(a- tại trạm B2, 18/3-19/3/2009; a- tại trạm Do Son 31/8-02/9/2009) (b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
Bảng 2. 1. Tóm tắt các thơng số của mơ hình cho hiện tại (kịch bản 1-2)
Module Thông số Giá trị
Thủy động lực
Số điểm tính M=293, N=455
x, y 21.9-320.9m
Số tầng 7(hệ tọa độ 13-15%/ lớp)
Bƣớc thời gian 30 giây
Ngƣỡng giữa khô và ƣớt (dry/wet) 0.1 m
Hệ số nhám Manning Biến đổi theo không gian
Hệ số nhớt theo phƣơng ngang 10.0m2/s
Hệ số khuyếch tán theo phƣơng ngang 10.0m2/s
Hệ số nhớt theo phƣơng đứng 1.0 x 10-5m2/s
Hệ số khuyếch tán theo phƣơng đứng 1.0 x 10-5m2/s
Mơ hình rối 2 chiều HLES
Mơ hình khép kín rối 3 chiều k-e turbulence closure
Sơ đồ bình lƣu Cyclic method
chuẩn hóa hệ tọa độ On
Sóng Hdy(ngƣỡng khơ và ƣớt) 0.1
Kiểu ma sát đáy JONSWAP
Liên kết với mơ hình thủy động lực Use and don‟t extend Đơ sâu gây ra sóng đổ (mơ hình B&J) Bettjes & Janssen (1978)
Hệ số Alfa 1.0
Hệ só Gamma 0.73
Kích hoạt các q trình Wind growth, whitecapping
Vận chuyển TTLL
Tỷ trọng trầm tích đáy 2650kg/m3
Tỷ trọng trầm tích lơ lửng sát đáy 500kg/m3
Tốc độ lắng đọng trầm tích ws,f 0.1mm/s
Tiêu chuẩn ứng suất xói c,e 0.25N/m2
Tiêu chuẩn ứng suất bồi c,d 0.1N/m2
Tốc độ xói M 10-3 kg/m2s
2.2.5. Các kịch bản tính tốn
Để đánh giá đặc điểm vận chuyển TTLL cho vùng cửa sông ven biển Hải Phịng, các kịch bản tính tốn khác nhau đã đƣợc thiết lập (Bảng 2. 2). Các nhóm kịch bản tính tốn bao gồm:
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
- Các kịch bản hiện trạng với điều kiện thực của tháng 2-3 và tháng 7-8-9 năm 2009, có tính đến tất cả các yếu tố nhƣ thủy triều, sóng, gió, nhiệt, muối và ảnh hƣởng của sông.
- Kịch bản đánh giá ảnh hƣởng do thủy triều: thiết lập nhƣ các kịch bản hiện trạng nhƣng khơng có DĐMN.
Bảng 2. 2. Các kịch bản tính tốn khác nhau của mơ hình
Kịch bản mùa
Yếu tố Ghi chú
Sông thủy triều gió sóng
1 khơ + + + +
Kịch bản hiện trạng
2 mƣa + + + +
3 khô + x + + Ảnh hƣởng của thủy
triều 4 mƣa + x + + 5 khô + + x x Ảnh hƣởng của gió 6 mƣa + + x x 7-9 khô + + +* x 10-12 mƣa + + +* x 13 khô + x +* + Ảnh hƣởng của sóng và gió 14 mƣa + x +* +
Ghi chú: +*: gió hướng NE, E và SE với vận tốc gió trung bình 4.5m/s
- Kịch bản đánh giá ảnh hƣởng của gió, 2 nhóm kịch bản: thiết lập nhƣ các kịch bản hiện trạng nhƣng khơng có gió-sóng, thiết lập nhƣ các kịch bản hiện trạng với gió vận tốc trung bình và hƣớng khơng đổi (NE, E, SE).
- Kịch bản đánh giá ảnh hƣởng của gió kết hợp với sóng: thiết lập nhƣ các kịch bản hiện trạng với điều kiện sóng và gió trung bình và hƣớng không đổi (NE, E, SE).
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3. 1. Thủy động lực
Điều kiện thủy động lực ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu tác động tổng hợp của các yếu tố nhƣ dao động mực nƣớc, trƣờng gió, sóng và các khối nƣớc sông đƣa ra. Trong các yếu tố trên, những biến động của trƣờng gió và tải lƣợng nƣớc sông đã gây ra sự biến đổi của trƣờng dịng chảy theo mùa.
