Nghiên cứu cơ chế thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực bờ biển tỉnh trà vinh, đề xuất giải pháp chính trị tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO – BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VI Ệ N KH O A H Ọ C T H ỦY L Ợ I MIỀ N NAM ==================== NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ĐẶNG THANH LÂMTHẢO NGHIÊN CHẾ HỢP THỦY ĐỘNG LỰC XÂY DỰNG MƠ CỨU HÌNHCƠ THÍCH CHO TÍNH TỐN HỆ VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC BỜ BIỂN THỐNG CƠNG TRÌNH TỔNG HỢP TIÊU THỐT NƯỚC ĐƠ TỈNH TRÀ VINH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ THỊ VÙNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU Chuyên ngành: Kỹ thuật Tài nguyên nước Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thủy Mã ngành: 62 58 02 12 Mã ngành: 958 02 02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP Hồ Chí Minh-2015 Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2019 Cơng trình hoàn thành tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Văn Huân PGS.TS Lương Văn Thanh Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Thế Hùng Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Tất Đắc Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện họp Viện Khoa học Thuỷ lợi miền Nam, vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam MỞ ĐẦU 0.1 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Trong năm g n đ y, tình trạng bờ biển hệ thống đ b sạt l nghi m trọng, ảy tr n phạm vi rộng lớn h u tất tỉnh ven biển ĐBSCL, ảnh hư ng đáng kể tới phát triển kinh tế ngành li n quan đến khai thác tổng hợp dải ven biển Đặc điểm diễn biến dải ven biển có u khác tùy thuộc vào đ a chất ven biển, yếu tố từ đại dương, yếu tố tác động từ sông, tác động người,… Việc nghi n cứu s u vấn đề chế động lực – vận chuyển bùn cát khu vực ven biển tỉnh Trà Vinh, phục vụ công tác chỉnh tr bảo vệ bờ biển nhằm đáp ứng y u c u cấp bách thực tiễn sau: (i) y u c u phòng chống sạt l ; (ii) y u c u bảo vệ phát triển rừng ngập mặn; (iii) y u c u bảo vệ môi trường ven biển phục vụ du l ch sinh thái; (iv) y u c u giải pháp cơng trình phục vụ chỉnh tr bảo vệ ổn đ nh bờ biển 0.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Nghi n cứu bờ biển c n trọng đến đặc trưng môi trường đới bờ biển là: (i) Thủy động lực (chủ yếu sóng, triều dòng chảy); (ii) Vận chuyển bùn cát (phù sa lơ lửng tr m tích đáy); (iii) Hình thái (diễn biễn bồi ói bờ biển) Những đặc trưng nói tr n vấn đề mấu chốt khó khăn nghi n cứu để chỉnh tr y dựng cơng trình bảo vệ bờ biển Bờ biển Trà Vinh có v trí nằm kẹp hai cửa sông lớn sông M Công (Cung H u – Cổ Chi n Đ nh An – Tr n Đề) Những yếu tố tác động l n chế hoạt động đặc trưng mơi trường đới bờ biển Trà Vinh là: dịng chảy-chuyển tải bùn cát từ sơng M Cơng, dịng chảy biển, sóng, gió, thủy triều, đ a chất vùng bờ, khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa, tác động người, biến đổi khí hậu,… Luận án sử dụng phương pháp mơ hình tốn nghi n cứu ảnh hư ng yếu tố đến toàn trình động lực – vận chuyển bùn cát biến đổi mặt hình thái, để từ y dựng s khoa học nhằm chỉnh tr ổn đ nh bờ biển Trà Vinh 0.3 MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN - Mô diễn biến thủy hải văn, thủy lực nhằm làm sáng tỏ yếu tố động lực ảnh hư ng đến biến động đường bờ u phát triển bờ biển tỉnh Trà Vinh - Xác lập s khoa học để đ nh hướng giải pháp chỉnh tr nhằm ổn đ nh vùng bờ biển tỉnh Trà Vinh 0.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Luận án đánh giá cách tổng hợp, có hệ thống yếu tố động lực tác động g y thay đổi hình thái khu vực bờ biển Trà Vinh Luận án ác lập u biến động đ a hình đáy theo thời gian tác động gia tăng mực nước biển suy giảm bùn cát từ sông Đề uất giải pháp chỉnh tr hợp lý CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XĨI MỊN BỜ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ 1.1 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ XÓI LỞ BỜ BIỂN 1.1.1 Nguy n nh n chế ói l /bồi lắng bờ biển bùn có rừng ngập mặn a) Các yếu tố động lực tác động lên vùng bờ biển Tổng quan nội dung nghi n cứu nhà khoa học nước tr n giới yếu