Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d Vũ Duy Vĩnh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS chuyên ngành: Hải dương học; Mã số: 60 44 97 Người hướng dẫn: GS.TS. Đinh Văn Ưu Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Trình bày sơ lược tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan tới vấn đề: tổng quan về điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển bằng mô hình Delft3d; các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự vận chuyển (trầm tích lơ lửng) TTLL ở khu vực nghiên cứu như chế độ gió, đặc điểm thủy văn sông, hải văn và trầm tích. Tìm hiểu thông tin về những tài liệu chính để thiết lập mô hình, cơ sở toán học của các mô hình (thủy động lực) TĐL và vận chuyển TTLL; các phương pháp xử lý số liệu để thiết lập các điều kiện biên cho mô hình; trình bày chi tiết việc thiết lập các mô hình toán học để mô phỏng điều kiện TĐL và vận chuyển TTLL cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Một số kết quả hiệu chỉnh kiểm chứng mô hình cũng như những kịch bản tính toán. Keywords: Hải dương học; Trầm tích lơ lửng; Ven biển; Mô hình Delft3d; Hải Phòng Content MỞ ĐẦU Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có chế độ động lực phức tạp với sự tác động và ảnh hưởng của các yếu tố như sóng, dòng chảy, thủy triều và dòng nước ngọt từ sông đưa ra. Khu vực này cũng có hệ thống cảng biển quan trọng, đầu mối ra biển của các tỉnh phía bắc. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau mà xu hướng bồi lắng ở khu vực cảng Hải Phòng luôn diễn ra mạnh mẽ, các tàu hàng lớn thường rất khó vào cảng chính mà phải chờ đến thời gian nước lớn mới có thể vào hoặc ra khỏi cảng. Cũng ở khu vực này, bãi biển Đồ Sơn là bãi tắm khá nổi tiếng được phát hiện từ thời Pháp. Đây là bãi tắm đẹp, sơn thủy hữu tình và có đường giao thông thuận lợi đi Hà Nội và các tỉnh phía bắc. Chính vì vậy bãi biển Đồ Sơn có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với ngành du lịch nói riêng và sự phát triển kinh tế xã hội của thành phố Hải Phòng nói chung. Tuy nhiên vấn đề đục nước ở bãi biển Đồ Sơn đã làm giảm sức hấp dẫn của khu du lịch này. Mặc dù đã có một số nghiên cứu để tìm ra nguyên nhân của hiện tượng này nhưng các kết quả nghiên cứu đó vẫn còn hạn chế. Vì vậy, các kết quả của đề tài này sẽ góp phần tăng cường sự hiểu biết về nguyên nhân của hiện tượng đục nước ở vùng ven bờ Đồ Sơn. Do những nguyên nhân trên mà đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng (TTLL) ở khu vực này đã được quan tâm nghiên cứu khá nhiều. Tuy nhiên do những nguyên nhân khác nhau mà các kết quả của những nghiên cứu đó vẫn còn các hạn chế. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng một hệ thống mô hình tổng hợp 3 chiều thủy động lực- sóng- vận chuyển TTLL dựa trên mô hình Delft3D của Hà Lan với mục tiêu là nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Với mục tiêu như trên, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu chủ yếu sẽ là: thu thập, xử lý các tài liệu liên quan để thiết lập đầu vào, kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình; triển khai các phương án ứng dụng các mô hình thủy động lực (TĐL), sóng và vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu theo các kịch bản khác nhau: theo mùa, theo yếu tố tác động. Phạm vi khu vực nghiên cứu là vùng cửa sông ven biển Hải Phòng nhưng chủ yếu tập trung vào khu vực phía đông bắc bán đảo