CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1.Thiết lập mô hình thủy lực
3.5. Mô phỏng kịch bản
Để đánh giá hiện trạng chế độ dòng chảy biển khu vực Vịnh Bắc Bộ đồ án đã ứng dụng mô hình thủy động lực Mike 21 mô phỏng các chế độ dòng chảy theo 2 kịch bản:
Kịch bản 1: Đánh giá chế độ dòng chảy thời kì gió mùa Đông Bắc.
Kịch bản 2: Đánh giá chế độ dòng chảy thời kì gió mùa Tây Nam.
3.5.1. Kết quả trường dòng chảy khi gió mùa Đông Bắc
Để đánh giá sự ảnh hưởng của chế độ gió mùa Đông bắc tới chế độ dòng chảy khu vực Vịnh Bắc Bộ khoá luận đã sử dụng mô hình thủy lực mô phỏng trường dòng chảy vào thời gian 01/01/2010 đến 08/01/2010. Với số liệu gió thống kê với vận tốc gió trung bình 8,3m/s (nguồn: Đài khí tượng thuỷ văn tỉnh Quảng Ninh) và hướng gió là hướng đông bắc.
Hình 3.11a Hình 3.11b
Hình 3.15: Trường dòng chảy khu vực Vịnh Bắc Bộ thời điểm triều xuống (Hình3.11a) và triều lên (Hình 3.11b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc
Từ kết quả mô phỏng thủy lực dòng chảy khu vực nghiên cứu ta nhận thấy rằng hướng dòng chảy vào thời kỳ gió mùa đông bắc có hướng từ bắc xuống nam. Vùng ngoài khơi tốc độ dòng chảy trung bình đạt 0.5 m/s, vùng ven bờ biển tốc độ dòng chảy trung bình đạt từ 0.2 m/s.
Hình 3.12a Hình 3.12b
Hình 3.16: Trường mực nước khu vực Vịnh Hạ Long – Quảng Ninh thời điểm triều xuống (Hình 3.12a) và triều lên (Hình 3.12b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc
Hình 3.13a Hình 3.13b
Hình 3.17: Trường dòng chảy khu vực Vịnh Hạ Long – Quảng Ninh thời điểm triều xuống (Hình 3.13a) và triều lên (Hình 3.13b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc
So với các tỉnh Bắc Bộ thì Quảng Ninh chịu ảnh hưởng gió mùa Đông Bắc mạnh hơn. Nơi đây gió thổi mạnh hơn so với các nơi cùng vĩ độ.
Vào thời điểm triều rút, khu vực ven bờ Quảng Ninh mực nước cao nhất lên đến 1m, nhiều nơi chỉ cao khoảng 0,3-0,4m. Vùng ngoài khơi cao khoảng -0,9m và
khu vực ven đảo cao khoảng trung bình -0,45m. Dòng chảy tại đây vào thời điểm triều rút khá ổn định và đều trên toàn khu vực khoảng vận tốc 0,3-0,4 m/s. Dòng chảy ven bờ có hướng Nam, và bao quanh các đảo.
Vào thời điểm triều dâng mực nước khá lớn có thể lên đến 2,5m, nhiều nơi ven bờ trung bình khoảng 1,8 - 1,9m. Khu vực ven đảo mực nước cao khoảng 1,9 - 2,0m.
Vận tốc dòng chảy tại đây trung bình khoảng 0,3 – 0,4m/s. Khu vực quanh đảo dòng chảy tăng cao hơn ngoài khơi lên đến 0,48 – 0,56m/s.
Hình 3.14a Hình 3.14b
Hình 3.18: Trường mực nước khu vực Hải Phòng thời điểm triều xuống (Hình3.14a) và triều lên (Hình 3.14b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc
Hình 3.15a Hình 3.15b
Hình 3.19: Trường dòng chảy khu vực Hải Phòng thời điểm triều xuống (Hình3.15a) và triều lên (Hình 3.15b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc
Chế độ dòng chảy vùng ven biển và đảo khu vực Hải Phòng rất phức tạp, thể hiện qua mối quan hệ tương tác giữa thuỷ triều, sóng, gió, dòng chảy sông, địa hình khu vực. Dòng chảy ven bờ trong khu vực là tổng hợp của các dòng chảy triều, dòng chảy sóng ven bờ, dòng chảy gió, dòng chảy sông.
