trƯỜng ĐẠi h c qu i trƯỜng ĐẠi h c khoa h c t
TRANSCRIPT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------------------------
DƯƠNG NGỌC TIẾN
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
PHÂN TÍCH XU THẾ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN
TRẦM TÍCH VÀ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ, ĐÁY
KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÁY BẰNG MÔ HÌNH MIKE
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HÀ NỘI – 2012
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------------------------
DƯƠNG NGỌC TIẾN
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
PHÂN TÍCH XU THẾ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN
TRẦM TÍCH VÀ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ, ĐÁY
KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÁY BẰNG MÔ HÌNH MIKE
Chuyên ngành : Hải dương học
Mã số : 60.44.97
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Thọ Sáo
HÀ NỘI – 2012
i
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng
dẫn PGS.TS. Nguyễn Thọ Sáo. Thầy đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt
quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Đồng thời, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô
giáo trong bộ môn Hải dương học, cán bộ Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải
dương học, cán bộ phòng Sau đại học Trường đại học Khoa học Tự Nhiên đã
giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo Trung tâm, công đoàn và
toàn thể các đồng nghiệp của Trung tâm Nghiên cứu biển và tương tác biển –
Khí quyển, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường đã tạo điều
kiện, giúp đỡ tác giả để tác giả có thể hoàn thành được khóa học và luận văn
một cách tốt nhất.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè và người
thân đã động viên tinh thần, khích lệ tác giả để luận văn được hoàn thành tốt
nhất.
ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .......................... 3
1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................................. 3
1.1.1. Địa hình, địa chất địa mạo .............................................................................. 3
1.1.2. Chế độ khí hậu ................................................................................................ 3
1.1.2.1. Bức xạ nhiệt ............................................................................................. 3
1.1.2.2. Lượng mưa ............................................................................................... 4
1.1.2.3. Gió ven biển ............................................................................................. 4
1.1.3. Chế độ thủy văn .............................................................................................. 5
1.1.4. Chế độ hải văn ................................................................................................ 6
1.1.4.1. Sóng, thủy triều và xâm nhập mặn........................................................... 6
1.1.4.2. Dòng chảy vùng cửa sông, ven biển ........................................................ 7
1.2. Hiện trạng bồi lắng và xói lở ................................................................................ 7
1.2.1. Giai đoạn trước năm 1989 .............................................................................. 8
1.2.2. Giai đoạn 1989-1995 ...................................................................................... 8
1.2.3. Giai đoạn 1995-nay ........................................................................................ 8
1.3. Cảng trên sông Đáy và kế hoạch nạo vét luồng ................................................. 11
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 14
2.1. Tổng quan về quá trình động lực và vận chuyển bùn cát vùng bờ ..................... 14
2.1.1. Sóng .............................................................................................................. 15
2.1.2. Dòng chảy ..................................................................................................... 16
2.1.3. Vận chuyển bùn cát vùng ven bờ ................................................................. 17
2.2. Tổng quan các yếu tố ảnh hưởng đến xói lở, bồi tụ và diễn biến đường bờ ...... 21
2.3. Tổng quan các phương pháp nghiên cứu về thủy động lực, vận chuyển bùn
cát, dịch chuyển đường bờ ......................................................................................... 23
2.3.1. Phương pháp điều tra cơ bản ........................................................................ 23
2.3.2. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và GIS. ............................................ 24
2.3.3. Phương pháp phóng xạ hạt nhân .................................................................. 26
2.3.4. Phương pháp mô hình vật lý. ....................................................................... 27
2.3.5. Phương pháp mô hình toán ........................................................................... 28
2.4. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu .................................................................... 32
2.5 Cơ sở lý thuyết các mô hình thủy thạch động lực ................................................ 34
2.5.1. Mô hình MIKE 11 ........................................................................................ 34
2.5.1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................... 34
2.5.1.2. Mô đun HD ............................................................................................ 35
2.5.1.3. Mô đun AD ............................................................................................ 39
2.5.2. Mô hình MIKE 21 ........................................................................................ 40
iii
2.5.2.1. Mô hình tính sóng MIKE 21 SW ........................................................... 40
2.5.2.2. Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD ................................................. 42
2.5.2.3. Mô hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21 ST .................................. 45
2.5.3. Mô hình LITPACK ...................................................................................... 46
2.5.3.1. Khái quát về mô hình Litpack ................................................................ 46
2.5.3.2. Các mô đun trong Litpack ...................................................................... 47
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ
BỒI TỤ, XÓI LỞ .......................................................................................................... 51
3.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 51
3.2. Xây dựng bộ số liệu cơ sở cho mô hình .............................................................. 52
3.2.1. Địa hình, miền tính, lưới tính ....................................................................... 52
3.2.2. Điều kiện biên .............................................................................................. 53
3.2.3. Các thông số khác ......................................................................................... 53
3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình................................................................... 54
3.3.1. Mô hình MIKE 11 ........................................................................................ 54
3.3.2. Mô hình tính sóng MIKE 21 SW ................................................................. 55
3.3.3. Mô hình thủy lực MIKE 21 FM ................................................................... 56
3.4. Các kết quả trong nghiên cứu ............................................................................. 58
3.4.1. Phân tích xu thế vận chuyển trầm tích ......................................................... 58
3.4.1.1. Mô phỏng thủy lực ................................................................................. 59
3.4.1.2. Mô phỏng phân bố trầm tích .................................................................. 61
3.4.1.3. Nhận xét ................................................................................................. 65
3.4.2. Tính toán xu thế biến động bùn cát dài hạn có xét đến dâng cao mực nước
biển và mô hình hóa quá trình phát triển cửa Đáy ................................................. 67
3.4.2.1. Kịch bản nước biển dâng cho khu vực cửa Đáy .................................... 67
3.4.2.2. Cập nhật mực nước biển dâng trong mô hình ........................................ 68
3.4.2.3. Lưu lượng dòng chảy sông .................................................................... 69
3.4.2.4. Kết quả ................................................................................................... 70
3.4.3. Tính toán biến đổi đường bờ có xét đến dâng cao mực nước biển do biến
đổi khí hậu .............................................................................................................. 76
3.4.3.1. Điều kiện tính toán ................................................................................. 76
3.4.3.2. Bộ thông số đầu vào ............................................................................... 76
3.4.3.3. Kết quả tính toán .................................................................................... 80
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 84
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Tần suất (%) của các hướng gió và lặng gió (%) trạm Văn Lý
(20007’N;106
018’E) ........................................................................................................ 5
Bảng 3.1. Xác suất của tốc độ gió theo các cấp tốc độ (tính bằng % của tổng
số trường hợp) trạm Văn Lý (20007’N;106
018’E) ........................................................... 5
Bảng 3.1. Độ cao trung bình h(m) hàng trên, độ cao H1% hàng dưới, chu kỳ
trung bình (s) của sóng và tốc độ gió V(m/s) tại trạm Văn Lý (20007’N;106
018’E). .. 6
Bảng 3.1. Mực nước biển dâng theo các kịch bản phát thải cho khu vực Cửa
Đáy (cm) ........................................................................................................... 67
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Biểu đồ phân phối lượng mưa năm trạm Văn Lý ............................ 4
Hình 1.2. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy Năm 1989 ...................................... 10
Hình 1.3. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2001 ....................................... 10
Hình 1.4. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2005 ....................................... 11
Hình 1.5. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2009 ....................................... 11
Hình 2.1. Những hệ thống vận chuyển bùn cát mở và đóng (US ARMY
CORPS OF ENGINEERS, 2002) ............................................................................. 18
Hình 2.2. Sơ đồ biến đổi mặt cắt của một bãi biển do một cơn bão (US
ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002) ................................................................ 20
Hình 2.3. Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott ..................................... 36
Hình 2.4. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t ................. 36
Hình 2.5. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ ........................................... 37
Hình 2.6. Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu ....................... 37
Hình 2.7. Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng ...................................... 37
Hình 2.8. Các thành phần theo phương x và y .............................................. 45
Hình 2.9. Các mô đun trong mô hình Litpack ............................................... 47
Hình 3.1. Các bộ thông số và các mô hình toán cơ bản sử dụng trong nghiên
cứu 51
Hình 3.2. Địa hình khu vực nghiên cứu ......................................................... 52
Hình 3.3. Minh họa lưới tính sử dụng trong mô phỏng ................................. 53
Hình 3.4. So sánh nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Như Tân trên sông Đáy
55
Hình 3.5. Độ cao và hướng sóng đặc trưng cho các tháng trong năm........... 55
Hình 3.6. Vị trí các điểm hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình .................... 56
Hình 3.7. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại điểm HC (trạm đo Ninh
Cơ;106012’7.14”E, 20
01’26.49”N) ........................................................................... 57
Hình 3.8. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ hằng
số điều hòa tại điểm KN1 (106035’E, 20
013’N) ........................................................ 57
v
Hình 3.9. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ hằng
số điều hòa tại điểm KN2 (106006’E, 19055’N) ...................................................... 58
Hình 3.10. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ
hằng số điều hòa tại điểm KN3 (105056’E, 19
051’N) ................................................ 58
Hình 3.11. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Như Tân trên sông Đáy
năm 2010 59
Hình 3.12. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Phú Lễ trên sông Ninh
Cơ năm 2010 60
Hình 3.13. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Ba Lạt trên sông Hồng
năm 2010 60
Hình 3.14. Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng 8 năm 2010 ............... 61
Hình 3.15. Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng 1 năm 2010 ............... 61
Hình 3.16. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Như Tân năm 2010
62
Hình 3.17. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Phú Lễ năm 2010 62
Hình 3.18. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Ba Lạt năm 2010 . 62
Hình 3.19. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa mưa) .... 63
Hình 3.20. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu
mùa mưa) 63
Hình 3.21. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-10-2011 (thời điểm cuối mùa mưa) 64
Hình 3.22. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 1-10-2011(thời điểm
cuối mùa mưa) 64
Hình 3.23. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 31-12-2010 (sau 1 năm tính toán) ...... 65
Hình 3.24. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 31-12-2010 (sau 1 năm
tính toán) 65
Hình 3.25. Kịch bản mực nước biển dâng tại khu vực cửa Đáy ................... 68
Hình 3.26. Biến trình lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt các trạm trong 20
năm 70
Hình 3.27. Biến trình mực nước tính toán tại điểm gần cửa Đáy (10605’E;
19050’N) 71
Hình 3.28. Địa hình khu vực cửa Đáy ban đầu ............................................. 71
Hình 3.29. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 1 năm tính
toán 72
Hình 3.30. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 2 năm tính
toán 72
Hình 3.31. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 3 năm tính
toán 72
Hình 3.32. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 4 năm tính
toán 73
Hình 3.33. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 5 năm tính
toán 73
Hình 3.34. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 10 năm tính
toán 73
vi
Hình 3.35. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 15 năm tính
toán 74
Hình 3.36. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 20 năm tính
toán 74
Hình 3.37. Đường bờ và đường cơ sở ............................................................ 77
Hình 3.38. Đường cơ sở, khu vực nghiên cứu (a) và biểu diễn đường bờ năm
1989 (b) trên đường cơ sở ......................................................................................... 78
Hình 3.39. Phân bố mặt cắt địa hình và địa hình sử dụng trong nghiên cứu . 79
Hình 3.40. So sánh đường bờ tính toán bằng mô hình và đường bờ trích ra từ
số liệu vệ tinh năm 2001 ........................................................................................... 80
Hình 3.41. So sánh đường bờ tính toán bằng mô hình và đường bờ trích ra từ
số liệu vệ tinh năm 2010 ........................................................................................... 80
Hình 3.42. Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm
1990 tới năm 2001 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh) ................................................ 81
Hình 3.43. Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm
1990 tới năm 2010 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh) ................................................ 81
1
MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu
toàn cầu, thiên tai ngày một gia tăng, đặc biệt là bão, kèm theo lũ lụt và nước dâng
do bão. Các thiên tai này, đã đang và sẽ gây ra những thiệt hại lớn về người và của.
Vì vậy, vấn đề tính toán và dự báo các quá trình thủy động lực cũng như biến đổi
đường bờ và địa hình đáy có thể xảy ra cho từng khu vực là một trong những biện
pháp tích cực nhằm phòng tránh, đề ra những giải pháp cần thiết để giảm tối thiểu
thiệt hại.
Sông Hồng là con sông lớn nhất của miền bắc Việt Nam, hằng năm đã mang
phù sa làm giàu thêm cho đồng bằng sông Hồng. Các con sông của hệ thống sông
Hồng đưa bùn cát ra biển qua các cửa sông trong đó phải kể đến là 3 sông lớn: Sông
Hồng chảy qua cửa Ba Lạt, sông Ninh Cơ và sông Đáy. Quá trình tương tác giữa
động lực sông – biển gây ra quá trình bồi tụ, lắng đọng và xói lở vùng ven biển.
Khu vực cửa sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình đang có những thay đổi đáng kể về
quá trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích. Ở đây mức độ bồi tụ đang diễn ra rất mạnh.
Bồi tụ ven bờ và quá trình lấn biển làm tăng thêm diện tích đất tự nhiên nhưng cũng
có ảnh hưởng nhất định đến chế độ động lực và khả năng thoát lũ ở các sông. Bên
cạnh đó, hiện tượng nước biển dâng đã và đang ảnh hưởng sâu sắc tới Việt Nam nói
chung và tỉnh ven biển Ninh Bình nói riêng. Nước biển dâng có thể dẫn đến những
hậu quả rất lớn đối với sinh kế và sự thịnh vượng của cư dân ở những vùng này.
Những vùng đất có giá trị cao có thể sẽ bị mất. Các đầm tôm, cua có thể bị di dời và
các ngư trường ven biển có thể biến mất. Những vùng không ngập mặn thường
xuyên ở khu vực lận cận có thể bị ảnh hưởng và không còn phù hợp cho sản xuất
nông nghiệp. Sự đa dạng của các hệ động thực vật ven biển tại khu vực cửa sông
ven biển có thể bị suy giảm. Rừng ngập mặn –hệ sinh thái quan trọng ở vùng cửa
sông, ven biển - có thể bị giảm về quy mô hoặc hoàn toàn biến mất, v.v.
2
Hiện nay, phương pháp mô hình toán đang được sử dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường. Đây là
phương pháp hiện đại, phát triển mạnh trong mấy chục năm trở lại đây ở nước ta
cũng như trên thế giới. Việc áp dụng phương pháp này đòi hỏi kiến thức liên ngành
của nhiều chuyên gia và phải qua nhiều bước như lựa chọn, xây dựng mô hình, hiệu
chỉnh xác định thông số của mô hình và cuối cùng là ứng dụng mô hình để đánh giá,
dự báo. Các mô hình toán ngày càng chứng tỏ là một công cụ mạnh và đắc lực bởi
khả năng cho kết quả tính toán nhanh, giá thành rẻ, phạm vi ứng dụng rộng, dễ dàng
thay đổi các kịch bản bài toán, nhất là trong việc tính toán, mô phỏng các hệ thống
lớn. Ở Việt Nam, mô hình số trị đã và đang được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn
nghiên cứu và tính toán dự báo thủy động lực và môi trường biển, trong đó có tính
toán vận chuyển bùn cát và biến động đường bờ.
Trong nghiên cứu này, đã sử dụng bộ mô hình MIKE của viện thủy lực Đan
Mạch để mô phỏng, đánh giá và dự báo chế độ thủy động lực cũng như xói lở, bồi
tụ và quá trình biến đổi đường bờ tại khu vực cửa sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình.
3
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN
CỨU
1.1. Điều kiện tự nhiên
1.1.1. Địa hình, địa chất địa mạo
Về mặt địa hình, khu vực ven biển Cửa Đáy tương đối bằng phẳng, hơi
nghiêng về phía biển, độ dốc nhỏ, dao động từ 0,04 đến 0,05 m/km. Độ cao trung
bình vùng ven biển khu vực nghiên cứu dao động từ 0 đến 2 m. Với các hệ thống đê
quai lấn biển đã làm nên các khu vực có địa hình tương đối thấp.
Về mặt địa chất - địa mạo, khu vực Cửa Đáy nằm trong khu vực đồng bằng
Sông Hồng (ĐBSH) nên các đặc tính địa chất địa mạo mang đặc tính chung của khu
vực đồng bằng Sông Hồng, toàn bộ khu vực nằm trên đới sụt lún thuộc trũng Sông
Hồng, có các đứt gẫy kiến tạo quan trọng chi phối là các đứt gẫy sông Hồng, sông
Chảy, sông Lô và các đứt gẫy nhỏ hơn như Vĩnh Ninh, Thái Bình. Quá trình sụt lún
ở châu thổ được bù đắp bởi lượng phù sa dồi dào. Tốc độ sụt lún trong Đệ tứ được
xác định là 0,12 mm/năm ở vùng đông bắc và 0,06 mm/năm ở rìa tây nam. Trong
đới cấu trúc võng sụt lún, các móng đá gốc thể hiện rất ít trên bề mặt đồng bằng
(dạng đồi núi sót), hầu hết bị chôn vùi dưới lớp phủ của các lớp trầm tích từ Neogen
đến Đệ tứ. Lớp trầm tích Holocen rất đa dạng về thành phần và nguồn gốc; trầm
tích Holocen thượng (Q23) có tuổi trẻ nhất (cách đây 3000 năm) phân bố rộng rãi ở
ĐBSH, bao gồm cát, bột, bột sét, bùn sét. Sau Holocen muộn là giai đoạn phát triển
châu thổ hiện đại, chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các hoạt động của con người, trong đó
có việc đắp đê ngăn lũ đã làm mất mối trao đổi phù sa giữa sông và đồng bằng, làm
cho bề mặt ĐBSH vốn chưa được bồi đầy lại có thêm nhiều ô trũng.
1.1.2. Chế độ khí hậu
Khu vực cửa Đáy chịu ảnh hưởng của hai hệ thống gió mùa đông bắc và gió
mùa tây nam có tính chất đối ngược nhau.
1.1.2.1. Bức xạ nhiệt
4
Khu vực nghiên cứu nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng
bức xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 - 120 Kcal/cm2 và có số giờ nắng
thuộc loại trung bình, đạt khoảng 1600 - 1750 giờ/năm, trong đó tháng VII có số giờ
nắng nhiều nhất đạt 200 - 230 giờ/tháng và tháng II, III có số giờ nắng ít nhất
khoảng 25 - 45 giờ/ tháng. Chế độ nắng cũng giống như chế độ nhiệt, nó ảnh hưởng
đến tốc độ và dạng phân huỷ các hợp chất hữu cơ và nồng độ ôxy hoà tan trong
nước. Nhiệt độ không khí trung bình: 22,2 - 23,60 C; tháng 7 có nhiệt độ cao nhất
(28,2 - 29,40 C) và tháng 1 thấp nhất (14,7 - 16,8
0 C).
1.1.2.2. Lượng mưa
Lượng mưa hàng năm dao động từ 1520 đến 1850 mm. Mùa mưa bắt đầu từ
cuối tháng IV và kết thúc vào tháng X, chiếm 82¸90% lượng mưa cả năm. Mưa lớn
tập trung vào hai tháng VII-VIII. Lượng mưa ngày lớn nhất đạt tới 350¸500 mm.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XIITháng
XT
BN
N (
mm
)
Hình 1.1. Biểu đồ phân phối lượng mưa năm trạm Văn Lý
1.1.2.3. Gió ven biển
Mùa đông gió có hướng thịnh hành là Đông Bắc, tần suất đạt 60 - 70%. Mùa
hè các tháng V, VI, VII hướng gió ổn định, thịnh hành là Đông và Đông Nam, tần
suất đạt khoảng 60 - 70%. Tháng VIII hướng gió phân tán, hướng thịnh hành nhất
cũng chỉ đạt tần suất 20 - 25%. Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần
suất mỗi hướng thay đổi trung bình từ 10 - 15%. Tốc độ gió trung bình thay đổi từ 3
- 4,5 m/s, tốc độ gió lớn nhất đạt 30 - 40 m/s (thường là trong dông hoặc bão).
