Sử dụng mô hình MIKE 21 tính toán lan truyền sóng, dòng chảy kết hợp với thủy triều

SỬ DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN SÓNG, DÒNG CHẢY KẾT HỢP VỚI THỦY TRIỀU 1. Tổng quan Việt Nam có khoảng 1.000.000 Km2 mặt biển, đường bờ biển dài trên 3260 km đây là một điều kiện rất thuận lợi cho việc phát triển kinh tế-xã hội các vùng ven biển. Theo chiến lược đến năm 2020 thì Việt Nam là một quốc gia biển, làm giàu từ biển, các hoạt động từ biển sẽ đóng góp trên 54% GDP. Bên cạnh những thuận lợi đó thì hàng năm Việt Nam phải hứng chịu hàng trục cơn bão lớn gây vỡ đê, ngập lụt và thiệt hại về kinh tế- xã hội rất lớn. Để phòng chống và giảm nhẹ thiên tai do bão gây ra thì việc nghiên cứu và lựa chọn các giải pháp bảo vệ cho từng khu vực ngày càng trở lên quan trọng và cấp thiết. Trước khi xây dựng bất kì công trình cảng nào ngoài biển người ta đều phải nghiên cứu đến chế độ sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát các yếu tố này ảnh hưởng đến luồng lạch ra vào cảng, ảnh hưởng đến việc bồi lắng trước của và trong cảng, ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy trong cảng, ảnh hưởng đến chiều cao sóng phía trong cảng đặc biệt là trong điều kiện thời tiết bất lợi có sóng lớn. Việc tính toán chế độ sóng từ ngoài khơi lan truyền vào trong cảng là yếu tố quan trọng nhất vì nó sẽ quyết định đến việc xây dựng các đê chắn sóng phía ngoài sao cho hợp lý nhất tức là sóng ngoài biển ảnh hưởng vào phía trong cảng là ít nhất. Để làm được việc này ta cần tính toán mô phỏng với nhiều trường hợp cửa vào cảng khác nhau và chế độ sóng khác nhau, đặc biệt quan tâm đến hướng sóng chính có chiều cao sóng lớn thường xuyên tác dụng vào khu vực cảng. Từ trường sóng tính toán lan truyền vào trong cảng ta có thể biết được khu vực nào trong cảng chịu tác động của sóng là lớn nhất để từ đó ta có các biện pháp vảo vệ cũng như gia cố khu vực này. Chính vì vậy việc tính toán trường sóng trong khu vực nghiên cứu bằng mô hình toán hai triều là một giải pháp tối ưu. Ở đây tôi xin trình bày phương pháp tính toán lan truyền sóng, dòng chảy kết hợp với thủy triều cho một khu cảng. 2. Mô hình MIKE 21/3 COUPLED MODEL FM Mô hình Mike 21 là mô hình do viện nghiên cứu Đan Mạch nghiên cứu và trở thành phần mềm thương mại. Hiện nay phần mềm này được rất nhiều công ty sử dụng để tính toán do mô hình này có rất nhiều ưu việt và mô phỏng tương đối xát với thực tế. MIKE 21/3 COUPLED MODEL FM được sử dụng để tính toán các chế độ động lực học khu vực ven biển và cửa sông: Môdun dòng chảy Môdun vận chuyển Môdun hệ sinh thái Môdun vận chuyển bùn cát Môdun lan truyền sóng Môdun kiểm suát phần từ 3. Kết quả