Luận án tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu động lực học trầm tích trong vùng rừng ngập mặn

Nội dung luận án tập trung nghiên cứu sự suy giảm độ cao sóng khi đi vào RNM và sự phân bố của hàm lượng trầm tích lơ lửng Suspended SedimentConcentration, SSC trong vùng RNM - áp dụng c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ NGUYÊN HOA TIÊN

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HOC TRAM TÍCH

TRONG VUNG RUNG NGAP MAN

LUẬN ÁN TIEN SI VAT LY

Tp Hồ Chi Minh - 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ NGUYEN HOA TIÊN

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LUC HOC TRAM TÍCH

TRONG VUNG RUNG NGAP MAN

Ngành: Vật lý địa cầu

Mã số ngành: 62440111

Phản biện 1: TS Lê Dinh Mau

Phản biện 2: TS Lê Văn Tuấn

Phản biện 3: PGS.TS Trần Vĩnh Tuân

Phản biện độc lập 1: PGS.TS Bùi Hồng Long

Phản biện độc lập 2: PGS.TS Nguyễn Thế Biên

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Võ Lương Hồng Phước

Tp Hồ Chí Minh, 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan luận án tiến sĩ ngành Vật lý địa câu, với đề tài Nghiên cứu động lựchọc tram tích trong vùng rừng ngập mặn là công trình khoa hoc do Tôi thực hiệndưới sự hướng dẫn của PGS.TS Võ Lương Hồng Phước

Những kết quả nghiên cứu của luận án hoàn toàn trung thực, chính xác và không

trùng lắp với các công trình đã công bô trong va ngoai nước.

Nghiên cứu sinh

Lê Nguyễn Hoa Tiên

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Võ Lương Hồng

Phước, người đã tận tình hướng dan, truyén dat kiến thức va khích lệ tinh than cho

em trong thời gian hoc tập, nhất là khoảng thời gian em thực hiện luận án tốt nghiệp

Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến quý Thây Cô Bộ môn Vật lý địa câu, quý

Thay Cô trong và ngoài trường Dai học Khoa học tự nhiên, DHOG-HCM, đặc biệt

nhất là quý Thay Cô và các anh chị em Bộ môn Hải dương, Khí tượng và Thủy văn

đã nhiệt tình chỉ dạy và giúp đỡ em; những lời khuyên - góp ý chuyên môn, những lời

động viên tỉnh thân là những điều mà em vô cùng trân quý và nhớ ơn Tôi cũng gửilời cảm ơn chân thành đến các bạn Tran Xuân Dũng, Lâm Văn Hạo và Nguyễn TiénThành đã hồ trợ tôi trong quá trình xử lý số liệu và suốt thời gian thực hiện luận án

Em trân trọng cảm ơn quỷ Thầy Cô Khoa Vật lý - Vật lý Kỹ thuật và Phòng Đào tạoSau Đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập

Các số liệu đo đạc được trích từ đề tài ĐT.NCCB-ĐHUD.2012-G/10 thuộc Bộ

Khoa học và Công nghệ và NAFOSTED và dé tài hợp tác Việt - Mỹ “Hydrodynamics

and sediments flux through the Cu Lao Dung mangrove forest”, tôi xin chân thành

cảm ơn Ban chủ nhiệm dé tài, Ban Giám Hiệu, Phòng Khoa học - Công nghệ, Trường

Dai học Khoa học tự nhiên, và Đại học Quốc gia Thành phó Hồ Chí Minh

Gia đình luôn là chỗ dựa vững chắc nhất Con vô cùng biết ơn cha mẹ đã có gắng

hết mình dé con được an tâm học hành, và cảm ơn người em đã chia sẻ những khó

khăn và luôn động viên hai trong mọi hoàn cảnh.

Thân gửi lời cảm ơn đến các em sinh viên đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hành

thí nghiệm.

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến những người bạn, những anhchị em thân thiết của tôi, cảm ơn sự quan tâm, động viên, ung hộ và luôn giúp đố tôi

VỀ mọi mặt.

MỤC LỤC

/.9\:800/0:00):015757 i

/.\J:800/0:70 c1 vii

DANH MỤC CHỮ VIET TAT - KY HIỆU -2- 2-22 s2 se s=sesses ix 9671005 ÔỎ 1 (:0/9)105016)90)1019)7/.9070777 ÔỎ 6 1.1 ĐỊNH NGHĨA VA PHAN LOẠI RUNG NGAP MẶN -s : 6

1.2 MOT SO DAC DIEM CUA TRAM TICH 1.0 ccsscsscsssessesssessessessesssessessessessesseesees 7 1.2.1 Kích thước hạt trầm tich c.ccecccccecsesseessessessesseessessecsesssessessessessesssessessessesseesess 7 1.2.2 Các dạng chuyền vận trầm tích ¿- + eSk+keEk+EEEESEEEEEEEEEEEEEEEEkeErrkererkrree 8 1.2.3 Trầm tích kết dink ¿2£ £+SEEE+EE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrkervee 10 1.3 TÁC ĐỘNG CUA CAC QUA TRINH VAT LY DEN SỰ CHUYEN VAN TRAM TÍCH TRONG VUNG RUNG NGAP MẶN cccccccceccerrrrree II 1.4 TINH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 13

1.4.1 Nghiên cứu về sự lan truyền sóng trong vùng rừng ngập mặn 13

1.4.2 Nghiên cứu về động lực học tram tích lơ lửng tại vùng rừng ngập mặn 17

1.4.3 Nghiên cứu sự liên hệ giữa sóng và trầm tích lơ lửng - 22

1.5 KHU VỰC NGHIÊN CỨU ¿-©++++22+++ttEEttrtEEktrrrrrtrrrrrkrrrrrrrrrre 23 In Vi tri dia Ly cece 23

1.5.2 Một số đặc điểm khí tuong cecececcecccccsesessessesessessessessessessessssssessessessesseaee 25 1.5.3 Một số đặc điểm về mực nước -:-cccxctrtrrktrrrrrrrirrrrrriirrrrrirrree 26 1.5.4 Một số đặc điểm trầm tích lơ lửng và sự vận chuyền trầm tích 29

1.5.5 Một số đặc điểm về thực vật NGAP mặyn - - - 5 + se 31

CHƯƠNG 2: DU LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU 34

"9n 0 34

2.2 XỬ LÝ SO LIEU ĐO ĐẠC cc::222vvttttEktrrrtrtttrrrtrtrrirrrrrrrrerrrieg 37

2.2.1 Xác định hàm lượng trầm tích lơ lửng và hiệu chỉnh số liệu độ đục 37

2.2.2 Tính phổ sóng -:-2- 2 2+SESE92EE£EESEEEEEE2EE2E1271712112111171.111 1111110 39

2.2.2.1 Phương pháp Blackman - Tukey -.- 5 S5 33+ EsEvserrreresrrssrrrrs 40

2.2.2.2 Phương pháp Fast Fourier Transform (FETT) - 55+ ++ss+<s+sxsss+ 45

2.2.3 Tính hệ số suy giảm sóng 2-2 + £+EESEE£EEEEEE2EEEEEEEEEEEEEErkerkrrer 49

2.2.4 Tinh tổng lượng chuyên tải trầm tích - 2-2-5 225£+£E+£E£2E£zEzrxerxezez 50

2.3 THÍ NGHIỆM COT CHIM LANG TRAM TÍCH -:-+c-cce+ 50

2.3.1 Thực hiện thí nghiỆm - G2 E212 2318911351 191119111 111 1 911g ng re 50

2.3.2 Xác định vận tốc lắng đọng bằng phương pháp đường cong bán thực nghiệm

2.4.1 Giới thiệu mô hình WAPROMAN - ¿52-522 2 EEEEEECEEErrrkerkrree 64

2.4.2 Xây dựng chương trình tính phân bố hàm lượng tram tích lơ lửng theo độ sâu

— 66

2.4.2.1 Cơ sở lý thuyétec.ccccccccccccscsscesccsessesscssessesssscsessessesssssessessssseseesessessesseseessees 66

2.4.2.2 Phương pháp giải đối với bài toán dừng -¿- 2 cccecssrxersrrszes 68

2.4.2.3 Phương pháp giải đối với bài toán thay đổi theo thời gian, xét đến sự tái lơ

CHƯƠNG 3: SỰ LAN TRUYEN SONG TRONG VUNG RUNG NGAP MAN

— ÔÔÔÔỒ 73

3.1 PHAN TICH PHO SÓNG GIÓ 2: 555t22+tttExvtrtrkttrrrrtrrrrrrtrrrrrtrree 73

3.1.1 Sự dich chuyền năng lượng phổ trong rừng ngập mặn - 73

3.1.2 Kết quả bước đầu phân tích phố sóng tại vùng rừng ngập mặn Cù Lao Dung,

huy Ú 76

3.2 HE SO SUY GIẢM SÓNG 2¿- 2222221 2212221221122112712211 111211211 ee 77

3.3 TINH SỰ LAN TRUYEN SONG BANG MÔ HÌNH WAPROMAN 80

3.3.1 Số liệu đầu vào : -¿©-++ck+Ek2E2E122127121121121111211211 11111 .1 xeee 80

3.3.2 Biện luận hiệu chỉnh mô hình đối với vùng rừng ngập mặn Cu Lao Dung 82

3.3.3 Kết quả tính toán -¿- ¿5c set SE EE121121121111111112112111E 11111111110 84

3.4 KET LUẬN CHƯƠNG 3 - 2-22 ©2+22+2EE2EE2EE223E22122122.EEerrrrrrres 89

CHUONG 4: PHAN BO HAM LƯỢNG TRAM TÍCH LO LUNG TRONG

VUNG RUNG NGAP MẶN - 55s se se ssEEseEsEseEssersersersetssersersersssse 91

4.1 TÁC ĐỘNG CUA CAC YEU TO ĐỘNG LUC DEN HAM LƯỢNG TRAMTÍCH LO LUNG woceecesscsssesssssssssesssecssessssssecssessuessesssecsusssssssesssessuessssssesssessuesssesecssees 91

4.1.1 Rừng ngập mặn Can Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh - 91

4.1.2 Rừng ngập man Cù Lao Dung, Sóc Trăng 5 S5 s + sssesssee 104

4.2 VAN TÓC LANG DONG TRAM TÍCH KET DÍNH -5:- 119

4.2.1 Phân bố kích thước hạt trầm tích -¿ 2 2 + x+s£+£+£xerxzxezrxerxee 119

4.2.2 Sự thay đổi ham lượng trầm tích theo độ sâu từ thi nghiệm cột chim lắng tram

4.3 KET QUA TINH PHAN BO HAM LƯỢNG TRAM TÍCH LO LUNG THEO

ĐỘ SAU ciecccccssessesssessessessssssessessecsusssesssssessussusssessecsussusssessessussusssessessussuesseesessesaeeeees 131

