Tóm tắt luận án: Nghiên cứu ảnh hưởng của nước dâng do sóng đến biến động bãi biển và giải pháp bảo vệ bãi biển Cửa Đại, Hội An.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN NGỌC THẾ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC DÂNG DO SÓNG ĐẾN
BIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ
BÃI BIỂN CỬA ĐẠI, HỘI AN

Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình Biển
Mã số : 9 58 02 03

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2021


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Trần Thanh Tùng
Người hướng dẫn khoa học 2: GS. TS. Nguyễn Trung Việt

Phản biện 1: GS.TS. Trần Đình Hịa
Phản biện 2: PGS.TS. Lê Xuân Roanh
Phản biện 3: TS. Mai Hồng Quân

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tại trường Đại học Thủy lợi vào
lúc … giờ … ngày … tháng … năm …..

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Bãi biển Cửa Đại, Hội An là một trong những bãi biển đẹp đứng hàng đầu châu Á và đóng
vai trị quan trọng trong quá trình phát triển ngành du lịch ở tỉnh Quảng Nam nói riêng, cũng
như trong cả nước nói chung. Bên cạnh những ưu thế thiên nhiên ban tặng, hàng năm vào
mùa gió Đơng Bắc tồn bộ vùng ven bờ phía Bắc biển Cửa Đại phải hứng chịu nhiều thiên
tai như: bão, áp thấp nhiệt đới, gió mùa, triều cường, nước dâng gây hệ quả về xói lở bờ
biển, để lại hậu quả lâu dài về kinh tế - xã hội và môi trường sinh thái.
Trong những năm qua, đã có khá nhiều các nghiên cứu về chế độ thủy động lực học, xói lở,
bồi tụ tại khu vực này. Tuy nhiên, vẫn còn thiếu các nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng
của các yếu tố động lực vùng ven bờ tác động đến biến động bãi biển trong điều kiện thời
tiết cực đoan có bão, gió mùa Đơng Bắc gây sóng lớn, đặc biệt yếu tố nước dâng do sóng
ảnh hưởng tới biến động các bãi cao, đụn cát ven bờ làm đường bờ ngày càng lấn sâu vào
phía trong đất liền. Vì vậy, nghiên cứu của đề tài Luận án là rất cần thiết nhằm đóng góp
một phần vào quá trình nghiên cứu, giải quyết các yêu cầu thực tiễn trong cơng tác phịng
chống thiên tai, xây dựng cơng trình bảo vệ bờ biển cũng như trong quản lý, quy hoạch
nhằm ổn định bờ và bãi biển Cửa Đại, Hội An để phục vụ phát triển kinh tế - xã hội.
2. Mục tiêu nghiên cứu
(1) Tính tốn được NDDS từ bộ số liệu thực đo tại hiện trường bằng công nghệ camera kết

hợp hệ thống cọc tiêu và trên mơ hình tốn để làm rõ một số quy luật biến động bãi biển và
ảnh hưởng của NDDS đến biến động bãi biển Cửa Đại.
(2) Đề xuất được giải pháp bảo vệ hiệu quả bãi biển Cửa Đại và ổn định vùng ven biển,

phục vụ phát triển bền vững kinh tế du lịch biển khu vực nghiên cứu.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu của luận án

Nước dâng do sóng, biến động bãi biển do tác động của nước dâng do sóng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu của luận án

Bãi biển phía Bắc biển Cửa Đại, Hội An dài 7,6 km từ giáp cửa sông Cửa Đại lên đến hết
bãi tắm An Bàng.
1


4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1. Cách tiếp cận: Quan trắc, thu thập số liệu sóng, mực nước và biến động bãi biển trong

bão tại khu vực nghiên cứu và ứng dụng các mơ hình số trị để phục vụ vấn đề nghiên cứu
của luận án đặt ra.
4.2. Phương pháp nghiên cứu: Để giải quyết mục tiêu và nhiệm vụ đã nêu ở trên, luận án

đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp nghiên cứu tổng quan; Phương
pháp nghiên cứu thực nghiệm quan trắc hiện trường (quan trắc biến động mặt cắt ngang bãi
biển, quan trắc mực nước, quan trắc dao động mực nước bằng công nghệ camera kết hợp
cọc tiêu….); Phương pháp sử dụng mơ hình tốn; Phương pháp nghiên cứu ứng dụng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học

Luận án đã nghiên cứu thiết lập được kỹ thuật quan trắc dao động mực nước bằng công nghệ
camera kết hợp hệ thống cọc tiêu và phương pháp phân tích nước dâng do sóng từ số liệu
quan trắc, kết quả của nghiên cứu là cơ sở tin cậy để hiệu chỉnh, kiểm định các mơ hình tốn
mơ phỏng nước dâng do sóng và biến động bãi biển.
Luận án đã làm rõ một số quy luật, phạm vi biến động và ảnh hưởng của nước dâng do sóng

đến biến động bãi biển của khu vực nghiên cứu.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu của luận án sẽ cung cấp một giải pháp cơng trình hợp lý nhằm phịng
chống xói lở bờ bãi biển khu vực nghiên cứu và là tài liệu tham khảo hữu ích áp dụng vào
việc duy tu, nâng cấp các cơng trình bảo vệ trực tiếp bờ.
6. Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung luận án gồm 4 chương sau:
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về nước dâng do sóng và cơng trình bảo vệ bờ biển.
Chương 2: Cơ sở khoa học xác định nước dâng do sóng và biến động bãi biển.
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của nước dâng do sóng tới biến động bãi biển Cửa Đại,
Hội An.
Chương 4: Đề xuất giải pháp cơng trình bảo vệ bãi biển Cửa Đại, Hội An.


