ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐÁNH GIÁ CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC VỊNH BẮC BỘ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA KHOA HỌC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO
*****

NGUYỄN THỊ THU THUỶ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐÁNH GIÁ CHẾ ĐỘ
THUỶ LỰC VỊNH BẮC BỘ

HÀ NỘI, 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA KHOA HỌC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐÁNH GIÁ CHẾ ĐỘ
THUỶ LỰC VỊNH BẮC BỘ

Chuyên ngành: Khí tượng thủy văn biển
Mã ngành: D440299
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Thuỷ
Giáo viên hướng dẫn: Th.s Vũ Văn Lân

HÀ NỘI, 2017


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, các thông
tin sử dụng trong đồ án tốt nghiệp để tham khảo đều có nguồn gốc tường minh,
rõ ràng và công trình nghiên cứu này chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
Sinh viên

Nguyễn Thị Thu Thuỷ


LỜI CẢM ƠN
Đồ án “Ứng dụng mô hình Mike 21 đánh giá chế độ thuỷ lực Vịnh Bắc Bộ” đã
hoàn thành vào tháng 5 năm 2017. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn
thành luận văn, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô giáo, bạn bè và gia
đình.
Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Th.s Vũ Văn Lân đã hướng
dẫn tận tình và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa: Khoa học biển và
Hải đảo – Trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội đã hỗ trợ em về mặt
kiến thức để đồ án của em được hoàn chỉnh.
Trong khuôn khổ của đồ án, do sự giới hạn về thời gian và kinh nghiệm nên
không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp quý báu của thầy cô và các bạn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều
kiện của thầy cô, gia đình và bạn bè để em có thể hoàn thành đồ án này. Em xin chân
thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
Sinh viên
Nguyễn Thị Thu Thuỷ

MỤC LỤC


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ATNĐ

– Áp thấp nhiệt đới

ĐB

– Đông bắc

ĐBSCL

– Đồng bằng sông Cửu Long

ĐNN

– Đất ngập nước

HST

– Hệ sinh thái

KTTV

– Khí tượng thủy văn

KHCN

– Khoa học công nghệ

KHKT

– Khoa học kỹ thuật

KHVN

– Khoa học Việt Nam

NCKH

– Nghiên cứu khoa học

VBB

– Vịnh Bắc Bộ

5


DANH MỤC BẢNG

6


DANH MỤC HÌNH

7

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một quốc gia có vùng biển lớn ở khu vực Đông Nam Á với đường
bờ biển dài 3260km, hơn 3000 đảo và quần đảo lớn nhỏ, có bờ biển tiếp liền biển đông
– thuộc loại lớn nhất nhì trên thế giới.Việt Nam có vùng biển đặc quyền kinh tế rộng
hơn 1.000.000km2, gấp 3 lần diện tích đất. Có vị trí địa – kinh tế và địa – chiến lược
đặc biệt, nằm trên tuyến giao thông hàng hải quốc tế chủ yếu của thế giới.Với một hệ
thống cảng biển dày đặc: Cửa Ông, Cái Lân, Hải Phòng, Đình Vũ, Nghi Sơn, Hòn La,
Vũng Áng, Chân mây, Dung Quất, Vân Phong, Thị Vải... Việt Nam đủ điều kiện vận
chuyển hàng trăm triệu tấn hàng hóa thông qua mỗi năm. Nhiều ngành, nhiều lĩnh vực
kinh tế mũi nhọn của Việt Nam đều gắn với biển như dầu khí, nuôi trồng, khai thác và
chế biến thủy sản, hảng hải và du lịch biển…Với tiềm năng và điều kiện thuận lợi mà
tự nhiên đem lại, Việt Nam có lợi thế về phát triển ngành kinh tế biển.
Vịnh Bắc Bộ nằm giữa bờ biển thuộc 10 tỉnh, thành phố của Việt Nam với tổng
chiều dài khoảng 763km và bờ biển thuộc 2 tỉnh Quảng Tây, Hải Nam của Trung Quốc
với tổng chiều dài 695km. Phần vịnh phía Việt Nam có khoảng 1300 đảo, đá ven bờ,
trong đó có đảo Bạch Long Vĩ nằm cách trung tâm thành phố Hải Phòng khoảng
130km.
Vịnh Bắc Bộ có vị trí chiến lược quan trọng đối với nước ta cả về kinh tế lẫn
quốc phòng, an ninh, là cửa ngõ ra biển, đầu mối giao thương của cả Bắc Bộ. Trong
vịnh có nhiều hải cảng quan trọng như cảng Hải Phòng, cảng Cái Lân, có nhiều ngư
trường lớn cung cấp nguồn hải sản quan trọng cho đời sống người dân ven biển nước
ta. Ngoài ra, trong vịnh còn chứa đựng nhiều tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là hải sản
và dầu khí. Các hoạt động kinh tế biển ngày càng mang lại những lợi ích kinh tế to
lớn, thu nhập từ các hoạt động giao thông, du lịch, đánh bắt thủy hải sản chiếm tỷ
trọng ngày càng lớn trong tổng thu nhập quốc gia.
Nhận thức được tầm quan trọng của phát triển kinh tế biển, Đảng và Nhà nước
ta đã có những bước đi quan trọng nhằm đưa nước ta trở thành một nước mạnh về

biển. Để thực hiện mục tiêu đưa đất nước ta thành đất nước mạnh về biển, những
nghiên cứu khoa học về biển phải là những nhân tố được ưu tiên hàng đầu.
Nước dâng bão là một hiện tượng tự nhiên rất nguy hiểm đối với tính mạng và
tài sản của con người. Trên thế giới rất nhiều nơi đang bị ảnh hưởng rất nặng của nước
8


dâng. Ở nước ta, nước dâng đã ghi được trong cơn bão DAN 1989 là 3,6m. Nước ta
còn chịu ảnh hưởng thường xuyên của gió mùa. Nhiều đợt gió mùa mạnh và kéo dài
hay nhiều đợt gió mùa liên tiếp gây nên nước dâng đáng kể. Nước dâng xảy ra làm
mực nước dâng cao, tràn đê đập, phá huỷ các công trình, đường xá, gây nhiều thiệt hại
to lớn về người và của.
Khi thiết kế các loại công trình biển và nhất là biển ven bờ như các công trình
quai đê, lấn biển, xây dựng đê đập, cầu cảng, dàn khoan, kho bãi... người ta phải tính
đến cao độ cần thiết, trong đó có mực nước dâng do gió mùa và nước dâng bão và khi
xây dựng kế hoạch để phòng tránh người ta phải biết được các đặc trưng khác nhau
như về quá trình nước dâng, thời điểm, địa điểm xảy ra nước dâng cực đại.
Chỉ khi con người nắm được các quy luật tự nhiên của biển, hiểu được biển thì
mới thể làm giàu từ biển. Trong các yếu tố cần nghiên cứu về biển thì thủy động lực
học biển là những yếu tố cơ bản và quan trọng. Các yếu tố thủy động lực này là
nguyên nhân, là môi trường tác động lên các quá trình khác trong biển và đại dương.
Vì vậy việc nghiên cứu toàn diện về đặc trưng, chế độ thủy động lực của vùng vịnh
Bắc Bộ thông qua ứng dụng mô hình toán sẽ là cơ sở quan trọng trong việc dự báo
được những hiện tượng nước dâng qua từng thời kỳ, đề xuất các giải pháp chính trị,
kinh tế cho vùng biển Việt Nam.
Ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu nước dâng do gió mùa được lưu ý ít hơn nhiều
so với nước dâng bão. Vì vậy, việc đưa ra những đánh giá về chế độ thủy động lực tại
khu vực Vịnh Bắc Bộ và phân tích chế độ dòng chảy qua từng thời kỳ gió mùa Đông
Bắc và gió mùa Tây Nam có ảnh hưởng tới sự phát triển – kinh tế - xã hội – đời sống
của người dân là vô cùng quan trọng.Đề tài “ Ứng dụng mô hình mike 21 đánh giá

