Luận văn thạc sĩ "TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ECOMSED TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG " potx

Đồng thời, xem xét đánh giá sự lan truyền các quá trình biến đổi của chúng trong nước vùng cửa sông ven biển Hải Phòng để mô phỏng các quá trình biến đổi, chuyển hoá, vận chuyển và lan t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM HẢI AN

TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ECOMSED TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG

VEN BIỂN HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM HẢI AN

TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ECOMSED TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG

VEN BIỂN HẢI PHÒNG

Chuyên nghành: Hải dương học

Mã số: CH 1000934

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Thọ Sáo

Hà Nội, 2012

LỜI CẢM ƠN

Em rất vui mừng là một học viên cao học lớp K10, chuyên ngành Hải dương học, năm học 2010-2012 của khoa Khí Tượng Thủy Văn và Hải Dương Học trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Sau hơn hai năm, khóa học đã kết thúc và kết quả em thu được cũng đã phản ánh được sự cố gắng - nỗ lực của bản thân, đồng thời đó cũng là kết quả của sự dạy bảo, dìu dắt, giúp đỡ của các Thầy - Cô và các đồng nghiệp trong suốt hai năm qua Kiến thức em có được hôm nay không những là hành trang không thể thiếu trong công tác nghiên cứu lâu dài mà còn là những điều kiện quan trọng trong việc giải quyết những nhiệm vụ cụ thể được giao Em không biết phải diễn tả như thế nào cho phải, nhưng em xin bầy tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy - Cô trong Khoa, trong bộ môn Hải Dương Học, tới Viện Tài nguyên

và Môi trường biển và các đồng nghiệp tâm huyết Trong đó em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ hữu hiệu về điều kiện học tập và những kinh nghiệm quý báu của thầy Đinh Văn Ưu, và thầy Lê Hồng Quang

Đặc biệt với tư cách là người truyền đạt kiến thức, người hướng dẫn chính cho em làm khóa luận Thạc sĩ, thầy Nguyễn Thọ Sáo đã quan tâm và cho em những điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành đúng trach nhiệm cá nhân của bản thân

Số liệu của những lần khảo sát thực tế, những kinh nghiếm quý báu học hỏi được từ Thầy luôn luôn là những tài liệu quý báu, là hành trang cho công việc của em sau này Những giá trị mà em có được từ thầy còn là lòng hăng say, nhiệt tình trong công việc nói chung và tính nghiêm khắc trong nghiên cứu khoa học nói riêng Chắc chắn những điều này sẽ giúp em rất nhiều trong cuộc sống cũng như trong công tác chuyên môn sau này

Một lần nữa em chân thành cảm ơn và xin tiếp tục nhận được những ý kiến đóng góp giúp em hoàn thiện những công việc đã đặt ra trong khóa học và tạo điều kiện thuận lợi trong công tác sau này của em

Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2012

Học viên cao học

Phạm Hải An

DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

- ECOMSED Estuarine Coastal and Ocean Model System with Sediments

(HydroQual): Mô hình mã nguồn mở về thủy động lực và lan truyền trầm

tích ba chiều

- ECOM Estuarine Coastal and Ocean Model (USGS): Mô hình thủy động lực

vùng cửa sông ven biển

- TSS Total Suspended Sediment: Trầm tích lơ lửng

- BODC British Oceanographic Data Centre: Trung tâm tư liệu Hải dương học

Vương quốc Anh

- TELEMAC phát triển bởi National Hydraulics Laboratory (LNH) - Pháp: Mô

hình áp dụng cho vùng cửa sông và ven bờ, sử dụng lưới tính dạng phần tử hữu hạn

- CH3D-SED: Curvilinear Hydrodynamics in 3 Dimensions Suspended

Sediment Concentration Model (USCOE-Sediment): mô hình vận chuyển

trầm tích ba chiều

- BIAS (ME): Sai số trung bình (còn gọi là điểm BIAS)

- RMSE: Sai số căn phương trung bình bình phương

- SED2: Mô hình vận chuyển trầm tích trung bình theo độ sâu

- KH&CN: Khoa học và Công Nghệ

DANH MỤC HÌNH Trang

Hình 1 Chuyển hoá và lan truyền vật chất cửa sông ven biển 01

Hình 3 Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng 11 Hình 4 Số hóa trường độ sâu bao quanh khu vực nghiên cứu 12 Hình 5 Nhiệt độ khí trung bình tháng từ năm 1990-2007, Hòn Dấu 13 Hình 6 Xu thế nhiệt không khí theo tháng, tại Hòn Dấu 14 Hình 7 Tổng lượng bức xạ năm và trung bình tháng trong năm (kwh/m2) 15 Hình 8 Lượng bức xạ trung bình tháng giai đoạn 1997-2007 (kwh/m2) 15 Hình 9 Lượng mưa thời đoạn trung bình tháng từ 1990 đến 2007 (mm) 16 Hình 10 Lượng mưa thời đoạn trung bình tháng theo các năm (mm) 17 Hình 11 Tổng lượng mưa thời đoạn theo các năm (mm) 17 Hình 12 Hoa gió thống kê trong giai đoạn 2000-2011 tại Hòn Dáu 20 Hình 13 Hoa gió trung bình mùa khô 2000-2011 tại Hòn Dáu 21 Hình 14 Hoa gió trung bình trong mùa mưa 2000-2011 tại Hòn Dáu 21 Hình 15a Hoa gió trong mùa khô, 3/2009 tại Hòn Dáu 22

Hình 15b Hoa gió trong mùa mưa, 8/2009 tại Hòn Dáu 22 Hình 16 Mực nước tính theo hải đồ khu vực Hải phòng 2004-2007 25 Hình 17 Xu thế mực nước tính theo hải đồ trong năm 2004-2007 25 Hình 18 Hoa sóng trung bình giai đoạn 2000-2011 tại Hòn Dáu 28 Hình 19 Nhiệt độ nước trung bình tháng từ năm 1993 đến 2007(oC) 28 Hình 20 Xu thế nhiệt độ nước theo tháng những năm gần đây (oC) 29 Hình 21 Bản đồ phân bố trầm tích tầng mặt ven biển Hải Phòng sau 2008 35 Hình 22 Sơ đồ hiện trạng giới hạn địa hóa quá trình ngưng keo kết bông

lắng đọng trầm tích vùng cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện năm 1965

35

Hình 23 Hiện trạng địa hóa của quá trình ngưng keo, kết bông lắng đọng

trầm tích khu vực cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện năm 2008

36

Hình 24 Giới hạn địa hóa của quá trình ngưng keo - kết bông lắng đọng 36

trầm cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện từ 1965 đến 2008

Hình 26 Tiến trình lan truyền trầm tích nhỏ và mịn 46 Hình 27 Tương tác Khí - Nước - Trầm tích 46 Hình 28 Ứng suất trượt tại đáy do sóng - dòng chảy 47 Hình 29 Tiềm năng xói phân lớp theo ngày 47 Hình 30 Khả năng tái lơ lửng như một hàm của ứng suất trượt đáy 48 Hình 31 Lắng đọng của trầm tích kết dính 49 Hình 32 Biểu đồ cho mô hình trầm tích đáy 50 Hình 33 Tốc độ lắng đọng như hàm của đường kính cấp hạt trầm tích

không kết dính

51

Hình 34 Ảnh vệ tinh ALOS chụp ngày 01/3/2008 56 Hình 35 Phạm vi luới tính (Trạm liên tục B1, B2, B3) 57 Hình 36 So sánh kết quả tính toán dao động mực từ mô hình với số liệu

quan trắc tại trạm Hòn Dáu, tháng 8.2009 (mùa mưa)

59

Hình 37 So sánh kết quả tính toán dao động mực từ mô hình với số liệu

quan trắc tại trạm Hòn Dáu, tháng 3.2009 (mùa khô)

triều lên mùa mưa, 12h-7.8.2009

65

Hình 43 Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, pha

triều lên mùa mưa, 12h-7.8.2009

65

Hình 44 Trường dòng chảy tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng, nước

ròng mùa mưa, 6h-8.8.2009

67

Hình 45 Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, nước

Hình 48 Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng,

nước lớn mùa mưa, 14h-17.8.2009

72

Hình 49 Phân bố trầm tích lơ lửng tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng,

nước lớn mùa mưa, 14h-17.8.2009

72

Hình 50 Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng,

nước ròng mùa mưa, 3h-18.8.2009

74

Hình 51 Phân bố trầm tích tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, nước

ròng mùa mưa, 3h-18.8.2009

74

Hình 52 Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng,

triều lên mùa khô, 17h-19.3.2009

77

Hình 53 Phân bố trầm tích lơ lửng tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng,

triều lên mùa khô, 17h-19.3.2009

Phòng

31

Bảng 6 Bảng tham số cho khả năng tái lơ lửng 48 Bảng 7 Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sông Hải Phòng năm 2009 63

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1.2 Tiếp cận và lựa chọn phương pháp 01

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 03

2.1 Đặc điểm hình thái địa hình 10 2.2 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 12

2.4 Đặc điểm hải văn cửa sông ven biển 24 2.5 Đặc điểm môi trường trầm tích trong khu vực 30

Chương 3 MÔ HÌNH ECOMSED ĐỐI VỚI BÀI TOÁN MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN TRẦM TÍCH

MỞ ĐẦU

Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng là một trong những khu vực thuộc vùng trọng điểm phát triển kinh tế phía Bắc, có cảng biển lớn Hải Phòng và nằm cạnh các khu vực có nhu cầu bảo vệ môi trường rất cấp bách như Khu di sản thiên nhiên Thế giới - vịnh Hạ Long; Khu dự trữ sinh quyển Cát Bà, khu du lịch biển Đồ Sơn Bởi vậy mà bất cứ tương tác nào xảy ra trong phạm vi này đều có thể gây ảnh hưởng ở mức Quốc gia và Quốc tế đối với nội tại khu vực cũng như các khu vực kế cạnh Bên cạnh đó, vấn đề trên còn nảy sinh và làm liên quan đến các quá trình hoạt động dân sinh - kinh tế của các tỉnh trên lưu vực hệ thống sông Thái Bình và sông Hồng

