Nghiên cứu hiện tượng xói lở và bồi tụ của cảng lạch huyện và lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp FULL FILE

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hải Phòng thành phố cảng cơng nghiệp quan trọng, cực tăng trưởng tam giác kinh tế trọng điểm phía Bắc gồm Hà Nội, Hải Phòng Quảng Ninh, đầu mối giao thông đường biển phía Bắc trung tâm kinh tế, văn hố, giáo dục, khoa học công nghệ vùng duyên hải Bắc Bộ Cảng Hải Phòng cụm cảng biển tổng hợp cấp quốc gia, Chính phủ nâng cấp Cảng Hải Phòng nằm tuyến đường giao thông biển, kết nối Singapore với Hồng Kông cảng Đông Á Đông Bắc Á Theo quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam giai đoạn đến năm 2020, định hướng đến năm 2030, cảng biển Hải Phòng xác định cảng tổng hợp quốc gia, cửa ngõ quốc tế loại IA, khu Cảng Lạch Huyện khu cảng đặc biệt quan trọng Dự án Cảng Lạch Huyện xây dựng từ phía Nam cửa Lạch Huyện, địa bàn huyện đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng, dọc tuyến luồng vào cảng đến độ sâu tự nhiên -3,0m; chiều dài toàn tuyến luồng khoảng 18km với đáy luồng tàu -14m Theo thiết kế, Cảng Lạch Huyện đầu tư sở hạ tầng công nghệ bốc xếp đồng đại có khả tiếp nhận tàu container trọng tải lớn từ 4.000 đến 6.000 TEU lên đến 8.000 TEU (tương đương với tàu trọng tải 100.000 hoạt động tuyến vận tải biển xa) Cảng Lạch Huyện nằm hệ thống cảng biển Hải Phòng, chịu chi phối mạnh mẽ hệ thống sông động lực biển Hàng năm cửa sông tải biển khối lượng bùn cát lớn Cửa Lạch Huyện 0,4 triệu tấn/năm, cửa Nam Triệu 3,6 triệu tấn/năm, cửa Lạch Tray 0,6 triệu tấn/năm, cửa Văn Úc 6,2 triệu tấn/năm Nguồn sa bồi mặt tham gia vào trình thành tạo bar, bãi chắn cửa sông, mặt tham gia vào dòng bùn cát ven bờ gây sa lắng luồng tàu Mặt khác, khu cảng Lạch Huyện nói riêng luồng tàu vào cảng Hải Phòng nói chung nằm vùng vịnh nửa hở với chế độ thủy thạch động lực phức tạp gây xói lở, bồi tụ xen kẽ thay đổi theo mùa Kết thực đo tính tốn cho thấy đoạn từ cửa kênh Cái Tráp đến Xuân Đán ổn định, mức độ bồi lắng không đáng kể đặc biệt đoạn từ Bến Gót đến Xuân Đán Tuy nhiên đoạn từ Xuân Đán đến đường đẳng sâu -4,0 m bị sa bồi mạnh, có thời điểm lên tới ≈1,0 m, đoạn từ đường đẳng sâu -4,0 m trở mức độ sa bồi có giảm hơn, vào khoảng 0,54 m [12] Từ lý nêu trên, việc nghiên cứu xói lở bồi tụ khu vực Cảng Lạch Huyện, lựa chọn giải pháp thích hợp phòng chống xói lở, bồi tụ bảo vệ bờ biển có tầm quan trọng ý nghĩa đặc biệt Kết nghiên cứu đề tài nhằm làm sáng tỏ trình xói lở, bồi tụ khu vực nghiên cứu, dự báo phát triển trình tương lai, góp phần cho cơng tác quản lý, quy hoạch xây dựng cơng trình ven biển cơng trình bảo vệ bờ biển… Vì “Nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ Cảng Lạch Huyện lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp” có tính cấp thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu tượng xói lở, bồi tụ khu vực Cảng Lạch Huyện - Phạm vi nghiên cứu: Khu vực nghiên cứu khu vực dự kiến xây dựng Cảng Lạch Huyện, giới hạn kênh Cái Tráp phía Bắc, chương Hàng Dày phía Tây, bờ đảo Cát Bà phía Đơng kéo dài phía biển 18km Mục tiêu đề tài - Làm sáng tỏ nguyên nhân, chế hình thành tượng xói lở, bồi tụ khu vực Cảng Lạch Huyện - Dự báo q trình xói lở bồi tụ Cảng Lạch Huyện lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm địa chất, địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, thủy hải văn, hệ sinh thái, hoạt động kinh tế xã hội khu vực Cảng Lạch Huyện - Nghiên cứu nguyên nhân, chế quy luật hoạt động xói lở, bồi tụ - Mơ q trình thủy thạch động lực (Sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát) cho khu vực nghiên cứu mô hình MIKE - Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp khoa học cơng nghệ thích hợp phòng chống xói lở, bồi tụ bảo vệ đường bờ biển khu vực nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Để thực mục đích nội dung nêu trên, đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Thu thập hệ thống hóa tài liệu - Phương pháp phân tích hệ thống nhằm thống kê, phân tích, đánh giá tác nhân gây xói lở, bồi tụ khu vực nghiên cứu - Bản đồ, viễn thám hệ thống thông tin địa lý (GIS): Nghiên