chế độ thủy lực Vịnh Bắc Bộ” với mục tiêu nghiên cứu để nắm được các đặc trưng
thủy hải văn và đánh giá được chế độ thủy động lực của Vịnh Bắc Bộ là hết sức cần
thiết. Trong luận văn, em xin sử dụng mô hình Mike 21 mô phỏng chế độ thủy động
lực theo kịch bản tại Vịnh Bắc Bộ.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá hiện trạng chế độ dòng chảy biển khu vực Vịnh Bắc Bộ vào từng thời
kỳ của gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam thịnh hành bằng việc ứng dụng mô hình
thủy động lực Mike 21 mô phỏng các chế độ trên.

9


3. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Xây dựng bộ thông số mô hình thuỷ động lực thông qua việc hiệu chỉnh kiểm
định để chọn bộ thông số phù hợp.
Xây dựng kịch bản mô phỏng chế độ thuỷ động lực Vịnh Bắc Bộ qua hai thời kì
gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam.
Mô phỏng chế độ thuỷ động lực vùng nghiên cứu trong 02 thời kì gió mùa
Đông bắc và gió mùa Tây Nam.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mô hình thủy động lực cho các mục
đích kinh tế - xã hội được sử dụng khá phổ biến. Các quá trình động lực ở vùng ven
biển là các yếu tố nền, có ảnh hưởng đến các quá trình khác cũng như môi trường vùng
ven biển. Dòng chảy sông, dao động thủy triều, sóng biển và những dòng xáo trộn mật
độ do sự kết hợp nước sông và nước biển làm cho môi trường có những biến đổi lớn
về vật chất. Chính vì vậy, các đặc điểm động lực như chế độ dòng chảy, sóng như thế
nào, khả năng trao đổi, hoạt động của hoàn lưu nước ra sao… đều là những thông tin
hữu ích không chỉ cung cấp sự hiểu biết về bản chất của các quá trình đó ở khu vực
nghiên cứu mà còn tạo ra các cơ sở dữ liệu nền phục vụ cho những tính toán tiếp theo

khác. Nhiều mô hình được xây dựng và áp dụng cho dự báo lũ, dự báo mực nước
dâng, cho các công trình xây dựng, các công tác quy hoạch. Một số mô hình đã được
ứng dụng thực tế, đóng vai trò trong công tác phát triển kinh tế - xã hội - quốc phòng.
Việc phát triển sự hiểu biết và năng lực dự báo các vấn đề tương tác biển - đất
liền ở khu vực thềm lục địa đòi hỏi sự tập trung nghiên cứu. Nắm bắt được điều này
Hội đồng nghiên cứu môi trường tự nhiên (NERC) đề xướng nghiên cứu sự tương tác
giữa đất liền và biển (LOIS) vào năm 1992. Chương trình nghiên cứu chính kéo dài 6
năm (1992 – 1998). Bốn mục tiêu chính của LOIS là:
+Ước tính thông lượng vật chất hiện tại (trầm tích, chất ô nhiễm và chất dinh
dưỡng) trong khu vực thềm lục địa;
+Mô tả các quá trình sinh địa chủ yếu chi phối hình thái động lực và chức năng
hệ sinh thái;
Mô tả sự tiến triển của hệ sinh thái thềm lục địa từ Holocene đến ngày nay, xét
trong quan hệ thay đổi thời tiết và mực nước biển;
10


Phát triển mô hình biển – lục địa mô phỏng thông lượng, làm cơ sở cho việc dự
báo.
Chương trình cũng đạt kết quả trong việc phát triển một số kỹ thuật đo đạc quá
trình và quan trắc lâu dài trên sông, cửa sông và thềm lục địa. Ví dụ như kết hợp quan
trắc dòng chảy thông thường và các dòng chảy liên quan của quá trình chuyển tải trầm
tích và quan trắc chất lượng nước. Hệ thống quan trắc được thiết kế để đảm bảo tầm
quan trọng của đo đạc dòng chảy qua hệ thống lưu vực sông, bao gồm cả trong điều
kiện lũ lụt hay hạn hán.
Chương trình nghiên cứu sông và biển ven bờ của LOIS là chương trình duy nhất
với quy mô lớn và quy tụ các công trình nghiên cứu liên ngành. Chưa có chương trình
nghiên cứu môi trường nào có quy mô lớn như thế từ trước năm 1992, và trong tương
lai sẽ còn nhiều chương trình như thế.
Các nghiên cứu về vận chuyển bùn cát kết dính tại vùng cửa sông ven biển đã

được thực hiện từ lâu. Các nghiên cứu nổi bật trong lĩnh vực này có thể được kể đến là
Mehta (1998), Berlamont và nnk (2001), Dearnally và nnk (2000), Dyer và nnk
(2000), Winterwerp (1999), Winterwerp và nnk (2000) …Các nghiên cứu này đã cung
cấp các kiến thức về cơ chế vận chuyển bùn cát kết dính, các cơ chế của các quá trình
tương tác của bùn cát kết dính với nước biển cũng như các sơ đồ thông số mô tả quá
trình vận chuyển bùn cát tại vùng cửa sông và biển ven bờ sử dụng trong các mô hình
số trị.
Các tổ chức Quốc tế như CCOP, IGCP đã có những công trình nghiên cứu địa
chất vùng biển và bờ biển Đông và Đông Nam Á (trong đó có Việt Nam) đã đề cập tới
đặc điểm địa chất tầng mặt vùng ven biển, tai biến địa chất và quản lý tổng hợp bờ
biển. Chương trình thành lập bản đồ địa chất của ESCAP vùng biển, trong đó có biển
Đông, mà ranh giới tới đường bờ biển hiện tại của Việt Nam được tiến hành đồng bộ.
Trong vùng Đông Nam Á các nước như Indonesia, Phillippin, Malaysia, Thái
Lan, Brunei, Đông Timor đã và đang có những dự án nghiên cứu thềm lục địa nói
chung, vùng ven biển với sự đầu tư lớn và bước đầu đã có những kết quả nhất định
trong việc phát triển kinh tế - xã hội. Những kết quả nghiên cứu đã giúp các quốc gia
này có những biện pháp hữu hiệu trong công tác quản lý dải ven biển, đặc biệt đối với
các dạng tai biến địa chất trên biển. Trong những năm cuối thế kỷ 20, Thái Lan đã

