Đồ án Xây dựng kè chắn sóng cảng Lạch Huyện, Hải Phòng

ịnh Hải Phòng rộng khoảng 21 km (tính từ mũi ngoài Đồ Sơn đến bờ đảo Cát Bà). Cửa vịnh có hướng Nam Đông Nam (gần như trùng với hướng của cửa vịnh Bắc bộ). Diện tích mặt nước của vịnh vào khoảng 260 Km2 (tính ngang với mặt nước biển trung bình +2,0m tại Hòn Dấu). Hình 1.3. Địa hình đáy vịnh Hải Phòng, 1995 (Nguồn: Viện Địa lý) Đáy vịnh có độ dốc i = 0,04% - 0,08% và thoải đều theo hướng Bắc Tây Bắc – Nam Đông Nam. Độ sâu trung bình của vịnh Hải Phòng nhìn chung không lớn, đường đẳng sâu -6,0m (Hải đồ) chạy giăng ngang cửa vịnh nối đảo Hòn Dấu với đảo Cát Bà. Tại các lòng máng gần cửa sông (sông ngầm) cao độ đáy khá sâu và có thể đạt -12,0m đến -13,0m (cửa Lạch Huyện); -7,0m đến -8,0m ở cửa Nam Triệu. Các bãi cát ngầm vùng các cửa sông có cao độ dao động trong khoảng 0,0m đến +1,5m và chỉ lộ ra khi mức nước triều xuống thấp. Diện tích trên mặt bằng của các bãi cát ngầm và chương cát dọc các cửa sông (phần có cao độ trên 0,0m) vào khoảng 43,0 km2 (chiếm xấp xỉ 16,5% diện tích mặt nước trung bình của vịnh Hải Phòng). Các lòng máng cửa sông chính như cửa sông Bạch Đằng (cửa Nam Triệu), cửa sông Chanh (cửa Lạch Huyện) đều có hướng gần với hướng Tây Bắc - Đông Nam. Ngưỡng cạn cửa sông trong điều kiện tự nhiên đều có cao độ dao động trong khoảng -1,0m đến -1,5m. Các chương cát dọc theo cửa sông cũng thoải dần ra biển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Về chế độ thuỷ – hải văn, dòng chảy và mức nước vùng vịnh Hải Phòng chịu chi phối của thuỷ triều khu vực vịnh Bắc bộ. Thuỷ triều ở đây tuân theo chế độ nhật triều điển hình, biên độ triều vào khoảng 3,8m ~ 4,0m. Thời gian triều xuống thường xấp xỉ hoặc ngắn hơn thời gian triều lên từ (1 ~ 2) giờ. Dòng triều thuận nghịch và có tốc độ trung bình đạt 30cm/s ~ 50cm/s. Dòng chảy tổng hợp trong vịnh có tốc độ lớn nhất thường xuất hiện khi triều xuống trong phạm vi các lòng máng cửa sông (tốc độ này có thể đạt 150cm/s ~ 180cm/s). Độ mặn quanh năm thường giao động trong khoảng 0,5 % ~ 2,5%. Độ mặn cao thường xuất hiện vào mùa đông và thấp trong mùa mưa lũ. Cửa Lạch Huyện: Cửa Lạch Huyện chính là nơi sông Chanh đổ nước ra biển thông qua vịnh Hải Phòng. Mặt cắt cửa sông nằm ở ngay hạ lưu Bến Gót hiện tại. Chiều rộng mặt cắt cửa sông dao động trong khoảng 1.500m ~ 2.000m (tuỳ thuộc vào mức nước tính toán). Mặt cắt ngang có hình dạng gần với chữ “U“ với cao độ đáy của đường trũng sâu dao động trên dưới -12,5m . Theo các kết quả nghiên cứu số liệu nhiều năm của TEDI & Viện Địa lý cho thấy vị trí mặt cắt cửa sông, chiều rộng, chiều sâu trung bình, chiều sâu lớn nhất của mặt cắt cửa sông khá ổn định. Ngưỡng cát chắn cửa (bar chắn cửa) Lạch Huyện cũng có hình thái khá ổn định với cao cao độ đỉnh ngưỡng cạn dao động trong khoảng từ -1,5m đến -1,0m và nằm cách cửa sông khoảng 9.000m. Tương ứng với mức nước trung bình (+2,0m Hải đồ), tỷ số độ sâu lớn nhất ổn định ở mặt cắt cửa sông và độ sâu lớn nhất ngưỡng cát ngầm chắn cửa thường giao động trong khoảng 4,1~4,8; tỷ số khoảng cách từ ngưỡng cát ngầm chắn cửa đến mặt cắt cửa và chiều rộng mặt cắt ngang