Nguyễn Hữu Nhân (2011) nghiên cứu về sự biến dạng của các yếu tố triều trên biển ven bờ và các cửa sông Nam Bộ do nước biển dâng. Dựa trên các chuỗi số liệu triều thực đo dọc bờ biển Nam Bộ và dự báo bằng mơ hình tốn, ơng đưa ra một số kết luận về sự dịch chuyển pha triều và biên độ triều trước ảnh hưởng của nước biển dâng [11].
Vũ Duy Vĩnh và nnk. [19] năm 2014 đã công bố kết quả nghiên cứu áp dụng mơ hình tốn học 3 chiều (3D) - để nghiên cứu, đánh giá biến động địa hình ở vùng ven bờ châu thổ sơng Mê Cơng. Mơ hình được thiết lập (dựa trên hệ
thống mơ hình Delft3D) với 4 lớp độ sâu theo hệ tọa độ Sigma, lưới tính của mơ hình được xây dựng gồm lưới chi tiết ở phía trong và lưới tính thơ ở phía ngồi (Hình 1.14). Theo đó, do ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều nên dịng trầm tích bị giữ lại nhiều ở vùng cửa sông ven bờ tạo thành các bãi bồi ngay tại các cửa. Trong khoảng 10 km từ bờ ra, xu thế bồi tụ đáy chiếm ưu thế trong mùa mưa. Vào mùa khơ, q trình xói mang trầm tích ở dải ven bờ và các bãi bồi ở cửa sơng di chuyển về phía Tây Nam của vùng ven bờ châu thổ. Hình 1. 14: Lưới tính của mơ hình trong nghiên cứu của Vũ Duy Vĩnh [19]
Kết quả nghiên cứu về sự phân bố trầm tích lơ lửng tại các cửa sơng (hình 1.15) cho thấy, vào mùa mưa sự phát tán của trầm tích lơ lửng từ lục địa ra phía ngồi biển mạnh mẽ hơn hẳn so với mùa khơ. Tải lượng trầm tích lơ lửng được ghi nhận lớn nhất tại cửa Định An (trong các cửa sông Mê Công), thể hiện rõ nét vào thời điểm mùa mưa.
Hình 1. 15: Phân bố trầm tích lơ lửng (kg/m3) tầng mặt vùng ven bờ Châu thổ sông Mê Công (mùa khô: a- triều lên; b- triều xuống; mùa mưa: c- triều lên; d- triều xuống) [19]
Trên cơ sở mơ hình đã thiết lập, Vũ Duy Vĩnh tiếp tục nghiên cứu về sự
ảnh hưởng của nước biển dâng đối với đặc điểm biến động địa hình các cửa sông Mê Công (2015) [72]. Các kịch bản chạy bao gồm kịch bản hiện trạng, kịch bản dự báo mực nước biển dâng 25 cm và 50 cm (kịch bản phát thải trung bình - B2) trong mùa lũ và mùa cạn. Kết quả phân tích sự thay đổi địa hình các mặt cắt cửa sơng (hình 1.16) cho thấy sự dâng cao mực nước biển do biển đổi khí hậu làm hạn chế sự phát tán của dịng trầm tích về phía biển mà chỉ tập trung di chuyển quanh các cửa sông. Kết quả là làm tăng tốc độ bồi tại các bãi bồi khu vực phía ngồi các cửa sơng phía nam của vùng ven bờ châu thổ sông Mê Cơng. Trong nghiên cứu cũng phân tích “tác động của sự dâng cao mực nước đến địa hình đáy vùng cửa sông ven biển rất khác nhau và phụ thuộc vào các điều kiện địa hình, động lực và điều kiện vận chuyển trầm tích của mỗi khu vực”.
