a) Phương pháp phân tích hình thái - động lực
Thực chất đây là phƣơng pháp hình thái- nguồn gốc. Giữa hình thái địa hình bờ biển và các nhân tố động lực thành tạo chúng có mối liên quan rất mật thiết với nhau theo quan hệ nhân - quả. Chẳng hạn, các doi cát kéo dài và mở rộng hình quạt về một phía nào đó, chứng tỏ trong khu vực có sự di chuyển dọc bờ của bồi tích rất đáng kể vào một vùng nƣớc tự do. Hay một đoạn bờ nào đó từ tích tụ chuyển sang xói lở, chứng tỏ rằng dòng vật chất ở đó đã giảm đi so với khả năng vận chuyển của dòng năng lƣợng hoặc dòng năng lƣợng đƣợc tăng lên, v.v.
Về quá trình địa mạo hiện đại-xói lở, xâm thực hay tích tụ đều phản ánh yếu tố động lực tham gia vào quá trình. Tiêu chí này chỉ có tính chất định tính tƣơng đối dựa vào mối quan hệ giữa độ sâu của địa hình đáy và kích thƣớc hạt trầm tích tầng mặt. Chẳng hạn, nếu địa hình đáy nổi cao và trầm tích là hạt lớn so với xung quanh, thì ở đó đang bị xói lở; hoặc trong các rãnh trũng lạ có vật liệu hạt thô, thì ở đó có thể đang bị xâm thực do tác động của dòng chảy gần đáy, v.v.
b) Phương pháp phân tích hình thái - thạch học
Cơ sở của phƣơng pháp phân tích hình thái - thạch học là mối liên hệ chặt chẽ giữa các đặc điểm hình thái địa hình với đặc điểm các loại đất đá tạo nên chúng bao gồm cả các đá có độ bền vững cao cũng nhƣ các đá trầm tích bở rời. Nhiều đặc điểm hình thái đƣợc quy định bởi đặc điểm thạch học. Chẳng hạn khi nghiên cứu địa mạo lục địa, ngƣời ta dễ dàng phân biệt đƣợc sự khác biệt giữa địa hình đƣợc thành tạo trên các đá mắc ma xâm nhập (granit), mắc ma phun trào (các lớp phủ bazan), đá trầm tích lục nguyên có thế nằm ngang hoặc nghiêng, đá vôi, ...
Các đặc điểm của trầm tích bở rời (thành phần độ hạt, thành phần khoáng vật, đặc điểm tƣớng, sự phân bố trong không gian và trong mặt cắt, ...) cũng có ý nghĩa rất quan trọng khi nghiên cứu địa mạo bờ biển. Các đặc điểm trầm tích nêu trên là một trong những chỉ tiêu để phân tích lịch sử phát triển của địa hình đang đƣợc nghiên cứu. Điều quan trọng là phải xác định đƣợc các dị thƣờng trong trong số các đặc điểm trầm tích. Chẳng hạn, trên sự phân bố chung của các trầm tích hạt mịn, có các dải trầm tích hạt thô nằm ở vị trí cao hơn thì đó là dấu vết của các bar cát cổ đã bị nƣớc biển tràn ngập, hoặc nếu nó lại nằm ở vị trí thấp hơn thì hiện nay chúng đang bị xâm thực mạnh do tác động của dòng chảy gần đáy. Ngƣợc lại nếu trên phông chung là hạt thô xen các dải trầm tích hạt mịn nằm ở vị trí thấp hơn thì có thể đó là dấu tích của các đầm phá cổ. Mặt khác, chính kích thƣớc hạt trầm tích cũng có ảnh hƣởng rất lớn đến độ dốc của địa hình bãi biển theo mối quan hệ thuận với nhau. Kích thƣớc hạt càng lớn thì độ dốc của bãi càng lớn (bảng 2).
