Thiết kế đập phá sóng bảo vệ bờ biển cát hải, hải phòng

Toàn đảo Cát Hải có 20,6 km đê bao quanh, trong đó có tuyến đê xung yếu từ Bến Gót đến Hoàng Châu nằm ở phía nam đảo chịu tác động trực tiếp của sóng, gió nơi có dòng chảy ven bờ mạnh nhất và dải bờ đang bị xâm thực. Đê biển Cát Hải là công trình đất, mái phía biển được bảo vệ bằng kè lát mái ở những đoạn xung yếu thường xuyên chịu tác động của sóng triều. Nguyên nhân gây xói lở bờ đảo Cát Hải là dòng tổng hợp liên quan đến tính bất đẳng tốc và bất đẳng thời giữa dòng lên dòng xuống qua vùng bờ và 2 lạch đầu Chương Hoàng Châu và Hàng Dầy. Nằm kẹp giữa hai cửa sông lớn là sông Bạch Đằng và sông Chanh. Phía Nam của đảo là nơi chịu tác động mạnh mẽ của các yếu tố thủy động lực. Mùa hè sóng gió thịnh hành hướng Đông Nam, Nam, Nam Đông Nam với tần xuất cao 70%. Thời kỳ triều cường khi triều lên cao theo cao độ hải đồ (3,5 m) sóng trực tiếp đánh vào đê kè . Sóng vỡ ngay sát chân đê, kè, tạo thành dòng chảy sóng với tốc độ 0,35 - 1,28 m/s rửa trôi các trầm tích hạt mịn thậm chí cả hạt trung. Hiện tượng moi đáy này làm mặt bãi bị hạ thấp, chân kè bị bào mòn nghiêm trọng gây sạt lở mái kè. Hiện tượng này xảy ra với cường độ mạnh trong thời gian bão đổ bộ vào đảo trùng với giai đoạn triều cường. Tại các cửa sông tốc độ dòng chảy khá lớn đặc biệt là khi triều rút, tốc độ dòng chảy có khi lên đến 1,7 m/s cũng gây xói lở chân kè dẫn đến sạt lở mái kè. Tình trạng xói lở đảo Cát Hải gây tác động tiêu cực cả về mặt kinh tế và xã hội, nó đe doạ cuộc sống trực tiếp của nhân dân sống sát bờ đảo và cả phía trong đảo. Nó hạn chế khả năng đầu tư phát triển kinh tế và xây dựng hạ tầng trên đảo. Vì vậy, việc xây dựng đê và các công trình bảo vệ bờ đảo Cát Hải là hết sức cấp bách và cần thiết. Hiện nay hệ thống đê và kè mỏ hàn đã được xây dựng trên đảo nhưng đang đứng trước nguy cơ bị xói mòn và hư hỏng do tác dụng của sóng, gió, dòng chảy, thuỷ triều trong khu vực. Để giảm thiểu tác động này, một giải pháp đưa ra là xây dựng 1 đập phá sóng xa bờ (Breakwater) đế hạn chế tác dụng của sóng tới hệ thống đê biển bảo vệ đảo. II.Mục tiêu của đồ án -Phân tích các điều kiện: vị trí địa lí, đặc điểm địa hình, đặc điểm địa chất, đặc điểm khí hậu khí tượng, đặc điểm thuỷ văn- hải văn, dân sinh, kinh tế xã hội, của khu vực đảo Cát Hải -Với các số liệu thủy hải văn thu thập được như sóng, gió, mực nước sử dụng mô hình Delft 3D để mô phỏng thủy lực (dòng chảy, sóng) Cát Hải trước và sau khi có công trình. -Quy hoạch, lựa chọn vị trí công trình và tính toán các điều kiện biên thiết kế -Từ kết quả mô hình, dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế công trình biển, tiến hành tính toán thiết kế công trình đập phá sóng xa bờ (Breakwater) cho khu vực đảo Cát Hải. Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân và được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Vũ Minh Cát, cùng các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy lợi, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình, với đề tài: “Thiết kế đập phá sóng bảo vệ bờ biển Cát Hải, Hải Phòng” Do thời gian làm đồ án có hạn cũng như trình độ và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn hạn chế nên trong đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình làm đồ án.

LỜI MỞ ĐẦU

Cát Hải là một đảo nhỏ có dân số lên đến 1,3 vạn người chủ yếu sống bằngnghề nuôi trồng và đánh bắt thủy hải sản, làm muối và chế biến thuỷ sản (mắm vàcác sản phẩm đông lạnh ) Cát Hải còn có tiềm năng du lịch sinh thái và là vị tríquân sự quan trọng của vùng đông bắc tổ quốc, sự ổn định của đảo có liên quan đếnluồng tàu vào cảng Hải Phòng qua cửa Nam Triệu vì khi bờ biển của đảo Cát Hải bịsóng hướng nam và đông nam gây sạt lở sẽ bị dòng ven mang vào luồng tàu, gâybồi lấp nghiêm trọng ảnh hưởng không chỉ đến khu vực mà còn gây ảnh hưởng đếnkinh tế của các tỉnh lân cận

Do vậy việc giữ ổn định đường bờ Cát Hải, chống xói lở là một nhiệm vụ quantrọng và cấp thiết nhằm đảm bảo an toàn về tính mạng, đời sống của nhân dân ởđảo, phát triển sản xuất, tạo cơ hội đầu tư trong nước và ổn định cho luồng tàu vàocác cảng ở khu vực Hải Phòng

Để đáp ứng được yêu cầu đó, bên cạnh việc củng cố, xây dựng hệ thống đê, kèhiện có thì việc xác định nguyên nhân, cơ chế xói lở, phá hoại đê và bãi trước biển

và đề xuất giải pháp nhằm ổn định lâu dài các công trình phòng chống lụt bão làmột nhiệm vụ vô cùng cấp bách

I Tính cấp thiết của đồ án

Toàn đảo Cát Hải có 20,6 km đê bao quanh, trong đó có tuyến đê xung yếu từBến Gót đến Hoàng Châu nằm ở phía nam đảo chịu tác động trực tiếp của sóng, giónơi có dòng chảy ven bờ mạnh nhất và dải bờ đang bị xâm thực Đê biển Cát Hải làcông trình đất, mái phía biển được bảo vệ bằng kè lát mái ở những đoạn xung yếuthường xuyên chịu tác động của sóng triều

Nguyên nhân gây xói lở bờ đảo Cát Hải là dòng tổng hợp liên quan đến tínhbất đẳng tốc và bất đẳng thời giữa dòng lên dòng xuống qua vùng bờ và 2 lạch đầuChương Hoàng Châu và Hàng Dầy

Nằm kẹp giữa hai cửa sông lớn là sông Bạch Đằng và sông Chanh Phía Namcủa đảo là nơi chịu tác động mạnh mẽ của các yếu tố thủy động lực Mùa hè sónggió thịnh hành hướng Đông Nam, Nam, Nam Đông Nam với tần xuất cao 70%.Thời kỳ triều cường khi triều lên cao theo cao độ hải đồ (3,5 m) sóng trực tiếp đánhvào đê kè

Sóng vỡ ngay sát chân đê, kè, tạo thành dòng chảy sóng với tốc độ 0,35 - 1,28m/s rửa trôi các trầm tích hạt mịn thậm chí cả hạt trung Hiện tượng moi đáy nàylàm mặt bãi bị hạ thấp, chân kè bị bào mòn nghiêm trọng gây sạt lở mái kè Hiệntượng này xảy ra với cường độ mạnh trong thời gian bão đổ bộ vào đảo trùng vớigiai đoạn triều cường.

Tại các cửa sông tốc độ dòng chảy khá lớn đặc biệt là khi triều rút, tốc độ dòngchảy có khi lên đến 1,7 m/s cũng gây xói lở chân kè dẫn đến sạt lở mái kè

Tình trạng xói lở đảo Cát Hải gây tác động tiêu cực cả về mặt kinh tế và xãhội, nó đe doạ cuộc sống trực tiếp của nhân dân sống sát bờ đảo và cả phía trongđảo Nó hạn chế khả năng đầu tư phát triển kinh tế và xây dựng hạ tầng trên đảo Vìvậy, việc xây dựng đê và các công trình bảo vệ bờ đảo Cát Hải là hết sức cấp bách

và cần thiết

Hiện nay hệ thống đê và kè mỏ hàn đã được xây dựng trên đảo nhưng đangđứng trước nguy cơ bị xói mòn và hư hỏng do tác dụng của sóng, gió, dòng chảy,thuỷ triều trong khu vực Để giảm thiểu tác động này, một giải pháp đưa ra là xâydựng 1 đập phá sóng xa bờ (Breakwater) đế hạn chế tác dụng của sóng tới hệ thống

đê biển bảo vệ đảo

II Mục tiêu của đồ án

- Phân tích các điều kiện: vị trí địa lí, đặc điểm địa hình, đặc điểm địa chất, đặcđiểm khí hậu khí tượng, đặc điểm thuỷ văn- hải văn, dân sinh, kinh tế xã hội, củakhu vực đảo Cát Hải

- Với các số liệu thủy hải văn thu thập được như sóng, gió, mực nước sử dụng môhình Delft 3D để mô phỏng thủy lực (dòng chảy, sóng) Cát Hải trước và sau khi cócông trình

- Quy hoạch, lựa chọn vị trí công trình và tính toán các điều kiện biên thiết kế

- Từ kết quả mô hình, dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế công trình biển, tiến hành tínhtoán thiết kế công trình đập phá sóng xa bờ (Breakwater) cho khu vực đảo Cát Hải.Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân vàđược sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Vũ Minh Cát, cùng các thầy côgiáo trong khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy lợi, em đã hoàn thành đồ án

tốt nghiệp của mình, với đề tài: “Thiết kế đập phá sóng bảo vệ bờ biển Cát Hải, Hải Phòng”

Do thời gian làm đồ án có hạn cũng như trình độ và kinh nghiệm thực tế củabản thân còn hạn chế nên trong đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót trongquá trình làm đồ án

