Tính toán vận chuyển trầm tích và biến động
đáy biển tại vùng lân cận công trình dưới tác
động của sóng và dòng chảy Dương Công Điển

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn ThS chuyên ngành: Hải dương học; Mã số: 60 44 97
Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Minh Huấn
Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Nghiên cứu phân tích các quá trình động lực (sóng và dòng chảy) tác động đến
quá trình vận chuyển trầm tích trong khu vực cửa Thuận An. Nghiên cứu ứng dụng mô
hình SMS (các mô đun CMS-flow và CMS-wave) trong việc tính toán vận chuyển trầm
tích khu vực cửa Thuận An dưới tác động của công trình. Các thông số của công trình
cũng được đưa vào mô hình tính nhằm mục đích mô phỏng được các tác động của nó tới
sự vận chuyển trầm tích và biến động đáy biển.
Keywords: Hải dương học; Biến động đáy; Trầm tích

Content
MỞ ĐẦU
Sự biến động bãi biển trong vùng nước nông ven bờ là kết qủa tác động của các quá trình
tự nhiên như gió, sóng, dòng chảy, sóng thần và biến động của mực nước biển. Tuy nhiên sự tác
động của con người cũng có ảnh hưởng đáng kể thông qua các công trình nhân tạo như xây dựng
kè, đê chắn sóng, tường đứng ven biển và các quá trình nạo vét luồng cũng như nuôi bãi. Do vậy
nghiên cứu sự biến động bãi biển trong vùng ven bờ là hết sức cần thiết và quan trọng đối với
các công trình ven bờ như: xây dựng cảng, thiết kế luồng tầu và các công trình bảo vệ bờ.
Trong nghiên cứu này, tôi tiến hành các phân tích số liệu thủy động lực học có tác động
tới các quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy trong vùng nước nông ven bờ. Áp dụng
mô hình số (CMS) tính toán mô phỏng sự biến động bãi biển tại vùng cửa Thuận An sau khi xây

Khu vực cửa biển Thuận An – Thừa Thiên Huế là một trong những cửa ngõ quan trọng
của giao thông đường thủy kết nối hầu hết các con sông của tỉnh Thừa Thiên Huế và trong khu
vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai trong đó có cảng Thuận An với Biển Đông. Đây cũng là cửa
chính tiêu thoát lũ trong mùa mưa và là kênh trao đổi nước giữa đầm phá và biển. Thêm vào đó
phía bắc cửa là khu dân cư thuộc xã Hải Dương với số lượng dân cư lớn và phía nam cửa là khu
du lịch bãi tắm biển Thuận An. Đây là hai khu vực đang có hiện tượng xói lở mạnh gây ra tình
trạng nguy hiểm tới đời sống dân cư cũng như phát triển du lịch trong khu vực [3].
Với chủ trương ngăn chặn sự bồi lấp luồng tàu tại Thuận An và bảo vệ bờ hai phía bắc và
phía nam, đầu năm 2005 Ủy ban nhân dân Tỉnh Thừa Thiên Huế đã ra quyết định phê duyệt dự
án xây dựng “xử lý khẩn cấp khắc phục xói lở bờ biển Hải Dương và chỉnh trị luồng cảng Thuận
An, tỉnh Thừa Thiên Huế”. Giai đoạn 1 xây dựng công trình chống xói lở bờ biển Hải Dương –
Thuận An – Hòa Duân. Công trình đã được xây dựng vào đầu năm 2008 và hoàn thành vào cuối
năm 2010.
Với mục tiêu bảo vệ các vùng bị xói lở, công trình bước đầu đã có một số hiệu quả nhất
định. Khu vực phía bắc (khu bờ biển xã Hải Dương) có các kè S1, S2 và B bảo vệ cách ly khu vực
bờ khỏi các tác động của sóng và dòng chảy nên quá trình xói lở bờ biển tại đây không còn diễn ra.
Khu vực phía nam gần cửa (khu bờ biển Thuận An – Hòa Duân) hiện tượng xói lở không còn (đặc
biệt là bãi biển phía nam kè) và thay vào đó là quá trình bồi diễn ra mạnh mẽ dưới sự che chắn của
các công trình. Khu vực phía trong cửa Thuận An, quá trình bồi xói và biến động bãi biển và
đường bờ diễn ra phức tạp. Khu vực phía nam xa công trình quá trình bồi và xói diễn ra theo mùa
dưới tác động của các hướng sóng khác nhau trong gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam.
Như vậy kết quả sau khi xây dựng các kè biển trong giai đoạn 1 của dự án đã có các tác động
đến các quá trình thủy động lực và kết quả là tác động đến sự tiến triển của đường bờ và bãi biển
khu vực cửa Thuận An và vùng lận cận như sau:
- Quá trình sóng và dòng chảy khu vực gần công trình và cửa Thuận An có sự thay đổi.
- Các công trình cách ly hoặc ngăn cản dòng vận chuyển trầm tích dọc bờ, làm thay đổi bức
tranh vận chuyển trầm tích.
- Với mục tiêu bước đầu là ngăn cản sự xói lở tại các bờ biển Hải Dương – Thuận An – Hòa
Duân, Các công trình kè đã phát huy được tính hiệu quả tại các vùng bờ biển lận cận công
trình, tuy nhiên chưa giải quyết được sự bồi lấp luồng tàu và xói lở tại các khu vực bờ phía