cửa vào khoảng 4,5. Hướng chủ đạo của lòng máng cửa sông (sông ngầm) chạy theo hướng gần như Tây Bắc – Đông Nam (gần trùng với các hướng sóng và hướng dòng triều chủ đạo ở cửa sông Chanh). Độ dốc sườn phía trong của bar chắn cửa Lạch Huyện khá thoải i » 0,12%; sườn phía biển của bar chắn cửa có độ dốc lớn hơn i»0,18%. Địa chất mặt của ngưỡng cạn phổ biến là cát có đường kính hạt trung bình d50 = 63~250microns (Theo tài liệu của Haecon). Tương tự như với vịnh Hải Phòng, cửa sông Chanh chịu sự chi phối của thuỷ triều vùng Vịnh Bắc bộ. Thuỷ triều ở đây có chế độ nhật triều điển hình với biên độ khoảng 3,8m ~ 3,9m. Theo số liệu quan trắc của TEDI (trong khuôn khổ dự án Nghiên cứu sa bồi luồng tàu vào cảng Hải Phòng do UNDP tài trợ) năm 1993 cho thấy cửa Lạch Huyện chịu sự chi phối của thuỷ triều rất lớn (xem bảng 1.10). Bảng 1.10:Lưu lượng dòng chảy trong một con triều tại Bến Gót, Lạch Huyện Đơn vị : triệu m3 Mùa Khô Mùa Mưa Triều cường (4,5/II/1993) Triều kém (11,12/II/1993) Triều cường (15,16/VIII/1993) Triều kém (25,26/VIII/1993) Xuống 231.0 80.2 263.5 38.1 Lên 181.3 52.4 197.3 128.5 Dư 49.7 27.8 66.2 -90.4 Cũng theo các tài liệu quan trắc đo đạc của TEDI, về mùa khô, độ đục đo được ở Bến Gót, Lạch Huyện có giá trị trung bình đạt 90mg/l; về mùa khô, giá trị độ đục trung bình là 132mg/l, giá trị này nhỏ hơn nhiều so với phía cửa sông Bạch Đằng. Căn cứ vào số liệu quan trắc, TEDI đã tính toán sơ bộ và cho rằng, hàng năm lượng bùn cát đổ ra vịnh Hải Phòng qua cửa Lạch Huyện vào khoảng 0,54 triệu tấn/năm (số liệu này theo Viện Địa lý là 0,4 triệu tấn /năm và theo Đại học Thuỷ lợi là 1,4 triệu tấn/năm). Với đặc điểm về địa hình, địa mạo, thuỷ - hải văn như nêu trên, nhiều nhà nghiên cứu, cơ quan nghiên cứu đều có nhận định thống nhất về cửa Lạch Huyện như sau: - Trong điều kiện tự nhiên, cửa Lạch Huyện là một cửa sông có tính ổn định cao trên cả mặt bằng và phương đứng; - Cửa Lạch Huyện thuộc loại cửa sông hình phễu (estuary) dựa trên cách phân loại theo hình thái địa mạo. Căn cứ vào đặc điểm thuỷ triều có thể xếp cửa Lạch Huyện vào loại cửa sông triều trung bình (biên độ triều 2~4m) hoặc cửa sông có ngưỡng cát ngầm (theo đặc điểm của khối bồi lắng vùng cửa sông). - Ngoài các đặc điểm nêu trên, cửa Lạch Huyện có một số đặc điểm đáng chú ý thêm như sau: - Cửa sông đổ vào vùng vịnh được che chắn một phía (hướng Bắc & Đông Bắc có đảo Cát Bà); - Bùn cát hình thành ngưỡng cát ngầm chắn cửa có nguồn gốc chủ yếu là bùn cát của vịnh Hải Phòng mà chủ yếu là từ phía Nam & Tây Nam đưa lên). CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THỦY LỰC Để xác định được vị trí cũng như quy mô hợp lý của công trình đê chắn sóng bảo vệ cảng Lạch Huyện nhằm đảm bảo ổn định cửa, tạo ra vùng nước lặn trong cảng trước tác động của sóng và dòng chảy, ngăn cản bùn cát làm bồi lắng cửa cảng đồng thời không ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ của sông Chanh qua cửa Lạch Huyện cần mô phỏng quá trình thủy động lực và sự lan truyền của sóng vào khu vực nghiên cứu trong các điều kiện khác nhau nhằm xác định ảnh hưởng của sóng và dòng chảy đến khu vực nghiên cứu trong điều kiện tự nhiên và trong điều kiện có công trình tôn tạo. Công cụ sử dụng để mô phỏng thủy động lực và sự lan truyền của sóng, vận chuyển bùn cát được sử dụng trong đồ án nghiên cứu là mô hình Mike21, modul Mike21 Couple Fm- Mike 21/3 Integrated. 