ĐỀ TÀI: “Mô hình hoàn lưu nước vùng
cửa sông ven biển chịu ảnh hưởng mạnh
của thủy triều”
Hội thảo Khoa học Kỷ niệm 5 năm thành lập Khoa Kỹ thuật Biển

33
Mô hình hoàn lưu nước vùng cửa sông ven biển
chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều
Đinh Văn Ưu
1
, Hà Thanh Hương
2

Tóm tắt: Điều kiện thủy thạch động lực và môi trường các thủy vực cửa sông ven bờ Việt Nam luôn bị chi

lực nguyên thủy có tính đến tối đa các tác động đến điều ki
ện thủy động lực có nguồn gốc
từ các biên trên mặt biển, đáy biển, cửa sông và biển hở.
Việc thử nghiệm thành công của mô hình thủy động lực cho vùng biển cụ thể là cơ sở để
phát triển và hoàn thiện mô hình thủy động lực-môi trường dự báo và giám sát môi trường
cửa sông ven biển Việt Nam.

1
Trung tâm Động lực và Môi trường biển, Đại học Quốc gia Hà Nội; 334, Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà
Nội; Telephone: 84 4 8584945; E-mail:
2
Trung tâm Động lực và Môi trường biển, Đại học Quốc gia Hà Nội; 334, Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà
Nội; Tel: 84 4 8584945; Email:
Hội thảo Khoa học Kỷ niệm 5 năm thành lập Khoa Kỹ thuật Biển

34
2. Mô hình thủy động lực
Mô hình thủy đông 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 của sông có triều áp đảo.
2.1 Mô hình hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy
Quá trình biến đổi theo thời gian của mực nước, dòng chảy, nhiệt độ, độ muối nước biển
dưới tác động của khí quyến và nước sông đổ vào thủy vực được mô phỏng bằng mô hình
Trung tâm ĐL&MT biển (MDEC) được phát triển từ mô hình GHER, ĐH Liege. Mô hình
này đã được mô tả kỹ trong các công trình của Đinh Văn Ưu và các cộng tác viên [5,6,7],
trong đó sơ đồ tham số hóa hệ số nhớt rối được triển khai khác nhau theo phương ngang và
phương thẳng đứng. Để tính đến tác động của sóng trên mặt biển, chúng tôi đã phát triển
và ứng dụng mô hình tương tác sóng-gió và mô hình lớp biên đáy.
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

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−+
=
∗
e
e
z
z
zzz
u
u
0
ln
κ
(2)
Trong đó
e
z và
0
z 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

c
u ,
2
1
*
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
ρ
τ
w
w
u .
Đối với ứng suất dòng chảy thuần túy, có thể sử dụng công thức sau:

2
vC
cc
ρτ
=
,
()
2
2
)/30ln(
2

u
u
kk
*
24
. (5)
Trong điều kiện không có sóng:
30
0
z
kk
bbc
== và hệ số ma sát dòng sẽ là

()
2
0
2
)/ln(
2
1
zz
fC
cc
κ
== . (6)
Đối với ứng suất do sóng, ta có thế sử dụng công thức:

w
www

+
=
t
,
trong đó phần gia tăng mực nước do sông
ξ
δ
sẽ bị triệt tiêu khi đi xa về phía biển. Đối với
khu vực ranh giới sông-cửa sông có thể đưa ra hệ thức sau cho phần gia tăng mực nước:
g
v
2
2
αδ
ξ
= với hệ số tỷ lệ
α
phụ thuộc vào vị trí biên sông-cửa sông và hình thái thủy vực
nghiên cứu.
Như vậy điều kiện biên sông-cửa sông đối với khu vực thủy triều áp đảo có thể cho trong
dạng mực nước bao gồm hai thành phần: mực nước triều căn cứ theo số liệu quan trắc triều
thực tế và gia tăng mực nước do sông đổ ra phụ thuộc vào lưu lượng sông.
3. Kết quả và thảo luận
Bên cạnh những kết quả ứng dụng cho toàn Biển Đông, mô hình MDEC đã được triển khai
cho vịnh Bắc Bộ, vùng biển Đông Nam Bộ và vùng biển Quảng Ninh-Hải Phòng mô
phỏng các trường dòng chảy, nhiệt độ, độ muối, lan truyền chất lơ lửng và dầu nhiều pha
trong nước và trầm tích với quy mô thời gian tháng và mùa. Trong khuôn khổ báo cáo này
chúng tôi tập trung phân tích một số kết quả thu được đối với trường dòng chảy và m
ực
nước tại vùng cửa sông cảng Hải Phòng.