Do đặc tính nằm ở vùng hạ lưu của hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có mạng lưới sông ngòi dày đặc với mật độ khoảng 0,6-0,8 km/km2 Trong đó có các cửa sông chính đổ ra biển là cửa Lạch Huyện, Nam Triệu, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình Cùng với vị trí địa lý thuận lợi, các sông ở khu vực này góp phần quan trọng trong việc phát triển một số ngành kinh tế như giao thông - vận tải, nuôi trồng khai thác thuỷ hải sản cũng như

sự phát triển kinh tế xã hội của thành phố Hải Phòng Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng cũng có một vị trí quan trọng về sinh thái và môi trường đối với hệ thống ven bờ phía bắc với các hệ sinh thái đặc thù như vùng triều cửa sông, rừng ngập mặn, thảm cỏ biển .v.v Tuy nhiên, trong những năm gần đây do sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế xã hội ở nước ta nói chung và thành phố Hải Phòng nói riêng đã làm gia tăng lượng chất gây ô nhiễm (một phần từ nơi khác theo nước của các sông

từ thượng nguồn đưa về, một phần do chính các hoạt động kinh tế - xã hội ở tại địa phương) đưa vào khu vực cửa sông ven biển của Hải Phòng biến khu vực này trở thành nơi tập trung một lượng khá lớn các chất gây ô nhiễm, gây ô nhiễm và vẩn đục môi trường nước Ngoài ra, việc nạo vét luồng tàu vào cảng Hải Phòng diễn ra hằng năm cũng làm cho các chất gây ô nhiễm tích tụ theo thời gian trong trầm tích

có điều kiện phát tán trở lại môi trường nước Các chất gây ô nhiễm này đã gây ra những ảnh hưởng lớn đến môi trường nước ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng Sự ảnh hưởng tiêu cực đó được đưa ra qua các kết quả điều tra nghiên cứu gần đây, cho thấy môi trường nước ở khu vực này đã có dấu hiệu ô nhiễm nghiêm

trọng với một số biểu hiện như: hàm lượng các chất lơ lửng gây vẩn đục cao, chất

dinh dưỡng trong nước tăng; lượng ôxy hoà tan trong nước ở một số nơi khá thấp,

xuất hiện một số độc tố trong cơ thể sinh vật với hàm lượng cao v.v Sự ô nhiễm

môi trường ở khu vực này không chỉ tác động lớn đến các hệ sinh thái, làm suy giảm sự đa dạng và trữ lượng của nguồn lợi thuỷ sản ở khu vực cửa sông ven biển, giảm sức hấp dẫn của các khu du lịch (Đồ Sơn, Cát Bà), ảnh hưỏng đến sức khoẻ của con người mà còn gián tiếp ảnh hưởng tới sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố

Để tìm hiểu cơ chế và đề xuất các phương hướng khắc phục, nhằm ổn định môi trường nước một cách bền vững, đã có nhiều đề tài nghiên cứu được tiến hành

liên quan đến môi trường nước của khu vực Điển hình như các đề tài “Đánh giá

mức độ ô nhiễm do nguồn thải lục địa, đề xuất giải pháp kiểm soát, quản lý ô nhiễm vùng biển ven bờ phía bắc” năm 2001 [3]; đề tài: “Điều tra hiện trạng môi trường sông Rế, sông Giá và đề xuất các giải pháp bảo vệ” năm 2003 [4]; đề tài: “Điều tra,

đánh giá tình trạng ô nhiễm và suy thoái môi trường khu vực cửa sông Cấm - Bạch Đằng và đề xuất các giải pháp bảo vệ”, Trần Đức Thạnh và cộng sự thực hiện năm

2006 [5] Tuy nhiên, việc đánh giá các quá trình lan truyền chất gây ô nhiễm cho toàn bộ khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng vẫn còn rất hạn chế Bởi trong phạm

vi nghiên cứu nhỏ ở một vùng cửa sông (phần lớn ở cửa sông Bạch Đằng), số lượng mẫu thu thập tại nhiều điểm song chỉ lấy tức thời, không thể hiện được sự mô phỏng

và biến đổi hàm lượng của chất ô nhiễm do dòng chảy sông đưa ra, do dao động mực nước Do vậy rất cần thiết phải có đánh giá toàn diện và đồng bộ các nguồn, số lượng các chất gây ô nhiễm như trầm tích lơ lửng, hữu cơ, dinh dưỡng đi vào các cửa sông chính ở Hải Phòng trước khi ra biển (gồm nguồn từ thượng nguồn và từ các nguồn thải bên bờ sông) Đồng thời, xem xét đánh giá sự lan truyền các quá trình biến đổi của chúng trong nước vùng cửa sông ven biển Hải Phòng để mô phỏng các quá trình biến đổi, chuyển hoá, vận chuyển và lan truyền vật chất trong

đó có các chất gây ô nhiễm như: “Ứng dụng mô hình 3 chiều để nghiên cứu lan

truyền trầm tích lơ lửng ở vùng biển ven bờ Quảng Ninh” Đinh Văn Ưu và nnk năm

2005 [8]; “Nghiên cứu quá trình động lực học, dự báo vận chuyển bồi lắng bùn cát

tại Lạch Huyện Nam Đồ Sơn trước và sau khi xây dựng cảng nước sâu và giải pháp khắc phục” Nguyễn Văn Cư và nnk năm 2008 [2]; Vận chuyển trầm tích và biến đổi

địa hình đáy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng”, Đinh Văn Ưu năm 2009 [7];

“Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường và đề xuất các giải pháp phát triển bền

vững khu vực Vịnh Hạ Long - Vịnh Bái Tử Long”, Trần Đức Thạnh [6]

Nhờ đó mà các kết quả mô phỏng cũng như các kịch bản dự báo nói trên về diễn biến lan truyền các chất gây ô nhiễm và ảnh hưởng của chúng tới môi trường nước sẽ đạt độ chính xác cao hơn; là nguồn thông tin tham khảo bổ ích cho các nhà chuyên môn, giúp các nhà quản lý hoạch định chính sách trong việc quản lý nguồn gây ô nhiễm, hạn chế tác động của chúng đến môi trường sinh thái vùng cửa sông ven biển Hải Phòng vì các mục tiêu phát triển bền vững

Trước thực trạng đó, trong khuôn khổ của một Luận văn Thạc sĩ, học viên

được Thầy hướng dẫn giao thực hiện đề tài mang tên: Triển khai ứng dụng mô hình

Ecomsed tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng với mục tiêu: đánh giá được lan truyền trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông

ven biển Hải Phòng Qua đó, học viên xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn - TS Nguyễn Thọ Sáo, cùng các thầy cô trong khoa Khí Tượng Thủy văn Hải dương học

và Viện Tài nguyên và Môi trường biển - cơ quan nơi học viên công tác, đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho học viên hoàn thành đúng nhiệm vụ của bản thân trong suốt khóa học Thạc sĩ

Nội dung chinh của Luận văn được trình bày theo bố cục sau:

Phần mở đầu: Sơ lược về nội dung, phương pháp nghiên cứu và mục tiêu Chương 1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: cách thức tiếp cận và lựa

chọn phương pháp; tình hình nghiên cứu trong nước, ngoài nước

Chương 2 Tổng quan điều kiện tự nhiên trong khu vực nghiên cứu:

hình thái địa hình (độ sâu địa hình), khí tượng (nhiệt, bức xạ, mưa, gió), thủy hải văn (lưu lượng sông, thủy triều, dòng chảy, sóng), hiện trạng môi trường trầm tích trong khu vực nghiên cứu

Chương 3 Mô hình Ecomsed đối với bài toán mô phỏng lan truyền trầm tích lơ lửng: tổng quan về mô hình Ecomsed; cơ sở toán học của mô

hình(thủy lực, sóng, trầm tích); cách thức triển khai và hiệu chỉnh mô hình tính toán, mô phỏng trầm tích lơ lửng

Chương 4 Tính toán lan truyền trầm tích lơ lửng TSS khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng: kết quả tính toán, phân tích trường thủy

lực và lan truyền trầm tích lơ lửng cửa sông ven biển Hải Phòng

Kết luận

CHƯƠNG 1

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.1 Đối tượng và mục tiêu

Đặc điểm lan truyền các chất ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng liên quan chặt chẽ đến chế độ thủy động lực, và hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong môi trường nước Tìm hiểu liên quan đến vấn đề trên, trong khuôn khổ của một báo cáo Luận văn Thạc sĩ, học viên lựa chọn đối tượng: trầm tich lơ lửng cho nghiên cứu của mình với sự tác động của các điều kiện thủy động lực khu vực với hai mục tiêu chính như sau:

- Hiểu được phương pháp ứng dụng mô hình Ecomsed trong việc tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng

- Mô phỏng quá trính vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng

1.2 Tiếp cận và lựa chọn phương pháp

Hình 1 Chuyển hoá và lan truyền vật chất cửa sông ven biển

Phương pháp tiếp cận hệ thống coi khu vực nghiên cứu như một hệ thống tương đối độc lập, có dòng vật chất vào, dòng ra và dòng tích tụ Đối với khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, dòng vào xuất phát từ mặt cắt (biên) phía trong cửa sông, các điểm nguồn thải dọc bờ sông, còn dòng ra là phía cửa sông tiếp giáp với biển (biên phía ngoài) Các quá trình trao đổi chuyển hoá của chất gây ô nhiễm có thể diển ra ở trong khu vực hoặc trên biên và chịu tác động chi phối của các yếu tố động lực (sóng, dòng chảy sông, thuỷ triều), các yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ mặn) và các yếu tố khác.v.v Có thể minh hoạ mối quan hệ phân tán - tích luỹ các chất ô nhiễm trong hệ thống cửa sông ven biển như hình 1 Với cách thức tiếp cận này, cần phải xác định nguồn vật chất (trong đó có các chất gây ô nhiễm) đi vào khu vực, các quá trình chuyển hoá - biển đổi vật chất trong thuỷ vực và sự lan truyền chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông ven biển Trong đó nguồn vật chất đi vào khu vực chủ yếu từ phía thượng lưu của sông và các điểm nguồn thải ở ven bờ Sự chuyển hoá, vận chuyển và trao đổi nước cũng như vật chất là các quá trình rất phức tạp Đặc biệt là ở vùng cửa sông ven biển, nơi chịu tác động đồng thời của dòng vật chất từ sông đưa ra và dao động của thuỷ triều nên các quá trình này biến đổi rất lớn theo thời gian và không gian Vì vậy việc khảo sát ở một vài vị trí trong khu vực nghiên cứu trong khoảng thời gian nào đó sẽ khó thể hiện được các qui luật biến đổi cũng như bản chất của quá trình lan truyền biến đổi chuyển hoá vật chất cả ở mức

độ tổng thể và chi tiết theo không gian và thời gian Để khắc phục hạn chế này cần thiết phải sử dụng các công cụ toán học để mô phỏng các quá trình quá trình vật lý- hoá học trong thuỷ vực Mô hình toán học không chỉ thể hiện được các quá trình nội tại diễn ra trong thuỷ vực mà còn tính tới sự tương tác lẫn nhau giữa các quá trình này theo không gian cũng như thời gian

Trong Luận văn: việc mô hình hóa các quá trình thuỷ động lực, lan truyền chất ô nhiễm dựa trên cơ sở áp dụng mô hình ECOMSED kết hợp với phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: địa hình, đường bờ, khí hậu, khí tượng thủy văn, nguồn thải v.v; phương pháp điều tra khảo sát; phân tích mẫu tại hiện trường và phòng thí nghiệm phục vụ thiết lập và chạy mô hình thủy động lực, lan truyền trầm tích lơ lửng hiện trạng (mùa mưa, khô năm 2009) khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, tiến tới tiến hành đánh giá lượng chất gây ô nhiễm trầm tích lơ lửng vào môi trường nước của khu vực nghiên cứu, cung cấp thông tin hữu ích cho việc đề xuất các giải pháp kiểm soát, hạn chế tác động do ô nhiễm ở khu vực nghiên cứu

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi khu vực nghiên cứu là toàn bộ vùng cửa sông ven biển Hải Phòng gồm các sông chính đổ ra biển như Thái Bình, Văn Úc, Lạch Tray, Cấm và Bạch Đằng, vùng biển ven bờ phía ngoài các cửa sông đó Các nguồn ô nhiễm vào vùng ven biển sẽ được xác định qua các kết quả khảo sát 2 mùa trên các mặt cắt gần các cửa sông và các điểm nguồn thải Vùng tính toán của đề tài cũng được mở rộng đến khu vực phía đông và đông nam quần đảo Cát Bà Trong đó chủ yếu tập trung phân tích kết quả lan truyền trầm tích lơ lửng tại khu vực cửa sông Bạch Đằng, khu vực cửa Lạch Tray, ảnh hưởng đến khu vực Đồ Sơn, Cát Hải và đảo Cát Bà

Hình 2 Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Ngoài nước: Khu vực cửa sông ven biển tuy chỉ chiếm 1/10 diện tích bề mặt

đại dương thế giới (Lisitsyn, 1995) nhưng lại đóng vai trò đáng kể trong quá trình vận chuyển vật chất Đây được coi là màng lọc giữa lục địa và biển, là nơi giữ lại một lượng đáng kể vật chất lơ lửng và hoà tan có nguồn gốc từ lục địa

Quá trình này phụ thuộc vào nhiều phương diện: có nơi bị ảnh hưởng bởi các quá trình động lực từ sông, có nơi chịu tác động mạnh do thủy triều, một số nơi khác lại bị chi phối bởi hỗn hợp giữa nhiều quá trình khác nhau Song kiểm soát và ảnh hưởng nhiều phải kể đến tác động của thuỷ triều và sự phân tầng của khối nước Trong đó dòng chảy đóng vai trò quyết định đến sự vận chuyển trầm tích và các chất gây ô nhiễm từ sông ra phía ngoài dưới tác động kết hợp của dòng triều và dòng chảy sông (biến đổi theo mùa) Là một thành phần cơ bản và rất quan trọng ở các vùng cửa sông ven biển đặc trưng bởi thành phần hạt - lan truyền trầm tích phụ thuộc vào các nguồn cung cấp từ lục địa, dòng chảy sông và các quá trình thủy động lực ven biển (tính cả tự nhiên xen lẫn những tác động và can thiệp do con người gây ra) Trong trường hợp dòng chảy mạnh sẽ làm ứng suất đáy lớn, tăng sự vận chuyển trầm tích cả ở lớp đáy và trầm tích lơ lửng Ngược lại, quá trình này sẽ lắng đọng ở những thời điểm và nơi có vận tốc dòng chảy, hoạt động của sóng và thủy triều nhỏ Nhìn chung, tốc độ lắng đọng trầm tích phụ thuộc vào vào kích thước hạt, điều kiện môi trường Bởi vậy, đây là một trong những vấn đề môi trường nhận được sự quan tâm sâu sắc của các nhà khoa học cũng như các nhà quản lý, đặc biệt là ở các nước

Hà Lan, Đức, Mỹ, Nhật Bản, Anh, Trung Quốc Nổi bật hơn hết là các nhóm vấn đề như: điều tra hiện trạng môi trường; đánh giá kiểm soát các nguồn ô nhiễm từ lục địa ra vùng cửa sông ven biển; nghiên cứu đánh giá cơ chế lan truyền, biến đổi chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông ven biển; đánh giá sự tích tụ chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông; mối quan hệ giữa ô nhiễm môi trường và tài nguyên sinh vật ở khu vực cửa sông

Điển hình cho các các nghiên cứu về trầm tích lơ lửng phải kể đến: Nghiên cứu sự bồi lắng trầm tích, tích tụ chất gây ô nhiễm ở cửa sông Hudson; Nghiên cứu

sự lan truyền tích tụ chất gây ô nhiễm ở vùng cửa sông Danube (Ucraina) của J Garnier và các cộng sự (1999); Lan truyền Phosphorus ở khu vực cửa sông Elbe (Đức) của Béuekom và các cộng sự (1998); Mô hình chất lượng nước 3 chiều cho khu vực cửa sông Humber của Falconer và các cộng sự (1997); Tính toán biến động đáy với việc ứng dụng mô hình vận chuyển trầm tích trên cơ sở các công thức của Engelund and Hansen (1967) thực hiện bởi Struiksma và nnk (1984); Nghiên cứu phân bố trầm tích ở gần cửa sông với trường hợp dòng chảy ít biến đối, Wang (1989) Tính hữu hiệu của các nghiên cứu trên không những làm sáng tỏ nguồn gốc, bản chất, cơ chế lan truyền biến đổi, tác động của các chất gây ô nhiễm mà còn

nhằm kiểm soát và hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái ở khu vực cửa sông mà còn hình thành và hoàn thiện các phương pháp nghiên cứu môi trường (khảo sát, phân tích mẫu, phân tích - xử lý số liệu, mô hình toán) ở khu vực, thể hiện trong các tài liệu nghiên cứu và hướng dẫn tổng hợp của GESAMP (1987), UNEP (1986)

Dựa trên những nghiên cứu lý thuyết về trầm tích đáng kể như các công trình của H.A Einstein (1950), Krone và Partheniades (1962, 1968), E.W BijJker (1967, 1971), Leo C Van Rijn (1993), J.W Vander Meer (1990), Richard Soulsby (1997)

đã được khái quát hóa mang tính phương pháp luận, viết thành cẩm nang sử dụng

như: Động lực gần bờ và các quá trình bờ - Lý thuyết, đo đạc và các mô hình dự

báo của Horikawa K., 1978, Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho các ứng dụng thực tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sông, cửa sông hình phễu và biển ven bờ của Richard S., 1997, hay Các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sông, cửa sông và ven biển của Leo C Van Rijn, 1993 Ngày nay, vấn đề trên còn được

giải quyêt trên phương diện mô hình Sự phát triển mô hình một chiều - nghiêng nhiều về tính lý thuyết Trong khi đó, sự phát triển của mô hình hai chiều - thường được lấy trung bình theo độ sâu khi giải quyết các vấn đề trong hệ thống thủy động lực, có lợi thế cho kiểu phân tích các kiểu hoàn lưu phức tạp và dòng chảy không ổn định Những kết quả ghi nhận cho kiểu loại này được Mc Anally trình bày năm

1986 và Van Rijn trình bày năm 1989 Từ đó thiết lập và xây dựng lên những mô hình hai chiều được sử dụng rộng rãi như: mô hình Delft3D - Hà Lan có tính cho

hai chiều, mô hình SMS (Surface Water Modeling System) phát triển bởi WES -

Waterwats Experiment Station và Army Crops of Engineer, Hoa Kỳ; MIKE21-3 DHI 2003 phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch, là mô hình sai phân hữu hạn; TABS-MD dùng trong lĩnh vực công trình bờ, Thomas và McAnally, 1990; TELEMAC - áp dụng cho vùng cửa sông và ven bờ, sử dụng lưới tính dạng phần tử hữu hạn, mô hình GHER - thủy địa động lực nghiên cứu môi trường, MUMM, Liege Tuy nhiên, trở lại với hình ảnh thực tế của khu vực cửa sông ven biển và đại dương rộng lớn, hầu hết các quá trình xảy ra và lien thông với nhau bởi một hệ thống phức của các quá trình chứa nhiều thành phần phức tạp Lên mô phỏng ba chiều là sự lựa chọn cần thiết Điều này đã được chỉ ra trong các công bố của Van Rijn năm 1989 dựa trên việc giải hệ phương trình cân bằng khối lượng và khuếch tán đối lưu của trầm tích (bao gồm thành phần bình lưu và đối lưu)

