Ứng dụng mô hình cedas để tính toán, Dự báo diễn biến đường bờ biển khu vực Sầm Sơn - Thanh Hóa

Xuất phát từ thực tế kể trên, việc nghiên cứu tính toán quá trình diễn biến đường bờ dưới tác động của các yếu tố động lực, đặc biệt là sóng biển, nhằm dự báo quá trình biến động đường bờ biển này là một việc làm rất có ý nghĩa thực tiễn. Mô hình toán là một trong những công cụ rất hữu ích để mô phỏng các quá trình trên. Trong bài báo này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một số mô đun chuyên dụng trong bộ phần mềm CEDAS phục vụ tính toán diễn biến bờ biển theo các giai đoạn khác nhau để tính toán, phân tích xu thế biến động bờ biển tại đây. Kết quả tính toán, dự báo sẽ cho bức tranh tổng thể về diễn biến đường bờ trong tương lai, từ đó đề ra các biện pháp nhằm chỉnh trị, ổn định tuyến bờ biển cần quan tâm.

KHOA HỌC SCƠNG NGHỆs ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CEDAS ĐỂ TÍNH TỐN, DỰ BÁO DIỄN BIẾN ĐƯỜNG BỜ BIỂN KHU VỰC SẦM SƠN - THANH HĨA ThS Dỗn Tiến Hà; KS Mạc Văn Dân Phịng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia ĐLHSB Tóm tắt: Bãi biển Sầm Sơn - Thanh Hóa địa điểm du lịch tiếng Việt Nam Tuy nhiên, năm gần đây, khu vực xảy tượng xói lở bờ-bãi biển phức tạp, đoạn bờ biển từ phía cửa Hới kéo dài tới bãi C (xã Quảng Cư) Xuất phát từ thực tế kể trên, việc nghiên cứu tính tốn q trình diễn biến đường bờ tác động yếu tố động lực, đặc biệt sóng biển, nhằm dự báo trình biến động đường bờ biển việc làm có ý nghĩa thực tiễn Mơ hình tốn cơng cụ hữu ích để mơ q trình Trong báo này, nhóm nghiên cứu sử dụng số mơ đun chuyên dụng phần mềm CEDAS phục vụ tính tốn diễn biến bờ biển theo giai đoạn khác để tính tốn, phân tích xu biến động bờ biển Kết tính tốn, dự báo cho tranh tổng thể diễn biến đường bờ tương lai, từ đề biện pháp nhằm chỉnh trị, ổn định tuyến bờ biển cần quan tâm Summary: Sam Son-Thanh Hoa beach is one of the famous tourist destination in Vietnam.However, in recent years, in this area occurs beach erosion-complex, especially the coast of the long side to dump C (Quang Cu commune) Comes from the fact mentioned above, the researchers calculated the course of the shoreline under the influence of dynamic factors, especially the waves, to predict the fluctuation of the coastline is a job very practical sense Mathematical model is one in the tools to be used in the simulation process In this report, the research team used a number of specialized modules in suite CEDAS serving coastal evolution calculations in different stages to calculate and analyze the trend of changes in the coast here Calculation results, expected for the overall picture of the shoreline changes in the future, which set out measures aimed at regulating, stabilizing coastal route of interest I ĐẶT VẤN ĐỀ1 Thị xã Sầm Sơn cách thành phố Thanh Hóa 16 km phía Ðơng Diện tích tự nhiên khoảng 18 km², phía Bắc giáp sơng Mã, phía Ðơng Nam giáp biển Ðơng, phía Tây giáp huyện Quảng Xương Hiện nay, đoạn bờ biển dài gần km thuộc xã Quảng Cư, thị xã Sầm Sơn, Thanh Hố bị sạt lở nghiêm trọng Chỉ tính từ tháng 4/2005 đến nay, khu du lịch sinh thái Quảng Cư bị sóng biển làm sạt lở với chiều dài 1.000m, lấn sâu vào đất liền 15m làm 15.000m2 