Luận án Nghiên cứu diễn biến hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ trong điều kiện nước biển dâng do biến đổi khí hậu

1. Tính cấp thiết của luận án

Vùng ven biển luôn là một trong những nơi phát triển năng động nhất trên thế

giới và hiện có khoảng 3,0 tỷ người-chiếm 40% dân số thế giới đang sinh sống tại các

vùng ven biển. Ở nước ta, duyên hải Nam Trung Bộ [6] gồm thành phố Đà Nẵng trực

thuộc Trung ương và 07 tỉnh sắp theo theo thứ tự Bắc-Nam sau: Quảng Nam, Quảng

Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận. Đây là vùng trọng

điểm phát triển kinh tế xã hội của miền Trung với đường bờ biển trải dài hơn 1.100

Km, diện tích tự nhiên trên đất liền chiếm khoảng 13,45% diện tích cả nước, dân số

tính đến năm 2020 bằng khoảng 10,8% dân số cả nước. Duyên hải Nam Trung Bộ là

khu vực đa dạng về nguồn tài nguyên biển và tập trung nhiều công trình dân sinh kinh

tế, quốc phòng quan trọng.

Thời gian qua, vùng ven biển này đã được đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng giao

thông hàng hải bảo đảm nhu cầu lưu thông hàng hóa bằng đường biển với mức tăng

trưởng hàng hóa hằng năm từ 10% đến 20%, trong đó tập trung phát triển hạ tầng

cảng biển tại các cảng đầu mối khu vực như: Đà Nẵng, Dung Quất, Nha Trang, Ba

Ngòi. Duyên hải Nam Trung Bộ có những đội tàu thuyền khai thác hải sản hùng hậu,

mỗi năm ngư dân khai thác được hơn 600.000 tấn hải sản các loại, có nhiều hải sản

mang lại giá trị kinh tế cao như: Cá ngừ đại dương, hải sâm, mực, tôm hùm, cua

biển Ngoài ra, với lợi thế có hệ thống đầm phá trải dài ở các tỉnh cũng như vùng

bãi triều cửa sông, nghề nuôi trồng hải sản ở đây tương đối phát triển với sản lượng

mỗi năm lên tới 130.000 tấn hải sản các loại. Cùng với những thế mạnh trên, duyên

hải Nam Trung Bộ đã hình thành và xây dựng 5 khu kinh tế biển (Chu Lai, Dung

Quất, Nhơn Hội, Nam Phú Yên, Vân Phong), 21 khu công nghiệp ven biển. Đến nay,

các khu kinh tế biển này đã cơ bản hoàn thành các công tác quy hoạch chung, quy

hoạch chi tiết các phân khu chức năng và đang tiến hành đầu tư xây dựng kết cấu hạ

tầng kỹ thuật - xã hội.

Gần đây dưới tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu cùng với các hoạt

động của con người,. hiện tượng sạt lở đã diễn ra ở hầu hết các triền sông, suối và-2-

dọc theo bờ biển nước ta trong đó tại khu vực Nam Trung Bộ quá trình xói lở bờ biển,

bồi lấp vùng cửa sông và các tuyến luồng, bến cảng diễn ra với mức độ khá nghiêm

trọng và có xu hướng ngày càng gia tăng, ảnh hưởng trực tiếp đến các hoạt động phát

triển kinh tế - xã hội của các địa phương. Biến đổi hình thái bờ và bãi biển chịu tác

động chủ yếu bởi các yếu tố từ biển và sự mất cân bằng nguồn bùn cát do các hoạt

động phát triển của con người trên các dòng sông cũng như vùng cửa sông ven biển.