5
Bảng 3.1. Tần suất (%) của các hướng gió và lặng gió (%) trạm Văn Lý
(20007’N;106
018’E)
Tháng N NE E SE S SW W NW Lặng
I 33.1 10.8 22.9 9.5 5.3 0.8 11.6 6.0
IV 4.8 7.2 32.0 28.7 19.2 1.0 0.8 1.8 4.5
VII 2.4 2.1 4.8 22.9 36.4 13.7 4.7 3.2 11.0
X 30.3 11.9 16.9 9.2 6.0 0.5 1.4 12.9 10.8
Năm 19.6 7.9 19.7 17.3 16.6 4.0 1.4 7.4 8.0
Nguồn : Sổ tay tra cứu các đặc trưng KTTV vùng thềm lục địa Việt Nam, 2000.
Bảng 3.1. Xác suất của tốc độ gió theo các cấp tốc độ (tính bằng % của tổng số
trường hợp) trạm Văn Lý (20007’N;106
018’E)
Tháng
Tốc độ gió
0-1 2-3 4-5 6-7 8-9 10-
11
12-
13
14-
15
16-
17
18-
20
21-
24
25-
28
29-
34
35-
40 >40
I 100 78.0 43.0 20.2 4.2 1.1
IV 100 79.0 44.0 20.8 4.4 1.2
VII 100 75.0 50.0 34.3 19.5 6.1 3.0 2.5 1.1 0.7 0.07 0.07
X 100 70.0 37.5 23.2 7.2 2.0
Năm 100 74.0 39.5 23.6 9.0 2.5 1.0 0.5 0.2 0.1 0.03 0.02 0.01 0.06
Nguồn : Sổ tay tra cứu các đặc trưng KTTV vùng thềm lục địa Việt Nam, 2000.
1.1.3. Chế độ thủy văn
Sông Đáy là con sông chính của tỉnh Ninh Bình, là một phân lưu của sông
Hồng, nhận nước của sông Hồng ở địa phận Hà Nội. Sông Đáy có chế độ dòng chảy
phức tạp do ở thượng lưu đã bị chia cắt bởi sông Hồng, lại chịu ảnh hưởng của các
sông nội địa và đoạn hạ lưu chịu ảnh hưởng của thủy triều.
Dòng chảy sông Đáy có hai mùa với thời gian dài gần như nhau nhưng lưu
lượng rất chênh lệch. Mùa mưa dài gần 6 tháng (từ tháng VI đến đầu tháng XI),
chiếm 75¸80% lượng nước cả năm. Mùa kiệt dài hơn 6 tháng (từ cuối tháng XI đến
tháng V năm sau), chiếm dưới 25% lượng nước trong năm. Vào mùa kiệt tốc độ
6
dòng chảy nước sông dao động khoảng 0,2-0,4 m/s. Trong mùa mưa, dòng chảy
sông ngòi lấn át dòng triều nên chỉ có một hướng chảy từ sông ra biển.
1.1.4. Chế độ hải văn
1.1.4.1. Sóng, thủy triều và xâm nhập mặn
Vào mùa đông (từ tháng XI - III năm sau), hướng sóng chính ngoài khơi là
hướng Đông Bắc với tần suất 51¸7%. Tuy nhiên, do ảnh hưởng bởi địa hình có
hướng Đông Bắc - Tây Nam, vùng ven bờ khu vực cửa Đáy thịnh hành sóng hướng
sóng Đông và Đông Nam. Vào mùa hè (từ tháng VI - IX), hướng sóng nam thịnh
hành ngoài khơi chiếm 37¸60% và vùng ven biển là các hướng sóng Đông Nam
chiếm 24% và Nam chiếm 20%. Về mặt độ lớn, sóng trong mùa hè có độ cao lớn
hơn trong mùa đông, do chịu ảnh hưởng mạnh của bão và áp thấp nhiệt đới. Độ cao
sóng ven bờ lớn nhất tới 4-5 m và ở ngoài khơi là 9-10 m.
Bảng 3.1. Độ cao trung bình h(m) hàng trên, độ cao H1% hàng dưới, chu kỳ
trung bình (s) của sóng và tốc độ gió V(m/s) tại trạm Văn Lý (20007’N;106
018’E).
Các đặc
trưng
Tháng trong năm
X-I II-IV V-VII VIII-X Năm
Suất
đảm bảo
chế độ
%1H
h
V %1H
h
V %1H
h
V %1H
h
V %1H
h
V
50
năm
0.4 3.0 3.5 0.4 3.0 3.5 0.5 3.5 4.0 0.5 3.5 4.0 0.5 3.5 4.0
0.8 0.8 1.0 1.0 1.0
20
năm
0.5 3.5 5.5 0.6 3.5 5.5 0.8 4.0 6.0 0.7 4.0 6.0 0.7 4.0 7.0
1 1.2 1.6 1.4 1.4
5
năm
0.8 4.0 7.5 0.9 4.0 7.5 1.1 4.4 9.0 1.1 4.4 9.0 1.0 4.4 10.0
1.7 1.8 2.2 2.2 2.2
1
năm
1.0 4.3 10 1.1 4.4 10.5 1.5 5.5 12.0 1.5 5.5 13.0 1.5 5.5 14.5
2.1 2.3 3.0 3.0 3.0
Nguồn: Sổ tay tra cứu các đặc trưng KTTV vùng thềm lục địa Việt Nam (2000)
Chế độ triều: Khu vực cửa Đáy là khu vực có chế độ nhật triều đều điển hình
với 1 lần nước lên và 1 lần nước xuống trong ngày với biên độ triều dao động khá
7
lớn, từ 1,0 - 2,0 m. Với độ lớn như vậy, vào thời kỳ triều cường, thủy triều gây ảnh
hưởng lớn đến khả năng tiêu thoát nước thải, thoát lũ, tiêu úng của của sông.
Xâm nhập mặn: trong mùa cạn, do lượng nước trong sông đã giảm nhiều nên
khi triều lên, xuất hiện hiện tượng nước chảy ngược từ biển vào trong sông, mang
theo nước mặn, càng vào sâu trong sông độ mặn càng giảm.
1.1.4.2. Dòng chảy vùng cửa sông, ven biển
Dòng chảy tại khu vực này chịu chi phối bời các thành phần tuần hoàn và phi
tuần hoàn. Thành phần tuần hoàn bao gồm các loại dòng phát sinh do sóng thuỷ
triều sinh ra, như dòng nhật triều, dòng bán nhật triều. Thành phần phi tuần hoàn
gồm các thành phần hình thành do lũ trong sông, dòng dư sinh ra từ sóng, dòng sinh
ra do gió thổi trên bề mặt.
Vào mùa đông, dòng chảy tổng cộng ở vùng này chủ yếu là do sự đóng góp
của dòng chảy gió và dòng triều. Vì vậy về mùa đông, dòng chảy ở vùng xem xét
thường có hướng dọc theo bờ, đó là hướng chủ đạ. Từ tháng XII đến tháng I, tại khu
vực, xuất hiện chế độ dòng chảy ngược chiều nhau. Ở vùng biển thoáng, dòng chảy
có hướng nam do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, trong khi đó tại ven bờ, tồn tại
dòng ven có hướng từ nam lên bắc. Tốc độ dòng chảy tổng cộng thường không lớn,
vào khoảng 20-40cm/s.
Vào mùa hè, bức tranh dòng chảy khác với mùa đông. Ở gần bờ vùng này
không quan sát thấy dòng ven có hướng từ nam lên bắc nữa. Tốc độ dòng chảy
vùng ngoài khơi và ven bờ chỉ khoảng 20-30cm/s. Tốc độ dòng chảy trong cửa sông
cao hơn, đạt tới gần 100cm/s, thậm chí cao hơn trong thời kỳ mùa lũ do ảnh hưởng
mạnh bởi dòng chảy trong sông.
1.2. Hiện trạng bồi lắng và xói lở
Vùng cửa Đáy có xu hướng bồi tụ mạnh nhờ có nguồn bồi tích rất dồi dào từ
hệ thống sông Hồng và cửa sông nằm ở vùng bờ biển lõm, tránh được các hướng
sóng chính có tác động mạnh.
Khu vực cửa Đáy mặc dù có khối lượng bùn cát đưa ra biển rất lớn nhưng
không tạo thành kiểu bồi tụ lấp đầy nối cồn như cửa Ba Lạt, Trà Lý hay Lạch
8
Giang. Tại khu vực này, ngoài lượng bùn cát đưa ra từ sông Đáy, còn là nơi lắng
đọng của dòng bùn cát dọc bờ đưa xuống từ phía Đông Bắc từ sông Hồng (cửa Ba
Lạt và cửa Ninh Cơ). Dòng bùn cát này bị ngăn lại bởi địa hình và chế độ dòng
chảy của sông Đáy và lắng đọng lại ở ven bờ, lấp đầy khoảng trống giữa cửa Đáy và
cồn ngầm ở phía ngoài. Vì vậy, bãi bồi tại khu vực Cửa Đáy có diện tích rất lớn và
khoảng cách giữa cồn ngầm và bãi bồi phía trong hầu như không đáng kể.
1.2.1. Giai đoạn trước năm 1989
Cửa Đáy phát triển mạnh về phía biển và vùng bồi tụ diễn ra chủ yếu phía
ven biển huyện Kim Sơn. Ở ven biển Kim Sơn, sau đợt quai đê Bình Minh-1 vào
năm 1959 lấn ra biển tới 1100 ha đất mặn, đến năm 1980-1982 tiếp tục quai tuyến
đê Bình Minh-2 có chiều dài 14,7 km và lấn biển tới 1.932 ha đất mặn sú vẹt. Tính
chung, ở ven biển Kim Sơn trong thời gian 25 năm (1965-1989) bãi bồi mở rộng ra
biển 2000¸3400 ha với tốc độ lấn biển đạt 80 -136 m/năm và trung bình là 108
m/năm. Ngược lại, vùng ven biển Nghĩa Hưng có tốc độ phát triển chậm hơn, vùng
bồi chỉ rộng 900-1800 m, tương đương tốc độ phát triển 37-76 m/năm và trung bình
là 57 m/năm. Vùng bồi tụ ở cửa sông trong giai đoạn này hiện nay là địa phận các
xã Kim Hải, Kim Tiến, Kim Trung, Kim Đông (huyện Kim Sơn) và xã Nam Điền
(huyện Nghĩa Hưng).
1.2.2. Giai đoạn 1989-1995
Đây là thời kỳ đầu nhà máy thủy điện Hòa Bình bước vào hoạt động, có
những thay đổi về chế độ dòng chảy và dòng bùn cát trong sông Hồng, nhưng cửa
Đáy vẫn tiếp tục phát triển mạnh nhờ nguồn bồi tích ven biển còn dồi dào và trong
thời gian này ít có bão và áp thấp nhiệt đới tác động. Vùng bồi tụ diễn ra chủ yếu
phía ven biển huyện Kim Sơn. Bãi bồi Kim Sơn lấn thêm ra biển 900 - 1800 m,
tương đương tốc độ phát triển 150 - 300 m/năm, trung bình là 225 m/năm. Vùng bồi
tụ mạnh là tiền đề cho việc quai tuyến đê Bình Minh-3. Phía ven biển Nghĩa Hưng,
vùng bồi tụ chủ yếu là các doi cát dọc cửa sông Đáy, nhưng tốc độ diễn ra chậm
hơn phía ven biển huyện Kim Sơn.
1.2.3. Giai đoạn 1995-nay
9
Các bãi bồi cửa Đáy tiếp tục phát triển và đưa cửa sông kéo dài về phía biển.
Ven biển huyện Nghĩa Hưng hình thành bãi bồi lớn với diện tích rộng tới 670 ha là
tiền đề của vùng đất mới trong tương lai. Huyện Kim Sơn triển khai công cuộc quai
đê lấn biển lần thứ 7 sau khi thành lập huyện vào năm 1829 với việc khởi công xây
dựng tuyến đê Bình Minh-3 vào năm 2000; tuyến đê này có tổng chiều dài tới 15,5
km. Tốc độ phát triển bãi bồi phía huyện Kim Sơn đạt 100¸180 m/năm và trung
bình là 140 m/năm. Bãi bồi ven biển huyện Nghĩa Hưng phát triển nhanh hơn, đạt
tốc độ 300 tới 350 m/năm.
Trong thời gian này cửa Đáy phát triển kéo dài nhanh, ngoài các nhân tố tự
nhiên thuận lợi còn có các hoạt động nhân tạo gia tăng, đó là việc đẩy mạnh trồng
rừng ngập mặn và quai đê lấn biển. Một điểm đáng chú ý là vùng đất mới ở huyện
Kim Sơn nằm giữa các tuyến đê Bình Minh-2 và đê Bình Minh-3 có cao độ rất thấp,
trung bình 0,3 tới 0,6 m và đây là điều kiện bất lợi cho qui hoạch phát triển trong
tương lai trên vùng đất thấp ven biển tỉnh Ninh Bình.
Các ảnh vệ tinh trong các thời gian khác nhau được đưa ra trong các hình 1.2
đến 1.5 dưới đây đưa ra những hình ảnh cụ thể về sự biến đổi đường bờ và quá trình
bồi tụ tại khu vực Cửa Đáy trong thời gian từ năm 1989 đến 2009.
10
Hình 1.2. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy Năm 1989
Hình 1.3. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2001
11
Hình 1.4. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2005
Hình 1.5. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2009
1.3. Cảng trên sông Đáy và kế hoạch nạo vét luồng
Khu vực cửa sông Đáy và phía trong sông thuộc địa phận tỉnh Ninh Bình
hiện có 5 cảng hoạt động, trong đó ba cảng có yếu tố nước ngoài là: Ninh Phúc,
12
Tiên Hưng, Kim Sơn và hàng loạt nhà máy tại bảy khu công nghiệp, cụm công
nghiệp của tỉnh. Cảng Ninh Phúc hiện là cảng sông có quy mô lớn nhất miền Bắc
đồng thời là một trong những cảng nội địa lớn nhất Việt Nam. Cảng đảm bảo nhận
tàu cỡ 3000 DWT cập bến, công suất đạt 2,5 triệu tấn/năm. Cảng nằm dọc bờ hữu
sông Đáy thuộc các xã Ninh Phúc (thành phố Ninh Bình) và Khánh Phú, Khánh
Hòa (Yên Khánh, Ninh Bình). Cảng Ninh Phúc có chiều dài hơn 3 km, chiều dài 1
bến là 500m, diện tích bến là 12,5 ha. Cảng Ninh Phúc nằm ở bờ trái sông Đáy, đảm
bảo công tác vận tải đường thủy các tuyến giao thông đường thủy Cửa Đáy - Ninh
Bình, Ninh Bình - Hà Nội, Ninh Bình - Nam Định - Hải Phòng - Quảng Ninh, Ninh
Bình - Thanh Hóa. Gần Cảng Ninh Phúc là cảng Ninh Bình có công suất đạt 1,6
triệu tấn/năm, đảm bảo cho tàu biển trên 1.000 DWT ra vào thuận lợi. Cảng Ninh
Phúc được xây dựng từ cuối năm 1995 với tổng giá trị 125 tỷ đồng. Ngày 27/6/2000
Cảng Ninh Phúc chính thức đưa vào khai thác. Cảng được Bộ Giao thông vận tải
quyết định công bố được tiếp nhận phương tiện thuỷ nội địa, tàu biển Việt Nam và
nước ngoài có trọng tải đến 3.000 tấn. Ninh Phúc là một cảng hàng hoá nằm trên
đầu mối giao thông thuỷ - bộ quan trọng tại khu vực rộng lớn phía Nam của các tỉnh
Bắc bộ và phía Bắc của các tỉnh miền Trung thông qua tuyến sông Đáy ra biển
Đông đi các tỉnh kéo dài từ Quảng Ninh tới Đà Nẵng và thông thương với các nước
trong khu vực và quốc tế.
Việc xuất hiện của hàng loạt các khu công nghiệp, hàng loạt nhà máy lớn ra
đời như: Nhà máy xi măng Tam Điệp; xi măng Vinakansai; xi măng Hướng Dương;
xi măng Duyên Hà; xi măng Bỉm Sơn; xi măng Bút Sơn; nhà máy cán thép liên
doanh Tam Điệp (công suất 120 tấn/năm); nhà máy phân lân nung chảy (công suất
hiện tại khoảng 120 tấn/năm)... ; các cơ sở sản xuất gạch, ngói, hàng thủ công mỹ
nghệ, chế biến nông - lâm sản xuất khẩu... là nguồn hàng đáng kể thông qua cảng
hàng năm. Cùng với việc đầu tư xây dựng cảng Ninh Phúc, tuyến luồng giao thông
đường thuỷ trên sông Đáy, đặc biệt là cửa Đáy thông với biển cũng được nạo vét,
cải tạo nâng cao độ sâu, lắp đặt hệ thống phao tiêu, báo hiệu, đèn báo cửa biển phục
13
vụ tàu thuyền qua lại vào cảng một cách thuận lợi và an toàn. Vì vậy, lưu lượng
phương tiện vận tải đường biển ra, vào cảng làm hàng ngày càng tăng lên.
Theo kế hoạch của UBND tỉnh Ninh Bình thì dự án nạo vét luồng vào cửa
Đáy được thực hiện từ năm 2008 tới 2015. Trong khuôn khổ của dự án trên, có cả
việc nạo vét cửa Đáy, sông Đáy nhằm đảm bảo cho tàu 5.000 tấn ra vào cửa Đáy,
sông Đáy thuận lợi mà không cần phải chờ đến thuỷ triều. Ngoài ra, theo nghị định
04/2011/NĐ-CP ngày 14/01/2011 của Chính phủ thì luồng dẫn của sông Đáy cũng
sẽ được nạo vét phục vụ quá trình tiêu thoát lũ cho các tỉnh thuộc đồng bằng sông
Hồng.
14
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
2.1. Tổng quan về quá trình động lực và vận chuyển bùn cát vùng bờ
Động lực bờ biển là các quá trình tương tác qua lại giữa bờ biển và các yếu
tố thủy động lực. Thực tế bờ biển luôn biến đổi một cách liên tục dưới tác dụng của
sóng và dòng chảy tại nhiều phạm vi không gian và bước thời gian khác nhau. Ví dụ
như khi bờ biển chịu tác động của một con sóng đơn làm bùn cát ở ven bờ nổi lơ
lửng trong nước và dòng chảy do sóng sinh ra sẽ vận chuyển bùn cát bị nổi lơ lửng
này về phía hạ lưu của dòng chảy dọc bờ. Quá trình tác động của sóng đơn này chỉ
diễn ra trong vòng vài giây và có phạm vi tác động trong dải sóng vỡ mà thôi.
Nhưng khi quá trình này diễn ra liên tục trong nhiều ngày hoặc nhiều năm, nó có
thể gây ra hiện tượng xói lở bờ biển kéo dài trên một vùng rộng vài trăm mét đến
hàng chục kilômét. Quá trình xói lở bãi biển, xói lở tại chân các đụn cát do ảnh
hưởng của bão lại có thể xảy ra chỉ trong vài giờ, hoặc 1 ngày. Do ảnh hưởng của
sóng bão và nước dâng do bão, đường bờ thay đổi rất nhanh chóng nhưng quá trình
tự khôi phục lại bãi biển sau đó có thể diễn ra trong một vài tháng hoặc trong cả
mùa kế tiếp. Hiện tượng xói lở hoặc bồi tụ liên tục trong thời gian nhiều tháng,
nhiều năm sẽ dẫn tới đường bờ bị suy thoái (hoặc phát triển) vào trong đất liền.
Cũng có những quá trình diễn biến bờ biển đòi hỏi phải được xem xét trên một
phạm vi rộng đến hàng trăm kilômét và trong khoảng thời gian hàng trăm năm, ví
dụ như những quá trình thành tạo và phát triển của các đồng bằng châu thổ sông
Hồng hay đồng bằng sông Cửu Long, hay quá trình phát triển, suy thoái và thay thế
của các cửa sông trên một hệ thống các cửa sông đổ ra biển. Những hiểu biết về các
diễn biến bờ biển trong quá khứ với thời đoạn dài (khoảng vài trăm năm đến hàng
nghìn năm) là rất quan trọng vì nó sẽ cho biết được những thông tin cần thiết để
diễn giải được các nhân tố chính đã từng có tác động đến hình dạng của đường bờ
biển trong quá khứ; thông qua các suy đoán trên cơ sở các luận cứ đã có. Có thể các
15
nhân tố tác động này vẫn đang tiếp tục diễn ra trong hiện tại tuy với mức độ nhỏ
hơn so với quá khứ.