rừng phi lao bị biển trôi Hiện tượng sạt lở bờ biển không ảnh hưởng trực tiếp đến khu du lịch sinh thái Quảng Cư mà cịn đe doạ đến tài sản, tính mạng người nơi Sau trận mưa bão đầu mùa năm 2010, tình trạng nước biển xâm thực mạnh vào đất liền diễn nghiêm trọng địa bàn xã Quảng Cư, thị xã Sầm Sơn Đặc biệt, gần khu du lịch sinh thái Vạn Chài, bờ kè tuyến bị sóng biển Người phản biện: TS Nguyễn Thanh Hùng 34 đánh tan nát Hàng trăm phi lao có chức chắn gió, phịng hộ bị đánh bật gốc, nghiêng ngả Một số cơng trình người dân, đường dẫn biển bị sóng phá hủy Ngồi ra, nước biển xâm thực cịn trơi nhiều diện tích đất rừng phịng hộ ven biển, đất ni trồng thủy sản Có vị trí bị xâm thực vào đất liền tới 100m Một số người dân sống khu vực thôn Quang Vinh (xã Quảng Cư) cho biết: "Nhiều năm liên tục xảy tình trạng nước biển xâm thực vào đất liền, gây thiệt hại nặng Đặc biệt, bão số năm 2010 nước biển dâng cao phá hủy nhiều cơng trình kiến trúc, 85m kè đá bờ biển, đánh bật gốc, trôi hàng trăm phi lao ven biển, gây thiệt hại cải vật chất" Trong khuôn khổ báo này, tác giả tập trung nghiên cứu trình diễn biến khu vực bờ, bãi ven biển Sầm Sơn-Thanh Hóa mơ hình CEDAS Từ q trình mơ qua mơ hình với số kịch tính tốn với đường bờ tự nhiên phương án cơng trình chỉnh trị để kiến nghị giải pháp phù hợp vùng ven biển nghiên cứu Các giải pháp đòi hỏi vừa bảo vệ vùng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 KHOA HỌC SCƠNG NGHỆs xói, vừa phù hợp với cảnh quan khu vực có lợi du lịch có tính khả thi cao CEDAS (Coastal Engineering Design and Analysis System) [5] phần mềm xây dựng dựa mơ đun có tính tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ, bãi biển tác động yếu tố thủy thạch động lực: sóng, mực nước, dịng chảy… Bộ mơ hình gồm có mơ đun chính: General, Inlets Beach Trong tính tốn diễn biến đường bờ, bãi biển mơ đun Beach (xem hình 1.1) sử dụng mơ đun Beach bao gồm Hình 1.1 Giao diện mơ ₫un Beach Tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ biển sử dụng mơ đun GENESIS để tính tốn mơ phỏng, trước hết phải dùng mơ đun STWAVE RCPWAVE để tính sóng, ngồi mơ đun khác nằm NEMOS (hình 1.2) sử dụng để thiết lập lưới, tạo số liệu đầu vào (sóng, gió, mực nước,…) để phục vụ q trình tính tốn II TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU mô đun thành phần: NEMOS, SBEACH, BMAP, RMAP, GENESIS, STWAVE RCPWAVE Ở đây, việc tính tốn diễn biến đường bờ cần dùng mơ đun NEMOS (vì mơ đun bao gồm mô đun GENESIS, STWAVE RCPWAVE), mô đun SBEACH để tính tốn biến động mặt cắt ngang bãi, mơ đun BMAP RMAP dùng để phân tích kết tính tốn Như vậy, nghiên cứu này, tác giả quan tâm đến mô đun NEMOS phần mềm CEDAS Hình 1.2 Giao diện mơ ₫un NEMOS tốn bao gồm số liệu sóng thực đo từ trạm Bạch Long Vĩ [3], sau dẫn vào khu vực nghiên cứu làm biên sóng đầu vào mơ hình (số liệu sóng tính tốn từ mơ hình Mike 21_SW) Số liệu mực nước tính tốn dự báo cho thời điểm cần nghiên cứu - Số liệu bùn cát đáy lấy theo cấp đường kính hạt d50 [2] 2.2 Phương pháp nghiên cứu: 2.1 Tài liệu nghiên cứu: Tài liệu phục vụ trình nghiên cứu gồm tài liệu địa hình, thủy hải văn bùn cát khu vực: - Địa hình khu vực tính tốn xây dựng dựa hải đồ tỷ lệ 1/100.000 1/200.000, số liệu ven bờ thu thập