Trường dịng chảy biển Đơng vào đầu mùa gió tây nam khi triều dâng Hình 3. 20: Trường dịng chảy biển Đơng vào cuối mùa gió tây nam khi triều dâng Một kết quả tính tốn khác của người làm luận án và nhóm nghiên cứu Viện Kỹ Thuật Biển đối với trường dịng chảy tồn vùng biển Đơng cho thấy hình ảnh rõ nét hơn về 2 hướng dịng triều lên từ phía đơng bắc và tây nam (xem hình 3. 19 và 3.20). Có thể hình dung dịng chảy biển Đông đổ về các cửa sông Mê Công tương tự như dòng chảy qua một “cái phễu”.
Mực nước (m)
Dưới
Bước thời gian 65 của 203.
b) Dịng chảy ven bờ do sóng, gió
Trong thành phần của dòng chảy tổng hợp khu vực cửa sơng ven biển, thành phần dịng chảy do sóng, gió khơng chiếm nhiều tỉ lệ. Tuy nhiên chúng lại có vai trị quan trọng ảnh hưởng đến xu thế tái phân phối bùn cát ở khu vực này.
Dịng chảy do gió (dịng trơi) chịu chi phối của hai hệ thống gió mùa đơng bắc và tây nam. Dịng chảy do sóng (dịng ven bờ) hình thành trong đới sóng vỡ. Khi sóng vỡ, năng lượng sóng biến thành lực làm di chuyển khối nước tạo thành dòng chảy. Hướng của dịng ven bờ phụ thuộc vào hướng truyền sóng ngồi vùng nước sâu (trùng với hướng gió mùa) [17].
Hình 3. 21: Sự tương tác, tổ hợp giữa các loại dòng chảy tại điểm T6 Trong nghiên cứu này, dòng ven được tính tốn là hiệu của kết quả mô Trong nghiên cứu này, dòng ven được tính tốn là hiệu của kết quả mô phỏng dịng chảy có bao gồm tác động của sóng, gió, thủy triều và mơ phỏng chỉ xét đến yếu tố thủy triều. Giữa dịng triều và dịng ven bờ có sự cộng hưởng hoặc triệt tiêu lẫn nhau tùy thuộc vào pha triều và thời kỳ thịnh hành gió mùa (hình 3.21). Kết hợp hướng dòng ven bờ và hướng dòng triều ở khu vực Trà Vinh đã được phân tích ở phần trên, có thể đưa ra nhận xét sau:
- Vào mùa gió đơng bắc, dịng triều lên từ phía ĐB-> TN cùng với dòng ven bờ chảy từ ĐB->TN, dẫn đến dòng tổng hợp tăng khi triều lên và giảm khi triều xuống.
- Vào mùa gió tây nam, dịng triều lên từ phía ĐB-> TN ngược với dòng
ven bờ chảy từ TN->ĐB, dẫn đến dòng tổng hợp giảm khi triều lên và tăng khi triều xuống. Xu thế này thể hiện rất rõ ở khu vực giữa bờ, ít bị ảnh hưởng của dịng chảy trong sơng. Xem tổ hợp dịng chảy tại điểm T6 trên hình 3.21. Hình 3. 22: Vận tốc dịng ven (dịng dư) tại các vị trí
Xác đinh vai trị của dịng ven do sóng và dịng do gió đối với xu thế tái phân phối bùn cát ở khu vực ven biển là điều quan trọng. Các q trình chính là việc kết hợp của bồi lắng bùn cát từ các sông vào mùa hè, bùn cát tái lơ lửng do sóng (với sự tham gia của thủy triều) vào mùa đơng và vận chuyển tiếp về phía Nam của bùn cát lơ lửng, chủ yếu bởi dịng do gió gây ra. Như vậy, sơng đóng vai trị nguồn cung bùn cát, sóng/gió đóng vai trị phân bổ bùn cát qua lại và do vậy gây xói, bồi đoạn bở biển. Dịng dư thường chảy dọc bờ từ Đơng Bắc sang Tây Nam và vào biển Tây. Kết quả mơ phỏng dịng chảy do sóng, gió (khơng có thủy triều – mực nước tĩnh) vào mùa đơng (hình 3.23) cho chúng ta quan sát được phạm vi của dịng dư có thể là một khoảng rộng ngang bờ >6km. Quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ do đó cũng có thể nằm trong tồn bộ phạm vi này thay vì chỉ giới hạn trong đới sóng vỗ (nhỏ hơn bề rộng 1 km). Mặc dù trên hình 3.23, chúng ta vẫn quan sát được dịng ven có vận tốc lớn đáng kể trong đới sóng vỗ (0,1 m/s). Do khúc xạ, các sóng đến bờ với một góc nghiêng nhỏ, sẽ tạo ra dịng chảy trong đới sóng vỗ. Vấn đề phạm vi vận chuyển bùn cát dọc bờ sẽ được tiếp tục xem xét ở phần sau.
