Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-425-

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN DÕNG RIP

TẠI BÃI BIỂN MỸ KHÊ – ĐÀ N NG

NGÔ NAM THỊNH1, NGUYỄN TRÂM ANH

2, LÊ VĂN KHOA

3,

PHẠM VĂN TIẾN4, NGUYỄN THỊ BẢY

5

TÓM TẮT

Dòng Rip (Rip Current) được xem là một trong những nguy hiểm hàng đầu ở

các bãi tắm tại Việt Nam và trên thế giới. Mỗi năm, dòng Rip đã lấy đi sinh mạng

của nhiều người tắm biển thậm chí là người đã biết bơi. Nhận thấy được sự nguy

hiểm của dòng Rip, một số nước trên thế giới đã có những nghiên cứu cụ thể về

dòng Rip, ở Việt Nam cũng có một số nghiên cứu dự báo dòng Rip tại các bãi biển

du lịch nhưng chưa nhiều. Vì vậy, trong bài báo, chúng tôi đã ứng dụng phương

pháp của Longuet-Higgins và Stewart (1964) tính toán dòng Rip dựa vào ứng suất

bức xạ sóng (Radiation stress) tại bãi tắm Mỹ Khê, nhằm góp phần phát triển du lịch

biển Việt Nam nói chung và tại Đà N ng nói riêng.

Từ khóa: dòng rút, Mỹ Khê, MIKE 21.

1. GIỚI THIỆU

Khu vực bãi biển từ đường Phạm Văn Đồng đến đường Nguyễn Văn

Thoại, thành phố Đà Nẵng bao gồm cả bãi Biển Mỹ Khê, là bãi biển nổi

tiếng và đẹp nhất của Đà Nẵng, nơi đã được Tạp chí kinh tế hàng đầu của

1 Đại học Tài nguyên và Môi trường TP Hồ Chí Minh, 236B, Lê Văn Sĩ, Phường 1, quận

Tân Bình, TP Hồ Chí Minh.

Email: nnthinh@hcmunre.edu.vn 2 Đại học Tài nguyên và Môi trường TP Hồ Chí Minh, 236B, Lê Văn Sĩ, Phường 1, quận

Tân Bình, TP Hồ Chí Minh

Email: ngtanh@hcmunre.edu.vn 3 Chi cục Phòng, Chống Thiên tai khu vực Miền Trung và Tây Nguyên, 102 Yên Bái,

phường Phước Ninh, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng

Email: khoabi@gmail.com 4 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu, số 23 ngõ 62, đường Nguyễn

Chí Thanh, phường Đống Đa, Hà Nội

Email: phamvantienbn@gmail.com 5 Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP HCM, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14,

Quận 10, TP Hồ Chí Minh

Email: nguyentbay@gmail.com

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-426-

Mỹ là Forbes bình chọn là một trong 6 bãi biển quyến rũ nhất hành tinh vào

năm 2005 và tờ Sunday Herald Sun của Australia nhận xét là một trong số

10 bãi biển ở châu Á được yêu thích nhất thế giới. Mỹ Khê cũng là bãi biển

thuộc loại nhộn nhịp nhất và rất quen thuộc với mọi người dân thành phố

cũng như du khách quốc tế.

Theo số liệu thống kê do Ban Quản lý Bán đảo Sơn Trà và các bãi biển

du lịch Đà Nẵng, lượng khách du lịch từ năm 2011 đến năm 2015 liên tục

tăng, tương ứng các năm là: năm 2011 là 1.270.000 lượt khách, năm 2012 là

1.420.000 lượt khách, năm 2013 là 1.565.000 lượt khách, năm 2014 là

3.380.000 lượt khách và năm 2015 là 4.000.000 lượt khách. Trước năm

2014, lượng khách du lịch chủ yếu tập trung vào các tháng 3, 4, 5 và 6, nhiều

nhất là hai tháng 4 và 5. Đến năm 2014 và 2015, lượng khách chủ yếu tập

trung vào các tháng 4, 5, 6, 7 và 8. Như vậy, thời kỳ tập trung khách du lịch

chuyển từ cuối mùa đông đến giữa mùa hè sang hoàn toàn trong mùa hè.