Em kính mong được sự chỉ bảo, góp ý kiến của các thầy cô giáo giúp cho đồ

án của em được hoàn chỉnh hơn, từ đó rút ra được kinh nghiệm cho bản thân mình,

để sau khi ra trường công tác được tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Nguyễn Thị Thúy Hằng

MỤC LỤC:

LỜI MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đồ án 1

II Mục tiêu của đồ án 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC HUYỆN ĐẢO CÁT HẢI 6

1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 6

1.1.1 Vị trí địa lý 6

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo của khu vực dự án 7

1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn 8

1.2.1 Điều kiện khí tượng 8

1.2.2 Điều kiện thuỷ hải văn 17

1.3 Đặc điểm địa chất 26

1.3.1 Các lớp địa chất từ trên xuống 26

1.3.2Điều kiện địa chất thủy văn 27

1.4 Điều kiện dân sinh, kinh tế, xã hội 29

1.4.1 Dân số và lao động 29

1.4.2 Cơ cấu ngành nghề 30

1.4.3 Cơ sở hệ thống hạ tầng 30

1.5 Hiện trạng hệ thống đê biển, kè mỏ hàn 31

1.5.1 Hiện trạng hệ thống đê biển 31

1.5.2 Hiên trạng kè mỏ hàn 33

1.5.3 Hiện trạng cống dưới đê 34

CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DELFT3D MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY VÀ SÓNG KHU VỰC CÁT HẢI 35

2.1 Giới thiệu về mô hình Delft 3D 35

2.1.1 Giới thiệu về DELFT3D-FLOW 36

2.1.2 Giới thiệu về DELFT3D-WAVE 41

2.2 Xây dựng mô hình (Delft3D-FLOW) 43

2.2.1 tài liệu Các cơ bản phục vụ tính toán 43

2.2.2 Sơ đồ hóa khu vực nghiên cứu và các biên tính toán 44

2.2.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 45

2.3 Các kịch bản tính toán 48

2.3.1 Mô phỏng hiện trạng của khu vực Cát Hải khi chưa có công trình 49

2.3.2 Mô phỏng theo các phương án giải pháp công trình 58

CHƯƠNG III: QUY HOẠCH, LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH VÀ TÍNH 68

TOÁN ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ 68

3.1 Xác định cấp công trình 68

3.2 Quy hoạch chung về các biện pháp công trình bảo vệ đảo Cát Hải 69

3.2.1 Phân tích nguyên nhân xói lở để có biện pháp công trình thích hợp 69

3.2.2 Đưa ra các giải pháp công trình 70

3.2.3 Phân tích phương án kết cấu và bố trí kết cấu 71

3.2.3 Vị trí đặt đập phá sóng 73

3.4 Điều kiện biên 73

3.4.1 Điều kiện địa hình 74

3.4.2 Mực nước thiết kế 76

3.4.4 Tính toán sóng thiết kế 77

3.3.5 Các thông số địa chất dùng cho thiết kế 87

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐẬP PHÁ SÓNG XA BỜ 89

4.1 Thiết kế mặt cắt ngang của đập phá sóng 89

4.1.1 Cao trình đỉnh đập 89

4.1.2 Khối lượng cấu kiện phủ mái 89

4.1.3 Chiều dày lớp phủ 92

4.1.4 Bề rộng đỉnh đập 93

4.1.5 Xác định trọng lượng và kích thước đá lớp dưới 94

4.1.6 Tính toán chân khay 97

4.1.7 Tính toán đầu đập mở rộng 101

4.2 Xử lý nền 102

4.3 Giải pháp thi công 103

4.3.1 Tổng quát 103

4.3.2 Thiết bị thi công 103

4.3.3 Định vị công trình 104

4.3.4 Trình tự thi công 104

4.3.5 Các quy định khi thi công 106

4.3.6 Kiểm tra và bảo dưỡng 107

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC HUYỆN ĐẢO CÁT HẢI 1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Hình1 : Khu vực đảo Cát Hải

Đảo Cát Hải (huyện Cát Hải) nằm ở phía Đông Nam thành phố Hải Phòng.Cách trung tâm thành phố 20 km về hướng Đông Nam, cách trung tâm thị trấn Cát

Bà khoảng 15 Km về phía Tây - Bắc Cát Hải là một huyện đảo nhỏ, có diện tích

47’ đến 200 56’ vĩ độ Bắc,1060 54’ đến 1060 58’ kinh độ Đông

Tráp

Toàn đảo được chia thành 5 đơn vị hành chính cấp xã gồm 7 hợp tác xã

- Xã Đồng Bài có H.T.X Đại Đồng

Thị trấn Cát Hải có 2 H.T.X là Lương Hồng và Lương Hoà

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo của khu vực dự án

Đảo Cát Hải nằm kẹp giữa hai vùng cửa sông, là cửa ngõ ra biển của Thành phố Cảng, có vị trí rất quan trọng về kinh tế, chính trị và quốc phòng an ninh

Hướng dốc chính: Từ phía Đông sang phía Tây

Hướng dốc phụ: Từ phía Nam sang phía Bắc

Địa hình chia thành 2 tiểu vùng:

+ Vùng trung tâm: cao độ tự nhiên từ 0.7 đến1.5+ Vũng bãi biển: cao độ vùng bãi triều từ (- 0.5) đến (+0.7)Sông lạch tự nhiên : Lạch Cái Viềng, lạch Huyện là những sông lạch tự nhiênlớn nhất (chiều rộng từ 50 đến 250 m) Các sông rạch chia xã Phù Long thành 5khu:

Khu A: Vùng bãi phía Nam đường xuyên đảo, phía Đông xã Phù Long Diện

tích tự nhiên 270 ha Địa hình khá bằng phẳng và có cao độ từ 0.5 đến 1.0 Trong

số đó 84 ha đất tự nhiên thuộc khu nuôi tôm công nghiệp

Khu B: Diện tích bãi phía Bắc đường xuyên đảo, phía Đông xã Phù Long.

Diện tích 80 ha Địa hình khá bằng phẳng và có cao độ từ 0.5 đến 1.0 Đây là khuvực nuôi thuỷ sản tập trung và đang hình thành khu nuôi tôm công nghiệp với diệntích 38 ha

Khu C: Giới hạn bởi lạch Cái Viềng và sông Phù Long, Lạch Huyện Đây là

khu có diện tích bãi nuôi trồng thuỷ sản lớn nhất Tổng diện tích 1053 ha Cao độđịa hình từ (0.0) đến (+0.7) là chủ yếu

Khu D: Toàn bộ diện tích giới hạn bởi lạch Cái Viêng , Lạch Huyện và Vịnh

Bắc bộ Đây là khu vực hiện nay nuôi trồng thuỷ sản xen lẫn rừng ngập mặn Cao

độ tự nhiên phần lớn từ (+0.2 ) đến(+ 0.5) Tổng diện tích tự nhiên 1088.5 ha

Khu E: Toàn bộ diện tích được giới hạn bởi lạch Cái Viềng, vùng núi và Vịnh

Bắc bộ ở phía Tây Địa hình là bãi thấp có cao độ < 0.5 Rừng ngập mặn, núi độc

lập xen kẹp các bãi Diện tích tự nhiên 1365 ha bao gồm rừng ngập mặn và các đầmnuôi quảng canh phân tán ,rải rác ,giáp với vùng núi đá vôi.

Cao độ trung bình của toàn đảo tương đối thấp so với mực nước triều ường và mực nước dâng trong bão Điều này là bất lợi đối với việc phòng chống lụtbão của đảo Khi có sự cố về đê điều, mức độ ngập lụt và thiệt hại của đảo sẽ lớn,ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống con người và kinh tế xã hội trên đảo Vì nhìnchung nếu nước tràn vào thì toàn bộ đảo có diện tích bị ngập gần hết Toàn đảođược bảo vệ bằng 20,52km đê biển Nếu gặp bão lớn và triều cường công tác phòngchống bão lụt gặp rất nhiều khó khăn khi đê điều có sự cố thì diện ngập lụt của đảorất lớn và sẽ ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến đời sống kinh tế, xã hội của nhân dântrên đảo Toàn đảo được bảo vệ bằng 20,52km đê biển Nếu gặp bão lớn và triềucường công tác phòng chống bão lụt gặp rất nhiều khó khăn khi đê điều có sự cố thìdiện ngập lụt của đảo rất lớn và sẽ ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến đời sống kinh tế,

c-xã hội của nhân dân trên đảo

1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn

Số liệu khí tượng, thủy văn được lấy từ trạm khí tượng thủy văn trên đảo HònDấu, với độ dài của số liệu là quan trắc từ năm 1983-2004 Chất lượng của số liệu làđảm bảo, có thể sử dụng tin cậy

1.2.1 Điều kiện khí tượng

Khu vực đảo nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Trong năm có haimùa rõ rệt: Mùa hè nóng ẩm, mùa đông lạnh khô

- Mùa đông: Chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông bắc nhìn chung không ảnh hưởnglớn lắm đến chế độ thuỷ thạch động lực học ở vùng bờ biển Cát Hải do có đảo Cát

Bà che chắn

- Mùa hè: Có nắng nóng, nhiệt độ cao, hơi nớc biển chứa muối, gió ảnh h- ưởng làgió Đông Nam, Nam và gió bão tác động mạnh đến Công trình bảo vệ bờ đảo

1.2.1.1 Nhiệt độ

Phân thành hai mùa mưa rõ rệt

- Mùa lạnh, nhiệt độ trung bình 19.90C

Bảng 1: Nhiệt độ trung bình các tháng trong năm

ẩm tăng lên vì mưa phùn và mưa rào

Bảng 2: Độ ẩm tương đối trung bình theo các tháng

hè chịu ảnh hưởng của hệ thống gió mùa Tây Nam, nhưng khi vào gần bờ bị biếntính có các hướng thịnh hành là Nam và Đông Nam Trong thời gian chuyển tiếpgió có hướng tranh chấp giữa hai mùa gió thịnh hành nói trên.

