Thơng kế tần suất sóng theo các hướng sóng có tác động tới khu vực bờ Thuận An, kết quả thu được như trong bảng 3.
Bảng 3. Bảng tần suất sóng nước sâu theo các hướng tác động tới đường bờ
Hs range ( -90÷ -60 ) ( -60÷-30 ) ( -30÷ 0 ) ( 0 ÷ 30) ( 30÷ 60 ) ( 60÷ 90 ) hướng khác 0.0-0.5 0.20 12.26 12.48 2.19 0.90 0.41 0.75 0.5-1.0 0.03 10.18 17.53 3.20 1.33 0.52 0.59 1.0-1.5 0.00 0.63 11.18 2.90 0.91 0.36 0.10 1.5-2.0 0.00 0.01 7.63 2.65 0.39 0.19 0.02 2.0-2.5 0.00 0.00 3.98 2.06 0.31 0.06 0.00
2.5-3.0 0.00 0.01 1.38 1.21 0.17 0.02 0.00 3.0-3.5 0.00 0.01 0.33 0.48 0.09 0.01 0.00 3.5-4.0 0.00 0.00 0.05 0.13 0.03 0.00 0.00 4.0-4.5 0.00 0.00 0.01 0.03 0.00 0.00 0.00 4.5-5.0 0.00 0.00 0.02 0.01 0.01 0.00 0.00 5.0-5.5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.5-6.0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.0-6.5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.5-7.0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 7.0-7.5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 >7.5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Tổng % 0.23 23.11 54.59 14.88 4.14 1.58 1.47 số số liệu 141 14179 33497 9129 2538 972 904 Hướng khí tượng 150÷120 120 ÷ 90 90 ÷60 60 ÷30 30÷ 0 360 ÷330
Áp dụng cơng thức (85) tính tốn tham các tham số sóng theo từng hướng ta được các kết quả như trong bảng 4.
Bảng4. Kết quả phân tích các yếu tố sóng theo hướng tác động
Hướng (-90 ÷ -60) (-60 ÷ -30) (-30 ÷ 0) (0 ÷ 30) (30 ÷ 60) (60÷ 90) Hmor 0.86 1.32 2.43 2.34 1.76 1.06 Tp 5.58 6.93 8.90 7.52 6.99 5.81 Dir -67.98 -42.42 -19.11 12.17 42.67 72.57 Tổng % 0.23 23.11 54.59 14.88 4.14 1.58 Hướng khí tượng 150÷120 120 ÷ 90 90 ÷60 60 ÷30 30÷ 0 360 ÷330
Trên bảng 4 là số liệu phân tích thống kê các tham số sóng cho 6 hướng truyền sóng có tác động đến vận chuyển trầm tích và biển đổi đáy. Trong đó hướng truyền sóng có tần suất lớn nhất là sóng có hướng từ 60 đến 90 độ (theo hướng khí tượng) tương ứng với sóng hướng từ đơng bắc đến đông. Đây cũng là 6 phương án với các tham số sóng sẽ được sử dụng trong tính tốn vận chuyển trầm tích và biến động đáy biển được trình bày trong phần tiếp theo.
3.6 Thiết lập các thông số và hiệu chỉnh mơ hình
Trước khi tính tốn mơ hình cần được hiệu chỉnh các thơng số sao cho kết quả tính phù hợp với thực tế đo đạc. Đây là bước quan trọng cần được thực hiện kỹ lưỡng trước khi sử dụng bất kỳ một mơ hình số nào. Trong phần nghiên cứu này tác giả tiến hành hiệu chỉnh các thông số thông qua việc so sánh các kết quả tính tốn mực nước và dòng chảy trong đợt khảo sát đo đạc ngày 21/4/2007 tại trạm V1,
thuộc dự án VS\RDE-03. Trạm quan trắc dịng chảy nằm phía ngồi cửa Thuận An quan trắc đồng thời dao động mực nước triều và đo đạc dòng triều tại 3 tầng mặt, giữa và đáy.
Hình18. Vị trí các trạm quan trắc dao động mực nước và dòng chảy V1 3.6.1 Thiết lập các thơng số trong mơ hình CMS-wave
Hình 20. Điều kiện phổ sóng tại biên CMS-wave
Dạng phổ sóng sử dụng trên biên nước sâu là phổ TMA. Phổ sóng được tính tốn từ các tham số sóng: Độ cao Hs, chu kỳ đỉnh phổ Tp và hướng sóng với các tham số của ԑ=3.3 và n=4 tại độ sâu nước d=25m.
