Theo [4] cho thấy TTLL trung bình ngày đêm tại các sơng đều có giá trị tầng mặt lớn hơn tầng đáy trong cả hai mùa (mưa và khô). Tuy nhiên, khu vực cửa sông Thái Bình có xu thế ngược lại, tầng đáy có giá trị TTLL lớn hơn tầng mặt. Tại cửa sông Văn Úc giá trị TTLL trung bình ngày đêm giữa tầng đáy và tầng mặt chênh nhau không đáng kể. Giá trị TTLL trung bình ngày lớn nhất là 133 mg/l quan trắc được tại tầng đáy khu vực sông Cấm và nhỏ nhất là 18 mg/l tại tầng mặt khu vực sơng Bạch Đằng (Hình 3.6). Các sơng (Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray) phía bắc bán đảo Đồ Sơn giá trị TTLL tầng đáy lớn hơn tầng mặt, trong khi đó các sơng khu vực phía nam bán đảo Đồ Sơn có đặc điểm ngược lại tầng mặt lớn hơn tầng đáy.
Hình 3.6. Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sơng ven biển Hải Phịng vào mùa khơ
Vào mùa mưa cho thấy giá trị trung bình tại tầng mặt khu vực sơng Bạch Đằng và cửa sơng Thái Bình lớn hơn tầng đáy. Tuy nhiên tại các khu vực cửa sơng Cấm, Lạch Tray và Văn Úc có xu thế ngược lại, giá trị TTLL tầng đáy lớn
hơn tầng mặt (Hình 3.7). Giá trị TTLL trung bình ngày lớn nhất là 427 mg/l quan trắc được tại tầng đáy khu vực sông Cấm và nhỏ nhất là 36 mg/l tại tầng đáy khu vực sơng Thái Bình.
Hình 3.7. Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sơng ven biển Hải Phịng vào mùa mưa III.3. Đặc điểm TTLL khu vực xa bờ Hải Phịng
Trong khn khổ Dự án [12] hợp tác giữa thành phố Hải Phòng và thành phố Brest-Pháp có tiến hành thu mẫu và phân tích TTLL tại khu vực xa các cửa sông ven bờ biển Hải Phịng (Hình 3.8). Theo số liệu này cho thấy hàm lượng TTLL trong nước còn thấp hơn GHCP so với QCVN10: 2008/BTNMT. Hàm lượng TTLL trung bình trong nước ven biển Hải Phịng trong đợt khảo sát năm 2009 dao động từ 28,05 - 99,1 mg/l trong mùa mưa và từ 20,26 - 68,34mg/l trong
mùa khô. Hàm lượng TTLL trong nước biển năm 2009 khu vực Hải Phịng có xu hướng tăng cao trong nước tầng đáy, mùa mưa lớn hơn mùa khô.
Hình 3.8. Sơ đồ thu mẫu TTLL xa bờ khu vực Hải Phòng [12]
Xét theo các mặt cắt, nhận thấy sự phân bố hàm lượng TTLL theo các mặt cắt khá phức tạp, không tuân theo quy luật chung là giảm từ bờ ra khơi (Hình 3.8, Bảng 3.2). Điều này cho thấy sự vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phịng khá phức tạp, ngồi nguồn do sơng đưa ra còn chịu ảnh hưởng của chế độ triều, chế độ dịng chảy sơng và các chế độ thuỷ động lực khác.
Theo bảng 3.2 cho thấy vào mùa mưa mặt cắt 3 có giá trị TTLL trung bình lớn nhất (62,14 mg/l) sau đó đến các mặt cắt 5, mặt cắt 4, mặt cắt 1, mặt cắt 2 (34,78 mg/l). Vào mùa khơ mặt cắt 5 có giá trị TTLL trung bình lớn nhất (43,08 mg/l) sau đó đến các mặt cắt 1, mặt cắt 4, mặt cắt 3, mặt cắt 2 (26,41 mg/l).
Bảng 3.2. TTLL trung bình (mg/l) của nước biển Hải Phịng vào mùa khô (tháng 3/2009) và mùa mưa (tháng 7/2009) [12]
Khu vực Mùa mưa Mùa khô
Tầng mặt Tầng đáy Tầng mặt Tầng đáy Trạm mặt rộng M. cắt 1 33,06 40,36 29,36 40,28 M. cắt 2 28,05 41,5 24,38 28,43 M. cắt 3 52,6 71,68 25,03 31 M. cắt 4 37,05 42,2 26,98 30,58 M. cắt 5 34,42 51,26 20,26 65,9
Khu vực phía bắc quần đảo Long Châu có giá trị TSS trung bình tầng mặt bằng 26,15 mg/l và trung bình tầng đáy bằng 27,25 mg/l trong mùa mưa. Khu vực bãi tắm Cát Cò I (đảo Cát Bà) có giá trị TSS tầng mặt và tầng đáy lần lượt bằng 27,8 và 30,2 mg/l. Phía tây nam đảo Cát Bà có giá trị TSS tầng mặt và tầng đáy lần lượt bằng 37,6 và 38,3 mg/l. Nhìn chung, giá trị hàm lượng TTLL khu vực xa bờ Hải Phòng còn thấp hơn GHCP so với QCVN10: 2008/BTNMT.
