Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học)

: Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học): Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học): Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học): Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học): Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học): Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học): Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học): Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học): Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng (Báo cáo khoa học)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

BÁO CÁO KHOA HỌC

BƯỚC ĐẦU TÌM HIỂU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Văn Phái Sinh viên: Lê Thị Hồng Phượng Lớp: K54 Địa lý – môi trường biển

Hà Nội, 04/2013

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Vũ Văn Phái – người thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện báo cáo

Em cũng xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới tất cả các thầy cô trong khoa Địa

lý, đặc biệt là các thầy trong bộ môn Địa mạo đã dạy dỗ và cho em những kiến thức vững chắc trong suốt thời gian học tập tại trường

Cuối cùng em xin có lời cảm ơn với các anh chị Nghiên cứu sinh trong

bộ môn Địa mạo đã có những sự giúp đỡ và lời động viên em trong suốt thời gian qua

Vì thời gian và kiến thức bản thân còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy, cô cùng các anh, chị để bài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 04 /2013

Sinh viên

Lê Thị Hồng Phượng

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA MẠO TRUYỀN THỐNG 8

1.1 Phân tích hình thái - động lực 8

1.2 Phân tích trắc lượng hình thái 8

1.3 Phân tích hình thái – thạch học 9

1.4 Ưu điểm và hạn chế của địa mạo truyền thống 9

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ 10

2.1 Phương pháp công nghệ 10

2.2 Nhóm phương pháp định lượng và bán định lượng 11

2.2.1 MÔ HÌNH BRUUN 11

2.2.2 XÂY DỰNG CHỈ SỐ MỨC ĐỘ TỔN THƯƠNG BỜ BIỂN – CVI 17

2.2.3 MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DỄ BỊ TỔN THƯƠNG BỜ MỜ (FUZZY COASTAL VULNERABILITY ASSESSMENT MODEL-FCVAM) 20

KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết

Bờ biển là một môi trường đa dạng và nhạy cảm nhất trong các đới cảnh quan bởi lẽ nơi đây có sự giao lưu, tiếp xúc của tất cả các quyển có trên Trái Đất: thủy quyển, thạch quyển, khí quyển và sinh quyển, trong đó bao gồm cả con người Nó tạo ra không gian sống, sinh hoạt, sản xuất, vui chơi giải trí cho con người từ những công trình xây dựng như nhà cửa, cảng biển, khu du lịch nghỉ mát, khu bảo tồn thiên nhiên Ngày nay, sức ép lên đới bờ biển ngày một gia tăng bởi nhiều tác nhân, bao gồm cả tự nhiên và nhân sinh, gây

ra sự biến động đường bờ ngày càng lớn mà hiện tượng chính là sự xói lở - bồi tụ bờ Những hoạt động làm gia tăng nguy cơ và tốc độ xói lở của đường

bờ, chẳng hạn khai thác khoáng sản ven biển, xây dựng các công trình trên bờ biển, xây dựng đập, hồ chứa trên sông làm giảm nguồn trầm tích đưa ra biển Tác nhân tự nhiên bao gồm nhiều yếu tố như sóng, gió, thủy triều Bài toán về sự biến động đường bờ chưa bao giờ hết nóng, đặc biệt là sự xói

lở bờ bởi nó gây ra những tổn thất lớn về kinh tế - xã hội như bồi lấp cửa sông, cảng biển, phá hủy nhiều công trình kinh tế ven bờ, phá vỡ nhiều cấu trúc hệ sinh thái ven biển như rừng ngập mặn, gây khó khăn cho hoạt động sản xuất, đời sống người dân vùng ven biển… Các nhà khoa học đã đưa ra rất nhiều những phương pháp nghiên cứu nhằm theo dõi, dự báo chính xác hơn mức độ, quy mô xói lở bờ, từ đó có kế hoạch quản lý đới bờ hợp lý, phục vụ cho sự phát triển bền vững, ổn định cả về mặt tự nhiên lẫn nhân sinh Để áp dụng những phương pháp này một cách chính xác và mang lại hiệu quả cần phải hiểu được nội dung, cách thực hiện cũng như ưu, nhược điểm của từng

phương pháp Trong khuôn khổ một bài báo cáo khoa học “Bước đầu tìm hiểu một số phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ” sinh viên xin tổng

hợp và trình bày một số phương pháp nghiên cứu thường được sử dụng và mang lại hiệu quả cao cùng những ưu, nhược điểm của chúng, bao gồm nhóm các phương pháp truyền thống và nhóm các phương pháp định lượng và bán định lượng hiện nay đang được sử dụng rất phổ biến

