Phạm vi miền tớnh của mụ hỡnh
ã Mụ phỏng dao động mực nước khu vực vịnh Bắc Bộ:
- Số liệu đường bờ (dựng để tạo lưới tớnh toỏn) của cỏc khu vực trờn được số húa lại từ cỏc bản đồ địa hỡnh UTM tỷ lệ 1: 25000 do Cục Đo đạc Bản đồ xuất bản, đõy là những bản đồ với hệ tọa độ nhà nước VN-2000. Những bản đồ đú đó được quột vào mỏy tớnh, số hoỏ và xử lý bằng cỏc phần mềm Acview, MapInfo.
(a) (b)
Hỡnh 4.1. Trường độ sõu vịnh Bắc Bộ (a) và lưới khu vực nghiờn cứu (b)
- Số liệu độ sõu (Hỡnh 4.1a) được lấy từ nguồn cơ sở dữ liệu địa hỡnh ETOPO5 (Earth Topography - 5 Minute) của Trung tõm Tư liệu Địa vật lớ Quốc gia Mỹ NGDC (National Geophysical Data Center) và GEBCO -1 (General
38
Bathymetric Chart of the Ocean (GEBCO) one minute) của Trung tõm tư liệu hải dương học vương quốc Anh (British Oceanographic Data Centre-BODC).
- Số liệu về dao động mực nước trờn cỏc biờn mở phớa biển được tạo từ mụ đun TIDE từ hằng số điều hũa của 8 súng K1, O1, M2, S2, P1, Q1, N2, K2 lấy từ bộ hằng số điều hũa toàn cầu FES2004 của dự ỏn Topex/ Poseidon với độ phõn giải 1/8 độ.
ã Mụ phỏng trường dũng chảy khu vực nghiờn cứu:
Mụ hỡnh thuỷ động lực cho khu vực cửa sụng ven biển Hải Phũng sử dụng hệ lưới cong trực giao. Phạm vi vựng tớnh của mụ hỡnh bao gồm cỏc vựng nước của cỏc cửa sụng Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray và phần phớa ngoài cỏc cửa sụng này mở rộng ra phớa ngoài biển đến độ sõu khoảng 11 đến 12 một (Hỡnh 4.2). Miền tớnh được chia thành 185 x 356 ụ lưới (M = 185, N = 356), trải dài từ 106o68E - 106o98 E, 20o65N - 20o948N (Hỡnh 4.1b). Kớch thước cỏc ụ lưới biến đổi từ 48,24 đến 158,3 một (Bảng 4.1).
Hỡnh 4.2. Trường độ sõu và trạm (B2) đo đạc kiểm chứng mụ hỡnh
39
Miền tớnh cú cỏc biờn mở phớa biển (số liệu đầu vào là cỏc giỏ trị mực nước được trớch xuất từ vựng tớnh khu vực vịnh Bắc Bộ, Phần phụ lục) và cỏc biờn sụng. Biờn phớa biển bao gồm phớa tõy nam, đụng nam và đụng bắc. Cỏc biờn mở sụng là những nguồn cung cấp trầm tớch chủ yếu cho khu vực tớnh.
Thời gian tớnh toỏn
Mụ hỡnh thủy động lực khu vực cửa sụng ven biển Hải Phũng được thiết lập và chạy với thời gian là cỏc mựa đặc trưng trong năm (mựa mưa và mựa khụ) của cỏc kịch bản khỏc nhau. Những kịch bản này gồm:
- Mựa khụ (từ ngày 01 đến ngày 31 thỏng 3 năm 2010) - Mựa mưa (từ ngày 01 đến ngày 31 thỏng 8 năm 2010)
Bước thời gian chạy của mụ hỡnh thủy động lực là 0,5 phỳt.
