Đới với kịch bản điều kiện sóng bình thường, do trong khu vực nghiên cứu không có các tài liệu quan trắc dài hạn nên đã sử dụng số liệu sóng ngoài khơi tại biên ngoài của miề[r]
(1)34
Original Article
Assessing the Possibility of Appearing RIP Current at Quy Nhon Beach, Binh Dinh Province
Nguyen Xuan Loc, Dang Dinh Duc
Center for Environmental Fluid Dynamics, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam
Received 09 July 2019
Revised 09 November 2019; Accepted 10 November 2019
Abstract: RIP current is a strong, popular water flow at beaches in Vietnam as well as in the world, with the direction of flow from the shore to the sea This is a dangerous flow, each year there are unfortunate accidents for swimmers This study used the measured data source implemented by the Center for Environmental Fluid Dynamics in 2018 to build the model MIKE 21 Coupled for simulating the hydrodynamic field and the rip current at Quy Nhon beach area Through calculation scenarios under different conditions show that, the area near the amusement park (An Duong Vuong road) and the southern-most area of Quy Nhon beach are likely to appear rip current in the northeast wind season In the southwest monsoon season, the intensity of the rip current is strong, appearing near the Victory Monument area These areas are often crowded by swimmers with local people and tourists, so pay attention to avoid accidents that may happen
Keywords: Quy Nhon beach, rip current, swimmer
Corresponding author
E-mail address: nxloc@hus.edu.vn
(2)35
Quy Nhơn, Bình Định
Nguyễn Xuân Lộc, Đặng Đình Đức
Trung tâm Động lực học Thủy khí Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 09 tháng năm 2019
Chỉnh sửa ngày 09 tháng 11 năm 2019; Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 11 năm 2019
Tóm tắt: Dịng tách bờ (RIP current) dòng nước mạnh, phổ biến bãi biển Việt Nam giới, có hướng từ bờ khơi Đây dịng chảy nguy hiểm, năm có tai nạn đáng tiếc xảy với người tắm biển Nghiên cứu sử dụng nguồn số liệu thực đo Trung tâm Động lực học-Thủy khí-Mơi trường thực năm 2018 phục vụ việc ứng dụng mô hình MIKE 21 Coupled mơ trường thủy động lực dòng tách bờ khu vực bãi biển Quy Nhơn Thơng qua kịch tính tốn điều kiện khác nhau, cho thấy khu vực gần công viên vui chơi (đường An Dương Vương) khu vực phía nam cuối bãi biển Quy Nhơn có khả xuất dịng tách bờ vào mùa gió Đơng Bắc Vào mùa gió Tây Nam, cường độ dịng tách bờ mạnh, xuất gần khu vực tượng đài Chiến Thắng Các khu vực thường tập trung đông người dân địa phương khách du lịch tắm biển nên cần ý tránh tai nạn đáng tiếc xảy
Từ khóa: Bãi biển Quy Nhơn, rip current, người tắm biển
1 Mở đầu
Dọc bờ biển Việt Nam có nhiều bãi tắm đẹp bãi tắm xảy nhiều tai nạn đáng tiếc mà nguyên nhân dòng tách bờ (DTB) tiếng anh gọi rip current gây Dịng chảy có hướng vng góc với bờ vận tốc dịng lớn, khiến người bơi giỏi bơi ngược vào bờ DTB hình thành chủ yếu phụ thuộc vào đặc trưng sóng, thủy triều, địa hình đáy đới sát bờ Với ngun nhân hình thành sóng, điều kiện tự nhiên, DTB có xu