Việc tìm hiểu xu hướng biến đổi hình thái dải ven biển Nam Trung Bộ dưới sự thay

đổi của yếu tố sóng biển trong quá trình nước biển dâng (NBD) do BĐKH, đánh giá

mức độ ảnh hưởng của chúng để đề xuất định hướng các giải pháp ổn định, kiểm soát

và giảm thiểu những tác động xấu đến tự nhiên là cần thiết và cấp bách vì nó sẽ góp

phần bổ sung cơ sở khoa học cho công tác quản lý sạt lở bờ biển khu vực Nam Trung

Bộ. Xuất phát từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu diễn biến hình

thái vùng ven biển Nam Trung Bộ trong điều kiện NBD do BĐKH” để thực hiện và

trình bày trong Luận án tiến sĩ

pdf 191 trang chauphong 16/08/2022 11560
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu diễn biến hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ trong điều kiện nước biển dâng do biến đổi khí hậu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu diễn biến hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ trong điều kiện nước biển dâng do biến đổi khí hậu

Luận án Nghiên cứu diễn biến hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ trong điều kiện nước biển dâng do biến đổi khí hậu
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM 
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM 
---------------------------------------- 
PHẠM TRUNG 
NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN 
NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC BIỂN DÂNG 
DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM 
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM 
PHẠM TRUNG 
NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN 
NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC BIỂN DÂNG 
DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 
Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy 
Mã Số: 958 02 02 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
1. PGS.TS. Trịnh Công Vấn 
2. TS. Trần Thu Tâm 
TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Tất cả 
mọi thông tin, số liệu sử dụng trong luận án đều có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn 
theo đúng quy định. Kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và 
phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong 
bất kỳ nghiên cứu nào khác. 
 Tác giả luận án 
 Phạm Trung 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Cơ sở đào tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 
và Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi thực 
hiện nghiên cứu này. 
Với lòng kính trọng, biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn đến hai thầy giáo là 
PGS.TS Trịnh Công Vấn và TS Trần Thu Tâm đã tận tâm hướng dẫn tôi từ những 
bước đi đầu tiên từ khi xây dựng ý tưởng cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu. 
Xin chân thành cảm ơn các lãnh đạo, nhà khoa học, đồng nghiệp tại Viện Khoa học 
Thủy lợi miền Nam đã luôn động viên, hỗ trợ tôi. 
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thành viên thân yêu trong gia đình đã 
cổ vũ, khuyến khích và luôn là chỗ dựa vững chắc để tôi có thêm thêm nghị lực, quyết 
tâm hoàn thành luận án. 
iii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i 
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii 
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii 
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... vi 
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... vii 
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................... xii 
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 
1. Tính cấp thiết của luận án ....................................................................................... 1 
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2 
3.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................................... 2 
3.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................................ 2 
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................................. 3 
4.1. Cách tiếp cận ................................................................................................................... 3 
4.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 3 
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ............................................................. 4 
5.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................................ 4 
5.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................................ 4 
6. Những đóng góp mới của luận án. .......................................................................... 5 
7. Cấu trúc Luận án ..................................................................................................... 5 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 7 
 Tổng quan về vùng nghiên cứu ............................................................................ 7 
1.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................................... 7 
1.1.2. Thực trạng xói lở-bồi tụ dải ven biển Nam Trung Bộ ............................................. 8 
1.1.3. Nguyên nhân chính gây xói lở-bồi tụ vùng ven biển Nam Trung Bộ ................. 10 
 Nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của NBD đến diễn biến hình thái vùng 
ven biển ..................................................................................................................... 21 
1.2.1. Mô hình xác định hình thái dài hạn ......................................................................... 21 
iv 
1.2.2. Mô hình xác định hình thái ngắn hạn ...................................................................... 24 
