Cấu tạo địa chất
Châu thổ sông Hồng là một bồn tích tụ ven bờ quy mô lớn, điển hình về kiểu loại và cấu trúc, phát triển liên tục trên nền sụt hạ tân kiến tạo và kiến tạo hiện đại. Tuy nhiên, chế độ sụt hạ này phân dị phức tạp cả về cường độ và xu thế, thậm chí còn tạo nên cả đới nâng nội võng. Trong giai đoạn tân kiến tạo và kiến tạo hiện đại, vùng nghiên cứu phát triển trên đới nâng yếu giới hạn bởi đứt gãy sông Đáy ở phía Đông Bắc với biên độ trên dưới 300m tương ứng với tốc độ nâng vào khoảng 0,01 mm/năm.
Hoạt động đứt gãy xảy ra khá mạnh trong lịch sử phát triển địa chất vùng nghiên cứu và chúng tiếp tục hoạt động mạnh trong tân kiến tạo. Các đứt gãy phân chia các miền và đới cấu trúc thành các khối khác nhau. Trong phạm vi khu vực phát triển chủ yếu là các hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc - Đông Nam (sông Hồng, Ninh Bình), phương Đông Bắc - Tây Nam (Yên Khánh, Thái Thuỵ), các đứt gãy phương á kinh tuyến (Yên Khánh - Tiên Lữ, Kim Sơn - Nghĩa Hưng) và á vĩ tuyến kém phát triển. Các đứt gãy phương Tây Bắc - Đông Nam là đứt gãy chi phối bình đồ cấu trúc tân kiến tạo trong khu vực và thường liên quan tới các chấn tâm động đất.
Đứt gãy sâu sông Hồng: là đứt gãy phân chia các đới nâng tân kiến tạo có tốc độ khác nhau. Đứt gãy thuận phương Tây Bắc - Đông Nam xuất phát từ bề mặt Moho với độ sâu khoảng 30 km. Đứt gãy hiện đang hoạt động, dọc theo đứt gãy đã xác định được 2 chấn tâm động đất đạt 4,5 - 5,5 độ Richter.
Đứt gãy sông Đáy: có phương Tây Bắc - Đông Nam, xuất phát từ độ sâu 25 - 30 km, kết thúc ở độ sâu 1 km và có nhiều biểu hiện hoạt động hiện đại với các khu vực nứt đất trên bề mặt. Tương tự với nhiều đứt gãy của trũng sông Hồng, đứt gãy sông Đáy là đứt gãy sinh chấn với các chấn tâm có cường độ M
từ 3,1 - 3,5 độ Richter (Hoa Lư) tới 4,6 - 5,0 độ Richter (Phát Diệm) đã từng được sử dụng trong việc lý giải nguyên nhân gây xói lở bờ biển Kim Sơn.
Các đứt gãy phương Đông Bắc - Tây Nam: phân cắt các đới, tạo các đới cấu trúc, chủ yếu đóng vai trò phân dị địa hình với các bậc thấp dần ra biển. Các đứt gãy này chủ yếu là đứt gãy thuận. Tại khu vực đới ven bờ có các đới đứt gãy tạo nên các dải nâng, làm lộ trầm tích Vĩnh Phúc ở khu vực có độ sâu lớn hơn 30m nước.
Hoạt động hiện đại của các hệ thống đứt gãy trong khu vực góp phần làm phức tạp hoá quá trình bồi tụ - xói lở đường bờ biển trong khu vực châu thổ sông Hồng nói chung và khu vực bãi bồi ven biển Kim Sơn nói riêng.
Tốc độ dịch chuyển đường bờ
Một trong những nguyên nhân ảnh hưởng tới xu hướng phát triển bãi bồi là tốc độ dịch chuyển vùng Kim Sơn gắn liền với nguồn cung cấp vật liệu, nhất là gắn liền với sự dịch chuyển lòng sông của sông Đáy và sông Càn trước và sau thế kỷ XX. Vào giai đoạn cuối thế kỷ XIX, lòng dẫn sông Đáy không chạy qua địa phận huyện Kim Sơn ngày nay. Chỉ vào đầu thế kỷ XX lòng sông Đáy mới chuyển chảy vào địa phận huyện Kim Sơn và quá trình bồi tụ bãi bồi mới xảy ra mãnh liệt như bây giờ.