Hình 1. 16: Biến động địa hình (cm) khu vực cửa Trần Đề và Cung Hầu sau 1 tháng [72] tháng [72]
Đây là nghiên cứu tương đối chi tiết và đầy đủ về chế độ thủy động lực, vận chuyển bùn cát và ảnh hưởng của NBD đến khu vực ven biển Nam Bộ [19] [72]. Tuy nhiên, luận án nhận thấy còn một số khoảng trống cần được phát triển nghiên cứu như sau: (i) Việc thiết lập lưới mơ hình tồn bộ là tứ giác trực giao sẽ khó khăn khi mơ tả địa hình các khu vực gần bờ, (ii) Nghiên cứu chưa xét đến
ảnh hưởng của NBD tới địa hình đáy cửa Định An và ven biển Trà Vinh.
Đề tài độc lập cấp nhà nước của Nguyễn Hữu Nhân (2015) [10] sử dụng mơ hình Mike 21 F/M nghiên cứu về nguyên nhân, cơ chế hình thành các bãi bồi Cà Mau. Không dừng lại ở vùng ven biển Cà Mau, lưới tính cho vùng nghiên cứu mở rộng của đề tài bao trùm toàn bộ vùng biển Đơng và biển Tây Việt Nam, các kết quả tính tốn của đề tài đã cung cấp bộ số liệu vơ cùng phong phú về trường sóng, dịng chảy, vận chuyển bùn cát, chế độ bồi xói,... đã được kiểm định chặt chẽ với số liệu thực tế mang lại độ tin cậy và chính xác cao. Ngồi ra, tác giả còn đề xuất một quy luật diễn biến địa hình đáy vùng bờ biển Cà Mau phụ thuộc vào thời gian (Hình 1.17). Đây là một hướng nghiên cứu mới, chưa được áp dụng tính tốn đối với các khu vực ven biển ĐBSCL, bao gồm vùng ven
biển Trà Vinh.
Hình 1. 17: Các quy luật diễn biến địa hình đáy phổ biến tại vùng bồi tụ ven
biển Cà Mau [10]
Trên đây là một số cơng trình nghiên cứu tiêu biểu về các vấn đề liên quan đến diễn biến bờ biển ĐBSCL, bao gồm cả bờ biển Trà Vinh. Ngồi ra, cịn nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước, cũng như các Trường đại học, viện nghiên cứu cùng chuyên ngành mà luận án chưa thể liệt kê hết được.
1.3. CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XĨI LỞ BỜ BIỂN TRÀ VINH 1.3.1. Kết quả nghiên cứu của tác giả nước ngồi
Cơng trình nghiên cứu cho riêng bờ biển Trà Vinh không nhiều. Nghiên cứu về những thay đổi ngắn hạn của bờ biển Trà Vinh, thời gian gần đây nhất (09/2017) có cơng bố của nhóm tác giả (Anthony, Dussouillez, Dolique, Besset, Brunier, Nguyen V. L., Goichot). Các kết quả đo đạc địa hình, sóng và dịng chảy có độ phân giải cao đã được tiến hành từ năm 2010 đến năm 2012 tại bãi biển Ba Động, Trà Vinh. Nghiên cứu ghi nhận sự đảo chiều hướng sóng đại dương để đáp ứng với gió mùa tây nam và gió mùa đơng bắc tại khu vực biển đơng. Trong mùa dịng chảy thấp, bãi biển được đặc trưng bởi sóng gió mùa đơng bắc và dịng chảy dọc bờ biển vận chuyển bùn cát về phía tây nam. Dịng chảy dọc bờ thấp hơn về phía đơng bắc được tạo ra bởi sóng gió mùa tây nam trong mùa chảy dòng chảy cao. Điều này dẫn đến hiện tượng xói lở nghiêm trọng khu vực bãi biển Ba Động trong mùa gió đơng bắc [25]. Kết quả nghiên cứu bằng phương pháp đo đạc thực địa ln có độ tin cậy cao, nhưng do yếu tố kinh tế, vùng nghiên cứu chỉ gồm một phần nhỏ của bờ biển Trà Vinh và số liệu
quan trắc cũng khó liên tục.