Chế độ dòng chảy vùng cửa sông khi triều xuống dòng chảy có xu hướng từ cửa sông chảy ra biển, vùng ngoài biển dòng chảy vẫn có xu thế di chuyển từ phía bắc xuống phía nam. Vùng cửa sông dòng chảy có xu thế lệch về phía nam. Mực nước trung bình tại cửa sông vào thời điểm này cao khoảng 0,75-0,9m, các khu vực ven bờ khác mực nước cao khoảng 0,3 – 0,4m, ngoài khơi mực nước cao trung bình -0,65m.
Dòng chảy tại thời điểm khá ổn định trên toàn khu vực giao động khoảng 0,3 – 0,4m/s và một số nơi xung quanh đảo khoảng 0,8m/s.
Chế độ dòng chảy vùng cửa sông khi triều dâng dòng chảy có xu hướng từ biển chảy vào cửa sông, vùng ngoài biển dòng chảy vẫn có xu thế chếch về phía tây. Mực nước tại cửa sông không quá cao trung bình khoảng 1,2m. Một số nơi ven bờ mực nước có thể lên dến 1,9 – 2,0m, khu vực đảo mực nước trung bình khoảng 1,6 – 1,7m.
Dòng chảy tại thời điểm có vận tốc vào khoảng 0,3 – 0,36m/s, một số khu vực có vận tốc lên đến 0,42m/s.
Hình 3.16a Hình 3.16b
Hình 3.20: Trường dòng chảy khu vực Thái Bình – Nam Định thời điểm triều xuống (Hình 3.16a) và triều lên (Hình 3.16b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc
Hình 3.17a b
Hình 3.21: Trường dòng chảy khu vực Thái Bình – Nam Định thời điểm triều xuống (a) và triều lên (b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc
Trong thời kì gió mùa Đông Bắc, vận tốc dòng chảy tăng dần từ bắc xuống nam.
Kết quả mô phỏng cho thấy, khi triều rút dòng chảy khu vực ven bờ có tốc độ 0,08 -0,10m/s, càng xa bờ vận tốc càng tăng dần, có thể lên đến 0,26m/s. Mực nước tại thời điểm khác ổn định, nhìn chung chỉ cao khoảng -0,75 - -0.6m. Khu vực cửa sông mực nước cao khoảng 0,7 – 0,8 m.
Khi triều dâng, dòng chảy có tốc độ khá lớn, đạt 0,24 – 0,28m/s. Mực nước tại thời điểm giảm dần từ bắc xuống nam. Khu vực ven bờ, mực nước có nơi cao nhất lên đến 1,6m và thấp nhất khoảng 0,96 – 1,04m.
Hình 3.18a Hình 3.18b
Hình 3.22: Trường mực nước khu vực miền trung đổ vào đến Cồn Cỏ thời điểm triều xuống (Hình 3.18a) và triều lên (Hình 3.18b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc
Hình 3.19a Hình 3.19b
Hình 3.23: Trường dòng chảy khu vực miền trung đổ vào đến Cồn Cỏ thời điểm triều xuống (Hình 3.19a) và triều lên (Hình 3.19b) vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc.
Vào thời kì gió mùa Đông Bắc tại khu vực miền trung đổ vào đến Cồn Cỏ, dòng chảy ở đây có hướng từ bắc xuống nam. Dòng chảy ở đây cũng không quá lớn.
Vào thời điểm triều rút, dòng chảy khu vực ven bờ có vận tốc khoảng 0,10 – 0,15m/s. Càng xa bờ vận tốc cào tăng cao nhất lên đến 0,65m. Mực nước cùng thời điểm tại đây cũng không quá cao chi khoảng -0,56 - -0,48m.
Vào thời điểm triều dâng, khu vực ven bờ có vận tốc dòng chảy khoảng 0,16 – 0,20m/s, khu vực ngoài khơi vận tốc dòng chảy khoảng 0,04 – 0,08m/s. Mực nước ở đậy cũng giảm dần từ bắc xuống nam, khu vực cao nhất 1,1m và thấp nhất là 0,45m.
