Luận văn thạc sĩ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELFT3D

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
\\oFGo^^







VŨ DUY VĨNH

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG
VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELFT3D

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
\\oFGo^^






VŨ DUY VĨNH

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG
VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELFT3D

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
Nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài luận văn tốt nghiệp lớp
cao học chuyên ngành Hải Dương học, khóa 2010-2012 tại khoa Khí tượng, Thủy văn
và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
Trong quá trình tham gia khóa học, học viên đã nhận được sự chỉ dạy tận tình của

các thầy trong Bộ môn Hải dương học cho các môn học chuyên ngành. Học viên xin
trân trọng cảm ơn các Thầ
y về những kiến thức đã được truyền thụ thông qua các môn
học.
Luận văn này được thực hiện từ tháng 1-2012 đến tháng 12 năm 2012, trong quá
trình nghiên cứu để đi đến những kết quả trong luận văn này, tác giả luôn nhận được
sự hướng dẫn rất tận tình, những gợi ý, chỉ dẫn và khích lệ quý báu của GS. TS. Đinh
Văn Ưu (Khoa KTTV và HDH, Đại học KHTN), tác giả xin chân thành bày tỏ lòng
bi
ết ơn sâu sắc tới thầy Ưu về những hỗ trợ đó.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn TS. Sylvain Ouillon (IRD tại Việt Nam)
người đã luôn dành thời gian giải đáp, thảo luận một số vấn đề học viên khúc mắc liên

quan đến ứng dụng mô hình trong quá trình thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Thọ Sáo người đã tận tình giải đáp một
số v
ấn đề học viên chưa hoàn toàn hiểu biết được trong quá trình thực hiện đề tài luận
văn.
Trong quá trình hoàn thành luận văn này, tác giả cũng đã được tham gia và nhận
được những hỗ trợ hết sức quý báu và cần thiết từ đề tài QGTĐ 04-11, tác giả xin chân
thành cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài QGTĐ 04-11 về những hỗ trợ đó.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô khác trong bộ môn Hả
i
dương học, Văn phòng khoa KTTV và HDH, lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường
biển, các bạn đồng nghiệp đã quan tâm động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất để

học viên hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Hải Phòng, ngày 31 tháng 12 năm 2012
Học viên


Vũ Duy Vĩnh



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d

iii

Môc Lôc

DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3
1.1. Tình hình nghiên cứu 3
1.1.1. Nghiên cứu ngoài nước 3
1.1.2. Nghiên cứu trong nước 6

1.2. Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu 9
1.2.1. Vị trí địa lý và địa hình 9
1.2.2. Chế độ gió 10
1.2.3. Đặc điểm thủy văn 11
1.2.4. Đặc điểm hải văn 12
1.2.5. Đặc điểm trầm tích 14
CHƯƠNG 2. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 16
2.1. Tài liệu 16
2.2. Phương pháp 19
2.2.1. Xử lý số liệu 19
2.2.2. Mô hình toán học 23
2.2.3. Thiết lập mô hình 38

2.2.4. Hiệu chỉnh và kiểm chứng kết quả của mô hình 44
2.2.5. Các kịch bản tính toán 50
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52
3. 1. Thủy động lực 52
3.1.1. Biến động theo không gian 52



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


iv

3.1.2. Biến động theo thời gian 59
3. 2. Vận chuyển trầm tích lơ lửng 69
3.2.1. Theo không gian 69
3.2.2. Biến động theo thời gian 74
3.2.3. Tác động của một số yếu tố 83
KẾT LUẬN 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91
PHỤ LỤC 97
Phụ lục A. Một số kết quả tính trường hợp hiện tại A-1
Phụ lục B. Ảnh hưởng của dao động mực nước B-1
Phụ lục C. Ảnh hưởng của gió C-1
Phụ lục D. Ảnh hưởng của sóng và gió D-1

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Tần suất vận tốc gió và các hướng trung bình năm tại Hòn Dáu (1960-2011) 10
Bảng 1. 2. Tần suất độ cao sóng và các hướng tại Hòn Dáu (1970-2011) 13
Bảng 2. 1. Tóm tắt các thông số của mô hình cho hiện tại (kịch bản 1-2) 50

Bảng 2. 2. Các kịch bản tính toán khác nhau của mô hình 51

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và khu vực nghiên cứu 9
Hình 2. 1. Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng số hóa từ bản đồ 16
Hình 2. 2. Biến đổi vận tốc và hướng gió tại Hòn Dáu trong năm 2009 17
Hình 2. 3. Tương quan lưu lượng nước tại một số sông trong khu vực nghiên cứu 20
Hình 2. 4. Tương quan lưu lượng nước tại vị trí khảo sát và quan trắc định kỳ 21
Hình 2. 5. Lưu lượng nước trung bình giờ tại các sông chính khu vực Hải Phòng 22
Hình 2. 6. Lưới tính của mô hình cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và vùng ngoài 23
Hình 2. 7. Tương tác sóng- dòng chảy và vận chuyển trầm tích trong mô hình Delft3d 24
Hình 2. 8. Lưới tính và lưới độ sâu của mô hình thủy động lực 39

Hình 2. 9. Ví dụ điều kiện ban đầu cho kịch bản tính mùa khô 40
Hình 2. 10. Ví dụ điều kiện ban đầu cho kịch bản tính mùa mưa 41
Hình 2. 11. Hàm lượng TTLL tại biên sông Cấm và Văn Úc 42
Hình 2. 12. Hệ số Manning (m-1/3s) cho các điểm trong miền tính của mô hình 43
Hình 2. 13. Vị trí các điểm hiệu chỉnh và trích xuất kết quả tính của mô hình 45
Hình 2. 14. So sánh số liệu đo đạc mực nước và tính toán từ mô hình tại Hòn Dáu 46
Hình 2. 15. So sánh kết quả quan trắc dòng chảy và tính toán từ mô hình tại trạm B2 47
Hình 2. 16. So sánh kết quả quan trắc dòng chảy và tính toán từ mô hình tại trạm Do Son 48
Hình 2. 17. So sánh kết quả quan trắc hàm lượng TTLL và tính toán từ mô hình 49
Hình 3. 1. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa khô 55
Hình 3. 2. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa khô 56
Hình 3. 3. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều lên – mùa mưa 57

Hình 3. 4. Trường dòng chảy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng giữa pha triều xuống – mùa mưa 58
Hình 3. 5 . Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1) 60
Hình 3. 6. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2) 61
Hình 3. 7. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây nam đảo Cát Hải (H3) 62
Hình 3. 8. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía nam đảo Cát Hải (H4) 63
Hình 3. 9. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (H5) 64
Hình 3. 10. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía tây nam Cát Bà (H6) 65
Hình 3. 11. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực phía nam Cát Hải (H7) 66
Hình 3. 12. Biến động vận tốc dòng chảy và mực nước khu vực ven bờ Đồ Sơn (H8) 67
Hình 3. 13. Phân bố TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng mùa khô trong kỳ triều cường 72
Hình 3. 14. Phân bố TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng trong kỳ triều cường – mùa mưa 73
Hình 3. 15. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía trong cửa Nam Triệu (H1) 75

