ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM VĂN TIẾN

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH (VNU/MDEC) TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG

VEN BIỂN HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Phạm Văn Tiến

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH (VNU/MDEC) TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG

VEN BIỂN HẢI PHÒNG

Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 60 44 97

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Đinh Văn Ưu

HÀ NỘI – 2012

Lời cảm ơn

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn trực tiếp của

GS. TS. Đinh Văn Ưu. Bên cạnh đó còn có sự đóng góp ý kiến quý báu

của các Thầy, Cô trong khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, các

anh chị cùng lớp và các đồng nghiệp trong Trung tâm Nghiên cứu Biển

và Tương Tác Biển -Khí quyển.

Trước tiên em xin chân thành cảm ơn GS. TS. Đinh Văn Ưu người

trực tiếp chỉ dạy, giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong khoa Khí tượng

Thủy văn và Hải dương học đã dạy và giúp đỡ em hoàn thành khóa học.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Nghiên

cứu Biển và Tương tác Biển – Khí quyển, lãnh đạo Viện Khoa học Khí

tượng Thủy văn và Môi trường đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi

cho tôi hoàn thành khóa học, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong

thời gian tôi học tập.

Luận văn được hoàn thành trong khuôn khổ tham gia đề tài

QGTĐ 04-11. Tác giả cảm ơn vì sự hỗ trợ này.

Phạm Văn Tiến

2

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

4

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Hoa gió trạm Hòn Dáu tháng 1 (a) và tháng 7 (b).................. 18

Hình 2.2. Sơ đồ lới 3D Arakawa C ....................................................... 42

Hình 2.3. Địa hình khu vực nghiên cứu ................................................ 46

Hình 3.1. Vị trí các điểm, các mặt cắt ................................................... 51

Hình 3.2. Biến trình mực nước tính toán và thực đo tại điểm P5........... 52

Hình 3.3. Trường mực nước tại thời điểm 35h khi chỉ tính đến thủy triều..................................................................................................................... 52

Hình 3.4. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khi chỉ tính đến thủy triều................................................................................... 53

Hình 3.5. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 115h khi chỉ tính đến thủy triều................................................................................... 53

Hình 3.6. Biến trình mực nước vận tốc dòng chảy tại cửa Nam Triệu và Lạch Huyện khi chỉ tính đến thủy triều......................................................... 54

Hình 3.7. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 44h khi chỉ tính đến thủy triều................................................................................... 55

Hình 3.8. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 50h khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu.............................................. 57

Hình 3.9. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 66h khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại ............................................... 57

Hình 3.10. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 gần cửa Lạch Tray khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu (HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại (HP03) ......................................................................................................... 58

5

Hình 3.11. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 gần cửa Nam Triệu khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu (HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại (HP03) ......................................................................................................... 58

Hình 3.12. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông ............ 60

Hình 3.13. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 122h khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa kiệt và gió hướng Bắc.............. 60

Hình 3.14. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 141h khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướng Đông Nam...... 61

Hình 3.15. Trường mực nước và dòng chảy tầng mặt tại thời điểm 341h khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướngNam ................ 61

Hình 3.16. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Nam........................... 62

Hình 3.17. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Nam (HP07) ........ 62

Hình 3.18. Nồng độ trầm tích lơ lửng khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt .................................................. 64

Hình 3.19. Nồng độ trầm tích lơ lửng lửng khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ ........................................ 65

Hình 3.20. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán tại điểm P4 khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ.................... 66

6

Hình 3.21. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ ............. 67

Hình 3.22. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông nhỏ nhất và nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt ............................................................................................................... 68

Hình 3.23. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ..................................................................................................................... 68

Hình 3.24. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ ......................................................................................... 69

Hình 3.25. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt và gió hướng Đông....................................................................................... 70

Hình 3.26. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt và gió hướng Bắc ......................................................................................... 71

Hình 3.27. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ và gió hướng Đông Nam ................................................................................... 72

Hình 3.28. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt và gió hướng Nam........................................................................................ 73

Hình 3.29. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt và gió hướng Nam ................................................................ 73

7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Vận tốc gió và độ cao sóng trung bình nhiều năm tại trạm Hòn Dáu .............................................................................................................. 23

Bảng 1.2. Kích thước các loại hạt trầm tích [8]..................................... 25

Bảng 3.1. Các phương án tích toán ....................................................... 47

8

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

10

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích

1.1.1. Các nghiên của nước ngoài

Vận chuyển trầm tích được nghiên cứu từ rất sớm như ở Trung Quốc cổ đại,

Lương Hà, Hy Lạp và Đế quốc La Mã. Nghiên cứu bằng phương pháp lý thuyết và

thực nghiệm sớm nhất được thực hiện bởi nhà khoa học DuBuat (1738-1809) người

Pháp. Ông xác định vận tốc dòng chảy gây ra xói mòn đáy, trong đó có xem xét đến

sự khác nhau của vật liệu đáy. DuBuat đã phát triển khái niệm ma sát trượt. Hagen

(1797-1884) người Đức và Dupuit (1804-1866) người Pháp mô tả về chuyển động

dọc theo đáy và chuyển động lơ lửng của trầm tích. Brahms (1753) đề xuất một

công thức tính vận tốc tới hạn trên đáy với vật liệu là đá. Công thức vận tải đáy đầu

tiên dựa vào độ dốc và độ sâu được DuBoys (1847-1924) người Pháp đề xuất, Ông

khái quát quá trình vận chuyển như chuyển động của các hạt trầm tích trong một

loạt các lớp.

Đến khoảng năm 1900, mô hình biến đổi đáy đầu tiên được Fargue (1827-

1910) người Pháp và Reynolds (1892-1912) người Anh xây dựng. Cơ sở nghiên cứu

vận chuyển trầm tích trong các máng thí nghiệm được bắt đầu bởi Engels (1854-

1945) người Đức và Gilbert (1843-1918) người Mỹ.

Lý thuyết vận chuyển trầm tích được viết bởi Forchheimer (1852-1933) và

Schoklitsch (1888-1969) người Đức. Đến năm 1914, phát triển phương trình tích

ứng suất trượt đáy tới hạn (bắt đầu chuyển động của một hạt) theo chiều dọc của

đáy dốc. Phương trình tương tự cho một hạt dừng chuyển động theo chiều ngang

một đáy dốc được Leiner đề xuất năm 1912. Năm 1936, Shields có một đóng góp

quan trọng liên quan đến ứng suất trượt đáy tới hạn cho sự khởi đầu chuyển động

của các hạt trầm tích. Các đường cong được đề xuất gọi là đường cong “Shislds”.

Các nghiên cứu đầu tiên liên quan đến động lực học chất lỏng và vận chuyển

bùn cát được thực hiện bởi Bagnold năm 1936, 1937. Đến năm 1950, Einstein và

11

các cộng sự nhờ vào sự phát triển của năng lực tính toán, biến các mô hình toán vận

chuyển bùn cát thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực khoa học ven biển. Năm

1967, Robert P. Apmann và Ralph R. Rumer nghiên cứu quá trình phát tán các hạt

trầm tính do khuếch tán rối trong dòng chảy bất đồng nhất dựa trên mô hình toán.

Thí nghiệm được tiến hành trong một máng dài với 3 lớp trầm tích. Hệ số khuếch

tán được xác định là một hàm của đặc trưng trầm tích và vận tốc dòng chảy.

Một trong những nghiên cứu đầu tiên liên quan đến điều kiện bùn lỏng được

thực hiện bởi Einstein và Chien năm 1955, hai quá trình kết bông và cố kết đáy đã

được nghiên cứu. Tác giả đã nhận định rằng độ mặn tối thiểu 1‰ là giới hạn khởi

đầu cho quá trình kết bông.

Odd và Owen, 1972 sử dụng mô hình 1D xem xét tốc độ xói mòn và lắng

đọng dựa trên công thức đề xuất của Krone 1962 và Partheniades 1965. Smith và

Kirby, 1989 đã ứng dụng các mô hình 1D để mô phỏng vận chuyển bùn cát và thay

đổi hình thái quy mô lớn ở các sông De Vries, trong kênh thủy triều Dyer và Evans,

mô phỏng quá trình hình thành “lutocline” ở các cửa sông Ross và Mehta.

Năm 1971, O'Connor trình bày mô hình 2D tích phân theo độ sâu. Ariathurai

và Krone, 1976 đã trình bày một mô hình phần tử hữu hạn áp dụng các yếu tố hình

tam giác với một xấp xỉ bậc hai cho nồng độ và phương pháp trọng số thặng dư

Galerkian. Mô hình sử dụng các công thức cổ điển xác định quá trình xói mòn và

lắng đọng trầm tích. Quá trình keo tụ được tính toán bằng cách xác định vận tốc

chìm lắng trên mỗi phần tử lưới là một hàm của thời gian. Mulder và Udink 1991 áp

dụng mô hình 2D cho cửa sông Western Scheldt có tính đến thủy triều và sóng gió.

Mô hình giải một phương trình cân bằng tác động phổ, nội suy độ cao và chu kỳ

sóng tính toán theo các thời kỳ triều khác nhau để xác định vận tốc quỹ đạo và

thành phần ứng suất trượt đáy do sóng. Sử dụng các công thức thực nghiệm để tính

toán xói mòn và lắng đọng trầm tích và sử dụng các giá trị đồng nhất cho ứng suất

trượt tới hạn của quá trình xói mòn, lắng đọng và vận tốc chìm lắng.

12

Li và cộng sự, 1994 phát triển mô hình 2DV tích hợp giữa mô hình thủy

động lực học và mô hình vận chuyển bùn cát cho cửa sông Gironde nước Pháp,

trong đó có sử dụng mô hình khép kín rối để tính hệ số nhớt rối và hệ số khuếch tán,

mô hình có tính đến quá trình trao đổi trầm tính đáy. Năm 2002, Wen-Cheng Liu,

Ming-Hsi Hsu và Albert Y. Kuo áp dụng mô hình hai chiều trung bình độ sâu

nghiên cứu đặc điểm thủy động lực và vận chuyển bùn cát lơ lửng trong cửa sông

của hệ thống sông Tanshui Rivers, Đài Loan.

Beckers, 1991, trong một nghiên cứu dòng chảy tổng hợp vùng biển Tây Địa

Trung Hải trong điều kiện mùa đông điển hình bằng mô hình GHER-3D, cho rằng

mô hình có thể khôi phục các quá trình vật lý và xu hướng chính của dòng chảy

tổng hợp trong khu vực. Năm 1994, Beckers và cộng sự nghiên cứu thủy động lực

học vùng biển Tây Địa Trung Hải bằng mô hình 3D. Trong nghiên cứu này, các tác

giả đã sử dụng 2 mô hình: mô hình “metagnostic” (định hướng hệ thống) và mô

hình chuẩn đoán (định hướng quá trình), được chạy đồng thời và có tính đến tương

tác. Nghiên cứu chỉ ra quá cấu trúc và sự bất ổn định của dòng Algeria.

O'Connor và Nicholson, 1988 cung cấp một mô hình 3D đầy đủ, bao gồm

một mô hình vận chuyển bùn lỏng, có tính đến sự kết bông và cố kết. Katopodi và

Ribberink 1992 đã phát triển một mô hình tựa 3D cho vận chuyển bùn cát lơ lửng

trên cơ sở của phương trình bình lưu khuếch tán cho dòng chảy và sóng, phân tích

độ nhạy của các tham số sóng và dòng chảy. Các mô hình (nghiêng áp) thuỷ động

lực và vận chuyển trầm tích đã được phát triển và áp dụng cho các vùng ven biển

(De Kok và cộng sự, 1995).

Năm 1994, Leonor Cancino và Ramiro Neves mô tả và ứng dụng hệ thống

mô hình thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích 3D (dạng nghiêng áp, sử dụng

phương pháp sai phân hữu hạn). Mô hình thủy động lực dựa trên xấp xỉ thuỷ tĩnh và

xấp xỉ Boussinesq, sử dụng tọa độ sigma kép cho chiều thẳng đứng với lưới so le và

sơ đồ bán ẩn bậc hai. Ngoài phương trình động lượng và phương trình liên tục, mô

hình giải hai phương trình vận chuyển nhiệt độ, độ muối và một phương trình trạng

13

thái có tính đến hiệu ứng nghiêng áp. Mô phỏng quá trình vận chuyển trầm tích gắn

kết được thực hiện bằng cách giải các phương trình bảo toàn, bình lưu - khuếch tán

3D, trong cùng một lưới sử dụng trong mô hình thủy động lực. Qúa trình cố kết, xói

mòn và lắng đọng của trầm tích được biểu diễn bằng các công thức thực nghiệm.

Các mô hình đã được thử nghiệm và hiệu chỉnh bằng cách mô phỏng dòng triều và

vận chuyển bùn cát lơ lửng ở các cửa sông. Hai ứng dụng ở cửa sông Western

Scheldt (Hà Lan) và Gironde (Pháp) cho thấy sự phù hợp tốt giữa kết quả tính toán

và đo đạc thực địa.

Năm 2003, Changsheng Chen và Hedong Liu phát triển mô hình 3D tính

hoàn lưu khu vực ven biển và cửa sông. Mô hình dựa trên hệ phương trình nguyên

thủy 3 chiều gồm các phương trình động lượng, liên tục, nhiệt, muối, mật độ và sử

dụng mô hình khép kín rối bậc 2,5 của Mellor và Yamada. Mô hình sử dụng hệ tọa

độ chuyển đổi sigma cho phương thẳng đứng, phương ngang sử dụng lưới cấu trúc

hình tam giác. Mô hình toán sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn, thể tích hữu

hạn và phần tử hữu hạn. Mô hình đã được áp dụng cho biển Bột Hải, cửa sông

Satilla River.

Năm 2004, Wahyu W. Pandoe và Billy L. Edge ứng dụng mô hình

ADCIRC-3D tính toán dòng chảy và vận chuyển bùn cát dọc bờ biển vịnh Mexico

và dọc bờ biển Texas, kết quả cho thấy mô hình cho kết quả tốt khi áp dụng cho các

khu vực cửa sông có độ dốc nhỏ.

Năm 2005, C.H. Wang, Onyx W.H. Wai và C.H. Hu phát triển mô hình tính

toán vận chuyển trầm tích cho vùng cửa sông Pearl River (vịnh Lingding). Mô hình

sử dụng kỹ thuật tách để giải các phương trình chủ đạo: giải các số hạng bình lưu

bằng phương pháp Eulerian-Lagrangian, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho

các số hạng khuếch tán theo phương ngang và phương pháp sai phân hữu hạn cho

số hạng khuếch tán theo phương thẳng đứng. Sơ đồ khép kín rối bậc 2,5 của Mellor-

Yamada được sử dụng kết hợp để xác định tham số nhớt rối thẳng đứng.

14

Guy Simpsona, Sebastien Castelltort, 2005 trình bày mô hình coupled giữa

mô hình dòng chảy mặt, vận chuyển trầm tích và diễn biến hình thái. Mô hình sử

dụng các phương trình nước nông cho dòng chảy, bảo toàn nồng độ trầm tích, hàm

thực nghiệm cho ma sát đáy, xói mòn và lắng đọng. Quá trình xói mòn và lắng đọng

được xử lý độc lập và tác động đến thông lượng trầm tích thông qua trao đổi vuông

góc với biên đáy của dòng chảy.

Năm 2008, John C. Warner, Christopher R. Sherwooda, Richard P. Signel,

Courtney K. Harris và Hernan G. Arangoc phát triển mô hình 3D couple sóng, dòng

chảy và vận chuyển bùn cát bằng công cụ MCT (Model Coupling Toolkit) và áp

dụng tính toán cho vịnh Massachusetts. Mô hình là sự kết hợp giữa mô hình hoàn

lưu ven biển ROM v3.0 và mô hình tính sóng vùng nước nông SWAN. Ứng suất

sóng 2 chiều được đưa vào phương trình động lượng, cùng với hiệu ứng của sóng

mặt. Vận chuyển trầm tích được xem xét trong nhiều lớp, mỗi lớp có các đặc điểm

riêng như đường kính hạt, mật độ, vận tốc lắng đọng, ứng suất tới hạn cho quá trình

xói mòn. Vận chuyển trầm tích lơ lửng trong cột nước được tính giống thuật toán

bình lưu khếch tán và bổ sung thuận toán giải theo chiều thẳng đứng mà không phụ

thuộc vào tiêu chuển CFL. Ngoài ra, còn có mô hình lớp biên đáy tính toán tương

tác sóng - dòng chảy, làm tăng ứng suất đáy, tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển

trầm tích và làm tăng ma sát đáy, tạo ra tác động ngược trở lại dòng chảy.

