Xây dựng mô hình vận chuyển bùn cát và biến đổi địa hình đáy vùng biển ven bờ cát hải, hải phòng phục vụ công tác bảo vệ đê và công trình bờ biển

ĐẠI HỌC QC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠÌ HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
* * * * * Vf* :rr*

TÊN ĐÈ TÀI:

XẤY DựNG MƠ HÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ
BIEN ĐỎI ĐỊA HÌNH ĐÁY* VÙNG BIỂN VEN BỜ CÁT
HÁI, HẢI PHỊNG PHỤC v ụ CƠNG TÁC BẢO VỆ ĐÊ
VÀ CƠNG TRÌNH BỜ BIỂN
MÃ SĨ:
QGTD 07.04

CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI:
GS TS Đinh Văn ưu
CÁC CÁN B ộ THAM GIA:
PGS TS Đoàn Văn Bộ
PGS TS Phạm Văn Huấn
GS TS Lươiig Phương Hậu
TS Nguyễn Minh Huan
T hS Hà Thanh Hương
T hS Pham H oàng Lâm
!

NỌ,

I l i L U W i Ĩ Ã M Ĩ H Õ N G Ỉ((V

ĨHỤ

____________

HÀ NỘI - 2009


MỤC LỤC
'ĩrang

Báo cáo tóm tắt (tiếng Việt)

5

Báo cáo tóm tắt (tiếng Anh)

8

Mở đầu

10

Chưong 1. Tổng quan về vùng biển và cơ sở lựa chọn các phương
ph p nghiên cứu

12

1.1. Điều kiện tự nhiên, các quá trình thủy động lực, vận chuyển trầm
tíc.. bồi xói vùng biển gắn liền với điều kiện lác động của gió mạnh trên
phm vi ảnh hưởng.

12

1.2. Tổng quan các kết quả nghiên cứu trước đây và lựa chọn phương
pho nghiên cứu của đề tài.

13

Chương 2. Các kết quả nghiên cứu

17

2. ỉ. Khảo sát cấu trúc địa hình, các trường động lực họcvàtrầm tích.

17

2.2. Thu thập, phân tích, cập nhật số liệu và thiết lập cơng cụ tính tốn
cátđặc thủy động lực (sóng, dịng chảy và mực nước).

2.3. Kết quả triển khai thử nghiệm và kiểm chứng mơhìnhthủy động

J2

lực vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy

2.4. Những hướng nghiên cứu nhầm hồn thiện và phái triển mơ hình
dự)áo vận chuyển bùn cát và biển đổi địa hình đới bờ.

93

Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục:

-Danh mục các tài liệu về địa hình, trầm tích và thuỷ văn khu vực

96
98
102

càrị Hải Phòng thu thập từ cơ ờ dừ liệu lịch sử và các chuyến khảo sát của Đề
tài.

103


- Bản photocopy các bài báo
- Bản photocopy bìa các luận văn, luận án liên quan
Tóm tắt các cơng trình NCKH của cá nhân
'rhông tin về đề tài (tiếng Anh)
Bản photocopy đề cương đã được duyệt
Phiếu đăng ký kết quả nghiên cứu KH-CN


Báo cáo tóm tắt bằng tiếng Việt
'ẽn đề tài :
lây dựng mơ hình vận chuyển bùn cát và biến đổi địa hình đáy vùng ven bờ Cát
Hải, Bi Phịng phục vụ cơng tác bảo vệ đê và cơng trình bờ biển
ãă sổ\
(GTD 07.04
(hủ trì đề tài :
(S TS Đinh Văn ư u
(ác cản bộ tham gia:
IGS TS Đoàn Văn Bộ

Kj S TS Phạm Văn Huấn
(S TS Lương Phương Hậu
IS Nguyền Minh Huấn
ThS Hà Thanh Hương
ThS Phạm Hoàng Lâm
Nục tiêu và nội dung nghiên cứu:

Nục tiêu: Có được mơ hình vận chuyển bùn cát và biến đổi địa hình đáy được
kiểm aúmg tại vùng biển ven bờ Cát Hải trong các điều kiện gió mạnh (bão và gió
mùa).

Mi dung nghiên cứu của đề tài:
- íChảo sát, phân tích và đánh giá vai trị của sóng và dịng chảy đối với q trình
v^ận chuyển bùn cát tại vùng ngồi đới sóng đổ ven bờ Cát Hải
- Nghiên cứu quá trình tương tác động lực học và vận chuyển bùn cát giữa hai
niền trong và ngồi đới sóng đổ trong trường hợp gió mạnh do bão hoặc gió
nùa
- Vghiên cứu sự biến đổi địa hình đáy vùng biển ven bờ Cát Hải trong điều kiện
ịiỏ mạnh


-

Triển khai ứng dụng và kiểm chứng mơ hình thơng qua kết quà khảo sát các
đặc trưng thủy thạch động lực và biến đổi địa hình đáy biển trước, trong và sau
các đợt gió mạnh.
Các kết quà đạt được:

-

Kết quả khoa học:

Đã xây dựng và hồn thiện mơ hỉnh vận chuyến bùn cát và biến đối địa hình đáy
có tính đến điều kiện tác động của triều, sơng, gió và sóng. Hệ thống mơ hình bao
gồm các mơ hình động lực và vận chuyển trầm tích ba chiều (3D), mơ hình hai
chiều (2D) biến đổi địa hình đáy.
Trên cơ sở các số liệu thu thập qua cơ sở dữ liệu lịch sử và khảo sát bổ sung trong
2 năm đã thiết lập các điều kiện biên, điều kiện ban đầu và sổ liệu phục vụ kiểm
tra, kiểm chứng mơ hình.
Đã áp dụng thử nghiệm cho vùng biển Cát Hải, Hải Phòng cho phép đưa ra các
trường mực nước, dòng chảy và nồng độ trầm tích lơ lửng trong các điều kiện lưu
lượng sơng, gió và Iriều khác nhau trên nền độ sâu thực.
Kết quả thu được cho phép lý giải một số đặc điểm quan trọng của vùng biển
nghiên cứu:
- sự hiện diện dịng chảy khép kín dọc bờ Cál ỉ ỉải ,
- sự lan truyền trầm tích lơ lửng từ cửa sông Nam Triệu dẫn đến hiện tượng nước
đục phía bờ tây từ Đinh Vũ đến Đồ Sơn,
- hiện tượng bồi lẳng thường xuyên trên phần lớn các vùng biển sâu, trong đó có
lạch tàu.
Kết quả phân tích số liệu thu được đã khẳng định các đặc trưng chế độ gió, sóng,
dịng chảy và mực nước cho phép khai thác phục vụ nhiều mục đích kJiác nhau
trong đó có việc hình thành cơ sở dừ liệu đáp ứng yêu cầu giảng dạy và nghiên
cứu.


Báo cáo tóm tắt bằng tiếng Anh (Abstract)
Title:
D evelopm ent of the sedim ent transport and bottom topography change m odel in
the nearshore region C athai, Hai Phòng for dike and shore structures protection

Code:
QGTD 07.04
Project leader:
Dinh Van Uu
Key im plementers:
Doan Van Bo, Pham Van H uan, N guyen M inh H uan, L uong Phuong H au, Pham
Hoang Lam , Ha T hanh H uong
Objectives and research contents:
Objective:
To have the sediment transport and bottom topography evolution model implemented
and verified in the coastal region o f Cat Hai for strong wind conditions.
Research contents
a. Field observation, analyze and estimate the role o f wave and cuưent on the
sediment transport in the outside breaking zones o f Cat Hai.
b. Investigate the interaction between hydrodynamic and sediment transport
processes in the strong wind conditions.
c. Investigate the bottom topographic evolution processes in the strong wind
conditions
a. Implementation and verification o f the model in the Cat Hai estuarine region.

Main results:
Results in science and technology
D eveloped the m odeling system for w ater circulation, suspended sedim ent
transport and bottom topography change for realistic tidal dom inated estuarine
and coastal basin.
C ollected the historical and updated data sets on the topographic,
hydrological, m eteorological and sedim entary conditions o f the invested region.
A pplied the developed m odeling system to investigate the hydrodynam ic
and sedim entary evolution processes in the C at Hai coastal area.

Results in practical application:
Results in training:
02 bachelors and 01 M Sc graduated
01 PhD student continues w ork in this direction.

'ứ■


Mục 3: Ket quả triển khai thử nghiệm và kiểm chứng mơ hình thủy động lựi
vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy
Mục 4. Những hướng nghiên cứu nhàm hồn thiện và phát triển mơ hình dự bá
vận chuyển bùn cát và biển đổi địa hình đới bờ.
Kèm theo báo cáo trong phần phụ lục gồm có các thơng tin sau:
-

Danh mục các tài liệu về địa hình, trầm lích và thuỷ văn khu vực cảng Hải

Phịng thu thập từ cơ ở dữ liệu lịch sử và sổ liệu gốc của hai chuyến khảo sát do đề tà
thực hiện tháng 8 năm 2007 và tháng 8 năm 2008
- Bản photocopy các bài báo kèm bìa và mục lục Tạp chí đã cơng bổ, bản thảo
bài báo gửi đăng kèm theo giấy xác nhận của tạp chí.
- Bản photocopy bìa các luận án tiến sĩ, bìa luận văn thạc sĩ, bìa khóa luận t(
nghiệp đại học được thực hiện theo hướng đề tài,....
Sau khi báo cáo đã hoàn thành, chúng tơi đã tiến hành phân tích số liệu 2 đ(
khảo đồng thời tại cửa Nam Triệu và Cửa Lạch Huyện do TEDI triển hai từ ngả
18/2/2006 đến 27/2/2006, kết quả phân tích đã kiểm chứng định tính về hiện tượn
ngược pha dịng chảy tại hai cửa sơng này như đã được nêu trong báo cáo và kết luận
Cùng với các thành viên tham gia chính, đề tài đã nhận được sự cộng tác của

Cí

cán bộ Khoa Khí tượng Thuỷ văn và Hải dương học, trong đó có ThS Nguyễn Kii
Cưtmg, ThS Phạm Văn Vỵ, PGS TS Nguyễn Thọ Sáo, CN Trần Văn Nên, C1
Nguyễn Thanh Bình và nnk. Đã tham gia trực tiếp khảo sát và xử lý số liệu khảo sá
Các sinh viên K40 và K50 Hải dương học cùng học viên cao học từ Viện Tài nguyê
Môi trường biển, Viện Cơ học, Viện KH KTTV&Mơi tniịmg, Viện NC Hải sải
Phòng Bảo đảm hàng hải - Bộ Tư lệnh Hải quân cũng đã tham gia công tác khảo

Si

của đề tài. Những kết quả thu được của Đề tài ngoài sự nỗ lực của các cá nhân thai
gia, chúng tôi đã nhận được sự hồ trợ quý báu của các Ban Khoa học Cơng nghệ, Ba
Tài chính, Văn phịng Đại học Quốc gia, Phịng Khoa học Cơng nghệ, Trường ĐHK
Tự nhiên. Bên cạnh đó Cơ quan phối hợp thực hiện Đe tài là Cơng tư Tư vấn Xá
dựng Cảng-Đưịmg Thuỷ TEDỈ-Port đã hỗ trợ tài liệu, số liệu lịch sử cho chúng t<
nghiên cứu. Ban chủ nhiệm đề tài chân thành cảm ơn về sự giúp đỡ và hồ trợ đó.

