Xử lý khẩn cấp xói lở bờ biển hải dương và chỉnh trị luồng cảng thuận an, tỉnh thừa thiên huế

Cơ sở lý thuyết CMS-flow

Trong đó chỉ số w và n tương ứng theo hướng của sóng và hướng vuông góc với hướng truyền sóng, a và b là các hệ số, θcw,m và θcw là các giá trị của tham số Shield trung bình và cực đại dưới tác động đồng thời của sóng và dòng chảy chưa kể đến độ nhám của đáy. + Điều kiện biên thích ứng theo trường sóng và trường tốc độ: điều kiện bên này cho phép tính đến các hiệu ứng của trường sóng đến mực nước ở vùng sát bờ (các hiệu ứng nước dâng, nước rút do sự biến đổi của thành phần ứng suất bức xạ sóng vuông góc với bờ).

Cơ sở lý thuyết CMS-wave

(63) Với là độ sâu nước tổng cộng, là độ sâu nước mà dưới đó các ô được coi là khô và ngược lại mỗi ô khô sẽ được kiểm tra sau mỗi bước tính xem nó có trở thành ướt không khi độ sâu nước tổng cộng vượt quá và nước chuyển động về phía ô khô. Xem xét sự phân tán của thành phần Doppler-shifting cho thấy rằng sẽ không giải được khi các sóng bị chặn hoàn toàn bởi dòng chảy, theo Smith 1998, Larson và Kraus 2002, nếu tốc độ nhóm sóng Cg. Trong khi kết nối, hai mô hình được đặt trên hai hệ trục toạ độ khác nhau hoặc trùng nhau trong miền tính phụ thuộc vào sự định hướng của đường bờ với hệ trục toạ độ.

+ Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và tham số sóng từ mô hình CMS-wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và dòng chảy, mực nước từ mô hình CMS-flow cung cấp cho mô hình CMS-wave. + Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và các tham số sóng từ mô hình CMS-wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và độ sâu tổng cộng từ mô hình CMS-flow cung cấp cho mô hình CMS-wave. + Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và các tham số sóng từ mô hình CMS-wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và độ sâu tổng cộng và dòng chảy từ mô hình CMS-flow cung cấp cho mô hình CMS-wave.

Thiết lập lưới tính, điều kiện biên, điều kiện ban đầu

Để đảm bảo tính thông nhất, trao đổi qua lại giữa hai mô hình sóng (CMS-wave) và dòng chảy, biến động đáy biển (CMS-flow), hai mô hình sử dụng kích thước vùng tính giồng nhau và tránh những sai số trong quá trình nội suy kích thước ô lưới tại khu vực cửa sông, vùng lận cận công trình được lấy có kích thước tương đối giống nhau. Tại bờ phía bắc cửa Thuận An: Các kè biển dạng đê chắn sóng kiên cố bao gồm hai kè sếp thành tam giác cân tạo thành hệ thống khép kín ngăn cách hoàn toàn khu bờ biển bên trong với biển phía ngoài. Do không có sự trao đổi nước với bên ngoài, cho nên trong tính toán các kè được cho là biên cứng và vùng phía trong được coi là biên cứng – không tính toán các yếu tố thủy động lực cũng như biến đổi đáy tại khu vực này.

Với thiết lập như vậy kè có tính năng ngăn dòng chảy dọc bờ truyền qua thân kè cũng như ngăn sóng truyền qua, cho phép sóng phản xạ trên thân và nhiễu xạ tại đầu kè. Điều kiện biên trong mô hình CMS-flow sử dụng dao động mực nước trên biên nước sâu và lưu lượng tại các biển trong sông, tuy nhiên biên lưu lượng không được sử dụng trong nghiên cứu này. Các tham số thủy động lực ban đầu tính toán được lấy bằng 0, do vậy để mô hình nhanh đạt được trạng thái ổn định, hệ số khuyếch đại các đặc trưng động lực được sử dụng.

Phân tích số liệu, xây dựng kịch bản tính toán .1 Chuỗi số liệu sóng nước sâu

Trong tính toán vận chuyển trầm tích các yếu tố sóng đóng vai trò quan trọng, sóng là tác nhân chính trong việc khuấy động trầm tích và gây ra dòng chảy trong vùng nước nông ven bờ đặc biệt là trong vùng sóng đổ. Trong các vùng biển như tại cửa Thuận An, dao động mực nước khá nhỏ (trung bình 0.25m), gây ra dòng chảy thủy triều không lớn, khi đó các yếu tố sóng đóng vai trò chính trong quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy biển. Theo như các kết quả trong bảng 2 ta có thể thấy tại khu vực Thuận An các sóng có tần suất lớn nhất có hướng đông (E) và đông bắc (NE) và đồng thời cũng là các sóng có độ cao khá lớn.

