Nghiên cứu mô phỏng trường thủy động lực khu vực cửa sông nhật lệ tỉnh quảng bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Vinh Quang NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TRƢỜNG THỦY ĐỘNG LỰC KHU VỰC CỬA SÔNG NHẬT LỆ TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Vinh Quang NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TRƢỜNG THỦY ĐỘNG LỰC KHU VỰC CỬA SƠNG NHẬT LỆ TỈNH QUẢNG BÌNH Chun ngành: Thủy văn học Mã số: 8440224.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN TIỀN GIANG Hà Nội – Năm 2020 Lời cảm ơn Luận văn thạc sĩ khoa học “Nghiên cứu mô trƣờng thủy động lực khu vực cửa sông Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình” hồn thành Khoa Khí tƣợng - Thủy văn Hải dƣơng học thuộc trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội vào tháng năm 2020, dƣới hƣớng dẫn trực tiếp PGS.TS Nguyễn Tiền Giang Tác giả mong muốn đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiền Giang tận tình hƣớng dẫn suốt q trình nghiên cứu hồn thành Luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Trần Ngọc Anh, ThS Đặng Đình Đức CN Nguyễn Xuân Lộc – Trung tâm Động lực học Thủy khí Mơi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN tận tình giúp đỡ nhƣ đƣa ý kiến đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thiện luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới thầy, giáo Khoa Khí tƣợng - Thủy văn – Hải dƣơng học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN truyền đạt kinh nghiệm quý báu q trình đào tạo, nhờ học viên đƣợc nâng cao trình độ, mở rộng tầm hiểu biết tiếp cận thực tế Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn đồng nghiệp phòng Nghiên cứu Dịch vụ, Trung tâm Động lực học Thủy khí Mơi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để luận văn đƣợc hồn thành Trong q trình thực hiện, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, mong nhận đƣợc góp ý q thầy bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tác giả xin chân thành cảm ơn! i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG v CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Các nghiên cứu liên quan 1.2 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý .5 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 1.1.3 Đặc điểm khí tƣợng thủy hải văn 1.3 Đặc điểm dân số, lao động xã hội 29 1.4 Ngập lụt thoát lũ 31 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH TỐN 33 2.1 Lựa chọn mơ hình 33 2.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình MIKE 37 2.2.1 Mơ hình thủy văn thủy lực sông 37 2.2.2 Mơ hình hải văn 41 CHƢƠNG ÁP DỤNG MƠ HÌNH TỐN ĐỂ MƠ PHỎNG TRƢỜNG THỦY ĐỘNG LỰC VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THỐT LŨ CỦA SƠNG NHẬT LỆ 46 3.1 Cơ sở liệu 46 3.1.1 Số liệu địa hình .46 3.1.2 Số liệu thủy động lực 46 3.2 Thiết lập mô hình mơ 47 3.2.1 Sơ đồ thiết lập mơ hình 47 3.2.2 Thiết lập mô hình 47 3.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 48 3.3.1 Hiệu chỉnh 48 3.3.2 Kiểm định .51 3.4 Ứng dụng mơ hình MIKE để mơ trƣờng thủy động lực đánh giá khả thoát lũ khu vực cửa Nhật Lệ, Quảng Bình .54 3.4.1 Xây dựng kịch tính tốn 54 3.4.2 Kết mô trƣờng thủy động lực .57 3.4.3 Đánh giá khả thoát lũ .74 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 ii DANH MỤC HÌNH Hình Bản đồ địa giới hành tỉnh Quảng Bình khu vực nghiên cứu Hình Biểu đồ độ ẩm khơng khí trung bình tháng trạm Đồng Hới – tỉnh Quảng Bình 14 Hình Biểu đồ độ ẩm khơng khí trung bình năm trạm Đồng Hới – tỉnh Quảng Bình 14 