Cơ sở phương pháp luận

Đến nay, cùng với sự phát triển theo thời gian của khoa học địa mạo, đã

có một số định nghĩa về lĩnh vực khoa học này Gần đây, Hội Địa mạo Quốc

tế đã đưa ra định nghĩa như sau: Địa mạo là một khoa học liên ngành và hệ thống, nghiên cứu địa hình và các cảnh quan của chúng, cũng như các quá trình tạo ra và làm thay đổi chúng

Từ định nghĩa trên cho thấy, nghiên cứu sự biến đổi địa hình mặt đất nói chung và nghiên cứu biến đổi địa hình bờ biển nói riêng là một trong những nội dung không thể thiếu trong địa mạo học nói chung và địa mạo bờ biển nói riêng Do đó, trong nghiên cứu biến động đường bờ không thể tách khỏi nghiên cứu địa mạo

Xem đối tượng nghiên cứu, cụ thể ở đây là đới bờ, như một hệ thống hoàn chỉnh mà mỗi thành phần trong hệ thống ấy đều có mối liên quan mật thiết với nhau, tác động đến một thành phần này thì sẽ làm thay đổi cả hệ thống Tiếp cận hệ thống cũng là một trong những cách tiếp cận cơ bản nhất trong nghiên cứu địa mạo học và đây sẽ là cơ sở phương pháp luận được sử dụng xuyên suốt quá trình làm việc Phân tích hệ thống cho phép ta có cái nhìn toàn diện và đầy đủ hơn về đối tượng, vấn đề đang nghiên cứu nhưng cũng bắt buộc chúng ta phải xem xét đầy đủ về đối tượng, tránh bỏ qua một mối liên hệ nào đó của đối tượng với những khách thể khác

Theo cơ sở phương pháp luận này, đới bờ được xem như một hệ thống

mở nằm trong hệ thống khoa học Trái Đất Trong quá trình tiến hóa, đới bờ luôn chịu tác động tương hỗ qua lại giữa các thành phần của hệ (chủ quan) cũng như sự trao đổi của cả hệ đối với các hệ lân cận khác (khách quan) Theo sơ đồ khái quát về mối quan hệ giữa các yếu tố ở đới bờ, muốn quản lý thống nhất đới bờ cần hiểu rõ những biến động của quá trình bờ đã, đang và

sẽ xảy ra ở đây như thế nào Và biểu hiện cụ thể của những biến đổi này chính là hoạt động xói lở và bồi tụ Sự phát triển của địa hình bờ phụ thuộc vào sự tương tác của nhiều nhân tố cả từ phía biển và phía lục địa Các nhân

tố này phải được phân tích và đánh giá một cách đầy đủ theo đúng tinh thần

của phân tích hệ thống

Hình 3 Sơ đồ khái quát mối quan hệ giữa các yếu tố ở đới bờ biển

Như vậy, nhìn nhận một cách tổng quan nhất ta có thể xếp các phương pháp vào 2 nhóm lớn như sau:

Hình 2 Sơ đồ các nhóm phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ

Mục tiêu

Nêu lên một số phương pháp nghiên cứu đường bờ truyền thống và hiện

đại cùng những ưu điểm và hạn chế

Nội dung

Báo cáo được trình bày theo các mục chính như sau:

- Mở đầu

- Các nhóm phương pháp nghiên cứu biến động đường bờ

+ Nhóm địa mạo truyền thống + Nhóm chuyên nghiên cứu biến động

- Kết luận

Phương pháp nghiên cứu

Nhóm phương pháp địa mạo truyền thống

Hình thái – động

lực

Trắc lượng hình thái

Hình thái – thạch

học

Nhóm phương pháp chuyên nghiên cứu biến động

Phương pháp công nghệ: viễn thám -

GIS

Các mô hình toán định lượng và bán định lượng

Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA MẠO TRUYỀN THỐNG

1.1 Phân tích hình thái - động lực

Thực chất đây là phương pháp hình thái – nguồn gốc, nhưng do địa hình

bờ biển đều được hình thành chủ yếu do các tác nhân động lực của biển, như sóng và dòng chảy do nó sinh ra, thủy triều, hoặc có sự kết hợp của cả sóng

và thủy triều hoặc giữa biển và sông Giữa hình thái địa hình bờ biển và các nhân tố động lực thành tạo chúng có mối liên quan rất mật thiết với nhau theo quan hệ nhân – quả Chẳng hạn nếu có một đoạn bờ nào đó từ tích tụ chuyển sang xói lở thì hằn dòng vật chất ở đó đã giảm đi so với khả năng vận chuyển của dòng năng lượng hoặc dòng năng lượng được tăng lên Trong trường hợp đó thường được gọi là thiếu hụt trầm tích