2.1 Giới thiệu về modul Mike21 Couple Fm- Mike 21/3 integrated: Mike 21/3 Coupled Model FM là 1 hệ thống mô hình động lực học thật sự được ứng dụng cho đường bờ, cửa sông và môi trường sông. Mike 21/3 Coupled Model FM được ứng dụng cho các hiện tượng thuỷ lực khác nhau trong các hồ, sông, cửa sông, vịnh, vùng bờ biển và trên biển. Module được xây dựng dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn, lưới địa hình được mô phỏng tối ưu nhất với các bước lưới hình tam giác. Ưu điểm của lưới này là mô phỏng chính xác nhất các đặc tính của địa hình và khu vực nghiên cứu, với nhiều tỷ lệ mắt lưới khác nhau trên cùng một địa hình. Đặc tính này không chỉ giúp mô phỏng chính xác nhất chế độ thủy lực của dòng chảy mà nó còn giúp người sử dụng tập trung tối đa vào khu vực cần nghiên cứu trong khi vẫn thể hiện được các thuộc tính lân cận mà không làm ảnh hưởng nhiều đến thời gian mô phỏng. Mike 21/3 Coupled Model FM được tạo thành bởi những môđun sau: Modul thuỷ lực Modul vận chuyển vật chất Modul thí nghiệm sinh thái Modul vận chuyển bùn cát Modul tính toán sóng. Modul thuỷ lực và modul phố sóng là những thành phần tính toán cơ bản của Mike 21/3 Coupled Model FM. Sử dụng Mike 21/3 Coupled Model FM có thể mô phỏng sự tương tác qua lại giữa sóng và dòng chảy là sử dụng mô hình động lực phối hợp giữa modul thuỷ lực và môđun phỏ sóng. Mike 21/3 Coupled Model FM cũng bao gồm sự phối hợp động lực giữa modul vận chuyển bùn và modul vận chuyển cát và modul thuỷ lực và modul phổ sóng. Từ đó, thông tin phản hồi đầy đủ của sự thay đổi địa hình đáy, sóng, dòng chảy cũng được tính đến. Modul dòng chảy Mike21 Fm Mike 21 FM, do DHI Water & Enviroment phát triển, là hệ thống mô hình mới cơ bản trong cách tiếp cận mắt lưới linh hoạt. Hệ thống mô hình được phát triển cho việc ứng dụng nghiên cứu hải dương học, môi trường vùng cửa sông ven biển. Mô hình gồm có phương trình liên tục, phương trình mô men, phương trình mật độ, phương trình độ mặn. Mô hình Mike 21 Fm bao gồm các module sau: Module thủy động lực học Module vận chuyển tính toán vận chuyển bùn cát Module sinh thái Module giám sát chất điểm Module thủy động lực học là thành phần tính toán cơ bản của hệ thống mô hình Mike 21 Fm, cung cấp chế độ thủy lực cơ bản cho khu vực tính toán. Mô tả sơ bộ Modul thủy lực cơ bản trong phương pháp số của các phương trình nước nông 2 chiều- độ sâu- phương trình kết hợp Navier- Stoke lấy trung bình hệ số Renold không nén. Nó bao gồm các phương trình liên tục, phương trình động lượng, nhiệt độ, độ mặn và phương trình mật độ. Theo chiều nằm ngang cả hệ tọa độ Đêcác và hệ tọa độ cầu đều được sử dụng. Hệ phương trình cơ bản của chương trình tính toán được xây dựng trên cơ sở 2 nguyên lý bảo toàn động lượng và bảo toàn khối lượng. Kết quả đầu ra của nghiên cứu là tập hợp các bộ nghiệm mực nước và lưu tốc dòng