Nghiên cứu yếu tố thủy động lực và sóng cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi bằng mô hình Mike 21

Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển MỞ ĐẦU Tổng quan khu vực nghiên cứu Tỉnh Quảng Ngãi có đƣờng bờ biển dài gần 130 km, thuộc huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tƣ Nghĩa, Mộ Đức Đức Phổ Bờ biển Quảng Ngãi bị chia cắt cửa sông đầm phá ven biển nhƣ: cửa Sa Cần, cửa Sa Kỳ, cửa Đại, cửa Lở, cửa Mỹ Á cửa Sa Huỳnh Cửa Mỹ Á hạ lƣu sông Trà Câu thuộc địa phận xã Phổ Quang huyện Đức Phổ, bốn cảng biển quan trọng tỉnh Quảng Ngãi, có vai trò lớn phát triển kinh tế vùng Cửa Mỹ Á cịn luồng giao thơng cho tàu thuyền vùng vào đánh bắt thủy hải sản, nơi neo đậu tàu thuyền tránh bão Ngoài ra, cửa Mỹ Á cịn cửa tiêu nƣớc lƣu vực sông Thoa, sông Trà Câu, sông Rớ nam sơng Vệ nên cịn có vai trị quan trọng lũ, tiêu úng ngập, ổn định dân cƣ phát triển sản xuất nông nghiệp vùng Lý chọn đề tài Những năm gần đây, với phát triển kinh tế ven biển chung nƣớc phát triển bền vững kinh tế biển, tỉnh Quảng Ngãi có đầu tƣ đội tàu, cảng cá, khu neo đậu tàu thuyền mang tầm nhìn chiến lƣợc Cửa Mỹ Á có lợi địa hình, địa mạo với bề rộng sông Thoa tƣơng đối lớn, ăn sâu vào đất liền kết hợp với núi nhô tận cửa biển tạo điều kiện thuận lợi xây dựng khu neo đậu tránh bão cách cửa sông khoảng 300 m, đảm bảo che chắn sóng tốt Việc xây dựng khu neo đậu tránh bão cửa Mỹ Á đƣợc ƣu tiên hàng đầu kế hoạch phát triển ngành thủy sản tỉnh Quãng Ngãi, yêu cầu cấp thiết cho phát triển bền vững kinh tế ven biển tỉnh Dự án xây dựng khu neo đậu tránh bão Mỹ Á giai đoạn I hoàn thành nghiệm thu năm 2011 với quy mô neo đậu tránh trú bão cho 400 tàu thuyền có cơng suất đến 400 CV Các hạng mục cơng trình xây dựng đáp ứng việc ngăn chặn việc bồi lấp bùn cát vận chuyển bùn cát ven bờ năm vào tháng mùa khô từ Bắc xuống Nam giữ thông cửa Mỹ Á Tuy nhiên, số hạng mục đê chắn cát bờ bắc bờ nam chƣa hồn thiện dẫn tới tình trạng cửa luồng vào khu neo đậu bị bồi lấp nghiêm SVTH: Tô Duy Hoàn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển trọng, đê bờ nam bị sạt lún gây hƣ hỏng nặng phần gốc đê Đồng thời, dự án chƣa giải vấn đề lặng sóng luồng cảng gây nguy hiểm lớn với tàu thuyền lại nhiều tai nạn đáng tiếc xảy Nhận thấy thực trạng đó, việc tìm giải pháp ổn định cho khu vực cửa Mỹ Á cần thiết để định hƣớng cho phát triển kinh tế vùng Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu yếu tố thủy động lực sóng cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi mơ hình Mike 21” vơ cần thiết, nhằm mô phỏng, đánh giá thực trạng khu vực định hƣớng phƣơng pháp khắc phục tƣơng lai Mục tiêu đề tài Thu thập yếu tố điều kiện tự nhiên, địa hình, thủy hải văn, khí hậu khu vực, ứng dụng mơ hình Mike 21 mơ yếu tố thủy động lực sóng sau đánh giá, tìm ngun nhân dẫn đến trạng khu vực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Từ đó, nghiên cứu đề xuất giải pháp khắc phục đồng thời giảm thiểu tối đa tác nhân gây nguy hiểm đến khu vực nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực thành công đề tài nghiên cứu khoa học, em sử dụng phƣơng pháp sau: (1) Phƣơng pháp thu thập, chỉnh lý số liệu phục vụ nghiên cứu (2) Phƣơng pháp mô hình mơ (3) Phƣơng pháp đánh giá Đối tƣợng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu yếu tố thủy động lực sóng cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Đồng thời, đề tài biện luận tìm nguyên