Nghiên cứu diễn biến hình thái vùng ven biển nam trung bộ trong điều kiện nước biển dâng do biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM PHẠM TRUNG NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM PHẠM TRUNG NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chun nghành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã Số: 958 02 02 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trịnh Công Vấn TS Trần Thu Tâm TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Tất thông tin, số liệu sử dụng luận án có nguồn gốc rõ ràng, trích dẫn theo quy định Kết nghiên cứu luận án trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Tác giả luận án Phạm Trung ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin trân trọng cảm ơn Cơ sở đào tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam tạo điều kiện thuận lợi để thực nghiên cứu Với lịng kính trọng, biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn đến hai thầy giáo PGS.TS Trịnh Công Vấn TS Trần Thu Tâm tận tâm hướng dẫn từ bước từ xây dựng ý tưởng suốt trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo, nhà khoa học, đồng nghiệp Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam động viên, hỗ trợ Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới tất thành viên thân u gia đình cổ vũ, khuyến khích ln chỗ dựa vững để tơi có thêm thêm nghị lực, tâm hoàn thành luận án iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận 4.2 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Những đóng góp luận án Cấu trúc Luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan vùng nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Thực trạng xói lở-bồi tụ dải ven biển Nam Trung Bộ 1.1.3 Ngun nhân gây xói lở-bồi tụ vùng ven biển Nam Trung Bộ 10 Nghiên cứu giới ảnh hưởng NBD đến diễn biến hình thái vùng ven biển 21 1.2.1 Mơ hình xác định hình thái dài hạn 21 iv 1.2.2 Mơ hình xác định hình thái ngắn hạn 24 Nghiên cứu liên quan thực Việt Nam Nam Trung Bộ 32 Hướng tiếp cận Luận án 37 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ 38 Cơ sở lý thuyết diễn biến hình thái vùng ven biển 38 2.1.1 Khái niệm chung mơ hình vận chuyển bùn cát 39 2.1.2 Mơ hình mặt cắt bờ biển cân 41 2.1.3 Mơ hình vận chuyển bùn cát dọc bờ 46 Cơ sở lý thuyết lượng sóng 50 2.2.1 Sự hình thành lan truyền sóng biển 50 2.2.2 Năng lượng sóng đơn sắc 53 2.2.3 Phổ lượng sóng 54 2.2.4 Cơng thức tính thơng lượng lượng sóng 57 2.2.5 Đường sở trình tự tính tốn Luận án 60 Cơ sở khoa học mơ hình tính tốn 64 2.3.1 Phân cấp mơ hình Luận án 66 2.3.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình MIKE21/3 Couple Model FM 69 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ 73 Xây dựng đồ phân vùng lượng sóng dải ven biển Nam Trung Bộ .73 3.1.1 Mơ hình tính sóng tồn vùng biển Đông 73 3.1.2 Mơ hình nghiên cứu vùng ven biển Nam Trung Bộ 82 3.1.3 Kết tính tốn dịng lượng sóng dải ven biển Nam Trung Bộ 87 Mối liên hệ dịng lượng sóng Pt dọc bờ Pn hướng bờ với tượng xói lở-bồi tụ khu vực Nam Trung Bộ 99 3.2.1 Đoạn bờ khu vực cửa Đại – Hội An (Quảng Nam) 99 3.2.2 Đoạn bờ khu vực Bãi Xép-cửa Đà