THỬ NGHIỆM MÔ PHỎNG HAI CHIỀU DÒNG CHẢY MÙA KHÔ
Ở ĐẦM PHÁ TAM GIANG - CẦU HAI
Trần Hữu Tuyên
Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế
1. Đặt vấn đề:
Đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (TG-CH) có tầm quan trọng đặc biệt đối
với sự phát triển kinh tế, dân sinh khu vực Thừa Thiên Huế, đặc biệt là nuôi trồng
thủy hải sản. Các giá trị và chức năng của đầm phá gắn liền với sự tồn tại hai cửa
biển Thuận An, Tư Hiền, cụ thể là sự trao đổi nước giữa hệ đầm phá - biển và hệ
đầm phá - sông. Đây là nền tảng quyết định môi trường nước ở đầm phá TG - CH,
trong đó dòng chảy là yếu tố ảnh hướng quan trọng nhất đến chất lượng nước ở
đầm phá.
Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu đã cho thấy dòng chảy đầm phá
TG-CH biến đổi rất phức tạp, phụ thuộc vào chế độ thủy triều, lưu lượng nước hệ
thống sông Hương, sông Ô Lâu, sông Truồi, sông Đại Giang [1,4]. Các trạm đo
dòng chảy riêng lẻ, không liên tục, đồng bộ (về không gian, thời gian) thường
không khái quát hóa được dòng chảy trên toàn bộ vùng đầm phá TG-CH ở các
1
thời điểm khác nhau cũng như dự báo sự biến đổi chế độ dòng chảy do ảnh hưởng
của các quá trình địa chất tự nhiên (bồi, xói, đóng mở cửa sông, cửa biển…) và
hoạt động kinh tế - công trình của con người (nuôi trồng thủy sản, xây dựng hồ
chứa…). Để khắc phục những hạn chế trên, phương pháp mô hình toán đã được
chúng tôi áp dụng thử nghiệm trong nghiên cứu dòng chảy khu vực đầm phá. Tuy
nhiên, do khó khăn về số liệu đầu vào và số liệu hiệu chỉnh cho mô hình toán, nên
kết quả bài toán mô phỏng dòng chảy ở đầm phá TG-CH vào mùa khô chỉ mới
dừng lại ở tính chất khởi đầu trong quá trình mô hình hóa chất lượng nước ở đầm
phá Tam Giang - Cầu Hai và hệ thống sông Hương. Qua bài báo, chúng tôi muốn
nhấn mạnh ưu thế của phương pháp mô hình toán trong mô phỏng các quá trình tự
nhiên và khả năng ứng dụng trong tính toán, mô phỏng chế độ thủy thạch động
lực và môi trường nước ở hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai.
Quá trình tính toán được thực hiện tại phòng thí nghiệm GIS và Viễn thám
thuộc Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế.
2. Nội dung chính:
2.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình.
Mô hình trường dòng chảy dựa trên việc giải hệ phương trình cơ bản:
phương trình động lượng và phương trình bảo tồn xung lượng của chất lỏng nhớt
2
2
trong hệ tọa độ hai chiều ngang (2D), như sau:
E
E
gh
hu
hv
h
xx
xy
u y
h p
u 2 x
u 2 y
a x
h x
u t
u x
2
gun
2
2
1 2
(
u
v
)
V
cos
2
hv
sin
0
2 a
2
1 6
,1
486
h
2
2
2
E
E
gh
hu
hv
h
yx
xy
v 2
v 2
v y
h p
x
y
a x
h x
v t
v x
2
gvn
2
2
1 2
(
u
v
)
V
cos
2
hv
sin
0
2 a
2
1 6
,1
486
h
h
u
v
0
h t
u x
v y
u x
h y
Trong đó:
h - Độ sâu nước; u,v - Các thành phần vận tốc dọc trục Ox, Oy; x,y - Toạ độ
Đề các và thời gian; - Hệ số nhớt; E - Hệ số nhớt xoáy ( Exx- theo trục x, Eyy-
theo trục y, Exy, Eyx – giữa các trục x,y); g – Gia tốc trọng trường; a - Độ cao của
đáy; n - Hệ số nhám Mainning; 1,486 - Hệ số chuyển đổi đơn vị hệ SI; - Hệ số
áp lực ngang gió; Va - Tốc độ gió, - Hướng gió; - Vận tốc quay Trái đất, -
Vĩ độ.