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ NƯỚC DÂNG DO SĨNG VÀ
CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN
1.1. Khái qt chung về nước dâng do sóng và ảnh hưởng của nước dâng do sóng
1.1.1. Các thuật ngữ liên quan đến nước dâng do sóng

Nước dâng do bão là hiện tượng mực nước biển dâng cao hơn mức bình thường dưới tác
động tổng hợp của nhiều yếu tố khí tượng khi có bão. Nước dâng do sóng là sự tăng lên của
mực nước trung bình do sự truyền của năng lượng sóng lên cột nước trong q trình truyền
sóng và đặc biệt là q trình sóng đổ. Các nghiên cứu về lý thuyết cũng như mơ hình số trị
cho thấy, nước dâng do sóng có độ lớn đáng kể tại vùng nước nông ven bờ.
1.1.2. Phạm vi ảnh hưởng và tác động của nước dâng do sóng tới bãi biển

Phạm vi ảnh hưởng của nước dâng do sóng tới bãi biển thường trong khu vực nước nông
ven bờ; Khu vực chịu tác động mạnh nhất thuộc vùng sóng tràn.

Nước dâng do sóng tác động tới bãi biển chủ yếu khu vực bãi cao và đụn cát ven bờ, gây xói
lở nghiêm trọng thềm bãi, làm một phần mặt đụn cát bị sụp đổ hoặc cũng có thể tạo ra một
vết nứt sâu ở chân đụn cát dẫn đến sự sụp đổ của phần đất cát phía trên đụn cát. Ngồi ra
nước dâng do sóng cịn gây ra hiện tượng dịng Rip, là nguyên nhân của các vụ đuối nước
của người dân cũng như du khách tắm biển, nghỉ dưỡng.
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về nước dâng do sóng trên thế giới

Trên thế giới, nước dâng do sóng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu từ những
năm 1960 sau lý thuyết ban đầu được nghiên cứu của Longuet-Higgins (1962) và LonguetHiggins và Stewart (1963, 1964). Tiếp theo đã có nhiều nghiên cứu về nước dâng do sóng
theo hướng thực nghiệm hiện trường, kết quả của các nghiên cứu đã đưa ra được một số
cơng thức gần đúng về tính tốn nước dâng do sóng (Hanslow D. J, 1992; Happer B.A,
2001); Phương pháp khác để nghiên cứu về nước dâng do sóng là sử dụng kết hợp nhiều mơ
hình.
Các nghiên cứu về nước dâng do sóng trên thế giới, về cơ bản đã giải quyết được một số các
vấn đề khoa học, phát triển nhiều mơ hình tính tốn áp dụng trong thực tiễn, giúp hiểu rõ về
đặc điểm và biến động của mực nước trong bão cho dải ven biển.
1.3. Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam về nước dâng do bão, nước dâng do sóng

và cơng trình bảo vệ bờ biển


1.3.1. Các nghiên cứu về nước dâng, nước dâng do sóng

Tại Việt Nam nghiên cứu về nước dâng do bão đã được nghiên cứu từ những năm 1970,
nghiên cứu về nước dâng do sóng được quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây qua
các luận án tiến sĩ, trong nghiên cứu các tác giả sử dụng các mơ hình số trị để nghiên cứu về
nước dâng do sóng. Kết quả các nghiên cứu đã cho thấy vai trò, ảnh hưởng của nước dâng
do sóng đến ngập lụt các khu vực nghiên cứu và có đóng góp quan trọng trong mực nước
cực trị trong bão. Tuy nhiên, nghiên cứu về nước dâng do sóng theo hướng thực nghiệm cịn
hạn chế và chưa có nghiên cứu nào đánh giá ảnh hưởng của nước dâng do sóng đến biến

động bãi biển, đặc biệt khu vực bãi cao, chân đụn cát.
1.3.2. Các giải pháp cơng trình bảo vệ bờ biển đã áp dụng tại Việt Nam

Để giảm thiểu tác động của sóng và các yếu tố động lực đến vùng ven bờ, tại Việt Nam đã
nghiên cứu và áp dụng các giải pháp cơng trình chủ yếu, gồm: tường chắn sóng, kè chắn
sóng, đê chắn sóng xa bờ, kè mỏ hàn. Các giải pháp cơng trình được ứng dụng bước đầu đã
mang lại một số hiệu quả nhất định nhưng trong quá trình vận hành, tại một số nơi các cơng
trình đã bộc lộ nhiều nhược điểm, không phát huy tác dụng chỉnh trị và bảo vệ bờ biển; có
tác động bất lợi với mơi trường xung quanh, nhiều cơng trình khi hoạt động đã bị hư hỏng,
đổ vỡ.
1.4. Các nghiên cứu liên quan đến biển Cửa Đại, Hội An