Bảng 5: Tần suất hướng gió các tháng chính mùa đông trung bình nhiều năm

Bảng 6: Tần suất hướng gió chuyển tiếp nhiều năm

1.0-4.0 (m/s)

L Æng

Hình 2: Hoa gió tại trạm hòn Dấu (1983-1994)

Trên Hoa gió tổng hợp nhiều năm tại trạm Hòn Dấu cho thấy trong nămgió thịnh hành là các hướng gió Bắc ( N) ; Đông Bắc(NE) ; Đông (E) ; ĐôngNam(SE) và Nam (S), trong đó trước tiên phải kể đến gió hướng Đông (E) có tầnsuất chiếm 31.32% tiếp theo là hướng Bắc (N) có tần suất 15.36%; Đông Nam (SE)

có tần suất 14.55% Nam(S) có tần suất 12.13% và Đông Bắc (NE) có tần suất10.3%

Tại khu vực này gió mùa Đông Bắc thường bắt đầu từ tháng IX và kéo dàiđến tháng IV năm sau,trong thời kỳ này tần suất gió hướng Đông(E) là lớn hơn cả

và dao động từ 33% (tháng XI) đến 53.6%(tháng II).Tốc độ gió trung bình trong cáctháng này đạt từ 4.4 m/s (tháng III) đến 4.9 m/s (tháng XI) Điều đáng lưu ý là cấptốc độ W>15 m/s chỉ quan trắc được 2 lần trong tổng số 40 lần chiếm 5% Tốc độgió lớn nhất đã quan trắc trong thời gian này là W=18 m/s ở hướng Bắc(N) vàotháng II/1987 ,trong khi đó tốc độ Wmax trong các tháng này của nhiều năm là34m/s ở hướng ENE (2/10/1960); NNE (11/11/1957) và SSE (13/3/1960)

Mùa gió Tây Nam thường xuất hiện từ tháng VI đến tháng VIII.Tần suấtgió hướng Nam(S) thịnh hành hơn hướng Đông Nam (SE) và dao động từ 21%(tháng VIII) và 37%(tháng VII) Tốc độ gió trung bình nhìn chung cao hơn cáctháng khác trong năm dật từ 4,7m/s (tháng VIII) và 6,0m/s (tháng VII) Như đã nói

ở trên tần suất gió ở hướng Nam (S) và Đông Nam (SE) trong năm không lớnnhưng do ảnh hưởng của gió bão tốc độ gió quan trắc được thường rất lớn Theo số

liệu 1984-1993 cấp tốc độ gió W>15m/s quan trắc được chiếm 95% Trong đó tốc

độ gió lớn nhất đã quan trắc được là Wmax=40m/s ở hướng Tây Nam(SW)và Nam(S) vào tháng VI/1989 Giá trị này cũng là giá trị cực đại từng quan trắc được nhiềulần trong nhiều năm ở nhiều hướng

1.2.1.6 Mưa

- Lượng mưa trung bình năm là: 1750 mm

- Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 9: lượng mưa trung bình 1351 mm, chiếm từ80% lượng mưa cả năm Số ngày có mưa trung bình 13 ngày

- Mùa ít mưa từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau: Lượng mưa trung bình 380

mm, chiếm 20% lượng mưa cả năm Số ngày có mưa trung bình 9 ngày

- Số ngày mưa: Số ngày có mưa trung bình nhiều năm là 150.1 ngày Năm có

số ngày mưa nhiều nhất năm là năm 1992 (203 ngày) và năm có số ngàymưa ít nhất là năm 1997(125ngày) Trong mùa mưa có 76.7 ngày mưa 52%

cả năm Tháng có số ngày mưa trung bình lớn nhất là tháng III (17.7 ngày)sau đó đến tháng VIII(15.7 ngày) Lượng mưa trung bình tháng III là 42.6mmchỉ chiếm 15% lượng mưa trung bình tháng VIII điều này nói nên vào mùamưa có cường độ mưa lớn và thời gian mưa kéo dài, đặc biệt vào thời kỳ khuvực chịu ảnh hưởng của mưa bão áp thấp nhiệt đới Đặc biệt vào mùa khôchủ yếu là mưa phùn, thời gian mưa ngắn nên lượng mưa không đáng kể.Lượng mưa ngày lớn nhất: Theo số liệu quan trắc từ năm 1957 – 1958lượng mưa ngày lớn nhất tại Hòn Dấu là 434.7 mm(26/6/1996)

-Tổng lượng mưa: Theo thống kê trong 10 năm, tổng lượng mưa trung bìnhtrong năm là 1459.4 mm Năm có lượng mưa lớn nhất đạt 2292.8 mm ( 1992 ) vànăm có lượng mưa ít nhất là 764.1 mm ( 1991 )

Hình 3: Tổng lượng mưa trung bình tháng nhiều năm(1984-1993)

Hình 4: Số ngày mưa trung bình tháng &năm của nhiều năm (1984-1993)

Bảng 7: Phân bố mưa trung bình các tháng (Lượng mưa ≥ 1 mm)

Bảng 8: Số ngày mưa trung bình tháng và năm của nhiều năm (1984-1993)

324

1,221

14

9,55

6,820

2,318

39,63

39,63II

Ngày

1,4

21

49,118

5,826

1427

13,219

3,38

23,222

2,619

11,527

4,915

49,118III

Ngày

0,9

30

5430

5028

18,616

1023

16,921

4215

33,730

2,431

5,730

5430IV

Ngày

24,4

28

72,213

7,622

7,73

6,712

8,426

2611

2,86

23,88

14,520

72,213V

Ngày

71,5

21

9,625

37,825

17,731

108,812

42,43

49,617

54,78

2923

178,418

178,418VI

34,412

6711

37,57

87,818

54,211

27,61

34,47

123,57

57,126

123,57VII

Ngày

23,6

27

1415

192,522

12,222

34,114

401

42,222

54,614

320,514

44,112

320,514VIII

Ngày

39,3

25

105,725

47,910

78,910

146,73

130,725

45,430

20,15

166,512

99,218

166,512IX

Ngày

94,2

29

707

101,57

102,621

35,76

131,724

37,420

60,82

109,78

83,619

131,724X

Ngày

237,1

16

28,722

28,325

69,419

108,23

124,94

182,721

11,217

4,65

9,128

237,116XI

Ngày

8,5

10

32,18

512

15,22

2,42

0,15

141,55

3,222

35,78

65,718

141,55XII

Ngày

9,4

127

0,627

0,118

4,610

2,722

16,828

50,125

3,510

50,125Năm

Ngày

237,1

16/X

105,725/VIII

192,522/VII

102,621/IX

146,73/VIII

131,724/IX

182,721/X

60,821/IX

320,514/VII

178,418/V

320,514/VII/92

1.2.1.7 Nước dâng trong bão

Bảng 11: Tần suất nước dâng (%) vùng bờ biển bắc vĩ tuyến 16

2,5

là 427cm (tại Hòn Dấu, Hải Phòng) Vùng bờ biển miền Bắc, về mặt nước dâng bão

có nhiều đặc điểm quan trọng Thứ nhất, đó là vùng có số lượng bão đổ bộ vào bờnhiều nhất so với các vùng còn lại Về cường độ bão, ở vùng biển này bão cũng cógió mạnh nhất- có thể lên tới 56m/s Thứ hai, vùng này cũng là vùng có nước dânglớn nhất (360cm) Nếu xem rằng nước dâng có độ cao lớn (≥ 200cm) là nước dângnguy hiểm thì suốt dải bờ này đều đã xảy ra nước dâng nguy hiểm nhưng với tầnsuất khác nhau Nước dâng đặc biệt nguy hiểm (≥ 250cm) cũng đã xảy ra ở hầu hếtcác nơi trên dải bờ này

1.2.1.8 Bão

Bão và các thời tiết khác nhau

Theo tài liệu của trạm khí tượng thuỷ văn Phủ Liễu, Hòn Dấu kết hợp vớicông tác điều tra trong nhân dân, trong những năm có bão mạnh đổ bộ lên đảo nhưsau:

+ Ngày 26/9/1955 : Bão đổ bộ qua đảo với tốc độ gió 100 km/h

+ Ngày 12/9/1957 : Bão đổ bộ qua đảo với tốc độ gió 122 km/h.

+ Ngày 8/9/1968 : Bão đổ bộ qua đảo với tốc độ gió 180 km/h

+ Ngày 23/7/1977 : Bão đổ bộ qua đảo với tốc độ gió 185 km/h

Tài liệu cơ bản về bão của đài Phù Liễn đã ghi được từ 1954 đến nay có 33cơn bão ảnh hưởng đến đảo Cát Hải, bình quân 1,57 cơn bão/năm, cao nhất 3 cơnbão/năm, tập trung vào từ tháng 6 đến tháng 10 Bão đổ bộ vào đảo thường đi kèmvới mưa to & nước biển dâng gây thiệt hại về người và của cho nhân dân

Bảng 9:Tần số bão xuất hiện

Bảng 10: Tần suất hoạt động của bão phân bố theo vĩ độ

Qua các bảng ở trên cho thấy mật độ số cơn bão đổ bộ trực tiếp vào khu vực đảo Cát Hải là cao ( trung bình 1 cơn/ năm).

