Mô phỏng dòng rip và dòng chảy ven bờ phát sinh do sóng theo các phương pháp khác nhau của phần mềm MIKE 21

 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) 128 
BÀI BÁO KHOA HỌC 
MÔ PHỎNG DÒNG RIP VÀ DÒNG CHẢY VEN BỜ PHÁT SINH DO SÓNG 
THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU CỦA PHẦN MỀM MIKE 21 
Phùng Đăng Hiếu, Nguyễn Thị Khang, Lê Đức Dũng, Trần Đức Trứ1 
Tóm tắt: Bài báo trình bày các kết quả tính toán mô phỏng hệ thống dòng chảy do sóng ven bờ và 
dòng rip trong điều kiện bãi biển có các cồn ngầm phía ngoài. Kết quả so sánh với các số liệu thí 
nghiệm vật lý trên thế giới cho thấy các phương pháp mô phỏng theo phần mềm MIKE 21 cho các kết 
quả khá khác nhau, trong đó phương pháp sử dụng MIKE 21-HD-EMS cho kết quả khả quan nhất khi 
so sánh với các số liệu thí nghiệm của Haller và nnk (1997). Từ kết quả nghiên cứu cho thấy để tính 
toán tốt dòng chảy sóng ven bờ bao gồm cả dòng rip cần thiết phải sử dụng mô hình toán đủ mạnh 
mô phỏng được tốt trường sóng ven bờ làm cơ sở tính toán ứng suất sóng và dòng chảy phát sinh do 
sóng. Kết quả tính toán bằng mô hình Boussinesq cho thấy có độ phù hợp tốt hơn cả khi so với số liệu 
thí nghiệm vật lý. Phương pháp thường dùng MIKE 21-FM HD -SW cho kết quả tính toán dòng rip 
sai nhiều về độ lớn cũng như độ rộng của dòng chảy này. 
Từ khoá: Dòng rip; Dòng chảy ven bờ do sóng; Sóng ven bờ 
1. GIỚI THIỆU1 
Dòng chảy trong khu vực ven bờ rất phức tạp 
và có vai trò rất lớn trong việc vận chuyển vật 
chất đáy, quyết định đến xu thế vận chuyển bùn 
cát ven bờ gây xói lở hay bồi tụ bãi biển, vùng 
bờ. Trong đó, dòng chảy phát sinh do sóng đóng 
một vai trò rất quan trọng và có ý nghĩa lớn 
trong những khu vực có sự tác động ưu thế của 
sóng. Dòng chảy phát sinh do sóng gọi tắt là 
“dòng chảy sóng” trong khu vực ven bờ thường 
được tạo ra do tác động phức tạp của trường 
sóng với địa hình và những vật cản (như công 
trình, đê, kè, ) ở khu vực ven bờ. Hệ thống 
dòng chảy sóng này thông thường bao gồm 
dòng chảy ven dọc bờ và dòng theo hướng 
ngang bờ, do tác động của dạng địa hình và 
hướng sóng tới, đôi khi tồn tại dòng tách bờ ra 
khơi trong phạm vi hẹp và có vận tốc lớn (dòng 
rip) rất nguy hiểm đối với con người tắm biển 
tại các khu vực bãi biển có dòng rip này. Chính 
vì vậy, việc mô phỏng, tính toán và đánh giá 
được hệ thống dòng chảy sóng ven bờ, bao gồm 
cả dòng rip rất có ý nghĩa vừa phục vụ cho tính 
toán dự báo xói lở, bồi tụ vùng ven bờ vừa cho 
phép cảnh báo sớm các khu vực có dòng rip 
nguy hiểm. Thực tế hiện nay, trên thế giới đã 
1 Viện Nghiên cứu biển và hải đảo, 125 Trung Kính, Cầu 
Giấy, Hà Nội 
phát triển rất nhiều mô hình và phương pháp mô 
phỏng tính toán dòng chảy sóng ven bờ trong đó 
có thể kể ra hai phương pháp chính đó là: 
phương pháp thứ nhất, mô phỏng sóng theo mô 
hình Boussinesq, sau đó, lấy trung bình dòng 
chảy trong chuyển động sóng để thu được dòng 
dư do sóng (dòng chảy sóng); phương pháp thứ 
hai, sử dụng phương trình nước nông truyền 
thống và ứng suất sóng (wave radiation stress) 
để mô phỏng hệ thống dòng chảy sóng ven bờ. 
