Luận văn thạc sĩ TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À BIẾN ĐỘNG ĐÁY BIỂN TẠI VÙNG LÂN CẬN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG VÀ DÒNG CHẢY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA H À NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHI ÊN

Dương Công Điển
TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À BIẾN ĐỘNG ĐÁY
BIỂN TẠI VÙNG LÂN CẬN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
SÓNG VÀ DÒNG CH ẢY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA H À NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHI ÊN

Dương Công Điển
TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À BIẾN ĐỘNG ĐÁY
BIỂN TẠI VÙNG LÂN CẬN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
SÓNG VÀ DÒNG CH ẢY
Chuyên ngành: Hải dương học
Mã số: 60 44 97
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nguyễn Minh Huấn
Hà Nội - 2012
i
MỤC LỤC
MỞ ĐẤU ………………………………………………………………………… 1
Chương 1 – TỔNG QUAN ……………………………………………………… 2
1.1. Đặt vấn đề …………………………………………………………. 2
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ……………………………………………… 3
1.3. Giới hạn nghiên cứu ……………………………………………… 3
1.4. Phương pháp nghiên c ứu …………………………………………… 4
Chương 2 – ĐIỀU KIỆN TỰ NHI ÊN VÀ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ

BIỂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ………………………………. 5
2.1. Đặc điểm tự nhiên, điều kiện khí tượng thủy văn khu vực cửa Thuận
An …………………………………………………………………. 6
2.2. Hiện trạng công trình bảo vệ bờ tại cửa Thuận An ………………… 6
Chương 3 – MÔ HÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ CÁC KẾT QUẢ TÍNH
TOÁN ………………………………………………………………. 9
3.1. Cơ sở lý thuyết CMS-flow………………………………………… 9
3.2. Cơ sở lý thuyết CMS-wave ………………………………………… 19
3.3. Kết nối giữa CMS-flow và CMS-wave …………………………… 22
3.4. Thiết lập lưới tính, điều kiện biên, điều kiện ban đầu ……………… 22
3.5. Phân tích số liệu, xây dựng kịch bản tính toán ……………………… 27
3.6. Thiết lập các thông số và hiệu chỉnh mô hình …………………… 33
3.7. Kết quả tính toán …………………………………………………… 40
KẾT LUẬN ……………………………… ……………………………………… 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………. 56
ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình1: Bản đồ khu vực phá Tam Giang – Cầu Hai ……………………………… 5
Hình2. Hệ thống kè biển tại cửa Thuận An ……………………………………… 7
Hình 3. Chi tiết kết cấu kè (S1, S2 và B) tại phía bờ bắc cửa Thuận An …………. 7
Hình 4. Chi tiết kết cấu kè (N) tại bờ nam cửa Thuận An ……………………… 8
Hình 5. Lưới tính CMS-wave với biên sóng nước sâu và vị trí của kè biển 23
Hình 6. Lưới tính CMS-flow với biên mực nước và vị trí các kè biển 24
Hình 7. Lưới tính CMS-flow tại khu vực cửa Thuận An với địa h ình đáy biển 25
Hình 8. Vị trí các kè trong miền tính 26
Hình 9. Dao động mực nước trong một chu kỳ triều tại Thuận An 27
Hình 10. So sánh độ cao sóng tính toán v à đo đạc tại trạm MSP-1 thời gian: 10 -
12/2002 28
Hình 11. Đường đi, so sánh độ cao sóng tính toán v à đo đạc trong cơn bão frankie
7/1996 28

Hình 12. Đường đi, so sánh độ cao sóng tính toán v à đo đạc trong cơn bão Wukong
9/2000 28
Hình 13. Đường đi, so sánh độ cao sóng tính toán v à đo đạc trong cơn bão Linda
11/1997 29
Hình 14. Vị trí điểm lấy các tham số sóng n ước sâu 29
Hình 15. Hoa sóng tại trạm ngoài khơi trong nhiều năm 30
Hình 16. Hoa sóng tại trạm ngoài khơi trong mùa gió đông bắc và mùa gió tây nam
31
Hình 17. Quy định về hướng sóng trong mô h ình CMS-wave 32
Hình 18. Vị trí các trạm quan trắc dao động mực n ước và dòng chảy 21/4/2007 34
Hình 19. Thiết lập các thông số chính của CMS -wave 34
Hình 20. Điều kiện phổ sóng tại bi ên CMS-wave 35
Hình 21. Thiết lập các thông số chính tron g mô hình CMS-flow 35
Hình 22. Các thông số tính toán vận chuyển trầm tích 36
Hình 23. Điều kiện biên dao động mực nước 36
Hình 24. Giao diện điều khiển tính toán cặp đồng thời giữa hai mô hình 37
Hình 25. So sánh mực nước tính toán và đo đạc tại trạm V1từ 10 giờ ngày 21/4 đến
10 giờ ngày 22/4/2007 37
Hình 26. So sánh tốc độ dòng chảy tính toán với tốc độ d òng chảy đo đạc tại các
tầng mặt, giữa và đáy tại trạm V1từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày
22/4/2007 38
Hình 27. So sánh hướng dòng chảy tính toán với h ướng dòng chảy đo đạc tại các
tầng mặt, giữa và đáy tại trạm V1từ 10 giờ ngày 21/4 đến 10 giờ ngày
22/4/2007 38
iii
Hình 28. Trường dòng chảy tại khu vực cửa Thuận An trong pha triều l ên 39
Hình 29. Trường dòng chảy tại khu vực cửa Thuận An trong pha triều xuống 39
Hình 30. Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày v ới sóng tác động có hướng từ 120
đến 150 độ 40
Hình 31. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày

dưới tác động của sóng có h ướng từ 120 đến 150 độ 41
Hình 32. Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 90
đến 120 độ 41
Hình 33. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày
dưới tác động của sóng có hướng từ 90 đến 120 độ 42
Hình 34. Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 60
đến 90 độ 42
Hình 35. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày
dưới tác động của sóng có hướng từ 60 đến 90 độ 43
Hình 36. Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 30
đến 60 độ 43
Hình 37. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày
dưới tác động của sóng có hướng từ 30 đến 60 độ 44
Hình 38. Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 0
đến 30 độ 44
Hình 39. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày
dưới tác động của sóng có hướng từ 0 đến 30 độ 45
Hình 40. Kết qủa tính toán bồi xói sau 30 ngày với sóng tác động có h ướng từ 330
đến 0 độ 45
Hình 41. Địa hình đáy biển khu vực cửa Thuận An sau thời gian tính toán 30 ng ày
dưới tác động của sóng có hướng từ 330 đến 0 độ 46
Hình 42. vị trí các mặt cắt từ 1 đến 5 47
Hình 43. So sánh bi ến động địa hình tại mặt cắt số 1 dưới tác động của các hướng
sóng khác nhau 47
Hình 44. So sánh bi ến động địa hình tại mặt cắt số 1 dưới tác động tổng hợp của tất
cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 48
Hình 45. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 2 dưới tác động của các h ướng
sóng khác nhau 48
Hình 46. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 2 dưới tác động tổng hợp của tất
cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 49

Hình 47. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 3 dưới tác động của các h ướng
sóng khác nhau 49
iv
Hình 48. 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 50
Hình 49. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 4 dưới tác động của các h ướng
sóng khác nhau 50
Hình 50. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 4 dưới tác động tổng hợp của tất
cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 51
Hình 51. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 5 dưới tác động của các h ướng
sóng khác nhau 51
Hình 52. So sánh biến động địa hình tại mặt cắt số 5 dưới tác động tổng hợp của tất
cả các hướng sóng với độ sâu ban đầu 52
Hình 53. Kết quả đo đạc đường bờ tại Thuận An tháng 6 năm 2 012 52
Hình 54. Ảnh chụp khu vực bồi cát phía nam k è tại cửa Thuận An 6/2012 53
Hình 55. Ảnh chụp vị trí các bar cát ngầm tại cửa Thuận An 6/2012 54
Hình 56. Ảnh chụp các bar cát tại trung tâm luồng ra vào tại cửa Thuận An 6/2012
54
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng1: Các đợt đo đạc tại cửa Thuận An từ 1/2007 đến nay …………………… 8
Bảng 2. Bảng tần suất sóng trung b ình nhiều năm 30
Bảng3. Bảng tần suất sóng n ước sâu theo các hướng tác động tới đường bờ 32
Bảng4. Kết quả phân tích các yếu tố sóng theo h ướng tác động 33
Bảng 5. Lượng trầm tích vận chuyển qua các mặt cắt 55
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Giải nghĩa
SMS Surface-water Modeling System
CMS – wave Coastal Model ing System - wave
CMS – flow Coastal Model ing System - flow
1

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, d òng chảy, sóng thần và biến động của mực
nước biển. Tuy nhiên sự tác động của con ng ười cũng có ảnh hưởng đáng kể thông
qua các công trình nhân t ạo như xây dựng kè, đê chắn sóng, tường đứng ven biển v à
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 v à 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 b ãi biển
tại vùng cửa Thuận An sau khi xây dựng công tr ình kè biển. Trong quá trình tính
toán kiểm chứng mô hình, Các tham số sóng và dòng chảy được hiệu chỉnh và kiểm
chứng kỹ lưỡng. Ngoài ra bộ số liệu đo đạc biến động đ ường bờ trong khuôn khổ
dự án VS\RDE-03 được sử kiểm chứng với các kết quả biến động b ãi biển của mô
hình.
Các kết quả mô phỏng chỉ ra rằng, b ước đầu các công tr ình xây dựng kè biển
với mục đích bảo vệ, ngăn chặn xói lở bờ biển ở khu vực Hải D ương – Thuận An –
Hòa Duân đã có những kết quả nhất định. Khu vực bờ biển Hải D ương đã được bảo
vệ khỏi các tác động gây xói lở, khu vực phía nam cửa Thuận An chuyển từ trạng
thái xói lở sang bồi tụ. Các kết quả tính toán đ ưa ra được bức tranh khá ph ù hợp với
các kết quả đo đạc thực tế.
Để hoàn thành bài luận văn này tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu
sắc tới: Ban giám hiệu tr ường Đại học Khoa học tự nhi ên, Khoa Khí tượng - Thủy
văn và Hải dương học, phòng sau đại học đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi ho àn thành
luận văn này.
Viện Cơ học, Viện KH và CN Việt Nam (địa chỉ; 18 Hoàng Quốc Việt,
Nghĩa Đô Cầu Giấy, H à Nội), cơ quan nơi tôi công tác đ ã cử đi đào tạo cũng như
tạo điều kiện về mặt thời gian, kinh phí và các thủ tục hành chính trong suốt quá
trình học tập.

