Tính toán xói lở tại Đồi Dương - Phan Thiết

Tạp chí Kinh tế - Kỹ thuật<br /> <br /> Kỹ thuật<br /> <br /> TÍNH TOÁN XÓI LỞ TẠI ĐỒI DƯƠNG - PHAN THIẾT<br /> Nguyễn Iêng Vũ *<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> <br /> Bình Thuận có nhiều công trình ven bờ và công trình chỉnh trị cửa sông. Tất cả những công<br /> trình này nhanh chóng gây ảnh hưởng đến sự thay đổi bờ biển ở Hàm Tiến, cảng cá Phan Thiết, Đồi<br /> Dương … Sự thành công của các đê chắn sóng, mỏ hàn hay đê biển đã phần nào khống chế được<br /> sự xói lở cục bộ của bờ biển tại nơi có công trình như cửa sông Phan Thiết, Lagi. Nhưng chúng lại<br /> gây nên những hậu quả như cát tràn vào cửa sông ở Lagi, xói lở ở cửa sông cảng cá Phan Thiết.<br /> Xói lở bờ biển được khống chế khá tốt tại khu vực Hàm Tiến – Mũi Né nhưng khu vực xói lở đã dịch<br /> chuyển về phía Đồi Dương, ảnh hưởng nghiêm trọng lên đời sống người dân. Do đó, việc tính toán<br /> xói lở tại Đồi Dương là rất cấp thiết, từ đó có thể đưa ra biện pháp khắc phục xói lở và hướng phát<br /> triển xa hơn là tính toán sự ổn định cho bờ biển tại nơi đây.<br /> Từ Khóa: F28, RCPWAVE, Đồi Dương, chuyển trầm tích.<br /> <br /> COMPUTING EROSION AT DOI DUONG - PHAN THIET<br /> ABSTRACT<br /> Binh Thuan has many works of coastal and estuarine regulation. All the works were quickly<br /> affect to change coastline in Ham Tien, Phan Thiet fishing port, Doi Duong... The breakwater, groin<br /> and dikes controlled local erosion in Phan Thiet estuary, Lagi. But they caused consequences as<br /> sand influx in Lagi estuary, erosion at Phan Thietfishing port. Coastal erosion is controlled well in<br /> the area of ​​Ham Tien - Mui Ne area but erosion has shifted toward Doi Duong, serious impact on<br /> people’s lives. Therefore, the calculation of erosion at Doi Duong is very urgent, since it can take<br /> measures to remedy the erosion and further development is the stability of Binh Thuan coastline.<br /> Key words: F28, RCPWAVE, Doi Duong, sediment transfer.<br /> <br /> * ThS. Viện Vật lý Thành phố Hồ Chí Minh, Số 1, Mạc Đĩnh Chi,<br /> ĐT. Điện thoại: 090.999.0864<br /> <br /> 116<br /> <br /> Tính toán xói lở . . .<br /> <br /> Hình1: Khu vực Đồi Dương, Bình Thuận<br /> <br /> I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT<br /> 1. Tính toán dòng chảy<br /> Dòng chảy vùng ven bờ thường được coi<br /> là 2 chiều ngang. Phương trình mô tả dòng<br /> chảy như sau:<br /> <br /> 2. Tính toán sóng<br /> Trong vùng sóng chưa vỡ, dựa vào lý<br /> thuyết sóng tuyến tính có thể tính toán sóng<br /> trong khu vực này. Berkhoff (1976) đã xấp xỉ<br /> quá trình biến đổi sóng hoàn toàn cho sóng<br /> tuyến tính qua địa hình đáy biển bất kỳvới<br /> điều kiện là đáy phải có độ dốc thoải. Phương<br /> trình ở độ dốc thoải biểu diễn dưới dạng sau:<br /> <br /> (1)<br /> <br /> (2)<br /> trong đó: η - cao độ mặt nước; q=[qx, qy]r=DU<br /> – vector lưu lượng đơn vị; U=[ux, uy]r – vector<br /> vận tốc trung bình chiều sâu; qv – lưu lượng<br /> bổ sung trên 1 đơn vị diện tích bề mặt; D – độ<br /> sâu; f(q) và g(q) – hai thành phần của vector<br /> thông lượng của q theo các phương x và y.