Qua kết quả thống kê lượng khách du lịch đến các bãi tắm của Đà

Nẵng trên cho thấy các tháng mùa hè có lượng khách tập trung đông nhất

trong năm. Vì thế, để phục vụ du lịch biển tại Đà Nẵng được tốt hơn, an

toàn cho du khách tắm biển thì việc nghiên cứu dự báo thử nghiệm dòng

Rip vào thời kỳ này là rất cần thiết. Bước đầu nghiên cứu dự báo thử

nghiệm tại bãi biển từ Phạm Văn Đồng đến Nguyễn Văn Thoại nhằm đưa

ra những cảnh báo cần thiết trong tháng du lịch để đảm bảo an toàn tuyệt đối

cho du khách tắm biển, qua đó góp phần thúc đẩy việc phát triển du lịch biển

của thành phố Đà Nẵng.

2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Cơ sở l thuyết mô hình

MIKE 21 là gói phần mềm hàng đầu thế giới trong việc mô phỏng dòng

chảy mặt thoáng hai chiều, sóng, chuyển tải trầm tích, hình thái và các quá

trình môi trường. Sự kết hợp của giao diện thân thiện với người sử dụng,

tính nhanh chóng và tin cậy trong hoạt động mô phỏng đã làm cho MIKE 21

đóng một vai trò quan trọng thực sự trong các mô hình ở đất liền, vùng bờ

biển và ngoài khơi. Kết quả của mô hình sóng MIKE 21 SW là đầu vào cho

mô hình MIKE 21 HD.

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-427-

MIKE 21 SW là module tính sóng

Phương trình chủ đạo là phương trình cân bằng sóng hoạt động trong

hệ tọa độ Đêcac (Komen et al.(1994) và Young (1999). Theo hướng tọa độ

ngang, phương trình bảo toàn động lượng sóng được viết như sau:

.N S

vNt

(1)

Trong đó, N ( x, σ, θ, t) là mật độ ảnh hưởng, t là thời gian, x(x,y) là hệ

tọa độ Cartesian, v(cx , c y , cφ, cθ ) là vận tốc truyền của nhóm sóng, S là số

hạng gốc của phương trình cân bằng năng lượng.

MIKE 21 HD là module tính dòng chảy

Phương trình liên tục.

h hu hvhS

t x y

(2)

Phương trình nước nông hai chiều.

2 2

0 0

0 0 0

2

1

a

xysx bx xxxx xy s

phu hu huv h ghfvh gh

t x y x x x

SShT hT hu S

x y x y

(3)

2 2

0 0

0 0 0

2

1

a

sy by yx yy

xy yy s

phv huv hv h ghfuh gh

t x y y y y

S ShT hT hv S

x y x y

(4)

Trong đó:

t : thời gian (s)

x,y : không gian (m)

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-428-

: dao động mực nước (m)

d : mực nước trung bình (m)

h=d+ : mực nước tổng cộng (m)

vu , : vận tốc trung bình độ sâu, theo hướng x, y (m/s)

với : ,d d

hu udz hv vdz

2 sinf : lực Coriolis ( : góc mặt trời . : góc theo vĩ tuyến)

g : gia tốc trọng trường (m/s2).

: mật độ nước biển (g/m3)

, , ,xx xy yx yyS S S S : ứng suất bức xạ sóng.

Pa : áp suất thủy tĩnh mực nước Biển (mb)

S : lưu lượng gia nhập vào hệ thống (m3/s)

(us , vs): vận tốc nguồn gia nhập (m/s)

Các ứng suất tiếp tuyến với vận tốc trung bình theo độ sâu:

2 , , 2xx xy yy

u u v vT A T A T A

x y x y

2.2. Số liệu đầu vào

Địa hình

Một trong những dữ liệu đầu vào quan trọng nhất của MIKE 21 là dữ

liệu địa hình đáy. Cơ sở dữ liệu này được đo đạc trong đề tài, được thực hiện

bởi Trung tâm nghiên cứu Tài nguyên Nước thuộc trường Đại học Bách

khoa Đà Nẵng và đã được kiểm nghiệm là dữ liệu có độ tin cậy cao.

