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

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

MỤC LỤC

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

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

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

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XÓI MÒN BỜ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ .................................................................... 9

1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...................................................................................... 42

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 II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 43

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

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC PHỤC VỤ CHỈNH TRỊ BỜ BIỂN TRÀ VINH ............................. 68

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

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 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 146

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

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 BẢNG

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

DANH MỤC HÌNH

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

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

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

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.

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

Đoạn bờ lở Đoạn bờ bồi Địa phận xã Vị trí

km Mức độ

A -F Hiệp Thạnh (8,5 km) 2,5 Trung bình

G-M Trường Long Hòa (13,5 km)

Dân Thành (5 km) N-Q

Đông Hải (19 km) R-X km Mức độ 3 3 3 2,5 5 2,5 1,5 Nhẹ Nặng Trung bình Nặng Trung bình Nhẹ Trung bình Bờ ổn định km 4 2,5

Trung bình 4 7 Trung bình 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

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

Đoạn bờ lở Đoạn bờ bồi Địa phận xã Vị trí km Mức độ km Mức độ Bờ ổn định km

A-B 9 Mỹ Long và Mỹ Long Nam (9km)

2,5 Trung bình

Hiệp Thạnh (8,5 km) C-H

I-M Trường Long Hòa (13,5 km)

Dân Thành (5 km) N-P

3 2 Trung bình Trung bình Đông Hải (19 km) Q-R

Long Vĩnh (14km) S-T 3 4,5 5 1 1 Nặng Nặng Trung bình Nhẹ Nhẹ 7 13 18 Trung bình

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 –

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,

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

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.

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.

0.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

- Mô phỏng diễn biến về thủy hải văn, thủy lực nhằm làm sáng tỏ các yếu tố

động lực ảnh hưởng đến sự biến động đường bờ và xu thế phát triển bờ

biển tỉnh Trà Vinh.

- Xác lập các cơ sở khoa học để định hướng các giải pháp chỉnh trị nhằm ổn

định vùng bờ biển tỉnh Trà Vinh.

0.4. CẤU TRÚC VÀ NỘI DUNG LUẬN ÁN

Cấu trúc luận án gồm các phần cơ bản sau:

- Mở đầu

- Chương I: Tổng quan tình hình nghiên cứu về xói mòn bờ biển và các

giải pháp bảo vệ.

- Chương II: Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu.

- Chương III: Kết quả nghiên cứu về chế độ thủy thạch động lực phục vụ

chỉnh trị bờ biển Trà Vinh.

- Kết luận và kiến nghị.

0.5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Luận án đã đánh giá một cách tổng hợp, có hệ thống các yếu tố động

lực chính tác động gây thay đổi hình thái khu vực bờ biển Trà Vinh.

2. Luận án đã xác lập được xu thế biến động địa hình đáy theo thời gian

dưới tác động gia tăng mực nước biển và suy giảm bùn cát từ sông ra. Đề xuất

được giải pháp chỉnh trị hợp lý.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

VỀ XÓI MÒN BỜ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ

1.1. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ XÓI LỞ

BỜ BIỂN

Vùng ven biển (gần cửa sông) là nơi tương tác giữa các yếu tố đến từ

sông, từ biển, từ con người, từ vĩ mô đến vi mô, từ nội sinh đến ngoại sinh, từ

thường xuyên đến đột xuất. Mỗi khi có sự thay đổi một hoặc các thành phần

trong hệ thống thì sẽ kéo theo nhiều sự thay đổi của các thành phần khác nhằm

thiết lập một sự cân bằng mới. Trong những năm gần đây, dưới sự tác động của

các yếu tố như nước biển dâng cao, các hoạt động kinh tế xã hội của con người ở

vùng ven biển được đẩy mạnh,… đã làm cho quá trình bồi tụ – xói lở diễn biến

phức tạp về cả quy mô lẫn cường độ. Do đó, các hoạt động khoa học- công nghệ

trong lĩnh vực nghiên cứu về bờ biển luôn phải đối mặt với những vấn đề khó

khăn, phức tạp mà mặc dầu nó đã thật sự phát triển vào đầu thế kỷ XXI, ở trình

độ hiện nay vẫn còn nhiều tồn tại chưa thể giải quyết được thỏa đáng.

1.1.1. Nguyên nhân và cơ chế xói lở/bồi lắng của bờ biển bùn có rừng ngập

mặn

a) Các yếu tố động lực tác động lên vùng bờ biển

Diễn biến của các dải bờ biển phụ thuộc nhiều vào các yếu tố thủy động

lực tác động trực tiếp lên nó. Có rất nhiều các yếu tố tác động như sóng, thủy

triều, gió, dòng ven bờ, dòng chảy từ sông,… làm biến đổi hình thái bờ biển theo

thời gian, sự biến đổi hình thái này đôi khi làm cản trở các hoạt động phát triển

kinh tế - xã hội của con người. Vì vậy, từ thời cổ đại con người đã có những giải

pháp nhằm chỉnh trị các tác động này. Dấu tích của các công trình cảng và đê

chắn sóng xây dựng tại cửa sông Nile vào khoảng 2500 năm trước Công nguyên

[16] cho thấy rằng từ rất sớm con người đã quan tâm nghiên cứu các yếu tố thủy

thạch động lực vùng ven bờ.

Tuy nhiên, phải đến đầu thế kỷ XX các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực

cửa sông ven biển mới bắt đầu thăng hoa. Những nghiên cứu ban đầu đã xây

dựng nên các cơ sở lý thuyết cơ bản, phương pháp luận khoa học từ đó định

danh được các yếu tố tác động gây nên diễn biến bờ biển, cửa sông và khái quát

hóa được quá trình diễn biến của chúng bằng các phương trình toán học.

- Nghiên cứu tác động của sóng đến diễn biến bờ biển. Sóng được tạo nên

bởi gió và sự thay đổi trong áp suất khí quyển. Đối với hình thái ven biển và

thiết kế bảo vệ bờ biển sóng ngắn là một trong những thông số quan trọng nhất.

Sóng ngắn có chu kỳ ít hơn khoảng 20 giây [18]. Sóng ngắn có thể chia thành

sóng gió (gần bờ) và sóng lừng [55]:

+ Sóng gió (wind waves): Đây là những sóng tạo ra và chịu ảnh hưởng

của trường gió địa phương. Sóng gió bình thường tương đối dốc (cao và ngắn)

và không đều. Sóng gió tạo ra sự vận chuyển bùn cát từ bờ ra ngoài khơi.

+ Sóng lừng (swell waves): Đây là sóng tự do, được hình thành sau khi

gió ngừng thổi hoặc sóng gió truyền đi đến thủy vực khác không có gió. Sóng

lừng có xu hướng hình thành mặt cắt ven biển.

- Nghiên cứu tác động của thủy triều đến diễn biến bờ biển: Triều thiên

văn là hiện tượng dao động lên xuống theo chu kỳ của nước trên trái đất do

chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ các thiên thể (chủ yếu là của mặt trăng và

thứ đến là của mặt trời) [18] [55]. Biến đổi mực nước gây ra bởi thủy triều

thiên văn tạo ra các dòng thủy triều. Dòng thủy triều quan trọng nhất liên quan

đến hình thái ven biển là dòng chảy được tạo ra trong các cửa triều, nơi mà

dòng chảy bị ép vào một khu vực hẹp. Vận tốc dòng thủy triều mạnh có thể đạt

từ 1 – 3 m/s [64] [73].

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nước biển dâng đến diễn biến bờ biển. Có 2

dạng nước biển dâng cơ bản:

+ Nước biển dâng dài hạn do biến đổi khí hậu: Ủy ban liên chính phủ về

biến đổi khí hậu đã đưa ra kết luận rằng trong suốt 100 năm qua, mực nước

biển trung bình đã tăng từ 10 đến 25 cm, thay đổi theo từng vùng khác nhau.

Mực nước biển dâng sẽ làm tăng nguy cơ ngập lụt của các vùng trũng thấp, làm

thay đổi chế độ vận chuyển bùn cát vùng cửa sông ven biển [18]. Tất cả các

yếu tố này sẽ dẫn đến những biến đổi cực đoan của bờ biển. Ngoài ra, sự lún

của mặt đất ở vùng ven biển cũng có thể coi như là một hình thức nước biển

dâng lên tương đối và sẽ gây ra xói mòn ở phần trên của mặt cắt bờ biển. Lún

có thể là một hiện tượng tự nhiên nhưng cũng có thể do các tác động của con

người (như bơm hút nước ngầm, dầu khí,...) [55].

+ Nước biển dâng tức thời do sự kiện bão: Năm 1962 Bruun đặt ra giả

thiết mực nước biển dâng là một nguyên nhân gây ra sự xói mòn bờ biển [28],

và năm 1988 ông phát triển định luật Bruun, đưa ra công thức tính toán độ xói

mòn bờ biển dựa trên độ dâng mặt nước và độ dốc bờ biển [29]. Lý thuyết này

của ông được nhiều nhà khoa học ủng hộ và sử dụng nó như một công cụ quản

lý ven biển cho nhiều cộng đồng và quốc gia (ví dụ Leatherman, 1991, 2001;

Leatherman et al, 1994, 2000. Nicholls và Leatherman, 1994; Nicholls et al.,

1994) [51]. Tuy nhiên, năm 2004 J. Andrew đã chứng minh định luật Bruun bỏ

qua các yếu tố quan trọng về địa chất và hải dương học, do đó kết quả dự báo là

không chính xác và khẳng định không thể dự đoán bờ biển rút lui do mực nước

biển tăng một cách chính xác mà phải xét đến trong một tổng thể ảnh hưởng

của nhiều yếu tố tác động [47].

- Nghiên cứu về sự tương tác ảnh hưởng giữa nước biển dâng và thủy

triều lên diễn biến bờ biển có Friendich T.C. năm 1990 đã sử dụng mô hình

toán để dự đoán tác động ban đầu của tăng mực nước biển lên sự biến dạng

thủy triều trong hệ thống, kết hợp với các kết quả mô hình hóa số được sử dụng

để suy ra mô hình vận chuyển bùn cát đáy và xu hướng chung của sự phát triển

cửa sông [42]. Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ mô hình

toán, việc tính toán các kịch bản nước biển dâng đã trở nên dễ dàng hơn với

khoảng thời gian dự báo dài hơn. Dissanayake D. M. P. K. năm 2012 sử dụng

mô hình số Delft3D xem xét các kịch bản bao gồm cả nước biển dâng và sự sụt

lún tại địa phương trong suốt thời gian nghiên cứu 110 năm. Kết quả tính toán

cho thấy rằng, sự gia tăng mực nước biển sẽ làm gia tăng tình trạng ngập lụt và

gia tăng hiện tượng xói mòn các vùng đồng bằng ngập triều [38].

- Nghiên cứu tác động của dòng chảy từ sông đến diễn biến bờ biển: Dòng

chảy từ sông đổ ra biển là một yếu tố động lực quan trọng, nhiều khi là quyết

định trong quá trình diễn biến vùng cửa sông, ven biển. Những đặc tính của

dòng chảy sông phải được xác định từ số liệu của trạm thủy văn cuối cùng

trước địa điểm có ảnh hưởng của sóng triều. Dòng chảy từ sông là một dòng

chảy không ổn định, chuyển động trong một lòng dẫn phức tạp nên có kết cấu

nội bộ vừa rối, vừa có dòng thứ cấp mang bùn cát. [17].

- Ngoài ra, yếu tố nước dâng, nước hạ trong gió bão và tác động của lực

Coriolis cũng là các yếu tố quan trọng tác động lên chế độ thủy động lực vùng

cửa sông ven biển. Lực Coriolis là lực quán tính sinh ra do tác dụng tự quay

của trái đất. Cấp độ của lực Coriolis rất nhỏ, trong nhiều vấn đề cơ học khác có

thể bỏ qua, nhưng đối với cửa sông ảnh hưởng triều do vùng nước rộng lớn, lực

Coriolis có thể làm xuất hiện độ dốc ngang đáng kể. Ở vùng cửa sông có chiều

rộng 5km, chênh lệch mực nước hai bờ là 8cm [17] [49] [54] [52]... Đến

khoảng những năm 60, công trình nghiên cứu của K.N. Fedorop đã kết luận

rằng lực Coriolis có thể bỏ qua đối với vùng bờ có độ nước sâu dưới 20m [17].

Trong số liệu thực đo về dòng chảy tại một vùng biển nào đó, thông

thường là kết quả tổng hợp của dòng chảy triều và dòng chảy phi triều. Dòng

phi triều bao gồm dòng do gió và dòng ven do sóng. Tại các vùng biển gần các

cửa sông lớn còn chịu ảnh hưởng rõ rệt của dòng chảy sông. Thông thường gộp

chung các loại dòng phi triều ở ven bờ gọi là dòng dư [7].

Hoàn lưu dòng ven bờ là một thành phần dòng chảy do dòng biển ven bờ

và ngoài bờ hợp thành, như hình 1.1 thể hiện.

Dòng ngoài bờ là một loại dòng cận hải, thường tồn tại ở lân cận đới sóng

vỡ và vùng biển có độ sâu lớn ngoài đó, chảy song song với đường bờ, thông

thường không có quan hệ sóng, mà thường do tác dụng của thủy triều, gió và sự

phân bố của các khối nước.

Dòng ven bờ là dòng chảy của đới sóng vỡ và lân cận, chủ yếu do tác

dụng của sóng mà có, bao gồm: (i) Dòng dọc bờ (chuyển động song song với

bờ biển, chuyển tải khối nước vào bờ); (ii) Dòng ngang bờ (nước chảy từ bờ ra

biển).

Dòng chảy gần bờ xảy ra sau khi sóng vỡ là một trong những vấn đề cơ

bản nhất của động lực học ven bờ biển. Loại dòng chảy này có liên quan trực

tiếp đến chuyển động bùn cát ven bờ và diễn biến bờ biển.

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) [7]

b) Quá trình vận chuyển bùn cát ven biển

Vận chuyển bùn cát nói chung được nghiên cứu từ rất sớm như ở Trung

Quốc cổ đại, Hy Lạp và Đế quốc La Mã. Nghiên cứu bằng phương pháp lý

thuyết và thực nghiệm sớm nhất được thực hiện bởi nhà khoa học DuBuat

(1734-1809) người Pháp. Ông xác định vận tốc dòng chảy gây ra xói mòn đáy,

trong đó có xem xét đến sự khác nhau của vật liệu đáy. DuBuat đã phát triển

khái niệm ma sát trượt [76]. Dupuit (1804-1866) người Pháp mô tả về chuyển

động dọc theo đáy và chuyển động lơ lửng của trầm tích [78]. Công thức suất

chuyển cát đáy đầu tiên dựa vào độ dốc và độ sâu được DuBoys (1847-1924)

người Pháp đề xuất, ông khái quát quá trình vận chuyển như chuyển động của

các hạt trầm tích trong một loạt các lớp [77].

Đến khoảng năm 1900, mô hình biến đổi đáy đầu tiên được Fargue (1827-

1910) người Pháp [79] xây dựng. Cơ sở nghiên cứu vận chuyển trầm tích trong

các máng thí nghiệm được bắt đầu bởi Engels (1854-1945) người Đức [82].

Năm 1914, lý thuyết vận chuyển trầm tích được viết bởi Forchheimer

(1852-1933), ông phát triển phương trình tính ứng suất trượt đáy tới hạn (bắt

đầu chuyển động của một hạt) theo chiều dọc của đáy dốc [80]. Năm 1936,

Shields có một đóng góp quan trọng liên quan đến ứng suất trượt đáy tới hạn

cho sự khởi đầu chuyển động của các hạt trầm tích. Các đường cong được đề

xuất gọi là đường cong “Shields” [81].

Các nghiên cứu đầu tiên liên quan đến động lực học chất lỏng và vận

chuyển bùn cát được thực hiện bởi Bagnold năm 1936, 1937 [27]. Đến năm

1950, Einstein và các cộng sự nhờ vào sự phát triển của năng lực tính toán, biến

các mô hình toán vận chuyển bùn cát thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh

vực khoa học ven biển [40]. Năm1967, Robert P. Apmann và Ralph R. Rumer

nghiên cứu quá trình phát tán các hạt trầm tính do khuếch tán rối trong dòng

chảy bất đồng nhất dựa trên mô hình toán. Thí nghiệm được tiến hành trong

một máng dài với 3 lớp trầm tích. Hệ số khuếch tán được xác định là một hàm

của đặc trưng trầm tích và vận tốc dòng chảy [26].

Một trong những nghiên cứu đầu tiên liên quan đến điều kiện bùn lỏng

được thực hiện bởi Einstein và Chien năm 1955, hai quá trình kết bông và cố

kết đáy đã được nghiên cứu. Tác giả đã nhận định rằng độ mặn tối thiểu 1‰ là

giới hạn khởi đầu cho quá trình kết bông [41].

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

phương pháp luận, viết thành các “cẩm nang” sử dụng. Có thể kể ra một số

những kết quả nghiên cứu đã được khái quát hóa thành sách. Đó là nghiên cứu

của Horikawa K. năm 1978 về động lực gần bờ và các quá trình bờ, trong đó

bao gồm cả các lý thuyết cơ bản, đo đạc và các mô hình dự báo [46] [45]; của

Richard S. năm 1997 về “Động lực cát biển”, đây là 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” [61]; hay của Leo C. Van Rijn qua các năm 1990,

1993, 1998, 2005,... về các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sông, cửa sông và

ven biển dưới tác động của sóng, dòng chảy, thủy triều,... là nguyên nhân hình

thành nên các đặc trưng hình thái ven biển [13] [66] [65] [68]. Trong nghiên

cứu của Van Rijn năm 1993, các kết quả thí nghiệm ứng suất phân giới của

chuyển động sóng được so sánh với giá trị của đường cong Shields cho thấy

đường cong Shields cũng khá thích hợp với chuyển động sóng. Trước đó, có 3

bài báo của Van Rijn năm 1984 cũng đã trình bày kết quả sử dụng mô hình

toán học mô phỏng quá trình vận chuyển trầm tích đáy, trầm tích lơ lửng trong

các điều kiện dòng chảy khác nhau. Từ đó xây dựng nên các biểu thức đơn giản

mô tả mối quan hệ giữa nồng độ bùn cát với đường kính hạt, chiều cao bước

nhảy và tốc độ hạt, sử dụng như là một điều kiện biên trong toán học mô hình

trầm tích lơ lửng và dự đoán sự hình thành bờ biển và các bãi bồi dựa vào các

dữ liệu về chiều sâu dòng chảy và tổng lượng chuyển tải bùn cát [69] [70] [71].

Vận chuyển bùn cát ven biển dưới tác động của dòng chảy và sóng là

nguyên nhân chính dẫn đến xói mòn và bồi tụ ven biển. Về hướng di chuyển

vận chuyển bùn cát ở bờ biển có thể chia thành hai loại: vận chuyển bùn cát

vuông góc với bờ (vào và xa bờ) và vận chuyển bùn cát dọc bờ. Vận chuyển

bùn cát vuông góc với bờ gây ra thay đổi hình thái ngắn hạn, trong khi vận

chuyển dọc bờ biển gây ra những thay đổi dài hạn của hình thái một vùng ven

biển [18].

- Vận chuyển bùn cát dọc bờ: Khi sóng tiến vào vùng nước nông ven bờ,

sóng sẽ vỡ ở độ sâu nước bằng 1,28 đến 1,5 lần chiều cao sóng. Khi sóng vỡ,

năng lượng sóng biến thành lực làm di chuyển khối nước, tạo thành dòng chảy

[17]. Trong quá trình sóng vỡ những nhiễu động liên quan gây ra một số trầm

tích đáy biển ở dạng lơ lửng. Những trầm tích lơ lửng này, cộng với một số các

lớp trầm tích dưới đáy

biển sau đó được vận

chuyển dọc theo bờ cùng

với dòng chảy dọc bờ,

chúng đạt lớn nhất ở

đường sóng vỡ [64].

Hình 1. 2: Vận chuyển bùn cát dọc bờ [18]

- Vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ: Tại một bờ biển thẳng, sóng trực

giao vào bờ tạo ra vận chuyển nước tổng theo hướng sóng. Điều này dẫn đến

nước vật trong vùng sóng vỡ, hiện tượng này có thể tăng lên trong những trận

bão do gió thổi. Khi dòng chảy hướng vào đất liền (ở bề mặt) cân bằng với

dòng hướng ra biển (phía dưới đáy) mặt cắt cân bằng của bãi biển được hình

thành [32] [33]. Dưới tác động của sóng, nếu mặt cắt không phải ở trạng thái

cân bằng, phần trên của mặt cắt sẽ bị xói mòn và vật liệu lắng đọng ở phần

dưới dẫn đến làm phẳng mặt cắt. Khi mặt cắt đạt tới cân bằng, tốc độ xói mòn

gần như bằng không [30] [18]. Định luật Bruun cũng đã được phát triển dựa

trên nguyên lý này

[29].

Hình 1. 3: Sự thay đổi mặt cắt bờ biển do một sự kiện bão [18]

Về tính chất

hạt có thể chia bùn cát ven biển thành hai loại: bùn cát kết dính (bùn) và bùn

cát rời (cát).

Hình 1. 4: Bùn (trái) và cát (phải) [10]

- Nguyên tắc vận chuyển bùn: Bùn cấu thành từ các hạt phù sa mịn

(đường kính hạt <0,063mm) kết dính, có nguồn gốc từ các hệ sinh thái rừng

ngập mặn, từ các bãi triều và phù sa lơ lửng từ các sông. Bùn thường được tìm

thấy tại các khu vực được che chắn và được bảo vệ bởi tác động của sóng và

dòng chảy mạnh. Bùn có tốc độ rơi trong nước nhỏ, chủ yếu vận chuyển trong

trạng thái lơ lửng, do đó nó được dòng chảy tải đi qua các khoảng cách dài

trước khi kịp rơi lên đáy thủy vực. Mặt khác, theo nghiên cứu của Van Olphen

năm 1963, hạt sét có cấu trúc hình đĩa và trên mặt có phủ các hạt khoáng tích

điện âm. Trong nước, chúng hút các ion dương, tạo ra lớp mây các phần tử ion

dương bao quanh các hạt sét, nên chúng đẩy nhau. Tuy nhiên, nghiên cứu năm

1986 của Krone và Burt bổ sung rằng, trong nước mặn các hạt lại kết tụ với

nhau mặc dù có lực đẩy nhau (kết bông). Sự kết tụ sẽ gia tăng khi hàm lượng

bùn cát lơ lửng gia tăng, vì các hạt có cơ hội gặp nhau nhiều hơn. Tính kết dính

của chúng dẫn đến quá trình keo tụ thành các khối (flocs) có tốc độ rơi lớn hơn

nhiều so với tốc độ rơi của mỗi hạt bùn. Đó là phương thức bồi đáy của bùn tại

các khu vực các hạt bùn riêng rẽ không thể rơi tới đáy và đọng lại lên đáy. Quá

trình kết keo và phân rã các khối floc phụ thuộc nồng độ bùn cát và tính chất

xáo trộn rối của dòng chảy. Trầm tích hạt mịn sau khi lắng, bị tung ngược trở

lại vào trạng thái lơ lửng và di chuyển là do tác động của sóng và dòng chảy

[61] [10] [55] [68].

- Nguyên tắc vận chuyển cát: Các hạt cát rời, không kết dính (dưới đây

gọi tắt là cát), có đường kính >0,063mm tồn tại rời rạc trong mọi trạng thái: di

chuyển theo dòng nước, bồi lấp lên đáy lòng dẫn hay bị bứt từ đáy lòng dẫn và

cuốn theo dòng nước. Đặc biệt các hạt cát có đường kính lớn không thể tồn tại

lâu ở trạng thái lơ lửng trong dòng nước. Do đó, dòng vận chuyển cát thô chủ

yếu là dòng di đẩy, vì nó tồn tại chủ yếu trong lớp nước sát đáy lòng dẫn, các

hạt cát vận chuyển gần đáy trong trạng thái nhảy [10]. Nếu thay đổi điều kiện

thủy động lực học, sự vận chuyển cát sẽ phản ứng với điều này ngay lập tức,

trong khi sự vận chuyển bùn cát mịn sẽ chỉ phản ứng chậm. Đây gọi là hiệu

ứng trễ [67]. Ngược lại với bùn, hầu hết việc vận chuyển cát diễn ra trong môi

trường sóng

thống trị. Trong

các kênh thủy

triều tại các cửa

sông và cửa thủy

triều, sự vận

chuyển cát chủ

yếu bị chi phối

bởi dòng triều

[61].

Hình 1. 5: Quá trình vận chuyển bùn cát [18]

c) Nguyên nhân và cơ chế xói lở/bồi lắng của bờ biển bùn có rừng ngập

mặn

Phổ biến trong các vùng nhiệt đới là các dải bờ biển có rừng ngập mặn

với nhiều loài cây phong phú. Rừng ngập mặn có vai trò quan trọng đối với

môi trường tự nhiên cũng như đời sống kinh tế - xã hội của con người. Ngày

nay, hệ thống rừng ngập mặn trên toàn thế giới đang chịu áp lực suy giảm

nghiêm trọng. Việc suy thoái rừng ngập mặn đã có ảnh hưởng lớn đến sự ổn

định của đường bờ biển.

Năm 2006, Gegar Prasetya [43] đã tổng hợp các yếu tố tác động đến quá

trình xói lở/bồi tụ bờ biển trong đó bao gồm các yếu tố tự nhiên và các tác động

của con người như thể hiện trên hình 1.6.

Hình 1. 6: Sơ đồ nguyên nhân của xói lở, bồi tụ bờ biển (dịch từ [43])

Năm 2013, Winterwerp [48] công bố một kết quả nghiên cứu quan trọng,

phân tích các nguyên nhân gây xói mòn dọc theo bờ biển rừng ngập mặn, và

đưa ra các lý giải cho hiện tượng khó khăn/không phục hồi được các bờ biển

này. Nghiên cứu này dựa trên các công trình ở Thái Lan, Guyana và Suriname

của Anh, Indonesia, Philippines và miền Nam Trung Quốc, trong đó nhấn

mạnh nguyên nhân chính của hiện tượng xói lở là do “mất cân bằng bùn cát”.

Quá trình “mất cân bằng bùn cát” xảy ra như một “vòng lặp tiếp nối” từ việc

ảnh hưởng của các tác động phát triển xã hội của con người, đến những nỗ lực

phục hồi rừng ngập mặn bằng các giải pháp công trình cứng bao chặt bờ biển

(coastal squeeze),...

Nghiên cứu đã chứng minh, việc áp dụng các kỹ thuật “cứng” bao kín một

đoạn bờ biển ở trong hoặc ở rìa rừng ngập mặn như đê, kè chắn sóng,... đã làm

trầm trọng hơn tình trạng xói lở dọc theo bờ biển. Các công trình này ảnh

hưởng đến quá trình cân bằng bùn cát trong khu vực rừng ngập mặn theo hai

cách:

- Dòng chảy phù sa mịn trên bờ giảm do kết quả của giảm dòng nước trên

bờ;

- Chiều cao sóng gần các cấu trúc như vậy tăng lên do phản ánh của cấu

trúc đó, gây ra sự lùng sục cục bộ ở phạm vi phía trước của cấu trúc.

Quá trình xói mòn ở một quy mô lớn hơn tiếp tục diễn ra khi nền đáy dần

dần bị lõm xuống làm tăng cường các hiệu ứng sóng hơn nữa.

1.1.2. Các công trình bảo vệ bờ biển

Những biện pháp bảo vệ bờ biển phụ thuộc vào đường bờ của đất liền

trong việc chống lại những ảnh hưởng mang tính phá hủy của biển. Những bờ

biển bị xói lở có thể được bảo vệ bằng các công trình có chức năng hấp thu

năng lượng sóng và dòng chảy. Các công trình điều chỉnh hướng dòng chảy có

thể được áp dụng trong mục đích phát triển bãi bồi, rừng ngập mặn,… Tuy

nhiên, trạng thái cân bằng của bờ biển sẽ bị thay đổi ngay sau khi có bất kỳ tác

động (xây dựng công trình) vào chế độ thủy động lực ven biển và một trạng

thái cân bằng mới sẽ được thiết lập. Việc xây dựng các công trình chống xói ở

khu vực này hoàn toàn có thể dẫn đến xói lở các khu vực lân cận, nhiều khi là

nghiêm trọng hơn. Do đó, đối với các công trình bảo vệ bờ lớn trên thế giới,

trước khi được đưa vào xây dựng thường được tính toán các yếu tố động lực

một cách kỹ lưỡng và có kiểm định trên các mô hình vật lý.

Von Lieberman (nhà khoa học người Đức) [18] đã phân loại các dạng

công trình chống xói mòn bờ biển, bao gồm: các công trình dọc bờ và các công

trình vuông góc với bờ.

- Các công trình dọc bờ: ( tường chắn sóng, đê, kè) bảo vệ bờ biển hoặc

các đụn cát chống xói mòn gây ra bởi dòng chảy và sóng. Gồm hai loại:

+ Đê phá sóng tách rời: là một cấu trúc song song với bờ biển, được xây

dựng trong đới sóng vỡ để bảo vệ bờ biển thông qua giảm chiều cao sóng tới và

gây bồi khu vực giữa tường và bờ. Thông số quan trọng đặc trưng đê chắn sóng

tách rời là chiều dài của đê chắn sóng (LB) và khoảng cách của đê chắn sóng đến

bờ biển (x). Nếu tỷ lệ (LB/x) < 0,6 ÷ 0,7, bãi bồi nhô ra có dạng “salient”; nếu

(LB/x) >0,9 ÷ 1, bãi bồi nhô ra có dạng “tombolo”. Tuy nhiên, các thông số khác

ngoài LB và x cũng ảnh hưởng đến hình dạng bồi lắng.

Hình 1. 7: Các dạng tích tụ bùn cát phát triển sau khi xây dựng đê chắn sóng [18]

Đê chắn sóng khác nhau về vị trí (nước sâu/nông), kiểu xây dựng (đánh

đắm, theo chiều đứng, nổi) và hiệu quả (phát triển salients hay tombolos). Mặt

cắt ngang của các dạng đê phá sóng có thể ở dạng đá đổ (các thông số thiết kế

có thể tính toán theo công thức của Hudson hoặc Van der Meer [30]), hoặc

dạng ống Geotubes bằng vải địa kỹ thuật (các thông số tính toán theo nghiên

cứu và cách tiếp cận của Pilarczyk [59] [60]), hoặc các vật liệu địa phương thân

thiện với môi trường (ví dụ như hàng rào tre được thiết kế tại Vĩnh Tân, Sóc

Trăng, Việt Nam [24]), …

+ Kè: được xây dựng liền với bờ biển, thường là bao bọc kín một đoạn bờ

biển, bảo vệ bờ khỏi bị xói mòn trước tác động của sóng bão và dòng chảy. Kè

biển luôn được xây dựng như là công trình mái nghiêng, thiết kế mặt kè có thể

cấu tạo từ các loại sau: đá đổ rối, đá hộc lát khan, đá xây vữa, tấm bê tông đúc

sẵn, các loại thảm. Ngoài ra, kè cũng có thể xây dựng gồm các túi chứa đầy cát

vải địa kỹ thuật (Geotubes, Stabiplage). Ngày nay, các giải pháp gia cố mái kè

bằng các tấm bê tông đúc sẵn được sử dụng khá phổ biến với các hình dạng

phong phú được thiết kế nhằm tăng khả năng hấp thu năng lượng sóng và giảm

sóng leo, các liên kết linh hoạt, dễ dàng thi công và sửa chữa, tính thẩm mĩ

cao,… Các dạng bản bê tông đúc sẵn có thể chia làm hai loại là tấm lát độc lập

và tấm lát liên kết mảng.

+ Tường chắn sóng: là một cấu trúc tách rời vùng đất và nước, được thiết

kế để ngăn chặn xói mòn bờ biển và thiệt hại khác do tác động của sóng và nước

dâng do bão [18]. Tường chắn sóng có các cấu tạo như: đá xây, tường cừ thép –

BTCT, thùng chìm BTCT, tường góc BTCT hoặc kết hợp với các kè mái nghiêng

và các khối bê tông dị hình.

- Các công trình vuông góc với bờ: Thường gọi là mỏ hàn, được sử dụng

để làm gián đoạn vận chuyển bùn cát dọc bờ, nó không có tác dụng ngăn bùn cát

trong chuyển động bùn cát vuông góc với bờ. Diễn biến bờ biển quanh mỏ hàn

phụ thuộc vào lưu lượng và hướng vận chuyển của dòng bùn cát dọc bờ. Đường

bờ mới có xu hướng vuông góc với sóng tới chủ đạo. Cát bị giữ lại tại phía

thượng lưu của mỏ hàn (theo hướng chuyển động của dòng bùn cát) đồng nghĩa

với việc thiếu cát phía hạ lưu, dẫn đến mất cân bằng tải cát [6]. Nếu tác động của

các mỏ hàn là quá mạnh, xói mòn sau công trình sẽ xảy ra.

Mỏ hàn thường được xây dựng từ bờ biển cho tới một khoảng cách ra

biển, thường được thiết kế để vượt qua một phần của khu vực sóng vỡ. Mỏ hàn

thường được xây dựng thành nhóm và khoảng cách giữa hai mỏ hàn (Sn) phải

được xác định để hiệu quả bảo vệ là đủ lớn đảm bảo tránh được xói mòn do dòng

chảy và sóng. Sổ tay kỹ thuật bờ biển [44] cung cấp một số các gợi ý cho việc

tính toán chiều dài hợp lý của các mỏ hàn. Mặt cắt các mỏ hàn có các dạng:

tường đơn, mỏ hàn khung, mỏ hàn tròn, mỏ hàn tròn đỉnh rộng và mỏ hàn phẳng,

ngoài ra có thể

được gia cố thêm

bởi đá hộc, đá

xây, cừ BTCT, các

khối bê tông dị

hình,…

Hình 1. 8: Quy trình tính toán khoảng cách giữa các mỏ hàn [18]

Ngoài các giải pháp công trình, kỹ thuật phục hồi bờ biển còn áp dụng các

giải pháp phi công trình như trồng rừng ngập mặn. Winterwerp (2013) [48] đã

chỉ ra hầu hết các nỗ lực để khôi phục rừng ngập mặn thường thất bại hoàn toàn

hoặc không đạt được mục tiêu đã nêu do một số nguyên nhân sau: chọn sai loài,

khí hậu bất lợi, điều kiện địa điểm, tính chất trầm tích và yếu tố thủy văn, cũng

như thiếu khâu quản lý hậu kỳ và giám sát,... Trong số này, sự xói lở bờ biển

được cho là một trong những yếu tố chính gây nên việc phục hồi không thành

công.

Nhóm nghiên cứu này đề xuất “một chiến lược” để phục hồi

xói mòn bờ biển rừng ngập mặn, trong đó yêu cầu về “hình thái động học”

được kết hợp. Đây là một cách tiếp cận mới trong lĩnh vực nghiên cứu về nước

ở Hà Lan, còn được gọi là “lai tạo kỹ thuật” (hybrid-engineering) hoặc “xây

dựng với thiên nhiên” (building with nature).

Chiến lược này chứa các yếu tố sau:

1. Khôi phục dòng chảy trên bờ của trầm tích mịn bằng cách khôi phục

vùng bãi triều. Điều này có thể được thực hiện bằng cách tạo “vùng đệm”,

trong đó thủy triều tới có thể tự do chảy.

2. Tăng cường bẫy trầm tích tốt trên bãi bồi một một cách tự nhiên. Trong

đó chú trọng yếu tố: giảm dòng chảy dọc bờ, giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ

ra khỏi khu vực cần phục hồi;

3. Giảm chiều cao sóng tác động lên khu vực cần phục hồi;

4. Khôi phục các điều kiện thủy văn, nếu bị xáo trộn (ví dụ: phục hồi các

ao nuôi trồng thủy sản ở bìa rừng trở lại rừng ngập mặn, hoặc loại bỏ một phần

đê - kè biển đã xây dựng bao chặt bờ biển);

5. Trồng các loài cây ngập mặn thích hợp tại các vị trí thích hợp.

1.2. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI LỞ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG

CỬU LONG VIỆT NAM

1.2.1. Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài

Trong lĩnh vực nghiên cứu về diễn biến bờ biển ĐBSCL thì các nghiên

cứu của nước ngoài thường là những công trình tính toán chung về động lực

học, sóng,… bao hàm cho toàn biển Đông Nam Bộ. Có thể kể đến những công

trình tính toán thủy triều và hoàn lưu gió của K. Wyrtki (1961); các công trình

tính toán phân bố các sóng triều chính của K.T Bogdanov (1963), U. N

Xecgayev (1964), Robinson (1983), T. Yanagi và Takao (1997); các công trình

tính toán về hoàn lưu của T. Pohlmann (1987); các công trình của nhà khoa học

Trung quốc Duan Yi-hong Qin Zeng-hao, Li Yong-ping (1997) và Đài Loan

Yu et al. (2006) về chế độ thủy động lực 3 chiều ở vùng biển Đông. Tuy nhiên,

các kết quả nghiên cứu này đa phần có tính chất giới thiệu, ít tập trung vào một

khu vực cụ thể và hầu như không có các nghiên cứu về vận chuyển bùn cát

[10].

