PHÂN TÍCH XU THẾ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ, ĐÁY KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÁY BẰNG MÔ HÌNH MIKE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN DƯƠNG NGỌC TIẾN DƯƠNG NGỌC TIẾN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN PHÂN TÍCH XU THẾ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ, ĐÁY KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÁY BẰNG MÔ HÌNH MIKE PHÂN TÍCH XU THẾ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ, ĐÁY KHU VỰC CỬA SÔNG ĐÁY BẰNG MÔ HÌNH MIKE Chuyên ngành : Hải dương học Mã số : 60.44.97 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thọ Sáo HÀ NỘI – 2012 HÀ NỘI – 2012 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thọ Sáo Thầy tận tình hướng dẫn tác giả suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Đồng thời, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô giáo môn Hải dương học, cán Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, cán phòng Sau đại học Trường đại học Khoa học Tự Nhiên giảng dạy, bảo, giúp đỡ tác giả suốt trình học Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo Trung tâm, công đoàn toàn thể đồng nghiệp Trung tâm Nghiên cứu biển tương tác biển – Khí quyển, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả để tác giả hoàn thành khóa học luận văn cách tốt Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè người thân động viên tinh thần, khích lệ tác giả để luận văn hoàn thành tốt i MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Địa hình, địa chất địa mạo 1.1.2 Chế độ khí hậu 1.1.2.1 Bức xạ nhiệt 1.1.2.2 Lượng mưa 1.1.2.3 Gió ven biển 1.1.3 Chế độ thủy văn 1.1.4 Chế độ hải văn 1.1.4.1 Sóng, thủy triều xâm nhập mặn 1.1.4.2 Dòng chảy vùng cửa sông, ven biển 1.2 Hiện trạng bồi lắng xói lở 1.2.1 Giai đoạn trước năm 1989 1.2.2 Giai đoạn 1989-1995 1.2.3 Giai đoạn 1995-nay 1.3 Cảng sông Đáy kế hoạch nạo vét luồng 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Tổng quan trình động lực vận chuyển bùn cát vùng bờ 14 2.1.1 Sóng 15 2.1.2 Dòng chảy 16 2.1.3 Vận chuyển bùn cát vùng ven bờ 17 2.2 Tổng quan yếu tố ảnh hưởng đến xói lở, bồi tụ diễn biến đường bờ 21 2.3 Tổng quan phương pháp nghiên cứu thủy động lực, vận chuyển bùn cát, dịch chuyển đường bờ 23 2.3.1 Phương pháp điều tra 23 2.3.2 Phương pháp phân tích ảnh viễn thám GIS 24 2.3.3 Phương pháp phóng xạ hạt nhân 26 2.3.4 Phương pháp mô hình vật lý 27 2.3.5 Phương pháp mô hình toán 28 2.4 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 32 2.5 Cơ sở lý thuyết mô hình thủy thạch động lực 34 2.5.1 Mô hình MIKE 11 34 2.5.1.1 Giới thiệu chung 34 2.5.1.2 Mô đun HD 35 2.5.1.3 Mô đun AD 39 2.5.2 Mô hình MIKE 21 40 ii 2.5.2.1 Mô hình tính sóng MIKE 21 SW 40 2.5.2.2 Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD 42 2.5.2.3 Mô hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21 ST 45 2.5.3 Mô hình LITPACK 46 2.5.3.1 Khái quát mô hình Litpack 46 2.5.3.2 Các mô đun Litpack 47 CHƯƠNG TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ BỒI TỤ, XÓI LỞ 51 3.1 Đặt vấn đề 51 3.2 Xây dựng số liệu sở cho mô hình 52 3.2.1 Địa hình, miền tính, lưới tính 52 3.2.2 Điều kiện biên 53 3.2.3 Các thông số khác 53 3.3 Hiệu chỉnh kiểm nghiệm mô hình 54 3.3.1 Mô hình MIKE 11 54 3.3.2 Mô hình tính sóng MIKE 21 SW 55 3.3.3 Mô hình thủy lực MIKE 21 FM 56 3.4 Các kết nghiên cứu 58 3.4.1 Phân tích xu vận chuyển trầm tích 58 3.4.1.1 Mô thủy lực 59 3.4.1.2 Mô phân bố trầm tích 61 3.4.1.3 Nhận xét 65 3.4.2 Tính toán xu biến động bùn cát dài hạn có xét đến dâng cao mực nước biển mô hình hóa trình phát triển cửa Đáy 67 3.4.2.1 Kịch nước biển dâng cho khu vực cửa Đáy 67 3.4.2.2 Cập nhật mực nước biển dâng mô hình 68 3.4.2.3 Lưu lượng dòng chảy sông 69 3.4.2.4 Kết 70 3.4.3 Tính toán biến đổi đường bờ có xét đến dâng cao mực nước biển biến đổi khí hậu 76 3.4.3.1 Điều kiện tính toán 76 3.4.3.2 Bộ thông số đầu vào 76 3.4.3.3 Kết tính toán 80 KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Tần suất (%) hướng gió lặng gió (%) trạm Văn Lý (20007’N;106018’E) Bảng 3.1 Xác suất tốc độ gió theo cấp tốc độ (tính % tổng số trường hợp) trạm Văn Lý (20007’N;106018’E) Bảng 3.1 Độ cao trung bình h(m) hàng trên, độ cao H1% hàng dưới, chu kỳ trung bình  (s) sóng tốc độ gió V(m/s) trạm Văn Lý (20007’N;106018’E) Bảng 3.1 Mực nước biển dâng theo kịch phát thải cho khu vực Cửa Đáy (cm) 67 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Biểu đồ phân phối lượng mưa năm trạm Văn Lý Hình 1.2 Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy Năm 1989 10 Hình 1.3 Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2001 .10 Hình 1.4 Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2005 .11 Hình 1.5 Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2009 .11 Hình 2.1 Những hệ thống vận chuyển bùn cát mở đóng (US ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002) .18 Hình 2.2 Sơ đồ biến đổi mặt cắt bãi biển bão (US ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002) 20 Hình 2.3 Sơ đồ sai phân hữu hạn điểm ẩn Abbott .36 Hình 2.4 Sơ đồ sai phân điểm ẩn Abbott mặt phẳng x~t 36 Hình 2.5 Nhánh sông với điểm lưới xen kẽ 37 Hình 2.6 Cấu trúc điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu .37 Hình 2.7 Cấu trúc điểm lưới mạng vòng 37 Hình 2.8 Các thành phần theo phương x y 45 Hình 2.9 Các mô đun mô hình Litpack .47 Hình 3.1 Các thông số mô hình toán sử dụng nghiên cứu 51 Hình 3.2 Địa hình khu vực nghiên cứu .52 Hình 3.3 Minh họa lưới tính sử dụng mô 53 Hình 3.4 So sánh nồng độ trầm tích mặt cắt trạm Như Tân sông Đáy 55 Hình 3.5 Độ cao hướng sóng đặc trưng cho tháng năm 55 Hình 3.6 Vị trí điểm hiệu chỉnh kiểm nghiệm mô hình 56 Hình 3.7 So sánh mực nước thực đo tính toán điểm HC (trạm đo Ninh Cơ;106012’7.14”E, 2001’26.49”N) 57 Hình 3.8 So sánh mực nước tính toán mô hình tính toán từ số điều hòa điểm KN1 (106035’E, 20013’N) 57 