Đặc điểm vận chuyển bùn cát và nguyên nhân gây bồi lắng khu vực Đầm Nại (Ninh Thuận)

Bài viết trình bày một số kết quả nghiên cứu, đánh giá đặc điểm vận chuyển bùn cát và biến động địa hình đáy ở khu vực đầm Nại (Ninh Thuận) trên cơ sở thiết lập hệ thống mô hình thủy động lực - sóng - vận chuyển bùn cát và biến động địa hình đáy cho khu vực này.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển; Tập 16, Số 3; 2016: 283-296 DOI: 10.15625/1859-3097/16/3/6790 http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst ĐẶC ĐIỂM VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY BỒI LẮNG KHU VỰC ĐẦM NẠI (NINH THUẬN) Vũ Duy Vĩnh1*, Đỗ Thị Thu Hương1, Nguyễn Văn Quân1, Nguyễn Ngọc Tiến2 Viện Tài nguyên Môi trường biển-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện Địa chất Địa vật lý biển-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam * E-mail: vinhvd@imer.ac.vn Ngày nhận bài: 25-8-2015 TĨM TẮT: Bài báo trình bày số kết nghiên cứu, đánh giá đặc điểm vận chuyển bùn cát biến động địa hình đáy khu vực đầm Nại (Ninh Thuận) sở thiết lập hệ thống mơ hình thủy động lực - sóng - vận chuyển bùn cát biến động địa hình đáy cho khu vực Kịch trạng thiết lập, kiểm chứng từ số liệu đo đạc dòng chảy, mực nước mùa mưa mùa khô Theo cách tiếp cận tham số MORFAC (The Morphological Acceleration Factor) mơ hình Delft3D, 36 kịch tính tốn khác thiết lập dựa điều kiện sóng, lưu lượng nước vào đầm Phân tích kết tính tốn cho thấy dòng bùn cát phía ngồi biển khu vực nghiên cứu chủ yếu di chuyển từ phía đơng bắc xuống phía tây - tây nam Lượng bùn cát vào khu cửa đầm (lạch Tri Thủy) từ biển chiếm ưu tuyệt đối so với dòng từ khu vực cửa đầm với giá trị 760,1 m3/ngày 122,8 m3/ngày gây bồi lấp khu vực cửa đầm Dòng bùn cát từ đầm Nại vào từ khu vực cửa nhỏ: 2,1 m3/ngày 3,4 m3/ngày Các kết cho thấy lượng bùn cát từ xung quanh đổ vào đầm Nại khơng biển qua khu vực cửa đầm nguyên nhân gây bồi lắng lòng đầm với tốc độ bồi lắng 15 mm/năm Dòng bùn cát lũ làm tăng đáng kể đến tốc độ bồi lắng lòng đầm Nại lượng bùn cát sau vào đầm phần lớn bị lắng đọng lại lòng đầm Từ khóa: Đầm Nại, vận chuyển bùn cát, biến động địa hình đáy, morfac, Delft3D MỞ ĐẦU Đầm Nại (thuộc tỉnh Ninh Thuận) đầm có diện tích nhỏ hệ thống đầm hồ ven biển miền Trung, diện tích khoảng 700 (chỉ khoảng 1/30 diện tích Tam Giang-Cầu Hai) Đầm Nại nằm sâu đất liền nối với biển kênh dài khoảng km, chiều rộng biến đổi ≈ 200 - 500 m, sâu khoảng - m Địa hình đầm Nại tương đối nơng (độ sâu trung bình khoảng 2,8 m) phẳng với vùng triều rộng chiếm khoảng 2/3 diện tích đáy Mặc dù có diện tích nhỏ đầm Nại khơng có ý nghĩa lớn mặt sinh thái mà có đóng góp quan trọng cho phát triển kinh tế xã hội huyện Ninh Hải thành phố Phan Rang-Tháp Chàm Tuy nhiên, năm gần đây, khu vực đầm Nại có biểu suy thối nghiêm trọng Một nguyên nhân dẫn đến tượng q trình bồi lắng, thu hẹp, giảm thể tích nước đầm Các kết nghiên cứu liên quan biến động địa hình (BĐĐH) đáy hệ trình thủy động lực (TĐL) vận chuyển bùn cát khu vực Tuy nhiên, quy mơ thời gian (time scale) BĐĐH đáy nói chung lớn nhiều lần so với quy mô thời gian trình TĐL vận chuyển bùn cát Vì vậy, theo lý thuyết muốn mơ 283 Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Thị Thu Hương, … BĐĐH đáy, cần phải mô từ bước thời gian với quy mơ nhỏ q trình TĐL vận chuyển trầm tích, sau tổng hợp lại Q trình nhiều thời gian tính tốn, đặc biệt cần mô BĐĐH đáy qui mô thời gian lớn nhiều năm trăm năm Để giải khó khăn đó, nghiên cứu sử dụng cách tiếp cận theo phương pháp MORFAC (Morphological Acceleration Factor), BĐĐH đáy cập nhật với tỷ lệ phù hợp với quy mơ tính tốn q trình TĐL, vận chuyển trầm tích Qua giảm việc lặp lại chu kỳ trình TĐL giống giảm thời gian tính tốn Phương pháp tiếp cận MORFAC cách tiếp cận cho phép mô BĐĐH đáy với khoảng thời gian dài (năm, chục năm, trăm năm) khoảng thời gian tính tốn ngắn phù hợp Điển hình ứng dụng thành công phương pháp lần kết nghiên cứu BĐĐH đáy Lesser nnk., (2004) and