3.6.2 Thiết lập các thơng số trong mơ hình CMS-flow
Hình 22. Các thơng số tính tốn vận chuyển trầm tích.
Hình 23. Điều kiện biên dao động mực nước
3.6.3 Thiết lập thông số kết nối giữa hai mơ hình CMS-flow và CMS-wave
Hai mơ hình tính tốn sóng và dịng chảy được sử dụng tính cặp đồng thời. Phương pháp tính cặp sử dụng dạng trao đổi hai chiều, cho phép tính tốn và trao đổi các tham số của sóng và dịng chảy qua lại giữa hai mơ hình theo từng bước thời gian. Theo đó các tham số sóng và ứng suất bức xạ được CMS-flow sử dụng trong mỗi bước tính để tính dịng chảy do sóng và vận chuyển trầm tích. Q trình song song với nó là CMS-wave sử dụng trường dịng chảy, điều kiện địa hình đã được
cập nhật mực nước và biến đổi đáy vào trong tính tốn trường sóng. Hai q trình tính tốn diễn ra song song với bước thời gian trao đổi cập nhật các tham số là 3 giờ. Tổng lượng thời gian tính tốn trong một phương án hướng sóng là 720 giờ (30 ngày).
Hình 24. Giao diện điều khiển tính tốn cặp đồng thới giữa hai mơ hình
Hình 25. So sánh mực nước tính tốn và đo đạc tại trạm V1 từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày 22/4/2007
Hình 26. So sánh tốc độ dịng chảy tính tốn với tốc độ dịng chảy đo đạc tại các tầng Mặt, giữa và đáy tại trạm V1 từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày 22/4/2007
Hình 27. So sánh hướng dịng chảy tính tốn với hướng dịng chảy đo đạc tại các tầng Mặt, giữa và đáy tại trạm V1 từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày 22/4/2007
Hình 28. Trường dịng chảy tại khu vực cửa Thuận An trong pha triều lên
Hình29. Trường dịng chảy tại khu vực cửa Thuận An trong pha triều xuống
Để đánh giá mức độ chính xác của các kết quả tính toán và đo đạc, độ lệch chuẩn và sai số trung bình qn phương đã được sử dụng. Cơng thức xác định giá trị của độ lệch chuẩn (hệ số bias) và sai số trung bình quân phương như sau:
BIAS = 1
N (Vcomi − Vobsi) (86)
RMS = 1
N (Vcomi − Vobsi)2 1/2 (87)
Trong đó N – là tổng số số liệu, Vcomi- giá trị tính tốn thứ i, Vobsi – giá trị đo đạc thứ i.
Kết quả tính tốn sai số của dao động mực nước đo đạc và tính tốn: Bias = 0.065, Rms = 0.177
Kết quả tính tốn sai số của vận tốc dịng chảy đo đạc tại tầng giữa và vận tốc tính tốn: Bias = 0.0352, Rms = 0.0963
Từ các kết quả trên cho thấy kết quả tính tốn mực nước, tốc độ và hướng dịng chảy ứng với các thơng số cài đặt trong mơ hình là khá phù hợp. Các kết quả về giá trị có sự sai khác nhỏ. Các hệ số bias mang giá trị dương chứng tỏ các giá trị tính tốn lớn hơn so với các giá trị đo đạc.
3.7. Kết quả tính tốn
Mơ hình tính cặp đồng thời mơ phỏng sự vận chuyển trầm tích và biến động bãi biển được thiết lập theo các thông số đã được hiệu chỉnh tại phần trên. Tính tốn vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy được thực hiện theo 6 hướng sóng chính, trong mỗi hướng sóng được tính tốn trong 720 giờ (30 ngày). Kết quả tính tốn vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy biển được trình bày theo 3 dạng: Thứ nhất, kết quả được trình bày trên các hình vẽ theo mặt rộng. Thứ hai, chọn ra 5 mặt cắt đặc trưng, biểu thị biến động đáy biển trên hình vẽ của các mặt cắt ngang. Thứ ba, dựa trên số liệu tại các mặt cắt ngang tính tốn, lập bảng thống kê giá trị tổng lượng trầm tích vận chuyển qua mỗi mặt cắt theo các hướng sóng khác nhau.