Mô phỏng tốt phải nhắc tới một số mô hình sau: mô hình Delft3D phát triển bởi Viện Thủy lực Delft; mô hình SED2, CH3D-SED (Chapman, 1996); RMA10,

RMA11 (Resource Management Associates); mô hình mã nguồn mở đại dương POM (Princeton Ocean Model) và mô hình ROMS (Regional Ocean Modeling

System); mô hình mã nguồn mở COHERENS (Coupled Hydrodynamical Ecological model for Regional Shelf) bao gồm thủy động lực và sinh thái (dòng chảy, nhiệt độ,

độ muối, sinh vật phù du, quá trình sinh địa hóa, trầm tích lơ lửng và phát tán vật chất theo công thức của Eulerian và Lagrangian cho vùng thềm lục địa, được phát triển bởi Luyten P (1996, 1999); mô hình ECOMSED tính toán vận chuyển trầm

tích (HydroQual, 2003); mô hình IPX-MT (In-Place Pollutant Export-Modified

Transport), mô hình SEDZL (Sediment / Contaminant Transport Model, EPA)

Trong nước: Mang hình thái của dải đất hình chữ S - nước ta có đường bờ

biển dài hơn 3260 km bao gồm hệ thống sông ngòi dày đặc, trung bình cứ 20 km lại

có một cửa sông Chỉ tính riêng 8 hệ thống sông lớn đã chiếm phần lớn lưu vực với khoảng 10.000 km2, như sông Hồng, sông Thái Bình, sông Mã,sông Cả, sông Thu Bồn, sông Ba, sông Sài Gòn - Đồng Nai và sông Cửu Long Tại các vùng cửa sông ven biển này mang một ý nghĩa rất lớn đối với phát triển kinh tế xã hội, giao thông, cũng như thương mại, dịch vụ, văn hoá Bởi đây chính là nơi giao lưu, tiếp nhận các dòng vật chất từ lục địa đổ ra, thống kê cho thấy hàng năm hệ thống sông này đổ ra biển khoảng 880 tỷ m3 nước, 300 triệu tấn bùn cát và thể hiện rõ nhất các tác động

do hoạt động của con người đến môi trường của khu vực (Đỗ Trọng Bình, 2010) Vì vậy các vấn đề môi trường liên quan ở khu vực đã được quan tâm nghiên cứu từ nhiều năm qua

Trước thực trạng đó, bên cạnh việc Cục bảo vệ Môi trường (Bộ TN&MT) xây dựng và tiến hành quan trắc định kỳ hằng năm tại các vị trí xác định dọc bờ biển Việt Nam, còn có các đề tài dự án về: Động lực vùng ven biển và cửa sông Việt Nam (Nguyễn Văn Cư, 1990); Nghiên cứu thủy thạch động lực trên số liệu quan trắc (Nguyễn Văn Cư, 1994); nghiên cứu ô nhiễm do sông tải ra (Phạm Văn Ninh, 1995); Nghiên cứu khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm do nước thải, khả năng tự làm sạch của các sông Sài Gòn, Đồng Nai, Nhà Bè (Lê Trình, 1996); Nghiên cứu các đặc trưng thủy văn, động lực học và nhiễm bẩn khu vực cửa sông Dinh tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu; Đề xuất các biện pháp quản lý và bảo vệ (Trương Đình Hiển); Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng mức độ độc hại do nước thải trên

sông Sài Gòn - Đồng Nai và xác định giới hạn, mức độ cho phép xả ra nguồn tiếp nhận (Đỗ Hồng Lan Chi); Quản lý môi trường nước sông Cầu (Nguyễn Văn Cư, 2001); đề tài Các yếu tố khí tượng thủy văn ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Sài Gòn, Đồng Nai (Phan Văn Hoặc, 2001) Tính tới cả thời điểm 2007, đề tài cấp Viện KH&CN: Đánh giá khả năng tích tụ và phân tán các chất ô nhiễm vùng cửa sông ven biển Việt Nam (Cao Thị Thu Trang và nnk) vẫn chủ yếu dùng bộ số liệu điều tra, khảo sát đánh giá được mức độ tích luỹ và phạm vi phân tán của một số chất ô nhiễm vùng trọng điểm là cửa sông Ba Lạt Kết quả sơ bộ cho thấy xu thế tăng lên của các chất gây ô nhiễm trong diễn biến môi trường nước những năm gần đây Tuy nhiên việc số lượng mẫu quan trắc hằng năm nhỏ, lại trải dài trên một không gian rộng, cộng thêm với phân tích đánh giá thống kê đối với tập số liệu khảo sát ít đồng bộ, ít có sự trợ giúp của mô hình nên những kết quả này chủ yếu vẫn dừng lại ở mức độ giám sát, ít có tính tổng quát đặc thù cho một vùng nghiên cứu theo quy mô cả về thời gian lẫn không gian

Ngày nay, với sự hình thành các mô hính số trong giai đoạn phát triển mạnh của ngành công nghệ máy tính đã phần nào khắc phục được các yếu điểm kể trên Nhiều mô hình đã được ứng dụng và phát triển sử dụng rộng rái hiện nay như: mô hình MDEC (Bộ môn Hải dương học - ĐHKHTN), mô hình FEM (Viện Hải dương học Nha Trang), mô hình SMS (Viện Cơ, KTTV và MT, Bộ môn Hải dương Trường), mô hình Mike21 (Viện Địa lý, Đại học Thủy lợi, Viện KTTV và MT), mô hình Delft3D (Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Đại học Thủy lợi), mô hình ROMS (Trung tâm Môi trường - Viện KTTV và MT, Đại học Công Nghệ, Viện Hải dương học Nha trang) Nhiều đề tài, dự án đã đi vào hoạt động và đem lại nhiều kết quả khả quan trong việc mô phỏng kết quả tính toán ngày càng sát với khảo sát thực

tế như: các nghiên cứu thông qua chương trình Biển KT.03 (1991-1995); KHCN.06 (1996-2000); Nghiên cứu trầm tích lơ lửng liên quan đến xói lở bờ biển trong khuôn khổ ĐT độc lập cấp nhà nước và chương trình biển (2001-2005); Nghiên cứu vùng Phan Rí, Hàm Tiến, Phước Thể với mục tiêu cung cấp các thông số kỹ thuật, đưa ra các phương án thiết kế và thi công đê, kè chống xói lở (Bùi Hồng Long, 2004); Xây dựng mô hình lan truyền chất ô nhiễm cho vịnh Hạ Long và vịnh Bái Tử Long (Trần Đức Thạnh, 2007); Vận chuyển trầm tích từ cửa sông ra biển ở vịnh Bình Cang - Nha Trang bằng mô hình toán, được xây dựng và phát triển bởi tác giả Phạm

Sỹ Hoàn (Luận văn Thạc sỹ, 2009); Đánh giá xu thế bồi tụ - xói lở khu vực Cửa

Đáy (Nguyễn Xuân Hiển và nnk, 2012) Bên cạnh đó, việc ứng dụng và phát triển một số phương pháp và mô hình tính toán động lực và vận chuyển trầm tích cho một số vùng cửa sông ven biển như: Mô phỏng, dự báo quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng khu vực Cửa Ông (Trần Hồng Thái, 2010); Biến động trầm tích và diễn biến hình thái khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng (Nguyễn Thọ Sáo, 2010) đã mở

ra tín hiệu tốt trong việc nghiên cứu động lực học lớp gần đáy, cải tiến phương pháp tính bán thực nghiệm, nhằm áp dụng tính cho dòng vật liệu ven bờ Hướng mô hình hóa còn được thực hiện bởi nhóm tác giả tại Viện Cơ học trong việc tính toán vận chuyển bùn cát và tính biến động đường bờ, đã áp dụng tính xói lở dọc bờ biển cho các vùng Hải Hậu, Nam Định, Hồ Tàu-Định An, Trà Vinh, Gành Hào, Bạc Liêu