Rằng- Đà Nông (Phú Yên) .104 3.2.3 Đoạn bờ từ mũi La Gàn-mũi Yến (Bình Thuận) 108 v 3.2.4 Đoạn bờ từ mũi Né-mũi Kê Gà (Bình Thuận) 112 3.2.5 Nhận xét chung 116 Nghiên cứu điển hình khu vực ven biển LaGi 117 3.3.1 Hiện trạng khu vực nghiên cứu 117 3.3.2 Sơ đồ điều kiện biên tính tốn 119 3.3.3 Diễn biến hình thái khu vực ven biển LaGi 123 Tác động BĐKH-NBD đến diễn biến hình thái dải ven biển Nam Trung Bộ 128 3.4.1 Kịch BĐKH-NBD cho Việt Nam [1] 128 3.4.2 Kịch NBD sử dụng tính tốn cho khu vực Nam Trung Bộ .130 3.4.3 Kết tính tốn đặc trưng sóng diễn biến hình thái khu vực ven biển Nam Trung Bộ tác động NBD BĐKH 130 Định hướng giải pháp nhằm cải tạo, ổn định hình thái khu vực ven biển Nam Trung Bộ điều kiện NBD BĐKH 133 3.5.1 Giải pháp công trình: 134 3.5.2 Giải pháp phi cơng trình: 146 KẾT LUẬN 148 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 150 TÀI LIỆU THAM KHẢO 151 Tiếng Việt 151 Tiếng Anh 154 Tiếng Nga 161 CÁC PHỤ LỤC 162 -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Vùng ven biển ln nơi phát triển động giới có khoảng 3,0 tỷ người-chiếm 40% dân số giới sinh sống vùng ven biển Ở nước ta, duyên hải Nam Trung Bộ [6] gồm thành phố Đà Nẵng trực thuộc Trung ương 07 tỉnh theo theo thứ tự Bắc-Nam sau: Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hịa, Ninh Thuận, Bình Thuận Đây vùng trọng điểm phát triển kinh tế xã hội miền Trung với đường bờ biển trải dài 1.100 Km, diện tích tự nhiên đất liền chiếm khoảng 13,45% diện tích nước, dân số tính đến năm 2020 khoảng 10,8% dân số nước Duyên hải Nam Trung Bộ khu vực đa dạng nguồn tài nguyên biển tập trung nhiều cơng trình dân sinh kinh tế, quốc phòng quan trọng Thời gian qua, vùng ven biển đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng giao thông hàng hải bảo đảm nhu cầu lưu thơng hàng hóa đường biển với mức tăng trưởng hàng hóa năm từ 10% đến 20%, tập trung phát triển hạ tầng cảng biển cảng đầu mối khu vực như: Đà Nẵng, Dung Quất, Nha Trang, Ba Ngịi Dun hải Nam Trung Bộ có đội tàu thuyền khai thác hải sản hùng hậu, năm ngư dân khai thác 600.000 hải sản loại, có nhiều hải sản mang lại giá trị kinh tế cao như: Cá ngừ đại dương, hải sâm, mực, tơm hùm, cua biển… Ngồi ra, với lợi có hệ thống đầm phá trải dài tỉnh vùng bãi triều cửa sông, nghề nuôi trồng hải sản tương đối phát triển với sản lượng năm lên tới 130.000 hải sản loại Cùng với mạnh trên, duyên hải Nam Trung Bộ hình thành xây dựng khu kinh tế biển (Chu Lai, Dung Quất, Nhơn Hội, Nam Phú Yên, Vân Phong), 21 khu công nghiệp ven biển Đến nay, khu kinh tế biển hồn thành cơng tác quy hoạch chung, quy hoạch chi tiết phân khu chức tiến hành đầu tư xây dựng kết cấu hạ tầng kỹ thuật - xã hội Gần tác động biến đổi khí hậu (BĐKH) tồn cầu với hoạt động người, tượng sạt lở diễn hầu hết triền sông, suối -2- dọc theo bờ biển nước ta khu vực Nam Trung Bộ trình xói lở bờ biển, bồi lấp vùng cửa sơng tuyến luồng, bến cảng…diễn với mức độ nghiêm trọng có xu hướng ngày gia tăng, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động phát triển kinh tế - xã hội địa phương Biến đổi hình thái bờ bãi biển chịu tác động chủ yếu yếu tố từ biển cân nguồn