Tác giả liên hệ
Địa email: nxloc@hus.edu.vn
https://doi.org/10.25073/2588-1094/vnuees.4416
(3)tại đới sóng đổ nhào để nghiên cứu DTB [4] Năm 1990, Zyserman et al giới thiệu phương pháp xác định kích thước DTB [5] Kế đến, Sorensen et al (1998) sử dụng mơ hình số trị để mơ q trình hình thành DTB [6] Thời gian gần đây, nghiên cứu chủ yếu sử dụng hệ thống mơ hình kết hợp nhiều mơ hình riêng lẻ để mơ DTB điều kiện thủy động lực khác trình tương tác chúng Ở Việt Nam có nhiều nghiên cứu khác DTB Một nghiên cứu Nguyễn Bá Xuân (2009) phân tích đặc điểm DTB cho toàn dải Nam Trung Bộ Tiếp đến Lê Đình Mầu cộng (2012) tiến hành điều tra, nghiên cứu nguyên nhân chế hình thành DTB dựa số liệu đo đạc, khảo sát thực địa Ngồi ra, có nghiên cứu DTB cho khu vực khác nghiên cứu tính tốn dịng Rip khu vực Nha Trang [7] hay mơ dịng rip khu vực Nhơn Lý, Bình Định [8] Tuy nhiên kết chưa đủ chi tiết ứng dụng cịn hạn chế Bài báo trình bày khả ứng dụng mơ hình tốn để mơ DTB ứng dụng dự báo xuất dòng chảy cho khu vực bãi biển Quy Nhơn, tỉnh Bình Định
Hình Khu vực bãi biển Quy Nhơn 2 Tài liệu phương pháp
2.1 Khảo sát thực địa thu thập số liệu
Bãi biển Quy Nhơn dài km bãi biển có độ dốc khơng q lớn, nằm khu vực khuất gió che chắn bán đảo Phương Mai có địa hình dạng đón sóng có hướng từ Đông- Đông Bắc đến Nam - Đông Nam, dù vào mùa
gió Đơng Bắc hay Tây Nam Do nằm vịnh Quy Nhơn nên sóng khu vực bãi biển Quy Nhơn bị suy giảm đáng kể thời kỳ gió mùa Đơng Bắc, khơng bãi biển khơng tiềm ẩn nguy hình thành DTB độ dốc bãi không lớn
Nghiên cứu tiến hành thu thập số liệu từ nhiều nguồn khác nguồn số liệu sóng tái phân tích Trung tâm dự báo khí tượng hạng vừa Châu Âu (ECMWF) nguồn số liệu sóng ven bờ, chế độ dịng chảy, mực nước, địa hình, khu vực bãi biển Quy Nhơn từ số liệu khảo sátthực địa Trung tâm Động lực học Thủy khí Mơi trường (CEFD), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội đo đạc hai đợt đo đạc tháng tháng 4/2018 (đợt 1: 16 – 23/1/2018; đợt 2: 27/3 – 04/04/2018) cho mơ q trình hình thành dịng tách bờ khu vực bãi biển Quy Nhơn, Bình Định
Tần suất xuất sóng theo độ cao từ nguồn số liệu từ ECMWF thống kê từ 1979 đến 2018 cho thấy, độ cao sóng chủ yếu nằm khoảng từ 0,5 đến 1,0 chiếm 45,1% Hướng sóng khu vực ngồi khơi vịnh Quy Nhơn gồm hướng hướng Đông Bắc (NE), Đông (E), Đông Nam (SE) Nam (S) chiếm tần suất 50,51%, 11,77%, 7,94% 19,09% (bảng 1)
Số liệu đo đạc hai đợt khảo sát thực địa bao gồm địa hình khu vực nghiên cứu, số liệu khảo sát thủy hải văn khu vực biển thành phố Quy Nhơn bao gồm yếu tố sóng, dịng chảy Vịnh Quy Nhơn số liệulưu lượng, mực nước khu vực cửa đầm Thị Nại sử dụng nghiên cứu
(4)Hình Vị trí trạm đo đạc
Bảng Bảng tần suất sóng khu vực vịnh Quy Nhơn (ECMWF)
Hướng
