Luận Án Tiến Sĩ: Mô Phỏng Số Sự Hình Thái Cực Đại Đục Do Sóng Và Dòng Chảy Tại Cửa Sông Châu Giang

Khám phá mô phỏng số về hình thái cực đại đục do sóng và dòng chảy tại cửa sông Châu Giang, phân tích tác động môi trường và địa chất khu vực.

• Tác giả: Wang Chonghao
• Người hướng dẫn: Prof. Li
• Trường học: The Hong Kong Polytechnic University
• Chuyên ngành: Civil and Structural Engineering
• Đề tài: Numerical Modelling of Wave-Current Induced Turbidity Maximum in the Pearl River Estuary
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hong Kong

Mục lục chi tiết

• CERTIFICATE OF ORIGINALITY
• ABSTRACT
• ACKNOWLEDGEMENTS
• CONTENTS
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Background and moftIVatiOn
• 1.2. Objectives of Study
• 1.3. Outlines OfđissertatiOn
• 2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Review of TM study
• 2.2. TM Study In China
• 2.3. Formation mechanisms Of TÌM
• 2.4. Methodology for TM study
• 2.5. One-dimensional and two-dimensional models
• 2.6. Three dimensional models
• 3. CHAPTER 3: SEDIMENT DYNAMICS IN THE PEARL RIVER ESTUARY
• 3.1. Pearl River ES(Uary
• 3.2. Field data ae h
• 3.3. Sediment dynamics nh ae
• 3.4. Sediment prOC€SS€S
• 3.5. Locations of turbidity maximum. Tidally averaged sediment transport profiles
• 3.6. Net sediment transport flux anaÌyS1S
• 3.7. Vertical sediment diffusion modelling
• 4. CHAPTER 4: TWO-DIMENSIONAL CHARACTERISTICS OF HYDRODYNAMICS AND MASS TRANSPORT IN THE PEARL RIVER ESTUARY
• 4.1. Introduction
• 4.2. Near bottom sediment exchange
• 4.3. Computational domain and boundary conditions
• 4.4. Model validation
• 4.5. Results and đisCUSSIOPS
• 4.6. Suspended sediment transport
• 5. CHAPTER 5: THREE-DIMENSIONAL HYDRODYNAMICS AND MASS TRANSPORT MODELLING
• 5.1. The o-coordinate transformation
• 5.2. Splitting method and temporal difference scheme
• 5.3. Numerical schemes for solving spatial differences
• 5.4. Model establishment and boundary conditions
• 6. CHAPTER 6: MODELLING OF CURRENT INDUCED TURBIDITY MAXIMUM IN THE PEARL RIVER ESTUARY
• 6.1. Turbidity maximum in the PRE
• 6.2. Fortnightly variation of turbidity maximum
• 6.3. Seasonal variation of turbidity maximum
• 6.4. Impact of runoff on turbidity maximum
• 6.5. Impact of wind on turbidity maximum
• 7. CHAPTER 7: MODELLING OF WAVE-CURRENT INDUCED TURBIDITY MAXIMUM IN THE PEARL RIVER ESTUARY
• 7.1. Wave prorogation model
• 7.2. Wave action conservation equations
• 7.3. Splitting of wave action equafion
• 7.4. Numerical scheme and solution procedure
• 7.5. Combined wave-current bottom shear sfr€SS
• 7.6. Wave-current coupling procedure
• 7.7. Characteristics of wave in the PRE
• 7.8. Wave propagation in quiescent Wat€r
• 7.9. Combined current and wave modelling
• 7.10. Wave propagations OV€T CUTT€TIÍ
• 7.11. Effect of wave on saltwater IntrusIon
• 7.12. Effect of wave on sediment concentration
• 7.13. Wave-current induced turbidity maxImum
• 8. CHAPTER 8: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• 8.1. Hydrodynamics in the Pearl River Estuary
• 8.2. Wave propagation in the Pearl River Estuary
• 8.3. Salinity in the Pearl River ESfuary
• 8.4. Sediment transport in the Pearl River Estuary
• 8.5. Turbidity maximum in the Pearl River Estuary
• 8.6. Recommendations for future WOFK
• REFERENCES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF NOTATIONS