11


triển khai nghiên cứu về biến động đường bờ, sự dao động mực nước biển và khảo sát
đặc điểm trầm tích đới bờ (trầm tích đáy) ở vùng Adang Rawi và Tarutao …
Ở vùng biển vịnh Thái Lan đã có nhiều công trình nghiên cứu, bao gồm việc
thành lập các loại bản đồ khác nhau. Tuy nhiên, những công trình nghiên cứu riêng về
địa chất cho vịnh Thái Lan hầu như rất ít được công bố, mà đối tượng vịnh Thái Lan
chỉ được quan tâm như là một bộ phận của biển Đông. Một mốc quan trọng trong việc
nghiên cứu biển Đông là việc xuất bản bộ Atlas địa chất- địa vật lý Biển Đông (1987)
của nhà xuất bản khoa học Quảng Đông. Bộ Atlas đó gồm 11 tờ, tỷ lệ 1/2.000.000,

trong đó có tờ trùm lên lãnh thổ Việt Nam. Công trình này có tính khái quát nhưng
chưa có độ chi tiết và tin cậy cần thiết. Từ đó, Trung Quốc tiến hành nhiều hợp tác
quốc tế với Cộng Hòa Pháp và Hoa Kỳ nghiên cứu chi tiết hơn về địa vật lý và địa
chất. Năm 1985, bằng chuyến khảo sát R/V Charcot (trên tàu Nanhai) đã phát hiện và
chi tiết hóa đới tách giãn biển Đông có chiều rộng từ 150 – 200km. Đã thu thập nhiều
tài liệu mới về địa vật lý (địa chất, từ, trọng lực và địa từ) (Guy Pautot và nnk, 1990,
1991). Tiếp theo bằng chuyến khảo sát Shiyan I và II đã kết hợp tài liệu địa vật lý và
địa chất thành lập được cột địa tầng tương đối chính xác ở biển Đông (Jiang Shaoren
và nnk, 1994). Thái Lan có nhiều nghiên cứu địa chất, địa vật lý vùng vịnh Thái Lan
rất chi tiết. Tuy nhiên, do phần lớn các công trình nghiên cứu liên quan đến dầu khí
nên các tài liệu này được bảo mật.
Nổi bật là chuyến điều tra tổng hợp NAGA (1959-1961) phối hợp thực hiện giữa
viện Scripps (Hoa Kỳ) và một số cơ quan chuyên ngành tại Việt Nam và Thái Lan. Số
trạm thực hiện 364 trạm, các chuyên đề khảo sát: Vật lý, địa chất, hoá học, sinh học.
Chương trình hợp tác giữa Viện Hải Dương Học Nha Trang và Viện Sinh Học
Biển Viễn Đông (1976 – 1986). Đây là các chương trình khảo sát về vật lý, địa chất,
sinh học, địa vật lý biển.
Những quan trắc về khí tượng hải văn trong vùng biển vịnh Thái Lan đã được
tiến hành từ khá sớm trong các chuyến khảo sát chuyên đề đơn lẻ hoặc theo quan trắc
obship trên các tàu biển trên hành trình qua vịnh.
Trong những thập niên 80 và 90, với sự tiến bộ vượt bậc của hệ thống quan trắc
biển và công nghệ thông tin đã cung cấp cho ngành hải dương học nhiều tư liệu quý về
điều kiện tự nhiên và môi trường biển ở nhiều khu vực của đại dương thế giới. Vịnh
Thái Lan như là một bộ phận của biển Đông cũng được cung cấp thêm một số tư liệu
12


về khí tượng hải văn được quan trắc bằng viễn thám. Tuy nhiên, độ phân giải không
gian cũng còn hạn chế, đặc biệt là các vùng biển ven bờ hầu như chưa có tài liệu chi
tiết.

Về các công trình nghiên cứu động lực học hải dương riêng cho vịnh Thái Lan có
rất ít, thường là những công trình tính toán chung cho cả biển Đông trong đó vịnh Thái
Lan như là một bộ phận cấu thành. Có thể kể đến những công trình tính toán thủy triều
và hoàn lưu gió của K. Wyrtki (1961); các công trình tính toán phân bố các sóng triều
chính của K.T Bogdanov (1963), U. N Xecgayev (1964), Robinson (1983), T. Yanagi
và Takao (1997); các công trình tính toán về hoàn lưu của Nguyễn Đức Lưu (1969),
Hoàng Xuân Nhuận (1982), T. Pohlmann (1987); công trình tính toán chế độ sóng theo
trường gió trung bình tháng của Phan Văn Hoặc (1985). Trong đó các công trình của
tác giả Việt Nam đã được thực hiện ở nước ngoài trong khuôn khổ các luận án tiến sĩ,
phó tiến sĩ. Các công trình chỉ riêng cho vịnh Thái Lan rất hiếm. Ở đây, có thể chỉ ra
công trình của của A. Xiripong (1985) tính toán hoàn lưu theo các mùa cho vịnh Thái
Lan, đã đưa ra các bức tranh tồn tại hoàn lưu thuận chiều kim đồng hồ về mùa hạ và
ngược chiều kim đồng hồ về mùa đông trong toàn vịnh. Công trình của T. Yanagi
(1988) tính toán thủy triều cho vịnh Thái Lan, đã chỉ ra các cơ chế dịch chuyển pha
theo chiều kim đồng hồ của các sóng bán nhật triều khác với dịch chuyển pha ngược
chiều kim đồng hồ của các sóng bán nhật triều ở đây.
Vùng ven bờ và cửa sông là nơi chịu tác động tổng hợp: vừa của yếu tố động
lực sông, vừa của các yếu tố động lực biển.
Dòng chảy cửa sông có kết cấu ba chiều, các hướng không ổn định cả về không
gian lẫn thời gian: vừa mang bùn cát từ nhiều nguồn gốc khác nhau, vừa có xáo trộn
mặn theo nhiều mức độ. Ngoài dòng chảy trong sông ra, còn có tác động của thủy
triều, sóng, gió, dòng ven bờ, nước dâng do bão và các tác động đặc biệt khác. Nơi
đây, tác động của con người cũng rất đáng kể. Vì vậy, diễn biến lòng dẫn vùng cửa
sông rất phức tạp, xảy ra trên cả ba chiều không gian và mất ổn định theo thời gian.
Vấn đề diễn biến và các yếu tố động lực vùng cửa sông, bờ biển đã được thế
giới quan tâm từ lâu, song những nghiên cứu có tính chất phương pháp luận đánh giá
chế độ động lực vùng cửa sông, bờ biển mới xuất hiện hơn 01 thế kỷ qua và chủ yếu đi
sâu đánh giá đặc điểm thủy, động lực vùng cửa sông, ven biển có xét đến hoạt động
của con người.
13