Hình 3. 16. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây đảo Cát Hải (H2) 76
Hình 3. 17. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây nam đảo Cát Hải (H3) 77
Hình 3. 18. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía nam đảo Cát Hải (H4) 78
Hình 3. 19. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía ngoài cửa Lạch Huyện (H5) 79
Hình 3. 20. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía tây nam Cát Bà (H6) 80
Hình 3. 21. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực phía nam Cát Hải (H7) 81
Hình 3. 22. Biến động hàm lượng TTLL và mực nước khu vực ven bờ Đồ Sơn (H8) 82



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d

vi




DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DĐMN: Dao động mực nước
ĐHKHTN: Đại học Khoa học Tự nhiên
E: East (hướng đông)
HDH: Hải dương học

KHTN: Khoa học tự nhiên
KTTV: Khí tượng thủy văn
NE: NorthEast (hướng đông bắc)
nnk: những người khác
MT: Môi trường
SE: SouthEast (hướng đông nam)
S: South (hướng nam)
TTLL: Trầm tích lơ lửng
TĐL: Thủy động lực

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


1

MỞ ĐẦU
Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có chế độ động lực phức tạp với sự tác
động và ảnh hưởng của các yếu tố như sóng, dòng chảy, thủy triều và dòng nước
ngọt từ sông đưa ra. Khu vực này cũng có hệ thống cảng biển quan trọng, đầu mối
ra biển của các tỉnh phía bắc. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau mà xu
hướng bồi lắng ở khu vực cảng Hải Phòng luôn diễn ra mạnh m
ẽ, các tàu hàng lớn

thường rất khó vào cảng chính mà phải chờ đến thời gian nước lớn mới có thể vào
hoặc ra khỏi cảng.
Cũng ở khu vực này, bãi biển Đồ Sơn là bãi tắm khá nổi tiếng được phát hiện
từ thời Pháp. Đây là bãi tắm đẹp, sơn thủy hữu tình và có đường giao thông thuận
lợi đi Hà Nội và các tỉnh phía bắc. Chính vì vậy bãi biển Đồ Sơn có ý nghĩa hết s
ức
quan trọng đối với ngành du lịch nói riêng và sự phát triển kinh tế xã hội của thành
phố Hải Phòng nói chung. Tuy nhiên vấn đề đục nước ở bãi biển Đồ Sơn đã làm
giảm sức hấp dẫn của khu du lịch này. Mặc dù đã có một số nghiên cứu để tìm ra
nguyên nhân của hiện tượng này nhưng các kết quả nghiên cứu đó vẫn còn hạn chế.
Vì vậy, các kết quả của
đề tài này sẽ góp phần tăng cường sự hiểu biết về nguyên

nhân của hiện tượng đục nước ở vùng ven bờ Đồ Sơn.
Do những nguyên nhân trên mà đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng (TTLL)
ở khu vực này đã được quan tâm nghiên cứu khá nhiều. Tuy nhiên do những nguyên
nhân khác nhau mà các kết quả của những nghiên cứu đó vẫn còn các hạn chế.
Chính vì vậy trong khuôn khổ thực hiện đề tài
QGTĐ 04-11, học viên đã được
tham gia đề tài và sử dụng các số liệu đo đạc khảo sát mới nhất để nghiên cứu đặc
điểm vận chuyển TTLL vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delf3D của Hà
Lan.
Với mục tiêu như trên, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu chủ yếu sẽ là:
thu thập, xử lý các tài liệu liên quan để thiết lập đầu vào, kiểm chứng và hiệu chỉnh
mô hình; triển khai các ph

ương án ứng dụng hệ thống các mô hình thủy động lực
(TĐL), sóng và vận chuyển TTLL ở khu vực nghiên cứu theo các kịch bản khác



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


2
nhau: theo mùa, theo yếu tố tác động. Phạm vi khu vực nghiên cứu là vùng cửa
sông ven biển Hải Phòng nhưng chủ yếu tập trung vào khu vực phía đông bắc bán
đảo Đồ Sơn. Sau thời gian tiến hành nghiên cứu các kết quả nhận được đã cung cấp

các đặc điểm vận chuyển TTLL ở vùng ven biển Hải Phòng, cũng như vai trò của
một số yếu tố như thủy triều, gió, sóng kết hợp vớ
i gió đến đặc diểm vận chuyển
TTLL ở khu vực nghiên cứu.
Báo cáo này trình bày các kết quả đó và được cấu trúc như sau:
Mở đầu: Giới thiệu sơ lược về mục tiêu nội dung và phương pháp nghiên cứu
của luận văn
Phần thứ nhất của báo cáo trình bày sơ lược tổng quan tình hình nghiên cứu
trong và ngoài nước có liên quan tới vấn đề. Cũng trong phần này, tổng quan về
điều kiện t
ự nhiên của khu vực nghiên cứu được đưa ra, trong đó chủ yếu tập trung
vào các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự vận chuyển TTLL ở khu

vực nghiên cứu như chế độ gió, đặc điểm thủy văn sông, hải văn và trầm tích.
Các tài liệu cơ bản và phương pháp chính để thực hiện các nội dung và mục
tiêu nghiên cứu đã đặt ra của luậ
n văn được trình bày trong phần thứ 2 của báo cáo.
Trong phần này, sẽ cung cấp các thông tin về những tài liệu chính để thiết lập mô
hình, cơ sở toán học của các mô hình TĐL và vận chuyển TTLL. Ngoài ra, các
phương pháp xử lý số liệu để thiết lập các điều kiện biên cho mô hình cũng được
trình bày trong phần này. Cũng trong phần thứ 2 của báo cáo, trình bày chi tiết việc
thiết lập các mô hình toán học để mô phỏng điều kiệ
n TĐL và vận chuyển TTLL
cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Một số kết quả hiệu chỉnh kiểm chứng mô
hình cũng như những kịch bản tính toán chính cũng đã được trình bày.

Các kết quả phân tích đánh giá điều kiện TĐL, vận chuyển TTLL ở khu vực
nghiên cứu được trình bày trong phần thứ 3 của báo cáo.
Cuối cùng là một vài kết luận và khuyến nghị.



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu

1.1.1. Nghiên cứu ngoài nước
Trầm tích lơ lửng (TTLL) có một vai trò quan trọng ở nhiều khía cạnh khác
nhau đối với môi trường biển và công trình bờ. Tuy nhiên môi trường ở vùng cửa
sông ven biển rất phức tạp, nơi diễn ra sự tương tác của các khối nước sông- biển,
dòng triều, sóng, gió, lực Coriolis…nên những hiểu biết của con người các quá trình
như lắng đọng, tái lơ lửng, kết keo vẫn còn nhiều hạn chế. Ngoài phươ
ng pháp phân
tích đánh giá các đặc điểm vận chuyển TTLL từ số liệu đo đạc khảo sát người ta đã
phát triển và ứng dụng các mô hình toán học để dự báo các đặc điểm vận chuyển
TTLL ở vùng cửa sông ven biển [
30]. Các mô hình này thông thường là các chương
trình tính để giải các bài toán cơ bản của cơ học chất lỏng và phương trình vận

chuyển trầm tich [
22, 47].
Các phương trình cơ bản của cơ học chất lỏng có thể được giải theo sơ đồ trong
không gian của 1 chiều (1D), hai chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D). Tương ứng với các
phương trình đó là các mô hình số 1 chiều, 2 chiều hoặc 3 chiều đồng thời tính phức
tạp cũng lần lượt tăng dần. Trong tự nhiên, hầu hết các quá trình TĐL và vận
chuyển trầm tích ở vùng của sông ven biển nh
ư dòng chảy rối, thủy triều, ứng suất
của gió, tác động của sóng, sự phân tầng nhiệt-muối, dòng chảy nói chung là các
quá trình 3 chiều [
47]. Vì vậy, khi áp dụng và phát triển các mô hình toán vào các
vùng cửa sông ven biển người ta cố gắng lựa chọn các mô hình 3 chiều.

