NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC BỜ BIỂN TỈNH TRÀ VINH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Đặc điểm diễn biến của các dải ven biển có xu thế rất khác nhau tùy thuộc vào địa chất ven biển, các yếu tố từ đại dương, yếu tố tác động từ sông, tác động của con người,… Việc nghiên cứ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC

VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC BỜ BIỂN

TỈNH TRÀ VINH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC

VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC BỜ BIỂN

TỈNH TRÀ VINH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy

Mã số chuyên ngành: 958 02 02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS HOÀNG VĂN HUÂN

2 PGS.TS LƯƠNG VĂN THANH

TP HCM – Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào

Tp HCM, ngày 17 tháng 7 năm 2019

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Phương Thảo

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Kỹ Thuật Biển, Trường Đại Học Tài nguyên và Môi trường Tp HCM, Khoa Tài nguyên nước đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận án

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự hướng dẫn, giúp đỡ của thầy PGS.TS Hoàng Văn Huân và PGS.TS Lương Văn Thanh Các thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức quí báu cùng với những lời động viên, khích lệ và những giúp đỡ cụ thể trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án này

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Hữu Nhân, ThS NCS Phan Mạnh Hùng, ThS Lê Thị Vân Linh, những người đã có những sự giúp đỡ rất thiết thực đối với tôi trong quá trình định hướng cho luận án và làm quen với bộ công cụ mô hình toán thực hiện trong luận án

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến GS.TSKH Nguyễn Ân Niên, GS Lê Mạnh Hùng, GS Lương Phương Hậu, GS Tăng Đức Thắng, GS Thiều Quang Tuấn, PGS.TS Huỳnh Thanh Sơn, PGS.TS Nguyễn Nghĩa Hùng và các thầy ở cơ sở đào tạo đã có những góp ý một cách rất chi tiết, cụ thể để tôi hoàn thiện dần luận

án này

Con xin ghi nhớ công ơn của Bố Mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng và dạy dỗ con trưởng thành như ngày hôm nay Bố Mẹ luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho con trước những vấn đề khó khăn trong cuộc sống

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến chồng tôi, Ngô Huy Biên Anh đã động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án đồng thời quan tâm, chăm sóc, lo lắng công việc gia đình để tôi có đủ thời gian vừa hoàn thành công việc cơ quan, vừa thực hiện công việc nghiên cứu cho luận án này

Tôi đã nỗ lực hết sức để hoàn thành tốt luận án của mình nhưng chắc chắn sẽ còn những điều sai sót, kính mong quý thầy cô và bạn đọc đóng góp ý kiến để tôi có thể tiếp tục hoàn thiện luận án

Nguyễn Thị Phương Thảo

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

0.1 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 1

0.1.1 Yêu cầu về phòng chống sạt lở 1

0.1.2 Yêu cầu về bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn 5

0.1.3 Yêu cầu bảo vệ môi trường ven biển 6

0.1.4 Yêu cầu về công trình chỉnh trị và bảo vệ ổn định bờ biển 6

0.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN 7

0.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 8

0.4 CẤU TRÚC VÀ NỘI DUNG LUẬN ÁN 8

0.5 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 8

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

1.1 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ XÓI LỞ BỜ BIỂN 9

1.1.1 Nguyên nhân và cơ chế xói lở/bồi lắng của bờ biển bùn có rừng ngập mặn 9

1.1.2 Các công trình bảo vệ bờ biển 20

1.2 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI LỞ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VIỆT NAM 24

1.2.1 Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài 24

1.2.2 Các công trình nghiên cứu kết hợp của tác giả nước ngoài và trong nước 24

1.2.3 Các công trình nghiên cứu của tác giả trong nước 28

1.3 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI LỞ BỜ BIỂN TRÀ VINH 33

1.3.1 Kết quả nghiên cứu của tác giả nước ngoài 33

1.3.2 Kết quả nghiên cứu trong nước 34

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN BỜ BIỂN 35

1.5 NHẬN XÉT CHUNG 38

1.5.1 Những thành tựu đã đạt được 38

1.5.2 Những vấn đề tồn tại 39

1.6 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 41

1.6.1 Vấn đề nghiên cứu 41

1.6.2 Phạm vi nghiên cứu 41

1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 42

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

2.1 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 43

2.1.1 Giới thiệu phương pháp mô hình toán 43

2.1.2 Lựa chọn phần mềm 43

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 45

2.2.1 Mô phỏng dòng chảy vùng nước nông 45

2.2.2 Tính toán sóng 47

2.2.3 Mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát và biến hình lòng dẫn 49

2.2.4 Phương pháp xây dựng bản đồ 52

2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 53

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 66

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

3.1 NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VEN BỜ 68

3.1.1 Yếu tố tác động từ sông Mê Công 68

3.1.2 Yếu tố triều biển Đông 74

3.1.3 Yếu tố dòng chảy 76

3.1.4 Yếu tố sóng biển 88

3.1.5 Chế độ vận chuyển bùn cát và trữ lượng 94

3.1.6 Cơ chế thủy động lực và vận chuyển bùn cát 105

3.1.7 Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng bờ biển Trà Vinh 107

3.2 NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI BỜ BIỂN TRÀ VINH 111

3.2.1 Đặc trưng hình thái bờ biển Trà Vinh 111

3.2.2 Kết quả mô phỏng chế độ bồi xói vùng bờ biển Trà Vinh cho các kịch bản114 3.2.3 Xây dựng quan hệ đường giữa chiều dày bồi lắng theo thời gian tại một số khu vực đặc trưng bờ biển Trà Vinh 118

3.3 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ 123

3.3.1 Các quá trình xói lở 123

3.3.2 Đề xuất giải pháp chỉnh trị 130

3.4 GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ BẢO VỆ BỜ BIỂN TRÀ VINH KHU VỰC HIỆP THẠNH 134

3.4.1 Giới thiện khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh 134

3.4.2 Lựa chọn phương án bố trí tổng thể công trình 135

3.4.3 Phân tích hiệu quả của hệ thống công trình chỉnh trị 138

3.4.4 Nhận xét chung 143

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 144

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 146

4.1 KẾT LUẬN 146

4.2 KIẾN NGHỊ 148

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 150

PHỤ LỤC 1:KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH – KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH 157

PHỤ LỤC 2:ĐỊA HÌNH KHU VỰC BỜ BIỂN TRÀ VINH 1

-PHỤ LỤC 3:TÀI LIỆU CHỨNG MINHBÙN CÁT BỊ GIỮ LẠI Ở THƯỢNG NGUỒN DO XÂY DỰNGĐẬP THỦY ĐIỆN TRÊN SÔNG MÊ CÔNG 1

- ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

- GIS: Geographical Information System (Hệ thống thông tin địa lý)

- GMĐB: Gió mùa đông bắc

- GMTN: Gió mùa tây nam

- KTTV: Khí tượng thủy văn

- KTXH: Kinh tế xã hội

- NBD: Nước biển dâng

- NCKH: Nghiên cứu khoa học

- NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

- NCS: Nghiên cứu sinh

DANH MỤC BẢNG

Bảng 0 1: Hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh mùa gió Đông Bắc 2

Bảng 0 2: Hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh mùa gió Tây Nam 3

Bảng 2 1: Phân tích lựa chọn phần mềm 44

Bảng 2 2: Phân loại bùn cát mịn 49

Bảng 2 3: Các thông số thiết lập trong mô hình Mike 21/3 FM 60

Bảng 2 4: Kịch bản nước biển dâng xét cho toàn khu vực biển Đông 64

Bảng 3 1: Tọa độ của các mặt cắt cửa sông Mê Công 68

Bảng 3 2: Lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại các cửa sông Mê Công (năm 2011) 69

Bảng 3 3: Bảng so sánh lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên (năm 2011) 71

Bảng 3 4: Lưu lượng bùn cát lớn nhất tại các cửa sông Mê Công (năm 2011) 72

Bảng 3 5: Bảng so sánh lưu lượng bùn cát lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên (năm 2011) 73