Trong những năm qua, khu vực biển Cửa Đại, Hội An đã có khá nhiều các nghiên cứu về quá
trình thủy thạch động lực, vận chuyển bùn cát và tình trạng xói lở/bồi tụ bãi biển phía Bắc
biển Cửa Đại, Hội An. Tuy nhiên, vẫn còn thiếu các nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng
của các yếu tố động lực vùng ven bờ tác động đến biến động bãi biển trong điều kiện thời tiết
cực đoan có bão, gió mùa Đơng Bắc gây sóng lớn, đặc biệt yếu tố nước dâng do sóng ảnh
hưởng tới biến động các bãi cao, đụn cát ven bờ làm đường bờ ngày càng lấn sâu vào phía
trong đất liền. Mặt khác một số giải pháp cơng trình bảo vệ bờ đề xuất áp dụng cho khu vực
biển Cửa Đại, Hội An còn chưa đủ cơ sở khoa học và thuyết phục.
1.5. Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án

Từ những vấn đề trên, luận án đưa ra định hướng nghiên cứu: phân tích để đưa ra một số quy
luật về biến động bãi biển do tác động của các yếu tố động lực ven bờ từ bộ số liệu được đo
đạc đồng bộ qua các thời kỳ mùa gió Tây Nam, mùa gió Đơng Bắc; Tính tốn được nước
dâng do sóng từ bộ số liệu đo đạc về dao động mực nước trong điều kiện sóng lớn bằng công
nghệ camera kết hợp hệ thống cọc tiêu và trên mơ hình tốn để làm rõ ảnh hưởng của nước


dâng do sóng trong bão tới biến động bãi biển khu vực nghiên cứu; Đề xuất và lựa chọn được

giải pháp


cơng trình hợp lý nhằm bão vệ bãi biển, phục vụ phát triển kinh tế du lịch biển bền vững
trong khu vực nghiên cứu.
1.6. Kết luận Chương 1

Qua nội dung tổng quan các nghiên cứu về nước dâng do sóng ở trong nước và trên thế giới,
tác giả đã khái quát được những thành tựu đạt được và tồn tại của các nghiên cứu đi trước,
nhận dạng đầy đủ ảnh hưởng của nước dâng do sóng tới biến động bãi biển. Từ những vấn
đề còn thiếu trong nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của các yếu tố động lực, đặc biệt
yếu tố nước dâng do sóng tới biến động bãi biển Cửa Đại, Hội An, tác giả đưa ra định
hướng trong nghiên cứu là phân tích, làm rõ ảnh hưởng của nước dâng do sóng tới biến
động bãi biển và từ đó có những đề xuất về giải pháp cơng trình bảo vệ ổn định bờ biển khu
vực nghiên cứu.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH NƯỚC DÂNG DO SÓNG VÀ
BIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN
2.1. Lựa chọn phương pháp xác định nước dâng do sóng trong luận án

Luận án sử dụng kết hợp 02 phương pháp: phương pháp phân tích nước dâng do sóng từ số
liệu đo đạc hiện trường, phương pháp mơ phỏng nước dâng do sóng trên mơ hình tốn. Các
phương pháp sử dụng trong nghiên cứu của luận án có sự có sự liên kết, bổ trợ cho nhau để
đạt được mục tiêu nghiên cứu đưa ra.

Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả sự liên kết, bổ trợ giữa các phương pháp nghiên cứu của luận án.
2.2. Các số liệu cơ bản phục vụ nghiên cứu

Luận án sử dụng số liệu về địa hình; Thủy, hải văn; Bùn cát đáy của dự án “Nghiên cứu về
quá trình xói lở/bồi lắng của bờ biển Hội An và đề xuất các giải pháp để bảo vệ bờ biển một

cách bền vững” được đo đạc vào tháng 10/2016, tháng 3/2017. Ngoài số liệu trên tác giả


thực hiện đo đạc bổ sung số liệu về mực nước, dao động mực nước vùng sóng vỡ trong bão
và mặt cắt ngang địa hình bãi biển qua thời kỳ cac mùa gió Tây Nam, mùa gió Đơng Bắc
năm 2016.


2.3. Phương pháp phân tích nước dâng do sóng từ bộ số liệu đo đạc
2.3.1. Cơ sở khoa học phân tích nước dâng do sóng từ hình ảnh camera
2.3.1.1. Cơ sở định dạng màu điểm ảnh: dựa vào bộ thông số về cường độ màu (màu đỏ,

xanh dương và xanh lá) tồn tại trong mỗi điểm ảnh để định dạng màu điểm ảnh.
2.3.1.2. Cơ sở phân biệt ranh giới trên cọc tiêu: dựa vào cơ sở định dạng màu điểm ảnh để

xác định vị trí điểm ảnh ranh giới giữa phần trên cọc tiêu (cường độ mầu ở dải cường độ
thấp) và dưới mặt nước (cường độ mầu nằm ở dải cường độ cao). Trong thiết kế, chế tạo cọc
tiêu đã chọn màu sơn cọc tiêu (màu đen) để tạo nên sự khác biệt lớn dễ nhận biết trong
chương trình xử lý và phân tích.
2.3.1.3. Cơ sở lý thuyết phân tích các tham số sóng theo đường mực nước trung bình: đường

mực nước trung bình được lấy bằng giá trị trung bình trên tồn chuỗi dữ liệu tại mỗi obs đo
đạc. Sau khi có được chuỗi các giá trị tham số sóng, sắp xếp theo thứ tự giảm dần và ta có
các đại lượng thống kế về sóng.
2.3.1.4. Thiết lập, bố trí camera và hệ thống cọc tiêu tại hiện trường