3.1.1. Biến động theo khơng gian Mùa khơ Mùa khơ
Dịng chảy tổng hợp vào mùa khô ở vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng biến động mạnh theo pha dao động của mực nƣớc triều. Trong pha triều lên, trƣờng dịng chảy có hƣớng từ biển vào phía trong các sơng. Ở phía ngồi, hƣớng dịng chảy chủ yếu là đơng nam- tây bắc (Hình 3. 1). Trong pha triều này, các khối nƣớc đi từ phía vịnh Hạ Long vào vùng ven bờ phía tây đảo Cát Bà. Vận tốc dòng chảy ở khu vực nghiên cứu trong pha triều này phổ biến trong khoảng 0-2-0.5m/s. Một số khu vực có vận tốc dịng chảy lớn hơn (0.7-1.0m/s) nhƣ ở cửa Lạch Huyện, phía trong cửa Nam Triệu, sơng Bạch Đằng và Cấm (Hình 3. 1).
Trong pha triều xuống, do có sự kết hợp với các khối nƣớc sơng nên vận tốc dịng chảy lớn hơn (đặc biệt là các lớp nƣớc trên mặt) so với pha triều lên. Vận tốc dòng chảy ở pha triều này phổ biến dao động trong khoảng 0.3-0.7m/s (Hình 3. 2). Hƣớng dịng chảy trong pha triều này chủ yếu định hƣớng theo hƣớng từ bờ ra phía ngồi (tây bắc- đơng nam)
Ở thời kỳ nƣớc lớn, vận tốc dịng chảy khá nhỏ (đặc biệt là phía ngồi các cửa sơng), sự ảnh hƣởng của khối nƣớc sông vào thời điểm này rất hạn chế nên khối nƣớc biển xâm nhập sâu hơn vào phía trong các cửa sơng. Đáng chú ý là thời điểm nƣớc lớn, vẫn xuất hiện dịng chảy ở phía trong các cửa sơng với vận tốc khoảng 0.1-0.3m/s trong khi phía ngồi biển vận tốc dịng chảy rất nhỏ (Hình A. 1, Phụ lục
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
Trong thời điểm nƣớc rịng của mùa khơ, trƣờng dịng chảy khu vực ven biển Hải Phịng có vận tốc khá nhỏ và phân tán mạnh về vận tốc và hƣớng chảy. Cũng do tải lƣợng nƣớc của các sông nhỏ nên thời gian dừng chảy vào thời điểm nƣớc ròng ngắn hơn, trƣờng dịng chảy nhanh chóng chuyển trạng thái từ dừng chảy thành chảy lên (Hình A. 2, Phụ lục A).
Sự biến động của trƣờng dòng chảy ở khu vực nghiên cứu trong mùa khô theo độ sâu là khơng lớn, sự phân tầng dịng chảy xảy ra rõ rệt hơn ở các pha triều lên và triều xuống (Hình 3. 1 và Hình 3. 2). Trong khi đó vào các thời điểm nƣớc lớn hoặc nƣớc ròng, chênh lệch dòng chảy giữa các tầng là khá nhỏ (Hình A. 1, Hình A2).
Trong những ngày triều kém của mùa khô, xu hƣớng biến động của trƣờng dòng chảy tổng hợp ở vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng cũng tƣơng tự nhƣ trong những ngày triều cƣờng nhƣng giá trị vận tốc dòng chảy cực đại nhỏ hơn nhiều so với những ngày triều cƣờng (Hình A. 3, Hình A. 4, Phụ lục A). Trƣờng dòng chảy trong những ngày triều kém phân bố đều hơn, ít xuất hiện những khu vực có vận tốc quá lớn so với khu vực khác.
Do độ sâu nhỏ lên sự phân tầng về giá trị vận tốc và hƣớng dịng chảy khơng lớn. Vận tốc dòng chảy theo cáo tầng khác nhau khá đồng nhất ở vùng phía trong gần các cửa sơng và có chênh lệch tƣơng đối lớn ở các vùng nƣớc sâu phía ngồi. Hƣớng dịng chảy theo độ sâu ít thay đổi trong pha triều lên hoặc xuống nhƣng phân hóa mạnh ở các thời điểm quanh khoảng thời gian mực nƣớc đạt cực trị.
Mùa mƣa
Vào mùa mƣa, mặc dù lƣu lƣợng nƣớc sông đƣa ra lớn hơn mùa khô lớn, nhƣng do ảnh hƣởng của trƣờng gió nên dịng chảy từ biển hƣớng vào phía các cửa sơng vận có giá trị khá lớn. Trong pha triều này, hƣớng dịng chảy chủ yếu là đơng nam- tây bắc với giá trị vận tốc biến đổi từ 0,2-0,7m/s. Một số khu vực có vận tốc dừng chảy lớn hơn nhƣ Lạch Huyện cửa Nam Triệu và cửa Bạch Đằng, Cấm (Hình 3. 3).
