Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu đánh giá tác động của dự án đê biển Vũng Tàu - Gò Công lên chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển lân cận. Các mô hình toán 1D (MIKE11) và 2D (MIKE21 Coupled FM) với tỉ lệ chi tiết khác nhau được sử dụng để mô phỏng chế độ thủy động lực, vận chuyển bùn cát, và diễn biến hình thái trong một năm khí hậu từ 5/2009 -4/2010 trong các kịch bản hiện trạng và có công trình với bề rộng cửa cống khác nhau.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TÁC ĐỘNG CỦA DỰ ÁN ĐÊ BIỂN VŨNG TÀU - GỊ CƠNG LÊN CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC KHU VỰC CỬA SÔNG, VEN BIỂN LÂN CẬN TS Trần Bá H oằng, TS Nguyễn Duy Khang Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu đánh giá tác động dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng lên chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sơng ven biển lân cận Các mơ hình tốn 1D (MIKE11) 2D (MIKE21 Coupled FM) với tỉ lệ chi tiết khác sử dụng để m ô chế độ thủy động lực, vận chuyển bùn cát, diễn biến hình thái năm khí hậu từ 5/2009 -4/2010 kịch trạng có cơng trình với bề rộng cửa cống khác Kết tính tốn phân tích cho thấy tuyến đê biển có tác động sâu sắc tới chế độ vận chuyển bùn cát diễn biến hình thái phía tuyến đê Do nguồn bùn cát sơng khu vực cửa sơng Đồng Nai Sồi Rạp, Lịng Tàu, sơng nhánh phía Lịng Tàu - Thị Vải chủ yếu từ phía biển qua cửa Sồi Rạp đưa vào thời kỳ m ùa lũ thời kỳ gió m ùa Đơng Bắc nên có cơng trình đê biển, hàm lượng bùn cát vùng phía tuyến đê phía nhánh sơng Lòng Tàu-Thị Vải giảm đáng kể, đặc biệt vào thời kỳ gió m ùa Đơng Bắc Vì vậy, m ặc dù vận tốc dịng chảy sơng giảm xuống tượng bồi lắng sông không tăng mà cịn có xu giảm xuống Do lưu tốc dịng chảy giảm nên tượng xói lở giảm xuống Summary: Impacts of the Vung Tau-Go Cong seadyke project on hydrodynamics, sediment transport, and morphological changes in the adjacent estuaries and coastal areas are presented in this paper Multi-scale 1D (MIKE11) and 2D (MIKE21 Coupled FM) models were established and runned for the baseline and several scenarios with the seadyke and control gates of different widths The simulated results indicated that the seadyke will significantly effect to the hydrodynamic and sedim ent transport regim es in the estuaries and coastal areas behind the seadyke Since the main source of sediment in the Dong Nai estuaries (including Soai Rap, Nha Be, Long Tau, and branches in between Long Tau -Thi Vai, ) comm ing from the sea through the Soai Rap river both in the flood period as well as the northwest m onsoon wind season, the Vung Tau - Go Cong dyke after constructed will reduce significantly the amount of sedim ents in those rivers As the results, although the flow velocity was reduced, the amount of sedim ent deposited in these estuaries was decreased The amount of the eroded sediments was also decreased MỞ ĐẦU * Thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) thành phố đông dân nước, dân số thống kê năm 2012 khoảng 7.7 triệu người với mật độ dân số khoảng 3,666 người/km , trung tâm Người phản biện: PGS.TS Đinh Công Sản Ngày nhận bài: 03/11/2014 Ngày t hông qua phản biện: 05/12/2014 Ngày duyệt đăng: 05/02/2015 kinh tế, văn hóa giáo dục nước Hiện nay, thành phố thủ đô Hà Nội hai đô thị xếp hạng đặc biệt nước ta Nằm hạ nguồn sông thuộc hệ thống sơng Đồng Nai, có địa hình thấp trũng với 60% diện tích có cao trình thấp m , nên Tp HCM chịu ảnh hưởng sâu sắc dịng chảy sơng thủy triều biển Đơng, với vấn đề cộm ngập úng lũ triều gây Trong thập kỷ gần đây, phát TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ triển thị nhanh chóng với cơng tác quản lý qui hoạch chưa tốt dẫn đến hệ lụy làm giảm không gian chứa nước triều, hạn chế khả vận chuyển nước hệ thống kênh rạch, với tượng sụt lún đất với tốc độ cao (khoảng 1.5 - cm /năm) kết hợp tượng nước biển dâng biến đổi khí hậu làm cho mực nước sơng kênh tăng lên nhanh chóng với xu năm sau cao năm trước Hệ tình trạng ngập úng kết hợp mưa triều Tp HCM ngày trầm trọng