Theo Dean và Dalrymple (2004), trong vòng 50 năm trở lại đây, kỹ thuật bờ
biển đã trở thành một ngành khoa học hoàn chỉnh với các nghiên cứu chuyên sâu
với mục tiêu là nắm bắt được các quy luật của quá trình diễn biến bờ biển và phát
triển các chiến lược ứng phó có hiệu quả đối với hiện tượng xói lở bờ biển. Với các
tiếp cận nghiên cứu ngày càng cụ thể và sâu sắc hơn, cho tới nay những vấn đề về
quá trình diễn biến bờ biển đã được hiểu biết một cách tương đối toàn diện và hiêu
bao gồm: khả năng phân tích, tổng hợp các quá trình diễn ra trong tự nhiên cũng
như năng lực diễn giải, giải thích các hiện tượng phức tạp; đôi khi là sự mâu thuẫn
giữa các căn cứ, bằng chứng và các kinh nghiệm đạt được từ các nghiên cứu trên
một loạt các bờ biển cũng như công việc thực hiện tại các dự án có liên quan tới kỹ
thuật bờ biển.
Tuy vậy, việc mô tả toán học các hiện tượng tự nhiên diễn ra ở bờ biển, nhất
là mô tả các chuyển động phức tạp của dòng chảy và bùn cát ở bờ biển vẫn còn hạn
chế, đây cũng là nguyên nhân làm hạn chế khả năng mô phỏng và dự báo các diễn
biến ở bờ biển trong thời đoạn dài bằng các mô hình toán học. Nhiều nghiên cứu về
các hiện tượng, quá trình diễn biến ở bờ biển đang tiếp tục được thực hiện thông
qua việc so sánh các kết quả tính toán với các đo đạc thực tế tại bờ biển và các
nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, những nghiên cứu chuyên sâu về
lĩnh vực này, nhất là về động lực ở bờ biển trong điều kiện tự nhiên vẫn là một
trong những lĩnh vực nghiên cứu đầy thú vị và thu hút được sự quan tâm của rất
nhiều nhà khoa học thuộc chuyên ngành kỹ thuật bờ biển. Các yếu tố động lực
chính tác động đến quá trình bồi xói và biến đổi đường bờ có thể bao gồm: 1) sóng;
2) dòng chảy
2.1.1. Sóng
Khi sóng tiến vào bờ, một số đặc trưng sóng thay đổi, chủ yếu do độ sâu
nước thay đổi. Khi bờ là dạng tường đứng sóng sẽ bị phản xạ, bất chấp độ sâu nước
như thế nào. Tốc độ truyền sóng và bước sóng giảm khi đi vào vùng nước nông. Bỏ
16
qua ma sát đáy thì năng lượng truyền qua một đơn vị dài sẽ không đổi. Điều đó có
nghĩa rằng, ban đầu chiều cao sóng giảm và khi đi vào vùng nông thì mực nước
tăng một cách đáng kể, được biết là hiệu ứng nước nông. Khi sóng tiến vào không
vuông góc với đường bờ thì sẽ có sự kết hợp của hiệu ứng nước nông với hiện
tượng khúc xạ. Khi tiến vào vùng nước nông, sóng không duy trì như ở ngoài nước
sâu ta gọi là hiện tượng sóng vỡ. Sau đường sóng vỡ, khi gặp địa hình đường bờ
không thẳng, sẽ xảy ra hiện tượng các tia sóng tiến vào vuông góc với bờ tại mỗi
điểm với chiều cao sóng khác nhau mà ta gọi là hiện tượng nhiễu xạ. Trong quá
trình tiến vào bờ chỉ có một tham số không thay đổi, đó là chu kỳ sóng. Điều đó có
nghĩa là nếu xem xét tại một đường xác định (song song với bờ) trong một thời
khoảng xác định thì số sóng đi qua nó bằng với số sóng vỗ vào đường bờ. Tuy
nhiên, các sóng có bậc cao hơn được tạo ra do ma sát, cho nên ngoài chu kỳ chính,
còn những dao động tuần hoàn khác của sóng tồn tại. Điều đó có nghĩa là đối với
trường sóng ngẫu nhiên thì chu kỳ sóng có khác chút ít với trường sóng đều.
2.1.2. Dòng chảy
Dòng chảy ven bờ là tổng hợp của quá trình tác động, theo yếu tố lực sinh ra,
thì dòng chảy ven bờ chủ yếu sinh ra bởi dòng chảy gây ra bởi sóng, gió và dao
động triều. Dòng chảy sinh ra do sóng và gió là yếu tố quan trọng trong quá trình
vận chuyển và lan truyền bùn cát trong vùng ven bờ. Trong khi đó, dòng chảy do
triều thường mang tính chi phối chính trong vịnh, các vùng cửa sông.
Theo tính chất và đặc điểm, có thể phân dòng chảy ven bờ ra các loại: dòng
chảy dọc bờ, dòng chảy ngang bờ và dòng tách bờ. Dòng chảy dọc bờ do sóng và
gió sinh ra chảy song song với bờ biển, thường là mạnh nhất ở vùng ven bờ và giảm
nhanh khi ra biển bên ngoài dải sóng vỡ. Các dòng này được sinh ra bởi gradient
thông lượng động lượng (ứng suất phát xạ) do sự suy giảm của trường sóng tới xiên
góc và thành phần dọc bờ của gió. Nói chung, dòng chảy dọc bờ có vận tốc trung
bình khoảng 0.3 m/s hoặc nhỏ hơn, nhưng cũng có thể vượt 1 m/s khi có bão. Vận
tốc dòng ven bờ gần như không đổi theo độ sâu (Visser, 1991). Không như dòng
chảy dọc bờ, dòng chảy ngang bờ thay đổi theo chiều sâu. Phần vật chất do sóng
17
vận chuyển về phía bờ biển tập trung giữa chân sóng và đỉnh sóng. Vì gần như toàn
bộ vật chất truyền tới bị bờ biển ngăn lại nên dòng vật chất phía trên chân sóng cân
bằng với dòng chảy ngược phía dưới chân sóng (dòng rút). Dòng tách bờ (rip
current) thường mạnh và hẹp, có hướng chảy về phía biển và đi qua vùng sóng vỡ,
thường có tác dụng vận chuyển các vật trôi nổi và bùn cát tạo thành những luồng
dòng chảy có màu sắc hoàn toàn khác biệt với vùng nước ở xung quanh nó.
2.1.3. Vận chuyển bùn cát vùng ven bờ
Vận chuyển bùn cát ven biển là một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu
cần phải xem xét đối với bất kỳ giải pháp kiểm soát xói lở bờ biển nào. Bùn cát
được di chuyển dưới tác động của sóng, gió, và dòng chảy ven bờ. Quá trình vận
chuyển bùn cát sẽ quyết định xói lở hay bồi tụ. Các vấn đề liên quan tới diễn biến
bờ biển thường gặp là hiện tượng thiếu hụt bùn cát dẫn tới bờ biển bị xói lở; hay
hiện tượng dư thừa bùn cát gây nên những vấn đề như bồi lấp các cửa sông, giảm
khả năng thoát lũ qua cửa, hay luồng tàu vào cảng, đôi khi là bồi lấp cảng...
Vận chuyển bùn cát ở vùng ven biển thường được phân thành hai hình thức
vận chuyển bùn cát riêng biệt, đó là vận chuyển bùn cát theo phương song song với
đường bờ hay còn gọi là vận chuyển bùn cát dọc bờ; và vận chuyển bùn cát theo
phương vuông góc với đường bờ, hay còn gọi là vận chuyển bùn cát ngang bờ. Nhìn
chung, vận chuyển bùn cát dọc bờ và cụ thể là gradient của vận chuyển bùn cát dọc
bờ là nguyên nhân chính gây nên sự diễn biến của đường bờ trong thời đoạn dài;
nhưng ngược lại, vận chuyển bùn cát theo phương ngang trên mặt cắt ngang bãi
biển thường gây nên những diễn biến bờ biển trong thời đoạn ngắn. Nếu những diễn
biến theo phương ngang diễn ra lặp lại trong nhiều năm thì nó cũng có thể là
nguyên nhân gây nên hiện tượng bồi xói bờ biển trong thời đoạn dài, tuy nhiên,
cũng rất khó có thể nhận thấy được điều này vì bản thân các quá trình vận chuyển
bùn cát trong tự nhiên rất đa dạng và bản chất tự nhiên của chúng cũng khác nhau.
Vận chuyển bùn cát dọc bờ thường xuất hiện trong một vùng tương đối hẹp
dọc theo bờ biển và có hướng, độ lớn vận chuyển bùn cát chủ yếu được xác định từ
độ cao, chu kỳ và hướng sóng (ở đây không xét tới ảnh hưởng của dòng triều). Sự
18
hiện diện của dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ có thể nhận thấy rất dễ khi quan sát
sự phát triển của đường bờ cũng như địa hình ở gần các cửa sông, các mũi đất nhô
ra biển, các đập mỏ hàn, các đê chắn sóng ngoài cảng v.v… Các ảnh hưởng của vận
chuyển bùn cát theo phương ngang trên bãi biển trong thời đoạn ngắn cũng có thể
nhận thấy một cách dễ dàng từ sự thay đổi độ lớn và vị trí của các dải cát ngầm tạo
thành khi sóng vỡ, xói lở các đụn cát do nước dâng do bão, vv. Thông thường, ảnh
hưởng do sự biến đổi mang tính mùa của trường sóng đối với bờ biển và địa hình
đáy biển đều được xem như là các ảnh hưởng mang tính ngắn hạn.
Hình 2.1. Những hệ thống vận chuyển bùn cát mở và đóng (US ARMY
CORPS OF ENGINEERS, 2002)
Thông thường lượng bùn cát tịnh vận chuyển dọc bờ sẽ lớn hơn rất nhiều so
với lượng bùn cát tịnh vận chuyển theo phương ngang trên một mét bề ngang của
19
bờ biển. Tuy vậy, lượng bùn cát tổng cộng vận chuyển theo phương ngang lại lớn
hơn rất nhiều so với phương dọc bờ. Về nguyên tắc, mỗi lần sóng lên, bùn cát bị
vận chuyển từ ngoài biển vào trong bờ và mỗi khi sóng rút, bùn cát lại bị vận
chuyển theo hướng ngược lại. Trong chuyển động này, dòng chảy dọc bờ làm dịch
chuyển bùn cát dọc theo bờ biển. Do vậy lượng vận chuyển bùn cát tổng cộng theo
phương ngang có thể bằng với lượng vận chuyển bùn cát tổng cộng theo phương
dọc. Do không thể trực tiếp đo đạc được vận chuyển bùn cát dọc bờ trong điều kiện
tự nhiên và lượng vận chuyển bùn cát tịnh có thể có trong thời đoạn dài. Nếu như
diễn biến trong thời đoạn dài của đường bờ biển không thể giải thích được bằng
gradient của lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ thì có thể đi đến một kết luận là, còn
có thành phần vận chuyển bùn cát tịnh theo phương ngang có mặt tại khu vực
nghiên cứu, tuy rằng rất khó có thể đưa ra được những bằng chứng thuyết phục.
Trong nghiên cứu diễn biến bờ biển, việc tính toán vận chuyển bùn cát ở
vùng ven bờ là hết sức quan trọng, vì bùn cát chính là yếu tố trung gian trong quá
trình diễn biến gây nên những hiện tượng xói lở hay bồi lấp ở bờ biển. Biết được
lượng vận chuyển bùn cát ở vùng ven bờ thì có thể dự báo được sự biến đổi của
đường bờ trong điều kiện tự nhiên cũng như đánh giá được ảnh hưởng của các công
trình xây dựng ở vùng ven bờ sau này.
So với tính toán vận chuyển bùn cát trong sông thì tính toán vận chuyển bùn
cát ở biển phức tạp hơn rất nhiều, do quá trình vận chuyển bùn cát ở biển không
những chịu sự tác dụng của dòng chảy mà còn chịu ảnh hưởng của các dao động
mực nước thủy triều, các tác động của sóng và vô số các lực tạo thành dòng chảy
khác nhau và liên tục biến đổi.
Vận chuyển bùn cát theo phương ngang hình thành khi có dòng chảy ngang
bờ do hướng sóng đến vuông góc với đường bờ, các đường đỉnh sóng có xu thế
song song với đường bờ. Vận chuyển bùn cát ngang bờ rất được chú ý quan tâm
trong nghiên cứu hình thái bờ biển trong khoảng thời gian hơn chục năm trở lại đây
đặc biệt khi nghiên cứu những tác động của sóng bão, và các loại hình thời tiết lớn
gây nên. Hiện nay những nghiên cứu về vận chuyển bùn cát ngang bờ vẫn còn nhiều
20
vấn đề chưa được làm sáng tỏ và do vậy, nó đang là hướng nghiên cứu thu hút được
sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực kỹ thuật bờ biển cả trong
nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm.
Vận chuyển bùn cát theo phương ngang là hình thức vận chuyển bùn cát rất
quan trọng vì hình dạng mặt cắt ngang được tạo nên do hiện tượng xói lở/bồi lấp có
liên quan tới vận chuyển bùn cát theo phương ngang. Đối với bãi biển cát, hình
dạng của bãi biển thay đổi liên tục dưới tác động của sóng gió và dòng chảy và nó
có thể có những thay đổi đáng kể trong thời gian xảy ra bão. Do ảnh hưởng của
sóng bão, đường bờ phát triển rất nhanh, mặt cắt ngang bờ biển thay đổi chỉ trong
một thời gian ngắn đặc biệt khi các con sóng lớn tác động tới bờ biển kết hợp với
mực nước dâng do bão hay kết hợp với triều cường.
Hình 2.2. Sơ đồ biến đổi mặt cắt của một bãi biển do một cơn bão (US
ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002)
Ở đây chúng ta cần phân biệt hai quá trình phát triển của đường bờ theo
hướng ngang do dòng chảy ngang bờ gây nên, đó là: quá trình xói lở do các điều
kiện thủy lực, các điều kiện về sóng gió và dòng chảy trung bình và quá trình xói lở
do các điều kiện hình thế thời tiết đặc biệt lớn gây nên. Cả hai quá trình này đều tác
động tới quá trình diễn biến của đường bờ nhưng mức độ tác động khác nhau theo
chu kỳ thời gian. Nếu như với các điều kiện về thủy lực, sóng gió và dòng chảy
trung bình sự thay đổi của đường bờ có thể diễn ra trong thời gian dài (trong một
mùa hay năm thậm chí là nhiều năm) và sự thay đổi của đường bờ chủ yếu do các
tác động của dòng chảy ven bờ gây nên. Nhưng dưới ảnh hưởng của các hình thế
thời tiết đặc biệt lớn như áp thấp, bão, các cơn lốc biển… đường bờ thay đổi rất
nhanh chóng, sự phát triển của đường bờ có thể diễn ra chỉ trong một ngày hay thậm
21
chí vài giờ. Dòng chảy ngang bờ trong trường hợp này có tác động rất lớn làm thay
đổi hình dạng của đường bờ. Ngược lại những tác động của dòng chảy dọc bờ lại rất
nhỏ, không đáng kể nếu so sánh với tác động của dòng chảy ngang bờ trong trường
hợp có sóng bão.
2.2. Tổng quan các yếu tố ảnh hưởng đến xói lở, bồi tụ và diễn biến đường bờ
Xói lở bồi tụ dải ven biển là một quá trình tự nhiên phức tạp, là hệ quả tương
tác giữa rất nhiều nhân tố. Các yếu tố tác động đến quá trình xói lở bồi tụ bờ biển
được phân làm hai nhóm: các yếu tố tự nhiên và tác động của con người. Việc đánh
giá xác định nguyên nhân xói bồi phải xem xét đầy đủ trên các phương diện như sự
vận chuyển bùn cát dưới tác động của sóng, gió và dòng triều; các tác động của con
người trong phạm vi dọc bờ biển, trên các lưu vực sông, theo không gian cũng như
thời gian, cụ thể như sau:
- Hình thái và đặc điểm địa hình, địa mạo bờ biển: dạng (thành tạo) bờ biển,
cấu tạo bờ biển và hướng đường bờ, tính “nhạy cảm” với các quá trình động lực bờ
biển.
- Gió: lực ngoại sinh quyết định sự hình thành và phát triển của sóng.
- Sóng: lực tác động quan trọng nhất trong quá trình xói lở và vận chuyển bùn
cát của dải ven bờ. Quá trình giải phóng năng lượng sóng tại đới bờ sẽ đào xới, phá
vỡ kết cấu bề mặt bờ biển, đồng thời tạo ra dòng chảy vận chuyển bùn cát theo
chiều dọc bờ cũng như theo phương trực giao với bờ.
- Thủy triều: Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình động lực học hình thái mang tính
dài hạn, điều phối sóng cũng như năng lượng chuyển đến vùng bờ, tác động đến
dòng chảy ven bờ. Năng lượng sóng vỡ được giải phóng, đồng nghĩa với sức phá
hoại bờ của sóng tại những thời điểm triều cường là lớn nhất. Với vùng biển có biên
độ triều lớn như ven biển Đông thì tính nhạy cảm đối với sự dao động mực nước
triều càng tăng lên.
- Dòng chảy ven bờ: bùn cát bị xói sẽ được chuyển đi nơi khác bởi dòng chảy.
Dòng chảy được hình thành do sự dao động thủy triều (dòng triều lên và rút), do
sóng tới xiên góc với bờ (dòng chảy dọc ven bờ), và dòng xoắn ngược do sóng
22
(dòng tiêu hay dòng tách bờ). Nếu khả năng vận chuyển bùn cát của dòng ven bờ
lớn hơn nguồn bùn cát mà bờ biển được cung cấp thì xói lở sẽ xảy ra.
- Nước biển dâng: đây là dạng tác động chậm và dài hạn làm đường bờ dịch
chuyển vào trong, một phần là tác động trực tiếp gây ngập lụt, một phần là qua tác
động đến các quá trình động lực học, hình thái vùng bờ do mực nước cao hơn.
- Sự thay đổi nguồn cung cấp bùn cát: Sự biến đổi khí hậu có thể dẫn đến hạn
hán, giảm tần suất lũ trên các sông cung cấp phù sa, bùn cát cho biển.
- Thảm thực vật (rừng ngập mặn): có vai trò quan trọng với sự ổn định mái
dốc bờ biển, cố kết bùn cát trầm tích, tiêu tán năng lượng sóng tác động vào bờ
biển.
- Bên cạnh các yếu tố tự nhiên, các tác động do con người tạo ra cũng cần
được xem xét theo không gian cũng như theo thời gian:
- Các công trình bảo vệ bờ dọc ven biển như kè mỏ hàn, đê phá sóng thường
gây ra xói lở phía sau theo hướng di chuyển bùn cát thực (down drift) của công
trình bảo vệ trong khoảng năm đến mười năm.
- Các công trình kè, tường chắn sóng bảo vệ bờ và đê biển thời gây xói ở cuối
công trình cũng như xói chân công trình trong ngắn hạn (thường là dưới năm năm).
- Trong phạm vi lưu vực, việc xây dựng các công trình đập thủy điện, hồ chứa
nước, cũng như các công trình chuyển nước khỏi lưu vực ở thượng lưu sẽ làm giảm
nguồn phù sa, bùn cát cung cấp cho biển, từ đó góp phần gây xói lở bờ biển. Ảnh
hưởng của các công trình đập và chuyển nước ở thượng lưu là không mang tính tức
thời mà thường là trong trung hạn hoặc dài hạn (20 đến 100 năm), với phạm vi ảnh
hưởng từ vài kilomet đến hàng trăm kilomet.
- Các hoạt động nạo vét luồng, khai thác cát trên sông và trên biển cũng có thể
góp phần làm thiếu hụt lượng bùn cát trong hệ thống, thay đổi độ sâu dẫn tới việc
thay đổi sóng tới (cả phương chiều lẫn chiều cao sóng) cũng như dòng ven bờ. Tác
động của các yếu tố này có thể là trong ngắn hạn, một vài năm đến năm mười năm.
23
- Ngoài ra phải kể đến tác động của con người liên quan đến sự suy thoái của
rừng (chặt phá, khai thác quá mức, xây dựng công trình hạn chế không gian phát
triển của rừng) cũng như sự phát triển của chúng (gây bồi, trồng rừng).