- Nghiên cứu các tài liệu liên quan tới vùng đầm phá, cửa sông và công trình. Dựa vào các
thông tin phù hợp với vùng nghiên cứu. Dựa trên thông tin, số liệu và các kết quả của các
nghiên cứu, công trình khoa học và các đề tài, dự án đã tiến hành tại khu vực. Xem xét
phân tích các số liệu, văn bản có liên quan.
- Thu thập các số liệu cơ bản về địa hình, đường bờ, thông số của công trình, các số liệu về
mực nước, chế độ sóng và tính chất trầm tích.
- Phân tích số liệu làm cơ sở thiết lập mô hình và xây dựng các kịch bản tính toán.
- Xác định mô hình phù hợp với nguồn số liệu và khu vực nghiên cứu.
- Thiết lập mô hình dựa trên các số liệu cơ bản, lựa chọn điều kiện trên biên và điều kiện
ban đầu.
- Hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình.
- Mô phỏng mô hình theo các kịch bản tính toán.
- Phân tích kết quả tính toán. Chương 2 – HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BIỂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1 Đặc điểm tự nhiên, điều kiện khí tượng, thủy văn khu vực cửa Thuận An
Về đặc điểm tự nhiên: Cửa Thuận An cùng với cửa Tư Hiền là một trong hai cửa biển nối
hệ thống đầm phá Tam Giang – Cầu Hai với Biển Đông. Cửa Thuận An là cửa chính nằm ở phía
bắc của hệ đầm phá. Phía bắc cửa Thuận An là xã Hải Dương và phía nam là thị trấn Thuận An.
Cửa Thuận An có hình dạng không đối xứng có hệ thống bãi ngầm ở phía ngoài tại vị trí trung
tâm của cửa. Hệ thống luồng chủ yếu có 2 hướng chính: thứ nhất theo hướng đông bắc và thứ hai
có hướng đông nam, nguyên nhân là do các tác động của các yếu tố thủy động lực có tính chất
mùa và không đều nhau [6]. Cửa có độ rộng vào khoảng 350m và chiều dài khoảng 600m, chỗ
sâu nhất lên đến trên 15m. Cửa Thuận An giữ một vai trò điều hòa về sinh thái và môi trường
cho đầm phá Tam Giang. Trong mùa mưa nó còn đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu thoát lũ.
Về kinh tế xã hội đây là cửa biển và là tuyến luồng chính đi vào cảng Thuận An – cảng nằm sâu
trong đầm phá – và vào hầu hết các nhánh sông của tỉnh Thừa Thiên Huế. Bản đồ khu vực cửa
Thuận An và vùng lận cận được mô tả trên hình 1[4].

