Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học xác định ranh giới đê sông và cửa sông ứng dụng cho cửa hội, sông cả, nghệ an

Đề tài “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học xác định ranh giới đê sông và đê cửa sông, ứng dụng cho Cửa Hội, sông Cả, Nghệ An” được triển khai nhằm xây dựng được bộ tiêu chí và đề xuất p

NGUY ỄN HỮU THẢNH

NGHIÊN C ỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC

XÁC ĐỊNH RANH GIỚI ĐÊ SÔNG VÀ ĐÊ CỬA SÔNG ỨNG DỤNG CHO CỬA HỘI, SÔNG CẢ, NGHỆ AN

Chuyên ngành: Kỹ thuật công trình biển

Mã s ố : 60580203

LU ẬN VĂN THẠC SĨ

Hà N ội – 2014

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: NGUYỄN HỮU THẢNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật công trình biển

Tên đề tài luận văn: “Nghiên c ứu xác lập cơ sở khoa học xác định ranh

gi ới đê sông và đê cửa sông, ứng dụng cho Cửa Hội, sông Cả, Nghệ An”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn do tôi làm, những kết

quả nghiên cứu tính toán trung thực Trong quá trình làm luận văn tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và tính cấp thiết của đề tài Tôi không sao chép từ bất kỳ nguồn nào khác, nếu vi phạm tôi xin chịu trách nhiệm trước Khoa và Nhà trường

Hà N ội, ngày 05 tháng 07 năm 2014

Học viên

Nguyễn Hữu Thảnh

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học xác định ranh

gi ới đê sông và đê cửa sông, ứng dụng cho Cửa Hội, sông Cả, Nghệ An”đã

được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong đề cương được phê duyệt

Tác giả chân thành cảm ơn PGS.TS.Trần Thanh Tùng, Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, TS Nguyễn Văn Tuấn, Viện Quy hoạch Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Cảm ơn anh Nguyễn Thành Luân, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển đã giúp đỡ tác giả có đủ tài liệu và phương pháp để thực hiện luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà

Nội, các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Biển đã tận tụy giảng dạy tác giả trong

suốt quá trình học đại học và cao học tại trường

Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, luận văn này không thể tránh khỏi những tồn tại, tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo,các anh chị em và bạn bè đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Hà N ội, ngày 05 tháng 07 năm 2014

HỌC VIÊN

Nguyễn Hữu Thảnh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH C ẤP THIẾT CỦA NGHIÊN CỨU 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3

5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH RANH GIỚI ĐÊ SÔNG VÀ ĐÊ CỬA SÔNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI4 1.1 Giới thiệu về phương pháp xác định ranh giới đê sông và đê cửa sông trên th ế giới 4

1.1.1 Phương pháp giải tích 4

1.1.2 Phương pháp thống kê 8

1.1.3 Phương pháp mô hình hóa 9

1.2 Giới thiệu về phương pháp xác định ranh giới đê sông và đê cửa sông tại Việt Nam 12

1.2.1 Phương pháp thống kê 12

1.2.2 Phương pháp mô hình số 12

1.3 Kết luận chương 14

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU CỬA HỘI, SÔNG CẢ, NGHỆ AN 15

2.1 Phạm vi nghiên cứu 15

2.1.1 Vị trí địa lý 15

2.1.2 Ph ạm vi hành chính 16

2.1.3 Gi ới hạn lưu vực sông Cả 17

2.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 17

2.2.1 Đặc điểm tự nhiên 17

2.2.1.1 Đặc điểm địa hình, địa chất 18

2.2.1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ hải văn trên lưu vực sông Cả 20

2.2.2 Đặc trưng hình dạng và diễn biến hình thái cửa sông Cả 31

2.2.2.1 Đặc trưng các cửa sông dạng phễu (estuary) 31

2.2.2.2 Đặc trưng hình dạng cửa Hội, sông Cả 33

2.2.2.3 Diễn biến hình thái cửa Hội, sông Cả 35

2.2.3 Đặc điểm dân sinh kinh tế – xã hội lưu vực sông Cả 36

2.2.3.1 Điều kiện dân sinh 36 2.2.3.2 Hi ện trạng phát triển kinh tế - xã hội tại khu vực Cửa Hội 36

2.2.4 Phân tích đặc điểm hệ thống đê điều đã xây dựng dọc sông Cả 37

2.2.4.1 Thống kê, phân loại các công trình 37 2.2.4.2 Hiện trạng các công trình phòng chống lũ (đê sông, đê cửa sông) 38 2.2.4.3 Đánh giá khả năng thực hiện nhiệm vụ của công trình 42

2.3 Kết luận chương 2 43

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH RANH GIỚI ĐÊ SÔNG VÀ ĐÊ CỬA SÔNG ÁP DỤNG CHO KHU VỰC CỬA HỘI, SÔNG CẢ, NGHỆ AN 45

3.1 Một số tiêu chí xác định ranh giới đê sông – đê cửa sông 45

3.1.1 Tiêu chí xác định phạm vi đê cửa sông từ đường quá trình mực

nước trên sông 47

3.1.1.1 Tiêu chí độ chênh mực nước theo cơ quan quản lý 47 3.1.1.2 Tiêu chí độ chênh mực nước theo các kết quả nghiên cứu trước đây 48

3.1.2 Tiêu chí theo quá trình xâm nh ập mặn từ biển vào trong sông 51

3.2 Đề xuất tiêu chí xác định ranh giới đê sông – đê cửa sông, áp dụng cho Cửa Hội, sông Cả, Nghệ An 52

3.3 Đề xuất phương pháp xác định ranh giới đê sông – đê cửa sông, áp dụng cho cửa Hội, sông Cả, Nghệ An 54

3.3.1 Điều kiện áp dụng thực tế 54 3.3.2 Áp dụng phương pháp mô hình số để xác định ranh giới đê sông –

đê cửa sông, áp dụng cho cửa Hội, sông Cả, Nghệ An 55

4.1.2.1 Gi ới thiệu mô hình 1 chiều Mike 11 HD 58

4.1.2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình dòng chảy Mike 21FM HD 63

4.2 Xây dựng mô hình toán áp dụng cho khu vực Cửa Hội, sông Cả, Nghệ An 65

4.2.1 Xây d ựng mô hình thủy lực một chiều mạng sông 65

4.2.1.1 Ph ạm vi mô hình 1 chiều 65

4.2.1.2 Số liệu đầu vào 66

4.2.1.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: 66

4.2.2 Thiết lập mô hình Mike 21FM HD cho khu vực nghiên cứu 68

4.2.2.1 Ph ạm vi mô hình 2 chiều 69

4.2.2.2 Tài li ệu địa hình 70

4.2.2.3 Tài li ệu biên mô hình 71

4.2.2.4 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: 71

4.3 Xây dựng kịch bản mô phỏng xác định ranh giới đê sông – đê cửa sông, áp dụng cho vùng cửa Hội, sông Cả, Nghệ An 72

4.3.1 Đường quá trình mực nước thứ 1 73

4.3.2 Đường quá trình mực nước thứ 2 73

4.4 Phân tích các kết quả mô phỏng và xác định ranh giới đê sông – đê cửa sông 74

4.4.1 Phân tích kết quả mô phỏng 74

4.4.2 Xác định ranh giới đê sông – đê cửa sông 76

4.5 Kết luận chương 4 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

TÀ I LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 80

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Khả năng khai thác nước ngầm trên lưu vực sông Cả 19

