Ứng dụng mô hình litpack trong việc nghiên cứu biến động đường bờ của bãi biển cửa tùng

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 49-54 Ứng dụng mơ hình LITPACK việc nghiên cứu biến động đường bờ bãi biển Cửa Tùng Ngơ Chí Tuấn*, Nguyễn Ý Như, Trịnh Minh Ngọc Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 28 tháng năm 2014 Chỉnh sửa ngày 27 tháng năm 2014; Chấp nhận đăng ngày 15 tháng năm 2014 Tóm tắt: Bãi biển Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị bãi tắm đẹp nước ta Từ thời vua Bảo Đại, bãi tắm cịn ví bãi tắm "nữ hồng" Hiện bãi tắm bị thu hẹp, cịn khoảng không gian nhỏ bé chịu ảnh hưởng nguyên nhân lịch sử tự nhiên Bài ứng dụng mơ hình LITPACK để nghiên cứu biến động đường bờ bãi biển Cửa Tùng tác động cơng trình tồn phạm vi tính tốn Kết nghiên cứu đóng góp vào việc đưa giải pháp nhằm khôi phục cải tạo bãi biển Cửa Tùng Từ khóa: LITPACK, Cửa Tùng Đặt vấn đề* nghĩa dịch chuyển hai phía tả-hữu dịng chảy, tiến biển hay lùi vào phía đất liền Theo quan sát nay, hoạt động tích tụ Cửa Tùng khơng phải theo hướng phía biển, mà doi tích tụ cửa có xu hướng dịch chuyển vào phía cửa sơng (Hình 1) Bờ biển khu vực Cửa Tùng, bao gồm phía bắc nam xác định phạm vi nghiên cứu khoảng 10 km (phía bắc km phía nam km) Đoạn bờ biển phía bắc có hướng chung bắc-nam với cung bờ lõm mũi nhô (mũi Thừa Long, mũi Hàu, mũi Si mũi Lị Vơi) phát triển đá bazan vỏ phong hóa Đoạn bờ phía nam thẳng kéo dài theo phương tây bắc-đông nam, cấu tạo cát hạt trung đến mịn Hoạt động bồi tụ vùng nghiên cứu diễn vùng cửa sông Bến Hải-Cửa Tùng Theo tài liệu lịch sử cho thấy, Cửa Tùng có biến đổi khơng nhiều, _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84-915650565 Email: tuannc@vnu.edu.vn Hình Các dạng tích tụ Cửa Tùng 49 50 N.C Tuấn nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 49-54 Việc xác định nguyên nhân biến động bờ biển vấn đề quan trọng nghiên cứu khoa học thực tiễn Tuy nhiên, vấn đề phức tạp liên quan tới nhiều lĩnh vực nghiên cứu, chí quan niệm khác Có nhiều người cho có số hay nhiều nguyên nhân dẫn đến biến động bờ biển Song, thực tế cho thấy rằng, tượng xảy tự nhiên xã hội, biến động bờ biển quy mô nào, xét quan điểm hệ thống, có nhân tố xem nguyên nhân nhất, lại xếp vào nhân tố ảnh hưởng Biến động đường bờ biển, bao gồm bồi tụ xói lở, trình tự nhiên Tuy nhiên, tăng lên hay giảm hoạt động người Bài báo ứng dụng mơ hình LITPACK để xem xét ảnh hưởng cơng trình (cụ thể phía Nam) đến biến động đường bờ bãi tắm Cửa Tùng Giới thiệu mô hình tính số liệu đầu vào Mơ hình LITPACK có mơ đun chính, tính tốn áp dụng mô đun là: LITLINE (tương tự mô hình GENESIS) tính biến đổi đường bờ LITPROF (tương tự mơ hình SBEACH) tính biến đổi đáy a) Mơ hình biến đổi đáy LITPROF LITPROF mơ tả thay đổi mặt cắt ngang dựa vào chuỗi sóng Mơ hình dựa giả thiết gradient dọc bờ thuỷ động lực điều kiện trầm tích khơng đáng kể đường đẳng sâu song song với