Ảnh hưởng của mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến vận chuyển bùn cát và biến động địa hình đáy vùng cửa sông văn úc hải phòng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH NGUYỄN MINH HẢI ẢNH HƯỞNG CỦA MỰC NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH ĐÁY VÙNG CỬA SƠNG VĂN ÚC, HẢI PHỊNG LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI – 2018 ugT rlutq SIOZ - IONI ugrl'SI'SOd noq YH ooutry ugp &ugnut AJOIO'I0Z0068 :9S lgnfp BN nYH IH) IQG Nflg :quPEu u9(nq3 oyu II# IgG r{grnis;VHr r ryA uVnr cNQHd IYH'f,O |IYA cNQs YOJ ONQA Ayc HNIH YIG cNOc NIUIS YA ryf, NQs Ng^nH) NYA Llgc nVu UDI Ioc NgIs oa cNy( NgIs )gnx Jor,ri vOf, c|.IgnH HNy IYH HNIIhI LlgAnONI HLlYsNI NIgIT )oH YOIDI )y) YOI{)I rQNYH VrO )Ono JOH rYCr Lời cam đoan Tơi xin cam đoan luận văn này, cơng trình nghiên cứu cá nhân thực hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Đình Lân, khơng chép cơng trình nghiên cứu người khác Số liệu kết luận văn chưa cơng bố cơng trình khoa học khác Các thông tin thứ cấp sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng, trích dẫn đầy đủ, trung thực qui cách Tôi hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực nguyên luận văn Học viên Nguyễn Minh Hải i Lời cảm ơn Nghiên cứu thực khuôn khổ đề tài luận văn tốt nghiệp lớp cao học chun ngành Biến đối Khí hậu khóa 2017-2018 Khoa Các khoa học liên ngành, Đại học Quốc gia Hà Nội Đồng thời sản phẩm đề tài “ Nghiên cứu xây dựng số đánh giá sử dụng bền vững bãi biển du lịch miền Bắc Việt Nam”, mã số KHCBBI.01/18-20 đề tài “Nghiên cứu so sánh tiến hóa trầm tích giai đoạn Holocene châu thổ sông Hồng châu thổ sông Trường Giang, đề xuất giải pháp bảo vệ khai thác dải ven biển châu thổ sông Hồng”, mã số NĐT.01.CHN/15 Trong q trình tham gia khóa học, học viên nhận dạy tận tình Thầy Cô Khoa Các khoa học liên ngành cho môn học chuyên ngành Học viên xin trân trọng cảm ơn Thầy Cô kiến thức truyền thụ thông qua môn học Luận văn thực từ tháng 1-2018 đến tháng 12 năm 2018, trình nghiên cứu để đến kết luận văn này, tác giả ln nhận hướng dẫn tận tình, gợi ý, dẫn khích lệ quý báu PGS.TS.Trần Đình Lân (Viện Tài ngun Mơi trường biển, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam), tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS hỗ trợ Tác giả xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Duy Vĩnh (Viện Tài nguyên Môi trường biển) dành thời gian giải đáp, thảo luận số vấn đề khúc mắc liên quan đến ứng dụng mơ hình q trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Vật lý Biển-luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình học Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Tài nguyên Môi trường biển, bạn đồng nghiệp, học viên khóa học 2017-2018 