Đồ Sơn. Sau thời gian tiến hành nghiên cứu các kết quả nhận được đã cung cấp các đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng ven biển Hải Phòng, cũng như vai trò của một số yếu tố như thủy triều, gió, sóng kết hợp với gió đến đặc diểm vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu. Báo cáo này trình bày các kết quả đó và được cấu trúc như sau: Mở đầu: Giới thiệu sơ lược về mục tiêu nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận văn Phần thứ nhất của báo cáo trình bày sơ lược tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan tới vấn đề. Cũng trong phần này, tổng quan về điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu được đưa ra, trong đó chủ yếu tập trung vào các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu như chế độ gió, đặc điểm thủy văn sông, hải văn và trầm tích. Các tài liệu cơ bản và phương pháp chính để thực hiện các nội dung và mục tiêu nghiên cứu đã đặt ra của luận văn được trình bày trong phần thứ 2 của báo cáo. Trong phần này, sẽ cung cấp các thông tin về những tài liệu chính để thiết lập mô hình, cơ sở toán học của các mô hình TĐL và vận chuyển TTLL. Ngoài ra, các phương pháp xử lý số liệu để thiết lập các điều kiện biên cho mô hình cũng được trình bày trong phần này. Cũng trong phần thứ 2 của báo cáo, trình bày chi tiết việc thiết lập các mô hình toán học để mô phỏng điều kiện TĐL và vận chuyển TTLL cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Một số kết quả hiệu chỉnh kiểm chứng mô hình cũng như những kịch bản tính toán chính cũng đã được trình bày. Các kết quả phân tích đánh giá điều kiện TĐL, vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu được trình bày trong phần thứ 3 của báo cáo. Cuối cùng là một vài kết luận và khuyến nghị. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu 1.1.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc Trầm tích lơ lửng (TTLL) có một vai trò quan trọng ở nhiều khía cạnh khác nhau đối với môi trường biển và công trình bờ. Tuy nhiên môi trường ở vùng cửa sông ven biển rất phức tạp, nơi diễn ra sự tương tác của các khối nước sông- biển, dòng triều, sóng, gió, lực Coriolis…nên những hiểu biết của con người các quá trình như lắng đọng, tái lơ lửng, kết keo vẫn còn nhiều hạn chế. Ngoài phương pháp phân tích đánh giá các đặc điểm vận chuyển TTLL từ số liệu đo đạc khảo sát người ta đã phát triển và ứng dụng các mô hình toán học để dự báo các đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển. Các mô hình này thông thường là các chương trình tính để giải các bài toán cơ bản của cơ học chất lỏng và phương trình vận chuyển trầm tich. Các phương trình cơ bản của cơ học chất lỏng có thể được giải theo sơ đồ trong không gian của 1 chiều (1D), hai chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D). Tương ứng với các phương trình đó là các mô hình số 1 chiều, 2 chiều hoặc 3 chiều đồng thời tính phức tạp cũng lần lượt tăng dần. Trong tự nhiên, hầu hết các quá trình TĐL và vận chuyển trầm tích ở vùng của sông ven biển như dòng chảy rối, thủy triều, ứng suất của gió, tác động của sóng, sự phân tầng nhiệt-muối, dòng chảy nói chung là các quá trình 3 chiều. Vì vậy, khi áp dụng và phát triển các mô hình toán vào các vùng cửa sông ven biển người ta cố gắng lựa chọn các mô hình 3 chiều. Các mô hình 2 chiều có thể là bình lưu hoặc tổng hợp theo độ sâu. Một mô hình bình lưu giải các phương trình động lượng và liên