Nghiên cứu cơ chế thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực bờ biển tỉnh trà vinh, đề xuất giải pháp chính trị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC BỜ BIỂN TỈNH TRÀ VINH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Tp Hồ Chí Minh – Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC BỜ BIỂN TỈNH TRÀ VINH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thủy Mã số chuyên ngành: 958 02 02 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG VĂN HUÂN PGS.TS LƯƠNG VĂN THANH TP HCM – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học Tp HCM, ngày 17 tháng năm 2019 Tác giả luận án Nguyễn Thị Phương Thảo i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Kỹ Thuật Biển, Trường Đại Học Tài nguyên Môi trường Tp HCM, Khoa Tài nguyên nước hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến hướng dẫn, giúp đỡ thầy PGS.TS Hoàng Văn Huân PGS.TS Lương Văn Thanh Các thầy tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho tơi kiến thức q báu với lời động viên, khích lệ giúp đỡ cụ thể suốt trình nghiên cứu thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Hữu Nhân, ThS NCS Phan Mạnh Hùng, ThS Lê Thị Vân Linh, người có giúp đỡ thiết thực trình định hướng cho luận án làm quen với cơng cụ mơ hình tốn thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến GS.TSKH Nguyễn Ân Niên, GS Lê Mạnh Hùng, GS Lương Phương Hậu, GS Tăng Đức Thắng, GS Thiều Quang Tuấn, PGS.TS Huỳnh Thanh Sơn, PGS.TS Nguyễn Nghĩa Hùng thầy sở đào tạo có góp ý cách chi tiết, cụ thể để tơi hồn thiện dần luận án Con xin ghi nhớ công ơn Bố Mẹ sinh thành, nuôi dưỡng dạy dỗ trưởng thành ngày hôm Bố Mẹ chỗ dựa tinh thần vững cho trước vấn đề khó khăn sống Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến chồng tôi, Ngô Huy Biên Anh động viên tơi suốt q trình thực luận án đồng thời quan tâm, chăm sóc, lo lắng cơng việc gia đình để tơi có đủ thời gian vừa hồn thành công việc quan, vừa thực công việc nghiên cứu cho luận án Tôi nỗ lực để hồn thành tốt luận án chắn điều sai sót, kính mong q thầy bạn đọc đóng góp ý kiến để tơi tiếp tục hồn thiện luận án Nguyễn Thị Phương Thảo ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 0.1 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 0.1.1 Yêu cầu phòng chống sạt lở 0.1.2 Yêu cầu bảo vệ phát triển rừng ngập mặn 0.1.3 Yêu cầu bảo vệ môi trường ven biển 0.1.4 u cầu cơng trình chỉnh trị bảo vệ ổn định bờ biển 0.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN .7 0.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 0.4 CẤU TRÚC VÀ NỘI DUNG LUẬN ÁN .8 0.5 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XĨI MỊN BỜ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ 1.1 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ XÓI LỞ BỜ BIỂN 1.1.1 Nguyên nhân chế xói lở/bồi lắng bờ biển bùn có rừng ngập mặn 1.1.2 Các cơng trình bảo vệ bờ biển 20 1.2 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XĨI LỞ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VIỆT NAM 24 1.2.1 Một số nghiên cứu tác giả nước 24 1.2.2 Các cơng trình nghiên cứu kết hợp tác giả nước ngồi nước 24 1.2.3 Các cơng trình nghiên cứu tác giả nước .28 1.3 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XĨI LỞ BỜ BIỂN TRÀ VINH 33 1.3.1 Kết