Trong phương pháp thứ hai này, ứng suất sóng 
có thể được tính từ kết quả mô phỏng sóng bằng 
các mô hình khác nhau thí dụ như SWAN (dựa 
trên hệ phương trình cân bằng năng lượng phổ 
sóng), MILDSLOPE (dựa trên hệ phương trình 
elliptic mild slope hay parabolic mild slope). 
Ở nước ta, trong thời gian qua, đã có một số 
tác giả nghiên cứu và mô phỏng dòng rip cho 
một số bãi biển ven bờ sử dụng mô hình thương 
mại MIKE 21. Trong đó, chủ yếu các nghiên 
cứu sử dụng theo phương pháp thứ hai nêu trên 
với mô đun tính sóng dựa trên mô hình SWAN 
hay mô đun SW của bộ mô hình MIKE 21. Các 
nghiên cứu điển hình có thể kể ra của các tác giả 
như Nguyễn Bá Xuân (2009) sử dụng MIKE 21 
với mô đun SW để tính toán dòng chảy sóng 
ven bờ và dòng rip cho bãi biển khu vực Vũng 
Tàu; Tác giả Lê Đình Mầu (2012) cũng sử dụng 
MIKE 21-FM HD-SW cho mô phỏng dòng rip 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) 129 
tại bãi biển Nha Trang; Tác giả Phạm Văn Tiến 
và Lê Văn Khoa (2017) cũng sử dụng MIKE 
21-FM HD-SW để mô phỏng tính toán dòng 
chảy sóng và rip tại bãi biển Mỹ Khê, Đà Nẵng. 
Như vậy, trong hai phương pháp kể trên ở 
nước ta chủ yếu sử dụng phương pháp thứ hai 
và tính sóng theo phương trình cân bằng năng 
lượng phổ sóng, còn phương pháp sử dụng 
phương trình mild slope chưa được sử dụng. 
Câu hỏi đặt ra là phương pháp nào có khả năng 
mô phỏng tốt hơn, tính toán phù hợp hơn đối 
với mô phỏng dòng chảy sóng ven bờ bao gồm 
cả dòng rip? Sử dụng mô hình MIKE 21 thì 
dùng mô đun tính sóng nào phù hợp hơn trong 
số các lựa chọn MIKE 21-FM HD-SW, MIKE 
21-HD-EMS hay MIKE 21-HD-PMS? 
Mục tiêu của nghiên cứu này là sử dụng các 
phương pháp mô phỏng khác nhau của bộ mô 
hình MIKE 21 để mô phỏng dòng rip và dòng 
chảy sóng ven bờ, so sánh, đánh giá giữa các 
phương pháp với nhau, so sánh với các số liệu 
thí nghiệm vật lý đã xuất bản trên thế giới để 
thấy được mức độ phù hợp, tính đúng đắn của 
những phương pháp nêu trên. 
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 
DÒNG PHÁT SINH DO SÓNG 
2.1 Phương pháp sử dụng mô đun thủy lực 
(hệ phương trình nước nông) và ứng suất 
sóng tính từ mô đun SW (hệ phương trình 
cân bằng năng lượng phổ sóng) 
Đây là phương pháp kết hợp hai mô đun của bộ 
MIKE 21 (mô đun thủy lực và mô đun tính sóng 
SW). Mô đun SW tính trường sóng theo phương 
trình cân bằng năng lượng phổ sóng cho ra phân bố 
độ cao sóng và trường ứng suất sóng radiation 
stress. Trường ứng suất sóng này được đưa vào mô 
đun thủy lực MIKE 21 FM HD để tính toán dòng 
chảy phát sinh do sóng bao gồm cả dòng rip. Đặc 
điểm của phương pháp này là trường sóng và ứng 
suất sóng được tính toán không bao gồm tác động 
của sóng phản xạ, sóng tương tác phi tuyến với 
sóng và với trường dòng chảy phát sinh do trường 
sóng gây ra. Sóng đổ không được mô phỏng theo 
bản chất của quá trình mà được áp đặt theo một 
biểu thức bán thực nghiệm. Do đó, độ cao sóng 
thường bị giảm đi khi độ sâu giảm. 
