4. Cấu trúc của luận văn
3.2.2.Xác lập hành lang thành phần
Phương pháp sử dụng để xác lập hành lang xói lở được lấy từ hướng dẫn xác lập hành lang cấm ở Nevis của Gilliant Cambers (1998) [41]. Trong đó, Cambers hướng dẫn cụ thể cách xác lập hành lang xói lở cho từng loại bờ biển ở đảo Nevis như: vách cliff, bãi đá thấp, bờ có thực vật ngập mặn phát triển và bờ cát. Phương pháp này cũng đã được áp dụng cho Antigua và Barbuda, St.Lucia.
* Ưu điểm: ít biến số, chủ yếu dựa trên phân tích đặc điểm các nhân tố, dễ thực hiện.
* Nhược điểm: định lượng mang tính khái quát.
Tuy nhiên, phương pháp xác lập này vẫn đạt được mục tiêu của hành lang cấm là xác định được một dải không gian mà ở đó ẩn chứa rủi ro do các tai biến ven bờ gây ra, từ đó cung cấp cho các nhà quy hoạch của địa phương một đới đệm để quy hoạch các công trình phía sau nó nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển ven biển và giảm xói mòn bờ biển.
a) b)
Hình 3.6. a) Hệ thống cảng biển và đê chắn sóng cảng Sơn Dương; b) Một cầu cảng đã được xây dựng trong Vũng Sơn Dương (Nguồn: http://dantri.com.vn/)
67
3.2.2.1. Xác lập hành lang xói lở
Bờ biển trong khu vực nghiên cứu có thể được chia thành 4 loại: bờ đá, bờ cát cao, bờ cát thấp, bờ nhân sinh.
a. Bờ đá
Cấu trúc địa chất, đặc điểm thạch học và sóng là các nhân tố chính ảnh hưởng đến sự giật lùi bờ đá. Các bờ đá rắn chắc có nguồn gốc núi lửa hay vách đá vôi thường xói lở chậm hơn nhiều so với bờ cấu tạo bởi trầm tích bở rời như bùn, cát - có tốc độ xói khoảng vài mét một năm. Tốc độ giật lùi bờ đá thường cao hơn ở các bờ đón gió, nơi hoạt động của gió và sóng mạnh mẽ hơn. Xói lở bờ đá thường không từ từ mà cả tảng đá lớn sập xuống một cách đột ngột, đặc biệt là các đá có tính giòn như đá vôi.
Trong khu vực nghiên cứu có hai loại bờ đá: bờ đá thấp và bờ đá cao.
- Bờ đá thấp phân bố tập trung thành các cụm chủ yếu ở phía bắc khu vực nghiên cứu, gồm các đá granit biotit, granodiorit thuộc phức hệ Phia Bioc. Các bờ đá này có cấu tạo rất rắn chắc, tốc độ giật lùi đường bờ thấp, tuy nhiên các công trình xây dựng trong khu vực này dễ bị ngập do ảnh hưởng của bão và nước dâng do bão (Hình 3.2b).
- Bờ đá cao (vách cliff) nằm ở các khối núi phía nam Vũng Áng và phía nam xã Kỳ Nam, gồm các đá cuội kết, cát kết của hệ tầng Động Trúc hoặc hệ tầng Mường Hinh. Tại các vị trí thành tạo này tiếp xúc với biển, sóng biển đã mài mòn và tạo ra những vách đá cao từ 30m trở lên với độ dốc >45° (Hình 3.2a). Quá trình địa mạo chủ yếu ở các bờ này là mài mòn, tốc độ giật lùi đường bờ rất nhỏ, gần như không thay đổi trong suốt thời gian dài.
