- Tính toán quá trình lan truyền sóng trong rừng ngập mặn. - Abstract: Phân tích quá trình tiêu tán năng lượng sóng trong rừng ngập mặn. - Áp dụng mô hình SWAN tính toán suy giảm năng lượng sóng do rừng ngập mặn tại khu vực cửa Trà Lý – Thái Bình.. - Rừng ngập mặn;. - Rừng ngập mặn (RNM) phát triển chủ yếu tồn tại và sinh trưởng tại khu vực bờ biển ngập nước. - Rừng ngập mặn trên thế giới rải rác chủ yếu ở những khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới vì chúng không chịu được sự lạnh giá ( Taal, 1994). - Trong quá khứ rừng ngập mặn được xem như là vô dụng và như một kết quả chúng bị biến mất nhanh chóng [3]. - Đặc biệt những khu rừng ngập mặn gần bờ có thể làm giảm độ cao sóng và thậm chí sóng thần. - Đặc biệt, những nghiên cứu về quá trình lan truyền sóng trong rừng ngập mặn là không nhiều. - “Tính toán quá trình lan truyền sóng trong rừng ngập mặn” là tên của đề tài nghiên cứu.. - Chương 1: Quá trình tiêu tán năng lượng sóng trong rừng ngập mặn Chương 2: Mô hình tính toán và dự báo sóng SWAN. - Chương 3: Áp dụng mô hình SWAN tính toán suy giảm năng lượng sóng do rừng ngập mặn tại khu vực cửa Trà Lý – Thái Bình. - CHƢƠNG 1 – QUÁ TRÌNH TIÊU TÁN NĂNG LƢỢNG SÓNG TRONG RỪNG NGẬP MẶN. - 1.1 Rừng ngập mặn. - Phía ngoài biển của rừng ngập mặn thường là vùng đất bùn, với độ dốc khoảng 1:1000. - 1.3 Các phƣơng pháp xác định tiêu tán năng lƣợng sóng 1.3.1 Phương pháp sử dụng hệ số ma sát đáy. - Trong nhiều tài liệu về hiện tượng suy giảm sóng trong rừng cây ngập mặn hiện tượng ma sát đáy rất ít được chú ý mặc dù các biểu thức của lực ma sát thường được sử dụng để mô tả các thành phần tiêu tán do rừng cây ngập mặn.. - Cường độ tiêu tán năng lượng được xác định bằng công thức ma sát đáy thông thường:. - trong đó k là số sóng, σ là tần số góc, αh là độ cao trung bình của thực vật. - Kết luận là công thức của Dalrymple (1984) là phương pháp xấp xỉ quá trình tiêu tán năng lượng sóng do thực vật tốt nhất và thích hợp nhất để tích hợp vào mô hình SWAN.. - mực nước dâng so với mực nước trung bình.. - Bổ sung tiêu tán năng lƣợng sóng do cây trong mô hình SWAN [6]. - Với sự bổ sung này mô hình diễn tả quá trình tiêu tán năng lượng. - Tiêu tán năng lượng do rừng ngập mặn được tính theo phương pháp của Dalrymple (1984). - Theo phương pháp này phân bố năng lượng tiêu tán trên một đơn vị diện tích được tính theo công thức:. - Phân bố năng lượng tiêu tán trên một đơn vị diện tích được tính bằng:. - Trong đó I là số lớp cây ngập mặn, i là lớp được xem là có sự tiêu tán năng lượng. - Như vậy năng lượng tiêu tán do rừng ngập mặn được tính theo phân bố theo mặt rộng và trên mỗi đơn vị diện tích có hiệu ứng như phân bố mật độ của thực vật trên một trường và có tính đến ảnh hưởng theo chiều thẳng đứng của các tham số đặc trưng.. - Trong SWAN, tiêu tán năng lượng tổng cộng là giá trị trung bình theo độ sâu,. - CHƢƠNG 3 - ÁP DỤNG MÔ HÌNH SWAN TÍNH TOÁN SUY GIẢM SÓNG DO RỪNG NGẬP MẶN TẠI KHU VỰC CỬA TRÀ LÝ – THÁI BÌNH. - Trong chương này, trình bày việc áp dụng mô hình SWAN tính toán suy giảm sóng do rừng ngập mặn tại khu vực Trà Lý tỉnh Thái Bình. - Một phần của bờ biển được bảo vệ bởi vành đai rừng ngập mặn đã trưởng thành.. - 3.1.5 Đặc điểm rừng ngập mặn. - Mật độ (-/m . - Hệ số tiêu tán . - Mực nước (m) 0.7 – 0.9. - Độ cao sóng H s (m Chu kỳ sóng T p (s) 6.5. - Madza đã áp dụng công thức sau để tính suy giảm sóng khi lan truyền vào rừng ngập mặn:. - H s – độ cao sóng trước RNM, H L – độ cao sóng ở khoảng cách L từ mép ngoài rừng.. - Trong mực nước 0.7 