 2.2 Phương pháp sử dụng mô đun thủy 
lực (hệ phương trình nước nông) và ứng suất 
sóng tính từ mô đun EMS (hệ phương trình 
elliptic mild slope) 
Khác với phương pháp nêu phần trên, trong 
phương pháp này, sóng được tính theo phương 
trình elliptic mild slope, đây là hệ phương 
trình cho đáy có độ dốc thoải nên việc biến 
đổi mạnh của địa hình sẽ dẫn đến sai số lớn. 
Tuy nhiên, theo phương pháp này thì mô hình 
sóng có thể mô phỏng được sóng phản xạ, 
nhiễu xạ, khúc xạ và hiệu ứng nước nông tác 
động lên trường sóng. Chính vì vậy, trường 
sóng và ứng suất sóng tính theo phương pháp 
này sẽ có tính ưu việt hơn phương pháp trên. 
Trường ứng suất sóng sẽ được đưa vào mô 
đun thủy lực MIKE 21 HD để tính toán mô 
phỏng trường dòng chảy phát sinh do sóng 
bao gồm cả dòng rip. 
2.3 Phương pháp sử dụng mô đun thủy lực 
(hệ phương trình nước nông) và ứng suất 
sóng tính từ mô đun PMS (hệ phương trình 
parabolic mild slope) 
Phương pháp tính sóng bằng mô đun PMS 
thực chất vẫn dựa theo hệ phương trình mild 
slope nhưng đã được đơn giản hóa dưới dạng 
xấp xỉ parabolic nên thời gian tính toán nhanh 
hơn so với việc sử dụng mô đun EMS mà vẫn 
tính được các hiệu ứng nước nông, khúc xạ, 
nhiễu xạ. Tuy nhiên, phương pháp này có 
điểm yếu là không tính được tương tác với 
sóng phản xạ. Trường ứng suất sóng thu được 
từ mô đun PMS sẽ được đưa vào mô đun thủy 
lực MIKE 21 HD để tính toán mô phỏng 
trường dòng chảy phát sinh do sóng bao gồm 
cả dòng rip. 
3. CÁC MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 
3.1 Điều kiện mô phỏng dòng rip và dòng 
chảy ven bờ do sóng trên bãi thoải có hai cồn 
ngầm theo điều kiện thí nghiệm vật lý của 
Haller và nnk (1997) 
Bãi biển có các cồn ngầm phía ngoài và tồn 
tại các khoảng cách giữa hai cồn ngầm tạo thành 
một khe sâu hơn, là dạng địa hình thường gặp 
trên vùng bãi biển ven bờ trên thực tế. Để đánh 
giá khả năng xuất hiện dòng chảy ngược ra khơi 
giữa hai cồn ngầm dưới tác động của sóng tới, 
Haller và cộng sự đã thực hiện một thí nghiệm 
vật lý trên bể sóng tại Đại học Delaware và xuất 
bản công trình nghiên cứu về dòng chảy phát 
sinh do sóng vào năm 1997. Thí nghiệm của 
Haller và nnk (1997) đã trở nên rất nổi tiếng và 
được cộng đồng các nhà khoa học thế giới về 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) 130 
động lực học ven bờ đón nhận như là một trong 
những điều kiện tiêu chuẩn để nghiên cứu, đánh 
giá khả năng mô phỏng dòng rip của các mô 
hình toán. Thí nghiệm của Haller và cộng sự có 
thể được mô tả ngắn gọn như sau: Bãi biển thoải 
độ dốc 1/30 được thiết lập trên bể sóng có độ 
rộng 18,2m chiều dài bể 19m. Bãi biển thoải nối 
với vùng nước có đáy ngang phẳng ở độ sâu 
0,373m. Trên bãi thoải có ba cồn ngầm thiết lập 
tạo thành hai khoảng cách hở giữa ba cồn ngầm, 
mỗi khoảng hở rộng 1,82m. Độ sâu tại chân 
phía ngoài của cồn ngầm là 0,1m, độ sâu tại 
đỉnh cồn ngầm là 0,048m, độ rộng chân cồn 
ngầm là 1,2m. Bảng tạo sóng tại x = 0m (trục x 
hướng từ bảng tạo sóng vào bờ, trục y song 
song với bờ) , chân cồn ngầm phía ngoài tại x = 
11,1m, đỉnh cồn ngầm xấp xỉ tại vị trí x = 12m, 
chân cồn ngầm phía bờ xấp xỉ tại x = 12,3m. Từ 
đường mép nước đến mép chân ngoài của cồn 
ngầm xấp xỉ 3m. Sóng tới được tạo ra có chu kỳ 
1,0s, độ cao sóng 0,494m. Các thành phần vận 
tốc trung bình độ sâu tại các mặt cắt x = 10m; 
11,25m; 12,3m và 13m được đo đạc để đánh giá 
vận tốc dòng chảy phía trong cồn ngầm, tại khe 
hở và phía ngoài cồn ngầm (chi tiết tham khảo 
Haller và nnk (1997)) . 
