Nghiên cứu hiện tượng xói lở bồi tụ cửa biển thuận an thừa thiên huế và kiến nghị giải pháp xử lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ************* Đ NG NC U T U N N-T V T NG N TƯ NG T N U VÀ - TỤ C N NG Ị G LU N VĂN T ẠC SĨ ĨT U T NGÀNH: TS TÔ XUÂN VU À NỘ - 2014 N P P MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÓI LỞ VÀ BỒI TỤ CỬA THUẬN AN 1.1 Khái quát loại cửa sông biện pháp chỉnh trị 1.1.1 Cửa sông phẳng có mũi tên cát 1.1.2 Cửa sông dạng tam giác châu 1.1.3 Cửa sơng hình loa 1.2 Các nghiên cứu xói – i t v chỉnh trị cử Thuận An 1.2.1 Nghiên cứu t ng th v gi i pháp c ng tr nh 1.2.2 Nghiên cứu vận chuy n bùn cát từ hệ thống s ng Hương r cửa Thuận An 12 CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, ĐỊA CHẤ TRÌNH KHU VỰC CỬ ĐỊA CHẤT CƠNG H ẬN N 17 2.1 Đặc m khí hậu 17 2.1.1 Chế độ nhiệt .18 2.1.2 Số nắng 18 2.1.3 Chế độ gió 19 2.1.4 Bốc .20 2.1.5 Độ ẩm không khí .20 2.1.6 Đặc trưng mư 21 2.2 Chế độ thủy, h i văn 23 2.2.1 Hệ thống s ng Hương 23 2.2.2 Chế độ dòng ch y sông 24 2.2.3 Chế độ gió, sóng 26 2.2.4 Chế độ triều dòng triều .30 2.3 Đặc m địa hình 30 2.3.1 Địa hình vùng núi 31 2.3.2 Đị h nh vùng đ ng .31 2.3.3 Hệ đầm phá Tam giang cầu Hai 32 2.3.4 Đường bờ bi n 33 2.3.5 Cửa bi n 33 2.4 Đặc m địa chất 34 2.5 Đặc m đị chất c ng tr nh 37 2.5.1 Đặc m địa hình - địa mạo 37 2.5.2 Đị tầng v t nh chất CHƯƠNG PH N p đất hu v c nghiên cứu 39 CH HIỆN TRẠNG VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY XÓI LỞ - BỒI TỤ CỬA THUẬN AN 46 3.1 Hiện trạng xói - i t cử Thuận n 46 3.1.1 Hiện trạng bờ bi n 46 3.1.2 Hiện trạng bãi cát ngầm trư c cửa Thuận An 48 3.1.3 Hiện trạng tuyến lu ng vào c ng Thuận An 48 3.2 Phân tích số liệu lịch sử liên quan t i xói lở - b i t cửa Thuận An 48 3.2.1 Diễn biến bờ bi n từ H i Dương đến cửa Thuận An .48 3.2.2 Diễn biến doi cát ngầm cửa Thuận An 50 3.2.3 Diễn biến tuyến lu ng 51 3.3 Nhận định nguyên nh n g y xói – i t cử Thuận n 53 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH ỐN ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆN Ư NG XÓI LỞ - BỒI TỤ CỬ H ẬN N 55 4.1 L a chọn m h nh t nh toán 55 4.2 sở thuyết củ m h nh t nh toán 56 4.2.1 Mơ hình lan truyền sóng MIKE21 SW 56 4.2.2 Mô hình thủy l c chiều MIKE11 58 4.2.3 Mơ hình thủy l c chiều MIKE21 HD MIKE 21ST 63 4.2.4 Mơ hình tích hợp thủy l c chiều Mike Flood .67 4.3 Tham số đầu v o củ m h nh t nh toán 67 4.3.1 Số iệu đầu v o .67 4.3.2 Đánh giá số liệu đầu v o .68 4.4 Mô trường thủy động l c học mơ hình tốn 69 4.4.1 Mơ hình lan truyền sóng khu v c cửa Thuận An 69 4.4.2 Mơ hình thủy động l c học vận chuy n bùn cát khu v c cửa Thuận