Đánh giá đặc trưng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng : Luận văn ThS. Hải dương học: 60 44 97

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
oo

TRẦN ANH TÚ

ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC
CỬA SƠNG VEN BIỂN HẢI PHỊNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN ANH TÚ

ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC
CỬA SƠNG VEN BIỂN HẢI PHỊNG
Chun 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
2

MỤC LỤC

NGHĨA CỦA CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ .........................................................................................................ii
DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................................iv
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
KHU VỰC HẢI PHỊNG.......................................................................................................5
I.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ....................................................................................5
I.1.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước.........................................................................5
I.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .........................................................................6
I.2. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu .....................................................................8
I.2.1. Chế độ khí hậu, khí tượng ....................................................................................9
I.2.2. Thủy văn, hải văn .................................................................................................10
I.2.3. Đặc điểm trầm tích ...............................................................................................12
CHƯƠNG II. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ....................................................................15
II.1. Tài liệu ......................................................................................................................15
II.1.1. Địa hình ...............................................................................................................15
II.1.2. Khí tượng .............................................................................................................15
II.1.3. Thủy hải văn ........................................................................................................16
II.1.4. Trầm tích lơ lửng.................................................................................................17
II.2. Phương pháp .............................................................................................................17
II.2.1. Mơ hình thủy động lực ........................................................................................17
II.2.2. Mơ hình lan truyền trầm tích lơ lửng ..................................................................20
4


CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA
SƠNG VEN BIỂN HẢI PHỊNG ..........................................................................................22

III.1. Phân bố TTLL theo thời gian ..................................................................................22
III.2. Đặc điểm TTLL khu vực các sơng Hải Phịng ........................................................26
III.3. Đặc điểm TTLL khu vực xa bờ Hải Phịng .............................................................27
CHƯƠNG IV. MƠ PHỎNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SƠNG VEN
BIỂN HẢI PHỊNG BẰNG MƠ HÌNH DELFT3D ..............................................................31
IV.1. Triển khai mơ hình thủy động lực ...........................................................................31
IV.2. Triển khai mơ hình lan truyền trầm tích lơ lửng .....................................................35
IV.3. Kết quả tính tốn .....................................................................................................37
IV.3.1. Dịng chảy ..........................................................................................................37
IV.3.2. Trầm tích lơ lửng ...............................................................................................44
KẾT LUẬN ............................................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................54
PHỤ LỤC ...............................................................................................................................57

5


NGHĨA CỦA CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT:

Bộ Tài nguyên và Môi trường

GHCP:

Giới hạn cho phép

KHCN:

Khoa học và Công nghệ

QCVN10:2008:

Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ

SBEACH:

Mô phỏng tác động của các yếu tố động lực làm biến động
vùng bãi ven bờ gây biến đổi đường bờ và xói lở (Storminduced BEAch CHange model)

TTLL:

Trầm tích lơ lửng

UNIBEST:

Mơ phỏng vận chuyển bùn cát và biến đổi đường bờ
(UNIform BEach Sediment Transport)

Viện KH&CNVN: Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Viện TN&MTB: Viện Tài nguyên và Môi trường biển

6


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1.: Số lượng bão ở khu vực Hải Phịng (1945-2007)………….………………………….…. 11
Hình 1.2.: Sơ đồ phân bố trầm tích đáy khu vực nghiên cứu………….………………………….….14
Hình 2.1.: Hoa gió Trạm Hịn Dấu………….………………………………………………………………….….16
Hình 2.2.: Lưới so le trong mơ hình thủy động lực………………………………………………….…… 19

Hình 3.1.: Vị trí và tọa độ điểm quan trắc TTLL và khu vực lân cận………………….…….…. 23
Hình 3.2.: Biểu đồ giá trị TTLL trung bình mùa (1996-2010) khu vực Đồ Sơn….…….. 23
Hình 3.3.: Đồ thị giá trị trung bình năm của TTLL và tổng lượng mưa năm khu vực
Hải Phịng (1996-2010)……………………………………………………………………………………..…….…….. 24
Hình 3.4.: Nồng độ TTLL trung bình 10 năm và theo tầng trong khu vực ven bờ phía
bắc Việt Nam……………………………………………………………………………………………………..…….…….. 25
Hình 3.5.: Biến động nồng độ TTLL trung bình theo mùa trong khu vực ven bờ phía
bắc Việt Nam……………………………………………………………………………………………………..…….…….. 25
Hình 3.6.: Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sơng ven biển
Hải Phịng vào mùa khơ……………………………………………………………………………………..…….……. 26
Hình 3.7.: Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sơng ven biển
Hải Phịng vào mùa mưa……………………………………………………………………………..………..………. 27
Hình 3.8.: Sơ đồ thu mẫu TTLL xa bờ khu vực Hải Phòng…………..……………………….….…. 28
Hình 3.9.: Phân bố TTLL theo khơng gian khu vực nghiên cứu trong mùa khơ…...….…. 30
Hình 3.10.: Phân bố TTLL theo không gian khu vực nghiên cứu trong mùa mưa…....…. 30
Hình 4.1.: Trường độ sâu vịnh Bắc Bộ (a) và lưới khu vực nghiên cứu (b).……….…..….…31
Hình 4.2.: Trường độ sâu và trạm (B2) đo đạc kiểm chứng mơ hình....……………….…….… 32
Hình 4.3.: Đường quá trình mực nước giữa thực đo và kết quả tính từ mơ hình tại
Trạm Hịn Dấu………………………………..…………………………………………………………………….…….….34
Hình 4.4.: Vận tốc dịng chảy (mùa khơ) theo kết quả tính tốn mơ hình và số liệu
quan trắc tại trạm kiểm chứng B2……………………………..………………………………………….…….…. 35
Hình 4.5.: Hàm lượng TTLL (mùa khơ) theo kết quả tính tốn mơ hình và số liệu
quan trắc tại trạm kiểm chứng B2……………………………..………………………………………….…….…. 37
7


