Nghiên cứu chế độ trường sóng và tác động của nó đến biến động suy thoái bãi biển nha trang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VŨ THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ TRƯỜNG SÓNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐẾN
BIẾN ĐỘNG – SUY THOÁI BÃI BIỂN NHA TRANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT

Hà nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VŨ THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ TRƯỜNG SÓNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐẾN
BIẾN ĐỘNG – SUY THOÁI BÃI BIỂN NHA TRANG

Ngành: Cơ kỹ thuật
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 60.52.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Mạnh Hùng

Hà nội – 2015

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn: “Nghiên cứu chế độ trường sóng và tác động của
nó đến biến động – suy thoái bãi biển Nha Trang” là kết quả nghiên cứu của
riêng tôi với sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Mạnh Hùng. Các số liệu nêu ra
và trích dẫn trong luận văn là trung thực không phải là sao ch p toàn văn của
t k tài liệu hay công tr nh nghi n cứu nào kh c mà không ch r trong tài liệu
tham khảo
Hà Nội, ngày 9 tháng 10 năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Vũ Thắng


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bài luận văn này tôi xin ày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc
tới: Ban giám hiệu trƣờng Đại học Công nghệ khoa Cơ học kỹ thuật, Phòng Sau đại
học đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này
Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cơ quan nơi tôi
công t c đã tạo điều kiện về mặt thời gian, kinh phí và các thủ tục hành chính trong
suốt quá trình học tập.
PGS. TS Nguyễn Mạnh Hùng - ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này
C c đồng nghiệp tại Phòng Cơ học và Môi trƣờng Biển đã giúp đỡ tôi trong suốt
thời gian làm luận văn
Nhiệm vụ hợp tác quốc tế: Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và vận chuyển

bùn cát vùng cửa sông và bờ biển vịnh Nha Trang, t nh Khánh Hòa do PGS.TS.
Nguyễn Trung Việt chủ nhiệm. Nhiệm vụ đã cung c p cho tôi số liệu đo đạc về địa
hình, sóng và mặt cắt bãi biển Nha Trang.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn c c thầy cô trong Khoa Cơ học kỹ thuật đã
tận tính dạy dỗ và truyền thụ kiến thức cho tôi trong những năm học vừa qua.


iii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƢƠNG I – TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ
TIẾN HÀNH CHO KHU VỰC VỊNH NHA TRANG ...................................................3
1.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu .......................................................................3
1.1.1. Đặc điểm kinh tế xã hội ...............................................................................3
1.1.2. C c điều kiện tự nhiên .................................................................................4
1.2. Các nghiên cứu về trƣờng sóng và biến đổi ãi đã tiến hành cho khu vực ..........6
1.2.1. Tình hình nghiên cứu tính toán sóng và vận chuyển bùn cát ......................6
1.2.2. Các nghiên cứu về trƣờng sóng khu vực vịnh Nha Trang ...........................7
1.2.3. Các nghiên cứu về biến đổi bãi khu vực vịnh Nha Trang ...........................8
CHƢƠNG II – CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC MÔ HÌNH ĐƢỢC SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH
TOÁN TRONG LUẬN VĂN .........................................................................................9
2 1 Cơ sở lý thuyết mô hình SWAN...........................................................................9
2.1.1. Giới thiệu mô hình.........................................................................................9
2.1.2 C c phƣơng tr nh cơ ản ...............................................................................9
2.2. Cơ sở lý thuyết các mô hình tính sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát trong
hệ thống mô hình SMS (CMS-flow và CMS-wave) .................................................12
2 2 1 Cơ sở lý thuyết mô hình CMS-flow ............................................................ 12
2 2 2 Cơ sở lý thuyết mô hình CMS-wave ...........................................................22
2.2.3. Kết nối giữa các mô hình CMS-flow và CMS-wave ..................................25

