Các kết quả tính toán sóng, dòng chảy và vận chuyể- 123docz.net

biển trong trường hợp tính toán có công trình (hiện trạng)

Điều kiện thuỷ động lực tại khu vực cửa biển Đề Gi chịu tác động tổng hợp của các yếu tố như dao động mực nước, sóng, gió. Kết quả tính toán của hai mô hình Delft 3D - Wave và Delft 3D - Flow trong các kịch bản tính toán có ảnh hưởng của công trình kè chắn sóng được trình bày dưới đây gồm có: Kết quả tính toán trường sóng, trường dòng chảy và biến đổi đáy biển theo các hướng sóng Đông Bắc (NE), Đông (E) và Đông Nam (SE).

a. Hướng sóng Đông Bắc (NE)

Trong trường hợp hướng sóng Đông Bắc, sóng ở biên cho vào modul Delft 3D – Wave với độ cao Hmor = 2,12 m, Tp = 8,6 s.

- Kết quả tính toán trường sóng

Hình 24 thể hiện trường sóng tại khu vực cửa Đề Gi trong trường hợp sóng gió mùa Đông Bắc. Càng vào gần bờ, độ cao sóng càng giảm, và khi vào đến cửa thì chiều cao sóng rất nhỏ.

- Kết quả tính toán trường dòng chảy

Hình 25. Trường dòng chảy khi triều dâng (m/s)

- Kết quả tính vận chuyển trầm tích

Hình 27. Nồng đồ trầm tích lơ lửng (kg/m3)

b. Hướng sóng Đông Nam (SE)

Với trường hợp sóng Đông Nam, các thông số của modul thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích được giữ nguyên như trường hợp sóng Đông Bắc. Riêng với modul sóng, tham số sóng được lấy như sau: Hmor = 0.72 m, Tp = 5,3 s.

- Kết quả tính toán modul sóng Delft 3D – Wave

Hình 29. Kết quả tính toán sóng tại khu vực Đề Gi (m)

- Kết quả tính toán modul thuỷ động lực Delft 3D – Flow

Hình 31. Trường dòng chảy khi triều rút (m/s)

- Kết quả tính toán modul vận chuyển trầm tích Delft 3D – Sed

Hình 33. Phân bố độ dày đáy (m) c. Hướng sóng Đông (E)

Trong trường hợp này, các tham số sóng trong modul Delft 3D-Wave được lấy: Hmor = 0,77 m; Tp = 7,04 s

- Kết quả tính toán modul sóng Delft 3D-Wave

- Kết quả tính toán modul thuỷ động lực Delft 3D-Flow

Hình 35. Trường dòng chảy khi triều lên (m/s)

- Kết quả tính toán modul vận chuyển trầm tích Delft 3D-Sed

Hình 37. Nồng độ trầm tích lơ lửng (kg/m3)

3.4.2. Các kết quả tính toán sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát và biến đổi đáy biển trong trường hợp tính toán không có công trình biển trong trường hợp tính toán không có công trình

Tương tự như trường hợp có công trình, các thông số của modul, sóng và vận chuyển trầm tích được giữ nguyên. Riêng modul thuỷ động lực thì công trình đã được bỏ.

a. Hướng sóng Đông Bắc (NE)

Trong trường hợp hướng sóng Đông Bắc, sóng ở biên cho vào modul Delft 3D – Wave với độ cao Hmor = 2,12 m, Tp = 8,6 s.

- Kết quả tính toán modul sóng Delft 3D-Wave

Hình 39. Kết quả tính toán trường sóng (m)

- Kết quả tính toán modul thuỷ động lực Delft 3D-Flow

Hình 41. Trường dòng chảy khi triều rút (m/s)

- Kết quả tính toán modul vận chuyển trầm tích Delft 3D-Sed

Hình 43. Phân bố độ dày đáy (m)

b. Hướng sóng Đông Nam (SE)

- Kết quả tính toán modul sóng Delft 3D-Wave

- Kết quả tính toán modul thuỷ động lực Delft 3D-Flow

Hình 45. Trường dòng chảy khi triều lên (m/s)

- Kết quả tính toán modul vận chuyển trầm tích Delft 3D-Sed

Hình 47. Nồng độ trầm tích lơ lửng (kg/m3)

c. Hướng sóng Đông (E)

- Kết quả tính toán của modul Delft 3D-Wave

Hình 49. Kết quả tính toán trường sóng (m)

- Kết quả tính toán của modul Delft 3D-Flow

Hình 51. Trường dòng chảy khi triều rút (m/s)