 Nghiên cứu liên quan thực hiện ở Việt Nam và Nam Trung Bộ ....................... 32 
 Hướng tiếp cận của Luận án .............................................................................. 37 
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN 
BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ .................................... 38 
 Cơ sở lý thuyết về diễn biến hình thái vùng ven biển ........................................ 38 
2.1.1. Khái niệm chung về mô hình vận chuyển bùn cát ................................................. 39 
2.1.2. Mô hình mặt cắt bờ biển cân bằng .......................................................................... 41 
2.1.3. Mô hình vận chuyển bùn cát dọc bờ ....................................................................... 46 
 Cơ sở lý thuyết về năng lượng sóng ................................................................... 50 
2.2.1. Sự hình thành và lan truyền của sóng biển ............................................................. 50 
2.2.2. Năng lượng sóng đơn sắc ......................................................................................... 53 
2.2.3. Phổ năng lượng sóng ................................................................................................ 54 
2.2.4. Công thức tính thông lượng năng lượng sóng ....................................................... 57 
2.2.5. Đường cơ sở và trình tự tính toán trong Luận án ................................................... 60 
 Cơ sở khoa học các mô hình tính toán ............................................................... 64 
2.3.1. Phân cấp các mô hình trong Luận án ...................................................................... 66 
2.3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE21/3 Couple Model FM ...................................... 69 
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN 
BIỂN NAM TRUNG BỘ .......................................................................................... 73 
 Xây dựng bản đồ phân vùng năng lượng sóng dải ven biển Nam Trung Bộ ..... 73 
3.1.1. Mô hình tính sóng toàn vùng biển Đông ................................................................ 73 
3.1.2. Mô hình nghiên cứu chính vùng ven biển Nam Trung Bộ ................................... 82 
3.1.3. Kết quả tính toán dòng năng lượng sóng dải ven biển Nam Trung Bộ ............... 87 
 Mối liên hệ giữa dòng năng lượng sóng Pt dọc bờ và Pn hướng bờ với hiện tượng 
xói lở-bồi tụ ở khu vực Nam Trung Bộ..................................................................... 99 
3.2.1. Đoạn bờ khu vực cửa Đại – Hội An (Quảng Nam) .............................................. 99 
3.2.2. Đoạn bờ khu vực Bãi Xép-cửa Đà Rằng- Đà Nông (Phú Yên) ......................... 104 
3.2.3. Đoạn bờ từ mũi La Gàn-mũi Yến (Bình Thuận) ................................................. 108 
v 
3.2.4. Đoạn bờ từ mũi Né-mũi Kê Gà (Bình Thuận) ..................................................... 112 
3.2.5. Nhận xét chung ........................................................................................................ 116 
 Nghiên cứu điển hình khu vực ven biển LaGi ................................................. 117 
3.3.1. Hiện trạng khu vực nghiên cứu.............................................................................. 117 
3.3.2. Sơ đồ và điều kiện biên tính toán ........................................................................... 119 
3.3.3. Diễn biến hình thái khu vực ven biển LaGi.......................................................... 123 
 Tác động BĐKH-NBD đến diễn biến hình thái dải ven biển Nam Trung Bộ . 128 
3.4.1. Kịch bản BĐKH-NBD cho Việt Nam [1] ............................................................ 128 
3.4.2. Kịch bản NBD sử dụng tính toán cho khu vực Nam Trung Bộ ......................... 130 
3.4.3. Kết quả tính toán đặc trưng sóng và diễn biến hình thái khu vực ven biển Nam 
Trung Bộ dưới tác động của NBD do BĐKH ................................................................ 130 
 Định hướng giải pháp nhằm cải tạo, ổn định hình thái các khu vực ven biển Nam 
Trung Bộ trong điều kiện NBD do BĐKH ............................................................. 133 
3.5.1. Giải pháp công trình:............................................................................................... 134 
3.5.2. Giải pháp phi công trình: ........................................................................................ 146 
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 148 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ............................................... 150 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 151 
Tiếng Việt ................................................................................................................ 151 
Tiếng Anh ................................................................................................................ 154 
Tiếng Nga ................................................................................................................ 161 
CÁC PHỤ LỤC ....................................................................................................... 162 
vi 
DANH MỤC BẢNG BIỂU 
Bảng 1.1: Tổng hợp hiện trạng sạt lở bờ biển khu vực Nam Trung Bộ [18] .............. 8 
Bảng 1.2: Thống kê tỷ lệ chiều dài bờ biển theo phân cấp tốc độ xói lở [32] ............ 9 
Bảng 3.1 ...  (18) 
-170- 
Sxy = Syx=
2
1
g(ƒuv) (19) 
Syy = 
2
1
g(ƒv2 + ƒpp) (20) 
Trong đó: 

