Biến đổi bờ biển tỉnh thừa thiên huế dưới ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu

BIẾN ĐỔI BỜ BIỂN TỈNH THỪA THIÊN HUẾ DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU PGS TS Nguyễn Hiệu, Đỗ Trung Hiếu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Phạm Xuân Cảnh, Trần Phương Hà Viện Tài nguyên, Môi trường Phát triển bền vững Tp Huế, Viện Hàn Lâm Khoa học cơng nghệ Việt Nam Mở đầu Địa hình đồng ven biển Thừa Thiên - Huế có độ dốc chung nhỏ, nhiều nơi tồn dải trũng giáp chân sườn đồi núi (nguyên hệ đầm phá cổ) Phía đơng đồng thường giới hạn với biển đê cát thiên nhiên cao từ - 8m đến vài chục mét, cửa sông hẹp thường lại bị thu lại đáng kể vào mùa khô kéo dài doi cát biển Với đặc trưng địa vậy, đới bờ biển tỉnh Thừa - Thiên Huế tiềm ẩn nhiều tai biến nguy hiểm, lũ lụt, xói lở bờ sơng, bờ biển…, bối cảnh biến đổi khí hậu tồn cầu, tai biến có xu hướng gia tăng diễn biến phức tạp tác động dâng lên mực nước biển Những nghiên cứu cổ địa mạo cho ta thấy, khứ mực nước biển nhiều lần thay đổi ứng với thời kỳ băng hà - gian băng Sự thay đổi cịn để lại dấu tích tồn diện cảnh quan: địa hình, trầm tích, sinh vật,… phạm vi khơng vùng băng hà rìa băng hà mà phạm vi tồn trái đất Phân tích cổ địa mạo đặc trưng địa hình, trầm tích cho thấy tranh tổng thể biến đổi địa hình khứ mối quan hệ với thay đổi mực nước đại dương khứ Việc | 589 25 NĂM VIỆT NAM HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG LIÊN NGÀNH sử dụng số đánh giá tổn thương bờ biển (CVI) mực nước biển dâng kết hợp với phân tích q trình động lực ứng dụng công nghệ Viễn thám - GIS giúp ta có sở để đánh giá xu biến đổi địa hình đới bờ tỉnh Thừa Thiến Huế ảnh hưởng mực nước biển dâng làm sở cho công tác quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên Dữ liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Các liệu sử dụng - Các báo cáo đặc điểm tự nhiên (địa chất, địa mạo, khí tượng, hải - thủy văn….), KTXH, nghiên cứu liên quan tới bờ biển tỉnh Thừa Thiên Huế - Các đồ địa hình, chuyên đề hệ thống ảnh vệ tinh Landsat: + Dữ liệu đồ: liệu địa hình, hành chính, địa mạo, sử dụng đất tỉnh Thừa Thiên Huế Dự án GIS Huế; đồ đẳng sâu với khoảng cao 5m Bộ TN&MT cung cấp + Dữ liệu ảnh Viễn thám: Ảnh vệ tinh Landsat TM (LT5) Landsat ETM khu vực Thừa Thiên Huế (path 125/row 48 path 125/row 49) chụp năm 1989, 1996, 2000, 2005 2010; tải từ website Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ - USGS (bảng 1) có độ phân giải mặt đất 30m Bảng Thông tin ảnh viễn thám sử dụng nghiên cứu TT Vị trí Năm Vệ tinh Bộ cảm Datum Nguồn 1989 Landsat TM WGS84 USGS 1996 Landsat TM WGS84 USGS 2000 Landsat ETM+ WGS84 USGS 2005 Landsat TM WGS84 USGS 2010 Landsat TM WGS84 USGS Zone 48N - path 125/ row 48 Zone 48N - path 125/ row 49 2.2 Các phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu địa mạo Theo nghiên cứu cổ địa mạo, vào thời kỳ băng hà, khí hậu trái đất lạnh, mực nước đại dương bị hạ thấp xuống, theo số nghiên