Roelvink (2006) [1, 2] Với cách tiếp cận này, mơ hình tốn mơ xu BĐĐH đáy biển ảnh hưởng sóng dòng chảy khoảng thời gian chục năm [3-5] ảnh hưởng lực tác động (chỉ tính đến ảnh hưởng thủy triều) cho tiến hóa địa hình khoảng hàng trăm năm [6-8] Bài viết dựa cách tiếp cận MORFAC để đánh giá đặc điểm vận chuyển bùn cát, BĐĐH đáy khu vực đầm Nại (Ninh Thuận), qua đánh giá nguyên nhân gây bồi lắng khu vực Nại Các số điều hòa thủy triều phía ngồi xa bờ thu thập từ sở liệu FES2004 [10] Số liệu khảo sát nhiệt độ, độ muối nước biển khu vực đầm Nại phía ngồi đề tài KC.08.25/11-15 năm 2013 - 2014 Số liệu nhiệt độ độ muối nước biển vùng biển xa bờ thu thập xử lý từ sở liệu WOA13 với độ phân giải 0,25 độ [11] Nhóm tài liệu thiết lập kịch tính bao gồm số liệu thống kê kết tính mơ hình kết hợp với quan trắc từ vệ tinh (Wave Climate -BMT ARGOSS 2014) đặc trưng sóng, gió trung bình khoảng 20 năm (1992 2013) vùng biển phía ngồi ven bờ Ninh Thuận Các kết tính tốn lượng nước, bùn cát từ lưu vực xung quanh vào đầm Nại điều kiện bình thường lũ [12] Phương pháp Nhóm tài liệu địa hình, đường bờ khu vực gồm số liệu đo sâu đầm Nại đề tài KC.08.25/11-15, số liệu độ sâu đường bờ vùng ven bờ Ninh Thuận từ đồ địa hình 1:50.000 Cục Đo đạc Bản đồ xuất năm 2005 Độ sâu vùng biển phía ngồi sử dụng từ sở liệu GEBCO -1/8 [9] Ngoài phương pháp GIS để số hóa địa hình, lồng ghép đồ số; phương pháp xử lý số liệu từ sở liệu nhiệt muối WOA13 thủy triều FES2004 nhằm cung cấp số liệu cần thiết cho điều kiện biên mở nhiệt - muối cho mô hình TĐL vùng ngồi khơi (với lưới tính thơ) lưu trữ dạng file Netcdf Trong nghiên cứu này, phương pháp lưới lồng (phương pháp NESTING Delf3D) sử dụng để tạo điều kiện biên mở mơ hình [13] Theo phương pháp lưới lồng, để tạo file số liệu cho điều kiện biên mở phía biển mơ hình với lưới chi tiết (cho vùng đầm Nại), mơ hình với lưới thơ thời gian tính tốn, kiểu lưới tính phía ngồi thiết lập Mơ hình lưới thơ có kích thước 91 × 87 điểm tính sử dụng hệ lưới cong trực giao Các lưới có kích thước biển đổi từ 546 - 1.824 m (hình 1b) Theo chiều thẳng đứng, mơ hình chia thành lớp độ sâu hệ tọa độ  Biên mở biển mơ hình chia thành nhiều đoạn khác nhau, đoạn sử dụng số điều hòa sở liệu FES2004 số liệu nhiệt muối trung bình tháng sở liệu WOA13 Số liệu mực nước, dòng chảy để hiệu chỉnh mơ hình kết đo đạc mực nước (1 h/lần) khu vực phía ngồi đầm Hệ thống mơ hình chi tiết cho khu vực đầm Nại thiết lập với hệ lưới cong trực giao, phạm vi miền tính bao gồm vùng nước cửa TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Tài liệu Trong nghiên cứu tài liệu sử dụng, bao gồm: 284 Đặc điểm vận chuyển bùn cát nguyên nhân … đầm Nại khu vực ven biển phía ngồi Miền tính trải rộng với kích thước khoảng 35 km theo chiều đông bắc - tây nam 28 km theo chiều tây bắc - đông nam, chia thành 233 × 69 điểm tính, kích thước ô lưới biến đổi từ 6,5 m đến 953,8 m (hình 1a) Lưới độ sâu thiết lập sở lưới tính đồ địa hình khu vực Các q trình mơ hình TĐL bao gồm trình nhiệtmuối, bùn cát sóng Độ sâu (a) (b) QĐ Hồng Sa QĐ Trường Sa Hình Lưới tính chi tiết lưới độ sâu mơ hình (a- lưới chi tiết; b- lưới thô) Các kịch trạng Trong kịch trạng, mơ hình thiết lập chạy cho nhóm kịch mùa đặc trưng: tháng mùa khơ (tháng - năm 2013); tháng mùa mưa (tháng - 10 năm 2013) tháng mùa khô năm 2014 (tháng - năm 2014) Bước thời gian chạy mơ hình 0,2 phút Điều kiện ban đầu kịch trạng kết tính tốn file restart sau tháng kịch tính (tháng 6, năm 2013 tháng năm 2014) Số liệu để cung cấp cho biên mở phía biển (nhiệt độ, độ muối, mực nước, sóng) lấy từ kết tính tốn từ mơ hình phía ngồi (lưới thơ) phương pháp NESTHD Đây số liệu dạng timeserial với tần suất h/lần Mơ hình sóng thiết lập chạy đồng thời (online coupling) với mơ hình TĐL mơ hình vận chuyển bùn cát Điều kiện biên mở mơ hình sóng sử dụng kết tính sóng WAVE CLIMATE cho vùng Biển Đông thời gian tính tốn [12] Kiểu phổ mơ hình sóng nghiên cứu lựa chọn phổ JONSWAP với hệ số ma sát đáy có giá trị 