Bảng 2 2 Phân loại đất đai trên lưu vực sông Cả và vùng hưởng lợi 19

Bảng 2 3 Đặc trưng dòng chảy năm các trạm thuỷ văn lưu vực sông Cả 22

Bảng 2 4 Lưu lượng lũ thực đo lớn nhất một số trạm trên lưu vực sông Cả 23

Bảng 2 5 Lưu lượng kiệt nhất tháng 3 ÷ 4 và tháng 7÷8 thực đo 24

Bảng 2 6 Mực nước lũ thực đo tại một số vị trí 24

Bảng 2 7 Mực nước mùa kiệt trên sông Cả 25

Bảng 2 8 Số cơn bão và tần suất xuất hiện đổ bộ vào Thanh - Nghệ - Tĩnh 27

Bảng 2 9 Thống kê số cơn bão đổ bộ vào khu vực Thanh – Nghệ - Tĩnh trong một năm 27

Bảng 2 10 Biên độ dao động triều các tháng mùa khô 29

Bảng 2 11 Phân bố tần suất (%) theo độ cao và hướng sóng tất cả các tháng khu v ực Cửa Hội (thời kỳ 1997-2009) 30

Bảng 4 1 Thống kê đánh giá sai số trận lũ hiệu chỉnh mô hình ngày ngày 28/10-12/11/2008 t ại trạm Chợ Tràng 67

Bảng 4 2 Thống kê đánh giá sai số trận lũ hiệu chỉnh mô hình ngày ngày 27/09-07/10/2009 t ại trạm Chợ Tràng 68

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 Quá trình lan truyền và tắt dần của sóng triều trong sông 7

Hình 1 2 Sơ họa bước tính xác định ranh giới đê sông - đê cửa sông theo phương pháp thống kê 9

Hình 1 3 Sơ họa các biên trong mô hình toán 11

Hình 2 1 Bản đồ lưu vực sông Cả và địa danh hành chính tỉnh Nghệ An 16

Hình 2 2 Hoa sóng khu vực Cửa Hội (1997-2009) cho toàn bộ các tháng 31

Hình 2 3 Cửa sông St Lucia, Nam Phi 32

Hình 2 4 Lưới cát hướng Đông Nam phát triển mạnh tại cửa Hội (06/2013) 34

Hình 2 5 Minh họa cơ chế hình thành lưỡi cát tại cửa Hội, sông Cả 34

Hình 2 6 Diễn biến hình thái của Hội tại thời điểm trước và sau mùa mưa 35

Hình 2 7 Ảnh bản đồ chi tiết hệ thống đê điều sông Cả 38

Hình 2 8 Ảnh hiện trạng tuyến đê La Giang 39

Hình 2 9 Ảnh hiện trạng tuyến đê La Giang 39

Hình 2 10 Đê Hữu Lam nhìn từ cầu Bến Thủy 40

Hình 2 11 Ảnh chụp tuyến đê 42, đoạn qua xã Hưng Long, Hưng Nguyên 41

Hình 2 12 Ảnh đại diện tuyến đê Nam Trung 42

Hình 2 13 Hình ảnh ngập lụt hạ du sông Cả, trận lũ năm 2010 43

Hình 3 1 Sơ họa bước tính xác định ranh giới đê cửa sông khi đã biết [a]50 Hình 3 2 Đường quá trình mực nước khi có sự pha trộn giữa lũ và dòng triều 51

Hình 3 3 Sơ họa cách lấy biên trong tính toán đường mực nước thứ 1 53

Hình 3 4 Sơ họa cách lấy biên trong tính toán đường mực nước thứ 2 53

Hình 3 5 Sơ họa đường mực nước lớn nhất của tổ hợp thứ 1 và tổ hợp thứ 2 54

Hình 4 1 Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott 60

Hình 4 2 Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ 61

Hình 4 3 Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu 61

Hình 4 4 Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng 61

Hình 4 5 Phạm vi mô hình 1 chiều 65

Hình 4 6 M ực nước tính toán và thực đo trạm Chợ Tràng trên sông Cả, lũ từ ngày 28/10-12/11/2008……… 67

Hình 4 7 M ực nước tính toán và thực đo trạm Chợ Tràng trên sông Cả, lũ từ ngày 27/09-07/10/2009……… 68

Hình 4 8 Phạm vi mô hình 2 chiều 69

Hình 4 9 Địa hình cho mô hình Mike 21 70

Hình 4 10 M ực nước tính toán và thực đo trạm Cửa Hội trên sông Lam, lũ từ ngày 28/10-12/11/2008 71

Hình 4 11 M ực nước tính toán và thực đo trạm Cửa Hội trên sông Lam, lũ từ ngày 27/09-10/10/2009 72

Hình 4 12 Phân bố trường vận tốc dòng chảy khi triều lên khu vực Cửa Hội (kịch bản tính toán ứng với pha triều cường) 75

Hình 4 13 Phân bố trường vận tốc dòng chảy khi triều rút khu vực Cửa Hội (kịch bản tính toán ứng với pha triều cường) 75

Hình 4 14 Trắc dọc mực nước sông Lam 76

Hình 4 15 Ảnh vệ tinh phạm vi đê sông và đê cửa sông, sông Cả, Nghệ An 77

DANH MỤC PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Bảng giá trị các tham số trong mô hình Mike 21HD 81 Phụ lục 2: Bảng giá trị các tham số trong mô hình Mike 11HD 81

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA NGHIÊN CỨU

Vùng cửa sông ven biển là nơi tập trung các đồng bằng màu mỡ và tài nguyên biển phong phú; đây cũng là vùng thuận lợi cho phát triển giao thông, thương mại và du lịch, đặc biệt những vùng này là những nơi dễ dàng cho sự tiếp cận của thị truờng quốc tế Do đó, vùng cửa sông ven biển là trọng tâm phát triển kinh tế xã hội của nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam, đây là nơi

tập trung phát triển nhiều thành phố lớn, nhiều trung tâm công nghiệp, thương mại và du lịch Tuy nhiên, vùng cửa sông ven biển cũng là nơi phải hứng chịu rất nhiều thiên tai, hiểm họa với sự đe dọa không chỉ đến từ lũ lụt mà còn từ những mối đe dọa của biển cả, nơi luôn tiềm ẩn những nguy cơ gây nên

những thảm họa thiên tai nguy hiểm như: bão, nước dâng do bão, mực nước

biển dâng dị thường Trên thực tế ở nước ta hiện nay, trong tổng số chiều dài khoảng 3.000 km đê sông, 1.400 km đê biển và 1.300 km đê cửa sông [2], còn

có nhiều tuyến đê chưa đảm bảo được nhiệm vụ bảo vệ các vùng đất ven sông, dải đồng bằng ven biển trước sự đe dọa của lũ sông và nước dâng từ phía biển Bên cạnh sự phức tạp của việc xác định quy mô và các thông số thiết kế đê, thì hiện tại việc tính toán và xác định các ranh giới giữa đê sông

và đê cửa sông một cách khoa học và hợp lý vẫn còn nhiều hạn chế và cần được đầu tư nghiên cứu thêm