từ bình đồ đo đạc tỷ lệ 1/5000 năm 2009 2011 Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam thực [1], [2], số liệu địa hình đưa hệ tọa độ VN 2000 cao độ chuẩn Quốc gia Các ảnh vệ tinh chụp năm 1994, 1995 2007 - Do khơng có số liệu đo đạc sóng thực tế khu vực nghiên cứu, điều kiện biên phục vụ tính Phương pháp nghiên cứu dựa mơ hình tốn GENESIS nhằm mơ tính tốn, dự báo q trình diễn biến đường bờ khu vực quan tâm Cơ sở khoa học mơ hình dựa giả thiết phương trình sau: 2.2.1 Các giả thiết mơ hình: - Giả thiết thứ nhất: Trong mơ hình GENESIS trắc diện (profile) bờ biển dịch chuyển phía đất liền hay phía biển khơng thay đổi Vì người ta sử dụng đường đẳng để mơ tả biến đổi hình dạng vị trí đường bờ q trình dịch chuyển mơ hình TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 35 KHOA HỌC SCÔNG NGHỆs GENESIS cịn gọi mơ hình “một đường” (one-line model) - Giả thiết thứ hai: Giới hạn dịch chuyển trắc diện bờ (phía biển đất liền) phải xác định rõ ràng không biến đổi theo thời gian Việc xác định giới hạn phía đất liền tiến hành cách trực tiếp giới hạn phía biển khó khăn cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố - đặc biệt trình thuỷ động lực - Trong tính tốn suất vận chuyển bùn cát, bờ biển mở rộng không gian, GENESIS coi suất vận chuyển hàm độ cao sóng vỡ hướng dọc theo bờ Vận chuyển vng góc với bờ khơng tính tới mơ hình - Mơ hình nên áp dụng khu vực có q trình tiến triển đường bờ dài hạn để dự báo cách rõ ràng biến đổi đường bờ tách riêng dịch chuyển có tính ngẫu nhiên chu kỳ bão, biến đổi theo mùa chế độ sóng, dao động thuỷ triều 2.2.2 Các phương trình bản: Phương trình mơ hình GENESIS chủ yếu dựa phương trình bảo tồn thể tích trầm tích thiết lập theo giả thiết nói đến Sơ đồ tính tốn đại lượng thể qua hai hình [4]: Trong đó: Δx : độ dài đoạn biến đổi dọc theo đường bờ (trục x hướng dọc theo đường bờ) Δy : độ dài đoạn biến đổi vị trí đường bờ (trục y hướng từ bờ khơi) Δt : khoảng thời gian lượng trầm tích tĩnh vào khỏi trắc diện thể tích DC : độ sâu kết thúc biến đổi mặt cắt (depth closure) DB : độ cao mặt cắt bãi cát (đỉnh gò cát bãi trước) (chú ý DC DB đo từ mốc ví dụ mực nước biển trung bình) Q : suất vận chuyển trầm tích qs : suất vận chuyển nguồn từ bờ qo : suất vận chuyển nguồn từ vùng ngồi khơi Thể tích bùn cát biến đổi đoạn xác định lượng bùn cát vào khỏi đoạn qua bốn mặt tiết diện với cơng thức có dạng: ΔV = ΔxΔy (Dc + DB ) Khi có chênh lệch suất vận chuyển dọc bờ Q mặt bên đoạn (có bổ sung thêm lượng bùn cát) thể tích trầm tích đoạn xét thay đổi biến đổi thể tích tổng cộng tính theo cơng thức: ΔQΔt = (∂Q / ∂x )ΔxΔt Hình 2.1: Mặt cắt theo phương ngang (2.1) (2.2) Một số nguồn bổ sung đến từ phía đất liền (qs) từ phía biển (qo) làm cho thể tích trầm tích tăng lên hay giảm đơn vị diện tích bờ biển Biến đổi thể tích nguồn bổ sung tính theo cơng thức: qΔxΔt q = q s + qo Từ phương trình (2.1) (2.2) ta có phương trình cân sau: ΔV = ΔxΔy (Dc + DB ) = (∂Q / ∂x )ΔxΔt + ΔqΔxΔt (2.3) Sắp xếp lại số hạng cho Δt → ta có phương trình mơ tả tốc độ dịch chuyển vị trí đường bờ theo thời gian: ∂y ⎛ ∂Q ⎞ + − q⎟ = ⎜ ∂t DC + DB ⎝ ∂x ⎠ Hình 2.2: Mặt cắt thẳng ₫ứng 36 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 (2.4) KHOA