Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
404
NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA ĐẦM NƯỚC NGỌT
TỚI SỰ ỔN ĐỊNH CỦA CỬA ĐỀ GI, TỈNH BÌNH ĐỊNH
Trần Thanh Tùng
Đại học Thủy lợi, email: t.t.tung@tlu.edu.vn
1. MỞ ĐẦU
Nằm ở khu vực bờ biển phía Đông huyện
Phù Mỹ, tỉnh Bình Định, cửa Đề Gi là nơi
dòng chảy từ hệ thống sông La Tinh đổ ra
biển. Cửa Đề Gi đóng vai trò quan trọng đối
với hoạt động của tàu thuyền neo đậu bên
trong cửa, đồng thời cũng là nơi diễn ra quá
trình trao đổi nước biển với đầm Nước Ngọt
phục vụ cho việc nuôi trồng thủy hải sản. Vì
vậy cửa Đề Gi có một tầm quan trọng đặc
biệt đối với việc phát triển kinh tế - xã hội
của tỉnh Bình Định.
Mặc dù đê chắn sóng, ngăn cát dài 400 m
được xây dựng ở bờ Nam từ năm 2002,
nhưng hiện tại khu vực cửa và luồng cửa Đề
Gi vẫn thường xuyên bị bồi cạn, gây nhiều
bất lợi cho việc lưu thông và trao đổi nước
biển với khu vực đầm, tăng nguy cơ ngập lụt
các khu dân cư, cơ sở sản xuất và các hạ tầng
xung quanh đầm Nước Ngọt khi xuất hiện lũ
trên hệ thống sông La Tinh. Nhiều ý kiến cho
rằng việc xây dựng đê chắn sóng, ngăn cát tại
bờ nam cửa Đề Gi, cùng với việc diện tích
đầm Nước Ngọt đang dần bị thu hẹp do bị lấn
chiếm làm nơi nuôi trồng thủy hải sản đã dẫn
tới những diễn biến bồi lấp trên.
Báo cáo này trình bày các kết quả nghiên
cứu tác động do thu hẹp diện tích đầm Nước
Ngọt tới trạng thái ổn định của cửa Đề Gi.
Các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần đánh giá
vai trò của đầm Nước Ngọt tới quá trình trao
đổi nước triều từ ngoài biển vào trong đầm và
mối tương quan giữa diện tích đầm Nước
Ngọt với trạng thái cân bằng ổn định của cửa
Đề Gi, góp phần xác định các nguyên nhân
gây mất ổn định và bồi lấp cửa Đề Gi.
2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÂN
BẰNG CỦA ESCOFFIER
Thông thường, một cửa biển có thể duy trì ở
trạng thái cân bằng “ổn định” khi các yếu tố
động lực tác động tới cửa cân bằng với nhau.
Tuy nhiên trạng thái cân bằng ổn định này có
thể bị phá vỡ khi cửa chịu tác động của các
hiện tượng thời tiết bất thường hoặc do sự can
thiệp của của con người.
Escoffier (1940) [1] đã xây dựng biểu đồ
đánh giá trạng thái ổn định thủy lực của các
cửa lạch triều (gọi tắt là biểu đồ Escoffier) gồm
có 2 đường: a) đường tương quan Vmax ~ Ac và
b) đường ổn định (Ve~Ac) như ở hình 1.
Hình 1: Biểu đồ Escoffier (1940)
Đường tương quan (Vmax ~ Ac) và đường ổn
định vận tốc sẽ cắt nhau tại 2 điểm, tương ứng
với 2 giá trị diện tích mặt cắt ngang A1 và Ae.
Trong đó: Ae là diện tích mặt cắt ngang tương
ứng với trạng thái ổn định của cửa và A1 là
diện tích mặt cắt ngang tương ứng với trạng
thái không ổn định.
Dựa vào biểu đồ này, cửa lạch triều được
xác định là ổn định về mặt thủy lực nếu diện
tích mặt cắt ngang của nó dao động xung
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
405
quanh giá trị Ae (diện tích ứng với trạng thái ổn
định). Cửa lạch triều có diện tích mặt cắt ngang
nhỏ giá trị A1 (diện tích tương ứng với trạng
thái không ổn định) sẽ được coi là không ổn
định về mặt thủy lực và sẽ bị bồi lấp.
3. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CỬA ĐỀ GI DO
THU HẸP ĐẦM NƯỚC NGỌT
3.1. Giới thiệu về mô hình CEA
Mô hình CEA là chương trình tính toán diện
tích mặt cắt ngang cửa biển ở trạng thái cân
bằng theo lý thuyết của Escoffier [1] do
Chương trình nghiên cứu cửa lạch triều của Tổ
hợp kỹ thuật Quân đội Mỹ xây dựng. Nghiên
cứu đã sử dụng mô hình CEA [3] để đánh giá
trạng thái ổn định cân bằng (động lực) của cửa
Đề Gi với các kịch bản thu hẹp diện tích đầm
Nước Ngọt.
Hình 2: Các kịch bản thu hẹp đầm Nước Ngọt
Mô hình CEA có 4 nhóm thông số sau:
a) Nhóm thông số triều, bao gồm: Biên độ
thủy triều (m); Chu kỳ triều, T (giờ);
b) Nhóm thông số đầm: Diện tích đầm Nước
Ngọt (m²), thể tích lăng trụ triều (m3);
c) Nhóm thông số lạch triều, bao gồm:
Chiều dài lạch triều (m), Chiều rộng lạch triều,
Bán kính thủy lực (m);
d) Nhóm thông số cửa biển, bao gồm: Diện
tích MCN cửa, Hệ số tổn thất cửa vào Ken, Hệ
số tổn thất cửa ra Kex, hệ số nhám Manning n.
Mô hình CEA đã được hiệu chỉnh và kiểm
định bằng giá trị mực nước và vận tốc đo đạc
tại khu vực cửa Đề Gi và với các giá trị vận tốc
được trích xuất từ kết quả mô phỏng trên mô
hình thủy động lực với các kịch bản thu hẹp
diện tích đầm tương ứng [2].
3.2. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình CEA
Mô hình CEA được hiệu chỉnh và kiểm định
thông quan việc so sánh các kết quả tính toán
vận tốc cực đại tại vị trí cửa đầm và dao động
mực nước trong đầm với các số liệu đo đạc tại
cửa Đề Gi năm 2012 và 2013 và so sánh với
các kết quả mô phỏng trên mô hình MIKE [2].
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình CEA
được trình bày tại bảng 1.
Đường quá trình mực nước và giá trị vận tốc
cực đại giữa số liệu trích xuất trong mô hình
MIKE và số liệu trích xuất trong mô hình CEA
tương đối phù hợp. Bộ thông số thiết lập cho
mô hình CEA đủ độ tin cậy để sử dụng đánh
giá trạng thái ổn định của cửa Đề Gi.
Từ các thông số được cho theo từng trường
hợp triều cường và triều kém trong các kịch
bản trên, các biểu đồ Escoffier được xây dựng
cho cửa Đề Gi cho từng kịch bản cụ thể.
Bảng 1. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định
mô hình CEA
Giá trị
CEA
MIKE
MN đỉnh triều (m)
0.50
0.49
Vmax
(m/s)
Hiện trạng
(KB0)
0.62
0.56
Giảm 30%
(KB1)
0.51
0.48
Giảm 50%
(KB2)
0.48
0.46
3.3. Các kịch bản mô phỏng
Ba kịch bản mô phỏng được thiết lập trong
nghiên cứu này nhằm đánh giá vai trò của đầm
Nước Ngọt tới sự ổn định của cửa Đề Gi:
- Kịch bản 0 (KB0): Mô phỏng diễn biến
thủy động lực khu vực cửa Đề Gi và đầm
Nước Ngọt theo kịch bản hiện trạng (tương
ứng với diện tích mặt nước đầm Nước Ngọt đo
đạc năm 2013 là 1,650 ha)
- Kịch bản 1 (KB1): Mô phỏng diễn biến
thủy động lực khi thu hẹp 30% diện tích đầm
Nước Ngọt (1,155 ha).
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
406
- Kịch bản 2 (KB2): Mô phỏng diễn biến
thủy động lực khi thu hẹp 50% diện tích đầm
Nước Ngọt (825 ha).
Diện tích mặt đầm Nước Ngọt tương ứng
với 3 kịch bản mô phỏng được trình bày tại
hình 2.