tục cho chất lỏng và các pha (phases) của trầm tích. Những ứng dụng của mô hình 2 chiều là các thiết kế trong các mương thoát nước và hệ thống thủy lợi. Các mô hình vận chuyển trầm tích 2 chiều dựa trên phương trình động lượng trung bình theo độ sâu và phương trình liên tục cho trầm tích. Mực nước, vận tốc dòng chảy, hàm lượng TTLL và một số yếu tố khác được tính tại các điểm. Các tham số của mô hình được giả thiết là đồng nhất theo độ sâu tại mỗi điểm tính. Những ví dụ của mô hình 2 chiều có thể kể đến như các nghiên cứu của Struiksma và nnkvà Wang. Struiksma và nnk đã tính toán biến động đáy của một đoạn sông với việc ứng dụng mô hình vận chuyển trầm tích trên cơ sở các công thức của Engelund và Hansen. Wang đã nghiên cứu phân bố trầm tích ở gần cửa sông với trường hợp dòng chảy ít biến đối. Các mô hình vận chuyển trầm tích 2 chiều được sử dụng rộng rãi trong thực tế như MIKE 21 và TABS-MD. Mô hình MIKE 21 được phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch và là mô hình sai phân hữu hạn. Mô hình này cho các kết quả khá tốt và được sử dụng nhiều ở Mỹ. Tương tự như vậy, mô hình TABS-MD được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực công trình bờ từ khi ra đời trong những năm 1970. Một mô hình 2 chiều là cần thiết nếu tính đến các kiểu hoàn lưu phức tạp và dòng chảy không ổn định. Tuy nhiên so với các mô hình 1 chiều, các mô hình 2 chiều đòi hỏi thời gian tính toán nhiều hơn, số liệu cung cấp và các biến đầu vào nhiều hơn. Vì vậy trong một số trường hợp có thể cân nhắc lựa chọn giữa mô hình một chiều và 2 chiều. Mô hình 3 chiều dựa trên các phương trình cân bằng khối lượng hay khuyếch tán đối lưu của TTLL. Trong phần lớn các mô hình 3 chiều, trường dòng chảy và hàm lượng TTLL được tổng hợp (intergated) và tính toán ở mỗi bước thời gian. Mô hình 3 chiều tính đến cả các thành phần bình lưu và đối lưu của quá trình vận chuyển trầm tích và được dùng khi có sự phân tầng về dòng chảy và vận chuyển trầm tích. Các mô hình 3 chiều cung cấp đầy đủ nhất bao gồm cả số lượng các biến của bất kỳ hệ TĐL nào. Việc hiệu chỉnh mô hình cũng đòi hỏi lượng số liệu lớn và phức tạp hơn, bởi vì các chương trình được yêu cầu phải thể hiện được tất cả các quá trình phức tạp của điều kiện TĐL diễn ra cả trong 3 hướng. Thông thường các số liệu đầu vào cho mô hình 3 chiều có được từ các số liệu gần đúng của các tài liệu nghiên cứu hơn là từ số liệu khảo sát do việc khảo sát các tham số này ở điều kiện 3 chiều cho đến nay vẫn còn nhiều khó khăn. Các mô hình TĐL - vận chuyển bùn cát 3 chiều cung cấp sự hiểu biết sâu sắc về diễn biến và sự tương tác của các quá trình diễn ra trong thủy vực. Một ví dụ của kết quả mô hình TĐL 2 chiều là kết quả đánh giá biến động của các nêm mặn vùng cửa sông. Nhiều mô hình 3 chiều đã được áp dụng với các qui mô khác nhau như trong phòng thí nghiệm, hay quy mô các khu vực nhỏ. Việc áp dụng mô hình 3 chiều ở quy mô vùng lớn thường gặp khó khăn do thời gian gian tính toán lâu, vì vậy người ta thường chỉ mô phỏng trong phạm vi một vài ngày hoặc một chu kỳ triều. Việc ứng dụng mô hình 3 chiều cần thiết nhất ở những vùng có cấu trúc thủy động lực và quá trình trầm tích phức tạp với các xoáy và biến động mạnh theo không gian. Một số mô hình đã được sử dụng rộng rãi nhất phải kể đến như RMA11, ECOMSED, CH3D-SED, Delft-3D. Khi mô hình CH3D-SED được áp dụng gần đây ở vùng cửa sông Mississippi-Atchafalaya, mô hình