Mô hình tính cặp đồng thời mô 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 toán vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy được thực hiện theo 6 hướng sóng chính, trong mỗi hướng sóng được tính toán trong 720 giờ (30 ngày). Kết quả tính toán 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 toán, lập bảng thống kê giá trị tổng lượng trầm tích vận chuyển qua mỗi mặt cắt theo các hướng sóng khác nhau.
3.7.1Kết quả tính toán biến động đáy
Hướng sóng 1 (120 đến 150 độ): Các tham số sóng tính toán: Hmor=0.86, Tp =5.58, hướng trung bình= -67.98, tần suất=0.23 % và dao động mực nước trên biên ngoài của CMS-flow.
Hình 30. Kết quả tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 120 đến 150 độ
41
Hình 31. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 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 toán: Hmor=1.32, Tp =6.93, hướng trung bình =-42.42, tần suất= 23.11 % và dao động mực nước trên biên ngoài của CMS-flow.
Hình 32 Kết quả tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 90 đến 120 độ
42
Hình 33. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 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 toán: Hmor=2.43, Tp =8.90, hướng trung bình =-19.11, tần suất=54.59 % và dao động mực nước trên biên ngoài của CMS-flow.
Hình 34. Kết quả tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 60 đến 90 độ
43
Hình35. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 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 toán: Hmor=2.34, Tp =7.53, hướng trung bình =12.17, tần suất=14.88% và dao động mực nước trên biên ngoài của CMS-flow.
Hình 36. Kết quả tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 30 đến 60 độ
44
Hình 37. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 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 toán: Hmor=1.76, Tp =6.99, hướng trung bình =42.67, tần suất=4.14 % và dao động mực nước trên biên ngoài của CMS-flow.
Hình 38. Kết quả tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 0 đến 30 độ
45
Hình 39. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 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 toán: Hmor=1.06, Tp =5.81, hướng trung bình = 72.57, tần suất = 1.58% và dao động mực nước trên biên ngoài của CMS-flow.
Hình 40. Kết quả tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 330 đến 0 độ
46
Hình 41. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 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 quá 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 Đông và Đông bắc. Các hướng sóng này chiếm tới 92.58 % trong chuỗi sóng. Các tác động của sóng tới quá trình vận chuyển trầm tích là đáng kể. Phía trước và sau công 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 công trình. Quá trình vận chuyển trầm tích cũng làm cho khu vực luồng tàu tại trung tâm cửa có biến động lớn, quá 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 toán 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 công 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 mô tả trong hình 42.
47
Hình 42. vị trí các mặt cắt từ 1 đến 5
Kết quả tính toán 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 toán 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 toán 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 toán 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
48
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
49
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
50
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
51
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
52
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 công 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 toán 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 ngoài và xói lở trong vùng gần bờ. Tại mặt cắt số 5, đây là mặt cắt ngang của luông chính đi vào cửa Thuận An, có sự bồi lắng khá mạnh tại phía giữa luông tàu. Các kết quả này một lần nữa minh chứng tính sát thực của các kết quả tính toán là khá phù hợp với thực tế diễn ra trong vùng. Từ hình vẽ 53 ta thấy rằng phần bờ phía bắc công trình kè mỏ
53
hàn có sự xâm thực mạnh, bờ biển bị xói lở tiến sâu vào trong đất liền. Nhưng cũng do hạn chế của mô hình nên không thể mô 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 nông 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.
54
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.
55
3.7.3 Phân tích đánh giá định lượng
Kết quả tính toán 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 Mặt cắt 3 1.86 157.88 -6587.12 - 1311.61 53.46 15.94 -6427.39 - 1242.21 -7669.60 Mặt cắt 4 1.66 1106.14 1844.22 5855.86 742.97 45.70 2952.03 6644.53 25430.90 Mặt cắt 5 4.64 1957.34 -54971.25 3983.98 384.63 61.70 -53009.27 4430.30 -48578.97
Theo quy ước về hướng vận chuyển trầm tích, đối với đường bờ tại Thuận An hướng dương là hướng trầm tích đi từ bắc xuống nam, hướng âm là hướng trầm tích đi từ nam lên bắc. Như vậy xu hướng trầm tích nói chung trong các mặt cắt 1, 2, 3 và 5 có hướng từ phía nam lên phía bắc. Mặt cắt số 4 có xu hướng đi ngược lại từ phía bắc xuống phía nam.