chảy. Phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng): (2-1) Phương trình bảo toàn động lượng theo phương X: (2-2) Phương trình bảo toàn động lượng theo phương Y: (2-3) Các ký hiệu sử dụng trong công thức: h(x,y,t) - Chiều sâu nước (m). z (x,y,t) - Cao độ mặt nước (m). p, q(x,y,t) u,v - Lưu lượng đơn vị dòng theo các hướng X và Y (m3/s/m) = uh, vh ; - u,v = lưu tốc trung bình chiều sâu theo các hướng X, Y C(x,y) - Hệ số Chezy (m1/2/s). g - Gia tốc trong trường (m/s2). f(V) - Hệ số nhám do gió. V,Vx, Vy(x,y,t) - Tốc độ gió và các tốc độ gió thành phần theo các hướng x, y W(p,q) - Thông số Coriolis phụ thuộc vào vĩ độ (s-1). Pa (x,y,t) - áp suất khí quyển (kg/m2/s). rw - Khối lượng riêng của nước (kg/m3). x,y - Tọa độ không gian (m). t - Thời gian (s). txx, txy, tyy - Các thành phần của ứng suất tiếp hiệu dụng. Module phổ sóng Mike 21 SW Mike 21 SW (Spectral wave) là module có khả năng mô phỏng sóng gió lan truyền, phát triển và suy tàn cho khu vực ven bờ cho sóng co chu kỳ và biên độ nhỏ. Mô hình có tính toán đến hiệu ứng khúc xạ, độ sâu sóng sinh ra gió tại khu vực và năng lượng tiêu hao do ma sát đáy cũng như do sóng vỡ. Mô hình cũng có khả năng tính đến tương tác giữa sóng và dòng chảy. Mike 21 SW là module tính phổ sóng gió được tính toán dựa trên lưới phi cấu trúc. Module này tính toán sự phát triển , suy giảm và truyền sóng được tạo ra bởi gió và sóng lừng ở ngoài khơi và khu vực ven bờ. Mike 21 SW bao gồm 2 công thức khác nhau: - Công thức tham số tách hướng - Công thức phổ toàn phần Công thức tham số tách hướng được dựa trên việc tham số hóa phương trình bảo toàn hoạt động sóng. Việc tham số hóa được thực hiện theo miền tần số bằng cách đưa vào moomen bậc không và bậc một của phổ hoạt động sóng giống như các giá trị không phụ thuộc (theo Holtuijsen 1989). Xấp xỉ tương tự được sử dụng trong mudule phổ sóng ven bờ Mike 21 NSW. Công thức phổ toàn phần được dựa trên phương trình bảo toàn hoạt động sóng, như được mô tả bởi Komen và cộng sự (1994) và Young (1999), tại đó phổ hướng sóng và sóng hoạt động là giá trị phụ thuộc. Các phương trình cơ bản được xây dựng trong cả hệ tọa độ Đề Các với những áp dụng trong phạm vi nhỏ và hệ tọa độ cầu cho những áp dụng trong phạm vi lớn hơn. Mike 21 SW bao gồm các hiện tượng vật lý sau: Sóng được phát triển bởi hoạt động của gió; Tương tác sóng- Sóng là phi tuyến; Tiêu tán sóng là do sự bạc đầu; Tiêu tán sóng là do ma sát đáy; Tiêu tán sóng là do sóng vỡ; Khúc xạ và hiệu ứng nước nông do sự thay đổi độ sâu; Tương tác sóng dòng chảy; Ảnh hưởng của sự thau đổi độ sâu the thời gian. Việc rời rạc hóa phương trình trong không gian địa lý và không gian phổ được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn lưới trung tâm. Sử dụng kỹ thuật lưới phi cấu trúc trong miển tính địa lý. Việc tích phân theo thời gian được thực hiện bằng cách sử dụng xấp xỉ chia đoạn trong đó phương pháp hiện đa chuỗi được áp dụng để tính truyền sóng. Phương trình cân bằng năng lượng sóng ngẫu nhiên như sau: (2-4) Trong đó: S là hàm mật độ năng lượng sóng, C là vận tốc truyền sóng Cg là vận tốc nhóm sóng là hướng sóng truyền là