nghiên cứu tác giả nước 33 1.3.2 Kết nghiên cứu nước 34 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN BỜ BIỂN 35 1.5 NHẬN XÉT CHUNG 38 1.5.1 Những thành tựu đạt .38 1.5.2 Những vấn đề tồn 39 1.6 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN .41 1.6.1 Vấn đề nghiên cứu 41 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu 41 iii 1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 42 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 2.1 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MƠ HÌNH TÍNH TỐN 43 2.1.1 Giới thiệu phương pháp mơ hình tốn 43 2.1.2 Lựa chọn phần mềm .43 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH TÍNH TỐN 45 2.2.1 Mơ dòng chảy vùng nước nông 45 2.2.2 Tính tốn sóng 47 2.2.3 Mô trình vận chuyển bùn cát biến hình lòng dẫn 49 2.2.4 Phương pháp xây dựng đồ .52 2.3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN .53 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 66 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC PHỤC VỤ CHỈNH TRỊ BỜ BIỂN TRÀ VINH 68 3.1 NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VEN BỜ 68 3.1.1 Yếu tố tác động từ sông Mê Công 68 3.1.2 Yếu tố triều biển Đông 74 3.1.3 Yếu tố dòng chảy 76 3.1.4 Yếu tố sóng biển 88 3.1.5 Chế độ vận chuyển bùn cát trữ lượng 94 3.1.6 Cơ chế thủy động lực vận chuyển bùn cát .105 3.1.7 Sơ đồ thủy động lực vận chuyển bùn cát vùng bờ biển Trà Vinh 107 3.2 NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI BỜ BIỂN TRÀ VINH 111 3.2.1 Đặc trưng hình thái bờ biển Trà Vinh 111 3.2.2 Kết mơ chế độ bồi xói vùng bờ biển Trà Vinh cho kịch bản114 3.2.3 Xây dựng quan hệ đường chiều dày bồi lắng theo thời gian số khu vực đặc trưng bờ biển Trà Vinh 118 3.3 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ 123 3.3.1 Các trình xói lở 123 3.3.2 Đề xuất giải pháp chỉnh trị 130 3.4 GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ BẢO VỆ BỜ BIỂN TRÀ VINH KHU VỰC HIỆP THẠNH 134 iv 3.4.1 Giới thiện khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh 134 3.4.2 Lựa chọn phương án bố trí tổng thể cơng trình 135 3.4.3 Phân tích hiệu hệ thống cơng trình chỉnh trị 138 3.4.4 Nhận xét chung 143 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 144 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 146 4.1 KẾT LUẬN 146 4.2 KIẾN NGHỊ .148 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 150 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH – KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 157 PHỤ LỤC 2: ĐỊA HÌNH KHU VỰC BỜ BIỂN TRÀ VINH .- PHỤ LỤC 3: TÀI LIỆU CHỨNG MINH BÙN CÁT BỊ GIỮ LẠI Ở THƯỢNG NGUỒN DO XÂY DỰNG ĐẬP THỦY ĐIỆN TRÊN SÔNG MÊ CÔNG - - v - DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BBTV: Bờ biển Trà Vinh BĐKH: Biến đổi khí hậu BTCT: Bê tông cốt thép CSDL: Cơ sở liệu DEM: Digital Elevation Model ĐB: đông bắc ĐH: Đại học ĐHXD: Đại học xây dựng ĐBSCL: Đồng sông Cửu Long GIS: Geographical Information System (Hệ thống thông tin địa lý) GMĐB: Gió mùa đơng bắc GMTN: Gió mùa tây nam KTTV: Khí tượng thủy văn KTXH: Kinh tế xã hội NBD: Nước biển dâng NCKH: Nghiên cứu khoa học NN&PTNT: Nông nghiệp phát triển nông thôn NCS: Nghiên cứu sinh TN: Tây nam TNMT: Tài nguyên môi trường HCM: Thành phố Hồ Chí Minh TT.: Thị trấn TVXD: Tư vấn xây