Ứng dụng mô hình số nghiên cứu quá trình boi xói vùng biển cần giờ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM THỊ MỘNG THU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SỐ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH BỒI, XÓI VÙNG BIỂN CẦN GIỜ Chuyên ngành: CẢNG VÀ CÔNG TRÌNH THỀM LỤC ĐỊA Mã số ngành : 2.14.14 ; 2.14.15 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2003 ii CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS LÊ SONG GIANG Cán chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN NGỌC ẨN Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN THẾ DUY Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 27 tháng 11 năm 2003 iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC - Tp HCM, ngaøy tháng năm 2003 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : PHẠM THỊ MỘNG THU Ngày, tháng, năm sinh : 21- 04 -1966 Chuyên ngành Cảng & Công trình thềm lục địa I : TÊN ĐỀ TÀI : Phái : Nữ Nơi sinh : Angiang MSHV : CANG12-004 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SỐ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH BỒI, XÓI VÙNG BIỂN CẦN GIỜ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Thu thập số liệu khảo sát vùng ven biển Cần Giờ  Nghiên cứu lý thuyết mô hình vận tải bùn cát diễn biến đáy biển  Nghiên cứu mô hình ứng dụng tính toán trình bồi, xói vùng ven biển nước nông  Thực tính toán cụ thể chương trình máy tính giải toán bồi, xói vùng biển Cần Giờ  Phân tích, đánh giá kết kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10 / 02 / 2003 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 10 / 10 / 2003 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LÊ SONG GIANG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS LÊ SONG GIANG TS NGÔ NHẬT HƯNG Nội dung đề cương Luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2003 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH iv LỜI CẢM ƠN  -Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Song Giang – Giáo viên định hướng hướng dẫn hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn Thầy chủ nhiệm ngành - TS Ngô Nhật Hưng- tạo điều kiện thuận lợi giúp học viên hoàn thành nhiệm vụ Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Bộ môn Cảng Xây dựng công trình biển Quý Thầy Cô trực tiếp giảng dạy suốt khóa học, truyền đạt kiến thức sở chuyên ngành làm tảng cho nghiên cứu ứng dụng luận văn Xin cảm ơn GS.TS Trần Minh Quang, TS Trần Thu Tâm TS Nguyễn Thế Duy – tận tình cung cấp thêm tài liệu, giáo trình nghiên cứu, giúp học viên tìm hiểu tổng quan sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu phạm vi giới Xin chân thành cảm ơn Quý Giáo viên Bộ môn Cơ lưu chất tận tình tạo điều kiện phương tiện máy tính , giúp hoàn tất việc thực chương trình đạt kết tốt Xin chân thành cảm ơn GS.Nguyễn Sinh Huy, KS.Trần Thanh Hà nhiệt tình giúp đỡ, cung cấp số liệu đo trường, đáp ứng yêu cầu ứng dụng chương trình tính toán Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô, Bạn hữu đóng góp ý kiến bổ ích cho luận văn Đặc biệt xin cảm ơn Gia đình Công ty TNHH Tư vấn Tân Bách Khoa XD giúp đỡ mặt tinh thần cung cấp, hỗ trợ kinh phí suốt trình học tập, rèn luyện thực luận văn tốt nghiệp v Xin chân thành cảm ơn ! TÓM TẮT  -Nghiên cứu tính toán bồi, xói vùng bờ biển vấn đề quan tâm lớn nhằm bảo vệ vùng ven biển nước ta Nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng tính toán mô hình toán diễn biến địa hình bờ biển phát triển liên tục theo nhiều hướng khác Luận văn tổng hợp lại phương pháp nghiên cứu toán bồi, xói đáy biển vùng ảnh hưởng thủy triều sóng, đồng thời giới thiệu phương pháp tính toán trình bồi, xói mô hình số Các tính toán ứng dụng thực cho vùng biển Cần Giờ Vai trò yếu tố dòng chảy sóng trình bồi, xói phân tích làm rõ thông qua kết tính toán vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Trang iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC HÌNH ix Chương PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở khoa học thực tiễn luận văn 1.2 Phạm vi nghiên cứu 1.3 Mục đích - ý nghóa 1.4 Phương pháp nghiên cứu Chương TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH BỒI, XÓI 2.1 Giới thiệu 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình bồi, xói 2.2.1 Yếu tố thủy văn 2.2.2 Yếu tố địa chất, vật liệu