lệ Xbeach mô hình thuỷ động lực học hai chiều áp dụng mô cho bờ biển nghiên cứu mô hình dùng vào mô đường bờ biển vùng cửa sông không kể đến lưu lượng từ sông chảy Các thông số đầu vào chạy mô hình bao gồm; – Thông số sóng: chiều cao sóng, chu kỳ sóng, góc sóng tới – Thông số địa hình: độ sâu tâm ô lưới – Các thông số thuỷ lực khác – Lưới toạ độ x,y 3.1 Xử lý số liệu sóng * Tính toán chiều cao sóng hình thái Từ tài liệu sóng đo đạc trạm Cồn Cỏ từ năm 1980 đến năm 1996 Sử dụng công thức H mor = ( n ∑ H (i)k n S /k ) ( 1) Trong đó: H mor = Chiều cao sóng hình thái ( m ) K : Hệ số mối quan hệ vận chuyển bùn cát chiều cao sóng; k = 2,5 HS : Chiều cao sóng có nghĩa ( m ) Do ứng với bờ biển xét có chiều tạo với hướng đông góc 120 nên thành phần hướng sóng có tác động gây vận chuyển bùn cát chủ yếu hướng N, NE, E, SE, S Theo công thức (1) ta chia khoảng hướng sóng để tính H mor sau: 60 ÷ 30 30 ÷ 0 ÷ -30 -30 ÷ -60 -60 ÷ -90 -90 ÷ -120 Các hướng sóng chủ yếu với phương vuông góc với đường bờ góc sau: Vũ Tuấn Anh lớp 46B - Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ - 2008 N 600 NE 150 E -300 SE -750 S -1200 Áp dụng công thức (1) ta lập bảng tính excel kết sau: n H P DIR H^2.5*n n H P DIR H^2.5*n n H P DIR H^2.5*n n H P DIR H^2.5*n n H P DIR H^2.5*n n H P DIR H^2.5*n n H P DIR H^2.5*n n H Từ -120 đến -90 Từ -90 đến -30 Từ -30 đến Từ đến 30 Từ 30 đến 60 20 0.375 0.279134682 -73.317 1.722297475 63 0.675 0.87927425 -75.996 23.58305053 33 0.875 0.460572226 -84.411 23.6338281 33 1.25 0.460572226 -82.802 57.64862754 1.75 0.027913468 -80.046 8.10261339 3.5 0.013956734 -66.966 22.91765149 4.5 0.013956734 -68.651 42.95673696 50 0.375 0.697836706 -43.33 4.305743688 289 0.675 4.033496162 -45.292 108.1825651 178 0.875 2.484298674 -41.378 127.4794364 276 1.25 3.852058618 -39.04 482.1521576 86 1.75 1.200279135 -43.226 348.4123758 30 2.25 0.069783671 -42.977 227.8125 2.75 0.069783671 -43.096 62.70493744 3.5 79 0.375 1.102581996 -16.785 6.803075028 377 0.675 5.261688765 -17.706 141.123969 285 0.875 3.977669225 -16.322 204.1103336 460 1.25 6.420097697 -22.671 803.5869294 217 1.75 3.028611305 -12.863 879.1335528 118 2.25 1.646894627 -16.051 896.0625 36 2.75 0.502442428 -16.524 451.4755496 34 3.5 31 0.375 0.432658758 16.664 2.669561087 140 0.675 1.953942777 16.703 52.40677896 116 0.875 1.618981158 12.835 83.07648667 245 1.25 3.41939986 8.664 427.9973863 188 1.75 2.623866015 10.895 761.6456587 207 2.25 2.889043964 15.55 1571.90625 103 2.75 1.437543615 14.83 1291.721711 163 3.5 19 0.375 0.265177948 45.006 1.636182602 53 0.675 0.739706909 47.349 19.83970918 49 0.875 0.683879972 41.543 35.09265385 102 1.25 1.423586881 47.048 178.186667 98 1.75 1.367759944 47.522 397.0280561 121 2.25 1.688764829 48.996 918.84375 105 2.75 1.465457083 49.358 1316.803686 98 3.5 Vũ Tuấn Anh lớp 46B – Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ – 2008 P DIR H^2.5*n n Hs P DIR H^2.5*n n H P DIR H^2.5*n n H P DIR H^2.5*n Total N Hmor Tp Hg (┻ bờ) Hg (địa lý) 0.055826936 -33.455 91.67060598 153 1.068505272 0.597767835 -78.87467974 208.8746797 918 1.201533081 3.063001428 -42.21378867 172.2137887 0.47452896 -17.523 779.2001508 14 