Các mô hình 2 chiều có thể là bình lưu hoặc tổng hợp theo độ sâu. Một mô hình
bình lưu giải các phương trình động lượng và liên tục cho chất lỏng và các pha
(phases) của trầm tích [
54]. Những ứng dụng của mô hình 2 chiều là các thiết kế
trong các mương thoát nước và hệ thống thủy lợi [
32, 67]. Các mô hình vận chuyển
trầm tích 2 chiều dựa trên phương trình động lượng trung bình theo độ sâu và
phương trình liên tục cho trầm tích ([
27, 49]. Mực nước, vận tốc dòng chảy, hàm
lượng TTLL và một số yếu tố khác được tính tại các điểm. Các tham số của mô
hình được giả thiết là đồng nhất theo độ sâu tại mỗi điểm tính.

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


4
Những ví dụ của mô hình 2 chiều có thể kể đến như các nghiên cứu của
Struiksma và nnk [
59] và Wang [68]. Struiksma và nnk đã tính toán biến động đáy
của một đoạn sông với việc ứng dụng mô hình vận chuyển trầm tích trên cơ sở các
công thức của Engelund và Hansen [
37]. Wang [68] đã nghiên cứu phân bố trầm

tích ở gần cửa sông với trường hợp dòng chảy ít biến đối. Các mô hình vận chuyển
trầm tích 2 chiều được sử dụng rộng rãi trong thực tế như MIKE 21 [
35] và TABS-
MD [
60]. Mô hình MIKE 21 được phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch và là mô
hình sai phân hữu hạn. Mô hình này cho các kết quả khá tốt và được sử dụng nhiều
ở Mỹ. Tương tự như vậy, mô hình TABS-MD được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực
công trình bờ từ khi ra đời trong những năm 1970. Một mô hình 2 chiều là cần thiết
nếu tính đến các kiểu hoàn lưu phức tạp và dòng chảy không ổn định. Tuy nhiên so
với các mô hình 1 chi
ều, các mô hình 2 chiều đòi hỏi thời gian tính toán nhiều hơn,
số liệu cung cấp và các biến đầu vào nhiều hơn. Vì vậy trong một số trường hợp có

thể cân nhắc lựa chọn giữa mô hình một chiều và 2 chiều [
50].
Mô hình 3 chiều dựa trên các phương trình cân bằng khối lượng hay khuyếch
tán đối lưu của TTLL [
67]. Trong phần lớn các mô hình 3 chiều, trường dòng chảy
và hàm lượng TTLL được tổng hợp (intergated) và tính toán ở mỗi bước thời gian.
Mô hình 3 chiều tính đến cả các thành phần bình lưu và đối lưu của quá trình vận
chuyển trầm tích và được dùng khi có sự phân tầng về dòng chảy và vận chuyển
trầm tích [
47]. Các mô hình 3 chiều cung cấp đầy đủ nhất bao gồm cả số lượng các
biến của bất kỳ hệ TĐL nào. Việc hiệu chỉnh mô hình cũng đòi hỏi lượng số liệu
lớn và phức tạp hơn [

67], bởi vì các chương trình được yêu cầu phải thể hiện được
tất cả các quá trình phức tạp của điều kiện TĐL diễn ra cả trong 3 hướng [
50].
Thông thường các số liệu đầu vào cho mô hình 3 chiều có được từ các số liệu gần
đúng của các tài liệu nghiên cứu hơn là từ số liệu khảo sát do việc khảo sát các tham
số này ở điều kiện 3 chiều cho đến nay vẫn còn nhiều khó khăn. Các mô hình TĐL -
vận chuyển bùn cát 3 chiều cung cấp sự hiểu biết sâu sắc về diễn biến và sự tương
tác của các quá trình diễn ra trong thủy v
ực. Một ví dụ của kết quả mô hình TĐL 2
chiều là kết quả đánh giá biến động của các nêm mặn vùng cửa sông [
67]. Nhiều
mô hình 3 chiều đã được áp dụng với các qui mô khác nhau như trong phòng thí

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


5
nghiệm [51], hay quy mô các khu vực nhỏ [62]. Việc áp dụng mô hình 3 chiều ở
quy mô vùng lớn thường gặp khó khăn do thời gian gian tính toán lâu, vì vậy người
ta thường chỉ mô phỏng trong phạm vi một vài ngày hoặc một chu kỳ triều [
51].
Việc ứng dụng mô hình 3 chiều cần thiết nhất ở những vùng có cấu trúc thủy động

lực và quá trình trầm tích phức tạp với các xoáy và biến động mạnh theo không gian
[
62, 63]. Một số mô hình đã được sử dụng rộng rãi nhất phải kể đến như RMA11
[
52], ECOMSED [38], CH3D-SED [31], Delft-3D [34]. Khi mô hình CH3D-SED
được áp dụng gần đây ở vùng cửa sông Mississippi-Atchafalaya, mô hình này chỉ
được dùng để kiểm tra tính chính xác của một giả thuyết về sự sắp xếp đường cong
trầm. Người ta đã đi đến kết luận rằng một mô hình 2 chiều được xử lý và thiết lập
tốt có thể trở thành một công cụ kỹ thuật chuyên nghiệp cho nghiên cứu động lực
học công trình bờ [
43]. Một ví dụ khác, O’Connor và Nicholson cung cấp một mô
hình 3 chiều đầy đủ bao gồm một mô hình vận chuyển TTLL, quá trình ngưng keo

và kết bông [
51]. Katopodi và Ribberink thông báo về một mô hình tựa 3 chiều
(quasi-3D) cho TTLL dựa trên việc giải gần đúng phương trình khuếch tán- bình
lưu cho sóng và dòng chảy [
40]. Briand và Kamphuis đưa ra một cách tiếp cận chi
tiết việc tính toán vận chuyển trầm tích dựa trên kết hợp tính dòng chảy 3 chiều và
phân bổ hàm lượng TTLL theo phương thẳng đứng [
28]. Một mô hình sai phân hữu
hạn 3 chiều cho TĐL và vận chuyển TTLL đã được mô tả bởi Cancino và Neves
[
29].
Gần đây, trong một số nghiên cứu của Châu Âu về vùng cửa sông thuộc dự án