Hình 1. Hệ thống kè biển tại cửa Thuận An

Sau thời gian xây dựng hệ thống kè, hiện tượng xói lở và bồi tụ tại các vùng bờ biển có
sự thay đổi mạnh mẽ. Trong thời gian từ tháng 1/2007 đến nay, trong khuôn khổ dự án hợp tác
Việt Nam – Thụy Điển về phát triển bền vững các vùng ven biển Việt Nam, Viện Cơ học đã tiến
hành đo đạc và quan trắc các yếu tố thủy động lực, biến động bãi biển và đường bờ tại khu vực
cửa Thuận An. Các số liệu đo đạc góp phần quan trọng trong việc đánh giá, hiệu chỉnh và kiểm
chứng các mô hình tính toán. Trong bảng 1 đưa ra thống kê các đợt khảo sát đo đạc tại cửa
Thuận An trong thời gian từ tháng 1/2007 đến nay. Chương 3 - MÔ HÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Hệ thống mô hình ven bờ là tổ hợp của các mô hình tính toán sóng, dòng chảy, vận chuyển
trầm tích và biến động bãi biển trong khu vực ven bờ. Hệ thống được xây dựng nhằm áp dụng
tính toán trong các luồng tầu và vận chuyển trầm tích tại các cửa sông và biến động của bãi biển.

+



+
1
2



+

2

=







+









=







+







 (3)




+ 

+ 


Trong đó:
h – độ sâu cột nước trong trạng thái tĩnh,
η – độ cao của dao động mực nước,

Sx
- ứng suất sóng theo phương x,
τ
Sx
- ứng suất sóng theo phương y.
Các thành phần vận tốc được tính toán từ thông lượng như sau:
 =


+
(4)
 =


+
(5)
Trong trạng thái không có tác động của sóng, ứng suất đáy được tính như sau:


= 





(6)


= 


(Soulsby 1997). Độ nhám tổng cộng được xem như là tổng của ba
thành phần trên:


= 

+ 

+ 

(8)
Hệ số nhám gây ra do tính chất của trầm tích được xác định như sau:


= 2.5
50
(9)

Công thức tính vận chuyển trầm tích đáy
Công thức tính toán vận chuyển trầm tích đáy q
b
dưới tác động của sóng và dòng chảy được
Camenen và Larson (2005) đưa ra như sau:



(1)
50
3
= 

Trong đó chỉ số w và n tương ứng theo hướng của sóng và hướng vuông góc với hướng
truyền sóng, a và b là các hệ số, θ
cw,m
và θ
cw
là các giá trị của tham số Shield trung bình và cực
đại dưới tác động đồng thời của sóng và dòng chảy chưa kể đến độ nhám của đáy.
Vận chuyển trầm tích lơ lửng:
Công thức tính vận chuyển trầm tích lơ lửng q
s
dựa trên giả thiết sự phân bố nồng độ
trầm tích theo hàm mũ dọc theo mặt cắt theo phương thẳng đứng và tốc độ dòng chảy là đồng
nhất. Công thức của Camenem và Larson (2006) đưa ra như sau:


= 






1 




 (11)
Trong đó: W
f





+







+  (12)
Trong đó:
C – nồng độ trầm tích trung bình theo độ sâu,
d – độ sâu nước tổng cộng d=h+η,
h – độ sâu mực nước tĩnh,
η – độ cao dao động mực nước,
t – thời gian,
q
x
– thông lượng trên một đơn vị bề rộng song song với trục x,
q
y
– thông lượng trên một đơn vị bề rộng song song với trục y,
u – tốc độ dòng chảy trung bình theo độ sâu theo hướng x,
v – tốc độ dòng chảy trung bình theo độ sâu theo hướng y,
K
x
– hệ số khuyếch tán của trầm tích theo hướng x,




=
= 



(14)
 = 
0



ở đây: c là nộng độ trầm tích cân bằng tại một độ sâu cho trước,
z là phương thẳng đứng.
Lưới tính:
Để tăng tối đa hiệu quả của bộ nhớ cho máy tính có thể áp dụng được trong các vùng bờ
phức tạp, lưới tính trong CMS- flow được lập dưới dạng các mảng một chiều.Trong CMS-flow
lưới tính cho dưới dạng lưới thẳng, các ô lưới có thể đều hoặc không đều. Mỗi một ô lưới gồm có
chỉ số i và j tương ứng với trục x và y của miền lưới tính. Mực nước được tính tại trung tâm ô
lưới, các thành phần tốc độ x và y được tính tại trung tâm cạnh phía bên trái và cạnh dưới đáy,
các giá trị thông lượng cũng được tính tại các vị trí giống như các thành phần tốc độ.
Điều kiện ổn định:
Để đảm bảo sự ổn định của sơ đồ hiện, bước thời gian cực đại được tính theo hệ số
Courant do Richtmyer và Morton đưa ra (
Δs
Δt
uξ 
)<1. Thông thường ngoài thuỷ triều còn có

