Nồng độ trầm tích 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1/1/10 2/1/10 3/1/10 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11Thời gian mg/l
Hình 3.16. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Như Tân năm 2010
Nồng độ trầm tích 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1/1/10 2/1/10 3/1/10 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11Thời gian mg/l
Hình 3.17. Biến trình nồng độ trầm tích tại mặt cắt trạm Phú Lễ năm 2010
Nồng độ trầm tích 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1/1/10 2/1/10 3/1/10 4/1/10 5/1/10 6/1/10 7/1/10 8/1/10 9/1/10 10/1/10 11/1/10 12/1/10 1/1/11Thời gian mg/l
Hình 3.19. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa mưa)
Hình 3.20. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 1-6-2010 (thời điểm đầu mùa
Hình 3.21. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 1-10-2011 (thời điểm cuối mùa mưa)
Hình 3.22. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 1-10-2011(thời điểm cuối
Hình 3.23. Biến đổi đáy lúc 0h ngày 31-12-2010 (sau 1 năm tính toán)
Hình 3.24. Địa hình đáy biển tại thời điểm 0h ngày 31-12-2010 (sau 1 năm tính
toán) 3.4.1.3. Nhận xét
Đây là khu vực có động lực sóng tương đối yếu ở gần bờ, dòng chảy dọc bờ và sông là yếu tố quyết định đến quá trình bồi lắng. Ở khu vực này, trầm tích chủ yếu là cát hạt nhỏ và mịn với đường kính hạt trung bình là 0,17mm. Theo tính toán, lưu lượng dòng chảy từ sông Đáy đưa ra khoảng 195.000 m3/ năm. Ngoài ra, lưu lượng dòng chảy tổng hợp cả năm qua mặt cắt tại bờ khu vực Nghĩa Hưng – Nam Định có hướng đi từ bắc xuống nam với lưu lượng khoảng 1.807.000 m3/năm.
Lượng bùn cát của khu vực cửa Sông Đáy được tiếp nhận từ 2 nguồn lớn: nguồn thứ nhất là nguồn từ Sông Đáy đưa ra khoảng 34.000 tấn bùn cát và nguồn thứ hai là dòng dọc bờ mang bùn cát từ phía bắc trở xuống khoảng 220.000 tấn bùn cát.
Xét về tính chất mùa ta thấy rõ: lượng bùn cát từ sông mang ra được vận chuyển chủ yếu vào mùa mưa, chiếm khoảng 80% tổng lượng bùn cát cả năm (xem các hình từ 3.16 tới 3.18). Ngoài ra, tốc độ dòng chảy sông lớn mang bùn cát ra xa bờ, nơi đó chịu động lực biển phân bố bồi tụ trầm tích theo diện rộng. Do đó, độ bồi tụ đáy vào mùa mưa nhanh hơn và làm cao thêm bề mặt đáy. Sau đó, giai đoạn từ cuối mùa mưa đến cuối năm 2010 ta thấy: lượng bùn cát vẫn được sông đưa ra nhưng với nồng độ và lưu lượng thấp, tốc độ dòng chảy yếu không thể đưa bùn cát ra xa bờ được gây tích tụ tại lòng dẫn sông, cho nên độ cao đáy ở đây được nâng lên. Còn khu vực ngoài, dưới tác động của thủy động lực biển đã làm thay đổi đáy.
Quá trình thủy động lực mang dòng bùn cát đưa tới cửa sông, rồi lắng đọng tạo nên các khu vực bồi tụ trước cửa và hai phía của cửa Đáy. Ta thấy rõ khu vực cửa Sông Đáy có xu thế bồi ở cả 2 bên của cửa, độ cao bồi tụ khoảng 1m. Khu vực bồi mạnh nhất là khu vực trước cửa Đáy bồi cao đến gần 2m.
Khu vực phía đông cửa Đáy thuộc huyện Nghĩa Hưng – tỉnh Nam Định có xu thế bồi và hình thành dọc bờ. Khu vực phía tây thuộc huyện Kim Sơn – Ninh Bình bồi rất mạnh nhưng có xu thế bồi lắng rộng ra ngoài xuống phía nam.
Tóm lại: Khu vực cửa Sông Đáy được tiếp nhận 2 nguồn bổ sung trầm tích rất lớn từ sông Đáy đưa ra và từ phìa bắc đưa xuống. Các con sông đổ vào khu vực nghiên cứu đều có lưu lượng dòng chảy lớn mang theo nguồn trầm tích dồi dào.
Chế độ thủy động lực của khu vực làm lắng đọng trầm tích ở 2 phía của cửa Đáy. Dòng bùn cát này bị ngăn lại bởi dòng chảy của sông Đáy và lắng đọng lại ở ven bờ, lấp đầy khoảng trống giữa cửa Đáy và cồn ngầm ở phía ngoài. Vì vậy, bãi bồi có diện tích rất lớn và khoảng cách giữa cồn ngầm và bãi bồi phía trong hầu như không đáng kể.
3.4.2. Tính toán xu thế biến động bùn cát dài hạn có xét đến dâng cao mực nước biển và mô hình hóa quá trình phát triển cửa Đáy biển và mô hình hóa quá trình phát triển cửa Đáy
3.4.2.1. Kịch bản nước biển dâng cho khu vực cửa Đáy
Các kịch bản phát thải khí nhà kính được lựa chọn để tính toán, xây dựng kịch bản nước biển dâng cho Việt Nam là kịch bản phát thải thấp (kịch bản B1), kịch bản phát thải trung bình của nhóm các kịch bản phát thải trung bình (kịch bản B2) và kịch bản phát thải cao nhất của nhóm các kịch bản phát thải cao (kịch bản A1FI). Các kịch nước biển dâng được xây dựng cho bảy khu vực bờ biển của Việt Nam sử dụng trong nghiên cứu này được lấy từ Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng do Bộ tài nguyên và Môi trường công bố năm 2012, theo đó, kịch bản nước biển dâng cho khu vực Cửa Đáy được đưa ra trong bảng 3.1 và hình 3.25.
Bảng 3.1. Mực nước biển dâng theo các kịch bản phát thải cho khu vực Cửa
Đáy (cm)
Năm Kịch bản cao A1F1 Kịch bản trung bình B2 Kịch bản thấp B1
Cận trên Cận dưới Cận trên Cận dưới Cận trên Cận dưới
2020 9 8 8 7 9 8 2030 14 12 13 11 13 11 2040 19 16 18 15 17 15 2050 27 22 24 20 23 19 2060 36 30 32 25 30 24 2070 47 38 39 31 37 29 2080 59 47 48 37 44 34 2090 72 56 56 43 51 38 2100 86 66 65 49 58 42
0 20 40 60 80 100 120 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Năm Mứ c tăn g mự c nước (cm)
Cận trên - Kịch bản A1FI Cận dưới - Kịch bản A1FI Cận trên - Kịch bản B2 Cận dưới - Kịch bản B2 Cận trên - Kịch bản B1 Cận dưới - Kịch bản B1
Hình 3.25. Kịch bản mực nước biển dâng tại khu vực cửa Đáy
Theo kịch bản phát thải thấp (B1) thì vào giữa thế kỷ 21, tại khu vực Cửa Đáy, mực nước biển dâng trong khoảng từ 19-23cm, đến cuối thế kỷ 21, mực nước biển dâng trong khoảng từ 42-58cm; Theo kịch bản phát thải trung bình (B2) thì vào giữa thế kỷ 21, tại khu vực Cửa Đáy, mực nước biển dâng trong khoảng từ 20- 24cm, đến cuối thế kỷ 21, mực nước biển dâng trong khoảng từ 49-65cm; Theo kịch bản phát thải cao (A1FI) thì vào giữa thế kỷ 21, tại khu vực Cửa Đáy, mực nước biển dâng trong khoảng từ 22-27cm, đến cuối thế kỷ 21, mực nước biển dâng trong khoảng từ 66-86cm.
3.4.2.2. Cập nhật mực nước biển dâng trong mô hình
Theo như đã trình bày ở phần 3.4.2.1, mực nước biển có xu hướng tăng lên trong thời gian từ năm 2010 tới 2030. Do đó, trong nghiên cứu này đã sử dụng số liệu dự báo mức độ tăng của mực nước biển cho khu vực cửa Đáy để thêm vào diễn biến mực nước (bằng tính toán từ hằng số điều hòa) tại các biên, làm đầu vào cho mô hình thủy lực MIKE 21 HD.
Theo như đã nêu ở trên, giá trị tăng mực nước biển năm 2020 khoảng từ 7 – 9 cm, năm 2030 tăng từ 11 – 14 cm tương ứng với từng kịch bản phát thải (so với mốc tính là mực nước trong thời kỳ 1980 – 1999). Theo đó, mực nước tăng trung bình trong giai đoạn từ năm 2010 tới 2030 khoảng 0,5cm/năm. Cho nên, nghiên cứu này đã sử dụng giái trị tăng 0,5cm/năm là giá trị thêm vào biến trình mực nước trong từng năm tại các biên để tính toán.
3.4.2.3. Lưu lượng dòng chảy sông
Trong nghiên cứu này, sử dụng giả thiết diễn biến dòng chảy trên 3 sông Hồng, Ninh Cơ và Đáy trong giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 tương đồng với giai đoạn từ năm 2010 tới 2030. Do đó, nghiên cứu đã sử dụng số liệu tính toán lưu lượng tại 3 cửa sông Hồng, Ninh Cơ và Đáy qua các mặt cắt tương ứng là Ba Lạt, Phú Lễ và Như Tân trong giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010 làm số liệu đầu vào. Số liệu được tính toán bằng mô hình MIKE 11 nhằm đơn giản hóa quá trình mô phỏng thủy động lực. -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1/1/89 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian m3/s Lưu lượng
-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 1/1/89 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian m3/s Luu luong
(b) Trạm Phú Lễ trên sông Ninh Cơ
-1000 0 1000 2000 3000 4000 1/1/89 1/1/94 1/1/99 1/1/04 1/1/09 thời gian m3/s Lưu lượng
(c) Trạm Như Tân trên sông Đáy
Hình 3.26. Biến trình lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt các trạm trong 20 năm
3.4.2.4. Kết quả
Mực nước -2 -1 0 1 2 1/1/10 1/1/15 1/1/20 1/1/25 1/1/30 thời gian (m)
Hình 3.27. Biến trình mực nước tính toán tại điểm gần cửa Đáy (10605’E;
19050’N)
b) Kết quả phân bố bùn cát dài hạn
(a) (b)
Hình 3.29. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 1 năm tính toán
(a) (b)
Hình 3.30. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 2 năm tính toán
(a) (b)
(a) (b)
Hình 3.32. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 4 năm tính toán
(a) (b)
Hình 3.33. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 5 năm tính toán
(a) (b)
(a) (b)
Hình 3.35. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 15 năm tính toán
(a) (b)
Hình 3.36. Địa hình (a) và mức độ biến đổi địa hình (b) đáy sau 20 năm tính toán
c) Nhận xét
Nhìn vào các kết quả tính toán ta có thể thấy rõ:
- Hình 3.27: thể hiện kết quả tính toán dao động mực nước của 1 điểm trong khu vực nghiên cứu có xu hướng tăng, biểu hiện qua đường xu thế màu đỏ đi lên. Mức độ tăng của dao động mực nước tương ứng với mức độ tăng do kịch bản nước biển dâng đề xuất ở mục 3.4.2.1.
- So sánh các hình từ 3.29 tới 3.36 với hình 3.28 cho ta thấy địa hình đáy biển của từng giai đoạn tính toán và mức độ thay đổi địa hình đáy biển của khu vực nghiên cứu. Có sự sai khác nhất định của địa hình đáy biển sau các khoảng thời gian tính toán so với địa hình lúc ban đầu. Khu vực có xu thế bồi mạnh.
- So sánh các hình từ 3.29 tới 3.36 với nhau cho ta thấy: địa hình khu vực nghiên cứu có xu thế bồi tụ mạnh trong 15 năm đầu tiên tính toán, quá trình bồi tụ mạnh làm bồi lấp luồng vào cửa Đáy. Hậu quả của nó làm thay đổi dòng chảy. Sau khoảng thời gian 15 năm đã bồi lấp mất luồng vào cửa Đáy, không còn dòng chảy từ cửa sông đưa ra. Trong khoảng thời gian sau 15 năm chỉ biến đổi địa hình tại các khu vực đáy ở vùng ngoài.
- Nhìn vào các hình từ 3.29 tới 3.36 có thể nhận thấy các khu vực có biến động mạnh nhất là: khu vực luồng vào cửa Đáy và khu vực ngoài của cửa Ninh Cơ. Mức độ biến động lên tới trên 10m.
- Ngoài ra, khu vực luôn luôn được tiếp nhận hàng năm lượng bùn cát rất lớn từ sông Đáy đưa ra và từ phía bắc đưa xuống. Lượng bùn cát từ phía bắc được cung cấp do sông Hồng, sông Ninh Cơ. Một phần lượng bùn cát này được đưa xuống khu vực cửa Đáy gây bồi lấp.