Ban giám đốc, các đồng nghiệp của Trung tâm Khảo sát Nghiên cứu Tư vấn
Môi trường Biển và dự án hợp tác Việt Nam – Thụy Điển VS\RDE-03 góp ý, cung
cấp số liệu, tạo điều kiện đi khảo sát đo đạc tại khu vực cửa biển Thuận An.
PGS. TS Nguyễn Minh Huấn - người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ v à tạo
mọi điều kiện trong quá tr ình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Khí t ượng – Thủy văn và
Hải dương Học đã tận tính dạy dỗ và truyền thụ kiến thức cho tôi trong những năm
học vừa qua
2
Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây dưới sự phát triển mạnh của nền kinh tế cũng nh ư
sự phát triển nhanh của ng ành du lịch và dịch vụ, nhiều các công tr ình ven bờ như
đê biển, kè chắn sóng, mỏ hàn được xây dựng với mục đích chỉnh trị nhằm đạt đ ược
mục tiêu phục vụ phát triển kinh tế, bảo vệ các vùng dân cư kh ỏi sự xâm thực từ
phía biển.
Khu vực cửa biển Thuận An – Thừa Thiên Huế là một trong những cửa ng õ
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 v à biển. Thêm vào đó phía b ắc 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 t ình 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 t àu tại Thuận An và bảo vệ bờ hai
phía bắc và phía nam, đầu năm 2005 Ủy ban nhân dân Tỉnh Thừa Thi ên Huế đã ra
quyết định phê duyệt dự án xây dựng “xử lý khẩn cấp khắc phục xói lở bờ biển H ải
Dương và chỉnh trị luồng cảng Thuận An, tỉnh Thừa Thi ên Huế”. Giai đoạn 1 xây
dựng công trình chống xói lở bờ biển Hải D ương – 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 x ã Hải Dương) có các kè S1, S2 và B
bảo vệ cách ly khu vực bờ khỏi các tác động của sóng v à dòng chảy nên quá trình xói
lở bờ biển tại đây không c òn 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 tr ình 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 tr ình quá trình bồi và xói diễn ra theo
mùa dưới tác động của các h ướng sóng khác nhau trong gió m ùa Đông Bắc và gió
mùa Tây Nam.
Như vậy kết quả sau khi xây dựng các k è biển trong giai đoạn 1 của dự án đ ã 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 v à vùng lận cận như sau:
3
- Quá trình sóng và dòng chảy khu vực gần công tr ình 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 D ương –
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 trong cửa.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu:
Để hiểu rõ quy luật các quá trình vận chuyển trầm tích và biến động đáy biển ,
cần có sự nghiên cứu chi tiết về các quá trình động lực gây ra quá trình vận chuyển
trầm tích trong khu vực cửa Thuận An, đặc biệt l à các tác động của công trình. Có
các nghiên cứu định lượng mô phỏng, đưa ra bức tranh vận chuyển trầm tích và
biến đổi đáy biển, từ đó có các giải pháp khắc phục các yếu điểm trong giai đoạn 1
của công trình cũng như đưa ra hướng giải quyết trong giai đoạn tiếp theo. Các
mục tiêu chính của nghiên cứu gồm có:

- 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.
1.3 Giới hạn của nghiên cứu
Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung nghiên cứu vận chuyển trầm tích tại
khu vực của Thuận An, đặc biệt l à khu vực lận cận công trình, dưới tác động chủ
yếu của hai yếu tố sóng v à dòng chảy. Các thông số của công trình cũng được đưa
vào mô hình tính nh ằm mục đích mô phỏng đ ược các tác động của nó t ới sự vận
chuyển trầm tích và biến động đáy biển.
Do việc sử dụng mô hình hai chiều trung bình theo độ sâu để mô phỏng các
quá trình thủy động lực và biến đổi đáy, cho nên các kết quả chỉ mô phỏng đ ược
quá trình biến đổi đáy biển, sự biến đổi đ ường bờ không được mô phỏng ở đây. Tuy
nhiên các kết quả đo đạc biến động đ ường bờ vẫn được sử dụng để so sánh sự tương
quan giữa kết quả tính biến động đáy biển với sự biến động của đ ường bờ.
Các kịch bản tính toán sử dụng các kết quả phân tích sóng theo các hướng
tác động khác nhau, mỗi hướng tác động tiến h ành lấy trung bình các tham số sóng
theo một khoảng thời gian. Dao động mực nước áp dụng tại biên được lấy bằng sự
4
biến động mực nước trong một chu kỳ triều đặc tr ưng. Lưu lượng trong các sông
không được sử dụng trong các nghi ên cứu tính toán.
1.4 Phương pháp nghiên c ứu
Dựa trên các đặc điểm khu vực nghi ên cứu vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai
và vùng cửa sông lạch triều Thuận An, cho nên phương pháp nghiên c ứu được hình
thành trên cơ sở:
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan tới vùng đầm phá, cửa sông v à công trình.
Dựa vào các thông tin phù h ợp 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 s ố liệu, văn bản có li ên

