Từ nhiều năm nay, nghiên cứu nguyên nhân và đê xuất giải pháp phòng chống xói lở bờ đảo Cát Hải là một nhiệm vụ quan trọng và phức tạp đã được nghiên cứu, tiếp cận từ những góc độ khác n
Trang 1TRUNG TÂM KHOR HỌP TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ QUỐP, GIA
VIỆN HAI DƯƠNG HỌC
TẬP IV EXPRO - 98
NĂM QUỐC TẾ VỀ ĐẠI DƯƠNG INTERNATI0NAL YENR 0F THE 0EEAN
aia, NHÀ XUẤT BẢN KH0R HỌC VÀ KỸ THUẬT
Trang 2chong
Tài nguyên và môi (trường biển Tập IV- 1997
ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG BỜ VÀ GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG
XÓI LỞ BG BAO CAT HAI, HAI PHONG (*)
Trần Đức Thạnh, Định Văn Huy, Trần Đình Lân, Nguyễn Cẩm”, Nguyễn Hữu Củ, Nguyễn Đúc Cự, Nguyễn Chu Hồi, Phạm Văn Huấn”, Nguyễn Phương
Hoa, Vũ Đình Tiến, Phạm Thanh Thuý, Nguyễn Quang
Tuấn, Phạm Văn Vy”, Nguyễn Thị Kim Anh
I MO DAU
Cát Hải là một đảo cát ở vùng cửa sông Bạch Đằng được biết đến như một ví dụ điển hình về xói lở bờ biển ở phía bắc Ở đây, xói lở bờ đe doa trực tiếp trên 1,3 vạn đân sống trên diện tích 15km” Từ nhiều năm nay, nghiên cứu nguyên nhân và đê xuất giải pháp phòng chống xói lở bờ đảo Cát Hải là một nhiệm vụ quan trọng và phức tạp đã được nghiên cứu, tiếp cận từ những góc độ khác nhau [2,10,12] Bài này xem xét về xới lở bờ đảo như là một yếu tố thành phần trong tổng thể quá trình biến dạng bờ đảo Ngoài ý nghĩa khoa học góp phần làm sáng tỏ nguyên nhân, cơ chế xói
lở bờ cát ở một vùng có thuỷ triều mạnh, kết quả nghiên cứu còn đề xuất một phương
án khả thi phòng chống xói lở mà kết quả thực nghiệm đã thành công tốt đẹp Xin chân thành cám ơn Phân viện hải dương học tại Hải Phòng, Sở kế hoạch và đầu tư,
Sở nông nghiệp và phát triển nông thôn và Sở khoa học công nghệ và môi trường Hải Phòng đã phối hợp giúp đỡ và động viên tập thể tác giả nghiên cứu và theo dõi diễn biến xói lở Cát Hải Xin chân thành cám ơn Ban chủ nhiệm chương trình nghiên cứu
cơ bản cấp nhà nước đã tạo điều kiện thuận lợi để các tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu này
H TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Kết quả nghiên cứu dựa trên phương pháp xử lý, phân tích và tổng hợp số liệu điều tra khảo sát của Phân viện hải dương học tại Hải Phòng từ nhiều năm qua thực hiện các để tài: "Xác định nguyên nhân và lập giải pháp phòng chống xói lở bờ đảo Cát Hải trên quan điểm địa chất động lực" năm 1991; "Thiết kế thử nghiệm kè mỏ hàn chống xói lở đảo Cát Hải" năm 1992; “Môi trường địa chất ven bờ Hải Phong” năm 1990 - 1993; "Nghiên cứu ảnh hưởng của đập Đình Vũ đối với vùng Cửa Cấm - Nam Triệu liên quan đến sa bồi luồng vào cảng Hải Phòng" v.v