Năm 2008, Idris Mandang và Tetsuo Yanagi áp dụng mô hình 3D

ECOMSED được phát triển bởi HydroQual (2002) vào tính toán vận chuyển trầm

tích khu vực cửa sông Mahakam, phía Đông Kalimantan, Indonesia. Mô hình có sử

dụng phép xấp xỉ Bousinesq và xấp xỉ thủy tĩnh. Mô phỏng qúa trình vận chuyển

trầm tích dựa trên cơ sở giải đồng thời các phương trình bình lưu – khuếch tán – bảo

toàn 3 chiều.

Năm 2009, M. Radjawane và F. Riandini sử dụng mô hình 3D vào mô phỏng

hoàn lưu và vận chuyển bùn cát gắn kết từ 3 cửa sông Angke, Karang và Ancol vào

trong vịnh Jakarta, Indonesia. Đánh giá ảnh hưởng của thủy triều, gió và dòng chảy

15

sông đến quá trình lan truyền trầm tích trong vinh.

1.1.2. Các nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, các nghiên cứu liên quan đến vấn đề thủy động lực và vận

chuyển bùn cát bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước. Cho

đến nay các vấn đề liên quan đến thủy động lực và vận chuyển trầm tích tại các

vùng ven biển Việt Nam đang là mối quan tâm của nhiều nhà khoa học và các cơ

quan nghiên cứu. Một số cơ quan nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như Khoa

Khí tượng Thủy văn Hải dương học, ĐHKHTN-ĐHQGHN, Viện Khoa học Thủy

lợi, Viện Cơ học, Viện Hải dương Học Nha Trang, Viện Tài nguyên và Môi trường

biển Hải Phòng, ... Các khu vực xói lở và bồi tụ tiêu biểu có thể kể đến như Cát Hải

(Hải Phòng) Văn Lý, Hải Triều, Hải Hậu (Nam Định), Ngư Lộc, Hậu Lộc (Thanh

Hóa ), Cảnh Dương (Quảng Bình), Phan Rí, La Gi, Phan Thiết (Bình Thuận), Cần

Thạnh (Thành phố Hồ Chí Minh), Gò Công Đông (Tiền Giang), Hồ Tàu, Đông Hải

(Trà Vinh), Cửa Tranh Đề (Sóc Trăng), Ngọc Hiển (Bạc Liêu), ... Quá trình vận

chuyển trầm tích được nghiên cứu trong Chương trình Biển KT.03 (1991-1995),

KHCN.06 (1996-2000), ngoài ra nó cũng được nghiên cứu trong các đề tài độc lập

cấp nhà nước và trong chương trình biển giai đoạn 2001-2005. Ngoài ra nhiều đề

tài, dự án liên quan đến trầm tích lơ lửng được thực hiện tại các cấp, cùng nhiều

công trình nghiên cứu được công bố trong các tạp chí khoa học trong nước.

Đinh Văn Ưu (2003 – 2012), nghiên cứu các quá trình thủy động lực, lan

truyền vật chất bằng mô hình 3D (MDEC). Trong thời gian này, tác giả đã phát triển

và hoàn thiện dần mô hình cho mục đích nghiên cứu thủy động lực, vận chuyển

trầm tích và lan truyền chất gây ô nhiễm môi trường. Mô hình sử dụng hệ phương

trình bình lưu khuếch tán đầy đủ đối với các tính toán thủy động lực và nồng độ

trầm tích lơ lửng và phương trình bảo toàn khối lượng để tính toán sự biến đổi của

độ dày lớp đáy lỏng. Một số kỹ thuật tính toán mới đã được phát triển và áp dụng

cho phép linh hoạt hơn trong quá trình thiết lập các điều kiện biên có mực nước và

lưu lượng biến đổi phức tạp như các cửa sông. Các công trình tiêu biểu có thể kể

16

đến như năm 2003, Các kết quả phát triển và ứng dụng mô hình ba chiều (3D) thuỷ

nhiệt động lực biển ven và nước nông ven bờ Quảng Ninh. Năm 2005, Phát triển

mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng đối với vùng biển vịnh Hạ Long và khả

năng ứng dụng trong việc xây dựng hệ thống mô hình monitoring và dự báo môi

trường biển và Ứng dụng mô hình dòng chảy ba chiều (3D) nghiên cứu quá trình

lan truyền chất lơ lửng tại vùng biển ven bờ Quảng Ninh. Năm 2006, Phát triển và

ứng dụng mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng và biến động trầm tích đáy

cho vùng biển Vịnh Hạ Long. Năm 2009, Mô hình vào tính toán vận chuyển trầm

tích và biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phòng.

Năm 2012, Tiến tới hoàn thiện mô hình ba chiều (3D) thủy động lực cửa sông ven

biển.

Năm 2005, Nguyễn Thị Bảy, Mạnh Quỳnh Trang, ứng dụng mô hình 2 chiều

tính toán chuyển tải bùn cát dính vùng ven biển dựa vào lời giải hệ phương trình

Reynolds, kết hợp với hệ phương trình chuyển tải bùn cát, lấy trung bình theo chiều

sâu, có tính đến hàm số nguồn, mô tả tốc độ bốc lên hay lắng xuống của hạt. Mô

hình tính được kiểm tra với nghiệm giải tích, và so sánh với số liệu thực đo đối với

vùng biển Cần Giờ.

Năm 2009, Nguyễn Kỳ Phùng, Đào Khôi Nguyên, đánh giá biến đổi đáy ven

bờ biển Rạch Giá do dòng chảy khi xây dựng đảo nhân tạo Hải Âu. Nghiên cứu dựa

trên mô hình 2 chiều, có tính đến ứng suất gió bề mặt và ứng suất dáy do dòng chảy.

Năm 2010, Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn và Đặng

Đình Khá phân tích đánh giá biến động trầm tích lơ lửng, trầm tích đáy và diễn biến

hình thái khu vực cửa sông Bến Hải và vùng ven bờ Cửa Tùng trên cơ sở số liệu 2

đợt khảo sát do khoa KT-TV-HDH thực hiện 8/2009 và 4/2010 và thu thập của

Công ty Tư vấn GTVT (TEDI) năm 2000. Trần Hồng Thái, Lê Vũ Việt Phong,

Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Văn Hải ứng dụng mô hình toán 2 chiều RMA2 và

SED2D để mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát trong sông - biển từ những

nguồn ô nhiễm khác nhau do Dự án xây dựng Nhà máy nhiệt điện Mông Dương gây

17

nên. Vũ Thanh Ca, áp dụng mô hình 2 chiều tính toán dòng chảy tổng hợp và vận

chuyển bùn cát kết dính vùng ven bờ. Vũ Thanh Ca, Nguyễn Quốc Trinh, áp dụng

phương pháp tính sóng có năng lượng tương đương vào tính toán vận chuyển bùn

cát dọc bờ khi nghiên cứu về nguyên nhân xói lở bờ biển Nam Định.

Năm 2011, Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển, Nguyễn Vũ Thắng tính

biến động bờ biển khu vực huyện Hải Hậu tỉnh Nam Định dưới tác động đồng thời

của sóng và dòng chảy bằng cách chạy đồng thời các mô hình tính dòng chảy và

sóng. Các mô hình được sử dụng gồm ADCIRC, CMS-M2D, SWAN và

STWWAVE. Phạm Sỹ Hoàn và Lê Đình Mầu áp dụng mô hình ECOMSED tính

toán vận chuyển vật chất lơ lửng tại dải ven biển cửa sông Mê Công. Mô hình sử

dụng phương trình liên tục, phương trình cân bằng thỷ tĩnh, các phương trình bảo

toàn nhiệt-muối, phương trình vận chuyển vật chất, kỹ thuật phân tách dạng dao

động do Simons (1974), Madala và Piacsek (1977) phát triển, so đồ MPDATA cho

quá trình bình lưu và sơ đồ khép kín rối bậc 2 do Mellor và Yamada đề xuất năm

1982.

1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu

2.2.1. Phạm vi nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu được giới hạn từ 106.7-107.00E và 20.65-21.850N,

vùng cửa sông ven biển được bao bọc bởi đảo Cát Bà, Cát Hải, bán đảo Đồ Sơn,

Đình Vũ. Trong vùng có 3 cửa sông là cửa Nam Triệu, Lạch Tray và Lạch Huyện.

Chế độ thủy thạch động lực học ở đây rất phức tạp do chịu tác động đồng thời của

cả sông và biển. Địa hình khu vực khá phức tạp do bị chia cắt mạnh bởi các cửa

sông, đảo và bán đảo, vùng ven bờ tồn tại các khu rừng ngậm mặn và lộ bãi khi

triều xuống.

2.2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy - hải văn

2.2.2.1. Đặc điểm khí hậu-khí hậu

Khí hậu khu vực Hải Phòng mang đặc điểm chung của khí hậu nhiệt đới gió

18

mùa và đặc điểm riêng của vùng ven biển có nhiều hải đảo. TP. Hải Phòng có chế

độ nhiệt thuộc loại trung bình của dải ven biển Bắc Bộ, lượng bức xạ đạt giá trị lớn

nhất trong mùa hè và đạt giá trị nhỏ nhất trong mùa đông, trung bình mỗi năm có

khoảng 1.670-1.680 giờ nắng. Chế độ gió khu vực Hải Phòng chịu sự chi phối của

chế độ gió mùa Đông Nam Á, tại đây hoàn lưu tín phong của vùng cận chí tuyến bị

nhiễu loạn và thay thế bằng một dạng hoàn lưu phát triển theo mùa.

a. b.

Hình 1.1. Hoa gió trạm Hòn Dáu tháng 1 (a) và tháng 7 (b)

Theo số liệu quan trắc tại trạm Hòn Dáu từ 1960-2002 cho thấy, trong các

tháng mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), thời kỳ hoạt động mạnh của gió

mùa cực đới khô - lạnh, các hướng gió thịnh hành bao gồm Bắc, Đông Bắc và

Đông, với tần suất mỗi hướng tương ứng khoảng 18%, 12% và 36%; gió các hướng

còn lại có tần suất nhỏ dưới 6%. Tốc độ gió trung bình các tháng mùa đông đạt 4,5

m/s, cực đại đạt 24 m/s. Trong các tháng mùa hè (từ tháng 5-10), gió chủ yếu có

hướng Nam, Đông Nam và Đông, tần suất tương ứng các hướng đạt 15%, 16% và

15%; các hướng gió còn lại có tần suất nhỏ. Tốc độ gió trung bình các tháng mùa hè

đạt 5,1 m/s, cực đại đạt 45 m/s trong điều kiện có bão. Hình 1.1 trình bày hoa gió

trạm Hòn Dáu tháng 1 và tháng 7.

Chế độ nhiệt của Hải Phòng được phân ra hai mùa nóng, mùa lạnh rõ rệt và

19

chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ gió mùa, nhiệt độ biến thiên rất mạnh trong

năm. Do sự luân phiên tranh chấp của các khối không khí có bản chất khác nhau

nên thời tiết và khí hậu khu vực Hải Phòng thường xuyên biến động, sự biến động

này được thể hiện qua biến động của nhiệt độ không khí. Trong mùa đông, nhiệt độ

trung bình các tháng là 21,5oC, nhiệt độ thấp là nhất 6,7oC, cao nhất là 32,3oC.

Chênh lệch nhiệt độ trong ngày có thể đạt trên 10oC. Trong mùa hè, nhiệt độ trung

bình các tháng là 27,7oC, nhiệt độ thấp nhất giảm tới 15,3oC, cao nhất là 37,9oC.

Cũng giống như các tỉnh trong khu vực Đông Bắc Bộ, Hải Phòng có chế độ

mưa mùa tập trung trong mùa hè, mùa đông khô lạnh ít mưa. Tổng lượng mưa cả

năm dao động trong khoảng 1.600 – 2.000mm nhưng phân bố không đều theo mùa.

Lượng mưa cao nhất rơi vào tháng 8 (có thể đạt tới 235mm), thấp nhất vào tháng

12, khoảng 16mm (số liệu thống kê tại trạm Hòn Dáu). Tổng số ngày mưa trong

năm đạt 100 - 150 ngày, tập trung chủ yếu vào các tháng mùa hè.

Độ ẩm tương đối trong không khí khu vực TP. Hải Phòng khá cao, độ ẩm

trung bình năm đạt 84,2%, trong đó hai tháng III và IV độ ẩm đạt tới 90,2% do ảnh

hưởng của mưa phùn. Hai tháng đầu mùa đông (tháng 11, 12) có độ ẩm thấp nhất,

khoảng 77,5% và 77,8%. Đây là thời kỳ thịnh hành thời tiết khô hanh do gió mùa

Đông Bắc lạnh và khô mang lại.

Hải Phòng nằm trong vùng có bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ nhiều, chiếm

31% tổng số cơn bão đổ bộ vào nước ta hàng năm, trung bình mỗi năm có 1 - 2 cơn

bão và áp thấp đổ bộ trực tiếp, 3 - 4 cơn bão và áp thấp khác gián tiếp ảnh hưởng

đến vùng ven biển và đảo. Thời kỳ bão đổ bộ trực tiếp vào Hải Phòng tập trung

trong các tháng 7 đến tháng 9 với tổng tần suất 78%, trong đó tháng 7 là 28%, tháng

8 là 21% và tháng 9 là 29%. Trong lịch sử đã có nhiều cơn bão đổ bộ vào Hải

Phòng hoặc khu vực lân cận gây ra nhiều thiệt hại cả về người và tài sản. Có thể kể

đến các cơn bão điển hình sau: cơn bão KATE đổ bộ vào Hải Phòng ngày

26/9/1955, bão WENDY đổ bộ vào Hải Phòng ngày 09/9/1968, bão SARAH đổ bộ

vào Hải Phòng ngày 21/07/1977 và cơn bão số 7 đổ bộ vào các tỉnh Ninh Bình -

20

Thanh hóa ngày 27-30/9/2005.

2.2.2.2. Đặc điểm thủy văn

TP. Hải Phòng có nhiều sông lớn chảy qua, các sông đều là phần hạ lưu cuối

cùng trước khi đổ ra biển của hệ thống sông Thái Bình. Hướng chảy của các dòng

sông chủ yếu là Tây Bắc - Đông Nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, hàm lượng

phù sa cao. Các sông lớn có cửa trực tiếp đổ ra biển vừa chịu ảnh hưởng của chế độ

dòng chảy thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều vịnh Bắc Bộ.

Càng gần cửa sông, lòng sông càng mở rộng.

Dòng chảy sông có sự biến đổi rất lớn theo mùa, tương ứng với mùa mưa và

mùa khô có mùa lũ và mùa cạn. Mùa lũ thường bắt đầu chậm hơn mùa mưa một

tháng (vào tháng 6 - 10), mùa cạn từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Trong mùa lũ,

lưu lượng nước chiếm 75 - 85% cả năm, đặc biệt trong 3 tháng 7, 8, 9 lưu lượng

nước chiếm 50 - 70%. Lũ lớn nhất thường vào tháng 7 hoặc tháng 8, chiếm 20 -

27%, có khi tới 35% lưu lượng nước cả năm. Trong mùa lũ, các sông ở phía bắc

(Bạch Đằng, Văn Úc, Lạch Tray) chịu ảnh hưởng của chế độ lũ sông Thái Bình

mạnh hơn, trong khi đó các sông phía nam (Luộc, Hoá, Thái Bình, Mới) chịu ảnh

hưởng chế độ lũ của sông Hồng mạnh hơn. Mùa cạn, lượng nước từ thượng lưu về

ít, nguồn nước trong sông chủ yếu do nước ngầm và thủy triều, lưu lượng nước chỉ

chiếm 15 - 20% cả năm.