tính toán 3.1 Biên đầu vào a. Địa hình khu vực nghiên cứu Để tính toán ta cần có số liệu địa hình khu vực nghiên cứu và đây cũng là yếu tố quan trọng nhất vì nó quyết định đến kết quả lan truyền sóng vào chân công trình. Hình 1: Địa hình khu vực nghiên cứu Tọa độ tính toán: vn2000 đơn vị là (m) b. Biên mực nước Biên mực nước ở đây là biên triều được tính toán dự vào hằng số điều hòa toàn cầu của Mike 21. c. Biên sóng Cao trình mực nước là +0 trùng với cao trình mực nước thiết kế. Chế độ sóng: để tính toán lan truyền sóng vào trong bể cảng tính toán cho hai trường hợp: trường hợp có gió mùa và trường hợp có bão (trong quá trình tính để đơn giản tôi sử dụng chiều cao sóng có nghĩa để tính. Ta có thể sử dụng trường sóng theo obs để tính) Chiều cao sóng (m) Chu kì sóng (s) Hướng sóng (độ) Trường hợp 1 2 5.5 0 Trường hợp 2 5 8.6 20 Chú ý: quy định hướng Bắc là 00, hướng Đông là 900 3.2 Kết quả tính toán Xét sự biến thiên của chiều cao sóng tại một vị trí đặc trưng theo thời gian a. Tính toán với chiều cao sóng 2m 1. Xét điểm có tọa độ : X: 344498 Y: 1011243 Chú ý: mỗi bước thời giam là 30 phút. Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 0.40 21 0.43 41 0.45 61 0.43 2 0.46 22 0.45 42 0.43 62 0.43 3 0.48 23 0.43 43 0.42 63 0.44 4 0.44 24 0.41 44 0.43 64 0.45 5 0.40 25 0.41 45 0.45 65 0.44 6 0.40 26 0.45 46 0.44 66 0.43 7 0.46 27 0.44 47 0.42 67 0.42 8 0.47 28 0.42 48 0.42 68 0.43 9 0.43 29 0.41 49 0.43 69 0.44 10 0.41 30 0.44 50 0.44 70 0.43 11 0.42 31 0.45 51 0.43 71 0.42 12 0.47 32 0.44 52 0.42 72 0.42 13 0.46 33 0.42 53 0.42 73 0.44 14 0.43 34 0.42 54 0.44 74 0.44 15 0.41 35 0.45 55 0.45 75 0.42 16 0.43 36 0.46 56 0.43 76 0.42 17 0.46 37 0.44 57 0.42 18 0.44 38 0.43 58 0.43 19 0.42 39 0.43 59 0.45 20 0.41 40 0.45 60 0.45 2. Xét điểm có toạ độ: X: 344800 Y: 1011230 Chú ý: mỗi bước thời giam là 30 phút. Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 0.67 21 0.65 41 0.64 61 0.65 2 0.66 22 0.63 42 0.64 62 0.66 3 0.62 23 0.62 43 0.65 63 0.66 4 0.60 24 0.64 44 0.66 64 0.65 5 0.64 25 0.65 45 0.65 65 0.64 6 0.66 26 0.64 46 0.63 66 0.65 7 0.67 27 0.62 47 0.64 67 0.65 8 0.63 28 0.63 48 0.64 68 0.65 9 0.63 29 0.65 49 0.65 69 0.64 10 0.65 30 0.66 50 0.64 70 0.63 11 0.67 31 0.64 51 0.63 71 0.64 12 0.66 32 0.64 52 0.64 72 0.65 13 0.64 33 0.65 53 0.65 73 0.64 14 0.64 34 0.66 54 0.65 74 0.63 15 0.65 35 0.66 55 0.64 75 0.63 16 0.66 36 0.65 56 0.64 76 0.64 17 0.65 37 0.65 57 0.65 18 0.63 38 0.66 58 0.66 19 0.64 39 0.66 59 0.65 20 0.65 40 0.66 60 0.64 3. Xét điểm có toạ độ: X: 344770 Y: 1011825 Chú ý: mỗi bước thời giam là 30 phút. Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 0.26 21 0.27 41 0.27 61 0.27 2 0.26 22 0.27 42 0.27 62 0.27 3 0.27 23 0.27 43 0.27 63 0.27 4 0.26 24 0.26 44 0.26 64 0.27 5 0.27 25 0.26 45 0.27 65 0.27 6 0.26 26 0.27 46 0.27 66 0.27 7 0.28 27 0.27 47 0.27 67 0.26 8 0.27 28 0.27 48 0.26 68 0.27 9 0.27 29 0.26 49 0.27 69 0.27 10 0.26 30 0.27 50 0.27 70 0.27 11 0.26 31 0.27 51 0.27 71 0.27 12 0.28 32 0.27 52 0.27 72 0.26 13 0.27 33 0.27 53 0.26 73 0.27 14 0.27 34 0.26 54 0.27 74 0.27 15 0.26 35 0.27 55 0.27 75 0.27 16 0.26 36 0.27 56 0.27 76 0.26 17 0.27 37 0.27 57 0.27 18 0.27 38 0.27 58 0.27 19 0.27 39 0.27 59 0.27 20 0.26 40 0.27 60 0.27 4. Xét điểm có toạ độ: X: 344926 Y: 1011658 Chú ý: mỗi bước thời giam là 30 phút. Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 0.75 21 0.70 41 0.69 61 0.68 2 0.75 22 0.68 42 0.68 62 0.69 3 0.70 23 0.67 43 0.69 63 0.70 4 0.63 24 0.67 44 0.70 64 0.70 5 0.66 25 0.69 45 0.70 65 0.69 6 0.70 26 0.69 46 0.68 66 0.68 7 0.73 27 0.67 47 0.68 67 0.69 8 0.68 28 0.67 48 0.68 68 0.70 9 0.67 29 0.68 49 0.69 69 0.69 10 0.68 30 0.70 50 0.69 70 0.68 11 0.71 31 0.69 51 0.67 71 0.68 12 0.71 32 0.68 52 0.68 72 0.69 13 0.68 33 0.68 53 0.69 73 0.69 14 0.68 34 0.70 54 0.70 74 0.68 15 0.69 35 0.71 55 0.68 75 0.67 16 0.71 36 0.69 56 0.68 76 0.68 17 0.70 37 0.68 57 0.69 18 0.68 38 0.69 58 0.70 19 0.68 39 0.70 59 0.70 20 0.68 40 0.71 60 0.69 5. Xét điểm có toạ độ: X: 344800 Y: 1011700 Chú ý: mỗi bước thời giam là 30 phút. Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 0.94 21 0.94 41 0.94 61 0.92 2 0.99 22 0.93 42 0.92 62 0.92 3 0.96 23 0.90 43 0.92 63 0.94 4 0.90 24 0.90 44 0.93 64 0.95 5 0.88 25 0.91 45 0.94 65 0.93 6 0.91 26 0.94 46 0.93 66 0.92 7 0.98 27 0.92 47 0.91 67 0.92 8 0.95 28 0.90 48 0.91 68 0.94 9 0.91 29 0.91 49 0.93 69 0.93 10 0.90 30 0.94 50 0.93 70 0.92 11 0.93 31 0.94 51 0.91 71 0.91 12 0.97 32 0.92 52 0.91 72 0.92 13 0.94 33 0.91 53 0.92 73 0.93 14 0.91 34 0.92 54 0.94 74 0.92 15 0.91 35 0.95 55 0.93 75 0.91 16 0.93 36 0.94 56 0.92 76 0.91 17 0.96 37 0.92 57 0.92 18 0.92 38 0.92 58 0.93 19 0.91 39 0.93 59 0.95 20 0.91 40 0.95 60 0.93 b. Tính toán với chiều cao sóng 5m Xét sự biến thiên của chiều cao sóng tại một vị trí đặc trưng theo thời gian 1. Xét điểm có tọa độ : X: 344498 Y: 1011243 Chú ý: mỗi bước thời giam là 30 phút. Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 0.72 21 0.52 41 1.05 2 0.79 22 0.77 42 0.54 3 0.95 23 0.88 43 0.41 4 0.60 24 0.62 44 0.51 5 0.68 25 0.92 45 0.27 6 0.73 26 0.52 46 0.81 7 0.74 27 0.65 47 0.63 8 0.71 28 0.78 48 0.72 9 1.02 29 0.82 49 0.81 10 0.55 30 0.71 50 0.44 11 0.60 31 1.03 51 0.44 12 0.76 32 0.54 52 0.51 13 0.35 33 0.65 53 0.45 14 0.55 34 0.71 54 0.75 15 0.76 35 0.82 55 