Mô Hình Thủy Động Lực và Vận Chuyển Bùn Cát ở Đồng Bằng Sông Cửu Long: Nghiên Cứu và Ứng Dụng

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.2. Ứng dụng các mô hình tọa độ cong 2D

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.4. Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án

1.5. Kết luận chương

2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU

2.1. Khung phương pháp luận

2.2. Phương pháp GIS

2.3. Phương pháp mô hình toán

2.3.1. Cơ sở lý thuyết phương trình thủy lực, vận chuyển bùn cát và hình thái đáy trên hệ tọa độ vuông góc

2.3.2. Các biến đổi trong hệ tọa độ cong

2.3.3. Chuyển đổi các phương trình cơ bản sang tọa độ cong

2.3.4. Sơ đồ giải các mô hình

2.4. Kết luận chương

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kiểm tra module thủy động lực và vận chuyển bùn cát

3.1.1. Kiểm tra module thủy động lực trong tọa độ cong

3.1.2. Kiểm tra module vận chuyển bùn cát

3.2. Kiểm tra module sóng

3.3. Ứng dụng mô hình để tính toán hình thái đáy cho đoạn sông Tiền chảy qua thị trấn Tân Châu dưới ảnh hưởng của khai thác cát

3.3.1. Giới thiệu về phạm vi tính toán

3.3.2. Thiết lập mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

3.3.3. Mô phỏng diễn biến đáy đoạn sông Tiền chảy qua thị trấn Tân Châu

3.4. Ứng dụng mô hình để tính toán dòng chảy vùng ven biển Sóc Trăng dưới ảnh hưởng của sóng, gió và thủy triều

3.4.1. Tổng quan về khu vực tính toán

3.4.2. Thiết lập mô hình

3.4.3. Cân bằng năng lượng triều cho sóng

3.4.4. Dòng chảy vùng ven bờ tỉnh Sóc Trăng

3.5. Kết luận chương

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TỔNG HỢP CÁC PHỤ LỤC

I. Tổng Quan Mô Hình Thủy Động Lực Bùn Cát ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đang đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến xói lở bờ sông, bồi tụ cửa sông và sự thay đổi hình thái đáy. Quá trình này gây ảnh hưởng lớn đến kinh tế - xã hội và đời sống của người dân trong khu vực. Các yếu tố thủy động lực, vận chuyển bùn cát, và tác động của con người đóng vai trò quan trọng trong diễn biến này. Việc nghiên cứu và ứng dụng các mô hình thủy động lực và vận chuyển bùn cát là hết sức cần thiết để hiểu rõ các quy luật tự nhiên và đưa ra các giải pháp quản lý bền vững.

1.1. Tầm quan trọng của mô hình thủy động lực ĐBSCL

Các mô hình thủy động lực đóng vai trò then chốt trong việc mô phỏng các quá trình dòng chảy, mực nước, và lan truyền sóng. Chúng giúp các nhà khoa học và nhà quản lý hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến động lực học dòng chảy và cân bằng bùn cát ở Đồng bằng sông Cửu Long. Theo nghiên cứu của Trần Thị Kim (2023), mô hình thủy động lực giúp đánh giá được tác động của các công trình xây dựng và biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn của khu vực.

1.2. Vai trò của vận chuyển bùn cát trong biến đổi địa mạo

Vận chuyển bùn cát là một quá trình tự nhiên quan trọng, góp phần hình thành và thay đổi địa hình đáy sông và ven biển. Ở Đồng bằng sông Cửu Long, quá trình này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như lưu lượng dòng chảy, thành phần bùn cát, và hoạt động khai thác cát. Việc mô phỏng và dự báo vận chuyển bùn cát giúp đưa ra các giải pháp quản lý sạt lở và bồi lắng hiệu quả.

II. Thách Thức Xói Lở Bờ Sông Bồi Tụ Cửa Sông Tại ĐBSCL

Xói lở bờ sông và bồi tụ cửa sông là hai vấn đề nhức nhối tại Đồng bằng sông Cửu Long, đe dọa đến đất đai, cơ sở hạ tầng và an toàn của người dân. Các tác động của biến đổi khí hậu, đặc biệt là nước biển dâng, càng làm gia tăng mức độ nghiêm trọng của các vấn đề này. Việc nghiên cứu và ứng dụng mô hình thủy động lực và vận chuyển bùn cát giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao và đề xuất các biện pháp phòng ngừa, ứng phó kịp thời.

