Ứng dụng mô hình Swan cho việc tính sóng ở vùng biển Hải Hậu, Nam Định - ThS. Nguyễn Thị Thu Hương

øng dông m« h×nh SWAN cho viÖc<br /> tÝnh sãng ë vïng biÓn H¶i HËu - Nam §Þnh<br /> <br /> Ths. NguyÔn ThÞ Thu H­¬ng<br /> Khoa C«ng tr×nh - Tr­êng §¹i häc Thuû lîi<br /> <br /> Tãm t¾t: ViÖc nghiªn cøu ®Çy ®ñ vÒ sù biÕn ®æi c¸c tham sè cña sãng theo<br /> kh«ng gian vµ ®Æc biÖt khi nã dÞch chuyÓn vµo gÇn bê lµ mét vÊn ®Ò phøc t¹p vµ<br /> ®ßi hái mÊt nhiÒu thêi gian nh­ng v« cïng quan träng ®èi víi viÖc xem xÐt<br /> nguyªn nh©n g©y ra sù cè h­ háng ®èi víi c¸c c«ng tr×nh b¶o vÖ bê t¹i c¸c vïng<br /> bê biÓn. Trong bµi b¸o nµy, t¸c gi¶ muèn tr×nh bµy kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ øng<br /> dông cña m« h×nh SWAN cho viÖc tÝnh sãng t¹i vïng biÓn H¶i HËu – Nam<br /> §Þnh. KÕt qu¶ nghiªn cøu lµ c¬ së cho sù kiÓm chøng vÒ ®é chÝnh x¸c cña m«<br /> h×nh trong ®iÒu kiÖn bê biÓn ë n­íc ta.<br /> <br /> 1. §Æt vÊn ®Ò<br /> ViÖt Nam cã 3260 km bê biÓn trong ®ã cã nhiÒu ®o¹n ®ang ë t×nh tr¹ng<br /> bÞ xãi lë nghiªm träng g©y ¶nh h­ëng lín ®Õn ®êi sèng cña ng­êi d©n vïng ven<br /> biÓn. T×m hiÓu ®­îc nguyªn nh©n ®Ó ®Ò ra nh÷ng gi¶i ph¸p h¹n chÕ thÝch hîp lµ<br /> mét viÖc lµm hÕt søc bøc thiÕt ®· ®­îc nhiÒu nhµ khoa häc trong n­íc còng nh­<br /> n­íc ngoµi tiÕn hµnh trong thêi gian võa qua. Trong sè c¸c nguyªn nh©n ®·<br /> ®­îc kÓ ®Õn, t¸c ®éng cña sãng gÇn bê g©y nªn sù vËn chuyÓn bïn c¸t kh«ng<br /> ®Òu gi÷a c¸c ®o¹n dÉn ®Õn t×nh tr¹ng xãi lë ®­îc xem nh­ lµ rÊt phæ biÕn däc<br /> bê biÓn n­íc ta. Tuy nhiªn viÖc tÝnh to¸n chÝnh x¸c l­îng bïn c¸t ®­îc vËn<br /> chuyÓn ®ã gÆp ph¶i khã kh¨n lµ sù h¹n chÕ vÒ tµi liÖu cña c¸c tham sè sãng gÇn<br /> bê. Lý do lµ v× c¸c tr¹m h¶i v¨n gÇn bê s½n cã ë n­íc ta th­êng kh«ng thÓ ®¹i<br /> diÖn cho vïng nghiªn cøu, g©y khã kh¨n cho viÖc sö dông nã ®Ó lµm tµi liÖu<br /> tÝnh to¸n thiÕt kÕ. §Ó gi¶i quyÕt cho vÊn ®Ò nµy, viÖc øng dông m« h×nh to¸n ®Ó<br /> tÝnh truyÒn sãng tõ xa bê vµo gÇn bê lµ hÕt søc cÇn thiÕt vµ h÷u Ých. Trong<br /> khu«n khæ bµi b¸o nµy t¸c gi¶ xin ®­îc giíi thiÖu mét m« h×nh to¸n hai chiÒu<br /> rÊt h÷u hiÖu cã tªn gäi SWAN vµ kÕt qu¶ ®¹t ®­îc khi øng dông nã cho vïng<br /> bê biÓn H¶i HËu thuéc tØnh Nam §Þnh.<br /> <br /> 2. c¬ së lý thuyÕt cña M« h×nh to¸n hai chiÒu SWAN<br /> M« h×nh SWAN ®­îc viÕt bëi nhãm c¸c t¸c gi¶ cña tr­êng §¹i häc kü<br /> thuËt TU-Delft, Hµ Lan. Nã ®· ®­îc sö dông rÊt réng r·i trªn thÕ giíi vµ ®·<br /> ®­îc kiÓm chøng víi c¸c sè liÖu ®o ®¹c thùc tÕ. KÕt qu¶ ®· chøng minh r»ng ®é<br /> tin cËy cña m« h×nh lµ rÊt cao. Tuy nhiªn m« h×nh ch­a tõng ®­îc øng dông ë<br /> ViÖt Nam, do ®ã môc ®Ých cña bµi b¸o chØ lµ giíi thiÖu s¬ l­îc vÒ m« h×nh vµ<br /> nh÷ng kÕt qu¶ ban ®Çu t¸c gi¶ ®¹t ®­îc trong mét tr­êng hîp cô thÓ lµ øng dông<br /> m« h×nh ®Ó tÝnh to¸n sãng gÇn bê t¹i vïng bê biÓn H¶i HËu - Nam §Þnh.