Phân tích ảnh hưởng của độ mặn, sóng gió đến quá trình vận chuyển bùn cát khu vực cửa sông ven biển đồng bằng sông Cửu Long

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố độ mặn, sóng gió đến quá trình vận chuyển bùn cát khu vực cửa sông ven biển đồng bằng sông Cửu Long sử dụng mô hình toán 3 chiều Delft 3D.

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MẶN, SĨNG GIĨ ĐẾN Q TRÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Lê Xuân Tú, Trần Bá Hoằng, Lê Thanh Chương Viện khoa học Thủy lợi miền Nam Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố độ mặn, sóng gió đến q trình vận chuyển bùn cát khu vực cửa sông ven biển đồng sơng Cửu Long sử dụng mơ hình tốn chiều Delft 3D Kết mô cho thấy với khu vực cửa sơng độ mặn đóng vai trị quan trọng trình bồi lắng đẩy bùn cát biển Ngồi khu vực ven bờ sóng yếu tố chi phối q trình vận chuyển bùn cát Kết cho thấy lượng bùn cát lơ lửng vận chuyển phía Tây Nam chiếm ưu so với hướng vận chuyển lên phía Đơng Bắc Từ khóa: Độ mặn, sóng gió, vận chuyển bùn cát, cửa sông, ven biển, đồng sông Cửu Long Summary: The results show the sensitivity analysis the effect of wind, wave and salinity on suspended sediment transport by Delft 3D in estuarine and coastal Mekong delta The salinity influence significantly on suspended sediment transport and deposition at estuaries However, the wave and wind effects play a crucial role in resuspended and transport sediment in shallow coastal water, a net longshore of suspended sediment transport towards the south-west is dominant than the north-eastward Keywords: Salinity, wave, wind, sediment transport, estuary, coastal zone, Mekong delta ĐẶT VẪN ĐỀ* Khu vực cửa sông ven biển đồng sơng Cửu Long, dịng chảy từ cửa sông đổ biển tạo dòng nước (river plumes) khu vực Dòng nước tạo lên chênh lệch mật độ nước cửa sông nước mặn biển Nơi bị ảnh hưởng mạnh mẽ tương tác mặn trình xáo trộn dịng chảy cửa sơng (circulation) Quy mơ hình dạng dịng nước thể dựa độ lớn hình thái bờ biển độ lớn lưu lượng từ cửa sông Tuy nhiên, lực tác động bên ngồi gió thay đổi hình dạng dịng chúng bị chia thành nhiều dịng khác điều kiện ngoại lực khác (Alexander R Horner-Devine, et al 2014) Ngày nhận bài: 30/8/2018 Ngày thơng qua phản biện: 20/9/2018 Hình Dịng chảy từ cửa sông tương tác với đồng Mekong (Alexander R Horner-Devine, et al 2014) Dòng river flumes khu vực cửa sông ven biển đồng sông Cửu Long (xem hình 1) Ngày duyệt đăng: 12/10/2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ hình thành tương tác chế độ gió mùa (gió mùa Đông Bắc) nước đổ biển từ hệ thống cửa sơng khu vực như: Đại, Cửa Tiểu, Ba lai, Hàm Luông, Cổ Chiên, Cung Hầu, Định An, Trần Đề Mỹ Thanh Các dịng hình thành q trình tương tác cửa sông lẫn nhau, trường hợp này, đặc tính kết cấu dịng chảy phụ thuộc nhiều vào lưu lượng nước từ cửa sông, lực tác động bên ngồi sóng, gió khoảng cách cửa sơng Sự hình thày dịng chảy liên quan đến trình vận chuyển bùn cát khu vực cửa sơng ven biển Mekong Q trình vận chuyển bùn