1.2.2. Các công trình nghiên cứu kết hợp của tác giả nước ngoài và trong

nước

Nhóm tác giả Wolanski, Nguyễn Hữu Nhân (1998) đã dựa vào các kết

quả đo đạc, lấy mẫu nước từ thực tế, phân tích hình ảnh để nghiên cứu cơ chế

vận chuyển và bồi lấp bùn cát mịn tại cửa Định An, sông Hậu và chỉ ra rằng, các

cửa này bị bồi lắng do bùn cát bơm từ biển vào cuối mùa mưa trong sự tồn tại

của nêm mặn và kết bông [75]. Năm 2005, nhóm nghiên cứu trên cũng đã đưa ra

một bức tranh toàn cảnh về sự biến đổi các yếu tố thủy động lực và vận chuyển

bùn cát vùng cửa sông ĐBSCL qua mùa mưa và mùa khô dưới tác động của lưu

lượng nước sông Mê Công và lượng phù sa mà nó mang ra biển. Lưu lượng sông Mê Công thay đổi theo mùa, thường là 2.100 m3/s trong tháng 4 (mùa dòng chảy thấp) và 40.000 m3/s trong tháng 9 (mùa dòng chảy cao). Ngoài ra, nghiên cứu còn có sự so sánh lượng phù sa sông Mê Công vận chuyển là 160.106 tấn/năm

bằng với sông Mississippi, bằng 85% của sông Dương Tử và nó lớn hơn so với

sông Amazon là 12% [74]. Các kết quả nghiên cứu này đề cập đến quá trình thủy

động lực và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông Mê Công, tuy nhiên chưa đề cập

cụ thể và chi tiết đến vùng bờ biển Trà Vinh.

Nghiên cứu về những thay đổi dài hạn của đường bờ biển Trà Vinh và

các tỉnh lân cận phải kể đến các kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả người Nhật

(Toru Tamura, Tanabe, Tateishi, Kobayashi, Saito,…) kết hợp với các nhà khoa

học trong nước (Nguyễn Văn Lập, Tạ Thị Kim Oanh) sử dụng phương pháp

phân tích nhiệt huỳnh quang thạch anh (OSL) và phân tích tuổi tuyệt đối của các

lớp trầm tích trong các mũi khoan dọc theo các tuyến trong hai tỉnh Bến Tre, Trà

Vinh đề xuất do băng hà tan từ 12000 trước hiện tại (BP) đến 5500 năm BP, mực

nước biển ở ĐBSCL đã dâng từ -70 mét đến +3,5 mét so với mực nước biển hiện

nay. Từ 5000 năm BP trở lại, mực nước biển rút về mực nước biển hiện tại. Sự

hạ thấp mực nước biển dẫn đến việc hình thành một mực nước biển mới, sau mỗi

giai đoạn như thế thì có một bờ biển mới được hình thành và cuối cùng hình

thành nên những vạt cồn cát chạy song song với bờ biển hiện tại mà người ta

thấy ở vùng đồng bằng sông Cửu Long (hình 1.9 và 1.10) [63] [62] [57] [14] [8].

Các kết quả nghiên cứu

này phác họa rõ nét lịch sử

phát triển dải bờ biển Trà

Vinh nhưng ít đề cập đến

các tác động do sóng, dòng

chảy và vận chuyển bùn

cát dọc bờ - nguyên nhân

gây ra các biến đổi ngắn

hạn (bồi/xói) bờ biển Trà

Vinh.

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) [63]

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 [63] (Đường màu đen là các đường bờ biển hình thành qua các thời kỳ)

Hình 1. 11: Xu thế tích tụ trầm tích và vận chuyển trầm tích [13]

Nguyễn Trung Thành và nnk. [13], năm 2011 đã công bố kết quả nghiên

cứu từ đề tài hợp tác Việt Nam-CHLB Đức “Nghiên cứu tiến hóa đới ven biển

đồng bằng Sông Cửu Long và vùng thềm lục địa kế cận trong Holocen hiện đại

phục vụ phát triển bền vững” (2008 – 2009). Nhóm nghiên cứu đã phân tích các

mẫu trầm tích thu thập được thuộc phần châu thổ ngầm từ cửa Cung Hầu đến

bán đảo Cà Mau và sử dụng mô hình Mike 21 để tính toán thủy động lực. Kết

quả nghiên cứu về động lực dòng chảy ven bờ cho thấy sự chiếm ưu thế của

dòng chảy ven bờ về phía tây nam vào mùa đông dưới ảnh hưởng của gió mùa

đông bắc, từ đó khẳng định được sự chiếm ưu thế của quá trình vận chuyển trầm

tích dọc bờ về phía tây nam trong mùa này. Ngoài ra, nghiên cứu cũng cung cấp

thông tin về dạng trầm tích ven biển Trà Vinh là vùng cát tích tụ chiếm ưu thế

(Hình 1. 11). Đây là nghiên cứu cho toàn bộ đới ven biển ĐBSCL nên không tập

trung chi tiết vào dải bờ biển Trà Vinh.

Giai đoạn gần đây có sự đầu tư với quy mô lớn của Tổ chức Hợp tác

Quốc tế Nhật Bản (JICA) vào dự án “Thích ứng với biến đổi khí hậu cho phát

triển bền vững Nông nghiệp và Nông thôn các tỉnh ven biển ĐBSCL” thực hiện

từ năm 2011 – 2013. Một số chuyên đề trong dự án này do Hoàng Văn Huân,

Nguyễn Hữu Nhân (Viện Kỹ thuật Biển) thực hiện đã sử dụng phần mềm Mike

21/3 FM để tính toán chế độ thủy động lực, sóng và diễn biến bồi/xói cho toàn

bộ khu vực ven biển ĐBSCL, bao

hàm cả bờ biển Trà Vinh [4]. Lưới

tính cho vùng nghiên cứu có phạm

vi rộng lớn bao gồm biển Đông và

Tây Việt Nam, kích thước lưới

được chia nhỏ dần khi vào các khu

vực gần bờ (xem hình 1.12). Tuy

nhiên, việc toàn bộ lưới chia là tam

giác sẽ làm gia tăng khối lượng tính

toán (thời gian) của máy tính và

cũng chưa có các phân tích chi tiết

về chế độ thủy động lực và vận

chuyển bùn cát cho riêng vùng bờ

biển Trà Vinh.

Hình 1. 12: Lưới tính vùng nghiên cứu của dự án JICA [4].

Dự án EU- AFD năm 2017 do cơ quan phát triển Pháp kết hợp với Viện

KHTL miền Nam [23], là dự án nghiên cứu về quá trình xói lở vùng ven biển

ĐBSCL và tập trung nhiều vào vùng ven biển Gò Công và U Minh. Ưu điểm của

nghiên cứu này là với nguồn kinh phí lớn nên dữ liệu khảo sát rất phong phú, các

mô hình mô phỏng sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát được kiểm định chi tiết,

lưới tính được chia rất mịn cho vùng trọng điểm (nhỏ hơn 2 -3 lần bước sóng),

các kết quả tính toán có tin cậy cao và xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu phong

phú cho các dự án sau. Ưu điểm thứ 2 là dự án kết hợp tính toán nhiều mô hình

hiện đại như TELEMAC-2D, SYSIPHE, MIKE 21/3 FM,…Tuy nhiên, dự án

vẫn chú trọng phân tích nhiều đến diễn biến hình thái (bồi/xói) mà chưa phân

tích kỹ đến quá trình cân bằng bùn cát đối với mỗi đoạn bờ biển.

1.2.3. Các công trình nghiên cứu của tác giả trong nước

Các nghiên cứu gần đây có liên quan đến lĩnh vực và phạm vi nghiên

cứu của luận án, có thể kể đến:

Nguyễn Địch Dỹ (2010) nghiên cứu địa chất-địa mạo vùng cửa sông và

khu vực đới bờ 4 tỉnh ven biển ĐBSCL gồm Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh và

Sóc Trăng. Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích tuổi tuyệt đối của các

lớp trầm tích trong các mũi khoan địa chất, xây dựng được bản đồ mặt cắt địa

chất các tỉnh ven biển [8].

Tham khảo mặt cắt địa chất ven biển Trà Vinh (Hình 1.13) cho thấy lớp

trầm tích phần trên cùng (mới nhất) của vùng biển ven bờ Trà Vinh có nguồn gốc

3) (Trầm tích nguồn gốc sông): Nhìn chung thành

chủ yếu từ sông – biển, gồm 3 loại [8]:

- Trầm tích aluvi (aQ2

3b): Thành phần trầm tích chủ yếu là bột

phần trầm tích chủ yếu là bột-sét xen lẫn cát hạt mịn.

- Trầm tích sông - đầm lầy (abQ2

sét màu xám đen chứa tàn tích thực vật.

- Trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông - biển (amQ23b): Thành phần trầm

tích chủ yếu là cát pha sét.

Nhìn nhận một cách tổng quan, vùng bờ biển gần cửa Cung Hầu, Định

An và một số cửa rạch nhỏ cắt ngang bờ biển Trà Vinh có trầm tích (lớp trên)

nguồn gốc chủ yếu từ sông với thành phần thạch học chủ yếu là bột sét (aQ23,

abQ23b) thích hợp cho các giống cây rừng ngập mặn phát triển. Các phần còn lại

của bờ biển Trà Vinh có trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông - biển với thành phần

thạch học là cát pha sét, thích hợp cho rừng phi lao phòng hộ phát triển. Các kết

quả nghiên cứu về đặc điểm địa chất ven biển Trà Vinh có ý nghĩa trong việc

thiết lập đặc điểm lớp trầm tích đáy trong các mô hình tính toán thủy động lực –

bùn cát và trong việc định hướng các giải pháp bảo vệ bờ biển bằng trồng rừng

ngập mặn hoặc rừng phi lao phòng hộ.

Hình 1. 13: Mặt cắt địa chất ven biển Trà Vinh [8]

Nguyễn Hữu Nhân (2011) nghiên cứu về sự biến dạng của các yếu tố

triều trên biển ven bờ và các cửa sông Nam Bộ do nước biển dâng. Dựa trên các

chuỗi số liệu triều thực đo dọc bờ biển Nam Bộ và dự báo bằng mô hình toán,

ông đưa ra một số kết luận về sự dịch chuyển pha triều và biên độ triều trước ảnh

hưởng của nước biển dâng [11].

Vũ Duy Vĩnh và nnk. [19] năm 2014 đã công bố kết quả nghiên cứu áp

dụng mô hình toán học 3 chiều (3D) - để nghiên cứu, đánh giá biến động địa

hình ở vùng ven bờ châu thổ sông Mê Công. Mô hình được thiết lập (dựa trên hệ

thống mô hình Delft3D) với 4 lớp độ sâu theo hệ tọa độ Sigma, lưới tính của mô

hình được xây dựng gồm lưới chi tiết ở phía trong và lưới tính thô ở phía ngoài

(Hình 1.14). Theo đó, do ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều nên

dòng trầm tích bị giữ lại nhiều ở vùng cửa sông ven bờ tạo thành các bãi bồi

ngay tại các cửa.

Trong khoảng 10 km

từ bờ ra, xu thế bồi tụ

đáy chiếm ưu thế

trong mùa mưa. Vào

mùa khô, quá trình xói

mang trầm tích ở dải

ven bờ và các bãi bồi

ở cửa sông di chuyển

về phía Tây Nam của

vùng ven bờ châu thổ.

Hình 1. 14: Lưới tính của mô hình trong nghiên cứu của Vũ Duy Vĩnh [19]

Kết quả nghiên cứu về sự phân bố trầm tích lơ lửng tại các cửa sông (hình

1.15) cho thấy, vào mùa mưa sự phát tán của trầm tích lơ lửng từ lục địa ra phía

ngoài biển mạnh mẽ hơn hẳn so với mùa khô. Tải lượng trầm tích lơ lửng được

ghi nhận lớn nhất tại cửa Định An (trong các cửa sông Mê Công), thể hiện rõ nét

vào thời điểm mùa mưa.

Trên cơ sở mô hình đã thiết lập, Vũ Duy Vĩnh tiếp tục nghiên cứu về sự

Hình 1. 15: Phân bố trầm tích lơ lửng (kg/m3) tầng mặt vùng ven bờ Châu thổ sông Mê Công (mùa khô: a- triều lên; b- triều xuống; mùa mưa: c- triều lên; d- triều xuống) [19]

ảnh hưởng của nước biển dâng đối với đặc điểm biến động địa hình các cửa sông

Mê Công (2015) [72]. Các kịch bản chạy bao gồm kịch bản hiện trạng, kịch bản

dự báo mực nước biển dâng 25 cm và 50 cm (kịch bản phát thải trung bình - B2)

trong mùa lũ và mùa cạn. Kết quả phân tích sự thay đổi địa hình các mặt cắt cửa

sông (hình 1.16) cho thấy sự dâng cao mực nước biển do biển đổi khí hậu làm

hạn chế sự phát tán của dòng trầm tích về phía biển mà chỉ tập trung di chuyển

quanh các cửa sông. Kết quả là làm tăng tốc độ bồi tại các bãi bồi khu vực phía

ngoài các cửa sông phía nam của vùng ven bờ châu thổ sông Mê Công. Trong

nghiên cứu cũng phân tích “tác động của sự dâng cao mực nước đến địa hình đáy

vùng cửa sông ven biển rất khác nhau và phụ thuộc vào các điều kiện địa hình,

động lực và điều kiện vận chuyển trầm tích của mỗi khu vực”.

Hình 1. 16: Biến động địa hình (cm) khu vực cửa Trần Đề và Cung Hầu sau 1 tháng [72]

Đây là nghiên cứu tương đối chi tiết và đầy đủ về chế độ thủy động lực,

vận chuyển bùn cát và ảnh hưởng của NBD đến khu vực ven biển Nam Bộ [19]

[72]. Tuy nhiên, luận án nhận thấy còn một số khoảng trống cần được phát triển

nghiên cứu như sau: (i) Việc thiết lập lưới mô hình toàn bộ là tứ giác trực giao sẽ

khó khăn khi mô tả địa hình các khu vực gần bờ, (ii) Nghiên cứu chưa xét đến

ảnh hưởng của NBD tới địa hình đáy cửa Định An và ven biển Trà Vinh.

Đề tài độc lập cấp nhà nước của Nguyễn Hữu Nhân (2015) [10] sử dụng

mô hình Mike 21 F/M nghiên cứu về nguyên nhân, cơ chế hình thành các bãi bồi

Cà Mau. Không dừng lại ở vùng ven biển Cà Mau, lưới tính cho vùng nghiên

cứu mở rộng của đề tài bao trùm toàn bộ vùng biển Đông và biển Tây Việt Nam,

các kết quả tính toán của đề tài đã cung cấp bộ số liệu vô cùng phong phú về

trường sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát, chế độ bồi xói,... đã được kiểm

định chặt chẽ với số liệu thực tế mang lại độ tin cậy và chính xác cao. Ngoài ra,

tác giả còn đề xuất một quy luật diễn biến địa hình đáy vùng bờ biển Cà Mau

phụ thuộc vào thời gian (Hình 1.17). Đây là một hướng nghiên cứu mới, chưa

được áp dụng tính toán đối với các khu vực ven biển ĐBSCL, bao gồm vùng ven

biển Trà Vinh.

Hình 1. 17: Các quy luật diễn biến địa hình đáy phổ biến tại vùng bồi tụ ven biển Cà Mau [10]

Trên đây là một số công trình

nghiên cứu tiêu biểu về các vấn đề

liên quan đến diễn biến bờ biển

ĐBSCL, bao gồm cả bờ biển Trà

Vinh. Ngoài ra, còn nhiều nghiên cứu

của các nhà khoa học trong và ngoài

nước, cũng như các Trường đại học,

viện nghiên cứu cùng chuyên ngành

mà luận án chưa thể liệt kê hết được.

1.3. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI LỞ BỜ BIỂN TRÀ VINH

1.3.1. Kết quả nghiên cứu của tác giả nước ngoài

Công trình nghiên cứu cho riêng bờ biển Trà Vinh không nhiều. Nghiên

cứu về những thay đổi ngắn hạn của bờ biển Trà Vinh, thời gian gần đây nhất

(09/2017) có công bố của nhóm tác giả (Anthony, Dussouillez,

Dolique, Besset, Brunier, Nguyen V. L., Goichot). Các kết quả đo đạc địa hình,

sóng và dòng chảy có độ phân giải cao đã được tiến hành từ năm 2010 đến năm

2012 tại bãi biển Ba Động, Trà Vinh. Nghiên cứu ghi nhận sự đảo chiều hướng

sóng đại dương để đáp ứng với gió mùa tây nam và gió mùa đông bắc tại khu

vực biển đông. Trong mùa dòng chảy thấp, bãi biển được đặc trưng bởi sóng gió

mùa đông bắc và dòng chảy dọc bờ biển vận chuyển bùn cát về phía tây nam.

Dòng chảy dọc bờ thấp hơn về phía đông bắc được tạo ra bởi sóng gió mùa tây

nam trong mùa chảy dòng chảy cao. Điều này dẫn đến hiện tượng xói lở nghiêm

trọng khu vực bãi biển Ba Động trong mùa gió đông bắc [25]. Kết quả nghiên

cứu bằng phương pháp đo đạc thực địa luôn có độ tin cậy cao, nhưng do yếu tố

kinh tế, vùng nghiên cứu chỉ gồm một phần nhỏ của bờ biển Trà Vinh và số liệu

quan trắc cũng khó liên tục.

1.3.2. Kết quả nghiên cứu trong nước

Một số nghiên cứu có phạm vi gần với khu vực bờ biển Trà Vinh gồm

có: (i) Phạm Sơn Hải (2004) – Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt đã sử dụng

phương pháp đánh dấu phóng xạ nghiên cứu cơ chế vận chuyển nguồn gốc bùn

cát gây bồi lắng cửa Định An và phát hiện ra cơ chế sàng lắc trong chuyển động

bùn cát dọc theo luồng tầu dưới tác dụng của sóng và dòng chảy [15]; (ii) Vũ

Kiên Trung (2009) sử dụng mô hình toán nghiên cứu về sự hình thành các bãi

bồi ven biển khu vực từ cửa Tiểu đến cửa Định An và đề xuất các giải pháp khai

thác [20].

Các nghiên cứu chuyên sâu cho riêng vùng bờ biển Trà Vinh phải kể đến

Hoàng Văn Huân (2008, 2013, 2014) [1] [2] [3]. Trong đó, tiêu biểu nhất là đề

tài cấp nhà nước “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp Khoa học Công nghệ dự

báo, phòng chống biển lấn đoạn bờ biển tỉnh Trà Vinh và vùng phụ cận” [1] đã

nghiên cứu về các vấn đề: (i) khảo sát thực địa diễn biến đường bờ qua mùa gió

Đông bắc – Tây Nam; (ii) khảo sát một số vị trí địa hình, sóng, dòng chảy, nồng

độ bùn cát lơ lửng để phục vụ tính toán mô hình; (iii) sử dụng ảnh viễn thám

phân tích diễn biến đường bờ giai đoạn từ 1989 – 2012; (iiii) sử dụng mô hình

toán đánh giá tổng hợp các yếu tố thủy động lực ven bờ, diễn biến bồi xói có xét

đến kịch bản bão và NBD; (iiiii) đề xuất các giải pháp phòng chống xói lở cho

các khu vực trọng điểm.

Các kịch bản đều được tính toán tốc độ dòng chảy, chiều cao sóng, diễn

biến bồi/xói để so sánh. Kết quả dự báo đối với kịch bản bão cấp 12 là: sạt lở bờ

biển sẽ tăng đáng kể, bồi lấp cửa sông sẽ tăng khá mạnh và ngưỡng cạn tại các

cửa sông sẽ di chuyển sâu vào bên trong các nhánh sông. Kết quả dự báo đối với

kịch bản NBD =15cm (năm 2020): không ảnh hưởng nhiều đến quá trình sạt lở

do nó không ảnh hưởng nhiều đến giá trị dòng chảy và sóng [1].

Đề tài [1] cũng đã phân tích các yếu tố tác động đến quá trình xói lở - bồi

tụ bờ biển Trà Vinh, được phân làm ba nhóm: (i) yếu tố nội sinh gồm: cấu tạo địa

chất vùng bờ, hướng đường bờ; (ii) yếu tố ngoại sinh gồm: tác động của dòng

chảy biển, tác động của gió, sóng, thủy triều, nước biển dâng,… (iii) yếu tố nhân

sinh gồm: xây dựng các công trình thủy điện trên thượng nguồn sông Mê Công,

xây dựng các công trình vùng ven biển và các hoạt động khai thác cát.

Một số điểm lưu ý trong đề tài trên là:

- Đề tài đã tính toán các yếu tố thủy động lực (sóng, dòng chảy, thủy

triều) và diễn biến hình thái bờ biển (quá trình bồi/xói) nhưng chưa đề cập, phân

tích đến sự khác biệt của dòng vận chuyển bùn cát ven bờ giữa 2 mùa gió Đông

bắc và Tây Nam (yếu tố cơ bản gây ra những thay đổi ngắn hạn của đường bờ).

- Kịch bản NBD 15cm vào năm 2020 là kịch bản cũ, cần được cập nhật

mới theo dự báo của Bộ TNMT năm 2016. Nghiên cứu chỉ tập trung phân tích về

dòng chảy và sóng, chưa có kết quả trích xuất cao trình địa hình đáy để so sánh

chi tiết giữa các kịch bản hiện trạng và NBD. Ngoài ra, đề tài chỉ xây dựng 1

kịch bản NBD =15cm, cần bổ sung thêm kịch bản khác để thấy rõ xu thế biến

động địa hình đáy phụ thuộc vào mức độ dâng cao của mực nước biển.

- Việc xây dựng các công trình thủy điện trên thượng nguồn sông Mê

Công làm giảm đáng kể lượng phù sa, dẫn tới làm nghiêm trọng hơn tình trạng

xói lở bờ biển Trà Vinh trong thời gian qua. Nhưng, trong nghiên cứu chưa có

tính toán cụ thể mức độ ảnh hưởng của sự suy giảm lượng phù sa sông Mê Công

đến xu thế biến động địa hình đáy khu vực ven biển Trà Vinh.

1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN BỜ BIỂN

Từ tổng hợp các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã được liệt kê

ở phần trên, luận án nhận thấy những phương pháp sau đây được sử dụng khá

rộng rãi trong nghiên cứu về chế độ thủy động lực và diễn biến bờ biển hiện nay:

Phương pháp nghiên cứu trên mô hình thực tế 1-1: Nhằm đánh giá

định tính và định lượng các đặc trưng động lực vùng cửa sông ven biển thông

qua khảo sát, điều tra và đo đạc thực địa khu vực cửa sông, ven biển theo các

mùa trong một số năm để so sánh, đánh giá diễn biến và để bổ sung số liệu đầu

vào cho việc áp dụng mô hình toán, thiết lập mô hình vật lý,... Đây là phương

pháp được sử dụng sớm nhất, hiện nay đã được nâng cấp nhờ hiện đại hóa, chính

xác hóa các thiết bị đo, như máy đo lưu tốc, lưu lượng ADCP, máy định vị vệ

tinh DGPS, thiết bị đo sóng, đo bùn cát, đo độ mặn,... Tuy nhiên mức độ chính

xác của phương pháp này hoàn toàn phụ thuộc vào số liệu đo đạc, mà độ chính

xác của số liệu đo là do phương pháp đo, thiết bị đo và ảnh hưởng của các yếu tố

thời tiết.

Phương pháp thống kê: Với phương pháp này một số yếu tố tự nhiên

ảnh hưởng đến các vùng bờ biển được phân tích nghiên cứu nhằm xác định quy

luật thống kê để áp dụng vào các nghiên cứu đề xuất định hướng các giải pháp

khoa học công nghệ.

Phương pháp mô hình vật lý: Các nghiên cứu về diễn biến xói lở, bồi

tụ cửa sông, bờ biển bằng mô hình vật lý tập trung đi sâu phân tích trường dòng

chảy và các tác động của công trình xây dựng. Do tính chất phức tạp của các quá

trình thủy động lực hình thái ở cửa sông, bờ biển mà các nghiên cứu trên mô

hình vật lý có những hạn chế về phạm vi không gian nghiên cứu cũng như thời

đoạn nghiên cứu. Nghiên cứu trên mô hình vật lý bằng mô hình lòng động có xét

tới vận chuyển bùn cát và biến đổi lòng dẫn chỉ có thể thực hiện được một số rất

ít phòng thí nghiệm tiên tiến trên thế giới như phòng thí nghiệm biển của Hiệp

hội kỹ thuật Quân đội Mỹ, phòng thí nghiệm biển của Đại học Hanover, Đức,

hay phòng thí nghiệm thủy lực của Deltares (trước kia là Viện thủy lực Delft, Hà

Lan).

Ở Việt Nam, các cơ sở nghiên cứu thí nghiệm trên mô hình vật lý vẫn

còn rất ít, cũ kỹ, lạc hậu, hoặc là mới chỉ đang bắt đầu được trang bị các thiết bị

hiện đại để phục vụ cho các nghiên cứu phức tạp về sóng, triều,... Một số cơ sở

thí nghiệm về lĩnh vực này hiện vẫn đang hoạt động ở nước ta hiện nay có: khu

thí nghiệm trường Đại học Xây dựng (C6 Bách Khoa), phòng thí nghiệm Công

ty Tư vấn Xây dựng đường thủy (thuộc TEDI), phòng thí nghiệm của Viện Điện

lực... Ngoài ra, một số khu thí nghiệm mới đã được xây dựng như: phòng thí

nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học Sông – Biển (2001-2007), cơ sở

thí nghiệm phòng chống thiên tai Hòa Lạc với tổng diện tích 25ha (2010), phòng

thí nghiệm Sông - Biển Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (2011).

Phương pháp mô hình toán: Mô hình toán dùng để mô phỏng và xác

định các quy luật liên quan đến diễn biến bờ biển như vận chuyển bùn cát, quá

trình diễn biến đường bờ, diễn biến mực nước, thủy triều và sóng biển. Với sự

phát triển của các phương pháp tính và sự tiến bộ vượt bậc của ngành công nghệ

thông tin, đã mở ra cơ hội cho hướng nghiên cứu các diễn biến bằng mô hình

toán. Các công cụ nghiên cứu xói lở, bồi tụ, dịch chuyển cửa sông, bờ biển bằng

mô hình toán động lực hình thái 2 chiều, 3 chiều mô phỏng diễn biến hình thái

của các cửa sông, lạch triều ngày càng được hoàn thiện và cho phép mô phỏng

chi tiết hơn, sát thực hơn với các hiện tượng diễn biến trong tự nhiên và thời

đoạn mô phỏng dài hơn.

Để nghiên cứu diễn biến vùng cửa sông, ven biển, hiện nay các mô hình

đang được sử dụng là (i)- các mô hình tính sóng; (ii)- các mô hình tính thủy lực

và (iii)- các mô hình tính vận chuyển bùn cát và biến đổi đường bờ.

Các mô hình toán nhiều chiều, bao gồm cả 2 chiều và 3 chiều, tính toán

thủy động lực – vận chuyển bùn cát bờ biển hiện đại trên thế giới có thể kể tới là:

ROMS, DELFT3D (Deltares), ECOM-SED (Hydroqual), MIKE (DHI), CH3D

(quân đội Mỹ), STORMSED, SEDTRANS, TELEMAC,…

Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám: Khai thác thông tin viễn thám

đa thời gian và thông tin địa lý với sự trợ giúp của hệ thống máy tính được cài

đặt các phần mềm xử lý ảnh và bản đồ, để nghiên cứu rất có hiệu quả các vấn đề

diễn biến đường bờ, diễn biến cồn bãi, phân bố hàm lượng bùn cát, lưu hướng

dòng chảy sông biển v.v... Tư liệu viễn thám hiện nay rất đa dạng về chủng loại

và tính năng, hiện nay đang được sử dụng khá rộng rãi ở nhiều cơ quan chuyên

ngành nước ta. Nguồn tư liệu ảnh chủ yếu là các ảnh vệ tinh LANDSAT, SPOT

và ADEOS – AVNIR. Tuy vậy, việc phân tích viễn thám mới chỉ tiến hành cho

việc diễn biến đường bờ mà chưa có nghiên cứu sâu hơn như về phân bố độ đục,

chuyển động bùn cát, lưu tốc, trạng thái chảy như ở các nước tiên tiến.

Phương pháp đánh dấu phóng xạ: nghiên cứu chuyển động bùn cát

vùng cửa sông, ven biển. Về nguyên tắc, kỹ thuật đánh dấu dựa trên các đặc

trưng xác định được của chất đánh dấu để suy ra các đặc trưng của chất nghiên

cứu, với giả thiết là chất đánh dấu có cùng đặc trưng động lực của chất nghiên

cứu. Sau khi bơm chất đánh dấu vào môi trường nghiên cứu, theo dõi dịch

chuyển của chất đánh dấu bằng cách xác định hướng và tọa độ tâm khối lượng

của đám mây phóng xạ, từ đó xác định được vận tốc di đẩy của hạt và bề dày

vận chuyển trung bình của lớp di đẩy.

1.5. NHẬN XÉT CHUNG

1.5.1. Những thành tựu đã đạt được

a) Thành tựu về khoa học cơ bản

Mảng nghiên cứu các quá trình động lực - vận chuyển bùn cát cửa sông

ven biển

- Hoàn thiện về việc khám phá các quy luật cơ bản của các yếu tố động lực,

quá trình chuyển động và lắng đọng bùn cát, đặc biệt trong môi trường nước mặn

ở vùng cửa sông ven biển.

- Tập hợp các kết quả nghiên cứu thành các khái quát hóa mang tính

phương pháp luận, viết thành các “cẩm nang” sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu

về cửa sông và bờ biển.

- Phát triển cao hơn về phương pháp tính, trong đó đặc biệt là cải thiện khả

năng mô phỏng thực tế của các mô hình vật lý, nâng cao khả năng tính toán của

các mô hình toán, sử dụng các ảnh viễn thám chất lượng cao nghiên cứu diễn

biến bờ biển.

Mảng nghiên cứu các công trình bảo vệ bờ biển

- Hoàn thiện các lý thuyết cơ bản về kỹ thuật xây dựng công trình bảo vệ

bờ biển.

- Phát triển đa dạng về công nghệ và vật liệu nhằm làm tăng hiệu quả bảo

vệ và giảm thiểu kích thước công trình chỉnh trị.

b) Thành tựu nghiên cứu về bờ biển Trà Vinh

- Lịch sử phát triển dải bờ biển Trà Vinh và những kết cấu trầm tích cơ

bản.

- Mô phỏng các yếu tố tác động đến quá trình động lực - vận chuyển bùn

cát khu vực bờ biển Trà Vinh bằng mô hình toán.

- Sự khác biệt về hàm lượng bùn cát sông Mê Công trong mùa lũ và mùa

cạn ảnh hưởng rõ rệt đến sự bồi tụ các bãi bồi khu vực cửa sông.

- Hướng gió mùa đông bắc và tây nam có ảnh hưởng lớn đến hướng sóng

và dòng chảy ven bờ.

- Sự dâng cao mực nước biển (BĐKH) làm tăng tốc độ bồi tại các bãi bồi

khu vực phía ngoài các cửa sông giáp với bờ biển Trà Vinh do dòng trầm tích bị

hạn chế phát tán về phía biển mà chỉ tập trung di chuyển quanh các cửa sông.

- Sử dụng ảnh viễn thám phân tích diễn biến đường bờ giai đoạn từ 1989 –

2015.

- Đề xuất các giải pháp phòng chống xói lở bờ biển.

1.5.2. Những vấn đề tồn tại

Qua phân tích tổng quan luận án nhận thấy rằng: (i) chưa có nghiên cứu

độc lập - chuyên sâu của các chuyên gia quốc tế về vùng biển ven bờ Trà Vinh;

(ii) các kết quả nghiên cứu có giá trị khoa học cao của các chuyên gia quốc tế về

khu vực này đều có kết hợp với các nhà khoa học kinh nghiệm trong nước; (iii)

kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước có liên quan hoặc thực hiện

trực tiếp đối với vùng biển ven bờ Trà Vinh đã đạt được những thành tựu đáng

kể, bao trùm nhiều vấn đề và sát với thực tế. Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại một số

vấn đề trong mảng nghiên cứu về bờ biển Trà Vinh:

a) Về nghiên cứu cơ bản

- Các kết quả nghiên cứu về thủy động lực còn phân tán, rời rạc, cần được

tổng quát hóa dưới dạng sơ đồ - bản đồ để thuận tiện cho các công trình nghiên

cứu tiếp theo sử dụng.

- Vấn đề vận chuyển bùn cát dọc bờ, cân bằng bùn cát chưa được nghiên

cứu chi tiết đối với khu vực bờ biển Trà Vinh.

- Kết quả nghiên cứu về sự dâng cao mực nước biển (BĐKH) làm tăng tốc

độ bồi tại các bãi bồi khu vực phía ngoài các cửa sông, nhưng chưa xét đến

những biến động đối với địa hình dải ven biển.

- Chưa có tính toán, phân tích chi tiết bằng số liệu và hình ảnh về mức độ

ảnh hưởng của sự suy giảm lượng phù sa sông Mê Công do xây dựng các công

trình trên thượng nguồn đến xu thế biến động lớp bồi tụ khu vực ven biển Trà

Vinh.

- Chưa có nghiên cứu về quy luật diễn biến địa hình đáy phụ thuộc vào thời

gian cho vùng biển ven bờ Trà Vinh.

- Vấn đề hình thái bờ biển Trà Vinh chưa được phân tích tổng quát trên

phương diện mặt cắt và mặt bằng.

b) Về phương pháp nghiên cứu

- Việc phân tích ảnh viễn thám mới chỉ tiến hành cho việc diễn biến đường

bờ mà chưa có nghiên cứu sâu hơn như về phân bố độ đục, chuyển động bùn cát,

lưu tốc, trạng thái dòng chảy,... như ở các nước tiên tiến.

- Chưa có công trình nghiên cứu bằng mô hình vật lý đối với khu vực dải

bờ biển Trà Vinh vì đây là khu vực rộng lớn, nhiều cơ chế tác động.

- Kết quả nghiên cứu bằng phương pháp đo đạc thực địa chỉ gồm một phần

bờ biển Trà Vinh và số liệu quan trắc cũng khó liên tục.

- Chưa có nghiên cứu sử dụng mô hình toán 3 chiều (3D) để tính toán các

yếu tố thủy động lực và vận chuyển bùn cát cho vùng biển ven bờ Trà Vinh.

- Các giải pháp chỉnh trị đã thực hiện hoặc được đề xuất thiên nhiều về tính

thụ động, chưa đáp ứng được hiệu quả như mong muốn về vấn đề bảo vệ và phát

triển bền vững vùng biển ven bờ Trà Vinh.

1.6. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

1.6.1. Vấn đề nghiên cứu

Từ tổng kết các vấn đề nêu trên, nhận thấy rằng đối với lĩnh vực nghiên

cứu về diễn biến bờ biển, đặc biệt là đối với bờ biển Trà Vinh ở nước ta còn

nhiều vấn đề cần được đi sâu làm sáng tỏ. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận

án, NCS lựa chọn nghiên cứu các vấn đề sau:

- Nghiên cứu những đặc điểm riêng của chế độ thủy động lực và cơ chế vận

chuyển bùn cát ven bờ vùng biển Trà Vinh, từ đó tập hợp các kết quả tính toán

thành “Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng biển ven bờ Trà Vinh”.

- Nghiên cứu hình thái đường bờ biển Trà Vinh và xây dựng quan hệ

đường giữa chiều dày bồi lắng theo thời gian, có xem xét đến ảnh hưởng của sự

suy giảm phù sa sông Mê Công và nước biển dâng.

- Xây dựng cơ sở khoa học để chỉnh trị và ổn định bờ biển Trà Vinh.

1.6.2. Phạm vi nghiên cứu

Quá trình thủy động lực, vận chuyển bùn cát và diễn biến hình thái của

một dải bờ biển là hệ quả của nhiều tác nhân bao gồm: chế độ dòng chảy – bùn

cát trong sông mùa lũ và mùa kiệt, chế độ hải văn - sóng – gió biển khơi, kết cấu

vùng bờ,... Do vậy, phạm vi vùng nghiên cứu sẽ được thiết lập đủ lớn để xét đến

đầy đủ tác động của các tác nhân nói trên. Vấn đề này sẽ được đề cập kỹ hơn

trong chương II, mục 2.3. Xây dựng mô hình tính toán.

Các kết quả nghiên cứu của luận án sẽ tập trung phân tích kỹ hơn đến

vùng bờ bãi biển tỉnh Trà Vinh có chiều dài 65km tính từ phía Bắc về phía Nam

lần lượt bao gồm các xã Mỹ Long Nam, Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa, Dân

Thành, Đông Hải và Long Vĩnh (Hình 1.18).