- Kết quả tính toán của modul Delft 3D-Sed

Hình 53. Phân bố độ dày đáy (m) 3.4.3. So sánh kết quả tổng hợp và đánh giá

Nhìn vào các hình 24, 29, 34 và 39, 44, 49 trong trường hợp có công trình và không có công trình, ta thấy rằng sóng thay đổi khá lớn từ ngoài khơi vào trong bờ. Càng vào gần bờ, sóng bị khúc xạ và độ cao sóng giảm dần. Trong tất cả các trường hợp, tại khu vực sát cửa hướng sóng luôn có hướng từ phía Nam lên phía Bắc. Ta có thể thấy rõ tại khu vực bãi biển gần kè, do ảnh hưởng của độ sâu mà sóng tại khu vực này nhỏ. Trong trường hợp có kè, sóng bị chặn lại phía trước kè, do đó sóng bị suy giảm nhanh chóng khi truyền vào trong kênh. Đối với trường hợp không có kè thì sóng có thể lan truyền vào sâu hơn. Phía trong đầm độ cao sóng rất nhỏ.

Điều kiện thuỷ động lực tại cửa Đề Gi chịu tác động tổng hợp của các yếu tố như dao động mực nước, sóng, gió. Nhìn vào các hình 25, 26, 30,31, 35, 36, 40, 41, 45, 46, 50, 51 ta có thể thấy được trường dòng chảy tại khu vực nghiên cứu theo các kịch bản khác nhau. Tại khuc vực cửa thì dòng chảy thuỷ triều chiếm ưu thế. Tại đây do ảnh hưởng của hệ thống đầm phía trong tạo ra độ chênh lệch mực nước giữa phía trong và ngoài đầm trong các pha triều dâng và rút tạo ra dòng chảy khá lớn. Dòng chảy lớn nhất có thể lớn hơn 1 m/s. Dòng chảy tổng hợp biến động mạnh

theo pha dao động của mực nước triều. Khi triều lên, trường dòng chảy có hướng đi vào trong đầm và khi triều xuống dòng chảy hướng ra ngoài đầm.

Đặc điểm vận chuyển trầm tích có liên quan chặt chẽ đến chế độ thuỷ động lực và nguồn cung cấp trầm tích. Từ các hình 27, 28, 32, 33, 37, 38, 42, 43, 47, 48, 52, 53 là sự thay đổi đáy biển theo các kịch bản tính toán khác nhau. Chúng ta dễ dàng nhận thấy diễn biến đáy biển có sự thay đổi mạnh theo các trường hợp. Đối với phía trong đầm gần cửa biển vận chuyển bùn cát do dòng chảy là chính và trong các kịch bản tính toán không có sự khác nhau do không có các tác động của sóng. Trong pha triều lên, ảnh hưởng của thuỷ triều làm tăng cường sự xâm nhập của nước biển vào trong đầm dẫn đến sự vận chuyển trầm tích lơ lửng vào khu vực trong đầm xa hơn. Ngược lại, trong pha triều xuống, dòng chảy đi ra khỏi đầm dẫn đến hạn chế khả năng vận chuyển trầm tích lơ lửng. Trong trường hợp có kè, phía sau kè và đầu kè có sự bồi tụ rõ ràng. Trong trường hợp không có kè, quá trình bồi tụ tại cửa biển diễn biến mạnh mẽ và trầm tích lơ lửng được vận chuyển sâu vào trong đầm hơn.Tuy nhiên ta có thể thấy rằng, trong cả hai trường hợp có kè và không có kè, xu hướng trầm tích vẫn bồi tụ tại cửa Đề Gi.

Trường hợp sóng Đông Bắc (NE):

+ Nhìn vào hình 27, 28 khi có kè ta có thể thấy rõ trầm tích bồi tụ nhiều ở đầu

kè và đỉnh kè. Nồng độ trầm tích lơ lửng ở đầu kè là lớn nhất với lượng 0,1 kg/m3, độ dày đáy tăng khoảng 18 cm; ở đỉnh kè, phân bố nồng độ trầm tích lơ lửng nhỏ hơn khoảng 0,04 kg/m3, độ dày đáy khoảng 3 cm.

+ Trong hình 42, 43 là bức tranh vận chuyển trầm tích tại khu vực khi không có kè. Ta có thế thấy rõ sự khác biệt với trường hợp có kè. Trong trường hợp này hầu

như toàn bộ cửa Đề Gi có hiện tượng bồi tụ với nồng độ lớn nhất khoảng 0,2 kg/m3, độ dày đáy là 25 cm.

