Đánh giá suất vận chuyển trầm tích dưới tác động tổng cộng của dòng chảy và sóng bằng mô hình số trị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Trang ĐÁNH GIÁ SUẤT VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH DƢỚI TÁC ĐỘNG TỔNG CỘNG CỦA DỊNG CHẢY VÀ SĨNG BẰNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội- 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Trang ĐÁNH GIÁ SUẤT VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH DƢỚI TÁC ĐỘNG TỔNG CỘNG CỦA DỊNG CHẢY VÀ SĨNG BẰNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ Chun ngành: Hải dƣơng học Mã số: 8440228.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán hƣớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Minh Huấn Lời cám ơn Bài luận văn đƣợc hoàn thành dƣới hƣớng dẫn trực tiếp PGS.TS Nguyễn Minh Huấn Bên cạnh cịn có đóng góp ý kiến q báu thầy, cô môn Hải dƣơng học - Khoa Khí tƣợng Thủy văn Hải dƣơng học Trƣớc tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc PGS.TS.Nguyễn Minh Huấn- ngƣời trực tiếp dạy, giúp em hoàn thành tốt luận văn Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn Dự án“Điều tra, đánh giá xâm thực bãi tắm Cửa Tùng tỉnh Quảng Trị”, năm 2010 PGS.TS Nguyễn Thọ Sáo chủ trì hỗ trợ số liệu phục vụ tính tốn, mơ đề tài nghiên cứu luận văn Cuối em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè động viên, tạo điều kiện giúp em hoàn thành luận văn cách tốt Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Trang DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ tả lƣới tính tốn Error! Bookmark not defined Hình 1.2 Mối liên hệ mơ đun .Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Vùng nghiên cứu (a) khu vực biển Cửa Tùng [4] Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Dao động mực nƣớc vùng biển Cửa Tùng, Quảng Trị Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Hoa sóng điểm ngồi khơi Cửa Tùng từ năm 1979- 2017 .Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Vị trí cầu, cảng cá kè ảnh Google Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Xói lở khu vực Cửa Tùng [4] Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Sơ đồ cơng trình khu vực nghiên cứu lƣới tính Error! Bookmark not defined [Nguồn: Google Earth] .Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Lƣới tính lan truyền sóng thiết lập điều kiện biên sóng Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Vị trí trạm đo K1 K2 Error! Bookmark not defined [Nguồn: Google Earth] .Error! Bookmark not defined Hình Đồ thị so sánh mực nƣớc tính tốn thực đo (4/2010) trạm đo K2 Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Đồ thị so sánh vận tốc dịng chảy tính tốn thực đo (4/2010) Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Đồ thị so sánh hƣớng dịng chảy tính tốn thực đo (4/2010) trạm đo K2 Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Đồ thị so sánh độ cao sóng (Hs) tính tốn thực đo (4/2010) trạm đo K1 Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Đồ thị so sánh chu kỳ sóng tính tốn thực đo (4/2010) trạm đo K1 .Error! Bookmark not defined Hình Đồ thị so sánh hƣớng sóng tính tốn thực đo (4/2010) trạm đo K1 Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Trƣờng sóng NE theo KB1 .Error! Bookmark not defined Hình 3.11 Trƣờng sóng NE theo KB2 .Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Trƣờng sóng NE theo KB3 .Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Trƣờng sóng E theo KB1 Error! Bookmark not defined Hình 3.14 Trƣờng sóng E theo KB2 Error! Bookmark not defined Hình 3.15 Trƣờng sóng E theo KB3 Error! Bookmark not defined Hình 3.16 Trƣờng sóng SE theo KB1 .Error! Bookmark not defined Hình 3.17 Trƣờng sóng SE theo KB2 .Error! Bookmark not defined Hình 3.18 Trƣờng sóng SE theo KB3 .Error! Bookmark not defined Hình 3.19 Trƣờng dòng chảy pha triều xuống (a) pha triều lên (b) theo KB1 Error! Bookmark not defined Hình 3.20 Trƣờng dịng chảy -sóng (NE) theo KB1 Error! Bookmark not defined Hình 3.21 Trƣờng dịng chảy-sóng (NE) theo KB2 Error! Bookmark not defined Hình 3.22 Trƣờng dịng chảy-sóng (NE) theo KB3 Error! Bookmark not defined Hình 3.23 Trƣờng dịng chảy-sóng (E) theo KB1Error! Bookmark not defined Hình 3.24 Trƣờng dịng chảy-sóng (E) theo KB2Error! Bookmark not defined Hình 3.25 Trƣờng dịng chảy-sóng (E) theo KB3Error! Bookmark not defined Hình 3.26 Trƣờng dịng chảy - sóng (SE) theo KB1 Error! Bookmark not defined Hình 3.27 Trƣờng dịng chảy -sóng (SE) theo KB2 Error! Bookmark not defined Hình 3.28 Trƣờng dịng chảy - sóng (SE) theo KB3 Error! Bookmark not defined Hình 3.29 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng NE (KB1) .Error! Bookmark not defined Hình 3.30 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng NE (KB2) .Error! Bookmark not defined Hình 3.31 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng NE (KB3) .Error! Bookmark not defined Hình 3.32 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng E (KB1) Error! Bookmark not defined Hình 3.33 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng E (KB2) Error! Bookmark not defined Hình 3.34 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng E (KB3) Error! Bookmark not defined Hình 3.35 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng SE (KB1) Error! Bookmark not defined Hình 3.36 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng SE (KB2) Error! Bookmark not defined Hình 3.37 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng SE (KB3) Error! Bookmark not defined Hình 3.38: Vị trí mặt cắt tính suất vận chuyển trầm tích Error! Bookmark not defined Hình 3.39: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC1 trƣờng sóng NE Error! Bookmark not defined Hình 3.40: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC2 trƣờng sóng NE Error! Bookmark not defined Hình 3.41: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC3 trƣờng sóng NE Error! Bookmark not defined Hình 3.42: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC4 trƣờng sóng NE Error! Bookmark not defined Hình 3.43: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC5 trƣờng sóng NE Error! Bookmark not defined Hình 3.44: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC1 trƣờng sóng SE .Error! Bookmark not defined Hình 3.45: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC2 trƣờng sóng SE .Error! Bookmark not defined Hình 3.46: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC3 trƣờng sóng SE .Error! Bookmark not defined Hình 3.47: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC4 trƣờng sóng SE .Error! Bookmark not defined