Tóm tắt

I. Mô Phỏng Số Sự Hình Thái Cực Đại Đục Do Sóng Và Dòng Chảy Tại Cửa Sông Châu Giang

Nghiên cứu này tập trung vào mô phỏng số sự hình thành và phát triển của hình thái cực đại đục tại cửa sông Châu Giang dưới tác động của sóng và dòng chảy. Bằng cách sử dụng dữ liệu từ các khảo sát thủy văn quy mô lớn, nghiên cứu đã phân tích quá trình vận chuyển trầm tích và cơ chế hình thành hình thái cực đại đục. Kết quả cho thấy hình thái cực đại đục không chỉ liên quan đến sự xâm nhập của nước mặn mà còn do dòng chảy từ các cửa sông phía tây. Mô phỏng thủy động lực và phân tích số liệu đã được áp dụng để hiểu rõ hơn về các quá trình này.

1.1. Mô Phỏng Số và Phân Tích Số Liệu

Mô phỏng số được thực hiện thông qua mô hình 2D và 3D để nghiên cứu đặc điểm hình thái và quá trình dòng chảy. Dữ liệu từ các khảo sát thủy văn được sử dụng để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái cực đại đục. Kết quả cho thấy tác động của sóng và dòng chảy là nguyên nhân chính gây ra sự hình thành hình thái cực đại đục tại cửa sông Châu Giang. Phân tích số liệu cũng chỉ ra rằng sự tái lắng đọng trầm tích đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

1.2. Tác Động Của Sóng và Dòng Chảy

Tác động của sóng và dòng chảy được nghiên cứu thông qua mô hình kết hợp sóng-dòng chảy. Kết quả cho thấy sự tương tác giữa sóng và dòng chảy làm tăng nồng độ trầm tích, đặc biệt là gần các bãi cát và vùng nông. Mô hình toán học và kỹ thuật mô phỏng đã được sử dụng để mô phỏng quá trình này, cho thấy sự ảnh hưởng đáng kể của sóng đến hình thái cực đại đục.

II. Đặc Điểm Hình Thái và Quá Trình Dòng Chảy

Nghiên cứu đã xác định các đặc điểm hình thái chính của hình thái cực đại đục tại cửa sông Châu Giang. Quá trình dòng chảy được phân tích thông qua mô hình 2D và 3D, cho thấy sự khác biệt về nồng độ trầm tích giữa các kênh sâu và vùng nông. Mô phỏng thủy động lực đã chỉ ra rằng hình thái cực đại đục phát triển mạnh trong mùa mưa và biến mất trong mùa khô.

2.1. Đặc Điểm Hình Thái Cực Đại Đục

Hình thái cực đại đục được xác định là kết quả của sự tương tác giữa dòng chảy và sóng. Nghiên cứu chỉ ra rằng hình thái cực đại đục xuất hiện trong mùa mưa và biến mất trong mùa khô. Mô hình toán học đã được sử dụng để mô phỏng quá trình này, cho thấy sự ảnh hưởng của tác động môi trường và quản lý tài nguyên nước đến hình thái cực đại đục.

2.2. Quá Trình Dòng Chảy và Tái Lắng Đọng Trầm Tích

Quá trình dòng chảy được nghiên cứu thông qua mô hình 3D, cho thấy sự tái lắng đọng trầm tích là yếu tố chính hình thành hình thái cực đại đục. Mô phỏng số đã chỉ ra rằng nồng độ trầm tích trong các kênh sâu thấp hơn so với các vùng nông. Phân tích số liệu cũng cho thấy sự ảnh hưởng của tác động môi trường đến quá trình này.

III. Ứng Dụng và Giá Trị Thực Tiễn

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc quản lý tài nguyên nước và nghiên cứu môi trường tại cửa sông Châu Giang. Mô phỏng số và phân tích số liệu đã cung cấp cái nhìn sâu sắc về các quá trình hình thành hình thái cực đại đục, giúp cải thiện các chiến lược quản lý môi trường. Kết quả nghiên cứu cũng có thể được áp dụng trong các dự án bảo vệ và phát triển bền vững tại khu vực này.

