CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÙNG CỬA SÔNG NINH CƠ TRÊN KẾT QUẢ CỦA MÔ HÌNH TOÁN
4.3.1.Xây dựng các kịch bản tính toán mô phỏng
Để nghiên cứu chế độ thủy động lực (sóng, dòng chảy) và sơ bộ xác định được nguyên nhân động lực gây bồi lấp và diễn biến luồng lạch qua cửa sông Ninh Cơ, nghiên cứu đã thiết lập một số phương án tính toán mô phỏng sóng, dòng chảy. Khu vực cửa sông Ninh Cơ có chế độ sóng, dòng chảy biến đổi theo hai mùa: mùa gió Đông Bắc (gió NE) và mùa gió Đông Nam (gió SE) rất đặc trưng, trong đó yếu tố sóng có vai trò rất lớn. Nghiên cứu đã lựa chọn ba kịch bản tính toán mô phỏng sóng đặc trưng theo mùa và sóng trong bão; ba kịch bản tính toán mô phỏng dòng chảy tổng hợp trong lũ thiết kế, trung bình mùa lũ và trung bình mùa kiệt.
Nhóm kịch bản sóng:
Do khu vực nghiên cứu không có trạm đo sóng ngoài khơi đảm bảo đo liên tục trong thời gian dài và đo đầy đủ các yếu tố sóng (HS, Ds, Ts), nên trong các kịch bản tính toán sóng dưới đây sẽ sử dụng số liệu sóng NOAA từ mô hình WaveWatch III tại vị trí ngoài khơi vùng biển Nam Định (tọa độ vị trí điểm như đã nêu trong mục 4.2.1. Xây dựng mô hình sóng).
Từ chuỗi số liệu sóng NOAA dài 13 năm liên tục (từ 1997 - 2010), ta xác định được đặc trưng sóng khí hậu đối với vùng ngoài khơi biển Nam Định như sau:
Hướng sóng đặc trưng Hs (m) Ds (độ) Tp (s) Hướng SE 2,0 120 - 150 5,8 Hướng NE 2,5 30 - 60 6,2
Ghi chú: Số liệu sóng đã được xử lý tách riêng phần sóng do bão, để phân tích đặc trưng sóng theo mùa.
Hình 21. Đặc trưng sóng ngoài khơi vùng biển Nam Định (sóng NOAA) + UKịch bản 1 (ký hiệu KB-S1)U: Tính toán mô phỏng sóng khu vực cửa sông Ninh Cơ trong mùa gió Đông Bắc, để xác định đặc trưng sóng với hướng gió NE trong mùa đông. Kịch bản sử dụng số liệu biên sóng ngoài khơi là con sóng đặc trưng đối với mùa gió NE, sóng có Hs = 2,5 m, Tp = 6,2 s (Hình 21); mực nước lấy ứng với mực nước triều cao (khi sóng có khả năng tác động mạnh nhất) trong mùa đông tính trung bình nhiều năm, có giá trị bằng 1,87 m (Bảng 2).
+ UKịch bản 2 (ký hiệu KB-S2)U: Tính toán mô phỏng sóng khu vực cửa sông Ninh Cơ trong mùa gió Đông Nam, để xác định đặc trưng sóng với hướng gió SE trong mùa hè. Kịch bản sử dụng số liệu biên sóng ngoài khơi là con sóng đặc trưng đối với mùa gió SE, sóng có Hs = 2,0 m, Tp = 5,8 s (Hình 21); mực nước lấy ứng
với mực nước triều cao trong mùa hè tính trung bình nhiều năm, có giá trị bằng 2,05 m (Bảng 2).
+ UKịch bản 3 (ký hiệu KB-S3)U: Tính toán mô phỏng sóng khu vực cửa sông Ninh Cơ trong bão, để xác định đặc trưng sóng trong bão. Kịch bản sử dụng số liệu biên sóng ngoài khơi là con sóng theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển, sóng có hướng SE là hướng nguy hiểm nhất (hướng sóng vuông góc với đường đồng mức đáy biển), Hs = 9,69, Tp = 11,8 s (sóng vùng 2 - Phụ lục B- TCTK đê biển), mực nước lấy ứng với mực nước triều thiết kế ZRTKR = 4,0 m (MC16 - Phụ lục A - TCTK đê biển).
