3.2. Kết quả tính tốn chế độ thủy động lực
3.2.1. Trường dòng chảy và mực nước triều
Kết quả mô phỏng thủy triều cho thấy trường mực nước thủy triều biến đổi theo thời gian, có sự chênh lệch mực nước giữa các điểm ở phía Đơng và phía Tây của khu vực nghiên cứu, giá trị chênh lệch lớn nhất có thể đạt 6-7cm (Hình 3.3). Kết quả này phù hợp với các kết quả nghiên cứu và đo đạc thực địa trước đây.
Hình 3.3. Trường mực nước tại thời điểm 35h khi chỉ tính đến thủy triều
Khu vực nghiên cứu có độ sâu nhỏ dưới 15m, địa hình bị chia cắt mạnh bởi các cửa sơng, đảo, trong đó tồn tại nhiều luồng lạch cùng các bãi cát ngầm. Dòng
chảy trong khu vực bị biến đổi mạnh mẽ do ảnh hưởng của địa hình và đường bờ, hình thành dịng chảy đặc trưng của khu vực.
Hình 3.4. Trường mực nước và hồn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khi chỉ tính đến thủy triều
Hình 3.5. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 115h khi chỉ tính đến thủy triều
Kết quả tính tốn cho thấy, sự biến đổi của dòng triều trong khu vực phụ thuộc vào thời gian triều cao hay triều thấp, phụ thuộc vào thời điểm triều dâng hay triều rút. Vào các ngày triều cao dòng triều mạnh hơn các ngày triều thấp, vận tốc dòng triều rút lớn hơn dịng triều dâng. Kết quả tính tốn cho thấy sự có mặt thường
xuyên của dòng chảy dọc bờ Cát Hải và dòng chảy ven bờ biển Đồ Sơn, An Dương.
Khi triều lên, dòng chảy dọc bờ đảo Cát Hải (TT. Cát Hải, Văn Phong, Hồng Châu) có hướng Tây, kết hợp với dịng chảy đi ra cửa Lạch Huyện và dòng đi vào cửa Nam Triệu tạo thành dịng bao quanh đảo Cát Hải (Hình 3.4). Khi triều xuống, dòng chảy bao quanh đảo Cát Hải đổi chiều đi ra từ cửa Nam Triệu và đi vào cửa Lach Huyện (Hình 3.5).
-2 -1 0 1 2 24 72 120 168 216 264 312 360 Thời gian (h) M ực n ước t ri ều ( m) Cửa NT Cửa LH a. Mực nước 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 V ận tốc (m/s ) Thời gian (h) Cửa NT Cửa LH b. Vận tốc dịng chảy
Hình 3.6. Biến trình mực nước vận tốc dịng chảy tại cửa Nam Triệu và Lạch Huyện khi chỉ tính đến thủy triều
Sự hiện diện của dòng chảy thuận nghịch dọc bờ Cát Hải đã được khẳng định trong nhiều nghiên cứu trước đây [18]. Dòng chảy thuận nghịch dọc bờ Cát Hải là
hệ quả của sự lệch pha dòng chảy tại hai cửa Nam Triệu và Lạch Huyện, trong khi mực nước tại hai cửa hoàn toàn đồng nhất về pha. Ngồi sự lệch pha của dịng chảy tại hai cửa Nam Triệu và lạch Huyện, một điều thú vị nữa là độ lớn dòng chảy tại hai cửa này cũng có sự hốn vị, khi dịng chảy cửa Nam Triệu lớn thì dịng chảy cửa Lạch Huyện nhỏ và ngược lại. Điều này có thể là nguyên nhân chính hình thành sự lệch pha dịng chảy tại hai cửa (Hình 3.6). Vận tốc dịng chảy dọc bờ Cát Hải có thể đạt giá trị 35cm/s.
Dịng chảy ven bờ Đồ Sơn, An Dương là dòng thuận nghịch theo pha triều lên và triều xuống, hướng theo hướng đường bờ, vận tốc cực đại tại điểm ven bờ Ngọc Hải đạt 40 cm/s trong các ngày triều mạnh.
Hình 3.7. Trường mực nước và hồn lưu tầng mặt tại thời điểm 44h khi chỉ tính đến thủy triều
Điều kiện khơ-ướt trong mơ hình áp dụng cho bài tốn đối với vùng triều áp đảo cũng được thể hiện rõ qua kết quả tính tốn. Việc triển khai điều kiện khơ ướt trong mơ hình đã cho phép mơ phỏng sát thực hơn các trường thủy động lực cũng như quá trình lan truyền và vận chuyển vật chất ở khu vực có địa hình phức tạp như khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng. Mơ hình mơ phỏng rõ ràng quá trình lộ bãi và ngập bãi khi triều xuống và khi triều lên. Hình 3.7 thể hiện kết quả tính tốn tại
thời điểm triều xuống thấp.