Hình 1. 18: Bản đồ vị trí vùng nghiên cứu (được khoanh tròn)

1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong nội dung chương này, luận án đã tổng hợp được các thành tựu

nghiên cứu cơ bản trên thế giới trong lĩnh vực nghiên cứu về diễn biến bờ biển:

(i) ảnh hưởng của các yếu tố thủy động lực như: sóng, thủy triều, nước biển

dâng, dòng chảy từ sông,… lên sự thay đổi hình thái bờ biển; (ii) quá trình vận

chuyển bùn cát ven biển; (iii) các công trình bảo vệ bờ biển; (iv) các phương

pháp nghiên cứu về diễn biến bờ biển hiện nay.

Luận án cũng đã phân tích những thành tựu và vấn đề còn tồn tại trong

các nghiên cứu về diễn biến bờ biển Trà Vinh, từ đó đề xuất hướng nghiên cứu

cụ thể.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Qua phân tích tổng quan các nghiên cứu về diễn biến bờ biển trên thế

giới, khu vực ĐBSCL và Trà Vinh cho thấy, xu thế nghiên cứu tiên tiến hiện nay

là sử dụng phương pháp mô hình toán.

2.1. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

2.1.1. Giới thiệu phương pháp mô hình toán

Lựa chọn phần mềm

Phương pháp nghiên cứu

chính được lựa chọn để giải

Chuẩn bị dữ liệu

quyết các vấn đề đặt ra nghiên

Xây dựng mô hình

cứu của luận án là phương pháp

mô hình toán. Các bước thực

hiện trong nghiên cứu bài toán

Hiệu chỉnh mô hình (calibration)

diễn biến bờ biển bằng mô hình

toán số thể hiện trên hình 2.1.

Hình 2. 1: Các bước thực hiện

Chứng minh độ chính xác của kết quả (validation)

trong nghiên cứu bài toán diễn

Tính toán các phương án và Xử lý kết quả

biến bờ biển bằng mô hình toán

Viết báo cáo

2.1.2. Lựa chọn phần mềm

Việc lựa chọn mô hình

thực hiện nội dung nghiên cứu được dựa theo những tiêu chuẩn cơ bản liệt kê

trong tài liệu [21] để làm cơ sở cho việc phân tích, đánh giá. Các mô hình được

lựa chọn để so sánh là các mô hình được sử dụng rộng rãi hiện nay trên thế giới

như: ROMS (Regional Ocean Modeling System), POM (Pinceton Ocean Model,

Princeton University), TELEMAC 2D và 3D, DELFT 3D, MIKE 21C (DHI,

Denmark, 2009), MIKE 21/3 coupled model FM (DHI, Denmark, 2009, 2012).

Việc phân tích, lựa chọn mô hình thể hiện trong bảng 2.1.

Bảng 2. 1: Phân tích lựa chọn phần mềm

Yêu cầu

Phân tích

STT

Tiêu chuẩn

Mô hình thỏa mãn

Tất cả mô hình

1 Độ tin cậy của mô hình

Các mô hình được lựa chọn so sánh đều đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới nên có thể hoàn toàn tin tưởng về học thuật.

Các module cấu thành mô hình chọn phải có lõi học thuật bảo đảm, được công nhận trên thế giới và ở Việt Nam

ROMS, TELEMA C,

2 Khả năng của mô hình

DELFT 3D, MIKE 21/3 FM

Mô hình chọn phải tích hợp được tính liên tục, liên kết và liên thông giữa tính toán thủy động lực (HD), phổ sóng (SW), vận chuyển bùn cát (M-ST) và bồi xói tại khu vực nghiên cứu là vùng nước rất nông với dòng không ổn định 2 chiều ngang.

- POM: được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu hoàn lưu biển sâu không thích hợp để nghiên cứu cho vùng biển nông vùng nghiên cứu. - TELEMAC: tích hợp đủ các thành phần HD, SW, ST, MT và bồi xói. - MIKE 21C: không thích hợp vì thiếu module SW. - MIKE 21/3 FM, DELFT 3D: tích hợp đủ các thành phần HD, SW, ST, MT và bồi xói trong một hệ thống liên kết, trong đó sự tương tác qua lại giữa chúng được tính đến.

MIKE 21/3 FM

3 Hiệu quả của mô hình

Mô hình cho phép thiết lập lưới tính linh hoạt là tổ hợp các phần tử tam giác (cho các khu vực đường bờ đáy phức tạp) và phần tứ giác (cho các khu vực khác) đảo đảm tính linh hoạt tối ưu, có độ tin cậy cần thiết và giảm thiểu thời gian chạy mô hình.

- Thuận tiện khi sử dụng. - Đáp ứng các yêu cầu tính toán.

MIKE 21C, DELFT 3D, MIKE 21/3 FM

4 Lựa chọn giữa mô hình đóng gói và mã nguồn mở

- ROMS: chỉ thiết lập lưới tứ giác trực giao thuần chủng không đủ độ mềm dẻo để đưa các nhánh sông nhỏ tại các sông Mê Công vào lưới tính tổng thể. - TELEMAC: lưới tính chỉ sử dụng các phần tử thuần chủng tam giác. - DELFT 3D: lưới tính thuần chủng các tứ giác trực giao nên chưa đủ linh hoạt. - MIKE 21C: lưới tính thuần chủng các tứ giác trực giao. - MIKE 21/3 FM: lưới tính linh hoạt do có sự kết hợp giữa các phần tử tam giác và tứ giác. - Mô hình mã nguồn mở (ROMS, POM, TELEMAC): sử dụng khi có nhu cầu thay đổi (phát triển) thuật toán để thực hiện các yêu cầu đặc biệt của bài toán hay địa điểm cụ thể. Khó khăn: yêu cầu kỹ năng lập trình, chi phí để phát triển, kiểm định và bảo trì. - Mô hình đóng gói (DELFT 3D, MIKE 21C, MIKE 21/3 FM): dễ dàng sử dụng, đáp ứng đủ các yêu cầu tính toán.

STT

Yêu cầu

Phân tích

Tiêu chuẩn

Mô hình thỏa mãn

5 Giá thành của mô hình

Chi phí thấp nhất cho việc sử dụng mô hình phục vụ học tập và nghiên cứu.

ROMS, POM, TELEMA C,

MIKE 21C, MIKE 21/3 FM

- Ngoại trừ các phần mềm có mã nguồn mở, các phần mềm thủy lực thương mại đều có giá thành tương đối cao, vượt ra ngoài khả năng chi trả của người làm luận án. - Viện Kỹ thuật Biển là cơ quan đào tạo thực hiện luận án này có giấy phép bản quyền sử dụng phần mềm Mike 21.

Các mô hình kể trên đều thỏa mãn.

Tất cả mô hình

Sử dụng giao diện Window, tương thích với nhiều phần mềm Hệ thống thông tin địa lý (GIS), nhập được số liệu đầu vào từ nhiều nguồn.

6 Khả năng nối kết các với phương tiện tính toán khác

NCS đã có thời gian tiếp xúc và sử dụng phần mềm Mike 21 cho công việc.

7 Tính sẵn về

MIKE 21C, MIKE 21/3 FM

có nguồn nhân sự

Nhân sự có khả năng sử dụng tốt phần mềm lựa chọn để phục vụ nghiên cứu.

Tóm lại, luận án sẽ lựa chọn mô hình Mike 21/3 FM để tính toán các vấn

đề nghiên cứu vì phần mềm này thỏa mãn các tiêu chí đưa ra.

2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

Để nghiên cứu diễn biến vùng cửa sông, ven biển bằng mô hình toán cần

thiết phải mô phỏng được các hiện tượng tự nhiên bằng các phương trình toán

học: (i) Mô phỏng dòng chảy vùng nước nông (Hydrodynamic - HD); (ii) Tính

toán sóng (Spectral Wave – SW); (iii) Mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát và

biến hình lòng dẫn (Mud and sand transport – MT và ST).

2.2.1. Mô phỏng dòng chảy vùng nước nông [34]

Đối với dòng chảy vùng cửa sông và ven biển (vùng nước nông) chúng

ta có thể sử dụng các mô hình toán 2 chiều hoặc 3 chiều. Trong mô hình 2 chiều,

thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng vô cùng nhỏ được bỏ qua và áp suất

trên thuỷ trực được xấp xỉ coi là phân bố theo quy luật thuỷ tĩnh. Dòng chảy

nước nông được mô tả bởi hệ phương trình:

- Phương trình liên tục mô tả quy luật bảo toàn vật chất:

(2.1)

- Phương trình chuyển động mô tả quy luật bảo toàn động lượng theo phương x:

(2.2)

- Phương trình động lượng theo phương y:

(2.3)

Trong đó: biến thời gian (s);

ngang (m); các tọa độ Decartes trên mặt phẳng nằm các thành phần vận tốc trung bình chiều sâu theo phương x và y

(m/s), tham số Coriolis (s-1); gia tốc trọng trường (m/s2);  độ dâng mặt

nước so với mốc cao độ, còn gọi là mực nước (m); d độ sâu cột nước khi mực

nước bằng 0; là độ sâu cột nước tổng cộng; khối lượng riêng của

nước (kg/m3); Pa áp suất khí quyển (Pa/m); S độ lớn lưu lượng của các nguồn nước đổ vào miền mô phỏng (m3/s); vận tốc dòng nước chảy từ nguồn vào là các thành phần của ứng suất bức xạ miền mô phỏng (m/s);

sóng lên đơn vị thể tích nước theo các phương x và y (N/m2) (có thể được đưa

vào từ module tính phổ sóng); A là hệ số nhớt rối ngang; , là các thành

phần ứng suất gió trên mặt biển (N/m2); , là các thành phần ứng suất ma

sát đáy (N/m2); là các thành phần nội ứng suất (N/m2); (tỷ lệ thuận với

hệ số nhớt rối ngang A và vận tốc ).

(2.4)

Ứng suất ma sát đáy được xác định bởi:

- là khối lượng riêng của nước; là vận tốc trung

Trong đó: bình đẳng sâu cột nước; là hệ số ma sát đáy, xác định theo hệ số Chezy C,

hay hệ số nhám Manning M, qua các công thức: hoặc

Ứng suất gió tác động lên mặt cột nước được xác định bởi

là vận tốc gió trên độ cao 10m so với mặt nước trung bình;

công thức thực nghiệm: . Trong đó:

- là mật độ không khí; là hệ số ma sát gió lên mặt nước.

Hệ số ma sát gió có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của Wu

(1980, 1994) đề xuất: (2.5)

Trong đó: - là hệ số kinh nghiệm (

); - là trị số vận tốc gió 10m trên mặt nước.

Hình 2. 2: Vị trí các điểm tính trên lưới so le trong hệ tọa độ x,y [34] [trong đó, p,q(x, y, t) = (uh,vh) là thông lượng dòng chảy theo phương x và y (m3/s/m)]

2.2.2. Tính toán sóng [37]

a) Mật độ tác động sóng (wave

action density)

Mật độ tác động sóng (phổ

sóng) là đại lượng thay đổi theo thời gian (t), vị trí (x,y) và là một hàm của hai

thông số pha sóng: tần số góc tương đối ( ) và hướng sóng ( ). Do đó, N là

hàm của . Mật độ tác động sóng (N) phụ thuộc vào mật độ năng

lượng sóng (E) theo công thức:

(2.6)

Với, tần số góc ;

Trong đó: gia tốc trọng trường (m/s2); d Độ sâu nước (m); (2.7) là vector vận tốc

dòng chảy (m/s); , f là tần số sóng); là tần số góc tuyệt đối ( là số

sóng, tỷ lệ nghịch với bước sóng ( , là bước sóng);

b) Phương trình bảo toàn tác động sóng:

Trong hệ tọa độ Decartes nằm ngang, phương trình bảo toàn tác động

sóng có dạng: (2.8)

Trong đó: là mật độ tác động sóng; biến thời gian (s);

các tọa độ Decartes trên mặt phẳng nằm ngang (m); là là vận tốc

lan truyền sóng trong không gian pha bốn chiều (m/s); S là số hạng

nguồn của phương trình cân bằng năng lượng; là toán tử vi phân trong không

gian bốn chiều.

c) Tốc độ lan truyền sóng

được cho bởi các công thức: Bốn tốc độ lan truyền sóng

(2.9)

(2.10)

(2.11)

Trong đó: ; s là tọa độ trong trục có hướng là hướng

là toán ; m là tọa độ trong trục có hướng vuông góc với trục tọa độ s;

sóng tử vi phân hai chiều trong không gian (x,y).

d) Số hạng năng lượng nguồn (the energy source term)

Trong đó:

mô tả sự phát sinh năng lượng sóng bởi gió;

Số hạng năng lượng nguồn (S) được tính theo công thức sau:

(2.12) mô tả sự phát sinh

năng lượng sóng từ tác động qua lại của các sóng phi tuyến; sự tiêu hao năng

lượng do sóng bạc đầu; sự tiêu hao năng lượng do ma sát đáy; sự

tiêu hao năng lượng do hiện tượng vỡ sóng nước sâu.

2.2.3. Mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát và biến hình lòng dẫn

Chuyển động của bùn cát tồn tại dưới 2 hình thức: di chuyển dưới đáy

và lơ lửng trong dòng nước. Có sự khác biệt lớn trong cơ chế chuyển động của

bùn cát giữa 2 loại vật liệu là cát rời và bùn kết dính. Đối với vật liệu rời, bùn cát

chuyển động bằng cách lăn hoặc nhảy cóc trong tầng sát đáy. Trong khi đó đối

với vật liệu kết dính, dòng bùn cát chính là dòng chảy trong lòng dẫn. Việc tính

toán bài toán vận chuyển bùn cát và biến hình lòng dẫn vì vậy thường được tách

riêng cho 2 loại vật liệu này. Ngoài ra, có rất nhiều cách tiếp cận khác nhau của

các nhà khoa học quốc tế trong phương pháp luận về quá trình vận chuyển và

lắng đọng bùn cát đã được phân tích trong chuyên đề [12], ở đây chỉ đề cập đến

các công thức được sử dụng bởi một trong các mô hình toán hiện đại trên thế

giới (mô hình Mike 21/3 FM) để thuận tiện cho việc theo dõi.

Bảng 2. 2: Phân loại bùn cát mịn [35]

Loại bùn cát Kích thước hạt Khả năng kết bông

Đất sét (bùn kết dính) < 4μm Cao

Phù sa (bùn kết dính) 4-63 μm Trung bình

Cát mịn 63-125 μm Rất thấp/không kết bông

a) Vận chuyển bùn [35]

Sự vận chuyển bùn (trong bài toán mô hình dòng chảy 2 chiều) được mô

phỏng bởi phương trình bảo toàn vật chất:

(2.13)

Trong đó: biến thời gian (s);

ngang (m); các tọa độ Decartes trên mặt phẳng nằm các thành phần vận tốc trung bình chiều sâu theo phương x và y

(m/s); h độ sâu nước (m); S Số hạng nguồn bùn do xói hoặc bồi

(deposition/erosion term) (kg/m3/s); Nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình chiều sâu (kg/m3); QL Lưu lượng nguồn trên một đơn vị diện tích (source discharge per

unit horizontal area) (m3/s/m2); CL Nồng độ bùn cát lơ lửng tại nguồn vào (kg/m3); Dx, Dy Hệ số khuếch tán rối (m2/s).

(2.14)  Sự bồi tụ (SD) biểu thị bằng công thức:

Trong đó: Ws – tốc độ lắng (m/s), cb – nồng độ bùn cát (kg/m3), pd – xác suất bồi trên đáy (probability of deposition) được tính bằng: , Với, - ứng suất đáy (N/m2), - ứng suất đáy tới hạn bồi (N/m2).

 Sự xói lở (SE) được tính riêng cho từng loại lớp đáy (đối với mô hình đa

lớp đáy gồm lớp bùn lỏng ở phía trên và lớp bùn chặt ở dưới). Xem hình 2.11.

)

Đối với lớp bùn chặt, ( , . Trong đó: E – khả năng xói của đáy (erodibility of bed) (kg/m2/s), - ứng suất đáy tới hạn xói (N/m2), n – cường độ xói.

Đối với lớp bùn lỏng, [ ( ) ] , , với – hệ số ( √ ) (2.15)

 Mô phỏng hình thái lòng dẫn

Mô hình biến đổi hình thái cập nhật địa hình lòng dẫn theo tốc độ bồi và

xói cho mỗi bước thời gian (nested) và được tính bằng phương trình:

batn+1 = batn + nested n

(2.16) Ở đây: batn là địa hình tại bước thời gian hiện hành; batn+1 là địa hình

tại bước kế tiếp; n là bước thời gian.

Cập nhật địa hình đáy (cho đáy 1 lớp và bùn 1 thành phần): Lượng bồi – SE)Δt; Khối lượng lớp đáy M đã được tính; tụ lên đáy tính bằng: ND = Σ(SD

Nếu xói đang xảy ra (ND < 0) và M+ND <0, thì cần phải điều chỉnh tốc độ xói

và bồi sao cho M+ND=0. Tiếp theo, bề dày và tỷ trọng lớp đáy sẽ được cập nhật

như sau:

(2.17)

b) Vận chuyển cát [36]

Dòng vận chuyển cát là tổng lượng bùn cát lơ lửng qs và dòng cát di đẩy

trên đáy qb [tính theo công thức Engelund và Fredsøe (1976)]:

qt = qb + qs = S (2.18)

 Dòng cát di đẩy trên đáy qb:

Hướng vận chuyển bùn cát đáy: (2.19)

;

Trong đó, - thông số Shields và

- giá trị tới hạn của thông số Shields Hướng vận chuyển bùn cát đáy theo hướng chính của dòng chảy:

(2.20) Hướng vận chuyển bùn cát đáy theo hướng vuông góc với hướng chính của dòng

(2.21)

chảy: Dòng cát di đẩy trên đáy theo hướng chính của dòng chảy:

(2.22) Dòng cát di đẩy trên đáy theo hướng vuông góc với hướng chính của dòng chảy:

(2.23)

, với - Gia tốc trọng trường - Khối lượng

Trong đó, d50 -Đường kính trung bình của hạt cát (m); (m/s2); - Hướng tức thời của dòng chảy; riêng của cát (kg/m3), - Khối lượng riêng của nước biển (kg/m3);

 Dòng cát lơ lửng qs:

(2.24)

Nồng độ bùn cát (c) theo thời gian được tính từ phương trình tính chảy rối sau:

- Tốc độ lắng; Trong đó, εs - Hệ số khuếch tán rối;

(2.25) Dòng cát lơ lửng qs:

Trong đó, D - Độ sâu nước; d - Đường kính của hạt cát; T - Chu kỳ sóng; U1 – vận tốc tức thời của dòng tổng hợp.

 Mô phỏng hình thái lòng dẫn

Phương trình liên tục vận chuyển cát được mô tả như sau:

(2.26)

Trong đó: n Độ rỗng đáy; z - cao trình đáy; t - thời gian; Sx - Dòng vận chuyển

cát tổng hợp theo phương x; Sy - Dòng vận chuyển cát tổng hợp theo phương y;

ΔS Số hạng nguồn bùn cát (bổ sung vào hoặc bị chìm xuống).

Cập nhật địa hình:

Các phương trình 2.1, 2.2, 2.3, 2.8, 2.13, 2.18,… là các phương trình vi

phân đạo hàm riêng, nói chung không giải được bằng phương pháp giải tích. Do

đó, người ta đã giải các hệ phương trình này bằng phương pháp số với lược đồ

sai phân hữu hạn hoặc thể tích hữu hạn bằng cách chia miền tính thành các ô

lưới. Việc quy định cách chia lưới và phương pháp giải phương trình thuộc về

lựa chọn của các đơn vị xây dựng phần mềm mô hình toán và phải đảm bảo điều

kiện ổn định Courant – Friedrichs – Lewy (CFL).

Trong toán học, điều kiện CFL được trình bày trong các nghiên cứu của

Richard Courant, Kurt Friedrichs và Hans Lewy năm 1928 là điều kiện cần cho

hội tụ khi giải số các phương trình vi phân đạo hàm riêng [34].

Với bài toán hai chiều, điều kiện CFL được cho như sau:

(2.27)

Trong đó: bước thời gian tính toán (s); kích thước lưới chia (m);

các thành phần vận tốc

các tọa độ Decartes trên mặt phẳng nằm ngang (m); trung bình chiều sâu theo phương x và y (m/s); gia tốc trọng trường (m/s2); là độ sâu cột nước (m).

2.2.4. Phương pháp xây dựng bản đồ

Các kết quả của mô hình mới chỉ cho ta bức tranh mô phỏng thuỷ động

lực, sóng, phân bố bùn cát dưới dạng hình ảnh, số liệu. Số liệu thô này chỉ thể

hiện được một số ít thông tin cần đề cập mà chưa mang được giá trị tổng hợp,

đầy đủ thông tin hữu ích cần thiết trên một bản đồ, sơ đồ.

Từ các kết quả tính toán về chế độ dòng chảy, sóng, phân bố bùn cát,…,

luận án sử dụng phần mềm ARCGIS để chồng xếp các lớp dữ liệu, từ đó xây

dựng nên sơ đồ phân bố

Thu thập dữ liệu trầm tích đáy và hướng

dòng chảy chủ đạo gió mùa Chọn lọc và xử lý dữ liệu

đông bắc – tây nam ven

biển Trà Vinh. Phân tích chuẩn hoá dữ liệu

Quy trình tiến hành xây Nhập và quản lý dữ liệu dựng sơ đồ thủy động lực

vùng nghiên cứu bằng

phương pháp GIS được thể Kết quả từ tính toán mô hình Dữ liệu GIS đã được cập nhật

hiện trong hình 2.3. Xử lý và phân tích dữ liệu bằng công cụ GIS Hình 2. 3: Qui trình xây

dựng sơ đồ thủy động lực Xuất và trình bày kết quả sơ đồ thủy động lực

bằng phương pháp GIS

2.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

2.3.1. Cơ sở số liệu

a) Số liệu địa hình

Số liệu địa hình đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong tính toán mô

phỏng số nhưng cũng yêu cầu nguồn kinh phí rất lớn từ đo đạc khảo sát. Do miền

tính toán rộng lớn, các số liệu được lấy từ nhiều nguồn tin cậy khác nhau. Riêng

vùng ven biển Trà Vinh số liệu được tham khảo từ kết quả thực đo của đề tài [1],

đây là nguồn số liệu quan trọng giúp cho các kết quả tính toán thêm chính xác và

sát với thực tế. Các số liệu ở vùng xa hơn được lấy vào các thời điểm khác nhau,

sai số này là chấp nhận được đối với phạm vi luận án NCS và phù hợp với các

công trình nghiên cứu khác hiện nay về diễn biến bờ biển.

 Địa hình vùng ven biển Trà Vinh được lấy từ kết quả thực đo vào năm

2011.

Hình 2. 4: Phạm vi địa hình đo đạc trên cạn và dưới nước thu thập cho VNC

 Vùng cửa sông Soài Rạp, cửa Tiểu, cửa Đại, Hàm Luông và vùng ven bờ

Gò Công, Cần Giờ, vịnh Gành Rái, địa hình được lấy từ kết quả khảo sát bình đồ

tỉ lệ 1/5.000 trong các năm 2008, 2009, và 2010 trong khuôn khổ các dự án điều

tra cơ bản thực hiện bởi Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (Viện KHTLMN,

2010a, 2010b) và Viện Kỹ thuật Biển (Viện KTB, 2009).

 Đối với các vùng ven bờ từ Tp. HCM đến Kiên Giang thì lấy theo địa hình

trong bản đồ tỉ lệ 1/100.000 của Hải quân xuất bản năm 1982.

 Địa hình tại các vùng khác của biển Đông được lấy từ GEBCO của Trung

tâm dữ liệu hải dương học Anh Quốc có độ phân giải 30″ × 30″.

b) Số liệu trường gió

Số liệu trường gió được sử dụng từ kết quả mô hình khí hậu toàn cầu

CFSR (Climate Forecast System Reanalysis) của Trung tâm dự báo môi trường

thuộc Cơ quan quản lý đại dương và khí quyển Mỹ (NCEP/NOAA). Đây là kết

quả trường gió thu được từ mô phỏng “hồi tính” (reanalysis) bao gồm việc hiệu

chỉnh mô hình sử dụng các số liệu thực đo từ các hệ thống các trạm quan trắc hải

văn toàn cầu nên có độ tin cậy cao. Số liệu trường gió này có bước thời gian là 3 giờ và bước lưới là 0.5o × 0.5o. Đây là bộ số liệu rất tốt phục vụ nghiên cứu khí

hậu sóng gió.

c) Số liệu sóng

Mô hình vùng nghiên cứu cần số liệu sóng tại 3 biên mở ra biển Đông của

miền tính toán (Hình 2.8). Số liệu này được trích xuất từ mô hình tính toán cho

toàn biển đông (được xây dựng, kiểm định và công bố kết quả nghiên cứu trên

bài báo số 2 trong Danh mục các công trình đã công bố của NCS). Đây là chuỗi

số liệu thông số sóng thay đổi theo thời gian (Δt =60 phút) và theo vị trí các điểm

trên biên, các biến số chính: hướng sóng tới, chu kỳ sóng tới, độ cao sóng có

nghĩa.

Số liệu quan trắc

sóng và dòng chảy tại 3 vị

trí đo đạc năm 2011 và

năm 2014 như hình 2.5

được sử dụng vào mục

đích hiệu chỉnh và kiểm

định mô hình MIKE21C

SW.

Hình 2. 5: Vị trí các trạm đo năm 2011 và năm 2014.

d) Số liệu thủy văn

Số liệu lưu lượng tại các trạm thủy văn Mỹ Thuận, Cần Thơ và số liệu

mực nước tại các trạm Nhà Bè, Thị Vải (Hình 2.8) là tài liệu thực đo theo giờ,

chuỗi số liệu cho toàn năm 2011 phục vụ tính toán và tháng 8/2014 phục vụ kiểm

định mô hình.

Số liệu mực nước tại 3 biên mở ra biển Đông của miền tính toán (Hình

2.8) cũng được trích xuất từ mô hình tính toán cho toàn biển đông (được xây

dựng, kiểm định và công bố kết quả nghiên cứu trên bài báo số 2 trong Danh mục

các công trình đã công bố của NCS). Đây là chuỗi số liệu mực nước thay đổi

theo thời gian và theo vị trí các điểm trên biên.

Số liệu mực nước, lưu lượng tại trạm Cổ Chiên (đo năm 2011) và trạm đo

mực nước ven bờ năm 2014 được sử dụng vào mục đích hiệu chỉnh và kiểm định

mô hình (xem hình 2.5).

e) Số liệu bùn cát

Số liệu về hàm lượng phù sa lơ lửng

tại trạm Mỹ Thuận, Cần Thơ, Nhà Bè, Thị

Vải (Hình 2.8) là tài liệu thực đo, phục vụ

làm biên đầu vào cho mô hình. Do các mặt

cắt này cách rất xa bờ biển Trà Vinh, nên ta

có thể dùng số liệu bình quân ngày.

Số liệu bùn cát lơ lửng quan trắc tại

các điểm lấy mẫu năm 2011 và 2014 để

hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Vị trí các

điểm lấy mẫu năm 2011 và năm 2014 được

thể hiện trên hình 2.6 và 2.7.

Hình 2. 6: Vị trí các điểm lấy mẫu bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy năm 2011

Hình 2. 7: Vị trí các điểm lấy mẫu bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy năm 2014

2.3.2. Thiết lập mô hình toán

số

a) Xác định miền tính toán

Ảnh hưởng đến diễn biến bờ biển Trà Vinh ngoài các yếu tố tác động từ

sông Mê Công, sóng – dòng chảy biển Đông,... còn có ảnh hưởng của hệ thống

sông Sài Gòn – Đồng Nai. Vì vậy, luận án chọn miền tính toán đủ lớn để bao trọn

những yếu tố có thể ảnh hưởng đến bờ biển Trà Vinh và đảm bảo giảm thiểu ảnh

hưởng do các sai số tính toán từ các biên mở tới vùng nghiên cứu chính, cũng

như tối ưu nhất về mặt thời gian chạy mô hình. Phạm vi không gian miền tính

toán như sau (xem hình 2.8):

- Các biên mở phía sông gồm: (1) Mỹ Thuận (sông Tiền); (2) Cần Thơ

(sông Hậu); (3) Nhà Bè và (4) Thị Vải. Vị trí các biên này được lựa chọn trùng

với vị trí các trạm thủy văn hiện có để thuận tiện cho việc thu thập số liệu thực đo

về mực nước và lưu lượng;

- Các biên mở phía biển Đông gồm: (1) biên phía Bắc (mũi Long Hải –

Vũng Tàu); (2) biên phía Nam (gần cửa sông Mỹ Thanh - tỉnh Sóc Trăng); (3)

biên phía Đông (cách bờ biển Trà Vinh khoảng 40 km);

- Các ranh giới còn lại của miền tính toán là các đường bờ biển, bờ sông

hiện hữu được xác định tọa độ từ Google Earth và định dạng là các biên đóng

(không có sự giao thoa của mực nước, lưu lượng, thông lượng bùn cát,...).

b) Thiết lập lưới tính và dữ liệu đầu vào tại các biên mở (Hình 2.8)

- Lưới tính được tạo ra bằng công cụ Mesh Generator, là sự kết hợp giữa

lưới tam giác và lưới tứ giác. Với mục đích mô phỏng tương đối chính xác địa

hình thực tế và tối ưu nhất về mặt thời gian chạy mô hình, lưới được chia theo

quy tắc: lưới tam giác để mô phỏng địa hình có đường bờ phức tạp, kích thước

lưới tăng dần từ lưới chi tiết (VNC chính) đến lưới thô (xa VNC). Số ô lưới

khoảng 13.000 (ô) với kích thước lưới nhỏ nhất khoảng 50m và kích thước lớn

nhất khoảng 2500m. Tổng số nút lưới khoảng 12.000 (nút).

Thị Vải

Nhà Bè

Mỹ Thuận

Biên phía Bắc

Cần Thơ

Trà Vinh

Độ sâu (m)

Trên

Biên phía Đông

Biên phía Nam

Dưới

Hình 2. 8: Lưới tính, địa hình đáy biển và ba đoạn biên mở của miền tính

- Mô phỏng địa hình: cơ sở dữ liệu về địa hình được gán cho các nút lưới

bao gồm thông số về tọa độ và cao trình đáy.

- Mô phỏng tác động từ sông Mê Công: hai biên mở Mỹ Thuận và Cần

Thơ được khai báo dữ liệu về lưu lượng dòng chảy và hàm lượng phù sa lơ lửng.

- Mô phỏng tác động từ hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai: hai biên mở

Nhà Bè và Thị Vải được khai báo dữ liệu về mực nước và hàm lượng phù sa lơ

lửng.

- Mô phỏng tác động từ biển Đông: 03 biên mở biên phía Bắc, biên phía

Đông và biên phía Nam được khai báo dữ liệu về mực nước và các thông số

sóng.

- Mô phỏng chế độ gió: khai báo số liệu trường gió biển Đông trong năm

2011 (nguồn gốc các dữ liệu đã được nhắc tới trong phần “cơ sở số liệu”).

- Mô phỏng các công trình bảo vệ bờ và hiện trạng kênh chính tại thời

điểm tính toán: Năm 2011, tại bờ biển Trà Vinh có 2 công trình là kè bảo vệ bờ

biển xã Hiệp Thạnh (dài 1,3km) và kè bảo vệ bờ biển ấp Cồn Trứng, xã Trường

Long Hòa (dài

1,5km), các vị trí

Kè xã Hiệp Thạnh

này được mô

phỏng là các biên

Kênh Quan Chánh Bố

cứng, giới hạn

Kè xã Trường Long Hòa

dòng chảy và tác

động sóng; Hệ

thống kênh Quan

Kênh Tắt (đang đào dở)

Chánh Bố và kênh

Tắt (đang đào dở,

đến năm 2016 mới

thông dòng) (Hình

2.9).

Hình 2. 9: Mô phỏng các công trình bảo vệ bờ và kênh chính trên lưới tính

c) Bộ thông số mô hình cơ bản

Các module sử dụng đồng thời trong mô hình MIKE 21/3 Coupled model

FM bao gồm (xem hình 2.10):

- Module thủy động lực học (Hydrodynamic – HD) để xác định trường

dòng chảy và cao độ mặt nước;

- Module phổ sóng (Spectral Wave – SW) để xác định trường sóng và ứng

suất tán xạ sóng;

- Module vận chuyển bùn, cát mịn và bồi xói (Mud transport – MT) để mô

phỏng quá trình diễn biến hình thái do vận chuyển bùn cát mịn (đường kính hạt

<0,063mm);

- Module vận chuyển cát rời (Sand transport – ST) để mô phỏng quá trình

diễn biến hình thái do vận chuyển cát rời (có đường kính hạt >0,063mm).

Trình tự các bước cân chỉnh mô hình như sau: (1) Cân chỉnh các thông số

module HD; (2) Cân chỉnh các thông số module SW; (3) Cân chỉnh thông số các

module tính M-ST và bồi xói. Riêng bước thứ 3 được chia ra làm 2 bước nhỏ:

1. Bước 1, cân chỉnh

module MT liên quan đến

bùn cát lơ lửng kết dính và

đáy trầm tích là bùn.

2. Bước 2, cân chỉnh

cả module MT và ST thông

qua kết quả mô phỏng bồi

xói.

Hình 2. 10: Các module sử dụng trong mô hình Mike 21/3 FM

Bảng 2. 3: Các thông số thiết lập trong mô hình Mike 21/3 FM

Điều kiện STT Thông số

1 Thời gian mô phỏng

Từ ngày 1/1/2011 đến ngày 31/12/2011.

10 giây

2 Bước thời gian tính toán 3 Hệ số nhám Manning (M)(1)

file hệ số nhám theo địa hình miền tính toán, giá trị thay đổi từ 20÷45 (m1/3/s ) tùy thuộc vào đặc trưng địa hình từng khu vực.

0,28 (Smagorinsky formulation) 4 Hệ số nhớt rối(2)

0,0013 5 Hệ số ma sát gió

Tính chất của bùn cát khi nằm trong trong khối nước được mô tả bởi các tham số (3):

- Sự kết bông (tạo thành các flocs) bắt đầu khi nồng độ ≥ 0,01 kg/m3 và ngưng khi nồng độ ≥ 3,0 kg/m3; - Tốc độ rơi các flocs: 15.10-4 m/s;

- Tỷ trọng khô là 2650 kg/m3; - Hệ số khuyếch tán bằng 50% hệ số nhớt rối ngang.

7 Đáy lòng dẫn

Thông số cơ bản của lớp bùn nhão chảy ở phía trên (lớp 1)(3)

Thông số cơ bản của lớp bùn chặt ở phía dưới (lớp 2): được thiết lập là các files theo toàn miền tính toán, giá trị thay đổi tùy thuộc vào đặc trưng địa chất từng khu vực(3).

10 Điều kiện ban đầu về bề dày lớp đáy Đáy lòng dẫn vùng nghiên cứu được chia ra làm hai lớp: lớp bùn nhão chảy ở phía trên (lớp 1) và lớp bùn chặt ở phía dưới (lớp 2). - Hệ số xói: 5.10-5 kg/m2/s - Ứng suất xói: 0,1 N/m2 - Mật độ: 180kg/m3 - Hệ số xói: từ 2,2 ÷ 5,7.10-5 (kg/m2/s). - Ứng suất xói: từ 0,25 ÷ 0,35 (N/m2). - Mật độ: từ 350 ÷ 650 (kg/m3). - Lớp 1: 0m;

lòng dẫn.

- Lớp 2: file “bề dày lớp bùn chặt” theo toàn miền tính toán, giá trị thay đổi từ 0,1 ÷ 1,7 (m), tùy thuộc vào đặc trưng địa chất từng khu vực. Xem hình 2.11.

11 Đường kính hạt d50 (cát rời)

file đường kính hạt d50 theo địa hình miền tính toán, giá trị thay đổi từ 0,07 ÷ 0,2 (mm) tùy thuộc vào đặc trưng địa chất từng khu vực.

12 Độ rỗng (lớp cát rời) 0,4

- Ảnh hưởng của dòng chảy và mực nước lên sóng được xử lý bằng cách

chạy đồng thời mô hình thủy lực HD với mô hình sóng SW;

- Module vận chuyển và bồi xói bùn cát mịn kết dính MT và cát rời ST tích

hợp đồng thời với module thủy lực và module phổ sóng.

Ghi chú:

- (1): Hệ số nhám M có trị số 43÷45 trên vùng biển sâu; giảm dần 36÷20

trên vùng nước cạn, sông rạch, rừng ngập mặn, cỏ biển,... Vùng sát bờ không có

cây và phủ bùn nhão, trị số M đạt khoảng 35÷40. Hệ số M tại các vùng có cây

rừng ngập mặn có bộ rễ phát triển, M đạt 20÷25. Tại các nhánh sông chính và biển

ven bờ với đáy là bùn và có độ sâu nằm trong khoảng 3÷5m, hệ số M = 35÷40; Tại

vùng rừng ngập mặn, vùng ngập nước bán thời gian, đáy là cát có độ sâu <3m, hệ

số M = 20÷35 (Kết quả này là khá tương đồng với các nghiên cứu trước [9] [10]

[23]).

- (2): Hệ số nhớt rối tính theo công thức Smagorinsky (1964) dạng:

với hệ số β tối ưu là 0,28 và A hạn chế trong khoảng 0,5÷100,0 m2/s ( [9] [10]).

- (3): Các thông số liên quan đến tính chất bùn cát được tham khảo từ

nhiều đề tài, dự án đã thực hiện cho vùng nghiên cứu và ĐBSCL [9] [10] [75],

cũng như được hiệu chỉnh, kiểm định kỹ lưỡng từ kết quả thực đo, và cho thấy sự

tương đồng tốt với nghiên cứu của Nicolas Gratiot (2017) đối với vùng cửa Định

An [58].

- Các thông số khác cũng được tham khảo từ kinh nghiệm của nhiều đề tài

trước, kết quả đo đạc thực tế và cân chỉnh nhiều lần để đạt được kết quả phù hợp

nhất với thực tế.

Nước

Kết bông/ Lắng

Bồi đáy Cao độ địa hình Tái lơ lửng

Xói đáy Lớp bùn nhão

Lớp bùn chặt

Bề dày lớp bùn chặt Bề dày lớp bồi tụ

Hình 2. 11: Quá trình bồi/xói đáy trong mô hình “đa lớp bồi tụ” (lớp bùn nhão và lớp bùn chặt)

2.3.3. Kết quả hiệu chỉnh – kiểm định mô hình

Miền nghiên cứu được thiết lập đã được hiệu chỉnh các thông số như trong

bảng 2.3 và đạt được các tiêu chí sau:

- Tốc độ tính toán đạt tối ưu để bảo đảm tính khả thi và tiến độ nghiên

cứu, bảo đảm thông số CFL ≤ 1 (công thức 2.27) trong mọi trường hợp tính toán;

- Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định thông qua việc so sánh giá trị

tính toán với giá trị thực đo của mực nước, lưu lượng dòng chảy, lưu tốc dòng

chảy, chiều cao sóng có nghĩa, chu kỳ sóng, nồng độ bùn cát lơ lửng. Các số liệu

thực đo có được từ dự án điều tra cơ bản cũng như từ một số đề tài do Hoàng

Văn Huân chủ nhiệm vào năm 2011 (từ 13/09/2011 đến 16/9/2011) và năm 2014

( từ 11/08/ 2014 đến 14/08/2014) [1] [3]. Chi tiết kết quả hiệu chỉnh và kiểm định

mô hình thể hiện trong phụ lục 1.

Tóm lại, việc hiệu chỉnh và kiểm định các thông số mô hình thủy lực, mô

hình tính toán sóng và bùn cát đã được thực hiện cẩn thận, tận dụng tối đa các

điều kiện hiện có. Kết quả bước nghiên cứu này có ý nghĩa then chốt cho việc

tính toán toán dòng chảy, tính toán sóng và vận chuyển bùn cát cho các phương

án trên vùng nghiên cứu.

2.3.4. Các kịch bản tính toán

Để phục vụ tính toán các nội dung nghiên cứu, luận án xây dựng 05 kịch

bản chạy như sau:

- Kịch bản 1: Tính toán dự báo chế độ thủy động lực (dòng chảy, sóng) và

diễn biến bồi xói hiện trạng.

- Kịch bản 2: Tính toán dự báo chế độ thủy động lực (dòng chảy, sóng) và

diễn biến bồi xói có xem xét đến yếu tố NBD 13cm.

- Kịch bản 3: Tính toán dự báo chế độ thủy động lực (dòng chảy, sóng) và

diễn biến bồi xói có xem xét đến yếu tố NBD 23cm.

- Kịch bản 4: Tính toán dự báo chế độ thủy động lực (dòng chảy, sóng) và

diễn biến bồi xói có xem xét đến yếu tố suy giảm lượng bùn cát sông Mê

Công 20% (so với năm 2011).

- Kịch bản 5: Tính toán dự báo chế độ thủy động lực (dòng chảy, sóng) và

diễn biến bồi xói có xem xét đến yếu tố suy giảm lượng bùn cát sông Mê

Công 30% (so với năm 2011).

Trong đó:

“Kịch bản 1” để nghiên cứu các yếu tố thủy động lực và vận chuyển bùn

cát khu vực bờ biển Trà Vinh trong điều kiện thực tế, với các số liệu và các biên

đầu vào đã được thuyết minh cụ thể trong phần “Thiết lập mô hình toán số”.

Các kịch bản 2,3,4,5 để phục vụ mục tiêu nghiên cứu “xây dựng quan hệ

đường giữa chiều dày bồi lắng theo thời gian, chế độ phù sa sông Mê Công và

nước biển dâng”.

a) Cơ sở xây dựng các kịch bản

Đánh giá tác động do biến đổi khí hậu toàn cầu đến diễn biến BBTV

Dưới ảnh hưởng của BĐKH, hiện tượng mực nước biển dâng cao sẽ tác

động đến diễn biến ven biển các tỉnh ĐBSCL, trong đó có Trà Vinh. Các kịch

bản về mực nước biển dâng được lấy theo tài liệu về kịch bản BĐKH đã được

công bố của Bộ TNMT năm 2016.

Bảng 2. 4: Kịch bản nước biển dâng xét cho toàn khu vực biển Đông (Kịch bản BĐKH 2016 của Bộ TNMT)

Với: - PCP8.5: Kịch bản nồng độ khí nhà kính cao;

- PCP6.0: Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình cao;

- PCP4.5: Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp; - PCP2.6: Kịch bản nồng độ khí nhà kính thấp.

Luận án lựa chọn 2 kịch bản mực nước biển dâng cho năm 2030 và 2050

lần lượt là 13cm và 23cm (đối với kịch bản RCP6.0).

Đánh giá tác động của con người do xây dựng đập thủy điện trên dòng

chính sông Mê Công đến diễn biến bờ biển Trà Vinh

Việc xây dựng các đập thuỷ điện trên dòng chính sông Mê Công đã tác

động trực tiếp, làm giảm đáng kể lượng bùn cát cung cấp cho vùng hạ du, trong

đó có vùng cửa sông, ven biển Trà Vinh. Theo nghiên cứu của Lu và Siew (2005)

[53] (xem hình 2.12), sau khi đập Manwan trên dòng chính sông Mê Công ở

Trung Quốc đi vào vận hành năm 1993 đã làm giảm lượng phù sa phía hạ lưu

một cách rất rõ rệt. Tuy đã được bù đắp bằng phù sa từ các phần lưu vực khác

phía hạ lưu, nhưng số liệu quan trắc cho thấy hàm lượng phù sa trung bình tại các

trạm Tân Châu, Châu Đốc, Cần Thơ, Mỹ Thuận đã giảm đến 20 – 30%. Kết quả

này cũng đã được trích dẫn tại nhiều tài liệu nghiên cứu trong nước [1] [5]. Một

số kết quả nghiên cứu khác về sự suy giảm nguồn cung bùn cát từ sông Mê Công

thể hiện trong Phụ lục 3.

Thời gian gần đây, thủy điện Pak Beng (Lào), là một trong chuỗi 11 bậc

thang thủy điện, dự kiến xây dựng trên dòng chính sông Mê Công. Khi công

trình này đi vào hoạt động, rất có thể hàm lượng phù sa trung bình tại các trạm

Tân Châu, Châu Đốc, Cần Thơ, Mỹ Thuận sẽ tiếp tục giảm đi từ 20 – 30% so với

hiện tại. Do đó, luận án xây dựng 2 kịch bản suy giảm lượng phù sa sông Mê

Công (được tính qua 2 trạm Mỹ Thuận và Cần Thơ, giảm 20% và 30% so với

năm 2011).

b) Cách đưa biên đầu vào cho các kịch bản (xem hình 2.8)

- Đối với kịch bản NBD 13cm và 23cm: dữ liệu mực nước tại 03 biên mở phía biển Đông (gồm biên phía Bắc, biên phía Nam, biên phía Đông) được cộng

số học lên 13cm và 23cm tương ứng với các kịch bản. Các điều kiện khác về

sóng, gió biển Đông, mực nước, lưu lượng, hàm lượng phù sa tại các biên mở

phía sông được giữ nguyên.

- Đối với kịch bản suy giảm lượng bùn cát sông Mê Công 20% và 30%: dữ liệu hàm lượng phù sa lơ lửng năm 2011 tại 02 biên mở phía sông Mê Công

(gồm Mỹ Thuận và Cần Thơ) được tính giảm đi 20 và 30% tương ứng với các

kịch bản. Các điều kiện khác về mực nước, sóng, gió biển Đông, mực nước, lưu

lượng, tại các biên mở phía sông và hàm lượng phù sa tại biên Thị Vải, Nhà Bè

được giữ nguyên.

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Trong chương này, luận án đã trình bày các lý thuyết cơ bản trong khoa

học mô phỏng quá trình thủy động lực và vận chuyển bùn cát ven biển; trình bày

cụ thể và chi tiết các phương pháp được lựa chọn sử dụng cho luận án; cơ sở số

liệu; trình tự cách thiết lập và tiến hành nghiên cứu các vấn đề của luận án.

Để thuận tiện cho việc theo dõi, các bước thực hiện nội dung luận án

được tóm tắt trong sơ đồ dưới dây:

Một số mô hình mô phỏng

Chuỗi số liệu tại các biên đầu vào

Đánh giá và lựa chọn mô hình

Số liệu khí tượng thủy văn, hải văn

Số liệu địa hình

Lựa chọn vấn đề nghiên cứu + Phương pháp nghiên cứu

Mô hình chọn để mô phỏng

Các kịch bản tính toán khác nhau. Có xem xét đến BĐKH – NBD và sự suy giảm phù sa sông Mê Công

Khai thác số liệu tính toán từ mô hình

(1) - Cơ chế thủy động lực.

Phương pháp xây dựng bản đồ

- Quá trình vận chuyển bùn cát ven bờ. - Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát ven biển.

(2) - Đặc trưng hình thái bờ biển, diễn biến xói lở, bồi tụ.

Nghiên cứu tổng quan

- Xây dựng quan hệ đường giữa chiều dày bồi lắng theo

thời gian.

(3) Cơ sở khoa học chỉnh trị bảo vệ bờ biển.

Hình 2. 13: Sơ đồ các bước thực hiện nội dung nghiên cứu

CHƯƠNG III

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH

ĐỘNG LỰC PHỤC VỤ CHỈNH TRỊ BỜ BIỂN TRÀ VINH

3.1. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN

BÙN CÁT VEN BỜ

3.1.1. Yếu tố tác động từ sông Mê Công

Sông Mê Công là nguồn cung cấp phù sa – nguyên liệu chính tạo ra

ĐBSCL và các bãi bồi cửa sông, ven biển. Hàng năm có khoảng 150-200 triệu

tấn phù sa được sông Mê Công vận chuyển đến vùng ĐBSCL. Một phần lượng

phù sa mịn đi ra biển qua các cửa sông Mê Công. Một phần trong số này bồi lắng

tại các cửa sông (trong đó có 2 cửa lớn là Cung Hầu – Cổ Chiên và Định An –

Trần Đề) và biển ven bờ Nam Bộ. Một phần khác được dòng chảy ven bờ Biển

Đông Nam Bộ vận chuyển xuống cực Nam của tổ quốc và vòng qua biển Tây

vào mùa gió Đông Bắc [13].

Từ kết quả chạy mô hình kịch bản hiện trạng năm 2011, luận án trích xuất

kết quả về lưu lượng dòng chảy và vận chuyển bùn cát tại các cửa sông Mê Công

để so sánh và đánh giá, bao gồm: cửa Tiểu, cửa Đại, Hàm Luông, Cổ Chiên,

Cung Hầu, Định An và Trần Đề (xem hình 3.1 và bảng 3.1).

Bảng 3. 1: Tọa độ của các mặt cắt cửa sông Mê Công

UTM-48

Mép trái Mép phải STT Tên

Cửa Tiểu

EE NN EE NN

Cửa Đại

692.450,2 1.135.501,5 691.637,6 1.133.887,9

Cửa Ba Lai

691.254,9 1.128.421,0 690.483,0 1.126.180,6

Cửa Hàm Luông

685.772,7 1.110.680,7 684.670,0 1.109.667,4

Cửa Cổ Chiên

679.036,3 1.102.868,0 678.801,3 1.099.754,2

Cửa Cung Hầu

670.812,0 1.090.207,4 669.397,5 1.088.873,7

666.916,9 1.087.369,9 665.002,0 1.085.269,5

Cửa Định An

Cửa Trần Đề

643.140,8 1.061.343,6 641.603,3 1.058.882,9

634.948,4 1.051.478,4 632.498,4 1.050.637,1

Hình 3. 1: Vị trí trích xuất kết quả lưu lượng dòng chảy và lưu lượng bùn cát

a) Kết quả về phần bố lưu lượng giữa các cửa sông

Kết quả trích xuất về lưu lượng dòng chảy tại các cửa sông Mê Công được

thể hiện trong bảng 3.2 và hình 3.2.

Bảng 3. 2: Lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại các cửa sông Mê Công (năm 2011)

Đơn vị: m3/s

Tháng

Tiểu

Đại

Ba Lai

Tên cửa sông Cổ Chiên

Hàm Luông

Cung Hầu

Định An

Trần Đề

1 2 3 4 5 6

5.447,6 16.449,0 3.233,7 18.894,1 17.710,8 14.976,2 35.977,2 19.786,1 6.076,7 17.480,5 3.572,5 20.234,1 18.637,8 16.572,9 36.720,8 21.425,8 6.172,4 17.388,8 3.376,4 19.715,5 18.053,7 16.020,8 35.049,4 19.383,1 5.731,1 15.396,5 2.929,7 18.733,4 16.617,4 14.637,5 33.370,7 18.468,6 5.440,0 16.108,8 2.956,6 19.094,1 16.703,5 14.414,4 30.868,5 16.948,5 5.191,1 14.765,5 2.801,7 18.734,9 16.519,9 13.846,1 30.099,5 16.535,4

7 8 9 10 11 12

6.674,5 18.082,4 3.359,6 22.851,1 19.692,5 17.226,2 32.995,2 18.407,6 7.249,5 19.280,9 3.793,3 24.010,9 20.617,2 18.075,7 37.088,8 21.156,7 8.497,6 21.767,7 5.283,7 26.155,1 20.839,0 18.643,4 37.929,4 21.098,2 7.448,9 19.996,3 3.689,5 23.030,9 21.057,3 18.650,1 37.772,2 21.356,3 7.010,1 19.194,5 3.592,0 22.255,1 20.116,3 17.724,8 33.540,6 18.724,1 6.566,5 18.335,9 3.463,1 21.238,3 18.863,0 16.632,6 37.003,1 21.146,3

40000

35000

30000

Cửa Tiểu

Cửa Đại

25000

Lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại các cửa sông Mê Công

s / 3 m

Cửa Ba Lai

20000

, g n ợ ư

Cửa Hàm Luông

l

15000

Cửa Cổ Chiên

u ư L

Cửa Cung Hầu

10000

Cửa Định An

5000

Cửa Trần Đề

10 11 12

Tháng

Hình 3. 2: Lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại các cửa sông Mê Công trong 12 tháng

Theo hình trên có thể thấy lưu lượng (lớn nhất) chảy qua 8 cửa sông Mê

Công có thể chia làm 3 nhóm: (i) nhóm 1 ở mức thấp: bao gồm cửa Tiểu và cửa

Ba Lai có giá trị lưu lượng lớn nhất dao động trong khoảng từ 3.000 – 8.000 m3/s; (ii) nhóm 2 ở mức trunh bình: bao gồm cửa Đại, Hàm Luông, Cổ Chiên,

Cung Hầu và Trần Đề có giá trị lưu lượng lớn nhất dao động trong khoảng từ 14.000 – 25.000 m3/s; (iii) nhóm 3 ở mức cao có cửa Định An, có giá trị lưu lượng lớn nhất dao động trong khoảng từ 30.000 – 38.000 m3/s.

Bờ biển tỉnh Trà Vinh nằm giữa 2 cửa sông lớn của sông Mê Công là

Định An và Cung Hầu – Cổ Chiên. Có thể gộp lưu lượng của 2 cửa Cổ Chiên và

Cung Hầu vì 2 cửa này chỉ cách nhau 1 cù lao nhỏ. Khi so sánh lưu lượng hợp

bởi 2 cửa sông Cung Hầu – Cổ Chiên và lưu lượng tại cửa Định An cho thấy sự

tương đồng về giá trị (Bảng 3.3 và hình 3.3).

Bảng 3. 3: Bảng so sánh lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại cửa Định An và

tổng Cung Hầu – Cổ Chiên (năm 2011)

Đơn vị: m3/s

Tên cửa sông

STT

Tháng

Cổ Chiên Cung Hầu

Định An

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5 Tháng 6 Tháng 7 Tháng 8 Tháng 9 Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12

17.710,8 18.637,8 18.053,7 16.617,4 16.703,5 16.519,9 19.692,5 20.617,2 20.839,0 21.057,3 20.116,3 18.863,0

14.976,2 16.572,9 16.020,8 14.637,5 14.414,4 13.846,1 17.226,2 18.075,7 18.643,4 18.650,1 17.724,8 16.632,6

Tổng Cung Hầu – Cổ Chiên 32.687,0 35.210,7 34.074,5 31.254,9 31.117,9 30.366,0 36.918,7 38.692,9 39.482,4 39.707,4 37.841,1 35.495,6

35.977,2 36.720,8 35.049,4 33.370,7 30.868,5 30.099,5 32.995,2 37.088,8 37.929,4 37.772,2 33.540,6 37.003,1

So sánh lưu lượng dòng chảy lớn nhất các cửa sông Trà Vinh

45.000

40.000

35.000

s / 3 m

30.000

25.000

, g n ợ ư

l

Tổng Cung Hầu + Cổ Chiên

20.000

u ư L

15.000

Cửa Định An

10.000

5.000

Tháng

Hình 3. 3: Biểu đồ so sánh lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên.

b) Kết quả về phần bố bùn cát giữa các cửa sông

Kết quả trích xuất về lưu lượng bùn cát tại các cửa sông Mê Công được

thể hiện trong bảng 3.4 và hình 3.4.

Bảng 3. 4: Lưu lượng bùn cát lớn nhất tại các cửa sông Mê Công (năm 2011)

Đơn vị: kg/s

Tháng Đại Tiểu Ba Lai Định An

106,8 131,8 139,3 Cung Hầu 526,0 1.121,9 499,9 1.636,2 495,0 1.295,8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tên cửa sông Trần Cổ Hàm Đề Chiên Luông 668,8 556,3 439,2 88,7 381,4 779,5 619,1 517,6 96,4 430,3 520,0 709,0 635,1 77,8 422,3 576,1 2.493,4 2.200,5 6.417,4 1.630,8 276,2 1.015,2 2.443,0 332,8 1.479,7 3.154,1 2.791,5 7.022,4 2.291,5 1.461,1 3.254,6 556,1 1.945,0 2.676,5 2.529,2 6.234,7 3.147,1 753,5 2.687,5 512,9 1.532,3 3.160,9 2.597,3 6.046,7 2.864,9 424,0 2.490,2 2.020,4 3.700,8 860,5 1.676,8 4.125,4 3.557,9 7.421,1 3.596,1 2.770,3 4.255,0 1.535,1 2.072,1 4.168,0 4.009,5 8.131,3 4.055,3 494,8 311,3 427,2 411,8 981,5 435,5 1.131,6 459,6 448,3 700,3 589,1 474,2 323,3 258,0 24,9 967,3 598,9 834,6 592,9 558,1 416,3 510,9 409,5 339,1

9000

8000

7000

Cửa Tiểu

6000

Cửa Đại

5000

Cửa Ba Lai

Cửa Hàm Luông

4000

Lưu lượng bùn cát lớn nhất tại các cửa sông Mê Công

s / g k , t á c n ù b g n ợ ư

Cửa Cổ Chiên

3000

l

Cửa Cung Hầu

u ư L

2000

Cửa Định An

1000

Cửa Trần Đề

10 11 12

Tháng

Hình 3. 4: Lưu lượng bùn cát lớn nhất tại các cửa sông Mê Công trong năm 2011

Biểu đồ cho thấy, các tháng mùa lũ (từ tháng IV – IX) hàm lượng phù sa

trong nước đổ về các cửa sông Mê Công tăng đột biến. Lượng phù sa này sẽ bồi

đắp cho các bờ biển ĐBSCL, trong đó có bờ biển Trà Vinh. Đặc biệt, lượng phù

sa chuyển tải qua cửa Định An luôn lớn nhất so với các cửa sông còn lại.

Khi tính tổng hàm lượng phù sa của 2 cửa Cung Hầu và Cổ Chiên cho

thấy một kết quả khá tương đồng với hàm lượng phù sa chuyển qua cửa Định An

(Bảng 3.5 và Hình 3.5).

Bảng 3. 5: Bảng so sánh lưu lượng bùn cát lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên (năm 2011)

Đơn vị: kg/s

Tên cửa sông

STT Tháng Định An Cổ Chiên Cung Hầu

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5 Tháng 6 Tháng 7 Tháng 8 Tháng 9 Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 556,3 619,1 635,1 2.493,4 3.154,1 2.676,5 3.160,9 4.125,4 4.168,0 700,3 589,1 474,2 526,0 499,9 495,0 2.200,5 2.791,5 2.529,2 2.597,3 3.557,9 4.009,5 510,9 409,5 339,1 Tổng Cung Hầu – Cổ Chiên 1.082,3 1.119,1 1.130,1 4.693,9 5.945,6 5.205,7 5.758,2 7.683,3 8.177,5 1.211,3 998,5 813,3 1.121,9 1.636,2 1.295,8 6.417,4 7.022,4 6.234,7 6.046,7 7.421,1 8.131,3 967,3 598,9 834,6

So sánh lưu lượng bùn cát lớn nhất các cửa sông Trà Vinh

9.000

8.000

7.000

6.000

5.000

4.000

Tổng Cung Hầu + Cổ Chiên Cửa Định An

3.000

s / g k , t á c n ù b g n ợ ư

l

2.000

u ư L

1.000

Tháng Hình 3. 5: Biểu đồ so sánh lưu lượng bùn cát lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên

Như vậy, có thể thấy lượng nước và lượng phù sa sông Mê Công đến vùng

bờ biển Trà Vinh luôn chiếm ưu thế hơn so với các vùng bờ biển lân cận (Tiền

Giang, Bến Tre, Sóc Trăng). Đặc biệt vào mùa lũ, lượng nước và lượng phù sa

sông Mê Công lớn hơn rất nhiều so với mùa kiệt. Điều này sẽ làm tăng tác động

dòng nước sông Mê Công lên chế độ thuỷ lực và vận chuyển bùn cát vùng bờ

biển Trà Vinh.

3.1.2. Yếu tố triều biển Đông

Biên độ triều là yếu tố ảnh hưởng lớn đến hình thái và kết cấu đới bờ.

Hình 3.6 thể hiện dao động mực nước tại 1 điểm ven biển Trà Vinh trong thời

đoạn 1 năm 2011. Vị trí điểm T6 thể hiện trên Bảng 3.7 và hình 3.13.

Hình 3. 6: Dao động mực nước tại điểm T6 ven biển Trà Vinh năm 2011

Hình 3. 7: Dao động mực nước tại điểm T6 tháng 4/2011

Hình 3. 8: Dao động mực nước tại điểm T6 tháng 9/2011

Các hình 3.6, 3.7, 3.8 cho thấy, bờ biển Trà Vinh chịu chi phối bởi chế độ

bán nhật triều không đều, độ lớn triều (khoảng cách từ chân triều đến đỉnh triều)

đạt từ 2m÷4m trong ngày. Quy luật lên xuống của thủy triều được đặc trưng bởi

5 kiểu dao động chính với chu kì ½ ngày, 1 ngày, ½ tháng, 6 tháng và 12 tháng.

Mực nước trung bình triều thấp là (-)1,3m, mực nước trung bình triều cao là

(+)1,8m. Đây là mức dao động triều lớn, do vậy ảnh hưởng của thủy triều lên chế

độ thuỷ lực vùng biển ven bờ Trà Vinh là rất lớn. Tốc độ dòng chảy tại các thời

điểm triều dâng, triều rút sẽ được kết hợp phân tích trong phần 3.1.3 (dòng chảy

ven bờ).

Ngoài ra, số liệu tính toán lưu tốc dòng chảy tại điểm T6 được phân tích

thành 2 thành phần u, v theo phương trục x, y, sau đó tiến hành phân tích điều

hoà để xây dựng nên elip dòng triều của 4 sóng triều chính M2, S2, K1 và O1.

Xem hình 3.9, 3.10.

Hình 3. 9: Kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính tại điểm T6 tháng 4/2011

Hình 3. 10: Kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính tại điểm T6 tháng 9/2011

3.1.3. Yếu tố dòng chảy

a) Dòng chảy tổng hợp

Vùng ven biển tỉnh Trà Vinh nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa

nên chế độ dòng chảy hàng năm bị chi phối bởi gió mùa với các hướng chính là

Đông Bắc (gió mùa Đông Bắc) và Tây Nam (gió mùa Tây Nam). Bảng 3.6 thể

hiện thời gian thịnh hành gió mùa biển Đông giữa các tháng trong năm.

Bảng 3. 6: Phân bố gió mùa hàng năm ở biển Đông

Mùa mưa (Mùa lũ)

III Chuyển tiếp IV V VI VII VIII IX XI

Mùa khô (Mùa kiệt) II I Gió mùa Đông Bắc Chuyển tiếp Gió mùa Tây Nam Chuyển tiếp X Chuyển tiếp Mùa khô (Mùa kiệt) XII Gió mùa Đông Bắc

Dòng chảy mùa gió đông bắc

Mùa gió mùa đông bắc bắt đầu từ giữa tháng X đến giữa tháng IV năm

sau. Khoảng thời gian này trùng với thời điểm mùa khô trong năm, dòng chảy từ

sông Mê Công nhỏ, giảm dần từ tháng XII năm trước cho đến tháng IV năm sau.

Ngược lại, ảnh hưởng của biển sẽ tăng dần tỷ lệ và trở thành là yếu tố áp đảo vào

thời gian cuối mùa kiệt (giữa tháng IV), nước mặn và bùn cát từ biển xâm nhập

sâu vào trong các nhánh sông Tiền, sông Hậu. Do vậy, để đại diện cho chế độ

dòng chảy mùa gió đông bắc luận án lựa chọn thời điểm tháng IV để trích xuất

các giá trị hướng dòng chảy, trường vận tốc và mực nước (Hình 3.11 và 3.12).

Hình 3.11 và 3.12 cho thấy, tốc độ dòng chảy tại các vị trí ven bờ biển Trà

Vinh khi triều dâng lớn hơn khi triều rút. Tốc độ dòng chảy tại các vị trí gần cửa

sông khi triều dâng và rút có giá trị gần như tương đương nhau (khoảng <1m/s).

Khi dòng chảy biển xuất phát từ hướng Đông Bắc kết hợp với dòng triều lên (đặc

biệt là khi có gió bão) sẽ có sức mạnh tàn phá mạnh mẽ đến vùng bờ biển. Chính

vì vậy, dòng chảy gió mùa đông bắc khi triều dâng được coi là có vai trò chi phối

sự biến động bờ biển Trà Vinh trong mùa này.

Hình 3. 11: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMĐB khi triều dâng

Hình 3. 12: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMĐB khi triều rút

Dòng chảy mùa gió tây nam

Hình 3. 13: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMTN khi triều dâng

Hình 3. 14: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMTN khi triều rút

Vào mùa gió Tây Nam trùng với thời kỳ mùa mưa (từ tháng V đến tháng

X) dòng chảy từ sông đổ ra biển với lưu lượng rất lớn mang theo một lượng lớn

phù sa bồi lấp cho vùng bờ biển Trà Vinh.

So sánh hình 3.13 và 3.14 cho thấy, tốc độ dòng chảy khi triều dâng

(khoảng < 1m/s) nhỏ hơn nhiều so với dòng chảy khi triều rút (khoảng >1 m/s).

Khi triều rút, tốc độ dòng chảy tại các cửa sông gấp từ 3÷4 lần tại các vị trí ven

bờ. Với lượng phù sa dồi dào, tốc độ dòng chảy ven bờ nhỏ đã tạo ra xu thế bồi

tụ là chủ yếu cho vùng biển ven bờ Trà Vinh vào mùa gió Tây Nam (Chỉ riêng

đoạn bờ biển xã Hiệp Thạnh và Trường Long Hòa vẫn bị xói). Do đó, có thể coi

dòng chảy từ sông khi triều rút là dòng chảy chủ đạo, có tính chất chi phối sự

biến động bờ biển Trà Vinh trong mùa này.

Tốc độ dòng chảy tổng hợp khi hướng gió và hướng truyền triều trùng

nhau sẽ tăng lên (ví dụ: gió mùa đông bắc khi triều dâng và gió mùa tây nam khi

triều rút). Tốc độ của dòng triều lớn có thể gây ra xói khi nó vượt ứng suất tới

hạn xói đáy và bờ, mặt khác tăng mức độ xáo trộn các khối nước, bào mòn các

chi tiết địa hình, gây sạt lở bờ và đáy. Càng lùi vào bên trong, tỷ trọng của dòng

triều càng giảm.

Để so sánh chi tiết hơn tốc độ dòng chảy vào mùa gió đông bắc khi triều

dâng và mùa gió tây nam khi

triều rút, luận án lựa chọn 11

vị trí ven bờ (cách bờ từ 500-

800m) như bảng 3.7 và hình

3.15 để trích xuất kết quả từ

mô hình.

Hình 3. 15: Vị trí các điểm trích xuất kết quả vận tốc dòng chảy vùng nghiên cứu

Hệ tọa độ

UTM

Phút giây

Tên điểm

Độ sâu nước trung bình (m)

670579.551

1078768.940

106°33'18.420"

9°45'19.685"

2,6

672703.821

1076302.050

106°34'27.744"

9°43' 59.071"

2,9

673046.446

1073424.010

106°34'38.546"

9°42'25.343"

2,7

674485.467

1070477.440

106°35'25.303"

9°40'49.218"

2,6

672977.921

1065543.650

106°34'35.103"

9°38' 8.858"

3,5

670373.976

1061226.580

106°33'9.052"

9°35' 48.729"

3,8

668181.181

1058348.540

106°31'56.716"

9°34'15.371"

4,5

665440.187

1056498.370

106°30'26.562"

9°33' 15.542"

4,6

658914.900

1053634.900

106°26'52.18"

9°31'43.25"

4,8

T10

653252.600

1053088.800

106°23'46.43"

9°31'26.23"

3,4

T11

648649.100

1055880.800

106°21'15.83"

9°32'57.71"

3,6

Bảng 3. 7: Tọa độ các điểm trích xuất giá trị vận tốc dòng chảy

So sánh vận tốc dòng chảy giữa các vị trí

1,2

0,8

s / m

0,6

, c ố t n ậ V

0,4

GM Đông Bắc khi triều dâng GM Tây Nam khi triều rút

0,2

T10

T11

Hình 3. 16: Biểu đồ so sánh giá trị dòng chảy lớn nhất tại các vị trí

Hình 3.16 cho thấy, trong điều kiện bình thường, ở cả 2 trường hợp

(GMĐB triều dâng và GMTN triều rút), tốc độ dòng chảy tại những vị trí gần

cửa sông như Hiệp Thạnh, Đông Hải cao hơn dòng chảy các vị trí ven bờ như

Trường Long Hòa, Dân Thành trung bình từ 0,1 – 0,3 m/s. Điều này cho thấy,

dòng chảy do thủy triều ra vào các cửa sông, đặc biệt là 2 cửa sông Cung Hầu và

Định An, chiếm ưu thế trong số các yếu tố tự nhiên chi phối chế độ thủy động lực

học khu vực ven biển Trà Vinh.

Giá trị vận tốc dòng chảy tại các vị trí vào gió mùa tây nam khi triều rút đa

phần nhỏ hơn dòng chảy vào gió mùa đông bắc khi triều dâng. Tuy nhiên, có một

số vị trí gần cửa sông (như T1, T2 – cửa Cung Hầu, T4 – cửa sông Bến Giá, T11

– cửa Định An) giá trị dòng chảy mùa gió tây nam cao hơn, do vào mùa này dòng

nước lũ từ sông lớn.

Tổng hợp lại, vận tốc dòng chảy tại các vị trí cách mép bờ biển Trà Vinh

khoảng 600m có giá trị dao động trong khoảng từ 0,2 – 0,6 m/s.

Hiện tượng dòng chảy khi triều dâng vào mùa gió tây nam có

hướng đông bắc

Hình 3.13 cho thấy dòng chảy vào mùa gió tây nam khi triều dâng có

hướng từ phía đông bắc. Để giải thích cho hiện tượng này, luận án trích xuất 3

hình ảnh như dưới đây để so sánh và phân tích:

- Hình 3.14 là thời điểm 20h ngày 28/9/2011, thể hiện hình ảnh trường dòng

chảy khi kết thúc một pha triều xuống.

- Hình 3.17 là thời điểm 21h ngày 28/9/2011, thể hiện hình ảnh trường dòng

chảy khi bắt đầu pha triều lên. Đây là khoảng thời gian cuối mùa gió tây nam.

- Hình 3.18 là thời điểm 1h ngày 8/5/2011, thể hiện hình ảnh trường dòng

chảy khi bắt đầu pha triều lên. Đây là khoảng thời gian đầu mùa gió tây nam.

Các hình 3.17 và 3.18 cho thấy trong pha triều dâng, toàn bộ dòng chảy từ

biển Đông đổ về hướng các cửa sông Mê Công, tạo ra 2 xu thế triều chính: dòng

triều từ phía tây nam và dòng triều từ phía đông bắc. Trong đó, khi đến bờ biển

Trà Vinh, dòng triều phía đông bắc sớm pha hơn, kết quả là tạo ra xu thế dòng

chảy khi triều dâng vào mùa gió tây nam có hướng đông bắc. Các xùng xoáy

(hình 3.18) được tạo nên từ sự giao thoa giữa các dòng chảy từ trong sông, từ

phía đông bắc và phía tây nam là nguyên nhân hình thành nên các ngưỡng cạn

phía cửa sông.

Mực nước (m) Trên

Dưới

Bước thời gian 6494 của 8745.

Mực nước (m) Trên

Dưới

Bước thời gian 3042 của 8745.

Hình 3. 17: Trường dòng chảy vào cuối mùa gió tây nam khi triều bắt đầu dâng

Hình 3. 18: Trường dòng chảy vào đầu mùa gió tây nam khi triều bắt đầu dâng

Mực nước (m) Trên

Dưới

Bước thời gian 65 của 203.

Hình 3. 19: Trường dòng chảy biển Đông đầu vào gió mùa nam tây khi triều dâng

Hình 3. 20: Trường dòng chảy biển Đông vào cuối mùa gió tây nam khi triều dâng

Một kết quả

tính toán khác của

người làm luận án

và nhóm nghiên

cứu Viện Kỹ

Thuật Biển đối với

trường dòng chảy

toàn vùng biển

Đông cho thấy

hình ảnh rõ nét

hơn về 2 hướng dòng triều lên từ phía đông bắc và tây nam (xem hình 3. 19 và

3.20). Có thể hình dung dòng chảy biển Đông đổ về các cửa sông Mê Công

tương tự như dòng chảy qua một “cái phễu”.

b) Dòng chảy ven bờ do sóng, gió

Trong thành phần của dòng chảy tổng hợp khu vực cửa sông ven biển,

thành phần dòng chảy do sóng, gió không chiếm nhiều tỉ lệ. Tuy nhiên chúng lại

có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến xu thế tái phân phối bùn cát ở khu vực này.

Dòng chảy do gió (dòng trôi) chịu chi phối của hai hệ thống gió mùa đông

bắc và tây nam. Dòng chảy do sóng (dòng ven bờ) hình thành trong đới sóng vỡ.

Khi sóng vỡ, năng lượng sóng biến thành lực làm di chuyển khối nước tạo thành

dòng chảy. Hướng của dòng ven bờ phụ thuộc vào hướng truyền sóng ngoài vùng

nước sâu (trùng với hướng gió mùa) [17].

Hình 3. 21: Sự tương tác, tổ hợp giữa các loại dòng chảy tại điểm T6

Trong nghiên cứu này, dòng ven được tính toán là hiệu của kết quả mô

phỏng dòng chảy có bao gồm tác động của sóng, gió, thủy triều và mô phỏng chỉ

xét đến yếu tố thủy triều. Giữa dòng triều và dòng ven bờ có sự cộng hưởng hoặc

triệt tiêu lẫn nhau tùy thuộc vào pha triều và thời kỳ thịnh hành gió mùa (hình

3.21). Kết hợp hướng dòng ven bờ và hướng dòng triều ở khu vực Trà Vinh đã

được phân tích ở phần trên, có thể đưa ra nhận xét sau:

- Vào mùa gió đông bắc, dòng triều lên từ phía ĐB-> TN cùng với dòng

ven bờ chảy từ ĐB->TN, dẫn đến dòng tổng hợp tăng khi triều lên và giảm khi

triều xuống.