3.1. Ứng Dụng Trong Quản Lý Tài Nguyên Nước

Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý tài nguyên nước tại cửa sông Châu Giang. Mô phỏng số và phân tích số liệu đã giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái cực đại đục, từ đó đề xuất các biện pháp quản lý hiệu quả. Nghiên cứu môi trường cũng được hỗ trợ bởi các kết quả từ nghiên cứu này.

3.2. Giá Trị Thực Tiễn Trong Nghiên Cứu Môi Trường

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong nghiên cứu môi trường, đặc biệt là trong việc hiểu rõ các quá trình hình thành hình thái cực đại đục. Mô phỏng số và phân tích số liệu đã cung cấp cái nhìn toàn diện về tác động môi trường và quản lý tài nguyên nước, giúp cải thiện các chiến lược bảo vệ môi trường tại khu vực cửa sông Châu Giang.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cửa sông Châu Giang là một trong những vùng kinh tế hàng hải sôi động bậc nhất khu vực Đông Á với diện tích mặt nước rộng hơn 2.000 km2 và chiều dài luồng lạch khoảng 65 km từ Hổ Môn ra Biển Đông. Hàng năm, hệ thống sông này tiếp nhận tổng lượng dòng chảy lên tới 179,3 tỷ m3 nước ngọt và hơn 30,8 triệu tấn phù sa lơ lửng từ 4 cửa sông chính gồm Hổ Môn, Tiêu Môn, Hồng Kỳ Môn và Hoành Môn. Sự tương tác phức tạp giữa dòng chảy sông ngòi, dòng triều bán nhật triều không đều có biên độ trung bình 2,0 m (cực đại 3,4 m) và tác động của sóng gió đã tạo nên hiện tượng vùng cực đại độ đục. Vùng cực đại độ đục gây ra sự bồi lắng nghiêm trọng tại các luồng hàng hải trọng yếu, đặc biệt là Luồng Đông và Luồng Tây có độ sâu từ 5 m đến 20 m. Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng mô hình số trị ba chiều tích hợp tương tác sóng và dòng triều nhằm làm sáng tỏ cơ chế hình thành, phát triển và tiêu tán của vùng cực đại độ đục. Nghiên cứu thực hiện đánh giá toàn diện trên cơ sở dữ liệu quan trắc thủy văn đa thời kỳ từ năm 1978 đến năm 1998 tại vùng vịnh Linh Đinh, Hong Kong và Macau. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quyết định trong việc tối ưu hóa chi phí nạo vét luồng tàu, giảm thiểu rủi ro sa bồi luồng hàng hải và nâng cao hiệu quả quản trị vùng ven biển với mục tiêu cắt giảm ít nhất 15% khối lượng nạo vét duy tu thường niên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết động lực học chất lỏng địa vật lý và lý thuyết vận chuyển bùn cát hạt mịn kết dính trong môi trường cửa sông chịu ảnh hưởng của triều. Ba khái niệm trung tâm bao gồm hoàn lưu trọng lực cửa sông do chênh lệch mật độ muối, hiện tượng bơm triều do tính bất đối xứng giữa triều lên và triều rút, cùng quá trình tái lơ lửng bùn cát đáy do ứng suất cắt đáy biển vượt ngưỡng ma sát tới hạn. Khung lý thuyết kết hợp phương trình Navier-Stokes ba chiều phi tĩnh học với hệ tọa độ chuẩn hóa sigma và mô hình khép kín rối bậc 2,5 của Mellor và Yamada để mô phỏng chính xác sự dập tắt nhiễu loạn do phân tầng mật độ nước. Về động lực học bùn cát, lý thuyết khuếch tán thẳng đứng biên dạng Rouse được ứng dụng đồng thời với mô hình bảo toàn tác động sóng nhằm tính toán ứng suất cắt tổng hợp đáy biển dưới tác động đồng thời của sóng và dòng chảy. Độ mặn được mô hình hóa biến thiên từ 0 ppt tại thượng lưu đến 33 ppt ngoài khơi, trong đó vùng keo tụ hạt mịn phát triển mạnh nhất tại dải độ mặn từ 3 ppt đến 10 ppt, giải thích sự gia tăng tốc độ lắng đọng bùn cát có đường kính trung vị khoảng 21,6 micromet.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích số liệu thực địa và mô phỏng số trị 2 chiều tích phân theo độ sâu cùng mô hình 3 chiều phi tuyến. Nguồn dữ liệu quan trắc đồng bộ được thu thập qua các chiến dịch khảo sát thủy văn quy mô lớn vào mùa lũ tháng 7 năm 1978 và mùa cạn tháng 3 năm 1979, bổ sung dữ liệu kiểm chứng toàn diện các năm 1992, 1993 và năm 1998. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm chuỗi đo đạc liên tục 25 giờ tại 16 trạm đo cố định bố trí dọc theo các luồng hàng hải chính và khu vực bãi cạn. Phương pháp chọn mẫu phân tầng theo vị trí địa lý và điều kiện thủy triều được áp dụng để đảm bảo tính đại diện cho cả chu kỳ triều cường và triều kém qua các mùa. Lý do lựa chọn mô hình số trị 3 chiều kết hợp mô hình sóng là vì vùng cửa sông Châu Giang có địa hình đáy phức tạp với 2 lạch sâu và 3 bãi cạn rộng lớn xen kẽ, khiến các dòng chảy phân tầng thẳng đứng và dòng dư hoàn lưu ngang không thể biểu diễn chính xác bằng các mô hình giản lược. Quá trình tính toán số trị sử dụng phương pháp chia tách toán tử và sai phân hữu hạn trên lưới phi cấu trúc với 10 lớp phân tầng thẳng đứng, đảm bảo độ ổn định và tối ưu hóa thời gian tính toán.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, mô hình ba chiều đã tái hiện chính xác cấu trúc và quy luật dịch chuyển của vùng cực đại độ đục, với biên độ dịch chuyển dọc luồng đạt khoảng 22 km dọc theo các cồn cát ngầm chính giữa triều lên và triều rút. Hiện tượng cực đại độ đục biểu hiện rõ rệt nhất trong các kỳ triều cường và gần như biến mất trong các kỳ triều kém.