HỌC SCƠNG NGHỆs Như vậy, để giải phương trình (2.4) vị trí ban đầu đường bờ, điều kiện biên giá trị Q, q, DB DC cần phải cho trước Trong mơ hình GENESIS, suất vận chuyển trầm tích Q tính dựa phương pháp dịng lượng theo cơng thức sau: - Số liệu địa hình bãi (cả cạn nước), số liệu thể dạng file text bao gồm có tọa độ (x, y, z); dH bs ⎞ ⎛ Ql = H bs2 C gb ⎜ a1 sin 2θ bs − a2 cos θ bs ⎟ (2.5) dx ⎠ ⎝ - Số liệu mặt cắt bãi (nếu tính diễn biến mặt (2.5) cắt): khoảng cách cộng dồn, cao trình bãi; - Số liệu chuỗi sóng đưa vào tính tốn, gồm có: Thời gian, chiều cao sóng, chu kỳ sóng hướng sóng; đó: Hbs: độ cao sóng (m) Cgb: vận tốc nhóm sóng theo lý thuyết sóng tuyến tính (m/s) θbs : góc sóng vỡ tạo với đường bờ địa phương b: số thể điều kiện sóng đổ tham số vô hướng a1 a2 cho sau: a1 = a2 = K1 ⎛ρ ⎞ 16⎜⎜ s − 1⎟⎟(1 − n )m(1.416)2 ⎝ρ ⎠ K2 ⎛ρ ⎞ 8⎜⎜ s − 1⎟⎟(1 − n )m(1.416)2 ⎝ρ ⎠ - Số liệu đường bờ lịch sử, đường bờ tại, số liệu đường bờ thể dạng fiel text có tọa độ (x, y); - Số liệu mực nước trung bình; - Số liệu đường kính hạt trung bình đại diện cho khu vực tính tốn (d50); - Các thơng số phương án cơng trình: chiều dài, chiều rộng, cao trình khoảng cách cơng trình (nếu tính với phương án nhiều cơng trình); (2.6) Số liệu đầu mơ hình bao gồm: (2.6) - Diễn biến đường bờ sau tính tốn: hình ảnh file text (x, y, z); (2.7) - Diễn biến mặt cắt bãi sau tính tốn: hình ảnh, file text (khoảng cách, cao trình bãi) (2.7) III CÁC BƯỚC TÍNH TỐN MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC Với m độ dốc trung bình đáy kéo dài từ đường bờ độ sâu hoạt động q trình vận chuyển trầm tích; K1, K2 coi tham số để hiệu chỉnh hay tham số vận chuyển (thông thường GENESIS, K2 0.5-1.0 lần K1, tính tốn thử nghiệm cho thấy K2 > 1.0K1 độ bất ổn định số xuất hiện); ρ s khối lượng riêng cát (lấy 2.65 103 kg/m3 thạch anh), ρ khối lượng riêng nước biển (lấy 1.03 103) kg/m3; n tính thấm cát đáy (lấy 0.4) Giá trị hệ số K1 thường lấy khoảng từ 0.58 - 0.77 2.3 Các yêu cầu số liệu đầu vào đầu mơ hình: Mơ hình nhằm tính tốn diễn biến đường bờ, bãi tác động yếu tố động lực, sóng biển Các yêu cầu đầu vào bao gồm: 3.1 Phạm vi, địa hình xây dựng lưới tính tốn: Phạm vi nghiên cứu tính tốn bao gồm tồn dải ven biển Sầm Sơn-Thanh Hóa, kéo dài từ khu vực cửa Hới đến hết bãi tắm Sầm Sơn, dài khoảng 8km (xem hình 3.1) Sau xác định khu vực tính tốn địa hình tiến hành chia lưới: - Lưới vng thứ có kích thước lưới 25x25m, cụ thể lưới tính thể hình 3.2 Đây hệ lưới dùng để tính tốn, dự báo trường hợp đường bờ tự nhiên, khơng có cơng trình theo thời gian dự báo khác - Hệ lưới tính thứ hai dùng để tính tốn, dự báo phương án bãi có bố trí cơng trình chỉnh trị, lưới tính chia với lưới mịn nhằm đảm bảo cơng trình thể cách xác rõ nét Lưới tính phương án bố trí cơng trình chi tiết với lưới 10x10m TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 37 KHOA HỌC SCƠNG NGHỆs Hình 3.1 Địa hình phạm vi nghiên cứu tính tốn Hình 3.2 Lưới tính tốn 3.2 Xác lập điều kiện biên, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình tính tốn: - Điều kiện biên mơ hình gồm có: chuỗi số liệu sóng dẫn từ Bạch Long Vĩ giai đoạn (19941995), (1995-2007) Do số liệu sóng thu thập thực đo Bạch Long Vĩ từ năm 1960-2008, nên