Hàng năm, lưu lượng nước nhỏ nhất thường xuất hiện vào tháng 3. Sông

Kinh Thầy (trạm Cửa Cấm) lưu lượng trung bình mùa cạn 115m3/s, lưu lượng kiệt

nhất trung bình 47,2m3/s, trong đó lưu lượng kiệt nhất là 0,1m3/s; sông Văn Úc

(trạm Trung Trang) có lưu lượng trung bình mùa cạn là 193m3/s, lưu lượng kiệt

nhất trung bình 63,2m3/s, lưu lượng nhỏ nhất 52,5m3/s; sông Mới (trạm sông Mới)

lưu lượng trung bình mùa cạn là 82,6m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 53,0m3/s,

lưu lượng kiệt nhất là 48.2m3/s; sông Thái Bình (trạm Cống Rỗ) lưu lượng trung

bình mùa cạn là 16.4m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình đạt 1.1m3/s, lưu lượng kiệt

21

nhất xấp xỉ bằng 0.

Độ đục trong các sông ở Hải Phòng biến thiên trong khoảng rất rộng, từ 10

đến 1000g/m3 trong năm. Hàm lượng bùn cát thay đổi theo khu vực và theo mùa.

Về mùa mưa, độ đục trung bình ở các trạm thay đổi trong khoảng 53 - 215g/m3, trên

sông Bạch Đằng và phía ngoài cửa Nam Triệu có giá trị khá nhỏ 80 - 100g/m3, độ

đục cực đại đạt tới 700 - 964 g/m3 trên luồng Cửa Cấm. Mùa khô, độ đục trung bình

biến đổi trong khoảng 42 - 94g/m3, cực đại đạt 252 - 860g/m3 tập trung ở vùng cửa

sông phía ngoài do tác động khuấy đục đáy của sóng và dòng triều.

Lượng bùn cát trong các sông ở Hải Phòng chủ yếu từ thượng lưu hệ thống

sông Thái Bình chuyển về và một phần từ Sông Hồng chuyển sang qua Sông Đuống

ở phía trên và Sông Luộc ở phía dưới. Trong năm, lượng bùn cát tập trung chủ yếu

vào những tháng mùa lũ, chiếm tới 90% lượng bùn cát cả năm. Tháng 8 thường có

tổng lượng bùn cát lớn nhất, chiếm từ 35 - 40% tổng lượng bùn cát trong năm,

lượng bùn cát nhỏ nhất thường là vào tháng 3 chỉ từ 0,5 - 1% tổng lượng bùn cát cả

năm.

Các sông chính ở Hải Phòng đều chịu sự tác động mạnh mẽ của chế độ triều

trong khu vực. Điều này thể hiện rõ qua dao động mực nước hàng ngày trong các

thời kỳ triều. Những dao động triều ở ngoài biển được truyền vào sông về cơ bản

vẫn phù hợp với quy luật triều ngoài biển. Tuy nhiên, càng vào sâu trong sông thủy

triều càng bị biến dạng do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như lượng nước thượng lưu

dồn về, ma sát đáy sông, hình dạng, kích thước lòng sông và độ uốn khúc lớn nhỏ.

Càng vào sâu, sự biến động của sóng triều càng lớn, đến một ranh giới nhất định thì

thủy triều không còn ảnh hưởng trong sông.

Tổng lượng nước từ biển do thuỷ triều dồn vào sông biến đổi theo mùa.

Trong mùa kiệt, lượng nước từ thượng lưu về ít nên tổng lượng nước do thuỷ triều

truyền vào biến đổi theo ngày, phụ thuộc vào chu kỳ và biên độ thuỷ triều. Mùa lũ,

nguồn nước thượng lưu lớn, dòng triều bị đẩy lùi nên tổng lượng nước do thuỷ triều

22

vào nhỏ.

Nước mặn xâm nhập từ biển vào sông phụ thuộc rất nhiều vào chế độ thuỷ

triều và chế độ nước từ thượng lưu. Nồng độ muối trong nước sông luôn luôn biến

đổi theo thời gian và không gian, thường khá cao vào các tháng mùa cạn, cao nhất

là tháng 3, tuy nhiên cực đại độ mặn này có thể bị xê dịch do phụ thuộc vào nhiều

yếu tố khác. Trong nhiều năm, độ mặn có biến động lớn, và có liên quan chặt chẽ

tới lượng chảy sông từng năm.

2.2.2.3. Đặc điểm hải văn

a. Thủy triều

Thủy triều trong khu vực Hải Phòng có chế độ nhật triều đều thuần nhất. Đây

là vùng có biên độ triều khá cao của miền Bắc. Thời gian trung bình triều dâng 11-

12h, thời gian triều rút 13-14h. Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều

(nước lớn) và một chân triều (nước ròng). Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều

cao, mỗi chu kỳ kéo dài 11 - 13 ngày với biên độ dao động mực nước có thể đạt tới

2,0 m. Trong kỳ triều thấp, tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhật

triều tăng lên, trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều. Hàng năm, thủy triều có biên độ

lớn vào các tháng 5, 6, 7 và 10, 11, 12, biên độ nhỏ vào các tháng 3, 4 và 8, 9.

b. Dòng chảy

Chế độ dòng chảy vùng ven biển và đảo khu vực Hải Phòng rất phức tạp, thể

hiện qua mối quan hệ tương tác giữa thuỷ triều, sóng, gió, dòng chảy sông, địa hình

khu vực. Dòng chảy ven bờ trong khu vực là tổng hợp của các dòng chảy triều,

dòng chảy sóng ven bờ, dòng chảy gió, dòng chảy sông, trong đó dòng triều có vai

trò chính, quy định tính chất của dòng tổng hợp. Dòng triều mang tính chất thuận

nghịch, elíp triều dẹt, định hướng theo luồng, lạch, cửa sông hoặc song song với

đường bờ. Dòng triều mạnh vào các tháng 6, 7, 12, 1 và yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9

trong năm. Kết quả phân tích điều hoà các thành phần dòng triều cho thấy, dòng

toàn nhật có độ lớn áp đảo, gấp 5 - 10 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều dòng

23

triều 1/4 ngày. Dòng chảy tổng hợp có giá trị vận tốc khá lớn, thường nằm trong

khoảng 0,4 - 1,0m/s. Hướng chảy thường song song với đường bờ, trừ các khu vực

cửa sông hướng dòng chảy thay đổi phụ thuộc vào các luồng lạch chính. Trường

dòng chảy ổn định trong mùa đông hướng tây nam, tốc độ trung bình 20 - 25cm/s,

trong mùa hè hướng đông bắc, tốc độ trung bình 15 - 20cm/s. Khi triều lên dòng

chảy thường có hướng từ nam lên bắc, khi triều xuống dòng chảy có hướng ngược

lại.

c. Sóng

Chế độ sóng khu vực biển Hải Phòng phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ gió và

đặc điểm địa hình và hình dạng đường bờ. Sóng ven biển Hải Phòng chủ yếu là

sóng truyền từ ngoài khơi đã bị khúc xạ và phân tán năng lượng do ma sát đáy.

Theo số liệu sóng tại trạm Hòn Dáu từ 1960 – 2002 cho thấy, trong mùa đông sóng

có các hướng chính là hướng Đông, Đông Bắc, tần suất tương ứng là 40%, 12%. Độ

cao sóng trung bình các tháng mùa đông là 0,64 m, độ cao sóng cực đại đạt 2,8 m.

Trong mùa hè sóng thịnh hành là hướng Nam và Đông Nam, với tần suất tướng ứng

là 27% và 37%. Độ cao sóng trung bình 0,72 m, độ cao sóng cực đại đạt 5,6 m.

Bảng 1.1. Trình bày các đặc trưng sóng, gió nhiều năm tại trạm Hòn Dáu.

Bảng 1.1. Vận tốc gió và độ cao sóng trung bình nhiều năm tại trạm Hòn Dáu

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 TBNN

Gió (m/s) 4,7 4,5 4,4 4,6 5,3 5,7 5,8 4,6 4,3 4,7 4,5 4,4 4,8

Sóng (m) 0,7 0,7 0,7 0,8 0,9 0,9 1,0 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,8

d. Nhiệt độ nước biển

Theo số liệu tại trạm Hòn Dáu từ 1960 – 2002 cho thấy, trong các tháng mùa

đông, nhiệt độ nước biển thường thấp hơn 25oC, nhiệt độ trung bình thấp nhất trong

năm thường xuất hiện vào tháng 2, nhiệt độ nước biển thấp nhất 13,5oC. Vùng biển

phía tây nam có nhiệt độ trung bình cao hơn nhiệt độ nước biển vùng đông bắc,

24

chênh lệch từ 2 – 4oC, giá trị trung bình toàn vùng là 16oC. Trong các tháng mùa hè,

nhiệt độ nước biển trung bình cao hơn 25oC, nhiệt độ nước biển cao nhất đạt 35oC

vào tháng 7. Nhiệt độ nước biển có xu thế giảm dần từ bờ ra khơi.

e. Độ muối nước biển

Vào mùa đông, độ muối tầng mặt trên toàn vùng biển Hải Phòng gần như

đồng nhất với giá trị khoảng 31‰, từ tháng 2 đến tháng 4 độ muối đạt tới giá trị cao

nhất là 32‰. Độ muối có xu thế tăng dần từ bờ ra khơi.

Mùa hè, nước các sông ngòi đổ ra mạnh, độ muối giảm dần; tháng 8 độ muối

giảm xuống thấp nhất, có thể tới 5‰ ở các khu vực gần cửa sông. Tại vùng phía

nam cửa Nam Triệu có một lưỡi nước độ muối thấp, hướng tây bắc - đông nam và

trên vùng biển phía bắc cũng có một lưỡi nước độ muối thấp hướng đông bắc - tây

nam; hai lưỡi nước này phát triển mở rộng dần và hoà vào nhau tại vùng đảo Trà

Bản. Theo chiều thẳng đứng, hiện tượng phân tầng độ muối phát triển suốt trong

mùa hè, mạnh nhất vào tháng 8. Sự dao động của độ muối trong ngày chủ yếu do

thủy triều gây ra, với biên độ khoảng từ 0,6 - 4‰.

2.2.3. Đặc điểm trầm tích

Trầm tích khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng chủ yếu được cung cấp từ 5

con sông trong khu vực là sông Bạch Đằng, sông Cấm, sông Lạch Tray, sông Văn

Úc và sông Thái Bình. Hàm lượng trầm tích lơ lửng thay đổi tùy theo từng khu vực,

theo mùa và chịu chi phối của chế độ thủy động lực trong vùng. Khu vực ven bờ

gần các cửa sông có hàm lượng trầm tích lớn hơn khu vực xa bờ. Nồng độ trầm tích

lơ lửng trong các tháng mùa lũ lớn hơn các tháng mùa kiệt.

Các nghiên cứu [1, 6, 8] đã chỉ ra rằng, nồng độ trầm tích nồng độ trầm tích

lơ lửng tại cửa sông ven biển Hải Phòng biến thiên từ 10-1000 mg/l trong năm. Mùa

lũ, nồng độ trầm tích lơ lửng biến thiên từ 53-215 mg/l, trên sông Bạch Đằng và

phía ngoài cửa Nam Triệu có giá trị khá nhỏ khoảng 80-100 mg/l, cực đại đạt trên

luồng Cửa Cấm với 700-964 mg/l. Mùa khô, nồng độ trầm tích lơ lửng biến thiên từ

25

42-94 mg/l, cực đại đạt 252-860 mg/l tập trung ở vùng cửa sông phía ngoài do ảnh

hưởng khuấy đục đáy của sóng và dòng triều. Hàm lượng trầm tích lơ lửng ở sông

Cấm có giá trị lớn nhất, sau đó đến sông Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình và Bạch

Đằng.

Theo kết quả nghiên cứu [8], phân bố kích thước hạt các loại trầm tích đáy

biển khu vực Hải Phòng biến đổi từ lớn hơn 1m đến 0,001mm (Bảng 1.2). Trầm

tích cát nhỏ phân bố chủ yếu ở các khu vực ven biển và các doi cát hai bên cửa Nam

Triệu và Lạch Huyện: ven biển Đồ Sơn, các xã Tân Tiến, Tân Thành, Văn Phong,

Phù Long, Hiền Hào, Xuân Đán, chương Hoàng Châu và chương Hàng Dày. Trầm

tích bột lớn phân bố bao quanh khu vực trầm tích cát nhỏ, tập trung nhiều nhất ở

khu vực ven biển Cát Bà trải rộng hết chương Hàng Dày. Trầm tích bùn bột nhỏ

phân bố tập trung ở khu vực giữa Hòn Dáu - Đồ Sơn, Cát Hải và chương Hàng Dày,

xen kẽ giữa các vùng trầm tích bột lớn.

Bảng 1.2. Kích thước các loại hạt trầm tích [8]

TT Loại trầm tích d50 1 Khối, tảng 0,1-1,0 m

2 Sỏi trung 2,5-5,0 mm

3 Sỏi nhỏ 1,0-2,5 mm

4 Cát lớn 0,5-1,0 mm

5 Cát nhỏ 0,1-0,25 mm

6 Bột lớn 0,05-0,1 mm

7 Bùn bột nhỏ 0,01-0,05 mm

8 Bùn sét bột 0,007-0,01 mm

9 Bùn sét 0,001-0,007 mm

26

Chương 2. MÔ HÌNH VNU/MDEC

Mô hình thủy động lực ba chiều (3D) VNU/MDEC được phát triển tại Trung

tâm Động lực học Thủy khí Môi trường - ĐQGHN trên cơ sở mô hình quy mô biển

ven GHER của Đại học Liege. So với mô hình GHER, mô hình MDEC đã được

hoàn thiện hơn cho phép mô phỏng các quá trình quy mô nhỏ và vừa. Trong đó sơ

đồ tham số hóa hệ số nhớt rối được triển khai khác nhau theo phương ngang và

phương thẳng đứng. Mô hình tính đến tác động của sóng trên mặt biển bằng cách sử

dụng mô hình tương tác sóng-gió và mô hình lớp biên đáy [12-18, 22, 32].

Mô hình VNU/MDEC đã được kiểm chứng qua các tính toán áp dụng cho

toàn Biển Đông, cho Vịnh Bắc Bộ, vùng biển Đông Nam Bộ và vùng biển Quảng

Ninh, Hải Phòng trong Đề tài QGTD 07.94 và nhiều công trình nghiên cứu của GS.

Đinh Văn Ưu. Các công trình này nghiên cứu trường dòng chảy, nhiệt độ, độ muối

và quá trình lan truyền chất lơ lửng, dầu nhiều pha trong nước và trầm tích lơ lửng

với các quy mô thời gian tháng và mùa.

Trong báo cáo này, học viên tập trung tính toán, phân tích các kết quả thu

được đối với trường dòng chảy, mực nước và trường trầm tích lơ lửng vùng cửa

sông ven biển Hải Phòng. Đánh giá vai trò và các tác động của các sông đến chế độ

thủy động lực và vận chuyển trầm tích lơ lửng trong khu vực.

2.1. Mô hình thủy động lực

Mô hình thủy động lực biển ven bờ bao gồm mô hình hệ các phương trình

động lực biển nguyên thủy, mô hình tác động trên mặt, mô hình lớp biên đáy và kỹ

thuật xử lý điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo.

2.1.1. Hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy

0. v (2.1)

.. 3

quefuv

tu

h (2.2)

27

TFTvtT .. (2.3)

SFSvtS .. (2.4)

xk

xxb

xukv

tk kb ~~~. 0

3

2

3

(2.5)

qx

b3

(2.6)

Trong đó: ;3

32

21

1 xe

xe

xe

2

21

1 xe

xeh

; 33euuv

;

gb0

0

; f = 2cos ; k~ - hệ số khuếch tán động năng rối, b

~ - hệ số khuếch

tán rối theo phương thẳng đứng của lực nổi,

30

gxpq ; ~ - hệ số nhớt rối

(theo phương thẳng đứng), - lực thế triều, - mật độ nước (0 mật độ quy chiếu),

, TF

, SF

: thông lượng rối riêng phần của động lượng, nhiệt lượng và lượng muối;

hạng thức năng lượng bổ sung từ các quy mô vừa và nhỏ 0 sẽ bị triệt tiêu khi mô

phỏng hoàn lưu tổng hợp với quy mô thời gian hàng giờ trở lên.

