Tải bản đầy đủ

Luận văn thạc sĩ " ỨNG DỤNG MÔ HÌNH (VNU/MDEC) TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG " pot



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





PHẠM VĂN TIẾN






ỨNG DỤNG MÔ HÌNH (VNU/MDEC) TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY
ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG
VEN BIỂN HẢI PHÒNG








LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC










HÀ NỘI – 2012



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




Phạm Văn Tiến




ỨNG DỤNG MÔ HÌNH (VNU/MDEC) TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ THỦY
ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÙNG CỬA SÔNG
VEN BIỂN HẢI PHÒNG



Chuyên 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
Lời cảm ơn

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn trực tiếp của
GS. TS. Đinh Văn Ưu. Bên cạnh đó còn có sự đóng góp ý kiến quý báu
của các Thầy, Cô trong khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, các
anh chị cùng lớp và các đồng nghiệp trong Trung tâm Nghiên cứu Biển
và Tương Tác Biển -Khí quyển.
Trước tiên em xin chân thành cảm ơn GS. TS. Đinh Văn Ưu người
trực tiếp chỉ dạy, giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong khoa Khí tượng
Thủy văn và Hải dương học đã dạy và giúp đỡ em hoàn thành khóa học.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Nghiên
cứu Biển và Tương tác Biển – Khí quyển, lãnh đạo Viện Khoa học Khí
tượng Thủy văn và Môi trường đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi hoàn thành khóa học, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong
thời gian tôi học tập.
Luận văn được hoàn thành trong khuôn khổ tham gia đề tài
QGTĐ 04-11. Tác giả cảm ơn vì sự hỗ trợ này.

Phạm Văn Tiến



2

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ 4
DANH MỤC BẢNG 7
ĐẶT VẤN ĐỀ 8
Chương 1. TỔNG QUAN 10
1.1. Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích 10
1.1.1. Các nghiên của nước ngoài 10
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước 15
1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 17
2.2.1. Phạm vi nghiên cứu 17
2.2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy - hải văn 17
2.2.3. Đặc điểm trầm tích 24
Chương 2. MÔ HÌNH VNU/MDEC 26
2.1. Mô hình thủy động lực 26
2.1.1. Hệ các phương trình động lực biển nguyên thủy 26
2.1.2. Phương pháp biến đổi tọa độ cong σ 30
2.1.3. Điều kiện biên trong mô hình 32
2.1.4. Điều kiện biên hở cửa sông có triều áp đảo 34
2.2. Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng 35
2.2.1. Hệ phương trình lan truyền và khuếch tán vật chất 35
2.2.2. Mô hình biến đổi độ dày lớp trầm tích đáy lỏng 39
2.3. Các phương pháp tham số hóa của mô hình 40
2.3.1. Phương pháp thể tích hữu hạn 40
2.3.2. Sơ đồ lưới tính Arakawa C rời rạc hóa theo không gian 41


3

2.2.3. Phương pháp tách mod ( mode- splitting) 44
2.3. Số liệu đầu vào 46
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 47
3.1. Triển khai mô hình 47
3.1.1. Các phương án tính toán 47
3.1.2. Điều kiện tính toán 50
3.1.3. Kết quả hiệu chỉnh mô hình 51
3.2. Kết quả tính toán chế độ thủy động lực 52
3.2.1. Trường dòng chảy và mực nước triều 52
3.2.2. Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 1 (khi tính đến thủy
triều và lưu lượng sông) 55
3.2.3. Trường dòng chảy và mực nước tổng hợp 2 (khi tính đến thủy
triều, lưu lượng sông và gió theo 2 mùa) 59
3.3. Kết quả tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng 63
3.3.1. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của thủy triều 63
3.3.2. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng
hợp 1 67
3.3.3. Vận chuyển trầm tích lơ lửng dưới tác động của dòng chảy tổng
hợp 2 70
3.4. Ảnh hưởng của các cửa sông Lạch Tray, Nam Triệu đến chế độ thủy
động lực và vận chuyển trầm tích trong khu vực 74
KẾT LUẬN 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78


4

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hoa gió trạm Hòn Dáu tháng 1 (a) và tháng 7 (b) 18
Hình 2.2. Sơ đồ lới 3D Arakawa C 42
Hình 2.3. Địa hình khu vực nghiên cứu 46
Hình 3.1. Vị trí các điểm, các mặt cắt 51
Hình 3.2. Biến trình mực nước tính toán và thực đo tại điểm P5 52
Hình 3.3. Trường mực nước tại thời điểm 35h khi chỉ tính đến thủy triều
52
Hình 3.4. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h khi
chỉ tính đến thủy triều 53
Hình 3.5. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 115h khi
chỉ tính đến thủy triều 53
Hình 3.6. Biến trình mực nước vận tốc dòng chảy tại cửa Nam Triệu và
Lạch Huyện khi chỉ tính đến thủy triều 54
Hình 3.7. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 44h khi
chỉ tính đến thủy triều 55
Hình 3.8. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 50h khi
tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực tiểu 57
Hình 3.9. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 66h khi
tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại 57
Hình 3.10. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 gần cửa
Lạch Tray khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng
sông cực tiểu (HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại
(HP03) 58


5

Hình 3.11. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 gần cửa
Nam Triệu khi chỉ tính đến triều (HP01), khi tính đến thủy triều và lưu lượng
sông cực tiểu (HP02) và khi tính đến thủy triều và lưu lượng sông cực đại
(HP03) 58
Hình 3.12. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 102h
khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông 60
Hình 3.13. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 122h
khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa kiệt và gió hướng Bắc 60
Hình 3.14. Trường mực nước và hoàn lưu tầng mặt tại thời điểm 141h
khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướng Đông Nam 61
Hình 3.15. Trường mực nước và dòng chảy tầng mặt tại thời điểm 341h
khi tính đến thủy triều, lưu lượng sông mùa lũ và gió hướngNam 61
Hình 3.16. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P2 khi tính
đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tính
đến thủy triều, lưu lượng sông cực và gió hướng Bắc (HP05); khi tính đến
thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi tính
đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Nam 62
Hình 3.17. Biến thiên vận tốc dòng chảy tầng mặt tại điểm P5 khi tính
đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Đông (HP04); khi tính
đến thủy triều, lưu lượng sông cực tiểu và gió hướng Bắc (HP05); khi tính
đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Đông Nam (HP06); khi
tính đến thủy triều, lưu lượng sông cực đại và gió hướng Nam (HP07) 62
Hình 3.18. Nồng độ trầm tích lơ lửng khi tính đến thủy triều và nồng độ
trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt 64
Hình 3.19. Nồng độ trầm tích lơ lửng lửng khi tính đến thủy triều và
nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 65
Hình 3.20. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán tại điểm P4 khi tính đến
thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 66