số liệu phục vụ tính tốn, dự báo sau tính lặp lại theo chu kỳ năm Mực nước tính theo mực nước dự báo kiểm nghiệm (tính theo mơ hình Mike 21) cho tồn khu vực Số liệu bùn cát lấy theo số liệu d50 thực đo khu vực - Sau xác lập điều kiện biên cho mơ hình, nhóm nghiên cứu tiến hành tính tốn hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình tính Kết hiệu chỉnh chọn cặp hệ số K1 K2 phù hợp với khu vực tính tốn Để tính tốn kiểm nghiệm mơ hình, nhóm tác giả tính với 02 thời gian khác (tính cho năm 12 năm), kết tính thể hình 3.3 3.4 GENESIS Shoreline Comparison GENESIS Shoreline Comparison 4000 Shoreline Y Coordinate Shoreline Y Coordinate 4000 3000 2000 1000 3000 2000 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1000 Shoreline X Coordinate Initial Final Hình 3.3: Kiểm nghiệm kết tính diễn biến ₫ường bờ mơ hình với thời gian tính năm (1994-1995) Với kết tính tốn hiệu chỉnh kiểm định hình 3.3 hình 3.4 cho ta biết: đường đỏ đường bờ ban đầu (1994), đường xanh đậm đường bờ tính tốn mơ hình (1995 2007), cịn đường xanh đường bờ thực đo (1995 2007) Kết tính tốn mơ hình tốt, sai số lớn trường hợp kiểm định tính cho năm 22.61m, tính tốn cho 12 năm 51.97m Đây sai số chấp nhận mơ hình chỉnh tính biến đổi đường bờ sóng tác động, bỏ qua thành phần dòng chảy vận chuyển bùn cát theo phương 38 Initial gen spd_1995 19951124 0000 2000 3000 4000 Shoreline X Coordinate Final 5000 6000 gen spd_2007 00000000 0000 Hình 3.4: Kiểm nghiệm kết tính diễn biến ₫ường bờ mơ hình với thời gian tính 12 năm (1995-2007) ngang Như mơ hình dùng để tính tốn nghiên cứu khu vực Sầm Sơn-Thanh Hóa 3.3 Các phương án tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ: Căn vào số liệu đường bờ số liệu sóng thực tế thu thập Phân tích chuỗi số liệu sóng thu thập cho thấy giai đoạn lặp năm, khơng có khác biệt nhiều yếu tố sóng khu vực, lựa chọn giai đoạn lặp năm để tính tốn dự báo Các kịch tính tốn mơ bao gồm: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 KHOA HỌC SCÔNG NGHỆs - Đối với tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ tự nhiên (khơng có cơng trình), tính tốn dự báo sau: 5, 10 15 năm; - Tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ có cơng trình bố trí bãi tính với phương án sau năm để so sánh đánh giá hiệu phương án cơng trình bãi 3.3.1 Tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ tự nhiên sau năm: N Hình 3.5: Kết dự báo diễn biến ₫ường bờ sau năm (2012-2017) Hình 3.6: So sánh ₫ường bờ trước sau tính tốn dự báo (sau năm) Qua hình 3.5 3.6 ta nhận thấy xu chung đường bờ sau năm phía Bắc giáp với cửa Hới có xu hướng bị xói, dải bờ biển phía Nam có xu hướng bồi lên, khơng đáng kể, cụ thể: - Khu vực xảy xói nhiều phía Bắc gần cửa Hới kéo dài đến khu du lịch Vạn Chài, có chỗ xói theo tính tốn sau năm lên đến 63.28m - Khu du lịch gồm bãi tắm A, B, C theo tính tốn dự báo cho năm 2017, bờ ổn định, chí có chỗ cịn bồi lên khoảng 10.49m 3.3.2 Tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ tự nhiên sau 10 năm: Hình 3.7 3.8 kết tính tốn dự báo biến động đường bờ khu vực ven biển Sầm Sơn-Thanh Hóa giai đoạn 10 năm (2012-2022), ta thấy: - Khu vực xảy xói nhiều phía Bắc gần cửa Hới kéo dài đến khu du lịch Vạn Chài, có chỗ xói