Hình 3. 23: Dịng dư gió mùa đơng bắc
Ngồi ra, đối với khu vực có biên độ triều lớn như bờ biển đông ĐBSCL bao gồm Trà Vinh ảnh hưởng của dòng triều là đáng kể. Thủy triều và gió tạo ra một trường vận tốc với giá trị tức thời nhiều thay đổi so với dịng dư (hình 3.24), điều này giải thích rằng việc vận chuyển bùn cát lơ lửng có thể khác nhau chứ khơng phải chỉ bởi dịng dọc bờ. Đặc biệt, hình ảnh dịng tức thời trong pha triều lên đều có hướng gần như vng góc với đường bờ có thể là lời giải cho giả định dịng triều đóng vai trị quan trọng trong việc mang bùn cát vào bờ.
Nghiên cứu của AFD [23] khẳng định, mặc dù lượng nước chảy về phía bờ lúc triều lên tương đương với dịng chảy ra ngoài khơi khi triều xuống, nhưng dịng triều ngang bờ biển có xu hướng thúc đẩy vận chuyển bùn cát về phía bờ và bồi lắng trong khi sóng có xu hướng gây xói lở.
Hình 3. 24: Trường Trường vận tốc tức thời do dòng triều đơn thuần trong pha triều lên 3.1.4. Yếu tố sóng biển
Như đã nói ở trên, sóng là tác động chính gây ra bùn cát tái lơ lửng. Sóng khu vực nghiên cứu bị chi phối bởi hướng gió trong mùa gió đơng bắc và tây nam. Hình 3.25 và 3.26 thể hiện trường sóng và chiều cao sóng hai mùa, cho thấy:
- Về hướng sóng: Hướng của sóng biển khơi trùng với hướng gió ĐB và TN. Do hiệu ứng khúc xạ sóng, khi tiến vào vùng nước nơng, hướng sóng có khuynh hướng trực giao với đường đẳng sâu. Vì vậy sóng ở các khu vực gần bờ có hướng nằm trong cung Đông Đông BắcĐơngĐơng Nam vào mùa gió đơng bắc và hướng Tây NamNam Tây NamNamĐông Nam vào mùa gió
Hình 3. 25: Trường sóng và chiều cao sóng vào thời điểm gió mùa đơng bắc
- Về chiều cao sóng: Chiều cao sóng gió mùa đơng bắc cao hơn hẳn trong gió mùa tây nam. Do hiệu ứng sóng vỡ, chiều cao sóng giảm dần từ ngồi khơi vào khu vực gần bờ.
Để so sánh cụ thể chiều cao sóng giữa hai mùa gió, luận án trích xuất các giá trị tại vị trí các điểm như trên hình 3.15 và bảng 3.7, kết quả thể hiện trên hình 3.27.