1.2.2 Điều kiện thuỷ hải văn

1.2.2.1 Thuỷ triều

Bảng 12: Mực nước đặc trưng trạm Hòn Dấu từ năm 1983-2004

(theo cao độ lục địa)

ngày), biên độ dao động mực nước H=3-4m vào thời kỳ nước cường, khoảng 0,5 mvào thời kỳ nước kém, vào kỳ triều cường và mực nước lên xuống nhanh có thể đạt3,5 m/giờ Theo số liệu thống kê từ 1956 –1985 (theo cao độ hải đồ)

Mực nước biển trung bình nhiều năm: 1,9 m

Mực nước triều lịch sử cao nhất thực đo tại trạm Hòn Dấu là 4,35m

Phạm vi vùng biển Cát Hải nằm xen giữa 2 cửa sông là Lạch Huyện và cửaNam Triệu Tuy nhiên đặc điểm triều vùng này là triều đoạn ngoài cửa sông, đặcbiệt là phạm vi từ Hoàng Châu đến Bến Gót ít chịu ảnh hưởng của nước nguồn cửasông Ở đây yếu tố biển đóng vai trò chủ yếu

Khái quát qui luật biến thiên thuỷ triều ở vùng biển đảo Cát Hải như sau:

- Qui luật biến thiên thuỷ triều theo chu kỳ nửa tuần trăng14,77 ngày ( tuần trăng cóchu kỳ là 29,53 ngày) Trung bình tháng có 2 chu kỳ nước lớn

- Trong chu kỳ nửa năm thì triều đạt giá trị cực đại vào các tháng giữa và cuối năm,giá trị nhỏ nhất trong năm thường vào các ngày xuân phân và thu phân

- Theo qui luật nhiều năm: Thay đổi theo chu kỳ nhiều năm rõ rệt nhất là chu kỳ18,61 năm

* Căn cứ vào tài liệu mực nước quan trắc của các trạm do Tổng cục khí thuỷ văn quản

lý trên các tuyến (tuyến Nam Triệu-sông Cấm: trạm Hòn Dấu, Cửa Cấm; tuyếnNam Triệu –Bạch Đằng: trạm Hòn Dấu, Do Nghi ) cho thấy : Biên độ (độ lớn triều )giảm dần từ ngoài biển vào trong sông và thời gian xuất hiện đỉnh và chân triều có

sự lệch pha đáng kể phụ thuộc vào thời kỳ triều và các mùa trong năm

.Theo số liệu quan trắc mực nước đồng thời ở 4 trạm: Hòn Dấu, Hoàng Châu, CửaCấm và Do Nghi vào mùa khô và mùa mưa đưa ra một số nhận xét sau :

Trong mùa khô :

* Kỳ triều cường

+Trạm Hòn Dấu và Hoàng Châu: Đỉnh triều và chân triều ở Hoàng Châu caohơn ở Hòn Dấu từ 10-13 cm (đỉnh triều)và từ 8-10 cm (chân triều).Thời gian xuấthiện đỉnh và chân triều ở Hoàng Châu chậm hơn khoảng 30phút.

+Trạm Hòn Dấu và Cửa Cấm: Đỉnh triều và chân triều ở trạm Cửa Cấm caohơn ở trạm Hòn Dấu từ 30-37 cm (đỉnh triều) và 10- 12 cm ( chân triều) Thời gianxuất hiện đỉnh và chân triều ở Cửa Cấm chậm hơn 1h30’ (đỉnh triều) và 2-3h (chântriều)

+Trạm Hòn Dấu và Do Nghi :Đỉnh triều và chân triều ở trạm Do Nghi cao hơn

từ 20-30 cm (đỉnh triều ) và 14-18 cm (chân triều) Thời gian xuất hiện đỉnh triều ở

Do Nghi chậm hơn khoảng 30 phút (đỉnh triều )và 1-2 giờ (chân triều)

*Kỳ triều kém sự khác nhau về độ cao của đỉnh triều, chân triều cũng như thờigian lệch pha giữa các trạm tương tự như trong triều cường mùa khô

Trong mùa mưa:

*Kỳ triều cường

+Trạm Hòn Dấu và Hoàng Châu: Đỉnh triều và chân triều ở Hoàng Châu

(đỉnh triều )và 15-30’(chân triều)

+Trạm Hòn Dấu và Cửa Cấm :Đỉnh triều và chân triều ở Cửa Cấm cao hơn

30-35 cm (đỉnh triều )và 90-120 cm(chân triều ).Thời gian xuất hiện đỉnh và chân triều

+Trạm Hòn Dấu và Do Nghi: Đỉnh và chân triều ở trạm Do Nghi cao hơn

30-45 cm (đỉnh triều) và 30-45-65 cm(chân triều) Thời gian xuất hiện đỉnh và chân chậmhơn 1h30’(đỉnh triều) và 1h30’-2h(chân triều)

*Kỳ triều kém

+Trạm Hòn Dấu và Hoàng Châu: Sự khác nhau về độ cao đỉnh triều và chânchiều tương tự như trong triều cường Nhưng trong thời gian xuất hiện đỉnh chậmhơn 30’-1h

+Trạm Hòn Dấu và Cửa Cấm: Đỉnh triều và chân triều cao hơn 22 –27 cm(đỉnh triều) và 29-37 cm (chân triều) Thời gian xuất hiện đỉnh triều và chân triều là1h30’-2h (đỉnh triều) và 2h-2h30’ (chân triều)

+Trạm Hòn Dấu và Do Nghi: Sự khác nhau về đỉnh triều và chân triều khônglớn như triều cường chỉ 24-27 cm (đỉnh triều) và 15-20 cm (chân triều) Thời gianxuất hiện đỉnh chỉ chậm hơn 0-30’ Còn thời gian xuất hiện chân triều tương tự nhưtriều cường.

Tóm lại:

*Trong mùa khô vào kỳ triều cường và kém sự khác nhau về cao độ của cácđỉnh triều và chân triều cũng như thời gian xuất hiện các đỉnh và chân giữa các trạmthượng và hạ lưu cho các giá trị tương tự nhau

*Trong mùa mưa vào thời kì triều cường, đặc biệt ở chân triều có sự khác nhaulớn về cao độ Tại trạm Hòn Dấu và cửa Cấm đạt tới 120 cm, trong khi trạm HònDấu và Do Nghi chỉ 45-65 cm

1.2.2.2 Chế độ sóng

Tại khu vực cửa biển Nam Triệu và Lạch Huyện sóng gió là một trong cácnhân tố có tác động trực tiếp đến sự bồi lấp cũng như sự xói lở của khu vực Theotài liệu quan trắc sóng tại trạm Khí tượng thuỷ văn Hòn Dấu(1956-1985) ở bảngdưới cho thấy:

Bảng 13: Độ cao, độ dài, tốc độ và chu kỳ sóng lớn nhất

Trong năm sóng có độ cao lớn thường tập trung vào tháng 5-tháng 9, lớn nhấtvào tháng 7 và tháng 9 H=5.6m

Trong mùa gió Đông Bắc độ cao sóng không lớn do khu vực nghiên cứu đượcđảo Cát Bà che chắn, các sóng lớn nhất quan trắc được trong mùa này chỉ xuất hiện

ở hướng S,SE

Sóng với các hướng Đông (E),Đông Nam(SE) và Nam(S) gây nguy hiểm nhấtvới khu vực cửa biển Nam Triệu và Lạch Huyện

Các yếu tố sóng cực trị đều quan trắc được vào ngày 3/7/1964:

-Độ dài sóng : 210m,hướng nam(S)

-Chu kỳ sóng :11s

Tham khảo chương trình nghiên cứu tổng quan luồng vào cảng Hải phòngTEDI đã triển khai quan trắc sóng bằng máy tự ghi ở vùng ven bờ gần đền biểnAVAL trong thời gian >1 năm.Từ kết quả đo đạc đưa ra một số nhận xét sau:

Trong năm độ cao sóng h >1m chỉ xuất hiện vào tháng 6-tháng 9, lớn nhất vàotháng 6(1.45 m),tiếp theo là tháng 3 (1.4 m) và tháng 7 (1.3 m)

Độ cao sóng h > 1.0m chỉ xuất hiện khi tốc độ gió ở các hướng Đông (E) ĐôngNam (SE) và Nam(S) đạt giá trị W>10 m/s

Độ cao sóng nhỏ thường xuất hiện vào tháng 11 và 12 (h< 0.5 m)

* Chế độ dòng chảy

Chế độ dòng chảy của vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu ảnh hưởngtrực tiếp của các dòng sông (sông Cấm , Bạch Đằng , Sông Chanh …) và dòngtriều Dòng chảy sông có ảnh hưởng đặc biệt đến dòng chảy chung của vùng cửasông vào mùa lũ khi nước thượng nguồn ở các sông Cầu, sông Thương, sông LụcNam, sông Hồng qua sông Đuống sông Luộc chảy về Khi hoà nhập của nước sôngvào khối nước biển dưới sự tương tác của dòng triều và dòng lũ, nước bị dồn ép ởpha triều lên và khi triều rút có sự cộng hưởng giữa dòng triều và dòng nước sônggây ra tốc độ dòng chảy rất lớn

Kết quả điều tra khảo sát đo đạc ở 2 cửa sông và khu vực ven biển trước đảo chothấy: Dòng chảy vùng ven biển và cửa sông Cát Hải có chế độ phức tạp thể hiệnmối tương tác: Mực nước - địa hình đáy – sóng – thuỷ triều

Qua phân tích ảnh hưởng của chế độ gió và sóng gió trong mùa đông tới vùng ven biển Cát Hải không nhiều: Chế độ dòng chảy phụ thuộc chủ yếu vào yếu

tố địa hình và dao động mực nước(do thuỷ triều) Kết quả điều tra khảo sát đo đạc ở

hai cửa sông và khu vực ven biển trước đảo cho thấy, về mùa đông khi chế độ sóng, gió tương đối “yên lặng”, dòng chảy xuất hiện chủ yếu do dòng triều và sự chênh lệch mực nước do khối nước sóng triều bị dồn ép khi vào bờ Mặc dù vậy, trong những ngày nước cường có sóng gió hướng Đông và Đông Nam phát triển, dòng chảy ven bờ do sóng gây ra kết hợp với các loại dòng khác làm tăng (hoặc giảm) tốc