này chỉ được dùng để kiểm tra tính chính xác của một giả thuyết về sự sắp xếp đường cong trầm. Người ta đã đi đến kết luận rằng một mô hình 2 chiều được xử lý và thiết lập tốt có thể trở thành một công cụ kỹ thuật chuyên nghiệp cho nghiên cứu động lực học công trình bờ. Một ví dụ khác, O’Connor và Nicholson cung cấp một mô hình 3 chiều đầy đủ bao gồm một mô hình vận chuyển TTLL, quá trình ngưng keo và kết bông. Katopodi và Ribberink thông báo về một mô hình tựa 3 chiều (quasi-3D) cho TTLL dựa trên việc giải gần đúng phương trình khuếch tán- bình lưu cho sóng và dòng chảy. Briand và Kamphuis đưa ra một cách tiếp cận chi tiết việc tính toán vận chuyển trầm tích dựa trên kết hợp tính dòng chảy 3 chiều và phân bổ hàm lượng TTLL theo phương thẳng đứng. Một mô hình sai phân hữu hạn 3 chiều cho TĐL và vận chuyển TTLL đã được mô tả bởi Cancino và Neves. Gần đây, trong một số nghiên cứu của Châu Âu về vùng cửa sông thuộc dự án Khoa học và Công nghệ biển (MAST). Một trong những kết quả của dự án này là một mô hình kết hợp TĐL- sinh thái vùng thềm lục địa gọi là mô hình COHERENS. Đây là mô hình tổng hợp của các thành phần vật lý như dòng chảy, nhiệt độ, độ muối, các module sinh vật phù du, các quá trình sinh- địa- hóa, TTLL và module phát tán vật chất theo công thức của Eulerian và Lagrangian. Tuy nhiên, phần vận chuyển trầm tích trong mô hình này chưa tính đến những biến động của địa hình đáy. Viện Thủy lực Delft cũng đã phát triển hệ thống mô hình tổng hợp (2D/3D) để mô phỏng điều kiện TĐL và vận chuyển trầm tích dưới ảnh hưởng của các lực khí tượng và thủy triều. Mô hình này tính đến những biến động của địa hình đáy, quá trình lắng đọng, xói lở và có thể tính kết hợp (coupling) các điều kiện TĐL - sóng và vận chuyển trầm tích ở mỗi bước thời gian (Online) trong quá trình tính toán. Đáng chú ý là phần lớn các mô hình TĐL - vận chuyển trầm tích đều giả thiết là phân bố áp suất thủy tĩnh và dùng các sơ đồ phần tử hữu hạn hoặc sai phân hữu hạn, phương pháp chuyển đổi hệ tọa độ thẳng đứng sigma, ảnh hưởng của các lực được phân chia giống nhau lên toàn bộ cột nước. Phần lớn các mô hình này dùng các biểu diễn đại số để tham số hóa các hệ số rối và dùng các phương trình bán thực nghiệm với các hệ số đã được đơn giản hóa. Những so sánh, đánh giá về tính năng, khả năng áp dụng, mức độ mạnh yếu của các mô hình được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay đã được so sánh và thảo luận chi tiết trong cuốn “A Review on Coastal Sediment Transport Modelling” của Laurent Amoudry. 1.1.2. Nghiên cứu trong nƣớc Với trên 3200 km chiều dải bờ biển, vùng ven bờ biển Việt Nam tiếp nhận một lượng trầm tích rất lớn từ hệ thống sông Hông-Thái Bình ở Bắc Bộ và hệ thống sông Mê Kông ở Nam Bộ. Dòng trầm tích từ lục địa đi vào vùng ven bờ không chỉ gây ra những tác động về môi trường như ô nhiễm, đục hóa mà còn là một trong những nguyên nhân gây sa bồi luồng lạch cản trở các hoạt động giao thông thủy. Chính vì vậy nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích ở các vùng cửa sông ven biển Việt Nam có ý nghĩa cả lý luận và thực tiễn cũng như nhận được sự quan tâm của các nhà quản lý và các nhà khoa học. Trong giai đoạn đầu khi các mô hình toán chưa phát triển, các nghiên cứu về vận chuyển TTLL ở vùng biển Việt Nam chủ yếu dựa trên các phân tích đánh giá từ số liệu khảo sát. Tiêu biểu trong số đó là nghiên cứu của về động lực vùng ven biển và cửa sông Việt Nam. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã dựa trên việc phân tích số liệu đo đạc để đánh giá tương quan giữa các yếu tố động lực và quá trình trầm tích ở vùng cửa Văn Úc và Ba Lạt. Một nghiên cứu khác về thủy thạch động lực chủ yếu dựa trên những số liệu quan trắc. Theo đó, dòng bồi tích dọc bờ vùng ven biển Hải Thịnh- Hà Nam Ninh đã được tính toán bằng các công thức của CERC và sự vận động của dòng bùn cát ven bờ chủ yếu là do TTLL (chiếm tới 90%). Trong những năm gần đây, do sự phát triển của các công cụ tính toán nên mô hình toán học đã dần được đưa vào sử dụng trong việc tính toán TĐL và vận chuyển bùn cát. Các mô hình được sử dụng nhiều ở Việt Nam là Mike 21 (Viện Địa lý, ĐH Thủy lợi, Viện KTTV và MT), SMS (Viện KTTV và MT, Viện Cơ học, trường ĐHKHTN), MDEC (Trường ĐHKHTN), Delft3D (Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Đại học Thủy lợi). Những lĩnh vực ứng dụng nhiều của mô hình vận chuyển trầm tích như phục vụ đánh giá bồi tụ xói lở vùng cửa sông ven biển Bắc Bộ, vùng ven biển miền Trung và vùng biển Nam Bộ, đánh giá xu thế bồi tụ- xói lở khu vực Cửa Đáy, vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Trong những nghiên cứu trên, các mô hình vận chuyển trầm tích chủ yếu được dùng để tính toán dự báo cân bằng của các dòng bùn cát ở vùng ven bờ. Ứng dụng khác liên quan đến mô hình vận chuyển TTLL liên quan đến lĩnh vực môi trường là đánh giá phân bố của TTLL ở các vùng cửa sông ven biển. Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như ứng dụng mô hình Mike và SMS đánh giá ảnh hưởng do hoạt động của nhà máy nhiệt điện Mông Dương đến quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng ở khu vực này; ứng dụng mô hình 3 chiều để nghiên cứu lan truyền TTLL ở vùng biển ven bờ Quảng Ninh; nghiên cứu phân bố và biến động của TTLL, biến động địa hình đáy khu vực vịnh Hạ Long- Bái Tử Long bằng mô hình 3 chiều (Dellft3D) để phục vụ đánh giá sức tải môi trường của khu vực này; trên cơ sở ứng dụng mô hình Delft3D các tác giả tại Viện Tài nguyên và Môi trường biển đã thiết lập đồng thời mô hình thủy động lực-sóng và vận chuyển TTLL để đánh giá ảnh hưởng của đập Hòa Bính đến phân bố TTLL ở vùng ven bờ châu thổ sông Hồng. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng là nơi hằng năm tiếp nhận một lượng trầm tích khá lớn từ lục địa của hệ thống sông Hồng- Thái Bình qua 5 cửa sônng chính là Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Trong đó sông Cấm và Văn Úc là 2 trong số 4 cửa ra biển chính của dòng vật chất từ sông Hồng- Thái Bình ra vùng ven bờ châu thổ sông Hồng. Dòng bùn cát từ lục địa đưa ra vùng cửa sông ven biển góp phần hình thành nên các bãi bồi phì nhiêu, tăng nhanh quá trình lấn biển mở rộng đất đai, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh vật. Tuy nhiên, dòng bùn cát này cũng gây ra các vấn đề môi trường khác như đục nước, sa bồi luồng lạch. Chính vì vậy đặc điểm vận chuyển trầm tích ở vùng ven biển Hải Phòng đã được quan tâm nghiên cứu từ khá lâu. Điển hình là các nghiên cứu về điều kiện TĐL và vận chuyển trầm tích trong mối liên hệ với hiện tượng biến dạng bờ và xói lở bờ đảo Cát Hải. Cũng dựa trên những số liệu khảo sát, trong nghiên cứu về động lực vùng cửa Văn Úc, Nguyễn Văn Cư và nnk đã đưa ra những đánh giá về quan hệ của các yếu tố động lực với quá trình vận chuyển trầm tích ở khu vực này. Một nghiên cứu tổng hợp khác dựa trên