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 triển kinh tế xã hội

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP &PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ---------------*--------------- ĐẶNG ĐÌNH ĐOAN 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 TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2014 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG ĐÌNH ĐOAN 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 TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI Chuyên ngành: Chỉnh trị sông và bờ biển Mã số : 62 44 94 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. VŨ MINH CÁT; 2. TS. PHẠM QUANG SƠN; HÀ NỘI - NĂM 2014 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi là Đặng Đình Đoan, xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. TÁC GIẢ Đặng Đình Đoan iv LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS. TS. Vũ Minh Cát, ĐH Thủy Lợi; TS. Phạm Quang Sơn,Viện Địa chất, đã hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô giáo và đồng nghiệp ở trường Đại học Thủy lợi; Viện khoa học thủy lợi Việt Nam; Viện khoa học thủy lợi miền Trung và Tây Nguyên, Trường Cao đẳng Công nghệ Kinh tế và Thủy lợi miền Trung đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Tác giả cũng trân trọng cảm ơn các cơ quan: Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn tỉnh Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng; Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Trung Trung Bộ đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thu thập tài liệu, các thông tin cần thiết liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. TÁC GIẢ Đặng Đình Đoan v MỤC LỤC Trang phụ bìa trang Lời cam đoan Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ Danh mục các bảng MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1. Cơ sở khoa học của luận án ...................................................................................... 1 2. Mục tiêu của luận án ................................................................................................ 3 3. Nhiệm vụ và nội dung của luận án............................................................................ 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án .......................................................... 3 5. Cấu trúc của luận án ................................................................................................. 4 6. Những đóng góp mới của luận án ............................................................................. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN VÙNG CỬA SÔNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU .................................................................................................... 6 1.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN VÙNG CỬA SÔNG ...................................................... 6 1.1.1. Khái niệm về vùng cửa sông ........................................................................... 6 1.1.2. Phân vùng cửa sông ........................................................................................ 8 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỬA SÔNG TRÊN THẾ GIỚI ............................... 9 1.3. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BIẾN ĐỔI CỬA SÔNG Ở VIỆT NAM ...................... 13 1.4. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Ở VÙNG CỬA SÔNG THU BỒN ................. 20 1.4.1. Các dự án điều tra cơ bản .............................................................................. 20 1.4.2. Các chương trình KHCN Nhà nước và các đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ có liên quan .................................................................................................. 21 1.4.3. Các dự án khu vực cửa sông.......................................................................... 22 1.5. NHỮNG HẠN CHẾ RÚT RA VÀ HƯỚNG TIẾP CẬN CỦA LUẬN ÁN ......... 23 1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN .............................. 25 1.6.1. Phương pháp phân tích thống kê và tổng hợp ................................................ 25 1.6.2. Phương pháp phân tích viễn thám, hệ thông tin địa lý (GIS) ......................... 26 1.6.3. Phương pháp mô hình toán............................................................................ 26 vi 1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .................................................................................... 