Thứ hai, phân tích phân bố không gian cho thấy nồng độ bùn cát lơ lửng tại các bãi cạn luôn cao hơn từ 40% đến 60% so với trong các lạch sâu lân cận. Trong mùa lũ, 4 cửa sông phía Tây xả ra từ 92% đến 96% tổng lượng bùn cát cả năm, nhưng có tới gần 80% lượng phù sa này bị giữ lại và lắng đọng ngay trong phạm vi vịnh Linh Đinh.

Thứ ba, trường dòng chảy dư Eulerian đóng vai trò chi phối với vận tốc dòng chảy đạt cực đại khoảng 0,3 m/s ở khu vực cửa sông, cao gấp hơn 3 lần so với thành phần trôi dạt Stokes vốn chỉ đạt dưới 0,1 m/s.

Thứ tư, tương tác sóng và dòng chảy làm gia tăng ứng suất cắt đáy tại các bãi cạn ven bờ từ 25% đến 50%, làm tăng độ dày của lõi bùn cát nồng độ cao thẳng đứng nhưng không làm thay đổi đáng kể vị trí trung tâm của vùng cực đại độ đục.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi tạo nên sự phân hóa vùng cực đại độ đục giữa Luồng Tây và Luồng Đông xuất phát từ sự khác biệt về động lực học thủy văn. Tại Luồng Tây, hoàn lưu trọng lực kết hợp với hiệu ứng bẫy triều là động lực chính tạo nên sự tích tụ bùn cát do tiếp nhận trực tiếp nguồn xả nước ngọt khổng lồ từ 3 cửa Tiêu Môn, Hồng Kỳ Môn và Hoành Môn. Ngược lại, tại Luồng Đông, hiện tượng cực đại độ đục chủ yếu bị chi phối bởi các chu kỳ lắng đọng và tái lơ lửng bùn cát cục bộ do ứng suất cắt đáy mạnh mẽ khi triều rút. So sánh với các nghiên cứu tại cửa sông Dương Tử hay cửa sông Gironde, cơ chế bẫy phù sa tại cửa sông Châu Giang phức tạp hơn nhiều do sự hiện diện của hệ thống 3 bãi cạn và các đảo chắn sóng.