<br /> <br /> <br /> <br /> (3)<br /> (4)<br /> <br /> Trong vùng sóng vỡ, Dally, Dean và<br /> Dalrymple (1984) đã đưa ra công thức xấp<br /> xỉ năng lượng bị mất khi vào vùng sóng<br /> vỡ, dựa trên sự mất năng lượng trong bước<br /> nhảy thủy lực:<br /> <br /> <br /> (5)<br /> <br /> trong đó: κ – hệ số tiêu tán năng lượng; H(x, y) – là độ cao sóng; h(x,y) – chiều sâu mực<br /> nước tĩnh.<br /> 117<br /> <br /> Tạp chí Kinh tế - Kỹ thuật<br /> <br /> 3. Tính vận tải bùn cát và diễn biến đáy<br /> Phương trình vận tải bùn cát lơ lửng ba chiều được thiết lập từ nguyên lý bảo toàn khối<br /> lượng và có thể viết như sau:<br /> <br /> (6)<br /> <br /> <br /> trong đó: c – nồng độ bùn cát lơ lửng; u, v, w – vận tốc dòng chảy lần lượt theo 3 phương x,<br /> y, z; ws – vận tốc lắng của hạt bùn cát, εs – hệ số khuếch tán.<br /> II. THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH<br /> 1. Mô hình tính toán dòng chảy<br /> Đề tài sử dụng mô hình F28 của TS. Lê<br /> Song Giang thuộc trường Đại học Bách khoa,<br /> ĐHQG TPHCM để tính toán dòng chảy.<br /> 1.1. Lưới tính và địa hình<br /> Vùng biển Bình Thuận với chiều dài<br /> khoảng 130km và rộng khoảng 62km được<br /> chia lưới thể tích hữu hạn thành 34810 phần<br /> tử tứ giác và 35467 nút với kích thước mắt<br /> <br /> lưới phía ngoài khơi khoảng 1600m và giảm<br /> dần vô tới bờ là 150m (hình 2). Riêng khu vực<br /> Đồi Dương, Phan Thiết lưới tính được chia<br /> mịn hơn. Cách bờ 3000m kích thước mắt lưới<br /> tính là 150m và giảm dần đến sát bờ còn 15m.<br /> Địa hình đáy biển được xây dựng từ tờ Hải đồ<br /> IA-100-20 của Hải quân Nhân dân Việt Nam.<br /> Riêng địa hình đáy biển khu vực Phan Thiết<br /> được xây dựng từ số liệu thực đo của Nguyễn<br /> Đức Vượng năm 2009 (hình 3).<br /> <br /> Hình 2: Lưới tính khu vực Bình Thuận<br /> <br /> Hình 3: Địa hình đáy biển Bình Thuận<br /> <br /> 1.2. Điều kiện biên và các thông số tính<br /> toán khác<br /> Điều kiện biên cho mô hình là mực nước và<br /> nồng độ bùn cát lơ lửng trên biên hở. Việc xác<br /> định mực nước biên trong luận văn này kế thừa<br /> mô hình biển Đông phát triển trong đề tài “Quy<br /> <br /> luật diễn biến dải ven bờ từ Cà Ná tới mũi Kê Gà<br /> (tỉnh Bình Thuận)”. Kết quả mực nước thu được<br /> tại 8 vị trí bao quanh khu vực Bình Thuận sẽ<br /> được áp đặt lên 8 nút quanh biên phía biển tương<br /> ứng trên hình 2. Mực nước tại các nút biên khác<br /> sẽ được nội suy từ mực nước tại 8 điểm này.<br /> 118<br /> <br /> Tính toán xói lở . . .<br /> <br /> 2. Mô hình lan truyền sóng<br /> Đề tài sử dụng mô hình RCPWAVEcủa<br /> Cục Công binh Hoa Kỳ để tính toán sóng, làm<br /> số liệu cho việc tính toán vận tải bùn cát trong<br /> mô hình F28.<br /> 2.1. Lưới tính và địa hình<br /> Vùng biển Bình Thuận với chiều dài<br /> khoảng 129km và ra xa phía biển 63.3km (tới<br /> độ sâu khoảng 25m) được phủ lưới tính 2112<br /> × 4305 mắt lưới với độ phân giải 30m × 30m.<br /> Địa hình đáy biển được xây dựng giống như<br /> đối với mô hình dòng chảy.<br /> 2.2. Điều kiện biên và các thông số tính<br /> toán khác<br /> Điều kiện biên cho mô hình là chiều cao<br /> và chu kỳ sóng tới áp đặt cho biên ngoài khơi<br /> (số liệu sóng ngoài khơi được kế thừa từ đề tài<br /> “Quy luật diễn biến dải ven bờ từ Cà Ná tới<br /> mũi Kê Gà”).