Số liệu lưu lượng sơng, nồng độ trầm tích lơ lửng tại các cửa sông được chọn theo các phương án căn cứ vào kết quả của các nghiên cứu [1, 6, 8, 16] và một phần số liệu thực đo của Viện Tài ngun Mơi trường biển Hải Phịng.
Số liệu gió là các phương án được chọn dựa trên cơ sở phân tích số liệu thực đo nhiều năm tại trạm Hòn Dáu theo tốc độ và hướng gió đặc trưng theo hai mùa đơng và mùa mùa hè.
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Triển khai mơ hình 3.1. Triển khai mơ hình
3.1.1. Các phương án tính tốn
Các phương án tính tốn được xây dựng nhằm mục đích đánh giá được vai trị của các q trình tương tác sơng-biển tại cửa sơng thơng qua các phương án lưu lượng nước, lưu lượng trầm tích từ sơng đi vào biển, các đặc trưng về chế độ thủy động lực, vận chuyển trầm tích trong khu vực nghiên cứu. Trên cơ sở các kết quả phân tích đặc điểm tự nhiên, khí tượng, thủy – hải văn của khu vực và các số liệu thu thập được đã xây dựng các phương án tính tốn. Mỗi phương án sẽ xét đến một hay nhiều nhân tố có ảnh hưởng đến trường dịng chảy và q trình lan truyền trầm tích trong khu vực. Các phương án được mơ phỏng trong thời gian 15 ngày tính từ 0 giờ Mặt Trời trung bình. Nồng độ trầm tích ở đây dược tính theo nồng độ phi thứ nguyên. Bảng 3.1. Các phương án tích tốn TT Tên phương án
Các điều kiện tại các biên cửa sông, biên mặt biển Giá trị gia tăng mực nước
tại các biên cửa sơng () Gió
Tham số trầm tích lơ lửng tại các biên
cửa sơng
Lạch Tray
Bạch
Đằng Huyện Lạch Vận tốc Hướng Lạch Tray
Bạch Đằng (mm) (mm) (mm) (m/s) 1 HP01 2 HP02 0,1 0,15 0,1 3 HP03 2,5 3 1 4 HP04 0,1 0,15 0,1 5,17 E 5 HP05 2,5 3 1 3,82 N 6 HP06 0,1 0,15 0,1 4,69 SE 7 HP07 2,5 3 1 6,33 S
TT
Tên phương
án
Các điều kiện tại các biên cửa sông, biên mặt biển Giá trị gia tăng mực nước
tại các biên cửa sơng () Gió
Tham số trầm tích lơ lửng tại các biên
cửa sông
Lạch Tray
Bạch
Đằng Huyện Lạch Vận tốc Hướng Lạch Tray
Bạch Đằng (mm) (mm) (mm) (m/s) 8 HP08 0,0001 0,0001 9 HP09 0,01 0,01 10 HP10 0,1 0,15 0,1 0,0001 0,0001 11 HP11 2,5 3 1 0,01 0,01 12 HP12 0,1 0,15 0,1 5,17 E 0,0001 0,0001 13 HP13 0,1 0,15 0,1 3,82 N 0,0001 0,0001 14 HP14 2,5 3 1 4,69 SE 0,01 0,01 15 HP15 2,5 3 1 6,33 S 0,01 0,01 16 HP16 3 0,001 18 HP17 3 4,69 SE 0,001 17 HP18 2,5 0,001 19 HP19 2,5 4,69 SE 0,001
Bảng 3.1 trình bày các phương án tính tốn, cụ thể các phương án như sau:
Phương án HP01: Chỉ tính thủy triều;
Phương án HP02: Tính đến thủy triều và lưu lượng sơng cực tiểu trong mùa kiệt;
Phương án HP03: Tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại trong mùa lũ;
Phương án HP04: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu trong mùa kiệt và gió mùa mùa đơng, hướng Đơng;
Phương án HP05: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu trong mùa kiệt và gió mùa mùa đơng, hướng Bắc;
Phương án HP06: Tính đến thủy triều, lưu lượng sơng cực đại trong mùa lũ và gió mùa mùa hè, hướng Đơng Nam;
Phương án HP07: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại trong mùa lũ trong mùa kiệt và gió mùa mùa hè, hướng Nam;
Phương án HP08: Tính đến thủy triều, nồng độ trầm tích cực tiểu trong mùa kiệt;
Phương án HP09: Tính đến thủy triều, nồng độ trầm tích cực đại trong mùa lũ;
Phương án HP10: Tính đến thủy triều, lưu lượng sơng cực tiểu và nồng độ trầm tích cực tiểu trong mùa kiệt;
Phương án HP11: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ trầm tích cực đại trong mùa lũ;