Hình 4.6.: Trường dịng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 08h ngày 05/3/2010
(mùa khơ)………..………………………………………………………………………………………………….….…….….39
Hình 4.7.: Trường dịng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 01h ngày 10/3/2010
(mùa khơ)………..………………………………………………………………………………………………….….…….….39

Hình 4.8.: Trường dịng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 07h ngày 19/3/2010
(mùa khơ)………..………………………………………………………………………………………………….….…….….40
Hình 4.9.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 18h ngày 20/3/2010
(mùa khơ)………..………………………………………………………………………………………………….….…….….40
Hình 4.10.: Trường dịng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 03h ngày 07/8/2010
(mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 42
Hình 4.11.: Trường dịng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 19h ngày 12/8/2010
(mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 42
Hình 4.12.: Trường dịng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 02h ngày 20/8/2010
(mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 43
Hình 4.13.: Trường dịng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 17h ngày 25/8/2010
(mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 43
Hình 4.14.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mơ hình lúc thủy triều lên (mùa khơ)……..….. 45
Hình 4.15.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mơ hình lúc đỉnh triều (mùa khơ)……………….. 45
Hình 4.16.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mơ hình lúc thủy triều xuống
(mùa khơ)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 46
Hình 4.17.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mơ hình lúc chân triều (mùa khơ)………………. 46
Hình 4.18.: Hàm lượng TTLL lúc 23 giờ ngày 31/3/2010 (mùa khơ)…………………….……. 47
Hình 4.19.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mơ hình lúc thủy triều lên (mùa mưa)………... 50
Hình 4.20.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mơ hình lúc đỉnh triều (mùa mưa)……………… 50
Hình 4.21.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mơ hình lúc thủy triều xuống
(mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 51
Hình 4.22.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mơ hình lúc chân triều (mùa khơ)………………. 51
Hình 4.23.: Hàm lượng TTLL lúc 23 giờ ngày 31/8/2010 (mùa mưa)…………………….……52

8


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1.: Mực nước triều (cm) đặc trưng tại Trạm Hòn Dấu trong nhiều năm (19602007)………….…………………………………………………………………………………………….………………….…. 11
Bảng 1.2.: Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sơng Hải Phịng…………………………..……..… 13
Bảng 3.1.: Hệ số vượt GHCP (QCVN10:2008) của giá trị TTLL trung bình năm khu
vực nghiên cứu…………………………………………………………………………………………………………....… 24
Bảng 3.2.: TTLL trung bình (mg/l) của nước biển Hải Phịng vào mùa khô (tháng
3/2009) và mùa mưa (tháng 7/2009)…………………………………………………………………….……..… 29
Bảng 4.1.: Các thơng số được sử dụng cho mơ hình thủy động ……………………………….… 33
Bảng 4.2.: Lựa chọn giá trị TTLL (mg/l) trung bình mùa tại biên lỏng…………………….…. 36
Bảng 4.3.: Các tham số được sử dụng cho mơ hình lan truyền trầm tích lơ lửng……..…. 36

9


MỞ ĐẦU

Các hiện tượng sa bồi luồng cảng, cửa sông, xói lở-bồi tụ bờ biển, độ đục
trong nước gia tăng làm ảnh hưởng đến chất lượng nước các bãi tắm, khu ni
trồng thủy sản đều liên quan đến trầm tích lơ lửng (TTLL). Ngồi ra, những khu
vực có giá trị hàm lượng TTLL cao làm ảnh hưởng tới tầm nhìn xuyên suốt của
khối nước, sự quang hợp của thực vật và sự sống của các lồi sinh vật trong mơi
trường nước.
Thành phố cảng Hải Phịng mỗi năm đều có sự đóng góp quan trọng của hai
ngành kinh tế đặc trưng là dịch vụ cảng biển và du lịch. Tuy nhiên, do đặc thù
địa lý của vùng cửa sông, khu vực ven biển thành phố Hải Phòng chịu ảnh hưởng
nặng nề của dòng vật chất từ lục địa đưa ra qua các hệ thống sơng Thái Bình,
sơng Hồng. Trong các dịng vật chất đó, dịng trầm tích lơ lửng có cơ chế rất
phức tạp do cả nguyên nhân tự nhiên (dòng chảy, sóng, xói lở bờ) và con người
(nạo vét luồng, khai hoang lấn biển, phá rừng ngập mặn nuôi trồng thủy sản) gây
ra. Sa bồi luồng vào cảng Hải Phòng đang có xu hướng gia tăng đi kèm việc chi
phí cho việc nạo vét luồng lạch rất tốn kém. Theo thống kê của Cảng vụ Hàng

hải Hải Phòng (2005), khối lượng nạo vét luồng vào cảng Hải Phòng năm 2003
và 2004 tương ứng là 2.394.000m3 và 2.854.000m3 [29]. Chi phí cho việc nạo vét
luồng hàng năm tốn kém hàng chục tỷ đồng, hiệu quả kinh doanh tăng không
nhiều. Mặt khác, quá trình nạo vét ở các luồng vào cảng diễn ra thường xuyên
khiến cho bùn cát và các vật chất ô nhiễm đã lắng xuống lại bị đưa lên, hòa tan
trong nước làm gia tăng các nguy cơ gây ô nhiễm đến môi trường nước và các hệ
sinh thái xung quanh [2]. Mặt khác, dòng vật chất này làm ảnh hưởng đến chất
lượng các bãi tắm Đồ Sơn và khu nuôi trồng hải sản đảo Cát Bà làm giảm hiệu
quả đáng kể về mặt kinh tế. Ngoài ra hiện nay thành phố Hải Phịng có kế hoạch
thực hiện dự án đê quai lấn biển phục vụ xây dựng Sân bay Quốc tế vùng tại ven
bờ Tiên Lãng. Việc này ít nhiều sẽ làm thay đổi cơ chế dòng chảy, vận chuyển
trầm tích lơ lửng của các sơng Văn Úc và Thái Bình nói riêng và vùng cửa sơng
ven bờ Hải Phịng nói chung [5]. Bởi vậy, việc đánh giá TTLL vùng cửa sông
10


ven biển Hải Phòng là điều cần thiết. Với mục tiêu của luận văn là mơ phỏng
hiện trạng trầm tích lơ lửng theo mùa khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Học
viên đã đánh giá và lựa chọn số liệu thu thập được từ các tài liệu nghiên cứu từ
trước đến nay về trầm tích lơ lửng làm số liệu đầu vào cho mơ hình tính.
Nội dung chính của luận văn được trình bày thành 04 chương:
Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điều kiện tự nhiên khu vực
Hải Phòng
Chương 2: Tài liệu và phương pháp
Chương 3: Đánh giá hiện trạng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven
biển Hải Phịng.
Chương 4: Mơ phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển
Hải Phịng bằng mơ hình delft3d.

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

11


VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HẢI PHÒNG

I.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
I.1.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Nghiên cứu sự phân bố trầm tích lơ lửng vùng cửa sơng ven biển đã được
các nhà khoa học ngồi nước quan tâm từ hàng trăm năm nay và đạt được rất
nhiều thành tựu quan trọng. Các kết quả nghiên cứu này đã được áp dụng phục
vụ cho việc bảo vệ các cơng trình ven bờ và phát triển mơi trường bền vững.
Những nghiên cứu lý thuyết về trầm tích (vận chuyển) đáng kể như các
cơng trình của H.A. Einstein (1950), Krone và Partheniades (1962, 1968), E.W.
BijJker (1967, 1971), Leo C. Van Rijn (1993), J.W. Vander Meer (1990),
Richard Soulsby (1997). Các kết quả nghiên cứu được khái quát hóa mang tính
phương pháp luận, viết thành các ”cẩm nang” sử dụng [27]. Có thể kể ra một số
những kết quả nghiên cứu đã được khái quát hóa thành sách. Đó là ”Động lực
gần bờ và các quá trình bờ: Lý thuyết, đo đạc và các mơ hình dự báo” của
Horikawa K., 1978, ”Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho các ứng dụng thực
tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sơng, cửa sơng hình phễu và biển
ven bờ” của Richard S., 1997, hay ”Các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sơng,
cửa sơng và ven biển” của Leo C. Van Rijn, 1993 [13]. Trong những năm gần
đây, với sự hỗ trợ của cơng cụ máy tính, việc nghiên cứu các q trình động lựcmơ phỏng phân bố trầm tích đã có những bước phát triển cao hơn: đó là xây
dựng các mơ hình vật lý, mơ hình tốn. Đi tiên phong trong nghiên cứu vấn đề
này là những nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Đan Mạch,
Nhật Bản.
Do sự tương tác của các quá trình thủy và thạch động lực mà kết quả cuối
cùng của sự tương tác này là sự tạo ra những dạng địa hình khác nhau, phụ thuộc
vào hàng loạt các yếu tố thạch động lực như kích thước, hình dạng hạt vật liệu, tỉ
trọng, mức độ gắn kết của vật liệu, độ dốc địa hình,... và các yếu tố thủy động

lực: sóng, dịng chảy biển, sơng... là các yếu tố luôn biến đổi theo thời gian,
không gian. Bởi những lý do trên nên các mơ hình số được thiết lập để tính tốn
sự tương tác của các q trình thủy-thạch động lực, đa phần, có liên quan đến
12


các công thức thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm. Cho nên nhu cầu có những
phịng thí nghiệm để thiết lập và kiểm tra tính đúng đắn của các mơ hình vật lý là
rất cần thiết. Từ đó phương pháp thí nghiệm và mơ hình vật lý ra đời và phát
triển mạnh mẽ. Có rất nhiều nước trên thế giới có những phịng thí nghiệm hiện
đại đủ khả năng mơ phỏng lại các quá trình thủy-thạch động lực trong những khu
vực nghiên cứu cụ thể. Do vậy các kết quả tính tốn bằng mơ hình số thể hiện
bức tranh tổng thể về đối tượng nghiên cứu mà thực tế phải điều tra khảo sát rất
tốn kém mới có được. Ngồi ra, trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển
của cơng nghệ thơng tin, siêu máy tính, hàng loạt các mơ hình số trị ra đời, dần
trở thành các cơng cụ hữu hiệu và ưu thế trong nghiên cứu thủy động lực và chất
lượng nước. Các kết quả của các mơ hình tốn này cho chúng ta cái nhìn tổng
quan về đối tượng nghiên cứu cũng như cơ chế hình thành, phát triển và biến đổi
trong mối quan hệ với các đối tượng khác có liên quan, từ đó có thể đưa ra cách
ứng xử khôn ngoan đối với thiên nhiên.
Theo hướng mơ hình hóa có 2 loại mơ hình: Mơ hình vật lý và mơ hình
tốn. Những trung tâm, viện hàng đầu về nghiên cứu, tính tốn, dự báo các q
trình thủy-thạch động lực, có thể kể đến là: Trung tâm Thủy lực Hà Lan (Delft
Hydraulics) với bộ các phần mềm DELFT3D, UNIBEST; Viện Thủy lực Đan
Mạch (Danish Hydraulic Instiute-DHI) nổi tiếng với các phần mềm: MIKE 21,
MIKE 3,... hay Trung tâm Nghiên cứu Cơng trình Ven bờ thuộc Qn đội Mỹ
(Coastal Engineering Research Center-CERC) có các mơ hình GENESIS,
SBEACH; mơ hình TELEMAC (Pháp),... đều ứng dụng tốt cho tính tốn dịng
chảy, sóng, vận chuyển bùn cát, biến động địa hình đáy biển, đường bờ, bồi lấp
cửa sơng. Ngồi ra, một số các mơ hình có mã nguồn mở như COHERENS (Bỉ),