quan.
- Thu thập các số liệu cơ bản về địa hình, đường bờ, thông số của công tr ình,
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 v à khu vực nghiên cứu.
- Thiết lập mô hình dựa trên các số liệu cơ bản, lựa chọn điều kiện tr ên 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.
5
Hình1: B
ản đồ khu vực phá Tam Giang
– C
ầu Hai
[3]
Chương 2 – HIỆN TRẠNG CÔNG TR ÌNH BẢO VỆ BIỂN KHU VỰC
NGHIÊN CỨU
6
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 l à xã Hải
Dương và phía nam là th ị 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 h ướng 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 m ùa
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 trư ờng cho đầm phá Tam Giang. Trong mùa mưa nó c òn 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].
Về đặc điểm khí tượng: Khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai nằm trong
khu vực có khí hậu nhiệt đới gió m ùa. Hai mùa gió chính đó là mùa gió đông b ắc
xảy ra vào các tháng 11, 12, 1 và 2 và mùa gió tây nam x ảy ra vào các tháng 6, 7, 8
và 9. Ngoài ra khu vực này còn chịu tác động của một số cơn bão nhiệt đới, đặc biệt
nhiều cơn bão có cường độ mạnh đi thẳng trực tiếp v ào từ biển Đông.
Về đặc điểm thủy văn: Đây là khu vực có các đặc điểm về thủy, hải văn phức
tạp. Về chế độ thủy văn, cửa Thuận An l à nơi tiêu thoát nước của hầu hết các con
sông đổ vào đầm phá Tam Giang. Trong thời gian mùa lũ (tháng 10 đến tháng 1
năm sau) lưu lượng trong các sông tăng rất cao do địa hình khu vực phía sau là núi
rất dốc. Cá biệt trong một số năm l ượng nước lớn làm vỡ đoạn bờ biển Hòa Duân
tạo ra cửa thứ 2 thông ra biển. Độ cao mực nước thủy triều tại đây khá nhỏ (bi ên độ
dao động khoảng 0.25m [3]) và là khu vực bán nhật triều đều. Chế độ sóng chịu tác
động của chế độ gió m ùa. Các sóng có hư ớng E và NE chiếm tới trên 90% trong
tổng phần trăm của năm .
2.2 Hiện trạng xây dựng công trình bảo vệ bờ tại cửa Thuận An
Từ năm 1980, tình hình xói lở ở ven bờ biển tỉnh Thừa Thi ên Huế, dọc theo
đoạn bờ biển từ Hải D ương đến Hòa Duân trở thành một vấn đề nguy kịch. Xói lở
chủ yếu tác động đến bờ biển tại hai vị trí: x ã Hải Dương (phía bắc cửa Thuận An)
với cường độ xói lở 10m/năm v à xã Thuận An – Phú Thuận (phía nam cửa Thuận
An) với cường độ xói lở 5-6m/năm. Xói lở gây tác hại trầm trọng đến bãi biển du
lịch Thuận An, đe dọa sự phát triển du lịch trong khu vực. Do vậy đầu năm 2006 Ủy
ban nhân dân tỉnh Thừa Thiên Huế đã phê duyệt dự án xây dựng công tr ình “xử lý
7
khẩn cấp khắc phục xói lở bờ biển Hải D ương và chỉnh trị luồng cảng Thuận An ”.

Trong giai đoạn 1 xây dựng hai hệ thống k è biển chống xói lở tại bờ phía bắc (x ã
Hải Dương) và phía nam (x ã Thuận An). Hệ thống k è đã được khởi công xây dựng
vào đầu năm 2008. Kết cấu hệ thống kè tại Thuận An được mô tả trong hình vẽ 3, 4:
Hình 2. Hệ thống kè biển tại cửa Thuận An
Hình 3. Chi tiết kết cấu kè (S1, S2 và B) tại phía bờ bắc cửa Thuận An
8
Hình 4. Chi tiết kết cấu kè (N) tại bờ nam cửa Thuận An
Sau thời gian xây dựng hệ thống k è, 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 v ùng
ven biển Việt Nam, Viện Cơ học đã tiến hành đo đạc và quan trắc các yếu tố thủy
động lực, biến động b ãi 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 v à 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 .
Bảng 1: Các đợt đo đạc tại cửa Thuận An từ 1/2007 đến nay
TT
Thời gian
Yếu tố đo đạc
1
01/2007
Biến động đường bờ và địa hình đáy biển
2
04/2007
Đo đạc địa hình, dòng chảy và dao động mực nước
3
07/2007
Biến động đường bờ
4
04/2008