tần số góc, là thông số tính tới sự nhiễu xạ của sóng (k=2.5 theo Mase et al,1998), là hệ số tiêu tán năng lượng sóng do sóng bạc đầu và sóng vỡ. Trong phương trình, thành phần nhiễu xạ là thành phần thứ nhất bên vế phải, đạo hàm bậc hai là phương trình eliptic theo hướng trục y, do đó có thể tính sóng nhiễu xạ theo trục này. Thông thường, nếu ta lấy trục y theo hướng song song với hướng sóng chính và áp dụng thuật toán giải phương trình cho phép tính toán sóng theo hướng lan truyền sóng, có thể tính toán hiện tượng nhiễu xạ sóng với độ chính xác khá cao. Trong vùng ven bờ, sóng được truyền từ khơi vào bờ. Vì vậy, nếu chọn hệ tọa độ với gốc ở ngoài khơi; trục X hướng từ khơi vào bờ; trục Y hướng song song với bờ, ta sẽ tính được sự lan truyền sóng từ ngoài khơi vào bờ, và sự nhiễu xạ sóng theo phương song song bờ với độ chính xác cao. Vận tốc đặc trưng (vận tốc lan truyền năng lượng sóng) gồm các thành phần , , được tính theo công thức sau: (2-5) (2-6) Trong đó: là vector đơn vị theo hướng là vector đơn vị theo hướng pháp tuyến với hướng lan truyền của sóng là số sóng. Mối quan hệ phân tán tuyến tính cho phép xác định số sóng tại một độ sâu: (2-7) Trong đó: là tần số góc là độ sâu là gia tốc trọng trường Điều kiện biên Ở biên đất trong không gian địa lý, điều kiện biên trượt toàn phần được áp dụng. Các thành phần thông lượng đi vào được gán bằng O. Không có điều kiện biên cho các thành phần thông lượng đi ra. Ở các biên mở, thông lượng đi vào cần được biết. Do đó, phổ năng lượng phải được xác định ở các biên mở. 2.2. Áp dụng tính toán thủy lực cho khu vực của sông Lạch Huyện - Hải Phòng 2.2.1. Số liệu đầu vào Địa hình: Phạm vi mô hình: Bao phủ toàn bộ khu vực nghiên cứu. Để phục vụ nghiên cứu dòng chảy tại khu vực Lạch Huyện, phạm vi nghiên cứu được mô phỏng từ vùng biển. Lưới tính toán: tỷ lệ lưới tính toán tăng dần từ trong sông ra đến vịnh Bắc bộ. Bước lưới cho mô hình dòng chảy được thể hiện chi tiết và tập trung tại khu vực sông Bạch Đằng, kênh Tráp, kênh Hà Nam và cửa sông Lạch Huyện.( Hình 2.1) Hướng mô hình: Trục OX hợp với hướng Bắc một góc 0o, trục OY hợp với hướng Bắc một góc là 90o theo chiều ngược kim đồng hồ. Mức 0 mô hình: Mức 0 hệ cao độ lục địa. Hình 2.1: Lưới tính toán mô hình Điều kiện biên: Đối với bài toán thủy lực dòng chảy: Biên phía Bắc: Mực nước thực đo tại các trạm mực nước H1, H2 H3 ( hình 2.2) Biên phía Nam: Số liệu thực đo tại trạm mực nước Hòn Dấu,Cát Bà Biên mực nước trong sông được lấy từ các trạm đo mực nước(H1, H2, H3) của Tedi được bố trí như ở hình dưới: Hình 2.2: Vị trí các biên mực nước sử dụng để nghiên cứu mô hình Mực nước thực đo tại H1 đại diện cho biên tại sông Bạch Đằng Mực nước thực đo tại H2 đại diện cho biên tại sông Rút. Mực nước thực đo tại H3 đại diện cho biên tại sông Chanh. Tài liệu quan trắc được thu thập tại trạm quốc gia Hòn Dấu và các trạm đo mực nước đều cho thấy, thủy triều tại khu vực nghiên cứu và lân cận là nhật triều thuần nhất, hầu hết số ngày trong tháng là nhật triều (24à 25 ngày), dao động mực nước 3,0 à 4,0m vào thời kỳ triều cường và khoảng 0,5m vào thời kỳ triều kém, đặc biệt