dfdfE
kd
kd
f pp ),()
)2sinh(
2
1(
2
0 0
  
dfdfE
kd
kd
fuv ),()
)2sinh(
2
1)(
2
3
sin()
2
3
cos(
2
0 0
 
dfdfE
kd
kd
fv ),()
)2sinh(
2
1)(
2
3
(sin
2
0 0
2
2 
Do đó, việc tích hợp mô hình thủy động lực học và phổ sóng để giải đồng thời 
là rất quan trọng đối với vùng ven biển nước nông, nhất là trong bài toán xói bồi. 
 Tương tác giữa sóng và xói bồi 
Tác động xói bồi lên sóng được thể hiện qua các thay đổi địa hình đáy và bờ sẽ 
dẫn đến biến dạng các yếu tố sóng, và ngược lại các thông số sóng là các yếu tố động 
lực quan trọng bậc nhất dẫn đến xói bồi. Do đó, việc tích hợp mô hình vận chuyển 
bùn cát, xói bồi, mô hình thủy động lực học và mô hình phổ sóng để giải đồng thời, 
cập nhật liên tục sự ảnh hưởng qua lại giữa chúng là các tiếp cận hợp lý nhất đối với 
vùng biển nước nông, nhất là trong bài toán xói bồi. 
 Mô hình số trị và thuật giải 
Phương pháp thể tích hữu hạn sẽ được dùng để giải mô hình phổ sóng trên lưới 
tính phi cấu trúc xấp xỉ miền tính toán trong không gian địa lý (hình học). Mật độ 
sóng tác động N( x
,σ,) đại diện cho mỗi phần tử và được đặt tại tọa độ là trung tâm 
hình học của phần tử. 
Trong không gian tần số, lưới sai phân dạng lôgarít sẽ được dùng, trong đó: 
σ1 = σmin σl = ƒσσl-1 Δσl = σl+1 - σl-1 l = 2, Nσ (21) 
 
dfdfE
kd
kd
fu ),()
)2sinh(
2
1)(
2
3
(cos
2
0 0
2
2 
-171- 
ƒσ là một yếu tố cho trước, σmin là mức tối thiểu tần số góc và Nσ là bước tần số 
cần rời rạc. 
Trong không gian hướng, lưới sai phân cách đều được sử dụng, trong đó: 
m = (m - 1)Δ; Δm = 2 / N m = 1, N (22) 
Ở đây N là số hướng cần rời rạc. 
Đại lượng N được xem là như nhau trên mỗi khoảng sai phân theo tần số và 
hướng: Δσl và Δm. 
Tích phân (13) trên diện tích Ai của phần tử thứ i, các số gia tần số Δσl và các 
số gia Δm , ta sẽ nhận được phương trình cơ bản để áp dụng phương pháp thể tích 
hữu hạn: 
  


 
  ddd
S
ddNd
t ilmilm
AA
 (23) 
 dddFilm A  ).( 
Với Ω là biến tích phân được định nghĩa trên Ai và F = (Fx, Fy, Fσ, F) = v N là 
dòng đối lưu. Vế trái của (23) được xấp xỉ bởi quy tắc cầu phương một điểm. Sử dụng 
định lý phân kỳ, vế phải tích phân (23) có thể được thay thế bằng tích phân quanh 
biên của thể tích trong không gian x , σ,  và các tích phân được đánh giá bằng cách 
sử dụng quy tắc cầu phương điểm giữa các cạnh phân tử. Do đó, (23), có thể được 
viết như sau: 



p
NE
p
mlpn
i
mli
lF
At
N
1
,,
,,
)(
1
(24) 
   