Hình Thống kê bão đổ vào khu vực từ năm 1979 – 2019 18 Hình Mạng lƣới trạm thủy văn lƣu vực sông Nhật Lệ 19 Hình Mực nƣớc lũ lớn nhỏ năm quan trắc trạm Kiến Giang 21 Hình Mực nƣớc lũ lớn nhỏ năm quan trắc trạm Tám Lu 22 Hình Thủy triều khu vực ngồi khơi cửa Nhật Lệ 25 Hình Hoa sóng điểm ngồi khơi khu vực (ECMWF) 27 Hình 10 Các phƣơng pháp tiếp cận mô trƣờng thủy động lực 33 Hình 11 Giải pháp ứng dụng mơ hình nghiên cứu 34 Hình 12 Sự tƣơng tác module mơ hình MIKE 36 Hình 13 Sơ đồ ứng dụng cơng cụ mơ hình MIKE nghiên cứu 36 Hình 14 Cấu trúc mơ hình NAM 37 Hình 15 Mơ hình nhận thức mơ hình NAM 38 Hình 16 Bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu 46 Hình 17 Sơ đồ thiết lập mơ hình 47 Hình 18 Lƣới tính tốn địa hình khu vực gần cửa Nhật Lệ 48 Hình 19 Vị trí trạm đo đạc 5/2018 48 Hình 20 Kết so sánh lƣu lƣợng tính tốn (hiệu chỉnh) thực đo khu vực cửa sông Nhật Lệ 49 Hình 21 Kết so sánh mực nƣớc tính tốn (hiệu chỉnh) thực đo trạm thủy văn Đồng Hới 49 Hình 22 Kết so sánh vận tốc dịng chảy thực đo tính tốn 49 Hình 23 Kết so sánh hƣớng dịng chảy thực đo tính tốn 50 Hình 24 So sánh độ cao sóng thực đo tính tốn 50 Hình 25 So sánh chu kì sóng thực đo tính tốn 50 Hình 26 So sánh hƣớng sóng thực đo tính tốn 51 Hình 27 Vị trí trạm đo đạc tháng 12/2019 51 Hình 28 So sánh (kiểm định) lƣu lƣợng cửa Nhật Lệ 52 Hình 29 So sánh (kiểm định) mực nƣớc trạm thủy văn Đồng Hới 52 Hình 30 So sánh (kiểm định) vận tốc dịng chảy tính tốn thực đo khu vực cửa Nhật Lệ 52 Hình 31 So sánh (kiểm định) hƣớng dịng chảy tính tốn thực đo khu vực ngồi cửa Nhật Lệ 52 Hình 32 So sánh (kiểm định) độ cao sóng tính tốn thực đo khu vực cửa Nhật Lệ 53 Hình 33 So sánh (kiểm định) chu kì sóng tính tốn thực đo khu vực cửa Nhật Lệ 53 iii Hình 34 So sánh (kiểm định) hƣớng sóng tính tốn thực đo khu vực cửa Nhật Lệ 53 Hình 35 Đƣờng tần suất sóng trạm Hải văn Cồn Cỏ theo hƣớng Đơng Bắc 55 Hình 36 Đƣờng tần suất sóng trạm Hải văn Cồn Cỏ theo hƣớng Đơng 56 Hình 37 Đƣờng tần sóng trạm Hải văn Cồn Cỏ theo hƣớng Đơng Nam 56 Hình 38 Đƣờng q trình lũ tần suất 10% Qn Hàu (sơng Nhật Lệ) 56 Hình 39 Đƣờng bão Doksuri (9/2017) 57 Hình 40 Mực nƣớc kịch trạng khu vực cửa 58 Hình 41 Trƣờng dịng chảy kịch trạng 58 Hình 42 Trƣờng sóng kịch trạng 59 Hình 43 Các đại lƣợng đặc trƣng thủy động lực số điểm trích cửa sơng 59 Hình 44 Mực nƣớc khu vực cửa (KB1) 60 Hình 45 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB1) 61 Hình 46 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB1) 61 Hình 47 Mực nƣớc khu vực cửa (KB2) 62 Hình 48 Trƣờng dòng chảy khu vực cửa (KB2) 63 Hình 49 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB2) 63 Hình 50 Mực nƣớc khu vực cửa (KB3) 64 Hình 51 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB3) 65 Hình 52 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB3) 65 Hình 53 Mực nƣớc khu vực cửa (KB4) 66 Hình 54 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB4) 67 Hình 55 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB4) 67 Hình 56 Mực nƣớc khu vực cửa (KB5) 68 Hình 57 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB5) 69 Hình 58 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB5) 69 Hình 59 Mực nƣớc khu vực cửa (KB6) 70 Hình 60 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB6) 71 Hình 61 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB6) 71 Hình 62 Mực nƣớc khu vực cửa (KB7) 72 Hình 63 Trƣờng dòng chảy khu vực cửa (KB7) 73 Hình 64 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB7) 74 Hình 