iv Hình 3.9 So sánh mực nước tính toán mô hình tính toán từ số điều hòa điểm KN2 (106006’E, 19055’N) 58 Hình 3.10 So sánh mực nước tính toán mô hình tính toán từ số điều hòa điểm KN3 (105056’E, 19051’N) 58 Hình 3.11 Biến trình lưu lượng qua mặt cắt trạm Như Tân sông Đáy năm 2010 59 Hình 3.12 Biến trình lưu lượng qua mặt cắt trạm Phú Lễ sông Ninh Cơ năm 2010 60 Hình 3.13 Biến trình lưu lượng qua mặt cắt trạm Ba Lạt sông Hồng năm 2010 60 Hình 3.14 Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng năm 2010 .61 Hình 3.15 Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng năm 2010 .61 Hình 3.16 Biến trình nồng độ trầm tích mặt cắt trạm Như Tân năm 2010 62 Hình 3.17 Biến trình nồng độ trầm tích mặt cắt trạm Phú Lễ năm 2010 62 Hình 3.18 Biến trình nồng độ trầm tích mặt cắt trạm Ba Lạt năm 2010 62 Hình 3.19 Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa mưa) 63 Hình 3.20 Địa hình đáy biển thời điểm 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa mưa) 63 Hình 3.21 Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-10-2011 (thời điểm cuối mùa mưa) 64 Hình 3.22 Địa hình đáy biển thời điểm 0h ngày 1-10-2011(thời điểm cuối mùa mưa) 64 Hình 3.23 Biến đổi đáy lúc 0h ngày 31-12-2010 (sau năm tính toán) 65 Hình 3.24 Địa hình đáy biển thời điểm 0h ngày 31-12-2010 (sau năm tính toán) 65 Hình 3.25 Kịch mực nước biển dâng khu vực cửa Đáy 68 Hình 3.26 Biến trình lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt trạm 20 năm 70 Hình 3.27 Biến trình mực nước tính toán điểm gần cửa Đáy (10605’E; 19050’N) 71 Hình 3.28 Địa hình khu vực cửa Đáy ban đầu .71 Hình 3.29 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán 72 Hình 3.30 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán 72 Hình 3.31 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán 72 Hình 3.32 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán 73 Hình 3.33 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán 73 Hình 3.34 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 10 năm tính toán 73 v Hình 3.35 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 15 năm tính 74 Hình 3.36 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 20 năm tính toán 74 Hình 3.37 Đường bờ đường sở 77 Hình 3.38 Đường sở, khu vực nghiên cứu (a) biểu diễn đường bờ năm 1989 (b) đường sở 78 Hình 3.39 Phân bố mặt cắt địa hình địa hình sử dụng nghiên cứu.79 Hình 3.40 So sánh đường bờ tính toán mô hình đường bờ trích từ số liệu vệ tinh năm 2001 80 Hình 3.41 So sánh đường bờ tính toán mô hình đường bờ trích từ số liệu vệ tinh năm 2010 80 Hình 3.42 Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2001 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh) 81 Hình 3.43 Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh) 81 toán vi MỞ ĐẦU Hiện nay, phương pháp mô hình toán sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, có lĩnh vực quản lý tài nguyên môi trường Đây Tại Việt Nam, năm gần ảnh hưởng biến đổi khí hậu phương pháp đại, phát triển mạnh chục năm trở lại nước ta toàn cầu, thiên tai ngày gia tăng, đặc biệt bão, kèm theo lũ lụt nước dâng giới Việc áp dụng phương pháp đòi hỏi kiến thức liên ngành bão Các thiên tai này, gây thiệt hại lớn người của nhiều chuyên gia phải qua nhiều bước lựa chọn, xây dựng mô hình, hiệu Vì vậy, vấn đề tính toán dự báo trình thủy động lực biến đổi chỉnh xác định thông số mô hình cuối ứng dụng mô hình để đánh giá, đường bờ địa hình đáy xảy cho khu vực biện dự báo Các mô hình toán ngày chứng tỏ công cụ mạnh đắc lực pháp tích cực nhằm phòng tránh, đề giải pháp cần thiết để giảm tối thiểu khả cho kết tính toán nhanh, giá thành rẻ, phạm vi ứng dụng rộng, dễ dàng thiệt hại thay đổi kịch toán, việc tính toán, mô hệ thống Sông Hồng sông lớn miền bắc Việt Nam, năm mang lớn Ở Việt Nam, mô hình số trị áp dụng rộng rãi thực tiễn phù sa làm giàu thêm cho đồng sông Hồng Các sông hệ thống sông nghiên cứu tính toán dự báo thủy động lực môi trường biển, có tính Hồng đưa bùn cát biển qua cửa sông phải kể đến sông lớn: Sông toán vận chuyển bùn cát biến động đường bờ Hồng chảy qua cửa Ba Lạt, sông Ninh Cơ sông Đáy Quá trình tương tác Trong nghiên cứu này, sử dụng mô hình MIKE viện thủy lực Đan động lực sông – biển gây trình bồi tụ, lắng đọng xói lở vùng ven biển Mạch để mô phỏng, đánh giá dự báo chế độ thủy động lực xói lở, bồi Khu vực cửa sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình có thay đổi đáng kể tụ trình biến đổi đường bờ khu vực cửa sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình trình bồi tụ lắng đọng trầm tích Ở mức độ bồi tụ diễn mạnh Bồi tụ ven bờ trình lấn biển làm tăng thêm diện tích đất tự nhiên có ảnh hưởng định đến chế độ động lực khả thoát lũ sông Bên cạnh đó, tượng nước biển dâng ảnh hưởng sâu sắc tới Việt Nam nói chung tỉnh ven biển Ninh Bình nói riêng Nước biển dâng dẫn đến hậu lớn sinh kế thịnh vượng cư dân vùng Những vùng đất có giá trị cao bị Các đầm tôm, cua bị di dời ngư trường ven biển biến Những vùng không ngập mặn thường xuyên khu vực lận cận bị ảnh hưởng không phù hợp cho sản xuất nông nghiệp Sự đa dạng hệ động thực vật ven biển khu vực cửa sông ven biển bị suy giảm Rừng ngập mặn –hệ sinh thái quan trọng vùng cửa sông, ven biển - bị giảm quy mô hoàn toàn biến mất, v.v Khu vực nghiên cứu nằm miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Điều kiện tự nhiên xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 - 120 Kcal/cm2 có số nắng thuộc loại trung bình, đạt khoảng 1600 - 1750 giờ/năm, tháng VII có số nắng nhiều đạt 200 - 230 giờ/tháng tháng II, III có số nắng Về mặt địa hình, khu vực ven biển Cửa Đáy tương đối phẳng, nghiêng phía biển, độ dốc nhỏ, dao động từ 0,04 đến 0,05 m/km Độ cao trung bình vùng ven biển khu vực nghiên cứu dao động từ đến m Với hệ thống đê quai lấn biển làm nên khu vực có địa hình tương đối thấp Về mặt địa chất - địa mạo, khu vực Cửa Đáy nằm khu vực