Những biện pháp chỉnh trị cửa sông bằng công trình hoặc kết hợp nạo vét với
công trình chỉnh trị mới xuất hiện giữa thế kỷ XIX. Phải đến đầu thế kỷ XX, một số
nước phát triển đã tiến hành việc nghiên cứu chỉnh trị cửa sông trên mô hình vật lý.
Escoffier(1940) đã giới thiệu một đường cong ổn định thủy lực, được gọi là biểu đồ
Escoffier, trong đó vận tốc dòng chảy lớn nhất được vẽ quan hệ với diện tích mặt cắt
ngang của dòng chảy. Tiếp sau đó là một loạt các nghiên cứu sâu về phân loại cửa
sông, nguyên nhân và cơ chế gây bồi lấp các cửa sông. Tiêu biểu là các nghiên cứu về
phân loại cửa và ổn định cửa sông của Hayes (1979);Niemeyer(1990), các nghiên cứu
về ổn định cửa bằng phương pháp phân tích hệ thống của Escoffier (1940, 1977) của
Kreeke (1990), bằng các mô hình nhận thức của De Vriend (1994) cho tới các mô hình
toán mô phỏng hình thái theo không gian 3 chiều của De Vriend, Wang, … (1995,
2004).
Gần đây, trên thế giới đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về động lực bùn
cát, sự di chuyển bùn cát lơ lửng và di đáy ở vùng cửa sông, đáng lưu ý là Bijker E.W,
Engelund & Fredsoe, Engelund & Hansen, Meyer Peter & MiFller, Bogardi J.L,
Coleman J.M, Graf W.H, V.N.Mikhalov. Nhiều nhà nghiên cứu đã đi sâu phân loại cửa
sông, có đề cập đến nguyên nhân hình thành như Vamodi V.A. Bên cạnh đó, các thành
tựu mới có được từ những nghiên cứu lý thuyết các quá trình phát triển Delta và động
lực ven bờ như Ven Techow, GA.Skrintunov, V.N.Mikhalov, I.V.Popov... Tuy nhiên, đó
là các phương pháp luận nên chưa làm sáng tỏ cơ chế của quá trình hình thành mạng
lưới sông gắn liền với quá trình hình thành và phát triển Delta, do đó, việc áp dụng vào
thực tiễn nghiên cứu, dự báo diễn biến lòng dẫn vùng cửa sông còn nhiều hạn chế.
Cùng với nghiên cứu chế độ động lực và bùn cát, việc nghiên cứu diễn biến cửa
sông, bờ biển cũng được phát triển mạnh ở các nước tiên tiến như Hà Lan, Mỹ, Anh,
Bỉ, Nhật Bản, Trung Quốc... trong đó, việc nghiên cứu, tính toán vận chuyển bùn cát
và biến động đường bờ đã được hoàn thiện ở mức độ cao.
Thực tế diễn biến bồi lấp và xói lở các cửa sông trên thế giới cho thấy hiện
tượng bồi, xói xảy ra có thể trong một khoảng thời gian ngắn như trong một cơn bão

Katrina (Mỹ) và cũng có thể xảy ra với chu kỳ dài tại California do hiện tượng ElNina.
Một số vùng ven bờ liên tục bị xói lở với cường độ lớn như vùng Mississippi (Mỹ). Có
những nơi như ở Ocean City (Mỹ) công trình kè (groin) tuy giải quyết được việc ngăn

14


chặn dòng bùn cát từ trái sang phải (cửa sông) đã làm cho bãi (beach) bên trái phát
triển nhưng làm cho bãi phía bên phải liên tục bị xói mòn.
Ở Mỹ đã có chương trình Quốc gia về cửa sông từ năm 1987 để phục hồi và
duy trì các cửa sông, chương trình cho đến nay đã phát huy hiệu quả rõ rệt.
Hiện tượng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có
vùng cửa sông giáp biển. Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập triều mặn
có liên quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính toán và
nghiên cứu đã được đặt ra từ lâu. Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm
được quy luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng
vùng cửa sông như ở các nước như Mỹ, Nga, Hà Lan, Nhật, Trnng Quốc, Thái Lan…
Các phương pháp cơ bản được thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan
trắc) và mô phỏng quá trình bằng các mô hình toán.
Việc mô phỏng quá trình dòng chảy trong sông ngòi bằng mô hình toán được
bắt đầu từ khi Saint-Vennant (1871) công bố hệ phương trình mô phỏng quá trình thuỷ
động lực trong hệ thống kênh hở một chiều nổi tiếng mang tên ông. Chính nhờ sức
mạnh của hệ phương trình Saint -Venant nên khi kỹ thuật tính sai phân và công cụ máy
tính điện tử đáp ứng được thì việc mô phỏng dòng chảy sông ngòi là công cụ rất quan
trọng để nghiên cứu, xây dựng quy hoạch khai thác tài nguyên nước, thiết kế các công
trình cải tạo, dự báo và vận hành hệ thống thuỷ lợi. Mọi dự án phát triển tài nguyên
nước trên thế giới hiện nay đều coi mô hình toán dòng chảy là một nội dung tính toán
không thể thiếu.
Tiếp theo đó, việc mô phỏng dòng chảy bằng các phương trình thuỷ động lực đã
tạo tiền đề giải bài toán truyền mặn khi kết hợp với phương trình khuếch tán. Cùng với

phương trình bảo toàn và phương trình động lực của dòng chảy, còn có phương trình
khuyếch tán chất hoà tan trong dòng chảy cũng có thể cho phép - tuy ở mức độ kém
tinh tế - mô phỏng cả sự diễn biến của vật chất hoà tan và trôi theo dòng chảy như
nước mặn xâm nhập vào vùng cửa sông, chất chua phèn lan truyền từ đất ra mạng lưới
kênh sông và các loại chất thải sinh hoạt và công nghiệp xả vào dòng nước...
Cụ thể hơn, vấn đề tính toán và nghiên cứu triều mặn bằng mô hình đã được
nhiều nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm từ khoảng
40-50 năm trở lại đây. Với thành tựu của khoa học và công nghệ được phát triển cực

15


nhanh trong thời gian gần đây, công nghệ tin học, thuỷ lực học và thuỷ văn học hiện
đại đã gặp lại nhau ở nhiều mặt, mặc dù chưa phải là hoàn toàn đồng nhất.
Các phương pháp tính toán xâm nhập mặn đầu tiên thường sử dụng bài toán
một chiều khi kết hợp với hệ phương trình Saint - Venant. Những mô hình mặn 1 chiều
đã được xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman (1971). Giả thiết cơ
bản của các mô hình này là các đặc trưng dòng chảy và mật độ là đồng nhất trên mặt
cắt ngang. Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế nhưng kết quả áp dụng mô hình lại
có sự phù hợp khá tốt, đáp ứng được nhiều mục đích nghiên cứu và tính toán mặn. Ưu
thế đặc biệt của các mô hình loại một chiều là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài
liệu đã có sẵn trong thực tế.
Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phương trình 3 chiều để diễn toán quá trình
xâm nhập mặn nhưng nhiều thông số không xác định được. Hơn nữa mô hình 3 chiều
yêu cầu lượng tính toán lớn, yêu cầu số liệu quá chi tiết trong khi kiểm nghiệm nó
cũng cần có những số liệu đo đạc chi tiết tương ứng. Vì vậy các nhà nghiên cứu buộc
phải giải quyết bằng cách trung bình hoá theo 2 chiều hoặc 1 chiều. Sanker và Fischer,
Masch (1970) và Leendertee (1971) đã xây dựng các mô hình 2 chiều và 1 chiều trong
đó mô hình 1 chiều có nhiều ưu thế trong việc giải các bài toán phục vụ yêu cầu thực
tế tốt hơn.