65 Mực nƣớc lũ tính tốn kịch trạm Đồng Hới 75 Hình 66 Mực nƣớc lũ tính tốn kịch trạm Đồng Hới 75 Hình 67 Mực nƣớc lũ tính tốn kịch trạm Đồng Hới 75 Hình 68 Đƣờng trình lƣu lƣợng cửa Nhật Lệ kịch lũ 76 Hình 69 Tình trạng bồi tụ khu vực cầu cảng biên phòng Nhật Lệ làm giảm khả tiêu lũ sơng Nhật Lệ (Ảnh chụp: Trần Vinh Quang, 12/2018) 76 iv DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng nhiệt độ lớn (tối cao) theo năm (Đơn vị: oC) Bảng Bảng nhiệt độ thấp (tối thấp) theo năm Bảng Bảng thống kê lƣợng mƣa lớn 1, 3, ngày trạm Lệ Thủy sông Kiến Giang (1965-2019) 10 Bảng Bảng thống kê lƣợng mƣa lớn 1, 3, ngày trạm Đồng Hới sông Nhật Lệ (1961-2019) 11 Bảng Độ ẩm khơng khí trạm Đồng Hới – tỉnh Quảng Bình 13 Bảng Tần suất (%) xuất hƣớng gió Đồng Hới 15 Bảng Tốc độ gió lớn (tối cao) theo năm 16 Bảng Hƣớng gió tần suất (%) xuất theo tháng trạm Đồng Hới 17 Bảng Số bão đổ tiếp cận đoạn bờ biển 17 Bảng 10 Số lƣợng bão áp thấp nhiệt ảnh hƣởng trực tiếp vào khu vực tỉnh Quảng Bình từ năm 1956 – 2005 18 Bảng 11 Danh sách trạm thuỷ văn lƣu vực sông Nhật Lệ 19 Bảng 12 Đặc điểm hình thái sơng ngịi tỉnh Quảng Bình 20 Bảng 13 Lƣu lƣợng lớn năm quan trắc trạm Kiến Giang 22 Bảng 14 Lƣu lƣợng lớn năm quan trắc sông Long Đại trạm Tám Lu 23 Bảng 15 Phân phối dịng chảy mùa bình qn nhiều năm 24 Bảng 16 Bảng tần suất sóng khu vực (ECMWF) 27 Bảng 17 Tần suất xuất hƣớng sóng theo tháng (ECMWF) 28 Bảng 18 Tần suất xuất hƣớng sóng theo tháng với độ cao sóng lớn mét 29 Bảng 19 Dân số trung bình phân theo giới tính phân theo thành thị, nông thôn 30 Bảng 20 Tiêu chí lựa chọn mơ hình 35 Bảng 21 Bảng đánh giá sai số 54 Bảng 22 Các kịch tính tốn theo đặc trƣng thủy hải văn 55 v MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Vùng biển Trung nói chung, khu vực cửa Nhật Lệ nói riêng vùng trọng điểm kinh tế biển (thuỷ sản, giao thông, hàng hải, an ninh quốc phịng) Cùng với đó, cửa Nhật Lệ nằm vị trí địa lý phức tạp, chịu ảnh hƣởng điều kiện tự nhiên nhƣ: sóng biển, thủy triều, hải lƣu, nƣớc dâng, dịng chảy sơng, tai biến lũ lụt, gió mùa, áp thấp nhiệt đới bão, với tác động biến đổi khí hậu toàn cầu hoạt động kinh tế xã hội diễn mạnh mẽ khu vực Xét mặt thủy động lực học, cửa Nhật Lệ chịu ảnh hƣởng tổng hợp chế độ hải văn biển chế độ thủy văn sông mang đặc thù mùa rõ rệt Đó tƣợng khu vực cửa sơng có xu bồi vào mùa gió Tây Nam, yếu tố động lực sông biển yếu, ngƣợc lại mùa gió Đơng Bắc mùa lũ Xét mặt địa chất, khu vực cửa sơng hình thành chủ yếu với thành tạo bở rời gồm cát từ trung bình đến thơ dễ bị biến động dƣới tác động dòng nƣớc Với điều kiện thủy thạch động lực nhƣ trên, khu vực cửa Nhật Lệ có biến động bồi xói phức tạp theo không gian thời gian gây ảnh hƣởng không nhỏ tới hoạt động kinh tế xã hội cho hoạt động giao thông thủy, hoạt động kinh tế, du lịch, quốc phòng thành phố Đồng Hới Tại hạ lƣu sông Nhật Lệ đến mùa mƣa lũ việc tiêu lũ xảy chậm gặp nhiều khó khăn nhiều nguyên nhân kết hợp với tạo nên Mùa mƣa lệch cuối hè sang thu kéo đến đầu đông với lƣợng mƣa lớn ảnh hƣởng hình thái gây mƣa nhƣ gió mùa đơng bắc kết hợp với nhiễu động gây mƣa lớn diện rộng nhƣ bão, áp thấp nhiệt đới, hội tụ nhiệt đới, (do có vị trí gần biển nên chịu ảnh hƣởng lớn bão) dẫn đến thừa nƣớc, chí gây lũ lụt, úng ngập hạ lƣu Với lƣợng nƣớc lớn gây nên lũ lớn nhƣ vậy, khu vực nghiên cứu lại có địa hình bề ngang hẹp, nơi hẹp khoảng 45 km; bên phía tây lại có vùng núi trung bình thấp nên sông vừa ngắn lại vừa dốc tạo điều kiện để tập trung nhanh lƣợng nƣớc hình thành