Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018

ỨNG DỤNG M HÌNH TỐN ĐỂ TÍNH TỐN SỰ XUẤT HIỆN
DÒNG RIP TẠI BÃI BIỂN MỸ HÊ ĐÀ NẴNG
Nguyễn Thị Bảy1, Trần Thị Kim2, Trà Nguyễn Quỳnh Nga1, Ngô Nam Thịnh2,3
Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TP. HCM
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. HCM
3
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP. HCM
1

2

TĨM TẮT
RIP-là dịng chảy từ xa hướng vào bờ, rồi xoáy ngược ra xa dọc theo một rãnh hẹp trong khu vực
sóng vỡ khi vùng bờ có địa hình tương thích. Sự hình thành, phát triển và độ lớn dòng Rip liên quan
mật thiết đến hình thái bãi biển, trường sóng ven bờ và dao động thủy triều. Thông thường RIP hay
xảy ra tại những vùng bãi biển có rãnh sâu nằm giữa hai bãi cát. Hàng năm tại các bãi biển Việt Nam,
Dòng RIP đã lấy đi sinh mạng của rất nhiều người, tuy nhiên các nghiên cứu về nó là chưa nhiều. Trong
báo cáo này, các tác giả đã ứng dụng mô hình MIKE 21 SW và HD để tính tốn dịng Rip vùng ven biển
Đà Nẵng và phân tích được sự xuất hiện dịng RIP tại đây.
Từ khóa: dịng RIP, MIKE, Mỹ Khê - Đà Nẵng.
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 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. Vị trí bãi biển Mỹ Khê được mơ tả trong Hình 1.

Hình 1. Vị trí bãi biển Mỹ Khê.

499


The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
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 đơng nhất trong năm. Vì thế, để phục vụ du lịch biển tại Đà
Nẵng được tốt hơn, an tồn 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. MƠ HÌNH ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
Như đã trình bày ở trên, trong nghiên cứu chúng tôi đã ứng dụng mơ hình MIKE 21. Gói phần
mềm này có thể mơ phỏng dịng chảy mặt thống hai chiều, mơ phỏng chuyển tải trầm tích, hình thái
vùng ben biển và các q trình mơi trường dưới ảnh hưởng của sóng, gió, triều. Giao diện thân thiện và
mức độ tin cậy đã làm cho MIKE 21 đóng một vai trị quan trọng thực sự trong các mơ hình ở đất liền,
vùng bờ biển và ngồi khơi. Trong đó, chúng tơi sử dụng hai mơ hình MIKE 21 SW, MIKE 21 HD, kết
quả từ mơ hình tính sóng MIKE 21 SW là đầu vào cho mơ hình MIKE 21 HD.
2.1. Cơ sở l thuyết m h nh
MIKE 21 SW:
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 tồn động lượng sóng được
viết như sau:

N
t

S

. vN


(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, cy,
cυ, cθ) là vận tốc truyền của nhóm sóng, S là số hạng gốc của phương trình cân bằng năng lượng.
MIKE 21 HD:
Phương tr nh iên tục
h
t

hu
x

hv
y

(2)

hS

Phương tr nh vận chuyển Reyo ds cho v ng nước nông
hu 2
x

hu
t
sx

bx


1

0

0

0

hv
t

500

huv
y

hv 2
y

huv
x

sy

by

1

0


0

0

h

fvh gh

x

S xy

S xx
x

y

x

fuh gh

S yx

S yy

x

y

x


0

hTxx
h

y
hTxy

0

pa
y
y

pa
x
y

gh 2
2 0 x
hTxy

gh 2
2 0 y
hTyy

hvs S

(3)


hus S

(4)


Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
Trong đó:

t: thời gian (s)
x, y: khơng gian (m)
: dao động mực nước (m)
d : mực nước trung bình (m)
h=d+ : mực nước tổng cộng (m)

u , v : vận tốc trung bình độ sâu, theo
hướng x, y (m/s)
với : hu

udz, hv
d

f
trời.

vdz
d

2 sin : lực Coriolis (
: góc theo vĩ tuyến)


: góc mặt

g: gia tốc trọng trường (m/s2).
: mật độ nước biển (g/m3)

S xx , S xy , S yx , S yy : ứng suất bức xạ sóng.
P: 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:
u
u
v
v
Txx 2 A , Txy A
, Tyy 2 A
x
y
x
y

2.2. Các số liệu sử dụng trong tính tốn mơ hình
Dữ iệu địa h nhkhu vực b i biển Mỹ Khê
Một trong những dữ liệu đầu vào quan trọng nhất của MIKE 21 là dữ liệu địa hình đáy. Dữ liệu này
được đo đạc 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 [1].
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 mơ hình MIKE, dữ liệu địa hình nhập vào mơ

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 tốn dịng RIP. Cịn các khu vực khác thì lưới tính sẽ được chia thưa
hơn với tổng số phần tử tính tốn là 29.065 phần tử.
Trên Hình 2 và Hình 3 trình bày địa hình đáy và lưới tính khu vực tính tốn bãi biển Mỹ Khê.