Thiết lập, bố trí camera và hệ thống cọc tiêu tại bãi biển thuộc khách sạn Agribank (hình
2.22). Vị trí camera được bố trí tại khu vực cao và lệch sang bên so với vị trí bố trí hệ thống
cọc tiêu. Hệ thống cọc tiêu được thiết lập trên một mặt cắt ngang tại bãi biển, hướng của
tuyến cọc tiêu vng góc với hướng sóng, vị trí cọc cao nhất được bố trí trên mép trong của

bãi cao, các cọc phía ngồi khơi bố trí trong phạm vi vùng sóng vỡ (hình 2.23).

Hình 2.22 Thiết lập, bố trí camera và hệ
thống cọc tiêu.

Hình 2.23 Bố trí hệ thống cọc tiêu trên mặt cắt
ngang địa hình tại bãi tắm khách sạn Agribank.

2.3.1.5. Hiệu chỉnh sai số biến dạng trong khung hình và sai số độ dài tại các cọc tiêu
a. Kết quả hiệu chỉnh sai số biến dạng trong khung hình:

Trên cọc tiêu, đo và đánh dấu khoảng cách quy ước (20 cm) tại các vị trí phía trên (T), ở giữa
(G) và cuối (C) trên cọc tiêu (hình 2.25). Từ hình ảnh camera thu nhận, tiến hành phân tích
đánh giá biến dạng của khung ảnh (hình 2.26).


Hình 2.25 Các vị trí, độ dài quy ước kiểm
tra trên cọc tiêu.

Hình 2.26 Biến dạng ảnh các vị trí trên cọc tiêu.

Kết quả phân tích đánh giá theo tỉ lệ độ dài/pixel tại các vị trí trên cọc tiêu và sai số về biến
dạng ảnh được thống kê trong bảng 2.6.
Bảng 2.6 Bảng thống kê tỉ lệ độ dài/pixel tại các vị trí trên cọc, sai số độ dài
Vị trí kiểm định
Độ dài /pixel (cm/Pix)

T
2,3

G
2,4

C
2,5

Sai số
0,1

Từ kết quả bảng trên cho thấy giá trị sai số do biến dạng tại các vị trí phía trên cọc tiêu (T),
giữa cọc tiêu (G) và cuối cọc tiêu (C) rất nhỏ. Do vậy, trong nghiên cứu bỏ qua, không cần
hiệu chỉnh sai số do biến dạng ảnh trong một khung hình. Tuy nhiên, sai số độ dài/pixel tại
vị trí từng cọc tiêu có khác biệt lớn, các cọc tiêu ở vị trí càng gần camera thì sai số độ
dài/pixel càng nhỏ hơn so với các cọc tiêu có vị trí xa camera. Chính vì vậy để chính xác
trong phân tích nước dâng do sóng từ hình ảnh camera cần hiệu chỉnh sai số độ dài tại các
cọc tiêu.
b. Kết quả hiệu chỉnh sai số độ dài tại các cọc tiêu

Kết quả tính toán tỉ lệ độ dài/pixel tại các cọc và sai số độ dài thống kê trong bảng 2.7.
Bảng 2.7 Bảng thống kê tỉ lệ độ dài/pixel tại vị trí các cọc, sai số độ dài
Tên cọc
độ dài /pixel (cm/Pix)

01
1,43

02
1,25

03

1,11

04
0,91

05
0,74

06
0,65

07
0,65

08
0,63

Kết quả tính tốn sai số giữa độ dài thực và độ dài tính tốn ở bảng 2.7 dùng để hiệu chỉnh
sai số độ dài cho các cọc tiêu và được khai báo trong chương trình phân tích, trích xuất dao


động mực nước từ hình ảnh camera.


2.3.1.6. Chương trình phân tích, trích xuất dao động mực nước từ hình ảnh camera

2.3.1.7.
Xây dựng bằng ngơn ngữ lập trình MATLAB. Sơ đồ khối chương trình xem hình 2.27.

Hình 2.28 Định dạng file dữ liệu ảnh

thu nhận từ camera.
Đỉnh Cọc tiêu

Điểm phân tách

Hình 2.27 Sơ đồ khối chương trình trích xuất tín
hiệu từ ảnh camera và hệ thống cọc tiêu.

Ph
ần
trê
n
m
ặt
nư

Hình 2.29 Trích xuất khung hình đại
diện.

2.3.2. Phân tích ảnh, trích xuất dao động mực nước từ camera và hệ thống cọc tiêu

Sử dụng chương trình đã được xây dựng, tiến hành phân tích ảnh camera và trích xuất dao
động mực nước tại vị trí các cọc tiêu trong thời gian đo đạc. Hình 2.31 mơ phỏng đại diện
dao động mực nước tại cọc 1 trong thời gian đo đạc.