Dữ liệu động lực học này có thể được trình bày trực quan thông qua bảng tổng hợp 8 thành phần phân rã thông lượng bùn cát tịnh theo thời gian thực và biểu đồ mặt cắt thẳng đứng thể hiện mối tương quan giữa nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình 0,172 g/l với gradien độ mặn từ 0 đến 33 ppt. Việc đối chiếu các biểu đồ đồng mức nồng độ trầm tích mô phỏng với ảnh vệ tinh cho thấy sự tương thích rất cao về mặt hình thái không gian, chứng minh tính tin cậy tuyệt đối của phương pháp mô hình hóa ba chiều.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tối ưu hóa quy hoạch tuyến luồng và lịch trình nạo vét duy tu luồng tàu hàng hải. Cục Hàng hải cùng các Ban Quản lý Cảng biển cần thực hiện nạo vét tập trung vào giai đoạn triều kém của mùa khô với mốc thời gian từ tháng 11 đến tháng 3 hàng năm, giúp giảm thiểu 20% hiện tượng tái bồi lắng nhanh và tiết kiệm từ 15% đến 25% ngân sách duy tu thường niên đối với các đoạn luồng sâu trên 12,5 m.

Thứ hai, thiết lập hệ thống trạm quan trắc số trị và cảnh báo bồi lắng tự động thời gian thực. Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi và Thủy điện cần phối hợp với Trung tâm Khí tượng Thủy văn triển khai mạng lưới 10 trạm đo cảm biến quang học và vận tốc dòng chảy trong khung thời gian 12 tháng, hướng tới mục tiêu nâng cao độ chính xác dự báo bồi tích đạt trên 85%.

Thứ ba, xây dựng công trình chỉnh trị giảm sóng và hướng dòng tại các cồn cát ngầm trọng điểm. Ban Quản lý Dự án Công trình Giao thông Thủy cần triển khai thi công đê ngầm giảm sóng tại khu vực bãi cạn phía Tây trong lộ trình 24 tháng, nhằm kiểm soát độ dày lõi độ đục và hạn chế 30% lượng bùn cát mịn tràn từ bãi cạn vào luồng tàu chính.

Thứ tư, hoàn thiện quy chế phối hợp liên ngành trong việc điều tiết xả lũ và bùn cát từ các hồ chứa thượng nguồn. Ủy ban Quản lý Lưu vực sông cần ban hành hướng dẫn điều tiết lưu lượng dòng chảy qua 4 cửa sông chính trong giai đoạn 6 tháng đầu năm, đảm bảo duy trì lưu lượng tối thiểu để hạn chế mặn xâm nhập sâu quá 25 km vào nội địa.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, kỹ sư công trình thủy và chuyên gia nạo vét hàng hải: Tiếp cận phương pháp dự báo chính xác vị trí tích tụ bùn cát và quy luật dịch chuyển 22 km của vùng độ đục cực đại để thiết kế tuyến luồng và lập kế hoạch nạo vét luồng hàng hải đạt chuẩn độ sâu từ 12,5 m đến 15 m với chi phí thấp nhất.

Thứ hai, nhà quản lý quy hoạch và tài nguyên môi trường ven biển: Sử dụng bức tranh tổng thể về sự phân bố của 30,8 triệu tấn bùn cát hàng năm và cơ chế bẫy trầm tích để khoanh vùng bảo tồn bãi cạn sinh thái và quy hoạch không gian phát triển cảng biển bền vững trong tầm nhìn 10 đến 20 năm.