Phương án HP12: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và nồng độ trầm tích cực tiểu trong mùa kiệt, gió mùa mùa đơng, hướng Đơng;
Phương án HP13: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và nồng độ trầm tích cực tiểu trong mùa kiệt, gió mùa mùa đơng, hướng Bắc;
Phương án HP14: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ trầm tích cực đại trong mùa lũ, gió mùa mùa hè, hướng Đơng Nam;
Phương án HP15: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ trầm tích cực đại trong mùa lũ, gió mùa mùa hè, hướng Nam;
Phương án HP16: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ trầm tích trung bình tại cửa Nam Triệu trong mùa lũ;
trầm tích trung bình tại cửa Nam Triệu trong mùa lũ và gió mùa mùa hè, hướng Đơng Nam;
Phương án HP18: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ trầm tích trung bình tại cửa Lạch Tray trong mùa lũ;
Phương án HP19: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ trầm tích trung bình tại cửa Lạch Tray trong mùa lũ; và gió mùa mùa hè, hướng Đơng Nam;
3.1.2. Điều kiện tính tốn
Tại các biên mở sử dụng bộ hằng số điều hịa của bốn sóng triều chính K1, O1, M2 và S2. Ngồi ra, có thể đưa vào các tham số về vận tốc pháp tuyến và tiếp tuyến, nhiệt độ, độ muối. Trong nghiên cứu này các vận tốc pháp tuyến và tiếp tuyến trên biên được cho bằng 0, nhiệt độ và độ muối tại các biên được cho bằng giá trị trung bình của khu vực là 250C và 25‰.
Riếng đối với các biên cửa sông, được bổ sung các tham số về chênh lệch mực nước và nồng độ trầm tích theo các phương án đã cho trong Bảng 3.1.
Tại biên mặt biển, khơng tính đến thơng lượng nhiệt, có tính đến tác động của gió bề mặt và được cập nhập theo thời gian cho trước.
Các điều kiện ban đầu gồm các trường 2D và 3D. Các trường 2D gồm:
- Trường mực nước ban đầu
- Trường thông lượng nhiệt., theo thời gian
- Trường gió bề mặt theo hướng x, y và theo thời gian - Trường khí áp, theo thời gian.
Các trường 3D gồm:
- Trường muối ban đầu - Trường động năng
- Các tham số được tiến hành hiệu chỉnh cho phù hợp với vùng nghiên cứu. Hình 3.1 trình bày sơ đồ các điểm, các mặt cắt xuất số liệu trong các phương án tính tốn. MC1 MC2 P5 P6 P1 P4 P3 P2 MC1 MC2 P5 P6 P1 P4 P3 P2 Hình 3.1. Vị trí các điểm, các mặt cắt
3.1.3. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình
So sánh kết quả mực nước tính tốn tại điểm P5 () (Hình 3.2) trong cùng thời điểm cho thấy kết quả tính tốn khá sát với thực tế về pha và độ lớn, sai số trung bình nhỏ dưới 1 cm, sai số tuyệt đối lớn nhất 13 cm.
Các tham số của mô hình thu được trong quá trình hiệu chỉnh mơ hình đã được sử dụng trong các tính tốn chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực nghiên cứu.
-3 -1.5 0 1.5 3 2/25/06 0:00 2/25/06 12:00 2/26/06 0:00 2/26/06 12:00 2/27/06 0:00 2/27/06 12:00 2/28/06 0:00 Thực đo Tính tốn
Hình 3.2. Biến trình mực nước tính tốn và thực đo tại điểm P5
3.2. Kết quả tính tốn chế độ thủy động lực
3.2.1. Trường dịng chảy và mực nước triều
Kết quả mơ 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
xun 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 dòng 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 ngun 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.
Dòng 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 hoàn 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 sơng 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.