Trường hợp sóng Đông Nam (SE):

+ Hình 32, 33 là bức tranh vận chuyển trầm tích trong trường hợp có công trình

tại cửa biển. Khác với trường hợp sóng Đông Bắc, nồng độ trầm tích lớn nhất phân bố ở phía trước kè với nồng độ khoảng 0,07 kg/m3. Sóng Đông Nam kết hợp với dòng chảy triều tạo lên trường dòng chảy hướng từ phía Nam lên phía Bắc đưa trầm tích vào cửa biển. Ở phía trong cửa, do có kè chắn nên nồng độ trầm tích nhỏ hơn phía ngoài khoảng 0,02 kg/m3. Tuy nhiên cũng giống trường hợp sóng Đông Bắc, trầm tích bồi tụ nhiều ở phía đầu kè và ở đỉnh kè.

+ Trong trường hợp không có kè, nồng độ trầm tích lơ lửng lớn nhất ở khu vực

cửa biển với nồng độ khoảng 0,4 kg/m3. Nhìn vào hình 47, 48 ta thấy gần như toàn bộ cửa Đề Gi có hiện tượng bồi lấp.

Trường hợp sóng Đông (E)

+ Cũng giống các trường hợp sóng Đông Bắc và Đông Nam, với hướng sóng chính là hướng Đông hiện tượng bồi lấp vẫn diễn ra ở cửa Đề Gi (hình 52, 53).

Nồng độ trầm tích lớn nhất ở khu vực trước và sau kè. Ở đầu kè, nồng độ trầm tích

lơ lửng là 0,04 kg/m3.

+ Trong trường hợp không có kè, với hướng sóng là hướng Đông nồng độ trầm

tích tại cửa Đề Gi cao nhất khoảng 0,12 kg/m3.

Từ các phân tích ở trên có thể thấy rằng, với các hướng sóng khác nhau, có công trình hay không có công trình thì tại cửa biển Đề Gi vẫn xảy ra hiện tượng bồi lấp. Các giải pháp công trình ở cửa biển thực chất chỉ điều chỉnh được tương tác sông - biển mang tính cục bộ địa phương, ko khắc phục được hoàn toàn hiện tượng bồi lấp tại đây. Lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ phụ thuộc rất nhiều vào hướng sóng và dòng chảy. Sau khi xây kè, phần lớn lượng bùn cát vận chuyển từ phía Nam lên phía Bắc được giữ lại gây bồi lấp ở phía Nam cửa Đề Gi, ngay sát chân kè. Phần còn lại tiếp tục được sóng và dòng chảy vận chuyển lên phía Bắc. Mặc dù trong nghiên cứu này, đã tiến hành mô phỏng với ba trường hợp sóng khác nhau nhưng về cơ bản có thể nhận định được rằng lượng bùn cát từ phía Bắc xuống không tham gia nhiều vào quá trình bồi lấp tại đây. Nguyên nhân chính là do mũi Vĩnh Lợi nhô ra biển, đóng vai trò chắn dòng chảy do sóng vận chuyển bùn cát từ phía Bắc xuống. Trong khi đó, lượng bùn cát vận chuyển từ phía Nam lên phía Bắc đóng vai trò quan trọng gây ra hiện tượng bồi lấp tại khu vực cửa biển. Do kè biển được xây dựng ở phía Nam cửa, đóng vai trò là đê chắn cát đã giữ được một lượng lớn bùn cát gây bồi lấp phía Nam kè. Phần cát còn lại tiếp tục vận chuyển lên phía Bắc tham gia vào quá trình hình thành cồn cát, gây bồi tụ phía trước đầu kè và phía trong cửa Đề Gi.

3.5. Giải pháp khắc phục

Từ các kết quả tính toán vận chuyển bùn cát trong các các kịch bản tính toán khác nhau, chúng ta nhận thấy diễn biến đáy biển có sự thay đổi mạnh theo các trường hợp. Đối với phía trong đầm gần cửa biển vận chuyển bùn cát do dòng chảy

là chính và trong các kịch bản tính toán không có sự khác nhau rõ rệt do không có các tác động của sóng. Phía ngoài cửa dưới tác động đồng thời của sóng và dòng chảy các biến động địa hình với mỗi hướng sóng là khác nhau. Tại khu vực phía sau kè và đầu kè có sự bồi tụ khá rõ do lượng bùn cát vận chuyển từ phía nam lên và từ phía ngoài vào.

