Luận văn thạc sĩ " ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG "

Chia sẻ: Phạm Huy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

135
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các hiện tượng sa bồi luồng cảng, cửa sông, xói lở-bồi tụ bờ biển, độ đục trong nước ra tăng làm ảnh hưởng đến chất lượng nước các bãi tắm, khu nuôi trồng thủy sản đều liên quan đến trầm tích lơ lửng (TTLL). Ngoài ra, những khu vực có giá trị hàm lượng TTLL cao làm ảnh hưởng tới tầm nhìn xuyên suốt của khối nước, sự quang hợp của thực vật và sự sống của các loài sinh vật trong môi trường nước....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ " ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG "

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN oo TRẦN ANH TÚ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN ANH TÚ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 60.44.97 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. ĐINH VĂN ƯU Hà Nội - 2012
Lời cảm ơn ! Học viên trân trọng cảm ơn các thầy, cô Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt thời gian học viên tham gia lớp cao học. Đặc biệt, để hoàn thành luận văn, học viên được sự hướng dẫn tận tình của GS. TS. Đinh Văn Ưu, học viên trân trọng cảm ơn THẦY. Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp trong cơ quan, Lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường biển-nơi học viên đang công tác đã tạo điều kiện về mặt thủ tục, thời gian và hết sức quan tâm động viên tinh thần trong khoảng thời gian đi học và hoàn thành luận văn. Học viên xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 Học viên
MỤC LỤC NGHĨA CỦA CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................................i DANH MỤC HÌNH VẼ .....................................................................................................ii DANH MỤC BẢNG..........................................................................................................iv MỞ ĐẦU ...........................................................................................................................3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HẢI PHÒNG...................................................................................................5 I.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu .................................................................................5 I.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước......................................................................5 I.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................................7 I.2. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu...................................................................9 I.2.1. Chế độ khí hậu, khí tượng .................................................................................9 I.2.2. Thủy văn, hải văn..............................................................................................11 I.2.3. Đặc điểm trầm tích ...........................................................................................15 CHƯƠNG II. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................................................17 II.1. Tài liệu..................................................................................................................17 II.1.1. Địa hình...........................................................................................................17 II.1.2. Khí tượng ........................................................................................................17 II.1.3. Thủy hải văn ....................................................................................................18 II.1.4. Trầm tích lơ lửng.............................................................................................19 II.2. Phương pháp .........................................................................................................19 II.2.1. Mô hình thủy động lực .....................................................................................19 II.2.2. Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng ...............................................................24
CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG..............................................................................26 III.1. Phân bố TTLL theo thời gian ...............................................................................27 III.2. Đặc điểm TTLL khu vực các sông Hải Phòng......................................................31 III.3. Đặc điểm TTLL khu vực xa bờ Hải Phòng...........................................................33 CHƯƠNG IV. MÔ PHỎNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELF-T3D...........................................................37 IV.1. Triển khai mô hình thủy động lực ........................................................................37 IV.2. Triển khai mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng ...................................................42 IV.3. Kết quả tính toán..................................................................................................45 IV.3.1. Dòng chảy ......................................................................................................45 IV.3.2. Trầm tích lơ lửng............................................................................................51 KẾT LUẬN .......................................................................................................................61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................62 PHỤ LỤC ..........................................................................................................................65
NGHĨA CỦA CHỮ VIẾT TẮT BTNMT: Bộ Tài nguyên và Môi trường COHEREN: Mô hình kết hợp Thủy động lực-Sinh thái GENESIS: Mô hình số trị tính biến đổi đường bờ GHCP: Giới hạn cho phép KHCN: Khoa học và Công nghệ QCVN10:2008: Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ SHYFEM: Mô hình số trị phần tử hữu hạn TTLL: Trầm tích lơ lửng Viện KH&CNVN: Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Viện TN&MTB: Viện Tài nguyên và Môi trường biển i
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.: Số lượng bão ở khu vực Hải Phòng (1945-2007)………….………………………….…. 11 Hình 1.2.: Sơ đồ phân bố trầm tích đáy khu vực nghiên cứu………….………………………….….16 Hình 2.1.: Hoa gió Trạm Hòn Dấu………….………………………………………………………………….….18 Hình 2.2.: Lưới so le trong mô hình thủy động lực………………………………………………….…… 22 Hình 2.3.: Các quá trình cơ bản trong mô hình lan truyền TTLL…………….……………….… 25 Hình 3.1.: Vị trí và tọa độ điểm quan trắc TTLL và khu vực lân cận………………….…….…. 27 Hình 3.2.: Biểu đồ giá trị TTLL trung bình mùa (1996-2010) khu vực Đồ Sơn….…….. 27 Hình 3.3.: Biểu đồ giá trị trung bình năm của TTLL và tổng lượng mưa năm khu vực Hải Phòng (1996-2010)……………………………………………………………………………………..…….…….. 28 Hình 3.4.: Nồng độ TTLL trung bình 10 năm và theo tầng trong khu vực ven bờ phía bắc Việt Nam……………………………………………………………………………………………………..…….…….. 30 Hình 3.5.: Biến động nồng độ TTLL trung bình theo mùa trong khu vực ven bờ phía bắc Việt Nam……………………………………………………………………………………………………..…….…….. 30 Hình 3.6.: Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sông ven biển Hải Phòng vào mùa khô……………………………………………………………………………………..