m, với cùng một giá trị độ cao sóng đầu vào, hệ số tiêu tán càng lớn thì suy giảm sóng sẽ càng nhiều. - Và khi giá trị hệ số tiêu tán không đổi, thì độ cao sóng lớn hơn sẽ bị tiêu tán nhiều hơn. - Tuy nhiên, suy giảm sóng trong mực nước 0.7 m là lớn hơn trong mực nước 0.9 m. - Điều này được giải thích là khi mực nước lớn hơn chiều cao cây thì quá trình tiêu tán năng lượng sóng do cây ngập mặn trong lớp nước phía trên vòm lá sẽ không còn nữa.. - Suy giảm sóng khi thay đổi hệ số tiêu tán với mực nước 0.7m Hs (m). - Suy giảm sóng khi thay đổi hệ số tiêu tán với mực nước 0.9m Hs (m). - Bảng 3.11 Đặc trưng đầu vào sóng cho mô hình tính toán Mực nước (m . - Độ cao sóng H s (m) 1,543 Chu kỳ sóng T p (s) 5,155. - Số liệu cây ngập mặn áp dụng cho vùng tính toán là cây Trang có chiều cao 1.95 m, được chia làm 3 lớp: rễ, thân và vòm lá. - Hệ số tiêu tán được áp dụng là như nhau cho cả 3 lớp (bảng 3.12). - Dải rừng ngập mặn có chiều rộng khoảng 2 km, với mật độ rừng thưa dần từ bờ ra khơi. - Mật độ rừng ngập mặn được thay đổi cho mỗi kịch bản tương ứng là không có RNM, 0.5 cây/m 2 , 1 cây/m 2 , 1.82 cây/m 2 , 3 cây/m 2 , 4 cây/m 2 và 5 cây/m 2. - Độ cao cây (m . - Để đánh giá ảnh hưởng của RNM trong việc làm giảm độ cao sóng, sử dụng công thức [5]:. - H s - độ cao sóng trước RNM, H L – độ cao sóng ở khoảng cách L từ mép ngoài rừng.. - Để đánh giá ảnh hưởng của chỉ riêng yếu tố RNM trong việc làm giảm độ cao sóng, một số tác giả [5] tính toán hệ số suy giảm độ cao sóng do RNM bằng công thức sau:. - trong đó: h không có RNM , h có RNM lần lượt là độ cao sóng khi không và có RNM 3.3.2 Nhận xét kết quả mô phỏng chế độ sóng. - Bảng 3.13a Độ cao sóng tại các vị trí với mực nước 0.5m Vị trí Không. - Bảng 3.13b Độ cao sóng tại các vị trí với mực nước 1.86 m. - Bảng 3.13c Độ cao sóng tại các vị trí với mực nước 3.5 m Vị trí Không. - Không có RNM, trong mực nước 3.5m, trường sóng ở khu vực nghiên cứu có độ cao biến đổi trong khoảng từ 1.03 m ngoài khơi và 0.55 m khi vào bờ. - Khi mực nước giảm độ cao sóng trong miền tính có xu hướng giảm do ảnh hưởng của địa hình. - Vào thời điểm mực nước 1.86 m, độ cao sóng giảm nhiều và có giá trị trong khoảng 0.36 m khi vào tới bờ. - Khi mực nước 0.5 m độ cao sóng giảm đáng kể đạt khoảng 0.10 m khi vào tới bờ. - Tác động của RNM với mật độ 0.5 cây/m 2 đến trường độ cao sóng ven bờ vùng nghiên cứu khi thay đổi mực nước được thể hiện rõ qua các kết quả tính toán.. - Trong thời điểm mực nước 3.5m, ảnh hưởng của dải RNM đã tạo thành các khu vực có độ cao sóng có giá trị nhỏ hơn khi không có RNM theo không gian (hình 3.9, hình 3.10a,b,c) Mặc dù xu hướng phân bố theo không gian của trường độ cao sóng vẫn không thay đổi nhiều so với trường hợp không có RNM nhưng giá trị độ cao sóng đã giảm đáng kể. - Độ cao sóng giảm khoảng 1 m ở ngoài khơi còn 0.05 m khi vào bờ. - Xu hướng giảm độ cao sóng cũng tương tự từ bìa rừng vào bờ. - với các mực nước nhỏ hơn. - Tuy nhiên, trong mực nước 1.86 m độ cao sóng sẽ giảm mạnh nhất, khoảng 56%, hơn 18% so với mực nước 0.5 m tại vị trí 500 m cách bìa rừng, xem hình 3.9. - Khi sóng lan truyền vào rừng ngập mặn thì độ cao sóng giảm và sự suy giảm sẽ khác nhau ứng với các mực nước khác nhau. - Độ cao sóng giảm mạnh nhất trong mực nước 1.86 m, tại vị trí 500 m cách bìa rừng, độ cao sóng giảm khoảng 59% hơn 6% so với mực nước 0.5 m và 23 % so với mực nước 3.5 m. - Khi sóng vào gần bờ, độ cao sóng nhỏ hơn rất nhiều so với bìa rừng thì ảnh hưởng của địa hình trở nên lớn hơn đối với suy giảm sóng trong các