tố thủy động lực ven biển từ trước đến nay, gom lại vấn đề sau: - Nghi n cứu tác động sóng gió sóng nước d ng đến diễn biến bờ biển - Nghi n cứu tác động thủy triều đến diễn biến bờ biển - Nghi n cứu ảnh hư ng nước biển d ng biến đổi khí hậu (dài hạn) bão (tức thời) đến diễn biến bờ biển - Nghi n cứu tác động dòng chảy từ sông mùa lũ mùa kiệt đến diễn biến bờ biển - Nghi n cứu tác động lực Coriolis đến dòng chảy biển b) Quá trình vận chuyển bùn cát ven biển Về hướng di chuyển vận chuyển bùn cát bờ biển chia thành hai loại: vận chuyển bùn cát vng góc với bờ (vào a bờ) vận chuyển bùn cát dọc bờ Vận chuyển bùn cát vng góc với bờ g y thay đổi hình thái ngắn hạn, vận chuyển dọc bờ biển g y thay đổi dài hạn hình thái vùng ven biển Về tính chất hạt chia bùn cát ven biển thành hai loại: - Bùn cát kết dính (bùn - đường kính hạt 0,063mm): tồn rời rạc trạng thái, dịng vận chuyển cát thơ chủ yếu dòng di đẩy c) Nguyên nhân chế xói lở/bồi lắng bờ biển bùn có rừng ngập mặn Nguy n nh n tượng ói l “mất c n bùn cát” Quá trình “mất c n bùn cát” ảy “vòng lặp tiếp nối” từ việc ảnh hư ng tác động phát triển ã hội người, đến nỗ lực phục hồi rừng ngập mặn giải pháp cơng trình cứng bao chặt bờ biển (coastal squeeze), (Gegar Prasetya, 2006), (Winterwerp, 2013) 1.1.2 Các cơng trình bảo vệ bờ biển Các cơng trình chống ói, bảo vệ bờ biển gồm có: - Các công trình dọc bờ: (tường chắn sóng, đ , kè) bảo vệ bờ biển đụn cát chống ói mịn g y b i dịng chảy sóng - Các cơng trình vng góc với bờ: Thường gọi mỏ hàn, sử dụng để làm gián đoạn vận chuyển bùn cát dọc bờ, khơng có tác dụng ngăn bùn cát chuyển động bùn cát vng góc với bờ 1.2 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XĨI LỞ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VIỆT NAM 1.2.1 Một số nghi n cứu tác giả nước Các cơng trình tính tốn chung động lực học, sóng,… bao hàm cho tồn biển Đơng Nam Bộ: K Wyrtki (1961), K.T Bogdanov (1963), U N Xecgayev (1964), Robinson (1983), T Yanagi Takao (1997), Duan Yi-hong Qin Zeng-hao, Li Yong-ping (1997) Đài Loan Yu et al (2006) 1.2.2 Các cơng trình nghi n cứu kết hợp tác giả nước ngồi nước Cơng trình nghi n cứu biến đổi yếu tố thủy động lực vận chuyển bùn cát, diễn biến bồi/ ói khu vực ven biển ĐBSCL: Wolanski, Nguyễn Hữu Nh n (1998, 2005), Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA – 2012) Nghi n cứu thay đổi dài hạn đường bờ biển Trà Vinh qua nhiều thời kỳ (Toru Tamura – Nhật Bản) Nguyễn Trung Thành nnk (2011) nghi n cứu động lực dòng chảy ven bờ cho thấy chiếm ưu dịng chảy ven bờ phía tây nam vào mùa đơng ảnh hư ng gió mùa đơng bắc, từ khẳng đ nh chiếm ưu q trình vận chuyển tr m tích dọc bờ phía t y nam mùa Dự án EU- AFD năm 2017 quan phát triển Pháp kết hợp với Viện KHTL miền Nam, dự án nghi n cứu q trình ói l vùng ven biển ĐBSCL tập trung nhiều vào vùng ven biển Gị Cơng U Minh 1.2.3 Kết nghi n cứu nước Nguyễn Đ ch Dỹ (2010) nghi n cứu đ a chất-đ a mạo vùng cửa sông khu vực đới bờ tỉnh ven biển ĐBSCL cho thấy lớp tr m tích ph n tr n (mới nhất) vùng biển ven bờ Trà Vinh có nguồn gốc chủ yếu từ sông – biển Vũ Duy Vĩnh nnk (2014) nghi n cứu, đánh giá biến động đ a hình vùng ven bờ ch u thổ sông M Công trường hợp trạng ảnh hư ng nước biển d ng Nguyễn Hữu Nh n (2015) sử dụng mơ hình Mike 21 F/M nghi n cứu nguy n nh n, chế hình thành bãi bồi Cà Mau 1.3 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI LỞ BỜ BIỂN TRÀ VINH 1.3.1 Kết nghi n cứu tác giả nước Nghi n cứu thay đổi ngắn hạn (diễn biến bồi/ ói) bờ biển Trà Vinh (Anthony, Dussouillez, 2017) 1.3.2 Kết nghi n cứu nước Các nghi n cứu chuy n s u cho ri ng vùng bờ biển Trà Vinh phải kể đến Hoàng Văn Hu n (2008, 2013, 2014) chế độ thủy động lực, diễn biến bồi/ ói đề uất giải pháp phịng chống ói l 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN BỜ BIỂN - Phương pháp nghi n cứu tr n mơ hình thực tế 1-1 - Phương pháp thống k - Phương pháp mơ hình vật lý - Phương pháp mơ hình tốn - Phương pháp giải đốn ảnh viễn thám - Phương pháp đánh dấu phóng CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MƠ HÌNH TÍNH TỐN Luận án lựa chọn mơ hình Mike 21/3 FM để tính tốn vấn đề nghi n cứu 