An 73 4.5 ác ịch n chạy m h nh 86 4.6 Phân tích kết qu mơ mơ hình tốn 87 4.6.1 So sánh trường dòng ch y có khơng có dịng ch y sơng 87 4.6.2 So sánh trường dịng ch y pha triều lên pha triều rút 88 4.6.3 So sánh trường dòng ch y giữ mù ũ v mù iệt 89 4.6.4 Lưu tốc số m qu n trọng 89 4.6.5 Nhận x t ết qu m h nh 91 4.7 Ph n t ch nguyên nh n g y xói - i t cử Thuận n từ ết qu m h nh toán 91 CHƯƠNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH H P LÝ KHẮC PHỤC HIỆN Ư NG XÓI LỞ - BỒI TỤ CỬ H ẬN N 96 5.1 Luận chứng gi i pháp xử lý 96 5.1.1 Định hư ng chung c i tạo cửa bi n Thuận An 96 5.1.2 Nhiệm v cơng trình chỉnh trị cử Thuận n 96 5.1.3 ác phương án ố trí cơng trình chỉnh trị 97 5.2 Đánh giá hiệu qu phương án c ng tr nh v iến nghị chọn phương án phù hợp 98 KẾT LUẬN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 DANH MỤC BẢNG BIỂU B ng 1.1 Thống kê nghiên cứu trư c đ y vận chuy n bùn cát dọc bờ 12 B ng 1.2 Các số điều hòa khu v c cửa Thuận n v Tư Hiền 15 nh tháng, năm trạm (oC) .18 B ng 2.1 Nhiệt độ trung B ng 2.2 Nhiệt độ tối cao, tối thấp đo trạm trạm (oC) 18 B ng 2.3 Số nắng trung nh tháng, năm trạm .19 B ng 2.4 Tốc độ, hư ng gió trung B ng 2.5 Số trận ođ ộv nh hưởng t i B ng 2.6 Lượng ốc trung nh tháng, năm trạm (%) 21 nh tháng, năm 1960 đến - mm) 22 B ng 2.9 Đặc trưng mư ũ số trận ũ B ng 2.10 M c nư c ũ nh Trị Thiên qu thập niên .20 nh tháng, năm trạm (mm) .20 B ng 2.7 Độ ẩm h ng h trung B ng 2.8 Lượng mư trung nh tháng, năm trạm (m/s) 19 n n h nh trạm trạm (mm) 22 n h ng năm 25 B ng 2.11 Lưu ượng ũ th c đo n đ x y r s ng Hương .26 B ng 2.12 Các tiêu vật lý l p 40 B ng 2.13 ác tiêu p .40 B ng 2.14 ác tiêu p .41 B ng 3.1 Phân tích diễn biến mặt củ đoạn lu ng bi n trư c xây d ng c ng tr nh gi i đoạn 51 B ng 3.2 Phân tích diễn biến mặt củ đoạn lu ng bi n sau xây d ng c ng tr nh gi i đoạn 53 B ng 4.1 Đặc trưng địa hình lịng dẫn s ng Huơng v s ng nhánh 74 B ng 4.2 Các thông số mơ hình thủy l c mùa kiệt 83 B ng 4.3 Các thông số mơ hình thủy l c mù ũ .84 B ng 4.4 Chỉ số đánh giá s sai khác tính tốn – th c đo trạm ki m định 86 B ng 4.5 Thời gi n tác động dòng ch y sơng mùa gió (sóng) 86 B ng 4.6 B ng th thông số mô kịch b n 87 B ng 4.7 B ng giá trị ưu tốc l n số m (m/s) .90 B ng 5.1 ác phương án c ng tr nh nghiên cứu 98 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Yếu tố định hư ng dịng ch y sơng bi n .13 Hình 2.1 Chế độ gió C n Cỏ (1992-2012) 28 Hình 2.2 Hình 2.3 Chế độ sóng C n Cỏ (1992-2012) 29 B n đ đị h nh ưu v c s ng Hương 31 Hình 3.1 Hình 3.2 Tình trạng xói lở bờ bi n trư c v s u ũ năm 1999 46 Vùng bãi b i khu v c bờ xã H i Dương ph đê ắc) .47 Hình 3.3 Hình 3.4 Vùng b i lắng trư c đê N m 47 Sơ họ iến động đường bờ qua thời kỳ 49 Hình 4.1 Hình 4.2 Địa hình thiết lập mơ hình lan truyền sóng 69 Các thơng số sóng nư c s u theo W veW tch III, tính tốn từ gió năm 1998-2012 70 Biến trình m c nư c triều năm theo d báo thủy triều tồn cầu 70 So sánh chiều cao sóng tính tốn th c đo C n Cỏ 72 Trường sóng khu v c cửa Thuận An 73 Sơ đ tính tốn thủy l c mù ũ s ng Hương 79 Mạng i sơng mơ hình thuỷ l c chiều - MIKE 11 79 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Phạm vi địa hình nghiên cứu mơ hình MIKE 21HD 80 Hình 4.9 M h nh địa hình 3D chi tiết khu v c cửa Thuận An 80 Hình 4.10 Địa hình liên kết chiều chiều MIKE flood 81 Hình 4.11 Quá tr nh ưu ượng biên nh Điền, C i, Dương Hò từ năm 1980 đến 2009 82 Hình 4.12 Q trình m c nư c tính tốn th c đo vị trí khống chế (mùa kiệt) 84 Hình 4.13 Q trình m c nư c tính toán th c đo trạm Kim Long ũ năm 1983 85 Hình 4.14 Hình 4.15 Hình 4.16 Hình 4.17 Hình 4.18 Hình 5.1 Hình 5.2 Hình 5.3 Quá trình m c nư c tính tốn th c đo trạm Phú Ốc ũ năm 1983 85 Sơ họa vị tr m trích rút kết qu 90 Bi u đ ưu tốc l n số m trích rút 90 Chập diễn biến doi cát ngầm chắn cử trư c v s u ũ năm 1983 92 Chập diễn biến lạch sâu lu ng tàu qua số liệu đo đạc, điều tra từ năm 1960-2003 93 ác phương án nghiên cứu vận chuy n bùn cát 99 Lư i tính tốn mơ hình vận chuy n bùn cát 100 Trường dòng ch y phương án c ng tr nh 101 Hình 5.4 Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Hình 5.8 Biến đ i đáy hu v c nghiên cứu thời gi n năm củ phương án 101 Biến đ i đáy hu v c nghiên cứu thời gi n năm củ phương án 102 Biến đ i đáy hu v c nghiên cứu thời gi n năm củ phương án 102 Biến đ i đáy hu v c nghiên cứu thời gi n năm củ phương án 103 Hình nh 3D đị h nh phương án iến nghị xây d ng cơng trình 104 MỞ ĐẦU C ng Thuận An đầu mối giao thông quan trọng giữ phương thức vận t i đường bi n, đường thủy nội đị , đường Thừa Thiên Huế Tuy nhiên, s n định lu ng tàu mặt đứng mặt d o động d i quạt từ hư ng NW đến hư ng NE g y hó hăn l n cho tàu bè vào c ng Thuận An Mặt khác, đoạn bờ bi n phía Bắc cửa Thuận An (xã H i Dương) đ có tượng bị xâm th c, xói gây sạt lở từ lâu, sau đợt ũ tháng XI/1999, mức độ sạt lở bờ bi n đoạn trở nên nghiêm trọng v g y t n thất nặng nề, đe dọ đến tính mạng, tài s n nhân dân Vì vậy, việc nghiên cứu l m sáng tỏ đặc m xói i n, i ắng u ng tàu khu v c cử Thuận n việc quan trọng trở nên cần thiết Đây sở khoa học đ định hư ng bố trí cơng trình chỉnh trị phù hợp hiệu qu M M c tiêu nghiên cứu củ đề tài làm sáng tỏ đặc m, nguyên nhân gây xói, lở b i t cửa bi n Thuận An - Thừa Thiên Huế đ từ đề xuất gi i pháp xử lý phù hợp Đ - Đối tượng nghiên cứu củ đề tài tượng xói ởcử i n Thuận n v iện pháp xử - Phạm vi nghiên cứu i t x y r hu v c m i trường địa chất nằm đ i i n H i Dương v cử Thuận n, nơi x y quan hệ tương tác v i m i trường bi n v nư c sông Nhiệm v nghiên c u Đ đạt m c đ ch đề t i cần tập trung gi i vấn đề s u: - Nghiên cứu tượng xói lở, b i t cửa bi n Thuận An - Nghiên cứu quy luật diễn biến đường bờ bi n từ thôn xã H i Dương đến cửa Thuận An, dịch chuy n doi cát ngầm, trình nguyên nhân b i lấp dịch chuy n tuyến lu ng - Nghiên cứu chế độ động l c cửa Thuận An phương pháp Mơ hình toán đ làm sáng tỏ vấn đề: + Vai trị củ sóng dịng ch y đến diễn biến bờ bi n H i Dương v iến động lạch sâu lu ng tàu; + Ngu n gốc, chế vận chuy n bùn cát gây b i lấp lu ng tầu xói lở bờ bi n; + chế dịch chuy n c n cát ngầm bi n; - Ph n t ch đề xuất gi i pháp bố trí hệ thống cơng trình chỉnh trị đ n định đường bờ thôn xã H i Dương v u ng tàu vào c ng Thuận An P S u hi xem x t điều kiện có, đề tài l a chọn sử d ng kết hợp phương pháp đ nghiên cứu, : - Phương pháp đị chất: h o sát mẫu trường v th nghiệm phòng, cung cấp số iệu đầu v o ph c v nghiên cứu; - Phương pháp nghiên cứu th c đị : tiến h nh h o sát đo v , th nh ập nh đ đị h nh cạn v dư i nư c, qu n trắc m c nư c, đo thủy văn hu v c nghiên cứu; - Phương pháp ph n t ch t ng hợp, thống kê: Ph n t ch t ng hợp thống kê yếu tố đị h nh, đị chất, thủy h i văn, dịng ch y, sóng, gió, từ đư r ết qu diễn iến đường ờ, diễn iến lu ng tàu vận động củ i cát ngầm h i ên cử phương pháp phân tích số liệu lịch sử) - Phương pháp sử d ng mơ hình tốn MIKE o g m m đun MIKE 21 SW, MIKE 11, MIKE 21 HDFM, MIKE f ood đ nghiên cứu cách toàn diện yếu tố nh hưởng ch nh đến khu v c cửa sông bao g m: tác d ng sóng, dịng ch y ven bờ, dịng triều, d o động m c nư c triều dòng ch y sông Ý ĩ k o ọc thực tiễn c a tài Ý nghĩa ho học: đề t i góp phần tr nh xói lở - it áo hu v c cử Thuận n Ý nghĩa th c tiễn: đề t i v c cử m r thêm phương pháp đánh giá, d m sáng tỏ nguyên nhân, tr nh xói - i n Thuận n, định hư ng chọn phương án c ng tr nh xử it phù hợp hu CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÓI LỞ VÀ BỒI TỤ CỬA THUẬN AN 1.1 Khái quát v lo i cửa sông biện pháp chỉnh trị Cửa sông ven bi n nơi chịu tác động t ng hợp yếu tố động l c phức tạp sơng bi n, việc chỉnh trị cửa bi n vấn đề có nhiều hó hăn, phức tạp, cần đầu tư nghiên cứu lâu dài, nghiên cứu vấn đề quy luật diễn biến vùng cửa sông Cửa sông ven bi n thường có loại sau: - s ng phẳng có mũi tên cát; - s ng dạng t m giác ch u; - s ng h nh o S uđ y số ví d c ng tr nh n h nh xếp theo phân