mực nước mực nước nhỏ, xem hình 3.12 dưới đây.. - Ảnh hưởng của sự thay đổi mật độ rừng cây ngập mặn đối với trường độ cao sóng ven bờ khu vực nghiên cứu với các mực nước khác nhau được thể hiện rõ qua các kết quả tính toán.. - Bảng 3.14a Độ cao sóng tại các vị trí với mực nước 0.5m Vị trí Có RNM. - Bảng 3.14b Độ cao sóng tại các vị trí với mực nước 1.86 m Vị trí Có RNM. - Bảng 3.14c Độ cao sóng tại các vị trí với mực nước 3.5 m Vị trí Có RNM. - Mặc dù xu hướng phân bố không gian của trường độ cao sóng khi vào rừng ngập mặn với mật độ 1.82 cây/m 2 , 3 cây/m 2 , 4 cây/m 2 , 5 cây/m 2 vẫn không thay đổi nhiều (xem các hình dưới đây).. - Tuy nhiên, độ cao sóng giảm mạnh khi vào rừng ngập mặn có mật độ lớn hơn. - Với mật độ rừng là 5 cây/m 2 , trong mực nước 3.5 m độ cao sóng giảm từ 0.75 m ở ngoài bìa rừng còn 0.006 m khi vào bờ. - Khi số cây trong vùng nghiên cứu tăng lên, tức là mật độ tăng hoặc đường kính của thân cây ngập mặn tăng lên thì độ cao sóng giảm càng nhiều hơn. - Xu hướng biến đổi độ cao sóng khi vào RNM khi thay đổi mật độ với các mực nước khác nhau cũng tương tự với RNM với mật độ 0.5 cây/m2, tức là trong mực nước 1.86 m sẽ làm giảm sóng nhiều nhất do ảnh hưởng của vòm lá đến tiêu tán năng lượng sóng.. - Trong mực nước 3.5 m, do không còn sự ảnh hưởng của RNM đến tiêu tán trong lớp nước phía trên vòm lá nên suy giảm sóng sẽ nhỏ hơn, xem hình 3.18a,b,c. - Sự thay đổi mật độ rõ ràng ảnh hưởng đến suy giảm độ cao sóng trong vùng nghiên cứu. - Tại vị trí 1500 m, trong mực nước 3.5 m, mật độ rừng là 0.5 cây/m 2 độ cao sóng giảm 79 % so với không có RNM. - Mật độ rừng là 1 cây/m 2 , tức là mật độ tăng thêm 0.5 cây/m 2 , thì độ cao sóng giảm thêm được 10% so với không có RNM. - Mật độ rừng là 1.82 cây/m 2 , tức là Nv =1.32 cây/m 2 , thì độ cao sóng giảm thêm 5%. - Nv = 2.5 cây/m 2 , thì độ cao sóng giảm thêm 3%. - Khi mật độ rừng là 4 cây/m 2 , tức là Nv = 3.5 cây/m 2 , thì độ cao sóng giảm thêm 1%. - mật độ rừng là 5 cây/m 2 thì độ cao sóng giảm thêm được 1%. - Nhận thấy rằng Nv tăng thì R tăng, tuy nhiên khi mật độ RNM lớn hơn 3 cây/m 2 thì độ cao sóng giảm thêm không đáng kể. - Như vậy ảnh hưởng của mật độ RNM đến suy giảm sóng là rõ ràng, mật độ tăng thì tốc độ suy giảm sóng (r) sẽ tăng hay độ cao sóng sẽ giảm. - Với mục đích lựa chọn mật độ ổn định cho khu vực nghiên cứu, đảm bảo độ cao sóng là nhỏ nhất phía sau rừng ngập mặn và đảm bảo tính bền vững cho RNM. - Luận văn đã tiến hành thiết lập các điều kiện cho mô hình thủy động lực-sóng SWAN 40.85 có bổ sung tiêu tán năng lượng sóng do thực vật để mô phỏng lan truyền sóng trong RNM dựa trên các đặc điểm cây RNM như đường kính thân, chiều cao cây, mật độ cây, từ các kết quả phân tích so sánh trong các trườnng hợp không có rừng ngập mặn và có ảnh hưởng của rừng ngập mặn cũng như có sự thay đổi mật độ rừng ngập mặn có một số kết luận sau:. - Khi lan truyền vào rừng ngập mặn độ cao sóng giảm và tốc độ suy giảm ở mỗi mực nước là khác nhau. - Với mực nước nhỏ rễ cây đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu tán sóng. - Sự suy giảm năng lượng sóng phụ thuộc vào mật độ phân bố thân cây ngập mặn.. - Số cây ngập mặn càng tăng thì độ cao sóng càng giảm.. - Nếu rải rừng rộng 1000 m, cây ngâp mặn cao khoảng 1.95m thì làm giảm độ cao sóng 1 m ở ngoài khơi còn 0.07m khi vào bờ.. - rừng ngập mặn ở tất cả những vùng ven bờ biển có điều kiện trồng để bảo vệ đường bờ và tài sản của người dân sinh sống ven biển.. - Phan Nguyên Hồng, 1999, Rừng ngập mặn Việt Nam, NXB Nông nghiệp Hà nội.