Thạc Sĩ Nghiên cứu chế độ sóng, dòng chảy và vận chuyển trầm tích vùng nước biển ven bờ Nam Định ds

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài:

Lan truyền sóng biển, vận chuyển trầm tích và bồi xói là những lĩnh vực khoa học quan trọng, được các nhà khoa học rất quan tâm. Trong thực tế, sóng và vận chuyển trầm tích nói chung, gây xói lở và gây ảnh hưởng tiêu cực đến các hoạt động kinh tế xã hội ở nhiều vùng ven biển. Nhiều giải pháp quản lý, kỹ thuật khác nhau đã được xây dựng nhằm giải quyết vấn đề trên và tính toán mô hình là một trong những công cụ quan trọng giúp ích cho việc xây dựng các giải pháp đó. Tỉnh Nam Định có trên 72 km bờ biển và là hạ lưu của nhiều sông lớn như: sông Hồng, sông Ninh Cơ, sông Đáy. Đây là khu vực đặc thù, thể hiện đầy đủ các tác động ảnh hưởng đến bãi biển, bờ biển.

Nguyên nhân gây ra sự bồi xói vùng ven biển là do tác động của sóng và dòng chảy làm cho bùn cát dịch chuyển theo hai hướng: vuông góc với bờ (cross shore) và dọc theo bờ (long shore). Quá trình bồi xói xảy ra trong thời gian dài (long term) sẽ làm biến đổi đường bờ và được xem như là hệ qủa của sự chuyển dịch bùn cát dọc bờ. Nhiều khu vực tại vùng bờ biển Nam Định, đặc biệt là đoạn bờ trong khoảng từ Văn Lý tới Thịnh Long đã và đang bị xói lở mạnh. Trong những năm gần đây, quy mô và cường độ xói lở có chiều hướng gia tăng. Đặc biệt, trong cơn bão số 7 ngày 27 tháng 9 năm 2005, rất nhiều đoạn đê biển trong khu vực này như đê biển Hải Triều, Hải Hoà, Hải Thịnh đã bị vỡ, gây ngập lụt cho những khu vực rộng lớn ven bờ. Đặc biệt, tại một số địa điểm du lịch như bãi biển Thịnh Long, sóng kết hợp với nước dâng trong bão phá huỷ toàn bộ con đường ven biển và nhiều nhà nghỉ.

Thông thường, tại một số vùng biển, đặc biệt là biển miền Trung, hiện tượng xói lở xảy ra vào mùa đông, khi sóng lớn kết hợp với triều cường tấn công vào bờ, đào các hố xói tại bãi và làm sạt lở bờ biển và các công trình xây dựng trên bờ. Vào mùa hè, sóng lặng hơn và sóng lừng mang cát từ ngoài xa vào bồi lại bãi. Tuy nhiên, cơ chế xói lở tại bãi biển Nam Định vẫn chưa rõ ràng. Đối với vùng biển này, hiện tượng xói lở xảy ra thường xuyên trong cả năm, nhưng mạnh hơn vào mùa đông. Quá trình diễn biến xói lở bờ biển do tác động của sóng là một quá trình khá phức tạp, nó bị tác động bởi các yếu tố như chiều cao sóng, vị trí sóng vỡ, dòng chảy do sóng vỡ, ứng suất do sóng tác dụng trên đáy, lượng bùn cát chuyển dịch và cách thức biến dạng mái dốc bờ biển.

Hình 1. Một số hình ảnh xói lở bờ biển Nam Định

Để nghiên cứu bài toán xói lở đối với khu vực biển Nam Định, cần nghiên cứu trong mối quan hệ tổng thể giữa các tác động liên quan hoạt động kinh tế xã hội và do tự nhiên gây ra. Về mặt tự nhiên, cần xét đến sự tác động tổng hợp của các tác nhân, sóng, dòng chảy, thủy triều, nước dâng, . Vì vậy, đề tài Nghiên cứu chế độ song, dòng chảy và vận chuyển trầm tích được lựa chọn. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn này, chỉ tập chung vào nghiên cứu, tính toán phân bố trường sóng, dòng chảy sóng và lượng vận chuyển cát gây ra do sóng đối với vùng nước biển ven bờ Hải Hậu - Nam Định.