- Vào mùa gió tây nam, dòng triều lên từ phía ĐB-> TN ngược với dòng

ven bờ chảy từ TN->ĐB, dẫn đến dòng tổng hợp giảm khi triều lên và tăng khi

triều xuống.

Xu thế này

thể hiện rất rõ ở

khu vực giữa bờ, ít

bị ảnh hưởng của

dòng chảy trong

sông. Xem tổ hợp

dòng chảy tại điểm

T6 trên hình 3.21.

Hình 3. 22: Vận tốc dòng ven (dòng dư) tại các vị trí

Xác đinh vai trò của dòng ven do sóng và dòng do gió đối với xu thế tái

phân phối bùn cát ở khu vực ven biển là điều quan trọng. Các quá trình chính là

việc kết hợp của bồi lắng bùn cát từ các sông vào mùa hè, bùn cát tái lơ lửng do

sóng (với sự tham gia của thủy triều) vào mùa đông và vận chuyển tiếp về phía

Nam của bùn cát lơ lửng, chủ yếu bởi dòng do gió gây ra. Như vậy, sông đóng

vai trò nguồn cung bùn cát, sóng/gió đóng vai trò phân bổ bùn cát qua lại và do

vậy gây xói, bồi đoạn bở biển. Dòng dư thường chảy dọc bờ từ Đông Bắc sang

Tây Nam và vào biển Tây. Kết quả mô phỏng dòng chảy do sóng, gió (không có

thủy triều – mực nước tĩnh) vào mùa đông (hình 3.23) cho chúng ta quan sát

được phạm vi của dòng dư có thể là một khoảng rộng ngang bờ >6km. Quá trình

vận chuyển bùn cát dọc bờ do đó cũng có thể nằm trong toàn bộ phạm vi này

thay vì chỉ giới hạn trong đới sóng vỗ (nhỏ hơn bề rộng 1 km). Mặc dù trên hình

3.23, chúng ta vẫn quan sát được dòng ven có vận tốc lớn đáng kể trong đới sóng

vỗ (0,1 m/s). Do khúc xạ, các sóng đến bờ với một góc nghiêng nhỏ, sẽ tạo ra

dòng chảy trong đới sóng vỗ. Vấn đề phạm vi vận chuyển bùn cát dọc bờ sẽ được

tiếp tục xem xét ở phần sau.

Hình 3. 23: Dòng dư gió mùa đông bắc

Ngoài ra, đối với khu vực có biên độ triều lớn như bờ biển đông ĐBSCL

bao gồm Trà Vinh ảnh hưởng của dòng triều là đáng kể. Thủy triều và gió tạo ra

một trường vận tốc với giá trị tức thời nhiều thay đổi so với dòng dư (hình 3.24),

điều này giải thích rằng việc vận chuyển bùn cát lơ lửng có thể khác nhau chứ

không phải chỉ bởi dòng dọc bờ. Đặc biệt, hình ảnh dòng tức thời trong pha triều

lên đều có hướng gần như vuông góc với đường bờ có thể là lời giải cho giả định

dòng triều đóng vai trò quan trọng trong việc mang bùn cát vào bờ.

Nghiên cứu của AFD [23] khẳng định, mặc dù lượng nước chảy về phía

bờ lúc triều lên tương đương với dòng chảy ra ngoài khơi khi triều xuống, nhưng

dòng triều ngang bờ biển có xu hướng thúc đẩy vận chuyển bùn cát về phía bờ và

bồi lắng trong khi sóng có xu hướng gây xói lở.

Hình 3. 24: Trường vận tốc tức do thời dòng triều thuần đơn trong pha triều lên

3.1.4. Yếu tố sóng biển

Như đã nói ở trên, sóng là tác động chính gây ra bùn cát tái lơ lửng. Sóng

khu vực nghiên cứu bị chi phối bởi hướng gió trong mùa gió đông bắc và tây

nam. Hình 3.25 và 3.26 thể hiện trường sóng và chiều cao sóng hai mùa, cho

thấy:

- Về hướng sóng: Hướng của sóng biển khơi trùng với hướng gió ĐB và

TN. Do hiệu ứng khúc xạ sóng, khi tiến vào vùng nước nông, hướng sóng có

khuynh hướng trực giao với đường đẳng sâu. Vì vậy sóng ở các khu vực gần bờ

có hướng nằm trong cung Đông Đông BắcĐôngĐông Nam vào mùa gió

đông bắc và hướng Tây NamNam Tây NamNamĐông Nam vào mùa gió

tây nam.

Hình 3. 25: Trường sóng và chiều cao sóng vào thời điểm gió mùa đông bắc

Hình 3. 26: Chiều cao sóng vào thời điểm gió mùa tây nam

- Về chiều cao sóng: Chiều cao sóng gió mùa đông bắc cao hơn hẳn trong

gió mùa tây nam. Do hiệu ứng sóng vỡ, chiều cao sóng giảm dần từ ngoài khơi

vào khu vực gần bờ.

Để so sánh cụ thể chiều cao sóng giữa hai mùa gió, luận án trích xuất các

giá trị tại vị trí các điểm như trên hình 3.15 và bảng 3.7, kết quả thể hiện trên

hình 3.27.

Hình 3. 27: Biểu đồ so sánh giá trị chiều cao sóng trung bình tại các vị trí

Biển đồ cho thấy:

- Chiều cao sóng gió mùa tây nam bé (bằng khoảng ½ độ cao sóng trong

mùa gió đông bắc). Điều này góp phần hình thành nên xu hướng bồi tụ là chủ

yếu đối với bờ biển Trà Vinh trong gió mùa tây nam.

- Do ảnh hưởng của hướng sóng tới, vào mùa gió đông bắc, các vị trí ở nửa

bờ phía bắc có chiều cao sóng cao hơn tại các vị trí ở nửa bờ phía nam. Điều này

có xu hướng ngược lại vào mùa gió tây nam.

- Giá trị chiều cao sóng tại các vị trí gần 2 cửa sông Cung Hầu và Định An

thấp hơn so với chiều cao sóng tại khu vực ven biển (Trường Long Hòa, Dân

Thành) trung bình từ 0,3-0,6m. Điều này có thể bao gồm cả 2 lý do: (i) Dòng

chảy từ các nhánh sông Mê Công có hướng tác động ngược với hướng sóng khu

vực gần bờ, do đó làm giảm độ cao sóng khu vực cửa sông; (ii) Phụ thuộc vào độ

dốc địa hình đáy.

Sóng từ vùng biển ngoài khơi truyền vào bờ biển, do đáy biển nông dần,

khi độ sâu nước chỉ bằng khoảng 1,3 lần chiều cao sóng, sóng sẽ biến hình, hình

thành sóng đổ (sóng vỡ), giải phóng năng lượng. Năng lượng sóng được giải

phóng tác dụng lên đáy biển, đào xới vật chất đáy biển, mang chúng đi rồi lại tái

trầm tích ở một nơi khác, gây ra xói lở hoặc bồi tụ bờ biển [7].

Để xác định phạm vi dải sóng vỡ, sơ đồ cao độ địa hình đáy biển Trà Vinh

được xuất từ mô hình Mike 21 như trên hình 3.28. Hình 3.28 cho thấy, địa hình

đáy biển khu vực Trà Vinh tồn tại một “vách ngầm” (đáy địa hình có độ dốc rất

lớn từ cao trình (-6) ÷ (-20)m). Trong quá trình lan truyền vào bờ sóng vỡ khi bị

hạn chế về độ sâu nước, tại vị trí vách ngầm độ sâu nước bị suy giảm một cách

đột ngột. Phần phía trong của vách ngầm này là vùng địa hình “sườn nghiêng

nước nông” (clinoform) có tác động đến sự suy giảm của sóng và xói liên quan

đến ma sát đáy. Đây là đặc trưng riêng của khu vực Trà Vinh và cũng là đặc

trưng chung của khu vực bờ đông ĐBSCL. Điều này cũng đã được nhắc đến

trong nghiên cứu của AFD [23].

Trên biển khơi Đông Nam bộ, độ cao sóng trong mùa gió đông bắc là

1,5m6m và trong mùa gió tây nam là 13m. Sóng có độ cao dưới 1m thường

bị vỡ trên vùng biển ven bờ độ sâu <3m. Các sóng lớn (độ cao >3m) thường vỡ ở

khoảng cách xa bờ 610km (đường cao trình - 8m), khi đi vào khu vực nước

nông này. Đây là một trong các yếu tố tự nhiên rất quan trọng giúp giảm chiều

cao sóng tới (đặc biệt trong điều kiện gió bão), góp phần làm giảm sạt lở bờ biển

tại Trà Vinh. Tuy nhiên tại một số vị trí ở Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa bị xói

khá mạnh mẽ bởi các đợt sóng tác động trực tiếp, đặc biệt vào gió mùa đông bắc

và một số nguyên nhân khác sẽ được phân tích tiếp trong phần sau. Như vậy,

luận án đặt ra nghi vấn, vùng đại dương có liên quan đến xói lở sẽ là toàn bộ khu

vực phía trong của vách ngầm này (clinoform).

Bảng 3.8 thể hiện các hoa sóng được vẽ từ kết quả tính toán theo mùa gió

đông bắc và tây nam đối với các vị trí như trên hình 3.28 (từ S1 – S7).

Hiệp Thạnh

Trường Long Hòa

Dân Thành

Độ sâu (m)

Trên

Đông Hải

Vách ngầm

Dưới

Hình 3. 28: Cao độ địa hình khu vực ven biển TV và vị trí trích xuất hoa sóng

Bảng 3. 8: Tổng hợp các hoa sóng tại khu vực ven biển Trà Vinh

Điểm Mùa gió đông bắc Mùa gió tây nam Vị trí

Cách bờ 1km

Cách bờ 5km S5

Cách bờ 10 km

Các hoa sóng cũng thể hiện rõ xu thế: chiều cao sóng trong mùa gió đông

bắc cao hơn mùa gió tây nam; các vị trí giữa bờ có chiều cao sóng cao hơn khu

vực gần cửa sông; hướng sóng ở ngoài khơi trùng với hướng gió; vào khu vực

gần bờ hướng sóng có xu thế vuông góc với đường đẳng sâu; trong phạm vi cách

bờ 5km chiều cao sóng đa phần < 1,5m.

3.1.5. Chế độ vận chuyển bùn cát và trữ lượng

a) Vận chuyển bùn cát dọc bờ

Vận chuyển bùn cát là một chu trình lặp đi lặp lại của sự tái lơ lửng và bồi

lắng, vì vậy nồng độ bùn cát đo đạc được dọc theo bờ (có thể nhận thấy rõ thông

qua các ảnh vệ tinh và kết quả từ mô hình trên hình 12, 13 – Phụ lục 1) chủ yếu

là kết quả của việc tái lơ lửng do ứng suất đáy gây ra bởi sóng trên những vùng

sườn nghiêng nước nông (clinoform), là khu vực phía trong của vách ngầm (đã

được nhắc đến ở trên). Bởi vậy, để đánh giá toàn bộ thông lượng bùn cát dọc bờ,

các mặt cắt (vuông góc với bờ) cần được thiết lập có độ rộng ra tới ngoài khu vực

vách ngầm (từ 6 -> 10km). Tuy nhiên, luận án này sử dụng cách tiếp cận mới

hơn, xem xét quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ thông qua kết quả chuyển tải

lưu lượng bùn cát tại 03 mặt cắt ven bờ MC 1, MC 2 và MC 3 (hình 3.29), độ

rộng mỗi mặt cắt là 2km từ mép bờ ra biển.

Khoảng cách 2km được lựa chọn trên cơ sở sau:

- Yếu tố sóng: trong phạm vi khoảng 5km, chiều cao sóng khu vực ven Trà

Vinh đa phần <1,5m, các đợt sóng này sẽ vỡ ở độ sâu <3m. Theo sơ đồ địa hình

ven biển hình 3.28, phạm vi này nằm trong khoảng 2km cách bờ.

- Ngoài ra, khoảng cách 2km cũng là phạm vi phù hợp nếu có đề xuất xây

dựng công trình nhằm mục đích can thiệp vào quá trình vận chuyển bùn cát dọc

bờ.

- Phục vụ cho việc xem xét quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ (ở phần

sau), từ đó làm cơ sở cho đề xuất giải pháp công trình phù hợp.

Tọa độ vị trí các mặt cắt thể hiện trong bảng 3.9, với MC1 và MC3 lần

lượt là vị trí đầu và cuối phạm vi bờ biển nghiên cứu, đoạn bờ biển từ MC1 đến

MC2 là phạm vi bờ biển xảy ra nhiều biến động trong năm.

Hình 3. 29: Vị trí

Hướng vận chuyển bùn cát tương ứng với giá trị “-“ trong đồ thị.

các mặt cắt và

hướng vận

Hướng vận chuyển bùn cát tương ứng với giá trị “+“ trong đồ thị.

chuyển bùn cát

tương ứng với giá

trị trích xuất từ

mô hình

Bảng 3. 9: Tọa độ các mặt cắt trích xuất kết quả chuyển tải lưu lượng bùn cát

UTM-48

MC 1 MC 2 MC 3

Sát bờ Xa bờ STT Tên mặt cắt Ghi chú vị trí EE NN NN

EE 669588.4 1078335.1 670329.3 1080134.0 Cổ Chiên 672716.3 1067021.3 674645.4 1066508.5 Bến Giá 650283.7 1053664.9 650174.1 1051764.4 Định An

Kết quả chuyển tải bùn cát qua các mặt cắt được thể hiện trong các hình

3.30, 3.31, 3.32 dưới đây.

Hình 3. 30: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 1

Quan sát đồ thị 3.30 kết hợp với hướng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt

MC1 trên mặt bằng có thể thấy: các giá trị mang dấu “-” trong đồ thị tương

đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên màu vàng; các giá trị

mang dấu “+” tương đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên

màu xanh.

So sánh các giá trị “-” trong đồ thị hình 3.30 thấy rằng: vào mùa gió tây

nam (mùa lũ – từ tháng V - X) lượng bùn cát theo dòng nước từ trong sông đi

qua mặt cắt MC1 lớn gấp 1,5 ÷ 2 lần các tháng mùa gió đông bắc (mùa cạn - từ

tháng XI đến tháng IV năm sau).

Hình 3. 31: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 3

Quan sát đồ thị 3.31 kết hợp với hướng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt

MC3 trên mặt bằng có thể thấy: các giá trị mang dấu “-” trong đồ thị tương

đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên màu vàng; các giá trị

mang dấu “+” tương đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên

màu xanh.

So sánh các giá trị “+” trong đồ thị hình 3.31 thấy rằng: vào mùa gió tây

nam (mùa lũ – từ tháng V đến tháng X) lượng bùn cát theo dòng nước từ trong

sông qua mặt cắt MC3 lớn hơn nhiều so với các tháng mùa gió đông bắc (mùa

cạn - từ tháng XI đến tháng IV năm sau).

Khác với hình 3.30 và 3.31, hình 3.32 tại mặt cắt MC2 cho thấy sự khác

biệt rõ rệt về xu thế vận chuyển bùn cát ven bờ giữa hai mùa gió đông bắc và tây

nam. Vào thời kỳ gió mùa đông bắc, các giá trị lưu lượng bùn cát mang dấu “-“

là chủ yếu tương đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên màu

vàng, cho thấy sự vận chuyển bùn cát dọc bờ về phía tây nam chiếm ưu thế rõ

rệt. Điều này có thể dẫn đến sự thiếu hụt bùn cát đáng kể ở khu vực xã Hiệp

Thạnh, Trường Long Hòa và khu vực lân cận trong mùa này, gây ra sự xói lở.

Tuy nhiên quá trình xói lở/ bồi lắng cần được xem xét trên phương diện đầy đủ

hơn, cân đối giữa dòng bùn cát dọc bờ và ngang bờ. Điều này sẽ được xem xét

trong phần tính cân bằng bùn cát cho từng đoạn bờ biển ở phần sau.

Có một điều đáng lưu ý ở hình 3.30 và 3.31 là vào thời kỳ mùa gió đông

bắc (trùng với thời kỳ mùa kiệt), dòng chảy và nguồn bùn cát từ các sông đổ ra là

thấp nhất, nhưng lưu lượng bùn cát lơ lửng chuyển qua các mặt cắt ven biển

MC1 và MC3 thì vẫn khá dồi dào so với trong mùa gió tây nam. Đây là những

minh chứng cho nhận định là sóng gây ra bởi gió mùa đông bắc đào xới và làm

tái lơ lửng phần lớn bùn cát được bồi tụ ven biển trong mùa gió tây nam. Phần

lớn lượng bùn cát tái lơ lửng này theo dòng chảy ven bờ vận chuyển về phía Nam

(như trong hình 3.32), một phần bùn cát theo dòng triều ngược vào các cửa sông

và gây ra bồi lắng tại các cửa sông.

Hình 3. 32: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 2

Để phân tích kỹ hơn xu thế của dòng vận chuyển bùn cát ven bờ, luận án

tính toán thông lượng bùn cát dọc bờ chuyển tải qua từng mặt cắt (2km) theo

mùa và trong năm. Trong đó, giá trị “lưu lượng bùn cát” tại mỗi mặt cắt (đo bằng

kg/s) được trích từ mô hình trong khoảng thời gian 1 năm (từ ngày 2/1/2011 đến

31/12/2011, bỏ qua ngày đầu tiên). Bước thời gian xuất kết quả là 1 giờ, do vậy

giá trị này được coi là giá trị trung bình trong 1 giờ (cột 1 bảng 3.10). Mỗi giá trị

lưu lượng bùn cát (kg/s) được nhân với thời gian 1 giờ (tương đương 3.600s – cột

2) để ra tổng lượng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt trong một giờ (cột 3). Tính

tổng tất cả các giá trị của cột 3 (tính cho 1 năm là 8.721 giá trị) sẽ được tổng

lượng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt trong 1 năm.

Một đoạn tính toán (1 ngày) đối với mặt cắt MC1 được thể hiện như trong

bảng 3.10 dưới đây.

Lưu lượng bùn cát

Tổng lượng vận chuyển bùn cát/giờ

Ngày

Giờ

(kg/s)

(kg)

Thời gian tương đương 1 giờ (s)

(1)

(2)

(3) = (1) x (2)

Tổng lượng vận chuyển bùn cát /ngày (W) (Tấn) (5) = sum (4) (1÷24)

Bảng 3. 10: Tổng lượng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt MC1 trong 1 ngày

1.985

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

0:00 3/1/2011 1:00 3/1/2011 2:00 3/1/2011 3:00 3/1/2011 4:00 3/1/2011 5:00 3/1/2011 6:00 3/1/2011 7:00 3/1/2011 8:00 3/1/2011 3/1/2011 9:00 3/1/2011 10:00 3/1/2011 11:00 3/1/2011 12:00 3/1/2011 13:00 3/1/2011 14:00 3/1/2011 15:00 3/1/2011 16:00 3/1/2011 17:00 3/1/2011 18:00

125,09 54,38 -59,32 -119,39 -189,10 -315,30 -444,60 -478,47 -394,51 -20,55 109,48 266,61 526,67 784,10 820,43 256,22 -82,55 -161,70 -167,93

450.331,20 195.767,28 -213.567,84 -429.796,80 -680.770,80 -1.135.090,80 -1.600.563,60 -1.722.502,80 -1.420.243,20 -73.962,36 394.135,20 959.810,40 1.896.022,80 2.822.745,60 2.953.540,80 922.381,20 -297.178,20 -582.116,40 -604.548,00

Tổng lượng vận chuyển bùn cát /giờ (Tấn) (4) = (3)/1000 450,33 195,77 -213,57 -429,80 -680,77 -1.135,09 -1.600,56 -1.722,50 -1.420,24 -73,96 394,14 959,81 1.896,02 2.822,75 2.953,54 922,38 -297,18 -582,12 -604,55

3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600

3.600 3.600 3.600 3.600 3.600

-176,07 -106,75 42,35 118,28 164,07

-633.848,40 -384.314,40 152.454,24 425.800,80 590.659,20

3/1/2011 19:00 3/1/2011 20:00 3/1/2011 21:00 3/1/2011 22:00 3/1/2011 23:00

-633,85 -384,31 152,45 425,80 590,66

20 21 22 23 24 Ghi chú: - Giá trị W mang dấu “+” tương đương với chiều vận chuyển bùn cát qua mặt cắt đang xét theo chiều mũi tên màu xanh trên hình 3.25. - Giá trị W mang dấu “-” tương đương với chiều vận chuyển bùn cát qua mặt cắt đang xét theo chiều mũi tên màu vàng trên hình 3. 25.

Bảng 3. 11: Kết quả tính toán thông lượng bùn cát dọc bờ qua các mặt cắt Đơn vị: tấn/năm

Mặt cắt Thông lượng bùn cát dọc bờ (độ rộng mặt cắt 2km) Tính cho năm 2011 Mùa gió tây nam Cả năm Mùa gió đông bắc

W1 = - 99.921 MC1 W1ĐB = 70.368 W1TN = -170.289

MC2 W2ĐB = -1.251.666 W2TN = -294.831

W2 = - 1.546.497 W3 = 13.269.489 MC3 W3ĐB = -875.859 W3TN = 14.145.348

Từ kết quả tính toán

thông lượng bùn cát dọc bờ

như trong bảng 3.11 có thể

xây dựng nên sơ đồ hướng

vận chuyển bùn cát dọc bờ

trong mùa gió đông bắc và

tây nam như trong hình 3.33

và 3.34.

Hình 3. 33: Hướng

vận chuyển bùn cát dọc bờ

trong mùa gió đông bắc

Như đã phân tích ở phần trên, vào MGĐB, dòng vận chuyển bùn cát dọc

bờ bao gồm một phần nhỏ đi vào các cửa sông (MC1), phần lớn vận chuyển về

phía nam (MC2 và MC3).

Hình 3. 34: Hướng vận

chuyển bùn cát dọc bờ

trong mùa gió tây nam

Vào MGTN, nguồn

bùn cát dồi dào từ sông

cung cấp cho BBTV qua

cửa Cung Hầu – Cổ Chiên

(phía bắc – MC1) và cửa

Định An (phía nam-MC2).

Dòng bùn cát ven bờ qua

MC2 cũng có chiều về

phía nam, luận án đưa ra một số lý giải như sau:

- MC2 cách cửa sông Cung Hầu – Cổ Chiên 10km và cách MC1 13km

(MC1 nằm trong khu vực cửa sông, chiều dài toàn bộ bờ biển từ MC1 đến MC3

khoảng 45km), do vậy khu vực này cũng được bổ sung bùn cát từ sông. Có thể

nhận thấy rõ hiện tượng này thông qua ảnh vệ tinh và kết quả từ mô hình trên

hình 12– Phụ lục 1.

- Mặc dù vào MGTN, dòng ven sóng sẽ đi lên phía bắc nhưng chiều cao

sóng mùa này nhỏ, đồng nghĩa với việc dòng ven sóng sẽ yếu hơn trong MGĐB

và sẽ chỉ tác động nhiều lên

nửa bờ phía nam.

- Dòng chảy khi triều

lên trong MGTN vẫn có

hướng từ phía đông bắc,

điều này có thể ảnh hưởng

đến dòng bùn cát từ phía

nam đi lên.

100

Hình 3. 35: Thông lượng bùn cát dọc bờ hàng năm qua các mặt cắt

Kết quả tính toán với thời lượng 1 năm như sau (kết hợp xem hình 3.35):

Giá trị W1 và W2 mang dấu “-” cho thấy quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ

chiếm ưu thế về phía tây nam trên đoạn bờ biển giữa mặt cắt MC 1 và MC2.

Trong khi đó, giá trị W3 mang dấu “+” cho thấy rằng qua mặt cắt MC3, hàng

năm bờ biển Trà Vinh được bổ sung một lượng vô cùng lớn bùn cát ven biển

(13.269.489 tấn/năm). Đây là đặc điểm riêng lợi thế cho Trà Vinh, vì theo nghiên

cứu mới nhất của AFD [23] khi đánh giá thông lượng bùn cát dọc bờ hàng năm

đối với dải bờ biển phía đông ĐBSCL, xu thế chung là bùn cát đi về phía nam.

b) Vận chuyển bùn cát dọc bờ, ngang bờ và trữ lượng

Do vùng bờ biển là một vùng rộng lớn, dưới tác động đa chiều của các yếu

tố thủy lực, hướng vận chuyển bùn cát cũng rất phức tạp, trong đó hai hướng chủ

đạo là vận chuyển bùn cát dọc bờ và vuông góc với bờ. Luận án chia BBTV

thành hai khu vực để đánh giá kỹ hơn vấn đề này, bao gồm khu vực xói lở trọng

điểm (xã Hiệp Thạnh) và khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải.

Khu vực bờ biển Hiệp Thạnh được chia thành 3 vùng khép kín (1, 2, 3)

giới hạn bởi các mặt cắt vuông góc với bờ (MC1, MC-N1, MC-N2, MC-N3) và

song song với bờ (MC-D1, MC-D2, MC-D3, MC-D4) như hình 3.36 và bảng

3.12. Trong đó, mặt cắt MC-D4 là cửa sông Bến Giá, được thiết lập để đánh giá

lượng bùn cát bổ sung cho vùng bờ biển này từ sông Bến Giá. Với các tính tương

tự phần trên, kết quả tính toán tổng lượng vận chuyển bùn cát qua các mặt cắt

trong một năm thể hiện trên hình 3.36, trữ lượng bùn cát tại mỗi vùng thể hiện

trên bảng 3.13. Xu thế chung của quá trình này là vận chuyển bùn cát dọc bờ về

phía tây nam và lượng bùn cát vận chuyển vuông góc với bờ cũng rất lớn. Cụ thể

như sau:

- Vùng 1: Do nằm ở khu vực cửa sông rộng, dòng chảy mạnh, lượng bùn

cát bổ sung nhỏ hơn nhiều so với lượng bùn cát mất đi, dẫn đến xói lở mạnh.

Lượng bùn cát thiếu hụt do cả 2 nguyên nhân: tải bùn cát dọc bờ và ngang bờ đều

101

rất lớn.

- Vùng 2: Lượng bùn cát bổ sung (từ vùng 1 chuyển sang vùng 2) lớn hơn

lượng bùn cát mất đi, dẫn đến hiện tượng xói mạnh ở phần đầu (MC-N1) và bồi

nhẹ ở phần cuối (MC-N2).

- Vùng 3: Lượng bùn cát bổ sung (từ vùng 2 chuyển sang vùng 3 và từ cửa

sông Bến Giá - MC-D4) lớn hơn lượng bùn cát mất đi, dẫn đến hiện tượng bồi ở

khu vực này.

Bảng 3. 12: Tọa độ các mặt cắt của ô tính cân bằng bùn cát khu vực hiệp Thạnh

UTM-48

Sát bờ Xa bờ STT Tên mặt cắt EE NN EE NN

669588.4 1078335.1 670329.3 1080134.0 671755.2 1077057.8 673347.2 1078327.6 672232.2 1074612.6 674228.3 1074946.9 672766.1 1072138.4 674716.5 1072445.5

MC 1 MC-N1 MC-N2 MC-N3 MC-D1 MC-D2 MC-D3 MC-D4

Phía bắc Phía nam

670329.3 1080134.0 673347.2 1078327.6 673347.2 1078327.6 674228.3 1074946.9 674228.3 1074946.9 674716.5 1072445.5 672262.9 1072852.3 672761.0 1072179.0 Độ rộng mặt cắt (km) 2 2 2 2 3,5 3,5 2,5 0,86

102

Hình 3. 36: Phạm vi các ô tính cân bằng bùn cát khu vực Hiệp Thạnh

Bảng 3. 13: Phân tích trữ lượng bùn cát khu vực Hiệp Thạnh

Đơn vị: tấn/năm

STT Kết luận

Khu vực Hiệp Thạnh Vùng 1 Trữ lượng vào 99.922 Trữ lượng ra 3.838.621 Trữ lượng cân bằng -3.738.699 Xói mạnh 1

Vùng 2 1.702.938 1.257.421 445.516 Bồi 2

Vùng 3 937.048 723.709 213.339 Bồi 3

Kết quả tính toán tương tự về trữ lượng bùn cát đối với khu vực Trường

Long Hòa – Đông Hải thể hiện trên hình 3.37 và bảng 3.14. Có thể nhận xét như

- Xuất hiện độ dốc về lưu lượng tải sa bồi dọc bờ. Vấn đề thiếu hụt bùn cát

do vận chuyển bùn cát dọc bờ chỉ xảy ra ở ô số 4. Các ô 5,6 lượng bùn cát vận

chuyển dọc bờ giảm dần, lượng đi vào lớn hơn lượng đi ra.

- Lượng vận chuyển bùn cát ngang bờ đóng vai trò quan trọng đến diễn biến

xói lở, bồi tụ từng đoạn bờ biển và diễn biến giữa chúng cũng rất khác nhau. Ô

4,5,6 bùn cát bị mang ra xa khỏi bờ, ô 7,8 bùn cát có xu thế bổ sung cho bờ biển.

- Kết quả cân bằng bùn cát giữa các ô cho thấy xu thế xói từ nhẹ đến vừa ở

phía bắc và bồi nhiều ở phía nam.

- Đặc biệt, tại khu vực xói lở mạnh, đã được xây dựng công trình kè bảo vệ

bờ trực tiếp như kè xã hiệp Thạnh và kè xã Trường Long Hòa xuất hiện tình

trạng tải lượng bùn cát ngang bờ rất lớn (MC-D1 và MC–D6).

Bảng 3. 14: Phân tích trữ lượng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải Đơn vị: tấn/năm

STT Kết luận Trữ lượng vào Trữ lượng ra Trữ lượng cân bằng

Khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải

1 Vùng 4 326.006 2.385.352 -2.059.346 Xói

2 Vùng 5 1.546.497 1.566.071 -19.574 Xói

3 Vùng 6 285.523 337.829 -52.307 Xói

4 Vùng 7 8.117.875 - 8.117.875 Bồi nhiều

103

5 Vùng 8 29.143.768 4.870.882 24.272.886 Bồi nhiều

Hình 3. 37: Phạm vi các ô tính cân bằng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải

Bảng 3. 15: Tọa độ các mặt cắt của ô tính cân bằng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải

UTM-48

MC-N3 MC 2 MC-N4 MC-N5 MC-N6 MC 3

Sát bờ Xa bờ STT Tên mặt cắt EE NN EE NN

672766.1 1072138.4 674716.5 1072445.5 672716.3 1067021.3 674645.4 1066508.5 669529.1 1061371.6 671229.4 1060068.6 664416.1 1056677.1 665492.0 1054917.4 657634.7 1053925.1 658147.1 1052001.7 650283.7 1053664.9 650174.1 1051764.4

10.

11.

Phía bắc Phía nam

104

MC-D5 MC-D6 MC-D7 MC-D8 MC-D9 674716.5 1072445.5 674645.4 1066508.5 674645.4 1066508.5 671229.4 1060068.6 671229.4 1060068.6 665492.0 1054917.4 665492.0 1054917.4 658147.1 1052001.7 658147.1 1052001.7 650174.1 1051764.4 Độ rộng mặt cắt (km) 2 2 2 2 2 2 6,0 7,2 7,8 7,9 8,0

Từ kết quả nghiên cứu này có thể khẳng định:

- Quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ chiếm ưu thế về phía tây nam trên

phần lớn đoạn bờ biển phía bắc.

- Xuất hiện độ dốc về lưu lượng tải sa bồi dọc bờ, do vậy diễn biến và

nguyên nhân dẫn đến xói lở, bồi tụ của mỗi đoạn bờ biển là khác nhau.

- Quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ đóng vai trò quan trọng trong việc

phát triển đường bờ.

- Hai khu vực xói lở mạnh là vùng 1 (Hiệp Thạnh) và vùng 4 (Trường Long

Hòa) đều do nguyên nhân tải bùn cát dọc bờ và ngang bờ rất lớn.

- Hai khu vực xói lở nhẹ là vùng 5,6 (Trường Long Hòa, Dân Thành) không

phải do nguyên nhân bùn cát dọc bờ mà do tải bùn cát ngang bờ.

- Các công trình kè bảo vệ bờ trực tiếp (xã hiệp Thạnh và Trường Long

Hòa) dường như là nguyên nhân làm tăng đột biết tải lượng bùn cát ngang bờ.

Điều này phù hợp với nghiên cứu của Winterwerp [48], AFD [23] khi khẳng định

các giải pháp công trình cứng bao chặt bờ biển (coastal squeeze) làm trầm trọng

hơn tình trạng xói lở bờ biển.

- Xét về mặt tổng thể, trên toàn dải bờ biển Trà Vinh lượng phù sa bồi đắp

được tăng lên hàng năm. Điều này phù hợp với hiện tượng bờ biển Trà Vinh

được bồi dần ra biển qua nhiều thời kỳ (theo kết quả nghiên cứu [63] [62] [57]

[14] [8] thể hiện trên hình 1.9 và 1.10).

- Những quá trình trao đổi bùn cát ngang bờ cho thấy sự biến đổi đường bờ

thực tế là kết quả tích hợp của xói /bồi trên toàn bộ vùng đồng bằng nước nông

(rộng khoảng từ 6->10km tính từ vách ngầm) không phải chỉ riêng trong đới

sóng vỗ hay bãi triều (ít hơn 1 km). Phù hợp với nghiên cứu của AFD [23].

3.1.6. Cơ chế thủy động lực và vận chuyển bùn cát

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu trên đây, có thể đưa ra kết luận về cơ

chế thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực bờ biển Trà Vinh như sau: Vào

mùa gió tây nam, dòng chảy từ sông Mê Công mang bùn cát bồi tụ cho dải bờ

105

biển Trà Vinh; sau đó, vào mùa gió đông bắc, lượng bùn cát này dưới tác động

của sóng có chiều cao lớn bị đào xới và làm tái lơ lửng. Phần lớn lượng bùn cát

tái lơ lửng này theo dòng chảy ven bờ vận chuyển về phía Nam, một phần bùn

cát theo dòng triều ngược vào các cửa sông và gây ra bồi lắng tại các cửa sông.

Sự xói lở chủ yếu là kết quả của tái lơ lửng do sóng và dòng vận chuyển do gió

xảy ra trên toàn bộ vùng sườn nghiêng nước nông (clinoform) dọc theo bờ biển

(rộng khoảng từ 6->10 km ngang bờ).

Trong đó, đặc điểm cụ thể của các yếu tố tác động như sau:

- Cơ chế sóng: (i) Hướng của sóng biển khơi trùng với hướng gió mùa ĐB

và TN, khi tiến vào vùng nước nông, hướng sóng có khuynh hướng trực giao với

đường đẳng sâu; (ii) Khu vực nửa bờ phía bắc bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn

nửa bờ phía nam bởi tác động của sóng lớn trong mùa gió đông bắc; (iii) Chiều

cao sóng tại các vị trí gần cửa sông luôn thấp hơn các điểm giữa bờ do cấu trúc

địa hình đáy và tác động của dòng chảy từ trong sông.

- Cơ chế dòng chảy: 3 yếu tố chi phối mạnh đến chế độ dòng chảy khu vực

ven biển Trà Vinh là: dòng chảy sông Mê Công trong mùa mưa và mùa khô, chế

độ triều bán nhật triều với độ lớn triều từ 2 - 4m/ngày, chế độ khí hậu gió mùa

đông bắc và tây nam. Có một số đặc điểm cơ bản sau:

+ Tác động của chế độ dòng chảy và hàm lượng phù sa sông Mê Công

trong mùa mưa và mùa khô đối với bờ biển Trà Vinh có thể coi là lớn nhất so với

các khu vực bờ biển lân cận;

+ Trường vận tốc dòng chảy lớn nhất khi hướng truyền triều trùng với

hướng gió mùa, cụ thể, dòng chảy vào mùa gió đông bắc khi triều dâng và mùa

gió tây nam khi triều rút;

+ Các vị trí gần cửa sông luôn có vận tốc dòng chảy lớn hơn các điểm giữa

bờ;

+ Dòng chảy khi triều dâng (đặc biệt trong mùa gió đông bắc) có ảnh

106

hưởng đáng kể đối với diễn biến xói lở bờ biển;

+ Hướng dòng chảy khi triều dâng vào mùa gió đông bắc và tây nam đều

xuất phát từ phía đông bắc, điều này góp phần làm cho nửa bờ biển phía bắc có

diễn biến xói lở phức tạp cả trong cả hai mùa.

- Cơ chế vận chuyển bùn cát: Hình 3.32-33 chứng minh xu hướng vận

chuyển bùn cát dọc bờ về phía tây nam chiếm ưu thế trong mùa gió đông bắc.

Hình 3.36, 37 cho thấy, quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ đóng vai trò quan

trọng trong việc phát triển đường bờ, lượng phù sa từ sông Mê Công qua cửa

Định An bồi đắp cho bờ biển Trà Vinh hàng năm là rất lớn.