Đề tài “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học xác định ranh giới đê sông và

đê cửa sông, ứng dụng cho Cửa Hội, sông Cả, Nghệ An” được triển khai

nhằm xây dựng được bộ tiêu chí và đề xuất phương pháp tính toán khoa học, hợp lý phục vụ xác định ranh giới giữa đê sông và đê cửa sông cho khu vực cửa Hội, sông Cả, Nghệ An có xét đến các yếu tố: đặc điểm từng loại cửa sông, các yếu tố lũ, triều, nước dâng

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của nghiên cứu là dựa trên các cơ sở khoa học và thực tiễn để xây

dựng được bộ tiêu chí, phương pháp tính toán và cuối cùng là áp dụng tính toán xác định ranh giới giữa đê sông và đê cửa sông cho khu vực cửa Hội, sông Cả, Nghệ An

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để giải quyết được các yêu cầu trên đây, đề tài này sẽ lựa chọn các hướng

tiếp cận một cách toàn diện, đa chiều, từ đánh giá, kế thừa các kết quả, phương pháp nghiên cứu đã thực hiện trước đây, đến phân tích đầy đủ các cơ

sở khoa học để xây dựng các tiêu chí, phương pháp, công cụ tính toán Trên

cơ sở đó ứng dụng vào các điều kiện thực tế của đối tượng nghiên cứu nhằm

giải quyết được các mục tiêu nghiên cứu đã đề ra Cụ thể, các hướng tiếp cận

sẽ bao gồm:

- Phương pháp thống kê, phân tích: Học viên sẽ tiến hành thu thập các số liệu thủy hải văn, điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội trong phạm vi nghiên cứu; đặc biệt là các tài liệu liên quan đến các diễn biến tại Cửa Hội, và trên sông Cả, Nghệ An làm cơ sở để xem xét, phân tích các yếu tố có thể tác động đến kết quả tính toán xác định ranh giới giữa đê sông và đê cửa sông

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa, áp dụng có chọn lọc các nghiên cứu, đề tài, dự án liên quan để có cách nhìn tổng quan nhất về các vấn đề liên quan đã

và đang được nghiên cứu

- Phương pháp mô hình toán: Nghiên cứu sẽ sử dụng mô hình toán thủy động lực để mô phỏng và phân tích các kịch bản dựa trên các yếu tố đặc trưng của khu vực Cửa Hội, sông Cả và các thành phần có thể tác động đến dòng chảy ở vùng cửa sông ven biển để xây dựng cơ sở khoa học cho việc xác định các tiêu chí và các phương pháp tính toán xác định ranh giới giữa đê sông và

đê cửa sông áp dụng riêng cho khu vực Cửa Hội, sông Cả

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đóng góp cho công tác đầu tư, xây

dựng và quản lý đê điều tại vùng cửa sông ven biển tỉnh Nghệ An Tạo đà vững chắc để xây dựng các vùng cửa sông ven biển nơi đây trở thành trọng tâm phát triển kinh tế xã hội, trung tâm công nghiệp, thương mại và du lịch và

là địa điểm quan trọng để giao thương thị trường quốc tế

5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

- Xây dựng thành công bộ tiêu chí và phương pháp xác định ranh giới giữa

đê sông và đê cửa sông áp dụng cho khu vực Cửa Hội, sông Cả, Nghệ An

- Nghiên cứu, tính toán chỉ ra ranh giới giữa đê sông và đê cửa sông cho khu vực Cửa Hội, sông Cả, Nghệ An

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH RANH GIỚI ĐÊ SÔNG VÀ ĐÊ CỬA SÔNG ÁP DỤNG

Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI

Một công trình thủy lợi được đầu tư xây dựng sẽ trải qua rất nhiều giai đoạn triển khai thực hiện, trong đó khâu tư vấn thiết kế đóng vai trò chủ chốt, quyết định phần lớn tới hiệu quả làm việc của công trình Tư vấn thiết kế phải

lựa chọn đưa ra tổ hợp tải trọng bất lợi nhất có thể xảy ra trong thời gian khai thác, sử dụng công trình để tính toán, mà việc tổ hợp tải trọng chỉ có thể được thực hiện khi đã xác định được đúng phạm vi cụ thể của công trình tức là phạm vi được đặc trưng bởi đầy đủ các tải trọng của khu vực đó Ví dụ như đối với đê sông thì tải trọng đặc trưng là mực nước trong sông Đối với đê biển, ngoài mực nước thì tải trọng đặc trưng còn bao gồm các yếu tố sóng, triều và nước dâng do bão; Còn đối với đê cửa sông, nơi có sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố dòng chảy từ sông ra biển, thủy triều, nước dâng do bão thì tải trọng đặc trưng sẽ là tổ hợp tải trọng của cả yếu tố sông và biển

Nội dung chương này sẽ trình bày một số phương pháp xác định ranh giới

đê sông và đê cửa sông trên thế giới và tại Việt Nam dựa trên quan điểm về tương tác thủy động lực học giữa sông và biển

1.1 Giới thiệu về phương pháp xác định ranh giới đê sông và đê cửa

sông trên thế giới

1.1.1 Phương pháp giải tích

Phương pháp giải tích sẽ giải phương trình truyền sóng triều vào trong sông trong trường hợp đơn giản hóa hệ phương trình chuyển động, bỏ qua sự ảnh hưởng của các thành phần ma sát, phản xạ sóng và bỏ qua sự tác động của nước sông tới sóng triều

Sóng triều truyền vào trong sông về cơ bản được cân bằng bởi lực ma sát (theo định luật Chézy) Hệ phương trình mô phỏng bài toán này gồm:

Phương trình liên tục: = 0

t b + x

| Q

| Q g + gI - x g + t

Q A

1

2 2

η

(1 2) Giả thiết rằng độ lệch của mực nước trung bình là nhỏ, điều này dẫn đến C,

A, R có thể được xem như là các hằng số Do lực ma sát là phi tuyến nên rất khó giải hệ phương trình để có nghiệm giải tích Do đó thành phần này được tuyến tính hoá:

mQ

= xQ R A C

| Q

| g

= R A C

| Q

| Q g

2 2 2

Trong đó:

R A C

| Q

| g

= m

2 2

Vì: g, C, A, R được xét như là các hằng số, m là trung bình lưu lượng |Q|

trong một chu kỳ triều Nên m là giá trị trung bình của ma sát trong một chu

kỳ triều Do kết quả tuyến tính hoá nên nghiệm sẽ không thấy sự biến dạng của sóng triều do ma sát bậc hai