3.2.2. Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 1 (khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông) lượng sông)
Vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng là thủy vực mở chịu tác động mạnh mẽ của biển, đồng cũng chịu ảnh hưởng mạnh của các sông Cấm, Bạch Đằng, Lạch Tray, sông Chanh đổ trực tiếp qua cửa Nam Triệu và một phần nhỏ qua cửa Lạch Huyện. Sự tác động của dịng chảy sơng đến chế độ thủy động lực của khu vực liên hệ chặt chẽ với lưu lượng nước trong sông (giá trị chênh lệch mực nước tại các biên cửa sông).
Để đánh giá ảnh hưởng của sông đến chế độ thủy động lực trong khu vực, tác giả đã tiến hành triển khai tính tốn theo hai phương án HP02 và HP03. Giá trị chênh lệch mực nước tại các biên cửa sông được cho tương ứng 0,1-0,15 mm (mùa kiệt) và 1-3 mm (mùa mưa).
Kết quả tính tốn cho thấy trường mực nước và hồn lưu trong khu vực hầu như không biến đổi về hướng so với kết quả trong phương án HP01 (Hình 3.8 và 3.9). Tuy nhiên, giá trị độ lớn của dòng tổng hợp đã bị thay đổi, mức độ thay đổi này tùy thuộc vào chênh lệch mực nước tại các biên cửa sơng. Các vị trí gần các cửa sơng có sự thay vể tốc độ dịng chảy lớn hơn, sự thay đổi này giảm dần ở các điểm phía ngồi cửa sơng. Q trình tương tác giữa dịng chảy sơng và dòng triều làm thay đổi vận tốc dòng tổng hợp, trong pha triều lên vận tốc dòng tổng hợp bị suy giảm so với phương án HP01 và ngược lại trong pha triều xuống tốc độ dòng chảy tăng lên. Điều này hồn tồn phù hợp với thực tế q trình tương tác sơng-biển.
Kết quả tính tốn trong cho thấy tốc độ dịng dọc bờ Cát Hải ít thay đổi trong phương án HP02, tăng lên từ 7-10 cm/s trong phương án HP03. Như vậy, trong điều kiện mùa mưa dòng chảy dọc bờ Cát Hải được tăng cường. Đối với dòng chảy ven bờ Đồ Sơn, tại điểm ven bờ Ngọc Hải cho thấy tốc độ dòng chảy cực đại vào khoảng trên dưới 40 cm/s trong cả hai phương án HP02 và HP03, hầu như không
thay đổi so với phương án HP01.
Hình 3.8. Trường mực nước và hồn lưu tầng mặt tại thời điểm 50h khi tính đến thủy triều và lưu lượng sơng cực tiểu
Hình 3.9. Trường mực nước và hồn lưu tầng mặt tại thời điểm 66h khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại
Khi tăng dần giá trị chênh lệch mực nước trên biên cửa sơng, kết quả tính tốn cho thấy sự thay đổi tốc độ dịng chảy tại các điểm gần các cửa sơng tăng lên.
Trong phương án HP03 (chênh lệch mực nước tại các cửa sông là 2,5-3 mm tương ứng với điều kiện cực đại về lưu lượng) cho thấy tại vị trí ở trung tâm miền tính cịn ghi nhân được sự thay đổi đáng kể của tốc độ dòng chảy so với phương án HP01. Như vậy, trong điều kiện cực đại ảnh hưởng của sông đến chế độ thủy động lực trong khu vực rất lớn, nhất là các vùng gần các cửa sông.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 Thời gian (h) V ận t ốc ( m /s) HP01 HP02 HP03
Hình 3.10. Biến thiên vận tốc dịng chảy tầng mặt tại điểm P2 gần cửa Lạch Tray khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng sơng cực tiểu
(HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại (HP03)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 V ận tốc (m /s) Thời gian (h) HP01 HP02 HP03
Hình 3.11. Biến thiên vận tốc dịng chảy tầng mặt tại điểm P5 gần cửa Nam Triệu khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng sơng cực tiểu
(HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại (HP03)
Tại điểm P2 gần cửa Lạch Tray thay đổi của tốc độ dòng chảy trong các phương án khơng đáng kể, chênh lệch vận tốc dịng chảy tầng mặt lớn nhất giữa các
phương án khoảng 5-6 cm/s, Hình 3.10 thể hiện kết quả này. Tại điểm P5 gần cửa Nam Triệu, biến động của tốc độ dịng chảy trong các phương án có sự khác biệt rõ rệt. So với phương án HP01, tốc độ dòng chảy trong phương án HP02 chênh lệch nhỏ khoảng vài centimet. Trong khi đó theo phương án HP03 tốc độ dòng chảy chênh lệch khá lớn khoảng trên 10 cm/s. Trên Hình 3.11 thể hiện rất rõ sự suy giảm mạnh của dòng chảy khi triều lên và sự tăng cường của dòng chảy khi triều rút tại điểm P5 gần cửa Nam Triệu.