Độ cao sóng (m)
N NE E SE S SW W NW Tổng 0,00 - 0,50 0,01 0,42 1,09 0,95 1,02 0,13 0,01 0,01 3,64 0,50 - 1,00 0,44 10,26 9,06 6,20 14,54 4,32 0,19 0,09 45,10 1,00 - 1,50 0,39 13,33 1,41 0,71 3,18 3,36 0,10 0,07 22,56 1,50 - 2,00 0,35 9,73 0,14 0,06 0,27 0,60 0,06 0,03 11,23 2,00 - 2,50 0,29 7,18 0,04 0,01 0,06 0,07 0,03 0,03 7,71 2,50 - 3,00 0,19 4,52 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 4,78 3,00 - 3,50 0,15 2,50 0,01 0,00 0,01 0,00 0,01 0,01 2,67 3,50 - 5,50 0,15 2,08 0,01 0,00 0,00 0,01 0,01 0,01 2,26 >= 5,50 0,01 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 Tổng (%) 1,97 50,05 11,77 7,94 19,09 8,50 0,42 0,25 100
(5)
Hình Hoa sóng đợt khảo sát thứ (16-23/1/2018)
Hình Độ cao sóng đợt khảo sát thứ hai (27/3-4/4/2018)
Hình Hoa sóng đợt khảo sát thứ hai (27/3-4/4/2018)
(6)Hình Mực nước cửa đầm đợt khảo sát thứ hai (27/3-4/4/2018)
Hình Lưới tính tốn khu vực nghiên cứu
Kết đo đạc cho thấy, đợt khảo sát thứ nhất, độ cao sóng trung bình khoảng 0,51m (hình 3), hướng sóng chủ đạo hướng Đơng Nam (hình 4); Mực nước khu vực cửa đầm đợt lớn 0,484m vào 10h 18/1/2018 thấp -0,906m vào 7h 19/1/2018 (hình 7) Trong đợt khảo sát thứ hai, độ cao sóng trung bình 0,27m (hình 5), hướng sóng chủ đạo Nam Đơng Nam (hình 6); mực nước khu vực cửa đầm lớn 0,301m vào 18h 28/3/2018 thấp -0,799m vào 2h 29/3/2018
2.2 Xây dựng mô hình tốn
Trường dịng chảy tổng cộng vùng ven biển thành phố Quy Nhơn mô mơ hình MIKE 21/3 với hai mơ đun HD SW Viện Thủy lực Đan Mạch xây dựng Đây kết
quả mơ mơ hình hiệu chỉnh kiểm định qua số liệu thực đo thông qua hai đợt khảo sát CEFD thực
Hình 10 Địa hình khu vực nghiên cứu
(7)của trình thủy động lực vùng ven bờ Căn mục tiêu nghiên cứu liệu thu thập, khảo sát miền tính tốn xác định bao gồm tồn vịnh Quy Nhơn, phía Bắc từ khu vực Nhơn Hải (Quy Nhơn, Bình Định), phía Nam đến khu vực bãi biển Bãi Rạng (Sơng Cầu, Phú n) Lưới tính thiết lập từ đồ địa hình CEFD thực liệu độ sâu tồn cầu GEBCO_2019 Lưới tính lưới phi cấu trúc với tổng số nút 16744, tổng số phần tử 32717 sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Lưới tính tốn thay đổi xây dựng theo mức độ mịn dần cho phản ánh tốt điều kiện quanh khu vực nghiên cứu chi tiết Vùng phía ngồi vịnh có độ sâu khoảng 20 – 25m, kích thước lưới khoảng 300 – 400m Vùng sát bờ, độ sâu khoảng 2-3m, kích thước lưới khoảng 10 – 15m nhằm thể xác địa hình địa vật (hình 9)
Các điều kiện mơ hình:
- Số liệu sóng ngồi khơi nhận từ số liệu sóng tái phân tích tồn cầu (ECMWF) sử dụng để làm biên đầu vào cho biên phía Biển Đông
- Số liệu mực nước thủy triều (thiên văn) dự tính từ cơng cụ MIKE 21 Toolbox sử dụng làm điều kiện biên mực nước cho mơ hình
- Số liệu mực nước dịng chảy cho biên phía đầm Thị Nại tính tốn từ mơ hình thủy lực chiều (MIKE 11) xây dựng khuôn khổ Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng công nghệ cảnh báo, dự báo lũ cảnh báo ngập lụt cho sơng Bình Định, Khánh Hịa” Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc gia chủ trì thực năm 2016 sử dụng làm điều kiện biên phía đầm Thị Nại