6

Hình 3.21. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính
đến thủy triều và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ 67
Hình 3.22. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,
lưu lượng sông nhỏ nhất và nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa
kiệt 68
Hình 3.23. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,
lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ
68
Hình 3.24. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính
đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất và nồng độ trầm tích trên biên lớn
nhất trong mùa lũ 69
Hình 3.25. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,
lưu lượng sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt
và gió hướng Đông 70
Hình 3.26. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,
lưu lượng sông nhỏ nhất, nồng độ trầm tích trên biên nhỏ nhất trong mùa kiệt
và gió hướng Bắc 71
Hình 3.27. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,
lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa lũ và
gió hướng Đông Nam 72
Hình 3.28. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán khi tính đến thủy triều,
lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất trong mùa kiệt
và gió hướng Nam 73
Hình 3.29. Nồng độ trầm tích lơ lửng tính toán dọc các mặt cắt khi tính
đến thủy triều, lưu lượng sông lớn nhất, nồng độ trầm tích trên biên lớn nhất
trong mùa kiệt và gió hướng Nam 73



7

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Vận tốc gió và độ cao sóng trung bình nhiều năm tại trạm Hòn
Dáu 23
Bảng 1.2. Kích thước các loại hạt trầm tích [8] 25
Bảng 3.1. Các phương án tích toán 47



8

ĐẶT VẤN ĐỀ
Vận chuyển bùn cát vùng cửa sông ven biển là một quá trình động lực phức
tạp, đa chiều, nhiều quy mô. Mô hình hóa mô tả cả trầm tích và các chuyển động
của môi trường xung quanh (nước) và tương tác giữa chúng. Nhiều vấn đề phát sinh
từ bản chất đa quy mô tự nhiên của những vấn đề được nghiên cứu: mô hình ven
biển thường được phát triển với quy mô ít nhất hàng chục mét, lớn hơn nhiều so với
các quá trình vật lý xảy ra như rối, tương tác trầm tích-trầm tích và tướng tác trầm
tích với chất lỏng. Các hiệu ứng 3D quan trọng xuất hiện ở các vùng với độ nghiêng
lớn, tạo ra dòng chảy thứ cấp giữ vai trò quan trọng cho sự tích tụ trầm tích dọc cửa
sông. Trong thực tế, khi không có gradient mật độ lớn, vận tốc chìm lắng và sự
tương tác đáy-nước tạo ra gradient thẳng đứng của trầm tích lơ lửng. Vì vậy,
phương pháp tiếp cận mô hình 3D là phương pháp đầy đủ nhất cho các mục đích
mô tả vận chuyển trầm tích. Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học
máy tính đã đem lại nhiều thuận lợi trong các tính toán khoa học nói chung và
ngành khoa học biển nói riêng. Việc ứng dụng các mô hình chạy trên các máy tính
trong nghiên cứu, tính toán đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam.
Các mô hình được ứng dụng phổ biến trong hải dương học có thể kể đến như:
MIKE, SMS, DELFT, ROM, POM, GHER, ECOMSED…
Việt Nam là quốc gia có vùng biển lớn ở khu vực Đông Nam Á. 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, hàng hải và du lịch biển… Việt Nam có
vùng biển đặc quyền kinh tế rộng hơn 1.000.000 km
2
, gấp 3 lần diện tích đất liền,
có hơn 3000 đảo lớn, nhỏ. Việt Nam có vị trí địa - kinh tế và địa - chiến lược đặc
biệt, nằm trên các tuyến giao thông hàng hải quốc tế chủ yếu của thế giới. Nước ta
có trên 3.260 km bờ biển, với nhiều hệ thống cảng biển như: Của ông, Cái Lân, Hải
Phòng, Đình Vũ, Nghi Sơn, Hòn La, Vũng Áng, Chân Mây, Dung Quất, Vân
Phong, Thị Vải đủ điều kiện vận chuyển hàng trăm triệu tấn hàng hóa thông quan
mỗi năm, đồng thời đảm bảo cho ngành sửa chữa, đóng mới phương tiện thủy và


9

các ngành dịch vụ biển phát triển cả trong hiện tại và tương lai. Dọc bờ biển Việt
Nam, trung bình cứ 20 km đường bờ biển sẽ có 1 cửa sông, với nhiều vũng, vịnh
ven biển. Đây là những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển hàng hải và kinh tế
biển nói chung.
Hải Phòng là thành phố ven biển trực thuộc trung ương, là trung tâm kinh tế
của khu vực Đông Bắc Bộ. Cho đến nay, kinh tế cảng vẫn là ngành kinh tế đóng vai
trò chính trong nền kinh tế. Hải Phòng có 2 cảng biển lớn là cảng Hải Phòng và
cảng Đình Vũ. Vùng biển Hải Phòng có 5 cửa sông đổ ra là cửa Bạch Đằng, Cấm,
Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình. Chế độ thủy thạch động lực học ở đây rất phức tạp
do chịu tác động đồng thời của cả sông và biển. Việc nghiên cứu, tính toán chế độ
thủy động lực và vận chuyển trậm tích trong khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng
là rất cần thiết. Nghiên cứu sẽ cung cấp bức tranh chung về trường dòng chảy,
những đặc điểm cơ bản của quá trình vận chuyển trầm tích trong khu vực giúp công
tác quản lý, quy hoạch tuyến luồng tàu, tính toán sa bồi luồng nhằm đóng góp một
phẩn nhỏ cho các yêu cầu thực tế đặt ra. Mô hình số trị hoàn toàn có thể đáp ứng
được các mục đích trên, mô tả chi tiết của trường thủy động lực và diễn biến quá
trình lan truyền trầm tích trong khu vực.
Với những lý do trên học viên đã lựa chọn đề tài luận văn là: “Ứng dụng mô
hình (VNU/MDEC) tính toán chế độ thủy động lực và vận chuyển trầm tích khu
vực cửa sông ven biển Hải Phòng”.
Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Mô hình VNU/MDEC
Chương 3: Kết quả nghiên cứu