Tốc độ dịch chuyển đường bờ biển bãi bồi Kim Sơn được tính dựa trên quá trình đắp đê lấn biển với giả thiết rằng các đê được đắp trên cùng một mức độ cao của bãi bồi. Tốc độ dịch chuyển tương đối của đường bờ tính theo công thức:
I = d/t Trong đó: I là độ dịch chuyển
d là độ dài lớn nhất giữa 2 đê (theo chiều từ đất liền ra biển) t là thời gian giữa hai lần đắp đê
Dựa trên số liệu thống kê từ năm 1959 đến 2005, tác giả đã đưa ra kết quả tính toán ở Bảng 15.
Thời gian Số năm Chiều dài lấn biển (m) Tốc độ lấn trung bình (m/năm) 1959 - 1980 21 3444 - 3087 164 - 147 1980 - 2005 25 3087 - 2950 124 - 118
Tốc độ bồi tụ theo diện tích
Tốc độ bồi tụ được đánh giá gián tiếp qua diện tích bồi tụ hàng năm và được tính theo công thức:
B = S/t
Trong đó: B là tốc độ bồi tụ trung bình (ha/năm) S là diện tích được bồi tụ (ha) t là thời gian (năm)
Bảng 16: Tốc độ bồi tụ theo diện tích vùng bãi bồi Kim Sơn
Thời gian Số năm Diện tích bãi bồi được
đắp (ha) Tốc độ tăng diện tích (trung bình ha/năm) 1959 - 1980 21 1932 92 1980 - 2005 25 2375 95
Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng, thuỷ văn
Khí hậu là yếu tố quan trọng trong sự phát triển của vùng bờ châu thổ. Vùng đồng bằng châu thổ thường có chất đất màu mỡ, thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản. Sự hình thành và phát triển của vùng cửa sông và ven bờ có quan hệ mật thiết đến lượng dòng chảy và lưu lượng bùn cát của sông ngòi luôn thay đổi theo mùa khí hậu, được biểu hiện rõ nhất qua lượng mưa. Nằm trong khu vực nhiệt đới, khu vực có lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi, tác dụng xâm thực, xói mòn sẽ đem đến cho thung lũng sông dòng nước và bùn cát phong phú. Tác dụng phong hoá ở vùng nhiệt đới cũng cung cấp cho sông ngòi nguồn bùn cát to lớn. Lượng dòng chảy và dòng bùn cát do sông thay đổi mạnh theo mùa khí hậu làm thay đổi và tác động đến quá trình động lực cửa
sông ven bờ, làm biến đổi cửa, sa bồi luồng hoặc bùn cát do sông đưa ra là nguồn bồi tích tạo nên các bar, cồn và bãi bồi ở cửa sông và các khu vực lân cận.
Ngoài ra, chính sự lặp đi lặp lại của gió theo các mùa trong nhiều năm và các yếu tố khí hậu khác làm cho địa hình và cảnh quan ven biển phát triển mang tính chất nhịp điệu, dẫn đến địa hình bờ và luồng lạch cửa sông biến đổi mạnh theo mùa và các quá trình bồi tụ, xói lở ven bờ khu vực cũng mang tính chu kỳ.
Ảnh hưởng của khí hậu còn biểu hiện qua hoạt động của chế độ sóng trong khu vực. Trên đất liền gió thường thể hiện chức năng phá huỷ, vận chuyển và tích tụ, song đối với phần ngập nước của dải ven bờ, năng lượng của gió được chuyển qua hoạt động của sóng hay nói khác đi gió có vai trò quyết định đối với sóng ven bờ. Vùng ven biển Kim Sơn, sóng là một trong những yếu tố động lực rất quan trọng và quyết định. Do đặc điểm địa hình và hướng đường bờ, sóng hướng đông và đông bắc trong gió mùa đông bắc phát triển rất mạnh, tạo nên động lực phá huỷ bờ và đê kè. Dòng chảy sóng dọc bờ có vai trò rất quan trọng trong việc vận chuyển vật chất ven bờ xuống phía nam trong trường sóng đông bắc, gây bồi tụ ở Kim Sơn. Vai trò của sóng được thể hiện trong Hình 2.