Hệ phương trình trên được giải theo phương pháp phần tử hữu hạn, sơ đồ
ẩn. Quá trình chia lưới và tính toán kết quả được thực hiện bởi chương trình
EFDC-Hydro (Environment Fluid Dynamics Code). Kết quả của bài toán mô
phỏng là dòng chảy (độ lớn, hướng), cao độ mặt nước, độ sâu tại các điểm nút của
mạng lưới phần tử hữu hạn ở các thời điểm khác nhau:
2.2. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên:
Điều kiện ban đầu:
- Hình thái khu vực đầm phá và cửa sông xác định theo số liệu thực đo của
3
dự án đầm phá Pháp Việt kết hợp bản đồ vùng đầm phá và cửa sông Thuận An -
Tư Hiền của Viện Địa lý. Mặc dù, số liệu địa hình có độ chính xác thấp, không
đồng bộ nhưng cũng phù hợp với mục đích thử nghiệm bước đầu của bài toán.
Toàn bộ địa hình đầm phá, cửa sông và hạ lưu sông Hương được chia thành
10.024 điểm nút phần tử hữu hạn.
- Cao độ mực nước hw = 0 tại tất cả nút lưới. Bỏ qua ảnh hưởng hoạt động
của gió, sóng đến dòng chảy đầm phá.
Điều kiện biên: Được xác lập ở thời điểm mùa khô.
+ Biên thượng lưu (biên sông): Lưu lượng nước Q không đổi trong suốt thời gian tính. Trên sông Hương, tại Kim Long Q1 = 20m3/s, sông Ô Lâu tại cửa Lác Q2 = 0,1m3/s.
+ Biên hạ lưu (biên biển): Mực nước triều tại cửa Thuận An, Tư Hiền, lấy
theo số liệu thực đo của dự án Việt Nam - Hà Lan CCP-2002 từ 6 giờ đến 18 giờ
ngày 14 tháng 4 năm 2002
2.3. Thời gian tính:
Thời gian tính: 12 giờ (một chu kỳ triều). Bước thời gian: 0,5 giờ. Tổng
bước tính: 24.
Thời gian tính toán trên máy PC PII-333 là 16 giờ.
2.4. Kết quả:
Trường dòng chảy (hướng, vận tốc), cao độ mặt nước, độ sâu tại các điểm
nút của lưới phần tử hữu hạn tại những bước thời gian khác nhau được thể hiện ở
4
bản đồ, biểu đồ và dữ liệu số. Dòng chảy (hướng, vận tốc) ở đầm phá TG-CH tại
thời điểm 10 giờ (khi triều lên) được thể hiện ở hình 1 và 14 giờ (khi triều xuống)
ở hình 2.
3. Kết luận:
Mặc dù, mô hình dòng chảy ở đầm phá TG-CH chỉ mới dừng lại ở mức độ
thử nghiệm, chưa có điều kiện kiểm tra và hiệu chỉnh, nhưng chúng tôi cũng có
một số nhận xét sau:
- Kết quả tính toán của mô hình dòng chảy phù hợp với các số liệu thực đo
về chảy tại hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai do nhóm Địa hóa - Động lực thuộc
Dự án Việt Pháp thực hiện trong năm 1998-2001 (Lê Xuân Tài, Trần Hữu Tuyên,
Đỗ Quang Thiên..) cũng như một số công trình nghiên cứu của các tác giả khác
nhau (Trần Đức Thạnh, Chu Hồi...)
- Vào mùa khô (thời gian tính của mô hình), dòng chảy ở đầm phá phụ
thuộc chính vào chế độ thuỷ triều qua cửa biển Thuận An, Tư Hiền. Dọc theo
sông Hương, dòng chảy triều có thể xâm nhập lên đến tận Gia Viễn.
- Khu vực có dòng chảy lớn hơn 0,2m/s phân bố ở sát cửa Thuận An, Tư
Hiền. Vùng Quảng Công, Hải Dương (Nam phá Tam Giang), Vinh Hưng, Vinh
Thanh (Nam đầm Thuỷ Tú), vận tốc dòng chảy dao động từ 0,1m/s đến 0,2m/s.
Khu vực có dòng chảy nhỏ hơn 0,1m/s chiếm phần lớn diện tích đầm phá, bao
gồm: Bắc phá Tam Giang, đầm Sam và toàn bộ đầm Cầu Hai.