SHYFEM (Italia)... cũng phát triển không kém các phần mềm nói trên.
I.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng và các quá trình động lực bằng mơ
hình hóa ở Việt Nam đã được bắt đầu phát triển từ khoảng đầu năm 1980 [10].
Các mơ hình thường được thiết lập để tính tốn các yếu tố thủy động lực nhiều
hơn các yếu tố thạch động lực. Sự gắn kết giữa hai quá trình thủy và thạch động
lực trong các mơ hình của chúng ta cịn bị hạn chế. Do đó, các kết quả tính bằng
13


mơ hình của chúng ta rất khó được kiểm chứng trên cả hai phương diện trong
phịng thí nghiệm và ngồi hiện trường. Ở Việt Nam phương pháp mơ hình số trị
nghiên cứu TTLL chỉ phát triển ở mức cơ sở phục vụ mục tiêu riêng lẻ trong
nước chứ chưa được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi ở cấp quốc tế. Vấn đề
nghiên cứu TTLL ở Việt Nam được chú trọng trong Chương trình Biển KT.03
(1991-1995); KHCN.06 (1996-2000); TTLL liên quan đến xói lở bờ biển cịn
được đặt ra trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp nhà nước và trong chương trình
biển giai đoạn 2001-2005. Ngồi ra nhiều đề tài, dự án liên quan đến TTLL được
thực hiện tại các cấp. Các tác giả Trần Hồng Thái [18], Đinh Văn Ưu [28],
Nguyễn Thọ Sáo [16] đã ứng dụng và phát triển một số phương pháp và mơ hình
tính tốn động lực và vận chuyển trầm tích cho một số vùng cửa sơng ven biển
(Cửa Ơng-Quảng Ninh, Cửa Tùng-Quảng Trị, Hải Phòng) Việt Nam. Các nghiên
cứu này chú trọng vào động lực học của lớp gần đáy để cải tiến phương pháp
tính bán thực nghiệm đã có. Mục đích là làm chính xác hơn các cơng thức bán
thực nghiệm của các tác giả nước ngồi để tính dịng vật liệu ven bờ. Các tác giả
thuộc Viện Hải dương học, Nha Trang, tiêu biểu Bùi Hồng Long đã nghiên cứu
vùng Phan Rí, Hàm Tiến, Phước Thể với mục tiêu cung cấp các thông số kỹ
thuật, đưa ra các phương án thiết kế và thi cơng đê, kè chống xói lở [14]. Các tác
giả thuộc Viện cơ học đã ứng dụng những mơ hình thủy-thạch động lực tổng hợp
nhiều yếu tố để tính tốn q trình vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy

vùng ven bờ là rất đáng ghi nhận theo hướng mơ hình hóa để nghiên cứu biến
động bờ biển và vùng cửa sơng. Các tính tốn của nhóm cịn đi sâu, chi tiết vào
việc tính cặp các yếu tố thủy-thạch động lực như sóng, dịng chảy, mực nước vào
nghiên cứu biến đổi đáy. Ngoài ra, các tác giả còn đưa ra những tổng kết về các
phương pháp tính tốn vận chuyển bùn cát và các mơ hình tính biến động đường
bờ và những kết quả áp dụng cụ thể cho nhiều vùng xói lở dọc bờ biển Việt Nam
như vùng Hải Hậu, Nam Định, Hồ Tàu-Định An, Trà Vinh, Gành Hào, Bạc Liêu.
Các tác giả thuộc Viện Địa lý đã nghiên cứu rất sâu về xói lở và bồi tụ, đặc biệt
là khu vực ven biển Miền Trung. Trong những năm gần đây Nhà nước đã cho
triển khai nhiều đề tài nghiên cứu, ứng dụng về các q trình thủy-thạch động
lực và xói lở, bồi tụ chẳng hạn như: Ứng dụng các mơ hình WAM, STWAVE để
14


dự báo sóng trong đề tài KC.09.04; Các đề tài KT.03.14, KHCN.06.08 (19962000), KC.09.05 (2001-2005) tiến hành nghiên cứu, dự báo q trình xói lở-bồi
tụ bờ biển và cửa sơng Việt Nam; dự án Việt Nam-Thụy Điển (2004-2007):
nghiên cứu xói lở bờ biển Hải Hậu, Nam Định, dự án đã ứng dụng nhiều mơ
hình về sóng, vận chuyển bồi tích; Đề tài cấp nhà nước KHCN-06-10. ”Cơ sở
khoa học và các đặc trưng đới bờ phục vụ yêu cầu xây dựng cơng trình biển ven
bờ” do Viện Cơ học chủ trì. Các đề tài trên ngồi việc đo đạc thực địa đã xây
dựng và áp dụng các mơ hình nhằm tính tốn các q trình sóng, dịng chảy, vận
chuyển trầm tích, biến đổi địa hình bãi, đường bờ,... nhằm lý giải các nguyên
nhân gây ra các tác động môi trường trên. Các tác giả thuộc Viện TN&MTB đã
ứng dụng mô hình DELFT3D để nghiên cứu các vấn đề có liên quan đến TTLL
ở các khu vực khác nhau như Quảng Ninh [20], Hải Phịng [1], Thái Bình và
Nam Định [23]. Các nghiên cứu này đã giúp cho các nhà quản lý địa phương nói
trên có cách nhìn một cách tổng thể về mối quan hệ giữa phát triển kinh tế - xã
hội, quản lý tổng hợp dải ven bờ và bảo vệ mơi trường biển. Vấn đề nghiên cứu
trầm tích lơ lửng vùng cửa sơng Hải Phịng cũng đã có một số kết quả nhất định
[21, 26, 28]. Tuy nhiên những kết quả này được nhận định của các chuyên gia về

đặc trưng trầm tích lơ lửng ở một phạm vi hẹp mà chưa có cách nhìn một cách
tổng quan về phạm vi không gian cũng như biến đổi theo thời gian (hàng chục
năm).
I.2. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu
Thành phố Hải Phòng nằm ở bờ tây vịnh Bắc Bộ thuộc phía đơng vùng
dun hải Bắc Bộ, cách Hà Nội 102 km, diện tích tự nhiên khoảng 152.318 ha,
giới hạn trong khoảng 20030’39”-21001’15” vĩ độ Bắc, 106023’39”-107008’39”
kinh độ Đơng [9]. Bờ biển ven bờ 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 sơng đổ ra.
Vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng có độ sâu khơng lớn, độ dốc nhỏ. Bề mặt đáy
biển được cấu tạo bởi các thành phần hạt mịn, có nhiều lạch sâu vốn là những
lịng sơng cũ nay dùng làm luồng lạch ra vào của tàu thuyền [19, 22].
I.2.1. Chế độ khí hậu, khí tượng
15


Khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng nằm trong vùng ảnh hưởng của khí
hậu nhiệt đới gió mùa, về cơ bản có thể chia thành hai mùa: mùa đơng (từ tháng
11 năm trước đến tháng 3 năm sau) có đặc điểm lạnh, khơ và mưa ít trong khi
mùa hè (tháng 4 đến tháng 10) có đặc điểm nóng, ẩm và mưa nhiều. Nhiệt độ
khơng khí trung bình năm ở khu vực này dao động trong khoảng từ 22,5-30,00C.
Mùa đông khá lạnh với nhiệt độ trung bình xuống dưới 20 0C. Mùa hè khá nóng
kéo dài 5 tháng, từ tháng V đến tháng IX, với nhiệt độ khơng khí trung bình dao
động trong khoảng từ 26,2 - 28,90C. Lượng mưa trung bình nhiều năm ở vùng
ven biển Hải Phịng khá lớn với giá trị từ 1.600 - 2.000mm. Tuy nhiên, lượng
mưa phân bố không đều mà chủ yếu tập trung vào các tháng mùa hè, cao nhất
vào tháng 8 đạt trên 200mm. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, lượng mưa khá
nhỏ, tổng lượng mưa chỉ đạt khoảng 300mm. Chế độ gió khu vực ven biển Hải
Phịng thể hiện rõ rệt sự ảnh hưởng hồn lưu chung của khí quyển và thay đổi
theo mùa. Về mùa đông thịnh hành gió hướng bắc và đơng bắc. Hàng tháng

trung bình có 3 - 4 đợt gió mùa đơng bắc, có tháng 5 - 6 đợt kéo dài 3 - 5 ngày.
Vận tốc gió trung bình dao động trong khoảng 3,2-3,7m/s, mạnh nhất có thể đạt
tới 25-30m/s. Vào mùa hè (khoảng từ tháng 5 đến tháng 9), chế độ gió ở khu vực
này chịu sự chi phối của hệ thống gió mùa tây nam, hướng gió chủ yếu là đơng
nam và nam. Tốc độ gió trung bình khoảng 3,5-4,0 m/s, cực đại đạt 20 - 25m/s.
Khu vực Hải Phòng trong giai đoạn 1945-2007, có 53 cơn bão ảnh hưởng
trực tiếp và các tỉnh/thành lân cận. Từ hình 1.1 cho thấy số lượng bão ảnh hưởng
đến khu vực Hải Phịng có sự dao động giữa các năm, có một số năm khơng có
cơn nào (1949, 1950, 1953…), những năm có một cơn chiếm đa số, đáng chú ý
là năm 1996 có tới 3 cơn ảnh hưởng đến khu vực Hải Phòng, một số năm có 2
cơn. Đường trung bình trượt 5 năm cho thấy bão giai đoạn 1989 - 1992 bão hoạt
động mạnh nhất trung bình 1,75 cơn, giai đoạn 1958 - 1959 khơng có cơn nào.
Nhìn chung bão ở khu vực Hải Phịng có xu hướng tăng nhưng tăng chậm so với
Việt Nam.

16


4

Số cơn bão

3

2

1

0
1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Năm

Tổng
TB trượt 5 năm
Linear (TB trượt 5 năm)

Hình 1.1. Số lượng bão ở khu vực Hải Phòng (1945 - 2007) [8]
I.2.2. Thủy văn, hải văn
 Thủy văn sông
Khu vực nghiên cứu chịu tác động trực tiếp từ nguồn cung cấp nước và
trầm tích của các sơng chính chảy vào. Các sơng này đều là phần hạ lưu cuối
cùng trước khi đổ ra biển của hệ thống sơng Thái Bình, gồm các sơng Bạch
Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Đây là các sơng có hướng chảy
chủ yếu là tây bắc-đông nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, phù sa bồi đắp
ngày càng nhiều, nhất là ở vùng cửa sơng, vài đoạn hình thành các doi bãi hay
cồn cát. Các sơng lớn có cửa trực tiếp đổ ra biển vừa chịu ảnh hưởng của chế độ
dòng chảy thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều vịnh của khu
vực; càng gần cửa sơng, lịng sơng càng mở rộng, hai bờ được bồi đắp nhiều.
Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, một số vùng cửa sơng lắng đọng phù sa có
chiều hướng bị thu hẹp, gây khó khăn cho giao thơng thủy và thay đổi cấu trúc
dịng chảy sơng.
 Dao động mực nước
Thủy triều vùng ven biển Hải Phòng là nhật triều thuần nhất với biên độ
dao động lớn. Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một
chân triều (nước rịng). Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cường (spring
tide), mỗi chu kỳ kéo dài 11 - 13 ngày với biên độ dao động mực nước từ 2 - 4
17


m. Trong kỳ triều kém (neap tide) tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất

bán nhật triều tăng lên: trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều (cao, thấp). Tài liệu
quan trắc mực nước trong nhiều năm (1960 - 2007) tại trạm Hải văn Hòn Dấu
cho thấy: mực nước biển lớn nhất có thể đạt 4,21m (22/10/1985) và mực nước
biển nhỏ nhất là -0,07m (21/12/1964) (Bảng 1.1)
Bảng 1.1. Mực nước triều (cm) đặc trưng tại Trạm Hòn Dấu
trong nhiều năm (1960-2007)
Tháng
T. bình