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH TÍNH TỐN 2.2.1 Mơ dịng chảy vùng nước nơng Dịng chảy nước nơng mơ hình chiều mơ tả b i hệ phương trình sau: - Phương trình li n tục mơ tả quy luật bảo tồn vật chất: h hu hv    hS t x y (2.1) - Phương trình chuyển động mơ tả quy luật bảo toàn động lượng theo phương : hu hu hvu  h Pa gh     f vh  gh    ( sx   bx ) t x y x  x  x   (2.2)  s xx s xy       hTxx   hTxy   hu s S    x y  x y - Phương trình động lượng theo phương y: hv huv hv  h Pa gh      f uh  gh    ( sy   by ) t x y y  y  y  (2.3)   s yx s yy       hTxy   hTyy   hv s S    x y  x y Trong đó: t: biến thời gian (s); x, y: tọa độ Decartes tr n mặt phẳng nằm ngang (m); u,v: thành ph n vận tốc trung bình chiều s u theo phương y (m/s); f: ham số Coriolis (s-1); g: gia tốc trọng trường (m/s2);  độ d ng mặt nước so với mốc cao độ, gọi mực nước (m); d độ s u cột nước mực nước 0; h = ɳ + d: độ s u cột nước tổng cộng;  khối lượng ri ng nước (kg/m3); Pa: áp suất khí (Pa/m); S: độ lớn lưu lượng nguồn nước đổ vào S ,S ,S ,S miền mô (m3/s); xx xy yx yy thành ph n ứng suất sóng l n đơn v thể tích nước theo phương y (N/m2) (có thể đưa vào từ module tính phổ sóng); A hệ số nhớt rối ngang;  sx ,  sy thành ph n ứng suất gió tr n mặt biển (N/m2);  bx ,  by thành ph n ứng suất ma sát đáy (N/m2); Txx , Txy , T yy thành ph n nội ứng suất (N/m2); 2.2.2 Tính tốn sóng Trong hệ tọa độ Decartes nằm ngang, phương trình bảo tồn tác động sóng có dạng:  N S (2.4)    v  N   t   Trong đó: N ( x, , , t ) mật độ tác động sóng; t biến thời gian  (s); x  ( x, y) tọa độ Decartes tr n mặt phẳng nằm ngang (m);  v  (c x , c y , c , c ) vận tốc lan truyền sóng không gian pha bốn chiều ( x, y, , ) (m/s); S số hạng nguồn phương trình c n lượng;  toán tử vi ph n không gian bốn chiều 2.2.3 Mô q trình vận chuyển bùn cát biến hình lịng dẫn a) Vận chuyển bùn Sự vận chuyển bùn (trong tốn mơ hình dịng chảy chiều) mơ b i phương trình bảo tồn vật chất: c c c   c    c   hD   hD Q C u v   S (2.5) t x y h x  x x  h y  y y  L L h Trong đó: t: biến thời gian (s); x,y: tọa độ Decartes tr n mặt phẳng nằm ngang (m); u,v: thành ph n vận tốc trung bình chiều sâu theo phương y (m/s); h: độ s u nước (m); S: Số hạng nguồn bùn ói bồi (deposition/erosion term) (kg/m3/s); c Nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình chiều s u (kg/m3); QL- Lưu lượng nguồn tr n đơn v diện tích (source discharge per unit horizontal area) (m3/s/m2); CL - Nồng độ bùn cát lơ lửng nguồn vào (kg/m3); Dx, Dy - Hệ số khuếch tán rối (m2/s) b) Vận chuyển cát Dòng vận chuyển cát tổng dòng cát lơ lửng qs dòng cát di đẩy đáy qb (tính theo cơng thức Engelund Fredsøe (1976)): qt = qb + qs = S Các phương trình 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 phương trình vi ph n đạo hàm ri ng, không giải phương pháp giải tích Do đó, người ta giải hệ phương trình phương pháp số với lược đồ sai ph n hữu hạn thể tích hữu hạn cách chia miền tính thành ô lưới phải đảm bảo điều kiện ổn đ nh Courant – Friedrichs – Lewy (CFL ≤1) 2.2.4 Phương pháp xây dựng đồ Sử dụng cho mục đích y dựng Sơ đồ thủy động lực vận chuyển bùn cát Các kết hướng dòng chảy, hướng vận chuyển bùn cát ven bờ, ph n bố tr m tích, hoa sóng, … trích uất từ mơ hình đưa vào ph n mềm chuy n dụng để tạo lập lớp đồ Công cụ sử dụng ph n mềm Arcgis 2.3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN 2.3.1 Cơ sở số liệu Số liệu địa hình: lấy từ (i) kết thực đo đề tài, dự án điều tra thực b i Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (2010) Viện Kỹ thuật Biển (2009, 2011, 2014), (ii) đồ tỉ lệ 1/100.000 Hải qu n uất năm 1982, (iii) từ GEBCO Trung tâm liệu hải dương học Anh Quốc Số liệu trường gió: sử dụng từ kết Trung t m dự báo môi trường thuộc Cơ quan quản lý Hải dương Khí Hoa Kỳ (NCEP/NOAA) Số liệu sóng: Mơ hình vùng nghi n cứu c n số liệu sóng bi n m biển Đơng miền tính tốn Số liệu trích uất từ mơ hình tính tốn cho tồn biển đơng (được y dựng, kiểm đ nh công bố kết nghi n cứu tr n báo số Danh mục cơng trình cơng bố NCS) Số liệu thủy văn: Số liệu lưu lượng trạm thủy văn Mỹ Thuận, C n Thơ số liệu mực nước trạm Nhà Bè, Th