3.7.1 Kết quả tính tốn biến động đáy
Hướng sóng 1 (120 đến 150 độ): Các tham số sóng tính tốn: Hmor=0.86, Tp =5.58, hướng trung bình= -67.98, tần suất=0.23 % và dao động mực nước trên biên ngồi của CMS-flow.
Hình 30. Kết quả tính tốn bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 120 đến 150 độ
Hình 31. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính tốn 30 ngày dưới tác động của sóng có hướng từ 120 đến 150 độ
Hướng sóng 2 (90 đến 120 độ): Các tham số sóng tính tốn: Hmor=1.32, Tp =6.93, hướng trung bình =-42.42, tần suất= 23.11 % và dao động mực nước trên biên ngồi của CMS-flow.
Hình 32 Kết quả tính tốn bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 90 đến 120 độ
Hình 33. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính tốn 30 ngày dưới tác động của sóng có hướng từ 90 đến 120 độ
Hướng sóng 3(60 đến 90 độ): Các tham số sóng tính tốn: Hmor=2.43, Tp =8.90, hướng trung bình =-19.11, tần suất=54.59 % và dao động mực nước trên biên ngồi của CMS-flow.
Hình 34. Kết quả tính tốn bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 60 đến 90 độ
Hình35. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính tốn 30 ngày dưới tác động của sóng có hướng từ 60 đến 90 độ
Hướng sóng 4(30 đến 60 độ): Các tham số sóng tính tốn: Hmor=2.34, Tp =7.53, hướng trung bình =12.17, tần suất=14.88% và dao động mực nước trên biên ngồi của CMS-flow.
Hình 36. Kết quả tính tốn bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 30 đến 60 độ
Hình 37. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính tốn 30 ngày dưới tác động của sóng có hướng từ 30 đến 60 độ
Hướng sóng 5(0 đến 30 độ): Các tham số sóng tính tốn: Hmor=1.76, Tp =6.99, hướng trung bình =42.67, tần suất=4.14 % và dao động mực nước trên biên ngồi của CMS-flow.
Hình 38. Kết quả tính tốn bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 0 đến 30 độ
Hình 39. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính tốn 30 ngày dưới tác động của sóng có hướng từ 0 đến 30 độ
Hướng sóng 6 (330 đến 0 độ): Các tham số sóng tính tốn: Hmor=1.06, Tp =5.81, hướng trung bình = 72.57, tần suất = 1.58% và dao động mực nước trên biên ngồi của CMS-flow.
Hình 40. Kết quả tính tốn bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 330 đến 0 độ
Hình 41. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính tốn 30 ngày dưới tác động của sóng có hướng từ 330 đến 0 độ
Như vậy từ các tính trên ta thấy, các hướng sóng có tác động mạnh nhất đến q trình vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy là các hướng sóng trong trường hợp 2, 3 và 4 tương ứng với trường sóng có hướng Đơng và Đơng bắc. Các hướng sóng này chiếm tới 92.58 % trong chuỗi sóng. Các tác động của sóng tới q trình vận chuyển trầm tích là đáng kể. Phía trước và sau cơng trình kè trên bờ phía nam cửa Thuận An có sự biến động rất lớn và có xu thế bồi lắng tại vùng lân cận chân cơng trình. Q trình vận chuyển trầm tích cũng làm cho khu vực luồng tàu tại trung tâm cửa có biến động lớn, q trình bồi lắng ở giữa cửa làm cho tuyến luồng giảm độ sâu đáng kể. Để có sự đánh giá rõ ràng hơn chúng ta xem xét đến sự biến động tại các mặt cắt đặc trưng.
3.7.2 Phân tích kết quả tính tốn biến động bãi đáy biển qua một số mặt cắt đặc trưng
Năm mặt cắt được chọn để đánh giá mức độ biến động trên đáy biển bao gồm: 3 mặt cắt phía trước cơng trình kè biển phía nam và 2 mặt cắt phía trong cửa Thuận An. Các mặt cắt từ 1 đến 4 có gốc nằm trên bờ biển, mặt cắt số 5 gốc nằm trên bờ phía nam. Sơ đồ các mặt cắt tại khu vực cửa Thuận An được mơ tả trong hình 42.