Dựa trên các số liệu quan trắc trung bình tầng đáy và tầng mặt, bức tranh về phân bố TTLL theo không gian trong mùa khơ khu vực trung tâm có giá trị 30 mg/l, phía đơng bắc có giá trị trong khoảng 35-40 mg/l, các vùng cửa sơng (Cấm Bạch Đằng) phía bắc mũi Đồ Sơn có giá trị trong khoảng 35-80 mg/l và phía nam (cửa sơng Văn Úc, Thái Bình) mũi Đồ Sơn có giá trị trong khoảng 35- 60 mg/l (Hình 3.9). Trong mùa mưa, khu vực trung tâm có giá trị 30-35 mg/l, phía đơng bắc có giá trị trong khoảng 40-45 mg/l, khu vực cửa sơng Cấm-Bạch Đằng có giá trị trong khoảng 45-120 mg/l (Hình 3.10). Đây là những giá trị làm cơ sở cho việc tiến hành mô phỏng TTLL (chương IV) khu vực nghiên cứu theo đặc trưng mùa.
Hình 3.9. Phân bố TTLL theo khơng gian khu vực nghiên cứu trong mùa khô
CHƯƠNG IV. MƠ PHỎNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHỊNG BẰNG MƠ HÌNH DELFT3D
IV. 1. Triển khai mơ hình thủy động lực
Phạm vi miền tính của mơ hình
Mơ phỏng dao động mực nước khu vực vịnh Bắc Bộ:
- Số liệu đường bờ (dùng để tạo lưới tính tốn) của các khu vực trên được số hóa lại từ các bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1: 25000 do Cục Đo đạc Bản đồ xuất bản, đây là những bản đồ với hệ tọa độ nhà nước VN-2000. Những bản đồ đó đã được qt vào máy tính, số hố và xử lý bằng các phần mềm Acview, MapInfo.
(a) (b)
Hình 4.1. Trường độ sâu vịnh Bắc Bộ (a) và lưới khu vực nghiên cứu (b)
- Số liệu độ sâu (Hình 4.1a) được lấy từ nguồn cơ sở dữ liệu địa hình ETOPO5 (Earth Topography - 5 Minute) của Trung tâm Tư liệu Địa vật lí Quốc gia Mỹ NGDC (National Geophysical Data Center) và GEBCO -1 (General Bathymetric Chart of the Ocean (GEBCO) one minute) của Trung tâm tư liệu hải dương học vương quốc Anh (British Oceanographic Data Centre-BODC).
- Số liệu đầu vào tính tốn cho khu vực vịnh Bắc Bộ được lấy từ bộ hằng số điều hịa tồn cầu FES2004 của dự án Topex/ Poseidon với độ phân giải 1/8 độ và tham khảo tài liệu của Takashi TAKANEZAWA, 2000 [17].
Mơ phỏng trường dịng chảy khu vực nghiên cứu:
Mơ hình thuỷ động lực cho khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng sử dụng hệ lưới cong trực giao. Phạm vi vùng tính của mơ hình bao gồm các vùng nước của các cửa sơng Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray và phần phía ngồi các cửa sơng này mở rộng ra phía ngồi biển đến độ sâu khoảng 11 đến 12 mét (Hình 4.2). Miền tính được chia thành 185 x 356 ô lưới (M = 185, N = 356), trải dài từ 106o68E - 106o98 E, 20o65N - 20o948N (Hình 4.1b). Kích thước các ơ lưới biến đổi từ 48,24 đến 158,3 mét (Bảng 4.1).
Hình 4.2. Trường độ sâu và trạm (B2) đo đạc kiểm chứng mơ hình
Miền tính có các biên mở phía biển (số liệu đầu vào là các giá trị mực nước được trích xuất từ vùng tính khu vực vịnh Bắc Bộ, Phần phụ lục) và các biên sơng. Biên phía biển bao gồm phía tây nam, đơng nam và đông bắc. Các biên mở sông là những nguồn cung cấp trầm tích chủ yếu cho khu vực tính.