nhân dẫn đến trạng khu vực đề xuất phƣơng pháp giải tƣơng lai SVTH: Tô Duy Hoàn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Phạm vi nghiên cứu Với lƣợng kiến thức đƣợc trang bị giảng đƣờng, giúp đỡ thầy giáo hƣớng dẫn, đề tài nghiên cứu khoa học tập trung với khối lƣợng công việc nhƣ sau: - Không gian: Giới hạn khu vực nghiên cứu cửa Mỹ Á, xã Phổ Quang huyện Đức Phổ tỉnh Quảng Ngãi - Cơng việc: Tìm hiểu điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu, mô thủy động lực, chế độ sóng mơ hình Mike 21 Nghiên cứu chƣa đề cập đến tính tốn khả lũ, chất lƣợng nƣớc cửa sông, xâm nhập mặn định lƣợng vận chuyển bùn cát Bố cục đề tài Chƣơng 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu Chƣơng 2: Xây dựng mơ hình tính tốn cho khu vực Chƣơng 3: Kết tính tốn hiệu chỉnh Chƣơng 4: Nghiên cứu, đề xuất giải pháp ổn định SVTH: Tô Duy Hoàn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU Điều kiện tự nhiên 1.1 Vị trí địa lý Cửa Mỹ Á hạ lƣu sơng Thoa thuộc địa phận hành xã Phổ Quang huyện Đức Phổ tỉnh Quảng Ngãi có vị trí vào khoảng: Vĩ độ Bắc: 14°49'53.33" Kinh độ Đông: 108°59'50.97" Cửa Mỹ Á cách quốc lộ 1A khoảng 4,5 km cách thành phố Quảng Ngãi khoảng 40 km, giao thông thuận lợi cho phát triển kinh tế xã hội Đức Phổ huyện phía nam tỉnh Quảng Ngãi, huyện đồng ven biển Phía Bắc giáp huyện Mộ Đức Phía Nam giáp huyện Hồi Nhơn tỉnh Bình Định Phía tây giáp huyện Nghĩa Hành, huyện Ba Tơ Phía Đơng giáp biển Đơng Hình 1 Khu vực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Nguồn: Google Earth 1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo Sơng ngịi: Khu vực có sơng lớn sơng Trà Câu, số cịn lại sơng suối nhỏ bắt nguồn từ huyện Ba Tơ chảy với đặc điểm chung diện tích lƣu vực hẹp, SVTH: Tơ Duy Hoàn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển sông nhỏ, lịng dốc Sơng Trà Câu bắt nguồn từ vùng Đông Nam huyện Ba Tơ, đoạn gọi sông Ba Liên hay sông Vực Liêm, chảy theo hƣớng Tây – Tây Bắc đến Đông – Đông Nam đổ biển Mỹ Á Sông Trà Câu đƣợc coi sông lớn tỉnh Quảng Ngãi Sơng Lị Bó bắt nguồn từ vùng núi phía Nam, có độ cao 300m, chảy theo hƣớng Tây Nam – Đơng Bắc, diện tích lƣu vực khoảng 36 km 2, chiều dài 27,8 km Sông Thoa hạ lƣu sông Vệ, chảy qua địa bàn Mộ Đức Đông huyện Đức Phổ, hợp dịng hạ lƣu với sơng Trà Câu đổ cửu biển Mỹ Á Sông Trƣờng dài km, hợp với hạ lƣu sơng Lị Bó đổ cửa biển Mỹ Á Địa chất: Theo Báo cáo kết khảo sát địa chất công trình cơng ty cổ phần TVĐT DVTC Vinashin lập tháng 08/2008, điều kiện địa chất cửa Mỹ Á tƣơng đối tốt Trong phạm vi khảo sát sâu 30m có tối đa lớp đất, chủ yếu lớp sét sét pha cát, có tính chất lý biến đổi Cao trình đáy luồng vào cửa Mỹ Á khoảng -3.5m, bồi lấp trung bình năm khoảng 0.5m 1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng Đức Phổ nằm vùng nhiệt đới gió mùa, có mùa mƣa nắng rõ rệt, mùa mƣa từ tháng đến tháng 12, mùa khô từ tháng đến tháng Có mùa gió gió mùa đơng với hƣớng gió thịnh hành Tây Bắc đến Bắc gió mùa hạ với hƣớng gió Đơng đến Đơng Nam Chế độ gió: Nhìn chung, thời gian lặng gió năm chiếm gần 50%, cấp tốc độ gió từ - 4m/s chiếm 45,6%, cấp tốc độ gió - 9m/s chiếm 4,6%, cịn vận tốc gió 10 m/s chủ yếu xuất bão Gió có hƣớng Bắc Tây Bắc thịnh hành tháng 1, tháng 10, tháng 11 tháng 12 Gió hƣớng Đông Đông Nam thịnh hành vào tháng từ tháng 03 đến tháng 08 Chế độ mưa: Bình quân năm có 157 ngày mƣa, tháng 10,11 12 có nhiều ngày mƣa năm, bình qn nhiều năm tháng