10

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích
1.1.1. Các nghiên của nước ngoài
Vận chuyển trầm tích được nghiên cứu từ rất sớm như ở Trung Quốc cổ đại,
Lương Hà, Hy Lạp và Đế quốc La Mã. Nghiên cứu bằng phương pháp lý thuyết và
thực nghiệm sớm nhất được thực hiện bởi nhà khoa học DuBuat (1738-1809) người
Pháp. Ông xác định vận tốc dòng chảy gây ra xói mòn đáy, trong đó có xem xét đến
sự khác nhau của vật liệu đáy. DuBuat đã phát triển khái niệm ma sát trượt. Hagen
(1797-1884) người Đức và Dupuit (1804-1866) người Pháp mô tả về chuyển động
dọc theo đáy và chuyển động lơ lửng của trầm tích. Brahms (1753) đề xuất một
công thức tính vận tốc tới hạn trên đáy với vật liệu là đá. Công thức vận tải đáy đầu
tiên dựa vào độ dốc và độ sâu được DuBoys (1847-1924) người Pháp đề xuất, Ông
khái quát quá trình vận chuyển như chuyển động của các hạt trầm tích trong một
loạt các lớp.
Đến khoảng năm 1900, mô hình biến đổi đáy đầu tiên được Fargue (1827-
1910) người Pháp và Reynolds (1892-1912) người Anh xây dựng. Cơ sở nghiên cứu
vận chuyển trầm tích trong các máng thí nghiệm được bắt đầu bởi Engels (1854-
1945) người Đức và Gilbert (1843-1918) người Mỹ.
Lý thuyết vận chuyển trầm tích được viết bởi Forchheimer (1852-1933) và
Schoklitsch (1888-1969) người Đức. Đến năm 1914, phát triển phương trình tích
ứng suất trượt đáy tới hạn (bắt đầu chuyển động của một hạt) theo chiều dọc của
đáy dốc. Phương trình tương tự cho một hạt dừng chuyển động theo chiều ngang
một đáy dốc được Leiner đề xuất năm 1912. Năm 1936, Shields có một đóng góp
quan trọng liên quan đến ứng suất trượt đáy tới hạn cho sự khởi đầu chuyển động
của các hạt trầm tích. Các đường cong được đề xuất gọi là đường cong “Shislds”.
Các nghiên cứu đầu tiên liên quan đến động lực học chất lỏng và vận chuyển
bùn cát được thực hiện bởi Bagnold năm 1936, 1937. Đến năm 1950, Einstein và


11

các cộng sự nhờ vào sự phát triển của năng lực tính toán, biến các mô hình toán vận
chuyển bùn cát thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực khoa học ven biển. Năm
1967, Robert P. Apmann và Ralph R. Rumer nghiên cứu quá trình phát tán các hạt
trầm tính do khuếch tán rối trong dòng chảy bất đồng nhất dựa trên mô hình toán.
Thí nghiệm được tiến hành trong một máng dài với 3 lớp trầm tích. Hệ số khuếch
tán được xác định là một hàm của đặc trưng trầm tích và vận tốc dòng chảy.
Một trong những nghiên cứu đầu tiên liên quan đến điều kiện bùn lỏng được
thực hiện bởi Einstein và Chien năm 1955, hai quá trình kết bông và cố kết đáy đã
được nghiên cứu. Tác giả đã nhận định rằng độ mặn tối thiểu 1‰ là giới hạn khởi
đầu cho quá trình kết bông.
Odd và Owen, 1972 sử dụng mô hình 1D xem xét tốc độ xói mòn và lắng
đọng dựa trên công thức đề xuất của Krone 1962 và Partheniades 1965. Smith và
Kirby, 1989 đã ứng dụng các mô hình 1D để mô phỏng vận chuyển bùn cát và thay
đổi hình thái quy mô lớn ở các sông De Vries, trong kênh thủy triều Dyer và Evans,
mô phỏng quá trình hình thành “lutocline” ở các cửa sông Ross và Mehta.
Năm 1971, O'Connor trình bày mô hình 2D tích phân theo độ sâu. Ariathurai
và Krone, 1976 đã trình bày một mô hình phần tử hữu hạn áp dụng các yếu tố hình
tam giác với một xấp xỉ bậc hai cho nồng độ và phương pháp trọng số thặng dư
Galerkian. Mô hình sử dụng các công thức cổ điển xác định quá trình xói mòn và
lắng đọng trầm tích. Quá trình keo tụ được tính toán bằng cách xác định vận tốc
chìm lắng trên mỗi phần tử lưới là một hàm của thời gian. Mulder và Udink 1991 áp
dụng mô hình 2D cho cửa sông Western Scheldt có tính đến thủy triều và sóng gió.
Mô hình giải một phương trình cân bằng tác động phổ, nội suy độ cao và chu kỳ
sóng tính toán theo các thời kỳ triều khác nhau để xác định vận tốc quỹ đạo và
thành phần ứng suất trượt đáy do sóng. Sử dụng các công thức thực nghiệm để tính
toán xói mòn và lắng đọng trầm tích và sử dụng các giá trị đồng nhất cho ứng suất
trượt tới hạn của quá trình xói mòn, lắng đọng và vận tốc chìm lắng.