bùn cát hoạt động phát triển người dịng sơng vùng cửa sơng ven biển Việc tìm hiểu xu hướng biến đổi hình thái dải ven biển Nam Trung Bộ thay đổi yếu tố sóng biển trình nước biển dâng (NBD) BĐKH, đánh giá mức độ ảnh hưởng chúng để đề xuất định hướng giải pháp ổn định, kiểm soát giảm thiểu tác động xấu đến tự nhiên cần thiết cấp bách góp phần bổ sung sở khoa học cho công tác quản lý sạt lở bờ biển khu vực Nam Trung Bộ Xuất phát từ lý trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu diễn biến hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ điều kiện NBD BĐKH” để thực trình bày Luận án tiến sĩ Mục đích nghiên cứu Tuy biến đổi hình thái vùng ven biển hệ nhiều yếu tố tác động (nội sinh, ngoại sinh, người) mục đích nghiên cứu giới hạn mục tiêu xác định xu hướng diễn biến đường bờ, bãi biển Nam Trung Bộ tác động trực tiếp dịng lượng sóng điều kiện NBD BĐKH, sở đó, đề xuất giải pháp nhằm ổn định hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ phù hợp với điều kiện tự nhiên nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội khu vực nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu giới hạn trường lượng sóng, yếu tố tác động trực tiếp gây biến đổi hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ xem xét xu hướng thay đổi yếu tố tương lai ứng với kịch BĐKH-NBD 3.2 Phạm vi nghiên cứu Vùng bờ bãi biển lân cận cửa sông khu vực Nam Trung Bộ -3- Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận - Cách tiếp cận hệ thống từ tổng thể đến chi tiết Cách tiếp cận xem khu vực nghiên cứu hệ thống thống điều kiện cấu thành hệ thống gồm: khí tượng, khí hậu, biển, đất liền, bùn cát, v.v…, thành phần hệ tương tác có quan hệ ràng buộc, tác động lẫn Các khu vực nghiên cứu chi tiết gắn với dải ven biển Nam Trung Bộ vùng lân cận tổng thể biển Đông, đánh giá chung cho đoạn đường bờ biển phạm vi rộng sau xem xét chi tiết khu vực có phạm vi nhỏ - Cách tiếp cận kế thừa, phát triển kết nghiên cứu trước Kinh nghiệm tri thức giới vấn đề khí hậu tồn cầu, thủy động lực học sơng biển, vận chuyển bùn cát hình thái ven biển, kinh nghiệm giải pháp bảo vệ bờ biển… tảng cho việc thực Luận án Các kết nghiên cứu trước điều kiện tự nhiên, chế độ khí hậu, chế thủy động lực biến đổi hình thái, địa hình, địa chất, địa mạo… khu vực biển Đơng nói chung khu vực ven biển tỉnh Nam Trung Bộ nói riêng kênh tham khảo quan trọng trình thực Luận án Kế thừa kết nghiên cứu nước nguồn liệu địa hình, khí tượng, thủy hải văn đề tài, dự án phục vụ cho thiết lập, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình toán, Luận án sâu giải vấn đề đặt phân bố lượng sóng dọc theo bờ biển thay đổi trình NBD làm sở cho việc đánh giá xu hướng biến đổi hình thái bờ biển Nam Trung Bộ đề xuất định hướng giải pháp giảm thiểu tác động 4.2 Phương pháp nghiên cứu 1) Phương pháp kế thừa: Kế thừa có chọn lọc kiến thức khoa học công nghệ sản phẩm đề tài, dự án, cơng trình nghiên cứu ngồi nước có liên quan đến đến nội dung Luận án Học hỏi kiến thức kinh nghiệm tham vấn ý kiến chuyên gia lĩnh vực cơng trình biển 2) Điều tra khảo sát thực địa: Nhằm thu thập, cập nhật, bổ sung số liệu (khí