Nhóm kịch bản dòng chảy:
+ UKịch bản 1 (KB-DC1)U: Tính toán mô phỏng dòng chảy tổng hợp vùng cửa sông trong mùa lũ, để xác định chế độ dòng chảy tổng hợp trong mùa lũ. Kịch bản sử dụng biên mực nước phía biển là chu kỳ triều có biên độ triều lớn nhất trung bình mùa lũ, với mực nước đỉnh triều ZRđỉnhR = 2,05 m (Bảng 2); biên lưu lượng tại Phú Lễ được lấy bằng lưu lượng mùa lũ trung bình nhiều năm, mùa lũ QRTBR = 330 mP
3
P
/s (tại Trực Phương lấy bằng 8 % QRTBRmùa lũ tại Sơn Tây, QRTBR Sơn Tây = 6089 mP
3
P
/s - tính theo chuỗi số liệu lưu lượng trung bình tháng tại Sơn Tây từ 1956 - 2010); biên sóng ngoài khơi lấy từ kết quả tính sóng của mô hình sóng theo kịch bản KB-S1.
+ UKịch bản 2 (KB-DC2)U: Tính toán mô phỏng dòng chảy tổng hợp vùng cửa sông trong mùa kiệt, để xác định chế độ dòng chảy tổng hợp trong mùa kiệt. Kịch bản sử dụng biên mực nước phía biển là chu kỳ triều có biên độ triều lớn nhất trung bình mùa kiệt, với mực nước đỉnh triều ZRđỉnhR = 1,87 m (Bảng 2); biên lưu lượng tại Phú Lễ được lấy bằng lưu lượng mùa kiệt trung bình nhiều năm, mùa kiệt QRTBR = 90 mP
3
P
/s (tại Trực Phương lấy bằng 8 % QRTBR mùa kiệt tại Sơn Tây, QRTBRSơn Tây = 1571 mP
3
P
/s - tính theo chuỗi số liệu lưu lượng trung bình tháng tại Sơn Tây từ 1956 - 2010); biên sóng ngoài khơi lấy từ kết quả tính sóng của mô hình sóng theo kịch bản KB-S2.
+ UKịch bản 3 (KB-DC3)U: Tính toán mô phỏng dòng chảy tổng hợp vùng cửa sông trong lũ thiết kế, để xác định chế độ dòng chảy tổng hợp khi có lũ lớn xảy ra. Kịch bản sử dụng biên mực nước phía biển là chu kỳ triều cường có biên độ triều lớn nhất trong tháng 8 (vì lũ lớn trên sông xảy ra vào tháng 8), với mực nước đỉnh triều
ZRđỉnhR = 1,93 m (Bảng 2), đây là trường hợp bất lợi cho tiêu thoát lũ; biên lưu lượng tại Phú Lễ được lấy là đường quá trình lưu lượng lũ thiết kế theo số liệu của dự án “Quy hoạch phòng, chống lũ chi tiết các tuyến sông có đê tỉnh Nam Định” đã được các cấp phê duyệt năm 2012, theo đó QRTKR tại Phú Lễ là 760 mP
3
P
/s.
Trong giới hạn nghiên cứu của luận văn này không xem xét đến kịch bản gây bất lợi nhất cho tiêu thoát lũ là kịch bản lũ thiết kế từ sông gặp triều cường và nước dâng do bão. Vì xét thấy tác động nước dâng do bão chỉ xảy ra trong thời gian ngắn so với thời gian trận lũ nên sẽ có ảnh hưởng không lớn đến khả năng tiêu thoát lũ. Mặt khác, việc tính toán nước dâng do bão (trị số nước dâng, tần suất xảy ra tổ hợp lũ thiết kế gặp triều cường, nước dâng do bão) cho khu vực cửa sông là một nội dung lớn, cần có những nghiên cứu riêng và chuyên sâu hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tổng hợp lại ta có các kịch bản mô phỏng sau:
Hình 22. Các khối mô hình sóng, dòng chảy tổng hợp khu vực nghiên cứu Bảng 7. Tóm tắt các kịch bản mô phỏng sóng, dòng chảy
Loại mô hình
Tên kịch
bản Điều kiện biên
Mô hình sóng
KB-S1 - Biên sóng: sóng điển hình hướng NE - Mực nước triều cao trong mùa đông KB-S2 - Biên sóng: sóng điển hình hướng SE
- Mực nước triều cao trong mùa hè
KB-S3 - Biên sóng: sóng điển hình trong bão hướng SE - Mực nước triều thiết kế
Loại mô hình
Tên kịch
bản Điều kiện biên
Mô hình dòng chảy
tổng hợp
KB-DC1
- Biên lưu lượng sông: Q mùa lũ TB nhiều năm - Biên mực nước triều: chu kỳ triều lớn nhất mùa lũ - Biên sóng: sóng điển hình hướng NE lấy từ KB-S1 KB-DC2
- Biên lưu lượng sông: Q mùa kiệt TB nhiều năm - Biên mực nước triều: chu kỳ triều lớn nhất mùa kiệt - Biên sóng: sóng điển hình hướng SE lấy từ KB-S2 KB-DC3 - Biên lưu lượng sông: Q lũ thiết kế
- Biên mực nước triều: chu kỳ triều lớn nhất tháng 8