theo tính tốn sau 10 năm lên đến 95.60m - Khu du lịch gồm bãi tắm A, B, C theo tính tốn dự báo cho năm 2022, bờ ổn định, chỗ bồi lên nhiều khoảng 17.01m GENESIS Shoreline Comparison 2500 2000 Shoreline Y Coordinate N 1500 1000 500 0 1000 2000 3000 4000 5000 Shoreline X Coordinate Initial Hình 3.7: Kết dự báo diễn biến ₫ường bờ sau 10 năm (2012-2022) Final Hình 3.8: So sánh ₫ường bờ trước sau tính tốn dự báo ( sau 10 năm) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 39 KHOA HỌC SCƠNG NGHỆs 3.3.3 Tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ tự nhiên sau 15 năm: N Hình 3.9: Kết dự báo diễn biến ₫ường bờ sau 15 năm (2012-2027) Hình 3.10: So sánh ₫ường bờ trước sau tính tốn dự báo (sau 15 năm) Tương tự hai trường hợp trên, tính tốn dự báo biến động đường bờ khu vực ven biển Sầm Sơn-Thanh Hóa giai đoạn 15 năm (20122027) cho thấy: - Khu vực xảy xói nhiều thuộc phía Bắc gần cửa Hới kéo dài đến khu du lịch Vạn Chài, có chỗ xói theo tính toán sau 15 năm lên đến 136.87m - Khu du lịch gồm bãi tắm A, B, C theo tính toán dự báo cho năm 2027, bờ ổn định, lượng xói bồi khơng đáng kể, chỗ bồi lớn khoảng 33.69m 3.3.4 Tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ với số phương án bố trí cơng trình chỉnh trị bãi: Theo tính tốn với kịch đường bờ tự nhiên khu vực sát cửa Hới đến đầu bãi tắm C bị xói lở mạnh Do đó, việc phải có phương án bố trí cơng trình nhằm giảm sóng, chống xói lở ổn định bờ, bãi khu vực cần thiết Việc bố trí phương án cơng trình khu vực nghiên cứu dựa số tiêu chí sau: - Về điều kiện tự nhiên: Chú trọng đến khu vực xảy xói lở (từ sát cửa Hới đến hết địa phận xã Quảng Cư); - Về cảnh quan khu vực: Không làm mỹ quan khu du lịch phía Nam Tính tốn, dự báo với phương án cơng trình chỉnh trị tính giai đoạn năm (20122017), cụ thể đưa 04 phương án sau: 40 - Phương án (PA1): Bố trí 06 đê phá sóng song song với bờ, cách bờ khoảng 200m, cao trình đỉnh đê +1.75m, chiều dài đê 150m, chiều rộng đỉnh đê 10m, đê phá sóng cách 100m khu vực ven biển xã Quảng Cư; - Phương án (PA2): Bố trí 09 đê phá sóng song song với bờ, cách bờ khoảng 200m, cao trình đỉnh đê +1.75m, chiều dài đê 150m, chiều rộng đỉnh đê 10m, đê phá sóng cách 100m khu vực ven biển xã Quảng Cư; - Phương án (PA3): Bố trí 01 mỏ hàn nhằm ngăn cát, giảm sóng phía Bắc bãi biển Sầm Sơn, sát với khu vực cửa Hới Mỏ hàn có chiều dài 300m, bố trí vng góc với bờ biển, gốc mỏ hàn xuất phát bờ kéo dài xa bờ; - Phương án (PA4): Bố trí 01 mỏ hàn ngăn cát, giảm sóng có chiều dài 300m phía Bắc bãi biển Sầm Sơn, sát với khu vực cửa Hới, kết hợp với 01 đê phá sóng khu vực bãi biển xã Quảng Cư (đê có chiều dài 150m, song song với bờ, cách bờ khoảng 200m, cao trình đỉnh đê +1.75m, chiều rộng đỉnh đê 10m) Các thơng số kỹ thuật phương án cơng trình dựa vào điều kiện địa hình bờ, cao trình bãi chế độ sóng tác động tuân thủ theo tiêu chuẩn thiết kế công trình ven biển Tính tốn theo phương án để có sở phân tích đánh giá hiệu phương án, từ lựa chọn phương án chỉnh trị phù hợp khu vực cần quan tâm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 KHOA HỌC SCÔNG NGHỆs a) Kết tính tốn với phương án (PA1, PA2): N N 06 đê phá sóng 09 đê phá sóng Hình 3.11 Tính tốn dự báo diễn biến ₫ường bờ sau năm với phương án bố trí cơng trình (PA1) Theo kết tính tốn hình 3.11 với PA1 gồm có 06 đê phá sóng song song với bờ biển khu vực xã Quảng Cư cho thấy, đê phá sóng làm cho bờ biển ổn định, đặc biệt khu vực phía Bắc, sát với cửa sơng kéo dài đến khu du lịch Vạn Chài, đường bờ có xu tiến biển Với kết thể hình 3.12 cho thấy, hệ thống gồm 09 đê phá sóng song song với bờ đưa vào tính tốn dự báo Từ kết cho thấy, sau năm hệ thống cơng trình làm ổn định khu Hình 3.12 Tính tốn dự báo diễn biến ₫ường bờ sau năm với phương án bố trí cơng trình (PA2) vực bờ biển Đặc biệt, bờ biển phía Bắc khu vực nghiên cứu có biến đổi có xu tiến biển, trung bình sau năm đoạn bờ tiến biển khoảng 30m, có chỗ lên đến 60m Một đặc điểm là, hệ thống cơng trình khơng làm biến động bãi phía Nam, không gây biến đổi khu du lịch Sầm Sơn b) Kết tính tốn với phương án (PA3, PA4): N N Đê PS Mỏ hàn MH Hình 3.13 Tính tốn dự báo diễn biến ₫ường bờ sau năm với phương án bố trí cơng trình (PA3) Hình 3.14 Tính tốn dự báo diễn biến ₫ường bờ sau năm với phương án bố trí cơng trình (PA4) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 41 KHOA HỌC SCƠNG NGHỆs Hình 3.13 kết tính tốn PA3 gồm 01 mỏ hàn, đặt vng góc với bờ phía Bắc có chiều dài 300m Kết tính sau năm cho thấy, bãi khu vực sát mỏ hàn bồi lên, đường bờ khu vực xã Quảng Cư có xu tiến biển Càng phía Nam bãi, đường bờ cho thấy ổn định, khơng có biến đổi nhiều với hệ thống cơng trình Sau năm tính tốn mô biến đổi bãi khu vực với PA4 kết hợp 01 mỏ hàn vuông góc với bờ có chiều dài 300m đặt phía Bắc 01 đê phá sóng song song với bờ hình 3.14 (Hai cơng trình cách khoảng 700m) Kết cho thấy, bãi khu vực sát mỏ hàn bồi lên, bãi khu vực thẳng với đê phá sóng có xu bồi dạng Tombolo Có thể thấy phương án bố trí tốt nhằm ổn định bờ, bãi khu vực nghiên cứu IV THẢO LUẬN Khi tính tốn hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình, xu chung diễn biến đường bờ phù hợp với xu diễn biến Tuy nhiên, đoạn bờ kéo dài khoảng 2,0km (từ sát cửa Hới phía Nam) lại cho diễn biến khơng đạt mong muốn đường bờ thực tế Nguyên nhân khu vực chịu chi phối q trình động lực phức tạp vùng cửa sơng, q trình tương tác sơng-biển hình thái đường bờ chi phối Nguyên nhân gây trình diễn biến đường bờ khu vực nghiên cứu chủ yếu tác động sóng, dịng chảy sóng sinh Giả thiết mơ hình xét đến q trình vận chuyển dịng bùn cát dọc bờ, bỏ qua thành phần dịng vận chuyển vng góc với bờ, kết tính tốn có sai số định phù hợp với giả thiết mơ hình Mục tiêu mơ hình nhằm để tính tốn, phân tích xu diễn biến đường bờ theo thời kỳ dài hạn, từ có cảnh báo, dự báo khu vực cần quan tâm Mơ hình không mô tốt điều kiện thời tiết cực đoan bão, tính tốn với khoảng thời gian ngắn (mơ hình cho kết tốt tính với khoảng thời dài gian từ tháng trở lên) Các phương án tính tốn cơng trình nhằm mục đích nghiên cứu so sánh tính hiệu phương án Cần phải có nhiều phương án tính tốn 42 nữa, với nhiều kịch khác để đưa lựa chọn tốt Do khơng có cơng trình thực tế nên khơng có sở để phân tích đánh giá, kết đề xuất tác giả đưa V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận: Tính tốn dự báo đường bờ tự nhiên cho giai đoạn khác 5, 10 15 năm cho thấy khu vực bờ phía Bắc (kéo dài từ cửa Hới đến