Hình 2.31 Dao động mực nước tại cọc C1 trong thời đoạn đo đạc.
2.3.3. Tính tốn nước dâng do sóng từ chuỗi số liệu đo đạc


Từ chuỗi số liệu dao động mực nước được trích xuất tại vị trí từng cọc tiêu ở trên, tiến hành

tính trung bình trên tồn thời gian thu được giá trị mực nước dâng tổng cộng (HTC) bao gồm


các thành phần: mực nước thủy triều (HTT), mực nước dâng do sóng (HNDDS), mực nước dâng
do bão (HNDDB) và mực nước dâng do các tác động khác (HTĐK), ta có
HTC = HTT + HNDDS + HNDDB+ HTĐK

(2. 1)

Từ (2.1) tính được chiều cao nước dâng do sóng tại mỗi vị trí cọc tiêu theo cơng thức:
HNDDS = HTC - (HTT + HNDDB+
HTĐK)

(2. 2)

Giá trị HTC được phân tích từ ảnh camera thu nhận tại hiện trường về dao động mực nước đã
trình bày trong nội dung mục 2.3.2.
Giá trị HTT, HNDDB, HTĐK được phân tích từ chuỗi số liệu mực nước tổng cộng đo đạc tại
trạm hải văn Sơn Trà cùng thời gian quan trắc mực nước tại khu vực nghiên cứu. Kết quả
phân tích các thành phần mực nước: HTT = 0,026m; HNDDB = 0,16m.
Kết quả tính độ cao sóng, chu kỳ sóng và nước dâng do sóng thống kê trong bảng 2.8
Bảng 2.8 Bảng thống kê kết quả độ cao, chu kỳ sóng và nước dâng do sóng
Tên cọc
Độ cao sóng (m)
NDDS (m)

01
1,44
0,39

02
1,02
0,40

03
1,25
0,40

04
0,86
0,41

05
0,60
0,42

06
0,50
0,50

2.4. Phương pháp mơ hình tốn mơ phỏng nước dâng do sóng và biến động bãi biển

dưới tác động của nước dâng do sóng
2.4.1. Giới thiệu mơ hình sử dụng trong nghiên cứu luận án

Luận án sử dụng mơ hình mã nguồn mở thủy động lực 2 chiều XBEACH có tích hợp kết
quả tính tốn sóng của mơ hình SWAN cho khu vực biển Cửa Đại, Hội An.


Hình 2.37 Sơ đồ khối tính tốn nước dâng do sóng và biến động bãi biển.

2.4.2. Tính tốn lan truyền sóng từ nước sâu vào vùng ven bờ
2.4.2.2. Thiết lập mơ hình, miền tính, lưới tính và các điều kiện biên

a. Thiết lập vùng tính, lưới tính: Thiết lập hai vùng: vùng tính tốn lan truyền sóng (vùng 1)
và vùng tính tốn chi tiết tại khu vực biển Cửa Đại, Hội An (vùng 2).

Hình 2.38 Miền tính tốn vùng 1, vùng 2.

Hình 2.39 Miền tính tốn sóng chi tiết.

Lưới tính: Lưới tính được thiết lập với 421 ô theo chiều dọc bờ và 170 ô theo chiều ngang
bờ, kích thước lưới nhỏ nhất tại khu vực ven bờ là 30 m và lớn nhất tại khu vực nước sâu
(độ sâu lớn nhất 70m) là 400 m.
Hình 2.40 Lưới tính tốn vùng 1, vùng 2 và địa hình đáy biển.


2.4.2.3. Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình tính tốn lan truyền sóng
a. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình theo bộ số liệu khảo sát tháng 10/2016

Kết quả mô hình mơ phỏng diễn biến của độ cao sóng và chu kỳ sóng khá tương đồng với
số liệu thực đo. Độ lệch và sai số trung bình quân phương cho chuỗi độ cao sóng, chu kỳ
sóng, hướng sóng thực đo trong tháng 10/ 2016 được thống kê trong bảng 2.9.
Bảng 2.9 Kết quả hiệu chỉnh độ cao sóng, chu kỳ sóng, hướng sóng mơ hình SWAN
TT

Tên

1

2

Trạm
SMS01
SMS02

Độ cao sóng
BIAS (m)
RMS (m)
- 0,04
0,11
0,08
0,15

Chu kỳ sóng
BIAS (s)
RMS (s)
0,46
2,80
-0,78
2,86

Hướng sóng
BIAS (độ) RMS (độ)
5,20
19,68
-3,36
19,40

b. Kết quả kiểm định mơ hình theo bộ số liệu khảo sát tháng 3/2017

Các kết quả so sánh giữa độ cao và chu kỳ sóng tại trạm SMS01 và trạm SMS02 trong suốt
thời gian tiến hành khảo sát cho thấy có sự phù hợp tốt hơn so với các kết quả hiệu chỉnh
trong đợt tháng 10/2016. Kết quả độ lệch và sai số trung bình qn phương được tính tốn
và thống kê trong bảng 2.10.
Bảng 2.10 Kết quả kiểm định độ cao sóng, chu ký sóng và hướng sóng mơ hình SWAN
TT

Tên

Độ cao sóng

Chu kỳ sóng

Hướng sóng

BIAS (m)

RMS (m)

BIAS (s)