Hình 3.48: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC5 trƣờng sóng SE .Error! Bookmark not defined Mục lục Lời cám ơn MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1.1 Sóng biển 1.1.2 Dòng chảy 1.1.3 Vận chuyển trầm tích tổng cộng sóng kết hợp với dịng chảy .3 1.2 Sơ lƣợc phƣơng pháp tính suất vận chuyển trầm tích 1.2.1 Phƣơng pháp điều tra, khảo sát 1.2.2 Phƣơng pháp thống kê 1.2.3 Phƣơng pháp mơ hình vật lý 1.2.4 Phƣơng pháp mơ hình số trị 1.3 Lựa chọn mơ hình 1.4 Giới thiệu modun hệ thống mơ hình MIKE 1.4.1 Mơ hình tính thủy lực MIKE 21 HD-FM 1.4.2 Mơ hình tính sóng MIKE 21SW 11 1.4.3 Mơ hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21ST 16 CHƢƠNG II: GIỚI THIỆU KHU VỰC ÁP DỤNG TÍNH TỐN SUẤT VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH: VÙNG BIỂN CỬA TÙNG - QUẢNG TRỊ 20 2.1 Điều kiện tự nhiên 20 2.1.1 Vị trí địa lý 20 2.1.2 Đặc điểm khí tƣợng 20 2.1.3 Đặc điểm thủy, hải văn 21 2.2 Hiện trạng bồi tụ xói lở 23 CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 21 TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH THỦY ĐỘNG LỰC VÀ SUẤT VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH 26 3.1 Thiết lập mơ hình 26 3.1.1 Nguồn số liệu địa hình, miền tính lƣới tính 26 3.1.2 Điều kiện biên 27 3.1.3 Kịch tính tốn 28 3.2 Hiệu chỉnh mô hình 28 3.2.1 Hiệu chỉnh mơ hình dịng chảy 28 3.2.2 Hiệu chỉnh mơ hình sóng 30 3.3 Kết tính tốn 32 3.3.1 Kết tính tốn trƣờng sóng 32 3.3.2 Kết trƣờng dòng chảy 34 3.3.3 Kết vận chuyển trầm tích 38 3.4 Đánh giá suất vận chuyển trầm tích tổng cộng 41 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 MỞ ĐẦU Nghiên cứu thủy động lực, vận chuyển trầm tích bồi xói lĩnh vực nghiên cứu khoa học quan trọng Trong thực tế, trình vận chuyển trầm tích diễn dƣới tác động sóng dịng chảy gây bồi tụ, xói lở bờ bãi, ảnh hƣởng tiêu cực đến hoạt động kinh tế xã hội vùng ven biển Nhiều giải pháp quản lý, kỹ thuật khác đƣợc xây dựng nhằm giải vấn đề mơ hình số trị cơng cụ quan trọng hữu ích việc xây dựng giải pháp Bãi biển Cửa Tùng, tỉnh Quảng Trị nằm vị trí địa lý phức tạp, chịu ảnh hƣởng điều kiện địa lý tự nhiên nhƣ: sóng biển, thủy triều, nƣớc dâng, dịng bùn cát, dịng chảy sơng với q trình biến đổi khí hậu tồn cầu hoạt động kinh tế xã hội diễn mạnh mẽ khu vực Đây khu vực đặc thù, thể đầy đủ tác động ảnh hƣởng đến bãi biển, bờ biển Từng bãi tắm đẹp Việt Nam nhiên năm gần đây, bãi tắm Cửa Tùng ngày bị thu hẹp không gian xâm thực quy mô lẫn cƣờng độ, dẫn tới tổn thất kinh tế, đặc biệt du lịch Trong chiến lƣợc phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Trị, du lịch đƣợc xem nhƣ mũi nhọn việc khôi phục bãi biển Cửa Tùng nhiệm vụ cấp bách Có nhiều nguyên nhân gây biến đổi địa mạo khu vực Cửa Tùng, việc xây dựng cơng trình rõ rệt cần đƣợc nghiên cứu Trong nội dung luận văn, học viên thực tính tốn suất vận chuyển cát biển dƣới tác động tổng cộng dòng chảy - sóng khu vực Cửa Tùng tỉnh Quảng Trị mơ hình số trị MIKE 21 Nội dung luận văn bao gồm: Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chƣơng 2: GIỚI THIỆU KHU VỰC ÁP DỤNG TÍNH TỐN SUẤT VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH: VÙNG BIỂN CỬA TÙNG - QUẢNG TRỊ Chƣơng 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 21 TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH THỦY ĐỘNG LỰC VÀ SUẤT VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH Kết luận Tài liệu tham khảo CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Suất vận chuyển trầm tích đại lƣợng có ý nghĩa quan trọng cần xác định toán động lực hình thái khu vực ven bờ liên quan đến cơng trình biển Suất vận chuyển thể tích khối hạt trầm tích ( ) dịch chuyển đơn vị thời gian (s) đơn vị độ dài (m), thƣờng đƣợc kí hiệu ( /s/m) Suất vận chuyển trầm tích tổng cộng tổng suất vận chuyển dòng di đáy dòng lơ lửng, xét đến tác động sóng dịng chảy [1] Tổng quan trình động lực vận chuyển bùn cát Động lực bờ biển trình tƣơng tác qua lại bờ biển yếu tố thủy động lực Thực tế bờ biển biến đổi liên tục dƣới tác động sóng dịng chảy nhiều quy mô không gian thời gian khác Ví dụ, bờ biển chịu tác động sóng đơn làm bùn cát ven bờ lơ lửng nƣớc dịng chảy sóng sinh vận chuyển lƣợng bùn cát phía hạ lƣu dịng chảy dọc bờ Q trình tác động sóng đơn diễn vịng vài giây có phạm vi tác động dải sóng vỡ mà thơi Nhƣng q trình diễn liên tục nhiều ngày nhiều năm, gây tƣợng xói lở bờ biển kéo dài vùng rộng vài trăm mét đến hàng chục kilơmét Q trình xói lở bãi biển, xói lở chân đụn cát ảnh hƣởng bão lại xảy vài giờ, ngày Do ảnh hƣởng sóng bão nƣớc dâng bão, đƣờng bờ thay đổi nhanh chóng nhƣng q trình tự khơi phục lại bãi biển sau diễn vài tháng mùa Hiện tƣợng xói lở bồi tụ liên tục thời gian nhiều tháng, nhiều năm dẫn tới đƣờng bờ bị suy thoái phát triển Theo Dean Dalrymple (2004), vòng 50 năm trở lại đây, kỹ thuật bờ biển trở thành ngành khoa học hoàn chỉnh với nghiên cứu chuyên sâu với mục tiêu nắm bắt đƣợc quy luật trình diễn biến bờ biển phát triển chiến lƣợc ứng phó có hiệu tƣợng xói lở bờ biển Với tiếp cận nghiên cứu ngày cụ thể sâu sắc hơn, vấn đề trình diễn biến bờ biển đƣợc hiểu biết cách tƣơng đối toàn diện hiệu bao gồm: khả phân tích, tổng hợp q trình diễn tự nhiên nhƣ lực diễn giải, giải thích tƣợng phức tạp; đơi tồn mâu thuẫn cứ, chứng kinh nghiệm đạt đƣợc từ nghiên Hình 3.16 Trường sóng SE KB1 Hình 3.17 Trường sóng SE KB2 Hình 3.18 Trường sóng SE KB3 3.3.2 Kết trường dòng chảy Trƣờng dòng chảy đƣợc tính tốn theo trƣờng hợp khơng xét tới tác động gió sóng xét tới tác động sóng theo ba kịch Khi không xét tới tác động sóng, dịng chảy triều có tốc độ nhỏ Thời gian triều lên ngắn thời gian triều xuống, khu vực cửa sơng vận tốc dịng trung bình pha triều lên (0,11 m/s) lớn vận tốc dòng trung bình pha triều xuống (0,075 m/s) (a) (b) Hình 3.19 Trường dịng chảy pha triều xuống (a) pha triều lên (b) KB1 Khi xét tác động sóng, vận tốc dịng chảy lớn nhiều Trong trƣờng sóng NE, dịng chảy có hƣớng chủ đạo từ Bắc xuống Nam Vận tốc dòng chảy lớn, đạt cực đại khu vực mũi Si (0,66 m/s) đầu kè Sự xuất kè phía bắc kè phía Nam có tác động ngăn dịng chảy sóng dọc bờ từ phía Bắc xuống, tạo xốy cục trƣớc cửa sơng sát chân kè phía Nam Tuy nhiên, tốc độ dịng chảy trƣờng sóng NE tƣơng đối lớn, kết hợp với dịng sơng đổ mùa lũ nên dòng chảy dọc bờ tiếp tục vƣợt qua đầu kè xuống bờ phía Nam Cửa Tùng Hình 3.20 Trường dịng chảy -sóng (NE) KB1 Hình 3.21 Trường dịng chảy-sóng (NE) KB2 Hình 3.22 Trường dịng chảy-sóng (NE) KB3 Hình 3.23 Trường dịng chảy-sóng (E) KB1 Hình 3.24 Trường dịng chảy-sóng (E) KB2 Hình 3.25 Trường dịng chảy-sóng (E) KB3 