Bảng 2. Tƣơng quan giữa kích thƣớc hạt và độ dốc bãi [37] Tên trầm tích Kích thƣớc (mm) Độ dốc bãi Tảng Cuội Sỏi Cát thô Cát lớn Cát trung bình Cát nhỏ Cát mịn 64 – 256 4 – 64 2 – 4 1 – 2 0,5 – 1 0,25 – 0,5 0,125 – 0,25 0,0625 – 0,125 24 17 11 9 7 5 3 1
c) Phương pháp phân tích trắc lượng – hình thái
Đây là một trong những phƣơng pháp nghiên cứu địa mạo truyền thống và mang lại hiệu quả cao. Tài liệu đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp này là các bản đồ địa hình (cả trên lục địa lẫn đáy biển) có tỷ lệ và năm xuất bản khác nhau cũng nhƣ các băng đo sâu hồi âm của vùng biển nghiên cứu. Các bản đồ địa hình đáy, các hải đồ tỷ lệ và thời gian khác nhau, các băng đo sâu là những thông tin có giá trị để chúng ta biết đƣợcđặcđiểm hình thái và trắc lƣợng hình thái địa hình đáy biển -một đối tƣợng nghiên cứu không phải bất cứ lúc nào và ở đâu cũng có thể quan sát trực tiếp đƣợc, một cách cụ thể hơn. Các bản đồ độ sâu đáy biển sẽ đƣợc cung cấp từ chuyên đề trắc địa. Thông qua địa hình đáy, phần nào có thể giải thích đƣợc nguồn gốc và động lực thành tạo chúng khi kết hợp với đặc điểm phân bố trầm tích tầng mặt. Ngoài ra, độ dày của các đƣờng đẳng độ sâu đáy biển cũng có ý nghĩa nhất định giúp ta cơ sở để xác định vị trí các đƣờng bờ cổ bị ngập nƣớc (nếu đƣợc định hƣớng theo một quy luật nào đó), hoặc sƣờn dốc của các rạn san hô (nếu sự phân bố của chúng khép kín theo một dạng hình học bất kỳ). Còn để phân tích sự biến động đƣờng bờ, chúng tôi đã sử dụng các bản đồ địa hình đƣợc xuất bản trong các thời kỳ khác nhau.
Để phân chia các thành tạo địa hình đáy biển ven bờ và tên gọi của chúng, cần phải dựa vào một vài tiêu chí cơ bản sau:
- Về trắc lƣợng hình thái, dựa vào độ nghiêng của đáy biển với chỉ tiêu sau: Nghiêng: khi tgα > 0,01;
Nghiêng thoải: khi tgα = 0,01-0,001; Hơi nghiêng: khi tgα = 0,001-0,0001; Gần nằm ngang: khi tgα < 0,0001
- Về hình thái, dựa vào mức độ chia cắt của bề mặt đáy biển để chia ra: bằng phẳng (khi đáy biển có sự chênh lệch độ sâu 1-3 mét), lƣợn/gợn sóng (khi có các gờ cao và rãnh trũng nằm xen kẽ và song song với nhau với sự chênh lệch độ sâu 3-10 mét) và chia cắt mạnh (đáy biển gồ ghề và phân bố hỗn loạn).
Ngoài các phƣơng pháp nghiên cứu trên, trong quá trình nghiên cứu, luận văn còn sử dụng một số các tài liệu địa chất - kiến tạo, các tài liệu về trầm tích hiện đại và tài liệu lịch sử ... nhằm làm rõ hơn các đặc điểm địa mạo và sự tiến hoá của bờ biển khu vực nghiên cứu.
d) Phương pháp phân tích so sánh
Do mức độ nghiên cứu địa chất- địa mạo ở vùng biển nông ven bờ trên qui mô nhỏ ở nƣớc ta chƣa đồng đều, các kết quả xác định tuổi tuyệt đối chƣa nhiều, v.v., nên việc so sánh những đặc điểm tƣơng đồng (độ sâu, loại trầm tích, độ cao của các thềm biển, v.v.) với các nơi khác đã đƣợc nghiên cứu đầy đủ và chi tiết là rất cần thiết. Đây là phƣơng pháp đƣợc áp dụng rất rộng rãi trong các khoa học tự nhiên để phân loại, phân vùng, khái quát hoá, phân tích và tổng hợp.