hết xã Quảng Cư) bị xói lở mạnh tăng dần theo thời gian, đoạn bờ biển thuộc khu vực bãi tắm có biến động, khơng đáng kể Do đó, việc cần phải có biện pháp bố trí cơng trình chỉnh trị để ổn định khu vực bờ phía Bắc điều cần thiết; Với phương án cơng trình PA1 cho thấy, bãi có bố trí đê phá sóng song song với bờ gồm 06 đê phá sóng, tính tốn dự báo năm thấy bờ khu vực có ổn định có xu bồi lên; Đối với PA2, bãi bố trí 09 đê phá sóng song song với bờ cho thấy hiệu rõ rệt phương án cơng trình Hệ thống cơng trình gây bồi tốt khu vực cần bảo vệ, ổn định đoạn bờ xung quanh, không gây ảnh hưởng đến bờ khu vực bãi tắm Sầm Sơn; Phương án cơng trình PA3 PA4 cho thấy rõ hiệu cơng trình, đặc biệt dạng cơng trình gây bồi bãi tốt sát mỏ hàn dài đặt phía Bắc bãi Nếu so sánh 02 phương án thấy PA4 cho hiệu cơng trình chỉnh trị, điều thể rõ kết tính tốn mơ mơ hình sau năm Như vậy, phương án cơng trình có hiệu gây bồi ổn định bờ biển khu vực nghiên cứu tính tốn, dự báo với thời gian năm Các phương án cơng trình có hiệu phải kể đến phương án PA2 PA4 5.2 Kiến nghị: Việc áp dụng mơ hình để tính tốn dự báo biến đổi đường bờ khu vực nghiên cứu có ý nghĩa Do đó, kiến nghị dùng mơ hình để nghiên cứu tính tốn có sở để nhằm tham khảo có cảnh báo, dự báo khu vực dải ven biển Sầm Sơn-Thanh Hóa TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 KHOA HỌC SCƠNG NGHỆs Để có sở nhằm phân tích, lựa chọn phương án bố trí cơng trình chỉnh trị cách hợp lý khu vực bờ, bãi biển Sầm Sơn-Thanh Hóa cần phải có tính tốn, mơ với nhiều kịch bản, đa dạng phương án cơng trình để có làm so sánh đưa lựa chọn tốt Trong tính tốn mơ với phương án trên, nhóm nghiên cứu kiến nghị nên lựa chọn PA2 PA4 phương án chỉnh trị khu vực nghiên cứu (tuy nhiên cần phải kết hợp để tính tốn thêm kinh phí tính khả thi) Với kết tính tốn cho thấy hiệu 02 phương án tốt khu vực quan tâm nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dự án ĐTCB “Điều tra trạng cửa sơng Mã tỉnh Thanh Hố kiến nghị giải pháp bảo vệ khai thác hoàn thiện”, Viện KHTLVN, 2009 [2] Dự án “Khảo sát, nghiên cứu đánh giá nguyên nhân, đề xuất giải pháp lập dự án đầu tư cơng trình chống sạt lở, bảo vệ bờ biển thị xã Sầm Sơn”, Viện KHTLVN, 2011 [3] Đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu sở khoa học đề xuất giải pháp tổng thể để ổn định vùng bờ biển Nam Định từ cửa Ba Lạt đến cửa Đáy”, Viện KHTLVN (2010-2013); [4] Nguyễn Quang Chiến, 2008 “GENESIS-Mơ hình số trị mơ tả biến đổi đường bờ”, Đại học Thủy lợi [5] CEDAS version 4.03; Copyright 1999-2011, Veri-Tech, Inc TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 13/2013 43 ... 3.3.1 Tính tốn, dự báo diễn biến đường bờ tự nhiên sau năm: N Hình 3.5: Kết dự báo diễn biến ₫ường bờ sau năm (201 2-2 017) Hình 3.6: So sánh ₫ường bờ trước sau tính tốn dự báo (sau năm) Qua hình. .. năm: Hình 3.7 3.8 kết tính tốn dự báo biến động đường bờ khu vực ven biển Sầm Sơn- Thanh Hóa giai đoạn 10 năm (201 2-2 022), ta thấy: - Khu vực xảy xói nhiều phía Bắc gần cửa Hới kéo dài đến khu. .. Việc áp dụng mơ hình để tính tốn dự báo biến đổi đường bờ khu vực nghiên cứu có ý nghĩa Do đó, kiến nghị dùng mơ hình để nghiên cứu tính tốn có sở để nhằm tham khảo có cảnh báo, dự báo khu vực dải