Các yếu tố trên tác động qua lại lẫn nhau và ảnh hưởng trực tiếp đến diễn

biến dải bờ biển Trà Vinh, điều này được phân tích rõ trong mục “3.3.1. Các quá

trình xói lở”.

3.1.7. Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng bờ biển Trà Vinh

Để xây dựng sơ đồ thủy động lực vùng BBTV, các kết quả tính toán từ

phần mềm Mike 21 được nhập vào phần mềm Arcgis thành các “lớp” dữ liệu:

1. File đường kính hạt d50 (trầm tích đáy) theo địa hình miền tính toán (đã

được thiết lập và kiểm định trong phần mềm Mike 21) được nhập vào phần mềm

Arcgis như hình 3.38 (trái) với độ phân giải chi tiết về kích thước hạt. Sử dụng

công cụ phân chia nhóm dữ liệu, các đặc trưng đường kính hạt d50 được chia làm

3 nhóm: bùn lẫn cát mịn (đường kính hạt d50 từ 0,07 – 0,08mm); cát rời hạt nhỏ

(đường kính hạt d50 từ 0,08 – 0,12mm); cát hạt to (đường kính hạt d50 >

0,12mm) và có phân bố như hình 3.38 (phải).

107

Hình 3. 38: Phân bố hạt trầm tích D50 thiết lập trong phần mềm Arcgis

2. Kết quả tính toán về trường dòng chảy được nhập vào phần mềm Arcgis.

Các thời điểm lựa chọn đặc trưng cho hướng và tốc độ dòng chảy tổng hợp là khi

triều dâng và rút trong mùa gió đông bắc và mùa gió tây nam (hình 3.11, 3.12,

3.13, 3.14), được chuyển dữ liệu vào phần mềm Arcgis như hình 3.39.

Hình 3. 39: Trường dòng chảy khi triều dâng và rút thiết lập trong Arcgis

3. Kết quả tính toán về dao động mực nước triều (hình 3.7, 3.8) được thể

hiện trên sơ đồ, cung cấp các thông tin về: đặc trưng dao động triều (bán nhật

triều không đều), độ lớn triều (từ 2-4m), mực nước trung bình triều thấp là (-

)1,3m, mực nước trung bình triều cao là (+)1,8m.

4. Các kết quả vẽ hoa sóng tại các vị trí cách bờ khoảng 1km (như bảng

3.8) cũng được đưa vào thể hiện trên sơ đồ, cung cấp các thông tin về chiều cao

sóng, hướng sóng chủ đạo theo mùa gió tại khu vực ven biển Trà Vinh.

5. Kết quả tính toán về hướng vận chuyển bùn cát ven bờ trong mùa gió

đông bắc và tây nam (hình 3.33 và 3.34) cũng được thể hiện trên sơ đồ.

“Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng biển ven bờ Trà

Vinh” được xây dựng theo hai thời đoạn trong năm là MGĐB và TN (hình 3.40

và 3.41). Kết quả thiết lập sơ đồ cho thấy rằng, hầu hết các yếu tố đặc trưng thủy

– thạch động lực đã được thể hiện trên sơ đồ như: sóng, dòng chảy, triều, phân bố

trầm tích đáy và hướng vận chuyển bùn cát ven bờ theo mùa gió. So với các kết

quả nghiên cứu thủy động lực trước đây thường chỉ được thể hiện dưới dạng báo

cáo với rất nhiều hỉnh ảnh riêng lẻ, sơ đồ thủy động lực cho thấy những ưu điểm

108

nhất định về sự đơn giản, đẹp mắt, cung cấp thông tin cơ bản.

109

Hình 3. 40: Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng ven biển Trà Vinh trong MGĐB

110

Hình 3. 41: Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng ven biển Trà Vinh trong MGTN

3.2. NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI BỜ BIỂN TRÀ VINH

3.2.1. Đặc trưng hình thái bờ biển Trà Vinh

a) Mặt cắt ngang bãi biển

Theo tài liệu [7], do mực nước biển luôn biến động, địa hình lục địa cũng

rất phức tạp, nên ranh giới giữa mặt biển và lục địa không đơn giản là một nét vẽ

có tính quy ước trên các loại bản đồ địa lý, cũng không phải là đường mép nước

(tức thời) ta thấy trên các ảnh viễn thám hay trên bản đồ Google Earth. Vì vậy,

cần hiểu “bờ biển” theo nội hàm khoa học của địa mạo học. Theo đó, thuật ngữ

“đới bờ biển” được dùng thay cho thuật ngữ “bờ biển”. Định nghĩa về đới bờ

biển như sau: “Đới bờ biển là không gian tương tác giữa biển và lục địa, là một

vùng mà ở đó xảy ra mối tương tác rất phức tạp giữa các quyển của trái đất:

thủy quyển, thạch quyển, khí quyển và sinh quyển, trong đó có vai trò của con

người, tạo ra một môi

trường cơ học biến

động không ngừng

theo không gian và

thời gian”. Hình 3.42

là hình vẽ biểu thị mặt

cắt ngang đới bờ biển.

Hình 3. 42: Mặt cắt

ngang đới bờ biển [7].

Địa hình ở Trà Vinh mang tính chất đồng bằng ven biển với các giồng cát,

chạy liên tục theo hình vòng cung và song song với bờ biển. Càng về phía biển,

các giồng này càng cao và càng lớn. Sơ đồ biểu thị mặt cắt ngang đới bờ biển Trà

Vinh (hình 3.43) được xây dựng từ các thông tin đã được tính toán ở phần trước

như:

- Địa hình ven biển Trà Vinh dưới nước (hình 3.28);

- Mặt bằng khảo sát địa hình trên cạn và các mặt cắt đại diện (xem phụ lục

111

2);

- Mực nước trung bình triều thấp là (-)1,3m, mực nước trung bình triều cao

là (+)1,8m (Mục 3.1.2);

- Các sóng ngoài khơi biển Đông có chiều cao > 3m thường vỡ ở khoảng

cách xa bờ 610km (đường cao trình - 8m) (Mục 3.1.4).

Hình 3. 43: Sơ họa mặt cắt ngang đới bờ biển Trà Vinh

Trong đó:

- Khu vực bãi sau: là khu vực thềm cao nằm trên mực nước đỉnh triều. Bãi

sau là vùng bãi mà sóng gió và sóng triều thông thường không tác dụng

đến được (ngoại trừ sóng do gió bão lớn). Phía trong của vách bờ là các

cồn cát ven biển.

- Khu vực bãi trước: là khu vực có dao động lên xuống của mực nước thủy

triều cộng thêm chiều cao sóng leo. Phần trên của bãi trước có độ dốc

tương đối lớn, phần dưới thoải hơn.

- Khu vực sườn bờ ngầm (bãi ngầm): là khu vực ngập hoàn toàn dưới mực

nước biển. Giới hạn trong của sườn bờ ngầm là mực nước trung bình triều

thấp, giới hạn ngoài là nơi bắt đầu có sóng vỡ (sóng bạc đầu).

Với sơ họa mặt cắt ngang như hình 3.43 có thể thấy địa hình ven biển

112

(phần ngập nước) của Trà Vinh thuộc dạng khá thoải, điều này giúp giảm đáng

kể chiều cao sóng ngoài khơi khi tiến vào bờ. Diễn biến xói lở vùng ven biển Trà

Vinh xảy ra có liên quan đến ma sát đáy ảnh hưởng đến toàn bộ vùng đồng bằng

nước nông này (rộng khoảng 6->10km).

Trong các phần khác của luận án này, vẫn sử dụng thuật ngữ “bờ biển”

với ý nghĩa của “đới bờ biển”.

b) Mặt bằng bờ biển

Xét về mặt hình thái, các dạng bờ biển và các dạng cửa sông có mối liên

hệ mật thiết với nhau. Bờ biển tỉnh Trà Vinh nằm trong vùng châu thổ sông Mê

Công (Mê Công delta), các khu vực cửa sông mang tính chất hỗn hợp khi có lợi

thế về nguồn bùn cát trong lưu vực tương đối phong phú nhưng lại chịu chi phối

mạnh bởi các yếu tố sóng và triều của biển Đông.

Hình 3. 44: Bản đồ

đồng bằng sông Cửu

Long

Nhìn trên bản

đồ ĐBSCL (hình

3.44) có thể thấy, bờ

biển Trà Vinh nằm

kẹp giữa hai cửa

thoát lớn của sông

Tiền và sông Hậu là

Cung Hầu – Cổ

Chiên và Định An.

Các kết quả tính

toán về chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát cho thấy rằng:

- Hai cửa sông Cung Hầu – Cổ Chiên và Định An có lưu lượng dòng chảy

và lưu lượng bùn cát tương đương nhau và lớn nhất trong tất cả các cửa sông Mê

113

Công. Bờ biển tỉnh Trà Vinh nằm kẹp giữa 2 cửa sông này nên chịu yếu tố tác

động từ sông Mê Công mạnh hơn so với các vùng bờ biển lân cận (xem mục

3.1.1).

- Theo xu thế chung của các dải bờ biển ĐBSCL, sự vận chuyển bùn cát

dọc bờ về phía tây nam chiếm ưu thế trong mùa gió đông bắc. Tuy nhiên, xét

theo chế độ toàn năm, bờ biển Trà Vinh hàng năm được bồi đắp một lượng phù

sa rất lớn từ sông Mê Công, đặc biệt qua cửa Định An (xem mục 3.1.5).

Ngoài ra, theo kết quả nghiên cứu của [63] thể hiện trên hình 1.9 và 1.10

cho thấy, qua nhiều thời kỳ phát triển bờ biển Trà Vinh luôn có xu thế lồi ra phía

biển.

Những điều này lý giải một phần nào hiện tượng bờ biển Trà Vinh đặc

biệt có xu thế nhô hẳn ra ngoài biển Đông hơn các vùng bờ biển lân cận (xem

hình 3.44). Tuy nhiên, vấn đề này còn phải tiếp tục nghiên cứu sâu thêm.

3.2.2. Kết quả mô phỏng chế độ bồi xói vùng bờ biển Trà Vinh cho các kịch

bản

Các kịch bản tính toán xây dựng trong mô hình đã được thuyết minh chi

tiết ở mục 2.3.4. Sau đây là kết quả mô phỏng chế độ bồi xói vùng bờ biển Trà

Vinh cho các kịch bản.

Kịch bản hiện trạng

Kết quả tính toán diễn biến bồi xói khu vực bờ biển Trà Vinh sau 1 năm

(2011) đối với kịch bản hiện trạng thể hiện trên hình 3.43. Kết quả tính toán này

phù hợp với xu thế diễn biến bồi xói như thực tế khảo sát đã trình bày trong mục

0.1.1.

Khu vực xã Hiệp Thạnh: Nhìn chung hiện tượng bồi xói xảy ra xen kẽ.

Tuy nhiên khu vực phía Bắc hiện tượng xói xảy ra nhiều hơn so với khu vực phía

Nam. Đặc biệt tại khu vực ấp Bào diễn biến xói lở bãi biển (hạ thấp cao trình) ở

đây khá lớn trung bình 0,3m/năm, diễn biến mép bờ biển cao nhất có thể đến 20

114

– 30 m/năm. Khu vực này chịu sự chi phối chế độ dòng chảy thủy triều vào ra

cửa sông Cung Hầu với vận tốc dòng chảy trung bình vào khoảng 0,6 m/s, cộng

thêm chịu tác động trực tiếp từ sóng có chiều cao trung bình 0,6 – 0,7 m. Sóng

biển tác động trực tiếp đã phá vỡ kết cấu bờ, bào mòn thành chân bờ bãi biển,

chuyển các dạng kết cấu bờ và đáy chủ yếu là bùn sét cát mịn thành dạng lơ lửng,

một phần được vận chuyển đi ra xa cũng như được vận chuyển xuống phía Nam

bởi dòng chảy xen bờ.

Trong khi đó, đoạn từ Vàm Thâu Râu đến bờ Bắc cửa sông Bến Giá hiện

tượng bồi chiếm ưu thế với tốc độ 2 m/năm hoặc ổn định. Sông Bến Giá bắt

nguồn từ một nhánh sông Hậu (gần cửa Định An) và đổ ra biển tại vị trí ranh giới

giữa xã Hiệp Thạnh và Trường Long Hòa. Với lượng phù sa bổ sung cho bờ biển

khu vực này, cộng với yếu tố dòng chảy từ sông làm giảm bớt tác động của sóng

biển đã giúp cho khu vực này có diễn biến bồi tụ.

Đối với xã Trường Long Hòa và Dân Thành: Nhìn chung khu vực này

hiện tượng xói lở bờ biển chỉ xảy ra một số khu vực cục bộ như một đoạn nhỏ

khoảng 1,2 km tại ấp Nhà Mát, với hiện tượng hạ thấp cao trình đáy biển từ 0,3 –

0,5 m/năm. Khu vực này có địa hình bờ biển nhô hẳn ra phía biển so với các khu

vực lân cận, hướng đường bờ gần như vuông góc với hướng sóng tới và dòng

triều dâng trong mùa gió đông bắc, đây có lẽ là nguyên nhân gây ra xói lở ở khu

vực này.

Ngoài ra đoạn từ khu du lịch Ba Động đến cuối xã Trường Long Hòa và

cả xã Dân Thành, hiện tượng sạt lở bờ biển tăng dần. Chiều cao sóng tại khu vực

này cao hơn các vị trí khác, đặc biệt là vào gió mùa Đông Bắc độ cao sóng trung

bình là >0,7 m, do khu vực ven bờ tại đây có địa hình sâu hơn các vị trí khác, cho

nên sóng từ ngoài khơi truyền vào đến gần tận tới bờ mới có hiện tượng sóng vỡ,

do vậy xói lở ở đây diễn biến phức tạp.

Đối với xã Đông Hải: Hiện tượng bồi chi phối mạnh tại khu vực này với

tốc độ nâng lên của cao trình đáy trung bình từ 0,5 – 1 m/năm. Bên cạnh đó cũng

có một số khu vực xảy ra hiện tượng xói lở như đoạn giáp với xã Dân Thành

115

cũng như khu vực cuối thuộc ấp Động Cao. Tuy nhiên bản chất 2 khu vực sạt lở

trên là khác nhau. Tại khu vực giáp với xã Dân Thành vì đây là khu vực có địa

hình đáy bờ biển sâu hơn khu vực khác, cho nên năng lượng sóng không bị tiêu

hao nhiều ở ngoài xa, do vậy chiều cao sóng tại khu vực này cao hơn các vị trí về

phía Nam, tác động đến diễn biến xói tại đây. Còn khu vực thuộc ấp Động Cao bị

ảnh hưởng dòng chảy của sông Hậu chảy qua cửa Định An, nên tốc độ dòng chảy

Mức độ bồi / xói

Trên

Hiệp Thạnh

Trường Long Hòa

Dân Thành

Đông Hải

Dưới

khu vực này khá lớn so với các vị trí khác, trung bình từ 0,5 – 0,7m/s.

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

Các kịch bản khác

Kết quả tính toán diễn biến bồi xói khu vực bờ biển Trà Vinh sau 1 năm

đối với các kịch bản khác thể hiện trên hình 3.46. Nhìn chung, hiện tượng bồi xói

bị ảnh hưởng bởi NBD = 13 cm, 23 cm, bùn cát sông Mê Công giảm 20%, 30%

không có sự thay đổi nhiều so với kịch bản hiện trạng, chỉ tăng xói – giảm bồi

116

nhẹ.

Kịch bản NBD 13cm Kịch bản NBD 23cm

Kịch bản bùn cát giảm 20% Kịch bản bùn cát giảm 30%

Hình 3. 46: Diễn biến bồi xói bờ biển Trà Vinh sau 1 năm – Các kịch bản

Để phân tích kỹ hơn về sự khác biệt giữa độ bồi xói giữa các kịch bản,

luận án trích xuất kết quả về sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ tại 03 điểm tiêu biểu

khu vực bờ biển Trà Vinh với các kịch bản khác nhau để so sánh. Vị trí của 3

điểm xem xét thể hiện trên bảng 3.16 và hình 3.45. Không gian lớp bồi tụ ven

117

biển đã được thuyết minh trong bảng 2.3 và hình 2.11.

Bảng 3. 16: Tọa độ các điểm trích xuất giá trị thay đổi bề dày lớp bồi tụ

Hệ tọa độ UTM STT Tên điểm Đặc điểm

1 2 3 Sx Sb So Xói nhiều Bồi nhiều Ổn định E 671329.1167 672460.0955 673458.0181 N 1077742.6050 1074017.0276 1070091.8657

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

Giá trị thay đổi bề dày lớp bồi tụ (Total bed thickness changes) được trích

xuất từ kết quả chạy mô hình, lấy giá trị vào ngày cuối cùng của tháng, kí hiệu là

“S”, đơn vị là “mét”. Kết quả trích xuất các giá trị về sự thay đổi bề dày lớp bồi

tụ tại 03 điểm Sx – xói nhiều, Sb – bồi nhiều, So - ổn định của khu vực bờ biển

Trà Vinh với các kịch bản

khác nhau được thể hiện

trong bảng 3.17.

Hình 3. 47: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sx với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm

Điểm xói nhiều – Sx

118

Hình 3. 48: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sx với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30%

Bảng 3. 17: Giá trị bề dày lớp bồi tụ tại các điểm Sx, Sb, So tương ứng với các kịch bản

Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ (mét)

Thời gian

Hiện trạng

Nước biển dâng 13 cm Nước biển dâng 23 cm

tháng

Sx

Sb

So

Sx

Sb

So

Sx

Sb

So

Hàm lượng phù sa sông Mê Công giảm 20% So Sb Sx

Hàm lượng phù sa sông Mê Công giảm 30% So Sb Sx

-0,049 -0,098 -0,164 -0,236 -0,272 -0,277 -0,296 -0,307 -0,300 -0,297 -0,297 -0,304

0,054 0,108 0,172 0,226 0,272 0,305 0,345 0,412 0,496 0,601 0,676 0,750

0,012 0,030 0,044 0,058 0,075 0,081 0,088 0,097 0,110 0,132 0,151 0,165

-0,062 0,035 -0,118 0,070 -0,177 0,110 -0,239 0,145 -0,292 0,177 -0,315 0,207 -0,338 0,228 -0,348 0,272 -0,351 0,335 -0,359 0,392 -0,366 0,437 -0,379 0,478

0,005 0,017 0,024 0,034 0,051 0,058 0,063 0,071 0,078 0,081 0,089 0,099

-0,067 0,034 -0,135 0,061 -0,222 0,091 -0,289 0,119 -0,324 0,149 -0,348 0,173 -0,368 0,202 -0,378 0,244 -0,384 0,302 -0,392 0,355 -0,401 0,401 -0,418 0,445

0,005 0,013 0,018 0,025 0,038 0,043 0,049 0,050 0,062 0,067 0,078 0,089

-0,056 -0,106 -0,159 -0,211 -0,272 -0,293 -0,314 -0,329 -0,328 -0,332 -0,337 -0,347

0,032 0,062 0,101 0,133 0,162 0,183 0,209 0,251 0,300 0,362 0,406 0,449

0,005 0,015 0,019 0,028 0,043 0,048 0,053 0,059 0,064 0,076 0,088 0,097

-0,055 -0,114 -0,188 -0,262 -0,296 -0,315 -0,334 -0,341 -0,341 -0,343 -0,348 -0,358

0,032 0,058 0,087 0,113 0,143 0,165 0,192 0,234 0,279 0,338 0,382 0,425

0,005 0,012 0,017 0,023 0,035 0,040 0,045 0,051 0,057 0,069 0,081 0,092

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hình 3.47 và 3.48 cho thấy, nước biển dâng cao và hàm lượng bùn cát sông Mê Công giảm đều làm gia tăng mức độ xói

mòn tại khu vực bờ biển Trà Vinh, quá trình xói phù hợp với thực tế. Những tháng đầu năm (tháng I – V) là vào thời gian cuối

của mùa gió đông bắc, lượng phù sa trong sông đổ về kém dồi dào, sóng tác động mạnh đã làm quá trình xói diễn ra mạnh mẽ.

Các tháng tiếp theo vào mùa gió tây nam, nguồn phù sa dồi dào, sóng và dòng chảy ôn hòa hơn, quá trình xói chậm lại. Đến

119

tháng XII, diễn biến xói tăng dần và sẽ trở nên mạnh mẽ vào nửa đầu năm sau.

Điểm bồi nhiều – Sb

Hình 3. 49: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sb với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm

Hình 3. 50: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sb với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30%

Điểm ổn định – So

120

Hình 3. 51: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm So với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm

Hình 3. 52: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm So với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30%

Bảng 3. 18: Mức độ thay đổi bề dày lớp bồi tụ so với kịch bản hiện trạng (%)

Điểm

Sx Sb So

NBD 13 cm -3,7 -12,7 -3,1

NBD 23 cm -6,9 -15,3 -4,2

Giá trị trung bình (%) Phù sa giảm 20% -1,6 -14,7 -3,7

Phù sa giảm 30% -3,3 -16,4 -4,3

Ước tính NBD 10 cm -2,9 -8,2 -2,1

Ước tính phù sa giảm 10% -0,9 -6,4 -1,7

Các hình 3.49 – 3.52 và bảng 3.18 cho thấy, NBD làm tăng mức độ xói

(hoặc giảm độ bồi tụ) khu vực ven biển. Trong đó ảnh hưởng mạnh nhất đến các

điểm bồi nhiều, ước tính trung bình NBD lên 10cm sẽ giảm bồi đi 8,2% (so với

kịch bản hiện trạng). Các điểm đang xói lở bị ảnh hưởng ít hơn, ước tính trung

bình NBD lên 10cm sẽ tăng mức độ xói lên khoảng 2,9%. Nếu mỗi năm, mực

nước biển tăng lên 1cm thì xói tăng thêm 0,29%. Mức tăng này là không đáng kể

đối với sự xói lở do tác động của chế độ thủy thạch động lực hiện trạng (một năm

xói 30cm - hình 3.47).

Cũng theo bảng 3.18, sự suy gảm phù sa sông Mê Công làm tăng mức độ

xói (hoặc giảm độ bồi tụ) khu vực ven biển. Sự ảnh hưởng mạnh nhất đến các

điểm bồi nhiều, ước tính trung bình phù sa giảm 10% sẽ giảm bồi đi 6,4%. Các

điểm đang xói lở bị ảnh hưởng ít hơn hẳn, ước tính trung bình phù sa giảm 10%

sẽ tăng mức độ xói lên khoảng 0,9%. Điều này cho thấy, mức độ tăng xói ít hơn

121

nhiều so với mức độ suy giảm phù sa sông và mức tăng này là không lớn so với

sự xói lở do tác động của chế độ thủy thạch động lực hiện trạng (một năm xói

30cm).

Nhận xét chung

Các đồ thị (hình 3.47 - 3.52) cho thấy ý nghĩa về mặt biểu diễn xu thế làm

tăng mức độ xói (hoặc giảm độ bồi tụ) tại khu vực ven bờ biển Trà Vinh dưới tác

động của sự gia tăng mực nước biển do BĐKH và sự suy giảm lượng phù sa sông

Mê Công do xây dựng các công trình trên thượng nguồn. Các tác động này là

không lớn so với sự xói lở do tác động của chế độ thủy thạch động lực hiện trạng.

Đối với nguyên nhân do suy giảm lượng phù sa sông Mê Công, xu thế

này là điều dễ hiểu. Theo nhiều tài liệu nghiên cứu đã có, vùng đồng bằng sông

Cửu Long được hình thành từ những trầm tích phù sa của sông Mê Công. Lượng

phù sa sông Mê Công giảm, dẫn đến lượng bùn cát cung cấp cho khu vực ven

biển giảm đi, từ đó làm tăng mức độ xói và giảm độ bồi tụ khu vực ven biển Trà

Vinh.

Với ảnh hưởng của sự gia tăng mực nước biển dâng đến biến động địa

hình dải ven biển, cần có mối liên hệ với các kết quả nghiên cứu trước đây để

cho thấy bức tranh toàn cảnh.

Các kết quả nghiên cứu liên quan cho thấy tác động của sự dâng cao mực

nước đến địa hình đáy vùng cửa sông ven biển rất khác nhau và phụ thuộc vào

các điều kiện địa hình, động lực và điều kiện vận chuyển trầm tích của mỗi khu

vực [42]. Theo Dronkers (1998), sự dâng cao mực nước biển gây ra sự tích lũy

trầm tích (tăng độ bồi) ở các bãi triều thấp để phục hồi trạng thái cân bằng động

bị thay đổi do dâng cao mực nước. Sự tích lũy trầm tích này sẽ làm hạn chế di

chuyển trầm tích ra xa các nguồn phát tán [39]. Nhưng, D. M. P. K. Dissanayake

và nnk. [38] đã nghiên cứu về mối liên hệ giữa hình thái ven biển trong khoảng

thời gian 110 năm với 3 kịch bản nước biển dâng: (i) Hiện trạng; (ii) NBD 0,2m

122

đến năm 2100 so với năm 1990 và lún mặt đất 0,15m; (iii) NBD 0,7m đến năm

2100 so với năm 1990 và lún mặt đất 0,15m. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng

mực nước biển càng dâng cao sẽ làm gia tăng mức độ xói mòn ven biển.

Ở vùng ven bờ châu thổ sông Mê Công, Vũ Duy Vĩnh đã nghiên cứu sự

ảnh hưởng do dâng cao mực nước biển (BĐKH) đến biến động địa hình tại một

số mặt cắt phía ngoài các cửa sông chính [72], cho thấy rằng sự dâng cao mực

nước biển làm tăng tốc độ bồi ở các cửa sông phía nam (Trần Đề, Cung Hầu,

Hàm Luông). Điều này có thể giải thích là do sự dâng cao mực nước biển làm

hạn chế sự phát tán của dòng trầm tích về phía biển mà chỉ tập trung di chuyển

quanh các cửa sông. Kết quả là làm tăng tốc độ bồi tại các bãi bồi khu vực phía

ngoài các cửa sông phía nam của vùng ven bờ châu thổ sông Mê Công.

Việc dòng bùn cát bị giữ lại ở các cửa sông do nước biển dâng cao đã làm

giảm lượng bùn cát cung cấp cho khu vực ven biển, dẫn đến xu thế làm tăng mức

độ xói (hoặc giảm độ bồi tụ) tại khu vực ven bờ biển Trà Vinh như trong kết quả

nghiên cứu của luận án.

Ngoài ra, việc nước biển cao hơn sẽ dẫn đến hiện tượng sóng tiến vào bờ

có chiều cao lớn hơn (do sóng vỡ và giải phóng năng lượng ở phạm vi độ sâu

ngập nước bằng khoảng 1,3 lần chiều cao sóng) và điều này cũng góp phần làm

tăng mức độ xói (hoặc giảm độ bồi tụ) tại khu vực ven biển.

3.3. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH

TRỊ

3.3.1. Các quá trình xói lở

Dựa trên các tính toán kỹ lưỡng từ mô hình, với nhiều kịch bản và các

phân tích chuyên sâu, luận án đã xem xét lại một số quá trình xói lở quan trọng.

Ở một mức độ nào đó, luận án đã đóng góp các kết quả mới so với các nghiên

cứu trước đây (về vai trò của các tác nhân) và ở mặt khác, là xem xét lại các quan

điểm hiện tại (về các giải pháp bảo vệ).

Những phân tích dưới đây cho phép chúng ta ước tính được một phần thay

123

đổi bờ biển do sự phân bố lại trầm tích tự nhiên bởi sóng và dòng chảy, và một

phần từ các nguồn khác (sự thiếu hụt nguồn cung bùn cát từ sông, biến đổi khí

hậu,…) và sự ảnh hưởng của các công trình bảo vệ bờ hiện tại. Từ đó, đánh giá

được mức độ quan trọng của các tác động, làm cơ sở cho đề xuất các giải pháp

bảo vệ bờ phù hợp.

 Xác định vùng đại dương có liên quan đến xói lở

Các phân tích ở phần trên của luận án về đặc trưng địa hình đáy, phạm vi

sóng vỡ, sự phân bố bùn cát ven biển theo không gian và các quá trình trao đổi

bùn cát ngang bờ cho thấy, sự xói lở chủ yếu là kết quả của tái lơ lửng do sóng và

dòng vận chuyển do gió xảy ra trên một sườn dốc ngầm (clinoform) nông dọc

theo bờ biển (rộng khoảng 6->10 km ngang bờ), thay vì giới hạn trong vùng

nước nông ven bờ (ít hơn 1 km).

 Sự thiếu hụt nguồn cung bùn cát từ sông

Bùn cát từ sông là nguồn gốc tiến triển của ĐBSCL, việc giảm nguồn

cung cấp này chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến hình thái của ĐBSCL, bao gồm Trà

Vinh. Mục tiêu của luận án không phải là đánh giá ngân sách bùn cát tổng hợp

của toàn bộ sông Mê Công đổ về đồng bằng, cũng không phải đánh giá mức độ

suy giảm bùn cát sông Mê Công (do nhiều nguyên nhân: đập thủy điện, khai thác

cát,…) đến toàn bộ quá trình thay đổi hàm lượng phù sa khu vực trong sông và

cửa sông. Ở đây, luận án chỉ xem xét ảnh hưởng của suy giảm phù sa sông đến sự

thay đổi địa hình tại khu vực ven biển, làm cơ sở so sánh đối với các tác nhân

khác.

Kết quả tính toán cho thấy, mức độ tăng xói ít hơn nhiều so với mức độ

suy giảm nguồn cung bùn cát từ sông và mức tăng này là không lớn so với sự xói

lở do tác động của chế độ thủy thạch động lực hiện trạng (một năm xói 30cm).

 Mực nước biển dâng cao do BĐKH

Sự nóng lên toàn cầu có thể không đáng kể trong tình hình hiện tại vì tác

động của nó vẫn còn rất thấp so với sự xói lở do tác động của chế độ thủy thạch

124

động lực hiện trạng (theo tính toán ở mục 3.2.3).

Tuy nhiên, trong tài liệu hiện tại, quá trình này được coi là một nguy cơ

nghiêm trọng gây lũ lụt và sạt lở bờ biển, cần được đánh giá tốt hơn trong tương

lai.

 Động lực học gần bờ

Sóng là yếu tố quan trọng hàng đầu trong các yếu tố động lực vùng biển

nông, các đặc trưng sóng và dòng chảy sinh ra do sóng có ảnh hưởng nhiều nhất

đến diễn biến của bờ biển. Khi sóng tiến vào vùng nước nông ven bờ, sóng sẽ vỡ

ở độ sâu nước bằng 1,28 đến 1,5 lần chiều cao sóng. Trong quá trình sóng vỡ

những nhiễu động liên quan gây ra một số trầm tích đáy biển ở dạng lơ lửng.

Những trầm tích lơ lửng này cộng với một số các lớp trầm tích dưới đáy biển,

một phần bị sóng cuốn ra xa phía bờ, phần bùn cát còn lại bị dòng chảy ven bờ

chuyển đi, đến một vị trí khác, nếu tại vị trí nào đó vận tốc dòng chảy yếu dần thì

bùn cát bắt đầu bồi lắng. Hướng chuyển bùn, cát dọc bờ tuỳ thuộc vào hướng

dòng chảy ven bờ, có liên quan mật thiết đến mùa khí tượng trong năm.

a) Sóng:

Các thông số cơ bản của sóng ảnh hưởng đến diễn biến bờ biển là hướng

sóng, chiều cao sóng và vùng sóng vỡ.

Hướng sóng vùng ven biển Trà Vinh bị chi phối bởi chế độ khí hậu gió

mùa Đông Bắc và Tây Nam, các hướng sóng chủ đạo đã được thống kê ở phần

3.1.4 và thể hiện trên hình 3.40 và 3.41: Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn

cát vùng biển ven bờ Trà Vinh. Vào mùa gió đông bắc, nửa bờ phía bắc sẽ bị tác

động trực diện bởi hướng sóng tới (hướng sóng gần như vuông góc với đường bờ

tại các điểm T2, T4, T5, T6 – hình 3.53); vào mùa gió tây nam thì nửa bờ phía

nam lại bị tác động trực diện.

Trong thời gian gió mùa Đông Bắc, khu vực nửa bờ phía bắc (từ xã Hiệp

Thạnh đến cuối xã Trường Long Hòa và đầu xã Dân Thành) thường xuyên hứng

chịu tác động mạnh của sóng biển, bao gồm hướng sóng trực diện và chiều cao

125

sóng lớn từ 0,6 – 1,4 m. Trong đó, hơn 50% các con sóng có chiều cao từ 0,6 –

1m có hướng Đông đông bắc, Đông và Đông đông nam. Lực xung kích do sóng

biển đã trực tiếp phá vỡ kết cấu bờ, chuyển kết cấu bờ chủ yếu là bùn sét cát mịn

sang dạng lơ lửng và theo dòng ven bờ vận chuyển đi xa, gây ra hiện tượng xói

lở ở khu vực này. Một điều đáng chú ý là địa hình đáy biển khu vực xã Hiệp

Thạnh và nửa đầu xã Trường Long Hòa có dạng khá thoải (xem hình 3.26), nên

vùng sóng vỡ rộng hơn các khu vực khác, làm nhiễu động và tái lơ lửng trầm tích

đáy ở phạm vi rộng hơn. Cho nên, xói ở khu vực này bao gồm cả xói bề mặt (kết

cấu bờ) và xói đáy.

Hình 3. 53: Hoa sóng

vào mùa gió đông bắc

tại các vị trí trích xuất

Trong thời

gian gió mùa Tây

Nam, chủ yếu khu

vực bờ biển phía Nam

(từ cuối xã Dân

Thành và xã Đông

Hải) là chịu sự tác

động của sóng bởi

hướng sóng trực diện,

tuy nhiên chiều cao sóng mùa này không lớn, trung bình chỉ từ 0,2 – 0,5 m, còn

các khu vực phía Bắc ven biển tỉnh Trà Vinh, chiều cao sóng trung bình chỉ từ

0,1 – 0,4m.

Do vậy, xét đến tác động của sóng, khu vực nửa bờ phía bắc bị ảnh hưởng

nghiêm trọng hơn và cần thiết phải có giải pháp giảm thiểu chiều cao sóng tới ở

khu vực này.

Ngoài ra, do đặc điểm địa hình, khu vực ven biển Trà Vinh tồn tại một

vách ngầm cách bờ khoảng từ 6-10km nên các con sóng lớn ngoài khơi bắt đầu

126

vỡ ở khu vực này, điều này giúp làm giảm nguy hại do tác động sóng đối với bờ

biển Trà Vinh, đặc biệt trong điều kiện gió, bão cấp cao. Tuy nhiên, sau phạm vi

vách ngầm đáy địa hình lại khá thoải khiến cho các con sóng có chiều cao >1m

tiến sát vào bờ và vỡ ở phạm vi < 2km cách bờ. Địa hình đáy khu vực giữa bờ

(cuối xã Trường Long Hòa và Dân Thành) dốc hơn nhiều so với khu vực bờ phía

bắc, nên mặc dù trong mùa gió đông bắc, vị trí này cũng có chiều cao sóng lớn

nhất (>0,8m). Hiện tượng sạt lở ở khu vực này chủ yếu là xói bề mặt do tác động

của sóng có chiều cao sóng lớn, nên cũng cần có giải pháp giảm thiểu chiều cao

sóng tới ở khu vực này.

b) Dòng chảy:

- Vùng bờ biển Trà Vinh nằm giữa 2 cửa sông lớn của sông Mê Công nên

đặc biệt bị chi phối bởi dòng chảy do thủy triều vào ra các cửa sông (Cung Hầu –

Cổ Chiên và Định An). Các tác động này đối với bờ biển Trà Vinh có thể coi là

lớn nhất so với các khu vực bờ biển lân cận và chiếm ưu thế trong các yếu tố tự

nhiên chi phối chế độ thủy động lực học khu vực ven biển Trà Vinh.

- Độ lớn triều (từ 2m÷4m trong ngày) cộng thêm chế độ dòng chảy sông

Mê Công khác biệt rõ rệt giữa mùa mưa và mùa khô là các yếu tố làm cho vận

tốc dòng chảy ra vào tại các cửa sông khi triều dâng và rút có thể đạt tới 1,3 m/s.

Vùng bờ biển đoạn giáp cửa Cung Hầu thuộc ấp Chợ, ấp Bầu của xã Hiệp Thạnh

bị ảnh hưởng bởi dòng chảy của sông Tiền cũng như triều vào ra cửa Cung Hầu.

- Trường dòng chảy khi triều rút có giá trị vận tốc cao nhất vào mùa gió

tây nam do dòng nước lũ từ sông Mê Công đổ về kết hợp với hướng triều rút

trùng với hướng gió mùa (từ phía tây nam thổi tới). Đặc điểm rõ rệt ở thời điểm

này là giá trị vận tốc tại khu vực cửa sông khá lớn (từ 1 – 1,3m/s) nhưng giá trị

vận tốc tại các vị trí ven bờ thì không cao (từ 0,2 – 0,5 m/s), hướng dòng chảy

không tác động trực diện lên bờ biển, hướng dòng chảy dọc bờ có xu thế mang

bùn cát từ sông bổ sung cho bờ biển Trà Vinh. Do vậy, đối với diễn biến xói lở

bờ biển, dòng chảy khi triều rút có thể coi là không nghiêm trọng (xem hình 3.40

127

và 3.41: Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng biển ven bờ Trà Vinh).