<br /> SWAN lµ tªn viÕt t¾t cña côm tõ tiÕng Anh lµ Simulating WAve in<br /> Nearshore cã nghÜa lµ m« h×nh tÝnh to¸n sãng gÇn bê, ®­îc thiÕt lËp nh»m øng<br /> dông cho bµi to¸n tÝnh truyÒn sãng tõ xa vµo gÇn bê t¹i c¸c vïng bê biÓn trong<br /> ®ã cã kÓ ®Õn c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng nh­ t¸c ®éng cña giã vµ dßng ch¶y. KÕt qu¶<br /> tÝnh to¸n cña m« h×nh lµ nh÷ng tham sè sãng cÇn thiÕt t¹i nh÷ng ®iÓm gÇn bê<br /> <br /> <br /> 1<br /> biÓn hay t¹i c¸c cöa s«ng, cöa biÓn. Trong SWAN sãng biÓn ®­îc m« t¶ b»ng<br /> hµm phæ n¨ng l­îng sãng b»ng c¸ch sö dông ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng<br /> l­îng. M« h×nh ®­îc thiÕt lËp víi phæ n¨ng l­îng sãng ®­îc rêi r¹c ho¸ theo<br /> tÇn sè () vµ theo h­íng (). Ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña m« h×nh lµ:<br />      S ( , )<br /> N ( , )  c x N ( , )  c y N ( , )  c N ( , )  c N ( , ) <br /> t x y   <br /> Trong ®ã:<br />  lµ tÇn sè cña sãng,  lµ h­íng truyÒn sãng.<br /> N(,) lµ mËt ®é n¨ng l­îng sãng.<br /> cx, cy, c vµ c biÓu thÞ tèc ®é truyÒn sãng (bao gåm c¶ ¶nh h­ëng cña<br /> dßng ch¶y) theo kh«ng gian ®Þa lý (x,y) vµ kh«ng gian phæ (,).<br /> ý nghÜa cña tõng phÇn trong biÓu thøc lµ (Tõ tr¸i sang ph¶i):<br /> PhÇn (1) biÓu thÞ sù biÕn ®æi n¨ng l­îng theo thêi gian<br /> PhÇn (2) vµ phÇn (3) biÓu thÞ sù truyÒn sãng theo kh«ng gian ®Þa lý víi<br /> tèc ®é truyÒn lµ cx vµ cy.<br /> PhÇn (4) biÓu thÞ sù biÕn ®æi tÇn sè do sù ¶nh h­ëng cña ®é s©u vµ cña<br /> dßng ch¶y (víi tèc ®é truyÒn lµ c trong kh«ng gian  )<br /> PhÇn (5) biÓu thÞ sù khóc x¹ bëi sù thay ®æi ®é s©u vµ dßng ch¶y (víi tèc<br /> ®é truyÒn lµ c trong kh«ng gian  ).<br /> PhÇn (6) bªn vÕ ph¶i cña ph­¬ng tr×nh biÓu thÞ ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè<br /> bao gåm giã t¹o sãng, tiªu hao n¨ng l­îng do ma s¸t ®¸y, sãng vì vµ sù truyÒn<br /> n¨ng l­îng do t¸c ®éng qua l¹i gi÷a c¸c con sãng thµnh phÇn. Tæng hîp cña c¸c<br /> yÕu tè nµy cã thÓ thÊy ®­îc qua biÓu thøc sau ®©y:<br /> S ( , )  S in ( , )  S nl ( , )  S ds ( , )<br /> Trong ®ã:<br /> Sin(,) – N¨ng l­îng ®­îc h×nh thµnh bëi giã<br /> Snl(,) – Sù truyÒn n¨ng l­îng do t¸c ®éng qua l¹i gi÷a c¸c sãng thµnh<br /> phÇn.<br /> Sds(,) – Tiªu t¸n n¨ng l­îng do ma s¸t ®¸y vµ sãng vì.