Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
238
BÃI BIỂN CHỎM RĂNG CƯA: LÝ THUYẾT CẤU THÀNH
VÀ QUAN SÁT NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
TẠI BỜ BIỂN ĐÀ NẴNG - VIỆT NAM
Vũ Minh Anh, Phan Khánh Linh
Trường Đại học Thủy lợi
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Bờ biển răng cưa, thuật ngữ tiếng anh là
“beach cusp” là một dạng đường bờ biển tự
nhiên. Bờ biển răng cưa được nhận biết bởi
sự xuất hiện liên tục đều đặn của các chỏm
răng cưa cấu tạo bởi các phần mũi nhô cao
(horn) và phần vịnh hạ thấp [1]. Ở Việt Nam
sự xuất hiện biển răng cưa được ghi nhận
nhiều ở khu vực biển miền trung, đặc biệt là
ở vùng bờ biển Nha Trang và bờ biển Đà
Nẵng. Chiều dài trục dọc của cung cong
(cusp spacing) dao động từ 20 đến 30 m dọc
bờ biển răng cưa Nha Trang, và lên tới 100-
150 m mét ở vùng bờ biển răng cưa Đà Nẵng.
Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu, mô
phỏng và đánh giá nhằm tìm hiểu cơ chế hình
thành và phát triển của bờ biển răng cưa,
nhưng đến nay, đây vẫn là một trong những
chủ đề nghiên cứu khó trong ngành kỹ thuật
bờ biền. Tất cả các giả thuyết khoa học liên
quan đến quá trình hình thành và phát triển
của bờ biển răng cưa chưa được chứng minh
và công nhận. Trong các nghiên cứu được
đưa ra, có hai lý thuyết chính liên quan đến
hình thái của bờ biển xói răng cưa đó là
thuyết sóng rìa hài phụ đứng (Standing Edge
Wave Theory) [2] và thuyết hình thái tự cấu
thành (Self-Organisation Theory).
Bài báo này giới thiệu và trình bày hai lý
thuyết này. Bên cạnh một số đặc điểm trong
quá trình hình thành và phát triển của bờ biển
răng cưa được phân tích, đánh giá dựa trên
quan sát chi tiết đặc điểm và biểu hiện của
các răng cửa ở bờ biển Nha Trang và Đà
Nẵng qua ảnh viễn thám.
2. LÝ THUYẾT SÓNG RÌA
Sự xuất hiện đều đặn các cung cong lưỡi
liềm dọc bờ biển đã được cho là có liên quan
đến một kiểu sóng đặc biệt trong vùng: sóng
biên hài phụ. Sóng hài phụ (sub-harmonic
waves) là các sóng có tần số thấp hơn sóng
chính. Sự hiện diện của sóng hài phụ có thể
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như địa hình dưới
biển và điều kiện thời tiết. Sóng rìa (edge
waves), có thể xảy ra cạnh một đáy dốc, sóng
rìa được biểu hiện bởi sự gợn sóng có tính
chất định kỳ dọc đường bờ biển của mặt nước
khi đạt cực đại tại bãi biển.
Sóng rìa có thể là sóng di chuyển hoặc sóng
đứng. Khi chúng là sóng đứng, mực nước tại
khu vực có xu hướng dao động lên và xuống
với biên độ dao động lớn nhất tại các phản nút
(antinodes), và với biên độ bằng 0 tại các nút
ở giữa (nodes in between). Khi xem xét đến
sự di chuyển của chất lỏng, ở các vị trí phản
nút sự dao động của vận tốc dòng chảy đạt giá
trị lớn nhất. Sự dao động này giảm về không
tại các nút. Nút ở giữa (Nodes) là những điểm
trên mặt sóng mà biên độ (amplitude) của dao
động bằng 0, nghĩa là tại những điểm này,
không có sự thay đổi về độ cao hoặc áp suất.
Trong trường hợp sóng biển, các nodes sẽ
là những điểm mà mặt biển không có sự biến
đổi độ cao. Ngược lại phản nút (Antinodes)
là những điểm trên mặt sóng mà biên độ của
dao động đạt đến giá trị cực đại, nghĩa là
chúng là những điểm nơi dao động đang thay
đổi độ cao hoặc áp suất mạnh nhất. Lúc này
các antinodes sẽ là những điểm nơi mặt biển
thay đổi độ cao mạnh nhất. Theo lý thuyết
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
239
này, các điểm mũi cung cong là các điểm
tương ứng với các nút và các điểm giữa của
vịnh là các điểm tương ứng với các phản nút.
Các sóng rìa hài phụ có chu kỳ bằng hai lần
các sóng tới (cho phép cộng hưởng với sóng
tới), do đó khi các sóng rìa hài phụ đứng, và
sóng tới gặp và chồng lên nhau, biên độ của
vận tốc dòng chảy ở khu vực sóng vỗ vào bờ
(swash zone) thay đổi theo chu kỳ dọc theo bờ
biển, với giá trị cực đại đạt được ở các vị trí
phản nút của sóng đứng, và với giá trị bằng 0
tại các nút. Chính hiện tượng này cung cấp
một cách giải thích tương đối hợp lý về sự
hình thành của bờ biển răng cưa. Theo đó, bùn
cát có xu hướng bị xói lở khỏi các vị trí có vận
tốc dao động lớn nhất, dẫn đến sự hình thành
của các mũi cung cong và vịnh tương ứng.
Cần lưu ý rằng, cách giải thích về xu hướng
xói lở tự nhiên của lý thuyết sóng rìa mang
thiên hướng đối lập với sự quan sát về tính
chất bồi tụ của bờ biển răng cưa.
Do bờ biển răng cưa chịu ảnh hưởng lớn
của kiểu sóng vỗ vào bờ biển thể hiện tính
chất nhất quán trong các mối quan hệ về pha
trên một khoảng cách dài, do đó cơ chế sóng
rìa hài phụ đứng có thể giải thích được sự
đều đặn của hình thái bờ biển răng cưa trên
một phạm vi đường bờ lớn. Thêm vào đó,
chiều dài sóng của sóng rìa hài phụ tỉ lệ với
độ dốc của bờ biển và chu kỳ của sóng tới vì
vậy phù hợp với quy mô của các răng cưa.
Bởi vì cách giải thích này dự đoán được
những đặc điểm chính yếu quan sát được của
biển răng cưa nên nó trở thành cách giải thích
phổ biến cho sự xuất hiện của các bãi biển
răng cưa trong hơn một thập kỷ [2].
Tuy nhiên cách giải thích này cũng gây ra
không ít tranh cãi. Một số nghiên cứu đã chỉ ra
rằng sự hình thành của bờ biển răng cưa theo
cơ chế sóng rìa dựa trên hai giả thiết quan
trọng. Thứ nhất, sóng rìa hài phụ cần phải là
sóng đứng, đồng nghĩa với việc đòi hỏi năng
lượng năng lượng của sóng rìa hài phụ được
lan truyền một cách gần như đều đặn theo cả
hai hướng dọc theo bãi biển. Tình huống này
có thể khả thi trên các bãi biển dạng vịnh
đóng, nơi có các mũi đất (đá) ở hai đầu của bãi
biển có khả năng phản xạ lại năng lượng của
sóng rìa. Tuy nhiên, trong thực tế bờ biển răng
cưa được quan sát thấy nhiều ở các bờ biển mở
và do đó, việc phản xạ năng lượng sóng rìa ở
các bờ biển này là thiếu cơ sở. Thứ hai, trong
quá trình sóng vỡ, ảnh hưởng của ma sát, quá
trình phân tán năng lượng do sóng vỡ cùng với
các quan sát thực nghiệm đã chỉ ra rằng sự đa
dạng của các biến động trong các chuyển động
của nước và dòng chảy có xu hướng ngăn chặn
sự hình thành của sóng rìa hài phụ.
Hơn thế nữa, các quan sát trong thực tế chỉ
ra rằng năng lượng tương ứng với các tần số
sóng liên quan đến sóng rìa hài phụ đứng
xuất hiện rất ít hoặc thậm chí không xuất
hiện.Cho đến này, các nhà khoa học vẫn chưa
thể ghi nhận và phân tách được tín hiệu của
loại sóng lý thuyết này trong thực tế.
3. LÝ THUYẾT CẤU TRÚC TỰ CẤU THÀNH
Theo lý thuyết cấu trúc dòng chảy tự cấu
thành, bờ biển răng cưa là kết quả của sự
tương tác về mặt hình thái của bờ biển với
các cấu trúc tự cấu thành có biên độ hữu hạn.
Bắt đầu với bờ biển gần như bằng phẳng
phẳng, sự thay đổi trong cao độ bờ biển có xu
hướng khuếch đại tăng lên do dòng chảy vỗ
bờ (swash flow) bị lệch dọc theo bờ biển.
Dòng chảy vỗ bờ sẽ được chuyển hướng ra
khỏi các khu vực bồi tụ có độ cao được nâng
lên, do đó làm giảm độ lớn của các dòng chảy
vỗ bờ hướng biển. Dòng chảy vỗ bờ hướng
biển trên một bãi biển phẳng có độ dốc cân
bằng, sẽ làm giảm lượng thể tích trầm tích
được đưa đến bãi biển bằng các dòng chảy vỗ
bờ hướng đất liền. Kết quả là, các khu vực
được nâng cao có xu hướng bồi lắng.
Tương tự như vậy, các khu vực bị hạ thấp
có xu hướng xói mòn bởi vì dòng chảy vỗ bờ
bị lệch về phía chúng, và làm tăng dòng
chảy vỗ bờ khi chúng chảy ngược ra biển
(backwash), có thể được gọi là dòng vỗ bờ trả
lại. Sự tương tác thủy động lực hình thái này
sẽ có xu hướng tạo ra sự gia tăng, phát triển
của sự biến thiên của địa hình dọc theo đường
bờ trên một bãi biển gần như phẳng. Tuy
nhiên, sự tương tác chưa đủ để giải thích lý do
tại sao các cung cong ở biển răng cưa lại có
tính chất đều đặn như quan sát trong thực tế.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
240
4. BIỂN RĂNG CƯA Ở ĐÀ NẴNG
Hình 1 thể hiện địa hình của một đoạn bờ
biển răng cưa của bãi biển Mỹ Khê dựa trên
số liệu thực đo. Các răng cưa xuất hiện đều
đặn, liên tục là đặc điểm hình thái nổi bật của
khu vực bờ biển này. Chúng cũng có thể được
quan sát qua ảnh vệ tinh. Kết quả quan sát chỉ
ra rằng khoảng cách đặc trưng giữa các mũi
răng cưa (chiều dài trục dọc) vào khoảng 150
m, tương đối lớn so với các bãi biển răng cưa
trên thế giới với khoảng cách thông thường
dao động từ vài mét đến vài chục mét. Cao độ
của các mũi cung cong vào khoảng từ 0.5 đến
1 m trên mực nước biển trung bình. Các cung
cong lưỡi liềm nằm ở độ sâu từ khoảng +2 m
đến -1.8 m so với mực nước biển trung bình
(MNB), chiều sâu của mỗi cung cong (trục
ngang, khoảng cách từ điểm cao nhất của mũi
tới vị trí giới hạn vùng sóng vỗ bờ) dao động
vào khoảng 50 m. Bờ biển có độ dốc thoải
vừa, vào khoảng 1:100. Đáng chú ý là trong
vùng bờ biển răng cưa quan sát thấy sự xuất
hiện của các cồn cát ngầm, không liền mạch,
có chiều cao khoảng 0.5 m, rộng khoảng 50 m
với cao trình đỉnh cồn ở -4.0 m. Vị trí của
những cồn cát ngầm ngoài khơi so le, tương
ứng với vị trí các vịnh cung cong.
Hình 1. Địa hình bờ biển Mỹ Khê, Đà Nẵng
và các cấu trúc răng cưa độ phân giải 1 m,
thu thập và lưu trữ dưới dạng mô hình
địa hình số DEM
Hình thái của bờ biển khu vực Mỹ Khê
cho thấy trong giai đoạn gió mùa Đông Bắc
hoạt động mạnh, tháng 3, các chỏm răng cưa
quan sát được rất rõ ràng, với các mũi cong
lớn và tồn tại các kênh dòng tiêu (màu thẫm)
có độ sâu nước lớn hơn xen kẽ. Vào giai
đoạn tháng 6 hình thái chỏm răng cưa vẫn
quan sát được nhưng đã mờ dần và hoàn toàn
biến mất vào tháng 9. Đến tháng 12 khi gió
mùa Đông Bắc thịnh hành và mực nước đạt
độ cao lớn trong năm, các chỏm răng cưa với
khoảng cách lớn hơn đã xuất hiện trở lại và
quan sát được rõ nét.
Hình 2. Diễn biến điển hình bờ biển răng cưa
trong năm
5. KẾT LUẬN
Nghiên cứu này tìm hiểu các giả thiết về
sự hình thành và phát triển của bở biển răng
cưa. Hai lý thuyết chính là lý thuyết sóng rìa,
mà đầy đủ là sóng rìa hài phụ đứng và lý
thuyết về cấu trúc tự cấu thành được giới
thiệu và trình bày. Ưu nhược điểm của các lý
thuyết này được phân tích. Bên cạnh đó, đặc
điểm và xu hướng diễn biến của bờ biển răng
cửa ở bờ biển Mỹ Khê, Đà Nẵng được xem
xét qua các số liệu địa hình đo đạc và quan
sát từ ảnh viễn thám.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Masselink, G.; Pattiaratchi, C.B. Morphological
evolution of beach cusps and associated
swash circulation patterns. Mar. Geol.1998,
146, 93-113.
[2] Komar, P.D., 1983. Rhythmic shoreline
features and their origins. In: Gardner, R.,
Scoging, H. (Eds.), Mega-geomorphology.
Oxford Univ. Press, Oxford, pp. 92-112.