RMS (s)

BIAS (độ)

RMS (độ)

1

Trạm
SMS01

- 0,02

0,09

0,70

1,56

-11,71

21,68

2

SMS02

0,03

0,07

-0,10

0,82

-7,41

0,87

2.4.3. Tính tốn nước dâng do sóng và biến động bãi biển dưới tác động của nước

dâng do sóng
2.4.3.1. Thiết lập mơ hình

Vùng 2 (hình 2.39) tính sóng chi tiết tại khu vực biển Cửa Đại, Hội An sử dụng cho mơ hình
XBEACH. Lưới tính mơ hình XBEACH được lồng trong lưới tính mơ hình SWAN (hình
2.40), lưới tính sử dụng là dạng lưới chữ nhật với bước lưới (5x25)m, tương ứng (310 x
481) ô lưới.
2.4.3.2. Hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình tính tốn nước dâng do sóng và biến động bãi biển

Sử dụng kết quả đã phân tích về độ cao sóng, nước dâng do sóng và số liệu về biến đổi địa
hình bãi biển đo đạc hiện trường trong bão DOKSURI (từ ngày 12 đến 15//9/2017) để kiểm
định kết quả tính tốn từ mơ hình XBEACH đã được hiệu chỉnh.


Bảng 2.13 Kết quả kiểm định độ cao sóng, nước dâng do sóng và biển đổi địa hình bãi biển
của mơ hình XBEACH
TT
1
2
3

Tham số
Độ cao sóng
Nước dâng do sóng
Biến đổi địa hình

BIAS (m)

0,01
-0,02
-0,014

RMS (m)
0,09
0,03
0,09

Kết quả tính độ lệch và sai số trung bình quân phương bảng 2.13 là khá nhỏ. Điều này
chứng tỏ mức độ chính xác kết quả của mơ hình và có thể tin cậy sử dụng các tham số hiệu
chỉnh mơ hình XBEACH làm số liệu đầu vào trong nghiên cứu của chương 3.
2.5. Kết luận Chương 2

Chương 2 luận án đã thiết lập được phương pháp phân tích nước dâng do sóng từ số liệu đo
đạc và phương pháp phân tích nước dâng do sóng từ mơ hình tốn; Đã xây dựng được bộ cơ
sở dữ liệu đầy đủ, đồng bộ và chi tiết để phục vụ các mục tiêu nghiên cứu của luận án; Thiết
lập thành công kỹ thuật quan trắc và phương pháp phân tích xác định nước dâng do sóng từ
kết quả quan trắc dao động mực nước do sóng bằng cơng nghệ camera kết hợp hệ thống cọc
tiêu trên bãi biển; Sử dụng thành cơng mơ hình mã nguồn mở thủy lực 2 chiều XBEACH có
tích hợp kết quả của mơ hình tính lan truyền sóng SWAN cho khu vực biển Cửa Đại, Hội
An.
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC DÂNG DO SÓNG TỚI
BIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN CỬA ĐẠI, HỘI AN
3.1. Đặt vấn đề

Để làm rõ hơn quy luật xói lở vùng ven bờ và đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến
xói lở khu vực bãi cao, đụn cát ven bờ. Trong nội dung chương 3 sẽ sử dụng bộ số liệu đo
đạc đồng bộ và mơ hình tốn để phân tích, làm rõ ảnh hưởng của nước dâng do sóng đến
biến động bãi biển khu vực nghiên cứu.

3.2. Phân tích và khái quát một số quy luật về biến động mặt cắt ngang bãi biển từ số

liệu đo đạc
3.2.1. Phân tích biến động mặt cắt ngang bãi biển qua các giai đoạn

Sử dụng bộ số liệu đo đạc đồng bộ qua thời kỳ các mùa gió Tây Nam, mùa gió Đơng Bắc,
trước và sau một đợt bão để phân tích biến động mặt cắt ngang bãi biển dưới tác động của
các yếu tố động lực học. Kết quả phân tích biến động bãi biển các giai đoạn tương ứng với


các tác động do các yếu tố động lực học được thống kê trong bảng 3.4.


Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết quả phân tích biến động bãi biển các giai đoạn
Giai đoạn

Sự kiện xảy ra,

Hsmax

HNDmax

Từ ngày

Đến ngày

tính chất bão hay
gió mùa

(m)

(cm)

Hướng
sóng

23/3/2016

17/8/2016

Khơng

2,69

21,15

ENE-

2,70

38,90

SE
ENE

4,98

45,04

NE

17/8/2016
1/10/2016

12/9/2016
30/12/2016

Ảnh hưởng bão ngày
12/9/2016
Ảnh hưởng bão ngày
17/10/2016
Ảnh hưởng gió mùa
ĐB 02/11/2016
Ảnh hưởng gió mùa
ĐB 30/11/2016
Ảnh hưởng gió mùa
ĐB 15/12/2016
Ảnh hưởng gió mùa