Bảng 4.1. Cỏc thụng số được sử dụng cho mụ hỡnh thủy động lực
Thụng số Giỏ trị
Số điểm tớnh M=185, N=356
Dx, Dy 48,24 - 158,30 m
Bước thời gian 30 giõy
Ngưỡng giữa khụ và ướt 0,1 m
Khoảng thời gian tớnh (mựa mưa và mựa khụ) 30 ngày
Hệ số nhớt theo phương ngang 1,0m2/s
Hệ số nhớt theo phương đứng 1,0 x 10-6m2/s
Hệ số khuyếch tỏn theo phương ngang 1,0m2/s
Hệ số khuyếch tỏn theo phương đứng 1,0 x 10-6m2/s
Hệ số nhỏm Chezy 60
40
Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm cỏc kết quả của mụ hỡnh
So sỏnh cỏc kết quả nhận được của mụ hỡnh với số liệu quan trắc, từ đú hiệu chỉnh cỏc tham số cú tớnh chất địa phương, kiểm tra số liệu đầu vào để kết quả nhận được của mụ hỡnh phự hợp với thực tế. Sai số bỡnh phương trung bỡnh (RMSE- Root Mean Square Error) là một trong những chỉ tiờu quan trọng để đỏnh giỏ độ chớnh xỏc của mụ hỡnh: ( ) N O P RMSE N i i i ồ = - = 1 2
Trong đú: i = 1, n là số lần quan trắc được thực hiện, Pi là giỏ trị dự bỏo của mụ hỡnh tại thời điểm I, Oilà giỏ trị quan trắc tại thời điểm i.
Để đỏnh giỏ và hiệu chỉnh cho mụ hỡnh thuỷ động lực khu vực, đó sử dụng kết quả tớnh mực nước của mụ hỡnh tại Hũn Dỏu so với số liệu trong cả hai trường hợp: mựa mưa và mựa khụ. Sau lần hiệu chỉnh cuối, cỏc kết quả tớnh toỏn cho thấy sai số bỡnh phương trung bỡnh của mực nước tớnh từ mụ hỡnh và bảng dự bỏo thủy triều trong mựa mưa và khụ lần lượt là 0,29 m và 0,37 m.
Dao động mực nước tớnh từ mụ hỡnh với mực nước thực đo cho thấy cú sự phự hợp nhất định cả về pha triều và độ lớn (Hỡnh 4.3). Cỏc kết quả sau lần hiệu chỉnh cuối cựng cũng đó cho thấy sự phự hợp tư ơng đối giữa tớnh toỏn và số liệu quan trắc thực tế.
Vận tốc dũng chảy tớnh toỏn và quan trắc cú sự khỏc biệt (Hỡnh 4.4), tuy nhiờn số liệu quan trắc được tiến hành đo tại tầng mặt (cỏch mặt 0,5 một), cũn kết quả từ mụ hỡnh là tớnh cho trung bỡnh cả cột nước. Đõy cũng là một hạn chế trong quỏ trỡnh tớnh toỏn nờn ớt nhiều cũng ảnh hưởng đến kết quả nghiờn cứu.
41 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 thời gian mực nước (m) mụ hỡnh thực đo a) Thỏng 3 năm 2010 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 thời gian mực nước (m) mụ hỡnh thực đo b) Thỏng 8 năm 2010
Hỡnh 4.3. Đường quỏ trỡnh mực nước giữa thực đo và kết quả tớnh từ mụ hỡnh tại Trạm Hũn Dấu
42 0 30 60 90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 thời gian vận tốc (cm/s) quan trắc mụ hỡnh
Hỡnh 4.4. Vận tốc dũng chảy (mựa khụ) theo kết quả tớnh toỏn mụ hỡnh và số liệu quan trắc tại trạm kiểm chứng B2
IV.2. Triển khai mụ hỡnh lan truyền trầm tớch lơ lửng
Phạm vi miền tớnh của mụ hỡnh
Mụ hỡnh mụ phỏng lan truyền trầm tớch lơ lửng dựng cỏc kết quả của mụ hỡnh thủy động lực làm điều kiện nền cho việc tớnh toỏn. Vỡ vậy, tất cả cỏc kết quả của mụ hỡnh thủy động lực đó được chuyển đổi sang cỏc định dạng đầu vào để sử dụng cho cỏc tớnh toỏn của mụ hỡnh lan truyền TTLL.
