Mùa khô (Mùa kiệt) Chuyển tiếp Mùa mưa (Mùa lũ) Chuyển tiếp Mùa khô (Mùa kiệt) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Gió mùa
Đơng Bắc Chuyển tiếp
Gió mùa Tây Nam Chuyển tiếp Gió mùa Đơng Bắc
Dịng chảy mùa gió đơng bắc
Mùa gió mùa đơng bắc bắt đầu từ giữa tháng X đến giữa tháng IV năm sau. Khoảng thời gian này trùng với thời điểm mùa khơ trong năm, dịng chảy từ sông Mê Công nhỏ, giảm dần từ tháng XII năm trước cho đến tháng IV năm sau. Ngược lại, ảnh hưởng của biển sẽ tăng dần tỷ lệ và trở thành là yếu tố áp đảo vào thời gian cuối mùa kiệt (giữa tháng IV), nước mặn và bùn cát từ biển xâm nhập sâu vào trong các nhánh sông Tiền, sông Hậu. Do vậy, để đại diện cho chế độ dòng chảy mùa gió đơng bắc luận án lựa chọn thời điểm tháng IV để trích xuất các giá trị hướng dịng chảy, trường vận tốc và mực nước (Hình 3.11 và 3.12).
Hình 3.11 và 3.12 cho thấy, tốc độ dịng chảy tại các vị trí ven bờ biển Trà Vinh khi triều dâng lớn hơn khi triều rút. Tốc độ dịng chảy tại các vị trí gần cửa sơng khi triều dâng và rút có giá trị gần như tương đương nhau (khoảng <1m/s). Khi dịng chảy biển xuất phát từ hướng Đơng Bắc kết hợp với dòng triều lên (đặc biệt là khi có gió bão) sẽ có sức mạnh tàn phá mạnh mẽ đến vùng bờ biển. Chính vì vậy, dịng chảy gió mùa đơng bắc khi triều dâng được coi là có vai trị chi phối sự biến động bờ biển Trà Vinh trong mùa này.
Dịng chảy mùa gió tây nam
Hình 3. 13: Trường dịng chảy và cao độ mặt nước vào GMTN khi triều dâng
Vào mùa gió Tây Nam trùng với thời kỳ mùa mưa (từ tháng V đến tháng X) dịng chảy từ sơng đổ ra biển với lưu lượng rất lớn mang theo một lượng lớn phù sa bồi lấp cho vùng bờ biển Trà Vinh.
So sánh hình 3.13 và 3.14 cho thấy, tốc độ dòng chảy khi triều dâng (khoảng < 1m/s) nhỏ hơn nhiều so với dòng chảy khi triều rút (khoảng >1 m/s). Khi triều rút, tốc độ dòng chảy tại các cửa sơng gấp từ 3÷4 lần tại các vị trí ven bờ. Với lượng phù sa dồi dào, tốc độ dòng chảy ven bờ nhỏ đã tạo ra xu thế bồi tụ là chủ yếu cho vùng biển ven bờ Trà Vinh vào mùa gió Tây Nam (Chỉ riêng đoạn bờ biển xã Hiệp Thạnh và Trường Long Hịa vẫn bị xói). Do đó, có thể coi dịng chảy từ sơng khi triều rút là dịng chảy chủ đạo, có tính chất chi phối sự biến động bờ biển Trà Vinh trong mùa này.
Tốc độ dòng chảy tổng hợp khi hướng gió và hướng truyền triều trùng nhau sẽ tăng lên (ví dụ: gió mùa đơng bắc khi triều dâng và gió mùa tây nam khi triều rút). Tốc độ của dòng triều lớn có thể gây ra xói khi nó vượt ứng suất tới hạn xói đáy và bờ, mặt khác tăng mức độ xáo trộn các khối nước, bào mòn các chi tiết địa hình, gây sạt lở bờ và đáy. Càng lùi vào bên trong, tỷ trọng của dòng triều càng giảm.
Để so sánh chi tiết hơn tốc độ dịng chảy vào mùa gió đơng bắc khi triều dâng và mùa gió tây nam khi triều rút, luận án lựa chọn 11 vị trí ven bờ (cách bờ từ 500- 800m) như bảng 3.7 và hình 3.15 để trích xuất kết quả từ mơ hình. Hình 3. 15: Vị trí các điểm trích xuất kết quả vận tốc dịng chảy vùng nghiên cứu
Bảng 3. 7: Tọa độ các điểm trích xuất giá trị vận tốc dịng chảy Tên điểm Hệ tọa độ Độ sâu nước trung bình (m) UTM Phút giây E N E N T1 670579.551 1078768.940 106°33'18.420" 9°45'19.685" 2,6 T2 672703.821 1076302.050 106°34'27.744" 9°43' 59.071" 2,9 T3 673046.446 1073424.010 106°34'38.546" 9°42'25.343" 2,7 T4 674485.467 1070477.440 106°35'25.303" 9°40'49.218" 2,6 T5 672977.921 1065543.650 106°34'35.103" 9°38' 8.858" 3,5 T6 670373.976 1061226.580 106°33'9.052" 9°35' 48.729" 3,8 T7 668181.181 1058348.540 106°31'56.716" 9°34'15.371" 4,5 T8 665440.187 1056498.370 106°30'26.562" 9°33' 15.542" 4,6 T9 658914.900 1053634.900 106°26'52.18" 9°31'43.25" 4,8 T10 653252.600 1053088.800 106°23'46.43" 9°31'26.23" 3,4 T11 648649.100 1055880.800 106°21'15.83" 9°32'57.71" 3,6
Hình 3. 16: Biểu đồ so sánh giá trị dịng chảy lớn nhất tại các vị trí
Hình 3.16 cho thấy, trong điều kiện bình thường, ở cả 2 trường hợp (GMĐB triều dâng và GMTN triều rút), tốc độ dịng chảy tại những vị trí gần cửa sơng như Hiệp Thạnh, Đơng Hải cao hơn dịng chảy các vị trí ven bờ như Trường Long Hịa, Dân Thành trung bình từ 0,1 – 0,3 m/s. Điều này cho thấy, dòng chảy do thủy triều ra vào các cửa sông, đặc biệt là 2 cửa sông Cung Hầu và
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 Vận t ố c, m /s So sánh vận tốc dịng chảy giữa các vị trí GM Đơng Bắc khi triều dâng GM Tây Nam khi triều rút
Định An, chiếm ưu thế trong số các yếu tố tự nhiên chi phối chế độ thủy động lực học khu vực ven biển Trà Vinh.
Giá trị vận tốc dịng chảy tại các vị trí vào gió mùa tây nam khi triều rút đa phần nhỏ hơn dòng chảy vào gió mùa đơng bắc khi triều dâng. Tuy nhiên, có một số vị trí gần cửa sơng (như T1, T2 – cửa Cung Hầu, T4 – cửa sông Bến Giá, T11 – cửa Định An) giá trị dòng chảy mùa gió tây nam cao hơn, do vào mùa này dịng nước lũ từ sông lớn.
Tổng hợp lại, vận tốc dịng chảy tại các vị trí cách mép bờ biển Trà Vinh khoảng 600m có giá trị dao động trong khoảng từ 0,2 – 0,6 m/s.
Hiện tượng dòng chảy khi triều dâng vào mùa gió tây nam có hướng đơng bắc
Hình 3.13 cho thấy dịng chảy vào mùa gió tây nam khi triều dâng có hướng từ phía đơng bắc. Để giải thích cho hiện tượng này, luận án trích xuất 3 hình ảnh như dưới đây để so sánh và phân tích:
- Hình 3.14 là thời điểm 20h ngày 28/9/2011, thể hiện hình ảnh trường dịng chảy khi kết thúc một pha triều xuống.
- Hình 3.17 là thời điểm 21h ngày 28/9/2011, thể hiện hình ảnh trường dịng chảy khi bắt đầu pha triều lên. Đây là khoảng thời gian cuối mùa gió tây nam.
- Hình 3.18 là thời điểm 1h ngày 8/5/2011, thể hiện hình ảnh trường dòng chảy khi bắt đầu pha triều lên. Đây là khoảng thời gian đầu mùa gió tây nam.
Các hình 3.17 và 3.18 cho thấy trong pha triều dâng, tồn bộ dịng chảy từ biển Đông đổ về hướng các cửa sông Mê Cơng, tạo ra 2 xu thế triều chính: dịng triều từ phía tây nam và dịng triều từ phía đơng bắc. Trong đó, khi đến bờ biển Trà Vinh, dịng triều phía đơng bắc sớm pha hơn, kết quả là tạo ra xu thế dòng chảy khi triều dâng vào mùa gió tây nam có hướng đông bắc. Các xùng xốy (hình 3.18) được tạo nên từ sự giao thoa giữa các dòng chảy từ trong sơng, từ phía đơng bắc và phía tây nam là ngun nhân hình thành nên các ngưỡng cạn phía cửa sơng.
Hình 3. 17: Trường dịng chảy vào cuối mùa gió tây nam khi triều bắt đầu dâng
Hình 3. 18: Trường dịng chảy vào đầu mùa gió tây nam khi triều bắt đầu dâng
Trên
Mực nước (m)
Dưới
Bước thời gian 6494 của 8745.
Mực nước (m)
Dưới
Bước thời gian 3042 của 8745.
Hình 3. 19: Trường 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 dòng 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 Cơng tương tự như dịng 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 sông 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, dịng ven được tính tốn là hiệu của kết quả mô Trong nghiên cứu này, dịng ven được tính tốn là hiệu của kết quả mơ 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 dịng 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 dịng
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 dòng 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 đông 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. Dòng dư thường chảy dọc bờ từ Đông 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 không 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 ngồi 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 BắcĐôngĐông Nam vào mùa gió đơng bắc và hướng Tây NamNam Tây NamNamĐơng 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 Hịa, 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