Biến động đường bờ
5
12/2008
Biến động đường bờ
6
12/2009
Biến động đường bờ
7
03/2010
Biến động đường bờ
8
04/2010
Biến động đường bờ
9
08/2010
Biến động đường bờ
10
05/2011
Biến động đường bờ
11
11/2011
Biến động đường bờ
12
06/2012
Biến động đường bờ
9
Chương 3 - MÔ HÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH V À 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 đ ược

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. Các môdun là một phần trong hệ thông mô
hình SMS, được xây dựng và phát triển tính toán với nhiều công cụ hỗ trợ về công
nghệ GIS và được triển khai trên hệ thống máy tính cá nhân cũng nh ư hệ máy tính
song song. [7,8,9,10,11]
3.1 Cơ sở lý thuyết CMS-flow
CMS- Flow là mô hình tính toán tr ường dòng chảy và vận chuyển trầm tích . Mô
hình tính toán vận chuyển các chất hòa tan (muối) và trầm tích dưới tác động của
thủy triều, gió và sóng. Mô hình động lực dựa trên phương trình bảo toàn trong
vùng nước nông và các thành phần lực Coriolis, ứng suất gió, ứng suất sóng, ứng
suất đáy, ma sát do vật cản, ảnh hưởng của đáy và khuyếch tán rối. Có ba phương
pháp tính toán vận chuyển trầm tích là: Mô hình tính toán v ận chuyển trầm tích tổng
cộng của Wantanabe ( 1997), tính toán vận chuyển trầm tích kết hợp tính toán trầm
tích lơ lửng và di đáy theo công thức của Lund-CIRP (Camenen và Larson 2006) và
tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng theo công thức của Van Rijn kết hợp với
công thức vận chuyển trầm tích di đáy của Lund-CIRP. Trong trường hợp này các
tác giả lựa chọn phương pháp thứ hai – tính toán vận chuyển trầm tích theo các
công thức của Lund-CIRP.
Phương trình chuyển động
CMS-flow sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn để giải hệ ph ương trình
chuyển động và phương trình liên tục dưới dạng tích phân hai chiều trung b ình theo
độ sâu. Các thành phần vận tốc được tính theo hai thành phần phương ngang. Dưới
đây là hệ phương trình được sử dụng trong CMS-flow.
0 (1)
(2)
(3)
Trong đó:
h – độ sâu cột nước trong trạng thái tĩnh,
10
η – độ cao của dao động mực n ước,

t – thời gian,
q
x
– thông lượng trên một đơn vị bề rộng theo phương x,
q
y
– thông lượng trên một đơn vị bề rộng theo phương y,
u – thành phần vận tốc theo hướng x,
v – thành phần vận tốc theo hướng y,
g – gia tốc trọng trường,
D
x
– hệ số khuyếch tán theo h ướng x,
D
y
– hệ số khuyếch tán theo h ướng y,
f - Tham số Coriolis,
τ
bx
- ứng suất đáy theo ph ương x,
τ
by
- ứng suất đáy theo ph ương y,
τ
wx
- ứng suất gió theo ph ương x,
τ
wy
- ứng suất gió theo ph ương y,
τ

Sx
- ứng suất sóng theo phương x,
τ
Sx
- ứng suất sóng theo ph ương y.
Các thành phần vận tốc được tính toán từ thông l ượng như sau:
(4)
(5)
Trong trạng thái không có tác động của sóng, ứng suất đáy đ ược tính như sau:
| |
(6)
| |
(7)
Ở đây U là môđun vận tốc dòng chảy và C
b
là hệ số ma sát đáy dạng thực nghiệm.
| |
√
(8)
Hệ số ma sát được tính theo công thức .
(9)
Với C là hệ số Chezy.
/
(10)
Trong đó R là bán kính th ủy lực và n là hệ số nhám Manning .
Trong trạng thái có sóng tác động. Ứng suất đáy được tính theo sự phân bố
tựa đồng nhất của d òng chảy (do thủy triều, gió v à sóng trên mặt) và vận tốc quỹ
đạo sóng tại đáy. Ứng suất tại đá y được tính trung bình cho từng chu kỳ của sóng tại
từng nút lưới tại mỗi bước thời gian. Công thức tính ứng suất đáy khi có mặt sóng
và dòng chảy được Nishimura 1988 đ ưa ra như sau:

(11)
11
(12)
Trong đó α là góc của hướng sóng so với trục x. U
wc
và ω
b
được tính theo công
thức.
|
2
|
|
2
|
(13)
(14)
Với σ là tần số góc của sóng, H l à chiều cao sóng và k là số sóng,
U
wc
tốc độ quỹ đạo sóng v à ω
b
tần số góc sóng khi có mặt d òng chảy.
Ứng suất gió được tính theo công thức:
sin (15)
cos (16)
Trong đó
C
d
– hệ số kéo của gió,

ρ
a
- mật độ không khí ,
ρ
w
- mật độ nước,
W – tốc độ gió,
θ – hướng gió, với quy ước hướng gió 0 độ là từ hướng Đông và quay
ngược chiều kim đồng hồ.
Ứng suất sóng:
Ứng suất sóng được tính từ sự biến thiên của ứng suất bức xạ sóng theo không gian.
(17)
(18)
Trong đó S
xx
, S
xy
và S
yy
là các thành phần ứng suất bức xạ sóng, đ ược tính theo
công thức:
, 0.5 1 1 0.5 (19)
,
0.5 1 1 0.5 (20)
, 0.5 1 1 0.5 (21)
Với σ=σ(ω,α)
Ở đây
12
S
xx