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

183 179 179 180 183 185 187 188 196 206 201 191

Lớn nhất 399 379 351 368 385 401 418 396 418 421 402 403
Nhỏ nhất

-6

3

7

2

6

-1

0

7

14

9

2

-7

Nguồn: Đài KT-TV khu vực Đơng Bắc
 Dịng chảy ven biển
Dịng chảy ven bờ Hải Phòng là dòng chảy tổng hợp, gồm các thành phần
dịng chảy triều, gió, sóng, dịng chảy sơng và cả những tính chất của dịng chảy
vịnh Bắc Bộ. Dịng chảy ở các khu vực cửa sông thường chịu ảnh hưởng mạnh
của sơng, trong khi ở phía ngồi biển dịng chảy tầng mặt chủ yếu do gió gây ra.
Trong trường gió đơng bắc, dịng chảy tầng mặt dọc bờ có hướng thống trị là từ
bắc xuống nam còn trong trường gió đơng nam, dịng chảy tầng mặt dọc bờ thể
hiện nhiều hướng khác nhau tùy thuộc vào cường độ dòng chảy các sơng và địa
hình của bờ biển.
Trong số các thành phần tạo nên dòng chảy tổng hợp ở khu vực ven biển
Hải Phịng thì dịng chảy triều và thành phần nhật triều có vai trị quyết định.
Dịng nhật triều có độ lớn áp đảo, gấp 5 - 20 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều
lần dòng 1/4 ngày. Đặc điểm dòng chảy thường định hướng theo luồng lạch, cửa
sơng hoặc song song với đường bờ. Dịng chảy, chủ yếu dòng triều mạnh vào các
tháng 6, 7, 12, 1, yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9 trong năm. Khu vực ven bờ Đồ Sơn
- Lạch Tray, dòng chảy định hướng theo đường bờ và cửa sơng. Dịng chảy
xuống hướng đông, đông nam kéo dài 12 - 14 giờ, tốc độ cực đại 35cm/s, dòng
chảy lên hướng bắc, tây bắc, kéo dài 10 - 12 giờ, tốc độ cực đại 42cm/s. Ở khu
18


vực cửa Nam Triệu, do ảnh hưởng của sông, tốc độ dòng chảy xuống cực đại 90
cm/s và chảy lên cực đại 60 cm/s. Vùng ven bờ Cát Hải có sự lệch pha giữa thời
điểm bắt đầu nước lên và nước rút ở các điểm Bến Gót (ảnh hưởng nhiều hơn
của triều Hịn Gai) và Hồng Châu (ảnh hưởng nhiều hơn của triều Hịn Dấu).
Khu vực Hồng Châu thường muộn hơn 1 giờ. Dòng triều lên đến Gia Lộc rẽ hai
nhánh về phía Hồng Châu với tốc độ cực đại 90 cm/s và nhỏ hơn ở Bến Gót.

Dịng triều xuống hướng ngược lại, đạt cực đại 50 cm/s ở Bến Gót. Tại khu vực
đơng nam Cát Bà, dịng chảy cũng do dòng triều quyết định, hướng chảy phức
tạp, tốc độ chỉ 8 - 12 cm/s, nơi mạnh 20 - 30 cm/s và có thể đạt đến trên 50 cm/s
ở các lạch hẹp. Vào mùa hè dòng đục hướng tây nam từ Đồ Sơn lên làm ảnh
hưởng mạnh đến khu vực phía nam đảo Cát Bà. Ra xa bờ, dịng chảy triều yếu
dần đi và vai trò dòng chảy mùa thể hiện rõ ràng hơn. Mùa hè, dịng chảy hướng
đơng bắc tốc độ trung bình 10 - 15 cm/s, mùa đơng dịng chảy hướng tây nam,
tốc độ trung bình 20 - 30 cm/s [1, 2, 12].
 Sóng biển
Trên vùng biển khơi Hải Phịng, hướng gió thịnh hành nhất là gió đơng
bắc, tần suất từ tháng 9 năm trước tới tháng 4 năm sau từ 33,5% tới 62,0%; tần
suất bé nhất trong tháng 9 là 24,3%. Sóng ven biển Hải Phịng chủ yếu là sóng
truyền từ ngồi khơi đã bị khúc xạ và phân tán năng lượng do ma sát đáy. Từ
tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, hướng sóng thịnh hành trên vùng biển
phía bắc đảo Cát Bà là đơng bắc, tần suất lớn hơn 40%; vùng phía nam đảo Cát
Bà - Long Châu, sóng chuyển dần sang hướng đơng, tháng 3 sóng hướng đơng
thịnh hành nhất. Mùa hè, từ tháng 5 đến tháng 8, sóng hướng nam khống chế
trên toàn vùng biển, tần suất tới 43%. Tháng 7, tần suất sóng hướng đơng chiếm
tới 18%. Theo số liệu sóng quan trắc trong 3 năm (2005 - 2007) cho thấy độ cao
sóng lớn nhất quan trắc được là 3,69m vào 13h ngày 31/7/2005. Độ cao sóng
chiếm tần suất lớn nhất trong khoảng 0,25 - 1,0m, chủ yếu là sóng hướng đơng
và đơng bắc. Sóng có độ cao từ 3-4m chiếm tần suất nhỏ 0,15% [1, 2, 12].
I.2.3. Đặc điểm trầm tích
 Trầm tích lơ lửng
19


Trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sơng ven biển khu vực nghiên cứu do nhiều
nguồn cung cấp khác nhau nhưng nguồn chủ yếu là từ các sông đưa ra. Hàm
lượng trầm tích lơ lửng trong các sơng biến thiên trong khoảng rất rộng, từ 10