Đặc điểm hình thái của chúng sẽ cho phép ta đoán được một số đặc điểm về nguồn gốc, sự phát triển cũng như động lực địa hình Chẳng hạn, hướng của dòng bồi tích có thể phán đoán theo hướng phát triển của các mũi, doi cát, sự lệch của các cửa sông không lớn, sự lấp đầy các góc lõm vào của đường bờ hay sự tăng chiều rộng của dải tích tụ

1.2 Phân tích trắc lượng hình thái

Đây là một trong những phương pháp nghiên cứu địa mạo truyền thống

và mang lại hiệu quả cao Tài liệu sử dụng trong phương pháp này là các bản

đồ địa hình và năm xuất bản khác nhau của vùng nghiên cứu Dựa vào bản đồ địa hình và quan sát thực tế có thể cho ta thấy bờ biển dốc hay thoải Trên cơ

sở độ mau – thưa của các đường bình độ có thể thấy được hình dạng của địa hình Vì độ chia cắt của địa hình bờ biển rất yếu nên độ nghiêng rất nhỏ, thường được tính bằng % Dựa vào độ nghiêng của bãi biển có thể chia ra các mức:

Nghiêng: tan  > 0,01 Nghiêng thoải: tan  = 0,01 – 0,001

Hơi nghiêng: tan  = 0,001 – 0,0001 Gần nằm ngang: tan  < 0,0001

1.3 Phân tích hình thái – thạch học

Cơ sở của phương pháp này dựa trên mối liên quan chặt chẽ giữa đặc điểm hình thái với các tính chất của vật liệu (đất đá gắn kết hay bở rời, kích thước hạt ) tạo nên chúng Chẳng hạn độ dốc của bãi phụ thuộc rất nhiều vào kích thước hạt Hạt càng thô độ dốc của bãi càng lớn

- Độ dốc 20 tương ứng đường kính trung bình Md = 0,12mm

- Độ dốc 80 tương ứng đường kính trung bình Md = 0,5mm

- Độ dốc 120 tương ứng đường kính trung bình Md = 2mm

- Độ dốc 150 tương ứng đường kính trung bình Md = 5mm

- Độ dốc  200 tương ứng đường kính trung bình Md = 64mm

Mặt khác, nếu năng lượng sóng càng lớn, vật liệu trầm tích có kích thước càng lớn và độ nghiêng của bãi cũng càng lớn

1.4 Ưu điểm và hạn chế

Đặc điểm chung của nhóm phương pháp truyền thống này là đánh giá, nghiên cứu sự biến động đường bờ trên cơ sở phân tích, mô tả định tính các yếu tố hình thái, nguồn gốc, động lực của đới bờ Những phân tích, mô tả này đều đã được đúc kết từ những quan niệm lý thuyết được công nhận là đúng đắn của địa mạo truyền thống, từ kinh nghiệm của những nhà nghiên cứu địa mạo Do đó, những phương pháp này vẫn có một chỗ đứng vững chắc về mặt

lý thuyết Tuy nhiên, trong nghiên cứu biến động đường bờ, lý thuyết đôi khi không được áp dụng triệt để vào thực tiễn Nếu chỉ dựa vào những nhận định của địa mạo truyền thống thì sẽ không thể có cái nhìn tổng quát và đầy đủ về quá trình biến động từ bồi tụ dẫn đến xói lở hoặc ngược lại của đường bờ Đây chính là điểm hạn chế của các phương pháp địa mạo truyền thống

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN NGHIÊN CỨU

Viễn thám một khoa học sử dụng bức xạ điện từ như một phương tiện

để nghiên cứu, điều tra, đo đạc những thuộc tính cơ bản của đối tượng nghiên cứu trên bề mặt Trái Đất mà không cần tiếp xúc trực tiếp tới đối tượng Viễn thám được biết đến với những tính năng ưu việt như chụp ảnh

đa thời gian, đa phổ và đa không gian

Hình 3 Phương pháp chập bản đồ để nghiên cứu biến động đường bờ

(Internet)

Tuy nhiên phương pháp này cũng có những điểm hạn chế nhất định, trước hết là ở cơ sở dữ liệu đầu vào Như chúng ta đã biết, dữ liệu đầu vào của viễn thám được thu thập từ các vệ tinh được phóng lên không gian theo quỹ đạo và thường bị hạn chế chất lượng do các yếu tố khách quan như mây,

thời tiết, ánh sáng Có thể nói viễn thám là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác nghiên cứu biến động đường bờ Vì nó là một công cụ nên đương nhiên sẽ phải có người sử dụng công cụ đó Và đây chính là điểm hạn chế của viễn thám Bở lẽ, kết quả đầu ra có chính xác hay không và chính xác như thế nào phụ thuộc 50% vào khả năng của người sử dụng Một người giỏi về công nghệ viễn thám và có khả năng xử lý dữ liệu tốt, điều khiển được “công cụ” theo ý mình sẽ cho ra một sản phẩm tốt, ngược lại, nếu người sử dụng không

am hiểu và thông thạo về các phần mềm viễn thám thì dù phần mềm ấy có hiện đại đến đâu đi chăng nữa kết quả đầu ra vẫn không thể thỏa mãn yêu cầu được