quan tâm động viên tạo điều kiện thuận lợi để học viên hoàn thành nhiệm vụ Hải Phịng, ngày 24 tháng 12 năm 2018 Học viên Nguyễn Minh Hải ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH .vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu 1.1.1 Nghiên cứu nước 1.1.2 Nghiên cứu nước 1.2 Điều kiện tự nhiên liên quan khu vực nghiên cứu 1.2.1 Vị trí địa lý địa hình 1.2.2 Đặc điểm khí hậu 1.2.3 Đặc điểm thủy, hải văn 12 1.2.4 Đặc điểm trầm tích đáy 15 1.3 Đặc điểm kinh tế, xã hội khu vực nghiên cứu 16 CHƯƠNG TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Tài liệu 18 2.2 Cách tiếp cận 23 2.3 Phương pháp nghiên cứu 24 2.3.1 Phương pháp xử lý số liệu 24 2.2.2 Mơ hình Delft 3D 24 2.2.3 Thiết lập mơ hình cho khu vực ven bờ Văn Úc 27 2.2.4 Hiệu chỉnh kiểm chứng kết mơ hình 28 2.2.5 Các kịch tính tốn 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 Dòng chảy ảnh hưởng nước biển dâng 36 3.1.1 Dòng chảy mùa khô 36 3.1.2 Dòng chảy mùa mưa 40 3.2 Sóng ảnh hưởng mực nước biển dâng 45 3.2.1 Sóng mùa khơ 45 iii 3.2.2 Sóng mùa mưa 49 3.3 Vận chuyển trầm tích ảnh hưởng mực nước biển dâng 55 3.3.1 Biến động trầm tích lơ lửng mùa khô 55 3.3.2 Biến động trầm tích lơ lửng mùa mưa 61 3.3.3 Vận chuyển bùn cát qua mặt cắt 68 3.4 Biến động địa hình đáy ảnh hưởng mực nước biển dâng 72 3.3.1 Biến động địa hình đáy mùa khơ 72 3.3.2 Biến động địa hình đáy mùa mưa 76 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 90 Phụ lục A Ảnh hưởng nước dâng đến dòng chảy A-1 Phụ lục B Ảnh hưởng nước dâng đến sóng B-1 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AR5 Báo cáo đánh giá lần thứ IPCC (Fourth Assesment Report) BĐKH Biến đổi khí hậu BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường DĐMN Dao động mực nước E Hướng đông (East) IPCC Ban liên phủ Biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate change) KTTV Khí tượng thủy văn KTXH Kinh tế xã hội N Hướng bắc (North) NBD Nước biển dâng NBD 0,5m Nước dâng 0,5 m NBD 1,0m Nước dâng 1,0 m NE Hướng đông bắc (NorthEast) RCP Kịch nồng độ khí nhà kính đặc trưng (Representative Concentration Pathways) RCP2.6 Kịch nồng độ khí nhà kính thấp RCP4.5 Kịch nồng độ khí nhà kính trung bình thấp RCP6.0 Kịch nồng độ khí nhà kính trung bình cao RCP8.5 Kịch nồng độ khí nhà kính cao S Hướng nam (South) SE Hướng đơng nam (SouthEast) TTLL Trầm tích lơ lửng TĐL Thủy động lực v DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Tần suất vận tốc gió hướng trung bình năm Hòn Dáu (1960-2017) 11 Bảng Tần suất độ cao sóng hướng Hòn Dáu (1970-2017) 15 Bảng Dân số huyện Tiên Lãng Kiến Thụy 16 Bảng Nước biển dâng theo kịch RCP cho khu vực nghiên cứu (cm) 22 Bảng Các thơng số mơ hình 34 Bảng 2 Các kịch tính tốn khác mơ hình……………………………35 