2.3. Tổng quan các phương pháp nghiên cứu về thủy động lực, vận chuyển bùn
cát, dịch chuyển đường bờ
Trong quá trình diễn biến bờ biển, hiện tượng xói lở và bồi tụ là hai mặt của
một vấn đề. Nó là kết quả tương tác của các quá trình phức tạp giữa các yếu tố thủy
thạch động lực do các tác động nội sinh, ngoại sinh và nhân sinh. Đây là những quá
trình thuộc loại phức tạp nhất mà cho đến nay vẫn chưa nghiên cứu một cách đầy đủ
và thấu đáo như những khoa học chính xác khác. Nguyên nhân gây diễn biến bất lợi
cho một đoạn bờ biển hay cửa sông (do xói lở bờ biển hay bồi lấp các cửa sông
hoặc luồng tàu) có thể do tổng hợp các yếu tố tác động ngoại sinh, nội sinh hay
nhân sinh và nhiều khi rất khó có thể định lượng một cách chính xác.
Nhưng do tính cấp thiết của vấn đề, cùng sự phát triển mạnh mẽ của khoa
học kỹ thuật, các phương pháp nghiên cứu diễn biến bờ biển (quá trình xói lở và bồi
tụ) ngày càng được nâng cao về mức độ chính xác và bước đầu đã cho thấy kết quả
khả thi của nó trong việc dự báo diễn biến đường bờ, quy hoạch, quản lý và khai
thác bền vững và phát triển các nguồn lợi ở dải ven biển. Một số phương pháp
nghiên cứu diễn biến đường bờ đã và đang được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới
cũng như tại Việt Nam sẽ được trình bày trong báo cáo này nhằm đưa ra cái nhìn
tổng quan về phương pháp nghiên cứu, tính toán. Trong báo cáo này đề cập tới 5
phương pháp nghiên cứu sau: (1) phương pháp điều tra cơ bản, (2) phương pháp
phân tích viễn thám và GIS, (3) phương pháp phóng xạ hạt nhân, (4) phương pháp
mô hình vật lý, (5) phương pháp mô hình toán.
2.3.1. Phương pháp điều tra cơ bản
Đây là phương pháp truyền thống thường được sử dụng trong nghiên cứu
diễn biến bờ biển trước đây và hiện nay. Muốn nghiên cứu và đánh giá được diễn
biến của bờ biển trong quá khứ, hiện tại và tương lai thì các số liệu điều tra cơ bản
đo đạc diễn biến bờ biển và đo đạc các mặt cắt ngang bờ biển qua thời kỳ nhiều
24
năm là rất cần thiết. Phương pháp điều tra cơ bản sử dụng các số liệu đã thu thập
trong quá khứ kết hợp với việc phân tích các yếu tố tác động gây nên diễn biến
đường bờ để đưa ra những đánh giá về hiện trạng và dự báo những diễn biến này
trong tương lai gần.
Ưu điểm của phương pháp này là không đòi hỏi phải sử dụng các tính toán
phức tạp, dễ thực hiện và có kết quả ngay với độ tin cậy cao. Những kết quả của
phương pháp điều tra cơ bản là cơ sở chuẩn mực để kiểm chứng lại tính đúng đắn
của phương pháp khác.
Tuy nhiên không phải lúc nào cũng có thể đưa ra được các đánh giá về diễn
biến đường bờ biển khi sử dụng phương pháp điều tra cơ bản nếu thiếu các số liệu
trong quá khứ. Do vậy sự đầy đủ của nguồn tài liệu là rất cần thiết. Ngoài ra mức độ
tin cậy của nguồn tài liệu cũng rất khó được kiểm chứng nếu như việc thu thập tai
liệu không mang tính hệ thống và không được chuẩn hóa.
Mặt khác, các kết quả tính toán chỉ phản ánh xu thế phát triển của đường bờ
trong quá khứ và hiện tại chứ không giải thích được cặn kẽ bản chất vật lý và
nguyên nhân của những diễn biến bất lợi. Nếu chỉ dựa trên những số liệu rời rạc và
không đồng bộ thì cũng rất khó để phản ánh được đầy đủ quy luật biến động của
đường bờ biển trong quá trình đó. Tất nhiên do tính chất của nó mà phương pháp
thường không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu diễn biến đường bờ.
Tại các quốc gia hàng đầu về kỹ thuật bờ biển, ngân hàng dũ liệu về diễn
biến bờ biển phục vụ cho nghiên cứu và phát triển kinh tế đã được xây dựng từ rất
lâu. Các số liệu đã thu thập có thể tiếp cận và chia sẻ một cách dễ dàng mà không bị
giới hạn sử dụng trong phạm vi các cơ quan quản lý hay cơ quan nghiên cứu.
Ở Việt Nam phương pháp này thường được thực hiện bởi các cơ quan
chuyên ngành nghiên cứu về biển, các cơ sở địa chính tỉnh (thành phố) hoặc các dự
án phát triển kinh tế và xây dựng các công trình ven biển.
2.3.2. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và GIS.
25
Dựa vào tính chất phản xạ, thấu xạ và hấp thụ ánh sáng của tất cả các địa vật,
các nhà khoa học đã chế tạo các thiết bị kỹ thuật có khả năng “quan sát” địa vật
ngay từ trên cao – đó chính là kỹ thuật viễn thám.
Sau khi có được các hình ảnh của các địa vật dưới tư liệu ảnh viễn thám, để
có được các thông tin chính xác hơn về mặt đất người ta phải tiến hành giải đón
ảnh. Thông thường có hai phương pháp giải đoán: Giải đoán ảnh bằng mắt và giải
đoán ảnh thông qua máy tính điện tử. Phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt có ưu
điểm là đơn giản, dễ thực hiện, nhưng yêu cầu kỹ thuật viên thực hiện phải có nhiều
kinh nghiệm thực tế. Tuy nhiên phương pháp này chỉ thích hợp giải đoán cho những
trường hợp đơn giản và dễ bị ảnh hưởng bởi ý kiến chủ quan của người giải đoán.
Phương pháp giải đoán bằng máy tính điện tử tuy có phức tạp hơn song lại cho kết
quả phân tích chính xác và không phụ thuộc vào chủ quan của kỹ thuật viên, ngày
nay do các công cụ mạnh là các phần mềm chuyên ngành nên phương pháp này
thường được ứng dụng rộng rãi trên thế giới.
Đối với vùng cửa sông và bờ biển, đây là vùng nước rộng lớn, chuyển động
của bùn cát và dòng chảy có tính đa nguyên và nhiều hướng. Để có được các số liệu
trong nghiên cứu quy hoạch, thiết kế công trình vùng cửa sông, bờ biển thường rất
khó khăn, thậm chí không khả thi. Khi áp dụng phương pháp viễn thám, thông tin
thu thập tương đối nhanh, phạm vi mở rộng, nội dung phong phú, số liệu có tính cập
nhập cao và đồng bộ. Các ứng dụng của viễn thám đối với lĩnh vực này là:
- Đo độ sâu và địa hình dưới nước: Lợi dụng khả năng thấu xạ mạnh của dải
sóng MSS – 4 đối với nước, khu vực sâu có màu sẫm hoặc màu đen, khu vực
nông màu nhạt, ở vùng biển trong có thể mô tả chính xác địa hình dưới nước,
địa mạo, phân bố và dịch chuyển các khối trầm tích ở độ sâu 20m. Do năng lực
thấu xạ qua nước chịu ảnh hưởng của các yếu tố như độ cao Mặt Trời, độ đục
của nước, hàm lượng sinh vật phù du, độ phẳng của mặt nước, cấu tạo vật chất
đáy biển vv. Nên dùng phương pháp viễn thám để đo độ sâu thường cho kết
quả có độ chính xác không cao. Tất nhiên, trong một phạm vi sai số cho phép
thì đây cũng là một phương pháp tốt.
26
- Nghiên cứu biến động đường bờ biển: Do khả năng hiệu ứng dải sóng MSS – 7
đối với nước mạnh, phản ánh sự sai khác nhau rõ rệt giữa hình ảnh của nước và
hình ảnh của đường bờ, có thể sử dụng loại hình ảnh này để nghiên cứu hình
dạng mặt phẳng, phạm vi phân bố của vùng nước. Điều đó cho phép điều tra
nghiên cứu mạng lưới song ngòi, các cồn cát cửa sông, bãi bên, lạch sâu. So
sánh các ảnh chụp trong các thời điểm khác nhau có cùng các điều kiện hải văn
(cùng chu kỳ triều, chế độ sóng, gió,…) ta sẽ có được hình ảnh trực quan về
diễn biến đường bờ và các đơn nguyên địa mạo.
- Nghiên cứu chuyển động của bùn cát: Do thực tế về chỉnh trị cửa sông, bờ
biển, xây dựng các công trình biển,…đều yêu cầu nghiên cứu trạng thái chuyển
động bùn cát dưới các điều kiện của sóng, thủy triều và các dòng chảy. Sử dụng
kỹ thuật viễn thám vào các lĩnh vực này là một vấn đề khó, các nhà khoa học
trong và ngoài nước đang đi sâu nghiên cứu. Trước mắt, việc nghiên cứu định
lượng bùn cát lơ lửng trong một khối nước có hai hướng chủ yếu: Hướng thứ
nhất là xây dựng quan hệ số liệu viễn thám từ các thuộc tính, đặc tính quang
học hiệu ứng đối với nước của các loại vật chất khác nhau chìm trong nước.
Hướng thứ hai là xây dựng tương quan các số liệu viễn thám và các tham số
thực đo đồng thời tại hiện trường. Trên cơ sở đó xây dựng các công thức thực
nghiệm để tiện sử dụng sau này.
- Ứng dụng nghiên cứu lưu tốc, trạng thái chảy: nồng độ chất lơ lửng lớn hay bé
có đặc tính quang phổ khác nhau. Mà nồng độ chất lơ lửng lại có quan hệ chặt
chẽ với lưu tốc dòng chảy. Vì vậy có thể thông qua sự phân bố của nồng độ
bùn cát lơ lửng để đánh giá lưu tốc và trạng thái chảy. Thông thường, kỹ thuật
viễn thám luôn kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong lĩnh vực phân
tích diễn biến bờ biển, biến động lòng dẫn và điều tra địa mạo nói chung. Hệ
thống thông tin địa lý là công cụ nhằm đưa đến người sử dụng các thông tin
trực quan được khai thác dựa vào kỹ thuật viễn thám.
2.3.3. Phương pháp phóng xạ hạt nhân
27
Thật sự, đây là một phương pháp tương đối mới lạ với Việt Nam và thế giới.
Cho tới nay, phương pháp này chỉ mới chỉ được ứng dụng trên một số quốc gia có
nền công nghiệp hạt nhân phát triển mạnh. Ở Việt Nam, sau 10 năm nghiên cứu và
phát triển, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã thử nghiệm thành công phương
pháp này để nghiên cứu tình trạng bồi lấp cảng biển, cửa sông, luồng tàu,…Địa
điểm được thử nghiệm đầu tiên là cảng Hải Phòng. Công trình nghiên cứu này được
cơ quan an toàn Hàng Hải quốc gia đánh giá cao.
Quy trình kỹ thuật bao gồm: Đưa đồng vị phóng xạ Sc – 46 và Ir – 192
xuống đáy cảng, đồng vị phóng xạ sẽ đánh dấu vận tốc, hướng và tốc độ di chuyển
của bùn cát. Từ đó sẽ tìm ra quy luật biến đổi địa hình đáy biển, dự báo sự phát triển
của chúng trong tương lai và đề ra các biện pháp hữu hiệu để quản lý sa bồi và
chống sạt lở.
Nhìn chung, đây là phương pháp yêu cầu kỹ thuật cao, cần sử dụng nhiều
thiết bị máy móc hiện đại nên cần có sự đầu tư xây dựng và phát triển.
2.3.4. Phương pháp mô hình vật lý.
Là phương pháp xây dựng mô hình nguyên mẫu ngoài thực tế cho một đoạn
bờ biển cụ thể nào đó hoặc các công trình theo tỷ lệ thu nhỏ. Các tác động trong tự
nhiên tới bờ biển như sóng, dòng chảy, sự biến đổi mực nước do thủy triều,…được
tạo ra trong phòng thí nghiệm với tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ mô hình. Các số liệu về
mực nước, dòng chảy và sự biến đổi của bờ biển được ghi nhận lại thông qua các
thiết bị đo đạc tự động hoặc bán tự động đặt trong mô hình.
So với các phương khác, thì phương pháp mô hình vật lý cho kết quả có độ
tin cậy cao hơn nhiều so với các phương pháp khác. Đối với những dự án quan
trọng, có vốn đầu tư lớn, phương pháp này thường được sử dụng để kiểm chứng lại
các kết quả của phương pháp khác. Tuy nhiên việc xây dựng mô hình vật lý mô
phỏng lại các diễn biến bờ biển trong phòng thí nghiệm là một công việc tốn kém và
phức tạp. Để có thể xây dựng và sử dụng được mô hình vật lý mô phỏng diễn biến
đường bờ thì nơi xây dựng và thí nghiệm mô hình phải được trang bị đầy đỷ các
thiết bị thí nghiệm, các thiết bị đo đạc, xử lý, phân tích số liệu đồng bộ và hiện đại,
28
phải có đội ngũ chuyên gia và các kỹ thuật viên lành nghề và có chuyên môn cao.
Hiện nay ở nước ta đã có một số phòng thí nghiệm có các thiết bị tạo sóng, dòng
chảy và triều nhân tạo nhưng các thí nghiệm mô hình mới chỉ dừng lại ở mức độ
đơn giản, chỉ mô phỏng được trong phạm vi hẹp chứ chưa thí nghiệm được mô hình
tổng thể.
2.3.5. Phương pháp mô hình toán
Là phương pháp mô phỏng và tính toán sự vận chuyển bùn cát và quá trình
diễn biến bờ biển thông qua các phương trình toán. Ứng dụng với các điều kiện
biên, ban đầu xác định, lượng vận chuyển bùn cát qua một số mặt cắt ngang trong
một đơn vị thời gian sẽ được tính toán từ các tác động sóng, dòng chảy, thủy triều.
Trong khoảng thời gian tính toán, khi tổng lượng bùn cát vận chuyển trên một đoạn
bờ biển được xác định thì vị trí đường bờ mới sẽ được xác định theo phương pháp
cân bằng bùn cát. Nếu tổng lượng bùn cát vận chuyển tới lớn hơn tổng lượng bùn
cát vận chuyển đi thì bờ biển đã bị bồi, hoặc nếu lượng bùn cát chuyển tới nhỏ hơn
lượng bùn cát chuyển đi thì bãi biển bị xói lở, còn nếu lượng bùn cát chuyển đi cân
bằng lượng bùn cát chuyển đến thì bãi biển ở trạng thái ổn định.
Phương pháp mô hình toán có các ưu điểm nổi trội so với các phương pháp
khác là: cho kết quả nhanh, độ chính xác tương đối cao, bản chất vật lý và cơ chế
của quá trình diễn biến đường bờ được mô tả rõ ràng. Mặt khác, phương pháp mô
hình toán thường có kinh phí thực hiện thấp nhất so với các phương pháp khác, nhất
là khi ngành công nghệ thông tin đang phát triển mạnh trong những năm gần đây và
máy tính đã trở nên phổ biến và rẻ tiền hơn nhiều so với 5, 10 năm trước đây. Ngoài
ra còn phải kể đến tính mềm dẻo của phương pháp mô hình toán khi cần thay đổi
các phương án mô phỏng. Điều này có thể thực hiện được tương đối nhanh chóng
và dễ dàng, không đòi hỏi phải đầu tư thêm kinh phí khi sử dụng phương pháp mô
hình toán. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi phải tiến hành mô phỏng các bài toán
lớn phạm vi hàng trăm km trong thời gian chục năm, (mô phỏng này là không thể
đối với phương pháp mô hình vật lý).
29
Tuy nhiên, độ tin cậy của mô hình toán lại phụ thuộc rất nhiều vào các số
liệu đầu vào mô hình. Nếu các số liệu đầu vào có độ tin cậy kém thì các kết quả đầu
ra của mô hình cũng sẽ rất hạn chế. Để tính toán và dự báo hiện tượng hay một diễn
biến xảy ra ở bờ biển thì phương pháp mô hình toán sẽ rất cần nhiều số liệu để kiểm
định mô hình, nhất là các tư liệu lịch sử và diễn biến đường bờ trong một thời kỳ
nhiều năm mà các số liệu này không phải lúc nào cũng có đầy đủ.
Ngoài ra, muốn mô phỏng được tốt một hiện tượng xảy ra ở bờ biển thì trước
tiên người mô phỏng phải hiểu rõ được cơ chế và bản chất của hiện tượng trước khi
mô phỏng nó. Điều này có nghĩa là muốn sử dụng và khai thác được mô hình toán
thì cần phải có các kiến thức chuyên môn sâu về biển và phải có kỹ năng sử dụng
máy tính.
Trong những thập kỷ gần đây, khoa học mô hình toán phục vụ nghiên cứu
động lực học cửa sông ven biển và đại dương đã có những bước phát triển vượt bậc
cả trên phương diện lý thuyết toán học về các hệ phương trình cơ bản mô tả các quá
trình động lực học cũng như lý thuyết rời rạc hóa các hệ phương trình cơ bản.
Có rất nhiều các mô hình đã được phát triển, tuy nhiên phổ biến và được sử
dụng rộng rãi nhất phải kể đến bộ mô hình MIKE của DHI Water & Environment,
Đan Mạch với các module như MIKE 21 HD, AD, ST, MT, SW, BW,... sử dụng để
mô phỏng các quá trình thủy động lực học 2-D, sự vận chuyển và khuếch tán của
các chất hòa tan và lơ lửng, bùn cát; sự lan truyền của sóng biển, tính toán sa bồi ở
vùng cửa sông và ven biển. Ngoài ra, bộ mô hình này còn bao gồm các module
MIKE 3 HD, MT..., cho phép tính toán dòng chảy và bùn theo không gian 3 chiều.
Đặc biệt, trong các phiên bản gần đây các module kể trên đã được cải tiến từ sử
dụng lưới chữ nhật thông thường sang sử dụng lưới phi cấu trúc linh động dựa trên
phương pháp thể tích hữu hạn. Điều này cho phép mô tả chính xác đường biên của
các vùng nghiên cứu bất kỳ kể cả những vùng có hình dạng biên phức tạp, rất thích
hợp với vùng cửa sông ven biển như ở vùng ven biển đồng bằng sông Cửu Long.
Bên cạnh đó, bộ mô hình MIKE là một trong số ít mô hình hiện đại có tính năng
30
cho phép mô phỏng đồng thời các quá trình động học như dòng chảy, sóng, vận
chuyển bùn cát.
Ngoài ra, cũng phải kể đến một số mô hình thông dụng khác như Del t3D -
bộ phần mềm 2D/3D mô hình hoá thuỷ lực, lan truyền chất, sóng, vận chuyển bùn
cát, biến đổi đáy của WL | Del t Hydraulics, Hà Lan, sử dụng hệ lưới cong trực
giao. Một trong những phần mềm thương mại khác là bộ phần mềm SMS 2D/3D
của Aquaveo, Mỹ. SMS cũng là tập hợp nhiều module mô hình hoá thuỷ lực, lan
truyền chất, sóng, vận chuyển bùn cát, biến đổi đáy sử dụng cả lưới phi cấu trúc dựa
trên phương pháp phần tử hữu hạn, cả lưới cấu trúc theo phương pháp sai phân hữu
hạn. Tuy nhiên, nhược điểm của mô hình này là sự kết nối giữa các module là hạn
chế.
Sự xuất hiện của các mô hình toán 2D, 3D nói trên mô phỏng quá trình thủy
động học ven bờ, cho phép chúng ta tái hiện lại hoặc dự báo trường sóng, cường độ
sóng, hướng và độ lớn của dòng chảy ven bờ, phân bố bùn cát, diễn biến đường bờ
v.v…, tương ứng với mực nước thủy triều ở các cấp độ khác nhau, dưới tác động
của gió, bão gây ra, ngay cả đối với các điều kiện địa hình đáy biển rất phức tạp
cũng như các vùng phụ cận công trình. Kết quả nhận được từ các mô hình toán cho
chúng ta nhìn nhận hiện tượng sạt lở bờ biển một cách toàn diện hơn, đúng bản chất
vật lý hơn. Nói rõ hơn, từ mô hình toán chúng ta sẽ xác định được tổ hợp các yếu tố
tự nhiên tác động bất lợi nhất tới đới bờ bị sạt lở, sẽ xác định được tốc độ sạt lở bờ
biển tại khu vực nghiên cứu theo không gian và thời gian, chỉ rõ nguyên nhân gây ô
nhiễm môi trường các vùng lân cận, trên cơ sở đó đề xuất được giải pháp phòng
chống hiệu quả, ổn định lâu dài, ít tốn kém và ít tác động xấu tới môi trường tự
nhiên khi công trình hoàn thành.