Phương trình tuyến tính hoá trở thành:

0

= t b + x

Q A

= t mA + x

e a

Không bao giờ có sóng với biên độ rất cao xảy ra với x = - ∞ (lên phía

thượng lưu sông), nên chỉ có e+λx thoả mãn Sóng trên sông là sóng tiến theo phương x là âm, nên chỉ xét đếncos ( ω + kx)

Nghiệm của phương trình là:

kx) + ( e a

Đây là sóng tiến đơn, truyền theo hướng thượng lưu với biên độ giảm dần Các yếu tố λ và k có thể tìm được bằng cách thay nghiệm vào phương trình truyền sóng Kết quả được tính theo công thức

2 c

A m + 1 + 1 -

=

o

2

2 2

ω

ω

2 c

A m + 1 + 1 +

= k

o

2

2 2

ω

ω

• Sự tắt dần của sóng triều

Sóng tri ều trong sông Biên độ sóng tắt dần theo hướng về

thượng lưu

Hình 1.1 Quá trình lan truyền và tắt dần của sóng triều trong sông

Sự tắt dần của sóng triều được xác định bằng yếu tố eλx

trong nghiệm tổng quát:

kx) + ( e a

10 3

= 100

33 + 1 - 0.00014

λ

vào (*) ta được: Tại x = 0 (ở cửa sông), biên độ là a~o

Sự giảm biên độ theo hướng thượng lưu có thể được xác định như sau:

Từ việc tính toán sự giảm dần của biên độ sóng triều sẽ xác định được vị trí

mà có độ lớn triều bằng với độ lớn triều cho phép Tuy nhiên đây là trường

hợp lý tưởng, trên thực tế, lưu lượng sông luôn thay đổi theo không gian và

thời gian, do lượng nước từ thượng nguồn đổ về và do địa hình lòng sông không đồng đều Đồng thời thủy triều ngoài biển không phải là một sóng đơn

mà là tổng hòa của rất nhiều các con sóng đơn Chính vì vậy cần phải giải hệ phương trình mô phỏng chuyển động của chất lỏng đầy đủ hơn, xem xét được

hầu hết các yếu tố ảnh hưởng đến xâm nhập của thủy triều dọc theo chiều dài sông

1.1.2 Phương pháp thống kê

Theo phương pháp này, một số yếu tố tự nhiên có ảnh hưởngđến chế độ

thủy động lực ở vùng cửa sông sẽ được phân tích bằng phương pháp thống kế

nhằm xác định ra quy luật tác động cũng như diễn biến của chế độ thủy động lực, từ đó áp dụng vào việc xác định ranh giới giữa đê sông và đê cửa sông Việc áp dụng phương pháp thống kê để nghiên cứu bài toán đặt ra đòi hỏi phải có một bộ số liệu đo đạc liên tục và chi tiết chế độ thủy động lực (bao

gồm mực nước, dòng chảy) dọc theo vùng cửa sông Bộ số liệu này cũng phải đảm bảo đủ dài (với chuỗi số liệu từ 20 năm trở lên) để đủ tin cậy khi tiến hành các phân tích thống kê Khi đó việc xác định ranh giới được thực hiện như sau:

+ Xác định biến thiên độ lớn triều theo thời gian tại các vị trí dọc sông trong mùa lũ;

+ Vẽ đường bao độ lớn triều dọc theo sông và đưa ra vị trí có độ lớn triều lớn nhất trên sông bằng với độ lớn triều cho phép [a]

+ Độ lớn triều cho phép [a] được xác định phụ thuộc vào cấp độ quan trọng của từng tuyến đê và giá trị giới hạn trong khoảng: [a] ≤ 0,5m Cấp công trình càng quan trọng thì giá trị giới hạn [a] càng lớn

Hình 1.2 S ơ họa bước tính xác định ranh giới đê sông - đê cửa sông theo

phương pháp thống kê

Đây là trường hợp lý tưởng nhất, nhưng trên thực tế, việc đo đạc các đặc trưng thủy văn liên tục và đặt nhiều trạm thủy văn ở khu vực cửa sông khá tốn kém và khó thực hiện đặc biệt là ở những nước đang phát triển Do vậy, trên thế giới chỉ một số nước phát triển như Mỹ, Trung Quốc, Hà Lan mới sử dụng phương pháp này để tính toán kiểm tra so với các kết quả tính toán hiện đại như sử dụng mô hình toán

1.1.3 Phương pháp mô hình hóa

Phương pháp mô hình hóa sẽ mô phỏng các quá trình, hiện tượng thủy văn

- thủy lực dưới dạng các phương trình toán học, trên các máy tính cá nhân (PC) nhằm tìm ra các quy luật diễn biến mực nước và dòng chảy ở vùng cửa sông

Hiện nay có rất nhiều phần mềm thủy động lực có thể ứng dụng được trong tính toán thủy văn, thủy lực ở vùng cửa sông, ven biển như mô hình như

Krsal, Hec-Ras, Sobek, Duflow, Mike 11…Ngoài ra, phải kể tới các bộ phần mềm thương mại cho phép tích hợp giữa mô hình thủy lực 1 chiều trong sông

với mô hình thủy lực 2 chiều ngoài biển đang được sử dụng rộng rãi trên thế

giới như bộ phần mềm MIKE do Viện nghiên cứu Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển, bộ phần mềm Delft 3D do Viện nghiên cứu thủy lực Delft (Delft Hydraulics), nay là Deltares, Hà Lan phát triển và bộ phần mềm TELEMAC

do Phòng thí nghiệm quốc gia về thủy lực và môi trường của Pháp (LNHE) phát triển Các bộ phần mềm thương mại trên có thể tính toán tương tác của dòng chảy lũ trong sông với các trường hợp sóng và nước dâng thực tế ngoài biển cho các năm khác nhau Dựa trên các kết quả mô phỏng từ các mô hình thủy lực để phân tích đường quá trình mực nước triều dọc theo sông và tìm ra ranh giới giữa đê sông và đê cửa sông theo các tiêu chí đề ra

Cửa sông là vùng rất phức tạp chịu ảnh hưởng của cả các yếu tố phía sông

và phía biển.Việc giải quyết bài toán thủy động lực học vùng cửa sông từ quan điểm tiếp cận hoặc chủ yếu từ phía sông, hoặc chủ yếu từ phía biển sẽ không phản ảnh đầy đủ bản chất vật lý của vấn đề Do đó việc tích hợp các quá trình thủy động lực học từ phía sông với các quá trình thủy động lực học

từ phía biển là xu thế phù hợp Năm 2007, hai tác giả người Trung Quốc - Ding và Yang đã tiến hành một nghiên cứu sử dụng một mô hình tích hợp để

mô phỏng sự biến dạng của sóng trong những vùng cửa sông trong mối tương tác với các dòng chảy khác như dòng triều và dòng chảy từ sông ra biển Mô hình này được tích hợp giữa mô hình tác động của sóng với mô hình thủy