0.72 16 0.80 36 0.62 56 0.89 17 0.72 37 0.54 57 0.52 18 0.90 38 0.62 58 0.78 19 0.52 39 1.07 59 0.80 2. Xét điểm có toạ độ: X: 344800 Y: 1011230 Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 0.98 21 1.08 41 1.11 2 1.00 22 0.96 42 1.12 3 0.95 23 1.00 43 1.13 4 1.01 24 0.98 44 1.14 5 0.99 25 1.02 45 1.10 6 1.00 26 1.05 46 0.97 7 1.06 27 1.00 47 1.03 8 1.03 28 1.05 48 1.00 9 0.87 29 1.02 49 0.99 10 1.04 30 1.03 50 0.90 11 1.03 31 1.05 51 0.91 12 1.02 32 1.08 52 0.88 13 1.04 33 1.02 53 0.97 14 1.05 34 1.02 54 1.07 15 1.06 35 0.99 55 1.03 16 1.01 36 0.98 56 1.01 17 1.03 37 0.99 57 1.08 18 1.02 38 0.94 58 0.99 19 1.10 39 1.10 59 1.01 20 1.03 40 1.03 60 1.05 3. Xét điểm có toạ độ: X: 344770 Y: 1011825 Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 0.48 21 0.52 41 0.88 2 0.49 22 0.47 42 0.43 3 0.72 23 0.53 43 0.47 4 0.37 24 0.44 44 0.43 5 0.48 25 0.76 45 0.72 6 0.47 26 0.41 46 0.55 7 0.48 27 0.50 47 0.44 8 0.48 28 0.52 48 0.47 9 0.87 29 0.51 49 0.51 10 0.42 30 0.47 50 0.53 11 0.43 31 0.85 51 0.42 12 0.52 32 0.43 52 0.57 13 0.53 33 0.61 53 0.45 14 0.56 34 0.47 54 0.51 15 0.52 35 0.65 55 0.47 16 0.50 36 0.40 56 0.53 17 0.49 37 0.49 57 0.39 18 0.57 38 0.45 58 0.49 19 0.40 39 0.68 59 0.50 20 0.40 40 0.38 60 0.55 4. Xét điểm có toạ độ: X: 344926 Y: 1011658 Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 1.14 21 0.95 41 0.57 2 1.01 22 1.07 42 1.11 3 0.55 23 1.00 43 1.00 4 1.16 24 1.03 44 1.21 5 0.86 25 0.79 45 0.68 6 1.08 26 1.06 46 1.12 7 1.05 27 1.10 47 1.05 8 1.04 28 0.93 48 1.03 9 0.85 29 1.05 49 1.01 10 1.07 30 1.06 50 0.99 11 1.10 31 0.77 51 0.97 12 0.92 32 1.10 52 1.15 13 0.95 33 1.05 53 1.17 14 1.00 34 1.04 54 1.05 15 0.96 35 0.60 55 1.06 16 1.04 36 0.96 56 0.98 17 1.06 37 1.00 57 1.12 18 1.03 38 1.13 58 1.02 19 1.12 39 0.47 59 1.03 20 1.00 40 1.09 60 1.10 5. Xét điểm có toạ độ: X: 344800 Y: 1011700 Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) Bước thời gian Chiều cao sóng H(m) 1 1.33 21 1.53 41 1.61 2 1.60 22 1.56 42 1.46 3 1.49 23 1.67 43 1.18 4 1.40 24 1.47 44 1.44 5 1.57 25 1.63 45 1.50 6 1.55 26 1.42 46 1.68 7 1.60 27 1.00 47 1.49 8 1.58 28 1.67 48 1.55 9 1.83 29 1.62 49 1.59 10 1.44 30 1.55 50 1.40 11 1.10 31 1.76 51 1.40 12 1.65 32 1.45 52 1.41 13 1.44 33 1.48 53 1.32 14 1.30 34 1.58 54 1.59 15 1.65 35 1.44 55 1.59 16 1.62 36 1.42 56 1.66 17 1.56 37 0.78 57 1.45 18 1.66 38 1.28 58 1.56 19 1.48 39 1.30 59 1.61 20 1.00 40 1.44 60 0.94 c. Dòng chảy đối với chiều cao sóng 5m Hình 2: Dòng chảy theo phương U khu vực cảng trong thời kì triều xuống kết hợp tác dụng của sóng Hình 3: Dòng chảy theo phương V khu vực cảng trong thời kì triều xuống kết hợp tác dụng của sóng