…….……. 31 Hình 3.7.: Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sông ven biển Hải Phòng vào mùa mưa……………………………………………………………………………..………..………. 32 Hình 3.8.: Sơ đồ thu mẫu TTLL xa bờ khu vực Hải Phòng…………..……………………….….…. 33 Hình 3.9.: Phân bố TTLL theo không gian khu vực nghiên cứu trong mùa khô…...….…. 35 Hình 3.10.: Phân bố TTLL theo không gian khu vực nghiên cứu trong mùa khô….....…. 35 Hình 4.1.: Trường độ sâu vịnh Bắc Bộ (a) và lưới khu vực nghiên cứu (b).……….…..….… 37 Hình 4.2.: Trường độ sâu và trạm (B2) đo đạc kiểm chứng mô hình....……………….…….… 38 Hình 4.3.: Đường quá trình mực nước giữa thực đo và kết quả tính từ mô hình tại Trạm Hòn Dấu………………………………..…………………………………………………………………….…….….41 Hình 4.4.: Vận tốc dòng chảy (mùa khô) theo kết quả tính toán mô hình và số liệu quan trắc tại trạm kiểm chứng B2……………………………..………………………………………….…….…. 42 ii
Hình 4.5.: Hàm lượng TTLL (mùa khô) theo kết quả tính toán mô hình và số liệu quan trắc tại trạm kiểm chứng B2……………………………..………………………………………….…….…. 44 Hình 4.6.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 08h ngày 05/3/2010 (mùa khô)………..………………………………………………………………………………………………….….…….….46 Hình 4.7.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 01h ngày 10/3/2010 (mùa khô)………..………………………………………………………………………………………………….….…….….46 Hình 4.8.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 07h ngày 19/3/2010 (mùa khô)………..………………………………………………………………………………………………….….…….….47 Hình 4.9.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 18h ngày 20/3/2010 (mùa khô)………..………………………………………………………………………………………………….….…….….47 Hình 4.10.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 03h ngày 07/8/2010 (mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 49 Hình 4.11.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 19h ngày 12/8/2010 (mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 49 Hình 4.12.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 02h ngày 20/8/2010 (mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 50 Hình 4.13.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 17h ngày 25/8/2010 (mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 50 Hình 4.14.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều lên (mùa khô)……..….. 53 Hình 4.15.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc đỉnh triều (mùa khô)……………….. 53 Hình 4.16.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều xuống (mùa khô)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 54 Hình 4.17.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc chân triều (mùa khô)………………. 54 Hình 4.18.: Hàm lượng TTLL lúc 23 giờ ngày 31/3/2010 (mùa khô)…………………….……. 55 Hình 4.19.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều lên (mùa mưa)………... 58 Hình 4.20.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc đỉnh triều (mùa mưa)……………… 58 Hình 4.21.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều xuống (mùa mưa)………..………………………………………………………………………………………………….….……... 59 Hình 4.22.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc chân triều (mùa khô)………………. 59 Hình 4.23.: Hàm lượng TTLL lúc 23 giờ ngày 31/8/2010 (mùa mưa)…………………….……60 iii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.: Mực nước triều (cm) đặc trưng tại Trạm Hòn Dấu trong nhiều năm (1960- 2007)………….…………………………………………………………………………………………….………………….…. 12 Bảng 1.2.: Tần suất sóng Trạm Hòn Dấu (2005-2007)……………...……………………………….….14 Bảng 1.3.: Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sông Hải Phòng…………………………..……..… 15 Bảng 3.1.: Hệ số vượt GHCP (QCVN10:2008) của giá trị TTLL trung bình năm khu vực nghiên cứu…………………………………………………………………………………………………………....… 29 Bảng 3.2.: TTLL trung bình (mg/l) của nước biển Hải Phòng vào mùa khô (tháng 3/2009) và mùa mưa (tháng 7/2009)…………………………………………………………………….……..… 34 Bảng 4.1.: Các thông số được sử dụng cho mô hình thủy động ……………………………….… 39 Bảng 4.2.: Lựa chọn giá trị TTLL (mg/l) trung bình mùa tại biên lỏng…………………….…. 43 Bảng 4.3.: Các tham số được sử dụng cho mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng……..…. 43 iv