dựng VNC: Vùng nghiên cứu XD: Xây dựng vi thành phần hạt trầm tích đáy, bùn cát lơ lửng, ứng suất đáy tới hạn xói/bồi, Tuy nhiên, số liệu khảo sát thực đo hạn chế, thưa phân bố khơng gian thời gian nên tham số lại phải xem xét thơng số hiệu chỉnh mơ hình Trong nghiên cứu này, bên cạnh việc hiệu chỉnh mơ hình số liệu nồng độ bùn cát lơ lửng số trạm quan trắc cửa sông ven biển, việc hiệu chỉnh mơ hình thực việc so sánh kết tính tốn mơ hình phân bố bùn cát ven biển với phân bố độ đục ảnh vệ tinh Mẫu bùn cát lơ lửng lấy lần/ngày/1 vị trí, số liệu đo từ thực tế coi số liệu trung bình ngày (ngày khảo sát 14/9/2011) Vì số liệu đo đạc nên khơng thể đánh giá hệ số R Hình 9: Nồng độ bùn cát lơ lửng tính tốn thực đo trạm 13 161 Hình 10: Nồng độ bùn cát lơ lửng tính tốn thực đo trạm 16 Hình 11: Nồng độ bùn cát lơ lửng thực đo tính tốn trạm 18 Hình ảnh phân bố độ đục nước ảnh vệ tinh Landsat kết mô nồng độ bùn cát lơ lửng (SSC) module MT số thời điểm hình 12 13 cho thấy: module MT mô tốt tranh phân bố không gian xu vận chuyển bùn cát lơ lửng vùng nghiên cứu Đây chứng nâng cao độ tin module MT sở liệu nhập kèm theo, bao gồm thơng số mơ hình cân chỉnh 162 Trà Vinh Hình 12: So sánh kết mô nồng độ bùn cát lơ lửng phân bố độ đục ảnh vệ tinh vào mùa gió tây nam kỳ triều rút (9h ngày 29/9/2011) 163 Trà Vinh Hình 13: So sánh kết mô nồng độ bùn cát lơ lửng phân bố độ đục ảnh vệ tinh vào mùa gió đông bắc kỳ triều dâng (15h ngày 24/12/2011) 164 b Kết kiểm định mơ hình Mơ hình kiểm định từ ngày 11/08/2014 đến 14/08/2014 trạm đo mực nước (A), trạm đo dòng chảy sóng (B), trạm đo bùn cát M1_2 M3_2 Kết kiểm định mơ hình trình bày hình từ Hình 14 đến Hình 21 Hình 14: So sánh kết mực nước tính tốn mực nước thực đo trạm A (R = 0,85) Hình 15: Vận tốc dòng chảy thực đo tính tốn theo trục Tây -> Đơng (trục x) trung bình độ sâu trạm B (R = 0,76) 165 Hình 16: Vận tốc dòng chảy thực đo tính tốn theo trục Nam -> Bắc (trục y) trung bình độ sâu trạm B (R = 0,72) Hình 17: Chiều cao sóng có nghĩa thực đo tính tốn trạm sóng B (R = 0,62) 166 Hình 18: Chu kỳ sóng thực đo tính tốn trạm sóng B (R = 0,65) Hình 19: Hướng sóng thực đo tính tốn trạm sóng B (R = 0,63) Mẫu bùn cát lơ lửng lấy lần/ngày/1 vị trí, số liệu đo từ thực tế coi số liệu trung bình ngày (ngày khảo sát 13/8/2014) 167 Hình 20: Nồng độ bùn cát lơ lửng thực đo tính tốn trạm M1_2 Hình 21: Nồng độ bùn cát lơ lửng thực đo tính tốn trạm M3_2 168 PHỤ LỤC ĐỊA HÌNH KHU VỰC BỜ BIỂN TRÀ VINH -1- -2- -3- PHỤ LỤC TÀI LIỆU CHỨNG MINH BÙN CÁT BỊ GIỮ LẠI Ở THƯỢNG NGUỒN DO XÂY DỰNG ĐẬP THỦY ĐIỆN TRÊN SÔNG MÊ CÔNG Theo quy ước, lưu vực sông Mê Công chia thành hai tiểu lưu vực: lưu vực thượng nguồn sông Mê Công (24% diện tích) lưu vực hạ lưu sơng Mê Cơng (76% diện tích) Năm 2005, Lu Siew [53], tiến hành đánh giá ảnh hưởng việc đập Manwan dòng sơng Mê Cơng Trung Quốc vào vận hành năm 1993 đến chế độ thủy văn, dòng chảy nguồn bùn cát phía hạ lưu Nghiên cứu sử dụng tài liệu cơng bố trước Ủy hội sông Mê Công để so sánh với kết đo đạc thực tế mực nước, lưu lượng, nồng độ bùn cát lơ lửng (Suspended Sediment Concentration - SSC) Hình 1: Bản đồ khu vực hạ lưu sơng Mê Cơng vị trí trạm đo sử dụng để so sánh mực nước phù sa (Trong có trạm Tân Châu, Mỹ Thuận, Cần Thơ thuộc Việt Nam) [53] Kết cho