động lực học 2 chiều, CCHE2D (Mô hình được xây dựng và phát triển bởi

Trung tâm quốc gia về mô phỏng các bài toán kỹ thuật và nguồn nước thuộc trường Đại học Mississippi (NCCHE) Bên cạnh việc kết luận tầm quan trọng

của việc xem xét tương tác sóng và dòng chảy để cải thiện độ chính xác của

mô phỏng, các tác giả nhấn mạnh rằng việc kiểm định mô hình trong các

phạm vi không gian và thời gian khác nhau là cách duy nhất đảm bảo bảo chất lượng cao của các mô hình số trong việc dự báo sóng và dòng trong các vùng

cửa sông và vùng bờ biển

Hình 1.3 Sơ họa các biên trong mô hình toán

Từ những đánh giá trên đây có thể thấy rằng, chế độ thủy động lực ở vùng cửa sông rất phức tạp, phụ thuộc vào cả dòng chảy trong sông và cả các yếu

tố từ biển (thủy triều, sóng biển và nước dâng do bão) Sử dụng các mô hình toán để đánh giá các vấn đề thủy động lực học ở vùng cửa sông phụ thuộc vào

từng điều kiện cụ thể của mỗi cửa sông cũng như công cụ tính toán có sẵn Tuy nhiên, bất cứ khi nào có thể, để đạt được độ chính xác cao trong mô phỏng, cần thiết phải xem xét tác động qua lại giữa các yếu tố cả từ phía sông (dòng chảy lũ) và các yếu tố từ phía biển (thủy triều, sóng biển và nước biển dâng do bão) Ngoài ra, nếu tích hợp được cả thủy động lực học với mô hìnhhình thái cửa sông vào trong tính toán mô phỏng thì kết quả mô phỏng sẽ phù hợp với thực tế hơn

1.2 Giới thiệu về phương pháp xác định ranh giới đê sông và đê cửa

sông tại Việt Nam

1.2.1 Phương pháp thống kê

Nếu dọc theo vùng cửa sông nghiên cứu có đầy đủ số liệu đo đạc mực nước

giờ trong khoảng thời gian 20 năm trở lên, thì việc xác định ranh giới đê sông

với đê cửa sông có thể được thực hiện như sau:

+ Xác định cấp đê cho các đoạn đê dọc theo tuyến đê từ sông ra đến biển

dựa trên Hướng dẫn của Bộ nông nghiệp [1];

+ Xét biến thiên độ lớn triều theo thời gian tại các vị trí dọc sông trong mùa lũ;

+ Vẽ đường bao độ lớn triều dọc theo sông và đưa ra vị trí có độ lớn triều lớn nhất trên sông bằng với độ lớn triều cho phép [a] lấy theo cấp đê

Đây là trường hợp lý tưởng nhất, nhưng trên thực tế, việc đo đạc các đặc trưng thủy văn liên tục và đặt nhiều trạm thủy văn ở khu vực cửa sông khá tốn kém và khó thực hiện đặc biệt là ở những nước đang phát triển như ở Việt Nam Chính vì vậy mà việc áp dụng phương pháp thống kê để xác định ranh giới đê sông – đê cửa sông còn rất hạn chế và chưa có công trình nghiên cứu

áp dụng cụ thể

1.2.2 Phương pháp mô hình số

Việc quan trọng nhất khi ứng dụng mô hình số đó là việc xử lý số liệu phục

vụ tính toán, bởi khu vực cửa sông ven biển ở Việt Nam nói chung và khu

vực nghiên cứu nói riêng thường không có đầy đủ số liệu đo đạc Yêu cầu về

số liệu phục vụ thiết lập mô hình thủy động lực học ở vùng cửa sông là các số liệu địa hình, các điều kiện biên (mực nước, dòng chảy ở các biên hạ lưu và biên thượng lưu) và số liệu thực đo phục vụ hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

+ Biên thượng lưu (trên sông): là đường quá trình lưu lượng (Q-t) tại các trạm thủy văn cấp I trong mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn quốc gia

hoặc là các trạm đo được thành lập trong quá trình thực hiện dự án.Trong trường hợp khu vực nghiên cứu không có trạm thủy văn cấp I, hoặc không có

số liệu đo đạc Q, thì phải tính toán đường quá trình lưu lượng (Q-t) từ số liệu mưa trên lưu vực nghiên cứu bằng mô hình thủy văn mưa - dòng chảy và diễn toán dòng chảy về tới các biên thượng lưu

+ Biên hạ lưu (ngoài biển) là đường quá trình mực nước tổng hợp (Z-t) của triều, nước dâng và các dao động mực nước do các hiện tượng khác gây ra + Bên trong vùng nghiên cứu cần có ít nhất 2 chuỗi số liệu (Q-t) hoặc (Z-t) của một trạm đo để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

Trong quá trình mô phỏng cần phải phân tích độ nhạy của mô hình để tìm

ra giá trị độ lớn triều cho phép hoặc có thể lấy giá trị này theo cấp đê

Khi mô hình sau khi đã được hiệu chỉnh và kiểm định đạt độ tin cậy, thì có thể sử dụng để mô phỏng với các kịch bản khác nhau, hoặc có thể mô phỏng cho trận lũ điển hình theo tần suất thiết kế ứng với cấp đê (tại biên thượng lưu) và nước dâng kết hợp với triều cường theo tần suất thiết kế (tại biên hạ lưu) để xác định đường bao độ lớn triều trên sông và tính toán ra vị trí có độ lớn triều bằng với độ lớn triều cho phép

Ở Việt Nam hiện nay, việc tiếp cận, sử dụng và phát triển các phần mềm

thủy động lực thương mại (như MIKE, Delft, ) đã trở nên phổ biến ở hầu hết các đơn vị nghiên cứu, tư vấn, sản xuất Đã có một số nghiên cứu sử dụng

mô hình toán để giải quyết bài toán xác định ranh giới đê sông – đê cửa sông tại Việt Nam, tuy nhiên các kết quả nghiên cứu còn đơn lẻ và chưa đủ để bao quát hết các nhân tố chính chi phối các tương tác giữa các yếu tố sông và

biển

1.3 Kết luận chương

Tất cả các phương pháp xác định ranh giới giữa đê sông và đê cửa sông trên thế giới và tại Việt Nam đều dựa trên quan điểm về tương tác thủy động

lực học giữa sông và biển

Trong các phương pháp được trình bày ở trên, tổng quát và phản ánh được đầy đủ nhất các quá trình thủy động lực học ngoài tự nhiên phải kể đến hai phương pháp:

+ Phương pháp thống kê;

+ Phương pháp mô hình hóa

Mặc dù phương pháp thống kê cho kết quả tin cậy cao song lại đòi hỏi phải

có bộ số liệu đo đạc chi tiết và liên tục các yếu tố thủy động lực (mực nước

hoặc dòng chảy) dọc sông, trong khoảng thời gian từ 20 năm trở lên Do vậy việc áp dụng phương pháp này trong nghiên cứu phụ thuộc rất nhiều vào nguồn số liệu và không phù hợp với những khu vực không có số liệu hoặc số liệu không liên tục, không tin cậy

