Bảng 2. 3: Các thông số thiết lập trong mô hình Mike 21/3 FM
STT Thơng số Điều kiện
1 Thời gian mô phỏng Từ ngày 1/1/2011 đến ngày
31/12/2011.
2 Bước thời gian tính tốn 10 giây
3 Hệ số nhám Manning (M)(1) file hệ số nhám theo địa hình miền tính tốn, giá trị thay đổi từ 20÷45 (m1/3/s ) tùy thuộc vào đặc trưng địa hình từng khu vực. 4 Hệ số nhớt rối(2)
0,28 (Smagorinsky formulation)
5 Hệ số ma sát gió 0,0013
6 Tính chất của bùn cát khi nằm trong trong khối nước được mô tả bởi các tham số (3):
- Sự kết bông (tạo thành các flocs) bắt đầu khi nồng độ ≥ 0,01 kg/m3 và ngưng khi nồng độ ≥ 3,0 kg/m3;
- Tỷ trọng khô là 2650 kg/m3; - Hệ số khuyếch tán bằng 50% hệ số nhớt rối ngang.
7 Đáy lòng dẫn Đáy lòng dẫn vùng nghiên cứu
được chia ra làm hai lớp: lớp bùn nhão chảy ở phía trên (lớp 1) và lớp bùn chặt ở phía dưới (lớp 2). 8 Thông số cơ bản của lớp bùn nhão
chảy ở phía trên (lớp 1)(3)
- Hệ số xói: 5.10-5 kg/m2/s - Ứng suất xói: 0,1 N/m2 - Mật độ: 180kg/m3 9 Thông số cơ bản của lớp bùn chặt ở
phía dưới (lớp 2): được thiết lập là các files theo tồn miền tính tốn, giá trị thay đổi tùy thuộc vào đặc trưng địa chất từng khu vực(3) . - Hệ số xói: từ 2,2 ÷ 5,7.10-5 (kg/m2/s). - Ứng suất xói: từ 0,25 ÷ 0,35 (N/m2). - Mật độ: từ 350 ÷ 650 (kg/m3). 10 Điều kiện ban đầu về bề dày lớp đáy
lòng dẫn.
- Lớp 1: 0m;
- Lớp 2: file “bề dày lớp bùn chặt” theo tồn miền tính tốn, giá trị thay đổi từ 0,1 ÷ 1,7 (m), tùy thuộc vào đặc trưng địa chất từng khu vực. Xem hình 2.11.
11 Đường kính hạt d50 (cát rời) file đường kính hạt d50 theo địa hình miền tính tốn, giá trị thay đổi từ 0,07 ÷ 0,2 (mm) tùy thuộc vào đặc trưng địa chất từng khu vực.
12 Độ rỗng (lớp cát rời) 0,4
- Ảnh hưởng của dòng chảy và mực nước lên sóng được xử lý bằng cách chạy đồng thời mơ hình thủy lực HD với mơ hình sóng SW;
- Module vận chuyển và bồi xói bùn cát mịn kết dính MT và cát rời ST tích hợp đồng thời với module thủy lực và module phổ sóng.
Ghi chú:
- (1): Hệ số nhám M có trị số 43÷45 trên vùng biển sâu; giảm dần 36÷20
trên vùng nước cạn, sông rạch, rừng ngập mặn, cỏ biển,... Vùng sát bờ khơng có cây và phủ bùn nhão, trị số M đạt khoảng 35÷40. Hệ số M tại các vùng có cây
rừng ngập mặn có bộ rễ phát triển, M đạt 20÷25. Tại các nhánh sơng chính và biển ven bờ với đáy là bùn và có độ sâu nằm trong khoảng 3÷5m, hệ số M = 35÷40; Tại vùng rừng ngập mặn, vùng ngập nước bán thời gian, đáy là cát có độ sâu <3m, hệ số M = 20÷35 (Kết quả này là khá tương đồng với các nghiên cứu trước [9] [10] [23]).
- (2): Hệ số nhớt rối tính theo cơng thức Smagorinsky (1964) dạng:
với hệ số β tối ưu là 0,28 và A hạn chế trong khoảng 0,5÷100,0 m2/s ( [9] [10]).
- (3): Các thông số liên quan đến tính chất bùn cát được tham khảo từ
nhiều đề tài, dự án đã thực hiện cho vùng nghiên cứu và ĐBSCL [9] [10] [75], cũng như được hiệu chỉnh, kiểm định kỹ lưỡng từ kết quả thực đo, và cho thấy sự tương đồng tốt với nghiên cứu của Nicolas Gratiot (2017) đối với vùng cửa Định An [58].