có tời 21 – 22 ngày có mƣa Trung bình lƣợng mƣa nhiều năm 2171,5 mm SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Giông bão: Quảng Ngãi khu vực chịu nhiều ảnh hƣởng dơng bão, có năm có tới – bão ảnh hƣởng trực tiếp đến Quảng Ngãi nhƣ năm 1984 1990 Số lƣợng bão đổ vào miền Trung năm gần có xu hƣớng tăng lên rõ rệt Trong vòng năm trở lại đây, số lƣợng cƣờng độ bão ngày tăng ảnh hƣởng biến đổi khí hậu tồn cầu 1.4 Chế độ hải văn Thủy triều cửa Mỹ Á có biên độ nhỏ, chế độ triều hỗn hợp với phần lớn nhật triều Dòng chảy dọc theo biển miền Trung dòng chủ đạo hƣớng từ Bắc xuống Nam thời kỳ gió mùa Đơng Bắc, mùa hè có hƣớng ngƣợc lại Tốc độ dịng chảy khơng lớn khoảng 0.7 m/s Chế độ sóng ngồi khơi cửa Mỹ Á chủ yếu hƣớng Đông Bắc với tần suất khoảng 60% năm Hình Hoa sóng ngồi khơi quan trắc năm (2011-2017) tỉnh Quảng Ngãi Điều kiện kinh tế, xã hội Đức Phổ xuất phát từ kinh tế nông ngƣ lạc hậu, song có điều kiện tự nhiên xã hội để phát triển kinh tế toàn diện Tốc độ tăng trƣởng kinh tế nhanh, nhƣng SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển nông, lâm, ngƣ nghiệp chủ yếu nông nghiệp chiếm tỷ trọng cao Các ngành kinh tế nhƣ công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thƣơng mại, dịch vụ ngày phát triển, nhƣng chƣa chiếm tỷ trọng cao cấu kinh tế Cơ cấu kinh tế Đức Phổ dịch chuyển theo hƣớng tăng tỷ trọng công nghiệp xây dựng, thƣơng mại - dịch vụ, giảm tỷ trọng nông – ngƣ – lâm nghiệp Hiện trạng khu vực nghiên cứu Dự án “Cảng neo trú tàu thuyền cửa biển Mỹ Á” đƣợc xây dựng cửa Mỹ Á thuộc huyện Đức Phổ - tỉnh Quảng Ngãi Đây dự án đầu tƣ xây dựng khu neo đậu tránh trú bão nằm quy hoạch khu tránh trú bão giai đoạn 2005 – 2010, tầm nhìn 2020 Bộ Thuỷ sản (Nay Bộ NN PTNT) đƣợc Thủ tƣớng phủ phê duyệt Quyết định số 288/QĐ-TTg ngày 08/11/2005, đƣợc điều chỉnh quy hoạch theo Quyết định số 1349/QĐ-TTg ngày 08/9/2011 Thủ tƣớng phủ Trƣớc xây dựng Giai đoạn I, khu vực cửa Mỹ Á có khoảng 270 tàu cá thƣờng xuyên vào neo trú vũng neo đậu nhân dân tự xây dựng rộng chừng ha, cao trình đáy -1,60m đến -1,8m Phần lớn tàu thuyền neo đậu thuộc cỡ nhỏ dƣới 140CV, chiều dài tối đa 25m, mớn nƣớc tối đa đến 2,2m Hàng năm, có phƣơng tiện gặp tai nạn vùng sông với nửa số nạn nguyên nhân cửa sông hẹp thƣờng xuyên bị bồi lấp làm tàu mắc cạn va vào đá ngầm sóng lớn Vào mùa khô, cửa Mỹ Á bị bồi lấp đụn cát dịch chuyển theo dòng chảy ven bờ lƣu lƣợng lƣu tốc dòng chảy sông Thoa sông Trà Câu qua cửa nhỏ khơng thể đẩy đƣợc lƣợng cát tích tụ Các đụn cát ngày tích tụ lớn phát triển phía Nam thu hẹp cửa sơng Đây ngun nhân làm giảm khả thoát lũ cửa Mỹ Á, gây lụt lội cho khu vực bên cửa sơng Dự án Giai đoạn I hồn thành đƣa vào sử dụng năm 2011 có quy mơ neo đậu tránh trú bão cho 400 tàu thuyền có cơng suất đến 400CV với hạng mục cơng trình gồm: đê chắn sóng (Đê Bắc dài 400,7m Đê Nam dài 100m); vũng neo đậu rộng 7,815 ha, luồng vào (B =40m; L = 542,58m), đê chắn cát – ngăn lũ (dài 375m) bến SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển cá (dài 60m) Tuy nhiên sau thời gian đƣa vào hoạt động, nhận thấy hƣớng cơng trình đê bảo vệ phía Bắc khơng thể làm giảm sóng chủ đạo khu vực hƣớng Đơng Bắc (nhƣ hoa sóng trên), cửa sơng bị ổn định chiều cao sóng chƣa giảm tàu thuyền vào cảng Ngồi ra, phía bờ Nam cơng trình, phần đầu đê bị phá hủy hồn tồn trực tiếp chắn sóng hƣớng Đơng Bắc nhƣng không đảm bảo ổn định Hơn nữa, điều đáng quan tâm, thi công dự án, số