các điều kiện địa chất- thủy động lực- vận chuyển trầm tích để xác định nguyên nhân đục nước ở bãi biển Đồ Sơn cũng đã được tiến hành. Những nghiên cứu liên quan về vận chuyển trầm tích ở khu vực này đã được tiến hành thông qua ứng dụng mô hình toán học trong thời gian gần đây. Đáng chú ý là nghiên cứu áp dụng mô hình Mike21 để đánh giá điều kiện động lực, dự báo vận chuyển trầm tích khu vực cửa Văn Úc và Lạch Huyện. Một số nghiên cứu khác bằng mô hình 3 chiều (3D) cũng đã được thực hiện ở khu vực này. Trong Luận văn cao học với nội dung đánh giá đặc trưng TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng, tác giả Trần Anh Tú cũng đã sử dụng module chất lượng nước (Delf3d-WAQ) trong mô hình Delft3d để mô phỏng điều kiện TĐL – vận chuyển TTLL. Tuy nhiên trong nghiên cứu này, tác giả chỉ dùng mô hình 2 chiều và không tính đến các yếu tố sóng nên không thể hiện được sự ảnh hưởng do tương tác của các quá trình thủy động lực- sóng và vận chuyển TTLL ở diễn ra ở khu vực nghiên cứu. Việc ứng dụng các mô hình toán học nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích ở nước ta tuy nhiều nhưng vẫn còn có những hạn chế, đặc biệt là vấn đề số liệu đầu vào cho mô hình. Nguồn số liệu cung cấp cho các mô hình ở nước ta thường thiếu số lượng, thiếu đồng bộ, hệ thống và cả độ chính xác. Do đó việc xử lý số liệu đầu vào, hiệu chỉnh các tham số tính toán để lựa chọn được những tham số phù hợp cho mô hình vẫn là một vấn đề tồn tại cần giải quyết trong thời gian tới. 1.2. Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu 1.2.1. Vị trí địa lý và địa hình Khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng tọa độ 20.5-20.9 độ vĩ bắc và 106.5- 107.1 độ kinh đông, vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ, rìa Đông Bắc của châu thổ sông Hồng thuộc thành phố Hải Phòng, cách Hà Nội khoảng 102km về phía đông. Khu vực này được tạo thành bởi các quá trình động lực sông, biển và sông - biển hỗn hợp. Đây là vùng biển có chế độ nhật triều đều với biên độ triều lớn, lại nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, cho nên vai trò động lực thuỷ triều và thực vật ưa mặn đã đóng vai trò quan trọng cho sự thành tạo và phát triển địa hình ở đây. Mặt khác, do hoạt động giao thông thuỷ, quai đê lấn biển, khai thác tài nguyên thiên nhiên ở vùng cửa sông của con người cũng làm cho động lực phát triển của địa hình khu vực nghiên cứu thêm phức tạp. Bờ biển ven bờ Hải Phòng có dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra. Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ. 1.2.2. Chế độ gió Các kết quả phân tích thống kê dựa trên số liệu quan trắc gió tại Hòn Dáu (1960-2011) cho thấy trung bình trong nhiều năm các hướng gió có tần suất xuất hiện lớn là E, SE, NE và S. Vận tốc gió ở khu vực này với giá trị nhỏ hơn 3m/s chiếm tần suất tới trên 50%. Tần suần xuất hiện gió có vận tốc từ 3-5m/s chiếm khoảng 26.3%. Tần suất xuất hiện gió trên 5m/s chỉ chiếm khoảng 6.5%. Trong mùa khô, hướng gió thịnh hành chủ yếu là E, N và NE với tần suất lần lượt là 35.2, 16.6 và 11.1%. Vận tốc gió lớn hơn 6m/s trong mùa này chiếm tần suất khoảng 29%. Trong mùa mưa các hướng gió thịnh hành là E, SE, S, N và NE. Vận tốc gió lớn hơn 6m/s chiếm tần suất khoảng 37.9%. 