cứu mực thấp tới 110m (Markov & Xuetova, 1964) hạ thấp ảnh hưởng vừa trực tiếp vừa gián tiếp tới toàn vỏ trái đất Ảnh hưởng trực tiếp chỗ làm phơi phận lớn thềm 590 | 25 NĂM VIỆT NAM HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG LIÊN NGÀNH lục địa, đại lục đảo mở rộng có thêm diện tích đất mà chúng có hình thái khác Một số quần đảo hợp thành đảo, số đảo nhập vào đại lục, số đại lục rời rạc nối liền với đường cạn Ảnh hưởng trực tiếp chỗ hạ thấp mực nước đại dương giới có nghĩa hạ thấp mực sở xâm thực sông đổ đại dương gây tăng cường mạnh mẽ hoạt động xâm thực theo chiều sâu, đào lịng sơng nói chung chia cắt địa hình đất với cường độ mạnh mẽ Còn thời kỳ gian băng, băng tan băng hà rút lui quay trở lại đại dương nơi mà bắt nguồn từ nhiều nghìn năm trước làm mực nước đại dương tăng lên Các biển ven lục địa xuất hiện, đại lục đảo bị phân rời, mực sở xâm thực sông dâng cao, điều dẫn đến giai đoạn phát triển yếu địa hình Như vậy, dấu tích thời kỳ băng hà gian băng để lại tồn diện di tích cảnh quan: địa hình, trầm tích, sinh vật,…trên phạm vị khơng vùng băng hà rìa băng hà mà phạm vi toàn trái đất Rõ ràng đặc điểm quan trọng nhà nghiên cứu kỷ Đệ tứ nói riêng địa chất cổ địa lý nói chung Trên sở đó, nghiên cứu địa mạo nguồn gốc tuổi địa hình cho thấy tranh tồn cảnh q trình biến đổi địa hình tác động trình thay đổi mực nước đại dương Hậu dao động mực nước biển gây biến động độ sâu bờ ngầm, làm cạn phần đáy ven bờ làm ngập phần lục địa ven bờ Nếu dao động xảy thời gian dài có hướng chúng gây tượng biển tiến (mực nước biển dâng lên) biển thoái (mực nước biển hạ xuống) Thông qua ảnh hưởng đến thủy - thạch động lực khu bờ, dao động mực nước biển có ý nghĩa địa mạo quan trọng q trình tiến hóa đới bờ biển Trong q trình biển tiến, nước đại dương tràn ngập miền đất ven biển rộng lớn, đương nhiên khu vực đất thấp ven biển, đồng tích tụ có nguồn gốc khác (sơng, hồ, băng hà…) bị tràn ngập nhiều Các bề mặt nằm ngang, có độ nghiêng nhỏ phía biển đồng bị trình sóng làm biến đổi đáng kể Sóng bắt đầu tạo trắc diện sườn ngầm theo điều kiện cân động phù hợp với quy luật thủy động | 591 25 NĂM VIỆT NAM HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG LIÊN NGÀNH lực khu vực biển nông Trong điều kiện đó, trắc diện thành tạo cách bào mịn mạnh mẽ trầm tích bở rời di chuyển khối vật liệu phía bờ chủ yếu Như tượng biển tiến sau băng hà gây phát triển rộng rãi q trình di chuyển ngang bồi tích mà biển thừa kế từ thời kỳ biển thoái trước * Phương pháp tính xu xói lở bờ biển Định luật Bruun rằng, vật liệu bở rời bị xói lở từ bờ bị phát tán khơi Khi mực nước dâng lên, đợt sóng vỗ vào làm xói bờ phía làm cho đường bờ lùi vào Quá trình xói lở cung cấp thêm vật liệu cho việc đắp cao lên cho phần phía ngồi trắc diện Mơ hình giả thiết trắc diện ban đầu tái lập phía đất liền độ cao nằm vị trí mực nước biển ban đầu (hình 1) Hình Mơ hình Bruun mơ di chuyển bar chắn [2] Tỷ lệ xói lở đường bờ (R) tính theo cơng thức