<br /> SWAN sÏ gi¶i ph­¬ng tr×nh trªn ra kÕt qu¶ lµ gi¸ trÞ n¨ng l­îng sãng t¹i tõng<br /> ®iÓm theo c¸c ph­¬ng vµ c¸c tÇn sè kh¸c nhau. Tõ kÕt qu¶ ®ã, b»ng c¸ch lÊy<br /> tÝch ph©n theo c¸c ph­¬ng vµ theo c¸c gi¸ trÞ cña tÇn sè sÏ thu ®­îc c¸c gi¸ trÞ<br /> cña tham sè sãng t¹i tõng ®iÓm.<br /> <br /> 3. KÕt qu¶ øng dông cña m« h×nh cho vïng biÓn H¶i HËu - Nam §Þnh<br /> SWAN ®· ®­îc t¸c gi¶ øng dông cho tr­êng hîp cô thÓ t¹i vïng bê biÓn<br /> H¶i HËu - Nam §Þnh víi c¸c tham sè tÝnh to¸n cô thÓ cña m« h×nh, kÕt qu¶ tÝnh<br /> to¸n vµ nh÷ng nhËn xÐt vÒ nh÷ng kÕt qu¶ ®ã sÏ ®­îc tr×nh bµy cô thÓ trong<br /> nh÷ng phÇn d­íi ®©y:<br /> a- C¸c th«ng sè tÝnh to¸n cô thÓ cña m« h×nh vµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n<br /> - L­íi tÝnh to¸n ch÷ nhËt víi mét biªn hë ®i qua vÞ trÝ cña tr¹m ®o sãng<br /> xa bê ë ®¶o B¹ch Long VÜ, c¸ch bê kho¶ng 150Km. H­íng cña l­íi ®­îc chän<br /> gÇn nh­ song song víi ®­êng bê. Ph¹m vÞ vµ vÞ trÝ cu¶ l­íi tÝnh to¸n ®­îc m« t¶<br /> nh­ trong H×nh 1. Víi l­íi tÝnh to¸n nh­ vËy, kÝch th­íc cña l­íi ®­îc x¸c ®Þnh<br /> <br /> <br /> 2<br /> lµ 500x150km. Sè liÖu ®Çu vµo biÓu thÞ ®Þa h×nh ®¸y cña vïng tÝnh to¸n dùa trªn<br /> kÝch th­íc m¾t l­íi 1000x1000m, ®­îc cung cÊp tõ phßng thÝ nghiÖm thuû lùc<br /> tæng hîp Delft Hydraulic ë Hµ Lan. Sau khi ph©n tÝch ®é nh¹y cña m« h×nh víi<br /> c¸c tr­êng hîp kÝch th­íc l­íi tÝnh to¸n kh¸c nhau, t¸c gi¶ ®· chän ph­¬ng ¸n<br /> cuèi cïng ®Ó tÝnh to¸n lµ dïng gi¶i ph¸p liªn kÕt l­íi. Trong tr­êng hîp cô thÓ<br /> nµy vïng tÝnh ®­îc m« t¶ ë trªn víi kÝch th­íc m¾t l­íi dïng ®Ó tÝnh to¸n trong<br /> m« h×nh lµ 2000x2000m sÏ ®­îc liªn kÕt víi mét vïng tÝnh nhá h¬n ë phÝa<br /> trong cã kÝch th­íc lµ 91x48km víi kÝch th­íc m¾t l­íi lµ 500x500m. Ph¹m vi<br /> vµ vÞ trÝ cu¶ l­íi nhá nµy ®­îc thÓ hiÖn trong H×nh 2. KÕt qu¶ tÝnh to¸n tõ l­íi<br /> lín sÏ ®­îc dïng lµm ®iÒu kiÖn biªn cho l­íi nhá bªn trong.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H¶i HËu<br /> <br /> <br /> <br /> Bach Long Vi<br /> island<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 1- Ph¹m vi l­íi tÝnh to¸n<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Kich thuoc mat<br /> luoi 2000m<br /> <br /> <br /> Kich thuoc<br /> 500m<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3<br />  H×nh 2- S¬ ®å hai l­íi liªn kÕt t¹i vïng tÝnh to¸n<br /> - M« h×nh tÝnh to¸n bá qua ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y v× hai lý do:<br /> + Sè liÖu vÒ diÔn biÕn dßng ch¶y trªn toµn bé l­íi tÝnh to¸n lµ<br /> kh«ng ®Çy ®ñ.