Đối với khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, các nghiên cứu liên quan đến vận chuyển, lan truyền trầm tích cho kết quả khá tốt bao gồm: Đánh giá mức độ ô nhiễm do nguồn thải từ lục địa, đề xuất giải pháp kiểm soát, quản lý ô nhiễm nguồn lục địa đưa ra một số khu vực cửa sông ven biển phía bắc từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa (Lưu Văn Diệu 2001); Nghiên cứu dự báo, phòng chống sạt lở biển Bắc Bộ từ Quảng Ninh tới Thanh Hoá (Trần Đức Thạnh, 2001); Mô phỏng quá trình vận chuyển và phân bố trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bằng mô hình Delft3D (Đỗ Đình Chiến, 2005); Đánh giá khả năng tích tụ và phân tán các chất ô nhiễm vùng cửa sông ven biển Việt Nam (Cao Thu Trang, 2007); Nạo vét ở cảng Hải Phòng và một số ảnh hưởng của nó đến môi trường và hệ sinh thái biển (Bùi Văn Vượng và nnk, 2007); Bước đầu đánh giá ảnh hưởng của đập Hòa Bình đến môi trường trầm tích ven bờ châu thổ sông Hồng (Trần Đức Thạnh và nnk, 2008); Dự báo nguy cơ ô nhiễm và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường khu công nghiệp Bến Rừng, Thủy Nguyên (Trần Đình Lân 2008); Báo cáo quan trắc môi trường biển hàng năm (Cục Môi trường, 1999-2008); Đánh giá tình trạng ô nhiễm

và suy thoái môi trường khu vực cửa sông Cấm - Bạch Đằng và đề xuất các giải pháp bảo vệ (Trần Đức Thạnh 2008); Đánh giá sức tải môi trường đảo Cát Bà và đề xuất các giải pháp phát triển bền vững (Cao Thu Trang, 2009); Thử nghiệm đánh giá sức tải môi trường của sông Bạch Đằng và đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường, phát triển bền vững (Cao Thu Trang, 2009); Mô hình vận chuyển trầm tích

và biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phòng (Đinh Văn Ưu 2009); Đánh giá lan truyền các chất gây ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bằng mô hình toán học (Đỗ Trọng Bình, 2010), Hiện trạng môi

trường và xác định các vấn đề ưu tiên phục vụ quản lý tổng hợp vùng bờ biển Hải Phòng (Trần Đình Lân, 2010); Biến động các thông số độ đục, nồng độ chất rắn lơ lửng, nhu cầu oxy sinh hóa và nhu cầu oxy hóa học trong nước biển ven bờ phía Bắc (Lưu Văn Diệu 2010); Đánh giá trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng (Trần Anh Tú, 2010); Đánh giá tác động của các công trình hồ chứa thượng nguồn đến diễn biến hình thái và tài nguyên - môi trường vùng cửa sông ven biển đồng bằng Bắc Bộ (Nguyễn Đức Cự, 2011); Đánh giá tác động thủy thạch

- động lực của hệ thống đê quai lấn biển phục vụ xây dựng Sân bay quốc tế tại khu vực ven bờ Tiên Lãng (Nguyễn Đức Cự 2011) Tuy nhiên, thể hiện rõ được mối tương quan giữa các yếu tố động lực với quá trình vận chuyển trầm tích phải kể đến các nghiên cứu: Nghiên cứu về thủy động lực, vận chuyển trầm tích, biến dạng bờ

và xói lở bờ đảo Cát Hải (Trần Đức Thạnh, 1998); Nghiên cứu điều kiện địa chất- thủy động lực- vận chuyển trầm tích xác định nguyên nhân đục nước ở bãi biển Đồ Sơn (Nguyễn Văn Cư, 1995); Vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng (Đinh Văn Ưu, 2009); Nghiên cứu áp dụng mô hình MIKE21 để đánh giá điều kiện động lực, dự báo vận chuyển trầm tích khu vực cửa Văn Úc và Lạch Huyện (Nguyễn Văn Cư, 2010)

Mang tính chất vùng của cửa sông ven biển và đặc thù nằm trên dải hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình: cửa sông ven biển Hải Phòng được nhiều nhà quản lý cũng như nhiều nhà khoa học quan tâm bởi tính phức tạp, luôn xảy ra rủi ro về sự

cố môi trường, gây ảnh hưởng không những cho chính nội tại khu vực mà còn ảnh hưởng đến các khu vực lân cận khác (như vịnh Hạ Long, Bái Tử Long và một số khu du lịch sinh thái khác) Do đó, trên phương diện bảo vệ môi trường, phát triển bền vững: cần đẩy mạnh các công tác nghiên cứu, phòng ngừa ô nhiễm xảy ra trong khu vực Hướng nghiên cứu từ trước đến nay vẫn dựa trên các mô hình thương mại

là chủ yếu, trong khi hướng nghiên cứu dựa trên mô hình mã nguồn mở vẫn còn khá mới mẻ, duy có mô hình mã nguồn mở MDEC được xây dựng và phát triển bởi nhóm tác giả Đinh Văn Ưu song cho kết quả rất khả quan

Bởi vậy, ngày nay với hệ thống máy tính tính toán song song hiệu năng cao, việc áp dụng và phát triển các mô hình mã nguồn mở ngày càng trở lên thân thiện

và đem lại kết quả hữu hiệu, ngay cả trong sử dụng cũng như chia sẻ số liệu Việc

áp dụng và tiếp cận phải kể đến các mô hình nổi tiếng như mô hình POM, ROMS

và mô hình ECOMSED

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Với vị trí địa lý thuận lợi và có nguồn tài nguyên biển phong phú, Hải Phòng

là một trong những địa phương khai thác được nhiều tiềm năng từ biển để phát triển KTXH Tuy nhiên, Hải Phòng cũng phải đối mặt với nhiều vấn đề liên quan đến sự suy giảm chất lượng môi trường và thiên tai, đối mặt với các xung đột về môi trường ở khu vực đô thị ven biển Vì vậy ngoài các số liệu quan trắc định kỳ về khí tượng thủy văn (KTTV) của Trung tâm KTTV quốc gia tại các trạm cố định, đã có nhiều đề tài dự án tiến hành nghiên các vấn đề liên quan ở khu vực này trong đó có các khảo sát về khí tượng thủy hải văn Các số liệu khảo sát về khí tượng, thủy hải văn ở vùng ven biển Hải Phòng khá rộng nên chúng tôi chỉ tập trung nhiều vào các

số liệu thu thập được ở vùng ven biển như Cát bà, Long châu, Đồ sơn và vùng lân cận nơi tập trung các cửa sông Lạch Tray, Văn Úc, Ba Lạt, Thái Bình Các số liệu

đã thu thập được ở vùng ven biển Hải Phòng bao gồm: các bảng về các đặc trưng khí hậu, khí tượng về các yếu tố như gió, mưa, nhiệt độ không khí, độ ẩm và bức xạ

và các bảng số liệu về các đặc trưng thủy văn, hải văn như dao động mực nước, sóng, dòng chảy (trong đó có các trạm đo liên tục và không liên tục) Các tài liệu về khí hậu, khí tượng thủy hải văn vùng ven biển Hải Phòng nói riêng và vùng biển Hải Phòng nói chung có thời gian quan trắc từ năm 1990 đến năm 2011 Trong đó, phần nhiều tập trung vào những năm gần đây Những tư liệu này tuy không đồng bộ

và hệ thống nhưng cũng đủ căn cứ và cơ sở để phục vụ các phân tích đánh giá về đặc điểm điều kiện khí hậu, khí tượng thủy hải văn thống kê của khu vực cũng như những ảnh hưởng của các đặc điểm đó đến môi trường, đến sinh thái, đến các xung đột môi trường trong phạm vi khu vực nghiên cứu

2.1 Đặc điểm hình thái địa hình

Khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng tọa độ 20030’39”-21001’15” độ vĩ bắc và 106023’39”-107008’39” độ kinh đông thuộc vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc

Bộ, phía đông bắc Việt Nam thuộc thành phố Hải Phòng, nằm ở rìa Đông Bắc của châu thổ sông Hồng Khu vực này được tạo thành bởi các quá trình động lực sông, biển và sông - biển hỗn hợp Là một vùng biển với chế độ nhật triều đều với biên độ

triều lớn, lại nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, cho nên vai trò động lực thuỷ triều và thực vật ưa mặn đã đóng vai trò quan trọng cho sự thành tạo và phát triển địa hình ở đây Mặt khác do hoạt động giao thông thuỷ, quai đê lấn biển, khai thác tài nguyên thiên nhiên ở vùng cửa sông của con người cũng làm cho động lực phát triển của địa hình khu vực nghiên cứu thêm phức tạp Bờ biển ven bờ Hải Phòng có dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ Bề mặt đáy biển được cấu tạo bởi các thành phần hạt mịn, có nhiều lạch sâu vốn là những lòng sông cũ nay dùng làm luồng lạch ra vào của tàu thuyền (Trần Đức Thạnh, 2001)

Hình 3 Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng Đối với hình thái địa hình ven bờ: thì trường độ sâu ven bờ là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các điều kiện thủy động lực khu vực Trong Luận văn, học viên đã số hóa số liệu độ sâu và đường bờ của khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng từ các từ các bản đồ địa hình UTM VN 2000 tỷ lệ 1:50000 và 1:25

000 do Cục Đo đạc Bản đồ xuấtt bản năm 2005 và bổ xung thêm một số số liệu độ

sâu đo đạc trong những năm gần đây Đối với hình thái địa hình hướng ra biển phía ngoài, sử dụng cơ sở dữ liệu Etopo (Noaa-National Oceanic and Atmospheric Administration) và số liệu địa hình với độ phân dải 0.5 phút Gebco-1/8 (General Bathymetric Chart of the Ocean) cung cấp bởi Trung tâm tư liệu Hải dương học Vương quốc Anh (British Oceanographic Data Centre-BODC) được xử lý từ ảnh vệ tinh kết hợp với các số liệu đo sâu

Hình 4 Số hóa trường độ sâu bao quanh khu vực nghiên cứu

2.2 Đặc điểm khí hậu, khí tượng

2.2.1 Nhiệt độ không khí

Chế độ nhiệt trong vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng rõ rệt của hai hệ thống gió mùa: gió mùa đông bắc khô lạnh, gió mùa tây nam nóng ẩm Nhiệt độ không khí trung bình năm dao động trong khoảng 22,5-23,5oC Mùa hạ nóng, nền nhiệt độ trung bình đạt trên 25oC kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9, nhiệt độ cao nhất có thể đạt

35oC-40oC, thường xuất hiện vào tháng 7 Mùa đông lạnh, nền nhiệt độ hạ xuống dưới 20oC kéo dài từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau

Trong mùa đông, khu vực này chịu ảnh hưởng của các đợt gió mùa đông bắc, nhiệt độ trung bình 18-20oC, nhiệt độ thấp nhất có thể xuống dưới 10oC