đồng Sông Hồng (ĐBSH) nên đặc tính địa chất địa mạo mang đặc tính chung khu vực đồng Sông Hồng, toàn khu vực nằm đới sụt lún thuộc trũng Sông Hồng, có đứt gẫy kiến tạo quan trọng chi phối đứt gẫy sông Hồng, sông Chảy, sông Lô đứt gẫy nhỏ Vĩnh Ninh, Thái Bình Quá trình sụt lún châu thổ bù đắp lượng phù sa dồi Tốc độ sụt lún Đệ tứ xác định 0,12 mm/năm vùng đông bắc 0,06 mm/năm rìa tây nam Trong đới cấu trúc võng sụt lún, móng đá gốc thể bề mặt đồng (dạng đồi núi sót), hầu hết bị chôn vùi lớp phủ lớp trầm tích từ Neogen đến Đệ tứ Lớp trầm tích Holocen đa dạng thành phần nguồn gốc; trầm tích Holocen thượng (Q23) có tuổi trẻ (cách 3000 năm) phân bố rộng rãi ĐBSH, bao gồm cát, bột, bột sét, bùn sét Sau Holocen muộn giai đoạn phát triển khoảng 25 - 45 giờ/ tháng Chế độ nắng giống chế độ nhiệt, ảnh hưởng đến tốc độ dạng phân huỷ hợp chất hữu nồng độ ôxy hoà tan nước Nhiệt độ không khí trung bình: 22,2 - 23,60 C; tháng có nhiệt độ cao (28,2 - 29,40 C) tháng thấp (14,7 - 16,80 C) 1.1.2.2 Lượng mưa Lượng mưa hàng năm dao động từ 1520 đến 1850 mm Mùa mưa cuối tháng IV kết thúc vào tháng X, chiếm 82¸90% lượng mưa năm Mưa lớn tập trung vào hai tháng VII-VIII Lượng mưa ngày lớn đạt tới 350¸500 mm X TBNN (mm) 1.1.1 Địa hình, địa chất địa mạo 450 400 350 300 250 200 150 100 50 I II châu thổ đại, chịu ảnh hưởng lớn hoạt động người, Hình 1.1 có việc đắp đê ngăn lũ làm mối trao đổi phù sa sông đồng bằng, làm 1.1.2.3 Gió ven biển cho bề mặt ĐBSH vốn chưa bồi đầy lại có thêm nhiều ô trũng 1.1.2 Chế độ khí hậu III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tháng Biểu đồ phân phối lượng mưa năm trạm Văn Lý Mùa đông gió có hướng thịnh hành Đông Bắc, tần suất đạt 60 - 70% Mùa hè tháng V, VI, VII hướng gió ổn định, thịnh hành Đông Đông Nam, tần Khu vực cửa Đáy chịu ảnh hưởng hai hệ thống gió mùa đông bắc gió suất đạt khoảng 60 - 70% Tháng VIII hướng gió phân tán, hướng thịnh hành mùa tây nam có tính chất đối ngược đạt tần suất 20 - 25% Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần 1.1.2.1 Bức xạ nhiệt suất hướng thay đổi trung bình từ 10 - 15% Tốc độ gió trung bình thay đổi từ - 4,5 m/s, tốc độ gió lớn đạt 30 - 40 m/s (thường dông bão) Bảng 3.1 Tần suất (%) hướng gió lặng gió (%) trạm Văn Lý dòng chảy nước sông dao động khoảng 0,2-0,4 m/s Trong mùa mưa, dòng chảy (20007’N;106018’E) sông ngòi lấn át dòng triều nên có hướng chảy từ sông biển Tháng N NE E SE S SW I 33.1 10.8 22.9 9.5 5.3 0.8 IV 4.8 7.2 32.0 28.7 19.2 1.0 VII 2.4 2.1 4.8 22.9 36.4 X 30.3 11.9 16.9 9.2 Năm 19.6 7.9 19.7 17.3 W Lặng 11.6 6.0 0.8 1.8 4.5 Vào mùa đông (từ tháng XI - III năm sau), hướng sóng khơi 13.7 4.7 3.2 11.0 hướng Đông Bắc với tần suất 51¸7% Tuy nhiên, ảnh hưởng địa hình có 6.0 0.5 1.4 12.9 10.8 hướng Đông Bắc - Tây Nam, vùng ven bờ khu vực cửa Đáy thịnh hành sóng hướng 16.6 4.0 1.4 7.4 8.0 sóng Đông Đông Nam Vào mùa hè (từ tháng VI - IX), hướng sóng nam thịnh Nguồn : Sổ tay tra cứu đặc trưng KTTV vùng thềm lục địa Việt Nam, 2000 Bảng 3.1 1.1.4 Chế độ hải văn NW 1.1.4.1 Sóng, thủy triều xâm nhập mặn hành khơi chiếm 37¸60% vùng ven biển hướng sóng Đông Nam Xác suất tốc độ gió theo cấp tốc độ (tính % tổng số chiếm 24% Nam chiếm 20% Về mặt độ lớn, sóng mùa hè có độ cao lớn mùa đông, chịu ảnh hưởng mạnh bão áp thấp nhiệt đới Độ cao trường hợp) trạm Văn Lý (20 07’N;106 18’E) sóng ven bờ lớn tới 4-5 m khơi 9-10 m Tốc độ gió Tháng 10- 12- 14- 16- 18- 21- 25- 29- 35- 11 13 15 17 20 24 28 34 40 0-1 2-3 4-5 6-7 8-9 I 100 78.0 43.0 20.2 4.2 1.1 IV 100 79.0 44.0 20.8 4.4 1.2 VII 100 75.0 50.0 34.3 19.5 6.1 X 100 70.0 37.5 23.2 7.2 2.0 Năm 100 74.0 39.5 23.6 9.0 2.5 Bảng 3.1 >40 Độ cao trung bình h(m) hàng trên, độ cao H1% hàng dưới, chu kỳ trung bình  (s) sóng tốc độ gió V(m/s) trạm Văn Lý (20007’N;106018’E) Tháng năm Các đặc trưng 3.0 2.5 1.1 0.7 0.07 0.07 Suất đảm bảo 1.0 0.5 0.2 0.1 0.03 0.02 0.01 0.06 Nguồn : Sổ tay tra cứu đặc trưng KTTV vùng thềm lục địa Việt Nam, 2000 1.1.3 Chế độ thủy văn Sông Đáy sông tỉnh Ninh Bình, phân lưu sông Hồng, nhận nước sông Hồng địa phận Hà Nội Sông Đáy có chế độ dòng chảy phức tạp thượng lưu bị chia cắt sông Hồng, lại chịu ảnh hưởng sông nội địa đoạn hạ lưu chịu ảnh hưởng thủy triều X-I h H1%  II-IV V h H1%  V-VII V h H1%  Năm VIII-X V h H1%  V h H1%  V chế độ 50 0.4 năm 0.8 20 0.5 năm 0.8 năm 1.7 1.0 năm 2.1 3.0 3.5 0.4 3.0 3.5 0.8 3.5 5.5 0.6 7.5 0.9 3.5 5.5 10 1.1 2.3 4.0 0.8 4.0 7.5 1.1 4.0 6.0 10.5 1.5 3.0 3.5 4.0 0.7 4.4 9.0 1.1 4.0 6.0 12.0 1.5 3.0 3.5 4.0 0.7 4.0 7.0 4.4 10.0 5.5 14.5 1.4 4.4 9.0 2.2 5.5 0.5 1.0 1.4 2.2 4.4 0.5 1.0 1.6 1.8 4.3 3.5 1.0 1.2 4.0 0.5 1.0 2.2 5.5 13.0 1.5 3.0 Dòng chảy sông Đáy có hai mùa với thời gian dài gần lưu Nguồn: Sổ tay tra cứu đặc trưng KTTV vùng thềm lục địa Việt Nam (2000) lượng chênh lệch Mùa mưa dài gần tháng (từ tháng VI đến đầu tháng XI), Chế độ triều: Khu vực cửa Đáy khu vực có chế độ nhật triều điển hình chiếm 75¸80% lượng nước năm Mùa kiệt dài tháng (từ cuối tháng XI đến với lần nước lên lần nước xuống ngày với biên độ triều dao động tháng V năm sau), chiếm 25% lượng nước năm Vào mùa kiệt tốc độ lớn, từ 1,0 - 2,0 m Với độ lớn vậy, vào thời kỳ triều cường, thủy triều gây ảnh Giang Tại khu vực này, lượng bùn cát đưa từ sông Đáy, nơi lắng hưởng lớn đến khả tiêu thoát nước thải, thoát lũ, tiêu úng của sông đọng dòng bùn cát dọc bờ đưa xuống từ phía Đông Bắc từ sông Hồng (cửa Ba Xâm nhập mặn: mùa cạn, lượng nước sông giảm nhiều nên Lạt cửa Ninh Cơ) Dòng bùn cát bị ngăn lại địa hình chế độ dòng triều lên, xuất hiện tượng nước chảy ngược từ biển vào sông, mang chảy sông Đáy lắng đọng lại ven bờ, lấp đầy khoảng trống cửa Đáy theo nước mặn, vào sâu sông độ mặn giảm cồn ngầm phía Vì vậy, bãi bồi khu vực Cửa Đáy có diện tích lớn 1.1.4.2 Dòng chảy vùng cửa sông, ven biển khoảng cách cồn ngầm bãi bồi phía không đáng kể Dòng chảy khu vực chịu chi phối bời thành phần tuần hoàn phi 1.2.1 Giai