Vải (Hình 2.1) tài liệu thực đo theo Số liệu mực nước bi n m biển Đông miền tính tốn trích uất từ ph n mềm dự báo triều toàn c u Số liệu mực nước, lưu lượng trạm Cổ Chi n (đo năm 2011) trạm đo mực nước ven bờ năm 2014 sử dụng vào mục đích hiệu chỉnh kiểm đ nh mơ hình Số liệu bùn cát: Số liệu hàm lượng phù sa lơ lửng trạm Mỹ Thuận, C n Thơ, Nhà Bè, Th Vải (Hình 2.1) tài liệu thực đo, phục vụ làm bi n đ u vào cho mơ hình Số liệu bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy quan trắc điểm lấy mẫu năm 2011 2014 Viện Kỹ Thuật Biển dùng để hiệu chỉnh kiểm đ nh mơ hình 2.3.2 Thiết lập mơ hình tốn số Phạm vi khơng gian miền tính tốn thể tr n hình 2.1 Hình 1: Lưới tính, địa hình đáy biển miền tính (trái) q trình bồi/xói đáy mơ hình “đa lớp bồi tụ” (phải) Các module sử dụng đồng thời mơ hình MIKE 21/3 Coupled model FM bao gồm: (i) Module thủy động lực học (Hydrodynamic) để ác đ nh trường dòng chảy trường độ mực nước; (ii) Module phổ sóng (Spectral Wave) để ác đ nh trường sóng ứng suất tán sóng; (iii) Module vận chuyển bùn, cát m n bồi ói (Mud transport) để mơ q trình diễn biến hình thái vận chuyển bùn cát m n; (iv) Module vận chuyển cát rời bồi ói (Sand transport) để mơ q trình diễn biến hình thái vận chuyển cát rời 2.3.3 Kết hiệu chỉnh – kiểm định mơ hình Miền nghi n cứu thiết lập hiệu chỉnh thông số chi tiết đạt ti u chí sau: (i) Thơng số CFL ≤ trường hợp tính tốn; (ii) Mơ hình hiệu chỉnh kiểm đ nh thơng qua việc so sánh giá tr tính tốn với giá tr thực đo mực nước, lưu lượng dịng chảy, lưu tốc dịng chảy, chiều cao sóng có nghĩa, chu kỳ sóng, nồng độ bùn cát lơ lửng Các số liệu thực đo có từ dự án điều tra từ số đề tài Hồng Văn 11 dâng rút có giá tr g n tương đương (khoảng 1 m/s) Khi triều rút, tốc độ dịng chảy cửa sơng gấp từ 3÷4 l n v trí ven bờ Với lượng phù sa dồi dào, tốc độ dòng chảy ven bờ nhỏ tạo u bồi tụ chủ yếu cho vùng biển ven bờ Trà Vinh vào mùa gió T y Nam (Chỉ ri ng đoạn bờ biển ã Hiệp Thạnh Trường Long Hịa b ói) Do đó, coi dịng chảy từ sơng triều rút dịng chảy chủ đạo, có tính chất chi phối biến động bờ biển Trà Vinh mùa Hình 3.3: Trường dịng chảy cao độ mặt nước vào GMĐB triều dâng (trái) vào GMTN triều rút (phải) b) Dòng chảy ven bờ sóng, gió Vào mùa gió đơng bắc, dịng triều l n từ phía ĐB-> TN với dịng ven bờ chảy từ ĐB->TN, dẫn đến dòng tổng hợp tăng triều l n giảm triều uống Vào mùa gió t y nam, dịng triều l n từ phía ĐB-> TN ngược với dịng ven bờ chảy từ TN->ĐB, dẫn đến dòng tổng hợp giảm triều l n tăng triều uống 3.1.4 Yếu tố sóng biển Nghi n cứu ghi nhận đảo chiều hướng sóng rõ rệt mùa gió đơng bắc t y nam Hướng sóng biển khơi trùng với hướng 12 gió ĐB TN Do hiệu ứng khúc sóng, tiến vào vùng nước nơng, hướng sóng có khuynh hướng trực giao với đường đẳng s u Chiều cao sóng gió mùa t y nam bé (bằng khoảng ½ độ cao sóng mùa gió đơng bắc) Do hiệu ứng sóng vỡ, chiều cao sóng giảm d n từ ngồi khơi vào khu vực g n bờ Hình 3.4: Trường sóng thời điểm GMĐB (trái) GMTN (phải) 3.1.5 Chế độ vận chuyển bùn cát trữ lượng a) Vận chuyển bùn cát dọc bờ Để em ét trình vận chuyển bùn cát dọc bờ khu vực ven biển Trà Vinh, nghi n cứu trích uất kết chuyển tải lưu lượng bùn cát 03 mặt cắt ven bờ MC 1, MC MC 3, độ rộng mặt cắt 2km từ mép bờ biển (hình 3.5 – trái) Tại mặt cắt MC2 (hình 3.5 – phải) ghi nhận khác biệt u vận chuyển bùn cát ven bờ hai mùa gió đơng bắc t y nam Vào thời kỳ GMĐB, vận chuyển bùn cát dọc bờ phía t y nam chiếm ưu rõ rệt Hình 3.5: Vị trí mặt cắt (trái) lưu lượng bùn cát lơ lửng mặt cắt MC (phải) 13 Bảng 3.1: Kết tính tốn thơng lượng bùn cát dọc bờ qua mặt cắt (Đơn vị: tấn/năm) Thông lượng bùn cát dọc bờ (độ rộng mặt cắt 2km) Mặt Tính cho năm 2011 cắt Mùa gió đơng bắc Mùa gió tây nam Cả năm MC1 W1ĐB = 70.368 W1TN = -170.289 W1 = - 99.921 MC2 W2ĐB = -1.251.666 W2TN = -294.831 W2 = - 1.546.497 MC3 W3ĐB = -875.859 W3TN = 14.145.348 W3 = 13.269.489 Giá tr W1 W2 mang dấu “” cho thấy trình vận chuyển bùn cát chiếm ưu phía t y nam tr n đoạn bờ biển mặt cắt MC MC2 Trong đó, giá tr W3 mang dấu “+” cho thấy qua mặt cắt MC3, hàng năm bờ biển Trà Vinh bổ sung lượng vô lớn bùn cát ven biển (13.269.489 tấn/năm) Hình 