Trong các trường hợp yêu cầu có một chế độ về vận chuyển trầm tích, khi đó đòi hỏi cần có chuỗi số liệu đủ dài để làm các phân tích thống kê, phương pháp tính toán liên tục hoàn toàn không khả thi. Theo phương pháp này, giá trị chiều cao sóng có tác động đến quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy được sử dụng trong tính toán thay vì sử dụng giá chiều cao sóng hữu hiệu theo thống kê thông thường. Góc truyền sóng tính theo giá trị góc tuyệt đối so với đường bờ - góc 0 ứng với hướng vuông góc với đường bờ, góc âm là hướng về bên tay phải theo chiều kim đồng hồ, hướng dương theo hướng bên tay trái ngược chiều kim đồng hồ.

Thiết lập các thông số và hiệu chỉnh mô hình

Trong đó hướng truyền sóng có tần suất lớn nhất là sóng có hướng từ 60 đến 90 độ (theo hướng khí tượng) tương ứng với sóng hướng từ đông bắc đến đông. Đây cũng là 6 phương án với các tham số sóng sẽ được sử dụng trong tính toán vận chuyển trầm tích và biến động đáy biển được trình bày trong phần tiếp theo. Phương pháp tính cặp sử dụng dạng trao đổi hai chiều, cho phép tính toán và trao đổi các tham số của sóng và dòng chảy qua lại giữa hai mô hình theo từng bước thời gian.

Quá trình song song với nó là CMS-wave sử dụng trường dòng chảy, điều kiện địa hình đã được cập nhật mực nước và biến đổi đáy vào trong tính toán trường sóng. Trường dòng chảy tại khu vực cửa Thuận An trong pha triều xuống Để đánh giá mức độ chính xác của các kết quả tính toán và đo đạc, độ lệch chuẩn và sai số trung bình quân phương đã được sử dụng. Từ các kết quả trên cho thấy kết quả tính toán mực nước, tốc độ và hướng dòng chảy ứng với các thông số cài đặt trong mô hình là khá phù hợp.

Kết quả tính toán

Như vậy từ các tính trên ta thấy, các hướng sóng có tác động mạnh nhất đến quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy là các hướng sóng trong trường hợp 2, 3 và 4 tương ứng với trường sóng có hướng Đông và Đông bắc. Phía trước và sau công trình kè trên bờ phía nam cửa Thuận An có sự biến động rất lớn và có xu thế bồi lắng tại vùng lân cận chân công trình. Năm mặt cắt được chọn để đánh giá mức độ biến động trên đáy biển bao gồm: 3 mặt cắt phía trước công trình kè biển phía nam và 2 mặt cắt phía trong cửa Thuận An.

Kết quả tính toán cho từng hình thế hướng sóng tại mỗi mặt cắt được trình bày trên hai hình vẽ: Hình vẽ biểu diễn sự biến động đáy biển tại mỗi mặt cắt dưới sự tác động của từng hình thế hướng sóng và Hình vẽ so sánh địa hình đáy trước và sau khi tính toán biến động đáy biển dưới tác động tổng hợp của tất cả các hình thế sóng. Dựa trên sự phân bố tần suất phần trăm của các hình thế hướng sóng theo bảng tần suất (bảng 4) chúng ta tính toán được mức độ biến động tổng cộng của từng mặt cắt dưới tác động tổng hợp của các hình thế hướng sóng. Theo thứ tự tự gần đến xa công trình kè biển độ bồi lắng gần bờ biển giảm dần, lớn nhất tại mặt cắt số 1, độ bồi lắng lên tới trên 300m tính từ đường bờ.

Các bức ảnh chụp tại hiện trường vào thời gian tháng 6/2012 (xem hình 54, 55 và 56) một lần nữa minh chứng, cho thấy có sự bồi tụ mạnh ở đầu kè mỏ hàn và bồi tụ tạo ra vùng nước khá nông phía trong cửa nằm gần kè phía nam và tạo nên một số bar cát lớn tại vị trí trung tâm luồng ra vào của cửa. Theo quy ước về hướng vận chuyển trầm tích, đối với đường bờ tại Thuận An hướng dương là hướng trầm tích đi từ bắc xuống nam, hướng âm là hướng trầm tích đi từ nam lên bắc.