cứu biến động đường bờ, theo dõi, đánh giá trạng diễn biến trình vận chuyển, bồi lắng bùn cát vùng cửa sông ven biển luồng tàu vào cảng Đây phương pháp hữu hiệu để đánh giá trạng diễn biến xói lở, bồi lắng bùn cát vùng cửa sông ven biển sa bồi luồng tàu; tư liệu ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh, ảnh máy bay) qua thời kỳ khác Công nghệ GIS giúp cho việc lưu trữ, cập nhật sử dụng có hiệu liệu có trình vận chuyển, bồi lắng bùn cát vùng cửa sông ven biển sa bồi luồng tàu vào cảng Phương pháp đồ (mơ hình khơng gian, trực quan) giúp cho việc thể trực quan kết nghiên cứu vận chuyển, bồi lắng bùn cát khu vực nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát, đo đạc trường nhằm bổ sung tài liệu kiểm tra kết nghiên cứu Khảo sát, đo đạc thường xuyên điểm, trạm quan trắc theo dõi trình vận chuyển, bồi lắng bùn cát vùng cửa sông ven biển sa bồi luồng tàu vào cảng Các kết đo đạc khảo sát bổ sung cho tranh trạng xói lở, bồi tụ vùng cửa sông ven biển sa bồi luồng tàu, đồng thời số liệu đầu vào cho mơ hình tính tốn, mơ hình dự báo vận chuyển, bồi lắng bùn cát khu vực nghiên cứu trước sau xây dựng cơng trình - Phương pháp mơ hình tốn với cơng nghệ tin học đại: Mơ q trình thủy thạch động lực vùng ven biển, cửa sơng Mơ hình động lực vận chuyển, lắng đọng bùn cát; mơ hình dự báo vận chuyển, bồi lắng bùn cát khu vực cửa sông luồng tàu trước sau xây dựng cơng trình Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết nghiên cứu luận văn có ý nghĩa định hướng cho việc quy hoạch, xây dựng, khai thác hợp lý – bảo vệ môi trường địa chất khu vực xây dựng cảng Lạch Huyện Cơ sở liệu sóng, gió nguồn tài liệu tin cậy tham khảo sử dụng thiết kế, thi cơng cơng trình đới ven biển Kết luận văn làm tài liệu giảng dạy lĩnh vực Địa chất cơng trình (ĐCCT) – Địa kỹ thuật Cơ sở tài liệu Luận văn thực tài liệu sau: - Tài liệu khảo sát ĐCCT khu vực cảng luồng tàu - cảng Lạch Huyện đội khảo sát thuộc công ty cổ phần tư vấn xây dựng Cảng - Đường thủy (TEDIPort) thuộc Tổng công ty cổ phần tư vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI) thực - Các kết thí nghiệm phòng thực Phòng thí nghiệm địa kỹ thuật TEDIPort (LAS-XD 492) - Các tài liệu đề tài: “Nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ vùng ven biển Bắc Bộ đánh giá tác động biến đổi khí hậu nước biển dâng đến hoạt động xói lở bồi tụ”, TS Trần Hữu Tun chủ trì Ngồi ra, luận văn sử dụng nhiều tài liệu công bố lưu trữ ngồi nước có liên quan đến đề tài nghiên cứu Cấu trúc luận văn Luận văn trình bày 115 trang gồm phần Mở đầu, chương, phần Kết luận kiến nghị với 57 hình, 32 bảng biểu minh họa Lời cảm ơn Luận văn hồn thành Bộ mơn Địa chất cơng trình, Trường Đại học Mỏ - Địa chất hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Huy Phương Trong q trình hồn thành luận văn, tác giả nhận giúp đỡ nhiệt tình đóng góp quý báu ThS Nguyễn Thái Sơn - Viện Địa lý Tác giả nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy, đồng nghiệp Bộ mơn Địa chất cơng trình, Khoa Địa chất, Phòng Đào tạo sau đại học – Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Công ty Tư vấn xây dựng Cảng đường thủy (TEDIPORT) Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Huy Phương – người trực tiếp hướng dẫn khoa học, nhà khoa học, quan bạn đồng nghiệp giúp đỡ quý báu Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Tác giả CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG XÓI LỞ VÀ BỒI TỤ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tổng quan nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ Thế giới 1.1.1 Tổng quan bồi tụ - xói lở số đồng châu thổ Thế giới Tại khu vực bờ, lượng bùn cát đưa đến lớn lượng mang đi, bờ biển bồi tụ Vì vậy, đường bờ biển có mức độ bồi tụ mạnh mẽ khu vực lân cận sông lớn Ở đây, trình bồi tụ nghiên cứu tổng thể chung phát triển đồng châu thổ Đồng châu thổ Mississipi (Bắc Mỹ) đồng châu thổ lớn giới, hình thành điều kiện khí hậu bán nhiệt đới Lưu lượng trung bình sơng Mississipi 18.000m 3/s Hàng năm, sông vận chuyển biển 300 triệu bùn cát Đồng châu thổ Mississipi phát triển bồi lấp thùy châu thổ Cơ chế bồi tụ lấn biển diễn sau: Các cồn cát hình