3.4 Ổn định mặt cắt ngang cửa cho các
kịch bản KB0, KB1 và KB2
Kết quả tính toán ổn định cho cửa Đề Gi tại
kịch bản KB0 với diện tích mặt nước đầm
Nước Ngọt ở trạng thái hiện tại cho thấy không
có sự khác biệt nhiều về diện tích đầm ở trạng
thái cân bằng tương ứng với kỳ triều cương và
kỳ triều kém. Diện tích mặt cắt ngang cửa (Ac)
ở trạng thái cân bằng ứng với kỳ triều cường và
kỳ triều kém đều dao động ở khoảng 1000 m2.
Kết quả tính toán khi diện tích mặt đầm
Nước Ngọt thu hẹp 30% (KB1) cho thấy nếu
Ac nằm trong khoảng từ 430 m2 đến 780 m2 thì
cửa biển sẽ tự điều chỉnh để đạt tới trạng thái
cân bằng. Khi Ac nhỏ hơn 140 m2 thì cửa biển
sẽ có nguy cơ bị thu hẹp và bồi lấp hoàn toàn.
Kết quả tính toán khi diện tích mặt đầm
Nước Ngọt thu hẹp 50% (KB2) cho thấy nếu
Ac nằm trong khoảng từ 310 m2 đến 580 m2 thì
cửa biển sẽ tự điều chỉnh để đạt tới trạng thái
cân bằng. Khi Ac nhỏ hơn 150 m2 thì cửa biển
sẽ có nguy cơ bị thu hẹp và bồi lấp hoàn toàn.
Hình 3: Tương quan diện tích đầm và diện tích
MCN cửa (Ac) cho các kịch bản tính toán
Lập tương quan giữa diện tích mặt nước
đầm Nước Ngọt trong các kịch bản tính toán
KB0, KB1, KB2 với Ac tương ứng của kỳ triều
cường và kỳ triều kém tại hình 3. Có thể thấy
rõ xu thế biến đổi giảm của diện tích mặt cắt
ngang cửa Đề Gi (Ac) khi diện tích đầm Nước
Ngọt bị thu hẹp. Các kết quả tại hình 3 cũng
cho thấy có sự khác biệt rõ rệt về diện tích mặt
cắt ngang cân bằng tương ứng với kỳ triều
cường và kỳ triều kém. Điều này là phù hợp
với sự phát triển của doi cát bờ nam trong mùa
kiệt có vai trò thu hẹp là diện tích mặt cắt cửa
quan sát được từ các ảnh vệ tinh, ảnh chụp
ngoài thực địa và kết quả đo đạc địa hình.
5. KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã sử dụng mô hình CEA và lý
thuyết cân bằng ổn định các cửa biển, cửa lạch
triều của Esscoffier để xây dựng biểu đồ ổn
định mặt cắt ngang cửa biển cho cửa Đề Gi với
các kịch bản diện tích đầm Nước Ngọt ở trạng
thái hiện nay, sau khi thu hẹp 30% và thu hẹp
50% diện tích đầm.
Các kết quả tính toán trên mô hình CEA cho
thấy xu thế suy giảm diện tích mặt cắt ngang
ổn định của cửa ở trạng thái cân bằng khi thu
hẹp diện tích đầm. Nghiên cứu cho thấy khác
biệt rõ rệt về diện tích mặt cắt ổn định ứng với
kỳ triều cường và kỳ triều kém. Kết quả tính
toán bằng mô hình CEA cũng chỉ ra rằng, việc
duy trì diện tích mặt cắt ngang cửa lớn hơn
1000 m2 với diện tích mặt nước đầm hiện tại là
không khả thi vì động năng của dòng triều chỉ
có thể duy trì được cửa với diện tích này.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Escoffier, F.F. 1940. The stability of tidal
inlets. Shore and Beach, 8 .4, 114-115.
[2] Tùng T.T., Dũng, L.Đ. 2015. Báo cáo phân
tích ổn định cửa Đề Gi, tỉnh Bình Định. Đề
tài” Nghiên cứu nguyên nhân và các giải
pháp để khắc phục hiện tượng bồi lấp cửa ra
vào khu neo trú bão của tàu thuyền ở cửa
Đề Gi, tỉnh Bình Định”. Đại học Thủy lợi.
[3] Seabergh, W.C. and Kraus, N.C. 1997. PC
program for coastal inlet stability analysis
using Escoffier method. ERDC/CHL
CHETN IV-11, U.S. Army, ERDC
Vicksburg, MS.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5