11


Chuơng 1

TỎNG QUAN VỀ VÙNG BIÊN VÀ c ơ s ở L ự A CHỌN CÁC PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN c ứ l )

ỈJ . Điều kiện tự nhiên, các quá trình thủy động lực, vận chuyển trầm Íícỉt, bồi
xói vùng biển gẳn nền với điều kiện tác động của giỏ mạnh trên phạm vi ảnh
hteởnẹ.
■'/ùng biển ngồi khơi cảng Hải Phịng bao gồm các cửa chính Lạch Tray, Nam
Triệu và Lạch Huyện nằm giữa bờ biển Đồ Sơn ở phía tây và các đảo Đình Vũ, Cát

Hải \à Cát Bà ở phía bắc và đơng-bắc. Sau khi cửa sơng cấm bị chẳn, các sơng c ấm
và Bích Đằng đổ trực tiếp qua cửa Nam Triệu, cửa Lạch Huyện nằm ở phía đông-bắc
Cát Fải vừa tiếp nhận nước từ các sông chảy lừ phía Bạch Đằng sang vừa kết nối với
VỊnhHạ Long qua phía íây-bắc Cát Bà.

Với những đặc điểm nêu trên, chế độ thủy văn và trầm tích vùng biển nghiên cứu
bị ch phối chủ yếu bởi quá trình trao đổi với sông cấm và sông Bạch Đằng thông qua
cửa ^am Triệu.
/ùng biển nẳm giữa Nam Triệu và Đồ Sơn tuy chịu tác động của cửa sông Lạch
Tray,song cơ bản vẫn là vùng ngập triều có độ sâu khơng lớn và hầu như bị ngăn cách
với bển khơi dọc theo tuyến kéo dài của bờ phải cửa Nam Triệu về phía Đồ Sơn. Khu
vực rày chỉ bị tác động mạnh của biển khơi trong các trường họp gió mạnh gắn liền
với bio và áp thấp nhiệt đới.
/ùng biển dọc bờ Cát Hải, nằm giữa Lạch Huyện và lạch tàu Nam Triệu bị các
tác đtng mạnh mẽ từ sông cũng như biển khơi nên các quá trình động lực và vận
chuyon trầm tích xẩy ra hết sức phức tạp và khó mơ tả do địa hình đáy biển bao gồm
nhiềibãi và dải cát nổi xen kẽ nằm giữa các lạch sông và lạch triều.
/ấn đề bồi lắng hệ thống luồng lach tàii-kiôn là một vấn đề khó lý giải nhất do
chưa nơ tả được một cách chi tiết về chế độ thủy động lực cũng như vận chuyển bùn
cát. liện tượng xói lở bờ Cát Hải cũng đã dẫn đến các giải pháp bảo vệ đối với điều

12


kiện bình thường. Trong các điều kiện gió bão thì vấn đề an toàn đối với đê biển Cát
Hải cùng như Đồ Sơn vẫn địi hỏi các cơng trình nghiên cứu sâu hơn.
Giải quyết vấn đề đặt ra bằng hệ thổng mơ hình sẽ hỗ trợ cho việc xây dựng hệ
thống monitoring và dự báo mơi trường biển Hải Phịng.
1.2.

Tổng quan các kết quả nghiên cứu trước đây và lựa chọn phương pháp

nghiên cửu của đề tài.
Vấn đề nghiên cứu bồi tụ xói lở bờ biển và cửa sơng ở Việt Nam đã được chú ý
tìr lâu thơng qua các đề tài, dự án nghiên cứu khoa học công nghệ các cấp [12-17].
Một số đề tài và dự án nghiên cứu bồi lắng các lạch làu và cảng cũng đã được triển
ichai và nhiều dự án sản xuất liên quan đến khảo sát, thiết kể, duy tu và cải tạo cảng
Hải Phòng đã đang được tiến hành. Những kết quả đáng kể thu được trong lĩnh vực
này đều có sự tham gia trực tiếp của Trường Đại học khoa học Tự nhiên (Đại học
Tổng hợp Hà Nội trước đây) và các cơ quan hợp tác có liên quan là những đơn vị
nghiên cứu khoa học công nghệ và tư vấn thiết kế cảng, cơng trình bờ hàng đầu của
nước ta hiện nay [2-18, 20,40-43].
Trong gần 40 năm qua, trường ĐHKH Tự nhiên, ĐHQGHN đã thường xuyên
phối hợp với TEDI-Port trong việc khảo sát, nghiên cứu vấn đề này tại nhiều cơng
ữình khác nhau: Cửa Lị, Thuận An, Nghi Sơn, Vũng Áng, Kỳ Hà,

V.V..

và đặc biệt

đối với khu vực cảng Hải Phòng. Bên cạnh việc tham gia khảo sát thu thập và phân
tích số liệu cung cấp các thơng tin phục vụ thiết kế, duy tu và cải tạo cảng, các nhà
khoa học của Trường ĐHKPỈTN cùng với TEDl-Port thường xuyên phối hợp khai
thác các chương trình, phần mềm tính tốn động lực và bồi lắng bùn cát có xuất xứ
nước ngồi (MIKE-21, SM S...) cũng như tự xây dựng (tính triều, sóng, dịng chảy,
v.v..), trong đó Trưịng ln đảm nhận vai trị chủ trì các hạng mục điều tra, khảo sát,
thiết kế, triển khai mơ hình vật lý và mơ hình tốn học [1,19 .
Thơng qua các hoạt động khoa học và thực tiễn, đã thiết lập được mối quan hệ
thường xuyên với các cơ quan nghiên cứu khoa học cơng nghệ và thiết kế cơng trình
cảng, đường thuỷ hàng đầu trên thế giới như Đại học Liege (Bỉ), ĐH Osaka (Nhật),

V:ện DHI (Đan Mạch), Viện Wallingford (Anh), v.v... những cơ quan có hợp tác với
rữ.à trường, viện và cơng ty.

