Để phục vụ trong việc thiết lập và chia lưới tính toán sóng, dòng chảy và biến đổi đáy các số liệu về địa hình và đường bờ được sử dụng. Về địa hình, số liệu địa hình trên toàn vùng Biển Đông tỉ lệ 1/100.000 (bản đồ địa hình Hải quân Việt Nam), bản đồ địa hình chi tiết đo đạc các vùng cửa sông ven bờ 1/25.000, 1/5.000 (dự án đo đạc thiết kế công trình ) năm 1999 cập nhật năm 2001, 2005 và số liệu đo sâu hồi âm năm 2007 (dự án hợp tác Việt Nam – Thụy Điển VS\RDE-03). Số liệu đường bờ được sử dụng làm ranh giới biên đất và biển, các số liệu được số hóa từ
23
ảnh vệ tinh Landsat 2005 và chi tiết tại khu vực cửa Thuận An từ số liệu đo đạc bằng GPS năm 2007.
3.4.1 Lưới tính CMS-wave
CMS-wave có thể tính toán trên các dạng lưới vuông và chữ nhật. Trong nghiên cứu này tác giả tính toán CMS-wave trên lưới chữ nhật. Khu vực chia lưới gồm cửa Thuận An và vùng lận cận (xem trong hình 5). Vùng tính có kích thước 15.000m (300 ô lưới) theo hướng song song với đường bờ, 12000m (480 ô lưới) theo hướng vuông góc với bờ. Mỗi ô lưới có kích thước là 25m x 50m tương ứng với các hướng ngang bờ và dọc bờ. Với kích thước ô lưới này đáp ứng đủ điều kiện có thể tính toán được ứng suất bức xạ sóng trong vùng sóng đổ. Vùng tính được xoay một góc 240 độ so với trục hướng bắc sao cho biên sóng nước sâu tương đối song song với các đường đẳng sâu. Ô lưới có độ sâu lớn nhất xấp xỉ 30m. Phần phía trong miền tính bao phủ một phần của phá Tam Giang và sông Hương.
24
3.4.2 Lưới tính CMS-flow
CMS-flow tính toán trên lưới chữ nhật, trên lưới chữ nhật này kích thước các ô lưới có thể linh động thay đổi với các kích thước khác nhau. Để tăng hiệu quả trong việc tính toán cũng như tiết kiệm thời gian tính toán tác giả sử dụng lưới tính chữ nhật không đều. Để đảm bảo tính thông nhất, trao đổi qua lại giữa hai mô hình sóng (CMS-wave) và dòng chảy, biến động đáy biển (CMS-flow), hai mô hình sử dụng kích thước vùng tính giồng nhau và tránh những sai số trong quá trình nội suy kích thước ô lưới tại khu vực cửa sông, vùng lận cận công trình được lấy có kích thước tương đối giống nhau. Trong đó kích thước ô lưới nhỏ nhất tại điểm trung tâm là vùng cửa sông gần chân công trình là 25m x 25m. Các ô lưới ở phạm vi phía ngoài được lấy kích thước tăng theo hệ số bias 1.01, ô lưới có kích thước lớn nhất là 100m x 100m. Lưới tính CMS-flow được mô tả như trong hình 6, chi tiết tại khu vực cửa Thuận An như trong hình 7.
25
Hình 7. Lưới tính CMS-flow tại khu vực cửa Thuận An với địa hình đáy biển
3.4.3 Thông số của công trình kè biển sử dụng trong tính toán
Các thông số của hệ thống kè biển nêu trên phần trước được sử dụng trong miền tính bao gồm kè biển dạng đê chắn sóng bờ phía bắc và kè mỏ hàn tại bờ phía nam
Tại bờ phía bắc cửa Thuận An: Các kè biển dạng đê chắn sóng kiên cố bao gồm hai kè sếp thành tam giác cân tạo thành hệ thống khép kín ngăn cách hoàn toàn khu bờ biển bên trong với biển phía ngoài. Do vậy mọi tác động của các yếu tố động lực lên vùng bờ biển khu vực bên trong là không còn. Do không có sự trao đổi nước với bên ngoài, cho nên trong tính toán các kè được cho là biên cứng và vùng phía trong được coi là biên cứng – không tính toán các yếu tố thủy động lực cũng như biến đổi đáy tại khu vực này.