Các phƣơng pháp nghiên cứu trên đƣợc áp dụng trong toàn bộ quá trình làm việc thuộc 3 giai đoạn: Văn phòng trƣớc thực địa, thực địa và văn phòng sau thực địa và viết báo cáo. Ngoài ra, trong quá trình nghiên cứu, các tài liệu địa vật lý, lịch sử, v.v. cũng đƣợc xử lý và áp dụng để phân tích toàn bộ quá trình hình thành và phát triển địa hình khu vực.
e) Phương pháp khảo sát thực địa
Đây là phƣơng pháp truyền thống và cũng bắt buộc đối với các cuộc nghiên cứu địa mạo nhằm phát hiện các đặc điểm địa mạo chủ yếu của lãnh thổ, kiểm tra và
bổ sung thêm các tài liệu đã có hoặc đi sâu nghiên cứu thêm một số vấn đề hay ý tƣởng mới. Trong thời gian thực hiện luận văn này, tác giả đã tiến hành 02 chuyến khảo sát thực địa trong phạm vi khu vực nghiên cứu, một số khu vực bờ biển, cửa Tam Giang, cửa Cầu Hai đƣợc khảo chi tiết.
Kết quả của các cuộc khảo sát thực địa là những tài liệu mô tả, các hình vẽ, ảnh chụp, cấu tạo địa hình, đặc điểm thành phần vật chất và động lực phát triển địa hình.
f) Phương pháp viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS)
Phƣơng pháp viễn thám & GIS tuy không phải là phƣơng pháp địa mạo truyền thống, nhƣng nó ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi và trở thành một phƣơng pháp quan trọng trong nghiên cứu địa mạo, đặc biệt là trong nghiên cứu và quan trắc đới bờ - một đối tƣợng có sự biến đổi thƣờng xuyên theo cả không gian và thời gian.
Đặc điểm của ảnh viễn thám là giúp chúng ta có thể thu nhận đồng thời đặc điểm của các đối tƣợng của bề mặt Trái Đất trên một diện tích rộng lớn tại thời điểm bay chụp. Việc chiết xuất các lớp thông tin liên quan đến địa hình và hình thái của đƣờng bờ biển từ ảnh giúp các nhà nghiên cứu thành lập đƣợc bản đồ hiện trạng địa hình đới bờ ở các thời điểm khác nhau một cách thuận lợi và kinh tế. Từ những tấm ảnh hiện trạng ở những thời điểm khác nhau của cùng một khu vực, cho phép ngƣời sử dụng có thể so sánh đƣợc những thay đổi của các đối tƣợng theo không gian và thời gian. Các ảnh vệ tinh chụp khu vực nghiên cứu trong 2 năm 1990 và 2006 cùng với các bản đồ địa hình năm 1965 cho phép xác định đƣợc hiện trạng của đƣờng bờ biển vào các năm khác nhau. Các phần mềm GIS giúp tính toán các dữ liệu không gian và liên kết các tấm ảnh - đƣợc nắn chỉnh và đƣa về cùng một hệ toạ độ VN2000, từ đó có thể tính toán chính xác đƣợc tốc độ xói lở của bờ biển theo thời gian và quan sát đƣợc bức tranh toàn cảnh về diễn biến xói lở bồi tụ trên toàn bộ không gian của vùng nghiên cứu. Và nếu có đầy đủ các thông tin về địa hình, sử dụng công nghệ viễn thám & GIS còn có thể tính đƣợc khối lƣợng trầm tích đƣợc tích tụ hoặc đã bị bị xói lở.