Trong hướng dẫn của Cambers, chiều rộng của hành lang xói lở đối với bờ đá cao của Nevis (vùng có cấu tạo chủ yếu bởi các đá rắn chắc có nguồn gốc núi lửa) là 15m tính từ rìa vách đá cho năm 2030, đối với bờ đá thấp là 30m tính từ đường mép thảm thực vật tự nhiên. Ngoài ra, Cambers cũng nhấn mạnh rằng đó là khoảng chiều rộng tối thiểu khi xây dựng hành lang xói lở cho các bờ đá vì một phần lớn của các vách đá có thể sập xuống đột ngột.
68
Trong nghiên cứu này, luận văn cũng lấy 30m là khoảng chiều rộng của hành lang xói lở cho các bờ đá tính từ đường mép thảm thực vật tự nhiên.
b. Bờ nhân sinh
- Đối với loại bờ nhân sinh được xây dựng trên các bờ đá (loại bờ này chiếm diện tích nhỏ trong khu vực Vũng Áng) (Hình 3.7a), hành lang xói lở được tính như đối với bờ đá.
- Đối với loại bờ nhân sinh được xây dựng trên các bờ cát, loại bờ này chiếm một diện tích rất lớn ở xã Kỳ Phương, nơi các doi cát cao đến 20m đã bị san bằng để phục vụ cho xây dựng nhà máy thép (Hình 3.7b). Trên ảnh Landsat OLI 2014, đường bờ tại khu vực này đã lấn ra ngoài biển từ 1 - 1,5km so với đường bờ năm 1973, nên không thể xác định tốc độ xói lở dài hạn của các đoạn bờ trong khu vực này. Vì vậy, luận văn tạm loại bỏ phần tính toán hành lang xói lở cho đoạn bờ nhân sinh ở xã Kỳ Phương.
c. Bờ cát
Chiều rộng hành lang xói lở xây dựng cho các bờ cát được tính theo công thức dưới đây:
HLXL = (a + b + c) d (I)
Trong đó: + a: khoảng biến đổi đường bờ dự kiến tới năm 2050 + b: khoảng biến đổi đường bờ dự kiến trong bão
a) b)
Hình 3.7. a) Bờ nhân sinh được xây dựng trên bờ đá; b) Bờ nhân sinh được xây dựng trên bờ cát (Nguồn: Google Earth, 2014)
69
+ c: khoảng giật lùi đường bờ dự kiến tới năm 2050 do mực nước biển dâng
+ d: Hệ số an toàn: hệ sinh thái, quy hoạch, các chính sách xã hội. Đối với bờ cát, đường mép thảm thực vật thường xuyên được sử dụng làm cơ sở để xác định hành lang xói lở. Trên ảnh vệ tinh Landsat với độ phân giải không cao (60m và 30m), việc xác định đường này gặp nhiều khó khăn, trong khi đó, việc chiết xuất đường mép nước có độ khả thi và độ chính xác cao hơn. Để giải quyết bài toán này, luận văn sẽ sử dụng đường mép nước của các năm là đầu vào cho tính toán các thông số. Kết quả chiều rộng hành lang xói lở thu được sẽ được cộng thêm 100m - khoảng cách trung bình tính từ đường mép nước tới đường mép thảm thực vật thường xuyên trên các bờ cát, được đo trên ảnh vệ tinh độ phân giải cao của Google Earth.
* a: khoảng biến đổi đường bờ dự kiến tới năm 2050
Khoảng biến đổi đường bờ dự kiến tới năm 2050 được xác định thông qua tốc độ biến đổi đường bờ dài hạn trung bình. Để xác định được tốc độ này, luận văn sử dụng ảnh vệ tinh landsat 1-MSS năm 1973 và ảnh landsat 8-OLI năm 2014 để thiết lập các đường bờ của các năm 1973 và 2014. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo lý thuyết, đường bờ được sử dụng trong các tính toán về biến động là đường bờ ngoài, tức là đường ranh giới giữa đất và nước tại thời điểm thủy triều cao trung bình. Trên ảnh viễn thám, đường bờ quan sát được là đường mép nước tại thời điểm chụp ảnh (phân biệt giữa ranh giới nước và đất, nước và thực vật). Do trong nghiên cứu sử dụng ảnh có độ phân không cao (30 và 60 m) nên tạm quy ước phần mép nước thu được là đường bờ biển và bỏ qua bước hiệu chỉnh triều.