lũ nhanh chóng đổ hạ lƣu Cịn hạ lƣu nơi cuối nguồn sơng, nhƣ số nơi khác sau nhận nƣớc từ thƣợng nguồn chảy thẳng biển nhiều cửa sơng (ví dụ nhƣ sơng Cửu Long ) Tuy nhiên, sông Nhật Lệ, lũ từ thƣợng nguồn chảy với lƣu tốc lớn không đổ thẳng biển gặp phải dãy cồn cát cao (30- 40m) chạy song song với bờ biển Dãy cồn cát đóng vai trị nhƣ đê chắn lũ ngăn dòng chảy đổ thẳng biển mà buộc dòng chảy lũ uốn khúc chảy dọc theo dãy cồn cát, có cửa cửa Nhật Lệ Khu vực Quảng Bình nói chung, cửa Nhật Lệ thƣờng xuyên hứng chịu tác động bão Khi bão đổ vào khu vực, mƣa lớn gây ngập úng cửa biển Nhật Lệ, đồng thời tƣợng nƣớc dâng chế hiệu ứng nƣớc dồn gió thổi mạnh (trong mùa sóng dâng cao từ 4,5- 6,0m đo Cồn Cỏ) xảy khu vực nghiên cứu Với điều kiện khơng có bão, mùa lũ, dịng chảy sơng lấn át dòng triều, tỷ lệ thời gian chảy ngƣợc chảy xi giảm mạnh biến hồn tồn có dịng lũ lớn, nhƣng triều lên dịng lũ dịng triều ngƣợc gây tƣợng nƣớc dồn ứ khu vực cửa sông Khi bão đổ vào đất liền thƣờng kèm theo tƣợng nƣớc dâng, mùa mƣa trùng với mùa bão, dịng lũ từ sơng chảy nƣớc dâng từ biển chảy vào gây dồn ứ nƣớc cửa sơng, làm cho việc tiêu lũ khó khăn chậm trễ Trƣớc tình hình đó, có nhiều cơng trình nghiên cứu nhà khoa học đƣợc thực nhằm tìm hiểu nguyên nhân, chế tác động qua lại yếu tố thủy động lực, khả thoát lũ, đánh giá ngập lụt khu vực hạ lƣu sơng Nhật Lệ, từ làm sở để đánh giá trình động lực khác nhƣ vận chuyển trầm tích, lan truyền vật chất,… Tuy nhiên nghiên cứu chƣa tập trung sâu vào đánh giá tổng thể trƣờng thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ chi tiết, với việc nghiên cứu trƣớc đƣợc nghiên cứu cách lâu, đặc điểm thủy động lực nhiều có thay đổi Vấn đề đặt cần nghiên cứu chi tiết trƣờng thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ thời điểm để góp phần phục vụ cơng tác quản lý hỗ trợ cho hoạt động phối hợp ngành, địa phƣơng ven biển đƣợc thuận lợi Với lý trên, "Nghiên cứu mô trƣờng thủy động lực khu vực cửa sông Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình" đƣợc lựa chọn làm đề tài nghiên cứu tác giả luận văn Mục tiêu luận văn Mô phỏng, tái đƣợc tranh trƣờng thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ điều kiện khác từ đánh giá khả thoát lũ cửa Nhật Lệ Nội dung luận văn - Thu thập số liệu địa hình, khí tƣợng (gió, áp nhiệt độ khơng khí), thuỷ văn biển (sóng, mực nƣớc, dịng chảy) khu vực nghiên cứu - Phân tích đánh giá chế độ khí tƣợng thuỷ văn biển - Thiết lập mơ hình mơ thủy động lực cho khu vực cửa Nhật Lệ - Áp dụng mơ hình để mô phỏng, tái tranh trƣờng thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ - Kết luận kiến nghị Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung, luận văn sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu nhƣ sau: - Phƣơng pháp khảo sát thu thập liệu trƣờng; - Phƣơng pháp phân tích thống kê; - Phƣơng pháp mơ hình hóa số trị Phạm vi nghiên cứu Giới hạn không gian: Khu vực cửa Nhật Lệ (kéo dài km lên phía Bắc km xuống phía Nam), khu vực sông Nhật Lệ kéo dài lên cầu Quán Hàu Giới hạn nội dung: Luận văn nghiên cứu chế độ thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ, khơng nghiên cứu vận chuyển trầm tích diễn biến lòng dẫn Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Đã thiết lập áp dụng thành cơng mơ hình MIKE 21 Couple FM với hai module SW HD để mô trƣờng thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ Ý nghĩa thực tiễn: Làm rõ chi tiết đƣợc chế độ thuỷ động lực khu vực cửa Nhật Lệ, mô đƣợc biến đổi trƣờng động lực