Khoa học và Công nghệ biển (MAST). Một trong những kết quả của dự án này là
một mô hình kết hợp TĐL- sinh thái vùng thềm lục địa gọi là mô hình
COHERENS. Đây là mô hình tổng hợp của các thành phần vật lý như dòng chảy,
nhiệt độ, độ muối, các module sinh vật phù du, các quá trình sinh- địa- hóa, TTLL
và module phát tán vật chất theo công thức của Eulerian và Lagrangian [
44, 45].
Tuy nhiên, phần vận chuyển trầm tích trong mô hình này chưa tính đến những biến
động của địa hình đáy. Viện Thủy lực Delft cũng đã phát triển hệ thống mô hình
tổng hợp (2D/3D) để mô phỏng điều kiện TĐL và vận chuyển trầm tích dưới ảnh
hưởng của các lực khí tượng và thủy triều. Mô hình này tính đến những biến động

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


6
của địa hình đáy, quá trình lắng đọng, xói lở và có thể tính kết hợp (coupling) các
điều kiện TĐL - sóng và vận chuyển trầm tích ở mỗi bước thời gian (Online) trong
quá trình tính toán [
34].
Đáng chú ý là phần lớn các mô hình TĐL - vận chuyển trầm tích đều giả thiết
là phân bố áp suất thủy tĩnh và dùng các sơ đồ phần tử hữu hạn hoặc sai phân hữu
hạn, phương pháp chuyển đổi hệ tọa độ thẳng đứng sigma, ảnh hưởng của các lực

được phân chia giống nhau lên toàn bộ cột nước. Phần lớn các mô hình này dùng
các biểu diễn đại số để tham số hóa các hệ
số rối và dùng các phương trình bán thực
nghiệm với các hệ số đã được đơn giản hóa. Những so sánh, đánh giá về tính năng,
khả năng áp dụng, mức độ mạnh yếu của các mô hình được sử dụng rộng rãi nhất
hiện nay đã được so sánh và thảo luận chi tiết trong cuốn “A Review on Coastal
Sediment Transport Modelling” của Laurent Amoudry [
23].
1.1.2. Nghiên cứu trong nước
Với trên 3200 km chiều dải bờ biển, vùng ven bờ biển Việt Nam tiếp nhận một
lượng trầm tích rất lớn từ hệ thống sông Hông-Thái Bình ở Bắc Bộ và hệ thống
sông Mê Kông ở Nam Bộ. Dòng trầm tích từ lục địa đi vào vùng ven bờ không chỉ

gây ra những tác động về môi trường như ô nhiễm, đục hóa mà còn là một trong
những nguyên nhân gây sa bồi luồng lạch cả
n trở các hoạt động giao thông thủy.
Chính vì vậy nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích ở các vùng cửa sông ven
biển Việt Nam có ý nghĩa cả lý luận và thực tiễn cũng như nhận được sự quan tâm
của các nhà quản lý và các nhà khoa học. Trong giai đoạn đầu khi các mô hình toán
chưa phát triển, các nghiên cứu về vận chuyển TTLL ở vùng biển Việt Nam chủ yếu
dựa trên các phân tích đánh giá từ số liệ
u khảo sát. Tiêu biểu trong số đó là nghiên
cứu của về động lực vùng ven biển và cửa sông Việt Nam [
2]. Trong nghiên cứu
này, các tác giả đã dựa trên việc phân tích số liệu đo đạc để đánh giá tương quan

giữa các yếu tố động lực và quá trình trầm tích ở vùng cửa Văn Úc và Ba Lạt. Một
nghiên cứu khác về thủy thạch động lực chủ yếu dựa trên những số liệu quan trắc
[
3]. Theo đó, dòng bồi tích dọc bờ vùng ven biển Hải Thịnh- Hà Nam Ninh đã được



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


7
tính toán bằng các công thức của CERC và sự vận động của dòng bùn cát ven bờ

chủ yếu là do TTLL (chiếm tới 90%).
Trong những năm gần đây, do sự phát triển của các công cụ tính toán nên mô
hình toán học đã dần được đưa vào sử dụng trong việc tính toán TĐL và vận chuyển
bùn cát. Các mô hình được sử dụng nhiều ở Việt Nam là Mike 21 (Viện Địa lý, ĐH
Thủy lợi, Viện KTTV và MT), SMS (Viện KTTV và MT, Viện Cơ học, trườ
ng
ĐHKHTN), MDEC (Trường ĐHKHTN), Delft3D (Viện Tài nguyên và Môi trường
biển, Đại học Thủy lợi). Những lĩnh vực ứng dụng nhiều của mô hình vận chuyển
trầm tích như phục vụ đánh giá bồi tụ xói lở vùng cửa sông ven biển Bắc Bộ [
16],
vùng ven biển miền Trung [
5] và vùng biển Nam Bộ [11], đánh giá xu thế bồi tụ-

xói lở khu vực Cửa Đáy [
10], vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng
cửa sông ven biển Hải Phòng [
18]. Trong những nghiên cứu trên, các mô hình vận
chuyển trầm tích chủ yếu được dùng để tính toán dự báo cân bằng của các dòng bùn
cát ở vùng ven bờ. Ứng dụng khác liên quan đến mô hình vận chuyển TTLL liên
quan đến lĩnh vực môi trường là đánh giá phân bố của TTLL ở các vùng cửa sông
ven biển. Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như ứng dụng mô hình
Mike và SMS đánh giá ảnh hưởng do hoạt động của nhà máy nhiệt điện Mông
D
ương đến quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng ở khu vực này [12]; ứng dụng mô
hình 3 chiều để nghiên cứu lan truyền TTLL ở vùng biển ven bờ Quảng Ninh [

19];
nghiên cứu phân bố và biến động của TTLL, biến động địa hình đáy khu vực vịnh
Hạ Long- Bái Tử Long bằng mô hình 3 chiều (Dellft3D) để phục vụ đánh giá sức
tải môi trường của khu vực này [
14]; trên cơ sở ứng dụng mô hình Delft3D các tác
giả tại Viện Tài nguyên và Môi trường biển đã thiết lập đồng thời mô hình thủy
động lực-sóng và vận chuyển TTLL để đánh giá ảnh hưởng của đập Hòa Bính đến
phân bố TTLL ở vùng ven bờ châu thổ sông Hồng [
21].
Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng là nơi hằng năm tiếp nhận một lượng trầm
tích khá lớn từ lục địa của hệ thống sông Hồng- Thái Bình qua 5 cửa sônng chính là
Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Trong đó sông Cấm và Văn Úc

là 2 trong số 4 cửa ra biển chính của dòng vật chất từ sông Hồng- Thái Bình ra vùng
ven bờ châu thổ sông Hồng. Dòng bùn cát từ lục địa đưa ra vùng cửa sông ven biển



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


8
góp phần hình thành nên các bãi bồi phì nhiêu, tăng nhanh quá trình lấn biển mở
rộng đất đai, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh vật. Tuy nhiên, dòng bùn cát này
cũng gây ra các vấn đề môi trường khác như đục nước, sa bồi luồng lạch. Chính vì

vậy đặc điểm vận chuyển trầm tích ở vùng ven biển Hải Phòng đã được quan tâm
nghiên cứu từ khá lâu. Điển hình là các nghiên cứu về điều kiện TĐL và vận chuyển
tr
ầm tích trong mối liên hệ với hiện tượng biến dạng bờ và xói lở bờ đảo Cát Hải
[
13]. Cũng dựa trên những số liệu khảo sát, trong nghiên cứu về động lực vùng cửa
Văn Úc, Nguyễn Văn Cư và nnk đã đưa ra những đánh giá về quan hệ của các yếu
tố động lực với quá trình vận chuyển trầm tích ở khu vực này [
6]. Một nghiên cứu
tổng hợp khác dựa trên các điều kiện địa chất- thủy động lực- vận chuyển trầm tích
để xác định nguyên nhân đục nước ở bãi biển Đồ Sơn cũng đã được tiến hành [
4].