1.2.3. Đặc điểm thủy văn Hàng năm, hệ thống sông Hồng- Thái bình cung cấp khoảng 120 tỷ m 3 nước và 114 triệu tấn phù sa cho vùng ven bờ. Lượng vật chất này chủ yếu qua 9 cửa sông chính: Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình, Trà Lý, Ba Lạt, Ninh Cơ và Đáy. Trong đó vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu tác động trực tiếp của các sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Chế độ dòng chảy ở các sông này cũng như các sông khác thuộc hệ thống sông Hồng- Thái Bình có đặc điểm là biến động mạnh theo mùa. Phân tích từ các chuỗi số liệu nhiều năm cho thấy tải lượng nước hằng năm tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa (từ tháng 6 đến tháng 9) hằng năm. Trong khi đó các tháng còn lại lượng chảy hầu như rất nhỏ [14]. Trong mùa mưa, lưu lượng chảy trung bình của các sông ra biển biến đổi trong khoảng 300-2200m 3 /s, trong khi các tháng mùa khô, lưu lượng nước trung bình chỉ dao động quanh giá trị 50-300m 3 /s. 1.2.4. Đặc điểm hải văn Dao động mực nước (DĐMN) ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng thuộc kiểu nhật triều đều điển hình với hầu hết số ngày trong tháng là nhật triều, bán nhật triều chỉ xuất hiện 2-3 ngày trong kì nước kém. Trong một pha triều có một lần nước lớn và một lần nước ròng. Trong một tháng mặt trăng có hai kỳ nước cường, mỗi kỳ 11-13 ngày, biên độ trung bình dao động 2,6-3,6m và hai kỳ nước kém, mỗi kỳ 3-4 ngày có biên độ 0,5-1,0m. Sóng triều có tính chất sóng đứng với ưu thế thuộc các sóng nhật triều O 1 , K 1 có biên độ 70-90cm, trong khi các sóng bán nhật triều M 2 , S 2 chỉ có vai trò thứ yếu với biên độ khá nhỏ. 1.2.5. Đặc điểm trầm tích Trầm tích lơ lửng trong nước ở vùng cửa sông ven bờ Hải Phòng ven bờ chủ yếu do sông cung cấp, ngoài ra còn do sóng khuấy đục. Hàm lượng TTLL trong nước ở các cửa sông từ cửa Thái Bình, Văn Úc đến cửa Cấm, Bạch Đằng vào mùa mưa có giá trị dao động trong khoảng 0.09- 0.2kg/m 3 và khoảng 0.05- 0.1kg/m 3 vào mùa khô. CHƢƠNG 2. TÀI LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 2.1. Tài liệu Để thực hiện các nội dung nghiên cứu của luận văn, các tài liệu cần thiết đã được thu thập xử lý. Đây là những tài liệu đã được tổng hợp từ các kết quả nghiên cứu có liên quan đến đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận văn. 2.2. Phƣơng pháp 2.2.1. Xử lý số liệu Để phục vụ cho việc thiết lập mô hình theo các kịch bản tính toán dự báo khác nhau, cần thiết phải xử lý các số liệu thu thập để tạo số liệu đầu vào cho mô hình. Các phương pháp xử lý [...]... thu thập và xử lý tương đối đầy đủ và hệ thống Các kết quả so sánh giữa tính toán bằng mô hình và quan trắc cho thấy đã có sự phù hợp tương đối và mô hình này có thể được sử dụng như một công cụ để nghiên cứu đặc điểm vận chuyển TTLL cho vùng ven biển Hải Phòng - Đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng biến đổi mạnh theo mùa Vào mùa khô do sự suy giảm của lưu lượng nước và hàm... E, SE đã làm xuất hiện các vùng nước đục ở phía ngoài vùng ảnh hưởng của các khối nước sông trong đó có vùng biển Đồ Sơn KẾT LUẬN Một hệ thống mô hình thủy động lực- sóng -vận chuyển TTLL trên cơ sở mô hình Delft3d đã được ứng dụng tính toán đồng thời để nghiên cứu đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng ven biển Hải Phòng Để phục vụ cho việc thiết lập và kiểm chứng kết quả của mô hình, các bộ số liệu liên quan... “Ứng dụng mô hình dòng chảy ba chiều (3D) nghiên cứu quá trình lan truyền chất lơ lửng tại vùng biển ven bờ Quảng Ninh” Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học Cơ học thuỷ khí