Sơ đồ tham số hóa hệ số nhớt rối được triển khai khác nhau theo phương

ngang và phương thẳng đứng.

Đối với phương thẳng đứng z(x3) sử dụng công thức kinh điển của

Kolmogorov:

;21~~ 4/1

3 mk lk (2.7)

Trong đó mật độ động năng rối k thu được từ phương trình (2.5), quãng đường

xáo trộn rối lm được xác định theo lý thuyết lớp biên chất lỏng phân tầng:

lm = (1 -Rf)ln(x3) (2.8)

28

với ln(x3) là một hàm của khoảng cách tính từ biên đáy (x3).

Số Richardson thông lượng phụ thuộc vào mức độ phân tầng mật độ và phân

lớp vận tốc (độ trượt-shear):

02

2

~~

MNR

b

f (2.9)

Trong đó N và M tương ứng là các tần số Brunt-Vaisailia và Prandtl.

21

xu

xu

M (2.10)

Đối với hệ số nhớt rối ngang ta sử dụng hệ thức thông thường:

M~~ 221 ll .

Thành phần tản mát năng lượng rối được đánh giá theo tương quan của

Kolmogorov phụ thuộc vào k.

~16

2kk với k 1 (2.11)

Sau khi tính toán được hệ số nhớt rối, các hệ số khuếch tán rối được đánh giá

thông qua các hệ số phi thứ nguyên i – có bậc đại lượng O(1). Đối với hệ số

khuếch tán theo phương thẳng đứng có tính đến mối phụ thuộc vào độ phân tầng

thông qua số Richardson thông lượng Rf :

4,11,1~;1~;~~ f

bbb R

Mô hình tương tác sóng-gió trong lớp biên khí quyển sát mặt phục vụ tính

toán các đặc trưng sóng cũng như ứng suất gió trong điều kiện có sóng, theo đó ứng

suất gió bao gồm hai thành phần: do rối thuần túy at và do tác động sóng aw :

awataaDa uuC 2*10

2 (2.12)

Các tác động này được tham số hóa thông qua hệ số ma sát của mặt biển CD

29

xem hệ số này như một hàm của vận tốc gió tại khoảng cách z từ mặt biển. Vận tốc

gió tại khoảng cách z lại chịu tác động của tham số nhám trong các điều kiện không

có sóng 0z cũng như có sóng ez (Jansen, 1992):

e

ez z

zzzuu 0ln

(2.13)

Trong đó ez và 0z được xác định theo các công thức bán thực nghiệm phụ

thuộc vào tỷ số giữa vận tốc sóng và vận tốc gió: c/V hay c/u* (Đinh văn Ưu, 1981).

Mô hình lớp biên đáy cho phép tính toán ứng suất tổng cộng của dòng nước

lên đáy. Giá trị của ứng suất này cũng bao gồm hai thành phần: rối thuần túy do

hiệu ứng trượt vận tốc dòng chảy và do chuyển động sóng (Grant và Madsen, 1979,

WAMDI,1988):

wccwwwcwcbb uuuuCvCvC *2

*22222 (2.14)

trong đó 21

*

c

cu , 21

*

w

wu .

Đối với ứng suất dòng chảy thuần túy, có thể sử dụng công thức sau:

2vCcc , 2

2

)/30ln(21

bccc kz

fC (2.15)

Trong đó kbc là tham số nhám thực tế được tính từ kết quả tổng hợp các tác

động của cả dòng lẫn sóng trong lớp biến đáy:

b

b

w

cwbbc K

Au

ukk *24 (2.16)

Trong điều kiện không có sóng: 30

0zkk bbc và hệ số ma sát dòng sẽ là:

20

2

)/ln(21

zzfC cc

(2.17)

30

Đối với ứng suất do sóng, ta có thế sử dụng công thức:

wwww ufvC 22

21 (2.18)

Với các hệ thức tính hệ số ma sát sóng fw, biên độ dao động Ab và vận tốc uw

rút ra từ lý thuyết sóng tuyến tính :

2.1.2. Phương pháp biến đổi tọa độ cong σ

Theo các nghiên cứu trước đây và nghiên cứu của Leonor Cancino và

Ramiro Neves, 1999 chứng minh việc sử dụng tọa độ kép sigma làm tăng tính ổn

định của mô hình tại các khu vực bãi triều và có thể tổng quát cho một số lượng lớn

các miền sigma [19, 23, 30].

Phương pháp biến đổi tọa độ z theo cho ta hệ tọa độ tựa cong bằng cách

thay cho biến độ sâu bằng biến không thứ nguyên . Để chuyển đổi biến độ sau

sang tọa độ mới chúng ta sử dụng biểu thức liên hệ tọa độ với độ sâu biển h và

tọa độ z trong dạng đơn giản sau đây:

hhz

Hhz

(2.19)

Trong đó - độ cao mặt biển, = 1 khi z= và = 0 khi z= -h (đáy biển),

H là độ dày tổng cộng của cột nước.

Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này cũng gặp phải những vấn đề cần

giải quyết đặc biệt đối với điều kiện biên tại đáy biển, sự tương thích trong khai

triển các gradient tại những vùng có biến đổi độ sâu đột ngột. Trong trường hợp này

dẫn tới gradient ngang trong mô hình có giá trị gần với gradient thẳng đứng. Như

vậy tại các miền có sự biến đổi lớn của độ sâu như các bờ biển dốc, việc sử dụng

lưới tính tựa cong theo địa hình có thể dẫn tới sai số đáng kể. Để khắc phục nhược

điểm này mô hình MDEC3D đã đưa ra phương pháp biến đổi tọa độ kép. Bằng

cách này đã giải quyết được những nảy sinh khi gradient độ sâu lớn. Trong trường

hợp thay thế độ dốc lớn bằng tường thẳng đứng sẽ cho phép giảm số điều kiện biên

31

xuống chỉ còn điều kiện biên đáy.

Trên hình Hình 2.1 cho ta sơ đồ lưới trong tọa độ sigma kép phân bố theo

chiều thẳng đứng tại mặt cắt AB. Trong mô hình này phân bố thẳng đứng được

phân thành hai vùng Region I và Region II, ranh giới giữa hai vùng được xác định

bằng HLIM, trong bài toán này sử dụng HLIM=1,86m. Đối với lớp nước mặt (Region

I) và lớp nước bên dưới ( Region II) giá trị σ được chọn như sau:

Region I

0

1

Region II

0

0,25

0,5

0,75

1

Với sự lựa chọn phân vùng ở trên, theo chiều thẳng đứng mô hình gồm 5

tầng, 1 tầng ở lớp nước mặt và 4 tầng ở lớp nước bên dưới. Sự lựa chọn này đảm

bảo thể hiện được các quá trình hoàn lưu trong khu vực một cách tỷ mỉ và các kết

quả đưa ra được phân bố thẳng đứng của các yếu nghiên cứu.

Hình 2.1. Các điểm lưới tính trong hệ toạ độ cong sigma dọc mặt cắt AB Công thức định nghĩa tọa độ chuyển đổi kép tọa độ z theo có thể viết như

sau:

32

)(1,,)

1

)),min((1),,min(,),min(),min(

ˆ

1131

13

1131

13

3

hhL

hxkhihhhxL

hhL

hhxkhihhhhxL

x

(2.20)

Theo cách chuyển đổi này, tại mặt tiếp giáp giữa hai lớp sẽ có sự phá vỡ tính

liên tục của ma trận chuyển đổi. Tuy nhiên điều này sẽ không gây ảnh hưởng tới kết

quả vì mô hình 3D được giải riêng biệt cho từng lớp và hai lớp đó được kết nối theo

điều kiện liên tục của các thông lượng theo hướng pháp tuyến.

2.1.3. Điều kiện biên trong mô hình

Trong mô hình sử dụng 4 kiểu điều kiện biên cơ bản: Tại biên mặt và đáy

biển sử dụng điều kiện không trao đổi vật chất qua biên; Tại biên đất sử dụng điều

kiện không thấm; Tại biên biển sử dụng gradien theo hướng pháp tuyến bằng 0;

Biên cửa sông sẽ được mô tả trong một mục khác.

Trong bộ mô hình MDEC3D, có hơn 100 file là các chương trình con chuyên

xử lý các loại điều kiện biên thuộc hai loại: chủ động và thụ động.

Điều kiện biên trên mặt tiếp giáp giữa biển- khí quyển

Trên mặt phân cách biển – khí quyển, cần đảm bảo tính liên tục của các

thông lượng trao đổi từ hai môi trường có kể đến sự khác biệt về mật độ của nước

và không khí. Thông thường các thông lượng này đều do quá trình trao đổi rối quyết

định.

Đối với ứng suất rối:

03

~

xu (2.21)

Động năng rối:

12/3

3

~

Dxkk

(2.22)

33

Thông lượng rối nhiệt và muối:

yy Fxy

3

~ (2.23)

Điều kiện biên trên đáy

Đối với vận tốc:

bxu

3

~

(2.24)

Trong đó:

bbDb C

0 (2.25)

Với CD - hệ số ma sát đáy, đại lượng này có thể tính theo quy luật phân bố

logarit trong lớp biên:

20/ln/ zzkC bD (2.26)

ở đây zb là khoảng cách tính từ đáy nơi có vận tốc b

, z0 là tham số

nhám, 230 1010~ z cm. Khi có hiệu ứng biến đổi hướng vận tốc trong lớp biên ta

có thể đưa thêm hệ số hiệu chỉnh R vào công thức (17) và chuyển về trong dạng

sau:

bbDb CR . (2.27)

Tại những nơi mà lớp biên đáy không xác định thì có thể lấy gần đúng

CD~0,026.

Đối với động năng rối:

Giá trị động năng rối tại lớp biên đáy được xác định theo quy luật rối lớp

biên, trong bài toán này lớp biên đáy được mô phỏng theo quy luật logarit. Như vậy

động năng rối có thể tính theo ứng suất rối đáy, theo Blumbert và Mellor (1987) thì

mối tương quan này có thể viết:

34

bb Bk 3/1

1 , B1=16,6 (2.28)

Đối với các thông lượng nhiệt và muối:

Không có trao đổi qua đáy, các thông lượng cho bằng 0.

Điều kiện biên lỏng

Điều kiện biên lỏng được xây dựng theo nguyên lý đảm bảo sự liên kết giữa

trong và ngoài miền tính. Sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn cho phép dễ dàng

hơn việc triển khai đối với cả hai điều kiện giữ nguyên giá trị hoặc thông lượng qua

biên. Việc xây dựng các điều kiện biên cần đảm bảo không những tính liên tục của

thông lượng mà có khả năng thể hiện miền ngoài như một hệ tích cực áp đặt lên hệ

trong hoặc như hệ thụ động chịu tác động của hệ trong.

Điều kiện biên cứng

Tương tự như ở đáy, đối với các biến vô hướng, các thông lượng theo hướng

pháp tuyến của các biến vô hướng đều bị triệt tiêu và cho bằng 0, còn với vận tốc

thì áp dụng luật ma sát biên:

uuCunnn

CD

))(( (2.29)

với CDC là hệ số ma sát.

Tại các cửa sông thì điều kiện biên riêng được áp dụng không tuân thủ điều

kiện biên cứng.

2.1.4. Điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo

Trong [20] GS. Đinh Văn Ưu đã đưa ra phương pháp sử lý điều kiện biên hở

cửa Nam Triệu và Lạch Tray, khu vực cửa sông có triều áp đảo. Mực nước thực tế

vùng biển cửa sông sẽ bao gồm tổng mực nước do dao động triều và gia tăng mực

nước do sông đổ ra:

t (2.30)

35

Trong đó phần gia tăng mực nước do sông sẽ bị triệt tiêu khi đi xa về phía

biển. Mối tương quan giữa đại lượng này với lưu lượng hay vận tốc tương ứng sẽ

phụ thuộc vào đặc trưng hình thái cửa sông.

Đại lượng gia tăng mực nước do sông được xác định thông qua thử nghiệm

số trị và thiết lập mối tương quan với lưu lượng thông qua một đa thức bậc 2. Đối

với cửa Nam Triệu, giá trị gia tăng mực nước do sông có thể biến đổi đến 0,003 m

với lưu lượng sông cực đại khoảng 1000 m3/s, giá trị này bằng 0,001 m với lưu

lượng sông trung bình khoảng 400 m3/s.

2.2. Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng

2.2.1. Hệ phương trình lan truyền và khuếch tán vật chất

Trong mô hình vận chuyển trầm tích sử dụng phương trình 3D bình lưu-

khuyếch tán nồng độ trầm tích lơ lửng không biến tính (c):

scwz

cwz

cvy

cuxt

c

zc

zyc

yxc

x zyx

(2.32)

Trong đó, bên cạnh các thành phần vận tốc (u,v, w) và hệ số khuếch tán (λx,

λy, λz) theo 3 hướng, vận tốc lắng đọng ws phụ thuộc vào đặc trưng của trầm tích lơ

lửng.

Quá trình lắng đọng và bứt tách trầm tích trên đáy được kết nối với mô hình

vận chuyển trầm tích thông qua điều kiện biên đáy:

EDQzccw zs

(2.33)

Trong đó Q là suất trao đổi trầm tích trên một đơn vị diện tích bề mặt do

kết quả của các quá trình lắng đọng (D) và bứt tách (E). Đối với chất lơ lửng là phù

sa - một hợp phần tựa bền vững với các nguồn xuất - nhập hầu như chỉ xẩy ra trên

36

biên, vì vậy chỉ cần chú ý duy nhất đến quá trình lắng đọng.

Trong nghiên cứu này, các điều kiện biên đối với các biên biển hở được cho

giá trị không đổi về nồng độ phi thứ nguyên. Đối với mặt phân cách giữa lớp nước

và lớp đáy, các thông lượng trao đổi được tính thông qua quá trình bứt xói và lắng

đọng trầm tích.

Suất lắng đọng qua biên này được tính dựa vào vận tốc chìm lắng, nồng độ

chất lơ lửng tại chỗ và giá trị vận tốc động lực tương đối so với giá trị tới hạn cho

phép lắng đọng xuống đáy.

dbs

dbs cw

uucwD

11

2

*

* (2.34)

với điều kiện u* < u*d hoặc tương ứng t < td.

Giá trị của vận tốc chìm lắng của chất lơ lửng phụ thuộc một cách phức tạp

vào đặc trưng của trầm tích và yếu tố động lực học. Van Rijn (1984) đã đưa ra một

công thức thực nghiệm sau đây tính theo kích thước hạt d, tỷ lệ giữa mật độ trầm

tích và mật độ nước, s, và độ nhớt động học, η:

1812

sgdws (2.35)

Thông thường giá trị s ≈ 2,65 và η = 1,5.10-6 m2/s.

Giá trị của d được xác định theo công thức:

50251011,01 dTd s (2.36)

Trong đó

16

50

50

84

21

dd

dd

s là độ phân tán của kích thước hạt trầm tích s <

2 khi trầm tích tương đối đồng nhất, crb

crbcbT,

,',

là tham số ứng suất phi thứ

nguyên với ',cb là ứng suất đáy do hòng chảy, '

,crb là giá trị tới hạn được tính theo

37

công thức phụ thuộc vào kích thước hạt và giá trị số Shields tới hạn:

crscrb gd 50, )( (2.37)

Tham số Shields được tính theo công thức của Van Rijn:

10414,0

4124,0

*64,0*

*1*

DD

DDcr (2.38)

trong đó kích thước hạt phi thứ nguyên đặc trưng được tính theo công thức:

3/1

250*)1(

sgdD (2.39)

Như vậy kích thước hạt trầm tích d = d50 khi giá trị ứng suất tương đối T >

25.