3.6: Thơng lượng bùn cát dọc bờ hàng năm qua mặt cắt b) Vận chuyển bùn cát dọc bờ, ngang bờ trữ lượng Do vùng bờ biển vùng rộng lớn, tác động đa chiều yếu tố thủy lực, hướng vận chuyển bùn cát phức tạp, hai hướng chủ đạo vận chuyển bùn cát dọc bờ vng góc với bờ Luận án chia BBTV thành hai khu vực để đánh giá kỹ vấn đề này, bao gồm khu vực ói l trọng điểm ( ã Hiệp Thạnh) khu vực Trường Long Hịa – Đơng Hải Bảng 2: Phân tích trữ lượng bùn cát khu vực Hiệp Thạnh (Đơn vị: tấn/năm) Khu Trữ lượng Trữ lượng Trữ lượng TT Kết luận vực vào cân Vùng 99.922 3.838.621 -3.738.699 Xói mạnh Vùng 1.702.938 1.257.421 445.516 Bồi Vùng 937.048 723.709 213.339 Bồi 14 Hình 7: Phạm vi tính cân bùn cát khu vực hiệp Thạnh Trường Long Hịa – Đơng Hải Bảng 3: Phân tích trữ lượng bùn cát khu vực Trường Long Hịa – Đơng Hải (Đơn vị: tấn/năm) Khu Trữ lượng Trữ Trữ lượng TT Kết luận vực vào lượng c n Vùng 326.006 2.385.352 -2.059.346 Xói Vùng 1.546.497 1.566.071 -19.574 Xói Vùng 285.523 337.829 -52.307 Xói Vùng 8.117.875 8.117.875 Bồi nhiều Vùng 29.143.768 4.870.882 24.272.886 Bồi nhiều 3.1.6 Cơ chế thủy động lực vận chuyển bùn cát ven bờ Tổng hợp kết nghi n cứu tr n đ y, đưa kết luận chế thủy động lực vận chuyển bùn cát khu vực bờ biển Trà Vinh sau: Vào mùa gió t y nam, dịng chảy từ sơng M Công mang bùn cát bồi tụ cho dải bờ biển Trà Vinh; sau đó, vào mùa gió đơng bắc, lượng bùn cát tác động sóng có chiều cao lớn b đào ới làm tái lơ lửng Ph n lớn lượng bùn cát tái lơ lửng theo dịng chảy ven bờ vận chuyển phía Nam, ph n bùn cát theo dòng triều ngược vào cửa sông g y bồi lắng cửa sông 15 3.1.7 Sơ đồ thủy động lực vận chuyển bùn cát vùng BBTV Hình 3.8: Sơ đồ thủy động lực vận chuyển bùn cát vùng ven biển Trà Vinh MGĐB Hình 3.9: Sơ đồ thủy động lực vận chuyển bùn cát vùng ven biển Trà Vinh MGTN 3.2 NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI BỜ BIỂN TRÀ VINH 3.2.1 Đặc trưng hình thái bờ biển Trà Vinh a Mặt cắt ngang bãi biển Sơ đồ biểu th mặt cắt ngang đới bờ biển Trà Vinh (hình 10) y dựng từ thơng tin tính tốn ph n trước như: Đ a hình ven biển Trà Vinh nước; Mặt khảo sát đ a hình tr n cạn mặt cắt đại diện; Mực nước trung bình triều thấp (-) 1,3m, mực nước trung bình triều cao (+)1,8m; Các sóng ngồi khơi biển Đơng có chiều cao > 3m thường vỡ khoảng cách a bờ 610km (đường cao trình - 8m) 16 Hình 10: Sơ họa mặt cắt ngang đới BBTV b Mặt bờ biển Các kết tính tốn chế độ thủy động lực vận chuyển bùn cát cho thấy rằng: - Hai cửa sông Cung H u – Cổ Chi n Đ nh An có lưu lượng dòng chảy lưu lượng bùn cát tương đương lớn tất cửa sông M Công Bờ biển tỉnh Trà Vinh nằm kẹp cửa sông n n ch u yếu tố tác động từ sông M Công mạnh so với vùng bờ biển l n cận ( em mục 3.1.1) Hình 11: Bản đồ ĐBSCL - Theo u chung dải bờ biển ĐBSCL, vận chuyển bùn cát dọc bờ phía t y nam chiếm ưu mùa gió đơng bắc Tuy nhi n, ét theo chế độ toàn năm, bờ biển Trà Vinh hàng năm bồi đắp lượng phù sa lớn từ sông M Công, đặc biệt qua cửa Đ nh An ( em mục 3.2.1) Những điều lý giải ph n tượng BBTV đặc biệt có u nhơ hẳn ngồi biển Đơng vùng bờ biển l n cận (xem hình 3.11) Tuy nhi n, vấn đề phải tiếp tục nghi n cứu sâu thêm 3.2.2 Kết mô chế độ bồi xói vùng bờ biển Trà Vinh cho kịch Kết mô chế độ bồi ói vùng bờ biển Trà Vinh cho k ch tính tốn Để ph n tích kỹ khác biệt độ bồi ói k ch bản, luận án trích uất kết thay đổi bề dày lớp bồi tụ 03 điểm ti u biểu để so sánh (S -Xói nhiều, SbBồi nhiều, So- Ổn đ nh) 17 Hình 12: Diễn biến bồi xói sau năm –hiện trạng vị trí điểm trích xuất kết 3.2.3 Xây dựng quan hệ đường chiều dày bồi lắng theo thời gian số khu vực đặc trưng bờ biển Trà Vinh Hình 13: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sx với kịch Hình 14: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm Sb với kịch Các đồ th mối “quan hệ đường” y dựng n n cho thấy ý nghĩa mặt biểu diễn u làm tăng mức độ ói (hoặc giảm độ bồi tụ) khu vực ven bờ biển Trà Vinh tác động gia tăng mực nước biển BĐKH suy giảm lượng phù sa sơng M Cơng y dựng cơng trình tr n thượng nguồn 18 Hình 15: Sự thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm So với kịch Bảng 4: Mức độ thay đổi bề dày lớp bồi tụ so với kịch trạng (%) Giá tr trung bình (%) NBD NBD Ước tính Phù sa Phù sa Ước tính Điểm 13 23 NBD 10 giảm giảm phù sa cm cm cm 20% 30% giảm 10% Sx -3,7 -6,9 -2,9 -1,6 -3,3 -0,9 Sb -12,7 -15,3 -8,2 -14,7 -16,4 -6,4 So -3,1 -4,2 -2,1 -3,7 -4,3 -1,7 3.3 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ 3.3.1 Các trình xói lở - Xác định vùng đại dương có liên quan đến xói lở: Các ph n tích ph n tr n luận án đặc trưng đ a hình đáy, phạm vi sóng vỡ, ph n bố bùn cát ven biển theo không gian trình trao đổi bùn cát ngang bờ cho thấy, ói l chủ yếu kết tái lơ lửng sóng dịng vận chuyển gió ảy tr n sườn dốc ng m (clinoform) nông dọc theo bờ biển (rộng khoảng 6->10 km ngang bờ), thay giới hạn vùng nước nơng ven bờ (ít km) - Sự thiếu hụt nguồn cung bùn cát từ sơng: Mức độ tăng ói nhiều so với mức độ suy giảm nguồn cung bùn cát từ sông mức tăng không lớn so với ói l tác động chế độ thủy thạch động lực trạng (một năm ói 30cm) - Mực nước biển dâng cao BĐKH: Sự nóng l n tồn c u khơng đáng kể tình hình tác động cịn thấp so với ói l tác động chế độ thủy thạch động lực trạng 19 - Động lực học gần bờ: Sóng yếu tố quan trọng hàng đ u yếu tố động lực vùng biển nông, đặc trưng sóng dịng chảy sinh sóng có ảnh hư ng nhiều đến diễn biến bờ biển Hai khu vực sóng lớn Hiệp Thạnh Trường Long Hòa - Dòng vận chuyển bùn cát dọc ngang bờ: Các q trình việc kết hợp bồi lắng bùn cát từ sông vào mùa hè, bùn cát tái lơ lửng sóng (với tham gia thủy triều) vào mùa đông vận chuyển tiếp phía Nam bùn cát lơ lửng, chủ yếu b i dịng gió g y Đối với khu vực có bi n độ triều lớn bờ biển đông ĐBSCL, ảnh hư ng dòng triều đáng kể Mặc dù lượng nước chảy phía bờ lúc triều l n tương đương với dịng chảy ngồi khơi triều uống, dịng triều ngang bờ biển có u hướng thúc đẩy vận chuyển bùn cát phía bờ bồi lắng sóng có u hướng g y ói l - Ảnh hưởng cơng trình cứng (coastal squeeze) xây dựng xung quanh vị trí mép nước: Các cơng trình cứng bao chặt bờ biển trước hết khơng thể hạn chế trình vận chuyển bùn cát ngang bờ, dọc bờ bẫy tr m tích, sau làm tr m trọng tình trạng ói l bờ biển Hình 16: Sơ đồ định hướng bố trí cơng trình chỉnh trị 3.3.2 Đề xuất giải pháp chỉnh trị BBTV có số khu vực sạt l trọng điểm c n có giải pháp chỉnh tr ã Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa D n Thành hình 3.16 3.4 GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ BẢO VỆ BỜ BIỂN TRÀ VINH KHU VỰC HIỆP THẠNH 3.4.1 Giới thiện khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh 20 Đoạn bờ biển ã Hiệp Thạnh có tọa độ từ A (669448-E, 1078472-N) đến F (672203-E, 1072363-N) 3.4.2 Lựa chọn phương án bố trí tổng thể cơng trình Hình 3.17: Sơ đồ bố trí cơng trình chỉnh trị bờ biển xã Hiệp Thạnh Bảng 3.5: Các k ch bố trí cơng trình chỉnh tr Tên Khoảng cách Chiều dài Khoảng cách Mơ tả k ch Cao trình k ch từ đ tới bờ đ giảm đ G đỉnh đ (m) X (m) sóng L (m) (m) HT Hiện trạng (Đã tính mục 3.1) KB1 Bố trí 300 400 130 +2.0 KB2 mỏ hàn 300 400 80 +2.0 chữ T KB3 300 400 50 +2.0 3.4.3 Phân tích hiệu hệ thống cơng trình chỉnh trị a) Hiệu giảm vận tốc dòng chảy khu vực ven bờ Hoa dòng chảy trích uất v trí P k ch tính tốn tr n hình 3.17 cho thấy, cơng trình mỏ hàn chữ T làm giảm lưu tốc điểm P cách đáng kể ét cường độ thời gian trì vận tốc lớn, khoảng cách đ nhỏ hiệu giảm vận tốc dịng chảy khu vực bờ c n bảo vệ tốt Hình 3.17: Hoa dòng chảy điểm P ứng với kịch HT, KB1, KB2, KB3 thời kỳ gió mùa Đơng Bắc (1/1/2011÷ 27/1/2011) b) Hiệu giảm chiều cao sóng 21 Biểu đồ chiều cao sóng mặt cắt 3, thời kỳ gió mùa Đơng Bắc phương án (hình 3.18) cho thấy, chiều cao sóng hai mặt cắt sau y dựng cơng trình giảm đáng kể so với chưa y dựng công trình Khoảng cách đ (G) nhỏ hiệu giảm sóng cao Hình 3.18: Chiều cao sóng mặt cắt (trái) mặt cắt (phải) thời điểm 19:00 ngày 18/1/2011 (mùa Đông Bắc) c) Hiệu giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ Kết tính tốn cho thấy, cơng trình mỏ hàn tác động vào trình vận chuyển bùn cát dọc bờ làm giảm đáng kể vận chuyển bùn cát dọc bờ Hình 3.19: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng mặt cắt MC1 MC2 phương án: có cơng trình chưa có cơng trình d) Diễn biến hình thái Hình 3.20: Mức độ bồi tụ MC3 (trái) MC4 (phải) sau tháng 22 Kết tính tốn diễn biến hình thái dải ven biển ã Hiệp Thạnh (khu vực có cơng trình) tháng vào mùa gió đơng bắc (tháng 1/2011) thể tr n hình 3.20 cho thấy, với hiệu giảm vận tốc dòng chảy, giảm chiều cao sóng giảm thiếu hụt bùn cát ven biển cơng trình hạn chế trượng ói l tạo u bồi tụ tr n dải bờ biển ã Hiệp Thạnh phạm vi 300m từ mép bờ biển Về hiệu g y bồi phương án thấy, ét tổng thể tích bồi tụ phương án KB3 (G=50m) mang lại hiệu bồi tụ tốt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận án nghi n cứu yếu tố ảnh hư ng đến trường thủy động lực vận chuyển bùn cát khu vực biển ven bờ Trà Vinh Các kết tính tốn rằng: - Sóng: (i) Khu vực nửa bờ phía bắc b ảnh hư ng nghi m trọng nửa bờ phía nam b i tác động sóng lớn mùa gió đơng bắc; (ii) Tồn vách ng m giảm sóng v trí cách bờ khoảng từ (giữa bờ) - 10km (bờ phía bắc nam); (iii) Chiều cao sóng v trí g n cửa sông thấp điểm bờ cấu trúc đ a hình đáy tác động dịng chảy từ sơng - Dịng chảy: yếu tố chi phối mạnh đến chế độ dòng chảy khu vực ven biển Trà Vinh là: dòng chảy sông M Công mùa mưa mùa khô, chế độ triều bán nhật triều với độ lớn triều từ - 4m/ngày, chế độ khí hậu gió mùa đơng bắc t y nam Có số đặc điểm sau: + Tác động chế độ dòng chảy hàm lượng phù sa sông M Công mùa mưa mùa khô bờ biển Trà Vinh coi lớn so với khu vực bờ biển l n cận; + Trường vận tốc dòng chảy lớn hướng truyền triều trùng với hướng gió mùa, cụ thể, dịng chảy vào mùa gió đơng bắc triều d ng mùa gió t y nam triều rút; + Các v trí g n cửa sơng ln có vận tốc dịng chảy lớn điểm bờ; + Dòng chảy triều d ng (đặc biệt mùa gió đơng bắc) có ảnh hư ng đáng kể diễn biến ói l bờ biển; 23 + Hướng dòng chảy triều d ng vào mùa gió đơng bắc t y nam uất phát từ phía đơng bắc, điều góp ph n làm cho nửa bờ biển phía bắc có diễn biến ói l phức tạp hai mùa - Cơ chế vận chuyển bùn cát: Xu hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ phía t y nam chiếm ưu mùa gió đơng bắc Q trình vận chuyển bùn cát ngang bờ đóng vai trò quan trọng việc phát triển đường bờ, lượng phù sa từ sông M Công qua cửa Đ nh An bồi đắp cho bờ biển Trà Vinh hàng năm lớn - Luận án y dựng sơ đồ thủy động lực vận chuyển bùn cát vùng biển ven bờ Trà Vinh theo mùa gió đông bắc t y nam, nhằm tập hợp thơng tin như: hướng vận tốc dịng chảy lớn triều d ng rút, bi n độ dao động triều tháng, hướng chiều cao sóng v trí trọng điểm theo mùa gió, hướng vận chuyển bùn cát ven bờ theo mùa gió ph n bố thành ph n thạch học phục vụ đ nh hướng phát triển rừng ngập mặn rừng phi lao phòng hộ Dựa tr n kết tính tốn trường thủy động lực đ a hình khu vực ven biển, luận án y dựng hình vẽ sơ họa mặt cắt ngang đới bờ biển Trà Vinh, đồng thời nhận diện đưa số lý giải ban đ u hình dạng mặt BBTV có u nhơ hẳn ngồi biển Đông vùng bờ biển l n cận Tuy nhi n, vấn đề phải tiếp tục nghi n cứu s u th m Luận án tính tốn diễn biến bồi ói với k ch trạng cho thấy khu vực ói chi phối nhiều Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa, D n Thành, khu vực u hướng bồi chủ đạo Đông Hải Kết trích uất từ mơ hình thay đổi bề dày lớp bồi tụ điểm ti u biểu khu vực bờ biển Trà Vinh (S – ói nhiều, Sb – bồi nhiều, So - ổn đ nh) với k ch khác (hiện trạng, nước biển d ng 13cm 23 cm, suy giảm bùn cát sông M Công 20% 30% - so với năm 2011) y dựng đường quan hệ chiều dày bồi lắng theo thời gian Các ảnh hư ng từ gia tăng mực nước biển BĐKH suy giảm lượng phù sa sông M Cơng y dựng cơng trình tr n thượng nguồn có u làm tăng mức độ ói (hoặc giảm độ bồi tụ) khu vực ven bờ biển Trà Vinh Kết tính tốn từ mơ hình ra: mùa dịng chảy thấp (mùa khơ), bãi biển đặc trưng b i sóng gió mùa đơng bắc dịng chảy dọc bờ biển vận chuyển bùn cát phía t y nam, kết hợp với dòng bùn cát a bờ g y n n thiếu hụt bùn cát khu vực ven 24 biển, đặc biệt nửa bờ phía bắc Từ kết này, luận án đưa đ nh hướng cho lựa chọn loại cơng trình để chỉnh tr ổn đ nh đường bờ biển tỉnh Trà Vinh là: (i) Khu vực Hiệp Thạnh sử dụng dạng cơng trình mỏ hàn chữ T có khả giảm sóng từ a hạn chế vận chuyển bùn cát dọc bờ; (ii) Khu vực Trường Long Hịa sử dụng dạng cơng trình đ giảm sóng a