độ dòng chảy tổng hợp vùng ven bờ

Ở hai cửa sông Nam Triệu và Lạch Huyện dòng chảy có thể đạt tốc độ 1m/skhi triều rút Tại vùng ven biển trước đảo Cát Hải dòng chảy có tốc độ lớn tậptrung chủ yếu ở các lạch chạy song song với bờ phiá bến Gót và Hoàng Châu, đặcbiệt khi triều dâng khối nước bị dồn ép vào bờ Dòng chảy ở hai lạch này cũngkhông như nhau, ở lạch trương phía bến Gót có tốc độ lớn hơn vì lạch sâu và hẹp(chỗ hẹp nhất rộng 150m, sâu trung bình 2.5-3.0m) Qua quan trắc đo đạc ở đây vàogiữa tháng 1/87 cho thấy rằng tốc độ dòng chảy >25cm/s chiếm ưu thế tuyệt đối, tốc

độ trung bình đạt 40-60cm/s và mạnh nhất có thể đạt >1m/s Thực tế dòng chảy vớitốc độ lớn như vậy đã làm cho lòng lạch sâu bị xói sâu, thành dốc, trơ lớp sét dướiđáy Một điều lí thú xảy ra ở đây là thời gian là thời gian dòng chảy có hướng qualạch về phía cửa Lạch huyện chiếm đến 60-70%, tức là ngay cả khi triều rút vẫn códòng chảy hướng về phía cửa Lạch Huyện Có lẽ đây là nguyên nhân làm cho lònglạch sâu dần về cửa lạch huyện và làm cho bãi bồi phía Lạch Huyện được bồi đắpbằng các loại vật liệu thô dần về phía cửa sông Hướng dòng chảy qua lạch trương

về phía cửa Lạch Huyện chiếm ưu thế có thể được giải thích như sau:

Khi triều dâng, nước bị dồn ép trước đảo cao hơn mực nước ở cửa Lạch Huyệntạo ra dòng chảy qua trương đổ vào Lạch Huyện và vào sâu trong sông Dòng nàytồn tại đến thời điểm nước và ở cửa Lạch Huyện tạm dừng không chảy vào trongsông nữa, thông thường là qua thời điểm ở bến Gót đạt đỉnh triều 1-2h Sau đó làthời điểm nước dừng tạm thời và bắt đầu rút Dòng chảy sau đó qua lạch trương cóhướng ngược với ban đầu, song tốc độ nhỏ hơn Ngược lại phía cửa Lạch Huyệndòng triều rút tăng nhanh hơn khi triều dâng, đến một thời điểm nào đó tốc độ dòngchảy mạnh phía cửa Lạch Huyện làm giảm áp lực nước đáng kể so với áp lực nướctrong lạch trương Sự chênh áp lực này đã đổi hướng dòng chảy ở lạch trương vềphía cửa Lạch Huyện và sau đó hướng ra biển Tương tự như vậy quá trình đó xảy

ra phía cửa Nam triệu, song tốc độ dòng chảy và thời gian có khác hơn vì ở đây lạchnông và rộng

Qua phân tích thành phần dòng chảy đo tại các cửa Nam Triệu, Lạch Huyện

và trong lạch trương cho thấy thành phần chính chủ yếu là dòng chảy nhật triều

(chu kỳ25h) và dòng dư dồn (do kkhối nước triều bị dồn ép và dòng sóng) Thànhphần dòng chảy bán nhật triều(12h) và 1/4ngày (6h) mạnh dần trong những ngàynước kém, khi mà thuỷ triều tăng dần tính chất bán nhật Các elip phân bố hướng vàtốc độ dòng triều có dạng rất hẹp với hướng trục lớn gần trùng với trục lòng dẫnkênh lạch và cửa sông Đặc điểm này hoàn toàn phù hợp với điều kiện tự nhiênvùng ven bờ: hướng dòng chảy chủ yếu do nước triều dâng -rút.

Ngoài các dòng chính chủ yếu đã nêu trên còn có dòng trôi do gió gây ra Nhưtrên đã phân tích gió thời kỳ mùa đông chỉ ảnh hưởng chủ yếu đối với phía đôngđảo Cát Hải ( Lạch Huyện), nơi sông mở rộng thông với vịnh Hạ Long ở phía ĐôngBắc và tầng nước trên mặt khoảng 1m Dòng trôi có hướng lệch so với hướng giótrên mặt nước ( từ 0-450) và càng xuống sâu góc lệch càng lớn và có thể đạt 1800 sovới hướng gió trên mặt Nhưng vận tốc dòng trôi không lớn , qua tính toán vận tốcdòng trôi chỉ đạt 20cm/s với vận tốc gió trên mặt nước 10cm/s.Nhưng ở khu vựcnghiên cứu dòng trôi khi có gió thổi mạnh thực tế đã bị dòng triều và các loại dòngkhác lấn át hẳn đi Ở khu vực Cát Hải dòng chảy đạt tốc độ lớn chủ yếu là ở 2 cửasông và các lạch triều khi triều dâng - rút Còn các khu vực khác ( Văn chấn - GiaLộc) dòng chảy ven bờ yếu hẳn rất nhiều so với thời kỳ mùa hè Trong những ngàytriều cường ở mũi Hoàng Châu dòng chảy nhật triều có thể đạt 0,9-1,0m/s Ngượclại dòng bán nhật triều và dòng chảy với chu kỳ 6 h chỉ đạt tốc độ 0,1-0,2 m/s.Dòng chảy dư ( do nước sông đổ ra, dòng trôi do gió …) đạt tới vận tốc 0,2-0,35m/s trong những ngày có gió to và mưa lớn Ở trong cửa sông dòng sóng ven bờ ítđạt tốc độ nguy hiểm bằng đoạn đê kè trước biển vì đã có các van chắn cát phíangoài che chắn làm giảm hầu hết năng lượng sóng trước khi đi vào trong sông.Ngoài dòng chảy sóng, dòng trôi trên mặt kết hợp với dòng triều rút có thể tạo radòng chảy tổng hợp với tốc độ 1,2-1,3 m/s rất dễ dàng rửa trôi đưa vật liệu từ trongcửa sông ra ngoài biển

Ở đoạn bờ từ đê Văn Chấn tới trước cửa đồn công an Biên phòng số 30 dòngsóng ven bờ do sóng vỗ bờ gây ra chỉ đạt tốc độ cao khi có sóng gió hướng ĐôngNam và Nam trong thời điểm nước triều cường Dòng chảy chủ yếu vùng ven bờvẫn là dòng thuỷ triều Khi tới bờ dòng thuỷ triều phân làm 2 nhánh chảy về haiphía cửa sông tạo thành 2 tiểu hoàn lưu trước Văn Chấn và Hoà Quang Tuy cường

độ dòng chảy ở 2 tiểu hoàn lưu này không mạnh bằng thời kỳ mùa hè, song dòngven gần bờ do bị dồn ép trong kênh hẹp tạo ra dòng chảy với tốc độ 0,8-0,9 m/s ởtrước cửa đồn Công an Biên phòng và trước đê Văn chấn, lòng kênh hẹp dòng chảy

có thể đạt tốc độ >1m/s cuốn trôi các vật liệu bở rời dưói đáy kênh, trong lòng kênhcòn trơ lại chủ yếu là sét có độ kết dính tốt.

Như vậy trong điều kiện khí tượng hải văn tương đối bình thường ở cuối mùachuyển tiếp từ đông sang hè , ở cửa sông Nam Triệu dòng chảy tổng hợp ( chủ yếu

là dòng nhật triều ) với tốc độ có thể rửa trôi trầm tích bở rời ( >25 cm/s) chiếm 1

tỷ lệ cao tới 74% Dòng chảy ở trong cửa sông mang vật chất lơ lửng giảm tốc độ ởngoài ngưỡng cửa, đặc biệt là ở vùng tâm hai tiểu hoàn lưu chính ở đây có điềukiện thuận lợi cho việc bồi lắng vật liệu Ngoài ra việc nạo vét thông lạch tầu đổbùn cát sang hai bờ kênh dẫn cũng góp phần làm cho các van cát dọc cửa sông đượctôn cao thêm và kéo dài ra

Ở trong ngưỡng cửa sông dòng chảy tổng hợp khi thuỷ triều rút có tốc độ lớn

đã rửa trôi các trầm tích bở rời dưới đáy kênh đưa ra biển, còn trơ lại dưới đáy vàsườn kênh chủ yếu là sét dẻo kết dính tốt- hiện tượng tương tự như lạch trước đồncông an Biên phòng

Ở cửa Nam Triệu trong những năm gần đây sau khi lấp cửa Cấm chủ lưu khátập trung về phía bờ biển Cát Hải khi đó xiên chếch bờ Cát Hải dưới một góc nhọnphía cửa kênh Cái Tráp, đã làm tăng khả năng chống xói lở bờ ở đoạn cửa Cái Tráp

- Hoàng Châu và nhất là khu vực trạm đèn biển Nam Triệu

Ở đoạn bờ từ kè Văn Chấn tới cửa đồn Công an Biên phòng trong mùa chuyểntiếp không bị ảnh hưởng của sóng gió hướng Đông Bắc Riêng sóng gió hướngĐông ( tần suất trung bình khoảng 50%) ít ảnh hưởng tới bờ Cát Hải , do vị trí nằmsâu trong vịnh nước nông được dãy núi đá vôi đảo Cát Bà che chắn hướng đông

Về cuối mùa khoảng từ cuối tháng IV sóng gió hướng Đông nam và Nam mạnh dần

; sóng vỡ bờ và dòng sóng ven bờ gây ảnh hưởng tới khu vực này trong những ngàynước triều cường Song nhìn chung mức độ ảnh hưởng yếu giữu ổn định cho đoạn

bờ vùng nghiên cứu Chế độ dòng chảy trong mùa hè nhìn chung cũng tương tự haimùa kể trên song với cường độ lớn hơn

Theo tài liệu nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu biển Hải Phòng - Viện Hảidương học, hệ thống dòng chảy ven bờ Cát Hải như sau:

Dòng triều:

Tại lạch Nam Triệu và Lạch Huyện dòng triều mang tính thuận nghịch Dòngnhật triều với chu kì 25 giờ có giá trị áp đảo, tốc độ đạt 1,0 m/s Tốc độ dòng triều

cực đại thường ở mức triều dâng hoặc triều rút ngay qua mực nước biển trung bình Khi triều lên tốc độ dòng triều đạt cực đại xảy ra trước đỉnh triều 6-9 giờ.