đến 1.000g/m3 trong năm. Hàm lượng bùn cát thay đổi theo khu vực và theo
mùa. Về mùa mưa hàm lượng trầm tích lơ lửng ở các vị trí khác nhau thay đổi
trong khoảng 53 - 215g/m3, trên sơng Bạch Đằng và phía ngồi cửa Nam Triệu
có giá trị khá nhỏ 80 - 100g/m3, cực đại đạt tới 700 - 964 g/m3 trên luồng Cửa
Cấm. Mùa khơ, hàm lượng trầm tích lơ lửng trung bình biến đổi trong khoảng 42
- 94g/m3, cực đại đạt 252 - 860g/m3 tập trung ở vùng cửa sơng phía ngồi do ảnh
hưởng khuấy đục đáy của sóng và dịng triều. Các kết quả nghiên cứu [12] về
trầm tích lơ lửng tại 5 sơng chính vùng ven biển Hải Phịng cho thấy hàm lượng
trầm tích lơ lửng ở sơng Cấm có giá trị lớn nhất, sau đó đến các sơng là Lạch
Tray, Văn Úc, Thái Bình và Bạch Đằng (Bảng 1.2). Hàm lượng trầm tích lơ lửng
trong mùa khơ có giá trị khá nhỏ (khoảng 50%) so với mùa mưa.
Bảng 1.2. Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sơng Hải Phịng [12]
Mùa mưa (mg/l)

Mùa khô (mg/l)

STT

Sông

Tầng mặt

Tầng đáy

Tầng mặt

Tầng đáy

1

Bạch Đằng

113,7

140,3

50,0

69,4

2

Cấm

176,3

247,8

79,5

94,8

3

Lạch Tray

144,5

195,7

65,4

98,0

4

Văn Úc

121,1

209,8

69,1

93,3

5

Thái Bình

120,0

200,0

87,4

95,5

 Trầm tích đáy
Phân bố các loại trầm tích đáy khu vực nghiên cứu từ khối tảng-tảng có kích

thước lớn hơn 1 mét đến 0,1 mét, sỏi trung có kích thước từ 2,5-5,0 mm, sỏi nhỏ
có kích thước từ 1,0-2,5 mm, cát lớn có kích thước từ 0,5-1,0 mm, cát trung có
kích thước từ 0,25-0,5 mm, cát nhỏ có kích thước từ 0,1-0,25 mm, bột lớn có
kích thước từ 0,05-0,10 mm, bùn bột nhỏ có kích thước từ 0,01-0,05 mm, bùn sét
bột và bùn sét có kích thước nhỏ hơn 0,01 mm (Hình 1.2).
20


Hình 1.2. Sơ đồ phân bố trầm tích đáy khu vực nghiên cứu [4]

21


CHƯƠNG II. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

II.1. Tài liệu
II.1.1. Địa hình
Số liệu độ sâu và đường bờ của khu vực ven biển thành phố Hải Phịng được
số hố từ các bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1: 50.000 do Cục Đo đạc Bản đồ xuất
bản, đây là những bản đồ mới xuất bản trong những năm gần đây với hệ tọa độ
nhà nước VN-2000. Các bản đồ này đã được qt vào máy tính, số hố và xử lý
bằng các phần mềm Acview, MapInfo. Độ sâu khu vực ven biển Hải Phòng, Cát
Bà còn được bổ sung cập nhật từ những số liệu đo sâu trong vài năm gần đây của
một số đề tài dự án khác đã thực hiện ở khu vực này. Ngoài ra, để thiết lập mơ
hình NESTHD, độ sâu phía ngồi khu vực ven biển thành phố Hải Phòng và lân
cận còn được tham khảo và bổ sung từ cơ sở dữ liệu địa hình ETOPO5 (Earth
Topography - 5 Minute) của Trung tâm Tư liệu Địa vật lí Quốc gia Mỹ NGDC
(National Geophysical Data Center) và GEBCO-1 (General Bathymetric Chart of
the Ocean (GEBCO) one minute) của Trung tâm tư liệu hải dương học vương
quốc Anh (British Oceanographic Data Centre-BODC).

II.1.2. Khí tượng
Trong q trình tính tốn, đã sử dụng số liệu gió của tháng 3 năm 2010 và
tháng 8 năm 2010 được quan trắc liên tục 6h/ ốp tại trạm Khí tượng Thủy văn
Hịn Dấu. Gió tháng 3 năm 2010 có đặc trưng hướng đơng chiếm tần suất
khoảng 53% (Hình 2.1), các hướng cịn lại có tần suất nhỏ; tốc độ gió cực đại có
giá trị 8 m/s (13 giờ ngày 03/3/2010). Gió tháng 8 năm 2010 có đặc trưng hướng
đơng nam và nam chiếm khoảng 35%, các hướng khác chiếm tần suất không
đáng kể; tốc độ gió cực đại có giá trị 20 m/s (13 giờ ngày 25/8/2010).

22


a) Tháng 3 năm 2010

b) Tháng 8 năm 2010

Hình 2.1. Hoa gió Trạm Hịn Dấu
II.1.3. Thủy hải văn
Những số liệu về khí tượng sử dụng trong mơ hình thuỷ động lực bao gồm
bức xạ mặt trời, độ ẩm tương đối, lượng mây, nhiệt độ khơng khí và gió. Đây là
những số liệu được đo đạc bởi Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn quốc gia ở các
trạm khí tượng thuỷ văn như Phủ Liễn, Hịn Dấu. Ngồi ra số liệu khí tượng
cung cấp cho mơ hình thuỷ động lực cũng được tham khảo thêm từ số liệu của
Trạm Quan trắc không khí của Viện Tài ngun và Mơi trường biển tại Hải
Phịng. Các đặc trưng trung bình theo mùa (mùa mưa và mùa khơ) của các yếu tố
khí tượng cũng được thu thập và tổng hợp để phục vụ đầu vào cho mơ hình.
Những số liệu về lưu lượng sơng được lấy từ chuỗi quan trắc từ các trạm cố
định trên các sơng Hải Phịng, ngồi ra số liệu dịng chảy đã được tham khảo từ
các kết quả khảo sát và đánh giá của các đề tài [4, 23, 24, 25].
Đã sử dụng chương trình dự báo thuỷ triều của Đài Thiên văn Quốc gia Nhật

Bản NAO (National Astronomical Observatory) để tính cho vùng vịnh Bắc Bộ
(Hình 4.1) sau đó trích xuất mực nước tại biên lỏng của khu vực nghiên cứu để
tính trường dịng chảy. Kết quả mực nước tính từ mơ hình đã được so sánh với
số liệu mực nước dự báo tại Trạm Hòn Dấu.
23