2.1. Tác động của khai thác cát đến cân bằng bùn cát

Hoạt động khai thác cát quá mức đã làm phá vỡ cân bằng bùn cát tự nhiên ở Đồng bằng sông Cửu Long, gây ra tình trạng xói lở bờ sông nghiêm trọng. Nghiên cứu của Trần Thị Kim chỉ ra rằng, việc khai thác cát có thể làm thay đổi địa hình đáy sông và ảnh hưởng đến dòng chảy, dẫn đến xói lở ở hạ lưu và bồi lắng ở thượng lưu. Cần có các quy định chặt chẽ và giám sát hiệu quả để hạn chế tác động tiêu cực của hoạt động này.

2.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới xói lở bờ biển ĐBSCL

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng làm gia tăng nguy cơ xói lở bờ biển ở Đồng bằng sông Cửu Long. Mực nước biển dâng cao làm tăng áp lực lên bờ biển, kết hợp với các yếu tố như sóng và dòng chảy, gây ra xói lở nghiêm trọng. Các mô hình thủy động lực có thể giúp dự báo mức độ xói lở trong tương lai và đánh giá hiệu quả của các biện pháp bảo vệ bờ biển.

2.3. Ảnh hưởng của các công trình thủy lợi đến chế độ dòng chảy

Các công trình thủy lợi có thể gây ảnh hưởng đáng kể đến chế độ dòng chảy của các con sông, đồng thời thay đổi lưu lượng và hướng đi của dòng nước. Sự thay đổi dòng chảy này có thể ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển bùn cát, tăng nguy cơ sạt lở, bồi lắng.

III. Phương Pháp Xây Dựng Mô Hình Thủy Động Lực Tọa Độ Cong

Việc xây dựng mô hình thủy động lực và vận chuyển bùn cát trong hệ tọa độ cong là một phương pháp tiên tiến, cho phép mô phỏng chính xác hơn các quá trình thủy động lực ở các khu vực có địa hình phức tạp như Đồng bằng sông Cửu Long. Phương pháp này giúp giảm thiểu sai số so với việc sử dụng hệ tọa độ vuông góc truyền thống, đặc biệt là ở các khu vực ven bờ và cửa sông.

3.1. Ưu điểm của hệ tọa độ cong so với tọa độ vuông góc

Hệ tọa độ cong cho phép mô phỏng chính xác hơn hình dạng bờ sông và đáy sông, đặc biệt là ở những khu vực có đường bờ phức tạp. Điều này giúp cải thiện độ chính xác của mô hình thủy động lực và vận chuyển bùn cát. Theo Trần Thị Kim (2023), kết quả tính toán vận tốc sát bờ bằng mô hình trên hệ tọa độ cong tối ưu hơn so với hệ tọa độ Đề Các.

3.2. Các phương trình cơ bản trong mô hình thủy động lực tọa độ cong

Mô hình thủy động lực trong hệ tọa độ cong dựa trên các phương trình Reynolds trung bình theo chiều sâu, được biến đổi để phù hợp với hệ tọa độ cong. Các phương trình này mô tả sự bảo toàn khối lượng và động lượng của dòng chảy, cũng như quá trình vận chuyển bùn cát và diễn biến đáy.

3.3. Lựa chọn mô hình số phù hợp cho ĐBSCL MIKE 21 Delft3D

Việc lựa chọn mô hình số phù hợp là rất quan trọng để đạt được kết quả mô phỏng chính xác và đáng tin cậy. Các mô hình như MIKE 21 và Delft3D là những lựa chọn phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về thủy động lực và vận chuyển bùn cát ở Đồng bằng sông Cửu Long. Cần xem xét các yếu tố như tính năng của mô hình, độ chính xác, và khả năng tích hợp với các dữ liệu đầu vào sẵn có.

IV. Ứng Dụng Đánh Giá Diễn Biến Đáy Sông Tiền Tân Châu

Việc ứng dụng mô hình thủy động lực và vận chuyển bùn cát vào đánh giá diễn biến đáy sông Tiền, đoạn qua thị trấn Tân Châu, cho thấy rõ tác động của hoạt động khai thác cát đến cân bằng bùn cát và hình thái đáy sông. Mô hình giúp mô phỏng các kịch bản khác nhau và đưa ra các khuyến nghị quản lý khai thác cát bền vững.

4.1. Mô phỏng diễn biến đáy sông Tiền không khai thác cát

Mô phỏng diễn biến đáy sông Tiền trong điều kiện không có khai thác cát cho thấy quá trình bồi tụ và xói lở diễn ra tự nhiên, tuân theo các quy luật thủy động lực. Kết quả này là cơ sở để so sánh với các kịch bản có khai thác cát và đánh giá tác động của hoạt động này.