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định đường mép nước từ ảnh Landsat. Phương pháp phổ biến nhất là sử dụng ảnh tỷ số B5/B2 [20, 21]. Các pixel của ảnh tỷ số B5/B2 có giá trị < 1 được xác định là nước và >1 là bờ, nhờ đó đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng. Điều này là do trong điều kiện tự nhiên, mặt nước sẽ hấp thụ rất mạnh các bước sóng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại, do vậy, năng lượng phản xạ sẽ rất ít, giá trị xám độ ảnh của nước trên band 5 sẽ rất nhỏ, trong khi đối tượng đất và thực vật lại hấp thụ ít và phản xạ nhiều hơn. Trên band 2,
70
các đối tượng nước, đất, thực vật... đều phản xạ tốt các bước sóng trong khoảng phổ này. Tuy nhiên, Ảnh tỷ số B5/B2 được sử dụng tốt nhất khi đối tượng đất không bao gồm thảm thực vật. Để có thể xử lý tách thông tin của nước với cả hai đối tượng đất và thực vật, và loại bỏ vùng sóng vỡ, luận văn đã nghiên cứu để kế thừa công thức lập ảnh tỉ số (B5+B7)/B2 theo phương pháp của Winasor và S. Budhiman[24]. Các công thức ảnh tỷ số được cải tiến dựa trên sự tính chất tương đồng của các kênh phổ và quá trình thống kê các giá trị xám độ ảnh. Giá trị ngưỡng để phân định bờ - nước được xác định dưa trên quá trình phân ngưỡng nhiều lần.
- Đối với Landsat MSS, công thức ảnh tỷ số cải tiến là (B6+B7)/B4, giá trị ngưỡng được lựa chọn là 1.0 (Hình 3.8)
- Đối với Landsat OLI, công thức ảnh tỷ số cải tiến là (B5+B6)/B2, giá trị ngưỡng được lựa chọn là 1.5 (Hình 3.9)
a) b)
a) b)
Hình 3.8. Ảnh tỷ số (B6+B7)/B2 Landsat 1-MSS năm 1973 (a) và sau khi phân ngưỡng với giá trị 1.0 (b)
Hình 3.9. Ảnh tỷ số (B5+B6)/B2 Landsat 8-OLI năm 1973 (a) và sau khi phân ngưỡng với giá trị 1.5 (b)
71
Đường bờ sau khi tách được từ ảnh vệ tinh sẽ được chuyển thành dạng vector, đưa vào tính toán bằng mô hình “hệ thống phân tích đường bờ số” (Digital Shoreline Analysis System) DSAS chạy trên nền Arcgis. Mô hình DSAS cho phép người dùng tùy ý thiết lập các đường baseline (đường cơ sở), từ đó DSAS tự động tạo ra các đường transect (các đường vuông góc với đường cơ sở) với khoảng cách mong muốn (Trong nghiên cứu này, học viên xây dựng tổng số 1314 đường transect với khoảng cách giữa mỗi đường là 25m). Tại các điểm giao cắt giữa transect và đường bờ, các thông số về tọa độ điểm giao cắt, góc tạo thành giữa transect và kim chỉ bắc sẽ được ghi lại và đây chính là những thông số đầu vào để xác định khoảng cách biến động của từng đoạn bờ từ 1973 - 2014, từ đó xác định tốc độ biến đổi dài hạn của bờ biển và khoảng biến động dự kiến cho 36 năm bằng các phép nhân chia cơ bản (Hình 3.10).