Bảng 3 6: Phân bố gió mùa hàng năm ở biển Đông 77

Bảng 3 7: Tọa độ các điểm trích xuất giá trị vận tốc dòng chảy 81

Bảng 3 8: Tổng hợp các hoa sóng tại khu vực ven biển Trà Vinh 92

Bảng 3 9: Tọa độ các mặt cắt trích xuất kết quả chuyển tải lưu lượng bùn cát 95

Bảng 3 10: Tổng lượng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt MC1 trong 1 ngày 98

Bảng 3 11: Kết quả tính toán thông lượng bùn cát dọc bờ qua các mặt cắt 99

Bảng 3 12: Tọa độ các mặt cắt của ô tính cân bằng bùn cát khu vực hiệp Thạnh 102

Bảng 3 13: Phân tích trữ lượng bùn cát khu vực Hiệp Thạnh 103

Bảng 3 14: Phân tích trữ lượng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải 103

Bảng 3 15: Tọa độ các mặt cắt của ô tính cân bằng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải 104

Bảng 3 16: Tọa độ các điểm trích xuất giá trị thay đổi bề dày lớp bồi tụ 118

Bảng 3 17: Giá trị bề dày lớp bồi tụ tại các điểm Sx, Sb, So tương ứng với các kịch bản119 Bảng 3 18: Mức độ thay đổi bề dày lớp bồi tụ so với kịch bản hiện trạng (%) 121

Bảng 3 19: Đặc điểm và nguyên nhân xói lở tại các khu vực trọng điểm 131

Bảng 3 20: Các thông số thiết kế công trình gây bồi tạo bãi 137

Bảng 3 21: Các kịch bản bố trí công trình chỉnh trị 137

DANH MỤC HÌNH

Hình 0 1: Thực trạng xói bồi bờ biển Trà Vinh mùa gió Đông Bắc 2

Hình 0 2: Thực trạng xói bồi bờ biển Trà Vinh mùa gió Tây Nam 3

Hình 0 3: Diễn biến BBTV từ 1989 - 2012 qua phân tích ảnh viễn thám 5

Hình 0 4: Kè Hiệp Thạnh (trái) và khu vực xói lở phía trước và sau kè (phải) 6

Hình 1 1: Sơ đồ dòng mặt của dòng ngoài bờ và hệ thống dòng ven bờ (chiều dài mũi tên biểu thị thị trị số lưu tốc tương đối) 13

Hình 1 2: Vận chuyển bùn cát dọc bờ 16

Hình 1 3: Sự thay đổi mặt cắt bờ biển do một sự kiện bão 16

Hình 1 4: Bùn (trái) và cát (phải) 17

Hình 1 5: Quá trình vận chuyển bùn cát 18

Hình 1 6: Sơ đồ nguyên nhân của xói lở, bồi tụ bờ biển 19

Hình 1 7: Các dạng tích tụ bùn cát phát triển sau khi xây dựng đê chắn sóng 21

Hình 1 8: Quy trình tính toán khoảng cách giữa các mỏ hàn 22

Hình 1 9: Tuổi các giồng phân tích bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang thạch anh từ Vàm Láng (Tiền Giang) đến Duyên Hải (Trà Vinh) 25

Hình 1 10: Quá trình hình thành và phát triển của các tỉnh giữa sông Tiền và sông Hậu từ 3500 năm trước hiện tại 26

Hình 1 11: Xu thế tích tụ trầm tích và vận chuyển trầm tích 26

Hình 1 12: Lưới tính vùng nghiên cứu của dự án JICA 27

Hình 1 13: Mặt cắt địa chất ven biển Trà Vinh 29

Hình 1 14: Lưới tính của mô hình trong nghiên cứu của Vũ Duy Vĩnh 30

Hình 1 15: Phân bố trầm tích lơ lửng (kg/m3) tầng mặt vùng ven bờ Châu thổ sông Mê Công 31

Hình 1 16: Biến động địa hình (cm) khu vực cửa Trần Đề và Cung Hầu sau 1 tháng 32

Hình 1 17: Các quy luật diễn biến địa hình đáy phổ biến tại vùng bồi tụ ven biển Cà Mau 33

Hình 1 18: Bản đồ vị trí vùng nghiên cứu (được khoanh tròn) 42

Hình 2 1: Các bước thực hiện trong nghiên cứu bài toán diễn biến bờ biển bằng mô hình toán 43

Hình 2 2: Vị trí các điểm tính trên lưới so le trong hệ tọa độ x,y 47

Hình 2 3: Qui trình xây dựng sơ đồ thủy động lực bằng phương pháp GIS 53

Hình 2 4: Phạm vi địa hình đo đạc trên cạn và dưới nước thu thập cho VNC 54

Hình 2 5: Vị trí các trạm đo năm 2011 và năm 2014 55

Hình 2 6: Vị trí các điểm lấy mẫu bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy năm 2011 56

Hình 2 7: Vị trí các điểm lấy mẫu bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy năm 2014 56

Hình 2 8: Lưới tính, địa hình đáy biển và ba đoạn biên mở của miền tính 58

Hình 2 9: Mô phỏng các công trình bảo vệ bờ và kênh chính trên lưới tính 59

Hình 2 10: Các module sử dụng trong mô hình Mike 21/3 FM 60

Hình 2 11: Quá trình bồi/xói đáy trong mô hình “đa lớp bồi tụ” 62

Hình 2 12: Thay đổi nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình tháng tại các trạm Cần Thơ và Mỹ Thuận trước và sau khi đập Manwan đi vào vận hành năm 1993 Đường nằm ngang biểu thị nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình 65

Hình 2 13: Sơ đồ các bước thực hiện nội dung nghiên cứu 67

Hình 3 1: Vị trí trích xuất kết quả lưu lượng dòng chảy và lưu lượng bùn cát 69

Hình 3 2: Lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại các cửa sông Mê Công trong 12 tháng 70

Hình 3 3: Biểu đồ so sánh lưu lượng dòng chảy lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên 71

Hình 3 4: Lưu lượng bùn cát lớn nhất tại các cửa sông Mê Công trong năm 2011 72

Hình 3 5: Biểu đồ so sánh lưu lượng bùn cát lớn nhất tại cửa Định An và tổng Cung Hầu – Cổ Chiên 73

Hình 3 6: Dao động mực nước tại điểm T6 ven biển Trà Vinh năm 2011 74

Hình 3 7: Dao động mực nước tại điểm T6 tháng 4/2011 74

Hình 3 8: Dao động mực nước tại điểm T6 tháng 9/2011 75

Hình 3 9: Kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính tại điểm T6 tháng 4/2011 76

Hình 3 10: Kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính tại điểm T6 tháng 9/2011 76

Hình 3 11: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMĐB khi triều dâng 78

Hình 3 12: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMĐB khi triều rút 78

Hình 3 13: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMTN khi triều dâng 79

Hình 3 14: Trường dòng chảy và cao độ mặt nước vào GMTN khi triều rút 79

Hình 3 15: Vị trí các điểm trích xuất kết quả vận tốc dòng chảy vùng nghiên cứu 80

Hình 3 16: Biểu đồ so sánh giá trị dòng chảy lớn nhất tại các vị trí 81

Hình 3 17: Trường dòng chảy vào cuối mùa gió tây nam khi triều bắt đầu dâng 83

Hình 3 18: Trường dòng chảy vào đầu mùa gió tây nam khi triều bắt đầu dâng 83

Hình 3 19: Trường dòng chảy biển Đông vào đầu mùa gió tây nam khi triều dâng 84

Hình 3 20: Trường dòng chảy biển Đông vào cuối mùa gió tây nam khi triều dâng 84

Hình 3 21: Sự tương tác, tổ hợp giữa các loại dòng chảy tại điểm T6 85

Hình 3 22: Vận tốc dòng ven (dòng dư) tại các vị trí 86

Hình 3 23: Dòng dư gió mùa đông bắc 87

Hình 3 24: Trường vận tốc tức thời do dòng triều đơn thuần trong pha triều lên 88