Tuy nhiên, một trong những hạn chế của các mô hình 2D/3D nói trên là khả
năng dự báo diễn biến dài hạn của bờ biển (năm mười năm hay vài chục năm) bởi
việc mô phỏng tốn rất nhiều thời gian. Các mô hình này cũng bao gồm những hệ số
kinh nghiệm ít được kiểm chứng như hệ số nhám đáy, hệ số xáo trộn rối, vận
chuyển bùn cát,… Các mô hình dạng này đòi hỏi số liệu chi tiết để hiệu chỉnh, kiểm
31
định từ các quan trắc, đo đạc hiện trường và/hoặc kết hợp với mô hình vật lý. Năm
1989 tại hội thảo khoa học về các quá trình thủy thạch động lực vùng gần bờ
(Nearshore Processes Worshop) tổ chức ở St. Peterburg, Hội đồng về các quá trình
bùn cát trên phạm vi rộng (Large Scale Sediment Processes Committee) đã đi đến
kết luận rằng việc mô phỏng sự biến đổi bờ biển trong dài hạn sẽ hợp lý hơn dựa
trên nền tảng là các mô hình tính sức tải bùn cát dọc bờ tiềm năng (US Army
Engineering Corps, 2008). Các mô hình này có ít các hệ số hơn các mô hình 2D/3D
và không đề cập chi tiết về quá trình thủy động lực và vận chuyển bùn cát. Thay vào
đó, các mô hình này sẽ được hiệu chỉnh và kiểm định nhằm bao gồm ảnh hưởng
tổng hợp của tất cả các quá trình đơn lẻ/cục bộ lên quá trình vận chuyển toàn cục.
Đại diện cho các biến đổi đường bờ dạng này phải kể đến các mô hình GENEIS,
SBEACH, UNIBEST (-DE, TC, CL+), LITPACK (PP, LITSTP, LITDRIFT,
LITLINE, LITPROF, LITTREN).
Tóm lại, diễn biến đường bờ là một quá trình tương đối phức tạp, nó là kết
quả tương tác của các yếu tố thủy thạch động lực do các tác động nội sinh, ngoại
sinh và nhân sinh gây nên. Trong khi phương pháp nghiên cứu diễn biến đường bờ
bằng kỹ thuật viễn thám gặp khó khăn lớn nhất là nguồn cung cấp ảnh viễn thám thì
phương pháp mô hình toán và mô hình vật lý lại tỏ ra có ưu điểm nổi bật. Các mô
hình vật lý mô phỏng các đường bờ tuy đòi hỏi kỹ thuật và trang thiết bị hiện đại
nhưng có độ tin cậy cao. Phương pháp mô hình toán tuy còn có những bất cập trên
phạm vi thế giới nhưng lại có triển vọng phát triển và ứng dụng có hiệu quả ở nước
ta. Khó khăn lớn nhất trong mô hình toán là giải quyết được vấn đề chuyển động
bùn cát, nhất là bùn cát hạt mịn trong môi trường nước mặn, trong đó còn nhiều
hiện tượng vật lý còn chưa được làm sáng tỏ chứ chưa nói đến mô phỏng bằng các
biểu thức toán. Trong điều kiện hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành
công nghệ thông tin và kỹ thuật tính toán hiện đại thì việc giải quyết các phương
trình vi phân phức tạp và điều hoàn toàn có thể thực hiện được. Vấn đề còn lại là
đào tạo nguồn nhân lực có trình độ chuyên môn cao đủ để có thể nghiên cứu trong
điều kiện Việt Nam.
32
2.4. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Khu vực ven biển Cửa Đáy là vùng có đặc điểm tự nhiên tương đối đặc biệt.
Ở đây, mức độ bồi tụ đang diễn ra rất mạnh. Bồi tụ ven bờ và quá trình lấn biển làm
tăng thêm diện tích đất tự nhiên nhưng cũng có ảnh hưởng nhất định đến quá trình
động lực sông.
Để đánh giá biến động của vấn đề xói lở, bồi tụ và dịch chuyển đường bờ,
hướng giải quyết chủ yếu của nghiên cứu này là sử dụng mô hình toán số mô phỏng
chế độ thủy thạch động lực và hình thái vùng cửa sông, ven biển, có kiểm chứng
bằng số liệu khảo sát thực tế. Ngoài ra, nghiên cứu còn sử dụng các phương pháp
kinh nghiệm khác, như đánh giá xu thế diễn biến đường bờ dựa trên cơ sở phân tích
tài liệu thực tế, sử dụng ảnh viễn thám….
Mô hình toán là tập hợp các biểu thức toán học phức tạp mô tả các quy luật
vật lý trong những điều kiện nhất định. Tính toán thuỷ lực mạng lưới sông không
thể thiếu mô hình toán. Với bài toán thuỷ lực thường áp dụng mô hình 1 chiều giải
hệ phương trình Saint-Venant gồm phương trình liên tục và chuyển động, nghiệm là
mực nước và lưu lượng/vận tốc. Khi có số liệu địa hình của mạng lưới sông nghiên
cứu và số liệu thuỷ văn: mực nước, lưu lượng, mô hình cho phép tính toán mô
phỏng quá trình thuỷ động lực trong toàn bộ mạng lưới sông. Một khi các kết quả
tính toán của mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm chứng so với số liệu quan trắc
trong thực tế, thường là tại các trạm thuỷ văn, mô hình cho phép dự báo theo các
kịch bản khác nhau. Kịch bản là những tình huống có thể xảy ra trong những điều
kiện nhất định, giúp cho các nhà quản lý và nhà hoạch định chính sách tiếp cận vấn
đề một cách khoa học.
Trên thế giới và trong nước hiện có nhiều mô hình thủy động lực đang được
áp dụng cho nhiều mục đích khai thác khác nhau như nghiên cứu, quy hoạch và
thiết kế hệ thống công trình.., tiêu biểu có thể kể đến SORBEK, DELFT 3D (Hà
Lan), MIKE (Đan Mạch), tuy nhiên, mỗi mô hình đều có những ưu nhược điểm
riêng và cho đến nay vẫn chưa có một đánh giá toàn diện và chi tiết về khả năng áp
dụng trong thực tế của các mô hình nói trên. Sau khi cân nhắc, so sánh các mô hình
33
toán có thế áp dụng cho khu vực phù hợp với mục tiêu nghiên cứu, đã lựa chọn mô
hình MIKE. Các môđun MIKE cho phép mô phỏng và tái hiện bức tranh thủy động
lực trên toàn miền nghiên cứu, thay vì chỉ tại một vài điểm như số liệu đo đạc.
Trong nghiên cứu này, với mục tiêu mô phỏng và tính toán đồng thời của các yếu tố
trường thủy động lực vùng cửa sông ven biển Cửa Đáy – Ninh Bình, bộ mô hình
MIKE đã được lựa chọn do đáp ứng được những tiêu chí. Bộ mô hình thuỷ động lực
và vận chuyển bùn cát sử dụng trong nghiên cứu này có tên gọi MIKE của Viện
Thuỷ lực DHI, Đan Mạch. Đây là một trong các mô hình 1, 2 và 3 chiều tiên tiến
nhất thế giới hiện nay, được sử dụng trong hầu hết các trường đại học, viện nghiên
cứu và các đơn vị tư vấn ở trong và ngoài nước với các lợi thế:
- Là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng (tính toán trường sóng, dòng chảy,
vận chuyển trầm tích, diễn biến địa hình đáy;
- Cơ sở toán học chặt chẽ, chạy ổn định, thời gian tính toán nhanh.
- Đã được kiểm nghiệm thực tế ở nhiều quốc gia trên thế giới;
- Có giao diện thân thiện, dễ sử dụng, có khả năng tích hợp với một số phần
mềm chuyên dụng khác.
Nghiên cứu này sử dụng bộ mô hình MIKE của Viện Nghiên cứu Thủy lực
Đan Mạch với các môđun MIKE 11 để tính lưu lượng và nồng độ bùn cát từ trong
sông đổ ra, mô đun MIKE 21 SW để tính sóng, môđun MIKE 21 HD tính toán và
mô phỏng thủy lực và môđun MIKE 21 ST tính vận chuyển trầm tích.
Các môđun MIKE 21/3 FM Couple cho phép mô phỏng và tái hiện bức tranh
thủy động lực trên toàn miền nghiên cứu, thay vì chỉ tại một vài điểm như số liệu đo
đạc. Mô hình kết hợp MIKE 21/3 FM couple là một hệ thống mô hình động lực đích
thực để áp dụng cho vùng cửa sông, ven biển và trong sông. Mô hình bao gồm các
mô đun sau:
- Mô đun dòng chảy
- Mô đun tải khuếch tán
- Mô đun chất lượng nước và sinh thái học
- Mô đun vận chuyển bùn
34
- Mô đun vận chuyển cát (chỉ áp dụng cho tính toán 2D)
- Mô đun phổ sóng
Mô đun dòng chảy và phổ sóng là hai thành phần cơ bản của mô hình kết
hợp Mike 21/3 FM. Mô hình này được sử dụng để tính toán tương tác giữa sóng và
dòng chảy, kết hợp động lực học mô đun dòng chảy và mô đun sóng. Mô hình cũng
bao gồm tính toán kết hợp động lực học giữa mô đun vận chuyển bùn, mô đun vận
chuyển cát, mô đun dòng chảy và sóng. Do đó, sự tác động qua lại đầy đủ của
những thay đổi về độ sâu đến tính toán sóng và dòng chảy cũng được xem xét. Cụ
thể, mô đun MIKE21 SW sử dụng để tính trường sóng, mô đun MIKE 21 HD lưới
phần tử hữu hạn sử dụng để tính toán dòng chảy, mô đun MIKE 21 ST sử dụng để
tính toán quá trình vận chuyển bùn cát không kết dính, bộ LITPACK sử dụng tính
toán tiến triển đường bờ, thay đổi địa hình đáy dưới những điều kiện tác động của
thủy lực biển.
2.5 Cơ sở lý thuyết các mô hình thủy thạch động lực
2.5.1. Mô hình MIKE 11
2.5.1.1. Giới thiệu chung
Bộ mô hình MIKE 11 là mô hình tính toán thủy lực mạng sông 1 chiều với
các tiểu mô đun về tính thủy lực, tiểu mô đun tính dòng chảy từ mưa, tiểu mô đun
cho tính lan truyền chất và vận chuyển bùn cát.
Mô hình MIKE 11 bao gồm những mô đun cơ bản sau:
- Mô đun AD (Hydrodynamic): mô đun thủy động lực
- Mô đun AD/CST (Advection-dispersion/Cohesive Sediment Transpot): mô
đun khuyếch tán/ vận chuyển trầm tích kết dính
- Mô đun NST (Non-cohesive Sediment Transpot): vận chuyển bùn cát
không kết dính
- Mô đun RR (Rain all-Runo ): mô đun mưa dòng chảy
- Mô đun FF (Flood Forecasting): mô đun dự báo ngập lũ
- Mô đun Data assimilation: mô đun phân tích dữ liệu
35
Một trong những tính năng nổi bật và cơ bản của MIKE 11 là cấu trúc phân
chia theo mô đun tổng hợp và thống nhất cho phép lựa chọn và tính toán nhiều hiện
tượng khác nhau liên quan đến hệ thống sông ngòi thông qua việc đưa vào thêm các
mô đun có sẵn trong bộ mô hình.
2.5.1.2. Mô đun HD
Mô hình MIKE 11 bao gồm nhiều mô đun, trong đó hạt nhân quan trọng nhất
là mô đun thủy - động – lực (HD module). Chính mô đun HD là cơ sở để xây dựng
rất nhiều các mô đun khác bao gồm cả dự báo lũ, mô đun lan truyền chất (AD), mô
đun chất lượng nước và mô đun vận chuyển bùn cát. Mô đun HD trong MIKE giải
hệ phương trình cơ bản là hệ phương trình tích phân theo chiều thẳng đứng cho sự
bảo toàn vật chất và động lượng, tức là hệ phương trình Saint-Venant.
Các ứng dụng của mô đun HD trong MIKE 11 bao gồm:
- Dự báo lũ và vận hành hồ chứa
- Mô phỏng các công trình và biện pháp phòng và chống lũ
- Vận hành hệ thống tưới và tiêu bề mặt
- Thiết kế hệ thống kênh mương tưới và tiêu
- Nghiên cứu hiện tượng nước dâng do bão và sự truyền triều trong sông và
các vùng cửa sông
a) Hệ phương trình
Mô hình MIKE 11 là mô hình tính toán mạng sông dựa trên việc giải hệ
phương trình một chiều Saint -Venant:
Phương trình liên tục:
t
A
x
Q
(2.1)
Hoặc
0
t
hb
x
Q (2.2)
Phương trình chuyển động:
36
02
2
ARC
QgQ
x
hgA
x
A
Q
t
Q
(2.3)
trong đó: A là diện tích mặt cắt ngang (m2); t là thời gian (s); Q là lưu lượng nước
(m3/s); x là biến không gian; g là gia tốc trọng trường (m/s
2); là mật độ của nước
(kg/m3); b là độ rộng của lòng dẫn (m) và R là bán kính thủy lực (m).
b) Phương pháp giải
Hệ phương trình Saint – Venant về nguyên lý là không giải được bằng các
phương pháp giải tích, vì thế trong thực tế tính toán người ta phải giải gần đúng
bằng cách rời rạc hóa hệ phương trình. Có nhiều phương pháp rời rạc hóa hệ
phương trình, và trong mô hình MIKE 11, các tác giả đã sử dụng phương pháp sai
phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott. Hình 2.3, 2.4 dưới đây mô tả các cách bố trí sơ đồ
Abbott 6 điểm với các phương trình (hình 2.3) và các biến trong mặt phẳng x~t
(hình 2.4).
Hình 2.3. Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott
Hình 2.4. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t
Trong phương pháp này, mực nước và lưu lượng dọc theo các nhánh sông
được tính trong hệ thống các điểm lưới xen kẽ như dưới đây (hình 2.5).
37
Hình 2.5. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ
Đối với mạng lưới sông phức tạp, mô hình cho phép giải hệ phương trình
cho nhiều nhánh sông và các điểm tại các phân lưu/nhập lưu. Cấu trúc của các nút
lưới ở nhập lưu, tại đó ba nhánh gặp nhau, thể hiện trong hình sau (hình 2.6):
Hình 2.6. Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu
Hình 2.7. Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng
Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng được thể hiện trong hình 2.7. Tại
một điểm lưới, mối quan hệ giữa biến số Zj (cả mực nước hj và lưu lượng Qj) tại
chính điểm đó và tại các điểm lân cận được thể hiện bằng phương trình tuyến tính
sau:
38
j
n
jj
n
jj
n
jj ZZZ
1
1
11
1 (2.4)
Từ giờ trở đi ta quy ước các chỉ số dưới của các thành phần trong phương
trình biểu thị vị trí dọc theo nhánh, và chỉ số trên chỉ khoảng thời gian. Các hệ số ,
, và trong phương trình (2.4) tại các điểm h và tại các điểm Q được tính bằng
sai phân hiện đối với phương trình liên tục và với phương trình động lượng.
Tất cả các điểm lưới theo phương trình (2.4) được thiết lập. Giả sử một
nhánh có n điểm lưới; nếu n là số lẻ, điểm đầu và cuối trong một nhánh luôn luôn là
điểm h. Điều này làm cho n phương trình tuyến tính có n+2 ẩn số. Hai ẩn số chưa
biết là do các phương trình được đặt tại điểm đầu và điểm cuối h, tại đó Zj-1và Zj+1
là mực nước, theo đó phần đầu/cuối của nhánh phân/nhập lưu được liên kết với
nhau.
c) Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
Hệ phương trình (2.1-2.3) khi được rời rạc theo không gian và thời gian sẽ
gồm có số lượng phương trình luôn ít hơn số biến số, vì thế để khép kín hệ phương
trình này cần phải có các điều kiện biên và điều kiện ban đầu.
Trong mô hình MIKE 11, điều kiện biên của mô hình khá linh hoạt, có thể là
điều kiện biên hở hoặc điều kiện biên kín. Điều kiện biên kín là điều kiện tại biên
đó không có trao đổi nước với bên ngoài. Điều kiện biên hở có thể là đường quá
trình của mực nước theo thời gian hoặc của lưu lượng theo thời gian, hoặc có thể là
hằng số.
Các điều kiện ban đầu bao gồm mực nước và lưu lượng trên khu vực nghiên
cứu. Thường lấy lưu lượng xấp xỉ bằng 0 còn mực nước lấy bằng mực nước trung
bình.
d) Điều kiện ổn định
Để sơ đồ sai phân hữu hạn ổn định và chính xác, cần tuân thủ các điều kiện
sau: - Địa hình phải đủ tốt để mực nước và lưu lượng được giải một cách thoả đáng.
Giá trị tối đa cho phép đối với x phải được chọn trên cơ sở này.
39
- Điều kiện Courant dưới đây có thể dùng như một hướng dẫn để chọn bước
thời gian sao cho đồng thời thoả mãn được các điều kiện trên. Điển hình, giá trị của
Cr là 10 đến 15, nhưng các giá trị lớn hơn (lên đến 100) đã được sử dụng:
x
gyVtCr
)( với V là vận tốc.
Cr thể hiện tốc độ nhiễu động sóng tại nước nông (biên độ nhỏ). Số Courant
biểu thị số các điểm lưới trong một bước sóng phát sinh từ một nhiễu động di
chuyển trong một bước thời gian. Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng trong MIKE 11 (sơ
đồ 6 điểm Abbott), cho phép số Courant từ 10- 20 nếu dòng chảy dưới phân giới (số
Froude nhỏ hơn 1).
2.5.1.3. Mô đun AD
Bên cạnh mô đun thủy động lực HD nói trên, trong MIKE có thể lựa chọn
thêm mô đun AD (mô đun khuyếch tán và lan truyền chất) để tính toán và dự báo
xâm nhập mặn.
Phương trình khuyếch tán
Song song với việc sử dụng hệ phương trình thủy động lực nói trên, khi tính
toán với mô đun khuyếch tán và lan truyền chất, trong mô hình MIKE 11 sử dụng
thêm phương trình khuyếch tán có dạng như sau:
qCAKCx
CAD
xx
QC
t
AC2)(
(2.5)
Trong đó: C là nồng độ chất ô nhiễm (chất hòa tan); D là hệ số khuyếch tán; A là
diện tích mặt cắt ngang; K là hệ số tự phân hủy tuyến tính; C2 là nồng độ của nguồn
gia nhập/ra khỏi của hệ thống; q là lượng gia nhập khu giữa; x,t là tọa độ theo
không gian và thời gian.
Phương trình trên đây phản ánh hai quá trình diễn ra đồng thời:
1. Quá trình vận chuyển bình lưu theo dòng chảy
2. Quá trình khuyếch tán do sự chênh lệch về nồng độ chất hòa tan
Phương trình (2.5) được xây dựng dựa trên cơ sở các giả thiết: chất hòa tan
xáo trộn toàn bộ và xem là có mật độ đồng nhất trên tất cả mọi điểm thuộc mặt cắt
40
ngang, đồng nghĩa với việc xem rằng các nguồn vào hay ra đều ngay lập tức được
xáo trộn đều trên toàn mặt cắt ngang, chất hòa tan đó được xem là bảo toàn hoặc
nếu có tự phân hủy thì quá trình phân hủy đó là tuyến tính và định luật khuyếch tán
của Fick được áp dụng ở đây, nghĩa là sự vận chuyển do khuyếch tán tỷ lệ với
gradient về nồng độ.