Ngày nay, phương pháp mô hình hóa ngày càng được các sử dụng rộng rãi bởi khả năng có thể mô phỏng được các bài toán phức tạp và không đòi hỏi quá nhiều số liệu như phương pháp thống kê Nếu mô hình được hiệu chỉnh

và kiểm định tốt, đạt độ tin cậy cho phép thì hòan toàn có thể sử dụng như một công cụ hiệu quả để nghiên cứu các quá trình thủy động lực ở vùng cửa sông, ven biển với kết quả tính toán tin cậy và chấp nhận được Phương pháp

mô hình hóa đang được sử dụng phổ biến và có xu thế phát triển mạnh trong tương lai dưới sự trợ giúp đắc lực của các máy tính điện tử tiên tiến

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

CỬA HỘI, SÔNG CẢ, NGHỆ AN

Sông Cả là một trong 9 hệ thống sông lớn ở nước ta có diện tích lưu vực là: 27.200 km2, bắt nguồn từ nước bạn Lào chảy qua Việt Nam rồi đổ ra Biển Đông Trên lãnh thổ Việt Nam, sông Cả chảy qua hầu hết địa phận tỉnh Nghệ

An Mang trong mình những đặc điểm chung của các con sông lớn ở vùng Bắc Trung Bộ và những nét riêng nơi con sông chảy qua, sông Cả đã và đang góp phần không nhỏ trong việc phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực Tuy nhiên, sông Cả cũng gây không ít thiệt hại cho nền kinh tế trên lưu vực mà điển hình là những trận lũ lớn năm 1978, 1998, 2002, 2010, 2013 đã làm đảo

lộn nền kinh tế xã hội vùng hạ du

Những nét tổng quan dưới đây sẽ phần nào phản ánh được sự khắc nghiệt của thiên nhiên nơi đây, và cũng cho thấy sự thiếu sót, yếu kém trong công tác xây dựng các cơ sở hạ tầng để thích ứng với các thiên tai đang xảy ra

Hình 2.1 Bản đồ lưu vực sông Cả và địa danh hành chính tỉnh Nghệ An

2.1.2 Phạm vi hành chính

Lưu vực sông Cả nằm trên hai quốc gia, phần thượng nguồn nằm trên đất

tỉnh Phông Sa Vẳn và Sầm Nưa của nước Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào Ở Việt Nam sông Cả nằm trên địa phận của 3 tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh

- Tỉnh Thanh Hoá lưu vực sông Cả chiếm 1/2 diện tích huyện Như Xuân trên lưu vực sông Nhánh - sông Chàng

- Tỉnh Nghệ An lưu vực sông Cả nằm trên đất huyện Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Nghĩa Đàn, Tân Kỳ (nhánh sông Hiếu), Kỳ Sơn, Tương Dương, Con Cuông, Anh Sơn, Đô Lương, Thanh Chương, Nam Đàn, Hưng Nguyên (nhánh dòng chính sông Cả) do tính chất sử dụng nước của các hệ thống

thuỷ lợi hiện nay về mùa kiệt sông Cả ở Nghệ An có liên quan mật thiết với các huyện vùng hưởng lợi: Yên Thành, Diễn Châu, Quỳnh Lưu (trong hệ thống thuỷ nông Diễn Yên Quỳnh - hệ thống Bắc Nghệ An), thành phố Vinh, thị xã

Cửa Lò, Nghi Lộc, Hưng Nguyên (trong hệ thống Nam Hưng Nghi - hệ thống thuỷ nông nam Nghệ An)

- Tỉnh Hà Tĩnh lưu vực sông Cả nằm ở các huyện Hương Sơn, Hương Khê,

Vũ Quang, Nghi Xuân và vùng hưởng lợi Can Lộc, Thạch Hà, Đức Thọ, thị

xã Hồng Lĩnh trong hệ thống sông Nghèn

2.1.3 Giới hạn lưu vực sông Cả

Lưu vực sông Cả được giới hạn bởi phía Bắc tỉnh từ đường 1A lên giáp với lưu vực sông Hoàng Mai, Khe Dứa, Độ Ông - lưu vực sông Mực - lưu vực sông Chu Phía Tây giáp lưu vực sông Mã, sông Mê Kông Phía Nam giáp lưu vực sông Gianh, sông Trí và sông Rào Cái.Biển ở phía Đông

• Giới hạn vùng nghiên cứu:

- Lưu vực sông Cả ở phần lãnh thổ Việt Nam gồm mạng lưới các sông: + Sông Cả: bắt đầu từ trạm Yên Thượng trên dòng chính sông Cả;

+ Sông Ngàn Phố: bắt đầu từ trạm Sơn Diệm;

+ Sông Ngàn Sâu: bắt đầu từ trạm Hòa Duyệt;

+ Sông Lam: Điểm kết thúc tại cửa Hội

- Vùng cửa Hội: Miền nghiên cứu trải rộng ra phía biển cách cửa Hội 70km

và trải dài sang 2 bên dọc theo bờ biển khoảng 40km

2.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

2.2.1 Đặc điểm tự nhiên

2.2.1.1 Đặc điểm địa hình, địa chất

a) Đặc điểm địa hình

Lưu vực sông Cả có đủ các dạng địa hình: đồng bằng, trung du, vùng núi

và núi cao Đồng bằng chỉ chiếm khoảng 10% diện tích lưu vực, trung du, núi

thấp chiếm 25% diện tích lưu vực, 65% là vùng núi cao

b) Đặc điểm địa chất

Theo “Thành h ệ địa chất và địa động lực Việt Nam 1993” do Nguyễn

Xuân Tùng biên tập thì lưu vực sông Cả nằm trong “Lĩnh vực Bắc Bộ -

Dương Tử - KaTaZia” giữa đai vỏ lục địa Bắc Trường Sơn tuổi Paleozoi sớm

đến muộn Sông Cả tồn tại chế độ đại dương vi lục địa Từ MeoroZoi muộn phát sinh các bồn trũng nhỏ mang tính Orogen dọc theo đứt gãy sông Cả lấp đầy bởi trầm tích lục nguyên vụn thô

c) Địa chất thuỷ văn

Với nguồn tài liệu địa chất thuỷ văn nghiên cứu trên lưu vực còn ít, có thể

sơ bộ xác định các dạng tồn trữ của nước dưới đất trên lưu vực như sau:

- Nước trong tầng phủ: Cấu tạo tầng phủ vùng sông Cả hầu hết là á sét, á cát lẫn dăm sạn, chiều dày mỏng, khả năng giữ nước kém Nước trong tầng này chỉ tồn tại trong mùa mưa

- Nước trong tầng phong hoá nứt nẻ: Các loại đá gốc trong vùng có tầng phong hoá nứt nẻ dày, khả năng chứa và thông nước tốt, lưu lượng Q = 5 l/phút