tượng, thủy hải văn, địa hình, …), tài liệu (báo cáo, đồ) trạng qui hoạch phát triển dân sinh kinh tế, phát triển xây dựng vùng, giao thông thủy, đê biển, -167- +  biến lấy tích phân miền Ai + i chu vi phần tử thứ i ds biến tích phân dọc theo chu vi, + n vector pháp tuyến hướng phần tử Thơng lượng theo phương nằm ngang tính theo công thức xấp xỉ Riemann Roe (xem Roe, 1981) Sơ đồ tích phân khơng gian bậc sử dụng để tính tốn theo cơng thức (8) Đó phương trình làm việc phương pháp thể tích hữu hạn cho mơ hình HD chiều lưới phi cấu trúc Module phổ sóng Module phổ sóng MIKE21 SW tích hợp mơ hình MIKE21/3 Coupled Model FM mơ hình động lực sóng hệ thứ ba, giải lưới phi cấu trúc Chức mơ hình thành, phát triển, phân rã biến đổi sóng gió tác động yếu tố quan trọng Điểm bật MIKE21 SW kết nối với module tính tốn dịng chảy, mực nước, vận chuyển bùn cát xói bồi Sóng biển hình thành tác động tổng hợp đồng thời chế là:  Năng lượng sóng từ miền lân cận truyền đến;  Ma sát áp lực gió chỗ lên mặt nước;  Sự khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ, tán xạ vỡ sóng tương tác sóng địa hình đáy, bờ biển, cửa sông, vịnh, đảo, cơng trình nhân tạo;  Sự tương tác phi tuyến sóng với nhau;  Sự tương tác sóng với dịng chảy dao động mực nước;  Trạng thái sóng biển (đang phát triển, phát triển suy thoái);  Dưới tác dụng chuyển động sóng biển, kết hợp với dịng chảy, địa hình cấu tạo bề mặt đáy bờ biển biến đổi, dẫn đến nhiều hậu khác hệ sinh thái, môi trường, phá vỡ cơng trình nhân tạo…Tiếp theo, biến đổi lại ảnh hưởng lên sóng -168- Học thuyết động lực sóng trọng lực đại mơ tả phương trình vận chuyển mật độ tác động sóng N N biến thiên theo thời gian không gian,  hàm hai tham số: pha sóng, số sóng vector k với độ lớn, k, hướng,  Tham số sóng hướng sóng tần số góc tương đối (nội tại)  2f r hay tần số góc tuyệt đối đến mật độ lượng E( , ) sóng cơng thức: (10) N Đối với ứng dụng quy mô nhỏ phạm vi Luận án, mơ hình phổ sóng thường thiết lập tọa độ phẳng Decartes Trong vùng có độ sâu thay đổi chậm tốc độ dịng chảy nhỏ tần số góc tương đối tần số góc tuyệt đối  có quan hệ phân tán tuyến tính sau:   gk tanh( kd) Trong (11), g gia tốc trọng trường, d độ sâu cột nước U véc tơ vận lớn vận tốc tương đối nhóm sóng Cg so với dịng cho tốc dịng chảy Độ cơng thức: (12)  C g Phương trình bảo tồn mật độ tác động sóng Trong hệ tọa độ Decartes, phương trình bảo tồn mật độ tác động sóng có dạng:  N ( x ,σ,,t) mật độ tác động, t thời gian, x = (x,y) hệ tọa độ Decartes,  v = (cx, cy, cσ, c ) vận tốc lan truyền sóng khơng gian pha bốn chiều x , σ, , S số hạng nguồn phương trình cân mật độ tác động sóng. tốn tử vi phân khơng gian bốn chiều Bốn tốc độ lan truyền đặc trưng sóng cho công thức: -169- (c ,c (14) x (15)  c  (16)  c  Ở đây, s tọa độ trục có hướng hướng sóng m tọa độ vng góc với s. tốn tử vi phân hai chiều khơng gian (x,y) x Nguồn lượng sóng Số hạng nguồn lượng sóng, S, bao gồm tổng đại số nguồn thành phần: S = Sin + Snl + Sds + Sbot + Ssurf (17) Trong đó: + + Sin nguồn lượng sóng từ gió; Snl nguồn chuyển giao lượng sóng tương tác phi tuyến sóng với nhau; + Sds tiêu tán lượng sóng sóng