- Các thông số khác cũng được tham khảo từ kinh nghiệm của nhiều đề tài
trước, kết quả đo đạc thực tế và cân chỉnh nhiều lần để đạt được kết quả phù hợp nhất với thực tế.
Hình 2. 11: Q trình bồi/xói đáy trong mơ hình “đa lớp bồi tụ” (lớp bùn nhão và lớp bùn chặt) Xói đáy Bồi đáy Kết bông/ Lắng Nước Bề dày lớp bùn chặt Tái lơ lửng Lớp bùn nhão Cao độ địa hình Lớp bùn chặt Bề dày lớp bồi tụ
2.3.3. Kết quả hiệu chỉnh – kiểm định mơ hình
Miền nghiên cứu được thiết lập đã được hiệu chỉnh các thông số như trong bảng 2.3 và đạt được các tiêu chí sau:
- Tốc độ tính tốn đạt tối ưu để bảo đảm tính khả thi và tiến độ nghiên cứu, bảo đảm thông số CFL ≤ 1 (công thức 2.27) trong mọi trường hợp tính tốn;
- Mơ hình được hiệu chỉnh và kiểm định thông qua việc so sánh giá trị tính tốn với giá trị thực đo của mực nước, lưu lượng dịng chảy, lưu tốc dịng chảy, chiều cao sóng có nghĩa, chu kỳ sóng, nồng độ bùn cát lơ lửng. Các số liệu thực đo có được từ dự án điều tra cơ bản cũng như từ một số đề tài do Hoàng Văn Huân chủ nhiệm vào năm 2011 (từ 13/09/2011 đến 16/9/2011) và năm 2014 ( từ 11/08/ 2014 đến 14/08/2014) [1] [3]. Chi tiết kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình thể hiện trong phụ lục 1.
Tóm lại, việc hiệu chỉnh và kiểm định các thơng số mơ hình thủy lực, mơ hình tính tốn sóng và bùn cát đã được thực hiện cẩn thận, tận dụng tối đa các điều kiện hiện có. Kết quả bước nghiên cứu này có ý nghĩa then chốt cho việc tính tốn tốn dịng chảy, tính tốn sóng và vận chuyển bùn cát cho các phương án trên vùng nghiên cứu.
2.3.4. Các kịch bản tính tốn
Để phục vụ tính tốn các nội dung nghiên cứu, luận án xây dựng 05 kịch bản chạy như sau:
- Kịch bản 1: Tính tốn dự báo chế độ thủy động lực (dịng chảy, sóng) và
diễn biến bồi xói hiện trạng.
- Kịch bản 2: Tính tốn dự báo chế độ thủy động lực (dịng chảy, sóng) và
diễn biến bồi xói có xem xét đến yếu tố NBD 13cm.
- Kịch bản 3: Tính tốn dự báo chế độ thủy động lực (dịng chảy, sóng) và
- Kịch bản 4: Tính tốn dự báo chế độ thủy động lực (dịng chảy, sóng) và
diễn biến bồi xói có xem xét đến yếu tố suy giảm lượng bùn cát sông Mê Công 20% (so với năm 2011).
- Kịch bản 5: Tính tốn dự báo chế độ thủy động lực (dịng chảy, sóng) và
diễn biến bồi xói có xem xét đến yếu tố suy giảm lượng bùn cát sông Mê Cơng 30% (so với năm 2011).
Trong đó:
“Kịch bản 1” để nghiên cứu các yếu tố thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực bờ biển Trà Vinh trong điều kiện thực tế, với các số liệu và các biên đầu vào đã được thuyết minh cụ thể trong phần “Thiết lập mơ hình tốn số”.
Các kịch bản 2,3,4,5 để phục vụ mục tiêu nghiên cứu “xây dựng quan hệ đường giữa chiều dày bồi lắng theo thời gian, chế độ phù sa sông Mê Công và nước biển dâng”.
a) Cơ sở xây dựng các kịch bản
Đánh giá tác động do biến đổi khí hậu tồn cầu đến diễn biến BBTV
Dưới ảnh hưởng của BĐKH, hiện tượng mực nước biển dâng cao sẽ tác động đến diễn biến ven biển các tỉnh ĐBSCL, trong đó có Trà Vinh. Các kịch bản về mực nước biển dâng được lấy theo tài liệu về kịch bản BĐKH đã được công bố của Bộ TNMT năm 2016.