đoạn trước năm 1989 tuần hoàn Thành phần tuần hoàn bao gồm loại dòng phát sinh sóng thuỷ Cửa Đáy phát triển mạnh phía biển vùng bồi tụ diễn chủ yếu phía triều sinh ra, dòng nhật triều, dòng bán nhật triều Thành phần phi tuần hoàn ven biển huyện Kim Sơn Ở ven biển Kim Sơn, sau đợt quai đê Bình Minh-1 vào gồm thành phần hình thành lũ sông, dòng dư sinh từ sóng, dòng sinh năm 1959 lấn biển tới 1100 đất mặn, đến năm 1980-1982 tiếp tục quai tuyến gió thổi bề mặt đê Bình Minh-2 có chiều dài 14,7 km lấn biển tới 1.932 đất mặn sú vẹt Tính Vào mùa đông, dòng chảy tổng cộng vùng chủ yếu đóng góp chung, ven biển Kim Sơn thời gian 25 năm (1965-1989) bãi bồi mở rộng dòng chảy gió dòng triều Vì mùa đông, dòng chảy vùng xem xét biển 2000¸3400 với tốc độ lấn biển đạt 80 -136 m/năm trung bình 108 thường có hướng dọc theo bờ, hướng chủ đạ Từ tháng XII đến tháng I, khu m/năm Ngược lại, vùng ven biển Nghĩa Hưng có tốc độ phát triển chậm hơn, vùng vực, xuất chế độ dòng chảy ngược chiều Ở vùng biển thoáng, dòng chảy bồi rộng 900-1800 m, tương đương tốc độ phát triển 37-76 m/năm trung bình có hướng nam ảnh hưởng gió mùa Đông Bắc, ven bờ, tồn 57 m/năm Vùng bồi tụ cửa sông giai đoạn địa phận dòng ven có hướng từ nam lên bắc Tốc độ dòng chảy tổng cộng thường không lớn, xã Kim Hải, Kim Tiến, Kim Trung, Kim Đông (huyện Kim Sơn) xã Nam Điền vào khoảng 20-40cm/s (huyện Nghĩa Hưng) Vào mùa hè, tranh dòng chảy khác với mùa đông Ở gần bờ vùng 1.2.2 Giai đoạn 1989-1995 không quan sát thấy dòng ven có hướng từ nam lên bắc Tốc độ dòng chảy Đây thời kỳ đầu nhà máy thủy điện Hòa Bình bước vào hoạt động, có vùng khơi ven bờ khoảng 20-30cm/s Tốc độ dòng chảy cửa sông thay đổi chế độ dòng chảy dòng bùn cát sông Hồng, cửa cao hơn, đạt tới gần 100cm/s, chí cao thời kỳ mùa lũ ảnh hưởng Đáy tiếp tục phát triển mạnh nhờ nguồn bồi tích ven biển dồi mạnh dòng chảy sông thời gian có bão áp thấp nhiệt đới tác động Vùng bồi tụ diễn chủ yếu 1.2 Hiện trạng bồi lắng xói lở phía ven biển huyện Kim Sơn Bãi bồi Kim Sơn lấn thêm biển 900 - 1800 m, Vùng cửa Đáy có xu hướng bồi tụ mạnh nhờ có nguồn bồi tích dồi từ tương đương tốc độ phát triển 150 - 300 m/năm, trung bình 225 m/năm Vùng bồi hệ thống sông Hồng cửa sông nằm vùng bờ biển lõm, tránh hướng tụ mạnh tiền đề cho việc quai tuyến đê Bình Minh-3 Phía ven biển Nghĩa Hưng, sóng có tác động mạnh vùng bồi tụ chủ yếu doi cát dọc cửa sông Đáy, tốc độ diễn chậm Khu vực cửa Đáy có khối lượng bùn cát đưa biển lớn không tạo thành kiểu bồi tụ lấp đầy nối cồn cửa Ba Lạt, Trà Lý hay Lạch phía ven biển huyện Kim Sơn 1.2.3 Giai đoạn 1995-nay Các bãi bồi cửa Đáy tiếp tục phát triển đưa cửa sông kéo dài phía biển Ven biển huyện Nghĩa Hưng hình thành bãi bồi lớn với diện tích rộng tới 670 tiền đề vùng đất tương lai Huyện Kim Sơn triển khai công quai đê lấn biển lần thứ sau thành lập huyện vào năm 1829 với việc khởi công xây dựng tuyến đê Bình Minh-3 vào năm 2000; tuyến đê có tổng chiều dài tới 15,5 km Tốc độ phát triển bãi bồi phía huyện Kim Sơn đạt 100¸180 m/năm trung bình 140 m/năm Bãi bồi ven biển huyện Nghĩa Hưng phát triển nhanh hơn, đạt tốc độ 300 tới 350 m/năm Trong thời gian cửa Đáy phát triển kéo dài nhanh, nhân tố tự nhiên thuận lợi có hoạt động nhân tạo gia tăng, việc đẩy mạnh trồng rừng ngập mặn quai đê lấn biển Một điểm đáng ý vùng đất huyện Kim Sơn nằm tuyến đê Bình Minh-2 đê Bình Minh-3 có cao độ thấp, trung bình 0,3 tới 0,6 m điều kiện bất lợi cho qui hoạch phát triển Hình 1.2 Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy Năm 1989 Hình 1.3 Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2001 tương lai vùng đất thấp ven biển tỉnh Ninh Bình Các ảnh vệ tinh thời gian khác đưa hình 1.2 đến 1.5 đưa hình ảnh cụ thể biến đổi đường bờ trình bồi tụ khu vực Cửa Đáy thời gian từ năm 1989 đến 2009 10 Tiên Hưng, Kim Sơn hàng loạt nhà máy bảy khu công nghiệp, cụm công nghiệp tỉnh Cảng Ninh Phúc cảng sông có quy mô lớn miền Bắc đồng thời cảng nội địa lớn Việt Nam Cảng đảm bảo nhận tàu cỡ 3000 DWT cập bến, công suất đạt 2,5 triệu tấn/năm Cảng nằm dọc bờ hữu sông Đáy thuộc xã Ninh Phúc (thành phố Ninh Bình) Khánh Phú, Khánh Hòa (Yên Khánh, Ninh Bình) Cảng Ninh Phúc có chiều dài km, chiều dài bến 500m, diện tích bến 12,5 Cảng Ninh Phúc nằm bờ trái sông Đáy, đảm bảo công tác vận tải đường thủy tuyến giao thông đường thủy Cửa Đáy - Ninh Bình, Ninh Bình - Hà Nội, Ninh Bình - Nam Định - Hải Phòng - Quảng Ninh, Ninh Bình - Thanh Hóa Gần Cảng Ninh Phúc cảng Ninh Bình có công suất đạt 1,6 triệu tấn/năm, đảm bảo cho tàu biển 1.000 DWT vào thuận lợi Cảng Ninh Phúc xây dựng từ cuối năm 1995 với tổng giá trị 125 tỷ đồng Ngày 27/6/2000 Hình 1.4 Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2005 Cảng Ninh Phúc thức đưa vào khai thác Cảng Bộ Giao thông vận tải định công bố tiếp nhận phương tiện thuỷ nội địa, tàu biển Việt Nam nước có trọng tải đến 3.000 Ninh Phúc cảng hàng hoá nằm đầu mối giao thông thuỷ - quan trọng khu vực rộng lớn phía Nam tỉnh Bắc phía Bắc tỉnh miền Trung thông qua tuyến sông Đáy biển Đông tỉnh kéo dài từ Quảng Ninh tới Đà Nẵng thông thương với nước khu vực quốc tế Việc xuất hàng loạt khu công nghiệp, hàng loạt nhà máy lớn đời như: Nhà máy xi măng Tam Điệp; xi măng Vinakansai; xi măng Hướng Dương; xi măng Duyên Hà; xi măng Bỉm Sơn; xi măng Bút Sơn; nhà máy cán thép liên doanh Tam Điệp (công suất 120 tấn/năm); nhà máy phân lân nung chảy (công suất khoảng 120 tấn/năm) ; sở sản xuất gạch, ngói, hàng thủ công mỹ Hình 1.5 Ảnh vệ tinh khu vực cửa Đáy năm 2009 1.3 Cảng sông Đáy kế hoạch nạo vét luồng Khu vực cửa sông Đáy phía sông thuộc địa phận tỉnh Ninh Bình có cảng hoạt động, ba cảng có yếu tố nước là: Ninh Phúc, 11 nghệ, chế biến nông - lâm sản xuất nguồn hàng đáng kể thông qua cảng hàng năm Cùng với việc đầu tư xây dựng cảng Ninh Phúc, tuyến luồng giao thông đường thuỷ sông Đáy, đặc biệt cửa Đáy thông với biển nạo vét, cải