bạc đầu; + Sbot tiêu tán lượng sóng ma sát đáy; + Ssurf tiêu tán lượng sóng sóng vỡ vùng sóng vỗ bờ Tương tác sóng, dịng chảy dao động mực nước Tác động dòng chảy lên sóng thể cơng thức động học (10), (13) thông qua trị số hướng vận tốc dòng chảy Ảnh hưởng dao động mực nước lên sóng thể qua độ sâu cột nước d Đối với vùng nước nơng, ảnh hưởng dịng chảy mực nước lên sóng đáng kể Ảnh hưởng sóng lên dịng chảy thể qua dòng động lượng phát sinh gradient ứng suất xạ sóng vùng biển nơng gồm Sxy, Sxx, Syx, Syy: Sxx = g(ƒu2 -170- (19) Sxy Syy = (20) Trong đó: 2 f pp fu f cos( uv fv Do đó, việc tích hợp mơ hình thủy động lực học phổ sóng để giải đồng thời quan trọng vùng ven biển nước nông, tốn xói bồi Tương tác sóng xói bồi Tác động xói bồi lên sóng thể qua thay đổi địa hình đáy bờ dẫn đến biến dạng yếu tố sóng, ngược lại thơng số sóng yếu tố động lực quan trọng bậc dẫn đến xói bồi Do đó, việc tích hợp mơ hình vận chuyển bùn cát, xói bồi, mơ hình thủy động lực học mơ hình phổ sóng để giải đồng thời, cập nhật liên tục ảnh hưởng qua lại chúng tiếp cận hợp lý vùng biển nước nơng, tốn xói bồi Mơ hình số trị thuật giải Phương pháp thể tích hữu hạn dùng để giải mơ hình phổ sóng lưới tính phi cấu trúc xấp xỉ miền tính tốn khơng gian địa lý (hình học) Mật độ hình học phần tử Trong khơng gian tần số, lưới sai phân dạng lơgarít dùng, đó: σ1 = σmin σl = ƒσσl-1 Δσl = σl+1 - σl-1 l = 2, Nσ (21) -171- ƒσ yếu tố cho trước, σmin mức tối thiểu tần số góc Nσ bước tần số cần rời rạc Trong không gian hướng, lưới sai phân cách sử dụng, đó: m = (m - 1)Δ; Ở Δ m = 2 / N  m = 1, N (22) N số hướng cần rời rạc Đại lượng N xem khoảng sai phân theo tần số hướng: Δσl Δm Tích phân (13) diện tích Ai phần tử thứ i, số gia tần số Δσl số gia Δm , ta nhận phương trình để áp dụng phương pháp thể tích hữu hạn:   (23)  t   Với Ω biến tích phân định nghĩa Ai F = (Fx, Fy, Fσ, F) = v N dòng đối lưu Vế trái (23) xấp xỉ quy tắc cầu phương điểm Sử dụng định lý phân kỳ, vế phải tích phân (23) thay tích phân quanh biên thể tích khơng gian x , σ, tích phân đánh giá cách sử dụng quy tắc cầu phương điểm cạnh phân tử Do đó, (23), viết sau: N  i ,l ,m t (F  )  (F i,l1/ 2,m  ) i,l1/ 2,m  l Ở đây: NE tổng số cạnh phần tử (NE = cho phần tử tam giác) (Fn)p,l,m=(Fxnx+Fyny)p,l,m thông lượng trực giao cạnh p không gian địa lý với chiều dài Δlp n = (nx, ny) véc tơ đơn vị trực giao hướng bên không gian địa lý (Fσ )i,l+1/2,m (F )i,l,m+1/2 thông lượng qua mặt không gian tần số hướng -172- Trong không gian địa lý, thông lượng trực giao cạnh phần tử i phần tử j đại lượng: (25) F n Trong cn tốc độ lan truyền theo hướng trực giao từ phần tử i tới mặt phần tử j (26) c Việc áp dụng sơ đồ ngược gió bậc dẫn đến khuếch tán số (Tolman,1991, 1992) Trong ứng dụng quy mô nhỏ, biển ven bờ ưu gió địa phương, sơ đồ có độ xác chấp nhận Tuy nhiên, trường hợp lan truyền sóng lừng khoảng cách dài, cần sử dụng sơ đồ xấp xỉ bậc cao bậc Hình 1: Điểm phần tử điểm cạnh Điều kiện biên Tại biên bờ đất, điều kiện hấp thụ hoàn tồn áp dụng Các thành phần thơng lượng trực giao với cạnh phần tử bờ đất gán zero (bờ đất di động phát sinh mức nước VNC thay