3.2.3. Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 2 (khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng và gió theo 2 mùa) lượng sơng và gió theo 2 mùa)
Tác động tổng hợp của thủy triều, sông và gió đến chế độ thủy động lực trong khu vực được tính tốn theo các phương án HP04 (gió hướng Đơng), HP05 (gió hướng Bắc), HP06 (gió hướng Đơng Nam) và HP07 (gió hướng Nam). Kết quả tính tốn cho thấy, trong điều kiện gió bình thường khơng làm thay đổi hướng hồn lưu triều áp đảo của khu vực, tuy nhiên có thể làm biến đổi giá trị của dòng tổng hợp. Đối với các dòng dọc bờ Cát Hải, Đồ Sơn cũng nhận thấy sự thay đổi của vận tốc dòng chảy so với phương án HP01, HP02 và HP04. Các hình từ 3.12 đến 3.15 thể hiện trường mực nước và dịng chảy tầng mặt tính tốn trong các phương án kể trên.
Trong 4 phương án tính tốn, các phương án HP04, HP06 và HP07 đều cho thấy xu hướng dòng chảy được tăng cường khi triều lên và suy giảm khi triều xuống. Đối với phương án HP05 cho xu hướng ngược lại.
Hình 3.12. Trường mực nước và hồn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng cực tiểu và gió hướng Đơng
Hình 3.13. Trường mực nước và hồn lưu tầng mặt tại thời điểm 122h khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng mùa kiệt và gió hướng Bắc
Hình 3.14. Trường mực nước và hồn lưu tầng mặt tại thời điểm 141h khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng mùa lũ và gió hướng Đơng Nam
Hình 3.15. Trường mực nước và dịng chảy tầng mặt tại thời điểm 341h khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng mùa lũ và gió hướngNam
Kết quả tính tốn trình bày trong Hình 3.16 và 3.17 thể hiện rõ tác động của trường gió bề mặt làm thay đổi giá trị vận tốc dòng chảy tổng hợp. Chênh lệch vận tốc giữa các phương án HP04, HP05 và HP06, HP07 so với phương án HP01 lớn
nhất trong những ngày triều kém, nhỏ hơn vào những ngày triều cường. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 Thời gian (h) V ận tố c (m /s ) HP04 HP05 HP06 HP07
Hình 3.16. Biến thiên vận tốc dịng chảy tầng mặt tại điểm P2 khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng cực tiểu và gió hướng Đơng (HP04); khi tính đến thủy triều,
lưu lượng sơng cực và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng cực đại và gió hướng Đơng Nam (HP06); khi tính đến thủy triều, lưu lượng
sơng cực đại và gió hướng Nam
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 Thời gian (h) V ận tố c (m /s ) HP04 HP05 HP06 HP07
Hình 3.17. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng cực tiểu và gió hướng Đơng (HP04); khi tính đến thủy triều,
lưu lượng sơng cực tiểu và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đến thủy triều, lưu lượng sơng cực đại và gió hướng Đơng Nam (HP06); khi tính đến thủy triều, lưu
lượng sơng cực đại và gió hướng Nam (HP07)
các tác động của gió bề mặt và ảnh hưởng của sơng, dịng triều vẫn giữ vai trò chủ đạo trong hồn lưu chung của khu vực. Các dịng chảy dọc bờ Cát Hải và ven bở biển Đồ Sơn luôn tồn tại trong tất cả các phương án tính tốn.