đường bờ Như hình thái học ven bờ mơ tả mặt cắt ngang Tại biên xa bờ điều kiện sóng thay đổi theo thời gian đặc trưng dạng độ cao sóng, hướng sóng trung bình chu kỳ sóng trung bình Sự biến đổi sóng mặt cắt tính tốn xét đến hiệu ứng nước nơng, khúc xạ, sóng vỡ ma sát đáy Trong trường hợp sóng đến xiên, dịng chảy dọc bờ tính tốn từ gradient ứng suất xạ sóng Sự biến đổi thẳng đứng chuyển động rối, ứng suất tiếp dịng chảy trung bình tính tốn xem xét hiệu ứng bất đối xứng chuyển động quỹ đạo sóng, dịng khối lượng sóng tiến, độ dốc xốy mặt sóng leo Giả thiết điều kiện đồng dọc bờ ngụ ý lưu lượng ngang trung bình Vận chuyển trầm tích tính tốn từ mơ hình thuỷ động lực vịng chu kỳ sóng tiến triển theo thời gian lớp biên đáy giải Sự thay đổi cao độ đáy mô tả phương trình liên tục cho trầm tích: z mực đáy, qs vận chuyển ngang n độ xốp vật chất đáy Lĩnh vực ứng dụng LITPROF áp dụng để nghiên cứu tiến triển mặt cắt ngang, ảnh hưởng trường sóng thay đổi theo thời gian Một vài ứng dụng đặc trưng cho LITPROF: - Sự thích ứng mặt cắt với nhiều điều kiện - Số phận vật liệu ni - Vị trí điểm cơng trình LITPROF công cụ trợ giúp để làm rõ chế trầm tích vận chuyển ngang bờ đánh giá suất vận chuyển trầm tích lên bờ Đặc tính tính tốn - Sự biến đổi kinh nghiệm mơ tả tất định suất vận chuyển phân bố mặt cắt N.C Tuấn nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 49-54 - Chuỗi thời gian đo đạc đầu vào - Mơ hình miền thời gian - Đồ thị kết tính tốn b) Mơ hình biến đổi đường bờ LITLINE LITLINE tính tốn vị trí đường bờ dựa đầu vào chế độ sóng chuỗi thời gian Mơ hình, với cải biến phụ, dựa vào lý thuyết đường, mặt cắt ngang giả thiết khơng đổi thời gian xói/bồi Như vậy, hình thái học dọc bờ mơ tả vị trí đường bờ (hướng ngang) mặt cắt vị trí dọc bờ cho Thơng qua việc liên tiếp gọi LITDRIFT, chương trình LINTABL tính tốn tạo bảng suất vận chuyển hàm mực nước, độ dốc mặt nước dòng địa phương, chu kỳ sóng, độ cao hướng so với đường thẳng góc với bờ Vận chuyển trầm tích tính tốn với mặt cắt thay đổi theo hướng dọc bờ, tính tốn bốn kiểu cơng trình nguồn trầm tích đến Kè kè đinh công trình thẳng góc với bờ (với đường sở mơ hình) Cả hai có hiệu ứng chặn trực tiếp vận chuyển dọc bờ vị trí nó, kế có hiệu ứng che chắn tác động sóng tới cơng trình Đối với kè đinh, khả vận chuyển vùng che chắn tính tốn xét đến hiệu ứng nhiễu xạ Kè coi cơng trình tương đối ngắn, khả vận chuyển vùng che chắn nhận giảm đơn giản suất vận chuyển không nhiễu động tương ứng Chế độ sóng xung quanh đê chắn sóng ngồi khơi tính tốn xét đến hiệu ứng nhiễu xạ, theo khả vận chuyển cục nhận nội suy bảng vận chuyển Kè lát mái ngăn chặn thối lui đường bờ đằng sau vị trí kè Độ sâu phía trước kè lát mái tăng lên xói đến gần giá trị độ sâu hoạt động mặt cắt 51 Phương trình LITLINE phương trình liên tục cho thể tích trầm tích: yc vị trí đường bờ, t thời gian, Q suất vận chuyển dọc bờ, x vị trí dọc bờ, Qsou - cung cấp