cho dù hệ thống hồ chứa thượng lưu lưu vực phát huy tốt vai trị điều tiết lũ Trong nỗ lực tìm kiếm giải pháp giải triệt để vấn đề ngập úng tổ hợp tác động lũ thượng nguồn, mưa lớn triều cường cho Tp Hồ Chí Minh, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn đề xuất ý tưởng dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng với thành phần bao gồm: (i) Tuyến đê dài 28km nối Gị Cơng đến cách Vũng Tàu 5km sau nối với Cần Giờ tuyến đê phụ 13km ; (ii) Các cửa thoát nước âu thuyền đê; (iii) Cống Lòng Tàu; (iv) Các đập ngăn cửa sông Đồng Tranh sông kênh dọc phía Bắc (bờ tả) sơng Sồi Rạp (Hình 1) Mục tiêu dự án (i) Chống lũ lụt, ngập úng xâm nhập mặn cho toàn vùng Tp.HCM, trước mắt lâu dài (khi m ực nước biển dâng thêm 75-100 cm); (ii) Tăng cường khả thoát lũ, giảm chiều sâu thời gian ngập lũ, chống xâm nhập mặn cho vùng ĐTM điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng; (iii) Chống xâm nhập m ặn cho khu vực Gị Cơng, Long An; (iv) Phòng chống thiên tai tác động từ biển cho toàn khu vực TP Hồ Chí Minh vùng Đồng Tháp Mười (ĐTM) với diện tích triệu Hình Sơ họa tuyến đê biển dự kiến phương án bố trí hạng m ục cơng trình dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng Tuy nhiên, tác động tuyến đê m ặt kinh tế, xã hội sinh thái môi trường khu vực xây dựng cơng trình lân cận chắn không nhỏ, cần đánh giá m ột cách thỏa đáng vấn đề “được Hình Các nhóm m hình sử dụng m ất” để đưa định có hay khơng nên xây dựng tuyến đê Bài báo này trình bày số kết nghiên cứu đánh giá tác động dự án đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng lên chế độ thủy TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC động lực học, vận chuyển bùn cát, diễn biến hình thái khu vực cửa sông vùng ven biển lân cận dự án PH ƯƠ NG PH ÁP NG HIÊN CỨU Hình m inh họa cách tiếp cận chung việc nghiên cứu đánh giá tác động dự án đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng lên chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển chịu ảnh hưởng, mơ hình với tỉ lệ m ức độ chi tiết khác thiết lập Mơ hình mơ hình thủy động lực vùng cho tồn biển Đơng biển Tây Mơ hình sử dụng cho vùng nghiên cứu MIKE 21 Coupled FM với m odule HD (thủy động lực), SW (phổ sóng) Mục đích mơ hình mơ chế độ dịng chảy (thủy triều, dịng chảy ven bờ) chế độ sóng nhằm cung cấp biên mở phía biển cho m hình với phạm vi nhỏ (nhóm mơ hình 2) Nhóm mơ hình bao gồm mơ hình: (i) 1D cho hệ thống sơng kênh Mekong Sài Gịn Đồng Nai, (ii) 2D cho vùng nghiên cứu mở rộng phía biển từ Bạc Liêu đến Phan Thiết Hai loại mơ hình thực mơ độc lập (MIKE 11, MIKE21) nối kết với (MIKE FLOOD) tùy theo mục đích khác Mơ hình MIKE FLOOD (MIKE 11/MIKE21 Coupled với m odule HD) sử dụng để nghiên cứu tác động cơng trình đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng lên chế độ dịng chảy hệ thống sơng, cửa sông, vùng ven biển Kết m ô hình sử dụng để trích xuất biên thủy lực cho m hình vận chuyển bùn cát diễn biến hình thái 1D (cho hệ thống sơng phía thượng nguồn) 2D (cho vùng cửa sơng, ven biển) độc lập Mơ hình 1D độc lập sử dụng để nghiên cứu tác động công trình lên hệ thống sơng cửa sơng phạm vi rộng, mơ hình gồm sơng kênh Mơ hình 2D độc lập dùng để nghiên cứu ảnh hưởng dự án lên vùng cửa sông ven biển phạm vi rộng trải CÔNG NGHỆ dài từ Bạc Liêu đến Phan Thiết, kết mơ hình dùng để trích xuất biên cho mơ hình nghiên cứu chi tiết (nhóm m ô hình 3) Đối với m ô hình 1D độc lập, m odule sử dụng MIKE 11 HD, AD Đối với mơ hình 2D độc lập, m odule sử dụng MIKE 21 FM HD, SW MT Nhóm m hình bao gồm mơ hình 2D chi tiết xây dựng để đánh giá tác động cơng trình vùng cửa sông ven biển lân cận cho chịu nhiều tác động Các module mơ hình MIKE sử dụng cho mơ hình nhóm tương tự module sử dụng cho mo hình 2D độc lập nhóm Các mơ hình thiết lập, hiệu chỉnh kiểm định cẩn thận nghiên cứu trước khuôn khổ đề tài cấp nhà nước "Nghiên cứu biến động chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển chịu tác động Dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng" Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực (Lê Mạnh Hùng nnk, 2011; Nguyễn Duy Khang nnk, 2012, 2013a, 2013b) Bài báo trình bày kết việc ứng dụng m hình để đánh giá tác động dự án lên chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển lân cận PHƯƠ NG ÁN CƠ NG TRÌNH VÀ KỊCH BẢN NG HIÊN CỨU 3.1 Phương án cơng trình Phương án cơng trình trình bày Hình 1, theo đê tuyến đê bố trí 03 cụm cửa nước m ột âu thuyền Mục đích việc bố trí nhiều cửa nước tuyến đê nhằm phân bố dịng chảy phía hồ điều tiết phía đê, giảm thiểu tác động mơi trường sinh thái khu vực Hình thức bố trí phân bố cửa cống đê sử dụng số cơng trình tương tự giới, điển hình đê biển bảo vệ thành phố Saint Peterburg Nga vịnh Phần Lan Các kịch với chiều rộng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ cống khác sử dụng nghiên cứu trình bày bảng 3.2 Kịch biên mơ hình Do hạn chế mơ hình 2D việc mơ đồng thời q trình vật lý dịng chảy, sóng, vận chuyển bùn cát diễn biến hình thái thời đoạn dài nhiều năm nên việc đánh giá tác động dự án lên chế độ thủy thạch động lực nghiên cứu thực với năm khí hậu đặc trưng (trung bình) Đối với biên phía biển, số liệu đầu vào trường gió, triều Biển Đơng năm khí hậu 2009-2010 (từ 5/2009 đến 4/2010) lựa chọn Đối với biên thượng lưu, lưu lượng xả từ hồ chứa năm 2002 (ứng với năm xả nước trung bình hồ Trị An năm từ 2000 đến nay) lựa chọn Trên sông Mekong, năm 2009 năm có lũ trung bình Bảng 1.Các kịch cơng trình đề xuất nghiên cứu TT TÊN KỊCH BẢN Baseline CCT-1 CCT-2 CCT-3 CCT-4 CCT-5 MÔ TẢ KỊCH BẢN Chưa có cơng trình Có cơng trình Có cơng trình Có cơng trình Có cơng trình Có cơng trình CỐNG TRÊN ĐÊ BIỂN Bề rộng cống (m) đáy cống (m ) Bề rộng cống (m) đáy cống (m) 1000 -10 200 -12 2000 -10 200 -12 2500 -10 200 -12 3000 -10 200 -12 3500 -10 200 -12 3.2 Phương án vận hành cơng trình Việc vận hành cơng trình thực ngun tắc: (i) Đảm bảo tiêu chí đảm bảo m ực nước sơng Sài Gịn (tương đối m ực nước trạm Phú An) phải nhỏ +1.32 m (theo tiêu chí dự án tiêu nước thị JICA); (ii) Khả trao đổi nước hệ thống sông bên tuyến đê biển nhiều biên độ dao động mực nước lớn để giảm thiểu tác động đến tiêu nước thị, giao thơng thủy môi trường sinh thái Phương án vận hành công trình thay đổi tùy theo phương án cơng trình (tuyến đê, bề rộng cửa nước đê), điều kiện biên phía thượng lưu hạ lưu, đặc biệt kịch nước biển dâng Trong điều kiện mực nước biển trạng, phương án vận hành cơng trình nhằm trì CỐNG LỊNG TÀU Ghi C1=400m, C = 400m, C3=200m C1=800m, C = 800m, C3=400m C1=1000m, C = 1000m, C3=500m C1=100m, C = 100m, C3=1000m C1=1500m, C = 1000m, C3=1000m m ực nước sơng Sài Gịn (tại trạm Phú An) < +1.32 m sau: + Trong thời gian có lũ lớn, và/hoặc triều cường (mực nước > Hgh, với Hgh m ực nước giới hạn phụ thuộc vào diện tích cửa cống, diện tích cửa cống lớn Hgh giảm ngược lại), cống mở chiều, mở hai chiều m ột phần phần cịn lại m chiều; + Các trường hợp khác, cống mở hoàn toàn Trong thời gian mơ mơ hình năm khí hậu (từ 5/2009 - 4/2010) với điều kiện biên phía thượng nguồn phía biển trình bày m ục 0, phần lớn thời gian năm cống m tự do, khoảng thời gian cần phải vận hành cơng trình tùy thuộc vào độ cống Cụ thể, kịch chiều rộng cống B = 1000 m khơng cần phải TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC vận hành cống, thời gian phải vận hành cống với kịch B = 2000m, 2500m , 3000m 3500 m ngày, ngày, ngày, 14 ngày Để đánh giá cách khách quan, phân tích đánh giá tác động lên chế độ thủy lực hệ thống cửa sơng (lưu lượng, tổng lượng dịng chảy, vận tốc, mực nước) thực cho hai chu kỳ triều điển hình: (i) chu kỳ triều khơng cần vận hành cơng trình, cống mở tự từ 15/8/2009 - 30/8/2009; (ii) chu kì triều có vận hành cơng trình từ 1/11/2009 - 15/11/2009 KẾT Q UẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Ảnh hưởng đến chế độ dịng chảy cửa sơng vùng ven bờ lân cận a) Tác động lên chế độ dịng chảy sơng Nhà Bè Trường hợp khơng phải vận hành cơng trình Trong phương án cơng trình lưu lượng dịng chảy trao đổi qua sơng Nhà Bè giảm so với trạng, bề rộng cửa nhỏ m ức độ thay đổi lớn Trong kịch trạng, lưu lượng lớn (tại mặt cắt NB1, xem Hình 1) hai chu kỳ triều từ 1/9/2009-30/9/2009 triều rút triều lên 3 18,192 m /s 17,412 m /s Lưu lượng lớn triều rút giảm 34%, 15%, 11%, 9%, 8% tương ứng với kịch có cơng trình ứng với tuyến đê bề rộng cống B = 1000m , 2000m, 2500m, 3000m, 3500m Mức giảm tương ứng lưu lượng lớn triều lên 51%, 22%, 16%, 12%, 10% Tương ứng vận tốc trung bình m ặt cắt sơng Nhà Bè lớn pha triều rút phương án cơng trình giảm 45%, 15%, 11%, 8%, 7%, pha triều lên mức giảm tương ứng 62%, 22%, 17%, 14% 12% Lượng dòng chảy qua sông Nhà Bè xem số đánh giá m ức độ trao đổi nước thông tố môi trường kèm theo hạ du sông Sài Gịn - Đồng Nai biển Tổng lượng CƠNG NGHỆ dòng chảy kịch trạng khoảng 7.1×10 m Trong kịch có cơng trình, tổng lượng dịng chảy pha triều rút tính giảm 30%, 13%, 10%, 8%, 7% Mức độ giảm tổng lượng dòng chảy pha triều lên 43%, 19%, 14%, 12%, 10% Trong kịch có cơng trình, m ực nước khu vực sơng Nhà Bè có xu đỉnh triều giảm , chân triều tăng lên So với kịch nền, m ực nước đỉnh triều max kịch có cơng trình ứng với tuyến đê bề rộng cống B = 1000 m, 2000 m , 2500 m, 3000 m , 3500 m giảm 0.5m , 0.2m , 0.16m, 0.14m, 0.11m, m ực nước chân triều thấp tăng lên 1.37m , 0.48 m, 0.37 m, 0.29m, 0.23m Trường hợp phải vận hành cơng trình Trong chu kỳ triều 1/11/2009 - 15/11/2009 phải vận hành cửa van cống mực nước triều cao, mực nước triều m ax trạm Phú An đạt đỉnh năm +1.54 m Lưu lượng dòng chảy lớn mặt cắt NB1 triều rút kịch bề rộng cống B = 1000m, 2000m , 2500m, 3000m , 3500m so với kịch trạng giảm 31%, 11%, 7%, 5%, 6% Lưu lượng lớn pha triều lên giảm 46%, 20%, 14%, 11%, 12% Vận tốc trung bình mặt cắt NB1 lớn pha triều rút giảm 43%, 11%, 6%, 3%, 2% Mức giảm tương ứng pha triều lên 55%, 19%, 15%, 12%, 13% Tổng lượng dòng chảy pha triều rút kịch cơng trình giảm 32%, 14%, 11%, 9% 8% Trong tổng lượng dòng chảy pha triều lên giảm 40%, 18%, 13%, 11%, 12% Với chu kỳ triều phải vận hành cơng trình, mực nước đỉnh triều ứng với bề rộng cống B = 1000 m, 2000 m, 2500 m, 3000 m , 3500 m giảm 0.36m , 0.28m , 0.25m, 0.22m, 0.23m Mực nước chân triều tăng 1.25m, 0.42 m, 0.29m, 0.24m, 0.25m TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Qmax (+) - KVH B= 2000m B=2500m 1.08 1.07 BASELINE 1.07 1.06 B=3500m 04 1.03 16 09 B= 3000m 0.98 97 16,709 16, 341 B=2500m 0.64 0.62 16,544 16,530 B=1000m B=3000m B=3500m Qmax (-) - KVH Qmax(+) - VH Q max (-) - VH Vmax (+) - KVH Vmax (-) - KVH ‐1.01 ‐0.92 ‐1 00 ‐0.95 ‐0 96 ‐0.92 ‐0 90 ‐0 87 ‐1.15 ‐1.08 ‐17,563 ‐16, 131 ‐17, 152 ‐16, 631 ‐16,401 ‐15,989 ‐0.44 ‐0.48 B= 2000m ‐15, 129 ‐14,973 B=1000m ‐9,579 ‐10,128 ‐19,463 ‐18,615 BASELINE 16,113 16,196 Lưu tốc max - NB1 (m/s) 15,405 15,473 Lưu lượng max - NB1 (m3 /s) 12,002 11,799 kịch B = 3000m (xu tương tự cho thay đổi lưu lượng, tổng lượng dòng chảy ) Điều phương án vận hành cống kịch B = 3500m chưa tối ưu thiên an toàn Tuy nhiên, qua để minh chứng m ột điều với phương án bề rộng cống lớn khả vận hành linh hoạt để đảm bảo an toàn cho vùng bảo vệ phía cao 18,192 17, 412 Có thể thấy có vận hành cống nên mực nước đỉnh triều max kịch B = 2000m , 2500m, 3000m , 3500m xấp xĩ không khác biệt nhiều với m ức giảm kịch B = 1000m chu kỳ triều không cần vận hành Cần lưu ý chu kỳ phải vận hành cơng trình, mức giảm m ực nước đỉnh triều kịch B = 3500m cao m ức giảm Vmax(+ ) - VH Vmax (-) - VH Hình So sánh lưu lượng vận tốc dịng chảy trung bình m ặt cắt lớn triều rút (+) triều lên (-) mặt cắt NB-1 sông Nhà Bè kịch m ô (KVH: không vận hành, VH: vận hành) Mmax(+) - VH Mmax (-)- VH Hmax - KVH Hmin - KVH 18 24 B= 3000m B=3500m Hmax - VH ‐2.45 ‐1.88 1.15 1.32 B=2500m ‐2.39 ‐1.94 13 28 1.10 1.26 B=2000m ‐2 31 ‐1.88 ‐1.31 ‐0 93 B=3500m ‐4 ‐4.7 ‐4.4 ‐4.8 B=3000m ‐2 68 ‐2.18 Mmax (-) - KVH B=2500m ‐4.3 ‐4.7 ‐5.0 ‐5.4 Mmax (+) - KVH B= 2000m ‐4.1 ‐4.5 B=1000m ‐2.8 ‐3.3 BASELINE B=1000m ‐2.20 ‐1.76 BASELINE 0.79 1.17 29 54 Mực nước max/min - NB1 (m) 6.6 5.9 6.0 6.4 5.9 6.2 5.7 4.9 4.5 6.6 Tổng lượng dòng chảy max - NB1 (× 10 m3 ) Hmin - VH Hình So sánh tổng lượng dòng chảy mực nước trung bình mặt cắt lớn