0,067 Mơ hình B&J [14] lựa chọn để tính ảnh hưởng nước nơng nơi diễn q trình sóng đổ [14] Tham số nhám đáy (bottom roughness) nghiên cứu lựa chọn sử dụng hệ số Manning (n) biến đổi theo không gian với giá trị 0,018 - 0,023 m-1/3s [15, 16] Các giá trị liên quan đến điều kiện rối xác định người dùng số, tham số biến đổi theo khơng gian tính tốn với cách tiếp cận HLES (Horizontal Large Eddy Simulation) tích hợp hệ thống mơ hình Delft3D theo lý thuyết Uittenbogaard [17] Van Vossen [18] Tiêu chuẩn ứng suất cho q trình xói trầm tích lựa chọn 0,26 N/m2 [19] Tiêu chuẩn ứng suất cho q trình bồi lắng trầm tích lựa chọn 0,11 N/m2 [19] Tốc độ xói lớp biên đáy ban đầu giả thiết 10-3 kg/m2.s 285 Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Thị Thu Hương, … Hiệu chỉnh, kiểm chứng kết tính mơ hình Các kết tính tốn mơ hình kiểm chứng thông qua việc so sánh với số liệu quan trắc So sánh kết tính tốn mực nước từ mơ hình với mực nước quan trắc trạm khu vực đầm Nại, cửa đầm phía cửa đầm Nại phía ngồi biển cho thấy phù hợp kể pha biên độ Sai số bình phương trung bình tính tốn đo đạc mực nước trạm này dao động khoảng 0,15 - 0,2 m Các giá trị quan trắc dòng chảy phân tích thành thành phần kinh hướng (u) vĩ hướng (v) trước so sánh với kết tính tốn từ mơ hình Sau lần hiệu chỉnh cuối cùng, kết so sánh cho thấy có phù hợp tương đối số liệu đo đạc tính tốn khu vực [21] Mơ hình vận chuyển trầm tích hiệu chỉnh tham số kiểm chứng kết tính với số liệu hàm lượng trầm tích lơ lửng (TTLL) đo đạc đề tài KC08.25/11-15 Sau lần hiệu chỉnh cuối, kết kiểm chứng cho thấy có phù hợp tương đối số liệu đo đạc kết tính mơ hình (hình 2) (a) (b) (c) (d) Hình So sánh hàm lượng TTLL (mg/l) tính tốn quan trắc mùa mưa (19/10/2013-21/10/2013: a- tầng mặt phía ngồi cửa đầm, b- tầng đáy phía ngồi cửa đầm; c- tầng mặt đầm, d- tầng đáy đầm) Các kịch tính tốn Để đánh giá ảnh hưởng trình động lực đến điều kiện vận chuyển bùn cát địa hình đáy khu vực nghiên cứu, kịch tính thiết lập theo phương pháp MORFAC Hệ số fmorfac áp dụng để tính đến ảnh hưởng tần suất sóng, gió thủy triều lưu lượng nước vào đầm theo công thức sau: 286 f morfac  pc  year duration Tmorpho log ical (1) Trong đó: pc- tần suất xuất sóng khoảng độ cao; year duration- khoảng thời gian tính tốn mơ (giờ); T morphologicalkhoảng thời gian lần tính tốn (giờ) Đặc điểm vận chuyển bùn cát nguyên nhân … Các nhóm kịch thiết lập dựa ảnh hưởng gió, sóng, lưu lượng nước từ xung quanh vào đầm Nại Các số liệu sóng phân tích thành nhóm: có lũ điều kiện bình thường (ít mưa) Điều kiện lũ tính đến dựa kết tính tốn lũ tần suất 10% nhóm tác giả Viện Khoa học Thủy lợi, nội dung thực khuôn khổ đề tài KC.08.25/11-15 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đặc điểm vận chuyển bùn cát Phân tích thống kê từ chuỗi số liệu sóng nhiều năm khu vực nghiên cứu cho thấy thời gian xuất sóng có độ cao nhỏ 0,3 m từ hướng truyền tác động đến vùng biển khu vực nghiên cứu (hướng N, NW, W) chiếm khoảng 14,2% Tần suất xuất độ cao sóng từ 0,3 - 0,5 m khu vực chiếm 22,4% (tương ứng 81,8 ngày năm) Số ngày lại tương ứng với khoảng độ cao sóng, vận tốc gió hướng tác động khác (bảng 1) Các kết tính tốn cho thấy với kịch tính tốn khác nhau, phân bố, vận chuyển bùn cát khu vực thể đặc điểm khác Bảng Các nhóm kịch tính tốn chủ yếu STT Kịch tính 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 n0* n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 n19 n20 n21 n22 n23 n24 n25 n26 n27 n28 n29 n30 n31 n32 n33 n2-lu n7-lu Hướng sóng, gió NE (đơng bắc) E (đông) SE (đông nam) S (nam) SW (tây nam) NE E sóng Tần suất xuất (%) Thời gian xuất (ngày) Hs (m) Tp (s) Tốc độ gió (m/s) 14,2 1,5 0,7 1,3 0,5 0,2 1,8 2,6 4,5 3,5 2,4 1,1 0,5 1,8 2,1 3,5 3,0 0,8 0,3 1,3 2,8 4,7 4,2 2,8 1,6 0,9 1,8 4,5 8,5 7,7 5,8 3,9 1,2 0,7 0,7 51,8 5,5 2,6 4,7 1,8 0,7 6,6 9,5 16,4 12,8 8,8 4,0 1,8 6,6 7,7 12,8 11,0 7,3 2,9 1,1 4,7 10,2 17,2 15,3 10,2 5,8 3,3 6,6 16,4 31,0 28,1 21,2 14,2 4,4 3,0 3,0 