trầm tích từ nguồn Tồn độ cao mặt cắt hoạt động gồm có ba đóng góp: - Độ sâu hoạt động so với mực nước trung bình - Độ cao bãi biển mực nước trung bình, di chuyển phía trước lùi lại tới vị trí đường bờ - Và cuối "đụn cát", mài mịn đường bờ đạt đến vị trí chúng trạng thái xói mịn, khơng bồi tụ lần Phương trình liên tục cho thể tích trầm tích giải sơ đồ Crank-Nicholson, cho phát triển vị trí đường bờ theo thời gian Sự biến đổi theo thời gian không gian nguồn đến bao gồm tính tốn chuỗi thời gian riêng biệt, cấp phát để mô tả xuất nguồn trầm tích Cả nguồn điểm lẫn nguồn phân tán (dọc bờ) xem xét Lĩnh vực ứng dụng LITLINE áp dụng để nghiên cứu tiến triển đường bờ, ảnh hưởng nhiều cơng trình, nguồn bổ sung nguồn Những điều kiện sóng, độ cao sóng, hướng chu kỳ - xuất thực tế biến cố sóng, thiết yếu để đánh giá dịng trầm tích ven bờ đường bờ - Tác động đường bờ xuất cơng trình ven bờ - Tối ưu hố bảo vệ bờ - Thiết kế khôi phục bãi biển thông qua ni bãi Đặc tính tính tốn - Mơ tả tất định suất vận chuyển phân bố mặt cắt 52 N.C Tuấn nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 49-54 - Ảnh hưởng cơng trình tự động xem xét - Chuỗi thời gian quan trắc ảo làm đầu vào - Những nguồn trầm tích biến đổi theo thời gian - Dải cơng trình ven bờ - Đồ thị kết tính tốn Hình Đường bờ khơng có kè phía Nam c) Số liệu đầu vào Đầu vào cho mơ hình đặc trưng sóng (độ cao, chu kỳ hướng) theo chế độ năm từ trung bình năm (1961-1967) Cửa Tùng, thay Cồn Cỏ xa đường bờ 34km Đường bờ tính tốn kéo dài khoảng 3km phía bắc cửa sơng Bến Hải 3km phía nam với độ phân giải 10m, chọn mặt cắt đại biểu cho đoạn bờ phía bắc đoạn bờ phía nam Nguồn trầm tích từ sông coi nhỏ không xét đến, trầm tích đáy cát bở rời có đường kính trung vị d50 = 0.27mm, độ chọn lọc 1.4 Kết tính tốn Để xem xét, đánh giá biến động đường bờ tác động cơng trình (cụ thể kè phía Nam) với định hướng khôi phục bãi tắm cách bổ sung nguồn trầm tích cho bãi, thực phương án: b Mô tả đường bờ với kè Nam Hình Đường bờ có kè phía Nam Theo hình (hiện trạng) xói lở bờ xẩy phần phia nam bãi tắm Cửa Tùng, phần phía nam kè lượng lớn cát bị chặn lại, cửa sông Bến Hải bị bồi gần vùng cảng cá c Làm thêm kè phía bắc để vừa ngăn dịng trầm tích sạt xuống luồng, tích tụ trước kè, tăng lượng cát cho bãi có dịng từ phía bắc, đảm bảo thơng luồng a Mơ tả đường bờ giả định chưa có kè Theo hình (giả thiết trước xây dựng kè phía nam), thấy bãi tắm Cửa Tùng (phần phía trái hình vẽ) bồi đắp thường xuyên, cửa sông Bến Hải đồng thời bị bồi đắp, xói mạnh bãi phía sau (đầm ni tơm) Nếu khơng xây dựng cơng trình, bãi tắm khơng bị ảnh hưởng phải thường xuyên nạo vét để thông luồng, đảm bảo giao thơng thủy Hình Đường bờ có kè phía Nam Bắc N.C Tuấn nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 49-54 Theo hình (giả thiết thêm kè phía bắc) bãi tắm Cửa Tùng cải thiện lượng cát không nhỏ kè bắc che chắn, không thâm nhập vào luồng tàu, đồng thời giảm khả bồi lấp cửa sông Bến Hải Nếu đặt kè sát luồng thu hẹp hành lang lũ đường giao thơng thủy Nếu đặt dịch lên phía Bắc thu hẹp khu vực bãi tắm, không đáp ứng nhu cầu thu hút du khách sau Các kịch tính tốn chi tiết xác hơn, nói chung cho ta tranh bật tình xảy ra, so sánh đề xuất giải pháp tối ưu Mơ hình LITPACK có hạn chế, ví dụ tốt đường bờ thẳng chưa tốt đường bờ khúc khuỷu Tuy nhiên công cụ đáp ứng đánh giá giải pháp cơng trình 53 cơng trình tác động tới diễn biến tự nhiên đường bờ nào? Kè có tác dụng chống bồi lấp luồng lại nguyên nhân trực tiếp làm cân cán cân trầm tích vùng bãi tắm Cửa Tùng Lời cảm ơn Bài báo hoàn thành nhờ hỗ trợ từ đề tài cấp trường Đại học Khoa học Tự nhiên, mã số TN-13-27: "Triển khai ứng dụng mơ hình LITPACK việc nghiên cứu bồi xói bờ biển Cửa Tùng " Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp q báo thầy, Bộ mơn Thủy văn, Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học để báo hoàn thiện Tài liệu tham khảo Kết luận Trong nghiên cứu bước đầu tìm hiểu nguyên nhân gây tượng bồi tụ xói lở bờ biển Cửa Tùng Ứng dụng mơ hình tốn để đánh giá diễn biến đường bờ bãi biển Cửa Tùng cho thấy ảnh hường [1] Lương Phương Hậu nnk “Cơng trình bảo vệ bờ biển hải đảo” NXB Xây dựng Hà Nội, 2001 [2] Đề tài khoa học cấp nhà nước KT-03-14 Hiện trạng nguyên nhân bồi xói dải bờ biển Việt Nam Đề xuất biện pháp KHKT bảo vệ khai thác vùng đất ven biển, 1995 [3] DHI “MIKE21 User’s Mannual” Denmark, 2007 Applying LITPACK Model in Researching Shape Change of Cửa Tùng Coast Ngơ Chí Tuấn, Nguyễn Ý Như, Trịnh Minh Ngọc Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, VNU University of Science, 334 Nguyễn Trãi, Hanoi, Vietnam Abstract: Cửa Tùng coast in Quảng Trị province is used to be one of the most beautiful beach of Vietnam Since Bảo Đại dynasty, Cửa Tùng was known as a “queen” beach The beach is being 54 N.C Tuấn nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 49-54 narrowed by historcal and natural effects, remaining a small space nowadays This paper presents an application of LITPACK model in researching shape change of Cửa Tùng coast under the impact of construction within the reseach zone The results of this paper are useful in giving solutions to recovering and improving Cửa Tùng coastal zone Keywords: LITPACK, Cửa Tùng ... tham khảo Kết luận Trong nghiên cứu bước đầu tìm hiểu nguyên nhân gây tượng bồi tụ xói lở bờ biển Cửa Tùng Ứng dụng mơ hình tốn để đánh giá diễn biến đường bờ bãi biển Cửa Tùng cho thấy ảnh hường... đến biến động đường bờ bãi tắm Cửa Tùng Giới thiệu mơ hình tính số liệu đầu vào Mơ hình LITPACK có mơ đun chính, tính tốn áp dụng mơ đun là: LITLINE (tương tự mơ hình GENESIS) tính biến đổi đường. .. sung nguồn trầm tích cho bãi, thực phương án: b Mô tả đường bờ với kè Nam Hình Đường bờ có kè phía Nam Theo hình (hiện trạng) xói lở bờ xẩy phần phia nam bãi tắm Cửa Tùng, phần phía nam kè lượng