* Công trình là kết quá của các để tài mã số 7-3-| thuộc chuyên nghành Các khoa học về Trái đất
1997-1998
Trang 3
Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
Phần kết quả thực nghiệm sử dụng số liệu đo đạc kiểm tra của Sở nông nghiệp
và phát triển nông thôn Hải Phòng vào các năm 1995 - 1996 cho 2 kè thử nghiệm xây dựng vào năm 1994 và 2 kè thử nghiệm xây dựng năm 1995
Trong quá trình thực hiện, đã tiến hành đo đạc nhiều mặt cắt bãi và 12 tuyến do sâu ở các tỷ lệ chỉ tiết, thu thập và phân tích hàng trăm mẫu trầm tích, khoáng vật và
bùn cát lơ lửng và nhiều trạm quan trắc thuỷ văn liên tục ngày đêm theo mạng khống
Nhiều bản đồ đo sâu, bản đồ địa hình ở tỷ lệ 1/10.000 đến 1/50.000 từ các năm
1938 đến 1994, các loại ảnh máy bay, vệ tỉnh theo thời gian được sử dụng để theo dõi biến động dang bờ
Các phương pháp điều tra khảo sát và nghiên cứu được tiến hành theo qui phạm nghiên cứu biển (1981), phương pháp phân tích viễn thám và chồng ghép bản đồ, phương pháp thể tích, phân tích hình thái động lực, thuỷ thạch động lực đã được sử dụng kết hợp Các tính toán được thực hiện bằng lập trình trên máy tính
IIL KET QUA NGHIÊN CỨU
1 Diễn biến bồi tu - xói lở bờ
1 Ở bờ và bãi
Trong giai đoạn hiện đại, đảo Cát Hải đã bị biển lấn làm xói lở và đẩy lùi đường
bờ khá mạnh Phân tích các bản đổ địa hình, ảnh máy bay và vệ tỉnh kết hợp với khảo sát thực địa cho thấy từ năm 1938 đến năm 1991, trong số 7km bờ nam dao Cát
Hải (từ Hoà Quang đến Văn Chấn) đường Om hải đồ (0mHÐ) bị đẩy lùi tới 3km,
xói lở bờ trước năm 1965 ở Hoà Quang và Gia Lộc mạnh hơn (5,6m và 6,5m/năm)
Từ cuối những năm 50, đầu những năm 60 kè đá bắt đầu được xây dựng nên tốc độ xói lở bờ ở đây giảm hẳn, trung bình chỉ còn 2,7m/năm ở Hoà Quang và 1,4m/năm ở
Gia Lộc (bảng 1) Tốc độ xói lở trung bình từ năm 1938 - 1991 ở 2 đoạn bờ này là 4,2m/nam Ở Văn Chấn, nơi diễn ra xói lở bờ mạnh nhất, tốc độ trung bình từ nãm
1938 - 1991 là 8,0m/năm, cực đại l 1,3m/năm, thậm chí có lúc 25m/năm {[10, 14]
Ở tây nam Hoàng Châu và Bến Gót có biểu hiện bồi tụ yếu từ năm 1938 - 1991 Tuy nhiên, ở tây nam Hoàng Châu biểu hiện xói lở mạnh giai đoạn 1938 - 1965 với tốc độ trung bình 4,6m/năm và từ 1965 đến 1991 bờ lại có xu thế bồi tụ trở lại và ồn định tương đối và lại biểu hiện xói lở từ 1992 đến nay Ở tây Hoàng Châu, bờ liên
2 Ở sườn bờ ngầm
42
Trang 5Tài nguyên và môi trường biển Táp IV- 1997
Bảng l: Tốc độ bồi tự (+) xói lở (-) qua các giai đoạn ở bờ đảo Cát Hải
(don vi m/ndm)
Hoa Quang X6i 16 lién | - 5,6 |-6,5 | - 2,7 |-3,2 |-42 -4,7
Văn Chấn -7,4 |- 13,99 |-9,6 |-1041-80 - 11,3 Nam Hoàng | Xói lở|-4,6 |-56 |+3,8 |+ 6,3
sang bồi
tụ
Bến Gót Boi tu yéu | +0,7/4+09 |+ 0,5 | +0,8 | +0,75 1+0,8
không ổn định
Tây - Hoàng | Bồi tụ liên | +23 |+8,3 |+29 |+38 |+24 x42
Khối lượng bào mòn và tích tụ đáy được tính từ đường OmHĐÐ năm 1938 đến đường nối ngang đuôi chương Hoàng Châu với chương Hàng Đày, cách bờ hiện nay trung bình 2,7 - 3,0km Kết quả tính toán cho thấy: bờ ngầm phía chương Hàng Dày
bị bào mòn đáy là 23 000 000m’; bờ ngầm phía chương Hoàng Châu được bồi tụ đáy là: 5 000 000m” Tổng hợp, đầy bờ ngầm Cát Hải bị bào mòn 18.000 000mẺ
Như vậy trong 53 năm (từ 1938 - 1991) mỗi năm bờ ngầm Cát Hải bị bào mòn
là 340 000m"
Ở phía ngoài phạm vi này, bờ ngầm bị bào mòn và bồi tụ diễn biến theo mùa và theo năm nhưng xu thế chung vẫn biểu hiện bồi tụ yếu, tốc độ 0,8 - 1/7cm/năm
2 Đặc trưng biến dạng bờ
{ Cấu trúc và biến dạng bãi theo mặt cắt đọc bờ
Các mặt cắt cấu trúc bãi đặc trưng cho bờ đảo Cát Hải được thể hiện trên hình 2
và 3 Bề ngang mặt bãi rộng trung bình 30m Ở phía nam và tây nam Hoàng Châu bãi có bề rộng lớn hơn: 68 và 130m Hầu hết mặt cắt bãi bờ đảo đều có một vách khá đốc do có mái đê kè hoặc vách xói lở Đường cong mặt bãi có dạng hơi lõm, nghiêng thoải ra biển Cấu trúc cơ bản của mặt cắt bãi gồm 3 phần Phần trên có cấu trúc hạt thô như tảng, cuội của kè lát mặt hoặc cát nhỏ có kích thước Md = 0,140 - 0,170mm
màu xám có chứa nhiều khoáng vật nặng, độ mài tròn tốt (So = 1,2 - 1,4) Phần giữa 44
Trang 6QD
0299101
Trang 7
Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
bãi có cấu trúc hạt nhỏ kích thước Md = 0,118 - 0,140mm màu xám có độ mài tròn
tốt (So = 1,2 - 1,4) Phần thấp của bãi có cấu tạo cát bột, kích thước Md = 0,079 -
0,092mm màu nâu xám, thành phần cát chiếm tới 30 - 44% và có độ chọn lọc tốt
(So = 1,4 - 1,5)
Trong thành phần trầm tích bãi ven bờ đảo Cát Hải có khoảng 21 khoáng vật
nặng phổ biến là: hocblen (0,1 - 4%), actinolit - tremonit (0,35 - 2%), epidot (0,3 - 2%), tuamalin (0,9), silimanit (3,0%), diopxit, granat, ilmelit, zircon Ilmenit tap
trung tạo thành cát sa khoáng ở Hoàng Châu và Văn Chấn Đặc điểm phan bố của các khoáng vật nặng thể hiện khá rõ hướng di chuyển của bồi tích từ Gia Lộc trở về
Hoang Chau va Bén Got [10]