2 3 Cơ sở lý thuyết mô hình SBEACH: ...................................................................26
CHƢƠNG III – ÁP DỤNG CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ ĐỘNG
LỰC VÀ BÙN CÁT CHO KHU VỰC BÃI BIỂN NHA TRANG VÀ CÁC KẾT QUẢ
NHẬN ĐƢỢC ...............................................................................................................30
3.1. Thu thập số liệu sóng vùng nƣớc sâu .................................................................30
3.2. Tính sóng lan truyền từ vùng nƣớc sâu vào khu vực ven bờ vịnh Nha Trang
bằng mô hình SWAN ................................................................................................ 32
3.2.1. Miền tính và lƣới tính: .................................................................................32
3.2.2. Kiểm chứng mô hình tính sóng: ..................................................................33
3.2.3. Kết quả tính lan truyền sóng từ vùng nƣớc sâu vào vịnh Nha Trang: ........37
3.3. Thiết lập các thông số trong mô hình CMS-wave và CMS-flow .......................39


iv

3.3.1. Thiết lập thông số trong mô hình CMS-wave .............................................39
3.3.2. Thiết lập thông số trong mô hình CMS-flow ..............................................41
3.3.3. Thiết lập thông số kết nối giữa hai mô hình CMS-flow và CMS-wave: ....43
3.4. Các kết quả tính toán ..........................................................................................44
3.5. Phân tích kết quả tính toán biến động ãi đ y iển khu vực bãi biển Nha Trang
dƣới t c động của c c trƣờng sóng thịnh hành ..........................................................52
3.6. Tính toán biến động bãi biển Nha Trang dƣới t c động của bão .......................53
3.6.1. Thiết lập thông số trong mô hình SBEACH ...............................................53
3.6.2. Kết quả tính mô hình SBEACH ..................................................................54
3 7 Sơ ộ nhận x t và đề xu t các giải pháp ổn định bãi ........................................54
KẾT LUẬN ...................................................................................................................56


v

DANH MỤC CÁC HÌNH
H nh 2 1 Sơ đồ “Avalanching” trong mô hình SBEACH
Hình 3.1. Trích một đoạn số liệu th ng 1 năm 1988 của bộ số liệu trƣờng sóng thu thập
đƣợc
H nh 3 2 Lƣới tính sóng theo mô hình SWAN cho khu vực Vịnh Nha Trang và lân
cận
Hình 3.3. Vị trí trạm đo đạc các tham số sóng
Hình 3.4. So s nh độ cao sóng tính toán và thực đo tại trạm A tháng 5/2013
Hình 3.5. So sánh chu k sóng tính toán và thực đo tại trạm A tháng 5/2013
H nh 3 6 So s nh độ cao sóng tính toán và thực đo tại trạm A tháng 12/2013
Hình 3.7. So sánh chu k sóng tính toán và thực đo tại trạm A tháng 12/2013
H nh 3 8 Lƣới tính CMS-wave
Hình 3.9. Thiết lập các thông số chính của CMS-wave
H nh 3 10 Điều kiện phổ sóng tại biên CMS-wave
H nh 3 11 Lƣới tính CMS-flow
Hình 3.12. Thiết lập các thông số chính trong mô hình CMS-flow
Hình 3.13. Các thông số tính toán VCBC
Hình 3.14. Giao diện điều khiển tính toán cặp đồng thời giữa hai mô hình
Hình 3.15. Vị trí 3 mặt cắt đƣợc sử dụng trong trích xu t số liệu
Hình 3.16. Bản đồ phân bố trƣờng sóng ứng với hƣớng sóng NE
H nh 3 17 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau khi tính toán với hƣớng sóng
NE
Hình 3.18. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 1 dƣới sự t c động hƣớng sóng NE
Hình 3.19. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 2 dƣới sự t c động hƣớng sóng NE
Hình 3.20. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 3 dƣới sự t c động hƣớng sóng NE
Hình 3.21. Bản đồ phân bố trƣờng sóng ứng với hƣớng sóng E
H nh 3 22 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau khi tính toán với hƣớng sóng
E
Hình 3.23. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 1 dƣới sự t c động hƣớng sóng E
Hình 3.24. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 2 dƣới sự t c động hƣớng sóng E

Hình 3.25. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 3 dƣới sự t c động hƣớng sóng E
Hình 3.26. Bản đồ phân bố trƣờng sóng ứng với hƣớng sóng SE
H nh 3 27 Địa h nh đ y iển khu vực bãi Nha Trang sau khi tính toán với hƣớng sóng
SE
Hình 3.28. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 1 dƣới sự t c động hƣớng sóng SE
Hình 3.29. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 2 dƣới sự t c động hƣớng sóng SE
Hình 3.30. Bản đồ biến động bãi biển tại mặt cắt 3 dƣới sự t c động hƣớng sóng SE
Hình 3.31. Biến động địa hình bãi tại mặt cắt số 1 dƣới t c động của c c hƣớng sóng
thịnh hành trong năm NE, E và SE
Hình 3.32. Biến động địa hình bãi biển tại mặt cắt số 2 dƣới t c động của c c hƣớng
sóng thịnh hành trong năm NE E và SE
Hình 3.33. Biến động địa hình bãi biển tại mặt cắt số 3 dƣới t c động của c c hƣớng
sóng thịnh hành trong năm NE E và SE
Hình 3.34. Mực nƣớc trong 2 ngày 09,10-11-2013 tại khu vực Nha Trang
Hình 3.35. Kết quả tính toán bằng mô hình SBEACH