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-429-

Hình 1. Lưới tính

Dữ liệu địa hình thu thập ở dạng số, được chuyển sang định dạng file .xyz và

đưa vào chương trình Mike Zero để nội suy giá trị độ sâu trong tọa độ. Trong mô

hình MIKE, dữ liệu địa hình nhập vào mô hình được lưu ở dạng file 2 chiều.

Khu vực chúng ta quan tâm là khu vực bãi biển từ đường Phạm Văn Đồng đến

đường Nguyễn Văn Thoại sẽ được chia lưới mịn hơn với khoảng cách giữa các nút

lưới là 3 – 5m để thấy rõ được chế độ sóng khu vực ven bờ cũng như tính toán dòng

Rip. Còn các khu vực khác thì lưới tính sẽ được chia thưa hơn với tổng số phần tử

tính toán là 29.065 phần tử.

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-430-

Hình 2. Địa hình khu vực nghiên cứu

Điều kiện biên

- Mô hình sóng MIKE 21 SW: Độ cao, chu kỳ, hướng sóng tại các biên

cho mô hình sóng được trích xuất từ kết quả mô phỏng của mô hình SWAN

ở quy mô lớn từ Quảng Trị - Quảng Ngãi.

Các số liệu này là đáng tin cậy vì đã đánh giá và kiểm nghiệm với số

liệu thực đo do đề tài thực hiện và số liệu tại các trạm hải văn trong khu

vực. Đây cũng là một phần kết quả của đề tài ―Nghiên cứu lập bản đồ

khoanh vùng dòng RIP, phục vụ quy hoạch và phát triển du lịch biển

thành phố Đà Nẵng‖.

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-431-

Hình 3. Trường sóng tính từ mô hình SWAN lúc 10 giờ ngày 10/12/2015

- Mô hình thủy động lực MIKE 21 HD FM: Số liệu mực nước tại các

biên lỏng được trích xuất từ kết quả mô phỏng bằng mô hình MIKE 21 HD

FM ở quy mô toàn Biển Đông. Hình 4 thể hiện trường mực nước được trích

xuất từ kết quả này.

♦ Sóng: dữ liệu sóng làm đầu vào cho mô hình MIKE 21 Flow Model

FM là kết quả tính toán trường sóng từ mô hình MIKE 21 Spectral Waves

FM dưới dạng các ứng suất sóng Sxx, Sxy và Syy.

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-432-

Hình 4. Phân bố mực nước tính từ mô hình MIKE 21 HD FM

thời điểm 13h ngày 10/12/2015

2.3. Lựa chọn thông số mô hình

Mô hình dòng chảy được hiệu chỉnh trên cơ sở so sánh giữa số liệu mực nước, dòng chảy tính bằng mô hình với số liệu thực đo từ ngày 3/6/2016 đến ngày 11/6/2016 tại vị trí có tọa độ 108,391

oE-16,064

oN, cách

bờ biển Mỹ Khê khoảng 1 km (Hình 5 và 6).

Phân tích tính toán thống kê giữa hai chuỗi số liệu tính toán bằng mô hình và chuỗi số liệu quan trắc thu được các kết quả khá tốt. Đối với mực nước sai số trung bình là dưới 1 cm, sai số tuyệt đối là 14 cm, vào thời điểm chân và đỉnh triều (Hình 5a), hệ số tương quan giữa chúng là 0,969 (Hình 5b). Đối với dòng chảy, kết quả hiệu chỉnh tương đối tốt (Hình 6).

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-433-

So sánh mực nước tại trạm Sơn Trà thu được sai trung bình là dưới 1 cm, sai số tuyệt đối là 16 cm, vào thời điểm chân và đỉnh triều (Hình 6a), hệ số tương quan giữa chúng là 0,937 (Hình 6b).

Hình 5. Biến thiên mực nước tính toán và quan trắc tại điểm khảo sát (a),

tương quan giữa chúng (b)

Hình 7. So sánh vận tốc (a) và hướng (b) dòng chảy tính toán và quan

trắc

tại điểm khảo sát

7. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả tính toán cho bãi tắm Mỹ Khê trong tháng 12/2015 đã phát

hiện sự xuất hiện của 14 dòng Rip. Cường độ của các dòng Rip biến đổi

phụ thuộc vào độ cao sóng, sóng càng lớn thì dòng Rip càng mạnh, lớn

nhất có thể đạt 0,6-0,7 m/s. Hầu như các dòng Rip này xuất hiện và biến

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-434-

mất theo thời gian, tần suất xuất hiện dòng Rip vào tháng 12 là khá lớn,

sự xuất hiện và biến mất (không thể hiện rõ) của chúng phụ thuộc vào sự

biến đổi của hướng sóng, độ cao sóng và thay đổi của địa hình. Kết quả

tính toán cũng cho sự tác động qua lại giữa dòng Rip và sự biến đổi địa

hình đáy.

