Nghiên cứu diễn biến hình thái khu vực cửa sông thu bồn và đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi phục vụ phát triển kinh tế xã hội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP &PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI -* - ĐẶNG ĐÌNH ĐOAN NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI KHU VỰC CỬA SÔNG THU BỒN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG BẤT LỢI PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG ĐÌNH ĐOAN NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI KHU VỰC CỬA SÔNG THU BỒN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG BẤT LỢI PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI Chuyên ngành: Chỉnh trị sông bờ biển Mã số: 62 44 94 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Vũ Minh Cát TS Phạm Quang Sơn HÀ NỘI, NĂM 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố công trình khoa học Việc tham khảo nguồn tài liệu ( có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Đặng Đình Đoan ii LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Vũ Minh Cát - Đại học Thủy Lợi; TS Phạm Quang Sơn- Viện Địa chấtđã hướng dẫn tác giả suốt q trình tìm hiểu, nghiên cứu hồn thiện luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy, cô giáo đồng nghiệp trường Đại học Thủy lợi; Viện khoa học thủy lợi Việt Nam;Viện khoa học thủy lợi miền Trung Tây Nguyên, Trường Cao đẳng Công nghệ Kinh tế Thủy lợi miền Trung tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt trình học tập thực luận án Tác giả trân trọng cảm ơn quan: Sở Nông nghiệp phát triển nông thôn tỉnh Quảng Nam Thành phố Đà Nẵng; Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Trung Trung Bộ giúp đỡ tác giả trình thu thập tài liệu, thông tin cần thiết liên quan đến vấn đề nghiên cứu Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp người thân giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận án Tác giả luận án Đặng Đình Đoan iii MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mụchình ảnh Danh mụcbảng biểu Danh mục ký hiệu, từ viết tắt MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu luận án Nhiệm vụ nội dung luận án Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Cấu trúc luận án 6.Những đóng góp luận án 1.1 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHÂN VÙNG CỬA SÔNG 1.1.1 Đặc điểm vùng cửa sông 1.1.2 Phân vùng cửa sông 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG CỬA SƠNG TRÊN THẾ GIỚI 1.3 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI CỬA SƠNG Ở VIỆT NAM 13 1.4 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Ở VÙNG CỬA SƠNG THU BỒN 18 1.4.1 Các dự án điều tra 19 1.4.2 Các chương trình KHCN Nhà nước đề tài nghiên cứu khoa học cơng nghệ có liên quan 19 1.4.3 Các dự án khu vực cửa sông 21 1.5 NHỮNG HẠN CHẾ RÚT RA VÀ HƯỚNG TIẾP CẬN CỦA LUẬN ÁN 21 1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN 23 1.6.1 Phương pháp phân tích thống kê tổng hợp 23 1.6.2 Phương pháp phân tích viễn thám, hệ thông tin địa lý (GIS) 24 1.6.3 Phương pháp mơ hình số trị 24 1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 25 CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, TÌNH HÌNH DIỄN BIẾN VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN ĐỔI HÌNH THÁI VÙNG CỬA SƠNG THU BỒN27 iv 2.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC NGHIÊN CỨU 27 2.1.1 Vị trí địa lý 27 2.1.2 Đặc điểm địa hình 27 2.1.