vào kỳ triều cường tốc độ mực nước lên xuống nhanh (hình 3,4). Vùng biển nằm ngoài cửa sông, ít chịu ảnh hưởng của nước nguồn, yếu tố biển đóng vai trò chủ yếu. Hình 2.3: Quá trình mực nước tại trạm Hòn Dấu thời đoạn mùa mưa(tháng 7/2006) Hình 2.4: Quá trình mực nước tại trạm Hòn Dấu thời đoạn mùa khô (tháng 2/2006) Điều kiện gió: Điều kiện gió được sử dụng trong mô phỏng như một thông số mô hình, trong đó có xét đến 2 yếu tố là hướng và cường độ gió. Số liệu gió được trích từ số liệu thực đo tại trạm Hòn Dáu năm 2006. (Bảng 2.1, 2.2) Bảng 2.1: Tần suất xuất hiện gió nhiều năm trạm Hòn Dáu (%) Hướng Mùa B ĐB Đ ĐN N TN T TB Đông 12,4 30,9 10,0 17,0 4,5 2,1 1,0 2,9 Hè 10,9 13,4 12,5 26,2 12,2 10,5 3,3 11,1 Bảng 2.2: Đặc trưng tốc độ gió trạm Hòn Dáu (m/s) Tháng Đặc trưng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TB 4,8 4,6 4,4 4,6 5,4 5,6 6,0 4,5 4,4 4,9 4,6 4,6 Lớn nhất 24 20 34 28 40 40 40 45 45 34 24 28 Đối với bài toán tính sóng Trường sóng đại biểu tại trạm đo Cát Bà được tính trong 2 tháng, 1 tháng mùa đông (tháng 2) và 1 tháng mùa hè (tháng 7). Số liệu được lấy từ các máy đo sóng dự án Lạch Huyện - Hải Phòng của Tedi. Các hướng sóng chủ yếu đến khu vực nghiên cứu là hướng SE, E, S, SW (hình 2. ). Do yếu tố địa lý của khu vực nghiên cứu có đảo Cát Bà che chắn phía Đông nên hướng sóng E không tác động nhiều đến công trình. Ở đây ta chỉ xét các hướng S, SE, SW là chủ yếu, trong đó hướng S là hướng đặc biệt cần quan tâm. Hoa sóng tháng 2 tại KVNC Hoa sóng tháng 7 tại KVNV - Hệ số nhám đáy biển: thông số nhám Nikuradse Kn=0,002, áp dụng đều khắp trên khu vực mô hình. - Điều kiện sóng vỡ: + Điều kiện độ dốc sóng: γ= 1 + Điều kiện (sóng vỡ) : γ= Hs/h =0,8 Trong đó: Hs: chiều cao sóng ý nghĩa h: chiều sâu nước Thông số mô hình: Bước thời gian tính toán: t = 30s Hệ số nhám: Sử dụng ma trận độ nhám để áp dụng vào những khu vực địa hình thay đổi, số chezy = 32 0,5/s. Thời gian tính toán: Mùa Đông (mùa khô): 1/2/2006 – 15/2/2006. Mùa Hè (mùa lũ): 1/7/2006 – 15/7/2006. Kết quả đầu ra: - Các trướng sóng tính toán. - Các trường dòng chảy tính toán. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Việc kiểm chứng mô hình là trên cơ sở biên cứng và biên lỏng, phải điều chỉnh các trị số nhám, độ dốc mực nước, hệ số nhớt… để số liệu tính toán phù hợp với số liệu thực đo. Điều chỉnh và nghiệm chứng mô hình toán là bước quan trọng và tốn nhiều công sức nhất trong nghiên cứu mô hình. Độ tin cậy của mô hình hay nói cách khác độ tin cậy của kết quả tính toán trong bước nghiên cứu tiếp theo phụ thuộc chủ yếu vào bước này. Mô hình được điều chỉnh và nghiệm chứng tốt có nghĩa là mô hình có khả năng mô phỏng chính xác (ở mức độ nhất định) các quá trình thủy động lực trong các điều kiện khác nhau. Để kiểm định sai số của mô hình sử dụng chỉ tiêu Nash (Nash and Sutcliffe – 1970) để xác định. Nash = 1 - (2-8) Xo,i: Giá trị thực đo Xs,i: Giá trị tính toán hoặc mô phỏng. : Giá trị thực đo trung bình Các số liệu mực nước kiểm tra được lấy từ số liệu thực đo tại các trạm mực nước H6, H7, H8 do Tedi cung cấp. Vị trí các trạm mực nước kiểm tra được thể hiện trên hình 2.6 : Hình 2. 