nước này là hoàn toàn phù hợp với đặc điểm thủy triều thực tế.
Phân tích các trường hoàn lưu triều có thể nhận thấy có sự khác biệt đáng kể giữa chế độ
mực nước và dòng triều trên các vị trí các nhau c
ủa thủy vực. Đáng chú ý nhất là hiện
tượng ngược pha dòng chảy trên các khu vực cửa Nam Triệu và Lạch Huyện (hình 2).
Trong khi đó biến trình của dòng triều trên các vùng biển sâu lại có sự tương đồng về cả
pha lẫn biên độ (hình 3).
Với đặc điểm phân bố của dòng triều như trên đã dẫn đến sự hình thành chế độ dòng triều
đặc thù cho thủy vực này, trong đó đáng chú ý là sự biế
n dạng của ellips dòng triều với xu
thế chuyển dòng triều theo hướng đông-tây tương ứng đường bờ đối với phần nước nông
Hội thảo Khoa học Kỷ niệm 5 năm thành lập Khoa Kỹ thuật Biển

37
ngoài khơi Cát Hải. Trong các pha triều cao hay thấp hoàn lưu song song với đường bờ Cát
Hải thường được kết nối với các dòng chảy ra hoặc vào các cửa Nam Triệu và Lạch Huyện
có hướng đối lập nhau tạo nên các dòng liên tục xuất phát từ các cửa sông này. Trên hình 5
dẫn ra hai trường dòng triều tương ứng hai trường hợp vừa phân tích.
Hình 2. Biến trình ngày đêm dòng triều qua cửa Nam
Triệu (trên) và Lạch Huyện (dưới).
Hình 3. Biến trình ngày đêm của dòng triều trên khu
vực ngoài khơi Đồ Sơn (trên) và Cát Hải (dưới) Hình 4. Phân bố dòng triều tạo nên dòng liên tục qua khu vực nước nông ngoài khơi Cát Hải trong hai pha
triều cao (trái) và thấp (phải).
Hình 5. Biến trình ngày đêm của dòng triều tại
khu vực nước nông phía ngoài Cát Hải: điểm
trung tâm (trái) và điểm gần Bến Gót (phải).


Có thể nhậ
n thấy hiện tượng dâng nước cục bộ này chủ yếu do nước dồn, tuy nhiên với giá
trị khoảng 50-60cm là ở mức nguy hiểm đặc biệt nếu kết hợp với triều và nước dâng bão
truyền từ phía ngoài vào.
4. Các kết luận
Kết quả thử nghiệm mô hình thủy động lực 3D MDEC cho vùng cửa sông cảng Hải Phòng
đã khẳng định khả năng ứng dụng của mô hình cho các thủy vực phức tập tương tự ở Việt
Nam. Từ phân tích kết quả cũng đã nhận thấy được có hai khu vực có khả năng bị xói lở
bờ và ngập nước mạnh trong điều kiện gió bão đó là Cát Hải và đê 14
Đồ Sơn, điều này
cần được kể đến trong quá trình tính toán xây dựng nâng cấp hệ thống đê biển Hải Phòng.
Với mô hình thủy động lực này chúng ta hoàn toàn có điều kiện phát triển và hoàn thiện hệ
thống mô hình thủy động lực-môi trường cho pháp giải quyết các vấn đề vận chuyển, lan
truyền trầm tích, các chất ô nhiễm, quá trình bồi tụ, biến đổi địa hình và tích tụ các chất ô
nhiễm trong n
ước và trầm tích đáy.
Lời cảm ơn
Các kết quả này thu được với sự hỗ trợ của các đề tài NC Cơ bản 706106, đề tài trọng điểm
ĐHQG Hà Nội (QGTĐ 04.07) và đề tài KC 09.23/06-10. Tác giả cảm ơn vì sự hỗ trợ này.
Tài liệu tham khảo

Grant, W.D. and Madsen, O.S, 1979, Combined wave and current interaction with a rough bottom, J.
Geophys. Res. 84, 1797-1808.
Hội thảo Khoa học Kỷ niệm 5 năm thành lập Khoa Kỹ thuật Biển

39
Jansen, P.A., 1992, Experimental evidence of the effect of surface waves on the air flow, J. Phys. Oceanogr.
22, 1600-1604
WAMDI Group. 1988, The WAM model- the third generation ocean wave ocean wave prediction model, J.
Phys. Oceanogr., 18, 1775-1810.