đổi) Khi thông lượng có hướng khỏi vùng tính tốn, khơng cho có điều kiện biên Tại biên mở có thơng lượng vào VNC, cần liệu sóng tới Do đó, phổ lượng phải cho trước đoạn biên mở Trong khơng gian tần số sóng, điều kiện biên là sóng hấp thụ tồn phần Không cần điều kiện biên không gian hướng sóng (điều kiện tuần hồn) -173- Module vận chuyển cát Khác với mơ hình thủy lực phổ sóng, hầu hết mơ hình tốn mơ q trình diễn biến hình thái chưa hồn chỉnh lý thuyết phải sử dụng công thức, hệ số thực nghiệm, đồng thời đòi hỏi nhiều số liệu thực đo để làm đầu vào [20] Trong Luận án, áp dụng cho khu vực ven biển Nam Trung Bộ, tác giả chọn module MIKE21/3 Sand Transport (ST) mơ hình chun nghiệp vận chuyển cát rời dựa nghiên cứu tác giả: Deigaard, R., Freds Øe, J., Hedegaard kết hợp với module thủy lực HD phổ sóng SW MIKE21/3 ST module chuyên tính vận chuyển cát dịng chảy hay tổ hợp dịng chảy sóng Từ vận chuyển cát, mơ hình tính tốn biến đổi địa hình lịng dẫn cho thời đoạn tính tốn khác Đầu mơ hình MIKE21/3 HD MIKE 21 SW đầu vào MIKE21/3 ST Đồng thời, thay đổi địa hình lịng dẫn cập nhật để tính sóng dịng chảy mơ hình tích hợp MIKE21/3 Coupled Model FM Do đó, MIKE21/3 ST lựa chọn phù hợp cho nghiên cứu bồi xói VNC, có cơng trình chỉnh trị, bến cảng Module MIKE 21/3 ST có hai phần chính:  Module vận chuyển cát tác động dòng chảy túy  Module vận chuyển cát tác dụng tổng hợp sóng dòng chảy Việc chọn lựa module để sử dụng quan trọng khía cạnh: (1) Lựa chọn phải phù hợp với thực tế VNC; (2) Vì module sử dụng cơng thức tính tốn sở liệu đầu vào khác nhau, việc lựa chọn dẫn đến quy trình vận hành mơ hình khác nhau, đặc biệt khâu chuẩn bị số liệu để chạy mơ hình MIKE21/3 ST Trong nghiên cứu tác giả chọn Module vận chuyển cát tác dụng tổng hợp sóng dịng chảy Đối với lựa chọn thứ hai (vận chuyển cát tác dụng tổng hợp sóng dịng chảy), mơ hình STP (Sediment Transport Prorgam) Viện Thủy lực Đan Mạch phải sử dụng trước Đây mơ hình vận chuyển cát chiều tác dụng tổng hợp sóng dịng hay chế riêng rẽ, tức khơng trực tiếp giải -174- phương trình tải-tán xạ Kết thực mơ hình STP bảng giá trị dịng vận chuyển cát phủ kín phạm vi mà trình liên quan đến vận chuyển cát xảy VNC Tiếp theo, dựa vào kết tính sóng dịng chảy bảng vận chuyển cát Q3D lập mô hình STP, mơ hình MIKE21/3 ST nội suy dòng vận chuyển cát ứng với trường dòng chảy, độ sâu cột nước trường sóng thời điểm tính tốn xói bồi, làm đầu vào để chạy mơ hình biến đổi lịng dẫn (tính xói bồi) Các đặc điểm STP bao gồm: (1) Có tính đến q trình vật lý ảnh hưởng đến vận chuyển cát như: dịng chảy, sóng, cấu tạo đáy bãi, độ dốc, thành phần hạt, sóng vỡ (2) Thời gian tính tốn nhỏ khơng cần giải tốn biên dạng tổng quát mà phép nội suy giá trị vận chuyển cát từ bảng tính sẵn trước gọi bảng trầm tích Q3D Bảng vận chuyển cát Q3D lập công cụ MIKE21 Toolbox thuộc MIKE Module STP_Q3D công cụ tin học chun nghiệp để tính dịng vận chuyển cát tổng hợp dịng chảy sóng tựa dừng theo hai hướng trực giao: tiếp tuyến đường bờ (Longshore) pháp tuyến đường bờ (Cross-shore) có tính đến chế sau:  Ảnh hưởng tổng hợp dịng chảy sóng;  Góc sóng dịng chảy;  Sự phá vỡ khơng vỡ sóng;  Đáy thủy vực phẳng hay dạn gợn sóng (Ripple);  Cát đồng kích thước hay cát có kích thước phân tán Thuật tốn module STP_Q3D: Dịng vận chuyển cát tổng dòng cát lơ lửng qs dòng di đẩy đáy qb: qt = qb + qs (27) Trong mơ hình STP, qb tính theo cơng thức Engelund Fredsøe (1976), thơng số Shields θ giá trị tức thời Phân bố thẳng đứng cát lơ lửng tính từ phương trình khuếch tán theo phương đứng Fredsøe (1985), bỏ qua số hạng bình lưu Cuối cùng, dịng vận chuyển cát lơ lửng tính theo công thức: -175- qs T T D (uc)dzdt 02d Cơ chế vận chuyển cát hạt thô tương tự cát trung có số điểm khác: - Cát thơ chủ yếu vận chuyển đáy, tầm quan trọng dòng cát lơ lửng xác định qua số Rouse: R (29) Trong đó: ws vận tốc rơi, κ số Karman Uf vận tốc đáy Đại lượng qs cịn có ý nghĩa R< 2.5 Khi R>5, ta bỏ qua qs - Đối với cát thơ, lực qn tính hạt cát quan trọng, đó, mịn cát trung, ta bỏ qua lực - Cuối cùng, bờ cát thơ thường có độ dốc lớn, ảnh hưởng độ dốc đáy lên q trình khởi động hạt di chuyển quan trọng Các thông số chung để ứng dụng STP_Q3D bao gồm: Lưu ý: Số chu kỳ sóng số bước chu kỳ sóng ảnh hưởng lớn đến thời gian tính tốn lập bảng vận chuyển Q3D Các thơng số mở rộng bao gồm: Lưu ý: Có số yếu tố q trình ảnh hưởng đến dịng vận chuyển cát khơng cần đưa vào tính tốn -176- Chọn lý thuyết sóng thơng số liên quan đến sóng vỡ: Chọn giới hạn trị số thơng số dịng chảy, sóng, tính chất cát: Kết bảng số liệu cần nạp vào chạy mơ hình MIKE21/3 ST Thơng thường cho vùng nghiên cứu có bảng riêng Ứng với phương pháp tính vận chuyển cát chọn, phương án tính tốn diễn biến lịng dẫn có khác Đối với lựa chọn thứ hai, hiệu ứng tổng cộng sóng dịng chảy tính đến, nhiên hiệu ứng chảy vòng bị bỏ qua Như vậy, quy trình ứng dụng mơ hình MIKE21/3 ST phức tạp có nhiều vấn đề cần xử lý có tính chủ quan, phụ thuộc lớn vào kinh nghiệm kiến thức người sử dụng Các điểm nhấn bao gồm: - Chọn thuật tốn hợp lý cho VNC; - Phải có số liệu tin cậy dịng chảy sóng (nếu cần); - Có số liệu tin cậy hợp lý địa hình lịng dẫn tính chất lý cát VNC lân cận; - Nếu tính vận chuyển cát biển chịu tác động đồng thời sóng dịng chảy, cơng việc quan trọng tạo bảng tốc độ tải cát Q3D hợp lý, phủ -177- kín tổ hợp xẩy VNC Lưu ý: Nếu giá trị thơng số tính tốn nằm ngồi giới hạn có bảng Q3D, phép tính dịng bùn cát khơng thực hiện; Module MIKE21/3 ST tích hợp vào mơ hình MIK21/3 Coupled FM Model hệ thống khẳng định kết nghiên cứu thực nghiệm công phu tốn lý thuyết tượng vận chuyển cát xói bồi kèm theo Tuy nhiên, mơ hình với nhiều thơng số thực nghiệm, MIKE21/3 ST mơ hình bán kinh nghiệm ... đến hình thái cục vùng ven biển Hình 1.13: Hướng nghiên cứu ảnh hưởng NBD đến hình thái vùng ven biển Nghiên cứu liên quan thực Việt Nam Nam Trung Bộ Ở Việt Nam, nghiên cứu hình thái vùng ven biển. .. CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ Cơ sở lý thuyết diễn biến hình thái vùng ven biển Biến động vùng ven biển (gồm xói lở bồi tụ) q trình... từ biển lượng sóng xu biến đổi của tác động trình NBD BĐKH Nghiên cứu giới ảnh hưởng NBD đến diễn biến hình thái vùng ven biển Nhiều nghiên cứu ảnh hưởng NBD đến diễn biến hình thái vùng ven biển