6: Vị trí các trạm mực nước kiểm tra So sánh kết quả tính toán với các số liêu thực đo (hình 2.7, 2.8, 2.9): Hình 2.7: Biểu đồ so sánh mực nước thực đo và tính toán trạm H6 Hình 2.8: Biểu đồ so sánh mực nước thực đo và tính toán trạm H7 Hình 2.9: Biểu đồ so sánh mực nước thực đo và tính toán trạm H8 Tính toán theo thông số Nash, mức hiệu quả của mô hình lần lượt tại các trạm: - Trạm H6 (kênh Tráp): 94,6% - Trạm H7 (sông Chanh): 96,5% - Trạm H8 (cách Cát Hải 2,5km): 89,7% Kết quả so sánh sai số giữa số liệu thực đo và tính toán cho thấy kết quả tính toán bằng mô hình khá phù hợp với kết quả đo đạc. Mô phỏng hiện trạng khu vực nghiên cứu: Kết quả mô phỏng trường dòng chày có sự ảnh hưởng của sóng: Trường dòng chảy có ảnh hưởng sóng vào mùa hè (tháng 7) được thể hiện trên hình 2.10 (khi triều dâng) và hình 2.11 (khi triều rút). Hình 2.10: Trường dòng chảy có ảnh hưởng sóng khi triều dâng (22h 1/7/06) Hình 2.11: Trường dòng chảy có ảnh hưởng sóng khi triều rút Trường dòng chảy có ảnh hưởng sóng mùa đông (tháng 2) được thể hiện trên hình 2.12 (khi triều dâng)và 2.13 (khi triều rút). Hình 2.12: Trường dòng chảy có ảnh hưởng sóng khi triều dâng (8h 2/2/06) Hình 2.13: Trường dòng chảy có ảnh hưởng sóng khi triều rút (20h 1/2/06) b) Kết quả mô phỏng trường sóng có sự ảnh hưởng của dòng chảy: Kết quả mô phỏng trường sóng theo hướng Nam được thể hiện trên hình 2.14 (khi triều dâng)và 2.15 (khi triều rút). Hình 2.14: Trường sóng hướng Nam khi triều dâng Hình 2.15: Trường sóng hướng Nam khi triều rút Kết quả mô phỏng trường sóng theo hướng Tây Nam được thể hiện trên hình 2.16 (khi triều dâng) và 2.17 (khi triều rút). Hình 2.16: Trường sóng hướng Tây Nam khi triều dâng Hình 2.17: Trường sóng hướng Tây Nam khi triều rút Kết quả mô phỏng trường sóng theo hướng Đông Nam được thể hiện trên hình 2.18 (khi triều dâng)và 2.19 (khi triều rút). Hình 2.18: Trường sóng hướng Đông Nam khi triều lên Hình 2.19: Trường sóng Đông Nam khi triều rút Nhận xét: Trường dòng chảy: Trong điều kiện hiện trạng, dựa trên kết quả mô phỏng cho thấy tại khu vực này dòng trong sông chiếm ưu thế hơn so với dòng triều. Khi triều xuống, xuất hiện 1 roi cát khá dài nổi lên bên trái cửa Lạch Huyện. Khi có tác động của sóng và dòng chảy khi triều lên, roi cát này mới bị ngập. Trường lưu tốc tại khu vực trong sông đổ ra biển tuân thủ theo quy tắc thuận nghịch, khi triều xuống thì theo hướng đi ra biển, khi triều lên thì trường lưu tốc trong kỳ triều kém có ảnh hưởng không đáng kể đến trường lưu tốc thủy lực của dòng. Trường dòng chảy chịu ảnh hưởng của sóng, tại biên phía biển, trường dòng chảy co xu thế bị uốn cong theo hướng sóng. Tại các bờ Đông, bờ Tây, hướng lưu tốc hướng ngang. Trong mùa lũ, dòng chay lũ từ sông đổ xuống theo hướng Nam, lưu tốc dòng chảy lớn nhất có thể đạt được là 1,0 m/s đến 1,2 m/s ở khu vực ngay cửa biển. Trường sóng: Trường sóng truyền vào khu vực nghiên cứu theo hướng Nam (S): hướng sóng vuông góc các đường đồng mức điạ hình đáy. Đây là trường sóng tác động trực tiếp đến công trình cảng Lạch Huyện, cần quan tâm nhất. Trong kỳ triều lên, cùng với dòng