triều rút (+) triều lên (-) mặt cắt NB-1 sông Nhà Bè kịch m ô (KVH: không vận hành, VH: vận hành) b) Tác động lên chế độ dịng chảy kênh nối sơng Tiền sông Vàm Cỏ Trên sông Chợ Gạo, việc xây dựng cơng trình có xu làm tăng dịng chảy từ phía sơng Tiền phía sơng Vàm Cỏ, nghĩa triều lên lưu lượng dịng chảy từ sơng Tiền tăng lên, dịng chảy từ sơng Vàm Cỏ chảy vào sơng Chợ Gạo giảm đi, từ đẩy vùng giáp nước kênh Chợ Gạo lệch phía sơng Vàm Cỏ Cụ thể, pha triều lên, lưu lượng dòng chảy lớn từ sông Tiền chảy vào kênh Chợ Gạo tăng 11.5%, 9.2%, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC 7.6%, 6.1%, 5.6% kịch B=1000m , 2000m , 2500m, 3000m, 3500m Trong pha triều rút, dòng chảy giảm 4.8%, 2.6%, 2%, 1%, 1% Tại phía sơng Vàm Cỏ, lưu lượng dịng chảy lớn triều lên từ sông Vàm Cỏ vào kênh Chợ Gạo giảm 21.9%, 10.9%, 9.3%, 8.4%, 7.5% Lưu lượng lớn từ kênh Chợ Gạo chảy sông Vàm Cỏ pha triều rút giảm 34.6%, 12%, 8.4%, 6.6%, 6.1% c) Tác động lên chế độ dòng chảy kênh nối sơng Sồi Rạp sơng Lịng Tàu Để đảm bảo hiệu cơng trình, hạn chế xói lở kênh rạch tác động đến m ôi trường sinh thái khu rừng Cần Giờ cần có tuyến đê dọc bờ Đơng cửa Sồi rạp vị trí đê qua kênh nối vùng cửa Soài Rạp sơng Lịng Tàu (cửa Đồng Tranh, sơng Vàm Sát, kênh Bà Tịng, rạch Lá, rạch Đơn, ) cần phải có đập ngăn/cơng trình điều tiết hay âu thuyền Tuy nhiên, có hai tuyến đường thủy nội địa quan trọng (i) Tuyến số 01 qua sông Dần Xây sông Vàm Sát, (ii) Tuyến số 02 sông qua kênh Bà Tịng - Tắc Ơng Nghĩa nên cần phải xem xét có hay khơng khả để chảy tự hai kênh Kết tính tốn cho thấy lưu tốc dịng chảy trung bình mặt cắt lớn kênh Bà Tòng từ 0.8 m /s kịch trạng tăng lên tới 1.5 m /s kịch sau xây dựng cơng trình CCT-4 (B = 3000 m ) Nguyên nhân việc gia tăng m ạnh vận tốc dòng chảy việc chênh lệch mực nước sơng Sồi Rạp Lịng Tàu kịch có cơng trình lớn, chiều dài đoạn kênh nối ngắn nên dẫn đến việc gia tăng m ạnh độ dốc thủy lực Trong kịch nước biển dâng, độ chênh mực nước lớn nhiều lưu tốc dịng chảy cịn lớn nhiều Việc gia tăng CƠNG NGHỆ lưu tốc dịng chảy chắn làm tăng mạnh xói lở lịng dẫn kênh nối sơng Lịng Tàu, lâu dài mở mở rộng hình thành lối thoát nước mới, ảnh hưởng đến hiệu cơng trình Kết tính tốn cho thấy việc xây dựng cơng trình cống âu thuyền kênh Bà Tịng sơng Vàm Sát cần thiết khơng thể tránh khỏi Nói cách khác, việc để ngỏ hai kênh chảy tự hoàn tồn khơng khả thi d) Tác động lên chế độ dịng chảy hồ điều tiết phía đê vùng biển lân cận phía ngồi đê Hình trình bày trường lưu tốc dòng chảy kịch trước có cơng trình (Baseline) sau có cơng trình (B = 3000m) thời điểm triều rút 19h ngày 20/8/2009 Phía tuyến đê, tốc độ dịng chảy vùng lòng hồ điều tiết dòng chảy sơng Sồi Rạp Vàm Cỏ bị giảm xuống so với trạng trình bày m ục trên, ngoại trừ vùng ven cửa cống Xu ảnh hưởng bề rộng cống nhỏ m ức độ tác động (giảm) lớn Ngồi ra, kịch trạng thấy dịng chảy vào cửa Sồi Rạp giữ vai trị chi phối phân bố trường dịng chảy khu vực ven biển Gị Cơng Đơng (Tiền Giang) đến Cần Giờ (Tp Hồ Chí Minh) đặc điểm hình thái địa m ạo khu vực Do cửa sơng Sồi Rạp có hướng Tây Bắc - Đơng Nam nên dịng chảy vào cửa Soài Rạp vốn chiếm ưu nên ép dịng chảy phía Cửa Tiểu Cửa Đại lệch phía Nam , bờ biển khu vực Gị Cơng Đơng có dạng hình tam giác lệch phía Cửa Tiểu Việc xây dựng tuyến đê làm tác động ép dịng chảy ngồi Cửa Tiểu cửa Đại phía Nam nêu Tác động lâu dài kéo theo dịch chuyển lạch sâu cửa Tiểu cửa Đại phía Bắc TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ a) Baseline b) B=3000m Hình Phân bố lưu tốc dịng chảy thời điểm triều rút 19h ngày 20/8/2009 khu vực cửa sông vịnh Gành Rái trước (a) sau có cơng trình phương án B = 3000m (b) 3.3 Ảnh hưởng dịng chảy ven bờ gió Vị trí tuyến đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng nằm vùng khuất đường bờ tổng thể ven biển Đông, khu vực có dịng ven bờ gió nhỏ hai m ùa Đông Bắc Tây Nam so sánh trường phân bố cường độ dịng dư ven bờ gió mặt cắt ngang bờ vùng dự án (Cần Giờ) trung bình tháng (mùa Tây Nam) tháng (mùa Đông Bắc) kịch trạng (Baseline) kịch có cơng trình (B=3000m, tuyến đê 2) Có thể nhận định ảnh hưởng cơng trình lên chế độ dịng dư ven bờ gió hai m ùa gió Đơng Bắc Tây Nam với điều kiện khí hậu thơng thường khơng đáng kể Hình Phân bố dịng dư gió trung bình tháng kịch trạng (a) kịch có cơng trình B=3000m (b) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình So sánh dịng dư gió trung bình tháng tháng cắt ngang Cần Giờ (xem Hình 6a) kịch trạng kịch có cơng trình (B=3000m) 3.4 Ảnh hưởng đến vận chuyển bùn cát diễn biến hình thái khu vực lân cận a) Các sơng Lịng Tàu, Sồi Rạp vùng biển phía đê Hình Phân bố hàm lượng bùn cát kịch trạng (trái) kịch có cơng trình (B=3000m, phải) thời điểm triều lên (5h 9/10/2009) Hình Phân bố hàm lượng bùn cát lơ lửng trung bình tháng dọc sơng Sồi Rạp kịch trạng (a) có đê biển B = 3000m (b) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Chế độ vận chuyển bùn cát trình biến đổi hình thái khu vực cửa sông ven biển ĐBSCL từ Tp HCM đến Cà Mau hàng năm bị chi phối yếu tố sau: (i) chế độ dịng chảy/bùn cát hệ thống sông Mekong Đồng Nai, (ii) chế độ thủy triều biển Đông , (iii) chế độ sóng dịng chảy ven bờ Thời kỳ gió mùa Tây Nam m ùa m ưa lũ, mùa có nguồn phù sa từ sơng dồi năm, đồng thời hướng gió m ùa ngược với hướng m đường bờ ven biển Đông nơi tập trung cửa sông, nên hầu hết vùng có tượng bồi tụ, tượng xói lở khơng diễn Trong thời kỳ gió m ùa Đơng Bắc, gió thường thổi theo hướng: Đơng Bắc, Đơng Đơng Bắc Đơng, chủ yếu hướng Đông Bắc Đông Đông Bắc Với tần suất xuất vượt trội, tốc độ gió lớn nhiều so với hướng khác, hướng gió gần t rực diện với đường bờ biển mở phía biển Đơng, n ên xác định gió m ùa Đơng Bắc hướng gió chi phối đến q trình xói lở bờ biển tro ng khu vực Sóng gây gió m ùa Đông Bắc đào xới phần lớn bùn cát bồi tụ mùa gió Tây Nam bào mịn vách bờ khơng bảo vệ thảm thực vật, tạo dòng chảy ven bờ, với dòng triều dòng hải lưu v ận chuyển bùn cát phía nam Đây hướng di chuyển bùn cát thực dải ven biển từ Tp HCM đến Cà Mau Trongthời kỳ này, phần bùn cát theo dịng triều ngược vào cửa sơng gây bồi lắng cửa sơng Hình 10 Phân bố bồi xói thời điểm cuối tháng 4/2010 kịch chưa có đê biển (a) kịch có đê biển bề rộng cống B=3000m (b) (a) Sồi Rạp (b) Lịng Tàu Hình 11 Tổng lượng bồi xói sơng Sồi Rạp (a) Lịng Tàu (b) kịch tính tốn 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC Kết phân tích số liệu thực đo mơ mơ hình tốn cho thấy nguồn bùn cát chi phối đến phân bố bùn cát khu vực cửa sông thuộc hệ thống sông Sài Gịn Đồng Nai, cụ thể sơng Sồi Rạp, sơng Lịng Tàu, sơng Nhà Bè, thời kỳ m ùa lũ gió m ùa Đơng Bắc nguồn bùn cát từ phía biển Cụ thể hơn, lượng bùn cát từ phía cửa sơng Cửu Long (cửa Tiểu, cửa Đại, Hàm Lng) m ùa gió Tây Nam mùa lũ chuyển qua, thời kỳ gió mùa Đơng Bắc nguồn bùn cát sóng đào xới từ vùng ven bờ chuyển vào Việc xây dựng cơng trình đê biển cho khu vực bãi biển Cần Giờ Gị Cơng trở thành khu vực khuất sóng, hoạt động sóng khơng cịn đáng kể Như minh họa Hình Hình 9, cơng trình đê biển làm giảm đáng kể nguồn bùn cát từ phía biển khu vực cửa sơng Sồi Rạp, khu vực vịnh Gành Rái từ cửa sơng Lịng Tàu, Thị Vải Chính vậy, lưu tốc dịng chảy hệ thống cửa sơng khu vực lịng hồ giảm tượng bồi lắng cửa sơng bên cửa Sồi Rạp, Lịng Tàu có xu giảm (Hình 10 Hình 11), kịch bề rộng cống > 2500 m ảnh hưởng cơng trình lên dịng chảy m ức 10% Chỉ có khu vực cửa cống đê cống Lòng Tàu có lưu tốc dịng chảy lớn, lên tới 3-4 m /s nên gây xói đáy cục bộ, địi hỏi phải có giải pháp tiêu chống xói thích hợp Trong khu vực lịng hồ ngồi trừ vùng gần cửa bị xói mạnh vận tốc dịng chảy qua cống lớn, khu vực khác có xu bồi, mức bồi khoảng - 30cm /năm, khu vực bồi nhiều phía bờ biển Gị Cơng, phía sát đê phụ, vùng xen kẹp cửa cống bao gồm phần tuyến luồng phía trước sau âu thuyền Trong kịch có tuyến đê, cân xói bồi lịng hồ thực bồi Vbồi > Vxói (Bảng 2) thực xói kịch trạng (trên khu vực tương ứng với lịng hồ CƠNG NGHỆ phương án tuyến đê 2) Trong m ô chưa xét đến giải pháp tiêu bảo vệ chống xói khu vực cửa cống nên khu vực cửa cống bị xói sâu, với chiều dài hố xói kéo dài từ 2-3 km hai phía ngồi tuyến đê Nguồn bùn cát xói từ khu vực cửa cống góp phần làm gia tăng bồi lắng khu vực lân cận, bao gồm tuyến luồng khu vực lòng hồ Cần lưu ý thêm mô chưa xét đến việc vận hành âu thuyền nằm cống số cống số (Hình 1) Với điều kiện chế độ thủy văn thượng nguồn trung bình chưa xét tới nước biển dâng, kết tính tốn thủy động lực phương án bề rộng cống cho thấy phần lớn thời gian năm phải vận hành cống Bề rộng cống lớn dịng chảy qua cống êm Điều gợi ý trường hợp bề rộng cống đủ lớn (B ≥ 3000m ), âu thuyền để vận hành mở tự cho tàu thuyền qua lại hầu hết thời gian năm Khi dịng chảy qua âu thuyền hoạt động cửa cống vấn đề bồi lắng tuyến luồng phía trước sau âu thuyền khơng cịn Ngay kịch nước biển dâng phải vận hành cống thường xuyên, vận hành để âu thuyền m tự thời đoạn định để xử lý vấn đề bồi lắng tuyến luồng nêu Bảng Kết tính bồi xói sơng Sồi Rạp Lòng Tàu Kịch Baseline B = 1000m B = 2000m B = 2500m B = 3000m B = 3500m SỒI RẠP (triệu m /năm) LỊNG TÀU (triệu m /năm) V bồi V xói V bồi V xói V bồi V xói 6.92 6.26 5.83 5.77 5.75 5.87 -3.17 -0.08 -0.68 -1.47 -2.02 -2.23 3.49 2.72 2.78 2.84 3.02 3.14 -3.30 -1.65 -1.88 -2.04 -2.17 -2.09 13.36 27.03 30.66 33.67 29.16 29.75 -17.29 -6.14 -8.67 -9.04 -9.36 -8.89 LÒNG HỒ (triệu m /năm) b) Khu vực vịnh Gành Rái, bãi tắm Vũng Tàu Việc xây dựng cơng trình đê biển Gị Cơng làm giảm tác động khuếch tán dịng chảy từ cửa Sồi Rạp nên dẫn đến làm giảm nồng độ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 11 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ bùn cát lơ lửng từ phía cửa sơng Cửu Long phía vịnh Gành Rái bãi tắm Vũng Tàu thời kỳ gió mùa Tây Nam Đơng Bắc Mức độ bồi lắng bùn khu vực giảm rõ rệt (Hình 10) c) Khu vực vùng cửa sơng ven biển phía ngồi, lân cận đê Kết mơ diễn biến hình thái trình bày Hình 10 cho thấy sau xây dựng đê biển hình thành bãi bồi kẹp cửa cống vùng cửa cống số vùng cửa Tiểu Điều phù hợp với qui luật hình thái chung vùng cửa sơng mà triều chiếm ưu thế, sau có đê biển dịng chảy vào cửa cống xem dịng chảy qua "các cửa sơng nhân tạo" mới, việc hình thành bãi bồi cửa sơng với hình dạng kéo dài song song với hướng dòng chảy cửa (tương tự bãi bồi cửa sông cù lao Tân Phú Đông cửa Tiểu cửa Đại) tất yếu Tất nhiên, tốc độ phát triển bãi bồi phụ thuộc nhiều vào nguồn phù sa thượng nguồn sơng Ngồi trình bày trên, dòng chảy vào cửa Tiểu cửa Đại khơng cịn bị dịng chảy vào cửa Sồi Rạp "ép" phía Nam có xu lệch lên phía Bắc Do thời gian m hình thái m ột năm khí hậu chưa đủ dài để thể xu dịch chuyển tuyến lạch sâu vào khu vực cửa này, lâu dài tác động thay đổi dịng chảy nói làm dịch chuyển lạch sâu cửa Tiểu cửa Đại phía Bắc Tác động cơng trình lên chế độ bùn cát diễn biến hình thái vùng cửa sơng ven biển từ cửa Hàm Lng phía nam không đáng kể KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH Ị Về tác động dự án đê biển lên chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển lân cận điều kiện m ực nước biển tại, kết 12 luận sau rút ra: (i) Đê biển làm biên độ dao động mực hệ thống sơng phía giảm xuống, mực nước đỉnh triều hạ thấp, chân triều dâng cao m ức tăng chân triều nhiều m ức hạ thấp đỉnh triều Mức độ giảm biên độ dao động m ực nước phụ thuộc vào bề rộng cửa nước đê với xu bề rộng tăng mức tác động giảm Trong trường hợp cống m tự do, với chiều rộng B ≥ 3000m mực nước đỉnh triều sông Nhà Bè giảm 15cm , m ực nước chân triều tăng 40cm; (ii) Đê biển làm giảm vận tốc dòng chảy khả trao đổi nước hệ thống sông kênh bên tuyến đê, m ức độ tác động phụ thuộc vào bề rộng cửa cống thoát nước đê theo xu chiều rộng cống lớn mức độ tác động giảm Trong trường hợp cống mở tự do, với chiều rộng cống B ≥ 3000m mức giảm vận tốc lớn tổng lượng nước trao đổi sông Nhà Bè khoảng 10%; (iii) Dịng chảy vào cửa sơng Sồi Rạp có vai trị chi phối đến chế độ dịng chảy lên khu vực cửa sơng vùng ven biển từ cửa Đại đến mũi Nghinh Phong (Vũng Tàu) Cơng trình đê biển làm thay đổi hồn tồn chế độ dịng chảy vào cửa Sồi Rạp nên khu vực cửa sông vùng ven biển nói nơi có chế độ dịng chảy thay đổi nhiều sau có cơng trình Sau có đê biển, dịng