Tại khu vực cửa Đề Gi, số liệu tính tốn về sóng và dịng chảy đƣợc dựa trên số liệu khảo sát Trƣơng Đình Hiển và nnk (2002) [13,14] và số liệu khảo sát thực
địa đo sóng và dịng chảy (10/2012).
Bảng 4.1 Tần suất và độ cao sóng theo các hướng từ tháng 11-tháng 04
Cấp độ cao Các hƣớng Tần suất sóng (m) N NE E SE S SW W NW (%) Lặng sóng 3.0 < 1.0 16.0 26.0 7.0 5.0 2.0 0.3 0.3 56.5 1.0 - 1.5 3.0 20.0 1.0 24.0 1.6 - 2.4 3.0 8.0 11.0 2.5 - 3.7 2.0 3.0 5.0 > 3.7 0.3 0.3 0.5 Tổng cộng (%) 24.3 57.3 8.0 5.0 2.0 0.3 0.3 100.0 Độ cao sóng trung bình (m) 1.0 1.1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
Bảng 4.2 Tần suất và độ cao sóng theo các hướng từ tháng 06-tháng 10
. Cấp độ cao Các hƣớng Tần suất sóng (m) N NE E SE S SW W NW (%) Lặng sóng 1.0 < 1.0 1.0 3.0 1.0 1.0 17.0 37.0 3.0 1.0 64.0 1.0 - 1.5 0.0 4.0 27 31.0 1.6 - 2.4 1.0 3 4.0 2.5 - 3.7 0.0 > 3.7 0.0 Tổng cộng (%) 1.0 3.0 1.0 1.0 22.0 67.0 3.0 1.0 100.0 Độ cao sóng trung bình (m) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.7 0.6 0.5 0.5
Theo các tài liệu quan trắc, sóng biển tại khu vực thay đổi theo mùa. Từ tháng 11 năm trƣớc đến tháng 04 năm sau, trên thềm lục địa khu vực, sóng có
hƣớng Đơng Bắc, chiến tần suất và cƣờng độ chủ yếu. Tháng 05 là thời kỳ chuyển mùa, sóng khơng ổn định và khá yếu. Từ tháng 06 đến tháng 10, trên toàn miền nghiên cứu sóng có hƣớng chính là hƣớng Tây Nam.
Chính vì vậy, áp dụng phƣơng pháp của CERC có thể tính vận tốc dịng chảy dọc bờ tƣơng ứng các các hƣớng sóng tại khu vực cửa biển Đề Gi trong hai mùa từ tháng 11 đến tháng 04 và từ tháng 06 đến tháng 10 cho kết quả nhƣ sau (xem chi tiết tại Phụ lục): Bảng 4.3 Tính vận tốc trung bình dịng chảy dọc bờ STT Hƣớng sóng Từ tháng 11- tháng 04 Từ tháng 06- tháng 10 Ho (m) Vtb (cm/s) Tần suất (%) Ho (m) Vtb (cm/s) Tần suất (%) 1 Bắc 1.00 14.3 24.3 0.50 11.0 1 2 Đông Bắc 1.10 71.3 57.7 0.50 53.0 2 3 Đông 0.60 4.0 8.0 0.50 3.7 1 4 Đông Nam 0.50 52.8 5 0.50 52.8 1 5 Nam 0.50 3.7 2 0.70 4.2 22 6 Tây Nam 0.50 53.0 0.3 0.60 53.0 67 7 Tây 0 0 0 0.50 1.9 3 8 Tây Bắc 0.50 49.2 0.3 0.50 49.2 1
Ta có thể nhận thấy dịng chảy do sóng tại khu vực khá lớn có, đủ sức vận chuyển bùn cát dịch chuyển dọc bờ. Vào thời kỳ gió mùa Đơng Bắc (từ tháng 11- tháng 04), dịng chảy ven bờ có hƣớng Đơng Bắc có chiều cao sóng trung binh là1,1m, với tốc độ 71,3cm/s, tần suất 57,7%, là dòng chảy chủ yếu trong mùa. Tuy nhiên, do đặc điểm địa hình ở khu vực, có mũi Vĩnh Lợi nhơ ra ở phía Bắc cửa Đề Gi, đã cản trở dòng chảy từ hƣớng Bắc vào cửa, phần lớn bùn cát đã đƣợc tích tụ ở
phía Bắc của mũi Vĩnh Lợi (thể hiện trên Hình- phía Bắc mũi Vĩnh Lợi đang bị bồi lấp). Điều này chứng tỏ, dòng chảy hƣớng Đơng Bắc khơng đóng vai trị đáng kể trong q trình vận chuyển bùn cát từ phía Bắc xuống tham gia vào q trình bồi lấp tại cửa Đề Gi.