MỞ ĐẦU Các hiện tượng sa bồi luồng cảng, cửa sông, xói lở-bồi tụ bờ biển, độ đục trong nước ra tăng làm ảnh hưởng đến chất lượng nước các bãi tắm, khu nuôi trồng thủy sản đều liên quan đến trầm tích lơ lửng (TTLL). Ngoài ra, những khu vực có giá trị hàm lượng TTLL cao làm ảnh hưởng tới tầm nhìn xuyên suốt của khối nước, sự quang hợp của thực vật và sự sống của các loài sinh vật trong môi trường nước. Thành phố cảng Hải Phòng mỗi năm đều có sự đóng góp quan trọng của hai ngành kinh tế đặc trưng là dịch vụ cảng biển và du lịch. Tuy nhiên, do đặc thù địa lý vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu ảnh hưởng nặng nề của dòng vật chất từ lục địa đưa ra qua các hệ thống sông Thái Bình, sông Hồng. Trong các dòng vật chất đó, dòng trầm tích lơ lửng có cơ chế rất phức tạp do cả nguyên nhân tự nhiên (dòng chảy, sóng, xói lở bờ) và con người (nạo vét luồng, khai hoang lấn biển, phá rừng ngập mặn nuôi trồng thủy sản) gây ra. Sa bồi luồng vào cảng Hải Phòng đang có xu hướng gia tăng đi kèm việc chi phí cho việc nạo vét luồng lạch rất tốn kém. Theo thống kê của Cảng vụ Hàng hải Hải Phòng (2005), khối lượng nạo vét luồng vào cảng Hải Phòng năm 2003 và 2004 tương ứng là 2.394.000m3 và 2.854.000m3 [26]. Chi phí cho việc nạo vét luồng hàng năm tốn kém hàng chục tỷ đồng, hiệu quả kinh doanh tăng không nhiều. Mặt khác, quá trình nạo vét ở các luồng vào cảng diễn ra thường xuyên khiến cho bùn cát và các vật chất ô nhiễm đã lắng xuống lại bị đưa lên, hòa tan trong nước làm gia tăng các nguy cơ gây ô nhiễm đến môi trường nước và các hệ sinh thái xung quanh [2]. Mặt khác, dòng vật chất này làm ảnh hưởng đế n chất lượng các bãi tắm Đồ Sơn và khu nuôi trồng hải sản đảo Cát Bà làm giảm hiệu quả đáng kể về mặt kinh tế. Ngoài ra hiện nay thành phố Hải Phòng có kế hoạch thực hiện dự án 3
đê quai lấn biển phục vụ xây dựng Sân bay Quốc tế vùng tại ven bờ Tiên Lãng. Việc này ít nhiều sẽ làm thay đổi cơ chế dòng chảy, vận chuyển trầm tích lơ lửng của các sông Văn Úc và Thái Bình nói riêng và vùng cửa sông ven bờ Hải Phòng nói chung [5]. Bởi vậy, việc đánh giá TTLL vùng cửa sông ven biển Hải Phòng là điều cần thiết. Với những lý do trên học viên đã chọn nghiên cứu vấ n đề về trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Nội dung chính của luận văn được trình bày thành 04 chương: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điều kiện tự nhiên khu vực Hải Phòng Chương 2: Tài liệu và phương pháp Chương 3: Đánh giá hiện trạng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Chương 4: Mô phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bằng mô hình delft3d. 4
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HẢI PHÒNG I.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu I.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu sự phân bố trầm tích lơ lửng vùng cửa sônng ven biển đã được các nhà khoa học ngoài nước quan tâm từ hàng trăm năm nay và đạt được rất nhiều thành tựu quan trọng. Các kết quả nghiên cứu này đã được áp dụng phục vụ cho việc bảo vệ các công trình ven bờ và phát triển môi trường bền vững. Những nghiên cứu lý thuyết về trầm tích (vận chuyển) đáng kể như các công trình của H.A. Einstein (1950), Krone và Partheniades (1962, 1968), E.W. BijJker (1967, 1971), Leo C. Van Rijn (1993), J.W. Vander Meer (1990), Richard Soulsby (1997). Tuy nhiên, gần cuối thế kỷ XX đến ngày nay, việc nghiên cứu các quá trình động lực-vận chuyển trầm tích đã có những bước phát triển cao hơn: đó là xây dựng các mô hình vật lý, mô hình toán. Đi tiên phong trong nghiên cứu vấn đề này là những nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản. Các kết quả nghiên cứu được khái quát hóa mang tính phươg pháp luận, viết thành các ”cẩm nang” sử dụng [24]. Có thể kể ra một số những kết quả nghiên cứu đã được khái quát hóa thành sách. Đó là ”Động lực gần bờ và các quá trình bờ: Lý thuyết, đo đạc và các mô hình dự báo” của Horikawa K., 1978, ”Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho các ứng dụng thực tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sông, cửa sông hình phễu và biển ven bờ” của Richard S., 1997, hay ”Các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sông, cửa sông và ven biển” của Leo C. Van Rijn, 1993 [13]. Do sự tương tác của các quá trình thủy và thạch động lực mà kết quả cuối cùng của sự tương tác này là sự tạo ra những dạng địa hình khác nhau, phụ thuộc 5
vào hàng loạt các yếu tố thạch động lực như kích thước, hình dạng hạt vật liệu, tỉ trọng, mức độ gắn kết của vật liệu, độ dốc địa hình,... và các yếu tố thủy động lực: sóng, dòng chảy biển, sông... là các yếu tố luôn biến đổi theo thời gian, không gian. Bởi những lý do trên nên các mô hình được thiết lập để tính toán sự tương tác của các quá trình thủy-thạch động lực, đa phần, có liên quan đến các công thức thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm. Cho nên nhu cầu có những phòng thí nghiệm để thiết lập và kiểm tra tính đúng đắn của các mô hình là rất cần thiết. Từ đó phương pháp thí nghiệm và mô hình vật lý ra đời và phát triển mạnh mẽ. Có rất nhiều nước trên thế giới có những phòng thí nghiệm hiện đại đủ khả năng mô phỏng lại các quá trình thủy-thạch động lực trong những khu vực nghiên cứu cụ thể. Do vậy các kết quả tính toán bằng mô hình khá chính xác. Ngoài ra, trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, siêu máy tính, hàng loạt các mô hình toán ra đời, dần trở thành các công cụ hữu hiệu và ưu thế trong nghiên cứu thủy động lực và chất lượng nước. Các kết quả của các mô hình toán này cho chúng ta cái nhìn tổng quan về đối tượng nghiên cứu cũng như cơ chế hình thành, phát triển và biến đổi trong mối quan hệ với các đối tượng khác có liên quan, từ đó có thể đưa ra cách ứng xử khôn ngoan đối với thiên nhiên. Theo hướng mô hình hóa có 2 loại mô hình: Mô hình vật lý và mô hình toán. Những Trung tâm, Viện hàng đầu về nghiên cứu, tính toán, dự báo các quá trình thủy-thạch động lực, có thể kể đến là: Trung tâm Thủy lực Hà Lan (Delft Hydraulics) với bộ các phần mềm DELFT3D, UNIBEST; Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulic Instiute-DHI) nổi tiếng với các phần mềm: MIKE 21, MIKE 3,... hay Trung tâm Nghiên cứu Công trình Ven bờ thuộc Quân đội Mỹ (Coastal Engineering Research Center-CERC) có các mô hình GENESIS, SBEACH; mô hình TELEMAC của Pháp,... đều ứng dụng tốt cho tính toán 6
dòng chảy, sóng, vận chuyển bùn cát, biến động địa hình đáy biển, đường bờ, bồi lấp cửa sông. Ngoài ra, một số các mô hình có mã nguồn mở như COHERENS (Bỉ), SHYFEM (Italia)... cũng phát triển không kém các phần mềm nói trên. I.