trƣờng hợp điều kiện thời tiết cực đoan làm sở để đánh giá khả thoát lũ bổ sung sở khoa học cho việc nghiên cứu phát triển bền vững khu vực cửa Nhật Lệ dòng chảy có khác biệt lớn so với điều kiện pha triều nƣớc sông điều kiện bình thƣờng Mực nƣớc sơng thời điểm lũ cao mực nƣớc khu vực cửa đáng kể, khoảng 1,5 m Với đặc thù địa mạo cửa Nhật Lệ hẹp cửa, gặp lũ lớn từ thƣợng nguồn xuống khiến vận tốc dòng tăng đột biến, lên 3,2 m/s Trong đó, dịng dọc bờ nhỏ, khoảng 0,1 – 0,4 m/s nhƣng bị ngắt quãng gặp dòng lũ mạnh Pha triều lên Thời điểm đỉnh lũ + chân triều Hình 53 Mực nƣớc khu vực cửa (KB4) 66 Pha triều lên Thời điểm đỉnh lũ + chân triều Hình 54 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB4) Với kịch 4, điều kiện sóng đầu vào sóng điều kiện thƣờng, sóng khu vực ngồi khơi nhƣng sóng cao, khoảng 3m, nhƣng tới khu vực sóng đổ, độ cao sóng khoảng 2m tới cửa, độ cao sóng khoảng 0,7 – 1m Hình 55 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB4) 67 e Kịch (Lũ tần suất 10 % thời điểm đỉnh triều) Các kết mô Lũ 10 % thời điểm đỉnh triều đƣợc thể hình 56 - 58, theo thời điểm đỉnh lũ gặp thời điểm đỉnh triều nên mực nƣớc sông cao mực nƣớc khu vực ngồi cửa khơng q lớn, khoảng 0,5m Với đặc thù địa mạo cửa Nhật Lệ hẹp cửa, gặp lũ lớn từ thƣợng nguồn xuống, thời điểm đỉnh triều nhƣng vận tốc dòng tăng đột biến, đạt khoảng 3,2 m/s Pha triều lên Thời điểm đỉnh lũ + đỉnh triều Hình 56 Mực nƣớc khu vực cửa (KB5) 68 Pha triều lên Thời điểm đỉnh lũ + đỉnh triều Hình 57 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB5) Hình 58 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB5) Trong đó, dòng dọc bờ nhỏ, khoảng 0,1 – 0,4 m/s nhƣng bị ngắt quãng gặp dòng lũ mạnh Với kịch 5, điều kiện sóng đầu vào sóng điều kiện thƣờng, sóng khu vực ngồi khơi nhƣng sóng cao, khoảng m, nhƣng tới khu vực sóng đổ, độ cao sóng khoảng 1,75 m tới cửa, độ cao sóng khoảng 0,5 – 0,75 m 69 f Kịch (Lũ tần suất 10 % thời điểm pha triều lên) Các kết mô Lũ 10 % thời điểm pha triều lên đƣợc thể hình 59 – 61, theo thời điểm đỉnh lũ gặp thời điểm pha triều lên nên mực nƣớc sông cao mực nƣớc khu vực cửa tƣơng đối lớn, khoảng 0,7 – 1,0 m Với đặc thù địa mạo cửa Nhật Lệ hẹp cửa, gặp lũ lớn từ thƣợng nguồn xuống, thời điểm pha triều lên nhƣng vận tốc dòng tăng đột biến, đạt khoảng 3,2 m/s Trong đó, dịng dọc bờ nhỏ, khoảng 0,1 – 0,4 m/s nhƣng bị ngắt quãng gặp dòng lũ mạnh Với kịch 6, điều kiện sóng đầu vào sóng điều kiện thƣờng, sóng khu vực ngồi khơi nhƣng sóng cao, khoảng m, nhƣng tới khu vực sóng đổ, độ cao sóng khoảng m tới cửa, độ cao sóng khoảng 0,5 – 0,75 m Pha triều lên Thời điểm đỉnh lũ + pha triều lên Hình 59 Mực nƣớc khu vực cửa (KB6) 70 Thời điểm đỉnh lũ + pha triều lên Pha triều lên Hình 60 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB6) Hình 61 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB6) g Kịch (Bão) Đối với kịch điều kiện thời tiết cực đoan nhƣ bão, thời điểm bão đổ bộ, mực nƣớc chênh lệch sông khu vực ngồi cửa sơng khơng q chênh lệch, khoảng 71 0,4 m; nhiên thời điểm lũ sau bão, mực nƣớc sơng cao phía ngồi cửa khoảng m Khu vực eo cửa hẹp nên bão đổ bộ, vận tốc dòng chảy đạt 1,2 m/s, thời điểm lũ sau bão đạt 3,2 m/s làm ngắt qng hồn tồn dịng chảy ven bờ khu vực cửa sơng, phần phía nam bắc cửa sơng mà trƣớc chảy theo hƣớng từ Bắc xuống Nam Trƣờng sóng thời điểm bão đổ lẫn lũ sau bão cao phía biên, khoảng 2-3 m; nhiên, vào tới khu vực sóng đổ cửa sơng, độ cao sóng khoảng 0,5-1 m Thời điểm bão đổ Thời điểm lũ sau bão