Động lực hải văn vùng nuôi trồng hải sản tỉnh Kiên Giang

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu, phân tích đánh giá động lực hải văn vùng biển tỉnh Kiên Giang thông qua công cụ mô hình tính toán MIKE21/3FM. Từ kết quả nghiên cứu cho thấy ở khu vực nghiên cứu vùng biển Kiên Giang, sóng nhật triều đóng vai trò chính và chế độ thủy triều mang tính nhật triều không đều với dao động triều trung bình xấp xỉ 1m. Nhìn chung tốc độ dòng chảy ở vùng nghiên cứu là tương đối nhỏ, trung bình dao động 20-35cm/s, trừ một số vùng biển của An Thới và Gành Dầu.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC HẢI VĂN VÙNG NUÔI TRỒNG HẢI SẢN TỈNH KIÊN GIANG Phan Mạnh Hùng, Phạm Văn Tùng, Hà Thị Xuyến, Nguyễn Thị Hàn Ni, Lượng Hữu Phú Viện Kỹ thuật Biển Tóm tắt: Kiên Giang tỉnh có tiềm lớn phát triển nghề nuôi biển bền vững nước ta động lực hải văn yếu tố quan trọng việc lựa chọn khu vực nuôi biển phù hợp Bài báo trình bày kết nghiên cứu, phân tích đánh giá động lực hải văn vùng biển tỉnh Kiên Giang thơng qua cơng cụ mơ hình tính tốn MIKE21/3FM Từ kết nghiên cứu cho thấy khu vực nghiên cứu vùng biển Kiên Giang, sóng nhật triều đóng vai trị chế độ thủy triều mang tính nhật triều khơng với dao động triều trung bình xấp xỉ 1m Nhìn chung tốc độ dịng chảy vùng nghiên cứu tương đối nhỏ, trung bình dao động 20-35cm/s, trừ số vùng biển An Thới Gành Dầu Khác với số vùng biển khác Việt Nam, chế độ trường sóng yếu với độ cao sóng vào khoảng 0,3m-0,7m vùng biển Kiên Giang vào gió mùa Đơng Bắc nhỏ so với vào gió mùa Tây nam với độ cao sóng trung bình vào khoảng 0,5m-1,0m Từ kết tính tốn động lực hải văn, báo đề xuất số khu vực ni biển phù hợp có tiềm vùng biển Kiên Giang, hai khu vực có tiềm lớn đảo Phú Quốc quần đảo Nam Du Từ khóa: động lực hải văn, sóng triều, dịng chảy, lượng sóng, ni biển, Kiên Giang Summary: Kien Giang is one of the provinces with great potential for sustainable marine aquaculture development in Vietnam and the marine dynamics is an important factor in choosing an appropriate mariculture area This paper presents the results of research, analysis and assessment of marine dynamics in the sea area of Kien Giang province through the process based modeling of the MIKE21/3FM The results of the study indicated that, in the study area of Kien Giang sea area, irregular diurnal waves play the main role in the tidal regime with an average tidal oscillation of approximately 1m In general, the flow speed in the study area is relatively small, averaging 20-35cm/s, except for some sea areas of An Thoi and Ganh Dau Unlike some other sea areas in Vietnam, the wave field regime is weak with wave height of about 0.3m-0.7m in Kien Giang sea waters in the northeast monsoon, which is smaller than in the southwest monsoon with the average wave height of around 0.5m-1.0m From the results of marine dynamics, the article also proposes a number of suitable potential mariculture areas in Kien Giang sea waters, of which two areas with great potential are Phu Quoc island and the Nam Du archipelago Keywords: marine dynamics, tidal waves, currents, wave energy, marine farming, Kien Giang GIỚI THIỆU * Kiên Giang tỉnh có tiềm lớn phát triển kinh tế biển vùng ĐBSCL, đặc biệt nuôi trồng hải sản ven biển, ven đảo (gọi tắt nuôi biển) Tỉnh có đường bờ biển dài 200 km với 143 đảo lớn nhỏ, với địa vùng vịnh an tồn che chắn, kín gió phù Ngày nhận bài: 08/11/2021 Ngày thơng qua phản biện: 26/11/2021 hợp cho vấn đề nuôi biển, đặc biệt giảm thiểu rủi ro mưa bão Nghề nuôi thủy hải sản tỉnh năm gần phát triển mạnh, chủ yếu nghề nuôi cá lồng Kiên Lương, Hòn Đất, Kiên Hải, Phú Quốc, Hà Tiên dần đóng góp phần khơng nhỏ cho kinh tế tỉnh Kiên Giang Ngày duyệt đăng: 13/12/2021 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hình 1: Đo đạc, khảo sạt thực địa vùng biển Kiên Giang 2021 Động lực hải văn yếu tố quan trọng tác động đến sinh trưởng thủy hải sản vấn đề môi trường, tự làm khu vực nuôi biển từ có sở khoa học để chọn khu vực nuôi biển phù hợp Trong thời gian qua, chưa trọng đến việc đánh giá yếu tố dòng chảy, trao đổi nước số khu vực nuôi biển lồng bè khu vực Qui Nhơn thuộc tỉnh Bình Định, hay Cát Bà thuộc Tp Hải Phịng nên ảnh hưởng đến mơi trường suất chất lượng nuôi trồng thủy hải sản Tuy nhiên, so với vùng biển ven bờ khác nước ta nói riêng Biển Đơng nói chung, mức độ nghiên cứu dịng chảy thủy hải văn vùng biển Kiên Giang tương đối Nhìn chung, kết tính tốn thủy động lực vùng nghiên cứu chủ yếu nằm kết tính tốn tổng thể vùng biển Nam Bộ [1] hay vịnh Thái Lan [5][2], đặc điểm chế thủy hải văn vùng biển Kiên Giang chưa phân tích rõ kết tính tốn chưa đủ chi tiết để xem xét lựa chọn vị trí khu vực ni biển có tiềm Cho nên việc tính tốn, phân tích, đánh giá thủy động lực hải văn cho khu vực nuôi biển vùng biển tỉnh Kiên Giang sở quan trọng để nuôi trồng thủy hải sản phát triển bền vững 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ DỮ LIỆU 2.1 Phạm vi nghiên cứu Vùng biển Kiên Giang nằm khu vực vịnh Thái Lan tiếp giáp với vùng biển nước Đông Nam Á CamPuChia, Thái Lan, Malaysia Địa hình đáy biển vùng biển Kiên Giang tương đối phẳng, độ dốc đáy biển thấp, chướng ngại vật Độ sâu vùng biển không lớn (là vùng biển nông) với đường đẳng sâu 30m cách bờ biển Tây trung bình 42 hải lý 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phầm mềm MIKE21/3 FM sử dụng để mô phỏng, tính tốn thủy động lực hải văn cho vùng nghiên cứu Đây mơ hình Viện thủy lực Đan Mạch DHI phát triển sử dụng tính tốn cho nhiều khu vực giới Nó hệ thống mơ hình động lực áp dụng cho vùng cửa sông, ven biển sơng Đến nay, mơ hình họ MIKE nâng cấp cập nhật nhiều lần để tăng tính đại hơn, thuận lợi xác q trình sử dụng tính tốn Trong nghiên cứu sử dụng mơ đun dịng chảy mơ đun phổ sóng để tính tốn số đặc trưng thủy hải văn vùng biển Kiên Giang 2.3 Thiết lập mô hình số TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ (i) Qui hoạch nuôi biển tỉnh Kiên Giang, (ii) Nghiên cứu giải pháp tổng thể xây dựng tuyến đê biển Vịnh Rạch Giá – Kiên Giang (Đê biển Vịnh Rạch Giá), (iii) Dự án điều tra vùng cửa sông ven biển ĐBSCL, (iv) Số liệu địa hình vùng Biển tỉnh Kiên Giang tỉnh Cà Mau từ Bộ TN&MT; (v) Vùng khơi liệu DEM từ GEBCO 2.5 Dữ liệu thủy triều Hình 2: Lưới tính tốn cho vùng nghiên cứu -Biên mơ hình tính tốn cho vùng nghiên cứu có phạm vi từ khu vực Kam Pong Sao (Campuchia) đến đảo Thổ Chu qua mũi Cà Mau với độ rộng 200 km chiều dài 300 km - Lưới tính xây dựng chi tiết dần vào khu vực vùng biển tỉnh Kiên Giang, đặc biệt khu vực có tiềm ni biển - Thành phần lưới gồm 9375 nút 12465 phần tử tính tốn 2.4 Dữ liệu địa hình Hình 3: Địa hình đáy biển vùng nghiên cứu Số liệu địa hình sử dụng để xây dựng lưới tính cho mơ hình thu thập từ số nguồn sau: Số liệu thủy triều sử dụng kết tính tốn từ mơ hình thủy triều tồn cầu Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển, thành phần cơng cụ mơ hình MIKE, thông số lịch thủy triều lấy từ thơng số triều tồn cầu có độ phân giải 0,125º x 0,125º (tương đương với độ phân giải 13,5km x 13,5km) 2.6 Số liệu gió khí áp Số liệu trường gió thơng số đầu vào quan trọng mơ hình tính tốn sóng (SW) Số liệu trường gió sử dụng nghiên cứu trích từ kết mơ hình khí hậu toàn cầu CFSR (Climate Forecast System Reanalysis) Trung tâm dự báo môi trường thuộc Cơ quan quản lý đại dương khí Mỹ (NCEP/NOAA) Đây kết trường gió thu từ mơ “phân tích lại” (reanalysis) bao gồm việc hiệu chỉnh mơ hình sử dụng số liệu thực đo từ hệ thống trạm quan trắc hải văn tồn cầu nên có độ tin cậy cao, số liệu tốt phục vụ nghiên cứu khí hậu sóng gió Dữ liệu trường gió khí áp đưa vào mơ hình dạng biến đổi theo không gian thời gian (dfs2) với thông số u, v, p hướng gió khí áp cho mơ đun HĐ, vận tốc gió hướng gió cho mơ đun SW Số liệu trường gió có bước thời gian bước lưới 0,312º × 0,312º KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH, KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH Mơ hình hiệu chỉnh kiểm định với số TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ liệu đo sóng gió trạm Lại Sơn vào 31/10/2020-06/11/2020 18/08/2021 – 26/08/2021 Kết so sánh tính tốn thực đo trình bày Để đánh giá độ xác mơ hình q trình hiệu chỉnh kiểm định mơ hình, chúng tơi lựa chọn số NSE để đánh giá chỗi số liệu:  X N NSE = - i 1 N  X i 1 obs i obs i  X isim   X mean  đó: Xiobs Xisim giá trị đo đạc tính tốn, Xmean giá trị trung bình chuỗi liệu tính tốn đo đạc, N chiều dài chuỗi liệu Bảng 1: Thang đánh giá độ tin cậy cảu mơ hình theo số NSE NSE Mức độ đánh giá (0.75; 1.00] Rất tốt (0.65; 0.75] Tốt Kết so sánh thủy triều đặc trưng dịng chảy, sóng trạm đo lại Sơn năm 2020 2021 cho thấy tính phù hợp mơ hình thể qua biên độ giá trị, thời điểm triều đỉnh sóng tính toán thực đo tương đồng Cụ thể số NSE cho mực nước, dòng (0.50 ; 0.65] Đạt  0.50 Khơng đạt chảy sóng 0,91, 0,81 0,83 Tóm lại, kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình cho thấy mơ hình phản ảnh phù hợp chế độ thủy động lực học vùng nghiên cứu Mơ hình đủ điều kiện mơ trường hợp tính nghiên cứu Bảng 2: Các thơng số thiết lập tính tốn thủy lực TT Thơng số Bước thời gian tính toán Chỉ số CFL Loại mật độ Density Hệ số nhám Manning Hệ số nhớt (Eddy) Điều kiện 30 giây (tính đồng thời cho vùng tính) Barotropic Hệ số nhám Manning dao động 35-40 m1/3/s Hệ số nhớt thủy động = 0,28 m2/s áp dụng theo công thức Smagorinsky Bảng 3: Các thông số thiết lập tính tốn sóng TT Thơng số Phương trình cho phổ (Spectral formulation) Phương trình cho thời gian Rời rạc phổ Điều kiện mực nước (Water level condition) Chuyển hóa lượng sóng (Energy transfer) Sóng vỡ (Wave breaking) Sóng bạc đầu (Whitecapping) Điều kiện Chọn cơng thức Fully Spectral lựa chọn tính tốn theo phổ đầy đủ Chọn cơng thức Instationary tính tốn tồn diễn biến theo thời gian Hệ số rời rạc lựa chọn full (3600) với số hướng 16 Lựa chọn điều kiện mực nước khác từ mô thủy lực HD Bao gồm tương tác sóng bốn (quadrulet interaction) tương tác sóng ba (triad interaction) Hệ số alpha kiểm soát tốc độ tiêu tán lượng = 1; Hệ số gamma kiểm sốt độ dốc sóng = 0,8 Hệ số Cdis = 4,5 chi phối tốc độ tiêu tán lượng Hệ số Deltadis = 0,5 chi phối tiêu tán lượng phổ sóng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 4: So sánh chiều cao sóng (trái) vận tốc dịng chảy (phải) tính tốn thực đo trạm Lại Sơn năm 2020 Hình 5: So sánh chiều cao sóng lưu tốc dịng chảy tính tốn (đường màu đỏ) thực đo (đường màu xanh) trạm trạm Lại Sơn năm 2021 Hình 6: So sánh mực nước triều tính tốn thực đo trạm Lại Sơn năm 2021 KẾT QUẢ TÍNH TỐN 4.1 Thủy động lực hải văn vùng biển Kiên Giang Các đồ phân bố biên độ pha sóng triều M2 K1 tính tốn xây dựng hình Sự lan truyền sóng triều vùng biển Kiên Giang chịu chi phối sóng triều từ vùng biển Đơng vào khu vực vịnh Thái Lan nói chung vùng biển Tây Nam nói riêng hình thái đường bờ biển từ Cà Mau đến Kiên Giang, phần Campuchia đảo Phú Quốc Kết tính tốn cho thấy khu vực nghiên cứu vùng biển Kiên Giang, sóng nhật triều K1 đóng vai trị chế độ thủy triều mang tính nhật triều khơng chủ yếu Hình 7: Biên độ pha triều M2 (trái) K1 (phải) vùng nghiên cứu Theo nghiên cứu Phan Mạnh Hùng [3] khu vực vùng biển Tây Nam có xuất điểm vơ triều chuyển pha sóng bán nhật triều M2 ngược với qui luật Nghĩa TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ quanh điểm vơ triều, đường đồng pha sóng bán nhật triều thực tế quay theo chiều kim đồng hồ, ngược với quy luật ngược chiều kim đồng hồ vùng bắc bán cầu gây lực Coriolis Tuy nhiên sóng triều vào vịnh Kiên Giang từ Vịnh Thái Lan sóng bán nhật triều M2 theo hướng qui luật ngược chiều kim đồng hồ, đảo Phú Quốc điểm giao đường đồng pha Trong đó, sóng nhật triều K1 tuân theo quy luật thông thường quay ngược chiều kim đồng hồ (xem hình đồ phân bố hai sóng triều đại diện K1 M2) Nhìn chung tốc độ lan truyền triều phía đơng đảo Phú Quốc chậm tốc độ lan truyền triều vùng ven bờ từ khu vực Cà Mau đến Hà Tiên Ngoài ra, độ lớn dao động triều không lớn, giá trị dao động triều lớn vào khoảng 140-150cm giá trị nhỏ khoảng 10-20cm vùng biển nghiên cứu Kết tính tốn phân bố trường dịng chảy triều dâng, triều rút dòng chảy lớn năm thiết lập đồ hình 8, Nhìn chung tốc độ dịng chảy vùng nghiên cứu tương đối nhỏ, trung bình dao động 20-35cm/s Trong dịng chảy triều đóng vai trị chủ yếu, dịng chảy gió đóng góp phần nhỏ dịng chảy tổng Tuy nhiên từ khu vực quần đảo Nam Du đến khu vực phía đơng đảo Phú Quốc tốc độ dịng chảy tăng lên 0,3 – 0,5 m/s Đặc biệt khu vực An Thới phía nam đảo Phú Quốc khu vực Gành Dầu nằm phía bắc đảo Phú Quốc, lưu tốc có thời điểm lên tới 0,6-0,7m/s Điều lý giải