Tạp chí Khoa học đhqghn, KHTN & CN, T.xxI, Số 3PT., 2005

Vai trò các quá trình tơng tác sông-biển trong
mô hình tính toán và dự báo xói lở bờ biển cửa sông
Đinh Văn Ưu, Hà Thanh Hơng, Trần Quang Tiến
Trung tâm Động lực và Môi trờng Biển
Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

Tóm tắt: Tính toán và dự báo bồi xói bờ biển và cửa sông là một vấn đề phức tạp
đòi hỏi nhiều năm nghiên cứu mới có thể xây dựng đợc một quy trình tính toán
đáp ứng yêu cầu đa dạng của bài toán đặt ra. Đã xây dựng quy trình tính toán
ứng dụng cho vùng cửa sông Đà Rằng với việc chú trọng tới vai trò của biến đổi
mực nớc và lu lợng sông và địa hình thực tế. Các kết quả tính toán dòng vận
chuyển trầm tích và biến động đờng bờ đã mô phỏng đợc bức tranh biến động
phù hợp hơn với thực tế.
Đối với các quy mô vừa và lớn gắn liền với các biến động cho khoảng thời gian
tháng, mùa, năm và nhiều năm, bên cạnh việc hoàn thiện các mô hình tính toán
vận chuyển trầm tích và xói lở bờ biển việc chi tiết hoá trong tính toán ổn định
cửa sông có tính đến dòng trầm tích biển đợc xem là một hớng nghiên cứu u
tiên.
1. Đặt vấn đề
Các mô hình tính toán xói lở các bãi biển cũng nh mô hình xói lở bờ sông đã đợc
phát triển và ngày càng hoàn thiện song việc kết hợp các quá trình tơng tác sông biển
trong mô hình tính toán bồi xói cửa sông ven biển chỉ mới đợc nghiên cứu trong những
năm gần đây. Đối với những biến động hình thái có quy mô nhỏ từ một vài giờ đến một
vài ngày thì nguyên nhân chủ yếu gây nên chúng là các nhiễu động lớn nh bão, lũ,
nớc dâng bão v.v Quy luật biến động đó cần đợc nghiên cứu một cách chi tiết hơn,
thông thờng cần đến các mô hình 3D, 4D về cấu trúc các trờng thuỷ thạch động lực
đới bờ. Những mô hình loại này hiện đang trong giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm và
có thể đa ra áp dụng thực tiễn nghiệp vụ trong những năm tới.
Đối với các quy mô vừa và lớn gắn liền với các biến động cho khoảng thời gian

này đợc sử dụng để triển khai tính toán sóng, chế độ thuỷ thạch động lực và bồi xói
theo các mặt cắt ngang bờ 1,2,3,4 và cửa sông AB.

Hình 1. Địa hình khu vực nghiên cứu ứng với mực nớc cao nhất
Với bản đồ địa hình chi tiết chúng ta có thể xác định đợc đờng cong trắc ngang
bờ sát với thực tế hơn làm cơ sở cho các tính toán dòng vận chuyển trầm tích cũng nh
biến đổi bờ. Tơng tự chúng ta cũng thấy mức độ biến động rất lớn của diện tích trắc
ngang cửa sông trong các điều kiện mực nớc triều khác nhau (hình 2).
Các yếu tố khí tợng-thuỷ văn của khu vực nghiên cứu là nhân tố quan trọng
quyết định chế độ thuỷ động lực khu vực, cho phép xác định các tác động chủ yếu trong
Đinh Văn Ưu, Hà Thanh Hơng, Trần Quang Tiến
120
quá trình bồi xói bờ biển, cửa sông và từ đó lựa chọn mô hình thích hợp tính toán và dự
báo hiện tợng bồi xói. Những yếu tố này cũng là đầu vào quan trọng cho các mô hình
theo các quy mô tơng ứng
Đối với yêu cầu tính toán và dự báo bồi xói quy mô vừa, việc thu thập, phân tích,
tính toán và thiết lập chế độ khí tợng, thuỷ văn cho từng tháng trong năm có thể xem
là hợp lý và khả thi hơn cả.
100 50
0
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0