Mô hình là công cụ quan trọng, hỗ trợ xây dựng các giải pháp quản lý nhằm giảm thiểu thiệt hại và phòng ngừa các tác động của biển. Mô hình MIKE được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới và Việt Nam, có đủ các chức năng đáp ứng việc giải quyết bài toán thực tế. Mô đun liên hợp Mike21 coupled model FM (hai chiều) trong bộ chương trình được sử dụng cho nghiên cứu này. Mô đun này liên kết giữa các mô đun tính toán dòng chảy (Mike21HD FM), mô đun tính toán sóng (Mike21 SW FM), mô đun tính toán vận chuyển cát (Mike21ST FM) với lưới phi cấu trúc (phần tử hữu hạn) phù hợp tốt với các dạng đường bờ và địa hình phức tạp.

Mục đích của đề tài: Việc sử dụng công cụ mô hình vào các bài toán thực tế còn nhiều khó khăn và hạn chế. Trong tực tế, thường không có nhiều thực nghiệm về các hệ số của mô hình cũng như các số liệu đo đạc hiện trường phục vụ cho các tham số đầu vào. Vì vậy, mục đích của nghiên cứu này là thử nghiệm áp dụng các mô đun của bộ chương trình MIKE nhằm tính toán các đặc trưng trường sóng, dòng chảy sóng và vận chuyển tầm tích gây ra do sóng. Do vậy, bố cục của luận văn gồm các phần như sau:

MỞ ĐẦU
Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu.
Chương 2: Giới thiệu các mô đun trong hệ thống mô hình Mike được áp dụng trong nghiên cứu của luận văn.
Chương 3: Tính toán các đặc trưng sóng, dòng chảy và vận chuyển trầm tích vùng nước biển ven bờ Nam Định.
Chương 4: Các kết quả và thảo luận
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Mục lục
Lời cảm ơn 1
Mục lục . 4
MỞ ĐẦU 6
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 9
1.1. Chế độ gió . 10
1.2. Chế độ sóng . 11
1.3. Chế độ thủy triều và nước dâng . 12
1.4. Đặc điểm địa mạo 13
1.5. Đặc điểm địa hình vùng ven bờ . 15
1.6. Chế độ dòng chảy 15
1.7. Diễn biến các cửa sông 17
1.8. Tình hình xói lở và biến đổi đường bờ khu vực Hải Hậu 18
Chương 2. GIỚI THIỆU CÁC MÔ ĐUN TRONG HỆ THỐNG MÔ HÌNH
MIKE ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN . 21
2.1. Sơ lược về các bộ chương trình thủy động lực 21
2.2. Giới thiệu mô hình MIKE 21FM . 26
2.3. Giới thiệu mô đun tính sóng Mike21 SW 28
2.4. Giới thiệu mô đun dòng chảy Mike21 HD FM . 34
2.5. Giới thiệu mô đun tính vận chuyển trầm tích Mike21 ST FM . 37
2.6. Sự liên kết giữa các mô đun . 40
Chương 3. SỬ DỤNG MÔ HÌNH MIKE TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC
TRƯNG SÓNG, DÒNG CHẢY VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH
VÙNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ NAM ĐỊNH . 42
3.1. Thu thập số liệu khảo sát thực địa . 42
3.2. Tính toán các đặc trưng trường sóng 44
3.2.1. Hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình sóng 48
3.2.2. Tính toán các đặc trưng trường sóng . 53
3.3. Tính toán trường dòng chảy sóng 58
3.4. Tính toán vận chuyển trầm tích 59
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60
4.1. Kết quả các phương án tính sóng 60
4.2. Kết quả các phương án tính dòng chảy sóng 67
4.3. Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích . 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 78
Phụ lục 1: Kết quả tính toán phân bố trường sóng của 20 phương án. 82
Phụ lục 2: Kết quả các phương án tính dòng chảy sóng . 103
Phụ lục 3: Kết quả các phương án tính vận chuyển trầm tích . 109