Nhận xét:
Khu vực VBB có hướng thịnh hành đi về phía Nam, vận tốc trung bình khoảng 0,15 – 0,25 m/s. Ở khu vực sát bờ, dòng chảy có xu thế chạy dọc theo bờ đi xuống phía Nam, vận tốc dòng chảy khá lớn khoảng 0,25 – 0,35 m/s. Khu vực đầu Quảng Bình, vận tốc dòng chảy trung bình 0,4 – 0.5 m/s. Ở ngoài khơi về phía Bắc tại khu vực vịnh, dòng chảy có vận tốc trung bình 0,15 – 0,20 m/s. Mực nước tại khu vực VBB nhìn chung giảm dần từ bắc xuống nam. Khu vực lớn nhất có thể lên đến 2,6m và thấp nhất 0,2m.
3.5.2. Kết quả trường dòng chảy khi gió mùa Tây Nam
Để đánh giá sự ảnh hưởng của chế độ gió mùa Tây Nam tới chế độ dòng chảy khu vực Vịnh Bắc Bộ đồ án đã sử dụng mô hình thủy lực mô phỏng trường dòng chảy vào thời gian 08/08/2010 đến 15/08/2010. Với số liệu gió thống kê với vận tốc gió
trung bình 7,8m/s (nguồn: Đài khí tượng thuỷ văn tỉnh Quảng Ninh) và hướng gió là hướng Tây Nam.
Hình 3.20a Hình 3.20b
Hình 3.24: Trường dòng chảy khu vực Vịnh Bắc Bộ thời triều xuống (Hình 3.20a) và triều lên (Hình 3.20b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam
Từ kết quả mô phỏng thủy lực dòng chảy khu vực nghiên cứu ta nhận thấy rằng hướng dòng chảy vào thời kỳ gió mùa Tây Nam có hướng từ nam lên bắc. Vùng ngoài khơi tốc độ dòng chảy trung bình đạt 0.7 m/s, vùng ven bờ biển tốc độ dòng chảy trung bình đạt từ 0.2 m/s
Hình 3.21a Hình 3.21b
Hình 3.25: Trường mực nước khu vực Vịnh Hạ Long – Quảng Ninh thời điểm triều xuống (a) và triều lên (b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam
Hình 3.22a Hình 3.22b
Hình 3.26: Trường dòng chảy khu vực Vịnh Hạ Long – Quảng Ninh thời điểm triều xuống (Hình 3.22a) và triều lên (Hình 3.22b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam
Hướng dòng chảy tại khu vực Vịnh Hạ Long – Quảng ninh vào thời kỳ gió mùa Tây Nam nhìn chung đều có hướng lên phía bắc, một số khu vực ven đảo có hướng chếch tây, dòng chảy ở khu vực này cũng tương đối thấp.
Vào thời điểm triều rút, vận tốc dòng chảy tại khu vực chỉ vào khoảng 0,25 – 0,3m/s. Khu vực ven bờ, vận tốc dòng chảy khá thấp khoảng 0,05 – 0,1m/s. Mực nước tại thời điểm cũng không quá cao trung bình khoảng -1,20 - -1,05m. Tại một số nơi ven bờ mực nước có cao nhất cũng chỉ khoảng 0,6m.
Vào thời điểm triều dâng, vận tốc dòng chảy ở đây cũng không quá lớn chỉ khoảng 0,3 – 0,4m/s. Khu vực đảo, vận tốc dòng chảy cao hơn khoảng 0,5 – 0.6m/s.
Mực nước vào cùng thời điểm ở đây không quá cao, và giảm dần từ bắc xuống nam.
Khu vực ven bờ có mực nước cao nhất lên đến 1,95m và thấp nhất là 1,05 – 1,20m.
Hình 3.23a Hình 3.23b
Hình 3.27: Trường mực nước khu vực Hải Phòng thời điểm triều xuống (Hình3.23a) và triều lên (Hình 3.23b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam
Hình 3.24a Hình 3.24b
Hình 3.28: Trường dòng chảy khu vực Hải Phòng thời điểm triều rút (Hình3.24a) và triều dâng (Hình 3.24b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam
Theo kết quả mô phỏng cho thấy tại vùng biển Hải Phòng vào thời kì gió mùa Tây Nam dòng chảy có hướng lên phía bắc và tập trung nhiều ở các đảo.
