Nghiên cứu diễn biến hình thái khu vực cửa sông Thu Bồn và đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi phục vụ phát..

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu diễn biến hình thái khu vực cửa sông Thu Bồn và đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi phục vụ phát..

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Thuỷ lợi TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG ĐÌNH ĐOAN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Minh Cát TS. Phạm Quang Sơn Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thọ Sáo Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội Phản biện 2:PGS.TS. Đinh Văn Mạnh Viện Cơ học Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI KHU VỰC CỬA SÔNG Phản biện 3:PGS.TS. TRần Văn Sung Trường Đại học Xây dựng Hà Nội THU BỒN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG BẤT LỢI PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI Chuyên ngành: Chỉnh trị sông và bờ biển Mã số: 62 44 94 01 Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường tại: Trường Đại học Thủy lợi. Vào hồi . giờ ngày . Tháng năm 2014. TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Hà Nội - Năm 2014
2. - Đề xuất các giải pháp khoa học công nghệ có tính định hướng nhằm ổn 1. Mở đầu định vùng cửa sông Thu Bồn phục vụ phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi Cửa sông Thu Bồn là cửa sông quan trọng không chỉ của Quảng Nam, mà trường. là cửa ngõ từ phía biển cho các hoạt động kinh tế xã hội ở miền Trung. Vùng 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án cửa sông này hàng ngày đang diễn ra rất nhiều hoạt động kinh tế xã hội như Đối tượng nghiên cứu trong luận án bao gồm các quá trình thủy động lực, vận tải thủy, đánh bắt và nuôi trồng thủy sản, sản xuất nông nghiệp, xây dựng vận chuyển bùn cát, quá trình xói lở, bồi tụ bờ sông, bờ biển, cửa sông, biến các công trình cơ sở hạ tầng cho dân sinh, du lịch, dịch vụ v.v động địa hình đáy vùng ngay phía trong cửa sông và đáy biển ven bờ trước cửa Tuy nhiên, những năm gần đây vùng cửa sông nghiên cứu và dải ven biển sông trong các tổ hợp nghiên cứu khác nhau. lân cận cửa sông có nhiều diễn biến phức tạp. Đó là hiện tượng xói, bồi lấp cửa Phạm vi không gian nghiên cứu của luận án được giới hạn như sau: và dịch chuyển cửa sông cũng như xói bồi đường bờ biển, bãi biển ven bờ phía - Phía trong sông: Từ Giao Thủy là điểm hợp lưu giữa sông Thu Bồn và sông biển và xói bờ sông phía trong. Thêm vào đó, các đảo hình thành và đã tồn tại Quảng Huế đến cửa sông. khá lâu phía trong cửa sông, nhưng có hiện tượng xói và di chuyển chậm chạp ra phía cửa. Tất cả các hiện tượng đó cản trở rất lớn cho các hoạt động kinh tế - Phía ngoài biển: Nằm trong giới hạn độ sâu đến 10m nước gồm cửa sông xã hội, đặc biệt trong thời kỳ triều thấp. và đáy biển ven bờ và đường bờ biển được mở rộng 20 km từ cửa sông về 2 phía bắc và nam. Cửa sông nối trực tiếp với biển, là nơi chịu tác động tổng hợp của các yếu tố thủy thạch động lực sông - biển cũng như các hoạt động kinh tế xã hội của 5. Phương pháp nghiên cứu con người và đó cũng chính là nguyên nhân gây ra các diễn biến phức tạp tại Các phương pháp (i) phân tích thống kê từ tài liệu lịch sử, tài liệu quan vùng cửa sông. trắc, (ii) viễn thám, GIS và phương pháp mô hình toán được sử dụng để đánh giá và mô phỏng định lượng diễn biến hình thái khu vực nghiên cứu. Việc đánh giá thực trạng bồi xói, xác lập được qui luật diễn biến và lượng 6. Cấu trúc của luận án hóa được mức độ ảnh hưởng của các yếu tố sẽ giúp chúng ta đề xuất được các giải pháp hợp lý nhằm ổn định vùng cửa sông, kiểm soát và giảm thiểu tác Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án được cấu trúc thành 4 động bất lợi phục vụ phát triển kinh tế xã hội bền vững. chương như sau: Xuất phát từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu diễn Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu diễn biến cửa sông vùng ảnh hưởng triều biến hình thái khu vực cửa sông Thu Bồn và đề xuất các giải pháp giảm thiểu Chương 2: Đặc điểm tự nhiên, hiện trạng, nguyên nhân và các nhân tố ảnh tác động bất lợi phục vụ phát triển kinh tế xã hội” để nghiên cứu. hưởng đến diễn biến hình thái vùng cửa sông Thu Bồn 2. Mục tiêu của luận án Chương 3: Nghiên cứu diễn biến vùng cửa sông Thu Bồn bằng phương pháp - Nghiên cứu tương tác của các yếu tố thủy thạch động lực, làm sáng tỏ các viễn thám, GIS và mô hình toán nguyên nhân và lượng hóa mức độ ảnh hưởng gây diễn biến hình thái khu vực Chương 4: Đề xuất định hướng giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ xói lở, bồi tụ cửa sông Thu Bồn. vùng cửa sông, ven biển - Đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu các tác động bất lợi đến quá trình 7. Những đóng góp mới của luận án diễn biến hình thái khu vực cửa sông phục vụ phát triển kinh tế xã hội khu vực. 1) Luận án đã phân tích, đánh giá được các yếu tố tác động, làm sáng tỏ 3. Nội dung của luận án nguyên nhân cơ chế gây diễn biến hình thái vùng cửa sông Thu Bồn. - Thu thập, khảo sát bổ sung, chỉnh lý các tư liệu, số liệu phục vụ các nội 2) Luận án xác lập được xu thế diễn biến đường bờ biển, cửa sông một dung nghiên cứu. cách định lượng và chi tiết cho từng tiểu vùng theo cả chiều dọc bờ và ngang - Phân tích, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới diễn biến hình thái vùng cửa bờ phục vụ xây dựng định hướng quy hoạch chỉnh trị. sông Thu Bồn. 3) Bước đầu đề xuất được “hành lang thoát lũ” cho vùng phía trong cửa - Ứng dụng các phương pháp viễn thám, GIS và mô hình toán để xác định sông làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp định hướng phòng chống xói lở, các quy luật diễn biến và phát triển vùng cửa sông Thu Bồn. bồi tụ, ổn định bờ sông và cửa sông, tăng khả năng thoát lũ và thông luồng ra vào cảng phía trong sông. 1 2
3. Tóm lại, mặc dù đã đạt được những tiến bộ vượt bậc trong nghiên cứu vùng cửa sông, nhưng các nhà khoa học cũng khẳng định rằng “Không có một CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN CỬA SÔNG lời giải chung cho mọi cửa sông mà tùy thuộc đặc thù của mỗi cửa sông mà có ẢNH HƯỞNG TRIỀU các lời giải riêng”, hay nói cách khác ngoài yếu tố địa đới thì các nét riêng của 1.1 Tình hình nghiên cứu cửa sông trên thế giới mỗi khu vực cũng cần được nghiên cứu để chỉ áp dụng riêng cho cửa sông đó. Các nghiên cứu vùng cửa sông ven biển đã được quan tâm từ thế kỷ XIX, 1.2 Các nghiên cứu về biến đổi cửa sông ở Việt Nam nhưng phát triển mạnh từ những năm thập kỷ 30 đến thập kỷ 60 thế kỷ thứ XX Các công trình nghiên cứu điển hình cho các sông phải kể đến các tác ở các nước Âu Mỹ với các nghiên cứu cơ bản của các nhà khoa học như Du giả như Vũ Tất Uyên, Lưu Công Đào, Nguyễn Văn Cư, Lê Ngọc Bích, Hoàng Boys (Pháp) về chuyển động bùn cát, Barrede Saint – Venant về dòng không ổn Hữu Văn, Trịnh Việt An, Nguyễn Bá Quỳ, Đỗ Tất Túc, Phạm Thị Hương Lan, định; L. Fargue về hình thái đoạn sông uốn khúc. Các nhà khoa học Liên Xô Lê Ngọc Bích, Lương Phương Hậu, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Sinh Huy, như Lotchin V.M, Bernadski. N.M, Gontrarop V.N. có các công trình về vận Hoàng Văn Huân, Lê Mạnh Hùng, Lê Xuân Thuyên Có nhiều đóng góp chuyển bùn cát; Antunin S.T, Grisanin K.B, Kariukin S.N. có các nghiên cứu nghiên cứu về thủy động lực và diễn biến sông ngòi. chỉnh trị sông. Các nghiên cứu về diễn biến cửa sông, ven biển, biến hình lòng dẫn và Các công trình nghiên cứu theo hướng thủy động lực vùng cửa sông ven dự báo xói lở là các tác giả Ngô Đình Tuấn, Đỗ Tất Túc, Lương Phương Hậu, biển và mối tương tác sông - biển, có xét đến tác động của con người điển hình Trần Văn Túc, Lưu Công Đào, Lê Ngọc Bích, Hoàng Hữu Văn. là các công trình của N.Ya. Danilevxki, I.V. Xamoilov, T. Elliot, A. Volker. Các nghiên cứu diễn biến hình thái trên quan điểm địa chất - địa mạo có Nghiên cứu về động lực vận chuyển bùn cát, bồi tụ, xói lở tại vùng cửa các công trình điển hình của các tác giả Lê Xuân Hồng, Lê Văn Ân, Trần Đức sông ven biển là của các tác giả Bijker E.W, Engelund F. và E. Hansen, Meyer- Thạnh Peter E. và R. Muller, Van Rijn L. C, Yang C. T. Các nghiên cứu về ô nhiễm vùng ven bờ có các tác giả Lê Phước Trình, Các nghiên cứu sử dụng công cụ viễn thám và GIS để đánh giá xói lở, Nguyễn Tác An, Phạm Văn Ninh, Nguyễn Xuân Dục, Lưu Văn Diệu Các bồi tụ, sự thay đổi đường bờ, xác định các vùng ngập nước do bão, nước dâng công trình đề cập tới nguy cơ ô nhiễm do sự cố tràn dầu, nguồn thải từ sông ra giúp cho các nhà quản lý hoạch định kế hoạch sử dụng đất đai và phát triển biển, biến động môi trường biển và xử lý ô nhiễm môi trường biển ven bờ. kinh tế cho dân cư ven bờ biển. Các nghiên cứu các hệ sinh thái rừng ngập mặn có các tác giả Phan Những năm gần đây rất nhiều các mô hình số trị thủy thạch động lực, Nguyên Hồng; Nguyễn Hoàng Trí Các nghiên cứu đề cập tới vai trò của rừng vận chuyển bùn cát và diễn biến hình thái được phát triển. Ban đầu là các mô ngập mặn, phân bố thảm thực vật ở ven biển Việt Nam và vai trò của các giải hình một chiều như MIKE11, HEC-RAS để mô phỏng các quá trình mang tính pháp mềm tới việc bảo vệ các công trình cơ sở hạ tầng ven biển, các thành phố bình quân hóa trên mặt cắt. Khi nhu cầu tính toán phân bố theo không gian của và các khu kinh tế xây dựng dọc theo ven biển. các yếu tố thủy thạch động lực không chỉ theo chiều dòng chảy, mà còn cần Việc ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với phương pháp bản đồ và trên cả độ sâu thì các mô hình 2D, 3D cũng lần lượt ra đời chẳng hạn như mô GIS trong nghiên cứu biến động vùng bờ biển và phát triển cửa sông đã được hình DELFT3D (Hà Lan), MECCA (Mỹ), Đây có thể xem là một bước tiến thực hiện vào những thập kỷ gần đây và đã có những đóng góp rất có ý nghĩa. dài của khoa học công nghệ trong việc mô phỏng và xây dựng bức tranh đầy đủ hơn về sự biến đổi thủy động lực, hình thái của lòng dẫn, bờ bãi sông biển cũng Trong những năm gần đây, với các tiến bộ vượt bậc của khoa học, công như dự báo sự biến đổi của nó ở các hạn vừa và dài. nghệ cùng với sự phát triển của máy tính tốc độ cao, việc phát triển và ứng dụng nhiều phần mềm để mô phỏng các quá trình thủy thạch động lực, vận Nhiều nghiên cứu đã được ứng dụng cho việc lập dự án xây dựng cầu, chuyển bùn cát, diễn biến hình thái đã được nhiều cơ quan khoa học, các nhà cống, các công trình chỉnh trị sông, tính xói phổ biến hay xói cục bộ như 26 khoa học ứng dụng phổ biến và đã có nhiều thành công đáng khích lệ. trong số 58 cửa sông của Mỹ đã xây dựng được hệ thống kè hướng dòng, ngăn cát chống sa bồi luồng vào cửa sông và xói lở 2 bên bờ liền kề cửa sông. Ở 1.3 Các nghiên cứu ở khu vực cửa sông Thu Bồn Nhật Bản, 72 trong số 139 cửa sông có luồng tàu được xây dựng đê chắn cát Do là một trong số những cửa sông ở miền Trung đóng vai trò rất to lớn hay tại cửa sông Dunai, người ta đã xây dựng 2 đê chắn cát song song ở 2 phía đến sự phát triển kinh tế của Quảng nam - Đà Nẵng và xét về mặt khoa học thì luồng, kéo dài bar chắn cửa đến độ sâu 6,5m, cắt các đoạn sông quá cong và cửa sông Thu Bồn là một kiểu cửa sông khá đặc biệt nên trong những năm gần nạo vét duy trì độ sâu luồng và chống bồi lấp luồng tàu vào cảng cửa sông v.v đây, nhà nước và các Bộ, ngành đã đầu tư đáng kể cho các dự án điều tra cơ bản, các đề tài nghiên cứu nhằm đánh giá tình trạng diễn biến, các nhân tố tác 3 4
4. động để có những giải pháp hợp lý phục vụ cho ổn định cửa sông và dải bờ chất, thủy thạch động lực từ phía biển để lý giải sự hình thành và phát triển các biển kề cận. cửa sông thuộc khu vực trung trung bộ, trong đó có cửa sông Thu Bồn. 1.3.1 Các dự án điều tra cơ bản Nghiên cứu của Phạm Quang Sơn sử dụng phương pháp viễn thám, GIS - Dự báo hiện tượng xói lở, bồi tụ bờ biển, cửa sông và các giải pháp và các bản đồ trong một khoảng thời gian khá dài (từ 1965 đến 1996), để phân phòng tránh, thuộc chương trình KC – 09 - 05 “Điều tra cơ bản và nghiên cứu tích và ước tính sự biến động theo phương ngang vùng cửa sông Thu Bồn. Kết ứng dụng công nghệ biển”, do Viện Địa lý thực hiện từ năm 2005. quả nghiên cứu đã lượng hóa được diễn biến trên mặt ngang, tuy nhiên nó không trực tiếp phát hiện được các nguyên nhân diễn biến hình thái của cửa - Dự án điều tra hiện trạng cửa sông Thu Bồn và kiến nghị các giải pháp sông, đường bờ biển. bảo vệ (Dự án 47) do Viện Khoa học Thuỷ lợi thực hiện (2009-2010). Các nghiên cứu của Trường Đại học Thủy lợi lại tập trung lý giải vai trò Mục tiêu của các dự án điều tra cơ bản là thu thập những số liệu đã có, của các yếu tố thủy động lực từ phía lục địa như biến đổi của chế độ mưa, dòng phân tích, chỉnh lý, hệ thống hóa và trên cơ sở đó đề xuất khảo sát, đo đạc bổ chảy; khai thác bề mặt lưu vực như xây dựng các hồ chứa thủy lợi, thủy điện, sung các số liệu thủy thạch động lực cần thiết phục vụ cho các nghiên cứu khai thác rừng, bề mặt lưu vực làm thay đổi chế độ bùn cát ra tới cửa sông, mà nhằm phát hiện các qui luật xói lở, bồi tụ, diễn biến hình thái của cửa Thu Bồn. chưa có các nghiên cứu từ phía ngoài biển. Những số liệu khảo sát là những tài liệu rất quý phục vụ cho các nghiên cứu, đặc biệt cho hiệu chỉnh, kiểm định khi mô phỏng các mô hình toán. 1.3.3 Các dự án khu vực cửa sông 1.3.2 Các chương trình KHCN Nhà nước và các đề tài nghiên cứu KHCN - Dự án kè bảo vệ bờ An Luơng và kè bảo vệ bờ biển Tam Thanh do Viện Khoa học Thủy lợi năm 2003- 2005; Dự án nạo vét thoát lũ khẩn cấp sông Các nghiên cứu khoa học về khu vực cửa Thu Bồn là những tư liệu rất Trường Giang và dự án nghiên cứu sạt lở bờ sông của hệ thống sông Vu Gia - có giá trị khoa học và thực tiễn phục vụ cho xây dựng các kế hoạch phát triển Thu Bồn do Viện KHTL Việt Nam năm 2012. Tuy nhiên, các dự án này chưa kinh tế xã hội tại khu vực cửa sông này được đặt trong tổng thể qui luật diễn biến của vùng cửa sông, chính vì vậy có - Đặng Văn Bào, Nguyễn Vi Dân, 1996 thực hiện đề tài “Lịch sử phát dự án thì thành công, song cũng có dự án thất bại. triển địa hình dải đồng bằng Huế - Quảng Ngãi” và đã công bố kết quả nghiên 1.4 Những hạn chế của các nghiên cứu và hướng tiếp cận của luận án cứu trong tạp chí Khoa học- Chuyên san Địa lý 1996 - Đại học Quốc gia Hà Nội. Như đã phân tích ở trên, trong khu vực cửa sông Thu Bồn đã có một số đề tài, dự án nghiên cứu xói lở, bồi tụ và đã đạt được những kết quả nhất định. - Vũ Văn Phái, 1996 trình bày các kết quả nghiên cứu về địa mạo khu bờ Tuy nhiên có nghiên cứu chỉ quan tâm đến các quá trình từ phía biển, trong khi biển hiện đại Trung Bộ Việt Nam trong luận án PTS khoa học địa lý - địa chất một số nghiên cứu khác lại chỉ tập trung vào các nguyên nhân từ phía lưu vực. tại đại học quốc gia Hà nội. Vì vậy, luận án sử dụng cách tiếp cận tổng hợp với việc phân tích các tài - Phạm Quang Sơn và nnk, 1996 công bố kết quả “Đặc điểm động thái liệu lịch sử, sử dụng công cụ viễn thám, GIS và mô hình toán để nghiên cứu và vùng cửa sông Thu Bồn và khu vực phố cổ Hội An” trong tuyển tập Địa chất mô phỏng mối tương tác giữa các yếu tố thủy, thạch, động lực, bùn cát có xét tài nguyên -Tập I, Trung tâm Khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia. tới tác động các hoạt động kinh tế xã hội gây nên diễn biến đường bờ. - Báo cáo đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu nguyên nhân và các biện pháp chống xói lở các sông miền Trung” 1999-2000 do Trường Đại học Thủy lợi thực hiện. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, HIỆN TRẠNG, NGUYÊN NHÂN VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN DIỄN BIẾN HÌNH THÁI - Báo cáo “Qui hoạch phát triển và bảo vệ tài nguyên nước lưu vực sông VÙNG CỬA SÔNG THU BỒN Vu Gia- Thu Bồn”, 1999 - 2001 do Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội. 2.1. Khái quát đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu - Nghiên cứu các giải pháp thoát lũ, phòng tránh xói lở và bồi lấp cửa 2.1.1 Vị trí địa lý sông Vu Gia - Thu Bồn do PGS. TS Vũ Minh Cát chủ trì thực hiện năm 2007. Lưu vực sông Thu Bồn giới hạn từ 14054 đến 16013 vĩ Bắc và 107013 - Tác giả Vũ Tuấn Anh công bố kết quả “Nghiên cứu động lực hình thái đến 108044 kinh Đông. Phía Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên - Huế, phía Nam giáp vùng biển cửa sông Thu Bồn” trong luận án tiến sĩ địa lý năm 2009. tỉnh Quảng Ngãi, phía Tây giáp tỉnh Kon Tum và nước Cộng hoà dân chủ nhân Các nghiên cứu của Đặng Văn Bào, Vũ Văn Phái và Nguyễn Vi Dân dựa dân Lào, phía Đông là biển Đông. Diện tích tự nhiên của lưu vực là 10035 km2 trên quan điểm địa chất, địa mạo; Vũ Tuấn Anh lại dựa trên các quá trình địa gồm địa phận tỉnh Quảng Nam và một phần tỉnh Kon Tum. Sông Thu Bồn bắt nguồn từ vùng biên giới 3 tỉnh Quảng Nam, Kon Tum và Quảng Ngãi ở độ cao hơn 2.000m chảy theo hướng Nam - Bắc, về đến Phước Hội sông chảy theo 5 6
5. hướng Tây Nam - Đông Bắc đến Giao Thuỷ sông chảy theo hướng Tây - Đông - Đoạn sông từ Câu Lâu tới Hội An dài 7,6 km, đặc điểm nổi bật là và đổ ra biển tại cửa Đại. hiện tượng tiếp tục phân chia ra các nhánh và tạo ra các bãi bồi lớn. Hiện tượng 2.1.2 Đặc điểm khí hậu xói lở và bồi tụ trên diện rộng xảy ra cả hai phía bờ sông. - Gió: Lưu vực nghiên cứu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa hằng năm - Đường bờ và bãi biển ngoài cửa sông được nghiên cứu có chiều dài cơ bản có 2 loại gió: Gió mùa đông và gió mùa hạ. Vào mùa đông từ tháng X, khoảng 20 km về mỗi bên cửa Đại. Các số liệu quan trắc chỉ ra rằng cường độ XI đến tháng III, IV năm sau có gió Đông và Đông Bắc là chủ yếu. Vào mùa hạ biến động của đường bờ ở phía bờ Bắc và bờ Nam cửa sông không như nhau. từ tháng IV,V đến tháng IX, X có gió Đông Nam và Tây Nam là chủ yếu. Tốc Đoạn bờ biển phía Bắc xói, bồi xen kẽ, trong khi đoạn phía Nam bị xói ở phần độ gió bình quân hàng năm vùng núi đạt 0,8 1,7m/s, trong khi đó vùng đồng ngay sát cửa sông, nhưng đoạn cách xa cửa sông thì lại được bồi. bằng ven biển đạt 1,3  3,7m/s. 2.3. Nguyên nhân và các nhân tố ảnh hưởng - Mưa: Với đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa trong năm hình thành hai 2.3.1 Các nguyên nhân nội động lực mùa rõ rệt: Điều kiện địa hình, địa mạo: Vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng của các hoạt kiến tạo với một số hệ thống đứt gãy theo phương Tây Bắc - Đông Nam góp - Mưa năm: Vùng mưa lớn 2.000  4.000mm chủ yếu ở vùng núi cao phần hình thành đồng bằng Quảng Nam; Hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc - Trà My, Tiên Phước và vùng đồng bằng ven biển chỉ còn 1.700 2.200mm. Tây