<br /> + T¹i vïng tÝnh to¸n thùc tÕ cho thÊy tèc ®é dßng ch¶y lµ kh«ng<br /> lín (5s).<br /> <br /> <br /> 5<br />  - KÕt qu¶ ë B¶ng 2 cho thÊy sù t­¬ng thÝch gi÷a sè liÖu sãng xa bê víi<br /> kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®­îc cho tham sè sãng gÇn bê lµ hîp víi lý thuyÕt truyÒn sãng<br /> nh­ng nÕu so s¸nh sè liÖu sãng xa bê víi sè liÖu thùc ®o gÇn th× quan hÖ nµy<br /> d­êng nh­ lµ kh«ng hîp lý. Ngoµi lý do cã thÓ cã tõ thiÕt bÞ ®o th× cßn cã mét<br /> lý do kh¸c liªn quan ®Õn sãng lõng xuÊt hiÖn t¹i vïng bê biÓn nµy. Thùc tÕ, t¹i<br /> vïng biÓn H¶i HËu - Nam §Þnh thuéc vÞnh B¾c Bé, sãng lõng cã thÓ ®Õn tõ<br /> h­íng §«ng Nam. §©y lµ lo¹i sãng cã chu kú dµi do ®ã t¹i thêi ®iÓm ®o cã thÓ<br /> sãng lõng ®· xuÊt hiÖn vµ thiÕt bÞ ®o ®¹c ®· ghi l¹i thµnh phÇn sãng ®ã chø<br /> kh«ng ph¶i lµ thµnh phÇn do giã t¹i ®Þa ph­¬ng g©y ra.<br /> - Nh÷ng nhËn xÐt trªn ®· gióp t¸c gi¶ kÕt luËn mét ®iÒu lµ do cã sù<br /> kh«ng thèng nhÊt gi÷a kÕt qu¶ tÝnh to¸n tõ m« h×nh víi sè liÖu ®o ®¹c nªn cÇn<br /> cã nh÷ng tÝnh to¸n thªm n÷a ®Ó kiÓm chøng l¹i tÝnh chÝnh x¸c cña m« h×nh.<br /> - Sù kh«ng thèng nhÊt ®èi víi ph­¬ng truyÒn sãng cã thÓ lµ do m« h×nh<br /> tÝnh to¸n víi sè liÖu ®Çu vµo lµ ®iÒu kiÖn tr­êng giã kh«ng thay ®æi trªn toµn bé<br /> vïng tÝnh to¸n. §iÒu nµy trªn thùc tÕ lµ kh«ng chÝnh x¸c nh­ng v× ®iÒu kiÖn sè<br /> liÖu ®o ®¹c sù biÕn ®æi c¸c th«ng sè cña giã trªn vïng tÝnh to¸n lµ kh«ng cã nªn<br /> t¸c gi¶ ®· t¹m thêi sö dông gi¶ thiÕt nh­ nªu trªn.<br /> <br /> 4. KÕt luËn<br /> - M« h×nh to¸n SWAN lµ m« h×nh hai chiÒu cã kÓ ®Õn ®Çy ®ñ c¸c yÕu tè<br /> t¸c ®éng trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh vµ truyÒn sãng trªn biÓn ®Æc biÖt lµ trong<br /> c¸c d¶i ven bê. TÝnh ­u viÖt cña m« h×nh lµ nã ®­îc ch¹y t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n<br /> trong m«i tr­êng DOS mµ kh«ng cÇn bé kho¸ m· nµo.<br /> - Cho ®Õn nay viÖc nghiªn cøu øng dông m« h×nh to¸n SWAN vµo ®iÒu<br /> kiÖn bê biÓn n­íc ta míi chØ lµ nh÷ng kÕt qu¶ b­íc ®Çu. Trong thêi gian tíi, cÇn<br /> tiÕp tôc ®Çu t­ thêi gian tÝnh to¸n cho nhiÒu vïng kh¸c nhau trªn quy m« lín ®Ó<br /> kiÓm chøng thªm sù tincËy cña m« h×nh. §iÒu nµy sÏ gióp cho viÖc kh¼ng ®Þnh<br /> kh¶ n¨ng øng dông trong t­¬ng lai cña m« h×nh víi ®iÒu kiÖn bê biÓn ë n­íc ta.<br /> <br /> tµi liÖu tham kh¶o<br /> 1. NguyÔn ThÞ thu H­¬ng, 2003<br /> Msc Thesis HE 137 - SWAN prediction of nearshore wave climate at<br /> Nam Dinh coast innViet Nam.<br /> 2. SWAN user manual<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 6<br />