<br /> 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN<br /> 3.1. Gió hướng Đông Bắc<br /> Điều kiện sóng đầu vào với chiều cao sóng<br /> H = 0.45m, chu kỳ sóng T = 4.4s, hướng sóng<br /> Đông, sau khi tính toán trường sóng được<br /> trình bày trong hình 5.11. Độ cao sóng trung<br /> bình ngoài khơi là 0.42m, khi vào khu vực<br /> Đồi Dương, độ cao sóng giảm còn khoảng<br /> 0.3m. Sóng càng vào gần bờ thì càng có xu<br /> <br /> hướng vuông góc với bờ, điều này thể hiện<br /> được tính chất khúc xạ của sóng.<br /> <br /> Hình 4: Trường sóng hướng Đông Bắc<br /> <br /> Với tác động của sóng, vận tốc dòng chảy<br /> tăng lên khoảng gấp đôi so với khi không xét<br /> tới tác động sóng. Vận tốc cực đại trong pha<br /> triều lên là 40cm/s (hình 5), còn trong pha<br /> triều xuống là 42cm/s (hình 7). Vận tốc dòng<br /> chảy ven bờ trong hai pha triều xấp xỉ khoảng<br /> 25cm/s, đồng thời xuất hiện nhiều xoáy tại<br /> khu vực giữa Đồi Dương do khu vực này bị<br /> lõm vào so với các nơi khác. Chính các xoáy<br /> này làm cho sự xáo trộn bùn cát đáy tại đây<br /> tăng lên đáng kể. Lưu lượng đơn vị chuyển tải<br /> bùn cát đáy tại đây khoảng 0.12cm3/s/m trong<br /> pha triều lên (hình 6) và 0.11cm3/s/m trong<br /> pha triều xuống (hình 8).<br /> <br /> <br /> <br /> 119<br /> <br /> Tạp chí Kinh tế - Kỹ thuật<br /> <br /> điều này gây trở ngại lớn cho giao thông đường<br /> thủy tại đây. Tại đường bờ nhô ra phía trên cửa<br /> sông, do nơi này hội tụ của dòng chảy triều và<br /> dòng chảy ven bờ nên có sự bồi lắng cực đại<br /> trong giai đoạn này (khoảng 0.8kg/m3).<br /> 2. Gió hướng Tây Nam<br /> Hình 10 trình bày trường sóng hướng Nam<br /> với chiều cao sóng ban đầu là 0.2m, chu kỳ<br /> sóng là 4.1s. Sóng hướng Nam cho chiều cao<br /> sóng nhỏ hơn sóng hướng Đông, nên khi vào<br /> gần bờ, độ cao cũng nhỏ hơn chỉ còn khoảng<br /> 0.15m.<br /> Hình 11 đến hình 14 trình bày trường<br /> dòng chảy và bồi lắng trong hai pha triều lên<br /> và xuống. Sự suy giảm của vận tốc gió và độ<br /> cao sóng dẫn đến sự suy giảm của vận tốc<br /> dòng chảy, vận tốc dòng chảy ven bờ khoảng<br /> 15cm/s trong cả hai pha triều.<br /> <br /> Hình 9: Độ bồi lắng tại cuối thời gian tính toán<br /> <br /> Tại khu vực cửa sông Cà Ty cũng xuất<br /> hiện các xoáy rối tại đầu đê bên phải, và phần<br /> đường bờ nhô ra phía trên cửa sông. Đặc biệt,<br /> trong pha triều xuống, dòng triều rút và dòng<br /> chảy ven bờ hội tụ tại phần nhô ra này (hình<br /> 8) nên lượng bùn cát từ giữa Đồi Dương được<br /> chuyển về khu vực này khá lớn. Ngoài ra,<br /> do tác động phản xạ dòng chảy của các công<br /> trình cứng bao quanh khu vực cửa sông làm<br /> cho bùn cát trong cửa sông bị đem ra phía<br /> ngoài đầu đê chắn sóng gây bồi lắng tại đây.<br /> Đến cuối thời gian tính toán (hình 9), khu<br /> vực giữa Đồi Dương bị xói lở ở sát bờ, bùn<br /> cát bị đem ra bồi lắng ở bên ngoài. Ở cửa sông<br /> Cà Ty, khu vực bên trong bị xói lở, đặc biệt<br /> là tại chân đê bên trái bị xói rất nhiều, điều<br /> này rất nguy hiểm, có thể dẫn đến hư hại công<br /> trình. Lượng bùn cát bị xói trên được mang ra<br /> bồi lắng tại giữa cửa sông và đầu đê bên phải,<br /> <br /> Hình 10: Trường sóng hướng Tây Nam<br /> 120<br /> <br />