2.5.2. Mô hình MIKE 21
2.5.2.1. Mô hình tính sóng MIKE 21 SW
MIKE 21 SW là mô đun tính phổ sóng gió được tính toán dựa trên lưới phi
cấu trúc. Mô đun này tính toán sự phát triển, suy giảm và truyền sóng tạo ra bởi gió
và sóng lừng ở ngoài khơi và khu vực ven bờ. Động lực học của sóng trọng lực (the
dynamics o the gravity wave) được mô phỏng dựa trên phương trình mật độ tác
động sóng (wave action density). Khi áp dụng tính cho vùng nhỏ thì phương trình
cơ bản được sử dụng trong hệ toạ độ Cartesian, còn khi áp dụng cho vùng lớn thì sử
dụng hệ toạ độ cầu (spherical polar coordinates). Phổ mật độ tác động sóng thay đổi
theo không gian và thời gian là một hàm của 2 tham số pha sóng. Hai tham số pha
sóng là vevtor sóng k với độ lớn k và hướng θ. Ngoài ra, tham số pha sóng cũng có
thể là hướng sóng θ và tấn suất góc trong tương đối σ hoặc tần suất góc tuyệt đối ω.
Trong mô hình này thì hướng sóng θ và tấn suất góc tương đối σ được chọn để tính
toán.
Tần số phổ được giới hạn giữa giá trị tần số cực tiểu σ min và tấn số cực cực đại σ max
Năng lượng mật độ khi đó là: mrEE )(),(),( max2
max
với m = 5.
MIKE 21 SW bao gồm hai công thức khác nhau:
- Công thức tham số tách hướng
- Công thức phổ toàn phần
Công thức tham số tách hướng được dựa trên việc tham số hoá phương trình
bảo toàn hoạt động sóng. Việc tham số hoá được thực hiện theo miền tần số bằng
cách đưa vào mô men bậc không và bậc một của phổ hoạt động sóng giống như các
giá trị không phụ thuộc (theo Holtuijsen 1989). Xấp xỉ tương tự được sử dụng trong
41
mô đun phổ sóng gió ven bờ MIKE 21 NSW. Công thức phổ toàn phần được dựa
trên phương trình bảo toàn hoạt động sóng, như được mô tả bởi Komen và cộng sự
(1994) và Young (1999), tại đó phổ hướng sóng của sóng hoạt động là giá trị phụ
thuộc. Các phương trình cơ bản được xây dựng trong cả hệ toạ độ Đề các với những
áp dụng trong phạm vi nhỏ và hệ toạ độ cầu cho những áp dụng trong phạm vi lớn
hơn. MIKE 21 SW bao gồm các hiện tượng vật lý sau:
- Sóng phát triển bởi tác động của gió;
- Tương tác sóng-sóng là phi tuyến;
- Tiêu tán sóng do sự bạc đầu;
- Tiêu tán sóng do ma sát đáy;
- Tiêu tán sóng do sóng vỡ;
- Khúc xạ và hiệu ứng nước nông do sự thay đổi độ sâu;
- Tương tác sóng- dòng chảy;
- Ảnh hưởng của thay đổi độ sâu theo thời gian.
Việc rời rạc hoá phương trình trong không gian địa lý và không gian phổ
được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn lưới trung tâm. Sử
dụng kỹ thuật lưới phi cấu trúc trong miền tính địa lý. Việc tích phân theo thời gian
được thực hiện bằng cách sử dụng xấp xỉ chia đoạn trong đó phương pháp hiện đa
chuỗi được áp dụng để tính truyền sóng.
Phương trình cơ bản chính là phương trình cân bằng tác động sóng được xây dựng
cho cả hệ toạ độ Đề các và toạ độ cầu (xem Komen và cộng sự (1994) và Young
(1999)).
Phương trình cho tác động sóng được viết như sau:
(2.6)
trong đó N(σ,θ)là mật độ hoạt động; t là thời gian; x
=(x,y)là toạ độ Đề các đối với
hệ toạ độ Đề các và x
=( ,λ) là toạ độ cầu trong toạ độ cầu với là vĩ độ và λ là
kinh độ; ),,,( ccccv yx
là vận tốc truyền nhóm sóng trong không gian bốn chiều
42
v
, σ và θ; và S là số hạng nguồn cho phương trình cân bằng năng lượng. là toán
tử sai phân bốn chiều trong không gian v
, σ và θ.
Điều kiện biên
Ở biên đất trong không gian địa lý, điều kiện biên trượt toàn phần được áp dụng.
Các thành phần thông lượng đi vào được gán bằng không.
Ở biên mở, thông lượng đi vào cần được biết. Do đó, phổ năng lượng phải được xác
định ở biên mở.
2.5.2.2. Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD
Mô đun dòng chảy được giải bằng phương pháp lưới phần tử hữu hạn. Mô
đun này dựa trên nghiệm số của hệ các phương trình Navier-Stokes trung bình
Reynolds cho chất lỏng không nén được 2 hoặc 3 chiều kết hợp với giả thiết
Boussinesq và giả thiết áp suất thuỷ tĩnh. Do đó, mô đun bao gồm các phương trình:
phương trình liên tục, động lượng, nhiệt độ, độ muối và mật độ và chúng được khép
kín bởi sơ đồ khép kín rối. Với trường hợp ba chiều thì sử dụng xấp xỉ chuyển đổi
hệ toạ độ sigma. Việc rời rạc hoá không gian của các phương trình cơ bản được
thực hiện bằng việc sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn trung tâm. Miền không
gian được rời rạc hoá bằng việc chia nhỏ miền liên tục thành các ô lưới/phần tử
không trùng nhau. Theo phương ngang thì lưới phi cấu trúc được sử dụng còn theo
phương thẳng đứng trong trường hợp 3 chiều thì sử dụng lưới có cấu trúc. Trong
trường hợp hai chiều các phần tử có thể là phần tử tam giác hoặc tứ giác. Trong
trường hợp ba chiều các phần tử có thể là hình lăng trụ tam giác hoặc lăng trụ tứ
giác với các phần tử trên mặt có dạng tam giác hoặc tứ giác.
Phương trình cơ bản
Phương trình liên tục
(2.7)
Phương trình động lượng theo phương x và y tương ứng
43
(2.8)
(2.9)
Trong đó, t là thời gian; x, y và z là toạ độ Đề các; η là dao động mực nước; d là độ
sâu; h= η+d là độ sâu tổng cộng; u, v và w là thành phần vận tốc theo phương x, y
và z; =2Ω sinΦ là tham số Coriolis; g là gia tốc trọng trường; ρ là mật độ nước; ν t
là nhớt rối thẳng đứng; pa là áp suất khí quyển; ρ 0 là mật độ chuẩn;. S là độ lớn của
lưu lượng do các điểm nguồn và (u S ,v S ) là vận tốc của dòng lưu lượng đi vào miền
tính. F u , F v là các số hạng ứng suất theo phương ngang.
Phương trình tải cho nhiệt và muối
(2.10)
(2.11)
trong đó D v là hệ số khuếch tán rối thẳng đứng; H là số hạng nguồn do trao đổi
nhiệt với khí quyển. T S và S S là nhiệt độ và độ muối của nguồn; F T và F S là các số
hạng khuếch tán theo phương ngang.
Phương trình tải cho đại lượng vô hướng
(2.12)
44
trong đó C là nồng độ của đại lượng vô hướng; kp là tốc độ phân huỷ của đại lượng
đó; C S là nồng độ của đại lượng vô hướng tại điểm nguồn; D v là hệ số khuếch tán
thẳng đứng; và F C là số hạng khuếch tán ngang.
Điều kiện biên
Biên đất
Dọc theo biên đất thông lượng được gán bằng không đối với tất cả các giá trị. Với
phương trình động lượng điều này gây ra sự trượt toàn phần dọc theo biên đất.
Biên mở
Điều kiện biên mở có thể được xác định dưới cả dạng lưu lượng hoặc mực nước cho
các phương trình thuỷ động lực. Với phương trình tải thì giá trị xác định hoặc chênh
lệch xác định có thể được đưa vào.
Phương pháp giải
MIKE 21 áp dụng sơ đồ sai phân hữu hạn và phương pháp giải hiệu quả là
kỹ thuật ADI (Alternating Direction Implicit) để giải các phương trình bảo toàn
khối lượng và động lượng trong miền không gian và thời gian. Các ma trận phương
trình kết quả đối với mỗi hướng và mỗi đường lưới tính toán được giải bằng thuật
giải quét đúp (Double Sweep). Các phương trình trên được giải bằng phương pháp
sai phân hữu hạn theo sơ đồ QUICKEST do Lars Ekebjerg và Peter Justesen đề
xướng 1997. Để giải hệ phương trình trên, người ta đã sử dụng phương pháp ADI
(Alternating Direction Implicit) để sai phân hoá theo lưới không gian - thời gian. Hệ
phương trình theo từng phương và tại mỗi điểm trong lưới được giải theo phương
pháp Double Sweep (DS). Biểu diễn các thành phần theo các phương được thể hiện
trên hình 2.8.
45
Hình 2.8. Các thành phần theo phương x và y
2.5.2.3. Mô hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21 ST
MIKE 21 ST là mô đun tính toán tốc độ vận chuyển trầm tích (cát) không kết
dính dưới tác động của cả sóng và dòng chảy. Các thành phần vận chuyển trầm tích
có thể gây ra biến đổi đáy. Việc tính toán được thực hiện dưới điều kiện thuỷ động
lực cơ bản tương ứng với độ sâu đã cho. Không có sự tương tác trở lại của thay đổi
độ sâu đến sóng và dòng chảy. Do đó, kết quả cung cấp bởi MIKE 21 ST có thể
được sử dụng để xác định khu vực có khả năng xói hoặc bồi và để chỉ ra tốc độ biến
đổi đáy nhưng không xác định được việc cập nhật độ sâu ở cuối mỗi chu kỳ tính
toán. Đặc trưng chính của mô đun vận chuyển trầm tích không kết dính MIKE 21
ST được mô tả như sau:
- Các đặc trưng của vật chất đáy có thể không đổi hoặc biến đổi theo không gian (ví
dụ tỉ lệ và cỡ hạt trung bình)
- Năm lý thuyết vận chuyển trầm tích khác nhau đều có giá trị cho việc tính toán tốc
độ vận chuyển trầm tích trong điều kiện chỉ có dòng chảy:
+ Lý thuyết vận chuyển tổng tải Engelund và Hansen
+ Lý thuyết vận chuyển tổng tải (được xác định như tải đáy + tải lơ lửng) Engelund
và Fredsoe
+ Công thức vận chuyển tổng tải (tải đáy + tải lơ lửng) Zyserman và Fredsoe
+ Lý thuyết vận chuyển tải đáy Meyer-Peter
46
+ Công thức vận chuyển tổng tải Ackers và White
- Hai phương pháp có giá trị để tính toán tốc độ vận chuyển trầm tích kết hợp giữa
sóng và dòng chảy
+ Áp dụng mô đun vận chuyển trầm tích STP của DHI
+ Phương pháp vận chuyển tổng tải của Bijker
- Phương pháp vận chuyển cát do người sử dụng xác định (2 chiều hoặc tựa 3 chiều)
trong tính toán kết hợp sóng và dòng chảy khi mô đun STP được sử dụng. Tính toán
tốc độ vân chuyển được đẩy mạnh thông qua việc sử dụng bảng vận chuyển trầm
tích được tạo ra trước đó.
- Sử dụng STP cho phép tính toán ảnh hưởng của hiện tượng sau đến tốc độ vận
chuyển trầm tích:
+ Hướng truyền sóng bất kỳ tác động đến dòng chảy
+ Sóng vỡ hoặc sóng không vỡ
+ Đặc tính hình học của vật chất đáy được mô tả thông qua một loại cỡ hạt hoặc
đường cong phân bố cỡ hạt
+ Đáy phẳng hoặc đáy gợn cát
- Tính ổn định chuẩn Courant-Friedrich-Lewy.
Phân bố thẳng đứng của trầm tích lơ lửng trong tính toán sóng kết hợp với dòng
chảy dùng để đánh giá vận chuyển trầm tích trong biển. Cách thông thường để mô
tả phân bố thẳng đứng của trầm tích lơ lửng đó là áp dụng phương trình khuếch tán:
(2.13)
trong đó c là nồng độ trầm tích; t là thời gian; w là tốc độ chìm lắng của trầm tích lơ
lửng; y là toạ độ thẳng đứng; s là thừa sô trao đổi rối.
2.5.3. Mô hình LITPACK
2.5.3.1. Khái quát về mô hình Litpack
Litpack (Littoral transport and coastline kinetics) nằm trong gói phần mềm MIKE
của Viện Thủy lực và Môi trường Đan Mạch (DHI). Mô hình này có thể tính toán được
47
các quá trình vận chuyển trầm tích ven bờ và diễn biến đường bờ nhằm phục vụ các bài
toán chỉnh trị cửa sông và kỹ thuật đường bờ. Trong mô hình này, có các mô đun mô
phỏng các quá trình ven bờ riêng biệt và có liên kết động với nhau. Do đó, các quá trình
biến đổi phức tạp của đường bờ có thể miêu tả một cách chi tiết thông qua các mô đun
này. Mô hình Litpack bao gồm 5 mô đun. Trong đó có hai mô đun cơ sở: mô đun Litstp,
mô đun Litdri t; 3 mô đun tính các đặc tính khác nhau của quá trình vận chuyển trầm
tích: mô đun Litline, mô đun Litpro và mô đun Littren.
Hình 2.9. Các mô đun trong mô hình Litpack
2.5.3.2. Các mô đun trong Litpack
a) Mô đun tính dịch chuyển trầm tích không kết dính Litstp
Mô đun này tính toán sự dịch chuyển của các hạt trầm tích dưới tác động của sóng
và dòng chảy. Đây là môđun cơ sở cho các mô đun khác trong mô hình Litpack và mô
hình MIKE 21 ST.
Trong mô hình, quá trình vận chuyển trầm tích được tính toán theo lý thuyết của
Engelund và Fredsoe (1976) và thông qua hàm số ứng suất đáy:
Mô đun tính dịch chuyển trầm tích
không kết dính Litstp
Mô đun tính vận chuyển trầm tích dọc
bờ Litdrift
Mô đun tính quá trình diễn biến đường
bờ Litline
Mô đun tính quá trình bồi lấp luồng tàu
Littren
Mô đun tính quá trình biến đổi địa hình
đáy Litpro
48
gds
U f
)1(
2
(2.14)
Khối lượng trầm tích dịch chuyển q s , được tính toán thông qua nồng độ C.
z
Cw
zzt
Cs
(2.15)
Tính toán vận chuyển trầm tích phụ thuộc vào vận tốc, nó tính bằng tổng các khối
lượng vận chuyển trong một chu kỳ sóng T:
dydtCUT
qT D
d
meanS 0 2
1 (2.16)
Trong đó: s là mật độ tương đối của trầm tích; g: gia tốc trọng trường; d: kích
thước hạt; U f : vận tốc; t: thời gian; S : hệ số khuếch tán rối; w: vận tốc dòng theo
phương thẳng đứng
b) Mô đun tính toán vận chuyển trầm tích dọc bờ Litdrift
Mô đun này kết hợp mô đun Litstp ở trên với các điều kiện thủy động lực để tính
toán dòng chảy dọc bờ. Mô đun này có thể tính toán được lượng vận chuyển trầm tích,
nó là cơ sở cho việc xem xét nghiên cứu hình thái đường bờ. Phương trình cơ bản của
mô đun này xây dựng trên phương trình cân bằng lực theo phương song song với bờ.
curw
xy
bdy
ds
dy
duED
dy
d
(2.17)
Trong đó: b : ứng suất đáy do dòng dọc bờ; : mật độ nước; E: hệ số trao
đổi thông lượng; D: độ sâu khối nước; u: vận tốc dòng chảy dọc bờ; s xy : năng lượng
bức xạ; w và cur : ứng suất gió và ứng suất do dòng chảy gây ra.
c) Mô đun tính toán biến đổi địa hình đáy Litpro
Mô đun này dựa trên cơ sở của Litstp mô tả các mặt cắt vuông góc với bờ, bằng
phương trình liên tục đối với trầm tích đáy.
x
q
nt
h S
1
1 (2.18)
49
Các mô hình hình thái không thể tính vận chuyển trầm tích trực tiếp từ các thông số
sóng, dòng chảy mà phải tính qua các hàm trung gian.
L
t
q slssl
(2.19)
Với h: độ sâu đáy; n: độ xốp của vật liệu đáy; L: chiều dài quy mô (tỉ lệ thuận với
độ sâu tại nơi nghiên cứu).
d) Mô đun tính diễn biến đường bờ Litline
Đây là mô đun tính diễn biến đường bờ với các ứng dụng: nghiên cứu biến động
đường bờ dưới ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên; nghiên cứu biến động đường bờ dưới
ảnh hưởng của các công trình bảo vệ bờ; nghiên cứu biện pháp khôi phục đường bờ
bằng phương pháp nuôi bãi nhân tạo. Mô đun tích hợp các kết quả của các mô đun
Litstp và Litdri t để tính toán đưa ra kết quả.
Litline tính toán diễn biến đường bờ căn cứ vào công thức liên tục phụ thuộc vào
tổng lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ Q(x):
xxh
xQ
x
xQ
xht
xy
act
sou
act
c
)(
)()(
)(
1)( (2.20)
Trong đó: )(xyc : khoảng cách từ đường cơ sở đến đường bờ; T: thời gian tính; h act (x):
chiều cao hữu hiệu của mặt cắt ngang tính toán; Q(x): lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ;
X: vị trí dọc bờ tính toán; x : độ lớn bước tính toán; Q sou (x): lượng bùn cát vận chuyển
qua đơn vị tính một đoạn x
e) Mô đun tính biến đổi địa hình lòng dẫn Littren
Mô đun này kết hợp với các mô đun tính toán di chuyển hạt trầm tích Litstp để xác
định mức độ thay đổi địa hình lòng dẫn vào luồng sông. Mô đun tính toán sự thay đổi
địa hình dưới tác động đồng thời của cả sóng và dòng chảy. Mô đun được xây dựng trên
hệ phương trình gồm:
Phương trình nồng độ trầm tích:
(2.21)
Trong đó: c: nồng độ trầm tích; ω: tốc độ lắng đọng; t: thời gian; εs: hệ số nhớt rối
50
Độ cao địa hình đáy được tính theo công thức:
(2.22)
Trong đó: z: độ cao đáy; qs: lưu lượng trầm tích và n: độ xốp vật liệu đáy
51
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN
TRẦM TÍCH VÀ BỒI TỤ, XÓI LỞ
3.1. Đặt vấn đề
Trong nghiên cứu này đã sử dụng bộ mô hình MIKE nghiên cứu tổng thể các
quá trình vận chuyển bùn cát, xói lở và bồi tụ bờ biển khu vực cửa Đáy thông qua 3
nghiên cứu chính sau đây:
- Nghiên cứu và phân tích xu thế vận chuyển trầm tích trong thời gian 1 năm bằng
mô hình MIKE 21 ST.
- Nghiên cứu tính toán biến đổi bùn cát dài hạn có xét đến dâng cao của mực nước
biển và mô hình quá trình phát triển cửa Đáy trong thời gian 20 năm bằng mô hình
MIKE 21 ST.
- Nghiên cứu, tính toán mức độ thay đổi đường bờ trong thời gian 20 năm bằng mô
hình LITPACK.
Để giải quyết được các hướng nghiên cứu trên, báo cáo này đã sử dụng các một số
mô hình cơ bản trong bộ mô hình MIKE theo sơ đồ nghiên cứu sau:
Hình 3.1. Các bộ thông số và các mô hình toán cơ bản sử dụng trong nghiên
cứu
52
3.2. Xây dựng bộ số liệu cơ sở cho mô hình
3.2.1. Địa hình, miền tính, lưới tính
Địa hình miền tính cho mô hình MIKE 21 được lấy từ số liệu đo đạc của Bộ
Tư lệnh Hải quân từ các bản đồ địa hình đáy biển với tỉ lệ khác nhau từ tỉ lệ
1:10,000 đến 1:1,000,000. Tọa độ miền tính từ 19046’N đến 20
021’N và 105
056’E
đến 106045’E. Trong đó, các bản đồ tỉ lệ lớn được dùng cho khu vực ven bờ và các
đảo; bản đồ tỉ lệ nhỏ dùng cho vùng ngoài khơi. Để thực hiện cho nhiệm vụ của
nghiên cứu, trong nghiên cứu này đã lựa chọn lưới phần tử hữu hạn tăng dần từ
ngoài biển vào trong sát bờ. Diện tích nhỏ nhất của 1 phần tử là 1250m2 ở khu vực
các cửa sông như: cửa Đáy, cửa Ninh Cơ và cửa Ba Lạt. Diện tích lớn nhất là
25km2 ở khu vực biên ngoài khơi. Miền tính có 2879 nút điểm, với độ phân giải thô
nhất ở vùng ngoài khơi là 5000m, mịn nhất ở vùng bờ khu vực cửa sông là 50m.