lưỡi liềm hình thành phía trước chi lưu, phần cồn bồi lấp nhanh, sau cồn bị phá hủy thời kỳ lũ lớn hình thành cồn xa phía biển Đường bờ lấn biển với tốc độ trung bình 77m/năm Một đồng châu thổ lớn khác hình thành điều kiện khí hậu bán nhiệt đới đồng châu thổ Hoàng Hà (Trung Quốc) Hồng Hà có lưu lượng trung bình 4000m3/s, hàng năm vận chuyển vào biển Hoàng Hải 1.900 triệu bùn cát Theo kết nghiên cứu CCOP (1996), đồng châu thổ Hoàng Hà phát triển biển với khối trầm tích dạng vòng cung quạt Nhiều đoạn bờ có chế độ bồi tụ xói lở luân phiên Tốc độ bồi tụ lấn biển trung bình khoảng 800m/năm Vào mùa lũ, đường bờ bồi tụ, ngược lại vào mùa khơ, trầm tích lắng đọng chỗ làm tắc cửa sơng, gây xói lở mạnh khu vực phía bắc [30] Đồng châu thổ lớn Nam Mỹ sông Orinoco Đồng nằm vùng khí hậu nhiệt đới, hình thành bồi đắp bùn cát hạt mịn vận chuyển từ vùng đất thấp phần lớn khác từ sơng Amazon Phía bắc châu thổ bãi triều bùn bồi tụ mạnh Phía nam cửa sông chết cung cấp bùn cát từ phía đơng Đồng châu thổ đại sông bắt đầu phát triển từ khoảng 8000 năm trước với tốc độ lấn biển 2km/100 năm 1.1.2 Tổng quan xói lở bờ biển Thế giới Từ năm thập kỷ 50 kỷ XX, xói lở bờ biển ghi nhận tượng có quy mơ tồn cầu, gây nhiều thiệt hại người cải, vật chất Ở Tây Âu, bờ biển chủ yếu bờ đá gốc bờ cát Theo xu phát triển, đường bờ chia thành kiểu: Ổn định, xói lở, bồi tụ khơng rõ xu phát triển Do đường bờ chủ yếu đá gốc nên chiều dài bờ ổn định lớn Tiếp theo, chiều dài đoạn bờ bị xói lở chiếm ưu đáng kể so với bờ bồi tụ Bảng 1.1 cho thấy tổng số 21.972km bờ biển 11 nước châu Âu có 6.244km bờ biển bị xói lở Đặc biệt Pháp, Hy Lạp Italia có tới 1.000km bờ biển có xu bị xói lở Bảng 1.1 Chiều dài bờ biển bị xói lở số nước châu Âu Tên nước Đan Mạch Cộng hoà liên bang Đức Hà Lan Bỉ Anh Ailen Pháp Tây Ban Nha Bồ Đào Nha Italia Hy Lạp Tổng Chiều dài bờ biển (km) 3.253 605 407 64 3.680 2.019 2.600 1.929 782 3.894 2.739 21.972 Chiều dài xói lở (km) 390 218 183 25.5 699 384 1.196 617 399 1.012 1.122 6244 Phần trăm bờ xói lở (%) 12 36 45 40 19 19 46 32 51 26 41 28 Tại Mỹ, tổng số 134.784km bờ biển có 3.420km bị xói lở (chiếm 2,5%) Tuy tỷ lệ không lớn đoạn bờ bị xói lở lại phân bố khơng 30 bang ven biển Riêng bang California có tới 1.523km bờ biển bị xói lở, chiếm 86% chiều dài bờ biển bang Các đoạn bờ cấu tạo đá trầm tích bở rời có tốc độ xói lở trung bình 0,6-0,9 m/năm bờ biển Đại Tây Dương 1,8 m/năm vịnh Mexico [32] Tại Biển Đen, đường bờ Gruzia liên tục bị xói lở với quy mô ngày tăng, từ 155km (chiếm 49%) năm 1961 lên 183km năm 1971 220km năm 1981 Trong vòng 20 năm, 1.400ha đất bất chấp nỗ lực xây dựng cơng trình chống xói lở Tại Nhật Bản, nhiều thập kỷ qua bờ biển ln bị xói lở mức độ nghiêm trọng Các đoạn bờ bị xói lở mạnh Kaike, tốc độ xói lở trung bình 6m/năm Bờ biển Nigata Kashima - Nada xói lở 5m/năm Nhật Bản tiến hành nhiều cơng trình nghiên cứu đánh giá, dự báo, thực giải pháp để hạn chế hoạt động xói lở bờ biển chống bồi lấp luồng lạch cảng biển [34] 1.2 Tổng quan nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ Việt Nam Biển Việt Nam nằm vùng nhiệt đới gió mùa, phận biển Đông với đường bờ biển chạy dài 3.200km Dải đất ven biển chạy dọc theo chiều dài đất nước, chiếm 1/6 diện tích, 1/5 dân số, với 2.000 đảo ven bờ quần đảo khơi, hậu cần, kinh tế, kỹ thuật an ninh quan trọng cho công khai thác biển Vấn đề nghiên cứu xói lở, bồi tụ Việt Nam tiến hành từ nhiều năm trước ngày trọng Nhiều Chương trình, đề tài dự án nghiên cứu khác thực làm sáng tỏ đặc điểm, chế trình xói lở, bồi tụ vùng khác Việt Nam Có thể xem năm 1990 với chương trình biển 48B thời điểm khởi đầu cho cơng nghiên cứu trình thủy thạch động lực bờ biển Việt Nam Kết chương trình nghiên cứu chi tiết chế độ thủy thạch động lực vùng bờ biển bùn sét, bờ biển cát vị trí trọng điểm, bước đầu kiến giải nguyên nhân chế hình thành tượng bồi tụ xói lở đới bờ biển cát, bờ biển delta; dựa phân tích ảnh viễn thám xác lập vị trí đường bờ biển vào năm khác nhau, đặc biệt khu vực bồi tụ mạnh vùng châu thổ Bắc Bộ Nam Bộ Đề tài “Nghiên cứu biến động đường bờ biển Việt Nam tư liệu viễn thám” thuộc chương trình 48B-07-02-01 Tơ Quang Định, Đặng Kim Quy… thực (1990) Lần tư liệu viễn thám qua thời điểm khác nhau, tác giả xác lập vị trí đường bờ biển vào năm 1930, 1965, 1985, đặc biệt khu vực bồi tụ mạnh vùng châu thổ Bắc Bộ Nam Bộ [13] Đề tài “Nghiên cứu trình thủy thạch động lực vùng bờ biển cửa sơng ven biển” thuộc chương trình 48B-02-01 Đặng Ngọc Thanh nnk năm 1991 [25] nghiên cứu chi tiết chế độ thủy thạch động lực vùng bờ biển bùn sét, bờ biển cát bốn điểm chính: Cửa Ba Lạt, Thuận An, Xồi Rạp cửa Định An Trong đề bước đầu có kiến giải ngun nhân, chế hình thành tượng bồi tụ xói lở đới bờ biển cát, bờ biển Delta Đề tài “Hiện trạng, nguyên nhân bồi xói dải bờ biển Việt Nam, đề xuất biện pháp khoa học kỹ thuật bảo vệ khai thác vùng đất ven biển” mã số KT.03.14 (1995) Nguyễn Thanh Ngà chủ trì [21] Trong báo cáo tổng hợp xác lập đoạn bồi xói tồn dải ven biển Việt Nam, sơ lý giải nguyên nhân gây tượng bồi – xói bờ biển thời điểm nghiên cứu Tuy nhiên, đề tài tập trung nghiên cứu đoạn có cường độ bồi tụ, xói lở lớn hai đầu đất nước Đề án 5B “Nghiên cứu dự báo phòng chống sạt lở bờ biển miền Trung từ Thanh Hóa đến Bình Thuận”do Nguyễn Văn Cư, Phạm Huy Tiến nnk thực năm 2001 [11] Báo cáo thể lượng tư liệu phong phú, chi tiết trạng bồi – xói bờ biển, đặc điểm tác nhân gây sạt lở, nguyên nhân giải pháp phòng chống khu vực nghiên cứu Lần đầu tiên, tính chất ĐCCT lớp đất đá vận dụng để đánh giá mức độ ổn định bờ cho vùng Nam Trung Bộ Các kết dựa “Báo cáo tổng kết chương trình điều tra nghiên cứu biển cấp Nhà nước (1997-2000), chương trình biển KHCN – 06” [1] nghiên cứu trước cho phép phân chia tồn đới ven biển Việt Nam thành vùng: Bờ thủy triều chiếm ưu từ Móng Cái (Quảng Ninh) đến Đồ Sơn (Hải 10 Phòng), bờ châu thổ (phía Bắc châu thổ sơng Hồng - sơng Thái Bình, phía Nam châu thổ sông Cửu Long - sông Đồng Nai) bờ tích tụ - mài mòn từ Nga Sơn (Thanh Hóa) đến Vũng Tàu (Bà Rịa - Vũng Tàu) Một thành công nghiên cứu trước việc sử dụng hiệu phương pháp GIS, làm sáng tỏ tranh bồi tụ - xói lở châu thổ sơng Hồng – Thái Bình qua thời kỳ khác khoảng 50 đến 100 năm qua Trên sở phương pháp này, tác giả đề xuất phân cấp cường độ quy mơ xói lở bờ biển châu thổ Bắc Bộ Đỗ Ngọc Quỳnh nnk [23] nghiên cứu biến động đường bờ biển, đưa phương pháp tính tốn vận chuyển bùn cát mơ hình tính biến dạng đường bờ, kết ứng dụng cho số vùng xói lở dọc ven bờ biển Việt Nam Ngoài ra, số đề tài tiến hành vùng nghiên cứu như: “Nguyên nhân giải pháp phòng chống sa bồi luồng tàu vùng Cảng Hải Phòng”, đề tài “Nghiên cứu nguyên nhân đề xuất giải pháp phòng chống xói lở đảo Cát Hải”, “Nghiên cứu ảnh hưởng đập Đình Vũ tới điều kiện động lực vùng cửa Cấm – Nam Triệu liên quan đến sa bồi luồng vào cảng Hải Phòng” báo cáo nghiên cứu chuyên đề khác 100 Hình 4.28 Trường sóng hướng Đơng Nam triều dâng Hình 4.29 Trường sóng hướng Đơng Nam triều xuống Kết mơ trường sóng hướng Tây Nam thể hình 4.30 (khi triều dâng) 4.31 (khi triều rút) Hình 4.30 Trường sóng hướng Tây Nam triều dâng 101 Hình 4.31 Trường sóng hướng Tây Nam triều rút Để phân tích đánh giá hiệu cơng trình chỉnh trị, ta tiến hành so sánh số liệu trích rút mực nước, sóng, lưu tốc dòng chảy số điểm đặc trưng Các điểm nghiên cứu lấy vị trí A1, A2, A3, A4 (hình 4.32) Hình 4.32 Sơ đồ vị trí điểm trích rút 102 Trong - A1: Điểm thuộc vị trí bến Gót - A2, A3: Điểm nằm luồng Lạch Huyện - A4: Điểm nằm ngồi cửa Lạch Huyện Kết trích số liệu mực nước cho thấy giá trị mực nước điểm khảo sát trước sau có cơng trình chênh lệch ít, đặc biệt thời kỳ triều lên Tại thời điểm triều rút, giá trị mực nước trước sau có cơng trình chênh khoảng 0,5m Càng vào sâu sơng giá trị mực nước tăng Giá trị mực nước điểm nghiên cứu thể bảng 4.3 Bảng 4.3 Các giá trị trích mực nước điểm nghiên cứu Trước có cơng trình Sau có cơng trình Điểm Hmin Hmax Biên độ Hmin Hmax Biên độ A1 A2 A3 A4 -1,00 -1,11 -1,12 -1,06 1,93 1,92 1,91 1,86 2,93 3,03 3,03 2,92 -1,54 -1,72 -1,84 -1,71 1,92 1,89 1,83 1,85 3,46 3,61 3,67 3,56 Để có nhìn định lượng phân bố lưu tốc khu vực nghiên cứu, tiến hành khảo sát biến đổi lưu tốc lớn nhỏ điểm trích rút trước sau có cơng trình chỉnh trị (Bảng 4.4) Bảng 4.4 Các giá