Thời gian tính tốn
Mơ hình thủy động lực khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng được thiết lập và chạy với thời gian là các mùa đặc trưng trong năm (mùa mưa và mùa khô) của các kịch bản khác nhau. Những kịch bản này gồm:
- Mùa khô (từ ngày 01 đến ngày 31 tháng 3 năm 2010) - Mùa mưa (từ ngày 01 đến ngày 31 tháng 8 năm 2010)
Bước thời gian chạy của mơ hình thủy động lực là 0,5 phút.
Bảng 4.1. Các thông số được sử dụng cho mơ hình thủy động lực
Thơng số Giá trị
Số điểm tính M=185, N=356
x, y 48,24 - 158,30 m
Bước thời gian 30 giây
Ngưỡng giữa khô và ướt 0,1 m
Khoảng thời gian tính (mùa mưa và mùa khơ) 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 tán theo phương ngang 1,0m2/s Hệ số khuyếch tán theo phương đứng 1,0 x 10-6m2/s
Hệ số nhám Chezy 60
Mơ hình khép kín rối k-e
Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm các kết quả của mơ hình
So sánh các kết quả nhận được của mơ hình với số liệu quan trắc, từ đó hiệu chỉnh các tham số có tính chất địa phương, kiểm tra số liệu đầu vào để kết quả nhận được của mơ hình phù hợp với thực tế. Sai số bình phương trung bình (Sbt) là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ chính xác của mơ hình:
N O P S N i i i bt 1 2
Trong đó: i = 1, n là số lần quan trắc được thực hiện, Pi là giá trị dự báo của
Để đánh giá và hiệu chỉnh cho mơ hình thuỷ động lực khu vực, đã sử dụng kết quả tính mực nước của mơ hình tại Hịn Dấu so với số liệu trong cả hai trường hợp: mùa mưa và mùa khô. Sau lần hiệu chỉnh cuối, các kết quả tính tốn cho thấy sai số bình phương trung bình của mực nước tính từ mơ hình và bảng dự báo thủy triều trong mùa mưa và khô lần lượt là 0,29 m và 0,37 m.
Dao động mực nước tính từ mơ hình với mực nước thực đo cho thấy có sự phù hợp nhất định cả về pha triều và độ lớn (Hình 4.3). Các kết quả sau lần hiệu chỉnh cuối cùng cũng đã cho thấy sự phù hợp tương đối giữa tính tốn và số liệu quan trắc thực tế. 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) mơ hình thực đo
a) Tháng 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) mơ hình thực đo
b) Tháng 8 năm 2010
Hình 4.3. Đường quá trình mực nước giữa thực đo và kết quả tính từ mơ hình tại Trạm Hịn Dấu
Vận tốc dịng chảy tính tốn và quan trắc có sự khác biệt (Hình 4.4), tuy nhiên số liệu quan trắc được tiến hành đo tại tầng mặt (cách mặt 0,5 mét), còn kết quả từ mơ hình là tính cho trung bình cả cột nước. Đây cũng là một hạn chế trong q trình tính tốn nên ít nhiều cũng ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu.
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 mơ hình
Hình 4.4. Tốc độ dịng chảy (mùa khơ) theo kết quả tính tốn mơ hình và số liệu quan trắc tại trạm kiểm chứng B2
IV.2. Triển khai mơ hình lan truyền trầm tích lơ lửng
Phạm vi miền tính của mơ hình
Mơ hình mơ phỏng lan truyền trầm tích lơ lửng dùng các kết quả của mơ hình thủy động lực làm điều kiện nền cho việc tính tốn. Vì vậy, tất cả các kết quả của mơ hình thủy động lực đã được chuyển đổi sang các định dạng đầu vào để sử dụng cho các tính tốn của mơ hình lan truyền TTLL.
Thời gian tính tốn
Mơ hình lan truyền trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phòng được thiết lập và chạy với thời gian là các mùa (mùa khô và mùa mưa) đặc trưng trong năm của các kịch bản khác nhau. Bước thời gian chạy của mơ hình lan truyền TTLL là 0,5 phút và các kịch bản này gồm:
- Mùa khô (từ ngày 01 đến ngày 31 tháng 3 năm 2010) - Mùa mưa (từ ngày 01 đến ngày 31 tháng 8 năm 2010)
Điều kiện biên và các tham số tính
Bảng 4.2. Lựa chọn giá trị TTLL (mg/l) trung bình mùa tại biên lỏng
Biên lỏng Mùa khô Mùa mưa
BachDang 60 115 Cam 85 180 LachTray 35 45 Chanh 18 20 TuanChau 15 20 Bien1 18 26 Bien2 16 24
Trên biển lỏng các cửa sông và biển sử dụng số liệu TTLL trung bình mùa (Bảng 4.2) và kết quả tính tốn từ mơ hình được so sánh với số liệu quan trắc (Hình 4.3). Trong q trình tính đã sử dụng các tham số cho mơ hình lan truyền trầm tích lơ lửng (Bảng 4.3).