chảy vào cửa Tiểu cửa Đại (sơng Tiền) khơng cịn bị “ép” dịng chảy cửa Sồi Rạp nên có xu lệch phía Bắc, điều kéo theo dịch chuyển lạch sâu cửa sông dài hạn Tuy nhiên, lưu lượng dòng chảy qua cửa sông cửa Tiểu cửa Đại thay đổi không đáng kể; (iv) Về tác động đê biển lên dịng ven bờ gió, dự án đê biển nằm vùng khuất đường bờ biển tổng thể ven biển Đơng, nên dịng chảy ven bờ gió khu vực dự án TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 KHOA HỌC nhỏ, tác động dự án lên dịng ven không đáng kể; (v) Về tác động đê biển lên chế độ sóng khu vực, tác động đáng kể chuyển vùng lịng hồ phía đê phần lớn vùng vịnh Gành Rái thành vùng khuất sóng hay hoạt động sóng yếu hầu hết thời gian năm; (vi) Tuyến đê biển có tác động sâu sắc tới chế độ vận chuyển bùn cát diễn biến hình thái phía tuyến đê Do nguồn bùn cát sông khu vực cửa sơng Đồng Nai Sồi Rạp, Lịng Tàu, sơng nhánh phía Lịng Tàu - Thị Vải chủ yếu từ phía biển qua cửa Sồi Rạp đưa vào thời kỳ mùa lũ thời kỳ gió m ùa Đơng Bắc nên có cơng trình đê biển, hàm lượng bùn cát vùng phía tuyến đê phía nhánh sơng Lịng Tàu-Thị Vải giảm đáng kể, đặc biệt vào thời kỳ gió m ùa Đơng Bắc Vì lý nên dù vận tốc dịng chảy sơng giảm CƠNG NGHỆ xuống tượng bồi lắng sông khơng khơng tăng mà cịn có xu giảm xuống Do lưu tốc dòng chảy giảm nên tượng xói lở giảm xuống Mức giảm tổng lượng bồi/xói sơng theo xu cống đê nhỏ mức giảm lớn Trong trường hợp chiều rộng cống đê B=3000m , tổng lượng bùn cát bồi lắng sơng Sồi Rạp Lòng Tàu giảm khoảng 17% 14% Trong khu vực lịng hồ, sau có đê biển tượng bồi lắng diễn hầu hết lòng hồ ngoại trừ khu vực ven cửa cống (với trường hợp chưa tính tới gia cố bảo vệ) Trong trường hợp bề rộng cống B = 3000m, tổng lượng bùn cát bồi/xói khu vực lịng hồ sau có đê +29/-9.4 triệu m /năm so với +13.4/-17.3 triệu m /năm chưa có đê; (vii) Đê biển làm cho hàm lượng bùn cát m ức độ bồi xói phía vịnh Gành Rái phía bãi tắm Vũng Tàu giảm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Mạnh Hùng, Nguyễn Duy Khang, cộng sự, 2011a Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ "Nghiên cứu xác định nguyên nhân gây sạt lở đề xuất giải pháp bảo vệ khu vực bờ biển từ cửa Tiểu đến cửa Soài Rạp tỉnh Tiền Giang" Viện Khoa học thủy lợi miền Nam [2] Nguyễn Duy Khang, Trần Bá Hoằng, cộng sự, 2012 Báo cáo chuyên đề "Hiệu chỉnh kiểm định mô hình tổng thể tồn vùng biển Đơng" Đề tài độc lập cấp nhà nước ĐTĐL.2011G/39 "Nghiên cứu biến động chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển chịu tác động dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng" Viện Khoa học Thủy lợi m iền Nam [3] Nguyễn Duy Khang, Trần Bá Hoằng, cộng sự, 2013a Báo cáo chuyên đề "Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình m rộng" Đề tài độc lập cấp nhà nước ĐTĐL.2011-G/39 "Nghiên cứu biến động chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển chịu tác động dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng" Viện Khoa học Thủy lợi m iền Nam [4] Nguyễn Duy Khang, Trần Bá Hoằng, cộng sự, 2013b Báo cáo chuyên đề "Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình chi tiết" Đề tài độc lập cấp nhà nước ĐTĐL.2011-G/39 "Nghiên cứu biến động chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển chịu tác động dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng" Viện Khoa học Thủy lợi m iền Nam TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 13 ... khu vực cửa sơng vùng ven biển lân cận dự án PH ƯƠ NG PH ÁP NG HIÊN CỨU Hình m inh họa cách tiếp cận chung việc nghiên cứu đánh giá tác động dự án đê biển Vũng Tàu – Gò Công lên chế độ thủy thạch. .. vùng biển Đơng" Đề tài độc lập cấp nhà nước ĐTĐL.2011G/39 "Nghiên cứu biến động chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển chịu tác động dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng" Viện Khoa học Thủy. .. rộng" Đề tài độc lập cấp nhà nước ĐTĐL.2011-G/39 "Nghiên cứu biến động chế độ thủy thạch động lực vùng cửa sông ven biển chịu tác động dự án đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng" Viện Khoa học Thủy lợi m