1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Việc nghiên cứu các quá trình động lực, xâm nhập mặn và vận chuyển bùn cát
vùng ven biển Việt Nam có tầm quan trọng rất lớn. Các kết quả nghiên cứu cho ta bức
tranh về các quá trình động lực, vận chuyển vật chất, đặc biệt là trầm tích, biến đổi địa
hình đáy và tình hình xâm nhập mặn vào các cửa sông của hệ thống sông trên toàn
Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu này ngoài việc cung cấp số liệu cho các nghiên cứu
tiếp theo còn được sử dụng để xây dựng và thực hiện các chính sách, pháp luật định
hướng phát triển kinh tế - xã hội, phòng tránh thiên tai và bảo vệ tài nguyên, môi
trường khu vực ven biển.
Trong những năm gần đây, việc xây dựng tràn lan các đập thuỷ điện và những
diễn biến phức tạp của thời tiết đã làm cho xâm nhập mặn, xói, sạt lở bờ biển và cửa
sông ven biển ngày càng gia tăng cả về cường độ và quy mô. Đặc biệt, có những biến
động lớn về địa hình ở khu vực cửa sông Tiền, sông Hậu. Các hiện tượng thời tiết cực
đoan như nước dâng bão kết hợp với sóng lớn và triều cường đã làm vỡ nhiều đoạn đê,
16


gây ngập lụt, xâm nhập mặn trên diện rộng, làm mất đất đe doạ sự an toàn của hệ
thống đê biển và gây thiệt hại rất nhiều về kinh tế - xã hội và môi trường.
Kết quả nghiên cứu của đề tài KC.09-05 “Dự báo hiện tượng xói lở, bồi tụ bờ
biển, cửa sông và các giải pháp phòng tránh” do GS.TS Phạm Huy Tiến chủ nhiệm cho
thấy xói, sạt lở bờ biển Nam Bộ trước năm 1950 chưa thấy xuất hiện. Từ năm 1950
đến năm 2003 tăng dần và tăng rất nhanh, đặc biệt là từ những thập kỷ 70 đến nay. Từ
năm 1950 đến năm 1959 mới chỉ xuất hiện xói, sạt lở ở 4 đoạn, song đến năm 2003 đã
lên tới 38 đoạn xói, sạt lở. Các tỉnh Kiên Giang và Cà Mau trước đây được coi là nơi
có bờ biển luôn có xu hướng lấn ra hoặc tương đối ổn định, ngày nay đã và đang có
hiện tượng xói, sạt lở.
Dự án “Khảo sát, tính toán chế độ động lực bồi lắng, xói lở khu vực Cà Mau do
tác động của biến đổi khí hậu” do Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi trường
chủ trì đã có được những kết quả đánh giá định tính và định lượng về các quá trình xói

lở, bồi tụ vùng cửa sông ven biển tỉnh Cà Mau. Xây dựng được cơ sở khoa học về các
quá trình bồi tụ, xói lở cửa sông và bờ biển tỉnh Cà Mau (trong đó có tính đến ảnh
hưởng mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu) cũng như đề xuất được các giải pháp
thích hợp ổn định vùng ven biển, phục vụ phòng chống thiên tai và phát triển bền
vững. Các kết quả của dự án này cũng sẽ được kế thừa để thực hiện đề tài.
Nguyễn Địch Dỹ, Nguyễn Công Mẫn (1996) trong dự án “Quy hoạch phát triển
đê biển Việt Nam 2010 –2020”, đã tiến hành nghiên cứu chuyên đề “Đặc điểm địa chất
– địa mạo và tai biến xói lở, bồi tụ đường bờ biển Việt Nam, phục vụ định hướng phát
triển đê biển Việt Nam 2010 – 2020”. Tập thể tác giả đi từ phân loại các kiểu đường bờ
biển, các kiểu cửa sông ven biển theo UNESCO để phân tích quá trình xói lở, bồi tụ
đường bờ và vùng cửa sông trên phạm vi cả nước, tính toán quá trình, tốc độ xói lở,
bồi tụ theo tư liệu lịch sử và dự báo quy luật xói lở, bồi tụ đường bờ biển và vùng cửa
sông ven biển. Tính chất cơ lý của các thành phần trầm tích phân bố tại đường bờ biển
và vùng cửa sông ven biển cũng được nghiên cứu. Ngoài ra các tác giả còn đề xuất các
giải pháp kỹ thuật xây dựng đê biển. Trong đề tài này, đặc điểm địa mạo – địa chất của
vùng cửa sông ven biển châu thổ sông Cửu Long được đề cập đến dưới góc độ thành
phần trầm tích, các dạng đường bờ và các kiểu cửa sông, các số liệu về xói lở, bồi tụ
tương đối chi tiết, chúng được thể hiện dưới dạng bản đồ, tỷ lệ 1:250.000. Bên cạnh đó

17


là những bản đồ địa chất – khoáng sản của các tỉnh có đường bờ biển và các cửa sông
ven biển ở tỷ lệ 1:50.000 và 1:200.000.
Đặng Ngọc Thanh từ năm 1976 đến 2000 trong các chương trình nghiên cứu
biển: Thuận Hải – Minh Hải (1976 – 1980), các vấn đề địa mạo thềm lục địa Việt
Nam, địa chất, trầm tích tầng mặt, quá trình xói lở đường bờ và vùng cửa sông, … đã
được nghiên cứu và đã đạt được những kết quả đáng khích lệ. Nguồn tư liệu này được
lưu trữ tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Trong giai đoạn 2001-2005, Phạm Huy Tiến, Nguyễn Văn Cư trong đề tài cấp