toàn quốc năm 2005, Hà Nội, trang 623-632 20 Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Đình Chiến và Trần Anh Tú, (2008), Mô phỏng đặc điểm thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng Tài nguyên và môi trường biển, tập... biên mở cho mô hình TĐL vùng ngoài khơi (với lưới tính thô) được lưu trữ ở dạng file Netcdf - Phương pháp lưới lồng (phương pháp NESTING trong Delf3d) được sử dụng trong nghiên cứu này để tạo ra các điều kiện biên mở phía biển của mô hình 2.2.2 Mô hình toán học Trong nghiên cứu này các đối tượng nghiên cứu chủ yếu như TĐL, vận chuyển TTLL được mô hình hóa trên cơ sở mô hình Delft3d Đây là mô hình tổng... Bộ từ Quảng Ninh tới Thanh Hóa Báo cáo dự án KHCN-5A” Phân Viện Hải dương học tại Hải Phòng 17 Trần Anh Tú (2012), “Đánh giá dặ trưng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng Luận Văn cao học, trường ĐHKHTN 18 Đinh Văn Ưu, (2009), Mô hình vận chuyển trầm tích và biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phòng Tạp chí ĐHQG Hà Nội, KHTN và Công Nghệ số 1S (2009) 133-139... Thủy lực Delft (Hà Lan) nghiên cứu phát triển gồm có các module cơ bản như TĐL (Delft3d- Flow), sóng (Delft3d- Wave), vận chuyển bùn cát (Delft3d- Sed), chất lượng nước (Delft3-Waq) và sinh thái học (Delft3d- Eco) Mô hình này có thể mô phỏng tốt điều kiện TĐL - sóng, vận chuyển bùn cát, chất lượng nước ở vùng cửa sông ven bờ [34] 2.2.3 Thiết lập mô hình Phạm vi miền tính của mô hình Mô hình thuỷ động lực cho... DĐMN, gió, sóng đến vận chuyển TTLL ở khu vực ven biển Hải Phòng mới chỉ được đánh giá bước đầu Những hạn chế này sẽ được khắc phục trong những nghiên cứu tiếp theo References Tiếng Việt 1 Đỗ Trọng Bình, Trần Anh Tú, Vũ Duy Vĩnh (2010), Nghiên cứu đánh giá lan truyền các chất gây ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bằng mô hình toán học” Báo cáo tổng hợp Đề tài cấp Thành phố Hải Phòng Mã số: ĐT.MT.2008.500... khắc phục đục nước bãi biển Đồ Sơn” (thuộc chương trình nghiên cứu khoa học và triển khai đổi mới công nghệ cấp thành phố (Hải Phòng) 5 Nguyễn Văn Cư, Phạm Huy Tiến (2003), “Sạt lở bờ biển miền Trung Việt Nam” NXB KH&KT Hà Nội 6 Nguyễn Văn Cư và nnk (2008), Báo cáo đề tài cấp thành phố Hải Phòng: Nghiên cứu quá trình động lực, dự báo sự vận chuyển bùn cát, bồi tụ, xói lở vùng ven biển cửa sông phục vụ... nó tạo thành các vùng đục nước ở phía ngoài cửa Nam Triệu, khu vực phía đông bắc và bãi biển Đồ Sơn Trong đó hướng gió tác động mạnh nhất là SE Trong nghiên cứu này, các đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng mới chỉ được xét đến trong các điều kiện thời tiết bình thường mà chưa tính đến ảnh hưởng của các hiện tượng thời tiết cực đoan như gió mùa, bão đến vận chuyển TTLL ở khu... thuỷ động lực cho khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng sử dụng hệ lưới cong trực giao Phạm vi vùng tính của mô hình bao gồm các vùng nước của các cửa sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình và phía ngoài các cửa sông này mở rộng ra phía ngoài Thời gian tính toán Mô hình TĐL khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng được thiết lập và chạy với thời gian là các mùa đặc trưng trong năm (mùa mưa và mùa . Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d Vũ Duy Vĩnh Trường. vực nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển bằng mô hình Delft3d; các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự vận chuyển