13


Những kết quả thu được trong lĩnh vực này đã được thể hiện qua các điếm sau
đây:
- Các thiết bị khảo sát Ihuỷ động lực và trầm tích cảng, đường thuỷ đã được trang
bị đồng bộ và hiện đại (ECHOSOƯNDER, SIDESCANE, DGPS, WAVHHUNTER,
AWAC,STAR, v.v...) phục vụ nghiên cứu dồng bộ các quả trình động lực, vận chuyển
trầm tích đáy, và biến đổi địa hình.
- Mua bản quyền các chương trình tính tốn tiên tiến của nước ngồi (SMS,
HYDROTRACK,

V.V..)

- Xây dựng và triển khai các mô hinh hệ thống ba chiều (3D) thuv động lực, vận
chuyển trầm tích và mơi trường tại Trường ĐHKH Tự nhiên, nhiều luận án tiến sỹ về
động lực, vận chuyển bùn cát và biến đổi đường bờ đã và đang hồn thành, v.v...
Trong khn khổ các đề tài NCKH cấp Nhà nước, đề tài NC Cơ bản, đề tài cấp Đại
học Quốc gia, cấp cơ sở, nhiều cơng trình của tập thể các nhà khoa học trong trường
và cộng tác viên đã đưa ra được những kết quả mới đầy triển vọng, đáp ứng kịp thời
yêu cầu giải quyết vấn đề nghiên cứu quá trình động lực, vận chuyển trầm tích và bồi
lắng cảng, cửa sơng và ven bờ.
- Trường ĐHKH Tự nhiên đã được trang bị các phương tiện lính tốn hiện đại
tầm quốc gia và quổc tế như các máy tính trạm IBM/RS 6000, Ultra SUN 80 (trị giá
ữên 1 tỷ VNĐ) tại Trung tâm Động lực và Môi trường biển và bộ máy siêu tính IBM
130 (hệ điều hành LINUX) và IBM 1600 (hệ diều hành UNIX, giá trị 2 triệu USD) tại
Trung tâm Tính tốn hiệu năng cao cho phép phát triển, thử nghiệm và hồn thiện các

mơ hình, phần mềm mơ phỏng và dự báo các quá trình Ihuỷ động lực và bồi lắng theo
hướng liên tục hố về khơng gian và thời gian với độ chính xác cao. Việc triển khai
mơ hình trên máy tính hiệu năng cao sẽ cho phép thay thế dần nhu cầu triển khai các
mơ lình vật lý chi phí cao và quá cồng kềnh hiện nay.
Sự tham gia của các cán bộ khoa học Trường ĐHKH tự nhiên trong việc khảo
sát, nghiên cứu vấn đề này tại nhiều cơng trình khác nhau trong đới cửa sông ven biển,
các :ác giả của đề tài này đã có những kiến thức thực tế hết sức phong phú về địa bàn
Hải Phòng cũng như vùng biển Cát Hải.
Trong thời gian gần đây, cùng với các kếl quả phát triển mơ hình 3 chiều địa
thủj động lực và mơi trường, tác giả đề tài đã từng bước ứng dụng cho vùng biển ven

14


bờ Quảng Nlnh-Hải Phòna. Nhiều kết quả về vấn đề này đã được trình bàv trong các
báo cáo của một loạt đề tài NC Cơ bản cũng như tại các Hội thảo trong nước và quốc
tế và các bài báo.
Để phục vụ mục đích khai thác cảng ỉ lải Phịng, đã có nhiều dự án trong nước và
quốc tế điều tra nghiên cứu luồng lạch và các nhân tố liên quan đến bồi xói khu vực.
Những cơng việc này chủ yếu do Công ty Tư vấn xây dựng cảng-đường thủy (TEDIPort) tiến hành. Dự án đầu tư xây dựng công trình cảng cửa ngõ Lạch Huyện đã đầu tư
khảo sát khu vực biển kề cận trong các năm từ 2005 đến 2006 do TEDI-Port thực
hiện.
Trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước và thành phố, các nhà khoa
học của Viện Tài ngun Mơi trường biển Hài Phịng cũng đã thu thập được nhiều số
liệu, đưa ra được nhiều luận cứ khoa học về biến động điều kiện tự nhiên và môi
truờng vùng biển nghiên cứu.
Tuy nhiên để đáp ứng mục đích monitoring, dự báo và cảnh báo hệ quả tác động
của biến động điều kiện môi trường khu vực do phát triển kinh tế cùng như biến đổi
kh: hậu, cần nghiên cứu phát triển hệ thống mô hình tính tốn có tính tổng họp cao
trêi cơ sờ tính đến tối đa các tác nhân đặc Ihù của vùng nghiên cứu trong đó có tương

tác sơng-biển-khí quyển.
Vấn đề tính tốn và dự báo các q trình địa thủy động lực, vận chuyển trầm tích
và biến đổi địa hình đáy, bờ là một vấn đề khó khăn và lâu dài, yêu cầu đầu tư chất
xán cũng như trang thiết

bị

nghiên cứu ngày một hiện đại hơn. Do tính đặc Ihù đó,

vấí. đề này ln có tính thời sự khoa học cao.
Đối với những vùng biển có q trình địa thủy động lực phức tạp như Việt Nam,
troig đó có Hải Phịng, nơi các tai biến mơi Irường gẳn liền với tác động cùa bão và
gic mùa mạnh, việc giải quyết được một khâu trọng yếu của vấn đề cũng hết sức cấp
bách và cần thiết.
Vùng biển nghiên cứu nằm trong khu vực chịu tác động mạnh đồng thời của gió
mía tây-nam và bão. Việc triển khai nghiên cứu quá trình vận chuyển trầm tích và
biếi đổi địa hình ln gẳn T ỉ^ v ở i mốì tương tá c độĩĩg“ìự(rgĩưã“dai ven bờ (đới sóng
đổ với vùng biển phía ngồi chịu tác động mạnh của gió lớn và bão. Giải quyết được
bài tốn này là œ sở cho viêc~pfiat triên mơ hình~dự báo bleĩrđọrĩ^địa hình đáy biển

