Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
PHÂN TÍCH XU THẾ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ, ĐÁY KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÁY BẰNG
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------------------------------
DƯƠNG NGỌC TIẾN
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
PHÂN TÍCH XU THẾ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN
TRẦM TÍCH VÀ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ, ĐÁY
KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÁY BẰNG MÔ HÌNH MIKE
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HÀ NỘI – 2012
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------------------------------
DƯƠNG NGỌC TIẾN
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
PHÂN TÍCH XU THẾ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN
TRẦM TÍCH VÀ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ, ĐÁY
KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÁY BẰNG MÔ HÌNH MIKE
Chuyên ngành : Hải dương học
Mã số : 60.44.97
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Thọ Sáo
HÀ NỘI – 2012
i
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng
dẫn PGS.TS. Nguyễn Thọ Sáo. Thầy đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt
quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Đồng thời, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô
giáo trong bộ môn Hải dương học, cán bộ Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải
dương học, cán bộ phòng Sau đại học Trường đại học Khoa học Tự Nhiên đã
giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo Trung tâm, công đoàn và
toàn thể các đồng nghiệp của Trung tâm Nghiên cứu biển và tương tác biển –
Khí quyển, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường đã tạo điều
kiện, giúp đỡ tác giả để tác giả có thể hoàn thành được khóa học và luận văn
một cách tốt nhất.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè và người
thân đã động viên tinh thần, khích lệ tác giả để luận văn được hoàn thành tốt
nhất.
ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU..........................3
1.1. Điều kiện tự nhiên.................................................................................................3
1.1.1. Địa hình, địa chất địa mạo..............................................................................3
1.1.2. Chế độ khí hậu................................................................................................3
1.1.2.1. Bức xạ nhiệt .............................................................................................3
1.1.2.2. Lượng mưa...............................................................................................4
1.1.2.3. Gió ven biển.............................................................................................4
1.1.3. Chế độ thủy văn..............................................................................................5
1.1.4. Chế độ hải văn................................................................................................6
1.1.4.1. Sóng, thủy triều và xâm nhập mặn...........................................................6
1.1.4.2. Dòng chảy vùng cửa sông, ven biển ........................................................7
1.2. Hiện trạng bồi lắng và xói lở................................................................................7
1.2.1. Giai đoạn trước năm 1989..............................................................................8
1.2.2. Giai đoạn 1989-1995......................................................................................8
1.2.3. Giai đoạn 1995-nay ........................................................................................8
1.3. Cảng trên sông Đáy và kế hoạch nạo vét luồng .................................................11
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................14
2.1. Tổng quan về quá trình động lực và vận chuyển bùn cát vùng bờ.....................14
2.1.1. Sóng..............................................................................................................15
2.1.2. Dòng chảy.....................................................................................................16
2.1.3. Vận chuyển bùn cát vùng ven bờ .................................................................17
2.2. Tổng quan các yếu tố ảnh hưởng đến xói lở, bồi tụ và diễn biến đường bờ ......21
2.3. Tổng quan các phương pháp nghiên cứu về thủy động lực, vận chuyển bùn
cát, dịch chuyển đường bờ.........................................................................................23
2.3.1. Phương pháp điều tra cơ bản........................................................................23
2.3.2. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và GIS.............................................24
2.3.3. Phương pháp phóng xạ hạt nhân ..................................................................26
2.3.4. Phương pháp mô hình vật lý. .......................................................................27
2.3.5. Phương pháp mô hình toán...........................................................................28
2.4. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu....................................................................32
2.5 Cơ sở lý thuyết các mô hình thủy thạch động lực................................................34
2.5.1. Mô hình MIKE 11 ........................................................................................34
2.5.1.1. Giới thiệu chung.....................................................................................34
2.5.1.2. Mô đun HD ............................................................................................35
2.5.1.3. Mô đun AD ............................................................................................39
2.5.2. Mô hình MIKE 21 ........................................................................................40
iii
2.5.2.1. Mô hình tính sóng MIKE 21 SW...........................................................40
2.5.2.2. Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD .................................................42