Chú giải:
Hình 4.3 Sơ đồ biến đổi đường bờ phía Bắc mũi Vĩnh Lợi
hƣớng Đơng Bắc, Tây Bắc, Đơng Nam, Tây Nam cũng có vận tốc trung bình lớn. Tuy nhiên trong thời kỳ này thì dịng chảy có hƣớng từ phía Nam xuống phía Bắc chiếm ƣu thế, tần suất của dòng chảy hƣớng Tây Nam chiếm 67% sẽ vận chuyển bùn cát từ phía Nam đến phía Bắc.
4.1.2. Đặc điểm cán cân bồi tích do yếu tố sóng biển
Các q trình biến đổi đƣờng bờ đƣợc biểu diễn bởi cán cân bồi tích tại khu vực nghiên cứu. Dƣới tác động của các quá trình động lực, vật chất và bờ bãi sƣờn ngầm bị bứt ra khỏi đáy và tham gia vào q trình vận chuyển, làm mất cân bằng bồi tích trong khu vực.
Trình tự tính tốn cán cân bồi tích đƣợc tiến hành theo nguyên tắc trƣớc hết xét những khu vực có các yếu tố tác động chủ yếu ít nhất hay có cơ sở dữ liệu (đặc biệt là số liệu quan trắc) đầy đủ nhất. Vì đến nay, các cơng thức tính vận chuyển bùn cát mới chỉ đƣợc xây dựng trong trƣờng hợp tác dụng riêng rẽ của trƣờng sóng hay dịng chảy trong phịng thí nghiệm nên cần tiến hành hiệu chỉnh các mơ hình tính tốn tại các khu vực có số liệu quan trắc, từ đó áp dụng cho khu vực khác.
Tại khu vực nghiên cứu, việc tính tốn cán cân bồi tích trƣớc hết đƣợc tiến hành với yếu tố động lực chính là sóng biển, ảnh hƣởng của sơng khơng đáng kể.
Vận chuyển bùn cát dọc bờ đƣợc tính tại khu vực nghiên cứu theo cơng thức của CERC (2002) [39]. Đây là công thức đƣợc xây dựng theo phƣơng pháp dịng năng lƣợng sóng và đƣợc sử dụng để tính các thơng số QS, QN, QoN và QoS. Dịng năng lƣợng sóng dọc bờ (Pl) đƣợc tính bằng cơng thức: b b b g l EC P ( ) sin cos (N/s) trong đó: Eb - năng lƣợng sóng ở đới sóng vỡ, 8 2 sb b gH E (N/s)
cgb - tốc độ truyền năng lƣợng sóng, sb sb gb kh kh c c 2 sin 2 1 2 (m/s)
- khối lƣợng riêng của nƣớc (kg/m3) g - gia tốc trọng trƣờng (g = 9.82 m/s2) Hsb - chiều cao sóng đổ (m)
Thể tích bùn cát vận chuyển dọc bờ (Ql) đƣợc xác định tỷ lệ với dịng năng lƣợng sóng dọc bờ: l s l P n g K Q ) 1 ( ) ( (m3/s) trong đó:
s - khối lƣợng riêng của bùn cát (kg/m3) n - độ rỗng của trầm tích bị vận chuyển K - hệ số tỷ lệ lấy bằng 0,39.
Bằng phƣơng pháp tính tốn dịng bùn cát vận chuyển ven bờ qua năng lƣợng sóng, thấy rằng lƣợng bùn cát vận chuyển dọc bờ phụ thuộc chặt chẽ vào yếu tố sóng, gió, do đó mang tính thời vụ rõ ràng. Học viên đã tiến hành tính toan lƣợng bùn cát vận chuyển theo các hƣớng trong hai thời kỳ từ tháng 11-tháng 04 và từ tháng 06-tháng 10, dựa trên số liệu quan trắc sóng và dịng chảy thy thập đƣợc qua khảo sát thực địa, và tham khảo số liệu đo của TS. Trƣơng Đình Hiển. [13,14] (Phụ lục)
Việc tính khả năng vận chuyển cát theo đƣờng kính hạt, chiều cao của sóng đƣợc tính dựa theo cơng thức Shields, hệ số Reynolds và công thức của CERC.