Các tính toán về khoảng cách biến động đường bờ trên các đoạn bờ cát theo từng mặt cắt ngang (Hình 3.11,3.12) cho thấy, từ năm 1973 đến nay, tất cả các các đoạn bờ cát trong khu vực nghiên cứu đều bị xói với mức độ phổ biến từ 50-100m ở phía bắc Vũng Áng (cụ thể ở xã Kỳ Xuân: 0,3 - 1,3 m/năm, ở xã Kỳ Khang và phía
72
Hình 3.11.
Người thực hiện: HVCH. Đoàn Thu Phương Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Văn Phái
73 Người thực hiện: HVCH. Đoàn Thu Phương Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Văn Phái Hình 3.12.
74
nam xã Kỳ Phú: 1,3 - 1,8m/năm), và 30-50m (0.5-1,1m/năm) ở phía nam Vũng Áng, đặc biệt có những nơi mức độ xói lên đến hơn 200m (2,1-5,3m/năm) như ở khu vực bắc Cửa Khẩu thuộc xã Kỳ Ninh và Kỳ Khang. Các đoạn bờ có hiển thị bồi tụ trong tính toán đều do có sự can thiệp của con người: xây cầu cảng và các công trình.
* b: khoảng biến đổi đường bờ dự kiến trong bão
Chuyến thực địa vào tháng 4 năm 2014 đã đi khảo sát được hầu hết các đoạn bờ cát trong khu vực nghiên cứu. Theo số liệu điều tra trong chuyến thực địa này, trong cơn bão lịch sử vào cuối tháng 9 năm 2013 (bão Wutip), các đoạn bờ cát cao ở xã Kỳ Xuân và bờ biển ở Vũng Áng bị xói 10m, bờ cát thấp ở xã Kỳ Phú, Kỳ Khang bị xói 20m, bờ cát cao ở xã Kỳ Lợi, Kỳ Phương và Kỳ Nam là 15m. Do đó, luận văn sử dụng các số liệu này để tính biến số b.
* c: khoảng giật lùi đường bờ dự kiến tới năm 2050 do mực nước biển dâng
Kịch bản biến đổi khí hậu - mực nước biển dâng do Bộ Tài nguyên & Môi trường công bố năm 2012 đã nhận định: vào năm 2050, mực nước biển ở vùng biển Hòn Dấu - Đèo Ngang sẽ dâng cao 20 - 24cm so với thời kỳ 1980 - 1999, tương ứng là trung bình 3,43 mm/năm. Bên cạnh đó, mức nâng của hoạt động tân kiến tạo tại khu vực nghiên cứu là 0,12 mm/năm (mục 2.2.1). Do đó, mực nước biển dâng được xác định ở khu vực nghiên cứu là 3,31 mm/năm.
Theo nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về ảnh hưởng của mực nước biển dâng đối với bờ cát của IPCC bằng mô hình Bruun, các bờ cấu tạo bằng trầm tích bở rời sẽ có tốc độ giật lùi bằng 50 - 200 lần tốc độ dâng lên của mực nước biển. Luận văn lựa chọn con số để tính mức độ xói lở trung bình do mực biển dâng là 100 lần đối với các khu vực bờ cát thấp ở xã Kỳ Phú, Kỳ Khang (0,331m/năm), và 50 lần đối với các bờ cát còn lại (0,165m/năm).
* d: Hệ số an toàn
Việc xác định hệ số d dựa trên các phân tích về đặc điểm của khu vực được xác định dựa vào một số đặc điểm của vùng, cả ở ngoài khơi (có thềm lục địa nông,
75
rạn san hô; biến đổi hệ sinh thái ngoài khơi; đặc điểm bờ; hoạt động của con người, quy hoạch phát triển bờ, cấu trúc bảo vệ bờ...)