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Vùng cửa sơng ven biển Hải Phòng khu vực nghiên cứu Hình Nhiệt độ khơng khí trung bình năm trạm Hịn Dáu Hình Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm 10 Hình Lượng mưa trung bình năm giai đoạn 1958-2017 10 Hình Hoa gió trung bình nhiều năm trạm Hịn Dáu (1960-2017) 11 Hình Mực nước trung bình tháng nhiều năm 13 Hình Mực nước trung bình năm giai đoạn (1985-2017) 13 Hình Hoa sóng trung bình nhiều năm trạm Hịn Dấu (1970-2017) 14 Hình Địa hình vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng số hóa từ đồ 18 Hình 2 Hoa gió trạm Hịn Dấu: a-tháng 1-3/2016, b- tháng 7-9/2016 19 Hình Hoa gió điểm W1: a) tháng 1-3/2016, b) tháng 7-9/2016 19 Hình Lưu lượng nước trung bình sơng Văn Úc tháng 1/2016 21 Hình Lưu lượng trung bình sơng Văn Úc tháng 8/2016 21 Hình Sơ đồ sóng- dịng chảy vận chuyển trầm tích mơ hình 25 Hình Các lưới tính mơ hình 28 Hình Vị trí điểm hiệu chỉnh trích xuất kết tính mơ hình 29 Hình So sánh số liệu mực nước đo đạc mơ hình trạm Hịn Dáu 30 Hình 10 So sánh kết dịng chảy quan trắc mơ hình mùa mưa 31 Hình 11 So sánh kết dịng chảy quan trắc mơ hình mùa khơ 32 Hình 12 So sánh hàm lượng TTLL quan trắc mơ hình mùa khơ 33 Hình Trường dịng chảy vùng cửa sông Văn Úc tầng mặt pha triều lên – mùa khô 37 Hình Trường dịng chảy vùng cửa sơng Văn Úc tầng mặt pha triều xuống – mùa khô 38 Hình 3 Vận tốc dịng chảy trung bình mùa khơ điểm kiểm tra 39 Hình Trường dịng chảy vùng cửa sơng Văn Úc tầng mặt pha triều lên – mùa mưa 41 vi Hình Trường dịng chảy vùng cửa sông Văn Úc tầng mặt pha triều xuống – mùa mưa 42 Hình Vận tốc trung bình mùa mưa điểm kiểm tra 43 Hình Trường sóng hướng E vùng cửa sơng Văn Úc mùa khơ 46 Hình Trường sóng hướng NE vùng cửa sơng Văn Úc mùa khơ 47 Hình Trường sóng hướng S vùng cửa sơng Văn Úc mùa khơ 48 Hình 10 Độ cao sóng trung bình mùa khơ điểm kiểm tra 49 Hình 11 Trường sóng hướng E vùng cửa sơng Văn Úc mùa mưa 50 Hình 12 Trường sóng hướng S vùng cửa sông Văn Úc mùa mưa 51 Hình 13 Trường sóng hướng SE vùng cửa sông Văn Úc mùa mưa 52 Hình 14 Trường sóng hướng SSW vùng cửa sông Văn Úc mùa mưa 53 Hình 15 Độ cao sóng trung bình mùa mưa điểm kiểm tra 54 Hình 16 Biến động TTLL tầng mặt pha triều xuống – mùa khơ 56 Hình 17 Biến động TTLL tầng đáy pha triều xuống – mùa khơ 57 Hình 18 Biến động TTLL tầng mặt pha triều lên – mùa khơ 58 Hình 19 Biến động TTLL tầng đáy pha triều lên– mùa khô 59 Hình 20 Biến động TTLL mùa khô điểm kiểm tra 60 Hình 21 Trầm tích lơ lửng trung bình mùa khơ điểm kiểm tra 61 Hình 22 Biến động TTLL tầng mặt pha triều xuống– mùa mưa 62 Hình 23 Biến động TTLL tầng đáy pha triều xuống– mùa mưa 63 Hình 24 Biến động TTLL tầng mặt pha triều lên– mùa mưa 64 Hình 25 Biến động TTLL tầng đáy