Dựa vào cơng thức của Shields, trầm tích bắt đầu dịch chuyển khi:
Trong đó: : thông số Shields
c: thông số Shields tới hạn * Thông số đƣợc xác định theo công thức:
𝜽 = 𝝉𝒃
𝝆𝒔 − 𝝆 . 𝒈. 𝒅𝟓𝟎
Cƣờng độ chống cắt tại đáy đƣợc tính theo cơng thức:
𝝉𝒃 =𝟏 𝟐𝝆( 𝟎. 𝟎𝟔 (𝐥𝐠( 𝟏𝟐𝒉𝒄 𝟐. 𝟓 ∗ 𝒅𝟓𝟎))𝟐 ). 𝑼𝟐
Với : khối lƣợng riêng của nƣớc biển =1025kg/m3
. d50: đƣờng kính cỡ hạt trung bình.
U = 1m/s
h: độ sâu ảnh hƣởng của nƣớc.
hc: độ sâu ảnh hƣởng của nƣớc đƣợc tính theo cơng thức sau:
Theo Brickermier (1985) và CERC(2002), hc đƣợc tính theo cơng thức sau: hc= 1.57*He
Chiều cao sóng hữu hiệu đƣợc tính theo cơng thức:
𝑯𝒆 = 𝑯 + 𝟓. 𝟔𝝈𝑯 𝑯: chiều cao sóng trung bình
𝝈𝑯: độ lệch chiều cao sóng
Với chiều cao sóng H=0.5m, đƣờng kính hạt trung bình của trầm tích theo kết quả phân tích thành phần hạt d50= 0.2mm, 𝝈𝑯 = 𝟎. 𝟓𝒎 thì hc=5.181m. Do đó, cƣờng độ chống cắt tại đáy:
𝝉𝒃 =𝟏 𝟐𝝆 𝟎. 𝟎𝟔 (𝐥𝐠( 𝟏𝟐𝒉𝒄 𝟐. 𝟓 ∗ 𝒅𝟓𝟎))𝟐 . 𝑼𝟐 =𝟏 𝟐. 𝟏𝟎𝟐𝟓 𝟎. 𝟎𝟔 (𝐥𝐠(𝟏𝟐 ∗ 𝟓. 𝟏𝟖𝟏𝟐. 𝟓 ∗𝟎. 𝟐 ))𝟐 = 𝟐. 𝟎𝟗 ( 𝑵 𝒎𝟐) Do đó: 𝜽 = 𝝉𝒃 𝝆𝒔 − 𝝆 . 𝒈. 𝒅𝟓𝟎 = 𝟐. 𝟎𝟗 𝟐𝟔𝟓𝟎 − 𝟏𝟎𝟐𝟓 ∗ 𝟗. 𝟖𝟐 ∗ 𝟎. 𝟐 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟔𝟓𝟓
* Thông số Shields tới hạn c đƣợc tra từ biểu đồ Shields Với hệ số 𝑺 =𝒅𝟓𝟎. 𝚫−𝟏 .𝒈.𝒅𝟓𝟎
𝟒.𝝊 Δ: tỷ trọng của cát 𝚫 = 𝝆𝒔𝝆
s= 2650kg/m3
υ: hệ số động học dòng chảy, υ= 10-6 m2/s Từ hệ số S tra trên biểu đồ Shields đƣợc c.
Với chiều cao sóng H=0.5m, đƣờng kính hạt trung bình của trầm tích theo kết quả phân tích thành phần hạt d50= 0.2mm, thì S=2.79. Tra trên biểu đồ Shields đƣợc c=0.052
Nhƣ vậy: =0.00065< c=0.052 nên với chiều cao sóng bằng 0.5m, khơng
vận chuyển đƣợc trầm tích từ ngồi biển vào bờ.
Vì vậy, khi tính lƣợng bùn cát vận chuyển dọc bờ, ta khơng tính đến ảnh hƣởng của sóng có chiều cao <1m.
Dựa kết quả tính tốn (xem chi tiết tại phụ lục), nhận thấy rằng lƣợng vận chuyển bùn cát dọc bờ phụ thuộc rất nhiều vào hƣớng sóng và hƣớng dịng chảy. Tại khu vực cứu, trong thời gian từ tháng 11- tháng 04, với tổng hai hƣớng sóng xuất hiện chủ yếu là sóng hƣớng Bắc (tần suất 24.3%) và sóng Đơng Bắc (57.3%)
đã vận chuyển một lƣợng bùn cát dọc bờ dịch chuyển từ hƣớng Bắc xuống Nam là 572333m3/năm. Các hƣớng sóng khác xuất hiện với tần số rất thấp, và chỉ xuất hiện với chiều cao rất nhỏ nên khơng có khả năng vận chuyển bùn cát vào bờ. Trong thời gian từ tháng 6-tháng 10, lƣợng bùn cát chủ yếu đƣợc đƣa từ hƣớng Nam lên phía Bắc với hai hƣớng sóng chủ yếu chiếm tần suất lớn là: sóng hƣớng Nam với lƣu lƣợng 5108m3/năm và sóng hƣớng Tây Nam vận chuyển 441680m3/năm.