không tác động. Nguồn số liệu CMS-flow sử dụng làm điều kiện biên là các số liệu quan trắc đo
đạc (do người sử dụng cung cấp dạng các file), số liệu từ các mô hình có miền tính lớn hơn như
ADCIR (thông qua các mô đun tự động) và các mô hình khác (dạng các file đầu vào). Các điều
kiện biên gồm có.
+ Đều kiện biên mực nước cho dưới dạng các sóng triều: trong mô hình CMS-flow có
thể cho phép tính toán với tám sóng triều khác nhau gồm có (M
2
, S
2
, N
2
, K
2
, K
1
, O
1
, M
4
, và M
6
).
+ Điều kiện biên mực nước cho dưới dạng chuỗi mực nước theo thời gian: loại điều kiện
này được cho bằng file các giá trị mực nước.
+ Điều kiện biên mực nước và tốc độ dòng chảy theo thời gian: loại điều kiện biên này áp
đặt các giá trị mực nước và tốc độ dòng chảy theo thời gian tại các ô lưới trên biên.
+ Điều kiện biên lưu lượng theo thời gian: theo cách này, tại các ô trên biên sẽ được gán
giá trị lưu lượng.
+ Điều kiện biên phản xạ, không thấm: loại biên này thường gặp tại nơi giao nhau giữa
đất và nước được coi như mặt tường. Tại các ô lưới biên kiểu này, nước chỉ có thể chảy theo

trình cân bằng tác động sóng dạng ổn định trên lưới không đồng nhất trong hệ tọa độ Đề các. Mô
hình có khả năng tính toán quá trình phát triển và lan truyền sóng do gió, hiệu ứng khúc xạ, phản
xạ, mất mát năng lượng do ma sát đáy, sóng bạc đầu và sóng đổ. Ngoài ra các quá trình tương tác
giữa các sóng, sóng với dòng chảy, sóng leo, nước dâng do sóng và sóng truyền qua các công
trình cũng được tính toán.
Công thức sử dụng theo Mase 2001 như sau:
(

)

+
(

)

+
(

)

=

2





2


2







2

2


 (19)
Trong dó κ là hệ số nhiễu xạ , hệ số này cần được hiệu chỉnh kỹ lưỡng khi sóng truyền
vào khu vực có các công trình. Nếu trong tính toán có sử dụng tính nhiễu xạ sóng hệ số κ được
lấy >0 và không tính đến nhiễu xạ sóng κ = 0. Trong CMS-wave hệ số κ được lấy giá trị mặc
định =4.
Tương tác sóng và dòng chảy
Các thành phần vận tốc C
x
, C
y
và C
θ
được viết như sau:


= 






(22)
ở đây U và V là thành phần vận tốc dòng chảy theo hướng x và y. k là số sóng và h là độ sâu
nước. Mối liên hệ giữa tần số góc tương đối σ, tần số góc tuyệt đốiv ω, số sóng k và vận tốc dòng
chảy



= 
2
+ 
2
theo Jonsson 1990 là được mô tả theo công thức.
 = 


. 