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 1 7,5 8,5 9,5 10,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 7,5 7,5 3,5 5,5 7,5 9,5 11,5 3,5 5,5 7,5 9,5 11,5 13,5 15 3,5 5,5 7,5 9,5 11,5 13,5 15 3,5 5,5 7,5 9,5 11,5 13,5 15 3,5 5,5 7,5 9,5 11,5 13,5 15 5,5 5,5 fmorfac 3,51 0,37 0,17 0,32 0,12 0,05 0,45 0,64 1,11 0,87 0,59 0,27 0,12 0,45 0,52 0,87 0,74 0,49 0,20 0,07 0,32 0,69 1,16 1,04 0,69 0,40 0,22 0,45 1,11 2,10 1,91 1,44 0,97 0,30 0,2 0,2 Ghi chú: * Lặng sóng hướng sóng tác động đến khu vực (N, NW, W) 287 Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Thị Thu Hương, … mg/l (a) (c) (e) (b) (d) (f) Hình Phân bố TTLL tầng mặt (mg/l) pha triều xuống khu vực đầm Nại (a- lặng sóng kịch n0; b- kịch n5; c- kịch n8; d- kịch n15; e- kịch n22; f- kịch n29) 288 Đặc điểm vận chuyển bùn cát nguyên nhân … Mặc dù có đặc điểm phân bố trầm tích khác kết tính tốn cho thấy hàm lượng TTLL nước khu vực nhỏ phân bố chủ yếu gần nguồn phát thải ven bờ khu vực gần bờ - nơi chịu ảnh hưởng tác động sóng Trong điều kiện sóng nhỏ dòng bùn cát từ lục địa đưa tập trung gần sát ven bờ đầm (hình 3a) tham gia vào q trình di chuyển đến khu vực khác Khi sóng lớn hơn, ảnh hưởng ứng suất sóng - dòng chảy, lượng bùn cát đáng kể lớp sát đáy bị bứt tách đưa trở lại môi trường nước làm tăng độ đục số khu vực, có vùng biển ven bờ phía ngồi cửa đầm Quá trình tái lơ lửng bùn cát khác phụ thuộc vào độ cao sóng hướng tác động, hướng sóng tác động nhiều hướng E, SE hướng S (hình 3b, 3c, 3d, 3f) Động thái di chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu đánh giá định lượng thông qua phân tích dòng bùn cát qua mặt cắt khác nhau: Cửa đầm phía (cầu Tri Thủy MC I), cửa đầm phía ngồi (MC II), mặt cắt vng góc với bờ (MC III) Các kết tính tốn cho thấy điều kiện bình thường, lượng bùn cát di chuyển vào qua cửa đầm phía 2,1 m3/ngày 3,1 m3/ngày Như mặt cắt dòng bùn cát có cân theo hướng từ vào (a) đầm lớn từ đầm ngồi biển (hình 4a) Trong đó, mặt cắt cửa đầm phía ngồi, dòng bùn cát vào có giá trị 122,8 m3/ngày 760,1 m3/ngày Như cửa đầm phía ngồi dòng bùn cát vào từ biển chiếm ưu tuyệt đối so với dòng bùn cát từ đầm Đáng ý kết phân tích tổng hợp từ tất kịch tính tốn cho thấy dòng bùn cát di chuyển dọc bờ (mặt cắt MC III) có xu hướng xuống phía tây - tây nam nhiều nhiều so với lên phía đơng - đơng bắc: giá trị trung bình ngày dòng bùn cát xuống lên 2.394,7 m3/ngày 65,4 m3/ngày (hình 4a) Trong điều kiện lũ, dòng bùn cát từ đầm phía ngồi tăng mạnh so với bình thường: Dòng bùn cát từ đầm có giá trị khoảng 21,8 m3/ngày so với dòng bùn cát từ vào qua mặt cắt MC I 3,2 m3/ngày Xu tăng mạnh dòng bùn cát qua mặt cắt MC II có lũ thể rõ rệt với giá trị dòng bùn cát đạt 255,4 m3/ngày Trong dòng bùn cát vào từ biển giảm từ 760,1 m3/ngày (năm khơng có lũ) xuống 755,2 m3/ngày có lũ (hình 4b) Các kết phân tích cho thấy ảnh hưởng lũ khơng có tác động đáng kể đến xu di chuyển dòng bùn cát dọc bờ phía ngồi so với điều kiện khơng có lũ (hình 4) (b) Hình Vận chuyển bùn cát trung bình ngày (m3) qua số mặt cắt khu vực đầm Nại mùa mưa (a- khơng có lũ, năm mưa ít; b- trường hợp có lũ, năm mưa nhiều) 289 Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Thị Thu Hương, … Các kết phân tích từ kịch tính tốn khác cho thấy sóng hướng SE S làm tăng cường vận chuyển bùn cát vào khu vực đầm Nại hướng sóng gió lại Trong dòng bùn cát dọc bờ chịu chi phối chủ yếu sóng gió hướng E, SE S (bảng 2) Bảng Tổng hợp vận chuyển bùn cát trung bình (m3/ngày) qua số mặt cắt Hướng sóng gió Lặng sóng (n0) NE (n1-n5) E (n6-n12) SE (n13-n19) S (n20-n26) SW (n27-n33) MC I Ra 1,3 1,9 1,8 2,3 2,3 2,1 Vào 2,4 2,5 3,2 3,9 4,3 2,7 Biến động địa hình đáy khu vực đầm Nại Sự biến động địa hình đáy khu vực đầm Nại kết tác động trực tiếp trình thủy động lực vận chuyển bùn cát Kết phân tích từ kịch tính khác cho thấy biến động điều kiện sóng dòng bùn cát từ xung quanh vào đầm có ảnh hưởng khác đến biến động địa hình đáy khu vực Khi khơng có tác động sóng, kết tính tốn cho thấy địa hình khu có xu bồi tụ chủ yếu Trong vùng ven bờ đầm phía tây - tây bắc có tốc độ bồi lớn với giá trị khoảng - mm/năm Ở khu vực đầm, tốc độ bồi nhỏ với giá trị khoảng - mm/năm (hình 5a) Cũng trường hợp này, xuất số vùng bồi - xói xen kẽ khu vực lạch Tri Thủy cửa đầm phía ngồi Với điều kiện sóng hướng NE, dòng bùn cát khu vực ven bờ phía đơng bắc đầm tăng cường di chuyển đầm, qua làm tăng cường đáng kể tốc độ bồi lắng khu vực đầm lạch Tri Thủy (hình 5b) Tốc độ bồi lắng ảnh hưởng trường gió sóng hướng NE tăng lên với giá trị mm/năm, hướng tác động làm tăng tốc độ bồi lắng khu vực đầm Nại lớn so với hướng sóng lại Mặc dù hướng đường bờ biển phía ngồi làm hạn chế đáng kể ảnh hưởng sóng tác động sóng hướng NE thể thông qua xuất vùng xói nhẹ phía ngồi hai bên bờ kè đồng thời tăng cường bồi tụ khu vực cửa, hai tuyến kè chắn sóng (hình 5b) 290 Ra 43,5 64,2 135,1 188,5 137,8 82,8 Mặt cắt MC II Vào 0,2 87,2 1.022,4 1.211,6 1.260,9 134,8 MC III Lên 2,8 2,8 1,4 1,9 118,4 193,5 Xuống 0,1 32,2 2.680,4 6.173,0 2.755,1 0,2 Tác động sóng hướng E, S SE đến bồi lắng lòng đầm Nại so với hướng NE, giá trị bồi lắng trường hợp phổ biến từ - mm/năm Trong xuất số vùng bồi tụ nhỏ khu vực phía đơng nam bờ đầm Nại (hình 5c, 5d, 5e) Ở khu vực lạch Tri Thủy cửa đầm phía ngồi xuất vùng bồi - xói xen kẽ Tuy nhiên vùng bồi lắp cửa lạch Tri Thủy nhỏ so với trường hợp sóng gió hướng NE, vùng xói đáy vùng ven biển phía ngồi lớn Hướng sóng SW làm tăng cường tốc độ bồi lắng trầm tích phía đầm Nại (lớn so với hướng E, SE E nhỏ so với hướng NE) với giá trị trung bình khoảng - mm/năm (hình 5f) Mặc dù xuất vùng bồi xói khu vực lạch Tri Thủy vùng xói ven biển phía ngồi có phạm vi nhỏ so với trường hợp hướng sóng - gió E, SE S Tổng hợp kết tất kịch tính tốn cho thấy địa hình đáy khu vực đầm Nại có xu bồi chủ yếu, tốc độ bồi lắng tính tốn điều kiện khơng có ảnh hưởng lũ phổ biến khoảng từ 10 mm/năm Khu vực có tốc độ bồi lớn 10 mm/năm vùng ven bờ phía đơng bắc dải hẹp xung quanh đầm (hình 6a) Địa hình đáy khu vực lạch Tri Thủy xuất vùng bồi xói xen kẽ Tuy nhiên vị trí vùng bồi xói thay đổi theo điều kiện động lực, đặc biệt ảnh hưởng hướng sóng khác Ngồi ra, khu vực cửa đầm phía ngồi (giữa hai tuyến kè chắn sóng, hình 6) xuất vùng bồi với giá trị khoảng 15 - 20 mm/năm Đặc điểm vận chuyển bùn cát nguyên nhân … (a) (c) (b) mm (d) (f) (e) Hình Biến động địa hình đáy (mm) khu vực đầm Nại (a- lặng sóng; b- tổng hướng NE; ctổng hướng E; d- tổng hướng SE; e- tổng hướng S; f- tổng hướng SW) 291 Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Thị Thu Hương, … mm (a) (b) Hình Ảnh hưởng lũ đến biến động địa hình đáy (mm) khu vực đầm Nại (a- địa hình đáy năm khơng có lũ; b- địa hình đáy có lũ 10%) Ảnh hưởng lũ phân tích cho thấy yếu tố làm tăng lên rõ rệt tốc độ bồi lắng khu vực nghiên cứu Khi xuất lũ năm, tốc độ bồi tăng lên với giá trị trung bình phổ biến khoảng 10 - 15 mm/năm Điều lý giải xuất lũ, lượng bùn cát lớn đưa vào đầm khả thoát nước biển hạn chế (qua lạch hẹp dài) nên phần lớn lượng bùn cát bị lắng đọng lòng đầm Trong khn khổ thực đề tài KC.08.25/11-15, tiến hành lấy mẫu trầm tích số cột khoan đầm Nại, đầm Tam Giang-Cầu Hai đầm Thị Nại, sau phân tích phương pháp đồng vị phóng xạ để xác định tuổi, tốc độ lắng đọng Các kết phân tích cho thấy khu vực đầm Nại tốc độ bồi tụ lớn lên tới 34,4 mm/năm, nhỏ 2,9 mm/năm trung bình 12,5 mm/năm Các kết khảo sát tương đối phù hợp với kết tính tốn mơ hình Tốc độ bồi lắng khu vực đầm Nại cao rõ rệt so với khu vực đầm Thị Nại, Tam Giang - Cầu Hai kết phân tích cho thấy tốc độ bồi lắng khu vực 2,6 mm/năm 3,1 mm/năm Nguyên 292 nhân chủ yếu khác biệt hình thái địa hình: đầm Thị Nại Tam Giang-Cầu Hai kết nối gần trực tiếp với biển đầm Nại nằm sâu đất liền, nối với biển qua lạch hẹp dài tới gần km Nguyên nhân gây bồi lắng đầm Nại Các kết khảo sát, nghiên cứu khu vực đầm Nại cho thấy đặc điểm trầm tích khu vực có thành phần học cấu tạo chủ yếu cấp hạt bùn sét bùn sét chứa cát, khu vực