15


và bờ biển cho các vùng của sông ven bờ khác nơi khơng những chịu tác động mạnh
của gió mùa tây-nam mà cà gió mùa đơng-bẳc cũna như bão.
Hàng loại các cơng Irình nghiên cứu ớ nước ngồi trong dó có nhiều bộ phần
mềm thương mại đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể về mặt lý thuyết lẫn Ihực
nghiệm trong giải quyết vấn đề nêu trên đối với các vùng cửa sơng ven biển. Tuy
nhiên để có được một hệ thống mơ hình đáp ứng tốt các u cầu phức tạp về địa hình,
chế độ thuỷ động lực và trầm tích cho một cửa sơng bị chi phổi mạnh của thuỷ triều

như Hải Phịng, cần có những bước phát triển mới về cả lý thuyết lẫn phương pháp số.
Với hy vọng tiến tới giải quyết từng bước vấn đề đặt ra, chúng tôi tập trung
nghiên cứu xây dựng hệ thống mơ hình theo các hướng chính sau đây:
-Hồn thiện mơ hình thuỷ động lực cho phép mơ phỏng tốt các trường dòng chảy
và mực nước trong điều kiện tương tác lưu lượng sông và thuỷ triều.
-Nghiên cứu hiệu ứng của lớp biên đáy, các tác động của sóng lên tồn lớp nước
nhằm hồn thiện và kết nối với mơ hình vận chuyển trầm tích iơ lửng trong nước.
-Trên cơ sở kết nổi mơ hình thuỷ động iực và mơ hình vận chuyển trầm tích lơ
lửng trong nước đã được hồn thiện, xây dựng và triển khai mơ hình biến đổi địa hình
đáy cho vùng biển nghiên cứu.
Trên cơ sở phân tích các kết quả thu được đề xuất các hưứng nghiên cứu tiếp
theo, phương thức phát triển và hoàn thiện hệ thống mơ hình đáp ứng các u cầu đặt
ra cho các điều kiện thuỷ động lực bình thường cũng như idii có gió mạnh.

16


Chương 2

CÁC KẾT QUẢ N G H IÊN c ử u

2. ì. Khảo sát cấu trúc địa hình, các trường động lực học và trầm tích
Để nghiên cứu q trình biến đổi địa hình đáy biển thơng qua phát triển và ứng
dụng mơ hình, việc xác định điều kiện ban đầu và diễn tiến chi tiết theo nhiều quy mô
thời gian khác nhau là hết sức cần thiết.
Những yếu tố cơ bản được yêu cầu khảo sát bao gồm địa hình đáy, các trường
thủy động lực và trầm tích.
Đối với địa hình đáy, chúng tơi tập trung xác định phân bố độ sâu đáy biển dọc
theo 1 trắc ngang từ bờ Cát Hải ra khơi trong điều kiện bình thường và sau khi chịu
tác động của gió bão.

Đối với các trường thủy động lực: triều, sóng và vận tốc dịng chảy được khảo
sát liên tục trong thời gian 7 ngày trên 3 trạm cố định bổ trí dọc theo trắc ngang đo vẽ
địa hình.
Các đặc trưng trầm tích bao gồm nồng độ trầm tích lơ lửng trong nước và đặc
điểm của trầm tích đáy dọc theo trắc ngang nêu trên.
Cơng tác khảo sát được tiến hành trong 2 đợt từ 1/8 đến 8/8 của các năm 2007 và
2008. Do các kết quả báo cáo khảo sát được trình bày kỹ trong phụ ỉục kèm theo,
trong phần này chúng tôi chỉ trình bày một sổ kết quả minh họa.

2.1.1. Sơ đồ khu vực và thời gian khảo sát
Vừng khảo sát (hình 1) nằm phía ngồi Cát Hải bắt đầu từ mép đê đến khu vực
có độ sâu trên dưới lOm, nơi các tác động của sóng trên mặt biển có thể xem là không
đáng kể.
Trén độ dài trắc ngang, lần lượt bố trí 3 trạm liên tục với đầy đủ các thiết bị tự
ghi dịng chảy, sóng, mực nước, nồng độ trầm tích lơ lửng.
Để có được tương quan khơng gian của các trường thủy thạch động lực và thiết
iập điều kiên biên cho mơ hình, đã triển khai đồng thời 3 trạm cố định tại cửa Nam

ĐAI HỌC Q U O C
h a NỌl
TRƯNG ĨẦM THÒNG TIN ỈHU ỰIẺN


1 riệu (trên nhà đèn Đình Vũ), tại cửa Lạch Muyện (phà Bến Gót) và tại Hịn Dấu
(trạm hải văn Hòn Dấu).
Đồng thcyi tiển hành quan trẳc các yếu tố khỉ tượng tại trạm ngoài cùng (trạm A)
và thu thập số liệu khí tượng tại trạm Hịn Dấu.
Thời gian khảo sát cho 2 đợt: đợt 1 ưr ngày 1/8/2007 đến ngày 7/8/2007; đợt 2
từ ngày 1/8/2008 đển ngày 8/8/2008.