pha triều lên– mùa mưa 65 Hình 26 Biến động TTLL mùa mưa điểm kiểm tra 66 Hình 27 Trầm tích lơ lửng mùa mưa điểm kiểm tra 67 Hình 28 Vận chuyển bùn cát qua mặt cắt (a- mùa khô, b- mùa mưa) 69 Hình 29 Địa hình đáy vùng cửa sông Văn Úc mùa khô 73 Hình 30 Biến động bồi, xói trung bình mùa khơ điểm (a- phía bắc, b-phía Nam) 74 Hình 31 Biến động bồi, xói trung bình mùa khơ điểm (a-luồng; b-phía ngồi) 75 Hình 32 Địa hình đáy vùng cửa sông Văn Úc mùa mưa 77 Hình 33 Biến động bồi, xói trung bình mùa mưa điểm (a-phía Bắc; b-phía Nam) 78 Hình 34 Biến động bồi, xói trung bình mùa mưa điểm (a-luồng; b-phía ngồi) 79 vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) với biểu rõ rệt nóng lên tồn cầu mực nước biển dâng, thách thức lớn nhân loại kỷ 21 (Lương Ngọc Thúy, 2015) BĐKH có khả tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống môi trường: sản lượng ngũ cốc giảm - 4%, tỷ lệ dân số bị ảnh hưởng nạn đói chiếm 36 -50% vào năm 2080; mực nước biển dâng cao gây ngập lụt, gây nhiễm mặn nguồn nước, ảnh hưởng đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn công nghiệp hệ thống kinh tế xã hội (KTXH) tương lai (Nguyễn Thị Như Vân, 2013) Việt Nam xem quốc gia bị ảnh hưởng bất lợi biến đổi khí hậu (Dasgupta nnk, 2007; IPCC, 2007) Theo Viện chiến lược sách tài nguyên thiên nhiên môi trường (ISPONRE, 2009),trong suốt 50 năm qua, nhiệt độ bề mặt trung bình hàng năm Việt Nam tăng xấp xỉ 0,5 - 0,7°C mực nước biển dọc bờ biển tăng xấp xỉ 20 cm BĐKH thực làm cho thiên tai, đặc biệt bão, lũ lụt, hạn hán ngày khốc liệt Theo kết dự báo Bộ tài ngun Mơi trường năm 2016, nhiệt độ trung bình Việt Nam tăng lên 3oC mực nước biển dâng m vào năm 2100 Nếu nước biển dâng 1m khoảng 16,8% diện tích đồng sơng Hồng, 1,47% diện tích đất tỉnh ven biển miền Trung, 38,9% diện tích đồng sơng Cửu Long có nguy ngập lụt (Bộ Tài nguyên Môi trường, 2016) Sự dâng cao mực nước biển làm thay đổi điều kiện thủy động lực, vận chuyển bùn cát, làm tăng cường q trình bồi tụ, xói lở vùng ven bờ (Vũ Duy Vĩnh nnk, 2015) Nằm hạ lưu hệ thống sơng Hồng-Thái Bình, vùng cửa sơng Văn Úc năm tiếp nhận khoảng 22,6 tỷ m3 nước 4,2 triệu bùn cát (Vu nnk, 2014) Lượng nước bùn cát góp phần quan trọng việc bồi đắp, mở rộng bãi bồi ven biển huyện Kiến Thụy Tiên Lãng-Hải Phòng, đồng thời tạo không gian mặt nước cho hoạt động giao thơng thủy, khu vực tránh trú lũ (Trần Đức Thạnh nnk, 2014) Đây nơi có chế độ động lực phức tạp chịu ảnh hưởng yếu tố dịng chảy, sóng , thủy triều dịng chảy từ sơng đưa (Vũ Duy Vĩnh, 2012) Mặc dù nằm khu vực phát triển kinh tế xã hội nhanh động thành phố Hải Phịng nói riêng vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ (Hà Nội-Hải Phịng-Quảng Ninh) nói chung, vùng sơng Văn Úc chịu tác động người (a) (b) (c) Hình A Biến động vận tốc dịng chảy mùa khơ điểm a-S1, b-S2, c-S6 (Từ ngày 13 đến 24/03/2016) A-8 (a) (b) (c) Hình A Biến động vận tốc dịng chảy mùa khơ điểm a-M2,b-M3, c-M5 (Từ ngày 13 đến 24/03/2016) A-9 (a) (b) (c) Hình A 10 Trường dịng chảy vùng cửa sơng Văn Úc tầng đáy pha triều lên – mùa mưa (Đơn vị: m/s Trong kỳ triều cường- 4h ngày 18/8/2016; a- tại; b- NBD 0,5m; c- NBD 1,0m) A-10 (a) (b) (c) Hình A 11 Trường dịng chảy vùng cửa sơng Văn Úc tầng đáy pha triều xuống – mùa mưa (Đơn vị: m/s Trong kỳ triều cường- 15h ngày 17/8/2016; a- tại; b- NBD 0,5m; c- NBD 1,0m) A-11 (a) (b) (c) Hình A 12 Trường dịng chảy vùng cửa sông Văn Úc tầng mặt pha triều lên – mùa mưa (Đơn vị: m/s Trong kỳ triều kém-17h ngày 24/8/2016; a- tại; b- NBD 0,5m; c- NBD 1,0m) A-12 (a) (b) (c) Hình A 13 Trường dịng chảy vùng cửa sông Văn Úc tầng mặt pha triều xuống – mùa mưa (Đơn vị: m/s Trong kỳ triều kém- 5h ngày 24/8/2016; a- tại; b- NBD 0,5m; c- NBD 1,0m) A-13 (a) (b) (c) Hình A 14 Trường dịng chảy vùng cửa sơng Văn Úc tầng đáy pha triều lên – mùa mưa (Đơn vị: m/s Trong kỳ triều kém- 17h ngày 24/8/2016; a- tại; b- NBD 0,5m; c- NBD 1,0m) A-14 (a) (b) (c) Hình A 15 Trường dịng chảy vùng cửa sơng Văn Úc tầng đáy pha triều xuống – mùa mưa (Đơn vị: m/s Trong kỳ triều kém-5h ngày 24/8/2016; a- tại; b- NBD 0,5m; c- NBD 1,0m) A-15 (a) (b) (c) Hình A 16 Biến động vận tốc dòng chảy mùa mưa điểm a-N1, b-N2, c-N6 (Từ ngày 24/8 đến 4/9/2016) A-16 (a) (b) (c) Hình A 17 Biến động vận tốc dòng chảy mùa mưa điểm a-S1, b-S2, c-S6 (Từ ngày 24/8 đến 4/9/2016) A-17 (a) (b) (c) Hình A 18 Biến động vận tốc dòng chảy mùa mưa điểm a-M2, b-M3, c-M5 (Từ ngày 24/8 đến 4/9/2016) A-18 Phụ lục B Ảnh hưởng nước dâng đến sóng (a) (b) (c) Hình A 19 Biến động độ cao sóng mùa khơ điểm a-N1, b-N2, c-N6 (Từ ngày 13 đến 24/03/2016) B-1 (a) (b) (c) Hình A 20 Biến động độ cao sóng mùa khô điểm a-S2, b-M2, c-M3 (Từ ngày 13 đến 24/03/2016) B-2 (a) (b) (c) Hình A 21 Biến động độ cao sóng mùa mưa điểm a-N1, b-N2, c-N6 (Từ ngày 24/8 đến 4/9/2016) B-3 (a) (b) (c) Hình A 22 Biến động độ cao sóng mùa mưa điểm a-S2, b-M2, c-M3 (Từ ngày 24/8 đến 4/9/2016) B-4 ... hình thủy động lực- vận chuyển bùn cát biến động địa hình đáy mơ hình Delf3D Hà Lan, đề tài luận văn ? ?Ảnh hưởng mực nước biển dâng biến đổi khí hậu đến vận chuyển bùn cát biến động địa hình đáy. .. trạng thủy động lực, vận chuyển bùn cát biến động địa hình đáy khu vực cửa sông Văn Úc nào? - Nước biển dâng BĐKH tác động đến thủy động lực, vận chuyển bùn cát biến động địa hình đáy nào? Ý... đáy vùng cửa sơng Văn Úc, Hải Phịng” thực nhằm đánh giá, dự báo ảnh hưởng mực nước biển dâng đến điều kiện thủy động lực, vận chuyển bùn cát, biến động địa hình đáy khu vực ven bờ cửa sông Văn Úc