12

Li và cộng sự, 1994 phát triển mô hình 2DV tích hợp giữa mô hình thủy
động lực học và mô hình vận chuyển bùn cát cho cửa sông Gironde nước Pháp,
trong đó có sử dụng mô hình khép kín rối để tính hệ số nhớt rối và hệ số khuếch tán,
mô hình có tính đến quá trình trao đổi trầm tính đáy. Năm 2002, Wen-Cheng Liu,
Ming-Hsi Hsu và Albert Y. Kuo áp dụng mô hình hai chiều trung bình độ sâu
nghiên cứu đặc điểm thủy động lực và vận chuyển bùn cát lơ lửng trong cửa sông
của hệ thống sông Tanshui Rivers, Đài Loan.
Beckers, 1991, trong một nghiên cứu dòng chảy tổng hợp vùng biển Tây Địa
Trung Hải trong điều kiện mùa đông điển hình bằng mô hình GHER-3D, cho rằng
mô hình có thể khôi phục các quá trình vật lý và xu hướng chính của dòng chảy
tổng hợp trong khu vực. Năm 1994, Beckers và cộng sự nghiên cứu thủy động lực
học vùng biển Tây Địa Trung Hải bằng mô hình 3D. Trong nghiên cứu này, các tác
giả đã sử dụng 2 mô hình: mô hình “metagnostic” (định hướng hệ thống) và mô
hình chuẩn đoán (định hướng quá trình), được chạy đồng thời và có tính đến tương
tác. Nghiên cứu chỉ ra quá cấu trúc và sự bất ổn định của dòng Algeria.
O'Connor và Nicholson, 1988 cung cấp một mô hình 3D đầy đủ, bao gồm
một mô hình vận chuyển bùn lỏng, có tính đến sự kết bông và cố kết. Katopodi và
Ribberink 1992 đã phát triển một mô hình tựa 3D cho vận chuyển bùn cát lơ lửng
trên cơ sở của phương trình bình lưu khuếch tán cho dòng chảy và sóng, phân tích
độ nhạy của các tham số sóng và dòng chảy. Các mô hình (nghiêng áp) thuỷ động
lực và vận chuyển trầm tích đã được phát triển và áp dụng cho các vùng ven biển
(De Kok và cộng sự, 1995).
Năm 1994, Leonor Cancino và Ramiro Neves mô tả và ứng dụng hệ thống
mô hình thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích 3D (dạng nghiêng áp, sử dụng
phương pháp sai phân hữu hạn). Mô hình thủy động lực dựa trên xấp xỉ thuỷ tĩnh và
xấp xỉ Boussinesq, sử dụng tọa độ sigma kép cho chiều thẳng đứng với lưới so le và
sơ đồ bán ẩn bậc hai. Ngoài phương trình động lượng và phương trình liên tục, mô
hình giải hai phương trình vận chuyển nhiệt độ, độ muối và một phương trình trạng


13

thái có tính đến hiệu ứng nghiêng áp. Mô phỏng quá trình vận chuyển trầm tích gắn
kết được thực hiện bằng cách giải các phương trình bảo toàn, bình lưu - khuếch tán
3D, trong cùng một lưới sử dụng trong mô hình thủy động lực. Qúa trình cố kết, xói
mòn và lắng đọng của trầm tích được biểu diễn bằng các công thức thực nghiệm.
Các mô hình đã được thử nghiệm và hiệu chỉnh bằng cách mô phỏng dòng triều và
vận chuyển bùn cát lơ lửng ở các cửa sông. Hai ứng dụng ở cửa sông Western
Scheldt (Hà Lan) và Gironde (Pháp) cho thấy sự phù hợp tốt giữa kết quả tính toán
và đo đạc thực địa.
Năm 2003, Changsheng Chen và Hedong Liu phát triển mô hình 3D tính
hoàn lưu khu vực ven biển và cửa sông. Mô hình dựa trên hệ phương trình nguyên
thủy 3 chiều gồm các phương trình động lượng, liên tục, nhiệt, muối, mật độ và sử
dụng mô hình khép kín rối bậc 2,5 của Mellor và Yamada. Mô hình sử dụng hệ tọa
độ chuyển đổi sigma cho phương thẳng đứng, phương ngang sử dụng lưới cấu trúc
hình tam giác. Mô hình toán sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn, thể tích hữu
hạn và phần tử hữu hạn. Mô hình đã được áp dụng cho biển Bột Hải, cửa sông
Satilla River.
Năm 2004, Wahyu W. Pandoe và Billy L. Edge ứng dụng mô hình
ADCIRC-3D tính toán dòng chảy và vận chuyển bùn cát dọc bờ biển vịnh Mexico
và dọc bờ biển Texas, kết quả cho thấy mô hình cho kết quả tốt khi áp dụng cho các
khu vực cửa sông có độ dốc nhỏ.
Năm 2005, C.H. Wang, Onyx W.H. Wai và C.H. Hu phát triển mô hình tính
toán vận chuyển trầm tích cho vùng cửa sông Pearl River (vịnh Lingding). Mô hình
sử dụng kỹ thuật tách để giải các phương trình chủ đạo: giải các số hạng bình lưu
bằng phương pháp Eulerian-Lagrangian, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho
các số hạng khuếch tán theo phương ngang và phương pháp sai phân hữu hạn cho
số hạng khuếch tán theo phương thẳng đứng. Sơ đồ khép kín rối bậc 2,5 của Mellor-
Yamada được sử dụng kết hợp để xác định tham số nhớt rối thẳng đứng.


14

Guy Simpsona, Sebastien Castelltort, 2005 trình bày mô hình coupled giữa
mô hình dòng chảy mặt, vận chuyển trầm tích và diễn biến hình thái. Mô hình sử
dụng các phương trình nước nông cho dòng chảy, bảo toàn nồng độ trầm tích, hàm
thực nghiệm cho ma sát đáy, xói mòn và lắng đọng. Quá trình xói mòn và lắng đọng
được xử lý độc lập và tác động đến thông lượng trầm tích thông qua trao đổi vuông
góc với biên đáy của dòng chảy.
Năm 2008, John C. Warner, Christopher R. Sherwooda, Richard P. Signel,
Courtney K. Harris và Hernan G. Arangoc phát triển mô hình 3D couple sóng, dòng
chảy và vận chuyển bùn cát bằng công cụ MCT (Model Coupling Toolkit) và áp
dụng tính toán cho vịnh Massachusetts. Mô hình là sự kết hợp giữa mô hình hoàn
lưu ven biển ROM v3.0 và mô hình tính sóng vùng nước nông SWAN. Ứng suất
sóng 2 chiều được đưa vào phương trình động lượng, cùng với hiệu ứng của sóng
mặt. Vận chuyển trầm tích được xem xét trong nhiều lớp, mỗi lớp có các đặc điểm
riêng như đường kính hạt, mật độ, vận tốc lắng đọng, ứng suất tới hạn cho quá trình
xói mòn. Vận chuyển trầm tích lơ lửng trong cột nước được tính giống thuật toán
bình lưu khếch tán và bổ sung thuận toán giải theo chiều thẳng đứng mà không phụ
thuộc vào tiêu chuển CFL. Ngoài ra, còn có mô hình lớp biên đáy tính toán tương
tác sóng - dòng chảy, làm tăng ứng suất đáy, tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển
trầm tích và làm tăng ma sát đáy, tạo ra tác động ngược trở lại dòng chảy.
Năm 2008, Idris Mandang và Tetsuo Yanagi áp dụng mô hình 3D
ECOMSED được phát triển bởi HydroQual (2002) vào tính toán vận chuyển trầm
tích khu vực cửa sông Mahakam, phía Đông Kalimantan, Indonesia. Mô hình có sử
dụng phép xấp xỉ Bousinesq và xấp xỉ thủy tĩnh. Mô phỏng qúa trình vận chuyển
trầm tích dựa trên cơ sở giải đồng thời các phương trình bình lưu – khuếch tán – bảo
toàn 3 chiều.
Năm 2009, M. Radjawane và F. Riandini sử dụng mô hình 3D vào mô phỏng
hoàn lưu và vận chuyển bùn cát gắn kết từ 3 cửa sông Angke, Karang và Ancol vào
trong vịnh Jakarta, Indonesia. Đánh giá ảnh hưởng của thủy triều, gió và dòng chảy


