phần mở đầu; kết luận và kiến nghị; tài liệu tham khảo; phụ lục, luận án gồm 03 Chương: Chƣơng 1. Tổng quan về các mô hình tính toán biến đổi bãi biển và các kết quả nghiên cứu liên quan đến bãi biển trung tâm bờ tây vịnh Nha Trang Tổng quan các công trình nghiên cứu về biến đổi bờ, bãi biển và khả năng ứng dụng của mỗi một phương pháp làm cơ sở để định hướng nghiên cứu và lựa chọn phương pháp cho luận án. Các kết quả của các nghiên cứu về chế độ thủy thạch động lực của vịnh Nha Trang được tổng hợp phục vụ cho việc phân tích đánh giá tác động làm biến đổi bãi biển, công trình nghiên cứu về bãi biển Nha Trang để từ đó xác định đối tượng nghiên cứu trong việc áp dụng bộ công cụ và các mô hình. Lựa chọn bộ công cụ và mô hình nghiên cứu và mô phỏng biến động đƣờng bờ Trong chương này, việc nghiên cứu xác lập cơ sở lý thuyết mô hình biến đổi đường bờ được thực hiện, viết chương trình tính toán trong dạng ngôn ngữ Fortran.
Nghiên cứu lựa chọn và ứng dụng mô hình mã nguồn mở (Fortran) của chương trình tính toán trường sóng làm đầu vào cho mô hìnhtích hợp thủy động lực biế n đô ̣ng đường bơ.̀ Nghiên cứu ứng du ̣ng công cụ xử lý ảnh camera giám sát bãi biển (Mô đun xử lý và phân tích đường bờ và trắc ngang bãi) trung tâm bờ tây vịnh Nha Trang. Bên cạnh các ảnh camera, đã tiến hành nghiên cứu lựa chọn kỹ thuật phân tích và xử lý các chuỗi số liệu đường bờ hiện có. Kết quả ứng dụng bộ công cụ và mô hình mô phỏng biến đổi bãi biển bờ tây vịnh Nha Trang. 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong chương này, bộ công cụ và các mô hình biến động đường bờ được trình bày trong Chương 2 sẽ được áp dụng mô phỏng biến động đường bờ của bãi biển trung tâm bờ tây vịnh Nha Trang.
Áp dụng kỹ thuật phân tíchcác hàm điều hòa để đánh giá và xác định quy mô các quá trình làm biến đổi đường bờ. Tiến hành phân tích đánh giá kết quả của mô hình kết hợp với kết quả phân tích ảnh viễn thám vệ tinh (Ảnh Landsat) về biến đổi đường bờ. Trên cơ sở đó, đã xác định được quy mô thời gian của các tác động và nguyên nhân làm biến động bãi biển. Kết luận 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH BIẾN ĐỔI BÃI BIỂN VÀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN BÃI BIỂN TRUNG TÂM BỜ TÂY VỊNH NHA TRANG 1. Các khái niệm cơ bản về bãi biển và đƣờng bờ Khái niệm cơ bản của vùng ven bờ biển (coastal area) là khu vực bờ biển, bãi biển và vùng nước ven bờ, có thể bao gồm cồn cát, thảm thực vật, v. Bãi biển được phân chia thành các phần như sau; - Bãi sau: giới hạn từ phần nước cao đến giới hạn trên cùng về phía đất liền của sóng. - Bãi trước (mặt bãi): phần bãi nằm trên ranh giới giữa mực nước cao và mực nước thấp khi sóng dồn lên bờ biển và khi sóng rút ra khỏi bờ.
- Thềm gần bờ có độ dốc thoải và đáy biển có độ dốc lớn. Bãi biển tồn tại giữa đường mép nước cao (mực nước cao trung bình) và đường mép nước (mực nước thấp trung bình) thấp hay là phần giao nhau giữa đất và nước biển. Bãi biển bị ảnh hưởng những tác động trực tiếp của biển lên đất liền như thủy triều, sóng, gió (hình 1.) Hình dạng của trắc ngang theo phương vuông góc với đường bờ được phân chia thành bốn khu vực là: Bờ biển – bãi biển – vùng gần bờ - vùng ngoài khơi. Minh họa bãi biển và vùng ven bờ [SPM, 1984] 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đường bờ biển hay đường bờ là khái niệm mang tính tương đối và được xác định theo các quan điểm khoa học khác nhau.
Trong nghiên cứu này, đường bờ được xem là đường đường mép nước, ranh giới giữa đất liền và biển. Đường bờ được xác định dựa vào độ tương phản của ảnh, video giám sát, sẽ dịch chuyển sâu vào trong đất liền hoặc ra phía biển tương ứng với sự dao động mực nước biển tổn cộng. Đường bờ cân bằng là trạng thái lý thuyết mà trong thực tế đường bờ có thể hoặc không đạt được trạng thái đó. Đường bờ cân bằng động: trong mỗi điều kiện tác động cụ thể của các tác nhân thủy động lực, tồn tại trạng thái cân bằng của đường bờ và gọi là cân bằng động.
Đường bờ cân bằng tĩnh: Các tác động làm biến đổi vị trí đường bờ biến đổi theo thời gian. Như vậy, đường bờ sẽ trải qua nhiều trạng thái của cân bằng động và luôn có xu thế tiến về đường trạng thái cân bằng tĩnh. Trạng thái cuối cùng của đường bờ cân bằng động có thể đạt được gọi là đường bờ cân bằng tĩnh. Trắc ngang cân bằng: Trắc ngang bãi là sự biến đổi theo chiều thẳng đứng của đáy biển theo phương từ bờ ra khơi.