4.5 0.195394278 -18.189 601.3943174 5.5 0.013956734 -16.719 70.94253837 6.5 0.013956734 -10.765 107.7167872 1622 1.561438657 4.344123845 -18.02692478 148.0269248 2.274947662 9.073 3735.577194 74 4.5 1.032798325 8.785 3178.798535 5.5 0.013956734 2.912 70.94253837 6.5 0.041870202 15.028 323.1503617 1271 2.413344336 2.359786158 12.14644296 117.853557 1.367759944 49.482 2245.929846 29 4.5 0.40474529 49.916 1245.745372 5.5 0.083740405 47.301 425.6552302 6.5 0.083740405 49.991 646.3007233 686 2.593526589 1.256553663 47.88327697 82.11672303 Từ bảng kết số liệu tính toán ta xác định chiều cao sóng theo hướng sóng sau: Hướng bắc: H = 2.594 m Hướng đông bắc: H = 2.413 m Hướng đông: H = 1.561 m Hướng đông nam: H = 1.202 m Hướng nam: H = 1.0685 m * Tính toán chu kỳ sóng Chu kỳ sóng xác định thông qua công thức thực nghiệm sau: Hs / Lo = Hs / (1.56 T2) = / 30 Trong Hs chiều cao sóng hình thái (m) T chu kỳ sóng (s) • Kết tính toán chu kỳ sóng cho hướng sau: Hướng Bắc(diro = độ ): H = 2.594 m → T = 7.063 s Hướng Đông Bắc(diro = 45 độ): H = 2.413 m → T = 6.81 s Vũ Tuấn Anh lớp 46B - Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ - 2008 Hướng Đông( diro = 90 độ): H = 1.561 m → T = 5.48 s Hướng Đông Nam( diro = 135 độ) : H = 1.202 m → T = 4.81 s Hướng Nam ( diro = 180 độ) : H = 1.0685 m → T = 4.53 s 3.2 Xử lý số liệu địa hình, lập lưới toạ độ Từ đường đồng mức bình đồ khu vực ta sử dụng mô hình Delft 3D thành lập ô lưới khu vực nghiên cứu tiến hành nội suy mô hình thông qua hai công cụ Triangular interpolation internal Diffusion cho xuất kết Do mô hình Delft 3D có thông số địa hình tính cho nút ô lưới, mô hình xbeach tính cho thông số địa hình ô lưới nên đưa số liệu địa hình từ mô hình Delft 3D ta cần phải dịch chuyển ô lưới theo hai phương x y đoạn dx/2 = 25 m dy/2 = 25 m, đồng thời xoay góc 210 độ ngược chiều kim đồng hồ Bên cạnh mô hình Delft 3D chạy với ô lưới với toạ độ theo toạ độ UTM, mặt khác xbeach gốc ô lưới điểm có toạ độ O (0,0) Chính ta phải chuyển lưới toạ độ từ lưới tính Delft 3D hệ trục toạ độ chuẩn oxy với điểm O (0,0) thông qua công thức sau: x = ( X – X0) cos (anfa) - (Y – Y0) sin(anfa) y = ( Y -Y0) cos ( anfa) + ( X – X0) sin(anfa) Trong đó: (x,y )là toạ độ điểm x, y lưới tính xbeach (X0,Y0) toạ độ điểm gốc lưới toạ độ tính mô hình Delft 3D (X,Y): Là toạ độ điểm lưới toạ độ tính Delft 3D anfa; góc hợp trục ox với hướng Đông; anfa = 210 độ Trong phạm vi cửa sông số ô lưới làm mịn để tính toán xác Trong toàn lưới toạ độ ta xác định miền làm mịn, miền ô lưới ta lại chia thành ô lưới nhỏ nhau, cụ thể ta chia ô lưới thành ô theo trục x ô theo trục y nhiên điều kiện thời gian hạn chế nên chạy mô hình với lưới thô có độ lớn 60x90 ô 8 Vũ Tuấn Anh lớp 46B – Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ – 2008 Hình 2: Sơ đồ lưới tính toán mô hình xbeach Trong : Vùng vùng đất liền Vùng vùng Biển khơi Vùng vùng lưới tính toán mô hình xbeach Vùng hệ toạ độ tự nhiên 3.3 Chạy mô hình - Chạy lần với sóng hướng bắc; chiều cao sóng H = 2.594 m;T = 7.063 s; (dir0 = độ ) – Chạy lần với sóng hướng đông bắc: H = 2.413 m; T = 6.81 s; (dir0 = 45 độ) Chạy lần với sóng hướng đông: H = 1.561 m; T = 