01/1/2017

30/3/2017

ĐB 27/12/2016
Ảnh hưởng Bão
26/3/2017

4,0

37,53

NE

3,63

21,30

NE

3,77

29,43

NE

3,79

23,67

NE

3,44

38,84

Diễn biễn bờ bãi,
mức độ ảnh
hưởng
Bồi tụ nhẹ

ENE

Xói lở mép bãi, bãi
cao
Xói lở mép bãi, bãi
cao, chân đụn cát
Xói lở mép bãi, bãi
cao, chân đụn cát
Xói lở mép bãi,
bãi cao
Xói lở mép bãi,
bãi cao
Xói lở mép bãi, bãi
cao
Xói lở mép bãi, bãi
cao

3.2.2. Khái quát một số quy luật biến động MCN bãi khu vực biển Cửa Đại, Hội An

Biến động bãi biển có tính chất mùa khá rõ rệt, mùa gió Đơng Bắc bãi biển bị xói lở nghiêm
trọng, mùa gió Tây Nam xói lở chỉ xảy ra trong điều kiện thời tiết bất thường khi có bão;
Phạm vi, mức độ xói lở bãi biển do ảnh hưởng của bão nghiêm trọng hơn gió mùa Đơng
Bắc; Sóng có hướng NNE đến ENE (200 – 700) gây xói lở bờ và bãi biển nghiêm trọng nhất;
Phạm vi biến động bãi biển từ mép bờ ra khơi khoảng 200m, vùng biến động mạnh nhất
cách mép bờ khoảng 70m, trong bão vận chuyển bùn cát theo phương ngang là chính, khối
lượng bùn cát xói lở được bồi tụ ngay phía sau phạm vi xói lở; Xói lở bãi biển Cửa Đại, Hội
An nghiêm trọng nhất khi bão xuất hiện vào tháng 9, tháng 10, bão xuất hiện vào tháng 1
đến cuối tháng 3, hướng sóng ENE đến ESE (700 – 112,50) bãi biển cũng bị xói lở nhưng ít
nghiêm trọng hơn do có đảo Cù Lao Chàm che chắn.
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của NDDS đến biến động bãi biển bằng mơ hình tốn

3.3.1. Trường hợp tính tốn và vị trí các mặt cắt tính tốn
3.3.1.1. Trường hợp tính tốn: Để làm rõ quy luật biến động bãi biển vùng ven bờ do ảnh

hưởng của các yếu tố thủy động lực trong bão gây ra và từ đó có giải pháp ứng phó đối với
những cơn bão có cấp gió bão lớn hơn quá khứ mà trong tương lai có thể xuất hiện trong
khu vực nghiên cứu, luận án đưa ra 04 trường hợp tính tốn (xem bảng 3.5).


Bảng 3.5 Bảng thống kê các tham số sóng vùng nước sâu theo tần suất ứng với các trường
hợp tính tốn
TT
1
2
3
4

Trường hợp
tính tốn
TH1
TH2
TH3
TH4

Chu kỳ lặp
[năm]
10
20
50
100

Tần suất
(%)
10
5
2
1

Hsig [m]
11,79
12,39
13,19
13,79

Tham số
T [s]
Hướng sóng (độ)
13,30
45,0
13,60
45,0
14,20
45,0
14,60
45,0

3.3.1.2. Vị trí các mặt cắt ngang tính tốn

Bảng 3.6 Vị trí, tọa độ, độ sâu nước các điểm
tính tốn tại biên
TT

Hình 3.13 Vị trí điểm tính tốn vùng ven
bờ biển phía bắc Cửa Đại, Hội An.

1
2
3
4

Tên điểm
tại biên
MC tính
tốn
CD01
CD02
CD03
CD04

Tọa độ
X

Tọa độ
Y

Độ sâu
nước
(m)

221643
219986

218793
217128

1760720
1761870
1762716
1763875

-19,53
-19,21
-18,57
-18,57

3.3.2. Kết quả mô phỏng nước dâng do sóng trong bão ven biển Cửa Đại, Hội An
3.3.2.1. Kết quả tính tốn lan truyền sóng từ nước sâu vào vùng ven bờ

Sử dụng mơ hình SWAN được hiệu chỉnh, kiểm định trong chương 2 để tính tốn lan truyền
sóng từ nước sâu vào vùng ven bờ.
Bảng 3.7 Giá trị tham số sóng các điểm tính tốn tại biên
Tên điểm tại biên
MC tính tốn
CD01
CD02
CD03
CD04

Tham số
Hsig [m]
T [s]
Hsig [m]

T [s]
Hsig [m]
T [s]
Hsig [m]
T [s]

TH1

Trường hợp tính tốn
TH2
TH3

TH4

(P=10%)

(P=5%)

(P=2%)

(P=1%)

5,89
13,75
6,09
13,75
6,58
13,75
6,70
13,75

5,97
13,75
6,15
13,75
6,61
13,75
6,73
13,75

6,03
13,75
6,21
13,75
6,64
13,75
6,76
13,75

6,05
13,75
6,24
13,75
6,67
13,75
6,79
13,75

3.3.2.2. Kết quả mơ phỏng, trích xuất phân bố độ cao sóng các trường hợp tính tốn

Sử dụng mơ hình XBEACH trong chương 2 để mơ phỏng phân bố độ cao sóng (xem hình
3.16), tiến hành trích xuất độ cao sóng theo các mặt cắt ngang (hình 3.17).