Những nghiên cứu liên quan về vận chuyển trầm tích ở khu vực này đã được tiến
hành thông qua ứng dụng mô hình toán học trong thời gian gần đây. Đáng chú ý là
nghiên cứu áp dụng mô hình Mike21 để đánh giá điều kiện động lực, dự báo vận
chuyển trầm tích khu vực cửa Văn Úc và Lạch Huyện ([
6, 7]. Một số nghiên cứu
khác bằng mô hình 3 chiều (3D) cũng đã được thực hiện ở khu vực này [
20, 18, 1,
8]. Trong Luận văn cao học với nội dung đánh giá đặc trưng TTLL vùng cửa sông
ven biển Hải Phòng, tác giả Trần Anh Tú cũng đã sử dụng module chất lượng nước
(Delf3d-WAQ) trong mô hình Delft3d để mô phỏng điều kiện TĐL – vận chuyển
TTLL [
17]. Tuy nhiên trong nghiên cứu này, tác giả chỉ dùng mô hình 2 chiều và

không tính đến các yếu tố sóng nên không thể hiện được sự ảnh hưởng do tương tác
của các quá trình thủy động lực- sóng và vận chuyển TTLL ở diễn ra ở khu vực
nghiên cứu.
Việc ứng dụng các mô hình toán học nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích
ở nước ta tuy nhiều nhưng vẫn còn có những hạn chế, đặc biệt là vấn đề
số liệu đầu
vào cho mô hình. Nguồn số liệu cung cấp cho các mô hình ở nước ta thường thiếu
số lượng, thiếu đồng bộ, hệ thống và cả độ chính xác. Do đó việc xử lý số liệu đầu
vào, hiệu chỉnh các tham số tính toán để lựa chọn được những tham số phù hợp cho
mô hình vẫn là một vấn đề tồn tại cần giải quyết trong thời gian tới.

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


9
1.2. Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu
1.2.1. Vị trí địa lý và địa hình
Khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng tọa độ 20.5-20.9 độ vĩ bắc và 106.5-
107.1 độ kinh đông, vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ, rìa Đông Bắc của châu thổ
sông Hồng thuộc thành phố Hải Phòng, cách Hà Nội khoảng 102km về phía đông
(
Hình 1. 1).

Hình 1. 1. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng và khu vực nghiên cứu

Khu vực này được tạo thành bởi các quá trình động lực sông, biển và sông -
biển hỗn hợp. Đây là vùng biển có chế độ nhật triều đều với biên độ triều lớn, lại
nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, cho nên vai trò động lực thuỷ
triều và thực vật ưa mặn đã đóng vai trò quan trọng cho sự thành tạo và phát triển
địa hình ở đây. Mặt khác, do hoạt động giao thông thuỷ
, quai đê lấn biển, khai thác
tài nguyên thiên nhiên ở vùng cửa sông của con người cũng làm cho động lực phát
triển của địa hình khu vực nghiên cứu thêm phức tạp. Bờ biển ven bờ Hải Phòng có

dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ
yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra. Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng
có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ.



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


10
1.2.2. Chế độ gió
Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bị chi phối bởi 2 hệ thống gió mùa, đó là

gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam. Vào mùa đông, khu vực này chịu sự ảnh
hưởng giao tranh giữa hai hệ thống gió mùa từ áp cao Xibiri và gió mùa tín phong
từ áp cao phụ biển Đông Trung Hoa. Hai hệ thống này khi thì tác động luân phiên
xen kẽ, khi thì đồng thời tác động đã gây nên tình trạng biến động khá mạnh mẽ của
thời tiết trong mùa. Hệ thống gió mùa từ áp cao c
ực đới chiếm ưu thế vào các tháng
giữa mùa đông (khoảng tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau), lấn át hẳn hệ
thống tín phong. Trái lại vào những tháng đầu mùa đông (khoảng tháng 11) và cuối
mùa đông (tháng 2-3) hệ thống tín phong lại vượt lấn át hệ thống cực đới. Do đó
trong thời kỳ mùa đông thời tiết thường có những giai đoạn lạnh (khô hay ẩm) đặc
trưng cho gió mùa cực đới (khi xu
ất hiện gió mùa đông bắc) xen kẽ với những ngày

nóng ấm đặc trưng của thời tiết tín phong. Trong mùa gió đông bắc với các hướng
thịnh hành là Bắc, Đông Bắc vận tốc gió trung bình thường đạt 3,2-3,7 m/s. Hàng
tháng trung bình có 3 - 4 đợt gió mùa đông bắc, kéo dài từ 5 - 7 ngày, gây ra mưa
nhỏ, vận tốc gió những ngày đầu đạt đến cấp 5 - 6 (tương đương 8 - 13 m/s), vận
tốc gió lớn nhất ở các đảo có thể đạt t
ới 25 – 30 m/s, sau đó giảm dần.
Bảng 1. 1. Tần suất vận tốc gió và các hướng trung bình năm tại Hòn Dáu (1960-2011)
Khoảng vận tốc (m/s)
Hướng
1.0 - 2.0 2.0 - 3.0 3.0 - 4.0 4.0 - 5.0 5.0 - 6.0 6.0 - 7.0 >= 7.0
Tổng số
(%)

N
4.14 2.74 1.55 0.74 0.26 0.14 0.10
9.67
NNE
0.91 0.76 0.46 0.32 0.12 0.06 0.05
2.70
NE
2.52 2.17 1.32 0.59 0.20 0.10 0.07
6.96
ENE
1.08 1.15 0.88 0.59 0.28 0.13 0.10
4.20

E
5.72 6.70 5.33 2.82 1.08 0.41 0.18
22.25
ESE
1.88 2.05 1.31 0.52 0.16 0.07 0.05
6.03
SE
3.42 3.44 2.09 0.84 0.22 0.08 0.04
10.13
SSE
0.96 1.02 0.94 0.59 0.25 0.10 0.05
3.91

S
1.60 1.72 1.79 1.25 0.86 0.37 0.08
7.68
SSW
0.40 0.39 0.44 0.42 0.25 0.14 0.07
2.10
SW
0.56 0.39 0.43 0.25 0.10 0.07 0.04
1.84
WSW
0.12 0.04 0.04 0.02 0.00 0.00 0.00
0.22

W
0.47 0.17 0.06 0.01 0.01 0.01 0.01
0.74
WNW
0.21 0.07 0.02 0.02 0.01 0.00 0.00
0.34
NW
1.63 0.62 0.21 0.08 0.03 0.02 0.02
2.61
NNW
1.16 0.49 0.22 0.11 0.05 0.01 0.02
2.06