Hình 62 Mực nƣớc khu vực cửa (KB7) 72 Thời điểm bão đổ Thời điểm lũ sau bão Hình 63 Trƣờng dịng chảy khu vực cửa (KB7) 73 Thời điểm bão đổ Thời điểm lũ sau bão Hình 64 Trƣờng sóng khu vực cửa (KB7) 3.4.3 Đánh giá khả lũ Dịng triều dịng chảy mang tính tuần hoàn, phụ thuộc vào đặc điểm chế độ thủy triều khu vực Tác động dòng triều tác động vận chuyển bùn cát dòng triều thƣờng nhỏ có phần bù trừ đƣợc chu kỳ triều Dịng triều cộng hƣởng triệt tiêu lẫn với dịng sóng, dịng chảy sơng tuỳ thuộc vào pha triều Các kết kịch tính tốn lũ tần suất kết hợp với pha triều đƣợc thể hình 65 – 67 cho thấy, mực nƣớc lũ vƣợt cấp báo động lũ cấp I (theo Quyết định số 05/2020/QĐ-TTg ngày 31/01/2020 Thủ tƣớng Chính phủ Quy định mực nƣớc tƣơng ứng với cấp báo động lũ sông thuộc phạm vi nƣớc) Tuy nhiên, với trƣờng hợp lũ 10 % kết hợp với chân triều, mực nƣớc lũ trạm Đồng Hới không vƣợt cấp báo động II Trong đó, hai trƣờng hợp lũ 10 % kết hợp triều lên đỉnh triều lũ vƣợt cấp báo động II, mực nƣớc lũ trƣờng hợp đỉnh triều có xu hƣớng cao trƣờng hợp pha triều lên Do đó, nói, dịng lũ sơng gặp đỉnh triều gây khó khăn khả lũ cửa Nhật Lệ 74 Hình 65 Mực nƣớc lũ tính tốn kịch trạm Đồng Hới Hình 66 Mực nƣớc lũ tính tốn kịch trạm Đồng Hới Hình 67 Mực nƣớc lũ tính tốn kịch trạm Đồng Hới 75 Hình 68 Đƣờng trình lƣu lƣợng cửa Nhật Lệ kịch lũ So sánh với đƣờng trình lũ tần suất 10 % Quán Hàu (hình 38), hình 68 cho thấy lƣu lƣợng khu vực cửa kịch lũ có thay đổi nhỏ, lƣu lƣợng đỉnh lũ khoảng 1.600 – 1.700 m3/s so với lƣu lƣợng đỉnh lũ Quán Hàu khoảng 2.000 m3/s Điều cho thấy, khu vực cửa Nhật Lệ khả thoát lũ Có nhiều ngun nhân gây khả lũ cửa Nhật Lệ kể đến đặc điểm hình thái khu vực cửa Nhật Lệ (hẹp cửa, có thời điểm, độ rộng cửa hẹp khoảng 50 m) tình trạng bồi lấp cửa diễn biến ngày phức tạp năm gần (hình 68) Các kết làm sở để nghiên cứu trình thủy thạch động lực khác giải pháp tăng khả thoát lũ, chống ngập cho thành phố Đồng Hới, Quảng Bình Hình 69 Tình trạng bồi tụ khu vực cầu cảng biên phòng Nhật Lệ làm giảm khả tiêu lũ sơng Nhật Lệ (Ảnh chụp: Trần Vinh Quang, 12/2018) 76 KẾT LUẬN Vùng nghiên cứu thuộc hạ lƣu hệ thống sông Nhật Lệ, vùng thƣờng xuyên chịu ảnh hƣởng bão lũ Hàng năm lƣu vực nghiên cứu xảy nhiều trận bão có cƣờng suất lớn lƣu vực thƣờng xuyên xảy tƣợng úng ngập, gây ảnh hƣởng thiệt hại tới đời sống dân sinh kinh tế Để góp phần giảm thiểu nguy ảnh hƣởng lũ lụt, có nhiều nghiên cứu lƣu vực này, song hƣớng nghiên cứu luận văn với việc mô phỏng, đánh giá trƣờng thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ điều kiện điều kiện bất lợi Những kết đƣợc nghiên cứu này: - Luận văn tổng quan tổng quan đƣợc đặc điểm điều kiện tự nhiên, đặc điểm kinh tế xã hội điều kiện khí tƣợng, thủy hải văn đặc trƣng khu vực tỉnh Quảng Bình nói chung, khu vực cửa Nhật Lệ nói riêng - Luận văn thiết lập mơ hình MIKE 21 với hai mơ đun HD (thủy lực) SW (phổ sóng), sử dụng số liệu đo đạc sóng (độ cao sóng, chu kì sóng, hƣớng sóng) dịng chảy (vận tốc hƣớng dòng chảy, lƣu lƣợng cửa Nhật Lệ) vào hai mùa gió đặc trƣng khu vực mùa gió Tây Nam – tháng 6/2018 mùa gió Đông Bắc – tháng 12/2019 để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Các kết hiệu chỉnh kiểm định tốt sử dụng thơng số để tiến hành mô - Luận văn ứng dụng thành công mô hình thiết lập để mơ trƣờng thủy động lực trạng trƣờng hợp cực đoan nhƣ sóng cực trị theo hƣớng Đơng Bắc, Đơng Đơng Nam (các hƣớng sóng đặc trƣng khu vực cửa Nhật Lệ), trƣờng hợp lũ kết hợp với kịch thủy triều khác kịch bão đổ (bão Doksuri, 09/2017) Theo đó, với kịch mô thủy động lực trạng, khu vực gần cửa sơng phía sơng bên ngồi cửa, vận tốc dịng chảy lớn giai đoạn mơ khoảng 0,3 – 0,5 m/s Do đặc điểm địa mạo tƣơng đối hẹp cửa Nhật Lệ khiến tốc độ dòng chảy lớn nên vận tốc dòng cửa khoảng 0,7 – 1,4 m/s Trong đó, sóng lan truyền đến độ sâu khoảng m, sóng bắt đầu đổ đến cửa sơng chiều cao sóng bắt đầu giảm mạnh Với kịch mô tần suất thủy động lực, kịch hƣớng sóng Đơng Đơng Nam cho xuất dòng dọc bờ từ Nam lên Bắc, sóng hƣớng Đơng Bắc tạo dịng dọc bờ theo hƣớng ngƣợc lại Đây sở để phân tích q trình vận chuyển bùn cát nghiên cứu nhằm giải thích chế bồi tụ xói lở - Bên cạnh đó, nghiên cứu đánh giá khả thoát lũ khu vực cửa Nhật Lệ thông qua kịch mơ lũ Theo đó, lƣu lƣợng cầu Qn Hàu hầu nhƣ không thay đổi nhiều so với lƣu lƣợng khu vực cửa sơng Ngồi ra, lũ gặp đỉnh triều gây khó khăn cho khả lũ có lũ xảy sơng Nhật Lệ Những kết luận văn góp phần làm rõ thêm chế độ thuỷ động lực khả thoát lũ khu vực cửa Nhật Lệ nhƣng bên cạnh cịn tồn hạn chế Chính cần có bổ sung thêm sở liệu năm gần nên có hƣớng nghiên cứu sâu theo hƣớng cụ thể, nhiều phƣơng pháp giải khác tranh chi tiết phục vụ cho mục đích phát triển kinh tế an ninh quốc phịng khu vực cửa Nhật Lệ, Quảng Bình 77 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Thái Bình, Trần Ngọc Anh, Đặng Đình Khá, 2010, Ứng dụng mơ hình MIKE Flood tính tốn ngập lụt hệ thống sơng Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tập 26, số 3S, 285 – 294 [2] Nguyễn Xuân Hậu, Phan Văn Tân, 2015, Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến ngập lụt lƣu vực sơng Nhật Lệ, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tập 31, số 3S, 125 - 138 [3] Trƣơng Văn Bốn, Vũ Văn Ngọc, Phạm Thị Hân, Vũ Phƣơng Quỳnh, 2015, Một số kết nghiên cứu rủi ro ngƣời ngập lụt lƣu vực sông Kiến Giang sơng Long Đại tỉnh Quảng Bình, Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy lợi, số 28 [4] Cham Dao Minh, Minh Nguyen Quang, Son Nguyen Thai, Cu Nguyen Van, 2018, Research on nearshore wave conditions at Nhat Le coastal area (Quang Binh province) by using MIKE21-SW, Tạp chí Khoa học Công nghệ Biển, tập 18, số 3, 241 - 249 [5] Nguyễn Lập Dân, 2007, Nghiên cứu trạng, xác định nguyên nhân đề xuất giải pháp phịng chống bồi lấp cửa sơng nhằm khai thơng luồng Nhật Lệ - Quảng Bình, Viện Địa lý, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam [6] Phan Thanh Tịnh, 2011 Bàn lũ lụt Quảng Bình biện pháp phịng chống , Thơng tin Khoa học – Công nghệ - QB (5), 34 [7] Lại Vĩnh Cẩm, Nguyễn Xuân Hậu, cs, 2007, Nghiên cứu, triển khai công nghệ dự báo trực tuyến diện mức độ ngập lụt số lưu vực sông miền Trung, Viện KH&CN VN, Hà Nội [8] Nguyễn Xuân Hậu cs, 2010, Ứng dụng GIS mơ hình HEC xây dựng đồ cảnh báo nguy ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông miền Trung, Tuyển tập báo cáo khoa học, hội nghị khoa học địa lý toàn quốc lần thứ 5, Viện Địa lý, 1257 [9] Shokoufeh Salimi M Reza Ghanbarpour, Mohsen Mohseni Saravi and Mehdi Zarei, 2011, Calibration of River Hydraulic Model Combined with GIS Analysis using Ground-Based Observation Data, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 3(5), 456 [10] Đỗ Quang Thiên, “Nghiên cứu, dự báo, đề xuất giải pháp phòng chống tƣợng xói lở, bồi lấp vùng trung - hạ lƣu sông Gianh sông Nhật Lệ phục vụ phất triển bền vững lãnh thổ nghiên cứu” Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp tỉnh, Quảng Bình, 2013 [11] Thien D Q., Thanh N., Do H.N.T., “Effects of torrential