trên thuỷ vực cửa sông. Trong dải ven bờ, bên cạnh dòng triều mang tính thuận nghịch,
các loại dòng chảy do sông đổ ra và dòng chảy gió có sự biến động lớn theo dao động
mực nớc (độ sâu) đặc biệt tại các khu vực bờ dốc và có các công trình bờ. Tuy nhiên với
khả năng số liệu cũng nh thực tế cách tiếp cận phổ biến hiện nay chỉ mới giới hạn cho
Vai trò các quá trình tơng tác sông-biển
121
các bãi biển thoải nên dòng chảy trong dải ven bờ tạm thời cha đợc để ý đến. Dòng
chảy trên thuỷ vực cửa sông sẽ đợc sử dụng trong đánh giá ổn định cửa sông. Trong
phần này lu lợng nớc sông là một yếu tố quan trọng cần đợc quan tâm tới. Hoàn
lu tại thuỷ vực cửa sông sẽ đáp ứng cho bài toán tính toán dự báo chi tiết xói lở cục bộ
và cần đợc đa vào quy trình trong giai đoạn tới.
3. Các đặc trng sóng tại khu vực nghiên cứu
Với đặc điểm khu vực nghiên cứu thuộc kiểu bãi nên sóng là yếu tố tác động chủ
yếu đối với quá trình bồi xói bờ biển. Do số liệu sóng thống kê trên vùng biển ngoài khơi
nằm ngay ngoài vùng nghiên cứu khó có thể đáp ứng yêu cầu tính toán, ngời ta đều
phải sử dụng đến mô hình sóng đại dơng để chiết xuất các số liệu sóng theo yêu cầu.
Trong nghiên cứu này đã sử dụng mô hình STWAVE để tính sóng ven bờ với dữ liệu
ban đầu đợc chiết từ mô hình sóng ngoài khơi.
Sự tơng tác giữa sóng và dòng chảy đợc xem xét trong hệ toạ độ quy chiếu
chuyển động cùng với dòng chảy.
So sánh các kết quả tính sóng trong dải ven bờ của 12 tháng trong năm ứng với
ba trờng hợp mực nớc triều thấy rằng trong trờng hợp triều cực đại, năng lợng
sóng tập trung gần bờ hơn, sóng lan truyền sâu và rộng hơn trong sông, hớng sóng
không bị bẻ quá đột ngột nh hai trờng hợp còn lại.

mực nớc triều cực đại

mực nớc triều thấp
Hình 3. Trờng sóng tính toán tơng ứng với các mực nớc triều trong tháng 2
Do vào mùa lũ ứng với hớng sóng thịnh hành đông bắc, trờng sóng lan truyền

từng tháng.
Sử dụng các kết quả tính sóng ven bờ, xác định độ cao và giới hạn đới sóng đổ
tơng ứng, chúng tôi tiến hành tính toán dòng trầm tích vận chuyển qua các trắc
ngang, sử dụng công thức tính dòng di đáy đã đợc phát triển cho phép tính đến đồng
thời các tác động tổng cộng của sóng, dòng chảy và tính chất trầm tích đáy. Công thức
này đã đợc trình bày tại Hội nghị Cơ học thuỷ khí tại Đà Nẵng năm 2003 và hoàn
thiện trong luận án tiến sĩ của Trần Quang Tiến [2]:
2/12
cr
22
f
22/3
f
b
)VV(gh
4
K25,0
V)C(kQ






+=
,
trong đó V là vận tốc dòng chảy, V
cr
vận tốc tới hạn, h độ cao sóng, - chỉ số sóng đổ,
K

trng thuỷ thạch động lực và bồi xói bờ biển, không chỉ tính với các đặc trng tác động
của gió và sóng mà còn phải kể đến biến đổi mực nớc triều nh một yêú tố quyết định.
Với các kết quả đánh giá về xu thế xói lở và bồi tụ bờ biển nh trên, chúng tôi
cũng tiến hành đánh giá định lợng mức độ bồi xói cho các đoạn bờ theo cán cân vận
chuyển trầm tích dọc bờ qua các mặt cắt (bảng 1). Thấy rõ trong những năm không chịu
tác động của bão, cả hai đoạn bờ biển bắc và nam cửa Đà Rằng đều có xu thế bồi, (bờ
bắc bồi mạnh hơn bờ nam) và thờng xẩy ra vào các tháng mùa đông với tốc độ lấn ra
biển đến hàng trăm mét trong năm. Kết quả quan trắc biến đổi đờng bờ vào mùa xuân
năm 2004 cho thấy rõ điều đó. Trong các tháng mùa hè, khi không có tác động của bão
và nớc dâng bão, bờ biển ở đây ít có sự biến đổi.
Bảng 1: Kết quả đánh giá xu thế và tốc độ bồi xói đờng bờ biển khu vực hai phía
cửa sông Đà Rằng (khoảng cách giữa các trắc ngang 2400m, độ sâu bồi xói
trung bình 2.5m, q
i-j
: lợng trầm tích dọc bờ từ mặt cắt i đến mặt cắt j).
Bờ bắc Bờ nam
Thời gian
q
1-2
(m
3
)
Xu thế
q
3-4
(m
3
)
Xu thế
1 187753.9 Bồi 38 m/tháng -11613.7 Xói 2,2 m/tháng