nhà nước “Dự báo hiện tượng xói lở - bồi tụ bờ biển, cửa sông và các giải pháp phòng
tránh” mã số KC-09-05 thuộc chương trình KC-09 do Phạm Huy Tiến làm chủ nhiệm,
đã nghiên cứu, dự báo quá trình xói lở, bồi tụ bờ biển, cửa sông trên toàn quốc. Những
kết quả của đề tài là những tư liệu quý cho việc nghiên cứu, dự báo xói lở, bồi tụ
đường bờ, cửa sông vùng châu thổ sông Cửu Long.
Nguyễn Ngọc Thụy, năm 1995 đã thực hiện đề tài “Thuỷ triều biển Đông và sự
dâng lên của mực nước biển ven bờ Việt Nam” Trong công trình này tác giả đã đề cập
tới những đặc điểm về thuỷ triều biển Đông, tác nhân quan trọng đối với động lực,
thuỷ - thạch động lực vùng ven bờ biển (đường bờ và cửa sông). Mặt khác với những
số liệu quan trắc trên vùng biển Việt Nam, tập thể tác giả đã xem xét sự dâng lên của
mực nước biển ven bờ Việt Nam dưới góc độ hiệu ứng nhà kính.
Nhưng nghiên cứu một cách có hệ thống nước dâng bão ở Việt Nam chỉ được
đặt ra từ 1984 đến nay:
Nghiên cứu thăm dò (1984- l985, đề tài 48.06. 15. Phạm Văn Ninh chủ trì), sau
khi khẳng định rằng hiện tượng nước dâng bão Ở Việt Nam có thể nghiên cứu được
đến kết quả ứng dụng trong thực tế đã chia quá trình nghiên cứu nước dâng do bão làm
2 phần và thực hiện chúng trong khuôn khổ 2 đề tài cấp nhà nước khác:
Nghiên cứu các đặc trưng chế độ của hiện tượng tức là phân bố theo thời gian,
không gian: quá trình nước dâng, vị trí và thời gian xảy ra nước dâng cực đại. quan hệ
về thời gian xảy ra nước dâng với các pha triều, ... nhằm xác định cao trình của các
công trình biển, hoạch định các quy hoạch kinh tế xã hội biển (1986-1990, đề tài
48B.02.02, phạm Văn Ninh chủ trì).
Ngoài ra, năm 1996-2000 đề tài cấp nhà nước cơ sở khoa học và các đặc trưng
kỹ thuật đới bờ, ... do Phạm Văn Ninh và từ 1998 ĐỖ Ngọc Quỳnh làm chủ nhiệm đã
18


xcm xét lại việc tính toán các đặc trưng chế độ bão Ở miền Nam do có thêm số liệu
[12].
Gần đây, 2000-2001 , Đỗ Ngọc Quỳnh dã phối hợp với Trung tâm Dự báo Quốc

gia Khí tượng Thuỷ văn nghiên cứu thử nghiệm tiếp tục và đã chuyển giao cho Trung
tâm đó để dự báo nghiệp vụ. Cần chú ý là ở các cảng lớn trên thế giới, nơi có chuỗi số
liệu thực đo mực nước nhiều năm, người ta cũng đã sử dụng có hiệu quả phương pháp
thống kê. ở Việt Nam không có nơi nào, kể cả Hòn Dấu có được các chuỗi số liệu như
vậy
Hoàng Trung Thành (2010) đã sử dụng số liệu quan trắc mực nước tại các trạm
hải văn và thủy văn tại cửa sông để thống kê các đợt dâng, rút do gió, từ đó đưa ra bức
tranh khá đầy đủ về thời gian và xu thế dâng, rút tại các trạm quan trắc. Mặc dù có ưu
điểm là đơn giản và dễ sử dụng nhưng hạn chế khi áp dụng phương pháp thống kê và
biểu đồ tại Việt Nam là thiếu số liệu quan trắc thực tế do mật độ trạm thưa, tần suất
quan trắc tại một số trạm theo Obs Synop (6 tiếng một lần đo) nên không ghi nhận
được những giá trị cực trị của nước dâng do bão. Chính vì vậy, phương pháp này chỉ
phù hợp tại một số vị trí gần trạm quan trắc có số liệu đủ dài, tại các điểm xa hơn, kết
quả dự tính thường có sai số lớn nên hiện nay ít được áp dụng tại Việt Nam.
Trong phương pháp nghiên cứu bằng mô hình số trị, hiện nay có 3 hướng chủ
yếu được thực hiện, đó là tự xây dựng mô hình riêng; nghiên cứu phát triển mô hình
mã nguồn mở từ nước ngoài; và sử dụng mô hình thương mại từ nước ngoài. Ngoài
các nghiên cứu được thực hiện trong các luận án (Vũ Như Hoán, Đỗ Ngọc Quỳnh, Lê
Trọng Đào, Bùi Xuân Thông, Đinh Văn Mạnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Nguyễn Vũ
Thắng, Nguyễn Xuân Hiển...) thì cho tới nay đã có nhiều dự án, đề tài nghiên cứu các
cấp khác nhau được thực hiện và đã phát triển các mô hình, công nghệ phục vụ tính
toán, dự báo nước dâng do bão tại Việt Nam.
Khi nghiên cứu về nước dâng do bão tại khu vực ven bờ vịnh Bắc Bộ, tác giả
Lê Trọng Đào (1998) đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán đồng thời
thuỷ triều và nước dâng do bão. Kết quả đã cho thấy, do khu vực có độ lớn thủy triều
lớn (nhiều vị trí tới 4,0m) nên ảnh hưởng của thủy triều tới nước dâng do bão ở đây là
đáng kể và kết luận rằng trong tính toán và dự báo nước dâng do bão ở vịnh Bắc Bộ
cần xét đến ảnh hưởng của thủy triều.
19

Cũng sử dụng phương pháp này, Nguyễn Vũ Thắng (1999) đã đưa ra sơ đồ dự
báo nước dâng do bão cho khu vực ven biển Hải Phòng trên cơ sở mô hình tính toán
và dự báo nước dâng do bão trên lưới phần tử hữu hạn. Mặc dù đây là những nghiên
cứu đầu tiên về nước dâng do bão bằng mô hình số trị theo phương pháp phần tử hữu
hạn nhưng đã đạt kết quả rất khích lệ.
Bằng phương pháp sai phân hữu hạn, trong đề tài cấp Nhà nước KT.03.03, Đỗ
Ngọc Quỳnh và Phạm Văn Ninh (1999) đã giải hệ phương trình nước nông hai chiều
để tính toán cả thuỷ triều và nước dâng do bão cho toàn dải ven biển Việt Nam. Theo
đó, hiện trạng và nguy cơ nước dâng do bão đã được tính toán và phân vùng theo từng
vĩ độ. Kết quả của nghiên cứu đã phục vụ cho công tác phòng tránh thiên tai và xây
dựng các công trình ven biển.
Cũng theo phương pháp sai phân hữu hạn, Bùi Xuân Thông (2000) đã xây dựng
lưới tính lồng nhằm làm tăng độ chi tiết của điểm cần tính cũng như giảm thiểu thời
gian tính toán khi giải bài toán nước dâng do bão. Năm 2001, mô hình dự báo nước
dâng do bão có tính đến thủy triều và được thiết kế trên lưới tính lồng do Viện Cơ học
xây dựng đã được áp dụng vào tính nước dâng do bão với độ phân giải chi tiết tới 1,0
km phục vụ cho các công trình xây dựng ven biển như đê, cầu cảng. Sau đó mô hình
này đã được áp dụng trong nhiều đề tài, dự án khác nhau liên quan đến nước dâng do
bão tại Việt Nam. Tác giả Phùng Đăng Hiếu và cộng sự (2013) đã xây dựng mô hình
dự báo nước dâng do bão có tính đến ảnh hưởng của thủy triều dựa trên hệ phương
trình nước nông phi tuyến và sai phân hoá theo phương pháp SMAC kết hợp với sơ đồ
CIP có độ chính xác bậc ba cho thành phần phi tuyến. Mô hình đã được áp dụng để mô
phỏng nước dâng và ngập lụt vùng ven bờ Thừa Thiên Huế đã cho kết quả rất tin cậy
khi so sánh với số liệu quan trắc.
Những năm gần đây, do sự phát triển của hệ thống tính toán và công nghệ thông
tin đã có nhiều mô hình nước ngoài được xây dựng và phát triển theo hướng thương
mại hóa cũng như dạng mã nguồn mở để cộng đồng cùng phát triển. Các mô hình
thương mại phổ biến đang được áp dụng tại Việt Nam như mô hình MIKE của Viện
Thủy lực Đan Mạch (DHI), mô hình SMS của Hải quân Hoa Kỳ, mô hình DELFT-3D

của Viện Thủy lực DELFT (Hà Lan) v.v... Các mô hình mã nguồn mở đã được áp dụng
như POM của Đại học Princeton (Hoa Kỳ), mô hình ROMS của Đại học Rutgers và
20