Khi triều rút, mực nước tại khu vực cửa sông cao khoảng 0,6 – 0,75m, khu vực ven đảo và ngoài khơi mực nước cao khoảng -0,90 - -0,75m. Vận tốc dòng chảy cửa sông và ven bờ khoảng 0,08 – 0,12m/s. Càng xa bờ, vận tốc dòng chảy tăng dần có nơi lên đến 0,28m/s.
Khi triều dâng, vận tốc dòng chảy tại khu vực Hải Phòng khá đồng đều, chỉ khoảng 0,15 – 0,3m/s. Mực nước tại đây cao nhất khoảng 1,36 – 1,44m. Khu vực cửa sông và một số khu vực ven bờ mực nước cao khoảng 0,72 – 0,8m.
Hình 3.25a Hình 3.25b
Hình 3.29: Trường mực nước khu vực Thái Bình – Nam Định thời điểm triều xuống (Hình 3.25a) và triều lên (Hình 3.25b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam
Hình 3.26a Hình 3.26b
Hình 3.30: Trường dòng chảy khu vực Thái Bình – Nam Định thời điểm triều xuống (Hình 3.26a) và triều lên (Hình 3.26b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam
Vào thời kì gió mùa Tây Nam khu vực này hướng dòng chảy ven bờ chủ yếu hướng từ Nam lên Bắc. Ở khu vực ngoài khơi, trường dòng chảy đồng nhất so với khu vực gần bờ.
Thời điểm triều rút, mực nước tại khu vực khoảng -0,60 - -0,45m. Khu vực cửa sông có mực nước lớn hơn khoảng 0,6 – 0,7m. Dòng chảy khu vực ngoài khơi có thể lên đến 0,24m/s, trong khi đó ở khu vực ven bờ dòng chảy chỉ 0,06 – 0,08m/s
Thời điểm triều dâng, mực nước tại đây có xu thế giảm dần từ bắc xuống nam.
Khu vực ven bờ lớn nhất có thể cao đến 1,2m, khu vực thấp nhất 0,80 – 0,84m. Dòng chảy khu vực ven bờ chỉ khoảng 0,060 – 0,075m/s, càng xa bờ dòng chảy càng lớn khoảng 0,180 – 0,195m/s.
Hình 3.27a Hình 3.27b
Hình 3.31: Trường mực nước khu vực miền trung đổ vào đến Cồn Cỏ thời điểm triều xuống (Hình 3.27a) và triều lên (Hình 3.27b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam
Hình 3.28a Hình 3.28b
Hình 3.32: Trường dòng chảy khu vực miền trung đổ vào đến Cồn Cỏ thời điểm triều xuống (Hình 3.28a) và triều lên (Hình 3.28b) vào thời kỳ gió mùa Tây Nam Dòng chảy khu vực miền trung đồ vào đến Cồn Cỏ có hướng lên phía bắc, vận tốc dòng chảy tại khu vực ở khu vực này không quá lớn.
Vào thời điểm triều rút, khu vực ven biển có vận tốc khoảng 0,12 – 0,16m/s, vùng ngoài khơi vận tốc dòng chảy khoảng 0,32 – 0,36.m/s Mực nước vào thời điểm này tăng dần từ bắc xuống nam, khu vực cao nhất có mực nước 0,08m và thấp nhất -0,48m.
Vào thời triều dâng, khu vực ven biển có vận tốc khoảng 0,04 – 0,08m/s, khu vực ngoài khơi vận tốc dòng chảy khoảng 0,16 – 0,20m/s. Mực nước tại thời điểm triều dâng giảm dần từ bắc xuống nam. Mực nước cao nhất vào thời điểm khoảng 0,92 – 0,96m và thấp nhất 0,40m.
Nhận xét:
Trong thời kì gió mùa Tây Nam, dòng chảy khu vực VBB có hướng thịnh hành đi lên phía bắc và vận tốc trung bình khoảng 0,15 – 0,30m/s. Ở khu vực ven bờ, dòng chảy có xu thế chạy dọc theo bờ lên phía Bắc, vận tốc dòng chảy khoảng 0,0 – 0,15m/s. Khu vực đầu Quảng Bình, vận tốc dòng chảy trung bình 0,2 – 0,3m/s. Ở ngoài khơi về phía Bắc tại khu vực vịnh, dòng chảy có vận tốc 0,3 – 0,4m/s. Mực nước tại khu vực VBB nhìn chung giảm dần từ bắc xuống nam. Khu vực lớn nhất có thể lên đến 1,36m tại Hải Phòng và thấp nhất 0,15m.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết Luận
Đồ án tốt nghiệp đã tổng quan được khu vực vùng nghiên cứu về khái quát về đặc điểm tự nhiên, địa hình, địa mạo và chế độ khí tượng thủy văn của khu vực.