Các bãi phát triển dọc bờ đảo Cát Hải từ Bến Gót đến Hoàng Châu có bề rộng 25-70m, trung bình 3Ö0m Riêng nam Hoàng Châu, trên đoạn bờ dài lkm, bãi có bề rộng tới 130m Bề mặt bãi nghiêng thoải từ bờ ra biển với độ đốc 0,0295 - 0,1520 Chiều dài bãi, độ đốc và cấu trúc bãi thay đổi, biến dạng phụ thuộc vào vị trí các mặt cắt trên bờ đảo Ở Gia Lộc mặt cắt bãi có chiều ngang hẹp nhất (25m) và độ dốc ở đây cũng có giá trị lớn nhất Độ dốc trung bình cho toàn bãi là 0,1520 Phần bãi cao chỉ rộng khoảng 5m và đốc đến 1,0 vì nó là một bộ phận của mái đốc kè đá
Từ Gia Lộc trở về hai đầu đảo (Bến Gót và Hoàng Châu), bãi có xu thế mở rộng chiểu ngang, nhưng mức độ yếu hơn về phía Bến Gót Về phía Bến Gót, bãi ở Hoà Quang và đầu chương Gót mở rộng gấp 1,2 lần so với Gia Lộc và ở Bến Gót tăng lên 1,3 lần Vì vậy, bề mặt bãi cũng dốc thoải dân từ Gia Lộc (0,1520) đến Hoà Quang
(0,1267) và Bến Gót (0,1 186)
Về phía Hoàng Châu, bãi ở Văn Chấn mở rộng hơn Gia Lộc 1,68 lần, ở Nam Hoàng Châu hơn 5,16 lần và ở tây Hoàng Châu hơn 2,74 lần Độ đốc bãi ở các mặt cắt trên cũng nhỏ hơn so với Gia Lộc, ở gia Lộc là 0,152, ở Văn Chấn là 0,0905, Nam Hoàng Châu 0,0295 và tây Hoàng Châu 0,0555 Ở tây Hoàng Châu bãi liên tục được bồi tụ nhưng mặt bãi không rộng và độ đốc 0,206 cao hơn ở nam Hoàng Chau
do có lạch sâu Nam Triệu sát bờ, dòng chảy tốc độ lớn (đạt 90 - 180 cm/s) đã xói lở chân và ngăn cần bãi phát triển rộng
Theo mặt cắt dọc bờ đảo Cát Hải, hầu hết bãi có cấu trúc xói lở (hình 2 và 3) Tuy nhiên ở những đoạn bờ quá trình xói diễn ra liên tục, cấu trúc bãi thể hiện khá đồng nhất ở thành phần vật chất cấu tạo Phần cao của bãi tích tụ các vật liệu thô cuội tảng đo phá huỷ từ kè xuống, phần thấp của bãi tích tụ các vật liệu hạt mịn cát, cát - bột Ở đoạn bờ có các pha xói lở, bồi tụ xen kẽ (nam Hoàng Châu, Bến Gót) thì cấu tạo bãi phụ thuộc vào pha đang bồi tụ hay xói lở Nếu mặt cắt bãi đang ở pha xói
lở (hình 2), ở phần cao của bãi, các tích tụ cát giai đoạn trước đang bị xói lở tạo ra vách dốc cao 0,5 - 0,8m, sườn bãi là nơi tái tích tụ các sản phẩm phá huỷ ở phần bãi cao xuống, phần thấp của bãi tích tụ các vật liệu mịn hơn: Cát - bột Nếu mặt cắt bãi đang ở pha bồi tụ (hình 3), bãi được cấu tạo khá đồng nhất từ phần cao đến phần thấp bằng cát hạt nhỏ được đòng tổng hợp ven bờ đưa tới Ở đoạn bờ có quá trình bồi điễn
46
Trang 8Tài nguyên và môi trường biển Táp IV- 1997
ra chậm nhưng liên tục (tây Hoàng Châu), bãi được cấu tạo bởi 3 phần khá rõ: phân
cao của bãi là cát chứa hàm lượng khoáng vật nặng cao, dày 0,5 - 0,7m, sườn bãi
được cấu tạo bởi cát hạt nhỏ và phần thấp của bãi cấu tạo bởi cát - bột
2 Biến dạng sườn bờ ngầm
Sườn bờ ngâm Cát Hải luôn bị biến động bởi xói lở, bồi tụ do dòng triều và sóng Trong vòng 53 năm qua (từ 1938 - 1991), mặt cắt sườn bờ ngầm Cát Hải biến đổi theo xu thế giảm dần độ đốc (hình 4)
