Thạc Sĩ Ứng dụng mô hình (VNU/MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu vực cửa sông

ĐẶT VẤN ĐỀ
Vận chuyển bùn cát vùng cửa sông ven biển là một quá trình động lực phức
tạp, đa chiều, nhiều quy mô. Mô hình hóa mô tả cả trầm tích và các chuyển động
của môi trường xung quanh (nước) và tương tác giữa chúng. Nhiều vấn đề phát sinh
từ bản chất đa quy mô tự nhiên của những vấn đề được nghiên cứu: mô hình ven
biển thường được phát triển với quy mô ít nhất hàng chục mét, lớn hơn nhiều so với
các quá trình vật lý xảy ra như rối, tương tác trầm tích-trầm tích và tướng tác trầm
tích với chất lỏng. Các hiệu ứng 3D quan trọng xuất hiện ở các vùng với độ nghiêng
lớn, tạo ra dòng chảy thứ cấp giữ vai trò quan trọng cho sự tích tụ trầm tích dọc cửa
sông. Trong thực tế, khi không có gradient mật độ lớn, vận tốc chìm lắng và sự
tương tác đáy-nước tạo ra gradient thẳng đứng của trầm tích lơ lửng. Vì vậy,
phương pháp tiếp cận mô hình 3D là phương pháp đầy đủ nhất cho các mục đích
mô tả vận chuyển trầm tích. Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học
máy tính đã đem lại nhiều thuận lợi trong các tính toán khoa học nói chung và
ngành khoa học biển nói riêng. Việc ứng dụng các mô hình chạy trên các máy tính
trong nghiên cứu, tính toán đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam.
Các mô hình được ứng dụng phổ biến trong hải dương học có thể kể đến như:
MIKE, SMS, DELFT, ROM, POM, GHER, ECOMSED
Việt Nam là quốc gia có vùng biển lớn ở khu vực Đông Nam Á. Nhiều
ngành, nhiều lĩnh vực kinh tế mũi nhọn của Việt Nam đều gắn với biển như dầu khí,
nuôi trồng, khai thác và chế biến thủy sản, hàng hải và du lịch biển Việt Nam có
vùng biển đặc quyền kinh tế rộng hơn 1.000.000 km2, gấp 3 lần diện tích đất liền,
có hơn 3000 đảo lớn, nhỏ. Việt Nam có vị trí địa - kinh tế và địa - chiến lược đặc
biệt, nằm trên các tuyến giao thông hàng hải quốc tế chủ yếu của thế giới. Nước ta
có trên 3.260 km bờ biển, với nhiều hệ thống cảng biển như: Của ông, Cái Lân, Hải
Phòng, Đình Vũ, Nghi Sơn, Hòn La, Vũng Áng, Chân Mây, Dung Quất, Vân
Phong, Thị Vải . đủ điều kiện vận chuyển hàng trăm triệu tấn hàng hóa thông quan
mỗi năm, đồng thời đảm bảo cho ngành sửa chữa, đóng mới phương tiện thủy và
9
các ngành dịch vụ biển phát triển cả trong hiện tại và tương lai. Dọc bờ biển Việt
Nam, trung bình cứ 20 km đường bờ biển sẽ có 1 cửa sông, với nhiều vũng, vịnh
ven biển. Đây là những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển hàng hải và kinh tế
biển nói chung.
Hải Phòng là thành phố ven biển trực thuộc trung ương, là trung tâm kinh tế
của khu vực Đông Bắc Bộ. Cho đến nay, kinh tế cảng vẫn là ngành kinh tế đóng vai
trò chính trong nền kinh tế. Hải Phòng có 2 cảng biển lớn là cảng Hải Phòng và
cảng Đình Vũ. Vùng biển Hải Phòng có 5 cửa sông đổ ra là cửa Bạch Đằng, Cấm,
Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình. Chế độ thủy thạch động lực học ở đây rất phức tạp
do chịu tác động đồng thời của cả sông và biển. Việc nghiên cứu, tính toán chế độ
thủy động lực và vận chuyển trậm tích trong khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng
là rất cần thiết. Nghiên cứu sẽ cung cấp bức tranh chung về trường dòng chảy,
những đặc điểm cơ bản của quá trình vận chuyển trầm tích trong khu vực giúp công
tác quản lý, quy hoạch tuyến luồng tàu, tính toán sa bồi luồng nhằm đóng góp một
phẩn nhỏ cho các yêu cầu thực tế đặt ra. Mô hình số trị hoàn toàn có thể đáp ứng
được các mục đích trên, mô tả chi tiết của trường thủy động lực và diễn biến quá
trình lan truyền trầm tích trong khu vực.
Với những lý do trên học viên đã lựa chọn đề tài luận văn là: “Ứng dụng mô hình (VNU/MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng”.
Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Mô hình VNU/MDEC
Chương 3: Kết quả nghiên cứu

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ . 4
DANH MỤC BẢNG 7
ĐẶT VẤN ĐỀ . 8
Chương 1. TỔNG QUAN 10
1.1. Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích . 10
1.1.1. Các nghiên của nước ngoài 10
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước 15
1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 17
2.2.1. Phạm vi nghiên cứu 17
2.2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy - hải văn . 17
2.2.3. Đặc điểm trầm tích . 24
Chương 2. MÔ HÌNH VNU/MDEC . 26
2.1. Mô hình thủy động lực . 26
2.1.1. Hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy . 26
2.1.2. Phương pháp biến đổi tọa độ cong σ 30
2.1.3. Điều kiện biên trong mô hình 32
2.1.4. Điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo 34
2.2. Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng 35
2.2.1. Hệ phương trình lan truyền và khuếch tán vật chất 35
2.2.2. Mô hình biến đổi độ dày lớp trầm tích đáy lỏng . 39
2.3. Các phương pháp tham số hóa của mô hình . 40
2.3.1. Phương pháp thể tích hữu hạn 40
2.3.2. Sơ đồ lưới tính Arakawa C rời rạc hóa theo không gian . 41
3
2.2.3. Phương pháp tách mod ( mode- splitting) . 44
2.3. Số liệu đầu vào . 46
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU . 47
3.1. Triển khai mô hình . 47
3.1.1. Các phương án tính toán 47
3.1.2. Điều kiện tính toán . 50
3.1.3. Kết quả hiệu chỉnh mô hình 51
3.2. Kết quả tính toán chế độ thủy động lực 52
3.2.1. Trường dòng chảy và mực nước triều . 52
3.2.2. Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 1 (khi tính đến thủy
triều và lưu lượng sông) 55
3.2.3. Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 2 (khi tính đến thủy
triều, lưu lượng sông và gió theo 2 mùa) . 59
3.3. Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng 63
3.3.1. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của thủy triều 63
3.3.2. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng
hợp 1 . 67
3.3.3. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng
hợp 2 . 70
3.4. Ảnh hưởng của các cửa sông Lạch Tray, Nam Triệu đến chế độ thủy
động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực 74
KẾT LUẬN 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78