5.48 s; ( dir0 = 90 độ) – Chạy lần với sóng hướng đông nam: H = 1.202 m; T = 4.81 s; ( dir0 = 135 độ) - Chạy lần với sóng hướng nam: H = 1.0685 m; T = 4.53 s; ( dir0 = 180 độ) – Kết đánh giá Đánh giá biến đổi địa hình đáy theo thời gian xác định theo công thức delta Zb/ delta t = ( Sra – Svào)/ F * delta t Trong Vũ Tuấn Anh lớp 46B - Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ - 2008 Sra : lượng bùn cát khỏi khu vực lưới tính toán (m3/ năm) Svào: lượng bùn cát vào khu vực ô lưới tính toán, ( m3/ năm) F: diện tích lưới tính toán, m2 Do thời gian chạy mô hình yêu cầu lớn nên ta xem xét chạy mô hình cho hướng sóng chủ đạo hướng Đông với thông số sóng sau: H = 1.561 m; T = 5.48 s; Diro = 90 độ Hình 3: Địa hình khu vực trước chạy mô hình 10 Vũ Tuấn Anh lớp 46B – Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ – 2008 Hình : Hình biểu diễn mức độ thay đổi địa hình – Nhận xét: Về sau tiến hành chạy mô hình với thông số đầu vào ta thấy đường bờ biển vùng cửa sông mô xác Tuy nhiên yêu cầu chạy mô hình với thời gian dài đánh giá thay đổi Do thời gian có hạn nên ban đầu mô đường bờ biển khu vực cửa Nhật Lệ xác định vị trí phía bắc cửa sông có tượng xói, phía nam cửa sông có tượng doi cát nâng cao lên Những kết sau chạy mô hình cho thấy diễn biến cửa Nhật Lệ phù hợp với thực tế khảo sát Kết luận Trong nghiên cứu nàychúng tiến hành phân tích số liệu sóng địa hình đồng thời sử dụng mô hình Xbeach vào mô chi tiết diễn biến đường bờ khu vực cửa Nhật Lệ đồng thời xác định vị trí bồi lấp lớn thuộc vị trí cửa sông phía nam Tuy nhiên thời gian hạn chế nên phần Vũ Tuấn Anh lớp 46B - Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ - 2008 11 chạy mô hình chưa đưa nhận xét chi tiết, thông số đầu vào tương đối thô Việc thực đề tài sở quan trọng giúp có kiến thức hữu ích cho việc làm đồ án tốt nghiệp sau Cuối xin trân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình thầy Nguyễn Quang Chiến trình thực đề tài, cảm ơn giúp đỡ thầy Nguyễn Quang Lương đóng góp giúp đỡ việc thu thập số liệu Cuối cám ơn khoa Kỹ thuât bờ biển tạo điều kiện kỹ thuât giúp hoàn thành đề tài Tài liệu tham khảo Roelvink et al (2007), Xbeach annual report – Elias et al ( 2006), Field and model data analysis of sand transport patterns in Texel tidal inlet (Netherlands) , coastal enginneering 53 (2006) 505-529 – [...]... - Mô hình hoá diễn biến cửa Nhật Lệ - 2008 11 chạy mô hình còn chưa đưa ra được những nhận xét chi tiết, các thông số đầu vào còn tương đối thô Việc thực hiện đề tài này là một cơ sở quan trọng giúp chúng tôi có những kiến thức hữu ích cho việc làm đồ án tốt nghiệp sau này Cuối cùng chúng tôi xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy Nguyễn Quang Chiến trong quá trình thực hiện đề tài, ... sự giúp đỡ của thầy Nguyễn Quang Lương về những đóng góp giúp đỡ chúng tôi trong việc thu thập số liệu Cuối cùng tôi cám ơn khoa Kỹ thuât bờ biển đã tạo điều kiện về kỹ thuât giúp tôi hoàn thành đề tài này 6 Tài liệu tham khảo Roelvink et al (2007), Xbeach annual report – Elias et al ( 2006), Field and model data analysis of sand transport patterns in Texel tidal inlet (Netherlands) , coastal enginneering