- ứng suất bức xạ sóng theo h ướng vuông góc với bờ
S
xy
– Thành phần ứng suất trượt
S
yy
– Thành phần ứng suất bức xạ sóng theo h ướng dọc bờ
E – Mật độ năng lượng sóng
ω- tần số góc của sóng
α- góc của sóng so với trục x
Tham số Coriolis:
2Ωsin (22)
Ω – tần số góc quay của trái đất, φ vĩ tuyến.
Hệ số nhớt rối phụ thuộc v ào độ dài xáo trộn của cột nước, trong trường hợp
không có tác động sóng có thể tính theo h àm của độ sâu nước, tốc độ dòng chảy và
độ nhám của đáy biển (Fanconer 1980) nh ư sau:
1.156
| |
(23)
Trong vùng sóng đ ổ, dưới tác động của sóng, các xáo trộn theo ph ương
ngang là rất đáng kể. Công thức tính hệ số nhớt rối nh ư sau:
(24)
Trong đó ε
L
mô phỏng sự thay đổi theo ph ương ngang, được Kraus và
Larson 1991 đưa ra như sau.
Λ (25)
Với Λ là hệ số thực nghiệm mô phỏng sự xáo trộn theo ph ương ngang. u
m
là

thành phần theo phương ngang của tốc độ quỹ đạo sóng tại đáy.
(26)
ở đây T là chu kỳ sóng.
Trong vùng chuyển đổi giữa vùng sóng đổ và vùng nước sâu, hệ số nhớt rối
được tính theo công thức.
1 (27)
Trong đó θ
m
là hàm tỉ trọng tính như sau:
(28)
Phân bố gió theo độ cao:
Phân bố tốc độ gió theo chiều cao đ ược tính theo công thức của Charnock
1955 và Hsu 1988.
(29)
Với
W
z
– tốc độ gió tại độ cao z so với mặt biển ,
Z
0
– độ cao của mặt biển ,
13
W
*
- tốc độ gió ma sát,
К – hằng số Von karman,
Tốc độ gió ma sát có thể coi như một thành phần của ứng suất gió tại bề mặt.
theo Hsu 1988 ta có:
(30)
K

m
– hệ số nhớt xoáy, Z là chiều cao.
Giả thiết rằng lớp khí quyển sát mặt n ước là ổn định, khi đó ứng suất gió tại
độ cao 10 m trên mặt biển có thể tính theo Hsu 1988 nh ư sau:
.
(31)
W
10
– tốc độ gió tại độ cao 10 m tr ên mặt biển.
Theo thực nghiệm có thể áp dụng công thức tính tốc độ gió tại độ cao 10 m
như sau:
/
(32)
Phương trình tính toán vận chuyển trầm tích và biến đổi đáy biển:
Trong CMS-flow các hệ phương trình tính toán vận chuyển trầm tích và biến đổi
đáy biển được tính toán theo ba công thức :
- Công thức của Wantanabe (1987), tính toán vận chuyển trầm tích tổng cộng
bao gồm: tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng và di đáy
- Công thức tính vận chuyển trầm tích của Lund-CIRP (Camenen và Larson
2006). Công thức tính lượng trầm tích tổng cộng kết hợp từ c ông thức tính
vận chuyển trầm tích lơ lửng và công thức tính vận chuyển trầm tích di đáy.
- Tính toán vận chuyển trầm tích tổng cộng dựa theo c ông thức tính vận
chuyển trầm tích lơ lửng của VanRijn kết hợp công thức tính vận chuyển
trầm tích di đáy của Lund-CIRP.
Trong báo cáo này các tác gi ả sử dụng công thức tính toán vận chuyển trầm tích
của Lund-CIRP.
Công thức Lund – CIRP sử dụng trong CMS-flow theo hai phương th ức:
Thứ nhất, tính toán lượng vận chuyển tổng cộng dựa vào sự kết hợp của vận
chuyển trầm tích lơ lửng và di đáy. Cách th ức thứ hai sử dụng ph ương trình bình
lưu khuyếch tán. Trong phần tiếp theo nhân tố độ nhám v à ma sát đáy áp dụng trong

CMS-flow sẽ được giới thiệu, tiếp đó là vận chuyển trầm tích dạng lơ lửng và di
đáy.
Độ nhám và hệ số ma sát:
Độ nhám của đáy được xem như tổng hợp của ba th ành phần, tính chất của trầm
tích k
sd
, hình dạng k
sf
và kích thước k
ss
(Soulsby 1997). Đ ộ nhám tổng cộng đ ược
xem như là tổng của ba thành phần trên:
14
(33)
Hệ số nhám gây ra do tính chất của trầm tích được xác định như sau:
2.5 (34)
Hệ số nhám gây ra do hình dạng được tính theo công thức của Soulsby 1997.
7.5 (35)
Trong đó H
r
độ cao gồ ghề của hạt cát. L
r
độ dài gồ ghề của hạt cát.
1000 (36)
(37)
Với dòng chảy Soulsby 1997 đưa ra công thức
0.22 (38)
1.25 10
2.8.10 250
1.4.10 250