Trƣớc khi xây kè, trong thời kỳ gió mùa Đơng Bắc với vận tốc dòng chảy trung bình 71cm/s, tần suất 57.3%, sóng và dịng chảy hƣớng Đông Bắc vận chuyển một lƣợng bùn cát đáng kể khoảng từ phía Bắc xuống phía Nam gây xói lở mạnh mẽ phía khu vực cửa Đề Gi, và bồi lấp ở phía Nam cửa.Trong thời kỳ gió mùa Tây Nam thì cơ chế bồi tụ- xói lở diễn ra ngƣợc lại. Q trình bồi tụ- xói lở trong giai đoạn này diễn ra xen kẽ theo mùa tại mỗi khu vực.
Sau khi xây kè, phần lớn lƣợng bùn cát vận chuyển từ phía Nam lên phía Bắc đƣợc giữ lại gây bồi lấp ở phía Nam cửa Đề Gi, ngay sát chân kè. Trên bản đồ và ảnh vệ tinh có thể dự đốn đƣợc chiều dài đoạn bồi lấp từ bờ ra phía ngồi biển là 400m. Phần còn lại đƣợc sóng và dịng chảy tiếp tục vận chuyển lên phía Bắc. Trong khi đó lƣợng bùn cát vận chuyển từ phía Bắc xuống phía Nam thì đã bị giữ phần lớn ở phía Bắc mũi Vĩnh Lợi, tham gia khơng đáng kể vào q trình biến đổi đƣờng bờ trong khu vực cửa Đề Gi.
4.2. Phân tích nguyên nhân biến đổi đƣờng bờ khu vực cửa Đề Gi
Để xác định nguyên nhân gây ra hiện tƣợng bồi lắng tại khu vực nghiên cứu, tác giả xây dựng sơ đồ mơ phỏng hệ thống tƣơng tác quyết định q trình bồi lắng.
Hình 4.4 Sơ đồ mô phỏng hệ thống tương tác quyết định quá trình bồi tụ
* Nguyên nhân nội sinh:
Do chuyển động kiến tạo gây nên chuyển động nâng, hạ, tách, dãn, trƣợt của các lớp, hoặc các mảnh của vỏ Trái đất, dẫn tới sự bồi xói. Chuyển động kiến tạo có ảnh hƣởng hết sức chậm chạp và lâu dài đến q trình bồi xói mặc dù vùng ảnh hƣởng có thể rất lớn.
Hiện nay, việc đánh giá ảnh hƣởng của chuyển động kiến tạo đến hiện tƣợng bồi xói chỉ có tính chất định tính. Do đó, trong phạm vi luận văn tác giả khơng xét đến ảnh hƣởng này.
* Nguyên nhân ngoại sinh và địa hình địa mạo:
Các yếu tố ngoại sinh là các nguyên nhân chính và phổ biến, chi phối q trình bồi lắng tại khu vực cửa biển Đề Gi.
Nằm ở cực Bắc của tiểu vòng cung đƣợc giới hạn từ mũi Vĩnh Lợi đến mũi Hịn Héo, phía Bắc cửa Đề Gi là các dãy núi kéo dài ra biển chắn gió Đơng Bắc, phía Nam là dãy cồn cát cao kéo dài đến mũi Hòn Héo. Do nằm trong tiểu vịng
Địa hình- địa mạo Bồi tụ
Nội sinh
Sơng Thủy triều Gió + Sóng Dịng chảy Bão
Trồng và khai thác rừng ngập mặn Đê chắn cát và quai đê lấn biển Vận tải thủy Khai thác khoáng sản và vật liệu xây dụng Nhân sinh Ngoại sinh Chuyển động kiến tạo
cung (Vĩnh Lợi - Hòn Héo) nên cửa Đề Gi chịu ảnh hƣởng quyết định của sự dao động và xói bồi của tiểu vịng cung này theo chu kỳ mùa. Ngồi việc chịu tác dụng của các q trình động lực biển, cửa Đề Gi cịn chịu ảnh hƣởng của nƣớc do mƣa lũ đổ ra cửa thông qua đầm Nƣớc Ngọt. Dƣới tác dụng của các quá trình biển và lục địa cửa Đề Gi thƣờng có những biến đổi rất lớn theo chu kỳ mùa.