Hình 3. 27: Biểu đồ so sánh giá trị chiều cao sóng trung bình tại các vị trí Biển đồ cho thấy: Biển đồ cho thấy:
- Chiều cao sóng gió mùa tây nam bé (bằng khoảng ½ độ cao sóng trong mùa gió đơng bắc). Điều này góp phần hình thành nên xu hướng bồi tụ là chủ yếu đối với bờ biển Trà Vinh trong gió mùa tây nam.
- Do ảnh hưởng của hướng sóng tới, vào mùa gió đơng bắc, các vị trí ở nửa bờ phía bắc có chiều cao sóng cao hơn tại các vị trí ở nửa bờ phía nam. Điều này có xu hướng ngược lại vào mùa gió tây nam.
- Giá trị chiều cao sóng tại các vị trí gần 2 cửa sơng Cung Hầu và Định An thấp hơn so với chiều cao sóng tại khu vực ven biển (Trường Long Hòa, Dân Thành) trung bình từ 0,3-0,6m. Điều này có thể bao gồm cả 2 lý do: (i) Dòng chảy từ các nhánh sơng Mê Cơng có hướng tác động ngược với hướng sóng khu vực gần bờ, do đó làm giảm độ cao sóng khu vực cửa sơng; (ii) Phụ thuộc vào độ dốc địa hình đáy.
Sóng từ vùng biển ngồi khơi truyền vào bờ biển, do đáy biển nơng dần, khi độ sâu nước chỉ bằng khoảng 1,3 lần chiều cao sóng, sóng sẽ biến hình, hình thành sóng đổ (sóng vỡ), giải phóng năng lượng. Năng lượng sóng được giải phóng tác dụng lên đáy biển, đào xới vật chất đáy biển, mang chúng đi rồi lại tái trầm tích ở một nơi khác, gây ra xói lở hoặc bồi tụ bờ biển [7].
Để xác định phạm vi dải sóng vỡ, sơ đồ cao độ địa hình đáy biển Trà Vinh được xuất từ mơ hình Mike 21 như trên hình 3.28. Hình 3.28 cho thấy, địa hình đáy biển khu vực Trà Vinh tồn tại một “vách ngầm” (đáy địa hình có độ dốc rất lớn từ cao trình (-6) ÷ (-20)m). Trong q trình lan truyền vào bờ sóng vỡ khi bị hạn chế về độ sâu nước, tại vị trí vách ngầm độ sâu nước bị suy giảm một cách đột ngột. Phần phía trong của vách ngầm này là vùng địa hình “sườn nghiêng nước nơng” (clinoform) có tác động đến sự suy giảm của sóng và xói liên quan đến ma sát đáy. Đây là đặc trưng riêng của khu vực Trà Vinh và cũng là đặc trưng chung của khu vực bờ đông ĐBSCL. Điều này cũng đã được nhắc đến trong nghiên cứu của AFD [23].
Trên biển khơi Đông Nam bộ, độ cao sóng trong mùa gió đơng bắc là 1,5m6m và trong mùa gió tây nam là 13m. Sóng có độ cao dưới 1m thường bị vỡ trên vùng biển ven bờ độ sâu <3m. Các sóng lớn (độ cao >3m) thường vỡ ở khoảng cách xa bờ 610km (đường cao trình - 8m), khi đi vào khu vực nước nông này. Đây là một trong các yếu tố tự nhiên rất quan trọng giúp giảm chiều cao sóng tới (đặc biệt trong điều kiện gió bão), góp phần làm giảm sạt lở bờ biển tại Trà Vinh. Tuy nhiên tại một số vị trí ở Hiệp Thạnh, Trường Long Hịa bị xói khá mạnh mẽ bởi các đợt sóng tác động trực tiếp, đặc biệt vào gió mùa đơng bắc và một số nguyên nhân khác sẽ được phân tích tiếp trong phần sau. Như vậy, luận án đặt ra nghi vấn, vùng đại dương có liên quan đến xói lở sẽ là tồn bộ khu vực phía trong của vách ngầm này (clinoform).