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng và các quá trình động lực bằng mô hình hóa ở Việt Nam đã được bắt đầu phát triển từ khoảng đầu năm 1980 [10]. Các mô hình thường được thiết lập để tính toán các yếu tố thủy động lực nhiều hơn các yếu tố thạch động lực. Sự gắn kết giữa hai quá trình thủy và thạch động lực trong các mô hình của chúng ta còn bị hạn chế. Do đó, các kết q uả tính bằng mô hình của chúng ta rất khó được kiểm chứng trên cả hai phương diện trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường. Ở Việt Nam phương pháp mô hình số trị nghiên cứu TTLL chỉ phát triển ở mức cơ sở phục vụ mục tiêu riêng lẻ trong nước chứ chưa được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi ở cấp quốc tế. Vấn đề nghiên cứu TTLL ở Việt Nam được chú trọng trong Chương trình Biển KT.03 (1991-1995); KHCN.06 (1996-2000); TTLL liên quan đến xói lở bờ biển còn được đặt ra trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp nhà nước và trong chương trình biển giai đoạn 2001-2005. Ngoài ra nhiều đề tài, dự án liên quan đến TTLL được thực hiện tại các cấp. Các tác giả Trần Hồng Thái [15], Đinh Văn Ưu [25], Nguyễn Thọ Sáo [14] đã ứng dụng và phát triển một số phương pháp và mô hình tính toán động lực và vận chuyển trầm tích cho một số vùng cửa sông ven biển (Cửa Ông-Quảng Ninh, Cửa Tùng-Quảng Trị, Hải Phòng) Việt Nam. Các nghiên cứu này chú trọng vào động lực học của lớp gần đáy để cải tiến phương pháp tính bán thực nghiệm đã có. Mục đích là làm chính xác hơn các công thức bán thực nghiệm của các tác giả nước ngoài để tính dòng vật liệu ven bờ. Các tác giả thuộc Viện Hải dương học, Nha Trang, tiêu biểu Bùi Hồng Long đã nghiên cứu 7
vùng Phan Rí, Hàm Tiến, Phước Thể với mục tiêu cung cấp các thông số kỹ thuật, đưa ra các phương án thiết kế và thi công đê, kè chống xói lở. Các tác giả thuộc Viện cơ học đứng đầu là Nguyễn Mạnh Hùng, đã ứng dụng những mô hình thủy-thạch động lực tổng hợp nhiều yếu tố để tính toán quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng ven bờ là rất đáng ghi nhận theo hướng mô hình hóa để nghiên cứu biến động bờ biển và vùng cửa sông. Các tính toán của nhóm còn đi sâu, chi tiết vào việc tính cặp các yếu tố thủy-thạch động lực như sóng, dòng chảy, mực nước vào nghiên cứu biến đổi đáy. Ngoài ra, các tác giả còn đưa ra những tổng kết về các phương pháp tính toán vận chuyển bùn cát và các mô hình tính biến động đường bờ và những kết quả áp dụng cụ thể cho nhiều vùng xói lở dọc bờ biển Việt Nam như vùng Hải Hậu, Nam Định, Hồ Tàu-Định An, Trà Vinh, Gành Hào, Bạc Liêu. Các tác giả thuộc Viện Địa lý đã nghiên cứu rất sâu về xói lở và bồi tụ, đặc biệt là khu vực ven biển Miền Trung. Trong những năm gần đây Nhà nước đã cho triển khai nhiều đề tài nghiên cứu, ứng dụng về các quá trình thủy-thạch động lực và xói lở, bồi tụ chẳng hạn như: Ứng dụng các mô hình WAM, STWAVE để dự báo sóng trong đề tài KC.09.04; Các đề tài KT.03.14, KHCN.06.08 (1996-2000), KC.09.05 (2001-2005) tiến hành nghiên cứu, dự báo quá trình xói lở-bồi tụ bờ biển và cửa sông Việt Nam; dự án Việt Nam-Thụy Điển (2004-2007): nghiên cứu xói lở bờ biển Hải Hậu, Nam Định, dự án đã ứng dụng nhiều mô hình về sóng, vận chuyển bồi tích; Đề tài cấp nhà nước KHCN-06-10. ”Cơ sở khoa học và các đặc trưng đới bờ phục vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” do Viện Cơ học chủ trì. Các đề tài trên ngoài việc đo đạc thực địa đã xây dựng và áp dụng các mô hình nhằm tính toán các quá trình sóng, dòng chảy, vận chuyển trầm tích, biến đổi địa hình bãi, đường bờ,... nhằm lý giải các nguyên nhân gây ra các tác động môi trường trên. Các tác giả thuộc Viện TN&MTB đã ứng dụng mô hình DELFT3D để nghiên 8