cát cửa sông ven biển đồng sông Cửu Long bị chi phối nhiều yếu tố độ mặn, sóng gió thành phần bùn cát có ảnh hưởng đáng kể đến q trình vận chuyển bùn cát Để xem xét yếu tố ảnh hưởng đến trình vận chuyển bùn cát chiếm ưu khu vực ven biển quan điều làm tăng hiểu biết đến q trình ven biển từ đưa giải pháp phù hợp để kiểm soát trình đề xuất giải pháp phù hợp để bảo vệ bờ biển Trong báo: “Nghiên cứu q trình vận chuyển bùn cát vùng cửa sơng ven biển đồng sơng Cửu Long sử dụng mơ hình tốn chiều Delft 3D” tác giả trình bày chi tiết q trình thiết lập kiểm định mơ hình thủy lực sóng Trong báo này, tác giả trình bày kết phân tích ảnh hưởng yếu tố đến trình vận chuyển bùn cát CỬA SƠNG Để đánh giá q trình xâm nhập mặn không gian chiều cửa sông mùa lũ mùa kiệt, độ mặn (salinity) lớn tầng đáy độ mặn nhỏ tầng mặt đưa phân tích Hình thể kết phân bố độ mặn khu vực cửa sông ven biển mô thực đo tháng 10 phù hợp Hình hình thể độ mặn lớn tầng đáy mùa lũ mùa kiệt Nó rõ ràng độ mặn xâm nhập lớn xảy thời điểm nước ngưng triều cao HWS (High water slack) Trong mùa lũ năm 2009 độ mặn cao xâm nhập vào đến đầu cửa sông (xem hình 5), lý mùa lũ lưu lượng nước lớn từ sông đổ biển đẩy nước mặn từ sơng ngồi cửa Tuy nhiên, mùa kiệt năm 2010 lưu lượng nước từ sơng đổ giảm đáng kể mặn xâm nhập sâu vào cửa sông đặc biệt vào cuối mùa kiệt (Tháng 3,4,5), cửa sông Hậu độ mặn xâm nhập sâu vào nội địa khoảng 50 km tính từ cửa sơng, hình 6, hình trạm Đại Ngãi sông Trần Đề độ mặn lớn tầng vào khoảng 10-12 ppt (xem hình 2) Hình thể phân tầng dịng chảy mặn cửa sơng Định An mùa lũ, lớp mặt nước chảy phía biển lớp nước mặn đáy xâm nhập vào cửa sông tạo thành circulation vùng cửa sông với chiều dài nêm mặn khoảng 10 km QÚA TRÌNH XÂM NHẬP MẶN Ở CÁC Hình Sự xâm nhập mặn lớn tầng sông Định An Trần Đề mùa kiệt năm 2010 thực đo mô TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC Độ mặn lớp mặt tháng 10/2010 mơ hình tốn CƠNG NGHỆ Độ mặn lớp mặt tháng 10/1997 vị trí thực đo (nguồn: TU Darmstadt ) Hình Phân bố độ mặn lớp mặt mô (trái) thực đo (phải) mùa lũ Hình Mặt cắt dọc thể nêm mặn cửa sông Định An (thang màu thể độ mặn mũi tên thể hướng vận tốc dòng chảy) Sự phân bố dịng nước đổ biển thay đổi theo mùa chúng thể Hình, Hình, Hình độ mặn nhỏ lớp mặt Rõ ràng độ mặn nhỏ xảy thời điểm nước ngưng triều thấp LWS (Low water slack) tương quan với lưu lượng dịng chảy sơng Các dịng nước từ nhánh sơng tương tác với thể rõ mùa lũ (xem hình 8Hình), phân bố theo khơng gian luồng dòng chảy thể rõ nét theo gió mùa, mùa Tây Nam (tháng 8,9,10) hướng dịng chảy lệch phía Đơng Bắc chuyển sang gió mùa Đơng Bắc chúng chuyển hướng dịng chảy sang hướng Tây Nam (Tháng 11) trở nên trung tính thời điểm cuối mùa khơ (Tháng 5) Kết mơ thể dịng nước mở rộng biển lớn khoảng 20 km từ cửa sông Hậu mùa lũ, nhiên mùa khơ dừng lại vị trí cửa sơng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Độ mặn lớn tháng 8,9,10,11 lớp đáy mùa lũ 2009 Hình Độ mặn lớn tháng 2,3,4,5 lớp đáy mùa khơ 2010 