.
10 250
0
0 250
Với sóng VanRijn 1993 đưa ra với tham số:
(39)
Trong đó s là tỉ số của mật độ trầm tích và nước.
(40)
Nhám liên quan tới kích thước hạt được Wilson (1966, 1989) đ ưa ra như sau:
5 (41)
θ
i
– tham số Shields ứng với sóng hoặc d òng chảy.
Ứng với dòng chảy, ta có:
(42)
Ứng với sóng
(43)
Dựa trên hệ số nhám ta có thể tính toán đ ược hệ số ma sát tương ứng với sóng và
dòng chảy. Theo công thức của Soulsby(1994) v à Swart (1997) ta có .
2
/
exp 5.21
.
6.0 1.57 (44)
0.3 1.57
15
Ứng suất trượt gây ra do dòng chảy được tính là.
(45)
Ứng suất trượt cực đại do sóng đ ược tính như sau:
(46)

ứng suất trung bình được xác định là
0.5 (47)
Công thức tính vận chuyển trầm tích đáy
Công thức tính toán vận chuyển trầm tích đáy q
b
dưới tác động của sóng v à
dòng chảy được Camenen và Larson (2005) đưa ra như sau:
1
,
,
(48)
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 c ực đại dưới tác động đồng thời của sóng v à dòng chảy chưa
kể đến độ nhám của đáy.
Hệ số a
n
được lấy bằng 12 cho th ành phần vận chuyển vuông góc với h ướng
sóng. Hệ số b được xem như điều kiện ban đầu của chu yển động, được lấy giá trị là
4.5.
Các giá trị θ
net
và θ
cn
được xác định theo công thức:
, ,

(49)
trong đó:
,
1 1
2 1
,
(50)
và
(51)
Trong đó T
wc
– chu kỳ dòng chảy theo hướng dương, T
wt
– chu kỳ dòng chảy
theo hướng âm (T=T
wc
+T
wt
).
Ma sát đáy trong trư ờng hợp có mặt cả sóng v à dòng chảy được tính theo
công thức của Madsen và Grant (1976) như sau:
1 (52)
16
Với
| |
/
| |
và f
c
, f

w
là hệ số ma sát trong trường hợp chỉ có
dòng chảy và sóng.
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 ph ương thẳng đứng và tốc độ
dòng chảy là đồng nhất. Công thức của Camenem v à Larson (2006) đưa ra như sau:
1 (53)
Trong đó: W
f
– tốc độ lắng đọng của trầm tích , C
R
– nồng độ trầm tích và ε-
hệ số xáo trộn. Hướng của vận chuyển trầm tích lơ lửng được xem như trùng với
hướng dòng chảy, bởi vì trong một chu kỳ sóng lượng vận chuyển trầm tích lơ lửng
là bằng 0.
Công thức phân bố của C
R
được đưa ra là.
,
(54)
Trong đó A
cR
là hệ số.
3.5.10 exp 0.3 (55)
Và d
*
là kích thước hạt.

1 /
/
(56)
Hệ số khuyếch tán tính theo công thức .
/
(57)
Trong đó D
e
là hệ số thực nghiệm, xác định bằng .
(58)
Trong đó k
c
,k
w
,k
b
là các hệ số.
Phương trình bình lưu khuyếch tán
Vận chuyển trầm tích tổng cộng gồm hai thành phần, vận chuyển trầm tích l ơ
lửng và vận chuyển trầm tích di đáy. Các công thức tính vận chuyển trầm tích lơ
lửng và di đáy dựa trên ứng suất trượt tại từng vị trí. Tuy nhi ên trong một số trường
hợp lượng vận chuyển trầm tích lơ lửng biến đổi mạnh nh ư tại các cửa sông, lạch
triều, luồng tàu và tại các chân công tr ình, khi đó không thể tính vận chuyển trầm
tích dựa vào các lực tác động tại chỗ. Trong tr ường hợp này phương trình bình lưu
khuyếch tán được sử dụng. Trong CMS -flow, phương trình bình lưu khuyếch tán
thu được từ tích phân li ên tục trung bình theo độ sâu của thành phần vận chuyển
trầm tích lơ lửng.
(59)
17
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 n ước,
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,
K
y
– hệ số khuyếch tán của trầm tích theo hướng y,
P – lượng trầm tích đến,
D – lượng trầm tích bị mất đi.
Phương trình thay đổi đáy được viết như sau:
(60)
Ở đây: q
bx
– Suất vận chuyển trầm tích di đáy theo hướng trục x,
q
by
– Suất vận chuyển trầm tích di đáy theo hướng trục y,
p – độ xốp của trầm tích.