27 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, HIỆN TRẠNG, NGUYÊN NHÂN VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG CỬA SÔNG THU BỒN .............................................................................................................................. 29 2.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC NGHIÊN CỨU ............. 29 2.1.1. Vị trí địa lý.................................................................................................... 29 2.1.2. Đặc điểm địa hình ......................................................................................... 30 2.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng ...................................................................... 31 2.1.4. Mạng lưới sông Thu Bồn .............................................................................. 32 2.1.5. Đặc điểm khí hậu .......................................................................................... 32 2.1.6. Chế độ thủy văn ............................................................................................ 34 2.1.7. Các yếu tố hải văn ......................................................................................... 38 2.2. HIỆN TRẠNG DIỄN BIẾN HÌNH THÁI CỬA SÔNG THU BỒN ..................... 43 2.2.1. Diễn biến hình thái khu vực phía trong sông ................................................. 43 2.2.2. Biến đổi hình thái dải ven biển vùng cửa sông nghiên cứu ............................ 46 2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ..................................... 47 2.3.1. Nhân tố nội động lực..................................................................................... 48 2.3.2. Nhân tố thủy động lực................................................................................... 51 2.3.3. Các nguyên nhân do con người ..................................................................... 53 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .................................................................................... 57 CHƯƠNG 3. CỨU DIỄN BIẾN VÙNG CỬA SÔNG THU BỒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VIỄN THÁM, GIS VÀ MÔ HÌNH TOÁN .................................... 59 3.1. NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VIỄN THÁM, GIS .............................................................................................. 59 3.1.1. Cơ sở lý thuyết .............................................................................................. 59 3.1.2. Phương pháp thực hiện.................................................................................. 61 3.1.3. Diễn biến khu vực cửa sông Thu Bồn qua phân tích thông tin viễn thám....... 61 3.2. NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH TOÁN................................................................................................................. 78 3.2.1. Lựa chọn mô hình ......................................................................................... 78 3.2.2. Mô phỏng diễn biến đáy sông và đáy biển trước cửa sông bằng MIKE21 ..... 79 3.2.3. Xây dựng tập kịch bản và mô phỏng ............................................................. 92 vii 3.2.4. Mô phỏng sự thay đổi đường bờ biển bằng Litpack....................................... 99 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...................................................................................114 CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CÓ TÍNH ĐỊNH HƯỚNG PHÒNG TRÁNH, GIẢM NHẸ XÓI LỞ, BỒI TỤ VÙNG CỬA SÔNG THU BỒN................. 117 4.1. NHÓM GIẢI PHÁP PHI CÔNG TRÌNH ...........................................................117 4.2. NHÓM GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ..................................................................119 4.2.1. Giải pháp cho đoạn sông từ Giao Thủy tới Cửa Đại .....................................119 4.2.2. Giải pháp cho cửa sông và bờ biển kề cận 2 bên cửa sông ............................126 4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ...................................................................................135 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 137 CÁC BÀI BÁO CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH .................................................................................................. 