4.3.1 Ap dụng điều kiện thực tại vùng rừng ngập mặn Cần Giờ - 131

4.3.2 Áp dụng điều kiện thực tại vùng Cù Lao Dung -¿-e s55: 138

4.4 KET LUẬN CHƯNG 4 0.ccccscssssssessesssessessessussueesessessussuessessessussusesessessesseeeses 144

0n Ô 146

DANH MỤC CONG TRÌNH CUA LUẬN ÁN -scssccsscssecsse 150TÀI LIEU THAM KHAO 2-5-2 <s£©s£©s2ESs£Ss£EseEssEsEsserserssrssesse 152

PHU LUC 21015 162

DANH MỤC HÌNH

Hình 0.1 Cấu trúc thực hiện luận án -2- 2 +¿©2++2+++£+++zx+zx+erxesrxezred 5

Hình 1.1 Bang phân bồ kích thước hạt Wentworth (1922) (trích dẫn từ [14]) 8

Hình 1.2 Các dạng chuyên vận trầm tích - 2-2 2 2+2+E+£k+zxerxzrszrxzrerree 9

Hình 1.3 Chu trình lắng đọng và tái lơ lửng của trầm tích kết dính liên quan đếnquá trình kết tụ và phá vỡ hạt trầm tích [6 ] ¿¿- + + +x+x+xeE+x+EeEzezxererxzxee 10

Hình 1.4 VỊ trí hai khu vực nghiên cứu: vùng rừng ngập mặn Cần Giờ, Thành phố

Hồ Chí Minh và Cù Lao Dung, Sóc Trang - 2 2 2+s+x+zxezxerxerszreee 24

Hình 1.5 Hoa gió năm tại Vũng Tau (1987 - 2006) [7I], -. -<-<5«¿ 26

Hình 1.6 Hoa gió tại Sóc Trăng năm 2018 - ni, 26

Hình 1.7 Biến đổi mực nước trung bình tháng trong 20 năm tại trạm Vũng Tàu

Hình 1.10 Dao động mực nước tại trạm Trần Đề - Sóc Trăng 04/2018 (nguồn số

liệu: Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Nam Bộ) 55c c+<<cssccsess 29

Hình 1.11 Dao động mực nước tại trạm Trần Đề - Sóc Trăng 07/2018 (nguồn số

liệu: Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Nam Bội) -ccSsscsseress 29

Hình 1.12 Sơ đồ phân bố các quần xã thực vật ngập mặn (Vũ Văn Cương, 1964,

trich Gan tir 0 nmnaẳảỘẳỪỪỪỪỪờỪDỪẠ 33

Hình 2.1 Vi trí các trạm đo đạc tại khu vực nghiên cứu Cần Giờ - 35

Hình 2.2 VỊ trí các trạm đo đạc tại khu vực nghiên cứu Cù Lao Dung 35

Hình 2.3 Kết quả hiệu chỉnh SSC tại trạm ngoài ST0-CLD (Cù Lao Dung) đối vớiI01230Ẽ500 0010057 39

Hình 2.4 Hàm tương quan (a) và hàm mật độ phổ (b) ứng với các giá trị m: 640,

512, 384, 256 Va 128 voce 41

Hình 2.5 Hàm tương quan (a) và ham mật độ phố (b) ứng với các giá trị m: 32, 48,

64, 80, 96, 112 Va 0/1 - 43

Hình 2.6 Ham mật độ phổ năng lượng với n = 512 và m thay đồi 44

Hình 2.7 Kết quả tính phổ băng phương pháp Blackman - Tukey với m = 64 và nthay đổIi 5c tt 21121121121 2111111111 2112112111 1111011110111 11g n re 44

Hình 2.10 Hàm phổ bằng phương pháp FFT với L = 64 và thay đổi n 49

Hình 2.11 So sánh kết quả tính phô bang hai phương pháp Blackman - Tukey va

Hình 2.15 Sự thay đôi vận tốc lắng đọng với hàm lượng trầm tích [82] 56

Hình 2.16 Sơ đồ khối của chương trình tính vận tốc lắng đọng 59

Hình 2.17 Kết quả tinh toán vận tốc lang đọng khi thay đổi giá trị tham số m van

Hình 2.18 Kết quả tính toán vận tốc lang đọng khi thay đổi giá trị tham số b 62

Hình 2.19 Kết quả tính toán vận tốc lắng đọng khi thay đổi giá trị tham số m 62

Hình 2.20 So sánh kết quả tính toán vận tốc lắng đọng khi thay đôi giá trị tham số

bi 82:88 0 ddẢ ẢẢẢ Ô 62

il

Hình 2.21 Kết quả tính toán vận tốc lắng đọng khi thay đổi giá trị tham số n 63

Hình 2.22 Kết quả tính toán vận tốc lắng đọng khi thay đổi giá trị tham số a 63

Hình 2.23 Hệ thống tọa độ trong mô hình WAPROMAN [30] 65

Hình 3.1 Phổ sóng các trạm tại Cù Lao Dung dot tháng 9/2014 74

Hình 3.2 Phổ sóng trạm ST2-CLD và ST3-CLD tại Cù Lao Dung tháng 9/201475

Hình 3.3 Phổ năng lượng sóng từ vùng nước nông đến vùng rừng ngập mặn Cù

La0 DUNG 0777 aa 5 76

Hình 3.4 Độ cao sóng có nghĩa tại các trạm và kết quả hệ số suy giảm r trong hai

đợt tháng 09/2014 và tháng 3/20 1 Š 5 6+ St HH HH ng rệt 79

Hình 3.5 Khu vực tính sự lan truyền sóng tại vùng rừng ngập mặn Cù Lao Dung

Hình 3.7 So sánh giữa kết quả từ mô hình và số liệu thực đo khi độ sâu 0,9 m 87

Hình 3.8 So sánh giữa kết quả từ mô hình và số liệu thực đo khi độ sâu 1,0 m 88

Hình 3.9 So sánh giữa kết quả từ mô hình và số liệu thực đo khi độ sâu 1,2 m 88

Hình 4.1: Số liệu đo đạc vận tốc gió và hướng gió tại Cần Giờ: (a) mùa gió mùaĐông Bắc (02/2012) và (b) mùa gió mùa Tay Nam (06/2014) - 92

Hình 4.2: Lượng mưa tại Cần Giờ: (a) mùa gió mùa Đông Bắc (02/2012) và (b)mùa gió mùa Tây Nam (06/2014) (Nguồn số liệu: Đài Khí tượng Thủy văn khu

„¡010017 adiÃ35355 1OÐOÐÐa 93

Hình 4.3 Mực nước, SSC, vận tốc dòng, độ cao sóng có nghĩa tại trạm cửa sông

ST0-CG trong mùa gió mùa Đông Bắc (a) và mùa gió mùa Tây Nam (b) 94

Hình 4.4 Mực nước, SSC, vận tốc dòng, độ cao sóng có nghĩa tại trạm bãi triều

ST1-CG mùa gió mùa Đông Bắc (a) và mùa gió mùa Tây Nam (b) 97

Hình 4.5 Mực nước, SSC, vận tốc dòng, độ cao sóng có nghĩa tại trạm trong rừng

ST2-CG mùa gió mùa Đông Bắc (a) và mùa gió mùa Tây Nam (b) 99

Hình 4.6: Số liệu đo đạc vận tốc gió và hướng gió tại Cù Lao Dung: (a) mùa gió

mùa Tây Nam (09-10/2014) và (b) mùa gió mùa Đông Bắc (03/2015) 105

Hình 4.7: Lượng mưa tại Sóc Trăng vào mùa gió mùa Tây Nam (09-10/2014)

(Nguồn số liệu: Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ) 105

Hình 4.8 Mực nước, vận tốc dòng tổng cộng, độ cao sóng có nghĩa, SSC tại trạm

ngoài ST0-CLD vào mùa gió mùa Tây Nam (a) và mùa gió mùa Đông Bắc (b)

Hình 4.9 Mực nước, vận tốc dòng tổng cộng, độ cao sóng có nghĩa, SSC tại trạmbãi triều ST1-CLD vào mùa gió mùa Tây Nam (a) và mùa gió mùa Đông Bắc (b)

Hình 4.10 Mực nước, vận tốc dòng tổng cộng, độ cao sóng có nghĩa, SSC tại trạmtrong rừng ST2-CLD vào mùa gió mùa Tây Nam (a) và mùa gió mùa Đông Bắc

Hình 4.11 Mực nước, vận tốc dòng tổng cộng, độ cao sóng có nghĩa, SSC tại trạm

sâu trong rừng ST3-CLD vào mùa gió mùa Tây Nam (a) và mùa gió mùa Đông

BAC (D) nn 111

Hình 4.12 Các mặt cat (a) và quy ước dấu của lưu lượng (Db) 112

Hình 4.13 Mực nước tại vùng nghiên cứu trong thời gian khảo sát 113

Hình 4.14 Lưu lượng theo khoảng cách tại mặt cắt 1 (mùa gió mùa Tây Nam) 114

Hình 4.15 Lưu lượng theo khoảng cách tai mặt cắt 3 (mùa gió mùa Tây Nam) 114

Hình 4.16 Lưu lượng theo khoảng cách tại mặt cắt 5 (mùa gió mùa Tây Nam) 114

Hình 4.17 Mực nước tại vùng nghiên cứu trong thời gian khảo sát (mùa gió mùa

DOng Bac) PBNSSAena1 115

Hinh 4.18 Luu luong theo khoang cach tai mat cat 1 (mùa gió mùa Đông Bắc)

iV

Hình 4.20 Lưu lượng theo khoảng cách tại mặt cắt 5 (mùa gió mùa Đông Bắc)

Hình 4.21 Thành phan hạt trong mẫu tram tích tại Cần Giờ và Cù Lao Dung 121

Hình 4.22 Phân bố hàm lượng phan trăm tích lũy theo kích thước hạt của mẫu tram

tích tại Cần Giờ - TP HCM 2 + t+EtSESEE+EEEESEEEEEEEEEEEEEEEEESEEEkrErrkrrerkrre 122

