Nghiên cứu chế độ trường sóng và tác động của nó đến biến động - suy thoái bãi biển Nha Trang

Header Page of 237 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 Footer Page of 237 Header Page of 237 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 Footer Page of 237 Header Page of 237 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 khơng phải ch p tồn 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 Footer Page of 237 Header Page of 237 ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn tơi 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 tơi hồn 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 q trình học tập PGS TS Nguyễn Mạnh Hùng - ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn giúp đỡ tạo điều kiện q trình nghiên cứu hồn 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 tơi 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 Footer Page of 237 Header Page of 237 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 tốn 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 MƠ HÌNH ĐƢỢC SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH TỐN TRONG LUẬN VĂN Cơ sở lý thuyết mơ hình SWAN 2.1.1 Giới thiệu mơ hình .9 2.1.2 C c phƣơng tr nh ản .9 2.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình tính sóng, dòng chảy vận chuyển bùn cát hệ thống mơ hình SMS (CMS-flow CMS-wave) 12 2 Cơ sở lý thuyết mơ hình CMS-flow 12 2 Cơ sở lý thuyết mơ hình CMS-wave 22 2.2.3 Kết nối mơ hình CMS-flow CMS-wave 25 Cơ sở lý thuyết mơ hình SBEACH: 26 CHƢƠNG III – ÁP DỤNG CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN 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 mơ hình SWAN 32 3.2.1 Miền tính lƣới tính: 32 3.2.2 Kiểm chứng mơ 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 thơng số mơ hình CMS-wave CMS-flow .39 Footer Page of 237 Header Page of 237 iv 3.3.1 Thiết lập thơng số mơ hình CMS-wave .39 3.3.2 Thiết lập thơng số mơ hình CMS-flow 41 3.3.3 Thiết lập thông số kết nối hai mơ hình CMS-flow CMS-wave: 43 3.4 Các kết tính tốn 44 3.5 Phân tích kết tính tốn 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 tốn biến động bãi biển Nha Trang dƣới t c động bão .53 3.6.1 Thiết lập thơng số mơ hình SBEACH .53 3.6.2 Kết tính mơ hình SBEACH 54 Sơ ộ nhận x t đề xu t giải pháp ổn định bãi 54 KẾT LUẬN 56 Footer Page of 237 Header Page of 237 v DANH MỤC CÁC HÌNH H nh Sơ đồ “Avalanching” mơ 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 mơ 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 tốn thực đo trạm A tháng 5/2013 Hình 3.5 So sánh chu k sóng tính tốn thực đo trạm A tháng 5/2013 H nh So s nh độ cao sóng tính tốn thực đo trạm A tháng 12/2013 Hình 3.7 So sánh chu k sóng tính tốn thực đo trạm A tháng 12/2013 H nh Lƣới tính CMS-wave Hình 3.9 Thiết lập thơng 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 thơng số mơ hình CMS-flow Hình 3.13 Các thơng số tính tốn VCBC Hình 3.14 Giao diện điều khiển tính tốn cặp đồng thời hai mơ 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 tốn 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 tốn 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 tốn 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 tốn mơ hình SBEACH Footer Page of 237 Header Page of 237 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 Footer Page of 237 Header Page of 237 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SMS tầng mặt Surface-water Modeling System - Hệ thống mơ hình tính CMS – wave Coastal Modeling System – wave - Hệ thống mơ hình tính vùng ven bờ - tính sóng CMS – flow Coastal Modeling System – flow - Hệ thống mơ hình tính vùng ven bờ - tính dòng chảy SWAN Simulating WAve Nearshore – Mơ hình tính sóng gần bờ STWAVE STeady state spectral WAVE – Mơ hinh tính sóng phổ ổn định SBEACH Storm-induced BEAch Change - Mơ hình tính biến đổi mặt cắt vng góc với bờ bão VCBC Vận Chuyển Bùn Cát NT Nha Trang Footer Page of 237 Header Page 10 of 237 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 thối bãi đƣợc hiểu q 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 cơng 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 tốn 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 tốn q trình hậu biến đổi bãi biển, bờ biển trở lên phức tạp Hầu hết quy trình mơ 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 cơng trình bảo vệ đƣợc Ủy ban nhân dân t nh Kh nh Hòa quan tâm đặc biệt Ngày 08/03/2012, Sở Khoa học Cơng 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, cơng trình biển quản lý mơi 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 thối 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 mơ 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 mơ h nh đƣợc sử dụng để tính tốn luận văn chƣơng III - Áp dụng mơ hình tính tốn yếu tố động lực bùn cát cho khu vực bãi biển Nha Trang kết nhận đƣợc, cuối kết luận Footer Page 10 of 237 Header Page 11 of 237 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Mạnh Hùng 2000 “Tính tốn trường sóng vận chuyển bùn cát phục vụ xây dựng cơng 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 Mơ 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 Tồn 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 cơng 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 Footer Page 11 of 237  ... n đề biến động – suy thối khu vực bãi biển Nha Trang, tơi lựa chọn hƣớng nghiên cứu với đề tài: nghiên cứu chế độ trường sóng tác động đến biến động – suy thối bãi biển Nha Trang" Luận văn có... 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... of 237 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