Hình 3 25: Trường sóng và chiều cao sóng vào thời điểm gió mùa đông bắc 89

Hình 3 26: Chiều cao sóng vào thời điểm gió mùa tây nam 89

Hình 3 27: Biểu đồ so sánh giá trị chiều cao sóng trung bình tại các vị trí 90

Hình 3 28: Cao độ địa hình khu vực ven biển TV và vị trí trích xuất hoa sóng 92

Hình 3 29: Vị trí các mặt cắt và hướng vận chuyển bùn cát tương ứng với giá trị trích xuất từ mô hình 95

Hình 3 30: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 1 95

Hình 3 31: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 3 96

Hình 3 32: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 2 97

Hình 3 33: Hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ trong mùa gió đông bắc 99

Hình 3 34: Hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ trong mùa gió tây nam 100

Hình 3 35: Thông lượng bùn cát dọc bờ hàng năm qua các mặt cắt 100

Hình 3 36: Phạm vi các ô tính cân bằng bùn cát khu vực Hiệp Thạnh 102

Hình 3 37: Phạm vi các ô tính cân bằng bùn cát khu vực Trường Long Hòa – Đông Hải104 Hình 3 38: Phân bố hạt trầm tích D50 thiết lập trong phần mềm Arcgis 107

Hình 3 39: Trường dòng chảy khi triều dâng và rút thiết lập trong Arcgis 108

Hình 3 40: Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng ven biển Trà Vinh trong MGĐB 109

Hình 3 41: Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng ven biển Trà Vinh trong MGTN 110

Hình 3 42: Mặt cắt ngang đới bờ biển 111

Hình 3 43: Sơ họa mặt cắt ngang đới bờ biển Trà Vinh 112

Hình 3 44: Bản đồ đồng bằng sông Cửu Long 113

Hình 3 45: Diễn biến bồi xói bờ biển Trà Vinh sau 1 năm – kịch bản hiện trạng và vị trí các điểm trích xuất kết quả 116

Hình 3 46: Diễn biến bồi xói bờ biển Trà Vinh sau 1 năm – Các kịch bản 117

Hình 3 47: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sx với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm 118

Hình 3 48: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sx với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30% 118

Hình 3 49: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sb với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm 120

Hình 3 50: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sb với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30% 120

Hình 3 51: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm So với kịch bản hiện trạng, NBD 13 – 23 cm 120

Hình 3 52: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm So với kịch bản hiện trạng, bùn cát giảm 20 – 30% 121

Hình 3 53: Hoa sóng vào mùa gió đông bắc tại các vị trí trích xuất 126

Hình 3 54: Vị trí các khu vực sạt lở trọng điểm và định hướng bố trí công trình chỉnh trị132

Hình 3 55: Ví dụ về dạng công trình hàng rào cừ tràm ở Cà Mau 133

Hình 3 56: Hình ảnh rừng ngập mặn (trái) và rừng phòng hộ phi lao (phải) tại khu vực ven biển Trà Vinh 134

Hình 3 57: Vị trí bờ biển xã Hiệp Thạnh 134

Hình 3 58: Vị trí các đoạn bờ biển xã Hiệp Thạnh 135

Hình 3 59: Sơ đồ minh họa cho các thông số tính toán 136

Hình 3 60: Sơ đồ bố trí công trình chỉnh trị bờ biển xã Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh 138

Hình 3 61: Trường dòng chảy khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều dâng 138

Hình 3 62: Trường dòng chảy và mực nước khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều rút 139

Hình 3 63: Vị trí điểm trích xuất dòng chảy (cách đê 50m) 139

Hình 3 64: Hoa dòng chảy tại điểm P ứng với các kịch bản HT, KB1, KB2, KB3 thời kỳ gió mùa Đông Bắc (1/1/2011÷ 27/1/2011) 139

Hình 3 65: Trường sóng mùa gió đông bắc khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh 140

Hình 3 66: Vị trí các mặt cắt để xem xét sự thay đổi sóng trong khu vực được kè mỏ hàn chữ T bảo vệ 140

Hình 3 67: Chiều cao sóng tại mặt cắt 3 (trái) và mặt cắt 4 (phải) thời điểm 19:00 ngày 18/1/2011 (mùa Đông Bắc) 141

Hình 3 68: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC1 giữa 2 phương án 141

Hình 3 67: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC2 giữa 2 phương án 142

Hình 3 70: Mức độ bồi tụ tại mặt cắt 3 (trái) và mặt cắt 4 (phải) sau 1 tháng 142

Hình 3 71: Diễn biến bồi xói khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh phương án có công trình sau 1 tháng tính toán (1-23/1/2011, mùa gió đông bắc) 143

MỞ ĐẦU

0.1 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

Trong những năm gần đây, tình trạng bờ biển và hệ thống đê bị sạt lở nghiêm trọng, xảy ra trên phạm vi rộng lớn đối với hầu như tất cả các tỉnh ven biển ĐBSCL, ảnh hưởng đáng kể tới sự phát triển kinh tế của các ngành liên quan đến khai thác tổng hợp dải ven biển Đặc điểm diễn biến của các dải ven biển có xu thế rất khác nhau tùy thuộc vào địa chất ven biển, các yếu tố từ đại dương, yếu tố tác động từ sông, tác động của con người,… Việc nghiên cứu sâu các vấn đề về cơ chế động lực – vận chuyển bùn cát khu vực ven biển tỉnh Trà Vinh, phục vụ công tác chỉnh trị và bảo vệ bờ biển nhằm đáp ứng các yêu cầu thực tiễn sau:

0.1.1 Yêu cầu về phòng chống sạt lở

Bờ biển tỉnh Trà Vinh nằm ở vị trí rất đặc biệt, kẹp giữa 2 cửa sông (cửa Cung Hầu-Cổ Chiên và cửa Định An) có diễn biến đường bờ khá phức tạp, xen lẫn bồi, xói Nhiều khu vực bị xói lở với tốc độ nhanh trong những thập niên gần đây gây mất đất và rừng phòng hộ ven biển

Tài liệu hiện trạng bờ biển tỉnh Trà Vinh theo kết quả điều tra, khảo sát

thực hiện trong những năm từ 2010 đến 2012 [1], năm 2014 [3] và theo thu thập

thực địa phục vụ luận án cho thấy rằng, trên toàn dải bờ biển sự bồi tụ, ổn định

và xói lở diễn ra so le nhau tại nhiều vị trí Các khu vực chiếm ưu thế về bồi tụ là khu vực cửa sông, cửa rạch như khu vực cửa Cung Hầu – vị trí sông Bến Chùa,

vị trí cửa Vàm Láng Nước, cửa Định An và Hố Tàu Các khu vực xẩy ra hiện tượng xói lở mạnh như khu vực ấp Bào xã Hiệp Thạnh, khu vực Ba Động xã Trường Long Hòa và khu vực xã Dân Thành (Hình 0.1)

Tổng thể hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh trong mùa gió Đông Bắc, Tây Nam được thể hiện trên Hình 0.1 - 0.2 và thống kê chi tiết trong bảng 0.1 - 0.2

Hình 0 1: Thực trạng xói bồi bờ biển Trà Vinh mùa gió Đông Bắc

Bảng 0 1: Hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh mùa gió Đông Bắc

Địa phận xã Vị trí Đoạn bờ lở

Bờ ổn định Đoạn bờ bồi

Hình 0 2: Thực trạng xói bồi bờ biển Trà Vinh mùa gió Tây Nam

Bảng 0 2: Hiện trạng xói bồi bờ biển tỉnh Trà Vinh mùa gió Tây Nam

20 m/năm; Nhẹ: bồi tụ từ 1 – 5 m/năm;

Những đoạn bờ biển có xu thế ổn định hoặc bồi tụ như sau:

- Đoạn bờ biển gồm thị trấn Mỹ Long và xã Mỹ Long Nam;

- Đoạn bờ biển thuộc xã Hiệp Thạnh - Duyên Hải từ vàm Thâu Râu chạy dài đến Vàm Láng Nước;

- Đoạn từ ấp Nhà Mát xã Trường Long Hòa kéo dài trên phạm vi khoảng 8km đến giáp khu du lịch biển Ba Động là đoạn có xu thế bồi tụ và ổn định;

- Đoạn bờ biển thuộc xã Đông Hải - Duyên Hải, trong hàng chục năm trở lại đây, hiện tượng bồi tụ diễn ra phổ biến và có hệ thống Hiện nay, dọc bờ biển kéo dài khoảng 19km có bãi biển trải rộng, rừng cây phòng hộ mới trồng đang phát triển tốt;

- Xã Long Vĩnh được dãy rừng bần tự nhiên bảo vệ, bờ biển ổn định

Những đoạn bờ biển đang bị sạt lở trong cả hai mùa gió đông bắc và tây nam như sau:

- Đoạn bờ biển thuộc ấp Chợ xã Hiệp Thạnh có chiều dài khoảng 2,5km hiện nay mức độ xói lở ngày càng tăng đặc biệt nghiêm trọng khi triều dâng cao;

- Đoạn bờ biển thuộc ấp Bầu, xã Hiệp Thạnh kéo dài trên phạm vi 3km đang xảy ra hiện tượng sạt lở rất mạnh, tốc độ sạt lở ngày càng tăng trong vài năm gần đây;

- Đoạn bờ biển 1,2km thuộc ấp Nhà Mát xã Trường Long Hoà có hiện tượng sạt lở trung bình

- Đoạn bờ biển thuộc ấp Cồn Trứng xã Trường Long Hoà - Duyên Hải kéo dài từ khu du lịch biển Ba Động đến giáp phạm vi xã Dân Thành với chiều dài 5km, hiện tượng sạt lở đang xảy ra mạnh, mặc dù mức độ xói lở càng gần với địa phận xã Dân Thành càng giảm;

- Xã Dân Thành - Duyên Hải có chiều dài 5km, tại đoạn ấp Láng Cháo kéo dài xuống ấp Mù U dài khoảng 2,5km thường bị sạt lở hàng năm từ 10-15m,

đoạn bờ biển tiếp theo của xã Dân Thành hiện nay có dãy rừng phi lao, rừng mắm đã bảo vệ bờ biển không còn bị sạt lở

Nhận xét chung: Đối với những đoạn bờ biển có diễn biến xói lở trong cả

hai mùa gió đông bắc và tây nam, tình trạng này đã diễn ra hàng chục năm và trở nên đặc biệt nghiêm trọng trong thời gian gần đây Xét về mặt quy luật tự nhiên, việc bờ biển “tiến” hoặc ‘lùi” chỉ là một giai đoạn trong quá trình biến đổi đường

bờ dưới tác động của sóng và dòng chảy Tuy nhiên, đối với vấn đề kinh tế - xã hội của một địa phương (tỉnh Trà Vinh) đây là một vấn đề quan trọng Cùng với

đà phát triển về dân số và kinh tế, các vùng đất ven biển đã được sử dụng để làm đất canh tác, xây dựng các khu du lịch, xây dựng nhà máy nhiệt điện, Tình trạng sạt lở bờ biển nghiêm trọng trong thời gian qua đã làm mất đi hàng trăm héc ta đất canh tác ven biển, ảnh hưởng đến đời sống và sinh kế người dân, đồng thời thu hẹp quỹ đất của tỉnh và phạm vi lãnh thổ của đất nước

0.1.2 Yêu cầu về bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn

Hình 0 3: Diễn biến BBTV từ 1989 - 2012 qua phân tích ảnh viễn thám [1]

Rừng ngập mặn/ phòng hộ là tấm lá chắn bảo vệ vùng ven biển, có tác dụng giảm sóng, hạn chế xói lở bờ biển, lắng đọng lượng bùn cát từ nơi khác do sóng và dòng chảy mang tới Kết quả nghiên cứu diễn biến bờ biển Trà Vinh trong những năm gần đây cho thấy diện tích đất ven biển, bao gồm chủ yếu là rừng ngập mặn và phòng hộ giảm đáng kể, đặc biệt tại một số khu vực trọng

điểm như xã Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa, Dân Thành [1] (xem hình 0.3)

Chính vì vậy việc khôi phục và phát triển rừng ngập mặn cho dải ven biển đặc biệt là những khu vực đang xói lở là rất cần thiết

0.1.3 Yêu cầu bảo vệ môi trường ven biển

Rừng ngập mặn mang lại các giá trị về sinh thái - môi trường và dịch vụ

to lớn cho đời sống: là vườn ươm và phát triển của nhiều loài thủy hải sản; là nơi

cư trú và làm tổ của nhiều loài chim, động vật ở nước, thú quý hiếm; cung cấp dược liệu, chất đốt, nguyên liệu cho công nghiệp; là lá phổi xanh hấp thụ khí các-bon-nic điều tiết nhiệt độ và khí hậu Một số khu bãi biển có lợi thế để phát triển du lịch, dịch vụ đang bị sóng và dòng chảy gây xói lở nghiêm trọng có nguy cơ làm thiệt hại không chỉ cơ sở hạ tầng mà còn ảnh hưởng đến chủ trương phát triển kinh tế của tỉnh Trà Vinh tại các khu vực này (xem hình 0.1 về tình trạng xói lở tại khu du lịch bãi biển Ba Động)

0.1.4 Yêu cầu về công trình chỉnh trị và bảo vệ ổn định bờ biển

Hình 0 4: Kè Hiệp Thạnh (trái) và khu vực xói lở phía trước và sau kè (phải)

Một số khu vực xói lở trọng điểm của tỉnh Trà Vinh đã được xây dựng

kè bê tông bảo vệ bờ trực tiếp Tuy nhiên, sau khi kè đã xây dựng diễn biến xói

lở với mức độ nghiêm trọng tiếp tục xảy ra ở các khu vực lân cận (xem hình 0.4)

Từ những kết quả thực tế nói trên cho thấy rằng, việc nghiên cứu sâu các vấn đề về cơ chế động lực – vận chuyển bùn cát khu vực ven biển tỉnh Trà Vinh, phục vụ công tác chỉnh trị và bảo vệ bờ biển là rất cần thiết

0.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN

Nghiên cứu về bờ biển cần chú trọng đến 3 đặc trưng cơ bản của môi

trường đới bờ biển là: (i) Thủy động lực (chủ yếu là sóng, triều và dòng chảy);

(ii) Vận chuyển bùn cát (phù sa lơ lửng và trầm tích đáy); (iii) Hình thái (diễn

biễn bồi và xói của bờ biển) Những đặc trưng nói trên là các vấn đề mấu chốt và khó khăn nhất trong nghiên cứu để chỉnh trị và xây dựng công trình bảo vệ bờ biển

Bờ biển Trà Vinh có vị trí nằm kẹp giữa hai cửa sông lớn của sông Mê Công (Cung Hầu – Cổ Chiên và Định An – Trần Đề) Những yếu tố tác động lên

cơ chế hoạt động của 3 đặc trưng cơ bản trong môi trường đới bờ biển Trà Vinh là: dòng chảy-chuyển tải bùn cát từ sông Mê Công, dòng chảy biển, sóng, gió, thủy triều, địa chất vùng bờ, khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa, tác động của con người, biến đổi khí hậu,… Đây là những vấn đề thiên văn, địa lý hấp dẫn nhưng lại rất phức tạp trong mô phỏng bằng các phương trình toán học và cơ học (mô hình vật lý) Cùng với bề dày phát triển của khoa học nghiên cứu về động lực sông biển, việc khám phá các quy luật cơ bản của các yếu tố kể trên đã hoàn thiện về cơ bản, kèm theo đó là sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp nghiên cứu Trong đó phương pháp mô hình toán được xem là nổi trội nhờ vào khả năng tính toán của máy tính, đặc biệt khi thực hiện nghiên cứu đối với vùng rộng lớn như toàn dải bờ biển Trà Vinh và giải quyết các bài toán giả định