Đại học Califonia (Hoa Kỳ), mô hình GHER của Đại học Liege (Bỉ) v.v... Rất nhiều
công trình nghiên cứu trong các đề tài, dự án, luận án đã sử dụng các mô hình này để
ứng dụng và phát triển theo các mục đích và tiêu chí riêng như Lê Trọng Đào và cộng
sự sử dụng mô hình DELFT-3D của Hà Lan để thiết lập và mô phỏng, dự báo nước
dâng do bão cho khu vực ven biển Việt Nam, công trình của Nguyễn Thế Tưởng, Trần
Hồng Lam và cộng sự (2007) trong khuôn khổ hợp tác Việt - Trung về nghiên cứu dự
báo sóng biển, nước dâng do bão bằng phương pháp số sử dụng các mô hình khác
nhau như DELFT-3D của Hà Lan, JMA (Japan Meteorological Agency storm surge
model) của Nhật Bản và CTS (China Typhoon Surge) của Trung Quốc để tính toán và
đưa ra quy trình dự báo nước dâng do bão. Mô hình ROMS đã được triển khai tính
toán các trường nhiệt độ, độ muối, dòng chảy, thủy triều và nước dâng, trong khi
trường khí tượng được tính từ mô hình RAM và làm đầu vào cho mô hình DELFT-3D
trong đề tài cấp nhà nước KC.09.04: “Xây dựng hệ thống dự báo các trường khí
tượng thủy văn Biển Đông” năm 2001 do GS.TS. Trần Tân Tiến chủ nhiệm. Mặc dù
mô hình được thiết lập với lưới tính vuông và độ phân giải còn thô nhưng các kết quả
tính toán đã đáp ứng được yêu cầu của đề tài. Đề tài KC.09-16 năm 2010: “Nghiên
cứu phát triển và ứng dụng công nghệ dự báo hạn ngắn trường các yếu tố thủy văn
biển khu vực Biển Đông” do PGS.TS Nguyễn Minh Huấn chủ nhiệm đã sử dụng mô
hình ROMS kết nối liên hoàn với mô hình khí tượng RAMS và WRF với lưới tính
dạng cong, trực giao. Tuy nhiên việc kết nối liên hoàn với mô hình khí tượng vẫn chỉ
là kết nối một chiều (kết quả đầu ra của mô hình khí tượng được làm đầu vào cho mô
hình ROMS). Một nghiên cứu khác sử dụng các mô hình mã nguồn mở như Vũ Thanh
Ca và nnk (2008) sử dụng và phát triển mô hình POM của Hoa Kỳ để ứng dụng tính
toán nước dâng do bão có tính tới ảnh hưởng của thuỷ triều. Trong luận án của
Nguyễn Xuân Hiển đã ứng dụng mô hình SMS để xây dựng quy trình tính mực nước

tổng cộng có xét đến nước dâng do sóng. Trong đó nước dâng do sóng được tính toán
bằng công thức giải tích dựa theo mối liên hệ với độ cao và chu kỳ sóng có nghĩa
ngoài khơi của Longuet-Higgins và Stewart (1963).
Gần đây, nước dâng do bão ở Việt Nam được tập trung theo hướng tính toán các
giá trị và nguy cơ theo các kịch bản cho tương lai. Tiêu biểu theo hướng nghiên cứu
này có thể kể đến các công trình của Bùi Xuân Thông và Nguyễn Văn Lai (2008),
Đinh Văn Ưu và nnk (2010), Đinh Văn Mạnh và nnk (2011). Trong nghiên cứu về
21


đánh giá hiện trạng và nguy cơ nước dâng do bão, tác giả Đinh Văn Ưu và nnk (2010)
đã kết hợp nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp thống kê, mô hình số trị để
tính toán và phân tích mực nước biển cực trị có tính đến mực nước biển dâng do tác
động của biến đổi khí hậu tại các khu vực ven bờ biển và hải đảo Việt Nam. Trong đề
tài “Nghiên cứu để cập nhật, chi tiết hóa bộ số liệu cơ bản về triều, nước dâng dọc bờ
biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam phục vụ tính toán thiết kê, nâng cấp tuyến đê
biển” do PGS. TS. Đinh Văn Mạnh làm chủ nhiệm đã tính toán, xây dựng một bộ số
liệu cơ bản về thủy triều, nước dâng do bão và mực nước tổng hợp do thủy triều và
nước dâng do bão dọc bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam. Trong đó, tập hợp số
liệu bão phát sinh thống kê được xây dựng theo phương pháp Monte Carlo dựa trên
phân bố xác suất của các tham số bão đã xuất hiện trong quá khứ. Nghiên cứu của
Nguyễn Xuân Hiển (2014) đã đề cập tới tính toán mực nước cực trị trong bão cho khu
vực ven biển Hải Phòng theo hiện trạng và tương lai cho các kịch bản về nước biển
dâng do biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu về mực nước trong bão và trong thời kỳ gió mùa, các thành phần
đóng góp như nước dâng, thủy triều cũng như mối quan hệ tương tác giữa các thành
phần trên là vấn đề nhận được sự quan tâm của cộng đồng khoa học trên thế giới và ở
Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu về biến động mực nước đã được tổng quan thể hiện
sự phát triển có tính lôgic và kế thừa, từ các vấn đề đơn giản đến phức tạp, từ các
nghiên cứu thống kê giản đơn ban đầu, đến các mô hình mô phỏng các thành phần

riêng lẻ và sau đó là mô hình mô phỏng tương tác giữa các thành phần. Đồ án này của
em đã phần nào mô phòng lại được trường mực nước và trường dòng chảy tại khu vực
Vịnh Bắc Bộ nhằm để đánh giá được chế độ thuỷ hải văn tại khu vực và phục vụ cho
sự phát triển kinh tế - xã hội.
1.3. Tổng quan về mô hình Mike
1.3.1. Mô hình
Trên thế giới và trong nước hiện có nhiều mô hình thủy động lực đang được áp
dụng cho nhiều mục đích khai thác khác nhau như nghiên cứu, quy hoạch và thiết kế
hệ thống công trình…, tiêu biểu có thể kể đến là DELFT 3D (Hà Lan), MIKE (Đan
Mạch), EFDC (Mỹ),… Tuy nhiên, mỗi mô hình đều có những ưu nhược điểm riêng và
cho đến nay vẫn chưa có một đánh giá toàn diện và chi tiết về khả năng áp dụng của
các mô hình nói trên.
Mô hình Mike là hệ thống phần mềm thủy hải văn, thủy lực sông biển chuyên
nghiệp nổi tiếng của Viện Thủy Lực Đan Mạch bao gồm :
22