Trắc ngang bãi biển đồng nghĩa với địa hình bãi biển. Khái niệm về trắc ngang cân bằng lần đầu tiên được đưa ra bởi Bruun (1954) và được Dean kiểm tra lại vào năm 1977. Quan điểm của tác giả Dean cho rằng, tác động làm biến đổi bãi biển chủ yếu do chuyển động rối được tạo ra khi sóng vỡ. Theo tác giả Komar (1976), sự tương tác giữa bồi, xói tại mỗi một điểm trên trắc ngang nhận được thông qua cân bằng động và là đặc tính chung của bãi biển.
Tác giả Lee (1994) đã biểu diễn dạng hình học của trắc ngang cân bằng ở dạng hiện trong mối quan hệ với chu kỳ (hoặc độ dài) sóng ngoài khơi, dựa trên ý tưởng của lý thuyết sóng Airy và cho thấy giả thiết của Dean gắn liền với tiêu tán năng lượng sóng với sự di chuyển hạt là không rõ ràng vì năng lượng là đại lượng vô hướng. Có thể tổng hợp các dạng trắc ngang cân bằng trong bảng 1. 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các dạng trắc ngang cân bằ ng Tác giả Công thƣ́c Ghi chú Vùng giới hạn sự thay đổi của trắc ngang là ngoài vùng sóng vỡ phía Bruun (1954) h = Axm biển (m =2/3), A là tham số hình dạng và phụ thuộc vào đặc trưng ổn định của trầm tích đáy Vùng giới hạn sự thay đổi của trắc Dean (1977) h = Axm ngang là ngoài vùng sóng vỡ phía biển (m =2/3) A=0.4 Moore 1982 và h = Axm A=0.28 nếu 10 ≤ D50< 40 xs tham số biểu thị khoảng cách ngang, được lấy từ trường dữ liệu Larson (1991) y (x) = A (x + xs)2/3 bằng cách sử dụng bình phương tối thiểu để giảm lỗi Bodge (1992) h = B(1-e-kx) B là độ lồi, 3.575 đỉnh của bar đến đường bờ h = (3Q/2e)2/3x2/3 Không có dòng vận chuyển ngang Eliezer và bờ.
3 Pelinovsky 2e 2eA 2 3ch Có dòng vận chuyển ngang bờ x ct h Arc tan (1998) c 3c 2eA 3 2 A: trong mối quan hệ với kích thước A = ae-bm Dubois (1999) trầm tích hạt h(x) = A1xm1, (0 <x≤xtr) Phạm vi trong vùng sóng vỡ hbt htr h( x) htr x xtr Waring và xbt xtr Phạm vi từ bờ đến điểm sóng đổ. Davis (1998) , xtr x xbt Phạm vi từ đỉnh của bar đến vùng hx A 2 x x2 2 , x sóng đổ. m tr x x cd 3 h h 2 x m m Với: Larson (1999) Vùng nước sâu. h mx Vùng nước nông.
h Ax 2 3 m t Zhang (2002) h cos 1 x 2 Te h Ae bx C Zhi-Jun Dai A, B, C là các hệ số thực nghiệm từ các B có thể coi như độ lồi. (2006) trắc ngang biển Nam Trung Hoa. Được 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com xác định từ độ dốc của bãi Kristensen h0 x x0 Là dạng cải tiến của Dean (1977). xcl là vị trí độ sâu tới hạn hcl, x0 là vị trí h h0 Ax x0 (2013a) x0 x xcl m của berm có độ cao h0.
hcl x xcl Với: h là độ sâu nước tĩnh, x là khoảng cách ngang bờ, A và m là các hệ số kinh nghiệm từ các trắc ngang đo được, B, β và K là các hệ số kinh nghiệm, K cho biết mức độ lồi của trắc ngang, Q là thông lượng vận chuyển trầm tích, t là thời gian. Khái niệm về quy mô thời gian và không gian của các quá trình vùng bờ Bãi biển thường là một hệ thống động, phức tạp và bị điều khiển bởi các quá trình vật lý biến đổi theo các quy mô thời gian và không gian khác nhau. Quá trình xảy ra ở vùng sóng tràn biến đổi với quy mô không gian từ bậc của milimet và quy mô thời gian cỡ bậc của phần giây. Trong khi đó quá trình xảy ra trong sự kiện bão có thể làm xói bãi với quy mô cỡ bậc của mét chỉ trong vài giờ.
Một số quá trình tự nhiên làm biến đổi bãi như sóng thể hiện tính tuần hoàn trong khi các sự kiện bão, áp thấp nhiệt đới lại xảy ra một cách ngẫu nhiên. Các quá trình ven bờ xảy ra trong không gian 3D và phụ thuộc thời gian. Mô hình dựa trên các quá trình với sự hiểu biết hiện nay vẫn chưa thể đáp ứng tốt trong mô phỏng. Quy mô không gian và thời gian của các quá trình có mối liên hệ với nhau nên chúng ta có thể đơn giản hóa bằng cách chỉ xét quy mô quan trọng đối với mỗi bài toán cụ thể.
Các tác giả Cowell và Thom (1994) đã phân chia quy mô thời gian của các quá trình ven bờ thành 4 nhóm như sau (hình 1. Các quy mô thời gian và không gian của biến đổi hình thái ven bờ [Cowell và Thom, 1997] 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Quy mô tức thời (Instantaneous time scale): Là quy mô gắn liền với sự biến đổi hình thái trong một chu kỳ của tác động như thủy triều, sóng. Quy mô thời gian này có thể kéo dài từ cỡ vài giây đến một ngày và thậm trí đến vài tuần. Quy mô sự kiện (Event time scale): Là quy mô gắn liền với sự biến đổi hình thái do các tác động xảy ra từ các sự kiện và có thể kéo dài từ một ngày đến mùa này sang mùa khác và có thể đến vài năm.