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 142 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT EC GDP GIS KC KHCN QL MC Ủy ban Châu âu Tổng sản phẩm quốc nội Hệ thống thông tin địa lý Chương trình quốc gia về khoa học công nghệ Khoa học công nghệ Quốc lộ Mặt cắt TSKH TKKT-TC UBND ĐBSCL Tiến sĩ khoa học Thiết kế kỹ thuật thi công Ủy ban nhân dân Đồng bằng sông cửu long ix DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1- 1: Sơ đồ tiếp cận ....................................................................................... 25 Hình 1- 2: Sơ đồ nghiên cứu phân tích tổng hợp .................................................... 25 Hình 1-3: Sơ đồ nghiên cứu của phương pháp viễn thám ....................................... 26 Hình 1-4: Sơ đồ nghiên cứu của phương pháp mô hình toán ................................ 27 Hình 2-1: Khu vực nghiên cứu sông Thu Bồn....................................................... 29 Hình 2- 2: Hoa sóng chế độ ngoài khơi khu vực nghiên cứu .................................. 41 Hình 2- 3: Thống kê chiều dài xói lở (m)[66] ........................................................ 45 Hình 2- 4: Tốc độ xói lở (m/năm)[66].................................................................... 45 Hình 2- 5: Xói lở do dòng xoáy tạo thành các hố xói ở Bãi Mộ thôn An Hà - Điện Phong với độ rộng 10-20m, sâu từ 3-5m(5/2009)................................................. 46 Hình 2- 6: Hố xói Ông Phật, trước lũ 1999 với diện tích 250m2, sâu 2-3m, đến nay là 4000 m2, sâu 7 –1 0 m tại thôn An Hà (5/2009) ......................................... 46 Hình 2- 7: Xói lở trên đoạn bờ hữu dài 3km ở thôn An Hà, Thôn Thi Phương và Thôn Cẩm Phú - Điện Phong. (5/2009) ............................................................... 46 Hình 2- 8 :Xói lở do dòng chảy dồn vào sông nhánh Vĩnh Điện (Điện An) trên đoạn bờ dài hơn 1km (5/2009) ............................................................................. 46 Hình 2- 9: Sạt lở bờ biển khu vực bờ phải Cửa Đại do sóng xiên góc với đường bờ (Golden Sand Resort Hội An tháng 10/2010)......................................................... 47 Hình 2- 10: Xói ở bờ biển Duy Hải ( bờ phải Cửa Đại sau lũ 9/2009).................... 47 Hình 2-11: Các đứt gãy điển hình có vai trò hình thành các sông chính ................. 48 Hình 2- 12: Đốt rừng làm nương ở Quế Sơn; khai thác khoảng sản ở Phước Sơn và xây dựng Thủy điện Sông Bung 2[66] ................................................................... 54 Hình 2- 13: Nuôi trồng thủy sản trên sông và canh tác trên bãi bồi khu vực hạ lưu sông Thu Bồn [66]................................................................................................. 55 Hình 3- 1: Sơ đồ tóm tắt qui trình xử lý thông tin ảnh và bản đồ [40] .................... 61 Hình 3- 2: Biến động lòng dẫn sông Thu Bồn giai đoạn 1973 đến 2013 ................ 63 Hình 3- 3: Ảnh vệ tinh đoạn từ Giao Thủy đến cầu đường sắt ............................... 64 Hình 3- 4: Sơ đồ biến đổi dòng sông đoạn từ Giao Thủy đến cầu đường sắt .......... 64 Hình 3- 5: Xu thế biến đổi dòng sông đoạn từ Giao Thủy đến cầu đường sắt ......... 65 Hình 3- 6 : Sự di chuyển của dòng chủ lưu tại đoạn Giao Thủy ............................. 66 Hình 3- 7: Sự di chuyển của dòng chủ lưu tại đoạn Duy Châu (Duy xuyên) .......... 66 Hình 3- 8: Sự di chuyển của dòng chủ lưu tại đoạn Phú Đông, Điện Quang .......... 67 Hình 3- 9: Xu hướng diễn biến đường bờ tại Kỳ Long........................................... 67 Hình 3- 10: Ảnh viễn thám khu vực từ cầu đường sắt đến cầu Câu Lâu ................. 68 Hình 3- 11: Sự di chuyển của dòng chủ lưu tại đoạn thôn Nhị Dinh1..................... 69 x Hình 3- 12: Sự di chuyển của dòng chủ lưu tại đoạn thôn Nhị Dinh ...................... 69 Hình 3- 13: Diễn biến đoạn bờ gần cửa sông từ năm 1973 đến 2013...................... 70 Hình 3- 14: Diễn biến dòng chủ lưu đoạn sông gần cửa Đại năm 1973 đến 2013. .. 72 Hình 3-15: Diễn biến dòng chủ lưu đoạn sông nằm kề cửa Đại năm 1973 đến 2013. .. 72 Hình 3- 16: Diễn biến đoạn bờ cửa Đại năm 1973 đến 2013 .................................. 73 Hình 3- 17: Diễn biến đường bờ tại đoạn phía Bắc cửa Đại, năm 1973 đến 2013... 74 Hình 3- 18: Diễn biến đoạn cửa Đại năm 1999 đến 2013 qua ảnh vệ tinh. ............ 75 Hình 3-19: Diễn biến bờ biển đoạn bờ phía Nam cửa Đại từ năm 1973 đến 2013. . 76 Hình 3- 20: Số hóa địa hình lưới tính miền lớn ..................................................... 84 Hình 3- 21: Địa hình lưới tính nhỏ ......................................................................... 85 Hình 3-22: Địa hình chi tiết khu vực cửa Đại......................................................... 85 Hình 3- 23: Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Sơn Trà ................................... 86 Hình 3- 24: Tương quan mực nước thực đo và tính toán tại Sơn Trà...................... 87 Hình 3- 25: Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm cửa Đại ................................... 87 Hình 3- 26: Tương quan mực nước thực đo và mô phỏng tại cửa Đại .................... 88 Hình 3- 27: Kết quả so sánh chiều cao sóng tính toán và thực đo ........................... 88 Hình 3- 28: Kết quả hiệu chỉnh lưu tốc tại cửa Đại ................................................ 89 Hình 3- 29: Tương quan giữa lưu tốc thực đo và tính toán tại cửa Đại ................... 89 Hình 3- 30: Địa hình cửa Đại đo tháng 9/2009....................................................... 90 Hình 3- 31: Địa hình cửa Đại đo tháng 10/2009 ..................................................... 90 Hình 3- 32: Các mặt cắt chiết xuất kết quả mô phỏng ........................................... 91 Hình 3-33: Địa hình đáy thực đo và tính toán (MC1) ............................................ 91 Hình 3-34: Địa hình đáy thực đo và tính toán (MC2) ............................................. 91 Hình 3- 35: Địa hình đáy thực đo và tính toán (MC3) ............................................ 91 Hình 3- 36: Các mặt cắt tính toán biến đổi địa hình đáy......................................... 93 Hình 3- 37: Biến đổi địa hình đáy MC1 ................................................................. 94 Hình 3- 38: Biến đổi địa hình đáy MC2 ................................................................. 94 Hình 3- 39: Biến đổi địa hình đáy MC4 ................................................................. 95 Hình 3- 40: Biến đổi địa hình đáy MC3 ................................................................. 95 Hình 3- 41: Biến đổi địa hình đáy MC5 ................................................................. 95 Hình 3- 43: Biến đổi địa hình đáy MC2 ................................................................. 96 Hình 3- 44: Biến đổi địa hình đáy MC3 ................................................................. 96 Hình 3- 45: Biến đổi địa hình đáy MC4 ................................................................. 96 Hình 3- 46: Biến đổi địa hình đáy MC5 ................................................................. 96 Hình 3- 47: Vận tốc dòng chảy tổng cộng các kịch bản C1, C2 tại điểm 1 ............. 98 Hình 3- 48: Địa hình đáy – Kịch bản C1 ............................................................... 98 xi Hình 3- 49: Địa hình đáy – Kịch bản C2 ............................................................... 98 Hình 3- 50: Mô hình hóa đường bờ khu vực nghiên cứu ..................................... 100 Hình 3- 51: Mô hình hóa mặt cắt ngang đại diện khu vực nghiên cứu .................. 100 Hình 3- 52: Hiệu chỉnh & kiểm định mô hình litline ........................................... 102 Hình 3- 53: Đường bờ biển sau 10 năm ............................................................... 103 Hình 3- 54: Đường bờ biển sau 20 năm .............................................................. 104 Hình 3- 55: Đường bờ biển sau 10 năm, có thêm 2 đập hướng dòng tại cửa........ 105 Hình 3- 56: Đường bờ biển sau 20 năm .............................................................. 106 Hình 3- 57: Các mặt cắt điển hình chiết xuất trên miền tính toán Litprof ............. 108 Hình 3-58: Diễn biến cao độ đáy MC2 ứng với các kịch bản E1, E2.................... 111 Hình 3-59: Diễn biến cao độ đáy MC3 ứng với các kịch bản E1, E2.................... 111 Hình 3- 60: Diễn biến MC1 theo kịch bản có kè .................................................. 113 Hình 3- 61: Diễn biến MC2 theo kịch bản có kè ................................................. 113 Hình 3- 62: Diễn biến MC3 theo kịch bản có kè ................................................. 114 Hình 3- 63: Diễn biến MC4 theo kịch bản có kè .................................................. 