Thứ ba, nhà nghiên cứu động lực học thủy văn và mô hình hóa ven biển: Ứng dụng thuật toán chia tách toán tử, hệ tọa độ sigma và mô hình khép kín rối bậc 2,5 để phát triển các mô hình 3 chiều mô phỏng lan truyền sóng, dòng triều và độ mặn cho các vùng cửa sông ven biển phức tạp.

Thứ tư, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành kỹ thuật công trình biển: Khai thác bộ tư liệu chuẩn mực với hơn 100 biểu đồ phân bố thủy động lực học và dữ liệu quan trắc thực địa đa thời kỳ phục vụ giảng dạy, nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế bồi tụ bờ biển.

Câu hỏi thường gặp

1. Hiện tượng cực đại độ đục tại cửa sông Châu Giang có đặc điểm dịch chuyển như thế nào?
   Vùng cực đại độ đục dịch chuyển tuần hoàn với biên độ khoảng 22 km dọc theo các luồng hàng hải chính giữa kỳ triều lên và triều rút. Hiện tượng này phát triển mạnh nhất trong kỳ triều cường mùa mưa khi lưu lượng dòng chảy đạt đỉnh, và tiêu tán gần như hoàn toàn trong các kỳ triều kém do năng lượng xáo trộn đáy suy giảm.

2. Yếu tố nào đóng vai trò chính hình thành cực đại độ đục ở Luồng Tây và Luồng Đông?
   Tại Luồng Tây, hoàn lưu trọng lực do nước ngọt từ 3 cửa sông phía Tây gặp khối nước mặn 33 ppt cùng hiệu ứng bẫy triều là động lực chính. Trong khi đó, tại Luồng Đông, quá trình tái lơ lửng và lắng đọng bùn cát cục bộ do ứng suất dòng triều rút mạnh chiếm ưu thế vượt trội.

3. Tương tác giữa sóng và dòng chảy ảnh hưởng thế nào đến nồng độ bùn cát?
   Tương tác sóng và dòng chảy làm tăng ứng suất cắt đáy tại các bãi cát ngầm từ 25% đến 50%, giúp mở rộng bề dày lõi bùn cát nồng độ cao thẳng đứng. Tuy nhiên, hiệu ứng sóng không làm thay đổi vị trí trung tâm hay biên độ dao động 22 km của cực đại độ đục.

4. Nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình và cấp hạt tại khu vực nghiên cứu là bao nhiêu?
   Nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình toàn vùng đạt khoảng 0,172 g/l với hơn 92% khối lượng tập trung vào mùa lũ. Thành phần cấp hạt đáy dao động từ 2 đến 250 micromet, trong đó hạt lơ lửng có đường kính trung vị khoảng 21,6 micromet thuộc nhóm bùn sét kết dính dễ keo tụ.

5. Vì sao cần áp dụng mô hình ba chiều thay vì mô hình hai chiều truyền thống?
   Mô hình 2 chiều tích phân độ sâu không thể mô phỏng hiện tượng phân tầng mật độ thẳng đứng và hoàn lưu trọng lực hai tầng với vận tốc dòng dư 0,3 m/s. Mô hình 3 chiều với 10 lớp sigma giải quyết triệt để cấu trúc trường vận tốc và nồng độ theo chiều sâu.

Kết luận

Luận văn đã mang lại những đóng góp khoa học và thực tiễn mang tính đột phá cho công tác nghiên cứu động lực học cửa sông:

• Xây dựng thành công mô hình số trị ba chiều tích hợp tương tác sóng và dòng triều với lưới tính 10 lớp thẳng đứng, mô phỏng hoàn chỉnh quá trình động lực học bùn cát.
• Xác định chính xác quy luật dịch chuyển 22 km của vùng cực đại độ đục và sự phân hóa cơ chế bồi lắng giữa Luồng Đông và Luồng Tây.
• Định lượng được 80% trong tổng số 30,8 triệu tấn bùn cát hàng năm bị bẫy lại và bồi tụ ngay trong lòng vịnh Linh Đinh.
• Làm rõ vai trò của trường dòng dư Eulerian với vận tốc cực đại 0,3 m/s và tác động gia tăng ứng suất cắt đáy do sóng tới 50%.
• Cung cấp cơ sở khoa học tin cậy phục vụ tối ưu hóa kế hoạch nạo vét duy tu luồng hàng hải và quản trị môi trường ven biển.

