Phân tích ảnh vệ tinh thấy, phía trong cửa cũng đang hình thành cồn cát ngầm có diện tích 5033m2.
Hình 3.15 Cồn cát ngầm hình thành do sóng đẩy bùn cát vào trong cửa (A)
Điều này chứng tỏ, quá trình thủy động lực đã diễn ra mạnh mẽ đủ để hai doi cát năm 2010 dịch chuyển vào phía Đầm Nƣớc Ngọt và vận chuyển thêm một lƣợng bùn cát là khoảng 8120m3 vào phía trong cửa. Cự ly dịch chuyển của doi cát năm 2012 so với năm 2010 là 59,6m. Nhƣ vậy , lƣợng bùn cát đƣợc đƣa vào phía trong cửa Đề Gi hàng năm khoảng 4000m3/năm.
Hình 3.16 Mặt cắt địa hình tại vị trí 647 (14o07’36,65’’-109o12’29,84’’)
Tóm lại, diễn biến đƣờng bờ trong khu vực nghiên cứu diễn ra vô cùng phức tạp, từ trƣớc khi xây dựng kè, trong quá trình xây dựng kè, và sau khi xây dựng kè. Hiện tại, xu thế biến động đƣờng bờ diễn ra chủ yếu tại cửa Đề Gi là: bồi lấp ở khu vực phía Nam kè, sát chân kè, bồi lấp hình thành bar cát ngầm phía trƣớc đầu kè, và tác động thủy động lực đẩy cát từ ngoài cửa vào lắng đọng ở phía trong khu vực cửa Đề Gi và Đầm Nƣớc Ngọt
CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN BỒI LẤP KHU
VỰC CỬA BIỂN ĐỀ GI- TỈNH BÌNH ĐỊNH VÀ KIẾN NGHỊ GIẢI PHÁP ỨNG PHĨ
4.1. Phân tích cân bằng bùn cát ở khu vực cửa biển Đề-Gi
Đới bờ dƣới tác động thƣờng xuyên, lâu dài của các yếu tố thủy động lực dẫn tới sự biến đổi đƣờng bờ. Bờ biển bị phá hủy, vận chuyển mài mịn các vật liệu vụn hoặc trầm lắng, tích tụ trên các bãi sƣờn bờ ngầm. Nhờ đó, đƣờng bờ bị biến dạng do mất cân bằng trầm tích bởi các yếu tố thủy động lực, trong đó quan trọng nhất là hai yếu tố dịng chảy và sóng biển.
4.1.1. Đặc điểm cán cân bồi tích do yếu tố dòng chảy
Dòng chảy là một trong những tác nhân quan trọng trong quá trình bồi tụ- xói lở bờ biển. Lực tác động của dịng chảy có thể vận chuyển các phần tử vật chất ra xa bờ gây xói lở hoặc vận chuyển vật chất từ nơi khác tới tích tụ tại bờ.
Dòng chảy bao gồm dịng chảy sóng, dịng dƣ (do gradient các loại), dịng sơng và dịng triều. Tại khu vực cửa Đề Gi tỉnh Bình Định, dịng triều mang tính chất nhật triều khơng đều, đóng vai trị khơng lớn trong quá trình bồi tụ- xói lở đới ven biển. Với địa hình ven biển dốc, biên độ triều nhị, các cửa sơng nhỏ làm cho dịng khơng thể xâm nhập sâu và trong các cửa sơng. Đồng thời, vai trị của các dịng sơng cũng bị hạn chế do diện tích lƣu vực sơng nhỏ, đất đá trên bề mặt sơng có độ bền vững cao nên khơng gây ảnh hƣởng đến q trình bồi tụ- xói lở đới ven biển. Mặt khác, về mùa lũ, dòng triều hầu nhƣ khơng có khả năng ngăn cản dịng nƣớc lũ từ thƣợng nguồn đổ về và ở khu vực cửa sơng quan trắc thì chỉ thấy dịng một triều hƣớng ra biển. Về mùa cạn, mặc dù dịng triều là yếu tố chính quyết định chế độ dịng chảy ở cửa sơng nhƣng trị số tốc độ không lớn nên khả năng vận chuyển bùn cát từ cửa sơng ra biển tƣơng
đối yếu. Chính vì vậy, dịng triều và dịng sơng đóng khơng vai trò đáng kể cho diễn biến đƣờng bờ trong khu vực.
Dịng chảy do sóng tạo nên dịng chảy ven bờ tổng hợp, vận chuyển bùn cát dọc bờ. Đây là yếu tố rất quan trọng trong quá trình bồi tụ tại khu vực.
Cơng thức tính lƣu tốc dòng chảy dọc bờ đã đƣợc Putram đề xuất đầu tiên vào năm 1949. [39] Năm 1970, Longuest Higgins dựa trên ứng xuất phản xạ sóng để tính lƣu tốc dọc bờ trên đới sóng vỡ nhƣ sau:
𝑉1 =5𝜋 16. 𝑚 𝑓1 1 + 3𝑘 18 . 𝑔. 𝑠𝑏. 𝑠𝑖𝑛𝛼𝑏. 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑏 Trong đó: 𝑘 = 𝐻𝑠𝑏 𝑠𝑏 V1: lƣu tốc dòng dọc bờ (m/s) m: độ dốc của bãi biển m= tg (β) β: góc dốc của bãi biển
f1: hệ số ma sát của đáy biển. hsb: độ sâu sóng vỡ.
αb: góc sóng đổ g=9.8 m/s2
Về sau, công thức trên đã đƣợc CERC sửa chữa thông qua chỉnh lý số liệu đo đạc thực tế và dung để tính tốn vận tốc trung bình dọc bờ đƣợc cơng nhận nhƣ sau: [39]
𝑉1 = 20,7. 𝑚. (𝑔. 𝐻𝑠𝑏). 𝑠𝑖𝑛2𝛼𝑏
Giá trị Hsb đƣợc xác định theo công thức của Sanamura (1983) [39]:
𝐻𝑠𝑏
𝐻𝑜 = (𝑡𝑔𝛽)0,2. ( 𝐻𝑜
Ho: chiều cao sóng Lo: chiều dài sóng
Hình 4.1 Sơ đồ định nghĩa góc sóng đổ αb
Độ dốc bãi biển đƣợc xác định dựa trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50 000 của khu vực là m= 0,01= (1/100) và chu kỳ sóng là T=6,4s.
Hình 4.2 Xác định độ dốc của bờ biển
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), dòng 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, dịng chảy hƣớng Đơng Bắc khơng đóng vai trị đáng kể trong quá 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 Đông Bắc, Tây Bắc, Đông 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 quá 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 quá 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. Dòng 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: : thơng 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 dịng chảy trung bình 71cm/s, tần suất 57.3%, sóng và dịng chảy hƣớng Đơng 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 đoán đƣợc chiều dài đoạn bồi lấp từ bờ ra phía ngồi biển là 400m. Phần cịn 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 mơ 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.