1.3.2. Kết quả nghiên cứu trong nước
Một số nghiên cứu có phạm vi gần với khu vực bờ biển Trà Vinh gồm có: (i) Phạm Sơn Hải (2004) – Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt đã sử dụng
phương pháp đánh dấu phóng xạ nghiên cứu cơ chế vận chuyển nguồn gốc bùn cát gây bồi lắng cửa Định An và phát hiện ra cơ chế sàng lắc trong chuyển động bùn cát dọc theo luồng tầu dưới tác dụng của sóng và dịng chảy [15]; (ii) Vũ
Kiên Trung (2009) sử dụng mơ hình tốn nghiên cứu về sự hình thành các bãi bồi ven biển khu vực từ cửa Tiểu đến cửa Định An và đề xuất các giải pháp khai thác [20].
Các nghiên cứu chuyên sâu cho riêng vùng bờ biển Trà Vinh phải kể đến Hoàng Văn Huân (2008, 2013, 2014) [1] [2] [3]. Trong đó, tiêu biểu nhất là đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp Khoa học Công nghệ dự báo, phòng chống biển lấn đoạn bờ biển tỉnh Trà Vinh và vùng phụ cận” [1] đã nghiên cứu về các vấn đề: (i) khảo sát thực địa diễn biến đường bờ qua mùa gió Đơng bắc – Tây Nam; (ii) khảo sát một số vị trí địa hình, sóng, dịng chảy, nồng độ bùn cát lơ lửng để phục vụ tính tốn mơ hình; (iii) sử dụng ảnh viễn thám phân tích diễn biến đường bờ giai đoạn từ 1989 – 2012; (iiii) sử dụng mơ hình tốn đánh giá tổng hợp các yếu tố thủy động lực ven bờ, diễn biến bồi xói có xét đến kịch bản bão và NBD; (iiiii) đề xuất các giải pháp phịng chống xói lở cho các khu vực trọng điểm.
Các kịch bản đều được tính tốn tốc độ dịng chảy, chiều cao sóng, diễn biến bồi/xói để so sánh. Kết quả dự báo đối với kịch bản bão cấp 12 là: sạt lở bờ biển sẽ tăng đáng kể, bồi lấp cửa sông sẽ tăng khá mạnh và ngưỡng cạn tại các cửa sông sẽ di chuyển sâu vào bên trong các nhánh sông. Kết quả dự báo đối với kịch bản NBD =15cm (năm 2020): khơng ảnh hưởng nhiều đến q trình sạt lở do nó khơng ảnh hưởng nhiều đến giá trị dịng chảy và sóng [1].
Đề tài [1] cũng đã phân tích các yếu tố tác động đến q trình xói lở - bồi tụ bờ biển Trà Vinh, được phân làm ba nhóm: (i) yếu tố nội sinh gồm: cấu tạo địa chất vùng bờ, hướng đường bờ; (ii) yếu tố ngoại sinh gồm: tác động của dòng chảy biển, tác động của gió, sóng, thủy triều, nước biển dâng,… (iii) yếu tố nhân sinh gồm: xây dựng các cơng trình thủy điện trên thượng nguồn sơng Mê Cơng, xây dựng các cơng trình vùng ven biển và các hoạt động khai thác cát.
Một số điểm lưu ý trong đề tài trên là:
- Đề tài đã tính tốn các yếu tố thủy động lực (sóng, dịng chảy, thủy triều) và diễn biến hình thái bờ biển (q trình bồi/xói) nhưng chưa đề cập, phân tích đến sự khác biệt của dịng vận chuyển bùn cát ven bờ giữa 2 mùa gió Đơng bắc và Tây Nam (yếu tố cơ bản gây ra những thay đổi ngắn hạn của đường bờ).