Hình 4.23 Phân bố hàm lượng phan trăm tích lũy theo kích thước hat của mẫu tram

tích tat Cù Lao Dung - Sóc Trăng 09/2014 (mùa gió mùa Tây Nam) 123

Hình 4.24 Phân bố hàm lượng phan trăm tích lũy theo kích thước hạt của mẫu tram

tích tai Cù Lao Dung - Sóc Trăng 03/2015 (mùa gió mùa Đông Bắc) 123

Hình 4.25 Hàm lượng trầm tích tương ứng với thời gian lắng đọng trong thí nghiệmcột chìm lắng trầm tích đối với mẫu tại bãi triỀu ¿-2- +z2+s+E+Esrszesrsrs 124

Hình 4.26 Hàm lượng trầm tích tương ứng với thời gian lắng đọng trong thí nghiệmcột chìm lắng trầm tích đối với mẫu trong rừng ngập mặn - 124

Hình 4.27 Hàm lượng trầm tích tại ba tang trong 60 phút dau tiên 126

Hình 4.28 Hàm lượng trầm tích tại ba tang từ 60 phút đến 25.810 phút 127

Hình 4.29 Kết quả tính toán vận tốc lắng dong và hiệu chỉnh giá tri a, b, m, n đốivới mẫu trầm tích tại RNM Cần Giờ, TP HCM - 2 s+x+Ee£ezxzzezezxz 129

Hình 4.30 Kết quả tính toán vận tốc lắng dong và hiệu chỉnh giá tri a, b, m, n đốivới mẫu trầm tích tại RNM Cù Lao Dung, Sóc Trăng . 5-5 s52 130

Hình 4.31 Phân bố hệ số khuếch tán K; theo độ sâu tại vùng nghiên cứu Cần Giờ

Hình 4.32 Phân bồ hệ số khuếch tán K; tại đáy (khoảng độ sâu 0 - 0,6 m) tại khuvực nghiên cứu Cần GiỜ ¿5c +ESE9EEEEE2E12E2121217111211211 2121111110 134

Hình 4.33 Kết quả tính toán sự thay đôi hàm lượng trầm tích lơ lửng theo độ sâu

Hình 4.35 Kết quả so sánh trong điều kiện sóng trung bình - dòng mạnh (K; dòng

Hình 4.37 Kết quả so sánh giữa chương trình tính và số liệu đo (độ sâu 1,5m) 140

Hình 4.38 Kết quả so sánh giữa chương trình tính và số liệu đo (độ sâu 1,7m) 140

Hình 4.39 Hệ số khuếch tán thay đôi theo độ sâu trong điều kiện dòng mạnh và

sóng mạnh tại khu vực nghiên cứu Cù Lao Dung - - «<< s+++2 142

Hình 4.40 Mô phỏng sự thay đổi SSC theo độ sâu trong 60 phút - điều kiện sóng

VI

DANH MỤC BANG

Bảng 1.1 Các nghiên cứu liên quan đến lưu lượng và sự chuyên vận bùn cát tạihai cửa sông Dinh An và Trần ĐỀ -2-©5¿+52+SE‡EEEEE 2E 22122171211211 2E rxee 31

Bảng 2.1 Danh sách các thiết bị đo và thông số đo đạc ở các trạm tai Cần Giờ 36

Bảng 2.2 Danh sách các thiết bị đo và thông số đo đạc ở các trạm tại Cù Lao Dung

Bảng 2.3 Mô tả định dạng cho file dữ liệu hàm lượng trầm tích đầu vào [82] 58

Bảng 3.1 Kết quả hệ số suy giảm r trong hai đợt tháng 09/2014 và tháng 03/2015

Ốc 80

Bang 3.2 Dữ liệu đầu vào đặc trưng cây ngập mặn - 2-2 z+cscsze¿ 82Bảng 3.3 Dữ liệu đầu vào về độ sâu mực nước và độ cao sóng có nghĩa 32

Bảng 3.4 Giá tri trung bình của độ cao sóng H; trong ba trường hợp tính toán 86

Bảng 3.5 Tỷ lệ suy giảm độ cao sóng trong ba trường hợp do ảnh hưởng của từng

Bang 3.6 So sánh sự suy giảm độ cao sóng giữa số liệu do và mô hình toan 89

Bang 4.1 Kết quả tính toán về lượng chuyên tải trầm tích Q khi triều lên - triềuxuống và lượng chuyên tải tổng cộng trong một chu kỳ triều 101

Bảng 4.2 Thống kê một số giá trị của các yếu tố động lực tại các trạm thuộc vùngrừng ngập mặn Cần Giờ vào mùa gió mùa Đông Bắc và Tây Nam 103

Bảng 4.3 Lưu lượng tại các mặt cắt 1-3-5 trong mùa gió mùa Tây Nam và mùa giómùa Đông Bắc tại vùng Cù Lao Dung ¿- + 5++2x+22x2Exerxrerxesrxerred 117

Bảng 4.4 Thống kê một số giá tri của các yếu tố động lực tại các trạm thuộc vùngrừng ngập mặn Cù Lao Dung vào mùa gió Đông Bắc và Tây Nam 118

Bảng 4.5 So sánh kết quả tính toán vận tốc lắng đọng với các nghiên cứu khác

Vil

Bảng 4.7 Số liệu đầu vào cho các trường hợp tính toán hệ số khuếch tán K; 132

Bảng 4.8 Điều kiện biên chương trình tính phân bố SSC -. 133

Bảng 4.9 Phân loại sóng - dòng tại trạm ngoài khu vực Cù Lao Dung 139

Bang 4.10 Dữ liệu đầu vào cho bài toán dừng áp dụng tại Cù Lao Dung 139

Bang 4.11 Số liệu đầu vào cho các trường hợp tính toán - + 141

Viii

DANH MỤC CHỮ VIET TAT - KÝ HIỆU

STT | Ký hiệu chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

Mở đầu

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết và sự cần thiết của luận án

Rừng ngập mặn (RNM) có nhiều chức năng sinh thái và mang lại nhiều giá trịkinh tế Một trong những vai trò quan trọng đó là bảo vệ, ôn định đường bờ [ |nhờ khả năng suy giảm năng lượng sóng [2][5 ||4| và cơ chế giữ lại trầm tích đặc

biệt giúp cho RNM là một bé chứa của trầm tích lơ lửng [5] Đặc biệt, trong thảm

họa sóng thần năm 2004 ở Án Độ Dương, RNM đã chứng minh được vai trò “bứctường thành” tự nhiên vững chắc bảo vệ được bờ biển, bảo vệ được người dân vamạng sông của họ [6][7] Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa với việc RNMkhông bị tốn thương Tại miền Nam Việt Nam, một số vùng RNM lại đang đối mặtvới tình trạng xói lở, chang hạn như vùng Nàng Hai, Cần Giờ, Thành phố Hồ ChíMinh (TP HCM) [8], khu vực Bồ Dé, tinh Cà Mau [9], khu vực Rạch Gốc - Đông

Cà Mau va Sông Đốc - Tây Cà Mau [10] Hiện trạng xói lở tại vùng RNM là vấn

đề rất phức tạp, bên cạnh ảnh hưởng từ hoạt động con người hoặc biến đồi khí hậu

- nước biển dâng, quá trình này còn liên quan chặt chẽ đến nhiều yếu tố như địahình đường bờ, cau tạo địa chất đới bờ và đặc biệt là vai trò tác động của các yếu

tố thủy động lực như sóng, dòng chảy, thủy triều

Sự suy giảm sóng trong RNM chủ yếu là do sự ton thất năng lượng do lực cản

của thảm thực vật, vì sự suy giảm sóng do ma sát đáy và sự tiêu tán tính nhớt trên

bãi triều thấp hơn đáng ké so với bên trong thảm thực vật ngập mặn Khi lan truyền

qua RNM sóng bi mat năng lượng do sự phân tách dòng chảy rối bởi thân, rễ, cànhgây ra, dẫn đến việc tạo ra lực cản Lượng năng lượng sóng tiêu tán phụ thuộc vàochiều cao, diện tích bề mặt, vị trí, mật độ, sự phân bố và cấu trúc rễ của RNM Sự

suy giảm sóng trong RNM tạo điều kiện tăng cường lắng đọng trầm tích lơ lửng

và làm min dan vật liệu đáy Điều này cho thấy chức năng bảo vệ bờ biển của

RNM bằng sự đóng góp của chúng vào việc giảm sóng và giữ lại trầm tích Mối

liên hệ rõ ràng của các đặc tính này với thành phần và cau trúc thảm thực vật tạo

điêu kiện thuận lợi cho các nghiên cứu xác định khả năng bảo vệ bờ biên của RNM.

Mo đầu

Tại Việt Nam, RNM ven bién duoc chia thành 04 khu vực, trong đó RNM CầnGiờ và RNM Cù Lao Dung thuộc khu vực IV (khu vực ven biển Nam Bộ), đây là

khu vực có những điều kiện sinh thái thuận lợi cho các thảm thực vật ngập mặn

sinh trưởng và phát triên Trong đó, RNM Cần Giờ thuộc tiểu khu IVA (từ Vũng

Tàu đến Soài Rap) và RNM Cù Lao Dung thuộc tiêu khu IVB (từ Soai Rạp đến

Tran Đề) [11] Mặc dù cả hai đều thuộc khu vực ven biển Nam Bộ, nhưng quátrình xói lở và bỗi tụ bờ biển là khác nhau: Cù Lao Dung có xu hướng bồi lắngtrong khi khu vực Nàng Hai thuộc RNM Cần Giờ bị xói lở Ngoài ra, chế độ thủy

động lực cũng như đặc điểm trầm tích tại hai khu vực này là khác nhau Luận án

lựa chọn hai vùng RNM này tiến hành nghiên cứu và so sánh.

Bên cạnh đó, khi nghiên cứu về van đề bồi xói nói chung và đặc điểm của tramtích lơ lửng tại các vùng bãi triều, vùng RNM, các nghiên cứu sử dụng phương

pháp khảo sát đo đạc thu được những kết quả khả quan và cho thấy được bức tranh

xới lở - bồi tu tại vùng RNM Tuy nhiên, các nghiên cứu dựa trên việc sử dụng các

mô hình toán hoặc xây dựng chương trình tính toán vẫn còn đang gặp nhiều khókhăn, hầu như các mô hình thường áp dụng hiệu quả cho vùng ven bờ hơn là vùng

RNM do tính chất phức tạp của trầm tích kết dính và tương tác rễ/thân cây ngập

mặn.

Vì vậy, luận án “Nghiên cứu động lực học trầm tích tại vùng rừng ngập mặn”

được thực hiện nhằm góp phần vào bức tranh nghiên cứu chung về động lực trầm

tích tại vùng RNM, trong đó, đối tượng chính được xét đến là “trầm tích lơ lửng”.

Nội dung luận án tập trung nghiên cứu sự suy giảm độ cao sóng khi đi vào RNM

và sự phân bố của hàm lượng trầm tích lơ lửng (Suspended SedimentConcentration, SSC) trong vùng RNM - áp dụng cho hai khu vực cụ thé tại miền

Nam Việt Nam, đó là vùng RNM Nàng Hai, Cần Giờ, TP HCM và vùng RNM Cù

Lao Dung, Sóc Trăng.

Mo đầu

2 Y nghĩa khoa học và thực tiễn

Vai trò của RNM trong bảo vệ và 6n định đường bờ nhờ khả năng suy giảmsóng và giữ lại trầm tích đã được nghiên cứu tại Việt Nam Tuy nhiên, các nghiêncứu thường tập trung tại vùng RNM miễn Bắc Việt Nam Nội dung luận án đónggóp các kết quả nghiên cứu cho vùng RNM miền Nam Việt Nam, cụ thê là vùngCần Giờ, TP HCM và vùng Cù Lao Dung, Sóc Trăng Đây là các kết quả mangtính định lượng và có ý nghĩa đối với vùng nghiên cứu Kết quả luận án góp phầnkhang định vai trò quan trọng của RNM khi xác định được tỉ lệ suy giảm sóng và

tỉ lệ trầm tích được giữ lại trong vùng RNM trong một số trường hợp cụ thể Bêncạnh đó, nội dung luận án góp phan cho thấy tác động của các yếu tô thủy độnglực đến sự phân bồ của tram tích lo lửng, cũng như xác định được giá trị vận tốclắng đọng cho trầm tích kết dính và xây dựng chương trình tính phân bố theo độ

sâu của SSC (có xét đến sự tái lơ lửng trầm tích) Điều này có ý nghĩa trong việc

xây dựng các chương trình tính toán liên quan đến sự vận chuyền trầm tích tại vùng

RNM.

3 Đối tượng và khu vực nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Luận án tập trung vào đối tượng nghiên cứu tram tích lơ lửng trong vùng RNM

Khu vực nghiên cứu

- Khu vực RNM Nàng Hai tại vùng cửa sông Đồng Tranh thuộc huyện Cần

Giờ, TP HCM.

- Khu vực RNM Cù Lao Dung, tỉnh Sóc Trăng.

4 Mục tiêu của luận án

Mục tiêu chung

Luận án nghiên cứu sự tương tác giữa các quá trình thủy động lực học và trầm

tích lơ lửng trong vùng RNM (không xét đến nguồn vật liệu trong sông) Bằng việckết hợp giữa số liệu đo đạc và mô hình toán, mục tiêu của luận án là nghiên cứu

sự suy giảm độ cao sóng khi lan truyền vào RNM va sự phân bố của SSC theo độ

sâu dưới tác động của một sô điêu kiện động lực.

- _ Xây dựng được chương trình tính toán dé mô phỏng phân bố của SSC theo

độ sâu (có xét đến sự tái lơ lửng), trong đó xét đến tác động của vận tốc

lắng đọng, hệ số khuếch tán.

5 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu cơ bản sau đây được sử dụng:

- Phuong pháp khảo sát - đo đạc va thu thập số liệu;

- Phuong pháp thống kê mô tả, xử lý và phân tích số liệu;

- Phương pháp thực nghiệm (xử lý mẫu và thực hiện thí nghiệm cột chìm

lắng trầm tích trong phòng thí nghiệm);

- Phuong pháp mô hình hóa (mở rộng - hiệu chỉnh mô hình có sẵn và xây

dựng chương trình tính toán).

6 Những điêm mới của luận án

Điểm mới 1: Tính toán được giá trị vận tốc lắng đọng của trầm tích kết dính tạihai khu vực nghiên cứu: vùng RNM Cần Giờ, TP.HCM và vùng RNM Cù Lao

Dung, Sóc Trăng.

Điểm mới 2: Xây dựng được chương trình tính toán phân bố SSC theo độ sâu(mô hình một chiều, không dừng và có xét đến sự tái lơ lửng trầm tích trong RNM)

7 Những luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Như đã đề cập, các mô hình vận chuyên trầm tích hiện nay ápdụng cho vùng bãi triều hoặc vùng RNM gặp rất nhiều khó khăn Một trong số vấn

đề quan trọng đó là xác định được vận tốc lắng đọng của trầm tích kết dính Bởi vìkhông giống như trầm tích không kết dính, vận tốc lắng đọng được xác định thông

qua đường kính hạt trầm tích Vì vậy, nghiên cứu xác định vận tốc lắng đọng cho

Mo đầu

trầm tích kết dính ở một khu vực cu thé rat cần thiết, vì kết quả có thé áp dụng vào

các bài toán mô phỏng vận chuyền trầm tích

Luận điểm 2: Hiện nay, bài toán mô phỏng phân bố SSC theo độ sâu gặp nhiềukhó khăn, đặc biệt khi xét đến hiện tượng tái lơ lửng của tram tích tại đáy Vì vậy,

luận án bước đầu xây dựng chương trình tính toán mô phỏng phân bố SSC có xét

đên sự tái lơ lửng của trâm tích.

8 Cau trúc của luận án

Ngoài phan mở đầu và kết luận, bố cục của luận án được phân bố như sau:

- Chương l: Tổng quan

- _ Chương 2: Dữ liệu và phương pháp nghiên cứu

- _ Chương 3: Sự lan truyền sóng trong vùng rừng ngập mặn

- _ Chương 4: Phân bố hàm lượng tram tích lơ lửng trong vùng rừng ngập mặnCấu trúc thực hiện luận án được mô tả theo sơ đồ như sau (Hình 0.1)

Hệ sô suy giam r

Số liệu sóng Phô sóng

Mô hình

WAPROMAN Động lực học sống

Chương 1: Tổng quan

CHƯƠNG 1: TONG QUAN

1.1 DINH NGHIA VA PHAN LOAI RUNG NGAP MAN

RNM là cây gỗ, cây bụi mọc trên mặt đất, thường có chiều cao trên 1,5 m vathường mọc trên mực nước biển trung bình trong môi trường ven biên, vùng triềuhoặc ria cửa sông [12] Cây ngập mặn có cau trúc rễ rất khác biệt, có thé nhận đủoxy dé tồn tại trong các đợt ngập định kỳ Cây ngập mặn riêng lẻ có khả năng pháttriển ở vùng bãi triều vì nó chịu được điều kiện mặn Trên thực tế, những điều kiện

tiên quyết dé cay ngap man ton tại là điều kiện về độ mặn, chế độ thủy triều và môi

trường sóng năng lượng thấp Ngoài ra, thảm thực vật ngập mặn không chỉ cầnđiều kiện yên tĩnh mà còn cần có chất nền phù sa để nảy mầm Chính đặc điểm củaphù sa giữ cho nền đất luôn âm, kê cả khi mực nước thủy triều thấp Điều kiện yêntĩnh và đất bùn (silty soil) có liên quan chặt chẽ với nhau, vì chỉ trong điều kiện

này, các hạt phù sa min hơn mới có thé lang xuống Khi các điều kiện thuận lợi,

số lượng loài tăng lên và lớp phủ thực vật dày đặc hơn Bên cạnh đó, RNM còn

phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, RNM wu tiên khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới

[13].

Sự hiện diện của RNM có thé có những hình thái khác nhau, với các thành phầnloài khác nhau và nhiều cảnh quan khác nhau và các quá trình vật lý khác nhauđóng vai trò chủ đạo trong hệ sinh thái RNM Dé hiểu về các quá trình và đặc điểmquan trọng trong một hệ sinh thái RNM cụ thé; sự phân loại theo chức năng có thể

được thực hiện từ các đặc điểm sinh lý của RNM kết hợp với sự hiểu biết về bối

cảnh môi trường.

Năm kiểu môi trường RNM có thé được mô tả theo Woodroffe (1992) [5], việcphân loại kiểu môi trường này dựa trên địa hình địa mạo ảnh hưởng đến các quátrình vật lý đối với sự vận chuyên và lắng đọng trầm tích: (1) sông chiếm ưu thế(river-dominated) ; (2) triều chiếm ưu thế (tide-dominated); (3) Sóng chiếm ưu thế(wave-dominated); (4) kết hợp giữa sông và sóng chiếm ưu thé (composite river

and wave-dominated) và (5) drowned bedrock valley.

Chương 1: Tổng quan

Các loại RNM khác nhau đều có những ảnh hưởng thủy động lực học đặc trưngdoc theo ranh giới giữa đất liền và biển Tùy thuộc vào các yêu tô thủy động lựchọc và hình thái động lực học khác nhau như sóng, biến đổi khí hậu, thủy triều vànguồn cung cấp tram tích, mà hệ sinh thái RNM có thé bị xói mòn, bồi tụ hoặc ônđịnh khi phát triển lâu dài

1.2 MOT SO DAC DIEM CUA TRAM TÍCH

diễn thang phân cấp kích thước hat trầm tích theo Wentworth (1922) Cụ thé, theo

thang Wentworth, các hạt có kích thước như sỏi có đường kính là 2 mm; hạt cỡ cát

có đường kính từ <2 mm đến >62,5 um; bùn có kích thước từ <62,5 wm đến >4

um; va dat sét 1a <4 um [14] Ngoài ra, một số tài liệu nghiên cứu không sử dụng

giá trị 62,5 um dé phân biệt cát và bùn-sét, mà sử dụng giá trị 63um Theo cách

phân loại nay, cát được định nghĩa là những hạt có kích thước từ 63 um (giới han

dưới của cát rất min) dén 2 mm (giới han trên của cát rất thô) Vật liệu cỡ cát baogồm chủ yếu là thạch anh hoặc cacbonat và đây là vật liệu ven biển phong phúnhất Cát là vật liệu không kết dính; các hạt là hình cầu riêng lẻ không dính vàonhau và rất đàn hồi Vật liệu có kích thước hạt nhỏ hơn 63 um có thể được định

nghĩa là đất sét hoặc bùn Trong khi bùn có xu hướng có kích thước hạt lớn hơn

đất sét, bùn và đất sét khá khác biệt về mặt khoáng học và hóa học Thường thì cả

hạt bùn và đất sét được tìm thấy cùng nhau Một hỗn hợp chất long-tram tích của

nước (muối), đất sét và các chất hữu cơ được đặt tên là bùn Ngoài ra, một số cat

rất mịn có thể có trong bùn [13]

Chương 1: Tổng quan

PHI- mm COVERSION

THHHHHHHHEBHHHH Note: Some sieve openings differ other factors.

+ 1/256 slightly from phi mm scale subrounded quartz sand (inmm) subrounded quartz sand Stokes Law (R

-002 | 1/512 Note: Sieve openings differ by as much as 2% from phi mm scale Note: Applies to subangular to Note: Applies to subangular to Note: The relation between the beginning of traction transport and the velocity depends on the height above the bottom that the velocity is measured, and on

10 001 L— 0014L1/1024.

Hinh 1.1 Bang phan bồ kích thước hat Wentworth (1922) (trích dan từ [14])

1.2.2 Các dang chuyền vận trầm tích

Các dạng chuyên vận tram tích bao gồm: chuyển vận day (bed load), chuyển

vận lơ lửng (suspended load) và chuyển vận rửa trôi (wash load) Van Rijn (1993)

định nghĩa chúng như sau [15]:

- _ Chuyên vận lơ lửng: đây là một phan của tổng lượng vận chuyền tram tích

được duy trì ở trạng thái lơ lửng nhờ quá trình rối trong dòng chảy trongmột khoảng thời gian đáng kê mà không tiếp xúc với đáy Nó di chuyền với

vận tốc thực tế giống như vận tốc của dòng chảy

- _ Chuyên vận đáy: Tram tích tiếp xúc gần như liên tục với đáy, được cuốn về

phía trước bằng cách lăn, trượt hoặc nhảy

- Chuyén vận rửa trôi: Day là một dạng đặc biệt của chuyển vận lơ lửng, bao

gồm các kích thước hạt nhỏ hơn kích thước được tìm thấy với số lượng đáng

Trầm tích lo lửng chuyên động nhờ chuyên động rối của nước tạo trạng thái lơlửng lên nhờ các lực xoáy đây lên Lực nâng các phan tử có thé xảy ra với điềukiện: thành phần thắng đứng của vận tốc lớn hơn độ lớn thủy lực của vật lơ lửng(độ lớn thủy lực là vận tốc rơi đều của phần tử trong môi trường nước yên tĩnh, đobằng cm/s hoặc mm/s, phần tử càng bé thì độ lớn thủy lực của nó càng bé) Để duytrì trạng thái lơ lửng hai thành phần cần phải bằng nhau Trong dòng rối ở các gờđáy tạo nên các xoáy có trục ngang trôi theo dòng nước mang theo cả trầm tích từ

đáy Với chuyển động đồng đều thì lượng trầm tích nổi lên và chìm xuống cânbằng nhau trong trạng thái động, tức là trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị

mặt cắt số phần tử chuyên hoá từ trạng thái lơ lửng thành trầm tích đáy bằng sốphần tử từ trầm tích đáy thành trạng thái lơ lửng

Hướng dòng chảy.

Hinh 1.2 Cac dang chuyén vận trầm tích

Chương 1: Tổng quan

1.2.3 Trầm tích kết dính

Trầm tích kết dính lơ lửng trong nước tự nhiên không chỉ chịu tác động của quátrình chuyền vận và lắng đọng mà còn chịu các phản ứng của quá trình kết dínhthành khối (flocculation), tức là sự kết tụ (aggregation) của các hạt min va sự phá

vỡ (breakup) của các khối trầm tích dính kết Mặc dù quá trình kết tụ và phá vỡxảy ra ở quy mô nhỏ hoặc rất nhỏ so với quá trình vận chuyền và lắng đọng, nhưngquá trình kết dính thành khối có những tác động hiệu quả trên quy mô lớn Nhưvậy, trầm tích kết dính (bao gồm chủ yếu là hạt vật chất sét) chịu tác động của cácquá trình kết tụ (aggregation), phá hủy (breakup), lắng đọng (deposition) và xóimòn (erosion), các quá trình này được thé hiện qua Hình 1.3) [16]

mà còn bao gồm các loại kim loại khác Trong số các loại đất sét, phô biến nhất làcác khoáng vật kaolinit, vật liệu illit, montmorillonit và clorit, tất cả đều được đặc

10

Chương 1: Tổng quan

trưng bởi đường kính tương đương khác nhau [¡7][¡S] Trầm tích kết dính cũng

chứa các hợp chất hữu cơ và hóa học bao gồm tảo, nắm, VI khuẩn, polysacarIt, chất

dinh dưỡng, các bộ phận động vật và chat thải động vật Chúng làm thay đối các

liên kết hóa lý của các hạt giữ chúng lại với nhau [¡9][20]1[21]

Đối với vùng nghiên cứu RNM, bao gồm cả các bãi triều xung quanh thì thànhphan tram tích chủ yếu là bùn và sét Đặc điểm quan trọng của các hạt bùn là bản

chất kết dính của chúng giúp phân biệt chúng với các hạt không kết dính như cát

và chỉ có khoáng vật sét mới có lực dính điện hóa Như vậy, vật liệu bùn và sét tại

bãi triều hoặc vùng RNM chính là dạng trầm tích kết dính Sự lắng đọng của tramtích kết dính là một trong những yếu tố tác động chính đến sự phát triển của RNM.Thành phần cấu tạo của bùn có thê khác nhau rất rõ từ khu vực trong sông đến cửasông hoặc khu vực ven bo [22| và cũng thay đổi theo mùa và độ sâu nước Giữa

các hạt tram tích kết dính có lực liên kết mạnh do sự tích điện bề mặt của chúng

Khi kích thước hạt giảm, diện tích bề mặt của nó trên một đơn vị thể tích tăng lên

và lực liên kết giữa các hạt (không phải trọng lực) sẽ chi phối trạng thái của tram

tích Các hạt tram tích có kích thước min hơn thường kết dính hơn

Trằm tích kết dính có khả năng kết thành từng khối và tập hợp thành một dạng

lớn hơn gọi là các flocs (hay còn được gọi là các khối kết dính) [23] Đối với trầm

tích trong RNM, 99% trầm tích lơ lửng sẽ bị dính kết tạo thành các khối kết dính[24] Đối với vùng RNM mà các tác giả nghiên cứu, flocs có cấu trúc dang lỏng,

được chia thành các khu vực có mật độ cao và thấp, kích thước của flocs thay đôi

từ 30 đến 300 um Kích thước trung bình của flocs là 100 um tương ứng với vậntốc lắng đọng là 0,005 m/s [25], vận tốc lắng dong này lớn gấp 100 lần vận tốc của

từng hạt sét và bùn riêng câu tạo nên các flocs.

1.3 TÁC ĐỘNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH VẬT LÝ ĐÉN SỰ CHUYÊN VẬN

TRAM TÍCH TRONG VUNG RUNG NGAP MAN

Do vùng RNM thường nằm ở khu vực cửa sông, nên quá trình chuyên van tramtích tại đây sẽ chịu tác động của ba quá trình vật lý chính là: thủy triều, sóng và

các ảnh hưởng từ sông di ra Cac dòng triêu cung cap một nguôn năng lượng cho

11

Chương 1: Tổng quan

tram tích di chuyển vào trong cũng như ra ngoài vùng cửa sông Đối với vùngRNM, thủy triều đóng vai trò điều khién các dòng nước mang tram tích đi vào

trong RNM, nước từ các cửa sông sẽ đi vào trong RNM lúc triều cao và đi ngược

trở lại cửa sông khi triều thấp, điều này xảy ra là do có độ dốc bề mặt giữa vùng

cửa sông và RNM [26] Khi triều lên, trầm tích theo dòng nước đi vào và chuyềnvận về phía bờ Khi triều đối pha, vận tốc dòng tiến tới 0 Khi vận tốc giảm đến 0,

trầm tích sẽ lắng xuống đáy Khi dòng triều bắt đầu rút, vận tốc dòng tăng lên lại

và tram tích sẽ theo dòng đi lên trở lại và bây giờ chuyền vận về phía biển Tuynhiên, quá trình chuyên vận trầm tích vào trong RNM vẫn chưa được biết đếnnhiều Chúng ta biết rằng do sự thay đổi hướng dòng vào lúc triều kiệt [27] và dohiệu ứng giữ trầm tích lại đã làm xuất hiện vùng ứ đọng xung quanh thảm thực vật

của RNM [28], nên lượng trầm tích được vận chuyền trở lại phía biển sẽ ít hơn

Phần lớn trầm tích, chủ yếu là ở dạng flocs, lắng đọng lại ở đáy Sự lắng đọng củacác flocs xảy ra chủ yếu tại phía sau rễ cây ngập mặn và lắng đọng lại rất dày trong

cau trúc rễ, vì vậy tránh được các dòng chảy xung quanh [28] và khi đủ thời gian

chúng sẽ lắng đọng lại tại đáy Vì vậy, các hạt sét mịn nhất chủ yếu được tìm thấy

ở phía sâu trong RNM Tuy nhiên, các lạch triều ở sâu trong RNM có thể mangmột lượng trầm tích nhiều hơn và sâu hơn vào trong RNM

Cùng với dòng triều, sóng đi vào RNM có thể là nguyên nhân của sự chuyền

vận trầm tích trong RNM Khi sóng biển đi vào RNM, nó sẽ mang theo tram tíchvào trong rừng [3|[29] Mặt khác, khi trầm tích vùng ven RNM đi vào dưới dạng

lơ lửng, tram tích này sẽ bị vận chuyền ra phía biển đưới tác động của sóng biển

(ở điều kiện bão), bởi vì trầm tích ở dạng lơ lửng dưới các điều kiện rối, chúng sẽ

không lắng đọng lại tại đáy và vì vậy chúng bị vận chuyền ra phía ngoài Kết quảnày thu được khi vận tốc dòng thực có hướng từ đất liền ra biển Trầm tích chuyênvận ra xa bờ trong một cơn bão va sau đó lắng đọng tại vùng xa bờ dưới điều kiệnlặng gió Dưới điều kiện lặng gió, hoạt động của sóng biển là quá nhỏ dé trầm tích

bị chuyển vận do sóng, trong điều kiện này thì trầm tích được chuyên vận chủ yêu

do vận tôc dòng triều.

12

Chương 1: Tổng quan

Đối với các quá trình trong sông, nước ngọt trong sông có tỉ trọng nhẹ hơn vànoi lên bên trên nước mặn Vì vậy, khi trầm tích đi vào trong cửa sông vẫn giữnguyên tình trang lơ lửng trong nước sông, nó có thé bị mang ngược ra biển khá

nhanh chóng Tuy nhiên, các hạt nặng hơn sẽ rơi ra khỏi tình trạng lơ lửng và chìm

xuống dưới đáy Điều này lý giải tại sao lắng đọng trầm tích lớn nhất thường xảyrad phan phía trên của cửa sông Các hạt vật liệu min sẽ có xu hướng ở trong tinh

trạng lơ lửng và di chuyên theo dong nước Sự lắng đọng có thé xảy ra tại thờiđiểm nước đứng Các hat tram tích thô hơn có xu hướng di chuyển dọc theo đáy

và bị tác động nhiều nhất bởi hướng có vận tốc lớn nhất của dòng chảy

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.4.1 Nghiên cứu về sự lan truyền sóng trong vùng rừng ngập mặn

Các nghiên cứu về sự lan truyền sóng trong vùng RNM được nghiên cứu phố

biến và rộng rãi trên thế giới Kết quả hầu như đều cho thấy được vai trò suy giảmnăng lượng sóng của RNM Các phương pháp nghiên cứu bao gồm xây dựngchương trình tính toán, phát triển và áp dụng một số mô hình toán và khảo sát do

đạc Kết quả từ việc khảo sát, đo đạc và phân tích số liệu sẽ cho thấy được tỉ lệ suy

giảm năng lượng sóng tại mỗi vùng RNM cụ thé, vì mỗi vùng RNM được đặctrưng bởi những thành phần cây ngập mặn khác nhau Ngoài tính toán về tỉ lệ suygiảm sóng, kết quả từ các mô hình toán còn cho thấy cơ chế dẫn đến sự suy giảm

năng lượng sóng là mật độ cây, độ lớn/độ cao của thân/rễ cây; sự bề vỡ sóng va độdôc của địa hình.

a Các nghiên cứu ngoài nước

Bằng kết quả từ việc xây dựng mô hình toán và áp dụng cho vùng RNM ở

Townsville (Australia) va đảo Iriomote (Nhat Bản), mật độ RNM, đường kính thân

cây và rễ cây ngập mặn, cũng như là phô của sóng tới đã được chứng minh là mộttrong các cơ chế quan trọng dẫn đến sự suy giảm năng lượng sóng [2][29] Bên

cạnh sự tương tác của rễ/thân cây ngập mặn, sự bé vỡ sóng cũng là nguyên nhângây nên sự suy giảm độ cao sóng khi đi vào RNM [30] Với một số mô hình có sẵnđiển hình như mô hình SWAN, năng lượng sóng tiêu tán cũng được tính toán dựa

13

Chương 1: Tổng quan

trên đặc điểm của thảm thực vật (hệ số cản, đường kính, mật độ, chiều cao tươngđối của thảm thực vật) và các tham số sóng (biên độ và độ sâu mực nước) [3 Í |;

cũng như sự tương tác giữa các quá trình quan trọng như sự bé vỡ sóng, sự nhiễu

xạ sóng [32] Phép xấp xỉ tốt nhất để mô hình hóa sự suy giảm sóng trong thảm

thực vật với mô hình SWAN là công thức được mô tả bởi Dalrymple (1984), trong

đó hệ số cản được xem là hệ số duy nhất cần hiệu chinh khi áp dụng theo công

thức của Dalrymple (1984) (trích dẫn từ [3i ]) Bằng SWAN, một số nghiên cứucũng cho thấy sự thay đôi của độ dốc địa hình gây ảnh hưởng đến tổng năng lượng

sóng suy giảm Tổng năng lượng sóng suy giảm sau khi chúng tiến vào vùng bờ

có sự xuất hiện của cây ngập mặn lần lượt là 93 - 98% nếu độ dốc là (1/80, 1/40),

gần 84% khi độ dốc đạt 1/20 và 67% cho trường hợp độ dốc là 1/10 [33]

Dựa trên phân tích và xử lý số liệu đo đạc, tại vùng RNM đọc theo bờ biển

Andaman, thuộc tỉnh Trang, phía nam Thái Lan, năng lượng sóng trung bình giảm

khoảng 63% - 72% Sự mat mát năng lượng này chủ yếu xảy ra đối với sóng gió

(<10s), vì sóng lừng (10-20) có xu hướng duy trì năng lượng của chúng hoặc có

thể tăng năng lượng do sự suy giảm của các các sóng ngăn hơn Ngoài ra, giá trị

cực đại của sự suy giảm năng lượng sóng trong điều kiện có bão lên đến 79% trên

độ dài 141 m và sự suy giảm độ cao sóng đạt được khoảng 54% Đồng thời trongnghiên cứu này, tác giả cũng khăng định sự suy giảm năng lượng sóng sẽ tạo điềukiện thuận lợi cho sự lắng đọng của trầm tích trong RNM [4] Tại vùng RNM vịnhLeizhou, Trung Quốc dưới hai điều kiện khí hậu khác nhau (gió ở điều kiện thường

và bão), kết quả nghiên cứu còn cho thấy được vai trò tiêu tán năng lượng sóng

của hệ thống RNM hiệu quả hon so với tiêu tán sóng do bãi triều [34] Các mối

liên hệ giữa sự tiêu tán do cây ngập mặn, do ma sát, hệ số cản do đáy, sự bé vỡsóng, tương tác sóng - sóng, sự phát triển của gió đều được xét đến trong việc đánhgiá sự suy giảm năng lượng sóng Kết quả còn cho thấy sự phát triển của gió có ýnghĩa đặc biệt quan trọng khi nghiên cứu về các đặc điểm của phổ năng lượng sóng

trong trường hợp có bão.

14

Chương 1: Tổng quan

b Các nghiên cứu trong nước

Về các nghiên cứu trong nước, các nghiên cứu về sự suy giảm sóng tại vùng

RNM cũng được quan tâm và nghiên cứu.

Tại vùng RNM miền Bắc Việt Nam, cụ thé là khu vực RNM trồng lại tại VịnhBắc Bộ (Thụy Hải, Thái Bình), kết quả nghiên cứu cho thấy trong khu vực chỉ có

sự phát triển của cây con, sự suy giảm sóng do lực ma sát lên cây ngập mặn hầu

như không hiệu quả Mặt khác, tại khu vực các cây ngập mặn đủ cao, tỉ lệ độ suy

giảm sóng đạt 20% trên khoảng cách 100 m Do ảnh hưởng của mật độ cây, hiệu

quả của sự suy giảm sóng lớn hơn khi mực nước tăng Các kết quả này đã chứng

minh được sự hữu ích của việc tái tạo RNM cho việc bảo vệ đường bờ [1] Tại khu

vực đường bờ Vinh Quang (Hải Phòng), sự suy giảm sóng trong vùng này thay đổitheo pha thủy triều và hình dạng thăng đứng của rễ thở cây ban chua Sonneratia

sp Sự suy giảm cua sóng ở độ sâu nước cao hơn do các cành lá trải rộng, mật độ

lớn hơn nên làm giảm năng lượng sóng nhiều hơn Đồng thời khi mực nước đạtđến độ cao của cành và lá thì sự suy giảm sóng cũng bị ảnh hưởng bởi chiều caosóng Sóng càng lớn thì bị giảm càng nhiều [35]

Tại vùng RNM Hải Phòng, một số kết quả nghiên cứu cho thấy hệ số cản sóng

của cây Cp phụ thuộc chặt chẽ vào cau trúc rừng và đặc trưng của cây, độ sâu nước

và độ lớn của sóng, nhưng không phụ thuộc nhiều vào chu kỳ sóng Bề rộng đai

rừng chỉ cần khoảng 300 m là có thé giảm được 85% chiều cao sóng tới, rộng thêm

350 m nữa cũng chỉ giảm thêm được 6 - 7% Ngoài ra, vai trò giảm năng lượng

sóng giữa cây Trang va Ban cũng có sự khác nhau Khi mực nước triều xuống thấpthì đo mật độ rễ và thân cây Trang nhỏ nên không ảnh hưởng đến chế độ sóng Cònđối với cây Ban thì có rễ thở với mật độ lớn nên phan rễ có thé tác động đến sóngnhiều hơn Khi mực nước dâng cao thì rừng Trang có mật độ cành dày hơn, chiều

cao sóng giảm tới 90% còn rừng Ban thì chỉ giảm được khoảng 70% [36] Vai trò

suy giảm năng lượng sóng trong điều kiện có bão cũng được nghiên cứu Cơn bão

số 2 ngày 31/7/2005 đồ bộ vào khu vực RNM tại xã Đại Hợp (Kiến Thụy) tạo nên

sóng phía trước khoảng 1,0 m - 1,5 m, năng lượng sóng bão trung bình 212.306

N/m2 Sau khi vượt qua RNM vào sát đê biển, độ cao sóng bão giảm xuống chỉ

15

Chương 1: Tổng quan

còn 0,2 m - 0,32 m, năng lượng sóng trung bình 9.158 N/m, với hệ số suy giảm

sóng 75 - 83%, trung bình 79% Ngoài tác động giảm sóng, RNM còn cản các go

cát bùn do sóng tạo nên va đây vào bờ Các gờ cát bùn này rộng 35 - 40 cm, độcao 35 cm lấn sâu 55 - 60 m vào trong rừng và biến mắt trong khoảng 1,5 - 2 tháng

sau bão do tác động của sóng và dòng triều [37] Trong một nghiên cứu bằng cách

sử dụng mô hình DELFT 3D, kết quả cũng so sánh được vai trò của RNM trong

điều kiện bình thường và khi có bão [38] Trong các điều kiện thời tiết bình thường,

độ cao sóng lớn nhất sau RNM chi còn dưới 0,1 m (ở khu vực ven bờ Bàng La Đại Hợp) và dưới 0,3 m (Ngọc Hải - Tân Thành) Hệ số suy giảm độ cao sóng ởcác khu vực nay dao động trong khoảng 0,15 — 0,16 Trong điều kiện có bão nhỏ,

-độ cao sóng lớn nhất sau RNM đã giảm chi còn 0,5 — 0,8 m, tương ứng với hệ số

suy giảm độ cao sóng trung bình khoảng 0,4 (Bàng La - Đại Hợp) và 0,32 (Ngọc

Hải - Tân Thành) Đối với bão lớn, độ cao sóng sau RNM lớn nhất chỉ còn 0,8 —1,1 m, với hệ số suy giảm độ cao sóng trung bình khoảng 0,28 (Bàng La - Dai

Hợp) và 0,25 (Ngọc Hải - Tân Thành).

Tại vùng RNM Hậu Lộc, Thanh Hóa, kết quả tính toán từ mô hình SWAN cho

thay cây Ban có hiệu quả giảm sóng tốt hon cây Trang, với chiều cao sóng tới giảm

72% - 82% (xem xét một dai rừng rộng 350 m, với tudi cây là 5 - 9 năm và tỷ lệ

sông sót 80%) Trong điều kiện nước biên dâng, dải rừng vẫn giảm được 60 - 70%

chiều cao sóng tới Do đó, biến đổi khí hậu cần được xem xét khi mở rộng việctrồng RNM đề ồn định đường bờ địa phương [39]

Bên cạnh mô hình toán, sự kết hợp đồng thời giữa mô hình vật lý và mô hình

toán cũng được sử dụng dé tính toán khả năng suy giảm sóng của RNM tai bờ biển

hai tỉnh Thái Bình và Nam Định Trong đó, mô hình SWASH được sử dụng dé

danh gia xu thé và mức độ anh hưởng của đặc điểm - cầu trúc RNM (tuổi cây, mật

độ cây, chiều rộng đai rừng) dé làm cơ sở cho việc thiết kế và thiết lập các kịchbản thí nghiệm mô hình vật lý Từ đó, xác định được công thức thực nghiệm hệ sécan tông hợp và công thức bán kinh nghiệm xác định chiều cao sóng khi có bãi

RNM Các kết quả này đã được áp dụng dé tính toán thiết kế RNM bảo vệ đê biển

tại Nam Định [40].

16

Chương 1: Tổng quan

Thêm vào đó, phương pháp viễn thám cũng được sử dụng để nghiên cứu khảnăng chắn sóng của RNM Kết quả từ viễn thám được so sánh với kết quả điều trahiện trường tại ba tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng và Nam Định cho thấy chiều cao

sóng biển khi vào sâu trong các đai rừng giảm đi rõ rệt Quy luật giảm chiều caosóng của các khu vực nghiên cứu đều theo quy luật hàm số mũ với dạng H; =a*et*2, Tham số a của phương trình phụ thuộc vào chiều cao sóng ngoài dai rừng,trong khi tham số b chủ yếu phụ thuộc vao đặc điểm cấu trúc của RNM như chiều

cao cây rừng, mật độ cây rừng và độ tàn che Ngoài ra, hệ số cấu trúc tổng hợpphản ánh khả năng chan sóng của RNM có liên hệ rõ ràng nhất với các kênh phổ

số 4 và số 5 đối với anh Landsat TM [41]

Tại vùng RNM miền Nam, các nghiên cứu về sự suy giảm sóng chưa nhiều.Bằng việc xây dựng mô hình WAPROMAN - mô hình giải tích với địa hình đáy

thay đổi, sự tiêu tán năng lượng do tương tác sóng với thân - rễ cây ngập mặn và

sóng bé vỡ, kết quả áp dụng tại RNM Nang Hai, thuộc khu dự trữ sinh quyên CanGiờ, TP HCM cho thấy Sự suy giảm sóng còn phụ thuộc mạnh vào địa hình đáy,từng loại cây ngập mặn và mật độ dày đặc của cây Mực nước cũng ảnh hưởng đến

sự tiêu tán năng lượng sóng trong RNM Hiệu ứng do tiêu tán bé vỡ sóng sẽ quan

trọng trong những vùng RNM thưa thớt [30] Đây là mô hình được xây dựng và

phát triển đặc biệt áp dụng cho sự lan truyền sóng trong RNM, mô hình được hiệuchỉnh cho vùng RNM Cần Giờ và chưa được áp dụng cho các vùng RNM khác

Do đó, mô hình cần được mở rộng và hiệu chỉnh dé có thé áp dung cho nhiéu khuvực khác, chăng hạn như vùng Đồng bang sông Cửu Long Ngoài ra, do đặc trưngloại cây ngập mặn ở vùng RNM khác nhau giữa các vùng, hầu như các nghiên cứu

sử dụng mô hình như SWAN, DELFT, hay MIKE chưa được sử dung rộng rãi

hoặc hiệu chỉnh tốt cho khu vực này

1.4.2 Nghiên cứu về động lực học trầm tích lơ lửng tại vùng rừng ngập mặn

Bài toán về chuyền vận trầm tích trong RNM thường phức tạp do tính chất kết

dính của trầm tích và sự tương tác giữa thân/rễ cây ngập mặn với lượng tram tích

từ các nguồn khác đi vào vùng RNM Do đó, các nghiên cứu về động lực học tramtích lơ lửng thường là các nghiên cứu tổng hợp vì liên quan đến rất nhiều quá trình

17

Chương 1: Tổng quan

khác tại vùng ven bờ Bản thân quá trình chuyền vận trầm tích lơ lửng tại các vùngRNM xung quanh các đầm lầy đã bị chỉ phối bởi ba quá trình phức tạp, đó là quátrình vật lý (một số quá trình có thé ké đến như sự tạo khối dính kết, thủy triều,hay quá trình bay các hạt tram tích), quá trình hóa học (các phản ứng cơ học và

hóa học trong vùng nước ngập mặn phá hủy các khối trầm tích kết dính ở trạngthái lơ lửng) và quá trình sinh học (tác động đến bùn sét trong RNM) [27] Trong

giới hạn nghiên cứu của luận án, các quá trình vật lý được tập trung xem xét nhiều

hơn.

a Các nghiên cứu ngoài nước

Các nghiên cứu đã cho thấy thủy triều chiếm vai trò ưu thế trong quá trìnhchuyên vận tram tích lơ lửng trong các vùng RNM Tính bat đối xứng của thủytriều trong kênh rạch có RNM ảnh hưởng đến chuyển vận trầm tích va SSC[42][43][44] Một ví dụ cho thấy tại rach Middle, Cairns, Australia, khoảng 80%tram tích lơ lửng từ vùng nước ven biển (khi triều cường) đã được giữ lại trongRNM, tương ứng với khoảng 10 - 12 kg trầm tich/1 đơn vị chiều dài, điều này dẫnđến sự bồi tụ khoảng 0,1 cm/năm Quá trình bẫy trầm tích này có được là do quátrình dính kết của các hạt trầm tích mịn trong RNM [43] Đối với RNM tai rachCocoa, Townsville, Australia, khi mực nước vào khoảng 1,5 m thì sự chuyền vậntrầm tích lơ lửng là đáng ké và thông lượng trầm tích sẽ di chuyển hướng ra biển.Nếu mực nước cao hơn 1,85 m thì thông lượng tram tích sẽ bị giảm [44] Ngoài ra,

RNM và bãi triều cũng tác động lên động lực trầm tích lơ lửng Tại cảng Darwin,

Úc, thủy triều tiếp tục đóng vai trò ưu thé trong việc chuyền vận trầm tích lo lửng.Tuy nhiên, kết quả từ mô hình số (FVCOM và ESSed) cũng chứng minh được rằngRNM và bãi triều đóng vai trò chính trong sự phân phối lại trầm tích lơ lửng vàảnh hưởng đến lượng trầm tích tổng cộng Mặc dù nghiên cứu này áp dụng chomột vùng nghiên cứu cụ thể nhưng kết quả của nó có thể áp dụng cho những vùng

cảng và cửa sông khác có sự tồn tại của RNM và vùng bãi triều [25]

Đối với các vùng RNM thuộc vùng cửa sông, ngoài thủy triều, yếu tố trong sôngcũng ảnh hưởng rất lớn Nghiên cứu tại vùng RNM thuộc vùng cửa sông Konkoure,Guine cho thấy trầm tích lơ lửng được chuyền vận bởi tác động của thủy triều và

18

Chương 1: Tổng quan

tạo nên vùng có độ đục cao ở phần giữa của cửa sông VỊ trí cực đại này bi chi phối

bởi yếu tô sông và liên quan đến dòng triều dư mà không liên quan đến front mặn[46] Khi so sánh và nghiên cứu về quá trình giữ lại trầm tích tại một số vùng đấtven bờ có sự có mặt của RNM, kết quả cho thay RNM chịu ảnh hưởng của yếu tôtrong sông có sự phân bồ tram tích đồng nhất hơn so với các vùng RNM phân bố

tại phía biển hoặc phía đất liền Vùng nghiên cứu là các RNM chịu sự ảnh hưởngcủa sông và của thủy triều thuộc vùng Đông Nam Queensland, Australia Ngoài

ra, các tác giả còn cho rang sự khác biệt trong phân bố của tram tích và nguồn gốccủa trầm tích lắng đọng giữa RNM trong sông và RNM vùng ngập triều có khảnăng anh hưởng đến các quá trình sinh thái [47]

Bên cạnh đó, sóng cũng là một yếu tố quan trong tác động đến SSC [3][48] Tácđộng của sóng càng mạnh thì sự xáo trộn va SSC càng cao [3] Ngoài ra, một số

kết quả nghiên cứu tại RNM Firth of Thames, New Zealand cho thay tác động củasóng đã gây ra sự chuyền vận tram tích tại bãi triều vào khoảng 850 kg/m?, tại các

vị trí khác thì lượng trầm tích được vận chuyên đạt giá trị thấp hơn [4S]

Một khía cạnh khác trong các nghiên cứu về chuyên vận trầm tích liên quan đếnviệc xác định vận tốc lắng đọng Về vị trí khảo sát, một số kết quả cho thấy vận

tốc lắng đọng ở bãi triều lớn hơn ở trong rừng và vận tốc lắng đọng khi triều rút

lớn hơn khi triều lên [48] Một số nghiên cứu khác chỉ ra rằng vận tốc lắng đọngcủa trầm tích kết dính phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và mật độ của các flocs[49][50] Tuy nhiên, vận tốc lang đọng của tram tích kết dính còn phụ thuộc vàonhiều yếu tố khác như độ mặn, SSC và quá trình rối [51] Về ảnh hưởng của độmặn, nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm chỉ ra rằng độ muối ảnhhưởng đáng kể đến vận tốc lắng đọng khi độ muối < 10 ppt và ham lượng C =

1.000 mg/l (Krone, 1962, trích dẫn từ [15]) Khi C > 1.000 mgi, hầu như vận tốclắng đọng tăng tuyến tính với độ muối [15] Về ảnh hưởng của hàm lượng tram

tích, có khá nhiều nghiên cứu đưa ra các kết quả về sự thay đôi của vận tốc lắngđọng khi SSC thay đổi Sự phụ thuộc của vận tốc lắng đọng vào SSC có thê đượcchia thành ba vùng chính: chìm lang tự do (free settling), chìm lang do dính kết(flocculation settling) và chìm lắng do cản trở (hindered settling) Trong đó, vùng

19

Chương 1: Tổng quan

chim lắng tự do xảy ra khi hàm lượng thấp < 0,4 g/l, vùng chim lắng do dính kếtxảy ra khi hàm lượng nằm trong khoảng 0,4 - 2 g/l, và chìm lắng do cản trở xảy rakhi hàm lượng trầm tích cao > 2 g/l [52] Đặc biệt, các nghiên cứu cũng đưa rađược các công thức tính toán cho vùng chìm lắng do dính kết và vùng chìm lắng

do cản trở hoặc cho cả hai vùng [53][54][55] Ngoài ra, nghiên cứu còn cho thấyvận tốc lắng đọng không chỉ là hàm phi tuyến của hàm lượng trầm tích trong vùng

chìm lắng do dính kết và vùng chìm lắng do cản trở mà vận tốc lắng đọng còn phụthuộc mạnh mẽ của vào quá trình rỗi [56]

b Các nghiên cứu trong nước

Hiện nay, các nghiên cứu về động lực học trầm tích tại vùng RNM ở Việt Nam

đã được quan tâm nhiều hơn, tuy nhiên sé luong van còn khá ít và rời rac Cácnghiên cứu về chuyển vận tram tích được dựa trên các kết quả đo đạc, khảo sát

thực tế Các mô hình tính toán và dự báo sự chuyền vận trầm tích vẫn còn gap rat

nhiều khó khăn trong việc mô phỏng sự chuyên van của trầm tích kết dính tại cácvùng bãi triều hoặc vùng RNM Một trong những khu vực được nghiên cứu mộtcách hệ thống chính là khu dự trữ sinh quyên Cần Giờ, TP HCM

La Thị Cang và Nguyễn Công Thành (2008) (57| đã thực hiện các đo đạc từ

năm 2005 đến năm 2008 tại vùng cửa sông Đồng Tranh, Cần Giờ, TP HCM Đề

khảo sát động lực học trầm tích bề mặt, các tác giả đã sử dụng phương pháp que

đánh dấu (tracer stick) trong các khoảng thời gian: từ tháng 10/2004 đến tháng01/2005 (mùa mưa) và từ tháng 01/2005 đến 03/2005 (mùa khô) Kết quả cho thấymặc dù diễn biến khá phức tạp nhưng động lực học trầm tích bề mặt có sự biến

thiên theo mùa với động lực vào mùa mưa khá mạnh so với mùa khô Xu thế xóidiễn ra mạnh mẽ vào mùa mưa và xu thế bồi tụ xuất hiện vào mùa khô Đối với

trầm tích lơ lửng, máy OBS (Optical Backscatter Sensors) được sử dụng dé đo đạcvới các thời điểm: 24 - 25/09/2003 và 07 - 09/2004 Kết quả cho thấy SSC tăngkhi triều lên và giảm khi triều rút, góp phần khăng định sự giữ lại trầm tích củaRNM trong chu kỳ triều lên

Vo Luong va Massel (2006) [3] khảo sát, đo đạc yếu tố: sóng va SSC tại khu

vực Nàng Hai, RNM Cần Giờ, qua phân tích số liệu đo đạc cho thấy SSC phụ

20

Chương 1: Tổng quan

thuộc vào cường độ sóng và vận tốc dòng triều Sóng là một trong các yếu tố gâytác động đến chuyền vận tram tích và gây xói lở đường bờ tại khu vực khảo sát,

mặc dù trường sóng ở đây là không mạnh Sau đó, Võ Lương Hồng Phước (2011)

[8] tiếp tục khảo sát động lực học tram tích bề mặt tức thời bằng phương pháp

tracer stick, phương pháp mẫu mau va sử dụng mô hình 1D để tính toán sự phân

bố SSC theo phương thắng đứng tại RNM Cần Giờ Kết quả đo đạc cho thấy quá

trình xói - bồi diễn ra theo mùa với quá trình xói chiếm ưu thé hơn quá trình bồi

Vào mùa mưa (12/7 - 21/9/2008), động lực sóng yếu nên ảnh hưởng của các sông,

rạch xung quanh và mưa được xem như tác động chính gây ra các quá trình động

lực trầm tích bề mặt Vào mùa khô (thời gian khảo sát 10/1 đến 12/2/2009), gió

mùa Đông Bắc hoạt động mạnh và vùng Nàng Hai chịu tác động mạnh của sóng,

do đó các mẫu tracer stick hầu như không còn Kết quả từ mô hình toán đã giúp

xác định được giá tri của các tham số ảnh hưởng đến SSC như vận tốc lắng đọng

và hệ số khuếch tán tại vùng nghiên cứu Các kết qua này được áp dụng dé tính

toán sự phân bố của SSC theo phương thắng đứng Tuy nhiên, dé các tham số trên

chính xác hơn thì cần phải thực hiện nhiều đo đạc và chỉnh lý số liệu tại vị trí khảo

này, các tác giả đo đạc SSC băng thiết bị đo OBS (Optical Backscatter Sensors),

đo dao động mực nước, nhiệt độ, độ mặn bằng thiết bị đo CTD (ConductivityTemperature Depth) va sử dụng phương pháp que đánh dau (tracer stick) dé đánhgiá sự tái bồi tụ của tram tích trong RNM Kết quả cho thay vào mùa mua, vận tốcdòng mạnh kết hợp với sự trao đôi lượng nước nhiều hơn, cụ thể ở đây là do yếu

tố lượng mưa đã làm gia tăng SSC Khi mưa lớn xảy ra đặc biệt ở những thời điểm

nước ròng làm cho lớp trầm tích bề mặt bị nước mưa cuốn đi, dẫn đến SSC trongnước sẽ tăng lên Điều này chứng tỏ được sự ảnh hưởng của lượng mưa lên phân

bố SSC tắt rõ ràng

21

Chương 1: Tổng quan

Các nghiên cứu về xác định vận tốc lắng đọng ở nước ta còn khá ít Các kết quả

về vận tốc lắng đọng được xác định thông qua công thức thực nghiệm Tại vùngRNM Cần Giờ, TP HCM, dựa trên tính toán trong các điều kiện động lực khác

nhau, vận tốc lắng đọng cho trường hợp dòng triều - sóng yếu đạt giá trị ws ~ (2,0

- 4,5) x 10% m/s và trường hợp sóng mạnh ws + 2,0 x 103 m/s [59] Dựa trên thí

nghiệm cột chìm lăng trầm tích, vận tốc lắng đọng tại Cần Giờ có các giá trị trungbình lần lượt như sau: hàm lượng trầm tích chuẩn w; = 0,48 x 103 m/s, độ muối20°/oo ws = 0,4 x 103 m/s; đường kính hat trầm tích từ 0,045 - 0,075 mm thi ws =

1,06 x 10° m/s va hàm lượng cao ws = 0,13 x 103 m/s [60] Tai vùng cửa sông

Hậu, vận tốc lắng dong được tính trong hai trường hợp: lắng dong trong cột nướctinh ws, và lang đọng khi các hạt có trạng thái dính kết khác nhau w;„ Kết quả chothấy khi hàm lượng tram tích thấp (< 200 mg/l): Wsq ~ 10° m/s và wsz ~ 2 x 10°m/s, khi hàm lượng trầm tích nằm trong khoảng 200 mg/l — 3 g/l thì vận tốc lắng

dong dat giá tri cực dai ws ~ 1,8 x 10° m/s khi hàm lượng dat 2,7 g/l và wsz ~ 6,3

x 10 m/s khi ham lượng dat 4,3 g/l Đối với ham lượng ~ 5 g/l, quá trình lắng

đọng do can trở chiếm ưu thế và vận tốc lắng đọng giảm theo hàm lượng tram tích

[61] Day là nghiên cứu mang tính cập nhật đối với trầm tích tại vùng cửa sông

Hậu.

1.4.3 Nghiên cứu sự liên hệ giữa sóng và trầm tích lơ lửng

Những nghiên cứu về trầm tích lơ lửng cho thấy vai trò quan trọng của thủy

triều đến sự chuyên vận trầm tích ở vùng cửa sông, vùng RNM Nhưng ở một số

trường hợp, các nghiên cứu cũng cho thấy được sự liên quan mật thiết giữa sóng

và hiện tượng tái lơ lửng của trầm tích Sóng do gió sinh ra tại các vùng cửa sôngthường có chu kỳ ngắn, chuyển động quỹ đạo của sóng xâm nhập xuống lớp đáy

và có khả năng tái tạo lại trầm tích trên các bãi triều khi thủy triều thấp Các nghiên

cứu cho thấy thậm chí những con sóng rất nhỏ (cao chưa đến 20 cm) đã được chứng

minh là có kha năng làm tái lơ lửng trầm tích ở các bãi triều [62][63][64] Trongmột số nghiên cứu, sự tai tao trầm tích do sóng chiếm ưu thế hơn so với do dòngchảy Chăng hạn, Sanford (1994) [65] đã phát hiện rằng sự tái lơ lửng trầm tích doyếu tố sóng lớn hơn 3 - 5 lần sự tái tạo trầm tích do triều đối với bãi bùn ở Vịnh

22

Chương 1: Tổng quan

Upper Chesapeake; Christie và cs (1999) [66] cũng cho thấy trong các cơn bão(sóng chiếm ưu thế), SSC tăng đáng kể so với khi thời tiết thuận lợi (thủy triềuchiếm ưu thé) trên một bãi triều ở cửa sông Humber (Anh); va Ralston va Stacey

(2007) (67] đã mô tả cách ma SSC trên bãi triều ở Vịnh San Francisco (Mỹ) giảm

nhanh khi gió và sóng giảm Green và cs (1997) [68] cũng đã mô tả đặc điểm bãi

gian triều tại Cảng Manukau, New Zealand, đây là nơi mà các dòng thủy triều

không có khả năng tái lơ lửng trầm tích và quá trình này hoàn toàn được kiểm soátbởi sóng Tại Việt Nam, nghiên cứu của Võ Lương Hồng Phước và Massel (2006)(3] tại khu vực RNM Nàng Hai, Cần Giờ cũng cho thấy được tác động của sóngđến SSC, điều này được thể hiện ở trạm đo trong RNM, SSC không bị mất đi mà

còn tăng lên tỷ lệ thuận với cường độ sóng và dòng triêu.

Như vậy có thé thấy các yêu tô thủy động lực đều tác động đến trầm tích lơ lửng

trong vùng RNM, trong đó, sóng có một vai trò đặc biệt quan trọng Trong RNM,

sóng thường bị suy giảm bởi cây ngập mặn, sự suy giảm sóng có thé góp phan choquá trình lắng đọng của trầm tích lơ lửng Ngoài ra, vai trò quan trọng khác củasóng đối với trằm tích trong vùng RNM là khả năng tái lơ lửng trầm tích đã lắng

đọng trên nền RNM bang cách khuếch tán trầm tích Chính vì vậy, luận án “Nghiên

cứu động lực học trầm tích trong vùng rừng ngập mặn” được thực hiện, trong đónội dung luận án tập trung hai vấn đề chính, đó là sự lan truyền sóng trong vùngRNM và sự phân bố của SSC trong vùng RNM, từ đó có thé góp phan cho thấyvai trò quan trọng của RNM trong việc suy giảm năng lượng sóng và giữ lại trầm