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-435-

Hình 8. Kết quả tính trường dòng chảy tại vùng I (a), vùng II (b),

vùng III (c) và vùng IV (d) lúc 0 giờ ngày 16/12/2015

Tại khu vực I cho thấy xuất hiện cùng lúc xuất hiện 5 dòng Rip vào lúc

6 giờ ngày 18/12/2015. Có một số thời điểm chỉ xuất hiện 1 hoặc 2 hoặc 3

dòng Rip. Các dòng Rip này xuất hiện và biển đổi theo thời gian. Vận tốc

của các dòng Rip này vào khoảng 0,3-0,6 m/s, với độ rộng kênh Rip từ 5-15

m và chiều dài kênh Rip (chạy dài từ trong ra ngoài khơi) khoảng 20-50 m

(Hình 8a).

Tại khu vực II ta thấy rõ dòng chảy ven bờ, đồng thời xuất hiện năm

dòng Rip với vận tốc khoảng 0,2-0,5 m/s, độ rộng dòng Rip khá hẹp, khoảng

5-10 m, chiều dài kênh Rip khoảng 10-20 m. Địa hình bờ biển tại đây bị lõm

sâu hơn vào đất liền so với khu vực kế cận, độ sâu cũng sâu hơn so với hai

bên, đây cũng là một trong những nguyên nhân tạo dòng Rip (Hình 8b).

Tại khu vực III xuất hiện hai dòng Rip khá rõ ràng, trong đó có một

dòng Rip khá lớn với đường kính gần 100 m, dòng Rip này có vận tốc

khoảng 0,6 m/s. Dòng Rip còn lại khá hẹp, khoảng 5 m với vận tốc dòng

khoảng 0,2 m/s và chiều dài kênh Rip khoảng 25 m (Hình 8c).

Tại khu vực IV cũng xuất hiện hai dòng Rip tương đối nhỏ, vận tốc

không lắm, khoảng 0,3-0,4 m/s, với chiều rộng khoảng 4-8 m và dài gần 100

m (Hình 8d).

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-436-

4. KẾT LUẬN

Kết quả tính toán cho thấy mô hình MIKE 21 đã mô tả chi tiết và tính

toán cụ thể dòng chảy Rip tại khu vực ven bờ bãi tắm Mỹ Khê. Mô hình đã

cho thấy rõ được rõ được khu vực nào có khả năng xuất hiện dòng Rip, khu

vực nào xuất hiện các xoáy hay chỉ là dòng chảy dọc bờ đơn thuần, đồng

thời còn thể hiện được cường độ của các dòng chảy một cách chính xác.

Mô hình MIKE 21 đã tổng hợp được tất cả các yếu tố có thể cấu thành

dòng chảy Rip như địa hình, trường sóng vỡ gần bờ, gió, thủy triều và cả các

công trình ven bờ. Mô hình Mike của DHI đã được tin dùng và sử dụng ở

nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam, nó được dùng để tính

toán thủy triều, sóng, lan truyền chất, chuyển tải bùn cát,…

Vào tháng 12, tại khu vực nghiên cứu có khả năng xuất hiện đến 14

dòng Rip dọc theo bãi biển với vận tốc khá lớn, có khi lên tới 0,6 – 0,7

m/s, đồng thời tần suất xuất hiện dòng Rip vào thời gian này cũng khá

thường xuyên.

Kết quả tính toán trường sóng làm đầu vào cho tính toán dòng chảy còn

chưa đủ dày để thể hiện được thời gian tồn tại của dòng Rip ngoài thực tế.

Cần phải tính toán sự biến đổi của trường sóng ứng với các chu kỳ sóng thì

mới mô phỏng được thời gian tồn tại của dòng Rip gần với thực tế hơn.