Hình 5 Nhiệt độ khí trung bình tháng từ năm 1990-2007, Hòn Dấu

Do sự luân phiên tranh chấp của các khối không khí có bản chất khác nhau nên thời tiết và khí hậu khu vực Hải Phòng thường xuyên biến động, được thể hiện qua biến động của nhiệt độ không khí Khi khối không khí lạnh tràn về, nhiệt độ sau

24 giờ có thể giảm từ 8-10oC, gây ra rét lạnh đột ngột Mặt khác, khi áp thấp nóng phía tây xâm lấn mạnh thì xuất hiện gió tây nam và thời tiết khô nóng, nhiệt độ trung bình đạt tới 30-32oC, cao nhất có thể đạt 37-40oC Dải nhiệt độ trung bình tháng khu vực nằm trong khoảng 17oC đến 30oC Sự biến đổi nhiệt độ không khí được thể hiện qua số liệu trung bình tháng (hình 5) từ năm 1990 kéo dài đến năm

2007, biến trình nhiệt tuân theo quá trình nhiệt, đạt các giá trị lớn rơi vào các: tháng

6 (29oC), tháng 7 (29.1oC ), tháng 8 (28.7oC) Thấp hơn vào các tháng cuối năm và đầu năm: tháng 1 (17.5oC), tháng 2 (18.0oC) Trong các năm gần đây, xu thế nhiệt

độ khí theo các tháng được thể hiện qua hình H6 Đặc trưng nhiệt từng tháng trong

ba năm 2005, 2006, 2007 vẫn tuân theo quy trình nhiệt, không có điểm dị thường Trung bình nhiệt tháng các năm khá tương đồng, trong năm 2005 là 23.9oC, năm 2006: 24.5oC, năm 2007: 24.4oC Nhiệt cao nhất rơi vào tháng 7, tháng 8 có giá trị xấp xỉ 30oC; thấp nhất vào tháng 1: 17.3oC vào năm 2007 Nhiệt độ không khí độ trung bình năm ở khu vực Cát Bà vào khoảng 23,80C, cực đại 37,80C, cực tiểu 6,90C Về mùa đông, nhiệt độ trung bình dưới 200C kéo dài từ tháng 3-1, thấp nhất

tháng 1, trung bình 15-170C, thậm chí 4-70C Về mùa hè, nhiệt độ trung bình trên

250C kéo dài từ tháng 5-9, cao nhất tháng 7 (28,50C), có khi 33-370C (Phạm Hải

1997 (1226kwh/m2, trung bình tháng là 102kwh/m2), năm 1998 (1227kwh/m2, trung bình tháng có giá trị 102kwh/m2) Thấp vào các năm 2006: 961kwh/m2 - trung bình tháng 80kwh/m2, năm 2007: 979kwh/m2 - trung bình tháng 82kwh/m2 Xu thế tổng lượng bức xạ cũng như lượng bức xạ trung bình tháng có chiều hướng giảm từ năm

1997 cho đến năm 2007 Trong năm 2007, lượng bức xạ trung bình tháng được biểu diễn qua hình H8, tại đây tổng lượng bức xạ biến đổi phù hợp với biến trình nhiệt khí Khi đó tổng lượng trung bình tháng cao vào tháng 6: 119kwh/m2, tháng 7: 120kwh/m2 Giảm vào các tháng cuối và các đầu năm, với giá trị xấp xỉ là 65kwh/m2 Tháng 1: tổng lượng bức xạ trung bình tháng là 61kwh/m2, tháng 2 tổng lượng bức xạ trung bình tháng là 52kwh/m2 Hàng năm có khoảng 1.600-1.900 giờ nắng Vào các tháng 5-7 nắng nhiều, tháng 2 và 3 ít nhất Số giờ nắng trung bình tháng 160-180 giờ vào tháng 5-9 Tổng lượng bức xạ cả năm 105-115 Kcal/cm2, cao nhất vào các tháng 5-8, thấp nhất vào tháng 2

Hầu hết các tháng mùa hè có bức xạ trên 10 Kcal /cm2, hầu hết các tháng mùa đông 7-8 Kcal/cm2 70% bức xạ ngày tập trung vào 10-15 giờ, cân bằng bức xạ năm 65-70 Kcal/cm2 Độ ẩm trung bình hằng năm trong vùng biến đổi từ 82-84%, ở sâu trong đất liền là trên 85% Nhìn chung độ ẩm không khí có xu hướng tăng dần

từ bắc xuống nam và từ ngoài khơi vào bờ Tháng 4 là tháng độ ẩm có giá trị cao nhất khoảng 90-91% Giá trị độ ẩm nhỏ thường xuất hiện vào các tháng 10 đến tháng 1 khoảng 73-77% Đây cũng là thời kỳ mưa phùn ẩm ướt trong năm

Hình 7 Tổng lượng bức xạ năm và trung bình tháng trong năm

(kwh/m2)

Hình 8 Lượng bức xạ trung bình tháng giai đoạn 1997-2007 (kwh/m2)

2.2.3 Lượng mưa

Hải phòng nằm trong vùng khí hậu có tính chất nhiệt đới, mùa hạ nóng ẩm mưa nhiều và mùa đông khô lạnh mưa ít Tổng lượng mưa cả năm phân bố không đều theo mùa Lượng mưa cao nhất rơi vào tháng 8, tháng 9 (có thể đạt tới 235 mm), thấp nhất vào tháng 12, khoảng 16mm (số liệu thống kê tại trạm Hòn Dáu)

Tổng số ngày mưa trong năm đạt 100-150 ngày, tập trung chủ yếu vào các tháng mùa hạ Trong mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, lượng mưa nhỏ không đáng

kể, tổng lượng mưa chỉ đạt 297 mm Đầu mùa khô, mỗi tháng có 7-8 ngày mưa, đến các tháng cuối mùa tăng 10-12 ngày mưa Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, tổng lượng mưa thường đạt trên 1700 mm, chiếm 80-90% tổng lượng mưa trong cả năm Mưa nhiều nhất tập trung vào các tháng 8-9, số ngày mưa trong các tháng mùa mưa thường trên 10 ngày Lượng mưa hàng tháng ổn định trên 100 mm trong suốt các tháng mùa hè Tổng lượng bốc hơi hằng năm của khu vực Hải Phòng đạt trung bình 700-750 mm Các tháng 10, tháng 11 là thời kỳ khô hanh, nắng nhiều nên lượng bốc hơi lớn nhất trong năm, đạt trên 80 mm Vào các tháng 2, tháng 3 lượng bốc hơi thấp, chỉ trên 30mm

Hình 9 Lượng mưa thời đoạn trung bình tháng từ 1990 đến 2007

Qua biến trình tổng lượng mưa thời đoạn theo các năm (hình H10) từ năm

1990 đến năm 2007 cho chúng ta thấy sự thay đổi tổng lượng mưa trong năm nằm trong dải 750 đến 2300 mm, đạt lớn nhất vào các năm 1992 với 2293 mm, năm

2001 với 1906 mm Thấp hơn vào các năm 1991 (764mm), năm 2000 (971mm)

Biến đổi của biến trình năm còn tương đồng hơn qua lượng mưa thời đoạn trung bình tháng Tháng có lượng mưa cao nhất đạt 191 mm, 159 mm, 150 mm vào các năm 1992, 1994, 2001 Lượng mưa tháng thấp nhất chỉ có 64 mm, 81 mm ứng với các năm 1991, 2000 Ngoài ra sự phân bố mưa theo mùa là khá rõ nét (hình H9), mưa nhiều vào các tháng 8, tháng 9 đạt hớn 300 mm trong một tháng, thấp vào các tháng đầu năm Nhiều nơi lượng mưa tháng nhỏ, chỉ có 18 mm đến 22 mm trong tháng

Hình 10 Lượng mưa thời đoạn trung bình tháng theo các năm

Hình 11 Tổng lượng mưa thời đoạn theo các năm

2.2.4 Chế độ gió

Đối với Hải phòng, ngoài 2 hướng gió chính là Đông Nam 18,33% và Đông Bắc 12,70% thì một vài hướng gió khác cũng xuất hiện với tần xuất đáng kể như gió Nam 12,59% và gió Đông 9,09% Điều này có thể giải thích được do Hải phòng

là thành phố ven biển nên thường xuyên có gió Đất-Biển Gió biển thổi vào đất liền

từ 9-10 giờ đến 20-24 giờ, sau nửa đêm gió thổi từ đất liền ra biển Chính các hệ thống gió Biển - Đất này là nguyên nhân dẫn đến sự phân tán các hướng gió ở Hải Phòng hơn so với các thành phố khác Đây là sự khác biệt rõ nét giữa chế độ gió vùng ven biển nói chung và Hải phòng nói riêng Một mặt khác do cạnh biển nên tốc độ gió ở Hải phòng cũng lớn hơn, đặc biệt là gió Đông Nam Mùa đông (T11 đến T3 năm sau) khu vực chịu ảnh hưởng chủ yếu của khối không khí cực đới biến tính được hình thành từ vùng Siberia (Nga) tràn về phía nam Hướng gió thịnh hành

là đông bắc, bắc và đông, các hướng khác chiếm tần suất rất nhỏ Vận tốc gió trung bình đạt 3,2-3,7 m/s Hàng tháng trung bình có 3-4 đợt gió mùa đông bắc, kéo dài từ 5-7 ngày, gây ra mưa nhỏ, vận tốc gió những ngày đầu đạt đến cấp 5-6 (tương đương 8-13 m/s), vận tốc gió lớn nhất ở các đảo có thể đạt tới 25-30 m/s, sau đó giảm dần Mùa hè (tháng 5 đến tháng 9), khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng của các luồng không khí nóng và ẩm từ phía tây và nam tràn qua Hướng gió thịnh hành chủ yếu là đông, đông nam và nam Tốc độ gió trung bình đạt 3,5-4,0m/s, cực đại đạt 20-25m/s Trong mùa hè đôi khi xuất hiện các đợt gió tây nam tuy có tốc độ nhỏ nhưng mang lại thời tiết khô nóng Trong thời kỳ chuyển tiếp khí hậu (T4 và tháng 10), sự ảnh hưởng của gió mùa giảm, thường xuất hiện gió biển - đất liền (breeze) với vận tốc khoảng cấp 3-4, ban ngày có gió thổi từ biển vào đất liền, ban đêm có gió thổi ngược lại từ đất liền ra biển Theo phân bố không gian, tốc độ gió giảm dần

từ ngoài khơi vào bờ (Bảng 1)