tạo nâng cao độ sâu, lắp đặt hệ thống phao tiêu, báo hiệu, đèn báo cửa biển phục 12 1.5 Mô hình m HSĐH 0.5 -0.5 -1 -1.5 9/1/2010 0:00 Hình 3.7 So sánh mực nước thực đo tính toán điểm HC (trạm đo Ninh Cơ;106012’7.14”E, 2001’26.49”N) Hình 3.9 9/11/2010 0:00 9/21/2010 0:00 Thời gian 10/1/2010 0:00 So sánh mực nước tính toán mô hình tính toán từ số điều hòa điểm KN2 (106006’E, 19055’N) Kiểm nghiện mô hình cách so sánh số liệu mực nước tính toán có yếu tố triều mô hình với số liệu mực nước tính toán từ số điều hòa 1.5 điểm gần bờ Thời gian kiểm nghiệm tháng, 7h ngày 01-09-2010 tới 7h ngày 01-10-2010 Vị trí điểm kiểm nghiệm KN1, KN2, KN3 xem hình 0.5 3.6 Kết so sánh mực nước kiểm nghiệm trình bày qua hình ảnh Mô hình m HSĐH -0.5 đây: -1 1.5 Mô hình m HSĐH -1.5 9/1/2010 0:00 9/11/2010 0:00 9/21/2010 0:00 Thời gian 10/1/2010 0:00 Hình 3.10 0.5 So sánh mực nước tính toán mô hình tính toán từ số điều hòa điểm KN3 (105056’E, 19051’N) -0.5 Nhìn vào hình trên, cho thấy kết tính toán có tương đồng cao -1 pha biên độ mực nước kết mô mô hình với số liệu thực đo/tính -1.5 9/1/2010 0:00 Hình 3.8 9/11/2010 0:00 9/21/2010 0:00 Thời gian 10/1/2010 0:00 So sánh mực nước tính toán mô hình tính toán từ số điều hòa điểm KN1 (106035’E, 20013’N) toán số điều hòa trình hiệu chỉnh mô hình (hệ số tương quan 0,99548) kiểm nghiệm mô hình (hệ số tương quan từ 0,88089 tới 0,9675) Do vậy, sử dụng kết mô hình thủy lực MIKE 21 FM để làm đầu cào phục vụ mô tính toán vận chuyển trầm tích khu vực cửa sông Đáy mô hình MIKE 21 ST 3.4 Các kết nghiên cứu 3.4.1 Phân tích xu vận chuyển trầm tích 57 58 tích từ sông đưa ra, chế độ sóng vùng ven bờ dòng chảy khu vực ven bờ Dòng 1500 1000 500 ven bờ chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện gió, mà đặc trưng gió có chu kỳ nhỏ xuống với khoảng thời gian 15 ngày Dòng chảy khu vực ven bờ phụ thuộc chủ yếu vào chế độ thủy triều, chu kỳ để tính toán đăch trưng liên khu vực tính toán với khoảng thời gian năm, ngày 01/01/2010 đến ngày 31/12/2010 1/ 1/ /1 12 /1 /1 11 /1 /1 10 /1 9/ 1/ 8/ 1/ 0 1/ Thời gian Biến trình lưu lượng qua mặt cắt trạm Phú Lễ sông Ninh Cơ năm 2010 quan tới dòng chảy khu vực khoảng 30 ngày Do đó, trình nghiên cứu phân tích xu vận chuyển trầm tích cho 7/ 1/ 6/ 1/ 5/ 1/ Hình 3.12 4/ 1/ 3/ -1000 1/ chu kỳ khoảng 30 ngày tương ứng hai nước: nước triều lên nước triều 1/ năm với mùa khác Khu vực có chế độ thủy triều nhật triều đều, với -500 1/ chảy từ sông đưa có chu kỳ năm với mùa: mùa mưa mùa khô Chế độ sóng Lưu lượng m3/s 2000 2/ Quá trình vận chuyển trầm tích vùng cửa sông phụ thuộc vào trình thủy động lực khu vực, có yếu tố quan trọng là: dòng chảy mang trầm Lưu lượng m3/s 2000 1500 1000 500 3.4.1.1 Mô thủy lực Lưu lượng m3/s -500 1/ Thời gian 1/ /1 12 /1 /1 11 /1 /1 10 /1 9/ 1/ 8/ 1/ 0 1/ 7/ 1/ 6/ 5/ 1/ 4/ 1/ 1/ 3/ 2/ 1/ 1/ 1/ 1500 -1000 2000 1000 500 Hình 3.13 Biến trình lưu lượng qua mặt cắt trạm Ba Lạt sông Hồng năm 2010 -500 1/ /1 /1 /1 Thời gian 1/ 12 /1 11 /1 1/ 10 /1 9/ 1/ 8/ 1/ 7/ 1/ 6/ 1/ 5/ 1/ Hình 3.11 4/ 1/ 3/ 1/ 2/ 1/ 1/ -1000 Biến trình lưu lượng qua mặt cắt trạm Như Tân sông Đáy năm 2010 Kết tính toán lưu lượng dòng chảy từ sông đổ khu vực nghiên cứu ta thấy: lưu lượng dòng chảy lớn xảy vào tháng tưng ứng với mùa mưa miền bắc Lưu lượng dòng chảy lớn mặt cắt sông Hồng 2000 m3/s xảy vào ngày 1/9/2010 Tổng lượng nước chuyển qua mặt cắt vào mùa mưa (từ tháng tới tháng 10) chiếm khoảng ¾ tổng lượng nước năm 59 60 Nồng độ trầm tích mg/l 0.8 0.6 0.4 0.2 1/1/10 2/1/10 3/1/10 Hình 3.16 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11 Thời gian Biến trình nồng độ trầm tích mặt cắt trạm Như Tân năm 2010 Nồng độ trầm tích mg/l 0.8 Hình 3.14 Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng năm 2010 0.6 0.4 0.2 1/1/10 2/1/10 3/1/10 Hình 3.17 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11 Thời gian Biến trình nồng độ trầm tích mặt cắt trạm Phú Lễ năm 2010 Nồng độ trầm tích mg/l 0.8 0.6 Hình 3.15 Mực nước tính toán lúc 0h ngày 15 tháng năm 2010 0.4 0.2 3.4.1.2 Mô phân bố trầm tích 1/1/10 2/1/10 3/1/10 Hình 3.18 61 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11 Thời gian Biến trình nồng độ trầm tích mặt cắt trạm Ba Lạt năm 2010 62 Hình 3.19 Hình 3.20 Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa mưa) Địa hình đáy biển thời điểm 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa Hình 3.21 Hình 3.22 Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-10-2011 (thời điểm cuối mùa mưa) Địa hình đáy biển thời điểm 0h ngày 1-10-2011(thời điểm cuối mưa) mùa mưa) 63 64 Đây khu vực có động lực sóng tương đối yếu gần bờ, dòng chảy dọc bờ sông yếu tố định đến trình bồi lắng Ở khu vực này, trầm tích chủ yếu cát hạt nhỏ mịn với đường kính hạt trung bình 0,17mm Theo tính toán, lưu lượng dòng chảy từ sông Đáy đưa khoảng 195.000 m3/ năm Ngoài ra, lưu lượng dòng chảy tổng hợp năm qua mặt cắt bờ khu vực Nghĩa Hưng – Nam Định có hướng từ bắc xuống nam với lưu lượng khoảng 1.807.000 m3/năm Lượng bùn cát khu vực cửa Sông Đáy tiếp nhận từ nguồn lớn: nguồn thứ nguồn từ Sông Đáy đưa khoảng 34.000 bùn cát nguồn thứ hai dòng dọc bờ mang bùn cát từ phía bắc trở xuống khoảng 220.000 bùn cát Xét tính chất mùa ta thấy rõ: lượng bùn cát từ sông mang vận Hình 3.23 Biến đổi đáy lúc 0h ngày 31-12-2010 (sau năm tính toán) chuyển chủ yếu vào mùa mưa, chiếm khoảng 80% tổng lượng bùn cát năm (xem hình từ 3.16 tới 3.18) Ngoài ra, tốc độ dòng chảy sông lớn mang bùn cát xa bờ, nơi chịu động lực biển phân bố bồi tụ trầm tích theo diện rộng Do đó, độ bồi tụ đáy vào mùa mưa nhanh làm cao thêm bề mặt đáy Sau đó, giai đoạn từ cuối mùa mưa đến cuối năm 2010 ta thấy: lượng bùn cát sông đưa với nồng độ lưu lượng thấp, tốc độ dòng chảy yếu đưa bùn cát xa bờ gây tích tụ lòng dẫn sông, độ cao đáy nâng lên Còn khu vực ngoài, tác động thủy động lực biển làm thay đổi đáy Quá trình thủy động lực mang dòng bùn