Sau khi xây kè, phần lớn lượng bùn cát vận chuyển từ phía Nam lên phía Bắc được giữ lại gây bồi lấp ở phía Nam cửa Đề Gi, ngay sát chân kè. Phần còn lại tiếp tục được sóng và dòng chảy vận chuyển lên phía Bắc. Từ các kết quả tính toán ta có thể nhận định lượng bùn cát vận chuyển từ phía Bắc xuống không tham gia nhiều vào quá trình bồi lấp tại đây. Trong khi đó lượng bùn cát vận chuyển từ phía Nam đóng vai trò quan trọng gây nên hiện tượng bồi lấp tại khu vực này. Công trình kè (đê chắn cát) có tác dụng mạnh mẽ đến sóng và dòng chảy tại đây. Do hướng kè vuông góc với bờ, kè có tác dụng chắn toàn bộ sóng Đông Nam, tạo nên vùng khuất sóng phía trong cửa. Đồng thời với việc chắn sóng, kè cũng có tác dụng ngăn dòng chảy do sóng dọc bờ hướng từ phía Nam lên phía Bắc và kết quả phân tích thấy kè đã giữ lại một lượng lớn bùn cát ở phía Nam do đó hạn chế được sự bồi lấp tại cửa Đề Gi.

Tuy nhiên, sau khi kè chắn sóng được đưa vào sử dụng, công trình đê chắn cát đã không phát huy hiệu quả như mong muốn. Hiện nay, tại đoạn giữa của luồng tàu ra vào đã hình thành một bãi cát rộng trên 3.000 m2, kéo dài khoảng 300 m, có độ cao so với mặt nước biển khoảng 3 m, chắn ngang hơn 3/4 luồng lạch ra vào bến. Ở đoạn đầu đê chắn sóng về phía bờ, cát tràn qua đê bồi lấp luồng lạch [4]. Giải quyết tình trạng bồi lấp cửa biển Đề Gi tác giả đã tiến hành tính toán quá trình vận chuyển trầm tích tại khu vực này với chiều dài kè dài hơn ban đầu là 300 m với ba hướng sóng chính Đông Bắc, Đông Nam và sóng hướng Đông.

3.5.1. Các kết quả tính toán sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát và biến đổi đáy biển trong trường hợp tính toán kéo dài kè thêm 300 m (khắc phục)

a. Hướng sóng Đông Bắc (NE)

Trong trường hợp hướng sóng Đông Bắc, sóng ở biên cho vào modul Delft 3D – Wave với độ cao Hmor = 2,12 m, Tp = 8,6 s.

Hình 54. Trường sóng tại khu vực cửa Đề Gi (m)

Hình 56. Trường dòng chảy khi triều rút (m/s)

Hình 58. Phân bố độ dày đáy tại cửa Đề Gi (m)

b. Hướng sóng Đông Nam (SE)

Hình 60. Trường dòng chảy khi triều dâng (m/s)

Hình 62. Nồng độ trầm tích lơ lửng tại cửa Đề Gi (kg/m3)

c.Hướng sóng Đông (E)

Trong trường hợp này, các tham số sóng trong modul Delft 3D-Wave được lấy: Hmor = 0,77 m; Tp = 7,04 s

Hình 64. Trường sóng tại cửa Đề Gi (m)

Hình 66. Trường dòng chảy khi triều rút (m/s)

Hình 68. Phân bố độ dày đáy tại cửa Đề Gi (m)

3.5.2. So sánh kết quả tổng hợp và đánh giá

Qua các thông tin từ người dân tại địa phương, cũng như các cấp lãnh đạo của tỉnh, để phát huy hiệu quả thông luồng và thoát lũ chiều dài kè nên được kéo dài và nâng cao trình đỉnh kè để chống sóng tràn. Trong luận văn này đã khai thác ý tưởng trên và thực hiện tính toán với trường hợp kéo dài thêm kè.

Nhìn vào các hình 54, 59, 64 trong trường hợp kéo dài kè thêm 300 m, ta thấy rằng sóng thay đổi khá lớn từ ngoài khơi vào bờ. Càng vào gần bờ, sóng bị khúc xạ và độ cao sóng giảm dần. Khi lan truyền đến cửa Đề Gi, sóng bị chặn phía trước kè, do đó sóng bị suy giảm nhanh chóng trong kênh.

Đối với dòng chảy, từ các hình 55, 56, 60, 61, 65, 66 dòng chảy tại khu vực cửa