Luận án sẽ sử dụng phương pháp mô hình toán nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố đến toàn bộ quá trình động lực – vận chuyển bùn cát và những biến đổi về mặt hình thái, để từ đó xây dựng được cơ sở khoa học nhằm chỉnh trị

và ổn định bờ biển Trà Vinh

Trên cơ sở mô hình đã thiết lập, luận án xây dựng các kịch bản, nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của sự suy giảm lượng phù sa sông Mê Công và sự gia tăng mực nước biển (BĐKH) đến xu thế biến đổi cao trình địa hình đáy một số khu vực đặc biệt ven biển Trà Vinh

0.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

- Mô phỏng diễn biến về thủy hải văn, thủy lực nhằm làm sáng tỏ các yếu tố động lực ảnh hưởng đến sự biến động đường bờ và xu thế phát triển bờ biển tỉnh Trà Vinh

- Xác lập các cơ sở khoa học để định hướng các giải pháp chỉnh trị nhằm ổn định vùng bờ biển tỉnh Trà Vinh

0.4 CẤU TRÚC VÀ NỘI DUNG LUẬN ÁN

Cấu trúc luận án gồm các phần cơ bản sau:

- Mở đầu

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

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

- Chương III: Kết quả nghiên cứu về chế độ thủy thạch động lực phục vụ chỉnh trị bờ biển Trà Vinh

- Kết luận và kiến nghị

0.5 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1 Luận án đã đánh giá một cách tổng hợp, có hệ thống các yếu tố động lực chính tác động gây thay đổi hình thái khu vực bờ biển Trà Vinh

2 Luận án đã xác lập được xu thế biến động địa hình đáy theo thời gian dưới tác động gia tăng mực nước biển và suy giảm bùn cát từ sông ra Đề xuất được giải pháp chỉnh trị hợp lý

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

VỀ XÓI MÒN BỜ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ

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

BỜ BIỂN

Vùng ven biển (gần cửa sông) là nơi tương tác giữa các yếu tố đến từ sông, từ biển, từ con người, từ vĩ mô đến vi mô, từ nội sinh đến ngoại sinh, từ thường xuyên đến đột xuất Mỗi khi có sự thay đổi một hoặc các thành phần trong hệ thống thì sẽ kéo theo nhiều sự thay đổi của các thành phần khác nhằm thiết lập một sự cân bằng mới Trong những năm gần đây, dưới sự tác động của các yếu tố như nước biển dâng cao, các hoạt động kinh tế xã hội của con người ở vùng ven biển được đẩy mạnh,… đã làm cho quá trình bồi tụ – xói lở diễn biến phức tạp về cả quy mô lẫn cường độ Do đó, các hoạt động khoa học- công nghệ trong lĩnh vực nghiên cứu về bờ biển luôn phải đối mặt với những vấn đề khó khăn, phức tạp mà mặc dầu nó đã thật sự phát triển vào đầu thế kỷ XXI, ở trình

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

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

mặn

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

Diễn biến của các dải bờ biển phụ thuộc nhiều vào các yếu tố thủy động lực tác động trực tiếp lên nó Có rất nhiều các yếu tố tác động như sóng, thủy triều, gió, dòng ven bờ, dòng chảy từ sông,… làm biến đổi hình thái bờ biển theo thời gian, sự biến đổi hình thái này đôi khi làm cản trở các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội của con người Vì vậy, từ thời cổ đại con người đã có những giải pháp nhằm chỉnh trị các tác động này Dấu tích của các công trình cảng và đê chắn sóng xây dựng tại cửa sông Nile vào khoảng 2500 năm trước Công nguyên

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

thạch động lực vùng ven bờ

Tuy nhiên, phải đến đầu thế kỷ XX các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực cửa sông ven biển mới bắt đầu thăng hoa Những nghiên cứu ban đầu đã xây dựng nên các cơ sở lý thuyết cơ bản, phương pháp luận khoa học từ đó định danh được các yếu tố tác động gây nên diễn biến bờ biển, cửa sông và khái quát hóa được quá trình diễn biến của chúng bằng các phương trình toán học

- Nghiên cứu tác động của sóng đến diễn biến bờ biển Sóng được tạo nên bởi gió và sự thay đổi trong áp suất khí quyển Đối với hình thái ven biển và thiết kế bảo vệ bờ biển sóng ngắn là một trong những thông số quan trọng nhất

Sóng ngắn có chu kỳ ít hơn khoảng 20 giây [18] Sóng ngắn có thể chia thành sóng gió (gần bờ) và sóng lừng [55]:

+ Sóng gió (wind waves): Đây là những sóng tạo ra và chịu ảnh hưởng của trường gió địa phương Sóng gió bình thường tương đối dốc (cao và ngắn)

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

+ Sóng lừng (swell waves): Đây là sóng tự do, được hình thành sau khi gió ngừng thổi hoặc sóng gió truyền đi đến thủy vực khác không có gió Sóng lừng có xu hướng hình thành mặt cắt ven biển

- Nghiên cứu tác động của thủy triều đến diễn biến bờ biển: Triều thiên văn là hiện tượng dao động lên xuống theo chu kỳ của nước trên trái đất do chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ các thiên thể (chủ yếu là của mặt trăng và

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

thiên văn tạo ra các dòng thủy triều Dòng thủy triều quan trọng nhất liên quan đến hình thái ven biển là dòng chảy được tạo ra trong các cửa triều, nơi mà dòng chảy bị ép vào một khu vực hẹp Vận tốc dòng thủy triều mạnh có thể đạt

biển trung bình đã tăng từ 10 đến 25 cm, thay đổi theo từng vùng khác nhau Mực nước biển dâng sẽ làm tăng nguy cơ ngập lụt của các vùng trũng thấp, làm

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

yếu tố này sẽ dẫn đến những biến đổi cực đoan của bờ biển Ngoài ra, sự lún của mặt đất ở vùng ven biển cũng có thể coi như là một hình thức nước biển dâng lên tương đối và sẽ gây ra xói mòn ở phần trên của mặt cắt bờ biển Lún

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

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

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

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

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

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

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

lý ven biển cho nhiều cộng đồng và quốc gia (ví dụ Leatherman, 1991, 2001; Leatherman et al, 1994, 2000 Nicholls và Leatherman, 1994; Nicholls et al.,

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

qua các yếu tố quan trọng về địa chất và hải dương học, do đó kết quả dự báo là không chính xác và khẳng định không thể dự đoán bờ biển rút lui do mực nước biển tăng một cách chính xác mà phải xét đến trong một tổng thể ảnh hưởng

của nhiều yếu tố tác động [47]

- Nghiên cứu về sự tương tác ảnh hưởng giữa nước biển dâng và thủy triều lên diễn biến bờ biển có Friendich T.C năm 1990 đã sử dụng mô hình toán để dự đoán tác động ban đầu của tăng mực nước biển lên sự biến dạng thủy triều trong hệ thống, kết hợp với các kết quả mô hình hóa số được sử dụng

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

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

toán, việc tính toán các kịch bản nước biển dâng đã trở nên dễ dàng hơn với khoảng thời gian dự báo dài hơn Dissanayake D M P K năm 2012 sử dụng

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

lún tại địa phương trong suốt thời gian nghiên cứu 110 năm Kết quả tính toán cho thấy rằng, sự gia tăng mực nước biển sẽ làm gia tăng tình trạng ngập lụt và

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

- Nghiên cứu tác động của dòng chảy từ sông đến diễn biến bờ biển: Dòng chảy từ sông đổ ra biển là một yếu tố động lực quan trọng, nhiều khi là quyết định trong quá trình diễn biến vùng cửa sông, ven biển Những đặc tính của dòng chảy sông phải được xác định từ số liệu của trạm thủy văn cuối cùng trước địa điểm có ảnh hưởng của sóng triều Dòng chảy từ sông là một dòng chảy không ổn định, chuyển động trong một lòng dẫn phức tạp nên có kết cấu

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

- Ngoài ra, yếu tố nước dâng, nước hạ trong gió bão và tác động của lực Coriolis cũng là các yếu tố quan trọng tác động lên chế độ thủy động lực vùng cửa sông ven biển Lực Coriolis là lực quán tính sinh ra do tác dụng tự quay của trái đất Cấp độ của lực Coriolis rất nhỏ, trong nhiều vấn đề cơ học khác có thể bỏ qua, nhưng đối với cửa sông ảnh hưởng triều do vùng nước rộng lớn, lực Coriolis có thể làm xuất hiện độ dốc ngang đáng kể Ở vùng cửa sông có chiều

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

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

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

Trong số liệu thực đo về dòng chảy tại một vùng biển nào đó, thông thường là kết quả tổng hợp của dòng chảy triều và dòng chảy phi triều Dòng phi triều bao gồm dòng do gió và dòng ven do sóng Tại các vùng biển gần các cửa sông lớn còn chịu ảnh hưởng rõ rệt của dòng chảy sông Thông thường gộp

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

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

và ngoài bờ hợp thành, như hình 1.1 thể hiện

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

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

thường không có quan hệ sóng, mà thường do tác dụng của thủy triều, gió và sự phân bố của các khối nước

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

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

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

biển)

Dòng chảy gần bờ xảy ra sau khi sóng vỡ là một trong những vấn đề cơ bản nhất của động lực học ven bờ biển Loại dòng chảy này có liên quan trực tiếp đến chuyển động bùn cát ven bờ và diễn biến bờ biển

Hình 1 1: Sơ đồ dòng mặt của dòng ngoài bờ và hệ thống dòng ven bờ

(chiều dài mũi tên biểu thị thị trị số lưu tốc tương đối) [7]

b) Quá trình vận chuyển bùn cát ven biển

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

Quốc cổ đại, Hy Lạp và Đế quốc La Mã Nghiên cứu bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm sớm nhất được thực hiện bởi nhà khoa học DuBuat (1734-1809) người Pháp Ông xác định vận tốc dòng chảy gây ra xói mòn đáy, trong đó có xem xét đến sự khác nhau của vật liệu đáy DuBuat đã phát triển

khái niệm ma sát trượt [76] Dupuit (1804-1866) người Pháp mô tả về chuyển động dọc theo đáy và chuyển động lơ lửng của trầm tích [78] Công thức suất

chuyển cát đáy đầu tiên dựa vào độ dốc và độ sâu được DuBoys (1847-1924) người Pháp đề xuất, ông khái quát quá trình vận chuyển như chuyển động của

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

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

(1827-1910) người Pháp [79] xây dựng Cơ sở nghiên cứu vận chuyển trầm tích trong các máng thí nghiệm được bắt đầu bởi Engels (1854-1945) người Đức [82]

Năm 1914, lý thuyết vận chuyển trầm tích được viết bởi Forchheimer (1852-1933), ông phát triển phương trình tính ứng suất trượt đáy tới hạn (bắt

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

Shields có một đóng góp quan trọng liên quan đến ứng suất trượt đáy tới hạn cho sự khởi đầu chuyển động của các hạt trầm tích Các đường cong được đề

xuất gọi là đường cong “Shields” [81]

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

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

1950, Einstein và các cộng sự nhờ vào sự phát triển của năng lực tính toán, biến các mô hình toán vận chuyển bùn cát thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh

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

nghiên cứu quá trình phát tán các hạt trầm tính do khuếch tán rối trong dòng chảy bất đồng nhất dựa trên mô hình toán Thí nghiệm được tiến hành trong một máng dài với 3 lớp trầm tích Hệ số khuếch tán được xác định là một hàm

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

Một trong những nghiên cứu đầu tiên liên quan đến điều kiện bùn lỏng được thực hiện bởi Einstein và Chien năm 1955, hai quá trình kết bông và cố kết đáy đã được nghiên cứu Tác giả đã nhận định rằng độ mặn tối thiểu 1‰ là

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

Tuy nhiên, gần cuối thế kỷ XX đến ngày nay, việc nghiên cứu các quá

trình động lực - vận chuyển trầm tích đã có những bước phát triển cao hơn: đó

là xây dựng các mô hình vật lý, mô hình toán Đi tiên phong trong nghiên cứu vấn đề này là những nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản Các kết quả nghiên cứu được khái quát hóa mang tính phương pháp luận, viết thành các “cẩm nang” sử dụng Có thể kể ra một số những kết quả nghiên cứu đã được khái quát hóa thành sách Đó là nghiên cứu của Horikawa K năm 1978 về động lực gần bờ và các quá trình bờ, trong đó

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

Richard S năm 1997 về “Động lực cát biển”, đây là sách hướng dẫn cho các ứng dụng thực tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sông, cửa sông

hình phễu và biển ven bờ” [61]; hay của Leo C Van Rijn qua các năm 1990,

1993, 1998, 2005, về các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sông, cửa sông và ven biển dưới tác động của sóng, dòng chảy, thủy triều, là nguyên nhân hình

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

cứu của Van Rijn năm 1993, các kết quả thí nghiệm ứng suất phân giới của chuyển động sóng được so sánh với giá trị của đường cong Shields cho thấy đường cong Shields cũng khá thích hợp với chuyển động sóng Trước đó, có 3 bài báo của Van Rijn năm 1984 cũng đã trình bày kết quả sử dụng mô hình toán học mô phỏng quá trình vận chuyển trầm tích đáy, trầm tích lơ lửng trong các điều kiện dòng chảy khác nhau Từ đó xây dựng nên các biểu thức đơn giản

mô tả mối quan hệ giữa nồng độ bùn cát với đường kính hạt, chiều cao bước nhảy và tốc độ hạt, sử dụng như là một điều kiện biên trong toán học mô hình trầm tích lơ lửng và dự đoán sự hình thành bờ biển và các bãi bồi dựa vào các

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

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

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

vận chuyển bùn cát ở bờ biển có thể chia thành hai loại: vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ (vào và xa bờ) và vận chuyển bùn cát dọc bờ Vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ gây ra thay đổi hình thái ngắn hạn, trong khi vận chuyển dọc bờ biển gây ra những thay đổi dài hạn của hình thái một vùng ven

biển [18]

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

sóng sẽ vỡ ở độ sâu nước bằng 1,28 đến 1,5 lần chiều cao sóng Khi sóng vỡ, năng lượng sóng biến thành lực làm di chuyển khối nước, tạo thành dòng chảy

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

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

lớp trầm tích dưới đáy biển sau đó được vận chuyển dọc theo bờ cùng với dòng chảy dọc bờ, chúng đạt lớn nhất ở

đường sóng vỡ [64]

Hình 1 2: Vận chuyển

bùn cát dọc bờ [18]

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

giao vào bờ tạo ra vận chuyển nước tổng theo hướng sóng Điều này dẫn đến nước vật trong vùng sóng vỡ, hiện tượng này có thể tăng lên trong những trận bão do gió thổi Khi dòng chảy hướng vào đất liền (ở bề mặt) cân bằng với dòng hướng ra biển (phía dưới đáy) mặt cắt cân bằng của bãi biển được hình

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

cân bằng, phần trên của mặt cắt sẽ bị xói mòn và vật liệu lắng đọng ở phần dưới dẫn đến làm phẳng mặt cắt Khi mặt cắt đạt tới cân bằng, tốc độ xói mòn

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

trên nguyên lý này

[29]

Hình 1 3: Sự thay đổi mặt cắt bờ biển

do một sự kiện bão

[18]

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

cát rời (cát)

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

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

(đường kính hạt <0,063mm) kết dính, có nguồn gốc từ các hệ sinh thái rừng ngập mặn, từ các bãi triều và phù sa lơ lửng từ các sông Bùn thường được tìm thấy tại các khu vực được che chắn và được bảo vệ bởi tác động của sóng và dòng chảy mạnh Bùn có tốc độ rơi trong nước nhỏ, chủ yếu vận chuyển trong trạng thái lơ lửng, do đó nó được dòng chảy tải đi qua các khoảng cách dài trước khi kịp rơi lên đáy thủy vực Mặt khác, theo nghiên cứu của Van Olphen năm 1963, hạt sét có cấu trúc hình đĩa và trên mặt có phủ các hạt khoáng tích điện âm Trong nước, chúng hút các ion dương, tạo ra lớp mây các phần tử ion dương bao quanh các hạt sét, nên chúng đẩy nhau Tuy nhiên, nghiên cứu năm