(23)
Và

σ
2
= gktanh(kh)
Trong đó 

3.3 Kết nối giữa CMS-flow và CMS-wave
Để giải quyết đồng thời các yếu tố động lực sóng, dòng chảy, và mực nước, mô hình CMS-
flow có thể kết nối với mô hình tính sóng CMS-wave. Việc kết kết nối được thực hiện thông qua
mô đun điều khiển trong hệ thống SMS. Nhờ khả năng kết nối này mà hai mô hình có thể trao
đổi các dữ liệu cho nhau. Trong khi kết nối, hai mô hình được đặt trên hai hệ trục toạ độ khác
nhau hoặc trùng nhau trong miền tính phụ thuộc vào sự định hướng của đường bờ với hệ trục toạ
độ. Hệ thống SMS tự động tính toán các phép quay cần thiết của các hệ trục toạ độ khi trao đổi
các trường kết quả tính giữa hai mô hình. Thông qua mô đun điều khiển, có sáu cách lựa chọn
tương tác cho việc kết nối giữa hai mô hình như sau:
+ Trao đổi một chiều: Các građien ứng suất bức xạ và các tham số sóng từ mô hình
CMS-wave cung cấp cho mô hình CMS-flow.
+ Trao đổi một chiều: Dòng chảy từ mô hình CMS-flow cung cấp cho mô hình CMS-
wave
+ Trao đổi một chiều: Độ sâu tổng cộng và dòng chảy từ mô hình CMS-flow cung cấp
cho mô hình CMS-wave.
+ Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và tham số sóng từ mô hình CMS-
wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và dòng chảy, mực nước từ mô hình CMS-flow cung
cấp cho mô hình CMS-wave.
+ Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và các tham số sóng từ mô hình CMS-
wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và độ sâu tổng cộng từ mô hình CMS-flow cung cấp cho
mô hình CMS-wave.
+ Trao đổi hai chiều: Các građien ứng suất bức xạ và các tham số sóng từ mô hình CMS-
wave cung cấp cho mô hình CMS-flow và độ sâu tổng cộng và dòng chảy từ mô hình CMS-flow
cung cấp cho mô hình CMS-wave. Đây là dạng trao đổi hai chiều đầy đủ nhất và chúng tôi đã sử
dụng dạng này để tính toán.
3.4 Thiết lập lưới tính, điều kiện biên, điều kiện ban đầu
Để phục vụ trong việc thiết lập và chia lưới tính toán sóng, dòng chảy và biến đổi đáy các
số liệu về địa hình và đường bờ được sử dụng. Về địa hình, số liệu địa hình trên toàn vùng Biển
Đông tỉ lệ 1/100.000 (bản đồ địa hình Hải quân Việt Nam), bản đồ địa hình chi tiết đo đạc các
vùng cửa sông ven bờ 1/25.000, 1/5.000 (dự án đo đạc thiết kế công trình ) năm 1999 cập nhật

Hình 2. Lưới tính CMS-flow với biên mực nước và vị trí các kè biển

3.4.3 Thông số của công trình kè biển sử dụng trong tính toán
Các thông số của hệ thống kè biển nêu trên phần trước được sử dụng trong miền tính bao
gồm kè biển dạng đê chắn sóng bờ phía bắc và kè mỏ hàn tại bờ phía nam
Tại bờ phía bắc cửa Thuận An: Các kè biển dạng đê chắn sóng kiên cố bao gồm hai kè

Địa hình đáy: Địa hình đáy trong các trường hợp tính toán được lấy là địa hình năm 2005.
Sau mỗi bước tính toán biến động đáy biển địa hình mới sẽ được cập nhật làm điều kiện ban đầu
cho các bước tính tiếp theo. Địa hình luôn được cập nhật mới trong từng bước tính toán trong cả
mô hình CMS-wave và CMS-flow.
Trước khi tiến hành tính toán mô hình CMS-wave tính toán trước trường sóng trên toàn miền
tính làm điều kiện sóng ban đầu cho mô hình CMS-flow. Ứng suất bức xạ sóng được sử dụng
tính toán dòng chảy do sóng trong mô hình CMS-flow.
Trường dòng chảy do biến đổi mực nước ban đầu được cho bằng 0. Các tham số thủy
động lực ban đầu tính toán được lấy bằng 0, do vậy để mô hình nhanh đạt được trạng thái ổn
định, hệ số khuyếch đại các đặc trưng động lực được sử dụng trong khoảng thời gian 24 giờ đầu
tiên.
Dao động mực nước và dòng chảy tại từng thời điểm trao đổi (thời gian 3 giờ) sẽ được
cập nhật vào CMS-wave. Ngược lại ứng suất bức xạ và các tham số sóng được cập nhật tại mỗi
bước thời gian kết nối.
3.5 Phân tích số liệu, xây dựng kịch bản tính toán
3.5.1 Chuỗi số liệu sóng nước sâu
Các tham số sóng nước sâu được tính toán bằng mô hình SWAN từ trường gió của
NCEP. Lưới tính sóng SWAN có độ phân giải 0.25 x 0.25 độ trên toàn vùng biển Việt Nam và
vùng lận cận có tọa độ từ 99
o
E đến 121
o
E và từ 1.25
o
S đến 24
o
N trong khoảng thời gian 20 năm.
Số liệu trường gió của NCEP được sử dụng có độ phân giải 0.5 x 0.5 độ với bước thời gian 3
giờ/obs. Khoảng thời gian lấy các tham số sóng là 3 giờ. Trong quá trình tính toán, các tham số
-0.4

23
24
25
Dao động mực nước tại Thuận an
sóng đã được hiệu chỉnh rất kỹ lưỡng với các tham số sóng nước sâu tại gian khoan Bạch Hổ
(trạm MSP-1) và đồng thời các tham số sóng cũng được kiểm chứng trong điều kiện sóng bão.

