Luận án Tiến sĩ Địa lý: Nghiên cứu động lực hình thái vùng ven biển cửa sông Thu Bồn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:171

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu động lực hình thái vùng ven biển cửa sông Thu Bồn" là làm sáng tỏ cơ chế hình thành và biến đổi địa hình bãi biển vùng nghiên cứu dưới tác động của các yếu tố động lực trong chu kỳ ngắn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Địa lý: Nghiên cứu động lực hình thái vùng ven biển cửa sông Thu Bồn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI VÙNG BIỂN CỬA SÔNG THU BỒN LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ HÀ NỘI 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI VÙNG BIỂN CỬA SÔNG THU BỒN CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA MẠO & CỔ ĐỊA LÝ MÃ SỐ 62.44.72.01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. VŨ VĂN PHÁI 2. TS. BÙI HỒNG LONG HÀ NỘI 2010 ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác TÁC GIẢ LUẬN ÁN VŨ TUẤN ANH iii
LỜI CẢM ƠN Luận án này đƣợc hoàn thành tại bộ môn Địa mạo và Địa lý biển – Khoa Địa lý – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên. Tác giả chân thành cảm ơn tập thể bộ môn Địa mạo và Địa lý biển, tập thể Khoa Địa lý, các phòng chuyên môn của Nhà trƣờng đã tạo những điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Vũ Văn Phái, TS. Bùi Hồng Long đã tận tình hƣớng dẫn thực hiện và hoàn thành bản luận án. Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban lãnh đạo viện, tập thể phòng Vật lý, Địa chất và Địa mạo biển Viện Hải dƣơng học đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình làm luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn tới TSKH. Lê Phƣớc Trình, chủ nhiệm đề tài KHCN-06.08 đã cho phép sử dụng số liệu của đề tài. Cảm ơn các chuyên gia đã đọc bản thảo và đóng góp những ý kiến quý báu cho bản luận án. Cho phép tác giả gửi lời cảm ơn tới bạn bè của mình về những động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian làm luận án. VŨ TUẤN ANH iv
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ xi DANH MỤC ẢNH.................................................................................................. xii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN ...................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .................................................................................3 3. NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU.....................................................3 4. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.....................................................4 5. NHỮNG ĐIỂM MỚI VÀ HƢỚNG LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ ............................4 5.1. Những điểm mới .................................................................................................4 5.2. Luận điểm bảo vệ ...............................................................................................4 6. CƠ SỞ TÀI LIỆU..................................................................................................5 7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .........................................................6 7.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài ..............................................................................6 7.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...............................................................................6 8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN ...............................................................................6 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI BỜ ........................................................................................................7 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA MẠO BỜ BIỂN.......7 1.1.1. Khu bờ ..............................................................................................................7 1.1.2. Di chuyển trầm tích .......................................................................................11 1.1.3. Tiến hóa địa hình bờ và bãi ..........................................................................13 1.2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ................................................................................13 1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới ........................................................................13 1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nƣớc .......................................................................26 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ........................................................................................34 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI BỜ ......................................................................................................35 2.1. CƠ SỞ PHƢƠNG PHÁP LUẬN ....................................................................35 2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................................36 2.2.1. Tổng quan tài liệu..........................................................................................36 v
2.2.2. Các phƣơng pháp đo đạc, khảo sát .............................................................36 2.2.3. Nhóm các phƣơng pháp địa mạo truyền thống ..........................................37 2.2.4. Nhóm các phƣơng pháp hiện đại có tính liên ngành .................................37 2.3. CÁC SƠ ĐỒ KHỐI TÍNH TOÁN ..................................................................54 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ........................................................................................56 CHƢƠNG 3. ĐỊA MẠO VÙNG BIỂN CỬA SÔNG THU BỒN ........................57 3.1. VỊ TRÍ ĐỊA LÝ VÙNG NGHIÊN CỨU ........................................................57 3.2. CÁC NHÂN TỐ THÀNH TẠO ĐỊA HÌNH ..................................................59 3.2.1. Điều kiện cấu trúc địa chất-thạch học .........................................................59 3.2.2. Địa hình ..........................................................................................................62 3.2.3. Khí hậu ...........................................................................................................65 3.2.4. Thủy văn lục địa ............................................................................................69 3.2.5. Các nhân tố thủy động lực biển ...................................................................72 3.2.6. Dao động mực nƣớc biển ..............................................................................77 3.2.7. Các hoạt động của con ngƣời .......................................................................77 3.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO VÙNG BIỂN CỬA SÔNG THU BỒN ...................78 3.3.1. Địa hình lục địa ven biển ..............................................................................78 3.3.2. Địa hình đáy biển ven bờ ..............................................................................80 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ........................................................................................82 CHƢƠNG 4. BIẾN ĐỔI ĐỊA HÌNH ĐÁY VÙNG BIỂN CỬA SÔNG .............83 THU BỒN THEO CÁC MÔ HÌNH TÍNH ...........................................................83 4.1. CÁC THAM SỐ ĐẦU VÀO CHO CÁC MÔ HÌNH ....................................83 4.1.1. Địa hình đáy ban đầu ....................................................................................83 4.1.2. Các tham số đƣa vào tính toán sóng ............................................................83 4.1.3. Các tham số đƣa vào tính toán dòng chảy ..................................................84 4.1.4. Các tham số đƣa vào tính toán biến đổi địa hình đáy ...............................85 4.2. KẾT QUẢ TÍNH BIẾN ĐỔI ĐỊA HÌNH .......................................................88 4.2.1. Biến đổi địa hình do sóng .............................................................................88 4.2.2. Biến đổi địa hình do dòng chảy ..................................................................115 4.3. ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC KẾT QUẢ TÍNH ................131 4.3.1. Đánh giá mức độ tin cậy của kết quả tính dòng chảy ..............................131 4.3.2. Đánh giá mức độ tin cậy của kết quả tính biến đổi địa hình đáy ...........137 4.4. ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH THỦY-THẠCH ĐỘNG LỰC TRONG VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ MỘT SỐ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐỊA HÌNH VÙNG NGHIÊN CỨU ........145 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ......................................................................................146 KẾT LUẬN ............................................................................................................148 vi
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN ...............................................................................150 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................151 vii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn hình thái cửa của các nhánh delta sông, sóng và thủy triều chiếm ƣu thế (Galloway, 1975; Wright, 1977) ...........................10 Hình 1.2. Quan hệ giữa các bộ phận bờ với sóng và thủy triều ...................................10 Hình 1.3. Quy mô không gian, thời gian trong quá trình tiến hóa địa hình bờ biển ....16 Hình 1.4. Dự báo sự thay đổi đƣờng bờ từ tháng 9/2001 tới tháng 9/2006 .................32 Hình 1.5. Sự phân chia các đoạn bờ cho tính toán .......................................................33 Hình 2.1. Hệ thống lƣới sai phân sử dụng cho phƣơng trình 2.9 .................................41 Hình 2.2.a. Biên nhiễu xạ theo hƣớng y.......................................................................43 Hình 2.2.b. Biên nhiễu xạ theo hƣớng x ......................................................................43 Hình 2.3. Lƣới sai phân cho các biến u,v, ζ trong các phƣơng trình 2.22 - 2.24 ........45 Hình 2.4. Minh họa không gian của phƣơng trình 2.39 ...............................................49 Hình 2.5. Lƣới sai phân phƣơng trình 2.39 ..................................................................50 Hình 2.6. Sơ đồ khối tính toán sự biến đổi địa hình do sóng .......................................55 Hình 2.7. Sơ đồ khối tính toán dòng chảy và sự biến đổi địa hình do dòng chảy .......55 Hình 3.1. Vị trí khu vực nghiên cứu ............................................................................58 Hình 3.2. Sơ đồ phân bố trầm tích tầng mặt vùng biển nghiên cứu .............................61 Hình 3.3. Sơ đồ địa hình đáy biển khu vực nghiên cứu ...............................................64 Hình 3.4. Hoa gió mùa đông (A) và mùa hè (B) tại trạm Đà Nẵng .............................68 Hình 3.5. Hoa gió mùa chuyển tiếp đông sang hè (A) và mùa hè sang đông (B) tại trạm Đà Nẵng ..........................................................................................68 Hình 3.6. Sự phát triển bão và các thông số sóng, bão Kaemi (8/2000) [62]. ............74 Hình 4.1. Lƣới tính của vùng nghiên cứu ....................................................................86 Hình 4.2. Biên tính dòng chảy của vùng nghiên cứu. (R - R): biên lỏng trong sông; S1●: vị trí biên mực nƣớc ngoài biển...........................................................87 Hình 4.3. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với điều kiện sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 30o gây ra ...............................................................89 Hình 4.4. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 30o .....................................................90 Hình 4.5. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 120 giờ tính dƣới tác động của sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 30o .....................................................92 Hình 4.6. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với điều kiện sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 90o gây ra ..............................................................97 viii
Hình 4.7. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 90o .....................................................98 Hình 4.8. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 120 giờ tính dƣới tác động của sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 90o .....................................................99 Hình 4.9. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với điều kiện sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 135o gây ra ..........................................................101 Hình 4.10. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 135o .................................................102 Hình 4.11. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 120 giờ tính dƣới tác động của sóng ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 135o .................................................104 Hình 4.12. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với áp thấp nhiệt đới 04W (5/2000): H0 = 2,5m; T0 = 7,4s; θ0 = 0o gây ra ...........................................................106 Hình 4.13. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng do áp thấp nhiệt đới 04W (5/2000): H0 = 2,5m; T0 = 7,4s; θ0 = 0o .................107 Hình 4.14. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 24 giờ tính dƣới tác động của sóng do áp thấp nhiệt đới 04W (5/2000): H0 = 2,5m; T0 = 7,4s; θ0 = 0o .................109 Hình 4.15. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với bão Kaemi(8/2000): H0 = 5,4m; T0 = 10,1s; θ0 = 30o gây ra .......................................................111 Hình 4.16. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng do bão Kaemi (8/2000): H0 = 5,4m; T0 = 10,1s; θ0 = 30o ...............................112 Hình 4.17. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 24 giờ tính dƣới tác động của sóng do bão Kaemi (8/2000): H0 = 5,4m; T0 = 10,1s; θ0 = 30o ...............................113 Hình 4.18. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 10 tiếng (pha triều xuống), usông = 1,0 m/s, trƣờng hợp lũ .....................................................................118 Hình 4.19. Sơ đồ phân bố tốc độ trƣờng dòng chảy, tính sau 10 tiếng (pha triều xuống), usông = 1,0 m/s, trƣờng hợp lũ .......................................119 Hình 4.20. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 18 tiếng (pha triều lên), usông = 1,0 m/s, trƣờng hợp lũ .....................................................................120 Hình 4.21. Sơ đồ phân bố tốc độ trƣờng dòng chảy, tính sau 18 tiếng (pha triều lên), usông = 1,0 m/s, trƣờng hợp lũ ...........................................121 Hình 4.22. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 96 giờ tính dƣới tác động của dòng chảy, với usông = 1,0 m/s .......................................................................................123 Hình 4.23. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 10 tiếng (pha triều xuống), usông = 0,24 m/s, trung bình tháng 11 .........................................................125 Hình 4.24. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 18 tiếng (pha triều lên), usông = 0,24 m/s, trung bình tháng 11 .........................................................126 ix
Hình 4.25. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 120 giờ tính dƣới tác động của dòng chảy, với usông = 0,24 m/s .....................................................................................128 Hình 4.26. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 10 tiếng (pha triều xuống), usông = 0,03 m/s, trung bình tháng 6 ...........................................................129 Hình 4.27. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 18 tiếng (pha triều lên), usông = 0,03 m/s, trung bình tháng 6 ...........................................................130 Hình 4.28. Các trạm đo dòng chảy, và mặt cắt đo địa hình đáy trong khu vực nghiên cứu ..................................................................................................133 Hình 4.29. Phân bố dòng chảy tại một số trạm đo, pha triều rút, 5/1998, trong khu vực .......................................................................................................134 Hình 4.30. Kết quả tính toán và đo đạc tốc độ dòng chảy tại trạm lt4 từ 10h/29/9/1997 – 9h/30/9/1997 ...............................................................136 Hình 4.31. Kết quả tính toán và đo đạc hƣớng dòng chảy tại trạm lt4 từ 10h/29/9/1997 – 9h/30/9/1997 ...............................................................136 Hình 4.32. Biến đổi địa hình trên mặt cắt A-A qua đợt lũ 9/1997 .............................139 Hình 4.33. Biến đổi địa hình tính toán trên mặt cắt A-A, sau 96 giờ tính, usông= 1,0 m/s ..............................................................................................139 Hình 4.34. So sánh kết quả tính toán biến động địa hình do trƣờng sóng hƣớng đông nam gây ra và đo đạc .........................................................................141 Hình 4.35. So sánh kết quả tính toán biến động địa hình do trƣờng sóng hƣớng đông bắc gây ra và đo đạc ..........................................................................143 x
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Hình thái bar và nhân tố môi trƣờng của chúng .......................................17 Bảng 3.1. Vài đặc trƣng khí tƣợng khu vực Đà Nẵng - Quảng Nam ........................66 Bảng 3.2. Lƣợng mƣa trung bình tháng (L) và số ngày mƣa (N) tại Đà Nẵng .........66 Bảng 3.3. Phân bố của bão theo tháng ......................................................................69 Bảng 3.4. Một số đặc trƣng dòng chảy qua mặt cắt cửa sông...................................70 Bảng 3.5. Lƣu lƣợng trung bình tháng (Q) và độ đục (d), mặt cắt Nông Sơn .........71 Bảng 3.6. Mực nƣớc đỉnh triều (Hg) và chân triều (Lw) trung bình tại Hội An ......71 Bảng 3.7. Tham số sóng do các cơn bão ngoài khơi vùng bờ Hội An gây ra ...........73 Bảng 3.8. Hằng số điều hòa dòng triều vùng trong sông, tháng 9/1997 ...................75 Bảng 3.9. Hằng số điều hòa dòng triều vùng ven bờ phía bắc, tháng 9/1997...........76 Bảng 3.10. Hằng số điều hòa dòng triều vùng ven bờ phía nam, tháng 9/1997 .......76 Bảng 4.1. Hằng số điều hòa một số sóng triều chính, các trạm N1, N2, S1, S2, khu vực Hội An, múi giờ thứ 7 ...............................................................84 Bảng 4.2. Dòng chảy trung bình tháng trên biên lỏng (R – R) .................................85 Bảng 4.3. Giá trị tới hạn của vận tốc dòng làm di chuyển trầm tích ......................116 Bảng 4.4. Kết quả thực đo (tầng mặt) và tính dòng trung bình, tại một số trạm ....132 Bảng 4.5. Kết quả thực đo (tầng 5 m) và tính toán dòng trung bình, tại trạm lt4 ...135 xi
DANH MỤC ẢNH Ảnh 3.1. Đứt gãy phƣơng á vĩ tuyến đƣợc phản ánh trên địa hình hiện đại (từ Google Earth) .........................................................................................62 Ảnh 4.1. Quá trình di chuyển trầm tích không đều tạo ra bãi có địa hình răng cƣa ..........................................................................................93 Ảnh 4.2. Quá trình di chuyển trầm tích không đều với cƣờng độ nhỏ tạo ra bãi có địa hình răng cƣa với quy mô nhỏ ...........................................................94 Ảnh 4.3. Val ngầm và rãnh trũng không liên tục ......................................................94 Ảnh 4.4. Địa hình tích tụ dạng doi cát do dòng dọc bờ tạo ra ..................................95 Ảnh 4.5. Bãi dạng xói lở (bờ bắc), tích tụ (bờ đông) thuộc mũi An Lƣơng .............95 Ảnh 4.6. bãi biển dạng răng cƣa hình thành do dòng sóng vỗ bờ (dòng tiến và dòng ngƣợc) ở vùng nghiên cứu (trái và cụ thể tại Tân An) .................105 Ảnh 4.7. Doi cát chắn cửa sông nổi cao gắn một đầu vào bờ bắc Cửa Đại (ảnh vệ tinh 24/8/1990, trái) và Cửa Đại không có doi chắn ở phía trƣớc (ảnh vệ tinh ngày 10/10/2004, phải) .........................................114 Ảnh 4.8. Mũi An Lƣơng đƣợc bồi bờ bắc (phải) và xói bờ phía đông(trái) (8/2003) ......................................................................................................141 Ảnh 4.9. Bờ phía bắc đƣợc bồi cả ở phía nam (phải) và bắc Hội An (trái) (8/2003) .....................................................................................................142 Ảnh 4.10. Bờ phía bắc Hội An bị lở (1/2000).........................................................143 Ảnh 4.11. Mũi cát bờ bắc lấn về phía nam (Lê Đình Mầu, 11/2008) .....................143 Ảnh 4.12. Bờ phía bắc mũi An Lƣơng bị lở làm cửa sông dịch về phía nam (1/2000) .....................................................................................................144 Ảnh 4.13. Quá trình xói mạnh bờ bắc do bão Ketsana phá hủy hầu hết các công trình đã và đang xây dựng (Lê Đình Mầu, 11/2009) .........................144 xii
MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN Đã từ lâu, khu bờ biển đƣợc xem là nơi có một nguồn lợi tự nhiên phong phú nhất, đặc biệt đối với những quốc gia có nền kinh tế cũng nhƣ văn hóa gắn chặt với biển. Xét chung trên toàn thế giới, đây là nơi tập trung đông dân cƣ với các cơ sở kinh tế, văn hóa - xã hội quan trọng của con ngƣời. Có tới 2/3 dân số thế giới sống tập trung tại dải ven biển chỉ chiếm 10% diện tích lục địa này. Ở Việt Nam, theo thống kê đến năm 2005, có tới trên 41 triệu dân (chiếm khoảng 53% tổng dân số) sinh sống trên dải đất ven biển có độ cao dƣới 10 m. Tuy nhiên, ở khu vực này các quá trình bờ diễn ra ở đây vô cùng mãnh liệt, phức tạp dƣới tác động của nhiều nhân tố khác nhau cả nội sinh và ngoại sinh, cũng nhƣ những tác động của con ngƣời. Trong đó, các nhân tố tự nhiên chủ đạo bao gồm sự thay đổi mực nƣớc (do thủy triều, bão, gió mùa…), sóng, dòng chảy (dòng triều, dòng gây ra bởi gió, bởi sóng, và dòng chảy sông…), sự di chuyển của trầm tích. Kết quả của mối tác động tƣơng hỗ này là làm thay đổi hàng loạt đặc điểm khác của môi trƣờng khu bờ biển, trong đó quan trọng nhất là hiện tƣợng nhƣ xói lở - bồi tụ đáy, bãi biển, dịch chuyển đƣờng bờ biển, cửa sông và tƣơng ứng với các quá trình đó là các dạng địa hình đặc trƣng đƣợc tạo ra nhƣ val bờ, val ngầm, rãnh trũng, bar ngầm trƣớc cửa sông, hay các bãi biển dạng răng cƣa…đặc biệt rõ ở những khu vực có cấu tạo đáy là vật liệu bở rời. Các hiện tƣợng này gây nên không ít những ảnh hƣởng xấu tới hoạt động kinh tế của con ngƣời tại khu bờ. Do đó, việc tìm hiểu các quá trình bờ, trong đó có các quá trình sinh ra bởi sóng và dòng chảy do nó sinh ra, thủy triều, dòng chảy biển, v.v. - đƣợc gọi chung là thủy động lực bờ, có ý nghĩa quyết định cho việc quản lý môi trƣờng biển, phục hồi các hệ sinh thái và phát triển bền vững. Thủy động lực và các quá trình hình thái bờ-đƣợc gọi chung là động lực hình thái bờ, là những hiện tƣợng vật lý điển hình ở khu bờ biển. Động lực hình thái là một lĩnh vực nghiên cứu về mối tác động tƣơng hỗ giữa nguyên nhân và kết quả của quá trình địa mạo ở mọi quy mô khác nhau trên đất liền, cũng nhƣ bờ và đáy biển, đặc biệt là ở khu bờ biển hiện đại. Giữa động lực 1
và hình thái có mối liên hệ với nhau rất chặt chẽ theo cặp phạm trù nhân-quả. Từ đặc điểm hình thái hiện đại của các dạng địa hình, có thể suy đoán đƣơc nguồn động lực chiếm ƣu thế trong quá trình phát triển hình thái. Ngƣợc lại, từ những đặc điểm phân bố không gian về hình thái có thể suy đoán đƣợc động lực tạo ra nó. Không những chỉ riêng ở Việt Nam, mà còn chung cho các quốc gia có biển trên toàn thế giới, hiện tƣợng xói lở - bồi tụ bờ và bãi biển, biến động địa hình đáy, đƣờng bờ vùng cửa sông và ven biển đã và đang diễn biến khá phức tạp ngày càng có chiều hƣớng gia tăng. Nhiều giả thuyết cho rằng sự ra tăng đó liên quan tới sự biến đổi khí hậu toàn cầu (dẫn đến tăng bão và áp thấp nhiệt đới, dâng lên của mực nƣớc biển, v.v.). Trong những năm gần đây hiện tƣợng này đã đe dọa cộng đồng dân cƣ cũng nhƣ các công trình kinh tế - kỹ thuật ở nhiều nơi. Vì vậy, nghiên cứu nhằm tìm ra quy luật của các hiện tƣợng này vừa có tính khoa học vừa có tính thực tiễn cao. Nhƣ chúng ta đã biết, thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam hiện nay, đƣợc thành lập theo nghị định của Chính phủ ký ngày 28/1/2008, là một trong những thƣơng cảng sầm uất của thời Chúa Nguyễn. Tuy nhiên mới chỉ qua vài trăm năm mà Hội An đã trở thành “phố cổ” nằm sâu trong đất liền tới vài km, và hoàn toàn không còn ý nghĩa của một thƣơng cảng. Cửa Đại, cửa thoát nƣớc chính của sông Thu Bồn, không ổn định, luôn có xu thế dịch chuyển về phía nam, các bar ngầm phía ngoài cửa, cùng đáy biển ở dải sát bờ, đƣờng bờ biển biến động do các quá trình xói - bồi với những chu kỳ ngắn để tạo ra nhiều thành tạo địa hình nhƣ đã nói là những đặc điểm khái quát về khu vực này. Hiện nay và trong tƣơng lai khu vực Cửa Đại (bao gồm cả phần hạ lƣu sông Thu Bồn lẫn vùng biển bên cạnh cho tới quần đảo Cù Lao Chàm sẽ trở thành một khu phát triển kinh tế du lịch mạnh không những chỉ của tỉnh Quảng Nam, Miền Trung (trong "Con đƣờng di sản" - tại Quảng Nam có Hội An và Mỹ Sơn) mà còn của cả nƣớc. Để phát triển lâu dài theo hƣớng này, trƣớc hết cần có quy hoạch tổng thể cho toàn bộ khu vực Cửa Đại (Mỹ Sơn - Hội An - Cù Lao Chàm). 2
Trong hội nghị lần thứ 21(26/5/2009) Uỷ ban Điều phối quốc tế Chƣơng trình con ngƣời và sinh quyển (MAB) của UNESCO đã quyết định công nhận Cù Lao Chàm - Hội An là khu dự trữ sinh quyển thế giới. Để phục vụ có hiệu quả cho các vấn đề đã nêu trên thì việc nghiên cứu cơ chế thành tạo các dạng địa hình, hay cụ thể hơn, chính là nghiên cứu sự biến động địa hình của khu vực là điều cần thiết và cấp bách. Với những lý do đó chúng tôi đã chọn hƣớng nghiên cứu "Nghiên cứu động lực hình thái vùng ven biển cửa sông Thu Bồn" để làm đề tài luận án tiến sỹ của mình. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là: làm sáng tỏ cơ chế hình thành và biến đổi địa hình bãi biển vùng nghiên cứu dưới tác động của các yếu tố động lực trong chu kỳ ngắn. 3. NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nội dung: + Tổng quan về lý thuyết và thực tiễn nghiên cứu động lực hình thái bờ biển. + Phân tích các nhân tố động lực hình thái và biến đổi địa hình vùng biển cửa sông Thu Bồn. + Phân tích đặc điểm hình thái động lực vùng biển cửa sông Thu Bồn. + Đánh giá biến động địa hình bằng các mô hình thủy thạch động lực với các chu kỳ ngắn trong vùng nghiên cứu và định hƣớng sử dụng hợp lý địa hình khu vực. - Nhiệm vụ: + Thu thập, phân tích và đánh giá các tài liệu về động lực hình thái khu vực nghiên cứu cũng nhƣ các tài liệu liên quan khác + Tiến hành khảo sát thực địa để thu thập số liệu về động lực hình thái bờ và bãi biển vùng nghiên cứu; + Viết đề cƣơng chi tiết, phân tích, xử lý các kết quả và viết luận án 3
4. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tƣợng nghiên cứu của luận án là địa hình bờ và đáy biển vùng cửa sông Thu Bồn bao gồm cả phần đáy biển trƣớc cửa sông và đoạn cửa sông, trong đó tập trung chủ yếu cho phần bãi biển và một phần diện tích đáy lòng sông Thu Bồn. Về mặt không gian, phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án là vùng ven biển cửa sông Thu Bồn (khu vực Cửa Đại), Quảng Nam, đƣợc xác định nhƣ sau: - Ranh giới trong: vùng trong sông Thu Bồn cách bờ biển khoảng 3,6 km nơi cả 2 nhánh của sông Hội An tạo ra cù lao cuối cùng trƣớc khi nhập vào sông Cửa Đại, dọc theo kinh tuyến 108o21‟53” E. - Ranh giới nghiên cứu phía ngoài biển (phía đông) cắt dọc theo bờ ngoài của đảo Cù Lao Chàm và Hòn Tai, theo kinh tuyến 108o32‟15” E. - Theo chiều vĩ tuyến: vùng nghiên cứu kéo dài từ vĩ độ 15049‟51”N tới 15058‟30”N ở phía bắc. Các nghiên cứu chỉ tập trung cho động lực-hình thái phần ngập nƣớc, nằm trong giới hạn độ sâu từ 0 đến 20 mét nƣớc bao gồm bộ phận đáy cửa sông và đáy biển ven bờ. 5. NHỮNG ĐIỂM MỚI VÀ HƢỚNG LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ 5.1. Những điểm mới - Làm sáng tỏ nguyên nhân bồi - xói để tạo ra những dạng địa hình ở dải ven bờ, theo chu kỳ ngắn tại vùng biển cửa sông Thu Bồn. - Việc đƣa thành phần độ sâu (phần biến đổi đáy do dòng chảy) vào trong hệ phƣơng trình tính dòng chảy phản ánh rõ tính thực tiễn “nhân - quả” trong nghiên cứu động lực - hình thái bờ biển. 5.2. Luận điểm bảo vệ + Hình thái đáy biển vùng cửa sông Thu Bồn hoàn toàn khác với các vùng biển có sông đổ ra ở Trung Bộ cũng nhƣ Bắc Bộ và Nam Bộ, đó là hình thái dạng mỏ với các val ngầm, rãnh trũng. Nhân tố tạo nên sự khác biệt này là địa hình ban 4
đầu - quyết định hƣớng tác động của các tác nhân động lực ngoại sinh là sóng, dòng chảy, thủy triều và hoạt động của sông Thu Bồn. + Địa hình bờ và đáy biển vùng biển cửa sông Thu Bồn bị biến động rất đáng kể dƣới tác động của các yếu tố động lực là sóng, dòng chảy có chu kỳ ngắn để tạo ra bãi biển tích tụ-xói lở với những dạng địa hình đặc trƣng ở khu vực. Trong những điều kiện thời tiết cực đoan chúng bị biến động mạnh, Tuy nhiên, sau đó lại dần trở lại trạng thái trƣớc đó. 6. CƠ SỞ TÀI LIỆU Luận án đƣợc xây dựng trên cơ sở tài liệu của chính nghiên cứu sinh thu thập và thực hiện trong các đề tài: KHCN-06.08 “Nghiên cứu quy luật và dự đoán xu thế bồi tụ - xói lở vùng ven biển và cửa sông Việt Nam” (1997 – 2000) Dự án “Hợp tác nghiên cứu hiện trạng và quy luật xói lở - bồi tụ bờ biển Việt Nam” giữa viện Hải dƣơng học, Nha Trang và viện Hải dƣơng học Quốc gia Ấn Độ (2000 – 2002) Ngoài ra nghiên cứu sinh còn tham khảo tại: Các công trình nghiên cứu về các quá trình thủy -thạch động lực ở đới bờ trong và ngoài nƣớc. Các tài liệu nghiên cứu về địa mạo, địa chất, khí hậu, thủy văn, động lực biển, động lực cửa sông, di chuyển vật liệu về khu vực nghiên cứu. Các bản đồ địa hình tỉ lệ 1:25.000; 1:50.000, 1:100.000 và các bản đồ khác có liên quan của khu vực nghiên cứu. Các mô hình tính sóng, dòng chảy, vận chuyển trầm tích,…liên quan với vùng nghiên cứu đã đƣợc công bố. 5
7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 7.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài Do luôn nằm trong trạng thái động cao, nên sự biến đổi địa hình bờ biển, cửa sông và đáy biển ven bờ tại khu vực thƣờng xảy ra khi biển động. Trong điều kiện nhƣ vậy, rất khó đo đạc các yếu tố động lực gây ra biển đổi và cả bản thân biến đổi địa hình. Tuy nhiên, các đặc trƣng hình thái sau đó là kết quả tác động, kết hợp của nhiều yếu tố động lực vừa xảy ra trƣớc đó trong những khoảng thời gian không dài. Do vậy, việc kết hợp giữa nhóm các phƣơng pháp nghiên cứu địa mạo truyền thống là đo đạc, khảo sát và hiện đại là mô hình hóa sẽ góp phần nghiên cứu toàn diện hơn về các quá trình gây nên sự biến động (xói lở và bồi tụ), nguyên nhân tạo ra các dạng địa hình tại khu vực. Đồng thời, hy vọng các kết quả nghiên cứu góp một phần vào việc lý giải hiện tƣợng phức tạp này. 7.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Việc nghiên cứu các quá trình xói lở - bồi tụ đáy biển, quá trình biến động bờ biển, cửa sông nhằm tìm ra tính quy luật của nó. Dựa vào đó, có thể dự báo xu thế biến động của các quá trình này với chu kỳ ngắn, giúp chúng ta giảm thiểu đƣợc những tác động xấu, cũng nhƣ khai thác những mặt tích cực của chúng ở vùng biển trƣớc cửa sông Thu Bồn. 8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung luận án đƣợc trình bày trong 4 chƣơng CHƢƠNG 1. Tổng quan về nghiên cứu động lực hình thái bờ. CHƢƠNG 2. Phƣơng pháp nghiên cứu động lực hình thái bờ. CHƢƠNG 3. Đặc điểm địa mạo vùng biển cửa sông Thu Bồn. CHƢƠNG 4. Biến đổi địa hình đáy vùng biển cửa sông Thu Bồn theo các mô hình tính. 6
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI BỜ 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA MẠO BỜ BIỂN Địa mạo bờ biển thuộc nhánh địa mạo động lực trong khoa học địa mạo nói chung và trong lĩnh vực khoa học về bờ biển nói riêng. Địa mạo bờ biển nghiên cứu động lực hình thái bờ (Coastal Morphodynamics) là nghiên cứu mối tƣơng tác lẫn nhau giữa hình dạng địa hình và các quá trình bờ. Còn các quá trình hoạt động trên một đoạn bờ nào đó là hàm số của các nhân tố khí hâu và hải dƣơng, bản chất của phần đất liền phía trong và địa hình đang tồn tại trƣớc đó. Hoạt động của các quá trình sóng và dòng chảy dẫn đến tích tụ ở nơi này và xói lở ở nơi khác làm biến đổi hình dạng địa hình. Ngƣợc lại, hình thái địa hình lại có tác động ngƣợc trở lại các quá trình, đặc biệt là hƣớng và cƣờng độ của chúng. Điều đó cho thấy mối tƣơng tác của các yếu tố động lực và các kết quả của chúng là hình thái bờ. Do hiện nay có khá nhiều khái niệm và thuật ngữ đƣợc sử dụng trong nghiên cứu địa mạo bờ biển nói chung và động lực-hình thái bờ nói riêng, cho nên, một số khái niệm và thuật ngữ sử dụng trong luận án này sẽ đƣợc nêu ra dƣới đây. 1.1.1. Khu bờ Có thể nói khu bờ biển (coastal area) là một đối tƣợng đƣợc nhiều lĩnh vực khác nhau quan tâm, nghiên cứu. Vì vậy, có rất nhiều quan niệm khác nhau về khoảng không gian tiếp giáp giữa đất và biển này. Ở mức độ khái quát nhất, Ketchum H., đã đƣa ra định nghĩa nhƣ sau: “khu bờ biển (Coastal area hoặc coastal region) là một dải đất liền và không gian biển bên cạnh (bao gồm cả nƣớc và đất dƣới đáy) mà trong đó các quá trình trên lục địa và việc sử dụng đất có ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình và việc sử dụng đại dương, và ngược lại” [theo Kay R. và Alder, 1999]. Còn theo các nhà địa mạo Cộng hòa Liên bang Nga (Liên Xô trƣớc đây), khu bờ biển lại đƣợc chia thành 3 bộ phân: khu bờ biển hiện đại, khu bờ cổ 7
đƣợc nâng lên và khu bờ cổ bị hạ xuống. Trong đó, khu bờ biển hiện đại là nơi địa hình đang chịu tác động bởi các yếu tố động lực hiện đại của tất cả các quyển trên Trái đất (thạch quyển, thủy quyển, khí quyển, sinh quyển và quyển kỹ thuật- technosphere). Trong các quá trình tác động để thành tạo địa hình ở khu bờ biển hiện đại thì hoạt động của sóng đóng vai trò quan trọng. Nó là một chỉ tiêu quan trọng để xác định ranh giới của đới bờ hiện đại. Đối với bờ biển mở, giới hạn phía lục địa của đới bờ đƣợc xác định là đƣờng sóng leo cực đại (sóng bão) hàng năm. Còn đối với vùng nƣớc kín, nửa kín thì còn phải tính đến cả một giải đất thƣờng xuyên bị tác động của các nhân tố khác của biển nhƣ thủy triều, độ mặn, dòng chảy, v.v. Ranh giới phía ngoài, theo Longinov, là độ sâu tại đó mà sóng bắt đầu biến dạng do ảnh hƣởng của địa hình đáy và ngƣợc lại, thƣờng bằng ½ bƣớc sóng. Ở khu bờ biển hiện đại có rất nhiều dạng địa hình khác nhau đƣợc thành tạo bởi các nhân tố động lực khác nhau, trong đó quan trọng hơn cả là: sóng và dòng chảy do sóng sinh ra, thủy triều, vai trò của sông. Do vậy, khi nghiên cứu động lực hình thái bờ biển, các nhà khoa học đã chia ra: - Bờ biển sóng chiếm ưu thế (wave-dominated coast) ở mức độ chung nhất, là bờ biển có năng lƣợng sóng cao hơn so với các dòng năng lƣợng khác và hầu hết đều phân bố trong các vùng bờ biển có độ lớn thủy triều nhỏ (dƣới 2,0 mét). - Bờ biển thủy triều chiếm ưu thế (tide-dominated coast) là những bờ biển mà ở đó thủy triều giữ vai trò quan trọng trong việc quyết định đối với hình thái của các dạng địa hình (kích thƣớc, sự định hƣớng, đặc điểm trầm tích, v.v.). Trong trƣờng hợp này, độ lớn thủy triều đạt trên 2,0 mét. Thêm vào đó, khi nghiên cứu các delta (thƣờng gọi là châu thổ), các nhà khoa học lại cũng dựa vào vai trò của sóng, thủy triều và sông để chia ra: delta sông chiếm ưu thế (river-dominated delta), delta sóng chiếm ưu thế (wave-dominated delta) và delta thủy triều chiếm ưu thế (tide-dominated delta) (hình 1.1) [trích theo 20]. 8