4.2. Tác động của khai thác cát đến hình thái đáy sông Tiền

Mô phỏng diễn biến đáy sông Tiền khi có khai thác cát cho thấy sự thay đổi đáng kể về hình thái đáy sông, đặc biệt là ở khu vực khai thác và hạ lưu. Việc khai thác cát làm gia tăng xói lở và thay đổi dòng chảy, gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và đời sống của người dân.

4.3. So sánh các kịch bản khai thác cát khác nhau tìm giải pháp bền vững

Nghiên cứu so sánh các kịch bản khai thác cát khác nhau, từ đó đánh giá tác động của từng kịch bản và đưa ra các giải pháp quản lý khai thác cát bền vững, đảm bảo cân bằng bùn cát và bảo vệ hình thái đáy sông.

V. Ứng Dụng Tính Toán Dòng Chảy Ven Biển Sóc Trăng Do Sóng Gió

Ứng dụng mô hình thủy động lực và vận chuyển bùn cát vào tính toán dòng chảy ven biển Sóc Trăng dưới ảnh hưởng của sóng, gió và thủy triều cho thấy sự phức tạp của các yếu tố thủy động lực tác động lên khu vực này. Kết quả mô phỏng giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hình thành và thay đổi bờ biển, từ đó đưa ra các giải pháp bảo vệ và quản lý bờ biển hiệu quả.

5.1. Ảnh hưởng của thủy triều và gió mùa đến dòng chảy ven biển

Thủy triều và gió mùa là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến dòng chảy ven biển Sóc Trăng. Thủy triều tạo ra các dòng chảy mạnh, trong khi gió mùa thay đổi hướng và cường độ dòng chảy theo mùa. Sự kết hợp của hai yếu tố này tạo ra một hệ thống dòng chảy phức tạp, ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển bùn cát và diễn biến bờ biển.

5.2. Vai trò của sóng trong quá trình vận chuyển bùn cát ven biển

Sóng đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển bùn cát ven biển. Sóng làm xáo trộn lớp bùn cát đáy biển, tạo điều kiện cho dòng chảy vận chuyển chúng đi xa. Các mô hình thủy động lực có thể mô phỏng tác động của sóng đến quá trình này và dự báo sự thay đổi bờ biển.

5.3. Dự báo xói lở và bồi tụ bờ biển Sóc Trăng từ mô hình

Việc kết hợp mô hình thủy động lực với các dữ liệu về sóng, gió và thủy triều cho phép dự báo xói lở và bồi tụ bờ biển Sóc Trăng. Kết quả dự báo giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định phù hợp để bảo vệ bờ biển và giảm thiểu thiệt hại do thiên tai.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Ứng Dụng Phát Triển Mô Hình Ở ĐBSCL

Nghiên cứu và ứng dụng mô hình thủy động lực và vận chuyển bùn cát trong hệ tọa độ cong có tiềm năng to lớn trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến xói lở, bồi tụ và quản lý tài nguyên nước ở Đồng bằng sông Cửu Long. Cần tiếp tục phát triển và hoàn thiện các mô hình này để nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng thực tiễn.

6.1. Các hướng nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện mô hình

Các hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tích hợp các yếu tố khác như thảm thực vật, hoạt động của con người, và biến đổi khí hậu vào mô hình. Đồng thời, cần cải thiện độ chính xác của mô hình bằng cách sử dụng các dữ liệu đầu vào có độ phân giải cao và áp dụng các phương pháp hiệu chỉnh tiên tiến.

6.2. Đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp tài nguyên nước

Cần có một giải pháp quản lý tổng hợp tài nguyên nước ở Đồng bằng sông Cửu Long, kết hợp giữa các giải pháp công trình và phi công trình. Các giải pháp này cần dựa trên các kết quả nghiên cứu khoa học và mô hình thủy động lực, đảm bảo bền vững và hài hòa lợi ích của các bên liên quan.

6.3. Ứng dụng mô hình vào quy hoạch và dự báo dài hạn

Các mô hình thủy động lực có thể được ứng dụng vào quy hoạch và dự báo dài hạn, giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định chiến lược về sử dụng đất, phát triển kinh tế - xã hội, và ứng phó với biến đổi khí hậu. Việc tích hợp mô hình vào quy trình ra quyết định sẽ giúp đảm bảo bền vững và giảm thiểu rủi ro cho Đồng bằng sông Cửu Long.

TRÀN THỊ KIM XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC, VẬN CHUYÊN BÙN CÁT VÀ HÌNH THÁI ĐÁY TRONG HỆ TỌA ĐỘ CONG - ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG