TRUNG TÂM KHOR HỌP TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ QUỐP, GIA VIỆN HAI DƯƠNG HỌC
TẬP IV EXPRO - 98
NĂM QUỐC TẾ VỀ ĐẠI DƯƠNG INTERNATI0NAL YENR 0F THE 0EEAN
aia,
Trang 2chong
Tài nguyên và môi (trường biển Tập IV- 1997 ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG BỜ VÀ GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG
XÓI LỞ BG BAO CAT HAI, HAI PHONG (*)
Trần Đức Thạnh, Định Văn Huy, Trần Đình Lân, Nguyễn Cẩm”, Nguyễn Hữu Củ, Nguyễn Đúc Cự, Nguyễn Chu Hồi, Phạm Văn Huấn”, Nguyễn Phương
Hoa, Vũ Đình Tiến, Phạm Thanh Thuý, Nguyễn Quang
Tuấn, Phạm Văn Vy”, Nguyễn Thị Kim Anh
I MO DAU
Cát Hải là một đảo cát ở vùng cửa sông Bạch Đằng được biết đến như một ví dụ điển hình về xói lở bờ biển ở phía bắc Ở đây, xói lở bờ đe doa trực tiếp trên 1,3 vạn đân sống trên diện tích 15km” Từ nhiều năm nay, nghiên cứu nguyên nhân và đê xuất giải pháp phòng chống xói lở bờ đảo Cát Hải là một nhiệm vụ quan trọng và phức tạp đã được nghiên cứu, tiếp cận từ những góc độ khác nhau [2,10,12] Bài này xem xét về xới lở bờ đảo như là một yếu tố thành phần trong tổng thể quá trình biến dạng bờ đảo Ngoài ý nghĩa khoa học góp phần làm sáng tỏ nguyên nhân, cơ chế xói lở bờ cát ở một vùng có thuỷ triều mạnh, kết quả nghiên cứu còn đề xuất một phương án khả thi phòng chống xói lở mà kết quả thực nghiệm đã thành công tốt đẹp Xin chân thành cám ơn Phân viện hải dương học tại Hải Phòng, Sở kế hoạch và đầu tư, Sở nông nghiệp và phát triển nông thôn và Sở khoa học công nghệ và môi trường Hải Phòng đã phối hợp giúp đỡ và động viên tập thể tác giả nghiên cứu và theo dõi diễn biến xói lở Cát Hải Xin chân thành cám ơn Ban chủ nhiệm chương trình nghiên cứu cơ bản cấp nhà nước đã tạo điều kiện thuận lợi để các tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu này
H TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Kết quả nghiên cứu dựa trên phương pháp xử lý, phân tích và tổng hợp số liệu điều tra khảo sát của Phân viện hải dương học tại Hải Phòng từ nhiều năm qua thực hiện các để tài: "Xác định nguyên nhân và lập giải pháp phòng chống xói lở bờ đảo Cát Hải trên quan điểm địa chất động lực" năm 1991; "Thiết kế thử nghiệm kè mỏ hàn chống xói lở đảo Cát Hải" năm 1992; “Môi trường địa chất ven bờ Hải Phong” năm 1990 - 1993; "Nghiên cứu ảnh hưởng của đập Đình Vũ đối với vùng Cửa Cấm - Nam Triệu liên quan đến sa bồi luồng vào cảng Hải Phòng" v.v
* Công trình là kết quá của các để tài mã số 7-3-| thuộc chuyên nghành Các khoa học về Trái đất
1997-1998
Trang 3
Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
Phần kết quả thực nghiệm sử dụng số liệu đo đạc kiểm tra của Sở nông nghiệp
và phát triển nông thôn Hải Phòng vào các năm 1995 - 1996 cho 2 kè thử nghiệm xây dựng vào năm 1994 và 2 kè thử nghiệm xây dựng năm 1995
Trong quá trình thực hiện, đã tiến hành đo đạc nhiều mặt cắt bãi và 12 tuyến do sâu ở các tỷ lệ chỉ tiết, thu thập và phân tích hàng trăm mẫu trầm tích, khoáng vật và
bùn cát lơ lửng và nhiều trạm quan trắc thuỷ văn liên tục ngày đêm theo mạng khống
chế ese
Nhiều bản đồ đo sâu, bản đồ địa hình ở tỷ lệ 1/10.000 đến 1/50.000 từ các năm 1938 đến 1994, các loại ảnh máy bay, vệ tỉnh theo thời gian được sử dụng để theo dõi biến động dang bờ
Các phương pháp điều tra khảo sát và nghiên cứu được tiến hành theo qui phạm nghiên cứu biển (1981), phương pháp phân tích viễn thám và chồng ghép bản đồ, phương pháp thể tích, phân tích hình thái động lực, thuỷ thạch động lực đã được sử dụng kết hợp Các tính toán được thực hiện bằng lập trình trên máy tính
IIL KET QUA NGHIÊN CỨU
1 Diễn biến bồi tu - xói lở bờ
1 Ở bờ và bãi
Trong giai đoạn hiện đại, đảo Cát Hải đã bị biển lấn làm xói lở và đẩy lùi đường bờ khá mạnh Phân tích các bản đổ địa hình, ảnh máy bay và vệ tỉnh kết hợp với khảo sát thực địa cho thấy từ năm 1938 đến năm 1991, trong số 7km bờ nam dao Cát
Hải (từ Hoà Quang đến Văn Chấn) đường Om hải đồ (0mHÐ) bị đẩy lùi tới 3km,
đường mực biển trung bình (MBTB) bị day lùi khoảng 250 - 600m (hình 7) Tốc độ
xói lở bờ trước năm 1965 ở Hoà Quang và Gia Lộc mạnh hơn (5,6m và 6,5m/năm)
Từ cuối những năm 50, đầu những năm 60 kè đá bắt đầu được xây dựng nên tốc độ xói lở bờ ở đây giảm hẳn, trung bình chỉ còn 2,7m/năm ở Hoà Quang và 1,4m/năm ở
Gia Lộc (bảng 1) Tốc độ xói lở trung bình từ năm 1938 - 1991 ở 2 đoạn bờ này là 4,2m/nam Ở Văn Chấn, nơi diễn ra xói lở bờ mạnh nhất, tốc độ trung bình từ nãm
1938 - 1991 là 8,0m/năm, cực đại l 1,3m/năm, thậm chí có lúc 25m/năm {[10, 14] Ở tây nam Hoàng Châu và Bến Gót có biểu hiện bồi tụ yếu từ năm 1938 - 1991 Tuy nhiên, ở tây nam Hoàng Châu biểu hiện xói lở mạnh giai đoạn 1938 - 1965 với tốc độ trung bình 4,6m/năm và từ 1965 đến 1991 bờ lại có xu thế bồi tụ trở lại và ồn định tương đối và lại biểu hiện xói lở từ 1992 đến nay Ở tây Hoàng Châu, bờ liên
tục được bồi tụ với tốc độ 2,4m/năm trong giai đoạn 1938 - 1991
2 Ở sườn bờ ngầm
Trang 5Tài nguyên và môi trường biển Táp IV- 1997
Bảng l: Tốc độ bồi tự (+) xói lở (-) qua các giai đoạn ở bờ đảo Cát Hải (don vi m/ndm) Đoạn bờ Mức độ 1938-1965 1965-1991 1938-1991
bồi, xói TB | Max | TB | Max TB Max
Hoa Quang X6i 16 lién | - 5,6 |-6,5 | - 2,7 |-3,2 |-42 -4,7
Gia Lộc twemanh |.ss |.o2 |-14 |-58 |-42 | 15 Văn Chấn -7,4 |- 13,99 |-9,6 |-1041-80 - 11,3 Nam Hoàng | Xói lở|-4,6 |-56 |+3,8 |+ 6,3 Chau chuyén sang bồi tụ Bến Gót Boi tu yéu | +0,7/4+09 |+ 0,5 | +0,8 | +0,75 1+0,8 không ổn định Tây - Hoàng | Bồi tụ liên | +23 |+8,3 |+29 |+38 |+24 x42 Châu tục mạnh
Khối lượng bào mòn và tích tụ đáy được tính từ đường OmHĐÐ năm 1938 đến đường nối ngang đuôi chương Hoàng Châu với chương Hàng Đày, cách bờ hiện nay trung bình 2,7 - 3,0km Kết quả tính toán cho thấy: bờ ngầm phía chương Hàng Dày bị bào mòn đáy là 23 000 000m’; bờ ngầm phía chương Hoàng Châu được bồi tụ đáy là: 5 000 000m” Tổng hợp, đầy bờ ngầm Cát Hải bị bào mòn 18.000 000mẺ
Như vậy trong 53 năm (từ 1938 - 1991) mỗi năm bờ ngầm Cát Hải bị bào mòn là 340 000m"
Ở phía ngoài phạm vi này, bờ ngầm bị bào mòn và bồi tụ diễn biến theo mùa và theo năm nhưng xu thế chung vẫn biểu hiện bồi tụ yếu, tốc độ 0,8 - 1/7cm/năm 2 Đặc trưng biến dạng bờ
{ Cấu trúc và biến dạng bãi theo mặt cắt đọc bờ
Các mặt cắt cấu trúc bãi đặc trưng cho bờ đảo Cát Hải được thể hiện trên hình 2 và 3 Bề ngang mặt bãi rộng trung bình 30m Ở phía nam và tây nam Hoàng Châu bãi có bề rộng lớn hơn: 68 và 130m Hầu hết mặt cắt bãi bờ đảo đều có một vách khá đốc do có mái đê kè hoặc vách xói lở Đường cong mặt bãi có dạng hơi lõm, nghiêng thoải ra biển Cấu trúc cơ bản của mặt cắt bãi gồm 3 phần Phần trên có cấu trúc hạt thô như tảng, cuội của kè lát mặt hoặc cát nhỏ có kích thước Md = 0,140 - 0,170mm
Trang 7Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
bãi có cấu trúc hạt nhỏ kích thước Md = 0,118 - 0,140mm màu xám có độ mài tròn
tốt (So = 1,2 - 1,4) Phần thấp của bãi có cấu tạo cát bột, kích thước Md = 0,079 -
0,092mm màu nâu xám, thành phần cát chiếm tới 30 - 44% và có độ chọn lọc tốt
(So = 1,4 - 1,5)
Trong thành phần trầm tích bãi ven bờ đảo Cát Hải có khoảng 21 khoáng vật
nặng phổ biến là: hocblen (0,1 - 4%), actinolit - tremonit (0,35 - 2%), epidot (0,3 - 2%), tuamalin (0,9), silimanit (3,0%), diopxit, granat, ilmelit, zircon Ilmenit tap
trung tạo thành cát sa khoáng ở Hoàng Châu và Văn Chấn Đặc điểm phan bố của các khoáng vật nặng thể hiện khá rõ hướng di chuyển của bồi tích từ Gia Lộc trở về
Hoang Chau va Bén Got [10]
Các bãi phát triển dọc bờ đảo Cát Hải từ Bến Gót đến Hoàng Châu có bề rộng 25-70m, trung bình 3Ư0m Riêng nam Hồng Châu, trên đoạn bờ dài lkm, bãi có bề rộng tới 130m Bề mặt bãi nghiêng thoải từ bờ ra biển với độ đốc 0,0295 - 0,1520 Chiều dài bãi, độ đốc và cấu trúc bãi thay đổi, biến dạng phụ thuộc vào vị trí các mặt cắt trên bờ đảo Ở Gia Lộc mặt cắt bãi có chiều ngang hẹp nhất (25m) và độ dốc ở đây cũng có giá trị lớn nhất Độ dốc trung bình cho toàn bãi là 0,1520 Phần bãi cao chỉ rộng khoảng 5m và đốc đến 1,0 vì nó là một bộ phận của mái đốc kè đá
Từ Gia Lộc trở về hai đầu đảo (Bến Gót và Hoàng Châu), bãi có xu thế mở rộng chiểu ngang, nhưng mức độ yếu hơn về phía Bến Gót Về phía Bến Gót, bãi ở Hoà Quang và đầu chương Gót mở rộng gấp 1,2 lần so với Gia Lộc và ở Bến Gót tăng lên 1,3 lần Vì vậy, bề mặt bãi cũng dốc thoải dân từ Gia Lộc (0,1520) đến Hoà Quang
(0,1267) và Bến Gót (0,1 186)
Về phía Hoàng Châu, bãi ở Văn Chấn mở rộng hơn Gia Lộc 1,68 lần, ở Nam Hoàng Châu hơn 5,16 lần và ở tây Hoàng Châu hơn 2,74 lần Độ đốc bãi ở các mặt cắt trên cũng nhỏ hơn so với Gia Lộc, ở gia Lộc là 0,152, ở Văn Chấn là 0,0905, Nam Hoàng Châu 0,0295 và tây Hoàng Châu 0,0555 Ở tây Hoàng Châu bãi liên tục được bồi tụ nhưng mặt bãi không rộng và độ đốc 0,206 cao hơn ở nam Hoàng Chau do có lạch sâu Nam Triệu sát bờ, dòng chảy tốc độ lớn (đạt 90 - 180 cm/s) đã xói lở chân và ngăn cần bãi phát triển rộng
Theo mặt cắt dọc bờ đảo Cát Hải, hầu hết bãi có cấu trúc xói lở (hình 2 và 3) Tuy nhiên ở những đoạn bờ quá trình xói diễn ra liên tục, cấu trúc bãi thể hiện khá đồng nhất ở thành phần vật chất cấu tạo Phần cao của bãi tích tụ các vật liệu thô cuội tảng đo phá huỷ từ kè xuống, phần thấp của bãi tích tụ các vật liệu hạt mịn cát, cát - bột Ở đoạn bờ có các pha xói lở, bồi tụ xen kẽ (nam Hoàng Châu, Bến Gót) thì cấu tạo bãi phụ thuộc vào pha đang bồi tụ hay xói lở Nếu mặt cắt bãi đang ở pha xói lở (hình 2), ở phần cao của bãi, các tích tụ cát giai đoạn trước đang bị xói lở tạo ra vách dốc cao 0,5 - 0,8m, sườn bãi là nơi tái tích tụ các sản phẩm phá huỷ ở phần bãi cao xuống, phần thấp của bãi tích tụ các vật liệu mịn hơn: Cát - bột Nếu mặt cắt bãi đang ở pha bồi tụ (hình 3), bãi được cấu tạo khá đồng nhất từ phần cao đến phần thấp bằng cát hạt nhỏ được đòng tổng hợp ven bờ đưa tới Ở đoạn bờ có quá trình bồi điễn
Trang 8Tài nguyên và môi trường biển Táp IV- 1997
ra chậm nhưng liên tục (tây Hoàng Châu), bãi được cấu tạo bởi 3 phần khá rõ: phân
cao của bãi là cát chứa hàm lượng khoáng vật nặng cao, dày 0,5 - 0,7m, sườn bãi
được cấu tạo bởi cát hạt nhỏ và phần thấp của bãi cấu tạo bởi cát - bột 2 Biến dạng sườn bờ ngầm
Sườn bờ ngâm Cát Hải luôn bị biến động bởi xói lở, bồi tụ do dòng triều và sóng Trong vòng 53 năm qua (từ 1938 - 1991), mặt cắt sườn bờ ngầm Cát Hải biến đổi theo xu thế giảm dần độ đốc (hình 4)
Từ OmHÐ đến độ sâu 5 - 6m, sườn bờ ngầm nghiêng rất thoải (0,0004) theo
hướng đông nam Từ độ sâu Š - 6m đến lÖm, sườn bờ dốc hơn (0,0025), sau đó đốc thoải (0,0010 - 0,0013) Ranh giới phía ngoài của sườn bờ ngầm gần trùng với ranh
giới trầm tích giữa bùn - bột nhỏ vơí bùn - sét - bột Trong phạm vi từ mHĐÐ đến độ sâu 2,5m, sóng và đòng triểu đã mài mòn, xâm thực mặt đáy với tốc độ l - 3cm/năm và chia cắt sườn bờ ngầm mạnh Trầm tích lắng đọng ở sườn bờ ngầm thể hiện qui luật mịn dân từ bờ ra sâu Ở các khu vực bồi tụ, tốc độ bồi mặt đáy cũng đạt 1 -
3cm/năm [13]
3 Biến dạng của các vai cát đọc luồng
Các val cát dọc luồng được định hướng gần vuông góc với bờ như chương Hàng Dày, chương Hoàng Châu Chúng luôn luôn biến động về hình dạng, độ cao, chiều đài, chiều rộng và cả vị trí Sự biến dạng của các val cát đọc luồng này là sự thích ứng với sự biến đổi về điều kiện động lực [6, 7] Trên các hải đồ xuất bản những năm 30, hai chương cát được gắn liên với đảo Cát Hải bởi những bãi thấp, hẹp [3] Thời gian này, bãi triều tự nhiên ở vùng cửa sông Bạch Đằng, Lạch Huyện còn rộng mênh mông, lượng nước triểu thông qua hai cửa sông lớn Từ những năm 1960 trở lại đây, đặc biệt khoảng 10 năm qua do quai đê khai hoang nông nghiệp, đắp đầm nuôi diện tích bãi triều tự nhiên bị thu hẹp rất lớn, đã làm giảm 67 - 70% lượng nước triều thông qua cửa sông trong một pha triểu (25 giờ) [6] Do vay, hai chương cát đã hoàn toàn tách ra khỏi đảo Cát Hải qua hai lạch trũng sâu và chúng có xu thế bồi lấn ra hai phía lạch Nam Triệu và Lạch Huyện (hình 4)
Sự biến dạng của các val bờ là sự điều chỉnh tiết diện ngang cửa thoát triều Nam Triệu và Lạch Huyện để đáp ứng sự cân bằng giữa sự thay đổi ứng suất vận chuyển đáy và những thay đổi về độ lớn của đòng chảy ven bờ Lượng nước triều giảm sẽ làm giảm tiết điện ngang cửa thoát triều do sự lắng đọng trầm tích ở cửa thoát triều Hiện nay, tổng vectơ vận tốc triểu xuống ở trục lòng dẫn chính luồng Nam Triệu và Lạch Huyện chiếm ưu thế, ở hai bên rìa trục luồng dẫn chính (lạch đầu chương Hàng Day, Hoang Châu) dòng triều lên chiếm ưu thế Phương của các lòng dẫn triểu lên tạo với trục lòng dẫn chính một góc 20 - 30° [6]
Trang 11Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
Nguyên nhân sâu xa xói lở bờ đảo Cát Hải liên quan đến nguồn gốc hình thành và quá trình phát triển, tiến hoá của đảo Đảo Cát Hải được hình thành do sóng vun tụ nổi cao trong điều kiện cửa sông ven bờ giàu bồi tích từ lục địa đưa tới khoảng 1 - 2 ngàn năm trước và trong điều kiện mực nước biển hạ thấp tương đối [4, 5] Khoảng 1000 - 700 năm trở lại đây mực biển dâng cao trở lại với tốc độ 1,5 - 2mm/năm (chủ yếu do đâng cao chân tĩnh và cộng với sự hạ kiến tạo), nguồn bồi tích giảm hẳn, thuỷ triều mạnh lên, chế độ cửa sông châu thổ được thay thế bằng chế độ cửa sông hình phễu [13] Do mực xâm thực cơ sở nâng cao và năng lượng sóngnạnh lên, đảo nằm trong điều kiện môi trường động lực khác hẳn nên đã bị xói lở Xói lở chủ yếu do quá trình xâm thực ngang bờ kết hợp với bào mòn đáy Không chỉ đảo Cát Hải mà còn cả đảo Phù Long và đảo Đình Vũ đều bị xói lở mạnh Ở Đình Vũ xói lở tới mức hệ đê cát tương tự Cát Hải hầu như đã mất hết
Nguyên nhân trực tiếp và chủ yếu xói lở bờ đảo Cát Hải là do sự thiếu hụt không đều bồi tích ở ven bờ Cát Hải với lượng bùn cát khoảng 341 000mˆ/năm đến 465 000m”/năm bị đưa đi Lý do chủ yếu gây thiếu hụt bồi tích là đo đòng nhật triểu lên với tốc độ và thời gian chảy lớn hơn hẳn so với dòng nhật triều xuống đã đưa bồi tích ra khỏi khu vực ven đảo qua lạch Hoàng Châu, lạch Gót và lạch Nam Triệu và Lạch Huyện Sóng đóng vai trò quan trọng và trực tiếp phá huỷ bờ, đưa vật liệu xuống bờ ngầm và khuấy đục đáy để dòng triều đưa vật liệu đi Về mùa hè, dòng sóng dọc bờ cũng phân kỳ từ đoạn Gia Lộc Dòng này đã tham gia gây thiếu hụt khoảng 1/4 (125 000m”/măm) tổng lượng bùn cát thiếu hụt [6, 10]
2 Cơ chế biến dạng
Để tính khối lượng bồi tích, bồi xói gây biến dạng bờ, chúng tôi đã áp dụng 2 phương pháp: thuỷ - thạch động lực và thể tích
© - Phương pháp thủy - thạch động lực
Dựa vào đặc điểm vùng nước nghiên cứu nhất là những đặc điểm về chế độ dòng
chảy, cấu tạo bờ đảo cát và căn cứ vào các số liệu quan trắc hiện có, các công thức tính dòng bùn cát được áp dụng như sau: đối với dòng di đáy việc tính toán được áp dụng theo công thức Gontrarop, dòng bồi tích lơ lửng được tính trên cơ sở xác định sức tải theo công thức Ablianxơ va đòng bồi tích đọc bờ do sóng được tính theo công thức CERC là những phương pháp được áp dụng cho nhiều vùng bờ biển ở Việt Nam
Kết quả tính lượng bùn cát di chuyển tổng hợp di đáy và lơ lửng do dòng chảy
tổng hợp được thể hiện trên bảng 2 cho thấy rằng: lượng bùn cát hàng năm bị đưa ra khỏi bờ Cát Hải qua 2 lạch đầu chương khoảng 568 000mỶ, đưa trở lại chỉ 227 000m” và lượng bồi tích thiếu hụt 341 000m’
Trong đòng bồi tích tổng hợp đọc bờ, có thành phần dòng do sóng Kết quả tính đồng bồi tích dọc bờ do sóng được thể hiện trên bảng 3, cho thấy rằng đòng bồi tích tổng hợp do sóng ven bờ Cát Hải hướng về phía Hoàng Châu chủ yếu do sóng hướng
Trang 12Tai nguyén va méi trudng bién Tap IV- 1997 đông nam gây ra Khối lượng bùn cát di chuyển bởi dòng bồi tích tổng hợp do sóng
được tăng dần lên từ Hoà Quang (94 791m /năm) đến Hoàng Châu (152 772 mỶ/năm) Bảng 3 cho thấy đoạn Hoà Quang - Gia Lộc, đồng sóng gây thiếu hụt lượng bùn cát là 43.286 mỶ/năm, lớn hơn đoạn Gia Lộc - Hoàng Châu (14 713 m/năm) Bắng 2: Lưu lượng bùn cát do dòng chảy tổng hợp ven bờ Cát Hải Lạch Q lơ lửng Q di đáy Q tổng hợp AQ - + - + - + Hoàng | m’/nim | 436.824 | 160.625 | 6.025 | 112 | 442.489 | 160.787 | -282.062 Châu | Tạ nậm | 2644442 | 281.181 | 10.544 | 196 | 774356 | 281.377 | -493609 Hang | m¥nam | 125012 | 65776 | 108 | 40 | 125.120 | 65.816 | -59.304 Day | Tạw/mam | 218.771 | 115.108 | 189 | 70 | 218.960 | 115.178 | -103.782 Téng | m¥nam | 561.836 | 226.451 | 6.133 | 152 | 567969 | 226.603 | -341.366 hop | Tăn/năm | 983.213 | 396.289 | 10.733 | 266 | 993.945 | 396.555 | -597391
Trong đó: Q+: lượng di chuyển đến khi triều rút
Q-: lượng di chuyển đi khi triều lên AQ- (Q tổng hợp): lượng bồi tích thiếu hụt Bảng 3: Kết quả tính dòng bùn cát do sóng dọc bờ Cát Hải Điểm tính Qrt (m?/nam) Qlif (m’/nam) AQ Hoa Quang + 202.487 - 107.696 + 94.791 Gia Léc + 215.952 - 77.893 + 138.059 Hoang Chau + 216.592 - 63.820 + 152.772
Trong đó: Qrt: dòng hướng về phía Hoàng Chau, QIf: ddng hudng vé phia Bén Got, AQ: can bằng bồi tích dọc bờ tại các điểm
Tổng hợp kết quả tính toán bằng phương pháp thuỷ - thạch động lực cho thấy rằng: lượng bùn cát hàng năm bị đưa ra khỏi ven bờ Cát Hải qua 2 lạch đầu chương
khoảng 721 000m”, đưa trở lại 227 000mỶ và thiếu hụt là 494 000m” (tương đương
Trang 13Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997 s - Phương pháp thé tich
Cơ sở tính là dựa vào kết quả đo trắc ngang và đo sâu lặp lại, phân tích các hệ hải đồ, ảnh máy bay, ảnh vệ tỉnh từ 1938 đến 1991 Khối lượng bùn cát xói lở, bồi tụ ven bờ Cát Hải được thể hiện trên bảng 4 Như vậy trong 53 năm qua, trung bình mỗi năm bờ đảo Cát Hải bị xói lở 138 000m” Khối lượng này đưa lên bồi tụ chủ yếu ở nam và tây Hoàng Châu, một phần ở bến Gót (36 000m”), còn lại đưa xuống theo lạch Huyện và lạch Nam Triệu tham gia bồi đắp các chương, lấp lạch và đưa ra bờ ngắm Bảng 4: Khối lượng bùn cát xói lở, bồi tụ ven bờ Cát Hải theo phương pháp thể tích Đoạn bờ Giai đoạn Quá Khối lượng | Trung bình trình (m) (m'/năm) 1938-1965 | Xói 1 583 147 58 635 Gia Lộc - Hoà 1965 - 1991 Xói 757 386 29 130 Quang 1938 - 1991 X6i 2 340 533 44 161 1938-1965 | Xói 2 508 841 92 920 Gia Lộc - Văn 1965 - 1991 Xói 1 815 399 69 §23 Chấn 1938 - 1991 Xói 4324 240 81 589 Nam Hoàng Chau | 1938-1965 | Xói 657 426 24 350 1938 - 1965 Bồi 599 407 22 200 Tay Hoang Chau 1965 - 1991 Bồi 1 109 714 42 681 1938 - 1991 Bồi 1709 121 32248 1938 - 1965 Bồi 36 818 1364 Bến Gót 1965 - 1991 Bồi 26 298 1012 1938 - 1901 Bồi 63 115 1191 Vụng tây GiaLộc | 1965 - 1991 Xói 137 646 5294 Những kết quả tính toán bào mòn đáy cho thấy bờ ngâm phía Hàng Dày trong thời gian 1938 - 1991 bị bào mòn 23 triệu mỶ, bờ ngầm phía Hoàng Châu bổi 5 triệu
mỶ Tổng hợp, mặt đáy bờ ngầm Cát Hải bị bào mòn 18 triệu mẺ (khoảng độ sâu 3m
trở vào) ứng với 340:000m”/năm Tổng hợp lại, bằng phương pháp thể tích cho biết trong 53 năm, lượng bùn cát bị xói lở bờ và bào mòn đáy đưa ra khỏi vùng ven bờ
Trang 14Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
Cát Hải là 442.000 tấn/năm (23% xói lở bờ, 77% bào mòn đáy) tương đương 0,77 triệu tấn/năm
So với kết quả tính toán thạch động lực ta thấy rằng lượng bởi tích thiếu hụt tính
bằng phương pháp thể tích nhỏ hơn 52.000m/năm
Trên cơ sở tính toán khối lượng bồi - xói ta thấy rõ vai trò của từng nhân tố động lực gây xói lở bờ đảo Sy dang cao mực nước là một nhân tố bao trùm phạm vi rộng lớn, thời gian lâu dài và tốc độ chậm Mối liên hệ giữa dâng cao mực nước biển và tốc độ xói lở bờ đảo đã được xem xét [14] Sóng khuấy đục đáy; bào mòn đáy và phá huỷ bờ nhưng chỉ có vai trò phụ vì dòng sóng không lớn, xuất hiện theo mùa (mùa - gió Ð và ĐN) và truyền gần vuông góc với bờ (tạo góc 5 - 20 độ so với pháp tuyến đường bờ) Dòng chảy tổng hợp ven bờ mang tính chất của đòng triều Đặc biệt là dòng triểu lên hơn hẳn dòng triểu xuống vận chuyển 341.000 - 465.000m”/năm bùn cát ra khỏi bờ Cát Hải qua 2 lạch đầu chương gây ra sự thiếu hụt không đền bù bồi tích ở ven đảo này (Hình 5) Đây là nguyên nhân quan trọng, trực tiếp gây ra xói lở bờ đảo Cát Hải Sóng và dòng triều là 2 nhân tố có vai trò quyết định đến việc xói lở bờ đảo Cát Hải Sóng đã trực tiếp phá huỷ bờ, đưa vật liệu xuống bờ ngầm và khuấy đục đáy để dòng triéu đưa vật liệu đi
Vai trò của con người có ý nghĩa quan trọng trong việc làm giảm tốc độ xói lở như xây dựng các hệ thống kè đá lát bờ đảo, xây dựng kè, cầu ngăn chặn dong bồi tích dọc bờ Hiện tượng lấy cát ven bờ đảo tuy chưa lớn nhưng cũng làm tăng lượng bùn cát thiếu hụt ở ven bờ đảo và làm cho quá trình xói lở bờ tăng lên
IV KẾT QUÁ THỰC NGHIỆM
1 Các biện pháp và giải pháp đã có ;
Trước năm 1990 đã có một số biện pháp và giải pháp phòng chống x6i lở bờ đảo nhưng hiệu quả thấp hoặc không khả thi Kè đọc bờ là biện pháp phổ biến được áp dụng khi có hiện tượng xói lở bờ đảo Dọc theo tuyến bờ dài 7km của đảo đã có 4380m được kè dọc bờ bằng vật liệu đá hộc xếp áp mái đê hoặc bờ cát Tuy vậy hiệu quả của biện pháp này rất thấp, tốn kém Hàng năm vẫn phải bổ xung từ 4000 - 9000m” đá hộc để bồi trúc, kè mới Điển hình là 2 đoạn bờ Hoà Quang - Gia Lộc dài 2630m và Văn Chấn - Hoàng Châu dài 1250m đã được kè dọc nhưng vẫn là những đoạn cực kỳ xung yếu khi có gió bão [9, I0] Rõ ràng biện pháp này chỉ mang tính thụ động, không đảm bảo ổn định lâu dài cho bờ đảo
Năm Ï987, Viện các khoa học vẻ Trái đất đã để xuất hai phương án chống biển
lấn vào đảo Phương án 1 là xây dựng các mỏ hàn, gây bãi nhân tạo bằng cách chở cát, cuội dé lấp vào kè cùng với gia cố đê kè, phương án 2 là bảo vệ từ phía ngoài bằng cách lấp các lạch giữa các chương cát với đáo và nối các chương cất bằng cách
Trang 15Hình 5 Sơ đồ động lực - hình thái khu vực bờ đảo Cát Hải Chú thích:
1 Bờ tích tụ delta triều lên mạnh/yếu; 2 Bờ cát xói lở yếu; 3 Bờ cát có kè đá xói lở-mài mòn
yêu; 4 Bờ cát xói lở-mài mòn mạnh; 5 Bờ đê biển xếp đá xói lỏ-mài mòn mạnh; 6 Bờ đê biển xói lở mạnh; 7 Bờ đê biển xói lở yếu; 8 Đường bờ bãi triều cao x6i lở yếu; 9 Nguồn cung cấp bồi tích từ sông/đòng di chuyển bồi tích dọc bờ đo sóng: 10 Dòng bồi tích tổng hợp triểu
Trang 16Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
2 Nội dung giải pháp của Phân viện hải dương học tại Hải Phòng
Kế thừa các tài liệu nghiên cứu đã có với cơ sở khoa học tin cậy, năm 1991 Phân viện Hải dương học tại Hải Phòng đã để xuất giải pháp chống xói lở bờ đảo có tính tích cực và khả thi Nội dung cơ bản của giải pháp này là xây dựng hệ thống kè mỏ hàn trên toàn tuyến bờ xung yếu để nuôi bãi nhân tạo nhờ đồng bồi tích di chuyển dọc bờ Các tính toán, đề xuất mang tính nguyên tắc cũng đã được đưa ra nhằm thực hiện giải pháp gồm:
- Phương thức xây dựng kè: khép dân từ hai đầu cung bờ vào giữa, không xây dựng tất cả các mỏ hàn cùng lúc
- Cấu trúc một mỏ hàn: đặt vuông góc với bờ, mặt đỉnh rộng 2m, cao
4m/OmHD 6 phan áp bờ và 1m/OmHĐÐ ở phần cuối kè, độ dài cần thiết 76m, có thể
thay đổi phụ thuộc đoạn bờ Độ đốc mái kè 1:2, thể tích kè thay đổi từ 1400 - 2200m'
Vị trí và khoảng cách giữa các mỏ hàn: kè đầu tiên được xây dựng ở hai đầu cung bờ, khoảng cách giữa các mỏ hàn tiếp theo thay đổi 250 - 400m Lượng bồi tích
cho | 6 (giữa 2 kè kế tiếp) là 45.000 - 65.000m) sẽ có được sau 1 năm Cần tu bổ kè
đọc bờ khi hệ thống kè mỏ hàn chưa khép kín
Ba biện pháp thực hiện giải pháp trên là: giải pháp 1 bỏ kè lần lượt từ phía đầu bến Gót và Hoàng Châu khép dân về Gia Lộc, cần 7 năm là khép kín hệ thống Giải pháp 2 chia đôi cung bờ và khép kín hệ thống theo hai cung Gót - Gia Lộc và Hoàng Châu - Gia Lộc, thời gian 5 năm và cần đầu tư lớn mỗi năm Giải pháp 3 xây dựng lần lượt từng kè ưu tiên phía Hoàng Châu - Văn Chấn, thời gian 14 năm, vốn đầu tư nhỏ So sánh 3 giải pháp thì giải pháp L có tinh kha thi cao, không kéo dài quá mà chỉ cần đầu tư 3 năm đầu tăng 15 - 36% khối lượng kè [10]
3 Quá trình thử nghiệm và kết quả
Khi giải pháp trên được trình với thành phố Hải Phòng, Phân viện được giao tiếp tục lập luận chứng khoa học thiết kế thử nghiệm một kè mỏ hàn ở khu vực Hoàng Châu [I1] Việc này đã được tiến hành trong năm 1991 và kè thử nghiệm được thiết kế có tham khảo các tư liệu [1] có các thông số kỹ thuật như sau: chiều dài 93,6m, rộng đỉnh kè 2m, độ đốc mái kè I:2, cao độ đầu kè áp bờ cát 3,6m, cao độ mũi kè 1,1m, kết cấu bằng đá hộc có trọng lượng > 2l6kg với các khe hở được chèn chặt bằng đá nhỏ Xung quanh chân mái kè đóng cọc ván vây chống nở hông Thời gian
thi công vào các tháng 10, 11, 12 [11] Thiết kế này đã được Sở Thuỷ lợi Hải Phòng
áp dụng trong luận chứng kinh tế kỹ thuật bảo vệ bờ bãi đảo Cát Hải [9] và 4 kè (số 1, 2 phía Hoàng Châu, số 9, 20 phía Gót) đã xây dựng trong 2 năm 1994 (1, 2) và 1995 (9, 10) để thử nghiệm và có những điều chỉnh cần thiết khi xây dựng tiếp theo Các chỉ tiêu của 4 mỏ về cơ bản giống như kè thiết kế thử nghiệm, riêng chiều dài có
thay đổi: mỏ số 1 dài 114,0m; 2 - 73,26m, 9 - 57,5m; 10 - 58,9m Qua thời gian theo
Trang 17Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
triển nông thôn Hải Phòng cho thấy hiệu quả nuôi bãi thể hiện rất rõ (bảng 5) và hiện tượng xói lở, đe doạ đê, bờ biển ở khu vực có kè khi có bão giảm rất nhiều Các đợt áp thấp (gió cấp 7, 8) trong năm 1995 và 2 cơn bão số 2 và 4 năm 1996 (gió cấp 9 - 11) gây hư hại không đáng kể ở đoạn bờ có kè trong khi một số đoạn đê kè lát mái (kè dọc) ở tuyến dé Hoàng Châu - Văn Chấn bị hư hại nặng [8]
Những kết quả thực nghiệm cơ bản đã chứng minh sự đúng đắn của các kết quả nghiên cứu và những dự báo Tuy nhiên, dựa vào thực nghiệm đã có-thể điều chỉnh các thông số kỹ thuật như vị trí, khoảng cách, kích thước, cấu trúc và kết cấu vật liệu kè để việc xây kè nuôi bãi chống xói lở có hiệu quả hơn Trên cơ sở thành công của thực nghiệm, tại hội nghị kiểm tra đánh giá kè thử nghiệm ở Cát Hải ngày 13/9/1997 đã chính thức chấp nhận việc xây dựng hoàn chỉnh hệ thống kè mỏ hàn chống xói lở bờ đảo Cát Hải theo đề xuất
Bảng 5: Kết quả theo dõi bỏi lắng ở khu vực có kè mồ hàn
Thời gian | Khư vực | Chiểu cao | Chiều cao Tốc độ bôi theo dõi mỏ số bồi lớn nâng bãi
nhất (m) | trung bình Thang (m) | Nam (m)
20 thang 1-2 1,85 0,5 0,25 0,3
10 thang 9-10 1,85 0,5 0,55 0,66
V KẾT LUẬN
Biến dạng bờ đảo Cát Hải là một quá trình phức tạp bao gồm cả xới lở bồi tụ ở bãi và sườn bờ ngầm Xói lở chiếm ưu thế xảy ra trên gần toàn bộ bờ phía nam đảo với tốc độ trung bình 4,2 - 8m, cực đại 11,3m/năm và có thời điểm đạt 25m/năm Trong khi đó, bồi tụ phát-triển hạn chế ở đoạn bờ phía đông chỉ có 0,75m/năm và bờ phía tây 2,4m/năm, cực đại 4,7m/năm Phần sườn bờ ngầm đảo cũng bị bào mòn mặt day 1 - 3cm/năm từ bờ đến độ sâu 3m Xét về mặt động lực hình thái, bờ nam đảo
Cát Hải chuyển hoá từ trạng thái bãi biển sang thêm mài mòn trên nền trầm tích bở
rời rất điển hình với hình thái trắc diện ngang hơi lõm
Nguyên nhân xói lở đảo Cát Hải là sự kết hợp của sự ngập chìm (kiến tạo và chân nh) trong điều kiện thiếu hụt bồi tích và thuỷ triểu biên độ lớn Vai trò gây thiếu hụt bồi tích và xói lở bãi do dòng triểu quyết định với tính chất dong bồi tích tổng hợp đọc bờ phân kỳ từ giữa bờ đảo về hai phía đông tây Sự lớn hơn hẳn của dòng triều lên về thời gian và tốc độ so với dòng xuống ở 2 cửa lạch Hoàng Châu và Hàng Dày sát bờ tây nam và đông nam đảo là lý do chủ yếu gây thiếu hụt bồi tích cho khu vực Dòng bồi tích dọc bờ do sóng hướng đông sang tây bị dòng bồi tích do triều triệt tiêu ở nửa Gia Lộc - Bến Gót và cộng hưởng ở nửa Gia Lộc - Hoàng Châu
Trang 18Tdi nguyén va méi trudng bién Tap IV- 1997
Việc phân tích đúng nguyên nhân và cơ chế biến dạng bờ đảo Cát Hải đã cho phép đề xuất phương án xây kè mỏ hàn nuôi bãi thích hợp và đã được địa phương áp đụng thử nghiệm thành công tốt đẹp trong các năm 1994 - 1996,
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Coastal Engineering Research Centre, 1984
Shore Protection Manual, Forth edition Washington D C
2 Nguyễn Van Cu va nnk, 1987
Nghiên cứu xác định nguyên nhân biển lấn vào đảo Cát Hải và bước đầu để xuất biện pháp công trình phòng chống chủ yếu Báo cáo khoa học lưu tại Viện các khoa học Trái đất
3 Nguyễn Chu Hồi, Trần Đức Thạnh và nnk, 1993
Đánh giá ảnh hưởng của đập Đình Vũ đến động lực vùng Cửa Cấm - Nam Triệu liên quan đến sa bồi luồng vào cảng Hải Phòng Báo cáo lưu giữ tại Phân viện hải dương học tại Hải Phòng
4 Dinh Van Huy va nnk, 1985
Sự hình thành đảo Cát Hải, Hải Phòng Những phát hiện mới về khảo cổ học 1995, Viện khảo cổ, Hà Nội
5 Định Văn Huy, Trần Đức Thạnh, 1994
Sự phát triển đường bờ ở khu vực Hải Phòng - Quảng Yên trong Holoxen qua nghiên cứu các hệ đê cát cổ Tài nguyên và môi trường biển, tập II Nhà xuất ban KH & KT Hà Nội
6 Định Văn Huy, 1996
Đặc điểm hình thái - động lực khu bờ biển hiện đại Hải Phòng Luận án PTS
khoa học Địa lý, Hà Nội 7 Trần Đình Lân, 1994
Đặc trưng hình thái và độ hạt trầm tích của các thể cát ven biển và mối quan hệ
với sự xói lở và bồi tụ ở vùng cửa sông Bạch Đằng Tài nguyên và môi trường biển Tập II Nhà xuất bản KH & KT Hà Nội
8 Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Hải Phòng, 1996
Trang 19Tài nguyên và môi trường biển Táp IV- 1997
Luận chứng kinh tế kỹ thuật bảo vệ bờ bãi đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng 10 Trần Đức Thạnh, Dinh Van Huy và nnk, 1991
Xác định nguyên nhân và lập giải pháp phòng chống xói lở đảo Cát Hải trên quan điểm địa chất động lực Báo cáo khoa học lưu tại Phân viện Hải dương học tại Hải Phòng
11 Trần Đức Thạnh, Trần Đình Lân, 1991
Luận chứng khoa học kỹ thuật xây dựng thử nghiệm kè mỏ hàn Hoàng Châu, Cát Hải Lưu tại Phân viện hải dương học tại Hải Phòng
12 Tran Duc Thanh et all, 1992
Current status and cause of erosion in Cat Hai Insland of Haiphong Proc of Regional Sem on Env Geology, Hanoi
13 Trần Đức Thạnh và nnk, 1993
Môi trường địa chất ven bờ Hải Phòng Bản đồ tỷ lệ 1/50.000 Lưu trữ tại Phân
viện hải dương học tại Hải Phòng
14 Trần Đức Thạnh, 1994
Áp dụng qui tắc Bruun để tính toán dự báo xói lở các bãi biển ven bờ Hải Phòng
khi có sự đâng cao của mực biển Tài nguyên và môi trường biển Tập II Nhà xuất bản KH & KT Hà Nội
SUMMARY
COASTAL DEFORMATION OF THE CAT HAI ISLAND AND SOLUTIONS FOR THE SHORE PROTECTION
Tran Duc Thanh, Dinh Van Huy, Tran Dinh Lan et all
Coastal deformation of the Cat Hai Island is a result of a complex process of beach erosion and accrection and slope abrasion The erosion of the south coastal segment has been estimated at a rate of 4.2 m/yr on average, 11.3 m/yr max and even 25 m/yr while accretion has occurred to the east and west coastal segment at a rate of 0.75 - 2.4 m/yr and even 4.7 m/yr The slope in a range of 0 - 3.0m deep has been abraded at a rate range of 1 - 3 cm/yr The beach of south coastal segment has been changed into a sand bench The cause of coastal erosion as investigated is a
combination of tectonic subeiding movement, eustatic sea level rise, tide and wave
actions Tidal currents take a major part in transporting sediments out of the area,
Trang 20Tài nguyên và môi trường biển Tập IV- 1997
leading to a loss of sediments in coast - developing process The longshore drift by flood tides always diverges eastward and westward but the longshore drift by waves only runs westward The superiority of time range anf current velocily of flood tides over ebb tides is the main reason for the loss of sediments