Nam, phân chia các lưu vực sông Thu Bồn và sông Hàn và hệ thống đứt - Mùa mưa từ tháng IX đến tháng XII hàng năm. Lượng mưa trong mùa gãy á vĩ tuyến được biểu hiện ở sự kéo thẳng đoạn hạ lưu sông Thu Bồn. mưa chiếm 70 80% tổng lượng mưa năm. Điều kiện địa chất, thổ nhưỡng: Khu vực nghiên cứu có đầy đủ các nhóm - Mùa khô từ tháng I đến tháng VIII hàng năm, với lượng mưa chỉ chiếm đất dính, đất rời và nhóm đất có thành phần và tính chất đặc biệt, tuy nhiên các 3035% tổng lượng mưa năm. nhóm này không nằm riêng lẻ mà phân bố xen kẽ tạo nên những kiểu cấu trúc 2.1.3 Đặc điểm thủy văn bờ khác nhau với mức độ kháng xâm thực không giống nhau được chia thành 2 - Dòng chảy: Căn cứ vào tài liệu thực đo của các trạm trên lưu vực các sông nhóm: Nhóm đất rời và nhóm đất dính có nguồn gốc sông - biển Holocen 2 thuộc vùng nghiên cứu từ năm 1977 đến năm 2012, có thể tính toán các đặc (amQ2 ) phân bố dọc 2 bờ sông Thu Bồn đoạn từ Giao Thủy đến Cửa Đại có trưng dòng chảy như bảng dưới đây. liên quan trực tiếp đến quá trình xói - bồi của sông Thu Bồn ở hạ lưu. Bảng 2-1 : Các đặc trưng dòng chảy sông Thu Bồn Điều kiện địa chất thuỷ văn: Do cấu tạo địa chất tuyến bờ chủ yếu là cát Flv X Y Q M W pha, bở rời, đã bão hoà nước sau những trận mưa dài ngày nên khi mực nước Sông Tính đến 0 0 0 0 0 (km2) (mm) (mm) (m3/s) (l/s/km2) (109m3) trong hệ thống sông lên, xuống nhanh làm gradient thuỷ lực của nước ngầm S.Thu Nông Sơn lớn. Bên cạnh đó, do sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, sự thay đổi trạng thái áp lực 3150 3300 2686 268.3 85,2 8,461 Bồn của nước mặt (do dao động mực nước và sóng) và thảm thực vật kề cận bờ Giao Thuỷ sông là các nguyên nhân làm cho địa chất tuyến bờ ngày càng yếu và dễ sạt lở. 3825 2370 2390 234.0 61,2 7,378 2.3.2 Các nguyên nhân thủy động lực 2.1.4 Các yếu tố hải văn Chế độ mưa: Sông Thu Bồn bắt nguồn từ vùng mưa lớn với tâm mưa Trà Vùng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng có chế độ thủy triều khá phức tạp, My có lượng mưa trung bình trên 4000mm, lượng mưa ngày lớn nhất vượt 700 là vùng chuyển tiếp giữa chế độ bán nhật triều không đều ở phía Bắc và chế độ mm, cộng thêm với địa hình dốc tạo vận tốc dòng chảy lớn, thời gian truyền lũ nhật triều không đều ở phía Nam, trung bình mỗi tháng có 10 ngày nhật triều. ngắn, quá trình tập trung lũ xảy ra rất nhanh, cường suất lũ cao (24m/ngày), Theo số liệu quan trắc tại trạm thuỷ văn Hội An độ lớn triều thay đổi theo tạo lưu tốc lớn là nguyên nhân chính gây xói lở vùng nghiên cứu. tháng, nhỏ nhất vào tháng 3 (116cm) và lớn nhất vào tháng XI (201cm). Chế độ thủy văn: Do vùng thượng lưu sông khá hẹp, dốc và đột ngột mở 2.2. Hiện trạng diễn biến hình thái cửa sông Thu Bồn rộng xuống đồng bằng và không có trung lưu. Do vậy chế độ thuỷ văn thượng Đoạn hạ lưu sông Thu Bồn có chiều dài khoảng 32 km. Trong nghiên và hạ lưu Thu Bồn tương phản sâu sắc. Thượng lưu, sông rất dốc (độ dốc tới 35 cứu này, căn cứ vào đặc điểm hình thái có thể chia thành 2 đoạn như sau:  60 m/km) thung lũng hẹp, lũ về đột ngột với dòng chảy xiết có vận tốc vượt - Đoạn từ Giao Thủy tới Câu Lâu dài 23,8km, đặc điểm nổi bật khu quá 4  6 m/s. Ngược lại ở hạ lưu lòng sông mở rộng, uốn khúc quanh co, độ vực này là lòng sông uốn khúc rất mạnh với nhiều đảo cát, bãi ngầm và bãi bồi dốc rất thấp (J = 0,0002). Đặc điểm hội lưu, phân lưu trên hệ thống sông khu hai bên bờ lòng dẫn chính. vực nghiên cứu cũng có tác động rất lớn đối với quá trình xói - bồi lòng sông. Chế độ hải văn: Các sóng do gió hướng Bắc, Đông Bắc và Đông tạo với đường bờ một góc khoảng 45o tác động mạnh tới quá trình vận chuyển bùn cát 7 8
6. dọc bờ có khả năng phá huỷ đường bờ lớn nhất vì tần suất và chiều cao sóng đều lớn. Vào nửa cuối mùa đông mặc dù gió mùa Đông Bắc hoạt động với tần suất yếu hơn, nhưng do dòng chảy trong sông quá nhỏ, bùn cát trong sông đưa ra ít nên dòng do sóng hướng vuông góc với cửa sông có vai trò trội hơn và kết quả là các bar cát ngầm tiếp tục được vun cao lên phía trước cửa và di chuyển chậm xuống phía Nam. 2.3.3 Các nguyên nhân do con người Phá rừng: Phá rừng làm suy giảm độ che phủ và khả năng điều tiết dòng chảy, đồng thời gia tăng xói mòn đất và khối lượng vật liệu phù sa đưa vào sông suối. Các hoạt động phá rừng là do dân phát rẫy làm nương; đốt rừng lấy than bán hay chặt rừng lấy gỗ, củi; khai thác khoáng sản trái phép ở thượng nguồn sông Thu Bồn, đặc biệt là khai thác vàng ở các khu rừng nguyên sinh cần được bảo tồn như Phước Sơn, Trà My. Xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng: Hệ thống đường giao thông chắn ngang dòng chảy từ dãy Trường Sơn chảy ra biển giống như những con đập, đê làm dâng cao mực nước ở thượng lưu các điểm giao cắt; Xây dựng các công trình thủy lợi, công trình dân dụng như nhà ở, nhà xưởng, công trình công cộng không theo qui hoạch đã gây ảnh hưởng tiêu cực tới hệ thống sông, làm gia tăng tình trạng xói lở nhiều đoạn sông, gây cắt dòng khu vực phía hạ lưu. Vận hành các công trình thủy điện: Các hồ chứa thủy điện trên lưu vực sông Thu Bồn đều không có dung tích phòng lũ và khi lũ về các hồ đều tranh thủ tích nước cho tới khi mực nước hồ đạt mực nước dâng bình thường thì xả lũ 3.2. Diễn biến khu vực cửa sông Thu Bồn qua phân tích thông tin viễn thám với lưu lượng bằng lưu lượng nước đến tự nhiên làm cho mực nước hạ lưu thay Từ kết quả phân tích chuỗi ảnh viễn thám từ năm 1973 đến 2013 cho thấy, đổi đột ngột, gây ngập lụt, xói lở bờ sông. Vận hành tích - xả của các hồ chứa đoạn sông Thu Bồn phía hạ lưu từ Giao Thủy đến Cửa Đại diễn biến mạnh chưa hợp lý cũng làm cho mực nước hạ lưu dao động lớn, gây xói lở nghiêm nhất. Tại khu vực này, dòng sông bị xói bồi xen kẽ và thường xuyên xảy ra trọng đáy và bờ sông ở hạ lưu đập. hiện tượng uốn khúc và cắt dòng để đoạn sông trở lên thẳng hơn. Điều này làm Các hoạt động kinh tế xã hội khác: Khai thác cát phục vụ xây dựng không chế độ thủy động lực của sông bất thường hơn, kéo theo sự thay đổi của hiện có qui hoạch làm biến đổi lòng sông. Khai thác nước dưới đất từ các giếng tượng bồi xói. khoan sát bờ sông quá ngưỡng cho phép và canh tác không có qui hoạch cũng 3.2.1. Khu vực từ Giao