Tổng số (%) 26.78 23.91 17.09 9.19 3.87 1.71 0.89 83.44
Tần suất lặng gió (%) 16.56



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


11
Tương tự như thời kỳ mùa đông, vào thời kỳ mùa hè luôn có sự tranh chấp ảnh
hưởng giữa gió mùa tây nam và các khối khí lạnh yếu từ phía bắc. Hai khối khí này
thay nhau thống trị thời tiết trong các tháng mùa hè với các hướng gió thịnh hành là

đông, đông nam và tây nam chiếm tần suất khoảng trên 50%. Tốc độ gió trung bình
đạt 3,5 - 4,0 m/s, cực đại đạt 20 – 25 m/s.
Trong thời kỳ chuyển tiếp khí hậu (tháng 4 và tháng 10), sự ảnh hưởng của gió
mùa giảm, th
ường xuất hiện gió biển-đất liền với vận tốc khoảng cấp 3 - cấp 4, ban
ngày có gió thổi từ biển vào đất liền, ban đêm có gió thổi ngược lại từ đất liền ra
biển
.
Các kết quả phân tích thống kê dựa trên số liệu quan trắc gió tại Hòn Dáu
(1960-2011) cho thấy trung bình trong nhiều năm các hướng gió có tần suất xuất
hiện lớn là E, SE, NE và S (
Bảng 1. 1). Vận tốc gió ở khu vực này với giá trị nhỏ

hơn 3m/s chiếm tần suất tới trên 50%. Tần suần xuất hiện gió có vận tốc từ 3-5m/s
chiếm khoảng 26.3%. Tần suất xuất hiện gió trên 5m/s chỉ chiếm khoảng 6.5%
(
Bảng 1. 1)
Trong mùa khô, hướng gió thịnh hành chủ yếu là E, N và NE với tần suất lần
lượt là 35.2, 16.6 và 11.1%. Vận tốc gió lớn hơn 6m/s trong mùa này chiếm tần suất
khoảng 29%. Trong mùa mưa các hướng gió thịnh hành là E, SE, S, N và NE. Vận
tốc gió lớn hơn 6m/s chiếm tần suất khoảng 37.9%.
1.2.3. Đặc điểm thủy văn
Lượng nước của vùng châu thổ sông Hồng ảnh hưởng bởi gió mùa Tây Nam
(mùa hè), xoáy thuận nhiệt đới (mùa thu) và bão (hè thu). Thời kỳ
nhiều nước kéo

dài từ tháng (VI - X), dòng chảy lớn nhất trên sông Hồng xuất hiện vào tháng VIII,
dòng chảy nhỏ nhất xuất hiện vào tháng III.
Hàng năm, hệ thống sông Hồng- Thái bình cung cấp khoảng 120 tỷ m
3

nước và
114 triệu tấn phù sa cho vùng ven bờ. Lượng vật chất này chủ yếu qua 9 cửa sông
chính: Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình, Trà Lý, Ba Lạt, Ninh Cơ
và Đáy. Trong đó vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu tác động trực tiếp của các
sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Chế độ dòng chảy ở các

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


12
sông này cũng như các sông khác thuộc hệ thống sông Hồng-Thái Bình có đặc điểm
là biến động mạnh theo mùa. Phân tích từ các chuỗi số liệu nhiều năm cho thấy tải
lượng nước hằng năm tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa (từ tháng 6 đến
tháng 9) hằng năm. Trong khi đó các tháng còn lại lượng chảy hầu như rất nhỏ [
14].
Trong mùa mưa, lưu lượng chảy trung bình của các sông ra biển biến đổi trong
khoảng 300-2200m

3
/s, trong khi các tháng mùa khô, lưu lượng nước trung bình chỉ
dao động quanh giá trị 50-300m
3
/s.
1.2.4. Đặc điểm hải văn
Dao động mực nước (DĐMN) ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng thuộc kiểu
nhật triều đều điển hình với hầu hết số ngày trong tháng là nhật triều, bán nhật triều
chỉ xuất hiện 2-3 ngày trong kì nước kém. Trong một pha triều có một lần nước lớn
và một lần nước ròng. Trong một tháng mặt trăng có hai kỳ nước cường, mỗi k
ỳ 11-
13 ngày, biên độ trung bình dao động 2,6-3,6m và hai kỳ nước kém, mỗi kỳ 3-4

ngày có biên độ 0,5-1,0m. Sóng triều có tính chất sóng đứng với ưu thế thuộc các
sóng nhật triều O
1
, K
1
có biên độ 70-90cm, trong khi các sóng bán nhật triều M
2
, S
2

chỉ có vai trò thứ yếu với biên độ khá nhỏ.
Trong năm, dao động triều đạt giá trị lớn nhất vào thời kì triều chí điểm khi độ

xích vĩ mặt trời cực đại vào tháng 6 và 12, và ngược lại, nhỏ nhất vào triều phân
điểm khi độ xích vĩ mặt trời bằng “0” vào tháng 3 và 9. Trong các tháng 3, 4, 8 và 9
độ lớn triều giảm và xuất hiện triều bán nhật 3-4 ngày mỗi tháng.
Chế độ sóng
Vùng cửa sông ven bi
ển Hải Phòng là vịnh nước nông ven bờ có cấu tạo địa
hình đáy rất phức tạp do hệ thống val bãi ngầm và luồng lạch luôn biến động. Sóng
ở ngoài vùng nước sâu truyền vào bờ, do ảnh hưởng của ma sát đáy, các đặc trưng
của sóng (tốc độ lan truyền, độ cao, chu kỳ, độ dài) cũng như hướng vận động luôn
thay đổi. Vì vậy, chế độ sóng khác biệt hẳn với chế
độ sóng vùng nước sâu cả về
hướng thịnh hành và cấp độ cao.

Trong thời kỳ mùa đông gió mùa NE hoạt động mạnh cả về tần suất lẫn tốc độ,
song do đảo Cát Hải, Cát Bà che chắn làm giảm khá lớn năng lượng gió tác động



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


13
lên mặt biển, hơn nữa đà sóng lại ngắn và độ sâu nhỏ nên ở khu vực nghiên cứu
sóng gió kém phát triển hơn so với ngoài khơi. Tuy nhiên vào thời gian triều cường,
sóng gió vẫn có điều kiện phát triển và khúc xạ lan truyền sóng vào vùng ven bờ.

Trong mùa này hướng sóng thịnh hành là E và NE. Độ cao sóng trung bình đạt 0,5 -
0,6 m. Độ cao sóng lớn nhất khoảng 2,0 - 2,5 m, ở khu vực ven bờ phía đông bán
đảo Đồ Sơn độ cao sóng có thể lên tới 3,0 m.
Về mùa hè chế độ
sóng gió có đặc điểm ngược lại so với mùa đông cả hướng
lẫn cấp độ cao. Sóng gió có hướng thịnh hành, ảnh hưởng lớn đến quá trình thuỷ
thạch động lực khu vực nghiên cứu là SE và S với tần suất xuất hiện cao. Đặc biệt
trong các tháng VI, VII sóng gió hướng N chiếm ưu thế gây ảnh hưởng mạnh đến
xói lở bờ bãi phía N bán đảo Đình Vũ và đảo Cát Hải cũng như khu v
ực luồng tàu.
Độ cao sóng trung bình đạt 0,6 - 0,8 m. Trong thời kỳ này thường có bão và áp thấp
nhiệt đới đổ bộ vào khu vực gây sóng to, gió lớn.