Khu vực cửa Đáy luôn luôn được tiếp nhận một lượng rất lớn bùn cát từ sông Đáy đưa ra và từ phía bắc đưa xuống. Do đó, khu vực này có xu thế bồi lấp cửa Đáy, trong khoảng thời gian ngắn nữa cửa Đáy sẽ bị lấp. Nhằm phòng tránh các khó khăn do bồi lấp cửa Đáy gây ra cần phải có kế hoạch nạo vét cửa, mở rộng luồng sông. Tỉnh Ninh Bình đã và đang triển khai dự án “Nạo vét sông Đáy đoạn từ cầu Gián Khẩu đến cửa Đáy và các tuyến nhánh qua sông Đáy để thoát lũ cho sông
Hoàng Long, tỉnh Ninh Bình” để tránh sự cố do bồi lấp luồng vào cửa Đáy.
Quá trình tính toán đã cho thấy xu thế bồi tụ khu vực cửa Đáy, kết quả này tương đối chính xác với các nghiên cứu gần đây về khu vực này. Tuy nhiên, cần có những căn cứ khoa học hơn nữa ví dụ như kiểm nghiệm mô hình tính lan truyền bùn cát (MIKE 21 ST) để có thể đưa ra thời gian bồi lấp mất cửa Đáy. Đây cũng là lý do tại sao mà cửa Đáy thường xuyên phải nạo vét để có thể lưu thông hàng hải bình thường và hàng năm có nhiều diện tích đất được bồi tụ.
Ngoài ra, qua nghiên cứu này cho thấy mức độ cấp thiết của các số liệu đo đạc về sóng, dòng chảy, lưu lượng để cho kết quả tốt hơn, phù hợp với thực tế hơn.
3.4.3. Tính toán biến đổi đường bờ có xét đến dâng cao mực nước biển do biến đổi khí hậu đổi khí hậu
3.4.3.1. Điều kiện tính toán
Trong nghiên cứu biến động đường bờ có xét đến mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu, để kiểm nghiệm lại độ đúng đắn của tính toán bằng cách so sánh đường bờ tính toán với đường bờ thu được từ ảnh vệ tinh. Do đã có bộ ảnh vệ tinh đường bờ khu vực ở các mốc thời gian là các năm 1990, 2001 và năm 2010 cho nên ở nghiên cứu này đã tính toán với quãng thời gian là 20 năm bắt đầu từ năm 1990. Tuy nhiên, khó khăn gặp phải là không có trường địa hình, không có bộ thông số lưu lượng cũng như dòng chảy từ các sông đưa ra từ năm 1990, cho nên để đơn giản tác giả đã sử dụng các điều kiện tính toán sau:
- Trong mô hình Litpack các pro ile mặt cắt chỉ có sự thay đổi theo hướng tịnh tiến ra xa ngoài bờ được lấy tại mốc năm 2010 thay cho mốc năm 1990. - Quá trình biến đổi lưu lượng, tốc dộ dòng chảy từ năm 2010 tới năm 2030
chính là quá trình biến đổi từ năm 1990 tới năm 2010.
- Tốc độ tăng của mực nước biển dâng do BĐKH trong giai đoạn từ năm 2010 tới năm 2030 bằng với giai đoạn từ năm 1990 tới năm 2010.
3.4.3.2. Bộ thông số đầu vào
- Dữ liệu đầu vào
+ Dữ liệu về địa hình: được xác định thông qua số liệu địa hình trình bày ở phần trên.
+ Dữ liệu về trầm tích: Với kích thước hạt trung bình tại khu vực nghiên cứu được lấy là 0.17mm, độ chọn lọc 1.44
+ Dữ liệu về mực nước: lấy mực nước trung bình là 0
+ Dữ liệu về sóng: được lấy từ số liệu sóng tính toán bằng mô hình MIKE 21 SW cho khu vực nghiên cứu.
+ Dữ liệu về dòng chảy: được lấy từ bộ số liệu tính toán bằng mô hình MIKE 21 FM.
+ Dữ liệu về gió: Bộ thông số về trường gió được lấy theo các đặc trưng gió thống kê tại trạm Văn Lý.
* Xác định vị trí đường bờ
Số liệu đường bờ được lấy từ ảnh vệ tinh năm 1989 làm số liệu phục vụ tính toán. Vị trí đường bờ được xác định là khoảng cách từ đường bờ tới đường cơ sở. Có thể định nghĩa đường cơ sở là một đường thẳng tương đối song song với đường bờ mà quá trình bồi xói không vượt quá ranh giới đó.