Thủy đến Câu Lâu tăng sụt lún nền, dẫn tới sạt lở bờ sông, bờ biển Đây là đoạn sông diễn biến rất phức tạp có rất nhiều đoạn sông cong gấp tiềm ẩn nguy cơ cắt dòng, sạt lở mạnh. Các điểm sạt lở tại thôn Hòa Thạch, CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN VÙNG CỬA SÔNG THU BỒN Giao Thủy với tốc độ sạt lở 30m/năm. So sánh ảnh năm 2013 với ảnh năm 1990 cho thấy vị trí bờ trái sông Thu Bồn tại đoạn hiện nay nằm cách bờ trái BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM, GIS VÀ MÔ HÌNH TOÁN năm 1990 tới 320m. Đoạn sông tại khu vực thôn Nhị Dinh có chiều dài 2670 m, 3.1. Nghiên cứu diễn biến hình thái bằng phương pháp viễn thám ,GIS Phương pháp viễn thám có ưu thế nổi trội là thông tin bao quát một từ năm 1973 đến năm 1990, khoảng cách dịch chuyển là 302 m; đến năm 2001 là 402m và đến năm 2013 là 594m lên hướng Bắc hay từ 1991 đến 2001 là 100 không gian rộng lớn tại cùng một thời điểm. Trên cơ sở ảnh vệ tinh, máy bay, m và từ 2001 đến 2013 là 192m. Tại thôn Nhị Dinh, xói lở xảy ra ở phía bờ tả, thông qua các kỹ thuật khác nhau, tiến hành nắn chỉnh và đưa ảnh của một khu vực xác định về cùng một hệ tọa độ để so sánh và đánh giá các lớp thông tin tuy nhiên phía sau cầu đường sắt và phía hạ lưu thôn Nhị Dinh giáp ngã ba sông Vĩnh Điện thì dòng sông có xu hướng bồi bên phía bờ tả và xói bên phía khác nhau được thể hiện trên các ảnh. Sau đó, sử dụng các phần mềm chuyên bờ hữu. dụng chồng ghép ảnh sẽ đánh giá được sự thay đổi đường bờ sông, bờ biển trên mặt bằng. Trong luận án, việc nghiên cứu sử dụng tài liệu ảnh từ năm 1973 đến năm 2013. Sơ đồ logic của phương pháp nghiên cứu như dưới đây. 9 10
7. Đoạn ven biển phía Bắc cửa Đại: Bờ biển giữa huyện Điện Bàn và thành phố Hội An, hiện tượng xói lở xảy ra liên tục trong thời gian dài. Xói lở vào tới chân các cồn cát cao và tại một số đoạn cắt qua đỉnh cồn và cắt đứt tuyến tỉnh lộ 603, là đường giao thông ven biển. Chiều dài đoạn xói lở khoảng 8 km và đoạn xói mạnh nhất kéo dài khoảng 6km thuộc địa phận xã Cẩm Hà (thành phố Hội An), với độ rộng vùng xói lở trung bình khoảng 80m và lớn nhất tới 200m. Các trọng điểm xói lở gồm đoạn bờ thuộc xã Điện Dương (Điện Bàn) với cường độ xói 60 m/năm và thành phố Hội An 32 m/năm. 3.2.2. Khu vực từ Câu Lâu đến Cửa Đại Qua phân tích các date ảnh từ năm 1973 đến năm 2013 cho thấy xói lở bờ phải sông thuộc địa phận xã Duy Nghĩa (huyện Duy Xuyên) xảy ra trên chiều dài tới gần 5km. Đoạn xói mạnh nhất nằm kề cửa sông, đường bờ bị dịch chuyển xuống phía Nam trong thời gian từ 1973 đến 2007 khoảng 550m và hàng trăm hécta đất bãi bồi thuộc xã Duy Nghĩa đã bị nước cuốn trôi. Trận lũ năm 2009 đã làm thay đổi chủ lưu của dòng chảy. Trong khu vực này, do sông rẽ nhánh khá nhiều, nên hình thành các đảo giữa dòng sông. Các đảo này bị xói ở phía thượng lưu và trôi chậm chạp ra phía cửa sông. Hình 3- 1 Diễn biến đoạn cửa Đại năm 1999 đến 2013 qua ảnh vệ tinh Đoạn bờ biển phía Nam cửa Đại: Diễn biến bờ biển phía Nam trong ùng nghiên cứu 15 km có thể chia thành 4 đoạn có chiều dài khác nhau với các quá trình xói - bồi – xói - bồi xen kẽ. Bắt đầu là đoạn kề cận với cửa sông có chiều dài nhỏ hơn 1 km liên tục bị biến động mạnh cùng với sự dịch chuyển của doi cát ngầm trước cửa sông; đoạn sau đó với chiều dài khoảng 2 km ở trạng thái ổn định, có xu thế bồi nhẹ; đoạn thứ 3 có chiều dài khoảng 3km lại bị xói nhẹ và phần còn lại tương đối ổn định trong suốt hơn ba chục năm qua. 3.3. Nghiên cứu diễn biến hình thái bằng phương pháp mô hình toán 3.3.1. Lựa chọn mô hình Hiện nay có nhiều phần mềm nghiên cứu biến đổi đường bờ như MIKE 21, LIPACK (Đan Mạch), GENESIS (Mỹ), DELFT3D (Hà Lan), Mỗi phần mềm có thế mạnh riêng, cũng như các hạn chế của nó. Do tính chất phức tạp của hệ thống nghiên cứu và để phát huy thế mạnh của mỗi phần mềm, trong luận án 3.2.3. Khu vực ven biển cửa Đại tác giả sử dụng bộ mô hình MIKE với module MIKE21-FM để mô phỏng diễn 11 12
8. biến đáy sông và đáy biển trước cửa sông; module LITLINES mô phỏng diễn biến đường bờ trên mặt bằng và module LITPROF mô phỏng diễn biến địa hình đáy biển dọc theo đường bờ 2 phía cửa sông Thu Bồn. Kết quả mô phỏng được kiểm nghiệm với tài liệu lịch sử và phương pháp viễn thám - GIS. 3.3.2. Mô phỏng diễn biến đáy sông, đáy biển trước cửa sông bằng MIKE21 Để mô phỏng chi tiết đáy sông, biển trước cửa sông cũng như tiết kiệm thời gian tính toán, luận án đã sử dụng kỹ thuật lưới lồng. Do tài liệu cần thiết để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình rất hạn chế, nên luận án phải sử dụng đồng thời số liệu khảo sát thực tế tại khu vực nghiên cứu. Các tài liệu khác được lấy Hình 3- 29 Biến đổi địa hình đáy MC4 Hình 3- 30 Biến đổi địa hình đáy MC3 từ số liệu toàn cầu. Kết quả mô phỏng từ lưới lớn sẽ được sử dụng làm số liệu đầu vào của lưới nhỏ để mô phỏng chi tiết hơn địa hình khu vực nghiên cứu. Mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định mực nước, trường lưu tốc, trường sóng và địa hình đáy khu vực phía trong và ngoài cửa sông. Với kết quả hiệu chỉnh và kiểm định, đã chọn được các bộ thông số mô hình để tính toán. 3.3.3. Kết quả mô phỏng theo các kịch bản Các kịch bản mô phỏng như sau: a) Mô phỏng trận lũ tháng 10/1999 không xét đến điều tiết hồ chứa (Kịch bản A) - Mô phỏng lũ tháng 10/1999 và không xét ảnh hưởng của nước biển dâng (A1) Hình 3- 41 Biến đổi địa hình đáy MC5 - Mô phỏng lũ 10/1999 và có xét tới ảnh hưởng của nước biển dâng 50cm (A2) Từ các hình vẽ 3-37 và 3- 38 cũng có thể thấy rằng khi mực nước biển b) Mô phỏng trận lũ tháng 10/1999 có xét đến điều tiết hồ chứa (Kich bản B) dâng lên thêm 50cm thì ở những đoạn sông có độ rộng khá lớn, lớp bùn cát bồi - Lũ 1999 điều tiết và không xét ảnh hưởng của hiện tượng nước biển dâng (B1) lắng dày hơn khi mực nước ngoài biển cao hơn, hay có thể lý giải khi đó độ dốc - Lũ 1999 điều tiết và có xét tới ảnh hưởng của nước biển dâng 50cm (B2) mặt nước nhỏ hơn vì lưu lượng tại biên trên không thay đổi. Hiện tượng này không rõ ràng ở đoạn sông sát cửa với mức co hẹp đáng kể, khi đó có thể lưu c) Mô hình dòng chảy mùa cạn (7/1999) (Kịch bản C) tốc có giảm đi, nhưng vẫn còn lớn hơn nhiều lưu tốc không lắng nên