15

sông đến quá trình lan truyền trầm tích trong vinh.
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, các nghiên cứu liên quan đến vấn đề thủy động lực và vận
chuyển bùn cát bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước. Cho
đến nay các vấn đề liên quan đến thủy động lực và vận chuyển trầm tích tại các
vùng ven biển Việt Nam đang là mối quan tâm của nhiều nhà khoa học và các cơ
quan nghiên cứu. Một số cơ quan nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như Khoa
Khí tượng Thủy văn Hải dương học, ĐHKHTN-ĐHQGHN, Viện Khoa học Thủy
lợi, Viện Cơ học, Viện Hải dương Học Nha Trang, Viện Tài nguyên và Môi trường
biển Hải Phòng, Các khu vực xói lở và bồi tụ tiêu biểu có thể kể đến như Cát Hải
(Hải Phòng) Văn Lý, Hải Triều, Hải Hậu (Nam Định), Ngư Lộc, Hậu Lộc (Thanh
Hóa ), Cảnh Dương (Quảng Bình), Phan Rí, La Gi, Phan Thiết (Bình Thuận), Cần
Thạnh (Thành phố Hồ Chí Minh), Gò Công Đông (Tiền Giang), Hồ Tàu, Đông Hải
(Trà Vinh), Cửa Tranh Đề (Sóc Trăng), Ngọc Hiển (Bạc Liêu), Quá trình vận
chuyển trầm tích được nghiên cứu trong Chương trình Biển KT.03 (1991-1995),
KHCN.06 (1996-2000), ngoài ra nó cũng được nghiên cứu trong các đề tài độc lập
cấp nhà nước và trong chương trình biển giai đoạn 2001-2005. Ngoài ra nhiều đề
tài, dự án liên quan đến trầm tích lơ lửng được thực hiện tại các cấp, cùng nhiều
công trình nghiên cứu được công bố trong các tạp chí khoa học trong nước.
Đinh Văn Ưu (2003 – 2012), nghiên cứu các quá trình thủy động lực, lan
truyền vật chất bằng mô hình 3D (MDEC). Trong thời gian này, tác giả đã phát triển
và hoàn thiện dần mô hình cho mục đích nghiên cứu thủy động lực, vận chuyển
trầm tích và lan truyền chất gây ô nhiễm môi trường. Mô hình sử dụng hệ phương
trình bình lưu khuếch tán đầy đủ đối với các tính toán thủy động lực và nồng độ
trầm tích lơ lửng và phương trình bảo toàn khối lượng để tính toán sự biến đổi của
độ dày lớp đáy lỏng. Một số kỹ thuật tính toán mới đã được phát triển và áp dụng
cho phép linh hoạt hơn trong quá trình thiết lập các điều kiện biên có mực nước và
lưu lượng biến đổi phức tạp như các cửa sông. Các công trình tiêu biểu có thể kể


16

đến như năm 2003, Các kết quả phát triển và ứng dụng mô hình ba chiều (3D) thuỷ
nhiệt động lực biển ven và nước nông ven bờ Quảng Ninh. Năm 2005, Phát triển
mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng đối với vùng biển vịnh Hạ Long và khả
năng ứng dụng trong việc xây dựng hệ thống mô hình monitoring và dự báo môi
trường biển và Ứng dụng mô hình dòng chảy ba chiều (3D) nghiên cứu quá trình
lan truyền chất lơ lửng tại vùng biển ven bờ Quảng Ninh. Năm 2006, Phát triển và
ứng dụng mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng và biến động trầm tích đáy
cho vùng biển Vịnh Hạ Long. Năm 2009, Mô hình vào tính toán vận chuyển trầm
tích và biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phòng.
Năm 2012, Tiến tới hoàn thiện mô hình ba chiều (3D) thủy động lực cửa sông ven
biển.
Năm 2005, Nguyễn Thị Bảy, Mạnh Quỳnh Trang, ứng dụng mô hình 2 chiều
tính toán chuyển tải bùn cát dính vùng ven biển dựa vào lời giải hệ phương trình
Reynolds, kết hợp với hệ phương trình chuyển tải bùn cát, lấy trung bình theo chiều
sâu, có tính đến hàm số nguồn, mô tả tốc độ bốc lên hay lắng xuống của hạt. Mô
hình tính được kiểm tra với nghiệm giải tích, và so sánh với số liệu thực đo đối với
vùng biển Cần Giờ.
Năm 2009, Nguyễn Kỳ Phùng, Đào Khôi Nguyên, đánh giá biến đổi đáy ven
bờ biển Rạch Giá do dòng chảy khi xây dựng đảo nhân tạo Hải Âu. Nghiên cứu dựa
trên mô hình 2 chiều, có tính đến ứng suất gió bề mặt và ứng suất dáy do dòng chảy.
Năm 2010, Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn và Đặng
Đình Khá phân tích đánh giá biến động trầm tích lơ lửng, trầm tích đáy và diễn biến
hình thái khu vực cửa sông Bến Hải và vùng ven bờ Cửa Tùng trên cơ sở số liệu 2
đợt khảo sát do khoa KT-TV-HDH thực hiện 8/2009 và 4/2010 và thu thập của
Công ty Tư vấn GTVT (TEDI) năm 2000. Trần Hồng Thái, Lê Vũ Việt Phong,
Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Văn Hải ứng dụng mô hình toán 2 chiều RMA2 và
SED2D để mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát trong sông - biển từ những
nguồn ô nhiễm khác nhau do Dự án xây dựng Nhà máy nhiệt điện Mông Dương gây


17

nên. Vũ Thanh Ca, áp dụng mô hình 2 chiều tính toán dòng chảy tổng hợp và vận
chuyển bùn cát kết dính vùng ven bờ. Vũ Thanh Ca, Nguyễn Quốc Trinh, áp dụng
phương pháp tính sóng có năng lượng tương đương vào tính toán vận chuyển bùn
cát dọc bờ khi nghiên cứu về nguyên nhân xói lở bờ biển Nam Định.
Năm 2011, Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển, Nguyễn Vũ Thắng tính
biến động bờ biển khu vực huyện Hải Hậu tỉnh Nam Định dưới tác động đồng thời
của sóng và dòng chảy bằng cách chạy đồng thời các mô hình tính dòng chảy và
sóng. Các mô hình được sử dụng gồm ADCIRC, CMS-M2D, SWAN và
STWWAVE. Phạm Sỹ Hoàn và Lê Đình Mầu áp dụng mô hình ECOMSED tính
toán vận chuyển vật chất lơ lửng tại dải ven biển cửa sông Mê Công. Mô hình sử
dụng phương trình liên tục, phương trình cân bằng thỷ tĩnh, các phương trình bảo
toàn nhiệt-muối, phương trình vận chuyển vật chất, kỹ thuật phân tách dạng dao
động do Simons (1974), Madala và Piacsek (1977) phát triển, so đồ MPDATA cho
quá trình bình lưu và sơ đồ khép kín rối bậc 2 do Mellor và Yamada đề xuất năm
1982.
1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
2.2.1. Phạm vi nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu được giới hạn từ 106.7-107.00E và 20.65-21.850N,
vùng cửa sông ven biển được bao bọc bởi đảo Cát Bà, Cát Hải, bán đảo Đồ Sơn,
Đình Vũ. Trong vùng có 3 cửa sông là cửa Nam Triệu, Lạch Tray và Lạch Huyện.
Chế độ thủy thạch động lực học ở đây rất phức tạp do chịu tác động đồng thời của
cả sông và biển. Địa hình khu vực khá phức tạp do bị chia cắt mạnh bởi các cửa
sông, đảo và bán đảo, vùng ven bờ tồn tại các khu rừng ngậm mặn và lộ bãi khi
triều xuống.
2.2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy - hải văn
2.2.2.1. Đặc điểm khí hậu-khí hậu
Khí hậu khu vực Hải Phòng mang đặc điểm chung của khí hậu nhiệt đới gió


18

mùa và đặc điểm riêng của vùng ven biển có nhiều hải đảo. TP. Hải Phòng có chế
độ nhiệt thuộc loại trung bình của dải ven biển Bắc Bộ, lượng bức xạ đạt giá trị lớn
nhất trong mùa hè và đạt giá trị nhỏ nhất trong mùa đông, trung bình mỗi năm có
khoảng 1.670-1.680 giờ nắng. Chế độ gió khu vực Hải Phòng chịu sự chi phối của
chế độ gió mùa Đông Nam Á, tại đây hoàn lưu tín phong của vùng cận chí tuyến bị
nhiễu loạn và thay thế bằng một dạng hoàn lưu phát triển theo mùa.
a. b.

Hình 1.1. Hoa gió trạm Hòn Dáu tháng 1 (a) và tháng 7 (b)
Theo số liệu quan trắc tại trạm Hòn Dáu từ 1960-2002 cho thấy, trong các
tháng mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), thời kỳ hoạt động mạnh của gió
mùa cực đới khô - lạnh, các hướng gió thịnh hành bao gồm Bắc, Đông Bắc và
Đông, với tần suất mỗi hướng tương ứng khoảng 18%, 12% và 36%; gió các hướng
còn lại có tần suất nhỏ dưới 6%. Tốc độ gió trung bình các tháng mùa đông đạt 4,5
m/s, cực đại đạt 24 m/s. Trong các tháng mùa hè (từ tháng 5-10), gió chủ yếu có
hướng Nam, Đông Nam và Đông, tần suất tương ứng các hướng đạt 15%, 16% và
15%; các hướng gió còn lại có tần suất nhỏ. Tốc độ gió trung bình các tháng mùa hè
đạt 5,1 m/s, cực đại đạt 45 m/s trong điều kiện có bão. Hình 1.1 trình bày hoa gió
trạm Hòn Dáu tháng 1 và tháng 7.
Chế độ nhiệt của Hải Phòng được phân ra hai mùa nóng, mùa lạnh rõ rệt và