- Trường dòng chảy khi triều dâng có giá trị vận tốc cao nhất vào mùa gió

đông bắc do thời điểm này dòng chảy trong sông Mê Công nhỏ và hướng triều

dâng trùng với hướng gió mùa (từ phía đông bắc thổi tới). Đặc điểm nổi bật thời

điểm này là giá trị vận tốc tại khu vực cửa sông nhỏ hơn trong mùa gió tây nam,

nhưng giá trị vận tốc tại các vị trí ven bờ thì cao hơn trong mùa gió tây nam (từ

0,3 – 0,6 m/s), hướng dòng chảy tác động về phía bờ biển, hướng dòng chảy dọc

bờ có xu thế mang bùn cát ra khỏi khu vực bờ biển Trà Vinh. Do vậy, dòng chảy

khi triều dâng có ảnh hưởng đáng kể đối với diễn biến xói lở bờ biển.

- Với bờ biển Trà Vinh, hướng dòng triều dâng vào mùa gió đông bắc và

tây nam đều xuất phát từ phía đông bắc, điều này góp phần làm cho dải bờ biển

phía bắc có diễn biến xói lở phức tạp cả trong mùa gió tây nam (đặc biệt là khu

vực bờ biển xã Hiệp Thạnh).

 Dòng vận chuyển bùn cát

Các quá trình chính là việc kết hợp của bồi lắng bùn cát từ các sông vào

mùa hè, bùn cát tái lơ lửng do sóng (với sự tham gia của thủy triều) vào mùa

đông và vận chuyển tiếp về phía Nam của bùn cát lơ lửng, chủ yếu bởi dòng do

gió gây ra. Đối với khu vực có biên độ triều lớn như bờ biển đông ĐBSCL, ảnh

hưởng của dòng triều là rất đáng kể. Mặc dù lượng nước chảy về phía bờ lúc

triều lên tương đương với dòng chảy ra ngoài khơi khi triều xuống, nhưng dòng

triều ngang bờ biển có xu hướng thúc đẩy vận chuyển bùn cát về phía bờ và bồi

lắng trong khi sóng có xu hướng gây xói lở [23].

a) Vận chuyển bùn cát dọc bờ:

- Hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ theo hướng của dòng chảy ven bờ.

- Dòng chảy sông Mê Công có sự khác biệt rõ rệt về hàm lượng phù sa

trong mùa mưa và mùa khô, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến xói lở và

bồi tụ dải ven biển Trà Vinh.

- Vào thời điểm mùa gió tây nam (cũng là mùa mưa), lượng nước và bùn

cát từ các sông cung cấp cao, hướng dòng chảy chủ đạo có tính chất chi phối diễn

128

biến bờ biển Trà Vinh trong mùa này là khi triều rút. Dòng bùn cát theo dòng

chảy dọc bờ có xu thế bổ sung cho bờ biển Trà Vinh nên hiện tượng bồi tụ xảy ra

nhiều trong thời gian này.

- Vào thời điểm mùa gió đông bắc (cũng là mùa khô), lượng nước và bùn

cát từ các sông cung cấp cho vùng nghiên cứu thấp. Sóng gây ra bởi gió mùa

đông bắc với mức độ tác động mạnh đã đào xới và làm tái lơ lửng phần lớn bùn

cát được bồi tụ ven biển trong mùa gió tây nam. Phần lớn lượng bùn cát tái lơ

lửng này theo dòng chảy ven bờ vận chuyển về phía Nam, một phần bùn cát theo

dòng triều ngược vào các cửa sông và gây ra bồi lắng tại các cửa sông.

- Xét theo chế độ toàn năm, bờ biển Trà Vinh được bồi đắp một lượng phù

sa rất lớn từ sông Mê Công, đặc biệt qua cửa Định An.

- Xuất hiện độ dốc về lưu lượng tải sa bồi dọc bờ, do vậy diễn biến và

nguyên nhân dẫn đến xói lở, bồi tụ của mỗi đoạn bờ biển là khác nhau.

b) Vận chuyển bùn cát ngang bờ:

Quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ chịu ảnh hưởng của khí hậu gió

mùa, có vai trò lấy đi bùn cát bờ biển trong sóng gió mùa đông bắc và đem bùn

cát vào bờ trong sóng gió mùa tây nam. Kết quả tính toán trong mục 3.1.5b. đã

cho thấy vai trò quan trọng của dòng vận chuyển bùn cát ngang bờ, ảnh hưởng

đến xu thế bồi, xói của từng đoạn bờ biển.

- Đối với BBTV xu thế chung là lượng bùn cát bị mang ra xa khỏi bờ, chỉ

riêng khu vực nửa bờ phía nam (gần cửa Định An) bùn cát được bổ sung vào bờ.

- Suất tải bùn cát ngang bờ là khác nhau giữa các đoạn bờ biển. Những

khu vực có chiều cao sóng lớn và có công trình cứng (coastal squeeze) như kè

bảo vệ bờ trực tiếp (tại xã hiệp Thạnh và xã Trường Long Hòa) xuất hiện tình

trạng tải lượng bùn cát ngang bờ rất lớn.

Căn cứ vào bài toán cân bằng quỹ bùn cát cho từng đoạn bờ biển Trà Vinh

như trong mục 3.1.5b., hình 3.36-37 có thể kết luận về xu thế xói lở như sau:

- Hai khu vực xói lở mạnh là vùng 1 (Hiệp Thạnh) và vùng 4 (Trường

129

Long Hòa) đều do nguyên nhân tải bùn cát dọc bờ và ngang bờ rất lớn.

- Hai khu vực xói lở nhẹ hơn là vùng 5,6 (Trường Long Hòa, Dân Thành)

không phải do nguyên nhân bùn cát dọc bờ mà do tải bùn cát ngang bờ.

 Ảnh hưởng của công trình cứng (coastal squeeze) xây dựng xung

quanh vị trí mép nước

Nghiên cứu của Winterwerp [48], AFD [23] đã chứng minh, các công

trình này ảnh hưởng đến quá trình cân bằng bùn cát trong khu vực rừng ngập

mặn theo hai cách:

- Dòng chảy phù sa mịn trên bờ giảm do kết quả của giảm dòng nước trên

bờ;

- Chiều cao sóng gần các cấu trúc như vậy tăng lên do phản ánh của cấu

trúc đó, gây ra sự lùng sục cục bộ ở phạm vi phía trước của cấu trúc.

Quá trình xói mòn ở một quy mô lớn hơn tiếp tục diễn ra khi nền đáy dần

dần bị lõm xuống làm tăng cường các hiệu ứng sóng hơn nữa.

Kết quả tính toán của luận án cũng cho thấy, các công trình kè bảo vệ bờ

trực tiếp tại xã hiệp Thạnh (vùng 1- hình 3.36) và Trường Long Hòa (vùng 5-

hình 3.37) dường như là nguyên nhân làm tăng đột biết tải lượng bùn cát ngang

bờ.

Do vậy, các công trình cứng bao chặt bờ biển trước hết là không thể hạn

chế quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ, dọc bờ hoặc là bẫy trầm tích, sau

nữa là làm trầm trọng hơn tình trạng xói lở bờ biển.

3.3.2. Đề xuất giải pháp chỉnh trị

a) Nguyên lý thiết kế

Trên phạm vi địa phương, xói mòn và bồi tụ bờ biển phụ thuộc vào sự cân

bằng giữa sự lắng đọng trầm tích và tác động của sóng và dòng chảy. Việc nuôi

bãi có thể phần nào bù đắp lại sự mất cân bằng này, do vậy nên ưu tiên các

dạng công trình có hiệu quả trong việc giữ lại trầm tích, đảm bảo sự ra vào của

130

thủy triều, vì thuỷ triều là tác động chính chịu trách nhiệm về trao đổi bùn cát.

Ngoài ra, cần đảm bảo cân bằng giữa việc giảm sóng năng lượng cao bất

lợi và ngăn chặn các dòng có lợi. Trường hợp xói lở nghiêm trọng và sóng cao,

chẳng hạn như ở Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa, giảm sóng là ưu tiên hàng

đầu. Lý tưởng nhất, nên kết hợp biện pháp công trình và phi công trình.

Vì vậy, việc thiết kế các công trình bảo vệ bờ biển nên nhằm giảm thiểu

các hiệu ứng phá hoại của sóng trong khi cho phép sự bồi tụ nhờ vào việc kết

hợp với thủy triều.

b) Đề xuất giải pháp chỉnh trị

Bờ biển Trà Vinh có một số khu vực sạt lở trọng điểm cần có giải pháp

chỉnh trị tại các xã Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa và Dân Thành như trên hình

3.54, đặc điểm và nguyên nhân xói lở tại mỗi khu vực thể hiện trong bảng 3.19.

Bảng 3. 19: Đặc điểm và nguyên nhân xói lở tại các khu vực trọng điểm

Khu vực 1

Khu vực 2 Khu vực Trường Long Hòa (Vùng 5)

Đặc điểm xói lở

Nguyên nhân xói lở

tác

Khu vực 3 Khu vực Dân Thành và đoạn đầu Đông Hải (Vùng 6) Xói lở nhẹ, hình thức xói lở bề mặt là chủ yếu, bãi biển bị hạ thấp 0,1m/năm và biển lấn tốc độ 2m/năm. (1) Thiếu hụt nguồn bùn cát do dòng vận chuyển bùn cát ngang bờ. (2) Sóng có độ cao lớn.

131

Vị trí Khu vực Hiệp Thạnh (Vùng 1 và đoạn đầu vùng 4) Xói lở mạnh, bao gồm xói đáy và xói bờ, bãi biển hạ thấp 0,3m/năm và biển tốc độ lấn 20m/năm. (1) Thiếu hụt nguồn bùn cát do dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ và ngang bờ. (2) Sóng MGĐB động trực diện (3) Ảnh hưởng của công trình cứng: kè xã Hiệp Thạnh. Công trình có khả năng giảm chiều cao sóng tới và hạn chế vận chuyển bùn cát dọc và ngang bờ. Yêu cầu chỉnh trị Xói lở mạnh, hình thức xói lở bề mặt là chủ yếu, bãi biển hạ thấp 0,15m/năm và biển lấn tốc độ 10m/năm. (1) Thiếu hụt nguồn bùn cát do dòng vận chuyển bùn cát ngang bờ. (2) Sóng có độ cao lớn (>0,8m). (3) Ảnh hưởng của công trình cứng: kè xã Trường Long Hòa. Công trình có khả năng giảm chiều cao sóng tới và hạn chế vận chuyển bùn cát ngang bờ. Công trình có khả năng giảm chiều cao sóng tới và hạn chế vận chuyển bùn cát ngang bờ.

Khu vực 1: Mỏ hàn chữ T

Khu vực 3:

Hàng rào tre/cừ tràm

Khu vực 2: Đê phá sóng

Hình 3. 54: Vị trí các khu vực sạt lở trọng điểm và định hướng bố trí công trình

chỉnh trị

Giải pháp chỉnh trị tổng hợp cho bờ biển Trà Vinh bao gồm (hình 3.54):

- Khu vực 1: Sử dụng công trình bảo vệ bờ chủ động với thiết kế mỏ hàn

dạng chữ T. Công trình này hoạt động theo nguyên lý: tác động vào dòng bùn cát

dọc và ngang bờ, giảm sóng và giữ lại bùn cát sau kè.

- Khu vực 2: Sử dụng công trình bảo vệ bờ chủ động với thiết kế đê phá

sóng tách rời. Đây là một cấu trúc song song với bờ biển, được xây dựng trong

đới sóng vỡ để bảo vệ bờ biển thông qua giảm chiều cao sóng tới và gây bồi khu

vực giữa tường và bờ.

- Khu vực 3: Sử dụng công trình dạng hàng rào rỗng bằng tre hoặc cừ

tràm. Trong điều kiện bình thường, hàng rào loại này như một sự bổ sung rất hiệu

quả cho việc trồng rừng ngập mặn, vì nó thúc đẩy sự bồi lắng bởi keo tụ và lắng

đọng trong vùng nước tĩnh. Quan trọng hơn là, việc thi công các đê chắn sóng

bằng bê tông có thể rườm rà và tốn kém, giải pháp hàng rào mềm được thiết lập

132

trong các vùng nước nông, do đó tiết kiệm chi phí hơn và việc thực thi cũng dễ

dàng hơn, lại thân thiện với môi trường. Dạng công trình này đã được thử nghiệm

hiệu quả ở U Minh,

Kiên Giang.

Hình 3. 55: Ví dụ về

dạng công trình hàng

rào cừ tràm ở Cà

Mau

Các dạng công trình này thỏa mãn các yếu tố trong “chiến lược phục hồi

bờ biển” của Winterwerp [48], đã được trình bày ở trang 23.

Ngoài ra, khi các khu vực sạt lở trọng điểm đã được bảo vệ, cần kết hợp

các “giải pháp mềm – trồng rừng ven biển” nhằm làm tăng hiệu quả bảo vệ, phát

triển bền vững dải bờ biển Trà Vinh. Điều kiện để các dải rừng ven biển phát

triển tốt là: bãi bồi ổn định; sóng, dòng chảy không tác động mạnh; giống cây

trồng phù hợp với địa hình, thổ nhưỡng. Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn

cát vùng biển ven bờ Trà Vinh (Hình 3.40-41) cung cấp thông tin về đặc điểm

thổ nhưỡng cơ bản thích hợp với từng loại cây trồng. Cụ thể, dải bờ biển Trà

Vinh có sự phân bố của 2 loại thành phần thạch học có nguồn gốc và đặc trưng

khác hẳn nhau:

+ Khu vực gần các cửa sông lớn như Cổ Chiên, Định An và các cửa rạch

nhỏ có sự phân bố của trầm tích phù sa có nguồn gốc từ sông với thành phần

thạch học chủ yếu là bùn có đường kính hạt mịn (<0,08mm) thích hợp cho rừng

ngập mặn phát triển, các giống cây phù hợp có thể là: cây mắm, cây đước,…

+ Các phần còn lại của bờ biển Trà Vinh có trầm tích nguồn gốc hỗn

hợp sông - biển với thành phần thạch học chủ yếu là cát - cát pha sét có đường

133

kính hạt thô (>0,12mm) thích hợp cho rừng phi lao phòng hộ phát triển.

Hình 3. 56: Hình ảnh rừng ngập mặn (trái) và rừng phòng hộ phi lao (phải) tại khu vực ven biển Trà Vinh

3.4. GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ BẢO VỆ BỜ BIỂN TRÀ VINH KHU VỰC

HIỆP THẠNH

3.4.1. Giới thiện khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh

Đoạn bờ biển xã Hiệp Thạnh dài

khoảng 8,2 km, nằm ở phía ngoài cửa sông

Cung Hầu - Cổ Chiên. Đây là đoạn bờ liên

tục được giới hạn ở phía trên bởi sông Bến

Chùa và phía dưới bởi rạch Bến Giá.

Hình 3. 57: Vị trí bờ biển xã Hiệp Thạnh

Dựa vào mức độ xói lở có thể chia đoạn bờ biển xã Hiệp Thạnh thành 3

đoạn như sau (hình 3.58):

- Đoạn giáp cửa Cung Hầu có chiều dài 2,5 km, mức độ xói lở trung bình:

từ điểm A (669448-E, 1078472-N) đến điểm B (671556-E, 1077456-N).

- Đoạn ấp Bầu có chiều dài 3km, mức độ xói lở rất mạnh: từ điểm C

(671556-E, 1077456-N) đến điểm D (672154-E, 1074607-N). Trên đoạn bờ biển

này có 1,3km đã được xây dựng kè bê tông bảo vệ bờ trực tiếp, ngoài khu vực

đoạn kè đã xây dựng thì khu vực trước (phía Bắc) và phía sau kè (phía Nam)

mức độ xói lở là rất nghiêm trọng (xem hình 0.4).

- Đoạn phía Nam từ vàm Thâu Râu đến bờ Bắc vàm Láng Nước (cửa rạch

Bến Giá) có chiều dài 3 km, bờ biển có xu thế ổn định: từ điểm E (672145-E,

134

1074523-N) đến điểm F (671956-E, 1072049-N).

Hình 3. 58: Vị trí các đoạn bờ biển xã Hiệp Thạnh

3.4.2. Lựa chọn phương án bố trí tổng thể công trình

Từ thực tế khảo sát cho thấy, công trình kè đã xây dựng thực hiện tốt chức

năng bảo vệ bờ tại vị trí đoạn bờ có công trình. Tuy nhiên, tại khu vực lân cận

tình trạng sạt lở là rất nghiêm trọng. UBND tỉnh Trà Vinh đã có kế hoạch xây

dựng kè bảo vệ trực tiếp trên đoạn bờ trước và sau kè hiện có dựa trên tình hình

cấp bách và nhu cầu phân kỳ đầu tư với nguồn vốn không quá lớn. Theo phân

tích của luận án, nếu công trình tiếp theo được xây dựng có thể xảy ra trường hợp

- Tình trạng bờ biển bị bê tông hóa hoàn toàn;

- Sự thiếu hụt bùn cát dưới tác dụng của sóng, dòng chảy và hướng vận

chuyển bùn cát dọc bờ, ngang bờ về lâu dài sẽ làm xói đáy, ảnh hưởng trước mắt

đến kết cấu chân công trình và sau đó là ảnh hưởng sự bền vững của toàn bộ

công trình;

- Ảnh hưởng của dạng công trình cứng xây dựng xung quanh vị trí mép

nước sẽ gây nên tình trạng xói lở ở quy mô trầm trọng hơn.

Do vậy, luận án đề xuất phương án chỉnh trị bờ biển Trà Vinh (đoạn bờ

135

biển xã Hiệp Thạnh) nhằm mục đích hạn chế bớt lượng bùn cát thiếu hụt do dòng

chảy dọc bờ, ngang bờ và triết giảm năng lượng sóng tiến vào bờ dưới dạng mỏ

hàn kết hợp đê giảm sóng chữ T.

a. Xác định cao trình đỉnh đê

Tùy thuộc vào mức độ gây bồi tạo bãi và yêu cầu triết giảm sóng sau công

trình mà xác định cao trình đỉnh đê giảm sóng là đê nhô hay đê ngầm. Cao trình

đỉnh đê giảm sóng xác định theo TCVN 9901- 2014.

Cao trình đỉnh đê nhô xác định theo công thức sau:

Zd=ZTp+1/2Hs+S (3.1)

Trong đó:

+ ZTp là cao độ mực nước tương ứng tần suất mực nước thiết kế P = 10%;

+ S là độ lún bao gồm lún do nền đê giảm sóng và lún do bản thân đê giảm sóng.

Lún do nền bao gồm lún tức thời và lún theo thời gian trong vòng 10 năm.

+ Hs là chiều cao sóng tại chân công trình.

b. Xác định bố trí mặt bằng công trình

Khoảng cách giữa bờ và đê giảm sóng được xác định theo Tiêu chuẩn

quốc gia công trình thủy lợi yêu cầu thiết kế đê biển (TCVN 9901: 2014).

Khoảng cách giữa đê giảm sóng và

bờ khoảng từ 1 đến 1.5 lần chiều dài

sóng nước sâu. Tham số sóng nước

sâu (chiều cao sóng - Hs (m), chu kỳ

sóng - Tp (s)) được lấy từ kết quả

tính toán từ mô hình toán đã được

kiểm định cho khu vực nghiên cứu.

(m) (3.2)

Hình 3. 59: Sơ đồ minh họa cho các thông số tính toán

Từ đó sẽ tính toán được chiều dài sóng nước sâu:

136

Khoảng cách từ đê giảm sóng đến bờ là: ( ) (m) (3.3)

Chiều dài đê giảm sóng: ( ) (m) (3.4)

Khoảng hở giữa 2 đê chắn sóng liên tiếp: ( ) (m) (3.5)

Bảng 3. 20: Các thông số thiết kế công trình gây bồi tạo bãi

Thông số tính toán Nguồn số liệu

Theo TCVN 9901- 2014 (đê nhô) V 10%

Cấp công trình Tần suất thiết kế Mực nước thiết kế ZTp (m) 1,70

0,8

Chiều cao sóng thiết kế trước đê Hs (m) Độ lún giả định S (m) Chiều cao sóng nước sâu (m) Chu kỳ sóng nước sâu Tp (s) Chiều dài sóng nước sâu Ls,0 (m) Cao trình đê giảm sóng Zd (m) Khoảng cách từ đê tới bờ X (m) Chiều dài đê giảm sóng L (m) Khoảng cách hở giữa 2 đê G (m) 0,4 6,5 9,3 137,7 +2,5 138- 207 207- 621 41- 138 Phụ lục B TCVN 9901: 2014 Sơ đồ thủy động lực Hình 3.38 Kết quả tính sóng từ mô hình Mike 21/3 F/M Tính theo công thức (3.2) Tính theo công thức (3.1) Tính theo công thức (3.3) Tính theo công thức (3.4) Tính theo công thức (3.5)

Bảng 3. 21: Các kịch bản bố trí công trình chỉnh trị

Mô tả kịch bản Khoảng cách từ đê tới bờ X (m) Cao trình đỉnh đê (m)

Tên kịch bản HT Hiện trạng Chiều dài Khoảng cách đê giảm giữa 2 đê G (m) sóng L (m) (Đã tính trong mục 3.1)

KB1 300 400 130 +2.0

KB2 300 400 80 +2.0

137

KB3 300 400 50 +2.0 Bố trí 4 mỏ hàn chữ T Bố trí 4 mỏ hàn chữ T Bố trí 4 mỏ hàn chữ T

Sơ đồ bố trí

công trình thiết lập

trong mô hình

Mike 21/3 F/M thể

hiện trên hình bên.

Hình 3. 60: Sơ đồ

bố trí công trình

chỉnh trị bờ biển

Hiệp Thạnh

xã Hiệp Thạnh,

tỉnh Trà Vinh

3.4.3. Phân tích hiệu quả của hệ thống công trình chỉnh trị

a) Hiệu quả giảm vận tốc dòng chảy khu vực ven bờ

Kết quả tính toán chế độ dòng chảy khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều dâng

(hình 3.61) và khi triều rút (hình 3.62) cho thấy tốc độ dòng chảy trong phạm vi

công trình giảm đáng kể. Tốc độ dòng chảy tại mép ngoài công trình dao động

trong khoảng từ 0,3-0,5m/s, trong khi tại khu vực ven bờ chỉ còn từ 0,08-0,2m/s.

Điều này giúp làm giảm đáng kể mức độ xói đáy và bờ.

Hình 3. 61:

Trường dòng

chảy khu vực xã

Hiệp Thạnh khi

triều dâng (Kịch

138

bản 1)

Hình 3. 62: Trường dòng chảy và mực nước khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều rút (Kịch bản 1)

Tọa độ điểm P (UTM-48): (x,y) = (672078.41, 1077090.19)

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)

Hoa dòng chảy trích xuất tại vị trí P đối với 4 kịch bản tính toán như trên

hình 3.64 cho thấy, công trình mỏ hàn chữ T đã làm giảm lưu tốc tại điểm P một

cách đáng kể xét cả về cường độ cũng như thời gian duy trì vận tốc lớn. Giá trị

vận tốc giảm dần từ KB 1 đến KB 3 cho thấy khoảng cách giữa các đê càng nhỏ

thì hiệu quả giảm vận tốc dòng chảy tại khu vực bờ cần bảo vệ càng tốt.

b) Hiệu quả giảm chiều cao sóng

Hình 3. 65:

Trường sóng mùa

gió đông bắc khu

vực bờ biển xã Hiệp

Thạnh (Kịch bản 1)

Kết quả tính

toán đối với trường

sóng mùa gió đông

bắc (thời điểm sóng

tác động mạnh nhất

đến bờ biển xã Hiệp

Thạnh) trên hình 3.65 cho thấy, bờ biển khu vực này được bảo vệ tốt khỏi tác

động của sóng bởi hệ thống mỏ hàn chữ T. Tính từ mép ngoài của công trình

chiều cao sóng giảm liên tục từ 0,7m, cho đến khi vào khu vực gần bờ chỉ còn

0,1 – 0,3m.

Để so sánh kỹ hơn về hiệu quả giảm chiều cao sóng giữa các phương án,

kết quả tính toán được trích xuất tại các mặt cắt như hình 3.66, khoảng cách giữa

mặt cắt 3 tới đê là 50m, mặt cắt 4

nằm giữa khoảng hở của mỏ hàn.

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

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)

Biểu đồ chiều cao sóng tại mặt cắt 3, 4 trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc

giữa các phương án (hình 3.67) cho thấy, chiều cao sóng tại cả hai mặt cắt sau

khi xây dựng công trình giảm đáng kể so với khi chưa xây dựng công trình.

Khoảng cách giữa các đê (G) càng nhỏ thì hiệu quả giảm sóng càng cao. Trong

nghiên cứu này, hiệu quả giảm sóng của kịch bản 3 (G = 50m) là cao nhất so với

các kịch bản G = 80m (KB2) và G = 130m (KB1).

c) Hiệu quả giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ

Hình 3. 68: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC1 giữa 2 phương án

Kết quả chuyển

tải lưu lượng bùn cát

dọc bờ được trích xuất

tại 02 mặt cắt MC 1,

MC 2 như trên hình 3.29 để thuận tiện cho việc so sánh phương án có công trình

(mỏ hàn) với khi chưa có công trình (đã được tính toán trong mục 3.1.5). Các

kịch bản công trình đều có khoảng cách từ đê tới bờ (X) là 300 m, hiệu quả giảm

vận chuyển bùn cát dọc bờ là tương đương nhau, do vậy trên hình 3.68 và 3.69

chỉ thể hiện 2 phương án: chưa có công trình và có công trình. Kết quả tính toán

cho thấy, các công trình mỏ hàn tác động vào quá trình vận chuyển bùn cát dọc

141

bờ và làm giảm đáng kể sự vận chuyển bùn cát dọc bờ.

Hình 3.69 cho thấy, do mặt cắt MC2 ở khá xa bờ biển Hiệp Thạnh, nên

tuy lưu lượng bùn cát dọc bờ đã giảm nhưng xu thế vận chuyển bùn cát dọc bờ về

phía tây nam trong mùa gió đông bắc (1-27/1/2011) vẫn chiếm ưu thế. Để hạn

chế tình trạng này, cần

có phương án công

trình mỏ hàn chữ T

bảo vệ đoạn bờ bị xói

tại khu vực gần cửa

sông Bến Giá, xã

Trường Long Hòa như

đã đề xuất trong phần

3.3.2 – hình 3.54.

Hình 3. 69: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC2 giữa 2 phương án

d) Diễn biến hình thái

Kết quả tính toán diễn biến hình thái dải ven biển xã Hiệp Thạnh (khu vực

có công trình) trong 1 tháng vào mùa gió đông bắc (tháng 1/2011) thể hiện trên

hình 3.70 và 3.71 cho thấy, với hiệu quả giảm vận tốc dòng chảy, giảm chiều cao

sóng và giảm sự thiếu hụt bùn cát ven biển của công trình đã hạn chế được hiện

trượng xói lở và tạo ra xu thế bồi tụ trên dải bờ biển xã Hiệp Thạnh và trong

phạm vi 300m từ mép bờ ra biển. Về hiệu quả gây bồi giữa các phương án có thể

thấy, phương án KB1 (G=130m) có mức độ bồi tụ kém nhất, xét về tổng thể tích

bồi tụ phương án KB3 (G=50m) mang lại hiệu quả bồi tụ tốt hơn cả.

142

Hình 3. 70: Mức độ bồi tụ tại mặt cắt 3 (trái) và mặt cắt 4 (phải) sau 1 tháng

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)

3.4.4. Nhận xét chung

Tổng hợp các phân tích về hiệu quả của công trình ở phần trên có thể thấy:

- Về hiệu quả giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ: tương đương nhau giữa 3

phương án KB1, KB2 và KB3;

- Về hiệu quả giảm vận tốc dòng chảy và chiều cao sóng: KB3 (G = 50m)

là tốt nhất;

143

- Về hiệu quả gây bồi bờ biển: KB3 (G=50m) là tốt nhất.

Nhược điểm của kịch bản KB3 so với kịch bản KB2 là khoảng hở giữa

các đê nhỏ hơn, qui mô công trình lớn hơn nên giá thành cao hơn, khả năng lún

công trình nhiều hơn (điều này còn phụ thuộc vào vật liệu xây dựng công trình).

Như vậy xét về mặt hiệu quả công trình thì kịch bản KB3 nên được lựa

chọn. Từ đó, luận án đề xuất dạng công trình bảo vệ đoạn bờ biển xói lở xã Hiệp

Thạnh là mỏ hàn chữ T với các thông số chính: cao trình đỉnh là +2.0 ÷ 2.4m,

khoảng hở giữa các đê G = 50m để phát huy tối ưu hiệu quả giảm sóng, giảm vận

tốc dòng chảy ven bờ và gây bồi tạo bãi phát triển rừng phòng hộ ven biển.

3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Chương 3 trình bày các kết quả nghiên cứu của luận án, các vấn đề đặt

ra nghiên cứu đã được giải quyết cơ bản. Trong đó, có thể chia làm hai nhóm kết

quả:

a) Nhóm kết quả khẳng định lại nghiên cứu của các đề tài trước về vùng

nghiên cứu:

- Sự phân lưu dòng chảy giữa các nhánh sông Mê Công;

- Các đặc điểm triều, dòng chảy và sóng trong MGĐB và MGTN;

b) Nhóm kết quả nghiên cứu mới của luận án:

- Lý giải hiện tượng dòng chảy khi triều dâng vào mùa gió tây nam có

hướng đông bắc, các tính toán về dòng ven bờ;

- Địa hình đáy biển khu vực Trà Vinh tồn tại một “vách ngầm” giảm sóng

(Hình 3.28) giới hạn vùng đại dương có liên quan đến xói lở;

- Làm sáng tỏ cơ chế vận chuyển bùn cát ven bờ vùng nghiên cứu, có xem

xét đến yếu tố cân bằng bùn cát;

- Xây dựng được “Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng biển

ven bờ Trà Vinh” đặc trưng cho mùa gió đông bắc và tây nam.

- Xây dựng được hình vẽ sơ họa mặt cắt ngang đới bờ biển Trà Vinh,

đồng thời nhận diện và đưa ra một số lý giải ban đầu về hình dạng mặt bằng của

BBTV.

144

- Phân tích diễn biến bồi xói với kịch bản tính toán. Đường quan hệ giữa

chiều dày bồi lắng theo thời gian cho thấy, các ảnh hưởng từ sự gia tăng mực

nước biển do BĐKH và sự suy giảm lượng phù sa sông Mê Công do xây dựng

các công trình trên thượng nguồn có xu thế làm tăng mức độ xói (hoặc giảm độ

bồi tụ) tại khu vực ven bờ biển Trà Vinh. Tuy nhiên ảnh hưởng này là không

đáng kể so với mức độ xói lở do chế độ thủy động lực hiện trạng.

- Khẳng định sự ảnh hưởng của các công trình cứng tới diễn biến xói lở

bờ biển.

- Đưa ra được giải pháp chỉnh trị bền vững cho từng khu vực bờ biển Trà

145

Vinh.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1. KẾT LUẬN

1. Luận án đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến trường thủy động lực

và vận chuyển bùn cát khu vực biển ven bờ Trà Vinh. Các kết quả tính toán chỉ

ra rằng:

- Sóng: (i) Khu vực nửa bờ phía bắc bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn nửa

bờ phía nam bởi tác động của sóng lớn trong mùa gió đông bắc; (ii) Tồn tại vách

ngầm giảm sóng tại vị trí cách bờ khoảng từ 6 (giữa bờ) - 10km (bờ phía bắc và

nam); (iii) Chiều cao sóng tại các vị trí gần cửa sông luôn thấp hơn các điểm giữa

bờ do cấu trúc địa hình đáy và tác động của dòng chảy từ trong sông.

- Dòng chảy: 3 yếu tố chi phối mạnh đến chế độ dòng chảy khu vực ven

biển Trà Vinh là: dòng chảy sông Mê Công trong mùa mưa và mùa khô, chế độ

triều bán nhật triều với độ lớn triều (từ 2 - 4m/ngày), chế độ khí hậu gió mùa

đông bắc và tây nam. Có một số đặc điểm cơ bản sau:

+ Tác động của chế độ dòng chảy và hàm lượng phù sa sông Mê Công

trong mùa mưa và mùa khô đối với bờ biển Trà Vinh có thể coi là lớn nhất so với

các khu vực bờ biển lân cận;

+ Trường vận tốc dòng chảy lớn nhất khi hướng truyền triều trùng với

hướng gió mùa, cụ thể, dòng chảy vào mùa gió đông bắc khi triều dâng và mùa

gió tây nam khi triều rút;

+ Các vị trí gần cửa sông luôn có vận tốc dòng chảy lớn hơn các điểm

giữa bờ;

+ Dòng chảy khi triều dâng (đặc biệt trong mùa gió đông bắc) có ảnh

hưởng đáng kể đối với diễn biến xói lở bờ biển;

+ Hướng dòng chảy khi triều dâng vào mùa gió đông bắc và tây nam đều

xuất phát từ phía đông bắc, điều này góp phần làm cho nửa bờ biển phía bắc có

diễn biến xói lở phức tạp cả trong cả hai mùa.

- Cơ chế vận chuyển bùn cát: Hình 3.32-33 chứng minh xu hướng vận

146

chuyển bùn cát dọc bờ về phía tây nam chiếm ưu thế trong mùa gió đông bắc.

Hình 3.36, 37 cho thấy, quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ đóng vai trò quan

trọng trong việc phát triển đường bờ, lượng phù sa từ sông Mê Công qua cửa

Định An bồi đắp cho bờ biển Trà Vinh hàng năm là rất lớn.

- Luận án đã xây dựng được sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát

vùng biển ven bờ Trà Vinh theo mùa gió đông bắc và tây nam (hình 3.40-41),

nhằm tập hợp các thông tin cơ bản như: hướng và vận tốc dòng chảy lớn nhất khi

triều dâng và rút, biên độ và dao động triều trong tháng, hướng và chiều cao sóng

các vị trí trọng điểm theo mùa gió, hướng vận chuyển bùn cát ven bờ theo mùa

gió và sự phân bố của các thành phần thạch học cơ bản phục vụ định hướng phát

triển rừng ngập mặn hoặc rừng phi lao phòng hộ.

2. Dựa trên các kết quả đã tính toán về trường thủy động lực và địa hình

khu vực ven biển, luận án đã xây dựng được hình vẽ sơ họa mặt cắt ngang đới bờ

biển Trà Vinh (Hình 3.43), đồng thời nhận diện và đưa ra một số lý giải ban đầu

về hình dạng mặt bằng của BBTV có xu thế nhô hẳn ra ngoài biển Đông hơn các

vùng bờ biển lân cận. Tuy nhiên, vấn đề này còn phải tiếp tục nghiên cứu sâu

thêm.

3. Luận án đã tính toán diễn biến bồi xói với kịch bản hiện trạng (hình

3.45) cho thấy các khu vực xói chi phối nhiều là Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa,

Dân Thành, khu vực xu hướng bồi chủ đạo là Đông Hải. Kết quả trích xuất từ mô

hình về sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ tại 3 điểm tiêu biểu khu vực bờ biển Trà

Vinh (Sx – xói nhiều, Sb – bồi nhiều, So - ổn định) với các kịch bản khác nhau

(hiện trạng, nước biển dâng 13cm và 23 cm, suy giảm bùn cát sông Mê Công

20% và 30% - so với năm 2011) và xây dựng được đường quan hệ giữa chiều

dày bồi lắng theo thời gian (Hình 3.47- 52). Các ảnh hưởng từ sự gia tăng mực

nước biển do BĐKH và sự suy giảm lượng phù sa sông Mê Công do xây dựng

các công trình trên thượng nguồn có xu thế làm tăng mức độ xói (hoặc giảm độ

bồi tụ) tại khu vực ven bờ biển Trà Vinh.

4. Kết quả tính toán từ mô hình đã chỉ ra: trong mùa dòng chảy thấp (mùa

khô), bãi biển được đặc trưng bởi sóng gió mùa đông bắc và dòng chảy dọc bờ

147

biển vận chuyển bùn cát về phía tây nam, kết hợp với dòng bùn cát ra xa bờ gây

nên sự thiếu hụt bùn cát khu vực ven biển, đặc biệt đối với nửa bờ phía bắc. Từ

kết quả này, luận án đưa ra định hướng cho lựa chọn loại công trình để chỉnh trị

và ổn định đường bờ biển tỉnh Trà Vinh là: (i) Khu vực Hiệp Thạnh sử dụng

dạng công trình mỏ hàn chữ T có khả năng giảm sóng từ xa và hạn chế vận

chuyển bùn cát dọc bờ; (ii) Khu vực Trường Long Hòa sử dụng dạng công trình

đê giảm sóng xa bờ; (iii) Khu vực Dân Thành và đoạn đầu Đông Hải sử dụng

công trình dạng hàng rào rỗng bằng tre/cừ tràm.