trị lưu tốc điểm trích rút (m/s) Có cơng trình Điểm A1 A2 A3 A4 Vmax 0,2789 0,3378 0,4957 0,4820 Vmin 0,0010 0,0009 0,0041 0,0024 Khơng có cơng trình Vmax 0,2795 0,3238 0,3730 0,3557 Vmin 0,0013 0,0018 0,0055 0,0044 ∆V ∆Vmax 0,0006 0,0140 0,1227 0,1263 ∆Vmin 0,0003 0,0009 0,0014 0,0020 Như có cơng trình lưu tốc dòng chảy có xu lớn Điều giải thích co hẹp mặt cắt ngang xây dựng cơng trình khiến cho lưu tốc dòng tăng lên Một vấn đề đáng lưu tâm xây dựng cơng trình là: Cơng trình chắn sóng 103 phải tạo vùng nước lặng khu vực cảng Ta xem xét giá trị chiều cao sóng điểm trich rút thể bảng 4.5 Bảng 4.5 Các giá trị chiều cao sóng điểm trích rút Điểm Khơng có cơng trình Có cơng trình Hmin Hmax Htb Hmin Hmax Htb A1 0,00024 0,35 0,075 -0,00057 0,23 0,01 A2 0,00022 0,61 0,111 -0,00072 0,19 0,048 A3 0,00031 0,90 0,130 -0,00035 0,46 0,127 A4 0,00033 1,17 0,256 -0,00018 0,59 0,253 Như vậy, dựa vào kết trích rút ta thấy giá trị chiều cao sóng giảm đáng kể có cơng trình Kết mơ cơng trình cho thấy: - Cơng trình chặn hầu hết sóng có hướng Tây Nam phần sóng hướng Nam ảnh hưởng đến khu vực cảng Lạch Huyện - Lưu tốc dòng chảy tăng lên phía sau cơng trình - Lưu tốc dòng chảy uốn quanh theo tuyến cơng trình, cần xem xét tính nhiễu xạ - Dòng dọc bờ khu vực đảo Cát Hải bị chặn lại đê chắn sóng, ngăn cản dòng vận chuyển bùn cát Như cần có tốn hình thái để xem xét tác động cơng trình đến hình thái đường bờ đảo Cát Hải việc bồi lấp cửa Lạch Huyện 4.2.4 Tính tốn vận chuyển bùn cát Khi xây dựng cơng trình chỉnh trị, dòng vận chuyển bùn cát tự nhiên bị chặn lại, gây tượng bồi lắng cửa cảng, gây cản trở đến giao thông thủy, lại tàu bè vào cảng Chính cần phải nghiên cứu quy luật vận chuyển bùn cát khu vực cảng điều kiện có cơng trình để xem xét tổng quan tượng bồi lắng cửa cảng, từ đề biện pháp xử lý Sử dụng modul tính vận chuyển bùn cát Mike 21 Couple để tính tốn vận chuyển bùn cát cho khu vực Lạch Huyện, xem xét tác động cơng trình đến hình thái đường bờ việc bồi lấp cửa sông Số liệu độ đục biên bao gồm: Diễn biến hàm lượng bùn cát lơ lửng 104 (Hình 4.33 4.34), thành phần giới, vận tốc chìm lắng ứng suất tới hạn bồi lắng thành phần - Ứng suất chìm lắng tới hạn: 0,07 N/m2 - Hàm lượng bùn cát lơ lửng biên: Hình 4.33 Độ đục trạm Đình Vũ sơng Bạch Đằng tháng 7- 2006 Hình 4.34 Độ đục trạm sông Chanh tháng 7/2006 * Thơng số mơ hình: - Bước thời gian tính tốn: t=10s - Hệ số nhám: Sử dụng độ nhám cho khu vực có địa hình thay đổi - Hệ số nhớt thủy động: 2,5- 3m2 /s áp dụng khắp mơ hình Trong điều kiện có cơng trình, ta xem xét trình vận chuyển bùn cát, bồi lắng cửa sông Lạch Huyện 105 Trong mùa lũ, nước lũ sơng đổ mạnh, dòng bùn cát mà tăng lên Vì vậy, xét yếu tố bồi lấp cửa sông, ta xét đến quy luật vận chuyển bùn cát mùa hè (tháng 7) Kết mơ q trình vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu trước sau có cơng trình thể hình 4.35 4.36 Hình 4.35 Quá trình vận chuyển bùn cát chưa có cơng trình Hình 4.36 Q trình vận chuyển bùn cát mùa hè Để tiện cho việc phân tích q trình bồi xói khu vực ta tiến hành so sánh phân bố độ đục trước sau có cơng trình điểm trích rút thể hình 4.37 106 Hình 4.37 Sơ đồ điểm trích rút độ đục Số liệu trích rút độ đục thể bảng 4.6 Bảng 4.6 Số liệu trích rút độ đục (kg/m3) Điểm A1 A2 A3 A4 A5 Khơng có cơng trình Smax Stb Smax Stb 0,31 0,35 0,1 0,1 2,86 0,26 0,43 0,17 0,09 2,91 0,08 0,12 0,13 0,073 1,24 0,09 0,099 0,072 0,081 1,24 Có cơng trình Nhận xét: - Dòng bùn cát lan truyền từ sông tuân theo xu dòng chảy thuận nghịch - Bùn cát từ sông Chanh lan qua bên sông Bạch Đằng qua kênh kênh Cái Tráp kênh Hà Nam 107 - Số liệu trích rút cho thấy, sau có cơng trình lượng bùn cát điểm A1 A4 giảm xuống, điểm A2 A3 lại tăng lên Điều chứng tỏ có cơng trình, dòng bùn cát bị chặn lại bồi lắng vị trí A2 A3 Sự chênh lệch điểm A4 trước sau có cơng trình khơng lớn Đối với điểm A1, A2: Do có cơng trình, mặt cắt lòng sơng bị thu hẹp, gia tốc dòng nước lớn bùn cát điểm A1 cửa nên gây xói, ngồi cơng trình chặn dòng bùn cát dọc bờ Cát Hải điểm A2 nên xảy tượng bồi tụ - Bùn cát tập trung bồi lắng nhiều bên phía mũi nhơ đảo Cát Bà Lượng bồi lắng lớn Như vậy, dựa