l
mli
mlimli
m
mlimli
l
S
FFFF


,,
2/1,,2/1,,,2/1,,2/1, )()(
1
)()(
1
Ở đây: NE là tổng số cạnh của phần tử (NE = 3 cho phần tử tam giác). 
(Fn)p,l,m=(Fxnx+Fyny)p,l,m là thông lượng trực giao cạnh p trong không gian địa lý với 
chiều dài Δlp. n
 = (nx, ny) là véc tơ đơn vị trực giao hướng ra ngoài bên trong không 
gian địa lý. (Fσ )i,l+1/2,m và (F )i,l,m+1/2 là các thông lượng đi qua các mặt trong không 
gian tần số và hướng. 
-172- 
Trong không gian địa lý, thông lượng trực giao tại cạnh giữa phần tử i và phần 
tử j là đại lượng: 
 )(
2
1
)(
2
1
ji
n
n
jinn NN
c
c
NNcF
(25) 
Trong đó cn là tốc độ lan truyền theo hướng trực giao từ phần tử i tới mặt phần tử j. 
nccc jin
).(
2
1
(26) 
Việc áp dụng sơ đồ ngược gió bậc 1 có thể dẫn đến khuếch tán số (Tolman,1991, 
1992). Trong các ứng dụng quy mô nhỏ, biển ven bờ và ưu thế là gió địa phương, sơ 
đồ này có độ chính xác chấp nhận được. Tuy nhiên, đối với trường hợp lan truyền 
sóng lừng trên khoảng cách dài, cần sử dụng sơ đồ xấp xỉ bậc cao hơn bậc 1. 
Hình 1: Điểm giữa phần tử và điểm giữa cạnh 
 Điều kiện biên 
Tại biên là bờ đất, điều kiện hấp thụ hoàn toàn được áp dụng. Các thành phần 
thông lượng trực giao với cạnh phần tử bờ đất được gán bằng zero (bờ đất này có thể 
di động và phát sinh khi mức nước tại VNC thay đổi). Khi thông lượng có hướng ra 
khỏi vùng tính toán, không cho có điều kiện biên. 
Tại biên mở có thông lượng đi vào VNC, cần các dữ liệu về sóng tới. Do đó, 
phổ năng lượng phải cho trước trên các đoạn biên mở. Trong không gian tần số sóng, 
điều kiện tại các biên là là sóng hấp thụ toàn phần. 
Không cần điều kiện biên trong không gian hướng sóng (điều kiện tuần hoàn). 
-173- 
3. Module vận chuyển cát 
Khác với các mô hình thủy lực và phổ sóng, hầu hết các mô hình toán mô phỏng 
quá trình diễn biến hình thái đều chưa hoàn chỉnh căn cứ lý thuyết và phải sử dụng 
các công thức, hệ số thực nghiệm, đồng thời đòi hỏi rất nhiều số liệu thực đo để làm 
đầu vào [20]. Trong Luận án, áp dụng cho khu vực ven biển Nam Trung Bộ, tác giả 
đã chọn module MIKE21/3 Sand Transport (ST) là mô hình chuyên nghiệp về vận 
chuyển cát rời dựa trên nghiên cứu của các tác giả: Deigaard, R., FredsØe, J., và 
Hedegaard kết hợp với các module thủy lực HD và phổ sóng SW. 
MIKE21/3 ST là module chuyên về tính vận chuyển cát do dòng chảy hay tổ 
hợp dòng chảy và sóng. Từ vận chuyển cát, mô hình này sẽ tính toán sự biến đổi địa 
hình lòng dẫn cho các thời đoạn tính toán khác nhau. Đầu ra của mô hình MIKE21/3 
HD và MIKE 21 SW là đầu vào của MIKE21/3 ST. Đồng thời, các thay đổi trong địa 
hình lòng dẫn có thể được cập nhật để tính sóng và dòng chảy trong mô hình tích hợp 
MIKE21/3 Coupled Model FM. Do đó, MIKE21/3 ST là lựa chọn phù hợp cho nghiên 
cứu bồi xói tại VNC, nhất là khi có công trình chỉnh trị, bến cảng. 
Module MIKE 21/3 ST có hai phần chính: 
 Module vận chuyển cát do tác động của dòng chảy thuần túy. 
 Module vận chuyển cát do tác dụng tổng hợp của sóng và dòng chảy. 