Trong nghiên cứu mô phỏng, điều kiện thí 
nghiệm tương tự như thí nghiệm của Haller và 
nnk (1997) được thiết lập với tỉ lệ phóng to là 
25 lần (do mô hình MIKE 21 không cho phép 
thiết lập tính toán với quy mô nhỏ trong phòng 
thí nghiệm). Như vậy, theo đồng dạng số Froude 
thì có thể lấy độ cao sóng tới xấp xỉ H = 1m, 
chu kỳ T = 5s. Địa hình được thiết lập với kích 
thước phóng to 25 lần. Tính toán được thiết lập 
cho các mô đun MIKE 21-SW, MIKE 21-PMS, 
MIKE 21-EMS để thu được trường sóng và 
trường ứng suất. Sau đó, mô đun MIKE 21-FM 
HD và MIKE 21-HD được sử dụng với nguồn 
lực là trường ứng suất sóng tính từ các mô đun 
SW, PMS và EMS để tính toán xác định dòng 
chảy sóng ven bờ và dòng rip. Các giá trị vận 
tốc dòng chảy tại các mặt cắt tương ứng (vị trí 
được phóng theo tỉ lệ kích thước 25 lần) với mặt 
cắt trong thí nghiệm của Haller và cộng sự được 
xuất ra để so sánh, đánh giá giữa các phương 
pháp tính toán. Do tỉ lệ kích thước là 1/25 nên tỉ 
lệ vận tốc theo đồng dạng số Froude được điều 
chỉnh là 1/5. Trong các tính toán mô phỏng sóng 
và dòng chảy đối với các mô hình sử dụng lưới 
cấu trúc (MIKE 21-EMS, MIKE 21-PMS, 
MIKE 21-HD), kích thước ô lưới được sử dụng 
thống nhất ; đối với mô 
hình sử dụng lưới phi cấu trúc (MIKE 21-SW, 
MIKE 21-FM HD) lưới tính được chia chi tiết 
hơn dựa trên địa hình của lưới cấu trúc 
 . Phần dưới đây trình bày 
các kết quả thu được. 
3.2 Các kết quả mô phỏng dòng chảy ven 
bờ do sóng trên bãi thoải có hai cồn ngầm 
theo điều kiện thí nghiệm vật lý của Haller và 
nnk (1997) 
Kết quả mô phỏng tại các mặt cắt tương ứng 
với thí nghiệm của Haller và nnk (1997) được 
xuất ra. Trong đó, do trục tọa độ theo thí 
nghiệm của Haller đặt Ox có hướng từ bảng tạo 
sóng vào bờ, ngược với trong mô phỏng nên 
các giá trị vận tốc u trong mô phỏng sau khi 
xuất ra được đổi dấu để phù hợp với hướng của 
thí nghiệm của Haller và nnk (1997). Các mặt 
cắt xuất dữ liệu cũng được tính toán sao cho 
đúng với vị trí của nó trong thí nghiệm vật lý. 
Các kết quả dòng chảy tính theo các phương 
pháp khác nhau của bộ mô hình MIKE 21 với 
các mô đun tính sóng và ứng suất sóng theo 
SW, PMS và EMS được vẽ trên cùng đồ thị tại 
4 mặt cắt cùng với số liệu đo đạc trong thí 
nghiệm của Haller và nnk (1997) để thuận tiện 
so sánh. Hình 1 trình bày phân bố trường dòng 
chảy tính bằng bộ MIKE 21-HD-EMS và vị trí 
của 4 mặt cắt tương ứng với thí nghiệm vật lý . 
Có thể thấy rõ dòng rip xuất hiện tại hai khe 
giữa các cồn ngầm. 