Nghiên cứu vận tốc chìm lắng trong điều kiện dòng triều, Portela (1997) đã

dẫn ra công thức đơn giản hơn chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất lơ lửng:

31

31

/1,0).(02,0

/1,0).(002,0

mkgcsm

mkgcsmws (2.40)

Nồng độ chất lơ lửng gần đáy cb và c được lấy theo nồng độ tại biên dưới

cùng lớp nước hoặc giá trị trung bình cho lớp biên đáy. Giá trị của nồng độ này có

thể tính theo quy luật hàm số mũ (Mayer, 1995):

1

0

0

1

HAw

v

sb

v

s

eHAwcc (2.41)

với H0 là độ dày lớp nước có ảnh hưởng, thông thường độ dày này được chọn

bằng 1m và c là nồng độ trung bình trong lớp nước đó.

Hệ số khuếch tán Av đối với chất lơ lửng mịn đường kính nhỏ hơn 20 µm

được xem là giảm tuyến tính trong lớp sát đáy từ 3.10-10 m2/s đến 3.10-11 m2/s

38

(Pohlmann, 1994).

Cũng theo Pohlmann (1994) thì giá trị vận tốc tới hạn đối với lắng đọng có

thể lấy như sau:

smwsm

smwsmwc

smwsm

u

s

ss

s

d

/10.5).(028,0

/10.510.5).()3,4(log02,0008,0

/10.5).(008,0

51

551

51

*

(2.42)

Trong trường hợp đáy biển có sinh vật đáy, thì quá trình lắng đọng sinh học

có thể tính như sau:

bbiobio cwD (2.43)

Với

smwbio /10.15,1 6 (2.44)

Thông lượng bứt xói từ đáy có thể tính theo nhiều cách khác nhau đối với

từng loại trầm tích đáy.

Theo Pohlmann (1994), đối với đáy bùn thì suất bứt xói sẽ là:

)/()( 22*

2* smtonuuCE ee (2.45)

Với hệ số 44 /.10 mstonCe lấy theo kết quả thực nghiệm của Puls (1984)

và Rodger et al (1985).

Giá trị của vận tốc động lực bứt xói tới hạn được lấy bằng 0,028 m/s.

Như vậy đối với mô hình vận chuyển chất lơ lửng trong toàn lớp nước, thông

lượng vật chất qua biên sẽ là tổng đại số của hai hợp phần lắng đọng D và bứt xói

E:

EDFLCb (2.46)

39

2.2.2. Mô hình biến đổi độ dày lớp trầm tích đáy lỏng

Sử dụng phương trình bảo toàn khối lượng để nghiên cứu biến đổi của độ

dày lớp đáy lỏng:

EDqt

. (2.47)

Với q là thông lượng vật chất vận chuyển ngang trong lớp đáy lỏng có thể

xem đồng nhất với dòng vận chuyển trầm tích di đáy. Các hạng thức D và E tương

ứng suất lắng đọng và bứt xói trao đổi với lớp nước nằm trên.

Thông thường suất di đáy q. được tính theo véc tơ của dòng vận chuyển

trầm tích di đáy q , đại lượng này được tính theo nhiều công thức khác nhau như

Piter-Mayer, Van Rijn, v.v... phụ thuộc vào ứng suất đáy do tác động của sóng và

dòng chảy và đặc trưng của trầm tích.. .

Công thức Piter-Mayer (1948) dạng tổng quát có thể viết như sau:

2/32/350

2/1

)047,0(8

dgq s (2.48)

Với

50

,

)( gds

cb

và 2/3

'

CC (2.49)

Trong đó )12log(18,cskhC và )12log(18

90

'

dhC , h là độ sâu lớp nước, ks,c là

tham số nhám.

Nếu bỏ qua hạng thức 0,047, công thức (2.48) trở về dạng đơn giản sau:

122/32

*2* .

)()(8

smg

uuqs

cr

(2.50)

Cùng với các giả thiết về hai lớp như trên, Van Rijn (1984) đã đưa ra công

40

thức tính vận chuyển di đáy trong dạng sau:

crcr

s

vvDdgq

,/1053,0 '

3,0*

2/350

2/1

(2.51)

Giá trị ứng suất đáy phục vụ tính tham số Shields, θ, được lấy từ kết quả mô

hình thuỷ nhiệt động lực 3D:

2*, uob (2.52)

Như vậy, việc đưa mô hình lớp trầm tích đáy lỏng vào mô hình 3D thuỷ động

lực vừa cho phép cung ứng các điều kiện biên trao đổi chất qua biên cho phép giải

bài toàn vận chuyển chất lơ lửng, đồng thời kết quả tính toán ứng suất đáy lại cung

cấp đầu vào cần thiết cho mô hình lớp biên đáy lỏng. Trong trường hợp phát triển

mô hình lớp biên đáy bao gồm các tầng trầm tích khác nhau, chúng ta có thể hoàn

thiện mô hình biến động đáy đáp ứng các yêu cầu về nghiên cứu bồi, xói cũng như

nguồn gốc, chất lượng môi trường.

2.3. Các phương pháp tham số hóa của mô hình

2.3.1. Phương pháp thể tích hữu hạn

Trong mô hình sử dụng phương pháp phần tử hữ hạn để rời rạc hóa hệ

phương trình vi phân. Cơ sở chính của phương pháp này dựa trên việc thiết lập sự

cân bằng cho môt thể tích nào đó và tiến hành cho thể tích này giảm nhưng vẫn giữ

giá trị khác 0. Điều này khác với phương pháp sai phân hữu hạn khi ta thay thế biểu

thức đạo hàm bằng cách phân tích vào chuỗi Taylor.

Kết quả triển khai phương pháp thể tích hữu hạn cho ta giá trị các biến cấu

trúc tương đương giá trị trung bình cho toàn thể tích được hình thành bởi các gia số

nguyên tố của các tọa độ.

Để minh họa sơ đồ rời rạc hóa theo phương pháp thể tích hữu hạn, chúng ta

xem xét kết quả triển khai đối với phương trình thủy-nhiệt động lực học trong dạng

tổng quát: phương trình tiến triển bình lưu-khuếch tán đối với biến tổng quát y:

41

yyu

ym

y Qfffty

).( 0

(2.53)

Các thông lượng trong dạng véc tơ đã được thể hiện thông qua tổng của 3

véctơ thành phần: yu

ym

yy ffff

0 với véc tơ thứ nhất do bình lưu và đối lưu, véc

tơ thứ hai do quá trình thăng giáng trong trường trọng lực, và véc tơ thứ ba do

khuếch tán.

Chúng ta có thể biến đổi phương trình đối với biến trung bình y tại bước tính

dt như sau:

)(1)(1)(1111

zzi

yyi

xxi

y jjz

jjy

jjx

Qty

(2.54)

Như vậy đối với một tính chất y bất kỳ ta có:

xyykjydSSmujj ix

uS

xxxm

x

x

1110 ,)/1)(( (2.55)

Trên cơ sở các công thức trên, có thể thấy rằng việc xác định các thông

lượng của các biến có ý nghĩa quyết định đối với sự thành công của phương pháp

thể tích hữu hạn.

2.3.2. Sơ đồ lưới tính Arakawa C rời rạc hóa theo không gian

Do việc các thông lượng phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc qua các bề mặt của

từng thể tích lựa chọn, nên việc xác định các giá trị vận tốc trở nên rất quan trọng.

Sơ đồ triển khai Arakawa C cho phép ta nhận được giá trị vận tốc pháp tuyến trên

mặt phân cách, vì vậy dễ dàng tính được các thông lượng thông qua biên của bề mặt

đó.

Trong mô hình VNU/MDEC, sử dụng phương pháp thể tich hữu hạn với sơ

đồ lưới Arakawa C hiện theo phương ngang và ẩn theo phương thẳng đứng.

Theo sơ đồ này thì các đại lượng gradient áp suất và bình lưu được tính theo

quy tắc thông thường, còn lực Coriolis được tính trung bình. Tại các biên, điều kiện

42

không thẩm thấu cũng được áp dụng dễ dàng không nhất thiết phải cho vận tốc triệt

tiêu (= 0) trên đó.

Đối với sơ đồ ba chiều trên các biến véc tơ vận tốc và đại lượng vô hướng

cũng được áp dụng.

a. Xác định sơ đồ lưới Arakawa C theo phương ngang, η và các đại lượng vô hướng HCI(I,J,K) được xác định tại trung tâm ô lưới, các điểm ; u, HUI(I,J,K) và v, HVI(I,J,K) được xác định trên ranh giới giữa các ô tại các

điểm các điểm , .

b. Xác định sơ đồ lưới Arakawa C theo phương thẳng đứng. Chú ý rằng tầng thấp nhất k=1 và tầng cao hơn k=kmaxI không nằm trong miền tính. Miền tính giới hạn từ k=2, … , KSUPI=KMAXI-1

Hình 2.2. Sơ đồ lới 3D Arakawa C

Sơ đồ rời rạc hóa theo thời gian

Sơ đồ giải phương trình này được xây dựng trên cơ sở phân tích Qy thành hai

thành phần: Qy= P

y - D

y, trong trường hợp đó phương trình tổng quát cần giải có thể

viết đơn giản như sau:

yy DPty

với yt=y0 (2.56)

Từ kết quả rời rạc hóa tuyến tính ta có:

43

nn yy )1(1 , với

)(nn

nn

yyn

yy

DPt

yDP

(2.57)

Trong đó các tham số τ và θ được chọn trên cơ sở phải đảm bảo điều kiện

phân tích Qy và các yêu cầu đối với bước tính Δt cũng từ đây có thể chọn Δt đáp

ứng điều kiện có lời giải cho các biến, như sau:

** lim,1 yy

yDP

yyDP

t t

yyyy

(2.58)

Như vậy, đối với bài toán 3D sau khi ứng dụng các sơ đồ rời rạc hóa theo

không gian và thời gian ta có:

1

1

1

111

111

1

1

111

)1(

)1(

)()(

))1(())1((

0000

11

111

n

k

n

k

n

k

n

k

nnn

k

n

k

nnn

k

n

k

nnnn

nn

zu

zu

zu

zu

zm

zzm

zzm

zzm

z

yyj

xxi

nnn

ynn

n

ynn

jjjjzt

jjjjjjjjzt

jjytjj

xt

yyy

Dyyy

Ptyy

(2.59)

Với 4 tham số τ, θ, α, β có thể biến đổi trong quá trình ứng dụng. Cũng từ

biểu thức trên có thể thấy tham số β cho giá trị ẩn tỷ lệ của thành phần bình lưu -

đối lưu còn α cho tỷ lệ ẩn của thành phần khuếch tán.

Sơ đồ bình lưu

Đối với các giá trị biên, mặt phân cách y không lấy theo giá trị trung bình

các giá trị xung quanh mà được ngoại suy từ giá trị cũ theo sơ đồ ngược sử dụng 4

điểm yi-1,j, yi-1,j-1, yi,j, yi,j-1 với các tham số ngoại suy tự chọn.

Những quan hệ này thể qua các công thức sau:

44

erfacex yuj int10 ,

1,

''1,

''

,''''

1,1''

1,1''

,1''''

int

~2~2

~22~221

~2~2

~22~22116

jixxjixx

jixxxxx

jixxjixx

jixxxxxerface

yy

y

yy

yy

(2.60)

Các tham số 'x và '~

x là các tham số ngoại suy phụ thuộc vào vị trí các

điểm.

Đối với động lượng việc tính toán cũng tiến hành tương tự, nhưng lưới các

điểm chọn được dịch đi 1/2 bước theo hướng u hay v tương ứng.

2.2.3. Phương pháp tách mod ( mode- splitting)

Để triển khai mô hình, cần tiến hành lấy tích phân phương trình (2.1) theo độ

sâu trong hệ tọa độ đã chuyển đổi, ta thu được phương trình bảo toàn khối lượng:

0. U

t h (2.61)

trong đó U là véc tơ dòng vận chuyển:

h

dxuU 3 (2. 62)

Như vậy trong mô hình tính toán thành phần sóng trọng lực trên mặt biển

vẫn được giữ lại, song điều kiện ổn định đối với sóng (liên quan tới hiệu ứng 2D) sẽ

bắt các tính toán 3D phải tuân theo. Tuy nhiên do giá trị thế năng chính áp:

)(~2

1 122'2

0

HgOdSg

VQ

xyS

nhỏ hơn nhiều so với các

thành phần năng lượng khác, ví dụ đối với thế năng tà áp:

45

)(~130 bHOdVxb

VP

V

Và động năng: )(~2

1 22'2

0 vOdVuu

VK

V

Theo đánh giá của Becker (1994) thì tỷ lệ các thành phần này có các bậc đại

lượng như sau:

)1010(0);1010(0 3223 KP

KQ

Điều này dẫn tới yêu cầu xử lý riêng đối với hiệu ứng chính áp (mode

barotrop).

Tích phân phương trình chuyển động ta được biểu thức toán học của phương

pháp tách mod cho phép tính toán các hiệu ứng chính áp 2D ra khỏi tính toán 3D:

BUKUK

gPHUfeHUU

tU

hhhhb

Ds

atmhh

).~().~( '2

03

(2.63)

bD

bD

Dh

D xhh

xdSuuHUU

xdSxdSxbxbxB

233

333

33

ˆ~ˆˆˆ

ˆ~ˆ~ˆ

ˆˆ3

(2.64)

Việc giải nhiều bước 2D (cho ta các thành phần dòng và mực nước) trước

khi đưa giá trị mực nước vào cá phép tính 3D đã tạo điều kiện cho các ảnh hưởng

chính áp kịp thích ứng với trường nhiệt-muối trong khi ảnh hưởng tà áp bị giữ lại

không đổi. Quy trình tính này đã làm mất khả năng nảy sinh các bất ổn định nhỏ.

Theo quy trình tính, đại lượng B được lấy từ điều kiện ban đầu (hoặc kết quả

tính tại bước trước đó) của mô hình 3D và giữ không đổi trong quá trình mô hình

2D được tiến hành qua một số lượng bước tính quy định trước khi chuyển sang

46

bước tính 3D theo bước tính lớn hơn. Bước tiếp sau của quy trình này là việc điều

chỉnh vận tốc 3D tương ứng với lưu tốc đã được tính theo mô hình 2D.

2.3. Số liệu đầu vào

Các loại số liệu được sử dụng trong luận văn bao gồm: số liệu địa hình, số

liệu lưu lượng sông, số liệu nồng độ trầm tích lơ lửng tại các cửa sông, số liệu gió.

Số liệu địa hình được trích từ bản đồ số độ sâu của Bộ tư lệnh Hải quân, số

liệu trên đất liền được trích từ các bản đồ DEM 90m

(http://www.webgis.com/index.html) (Hình 2.3).

Hình 2.3. Địa hình khu vực nghiên cứu

Số liệu lưu lượng sông, nồng độ trầm tích lơ lửng tại các cửa sông được chọn

theo các phương án căn cứ vào kết quả của các nghiên cứu [1, 6, 8, 16] và một phần

số liệu thực đo của Viện Tài nguyên Môi trường biển Hải Phòng.

Số liệu gió là các phương án được chọn dựa trên cơ sở phân tích số liệu thực

đo nhiều năm tại trạm Hòn Dáu theo tốc độ và hướng gió đặc trưng theo hai mùa

đông và mùa mùa hè.

47

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Triển khai mô hình

3.1.1. Các phương án tính toán

Các phương án tính toán được xây dựng nhằm mục đích đánh giá được vai

trò của các quá trình tương tác sông-biển tại cửa sông thông qua các phương án lưu

lượng nước, lưu lượng trầm tích từ sông đi vào biển, các đặc trưng về chế độ thủy

động lực, vận chuyển trầm tích trong khu vực nghiên cứu. Trên cơ sở các kết quả

phân tích đặc điểm tự nhiên, khí tượng, thủy – hải văn của khu vực và các số liệu

thu thập được đã xây dựng các phương án tính toán. Mỗi phương án sẽ xét đến một

hay nhiều nhân tố có ảnh hưởng đến trường dòng chảy và quá trình lan truyền trầm

tích trong khu vực. Các phương án được mô phỏng trong thời gian 15 ngày tính từ 0

giờ Mặt Trời trung bình. Nồng độ trầm tích ở đây dược tính theo nồng độ phi thứ

nguyên.