Bảng 2. 4: Kịch bản nước biển dâng xét cho tồn khu vực biển Đơng (Kịch bản BĐKH 2016 của Bộ TNMT)
Với: - PCP8.5: Kịch bản nồng độ khí nhà kính cao;
- PCP4.5: Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp; - PCP2.6: Kịch bản nồng độ khí nhà kính thấp.
Luận án lựa chọn 2 kịch bản mực nước biển dâng cho năm 2030 và 2050 lần lượt là 13cm và 23cm (đối với kịch bản RCP6.0).
Đánh giá tác động của con người do xây dựng đập thủy điện trên dịng chính sơng Mê Cơng đến diễn biến bờ biển Trà Vinh
Việc xây dựng các đập thuỷ điện trên dịng chính sơng Mê Cơng đã tác động trực tiếp, làm giảm đáng kể lượng bùn cát cung cấp cho vùng hạ du, trong đó có vùng cửa sông, ven biển Trà Vinh. Theo nghiên cứu của Lu và Siew (2005) [53] (xem hình 2.12), sau khi đập Manwan trên dịng chính sơng Mê Cơng ở Trung Quốc đi vào vận hành năm 1993 đã làm giảm lượng phù sa phía hạ lưu một cách rất rõ rệt. Tuy đã được bù đắp bằng phù sa từ các phần lưu vực khác phía hạ lưu, nhưng số liệu quan trắc cho thấy hàm lượng phù sa trung bình tại các trạm Tân Châu, Châu Đốc, Cần Thơ, Mỹ Thuận đã giảm đến 20 – 30%. Kết quả này cũng đã được trích dẫn tại nhiều tài liệu nghiên cứu trong nước [1] [5]. Một số kết quả nghiên cứu khác về sự suy giảm nguồn cung bùn cát từ sông Mê Cơng thể hiện trong Phụ lục 3.
Hình 2. 12: Thay đổi nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình tháng tại các trạm Cần Thơ và Mỹ Thuận trước và sau khi đập Manwan đi vào vận hành năm 1993.
Đường nằm ngang biểu thị nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình [53]
Thời gian gần đây, thủy điện Pak Beng (Lào), là một trong chuỗi 11 bậc thang thủy điện, dự kiến xây dựng trên dịng chính sơng Mê Công. Khi công
trình này đi vào hoạt động, rất có thể hàm lượng phù sa trung bình tại các trạm Tân Châu, Châu Đốc, Cần Thơ, Mỹ Thuận sẽ tiếp tục giảm đi từ 20 – 30% so với hiện tại. Do đó, luận án xây dựng 2 kịch bản suy giảm lượng phù sa sông Mê Cơng (được tính qua 2 trạm Mỹ Thuận và Cần Thơ, giảm 20% và 30% so với năm 2011).
b) Cách đưa biên đầu vào cho các kịch bản (xem hình 2.8)
- Đối với kịch bản NBD 13cm và 23cm: dữ liệu mực nước tại 03 biên mở
phía biển Đơng (gồm biên phía Bắc, biên phía Nam, biên phía Đơng) được cộng số học lên 13cm và 23cm tương ứng với các kịch bản. Các điều kiện khác về sóng, gió biển Đơng, mực nước, lưu lượng, hàm lượng phù sa tại các biên mở phía sơng được giữ ngun.
- Đối với kịch bản suy giảm lượng bùn cát sông Mê Công 20% và 30%: dữ liệu hàm lượng phù sa lơ lửng năm 2011 tại 02 biên mở phía sơng Mê Cơng (gồm Mỹ Thuận và Cần Thơ) được tính giảm đi 20 và 30% tương ứng với các kịch bản. Các điều kiện khác về mực nước, sóng, gió biển Đơng, mực nước, lưu lượng, tại các biên mở phía sơng và hàm lượng phù sa tại biên Thị Vải, Nhà Bè được giữ nguyên.
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương này, luận án đã trình bày các lý thuyết cơ bản trong khoa học mơ phỏng q trình thủy động lực và vận chuyển bùn cát ven biển; trình bày cụ thể và chi tiết các phương pháp được lựa chọn sử dụng cho luận án; cơ sở số liệu; trình tự cách thiết lập và tiến hành nghiên cứu các vấn đề của luận án.
Để thuận tiện cho việc theo dõi, các bước thực hiện nội dung luận án được tóm tắt trong sơ đồ dưới dây: