Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ chế thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực bờ biển tỉnh Trà Vinh, đề xuất giải pháp chỉnh trị

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:188

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu về xói mòn bờ biển và các giải pháp bảo vệ; Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu; Kết quả nghiên cứu về chế độ thủy thạch động lực phục vụ chỉnh trị bờ biển Trà Vinh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ chế thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực bờ biển tỉnh Trà Vinh, đề xuất giải pháp chỉnh trị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC BỜ BIỂN TỈNH TRÀ VINH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Tp. Hồ Chí Minh – Năm 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC BỜ BIỂN TỈNH TRÀ VINH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy Mã số chuyên ngành: 958 02 02 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. HOÀNG VĂN HUÂN 2. PGS.TS. LƯƠNG VĂN THANH TP. HCM – Năm 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tp. HCM, ngày 17 tháng 7 năm 2019 Tác giả luận án Nguyễn Thị Phương Thảo i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Kỹ Thuật Biển, Trường Đại Học Tài nguyên và Môi trường Tp. HCM, Khoa Tài nguyên nước đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự hướng dẫn, giúp đỡ của thầy PGS.TS. Hoàng Văn Huân và PGS.TS. Lương Văn Thanh. Các thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức quí báu cùng với những lời động viên, khích lệ và những giúp đỡ cụ thể trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Nguyễn Hữu Nhân, ThS. NCS. Phan Mạnh Hùng, ThS. Lê Thị Vân Linh, những người đã có những sự giúp đỡ rất thiết thực đối với tôi trong quá trình định hướng cho luận án và làm quen với bộ công cụ mô hình toán thực hiện trong luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến GS.TSKH. Nguyễn Ân Niên, GS. Lê Mạnh Hùng, GS. Lương Phương Hậu, GS. Tăng Đức Thắng, GS. Thiều Quang Tuấn, PGS.TS. Huỳnh Thanh Sơn, PGS.TS. Nguyễn Nghĩa Hùng và các thầy ở cơ sở đào tạo đã có những góp ý một cách rất chi tiết, cụ thể để tôi hoàn thiện dần luận án này. Con xin ghi nhớ công ơn của Bố Mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng và dạy dỗ con trưởng thành như ngày hôm nay. Bố Mẹ luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho con trước những vấn đề khó khăn trong cuộc sống. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến chồng tôi, Ngô Huy Biên. Anh đã động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án đồng thời quan tâm, chăm sóc, lo lắng công việc gia đình để tôi có đủ thời gian vừa hoàn thành công việc cơ quan, vừa thực hiện công việc nghiên cứu cho luận án này. Tôi đã nỗ lực hết sức để hoàn thành tốt luận án của mình nhưng chắc chắn sẽ còn những điều sai sót, kính mong quý thầy cô và bạn đọc đóng góp ý kiến để tôi có thể tiếp tục hoàn thiện luận án. Nguyễn Thị Phương Thảo ii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 0.1. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN ............................................................. 1 0.1.1. Yêu cầu về phòng chống sạt lở ........................................................................ 1 0.1.2. Yêu cầu về bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn .............................................. 5 0.1.3. Yêu cầu bảo vệ môi trường ven biển ............................................................... 6 0.1.4. Yêu cầu về công trình chỉnh trị và bảo vệ ổn định bờ biển ............................. 6 0.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN .............................................................. 7 0.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ....................................................... 8 0.4. CẤU TRÚC VÀ NỘI DUNG LUẬN ÁN .............................................................. 8 0.5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ....................................................... 8 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XÓI MÒN BỜ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ ....................................................................9 1.1. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ XÓI LỞ BỜ BIỂN ................................................................................................................................. 9 1.1.1. Nguyên nhân và cơ chế xói lở/bồi lắng của bờ biển bùn có rừng ngập mặn ... 9 1.1.2. Các công trình bảo vệ bờ biển ....................................................................... 20 1.2. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI LỞ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VIỆT NAM .......................................................................................................... 24 1.2.1. Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài .................................................... 24 1.2.2. Các công trình nghiên cứu kết hợp của tác giả nước ngoài và trong nước .... 24 1.2.3. Các công trình nghiên cứu của tác giả trong nước ........................................ 28 1.3. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI LỞ BỜ BIỂN TRÀ VINH ................ 33 1.3.1. Kết quả nghiên cứu của tác giả nước ngoài ................................................... 33 1.3.2. Kết quả nghiên cứu trong nước...................................................................... 34 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN BỜ BIỂN ................................... 35 1.5. NHẬN XÉT CHUNG ........................................................................................... 38 1.5.1. Những thành tựu đã đạt được......................................................................... 38 1.5.2. Những vấn đề tồn tại ...................................................................................... 39 1.6. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ................................................ 41 1.6.1. Vấn đề nghiên cứu ......................................................................................... 41 1.6.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 41 iii
1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1...................................................................................... 42 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....43 2.1. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN .................................... 43 2.1.1. Giới thiệu phương pháp mô hình toán ........................................................... 43 2.1.2. Lựa chọn phần mềm....................................................................................... 43 2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ......................................... 45 2.2.1. Mô phỏng dòng chảy vùng nước nông ......................................................... 45 2.2.2. Tính toán sóng ............................................................................................... 47 2.2.3. Mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát và biến hình lòng dẫn .................... 49 2.2.4. Phương pháp xây dựng bản đồ ...................................................................... 52 2.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ................................................................ 53 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2...................................................................................... 66 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC PHỤC VỤ CHỈNH TRỊ BỜ BIỂN TRÀ VINH .............................68 3.1. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VEN BỜ ........................................................................................................................... 68 3.1.1. Yếu tố tác động từ sông Mê Công ................................................................. 68 3.1.2. Yếu tố triều biển Đông................................................................................... 74 3.1.3. Yếu tố dòng chảy ........................................................................................... 76 3.1.4. Yếu tố sóng biển ............................................................................................ 88 3.1.5. Chế độ vận chuyển bùn cát và trữ lượng ....................................................... 94 3.1.6. Cơ chế thủy động lực và vận chuyển bùn cát .............................................. 105 3.1.7. Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng bờ biển Trà Vinh ........... 107 3.2. NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI BỜ BIỂN TRÀ VINH ......................................... 111 3.2.1. Đặc trưng hình thái bờ biển Trà Vinh .......................................................... 111 3.2.2. Kết quả mô phỏng chế độ bồi xói vùng bờ biển Trà Vinh cho các kịch bản114 3.2.3. Xây dựng quan hệ đường giữa chiều dày bồi lắng theo thời gian tại một số khu vực đặc trưng bờ biển Trà Vinh .......................................................................... 118 3.3. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ ..... 123 3.3.1. Các quá trình xói lở...................................................................................... 123 3.3.2. Đề xuất giải pháp chỉnh trị ........................................................................... 130 3.4. GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ BẢO VỆ BỜ BIỂN TRÀ VINH KHU VỰC HIỆP THẠNH .......................................................................................................................... 134 iv
3.4.1. Giới thiện khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh ................................................. 134 3.4.2. Lựa chọn phương án bố trí tổng thể công trình ........................................... 135 3.4.3. Phân tích hiệu quả của hệ thống công trình chỉnh trị................................... 138 3.4.4. Nhận xét chung ............................................................................................ 143 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.................................................................................... 144 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................146 4.1. KẾT LUẬN ......................................................................................................... 146 4.2. KIẾN NGHỊ ........................................................................................................ 148 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...................................................... 150 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH – KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH ............................ 157 PHỤ LỤC 2: ĐỊA HÌNH KHU VỰC BỜ BIỂN TRÀ VINH ...................................... - 1 - PHỤ LỤC 3: TÀI LIỆU CHỨNG MINH BÙN CÁT BỊ GIỮ LẠI Ở THƯỢNG NGUỒN DO XÂY DỰNG ĐẬP THỦY ĐIỆN TRÊN SÔNG MÊ CÔNG ................. - 1 - v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT - BBTV: Bờ biển Trà Vinh - BĐKH: Biến đổi khí hậu - BTCT: Bê tông cốt thép - CSDL: Cơ sở dữ liệu - DEM: Digital Elevation Model - ĐB: đông bắc - ĐH: Đại học - ĐHXD: Đại học xây dựng - ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long - GIS: Geographical Information System (Hệ thống thông tin địa lý) - GMĐB: Gió mùa đông bắc - GMTN: Gió mùa tây nam - KTTV: Khí tượng thủy văn - KTXH: Kinh tế xã hội - NBD: Nước biển dâng - NCKH: Nghiên cứu khoa học - NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn - NCS: Nghiên cứu sinh - TN: Tây nam - TNMT: Tài nguyên môi trường - tp. HCM: Thành phố Hồ Chí Minh - TT.: Thị trấn - TVXD: Tư vấn xây dựng - VNC: Vùng nghiên cứu - XD: Xây dựng vi
DANH MỤC BẢNG Bảng 0. 1: Hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh mùa gió Đông Bắc ............................. 2 Bảng 0. 2: Hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh mùa gió Tây Nam ............................... 3 Bảng 2. 1: Phân tích lựa chọn phần mềm ............................................................................ 44 Bảng 2. 2: Phân loại bùn cát mịn ......................................................................................... 49 Bảng 2. 3: Các thông số thiết lập trong mô hình Mike 21/3 FM ......................................... 60 Bảng 2. 4: Kịch bản nước biển dâng xét cho toàn khu vực biển Đông ............................... 64 Bảng 3. 1: Tọa độ của các mặt cắt cửa sông Mê Công ........................................................ 68 Bảng 3. 2: Lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại các cửa sông Mê Công (năm 2011) ............. 69 Bảng 3. 3: Bảng so sánh lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên (năm 2011) ............................................................................... 71 Bảng 3. 4: Lưu lượng bùn cát lớn nhất tại các cửa sông Mê Công (năm 2011) .................. 72 Bảng 3. 5: Bảng so sánh lưu lượng bùn cát lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên (năm 2011) ....................................................................................... 73 Bảng 3. 6: Phân bố gió mùa hàng năm ở biển Đông ........................................................... 77 Bảng 3. 7: Tọa độ các điểm trích xuất giá trị vận tốc dòng chảy ........................................ 81 Bảng 3. 8: Tổng hợp các hoa sóng tại khu vực ven biển Trà Vinh...................................... 92 Bảng 3. 9: Tọa độ các mặt cắt trích xuất kết quả chuyển tải lưu lượng bùn cát .................. 95 Bảng 3. 10: Tổng lượng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt MC1 trong 1 ngày ..................... 98 Bảng 3. 11: Kết quả tính toán thông lượng bùn cát dọc bờ qua các mặt cắt ....................... 99 Bảng 3. 12: Tọa độ các mặt cắt của ô tính cân bằng bùn cát khu vực hiệp Thạnh ............ 102 Bảng 3. 13: Phân tích trữ lượng bùn cát khu vực Hiệp Thạnh .......................................... 103 Bảng 3. 14: Phân tích trữ lượng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải ............ 103 Bảng 3. 15: Tọa độ các mặt cắt của ô tính cân bằng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải ........................................................................................................... 104 Bảng 3. 16: Tọa độ các điểm trích xuất giá trị thay đổi bề dày lớp bồi tụ ......................... 118 Bảng 3. 17: Giá trị bề dày lớp bồi tụ tại các điểm Sx, Sb, So tương ứng với các kịch bản119 Bảng 3. 18: Mức độ thay đổi bề dày lớp bồi tụ so với kịch bản hiện trạng (%) ................ 121 Bảng 3. 19: Đặc điểm và nguyên nhân xói lở tại các khu vực trọng điểm ........................ 131 Bảng 3. 20: Các thông số thiết kế công trình gây bồi tạo bãi ............................................ 137 Bảng 3. 21: Các kịch bản bố trí công trình chỉnh trị .......................................................... 137 vii
DANH MỤC HÌNH Hình 0. 1: Thực trạng xói bồi bờ biển Trà Vinh mùa gió Đông Bắc ..................................... 2 Hình 0. 2: Thực trạng xói bồi bờ biển Trà Vinh mùa gió Tây Nam ...................................... 3 Hình 0. 3: Diễn biến BBTV từ 1989 - 2012 qua phân tích ảnh viễn thám ........................... 5 Hình 0. 4: Kè Hiệp Thạnh (trái) và khu vực xói lở phía trước và sau kè (phải) .................... 6 Hình 1. 1: Sơ đồ dòng mặt của dòng ngoài bờ và hệ thống dòng ven bờ (chiều dài mũi tên biểu thị thị trị số lưu tốc tương đối) .............................................................. 13 Hình 1. 2: Vận chuyển bùn cát dọc bờ ................................................................................ 16 Hình 1. 3: Sự thay đổi mặt cắt bờ biển do một sự kiện bão ................................................ 16 Hình 1. 4: Bùn (trái) và cát (phải) ....................................................................................... 17 Hình 1. 5: Quá trình vận chuyển bùn cát ............................................................................ 18 Hình 1. 6: Sơ đồ nguyên nhân của xói lở, bồi tụ bờ biển .................................................... 19 Hình 1. 7: Các dạng tích tụ bùn cát phát triển sau khi xây dựng đê chắn sóng .................. 21 Hình 1. 8: Quy trình tính toán khoảng cách giữa các mỏ hàn ............................................. 22 Hình 1. 9: Tuổi các giồng phân tích bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang thạch anh từ Vàm Láng (Tiền Giang) đến Duyên Hải (Trà Vinh) .......................................... 25 Hình 1. 10: Quá trình hình thành và phát triển của các tỉnh giữa sông Tiền và sông Hậu từ 3500 năm trước hiện tại .................................................................................. 26 Hình 1. 11: Xu thế tích tụ trầm tích và vận chuyển trầm tích .............................................. 26 Hình 1. 12: Lưới tính vùng nghiên cứu của dự án JICA...................................................... 27 Hình 1. 13: Mặt cắt địa chất ven biển Trà Vinh .................................................................. 29 Hình 1. 14: Lưới tính của mô hình trong nghiên cứu của Vũ Duy Vĩnh ............................ 30 Hình 1. 15: Phân bố trầm tích lơ lửng (kg/m3) tầng mặt vùng ven bờ Châu thổ sông Mê Công .................................................................................................................... 31 Hình 1. 16: Biến động địa hình (cm) khu vực cửa Trần Đề và Cung Hầu sau 1 tháng ...... 32 Hình 1. 17: Các quy luật diễn biến địa hình đáy phổ biến tại vùng bồi tụ ven biển Cà Mau...................................................................................................................... 33 Hình 1. 18: Bản đồ vị trí vùng nghiên cứu (được khoanh tròn) .......................................... 42 Hình 2. 1: Các bước thực hiện trong nghiên cứu bài toán diễn biến bờ biển bằng mô hình toán .............................................................................................................. 43 Hình 2. 2: Vị trí các điểm tính trên lưới so le trong hệ tọa độ x,y ...................................... 47 Hình 2. 3: Qui trình xây dựng sơ đồ thủy động lực bằng phương pháp GIS ....................... 53 Hình 2. 4: Phạm vi địa hình đo đạc trên cạn và dưới nước thu thập cho VNC ................... 54 Hình 2. 5: Vị trí các trạm đo năm 2011 và năm 2014.......................................................... 55 Hình 2. 6: Vị trí các điểm lấy mẫu bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy năm 2011 ........................ 56 Hình 2. 7: Vị trí các điểm lấy mẫu bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy năm 2014 ........................ 56 viii
Hình 2. 8: Lưới tính, địa hình đáy biển và ba đoạn biên mở của miền tính ....................... 58 Hình 2. 9: Mô phỏng các công trình bảo vệ bờ và kênh chính trên lưới tính ..................... 59 Hình 2. 10: Các module sử dụng trong mô hình Mike 21/3 FM ......................................... 60 Hình 2. 11: Quá trình bồi/xói đáy trong mô hình “đa lớp bồi tụ”........................................ 62 Hình 2. 12: Thay đổi nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình tháng tại các trạm Cần Thơ và Mỹ Thuận trước và sau khi đập Manwan đi vào vận hành năm 1993. Đường nằm ngang biểu thị nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình ..................................... 65 Hình 2. 13: Sơ đồ các bước thực hiện nội dung nghiên cứu ................................................ 67 Hình 3. 1: Vị trí trích xuất kết quả lưu lượng dòng chảy và lưu lượng bùn cát................... 69 Hình 3. 2: Lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại các cửa sông Mê Công trong 12 tháng ......... 70 Hình 3. 3: Biểu đồ so sánh lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên. .................................................................................................. 71 Hình 3. 4: Lưu lượng bùn cát lớn nhất tại các cửa sông Mê Công trong năm 2011 ............ 72 Hình 3. 5: Biểu đồ so sánh lưu lượng bùn cát lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên ................................................................................................... 73 Hình 3. 6: Dao động mực nước tại điểm T6 ven biển Trà Vinh năm 2011 ......................... 74 Hình 3. 7: Dao động mực nước tại điểm T6 tháng 4/2011 .................................................. 74 Hình 3. 8: Dao động mực nước tại điểm T6 tháng 9/2011 .................................................. 75 Hình 3. 9: Kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính tại điểm T6 tháng 4/2011 .......... 76 Hình 3. 10: Kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính tại điểm T6 tháng 9/2011 ........ 76 Hình 3. 11: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMĐB khi triều dâng ................. 78 Hình 3. 12: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMĐB khi triều rút ..................... 78 Hình 3. 13: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMTN khi triều dâng .................. 79 Hình 3. 14: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMTN khi triều rút ..................... 79 Hình 3. 15: Vị trí các điểm trích xuất kết quả vận tốc dòng chảy vùng nghiên cứu............ 80 Hình 3. 16: Biểu đồ so sánh giá trị dòng chảy lớn nhất tại các vị trí ................................... 81 Hình 3. 17: Trường dòng chảy vào cuối mùa gió tây nam khi triều bắt đầu dâng .............. 83 Hình 3. 18: Trường dòng chảy vào đầu mùa gió tây nam khi triều bắt đầu dâng................ 83 Hình 3. 19: Trường dòng chảy biển Đông vào đầu mùa gió tây nam khi triều dâng .......... 84 Hình 3. 20: Trường dòng chảy biển Đông vào cuối mùa gió tây nam khi triều dâng ......... 84 Hình 3. 21: Sự tương tác, tổ hợp giữa các loại dòng chảy tại điểm T6 ............................... 85 Hình 3. 22: Vận tốc dòng ven (dòng dư) tại các vị trí ......................................................... 86 Hình 3. 23: Dòng dư gió mùa đông bắc ............................................................................... 87 Hình 3. 24: Trường vận tốc tức thời do dòng triều đơn thuần trong pha triều lên .............. 88 Hình 3. 25: Trường sóng và chiều cao sóng vào thời điểm gió mùa đông bắc.................... 89 Hình 3. 26: Chiều cao sóng vào thời điểm gió mùa tây nam ............................................... 89 ix
Hình 3. 27: Biểu đồ so sánh giá trị chiều cao sóng trung bình tại các vị trí ........................ 90 Hình 3. 28: Cao độ địa hình khu vực ven biển TV và vị trí trích xuất hoa sóng ................. 92 Hình 3. 29: Vị trí các mặt cắt và hướng vận chuyển bùn cát tương ứng với giá trị trích xuất từ mô hình.................................................................................................... 95 Hình 3. 30: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 1 .................................................... 95 Hình 3. 31: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 3 .................................................... 96 Hình 3. 32: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 2 .................................................... 97 Hình 3. 33: Hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ trong mùa gió đông bắc ............................ 99 Hình 3. 34: Hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ trong mùa gió tây nam ............................ 100 Hình 3. 35: Thông lượng bùn cát dọc bờ hàng năm qua các mặt cắt ................................ 100 Hình 3. 36: Phạm vi các ô tính cân bằng bùn cát khu vực Hiệp Thạnh ............................. 102 Hình 3. 37: Phạm vi các ô tính cân bằng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải104 Hình 3. 38: Phân bố hạt trầm tích D50 thiết lập trong phần mềm Arcgis ......................... 107 Hình 3. 39: Trường dòng chảy khi triều dâng và rút thiết lập trong Arcgis ...................... 108 Hình 3. 40: Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng ven biển Trà Vinh trong MGĐB ............................................................................................................... 109 Hình 3. 41: Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng ven biển Trà Vinh trong MGTN ............................................................................................................... 110 Hình 3. 42: Mặt cắt ngang đới bờ biển ............................................................................. 111 Hình 3. 43: Sơ họa mặt cắt ngang đới bờ biển Trà Vinh ................................................... 112 Hình 3. 44: Bản đồ đồng bằng sông Cửu Long ................................................................. 113 Hình 3. 45: Diễn biến bồi xói bờ biển Trà Vinh sau 1 năm – kịch bản hiện trạng và vị trí các điểm trích xuất kết quả ................................................................................ 116 Hình 3. 46: Diễn biến bồi xói bờ biển Trà Vinh sau 1 năm – Các kịch bản ...................... 117 Hình 3. 47: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sx với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm ...................................................................................................................... 118 Hình 3. 48: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sx với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30%............................................................................................................ 118 Hình 3. 49: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sb với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm ...................................................................................................................... 120 Hình 3. 50: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sb với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30%............................................................................................................ 120 Hình 3. 51: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm So với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm ...................................................................................................................... 120 Hình 3. 52: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm So với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30%............................................................................................................ 121 Hình 3. 53: Hoa sóng vào mùa gió đông bắc tại các vị trí trích xuất................................. 126 x
Hình 3. 54: Vị trí các khu vực sạt lở trọng điểm và định hướng bố trí công trình chỉnh trị132 Hình 3. 55: Ví dụ về dạng công trình hàng rào cừ tràm ở Cà Mau ................................... 133 Hình 3. 56: Hình ảnh rừng ngập mặn (trái) và rừng phòng hộ phi lao (phải) tại khu vực ven biển Trà Vinh .............................................................................................. 134 Hình 3. 57: Vị trí bờ biển xã Hiệp Thạnh .......................................................................... 134 Hình 3. 58: Vị trí các đoạn bờ biển xã Hiệp Thạnh ........................................................... 135 Hình 3. 59: Sơ đồ minh họa cho các thông số tính toán .................................................... 136 Hình 3. 60: Sơ đồ bố trí công trình chỉnh trị bờ biển xã Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh ....... 138 Hình 3. 61: Trường dòng chảy khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều dâng ............................. 138 Hình 3. 62: Trường dòng chảy và mực nước khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều rút ......... 139 Hình 3. 63: Vị trí điểm trích xuất dòng chảy (cách đê 50m) ............................................. 139 Hình 3. 64: Hoa dòng chảy tại điểm P ứng với các kịch bản HT, KB1, KB2, KB3 thời kỳ gió mùa Đông Bắc (1/1/2011÷ 27/1/2011) .................................................. 139 Hình 3. 65: Trường sóng mùa gió đông bắc khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh ................. 140 Hình 3. 66: Vị trí các mặt cắt để xem xét sự thay đổi sóng trong khu vực được kè mỏ hàn chữ T bảo vệ ............................................................................................... 140 Hình 3. 67: Chiều cao sóng tại mặt cắt 3 (trái) và mặt cắt 4 (phải) thời điểm 19:00 ngày 18/1/2011 (mùa Đông Bắc) ............................................................................... 141 Hình 3. 68: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC1 giữa 2 phương án .......... 141 Hình 3. 67: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC2 giữa 2 phương án .......... 142 Hình 3. 70: Mức độ bồi tụ tại mặt cắt 3 (trái) và mặt cắt 4 (phải) sau 1 tháng .................. 142 Hình 3. 71: Diễn biến bồi xói khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh phương án có công trình sau 1 tháng tính toán (1-23/1/2011, mùa gió đông bắc) .................................... 143 xi
MỞ ĐẦU 0.1. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN Trong những năm gần đây, tình trạng bờ biển và hệ thống đê bị sạt lở nghiêm trọng, xảy ra trên phạm vi rộng lớn đối với hầu như tất cả các tỉnh ven biển ĐBSCL, ảnh hưởng đáng kể tới sự phát triển kinh tế của các ngành liên quan đến khai thác tổng hợp dải ven biển. Đặc điểm diễn biến của các dải ven biển có xu thế rất khác nhau tùy thuộc vào địa chất ven biển, các yếu tố từ đại dương, yếu tố tác động từ sông, tác động của con người,… Việc nghiên cứu sâu các vấn đề về cơ chế động lực – vận chuyển bùn cát khu vực ven biển tỉnh Trà Vinh, phục vụ công tác chỉnh trị và bảo vệ bờ biển nhằm đáp ứng các yêu cầu thực tiễn sau: 0.1.1. Yêu cầu về phòng chống sạt lở Bờ biển tỉnh Trà Vinh nằm ở vị trí rất đặc biệt, kẹp giữa 2 cửa sông (cửa Cung Hầu-Cổ Chiên và cửa Định An) có diễn biến đường bờ khá phức tạp, xen lẫn bồi, xói. Nhiều khu vực bị xói lở với tốc độ nhanh trong những thập niên gần đây gây mất đất và rừng phòng hộ ven biển. Tài liệu hiện trạng bờ biển tỉnh Trà Vinh theo kết quả điều tra, khảo sát thực hiện trong những năm từ 2010 đến 2012 [1], năm 2014 [3] và theo thu thập thực địa phục vụ luận án cho thấy rằng, trên toàn dải bờ biển sự bồi tụ, ổn định và xói lở diễn ra so le nhau tại nhiều vị trí. Các khu vực chiếm ưu thế về bồi tụ là khu vực cửa sông, cửa rạch như khu vực cửa Cung Hầu – vị trí sông Bến Chùa, vị trí cửa Vàm Láng Nước, cửa Định An và Hố Tàu. Các khu vực xẩy ra hiện tượng xói lở mạnh như khu vực ấp Bào xã Hiệp Thạnh, khu vực Ba Động xã Trường Long Hòa và khu vực xã Dân Thành (Hình 0.1). Tổng thể hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh trong mùa gió Đông Bắc, Tây Nam được thể hiện trên Hình 0.1 - 0.2 và thống kê chi tiết trong bảng 0.1 - 0.2. 1
Hình 0. 1: Thực trạng xói bồi bờ biển Trà Vinh mùa gió Đông Bắc Bảng 0. 1: Hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh mùa gió Đông Bắc Bờ ổn Đoạn bờ lở Đoạn bờ bồi Địa phận xã Vị trí định km Mức độ km km Mức độ 3 Nhẹ Hiệp Thạnh (8,5 A -F 3 Nặng km) 2,5 Trung bình 3 Trung bình Trường Long Hòa 4 G-M (13,5 km) 4 Trung bình 2,5 Nặng Dân Thành (5 km) N-Q 5 Trung bình 2,5 Nhẹ 7 Trung bình Đông Hải (19 km) R-X 1,5 Trung bình 2,5 5,5 Trung bình 23 km còn lại (9km thuộc xã Mỹ Long và Mỹ Long Nam, 14 km thuộc xã Long Vĩnh): Bờ biển ở trạng thái ổn định 2
Hình 0. 2: Thực trạng xói bồi bờ biển Trà Vinh mùa gió Tây Nam Bảng 0. 2: Hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh mùa gió Tây Nam Bờ ổn Vị Đoạn bờ lở Đoạn bờ bồi Địa phận xã định trí km Mức độ km km Mức độ Mỹ Long và Mỹ Long A-B 9 Nam (9km) 2,5 Trung bình Hiệp Thạnh (8,5 km) C-H 3 Nặng 3 Trung bình 7 Trường Long Hòa I-M 2 Trung bình (13,5 km) 4,5 Nặng Dân Thành (5 km) N-P 5 Trung bình 1 Nhẹ Đông Hải (19 km) Q-R 18 Trung bình Long Vĩnh (14km) S-T 1 Nhẹ 13 Các mức độ sạt lở - bồi tụ được chia như sau: Mức độ sạt lở: Nặng: sạt lở từ 10 – 20 m/năm; Trung bình: sạt lở từ 5 – 10 m/năm; Nhẹ: sạt lở từ 1 – 5 m/năm; Mức độ bồi tụ: Mạnh: bồi tụ từ 20 – 50 m/năm; Trung bình: bồi tụ từ 5 – 3
20 m/năm; Nhẹ: bồi tụ từ 1 – 5 m/năm; Những đoạn bờ biển có xu thế ổn định hoặc bồi tụ như sau: - Đoạn bờ biển gồm thị trấn Mỹ Long và xã Mỹ Long Nam; - Đoạn bờ biển thuộc xã Hiệp Thạnh - Duyên Hải từ vàm Thâu Râu chạy dài đến Vàm Láng Nước; - Đoạn từ ấp Nhà Mát xã Trường Long Hòa kéo dài trên phạm vi khoảng 8km đến giáp khu du lịch biển Ba Động là đoạn có xu thế bồi tụ và ổn định; - Đoạn bờ biển thuộc xã Đông Hải - Duyên Hải, trong hàng chục năm trở lại đây, hiện tượng bồi tụ diễn ra phổ biến và có hệ thống. Hiện nay, dọc bờ biển kéo dài khoảng 19km có bãi biển trải rộng, rừng cây phòng hộ mới trồng đang phát triển tốt; - Xã Long Vĩnh được dãy rừng bần tự nhiên bảo vệ, bờ biển ổn định. Những đoạn bờ biển đang bị sạt lở trong cả hai mùa gió đông bắc và tây nam như sau: - Đoạn bờ biển thuộc ấp Chợ xã Hiệp Thạnh có chiều dài khoảng 2,5km hiện nay mức độ xói lở ngày càng tăng đặc biệt nghiêm trọng khi triều dâng cao; - Đoạn bờ biển thuộc ấp Bầu, xã Hiệp Thạnh kéo dài trên phạm vi 3km đang xảy ra hiện tượng sạt lở rất mạnh, tốc độ sạt lở ngày càng tăng trong vài năm gần đây; - Đoạn bờ biển 1,2km thuộc ấp Nhà Mát xã Trường Long Hoà có hiện tượng sạt lở trung bình. - Đoạn bờ biển thuộc ấp Cồn Trứng xã Trường Long Hoà - Duyên Hải kéo dài từ khu du lịch biển Ba Động đến giáp phạm vi xã Dân Thành với chiều dài 5km, hiện tượng sạt lở đang xảy ra mạnh, mặc dù mức độ xói lở càng gần với địa phận xã Dân Thành càng giảm; - Xã Dân Thành - Duyên Hải có chiều dài 5km, tại đoạn ấp Láng Cháo kéo dài xuống ấp Mù U dài khoảng 2,5km thường bị sạt lở hàng năm từ 10-15m, 4
đoạn bờ biển tiếp theo của xã Dân Thành hiện nay có dãy rừng phi lao, rừng mắm đã bảo vệ bờ biển không còn bị sạt lở. Nhận xét chung: Đối với những đoạn bờ biển có diễn biến xói lở trong cả hai mùa gió đông bắc và tây nam, tình trạng này đã diễn ra hàng chục năm và trở nên đặc biệt nghiêm trọng trong thời gian gần đây. Xét về mặt quy luật tự nhiên, việc bờ biển “tiến” hoặc ‘lùi” chỉ là một giai đoạn trong quá trình biến đổi đường bờ dưới tác động của sóng và dòng chảy. Tuy nhiên, đối với vấn đề kinh tế - xã hội của một địa phương (tỉnh Trà Vinh) đây là một vấn đề quan trọng. Cùng với đà phát triển về dân số và kinh tế, các vùng đất ven biển đã được sử dụng để làm đất canh tác, xây dựng các khu du lịch, xây dựng nhà máy nhiệt điện,... Tình trạng sạt lở bờ biển nghiêm trọng trong thời gian qua đã làm mất đi hàng trăm héc ta đất canh tác ven biển, ảnh hưởng đến đời sống và sinh kế người dân, đồng thời thu hẹp quỹ đất của tỉnh và phạm vi lãnh thổ của đất nước. 0.1.2. Yêu cầu về bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn Hình 0. 3: Diễn biến BBTV từ 1989 - 2012 qua phân tích ảnh viễn thám [1] Rừng ngập mặn/ phòng hộ là tấm lá chắn bảo vệ vùng ven biển, có tác dụng giảm sóng, hạn chế xói lở bờ biển, lắng đọng lượng bùn cát từ nơi khác do sóng và dòng chảy mang tới. Kết quả nghiên cứu diễn biến bờ biển Trà Vinh trong những năm gần đây cho thấy diện tích đất ven biển, bao gồm chủ yếu là rừng ngập mặn và phòng hộ giảm đáng kể, đặc biệt tại một số khu vực trọng 5
điểm như xã Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa, Dân Thành [1] (xem hình 0.3). Chính vì vậy việc khôi phục và phát triển rừng ngập mặn cho dải ven biển đặc biệt là những khu vực đang xói lở là rất cần thiết. 0.1.3. Yêu cầu bảo vệ môi trường ven biển Rừng ngập mặn mang lại các giá trị về sinh thái - môi trường và dịch vụ to lớn cho đời sống: là vườn ươm và phát triển của nhiều loài thủy hải sản; là nơi cư trú và làm tổ của nhiều loài chim, động vật ở nước, thú quý hiếm; cung cấp dược liệu, chất đốt, nguyên liệu cho công nghiệp; là lá phổi xanh hấp thụ khí các-bon-nic điều tiết nhiệt độ và khí hậu... Một số khu bãi biển có lợi thế để phát triển du lịch, dịch vụ đang bị sóng và dòng chảy gây xói lở nghiêm trọng có nguy cơ làm thiệt hại không chỉ cơ sở hạ tầng mà còn ảnh hưởng đến chủ trương phát triển kinh tế của tỉnh Trà Vinh tại các khu vực này (xem hình 0.1. về tình trạng xói lở tại khu du lịch bãi biển Ba Động). 0.1.4. Yêu cầu về công trình chỉnh trị và bảo vệ ổn định bờ biển Hình 0. 4: Kè Hiệp Thạnh (trái) và khu vực xói lở phía trước và sau kè (phải) Một số khu vực xói lở trọng điểm của tỉnh Trà Vinh đã được xây dựng kè bê tông bảo vệ bờ trực tiếp. Tuy nhiên, sau khi kè đã xây dựng diễn biến xói lở với mức độ nghiêm trọng tiếp tục xảy ra ở các khu vực lân cận (xem hình 0.4). Từ những kết quả thực tế nói trên cho thấy rằng, việc nghiên cứu sâu các vấn đề về cơ chế động lực – vận chuyển bùn cát khu vực ven biển tỉnh Trà Vinh, phục vụ công tác chỉnh trị và bảo vệ bờ biển là rất cần thiết. 6
0.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN Nghiên cứu về bờ biển cần chú trọng đến 3 đặc trưng cơ bản của môi trường đới bờ biển là: (i) Thủy động lực (chủ yếu là sóng, triều và dòng chảy); (ii) Vận chuyển bùn cát (phù sa lơ lửng và trầm tích đáy); (iii) Hình thái (diễn biễn bồi và xói của bờ biển). Những đặc trưng nói trên là các vấn đề mấu chốt và khó khăn nhất trong nghiên cứu để chỉnh trị và xây dựng công trình bảo vệ bờ biển. Bờ biển Trà Vinh có vị trí nằm kẹp giữa hai cửa sông lớn của sông Mê Công (Cung Hầu – Cổ Chiên và Định An – Trần Đề). Những yếu tố tác động lên cơ chế hoạt động của 3 đặc trưng cơ bản trong môi trường đới bờ biển Trà Vinh là: dòng chảy-chuyển tải bùn cát từ sông Mê Công, dòng chảy biển, sóng, gió, thủy triều, địa chất vùng bờ, khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa, tác động của con người, biến đổi khí hậu,… Đây là những vấn đề thiên văn, địa lý hấp dẫn nhưng lại rất phức tạp trong mô phỏng bằng các phương trình toán học và cơ học (mô hình vật lý). Cùng với bề dày phát triển của khoa học nghiên cứu về động lực sông biển, việc khám phá các quy luật cơ bản của các yếu tố kể trên đã hoàn thiện về cơ bản, kèm theo đó là sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp nghiên cứu. Trong đó phương pháp mô hình toán được xem là nổi trội nhờ vào khả năng tính toán của máy tính, đặc biệt khi thực hiện nghiên cứu đối với vùng rộng lớn như toàn dải bờ biển Trà Vinh và giải quyết các bài toán giả định. Luận án sẽ sử dụng phương pháp mô hình toán nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố đến toàn bộ quá trình động lực – vận chuyển bùn cát và những biến đổi về mặt hình thái, để từ đó xây dựng được cơ sở khoa học nhằm chỉnh trị và ổn định bờ biển Trà Vinh. Trên cơ sở mô hình đã thiết lập, luận án xây dựng các kịch bản, nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của sự suy giảm lượng phù sa sông Mê Công và sự gia tăng mực nước biển (BĐKH) đến xu thế biến đổi cao trình địa hình đáy một số khu vực đặc biệt ven biển Trà Vinh. 7