II.1.4. Trầm tích lơ lửng
Số liệu quan trắc và phân tích về trầm tích lơ lửng của các đề tài [1, 3, 4, 6,
11, 12] đã được sử dụng để đánh giá hiện trạng và làm tư liệu tham khảo cho sự
mơ phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng.
II.2. Phương pháp
II.2.1. Mơ hình thủy động lực
Cơ sở tốn học của mơ hình thuỷ động lực là giải phương trình Navier
Stokes với chất lỏng khơng nén được trong nước nông và phương pháp xấp xỉ
Boussinesq. Sự biến đổi của thành phần vận tốc thẳng đứng trong phương trình
động lượng được bỏ qua. Với mơ hình 3 chiều, thành phần vận tốc thẳng đứng
được tính tốn từ phương trình liên tục [30].
Theo phương nằm ngang, tuỳ thuộc vào các điều kiện cụ thể tại mỗi khu vực
tính, một trong các hệ toạ độ chủ yếu sau có thể được sử dụng:
- Hệ toạ độ Đề các (Cartesian): (x,y). Dùng cho các vùng tính có địa hình và
đường bờ đơn giản.
- Hệ toạ độ cong trực giao: (  , ). Sử dụng cho những khu vực có địa hình và
đường bờ phức tạp như các vùng cửa sông, ven biển, các vũng vịnh...v.v.
- Hệ toạ độ cầu: (  ,  ). Áp dụng cho những khu vực rộng lớn, trải dài trên nhiều
kinh - vĩ độ khác nhau.
Phương trình liên tục (viết trong hệ toạ độ cong trực giao):









 (d   )U G
 (d   )V G

1
1


Q
t


G G
G G

(1)

Với Q thể hiện sự thêm vào hay mất của nguồn nước, sự bốc hơi và mưa
trên một đơn vị diện tích:
0

Q  H  (qin  qout )d  P  E
1

trong đó:  , là các hệ số trong hệ toạ độ cong trùc giao.

G , G là các hệ số chuyển đổi từ hệ toạ độ Đề Các sang hệ tạo độ

cong trực giao.
24


d là độ sâu tại điểm tính (độ sâu của nước dưới đường chuẩn (0 hải đồ))
 là mực nước tại điểm tính (mực nước trên một đường chuẩn)

U, V lần lượt là các thành phần vận tốc theo các hướng  ,
qin và qout lần lượt là nguồn nước đưa vào và ra trên 1 đơn vị thể tích
H là độ sâu tại điểm tính (H=d +  )
P, E lần lượt là lượng mưa và bốc hơi.
Phương trình bảo toàn động lượng theo hướng  và  ( toạ độ cong trực giao):
 G
 G
u
u u
v u
 u
uv
v2





 fv
t
G 

G  d   
G G 
G G 



1
1
  u
P  F 
 vv
2
(d   )   
 0 G


  M


(2)

 G
 G
v
u v
v v
 v
uv
u2






 fu
t
G 
G  d   
G G 
G G 



1
1
  v 
P  F 
 vv
  M
2
(d   )    
 0 G

(3)

Phương trình viết cho thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng:









 (d   )u G
 (d   )v G

1
1




 H (qin  qout ) (4)
t



G G
G G

trong các phương trình (2), (3), (4):  là vận tốc theo hướng  trong hệ toạ độ
 (m/s); fv và fu là các thành phần của lực Coriolis; M  , M  lần lượt là ngoại lực

theo các hướng  , ;  0 là mật độ nước.
Các quá trình vật lý chính đã được thể hiện trong các phương trình trên, bao gồm:
- Lực Coriolis
- Các kiểu khuyếch tán rối: K-epsilon, k-L, biểu thức đại số và hằng số đưa
vào với mỗi mơ hình.

- Các kiểu ứng suất đáy:
+ Theo công thức Chézy: C- hệ số Chézy (m1/2/s
+ Theo công thức Manning: C 

6

H
n

Với: H- độ sâu tổng cộng; n- hệ số Manning
25


 12H 

 ks 

+ Theo công thức White Colebrook: C  18 log10 

ks- hệ số Nikuradse (m)
+ Lưới tính và lưới độ sâu
Theo chiều ngang, lưới tính của mơ hình có dạng so le (hình 2.2). Mỗi ơ
lưới chứa một điểm mực nước, một điểm độ sâu đáy, một điểm vận tốc dòng
chảy theo phương x (vận tốc u), một điểm vận tốc dòng chảy theo phương y (vận
tốc v). Những điểm này không trùng nhau. Điểm mực nước được xác định ở giữa
của mỗi ô lưới và dòng chảy thành phần được xác định trên các biên của ơ lưới.
- ơ tính tốn
- điểm cùng chỉ số (i, j)
- điểm độ sâu
- điểm mực nước

- vận tốc theo hướng u
- vận tốc theo hướng v

Hình 2.2. Lưới so le trong mơ hình thuỷ động lực [30]
Lưới độ sâu được tạo thành trên cơ sở lưới tính, số liệu cần thiết để tạo các
lưới độ sâu là số liệu đo đạc, số liệu số hoá từ các bản đồ địa hình.
+ Điều kiện của mơ hình
Các biên của mơ hình thuỷ động lực bao gồm các biên đóng và biên mở.
Biên đóng là biên dọc theo đường ranh giới giữa đất và nước. Ngược lại, biên
mở là nơi dịng chảy có thể đi vào hoặc ra vùng tính. Những giá trị này có thể
được xác định qua đo đạc, qua tính tốn hoặc NESTING từ mơ hình có phạm vi
lớn hơn.
Với mỗi trường hợp cụ thể có thể áp dụng 1 trong 4 kiểu điều kiện biên cho
các biên lỏng khác nhau: biªn mùc n-íc ( = F (t)); biên dòng chảy (U=FU(t));


biên l-u l-ợng (Q=FQ(t)); biên Riemann U  


26


g
 FR (t ) .
d