Hình 2. Địa hình khu vực bãi biển Mỹ Khê Đà Nẵng.

Hình 3. Lưới tính bãi biển Mỹ Khê Đà Nẵng.

501


The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Đi u kiện biên cho khu vực tính tốn
- Đối với mơ hình sóng MIKE 21 SW: Tại các biên của khu vực tính toán, các tác giả sử dụng dữ
liệu về độ cao sóng, chu kỳ sóng và hướng sóng trong thời kỳ gió mùa Đơng Bắc (tháng 12/2015) và gió
mùa Tây Nam (tháng 7/2016) (Hình 4b). Các dữ liệu này được trích xuất từ kết quả mơ phỏng của mơ
hình tính sóng SWAN ở quy mô lớn trong vùng biển từ Quảng Trị - Quảng Ngãi [1] vào tháng 12/2015
và tháng 7/2016.
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”.
Trên Hình 4 trình bày trường sóng tính từ mơ hình SWAN lúc 10 giờ ngày 10/12/2015 của vùng
biển Đà Nẵng và độ cao sóng tại biên ngoài khu vực Mỹ Khê - Đà Nẵng, trong đó thang màu Hs là chiều
cao sóng có nghĩa với các vec-tơ là hướng sóng.

a)


b)

Hình 4. Trường sóng (a) tính từ mơ hình SWAN lúc 10 giờ ngày 10/12/2015 vùng Đà Nẵng
và (b) độ cao sóng biên ngồi khơi xuất từ SWAN, trong đó thang màu Hs là chiều cao sóng
có nghĩa, vec-tơ là hướng sóng.
- Đối với mơ hình thủy động lực MIKE 21 HD FM: Số liệu mực nước tại các biên lỏng vào tháng
12/2015 và tháng 7/2016 được trích xuất từ kết quả mơ phỏng bằng mơ hình MIKE 21 HD FM ở quy
mơ tồn Biển Đơng. Hình 5 thể hiện trường mực nước được trích xuất từ kết quả này.

Hình 5. Phân bố mực nước tính từ mơ hình MIKE 21 HD FM
thời điểm 13h ngày 10/12/2015 trên tồn Biển Đơng.
502


Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
- Sóng: dữ liệu sóng làm đầu vào cho mơ hình MIKE 21 Flow Model FM, là kết quả tính tốn
trường sóng từ mơ hình MIKE 21 Spectral Waves FM dưới dạng các ứng suất sóng Sxx, Sxy và Syy.
2.3. Lựa chọn th ng số m h nh
Mơ hình dòng chảy được hiệu chỉnh trên cơ sở so sánh giữa số liệu mực nước, dịng chảy tính bằng
mơ 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 6 và Hình 7) [1].
Phân tích tính tốn thống kê giữa hai chuỗi số liệu tính tốn bằng mơ 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 6a), hệ số tương quan giữa chúng là 0,969 (Hình 6b).
Trên hình 6 trình bày so sánh mực nước tại trạm Sơn Trà tính được so với kết quả đo đạc. Nhận
thấy kết quả tính tốn có sai số trung bình dưới 1 cm, sai số tuyệt đối là 16 cm (vào thời điểm chân và
đỉnh triều - Hình 6a), với hệ số tương quan giữa chúng là 0,937 (Hình 6b).

Hình 6. Biến thiên mực nước tính tốn và quan trắc tại điểm khảo sát (a),

tương quan giữa chúng (b).
So sánh kết quả độ lớn dòng chảy và pha dòng chảy, cho thấy các kết quả cũng tương đối (xem
Hình 7).

Hình 7. So sánh vận tốc (a) và hướng (b) dịng chảy tính tốn và quan trắc
tại điểm khảo sát.
503


The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
3. KẾT QUẢ T NH DÕNG RIP VÀ THẢO LUẬN
Kết quả tính tốn dịng RIP tại vùng bãi tắm Mỹ Khê trong tháng 12/2015 và tháng 7/2016 cho
thấy dòng RIP chủ yếu xuất hiện vào mùa gió Đơng Bắc, cịn vào mùa gió Tây Nam chủ yếu xuất hiện
những ao xoáy cục bộ khá nhỏ với vận tốc khơng đáng kể. Vì vậy, bài báo tập trung đánh giá kết quả
tính tốn dịng RIP vào gió mùa Đơng Bắc. Trong tháng 12/2015, khu vực nghiên cứu có sự xuất hiện
14 dịng RIP. Cường độ của các dòng Rip biến đổi theo thời gian phụ thuộc vào độ cao sóng cũng
như hướng sóng tới, sóng càng lớn thì dịng RIP càng mạnh, lớn nhất có thể đạt 0,6-0,7 m/s. Hầu
hết các dòng RIP này xuất hiện và biến 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 tốn cũng cho sự tác động qua lại
giữa dịng RIP và sự biến đổi địa hình đáy. Để tiện cho việc phân tích, chúng tơi có phân vùng từ I
đến IV trên bãi biển Mỹ Khê (Hình 8).