Hình L Địa hình khu vực và vị trí các trạm khảo sát vùng cửa sơng cảng H ải Phịng các năm 2007
và 2008

2.1.2. Kết quả phân tích số liệu khảo sát
a. Địa hình
Việc khảo sát địa hình được triển khai năm 2008 với mục đích xác lập ừắc
ngang vng góc bờ Cát Hải nhằm đánh giá đường trắc ngang ổn định và khả năng
biến đổi của nó trong điều kiện gió mạnh.
Kết quả khảo sát theo tuyến từ đê Cát Hải qua các trạm c , B và A được thể hiện
trên các hình từ 2 đến 6.


H ình 2. Trắc ngang đoạn bờ đê Cát H ải đến 160m

450 550 650 750 S50 950 105011SŨ1250135014501550 1650175018501050
-

0,1

- 0,2

:

-0,3 ^
-0,4 ■Q,5

H ình 3. Trắc ngang đoạn từ 15Om đến 2000m

Hình 4. Trắc ngang đoạn iừ 2000m đến 4000m

19


0,2

O
ã0,2 Đ

-0,4
ã
-

f,

o

rh

prr

rn

^\S>

oo

9

ro

ro

O
o

O
^4

>

p

S
nr>

P
vA

p
C

O
O

rr>

n*>

O

orO

O
rt

r<\

Q
o

rf)

0pO0
ro

o
p

ro

0,6

0,8

I


1,2

-1,4

-

1.6

Hinfi 5. Trac ngang on qua lch tu H ải Phịng

CĨ thể nhận thấy một khu vực có biến đổi độ sâu tương đối từ mép 0 trên
khoảng cách 150m từ bờ đến ichoàng 350m (-0,17% ). Trên một vùng có bề rộng
khoảng lOOOm độ sâu hầu như không đổi chỉ vào khoảng 0,2m. Tiếp đến. trong
khoảng 1500m độ sâu tăng đều đến Im (0,05%).
Dễ dàng nhận thấy trên gần 5000m tính từ bờ, vùng biển nghiên cứu có địa hình
hầu như phẳng với độ sâu lớn nhất nhỏ hơn Im, ngoại trừ khu vực lạch tầu (hình 5)
với bề rộng chỉ vào khoảng trên dưới lOOm.
Từ đây đến khoảng độ sâu 3m, độ dốc lại tăng dần khoảng 0,05%. Sau gần
lOOOm có độ sâu ít biến đổi, độ dốc lại tăng nhanh hơn cỡ 0,13%.

Hình 6. Trắc ngang đoạn trên thềm lục địa

Như vậy trên toàn bộ trắc ngang tồn tại các thềm tương đối phẳng có độ sâu Om,
0,2m, Im và 3m. Giữa các thềm này là các đoạn có độ dốc khác nhau: dốc lớn chân

20


đê, dốc tại mép “0’*, đoạn dốc kéo dài từ độ sâu 0,2m đến độ sâu Im. đoạn dốc từ độ
sâu Im đến độ sâu 3m và đoạn dốc từ 3m đến 7m có góc nghiêng lớn nhất.
Trắc ngang ổn định dạng bậc thang này được hình thành do hệ quả tác động của
sóng và thủy triều, trong đó các thềm tương đối phẳng được xem là phần trong của các
đới sóng đổ.
b. Điểu kiện khi tượng

Năm 2007
Trong chuyến khảo sát đã tiến hành đo đạc khí tượng trong thời gian từ 13h
ngày 01/8/2007 đến 13h ngày 08/8/2007 với 4 obs/1 ngày vào các thời điểm Olh, 07h,
13h và 19h hàng ngày (29 ốp) đối với trạm A (106°54’12”,20”4 r 3 0 ” ). Riêng tại
trạm Hòn Dấu, thời gian khảo sát khí tượng bắt đầu từ 1h ngày 01 /8/2007 và kết thúc
vào 13h ngày 07/8/2007 (27 ốp).

Nhận xét:
- Trong những ngày đầu tháng 8 năm 2007, gió thịnh hành trên khu vực này
chủ >ếu là gió hướng Đơng và Đơng Nam tại trạm Hịn Dấu nhưng gió áp đảo tại trạm
A lại theo 3 hướng đône, đông- nam và đông - bấc. Trong suốt thời gian khảo sát vận
tốc g:ó biến thiên từ 0.9m/s đến 7 m/s tại Hòn Dấu và từ 1.6m/s đến 11.8 m/s tại trạm
A. Đ:ều này cho thấy có sự phân hóa gió theo độ cao, do trạm Hịn Dấu nằm trên đảo
cịn tíạm A lại ở trên vùng biển thoáng.
- Dễ đàng nhận thấy vận tốc gió tại trạm A gần như có cùng pha biển đối so
với vin tốc gió tại trạm Hịn Dấu (hình 7). Vào Olh ngày 05/8/2007, giá trị vận tốc gió
đạt cvc đại trong giai đoạn khảo sát đối với trạm A là xấp xỉ 12 m/s và trạm Hòn Dấu
là 6 iVs do đây là thời điểm có hiện tượng giơng xảy ra rất mạnh. Vào lúc Ih ngày
06/8/2007 và 7h ngày 07/8/2007 cũng cỏ giông nhưng yếu hơn. Tại trạm Hịn Dấu có
một giá trị cực đại là vào 7h ngày 02/8/2007 đạt 7 m/s.