Sử dụng phƣơng pháp viễn thám còn có hiệu quả trong việc xác định các lòng sông cổ, các hệ thống val bờ cổ trong khu vực nghiên cứu, làm cơ sở cho việc xác định các đƣờng bờ trong quá khứ một cách trực quan, nhanh chóng và thuận lợi. Ngoài ra, phân tích các thông tin trên ảnh có thể biết đƣợc các yếu tố động lực nhƣ kiến tạo, hƣớng dòng chảy sông, hƣớng dòng bồi tích ven bờ, hƣớng sóng, ... và theo dõi đƣợc sự biến đổi của chúng theo từng thời kỳ khác nhau, đồng thời cũng có thể quan sát đƣợc động lực phát triển của địa hình bờ: xói lở hay tích tụ.
Quá trình phân loại ảnh để tách đƣờng bờ đƣợc tiến hành sau khi tiền xử lý ảnh. Khảo sát sơ đồ phản xạ phổ của nƣớc biển và các đối tƣợng khác ven bờ cho thấy nƣớc biển phân biệt tốt nhất ở kênh 7 của hai loại ảnh đƣợc chụp từ các bộ cảm TM, MSS và kênh 4 (0,77 – 0,90 µm) ảnh ETM+. Tuy nhiên, trong điều kiện có vùng sóng vỡ, kênh 7 ảnh MSS và TM cho kết quả tốt, còn rất khó phân biệt giữa vùng sóng vỡ và bờ cát ở kênh 4 ảnh ETM+. Tỷ lệ kênh phổ tốt nhất đối với ảnh ETM+ trong điều kiện sóng vỡ đƣợc lựa chọn là (B5+B7)/B2.
Ở các kênh phổ và tỉ lệ này, đƣờng biểu diễn hành vi phổ của nƣớc biển và nƣớc vùng cửa sông hoàn toàn nằm dƣới đƣờng biểu diễn của các đối tƣợng khác nhƣ cát, đất, thực vật,… Vì vậy, phƣơng pháp đƣợc lựa chọn để giải đoán đƣờng bờ là Band Threshold - phân loại dựa vào giá trị ngƣỡng phân biệt đối tƣợng nghiên cứu với tất cả các đối tƣợng khác trên ảnh.
Bên cạnh việc phân tích, tính toán và liên kết các dữ liệu viễn thám, GIS còn có khả năng rất mạnh trong việc lƣu trữ, quản lý và tích hợp thông tin. Đây là một tính năng quan trọng có thể giúp các nhà quản lý đƣa ra những quyết định cuối cùng cho công tác quy hoạch và quản lý đới bờ nhờ khả năng phân tích và tích hợp thông tin của hàng loạt các lớp thông tin chuyên đề khác nhau.
Các ảnh vệ tinh (Landsat, ALOS) đƣợc nắn chỉnh bằng các phần viễn thám chuyên dụng (ENVI) và sau đó tách triết đƣờng bờ trên từng ảnh để lấy dữ liệu tính toán biến động xói lở - bồi tụ bờ biển. GIS đƣợc sử dụng để tính toán biến động qua từng giai đoạn và thành lập các bản đồ biến động bồi-xói, thành lập sơ đồ địa mạo khu vực nghiên cứu,....
g) Phương pháp bản đồ
Tác giả đã sử dụng các bản đồ có sẵn của khu vực nghiên cứu (bản đồ địa chất, bản đồ địa hình,...) nhƣ một dạng tài liệu hữu ích của luận văn. Đồng thời từ những phân tích, đánh giá, khảo sát thực tế kết hợp với bản đồ nền địa hình, địa chất tác giả tiến hành biên tập bản đồ địa mạo theo quan điểm nguồn gốc-hình thái-động lực. Phƣơng pháp bản đồ là phƣơng pháp hữu hiệu thể hiện sự phân bố không gian của đối tƣợng và định hƣớng quy hoạch sử dụng lãnh thổ trong tƣơng lai gần, giúp cho các nhà quản lý đƣa ra những quyết định có hiệu quả về tổ chức, sử dụng lãnh thổ hợp lý.
Tổng hợp các bƣớc thực hiện đề tài luận văn đƣợc trình bày trên hình 4.