vào kết mô vận chuyển bùn cát, sử dụng modul Mike21 Couple, ta thấy quy luật bồi lắng bùn cát có cơng trình chỉnh trị Khi xây dựng đê chắn sóng cảng Lạch Huyện cần ý đến vị trí gây bồi lắng khu vực cửa sông: Tại gốc đê phía Cát Hải; đoạn chuyển tiếp tuyến đê; mũi nhơ phía đảo Cát Bà Khi xây dựng cơng trình thời gian cần có biện pháp để chống tượng bồi lắng cửa cảng như: sử dụng tàu hút, hút bùn cát từ chỗ bồi để chuyển sang chỗ xói… Nhận xét chung: Sử dụng modul phần mềm MIKE 21, q trình sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát khu cảng Lạch Huyện mơ phỏng, tính tốn điều kiện trước sau có cơng trình Từ kết mơ phỏng, ta phân tích xu biến đổi q trình này: * Trường dòng chảy: - Trước có cơng trình: Trong điều kiện trạng, dựa kết mô cho thấy khu vực luồng tàu phía dòng sơng chiếm ưu so với dòng triều Càng phía ngồi, dòng triều chiếm ưu Trường lưu tốc khu vực sông đổ biển tuân thủ theo quy tắc thuận nghịch, triều xuống theo hướng biển, triều lên trường lưu tốc kỳ triều có ảnh hưởng khơng đáng kể đến trường lưu tốc thủy lực dòng Trường dòng 108 chảy chịu ảnh hưởng sóng, biên phía biển, trường dòng chảy có xu bị uốn cong theo hướng sóng Tại bờ Đơng, bờ Tây, hướng lưu tốc hướng ngang Trong mùa lũ, dòng chảy lũ từ sơng đổ xuống theo hướng Nam, lưu tốc dòng chảy lớn đạt 1,0 m/s đến 1,2 m/s khu vực cửa biển - Sau có cơng trình: Kết trích số liệu mực nước cho thấy giá trị mực nước điểm khảo sát trước sau có cơng trình chênh lệch ít, đặc biệt thời kỳ triều lên Tại thời điểm triều rút, giá trị mực nước trước sau có cơng trình chênh khoảng 0,5m Càng vào sâu sơng giá trị mực nước tăng Lưu tốc dòng chảy có xu tăng lên Điều giải thích co hẹp mặt cắt ngang xây dựng cơng trình khiến cho lưu tốc dòng tăng lên Dòng dọc bờ khu vực đảo Cát Hải bị chặn lại đê chắn sóng, ngăn cản dòng vận chuyển bùn cát * Trường sóng: - Trước có cơng trình: Trường sóng truyền vào khu vực nghiên cứu theo hướng Nam: Hướng sóng vng góc đường đồng mức điạ hình đáy Đây trường sóng tác động trực tiếp đến cơng trình cảng Lạch Huyện, cần quan tâm Trong kỳ triều lên, với dòng triều sóng tác động mạnh đến dòng chảy sơng, gây hỗn loạn dòng chảy khu vực cửa sơng Trường sóng truyền vào khu vực nghiên cứu theo hướng Tây Nam: Đây sóng tác động trực tiếp đến khu cảng Lạch Huyện, nhiên tần suất xảy sóng hướng Tây Nam khơng lớn Dòng chảy sóng gặp dòng sơng vào mùa lũ bị uốn cong Vào mùa kiệt dòng sóng dòng triều tiến sâu vào sơng Trường sóng truyền vào khu vực nghiên cứu theo hướng Đơng Nam: Sóng từ biển truyền thẳng vào khu vực cảng Tuy nhiên điều kiện địa hình, cảng Lạch Huyện đảo Cát Bà che chắn phía Đơng phần phía Đơng Nam nên hướng sóng khơng ảnh hưởng nhiều đến cửa cảng - Sau có cơng trình: Dựa vào kết trích rút ta thấy giá trị chiều cao sóng giảm đáng kể có cơng trình Cơng trình chặn hầu hết sóng có hướng Tây Nam phần sóng hướng Nam ảnh hưởng đến khu vực cảng Lạch 109 Huyện * Trường vận chuyển bùn cát: - Dòng bùn cát lan truyền từ sơng tuân theo xu dòng chảy thuận nghịch - Bùn cát từ sông Chanh lan qua bên sông Bạch Đằng qua kênh kênh Cái Tráp kênh Hà Nam - Số liệu trích rút cho thấy, sau có cơng trình, dòng bùn cát bị chặn lại bồi lắng vị trí A2 A3 Sự chênh lệch điểm A4 trước sau có cơng trình khơng lớn Đối với điểm A1, A2: Do có cơng trình, mặt cắt lòng sơng bị thu hẹp, gia tốc dòng nước lớn bùn cát điểm A1 cửa nên gây xói, ngồi cơng trình chặn dòng bùn cát dọc bờ Cát Hải điểm A2 nên xảy tượng bồi tụ Bùn cát tập trung bồi lắng nhiều bên phía mũi nhơ đảo Cát Bà, lượng bồi lắng lớn Do cần có cơng tác quan trắc nghiên cứu thực tế để đánh giá hiệu đê chắn sóng vấn đề ngồi dự kiến nhằm phòng phòng chống giảm thiểu tác động tiêu cực 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Với đường bờ biển dài 3260km khu vực kinh tế trọng điểm ven biển đóng góp phần quan trọng vào phát triển kinh tế xã hội chung đất nước Chính cơng trình bảo vệ bờ biển ngày giữ vị trí quan trọng đời sống kinh tế xã hội việc nghiên cứu, tính tốn thiết kế, đánh giá ổn định cơng trình bảo vệ bờ ngày phải quan tâm Trong nhiều năm qua, kỹ thuật công nghệ thiết bị mới, sử dụng phần mềm mô hình tốn