Hệ thống MIKE 11: giải quyết đầy đủ các bài toán thủy lực 1 chiều (1D) như
tính toán vận tốc, lưu lượng, dao động mưc nước ở khu vực ảnh hưởng thủy triều có
xét đến ảnh hưởng của mưa trên lưu vực, tác động của các công trình thủy, sự lan
truyền chất,…
Hệ thống MIKE 21: mô hình dòng chảy mặt 2D, được ứng dụng để mô phỏng
các quá trình thủy lực và các hiện tượng về môi trường trong các hồ, các vùng cửa
sông,vùng vịnh, vùng ven bờ và các vùng biển.
Hệ thống MIKE 3: đây là hệ thống các chương trình phát triển dựa trên các
nghiên cứu khoa học gần đây, tính toán dòng chảy và bùn cát 3 chiều (3D). Hệ thống
này có thể mô phỏng rất tốt sự phân bố dòng chảy và bùn cát theo không gian 3 chiều,
rất thích hợp để nghiên cứu với độ chính xác cao bài toán sa bồi, xói lở ở các đoạn
sông và đặc biệt rất thích hợp để áp dụng cho các vấn để xói lở của các đoạn sông
cong, cửa sông và ven biển.

Hệ thống MIKE Flood: mô hình thuỷ động lực học dòng chảy kết nối 1&2
chiều, có khả năng mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, cửa sông, vịnh và ven
biển, cũng như mô phỏng dòng không ổn định hai chiều ngang trên đồng bằng ngập lũ.
Ngoài ra còn có hệ thống MIKE 21/3 Module, MIKE She, Litpack.
Sau khi cân nhắc so sánh các mô hình toán có thể áp dụng cho khu vực phù hợp
với mục tiêu đồ án tác giả đã chọn mô hình Mike.Các mô đun Mike 21 cho phép mô
phỏng toàn cảnh bức tranh thủy động lực trên toàn miền nghiên cứu, thay vì chỉ tại
một vài điểm như số liệu đo đạc.
1.3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình dòng chảy Mike 21FM
Mike 21 FM, do DHI Water & Enviroment phát triển, là hệ thống mô hình mới
cơ bản trong cách tiếp cận mắt lưới linh hoạt. Hệ thống mô hình được phát triển cho
việc ứng dụng nghiên cứu hải dương học, môi trường vùng cửa sông ven biển. Mô
hình gồm có phương trình liên tục, phương trình mômen, phương trình mật độ,
phương trình độ mặn.
Mô hình Mike 21 FM bao gồm các module sau:
Module thủy động lực học
Module vận chuyển tính toán vận chuyển bùn cát
Module sinh thái
Module giám sát chất điểm
Module thủy động lực học là thành phần tính toán cơ bản của hệ thống mô hình
Mike 21 FM, cung cấp chế độ thủy lực cơ bản cho khu vực tính toán.
23


 Cơ sở lý thuyết module thủy động lực
Modul thủy lực cơ bản trong phương pháp số của các phương trình nước nông 2
chiều - độ sâu - phương trình kết hợp Navier - Stoke lấy trung bình hệ số Renold
không nén. Nó bao gồm các phương trình liên tục, phương trình động lượng, nhiệt độ,
độ mặn và phương trình mật độ. Theo chiều nằm ngang cả hệ tọa độ Đề các và hệ tọa
độ cầu đều được sử dụng.

Hệ phương trình cơ bản của chương trình tính toán được xây dựng trên cơ sở 2
nguyên lý bảo toàn động lượng và bảo toàn khối lượng. Kết quả đầu ra của nghiên cứu
là tập hợp các bộ nghiệm mực nước và lưu tốc dòng chảy.
Phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng):
+ +=0
Phương trình bảo toàn động lượng theo phương X:
+ + ++ [+]

- Ωq - + () = 0

Phương trình bảo toàn động lượng theo phương Y:
+ + ++ [+]

- Ωp - + ( =0

Các ký hiệu sử dụng trong công thức:
h (x,y,t): Chiều sâu nước (m)
(x,y,t): Cao độ mặt nước (m)
p,q (x,y,t): Lưu lượng đơn vị dòng theo các hướng X, Y (m3/s/m)= uh, vh
u,v: u,v = lưu tốc trung bình chiều sâu theo các hướng X,Y
C (x,y): Hệ số Chezy (m1/2/s).
g: Gia tốc trọng trường (m/s2)
f(V): Hệ số nhám do gió
V; Vx; Vy(x,y,t): Tốc độ gió và các tốc độ gió thành phần theo các hướng X, Y
Ω(p,q): Thông số Coriolis phụ thuộc vào vĩ độ (s-1)
: Áp suất khí quyển (kg/m2/s)
24


ρw: Khối lượng riêng của nước (kg/m3)

x, y: Tọa độ không gian (m)
t: Thời gian (s)
τxx, τxy, τyy : Các thành phần của ứng suất tiếp hiệu dụng.
1.3.3.Cơ sở lý thuyết công cụ MIKE21 Toolbox tính toán mực nước triều
Mike 21 Tool tidal nghiên cứu về các đặc điểm triều cần thiết cho các công cụ
dự báo triều, đặc biệt liên quan đến điều kiện biên, hiệu chuẩn và xác nhận của mô
hình thủy động lực, cũng như các dự báo dài hạn của thủy triều. Các chương trình này
dựa trên một số các công trình tiên tiến nhất về nghiên cứu triều ( Doodson, Godin ).
Các phương pháp nghiên cứu chỉ ra bốn thành phần chính ảnh hưởng đến triều là M2,
S2, O1, K1. Ngoài ra còn có thành phần chủ yếu được liệt kê và giải thích ở bảng sau
Bảng 1.1: Các thành phần thủy triều
Ký hiệu

Thành phần chủ yếu

Tốc độ góc

Chu kì T(giờ )

Wi(o/ giờ )

(=360o/Wj)

M2

Bán nhật triều chính mặt trăng

28.98410

12.42

S2

Bán nhật triều chính mặt trời

30.00000

12.00

N2

Bán nhật triều Elip mặt trăng

28.4397

12.66

30.0821

11.97

15.04107

23.93

13.94303

25.82

14.9589

24.07

K2

K1

O1

P1

Bán nhật triều do quỹ đạo nghiêng
giữa mặt trăng- mặt trời
Nhật triều do độ nghiêng mặt trăng
trên quỹ đạo mặt trời
Nhật triều do độ nghiêng của mặt
trăng
Nhật triều mặt trời do mặt phẳng
nghiêng
25