3.5.2 Kết quả phân tích sóng nước sâu
Các tham số sóng nước sâu phục vụ trong phân tích số liệu đầu vào được lấy tại vi trí
H01 (tọa độ 16.75
o
N, 107.75
o
E) như trong hình (14).
Các tham số sóng sử dụng trong thống kê phân tích được lấy trong khoảng thời gian 21
năm bắt đầu từ năm 1991 đến hết năm 2011. Đây là chuỗi số liệu sóng tương đối dài và đầy đủ
để có thể phân tích ra các yếu tố sóng đặc trưng trong khu vực tính toán.
Các kết quả phân tích đặc trưng sóng gồm có: Thông kê tần suất sóng nhiều năm, tần suất
trung bình theo từng tháng, tần suất trung bình trong mùa gió đông bắc (các tháng 1, 2, 11 và 12)
và tần suất trung bình trong mùa gió tây nam (các tháng 6, 7, 8 và 9)
Dưới đây là kết quả phân tích sóng:
Trong các hình 15 và 16 là kết quả phân tích chế độ sóng trong nhiều năm, trong mùa gió
đông bắc và mùa gió tây nam, được trình bày dưới dạng các hoa sóng.


Roelvink J. A (2001) và các cộng sự đưa ra đó là sử dụng chuỗi tham số sóng từ đó thống kê,
phân tích xác định giá trị tham số sóng có tác động tới vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy.
Theo phương pháp này, giá trị chiều cao sóng có tác động đến quá trình vận chuyển trầm tích và
biến đổi đáy được sử dụng trong tính toán thay vì sử dụng giá chiều cao sóng hữu hiệu theo
thống kê thông thường. Roevink J. A đã đưa ra công thức xác định chiều cao sóng gây biến đổi
đáy từ chiều cao sóng hữu hiệu trong chuỗi sóng như sau:



i
ii
mor
P
HP
H
5.2
5.2
(85)

Trong đó H
mor
là chiều cao sóng có tác động đến biến đổi đáy mạnh nhất,
H
i
chiều cao sóng hữu hiệu i,
P
i
– là tần suất của sóng thứ i.
Thông kế tần suất sóng theo các hướng sóng có tác động tới khu vực bờ Thuận An, kết
quả thu được như trong bảng 3.

3.20
1.33
0.52
0.59
1.0-1.5
0.00
0.63
11.18
2.90
0.91
0.36
0.10
1.5-2.0
0.00
0.01
7.63
2.65
0.39
0.19
0.02
2.0-2.5
0.00
0.00
3.98
2.06
0.31
0.06
0.00
2.5-3.0
0.00

4.5-5.0
0.00
0.00
0.02
0.01
0.01
0.00
0.00
5.0-5.5
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
5.5-6.0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
6.0-6.5
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00

54.59
14.88
4.14
1.58
1.47
số số
liệu
141
14179
33497
9129
2538
972
904
Hướng
khí
tượng
150÷120
120 ÷ 90
90 ÷60
60 ÷30
30÷ 0
360 ÷330 Áp dụng công thức (85) tính toán tham các tham số sóng theo từng hướng ta được các kết quả
như trong bảng 4.
Bảng4. Kết quả phân tích các yếu tố sóng theo hướng tác động
Hướng
(-90 ÷ -60)