Bảng 4.3. Các tham số được sử dụng cho mơ hình lan truyền trầm tích lơ lửng
Tham số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Ứng suất đáy tổng cộng Tau N/m2 Từ mơ hình thủy động lực
Nhiệt độ nước T 0C Từ mơ hình thủy
động lực
Độ muối của nước biển S g/kg Từ mơ hình thủy
động lực Tỷ trọng của nước biển DENS_water kg/m3 1024
Khả năng xói - - có
Vận tốc lắng đọng Vsed m/ngày 1,48
Tiêu chuẩn cho sự bồi lắng Taucrsed N/m2 0,15 Tiêu chuẩn cho sự tái lơ lửng Taucrres N/m2 0,145
Theo đồ thị Hình 4.5 cho thấy đặc điểm hàm lượng TTLL giữa kết quả tính từ mơ hình và số liệu quan trắc có xu thế như nhau, về giá trị có sự khác biệt đáng kể. Tuy nhiên số liệu quan trắc được tiến hành đo tại tầng mặt (cách mặt 0,5 mét), còn kết quả từ mơ hình là tính cho trung bình cả cột nước. Đây cũng là một hạn chế trong q trình tính tốn nên ít nhiều cũng ảnh hưởng đến kết quả nghiên 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 mơ hình
Hình 4.5. Hàm lượng TTLL (mùa khơ) theo kết quả tính tốn mơ hình và số liệu quan trắc tại trạm kiểm chứng B2
IV.3. Kết quả tính tốn
IV.3.1. Dịng chảy
Trường dịng chảy vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng là tổng hợp của các thành phần dịng triều, dịng chảy gió và dịng chảy do khối nước ngọt từ sơng đưa ra. Trong đó, dịng triều tuần hồn có vai trị quan trọng quyết định đến tính chất chung của dòng chảy tổng hợp. Tuy nhiên sự biến đổi theo mùa của trường gió và lưu lượng sơng gây ra sự biến đổi mùa của trường dòng chảy trong khu vực nghiên cứu. Dựa trên kết quả tính từ mơ hình, đặc điểm dịng chảy theo mùa và theo pha triều được phân tích chi tiết như sau:
Mùa khô
Vào mùa khô, sự biến đổi mùa của trường gió và suy giảm đáng kể lưu lượng nước từ các sông đưa ra cũng đã tạo ra sự khác biệt tương đối của trường dòng
chảy so với mùa mưa. Ở thời kỳ cuối pha triều lên và nước lớn, vận tốc dòng chảy khá nhỏ, sự ảnh hưởng của khối nước sông vào thời điểm này rất hạn chế nên khối nước biển xâm nhập sâu hơn vào phía trong các cửa sơng. Thời gian chuyển pha giữa nước lớn và thời điểm triều xuống khá nhỏ, trong khoảng 2 giờ. Cũng do tải lượng nước của các sông nhỏ nên thời gian dừng chảy vào thời điểm nước ròng ngắn hơn, trường dòng chảy nhanh chóng chuyển trạng thái từ dừng chảy thành chảy lên. Kết quả mơ phỏng trường dịng chảy trong pha triều lên vào mùa khô cho thấy sự ảnh hưởng sâu hơn vào lục địa của các khối nước biển, đặc biệt là khu vực cửa Lạch Tray và Tây Nam đảo Đình Vũ.
Trong thời điểm nước rịng, trường dịng chảy khu vực ven biển Hải Phịng có vận tốc khá nhỏ - khoảng 0,1 đến 0,2 m/s và phân tán mạnh về hướng chảy. Cũng do tải lượng nước của các sông nhỏ nên thời gian dừng chảy vào thời điểm nước rịng ngắn hơn, trường dịng chảy nhanh chóng chuyển trạng thái từ dừng chảy thành chảy lên. Khu vực sơng Bạch Đằng có vận tốc 0,7-0,8 m/s và giảm dần đến Đình Vũ với vận tốc dịng chảy là 0,2-0,4 m/s. Phía Đơng Bắc khu vực nghiên cứu do lượng nước từ Quảng Ninh đưa sang ít và lưu lượng từ sông Chanh chảy ra thấp nên tốc độ dịng chảy trong mùa khơ chỉ đạt từ 0,1-0,2 cm/s.
Kết quả mơ phỏng trường dịng chảy trong pha triều lên vào mùa khô cho thấy sự ảnh hưởng sâu hơn vào lục địa của các khối nước biển, đặc biệt là khu vực cửa Bạch Đằng. Hướng dòng chảy ở vùng phía ngồi các cửa sơng khá đồng