1986 của Krone và Burt bổ sung rằng, trong nước mặn các hạt lại kết tụ với nhau mặc dù có lực đẩy nhau (kết bông) Sự kết tụ sẽ gia tăng khi hàm lượng bùn cát lơ lửng gia tăng, vì các hạt có cơ hội gặp nhau nhiều hơn Tính kết dính của chúng dẫn đến quá trình keo tụ thành các khối (flocs) có tốc độ rơi lớn hơn nhiều so với tốc độ rơi của mỗi hạt bùn Đó là phương thức bồi đáy của bùn tại các khu vực các hạt bùn riêng rẽ không thể rơi tới đáy và đọng lại lên đáy Quá trình kết keo và phân rã các khối floc phụ thuộc nồng độ bùn cát và tính chất xáo trộn rối của dòng chảy Trầm tích hạt mịn sau khi lắng, bị tung ngược trở lại vào trạng thái lơ lửng và di chuyển là do tác động của sóng và dòng chảy

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

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

gọi tắt là cát), có đường kính >0,063mm tồn tại rời rạc trong mọi trạng thái: di chuyển theo dòng nước, bồi lấp lên đáy lòng dẫn hay bị bứt từ đáy lòng dẫn và cuốn theo dòng nước Đặc biệt các hạt cát có đường kính lớn không thể tồn tại lâu ở trạng thái lơ lửng trong dòng nước Do đó, dòng vận chuyển cát thô chủ yếu là dòng di đẩy, vì nó tồn tại chủ yếu trong lớp nước sát đáy lòng dẫn, các

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

thủy động lực học, sự vận chuyển cát sẽ phản ứng với điều này ngay lập tức, trong khi sự vận chuyển bùn cát mịn sẽ chỉ phản ứng chậm Đây gọi là hiệu

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

trường sóng thống trị Trong các kênh thủy triều tại các cửa sông và cửa thủy triều, sự vận chuyển cát chủ yếu bị chi phối bởi dòng triều

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

trình xói lở/bồi tụ bờ biển trong đó bao gồm các yếu tố tự nhiên và các tác động của con người như thể hiện trên hình 1.6

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

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

phân tích các nguyên nhân gây xói mòn dọc theo bờ biển rừng ngập mặn, và đưa ra các lý giải cho hiện tượng khó khăn/không phục hồi được các bờ biển này Nghiên cứu này dựa trên các công trình ở Thái Lan, Guyana và Suriname của Anh, Indonesia, Philippines và miền Nam Trung Quốc, trong đó nhấn

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

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

ảnh hưởng của các tác động phát triển xã hội của con người, đến những nỗ lực phục hồi rừng ngập mặn bằng các giải pháp công trình cứng bao chặt bờ biển (coastal squeeze),

Nghiên cứu đã chứng minh, việc áp dụng các kỹ thuật “cứng” bao kín một đoạn bờ biển ở trong hoặc ở rìa rừng ngập mặn như đê, kè chắn sóng, đã làm trầm trọng hơn tình trạng xói lở dọc theo bờ biển Các công trình này ảnh hưởng đến quá trình cân bằng bùn cát trong khu vực rừng ngập mặn theo hai cách:

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

- Chiều cao sóng gần các cấu trúc như vậy tăng lên do phản ánh của cấu trúc đó, gây ra sự lùng sục cục bộ ở phạm vi phía trước của cấu trúc Quá trình xói mòn ở một quy mô lớn hơn tiếp tục diễn ra khi nền đáy dần dần bị lõm xuống làm tăng cường các hiệu ứng sóng hơn nữa

1.1.2 Các công trình bảo vệ bờ biển

Những biện pháp bảo vệ bờ biển phụ thuộc vào đường bờ của đất liền trong việc chống lại những ảnh hưởng mang tính phá hủy của biển Những bờ biển bị xói lở có thể được bảo vệ bằng các công trình có chức năng hấp thu năng lượng sóng và dòng chảy Các công trình điều chỉnh hướng dòng chảy có thể được áp dụng trong mục đích phát triển bãi bồi, rừng ngập mặn,… Tuy nhiên, trạng thái cân bằng của bờ biển sẽ bị thay đổi ngay sau khi có bất kỳ tác động (xây dựng công trình) vào chế độ thủy động lực ven biển và một trạng thái cân bằng mới sẽ được thiết lập Việc xây dựng các công trình chống xói ở khu vực này hoàn toàn có thể dẫn đến xói lở các khu vực lân cận, nhiều khi là nghiêm trọng hơn Do đó, đối với các công trình bảo vệ bờ lớn trên thế giới, trước khi được đưa vào xây dựng thường được tính toán các yếu tố động lực một cách kỹ lưỡng và có kiểm định trên các mô hình vật lý

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

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

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

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

+ Đê phá sóng tách rời: là một cấu trúc song song với bờ biển, được xây dựng trong đới sóng vỡ để bảo vệ bờ biển thông qua giảm chiều cao sóng tới và gây bồi khu vực giữa tường và bờ Thông số quan trọng đặc trưng đê chắn sóng tách rời là chiều dài của đê chắn sóng (LB) và khoảng cách của đê chắn sóng đến

bờ biển (x) Nếu tỷ lệ (LB/x) < 0,6 ÷ 0,7, bãi bồi nhô ra có dạng “salient”; nếu (LB/x) >0,9 ÷ 1, bãi bồi nhô ra có dạng “tombolo” Tuy nhiên, các thông số khác ngoài LB và x cũng ảnh hưởng đến hình dạng bồi lắng

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

Đê chắn sóng khác nhau về vị trí (nước sâu/nông), kiểu xây dựng (đánh đắm, theo chiều đứng, nổi) và hiệu quả (phát triển salients hay tombolos) Mặt cắt ngang của các dạng đê phá sóng có thể ở dạng đá đổ (các thông số thiết kế

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

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

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

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

Trăng, Việt Nam [24]), …

+ Kè: được xây dựng liền với bờ biển, thường là bao bọc kín một đoạn bờ biển, bảo vệ bờ khỏi bị xói mòn trước tác động của sóng bão và dòng chảy Kè biển luôn được xây dựng như là công trình mái nghiêng, thiết kế mặt kè có thể cấu tạo từ các loại sau: đá đổ rối, đá hộc lát khan, đá xây vữa, tấm bê tông đúc sẵn, các loại thảm Ngoài ra, kè cũng có thể xây dựng gồm các túi chứa đầy cát vải địa kỹ thuật (Geotubes, Stabiplage) Ngày nay, các giải pháp gia cố mái kè bằng các tấm bê tông đúc sẵn được sử dụng khá phổ biến với các hình dạng phong phú được thiết kế nhằm tăng khả năng hấp thu năng lượng sóng và giảm sóng leo, các liên kết linh hoạt, dễ dàng thi công và sửa chữa, tính thẩm mĩ cao,… Các dạng bản bê tông đúc sẵn có thể chia làm hai loại là tấm lát độc lập

và tấm lát liên kết mảng

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

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

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

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

và các khối bê tông dị hình

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

để làm gián đoạn vận chuyển bùn cát dọc bờ, nó không có tác dụng ngăn bùn cát trong chuyển động bùn cát vuông góc với bờ Diễn biến bờ biển quanh mỏ hàn phụ thuộc vào lưu lượng và hướng vận chuyển của dòng bùn cát dọc bờ Đường

bờ mới có xu hướng vuông góc với sóng tới chủ đạo Cát bị giữ lại tại phía thượng lưu của mỏ hàn (theo hướng chuyển động của dòng bùn cát) đồng nghĩa

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

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

Mỏ hàn thường được xây dựng từ bờ biển cho tới một khoảng cách ra biển, thường được thiết kế để vượt qua một phần của khu vực sóng vỡ Mỏ hàn thường được xây dựng thành nhóm và khoảng cách giữa hai mỏ hàn (Sn) phải được xác định để hiệu quả bảo vệ là đủ lớn đảm bảo tránh được xói mòn do dòng