Bảng 1. 2. Tần suất độ cao sóng và các hướng tại Hòn Dáu (1970-2011)
Khoảng độ cao (m)
Hướng
0.3- 0.5 0.5- 0.8 0.8 -1.0 1.0 -1.5 1.5-2.0 2.0- 2.5 2.5-3.0 >= 3.0
Tổng số
(%)
N
1.95 1.04 1.40 0.59 0.07 0.02 0.00 0.01
5.08
NNE
0.41 0.23 0.30 0.13 0.03 0.00 0.00 0.00
1.09

NE
1.80 1.07 1.38 0.67 0.09 0.02 0.00 0.01
5.04
ENE
0.93 0.74 0.92 0.51 0.06 0.01 0.00 0.01
3.18
E
9.42 5.25 6.58 3.58 0.29 0.05 0.01 0.04
25.22
ESE
1.31 0.81 1.30 0.56 0.10 0.02 0.02 0.01
4.13

SE
5.13 2.61 4.10 2.50 0.31 0.05 0.01 0.02
14.73
SSE
0.48 0.47 0.80 0.95 0.20 0.02 0.00 0.00
2.92
S
1.08 0.64 1.96 2.30 0.44 0.02 0.00 0.01
6.45
SSW
0.06 0.05 0.10 0.15 0.02 0.00 0.00 0.01
0.39

SW
0.19 0.15 0.39 0.37 0.07 0.00 0.00 0.01
1.19
WSW
0.13 0.08 0.24 0.40 0.06 0.01 0.00 0.01
0.93
W
0.12 0.03 0.05 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00
0.21
WNW
0.26 0.09 0.13 0.04 0.01 0.00 0.00 0.00
0.53

NW
0.31 0.10 0.10 0.03 0.01 0.00 0.00 0.00
0.55
NNW
0.06 0.04 0.03 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00
0.14
Tổng số (%) 23.63 13.38 19.78 12.81 1.74 0.24 0.04 0.16 71.78
Tần suất lặng gió (%) 28.22
Kết quả phân tích thống kê số liệu quan tắc sóng trong nhiều năm (1970-2011)
tại Hòn Dáu cho thấy các hướng sóng chủ yếu tác động vào khu vực này là E, SE, S

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


14
và NE với tần suất xuất hiện lần lượt là 25.2, 14.7, 6.5 và 5%. Cũng theo kết quả
phân tích trên, độ cao sóng nhỏ hơn 0.5m chiếm tới 52% (trong đó khoảng 28.2%
là lặng sóng), độ cao sóng lớn hơn 1.5m chỉ chiếm khoảng 15% tổng số số liệu
(
Bảng 1. 2)
1.2.5. Đặc điểm trầm tích
Trầm tích lơ lửng trong nước ở vùng cửa sông ven bờ Hải Phòng ven bờ chủ

yếu do sông cung cấp, ngoài ra còn do sóng khuấy đục. Hàm lượng TTLL trong
nước ở các cửa sông từ cửa Thái Bình, Văn Úc đến cửa Cấm, Bạch Đằng vào mùa
mưa có giá trị dao động trong khoảng 0.09- 0.2kg/m
3
và khoảng 0.05- 0.1kg/m
3
vào
mùa khô. Hàm lượng TTLL của các cửa sông đưa ra đạt giá trị cao nhất vào lúc
mực nước thấp trung bình từ 1,5-1,86 m (so với 0 mHĐ). Khi triều cường, TTLL
các cửa sông đưa ra biển đã bị trung hoà điện tích hạt keo được dòng triều đưa trở
lại vùng ven bờ biển Hải Phòng, bồi tụ cho trầm tích bãi triều. Trung bình hàm
lượng TTLL của nước ven bờ biển vào lúc triều cường trong mùa mưa là 0.07-

0.1kg/m
3
, trong mùa kiệt là 0.02-0.05kg/m
3
. Nhìn chung, TTLL từ các cửa sông đưa
ra khá cao, nhờ thuỷ triều, TTLL được ngưng keo, bồi tụ để duy trì và mở rộng diện
tích bãi triều [
6].
Trầm tích tầng mặt
Các cấp độ hạt của trầm tích ở vùng ven biển cửa sông Hải Phòng có kích
thước thay đổi từ 0,001 - 1 mm, trong đó hàm lượng cấp hạt 1- 0,5 mm chiếm dưới
5%, cấp hạt từ 0,25- 0,01 mm chiếm 45-95%, cấp hạt nhỏ hơn 0,01 mm chiếm từ

10- 45%. Giá trị đường kính trung bình (M
d
) của trầm tích nằm trong khoảng từ
0,01- 0,17 mm, hàm lượng % cấp hạt có sự biến đổi quan hệ với nhau theo chế độ
động lực sông biển.
- Cát nhỏ: Ngoài cửa sông trầm tích cát nhỏ phân bố chủ yếu ở đới sóng vỡ với
bề mặt địa hình dương có cao độ trên 0,5 m, tạo nên các cồn cát. Trong lòng dẫn
sông trầm tích cát nhỏ phân bố chủ yếu dưới dạng các bãi bồi ven sông. Trầm tích
cát nhỏ ở
đây có cấp hạt 0,25- 0,5 mm chiếm 2,82%, cấp hạt 0,25- 0,1 mm chiếm
83%, cấp hạt 0,1- 0,05 mm chiếm 7,96%, cấp hạt 0,05- 0,01 mm chiếm 5,42%, cấp

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


15
hạt nhỏ hơn 0,01 mm chiếm 5- 10%, giá trị M
d
đạt 0,17 mm, giá trị trung bình của
S
0
khoảng 1,34.

- Cát bột: Trầm tích cát bột nằm bao quanh trầm tích cát nhỏ phân bố trên bề
mặt địa hình có cao độ từ “0” m trở lên. Trầm tích cát bột có hàm lượng trung bình
đối với cấp hạt 0,25- 0,1mm chiếm 31,9%, cấp hạt 0,1- 0,05 mm chiếm 42%, cấp
hạt 0,05- 0,01 chiếm 12%, cấp hạt nhỏ hơn 0,01 chiếm 19%, giá trị M
d
đạt 0,1 mm,
S
0
đạt giá trị 1,8.
- Bột lớn: Trầm tích bột phân bố chủ yếu ở phía khuất sóng sau cồn cát, val cát
đó là bề mặt bãi triều. Trầm tích bột lớn có cấp hạt 0,05 - 0,01 mm chiếm 24,55%
cấp hạt 0,01- 0,005 mm chiếm 5%, cấp hạt nhỏ hơn 0,005mm chiếm 11%. Giá trị