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Xâm nhập mặn lớn dọc theo mặt cắt sông Trần Đề mùa khơ 2010 Hình Xâm nhập mặn nhỏ tháng 8,9,10,11 lớp mặt mùa lũ 2009 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Xâm nhập mặn nhỏ dọc theo mặt cắt sơng Trần Đề mùa lũ 2009 Hình 10 Xâm nhập mặn nhỏ tháng 2,3,4,5 lớp mặt mùa khơ 2010 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA QÚA TRÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT LƠ LỬNG THEO SỰ DAO ĐỘNG THỦY TRIỀU VÀ THEO MÙA KHÍ HẬU Dựa sự thay đổi biên độ thủy triều, biên độ triều lớn (spring tide) biên độ triều nhỏ (neap tide) để phân tích Với thay đổi biên độ triều phân bố bùn cát lớp mặt thời điểm nước ngưng triều cao nhỏ lớn thời điểm nước ngưng triều thấp Hình 11 thể phân bố hàm lượng bùn cát lơ lửng (SSC) mùa lũ Hàm lượng SSC sông cửa sông cao thời điểm LWS hai trường hợp biên độ triều lớn nhỏ Hình 12 thể phân bố bùn cát SSC mặt cắt dọc cửa sông Trần Đề CÔNG NGHỆ mùa lũ, lượng bùn cát sông với hàm lượng SSC lớn đổ biển, hàm lượng SSC lớn phân bố rộng cửa sông thời điểm LWS biên độ triều nhỏ nhất, hàm lượng SSC khoảng 0.04 Kg/m3 đẩy xa khoảng 20km từ khu vực cửa sông Hậu, hầu hết bùn cát lơ lửng tập trung trước cửa sông Lý do, thời điểm mùa lũ lượng bùn cát đổ lớn mặt khác thời điểm trùng với gió mùa Tây Nam, chế độ sóng tương đối lặng nên bùn cát không vận chuyển xa dọc bờ Ngược lại, lượng SSC đổ cửa sông nhỏ thời điểm triều cao (HWS) hai trường hợp biên độ triều lớn nhỏ Tuy nhiên, lượng bùn cát SSC sông lại tương đối cao hai trường hợp HWS Hình 11 So sánh phân bố SSC lớp mặt HWS (trái) LWS (phải) thời điểm neap tide (hình bên trên) spring tide (hình bên dưới) mùa lũ 2009 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 12 Phân bố SSC mặt cắt dọc cửa sông Trần Đề mùa lũ 2009 Trong mùa kiệt, hình 14 thể phân bố SSC thời điểm biên độ triều lớn nhỏ Tại thời điểm biên độ triều thấp, hàm lượng SSC thấp sông cửa sông ngoại trừ khu vực ven bờ Tuy nhiên, thời điểm biên độ triều cao hàm lượng SSC phân bố trong cửa sông ven bờ cao SSC sông lại thấp Lý hàm lượng SSC sông đổ suy giảm đáng kể mùa kiệt, nhiên hàm lượng bùn cát SSC ven biển cao lượng phù sa bồi lắng ven bờ mùa lũ trước khởi động lơ lửng hóa do, sóng dịng ven bờ chiếm ưu thời điểm gió mùa Đơng Bắc Điều làm cho bùn cát di chuyển dọc bờ biển phía Tây Nam phần quay trở lại cửa sông Hình 13 thể phân bố SSC mặt cắt dọc cửa sông Trần Đề mùa kiệt năm 2010, bùn cát từ sông đổ nhỏ 0.04 Kg/m3, hàm lượng SSC gần cửa Trần Đề cao 0.2 Kg/m3 Hình 13 Phân bố SSC mặt cắt dọc cửa sông Trần Đề mùa khơ 2010 Hình 14 So sánh phân bố SSC lớp mặt HWS (trái) LWS (phải) thời điểm neap tide (hình bên trên) spring tide (hình bên dưới) mùa khơ 2010 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ SĨNG GIĨ VÀ ĐỘ MẶN ĐẾN Q TRÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT Để phân tích ảnh hưởng yếu tố độ mặn, sóng gió thành phần bùn cát đến trình vận chuyển bùn cát khu vực theo mùa kịch mô năm từ 6/2009-5/2010: Tên kịch Miêu tả Sóng gió, độ mặn Kịch trạng với sóng gió, bùn cát lơ lững độ mặn Khơng sóng gió, độ mặn Như kịch bỏ qua ảnh hưởng sóng gió Sóng gió, không độ mặn Như kịch bỏ qua ảnh hưởng độ mặn Hình 15 thể kết mô kịch so sánh phân bố bùn cát mùa lũ 2009 Kịch Mùa lũ 2009 CÔNG NGHỆ mùa kiệt 2010 kịch với so sánh với ảnh vệ tinh Kịch Sóng gió, độ mặn thể phân bố bùn cát không gian hàm lượng phù hợp so với ảnh vệ tinh Trong mùa lũ hàm lượng SSC lớn phân bố từ sông trước cửa sông chủ yếu, kết vận chuyển bùn cát từ sông biển mùa lũ Ngược lại, mùa kiệt sóng gió mùa Đơng Bắc chiếm ưu đẩy dịng bùn cát di chuyển xuống phía Tây Nam Ảnh hưởng sóng gió rõ nét so sánh kịch Sóng gió, độ mặn kịch Khơng sóng gió, độ mặn, mùa khơ 2010 Với ảnh hưởng sóng gió kịch phân bố bùn cát cửa sông chúng tương tác với tạo thành dải kéo dài từ cửa Soài Rạp xuống phí Nam với hàm lượng bùn cát lớn, kịch phân bố bùn cát tập trung cửa sông hàm lượng thấp bời bùn cát khơng dược khuấy động sóng gió Mùa khơ 2010 Khơng sóng gió, độ mặn Sóng gió, khơng độ mặn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC Kịch CÔNG NGHỆ Mùa lũ 2009 Mùa khơ 2010 Sóng gió, độ mặn Ảnh vệ tinh Hình 15 So sánh phân bố SSC (Kg/m3) không gian kịch mô ảnh vệ tinh mùa lũ 2009 (trái) mùa kiệt 2010 (phải) Ảnh hưởng độ mặn thể rõ nét so sánh kịch Sóng gió, độ mặn kịch Sóng gió, khơng độ mặn Khi khơng có độ mặn bùn cát từ cửa sơng đẩy xa thềm lục địa so với kịch 1, ngun nhân khơng có độ mặn khơng có nêm mặn để cản trở dịng chảy nước từ sông ra, khả khuyết tán bùn cát nước lớn không xem xét tượng kết khu vực cửa sơng Hình 16 thể lượng bùn cát vận chuyển qua mặt cắt cửa sông Định An ứng với kịch khác nhau, bùn cát vận chuyển biển phần lớn mùa lũ giảm dần mùa kiệt Ảnh hưởng sóng gió rõ ràng so sánh kết kịch Sóng gió, độ mặn kịch Khơng sóng gió, độ mặn Trong mùa 10 lũ ảnh hưởng sóng gió khơng rõ nét kịch Tuy nhiên, mùa khơ 2010 có khác biệt rõ rệt, có xét đến sóng gió kết cho thấy nhiều bùn cát đẩy vào cửa sông mùa kiệt so với kịch Ảnh hưởng độ mặn rõ nét so sánh kịch kịch Khi khơng có độ mặn lượng bùn cát từ cửa sông đổ biển mùa kiệt lớn gấp 1.5 lần so với kịch có xét đến độ mặn mùa kiệt khơng có lượng bùn cát biển di chuyển vào cửa sơng Điều cho thấy ảnh hưởng độ mặn yếu tố quan trọng xem xét trình vận chuyển bùn cát khu vực cửa sơng đồng sơng Cửu Long TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 16 So sánh lượng bùn cát vận chuyển qua cửa Định An từ tháng 6/2009-5/2010 kịch mơ (trái) vị trí trích xuất kết mơ hình (phải) Hình 17 So sánh lượng bùn cát SSC vận chuyển qua mặt cắt CR3, CR5 từ tháng 6/2009-5/2010 trường hợp có sóng khơng có sóng Để xem xét ảnh hưởng sóng gió đến q trình vận chuyển bùn cát dọc bờ chúng tơi trích xuất kết vận chuyển bùn cát mặt cắt CR3 CR5 (xem hình 17) Kết mơ cho thấy ảnh hưởng sóng gió đến q trình vận chuyển bùn cát ven bờ rõ nét Trong mùa gió Tây Nam bùn cát ven bờ vận chuyển theo hướng Đông Bắc, ngược lại gió chuyển sang mùa Đơng Bắc bùn cát vận chuyển ngược lại theo hướng Tây Nam Về