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Tần su t (%) xu t hiện c c độ cao sóng theo c c hƣớng
Bảng 3.2. Bảng độ cao sóng trung

nh theo c c hƣớng tại độ sâu 90m

Bảng 3.3. Bảng chu k sóng trung

nh theo c c hƣớng tại độ sâu 90m

Bảng 3.4. Bảng độ cao sóng trung bình tại độ sâu 15m

Bảng 3.5. Bảng chu k sóng trung bình tại độ sâu 15m
Bảng 3.6. Hình thế trƣờng sóng theo hƣớng t c động
Bảng 3.7. Số liệu địa hình mặt cắt bãi biển trƣớc và sau bão


vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
SMS
trong tầng mặt

Surface-water Modeling System - Hệ thống các mô hình tính

CMS – wave
Coastal Modeling System – wave - Hệ thống các mô hình tính
vùng ven bờ - tính sóng
CMS – flow
Coastal Modeling System – flow - Hệ thống các mô hình tính
vùng ven bờ - tính dòng chảy
SWAN

Simulating WAve Nearshore – Mô hình tính sóng gần bờ

STWAVE

STeady state spectral WAVE – Mô hinh tính sóng phổ ổn định

SBEACH
Storm-induced BEAch Change - Mô hình tính biến đổi mặt cắt
vuông góc với bờ do bão

VCBC

Vận Chuyển Bùn Cát

NT

Nha Trang


1

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây khu vực bãi biển Nha Trang đang phải đối mặt với một
số vần đề cần đƣợc giải quyết nhƣ v n đề môi trƣờng và biến động – suy thoái bãi.
Biến động – suy thoái bãi ở đây đƣợc hiểu là các quá trình nhƣ xói lở, m t bãi, biến
động địa h nh dƣới mặt nƣớc tạo ra c c ar sâu ngay s t m p nƣớc hay xu t hiện các
hiện tƣợng động lực ven bờ nhƣ dòng t ch ờ (rip currents), các xoáy cục bộ khu vực
ven bờ. Những hiện tƣợng tr n đƣợc x c định là sự suy thoái bãi biển gây m t bãi tắm
tại khu vực dọc bờ biển vịnh Nha Trang ảnh hƣởng trực tiếp đến một trong những thế
mạnh nh t của nơi đây là ngh dƣỡng, tắm biển. Các yếu tố động lực biển bao gồm
sóng, dòng chảy, mực nƣớc và vận chuyển bùn cát (VCBC) là các tham số đầu vào
quyết định đến sự suy thoái của bãi.
Nhà nƣớc ta từ lâu đã nhận thức đƣợc tầm quan trọng của v n đề biến động cửa
sông, bờ biển n n đã triển khai nhiều công trình, đề tài, dự án nhằm điều tra, thu thập,
x c định hiện trạng bồi xói, theo dõi diễn biến địa hình ở các vùng trọng điểm, xây
dựng các luận cứ khoa học cho các giải pháp phòng chống Tuy nhi n do đặc điểm
phức tạp vùng cửa sông, ven biển dƣới t c động của các yếu tố động lực biển, gió mùa
và bão, hiện vẫn chƣa có đƣợc những kết quả phân tích đ nh gi hoặc tính toán cho
phép lý giải cơ chế và dự báo diễn biến của c c đặc trƣng thủy động lực và bùn cát
phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội. Ngoài ra, trong điều kiện t c động của biến đổi

khí hậu, việc tính toán các quá trình này và hậu quả của nó là biến đổi bãi biển, bờ
biển càng trở lên phức tạp hơn. Hầu hết các quy trình và mô hình sử dụng đều chƣa có
điều kiện kiểm tra và hiệu ch nh chi tiết và đồng bộ đối với điều kiện Việt Nam. V n
đề suy thoái của bãi tắm Nha Trang ngay cả sau khi có các công trình bảo vệ đã đƣợc
Ủy ban nhân dân t nh Kh nh Hòa quan tâm đặc biệt. Ngày 08/03/2012, Sở Khoa học
và Công nghệ Khánh Hòa tổ chức hội thảo khoa học: “Đề xu t giải pháp khoa học
công nghệ nhằm nâng c p bãi biển Nha Trang phục vụ du lịch và phát triển bền vững”
với sự tham gia của c c chuy n gia đầu ngành về hải dƣơng học, công trình biển và
quản lý môi trƣờng.
Nhận thức đƣợc mức độ c p thiết của v n đề biến động – suy thoái khu vực bãi
biển Nha Trang, tôi lựa chọn hƣớng nghiên cứu với đề tài: “nghiên cứu chế độ trường
sóng và tác động của nó đến biến động – suy thoái bãi biển Nha Trang".
Luận văn có các mục tiêu nhƣ sau:
-

-

Có đƣợc chế độ trƣờng sóng vùng nƣớc sâu khu vực vịnh Nha Trang
Dựa vào phƣơng ph p tính to n lan truyền trƣờng sóng vùng nƣớc sâu vào khu
vực ãi iển Nha Trang có đƣợc c c h nh thế trƣờng sóng thịnh hành t c động
đến đ y iển ãi iển Nha Trang
Đ nh gi đƣợc c c iến động đ y iển ãi iển Nha Trang qua c c kết quả tính
to n iến đổi đ y theo c c mô h nh tính hiện đại
Sơ ộ nhận x t và đƣa ra c c giải ph p nhằm ổn định ãi

Luận văn ao gồm: Mở đầu chƣơng I - Tổng quan về khu vực và tình hình nghiên
cứu đã tiến hành cho khu vực vịnh Nha Trang chƣơng II - Cơ sở lý thuyết các mô
h nh đƣợc sử dụng để tính toán trong luận văn chƣơng III - Áp dụng các mô hình tính
toán các yếu tố động lực và bùn cát cho khu vực bãi biển Nha Trang và các kết quả
nhận đƣợc, cuối cùng là kết luận.

58

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Mạnh Hùng 2000 “Tính toán trường sóng và vận chuyển bùn cát
phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” b o c o tổng kết đề tài c p nhà
nƣớc KHCN-06-10 “Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục
vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” Viện Cơ học Hà Nội 2000.
2. Nguyễn Mạnh Hùng Phạm Văn Ninh Dƣơng Công Điển Mô hình tính cặp
đồng thời các yếu tố sóng, dòng chảy và mực nước phục vụ nghiên cứu biến
động bờ biển vùng châu thổ sông Hồng, Tuyển tập công tr nh Hội nghị
Khoa học Cơ học Thủy khí Toàn quốc năm 2005.
3. Nhiệm vụ hợp t c quốc tế về khoa học và công nghệ theo nghị định thƣ
“Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và vận chuyển bùn cát vùng cửa
sông và bờ biển vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa” Đại học Thủy lợi Hà
Nội 2012.
4. Sở khoa học và công nghệ t nh Kh nh Hòa (2004), "Đặc điểm khí hậu và
thủy văn tỉnh Khánh Hòa".
5. UBND t nh Kh nh Hòa (2003) "Địa chí Khánh Hòa" NXB chính trị quốc
gia.
6. />7. Nguyễn Kim Vinh (1997),"Đo đạc và nghiên cứu các đặc trưng động lực
biển Nha Trang trong mối liên hệ với môi trường" B o c o đề tài sơ sở
Viện Hải Dƣơng học
8. Trần Văn B nh Trịnh Thế Hiếu,"Sự biến đổi hình thái địa hình bãi và
đường bờ tại một số khu vực bờ biển Nam trung bộ theo thời gian (20072008)" Tạp chí KHCN iển T10(2010) số 2 Tr 15-29.
Tiếng Anh
9. CMS User Manual, Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2012
10. SMS Surface Water Modeling System – Tutorials Version 10.1. Brigham

Young University – Envinronment Modeling Research Laboratory 03/2011
11. Shore Protection Manual Coastal Engineering Research Center, US Navy,
1984
12. CEDAS-SBEACH version 4.03; Copyright 1999-2015, Veri-Tech, Inc.