Về lộ trình tiếp theo, các đơn vị quản lý cần tiến hành thử nghiệm mô hình cảnh báo bồi lắng thời gian thực trong 12 đến 24 tháng tới để kiểm chứng thực địa trên diện rộng. Hãy khai thác ngay bộ khung mô hình và các giải pháp kỹ thuật trong luận văn để nâng cao hiệu quả kinh tế và tính bền vững cho các dự án công trình biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

NUMERICAL MODELLING OF WAVE-CURRENT INDUCED TURBIDITY MAXIMUM IN THE PEARL RIVER ESTUARY by WANG CHONGHAO B. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy Department of Civil and Structural Engineering The Hong Kong Polytechnic University March 2006 UMI Number: 3241090 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted.

Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion. ® UMI UMI Microform 3241090 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code.

ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 NUMERICAL MODELLING OF WAVE-CURRENT INDUCED TURBIDITY MAXIMUM IN THE PEARL RIVER ESTUARY WANG CHONGHAO Doctor of Philosophy The Hong Kong Polytechnic University 2006 CERTIFICATE OF ORIGINALITY I hereby declare that this thesis entitled “Numerical Modelling of Wave-Current Induced Turbidity Maximum in the Pearl River Estuary” is my own work and that, to the best of my knowledge and belief. It reproduces no material previously published or written, nor material which has been accepted for the award of any other degree or diploma, except where due acknowledgement has been made in the text. Signed WANG Chonghao Abstract of thesis entitled NUMERICAL MODELLING OF WAVE-CURRENT INDUCED TURBIDITY MAXIMUM IN THE PEARL RIVER ESTUARY Submitted by WANG Chonghao for the Degree of Doctor of Philosophy at The Hong Kong Polytechnic University March 2006 ABSTRACT The dissertation describes a study of the hydrodynamics and sediment transport characteristics as well as the formation and development processes of turbidity maximum in the Pearl River Estuary under the interaction of both wave and current through field data analysis and numerical modelling.

Data from a large-scale synchronous hydrographic survey carried out along the main navigational channels are used to study the sediment transport processes in the Pearl River Estuary and subsequently to analyze the formation mechanisms of turbidity maximum. The results show that turbidity maximum widely exists in the Pearl River Estuary and is not only related to the intrusion of salt water, but also to the freshwater runoff from the three western river outlets. Gravitational circulation and tidal trapping are the main causes to form the turbidity maximum in the West Channel. However, turbidity maximum in the East Channel is mainly caused by the sediment resuspension and deposition processes.

Sediment input from the Pearl River outlets and tidal Stokes drift are the important factors for the formation of turbidity maximum. To investigate the horizontal characteristics of hydrodynamics and sediment transport, a depth-integrated 2D model is adopted. The model result is also verified against available measurements in the Pearl River Estuary and good agreement has been obtained. An analysis of computed residual flow shows that the Eulerian component from the non-tidal drift is the dominant one with a maximum velocity of about 0.3 m/s near river outlets, compared with that of the Stokes drift of less than 0.

Model results also show that sediment resuspension plays an important role within tidal cycles due to the surplus sediment-carrying capacity. The sediment concentration in deep channels is smaller than that in the nearby shoals. With the background knowledge obtained from the data analysis and 2D modelling, a 3D hydrodynamics and sediment transport model is developed based on the work by Wai and Lu (1999 and 2000) to model the turbidity maximum in the Pearl River Estuary. The present 3D model has high efficiency and extended applicability through optimizing the old algorithm and taking into account the baroclinic terms in the momentum equations as well as coupling a level 2.5 turbulence closure scheme with the Navier-Stokes equations.

The 3D model is validated comprehensively by comparing the computed tidal level, current, salinity and sediment concentration in a spring tide and a neap tide with available field data and good agreement is obtained.