cứu các vấn đề có liên quan đến TTLL ở các khu vực khác nhau như Quảng Ninh [17], Hải Phòng [1], Thái Bình và Nam Định [20]. Các nghiên cứu này đã giúp cho các nhà quản lý địa phương nói trên có cách nhìn một cách tổng thể về mối quan hệ giữa phát triển kinh tế - xã hội, quản lý tổng hợp dải ven bờ và bảo vệ môi trường biển. Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng vùng cửa sông Hải Phòng cũng đã có một số kết quả nhất định [18, 23, 25]. Tuy nhiên những kết quả này được nhận định của các chuyên gia về đặc trưng trầm tích lơ lửng ở một phạm vi hẹp mà chưa có cách nhìn một cách tổng quan về phạm vi không gian cũng như biến đổi theo thời gian (hàng chục năm). I.2. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu Thành phố Hải Phòng nằm ở bờ tây vịnh Bắc Bộ thuộc phía đông vùng duyên hải Bắc Bộ, cách Hà Nội 102 km, diện tích tự nhiên khoảng 152.318 ha, giới hạn trong khoảng 20030’39”-21001’15” vĩ độ Bắc, 106023’39”-107008’39” kinh độ Đông [9]. Bờ biển ven bờ có dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ. Bề mặt đáy biển được cấu tạo bởi các thành phần hạt mịn, có nhiều lạch sâu vốn là những lòng sông cũ nay dùng làm luồng lạch ra vào của tàu thuyền [16, 19]. I.2.1. Chế độ khí hậu, khí tượng Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng nằm trong vùng ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, về cơ bản có thể chia thành hai mùa: mùa đông (từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau) có đặc điểm lạnh, khô và mưa ít trong khi mùa hè (tháng 4 đến tháng 10) có đặc điểm nóng, ẩm và mưa nhiều. Nhiệt độ không khí trung bình năm ở khu vực này dao động trong khoảng từ 22,5-30,00C. 9
Mùa đông khá lạnh với nhiệt độ trung bình xuống dưới 20 0C. Mùa hè khá nóng kéo dài 5 tháng, từ tháng V đến tháng IX, với nhiệt độ không khí trung bình dao động trong khoảng từ 26,2 - 28,90C. Lượng mưa trung bình nhiều năm ở vùng ven biển Hải Phòng khá lớn với giá trị từ 1.600 - 2.000mm. Tuy nhiên, lượng mưa phân bố không đều mà chủ yếu tập trung vào các tháng mùa hè, cao nhất vào tháng 8 đạt trên 200mm. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, lượng mưa khá nhỏ, tổng lượng mưa chỉ đạt khoảng 300mm. Chế độ gió khu vực ven biển Hải Phòng thể hiện rõ rệt sự ảnh hưởng hoàn lưu chung của khí quyển và thay đổi theo mùa. Về mùa đông thịnh hành gió hướng bắc và đông bắc. Hàng tháng trung bình có 3 - 4 đợt gió mùa đông bắc, có tháng 5 - 6 đợt kéo dài 3 - 5 ngày. Vận tốc gió trung bình dao động trong khoảng 3,2-3,7m/s, mạnh nhất có thể đạt tới 25-30m/s. Vào mùa hè (khoảng từ tháng 5 đến tháng 9), chế độ gió ở khu vực này chịu sự chi phối của hệ thống gió mùa tây nam, hướng gió chủ yếu là đông nam và nam. Tốc độ gió trung bình khoảng 3,5-4,0 m/s, cực đại đạt 20 - 25m/s. Khu vực Hải Phòng trong giai đoạn 1945-2007, có 53 cơn bão ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp. Từ hình 1.1 cho thấy số lượng bão ảnh hưởng đến khu vực Hải Phòng có sự dao động giữa các năm, có một số năm không có cơn nào (1949, 1950, 1953…), những năm có một cơn chiếm đa số, đáng chú ý là năm 1996 có tới 3 cơn ảnh hưởng đến khu vực Hải Phòng, một số năm có 2 cơn. Đường trung bình trượt 5 năm cho thấy bão giai đoạn 1989 - 1992 bão hoạt động mạnh nhất trung bình 1,75 cơn, giai đoạn 1958 - 1959 không có cơn nào. Nhìn chung bão ở khu vực Hải Phòng có xu hướng tăng nhưng tăng chậm so với Việt Nam. 10
4 3 Số cơn bão 2 1 0 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Tổng Năm TB trượt 5 năm Linear (TB trượt 5 năm) Hình 1.1. Số lượng bão ở khu vực Hải Phòng (1945 - 2007) [8] I.2.2. Thủy văn, hải văn · Thủy văn sông Khu vực nghiên cứu chịu tác động trực tiếp từ nguồn cung cấp nước và trầm tích của các sông chính chảy vào. Các sông này đều là phần hạ lưu cuối cùng trước khi đổ ra biển của hệ thống sông Thái Bình gồm có: Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Đây là các sông có hướng chảy chủ yếu là tây bắc-đông nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, phù sa bồi đắp ngày càng nhiều, nhất là ở vùng cửa sông, vài đoạn hình thành các doi bãi hay cồn cát. Các sông lớn có cửa trực tiếp đổ ra biển vừa chịu ảnh hưởng của chế độ dòng chảy thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều vịnh của khu vực; càng gần cửa sông, lòng sông càng mở rộng, hai bờ được bồi đắp nhiều. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, một số vùng cửa sông lắng đọng phù sa có chiều hướng bị thu hẹp, gây khó khăn cho giao thông thủy và thay đổi cấu trúc dòng chảy sông. 11
· Dao động mực nước Thủy triều vùng ven biển Hải Phòng là nhật triều thuần nhất với biên độ dao động lớn. Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một chân triều (nước ròng). Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cường ( spring tide), mỗi chu kỳ kéo dài 11 - 13 ngày với biên độ dao động mực nước từ 2 - 4 m. Trong kỳ triều kém (neap tide) tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhật triều tăng lên: trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều (cao, thấp). Tài liệu quan trắc mực nước trong nhiều năm (1960 - 2007) tại trạm Hải văn Hòn Dấu cho thấy: mực nước biển lớn nhất có thể đạt 4,21m (22/10/1985) và mực nước biển nhỏ nhất là -0,07m (21/12/1964) (Bảng 1.1) Bảng 1.1. Mực nước triều (cm) đặc trưng tại Trạm Hòn Dấu trong nhiều năm (1960-2007) Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T. bình 183 179 179 180 183 185 187 188 196 206 201 191 Lớn nhất 399 379 351 368 385 401 418 396 418 421 402 403 Nhỏ nhất -6 3 7 2 6 -1 0 7 14 9 2 -7 Nguồn: Đài KT-TV khu vực Đông Bắc · Dòng chảy ven biển Dòng chảy ven bờ Hải Phòng là dòng chảy tổng hợp, gồm các thành phần dòng chảy triều, gió, sóng, dòng chảy sông và cả những tính chất của dòng chảy vịnh Bắc Bộ. Dòng chảy ở các khu vực cửa sông thường chịu ảnh hưởng mạnh của sông, trong khi ở phía ngoài biển dòng chảy tầng mặt chủ yếu do gió gây ra. Trong trường gió đông bắc, dòng chảy tầng mặt dọc bờ có hướng thống trị là từ bắc xuống nam còn trong trường gió đông nam, dòng chảy tầng mặt dọc bờ thể 12
hiện nhiều hướng khác nhau tùy thuộc vào cường độ dòng chảy các sông và địa hình của bờ biển. Trong số các thành phần tạo nên dòng chảy tổng hợp ở khu vực ven biển Hải Phòng thì dòng chảy triều và thành phần nhật triều có vai trò quyết định. Dòng nhật triều có độ lớn áp đảo, gấp 5 - 20 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều lần dòng 1/4 ngày. Đặc điểm dòng chảy thường định hướng theo luồng lạch, cửa sông hoặc song song với đường bờ. Dòng chảy, chủ yếu dòng triều mạnh vào các tháng 6, 7, 12, 1, yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9 trong năm. Khu vực ven bờ Đồ Sơn - Lạch Tray, dòng chảy định hướng theo đường bờ và cửa sông. Dòng chảy xuống hướng đông, đông nam kéo dài 12 - 14 giờ, tốc độ cực đại 35cm/s, dòng chảy lên hướng bắc, tây bắc, kéo dài 10 - 12 giờ, tốc độ cực đại 42cm/s. Ở khu vực cửa Nam Triệu, do ảnh hưởng của sông, tốc độ dòng chảy xuống cực đại 90 cm/s và chảy lên cực đại 60 cm/s. Vùng ven bờ Cát Hải có sự lệch pha giữa thời điểm bắt đầu nước lên và nước rút ở các điểm Bến Gót (ảnh hưởng nhiều hơn của triều Hòn Gai) và Hoàng Châu (ảnh hưởng nhiều hơn của triều Hòn Dấu). Khu vực Hoàng Châu thường muộn hơn 1 giờ. Dòng triều lên đến Gia Lộc rẽ hai nhánh về phía Hoàng Châu với tốc độ cực đại 90 cm/s và nhỏ hơn ở Bến Gót. Dòng triều xuống hướng ngược lại, đạt cực đại 50 cm/s ở Bến Gót. Tại khu vực đông nam Cát Bà, dòng chảy cũng do dòng triều quyết định, hướng chảy phức tạp, tốc độ chỉ 8 - 12 cm/s, nơi mạnh 20 - 30 cm/s và có thể đạt đến trên 50 cm/s ở các lạch hẹp. Vào mùa hè dòng đục hướng tây nam từ Đồ Sơn lên làm ảnh hưởng mạnh đến khu vực phía nam đảo Cát Bà. Ra xa bờ, dòng chảy triều yếu dần đi và vai trò dòng chảy mùa thể hiện rõ ràng hơn. Mùa hè, dòng chảy hướng đông bắc tốc độ trung bình 10 - 15 cm/s, mùa đông dòng chảy hướng tây nam, tốc độ trung bình 20 - 30 cm/s. 13