Lượng trầm tích bị nhấc lên và lắng đọng được tính như sau:
(61)
ở đây: c là nộng độ trầm tích cân bằng tại một độ sâu cho tr ước,
z là phương thẳng đứng.
Lưới tính:
Để tăng tối đa hiệu quả của bộ nhớ cho máy tính có thể áp dụng đ ược 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 mộ t 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 l ưới, các thành phần tốc độ x và
y được tính tại trung tâm cạnh phía b ên trái và cạnh dưới đáy, các giá trị thông
lượng cũng được tính tại các vị trí giống nh ư các thành phần tốc độ.
Điều kiện ổn định:
Để đảm bảo sự ổn định của s ơ đồ hiện, bước thời gian cực đại đ ược tính theo
hệ số Courant do Richtmyer và Morton đưa ra (
Δs
Δt
uξ 
)<1. Thông thường ngoài
18
thuỷ triều còn có nhiều tác động khác, các th ành phần của dòng chảy có thể được
tạo ra do gió, các sóng, v à lưu lượng của sông đổ ra. Mỗi tác động sẽ sinh ra một tốc
độ tương ứng vì vậy số Courant được xác định chính xác h ơn bằng:
Δs
Δt
)uuu(uξ
tributarywaveswindtide

(62)
với

tide
u
là vận tốc dòng chảy do thủy triều,
wind
u
là tốc độ dòng chảy do tác động
của gió
waves
u
là vận tốc dòng chảy sinh ra do sóng,
tributary
u
là tốc độ dòng chảy do
sông đổ ra. Trong các vùng có dòng chảy mạnh, như là tại vùng thuỷ triều dâng, rút
mạnh (lạch triều) d òng triều chiếm ưu thế còn trong vùng sóng đổ, dòng chảy sinh
ra do sóng có thể mạnh hơn đáng kể so với dòng triều. Tại các vùng này thông
thường cần chia độ phân giải b ước lưới theo không gian nhỏ h ơn. Sự kết hợp của
các dòng chảy mạnh và các ô lưới nhỏ giới hạn kích th ước bước thời gian cho phép.
Điều kiện biên:
Mô hình CMS-flow sử dụng sáu loại điều kiện biên, và có thể chỉ ra cụ thể biên
tác động và không tác động. Nguồn số liệu CMS -flow sử dụng làm điều kiện biên là
các số liệu quan trắc đo đạc (do ng ười sử dụng cung cấp dạng các file), số liệu từ
các mô hình có mi ền tính lớn hơn như ADCIR (thông qua các mô đun t ự động) và
các mô hình khác (d ạng các file đầu v ào). 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 n ước theo thời gian :
loại điều kiện này được cho bằng file các giá trị mực n ước.
+ 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 hướng song song với mặt tiếp giáp đất v à nước mà không thấm
qua nó.
+ Điều kiện biên thích ứng theo trường sóng và trường tốc độ: điều kiện bên
này cho phép tính đ ến các hiệu ứng của tr ường sóng đến mực n ước ở vùng sát bờ
(các hiệu ứng nước dâng, nước rút do sự biến đổi của th ành phần ứng suất bức xạ
sóng vuông góc với bờ). Đây được coi là một điểm mới đối với các mô h ình tính
toán dòng chảy khu vực sát bờ.
+Tính toán khô ướt: Trong CMS-flow đã sử dụng các kỹ thuật khác nhau để

mô phỏng hiện tượng khô ướt như phương trình bar cát, đập nước (Reid và Bodine
1968) và các bài toán biên di đ ộng (Yeh và Chou 1978).
19
Mỗi ô ướt sẽ được kiểm tra sau mỗi bước tính xem nó có trở th ành khô không sau
khi tính được các giá trị mực n ước và tốc độ của bước tính đó cho toàn bộ lưới tính.
Chỉ tiêu để ô tính nà trở thành khô là:
crji,ji,ji,
DηdD 
(63)
Với
ji
D
,
là độ sâu nước tổng cộng,
cr
D
là độ sâu nước mà dưới đó các ô được coi là
khô và ngược lại mỗi ô khô sẽ đ ược kiểm tra sau mỗi b ước tính xem nó có trở th ành
ướt không khi độ sâu n ước tổng cộng vượt quá
cr
D
và nước chuyển động về phía ô
khô.
3.2 Cơ sở lý thuyết CMS-wave
Mô hình CMS-wave là mô hình tính toán lan truy ền phổ sóng dựa tr ên việc giải
phương trình cân bằng tác động sóng dạng ổn định tr ên lưới không đồng nhất trong
hệ tọa độ Đề các. Mô h ình có khả năng tính toán quá trình phát triển và lan truyền
sóng do gió, hiệu ứng khúc xạ, phản xạ, mất mát năng l ượng do ma sát đáy, sóng
bạc đầu và sóng đổ. Ngoài ra các quá trình tương tác giữa các sóng, sóng với d òng
chảy, sóng leo, nước dâng do sóng và sóng truyền qua các công tr ình cũng được

tính toán.
Công thức sử dụng theo Mase 2001 nh ư sau:
(64)
Trong đó,
,
(65)
Là mật độ tác động sóng, E( σ,θ) là năng lượng sóng, σ tần số sóng, θ hướng
sóng.
Nhiễu xạ sóng:
Thành phần nhiễu xạ sóng trong ph ương trình là.
(66)
Trong dó κ là hệ số nhiễu xạ , hệ số n ày cần được hiệu chỉnh kỹ l ưỡng 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:
(67)
(68)