Hệ số an toàn d được xác định với giá trị dao động từ 1 đến 2.5, dựa trên hiểu biết về khu vực nghiên cứu, cụ thể:
d = 1 Không có nhân tố nào đáng kể (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
d = 1.5 Một hoặc nhiều nhân tố dẫn đến tổn thương bờ biển ở mức độ trung bình d = 2 Một hoặc nhiều nhân tố dẫn đến tổn thương bờ biển ở mức độ cao
d = 2.5 Một hoặc nhiều nhân tố dẫn đến tổn thương bờ biển ở mức độ rất cao Theo các phân tích về các nhân tố ảnh hưởng đến biến đổi địa hình bờ biển trong chương 2, dải bờ biển của khu vực nghiên cứu bị xói lở - mài mòn do tác động chủ yếu của sóng, bão và sự dâng lên của mực nước biển.Các hoạt động của con người như khai thác khoáng sản, xây dựng các công trình lấn biển đóng vai trò làm cho ảnh hưởng của những nhân tố này đến bờ mạnh hơn, đặc biệt ở khu vực xã Kỳ Xuân và Kỳ Phú, nơi hoạt động khai thác titan phát triển mạnh đã khiến cho đường bờ biển đã có sự giật lùi đáng kể. Từ các phân tích đó, hệ số d được xác định cho các khu vực ở phía bắc Vũng Áng là d = 1.5, ở phía nam Vũng Áng là d = 1.
d. Hành lang xói lở
Hành lang xói lở cho dải bờ biển huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh với mốc thời gian là năm 2050 được thể hiện trong hình 3.13. Trên các bờ đá, đường hành lang xói lở này cách khoảng 50m so với đường bờ năm 2014 và phổ biến ở mức 150 - 250m trên các bờ cát, lớn nhất là tại khu vực bờ biển xã Kỳ Khang, Kỳ Phú và khoảng cách này giảm dần về hai phía. Đường hành lang xói lở chủ yếu cắt vào các cồn cát ven biển tuổi Holocene muộn cao 5-20m hoặc thềm biển tích tụ tuổi Holocene giữa (Q22) cao 4 - 6 m và đi sâu vào khu vực dân cư sinh sống ở ven biển. Các thôn có nguy cơ bị ảnh hưởng cao bởi tai biến xói lở là: Thắng Lợi và Sơn Tịnh (xã Kỳ Xuân), thôn Phú Long và Phú Hải (xã Kỳ Phú), thôn Trung Tân & Trung Tiến (xã Kỳ Khang), thôn Hải Phong (Vũng Áng, xã Kỳ Lợi).
76
3.2.2.2. Xác lập hành lang ngập lụt
Như đã nói ở trên, đường hành lang xói lở xây dựng cho năm 2050 chỉ cắt vào các cồn cát cao ven biển hoặc các thềm 3-6m, chứ chưa tác động tới phần địa hình thấp trũng ở phía trong. Tuy nhiên, nếu nước dâng do bão tại thời điểm triều đạt cực đại thì sóng hoàn toàn có thể tràn qua các thềm này, đồng thời, nước dâng sẽ xâm nhập bờ theo đường các con sông chính trong khu vực như sông Nhà Lê, sông Quyền từ đường cửa sông duy nhất của khu vực là Cửa Khẩu, gây ngập cho khu vực trũng phía trong. Theo một số tài liệu nghiên cứu về khí tượng và thủy động lực khu vực nghiên cứu thì mực nước dâng lớn nhất đã từng xảy ra đây (vùng biển từ Cửa Vạn đến Đèo Ngang) là 3.4m và nước dâng lớn nhất dự báo có thể xảy ra là 4.0m. Trên dải bờ biển huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh, các khu vực có thể bi ảnh hưởng bởi hiện tượng này, đó là đoạn bờ phía trong kéo dài từ xã Kỳ Khang - Kỳ Ninh - Kỳ Lợi và ở phía nam xã Kỳ Nam (Hình 3.13). Tại đây, tồn tại ngay sau các cồn cát ven biển