rạn đá ngầm chƣa đƣợc phá hủy hết, điều lỗi khảo sát địa hình đơn vị thi công dẫn tới tai nạn vỡ tàu triều lên nƣớc che chắn rạn đá ngầm, che khuất tầm nhìn tàu Trong vịng từ năm 2011 đến nay, có khoảng 15 vụ tai nạn tàu cá vùng cửa Mỹ Á thiệt hại ngƣ dân lên đến 10 tỷ đồng thiệt hại nhiều mạng ngƣời khiến ngƣời dân gọi Mỹ Á “Cửa biển tử thần” SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN CHO KHU VỰC 2.1 Giới thiệu mơ hình Mike 21 Trên giới nƣớc có nhiều mơ hình thủy động lực đƣợc áp dụng cho nhiều mục đích khai thác khác nhƣ nghiên cứu, quy hoạch thiết kế hệ thống cơng trình…tiêu biểu kể đến số mơ hình nhƣ DELFT 3D (Hà Lan), MIKE (Đan Mạch), EFDC (Mỹ)… Tuy nhiên, mơ hình có ƣu nhƣợc điểm riêng phù hợp với điều kiện tự nhiên cụ thể khu vực Đối với khu vực nghiên cứu thuộc đồ án tốt nghiệp thời gian nghiên cứu kiến thức có hạn nên em chọn mơ hình MIKE để sử dụng nghiên cứu tính tốn cho khu vực MIKE có số lợi bật nhƣ: • Là phần mềm tích hợp đa tính (tính tốn trƣờng sóng, dịng chảy, vận chuyển trầm tích, diễn biến địa hình đáy) • Cơ sở tốn học chặt chẽ, chạy ổn định, thời gian tính tốn nhanh • Đã đƣợc kiểm nghiệm thực tế nhiều quốc gia giới • Có giao điện thân thiện, dễ sử dụng, có khả tích hợp với số phần mềm chuyên dụng khác Bộ phần mềm MIKE đƣợc cấu tạo nhiều phần nhƣ: Mike Zero, Mike 11, Mike 21, Mike 3, Mike SHE… Trong đó, ta quan tâm chủ yếu tới phần chính: Mike Zero Mike 21 - Mike Zero: phần quan trọng mơ hình Mike, tất thông số đầu vào nhƣ phƣơng án mô phỏng, tạo lƣới, tạo điều kiện biên… đƣợc thiết lập thông qua Mike Zero - Mike 21: Là mơ hình dịng chảy mặt 2D, đƣợc ứng dụng để mơ q trình thủy lực tƣợng môi trƣờng hồ, vùng cửa sông, vùng vịnh, vùng ven bờ vùng biển Để sử dụng cho nghiên cứu lần ta sử dụng mô đun Mike 21 FM HD Mike 21 SW SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển + Mike 21 FM: Thủy động lực Hydrodynamics mơ biến đổi mực nƣớc dịng chảy theo phƣơng trình khác + Mike 21 SW: Sóng phổ Spectral Waves mơ phát triển, chuyển đổi tan sóng gió tạo NSW – Near Shore Spectral (sóng phổ gần bờ) sóng gió mơ hình mơ tả hình thành, phát triển tan sóng cho khu vực gần bờ có tần sóng ngắn 2.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình thủy động lực Mike 21 FM HD Mike 21 FM HD hệ thống mô đun Mike 21 FM, có cách tiếp cận mắt lƣới linh hoạt Mơ đun mơ chuyển động dịng chảy theo không gian thời gian, đƣợc phát triển cho việc ứng dụng nghiên cứu hải dƣơng học, mơi trƣờng vùng cửa sơng ven biển Mơ hình gồm có phƣơng trình liên tục, phƣơng trình động lƣợng, phƣơng trình mật độ, phƣơng trình độ mặn Trong quan trọng phƣơng trình liên tục phƣơng trình động lƣợng Phương trình liên tục: u v w   S x y z Phương trình động lượng theo phương x y tương ứng: u u vu wu  pa g     fv  g   t x y z x o x o  v v uv wv  pa g      fu  g   t y x z y o y o   sxx sxy    u  dz      Fu   vt   us S x o h  x y  z  z   z   z   syx s yy    v  dz      Fv   vt   vs S y o h  x y  z  z  Trong đó: t thời gian; x,y z tọa độ Đề các;  dao động mực nƣớc; d độ sâu; h    d độ sâu tổng cộng; u,v w thành phần vận tốc theo phƣơng x,y,z; f  2 sin  tham số Coriolis; g gia tốc trọng trƣờng;  mật độ nƣớc; vt nhớt thẳng đứng; pa áp suất khí quyển;  o mật độ chuẩn; S độ lớn lƣu lƣợng điểm nguồn (us , vs ) vận tốc dịng lƣu lƣợng vào miền tính SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 10 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Hình