14.88
4.14
1.58
Hướng khí
tượng
150÷120
120 ÷ 90
90 ÷60
60 ÷30
30÷ 0
360 ÷330
Trên bảng 4 là số liệu phân tích thống kê các tham số sóng cho 6 hướng truyền sóng có
tác động đến vận chuyển trầm tích và biển đổi đáy. Trong đó hướng truyền sóng có tần suất lớn
nhất là sóng có hướng từ 60 đến 90 độ (theo hướng khí tượng) tương ứng với sóng hướng từ
đông bắc đến đông. Đây cũng là 6 phương án với các tham số sóng sẽ được sử dụng trong tính
toán vận chuyển trầm tích và biến động đáy biển được trình bày trong phần tiếp theo.
3.6 Thiết lập các thông số và hiệu chỉnh mô hình
Trước khi tính toán mô hình cần được hiệu chỉnh các thông số sao cho kết quả tính phù
hợp với thực tế đo đạc. Đây là bước quan trọng cần được thực hiện kỹ lưỡng trước khi sử dụng
bất kỳ một mô hình số nào. Trong phần nghiên cứu này tác giả tiến hành hiệu chỉnh các thông số
thông qua việc so sánh các kết quả tính toán mực nước và dòng chảy trong đợt khảo sát đo đạc
ngày 21/4/2007 tại trạm V1, thuộc dự án VS\RDE-03. Trạm quan trắc dòng chảy nằm phía ngoài
cửa Thuận An quan trắc đồng thời dao động mực nước triều và đo đạc dòng triều tại 3 tầng mặt,
giữa và đáy.
Hình 6. So sánh tốc độ dòng chảy tính toán với tốc độ dòng chảy đo đạc tại các tầng Mặt, giữa
và đáy tại trạm V1 từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày 22/4/2007

Hình 7. So sánh hướng dòng chảy tính toán với hướng dòng chảy đo đạc tại các tầng Mặt,
giữa và đáy tại trạm V1 từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày 22/4/2007
– giá trị đo đạc thứ i.
Kết quả tính toán sai số của dao động mực nước đo đạc và tính toán:
Bias = 0.065, Rms = 0.177
Kết quả tính toán sai số của vận tốc dòng chảy đo đạc tại tầng giữa và vận tốc tính toán:
Bias = 0.0352, Rms = 0.0963
Từ các kết quả trên cho thấy kết quả tính toán mực nước, tốc độ và hướng dòng chảy ứng
với các thông số cài đặt trong mô hình là khá phù hợp. Các kết quả về giá trị có sự sai khác nhỏ.
Các hệ số bias mang giá trị dương chứng tỏ các giá trị tính toán lớn hơn so với các giá trị đo đạc.
3.7. Kết quả tính toán
Mô hình tính cặp đồng thời mô phỏng sự vận chuyển trầm tích và biến động bãi biển
được thiết lập theo các thông số đã được hiệu chỉnh tại phần trên. Tính toán vận chuyển trầm tích
và biến đổi đáy được thực hiện theo 6 hướng sóng chính, trong mỗi hướng sóng được tính toán
trong 720 giờ (30 ngày). Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy biển được trình
bày theo 3 dạng: Thứ nhất, kết quả được trình bày trên các hình vẽ theo mặt rộng. Thứ hai, chọn
ra 5 mặt cắt đặc trưng, biểu thị biến động đáy biển trên hình vẽ của các mặt cắt ngang. Thứ ba,
dựa trên số liệu tại các mặt cắt ngang tính toán, lập bảng thống kê giá trị tổng lượng trầm tích
vận chuyển qua mỗi mặt cắt theo các hướng sóng khác nhau.
3.7.1 Kết quả tính toán biến động đáy
Hướng sóng 1 (120 đến 150 độ): Các tham số sóng tính toán: H
mor
=0.86, Tp =5.58, hướng trung
bình= -67.98, tần suất=0.23 % và dao động mực nước trên biên ngoài của CMS-flow.

Hình 9 Kết quả tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 90 đến 120 độ

Hướng sóng 5(0 đến 30 độ): Các tham số sóng tính toán: H
mor
=1.76, Tp =6.99, hướng trung bình
=42.67, tần suất=4.14 % và dao động mực nước trên biên ngoài của CMS-flow.
Hình 10. Kết quả tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có hướng từ 0 đến 30 độ
Hướng sóng 6 (330 đến 0 độ): Các tham số sóng tính toán: H

sóng. Các tác động của sóng tới quá trình vận chuyển trầm tích là đáng kể. Phía trước và sau
công trình kè trên bờ phía nam cửa Thuận An có sự biến động rất lớn và có xu thế bồi lắng tại
vùng lân cận chân công trình. Quá trình vận chuyển trầm tích cũng làm cho khu vực luồng tàu tại
trung tâm cửa có biến động lớn, quá trình bồi lắng ở giữa cửa làm cho tuyến luồng giảm độ sâu
đáng kể. Để có sự đánh giá rõ ràng hơn chúng ta xem xét đến sự biến động tại các mặt cắt đặc
trưng.
3.7.2 Phân tích kết quả tính toán biến động bãi đáy biển qua một số mặt cắt đặc trưng
Năm mặt cắt được chọn để đánh giá mức độ biến động trên đáy biển bao gồm: 3 mặt cắt
phía trước công trình kè biển phía nam và 2 mặt cắt phía trong cửa Thuận An. Các mặt cắt từ 1
đến 4 có gốc nằm trên bờ biển, mặt cắt số 5 gốc nằm trên bờ phía nam. Sơ đồ các mặt cắt tại khu
vực cửa Thuận An được mô tả trong hình 42.