Tại bờ phía nam cửa Thuận An: Kè biển được thiết kế dạng mỏ hàn, xây dựng theo hướng vuông góc với đường bờ. Trong tính toán các ô lưới dọc theo vị trí xây dựng kè được thiết lập là dạng công trình. Với thiết lập như vậy kè có tính năng ngăn dòng chảy dọc bờ truyền qua thân kè cũng như ngăn sóng truyền qua, cho phép sóng phản xạ trên thân và nhiễu xạ tại đầu kè. Chi tiết thiết lập các kè trong miền tính xem hình vẽ 8.
26
Hình 8. Vị trí các kè trong miền tính 3.4.4 Điều kiện biên
Trong mọi tính toán với mô hình số, các điều kiện cho trên biên quyết định tới độ chính xác của kết quả tính. Các số liệu cho trên biên cần có độ chính xác cao và được lựa chọn một cách hợp lý sao cho có hiệu quả cao nhất. Các vị trí được xác định để cho điều kiện biên phụ thuộc vào tính chất của các yếu tố trên biên cũng như nó có mang tính đại diện cho vùng tính đến đâu. Điều kiện biên trong mô hình CMS-wave yêu cầu là phổ sóng trên biên nước sâu. Điều kiện biên trong mô hình CMS-flow sử dụng dao động mực nước trên biên nước sâu và lưu lượng tại các biển trong sông, tuy nhiên biên lưu lượng không được sử dụng trong nghiên cứu này.
Điều kiện biên sóng: Biên sóng được lấy tại biên nước sâu dưới dạng phổ sóng. Các phổ sóng được tính thông quá các tham số sóng: độ cao Hs, chu kỳ Tp và hướng sóng. Phổ tham số sóng được sử dụng trong nghiên cứu này là phổ TMA. Trong tính toán cặp với mô hình CMS-flow các tham số sóng trên biên được cho theo từng bước thời gian 3 giờ (bằng bước thời gian trao đổi giữa hai mô hình).
Điều kiện biên mực nước: Dao động mực nước được cho trên biên nước sâu. Dao động mực nước được lấy từ chuỗi số liệu mực nước trong một chu kỳ triều đặc trưng trong vùng cửa Thuận An. Các giá trị mực nước cho trên biên với bước thới gian 1 giờ/obs.
27
Hình 9. Dao động mực nước trong một chu kỳ triều tại Thuận An 3.4.5 Điều kiện ban đầu
Địa hình đáy: Địa hình đáy trong các trường hợp tính toán được lấy là địa hình năm 2005. Sau mỗi bước tính toán biến động đáy biển địa hình mới sẽ được cập nhật làm điều kiện ban đầu cho các bước tính tiếp theo. Địa hình luôn được cập nhật mới trong từng bước tính toán trong cả mô hình CMS-wave và CMS-flow. Trước khi tiến hành tính toán mô hình CMS-wave tính toán trước trường sóng trên toàn miền tính làm điều kiện sóng ban đầu cho mô hình CMS-flow. Ứng suất bức xạ sóng được sử dụng tính toán dòng chảy do sóng trong mô hình CMS-flow.
Trường dòng chảy do biến đổi mực nước ban đầu được cho bằng 0. Các tham số thủy động lực ban đầu tính toán được lấy bằng 0, do vậy để mô hình nhanh đạt được trạng thái ổn định, hệ số khuyếch đại các đặc trưng động lực được sử dụng trong khoảng thời gian 24 giờ đầu tiên.
Dao động mực nước và dòng chảy tại từng thời điểm trao đổi (thời gian 3 giờ) sẽ được cập nhật vào CMS-wave. Ngược lại ứng suất bức xạ và các tham số sóng được cập nhật tại mỗi bước thời gian kết nối.