5. Luận án đã ứng dụng kết quả nghiên cứu để định hướng bố trí không

gian công trình chỉnh trị bờ biển Trà Vinh vào khu vực xã Hiệp Thạnh và xác

định được khoảng cách giữa các đê giảm sóng tốt nhất là 50m.

4.2. KIẾN NGHỊ

Do các số liệu đầu vào cho mô hình như địa tầng trầm tích (chiều dày các

lớp, sự phân bố thành phần hạt,...) cũng như số liệu bùn cát ở biên thượng lưu

còn hạn chế nên kết quả mô phỏng vận chuyển bùn cát, diễn biến bồi xói bờ biển

có ý nghĩa trong việc phân tích đánh giá xu thế nhiều hơn mặt định lượng. Mặc

dù còn có một số hạn chế như trên nhưng kết quả mô phỏng đã giúp làm rõ chế

độ thủy động lực học, cơ chế diễn biến bồi xói từ đó xác định được các yếu tố

gây ra xói lở bờ biển cho từng tiểu khu vực.

Các kết quả trong luận án này mới chỉ xét đến các điều kiện thực tế trong

khoảng thời gian của năm 2011 và 2014. Vì vậy các kết quả phân tích tính toán ở

trên chỉ mang tính chất đại diện cho các khoảng thời gian này.

Cần có những hướng nghiên cứu tiếp theo như sau:

- Kết quả nghiên cứu về sự nhô ra của BBTV trong luận án mới chỉ là

những lý giải bước đầu, theo tác giả nhận thấy nếu có điều kiện nghiên cứu sâu

thêm có thể quan tâm đến phương pháp sử dụng ảnh viễn thám, quan sát quá

trình hình thành đường bờ biển Trà Vinh qua nhiều thời kỳ.

- Nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của hệ thống kênh Tắt và các công

trình chỉnh trị quanh cửa kênh Tắt sau khi đi vào hoạt động (năm 2016) đến chế

148

độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực BBTV.

- Nghiên cứu tác động tổng hợp của việc xây dựng các công trình trên

thượng nguồn sông Mê Công và nước biển dâng đến diễn biến ven biển khu vực

149

Trà Vinh.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Hoàng Văn Huân, Nguyễn Thị Phương Thảo. Một số vấn đề cơ bản trong thiết kế cấu trúc chân đế của các trạm điện bằng sức gió đặt ở ven biển –Tạp chí Khoa học và Công nghệ thủy lợi – Viện KHTL Việt Nam. Năm 2012. ISSN: 1859-4255.

2. Hoàng Văn Huân, Phan Mạnh Hùng, Nguyễn Thị Phương Thảo. SOME INITIAL RUDIMENT RESULTS ON HYDRODYNAMIC - WAVE - DEPOSITION/EROSION PROCESSES IN THE COASTAL SOUTHERN VIETNAM – Hội thảo: The 14th Asian Congress of Fluid Mechanics (14 ACFM), Ha Noi. Năm 2013. ISBN: 978-604-913-145-5

3. Hoàng Văn Huân, Nguyễn Thế Biên, Nguyễn Thị Phương Thảo. Biến động đường bờ tại vùng biển tỉnh Trà Vinh – những nguyên nhân cơ bản - Tạp chí Hội nghị Cơ học thủy khí 2013. ISSN: 1859-4182.

4. Hoàng Văn Huân, Phạm Văn Tùng, Nguyễn Thị Phương Thảo, Mai Đức Trần. Nguyên nhân ngập úng ở thành phố Nha Trang – Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học Cơ học thủy khí 2013. ISSN: 1859-4182.

5. Nguyễn Thị Phương Thảo, Hoàng Văn Huân. Ứng dụng các mô hình toán nghiên cứu về thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông ven biển – Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học Cơ học thủy khí 2015. ISSN: 1859- 4182.

6. Hoàng Văn Huân, Nguyễn Thị Phương Thảo. Bước đầu xác định nguyên nhân gây ra các biến động của chế độ thủy thạch động lực biển ven bờ Trà Vinh – Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học Cơ học thủy khí 2016. ISSN: 1859-4182.

7. Nguyễn Thị Phương Thảo. Đánh giá lợi ích kinh tế từ lũ vùng Đồng bằng sông Cửu Long - Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 3 “Quản lý hiệu quả tài nguyên thiên nhiên và môi trường hướng đến tăng trưởng xanh”. Năm 2016. ISBN: 978-604-73-4719-3.

8. Nguyễn Thị Phương Thảo, Hoàng Văn Huân. Ảnh hưởng chế độ thủy thạch động lực vùng ven biển đến đặc trưng hình thái đường bờ biển tỉnh Trà Vinh - Hội nghị Cơ học thủy khí năm 2017. ISSN: 1859-4182.

9. Nguyễn Thị Phương Thảo, Hoàng Văn Huân. Xây dựng mối liên hệ giữa sự biến đổi bề dày bãi bồi ven biển Trà Vinh với chế độ phù sa sông Mê Công và nước biển dâng - Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. ISSN 1859–4255.

150

10. Nguyễn Thị Phương Thảo, Hồ Trọng Tiến. Mô phỏng ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến biến động của chế độ thủy động lực và hình thái vùng ven bờ biển Trà Vinh - Tạp chí Môi trường (Tổng cục môi trường). ISSN 1859–042X.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

[1] Hoàng Văn Huân, "Nghiên cứu đề xuất các giải pháp Khoa học Công nghệ dự báo, phòng chống biển lấn đoạn bờ biển tỉnh Trà Vinh và vùng phụ cận," thuộc Đề tài cấp nhà nước., 2010-2013.

[2] Hoàng Văn Huân, "Nghiên cứu đề xuất cơ sở khoa học và giải pháp bảo vệ bờ biển

tỉnh Trà Vinh," thuộc Viện Kỹ Thuật Biển., 2008.

[3] Hoàng Văn Huân, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ giảm sóng thân thiện với môi

trường phục vụ phòng chống sạt lở trên địa bàn tỉnh trà Vinh., 2014.

[4] Hoàng Văn Huân, "Nghiên cứu, đánh giá diễn biến rủi ro bồi xói vùng ven bờ, cửa sông ĐBSCL," thuộc Thích ứng với biến đổi khí hậu cho phát triển bền vững Nông nghiệp và Nông thôn các tỉnh ven biển ĐBSCL.: Viện Kỹ Thuật Biển - Viện KHTL Việt Nam, 2012.

[5] Lê Mạnh Hùng, Nguyễn Duy Khang, Lê Thanh Chương, "Xói lở, bồi tụ bờ biển Nam Bộ từ Thành phố Hồ Chí Minh đến Kiên Giang - Nguyên nhân và các giải pháp bảo vệ," trong Tạp chí Khoa học & Công nghệ Thủy lợi.: Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, 2009.

[6] Lương Phương Hậu, "Giáo trình Công trình kỹ thuật bờ biển," trong Giải pháp gia

cố bờ - Công trình ngăn cát, giảm sóng, tôn tạo bãi biển.

[7] Lương Phương Hậu, Nguyễn Ngọc Quỳnh và Nguyễn Thành Trung, Công trình

phòng hộ và tôn tạo bờ biển. Hà Nội, Việt Nam: Nhà xuất bản nông nghiệp, 2016.

[8] Nguyễn Địch Dỹ, "Nghiên cứu biến động cửa sông và môi trường trầm tích

Holocen - hiện đại vùng ven biển châu thổ Sông Cửu Long, phục vụ phát triển bền vững kinh tế - xã hội," thuộc Viện địa chất. Hà Nội, 2010.

[9] Nguyễn Hữu Nhân, "Chuyên đề: Nghiên cứu chế độ thủy thạch động lực học ven biển tỉnh Trà Vinh và dự báo tốc độ bồi xói bằng phương pháp mô hình toán," thuộc Đề tài nhà nước “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp Khoa học Công nghệ dự báo, phòng chống biển lấn đoạn bờ biển tỉnh Trà Vinh và vùng phụ cận”., 2013.

[10] Nguyễn Hữu Nhân, "Nghiên cứu cơ chế hình thành và phát triển vùng bồi tụ ven bờ biển và các giải pháp KHCN để phát triển bền vững về KT-XH vùng biển Cà Mau," thuộc Đề tài độc lập cấp Nhà Nước: ĐTĐL.2011.T/43., 2015.

[11] Nguyễn Hữu Nhân, "Nghiên cứu sự biến dạng của các yếu tố triều trên biển ven bờ và các cửa sông Nam Bộ do nước biển dâng," thuộc Viện Kỹ Thuật Biển-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam., 2011.

[12] Nguyễn Thị Phương Thảo, "Ứng dụng các mô hình toán nghiên cứu về thủy động

lực và vận chuyển bùn cát ven biển," Chuyên đề nghiên cứu sinh.

151

[13] Nguyễn Trung Thành và nnk., "Xu hướng vận chuyển tích tụ trầm tích trên phần

châu thổ ngầm ven bờ biển đông bằng sông Mê Kông," trong Tạp chí các khoa học về trái đất., 2011, pp. 607-615.

[14] Nguyễn Văn Lập, Tạ Thị Kim Oanh, "Môi trường trầm tích Pleistocen muộn –

Holocen vùng Cà Mau," trong Tạp chí Các khoa học về trái đất., 2004.

[15] Phạm Sơn Hải, "Nghiên cứu giải pháp KHCN chống sa bồi ổn định luồng tầu Định An phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa," thuộc Đề tài KHCN cấp nhà nước., 2004.

[16] Phạm Thu Hương, "Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc đề xuất giải pháp ổn định cửa Đà Rằng, tỉnh Phú Yên," Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Hà Nội: Đại học thủy lợi, 2012.

[17] Phạm Văn Giáp và Lương Phương Hậu, "Chỉnh trị cửa sông ven biển," Nhà xuất

bản xây dựng. Hà Nội, 1996.

[18] Thorsrorrsten; Đinh Công Sản; Klaus Schmitt, Bảo vệ bờ biển ở Đồng bằng Sông

Cửu Long.: GIZ, 2013.

[19] Vũ Duy Vĩnh và nnk., "Mô phỏng đặc điểm biến động địa hình vùng cửa sông ven

bờ sông Mê Kông," trong Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 14, Số 3A., 2014, pp. 30-41.

[20] Vũ Kiên Trung, Nghiên cứu đề xuất giải pháp tổng hợp khai thác bền vững các bãi

bồi ven biển khu vực từ cửa Tiểu đến cửa Định An., 2009.

[21] Vũ Văn Nghị, "Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình," trong Mô hình toán thủy văn. TP.

HCM: Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2016, pp. 62 - 63.

[22] Tập đoàn HDR, Englewood, Colorado, Hoa Kỳ and Tập đoàn DHI, Đan Mạch,

Nghiên cứu tác động của các công trình thủy điện trên dòng chính sông Mê Công.: Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2016.

Tài liệu tiếng Anh

[23] AGENCE FRANÇAISE DE DÉVELOPPEMENT (AFD), EUROPEAN UNION

(EU), and SOUTHERN INSTITUTE OF WATER RESOURCES RESEARCH (SI, "Erosion processes in the Lower Mekong Delta Coastal Zones and measures for protecting Go-Cong and Phu-Tan," AFD-SIWRR 2016, Dec. 2017.

[24] Albers, T., Von Lieberman, N. , "Current and Erosion Modelling

Survey.Management of Natural Resources in the Coastal Zone of Soc Trang Province, Vietnam," in GIZ., 2011.

[25] Anthony, E. J.; Dussouillez, P.; Dolique, F. and Besset, M.; Brunier, G.; Nguyen, V. L.; Goichot, M, "Morphodynamics of an eroding beach and foredune in the

152

Mekong River delta: Implications for deltaic shoreline change," Continental Shelf Research, vol. 147, pp. 155-164, Sep. 2017.

[26] Apmann, R.P. and Rumer, R.R., "Diffusion of sediment in a non-uniform flow

field," Civil Eng. report 16, 1967.

[27] Bagnold, R. A., "The Movement of Desert Sand," Lodon, vol. 157, pp. 594-620,

1936.

[28] P. Bruun, Sea-level rise as a cause of shore erosion.: Proceedings of the American Society of Civil Engineers. Journal of the Waterways and Harbors Division 88, 1962.

[29] P. Bruun, The Bruun Rule of erosion by sea-level rise: a discussion of large-scale two- and three-dimensional usages.: Journal of Coastal Research 4, 627– 648., 1988.

[30] CEM, "Coastal engineering manual," in Coastal & Hydraulics laboratory.

http://chl.erdc.usace.army.mil/chl.aspx?p=s&a=articles;104: U.S. Army Corps of Engineers, 2002.

[31] Claudia K., Ian C., and Marthe R., "Understanding the impact of hydropower developments in the context of upstream–downstream relations in the Mekong river basin," Sustainability Science. ISSN 1862-4065, Oct. 2012.

[32] Dean, R.G. , "Coastal Sediment Processes: Toward Engineering," in Proceedings of Coastal Sediments.. New Orleans: American Society of Civil Engineers, 1987, ch. 1, pp. 1-24.

[33] Dean, R.G. , "Equilibrium Beach Profiles: Characteristics and Applications," in

Journal of Coastal Research., 1991, pp. 53-84.

[34] DHI (2012), "Mike 21/3 Coupled Model FM. Hydrodynamic and transport

module.," Scientific documentation.

[35] DHI (2012), "Mike 21/3 Coupled Model FM. Mud transport module," Scientific

documentation.

[36] DHI (2012), "Mike 21/3 Coupled Model FM. Sand transport module," Scientific

documentation.

[37] DHI (2012), "Mike 21/3 Coupled Model FM. Spectral wave module," Scientific

documentation.

[38] Dissanayake, D. M. P. K., Ranasinghe, R. W. M. R. J. B., and and Roelvink, J. A., "The morphological response of large tidal inlet/basin systems to relative sea level rise," in Climatic change., 2012, ch. 113(2), pp. 253-276.

[39] Dronkers, J., "Morphodynamics of the Dutch delta," Physics of Estuaries and

Coastal Seas, pp. 297-304, 1998.

153

[40] Einstein, H.A., "The bed-load function for sediment transportation in open channel flows," United states department of agriculture Washington, D.C., p. 89, 1950.

[41] Einstein, H.A. and Chien N., "Effects of heavy sediment concentration near the bed

on velocity and sediment distribution," Univ. of Calif., Berkeley, 1955.

[42] Friedrichs, C. T., Aubrey, D. G., and Speer, P. E., "Impacts of relative sea-level rise on evolution of shallow estuaries," in Residual currents and long-term transport. Springer New York, 1990, pp. 105-122.

[43] Gegar Prasetya, The role of coastal forests and trees in protecting against coastal

erosion. Indonesia: Agency for the Assessment and Application of Technology, 2006.

[44] Herbich, J.B., "Handbook of Coastal Engineering," in McGrawhill Engineering

Handbook. ISBN 9780071344029. USA, 1999.

[45] Horikawa, K., Coastal Engineering, 402nd ed. Tokyo: Univ. of Tokyo Press,

1978b.

[46] Horikawa, K., "Nearshore current treatments and their applications to engineering problems," in Proc. 4th Conf. on Port and Ocean Eng. in Arctic Conditions.: Memorial Univ. of Newfoundland, 1978a, pp. 84-114.

[47] G. Coopera, Orrin H. Pilkey J. Andrew, Sea-level rise and shoreline retreat: time to abandon the Bruun Rule.: Global and Planetary Change 43, 157–171, 2004.

[48] J. C. Winterwerp, P. L. A. Erftemeijer, and N. Suryadiputra, "Defining eco-

morphodynamic requirements for rehabilitating eroding mangrove-mud coasts," Wetlands, vol. 33, pp. 515–526, March 2013.

[49] K. L. Mcinnes, K. J. E. Walsh, G. D. Hubbert, and T. Beer, "Impact of Sea-level Rise and Storm Surges on a Coastal Community," in Natural Hazards., October 2003, pp. 187-207.

[50] Kondolf G. M., Rubin Z. K., and Minear J. T., "Dams on the Mekong: Cumulative sediment starvation," Water Resources Research, pp. 5158–5169, June 2014.

[51] S.P., Zhang, K., Douglas, B.C. Leatherman, "Sea-level rise shown to drive coastal

erosion," in EOS 81, 55– 57., 2000.

[52] B. Lehnert, "Magnetohydrodynamic Waves Under the Action of the Coriolis

Force," in Astrophysical Journal., 1954, p. 647.

[53] Lu X.X. and Siew R.Y., "Water discharge and sediment flux changes over the past decades in the Lower Mekong River: possible impacts of the Chinese dams," Hydrology and Earth System Sciences, pp. 181–195, March 2006.

[54] M. Bondesanf and G. B. Castiglioni, "Coastal Areas at Risk from Storm Surges and Sea-Level Rise in Northeastern Italy," in Journal of Coastal Research., Autumn,

154

1995, pp. 1354-1379.

[55] Mangor,K., "Shoreline Managemnet guidelines," in DHI water & Environment.,

2004.

[56] Matti K. and Olli V., "Sediment-related impacts due to upstream reservoir trapping,

the Lower Mekong River," Geomorphology, pp. 275 – 293, Oct. 2006.

[57] Nguyen Van Lap, T.T. Kim Oanh, Masaaki Tateishi, "Late Holocene depositional

environments and coastal evolution of the Mekong River Delta, Southern Vietnam," in Journal of Asian Earth Sciences., 2000, ch. 18(4), pp. 427-439.

[58] Nicolas Gratiot, Audrey Bildstein, and Tran Tuan Anh, "Sediment flocculation in the Mekong River estuary, Vietnam, an important driver of geomorphological changes," Elsevier, pp. 260–268, Sep. 2017.

[59] Pilarczyk, K.W, "Geosynthetics and geosystems in hydraulic and coastal

engineering," in Taylor & Francis. USA, 1999.

[60] Pilarczyk, K.W., "Alternative Systems for Coastal Protection – An Overview," in Proceedings of the International Conference on Estuaries and Coasts, Z. Han, Ed. Hangzhou, China: Zhejiang Institute of Hydraulics and Estuary, 2003, pp. 409-419.

[61] Richard Soulsby, "Dynamics of Marine Sands – A Manual for Practical Applications," in Thomas Telford Publications. London, UK, 1997.

[62] Ta, T. K. O., Nguyen, V. L., Tateishi, M. and Kobayashi, I., Tanabe, S., and Saito, Y., "Holocene delta evolution and sediment discharge of the Mekong River, southern Vietnam," in Quaternary Science Reviews., 2002, ch. 21(16), pp. 1807- 1819.

[63] Tamura T., Saito Y.i, Nguyen V. Lap, Ta T.K. Oanh, "Origin and evolution of

interdistributary delta plains; insights from Mekong river delta geology," vol. 40, no.4, pp. 303-36, 2012.

[64] The Open University, "Waves, tides and shallow-water processes," in Elsevier.

ISBN:978-0-08-036372-1., 2006.

[65] Van Rijn, L.C., Principles of Coastal Morphology., 1998.

[66] Van Rijn, L.C., Principles of Fluid Flow and Surface Waves in Rivers, Estuaries,

Seas and Oceans., 1990.

[67] Van Rijn, L.C., "Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal

Seas," in Aqua Publications. The Netherlands, 1993.

[68] Van Rijn, L.C., "Principles of sedimentation and erosion engineering in rivers, estuaries and coastal seas," in Aqua Publications. The Netherlands, 2005.

[69] Van Rijn, L.C., "Sediment Transport, Part I: Bed Load Transport," Journal of

Hydraulic Engineering, vol. 110, No. 10, 1984a.

155

[70] Van Rijn, L.C., "Sediment Transport, Part II: Suspended Load Transport," Journal

of Hydraulic Engineering, vol. 110, No. 11, 1984b.

[71] Van Rijn, L.C., "Sediment Transport, Part III: Bed Forms and Alluvial

Roughness," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 110, No. 12, 1984c.

[72] Vu Duy Vinh, Tran Dinh Lan, Tran Anh Tu and Nguyen Thi Kim Anh,

"Simulation of the impact of sea level rise on morphological change in the coastal region of Mekong river," in Journal of Marine Science and Technology., 2015.

[73] Wang, Z. B., Jeuken, C., and De Vriend, H. J., "Tidal asymmetry and residual

sediment transport in estuaries: a literature study and application to the Western Scheldt," in Deltares (WL)., 1999.

[74] Wolanski, Nguyen Huu Nhan, "Oceangraphy of Mekong River Estuary," in Mega-

deltas of Asia -Geological evalution and human impact, Chen Z., Saito Y. Goodbred S.L., Ed. Beijing: China Ocean Press, 2005, pp. 113-115.

[75] Wolanski, Nguyen Huu Nhan, Spagnol S., "The fine Sediment Dynamics In

Mekong River Estuary in Dry Season," in J. Coastal Research. USA, 1998, ch. Vol.14, No2, pp. 3-19.

Tài liệu tiếng nước ngoài khác

[76] BUAT, P.L.G. du, "Principes d'Hydraulique, vérifiés par un grand nombre

d'expériences faites par ordre du gouvernement. ('Hydraulic Principles, verified by a large number of experiments.') ," Imprimerie de Monsieur, pp. Paris, France, 1779.

[77] DuBoys,M.P., "Etudes du regime et l'action exercée par les eaux sur un lit a fond de graviers indefinement affouilable," Annals des Ponts et Chaussées, 1879.

[78] Dupuit,J., "Études théoriques et pratiques sur le mouvement des eaux: dans les canaux découverts et a travers les terrains perméables," Dunod, vol. 298, 1863.

[79] Fargue, L., "Etude sur la corrélation entre la configuration du lit et la profondeur

d'eau dans les rivières à fond mobile," Dunod, 1867.

[80] Forchheimer, P., "Hydraulik," BG Teubner. Berlin, 1914.

[81] Shields, A., "Anwendung der Aehnlichkeitsmechanik und der Turbulenzforschung

auf die Geschiebebewegung," Mitteilungen der Preussischen Versuchsanstalt fur Nassexbau nd Schiffbau. Berlin, 1936.

[82] Engels, H., "Untersuchungen über die Bettausbildung gerader oder schwach

gekrümmter Fluszstrecken mit beweglicher Sohle," Verlag von Wilhelm Ernst u. Sohn, 1905.

156

PHỤ LỤC 1

KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH – KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

Để đánh giá sự phù hợp giữa số liệu thực đo và số liệu tính toán từ mô

hình có thể dựa vào bình phương hệ số tương quan (R2) theo công thức:

Trong đó, Xtd là số liệu thực đo của quá trình cần hiệu chỉnh; Xtt là số liệu

mô phỏng bằng mô hình.

Ý nghĩa của các giá trị R2 như sau:

- R2 ≤ 0,5: số liệu tính không phù hợp với số liệu thực đo;

- 0,5 < R2 < 0,7: Sự phù hợp giữa chúng là chấp nhận được;

- 0,7< R2 < 0,85: Sự phù hợp giữa chúng là khá tốt;

- 0,85 < R2 < 0,95: Sự phù hợp giữa chúng là tốt;

- R2 > 0,95: Sự phù hợp giữa chúng là rất tốt.

a. Kết quả hiệu chỉnh mô hình

Mô hình được hiệu chỉnh từ ngày 13/09/2011 đến ngày 16/9/2011 tại trạm

Cổ Chiên, trạm đo sóng 1 và trạm đo sóng 2, trạm đo bùn cát M13, M16 và M18

(Vị trí các trạm thể hiện trên hình 2.3 và 2.4). Kết quả hiệu chỉnh mực nước, lưu

lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, chiều cao sóng có nghĩa, chu kỳ sóng và

157

bùn cát lơ lửng được trình bày trong các hình từ Hình 1 đến Hình 13.

Hình 1: Mực nước thực đo và mực nước tính toán trạm Cổ Chiên

Hình 2: Lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán qua mặt cắt Cổ Chiên

158

Hình 3: Đánh giá tương quan giữa số liệu thực đo và tính toán giá trị mực nước và lưu lượng tại trạm Cổ Chiên

Hình 4: Vận tốc dòng chảy thực đo và tính toán theo trục Tây -> Đông (trục

Hình 5: Vận tốc dòng chảy thực đo và tính toán theo trục Nam -> Bắc (trục y) trung bình độ sâu tại trạm sóng 1.

x) trung bình độ sâu tại trạm sóng 1.

159

Hình 6: Đánh giá tương quan giữa số liệu thực đo và tính toán giá trị lưu tốc dòng chảy theo trục x và y tại trạm 1

Hình 7: So sánh kết quả tính toán và thực đo độ cao sóng có nghĩa tại trạm

sóng 1 (R2 = 0,68)

Hình 8: So sánh kết quả tính toán và thực đo chu kỳ sóng đỉnh phổ sóng tại trạm sóng 1 (R2 = 0,65)

Nhìn chung, so với việc hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng thủy động lực

học (dòng chảy, sóng), việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mô phỏng vận

chuyển bùn cát vùng nghiên cứu thường khó khăn hơn nhiều. Các công thức kinh

nghiệm về quá trình vận chuyển bùn cát bao gồm rất nhiều các tham số liên quan

160

đến đặc điểm của các lớp trầm tích như phân bố bề dày của các lớp trầm tích,

thành phần hạt trầm tích đáy, bùn cát lơ lửng, ứng suất đáy tới hạn xói/bồi, ...

Tuy nhiên, các số liệu khảo sát thực đo thì rất hạn chế, thưa trong phân bố không

gian và thời gian nên những tham số trên lại phải xem xét như thông số hiệu

chỉnh mô hình.

Trong nghiên cứu này, bên cạnh việc hiệu chỉnh mô hình bằng các số liệu

nồng độ bùn cát lơ lửng tại một số trạm quan trắc ở cửa sông ven biển, việc hiệu

chỉnh mô hình còn được thực hiện bằng việc so sánh kết quả tính toán mô hình

về phân bố bùn cát ven biển với phân bố độ đục trên ảnh vệ tinh.

Mẫu bùn cát lơ lửng được lấy 1 lần/ngày/1 vị trí, do vậy số liệu đo từ thực

tế được coi là số liệu trung bình ngày (ngày khảo sát 14/9/2011). Vì số liệu đo đạc ít nên không thể đánh giá bằng hệ số R2.

161

Hình 9: Nồng độ bùn cát lơ lửng tính toán và thực đo tại trạm 13

Hình 10: Nồng độ bùn cát lơ lửng tính toán và thực đo tại trạm 16

Hình 11: Nồng độ bùn cát lơ lửng thực đo và tính toán tại trạm 18

Hình ảnh phân bố độ đục nước trên ảnh vệ tinh Landsat và các kết quả mô

phỏng nồng độ bùn cát lơ lửng (SSC) bằng module MT tại một số thời điểm trên

hình 12 và 13 đều cho thấy: module MT mô phỏng khá tốt bức tranh phân bố

không gian và xu thế vận chuyển bùn cát lơ lửng tại vùng nghiên cứu. Đây là

bằng chứng nâng cao độ tin cây của module MT và các cơ sở dữ liệu nhập kèm

162

theo, bao gồm cả bộ các thông số mô hình đã được cân chỉnh.

Trà Vinh

163

Hình 12: So sánh kết quả mô phỏng nồng độ bùn cát lơ lửng và phân bố độ đục trên ảnh vệ tinh vào mùa gió tây nam trong kỳ triều rút (9h ngày 29/9/2011)

Trà Vinh

164

Hình 13: So sánh kết quả mô phỏng nồng độ bùn cát lơ lửng và phân bố độ đục trên ảnh vệ tinh vào mùa gió đông bắc trong kỳ triều dâng (15h ngày 24/12/2011)

b. Kết quả kiểm định mô hình

Mô hình được kiểm định từ ngày 11/08/2014 đến 14/08/2014 tại trạm đo

mực nước (A), trạm đo dòng chảy và sóng (B), trạm đo bùn cát M1_2 và M3_2.

Kết quả kiểm định mô hình được trình bày trong các hình từ Hình 14 đến Hình

21.

Hình 14: So sánh kết quả mực nước tính toán và mực nước thực đo tại trạm A (R2 = 0,85)

165

Hình 15: Vận tốc dòng chảy thực đo và tính toán theo trục Tây -> Đông (trục x) trung bình độ sâu tại trạm B (R2 = 0,76)

Hình 16: Vận tốc dòng chảy thực đo và tính toán theo trục Nam -> Bắc (trục y) trung bình độ sâu tại trạm B (R2 = 0,72)

166

Hình 17: Chiều cao sóng có nghĩa thực đo và tính toán tại trạm sóng B (R2 = 0,62)

Hình 18: Chu kỳ sóng thực đo và tính toán tại trạm sóng B (R2 = 0,65)

Hình 19: Hướng sóng thực đo và tính toán tại trạm sóng B (R2 = 0,63)

Mẫu bùn cát lơ lửng được lấy 1 lần/ngày/1 vị trí, do vậy số liệu đo từ thực

167

tế được coi là số liệu trung bình ngày (ngày khảo sát 13/8/2014).

Hình 20: Nồng độ bùn cát lơ lửng thực đo và tính toán tại trạm M1_2

168

Hình 21: Nồng độ bùn cát lơ lửng thực đo và tính toán tại trạm M3_2

PHỤ LỤC 2

- 1 -

ĐỊA HÌNH KHU VỰC BỜ BIỂN TRÀ VINH

- 2 -

- 3 -

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

Theo quy ước, lưu vực sông Mê Công được chia thành hai tiểu lưu vực:

lưu vực thượng nguồn sông Mê Công (24% diện tích) và lưu vực hạ lưu sông Mê

Công (76% diện tích). Năm

2005, Lu và Siew [53], tiến hành

đánh giá ảnh hưởng của việc đập

Manwan trên dòng chính sông

Mê Công ở Trung Quốc đi vào

vận hành năm 1993 đến chế độ

thủy văn, dòng chảy và nguồn

bùn cát phía hạ lưu. Nghiên cứu

đã sử dụng các tài liệu công bố

trước đó của Ủy hội sông Mê

Công để so sánh với kết quả đo

đạc thực tế về mực nước, lưu

lượng, nồng độ bùn cát lơ lửng

(Suspended Sediment

Concentration - SSC).

Hình 1: Bản đồ khu vực hạ lưu sông Mê Công và vị trí các trạm đo được

sử dụng để so sánh mực nước và phù sa (Trong đó có 3 trạm Tân Châu, Mỹ

Thuận, Cần Thơ thuộc Việt Nam) [53].

Kết quả cho thấy, sau khi đập Manwan (Trung Quốc) đi vào vận hành đã

làm tăng sự biến động mực nước và đặc biệt làm giảm lượng phù sa phía hạ lưu

một cách rất rõ rệt. Số liệu quan trắc cho thấy hàm lượng phù sa trung bình tại

- 1 -

các trạm Tân Châu, Cần Thơ, Mỹ Thuận đã giảm đến 20 – 30% (hình 2).

Hình 2: Hàm lượng phù sa lơ lửng tại các trạm đo trên hạ lưu sông Mê Công

trước và sau khi đập Man an (Trung uốc) đi vào hoạt động năm 1993 [53]

Năm 2006, nghiên cứu của Matti K. và Olli V. [56] cho thấy, tại Trung

Quốc, sau đập Manwan còn có đập Dachaoshan đi vào hoạt động năm 2003 và

một số đập khác đang (hoặc đã được đề xuất) xây dựng theo thống kê trong bảng

sau.

Bảng 1: Hệ thống các đập (đã xây dựng và đề xuất) trên thượng lưu sông Mê

Công ở Vân Nam (Trung uốc) [56]

Nghiên cứu này đánh giá chi tiết những ảnh hưởng do xây dựng đập thủy

điện trên thượng nguồn Mê Công đến những thay đổi về thủy văn, đặc biệt là lưu

lượng bùn cát và địa mạo ở hạ lưu sông Mê Công. Theo đó, tải bùn cát lơ lửng bị

kẹt lại ở mỗi hồ chứa được xây dựng ở thượng lưu có thể tính theo công thức

kinh nghiệm của Brune, gọi là “Hiệu suất bẫy bùn cát (TE)”. Đập Dachaoshan,

- 2 -

có TE = 66%; trong khi các đập Xiaowan và Nuozhadu hiện đang được xây

dựng, có TE = 92%, về cơ bản bẫy tất cả các trầm tích. Toàn bộ tám tầng các đập

có tổng hiệu suất bẫy bùn cát TE = 94%. Lưu lượng trầm tích từ thượng lưu đang

giảm nghiêm trọng do trầm tích bị giữ lại bởi các con đập. Điều này có khả năng

sẽ tăng xói mòn bờ hạ lưu và có tác động tiêu cực đến năng suất hệ sinh thái [56].

Nghiên cứu của Claudia K. và nnk. [31] cũng khẳng định, tổn thất trầm

tích do xây dựng đập thủy điện trên thượng nguồn dự kiến sẽ làm trầm trọng hơn

tình trạng xói lở bờ biển và xâm nhập mặn ở ĐBSCL - một khu vực vốn đã bị đe

dọa bởi mực nước biển dâng.

Năm 2014, G. M. Kondolf và nnk. [50] tính toán hiệu suất bẫy bùn cát bởi

các đập thủy điện với 3 kịch

bản khác nhau về số lượng

đập được xây dựng trên dòng

chính và phụ của sông Mê

Công. Trong đó, kịch bản

nguy hiểm nhất là khi tất cả

các đập đi vào hoạt động (đã

xây dựng và dự kiến hoàn

thành đến năm 2020), tổng

cộng là 38 cái. Kết quả tính

toán cho thấy, 96% tải trầm

tích sẽ bị kẹt lại trước khi đến

ĐBSCL (so với trước năm

1990). Điều này quả thật là

một vấn nạn lớn đối với nước

ta.

Hình 4: Tác động tích lũy trầm tích ở thượng lưu với kịch bản tất cả các đập

được đề xuất sẽ đi vào hoạt động. 96% tổng lượng trầm tích của sông sẽ bị mắc

- 3 -

kẹt trước khi đến ĐBSCL (so với trước năm 1990) [50]

Gần đây nhất, năm 2016, Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố kết quả

nghiên cứu tác động tổng hợp của các công trình thủy điện sông Mê Công đến

vùng hạ lưu [22]. Các kịch bản tính toán thể hiện trong bảng 3, với điều kiện nền

của năm 2008.

Kết quả tính toán cho thấy, tổng lượng bùn cát lơ lửng tại Tân Châu, Châu

Đốc giảm từ 57% đến 64% cho cả 3 Kịch bản. Các kịch bản tính toán của nghiên

cứu này là tính với trường hợp bất lợi nhất khi tất cả các đập trên dòng chính

(hoặc cả dòng phụ) trên sông Mê Công đi vào hoạt động. Đây là kịch bản cho

tương lai xa vì hiện tại chỉ có thủy điện Pak Beng sắp được xây tại nước Lào

(1/11 đập dự kiến), do vậy kết quả tính toán cho thấy một mức ảnh hưởng

nghiêm trọng đến khu vực hạ lưu sông Mê Công ở nước ta.

- 4 -

Bảng 3: Các kịch bản phát triển thủy điện [22]

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

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.

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

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

VỀ XÓI MÒN BỜ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Yêu cầu

Phân tích

STT

Tiêu chuẩn

Mô hình thỏa mãn

STT

Yêu cầu

Phân tích

Tiêu chuẩn

Mô hình thỏa mãn

Trà Vinh

Nước

Kết bông/ Lắng

Lớp bùn chặt

Một số mô hình mô phỏng

Chuỗi số liệu tại các biên đầu vào

Đánh giá và lựa chọn mô hình

Số liệu khí tượng thủy văn, hải văn

Số liệu địa hình

Lựa chọn vấn đề nghiên cứu + Phương pháp nghiên cứu

Mô hình chọn để mô phỏng

Các kịch bản tính toán khác nhau. Có xem xét đến BĐKH – NBD và sự suy giảm phù sa sông Mê Công

Khai thác số liệu tính toán từ mô hình

(1) - Cơ chế thủy động lực.

Phương pháp xây dựng bản đồ

- Quá trình vận chuyển bùn cát ven bờ. - Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát ven biển.

(2) - Đặc trưng hình thái bờ biển, diễn biến xói lở, bồi tụ.

Nghiên cứu tổng quan

- Xây dựng quan hệ đường giữa chiều dày bồi lắng theo

thời gian.

(3) Cơ sở khoa học chỉnh trị bảo vệ bờ biển.

CHƯƠNG III

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH

ĐỘNG LỰC PHỤC VỤ CHỈNH TRỊ BỜ BIỂN TRÀ VINH

Tháng

Tiểu

Đại

Ba Lai

Tên cửa sông Cổ Chiên

Hàm Luông

Cung Hầu

Định An

Trần Đề

s / 3 m

, g n ợ ư

l

u ư L

Tháng

Tên cửa sông