bờ; (iii) Khu vực D n Thành đoạn đ u Đông Hải sử dụng cơng trình dạng hàng rào rỗng tre/cừ tràm Luận án ứng dụng kết nghi n cứu để đ nh hướng bố trí khơng gian cơng trình chỉnh tr bờ biển Trà Vinh vào khu vực ã Hiệp Thạnh ác đ nh khoảng cách đ giảm sóng tốt 50m Kiến nghị: Do số liệu đ u vào cho mơ đ a t ng tr m tích (chiều dày lớp, ph n bố thành ph n hạt, ) số liệu bùn cát bi n thượng lưu cịn hạn chế n n kết mơ vận chuyển bùn cát, diễn biến bồi ói bờ biển có ý nghĩa việc ph n tích đánh giá u nhiều mặt đ nh lượng Mặc dù cịn có số hạn chế tr n kết mô giúp làm rõ chế độ thủy động lực học, chế diễn biến bồi ói từ ác đ nh yếu tố g y ói l bờ biển cho tiểu khu vực Các kết luận án ét đến điều kiện thực tế khoảng thời gian năm 2011 2014 Vì kết ph n tích tính tốn tr n mang tính chất đại diện cho khoảng thời gian C n có hướng nghi n cứu sau: - Kết nghi n cứu nhô BBTV luận án lý giải bước đ u, theo tác giả nhận thấy có điều kiện nghi n cứu s u th m quan t m đến phương pháp sử dụng ảnh viễn thám, quan sát trình hình thành đường bờ biển Trà Vinh qua nhiều thời kỳ - Nghi n cứu đánh giá ảnh hư ng hệ thống k nh Tắt cơng trình chỉnh tr quanh cửa k nh Tắt sau vào hoạt động (năm 2016) đến chế độ thủy động lực vận chuyển bùn cát khu vực BBTV - Nghi n cứu tác động tổng hợp việc y dựng cơng trình tr n thượng nguồn sơng M Công nước biển d ng đến diễn biến ven biển khu vực Trà Vinh 25 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Hồng Văn Hu n, Nguyễn Th Phương Thảo Một số vấn đề thiết kế cấu trúc chân đế trạm điện sức gió đặt ven biển –Tạp chí Khoa học Công nghệ thủy lợi – Viện KHTL Việt Nam Năm 2012 ISSN: 1859-4255 Hoàng Văn Hu n, Phan Mạnh Hùng, Nguyễn Th Phương Thảo SOME INITIAL RUDIMENT RESULTS ON HYDRODYNAMIC - WAVE DEPOSITION/EROSION PROCESSES IN THE COASTAL SOUTHERN VIETNAM – Hội thảo: The 14th Asian Congress of Fluid Mechanics (14 ACFM), Ha Noi Năm 2013 ISBN: 978-604-913-145-5 Hoàng Văn Hu n, Nguyễn Thế Bi n, Nguyễn Th Phương Thảo Biến động đường bờ vùng biển tỉnh Trà Vinh – nguyên nhân Tạp chí Hội ngh Cơ học thủy khí 2013 ISSN: 1859-4182 Hoàng Văn Hu n, Phạm Văn Tùng, Nguyễn Th Phương Thảo, Mai Đức Tr n Nguyên nhân ngập úng thành phố Nha Trang – Tuyển tập công trình Hội ngh khoa học Cơ học thủy khí 2013 ISSN: 1859-4182 Nguyễn Th Phương Thảo, Hoàng Văn Hu n Ứng dụng mơ hình tốn nghiên cứu thủy động lực vận chuyển bùn cát vùng cửa sơng ven biển – Tuyển tập cơng trình Hội ngh khoa học Cơ học thủy khí 2015 ISSN: 18594182 Hoàng Văn Hu n, Nguyễn Th Phương Thảo Bước đầu xác định nguyên nhân gây biến động chế độ thủy thạch động lực biển ven bờ Trà Vinh – Tuyển tập cơng trình Hội ngh khoa học Cơ học thủy khí 2016 ISSN: 1859-4182 Nguyễn Th Phương Thảo Đánh giá lợi ích kinh tế từ lũ vùng Đồng sông Cửu Long - Kỷ yếu hội ngh khoa học công nghệ l n thứ “Quản lý hiệu tài nguy n thi n nhi n môi trường hướng đến tăng trư ng anh” Năm 2016 ISBN: 978-604-73-4719-3 Nguyễn Th Phương Thảo, Hoàng Văn Hu n Ảnh hưởng chế độ thủy thạch động lực vùng ven biển đến đặc trưng hình thái đường bờ biển tỉnh Trà Vinh - Hội ngh Cơ học thủy khí năm 2017 ISSN: 1859-4182 Nguyễn Th Phương Thảo, Hoàng Văn Hu n Xây dựng mối liên hệ biến đổi bề dày bãi bồi ven biển Trà Vinh với chế độ phù sa sông Mekong nước biển dâng - Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam ISSN 1859–4255 10 Nguyễn Th Phương Thảo, Hồ Trọng Tiến Mô ảnh hưởng nước biển dâng biến đổi khí hậu đến biến động chế độ thủy động lực hình thái vùng ven bờ biển Trà Vinh - Tạp chí Mơi trường (Tổng cục mơi trường) ISSN 1859–042X ... Bồi nhiều 3.1.6 Cơ chế thủy động lực vận chuyển bùn cát ven bờ Tổng hợp kết nghi n cứu tr n đ y, đưa kết luận chế thủy động lực vận chuyển bùn cát khu vực bờ biển Trà Vinh sau: Vào mùa gió t y... biến bờ biển - Nghi n cứu tác động lực Coriolis đến dòng chảy biển b) Quá trình vận chuyển bùn cát ven biển Về hướng di chuyển vận chuyển bùn cát bờ biển chia thành hai loại: vận chuyển bùn cát. .. 2011) CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC PHỤC VỤ CHỈNH TRỊ BBTV 3.1 NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VEN BỜ 3.1.1 Yếu tố tác động từ sông Mê Công Kết