Kết tính chu kỳ sóng điểm có tọa độ (284716.62; 1640762.16) Hình Kết tính hƣớng sóng điểm có tọa độ (284716.62; 1640762.16) Nhận xét: Với kết trƣờng sóng tính tốn nhƣ hình vẽ, nhận thấy hƣớng sóng chủ yếu hƣớng Đông Bắc, chiều dài tuyến đê công trình, hƣớng đê nhƣ ngồi thực tế, cơng trình khơng thể chức che chắn sóng cho luồng vào khu cảng Dẫn đến tình trạng sóng ngồi khơi bị dẫn vào sâu luồng cảng, với chiều cao sóng đến 0.5 – 0.6 m, tàu thuyền lại không đảm bảo ổn định, dễ bị trôi dạt va chạm vào đá ngầm, gây nhiều hậu nghiêm trọng * Ứng dụng tính tốn trường sóng 12 tháng năm 2016 - 2017 SVTH: Tô Duy Hoàn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 28 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Sử dụng kết tính tốn mực nƣớc từ mơ hình Mike 21 FM HD điều kiện biên sóng để tính tốn trƣờng sóng cho năm Thời gian tính tốn: 1/10/2016 – 1/10/2017 Hình Trƣờng sóng mùa Đơng tháng 10 - cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Hình 10 Trƣờng sóng mùa hè tháng – cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 29 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Kết tính tốn sóng điểm có tọa độ (284716.62; 1640762.16) đƣợc trình bày vào bảng sau: Hình 11 Biểu đồ tính tốn chiều cao sóng năm cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Hình 12 Biểu đồ tính tốn chu kỳ sóng năm cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 30 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Hình 13 Biểu đồ tính tốn hƣớng sóng năm cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Nhận xét, kết luận: Nhìn vào biểu đồ tính tốn hƣớng sóng thấy với chu kỳ năm, thời gian sóng chia thành mùa rõ rệt Thời gian gió mùa đơng từ tháng 10 đến tháng năm sau, hƣớng sóng khoảng 75 độ hƣớng Đơng Đơng Bắc chủ đạo Thời gian gió mùa hè từ tháng đến tháng 9, với hƣớng khoảng 110 độ, hƣớng Đông Nam chủ đạo Tuy nhiên, vào mùa hè hƣớng sóng có xen khẽ hƣớng sóng Đơng Bắc, biểu đồ hƣớng sóng bị gãy khúc đợt sóng hƣớng Đơng Bắc Biểu đồ chiều cao sóng ứng với gió mùa đơng Đơng Bắc, chiều cao sóng tăng cao rõ rệt so với gió mùa hè Với trạng cơng trình, chiều cao sóng luồng vào Cảng có lúc cao lên đến 2.6 m, trung bình độ cao sóng 0.8m Đó lý gây ổn định cho vùng cửa Mỹ Á, gây nhiều tai nạn đáng tiếc Để khắc phục thực trạng, cần có hƣớng giải cơng trình chắn sóng với chức phá hƣớng sóng chính, giảm chiều cao sóng luồng cảng, bảo vệ an tồn cho tàu thuyền lại SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 31 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ 4.1 Các giải pháp công trình chỉnh trị cho khu vực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Từ kết phân tích trƣờng sóng nƣớc sâu xác định nguyên nhân chế gây ổn định sau xây dựng cơng trình đê biển Mỹ Á Giai đoạn 1, kết đo đạc thực tế từ khu vực sở khoa học thực tiễn để có hƣớng giải phù hợp Để ngăn chặn việc ổn định cửa Mỹ Á, cần nghiên cứu xây dựng đê chắn sóng với hƣớng chắn giữ ổn định phía bên cửa, đồng thời hƣớng dịng bồi tích từ phía bờ cơng trình Tuy nhiên, việc lựa chọn phƣơng án thiết kế cơng trình chỉnh trị cần ý đến dãy đá nhơ phía biển bờ Nam, bãi đá ngầm phía ngồi cửa để trì lạch sâu, ổn định tốt đồng thời đảm bảo khả lũ từ cửa sơng biển Trên sở khoa học nghiên cứu đồng thời kiến thức đƣợc tiếp thu giảng đƣờng, ý kiến góp ý từ thầy hƣớng dẫn, tác giả đƣa phƣơng án để nghiên cứu đảm bảo ổn định cho khu vực nhƣ sau: Phương án 1: Thiết