19

chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ gió mùa, nhiệt độ biến thiên rất mạnh trong
năm. Do sự luân phiên tranh chấp của các khối không khí có bản chất khác nhau
nên thời tiết và khí hậu khu vực Hải Phòng thường xuyên biến động, sự biến động
này được thể hiện qua biến động của nhiệt độ không khí. Trong mùa đông, nhiệt độ
trung bình các tháng là 21,5
o
C, nhiệt độ thấp là nhất 6,7
o
C, cao nhất là 32,3
o
C.
Chênh lệch nhiệt độ trong ngày có thể đạt trên 10
o
C. Trong mùa hè, nhiệt độ trung
bình các tháng là 27,7
o
C, nhiệt độ thấp nhất giảm tới 15,3
o
C, cao nhất là 37,9
o
C.
Cũng giống như các tỉnh trong khu vực Đông Bắc Bộ, Hải Phòng có chế độ
mưa mùa tập trung trong mùa hè, mùa đông khô lạnh ít mưa. Tổng lượng mưa cả
năm dao động trong khoảng 1.600 – 2.000mm nhưng phân bố không đều theo mùa.
Lượng mưa cao nhất rơi vào tháng 8 (có thể đạt tới 235mm), thấp nhất vào tháng
12, khoảng 16mm (số liệu thống kê tại trạm Hòn Dáu). Tổng số ngày mưa trong
năm đạt 100 - 150 ngày, tập trung chủ yếu vào các tháng mùa hè.
Độ ẩm tương đối trong không khí khu vực TP. Hải Phòng khá cao, độ ẩm
trung bình năm đạt 84,2%, trong đó hai tháng III và IV độ ẩm đạt tới 90,2% do ảnh
hưởng của mưa phùn. Hai tháng đầu mùa đông (tháng 11, 12) có độ ẩm thấp nhất,
khoảng 77,5% và 77,8%. Đây là thời kỳ thịnh hành thời tiết khô hanh do gió mùa
Đông Bắc lạnh và khô mang lại.
Hải Phòng nằm trong vùng có bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ nhiều, chiếm
31% tổng số cơn bão đổ bộ vào nước ta hàng năm, trung bình mỗi năm có 1 - 2 cơn
bão và áp thấp đổ bộ trực tiếp, 3 - 4 cơn bão và áp thấp khác gián tiếp ảnh hưởng
đến vùng ven biển và đảo. Thời kỳ bão đổ bộ trực tiếp vào Hải Phòng tập trung
trong các tháng 7 đến tháng 9 với tổng tần suất 78%, trong đó tháng 7 là 28%, tháng
8 là 21% và tháng 9 là 29%. Trong lịch sử đã có nhiều cơn bão đổ bộ vào Hải
Phòng hoặc khu vực lân cận gây ra nhiều thiệt hại cả về người và tài sản. Có thể kể
đến các cơn bão điển hình sau: cơn bão KATE đổ bộ vào Hải Phòng ngày
26/9/1955, bão WENDY đổ bộ vào Hải Phòng ngày 09/9/1968, bão SARAH đổ bộ
vào Hải Phòng ngày 21/07/1977 và cơn bão số 7 đổ bộ vào các tỉnh Ninh Bình -


20

Thanh hóa ngày 27-30/9/2005.
2.2.2.2. Đặc điểm thủy văn
TP. Hải Phòng có nhiều sông lớn chảy qua, các sông đều là phần hạ lưu cuối
cùng trước khi đổ ra biển của hệ thống sông Thái Bình. Hướng chảy của các dòng
sông chủ yếu là Tây Bắc - Đông Nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, hàm lượng
phù sa cao. Các sông 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 Bắc Bộ.
Càng gần cửa sông, lòng sông càng mở rộng.
Dòng chảy sông có sự biến đổi rất lớn theo mùa, tương ứng với mùa mưa và
mùa khô có mùa lũ và mùa cạn. Mùa lũ thường bắt đầu chậm hơn mùa mưa một
tháng (vào tháng 6 - 10), mùa cạn từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Trong mùa lũ,
lưu lượng nước chiếm 75 - 85% cả năm, đặc biệt trong 3 tháng 7, 8, 9 lưu lượng
nước chiếm 50 - 70%. Lũ lớn nhất thường vào tháng 7 hoặc tháng 8, chiếm 20 -
27%, có khi tới 35% lưu lượng nước cả năm. Trong mùa lũ, các sông ở phía bắc
(Bạch Đằng, Văn Úc, Lạch Tray) chịu ảnh hưởng của chế độ lũ sông Thái Bình
mạnh hơn, trong khi đó các sông phía nam (Luộc, Hoá, Thái Bình, Mới) chịu ảnh
hưởng chế độ lũ của sông Hồng mạnh hơn. Mùa cạn, lượng nước từ thượng lưu về
ít, nguồn nước trong sông chủ yếu do nước ngầm và thủy triều, lưu lượng nước chỉ
chiếm 15 - 20% cả năm.
Hàng năm, lưu lượng nước nhỏ nhất thường xuất hiện vào tháng 3. Sông
Kinh Thầy (trạm Cửa Cấm) lưu lượng trung bình mùa cạn 115m
3
/s, lưu lượng kiệt
nhất trung bình 47,2m
3
/s, trong đó lưu lượng kiệt nhất là 0,1m
3
/s; sông Văn Úc
(trạm Trung Trang) có lưu lượng trung bình mùa cạn là 193m
3
/s, lưu lượng kiệt
nhất trung bình 63,2m
3
/s, lưu lượng nhỏ nhất 52,5m
3
/s; sông Mới (trạm sông Mới)
lưu lượng trung bình mùa cạn là 82,6m
3
/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 53,0m
3
/s,
lưu lượng kiệt nhất là 48.2m
3
/s; sông Thái Bình (trạm Cống Rỗ) lưu lượng trung
bình mùa cạn là 16.4m
3
/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình đạt 1.1m
3
/s, lưu lượng kiệt


21

nhất xấp xỉ bằng 0.
Độ đục trong các sông ở Hải Phòng biến thiên trong khoảng rất rộng, từ 10
đến 1000g/m
3
trong năm. Hàm lượng bùn cát thay đổi theo khu vực và theo mùa.
Về mùa mưa, độ đục trung bình ở các trạm thay đổi trong khoảng 53 - 215g/m
3
, trên
sông Bạch Đằng và phía ngoài cửa Nam Triệu có giá trị khá nhỏ 80 - 100g/m
3
, độ
đục cực đại đạt tới 700 - 964 g/m
3
trên luồng Cửa Cấm. Mùa khô, độ đục trung bình
biến đổi trong khoảng 42 - 94g/m
3
, cực đại đạt 252 - 860g/m
3
tập trung ở vùng cửa
sông phía ngoài do tác động khuấy đục đáy của sóng và dòng triều.
Lượng bùn cát trong các sông ở Hải Phòng chủ yếu từ thượng lưu hệ thống
sông Thái Bình chuyển về và một phần từ Sông Hồng chuyển sang qua Sông Đuống
ở phía trên và Sông Luộc ở phía dưới. Trong năm, lượng bùn cát tập trung chủ yếu
vào những tháng mùa lũ, chiếm tới 90% lượng bùn cát cả năm. Tháng 8 thường có
tổng lượng bùn cát lớn nhất, chiếm từ 35 - 40% tổng lượng bùn cát trong năm,
lượng bùn cát nhỏ nhất thường là vào tháng 3 chỉ từ 0,5 - 1% tổng lượng bùn cát cả
năm.
Các sông chính ở Hải Phòng đều chịu sự tác động mạnh mẽ của chế độ triều
trong khu vực. Điều này thể hiện rõ qua dao động mực nước hàng ngày trong các
thời kỳ triều. Những dao động triều ở ngoài biển được truyền vào sông về cơ bản
vẫn phù hợp với quy luật triều ngoài biển. Tuy nhiên, càng vào sâu trong sông thủy
triều càng bị biến dạng do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như lượng nước thượng lưu
dồn về, ma sát đáy sông, hình dạng, kích thước lòng sông và độ uốn khúc lớn nhỏ.
Càng vào sâu, sự biến động của sóng triều càng lớn, đến một ranh giới nhất định thì
thủy triều không còn ảnh hưởng trong sông.
Tổng lượng nước từ biển do thuỷ triều dồn vào sông biến đổi theo mùa.
Trong mùa kiệt, lượng nước từ thượng lưu về ít nên tổng lượng nước do thuỷ triều
truyền vào biến đổi theo ngày, phụ thuộc vào chu kỳ và biên độ thuỷ triều. Mùa lũ,
nguồn nước thượng lưu lớn, dòng triều bị đẩy lùi nên tổng lượng nước do thuỷ triều