Bảng 1 Tốc độ gió TB(m/s) tại một số trạm thuộc khu vực Hải Phòng

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

PLiễn 3,4 3,5 3,6 3,9 4,1 3,8 3,9 3,4 3,5 3,8 3,8 3,2

HDáu 4,9 4,8 4,1 4,9 5,7 5,9 6,1 4,8 4,8 5,2 5,2 4,9

BLVĩ 8,2 7,8 6,1 5,8 6,6 7,0 7,6 5,9 6,2 7,9 8,0 7,5

Tốc độ gió trung bình tại các hải đảo thường lớn hơn trong đất liền và vùng ven bờ từ 1- 4m/s Luôn xuất hiện sự gián đoạn gió trong hai mùa gió đông bắc và đông nam Mùa gió đông bắc, vào thời kỳ đầu và cuối mùa đông, hệ thống tín phong hoạt động tương đối mạnh, tần suất các hướng gió đông và đông nam chiếm trên 30%, vào các tháng giữa mùa đông, trong khi gió mùa đông bắc đang phát triển mạnh thì tần suất xuất hiện hướng gió đông và đông nam cũng chiếm tới trên dưới 20% Ngược lại mùa hè, hầu như tháng nào cũng có sự xâm nhập không khí cực đới

từ phía bắc xuống, sự xâm nhập này xảy ra nhiều nhất vào các thời kỳ đầu và cuối mùa hè Khi không khí cực đới xâm nhập thì các trường gió mùa hè bị phá hoại hoàn toàn, gió từ các hướng nam và đông nam chuyển sang các hướng bắc và đông bắc Các đợt xâm nhập này diễn ra khá nhanh thường gây nhiễu động khí quyển mạnh mẽ ở vùng Front làm xuất hiện những cơn dông lớn, vận tốc gió 20-30m/s trong một khoảng thời gian ngắn Nhìn chung khu vực nghiên cứu cửa sông ven biển Hải Phòng mang hình thái bờ biển Bắc Bộ có dạng hình cánh cung, tại thành phần phía bắc có hướng đông bắc - tây nam, tại phần phía nam hướng tây bắc đông nam, nên hình dáng địa hình bờ bao quanh khu vực nghiên cứu, ít nhiều đã gây ảnh hưởng đến sự phân bố gió, thống kê đặc điểm này được trình bày trong bảng 2

Bảng 2 Một số đặc trưng chế độ gió ven biển

Trạm

Hướng chính

Tần xuất [%]

Tốc độ TB [m/s]

Hướng chính

Tần xuất [%]

Tốc độ

TB [m/s]

đông nam, một phần gió hướng đông bắc theo thứ tự có tần suất xuất hiện lớn giảm dần (hình 12) Trong đó gió hướng đông chiếm tần xuất xuất hiện lớn nhất với 25%, thứ đến gió hướng bắc 10%, gió hướng đông nam 12%, nam 9%, đông bắc 8% Đối với thành phần vận tốc gió trong khu vực, hầu hết có giá trị nhỏ hơn 4m/s chiếm tần suất trên 54% Tần suần xuất hiện vận tốc gió từ 4-5m/s chiếm khoảng 21% Tần suất xuất hiện gió trên 6m/s chỉ chiếm khoảng 6%, còn lại là khoảng lặng gió 19%

SSW SW

Hình 12 Hoa gió thống kê trong giai đoạn 2000-2011 tại Hòn Dáu

Theo tính toán với chuỗi số liệu gió quan trắc tại Hòn Dấu giai đoạn 2011: mùa khô, hướng gió thịnh hành chủ yếu là hướng đông với tân suất xuất hiện 37%, hướng bắc với 20%, hướng đông bắc với tần suất 11% Trong hình 13, có thể thấy: thành phần vận tốc gió lớn hơn 6m/s trong mùa khô chiếm tần suất khoảng 30% Mùa mưa (hình 14): hướng gió thịnh hành tại khu vực nghiên cứu chủ yếu là các hướng: gió hướng nam S với tần suất xuất hiện là 17%, gió hướng đông nam tần suất xuất hiện là 15.5%, gió hướng đông tần suất xuất hiện là 13%, gió hướng bắc 9% Còn lại gió theo các hướng khác không đáng kể Xu thế thành phần vận tốc lớn hơn 6m/s chiếm gần 40% Nhóm vận tốc khoảng 4-5m/s chiếm 25% Khoảng lặng gió 4% (ít hơn so với mùa khô)

2000-vận tốc, m/s tốc

SSW SW

SSW SW

vận tốc, m/s tốc

SSW SW

SSW SW

vận tốc, m/s tốc

2.3 Đặc điểm thủy văn sông

Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng chịu tác động trực tiếp từ nguồn cung cấp nước và trầm tích của 5 sông chính (Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình) nằm ở phần hạ lưu cuối cùng trước khi đổ ra biển của hệ thống sông Thái Bình Nhìn chung các sông có hướng chảy chủ yếu là Tây Bắc-Đông Nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, phù sa bồi đắp ngày càng nhiều, nhất là ở vùng cửa sông, vài đoạn hình thành các doi bãi hay cồn cát Các sông lớn có cửa trực tiếp đổ

ra biển vừa chịu ảnh hưởng của chế độ dòng chảy thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều vịnh của khu vực Càng gần cửa sông, lòng sông càng

mở rộng, hai bờ được bồi đắp nhiều Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, một số vùng cửa sông lắng đọng phù sa có chiều hướng bị thu hẹp, gây khó khăn cho giao thông thủy và thay đổi cấu trúc dòng chảy sông Khiến cho nguồn cung cấp nước cho hệ thống sông ngòi Hải Phòng chủ yếu là nước từ thượng nguồn, nước mưa trên lưu vực Dòng chảy sông có sự biến đổi rất lớn theo mùa, tương ứng với mùa mưa

và mùa khô có mùa lũ và mùa cạn Mùa lũ bắt đầu chậm hơn mùa mưa một tháng (vào tháng 6-10), mùa cạn từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Khi đó lưu lượng nước chiếm 75-85% cả năm, đặc biệt trong 3 tháng 7, 8, 9 lưu lượng nước chiếm 50-70%

Lũ lớn nhất thường vào tháng 7 hoặc tháng 8, chiếm 20-27%, có khi tới 35% lưu lượng nước cả năm Các sông ở phía bắc Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray chịu ảnh hưởng của chế độ lũ từ sông Thái Bình mạnh hơn, trong khi ở phía nam sông Văn

Úc, Thái Bình lại chịu ảnh hưởng chế độ lũ của sông Hồng Mùa cạn, lượng nước từ thượng lưu về ít, nguồn nước trong sông chủ yếu do nước ngầm và thủy triều, lưu lượng nước chiếm 15-20% cả năm Hàng năm lưu lượng nước nhỏ nhất thường xuất hiện vào tháng 3 Sông Kinh Thầy (trạm Cửa Cấm) lưu lượng trung bình mùa cạn 115m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 47.2m3/s, trong đó lưu lượng kiệt nhất là 0.1m3/s; sông Văn Úc (trạm Trung Trang) có lưu lượng trung bình mùa cạn là 193m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 63.2m3/s, lưu lượng nhỏ nhất 52.5m3/s; sông Mới (trạm sông Mới) lưu lượng trung bình mùa cạn là 82.6m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình 53.0m3/s, lưu lượng kiệt nhất là 48.2m3/s; sông Thái Bình (trạm Cống Rỗ) lưu lượng trung bình mùa cạn là 16.4m3/s, lưu lượng kiệt nhất trung bình đạt 1.1m3/s, lưu lượng kiệt nhất xấp xỉ bằng 0 Tham khảo các kết quả khảo sát liên quan gần đây cho thấy sông Văn Úc và sông Cấm vẫn chiếm tỷ lệ khá lớn, trên 80% trong việc cung cấp lượng nước ngọt cho vùng cửa sông ven biển Hải Phòng

Như vậy lưu lượng nước từ 3 cửa sông còn lại chiếm tỷ lệ nhỏ hơn 20% tổng lượng nước vào khu vực này Lưu lượng chảy trung bình của 5 sông trong năm

2009 được cho trong bảng 3 (Đỗ Trọng Bình, 2010)

Bảng 3 Lưu lượng chảy trung bình của các sông Hải Phòng, 2009

2.4 Đặc điểm hải văn cửa sông ven biển

Đặc trưng thủy triều: thủy triều vùng ven biển và đảo Hải Phòng là nhật triều thuần nhất với biên độ dao động lớn Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một chân triều (nước ròng) Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cường (spring tide), mỗi chu kỳ kéo dài 11-13 ngày với biên độ dao động mực nước từ 2,0-4,0 m Trong kỳ triều kém (neap tide) tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhật triều tăng lên: trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều (cao, thấp) Xu thế biến thiên mực nước trên các địa điểm của vùng biển Hải Phòng khá giống nhau; thời gian triều rút lớn hơn triều dâng trung bình ở Hòn Dáu và mũi Đồ Sơn là 2giờ16’, Bạch Long Vĩ - 1giờ43’, cửa Nam Triệu - 1giờ15’, cảng Hải Phòng - 1giờ 05’ Hằng năm thủy triều có biên độ lớn vào các tháng 5, 6, 7 và 10, 11, 12, biên độ nhỏ vào các tháng 3, 4 và 8, 9 Mùa đông triều thấp vào ban ngày, mùa hè triều thấp vào ban đêm Nhận xét biến trình cụ thể qua số liệu tính toán hiện có: Số liệu mực nước tính theo hải đồ khu vực Hải phòng trong những năm gần đây thể hiện qua hình 16 và hình 17 Số liệu thể hiện qua mực nước trung bình tháng cho thấy trong giai đoạn 2004 - 2007, mực nước trung bình tháng có giá trị dao động trong dải 176

cm đến 201 cm, trung bình cho cả giai đoạn lân cận 190 cm, cao nhất đạt 211 cm, thấp nhất với 176 cm Mang hai xu thế: thấp vào các tháng đầu năm, cao hơn trong các tháng cuối năm