Việc chọn lựa module để sử dụng nào là rất quan trọng ở 2 khía cạnh: 
(1) Lựa chọn đó phải phù hợp với thực tế tại VNC; 
(2) Vì các module này sử dụng công thức tính toán và các cơ sở dữ liệu đầu vào 
rất khác nhau, do đó việc lựa chọn này sẽ dẫn đến các quy trình vận hành mô hình 
khác nhau, đặc biệt là trong khâu chuẩn bị số liệu để chạy mô hình MIKE21/3 ST. 
Trong nghiên cứu này tác giả đã chọn Module vận chuyển cát do tác dụng tổng 
hợp của cả sóng và dòng chảy. 
 Đối với lựa chọn thứ hai (vận chuyển cát do tác dụng tổng hợp của sóng và 
dòng chảy), mô hình STP (Sediment Transport Prorgam) của Viện Thủy lực Đan 
Mạch phải được sử dụng trước. Đây là mô hình vận chuyển cát 3 chiều do tác dụng 
tổng hợp của sóng và dòng hay của từng cơ chế riêng rẽ, tức là không trực tiếp giải 
-174- 
phương trình tải-tán xạ. Kết quả thực hiện mô hình STP là bảng giá trị dòng vận 
chuyển cát phủ kín các phạm vi mà các quá trình liên quan đến vận chuyển cát có thể 
xảy ra tại VNC. Tiếp theo, dựa vào các kết quả tính sóng và dòng chảy và bảng vận 
chuyển cát Q3D đã lập ra bằng mô hình STP, mô hình MIKE21/3 ST sẽ nội suy ra 
dòng vận chuyển cát ứng với trường dòng chảy, độ sâu cột nước và trường sóng thời 
điểm tính toán xói bồi, làm đầu vào để chạy mô hình biến đổi lòng dẫn (tính xói bồi). 
 Các đặc điểm chính của STP bao gồm: (1) Có tính đến các quá trình vật lý 
chính ảnh hưởng đến vận chuyển cát như: dòng chảy, sóng, cấu tạo đáy bãi, độ dốc, 
thành phần hạt, sóng vỡ... (2) Thời gian tính toán nhỏ vì không cần giải bài toán biên 
dạng tổng quát mà chỉ là phép nội suy giá trị vận chuyển cát từ một bảng tính sẵn 
trước đó gọi là bảng trầm tích Q3D. 
 Bảng vận chuyển cát Q3D được lập ra bằng công cụ MIKE21 Toolbox thuộc 
bộ MIKE. Module STP_Q3D là một công cụ tin học chuyên nghiệp để tính dòng vận 
chuyển cát tổng hợp do dòng chảy và sóng tựa dừng theo hai hướng trực giao: tiếp 
tuyến đường bờ (Longshore) và pháp tuyến đường bờ (Cross-shore) có tính đến các 
cơ chế sau: 
 Ảnh hưởng tổng hợp của dòng chảy và sóng; 
 Góc giữa sóng và dòng chảy; 
 Sự phá vỡ và không vỡ của sóng; 
 Đáy thủy vực bằng phẳng hay dạn gợn sóng (Ripple); 
 Cát đồng nhất kích thước hay cát có kích thước phân tán. 
Thuật toán trong module STP_Q3D: 
Dòng vận chuyển cát là tổng dòng cát lơ lửng qs và dòng di đẩy trên đáy qb: 
qt = qb + qs (27) 
Trong mô hình STP, qb tính theo công thức Engelund và Fredsøe (1976), trong 
đó thông số Shields θ là giá trị tức thời. 
Phân bố thẳng đứng của cát lơ lửng tính ra từ phương trình khuếch tán theo 
phương đứng Fredsøe (1985), bỏ qua các số hạng bình lưu. Cuối cùng, dòng vận 
chuyển cát lơ lửng tính theo công thức: 
-175- 
T D
d
s dzdtuc
T
q
0 2
)(
1 (28) 
Cơ chế vận chuyển cát hạt thô tương tự như cát trung nhưng có một số điểm khác: 
- Cát thô chủ yếu vận chuyển trên đáy, trong đó tầm quan trọng của dòng cát lơ 
lửng được xác định qua số Rouse: 
f
s
U
w
R