22

vào nhỏ.
Nước mặn xâm nhập từ biển vào sông phụ thuộc rất nhiều vào chế độ thuỷ
triều và chế độ nước từ thượng lưu. Nồng độ muối trong nước sông luôn luôn biến
đổi theo thời gian và không gian, thường khá cao vào các tháng mùa cạn, cao nhất
là tháng 3, tuy nhiên cực đại độ mặn này có thể bị xê dịch do phụ thuộc vào nhiều
yếu tố khác. Trong nhiều năm, độ mặn có biến động lớn, và có liên quan chặt chẽ
tới lượng chảy sông từng năm.
2.2.2.3. Đặc điểm hải văn
a. Thủy triều
Thủy triều trong khu vực Hải Phòng có chế độ nhật triều đều thuần nhất. Đây
là vùng có biên độ triều khá cao của miền Bắc. Thời gian trung bình triều dâng 11-
12h, thời gian triều rút 13-14h. Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều
(nước lớn) và một chân triều (nước ròng). Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều
cao, mỗi chu kỳ kéo dài 11 - 13 ngày với biên độ dao động mực nước có thể đạt tới
2,0 m. Trong kỳ triều thấp, tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhật
triều tăng lên, trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều. Hàng năm, thủy triều có biên độ
lớn vào các tháng 5, 6, 7 và 10, 11, 12, biên độ nhỏ vào các tháng 3, 4 và 8, 9.
b. Dòng chảy
Chế độ dòng chảy vùng ven biển và đảo khu vực Hải Phòng rất phức tạp, thể
hiện qua mối quan hệ tương tác giữa thuỷ triều, sóng, gió, dòng chảy sông, địa hình
khu vực. Dòng chảy ven bờ trong khu vực là tổng hợp của các dòng chảy triều,
dòng chảy sóng ven bờ, dòng chảy gió, dòng chảy sông, trong đó dòng triều có vai
trò chính, quy định tính chất của dòng tổng hợp. Dòng triều mang tính chất thuận
nghịch, elíp triều dẹt, định hướng theo luồng, lạch, cửa sông hoặc song song với
đường bờ. Dòng triều mạnh vào các tháng 6, 7, 12, 1 và yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9
trong năm. Kết quả phân tích điều hoà các thành phần dòng triều cho thấy, dòng
toàn nhật có độ lớn áp đảo, gấp 5 - 10 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều dòng


23

triều 1/4 ngày. Dòng chảy tổng hợp có giá trị vận tốc khá lớn, thường nằm trong
khoảng 0,4 - 1,0m/s. Hướng chảy thường song song với đường bờ, trừ các khu vực
cửa sông hướng dòng chảy thay đổi phụ thuộc vào các luồng lạch chính. Trường
dòng chảy ổn định trong mùa đông hướng tây nam, tốc độ trung bình 20 - 25cm/s,
trong mùa hè hướng đông bắc, tốc độ trung bình 15 - 20cm/s. Khi triều lên dòng
chảy thường có hướng từ nam lên bắc, khi triều xuống dòng chảy có hướng ngược
lại.
c. Sóng
Chế độ sóng khu vực biển Hải Phòng phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ gió và
đặc điểm địa hình và hình dạng đường bờ. Sóng ven biển Hải Phòng chủ yếu là
sóng truyền từ ngoài khơi đã bị khúc xạ và phân tán năng lượng do ma sát đáy.
Theo số liệu sóng tại trạm Hòn Dáu từ 1960 – 2002 cho thấy, trong mùa đông sóng
có các hướng chính là hướng Đông, Đông Bắc, tần suất tương ứng là 40%, 12%. Độ
cao sóng trung bình các tháng mùa đông là 0,64 m, độ cao sóng cực đại đạt 2,8 m.
Trong mùa hè sóng thịnh hành là hướng Nam và Đông Nam, với tần suất tướng ứng
là 27% và 37%. Độ cao sóng trung bình 0,72 m, độ cao sóng cực đại đạt 5,6 m.
Bảng 1.1. Trình bày các đặc trưng sóng, gió nhiều năm tại trạm Hòn Dáu.
Bảng 1.1. Vận tốc gió và độ cao sóng trung bình nhiều năm tại trạm Hòn Dáu
Tháng

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 TBNN

Gió
(m/s)
4,7

4,5

4,4

4,6

5,3

5,7

5,8

4,6

4,3

4,7

4,5

4,4

4,8
Sóng
(m)
0,7

0,7

0,7

0,8

0,9

0,9

1,0

0,8

0,8

0,8

0,7

0,7

0,8
d. Nhiệt độ nước biển
Theo số liệu tại trạm Hòn Dáu từ 1960 – 2002 cho thấy, trong các tháng mùa
đông, nhiệt độ nước biển thường thấp hơn 25
o
C, nhiệt độ trung bình thấp nhất trong
năm thường xuất hiện vào tháng 2, nhiệt độ nước biển thấp nhất 13,5
o
C. Vùng biển
phía tây nam có nhiệt độ trung bình cao hơn nhiệt độ nước biển vùng đông bắc,

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×