4. Tính toán các đặc trng thuỷ thạch động lực và độ ổn định cửa sông
Với đặc điểm cửa sông của từng khu vực nghiên cứu, chúng ta có thể sử dụng các
quy trình tính toán thuỷ thạch động lực các lạch cửa biển có triều để tính toán và dự
báo xói lở thông qua đánh giá mức ổn định của trắc ngang cửa. Quy trình tính toán này
có thể bao gồm một số nội dung sau đây:
- Xác định các đặc trng địa mạo, trầm tích cửa sông, lạch triều và vùng ngập
triều tại hai phía sông và biển.
- Tính toán các đặc trng thuỷ động lực (lu lợng, vận tốc trung bình và cực trị,
phân bố trờng dòng chảy, mực nớc) tại khu vực cửa sông.
- Đánh giá mức độ lắng đọng và vận chuyển trầm tích trên toàn thuỷ vực có liên
quan
Để tính toán ổn định cửa sông thông qua đánh giá biến động diện tích trắc ngang
cửa sông do tác động của các đặc trng địa mạo, thuỷ động lực thuỷ vực, trớc mắt có
thể sử dụng các mối quan hệ thực nghiệm giữa thể tích (lăng trụ) triều và diện tích trắc
ngang có tính đến ảnh hởng của lu lợng sông và trao đổi trầm tích sông-biển cũng
nh dòng vận chuyển dọc bờ cắt ngang cửa sông.
Những đặc trng thủy động lực cơ bản đối với cửa sông nh vận tốc cực đại khi
triều cờng, triều kiệt và các lu lợng tơng ứng trong các điều kiện không tính đến
lu lợng và có tính đến lu lợng sông cần phải đợc tiến hành theo quy trình tính
toán thuỷ lực lạch triều. Trong trờng hợp này đã sử dụng các quy trình đợc dẫn ra
trong Hydrodynamics of tide inlets của Tổng cục kỹ thuật Hải quân Hoa Kỳ [6].
Từ số liệu địa hình, chế độ triều và lu lợng sông, đã tính đợc vận tốc dòng
chảy cực đại, lu lợng nớc cực đại và thể tích nớc đi vào và đi ra khỏi vùng cửa sông
(thể tích lăng trụ triều) đối với mực triều cực đại. Các tính toán đợc tiến hành đối với
nhật triều biên độ 2.5m, chu kỳ 24,8 giờ theo phơng pháp của King. Lu lợng sông
Vai trò các quá trình tơng tác sông-biển
125
cực đại và cực tiểu đợc lấy theo số liệu tại trạm Cống Sơn. Từ các kết quả trên có thể
đa ra một số đánh giá về độ ổn định của lạch cửa sông Đà Rằng theo hai phơng pháp
thông dụng nh sau:

bộ thuỷ vực, bao gồm sóng, dòng chảy và trầm tích. Những kết quả triển khai mô hình
3D đối với cửa sông đã khẳng định quy luật phân bố trầm tích và hoàn lu khu vực
nghiên cứu.
5. Kết luận
Các kết quả xây dựng và triển khai quy trình tính toán và dự báo bồi xói bờ biển
và cửa sông cho thấy sự phức tạp và khó khăn của vấn đề đặt ra, đồng thời cũng khẳng
định việc phân chia theo quy mô các quá trình thuỷ thạch động lực nhằm xây dựng quy
trình thống nhất là khả thi và hiệu quả.
Các kết quả ứng dụng quy trình đối với quy mô vừa cho vùng bờ biển và cửa sông
Đà Rằng theo hớng sử dụng các đặc trng chế độ đã cho những kết quả định tính và
định lợng phù hợp với chế độ thuỷ thạch động lực và xói lở xẩy ra trong thực tế.
Những hạn chế về tính phổ quát, cũng nh khả năng lý giải một số hiện tợng cụ
thể xẩy ra trong những thời kỳ nhất định (bão, lũ, nớc dâng) cho thấy sự cần thiết
phải có đợc các số liệu địa hình, trầm tích và thủy văn thu đợc thông qua monitoring
môi trờng biển đồng thời với việc đa các mô hình hiện đại dự báo, thu thập phân tích
mô phỏng các trờng khí tợng, hải văn vào quy trình này.
Chúng tôi cho rằng, trong điều kiện hiện tại, việc giải quyết từng khâu của vấn
đề đặt ra là khả thi và có ý nghĩa thực tiễn cao cần đợc tập trung nghiên cứu và phát
triển trong thời gian trớc mắt. Xin chân thành cảm ơn chủ trì đề tài KC09-05 và để tài
NC Cơ bản 722004 đã hỗ trợ kinh phí để thực hiện nghiên cứu này.
Đinh Văn Ưu, Hà Thanh Hơng, Trần Quang Tiến
126
Tài liệu tham khảo
1. Đinh Văn Ưu, Trần Quang Tiến, Phơng pháp tính toán vận chuyển trầm tích dọc bờ biển,
Tạp chí Khoa học, ĐHQG Hà Nội, 4, 1998.
2. Đinh Văn Ưu, Trần Quang Tiến, Phát triển và ứng dụng phơng pháp tính dòng vận
chuyển trầm tích vùng ven biển và cửa sông, Hội nghị Cơ học Thuỷ khí toàn quốc, Đà Nẵng,
7/2003.
3. Surface-Water Modeling System (SMS) version 8, User Manual, Brigham Young University,
2002.