Luận án tiến sĩ HUS nghiên cứu quy luật biến động trầm tích tại vùng biển ven bờ cửa sông hậu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Ngọc Tiến NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG TRẦM TÍCH TẠI VÙNG BIỂN VEN BỜ CỬA SÔNG HẬU LUẬN ÁN TIẾN SĨ HẢI DƯƠNG HỌC Hà Nội – 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Nguyễn Ngọc Tiến NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG TRẦM TÍCH TẠI VÙNG BIỂN VEN BỜ CỬA SÔNG HẬU Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 62440228 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HẢI DƯƠNG HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Hà Nội – 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết luận án chưa ñược cơng bố cơng trình khác Những kết viết chung với tác giả khác ñã ñược ñồng tác giả cho phép ñưa vào luận án Tác giả Nguyễn Ngọc Tiến LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Trước hết, với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS TS Đinh Văn Ưu TS Đỗ Huy Cường người Thầy dành cho tơi quan tâm, hướng dẫn tận tình định hướng khoa học hiệu suốt trình nghiên cứu, thực luận án Ngồi ra, tơi muốn bày tỏ lời cảm ơn đặc biệt tới Ơng Trần Tấn Phúc Chủ tịch Hội đồng quản trị, Tổng Giám Đốc Cơng ty CP Tư vấn Thiết kế Cảng - Kỹ thuật Biển ñã cho phép sử dụng phần số liệu thuộc dự án “Luồng cho tàu biển trọng tải lớn vào sơng Hậu” Trong q trình thực luận án, tơi nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình có hiệu thầy giáo Khoa Khí tượng - Thủy văn Hải dương học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội; Ban lãnh ñạo ñồng nghiệp Viện Địa chất Địa vật lý Biển – Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, đặc biệt quan tâm, giúp ñỡ ñộng viên người thân gia đình chia sẽ, động viên góp phần khơng nhỏ vào thành cơng luận án Ngồi ra, tơi cịn nhận ý kiến đóng góp quý báu bổ ích giáo sư, phó giáo sư, nhà khoa học đồng nghiệp ngồi quan Tơi xin chân thành cảm ơn./ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam ñoan Lời cảm ơn Mục lục iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình vẽ, đồ thị v MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN 1.1.1 Tổng quan nghiên cứu nước có liên quan đến quy luật biến động trầm tích 1.1.2 Tổng quan kết nghiên cứu nước quốc tế vùng biển ven bờ cửa sông Hậu hệ thống sông Mê Kông 14 1.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 27 1.2.1 Nghiên cứu quy luật biến động trầm tích thơng qua nghiên cứu chế hình thành tồn vùng ñộ ñục cực ñại 27 1.2.2 Nghiên cứu quy luật biến ñộng trầm tích thơng qua nghiên cứu điều kiện động lực chi phối hình thái thềm châu thổ ngập nước 28 1.2.3 Nghiên cứu biến ñộng trầm tích thơng qua ứng dụng mơ hình vận chuyển cân bùn tích hợp dịng chảy sóng 31 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC BƯỚC NGHIÊN CỨU 33 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu 33 1.3.2 Nội dung bước tiến hành nghiên cứu 35 CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ HÌNH THÀNH, TỒN TẠI VÙNG NƯỚC ĐỤC CỰC ĐẠI VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỘNG LỰC CHI PHỐI QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG TRẦM TÍCH 39 2.1 ĐẶC ĐIỂM CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ NHÂN SINH ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠ CHẾ HÌNH THÀNH, TỒN TẠI VÙNG ĐỤC CỰC ĐẠI VÀ QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG TRẦM TÍCH CỬA SƠNG HẬU 39 2.1.1 Yếu tố thủy, hải văn …………… 39 i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1.2 Yếu tố ñịa chất ñịa mạo 46 2.1.3 Cơng trình nhân sinh 50 2.2 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN BỐ VÙNG ĐỤC CỰC ĐẠI CỬA SƠNG HẬU………………………………………………….………… 54 2.2.1 Cơ chế hình thành vùng đục cực ñại ………………………….…… 54 2.2.2 Phân bố vùng ñục cực ñại theo chu kỳ triều mùa mưa mùa khô 75 2.3 ĐIỀU KIỆN ĐỘNG LỰC CHI PHỐI QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG TRẦM TÍCH TRÊN CHÂU THỔ NGẬP NƯỚC KHU VỰC CỬA SÔNG HẬU……………………………………………………………………….…… 79 2.3.1 Các điều kiện động lực chi phối hình thái châu thổ ngập nước 79 2.3.2 Biến ñộng trầm tích theo mùa 85 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG TRẦM TÍCH VÙNG NGHIÊN CỨU 94 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 94 3.1.1 Lựa chọn mơ hình 94 3.1.2 Bài tốn nghiên cứu q trình thủy động lực vận chuyển trầm tích vùng cửa sơng 95 3.2 THIẾT LẬP MƠ HÌNH CHO VÙNG CỬA SƠNG HẬU 96 3.2.1 Miền tính lưới tính 96 3.2.2 Số liệu ñầu vào ñiều kiện biên 98 3.2.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 102 3.3 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH 115 3.3.1 Chế ñộ thủy ñộng lực 115 3.3.2 Biến ñộng chu kỳ triều ñộ muối vùng ñục cực ñại theo độ sâu 120 mùa mưa mùa khơ 3.3.3 Phân bố khơng gian theo chu kỳ triều độ muối vùng ñục cực ñại 125 mùa mưa mùa khô 3.3.4 Biến ñộng theo mùa ñộ muối SSC tầng sâu 132 3.3.5 Phân bố vùng ñục cực ñại (SSC max) mùa mưa mùa khơ 133 3.3.6 Biến đổi hình thái 135 KẾT LUẬN 138 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 140 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO 141 PHỤ LỤC II PHỤ LỤC IV PHỤ LỤC VII PHỤ LỤC VIII PHỤ LỤC X PHỤ LỤC XV iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích ADCP : Acoustic Doppler Current Profiler – Thiết bị ño tốc ñộ dòng chảy CSDL : Cơ sở liệu NN&PTNT : Nông nghiệp phát triển nông thôn DHI : Danish hydraulic Institute ĐBSCL : Đồng sông Cửu Long ETM : Estuarine turbidity Maximum - Vùng ñục cực ñại cửa sơng HD : Hydrodynamics - Thủy động lực KHCN : Khoa học công nghệ KHTL : Khoa học Thủy lợi MC : Biến đổi hình thái (Morphological change) MTZ : Maximum Turbidity Zone – Vùng ñục cực ñại MT : Mud Transport – Vận chuyển bùn NTU : Nephelometric Turbidity Units – Đơn vị ño ñộ ñục NCS : Nghiên cứu sinh PORTCOAST : Công ty cổ phần kỹ thuật cảng đường thủy Q : Lưu lượng dịng chảy SPM : Suspended Particulate Matter - Các hạt vật chất lơ lửng SSC : Suspended Sediment Concentration - Hàm lượng trầm tích lơ lửng SW : Spectral Wave – Phổ sóng TTLL : Trầm tích lơ lửng UTM : Hệ lưới chiếu ñồ UTM (Universal Transverse Mecator) KTTV : Khí tượng thủy văn VNC : Vùng nghiên cứu VCS : Vùng cửa sông iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 1.2 2.3 3.1 3.2 3.3 Nội dung Trang Hạng mục khảo sát thuộc dự án Tọa ñộ thiết bị ño thuộc dự án Khối lượng cát – sỏi (m3/năm) bị khai thác dịng sơng Mê Kơng 52 Các thơng số mơ hình Mike HD 105 Các thơng số mơ hình Mike SW 108 Các thơng số mơ hình vận chuyển bùn MIKE FM MT 110 DANH MỤC CÁC BẢN ĐỒ, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ VÀ ẢNH Hình Nội dung Trang 1.1 Sơ đồ khu vực khảo sát thuộc dự án luồng cho tàu lớn vào sơng Hậu Sơ đồ khu vực nghiên cứu luận án, vị trí trạm khảo sát thuộc dự 1.2 án Việt Mỹ vị trí trạm khảo sát bổ sung 1.3 Cơ chế hình thành vùng đục cực đại mặt cắt sơng 27 Mặt cắt thẳng ñứng sườn châu thổ ngập nước; a) mặt cắt thẳng 1.4 29 ñứng ; b) mặt tổng thể Sơ ñồ mặt cắt thẳng ñứng sườn châu thổ ngập nước 1.5 30 sông lớn sơng Mê Kơng 1.6 Sơ đồ mơ đun tính vận chuyển bùn 32 1.7 Sơ đồ tóm tắt nội dung bước nghiên cứu 37 2.1 Biến trình lưu lượng tháng trạm Mỹ Thuận 2009 - 2015 40 2.2 Biến trình lưu lượng tháng trạm Cần Thơ 2009 - 2015 40 Hàm lượng chất lơ lửng mặt ngang triều lên xuống Trạm 41 2.3 Mỹ Thuận Cần Thơ (g/m3) Biến trình hàm lượng trầm tích tầng mặt mùa mưa trạm S0, 2.4 42 D2, S11, S12 Biến trình hàm lượng trầm tích tầng đáy mùa mưa trạm S0, 2.5 42 D2, S11, S12 Biến trình hàm lượng trầm tích tầng mặt mùa khô trạm S0, 2.6 43 D2, S11, S12 Biến trình hàm lượng trầm tích tầng ñáy mùa khô trạm S0, 2.7 43 D2, S11, S12 Biến trình vận tốc hướng dịng chảy trung bình trạm S11 mùa 2.8 44 mưa Biến trình vận tốc hướng dịng chảy trung bình trạm S11 mùa 2.9 44 khơ 2.10 Biến trình chiều cao chu kỳ sóng trung bình trạm S11 mùa mưa 45 2.11 Biến trình chiều cao chu kỳ sóng trung bình trạm S11 mùa khơ 45 2.12 Phân bố kích thước hạt trung bình D50 sơng Hậu 48 2.13 Phân bố kích thước hạt sườn châu thổ sơng Hậu 48 2.14 Mặt cắt địa chất dọc theo tuyến luồng biển 49 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 2.39 2.40 2.41 2.42 2.43 2.44 2.45 2.46 2.47 2.48 2.49 2.50 2.51 Biến trình độ muối trạm S0 mùa mưa Biến trình độ muối trạm S0 mùa khơ Biến trình tốc độ hướng dịng chảy trạm S0 mùa mưa Biến trình tốc độ hướng dịng chảy trạm S0 mùa khơ Biến trình hàm lượng TTLL trạm S0 mùa mưa Biến trình hàm lượng TTLL trạm S0 mùa khơ Biến trình lưu lượng trạm D3 mùa mưa Biến trình lưu lượng trạm D3 mùa khơ Biến trình độ muối trạm D3 mùa mưa Biến trình độ muối trạm D3 mùa khơ Biến trình tốc độ hướng dịng chảy trạm D3 mùa mưa Biến trình tốc độ hướng dịng chảy trạm D3 mùa khơ Biến trình hàm lượng TTLL trạm D3 mùa mưa Biến trình hàm lượng TTLL trạm D3 mùa khơ Biến trình lưu lượng trạm S10 mùa mưa Biến trình lưu lượng trạm S10 mùa khơ Biến trình độ muối trạm S11 mùa mưa Biến trình độ muối trạm S11 mùa khơ Biến trình tốc độ hướng dịng chảy trạm S11 mùa mưa Biến trình tốc độ hướng dịng chảy trạm S11 mùa khơ Biến trình hàm lượng TTLL trạm S11 mùa mưa Biến trình hàm lượng TTLL trạm S11 mùa khơ Biến trình lưu lượng trạm S12 mùa mưa Biến trình lưu lượng trạm S12 mùa khơ Biến trình ñộ muối trạm S12 mùa mưa Biến trình ñộ muối trạm S12 mùa khơ Biến trình tốc độ hướng dòng chảy trạm S12 mùa mưa Biến trình tốc độ hướng dịng chảy trạm S12 mùa khơ Biến trình hàm lượng TTLL trạm S12 mùa mưa Biến trình hàm lượng TTLL trạm S12 mùa khơ Biến trình triều vị trí trích xuất số liệu mặt cắt mùa mưa Biến trình triều vị trí trích xuất số liệu mặt cắt mùa khơ Phân bố độ muối hàm lượng TTLL thời ñiểm triều cường (C1) mùa mưa Phân bố ñộ muối hàm lượng TTLL thời ñiểm triều cường (C1) mùa khô Phân bố ñộ muối hàm lượng TTLL thời ñiểm triều xuống (X1) mùa mưa Phân bố ñộ muối hàm lượng TTLL thời điểm triều xuống (X1) mùa khơ Phân bố ñộ muối hàm lượng TTLL thời ñiểm triều kiệt (K1) mùa mưa 56 56 56 56 56 56 59 59 59 59 59 59 59 59 62 62 62 62 62 62 62 62 64 64 64 64 64 64 64 64 66 66 67 67 69 69 71 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC PHÂN BỐ ĐỘ MUỐI VÀ SSC TẠI CÁC VỊ TRÍ L3, C3, K3, C4, K4, C5, K6, C6 TRONG MÙA MƯA VÀ MÙA KHƠ Hình P2.2 Phân bố ñộ muối hàm lượng SSC thời điểm triều cường (C3) mùa khơ Hình P2.1 Phân bố ñộ muối hàm lượng SSC thời ñiểm triều cường (C3) mùa mưa Hình P2.3 Phân bố ñộ muối hàm lượng SSC thời ñiểm triều kiệt (K3) mùa mưa Hình P2.4 Phân bố độ muối hàm lượng SSC thời ñiểm triều kiệt (K3) mùa khơ Hình P2.5 Phân bố độ muối thời điểm triều cường (C4) mùa mưa Hình P2.6 Phân bố ñộ muối thời ñiểm triều cường (C4) mùa khô IV LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P2.7 Phân bố hàm lượng SSC thời điểm triều cường (C4) mùa mưa Hình P2.8 Phân bố hàm lượng SSC thời ñiểm triều cường (C4) mùa khơ Hình P2.9 Phân bố độ muối hàm lượng SSC thời ñiểm triều kiệt (K4) mùa mưa Hình P2.10 Phân bố độ muối hàm lượng SSC thời ñiểm triều kiệt (K4) mùa khơ Hình P2.11 Phân bố độ muối hàm lượng SSC thời ñiểm triều cường (C5) mùa mưa Hình P2.12 Phân bố độ muối hàm lượng SSC thời điểm triều cường (C5) mùa khơ V LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P2.13 Phân bố ñộ muối hàm lượng SSC thời điểm triều kiệt (K5) mùa mưa Hình P2.14 Phân bố ñộ muối hàm lượng SSC thời điểm triều kiệt (K5) mùa khơ Hình P2.15 Phân bố ñộ muối hàm lượng SSC thời ñiểm triều cường (C6) mùa mưa Hình P2.16 Phân bố ñộ muối hàm lượng SSC thời ñiểm triều cường (C6) mùa khô VI LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TỪ SỐ LIỆU KHẢO SÁT THÁNG NĂM 2018 Hình P3 Phân bố độ muối dịng chảy mặt cắt từ A5 ñến A6 lúc triều xuống Hình P3 Phân bố độ SSC dịng chảy mặt cắt từ A5 ñến A6 lúc triều xuống Hình P3 Phân bố độ muối dịng chảy mặt cắt từ A1 ñến A2 lúc triều xuống Hình P3 Phân bố độ SSC dịng chảy mặt cắt từ A1 ñến A3 lúc triều xuống VII LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC CÁC SƠ ĐỒ VỀ THAM SỐ CHO MÔ HÌNH TÍNH TỐN Hình P4 Cao độ gồ ghề đáy thủy vực Hình P4 Phân bố đường kính hạt D50 đáy thủy vực Hình P4 Hệ số tốc độ rơi bùn sét Hình P4 Ứng suất tới hạn lắng ñọng ñối với bùn sét Hình P4 Hệ số tốc độ rơi ñối với bùn bụi Hình P4 Ứng suất tới hạn lắng ñọng ñối với bùn bụi VIII LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P4 Hệ số xói lớp Hình P4 Ứng suất tới hạn xói lớp Hình P4 Hệ số xói lớp Hình P4 10 Ứng suất tới hạn xói lớp IX LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH Hình P5 So sánh kết mơ thực đo lưu lượng qua mặt cắt cửa sơng Cửu Long từ 15 đến 30/9/2009 X LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P5 So sánh kết mơ thực đo thành phần vận tốc theo vĩ tuyến kinh tuyến từ ngày 20 ñến 27/8/2009 XI LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P5 So sánh kết mơ thực đo độ mặn từ ngày 22 ñến 26/8/2009 XII LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P5 So sánh kết mơ thực đo thành phần vận tốc theo vĩ tuyến kinh tuyến từ ngày ñến ngày 12/4/2009 trạm S12 XIII LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P5 So sánh kết mơ thực đo độ mặn trạm D4 D5 từ ngày ñến 12/4/2009 XIV LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC KẾT QUẢ MƠ PHỎNG CỦA MƠ HÌNH Hình P6 Biến ñộng theo thời gian (1 năm) ñộ muối trạm D3 Hình P6 Biến động theo thời gian (1 năm) hàm lượng SSC trạm D3 Hình P6 Biến ñộng theo thời gian (1 năm) ñộ muối trạm S11 XV LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P6 Biến động theo thời gian (1 năm) hàm lượng SSC trạm S11 Hình P6 Biến ñộng theo thời gian (1 năm) ñộ muối trạm T1 Hình P6 Biến động theo thời gian (1 năm) hàm lượng SSC trạm T1 XVI LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P6 Phân bố ñộ muối SSC mùa mưa tầng (ñỉnh triều) XVII Hình P6 Phân bố độ muối SSC mùa khơ tầng (đỉnh triều) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình P6 Phân bố ñộ muối SSC mùa mưa tầng (chân triều) XVIII Hình P6 10 Phân bố độ muối SSC mùa mưa tầng (chân triều) ... NHIÊN _ Nguyễn Ngọc Tiến NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỘNG TRẦM TÍCH TẠI VÙNG BIỂN VEN BỜ CỬA SÔNG HẬU Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 62440228 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HẢI DƯƠNG HỌC NGƯỜI HƯỚNG... quan kết nghiên cứu nước quốc tế vùng biển ven bờ cửa sông Hậu hệ thống sông Mê Kông 14 1.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 27 1.2.1 Nghiên cứu quy luật biến động trầm tích thơng qua nghiên cứu chế... tốn quy luật biến động trầm tích, đồng thời liệu đầu vào kiểm chứng kết tính tốn mơ hình áp dụng nghiên cứu quy luật biến động trầm tích từ đưa diễn biến hình thái vùng biển ven bờ cửa sơng Hậu