3.3. Kết quả tính tốn vận chuyển trầm tích lơ lửng
3.3.1. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của thủy triều
Quá trình lan truyền trầm tích dưới tác động của thủy triều được mô phỏng theo các phương án HP08, ứng với trường hợp nồng độ trầm tích tại các biên cửa sông là nhỏ nhất và HP09, ứng với trường hợp nồng độ trầm tích tại các biên cửa sơng là nhỏ nhất. Kết quả tính tốn thể hiện rõ q trình lan truyền và vận chuyển của trầm tích phụ thuộc chặt chẽ vào độ lớn và hướng của dịng triều. Bên cạnh đó nồng trầm tích cũng có ảnh hưởng đến chính q trình lan truyền và vận chuyển của trầm tích.
Kết quả tính tốn cho thấy, sau khoảng 48h quá trình này đã vào ổn định, vùng chịu ảnh hưởng của trầm tích hầu như khơng mở rộng đáng kể theo thời gian. Hàm lượng trầm tích lơ lửng bị tác động bởi dòng chảy thủy triều. Độ lớn mực nước và dòng chảy thủy triều ảnh hưởng mạnh mẽ đến nồng độ trầm tích trong khu vực, ảnh hưởng đến đỉnh của biểu đồ hàm lượng trầm tích lơ lửng.
Trong những ngày triều cường, quá trình động lực nguồn gốc biển hoạt động mạnh, dịng chảy dọc bờ tăng lên đáng kể. Do đó, trầm tích dễ dàng theo dịng chảy lan truyền và khuếch tán ra xa hơn so với thời kỳ triều thấp. Qúa trình phát tán trầm thích diễn ra mạnh nhất trong pha triều xuống. Dòng chảy xiết khi triều rút mang trầm tích ra xa hơn. Dịng chảy dọc bờ biển Đồ Sơn cũng góp phần quan trọng vào q trình này, trầm tích được vận chuyển dọc bờ biển xuống phía nam tới mũi Đồ Sơn và vượt ra ngồi miền tính. Trong những ngày triều kém, khả năng lan truyền trầm tích bị hạn chế do dịng triều nhỏ, dẫn đến sự suy giảm của các dòng chảy ven bờ, trầm tích vận chuyển dọc bờ và tích tụ lại ở khu vực có độ sâu nhỏ làm nồng độ trầm tích tại các khu vực gần cửa sông, ven bờ tăng lên.
Thời điểm 3h Thời điểm 24h
Thời điểm 68h Thời điểm 180h
Hình 3.18. Nồng độ trầm tích lơ lửng khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt
Quá trình lan truyền và vận chuyển của trầm tích liên quan mật thiết với quá trình triều dâng và triều rút. Khi triều dâng, dịng triều đẩy trầm tích trở lại các cửa sơng, một phần trầm tích bị giữ lại ở các khu vực ven bờ, nơi có đường bờ bị chia cắt mạnh hoặc các bãi ngầm, mà ở đó tốc độ dịng chảy nhỏ. Bên cạnh đó dịng dọc bờ Cát Hải có hướng từ cửa Lạch Huyện sang cửa Nam Triệu đã hạn chế khả năng vận chuyển trầm tích về phía cửa Lạch Huyện, đảo Cát Bà. Khi triều rút, dòng chảy đổi hướng chảy ra biển đẩy dòng trầm tích ra xa. Như đã phân tích ở trên, tốc độ dòng chảy khi triều xuống lớn hơn khi triều lên, kết hợp với dòng chảy dọc bờ Cát Hải, Đồ Sơn đẩy mạnh quá trình vận chuyển trầm tích ra biển (Hình 3.18 và 3.19).
Thời điểm 3h Thời điểm 24h
Thời điểm 68h Thời điểm 180h
Hình 3.19. Nồng độ trầm tích lơ lửng lửng khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ
Chỉ dưới tác động của thủy triều, nồng độ trầm tích giữa các tầng khơng có sự sai khác đáng kể (Hình 3.20 và 3.21). Điều này hồn tồn phù hợp với thực tế, địa hình khu vực nghiên cứu khá nơng, phần lớn địa hình có độ sâu dưới 5 m, khu vực sâu nhất nằm ở phía Đơng Nam vào khoảng 15 m, khu vực ven biển các cửa sông Nam Triệu, Lạch Tray, Lạch Huyện độ sau nhỏ hơn 3 m, ngoại trừ luồng tầu Nam Triệu có độ sâu khoảng 5-7 m và luồng tầu Lạch Huyện sâu từ 7 đến trên 10 m. Vì vậy, quá trình xáo trộn trong khu vực diễn ra mạnh mẽ trên toàn cột nước, làm cho nồng độ trầm tích tại các độ sâu khác nhau gần như giống nhau.