Hình 42. vị trí các mặt cắt từ 1 đến 5
Kết quả tính tốn cho từng hình thế hướng sóng tại mỗi mặt cắt được trình bày trên hai hình vẽ: Hình vẽ biểu diễn sự biến động đáy biển tại mỗi mặt cắt dưới sự tác động của từng hình thế hướng sóng và Hình vẽ so sánh địa hình đáy trước và sau khi tính tốn biến động đáy biển dưới tác động tổng hợp của tất cả các hình thế sóng. Dựa trên sự phân bố tần suất phần trăm của các hình thế hướng sóng theo bảng tần suất (bảng 4) chúng ta tính tốn được mức độ biến động tổng cộng của từng mặt cắt dưới tác động tổng hợp của các hình thế hướng sóng. Giá trị độ sâu trên mỗi mặt cắt trước và sau khi tính tốn cho thấy bức trang về biến động đáy biển trong mỗi mặt cắt.
Hình 43. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 1 dưới tác động của các hướng sóng khác nhau
Hình 44. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 1 dưới tác động tổng hợp của tất cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu
Hình 45. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 2 dưới tác động của các hướng sóng khác nhau
Hình 46. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 2 dưới tác động tổng hợp của tất cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu
Hình 47. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 3 dưới tác động của các hướng sóng khác nhau
Hình 48. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 3 dưới tác động tổng hợp của tất cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu
Hình 49. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 4 dưới tác động của các hướng sóng khác nhau
Hình 50. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 4 dưới tác động tổng hợp của tất cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu
Hình 51. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 5 dưới tác động của các hướng sóng khác nhau
Hình52. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 5 dưới tác động tổng hợp của tất cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu
Từ các hình 44, 46 và 48 ta thấy trên mặt cắt 1, 2 và 3 có sự bồi lắng trầm tích mạnh ở ngay sát đường bờ. Theo thứ tự tự gần đến xa cơng trình kè biển độ bồi lắng gần bờ biển giảm dần, lớn nhất tại mặt cắt số 1, độ bồi lắng lên tới trên 300m tính từ đường bờ. Tiếp theo trên mặt cắt 2 độ bồi tụ là 200m và trên mặt cắt số 3 là 50 m. Các kết quả tính tốn này khá phù hợp với số liệu đo đặc sự biến động đường bờ
Hình 53. Kết quả đo đạc đường bờ tại Thuận An tháng 6 năm 2012
Tại vị trí mặt cắt số 4 có sự bồi lập khá mạnh ở phía ngồi và xói lở trong vùng gần bờ. Tại mặt cắt số 5, đây là mặt cắt ngang của lng chính đi vào cửa Thuận An, có sự bồi lắng khá mạnh tại phía giữa lng tàu. Các kết quả này một lần nữa minh chứng tính sát thực của các kết quả tính tốn là khá phù hợp với thực tế diễn ra trong vùng. Từ hình vẽ 53 ta thấy rằng phần bờ phía bắc cơng trình kè mỏ
hàn có sự xâm thực mạnh, bờ biển bị xói lở tiến sâu vào trong đất liền. Nhưng cũng do hạn chế của mơ hình nên khơng thể mơ phỏng sự biến đổi của đường bờ. Các bức ảnh chụp tại hiện trường vào thời gian tháng 6/2012 (xem hình 54, 55 và 56) một lần nữa minh chứng, cho thấy có sự bồi tụ mạnh ở đầu kè mỏ hàn và bồi tụ tạo ra vùng nước khá nơng phía trong cửa nằm gần kè phía nam và tạo nên một số bar cát lớn tại vị trí trung tâm luồng ra vào của cửa.
Hình 55. Ảnh chụp vị trí các bar cát ngầm tại cửa Thuận An 6/2012
Hình 56. Ảnh chụp các bar cát tại trung tâm luồng ra vào tại cửa Thuận An 6/2012.
3.7.3 Phân tích đánh giá định lượng
Kết quả tính tốn lượng trầm tích vận chuyển trên một đơn vị bề rộng bãi biển trong năm mặt cắt được trình bày trong bảng 5.
Bảng 5. Lượng trầm tích vận chuyển qua các mặt cắt (m3/năm)
Hướn g sóng 150÷120 120 ÷ 90 90 ÷60 60 ÷30 30÷ 0 ÷330 360 SW NE Tổng Mặt cắt 1 2.05 -2385.73 -10976.68 - 2638.52 145.91 29.57 -13360.37 - 2463.03 -15823.41 Mặt cắt 2 -1.50 -1757.05 -9141.92 -959.21 -144.29 -17.22 -10900.46 - 1120.72 -12021.18