21


Oh 1 / 8 /0 7

Oh 2 / 8 /0 7

Oh 3 / 8 /0 7

Oh 4 / 8 /0 7

Oh 5 / 8 /0 7

--------- T rnm A

Oh 6 / 8 /0 7

Oh 7 / 8 /0 7

oti 8 / 8 /0 7

---------- H on DSn

Oh 9 / 8 /0 7
Tli
Hình 7: Đồ thị biểu diễn biến thiên vận tắc gió tại trạm A và Hịn Dấu

01/0 8 /0 7 Oh 0 2 /0 8 /0 7 Oh 0 3 /0 8 /0 7 Oh 0 4 /0 8 /0 7 ũh 0 5 /08/07 Oh 06 /0 8 /0 7 Oh 07 /0 8 /0 7 Oh 0 8 /0 8 /0 7 Oh 09 /0 8 /0 7 Oh
------ TnmiA

—

HóiiDini

T h ớ igi«»

Hình 8: Đ ồ thị hiểu diễn biến íhiên hưởng gió

Bảng 1: Bảng tần suất gió tại Hịn Dấu

N

NW
0.000
0.000
0.000
0.000

w
0.000
0.000
0.000
0.000

sw
0.000
0.000
0.000
0.000

0.000

0-1

E
0.000

1-5

0.259

6-10

0.074

11-15
16-20

0.000
0.000

NE
0.000
0.111
0.000
0.000
0.000

21-25

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

26-30

0.000

0.000

0.000

>31

0.000

0.000

0.000

0.037
0.148

0.000
0.000
0.000

0.000

SE
0.000

0.037

0.296

0.037

0.000

0.000
0.000

0.000

0.000
0.000

0.000
0.000

0.000
0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

22

s


Bảng 2: Bảng tần suất giỏ tại trạm A

0-1
1-5
6-10
11-15
16-20
21-25
26-30
>31

E

NE

N

NW

w

sw

s

SE

0.000
0.241
0.034
0.034

0.000
0.276
0.034
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000

0.000
0.000

0.000
0.000
0.000

0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000

0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000

0.000
0.069
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000

0.000
0.207

0.000
0.000
0.000
0.000

0.000
0.069
0.034
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000

0.000
0.000
0.000

0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000

-H ướng gió trong thời gian khảo sát thay đổi theo 2 thời kỳ: Thời kỷ đầu từ

ngày 1/8 đến 3/8 -gió chủ yếu là hướng Đông Nam và thời kỳ thứ 2 là từ ngày 4/8 đến
8/8 khi đó gió đã đổi sang hướng đơng - bắc (các hình 8,9,10).
Những số liệu thong kê về gió tại các trạm A và Hòn Dấu được thể hiện qua các
bảng 1 và 2 cũng như trên các hoa gió tương ứng các hình 9 và 10.

m

0*1 1 • S 6 • 10 11 • 1ỉ 16 • ?0 ?1 -2$ ?« • 30 > 31

Hình 9: Hoa gió tại Hịn Dấu

23


0.2“li
m

0 -1 1 - 5 6 - 10 11 - 15 16 - 20 ?1 ■25 26 - 30 >31

Hình 10: H oa gió tại trạm A

Nhiệt độ khơng khí trên các trạm A và Hịn Dấu có biểu hiện biến trình ngày
đ êm
với

khá

rõ

nét trong đó nhiệt độ trên trạm đất Hịn Dấu có biên độ lớn hơn nhiều so

trên mặt biển (hình 11), đặc biệt trong các ngày có hướng gió s w thống trị từ 4/8

đến 6/8.

Oh 1/8/07

0h2/8/D7

Oh 3/8/07

Oh 4/8/07
—

'—

Oh 5/8/07

Oh 5/8/07

Oh 7/8/07

Oh 8/8/07

TrạniA — ♦---HoiiDãu

H ình 11: Biến thiên nhiệt độ khơng kh í tạì trạm A và Hòn Đẩu

24

Oh 9/8/07
T h ờ i gian


32.5
T(«C)
32
31.5
31

%

30.5
30

1

29.5
29 - ..-

....................................... .......

...................................... .

Oh 1/8/07 Oh 2/8/07 Oh 3/8/07 Oh 4/8/07 Oh 5/8/07 Oh 6/8/07 Oh 7/8/07 Oh 8/8/07 Oh 9/8/07
—

TiniiiC

Thờiẹian

Hìn/t 12: Biển thiên nhiệt độ nước biển tại trạm

c

Nhiệt độ nước mặt biển trong các ngày có gió tây-nam cùng cao hơn với biên độ
ngày đêm đáng kể. Điều này có thể thấy qua đường biến trình nhiệt độ nước biển tại
trạm c (hình 12).
Áp suất khí quyển có xu thể giảm dần từ đầu đến cuối đượt khảo sát (hình 13).
1008
mb

1007
1006 +------ \

......•

'■'V

ị

1005

............................
, . . _ L

1004
1003

•

------

,

..........

- ------^ -^V
------- ị, ^

.„

ị

»

, ,

'w'

1002
1001
1000
Oh 1/8/07

Oh 2/8/07

Oh 3/8/07

Oh 4/8/07

Oh 5/8/07

Oh 6/8/07

— ‘— Hon Dâu

H ình 13: Biển (hiên áp suất tại Hòn Dấu

25

Oh 7/8/07

Oh 8/8/07
Thời gian


Oh 1/8/07

Oh 2/8/07

Oh 3/8/07

Oh 4/8/07

Oh 5/8/07

----- T i a m A

Oh 6/8/07

Oh 7/8/07

..... HoiiDmi

Oh 8/8/07

Oh 9/8/07
Tlióiẹiaii

Hinh 14; Biến thiên độ ẩm tại trạm A và H òn Dấu (%)

Đường biến trình của độ ẩm khơng khí (hình 14) cho thấy rõ tác động cùa khơng
khí khơ lên độ ẩm trên mặt đất trong những ngày gió s w thịnh hành, khơng khí có độ
ẩm thấp nhất vào các glờ trưa có thể nhỏ hơn 60%.