Thời gian tớnh toỏn
Mụ hỡnh lan truyền trầm tớch lơ lửng khu vực cửa sụng ven biển Hải Phũng được thiết lập và chạy với thời gian là cỏc mựa đặc trưng trong năm (mựa mưa và mựa khụ) của cỏc kịch bản khỏc nhau. Bước thời gian chạy của mụ hỡnh lan truyền TTLL là 0,5 phỳt và cỏc kịch bản này gồm:
- Mựa khụ (từ ngày 01 đến ngày 31 thỏng 3 năm 2010) - Mựa mưa (từ ngày 01 đến ngày 31 thỏng 8 năm 2010)
43
Điều kiện biờn và cỏc tham số tớnh
Bảng 4.2. Lựa chọn giỏ trị TTLL (mg/l) trung bỡnh mựa tại biờn lỏng
Biờn lỏng Mựa khụ Mựa mưa
BachDang 60 115 Cam 85 180 LachTray 35 45 Chanh 18 20 TuanChau 15 20 Bien1 18 26 Bien2 16 24
Trờn biển lỏng cỏc cửa sụng và biển sử dụng số liệu TTLL trung bỡnh mựa (Bảng 4.2) và kết quả tớnh toỏn từ mụ hỡnh được so sỏnh với số liệu quan trắc (Hỡnh 4.2). Trong quỏ trỡnh tớnh đó sử dụng cỏc tham số cho mụ hỡnh lan truyền trầm tớch lơ lửng (Bảng 4.3).
Bảng 4.3. Cỏc tham số được sử dụng cho mụ hỡnh lan truyền trầm tớch lơ lửng
Tham số Ký hiệu Đơn vị Giỏ trị
Ứng suất đỏy tổng cộng Tau N/m2
Từ mụ hỡnh thủy động
lực
Nhiệt độ nước Nhiệt độ nước 0C
Từ mụ hỡnh thủy động
lực Độ muối của nước biển Độ muối g/kg
Từ mụ hỡnh thủy động
44
Tỷ trọng của nước biển DENS_water kg/m3 1024
Khả năng xúi - - cú
Vận tốc lắng đọng Vsed m/ngày 1,48
Tiờu chuẩn cho sự bồi lắng Taucrsed N/m2 0,15 Tiờu chuẩn cho sự tỏi lơ lửng Taucrres N/m2 0,145
Theo biểu đồ Hỡnh 4.4 cho thấy đặc điểm hàm lượng TTLL giữa kết quả tớnh từ mụ hỡnh và và số liệu quan trắc cú xu thế như nhau, về giỏ trị cú sự khỏc biệt đỏng kể. Tuy nhiờn số liệu quan trắc được tiến hành đo tại tầng mặt (cỏch mặt 0,5 một), cũn kết quả từ mụ hỡnh là tớnh cho trung bỡnh cả cột nước. Đõy cũng là một hạn chế trong quỏ trỡnh tớnh toỏn nờn ớt nhiều cũng ảnh hưởng đến kết quả nghiờn cứu. 0 5 10 15 20 25 30 35 1 4 7 10 13 16 19 22 25 thời gian m g /l quan trắc mụ hỡnh
Hỡnh 4.5. Hàm lượng TTLL (mựa khụ) theo kết quả tớnh toỏn mụ hỡnh và số liệu quan trắc tại trạm kiểm chứng B2
45
IV.3. Kết quả tớnh toỏn
IV.3.1. Dũng chảy
Trường dũng chảy vựng cửa sụng ven biển Hải Phũng là tổng hợp của cỏc thành phần dũng triều, dũng chảy giú và dũng chảy do khối nước ngọt từ sụng đưa ra. Trong đú, dũng triều tuần hoàn cú vai trũ quan trọng quyết định đến tớnh chất chung của dũng chảy tổng hợp. Tuy nhiờn sự biến đổi theo mựa của trường giú và lưu lượng sụng gõy ra sự biến đổi mựa của trường dũng chảy trong khu vực nghiờn cứu. Dựa trờn kết quả tớnh từ mụ hỡnh, đặc điểm dũng chảy theo mựa và theo pha triều được phõn tớch chi tiết như sau:
ã Mựa khụ
Vào mựa khụ, sự biến đổi mựa của trường giú và suy giảm đỏng kể lưu lượng nước từ cỏc sụng đưa ra cũng đó tạo ra sự khỏc biệt tương đối của trường dũng chảy so với mựa mưa. Ở thời kỳ cuối pha triều lờn và nước lớn, vận tốc dũng chảy khỏ nhỏ, sự ảnh hưởng của khối nước sụng vào thời điểm này rất hạn chế nờn khối nước biển xõm nhập sõu hơn vào phớa trong cỏc cửa sụng. Thời gian chuyển pha giữa nước lớn và thời điểm triều xuống khỏ nhỏ, trong khoảng 2 giờ. Cũng do tải lượng nước của cỏc sụng nhỏ nờn thời gian dừng chảy vào thời điểm nước rũng ngắn hơn, trường dũng chảy nhanh chúng chuyển trạng thỏi từ dừng chảy thành chảy lờn. Kết quả mụ phỏng trường dũng chảy trong pha triều lờn vào mựa khụ cho thấy sự ảnh hưởng sõu hơn vào lục địa của cỏc khối nước biển, đặc biệt là khu vực cửa Lạch Tray và Tõy Nam đảo Đỡnh Vũ.