Bảng 3.8 thể hiện các hoa sóng được vẽ từ kết quả tính tốn theo mùa gió đơng bắc và tây nam đối với các vị trí như trên hình 3.28 (từ S1 – S7).
Hình 3. 28: Cao độ địa hình khu vực ven biển TV và vị trí trích xuất hoa sóng Bảng 3. 8: Tổng hợp các hoa sóng tại khu vực ven biển Trà Vinh Bảng 3. 8: Tổng hợp các hoa sóng tại khu vực ven biển Trà Vinh Vị
trí Điểm Mùa gió đơng bắc Mùa gió tây nam
Cách bờ 1km S1 S2 Vách ngầm Hiệp Thạnh Trường Long Hòa Dân Thành
Đông Hải Trên
Độ sâu (m)
S3 Cách bờ 5km S4 S5 S6 Cách bờ 10 km S7
Các hoa sóng cũng thể hiện rõ xu thế: chiều cao sóng trong mùa gió đơng bắc cao hơn mùa gió tây nam; các vị trí giữa bờ có chiều cao sóng cao hơn khu vực gần cửa sơng; hướng sóng ở ngồi khơi trùng với hướng gió; vào khu vực
gần bờ hướng sóng có xu thế vng góc với đường đẳng sâu; trong phạm vi cách bờ 5km chiều cao sóng đa phần < 1,5m.
3.1.5. Chế độ vận chuyển bùn cát và trữ lượng
a) Vận chuyển bùn cát dọc bờ
Vận chuyển bùn cát là một chu trình lặp đi lặp lại của sự tái lơ lửng và bồi lắng, vì vậy nồng độ bùn cát đo đạc được dọc theo bờ (có thể nhận thấy rõ thơng qua các ảnh vệ tinh và kết quả từ mơ hình trên hình 12, 13 – Phụ lục 1) chủ yếu là kết quả của việc tái lơ lửng do ứng suất đáy gây ra bởi sóng trên những vùng sườn nghiêng nước nơng (clinoform), là khu vực phía trong của vách ngầm (đã được nhắc đến ở trên). Bởi vậy, để đánh giá tồn bộ thơng lượng bùn cát dọc bờ, các mặt cắt (vng góc với bờ) cần được thiết lập có độ rộng ra tới ngoài khu vực vách ngầm (từ 6 -> 10km). Tuy nhiên, luận án này sử dụng cách tiếp cận mới hơn, xem xét q trình vận chuyển bùn cát dọc bờ thơng qua kết quả chuyển tải lưu lượng bùn cát tại 03 mặt cắt ven bờ MC 1, MC 2 và MC 3 (hình 3.29), độ rộng mỗi mặt cắt là 2km từ mép bờ ra biển.
Khoảng cách 2km được lựa chọn trên cơ sở sau:
- Yếu tố sóng: trong phạm vi khoảng 5km, chiều cao sóng khu vực ven Trà Vinh đa phần <1,5m, các đợt sóng này sẽ vỡ ở độ sâu <3m. Theo sơ đồ địa hình ven biển hình 3.28, phạm vi này nằm trong khoảng 2km cách bờ.
- Ngoài ra, khoảng cách 2km cũng là phạm vi phù hợp nếu có đề xuất xây dựng cơng trình nhằm mục đích can thiệp vào q trình vận chuyển bùn cát dọc bờ.
- Phục vụ cho việc xem xét quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ (ở phần sau), từ đó làm cơ sở cho đề xuất giải pháp cơng trình phù hợp.
Tọa độ vị trí các mặt cắt thể hiện trong bảng 3.9, với MC1 và MC3 lần lượt là vị trí đầu và cuối phạm vi bờ biển nghiên cứu, đoạn bờ biển từ MC1 đến MC2 là phạm vi bờ biển xảy ra nhiều biến động trong năm.