Lời cảm ơn: Nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Thành phố

Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) trong khuôn khổ đề tài ―Nghiên cứu xây dựng

mô hình toán tính sự xuất hiện dòng rip ven bờ biển‖ mã số C2017-20-30.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

The Academy by DHI (2017). Manual Mike 21. Website:

https://www.mikepoweredbydhi.com/download/product-

documentation#filters={4F31E0AC-21E5-46D7-9589-

1A95E8339463}|&c={9C84B9E1-0E5E-4D93-9355-

DDA963D938CA}&o=asc&prefilter={79E8A24B-1EAC-4A6C-A678-

999EE0D8865A}|{8BEDA1F4-1938-4FC7-AD3F-

D2A6FFC8E7AA}|{9A70C578-9030-44CD-8B58-

0A7D9369B9FB}|{6174231F-96A9-4DFD-B62E-595C173BDC1A}. Ngày

truy cập: 12/04/2017.

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-437-

Wendy Carey, Jim Kirby, Ib Svendsen (2004). Rip Current. Produced by the

University of Delaware Sea Grant College Program & the Center for Applied

Coastal Research. 2p.

Bowen, A.J. (1969). Rip currents 1. Theoretical investigations. Journal of

Geophysical Research, 74 (23), 5467–5478

Brander, R.W. and A.D. Short (2001). Flow kinematics of a low energy rip current

system. Journal of Coastal Research, 17 (2), 468–481.

Engle, J.A. (2003). Formulation of a rip current forecasting technique through

statistical analysis of rip current-related factors. M.S. thesis.

UCAR (2005). UCAR Training Helps Forecasters Predict Rip Currents. Website:

http://www.ucar.edu/news/releases/2005/ripcurrents.shtml. Ngày truy cập:

13/7/2017.

Nguyễn Bá Xuân (2014). Phổ biến các kiến thức cơ bản về cách nhận dạng và

phòng tránh dòng rip (rip current) tại các bãi tắm biển Việt Nam. Website:

http://www.vnio.org.vn/Gi%E1%BB%9Bithi%E1%BB%87uv%E1%BB%81

d%C3%B2ngrip/tabid/284/language/vi-VN/Default.aspx. Ngày truy cập:

13/7/2017.

Proceeding of The Third International Conference on

Estuarine Coastal and Shelf Studies – ECSS 2017

ISBN: 978-604-73-5521-1

-438-

STUDY OF RIP CURRENT COMPUTING IN MY KHE – ĐA NANG AREA

NGO NAM THINH1, NGUYEN TRAM ANH

2, LE VAN KHOA

3, PHAM

VAN TIEN4, NGUYEN THI BAY

5

ABSTRACT

Rip Currents are considered one of the most dangerous risks at Vietnam

beaches and around the world. Every year, Rip Currents take the lives of many

swimmers even though lots of them would know to swim so well. Realizing the

hazards of Rip Current, some countries have made many specific researches on Rip

Current; however, there are not so many researches on Rip Current at Vietnam

beaches. Thus, this paper applied the method of Longuet - Higgins and Stewart

(1964) to calculate the Rip Current, which based on wave radiation stress in My

Khue beach. This study aims to contribute to the development of Vietnam’s sea

tourism in general, and at Da Nang province in particular.

Keywords: Rip current, My Khe, MIKE 21

1,2

Ho Chi Minh University of Natural Resources and Environment, 236B, Le Van Si

Street, Ward 1, Tan Binh District, Hochiminh City, Vietnam

Email: nnthinh@hcmunre.edu.vn; ngtanh@hcmunre.edu.vn 3 Branch of Natural Disaster prevention and control in Center and Highlands, 102 Yen Bai

Street, Phuoc Ninh ward, Hai Chau District, Danang City, Vietnam. Email:

khoabi@gmail.com 4 Institute of Hydrology and Meteorology Science and Climate Change, 23/62, Nguyen

Chi Thanh Street, Dong Da District, Ha Noi Capital, Vietnam. Email:

phamvantienbn@gmail.com 5 Ho Chi Minh City University of Technology, 268 Ly Thuong Kiet Street, Ward 14,

District 10, Hochiminh City, Vietnam. Email: nguyentbay@gmail.com