đưa vào triển khai áp dụng phục vụ cho công tác nghiên cứu đem lại nhiều kết khả quan, phù hợp với thực tế Qua q trình phân tích ta rút số quy luật bồi xói khu vực cảng Lạch Huyện sau: - Trong hoạt động xói lở, bồi tụ khu cảng Lạch Huyện, hoạt động bồi tụ chiếm ưu quy mô tốc độ so với xói lở Q trình bồi tụ xảy chủ yếu hai bên bờ luồng tàu, xa cửa sơng q trình thể rõ ràng Q trình xói lở chủ yếu diễn đáy luồng tàu, xói ngang xảy số đoạn bờ khu lạch Gót Phù Long Nói chung, lòng dẫn luồng tàu tương đối ổn định - Hoạt động bồi xói khu vực mang tính chất mùa vụ rõ rệt Vào mùa hè, hoạt động bồi xói xảy mạnh mẽ tác dụng sóng, dòng chảy, thủy triều Vào mùa đơng, hoạt động bồi xói diễn với cường độ thấp - Quá trình bồi lấp luồng tàu Lạch Huyện xảy bùn cát từ cửa Nam Triệu đưa lên bồi lắng luồng tàu bên phía Cát Hải Trong đó, bờ bên phía Cát Bà chủ yếu bồi tụ kết triều rút, dòng chảy mang vật liệu bồi tích vào bờ Trong trường hợp có bão lũ hoạt động bồi tụ xói lở xảy với cường độ mạnh Trong trình nghiên cứu, sử dụng phần mềm mô điều kiện mơ hình thủy động lực, từ đưa quy luật biến đổi trường 111 sóng, diễn biến dòng chảy tổng hợp (dòng chảy sơng, dòng sóng, dòng triều), vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu Từ việc nghiên cứu mơ hình hóa, tơi rút số kết luận sau: - Việc ứng dụng mơ hình đại Mike 21Couple Flow FM giải pháp hiệu hợp lý để nghiên cứu dòng chảy khu vực Lạch Huyện lân cận với địa hình đáy bờ bị chia cắt đảo, bãi cạn, cửa sông, luồng tàu bị chia cắt thêm có cơng trình cảng Lạch Huyện luồng tàu kèm theo - Các sở liệu nhập cần thiết liên quan đến dòng chảy vùng nghiên cứu lân cận xây dựng hợp lý, bảo đảm tính đắn nghiệm số mơ hình thủy lực số Vị trí chọn đặt đoạn biên lỏng cân nhắc từ nhiều phía cho sát với biên tự nhiên, đủ xa vùng nghiên cứu phù hợp với công nghệ tính tốn Các sở liệu nhập thơng số mơ hình kiểm định chặt chẽ trước ứng dụng để tính tốn dòng chảy trạng dự báo tác động cơng trình - Phương án thiết kế cơng trình phù hợp, giảm thiểu tác động cơng trình lên dòng chảy thể hiện: + Vị trí xây dựng cơng trình kè chắn sóng nằm vùng bồi tụ địa hình nhơ cao, giảm thiểu tác động đến dòng chảy + Phương cơng trình song song với hướng dòng chảy cửa Lạch Huyện, mức độ ngăn dòng tối thiểu KIẾN NGHỊ Các kết nghiên cứu luận văn sử dụng để: - Làm đầu vào công tác tư vấn thiết kế xây dựng cảng cửa ngõ Lạch Huyện; để tính tốn bồi/xói vùng khu vực nghiên cứu điều kiện trạng sau có cơng trình Đề nghị chủ đầu tư cho tiếp tục quan trắc, đo đạc dòng chảy, bùn cát, diễn biến bồi xói khu vực Lạch Huyện bước nghiên cứu, thiết theo sau có cơng trình để kịp thời xử lý vấn đề xuất biến động khí hậu toàn cầu hoạt động người vùng khu vực lân cận 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ban đạo chương trình biển KHCN-06 (2002), Báo cáo tổng kết chương trình điều tra nghiên cứu biển cấp Nhà nước (1997-2006) Báo cáo khảo sát địa chất cơng trình Cảng cửa ngõ Lạch Huyện – Hải Phòng Hạng mục khảo sát địa chất khu vực cảng luồng tàu (Dự án đầu tư xây dựng cơng trình), TEDIPort, Hà Nội Nguyễn Cẩn nnk (1985) Đặc điểm Kiến tạo - Địa chất lãnh thổ Việt Nam Hội nghị KHKT Địa chất Việt Nam lần II - Tuyển tập Tập II, tr 150 – 163, Hà Nội Nguyễn Cẩn (1991), Vấn đề dự báo đới sinh động đất sở phân tích mối liên quan kiến tạo địa chất Vài liên hệ lãnh thổ lãnh hải Việt Nam, Địa chất No 206 - 207, tr 24 - 26 Nguyễn Cẩn, Nguyễn Đình Hoè, Trần Đức Thạnh nnk (1993), Hoạt động đứt gãy đại vùng Hải Phòng - Quảng Yên, Trong "Tài nguyên môi trường biển", Nxb KH & KT Nguyễn Văn Cư nnk (1987), Nghiên cứu xác định nguyên nhân biển lấn vào đảo Cát Hải bước đầu đề xuất biện pháp cơng trình phòng chống chủ yếu, Báo cáo tổng kết đề tài, Viện khoa học trái đất, Hà Nội Nguyễn Văn Cư nnk (1990), Động lực vùng ven biển cửa sông Việt Nam – Phần nghiên cứu cửa sông, Đề tài 48B-02-01, Viện KHVN, Hà Nội Nguyễn Văn Cư nnk (1994), Đặc điểm trình động lực trạng bồi xói ven biển đồng sơng Hồng, Báo cáo tổng kết đề tài VIE 89/034, Hà Nội Nguyễn Văn Cư nnk (1997), Nguyên nhân giải pháp phòng chống sa bồi luồng tàu vào cảng Hải Phòng, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước, Hà