kế xây dựng tuyến đê với hƣớng chắn sóng Đông Bắc chủ đạo Phương án 2: Thiết kế giai đoạn cơng trình kéo dài tuyến đê cũ chắn hƣớng Đông Đông Bắc Phương án 3: Thiết kế đập chắn sóng xa bờ chắn sóng Đơng Đơng Bắc Trong phạm vi nghiên cứu khoa học lần này, phù hợp với tính khả thi cho thực tế đảm bảo giảm thiểu chi phí dự án đƣợc triển khai thực tế, tác giả lựa chọn Phƣơng án phƣơng án khả quan để tính tốn nghiên cứu: :“Thiết kế giai đoạn cơng trình kéo dài tuyến đê cũ chắn hướng sóng Đơng Bắc” SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 32 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển 4.2 Tính tốn phương án 2:“Thiết kế giai đoạn cơng trình kéo dài tuyến đê cũ chắn hướng sóng Đơng Bắc” 4.2.1 Bố trí khơng gian mặt cơng trình theo PA2 cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Để cơng trình đê chắn sóng đạt hiệu cao việc lựa chọn tuyến đê cần phải đạt đƣợc yêu cầu sau: - Chiều dài tuyến đê cần đạt đƣợc đến vùng sóng đổ - Chiều cao sóng nhiễu xạ đầu đập nhỏ - Đảm bảo luồng tàu vào khu neo trú đậu hợp lý - Khối lƣợng cơng trình bố trí hợp lý Căn vào kết tính tốn sóng vỡ mục trên, bình đồ tổng thể khu vực tác giả bố trí phƣơng án mặt tuyến đê nhƣ sau: - Đê bờ Bắc kéo dài thêm 250m theo hƣớng đông, đầu đê đƣợc uốn cong để hƣớng trực diện với hƣớng sóng truyền tới từ hƣớng Đông Bắc, đầu đê kết thúc vị trí có cao trình đáy -7.35 m Đê bắc đê chủ lực phá sóng hƣớng Đơng Đơng Bắc bảo vệ tuyến luồng vào cảng Phía đầu đê đƣợc bố trí mở rộng để phá lƣợng sóng đến - Đê bờ Nam tu sửa, kéo dài 65 m đồng thời mở rộng phía đầu đê ngăn lƣợng sóng phá vỡ đầu đê Đê Nam ngăn sóng mùa hè bảo vệ tuyến luồng tàu thuyền vào cảng SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 33 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Hình Mơ mặt khơng gian độ sâu Mỹ Á, Quảng Ngãi theo PA2 4.2.2 Kết tính tốn trường sóng năm cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi theo PA2 Căn vào thơng số đầu vào nhƣ trên, tính tốn chế độ sóng năm cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi có đƣợc kết nhƣ sau: Hình Trƣờng sóng mùa đơng tháng 10 – 11/2016 cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi PA1 SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 34 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Hình Trƣờng sóng mùa đơng tháng - 4/2017 cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi PA2 Hình 4 Trƣờng sóng mùa hè tháng – /2017 cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi PA2 4.2.3 Đánh giá hiệu cơng trình theo Phương án cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Dựa tiêu chí chức giảm sóng cửa luồng che chắn dịng bùn cát gây bồi lấp cửa sơng, hiệu cơng trình phƣơng án đƣợc thể biểu đồ tính chiều cao sóng, hƣớng sóng chu kỳ sóng Để có nhìn khách quan hiệu SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 35 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển cơng trình phƣơng án 2, ta so sánh kết mô tính tốn sóng trƣờng hợp xây dựng cơng trình theo Phƣơng án trạng Kết tính tốn sóng điểm có tọa độ (284716.62; 1640762.16) đƣợc trình bày so sánh bảng sau: Hình So sánh kết tính tốn độ cao sóng theo PA2 trạng cửa Mỹ Á Hình So sánh kết tính tốn chu kỳ sóng theo PA2 trạng cửa Mỹ Á SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 36 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Hình So sánh kết tính tốn hƣớng sóng theo PA2 trạng cửa Mỹ Á Nhận xét: Việc tính tốn xây dựng cơng trình theo Phƣơng án với nội dung :“Thiết kế giai đoạn cơng trình kéo dài tuyến đê cũ chắn hướng sóng Đơng Bắc” bƣớc đầu nghiên cứu nhận thấy có hiệu đáng kể cải thiện thực trạng khu vực trạng Với tuyến đê kéo dài thêm 250m, chắn hƣớng sóng đến Đơng Đơng Bắc hiệu Đối chiều biểu đồ tính tốn chiều cao sóng cửa Mỹ Á, nhận thấy chiều cao sóng giảm rõ rệt so với trạng Với tháng mùa đơng, chiều cao sóng cửa trung bình 0.7 – 0.8 m, hạ thấp chiều cao đáng kể giảm lƣợng sóng đến Sóng cao năm 1.3 m, trung bình sóng có chiều cao 0.37m phía cửa vào tuyến luồng Rất thuận lợi cho tàu thuyền hoạt vào dễ dàng an tồn Biểu đồ tính tốn mơ hƣớng sóng chứng minh tuyến đê phá bỏ hồn tồn hƣớng sóng phía Đơng Bắc phía Đơng, phần sóng nhiễu xạ tuyến luồng có hƣớng khoảng 110 độ, chiều cao không lớn, đảm bảo độ ổn định cho cửa SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 37 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận kết nghiên cứu đạt Đề tài NCKH giới thiệu khát quát đặc điểm tự nhiên, địa hình, địa mạo, khí tƣợng thủy văn, trạng khu vực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Thu thập số liệu mực nƣớc sóng thực tế, xác thực Đề tài NCKH trình bày tổng quát sở lý thuyết sử dụng tính tốn phân tích Giới thiệu sơ mơ hình Mike 21 FM HD, Mike 21 SW với mơ đun thủy lực sóng thơng số mơ hình Một số kết thu đƣợc phạm vi đồ án bao gồm: Xây dựng thành công mơ đun thủy lực mơ hình Mike 21 FM Mô đƣợc yếu tố đặc trƣng thủy động lực (mực nƣớc) theo không gian thời gian So sánh, hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình thời gian mơ ngày thực tế số liệu từ mơ hình thực đo Kết mô thủy lực thời gian năm (2016-2017) Xây dựng thành công mô đun truyền sóng mơ hình Mike 21SW Mơ chế độ sóng khu vực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi theo không gian thời gian So sánh, hiệu chỉnh mơ hình thời gian mơ ngày từ số liệu từ mơ hình thực đo Tính tốn chế độ sóng chu khu vực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi theo kịch từ mơ hình Từ kết mơ hình rút kết luận ban đầu, đƣa phƣơng án nghiên cứu cơng trình chỉnh trị đê chắn sóng Giai đoạn cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi Một số hạn chế Do điều kiện thời gian làm nghiên cứu hạn chế, thời gian chạy mơ hình chiếm nhiều thời gian nên việc tính tốn chế độ sóng khu vực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi dừng lại tính tốn trạng Đánh giá rủi ro trạng khu vực cịn ít, chƣa đề cập đến sóng nƣớc dâng bão, khả lũ cho khu vực Một số cơng thức kinh nghiệm có nhiều thành phần khác nên dễ gặp sai sót SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 38 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Kiến nghị Kết nghiên cứu đề tài dừng lại nghiên cứu, phân tích, tính tốn đánh giá sơ theo quan điểm cá nhân thân Kiến nghị quan quản lý cần nghiên cứu đầy đủ hơn, để tính tốn xác đƣợc chế độ sóng cho khu vực nghiên cứu đƣa giải pháp phù hợp xác thực Bản thân mong muốn nhận đƣợc ý kiến nhận xét góp ý từ thầy cô chuyên gia lĩnh vực thủy văn, biển, cơng trình để tác giả hồn thiện kiến thức tƣơng lai sau Xin chân thành cảm ơn SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 39 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Chính Kiên – “Một số đặc trƣng thủy động lực học môi trƣờng vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật 2016 Dƣơng Ngọc Tiến – “ Phân tích xu q trình vận chuyển