rainfall on the Gianh Riverbank erosion in the context of climate change” Proceedings of the international workshop on geoengineering for responding to climate change and sustainable development of infrastructure, p.54-60, 2012 [12] Thien D.Q., Do H.N.T., Dennis G., et al, “Assessing the motive of erosion process along main river channels in the Mid-Central Part of Vietnam” The 2nd National 79 Conference on Transport Infrastructure with Sustainable Development, Construction House, 2016 [13] Đỗ Quang Thiên, Trần Thanh Nhàn, Nguyễn Quang Tuấn, Hồ Trung Thành, 2017, Thử nghiệm dự báo xói lở bờ sông Gianh – Nhật Lệ phƣơng pháp bán thực nghiệm Hickin E.J Nanson G.C; Tạp chí khoa học Lạc Hồng, Số đặc biệt (11/2017), trang 60-67 [14] Trần Hồng Thái, Đồn Quang Trí, Đinh Việt Hồng, 2018, Nghiên cứu mơ tác động sóng nƣớc dâng bão khu vực ven biển miền Trung, Tạp chí Khí tƣợng Thủy văn, số tháng – 2018, trang – 14 [15] Jeanne C.Robbins, Jerad D.Bales, 1995, Simulation of Hydrodynamics and solute transport in the Neuse river estuary, North Carolina, US Geological Survey, AlbemarlePamlico Estuarine Study Report No.94-11 [16] Jerad D.Bales, Jeanne C.Robbins, 1995, Simulation of hydrodynamics and solute transport in the Pamlico river estuary, North Carolina, US Geological Survey, Albemarle-Pamlico Estuarine Study Report No.94-454 [17] Kelin Hu, Pingxing Ding, Zhengbing Wang, Shilun Yang, 2009, A 2D/3D hydrodynamics and sediment transport model for the Yangtze Estuary, China, Journal of Marine Systems, Vol 77, Issues 1-2, pages 114-136 [18] Wen-Cheng Liu, Ming-His Hsu, Albert Y Kuo, 2002, Modelling of hydrodynamics and cohesive sediment transport in Tanshui River estuarine system, Taiwan, Marine Pollution Bulletin, Vol 44, Issue 10, pages 1076-1088 [19] Zhen-Gangji, Guandou Hu, Jian Shen, Yongshan Wan, 2007, Three-dimensional modeling of hydrodynamic processes in the St Lucie Estuary, Estuarine, Coastal and Shelf Science, Vol 73, Issues 1-2, pages 188-200 [20] XinJian Chen, 2004, Modeling hydrodynamics and salt transport in the Alafia River estuary, Florida during May 1999-December 2001, Estuarine, Coastal and Shelf Science, Vol 61, Issue 3, pages 477-490 [21] Zhijun Liu; Noor B Hashim; William L Kingery; David H Huddleston; Meng Xia, 2008, Hydrodynamic Modeling of St Louis Bay Estuary and Watershed Using EFDC and HSPF, Journal of Coastal Research, vol 52 (10052), pages 107-116 [22] Junqiang Xia, Roger Falconer, Binliang Lin, 2010, Impact of different tidal renewable energy projects on the hydrodynamic processes in the Severn Estuary, UK, Ocean Modelling, Vol 32, Issues 1-2 [23] Isabel C Azevedo, Adriano A Bordalo, Pedro M.Duarte, 2010, Influence of river discharge patterns on the hydrodynamics and potential contaminant dispersion in the Douro estuary (Portugal), Water Research, Vol 44, Issue 10 80 ... trƣờng thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ nhƣng nguồn tƣ liệu quý giá cho nghiên cứu trƣờng thủy động lực khu vực Bắc Trung Bộ Quảng Bình nói chung, cửa Nhật Lệ nói riêng, có nghiên cứu Nghiên cứu. .. chế độ khu vực nghiên cứu Đây sở để đánh giá tác động yếu tố thủy động lực đến khu vực cửa Nhật Lệ; Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp khác đánh giá đặc trƣng thủy động lực khu vực nghiên cứu Tuy... hai module SW HD để mô trƣờng thủy động lực khu vực cửa Nhật Lệ Ý nghĩa thực tiễn: Làm rõ chi tiết đƣợc chế độ thuỷ động lực khu vực cửa Nhật Lệ, mô đƣợc biến đổi trƣờng động lực trƣờng hợp điều