M
d
nằm trong khoảng 0,06 mm, S
0
đạt 2,7.
- Bột: Trầm tích bột phân bố chủ yếu ở trong các rừng ngập mặn ven bờ ứng với
bề mặt bãi triều nằm ở cao trình trên (+1,0) m. Trầm tích bột có hàm lượng cấp hạt
0,1- 0,01 mm chiếm 59% (trong đó cấp hạt 0,1 -0,05 mm chiếm 29,6%, cấp hạt
0,05- 0,01 mm chiếm 29,3%), cấp hạt 0,01- 0,05 mm chiếm 10,5%, cấp hạt nhỏ hơn
0,05 mm chiếm 23%, giá trị M
d
đạt 0,03 mm, S

0
đạt 3,8.
- Cát - bột - sét: Trầm tích cát bột sét trong khu vực nghiên cứu phân bố ở trong
cửa sông, trầm tích này có hàm lượng cấp hạt 0,25- 0,1 mm chiếm 37,5%, cấp hạt
0,1- 0,05 mm chiếm 9,76%, cấp hạt 0,05- 0,01 mm chiếm 12,05%, cấp hạt 0,01-
0,005 mm chiếm 13,6%, cấp hạt 0,005- 0,001 mm chiếm 12,28% còn lại là của cấp
hạt nhỏ hơn 0,001 mm, giá trị trung bình của M
d
= 0,03 mm, S
0
= 6,7.
- Bột sét: Trầm tích bột sét thường gặp ở hai khu vực: sườn bờ ngầm tương ứng

với độ sâu từ 3- 10 m, ở vùng bãi triều chúng nằm trên các bề mặt trũng thấp của bãi
triều hoặc được phân bố ở dọc lạch triều. Trầm tích này có hàm lượng cấp hạt 0,1-
0,05 mm chiếm 22,49%, cấp hạt 0,05 - 0,01 mm chiếm 23,67%, cấp hạt 0,01- 0,005
mm chiếm 15%, cấp hạt 0,005- 0,001 mm chiếm 20% còn lại là của cấ
p hạt nhỏ hơn
0,001 mm, giá trị trung bình của M
d
= 0,01 mm, S
0
= 4,6

Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


16
CHƯƠNG 2. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Tài liệu
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu của luận văn, các tài liệu cần thiết đã
được thu thập xử lý. Đây là những tài liệu đã được tổng hợp từ các kết quả nghiên
cứu có liên quan đến đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận văn.
Địa hình là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các điều kiện
thủy động lực c

ủa mỗi khu vực nghiên cứu. Số liệu độ sâu và đường bờ của khu vực
cửa sông ven biển Hải Phòng được số hóa từ các bản đồ địa hình UTM hệ tọa độ địa
lý VN 2000 tỷ lệ 1:50000 và 1:25 000 do Cục Đo đạc Bản đồ (Bộ Tài nguyên và
Môi trường Việt Nam) xuất bản năm 2005 (
Hình 2. 1). Những số liệu này đã được
số hóa và hiệu chỉnh theo các số liệu đo độ sâu gần đây.

Hình 2. 1. Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng số hóa từ bản đồ
Độ sâu và địa hình của khu vực phía ngoài và cũng như vùng vịnh Bắc Bộ sử
dụng cơ sở dữ liệu GEBCO -1/8 của Trung tâm tư liệu Hải dương học Vương quốc
Anh. Đây là số liệu địa hình có độ phân dải 0.5 phút được xử lý từ ảnh vệ tinh kết
hợp với các số liệu đo sâu [

26, 48].



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d


17
Số liệu khí tượng
Các đặc trưng khí tượng có ảnh hưởng nhất định đến điều kiện động lực của
khu vực. Đây cũng là một trong những yếu tố góp phần quan trọng hình thành tính
chất mùa của chế độ động lực ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng. Trong nghiên

cứu này, các số liệu gió quan trắc trong nhiều năm ở trạm hải văn Hòn Dáu đã được
thu thập và xử lý. Ngoài ra số liệu quan trắc với tần suất 6h/lần trong thời gian
tháng 2-3 và tháng 7-8-9 năm 2009 cũng được thu thập để đưa vào mô hình tính cho
các kịch bản hiện trạng (
Hình 2. 2).
0
50
100
150
200
250
300

350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031
thời gian (ngày)
hướng (độ)
0
1
2
3
4
5
6

7
8
vận tốc (m/s)
hướng vận tốc

0
50
100
150
200
250
300

350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031
thời gian (ngày)
hướng (độ)
0
1
2
3
4
5
6

7
vận tốc (m/s)
hướng vận tốc

Hình 2. 2. Vận tốc và hướng gió tại Hòn Dáu trong năm 2009 (a- tháng 3-2009; b- tháng 8-2009)
(a)
(b)



Nghiên cứu đặc điểm vận chuyển trầm tích lơ lửng vùng ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3d

18
Thuỷ triều
Số liệu về DĐMN ở vùng cửa sông ven biển Hải Phòng được thu thập để hiệu
chỉnh mô hình và cung cấp cho các điều kiện biên mở phía biển. Số liệu mực nước
để hiệu chỉnh mô hình là các kết quả đo đạc mực nước (1h/lần) tại Hòn Dáu trong
tháng 3 và tháng 8 năm 2009.
Ngoài ra, các số liệu DĐMN tại các biên mở phía biển cũng đã được thu thập
xử
lý để thiết lập mô hình TĐL. Đó là các số liệu đã được phân tích thành các hằng
số điều hòa thủy triều của 4 sóng triều chính là O1, K1, M2, S2. Tại các điểm biên
mở gần bờ, các số liệu được thu thập xử lý dựa trên các kết quả quan trắc đã được

thực hiện của một số cơ quan như Trung tâm KTTV biển, Viện Địa lý, Viện Cơ học
và Việ
n Tài nguyên và Môi trường biển. Các hằng số điều hòa thủy triều ở phía
ngoài xa bờ được thu thập từ cơ sở dữ liệu các hằng số điều hòa thủy triều FES2004
[
41, 46] của LEGOS (Laboratoire d'Etude en Géophysique et Océanographie
Spatiales, Toulouse) và CLS (Collecte Localisation Satellites) thuộc Trung tâm
Quốc gia nghiên cứu không gian Pháp (CNES) nghiên cứu phát triển.
Lưu lượng nước sông
Khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của dòng nước ngọt từ hệ thống
sông Hồng – Thái Bình. Do chịu sự chi phối của chế độ khí hậu mang tính chất
nhiệt đới gió mùa nên tải lượng nước từ các sông này có đặc điểm quan trọng là

biến đổi mạnh theo mùa: chủ yế
u tập trung vào các tháng trong mùa mưa trong khi
khá nhỏ vào mùa khô.
Cho đến nay việc đo đạc đồng thời lưu lượng nước ở các của sông chính trong
khu vực rất khó thực hiện, các số liệu thu thập được thiếu tính đồng bộ và hệ thống.
Vì vậy ngoài các số liệu thu thập được từ các đề tài liên quan ở khu vực này trong
các sông Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình, các số liệu quan trắc
định kỳ trên sông Cấm và Vă
n Úc của Trung tâm KTTV Quốc gia cũng đã được thu
thập xử lý để xây dựng các hàm tương quan tuyến tính, qua đó tính toán các chuỗi
số liệu lưu lượng nước cho các biên mở sông của mô hình.