xói không - Dòng chảy từ 1 đến 18/7/1999, không xét ảnh hưởng của nước biển dâng (C1) khác nhau nhiều trong các kịch bản. - Dòng chảy từ 1 đến 18/7/1999, có xét ảnh hưởng nước biển dâng 50cm (C2) Đối với các mặt cắt 4 và 5 trên các hình vẽ 3-39 và 3-41 đều cho kết quả là Kết quả mô phỏng nhóm kịch bản A đáy biển phía ngoài cửa sông được bồi sau mỗi trận lũ, nhưng mức độ bồi của mỗi mặt cắt khác nhau. Sự khác nhau này phụ thuộc vào hướng và độ lớn của sóng cũng như mực nước biển, do vậy mức độ bồi đáy biển phía ngoài cửa không đều nhau. Kết quả mô phỏng nhóm kịch bản B Các kết quả trung gian đã mô phỏng bao gồm quá trình lũ có xét tới điều tiết, cắt lũ của các hồ chứa thượng lưu tại cầu Câu Lâu, mực nước tại các biên phía biển, trường sóng và trường lưu tốc được mô phỏng từ các mô hình triều, sóng và dòng chảy. Dưới đây xin trích một số kết quả đánh giá sự biến đổi địa hình đáy tại 5 mặt cắt điển hình từ hình 3-42 đến 3-46. Hình 3- 37 Biến đổi địa hình đáy MC1 Hình 3- 38 Biến đổi địa hình đáy MC2 13 14
9. Thời gian mô phỏng từ 1 đến 18/7/1999 là thời kỳ dòng chảy trong sông rất nhỏ, các số liệu mô phỏng trên MIKE11 tại Câu Lâu trong thời kỳ này đều có trị số lưu lượng dưới 50m3/s dẫn tới vận tốc dòng chảy tại khu vực cửa khá nhỏ phổ biến 0,20 (m/s), lớn nhất 0,4(m/s). Hình 3- 42 Biến đổi địa hình đáy MC1 Hình 3- 43 Biến đổi địa hình đáy MC2 Hình 3- 48 Địa hình đáy – Kịch bản C1 Hình 3- 44 Biến đổi địa hình đáy MC4 Hình 3- 45 Biến đổi địa hình đáy MC3 Hình 3- 49 Địa hình đáy – Kịch bản C2 Sự biến đổi địa hình đáy không nhiều, lớn nhất khoảng 12 cm, phổ biến khoảng 2 cm. Phía ngoài biển các doi cát ngầm bị phá vỡ khi mực nước biển Hình 3- 46 Biến đổi địa hình đáy MC5 dâng lên và lý do có thể do sóng và dòng chảy ven bờ tác động gây nên. Khu Về cơ bản diễn biến đáy sông, đáy biển tại 5 mặt cắt chọn giống với vực ngay phía trong cửa sông hiện tượng bồi lớn hơn, các doi cát nổi lên khỏi nhóm kịch bản A, nhưng lớp bồi ở mặt cắt 1,3,4 và 5 và lớp xói ở mặt cắt 2 đều mặt nước và mở rộng ra khi mực nước biển tăng lên. nhỏ hơn trường hợp các kịch bản tương ứng của nhóm kịch bản A. Đáy biển 3.3.4. Mô phỏng sự thay đổi đường bờ biển bằng LITPACK phía ngoài cửa sông cũng được bồi do bùn cát mang từ trong sông ra và qui luật Trước khi mô phỏng, luận án tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định. Việc bồi phù hợp với điều kiện thủy động lực ngoài biển, vì khi mực nước biển dâng hiệu chỉnh, kiểm định được thực hiện với việc so sánh ảnh viễn thám các năm lên, độ lớn của sóng cũng tăng lên, mặc dù hướng sóng không thay đổi dẫn tới 2000, 2002, 2004, 2006, 2008 với kết quả mô phỏng. Kết quả cho thấy, các lớp bùn cát lắng động tạo thành các bar ngầm phía ngoài cũng mỏng hơn. đoạn đường bờ được mô phỏng khá phù hợp với nhau. Bảng 3-3 là khoảng lệch Kết quả mô phỏng nhóm kịch bản C lớn nhất giữa đường bờ mô phỏng với tài liệu ảnh viễn thám. 15 16
10. Bảng 3-3: Sai lệch lớn nhất giữa đường bờ tính toán và hiệu chỉnh TT Năm hiệu chỉnh Chênh lệch ∆L lớn nhất (m) 1 Năm 2000 17 2 Năm 2002 15 3 Năm 2004 12 4 Năm 2006 12 5 Năm 2008 6 a) Mô phỏng diễn biến đường bờ bằng modul LITLINES Hình 3- 53: Đường bờ biển sau 10 năm a-1. Tập kịch bản Đường màu đỏ: Đường bờ hiện tại - Đường bờ sau 10 năm với các điều kiện thủy động lực và bùn cát hiện tại (D1) Đường màu hồng: Đường bờ sau 10 năm theo kịch bản D1 - Đường bờ biển sau 10 năm với các điều kiện thủy động lực hiện tại, nguồn bùn cát Đường màu xanh: Đường bờ sau 10 năm theo kịch bản D2. cung cấp cho cửa sông chỉ còn 70% do bị giữ lại trên hồ chứa (D2) - Đoạn bờ từ km26 đến km29 được bồi đáng kể; khu vực cửa sông (từ km - Đường bờ sau 20 năm với các điều kiện thủy động lực và bùn cát hiện tại (D3) 27+200 đến km28+300) được bồi từ 300 đến 500m trong 10 năm. Vai trò - Đường bờ biển sau 20 năm với các điều kiện thủy động lực hiện tại, nguồn bùn cát nguồn bùn cát từ trong sông ra có ý nghĩa quyết định tới quá trình mở rộng ra cung cấp cho cửa sông chỉ còn 70% do bị giữ lại trên hồ chứa (D4) phía biển của cửa sông. Nếu lấy điểm giữa lòng sông làm trục thì hiện tượng bồi dường như có xu thế bồi lệch về phía Nam. - Đường bờ biển sau 10 năm với các điều kiện thủy động lực và bùn cát hiện tại, bố trí 2 đập hướng dòng tại cửa sông dài 700m để ổn định cửa sông (D5) - Đoạn bờ từ km29+200 đến km30+600 lại là đoạn bờ bị xói nhẹ với tốc độ - Đường bờ biển sau 10 năm với các điều kiện thủy động lực như hiện tại, nguồn khoảng 5 m/năm. bùn cát cung cấp cho cửa sông chỉ còn 70%, bố trí 2 đập hướng dòng tại cửa sông - Đoạn bờ phía Nam từ km31 đến km58: Hiện tượng bồi, xói nhẹ xen kẽ dài 700m để ổn định cửa (D6) nhau chiếm ưu thế và có thể khẳng định rằng hiện tượng diễn biến đường bờ ở - Đường bờ biển sau 20 năm với các điều kiện thủy động lực và bùn cát như hiện khu vực này có nguyên nhân chủ yếu do vận chuyển bùn cát dọc bờ dưới tác tại, bố trí 2 đập hướng dòng tại cửa sông dài 700m để ổn định cửa (D7) động của sóng và hướng của đường bờ. - Đường bờ biển sau 20 năm với các điều kiện thủy động lực như hiện tại, nguồn +) Với cặp kịch bản D3 và D4: bùn cát cung cấp cho cửa sông chỉ còn 70%, bố trí 2 đập hướng dòng tại cửa Diễn biến đường bờ trong 10 năm tiếp theo hay 20 năm kể từ thời điểm hiện sông dài 700m để ổn định cửa (D8) tại được thể hiện trong hình 3-54. a-2. Kết quả mô phỏng diễn biến đường bờ bằng modul LITLINES Các kết quả mô phỏng và phân tích được tiến hành theo cặp 2 kịch bản. +) Với cặp kịch bản D1 và D2: Kết quả mô phỏng cho thấy: - Khoảng 21 km đầu tiên đường bờ ổn định động và có xu thế được bồi với tốc độ trung bình 1m đến 1.5m/năm. Không thấy có sự khác biệt nhiều khi nguồn bùn cát cấp từ sông ra khác nhau. Điều này chứng tỏ ảnh hưởng của bùn cát trong sông cho đoạn bờ xa cửa không đáng kể. - Đoạn bờ từ Km21 đến Km26 bị xói nhẹ trong cả 2 kịch bản D1 và D2 với tốc độ xói trung bình khoảng 2,5 m/năm và lớn nhất lên tới 5m/năm. Hiện tượng xói ở đây chủ yếu do hướng sóng NE tác động vào đường bờ làm lượng bùn cát chuyển động dọc bờ vào đoạn nghiên cứu nhỏ hơn lượng bùn cát ra khỏi, chứ không liên quan tới nguồn bùn cát cung cấp từ trong sông ra. Hình 3- 4: Đường bờ biển sau 20 năm 17 18