Nội 10 Nguyễn Văn Cư nnk (1999), Điều tra tài nguyên môi trường nhằm khai nhằm khai thác hợp lý đất hoang hoá bãi bồi ven biển cửa sông Việt Nam, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước, Hà Nội 11 Nguyễn Văn Cư, Phạm Huy Tiến (2001), Nghiên cứu dự báo phòng chống sạt lở bờ biển miền Trung (đoạn từ Thanh Hóa đến Bình Thuận), Báo cáo tổng kết đề án KHCN cấp nhà nước 5B, 226tr 113 12 Nguyễn Văn Cư nnk (2010), Nghiên cứu trình động lực học, dự báo vận chuyển, bồi lắng bùn cát Lạch Huyện, nam Đồ Sơn (Hải Phòng) trước sau xây cảng nước sâu giải pháp khắc phục, Báo cáo tổng kết chương trình KHCN cấp Nhà nước K.08/06-10 13 Tô Quang Định, Đặng Kim Quy nnk (1990), Bộ đồ biến động bờ biển Việt Nam tỷ lệ 1/250.000 Bản đồ biến động vùng cửa sông tỷ lệ 1/50.000, Báo cáo tổng kết đề tài thuộc chương trình 48B-07-02-01, 29tr 14 Đojicov, Nguyễn Văn Chiển nnk (1971), Địa chất miền Bắc Việt Nam, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 15 Nguyễn Quang Hạp (1968), Đặc tính lớp mỏng cứng trũng Hà Nội hình thành trầm tích phủ nó, Địa chất No 78 - 80, tr 15 - 21 16 Đinh Văn Huy nnk (1985), Về hình thành đảo Cát Hải – Hải Phòng, phát khảo cổ học năm 1985, Viện Khảo cổ học, Hà Nội 17 Huỳnh Ngọc Hương, Nguyễn Đức Chính (1960), Tam giác châu hay đồng hạ lưu sông Hồng, Sinh vật - Địa học Tập III, tr 55 - 58 18 Hoàng Ngọc Kỷ (1976), Trầm tích nhân sinh hình thành đồng Bắc Bộ, Địa chất No 126, tr - 19 Hoàng Ngọc Kỷ (1989), Địa tầng nét lớn lịch sử phát triển địa chất miền Bắc Việt Nam kỷ Đệ Tứ, Tóm tắt luận án PTS, tr - 120 20 Ninh Thọ Minh (2002), Nghiên cứu tượng xói lở bờ biển Cát Hải – Hải Phòng đề xuất giải pháp phòng chống thích hợp, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Hà Nội 21 Nguyễn Thanh Ngà (1995), Hiện trạng nguyên nhân bồi xói dải bờ biển Việt Nam, đề xuất biện pháp khoa học kỹ thuật bảo vệ khai thác vùng đất ven biển, Báo cáo tổng kết đề tài KT-03-14, 223tr 22 Nguyễn Viết Phổ, Nguyễn Đình Khơi, Vũ Văn Tuấn (1993), Tài nguyên nước môi trường hệ thống sơng Hồng – sơng Thái Bình Nxb Nơng Nghiệp, Hà Nội 23 Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Mạnh Hùng (2000), Tính tốn vận chuyển bùn cát, biến động đường bờ kết ứng dụng cho số vùng xói lở dọc ven bờ biển Việt Nam, Báo cáo hội thảo bồi tụ xói lở ven biển Việt Nam, Hà Nội 114 24 Tài liệu Khí tượng Hải văn trạm Hòn Dáu, Cửa Ơng, Văn Lý từ 1960 đến Lưu trữ Tổng cục KT - TV 25 Đặng Ngọc Thanh (1991), Nghiên cứu trình thủy thạch động lực vùng bờ biển mở, Báo cáo tổng kết đề tài 48B-02-01, 35tr 26 Trần Đức Thạnh (1993), Tiến hố địa chất vùng cửa sơng Bạch Đằng Holocene, Luận án PTS, tr - 121 276 Phạm Ngọc Tồn Phan Tất Đắc (1978), Khí hậu Việt Nam, Nxb KHKT, Hà Nội 28 Đỗ Văn Tự (1988), Đặc điểm trầm tích lịch sử địa chất Đệ Tứ đồng Bắc Bộ, Tóm tắt luận án PTS, 24 trang, Hà Nội 29 Nguyễn Trọng Yêm (1991), Đặc điểm chủ yếu địa động lực đại lãnh thổ miền Bắc Việt Nam, Địa chất Tài nguyên, Nxb Khoa học Kỹ thuật, trang - 10 30 CCOP COAST PLAN (1999), Yellow River Delta, China- Planning in Four Dimensions, Beijing/Bangkok, 1999 31 CERC (1986), Coastal littoral transports, Washington DC, 185 pages 32 Douglas, J.C (2001), Washington Coastal Erosion Management Strategy 33 Ferdinand Bonn (1994), Télédétection de l'environment, Presses de l'Unversité du Québec, Canada, 532 pp 34 Horikawa, K (cd.) (1987), Nearshore Dynamics and Coastal Processes – Theory, Measurement, and Predictive Models, University of Tokyo Press ... chế hình thành tượng xói lở, bồi tụ khu vực Cảng Lạch Huyện - Dự báo q trình xói lở bồi tụ Cảng Lạch Huyện lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm địa... Nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ Cảng Lạch Huyện lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp có tính cấp thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: ... CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG XÓI LỞ VÀ BỒI TỤ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tổng quan nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ Thế giới 1.1.1 Tổng quan bồi tụ - xói lở số đồng châu thổ Thế