trầm tích biến đổi đƣờng bờ, đáy khu vực cửa sơng Đáy mơ hình Mike”, luận văn thạc sỹ khoa học 2012 Vũ Công Hữu – “ Nghiên cứu chế độ sóng, dịng chảy vận chuyển trầm tích vùng nƣớc biển ven bờ Nam Định” Lê Đức Dũng, Trần Thanh Tùng – “Nghiên cứu chế độ thủy động lực đánh giá khả thoát lũ cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi” – Tap chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi mơi trƣờng 2013 Lê Đình Thành, Nghiêm Tiến Lam – “Phân tích nguyên nhân quy luật diễn biến cửa Mỹ Á, đề xuất giải pháp ổn định” - Tap chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trƣờng 2012 Báo cáo tổng hợp đề tài KC.08.07/06 – 10 “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định cửa sông ven biển miền Trung” Mike 21 Mike Flow Model FM Hydrodynamic Module Sciemtific Documentation by DHI Mike 21 Spectral Wave Module Sciemtific Documentation by DHI MIKE 21 Tidal Analysis and Prediction Module Scientific Documentation 10 http://agora.ex.nii.ac.jp/digital-typhoon/summary/wnp/s/201714.html.en SVTH: Tơ Duy Hồn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 40 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển PHỤ LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU Điều kiện tự nhiên 1.1 Vị trí địa lý 1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tƣợng 1.4 Chế độ hải văn Điều kiện kinh tế, xã hội CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN CHO KHU VỰC 2.1 Giới thiệu mơ hình Mike 21 2.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình thủy động lực Mike 21 FM HD 10 2.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình tính sóng Mike 21 SW 11 2.4 Thiết lập mơ hình mơ yếu tố thủy động lực sóng cho khu vực Mỹ Á Quảng Ngãi 14 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ HIỆU CHỈNH 22 3.1 Tính tốn yếu tố thủy động lực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi 22 3.2 Tính tốn chế độ sóng cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi 26 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ 32 4.1 Các giải pháp cơng trình chỉnh trị cho khu vực cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi 32 4.2 Tính tốn phƣơng án 2:“Thiết kế giai đoạn cơng trình kéo dài tuyến đê cũ chắn hƣớng sóng Đông Bắc” 33 4.2.1 Bố trí khơng gian mặt cơng trình theo PA2 cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi 33 4.2.2 Kết tính tốn trƣờng sóng năm cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi theo PA2 34 4.2.3 Đánh giá hiệu cơng trình theo Phƣơng án cửa Mỹ Á, Quảng Ngãi 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 Kết luận kết nghiên cứu đạt đƣợc 38 Một số hạn chế 38 SVTH: Tô Duy Hoàn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 41 Nghiên cứu khoa học sinh viên Khoa: Kỹ thuật Biển Kiến nghị 39 SVTH: Tô Duy Hoàn GVHD: PGS.TS Nghiêm Tiến Lam Page 42 ... phải đạt đƣợc yêu cầu sau: - Chiều dài tuyến đê cần đạt đƣợc đến vùng sóng đổ - Chiều cao sóng nhiễu xạ đầu đập nhỏ - Đảm bảo luồng tàu vào khu neo trú đậu hợp lý - Khối lƣợng cơng trình bố trí... Chế độ gió: Nhìn chung, thời gian lặng gió năm chiếm gần 50%, cấp tốc độ gió từ - 4m/s chiếm 45,6%, cấp tốc độ gió - 9m/s chiếm 4,6%, cịn vận tốc gió 10 m/s chủ yếu xuất bão Gió có hƣớng Bắc Tây... quan trắc năm (201 1-2 017) tỉnh Quảng Ngãi Điều kiện kinh tế, xã hội Đức Phổ xuất phát từ kinh tế nông ngƣ lạc hậu, song có điều kiện tự nhiên xã hội để phát triển kinh tế to? ?n diện Tốc độ tăng