triều sóng tác động mạnh đến dòng chảy trong sông, gây ra sự hỗn loạn dòng chảy tại khu vực cửa sông. Trường sóng truyền vào khu vực nghiên cứu theo hướng Tây Nam (SW): đây cũng là sóng tác động trực tiếp đến khu cảng Lạch Huyện, tuy nhiên tần suất xảy ra sóng hướng Tây Nam là không lớn. Dòng chảy sóng gặp dòng trong sông vào mùa lũ thì bị uốn cong và đi ra. Vào mùa kiệt dòng sóng cùng dòng triều tiến sâu vào trong sông. Trường sóng truyền vào khu vực nghiên cứu theo hướng Đông Nam (SE): sóng từ biển truyền thẳng vào khu vực cảng. Tuy nhiên do điều kiện địa hình, cảng Lạch Huyện được đảo Cát Bà che chắn phía Đông và 1 phần phía Đông Nam nên hướng sóng này không ảnh hưởng nhiều đến cửa cảng. Mô phỏng khu vực nghiên cứu khi có công trình: Dựa vào kết quả mô phỏng hiện trạng khu vực nghiên cứu để tiến hành mô phỏng công trình bảo vệ cảng Lạch Huyện. Vị trí công trình cần thỏa mãn: - Chắn sóng vào khu vực cảng, tạo khu nước lặng bên trong cảng. - Không cản trở tàu thuyền đi lại vào khu vực cảng. - Tiết kiệm chi phi đào lắp. Kết quả mô phỏng cho thấy ở bờ trái cửa Lạch Huyện có 1 roi cát lớn nằm vuông góc với đường bờ bên Cát Hải. Cao trình lớn nhất -0.5m. Đây là địa điểm thuận lợi cho việc đặt công trình lên để giảm chi phí đào lấp. Dựa vào đó kiến nghị thiết kế đê chắn sóng cảng Lạch Huyện dài 6km (kéo dài đến cao trình -2,5m). Ở đầu có tuyến đê nối tiếp theo hướng Đông Nam để chắn sóng hướng Tây Nam, dài 1km (hình 2.20, 2.21). Hình 2.20: Vị trí công trình kè chắn sóng Hình 2.21: Vị trí của công trình kè chắn sóng Mô phỏng dòng chảy có ảnh hưởng của sóng Dòng chảy có ảnh hưởng của sóng được mô phỏng trên hình 2.23 (khi triều dâng) và 2.24 (khi triều rút). Hình 2.22: .Trường dòng chảy khi triều lên (4h 4/7/06) Hình 2.24: Trường dòng chảy khi triều xuống (20h 5/7/06) b) Mô phỏng trường sóng có ảnh hưởng của dòng chảy Kết quả mô phỏng trường sóng hướng Nam được thể hiện trên hình 2.25 (khi triều dâng)và 2.26 (khi triều rút). Hình 2.25: Trường sóng hướng Nam khi triều dâng Hình 2.26: Trường sóng hướng Nam khi triều rút Kết quả mô phỏng trường sóng hướng Đông Nam được thể hiện trên hình 2.27 (khi triều dâng)và 2.28 (khi triều rút). Hình 2.27: . Trường sóng hướng Đông Nam khi triều dâng Hình 2.28: Trường sóng hướng Đông Nam khi triều xuống Kết quả mô phỏng trường sóng hướng Tây Nam (SW) được thể hiện trên hình 2.29 (khi triều dâng)và 2.30 (khi triều rút). Hình 2.29: Trường sóng hướng Tây Nam khi triều dâng Hình 2.30: Trường sóng hướng Tây Nam khi triều rút Nhận xét: Để tiện cho việc phân tích và đánh giá hiệu quả của công trình chỉnh trị, tiến hành so sánh số liệu trích rút mực nước, sóng, lưu tốc dòng chảy tại một số điểm đặc trưng. Các điểm nghiên cứu được lấy tại các vị trí A1, A2, A3, A4 (hình 2.31) Hình 2.31: Sơ đồ vị trí các điểm trích rút Trong đó A1: Điểm thuộc vị trí bến Gót A2, A3: Điểm nằm trong luồng Lạch Huyện A4: Điểm nằm ở ngoài cửa Lạch Huyện Kết quả trích số liệu mực nước cho thấy giá trị mực nước tại các điểm khảo sát trước và sau khi có công trình chênh lệch nhau rất ít, đặc biệt là trong thời kỳ triều lên.. Tại thời điểm triều rút,