Bảng 3.1. Các phương án tích toán

Các điều kiện tại các biên cửa sông, biên mặt biển

Giá trị gia tăng mực nước tại các biên cửa sông ( ) Gió

Tham số trầm tích lơ lửng tại các biên

cửa sông

Lạch Tray

Bạch Đằng

Lạch Huyện

Vận tốc Hướng Lạch

Tray Bạch Đằng

TT Tên

phương án

(mm) (mm) (mm) (m/s)

1 HP01

2 HP02 0,1 0,15 0,1

3 HP03 2,5 3 1

4 HP04 0,1 0,15 0,1 5,17 E

5 HP05 2,5 3 1 3,82 N

6 HP06 0,1 0,15 0,1 4,69 SE

7 HP07 2,5 3 1 6,33 S

48

Các điều kiện tại các biên cửa sông, biên mặt biển

Giá trị gia tăng mực nước tại các biên cửa sông ( ) Gió

Tham số trầm tích lơ lửng tại các biên

cửa sông

Lạch Tray

Bạch Đằng

Lạch Huyện

Vận tốc Hướng Lạch

Tray Bạch Đằng

TT Tên

phương án

(mm) (mm) (mm) (m/s)

8 HP08 0,0001 0,0001

9 HP09 0,01 0,01

10 HP10 0,1 0,15 0,1 0,0001 0,0001

11 HP11 2,5 3 1 0,01 0,01

12 HP12 0,1 0,15 0,1 5,17 E 0,0001 0,0001

13 HP13 0,1 0,15 0,1 3,82 N 0,0001 0,0001

14 HP14 2,5 3 1 4,69 SE 0,01 0,01

15 HP15 2,5 3 1 6,33 S 0,01 0,01

16 HP16 3 0,001

18 HP17 3 4,69 SE 0,001

17 HP18 2,5 0,001

19 HP19 2,5 4,69 SE 0,001

Bảng 3.1 trình bày các phương án tính toán, cụ thể các phương án như sau:

Phương án HP01: Chỉ tính thủy triều;

Phương án HP02: Tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu trong mùa

kiệt;

Phương án HP03: Tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại trong mùa

lũ;

Phương án HP04: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu trong mùa

kiệt và gió mùa mùa đông, hướng Đông;

49

Phương án HP05: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu trong mùa

kiệt và gió mùa mùa đông, hướng Bắc;

Phương án HP06: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại trong mùa lũ

và gió mùa mùa hè, hướng Đông Nam;

Phương án HP07: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại trong mùa lũ

trong mùa kiệt và gió mùa mùa hè, hướng Nam;

Phương án HP08: Tính đến thủy triều, nồng độ trầm tích cực tiểu trong mùa

kiệt;

Phương án HP09: Tính đến thủy triều, nồng độ trầm tích cực đại trong mùa

lũ;

Phương án HP10: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và nồng độ

trầm tích cực tiểu trong mùa kiệt;

Phương án HP11: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ

trầm tích cực đại trong mùa lũ;

Phương án HP12: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và nồng độ

trầm tích cực tiểu trong mùa kiệt, gió mùa mùa đông, hướng Đông;

Phương án HP13: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và nồng độ

trầm tích cực tiểu trong mùa kiệt, gió mùa mùa đông, hướng Bắc;

Phương án HP14: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ

trầm tích cực đại trong mùa lũ, gió mùa mùa hè, hướng Đông Nam;

Phương án HP15: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ

trầm tích cực đại trong mùa lũ, gió mùa mùa hè, hướng Nam;

Phương án HP16: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ

trầm tích trung bình tại cửa Nam Triệu trong mùa lũ;

Phương án HP17: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ

50

trầm tích trung bình tại cửa Nam Triệu trong mùa lũ và gió mùa mùa hè, hướng

Đông Nam;

Phương án HP18: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ

trầm tích trung bình tại cửa Lạch Tray trong mùa lũ;

Phương án HP19: Tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và nồng độ

trầm tích trung bình tại cửa Lạch Tray trong mùa lũ; và gió mùa mùa hè, hướng

Đông Nam;

3.1.2. Điều kiện tính toán

Tại các biên mở sử dụng bộ hằng số điều hòa của bốn sóng triều chính K1,

O1, M2 và S2. Ngoài ra, có thể đưa vào các tham số về vận tốc pháp tuyến và tiếp

tuyến, nhiệt độ, độ muối. Trong nghiên cứu này các vận tốc pháp tuyến và tiếp

tuyến trên biên được cho bằng 0, nhiệt độ và độ muối tại các biên được cho bằng

giá trị trung bình của khu vực là 250C và 25‰.

Riếng đối với các biên cửa sông, được bổ sung các tham số về chênh lệch

mực nước và nồng độ trầm tích theo các phương án đã cho trong Bảng 3.1.

Tại biên mặt biển, không tính đến thông lượng nhiệt, có tính đến tác động

của gió bề mặt và được cập nhập theo thời gian cho trước.

Các điều kiện ban đầu gồm các trường 2D và 3D.

Các trường 2D gồm:

- Trường mực nước ban đầu

- Trường thông lượng nhiệt., theo thời gian

- Trường gió bề mặt theo hướng x, y và theo thời gian

- Trường khí áp, theo thời gian.

Các trường 3D gồm:

- Trường nhiệt độ ban đầu

51

- Trường muối ban đầu

- Trường động năng

- Các tham số được tiến hành hiệu chỉnh cho phù hợp với vùng nghiên cứu.

Hình 3.1 trình bày sơ đồ các điểm, các mặt cắt xuất số liệu trong các phương

án tính toán.

MC1

MC2

P5 P6

P1

P4

P3

P2

MC1

MC2

P5 P6

P1

P4

P3

P2

Hình 3.1. Vị trí các điểm, các mặt cắt

3.1.3. Kết quả hiệu chỉnh mô hình

So sánh kết quả mực nước tính toán tại điểm P5 () (Hình 3.2) trong cùng thời

điểm cho thấy kết quả tính toán khá sát với thực tế về pha và độ lớn, sai số trung

bình nhỏ dưới 1 cm, sai số tuyệt đối lớn nhất 13 cm.

Các tham số của mô hình thu được trong quá trình hiệu chỉnh mô hình đã

được sử dụng trong các tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích

trong khu vực nghiên cứu.

52

-3-1.5

01.5

3

2/25/060:00

2/25/0612:00

2/26/060:00

2/26/0612:00

2/27/060:00

2/27/0612:00

2/28/060:00

Thực đo Tính toán

Hình 3.2. Biến trình mực nước tính toán và thực đo tại điểm P5

3.2. Kết quả tính toán chế độ thủy động lực

3.2.1. Trường dòng chảy và mực nước triều

Kết quả mô phỏng thủy triều cho thấy trường mực nước thủy triều biến đổi

theo thời gian, có sự chênh lệch mực nước giữa các điểm ở phía Đông và phía Tây

của khu vực nghiên cứu, giá trị chênh lệch lớn nhất có thể đạt 6-7cm (Hình 3.3).

Kết quả này phù hợp với các kết quả nghiên cứu và đo đạc thực địa trước đây.

Hình 3.3. Trường mực nước tại thời điểm 35h khi chỉ tính đến thủy triều

Khu vực nghiên cứu có độ sâu nhỏ dưới 15m, địa hình bị chia cắt mạnh bởi

các cửa sông, đảo, trong đó tồn tại nhiều luồng lạch cùng các bãi cát ngầm. Dòng

53

chảy trong khu vực bị biến đổi mạnh mẽ do ảnh hưởng của địa hình và đường bờ,

hình thành dòng chảy đặc trưng của khu vực.

Hình 3.4. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khi chỉ tính

đến thủy triều

Hình 3.5. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 115h khi chỉ tính

đến thủy triều

Kết quả tính toán cho thấy, sự biến đổi của dòng triều trong khu vực phụ

thuộc vào thời gian triều cao hay triều thấp, phụ thuộc vào thời điểm triều dâng hay

triều rút. Vào các ngày triều cao dòng triều mạnh hơn các ngày triều thấp, vận tốc

dòng triều rút lớn hơn dòng triều dâng. Kết quả tính toán cho thấy sự có mặt thường

54

xuyên của dòng chảy dọc bờ Cát Hải và dòng chảy ven bờ biển Đồ Sơn, An Dương.

Khi triều lên, dòng chảy dọc bờ đảo Cát Hải (TT. Cát Hải, Văn Phong,

Hoàng Châu) có hướng Tây, kết hợp với dòng chảy đi ra cửa Lạch Huyện và dòng

đi vào cửa Nam Triệu tạo thành dòng bao quanh đảo Cát Hải (Hình 3.4). Khi triều

xuống, dòng chảy bao quanh đảo Cát Hải đổi chiều đi ra từ cửa Nam Triệu và đi

vào cửa Lach Huyện (Hình 3.5).

-2-1012

24 72 120 168 216 264 312 360

Thời gian (h)

Mực

nướ

c tri

ều (m

)

Cửa NT Cửa LH

a. Mực nước

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336

Vận

tốc (

m/s)

Thời gian (h)

Cửa NT Cửa LH

b. Vận tốc dòng chảy

Hình 3.6. Biến trình mực nước vận tốc dòng chảy tại cửa Nam Triệu và Lạch Huyện

khi chỉ tính đến thủy triều

Sự hiện diện của dòng chảy thuận nghịch dọc bờ Cát Hải đã được khẳng định

trong nhiều nghiên cứu trước đây [18]. Dòng chảy thuận nghịch dọc bờ Cát Hải là

55

hệ quả của sự lệch pha dòng chảy tại hai cửa Nam Triệu và Lạch Huyện, trong khi

mực nước tại hai cửa hoàn toàn đồng nhất về pha. Ngoài sự lệch pha của dòng chảy

tại hai cửa Nam Triệu và lạch Huyện, một điều thú vị nữa là độ lớn dòng chảy tại

hai cửa này cũng có sự hoán vị, khi dòng chảy cửa Nam Triệu lớn thì dòng chảy cửa

Lạch Huyện nhỏ và ngược lại. Điều này có thể là nguyên nhân chính hình thành sự

lệch pha dòng chảy tại hai cửa (Hình 3.6). Vận tốc dòng chảy dọc bờ Cát Hải có thể

đạt giá trị 35cm/s.

Dòng chảy ven bờ Đồ Sơn, An Dương là dòng thuận nghịch theo pha triều

lên và triều xuống, hướng theo hướng đường bờ, vận tốc cực đại tại điểm ven bờ

Ngọc Hải đạt 40 cm/s trong các ngày triều mạnh.

Hình 3.7. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 44h khi chỉ tính đến

thủy triều

Điều kiện khô-ướt trong mô hình áp dụng cho bài toán đối với vùng triều áp

đảo cũng được thể hiện rõ qua kết quả tính toán. Việc triển khai điều kiện khô ướt

trong mô hình đã cho phép mô phỏng sát thực hơn các trường thủy động lực cũng

như quá trình lan truyền và vận chuyển vật chất ở khu vực có địa hình phức tạp như

khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Mô hình mô phỏng rõ ràng quá trình lộ bãi

và ngập bãi khi triều xuống và khi triều lên. Hình 3.7 thể hiện kết quả tính toán tại

56

thời điểm triều xuống thấp.

3.2.2. Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 1 (khi tính đến thủy triều và lưu

lượng sông)

Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng là thủy vực mở chịu tác động mạnh mẽ

của biển, đồng cũng chịu ảnh hưởng mạnh của các sông Cấm, Bạch Đằng, Lạch

Tray, sông Chanh đổ trực tiếp qua cửa Nam Triệu và một phần nhỏ qua cửa Lạch

Huyện. Sự tác động của dòng chảy sông đến chế độ thủy động lực của khu vực liên

hệ chặt chẽ với lưu lượng nước trong sông (giá trị chênh lệch mực nước tại các biên

cửa sông).

Để đánh giá ảnh hưởng của sông đến chế độ thủy động lực trong khu vực, tác

giả đã tiến hành triển khai tính toán theo hai phương án HP02 và HP03. Giá trị

chênh lệch mực nước tại các biên cửa sông được cho tương ứng 0,1-0,15 mm (mùa

kiệt) và 1-3 mm (mùa mưa).

Kết quả tính toán cho thấy trường mực nước và hoàn lưu trong khu vực hầu

như không biến đổi về hướng so với kết quả trong phương án HP01 (Hình 3.8 và

3.9). Tuy nhiên, giá trị độ lớn của dòng tổng hợp đã bị thay đổi, mức độ thay đổi

này tùy thuộc vào chênh lệch mực nước tại các biên cửa sông. Các vị trí gần các cửa

sông có sự thay vể tốc độ dòng chảy lớn hơn, sự thay đổi này giảm dần ở các điểm

phía ngoài cửa sông. Quá trình tương tác giữa dòng chảy sông và dòng triều làm

thay đổi vận tốc dòng tổng hợp, trong pha triều lên vận tốc dòng tổng hợp bị suy

giảm so với phương án HP01 và ngược lại trong pha triều xuống tốc độ dòng chảy

tăng lên. Điều này hoàn toàn phù hợp với thực tế quá trình tương tác sông-biển.

Kết quả tính toán trong cho thấy tốc độ dòng dọc bờ Cát Hải ít thay đổi trong

phương án HP02, tăng lên từ 7-10 cm/s trong phương án HP03. Như vậy, trong điều

kiện mùa mưa dòng chảy dọc bờ Cát Hải được tăng cường. Đối với dòng chảy ven

bờ Đồ Sơn, tại điểm ven bờ Ngọc Hải cho thấy tốc độ dòng chảy cực đại vào

khoảng trên dưới 40 cm/s trong cả hai phương án HP02 và HP03, hầu như không

57

thay đổi so với phương án HP01.

Hình 3.8. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 50h khi tính đến

thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu

Hình 3.9. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 66h khi tính đến

thủy triều và lưu lượng sông cực đại

Khi tăng dần giá trị chênh lệch mực nước trên biên cửa sông, kết quả tính

toán cho thấy sự thay đổi tốc độ dòng chảy tại các điểm gần các cửa sông tăng lên.

58

Trong phương án HP03 (chênh lệch mực nước tại các cửa sông là 2,5-3 mm tương

ứng với điều kiện cực đại về lưu lượng) cho thấy tại vị trí ở trung tâm miền tính còn

ghi nhân được sự thay đổi đáng kể của tốc độ dòng chảy so với phương án HP01.

Như vậy, trong điều kiện cực đại ảnh hưởng của sông đến chế độ thủy động lực

trong khu vực rất lớn, nhất là các vùng gần các cửa sông.

00.10.20.30.40.5

144 168 192 216 240 264 288 312 336 360

Thời gian (h)

Vận

tốc

(m/s

)

HP01 HP02 HP03

Hình 3.10. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 gần cửa Lạch Tray khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu

(HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại (HP03)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

144 168 192 216 240 264 288 312 336 360

Vận

tốc

(m/s

)

Thời gian (h)

HP01 HP02 HP03

Hình 3.11. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 gần cửa Nam Triệu khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu

(HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại (HP03)

Tại điểm P2 gần cửa Lạch Tray thay đổi của tốc độ dòng chảy trong các

phương án không đáng kể, chênh lệch vận tốc dòng chảy tầng mặt lớn nhất giữa các

59

phương án khoảng 5-6 cm/s, Hình 3.10 thể hiện kết quả này. Tại điểm P5 gần cửa

Nam Triệu, biến động của tốc độ dòng chảy trong các phương án có sự khác biệt rõ

rệt. So với phương án HP01, tốc độ dòng chảy trong phương án HP02 chênh lệch

nhỏ khoảng vài centimet. Trong khi đó theo phương án HP03 tốc độ dòng chảy

chênh lệch khá lớn khoảng trên 10 cm/s. Trên Hình 3.11 thể hiện rất rõ sự suy giảm

mạnh của dòng chảy khi triều lên và sự tăng cường của dòng chảy khi triều rút tại

điểm P5 gần cửa Nam Triệu.

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)

Tác động tổng hợp của thủy triều, sông và gió đến chế độ thủy động lực

trong khu vực được tính toán theo các phương án HP04 (gió hướng Đông), HP05

(gió hướng Bắc), HP06 (gió hướng Đông Nam) và HP07 (gió hướng Nam). Kết quả

tính toán cho thấy, trong điều kiện gió bình thường không làm thay đổi hướng hoàn

lưu triều áp đảo của khu vực, tuy nhiên có thể làm biến đổi giá trị của dòng tổng

hợp. Đối với các dòng dọc bờ Cát Hải, Đồ Sơn cũng nhận thấy sự thay đổi của vận

tốc dòng chảy so với phương án HP01, HP02 và HP04. Các hình từ 3.12 đến 3.15

thể hiện trường mực nước và dòng chảy tầng mặt tính toán trong các phương án kể

trên.