dịng chảy triều qua khu vực bị thu hẹp phần mặt cắt ướt dẫn đến lưu tốc tăng lên Những hình thái dịng triều dâng, dịng triều rút định việc hình thành tranh dòng chảy thời điểm tương ứng Dòng chảy gió góp phần ảnh hưởng nhỏ đến hình thái xác định dịng triều Hình 8: Giá trị lưu tốc thời điểm triều dâng (trái) triều rút (phải) vùng nghiên cứu 4.2 Chế độ sóng vùng biển Kiên Giang Hình 9: Giá trị lưu tốc lớn năm vùng nghiên cứu Kết tính tốn trường sóng (độ cao sóng hướng sóng) vào hai mùa đặc trưng gió mùa Đơng Bắc gió mùa Tây Nam độ cao sóng lớn năm thể qua hình 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 10: Trường sóng vào gió mùa Đơng Bắc (trái) Tây Nam (phải) vùng nghiên cứu Kết tính tốn sóng cho thấy, khu vực vùng biển Kiên Giang có chế độ trường sóng yếu thời kì gió mùa Đơng Bắc với độ cao sóng dao động trung bình từ 0,3-0,7m Cịn vào mùa hè, gió mùa tây nam hoạt động mạnh, trường sóng phát triển mạnh hơn, độ cao sóng dao động trung bình 0,5-1,2m Đây điều khác biệt so với vùng biển khác Việt Nam thường trường sóng vào gió mùa Đơng Bắc lớn so với trường sóng vào gió mùa Tây Nam địa Gió mùa tây nam áp thấp nhiệt đới hai nguồn động lực tác động đến lượng sóng vùng Năng lượng sóng giảm dần từ vịnh Thái Lan vào khu vực vùng biển Kiên Giang, đặc biệt qua khu vực cách đường bờ Rạch Giá-Kiên Lương khoảng 40-45km, lượng sóng bị tiêu tán lớn ảnh hưởng địa hình đáy biển Bên cạnh đó, sau qua khu vực này, sóng xảy tượng khúc xạ, phần sóng di chuyển theo hướng vào vịnh Rạch Giá phần sóng tiếp tục di chuyển vào eo biển Phú Quốc đường bờ biển Kam Pot (Campuchia) Nhìn chung, vùng động lực sóng yếu đặc điểm địa hình đáy biển nơng Độ dốc trung bình cho tồn vùng (trừ khu vực ven bờ phía tây Phú Quốc) khoảng 0.00007 Độ cao sóng hữu hiệu cực đại năm khoảng 2,5-3m với hai hướng sóng nguy hiểm hướng SW NW Khu vực chịu tác động sóng lớn so với khu vực khác vùng biển Kiên Giang khu vực phía Đơng Nam Phú Quốc kéo đến khu vực phía Đơng Bắc quần đảo Nam Du Hai tháng có sóng mạnh tháng VII tháng VIII Tần suất sóng bão khu vực độ cao sóng bão khơng q lớn so với vùng biển khác Hình 11: Phân bố độ cao sóng lớn năm vùng nghiên cứu 4.3 Lựa chọn khu vực ni biển Kiên Giang Hình 12: Sự biến động lồng nuôi theo chế độ triều Khu vực nuôi công nghệ nuôi phải lựa chọn kỹ khu vực có dịng chảy, sóng phù hợp Tức khu vực dịng chảy khơng lớn ảnh hưởng đến sinh trưởng cá, hạ tầng kết cấu lồng ni TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 69 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ mà khơng q nhỏ ảnh hưởng đến môi trường, việc cung cấp oxy cho cá trình tự làm khu vực ni Ngồi ra, khơng phải tất vùng biển Kiên Giang có độ sâu nước phù hợp cho phát triển nuôi trồng thủy sản Nuôi lồng bè hoạt động tốt vùng nước ven biển không nơng ảnh hưởng đến hoạt động tuổi thọ lồng, đặc biệt triều xuống không sâu khiến việc triển khai neo đậu cơng trình khác trở nên khó khăn mặt hậu cần Do độ sâu nước lúc chân triều khuyến nghị phải lần độ sâu lưới, điều loại bỏ tác động xảy Bảng 4: Sự phân loại dựa cấp độ sóng dịng chảy FAO (2017) Phân lớp vị trí A B C D E Chiều cao sóng (m) 3,0 Chu kỳ sóng (s)