Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CƠNG TRÌNH TỚI TRƯỜNG SĨNG, TRƯỜNG DỊNG CHẢY KHU VỰC CỬA TÙNG - QUẢNG TRỊ BẰNG MƠ HÌNH SỐ LÊ VĂN TUẤN (1), HOÀNG VĂN THÀNH (1) ĐẶT VẤN ĐỀ Cửa Tùng nằm địa phận huyện Vĩnh Lĩnh - tỉnh Quảng Trị cửa sông hệ thống sông Bến Hải, hệ thống sơng tỉnh Quảng Trị (Hình 1) Đây khu vực với phát triển kinh tế xã hội, du lịch, hoạt dộng dân sinh ven biển diễn sơi động Tuy nhiên, có mặt cơng trình xây dựng ảnh hưởng khơng nhỏ tới tranh thủy động lực chế độ bồi tụ luồng lạch, xói lở bãi biển tác động tiêu cực tới nhiều hoạt động dân sinh, du lịch kinh tế xã hội QĐ Hồng Sa QĐ Trường Sa Hình Vị trí khu vực nghiên cứu Cửa Tùng - Quảng Trị Năm 2010, Nguyễn Thọ Sáo nghiên cứu, đánh giá tác động cơng trình đến tranh thủy động lực khu vực cửa sông ven bờ Bến Hải, Quảng Trị sau xây dựng kè phía Nam Cửa Tùng [1] Nghiên cứu xác định kè phía Nam tác động mạnh mẽ đến hướng sóng dịng chảy, kè có tác dụng chắn gần tồn sóng Đơng Nam, tạo nên vùng khuất cửa ngăn dịng chảy sóng dọc bờ từ phía Nam lên phía Bắc Kết nghiên cứu cho thấy kè giữ lại lượng lớn cát phía Nam hạn chế bồi lấp luồng lạch mùa sóng Đơng Nam Tuy nhiên, kè có tác dụng đẩy sóng dọc bờ xa hơn, khiến nguồn bùn cát phía Nam có hội tiếp cận cửa bãi biển phía Bắc Cửa Tùng Đó nguyên nhân tượng thiếu hụt nguồn trầm tích bãi biển phía Bắc, làm cân bùn cát gây tượng xói lở bờ biển [1] Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt đới, Số 30, 12-2022 169 Nghiên cứu khoa học công nghệ Đến năm 2013, Trần Thanh Tùng nghiên cứu chế độ thủy động lực, vận chuyển bùn cát đánh giá hiệu giải pháp nuôi bãi [2] Nghiên cứu cho thấy, năm bãi biển bắc Cửa Tùng bị thiếu hụt lượng bùn cát vào khoảng 31 600 m3, với hướng vận chuyển bùn cát chủ đạo từ Bắc Nam Lượng bùn cát bị thiếu hụt gây tượng xói lở cho bãi biển khu vực bắc Cửa Tùng với chiều dày xói lở trung bình Hình Sơ đồ bố trí cơng trình khoảng 0,3 m/năm Tổng lượng bùn cát cần khu vực nghiên cứu để tính tốn ni bãi 95 000 m chu kỳ nuôi bãi năm Tuy nhiên, sau năm nuôi, bãi biển bị thối lui 11 m tốc độ xói lở bờ giảm dần theo thời gian [2] Nhằm đáp ứng nhu cầu giao thông thương mại bờ Nam - Bắc sông Bến Hải hoạt động đánh bắt thủy sản, giao thương với huyện đảo Cồn Cỏ, vào năm 2014, có xây dựng số cơng trình xây dựng như: Cầu Tùng Luật, cảng cá Cửa Tùng, kè phía Nam phía Bắc Cửa Tùng (Hình 2) Sau cơng trình xây dựng có nhiều tác động tới tranh thủy động lực môi trường biển khu vực Cửa Tùng Hiện nay, bãi biển phía Bắc bị xói lở nghiêm trọng so với thời điểm trước cơng trình xây dựng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động kinh doanh du lịch người dân nơi (Hình 3) 12/2008 10/2009 8/2009 11/2010 Hình Một số hình ảnh xói lở bãi biển Cửa Tùng Nghiên cứu thay đổi trường sóng trường dịng chảy vùng tác động cơng trình mơ hình tốn mơ phỏng, dự đốn từ đưa biện pháp cần thiết để khắc phục ảnh hưởng xấu 170 Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt đới, Số 30, 12-2022 Nghiên cứu khoa học công nghệ TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm khí hậu Quảng Trị nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có nhiệt cao, chế độ ánh sáng mưa, ẩm dồi tỉnh có khí hậu khắc nghiệt: Từ tháng đến tháng chịu ảnh hưởng gió Tây Nam khơ nóng thổi mạnh, thường gây nên hạn hán; từ tháng 10 đến tháng năm sau chịu ảnh hưởng gió mùa Đơng Bắc kèm theo mưa lớn, thường xảy lũ lụt [3] 2.1.1 Chế độ gió Tốc độ gió lớn đạt 13m/s vào mùa hè (tháng 4) gần 10m/s vào mùa đông (tháng 12) Theo số liệu đo gió Trạm Cồn Cỏ (17o10’N - 107o 21’E), hướng gió Tây Nam thể rõ ba tháng 3, 4, hướng gió Đơng Bắc thể rõ ba tháng 10, 11, 12 (Hình 4), cụ thể hoa gió sau: Mùa Tây Nam Tháng Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 Mùa Đơng Bắc Hình Hoa gió số tháng trạm Cồn Cỏ năm 2009 2.1.2 Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình năm từ 23oC - 25oC Mùa lạnh có tháng (tháng 12, 01 02 năm sau) nhiệt độ xuống thấp, tháng lạnh nhiệt độ xuống 20oC Mùa nóng nhiệt độ cao (trung bình 28oC - 30oC), tháng nóng tháng 6, 7, nhiệt độ cao lên tới 40oC - 42oC Biên độ nhiệt trung bình tháng năm chênh lệch 7oC - 9oC 2.1.3 Lượng mưa Lượng mưa bình quân cao khoảng từ 2.100 - 2.400 mm (riêng năm 2005 đạt 3.032 mm) Mùa mưa kéo dài từ tháng năm trước đến tháng năm sau, lượng mưa tập trung chủ yếu vào tháng 9, 10, 11 (chiếm 70% lượng mưa năm) Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt đới, Số 30, 12-2022 171 Nghiên cứu khoa học công nghệ 2.1.4 Độ ẩm Trung bình năm khoảng 83 - 84% Trong tháng mùa mưa, độ ẩm trung bình thường 85%, có lên đến 90% 2.2 Đặc điểm hải văn 2.2.1 Chế độ sóng Theo số liệu sóng Trạm Cồn Cỏ (17o10’N - 107o21’E) năm 2009 sóng theo hướng Đông, Đông Bắc, Đông Nam chiếm ưu hơn, độ cao lẫn tần suất xuất (Hình 5), cụ thể hoa sóng tháng năm 2009 sau: Hình Hoa sóng 12 tháng trạm Cồn Cỏ năm 2009 Sóng hướng Đơng Bắc có tần suất suất thấp so với hướng sóng cịn lại có độ cao lượng lớn gấp gần lần hướng Đông lần hướng Đơng Nam 172 Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt đới, Số 30, 12-2022 Nghiên cứu khoa học cơng nghệ 2.2.2 Thủy triều Khu vực có chế độ bán nhật triều không đều, gần nửa số ngày hàng tháng có lần nước lớn, lần nước ròng Mực nước đỉnh triều tương đối lớn từ tháng đến tháng 12 nhỏ từ tháng đến tháng Độ lớn triều lên lớn hàng tháng năm không lớn, dao động từ 59 - 116 cm [3] 2.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng mơ hình Mike 21/3 Couple FM với module chính, bao gồm module phổ sóng Spectral Wave (SW) [4] module thủy lực Flow Hydrodynamic (FM - HD) [5] để tính tốn, mơ trường thủy động lực lan truyền sóng, dịng chảy khu vực Cửa Tùng - Quảng Trị 2.3.1 Thiết lập địa hình miền tính lưới tính Dữ liệu độ sâu đáy biển cập nhật đến năm 2014 Đoàn Đo đạc biên vẽ hải đồ Nghiên cứu biển (Hình 6a), sau: Trung tâm miền tính xác định khu vực cửa sông tập trung cơng trình Miền tính tính từ tâm biên phía đơng km, mở theo hướng BắcNam dọc đường bờ biển tâm miền tính km Phía tây dọc theo sơng Bến Hải lên phía thượng lưu km (Hình 6b) a b Hình Phân bố điểm độ sâu (trái) địa hình miền tính Cửa Tùng (phải) Lưới tính tốn có kích thước giảm dần từ khơi vào bờ Lưới chia chi tiết vùng cửa sơng có tuyến kè Bắc - Nam Cửa Tùng (kích thước 10 - 30 m), chia lưới theo đường đồng mức độ sâu 10 m (kích thước 30 - 50 m) thơ dần ngồi khơi (kích thước 100 - 300 m) (Hình 7) 2.3.2 Số liệu đầu vào Để tính toán tranh thủy động lực khu vực Cửa Tùng, nghiên cứu sử dụng số liệu làm điều kiện biên điều kiện ban đầu sau: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt đới, Số 30, 12-2022 Hình Lưới tính tốn Cửa Tùng 173 Nghiên cứu khoa học cơng nghệ - Số liệu gió: Thu thập trạm quan trắc Cồn Cỏ (17o10’N - 107o21’E) năm 2009 từ 20/4 đến 28/4/2010; - Số liệu sóng, dịng chảy: Thu thập từ số liệu đo đạc thực tế máy AWAC đợt từ 12/8 đến 18/8/2009 trạm K1 có tọa độ 107o06’51” E; 17o01’18” N từ 21/4 đến 28/4/2010 trạm K2 có tọa độ 107o06’42” E; 17o00’54” N (Hình 2); - Điều kiện biên mực nước: Sử dụng mực nước từ phân tích số điều hịa tồn cầu mơ hình Mike 21 2.3.3 Thời gian mơ phỏng, tính tốn Thời gian mơ khơng liên tục theo kịch cơng trình qua giai đoạn Cụ thể, có chuỗi thời gian chọn để mơ phỏng: - Từ ngày 12/8/2009 đến 18/8/2009 mô phỏng, hiệu chỉnh mơ hình tốn; - Từ ngày 21/4/2010 đến ngày 28/4/2010 kiểm định mơ hình tính trường sóng, trường dịng chảy ảnh hưởng cơng trình xây dựng tính đến năm 2010 (gồm Cảng Cá, Cầu Tùng Luật Kè phía Nam Cửa Tùng); - Từ ngày 10/01/2018 đến ngày 14/01/2018 tính tốn trường sóng trường dịng chảy ảnh hưởng cơng trình tính đến năm 2018 (gồm Cảng Cá, Cầu Tùng Luật, Kè phía Nam Kè phía Bắc Cửa Tùng) 2.3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Thời gian hiệu chỉnh từ 12/8/2009 đến 18/8/2009 Độ cao sóng tính tốn trung bình 0,42 m độ cao sóng thực đo trung bình 0,46 m, hệ số hiệu Nash = 70,5% (Hình 8) Hơn nữa, sóng tính tốn sóng thực đo có xu hướng giống Đối với mơ hình tốn nay, kết hiệu chỉnh tốt Hình So sánh độ cao sóng tính tốn thực đo năm 2009 Thời gian kiểm định từ ngày 21/4/2010 đến ngày 28/4/2010 Độ cao sóng tính tốn trung bình 0,73 m thấp so với độ cao sóng thực đo trung bình 0,86 m, hệ số hiệu Nash = 73,6% (Hình 9) Nhưng nhìn chung, xu hướng sóng tính tốn giống với sóng thực đo 174 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt đới, Số 30, 12-2022 Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình So sánh độ cao sóng tính tốn thực đo Vận tốc dịng chảy trung bình tính tốn 0,154 m/s vận tốc dịng chảy trung bình thực đo 0,167 m/s, hệ số hiệu Nash = 55,2% Sự biến thiên vận tốc tính tốn thực đo gần chung xu hướng (Hình 10) Như vậy, kết kiểm định mơ hình cho thấy sóng dịng chảy tính tốn phù hợp đạt u cầu để mơ phỏng, tính tốn 21/4 23/4 25/4 27/4 28/4 Hình 10 So sánh tốc độ dịng chảy tính tốn thực đo KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết trường sóng, trường dịng chảy chưa có kè phía Bắc (2010) Hiện trạng khu vực nghiên cứu năm 2010 gồm có cơng trình Cầu Tùng Luật, Cảng Cá Kè phía Nam Vào tháng năm 2010, sóng hướng Đơng Nam chiếm ưu hướng sóng khác Sóng ngồi khơi có độ cao 1,2 m lan truyền vào bờ 0,4 m thấp lan truyền vào cửa sơng Bến Hải Phía cửa sơng, có cơng trình nên sóng lan truyền vào không xa khoảng tối đa km độ cao sóng 0,2 m Kè phía Nam Cửa Tùng chắn tốt sóng Đơng Nam lan truyền vào cửa sông Tại bên kè, độ sâu độ cao sóng chênh lệnh rõ rệt (Hình 11) Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt đới, Số 30, 12-2022 175