Hình 3.2. Địa hình khu vực nghiên cứu
53
Hình 3.3. Minh họa lưới tính sử dụng trong mô phỏng
3.2.2. Điều kiện biên
Trong các mô hình thủy lực được sử dụng của nghiên cứu này, gồm 3 mô
hình: MIKE 21 SW, MIKE 21 FM HD, MIKE 21 ST. Các mô hình có thể tính toán
riêng biêt, nhưng trong nghiên cứu này sử dụng kết hợp liên hợp 3 mô hình trên.
Trước tiên, tính toán mô hình MIKE 21 SW để tính toán phổ sóng, sau đó kết quả
của mô hình SW làm số liệu đầu vào cho 2 mô hình còn lại.
Tại biên ngoài khơi:
Trong mô hình MIKE 21 SW các thông số đầu vào gồm: độ cao, chu kỳ và
hướng sóng cho các biên ngoài khơi. Với mô hình MIKE 21 HD sử dụng mực nước
từ phân tích điều hòa làm điều kiên biên ngoài khơi. Điều kiện biên cho mô hình
MIKE 21 ST là cân bằng nồng độ.
Tại biên cửa sông:
Thông số đầu vào là lưu lượng dòng chảy từ sông ra, số liệu được tính toán
từ mô hình MIKE 11.
3.2.3. Các thông số khác
54
Trường khí tượng được lấy theo số liệu thống kê trương khí tượng tại trạm đo
Văn Lý trong “Sổ tay tra cứu các đặc trưng khí tượng thủy văn vùng thềm lục địa
Việt Nam”. Các đặc trưng cấp hạt và nồng độ trầm tích ban đầu được lấy từ số liệu
đo đặc cấp độ hạt tại khu vực Cửa Đáy trong 2 đọt khảo sát: tháng 7 và tháng 11 năm
2009. Số liệu được bổ sung thêm theo các nghiên cứu về địa chất, địa mạo khu vực
này trước đây [3,7].
Thời gian mô phỏng:
- Bài toán phân tích xu thế bồi tụ và xói lở: 1 năm bắt đầu từ 01/01/2010 tới
ngày 31/12/2010.
- Bài toán biến đổi bùn cát dài hạn cửa Đáy: 20 năm, bắt đầu từ ngày
01/01/2010 tới 31/12/2030.
- Bài toán biến đổi đường bờ: 20 năm từ 1/1/1990 tới 1/1/2010.
3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình
3.3.1. Mô hình MIKE 11
Mô hình MIKE 11 cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình trong dự báo tác
nghiệp được sử dụng để tính toán lưu lượng dòng chảy và nồng độ bùn cát tại các
trạm thủy văn cửa sông Ba Lạt, Phú Lễ và Như Tân. Do không có số liệu bùn cát
thực đo tại các sông Hồng và Ninh Cơ số liệu nồng độ bùn cát đo đạc tại mặt cắt
trạm thủy văn Như Tân từ ngày 1/11/2009 đến ngày 30/11/2009 được sử dụng để
hiệu chỉnh. Kết quả tính toán cho thấy, có sự tương đồng lớn về pha và độ lớn giữa
nồng độ bùn cát tính toán và giá trị thực đo.
55
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
1/11/2009
0:00
7/11/2009
0:00
13-11-2009
00:00:00
19-11-2009
00:00:00
25-11-2009
00:00:00
Thời gian (giờ)
Nồ
ng
độ
(kg
/m3
) Tính toán Thực đo
Hình 3.4. So sánh nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Như Tân trên sông Đáy
3.3.2. Mô hình tính sóng MIKE 21 SW
Hiệu chỉnh mô hình bằng số liệu sóng trung bình đặc trưng mùa tại trạm hải
văn Văn Lý (20007’N;106
018’E) trong sổ tay tra cứa các đặc trưng khí tượng thủy
văn thềm lục địa Việt Nam [9].
(a) Tháng 2 – 4
(b) Tháng 5 – 7
(c) Tháng 8 – 10
(d) Tháng 11 – 1
Hình 3.5. Độ cao và hướng sóng đặc trưng cho các tháng trong năm
56
Kết quả mô phỏng trường sóng đặc trưng cho từng giai đoạn bằng mô hình
MIKE 21 SW tương đối phù hợp với số liệu thống kê. Kết quả này có thể sử dụng để
tính toán các quá trình động lực cũng như vận chuyển bùn cát nhằm phục vụ các bài
toán khác.
3.3.3. Mô hình thủy lực MIKE 21 FM
Hiệu chỉnh mô hình dựa theo số liệu đo đạc mực nước tại cửa sông Ninh Cơ
(vị trí HC, xem trong hình 3.6 trong đợt khảo sát thuộc đề tài: “Nghiên cứu phương
pháp dự báo biên triều cho các cửa sông” của Trung tâm Nghiên cứu Biển và tương
tác Biển – Khí quyển thực hiện tháng 8 năm 2010. Chuỗi số liệu 7 ngày, từ 12h
ngày 19-08-2010 tới 12h ngày 26-08-2010.
Hình 3.6. Vị trí các điểm hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình
57
Hình 3.7. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại điểm HC (trạm đo Ninh
Cơ;106012’7.14”E, 20
01’26.49”N)
Kiểm nghiện mô hình bằng cách so sánh số liệu mực nước tính toán chỉ có
yếu tố triều bằng mô hình với số liệu mực nước tính toán từ bộ hằng số điều hòa tại
3 điểm gần bờ. Thời gian kiểm nghiệm 1 tháng, bắt đầu từ 7h ngày 01-09-2010 tới
7h ngày 01-10-2010. Vị trí 3 điểm kiểm nghiệm KN1, KN2, KN3 xem trong hình
3.6. Kết quả so sánh mực nước kiểm nghiệm được trình bày qua các hình ảnh dưới
đây:
m
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
9/1/2010 0:00 9/11/2010 0:00 9/21/2010 0:00 10/1/2010 0:00Thời gian
Mô hình HSĐH
Hình 3.8. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ hằng số
điều hòa tại điểm KN1 (106035’E, 20
013’N)
58
m
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
9/1/2010 0:00 9/11/2010 0:00 9/21/2010 0:00 10/1/2010 0:00Thời gian
Mô hình HSĐH
Hình 3.9. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ hằng số
điều hòa tại điểm KN2 (106006’E, 19055’N)
m
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
9/1/2010 0:00 9/11/2010 0:00 9/21/2010 0:00 10/1/2010 0:00Thời gian
Mô hình HSĐH
Hình 3.10. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ hằng số
điều hòa tại điểm KN3 (105056’E, 19
051’N)
Nhìn vào các hình trên, cho thấy kết quả tính toán có sự tương đồng cao về
pha và biên độ mực nước giữa kết quả mô phỏng của mô hình với số liệu thực đo/tính
toán bằng hằng số điều hòa trong cả quá trình hiệu chỉnh mô hình (hệ số tương quan
là 0,99548) và kiểm nghiệm mô hình (hệ số tương quan từ 0,88089 tới 0,9675). Do
vậy, có thể sử dụng kết quả của mô hình thủy lực MIKE 21 FM để làm đầu cào phục
vụ mô phỏng và tính toán vận chuyển trầm tích tại khu vực cửa sông Đáy bằng mô
hình MIKE 21 ST.
3.4. Các kết quả trong nghiên cứu
3.4.1. Phân tích xu thế vận chuyển trầm tích
59
Quá trình vận chuyển trầm tích vùng cửa sông phụ thuộc vào các quá trình
thủy động lực của khu vực, trong đó có 3 yếu tố quan trọng là: dòng chảy mang trầm
tích từ sông đưa ra, chế độ sóng vùng ven bờ và dòng chảy khu vực ven bờ. Dòng
chảy từ sông đưa ra có chu kỳ 1 năm với 2 mùa: mùa mưa và mùa khô. Chế độ sóng
ven bờ chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện gió, mà các đặc trưng gió có chu kỳ nhỏ là 1
năm với các mùa khác nhau. Khu vực này có chế độ thủy triều là nhật triều đều, với
chu kỳ khoảng 30 ngày tương ứng hai con nước: con nước triều lên và con nước triều
xuống với khoảng thời gian bằng nhau là 15 ngày. Dòng chảy khu vực ven bờ phụ
thuộc chủ yếu vào chế độ thủy triều, do đó chu kỳ để tính toán các đăch trưng liên
quan tới dòng chảy ở khu vực này khoảng 30 ngày.
Do đó, trong quá trình nghiên cứu phân tích xu thế vận chuyển trầm tích cho
khu vực đã tính toán với khoảng thời gian là 1 năm, bắt đầu từ ngày 01/01/2010 đến
ngày 31/12/2010.
3.4.1.1. Mô phỏng thủy lực
Lưu lượng
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
1/1/1
0
2/1/1
0
3/1/1
0
4/1/1
0
5/1/1
0
6/1/1
0
7/1/1
0
8/1/1
0
9/1/1
0
10/1/1
0
11/1/1
0
12/1/1
0
1/1/1
1 Thời gian
m3/s
Hình 3.11. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Như Tân trên sông Đáy
năm 2010
60
Lưu lượng
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
1/1/1
0
2/1/1
0
3/1/1
0
4/1/1
0
5/1/1
0
6/1/1
0
7/1/1
0
8/1/1
0
9/1/1
0
10/1/1
0
11/1/1
0
12/1/1
0
1/1/1
1 Thời gian
m3/s
Hình 3.12. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Phú Lễ trên sông Ninh Cơ
năm 2010
Lưu lượng
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
1/1/1
0
2/1/1
0
3/1/1
0
4/1/1
0
5/1/1
0
6/1/1
0
7/1/1
0
8/1/1
0
9/1/1
0
10/1/1
0
11/1/1
0
12/1/1
0
1/1/1
1 Thời gian
m3/s
Hình 3.13. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Ba Lạt trên sông Hồng năm
2010
Kết quả tính toán lưu lượng dòng chảy từ 3 sông đổ ra khu vực nghiên cứu ta
thấy: lưu lượng dòng chảy lớn nhất xảy ra vào tháng 8 và 9 tưng ứng với mùa mưa
ở miền bắc. Lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại mặt cắt trên sông Hồng là 2000 m3/s
xảy ra vào ngày 1/9/2010. Tổng lượng nước chuyển qua 3 mặt cắt vào mùa mưa (từ
tháng 6 tới tháng 10) chiếm khoảng ¾ tổng lượng nước năm.
61
Hình 3.14. Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng 8 năm 2010
Hình 3.15. Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng 1 năm 2010
3.4.1.2. Mô phỏng phân bố trầm tích
62
Nồng độ trầm tích
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1/1/10 2/1/10 3/1/10 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11Thời gian
mg/l
Hình 3.16. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Như Tân năm 2010
Nồng độ trầm tích
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1/1/10 2/1/10 3/1/10 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11Thời gian
mg/l
Hình 3.17. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Phú Lễ năm 2010
Nồng độ trầm tích
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1/1/10 2/1/10 3/1/10 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11Thời gian
mg/l
Hình 3.18. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Ba Lạt năm 2010
63
Hình 3.19. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa mưa)
Hình 3.20. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa
mưa)
64
Hình 3.21. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-10-2011 (thời điểm cuối mùa mưa)
Hình 3.22. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 1-10-2011(thời điểm cuối
mùa mưa)
65
Hình 3.23. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 31-12-2010 (sau 1 năm tính toán)
Hình 3.24. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 31-12-2010 (sau 1 năm tính
toán)
3.4.1.3. Nhận xét
66
Đây là khu vực có động lực sóng tương đối yếu ở gần bờ, dòng chảy dọc bờ và
sông là yếu tố quyết định đến quá trình bồi lắng. Ở khu vực này, trầm tích chủ yếu là
cát hạt nhỏ và mịn với đường kính hạt trung bình là 0,17mm. Theo tính toán, lưu
lượng dòng chảy từ sông Đáy đưa ra khoảng 195.000 m3/ năm. Ngoài ra, lưu lượng
dòng chảy tổng hợp cả năm qua mặt cắt tại bờ khu vực Nghĩa Hưng – Nam Định có
hướng đi từ bắc xuống nam với lưu lượng khoảng 1.807.000 m3/năm.
Lượng bùn cát của khu vực cửa Sông Đáy được tiếp nhận từ 2 nguồn lớn:
nguồn thứ nhất là nguồn từ Sông Đáy đưa ra khoảng 34.000 tấn bùn cát và nguồn
thứ hai là dòng dọc bờ mang bùn cát từ phía bắc trở xuống khoảng 220.000 tấn bùn
cát.
Xét về tính chất mùa ta thấy rõ: lượng bùn cát từ sông mang ra được vận
chuyển chủ yếu vào mùa mưa, chiếm khoảng 80% tổng lượng bùn cát cả năm (xem
các hình từ 3.16 tới 3.18). Ngoài ra, tốc độ dòng chảy sông lớn mang bùn cát ra xa
bờ, nơi đó chịu động lực biển phân bố bồi tụ trầm tích theo diện rộng. Do đó, độ bồi
tụ đáy vào mùa mưa nhanh hơn và làm cao thêm bề mặt đáy. Sau đó, giai đoạn từ
cuối mùa mưa đến cuối năm 2010 ta thấy: lượng bùn cát vẫn được sông đưa ra
nhưng với nồng độ và lưu lượng thấp, tốc độ dòng chảy yếu không thể đưa bùn cát
ra xa bờ được gây tích tụ tại lòng dẫn sông, cho nên độ cao đáy ở đây được nâng
lên. Còn khu vực ngoài, dưới tác động của thủy động lực biển đã làm thay đổi đáy.
Quá trình thủy động lực mang dòng bùn cát đưa tới cửa sông, rồi lắng đọng
tạo nên các khu vực bồi tụ trước cửa và hai phía của cửa Đáy. Ta thấy rõ khu vực
cửa Sông Đáy có xu thế bồi ở cả 2 bên của cửa, độ cao bồi tụ khoảng 1m. Khu vực
bồi mạnh nhất là khu vực trước cửa Đáy bồi cao đến gần 2m.
Khu vực phía đông cửa Đáy thuộc huyện Nghĩa Hưng – tỉnh Nam Định có
xu thế bồi và hình thành dọc bờ. Khu vực phía tây thuộc huyện Kim Sơn – Ninh
Bình bồi rất mạnh nhưng có xu thế bồi lắng rộng ra ngoài xuống phía nam.
Tóm lại: Khu vực cửa Sông Đáy được tiếp nhận 2 nguồn bổ sung trầm tích
rất lớn từ sông Đáy đưa ra và từ phìa bắc đưa xuống. Các con sông đổ vào khu vực
nghiên cứu đều có lưu lượng dòng chảy lớn mang theo nguồn trầm tích dồi dào.
67
Chế độ thủy động lực của khu vực làm lắng đọng trầm tích ở 2 phía của cửa Đáy.
Dòng bùn cát này bị ngăn lại bởi dòng chảy của sông Đáy và lắng đọng lại ở ven
bờ, lấp đầy khoảng trống giữa cửa Đáy và cồn ngầm ở phía ngoài. Vì vậy, bãi bồi
có diện tích rất lớn và khoảng cách giữa cồn ngầm và bãi bồi phía trong hầu như
không đáng kể.
3.4.2. Tính toán xu thế biến động bùn cát dài hạn có xét đến dâng cao mực nước
biển và mô hình hóa quá trình phát triển cửa Đáy
3.4.2.1. Kịch bản nước biển dâng cho khu vực cửa Đáy
Các kịch bản phát thải khí nhà kính được lựa chọn để tính toán, xây dựng
kịch bản nước biển dâng cho Việt Nam là kịch bản phát thải thấp (kịch bản B1),
kịch bản phát thải trung bình của nhóm các kịch bản phát thải trung bình (kịch bản
B2) và kịch bản phát thải cao nhất của nhóm các kịch bản phát thải cao (kịch bản
A1FI). Các kịch nước biển dâng được xây dựng cho bảy khu vực bờ biển của Việt
Nam sử dụng trong nghiên cứu này được lấy từ Kịch bản biến đổi khí hậu, nước
biển dâng do Bộ tài nguyên và Môi trường công bố năm 2012, theo đó, kịch bản
nước biển dâng cho khu vực Cửa Đáy được đưa ra trong bảng 3.1 và hình 3.25.
Bảng 3.1. Mực nước biển dâng theo các kịch bản phát thải cho khu vực Cửa
Đáy (cm)
Năm Kịch bản cao A1F1 Kịch bản trung bình B2 Kịch bản thấp B1
Cận trên Cận dưới Cận trên Cận dưới Cận trên Cận dưới
2020 9 8 8 7 9 8
2030 14 12 13 11 13 11
2040 19 16 18 15 17 15
2050 27 22 24 20 23 19
2060 36 30 32 25 30 24
2070 47 38 39 31 37 29
2080 59 47 48 37 44 34
2090 72 56 56 43 51 38
2100 86 66 65 49 58 42
68
0
20
40
60
80
100
120
2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
Năm
Mứ
c tă
ng
mự
c nư
ớc
(cm
)
Cận trên - Kịch bản A1FI Cận dưới - Kịch bản A1FI
Cận trên - Kịch bản B2 Cận dưới - Kịch bản B2
Cận trên - Kịch bản B1 Cận dưới - Kịch bản B1
Hình 3.25. Kịch bản mực nước biển dâng tại khu vực cửa Đáy
Theo kịch bản phát thải thấp (B1) thì vào giữa thế kỷ 21, tại khu vực Cửa
Đáy, mực nước biển dâng trong khoảng từ 19-23cm, đến cuối thế kỷ 21, mực nước
biển dâng trong khoảng từ 42-58cm; Theo kịch bản phát thải trung bình (B2) thì vào
giữa thế kỷ 21, tại khu vực Cửa Đáy, mực nước biển dâng trong khoảng từ 20-
24cm, đến cuối thế kỷ 21, mực nước biển dâng trong khoảng từ 49-65cm; Theo kịch
bản phát thải cao (A1FI) thì vào giữa thế kỷ 21, tại khu vực Cửa Đáy, mực nước
biển dâng trong khoảng từ 22-27cm, đến cuối thế kỷ 21, mực nước biển dâng trong
khoảng từ 66-86cm.
3.4.2.2. Cập nhật mực nước biển dâng trong mô hình
Theo như đã trình bày ở phần 3.4.2.1, mực nước biển có xu hướng tăng lên
trong thời gian từ năm 2010 tới 2030. Do đó, trong nghiên cứu này đã sử dụng số
liệu dự báo mức độ tăng của mực nước biển cho khu vực cửa Đáy để thêm vào diễn
biến mực nước (bằng tính toán từ hằng số điều hòa) tại các biên, làm đầu vào cho
mô hình thủy lực MIKE 21 HD.
69
Theo như đã nêu ở trên, giá trị tăng mực nước biển năm 2020 khoảng từ 7 – 9
cm, năm 2030 tăng từ 11 – 14 cm tương ứng với từng kịch bản phát thải (so với mốc
tính là mực nước trong thời kỳ 1980 – 1999). Theo đó, mực nước tăng trung bình
trong giai đoạn từ năm 2010 tới 2030 khoảng 0,5cm/năm. Cho nên, nghiên cứu này
đã sử dụng giái trị tăng 0,5cm/năm là giá trị thêm vào biến trình mực nước trong từng
năm tại các biên để tính toán.
3.4.2.3. Lưu lượng dòng chảy sông
Trong nghiên cứu này, sử dụng giả thiết diễn biến dòng chảy trên 3 sông
Hồng, Ninh Cơ và Đáy trong giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 tương đồng với
giai đoạn từ năm 2010 tới 2030. Do đó, nghiên cứu đã sử dụng số liệu tính toán lưu
lượng tại 3 cửa sông Hồng, Ninh Cơ và Đáy qua các mặt cắt tương ứng là Ba Lạt,
Phú Lễ và Như Tân trong giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 làm số liệu đầu vào.