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

tính toán chiều dài hợp lý của các mỏ hàn Mặt cắt các mỏ hàn có các dạng: tường đơn, mỏ hàn khung, mỏ hàn tròn, mỏ hàn tròn đỉnh rộng và mỏ hàn phẳng,

ngoài ra có thể được gia cố thêm bởi đá hộc, đá xây, cừ BTCT, các khối bê tông dị hình,…

Hình 1 8: Quy trình tính toán khoảng cách giữa

các mỏ hàn [18]

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

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

chỉ ra hầu hết các nỗ lực để khôi phục rừng ngập mặn thường thất bại hoàn toàn hoặc không đạt được mục tiêu đã nêu do một số nguyên nhân sau: chọn sai loài, khí hậu bất lợi, điều kiện địa điểm, tính chất trầm tích và yếu tố thủy văn, cũng như thiếu khâu quản lý hậu kỳ và giám sát, Trong số này, sự xói lở bờ biển được cho là một trong những yếu tố chính gây nên việc phục hồi không thành công

Nhóm nghiên cứu này đề xuất “một chiến lược” để phục hồi xói mòn bờ biển rừng ngập mặn, trong đó yêu cầu về “hình thái động học” được kết hợp Đây là một cách tiếp cận mới trong lĩnh vực nghiên cứu về nước

ở Hà Lan, còn được gọi là “lai tạo kỹ thuật” (hybrid-engineering) hoặc “xây dựng với thiên nhiên” (building with nature)

Chiến lược này chứa các yếu tố sau:

1 Khôi phục dòng chảy trên bờ của trầm tích mịn bằng cách khôi phục vùng bãi triều Điều này có thể được thực hiện bằng cách tạo “vùng đệm”,

trong đó thủy triều tới có thể tự do chảy

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

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

ra khỏi khu vực cần phục hồi;

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

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

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

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

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

1.2 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI LỞ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VIỆT NAM

1.2.1 Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài

Trong lĩnh vực nghiên cứu về diễn biến bờ biển ĐBSCL thì các nghiên cứu của nước ngoài thường là những công trình tính toán chung về động lực học, sóng,… bao hàm cho toàn biển Đông Nam Bộ Có thể kể đến những công trình tính toán thủy triều và hoàn lưu gió của K Wyrtki (1961); các công trình tính toán phân bố các sóng triều chính của K.T Bogdanov (1963), U N Xecgayev (1964), Robinson (1983), T Yanagi và Takao (1997); các công trình tính toán về hoàn lưu của T Pohlmann (1987); các công trình của nhà khoa học Trung quốc Duan Yi-hong Qin Zeng-hao, Li Yong-ping (1997) và Đài Loan

Yu et al (2006) về chế độ thủy động lực 3 chiều ở vùng biển Đông Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu này đa phần có tính chất giới thiệu, ít tập trung vào một khu vực cụ thể và hầu như không có các nghiên cứu về vận chuyển bùn cát

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

một bức tranh toàn cảnh về sự biến đổi các yếu tố thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông ĐBSCL qua mùa mưa và mùa khô dưới tác động của lưu lượng nước sông Mê Công và lượng phù sa mà nó mang ra biển Lưu lượng sông

Mê Công thay đổi theo mùa, thường là 2.100 m3/s trong tháng 4 (mùa dòng chảy thấp) và 40.000 m3/s trong tháng 9 (mùa dòng chảy cao) Ngoài ra, nghiên cứu còn có sự so sánh lượng phù sa sông Mê Công vận chuyển là 160.106 tấn/năm bằng với sông Mississippi, bằng 85% của sông Dương Tử và nó lớn hơn so với

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

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

cụ thể và chi tiết đến vùng bờ biển Trà Vinh

Nghiên cứu về những thay đổi dài hạn của đường bờ biển Trà Vinh và các tỉnh lân cận phải kể đến các kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả người Nhật (Toru Tamura, Tanabe, Tateishi, Kobayashi, Saito,…) kết hợp với các nhà khoa học trong nước (Nguyễn Văn Lập, Tạ Thị Kim Oanh) sử dụng phương pháp phân tích nhiệt huỳnh quang thạch anh (OSL) và phân tích tuổi tuyệt đối của các lớp trầm tích trong các mũi khoan dọc theo các tuyến trong hai tỉnh Bến Tre, Trà Vinh đề xuất do băng hà tan từ 12000 trước hiện tại (BP) đến 5500 năm BP, mực nước biển ở ĐBSCL đã dâng từ -70 mét đến +3,5 mét so với mực nước biển hiện nay Từ 5000 năm BP trở lại, mực nước biển rút về mực nước biển hiện tại Sự

hạ thấp mực nước biển dẫn đến việc hình thành một mực nước biển mới, sau mỗi giai đoạn như thế thì có một bờ biển mới được hình thành và cuối cùng hình thành nên những vạt cồn cát chạy song song với bờ biển hiện tại mà người ta

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

Các kết quả nghiên cứu này phác họa rõ nét lịch sử phát triển dải bờ biển Trà Vinh nhưng ít đề cập đến các tác động do sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát dọc bờ - nguyên nhân gây ra các biến đổi ngắn hạn (bồi/xói) bờ biển Trà Vinh

Hình 1 9: Tuổi các giồng phân tích bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang thạch

anh từ Vàm Láng (Tiền Giang) đến Duyên Hải (Trà Vinh) [63]

Hình 1 10: Quá trình hình thành

và phát triển của các tỉnh giữa sông Tiền và sông Hậu từ

3500 năm trước

hiện tại [63]

(Đường màu đen

là các đường bờ biển hình thành qua các thời kỳ)

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

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

cứu từ đề tài hợp tác Việt Nam-CHLB Đức “Nghiên cứu tiến hóa đới ven biển đồng bằng Sông Cửu Long và vùng thềm lục địa kế cận trong Holocen hiện đại phục vụ phát triển bền vững” (2008 – 2009) Nhóm nghiên cứu đã phân tích các mẫu trầm tích thu thập được thuộc phần châu thổ ngầm từ cửa Cung Hầu đến bán đảo Cà Mau và sử dụng mô hình Mike 21 để tính toán thủy động lực Kết

quả nghiên cứu về động lực dòng chảy ven bờ cho thấy sự chiếm ưu thế của dòng chảy ven bờ về phía tây nam vào mùa đông dưới ảnh hưởng của gió mùa đông bắc, từ đó khẳng định được sự chiếm ưu thế của quá trình vận chuyển trầm tích dọc bờ về phía tây nam trong mùa này Ngoài ra, nghiên cứu cũng cung cấp thông tin về dạng trầm tích ven biển Trà Vinh là vùng cát tích tụ chiếm ưu thế (Hình 1 11) Đây là nghiên cứu cho toàn bộ đới ven biển ĐBSCL nên không tập trung chi tiết vào dải bờ biển Trà Vinh

Giai đoạn gần đây có sự đầu tư với quy mô lớn của Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) vào dự án “Thích ứng với biến đổi khí hậu cho phát triển bền vững Nông nghiệp và Nông thôn các tỉnh ven biển ĐBSCL” thực hiện

từ năm 2011 – 2013 Một số chuyên đề trong dự án này do Hoàng Văn Huân, Nguyễn Hữu Nhân (Viện Kỹ thuật Biển) thực hiện đã sử dụng phần mềm Mike 21/3 FM để tính toán chế độ thủy động lực, sóng và diễn biến bồi/xói cho toàn

bộ khu vực ven biển ĐBSCL, bao

hàm cả bờ biển Trà Vinh [4] Lưới

tính cho vùng nghiên cứu có phạm

vi rộng lớn bao gồm biển Đông và Tây Việt Nam, kích thước lưới được chia nhỏ dần khi vào các khu vực gần bờ (xem hình 1.12) Tuy nhiên, việc toàn bộ lưới chia là tam giác sẽ làm gia tăng khối lượng tính toán (thời gian) của máy tính và cũng chưa có các phân tích chi tiết

về chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát cho riêng vùng bờ biển Trà Vinh

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