cửa đầm lạch cấu tạo chủ yếu cấp hạt cát [22] Mặt khác theo sơ đồ quan hệ vận tốc dòng chảy, kích thước đường kính hạt trầm tích khả vận chuyển bùn cát (đường cong Hjulstrom [23] điều chỉnh theo Sundborg [24], đặc điểm thủy động lực có ảnh hưởng quan trọng đến vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu Ở khu vực phía đầm Nại vận tốc dòng chảy hầu hết nhỏ 0,15 m/s, vận tốc trung bình khơng vượt q 0,1 m/s [21] nên khu vực đầm Nại, dòng bùn cát chủ yếu vận chuyển lắng đọng lòng đầm: điều kiện khơng có lũ lượng bùn cát trung bình khỏi đầm 2,1 m3/ngày Kết phù hợp với đánh giá Trịnh Thế Hiếu nnk., (đề tài Đặc điểm địa chất - địa mạo khu vực đầm Nại, Đặc điểm vận chuyển bùn cát nguyên nhân … tỉnh Ninh Thuận, 2005): đặc điểm thủy động lực tạo điều kiện thuận lợi cho trình lắng đọng, bồi lắng trầm tích lòng đầm Nại Lượng bùn cát khỏi khu vực đầm Nại trung bình ngày nhỏ so với lượng bùn cát từ khu vực lạch Tri Thủy vào đầm Tuy nhiên lượng bùn cát nhỏ để làm tăng lượng bồi lắng lòng đầm mà làm tăng bồi lắng khu vực ven bờ phía đông nam đầm Nại Một nguyên nhân khác gián tiếp làm tăng trình bồi lắng khu vực đầm Nại q trình bồi lấp cửa phía ngồi đầm Do trao đổi nước đầm phụ thuộc vào lạch Tri Thủy lạch hẹp dài nên làm hạn chế đáng kể thoát nước vận tốc dòng chảy đầm pha triều xuống Theo kết nghiên cứu Bruun (1968) để đảm bảo ổn định cửa đầm địa hình đáy đầm vận tốc dòng chảy trung bình khu vực cửa đầm kỳ triều cường cần lớn 1,0 m/s [25] Tuy nhiên, khu vực lạch Tri Thủy, vận tốc dòng chảy kỳ chiều cường đạt khoảng 0,4 - 0,5 m/s [21] Mặc dù tuyến kè chắn sóng phía ngồi cửa làm giảm đáng kể dòng bùn cát từ biển vào gây bồi lấp cửa đầm lượng bùn cát vào khu vực lạch Tri Thủy trung bình ngày đạt tới giá trị khoảng 637 m3 Do khả thoát nước từ đầm biển bị hạn chế qua lạch Tri Thủy nên xuất lũ, dòng bùn cát từ xung quanh bị lắng đọng phần lớn lòng đầm (hình 5b) khơng nhiều biển làm tăng đáng kể tốc độ bồi lắng đầm so với trường hợp khơng có lũ (hình 6) Mặt khác, lũ có tác động làm giảm bồi lấp khu vực cửa phía ngồi đầm Nại lạch Tri Thủy dòng bùn cát nhận từ đầm Nại nhỏ lượng bùn cát đưa biển Dòng bùn cát từ xung quanh vào đầm ảnh hưởng lớn đến trình nơng hóa khu vực đầm Nại Theo kết nghiên cứu Trịnh Thế Hiếu nnk., (2005) đề tài “Đặc điểm địa chất - địa mạo khu vực đầm Nại, tỉnh Ninh Thuận”, địa hình xung quanh khu vực đầm Nại chủ yếu dạng địa hình dạng bóc mòn, thảm thực vật nghèo nàn Với dạng địa hình này, kết hợp với kiểu khí hậu khô hạn xuất mưa lũ làm tăng cường q trình xói mòn rửa trơi mang bùn cát xuống lưu vực xung quanh đổ vào đầm Nại Những ảnh hưởng trở lên rõ rệt tác động người chặt phá rừng ngập mặn Theo kết nghiên cứu Nguyễn Đắc Vệ nnk., (2014), diện tích RNM khu vực đầm Nại giảm từ 434,3 (năm 1975) xuống 10,2 (năm 2014), giảm tới 97,7% [26] Ngoài nguyên nhân trên, số tác động khác người trực tiếp gián tiếp làm tăng cường nơng hóa khu vực đầm Nại như: phá rừng đầu nguồn thảm thực vật làm tăng xói mòn rửa trơi xuất mưa lũ tăng nguồn bùn cát đưa vào đầm; hoạt động nuôi trồng thủy sản (đắp đầm, quây ao, …) làm giảm diện tích đầm, thu hẹp lạch Tri Thủy, … điều làm giảm khả trao đổi nước đầm biển làm cường hóa trình nơng hóa đầm Cán cân tương tác biển đầm Nại nghiêng phía biển Do lưu lượng nước từ đầm chảy biển mùa lũ có bị suy giảm đáng kể Điều dẫn đến cửa đầm thường bị bồi lấp không đủ lưu lượng nước từ đầm chảy để đẩy cồn cát ngầm biển, trì ổn định lạch “channel” KẾT LUẬN Với phương pháp tiếp cận Mofac, đặc điểm vận chuyển bùn cát khu vực đầm Nại phân tích đánh giá thơng qua kịch tính khác điều kiện sóng, thủy triều, lưu lượng nước sơng nguồn cung bùn cát Các kết tổng hợp cho thấy phần lớn lượng bùn cát từ nguồn xung quanh vào đầm Nại bị giữ lại phần lớn khu vực bên đầm nguyên nhân gây bồi lắng lòng đầm Kết phân tích cân bùn cát mặt cắt đầm phía (khu vực cầu Tri Thủy) cho thấy lượng bùn cát từ ngồi biển vào đầm trung bình khoảng 1,3 m3/ngày Điều cho thấy có tham gia (dù nhỏ) bùn cát từ biển đến trình bồi lắng khu vực đầm Nại Các điều kiện sóng với hướng độ lớn khác có vai trò khác đến mức độ bồi lắng khu vực đầm Nại Trong sóng từ hướng NE SW có ảnh hưởng đến tốc độ bồi lắng đầm Nại so với sóng từ hướng E, SE S 293 Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Thị Thu Hương, … Dòng bùn cát từ biển vào khu vực lạch Tri Thủy với giá trị trung bình khoảng 637 m3/ngày nguyên nhân gây bồi lấp khu vực này, qua làm hạn chế khả trao đổi nước, vận chuyển bùn cát từ đầm biển Địa hình đáy khu vực lạch Tri Thủy ln biến động (bồi - xói) theo điều kiện động lực khác Đặc biệt xuất lũ, bùn cát từ lạch bị đưa biển nhiều hơn, làm tăng q trình xói đáy, giảm bồi lấp lạch Tri Thủy Dòng bùn cát từ đầm đưa biển bị hạn chế lạch Tri Thủy bị cạn hóa, phần lớn bị giữ lại lòng đầm Qua làm tăng đáng kể tốc độ bồi lắng khu vực đầm Nại so với trường hợp khơng có lũ Lời cảm ơn: Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn hỗ trợ đề tài “Nghiên cứu, đánh giá giá trị địa chất - địa mạo bật nhằm phát xác định di sản địa chất dải ven biển Bình Thuận”, mã số VAST05.06/1617 đề tài KC.08.25/11-15 cho phép sử dụng nguồn số liệu đề tài để hồn thành cơng trình Các tác giả chân thành cảm ơn nhận xét, góp ý sâu sắc quý giá phản biện q trình hồn thiện báo TÀI LIỆU THAM KHẢO Lesser, G R., Roelvink, J A., Van Kester, J A T M., and Stelling, G S., 2004 Development and validation of a threedimensional morphological model Coastal engineering, 51(8): 883-915 Roelvink, J A., 2006 Coastal morphodynamic evolution techniques Coastal Engineering, 53(2): 277-287 Lesser, G R., 2009 An approach to medium-term coastal morphological modelling UNESCO-IHE, Institute for Water Education Tonnon, P K., Van Rijn, L C., Walstra, D J R., 2006 The modelling of sand ridges on the shoreface Coastal Engineering, 54(4): 279-296 Jones, O P., Petersen, O S., and KofoedHansen, H., 2007 Modelling of complex coastal environments: some considerations for best practise Coastal Engineering, 54(10): 717-733 294 Dissanayake, D M P K., Ranasinghe, R., and Roelvink, J A., 2009 Effect of sea level rise in tidal inlet evolution: A numerical modelling approach Journal of Coastal Research, 56(2): 942-946 Van der Wegen, M., and Roelvink, J A., 2008 Long‐term morphodynamic evolution of a tidal embayment using a two‐dimensional, process‐based model Journal of Geophysical Research: Oceans, 113(C3) Van der Wegen, M., Wang, Z B., Savenije, H H G., and Roelvink, J A., 2008 Long‐term morphodynamic evolution and energy dissipation in a coastal plain, tidal embayment Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 113(F3) Jones, M T., Weatherall, P., and Cramer, R N., 2009 User guide to the Centenary Edition of the GEBCO Digital Atlas and its data sets Natural Environment Research Council 10 Lyard, F., Lefevre, F., Letellier, T., and Francis, O., 2006 Modelling the global ocean tides: modern insights from FES2004 Ocean Dynamics, 56(5-6): 394-415 11 Locarnini, R A., A V., Mishonov, J I., Antonov, T P., Boyer, H E., Garcia, O K., Baranova, M M., Zweng, C R., Paver, J R., Reagan, D R., Johnson, M., Hamilton, D., Seidov, 2013 World Ocean Atlas 2013 Ocean Climate Laboratory National Oceanographic Data Center Silver Spring, MD 20910 - 3282 12 Groenewoud, P., 2011 Overview of the service and validation of the database Reference: RP_A870, www.waveclimate.com BMT Argoss 13 Delft Hydraulics, 2014 Delft3D-FLOW User Manual: Simulation of multidimensional hydrodynamic flows and transport phenomena, including sediments Technical report 14 Battjes, J A., and Janssen, J P F M., 1978 Energy loss and set-up due to breaking of random waves Coastal Engineering Proceedings, 1(16) 15 Arcement, G J., and Schneider, V R., 1989 Guide for selecting Manning's Đặc điểm vận chuyển bùn cát nguyên nhân … roughness coefficients for natural channels and flood plains US Geological Survey Water Supply Paper 2339, 38 p 16 Simons, D B., and Şentürk, F., 