11. - Đường màu đỏ: Đường bờ hiện tại ra phía biển của cửa sông. Nếu lấy điểm giữa lòng sông làm trục thì hiện tượng - Đường màu xanh: Đường bờ sau 20 năm theo kịch bản D3. bồi dường như có xu thế bồi lệch về phía Nam. - Đường màu hồng: Đường bờ sau 20 năm theo kịch bản D4. - Về cơ bản, hình thế của đường bờ sau 20 năm cũng không thay đổi - Ngay tiếp theo đoạn bờ bồi thì từ km29+200 đến km30+600 lại là đoạn bờ nhiều so với sau 10 năm. Các đoạn xói bồi xen kẽ cũng nằm trong các đoạn bờ bị xói nhẹ với tốc độ khoảng 5 m/năm. đã trình bày trong trường hợp 10 năm. - Đoạn bờ phía Nam từ km31 đến km58 hiện tượng bồi xói nhẹ xen kẽ - Tại khu vực cửa sông, sau 20 năm không thấy có hiện tượng tiếp tục chiếm ưu thế và có thể khẳng định rằng hiện tượng diễn biến đường bờ ở khu bồi ra, có lẽ đây là giới hạn xa nhất ra phía biển vì độ sâu nước ở vùng này so vực này có nguyên nhân chủ yếu do vận chuyển bùn cát dọc bờ dưới tác động với mực nước biển trung bình cũng lớn hơn 8m, trong khi các đoạn bờ tiếp giáp của sóng và hướng của đường bờ. phía Bắc được bồi nhẹ thì đoạn bờ phía Nam cửa sông lại bị xói trên độ dài +) Với cặp kịch bản D7 và D8 khoảng 1km. - Diễn biến đường bờ trong 10 năm tiếp theo hay 20 năm kể từ thời điểm +) Với cặp kịch bản D5 và D6 hiện tại được thể hiện trong hình 3-56. Kết quả mô phỏng đường bờ khi áp dụng 2 đập hướng dòng ở cửa sông chắn cát, ổn định cửa phục vụ thoát lũ và giao thông thủy được thể hiện trong các hình vẽ 3-55. Hình 3- 6 Đường bờ biển sau 20 năm, có 2 đập hướng dòng tại cửa - Đường màu đen: Đường bờ hiện tại - Đường màu xanh: Đường bờ sau 20 năm theo kịch bản D7. - Đường màu đỏ: Đường bờ sau 20 năm theo kịch bản D8. - Về cơ bản, hình thế của đường bờ sau 20 năm cũng không thay đổi nhiều Hình 3- 5 Đường bờ biển sau 10 năm, có 2 đập hướng dòng tại cửa so với sau 10 năm. Các đoạn xói bồi xen kẽ cũng nằm trong các đoạn bờ đã - Đường màu đen: Đường bờ hiện tại trình bày trong trường hợp 10 năm. - Đường màu xanh: Đường bờ sau 10 năm theo kịch bản D5 - Tại khu vực cửa sông, sau 20 năm không thấy có hiện tượng tiếp tục bồi ra, - Đường màu đỏ: Đường bờ sau 10 năm theo kịch bản D6. có lẽ đây là giới hạn bồi xa nhất ra phía biển vì độ sâu nước ở vùng này lớn hơn - Về cơ bản, diễn biến đường bờ giống như trường hợp chưa áp dụng đập 8m so với mực nước biển trung bình, trong khi các đoạn bờ tiếp giáp phía Bắc hướng dòng tại cửa sông. Khoảng 21 km đầu tiên từ điểm A trên hình 3-51, được bồi nhẹ thì đoạn bờ phía Nam cửa sông lại bị xói trên độ dài khoảng 1km. đường bờ ổn định và có xu thế được bồi với tốc độ trung bình 1 - 1.5m/năm. b) Mô phỏng diễn biến đường bờ, đáy biển bằng modul LITPROF - Đoạn bờ từ Km21 đến Km26 bị xói nhẹ trong cả 2 trường hợp với tốc độ xói trung bình khoảng 2.5 m/năm và lớn nhất lên tới 5m/năm. Hiện tượng xói ở b-1. Tập kịch bản mô phỏng đây chủ yếu do bùn cát vận chuyển dọc bờ, chứ không liên quan tới nguồn bùn Kịch bản E – Mô phỏng nhóm kịch bản đường bờ tự nhiên cát cấp từ trong sông ra. E1: Mực nước biển lấy bằng giá trị mực nước biển trung bình - Đoạn bờ từ Km26 đến Km29 được bồi đáng kể. Khu vực cửa sông từ km E2: Mực nước biển dâng cao thêm 50 cm 27+200 đến km28+300 được bồi từ 300m đến 500m trong 10 năm. Ở đoạn này, Kịch bản F - Mô phỏng nhóm kịch bản đường bờ được gia cố nguồn bùn cát cấp từ trong sông ra có ý nghĩa quyết định tới quá trình kéo dài Căn cứ vào kết quả mô phỏng bằng modul LITLINES thấy rằng một số đoạn bờ thuộc thành phố Hội An lên phía Bắc bị xói và giải pháp lựa chọn 19 20
12. chống xói cho các đoạn bờ đó là kè hộ bờ (kiểu tường đứng hoặc mái nghiêng). - Kết quả mô phỏng cho thấy tại mặt cắt 2 khi nước biển dâng cao thêm 50 Trong nghiên cứu này, luận án cũng mô phỏng theo 2 kịch bản: cm đường bờ bị xói sâu vào thêm 25m so với đường bờ ban đầu. F1: Mực nước biển lấy bằng giá trị mực nước biển trung bình - Mặt cắt 3 bị xói 20 m theo phương ngang khi nước biển dâng thêm 50cm. F2: Mực nước biển dâng cao thêm 50 cm - Vùng bị xói lở nhỏ hơn 200 m theo phương ngang tính từ đường mép nước Trong miền tính toán chọn 4 mặt cắt và chiết xuất các kết quả tính toán b-3: Kết quả mô phỏng nhóm kịch bản đường bờ được gia cố để minh họa và phân tích sự diễn biến của đáy biển thông qua 4 mặt cắt ngang Kết quả trong luận án được tổng hợp từ các mô phỏng như sau: đã chọn. Sơ đồ các mặt cắt điển hình như hình vẽ 3-57. - Khi đường bờ được kè thì hiện tượng xói ngang sâu vào trong đất liền (các b-2: Kết quả mô phỏng nhóm kịch bản đường bờ tự nhiên đụn cát) dừng lại, nhưng dưới tác động của dòng chảy tổng cộng do triều, sóng và gió đáy biển phía trước chân kè đã bị xói. - Giá trị xói trung bình < 100 cm xảy ra ngay trước chân công trình. - Vùng xói nhiều nhất trong khoảng 50m kể từ chân công trình, nhưng vùng ảnh hưởng xói mở rộng tới 120 m tính từ chân công trình. - Khi mực nước dâng càng lớn thì độ sâu xói tăng lên, vùng xói mở rộng hơn. Xin minh họa sự thay đổi địa hình đáy khi có kè tại mặt cắt 1 trong bảng 3-6 Bảng 3-6: Kết quả mô phỏng mặt cắt 1 với kịch bản nước biển dâng có kè Cao độ đáy các kịch bản Cao độ đáy các kịch bản KC KC Hiện trạng F1 F2 Hiện trạng F1 F2 Hình 3- 57 Các mặt cắt trích xuất trên miền tính mô hình Litprof 0 1.50 1.50 1.50 120 -0.93 -0.87 -0.82 Diễn biến mặt cắt 2 và 3 được thể hiện trong các hình vẽ 3-58, 3-59 10 0.00 0.00 -0.45 130 -0.98 -0.91 -0.87 20 -0.13 -0.13 -0.84 140 -1.03 -0.95 -0.92 30 -0.24 -0.53 -0.71 150 -1.07 -1.00 -0.97 40 -0.30 -0.80 -0.67 160 -1.11 -1.04 -1.02 50 -0.37 -0.73 -0.65 170 -1.15 -1.08 -1.08 60 -0.44 -0.71 -0.65 180 -1.18 -1.13 -1.13 70 -0.51 -0.72 -0.66 190 -1.21 -1.17 -1.17 80 -0.60 -0.74 -0.68 200 -1.23 -1.21 -1.21 Hình 3-58: Diễn biến cao độ đáy MC2 ứng với các kịch bản E1, E2 90 -0.69 -0.77 -0.73 210 -1.26 -1.24 -1.24 100 -0.77 -0.81 -0.76 220 -1.28 -1.27 -1.27 110 -0.86 -0.83 -0.78 230 -1.31 -1.30 -1.29 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH, GIẢM NHẸ XÓI LỞ, BỒI TỤ VÙNG CỬA SÔNG, VEN BIỂN 4.1 Nhóm các giải pháp phi công trình Xuất phát từ những đặc điểm, nguyên nhân và xu thế diễn biến xói lở, bồi tụ bờ biển, cửa sông Thu Bồn, các giải pháp phi công trình bao gồm: Hình 3-59: Diễn biến cao độ đáy MC3 ứng với các kịch bản E1, E2 - Tổ chức theo dõi diễn biến xói lở hay bồi lấp bờ biển, bờ sông, cửa sông - Xây dựng cơ sở dữ liệu kiểm soát xói lở, bồi tụ vùng nghiên cứu 21 22