- Kịch bản NBD 15cm vào năm 2020 là kịch bản cũ, cần được cập nhật mới theo dự báo của Bộ TNMT năm 2016. Nghiên cứu chỉ tập trung phân tích về dịng chảy và sóng, chưa có kết quả trích xuất cao trình địa hình đáy để so sánh chi tiết giữa các kịch bản hiện trạng và NBD. Ngoài ra, đề tài chỉ xây dựng 1 kịch bản NBD =15cm, cần bổ sung thêm kịch bản khác để thấy rõ xu thế biến động địa hình đáy phụ thuộc vào mức độ dâng cao của mực nước biển.
- Việc xây dựng các cơng trình thủy điện trên thượng nguồn sông Mê Công làm giảm đáng kể lượng phù sa, dẫn tới làm nghiêm trọng hơn tình trạng xói lở bờ biển Trà Vinh trong thời gian qua. Nhưng, trong nghiên cứu chưa có tính tốn cụ thể mức độ ảnh hưởng của sự suy giảm lượng phù sa sông Mê Công đến xu thế biến động địa hình đáy khu vực ven biển Trà Vinh.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN BỜ BIỂN
Từ tổng hợp các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã được liệt kê ở phần trên, luận án nhận thấy những phương pháp sau đây được sử dụng khá rộng rãi trong nghiên cứu về chế độ thủy động lực và diễn biến bờ biển hiện nay:
Phương pháp nghiên cứu trên mơ hình thực tế 1-1: Nhằm đánh giá
qua khảo sát, điều tra và đo đạc thực địa khu vực cửa sông, ven biển theo các mùa trong một số năm để so sánh, đánh giá diễn biến và để bổ sung số liệu đầu vào cho việc áp dụng mơ hình tốn, thiết lập mơ hình vật lý,... Đây là phương pháp được sử dụng sớm nhất, hiện nay đã được nâng cấp nhờ hiện đại hóa, chính xác hóa các thiết bị đo, như máy đo lưu tốc, lưu lượng ADCP, máy định vị vệ tinh DGPS, thiết bị đo sóng, đo bùn cát, đo độ mặn,... Tuy nhiên mức độ chính xác của phương pháp này hoàn toàn phụ thuộc vào số liệu đo đạc, mà độ chính xác của số liệu đo là do phương pháp đo, thiết bị đo và ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết.
Phương pháp thống kê: Với phương pháp này một số yếu tố tự nhiên
ảnh hưởng đến các vùng bờ biển được phân tích nghiên cứu nhằm xác định quy luật thống kê để áp dụng vào các nghiên cứu đề xuất định hướng các giải pháp khoa học công nghệ.
Phương pháp mơ hình vật lý: Các nghiên cứu về diễn biến xói lở, bồi
tụ cửa sơng, bờ biển bằng mơ hình vật lý tập trung đi sâu phân tích trường dịng chảy và các tác động của cơng trình xây dựng. Do tính chất phức tạp của các quá trình thủy động lực hình thái ở cửa sông, bờ biển mà các nghiên cứu trên mơ hình vật lý có những hạn chế về phạm vi không gian nghiên cứu cũng như thời đoạn nghiên cứu. Nghiên cứu trên mơ hình vật lý bằng mơ hình lịng động có xét tới vận chuyển bùn cát và biến đổi lịng dẫn chỉ có thể thực hiện được một số rất ít phịng thí nghiệm tiên tiến trên thế giới như phịng thí nghiệm biển của Hiệp hội kỹ thuật Quân đội Mỹ, phòng thí nghiệm biển của Đại học Hanover, Đức, hay phịng thí nghiệm thủy lực của Deltares (trước kia là Viện thủy lực Delft, Hà Lan).