1992 Sediment transport technology: water and sediment dynamics Water Resources Publication 17 Uittenbogaard, R E., 1998 Model for eddy diffusivity and viscosity related to sub-grid velocity and bed topography Note, WL|Delft Hydraulics 18 Van Vossen, B., 2000 Horizontal large eddy simulations; evaluation of computations with DELFT3D-FLOW Report MEAH-197 Delft University of Technology 19 Van Rjin, L C., 1993 Principles of Sediment Transport in Rivers Estuaries and Coastal Seas Aqua Publications The Netherlands 20 Dissanayake, D M P K., Roelvink, J A., and Van der Wegen, M., 2009 Modelled channel patterns in a schematized tidal inlet Coastal Engineering, 56(11): 1069-1083 21 Vũ Duy Vĩnh, Nguyễn Văn Quân, 2015 Đặc điểm thủy động lực khả trao đổi nước khu vực đầm Nại (Ninh Thuận) kết từ mơ hình Delft3D Tạp chí Khoa học Công nghệ biển, 15(3): 250-256 22 Lê Thị Vinh, 2014 Chất lượng mơi trường trầm tích đầm Nại, tỉnh Ninh Thuận Tạp chí Khoa học Cơng nghệ biển, 14(1): 59-67 23 Hjulstrøm, F., 1939 Transportation of debris by moving water, in Trask, P.D., ed., Recent Marine Sediments; A Symposium: Tulsa, Oklahoma, American Association of Petroleum Geologists, p 5-31 24 Sundborg, Å., 1956 The River Klarälven: a study of fluvial processes Geografiska Annaler, 38(2): 125-237 25 Bruun, P., 1967 Tidal inlets and littoral drift (Vol 2) Universitetsforlaget 26 Nguyễn Đắc Vệ, Nguyễn Văn Quân, Bùi Văn Vượng, 2014 Đánh giá biến dổi hệ sinh thái ven bờ đầm Nại từ 1975 đến 2014 công nghệ viễn thám GIS Tuyển tập Hội nghị Khoa học toàn quốc sinh học phát triển bền vững lần thứ Nxb Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tr 859-870 SEDIMENT TRANSPORT AND CAUSE OF THE DEPOSITION IN NAI LAGOON (NINH THUAN PROVINCE) Vu Duy Vinh1, Do Thi Thu Huong1, Nguyen Van Quan1, Nguyen Ngoc Tien2 Institute of Marine Environment and Resources-VAST Institute of Marine Geology and Geophysics-VAST ABSTRACT: This paper presents some studies on the characteristics of sediment transport and morphological change in the Nai lagoon (Ninh Thuan province) The 3D model was established based on Delft3D system combining hydrodynamics - wave - sediment transport and the MORFAC (the morphological acceleration factor) approach method with 36 different scenarios The study results show that sediment flux in the coastal zone is predominantly moving from the east-northeast to the west-southwest directions The sediments coming from the sea into the Tri Thuy channel are very big as compared with output sediment flux from the lagoon with daily average value of 760.1 m3/day and 122.8 m3/day respectively; these are the main cause of Nai lagoon inlet’s deposition processes On the other hand, input and output sediment fluxes at the lagoon inlet (Tri Thuy Bridge) are small with daily average value of 3.4 m3/day and 2.1 m3/day respectively The sediment from different sources into the Nai lagoon, but very small amount transported to the sea is 295 Vũ Duy Vĩnh, Đỗ Thị Thu Hương, … the main cause of the deposition in Nai lagoon with rate of - 15 mm/year The sediment flux from the lagoon to the sea in the flooding is small and mostly kept in the lagoon Therefore, the flooding makes significant increase of deposition rate in Nai lagoon Keywords: Nai lagoon, sediment transport, morphological change, MORFAC, Delft3D 296 ... viết dựa cách tiếp cận MORFAC để đánh giá đặc điểm vận chuyển bùn cát, BĐĐH đáy khu vực đầm Nại (Ninh Thuận), qua đánh giá nguyên nhân gây bồi lắng khu vực Nại Các số điều hòa thủy triều phía ngồi... vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu Ở khu vực phía đầm Nại vận tốc dòng chảy hầu hết nhỏ 0,15 m/s, vận tốc trung bình khơng vượt q 0,1 m/s [21] nên khu vực đầm Nại, dòng bùn cát chủ yếu vận chuyển. .. Đặc điểm vận chuyển bùn cát nguyên nhân … tỉnh Ninh Thuận, 2005): đặc điểm thủy động lực tạo điều kiện thuận lợi cho trình lắng đọng, bồi lắng trầm tích lòng đầm Nại Lượng bùn cát khỏi khu vực đầm