Hình 3. 29: Vị trí các mặt cắt và
hướng vận
chuyển bùn cát tương ứng với giá trị trích xuất từ mơ hình
Bảng 3. 9: Tọa độ các mặt cắt trích xuất kết quả chuyển tải lưu lượng bùn cát
STT Tên mặt cắt UTM-48 Ghi chú vị trí Sát bờ Xa bờ EE NN EE NN 1. MC 1 669588.4 1078335.1 670329.3 1080134.0 Cổ Chiên 2. MC 2 672716.3 1067021.3 674645.4 1066508.5 Bến Giá 3. MC 3 650283.7 1053664.9 650174.1 1051764.4 Định An Kết quả chuyển tải bùn cát qua các mặt cắt được thể hiện trong các hình 3.30, 3.31, 3.32 dưới đây.
Hình 3. 30: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 1
Quan sát đồ thị 3.30 kết hợp với hướng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt MC1 trên mặt bằng có thể thấy: các giá trị mang dấu “-” trong đồ thị tương
Hướng vận chuyển bùn cát tương ứng với giá trị “-“ trong đồ thị.
Hướng vận chuyển bùn cát tương ứng với giá trị “+“ trong đồ thị.
đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên màu vàng; các giá trị mang dấu “+” tương đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên màu xanh.
So sánh các giá trị “-” trong đồ thị hình 3.30 thấy rằng: vào mùa gió tây nam (mùa lũ – từ tháng V - X) lượng bùn cát theo dịng nước từ trong sơng đi qua mặt cắt MC1 lớn gấp 1,5 ÷ 2 lần các tháng mùa gió đơng bắc (mùa cạn - từ tháng XI đến tháng IV năm sau).
Hình 3. 31: Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC 3
Quan sát đồ thị 3.31 kết hợp với hướng vận chuyển bùn cát qua mặt cắt MC3 trên mặt bằng có thể thấy: các giá trị mang dấu “-” trong đồ thị tương đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên màu vàng; các giá trị mang dấu “+” tương đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên màu xanh.
So sánh các giá trị “+” trong đồ thị hình 3.31 thấy rằng: vào mùa gió tây nam (mùa lũ – từ tháng V đến tháng X) lượng bùn cát theo dòng nước từ trong sông qua mặt cắt MC3 lớn hơn nhiều so với các tháng mùa gió đơng bắc (mùa cạn - từ tháng XI đến tháng IV năm sau).
Khác với hình 3.30 và 3.31, hình 3.32 tại mặt cắt MC2 cho thấy sự khác biệt rõ rệt về xu thế vận chuyển bùn cát ven bờ giữa hai mùa gió đơng bắc và tây nam. Vào thời kỳ gió mùa đơng bắc, các giá trị lưu lượng bùn cát mang dấu “-“ là chủ yếu tương đương với hướng vận chuyển bùn cát theo chiều mũi tên màu vàng, cho thấy sự vận chuyển bùn cát dọc bờ về phía tây nam chiếm ưu thế rõ
rệt. Điều này có thể dẫn đến sự thiếu hụt bùn cát đáng kể ở khu vực xã Hiệp Thạnh, Trường Long Hòa và khu vực lân cận trong mùa này, gây ra sự xói lở. Tuy nhiên q trình xói lở/ bồi lắng cần được xem xét trên phương diện đầy đủ hơn, cân đối giữa dòng bùn cát dọc bờ và ngang bờ. Điều này sẽ được xem xét trong phần tính cân bằng bùn cát cho từng đoạn bờ biển ở phần sau.
Có một điều đáng lưu ý ở hình 3.30 và 3.31 là vào thời kỳ mùa gió đơng bắc (trùng với thời kỳ mùa kiệt), dịng chảy và nguồn bùn cát từ các sơng đổ ra là thấp nhất, nhưng lưu lượng bùn cát lơ lửng chuyển qua các mặt cắt ven biển