Các hiện tượng thời tiết đặc biệt, nhất là bão, tuy chỉ xảy ra trong thời gian ngắn, nhưng có sức công phá lớn và có thể thay đổi hình thái địa hình khu 4
Sóng biển Đất bồi ven biển Tương tác kéo dài và
mất năng lượng
Mất toàn bộ năng
lượng Năng lượng được duy trì do sóng
Bờ biển ổn định Không có sự thay
đổi đến khi năng lượng sóng thay đổi
Cân bằng Ổn định về hình thái
Bồi tụ > xói mòn Bồi tụ < xói mòn Không có sự di chuyển trầm tích Di chuyển trầm tích Mất phần lớn năng lượng Lắng đọng Xói mòn
vực. Với tần suất 3- 4 cơn bão/năm, đây là khu vực có tần suất cũng như cường độ bão lớn nhất nước ta. Vùng ven biển Kim Sơn, tần suất bão cực đại rơi vào tháng 9 (32%) là tháng có mưa cao, dễ gây lũ lụt và tác động mạnh đến vùng ven bờ. Tuy bão xuất hiện không thường xuyên nhưng năng lượng rất lớn, tốc độ gió luôn trên 20 m/s, kèm theo mưa lớn kéo dài có thể phá huỷ đê kè và làm thay đổi địa hình bờ biển trong thời gian ngắn. Quá trình đổ bộ của bão vào đới bờ biển thường làm cho mực nước biển dâng cao, đặc biệt nguy hiểm khi trùng kỳ triều cường, gây nên quá trình phá huỷ bờ, đe doạ các hệ thống đê và các công trình ven biển.
Dòng chảy trong khu vực được hình thành chủ yếu do sự dao động mực nước biển gây ra. Biên độ dao động mực nước thay đổi theo các tháng trong năm cùng với sự thay đổi của trường gió, sóng tạo nên sự biến đổi cán cân vận chuyển bồi tích trong khu vực. Trong mùa đông, biên độ triều lớn vào các tháng 10 đến tháng 1 là thời kỳ sóng hướng đông và đông bắc phát triển mạnh sẽ phát triển mạnh dòng vận chuyển bồi tích về phía nam trong pha triều xuống, gây xói lở vùng ven bờ. Ngược lại, trong mùa hè, sóng hướng nam và đông nam phát triển tạo dòng chảy sóng kết hợp với dòng triều lên sẽ vận chuyển bồi tích lên phía bắc. Mực nước dao động với biên độ khá lớn (cực đại >3m) tạo cho đới sóng đổ có ranh giới khá rộng ở dải ven bờ, làm tăng khả năng biến đổi địa hình đáy biển ở phạm vi rộng. Khi mực nước dâng cao, sóng có thể đổ sát chân đê, kè gây xói sạt, phá huỷ đê kè. Ngược lại, mực nước xuống thấp nhất, đới sóng đổ bị kéo ra xa bờ, năng lượng sóng có thể ảnh hưởng tới vùng bờ ngầm dưới sâu hơn.
Đặc điểm chế độ thuỷ văn sông trong khu vực cũng ảnh hưởng đến chế độ động lực trong khu vực. Vùng ven bờ Kim Sơn có 2 cửa sông chính là cửa Đáy và cửa Càn. Trong năm, chế dộ dòng chảy sông, lưu lượng, độ đục thay đổi mạnh theo mùa: khô và mưa. Đặc biệt về mù mưa lũ động lực sóng rất mạnh thể hiện ở lưỡi nước đục xâm nhập ra biển theo hướng vuông góc bờ đến trên 20 km tại vùng cửa Đáy. Động lực dòng sông giảm từ thượng lưu về hạ lưu nhưng về mùa mưa lũ động lực dòng sông cũng còn rất mạnh ở vùng cửa thể hiện ở sức tải
vật chất từ thượng lưu về hạ lưu. Mặc dù vậy những tác động của động lực dòng sông đã bị chi phối và thay đổi nhiều ở vùng nước ven bờ do tương tác với chế độ động lực biển ven bờ. Cùng với động lực dòng chảy, lượng bùn cát sau khi đưa tới cửa, một phần được bồi lắng ngay trước cửa sông, phần khác được dòng hải lưu ven bờ đưa ra xa và phân phối lại cho cả khu vực rộng lớn ven bờ.
Ảnh hưởng của phù sa bùn cát của cửa sông Càn ít tác động đến bồi tụ trong khu vực. Cửa Đáy có lượng bùn cát cao nhất hệ thống sông Hồng (khoảng 19,312 triệu tấn/năm), do có hình thái mở rộng ra biển, đã làm khuyếch tán phù sa ra xa bờ, tạo thành vùng bồi tụ ở cửa Đáy với tốc độ cực đại đạt tới 120 m/năm.