Số liệu được tính toán bằng mô hình MIKE 11 nhằm đơn giản hóa quá trình mô
phỏng thủy động lực.
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1/1/89 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian
m3/s Lưu lượng
(a) Trạm Ba Lạt trên sông Hồng
70
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
1/1/89 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian
m3/s Luu luong
(b) Trạm Phú Lễ trên sông Ninh Cơ
-1000
0
1000
2000
3000
4000
1/1/89 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian
m3/s Lưu lượng
(c) Trạm Như Tân trên sông Đáy
Hình 3.26. Biến trình lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt các trạm trong 20 năm
3.4.2.4. Kết quả
a) Mô phỏng thủy lực
71
Mực nước
-2
-1
0
1
2
1/1/10 1/1/15 1/1/20 1/1/25 1/1/30
thời gian
(m)
Hình 3.27. Biến trình mực nước tính toán tại điểm gần cửa Đáy (10605’E;
19050’N)
b) Kết quả phân bố bùn cát dài hạn
Hình 3.28. Địa hình khu vực cửa Đáy ban đầu
72
(a)
(b)
Hình 3.29. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 1 năm tính toán
(a)
(b)
Hình 3.30. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 2 năm tính toán
(a)
(b)
Hình 3.31. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 3 năm tính toán
73
(a)
(b)
Hình 3.32. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 4 năm tính toán
(a)
(b)
Hình 3.33. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 5 năm tính toán
(a)
(b)
Hình 3.34. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 10 năm tính toán
74
(a)
(b)
Hình 3.35. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 15 năm tính toán
(a)
(b)
Hình 3.36. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 20 năm tính toán
c) Nhận xét
Nhìn vào các kết quả tính toán ta có thể thấy rõ:
- Hình 3.27: thể hiện kết quả tính toán dao động mực nước của 1 điểm trong
khu vực nghiên cứu có xu hướng tăng, biểu hiện qua đường xu thế màu đỏ đi
lên. Mức độ tăng của dao động mực nước tương ứng với mức độ tăng do
kịch bản nước biển dâng đề xuất ở mục 3.4.2.1.
- So sánh các hình từ 3.29 tới 3.36 với hình 3.28 cho ta thấy địa hình đáy biển
của từng giai đoạn tính toán và mức độ thay đổi địa hình đáy biển của khu
vực nghiên cứu. Có sự sai khác nhất định của địa hình đáy biển sau các
khoảng thời gian tính toán so với địa hình lúc ban đầu. Khu vực có xu thế bồi
mạnh.
75
- So sánh các hình từ 3.29 tới 3.36 với nhau cho ta thấy: địa hình khu vực
nghiên cứu có xu thế bồi tụ mạnh trong 15 năm đầu tiên tính toán, quá trình
bồi tụ mạnh làm bồi lấp luồng vào cửa Đáy. Hậu quả của nó làm thay đổi dòng
chảy. Sau khoảng thời gian 15 năm đã bồi lấp mất luồng vào cửa Đáy, không
còn dòng chảy từ cửa sông đưa ra. Trong khoảng thời gian sau 15 năm chỉ
biến đổi địa hình tại các khu vực đáy ở vùng ngoài.
- Nhìn vào các hình từ 3.29 tới 3.36 có thể nhận thấy các khu vực có biến động
mạnh nhất là: khu vực luồng vào cửa Đáy và khu vực ngoài của cửa Ninh Cơ.
Mức độ biến động lên tới trên 10m.
- Ngoài ra, khu vực luôn luôn được tiếp nhận hàng năm lượng bùn cát rất lớn từ
sông Đáy đưa ra và từ phía bắc đưa xuống. Lượng bùn cát từ phía bắc được
cung cấp do sông Hồng, sông Ninh Cơ. Một phần lượng bùn cát này được đưa
xuống khu vực cửa Đáy gây bồi lấp.
Khu vực cửa Đáy luôn luôn được tiếp nhận một lượng rất lớn bùn cát từ sông
Đáy đưa ra và từ phía bắc đưa xuống. Do đó, khu vực này có xu thế bồi lấp cửa
Đáy, trong khoảng thời gian ngắn nữa cửa Đáy sẽ bị lấp. Nhằm phòng tránh các khó
khăn do bồi lấp cửa Đáy gây ra cần phải có kế hoạch nạo vét cửa, mở rộng luồng
sông. Tỉnh Ninh Bình đã và đang triển khai dự án “Nạo vét sông Đáy đoạn từ cầu
Gián Khẩu đến cửa Đáy và các tuyến nhánh qua sông Đáy để thoát lũ cho sông
Hoàng Long, tỉnh Ninh Bình” để tránh sự cố do bồi lấp luồng vào cửa Đáy.
Quá trình tính toán đã cho thấy xu thế bồi tụ khu vực cửa Đáy, kết quả này
tương đối chính xác với các nghiên cứu gần đây về khu vực này. Tuy nhiên, cần có
những căn cứ khoa học hơn nữa ví dụ như kiểm nghiệm mô hình tính lan truyền bùn
cát (MIKE 21 ST) để có thể đưa ra thời gian bồi lấp mất cửa Đáy. Đây cũng là lý do
tại sao mà cửa Đáy thường xuyên phải nạo vét để có thể lưu thông hàng hải bình
thường và hàng năm có nhiều diện tích đất được bồi tụ.
Ngoài ra, qua nghiên cứu này cho thấy mức độ cấp thiết của các số liệu đo
đạc về sóng, dòng chảy, lưu lượng để cho kết quả tốt hơn, phù hợp với thực tế hơn.
76
3.4.3. Tính toán biến đổi đường bờ có xét đến dâng cao mực nước biển do biến
đổi khí hậu
3.4.3.1. Điều kiện tính toán
Trong nghiên cứu biến động đường bờ có xét đến mực nước biển dâng do
biến đổi khí hậu, để kiểm nghiệm lại độ đúng đắn của tính toán bằng cách so sánh
đường bờ tính toán với đường bờ thu được từ ảnh vệ tinh. Do đã có bộ ảnh vệ tinh
đường bờ khu vực ở các mốc thời gian là các năm 1990, 2001 và năm 2010 cho nên
ở nghiên cứu này đã tính toán với quãng thời gian là 20 năm bắt đầu từ năm 1990.
Tuy nhiên, khó khăn gặp phải là không có trường địa hình, không có bộ thông số
lưu lượng cũng như dòng chảy từ các sông đưa ra từ năm 1990, cho nên để đơn giản
tác giả đã sử dụng các điều kiện tính toán sau:
- Trong mô hình Litpack các pro ile mặt cắt chỉ có sự thay đổi theo hướng tịnh
tiến ra xa ngoài bờ được lấy tại mốc năm 2010 thay cho mốc năm 1990.
- Quá trình biến đổi lưu lượng, tốc dộ dòng chảy từ năm 2010 tới năm 2030
chính là quá trình biến đổi từ năm 1990 tới năm 2010.
- Tốc độ tăng của mực nước biển dâng do BĐKH trong giai đoạn từ năm 2010
tới năm 2030 bằng với giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010.
3.4.3.2. Bộ thông số đầu vào
- Dữ liệu đầu vào
+ Dữ liệu về địa hình: được xác định thông qua số liệu địa hình trình bày ở
phần trên.
+ Dữ liệu về trầm tích: Với kích thước hạt trung bình tại khu vực nghiên cứu
được lấy là 0.17mm, độ chọn lọc 1.44
+ Dữ liệu về mực nước: lấy mực nước trung bình là 0
+ Dữ liệu về sóng: được lấy từ số liệu sóng tính toán bằng mô hình MIKE 21
SW cho khu vực nghiên cứu.
+ Dữ liệu về dòng chảy: được lấy từ bộ số liệu tính toán bằng mô hình MIKE
21 FM.
77
+ Dữ liệu về gió: Bộ thông số về trường gió được lấy theo các đặc trưng gió
thống kê tại trạm Văn Lý.
* Xác định vị trí đường bờ
Số liệu đường bờ được lấy từ ảnh vệ tinh năm 1989 làm số liệu phục vụ tính
toán. Vị trí đường bờ được xác định là khoảng cách từ đường bờ tới đường cơ sở.
Có thể định nghĩa đường cơ sở là một đường thẳng tương đối song song với đường
bờ mà quá trình bồi xói không vượt quá ranh giới đó.
Hình 3.37. Đường bờ và đường cơ sở
Trong nghiên cứu này, khu vực cửa Đáy được mô phỏng dựa trên đường cơ
sở có hệ số góc =1, tương đối song song với đoạn bờ cần tính toán, chi tiết biểu diễn
qua hình ảnh dưới đây, đường bờ gồm 550 điểm, mỗi điểm cách nhau 30m. Ứng với
mỗi điểm sẽ có một mặt cắt địa hình với 2 mặt cắt địa hình đặc trưng cho 2 phía của
cửa sông. Mỗi mặt cắt địa hình chứa 600 nút điểm, mỗi nút điểm cách nhau 30m.
78
(a)
(b)
Hình 3.38. Đường cơ sở, khu vực nghiên cứu (a) và biểu diễn đường bờ năm
1989 (b) trên đường cơ sở
79
(a) Phân bố mặt cắt địa hình đặc trưng trong tính toán biến đổi đường bờ
Mặt cắt địa hình MC1
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 vị trí
m
(b) Mặt cắt địa hình MC1
Mặt cắt địa hình MC2
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 vị trí
m
(c) Mặt cắt địa hình MC2
Hình 3.39. Phân bố mặt cắt địa hình và địa hình sử dụng trong nghiên cứu
+ Thời gian tính toán: 40 năm từ 01/01/1990 tới 01/01/2030.
80
3.4.3.3. Kết quả tính toán
0
5000
10000
15000
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451vị trí
m ĐB tính toán 2001 ĐB tính từ ảnh vệ tinh 2001
Hình 3.40. So sánh đường bờ tính toán bằng mô hình và đường bờ trích ra từ số
liệu vệ tinh năm 2001
0.00
5000.00
10000.00
15000.00
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451vị trí
mĐB tính toán 2010 ĐB tính từ ảnh vệ tinh 2010
Hình 3.41. So sánh đường bờ tính toán bằng mô hình và đường bờ trích ra từ số
liệu vệ tinh năm 2010
81
Biến đổi ĐB giai đoạn 1990 - 2001 (ve tinh)
0
200
400
600
800
1000
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451vị trí
m
Hình 3.42. Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm 1990
tới năm 2001 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh)
Biến đổi ĐB giai đoạn 1990 - 2010 (ve tinh)
0
200
400
600
800
1000
1200
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451vị trí
m
Hình 3.43. Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm 1990
tới năm 2010 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh)
Nhận xét:
Nhìn vào số liệu tính toán đường bờ cho thấy: Kết quả tính toán tương đối
phù hợp với số liệu được lấy theo đường bờ từ ảnh vệ tinh kể cả năm 2001 và năm
2010. Đường bờ đoạn phía huyện Kim Sơn tỉnh Ninh Bình có hiện tượng bồi tụ
nhưng không nhiều, còn đoạn bờ phía bờ đông thuộc huyện Nghĩa Hưng tỉnh Nam
Định thì đang bồi tụ rất mạnh. Khu vực giáp ranh với cửa Đáy lấn ra biển hàng năm
khoảng gần 300m. Tuy nhiên, do khu vực phía đông của cửa Đáy có hiện tượng bồi
82
tụ rất mạnh, khi tham chiếu lên đường cơ sở đã không mô phỏng được rõ ràng nên
kết quả tính toán còn nhỏ hơn so với số liệu đường bờ lấy từ ảnh khoảng 500m.
Theo kết quả được trình bày trong các hình từ 3.44 tới 3.46 cho thấy: khu
vực hai phía bờ của Cửa Đáy có xu thế bồi tụ lấn ra biển. Khu vực bờ phía đông cửa
Đáy (huyện Nghĩa Hưng tỉnh Nam Định) bồi tụ mạnh hơn khu vực bờ phía tây cửa
Đáy (huyện Kim Sơn tỉnh Ninh Bình). Khu vực có mức độ biến động mạnh nhất là
hai bờ của cửa Đáy, tốc độ lên tới 80m/năm (trong mô hình là các vị trí từ 230 tới
400). Khu vực có tốc độ bồi tụ nhỏ nhất trong nghiên cứu này là khu vực giáp ranh
với tỉnh Thanh Hóa (vị trí từ 0 cho tới 70), tốc độ chỉ khoảng 1m/năm.
Nhìn chung kết quả trong nghiên cứu trong giai đoạn từ năm 1990 tới 2010
cho thấy hai phía bờ của cửa Đáy đang có xu thế bồi và đặc biệt là phía đông cửa
Đáy đang bồi tụ rất mạnh. Kết quả này phù hợp với thực tế.
83
KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khu vực cửa Đáy có xu thế bồi tụ là chủ yếu, tạo
thành các cồn cát trước cửa Đáy và các doi cát dọc bờ thuộc địa phận huyện Nghĩa
Hưng tỉnh Nam Định. Nguyên nhân do khu vực này được tiếp nhận 2 nguồn bổ
sung trầm tích từ: i) sông Đáy đưa ra và lắng động dưới tác động của động lực biển;
ii) lượng bùn cát được vận chuyển dọc theo bờ biển từ phía bắc (cửa Ba Lạt và Ninh
Cơ). Ngoài ra, qua nghiên cứu này cho thấy, vào 4 tháng mùa mưa từ tháng 6 tới
tháng 10 lượng trầm tích tích được các con sông đưa ra chiếm khoảng 80% lượng
trầm tích cả năm.
Khu vực cửa Đáy luôn luôn được tiếp nhận một lượng rất lớn bùn cát từ sông
Đáy đưa ra và từ phía bắc đưa xuống. Do đó, khu vực này có xu thế bồi lấp cửa
Đáy, trong khoảng thời gian ngắn nữa (theo tính toán có thể 15 năm) cửa Đáy sẽ bị
lấp nếu không có kế hoạch nạo vét luồng vào cửa. Để tránh các khó khăn do bồi lấp
cửa Đáy gây ra cần phải có kế hoạch nạo vét cửa, mở rộng luồng sông. Tỉnh Ninh
Bình đã và đang triển khai dự án “Nạo vét sông Đáy đoạn từ cầu Gián Khẩu đến
cửa Đáy và các tuyến nhánh qua sông Đáy để thoát lũ cho sông Hoàng Long, tỉnh
Ninh Bình” để tránh sự cố do bồi lấp luồng vào cửa Đáy.
Vấn đề vận chuyển trầm tích và biến động hình thái – địa mạo sông, cửa sông
và ven biển vẫn là vấn đề khó khăn cả trong lý thuyết và thực tiễn. Nghiên cứu này
đã ứng dụng bộ mô hình MIKE nhằm phân tích xu thế bồi tụ và xói lở cũng như các
mối tương tác Biển – Lục địa khu vực cửa Đáy. Tuy nhiên, do điều kiện hạn chế về
mặt thời gian và số liệu, nghiên cứu này chỉ xem xét và đánh giá được xu thế biến
động địa hình cũng như đường bờ ở các điều kiện khí hậu đặc trưng. Do vậy, để
đánh giá hiện tượng một cách đầy đủ và khách quan, trong các nghiên cứu tiếp theo,
cần xem xét đánh giá bổ sung những hạn chế trên.
Bộ mô hình MIKE đã được sử dụng trong nghiên cứu, đánh giá và phân tích
xu thế bồi xói và vận chuyển trầm tích tại khu vực cửa sông Đáy và cho kết quả khả
quan. Qua đó khẳng định, có thể sử dụng bộ mô hình MIKE trong nghiên cứu tương
tác các quá trình thủy thạch động lực.
84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2011), Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển
dâng cho Việt Nam.
2. Đặng Ngọc Thành, Phạm Văn Ninh, Mai Thanh Tân…(2005), Chuyên khảo
Biển Đông, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội.
3. Đỗ Minh Đức (2004), Nghiên cứu sự hình thành và biến đổi quá trình bồi tụ-
xói lở ở đới ven biển Thái Bình-Nam Định, Luận án Tiến sĩ chuyên ngành
Địa chất công trình.
4. Lương Phương Hậu, Trịnh Việt An, Lương Phương Hợp (2002), Diễn biến
cửa sông vùng đồng bằng Bắc Bộ, Nhà xuất bản Xây dựng.
5. Nguyễn Biểu, Vũ Trường Sơn, Dương Văn Hải và nnk (2001), Địa chất
khoáng sản biển nông ven bờ (0-30 m nước) Việt Nam tỷ lệ 1/500.000. Lưu
trữ ĐC, Hà Nội.
6. Nguyễn Thị Hải Lý, Lương Phương Hậu (2004), “Ứng dụng Litpack trong
nghiên cứu diễn biến cửa sông và bờ biển”, Tạp chí GTVT số 10.
7. Nguyễn Thế Tưởng, Sổ tay tra cứu các đặc trưng khí tượng thủy văn vùng
thềm lục địa Việt Nam, NXB Nông Nghiệp, 2000.
8. Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn, Đặng Đình Khá
(2010), “Biến động trầm tích và diễn biến hình thái khu vực cửa sông ven
bờ Cửa Tùng, Quảng Trị”, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, khoa học tự nhiên
và công nghệ, tập 26, số 3S, 427.
9. Nguyen Xuan Hien, Duong Ngoc Tien, Le Quoc Huy, Nguyen Tho Sao
(2012), “Long-term sediment distribution calculation taking into account
sea level rise and theb development o Day estuary”, Tạp chí khoa học
ĐHQGHN, khoa học tự nhiên và công nghệ, tập 28, số 3S, tr.57 - 62.
10. Nguyễn Xuân Hiển, Dương Ngọc Tiến (2012) Nguyễn Thọ Sáo. “Tính toán
và phân tích xu thế bồi tụ, xói lở khu vực Cửa Đáy”, Hội thảo khoa học
Quốc Gia về KT, TV, MT & BĐKH, lần thứ XV,Viện KH KTTV&MT, Tập 2,
tr.241-246.
11. Phạm Quang Sơn (2004), “Diễn biến lòng dẫn hạ lưu sông Hồng trong 15 năm
vận hành khai thác nhà máy thủy điện Hoà Bình” TC Các Khoa học về Trái
đất, 26/4: 520-531. Hà Nội.
12. Trần Việt Liễn, Hoàng Đức Cường, Trương Anh Sơn, Trần Trung Thành
(2006), “Xây dựng các kịch bản (scenarios) về biến đổi khí hậu của thế kỷ
85
XXI cho các vùng thuộc lãnh thổ Việt Nam”, Tạp chí KTTV số 541 (tháng 1
năm 2006), Hà Nội.
Tiếng Anh
13. Aslak Grinsted, J. C. Moore & S. Jevrejeva (2009), Reconstructing sea level
from paleo and projected temperatures 2000 to 2100 ad.
14. A.M. prospathopoulos, A. Sotiropoulos, E. Chatziopoulos, C.H. Anagnostou
(2004), “Cross-shore profile and coastline changes of a sandy beach in
Pieria, Greece, based on measurements and numerical simulation”,
Mediterranean Marine Science, vol 5/1.
15. Cazenave, A., and R. S. Nerem (2004), “Present-day sea level change:
Observations and causes”, Rev. Geophys., 42, RG3001.
16. DHI (2003), An Intergrated Modelling System for Littoral Processes and
Coastline Kinetics, Short Introduction and Tutorial, DHI Software.
17. Hidalgo, H. G., M. D. Dettinger, and D. R. Cayan (2008), “Downscaling with
Constructed Analogues: Daily Precipitation and Temperature Fields over
the United States”. California Energy Commission, PIER Project Report,
2008.
18. Houghton, J.T., Meira Filho, L.G., Callander, B.A., Harris, N., Kattenberg,
A., Maskell, K. (1996), “Climate Change 1995: The Science o Climate
Change”. Contribution of Working Group I to the Second Assessment
Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge
Univ. Press, Cambridge, UK, pp. 363-397.
19. Jianjun Yin (2009), Sea level rise due to global warming poses threat to New
York City.
20. John A.Church, Neil J. White (2006), “A 20th century acceleration in global
sea level rise”, Geophysical research letter.
21. MIKE 21 FLOW Model (2005), Hydrodynamic Module – Scientific
Documentation, DHI Software.
22. MIKE 21 ST Non-Cohesive Sediment Transport Module (2005), User Guide,
DHI Softwave.