KẾT LUẬN
Đã sử dụng bộ mô hình tính toán sóng, dòng chảy, mực nước vận chuyển trầm tích và biến động đáy để tính toán chế độ động lực và biến đổi đáy khu vực cửa Thuận An và các khu vực lận cận với sự có mặt của các công trình chỉnh trị.
Qua phân tích tài liệu và kết quả tính toán, các quá trình động lực học, vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy biển đã có sự thay đổi khi có mặt của công trình chỉnh trị tại cửa Thuận An. Trong thời gian đầu công trình kè ở bờ nam cửa Thuận An gây biến động rất lớn địa hình đáy và bờ biển tại khu vực lân cận (bồi tại phía nam và xói tại phía bắc kè). Tuy nhiên theo thời gian do bờ phía nam tiến dần ra biển khả năng ngăn cát của kè giảm dần và tác động mùa của các yếu tố động lực biển đối với bờ biền khu vực Thuận An trở lại trạng thái ban đầu khi chưa có công trình.
Các công trình bước đầu đã phát huy tác dụng bảo vệ các vùng bờ biển lận cận khỏi trạng thái xói lở, đặc biệt hiệu quả với kè phía nam. Tuy nhiên vấn đề tránh bồi lấp luồng tàu chưa thể khắc phục được.
Sự phù hợp giữa các kết quả tính toán và số liệu đo đạc biến động bãi biển và đường bờ cho thấy khả năng mô phỏng của mô hình SMS trong khu vực này là khá chính xác. Qua đó có thể sử dụng tính toán các khả năng biến động trong tương lai, lập các phương án khả thi trong xây dựng kè biển giai đoạn 2 tại khu vực
56
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước KHCN-06-10. “Cơ sở khoa học và các đặc trưng đới bờ phục vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ”. Viện Cơ học, Hà Nội, 2000
2. Nguyễn Mạnh Hùng, Phạm Văn Ninh, Dương Công Điển, Mô hình tính cặp đồng thời các yếu tố sóng, dòng chảy và mực nước phục vụ nghiên cứu biến động bờ biển vùng châu thổ sông Hồng, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí Toàn quốc năm 2005
Tiếng Anh
3. Lam Tien Nghiem, “Modelling for Thuan An inlet, Vietnam”. Marcel J. F. Stive, Henk Jan Verhagen and Zheng Bing Wang, 2003. Morphodynamic Modelling for Thuan An inlet, Vietnam
4. Nghiem Tien Lam, A preliminary study on hydrodynamics of the Tam Giang – Cau Hai lagoon and tidal inlet system in Thua Thien Hue province,
Vietnam. Master thesis. International Institute for Infrastructural Hydraulic and Environmental Engineering (IHE) Delft, Netherlands, 2002
5. Tran Thanh Tung, Vu Minh Cat, Le Dinh Thanh, 2006, conceptual model of seasonal opening/closure of tidal inlets and estuaries at the Central coast, Viet nam. Proceeding of Vietnam- Japan Extuary Workshop 2006 August 22nd-24th , Hanoi, Vietnam.
6. Tung, T.T., Stive, M.J.F, Graaff J.v.d. (2008): Strategy for stabilization tidal inlets in the Central Coast of Vietnam. Proc. Of the COPEDEC-2008, Dubai, United Arab Emirates
7. CMS User Manual, Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2012 8. Coastal Engineering Manual. Chapter 6. Hydrodynamic of tidal inlets. U.S
Army Crops. Of Engineers. Washington. DC. 2001
9. SMS Surface Water Modeling System – Tutorials Version 10.1. Brigham Young University – Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2011 10.Shore Protection Manual Coastal Engineering Research Center, US Navy,
1984
11.Van Rijn Leo C. Principles of Fluid Flow and Waves in Rives, Estuaries, Seas and Ocean. Aqua Publications, the Netherlands, 1989