- Nước dưới đất trong đới phá huỷ kiến tạo dạng tồn tại này có lưu lượng

rất nhỏ ít có ý nghĩa khai thác do bị lấp, nhét kín của các đứt gãy

- Nước Oanh Sơn phát triển ở vùng đá vôi Mường Lống khả năng chứa dồi dào và là nguồn cấp cho các sông suối mùa cạn

Theo đánh giá của liên đoàn địa chất IV khả năng khai thác nước ngầm của các vùng như sau:

Bảng 2.1 Khả năng khai thác nước ngầm trên lưu vực sông Cả

Sông C ả

Thượng lưu sông Hi ếu

Trung lưu sông Hi ếu sông La Sông Bùng

Trong đó diện tích các loại đất

(đã trừ sông suối và núi đá) 1.498.492 100 320.400 100 1.818.892 100

2.2.1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ hải văn trên lưu vực sông Cả

b) Mạng lưới sông ngòi

Sông Cả bao gồm nhiều nhánh sông hợp thành, có một cửa thoát duy nhất, lưới sông phát triển đều có các nhánh sông lớn như Nậm Mô, sông Hiếu, sông Giăng, sông Ngàn Sâu, sông Ngàn Phố Dòng chính sông Cả dài 514 Km,

phần chảy trên đất Việt Nam 360 Km Phần thương lưu lòng sông cắt sâu vào địa hình tạo cho lòng hẹp, sâu, do sông dốc nên ít bãi bồi, phần hạ lưu sông

mở rộng có nhiều bồn trũng như Hữu Thanh Chương Sông Cả từ Đô Lương đến cửa đã hình thành hệ thống đê ngăn lũ bảo vệ đồng bằng hạ du Trên dọc dòng chảy sông Cả đổi hướng nhiều lần và đến Chợ Chàng sông chảy theo hướng Tây - Đông đổ ra biển theo chiều vuông góc với bờ biển Đoạn hạ lưu sông Cả gọi là sông Lam Sông Cả có các nhánh quan trọng:

- Nhánh sông Hiếu có diện tích lưu vực đến ngã ba Cây Chanh là 5.230

Km2, lòng sông đoạn hạ lưu không ổn định và đang có nguy cơ cạn kiệt

- Sông Giăng có diên tích lưu vực 1.175 Km2 đổ vào sông Cả phía hữu và

ở trung lưu

- Sông La bao gồm sông Ngàn Sâu và sông Ngàn Phố nhập lưu tại Linh Cảm Đoạn từ Linh Cảm đến Chợ Chàng gọi là sông La có diện tích lưu vực 3.200 Km2 Mạng lưới sông Cả là nguồn cung cấp nước chính cho các ngành kinh tế - xã hội của hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh Ngoài ra các vùng hưởng

lợi cũng có các lưu vực độc lập như sông Bùng, sông Cấm, sông Nghèn

c) Đặc điểm khí tượng khí hậu

- Lưu vực sông Cả chịu ảnh hưởng của khối không khí cực đới lục địa hoạt động từ tháng 11 đến tháng 3 gây ra thời tiết lạnh khô Khối không khí này

chịu ảnh hưởng của khối không khí nóng ẩm Thái Bình Dương mạnh dần lên vào tháng 2, 3 nên trong thời kỳ này hay có mưa nhỏ, mưa phùn

- Khối không khí xích đạo - Thái Bình Dương bắt đầu xâm nhập và mạnh

dần lên vào tháng 4÷10 và mạnh nhất vào tháng 9 ÷ 10 gây mưa lớn trên lưu

vực

- Khối không khí Ấn Độ Dương lấn át khối không khí lạnh Xibêri, gặp thời

kỳ giao thời khối không khí Thái Bình Dương chưa đủ mạnh di chuyển theo hướng Tây Nam tràn vào lưu vực gây không khí nóng, ít hơi nước được gọi

là gió Lào Mỗi đợt hoạt động từ 5 ÷ 7 ngày và mỗi năm có từ 5 đến 8 đợt

- Sự luân phiên hoạt động của các khối không khí diễn ra trên lưu vực sông

Cả làm cho khí hậu ở đây có những đặc thù riêng so với các lưu vực khác vùng khu IV

d) Đặc điểm thuỷ văn

• Dòng ch ảy năm

Dòng chảy trung bình năm đạt từ 21÷ 24 tỷ m3

/năm nhưng phân bố không đều theo không gian và thời gian

Bảng 2.3 Đặc trưng dòng chảy năm các trạm thuỷ văn lưu vực sông Cả

10 Hoà Duyệt Ngàn Sâu 1961÷ 2000 1.880 121 64,6 2.036

11 Hương Đại Ngàn Trươi 1961÷1981 408 31 76,0 2.396

Cả thường 2 đỉnh và thời gian một đợt lũ từ 5÷7 ngày Nhưng ở hạ du duy trì tới 13,5 ngày Lũ nhánh sông Hiếu, sông Cả thường xuất hiện lũ kép, sông Giăng, sông La lại xuất hiện lũ đơn

Bảng 2.4 Lưu lượng lũ thực đo lớn nhất một số trạm trên lưu vực sông Cả

• Dòng ch ảy kiệt

Mùa kiệt tính từ tháng 1 đến tháng 8 nhưng do có lũ tiểu mãn nên ở đây có hai thời kỳ kiệt là tháng 3, 4 và tháng 7, 8 Tháng 3, 4 kiệt nhất trong năm Tổng lượng kiệt 5,6÷ 6 tỷ m3 Lưu lượng kiệt nhất thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.5 Lưu lượng kiệt nhất tháng 3 ÷ 4 và tháng 7÷8 thực đo

Mực nước cao nhất trên lưu vực sông Cả thường xuất hiện vào tháng 8, 9,

10 hàng năm Thời gian có mực nước lũ cao nhất cũng là thời gian có lưu lượng lớn Theo tài liệu thực đo các trạm trên sông Cả mực nước lớn nhất tại các trạm là:

Bảng 2.6 Mực nước lũ thực đo tại một số vị trí

3 Đô Lương Sông Cả 14,95 19,71 28/9/78 5,43 10,48

4 Yên Thượng Sông Cả 8,71 12,38 28/9/1978 6,71 11,26

5 Nam Đàn Sông Cả 6,66 9,64 29/9/1978 5,73 9,09

6 Bến Thuỷ Sông Cả 2,90 5,68 28/9/1978 4,16 7,41

7 Cửa Hội Sông Cả 1,70 4,71 13/10/1989 3,22 4,08

Ghi chú:Tính theo h ệ cao độ quốc gia

• M ực nước mùa kiệt

Mực nước mùa kiệt trên lưu vực sông Cả thường thấp hơn đồng ruộng từ 2 m÷16 m có nơi như ở thượng nguồn sông Cả, sông Hiếu Mực nước thấp nhất tại Đô Lương đạt 9,23 m ngày 12/4/1962 Mực nước kiệt bình quân tháng đo được tại các trạm trên lưu vực sông Cả như sau