Hình 13. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 3 dưới tác động của các hướng sóng khác
nhau

Hình 14. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 3 dưới tác động tổng hợp của tất cả các
hướng sóng với độ sâu ban đầu

Từ các hình 44, 46 và 48 ta thấy trên mặt cắt 1, 2 và 3 có sự bồi lắng trầm tích mạnh ở ngay sát


3.7.3 Phân tích đánh giá định lượng
Kết quả tính toán lượng trầm tích vận chuyển trên một đơn vị bề rộng bãi biển trong năm
mặt cắt được trình bày trong bảng 5.
Bảng 5. Lượng trầm tích vận chuyển qua các mặt cắt (m
3
/năm)
Hướ
ng
sóng
150÷1
20
120 ÷
90
90 ÷60
60
÷30
30÷ 0
360
÷330
SW
NE
Tổng
Mặt
cắt 1
2.05
-
2385.7
3
-

-
144.2
9
-
17.2
2
-
10900.
46
-
1120.
72
-
12021.
18
Mặt
cắt 3
1.86
157.88
-
6587.1
2
-
1311.
61
53.46
15.9
4
-
6427.3

4
-
54971.
25
3983.
98
384.6
3
61.7
0
-
53009.
27
4430.
30
-
48578.
97
Theo quy ước về hướng vận chuyển trầm tích, đối với đường bờ tại Thuận An hướng dương là
hướng trầm tích đi từ bắc xuống nam, hướng âm là hướng trầm tích đi từ nam lên bắc. Như vậy
xu hướng trầm tích nói chung trong các mặt cắt 1, 2, 3 và 5 có hướng từ phía nam lên phía bắc.
Mặt cắt số 4 có xu hướng đi ngược lại từ phía bắc xuống phía nam.
KẾT LUẬN
Đã sử dụng bộ mô hình tính toán sóng, dòng chảy, mực nước vận chuyển trầm tích và
biến động đáy để tính toán chế độ động lực và biến đổi đáy khu vực cửa Thuận An và các khu
vực lận cận với sự có mặt của các công trình chỉnh trị.
Qua phân tích tài liệu và kết quả tính toán, các quá trình động lực học, vận chuyển trầm
tích và biến đổi đáy biển đã có sự thay đổi khi có mặt của công trình chỉnh trị tại cửa Thuận An.
Trong thời gian đầu công trình kè ở bờ nam cửa Thuận An gây biến động rất lớn địa hình đáy và
bờ biển tại khu vực lân cận (bồi tại phía nam và xói tại phía bắc kè). Tuy nhiên theo thời gian do

5. Tran Thanh Tung, Vu Minh Cat, Le Dinh Thanh, 2006, conceptual model of seasonal
opening/closure of tidal inlets and estuaries at the Central coast, Viet nam. Proceeding of
Vietnam- Japan Extuary Workshop 2006 August 22
nd
-24
th
, Hanoi, Vietnam.
6. Tung, T.T., Stive, M.J.F, Graaff J.v.d. (2008): Strategy for stabilization tidal inlets in the
Central Coast of Vietnam. Proc. Of the COPEDEC-2008, Dubai, United Arab Emirates
7. CMS User Manual, Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2012
8. Coastal Engineering Manual. Chapter 6. Hydrodynamic of tidal inlets. U.S Army Crops.
Of Engineers. Washington. DC. 2001
9. SMS Surface Water Modeling System – Tutorials Version 10.1. Brigham Young
University – Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2011
10. Shore Protection Manual Coastal Engineering Research Center, US Navy, 1984
11. Van Rijn Leo C. Principles of Fluid Flow and Waves in Rives, Estuaries, Seas and
Ocean. Aqua Publications, the Netherlands, 1989