Để kết từ mơ hình xây dựng đưa xác, nghiên cứu tiến hành hiệu chỉnh – kiểm định mơ hình theo chuỗi số liệu đo đạc thực đo Số liệu mực nước, sóng thời kì khảo sát từ ngày 17-23/1/2018 sử dụng để hiệu chỉnh mơ hình số liệu thời gian từ 28/3 -5/4/2018 sử dụng để kiểm định mơ hình Kết hiệu chỉnh mơ hình thời đoạn thể từ hình 11 đến hình 13 kết
kiểm định mơ hình thể hình 14 đến hình 16
Hình 11 Hiệu chỉnh mực nước
Hình 12 Hiệu chỉnh độ cao sóng
a.Tính tốn b.Thực đo
Hình 13 Hiệu chỉnh hướng sóng
(8)Hình 15 Kiểm định độ cao sóng
a.Tính tốn b.Thực đo Hình 16 Kiểm định hướng sóng
Từ kết thấy, kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình cho kết tốt, thơng số mơ hình xây dựng có tính ổn định xác việc mơ q trình thủy động lực tạikhu vực nghiên cứu có đủ tin cậy để mơ kịch tính tốn
2.3 Xây dựng kịch tính tốn
Các kịch tính tốn nhằm đánh giá khả xuất DTB khu vực nghiên cứu dựa kịch điều kiện bình thường sóng (hướng sóng, chu kì, độ cao sóng) theo hai mùa gió Đông Bắc, Tây Nam theo kịch hướng sóng (thời gian tính tốn 15 ngày)
Đới với kịch điều kiện sóng bình thường, khu vực nghiên cứu khơng có tài liệu quan trắc dài hạn nên sử dụng số liệu sóng ngồi khơi biên ngồi miền tính trích xuất từ sở liệu sóng tái phân tích tồn cầu (ECMWF) để tính tốn
Theo số liệu thống kê sóng (1979 – 2018), hướng sóng tác động đến khu vực nghiên cứu gồm sóng hướng NE, E SE Các sóng vào vịnh Quy Nhơn khúc xạ thành hướng SE để vào khu vực bãi Các kịch với hướng sóng khác tính tốn với độ cao chu kì sóng ngồi khơi H = 3m T= 6s
3 Kết mô theo kịch
(9)a) Trường dòng chảy vịnh Quy Nhơn điều kiện bình thường mùa gió Đơng Bắc
b) Hai dịng tách bờ xuất điều kiện bình thường mùa gió Đơng Bắc
Hình 17 Trường dịng chảy khu vực bờ biển Quy Nhơn điều kiện thường mùa gió Đơng Bắc
Với điều kiện thủy động lực bình thường, mùa gió Đơng Bắc (HTB =1,4m TTB =
7s, chủ yếu sóng hướng Đông Bắc – Đông), DTB xuất khu vực phía Nam bãi biển Quy Nhơn gần khu vực Công viên vui chơi đường An Dương Vương, TP Quy Nhơn (hình 17) Vận tốc DTB xuất hai vị trí tương đối nhỏ, nằm khoảng từ 6-16 cm/s
(10)a) Trường dịng chảy vịnh Quy Nhơn điều kiện bình thường mùa gió Tây Nam
b) Dịng tách bờ mùa gió Tây Nam
Hình 18 Dịng tách bờ xuất điều kiện bình thường mùa gió Tây Nam
Kịch sóng hướng Đơng Bắc: Kết tính tốn cho thấy, sóng hướng Đơng Bắc, khu vực bờ biển Quy Nhơn xuất DTB khu vực phía nam bãi biển (Hình
(11)a) Trường dòng chảy vịnh Quy Nhơn kịch sóng hướng Đơng Bắc
b) Dịng tách bờ phía Nam bờ biển Quy Nhơn
c) Dòng tách bờ xuất gần tượng đài Chiến Thắng
Hình 19 Trường dịng chảy sát bờ biển Quy Nhơn kịch sóng hướng Đơng Bắc
Ngoài ra, khu vực gần tượng đài Chiến Thắng xuất DTB (Hình 19c), thành tạo xốy cục phía Bắc bãi biển Quy Nhơn dịng dọc bờ từ phía nam bãi biển lên Dù vậy, DTB có vận tốc dịng nhỏ, khoảng – 10 cm/s