So với mùa khô, sự kết hợp giữa dịng chảy sơng và dịng triều đƣợc thể hiện rõ nét vào pha triều xuống tạo ra dòng chảy tổng hợp với vận tốc khá lớn so với các
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
pha triều khác. Hƣớng dịng chảy trong trƣờng hợp này định hƣớng theo hƣớng của các các của sơng ra phía biển, và chủ yếu là hƣớng đông nam và nam. Giá trị vận tốc dòng chảy biến đổi trong khoảng từ 0,4-1.0m/s. Một số nơi do lòng dẫn hẹp nhƣ khu vực cửa Lạch Huyện, cửa Nam Triệu vận tốc dòng chảy tầng mặt có thể đạt đến giá trị trên 1,0m/s (Hình 3. 4).
Vào thời điểm nƣớc lớn của mùa mƣa, cũng tƣơng tự nhƣ trong mùa khô vẫn thấy xuất hiện dòng chảy hƣớng vào sâu các sông với giá trị vận tốc khoảng 0.1- 0.4m/s trong khi ở các khu vực phía ngồi có dịng chảy khá nhỏ (Hình A. 5). Sau thời điểm nƣớc lớn khoảng 1-2 giờ, giá trị vận tốc dòng chảy nhỏ nhất và đổi hƣớng chảy xuống. Trƣờng dòng chảy cuối pha triều lên tăng từ phía ngồi vào trong các cửa sơng, trong khi đầu pha triều xuống lại có xu hƣớng giảm dần từ phía trong các cửa sơng ra phía ngồi biển.
Ở thời điểm nƣớc rịng, khối nƣớc từ sơng có điều kiện phát triển mạnh mẽ ra phía biển, nhƣng do địa hình khu vực bị phân hóa mạnh khi mực nƣớc xuống thấp nên trƣờng dòng chảy vào mùa mƣa ở thời điểm nƣớc dòng khá phân tán cả về hƣớng và các giá trị vận tốc. Một số khu vực vẫn có vận tốc dịng chảy lớn nhƣ phía trong các sơng, khu vực cửa nam Triệu, Lạch Huyện (Hình A. 6, Phụ lục A)
Trong những ngày triều kém của mùa mƣa, biến động của trƣờng dòng chảy tổng hợp theo các pha dao động mực nƣớc cũng tƣơng tự nhƣ trong những ngày triều cƣờng nhƣng giá trị vận tốc dịng chảy cực đại ở khu vực phía trong các cửa sơng thƣờng có giá trị nhỏ hơn nhiều (30-60%) so với những ngày triều cƣờng. Cũng tƣơng tự nhƣ trong mùa khô, phân bố theo khơng gian của trƣờng dịng chảy vào những ngày triều kém trở lên đồng nhất hơn, chênh lệch giá trị vận tốc ở một số khu vực có giá trị cục bộ lớn so với nhƣng khu vực còn lại nhỏ hơn so với những ngày triều cƣờng. Vào pha triều lên trƣờng dịng chảy hƣớng vào các cửa sơng có giá trị rất nhỏ (dƣới 0.2m/s) so với thời điểm đó trong ngày triều cƣờng (Hình A. 7). Trong khi đó vào thời điểm nƣớc lớn của ngày triều kém, dòng chảy hƣớng ra phía ngồi vẫn có giá trị khá lớn (khoảng 0.1-0.3m/s) ở phía ngồi biển (Hình A. 8).
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
Hình 3. 1. Trƣờng dịng chảy vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng giữa pha triều lên – mùa khô
(Đơn vị: m/s. Trong kỳ triều cƣờng-18h, 19/3/2009; H=2.1m; a- tầng mặt; b- tầng đáy) (a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
Hình 3. 2. Trƣờng dịng chảy vùng cửa sơng ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa khô
(a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
Hình 3. 3. Trƣờng dịng chảy vùng cửa sơng ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa mƣa
(Đơn vị: m/s. Trong kỳ triều cƣờng-12h, 19/8/2009; H=2.5m; a- tầng mặt; b- tầng đáy) (a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
Hình 3. 4. Trƣờng dịng chảy vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng giữa pha triều xuống – mùa mƣa
(a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
Sự phân tầng của các trƣờng dịng chảy theo pha dao động của mực nƣớc trong mùa mƣa ở khu vực nghiên cứu thể hiện rõ rệt hơn so với mùa khô. Trong mùa mƣa, sự phân tầng của dòng chảy (dù không lớn) không chỉ thể hiện rõ rệt ở các thời điểm triều lên, triều xuống (Hình 3. 3, Hình 3. 4) mà cả trong các trƣờng hợp mực nƣớc đạt giá trị cực trị (Hình A. 5, Hình A. 6, Phụ lục A). Sự phân tầng cũng tăng dần từ vùng cửa sơng ra khu vùng biển phía ngồi nơi có độ sâu lớn hơn.