Trong thời điểm nước rũng, trường dũng chảy khu vực ven biển Hải Phũng cú vận tốc khỏ nhỏ - khoảng 0,1 đến 0,2 m/s và phõn tỏn mạnh về hướng chảy. Cũng do tải lượng nước của cỏc sụng nhỏ nờn thời gian dừng chảy vào thời điểm nước rũng ngắn hơn, trường dũng chảy nhanh chúng chuyển trạng thỏi từ dừng chảy thành chảy lờn. Khu vực sụng Bạch Đằng cú vận tốc 0,7-0,8 m/s và giảm dần đến Đỡnh Vũ với vận tốc dũng chảy là 0,2-0,4 m/s. Phớa Đụng Bắc khu vực nghiờn cứu do lượng nước từ Quảng Ninh đưa sang ớt và lưu lượng từ sụng Chanh chảy ra thấp nờn tốc độ dũng chảy trong mựa khụ chỉ đạt từ 0,1-0,2 cm/s.
46
Hỡnh 4.6. Trường dũng chảy (m/s) khu vực nghiờn cứu 08h ngày 05/3/2010 (mựa khụ)
Hỡnh 4.7. Trường dũng chảy (m/s) khu vực nghiờn cứu 01h ngày 10/3/2010 (mựa khụ)
47
Hỡnh 4.8. Trường dũng chảy (m/s) khu vực nghiờn cứu 07h ngày 19/3/2010 (mựa khụ)
Hỡnh 4.9. Trường dũng chảy (m/s) khu vực nghiờn cứu 18h ngày 20/3/2010 (mựa khụ)
48
Kết quả mụ phỏng trường dũng chảy trong pha triều lờn vào mựa khụ cho thấy sự ảnh hưởng sõu hơn vào lục địa của cỏc khối nước biển, đặc biệt là khu vực cửa Bạch Đằng. Hướng dũng chảy ở vựng phớa ngoài cỏc cửa sụng khỏ đồng nhất và định hướng về phớa trong cỏc sụng. Tuy nhiờn cũng chỉ đến khu vực Đỡnh Vũ với vận tốc 0,2-0,3 m/s, vào sõu hơn là ảnh hưởng của dũng chảy sụng Bạch Đằng với vận tốc 0,5-0,7 m/s.
Với hỡnh dạng đường bờ, trong mựa khụ xu hướng di chuyển của cỏc khối nước ở khu vực nghiờn cứu vẫn là về phớa nam và tõy nam bỏn đảo Đồ Sơn nhiều hơn. Mặc dự tải lượng nước từ sụng đưa ra trong mựa khụ giảm mạnh nhưng sự tăng cường của dũng chảy tầng mặt do giú đụng bắc làm cho xu hướng này trong mựa khụ cũng được thể hiện rừ rệt (từ Hỡnh 4.6 đến Hỡnh 4.9).
ã Mựa mưa
Vào mựa mưa do lưu lượng nước sụng lớn nờn trong pha triều lờn, vận tốc của dũng chảy từ biển hướng vào phớa cỏc cửa sụng cú giỏ trị nhỏ. Trong pha triều này, hướng dũng chảy chủ yếu là nam - đụng nam với giỏ trị vận tốc biến đổi từ 0,2-0,7m/s. Ở khu vực cửa sụng Cấm-Bạch Đằng, nơi lưu lượng nước từ sụng lớn nhất trong cỏc sụng đưa ra vựng ven biển Hải Phũng thỡ hầu như khụng cú dũng chảy ngược từ biển vào.