Trong 4 phương án tính toán, các phương án HP04, HP06 và HP07 đều cho

thấy xu hướng dòng chảy được tăng cường khi triều lên và suy giảm khi triều

xuống. Đối với phương án HP05 cho xu hướng ngược lại.

60

Hình 3.12. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khi tính đến

thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông

Hình 3.13. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 122h khi tính đến

thủy triều, lưu lượng sông mùa kiệt và gió hướng Bắc

61

Hình 3.14. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 141h khi tính đến

thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướng Đông Nam

Hình 3.15. Trường mực nước và dòng chảy tầng mặt tại thời điểm 341h khi tính đến

thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướngNam

Kết quả tính toán trình bày trong Hình 3.16 và 3.17 thể hiện rõ tác động của

trường gió bề mặt làm thay đổi giá trị vận tốc dòng chảy tổng hợp. Chênh lệch vận

tốc giữa các phương án HP04, HP05 và HP06, HP07 so với phương án HP01 lớn

62

nhất trong những ngày triều kém, nhỏ hơn vào những ngày triều cường.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

144 168 192 216 240 264 288 312 336 360

Thời gian (h)

Vận

tốc

(m/s

)HP04 HP05 HP06 HP07

Hình 3.16. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 khi tính đến thủy

triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tính đến thủy triều,

lưu lượng sông cực và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đến thủy triều, lưu lượng

sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi tính đến thủy triều, lưu lượng

sông cực đại và gió hướng Nam

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

144 168 192 216 240 264 288 312 336 360

Thời gian (h)

Vận

tốc

(m/s)

HP04 HP05 HP06 HP07

Hình 3.17. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 khi tính đến thủy

triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tính đến thủy triều,

lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đến thủy triều, lưu

lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi tính đến thủy triều, lưu

lượng sông cực đại và gió hướng Nam (HP07)

Nhìn chung, hoàn lưu chung của khu vực không thay đổi nhiều khi tính đến

63

các tác động của gió bề mặt và ảnh hưởng của sông, dòng triều vẫn giữ vai trò chủ

đạo trong hoàn lưu chung của khu vực. Các dòng chảy dọc bờ Cát Hải và ven bở

biển Đồ Sơn luôn tồn tại trong tất cả các phương án tính toán.

3.3. Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng

3.3.1. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của thủy triều

Quá trình lan truyền trầm tích dưới tác động của thủy triều được mô phỏng

theo các phương án HP08, ứng với trường hợp nồng độ trầm tích tại các biên cửa

sông là nhỏ nhất và HP09, ứng với trường hợp nồng độ trầm tích tại các biên cửa

sông là nhỏ nhất. Kết quả tính toán thể hiện rõ quá trình lan truyền và vận chuyển

của trầm tích phụ thuộc chặt chẽ vào độ lớn và hướng của dòng triều. Bên cạnh đó

nồng trầm tích cũng có ảnh hưởng đến chính quá trình lan truyền và vận chuyển của

trầm tích.

Kết quả tính toán cho thấy, sau khoảng 48h quá trình này đã vào ổn định,

vùng chịu ảnh hưởng của trầm tích hầu như không mở rộng đáng kể theo thời gian.

Hàm lượng trầm tích lơ lửng bị tác động bởi dòng chảy thủy triều. Độ lớn mực

nước và dòng chảy thủy triều ảnh hưởng mạnh mẽ đến nồng độ trầm tích trong khu

vực, ảnh hưởng đến đỉnh của biểu đồ hàm lượng trầm tích lơ lửng.

Trong những ngày triều cường, quá trình động lực nguồn gốc biển hoạt động

mạnh, dòng chảy dọc bờ tăng lên đáng kể. Do đó, trầm tích dễ dàng theo dòng chảy

lan truyền và khuếch tán ra xa hơn so với thời kỳ triều thấp. Qúa trình phát tán trầm

thích diễn ra mạnh nhất trong pha triều xuống. Dòng chảy xiết khi triều rút mang

trầm tích ra xa hơn. Dòng chảy dọc bờ biển Đồ Sơn cũng góp phần quan trọng vào

quá trình này, trầm tích được vận chuyển dọc bờ biển xuống phía nam tới mũi Đồ

Sơn và vượt ra ngoài miền tính. Trong những ngày triều kém, khả năng lan truyền

trầm tích bị hạn chế do dòng triều nhỏ, dẫn đến sự suy giảm của các dòng chảy ven

bờ, trầm tích vận chuyển dọc bờ và tích tụ lại ở khu vực có độ sâu nhỏ làm nồng độ

trầm tích tại các khu vực gần cửa sông, ven bờ tăng lên.

64

Thời điểm 3h

Thời điểm 24h

Thời điểm 68h

Thời điểm 180h

Hình 3.18. Nồng độ trầm tích lơ lửng khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm tích

trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt

Quá trình lan truyền và vận chuyển của trầm tích liên quan mật thiết với quá

trình triều dâng và triều rút. Khi triều dâng, dòng triều đẩy trầm tích trở lại các cửa

sông, một phần trầm tích bị giữ lại ở các khu vực ven bờ, nơi có đường bờ bị chia

cắt mạnh hoặc các bãi ngầm, mà ở đó tốc độ dòng chảy nhỏ. Bên cạnh đó dòng dọc

bờ Cát Hải có hướng từ cửa Lạch Huyện sang cửa Nam Triệu đã hạn chế khả năng

vận chuyển trầm tích về phía cửa Lạch Huyện, đảo Cát Bà. Khi triều rút, dòng chảy

đổi hướng chảy ra biển đẩy dòng trầm tích ra xa. Như đã phân tích ở trên, tốc độ

dòng chảy khi triều xuống lớn hơn khi triều lên, kết hợp với dòng chảy dọc bờ Cát

Hải, Đồ Sơn đẩy mạnh quá trình vận chuyển trầm tích ra biển (Hình 3.18 và 3.19).

65

Thời điểm 3h

Thời điểm 24h

Thời điểm 68h

Thời điểm 180h

Hình 3.19. Nồng độ trầm tích lơ lửng lửng khi tính đến thủy triều và nồng độ trầm

tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ

Chỉ dưới tác động của thủy triều, nồng độ trầm tích giữa các tầng không có

sự sai khác đáng kể (Hình 3.20 và 3.21). Điều này hoàn toàn phù hợp với thực tế,

địa hình khu vực nghiên cứu khá nông, phần lớn địa hình có độ sâu dưới 5 m, khu

vực sâu nhất nằm ở phía Đông Nam vào khoảng 15 m, khu vực ven biển các cửa

sông Nam Triệu, Lạch Tray, Lạch Huyện độ sau nhỏ hơn 3 m, ngoại trừ luồng tầu

Nam Triệu có độ sâu khoảng 5-7 m và luồng tầu Lạch Huyện sâu từ 7 đến trên 10

m. Vì vậy, quá trình xáo trộn trong khu vực diễn ra mạnh mẽ trên toàn cột nước,

làm cho nồng độ trầm tích tại các độ sâu khác nhau gần như giống nhau.

66

Hình 3.20. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán tại điểm P4 khi tính đến thủy triều

và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ

Mặt cắt MC1 lúc 22h

Mặt cắt MC1 lúc 126h

67

Mặt cắt MC2 lúc 22h

Mặt cắt MC2 lúc 72h

Hình 3.21. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy

triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ

3.3.2. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng hợp 1

Vận chuyển trầm tích dưới tác động đồng thời của thủy triều và dòng chảy

trong sông được mô phỏng theo phương án HP10, HP11 (Hình 3.22, 3.23). Kết quả

cho thấy quá trình lan truyền trầm tích diễn ra mạnh mẽ dưới tác động tổng hợp của

triều và dòng chảy sông. Trầm tích từ 2 cửa Lạch Trach và Nam Triệu phát tán sang

tới cửa Lạch Huyện. Đặc biệt đối với phương án HP11, các điều kiện đầu vào tương

tự như mùa mưa lũ, trầm tích lan truyền gần như phủ khắp miền tính. Điều này là

do quá trình động lực trong sông diễn ra mạnh mẽ. Dòng trầm tích từ các cửa sông

được đưa ra khá xa theo dòng chảy sông, trầm tích tiếp tục được lan truyền mạnh

68

theo dòng triều rút. Trong những ngày triều kếm, quá trình lan truyền trầm tích có

suy giảm so với ngầy triều cao, nhưng vẫn cao hơn so với trường hợp không xét đến

ảnh hưởng của dòng chảy sông. Một nguyên nhân khác dẫn đến hiện tượng này là

do sự tương tác giữa dòng triều và dòng chảy sông xảy ra mạnh mẽ làm tăng cường

quá trình khuếch tán trầm tích.

Thời điểm 3h

Thời điểm 68h

Hình 3.22. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng

sông nhỏ nhất và nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt

Thời điểm 3h

Thời điểm 68h

Hình 3.23. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng

sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ

Khi triều dâng, dòng triều dần áp đảo dòng chảy ra từ sông, đẩy trầm tích trở

lại các cửa sông, một phần trầm tích bị giữ lại ở các khu vực ven bờ, nơi có đường

bờ bị chia cắt mạnh hoặc các bãi ngầm, mà ở đó tốc độ dòng chảy nhỏ. Bên cạnh đó

dòng dọc bờ Cát Hải góp phần vào việc vận chuyển một lượng trầm tích sang cửa

69

Lạch Huyện và ven bờ đảo Cát Bà. Khi triều rút, dòng chảy đổi hướng chảy ra biển

đẩy dòng trầm tích ra xa. Như đã phân tích ở trên, tốc độ dòng chảy khi triều xuống

lớn hơn khi triều lên, kết hợp với dòng chảy dọc bờ Cát Hải, Đồ Sơn đẩy mạnh quá

trình vận chuyển trầm tích ra biển. Trầm tích được dòng ven bờ vận chuyển xuống

tới mũi Đồ Sơn và vượt ra ngoài miền tính. Trong điều kiện mùa lũ (lưu lượng và

nồng độ bùn cát tại các biên cửa sông lớn nhất) nồng độ trầm tích tại khu vực Đồ

Sơn lớn hơn khoảng 50-70 lần so với điều kiện mùa khô (lưu lượng và nồng độ bùn

cát tại các biên cửa sông nhỏ nhất).

Sự phân bố nồng độ trầm tích theo tầng sâu khi tính đến tác động của dòng

chảy trong sông cũng không có sự biến đổi đáng kể so với phương án HP08 và

HP09, nồng độ trầm tích từ tầng mặt đến tầng đáy gần như đồng nhất (Hình 3.24).

Mặt cắt MC2 lúc 24h

Hình 3.24. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy

triều, lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ

Như vậy, khi tính đến ảnh hưởng của dòng chảy trong sông, quá trình lan

truyền và vận chuyển trầm tích đã có sự thay đổi phức tạp, đặc biệt trong điều kiện

tương tự mùa mưa lũ (phương án HP11). Khi triều rút, dòng chảy sông chiếm ưu

thế đẩy dòng bùn cát ra xa vượt qua đường đẳng sâu 4 m, đến vùng có độ dốc gia

tăng, quá trình động lực biến đổi mạnh mẽ hơn, thủy triều chiếm ưu thế hoàn toàn

70

so với quá trình động lực có nguồn gốc lục địa. Trầm tích được dòng triều trong khu

vực vận chuyển ra khá xa và rộng về các hướng chiếm hầu hết miền tính.

3.3.3. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng hợp 2

Kết quả tính vận chuyển trầm tích dưới tác động tổng hợp của triều, dòng

chảy sông và gió mùa mùa đông cho thấy ảnh hưởng của trường gió lên quá trình

lan truyền trầm tích trong khu vực.

Thời điểm 24h

Thời điểm 68h

Thời điểm 120h

Thời điểm 180h

Hình 3.25. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng

sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt và gió hướng

Đông

So với các phương án HP10, HP11, trong các phương án HP12, HP13, HP14

quá trình vận chuyển trầm tích sang phía Đông và Đông Nam của khu vực đã suy

giảm đáng kể dưới tác động của trường gió Đông, Đông Bắc và Bắc. Tuy nhiên, quá

trình vận chuyển trầm tích xuống phía Nam theo dòng chảy ven bờ Đồ Sơn tăng lên

71

đáng kể. Trầm tích được vận chuyển theo dòng chảy ven bờ Đồ Sơn xuống phía

Nam và sang tới ven bờ đảo Cát Bà (Hình 3.25, 3.26). Trong trường hợp gió Đông

(HP12), quá trình phát tán trầm tích kém hơn so với trường hợp gió Bắc (HP13).

Nguyên nhân do dòng triều rút hướng Nam được tăng cường bởi trường gió Bắc,

đẩy nhanh quá trình lan truyền và khuếch tán trầm tích trong nước. Ngược lại

trường gió Đông làm suy giảm quá trình này.

Thời điểm 24h

Thời điểm 68h

Thời điểm 120h

Thời điểm 180h

Hình 3.26. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng

sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt và gió hướng

Bắc

Kết quả tính vận chuyển trầm tích trong trường hợp HP14 và HP15 cho thấy

trong điều kiện gió mùa mùa hè, lưu lượng và nồng độ trầm tích tại các cửa sông

lớn, quá trình vận chuyển trầm tích diễn ra mạnh mẽ. So với phương án HP11, trong

phương án HP14, trầm tích được vần chuyển mạnh xuống phía Nam. Một phần

trầm tích được vận chuyển theo dòng dọc bờ Cát Hải sang cửa Lạch Huyện, ven đảo

72

Cát Bà. Nguyên nhân là do trường gió Đông Nam làm suy giảm ảnh bưởng của

dòng chảy sông và dòng chảy dọc bờ Cát Hải (Hình 3.27).

Thời điểm 24h

Thời điểm 68h

Thời điểm 120h

Thời điểm 180h

Hình 3.27. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng

sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ và gió hướng

Đông Nam

Kết quả tính toán cho trường hợp gió Nam (HP15) hoàn toàn khác so với các

trường hợp kể trên. Quá trình vận chuyển trầm tích xuống phía Nam theo dòng chảy

ven bờ Đồ Sơn bị hạn chế. Dưới tác động của gió Nam, trầm tích bị đẩy lên phía

Bắc và được vận chuyển ngang cửa Nam Triệu theo dòng dọc bờ Cát Hải sang cửa

Lạch Huyện, ven bờ đảo Cát Bà (Phù Long, Hiền Hào). Khu vực có nồng độ trầm

tích cao tập trung ở trước cửa Nam Triệu, Lạch Tray, ven biển Cát Hải và các xã

Tân Lập, Tân Thạnh. Hình 3.28 thể hiện nồng độ trầm tích tính toán trong trường

hợp gió Nam ở một vài thời điểm.

73

Thời điểm 24h

Thời điểm 68h

Thời điểm 120h

Thời điểm 180h

Hình 3.28. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt và gió hướng

Nam

Mặt cắt MC2 lúc 24h

Hình 3.29. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt

và gió hướng Nam

74

Phân tích kết quả tính toán theo tầng sâu cho thấy nồng độ trầm tích không

có sự thay đổi đáng kể theo độ sau. Nồng độ trầm tích tại tầng mặt và các tầng sâu

có giá trị xấp xỉ nhau (Hình 3.29).

Qua kết quả tính toán cho thấy tác động của trường gió bề mặt đến quá trình

vận chuyển trầm tích trong khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng rất khác nhau.

Trường gió Bắc, Đông Bắc và Đông Nam làm tăng cường quá trình vận chuyển ven

bờ đưa bùn cát từ cửa Nam Triệu và Lạch Tray xuống phía Nam dọc theo bờ biển

Đồ Sơn. Riêng trường hợp gió Nam Trầm tích còn được tăng cường sang phía cửa

Lạch Huyện, ven biển Cát Bà.