tổng lượng bùn cát vận chuyển theo hướng Tây Nam chiếm ưu năm khí hậu Điều kết luận sóng gió đóng vai trị quan trọng q trình vận chuyển bùn cát dọc bờ đồng sông Cửu Long đặc biệt sóng gió mùa Đơng Bắc KẾT LUẬN Quá trình xâm nhập mặn khu vực cửa sông ven biển đồng sông Cửu Long mơ mơ hình chiều số liệu mô kiểm định với số liệu thực đo ảnh vệ tinh thể độ tin cậy mơ hình Các q trình xâm nhập mặn khu vực cửa sông thể rõ qua nêm mặn xâm nhập tầng đáy từ biển vào sông, mùa khô mặn xâm nhập từ cửa sông Hậu vào sâu đất liền khoảng 50km, độ mặn trạm Đại Ngãi khoảng 10-12 ppt Ngược lại, mùa lũ lượng nước TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 11 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ đổ biển với khoảng cách cách cửa sơng khoảng 20km Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng yếu tố sóng gió độ mặn lên trình vận chuyển bùn cát khu vực cửa sông ven biển đồng sông Cửu Long, yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến trình vận chuyển bùn cát Ở khu vực cửa sông đồng sơng Cửu Long ảnh hưởng độ mặn yếu tố quan trọng xem xét q trình vận chuyển bùn cát tạo nêm mặn đẩy bùn cát từ ven biển vào cửa sông mùa kiệt tạo tượng kết tăng khả bồi lắng mùa lũ Với khu vực ven biển sóng gió yếu tố định trình tái lơ lửng bùn cát khu vực ven bờ vận chuyển bùn cát xuống phía Tây Nam chiếm ưu so với hướng Đông Bắc Để quản lý sử dụng hợp lý dải ven biển đồng sông cửu Long cần phải hiểu biết sâu sắc trình từ đề xuất giải pháp quản lý phù hợp, khu vực bị sạt lở bờ bùn cát vận chuyển nơi khác cần có cơng trình để kiểm sốt sóng dịng chảy ven bờ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] 12 Alexander R Horner-Devine, Robert D Hetland, and Daniel G MacDonald Mixing and Transport in Coastal River Plumes http://kalicotier.gis-cooc.org/data_access/mekong/SPM https://www.geo.tu-darmstadt.de/fg/allgeol/mitarbeiterseiten/landmann/mekong.de.jsp Lê Xuân Tú, 2018 Nghiên cứu trình vận chuyển bùn cát vùng cửa sông ven biển đồng sơng Cửu Long sử dụng mơ hình tốn chiều Delft 3D Trần Bá Hoằng, 2009-2010 Điều tra cửa sông Cửu Long cho nghiên cứu phát triển bền vững Wolanski Eric, Huan, N.N., Dao, L.T., Nhan, N.H., Thuy, N.N., 1996 Fine-sediment dynamics in the Mekong River Estuary, Viet Nam Estuary Coast Shelf Sci 43, pp565–582 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 49 - 2018 ... đến trình vận chuyển bùn cát khu vực cửa sơng ven biển Mekong Q trình vận chuyển bùn cát cửa sông ven biển đồng sông Cửu Long bị chi phối nhiều yếu tố độ mặn, sóng gió thành phần bùn cát có ảnh. .. KHOA HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ SÓNG GIÓ VÀ ĐỘ MẶN ĐẾN QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT Để phân tích ảnh hưởng yếu tố độ mặn, sóng gió thành phần bùn cát đến trình vận chuyển bùn cát khu vực theo... đáng kể đến trình vận chuyển bùn cát Ở khu vực cửa sông đồng sông Cửu Long ảnh hưởng độ mặn yếu tố quan trọng xem xét trình vận chuyển bùn cát tạo nêm mặn đẩy bùn cát từ ven biển vào cửa sông mùa