loại dạng cửa sông: 1.1.1 Cửa sơng phẳ ó ũ Đ y dạng cửa sông thường xuất khu v c miền Trung nư c ta, hầu hết m i s ng có cử Đối v i cửa sơng có đặc m iên độ triều nhỏ, đ y yếu tố triều chiếm vị h ng qu n trọng ằng yếu tố sóng, đ y hoạt động phức tạp củ oại gió Dịng ven sóng vùng yếu tố tạo nên doi cát ngầm cử s ng Biện pháp hiệu qu xây d ng đê ngăn cát Chức đê ngăn cát chặn ng ng dòng ùn cát dịng ven m ng dọc bờ, khơng cho chúng v o u ng, mà b i lắng trư c đê dẫn chúng r ph ngo i i n sâu không nh hưởng đến lu ng tàu Nguyên tắc bố trí c ng tr nh chỉnh trị: - Đối v i loại hình cửa sơng mà lu ng tàu bị b i lấp chủ yếu bùn cát vận chuy n dọc bờ mang t i, có th bố tr c ng tr nh ngăn cát phía c hai phía - Tuyến đê có th chi r đoạn làm nhiệm v ngăn cát, đoạn làm nhiệm v chắn sóng kết hợp c hai chức tuyến - Chiều d i đê ph i vươn r hỏi bên d i sóng vỡ, nơi đáy i n t nhiên thấp c o tr nh đáy u ng tàu thiết kế Phụ lục 28 Trường lưu tốc dòng chảy khu vực cửa Thuận An mùa lũ năm 1999 kịch khơng có Phụ lục 29 dịng chảy sông (pha triều rút) Phụ lục 30 Trường lưu tốc dòng chảy khu vực cửa Thuận An, kịch khơng có dịng chảy sơng, Phụ lục 31 sóng lớn dự báo theo Wavewach (pha triều lên) Phụ lục 32 Trường lưu tốc dòng chảy khu vực cửa Thuận An kịch khơng có dịng chảy sơng, Phụ lục 33 sóng lớn dự báo theo Wavewach (pha triều rút) Phụ lục 34 Lưu tốc điểm gần khu vực thôn xã Hải Dương TH1 Phụ lục 35 Lưu tốc điểm gần khu vực cửa Thuận An TH1 Phụ lục 36 Lưu tốc điểm gần khu vực thôn xã Hải Dương TH2 Phụ lục 37 Lưu tốc điểm gần khu vực cửa Thuận An TH2 Phụ lục 38 Lưu tốc điểm gần khu vực thôn xã Hải Dương TH3 Phụ lục 39 Lưu tốc điểm gần khu vực cửa Thuận An TH3 Phụ lục 40 Lưu tốc điểm gần khu vực thôn xã Hải Dương TH4 Phụ lục 41 Lưu tốc điểm gần khu vực cửa Thuận An TH4 Phụ lục 42 Lưu tốc điểm gần khu vực thôn xã Hải Dương TH5 Phụ lục 43 Lưu tốc điểm gần khu vực cửa Thuận An TH5 Phụ lục 44 Lưu tốc điểm gần khu vực thôn xã Hải Dương TH6 Phụ lục 45 Lưu tốc điểm gần khu vực cửa Thuận An TH6 ... nghiên cứu củ đề tài làm sáng tỏ đặc m, nguyên nhân gây xói, lở b i t cửa bi n Thuận An - Thừa Thiên Huế đ từ đề xuất gi i pháp xử lý phù hợp Đ - Đối tượng nghiên cứu củ đề tài tượng xói ởcử i n Thuận. .. hu v c nghiên cứu 39 CH HIỆN TRẠNG VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY XÓI LỞ - BỒI TỤ CỬA THUẬN AN 46 3.1 Hiện trạng xói - i t cử Thuận n 46 3.1.1 Hiện trạng bờ bi n 46 3.1.2 Hiện trạng... CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÓI LỞ VÀ BỒI TỤ CỬA THUẬN AN 1.1 Khái quát loại cửa sông biện pháp chỉnh trị 1.1.1 Cửa sông phẳng có mũi tên cát 1.1.2 Cửa sông dạng