2.5.2.3. Mô hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21 ST..................................45
2.5.3. Mô hình LITPACK ......................................................................................46
2.5.3.1. Khái quát về mô hình Litpack................................................................46
2.5.3.2. Các mô đun trong Litpack......................................................................47
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ
BỒI TỤ, XÓI LỞ ..........................................................................................................51
3.1. Đặt vấn đề...........................................................................................................51
3.2. Xây dựng bộ số liệu cơ sở cho mô hình..............................................................52
3.2.1. Địa hình, miền tính, lưới tính .......................................................................52
3.2.2. Điều kiện biên ..............................................................................................53
3.2.3. Các thông số khác.........................................................................................53
3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình...................................................................54
3.3.1. Mô hình MIKE 11 ........................................................................................54
3.3.2. Mô hình tính sóng MIKE 21 SW .................................................................55
3.3.3. Mô hình thủy lực MIKE 21 FM ...................................................................56
3.4. Các kết quả trong nghiên cứu.............................................................................58
3.4.1. Phân tích xu thế vận chuyển trầm tích .........................................................58
3.4.1.1. Mô phỏng thủy lực.................................................................................59
3.4.1.2. Mô phỏng phân bố trầm tích..................................................................61
3.4.1.3. Nhận xét .................................................................................................65
3.4.2. Tính toán xu thế biến động bùn cát dài hạn có xét đến dâng cao mực nước
biển và mô hình hóa quá trình phát triển cửa Đáy .................................................67
3.4.2.1. Kịch bản nước biển dâng cho khu vực cửa Đáy ....................................67
3.4.2.2. Cập nhật mực nước biển dâng trong mô hình........................................68
3.4.2.3. Lưu lượng dòng chảy sông ....................................................................69
3.4.2.4. Kết quả ...................................................................................................70
3.4.3. Tính toán biến đổi đường bờ có xét đến dâng cao mực nước biển do biến
đổi khí hậu ..............................................................................................................76
3.4.3.1. Điều kiện tính toán.................................................................................76
3.4.3.2. Bộ thông số đầu vào...............................................................................76
3.4.3.3. Kết quả tính toán....................................................................................80
KẾT LUẬN...................................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................84
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Tần suất (%) của các hướng gió và lặng gió (%) trạm Văn Lý
(200
07’N;1060
18’E) ........................................................................................................5
Bảng 3.1. Xác suất của tốc độ gió theo các cấp tốc độ (tính bằng % của tổng
số trường hợp) trạm Văn Lý (200
07’N;1060
18’E)...........................................................5
Bảng 3.1. Độ cao trung bình h(m) hàng trên, độ cao H1% hàng dưới, chu kỳ
trung bình
(s) của sóng và tốc độ gió V(m/s) tại trạm Văn Lý (200
07’N;1060
18’E). ..6
Bảng 3.1. Mực nước biển dâng theo các kịch bản phát thải cho khu vực Cửa
Đáy (cm) ...........................................................................................................67
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Biểu đồ phân phối lượng mưa năm trạm Văn Lý............................4
Hình 1.2. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy Năm 1989 ......................................10
Hình 1.3. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2001 .......................................10
Hình 1.4. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2005 .......................................11
Hình 1.5. Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2009 .......................................11
Hình 2.1. Những hệ thống vận chuyển bùn cát mở và đóng (US ARMY
CORPS OF ENGINEERS, 2002) .............................................................................18
Hình 2.2. Sơ đồ biến đổi mặt cắt của một bãi biển do một cơn bão (US
ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002) ................................................................20
Hình 2.3. Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott.....................................36
Hình 2.4. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t .................36
Hình 2.5. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ ...........................................37
Hình 2.6. Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu.......................37
Hình 2.7. Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng ......................................37
Hình 2.8. Các thành phần theo phương x và y ..............................................45
Hình 2.9. Các mô đun trong mô hình Litpack ...............................................47
Hình 3.1. Các bộ thông số và các mô hình toán cơ bản sử dụng trong nghiên
cứu 51
Hình 3.2. Địa hình khu vực nghiên cứu.........................................................52
Hình 3.3. Minh họa lưới tính sử dụng trong mô phỏng.................................53
Hình 3.4. So sánh nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Như Tân trên sông Đáy
55
Hình 3.5. Độ cao và hướng sóng đặc trưng cho các tháng trong năm...........55