X
X

a) TH 1 (P=10%)

b) TH 2 (P=5%)
(3)

(3)

(2)

(2)

(1)

(1)

c) TH 3 (P=2%)

d) TH 4 (P=1%)

Hình 3.16 Mơ phỏng phân bố độ cao do sóng các trường hợp tính tốn.

79m

a) Phân bố độ cao sóng theo mặt cắt CD01

b) Phân bố độ cao sóng theo mặt cắt CD02
120m

141m

c) Phân bố độ cao sóng theo mặt cắt CD03

160m

d) Phân bố độ cao sóng theo mặt cắt CD04

Hình 3.17 Phân bố độ cao sóng theo mặt cắt ngang các trường hợp tính tốn.
Kết quả phân tích cho thấy, phân bố độ cao sóng tại biển Cửa Đại, Hội An có khác biệt rõ
rệt dọc theo vùng ven bờ và chia ra thành 3 khu vực khác biệt là: khu vực trước cửa sông
Cửa Đại (khu vực 1), khu vực từ mũi bờ biển phía Bắc giáp cửa sông Cửa Đại đến bãi KS
Agribank (khu vực 2), khu vực từ biển từ bãi tắm KS Agribank đến bãi An Bàng (khu vực
3).


3.3.2.4.. Kết quả mơ phỏng, trích xuất độ cao nước dâng do sóng các trường hợp tính tốn
Sử dụng mơ hình XBEACH trong chương 2 để mơ phỏng phân bố độ cao nước dâng do
sóng (hình 3.18), tiến hành trích xuất các độ cao nước dâng do sóng theo mặt cắt ngang
(hình 3.19).
a) Trường hợp 1 (P=10%)

b) Trường hợp 2 (P=5%)

c) Trường hợp 3 (P=2%)

d) Trường hợp 4 (P=1%)

Hình 3.18 Phân bố độ cao nước dâng do sóng theo các trường hợp tính tốn.

28m

) Phân bố độ cao nước dâng do sóng các
trường hợp theo mặt cắt CD01

a

55m

c) Phân bố độ cao nước dâng do sóng các
trường hợp theo mặt cắt CD03

b) Phân bố độ cao nước dâng do sóng các
trường hợp theo mặt cắt CD02

42m
78m
90m

d) Phân bố độ cao nước dâng do sóng các
trường hợp theo mặt cắt CD04

Hình 3.19 Phân bố nước dâng do sóng theo mặt cắt ngang các trường hợp tính tốn.

Phân bố độ lớn nước dâng do sóng dọc theo vùng ven bờ khu vực biển Cửa Đại có khác biệt
rõ rệt giữa các vị trí mặt cắt, khu vực có khác biệt rõ nhất là khu vực ven bờ từ phía Bắc cửa
sơng Cửa Đại đến bãi tắm chính Cửa Đại (mặt cắt CD02), khu vực ven bờ từ bãi tắm chính
Cửa Đại (mặt cắt CD02) lên phía bắc (mặt cắt CD04) phân bố độ lớn nước dâng do sóng
vùng ven bờ có khác biệt nhưng khơng nhiều. Tại khu vực sát bờ độ lớn nước dâng do sóng
có giá trị khác nhau theo các vị trí và có xu thế giảm dần từ phía Bắc xuống phía Nam, giá
trị nước dâng do sóng sát bờ lớn nhất tại CD04, nhỏ nhất tại CD01
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nước dâng do sóng tới biến động bãi khu vực biển

Cửa Đại, Hội An
3.3.3.1. Các kịch bản: luận án đưa ra 03 kịch bản, gồm: Kịch bản 1 (KB1): biến động bãi
biển trong bão vào thời kỳ triều trung bình có xét đến ảnh hưởng của nước dâng do sóng;
Kịch bản 2 (KB2): biến động bãi biển trong bão vào thời kỳ mực cao có xét đến ảnh hưởng
của nước dâng do sóng; Kịch bản 3 (KB3): biến động bãi biển trong bão vào thời kỳ mực
triều trung bình khơng xét đến ảnh hưởng của nước dâng do sóng. Để phân tích, đánh giá
ảnh hưởng của nước dâng do sóng tới biến động bãi biển khu vực nghiên cứu, luận án so
sánh kết quả mô phỏng biển đổi mặt cắt ngang địa hình của các kịch bản: KB1&KB2;
KB1&KB3
3.3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nước dâng do sóng tới biến động bãi biển khu

vực nghiên cứu
Khi tiến hành chập các mặt cắt ngang của các kịch bản: KB1 & KB2, KB1 & KB3 theo các
trường hợp tính tốn ta sẽ thu được bức tranh về biến đổi địa hình bãi biển khu vực nghiên
cứu (xem các hình đại diện dưới đây, hình 3.24, 3.26, 3.28, 3.30).
X

Hình 3.24 So sánh biến động bãi biển tại mặt cắt
tính tốn CD02 theo KB1 &KB2.

Hình 3.26 So sánh biến động bãi biển tại mặt cắt

tính tốn CD04 theo KB1&KB2.

Kè bờ
Đê mềm phá sóng

Hình 3.28 So sánh biến động bãi biển tại mặt cắt
tính tốn CD02 theo KB1&KB3.

Hình 3.30 So sánh biến động bãi biển tại mặt cắt
tính tốn CD04 theo KB1&KB3.