Hình 1. Phân bố trường dòng chảy tính theo 
MIKE 21-HD-EMS 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) 131 
Hình 2 trình bày phân bố các thành phần vận 
tốc dòng chảy ngang bờ và dọc bờ tính theo các 
phương pháp khác nhau, so sánh với số liệu của 
thí nghiệm vật lý ta thấy, dòng chảy tại mặt cắt 
này khá khác biệt giữa số liệu thí nghiệm và kết 
quả tính toán. Vị trí x = 10m là mặt cắt song 
song với bờ cách cồn ngầm khoảng 2m. Từ số 
liệu thí nghiệm cho thấy tại mặt cắt này thành 
phần dòng chảy u và v đều nhỏ, dòng chảy 
ngang bờ gần như bằng không. Trong khi đó, 
các thành phần vận tốc u tính theo mô hình 
MIKE 21 với các mô đun sóng EMS và PMS 
vẫn cho thấy dòng từ bờ ra khơi còn khá lớn xấp 
xỉ 0,2m/s. Kết quả dòng chảy tính theo mô đun 
SW cho thấy tại vị trí mặt cắt này dòng khá yếu 
mặc dù vẫn tồn tại dòng chảy ra khơi có giá trị 
khá khác so với số liệu thí nghiệm vật lý. Đối 
với thành phần vận tốc v, các phương pháp tính 
theo PMS, EMS hay SW đều cho thấy sự sai 
khác khá lớn so với số liệu thí nghiệm, đặc biệt 
tại khu vực lân cận khe sâu giữa hai cồn ngầm. 
Nhìn chung, dòng rip tính theo mô đun EMS và 
PMS có xu thế mạnh hơn tính theo mô đun SW 
và có khoảng cách ra khơi cũng lớn hơn. 
Tại mặt cắt x = 11,25m, đây là mặt cắt ngay 
phía ngoài cửa của khe sâu giữa hai cồn ngầm. 
Tại đây tồn tại dòng chảy từ bờ ra khơi (dòng 
rip) khá rõ và mạnh. Hình 3 cho thấy, có sự phù 
hợp giữa kết quả tính toán bằng các mô đun 
của MIKE 21 so với số liệu thí nghiệm. Thấy 
rõ tại vị trí y=4,5m là tâm của dòng rip, dòng 
chảy ngược ra khơi khá lớn, số liệu thí nghiệm 
là cỡ 14cm/s, tính theo EMS và PMS cho giá 
trị tương đương nhau cỡ 21cm/s, trong khi đó 
tính theo SW cho giá trị nhỏ hơn nhiều cỡ 
5cm/s. Thành phần vận tốc v tại mặt cắt này 
khá nhỏ và cũng khá phù hợp so với số liệu do 
tại đây, dòng chảy chủ yếu tồn tại ở khu vực 
khe hở giữa hai cồn ngầm và dòng chủ đạo là 
dòng hướng ra khơi của rip. Nhìn chung, tại 
mặt cắt này, dòng chảy tính theo phương pháp 
sử dụng mô đun EMS và PMS cho kết quả tốt 
hơn so với tính dòng rip khi sử dụng mô đun 
SW của bộ MIKE 21. 
Mặt cắt x=10m
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
u 
(m
/s
)
u (MIKE21-EMS)
u (MIKE21-PMS)
u (MIKE21-SW)
u (Expt)
Mặt cắt x=10m
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
v 
(m
/s
)
v (MIKE21-EMS)
v (MIKE21-PMS)
v (MIKE21-SW)
v (Expt)
Hình 2. Phân bố các thành phần dòng chảy ngang bờ và dọc bờ tại mặt cắt x=10m 
Mặt cắt x=11.25m
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
u 
(m
/s
)
u (MIKE21-EMS)
u (MIKE21-PMS)
u (MIKE21-SW)
u (Expt)
Mặt cắt x=11.25m
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
v 
(m
/s
)
v (MIKE21-EMS)
v (MIKE21-PMS)
v (MIKE21-SW)
v (Expt)
Hình 3. Phân bố các thành phần dòng chảy ngang bờ và dọc bờ tại mặt cắt x=11,25m 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) 132 
Mặt cắt x=12.3m
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
u 
(m
/s
)
u (MIKE21-EMS)
u (MIKE21-PMS)
u (MIKE21-SW)
u (Expt)
Mặt cắt x=12.3m
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
v 
(m
/s
)
v (MIKE21-EMS)
v (MIKE21-PMS)
v (MIKE21-SW)
v (Expt)
Hình 4. Phân bố các thành phần dòng chảy ngang bờ và dọc bờ tại mặt cắt x=12,3m 
Tại mặt cắt x = 12,3m, đây là mặt cắt ngay 
phía rìa trong của cồn ngầm, có thể nói đây 
chính là chân của dòng rip tại khu vực khe giữa 
hai cồn ngầm. Tại mặt cắt này, ta thấy kết quả 
mô phỏng theo phương pháp sử dụng mô đun 
EMS và PMS cho các giá trị vận tốc u và v khá 
phù hợp với kết quả thí nghiệm vật lý (xem hình 
4). Trên hình 4 cũng thấy rõ, thành phần vận tốc 
v rất khớp giữa tính toán và thí nghiệm cả về xu 
thế và độ lớn. Tuy nhiên, đối với kết quả tính 
theo phương pháp sử dụng mô đun SW thì có sự 
khác biệt giữa tính toán và thí nghiệm lớn hơn. 
Đặc biệt, thành phần vận tốc u tính toán theo 
SW rất nhỏ và có xu thế ngược với số liệu thí 
nghiệm. Giá trị vận tốc dòng chảy tính theo mô 
đun SW, nhìn chung nhỏ hơn nhiều so với số 
liệu thí nghiệm. Từ kết quả này có thể thấy, do 
tại mặt cắt này là vị trí phía sau cồn ngầm (tính 
từ khơi vào bờ) nên chịu tác động mạnh mẽ của 
các quá trình nhiễu xạ, hiệu ứng nước nông, 
phản xạ bờ, sóng đổ và tương tác sóng với dòng 
chảy. Chính vì vậy, do hạn chế của mô hình SW 
không tính đến phản xạ sóng, không tính đến 
hiệu ứng nước nông phi tuyến và tác động của 
sóng đổ, cũng như tương tác giữa sóng với sóng 
nên đã ước lượng không tốt ứng suất sóng, dẫn 
đến kết quả tính dòng chảy phát sinh do sóng có 
xu thế nhỏ hơn thực tế. 
Trong khi đó, mô hình EMS, PMS giải phương 
trình mild slope cho phép mô tả tốt hơn tác động 
của phản xạ sóng, nhiễu xạ sóng và hiệu ứng nước 
nông nên cho kết quả khả quan hơn. Tuy nhiên, 
do EMS và PMS đều không tính được tương tác 
phi tuyến sóng với dòng chảy cũng như tương tác 
sóng với sóng, hiệu ứng sóng đổ không được mô 
phỏng tốt nên dẫn đến còn nhiều sai khác về tính 
toán ứng suất sóng, dẫn đến kết quả tính dòng 
chảy sóng, tuy có tốt hơn SW, vẫn có sai khác khá 
lớn về độ lớn cũng như xu thế của dòng chảy so 
với thí nghiệm vật lý. 
Mặt cắt x =13m
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
u 
(m
/s
)
u (MIKE21-EMS)
u (MIKE21-PMS)
u (MIKE21-SW)
u (Expt)
Mặt cắt x =13m
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
v 
(m
/s
)
v (MIKE21-EMS)
v (MIKE21-PMS)
v (MIKE21-SW)
v (Expt)
Hình 5. Phân bố các thành phần dòng chảy ngang bờ và dọc bờ tại mặt cắt x=13m 
Nhận định trên có thể thấy rất rõ tại mặt cắt x 
= 13m. Trên hình 5 cho thấy, cả ba phương 
pháp tính toán đều cho kết quả rất sai khác so 
với kết quả thí nghiệm vật lý tại mặt cắt x=13m. 
Nguyên nhân là do tại mặt cắt này, tính phi 
tuyến tăng mạnh và mức độ tương tác giữa các 
thành phần tăng lên do độ sâu ở đây nhỏ hơn tại 
mặt cắt x=12,3m và nó nằm trong vùng sóng đổ, 
nơi chịu tác động mạnh cả của hiệu ứng nước 
nông lẫn phản xạ sóng từ bờ cũng như hệ thống 
dòng chảy phức tạp ven bờ. Chính vì vậy, do 
các mô hình EMS, PMS đều chưa mô tả tốt 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) 133 
được tác động của sóng đổ, tương tác phi tuyến 
sóng với sóng, sóng phản xạ, nhiễu xạ, và tương 
tác sóng với dòng chảy, nên kết quả mô phỏng 
hệ thống dòng chảy phát sinh do sóng ở khu vực 
vày gặp nhiều sai sót do việc tính toán chưa 
đúng ứng suất sóng. 
3.3 Kết quả mô phỏng bằng mô hình 
Boussinesq 
Từ các kết quả mô phỏng theo ba phương 
pháp của bộ MIKE 21 (SW, EMS, PMS) đối với 
dòng chảy phát sinh do sóng cho thấy, nếu 
không mô phỏng tốt trường sóng thì đối với các 
khu vực có địa hình phức tạp tồn tại tương tác 
phi tuyến mạnh, tồn tại công trình và đặc biệt có 
hệ thống dòng chảy sóng phức tạp thì việc mô 
phỏng dòng rip là rất khó cho kết quả tốt. Để 
thấy được những nhận định trên là có cơ sở, 
nhóm nghiên cứu đã thực hiện tính toán trường 
dòng chảy sóng với việc sử dụng hệ phương 
trình Boussinesq và các điều kiện tính toán 
giống hệt như đã tính bằng bộ MIKE 21, để mô 
phỏng cho điều kiện thí nghiệm của Haller và 
nnk (1997). Các kết quả tại hai mặt cắt x = 13m 
và x= 11,25m để so sánh với số liệu thí nghiệm 
của Haller và nnk (1997). 
Từ hình 6 ta thấy, kết quả mô phỏng dòng 
chảy sóng theo mô hình Boussinesq khá phù 
hợp với số liệu thí nghiệm của Haller và nnk 
(1997). Đặc biệt trên hình 6 thấy rõ độ lớn của 
dòng rip cũng như độ rộng của nó được mô hình 
Boussinesq mô phỏng khá tốt, có thể thấy tốt 
hơn hẳn phương pháp mô phỏng bằng EMS hay 
PMS ở trên. Mặc dù có sự sai khác về thành 
phần vận tốc v nhưng độ sai khác không lớn và 
xu thế của thành phần vận tốc này khá phù hợp 
với số liệu thí nghiệm. Các kết quả so sánh tại 
mặt cắt x=13m (xem hình 7) cho thấy sự phù 
hợp rất tốt giữa mô phỏng và thí nghiệm. Cả 
thành phần vận tốc u lẫn thành phần v đều cho 
xu thế rất phù hợp với kết quả thí nghiệm, độ 
lớn của dòng chảy cũng ở cùng bậc đại lượng, 
tuy nhiên, còn có sự sai khác nhưng về tổng thể 
là phù hợp và tốt hơn rất nhiều so với ba 
phương pháp tính toán theo MIKE 21 nêu trên. 
Mặt cắt x = 11.25m
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
u 
(m
/s
)
u (Boussinesq)
u (Expt)
Mặt cắt x = 11.25m
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
v 
(m
/s
)
v (Boussinesq)
v (Expt)
Hình 6. So sánh kết quả mô hình Boussinesq với thí nghiệm vật lý tại x=11,25m 
Mặt cắt x = 13m
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
u 
(m
/s
)
u (Boussinesq)
u (Expt)
Mặt cắt x = 13m
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
y (m)
v 
(m
/s
)
v (Boussinesq)
v (Expt)
Hình 7. So sánh kết quả mô hình Boussinesq với thí nghiệm vật lý tại x=13m 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo trình bày kết quả mô phỏng dòng rip 
và dòng chảy ven bờ do sóng theo ba phương 
pháp thông dụng của bộ mô hình MIKE 21 cho 
bài toán sóng phát sinh dòng rip giữa hai cồn 
ngầm trên bãi thoải theo điều kiện thí nghiệm 
của Haller và nnk (1997). Kết quả cho thấy, cả 
ba phương pháp sử dụng trong bộ MIKE 21 
(MIKE 21-FM HD-SW; MIKE 21-HD-EMS; 
MIKE 21-HD-PMS) đều ước lượng sai lệch 
dòng rip và hệ thống dòng chảy phía trong vùng 
sóng đổ. Đặc biệt, độ lớn của dòng rip và độ 
rộng của nó được ước lượng thiên lớn đối với 
phương pháp sử dụng MIKE 21-HD-EMS và 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) 134 
MIKE 21-HD-PMS, trong khi đó, phương pháp 
sử dụng MIKE 21-FM HD-SW cho kết quả kém 
hơn hai phương pháp trên và ước lượng độ lớn 
cũng như độ rộng của dòng rip là thấp hơn 
nhiều so với số liệu thí nghiệm. Nguyên nhân có 
thể chỉ rõ đó là việc tính trường sóng và ứng 
suất sóng theo các mô hình tính sóng EMS, 
PMS hay SW còn bỏ sót nhiều yếu tố tác động 
trực tiếp đến trường sóng ven bờ dẫn đến tính 
toán xác định trường ứng suất sóng chưa đúng, 
chính điều này dẫn đến hệ quả là trường dòng 
chảy phát sinh do sóng được mô phỏng sai lệch 
nhiều so với thực tế. Tuy vậy, đối với ba 
phương pháp trên thì sử dụng phương pháp 
MIKE 21-HD-EMS là khả quan hơn cả, cho kết 
quả phù hợp hơn các phương pháp còn lại. 
Tính toán thử nghiệm với mô hình 
Boussinesq đã cho thấy tính ưu việt khi sử dụng 
mô hình này mô phỏng dòng rip và dòng ven bờ 
do sóng. Kết quả so sánh với thí nghiệm vật lý 
cho thấy có sự phù hợp tốt về xu thế cũng như 
độ lớn. Đặc biệt là kết quả mô phỏng độ lớn và 
độ rộng của dòng rip. 
Qua kết quả nghiên cứu ở đây, khuyến nghị khi 
tính toán, mô phỏng dòng rip, hay dòng chảy sóng 
ven bờ nên sử dụng mô hình MIKE 21-HD-EMS 
thay cho việc sử dụng MIKE 21-FM HD-SW. 
Cách tốt nhất hiện nay để mô phỏng, tính toán 
dòng chảy phát sinh do sóng khu vực ven bờ bao 
gồm cả dòng rip là sử dụng mô hình Boussinesq. 
Tuy nhiên, tính toán theo mô hình Boussinesq đòi 
hỏi thời gian tính toán lâu hơn nên với bài toán 
thực tế, cần cân nhắc những trường hợp sử dụng 
được Boussinesq thì cần sử dụng triệt để, để đảm 
bảo tính đúng đắn của kết quả tính toán. 
 Lời cảm ơn: Bài báo được hoàn thành dưới 
sự hỗ trợ của đề tài TNMT.2016.06.09. Nhóm 
tác giả xin trân trọng cảm ơn. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Nguyễn Bá Xuân (2009). Nghiên cứu hiện tượng dòng rút (rip current) khu vực bãi biển Nha Trang 
và Cam Ranh, đề xuất giải pháp cảnh báo và phòng tránh phục vụ hoạt động du lịch biển. Báo 
cáo tổng kết đề tài cấp Viện KH&CN VN. 
Lê Đình Mầu (2012). Điều tra đánh giá hiện tượng dòng rip (rip current) tại các bãi tắm Khánh Hòa, 
xác định nguyên nhân và đề xuất các giải pháp phòng tránh. Báo cáo tổng hợp đề tài cấp tỉnh. 
Phạm Văn Tiến, Lê Văn Khoa (2017). Nghiên cứu dòng rip ven biển Đà Nẵng bằng mô hình MIKE 
couple, Tạp chí KHCN ĐHĐN, số 5(114).2017, Quyển 1, Tr. 52-56. 
Haller M.C., R.A. Dalrymple, I.A. Svendsen (1997). Experimental modeling of rip currents system. 
In Proceedings of WAVE’97, Virginia Beach, VA, 750-764, ASCE. 
Abstract: 
SIMULATION OF WAVE INDUCED CURRENTS AND RIP USING VARIOUS 
MODULES OF MIKE 21 SOFTWARE 
The paper presents the simulated results of wave-induced current in the nearshore areas and rip 
currents on a beach with submerged dunes. Simulated results were compared with physical 
experiment data. The comparision between the simulated results and physical experiment data of 
Haller et al. (1997) showed that the best method among the three methods provided with MIKE 21 
in this study, was MIKE 21-HD-EMS. The results also show that it is necessary to use a strong 
mathematical model to simulate wave field, which is used to caculate the wave radiation stresses, 
for simulation of wave-induced currents including rip currents. Simulated results of the model 
using Boussinesq equation were the most suitable in all of methods used in this study and 
satisfactory agreement in comparison with the laboratory data given by Haller et al. (1997). The 
rip current results caculated by MIKE 21-FM HD-SW which is the most used before, have large 
discrepancies of current speed and range in comparison with experimental data. 
Keywords: Rip current; Wave induced current; Nearshore waves 
Ngày nhận bài: 23/5/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 28/6/2018