Hình 8. Các vùng phục vụ
phân tích dịng RIP trên bãi
biển Mỹ Khê.

Hình 9. Kết quả tính trường dịng chảy tại vùng I (a), vùng II (b),
vùng III (c) và vùng IV (d) lúc 0 giờ ngày 16/12/2015.


Nhận xét:
Tại khu vực I cho thấy xuất hiện cùng lúc 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
theo sự biến đổi của hướng sóng và độ cao sóng. 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 9a).
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 ngun nhân tạo dịng RIP (Hình 9b).
504


Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
Tại khu vực III xuất hiện hai dòng RIP khá rõ ràng, trong đó có một dịng RIP khá lớn với đường
kính gần 100 m, dịng 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 9c).
Tại khu vực IV cũng xuất hiện hai dòng RIP tương đối nhỏ, vận tốc không nhanh lắm, khoảng 0,30,4 m/s, với chiều rộng khoảng 4-8 m và dài gần 100 m (Hình 9d).
4. KẾT LUẬN
Kết quả tính tốn cho thấy mơ hình MIKE 21 đã mơ tả chi tiết và tính tốn cụ thể dịng chảy RIP
tại khu vực ven bờ bãi tắm Mỹ Khê. Mơ hình đã cho thấy rõ được khu vực nào có khả năng xuất hiện
dịng 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.
Mơ hình MIKE 21 đã tổng hợp được tất cả các yếu tố có thể cấu thành dịng chảy RIP như địa
hình, trường sóng vỡ gần bờ, gió, thủy triều và cả các cơng trình ven bờ. Mơ 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
tốn thủy triều, sóng, lan truyền chất, chuyển tải bùn cát,…
Vào mùa gió Tây Nam, khu vực này hầu như khơng có sự xuất hiện của dòng RIP. Trong
tháng 12, tại khu vực nghiên cứu có khả năng xuất hiện đến 14 dịng 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 tốn trường sóng làm đầu vào cho tính tốn dịng chảy còn chưa đủ dày để thể hiện
được thời gian tồn tại của dịng RIP ngồi thực tế. Cần phải tính tốn sự biến đổi của trường sóng ứng
với các chu kỳ sóng thì mới mơ 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 (ĐHQGHCM) trong khn khổ đề tài “Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn tính sự xuất hiện dịng RIP ven bờ
biển” mã số C2017-20-30.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Văn Khoa (2017) - Báo cáo tổng kết 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”. Chi cục Phòng, chống thiên tai
Miền Trung và Tây Nguyên.
2. Barlas B., Beji S., 2016 - RIP current fatalities on the Black Sea beaches of Istanbul and effects of
cultural aspects in shaping the incidents. Nat Hazards (2016) 80:811-821. doi 10.1007/s11069-0151998-x.
3. Dusek G., van der Westhuysen A. J., Gibbs A., King D., Kennedy S., Padilla-Hernandez R., Seim
H., Elde D., 2014 - Coupling a RIP current forecast model to the nearshore wave prediction system.
Proc. 94th American Meteorological Society Annual Meeting
4. Ishikawa T., Komine T., Aoki S. I., Okabe T., 2014 - Characteristics of Rip Current Drowning on
the Shores of Japan. Journal of Coastal Research, suppl. 3rd International Rip Current Symposium:
1st Asian Water. SI.72: 44-49.
5. Van der Westhuysen A. J., Padilla-Hernandez R., Santos P., Gibbs A., Gaer, T. Nicolini D., Tjaden
S., Devaliere E.M., Tolman H. L., 2013 - Development and validation of the Nearshore Wave
Prediction System. Proc. 93rd AMS Annual Meeting, Am. Meteor. Soc., Austin, TX..

505


The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
6. 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.
7. Bowen, A. J. (1969) - RIP currents 1. Theoretical investigations. Journal of Geophysical Research,
74 (23), 5467-5478

8. 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.
9. Engle, J. A. (2003) - Formulation of a RIP current forecasting technique through statistical analysis
of RIP current-related factors. M.S. thesis.

APPLICATION OF MATHEMATICAL MODEL FOR CALCULATION OF RIP
CURRENT AT MY KHE BEACH IN DA NANG
Nguyen Thi Bay1, Tran Thi Kim2, Tra Nguyen Quynh Nga1, Ngo Nam Thinh2,3
1
2

VNU-HCM University of Technology

HCMC University of Natural Resources and Environment
3

University of Science - VNU.HCM
ABSTRACT

RIP is a distinct flow directed toward the shore, and then swept backward along a narrow channel
in the breaking waves when the bottom of the shore compatible. The formation, development and
magnitude of Rip current is closely related to morphology, waves and tidal. RIP usually occurs in deep
grooves between sandbars. Every year at the beaches of Vietnam, the RIP current has taken the lives of
many people, but the research on it is not so much. In this report, the authors applied the model of Mike
21 SW and HD to calculate Rip current in Danang coastal and analyzed the occurrence of RIP current
here.
Keywords: RIP current, MIKE, My Khe - Da Nang.

506