Dòng bán nhật triều có giá trị không lớn lắm, thường nhỏ hơn 0,1m/s

Hướng dòng triều ở bãi Hoàng Châu và Hoà Quang song song với bờ, dòngtriều bãi Văn Chấn và Gia Lộc không song song mà tạo thành một góc khá lớn với

bờ cả khi triều lên và triều rút ( Hướng chảy lên 1300, chảy xuống 1500 ) Khi triềucường, hiện tượng này tạo điều kiện sóng phá huỷ mạnh hơn

Dòng dư:

+Dòng sông: ở lạch Nam Triệu, dòng chảy do sông đạt đến 0,3m/s, tốc độ caohơn về mùa hè, nó định hướng theo lòng lạch

+ Dòng chảy do gió: Có giá trị không lớn, với tần suất gió ưu thế 5-10 m/s, tốc

độ dòng chảy chỉ 0,1-0,15 m/s Hướng của dòng chảy gió định theo hướng bờ, ổnđịnh hướng Tây- Tây Nam trong năm

+ Dòng sóng: Do điều kiện địa hình ( có 2 chương cát Hoàng Châu và HàngDày chắn bên), độ sâu bờ ngầm nông, thoải, dòng sóng ven bờ Cát Hải đạt 0,1-0,2m/s, có hướng ổn định và mạnh hơn vào mùa hè, dòng sóng dọc bờ phân kỳ rất rõ ởGia Lộc định hướng chảy về 2 phía Hoàng Châu và Bến Gót

Dòng chảy tổng hợp:

Với địa hình ven bờ đảo Cát Hải có nhiều luồng lạch án ngữ cùng với vị trí củabán đảo Đồ Sơn ở phía tây và Cát Bà ở phía Đông, kéo dài ra biển đã dần ép khốinước thuỷ triều tạo thành mặt nước không đều vùng ven bờ từ đó gây ra dòng chảyGradien có hướng thay đổi phức tạp ở cửa Nam Triệu Dòng chảy tổng hợp gồm:Dòng nhật triều, bán nhật triều, dòng chảy, dòng sóng, dòng Gradien Tốc độ tổnghợp đạt 1,0-1,2 m/s

Ở ven bờ Cát Hải, dòng tổng hợp mang đặc tính của dòng triều ở Lạch Huyện

và Nam Triệu, dòng triều lên định theo hướng lòng, tốc độ cực đại lên đến 1m/s Ở

2 lạch đầu chương Hoàng Châu và Hàng Dày, thời gian dòng chảy lên kéo dài

12-16 giờ, trong khi thời gian chảy rút chỉ 6-8 giờ Tốc độ dòng chảy tổng hợp khi triềulên lớn hơn hẳn khi triều xuống, đạt cực trị 0,9m/s ở Hoàng Châu và 0,82m/s ởHàng Dày, trong khi tốc độ cực đại dòng tổng khi triều xuống ở đầu Hàng Dày chỉ0,5m/s Ở gần bờ, khi triều lên dòng tổng hợp từ ngoài hướng vào phân kỳ rất rõ ởphía ngoài Gia Lộc chảy về 2 phía Hoàng Châu và Bến Gót Sự phân hoá dòng chảy

tổng hợp ở ven bờ Cát Hải dọc địa hình bị ảnh hưởng của sự khác nhau giữa 2 chế

độ triều Hòn Gai và triều Hòn Dấu Thời gian bắt đầu dòng triều lên hoặc xuống ởbến Gót lớn hơn 3-4 giờ so với Hoàng Châu

1.2.2.4 Vận chuyển bùn cát

Hướng di chuyển của bùn cát: Hoàn lưu di chuyển của dòng bùn cát phụ thuộcvào hướng dòng chảy tổng hợp, trong đó chủ yếu là dòng triều Di chuyển bùn cátdọc bờ do sóng là quan trọng nhưng không giữ vai trò chủ đạo

- Khi triều lên, dòng bùn cát di chuyển ngang từ đáy sườn ngầm vào phía bờ, phù hợpvới dòng bờ và phương truyền sóng Khi vào sát gần bờ, dòng bùn cát phân kỳ ởphía ngoài Gia Lộc thành 2 nhánh Nhánh thứ nhất di chuyển qua lạch Hàng Dàyhợp với dòng từ lạch huyện vào di chuyển lên Gót ở phía Bắc, nhánh thứ 2 dichuyển qua lạch Hoàng Châu rồi hợp với dòng từ cửa Nam Triệu lên phiá tâyHoàng Châu

- Khi triều rút, dòng bùn cát chủ yếu di chuyển xuôi xuống theo hướng dòng triều ởlạch Huyện và Nam Triệu, sát rìa đông chương Hàng Dày và phía tây chươngHoàng Châu Chỉ một bộ phận thứ yếu của dòng bùn cát đi lên lúc triều lên quayngược lại qua 2 lạch đầu chương để trở về khu bờ ngầm phía ngoài Cát Hải

- Hai nhánh dòng bùn cát nói trên có xu hướng chung lệch về hướng chương HoàngChâu, gây ra tình trạng bồi đáy ngầm phía chương Hoàng Châu bào mòn đáy nửalớn hơn phía chương Hàng Dày Với cơ chế hoàn lưu bùn cát như vậy, khu vực ven

bờ Cát Hải bị thiếu hụt bồi tích

Kết quả tính toán theo phương pháp thuỷ thạch động lực thấy rằng:

- Lượng bùn cát hàng năm bị đưa ra khỏi ven bờ Cát Hải qua hai lạch đầu

1.3 Đặc điểm địa chất

1.3.1 Các lớp địa chất từ trên xuống

(Theo báo cáo nghiên cứu khả thi, hồ sơ địa chất công trình của tuyến đê biển trênhuyện đảo Cát Hải do Trung tâm Tư vấn kỹ thuật về đê điều lập tháng 12 năm2002)

Lớp 1: Cát hạt trung đôi chỗ là cát hạt mịn màu nâu, nâu nhạt, đôi chỗ xám tronhạt, trong cát lẫn nhiều vỏ ốc, vỏ sò và vật chất hữu cơ, ẩm, kém chặt, nằm dướilớp đá xếp và đất đắp trên đoạn đê từ Gót đến Hoàng Châu Bề dày thăm dò trungbình > 4m Đây là lớp đất có tính thấm khá cao.

Lớp 2: á sét nhẹ đến á sét trung màu nâu xám, xám tro nhạt, đất chứa nhiều vậtchất hữu cơ chưa phân huỷ hết Đất ẩm ướt kết cấu kém chặt Trạng thái dẻo mềmđến dẻo chảy Đây là lớp đất tương đối yếu, tính thấm nước kém nhưng mức độ nénlún cao Diện phân bố khá lớn, không đều Bề dày thăm dò trung bình > 3.0m.Lớp 3: Cát hạt mịn đôi chỗ là á cát lẫn nhiều hạt bụi màu xám đen, xám tronhạt đôi chỗ xám đen, bão hoà nước, kém chặt Diện phân bố cục bộ bề dày nhỏphần lớn ở dạng thấu kính Đây là lớp đất có tính thấm lớn, sạt lở mạnh mỗi khi mựcnước ngầm thay đổi

Lớp 4: á cát, á sét xen kẹp nhau nhiều lần màu xám tro nhạt, xám đen, kết cấukém chặt, trạng thái dẻo chảy Diện phân bố khá lớn ở hầu hết các mặt cắt từ HoàngChâu đến Gót, chiều dày trung bình thay đổi > 2.2m

Lớp 5: á sét nhẹ đến á sét trung màu xám tro nhạt, xám đen, kết cấu kém chặt,trạng thái dẻo chảy Diện phân bố khá lớn nhưng không đều gặp ở một số mặt cắt từHoàng Châu đến Gót, chiều dày trung bình thay đổi > 2.0m

Lớp 6: á cát đôi chỗ là cát hạt mịn màu xám đen đất chứa nhiều vật chất hữu

cơ Đất ẩm, kết cấu kém chặt, trạng thái chảy.

1.3.2 Điều kiện địa chất thủy văn

Các lớp đất gặp trong phạm vi khảo sát cho thấy lớp 1, lớp 2, lớp 4, lớp 6 cókhả năng chứa nước, và có tính thấm nước lớn Lớp 2, lớp 5 khả năng chứa nướckém, tính thấm nhỏ Tại thời điểm khảo sát mực nước xuất hiện và ở cao trình -0.2đến -0.45 m ( lớp 1 và lớp 4 ) Mực nước này chịu ảnh hưởng của nước thuỷ triều

và có liên quan trực tiếp mức độ lên xuống của nước thuỷ triều Tại thời điểm khảosát thuỷ triều lên xuống theo một qui luật nhất định mỗi khi nước thuỷ triều nên kếthợp với gió biển và mức độ qua lại của tàu thuyền gây nên sóng lớn, tần suất khámạnh ảnh hưởng nghiêm trọng đến mức độ ổn định đê cũng như mức độ ổn địnhmái kè và các mỏ hàn trên tuyến đê biển

Hệ số thấm K cm / s 4x10-3 6,9x10-5 2,6x10-3 5,6x10-4 8,5x10-5 4,2x10-4

1.4 Điều kiện dân sinh, kinh tế, xã hội

1.4.1 Dân số và lao động

* Quy mô dân số:

Theo số liệu của Cục Thống kê thành phố Hải Phòng, dân số Cát Hải tăngbình quân 0,94%/năm trong cả thời kỳ 1996-2004 (trong đó giai đoạn 1996-2000tăng 1,42% và giai đoạn 2001-2004 tăng 0,36%/năm), thấp hơn nhiều so với mứctăng bình quân của thành phố Hải phòng và cả nước Tốc độ tăng dân số trung bìnhhàng năm của huyện trong giai đoạn 2001-2005 dưới 1%/năm Tỷ lệ tăng tự nhiêncủa huyện liên tục giảm qua các năm, năm 2004 là 0,57%