Đồ án tốt nghiệp đã xây dựng được bộ số liệu mô hình thủy động lực mô phỏng cho chế độ thủy lực trong thời kỳ gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam ở khu vực vùng biển vịnh bắc bộ. Thông qua việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình với các hệ số Nash đạt 0.91. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mực nước thực đo và mực nước tính toàn tương đối đồng nhất, sự sai lệch không đáng kể.
Đồ án tốt nghiệp đã xây dựng các kịch bản mô phỏng trường mực nước và dòng chảy ở vùng nghiên cứu như sau: Kịch bản 1 đánh giá chế độ dòng chảy thời kì gió mùa Đông Bắc; Kịch bản 2 đánh giá chế độ dòng chảy thời kì gió mùa Tây Nam.
Kết quả đạt được khá là phù hợp với khu vực VBB. Trong thời kỳ gió mùa đông bắc khu vực VBB trường dòng chảy có hướng thịnh hành đi về phía Nam, vận tốc trung bình khoảng 0,15 – 0,25 m/s. Ở khu vực sát bờ, dòng chảy có xu thế chạy dọc theo bờ đi xuống phía Nam, vận tốc dòng chảy khá lớn khoảng 0,25 – 0,35 m/s.
Khu vực đầu Quảng Bình, vận tốc dòng chảy trung bình 0,4 – 0.5 m/s. Ở ngoài khơi về phía Bắc tại khu vực vịnh, dòng chảy có vận tốc trung bình 0,15 – 0,20 m/s. Mực nước tại khu vực VBB nhìn chung giảm dần từ bắc xuống nam. Khu vực lớn nhất có thể lên đến 2,6m và thấp nhất 0,2m.
Trong thời kì gió mùa Tây Nam, dòng chảy khu vực VBB có hướng thịnh hành đi lên phía bắc và vận tốc trung bình khoảng 0,15 – 0,30m/s. Ở khu vực ven bờ, dòng chảy có xu thế chạy dọc theo bờ lên phía Bắc, vận tốc dòng chảy khoảng 0,0 – 0,15m/s. Khu vực đầu Quảng Bình, vận tốc dòng chảy trung bình 0,2 – 0,3m/s. Ở ngoài khơi về phía Bắc tại khu vực vịnh, dòng chảy có vận tốc 0,3 – 0,4m/s. Mực nước tại khu vực VBB nhìn chung giảm dần từ bắc xuống nam. Khu vực lớn nhất có thể lên đến 1,36m tại Hải Phòng và thấp nhất 0,15m.
Nhìn chung vào hai thời kì gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam, vận tốc dòng chảy và mực nước tại khu vực VBB không có sự chênh lệch lớn. Vì khu vực VBB, gió mùa đông bắc thịnh hành nên vận tốc dòng chảy thời kì gió mùa đông bắc lớn hơn vận tốc dòng chảy thời kì gió mùa tây nam và lớn hơn 0,1m/s. Mực nước vào thời kì gió mùa đông bắc cũng chênh lệch so với thời kì gió mùa tây nam 0,4m.
2.Kiến nghị
Do khu vực nghiên cứu là toàn vùng Vịnh bắc bộ tương đối lớn nên kết quả mô phỏng ở đây còn chưa xem xét đến một số nhân tố các có khả năng ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy và mực nước vùng ven bờ: lưu lượng từ sông đổ ra, các công trình ven bờ...
Tài liệu địa hình ảnh hưởng rất lớn đến kết quả nghiên cứu. Trong đồ án mới sử dụng tài liệu điạ hình có tỉ lệ lớn cần bổ sung thêm nhiều địa hình chi tiết hơn và cập nhật địa hình thường xuyên để kết quả mô phỏng được chuẩn xác nhất.
Trong nghiên cứu chỉ xem xét đến giá trị gió theo các thời kỳ chính gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam để đánh giá sự ảnh hưởng của nó đến chế độ thủy động lực nên trong mô phỏng chưa đề cập đến giá trị trường gió theo các hướng khác nhau.