Ở Việt Nam, các cơ sở nghiên cứu thí nghiệm trên mơ hình vật lý vẫn cịn rất ít, cũ kỹ, lạc hậu, hoặc là mới chỉ đang bắt đầu được trang bị các thiết bị hiện đại để phục vụ cho các nghiên cứu phức tạp về sóng, triều,... Một số cơ sở thí nghiệm về lĩnh vực này hiện vẫn đang hoạt động ở nước ta hiện nay có: khu thí nghiệm trường Đại học Xây dựng (C6 Bách Khoa), phịng thí nghiệm Cơng
ty Tư vấn Xây dựng đường thủy (thuộc TEDI), phịng thí nghiệm của Viện Điện lực... Ngoài ra, một số khu thí nghiệm mới đã được xây dựng như: phịng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học Sông – Biển (2001-2007), cơ sở thí nghiệm phịng chống thiên tai Hịa Lạc với tổng diện tích 25ha (2010), phịng thí nghiệm Sơng - Biển Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (2011).
Phương pháp mơ hình tốn: Mơ hình tốn dùng để mơ phỏng và xác
định các quy luật liên quan đến diễn biến bờ biển như vận chuyển bùn cát, quá trình diễn biến đường bờ, diễn biến mực nước, thủy triều và sóng biển. Với sự phát triển của các phương pháp tính và sự tiến bộ vượt bậc của ngành công nghệ thông tin, đã mở ra cơ hội cho hướng nghiên cứu các diễn biến bằng mơ hình tốn. Các cơng cụ nghiên cứu xói lở, bồi tụ, dịch chuyển cửa sơng, bờ biển bằng mơ hình tốn động lực hình thái 2 chiều, 3 chiều mơ phỏng diễn biến hình thái của các cửa sông, lạch triều ngày càng được hồn thiện và cho phép mơ phỏng chi tiết hơn, sát thực hơn với các hiện tượng diễn biến trong tự nhiên và thời đoạn mô phỏng dài hơn.
Để nghiên cứu diễn biến vùng cửa sơng, ven biển, hiện nay các mơ hình đang được sử dụng là (i)- các mơ hình tính sóng; (ii)- các mơ hình tính thủy lực và (iii)- các mơ hình tính vận chuyển bùn cát và biến đổi đường bờ.
Các mơ hình tốn nhiều chiều, bao gồm cả 2 chiều và 3 chiều, tính tốn thủy động lực – vận chuyển bùn cát bờ biển hiện đại trên thế giới có thể kể tới là:
ROMS, DELFT3D (Deltares), ECOM-SED (Hydroqual), MIKE (DHI), CH3D
(quân đội Mỹ), STORMSED, SEDTRANS, TELEMAC,…
Phương pháp giải đốn ảnh viễn thám: Khai thác thơng tin viễn thám
đa thời gian và thông tin địa lý với sự trợ giúp của hệ thống máy tính được cài đặt các phần mềm xử lý ảnh và bản đồ, để nghiên cứu rất có hiệu quả các vấn đề diễn biến đường bờ, diễn biến cồn bãi, phân bố hàm lượng bùn cát, lưu hướng dịng chảy sơng biển v.v... Tư liệu viễn thám hiện nay rất đa dạng về chủng loại và tính năng, hiện nay đang được sử dụng khá rộng rãi ở nhiều cơ quan chuyên ngành nước ta. Nguồn tư liệu ảnh chủ yếu là các ảnh vệ tinh LANDSAT, SPOT
và ADEOS – AVNIR. Tuy vậy, việc phân tích viễn thám mới chỉ tiến hành cho việc diễn biến đường bờ mà chưa có nghiên cứu sâu hơn như về phân bố độ đục, chuyển động bùn cát, lưu tốc, trạng thái chảy như ở các nước tiên tiến.
Phương pháp đánh dấu phóng xạ: nghiên cứu chuyển động bùn cát
vùng cửa sông, ven biển. Về nguyên tắc, kỹ thuật đánh dấu dựa trên các đặc trưng xác định được của chất đánh dấu để suy ra các đặc trưng của chất nghiên cứu, với giả thiết là chất đánh dấu có cùng đặc trưng động lực của chất nghiên cứu. Sau khi bơm chất đánh dấu vào môi trường nghiên cứu, theo dõi dịch