Tổng số dann Cát Hải tính đến tháng 4/2009 là 29.019 người, chiếm 1,6%tổng số dân thành phố Hải Phòng

* Cơ cấu dân số

Tỷ lệ dân số nam và nữ không biến đọng nhiều trong những năm qua và dân

số nữ thường cao hơn dân số nam một chút Năm 2008 dân số nữ của huyện chiếm50,6%

Dân số dưới 16 tuổi của Cát Hải chiếm tỷ ệ thấp (25,9% năm 2008)

Dân cư Cát Hải phân bố không đều, tập trung chủ yếu ở thị trấn Cát Hải vàcác xã Hoàng Châu, Văn Phong, Nghĩa Lộ Mật độ dân cư ở hai thị trấn và các xã

* Dự báo dân số:

Trong những năm tới Cát Hải phấn đấu duy trì tỷ lệ tăng tự nhiên dưới1%/năm nhưng mức tăng cơ học dự kiến sẽ cao hơn nhiều so với giai đoạn trứơc(bình quân 0,4-0,6%/năm) Như vậy dân số của huyện nưm 2020 sẽ vào khoảng35.100 người Do hầu hết dân số tăng cơ học của huyện nằm trong độ tuổi lao độngnên dân số trong độ tuổi lao động của huyện dự kién sẽ tăng bình quân 3,44% cảthời kỳ 2006-2020

Cơ cấu dân số năm 2010 và 2020 có những đặc điểm chính như sau: Tỷ lệdaan đo thị tăng từ 54,3% năm 2004 lên 61,3% năm 2010 và 75,5% nưm 2020 Cơcấu dân số theo giới tính vào các năm 2010 và 2020 dự kiến không thay đổi nhiều

so với năm 2004 Cơ cấu dân số theo độ tuổi sẽ có thay đổi theo hướng tỷ trọng dân

số dưới 16 tuổi giảm dần trong khi tỷ trọng nhóm dân số từ 16 đến 60 tuổi tăng lên

* Dự báo nguồn nhân lực:

Với dự báo dân số như trên, dự kiến số người trong độ tuổi lao động của Cáthải năm 2010 vào khoảng 16.200 người và năm 2020 khoảng 21.400 người Tronggiai đoạn quy hoạch, nhất là từ năm 2010 khi cảng Lạch Huyện được đưa vào xâydựng, chắc chắn lực lượng lao động bên ngoài đến huyện sẽ tăng lên đáng kể

- Chăn nuôi: GTSX nghành chăn nuôi huyện tăng trưởng bình quân

4,57%/năm trong giai đoạn 2001-2004

- Thuỷ sản: Cát Hải hiện đứng đầu thành phố Hải Phòng về diện tích nuôi trồng thuỷsản nhưng chỉ đứng thứ 7 về sản lượng nuôi trồng Sản lượng thuỷ sản khai thác củahuyện đứng thứ 3 thành phố (năm 2004)

1.4.3 Cơ sở hệ thống hạ tầng

a, Giao thông:

- Đường bộ: Tính đén năm 2004 toàn huyện Cát Hải có 191,125 km đường bộ Trong

số này có 28,045 km đường tỉnh, 48,38 km đường huyện và29,5 km đường xã, cònlại là đường thôn xóm

- Đường thuỷ: Tính đến năm 2004 toàn huyện Cát Hải có 120km đường thuỷ, baogồm 3 tuyến: Tuyến Cát Bà-Cát Hải-Hải Phòng dài 55km, tuyến Cát Hải-Minh Đức(Quảng Ninh) dài 30km và tuyến Cát Bà-Hòn Gai (Quảng Ninh) dài 35km

- Cảng, bến:

+, Bến Gót (bến đỗ tàu khui vực Cát Hải)

+, Bến phà Ninh Tiếp (xã Nghĩa Lộ)

+, Bến Tân Lập (xã Tân Lập): nơi tập kết hàng hoá, vật liệu xây dựng cho các

xã Hoàng Châu, Văn Phong, Nghĩa Lộ, Đồng Bài và tiêu thụ muối sản xuất

- Hệ thống điện:

Mạng lưới điện cao thế 35 KV đi theo đường xuyên đảo

1.5 Hiện trạng hệ thống đê biển, kè mỏ hàn

1.5.1 Hiện trạng hệ thống đê biển

1- Tuyến Gót- Gia Lộc: Dài 3100 m, đê bằng đá hộc thường xuyên bị xô sạt do kíchthước đá kè nhỏ thường xuyên chịu tác động mạnh cuả sóng , triều Với triềucường và gió cấp 5,6 sóng biển đã có thể tràn qua mặt đê Bãi biển gần chân đê bịxói lở mạnh càng làm cho kè kém ổn định Hiện tại đoạn đê này có mặt cắt ngang

đê gần như không còn định hình, mặt đê nhỏ, đá sắp xếp tự nhiên ngổn ngang, đoạntuyến gần như là bãi đá

2- Tuyến Gia lộc – Văn Chấn - Hoàng Châu: Đã được xây dựng hoàn thiện

3- Tuyến Hoàng Châu - Nghĩa Lộ: Dài 3000 m, hiện trạng đê còn thấp nhỏ so với yêucầu, mặt cắt đê không đều Đê không có kè bảo vệ Tuyến đê này có bãi ngoài caorộng và có rừng cây chắn sóng Đối với tuyến đê này cần duy trì rừng cây chắn sóng

đã có

4- Tuyến Nghĩa Lộ - Đồng Bài: Là tuyến đê trung gian dài 4340 m, đê được xây dựng

từ những năm 1960, tuyến này bị xuống cấp nghiêm trọng do xói mòn và khôngđược tu bổ trước đây vì do đê thuỷ sản phía ngoài Từ những năm 1992 đã đượcthành phố đầu tư khôi phục để đảm bảo an toàn phía bắc đảo Đoạn đê này không có

kè bảo vệ mái do phía ngoài là khu vực bãi rộng và điều kiện sóng gió ít khắc nghiệthơn Đê không thường xuyên chịu tác động của sóng, triều

5 - Tuyến Đồng Bài - Lương Năng: Dài 2900 m, tuyến đê bảo vệ khu vực phía đôngbắc đảo, thường bị ảnh hưởng của sóng triều trong các thơì kỳ gió mùa đông bắc.Qui mô đê tương đối đảm bảo, kè còn manh mún, năng lực công trình hạn chếkhông đảm bảo an toàn trong trường hợp có sóng gió lớn Rừng cây chắn sóng cótác dụng tốt

6 - Tuyến Lương Năng - Gót: Dài 2800m, tuyến đê này còn thấp nhỏ , kè lát mái chưahoàn chỉnh Bãi ngoài có cây chắn sóng, nhìn chung năng lực công trình yếu cầnđược nâng cấp bảo đảm an toàn cho khu vực đông dân cư

Hiện trạng tuyến đê kè đoạn trực tiếp với biển như sau:

Đoạn bờ Chiều

dài(m)

yếu Bến Gót 400 Đê đá hộc áp bờ đảo, cao trình đỉnh đê đá +3.7 => +4.3 ( m ) Mái Tương đối ổn

định

Xung yếu

kè đá hộc lát khan bị xô sạt, chân kè phủ cát bãi ở cao trình +0.6

=> +( m ) Mặt bãi sau đê đá ở cao trình +0.2 => +0.6( m ).

100 Đê đá hộc áp bờ đảo, cao trình đỉnh đê đá +3.9=> +4.9 ( m ) Mái

kè đá hộc lát khan bị xô sạt,chân kè phủ cát bãi ở cao trình +0.2

=> +0.6 ( m ).

Hoà

Quang-

Gia Lộc

2630 Đê đá hộc áp bờ đảo, cao trình đỉnh đê đá +3.7 => +4.3 ( m )

Mái kè đá hộc lát khan bị xô sạt (có khoảng hơn 200 m mái kè đá xây và kè rọ thép lõi đá ổn định), chân kè thấp, cao trình -0.5 =>- 1.5 ( m ) không tạo bãi Mặt bãi sau đê đá ở cao trình +2.2 =>

+2.5 ( m ).

Rất xung yếu

Gia

Lộc-

Văn

Chấn

950 Tuyến đê mới được xây dựng rất kiên cố, mái ngoài bảo vệ

bằng cấu kiện bê tông, mái trong trồng cỏ, mặt đê được bê tông hóa làm đường giao thông rộng 5m

Văn

Chấn-

Hoàng

Châu

1250 Kè đá khan áp bờ đê đất, mái bị xô sạt, chân Kè ở cao trình +0.2

=> +0.5 ( m ), phía ngoài là bãi bùn cát thoải Cao trình đỉnh đê +4.3 =>+4.6 ( m ) Trong đê là mặt đồng muối cao trình +0.7 =>

+1.3 ( m )

Trong gần 7 km bờ biển phía nam đảo Cát Hải có 4.4 km được gia cố bằng đáhộc, có khoảng 5.4 km bờ ở tình trạng kém ổn định, trong đó có 3.9 km ở trạng tháixung yếu Đặc biệt đoạn từ Cái Vỡ- Văn Chấn không có đê khép kín, nớc biển trànvào khu dân c Gia Lộc, mặt bãi bị sóng và dòng chảy bào mòn với tốc độ nhanh

* Hiện trạng đoạn đê, kè trực diện với biển:

Đoạn Bến Gót đến Hoàng Châu dài 8Km là đoạn trực diện với biển Thực hiện Quyết định số 58/2006 QĐ-TTg ngày 14/3/2006 về việc phê duyệt chương trình đầu

tư củng cố, bảo vệ và nâng cấp đê biển hiện có tại các tỉnh có đê từ Quảng Ninh đếnQuảng Nam trong đó có 20 Km đê biển huyện đảo Cát Hải nhằm bảo vệ cơ sỏ hạ tầng và các công trình trên đảo Cát Hải đê biển Cát Hải chịu được bão cấp 10, triều trung bình tần suất 5%, đoạn từ K3+094 đến K8+053 đã đầu tư, củng cố và nâng cấp Trong đó:

- Đoạn từ Hoàng Châu đến Văn Chấn (tương ứng từ K5+803 đến K7+926 đã được xây dựng năm 2006 Kết cấu tuyến đê như sau: Mặt đê bê tông rộng 5m ở cao trìnhmặt đê +4,8; mái phía biển làm tường chắn sóng, cao trình đỉnh tường +5,5; Chân

kè là ống buy bê tông đúc sẵn, bên trong thả đá hộc, phía ngoài là lăng thể đá hộ chân ống buy Phần mái kè phía biển mái m=3,5 lát cấu kiện BTĐS 80x80x26cm,

có mố phá sóng trong khung bê tông (30*40)cm M250 Cơ đê có chiều rộng mặt 5m, cao trình mặt cơ +3,0 Mái phía đồng từ đỉnh đến cơ đê lát cấu kiện BTĐS 40x40x20cm trong khung bê tông (30*40)cm M250# Mái phía đồng từ cơ đê đến chân khay lát đá trong khung đá xây

- Đoạn từ Văn Chấn đến Gia Lộc đã xây dựng kè lát mái Kết cấu tuyến đê như sau: Mặt đê đất rộng 2-3m ở cao trình mặt đê +4,0; mái phía biển làm tường chắn sóng, cao trình đỉnh tường +4,5; Chân kè là ống buy bê tông đúc sẵn, bên trong thả đá hộc, phía ngoài là lăng thể đá hộ chân ống buy Phần mái kè phía biển mái m=3,5 lát cấu kiện BTĐS 80x80x26cm có mố phá sóng trong khung bê tông (30*40)cm M250 đến cao trình +3,0, từ cao trình +3,0 trở lên là đá lát chít mạch

- Đoạn từ Bến Gót đến Gia LộcK0+00 đến K3+094, hiện trạng là đê đá hộc Caotrình đỉnh đê đá đoạn này từ +3,7 đến +4,5 Cao trình bãi phía biển từ -1,2 đến +0,8

1.5.2 Hiên trạng kè mỏ hàn

Từ những năm 1996 đến nay đã xây dựng đợc 9 kè mỏ hàn ( kè vuông góc với

bờ dài 150m ) Đoạn Cái Vỡ-Văn Chấn do không có đê khép kín nên đoạn nàykhông bố trí được kè mỏ hàn Những kè mỏ hàn đã bắt đầu phát huy tác dụng, tạo ranhững bãi bồi nhỏ ở chân kè

1.5.3 Hiện trạng cống dưới đê

Bảng hệ thống thoát nuớc ở khu vực bắc đảo ngăn cách bởi đê trung gian và đêkênh Cái Tráp

CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DELFT3D MÔ PHỎNG DÒNG

CHẢY VÀ SÓNG KHU VỰC CÁT HẢI

2.1 Giới thiệu về mô hình Delft 3D

Hiên nay trên thế giới có rất nhiều phần mềm được sủ dung để tính toán, môphỏng các quá trình thủy động lực học, diễn biến của các dạng hình thái, vậnchuyển bùn cát sông biển Delft 3D là một trong những phần mềm được sử dụngrộng rãi với các tính năng:

sóng triều, gió gây ra dòng chảy…trong đó nước dâng do bão là một trường hợp đặcbiệt)

chất bẩn, quá trình khuếch tán độ mặn, hay quá trình vận chuyển bùn cát…

Trong đó, bình lưu là quá trình các chất bị lan truyền do dòng chảy hay các các yếu

tố khác, còn khuếch tán là sự do thay đổi, chênh lệch nồng độ hoặc nhiệt độ

loại bùn cát bao gồm cả các thành phần khác như cao lanh hay sét…, và ở đó xảy racác quá trình phản ứng phức tap, thường có ở vùng cửa sông

Bảng 1: Các đặc trưng tính toán mô phỏng của mỗi môdul

chuyển tải trầm tích trực tiếp và hình thái học

hình tràn dầu

nguyên tố hoá học

Bảng 2: Các chương trình ứng dụng hỗ trợ

Delft3D-

TRIANA:

Để thực hiện phân tích thuỷ triều độc lập theo chuỗi thời

gian tạo ra do Delft3D-FLOW

vận tốc hay mực nước đo đạc

mô phỏng từ DelftDelft3D-

MATLAB

Giao diện với người sử dụng và chức năng của chương trìnhMatlab để đọc các file của Delft3D và hiển thị kết quả mô

phỏng trong môi trường Matlab

Trong phạm vi đồ án này, em chỉ sử dụng 2 mô dul, đó là mô dul FLOW và modun DELFT3D-WAVE

DELFT3D-2.1.1 Giới thiệu về DELFT3D-FLOW

Viện Thuỷ lực Delft đã phát triển phần mềm Delft3D cho phép mô phỏng đalĩnh vực và tính toán 3-chiều đối với vùng cửa sông ven biển và sông ngòi Nó cókhả năng mô phỏng thủy động lực học, chuyển tải bùn cát, sóng, chất lượng nước,phát triển địa hình đáy và sinh thái Mô hình Delft 3-chiều dòng chảy được cấu tạogồm nhiều khối tương tác với nhau Có thể thay đổi rất nhanh chóng và dễ dàng từ

2 chiều (trung bình theo phương đứng) sang mô phỏng 3 chiều bằng cách thay đổi

số lớp tính toán Đặc trưng này của mô hình cho phép ứng dụng và kiểm tra môphỏng phản ứng của mô hình hai chiều trước khi mô phỏng đầy đủ theo 3 chiều.

Những giả thiết chính của mô hình Delft3D-Flow:

Mô hình Delft 3D-Flow giải hệ phương trình phi tuyến nước nông Nhữngphương trình này được chuyển hoá từ hệ phương trình 3 chiều Navier Stockes chodòng chảy mặt tự do không nén được Mô hình đã sử dụng những giả thiết chínhsau đây:

(1) Độ sâu được coi là rất nhỏ so với phương ngang nên phương trình mô men theophương thẳng đứng được giản ước thành các quan hệ áp suất tĩnh học – Giả thiếtBoussinesq Do đó gia tốc theo chiều thẳng đứng rất nhỏ so với gia tốc trọng trườngnên nó được bỏ qua Trong mô hình 3D vận tốc theo chiều thẳng đứng sẽ được tínhtoán từ phương trình liên tục

(2) Bỏ qua sự ảnh hưởng của sự thay đổi mật độ nước trong thành phần áp

suất

(3) Bỏ qua sự ảnh hưởng trực tiếp của lực đẩy nổi của dòng chảy theo chiều

thẳng đứng Trong mô hình Delft 3D – Flow, sự chênh lệch mật độ theo chiều thẳngđứng được xem xét trong gradient áp suất theo phương ngang và hệ số trao đổi rốitheo phương thẳng đứng Do đó việc ứng dụng Delft 3D – Flow phải mô phỏng sựphân tán ở xa và giữa phạm vi của nước chảy vào ( the application of Delft3D-FLOW is restricted to mid- and far-field dispersion simulations of dischargedwater)

(4) Trong hệ toạ độ Đề các chuẩn không tính đến ảnh hưởng của độ cong trái

đất

(5) Trong hệ toạ độ Đề các chuẩn thành phần Coriolis được giả thiết là đồng

nhất Bạn có thể tuỳ ý cho lực Coriolis thay đổi theo không gian Trong hệ toạ độcầu thì tần số quán tính tuỳ thuộc vào vị độ địa lý

(6) Tại đáy điều kiện biên trượt được giả thiết, ứng dụng công thức ứng suất đáy bìnhphương

Các phương trình cơ bản

Thuỷ động lực học vùng cửa sông ven biển có thể được mô hình hoá bởi hệ phương trình nước nông 2 chiều, bao gồm phương trình liên tục thể hiện quy luật

bảo toàn vật chất và các phương trình chuyển động theo các phương x và y trên mặtphẳng nằm ngang thể hiện định luật bảo toàn động lượng.

Trong mô hình Delft3D-Flow chúng ta có thể tuỳ chọn hệ toạ độ:

- Hệ toạ độ Đềcác vuông góc (x,y) ;

- Hệ toạ độ vuông cong(ξ,η);

x, y: các toạ độ De Cartes trên mặt phẳng nằm ngang (m)

η: mực nước phía trên mặt chuẩn (m)

h : độ sâu tổng cộng, h = d + η (m)

d: độ sâu nước phía dưới mực chuẩn (m)

u, v: các thành phần vận tốc trung bình theo độ sâu theo các phương x và y

(m/s)

q: nhập lưu (m³/s/m²)

Px,Py: các thành phần biến đổi khí áp theo các phương x và y (Pa/m)

Fx,Fy: các thành phần ma sát đáy theo các phương x và y (m/s²)

τwx,τwy: các thành phần ứng suất gió theo các phương x và y (kg/m/s²)

Swx,Swy:các thành phần lực tác động do ứng suất bức xạ sóng lên đơn vị thể

tích nước theo các phương x và y (m/s²)

τix,τiy: các thành phần nội ứng suất (m/s²)

Các phương trình động lượng bao gồm các thành phần quán tính (1), bình lưu(2), Coriolis (3), trọng lực (4), khí áp (5), ma sát đáy (6), ứng suất mặt thoáng (7),ảnh hưởng của ứng suất bức xạ cục bộ do sóng ngắn (8), và thành phần nội ứng suất(9)

Thành phần khí áp (5) để xét đến ảnh hưởng của áp suất khí quyển

trong đó pa là áp suất không khí (Pa, N/m²)

Thành phần ma sát để xét đến ảnh hưởng của ma sát đáy (6)