 (29) 
Trong đó: ws là vận tốc rơi, κ là hằng số Karman và Uf là vận tốc đáy. Đại lượng 
qs còn có ý nghĩa khi R5, ta bỏ qua qs. 
- Đối với cát thô, lực quán tính của hạt cát là khá quan trọng, trong khi đó, đối 
với mịn và cát trung, ta bỏ qua lực này. 
- Cuối cùng, bờ cát thô thường có độ dốc lớn, do đó ảnh hưởng độ dốc đáy lên 
quá trình khởi động của hạt và di chuyển là rất quan trọng. 
Các thông số chung để ứng dụng STP_Q3D bao gồm: 
Lưu ý: Số chu kỳ sóng và số bước trên 
mỗi chu kỳ sóng ảnh hưởng rất lớn đến 
thời gian tính toán lập bảng vận 
chuyển Q3D. 
Các thông số mở rộng bao gồm: 
Lưu ý: Có một số yếu tố và quá trình 
ít ảnh hưởng đến dòng vận chuyển cát 
sẽ không cần đưa vào tính toán. 
-176- 
Chọn lý thuyết sóng và các thông số liên quan đến sóng vỡ: 
Chọn giới hạn trị số của các thông số dòng chảy, sóng, tính chất của cát: 
Kết quả là các bảng số liệu cần được nạp vào khi chạy mô hình MIKE21/3 ST. 
Thông thường cho mỗi vùng nghiên cứu có 1 bảng riêng. 
 Ứng với mỗi phương pháp tính vận chuyển cát đã chọn, phương án tính toán 
diễn biến lòng dẫn cũng có khác nhau. Đối với lựa chọn thứ hai, hiệu ứng tổng cộng 
của sóng và dòng chảy sẽ được tính đến, tuy nhiên hiệu ứng chảy vòng sẽ bị bỏ qua. 
Như vậy, quy trình ứng dụng mô hình MIKE21/3 ST khá phức tạp và có nhiều vấn 
đề cần xử lý có tính chủ quan, phụ thuộc rất lớn vào kinh nghiệm và kiến thức của 
người sử dụng. Các điểm nhấn ở đây bao gồm: 
- Chọn được thuật toán hợp lý cho VNC; 
- Phải có bộ số liệu tin cậy về dòng chảy và sóng (nếu cần); 
- Có bộ số liệu tin cậy và hợp lý về địa hình lòng dẫn và tính chất cơ lý của cát 
VNC và lân cận; 
- Nếu tính vận chuyển cát trên biển chịu tác động đồng thời của sóng và dòng 
chảy, thì công việc quan trọng nhất là tạo được bảng tốc độ tải cát Q3D hợp lý, phủ 
-177- 
kín các tổ hợp có thể xẩy ra tại VNC. Lưu ý: Nếu giá trị các thông số tính toán nằm 
ngoài giới hạn có trong bảng Q3D, phép tính dòng bùn cát sẽ không được thực hiện; 
Module MIKE21/3 ST được tích hợp vào mô hình MIK21/3 Coupled FM Model 
là một hệ thống được khẳng định bằng các kết quả nghiên cứu thực nghiệm rất công 
phu tốn kém và các lý thuyết mới về hiện tượng vận chuyển cát và xói bồi kèm theo. 
 Tuy nhiên, đó là mô hình với nhiều thông số thực nghiệm, và MIKE21/3 ST là 
mô hình bán kinh nghiệm. 

File đính kèm:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_dien_bien_hinh_thai_vung_ven_bien_nam_tru.pdf
  • pdf2-TTLA_PhamTrung_VIE.pdf
  • pdf3-TTLA_PhamTrung_EN.pdf
  • pdf4 -Trich yeu Luan an (tiếng Việt + Anh)_(NCS. Phạm Trung).pdf