- Trong cùng một pha triều, vận tốc dòng chảy khi triều lên lớn hơn so với
khi triều xuống trên toàn đầm phá TG - CH. Đặc biệt, dòng triều qua cửa Thuận
5
An đã ảnh
v (m/s)
0.250
0.225
0.200
0.175
0.150
0.125
0.100
0.075
0.050
0.025
0.000
6
v (m/s)
0.250
0.225
0.200
0.175
0.150
0.125
0.100
0.075
0.050
0.025
0.000
Hình 1: Trường dòng chảy đầm phá Tam Giang - Cầu Hai khi triều lên (10h
7
14/04/2002)
v (m/s)
0.250
0.225
0.200
0.175
0.150
0.125
0.100
0.075
0.050
0.025
0.000
8
v (m/s)
0.250
0.225
0.200
0.175
0.150
0.125
0.100
0.075
0.050
0.025
0.000
Hình 2: Trường dòng chảy đầm phá Tam Giang - Cầu Hai khi triều xuống (10h
14/04/2002)
hưởng rất lớn đến dòng chảy Nam phá Tam Giang, đầm Thủy Tú và phần hạ lưu
sông Hương. Trong khi đó ảnh hưởng của dòng triều qua cửa Tư Hiền, chỉ có ở
đầm Cầu Hai. Điều đó chứng tỏ vai trò quan trọng của cửa Thuận An đối với sự
trao đổi nước ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai.
Lời cám ơn: Chúng tôi xin cám ơn Thầy Lê Văn Thu - Điều phối viên dự án
ICZM đã tạo điều kiện thuận lợi trong thu thập các số liệu phục vụ cho mô hình
9
tính
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Tài Hợi, Nguyễn Thanh. Nghiên cứu phương án phục hồi, thích
nghi vùng cửa sông, ven biển và đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, Báo cáo
tổng kết đề tài, Hà Nội (2001)
2. Lê Song Giang. Mô hình số cho dòng chảy 3 chiều nước nông. Tuyển tập
Công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thuỷ khí và Công nghệ mới. Lăng
Cô. (2001) 124 - 129.
3. Lê Song Giang, Nguyễn Văn Nghiệp, Nguyễn Cửu Tuệ. Mô hình số cho
dòng chảy ba chiều đoạn sông cong, Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ
VII, Hà Nội, (2002).
4. Lê Xuân Tài, Trần Hữu Tuyên, Đỗ Quang Thiên. Báo cáo kết quả quan
trắc của nhóm Địa hóa - Địa động lực, Dự án đầm phá Pháp - Việt
(2002)
5. Ponce V.M., Yabusaki S.B. Modeling circulation in depth - averaget
flow, J. of the Hydraulic Division, ASCE, Vol. 107, No 11 (1981) 1501 - 1518
FIRST SIMULATION FOR TWO - DIMENSIONAL CURRENTS IN DRY
SEASON OF THE TAM GIANG - CAU HAI LAGOON
10
Tran Huu Tuyen
College of Sciences, Hue University
SUMMARY
The Tam Giang - Cau Hai lagoon system extends over 60 km length from
Dien Loc (Phong Dien district) to Loc Binh (Phu Loc district), running parallel to
the coastal line. The stability of Tam Giang-Cau Hai lagoon environment is
related with the exchange of water between the lagoon system and the sea through
Thuan An and Tu Hien inlets. Current field in the Tam Giang – Cau Hai lagoon
system showed this water exchange.
This study is a first attempt of numerical modeling to simulate a change in
water levels and currents in dry season. Hydrodynamic input conditions were
used as following data: sea-water level of Thuan An-Tu Hien stations in April
2002 (CCP-2002 project) used for sea boundary conditions; discharge of Huong river in Tuan (Q=20 m3/s) and discharge of O Lau river in Cua Lac (Q=0.2m3/s)
used for the river boundary conditions. Simulated time duration was 12 hours (i.e., one tide cycle) from 6:00 to 18:00, 14th April 2002.
Output results of simulation, including of water levels, currents fields
(quantity, direction) in different calculated time in the whole of Tam Giang - Cau
Hai lagoon system, are showed by map, graph, chart and data files. Although
experimented, simulated results are generally consistent with observed
11
hydrodynamic data in the Tam Giang - Cau Hai lagoon system.