Bảng 2.7 Mực nước mùa kiệt trên sông Cả

e) Đặc điểm hải văn: gió, bão, nước dâng và thủy triều

• Gió mùa

Khu vực nghiên cứu hàng năm bị chi phối bởi hai loại gió mùa chính

+ Gió mùa Tây Nam với đặc trưng khô nóng hoạt động chủ yếu vào tháng 6 đến tháng 9 Tốc độ gió bình quân đạt 2m/s đến 3m/s Tốc độ gió lớn nhất đo được tại Vinh là 37m/s vào ngày 8/8/1965

+ Gió mùa Đông Bắc với đặc trưng ẩm, lạnh hoạt động chủ yếu vào các tháng từ 11 đến tháng 3 Tốc độ gió thường đạt mức 10m/s đến 15m/s

+ Tốc độ gió lớn nhất: Tại Vinh đạt 24m/s (năm 1931)

Tại Hòn Ngư đạt 34m/s (22/10/1962)

• Bão

+ Vùng bờ biển Thanh Hoá - Nghệ An - Hà Tĩnh hàng năm có xấp xỉ hai cơn bão ảnh hưởng trực tiếp Tốc độ gió trong bão bình quân ghi được tại

trạm Vinh đạt trên 40m/s và tại trạm Hòn Ngư là 50m/s

+ Các cơn gió mạnh có tốc độ gió lớn hơn 30m/s ghi được trong những năm gần đây tại vùng Hòn Ngư và Vinh là:

- Bão tốc độ gió 31m/s, hướng gió Đông, xuất hiện 9/9/1939;

- Bão tốc độ gió 40m/s, hướng gió Đông Đông Bắc, xuất hiện 21/8/1961;

- Bão tốc độ gió 40m/s, hướng gió Bắc Đông Bắc, xuất hiện 24/4/1962;

- Bão tốc độ gió 34m/s, hướng gió Nam Đông Nam, xuất hiện 22/12/1962;

- Bão tốc độ gió 37m/s, hướng gió Tây Nam, xuất hiện 18/8/1965;

- Bão tốc độ gió 35m/s, hướng gió Nam, xuất hiện 8/7/1973;

- Bão tốc độ gió 31m/s, hướng gió Đông Nam, xuất hiện 26/9/1978;

- Bão tốc độ gió 34m/s, hướng gió Tây, xuất hiện 3/10/1980

- Bão tốc độ gió 40m/s, hướng gió Nam Tây Nam, xuất hiện 18/10/1989;

- Bão số 6,7,8 cấp 11 đến 12 xuất hiện năm 2005

+ Trong vòng 10 năm (1981 – 1990) bão đổ bộ vào bờ biển Thanh Hoá – Nghệ An– Hà Tĩnh chiếm khoảng 19% tổng số cơn bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam

Bảng 2.8 Số cơn bão và tần suất xuất hiện đổ bộ vào Thanh - Nghệ - Tĩnh

(Tài li ệu bão tại trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia)

Theo thống kê, từ năm 1954 đến năm 1990 có 62 cơ bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào bờ biển khu vực Thanh Hóa – Nghệ An – Hà Tĩnh Trung bình

mỗi năm có 1,7 cơn bão hoặc áp thấp nhiệt đới

Bảng 2.9Thống kê số cơn bão đổ bộ vào khu vực Thanh – Nghệ - Tĩnh trong

+ Bão đổ bộ vào Hà Tĩnh từ cấp 9 trở lên có tần suất 44% tương ứng với

thời kỳ xuất hiện lại là 2,3 năm

+ Bão lớn hơn hoặc bằng cấp 12 xuất hiện với tần suất 10% với chu kỳ

xuất hiện lại là 10 năm

Như vậy, trung bình khoảng 10 năm thì có một trận bão có tốc độ gió bằng hoặc trên cấp 12 đổ bộ vào Hà Tĩnh tác động vào bờ biển, hệ thống đê biển và

đê cửa sông

Bảng 2.10 Biên độ dao động triều các tháng mùa khô

• Sóng

Sóng gió là nhân tố rất quan trọng ảnh hưởng đến thuỷ động lực, vận chuyển bùn cát và diễn biến cửa sông Chế độ sóng khu vực Cửa Hội chịu sự quy định của hai mùa gió chủ yếu diễn ra trong 2 thời kỳ:

- Thời kỳ gió mùa Đông Bắc từ tháng 9 đến đầu tháng 3 với năm sau hướng sóng chủ đạo là hướng Đông Bắc

- Thời kỳ còn lại từ cuối tháng 3 đến tháng 8 có hướng sóng chủ đạo là hướng Đông Nam và Tây Nam Hướng sóng Tây Nam xuất hiện chủ yếu vào tháng 7, nửa cuối tháng 6 và nửa đầu tháng 8, trùng với thời gian xuất hiện

của gió mùa Tây Nam Từ tháng 3 đến tháng 5 vẫn có xuất hiện các sóng hướng Đông Bắc do ảnh hưởng yếu của gió mùa Đông Bắc

Bảng 2.11 Phân bố tần suất (%) theo độ cao và hướng sóng tất cả các tháng

khu v ực Cửa Hội (thời kỳ 1997-2009)

< 0.5 0.27 9.44 8.90 13.79 1.40 3.17 1.32 0.11 38.40 0.5 - 1 0.59 13.05 3.30 13.11 1.46 5.14 1.09 0.20 37.94

1 - 1.5 0.18 10.02 0.36 0.92 0.04 0.60 0.11 0.05 12.27 1.5 - 2 0.06 7.04 0.12 0.03 0.01 0.01 0.00 0.01 7.28

Hình 2.2 Hoa sóng khu v ực Cửa Hội (1997-2009) cho toàn bộ các tháng

• Xâm nh ập mặn

Theo tài liệu thực đo tháng 4 một số năm của Viện Quy hoạch Thuỷ Lợi

giới hạn 1‰ trên sông La đến cống Đức Xá, trên sông Cả đến cầu Yên Xuân

Giới hạn mặn vùng triều phụ thuộc vào lưu lượng từ thượng nguồn về và hướng gió ở cửa sông Nếu lưu lượng tại Yên Thượng đạt từ 150÷180 m3

/s thì

độ mặn 1‰ tại Đức Xá, Chợ Chàng chỉ xuất hiện 2÷3 giờ và tại Trung Lương

chỉ xuất hiện 6÷8 giờ Nhưng nếu lưu lượng tại Yên Thượng chỉ đạt nhỏ hơn

100 m3/s thì độ mặn 1‰ tại Yên Xuân 3 giờ; Chợ Tràng 6 giờ, Trung Lương

12 giờ điều này cho thấy việc bổ sung lưu lượng thượng nguồn để đẩy mặn là rất cần thiết

2.2.2 Đặc trưng hình dạng và diễn biến hình thái cửa sông Cả

2.2.2.1 Đặc trưng các cửa sông dạng phễu (estuary)

Các cửa sông ở khu vực miền Trung có đặc điểm hình thái khá phức tạp và gồm 2 loại chính, cửa sông dạng doi cát chắn cửa và cửa sông dạng phễu