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

Vùng cửa sông là nơi gặp nhau của dòng chảy sông và dòng triều. Chúng tác

động lẫn nhau, làm suy giảm hoặc tăng cường lẫn nhau. Tuy nhiên, ở các đoạn khác

nhau, tương quan của hai dòng này không giống nhau. Do đặc điểm càng về cửa

sông lòng sông càng mở dộng dẫn đến dòng chảy sông từ thượng lưu đổ về dần dần

bị yếu đi. Dòng triều từ ngoài biển truyền vào suy yếu dần khi tiến về thượng lưu và

mất hẳn ranh giới phía trên cửa sông. Đặc tính của dòng chảy vùng cửa sông ảnh

hưởng triều chịu sự chi phối của ba nhân tố động lực nổi bật: Thủy triều làm phát

sinh dòng triều và rối; Lưu lượng nước ngọt vận chuyển từ sông ra biển; Trọng lực

do sự khác nhau về mật độ hay bùn cát giữa nước ngọt và nước biển. Ba nhân tố

này kiểm soát độ lớn và hướng của dòng chảy tại các độ sâu khác nhau và tại các

khoảng cách khác nhau tính từ cửa sông. Quá trình tương tác giữa sông-biển diễn ra

rất phức tạp, nó phụ thuộc chặt chẽ vào lưu lượng của sông và chế độ thủy triều

trong khu vực. Ngoài ra, gió cũng là một nhân tố ảnh hưởng đến quá trình tương tác

này, nó có thể thúc đẩy hay làm suy giảm quá trình tương tác sông-biển.

Trong khu vực nghiên cứu, cửa sông Lạch Tray và Nam Triệu có những ảnh

hưởng quan trọng đến chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích. Quá trình

75

tương tác giữa chúng với biển là nguyên nhân chính dẫn đến sự biến đổi dòng chảy

tại các cửa sông và vùng lân cận, ngoài ra chúng còn là nguồn cung cấp vật chất

chính cho vùng biển như phù sa, các chất gây ô nhiễm môi trường có nguồn gốc từ

lục địa. Do đó, trong bài toán thủy động lực và vận chuyển trầm tích cần thiết phải

tính đến ảnh hưởng của các sông này.

Các kết quả tính toán thể hiện rõ quá trình tương tác sông-biển trong khu

vực. So với trường hợp chỉ mô phỏng thủy triều, vận tốc dòng chảy tại các vị trí gần

các cửa sông có sự biến đổi rõ rệt. Nhìn chung, dòng chảy sông làm tăng cường

dòng triều rút và làm suy yếu dòng triều dâng. Mức độ tác động này còn tùy thuộc

vào độ lớn của thủy triều, độ lớn của lưu lượng dòng chảy sông và khoảng cách đến

cửa sông. Khi tăng dần giá trị chênh lệch mực nước (tương ứng với việc tăng lưu

lượng) tại các biên cửa sông, mức độ biến đổi của vận tốc dòng chảy tại các vị trí

trên tăng lên cho thấy được quá trình tương tác sông-biển tăng lên.

Khi phân tích giá trị vận tốc theo một chuỗi điểm xa dần cửa sông thu được

sự biến động của vận tốc dòng chảy giảm dần. Tuy nhiên, tại một số điểm nằm

trong vùng có độ sâu biến đổi mạnh, mức độ thay đổi của tốc độ dòng chảy lớn hơn

những điểm ở gần cửa sông hơn. Ngoài ra, trong khu vực gần cửa sông, nếu hai

điểm có cùng khoảng cách tới cửa sông thì điểm nằm trên lạch sâu liên kết với lòng

sông cũng thể hiện sự biến đổi của vận tốc dòng chảy mạnh hơn điểm kia. Điều này

chứng tỏ địa hình cũng có ảnh hưởng quan trọng trong quá trình tương tác sông-

biển.

Khi xem xét dòng chảy dọc bờ Cát Hải có thể nhận thấy rõ những tác động

của dòng chảy sông cửa Nam Triệu khi dòng chảy dọc bờ có hướng từ cửa Nam

Triệu sang cửa Lạch Huyện trong phương án lưu lượng sông cực đại. Tốc độ dòng

chảy có thể tăng lên trên 10 cm/s so với phương án mô phỏng triều.

Đối với quá trình vận chuyển trầm tích, dòng chảy từ các sông có vai trò vô

cùng quan trọng, nó đẩy nhanh quá trình vận chuyển trầm tích ra biển. Kết quả tính

76

toán cho thấy, trong trường hợp chênh lệch mực nước và nồng độ trầm tích tại biên

cửa sông là lớn nhất, trầm tích lan truyền rất rộng gần như hết miền tính. Kết hợp

với phân tích trường dòng chảy cho thấy, trong trường hợp này dòng chảy sông có

ảnh hưởng tới vùng nằm ngoài đường đẳng sâu 4 m theo các lạch sâu nối với cửa

sông trong pha triều rút. Vùng nằm ngoài đường đẳng sâu 4m có độ sâu giảm nhanh

so với khu vực gần bờ tạo điều kiện thuận lợi cho dòng triều rút mang trầm tích ra

xa hơn.

Kết quả tính toán cho thấy ảnh hưởng mạnh mẽ của của trường gió bề mặt

đến quá trình tương tác sông-biển làm thay đổi ranh giới vùng tác động của sông và

biển. Phân tích kết quả tính toán trong các phương án HP12 đến HP15 cho thấy các

trường gió hướng Đông, Đông Nam và Nam đều có tác động làm thu hẹp ảnh

hưởng của sông đến quá trình động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực.

77

KẾT LUẬN

Kết quả tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông

ven biển Hải Phòng bằng mô hình thủy động lực 3D VNU/MDEC cho thấy khả

khả năng ứng dụng cao của mô hình cho các khu vực cửa sông ven biển có địa hình

phức tạp.

Trong chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích vùng cửa sông ven biển

Hải Phòng, thủy triều đóng vai trò chủ đạo.

Trường gió trong khu vực không làm thay đổi bức tranh hoàn lưu triều áp

đảo, tuy nhiên gió làm biến đổi giá trị của dòng tổng hợp.

Ảnh hưởng của lưu lượng sông đến dòng chảy chỉ xẩy ra trong phạm vi gần

các cửa sông vận tốc dòng chảy biến đổi từ vài centimet đến trên 10 cm/s tùy thuộc

vào độ lớn chênh lệch mực nước .

Kết quả tính toán cho thấy luôn có sự hiện diện của dòng chảy thuận nghịch

dọc bờ Cát Hải và dòng chảy ven bờ Đồ Sơn – An Dương. Các dòng này đóng vai

trò quan trong trong quá trình vận chuyển, lan chuyền trầm tích trong khu vực.

Cửa Nam Triệu, Lạch Tray là hai nguồn cung cấp trầm tích chính trong khu

vực. Ảnh hưởng của cửa Nam Triệu đến chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm

tích trong khu vực lớn hơn so với cửa Lạch Tray.

Các kết quả tính toán ở đây còn chưa tính đến một số nhân tố có khả năng

ảnh hưởng đến nồng độ trầm tích trong khu vực như phân bố của trầm tích đáy biển,

tác động của trường gió trong bão. Tác động của trường sóng đến chế độ thủy thạch

động lực trong khu vực cần được nghiên cứu chi tiết hơn. Vì vậy, cần thiết phải

hoàn thiện hoàn thiện mô hình 3D VNU/MDEC phục vụ tính toán thủy động lực và

môi trường đáp ứng được các yêu cầu thực tiễn đối với bài toán vận chuyển, lan

truyền trầm tích, chất ô nhiễm, quá trình bồi tụ biến đổi địa hình và tích tụ các chất

ô nhiễm trong nước và trầm tích đáy.

78

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Phạm Hải An (2011), “Mô phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển

Hải Phòng”, Hội nghị Khoa học và Công nghệ biển toàn quốc lần thứ V.

2. Nguyễn Thị Bảy, Mạnh Quỳnh Trang (2005), “Mô hình chuyển tải bùn cát kết

dích vùng ven biển”, Phần 1: Mô hình toán, Tạp chí phát triển Khoa học và

Công, Tập 9, Số 2-2006.

3. Nguyễn Thị Bảy, Mạnh Quỳnh Trang (2005), “Mô hình chuyển tải bùn cát kết

dích vùng ven biển”, Phần 2: Áp dụng tính toán và mô phỏng dòng bùn cát

vùng biển Cần Giờ, Tạp chí phát triển Khoa học và Công, Tập 9, Số 4-2006.

4. Vũ Thanh Ca (2010), “Mô hình dòng chảy tổng hợp và vận chuyển bùn cát kết

dính vùng ven bờ”, Tuyển tập báo cao Hội thảo khoa học lần thứ 10 Viện

KHKTTV&MT.

5. Vũ Thanh Ca, Nguyễn Quốc Trinh (2010), “Nghiên cứu về nguyên nhân xói lở

bờ biển Nam Định”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 Viện

KHKTTV&MT.

6. Nguyễn Đức Cự (2011), “Nghiên cứu, đánh giá tác động của các công trình hồ

chứa thượng nguồn đến diễn biến hình thái và tài nguyên - môi trường vùng

cửa sông ven biển đồng bằng Bắc Bộ”, Báo cáo tổng hợp Đề tài độc lập cấp

Nhà nước (Mã số: ĐTĐL. 2009T/05).

7. Phạm Sỹ Hoàn và Lê Đình Mầu (2011), “Tính toán vận chuyển vật chất lơ lửng

tại dải ven biển cửa sông Mê Kông bằng mô hình toán”, Hội nghị Khoa học và

Công nghệ biển toàn quốc lần thứ V.

8. Trần Đình Lân, Nguyễn Văn Thảo, Nguyễn T. T. Hà (2010), “Đánh giá hiện

trạng môi trường và xác định các vấn đề ưu tiên phục vụ quản lý tổng hợp vùng

bờ biển Hải Phòng”, Báo cáo Tổng hợp Đề tài cấp thành phố Hải Phòng, Mã

số: ĐT.MT.2008.498.

79

9. Nguyễn Kỳ Phùng, Đào Khôi Nguyên (2009), “Đánh giá biến đổi đáy ven bờ

biển Rạch Giá”, Tạp chí phát triển Khoa học và Công, Tập 12, Số 6-2009.

10. 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 26, Số 3S (2010) 427-434.

11. Trần Hồng Thái, Lê Vũ Việt Phong, Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Văn Hải

(2010), “Mô phỏng, dự báo quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng khu vực Cửa

Ông”, Tuyển tập báo cao Hội thảo khoa học lần thứ 10 Viện KHKTTV&MT.

12. Đinh Văn Ưu (2003), “Các kết quả phát triển và ứng dụng mô hình ba chiều

(3D) thuỷ nhiệt động lực biển ven và nước nông ven bờ Quảng Ninh”, Tạp chí

Khoa học ĐHQG Hà Nội, XIX, 1, trang 108-117.

13. Đinh Văn Ưu (2005), “Phát triển mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng đối

với vùng biển vịnh Hạ Long và khả năng ứng dụng trong việc xây dựng hệ

thống mô hình monitoring và dự báo môi trường biển”, Tạp chí Khoa học

ĐHQG Hà Nội

14. Đinh Văn Ưu, Đoàn Văn Bộ, Hà Thanh Hương, Phạm Hoàng Lâm (2005),

“Ứng dụng mô hình dòng chảy ba chiều (3D) nghiên cứu quá trình lan truyền

chất lơ lửng tại vùng biển ven bờ Quảng Ninh”, Tuyển tập công trình Hội nghị

Khoa học Cơ học thuỷ khí toàn quốc năm 2005, Hà Nội, trang 623-632.

15. Đinh Văn Ưu (2006), “Phát triển và ứng dụng mô hình tính toán vận chuyển

chất lơ lửng và biến động trầm tích đáy cho vùng biển Vịnh Hạ Long”, Tạp chí

Khoa học ĐHQG Hà Nội, T. XXII, 1PT-2006, trang 11-19.

16. Đinh Văn Ưu (2009), “Mô hình vận chuyển trầm tích và biến động địa hình đáy

áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phòng”, Tạp chí Khoa học Đại học

Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25, Số 1S (2009) 133-139.

80

17. Đinh Văn Ưu (2011), “Tiến tới xây dựng hệ thống mô hình dự báo và kiểm soát

môi trường Biển Đông”, Hội nghị Khoa học và Công nghệ biển toàn quốc lần

thứ V.

18. Đinh Văn Ưu (2012), “Tiến tới hoàn thiện mô hình ba chiều (3D) thủy động lực

cửa sông ven biển”, Tạp chí Khoa học ĐHQG Hà Nội, Tập 28, Số 3S-2012,

trang 182-187.

19. A. Decoene, J.F. Gerbeau (2009), “Sigma transformation and ALE formulation

for three dimensional free surface flow”, International Journal for Numerical

Methods in Fluids Vol 59, Issue 4, pages 357–386.

20. Changsheng Chen and Hedong Liu (2003), “An Unstructured Grid, Finite-

Volume, Three-Dimensional, Primitive Equations Ocean Model: Application to

Coastal Ocean and Estuaries”. Journal of Atmospheric and Oceanic

Technology, Vol 20, pages 159-186.

21. C.H. Wang, Onyx W.H. Wai and C.H. Hu (2005), “Three demensional

modeling of sediment in the pearl river estuary”, Us-China Workshop on

advanced computational modelling in hydroscience & Engineering September

19-21, Oxford, Mississippi, USA.

22. Dinh Van Uu, Ha Thanh Huong, Pham Hoang Lam, “Development of system

of Hydrodynamic-environmental models for coastal area (Case study in

Quangninh-Haiphong region)”, Journal of Science, Earth Sciences, T. XXIII,

No.1, pp. 59-68 (2007).

23. Eric Deleersnijder and Jean-Marie Beckers (1992), “On the use of the σ-

coordinate system in regions of large bathymetric variations”, Journal of

Marine Systems, Vol 3, Issue 4-5, pages 381-390.

24. Guy Simpsona Sébastien Castelltort (2006), “Coupled model of surface water

flow, sediment transport and morphological evolution”, Computers &

Geosciences 32 (2006) 1600–1614.

81

25. Idris Mandang and Testsuo Yanagi (2008), “Cohesive sediment transport in the

3D-hydrodynamic-baroclinic circulation model in the Mahakam Estuary, East

Kalimantan, Indonesia”, Coastal Marine Science 32(3): 000-000, 2009.

26. I. M. Radjawane and Riandini (2009), “Numerical simulation of cohesive

sediment transport in Jakarta bay”, International Journal Sensing and Earth

Sciences Vol. 6: 65-76.J. M. Beckers, M. Gregoire, P. Nomerange University of

Liege (1999), User Manual of the GHER, 3D Primitive equation model Version

3.0.

27. J. M. Beckers, (1991), “Application of the GHER 3D general circulation model

to the Western Mediterranean”, J. Mar. Syst., 1: 315-332.

28. John C. Warner, Christopher R. Sherwooda, Richard P. Signell, Courtney K.

Harris, Hernan G. Arangoc (2008), “Development of a three-dimensional,

regional, coupled wave current, and sediment-transport model”, Computers &

Geosciences 34 (2008) 1284–1306.

29. Leo Van Rijn (1993), “Principles of sediment transport in rivers, estuaries and

coastal seas”, Printed by Bariet, Ruinen, The Netherlands.

30. Leonor Cancino, Ramiro Neves (1999), “Hydrodynamic and sediment

suspension modelling in estuarine systems”, Part I: Description of the

numerical models, Journal of Marine Systems, Vol 22, pages 105-116.

31. Leonor Cancino, Ramiro Neves (1999), “Hydrodynamic and sediment

suspension modelling in estuarine systems”, Part II: Application to Western

Scheldt and Gironde estuaries, Journal of Marine Systems, Vol 22, pages 117-

131.

32. Nguyen Kim Cuong, Dinh Van Uu, Umeyama Motohiko (2011), “Development

of Modeling System to Simulate Hydrodynamic and Environmental Quantities

in the Hai Phong Estuary”, Vietnam, Proceedings of the 34th IAHR World

Congress, 26 June-1 July 2011, Brisbane, Australia, 3255-3262.