đáy 2.3 Cơ chế vật lý chuyển động bùn cát 10 2.3.1 Điều kiện khởi động bùn cát ứng suất tiếp đáy tới hạn 10 2.3.2 Ứng suất phân tán hạt 15 2.4 Mô hình chuyển động bùn cát 17 2.4.1 Mô hình bùn cát đáy 17 2.4.2 Mô hình bùn cát lơ lửng 26 2.5 Một số nghiên cứu ứng dụng thực Việt Nam 30 vii Chương MÔ TẢ MÔ HÌNH BỒI, XÓI VÙNG VEN BIỂN 33 3.1 Giới thiệu 33 3.2 Mô hình dòng chảy 33 3.2.1 Phương trình 33 3.2.2 Điều kiện biên 35 3.2.3 Phương pháp giải 35 3.2.3.1 Lưới tính toán 35 3.2.3.2 Sơ đồ phân rã 36 3.2.3.3 Giải hệ phương trình phân rã 42 3.2.3.4 Làm trơn vận tốc 44 3.2.3.5 Lưới di động 44 3.3 Mô hình truyền sóng 45 3.3.1 Phương trình 45 3.3.2 Phương pháp giải 46 3.4 Mô hình vận chuyển bùn cát 46 3.4.1 Phương trình 46 3.4.2 Phương pháp giải 48 Chương ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÙNG BIỂN CẦN GIỜ 49 4.1 Điều kiện địa hình 49 4.2 Địa chất công trình 51 4.3 Địa chất thủy văn 51 4.4 Điều kiện khí hậu, khí tượng 52 4.5 Điều kiện thủy, hải văn 53 4.5.1 Chế độ mực nước 53 4.5.2 Tài liệu sóng thực đo 53 4.5.3 Tài liệu dòng chảy 54 viii 4.5.4 Bùn cát Chương 55 NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ HÌNH TOÁN QUÁ TRÌNH BỒI, XÓI BIỂN CẦN GIỜ 57 5.1 Giới thiệu 57 5.2 Miền tính lưới tính 57 5.3 Điều kiện biên 58 5.4 Hiệu chỉnh mô hình 58 5.5 Kết tính toán trình bồi, xói vùng biển Cần Giờ 61 5.5.1 Kết trình bồi, xói có sóng gió E-SE tác động 61 5.5.2 Kết trình bồi, xói có sóng gió SE tác động 66 5.5.3 Kết trình bồi, xói sóng tác động 73 Chương KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 79 ix DANH MỤC CÁC HÌNH H2.1: Đường cong tần suất hạt f(d) đường cong cấp phối hạt F(d) H2.2: Hệ số sức cản CD theo số Reynolds hạt cát tự nhiên H2.3: Lực tác động lên hạt nằm yên đáy H2.4: Đồ thị Shields xác định trạng thái khởi động bùn cát dòng chảy ổn định H2.5: Đồ thị Shields cho điều kiện khởi động bùn cát dòng dao động theo Madsen & Grant H2.6: Điều kiện khởi động hạt cát theo Tanaka & Shuto (1981) H3.1: Sơ đồ chia lưới miền tính H3.2: Vị trí điểm tính lưới so le H3.3: Vị trí điểm tính thể tích kiểm soát H4.1: Vùng biển Cần Giờ H4.2: Bản đồ địa hình đáy biển Cần Giờ (Hydrographer of Navy 1993) H4.3: nh vệ tinh vùng biển Cần Giờ ngày 16/11/1994 H4.4: nh vệ tinh vùng biển Cần Giờ ngày 02/01/2001 H5.1: Địa hình đáy biển vùng tính toán H5.2: Biểu đồ hiệu chỉnh vận tốc dòng chảy theo số liệu đo trạm đợt từ 10 ngày 15/10/2000 đến 20 ngày 17/10/2000 H5.3: Biểu đồ hiệu chỉnh vận tốc dòng chảy theo số liệu đo trạm đợt từ 12 ngày 23/02/2001 đến 04 ngày 25/02/2001 H5.4a: Trường vận tốc lúc ngày 25/02/2001 khisóng gió E-SE tác động x H5.4b: Giá trị vận tốc lúc 8giờ ngày 25/02/2001 sóng gió E-SE tác động H5.5a: Trường vận tốc lúc 11giờ ngày 25/02/2001 sóng gió E-SE tác động H5.5b: Giá trị vận tốc lúc 11 ngày 25/02/2001 sóng gió E-SE tác động H5.6a: Dòng bùn cát lúc ngày 25/02/2001 sóng gióE-SE tác động H5.6b: Giá trị lưu lượng bùn cát lúc 8giờ ngày 25/02/2001 sóng gió E-SE tác động H5.7a: Dòng bùn cát lúc 11 ngày 25/02/2001 sóng gió E-SE tác động H5.7b: Giá trị lưu lượng bùn cát lúc 11 ngày 25/02/2001 sóng gió E-SE tác động H5.8a: Trường sóng E-SE với vận tốc gió 4,6m/s H5.8b: Biên độ sóng tính toán gió E-SE H5.9: Diễn biến đáy biển 24 giờ, từ 0:00 ngày 24/02/2001khi có sóng E-SE tác động H5.10: Mứùc độ bồi xói sau ngày, 10 ngày, 20 ngày 30 ngày có sóng gió E-SE tác động H5.11: Diễn biến đáy biển sau ngaøy, ngaøy, 10 ngaøy, 20 ngaøy vaø 30 ngaøy có sóng gió E-SE tác động H5.12a: Trường vận tốc lúc ngày 25/02/2001 có sóng gió SE H5.12b: Giá trị vận tốc lúc ngày 25/02/2001 có sóng gió SE tác động H5.13a: Trường vận tốc lúc 11 ngày 25/02/2001 có sóng gió SE tác động ... có để giải toán bồi, xói vùng bờ biển Cần Giờ kiểm tra số số liệu đo đạc thực tế có vùng biển Luận văn thạc só Ứng dụng mô hình số nghiên cứu trình bồi, xói vùng biển Cần Giờ Hướng dẫn: TS LÊ... thập số liệu khảo sát vùng ven biển Cần Giờ  Nghiên cứu lý thuyết mô hình vận tải bùn cát diễn biến đáy biển  Nghiên cứu mô hình ứng dụng tính toán trình bồi, xói vùng ven biển nước nông  Thực... só Ứng dụng mô hình số nghiên cứu trình bồi, xói vùng biển Cần Giờ Hướng dẫn: TS LÊ SONG GIANG Học viên: PHẠM THỊ MỘNG THU CHƯƠNG TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH BỒI, XÓI 2.1 Giới thiệu Xói lở bồi tụ trình