13. - Thông tin cảnh báo, dự báo phải được thông báo kịp thời đến người dân và KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ phát lệnh cấp báo trường hợp khẩn cấp Kết luận - Xây dựng các phương án ứng cứu các sự cố bất thường, chuẩn bị tốt cơ sở 1. Luận án đã đánh giá thực trạng diễn biến xói lở, bồi tụ bờ sông, cửa sông vật chất kỹ thuật và nhân lực ứng cứu và dải bờ biển khu vực nghiên cứu đã chỉ ra rằng các yếu tố dòng chảy sông, - Điều chỉnh qui hoạch phát triển kinh tế xã hội trên cơ sở các kết quả dự sóng, vận chuyển bùn cát ven bờ đóng một vai trò chủ yếu đến diễn biến vùng báo diễn biến cửa sông và kết quả tính toán chi phí - lợi ích cửa sông. - Tăng cường bảo vệ và khôi phục rừng đầu nguồn: 2. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng dòng chảy lũ và điều kiện địa chất bở rời - Cần tiếp tục xem xét hệ thống các hồ chứa đã và sẽ xây dựng trên quan vùng hạ lưu là nguyên nhân chính gây ra quá trình uốn cong - cắt thẳng - uốn điểm các hồ chứa phải có qui trình vận hành. cong của đoạn sông phía trong cửa. Tuy nhiên, quá trình diễn biến ấy chỉ diễn - Xói lở, bồi tụ bờ biển, cửa sông có nguồn gốc tự nhiên, do đó chỉ nên can ra trong phạm vi đứt gãy kiến tạo của lưu vực sông thiệp bằng giải pháp công trình khi thật sự cần thiết. 3. Trên cơ sở tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS), luận án đã phân 4.2 Nhóm các giải pháp công trình tích, tính toán và xác lập được quá trình diễn biến bờ sông, bờ biển qua các giai 4.2.1 Giải pháp cho đoạn sông từ Giao Thủy tới Cửa Đại đoạn khác nhau từ năm 1973 đến 2013. Các quá trình diễn biến này phù hợp Giải pháp thân thiện với môi trường đó là sử dụng cây cỏ thích hợp để chống với các số liệu lịch sử đã có trên khu vực nghiên cứu. Các kết quả định lượng xói lở bờ sông. cho phép đề xuất các giải pháp định hướng phù hợp đối với từng đoạn sông, Giải pháp kè lát mái: Đây là giải pháp công nghệ dùng các loại vật liệu bền hay đoạn bờ biển khác nhau. vững làm lớp áo phủ phía ngoài, giữ cho đất bờ không bị xói trôi, bảo vệ trực 4. Luận án đã ứng dụng bộ mô hình MIKE21- FM để mô phỏng các quá tiếp mái lở. trình thủy động lực,quá trình vận chuyển bùn cát cho đoạn sông hạ lưu và đã Công trình chuyển hướng dòng chảy: Chỉ áp dụng ở những đoạn sông có lượng hóa được mức độ bồi xói đáy sông và đáy biển trước cửa sông. Bộ phần chiều rộng tương đối lớn hoặc bảo vệ bờ lõm của những đoạn cong. mềm LITLINES và LITPROF tỏ ra khá hữu hiệu trong việc mô phỏng và Theo tính toán thì độ rộng sông tối thiểu đảm bảo thoát lũ cho đoạn sông từ lượng hóa quá trình xói, bồi trên bình đồ, cũng như xói sâu (xói mặt cắt) theo Giao Thủy đến Câu Lâu là 750m, trong khi đoạn từ Câu Lâu tới cửa sông là các kịch bản giả định khác nhau. Thông qua mô phỏng cho phép dự báo xu thế 1000m. Đây được gọi là hành lang thoát lũ và tuyệt đối không được áp dụng diễn biến vùng cửa sông, ven biển. bất cứ giải pháp công trình gì trong hành lang này, thậm chí lòng sông tự nhiên 5. Luận án đề xuất các định hướng giải pháp phòng tránh xói lở - bồi tụ, ổn ở một số đoạn lớn hơn giới hạn này, cũng không được sử dụng vào mục đích định bờ, cửa sông, đường bờ biển trên cơ sở kết quả nghiên cứu tổng hợp về phục vụ cho dân sinh, kinh tế. nguyên nhân xói lở, bồi tụ, sử dụng phương pháp viễn thám và phương pháp Ở phần cuối gần cửa sông, có nhiều đảo nổi, trên đó là làng mạc, dân cư đã mô hình toán. tồn tại lâu đời, cần áp dụng giải pháp kè bờ để ổn định lâu dài. Kiến nghị 4.2.2 Giải pháp cho cửa sông và bờ biển kề cận 2 bên cửa sông Để phát triển các nghiên cứu diễn biến cửa sông, đề xuất các giải pháp có - Giải pháp cho cửa sông: Xây dựng 2 đập hướng dòng ở 2 phía cửa sông hiệu quả cao, nhà nước nên có các chương trình thu thập các dữ liệu cơ bản có xuôi thuận với trục động lực của sông và vuông góc với bờ biển. Thiết kế các tính đồng bộ, có độ chính xác tin cậy và xây dựng cơ sở dữ liệu dùng chung đập hướng dòng nhằm các mục tiêu: (i) Chặn được dòng bùn cát vận chuyển cho các nghiên cứu liên quan. dọc bờ mang đến tích tụ trước cửa sông; (ii) Chắn được các hướng sóng chủ yếu, đảm bảo lặng sóng cho tàu thuyền ra vào và việc vận hành cảng đặt phía Trước khi sử dụng kết quả luận án vào thực tế sản xuất cần lập báo cáo đánh trong cửa sông và (iii) thoát lũ thiết kế qua cửa sông. Thiết kế chi tiết cần căn giá tác động môi trường và tính toán hiệu quả kinh tế cho các giải pháp công cứ vào định hướng này. trình. - Giải pháp cho bờ biển: Vì khu vực phía bắc cửa sông nghiên cứu là khu du lịch, nên giải pháp tốt nhất và hiệu quả nhất là gia cố bờ bằng kè lát mái. Phía sau kè nên bố trí dải cây xanh khoảng 50m, tiếp đến là đường ven biển và phía trong đó mới qui hoạch không gian cho các hoạt động kinh tế - xã hội. Phía bờ nam chỉ cần chống xói cho khoảng < 3km ngay sau cửa sông vì phía trong là cảng. Đoạn bờ tiếp theo dường như khá ổn định, nên chỉ cần sử dụng giải pháp trồng cây chắn cát bay đã có thể ổn định được đường bờ biển. 23 24
14. CÁC BÀI BÁO ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH 1. Vũ Minh Cát, Đặng Đình Đoan (2013), Nghiên cứu chế độ thủy lực vùng cửa sông Thu Bồn và đề xuất giải pháp chống bồi lấp, tạo luồng vận tải thủy và thoát lũ, Tiểu ban KTTV và động lực học Biển. Hội nghị KH và CN biển toàn quốc lần thứ V, 2011. 2. Nguyễn Hoàng Sơn, Trần Thanh Tùng, Ngô Lê Long, Dương Quốc Huy, Đặng Đình Đoan (2013), Ứng dụng Viễn thám và GIS nghiên cứu diễn biến lòng dẫn lưu vực sông Vu gia Thu Bồn và đề xuất các giải pháp giám sát xói lở -Tạp chí Hội địa lý Việt Nam NXB Đại học Thái Nguyên. 3. Đặng Đình Đoan, vũ Minh Cát (2013), Nghiên cứu diễn biến đường bờ biển khu vực cửa sông Thu Bồn, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trường - Trường Đại học Thủy Lợi, 2013. 4. Vũ Minh Cát, Đặng Đình Đoan (2013), Mô phỏng vận chuyển bùn cát và biến đổi địa hình đáy khu vực cửa sông Thu Bồn, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường - Trường Đại học Thủy Lợi, 2013. 25