cát đưa tới cửa sông, lắng đọng tạo nên khu vực bồi tụ trước cửa hai phía cửa Đáy Ta thấy rõ khu vực cửa Sông Đáy có xu bồi bên cửa, độ cao bồi tụ khoảng 1m Khu vực bồi mạnh khu vực trước cửa Đáy bồi cao đến gần 2m Khu vực phía đông cửa Đáy thuộc huyện Nghĩa Hưng – tỉnh Nam Định có Hình 3.24 Địa hình đáy biển thời điểm 0h ngày 31-12-2010 (sau năm tính toán) xu bồi hình thành dọc bờ Khu vực phía tây thuộc huyện Kim Sơn – Ninh Bình bồi mạnh có xu bồi lắng rộng xuống phía nam Tóm lại: Khu vực cửa Sông Đáy tiếp nhận nguồn bổ sung trầm tích 3.4.1.3 Nhận xét lớn từ sông Đáy đưa từ phìa bắc đưa xuống Các sông đổ vào khu vực nghiên cứu có lưu lượng dòng chảy lớn mang theo nguồn trầm tích dồi 65 66 Chế độ thủy động lực khu vực làm lắng đọng trầm tích phía cửa Đáy Dòng bùn cát bị ngăn lại dòng chảy sông Đáy lắng đọng lại ven 120 bờ, lấp đầy khoảng trống cửa Đáy cồn ngầm phía Vì vậy, bãi bồi có diện tích lớn khoảng cách cồn ngầm bãi bồi phía 100 3.4.2 Tính toán xu biến động bùn cát dài hạn có xét đến dâng cao mực nước biển mô hình hóa trình phát triển cửa Đáy 3.4.2.1 Kịch nước biển dâng cho khu vực cửa Đáy Các kịch phát thải khí nhà kính lựa chọn để tính toán, xây dựng Mức tăng mực nước (cm) không đáng kể 80 Cận - Kịch A1FI Cận - Kịch A1FI Cận - Kịch B2 Cận - Kịch B2 Cận - Kịch B1 Cận - Kịch B1 60 40 kịch nước biển dâng cho Việt Nam kịch phát thải thấp (kịch B1), kịch phát thải trung bình nhóm kịch phát thải trung bình (kịch B2) kịch phát thải cao nhóm kịch phát thải cao (kịch A1FI) Các kịch nước biển dâng xây dựng cho bảy khu vực bờ biển Việt Nam sử dụng nghiên cứu lấy từ Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng Bộ tài nguyên Môi trường công bố năm 2012, theo đó, kịch nước biển dâng cho khu vực Cửa Đáy đưa bảng 3.1 hình 3.25 Bảng 3.1 Mực nước biển dâng theo kịch phát thải cho khu vực Cửa 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Năm Hình 3.25 Kịch mực nước biển dâng khu vực cửa Đáy Theo kịch phát thải thấp (B1) vào kỷ 21, khu vực Cửa Đáy, mực nước biển dâng khoảng từ 19-23cm, đến cuối kỷ 21, mực nước biển dâng khoảng từ 42-58cm; Theo kịch phát thải trung bình (B2) vào Đáy (cm) Năm 20 Kịch cao A1F1 Kịch trung bình B2 Kịch thấp B1 Cận Cận Cận Cận Cận Cận kỷ 21, khu vực Cửa Đáy, mực nước biển dâng khoảng từ 2024cm, đến cuối kỷ 21, mực nước biển dâng khoảng từ 49-65cm; Theo kịch 2020 8 phát thải cao (A1FI) vào kỷ 21, khu vực Cửa Đáy, mực nước 2030 14 12 13 11 13 11 biển dâng khoảng từ 22-27cm, đến cuối kỷ 21, mực nước biển dâng 2040 19 16 18 15 17 15 khoảng từ 66-86cm 2050 27 22 24 20 23 19 3.4.2.2 Cập nhật mực nước biển dâng mô hình 2060 36 30 32 25 30 24 Theo trình bày phần 3.4.2.1, mực nước biển có xu hướng tăng lên 2070 47 38 39 31 37 29 thời gian từ năm 2010 tới 2030 Do đó, nghiên cứu sử dụng số 2080 59 47 48 37 44 34 liệu dự báo mức độ tăng mực nước biển cho khu vực cửa Đáy để thêm vào diễn 2090 72 56 56 43 51 38 biến mực nước (bằng tính toán từ số điều hòa) biên, làm đầu vào cho 2100 86 66 65 49 58 42 mô hình thủy lực MIKE 21 HD 67 68 Theo nêu trên, giá trị tăng mực nước biển năm 2020 khoảng từ – m3/s cm, năm 2030 tăng từ 11 – 14 cm tương ứng với kịch phát thải (so với mốc 5000 tính mực nước thời kỳ 1980 – 1999) Theo đó, mực nước tăng trung bình 4000 giai đoạn từ năm 2010 tới 2030 khoảng 0,5cm/năm Cho nên, nghiên cứu 3000 sử dụng giái trị tăng 0,5cm/năm giá trị thêm vào biến trình mực nước năm biên để tính toán Luu luong 2000 1000 -1000 3.4.2.3 Lưu lượng dòng chảy sông 1/1/89 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian Trong nghiên cứu này, sử dụng giả thiết diễn biến dòng chảy sông Hồng, Ninh Cơ Đáy giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 tương đồng với (b) Trạm Phú Lễ sông Ninh Cơ giai đoạn từ năm 2010 tới 2030 Do đó, nghiên cứu sử dụng số liệu tính toán lưu lượng cửa sông Hồng, Ninh Cơ Đáy qua mặt cắt tương ứng Ba Lạt, Phú Lễ Như Tân giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 làm số liệu đầu vào 3000 Số liệu tính toán mô hình MIKE 11 nhằm đơn giản hóa trình mô 2000 thủy động lực 1000 Lưu lượng m3/s -1000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 -1000 1/1/89 Lưu lượng m3/s 4000 1/1/89 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian (c) Trạm Như Tân sông Đáy Hình 3.26 Biến trình lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt trạm 20 năm 3.4.2.4 Kết 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian a) Mô thủy lực (a) Trạm Ba Lạt sông Hồng 69 70 (m) Mực nước -1 (a) -2 1/1/10 Hình 3.27 (b) thời gian 1/1/15 1/1/20 1/1/25 1/1/30 Hình 3.29 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán Biến trình mực nước tính toán điểm gần cửa Đáy (10605’E; 19050’N) b) Kết phân bố bùn cát dài hạn (a) Hình 3.30 Hình 3.28 (b) Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán Địa hình khu vực cửa Đáy ban đầu (a) Hình 3.31 71 (b) Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán 72 (b) (a) Hình 3.32 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán Hình 3.33 Hình 3.35 (b) (a) Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau năm tính toán (b) (a) Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 15 năm tính toán (a) Hình 3.36 (b) Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 20 năm tính toán c) Nhận xét Nhìn vào kết tính toán ta thấy rõ: - Hình 3.27: thể kết tính toán dao động mực nước điểm khu vực nghiên cứu có xu hướng tăng, biểu qua đường xu màu đỏ lên Mức độ tăng dao động mực nước tương ứng với mức độ tăng kịch nước biển dâng đề xuất mục 3.4.2.1 (b) (a) - So sánh hình từ 3.29 tới 3.36 với hình 3.28 cho ta thấy địa hình đáy biển giai đoạn tính toán mức độ thay đổi địa hình đáy biển khu Hình 3.34 Địa hình (a) mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 10 năm tính toán vực nghiên cứu Có sai khác định địa hình đáy biển sau khoảng thời gian tính toán so với địa hình lúc ban đầu Khu vực có xu bồi mạnh 73 74 - - - So sánh hình từ 3.29 tới 3.36 với cho ta thấy: địa hình khu vực 3.4.3 Tính toán biến đổi đường bờ có xét đến dâng cao mực nước biển biến nghiên cứu có xu bồi tụ mạnh 15 năm tính toán, trình đổi khí hậu bồi tụ mạnh làm bồi lấp luồng vào cửa Đáy Hậu làm thay đổi dòng 3.4.3.1 Điều kiện tính toán chảy Sau khoảng thời gian 15 năm bồi lấp luồng vào cửa Đáy, không Trong nghiên cứu biến động đường bờ có xét đến mực nước biển dâng dòng chảy từ cửa sông đưa Trong khoảng thời gian sau 15 năm biến đổi khí hậu, để kiểm nghiệm lại độ đắn tính toán cách so sánh biến đổi địa hình khu vực đáy vùng đường bờ tính toán với đường bờ thu từ ảnh vệ tinh Do có ảnh vệ tinh Nhìn vào hình từ 3.29 tới 3.36 nhận thấy khu vực có biến động đường bờ khu vực mốc thời gian năm 1990, 2001 năm 2010 mạnh là: khu vực luồng vào cửa Đáy khu vực cửa Ninh Cơ nghiên cứu tính toán với quãng thời gian 20 năm năm 1990 Mức độ biến động lên tới 10m Tuy nhiên, khó khăn gặp phải trường địa hình, thông số Ngoài ra, khu vực luôn tiếp nhận hàng năm lượng bùn cát lớn từ lưu lượng dòng chảy từ sông đưa từ năm 1990, để đơn giản sông Đáy đưa từ phía bắc đưa xuống Lượng bùn cát từ phía bắc tác giả sử dụng điều kiện tính toán sau: cung cấp sông Hồng, sông Ninh Cơ Một phần lượng bùn cát đưa - xuống khu vực cửa Đáy gây bồi lấp Khu vực cửa Đáy luôn tiếp nhận lượng lớn bùn cát từ sông tiến xa bờ lấy mốc năm 2010 thay cho mốc năm 1990 - Đáy đưa từ phía bắc đưa xuống Do đó, khu vực có xu bồi lấp cửa Đáy, khoảng thời gian ngắn cửa Đáy bị lấp Nhằm phòng tránh khó Gián Khẩu đến cửa Đáy tuyến nhánh qua sông Đáy để thoát lũ cho sông Hoàng Long, tỉnh Ninh Bình” để tránh cố bồi lấp luồng vào cửa Đáy Quá trình tính toán cho thấy xu bồi tụ khu vực cửa Đáy, kết tương đối xác với nghiên cứu gần khu vực Tuy nhiên, cần có khoa học ví dụ kiểm nghiệm mô hình tính lan truyền bùn cát (MIKE 21 ST) để đưa thời gian bồi lấp cửa Đáy Đây lý mà cửa Đáy thường xuyên phải nạo vét để lưu thông hàng hải bình thường hàng năm có nhiều diện tích đất bồi tụ Ngoài ra, qua nghiên cứu cho thấy mức độ cấp thiết số liệu đo đạc sóng, dòng chảy, lưu lượng kết tốt hơn, phù hợp với thực tế 75 Quá trình biến đổi lưu lượng, tốc dộ dòng chảy từ năm 2010 tới năm 2030 trình biến đổi từ năm 1990 tới năm 2010 - khăn bồi lấp cửa Đáy gây cần phải có kế hoạch nạo vét cửa, mở rộng luồng sông Tỉnh Ninh Bình triển khai dự án “Nạo vét sông Đáy đoạn từ cầu Trong mô hình Litpack pro ile mặt cắt có thay đổi theo hướng tịnh Tốc độ tăng mực nước biển dâng BĐKH giai đoạn từ năm 2010 tới năm 2030 với giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 3.4.3.2 Bộ thông số đầu vào - Dữ liệu đầu vào + Dữ liệu địa hình: xác định thông qua số liệu địa hình trình bày phần + Dữ liệu trầm tích: Với kích thước hạt trung bình khu vực nghiên cứu lấy 0.17mm, độ chọn lọc 1.44 + Dữ liệu mực nước: lấy mực nước trung bình + Dữ liệu sóng: lấy từ số liệu sóng tính toán mô hình MIKE 21 SW cho khu vực nghiên cứu + Dữ liệu dòng chảy: lấy từ số liệu tính toán mô hình MIKE 21 FM 76 + Dữ liệu gió: Bộ thông số trường gió lấy theo đặc trưng gió thống kê trạm Văn Lý * Xác định vị trí đường bờ Số liệu đường bờ lấy từ ảnh vệ tinh năm 1989 làm số liệu phục vụ tính toán Vị trí đường bờ xác định khoảng cách từ đường bờ tới đường sở Có thể định nghĩa đường sở đường thẳng tương đối song song với đường bờ mà trình bồi xói không vượt ranh giới (a) Hình 3.37 Đường bờ đường sở Trong nghiên cứu này, khu vực cửa Đáy mô dựa đường sở có hệ số góc =1, tương đối song song với đoạn bờ cần tính toán, chi tiết biểu diễn qua hình ảnh đây, đường bờ gồm 550 điểm, điểm cách 30m Ứng với điểm có mặt cắt địa hình với mặt cắt địa hình đặc trưng cho phía cửa sông Mỗi mặt cắt địa hình chứa 600 nút điểm, nút điểm cách 30m (b) Hình 3.38 Đường sở, khu vực nghiên cứu (a) biểu diễn đường bờ năm 1989 (b) đường sở 77 78 3.4.3.3 Kết tính toán ĐB tính toán 2001 m ĐB tính từ ảnh vệ tinh 2001 15000 10000 5000 vị trí 51 Hình 3.40 101 151 Mặt cắt địa hình MC1 m 251 301 351 401 451 So sánh đường bờ tính toán mô hình đường bờ trích từ số liệu vệ tinh năm 2001 (a) Phân bố mặt cắt địa hình đặc trưng tính toán biến đổi đường bờ 201 ĐB tính toán 2010 m ĐB tính từ ảnh vệ tinh 2010 15000.00 -5 10000.00 -10 -15 5000.00 -20 -25 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 vị trí (b) Mặt cắt địa hình MC1 Hình 3.41 Mặt cắt địa hình MC2 m 0.00 51 101 151 201 251 liệu vệ tinh năm 2010 -5 -10 -15 -20 -25 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 vị trí (c) Mặt cắt địa hình MC2 Hình 3.39 Phân bố mặt cắt địa hình địa hình sử dụng nghiên cứu + Thời gian tính toán: 40 năm từ 01/01/1990 tới 01/01/2030 79 351 401 451 vị trí So sánh đường bờ tính toán mô hình đường bờ trích từ số 301 80 tụ mạnh, tham chiếu lên đường sở không mô rõ ràng nên Biến đổi ĐB giai đoạn 1990 - 2001 (ve tinh) m kết tính toán nhỏ so với số liệu đường bờ lấy từ ảnh khoảng 500m 1000 800 Theo kết trình bày hình từ 3.44 tới 3.46 cho thấy: khu 600 vực hai phía bờ Cửa Đáy có xu bồi tụ lấn biển Khu vực bờ phía đông cửa 400 Đáy (huyện Nghĩa Hưng tỉnh Nam Định) bồi tụ mạnh khu vực bờ phía tây cửa 200 Đáy (huyện Kim Sơn tỉnh Ninh Bình) Khu vực có mức độ biến động mạnh vị trí 51 101 151 201 251 301 351 401 451 hai bờ cửa Đáy, tốc độ lên tới 80m/năm (trong mô hình vị trí từ 230 tới 400) Khu vực có tốc độ bồi tụ nhỏ nghiên cứu khu vực giáp ranh với tỉnh Thanh Hóa (vị trí từ 70), tốc độ khoảng 1m/năm Hình 3.42 Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2001 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh) Đáy bồi tụ mạnh Kết phù hợp với thực tế Biến đổi ĐB giai đoạn 1990 - 2010 (ve tinh) m Nhìn chung kết nghiên cứu giai đoạn từ năm 1990 tới 2010 cho thấy hai phía bờ cửa Đáy có xu bồi đặc biệt phía đông cửa 1200 1000 800 600 400 200 Hình 3.43 51 101 151 201 251 301 351 401 451 vị trí Mức độ biến đổi đường bờ khu vực Cửa Đáy giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 (số liệu tính toán từ ảnh vệ tinh) Nhận xét: Nhìn vào số liệu tính toán đường bờ cho thấy: Kết tính toán tương đối phù hợp với số liệu lấy theo đường bờ từ ảnh vệ tinh kể năm 2001 năm 2010 Đường bờ đoạn phía huyện Kim Sơn tỉnh Ninh Bình có tượng bồi tụ không nhiều, đoạn bờ phía bờ đông thuộc huyện Nghĩa Hưng tỉnh Nam Định bồi tụ mạnh Khu vực giáp ranh với cửa Đáy lấn biển hàng năm khoảng gần 300m Tuy nhiên, khu vực phía đông cửa Đáy có tượng bồi 81 82 KẾT LUẬN Kết nghiên cứu cho thấy, khu vực cửa Đáy có xu bồi tụ chủ yếu, tạo thành cồn cát trước cửa Đáy doi cát dọc bờ thuộc địa phận huyện Nghĩa Hưng tỉnh Nam Định Nguyên nhân khu vực tiếp nhận nguồn bổ sung trầm tích từ: i) sông Đáy đưa lắng động tác động động lực biển; ii) lượng bùn cát vận chuyển dọc theo bờ biển từ phía bắc (cửa Ba Lạt Ninh Cơ) Ngoài ra, qua nghiên cứu cho thấy, vào tháng mùa mưa từ tháng tới tháng 10 lượng trầm tích tích sông đưa chiếm khoảng 80% lượng trầm tích năm Khu vực cửa Đáy luôn tiếp nhận lượng lớn bùn cát từ sông Đáy đưa từ phía bắc đưa xuống Do đó, khu vực có xu bồi lấp cửa Đáy, khoảng thời gian ngắn (theo tính toán 15 năm) cửa Đáy bị lấp kế hoạch nạo vét luồng vào cửa Để tránh khó khăn bồi lấp cửa Đáy gây cần phải có kế hoạch nạo vét cửa, mở rộng luồng sông Tỉnh Ninh Bình triển khai dự án “Nạo vét sông Đáy đoạn từ cầu Gián Khẩu đến cửa Đáy tuyến nhánh qua sông Đáy để thoát lũ cho sông Hoàng Long, tỉnh Ninh Bình” để tránh cố bồi lấp luồng vào cửa Đáy Vấn đề vận chuyển trầm tích biến động hình thái – địa mạo sông, cửa sông ven biển vấn đề khó khăn lý thuyết thực tiễn Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE nhằm phân tích xu bồi tụ xói lở mối tương tác Biển – Lục địa khu vực cửa Đáy Tuy nhiên, điều kiện hạn chế mặt thời gian số liệu, nghiên cứu xem xét đánh giá xu biến động địa đường bờ điều kiện khí hậu đặc trưng Do vậy, để đánh giá tượng cách đầy đủ khách quan, nghiên cứu tiếp theo, cần xem xét đánh giá bổ sung hạn chế Bộ mô hình MIKE sử dụng nghiên cứu, đánh giá phân tích xu bồi xói vận chuyển trầm tích khu vực cửa sông Đáy cho kết khả quan Qua khẳng định, sử dụng mô hình MIKE nghiên cứu tương tác trình thủy thạch động lực 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Tài nguyên Môi trường (2011), Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam Đặng Ngọc Thành, Phạm Văn Ninh, Mai Thanh Tân…(2005), Chuyên khảo Biển Đông, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Đỗ Minh Đức (2004), Nghiên cứu hình thành biến đổi trình bồi tụxói lở đới ven biển Thái Bình-Nam Định, Luận án Tiến sĩ chuyên ngành Địa chất công trình Lương Phương Hậu, Trịnh Việt An, Lương Phương Hợp (2002), Diễn biến cửa sông vùng đồng Bắc Bộ, Nhà xuất Xây dựng Nguyễn Biểu, Vũ Trường Sơn, Dương Văn Hải nnk (2001), Địa chất khoáng sản biển nông ven bờ (0-30 m nước) Việt Nam tỷ lệ 1/500.000 Lưu trữ ĐC, Hà Nội Nguyễn Thị Hải Lý, Lương Phương Hậu (2004), “Ứng dụng Litpack nghiên cứu diễn biến cửa sông bờ biển”, Tạp chí GTVT số 10 Nguyễn Thế Tưởng, Sổ tay tra cứu đặc trưng khí tượng thủy văn vùng thềm lục địa Việt Nam, NXB Nông Nghiệp, 2000 Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn, Đặng Đình Khá (2010), “Biến động trầm tích diễn biến hình thái khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng, Quảng Trị”, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, khoa học tự nhiên công nghệ, tập 26, số 3S, 427 Nguyen Xuan Hien, Duong Ngoc Tien, Le Quoc Huy, Nguyen Tho Sao (2012), “Long-term sediment distribution calculation taking into account sea level rise and theb development o Day estuary”, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, khoa học tự nhiên công nghệ, tập 28, số 3S, tr.57 - 62 10 Nguyễn Xuân Hiển, Dương Ngọc Tiến (2012) Nguyễn Thọ Sáo “Tính toán phân tích xu bồi tụ, xói lở khu vực Cửa Đáy”, Hội thảo khoa học Quốc Gia KT, TV, MT & BĐKH, lần thứ XV,Viện KH KTTV&MT, Tập 2, tr.241-246 11 Phạm Quang Sơn (2004), “Diễn biến lòng dẫn hạ lưu sông Hồng 15 năm vận hành khai thác nhà máy thủy điện Hoà Bình” TC Các Khoa học Trái đất, 26/4: 520-531 Hà Nội 12 Trần Việt Liễn, Hoàng Đức Cường, Trương Anh Sơn, Trần Trung Thành (2006), “Xây dựng kịch (scenarios) biến đổi khí hậu kỷ 84 XXI cho vùng thuộc lãnh thổ Việt Nam”, Tạp chí KTTV số 541 (tháng năm 2006), Hà Nội Tiếng Anh 13 Aslak Grinsted, J C Moore & S Jevrejeva (2009), Reconstructing sea level from paleo and projected temperatures 2000 to 2100 ad 14 A.M prospathopoulos, A Sotiropoulos, E Chatziopoulos, C.H Anagnostou (2004), “Cross-shore profile and coastline changes of a sandy beach in Pieria, Greece, based on measurements and numerical simulation”, Mediterranean Marine Science, vol 5/1 15 Cazenave, A., and R S Nerem (2004), “Present-day sea level change: Observations and causes”, Rev Geophys., 42, RG3001 16 DHI (2003), An Intergrated Modelling System for Littoral Processes and Coastline Kinetics, Short Introduction and Tutorial, DHI Software 17 Hidalgo, H G., M D Dettinger, and D R Cayan (2008), “Downscaling with Constructed Analogues: Daily Precipitation and Temperature Fields over the United States” California Energy Commission, PIER Project Report, 2008 18 Houghton, J.T., Meira Filho, L.G., Callander, B.A., Harris, N., Kattenberg, A., Maskell, K (1996), “Climate Change 1995: The Science o Climate Change” Contribution of Working Group I to the Second Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge Univ Press, Cambridge, UK, pp 363-397 19 Jianjun Yin (2009), Sea level rise due to global warming poses threat to New York City 20 John A.Church, Neil J White (2006), “A 20th century acceleration in global sea level rise”, Geophysical research letter 21 MIKE 21 FLOW Model (2005), Hydrodynamic Module – Scientific Documentation, DHI Software 22 MIKE 21 ST Non-Cohesive Sediment Transport Module (2005), User Guide, DHI Softwave 85