thấy, sau đập Manwan (Trung Quốc) vào vận hành làm tăng biến động mực nước đặc biệt làm giảm lượng phù sa phía hạ lưu cách rõ rệt Số liệu quan trắc cho thấy hàm lượng phù sa trung bình trạm Tân Châu, Cần Thơ, Mỹ Thuận giảm đến 20 – 30% (hình 2) -1- Hình 2: Hàm lượng phù sa lơ lửng trạm đo hạ lưu sông Mê Công trước sau đập Man an (Trung uốc) vào hoạt động năm 1993 [53] Năm 2006, nghiên cứu Matti K Olli V [56] cho thấy, Trung Quốc, sau đập Manwan có đập Dachaoshan vào hoạt động năm 2003 số đập khác (hoặc đề xuất) xây dựng theo thống kê bảng sau Bảng 1: Hệ thống đập (đã xây dựng đề xuất) thượng lưu sông Mê Công Vân Nam (Trung uốc) [56] Nghiên cứu đánh giá chi tiết ảnh hưởng xây dựng đập thủy điện thượng nguồn Mê Công đến thay đổi thủy văn, đặc biệt lưu lượng bùn cát địa mạo hạ lưu sông Mê Cơng Theo đó, tải bùn cát lơ lửng bị kẹt lại hồ chứa xây dựng thượng lưu tính theo cơng thức kinh nghiệm Brune, gọi “Hiệu suất bẫy bùn cát (TE)” Đập Dachaoshan, có TE = 66%; đập Xiaowan Nuozhadu xây -2- dựng, có TE = 92%, bẫy tất trầm tích Tồn tám tầng đập có tổng hiệu suất bẫy bùn cát TE = 94% Lưu lượng trầm tích từ thượng lưu giảm nghiêm trọng trầm tích bị giữ lại đập Điều có khả tăng xói mòn bờ hạ lưu có tác động tiêu cực đến suất hệ sinh thái [56] Nghiên cứu Claudia K nnk [31] khẳng định, tổn thất trầm tích xây dựng đập thủy điện thượng nguồn dự kiến làm trầm trọng tình trạng xói lở bờ biển xâm nhập mặn ĐBSCL - khu vực vốn bị đe dọa mực nước biển dâng Năm 2014, G M Kondolf nnk [50] tính toán hiệu suất bẫy bùn cát đập thủy điện với kịch khác số lượng đập xây dựng dòng phụ sơng Mê Cơng Trong đó, kịch nguy hiểm tất đập vào hoạt động (đã xây dựng dự kiến hoàn thành đến năm 2020), tổng cộng 38 Kết tính tốn cho thấy, 96% tải trầm tích bị kẹt lại trước đến ĐBSCL (so với trước năm 1990) Điều thật vấn nạn lớn nước ta Hình 4: Tác động tích lũy trầm tích thượng lưu với kịch tất đập đề xuất vào hoạt động 96% tổng lượng trầm tích sơng bị mắc kẹt trước đến ĐBSCL (so với trước năm 1990) [50] -3- Gần nhất, năm 2016, Bộ Tài nguyên Môi trường công bố kết nghiên cứu tác động tổng hợp cơng trình thủy điện sơng Mê Cơng đến vùng hạ lưu [22] Các kịch tính tốn thể bảng 3, với điều kiện năm 2008 Kết tính tốn cho thấy, tổng lượng bùn cát lơ lửng Tân Châu, Châu Đốc giảm từ 57% đến 64% cho Kịch Các kịch tính tốn nghiên cứu tính với trường hợp bất lợi tất đập dòng (hoặc dòng phụ) sơng Mê Công vào hoạt động Đây kịch cho tương lai xa có thủy điện Pak Beng xây nước Lào (1/11 đập dự kiến), kết tính tốn cho thấy mức ảnh hưởng nghiêm trọng đến khu vực hạ lưu sông Mê Công nước ta Bảng 3: Các kịch phát triển thủy điện [22] -4- ... việc nghiên cứu sâu vấn đề chế động lực – vận chuyển bùn cát khu vực ven biển tỉnh Trà Vinh, phục vụ công tác chỉnh trị bảo vệ bờ biển cần thiết 0.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN Nghiên cứu bờ biển. .. NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC PHỤC VỤ CHỈNH TRỊ BỜ BIỂN TRÀ VINH 68 3.1 NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VEN BỜ 68 3.1.1 Yếu tố tác động từ sông... dương, yếu tố tác động từ sông, tác động người,… Việc nghiên cứu sâu vấn đề chế động lực – vận chuyển bùn cát khu vực ven biển tỉnh Trà Vinh, phục vụ công tác chỉnh trị bảo vệ bờ biển nhằm đáp ứng