sau: R = L / (h + D) * s (m) Trong đó: L = khoảng cách từ đường bờ tới điểm sâu cịn chịu tác động sóng h = chiều sâu mặt nước D = chiều cao Dune cát s = chiều cao đụn cát mực nước biển tăng 592 | 25 NĂM VIỆT NAM HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG LIÊN NGÀNH * Phương pháp đánh giá tổn thương bờ biển Bài viết sử dụng phương pháp số tổn thương bờ biển CVI công thức tính số CVI tương tự Hammar-Klose Theler (2000) với biến số xác định gồm: 1) Hình thái bờ, địa mạo 2) Độ dốc bờ biển 3) Xu hướng biến đổi bờ biển 4) Chiều cao sóng trung bình 5) Tốc độ thay đổi mực nước biển trung bình 6) Mực triều trung bình Mỗi yếu tố cho điểm từ đến tương ứng với mức độ tổn thương khác nhau: Rất thấp (1 điểm), Thấp (2 điểm), Trung bình (3 điểm), Cao (4 điểm), Rất cao (5 điểm) Chỉ số CVI tính tốn đề tài dựa theo cơng thức Thieler Hammar-Klose (2000) [7] Cơng thức tính số sau: Trong đó: Các biến liên quan đến địa chất Các biến liên quan đến biến đổi trình vật lý a: Địa mạo d: Mực triều trung bình b: Tốc độ xói/bồi bờ biển c: Độ dốc bờ biển e: Độ cao sóng trung bình f: Sự thay đổi mực nước biển trung bình Kết thảo luận Cũng giống với hầu hết dải địa hình vùng duyên hải miền Trung, địa hình đới bờ biển Thừa Thiên Huế đặc trưng kiểu cấu trúc đê cát - đầm phá Từ tây sang đông, địa hình chuyển từ thành tạo địa hình biển, sơng - biển có độ cao 10-15m sang dải địa hình trũng thấp nằm phần trung tâm (thường người dân địa phương gọi dải cát nội đồng) đầm phá, tiếp hệ thống cồn cát cao 5-8m, cuối chuyển xuống bề mặt bãi biển đại Với cấu trúc địa vậy, xu biến đổi địa hình đới bờ biển Thừa Thiên Huế thời gian tới gia tăng xói lở bờ biển làm thu hẹp dẫn tới phá huỷ cồn cát ven biển, tăng độ sâu đầm phá mở rộng vùng đất ngập nước, xói lở bờ sơng gia tăng tình trạng ngập lụt (hình 2) | 593 25 NĂM VIỆT NAM HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG LIÊN NGÀNH Hình Sơ đồ mơ tả q trình biến đổi lagoon đê cát mực nước đại dương tăng lên (MSL1 mực nước biển trung bình, MSL2: mực nước biển dâng) [4] Với tính chất thấp trũng, độ nghiêng địa hình khơng đáng kể, thêm vào có mặt hệ thống đê cát phía biển thu hẹp đáng kể cửa sông vào mùa khô, Huế giống túi đựng nước vào mùa mưa Lưu vực sông Hương lưu vực sơng điển hình miền Trung, có phần thượng lưu dốc, gần khơng có phần trung lưu Mùa mưa lũ, nước tràn nhanh đồng bằng, khả tiêu thoát nước lại kém, nên Huế thực nơi “chưa mưa ngập” Tính chất ngập lụt trở nên nghiêm trọng mực nước biển dâng cao dần Sẽ có thêm nhiều vùng đất thấp bị chìm ngập mực nước biển, thêm nhiều vùng đất bị ngập lũ độ sâu ngập gia tăng Cho đến nay, nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng mực nước biển dâng quốc gia ven biển, hầu hết tình trạng thiếu liệu xác tồn diện để đánh giá tác động, khả thích ứng hệ thống quản lý tài nguyên đới bờ xu biến đổi môi trường Nhiều nghiên cứu tiến hành đánh giá đơn giản theo tuyến tính, cách dịch chuyển bờ biển theo hướng sâu vào đất liền với khối lượng tương ứng với kịch mực nước biển dâng cao Các nghiên cứu thường đề cập/đánh giá q trình phi tuyến tính phức tạp đới bờ biển biến đổi phức tạp theo thời gian cảnh quan môi trường, đặc biệt địa hình, đới bờ biển Đối với đới bờ biển tỉnh Thừa Thiên Huế, để thấy cách trực quan khơng gian biến đổi địa hình mực biển tăng lên, viết đề xuất mơ hình giả định mức biển dâng khác dựa liệu mơ hình số độ cao chi tiết xây dựng từ đồ địa hình 1:10000, có bổ sung điểm độ cao yếu tố vi địa hình [1] Kết hợp với phân tích lịch sử 594 | 25 NĂM VIỆT NAM HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG LIÊN NGÀNH phát triển địa hình trình động lực thấy rõ trình biến đổi địa hình đới bờ biển, từ đưa nhận định ban đầu xu biến đổi địa hình đới bờ biển tương lai Kết tính tốn khơng gian ngập mực nước biển dâng theo kịch khác thể bảng 2, hình Bảng Diện tích phần trăm bị ngập nước biển dâng Độ cao dâng lên mực nước biển (m) Diện tích ngập (km2 ) Phần trăm diện ngập so với VNC (%) Phần trăm diện ngập so với toàn tỉnh (%) 0.5 272.2 17.8 5.4 374.2 24.5 7.4 1.5 418.5 27.4 8.3 474.0 31.1 9.4 646.1 42.3 12.8 1032.2 67.6 20.4 Hình Sơ đồ phân cấp mức ngập đới bờ biển Thừa Thiên Huế mực nước biển dâng lên 1m, 3m, 5m Khi ngập mức 1m, toàn bãi bồi thấp hầu hết diện tích thành tạo địa hình bề mặt tích tụ đầm phá đại bị ngập, làm | 595 25 NĂM VIỆT NAM HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG LIÊN NGÀNH cho phần lớn diện tích đất thuộc huyện Phú Vang Quảng Điền (gồm xã Quảng Thái, Quảng Lợi, Quảng Phúc, Quảng An) bị ngập chìm nhiễm mặn Đối với vùng trũng thấp, lại nằm điều kiện che chắn đê cát, nên tác động mực nước biển dâng trình chìm ngập cách từ từ Khi mực nước lũ đạt tới cấp 5m trừ bậc thềm biển sông - biển cồn cát gió cải tạo, cịn tồn bãi bồi, bề mặt tích tụ biển - vũng vịnh bề mặt tích tụ sơng - biển bị ngập Với mức ngập huyện Phú Vang Quảng Điền, thành phố Huế gần bị ngập chìm, hầu hết diện tích canh tác hoa màu bị chìm ngập nước biển 3.1 Tăng cường xói lở, bồi lấp Cả lý thuyết thực tiễn cho thấy lượng sóng nguyên nhân trực tiếp trình địa mạo tham gia vào hình thành biến đổi địa hình bờ biển Sự gia tăng lượng sóng bị ảnh hưởng số nhân tố như: gia tăng gió mạnh (đặc biệt bão), tăng độ nghiêng bãi, thiếu hụt lượng bồi tích đưa vào bờ Trong nghiên cứu này, tập trung phân tích ảnh hưởng mực nước biển dâng biến đổi địa hình Sự dâng lên mực nước biển, dù theo nguyên nhân (hạ lún mặt đất hay dâng lên chân tĩnh) dẫn đến làm thay đổi độ nghiêng trắc diện bãi biển, đặc biệt phần Khi độ nghiêng trắc diện bãi tăng, lượng sóng tác động đến tăng lên Vì thế, khả xói lở bờ tăng, đặc biệt bờ cấu tạo trầm tích bở rời Tuy nhiên khơng phải vị trí xảy xói lở mực nước biển tăng Điều phụ thuộc vào độ nghiêng phần bãi (thường ứng với điều kiện động lực thành tạo kích thước hạt trầm tích) chia loại sau: xói lở vách bờ với độ nghiêng trắc diện lớn 0,01; xói lở bãi biển với độ nghiêng trắc diện bãi khoảng từ