Hình 3.26 Trường dịng chảy - sóng (SE) KB1 Hình 3.27 Trường dịng chảy -sóng (SE) KB2 Hình 3.28 Trường dịng chảy - sóng (SE) KB3 Trong trƣờng sóng Đơng, dịng chảy có hƣớng từ Nam lên Bắc, mũi Si tồn xốy cục hình thành nên dòng tách bờ Vận tốc dòng chảy lớn khu vực sát bờ, đầu kè, đạt cực đại xấp xỉ 0,45 m/s Khi khơng có xuất cơng trình kè, dịng chảy sóng ven bờ từ phía Nam lên trực tiếp đổ vào phía nam cửa sông, phần tiếp tục di chuyển lên khu vực phía nam bãi tắm Tuy nhiên theo kết mơ KB1 KB3 nhận thấy dịng chảy sóng ven bờ trƣờng sóng E chịu ảnh hƣởng lớn kè phía Nam, hƣớng vận tốc dịng bị thay đổi đáng kể Dịng chảy từ phía Nam lên vịng qua đầu kè phía nam sau bị chặn lại khu vực phía bắc Cửa Tùng, sát chân kè phía Bắc Trong đó, ảnh hƣởng kè phía bắc đến đến trƣờng dịng chảy trƣờng hợp khơng đáng kể Trong trƣờng sóng SE, hƣớng dòng chảy chủ đạo hƣớng Bắc, tốc độ dịng trung bình nhỏ trƣờng hợp trƣờng sóng có hƣớng NE, nhiên lại lớn điều kiện trƣờng sóng E Trƣờng dịng chảy sóng SE chịu ảnh hƣởng rõ rệt cơng trình kè phía Nam Kết mô theo KB1 KB3 nhận thấy, dịng chảy ven bờ từ phía Nam lên gặp dịng chảy sơng đổ tạo nên dịng có hƣớng biển khu vực đầu kè Vận tốc dòng giảm đáng kể khu vực chân kè phía Nam, nguyên nhân gây nên tƣợng bồi lấp khu vực 3.3.3 Kết vận chuyển trầm tích Trong điều kiện hƣớng sóng NE, dịng chảy sóng tạo có vận tốc tƣơng đối lớn (0,5-0,6 m/s) Dịng trầm tích đƣợc vận chuyển theo hƣớng Bắc- Nam ép sát bờ bãi tắm phía sau mũi Si gây xói nhƣng giảm dần phía cửa sơng Dƣới tác động phản xạ, khúc xạ sóng khu vực phía trƣớc Cửa Tùng xuất xoáy cục bộ, nguồn bùn cát đƣợc vận chuyển từ bãi tắm xuống phần bị giữ lại khu vực gây nên tƣợng bồi lắng Phần cịn lại dịng trầm tích kết hợp dịng sơng đổ tiếp tục đƣợc vận chuyển qua đầu kè phía Nam xuống khu vực bãi dài phía Nam sơng Bến Hải Ngồi ra, trƣờng sóng NE cịn nhận thấy khu vực đầu kè phía Nam có tƣợng xói lở tác động trực tiếp sóng Trong trƣờng sóng E, sóng có xu hƣớng hội tụ khu vực trung tâm bãi tắm, hình thành nên dịng chảy kéo trầm tích xa bờ Khi có tồn cơng trình kè (KB1 KB3), đặc biệt có mặt kè phía Nam dẫn đến phần lớn lƣợng trầm tích hƣớng Nam - Bắc bị giữ lại sát chân kè, hạn chế nguồn trầm tích tiếp cận tới khu vực cửa sông bãi tắm Tuy nhiên, trƣờng sóng E kết hợp pha triều lên, phần nhỏ trầm tích từ phía Nam lên đƣợc đẩy qua đầu kè phía Nam lắng đọng khu vực cửa sơng sát chân kè phía Bắc Trong điều kiện sóng hƣớng SE, dịng trầm tích dọc bờ có hƣớng Nam-Bắc tƣơng tự nhƣ trƣờng sóng E Trong trƣờng hợp khơng có tồn cơng trình kè (KB2), dịng trầm tích từ phía Nam trực tiếp đƣợc vận chuyển tới khu vực cửa sông, phần lƣợng trầm tích sơng đƣợc đƣa lên khu vực bãi tắm Cửa Tùng, nhiên lƣợng trầm tích khơng đáng kể lƣu lƣợng sông Bến Hải mùa kiệt tƣơng đối nhỏ Trái lại, xét tới điều kiện trạng với tồn hai kè, tính chất dịng vận chuyển trầm tích thay đổi hồn tồn Phần lớn dịng trầm tích bị giữ lại sát chân kè phía N am, lƣợng nhỏ theo dịng chảy sóng dịch chuyển theo hƣớng xa bờ (tại khu vực đầu kè) Nguồn trầm tích đƣợc vận chuyển lên khu vực bãi tắm trƣờng sóng SE nhỏ Hình 3.29 Vận chuyển tổng cộng trường sóng NE (KB1) Hình 3.30 Vận chuyển tổng cộng trường sóng NE (KB2) Hình 3.31 Vận chuyển tổng cộng trường sóng NE (KB3) Hình 3.32 Vận chuyển