Quá trình diễn biến đƣờng bờ tại khu vực cửa Đề Gi chia thành hai giai đoạn:
Giai đoan trước khi xây dựng kè
Trong thời kỳ gió mùa Đơng Bắc hiện tƣợng xói lở xảy ra ở phía Bắc vịng cung (tức khu vực cửa Đề Gi) và hiện tƣợng bồi lấp xảy ra ở phía Nam vịng cung (tức khu vực mũi Hịn Héo). Trong thời kỳ gió mùa Tây Nam hiện tƣợng xói lở xảy ra ở phía Nam vịng cung (khu vực phía Bắc Hịn Héo) và sự bồi lấp xảy ra ở phía Bắc vòng cung (khu vực cửa Đề Gi).
Nguyên nhân chủ yếu của hiện tƣợng nêu trên là do thời kỳ gió mùa Đơng Bắc, hình thành dịng chảy ven bờ do sóng đổ, có hƣớng từ phía Bắc lên phía Nam. Dịng chảy này mang phù sa do sóng đào bới ở phía Bắc xuống bồi lấp cho phía Nam vịng cung. Kết quả là trong thời kỳ này xảy ra sự thiếu hụt phù sa và xói lở ở phía Bắc, đồng thời xảy ra sự tăng cƣờng phù sa và bồi lấp ở phía Nam vịng cung. Q trình ngƣợc lại đƣợc diễn ra trong thời kỳ gió mùa Tây Nam, thời kỳ này dịng chảy ven bờ do sóng đổ mang phù sa từ phía Nam xuống phía Bắc. Kết quả ở phía Nam xảy ra hiện tƣợng thiếu hụt phù sa và bị xói lở, khi này ở phía Bắc phù sa đƣợc tăng cƣờng phù sa và đƣợc bồi lấp.
Giai đoạn hiện tại, sau khi xây kè:
Tình trạng hiện tại của cửa Đề Gi đặc trƣng bởi quá trình bồi lấp. Khu vực trƣớc cửa và luồng thƣờng bị cạn gây nên những bất lợi cho việc lƣu thông và trao đổi nƣớc biển với khu vực đầm đồng thời khi mƣa lũ tràn về, do sự thoát nƣớc kém
dẫn đến sự ngập lụt các khu dân cƣ, cơ sở sản xuất và các hạ tầng kỹ thuật xung quanh đầm làm tổn hại to lớn về kinh tế.
Mặc dù trong khu vực nghiên cứu, điển hình hai hƣớng dịng chảy và sóng chủ yếu: từ phía Bắc xuống phía Nam do ảnh hƣởng của gió mùa Đơng Bắc, và từ phía Nam lên phía Bắc do gió hƣớng Đơng Nam và Tây Nam. Tuy nhiên, có thể nhận định rằng lƣợng bùn cát từ phía Bắc xuống không tham gia nhiều vào quá trình bồi tụ hiện tại của cửa Đề Gi. Nguyên nhân chính là do mũi Vĩnh Lợi nhơ ra biển đã đóng vai trị chắn dịng chảy do sóng và gió vận chuyển bùn cát từ phía Bắc xuống khu vực cửa Đề Gi, tạo nên sự bồi tụ ở khu vực bờ biển phía Bắc mũi Vĩnh Lợi. Sự vận chuyển trầm tích từ núi Vĩnh Lợi xuống khu cửa Đề Gi khá nhỏ.
Hình 4.5 Dãy núi chắn gió phía Đơng Bắc
Trong khi đó, lƣợng bùn cát vận từ chuyển từ phía Nam lên phía Bắc đóng vai trị quan trọng gây ra bồi lấp tại khu vực cửa Đề Gi. Do kè biển đƣợc xây dựng ở phía Nam cửa Đề Gi, đóng vai trị là đê chắn cát đã giữ một phần cát bồi lấp ở phía Nam của kè. Phần cát cịn lại, tiếp tục vận chuyển lên phía Bắc tham gia vào q trình hình thành cồn cát, gây bồi tụ phía trong cửa Đề Gi và phía trƣớc đầu kè.
Dựa vào việc phân tích ảnh vệ tinh và số liệu đo địa hình, cũng nhƣ nghiên cứu quá trình biến động của các dải cát hình thành ở phía trong cửa Đề Gi, có thể khẳng định, hàng năm có một lƣợng bùn cát do sóng Đơng Bắc đẩy từ phía ngồi