Hình 4. Sơ đồ các bƣớc thực hiện nghiên cứu
Tài liệu ảnh vệ tinh (Landsat, Spot,
Radasat, Alos)
Tài liệu bản đồ địa
hình (1965, 2004) địa và tài liệu thu thập Tài liệu khảo sát thực
Nắn chỉnh hình học cho ảnh
Giải đoán hiện trạng đƣờng bờ Tính toán biến động đƣờng bờ Thành lập bản đồ địa mạo Xây dựng mô hình số độ cao (DEM) Xây dựng mặt cắt địa hình Thành phần vật chất Hình thái địa hình
- Tai biến do xói lở - Tai biến do bồi tụ
Các yếu tố khí hậu, thủy văn, hải văn
Chƣơng 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1. Các nhân tố thành tạo địa hình
2.1.1. Các nhân tố nội sinh
2.1.1.1. Các đới cấu trúc
Vùng nghiên cứu thuộc đới cấu trúc Nam Đông. Đây là phần rìa đông-nam của đai tạo núi Paleozoi muộn - Mesozoi sớm Trƣờng Sơn. Trong phạm vi vùng biển ven bờ của đới này, Nguyễn Biểu [6] đã phân chia ra hai cấu trúc nhỏ là:
Trũng Thuận An (Huế) đƣợc giới hạn từ đứt gãy cửa Tƣ Hiền đến hết diện tích phía Bắc vùng nghiên cứu. Có đáy là đá gốc thuộc các hệ tầng Long Đại, Tân Lâm (?) trên đó là trầm tích Cenozoi có chiều dày 2-3km tạo nên phụ bể Huế (Phan Trung Điền, nnk, 1999). Chiều dày trầm tích Đệ tứ đạt 50m ở ven bờ và 136m ở độ sâu 40m nƣớc.
Đứt gẫy. Trong diện tích vùng nghiên cứu gặp đƣợc 2 hệ thống đứt gãy chính sau: Tây Bắc - Đông Nam, Đông Bắc-Tây Nam và Á vĩ tuyến.
- Hệ thống Đông Bắc - Tây Nam: Đứt gãy Quảng Điền,
- Phƣơng Á vĩ tuyến: Trong vùng nghiên cứu gặp đứt gãy Cửa Tƣ Hiền phát triển từ vụng Cầu Hai qua mũi Chân Mây Tây phát triển ra phía biển.
2.1.1.2. Đặc điểm thạch học
Tham gia cấu tạo địa hình và phát sinh tai biến thiên nhiên khu vực Thừa Thiên - Huế gồm các thành tạo trầm tích và trầm tích nguồn núi lửa có tuổi từ Neoproterozoi đến Kainozoi.
Đất đá chủ yếu là trầm tích Paleozoi, Meozoi, phân bố rộng rãi trong vùng. Trầm tích Paleozoi gồm hệ tầng A Vƣơng phân bố trên diện tích hạn chế ở vùng Đông Nam khu vực, hệ tầng Long Đại phân bố rộng rãi với hai phụ hệ tầng.
- Phụ hệ tầng trên, với thành phần chủ yếu là đá nhiều phiến sét, xen bột kết, cát kết.
- Phụ hệ tầng dƣới, có phân bố lớn hơn với hai thành phần trầm tích cát kết, ít khoáng sản và ít sét silic.
Mặc dù trong giai đoạn Cenozoi có khá nhiều các thành tạo địa chất xuất hiện trong vùng nghiên cứu, nhƣng phần lớn đều bị phủ bởi các thành tạo trẻ hơn và chỉ đƣợc xác định trong các lỗ khoan. Do đó, các thành tạo địa chất thạch học lộ ra trên bề mặt hiện nay đều có tuổi rất trẻ, phần lớn đều có tuổi Holocen. Cụ thể, trong phạm vi nghiên cứu cả trên đất liền và dƣới đáy biển chỉ có các thành tạo trầm tích