tổng cộng trường sóng E (KB1) Hình 3.33 Vận chuyển tổng cộng trường sóng E (KB2) Hình 3.34 Vận chuyển tổng cộng trường sóng E (KB3) Hình 3.35 Vận chuyển tổng cộng trường sóng SE (KB1) Hình 3.36 Vận chuyển tổng cộng trường sóng SE (KB2) Hình 3.37 Vận chuyển tổng cộng trường sóng SE (KB3) Dựa kết mô theo kịch lý giải đƣợc cân cán cân vận chuyển trầm tích tác động lớn trƣờng sóng nhƣ xuất cơng trình kè phía Nam Cửa Tùng Trong trƣờng sóng NE, với tốc độ dịng chảy lớn, nguồn trầm tích khu vực bãi tắm dịch chuyển xuống phía Nam gây tƣợng bồi lắng khu vực cửa sơng Trong trƣờng sóng E SE, che chắn cơng trình kè, đặc biệt kè phía Nam, giữ lại phần lớn lƣợng trầm tích từ phía Nam lên, hạn chế bổ sung gây thiếu hụt bùn cát cho khu vực bãi tắm Đây nguyên nhân dẫn đến tình trạng bãi tắm ngày bị thu hẹp 3.4 Đánh giá suất vận chuyển trầm tích tổng cộng Trong nghiên cứu suất vận chuyển trầm tích có hai phƣơng pháp đƣợc sử dụng phƣơng pháp điều tra, khảo sát phƣơng pháp mơ hình hóa Trong luận văn này, phƣơng pháp mơ hình số trị đƣợc áp dụng để mô trƣờng vận chuyển trầm tích tổng cộng, sau tính tốn đánh giá suất vận chuyển thơng qua việc trích xuất số liệu mặt cắt đặc trƣng khu vực nghiên cứu Vị trí mặt cắt (MC) trích xuất suất vận chuyển trầm tích đƣợc thể hình 3.38 Kết tính suất vận chuyển trầm tích từ MC1, MC2, MC3 nhằm đánh giá lƣợng vận chuyển trầm tích khu vực bãi tắm; MC4 MC5 đánh giá suất vận chuyển trầm tích qua vị trí hai đầu kè Hình 3.38: Vị trí mặt cắt tính suất vận chuyển trầm tích Suất vận chuyển trầm tích đƣợc tính tốn mặt cắt thời đoạn trƣờng sóng đặc trƣng: sóng NE (1/12/2017- 31/12/2017); sóng E (1/5/201731/5/2017) sóng SE (1/6/2017- 30/6/2017) Theo quy ƣớc hƣớng vận chuyển trầm tích, đƣờng bờ bãi biển Cửa Tùng, xét theo phƣơng dọc bờ hƣớng dƣơng hƣớng trầm tích từ Nam lên Bắc, xét theo phƣơng ngang bờ hƣớng dƣơng hƣớng trầm tích từ bờ khơi ngƣợc lại Tại MC1, MC2 trƣờng sóng NE, trầm tích có xu hƣớng từ ngồi khơi vào bờ theo phƣơng vng góc với bờ từ Bắc xuống Nam theo phƣơng dọc bờ Trong đó, MC3 khoảng 300 m sát bờ, suất vận chuyển trầm tích ngang bờ có hƣớng từ bờ khơi, 400 m lại mặt cắt ngƣợc lại; suất vận chuyển trầm tích dọc bờ giữ nguyên xu hƣớng nhƣ MC1, MC2 nhƣng độ lớn giảm (b) (a) Hình 3.39: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC1 trường sóng NE (a) (b) Hình 3.40: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC2 trường sóng NE (a) (b) Hình 3.41: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC3 trường sóng NE Nhƣ vậy, thời đoạn sóng NE tính tốn từ 1h ngày 1/12/2017 đến 1h ngày 31/12/2017, tổng lƣợng trầm tích vào khu vực bãi tắm 50,4 vịng tháng tính tốn, tổng lƣợng trầm tích khỏi khu vực 32,4 (tại MC3), lƣợng vận chuyển trầm tích dọc bờ chiếm ƣu Tại MC4, MC5 trƣờng sóng NE, trầm tích có xu hƣớng chung từ bờ khơi theo phƣơng ngang bờ, gây xói khu vực đầu kè; trầm tích dọc bờ có hƣớng từ Bắc xuống Nam Trong khoảng 50 m kè phía bắc, xuất dịng trầm tích dọc bờ từ phía nam lên, ngun nhân xốy cục xuất khu vực Tại MC5, vận chuyển trầm tích ngang bờ chủ yếu qua 100 m sát bờ Nhìn chung, xu vận chuyển ngang bờ dọc bờ MC4, MC5 gần nhƣ tƣơng tự MC1, MC2 MC3 có chênh lệch độ lớn (a) (b) Hình 3.42: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC4 trường sóng NE (b) (a) Hình 3.43: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC5 trường sóng NE Trong trƣờng sóng E SE, xu hƣớng chung trầm tích ngang bờ MC1, MC2, MC3 từ khơi vào bờ Vận chuyển trầm tích dọc bờ MC2 MC3 có xu tƣơng tự nhau, dịng trầm tích có hƣớng từ Nam lên Bắc phần lớn dịch chuyển qua 100 m mặt cắt sát bờ Trái ngƣợc lại, MC1 khoảng 100 m mặt cắt sát bờ, dòng vận chuyển hƣớng từ Bắc xuống Nam lại chiếm ƣu thế, nguyên nhân chịu ảnh hƣởng xoáy cục xuất khu vực mũi Si Tổng lƣợng trầm tích vào khu vực bãi tắm Cửa Tùng thời đoạn sóng E (1/5/2017-31/5/2017) sóng SE (1/6/2017- 30/6/2017) tính tốn lần lƣợt 5,8 , 6,4 , giá trị nhỏ nhiều lƣợng trầm tích khỏi bãi tắm thời đoạn sóng NE qua MC3 (32,4 ) Sự cân cán cân vận chuyển trầm tích phần lý giải đƣợc trạng khu vực bãi tắm Cửa Tùng ngày bị thu hẹp (a) (b) Hình 3.44: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC1 trường sóng SE (a) (b) Hình 3.45: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC2 trường sóng SE (a) (b) Hình 3.46: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC3 trường sóng SE Tại MC4,5 trƣờng sóng SE E dịng vận chuyển ngang bờ có hƣớng từ khơi vào bờ, dịng vận chuyển dọc hƣớng từ Nam lên Bắc chiếm ƣu nhiên lƣợng vận chuyển tƣơng đối nhỏ phần lớn dịng trầm tích hƣớng Nam- Bắc bị chặn lại khu vực chân kè phía nam tác động che chắn kè Tổng lƣợng trầm tích dọc bờ vận chuyển qua MC4, MC5 đạt lần lƣợt 8,4 10,1 (a) (b) Hình 3.47: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC4 trường sóng SE (a) (b) Hình 3.48: Suất vận chuyển ngang bờ (a) dọc bờ (b) MC5 trường sóng SE Thống kê kết tính tốn giá trị tổng lƣợng vận chuyển trầm tích tƣơng ứng với thời đoạn qua mặt cắt thể bảng 3.3 Bảng 3.3 Tổng thể tích bùn cát vận chuyển thời đoạn qua mặt cắt Tổng lƣợng vận chuyển trầm tích ngang bờ (N) dọc bờ (D) qua mặt cắt ( MC1 MC2 MC3 MC4 MC5 MC6 N D N D N D N D N D N D Thời đoạn sóng NE -23,2 -50,4 Thời đoạn sóng E -3,6 Thời đoạn sóng SE -3,2 -24,8 -44,1 6,8 -32,4 5,6 -29,2 10,4 -27,2 11,6 -21,6 1,2 -4,8 6,1 -7,6 5,8 -1,6 3,2 0,4 4,9 -0,28 7,2 3,6 -5,2 7,2 -5,6 6,4 -0,8 5,2 -1,6 5,2 -0,4 7,6 Kết tính tổng lƣợng vận chuyển trầm tích cho thấy, khu vực biển Cửa Tùng vận chuyển dọc bờ chủ yếu Trong mùa đơng với trƣờng sóng Đơng Bắc chiếm ƣu thế, lƣợng trầm tích vận chuyển theo hƣớng từ bắc xuống Nam qua mặt cắt tƣơng đối lớn, đặc biệt MC1, MC2 MC3 Do ảnh hƣởng cơng trình kè, lƣợng trầm tích đƣợc vận chuyển giảm dần phía cửa sơng khu vực phía nam sông Bến Hải Ngƣợc lại, mùa hè với trƣờng sóng Đơng Đơng Nam chủ đạo, hƣớng dịng vận chuyển có hƣớng từ Nam lên Bắc, nhiên giá trị nhỏ thời đoạn mùa đông Qua kết tính suất vận chuyển trầm tích qua mặt cắt đặc trƣng đánh giá định lƣợng lƣợng trầm tích vận chuyển ngang bờ dọc bờ, giúp lý giải đƣợc cân cán cân vận chuyển trầm tích tồn khu vực nghiên cứu Bên cạnh cho thấy xuất kè phía Nam gây tác động rõ rệt đến đặc trƣng sóng, dịng chảy vận chuyển trầm tích khu vực bờ bắc bờ nam Cửa Tùng, đặc biệt trƣờng sóng SE Trong ảnh hƣởng kè phía Bắc tới chế độ động lực khu vực không đáng kể KẾT LUẬN Dựa việc tìm hiểu chế vận chuyển trầm tích dƣới tác động tổng cộng sóng dịng chảy phƣơng pháp nghiên cứu, luận văn lựa chọn ứng dụng thành công phần mềm MIKE 21 bao gồm mô đun MIKE 21HDFM, MIKE 21 SW MIKE 21 Coupled