Kịch sóng hướng Đơng: Với kịch sóng hướng Đơng, kết tính tốn cho thấy DTB xuất khu vực gần tượng đài Chiến Thắng (hình 20b)
(12)a) Trường dòng chảy vịnh Quy Nhơn kịch sóng hướng Đơng
b) Dịng tách bờ xuất kịch sóng hướng Đơng
Hình 20 Trường dịng chảy sát bờ biển Quy Nhơn kịch sóng hướng Đơng
Kịch sóng hướng Đơng Nam: Đây sóng có hướng thẳng vào vịnh, gây tác động lớn độ lớn sóng đủ lớn Cùng với đó, sóng hướng Đông Nam thường xuất vào mùa hè gió Tây Nam thịnh hành mùa du lịch, khu vực bãi biển Quy Nhơn diễn nhiều hoạt động vui chơi, du lịch có nhiều người dân du khách tập trung
DTB xuất vào khoảng thời gian tác động nguy hiểm, gây tai
(13)a) Trường dịng chảy vịnh Quy Nhơn kịch hướng sóng Đơng Nam
b) Dịng tách bờ xuất kịch hướng sóng Đơng Nam
Hình 21 Trường dòng chảy sát bờ biển Quy Nhơn kịch sóng hướng Đơng Nam
Kết tính tốn theo kịch đánh giá ảnh hưởng hướng sóng Đơng Nam, tới cường độ DTB lớn nhất, vào mùa gió Đơng Bắc, sóng Đơng Bắc làm DTB xuất nhiều vị trí bãi biển Quy Nhơn Vì cần đưa cảnh báo người dân khu vực có khả xuất giải pháp để giảm thiểu tai nạn đáng tiếc DTB gây
4 Kết luận
Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE 21/3 xây dựng thông số phù hợp với khu vực nghiên cứu sử dụng hai module HD SW để mô chi tiết khả xuất
DTB khu vực bãi biển Quy Nhơn Mơ hình mơ xuất DTB theo kịch điều kiện thường điều kiện sóng khác
(14)Nghiên cứu thực Trung tâm Động lực học Thủy khí Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN với tài trợ kinh phí số liệu khảo sát Nhóm thực xin trân trọng cám ơn hỗ trợ quý báu
Tài liệu tham khảo
[1] A.J Bowen, Rip currents l: Theoretical investigations, Journal of Geophysical Research, 74 (1969), 5467-5478 https://doi.org/10.1029/ JC074i023p05467
[2] A.J Bowen, D.I Inman, Rip Currents 2: Laboratory and Field Observation, Journal of Geophysical Research 74 (1969) 5479 – 5490 https://doi.org/10.1029/JC074i023p05479 [3] K Horikawa, T Sasaki, Field observation of
nearshore current system, Journal Coastal Engineering in Japan, Vol 15 (1972), p 113-125
Engineering, 1990, P 959-972 https://doi.org/ 10.1061/9780872627765.074
[6] O.R Sorensen, H.A Schaffer, P.A Madsen, Surf zone dynamics simulated by a Boussinesq type model III Wave-induced horizontal nearshore circulations, Coastal Engineering, 33 (1998) p 155176 https://doi.org/10.1016/S0378 -3839(98)00007-6
[7] Nguyen Ky Phung, Ngo Nam Thinh, Tran Tuan Hoang, Researching to calculate Rip currents in Nha Trang area, Advances in Science and Technology of Water Resources, Vol 12/2012, p 85–90 (in Vietnamese) http://www.vawr.org.vn/ images/File/bai%20bao%20PGS.TS.%20Nguye n%20Ky%20Phung.pdf
https://doi.org/10.25073/2588-1094/vnuees.44 https://doi.org/10.1029/ JC074i023p05467 https://doi.org/ https://doi.org/10.1016/S0378 http://www.vawr.org.vn/