3.1.2. Biến động theo thời gian
Để đánh giá biến động theo thời gian của giá trị vận tốc dịng chảy ở khu vực nghiên cứu, kết quả tính tốn của mơ hình tại một số điểm đã đƣợc phân tích đánh giá trong tƣơng quan với DĐMN. Các khu vực đó bao gồm khu vực cửa Nam Triệu, tây nam Cát Hải, phía ngồi cửa Lạch Huyện, phía tây nam đảo Cát Bà và phía ngồi vùng biển Đồ Sơn (Hình 2. 13)
Các kết quả phân tích cho thấy biến động của giá trị vận tốc dòng chảy ở các khu vực khác nhau trong vùng nghiên cứu đều phụ thuộc chặt chẽ vào DĐMN triều. Trong một chu kỳ triều thƣờng xuất hiện bốn cực trị vận tốc dòng chảy: hai cực đại và hai cực tiểu. Cực đại dòng chảy xuất hiện trong nửa cuối của pha triều lên lớn hơn cực trị dòng chảy ở nửa cuối pha triều xuống. Độ lớn dòng chảy và chênh lệch giữa các tầng ở khu vực này cũng thƣờng có giá trị lớn hơn ở những ngày triều cƣờng và nhỏ hơn vào những ngày triều kém (xem các Hình 3. 5 đến Hình 3. 12). Tuy nhiên sự biến động theo thời gian của dịng chảy ở mỗi khu vực lại có những đặc trƣng riêng:
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận t ốc ( m /s ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 m ực n ƣớ c (m ) tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nƣớc 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận t ốc ( m /s ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 m ực n ƣớ c (m ) tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nƣớc
Hình 3. 5. Biến động vận tốc dịng chảy và mực nƣớc khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1)
(a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009)
- Tại khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1, Hình 2. 13) do lịng dẫn khá hẹp nên vận tốc dịng chảy khá lớn. Trong mùa khơ, tại một số thời điểm vận tốc dịng chảy có thể đạt giá trị 1m/s và phổ biến trong khoảng 0.4-0.8m/s; vào những ngày triều kém vận tốc dòng chảy ở đây khơng vƣợi q 0.65m/s (Hình 3. 5). Vào mùa mƣa vận tốc dịng chảy có giá trị lớn hơn mùa khô và thƣờng dao động trong
khoảng 0.4-0.9m/s và dƣới 0.5m/s vào những ngày triều kém. Ở khu vực này, sự
(b) (a)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
phân tầng giá trị vận tốc dịng chảy giữa tầng mặt và đáy trong mùa khô phổ biến dƣới 0.2m/s nhƣng vào mùa mƣa (đặc biệt là những ngày triều cƣờng) sự chênh lệch này thƣờng lớn hơn 0.3m/s. Khoảng thời gian vận tốc dòng chảy lớn và nhỏ vào mùa khô ở khu vực này khá cân bằng nhƣng trong mùa mƣa thời gian dòng chảy có vận tốc lớn vào kỳ triều xuống khá dài (đến gần thời điểm nƣớc dòng), đây là kết quả thể hiện ảnh hƣởng của các khối nƣớc sông vào mùa mƣa ở khu vực này (Hình 3. 5-b). 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
thời gian (ngày)
vận t ốc ( m /s ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 m ực n ƣớ c (m ) tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nƣớc 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
thời gian (ngày)
vận t ốc ( m /s ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 m ực n ƣớ c (m ) tầng mặt tầng 2 tầng 3 tầng 4 tầng 5 tầng 6 tầng đáy mực nƣớc
Hình 3. 6. Biến động vận tốc dịng chảy và mực nƣớc khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2)
(a- tháng 3-2009; b- tháng 8- 2009) (b)
Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng bằng mơ hình Delft3d
- Tại khu vực phía ngồi cửa Nam Triệu (phía tây Cát Hải, H2, Hình 3. 6), biến đổi của vận tốc dịng chảy theo thời gian cũng có những diễn biến tƣơng tự nhƣ khu vực phía trong cửa Nam Triệu. Tuy nhiên vận tốc dịng chảy cả trong mùa khơ và mùa mƣa ở khu vực này đều lớn hơn so với so với khu vực gần cửa sơng. Thời gian dịng chảy có vận tốc lớn trong pha triều xuống vào mùa mƣa vẫn lớn hơn so với thời gian đó của pha triều lên nhƣng khơng quá lệch nhƣ ở khu vực phía trong cửa Nam Triệu (Hình 3. 6). Vận tốc dòng chảy cực đại trong pha triều xuống ở khu vực này cả trong mùa mƣa và khơ đều lớn hơn nhiều so với dịng chảy cực đại trong pha