Model FM tính tốn suất vận chuyển trầm tích cho vùng biển Cửa Tùng- Quảng Trị Kết mô suất vận chuyển trầm tích chế độ thủy động lực sóng-dịng chảy kết hợp với kịch (Kịch 1- KB1: có xuất kè phía Nam; Kịch 2- KB2: cửa sơng tự nhiên khơng có xuất kè; Kịch 3- KB3: có xuất kè phía nam kè phía Bắc) đánh giá tác động cơng trình Kết định lƣợng suất vận chuyển trầm tích qua mặt cắt tháng tính tốn giải thích đƣợc trạng bồi lấp khu vực cửa sông nhƣ thu hẹp độ rộng bãi ngày nghiêm trọng bãi tắm Cửa Tùng Việc xây dựng phân tích kết theo kịch tính tốn có ý nghĩa định hƣớng đánh giá giải pháp chỉnh trị khu vực biển Cửa Tùng, Quảng Trị Để khắc phục trạng thu hẹp bãi tắm bên cạnh biện pháp có áp dụng cần xem xét biện pháp cơng trình đê chắn sóng ngồi khơi nhằm giảm mát trầm tích dƣới tác động sóng, đặc biệt trƣờng sóng NE Do số liệu khảo sát, đo đạc khu vực hạn chế nên nghiên cứu chƣa thể sâu phân tích chi tiết định lƣợng q trình vận chuyển trầm tích Mặc dù vậy, kết có đƣợc đảm bảo độ tin cậy có ý nghĩa tham khảo cho nghiên cứu toán động lực nhƣ đánh giá định hƣớng cho giải pháp cơng trình khu vực TÀI LIỆU THAM KHẢO Dƣơng Ngọc Tiến Phân tích xu q trình vận chuyển trầm tích biến đổi đường bờ, đáy khu vực cửa sơng Đáy mơ hình MIKE, 2012; Nguyễn Thọ Sáo Động lực học cát biển, 2004; Trần Anh Tú Đánh giá đặc trưng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng, 2012; “Điều tra đánh giá xâm thực bãi tắm Cửa Tùng tỉnh Quảng Trị” Dự án Trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên Sở Tài nguyên Môi trƣờng Quảng Trị, 2009-2010 Nguyễn Thọ Sáo (Chủ nhiệm); Trần Thanh Tùng, Lê Đức Dũng Nghiên cứu chế độ thủy động lực, vận chuyển bùn cát đánh giá hiệu giải pháp nuôi bãi khu vực bãi biển Cửa Tùng, Quảng Trị Tạp chí Khoa học Thủy lợi Môi trƣờng, số 41 (6/2013); Trần Thanh Xuân Đặc điểm thủy văn nguồn nước sông Việt Nam NXB Nông Nghiệp, 2007; Tài liệu Tiếng Anh European Centre for https://www.ecmwf.int/; Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF): National Oceanic and Atmospheric Administration: ftp://polar.ncep.noaa.gov/pub/history/waves; DHI “MIKE21 User’s Mannual” Denmark, 2012; 10 Eva-Lena Eriksson, Madeleine Hjertstrand Persson, 2014: Sediment transport and coastal evolution at Thuan An inlet, VietNam VATTEN Journal of Water Management and Research 70:169 -179 Lund 2014; 11 Nguyen Manh Hung, 2003: Longshore sediment transport computation for Hai Hau beach- Nam Dinh province Vietnam Journal of Mechanics, NCST of Vietnam Vol 25, 2003, No (39 - 48) ... HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Trang ĐÁNH GIÁ SUẤT VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH DƢỚI TÁC ĐỘNG TỔNG CỘNG CỦA DỊNG CHẢY VÀ SĨNG BẰNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ Chun ngành: Hải dƣơng học Mã số: 8440228.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ... trƣờng sóng dịng chảy Ngồi ra, module MIKE 21/3 FM Couple đƣợc sử dụng mô tƣơng tác thủy động lực, vận chuyển trầm tích dƣới tác động tổng cộng sóng - dịng chảy áp dụng tính tốn suất vận chuyển trầm. .. defined Hình 3.34 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng E (KB3) Error! Bookmark not defined Hình 3.35 Vận chuyển tổng cộng trƣờng sóng SE (KB1) Error! Bookmark not defined Hình 3.36 Vận chuyển tổng cộng