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng 28 2.1.4 Mạng lưới sông Thu Bồn 29 2.1.5 Đặc điểm khí hậu 30 2.1.6 Chế độ thủy văn 32 2.1.7 Các yếu tố hải văn 35 2.2 TÌNH HÌNH DIỄN BIẾN HÌNH THÁI CỬA SƠNG THU BỒN 40 2.2.1 Diễn biến hình thái khu vực phía sơng 40 2.2.2 Biến đổi hình thái dải ven biển vùng cửa sông nghiên cứu 44 2.3 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN ĐỔI HÌNH THÁI 45 2.3.1 Nhân tố nội động lực 45 2.3.2 Nhân tố ngoại động lực 48 2.3.3 Các nguyên nhân người 50 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 54 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN VÙNG CỬA SÔNG THU BỒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM, GIS VÀ MƠ HÌNH SỐ TRỊ 56 3.1 Nghiên cứu diễn biến hình thái phương pháp viễn thám - GIS 56 3.1.1 Cơ sở lý thuyết 56 3.1.2 Phương pháp thực 58 3.1.3 Phương pháp xác định dòng chủ lưu 61 3.1.4 Diễn biến khu vực cửa sông Thu Bồn qua phân tích thơng tin viễn thám 63 3.1.5 Kết luận phần phân tích Viễn thám 79 3.2 Nghiên cứu diễn biến hình thái mơ hình số trị 79 3.2.1 Lựa chọn mơ hình 79 3.2.2 Mô diễn biến đáy sông đáy biển trước cửa sông MIKE21 81 3.2.3 Xây dựng tập kịch mô 91 3.2.4 Mô thay đổi đường bờ biển mơ hình LITPACK 98 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 114 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐỊNH HƯỚNG PHÒNG TRÁNH, GIẢM NHẸ XĨI LỞ, BỒI TỤ VÙNG CỬA SƠNG VEN BIỂN 116 4.1 Nhóm giải pháp phi cơng trình 116 4.2 Nhóm giải pháp cơng trình 117 v 4.3 Giải pháp cho đoạn sông từ Giao Thủy tới Cửa Đại 118 4.3.1 Phân tích sở khoa học thực tiển để lựa chọn biện pháp 118 4.3.2 Lựa chọn giải pháp áp dụng cho điểm xói lở 120 4.3.3 Giải pháp cho cửa sông Thu Bồn 121 4.4 Giải pháp cơng trình cho vùng cửa sơng 125 4.4.1 Giải pháp cho cửa sông 125 4.4.2 Giải pháp cho dải ven biển 126 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 130 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 Kết luận 132 Kiến nghị 135 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Sơ đồ tiếp cận 23 Hình 1-2: Sơ đồ nghiêncứu phân tích tổng hợp 23 Hình 1-3: Sơ đồ nghiên cứu phương pháp viễn thám 24 Hình 1-4: Sơ đồ nghiên cứu phương pháp mơ hình số trị 25 Hình 2-1: Khu vực nghiên cứu sông Thu Bồn 27 Hình 2-3: Thống kê chiều dài xói lở (m) 42 Hình 2-4: Tốc độ xói lở (m/năm) 42 Hình 2-5: Xói lở dịng xốy tạo thành hố xói Bãi Mộ thơn An Hà - Điện Phong với độ rộng 10-20m, sâu từ 3-5m(5/2009) 43 Hình 2-6: Hố xói Ơng Phật, trước lũ 1999 với diện tích 250m2, sâu 2-3m, đến 4000 m2, sâu –10 m thôn An Hà (5/2009) 43 Hình 2-7: Xói lở đoạn bờ hữu dài 3km thôn An Hà, Thôn Thi Phương Thôn Cẩm Phú - Điện Phong (5/2009) 43 Hình 2-8:Xói lở dịng chảy dồn vào sơng nhánh Vĩnh Điện (Điện An) đoạn bờ dài 1km (5/2009) 43 Hình 2-9: Sạt lở bờ biển khu vực bờ phải Cửa Đại sóng xiên góc với đường bờ (Golden Sand Resort Hội An tháng 10/2010) 44 Hình 2-10: Xói bờ biển Duy Hải ( bờ phải Cửa Đại sau lũ 9/2009) 44 Hình 2-11: Các đứt gãy điển hình có vai trị hình thành sơng 45 Hình 2-12: Đốt rừng làm nương Quế Sơn; khai thác khoảng sản Phước Sơn xây dựng Thủy điện Sông Bung 51 Hình 2-13: Ni trồng thủy sản sơng canh tác bãi bồi hạ lưu sông Thu Bồn 52 Hình 3-1: Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý thơng tin ảnh đồ 58 Hình 3-2: Xác định dòng chủ lưu từ phổ phản xạ nhánh sơng Band 62 Hình 3-3: Xác định dòng chủ lưu từ phổ phản xạ nhánh sơng Band 62 Hình 3-4: Xác định dòng chủ lưu từ phổ phản xạ nhánh sơng Band 63 Hình 3-5: Biến động lịng sơng Thu Bồn giai đoạn 1965 đến 2013 64 Hình 3-6: Ảnh vệ tinh đoạn từ Giao Thủy đến cầu đường sắt 65 Hình 3-7: Biến đổi dịng sơng đoạn từ Giao Thủy đến cầu đường sắt 66 Hình 3-8: Xu biến đổi dịng sơng đoạn từ Giao Thủy đến cầu đường sắt 66 Hình 3-9 : Sự di chuyển dịng chủ lưu đoạn Giao Thủy 67 Hình 3-10: Sự di chuyển dịng chủ lưu đoạn Duy Châu (Duy xuyên) 68 vii Hình 3-11: Sự di chuyển dòng chủ lưu đoạn Phú Đơng, Điện Quang 69 Hình 3-12: Xu hướng diễn biến đường bờ Kỳ Long 69 Hình 3-13: Ảnh viễn thám khu vực từ cầu đường sắt đến cầu Câu Lâu 70 Hình 3-14: Sự di chuyển dịng chủ lưu đoạn thôn Nhị Dinh1 71 Hình 3-15: Sự di chuyển dịng chủ lưu đoạn thơn Nhị Dinh 71 Hình 3-16: Diễn biến đoạn bờ gần cửa sông từ năm 1973 đến 2013 72 Hình 3-17: Diễn biến dịng chủ lưu đoạn sơng gần cửa Đại năm 1973 đến 2013 74 Hình 3-18: Diễn biến dịng chủ lưu đoạn sơng cửa Đại năm 1973 đến 2013 74 Hình 3-19: Diễn biến đoạn bờ cửa Đại năm 1973 đến 2013 75 Hình 3-20: Diễn biến đường bờ đoạn phía Bắc cửa Đại, năm 1973 đến 2013 76 Hình 3-21: Diễn biến đoạn cửa Đại năm 1999 đến 2013 qua ảnh vệ tinh 77 Hình 3-22: Diễn biến bờ biển đoạn bờ phía Nam cửa Đại từ năm 1973 đến 2013 78 Hình 3-23: Số hóa địa hình lưới tính miền lớn 84 Hình 3-24: Địa hình lưới tính nhỏ 85 Hình 3-25: Địa hình chi tiết khu vực cửa Đại 85 Hình 3-26: Kết hiệu chỉnh mực nước trạm Sơn Trà (chỉ số NASH = 94%) 87 Hình 3-27: Kết hiệu chỉnh mực nước trạm cửa Đại(chỉ số NASH = 89%) 87 Hình 3-28: Kết so sánh chiều cao sóng tính toán thực đo (chỉ số NASH = 82%) 88 Hình 3-29: Kết hiệu chỉnh lưu tốc cửa Đại (chỉ số NASH = 86.2%) 88 Hình 3-30: Địa hình cửa Đại đo tháng 9/2009 89 Hình 3-31: Địa hình cửa Đại đo tháng 10/2009 89 Hình 3-32: Các mặt cắt chiết xuất kết mô 90 Hình 3-33: Địa hình đáy thực đo tính tốn (MC1) 90 Hình 3-34: Địa hình đáy thực đo tính tốn (MC2) 90 Hình 3-35: Địa hình đáy thực đo tính tốn (MC3) 90 Hình 3-36: Các mặt cắt tính tốn biến đổi địa hình đáy 93 Hình 3-37: Biến đổi địa hình đáy MC1 94 Hình 3-38: Biến đổi địa hình đáy MC2 94 Hình 3-39: Biến đổi địa hình đáy MC4 94 Hình 3-40: Biến đổi địa hình đáy MC3 94 Hình 3-41: Biến đổi địa hình đáy MC5 94 Hình 3-43: Biến đổi địa hình đáy MC2 95 Hình 3-44: Biến đổi địa hình đáy MC3 96 Hình 3-45: Biến đổi địa hình đáy MC4 96 Hình 3-46: Biến đổi địa hình đáy MC5 96 viii Hình 3-47: Vận tốc dịng chảy tổng cộng kịch C1, C2 điểm 97 Hình 3-48: Địa hình đáy – Kịch C1 97 Hình 3-49: Địa hình đáy – Kịch C2 98 Hình 3-50: Mơ hình hóa đường bờ khu vực nghiên cứu 100 Hình 3-51: Mơ hình hóa mặt cắt ngang đại diện khu vực nghiên cứu 100 Hình 3-52: Hiệu chỉnh mơ hình LITLINES 102 Hình 3-53: Đường bờ biển sau 10 năm 103 Hình 3-54: Đường bờ biển sau 20 năm 104 Hình 3-55: Đường bờ biển sau 10 năm, có thêm đập hướng dịng cửa 105 Hình 3-56: Đường bờ biển sau 20 năm 106 Hình 3-57: Các mặt cắt điển hình chiết xuất miền tính tốn LITPROF 108 Hình 3-58: Diễn biến cao độ đáy MC2 ứng với kịch E1, E2 năm 110 Hình 3-59: Diễn biến cao độ đáy MC3 ứng với kịch E1, E2 năm 111 Hình 3-60: Diễn biến MC1 theo kịch có kè năm 113 Hình 3-61: Diễn biến MC2 theo kịch có kè năm 113 Hình 3-62: Diễn biến MC3 theo kịch có kè năm 114 Hình 3- 63: Diễn biến MC4 theo kịch có kè năm 114 Hình 4-1: Kè kết hợp loại vải địa kỹ thuật thực vật 118 Hình 4-2a: Bố trí nơi không ngập nước thường xuyên 119 Hình 4-2b: Bố trí 119 Hình 4-3: Sơ đồ kết cấu kè lát mái 119 Hình 4-4a: Mỏ hàn nghiêng với dịng chảy 120 Hình 4-4b: Mỏ hàn vng góc dịng chảy 120 Hình 4-5: Phân đoạn diễn biến đường bờ biển 124 Hình 4-6: Mặt cắt điển hình kiểu kè mái nghiêng 129 Hình 4-7: Giải pháp tổng thể bảo vệ bờ khu vực nghiên cứu 130 ... hoạt động phát triển kinh tế xã hội địa phương Xuất phát từ lý trên, tác giả chọn đề tài:? ?Nghiên cứu diễn biến hình thái khu vực cửa sông Thu Bồn đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi phục. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG ĐÌNH ĐOAN NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI KHU VỰC CỬA SƠNG THU BỒN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG BẤT LỢI PHỤC VỤ PHÁT... phục vụ phát triển kinh tế xã hội? ??nhằm đánh giá diễn biến hình thái khu vực cửa sơng, xác định ngun nhân quy luật diễn biến để từ đề xuất giải pháp nhằm ổn định vùng cửa sông phục vụ phát triển kinh