N ăm 2008
Trong phần này chúng tơi chỉ phân tích các số liệu khí tượng được đo theo các ốp
chính: Ih, 7h, 13h, 19h tại trạm A.
Trên các hình 15 và 16 thể hiện biến trinh theo thời gian cùa vận tốc và hướng gió
tại trạm A trong thời gian dợt khảo sát 2008.

Thớiginn

Hình 15: Biến thiên vận tốc gió tại trạm A

26


Trong thời gian khảo sát, tại trạm A gió có hướng chù đạo là hướng đơng. Vận

tốc gió chủ yếu nằm trong khoảng từ Im/s đến 6 m/s. Vận tốc gió đạt cực tiểu là I m/s
và đạt cực đại là 14 m/s vào 16h ngày 6/8/2008 do ảnh hưởng của dơng. Ngoại trừ
thời gian có dơng vào ngày 6/8, những ngày từ 6/8 trờ đi gió đổi dần sang hướng tây
và tây - bắc do ảnh hưởng của bão xa, cơn bão số 4.

Thời eiiiii
Hình 16: Biến thiên hướng gió tại trạm A

Dễ dàng nhận thấy các đặc trưng gió trên vùng nghiên cứu được thể hiện bằng
hoa gió trên hình 17 cũng như tần suất phân bố theo các hướng được thể hiện trong
bảng 3.

• - i

I - •

t •

10

II - I»

lft • M Sỉ • M M - ao ) tl

II t:ii?ịỊỊ

Hình 17. H oa gió tại trạm A trong các ngày từ 2/8 đến 7/8/2008

Với các đặc trưng gió như vậy, các điều kiện khí tượng hải văn trên vùng biển
trong thời kỳ khảo sát nằm ở mức bình thường, trường hợp vận tốc gió lớn 13,9m/s

vào 15h30 ngày 6/8/2008 lả do dông gây nên và chỉ xẩy ra trong một khoảng thời gian
ngẩn.

27


Bảng 3: Bảng tần suất gió tại trạm A trong giai đoạn khảo sát
E
0.0417
0.4167
0.0000
0.0417
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000

0-1
1-6
6-10
10-16
16-20
20-26
26-30
>30

NE
0.0000
0.0417
0.0000

0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000

N
0.0000
0.0417
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000

NW
0.0000
0.0417
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000

w
0.0000
0.0417
0.0833

0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000

sw
0.0000
0,0417
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000

s
0.0000
0.0417
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000

SE
0.0417
0.1250
0.0000

0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000

C. M ực nưóc biển

N ăm 2007
Trên cơ sở sổ liệu thu thập được, đã tiến hành phân tích các chuồi mực nước tại
các trạm A,B,C, Bến Gót và trạm Đình Vũ. Kết quả phân tích được thể hiện qua giá trị
hằng số điều hoà như trong bảng 4.
Bảng 4: Giá trị các hằng số điều hoà thu được tại các trạm khảo sát

AO

K
H

BẾN
GĨT

MS4

M6

S2

8.7

3.7

1.7

1

75

70.2

25

14

0.7

3

1.4

46.1

45

46.1

45

91

31.6

91

31.6

274.9

17.6

236.4

5.3

5.9

1.1

1.6

75.6

78

25.2

15.6

1.2

2

0.8

58.1

45

58.1

45

90.1

26.9

90.1

26.9

293.5

333.2

193.4

4.5

4.3

0.9

1.2

76.8

80.5

25.6

16.1

1.3

1.3

0.7

40.4

45

40.4

45

85

22.6

85

22.6

233.3

266

140.1

4.8

4.9

1

1.3

75.1

80.1

25

16

1.3

1.2

0.6

62.7

45

62.7

45

84.9

23.1

84.9

23.1

231

261.4

149.5

5

4.5

1

1.2

74.1

77

24.7

15.4

1

1.5

0.7

47.5

45

47.5

45

83.8

21.6

83.8

21.6

240.9

276.4

151.8

N2

OI

,M4

P1

g
H

Đ ÌNH

vũ

-4.4

g

TRẠM

H

A

G

TRẠM

H

B

-5.4

-5.1

g

TR.\M
c

6.1

K2 KI

M2

H

-4.1

g

1

Sử dụng công thức phân loại thủy triều lấy trong dạng sau:

28


M l + .^2
+ 0 < F < 0.25: Thuỷ triều bán nhật
+ 0.25 < F < 1.5: Thuỷ triều hồn hợp (chủ yếu là bán nhật triều)
+ 1.5 < F < 3.0: Thuỷ triều hồn họp (chủ yếu là nhật triều)
+ F > 3.0: Nhật triều
Kết quả thu được như sau:
FfienGót “ 11.71
pĐinh Vù ^ 1 3 . 7 1

pTrạm A “ 17.88
pTrạniB = 16.00
pTrạmC= 15.91
Điều này chứng tỏ ràng: dao động mực nước tại khu vực này là dao động nhật
triều đúng như đặc điểm thủy triều đã được nghiên cứu.
Với bộ hằng số điều hoà thu được, đã tiến hành dự lính dao động mực nước và
các kết quả cho thấy các bộ số này là có thể tin cậy được. Có thể nhận thấy rằng: các
bộ hềng số điều hoà khá tương đồng giữa các trạm và chỉ số F với xu hướng giảm dần
từ ngoài khơi vào bờ theo thứ tự A,B,C và tiếp đến là Đình Vũ và nhỏ nhất tại trạm
Bến Gỏt.
3iến trinh mực nước thực đo được thể hiện trên hình 18.

29