Ở thời điểm nước lớn, hướng dũng chảy ở khu vực ven biển Hải Phũng phõn tỏn mạnh mẽ với giỏ trị vận tốc khỏ nhỏ, đặc biệt là vựng nước giữa Hũn Dấu, Cỏt Bà và Cỏt Hải. Cũng tại khu vực cửa sụng Cấm-Bạch Đằng do dũng chảy sụng vẫn khỏ mạnh khi mực nước dõng lớn nhất nờn dũng chảy vào thời điểm đú vẫn cú giỏ trị tương đối lớn và cú hướng chảy ra phớa ngoài (nam, đụng nam và tõy nam). Sự kết hợp giữa dũng chảy sụng và dũng triều được thể hiện rừ nột vào pha triều xuống, tạo ra dũng chảy tổng hợp với vận tốc khỏ lớn so với cỏc pha triều khỏc. Hướng dũng chảy trong trường hợp này định hướng theo hướng của cỏc cỏc của sụng ra phớa biển, và chủ yếu là hướng đụng nam, tõy nam và nam. Giỏ trị vận tốc dũng chảy biến đổi trong khoảng từ 0,2-0,8m/s. Một số nơi do lũng dẫn hẹp như khu vực cửa Lạch Huyện, cửa Nam Triệu... vận tốc dũng chảy cú thể đạt đến giỏ trị trờn 1,0m/s.
49
Hỡnh 4.10. Trường dũng chảy (m/s) khu vực nghiờn cứu 03h ngày 07/8/2010 (mựa mưa)
Hỡnh 4.11. Trường dũng chảy (m/s) khu vực nghiờn cứu 19h ngày 12/8/2010 (mựa mưa)
50
Hỡnh 4.12. Trường dũng chảy (m/s) khu vực nghiờn cứu 02h ngày 20/8/2010 (mựa mưa)
Hỡnh 4.13. Trường dũng chảy (m/s) khu vực nghiờn cứu 17h ngày 25/8/2010 (mựa mưa)
51
Ở thời điểm nước rũng, khối nước từ sụng cú điều kiện phỏt triển mạnh mẽ ra phớa biển, tuy nhiờn do giới hạn vốn cú của lưu lượng nước sụng nờn dũng chảy cú hướng ra phớa biển chỉ tồn tại trong phạm vi khoảng 10-20 km từ bờ ra phớa ngoài. Khi đú trường dũng chảy tại khu vực sụng Bạch Đằng rất lớn, biến thiờn từ 0,9-1,4 m/s.
Cỏc kết quả tớnh toỏn cho thấy xu hướng dịch chuyển về phớa nam và tõy nam bỏn đảo Đồ Sơn của cỏc khối nước trong cỏc trạng thỏi biến đổi khỏc nhau của pha triều (trừ pha triều lờn). Nguyờn nhõn của hiện tượng này cú thể là do sự dồn ộp của cỏc khối nước trong khi sự trao đổi nước nờn phớa bắc rất hạn chế do địa hỡnh phớa đụng bắc khu vực nghiờn cứu khỏ nụng (từ Hỡnh 4.10 đến Hỡnh 4.13).
IV.3.2. Trầm tớch lơ lửng
Đặc điểm lan truyền của TTLL khu vực nghiờn cứu cú liờn quan chặt chẽ đến chế độ thủy động lực và nguồn cung cấp trầm tớch. Hướng lan truyền chớnh trong cả hai mựa là hướng đụng nam, phạm vi lan truyền TTLL cú giỏ trị trong khoảng 40 mg/l đến tận mũi Đồ Sơn-sỏt với khu vực đảo Hũn Dấu và mựa khụ. Vào mựa mưa, phạm vi lan truyền TTLL cú giỏ trị > 100 mg/l qua khu vực đảo Hũn Dấu, tuy nhiờn trong suốt quỏ trỡnh tớnh toỏn, khu vực Bến Gút khụng cú hiện tượng này xảy ra và đặc biệt khu vực phớa nam và tõy đảo Cỏt Bà giỏ trị lớn nhất cũng chỉ đạt 30 mg/l. Cỏc khu vực nuụi lồng bố phớa tõy đảo Cỏt Bà giỏ trị TTLL ổn định trong cả hai mựa và cú giỏ trị trong khoảng 10-20 mg/l. Dựa trờn kết quả mụ hỡnh, đặc điểm lan truyền TTLL khu vực nghiờn cứu thay đổi theo mựa được phõn tớch chi tiết như sau:
ã Mựa khụ
52
quan chặt chẽ đến chế độ thủy động lực và nguồn cung cấp trầm tớch. Vào mựa khụ cú đặc điểm bởi sự suy giảm mạnh mẽ của nguồn cung cấp trầm tớch từ cỏc