Cụ thể trong năm 2004 (hình 17): mực nước tháng thấp nhất vào tháng 2 với

176 cm, cao nhất vào tháng 10 với 210 cm, trung bình tháng trong năm là 191 cm Năm 2005: mực nước tháng thấp nhất rơi vào tháng 3 với 176 cm, cao nhất vào tháng 10 với 204 cm, trung bình tháng trong năm là 190 cm Năm 2006: mực nước tháng thấp nhất rơi vào tháng 3 với 183 cm, đạt cao nhất vào tháng 10 với 211 cm, còn trung bình tháng trong năm là 194 cm

Hình 16 Mực nước tính theo hải đồ khu vực Hải phòng 2004-2007

Hình 17 Xu thế mực nước tính theo hải đồ trong năm 2004-2007

Trong đó, mực nước triều đặc trưng tại trạm Hòn Dấu qua nhiều năm được cho trong bảng 4

Trong tài liệu quan trắc mực nước nhiều năm (1930-1994) tại khu vực trạm

đo Hải văn Hòn Dáu: biên độ dao động mực nước triều lớn nhất có thể đạt là 4,25 m (vào ngày 25/10/1985) và mực nước triều nhỏ nhất là -0,07 m (vào ngày 21/12/1964) (bảng 2) Cũng như vậy, tại vùng ven biển Cát Bà thuộc kiểu nhật triều đều điển hình với hầu hết số ngày trong tháng, pha triều là 25 giờ Trong một pha triều có một lần nước lớn và một lần nước ròng Trong một tháng mặt trăng có hai

kỳ nước cường, mỗi kỳ 11-13 ngày, biên độ trung bình dao động 2,6-3, 6m và hai

kỳ nước kém, mỗi kỳ 3-4 ngày có biên độ 0,5-1,0m Sóng triều có tính chất sóng đứng với ưu thế thuộc các sóng nhật triều O1, K1 có biên độ 70-90 cm, trong khi các sóng bán nhật triều M2, S2 chỉ có vai trò thứ yếu Độ lớn thuỷ triều vùng này thuộc loại lớn nhất của nước ta, có xu thế tăng dần từ nam lên bắc và từ bờ ra khơi

Độ lớn thuỷ triều cực đại đạt 4,18 m ở Hòn Dáu; 4,38 m ở Hòn Gai; 4,8 m ở Cửa Ông Độ lớn thuỷ triều cực tiểu lần lượt là 1,75m; 1,80 m; 1,95 m Độ lớn thuỷ triều trung bình lần lượt là 3,0 m; 3,15 m; 3,40 m Mực nước trung bình cũng tăng dần từ phía nam lên phía bắc: Hòn Dấu 1,86 m; Cát Bà 2,01 m; Hòn Gai 2,06 m và Cửa Ông 2,19 m Về mùa hè, triều mạnh vào các tháng 8 và 9 và thường lên vào buổi chiều Còn về mùa đông, triều mạnh vào các tháng 10, 11 và 12, yếu vào các tháng

3 và 4 và thường lên vào buổi sáng

Bảng 4 Mực nước triều đặc trưng tại Hòn Dáu (cm) Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Trung bình 180 176 176 177 180 183 185 186 194 204 199 189 Lớn nhất 392 379 351 356 385 404 389 383 371 425 400 400 Nhỏ nhất -6 9 12 2 4 -6 7 6 17 26 2 -7

Nguồn: Đài KT-TV khu vực Đông Bắc, 1960-2007 Đặc điểm về dòng chảy: Dòng chảy ven bờ khu vực là dòng tổng hợp, có các thành phần dòng chảy triều, gió và sóng Trong đó, dòng chảy triều và thành phần nhật triều có vai trò quyết định Dòng nhật triều có độ lớn áp đảo gấp 5-20 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều lần dòng 1/4 ngày Vì vậy, dòng chảy có tính thuận nghịch và phụ thuộc nhiều vào địa hình bờ, định hướng theo luồng lạch, cửa sông hoặc song song với đường bờ

Dòng chảy chủ yếu do dòng triều, mạnh vào các tháng 6, 7, 12 và 1, yếu vào các tháng 3, 4, 8 và 9 trong năm Khu vực ven bờ phía tây Cát Bà, dòng chảy định hướng theo đường bờ vào cửa sông Dòng chảy xuống hướng đông, đông nam kéo dài 12-14 giờ, tốc độ cực đại 35 cm/s, dòng chảy lên hướng bắc, tây bắc, kéo dài 10-

12 giờ, tốc độ cực đại 42 cm/s Tại khu vực đông nam Cát Bà, dòng chảy cũng do dòng triều quyết định, hướng chảy phức tạp, tốc độ chỉ 8-12 cm/s, nơi mạnh 20-30 cm/s và có thể đạt đến trên 50 cm/s ở các lạch hẹp Khu vực này chịu ảnh hưởng bởi dòng chảy mùa, có nước đục vào mùa hè do dòng đục hướng tây nam từ Đồ Sơn lên

Đặc điểm về sóng biển: Do ảnh hưởng của địa hình và hướng bờ, sóng biển khu vực Cát Bà nói chung không lớn, trừ vào những dịp đặc biệt có sóng bão Trên toàn vùng ven biển, chủ yếu các sóng hướng bắc, đông bắc thống trị vào mùa đông, còn các sóng hướng đông, đông nam và nam thống trị vào mùa hè Tần suất sóng chiếm 20-21% ở khu vực Cát Bà và tới 83-85% ở Hạ Long Khu vực Cát Bà, trạm Hòn Dấu vào mùa đông (tháng 9 đến tháng 2 năm sau) thịnh hành sóng hướng đông, tần suất 34% và đông bắc, tần suất 14%, độ cao sóng trung bình 0,5-0,75m Vào mùa hè (tháng 3 đến tháng 8), sóng thịnh hành hướng đông nam với tần suất 27%; hướng nam, tần suất 22%, độ cao sóng trung bình 0,7-0,9m Trong hầu hết các tháng, độ cao cực đại sóng thường 2-3m, sóng bão đạt 4-5m, cực đại 5,6m (tháng 7 năm 1964) Tháng 4 và 10 là các tháng chuyển tiếp, sóng hướng đông và đông nam

ưu thế, tần suất 25,3-31,9%, độ cao trung bình 0,75m Do đặc điểm địa hình, hướng sóng khu vực đông nam Cát Bà có những thay đổi Ở đây thịnh hành các hướng sóng đông bắc, đông và nam Sóng hướng đông bắc thường xuất hiện vào tháng 10 đến tháng 2 với tần suất 30%, độ cao lớn nhất 1,5m Sóng hướng nam thường xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 8 với tần xuất 43% vào tháng 6, 34% vào tháng 7 và 24% vào tháng 8 Vào các tháng 4, 5 và 9, sóng nhỏ, hướng không ổn định

Phân tích và tính toán với chuỗi số liệu quan trắc sóng tại Hòn Dấu trong giai đoạn 2000-2011 cho thấy hướng sóng thịnh hành chủ yếu là hướng đông E với tân suất xuất hiện 25%, hướng bắc N với tần suất xuất hiện 35%, hướng đông nam SE với tần suất 15%, hướng đông bắc 4,5%, hướng nam S 4,5% Tuy nhiên, sóng hướng bắc chủ yếu dưới 0.2 mét, trong khi đó theo hướng sóng đông, đông nam lại

đa số dao động trong khoảng 0.2-1.0 mét Trong đó sóng lớn hơn 1.0 mét chiếm

khoảng 13% (hình 18)

SSW SW

Hình 18 Hoa sóng trung bình giai đoạn 2000-2011 tại Hòn Dáu

Đặc điểm nhiệt độ nước:

Nhiệt độ nước trung bình tháng khu vực nằm trong khoảng 19oC đến 31oC

Sự biến đổi nhiệt độ nước được thể hiện qua số liệu trung bình tháng từ năm 1993 kéo dài đến năm 2007 (hình 19)

Hình 19 Nhiệt độ nước trung bình tháng từ năm 1993 đến 2007(oC)

vận tốc, m/s tốc

Hình 20 Xu thế nhiệt độ nước theo tháng những năm gần đây (oC)

Biến trình nhiệt tuân theo quá trình nhiệt nước, đạt các giá trị lớn rơi vào các: tháng 6 (30.1oC), tháng 7 (30oC ), tháng 8 (30oC) Thấp hơn vào các tháng cuối năm

và đầu năm: tháng 1 (19.4oC), tháng 2 (19.4oC), tháng 12 (21.2oC) Trong các năm gần đây, xu thế nhiệt nước theo các tháng được thể hiện qua hình 20 Đặc trưng nhiệt nước từng tháng trong ba năm 2005, 2006, 2007 cũng tuân theo quy trình nhiệt nước, không có điểm dị thường Trong năm 2005 là 25.1oC, năm 2006: 25.7oC, năm 2007: 25.5oC Riêng năm 2007 nhiệt cao nhất rơi vào tháng 6 (30.5oC), tháng 7 (30.6oC) xấp xỉ 31oC; thấp nhất vào tháng 1: 18.8oC