Từ OmHÐ đến độ sâu 5 - 6m, sườn bờ ngầm nghiêng rất thoải (0,0004) theo
hướng đông nam Từ độ sâu Š - 6m đến lÖm, sườn bờ dốc hơn (0,0025), sau đó đốc thoải (0,0010 - 0,0013) Ranh giới phía ngoài của sườn bờ ngầm gần trùng với ranh
giới trầm tích giữa bùn - bột nhỏ vơí bùn - sét - bột Trong phạm vi từ mHĐÐ đến độ sâu 2,5m, sóng và đòng triểu đã mài mòn, xâm thực mặt đáy với tốc độ l - 3cm/năm
và chia cắt sườn bờ ngầm mạnh Trầm tích lắng đọng ở sườn bờ ngầm thể hiện qui luật mịn dân từ bờ ra sâu Ở các khu vực bồi tụ, tốc độ bồi mặt đáy cũng đạt 1 -
3cm/năm [13]
3 Biến dạng của các vai cát đọc luồng
Các val cát dọc luồng được định hướng gần vuông góc với bờ như chương Hàng Dày, chương Hoàng Châu Chúng luôn luôn biến động về hình dạng, độ cao, chiều đài, chiều rộng và cả vị trí Sự biến dạng của các val cát đọc luồng này là sự thích ứng với sự biến đổi về điều kiện động lực [6, 7] Trên các hải đồ xuất bản những năm
30, hai chương cát được gắn liên với đảo Cát Hải bởi những bãi thấp, hẹp [3] Thời gian này, bãi triều tự nhiên ở vùng cửa sông Bạch Đằng, Lạch Huyện còn rộng mênh mông, lượng nước triểu thông qua hai cửa sông lớn Từ những năm 1960 trở lại đây, đặc biệt khoảng 10 năm qua do quai đê khai hoang nông nghiệp, đắp đầm nuôi diện tích bãi triều tự nhiên bị thu hẹp rất lớn, đã làm giảm 67 - 70% lượng nước triều thông qua cửa sông trong một pha triểu (25 giờ) [6] Do vay, hai chương cát đã hoàn toàn tách ra khỏi đảo Cát Hải qua hai lạch trũng sâu và chúng có xu thế bồi lấn ra hai phía lạch Nam Triệu và Lạch Huyện (hình 4)
Sự biến dạng của các val bờ là sự điều chỉnh tiết diện ngang cửa thoát triều Nam Triệu và Lạch Huyện để đáp ứng sự cân bằng giữa sự thay đổi ứng suất vận chuyển đáy và những thay đổi về độ lớn của đòng chảy ven bờ Lượng nước triều giảm sẽ làm giảm tiết điện ngang cửa thoát triều do sự lắng đọng trầm tích ở cửa thoát triều Hiện nay, tổng vectơ vận tốc triểu xuống ở trục lòng dẫn chính luồng Nam Triệu và Lạch Huyện chiếm ưu thế, ở hai bên rìa trục luồng dẫn chính (lạch đầu chương Hàng Day, Hoang Châu) dòng triều lên chiếm ưu thế Phương của các lòng dẫn triểu lên tạo với trục lòng dẫn chính một góc 20 - 30° [6]
3 Nguyên nhân và cơ chế biến dạng
1 Nguyên nhân sâu xa và trực tiếp
Trang 948
Hình 3 Sự thay đổi hình thái trác ngang bãi theo chiều dọc bờ đảo Cát Hải
MT lúc khảo sát
MT lúc khảo sát
>—— MTTN
3.3 Mặt cắt Văn Chấn (13/06/1991)
og dám Thân sa khoáng,
wt MT lúc khảo sát
h —— MTTN 3.4 Mặt cất tây Hoàng Châu (06/04/1991)
Trang 10—— 1661
tk
"ám
#r—
Me,
Te
Buona
urg8u