2.2 Nhóm phương pháp định lượng và bán định lượng

2.2.1 Mô hình Bruun

a Mô hình Bruun

Được đưa ra để dự báo biến động bờ biển do sự dâng lên của mực nước biển do Bruun đưa ra vào năm 1962 và 1988 Mô hình này xem xét sự phản ứng đường bờ theo hai chiều (thằng đứng và nằm ngang) đối với dâng lên của mực nước biển Giả định cơ bản của mô hình này là theo thời gian, hình dạng trắc diện ngang của bãi sẽ có sự cân bằng động và dịch chuyển lên trên cũng như về phía đất liền do sự dâng lên của mực nước biển Kèm theo đó là 4 giả định:

- Bãi biển phía trên bị xói lở do sự dịch chuyển về phía đất liền

- Vật liệu bị xói lở từ phần trên của bãi được vận chuyển ra ngoài khơi và tích tụ ở đó, khối lượng vật liệu bị xói lở của bãi bằng khối lượng vật liệu tích tụ ở phía dưới

- Sự nâng lên của đáy biển gần bờ do tích tụ bằng sự dâng lên của mực nước biển để duy trì độ sâu của nước

- Gradient trong vận chuyển dọc bờ là không đáng kể

Về mặt toán học, mô hình này có công thức:

𝑅 =Lz + hz

R : mức giật lùi đường bờ theo chiều nằm ngang (m)

hz : độ sâu mà tại đó sự trao đổi trầm tích giữa mặt bãi (bờ) và thềm lục địa

phía trong được coi là cực tiểu

Lz : chiều dài của trắc diện bãi tới hz

S : sự dâng lên thằng đứng của mực nước biển (m)

B : độ cao của bờ (m)

Hình 4 Sơ đồ minh họa mô hình Bruun

Từ hình và các giả định, ta thấy B và hz có mối liên hệ với độ nghiêng

của bãi Vì thế nếu lấy giá trị độ nghiêng của bãi để dự báo sự thay đổi

đường bờ biển thì có thể biểu diễn như sau:

tan 𝛼

Trong đó,  là góc nghiêng của bãi biển tính từ mực nước cao nhất đến mực nước thấp nhất (độ nghiêng của mặt bãi)

Tuy nhiên mô hình Bruun đã bỏ qua thành phần di chuyển bồi tích dọc

bờ – một phần quan trọng trong quá trình tiến hóa đường bờ biển Hơn nữa giả thiết 2, 3 cũng rất khó xác định ngoài thực địa

b Độ sâu kết thúc (Depth of Closure)

Độ sâu kết thúc là một khái niệm được đưa ra từ phương trình Hallermeier nhằm xác định độ sâu cho ba khu vực: vùng ven biển, vùng đệm hoặc bãi cát ngầm và vùng ngoài khơi Gọi theo cách khác nơi đó là hàng rào ngăn cách trầm tích Tại vị trí này, độ sâu của nước được coi là đủ

để sự vận chuyển trầm tích bằng năng lượng sóng là không đáng kể Trong phạm vi đới gần bờ nằm trong ranh giới độ sâu kết thúc, sự vận chuyển trầm tích dọc bờ và từ bờ ra ngoài khơi là cực tiểu

Định nghĩa này được áp dụng cho bờ biển mở, nơi sóng gần bờ và có những dòng trầm tích do sóng vận chuyển gây ra chiếm ưu thế, cũng như khu vực không có sóng, chẳng hạn như những bãi biển có đê chắn sóng dài,

đó là nơi mà sự vận chuyển trầm tích được thực hiện chủ yếu là nhờ vào sự lên xuống của thủy triều Trong mô hình Bruun, độ sâu kết thúc được thể hiện qua tham số hz

Việc xác định tham số hz được thực hiện dựa theo hai phương pháp: tính toán theo đặc điểm sóng và tính toán theo dữ liệu trầm tích

- Tính toán theo đặc điểm sóng

Độ sâu này được thể hiện qua phương trình Hallermeier 1981 (1):

Trong đó: Hs là chiều cao sóng hiệu quả tác động trên 12h mỗi năm

g là gia tốc trọng trường