Hình 3.6. Vị trí các điểm hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình ....................56
Hình 3.7. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại điểm HC (trạm đo Ninh
Cơ;1060
12’7.14”E, 200
1’26.49”N) ...........................................................................57
Hình 3.8. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ hằng
số điều hòa tại điểm KN1 (1060
35’E, 200
13’N) ........................................................57
v
Hình 3.9. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ hằng
số điều hòa tại điểm KN2 (106006’E, 19055’N) ......................................................58
Hình 3.10. So sánh mực nước tính toán bằng mô hình và tính toán từ bộ
hằng số điều hòa tại điểm KN3 (1050
56’E, 190
51’N)................................................58
Hình 3.11. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Như Tân trên sông Đáy
năm 2010 59
Hình 3.12. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Phú Lễ trên sông Ninh
Cơ năm 2010 60
Hình 3.13. Biến trình lưu lượng qua mặt cắt tại trạm Ba Lạt trên sông Hồng
năm 2010 60
Hình 3.14. Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng 8 năm 2010 ...............61
Hình 3.15. Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng 1 năm 2010 ...............61
Hình 3.16. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Như Tân năm 2010
62
Hình 3.17. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Phú Lễ năm 2010 62
Hình 3.18. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Ba Lạt năm 2010.62
Hình 3.19. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa mưa)....63
Hình 3.20. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu
mùa mưa) 63
Hình 3.21. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-10-2011 (thời điểm cuối mùa mưa) 64
Hình 3.22. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 1-10-2011(thời điểm
cuối mùa mưa) 64
Hình 3.23. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 31-12-2010 (sau 1 năm tính toán) ......65
Hình 3.24. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 31-12-2010 (sau 1 năm
tính toán) 65
Hình 3.25. Kịch bản mực nước biển dâng tại khu vực cửa Đáy ...................68
Hình 3.26. Biến trình lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt các trạm trong 20
năm 70
Hình 3.27. Biến trình mực nước tính toán tại điểm gần cửa Đáy (1060
5’E;
190
50’N) 71
Hình 3.28. Địa hình khu vực cửa Đáy ban đầu .............................................71
Hình 3.29. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 1 năm tính
toán 72
Hình 3.30. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 2 năm tính
toán 72
Hình 3.31. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 3 năm tính
toán 72
Hình 3.32. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 4 năm tính
toán 73
Hình 3.33. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 5 năm tính
toán 73
Hình 3.34. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 10 năm tính
toán 73
vi
Hình 3.35. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 15 năm tính
toán 74
Hình 3.36. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 20 năm tính
toán 74
Hình 3.37. Đường bờ và đường cơ sở............................................................77
Hình 3.38. Đường cơ sở, khu vực nghiên cứu (a) và biểu diễn đường bờ năm
1989 (b) trên đường cơ sở.........................................................................................78
Hình 3.39. Phân bố mặt cắt địa hình và địa hình sử dụng trong nghiên cứu.79
Hình 3.40. So sánh đường bờ tính toán bằng mô hình và đường bờ trích ra từ
số liệu vệ tinh năm 2001 ...........................................................................................80
Hình 3.41. So sánh đường bờ tính toán bằng mô hình và đường bờ trích ra từ
số liệu vệ tinh năm 2010 ...........................................................................................80
Hình 3.42. Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm
1990 tới năm 2001 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh)................................................81
Hình 3.43. Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm
1990 tới năm 2010 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh)................................................81
1
MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu
toàn cầu, thiên tai ngày một gia tăng, đặc biệt là bão, kèm theo lũ lụt và nước dâng
do bão. Các thiên tai này, đã đang và sẽ gây ra những thiệt hại lớn về người và của.
Vì vậy, vấn đề tính toán và dự báo các quá trình thủy động lực cũng như biến đổi
đường bờ và địa hình đáy có thể xảy ra cho từng khu vực là một trong những biện
pháp tích cực nhằm phòng tránh, đề ra những giải pháp cần thiết để giảm tối thiểu
thiệt hại.
Sông Hồng là con sông lớn nhất của miền bắc Việt Nam, hằng năm đã mang
phù sa làm giàu thêm cho đồng bằng sông Hồng. Các con sông của hệ thống sông
Hồng đưa bùn cát ra biển qua các cửa sông trong đó phải kể đến là 3 sông lớn: Sông
Hồng chảy qua cửa Ba Lạt, sông Ninh Cơ và sông Đáy. Quá trình tương tác giữa
động lực sông – biển gây ra quá trình bồi tụ, lắng đọng và xói lở vùng ven biển.
Khu vực cửa sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình đang có những thay đổi đáng kể về
quá trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích. Ở đây mức độ bồi tụ đang diễn ra rất mạnh.
Bồi tụ ven bờ và quá trình lấn biển làm tăng thêm diện tích đất tự nhiên nhưng cũng
có ảnh hưởng nhất định đến chế độ động lực và khả năng thoát lũ ở các sông. Bên
cạnh đó, hiện tượng nước biển dâng đã và đang ảnh hưởng sâu sắc tới Việt Nam nói
chung và tỉnh ven biển Ninh Bình nói riêng. Nước biển dâng có thể dẫn đến những
hậu quả rất lớn đối với sinh kế và sự thịnh vượng của cư dân ở những vùng này.
Những vùng đất có giá trị cao có thể sẽ bị mất. Các đầm tôm, cua có thể bị di dời và
các ngư trường ven biển có thể biến mất. Những vùng không ngập mặn thường
xuyên ở khu vực lận cận có thể bị ảnh hưởng và không còn phù hợp cho sản xuất
nông nghiệp. Sự đa dạng của các hệ động thực vật ven biển tại khu vực cửa sông
ven biển có thể bị suy giảm. Rừng ngập mặn –hệ sinh thái quan trọng ở vùng cửa
sông, ven biển - có thể bị giảm về quy mô hoặc hoàn toàn biến mất, v.v.