114 Hình 4- 1: Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và bằng thực vật[66] ................... 122 Hình 4- 2a: Bố trí cây ở nơi không ngập nước thường xuyên[66] ........................ 122 Hình 4-2b: Bố trí cây [66] ................................................................................... 122 Hình 4- 3: Sơ đồ kết cấu kè lát mái [66] ............................................................. 123 Hình 4- 4a: Mỏ hàn nghiêng với dòng chảy [66].................................................. 125 Hình 4- 4b: Mỏ hàn vuông góc dòng chảy [66].................................................... 125 Hình 4- 5: Phân đoạn diễn biến đường bờ biển[5]............................................... 129 Hình 4-6: Mặt cắt điển hình kiểu kè mái nghiêng ................................................ 134 Hình 4-7: Giải pháp tổng thể bảo vệ bờ khu vực nghiên cứu................................ 135 xii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2- 1: Dòng chảy sông Các đặc trưng Thu Bồn .............................................. 34 Bảng 2- 2: Lưu lượng dòng chảy năm ứng với các tần suất.................................... 35 Bảng 2- 3: Lưu lượng lũ thiết kế ứng với các tần suất qui định như sau ................. 35 Bảng 2- 4: Giá trị Vmax đặc trưng trạm Cửa Đại ................................................... 36 Bảng 2- 5: Lưu lượng tại mặt cắt Cửa Đại ............................................................. 36 Bảng 2- 6: Các đặc trung dòng chảy bùn cát tại Nông Sơn .................................... 37 Bảng 2- 7: Thống kê các đặc trưng mực nước và độ lớn triều tại Hội An (cm)....... 38 Bảng 2- 8: Tham số sóng do các cơn bão ngoài khơi vùng bờ Hội An gây ra [5] ... 39 Bảng 2- 9: Bảng thống kê sóng chế độ ngoài khơi khu vực nghiên cứu ................. 40 Bảng 2- 10:Hằng số điều hòa dòng triều vùng trong sông, tháng IX/2009.............. 41 Bảng 2- 11: Hằng số điều hòa dòng triều vùng ven bờ phía Bắc, tháng IX/2009 . .. 42 Bảng 2- 12 :Hằng số điều hòa dòng triều vùng ven bờ phía Nam, tháng IX/2009. . 42 Bảng 2-13: Kết quả quan trắc dòng chảy ven bờ biển Cửa Đại (3/10/2010) .......... 42 Bảng 2- 14: Vị trí xói lở trên khu vực cửa sông Thu Bồn [66] .............................. 44 Bảng 2- 15: Tổng hợp các nguyên nhân gây xói lở tại các vị trí trong sông ........... 56 Bảng 3- 1: Dòng vệ tinh Landsat (NASA) được đưa vào quan sát Trái Đất ........... 60 Bảng 3- 2: Tọa độ các mặt cắt chiết xuất để so sánh kết quả .................................. 90 Bảng 3- 3: Tọa độ các mặt cắt tính toán ................................................................. 93 Bảng 3- 4: Diễn biến đường bờ mô phỏng theo modul Litlines ............................ 107 Bảng 3- 5: Diễn biến đường bờ tự nhiên (không kè bảo vệ bờ) ............................ 109 Bảng 4- 1: Các giải pháp áp dụng cho các vị trí xói lở trên sông ......................... 125 Bảng 4- 2: Cân bằng bùn cát trung bình năm (m3/năm) bờ biển cửa sông Thu Bồn .. 130 1 MỞ ĐẦU 1. Cơ sở khoa học của luận án Việt Nam là một quốc gia biển với trên 3.260km đường bờ và khoảng 1.000.000km2 diện tích mặt nước biển với nguồn tài nguyên phong phú và vị trí địa chính trị thuận lợi. Nghị quyết về chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020 của Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa X năm 2007 đã chỉ rõ: “Phấn đấu đến năm 2020, Việt Nam sẽ trở thành quốc gia mạnh lên từ biển, giàu lên từ biển; đảm bảo vững chắc chủ quyền biên giới quốc gia trên biển, đóng góp khoảng 53% - 55% GDP và 55% - 60% kim ngạch xuất khẩu của cả nước”. Quảng Nam là tỉnh có tài nguyên biển phong phú và đa dạng, có tiềm năng lớn để phát triển kinh tế biển. Với chiều dài bờ biển trên 125km và ở bất cứ đâu cũng có thể trở thành bãi tắm lý tưởng bởi bờ biển thoải, cát trắng, nước trong, nhiệt độ nước biển từ 20 - 290C và ánh nắng chan hòa là những địa danh hấp dẫn, thuận lợi cho du lịch và nghỉ dưỡng. Với thềm lục địa rộng lớn, điều kiện khí hậu thuận lợi tạo điều kiện thích hợp cho sự phát triển của các loài cá, tôm và các sinh vật biển và là điều kiện thuận lợi cho nuôi trồng và khai thác thủy hải sản. Đặc biệt, cụm đảo Cù Lao Chàm với các hệ sinh thái biển nhiệt đới như rạn san hô, thảm cỏ biển, sinh vật đáy,...có tính đa dạng sinh học cao và đã được công nhận là khu bảo tồn biển quốc gia sẽ là tiềm năng lớn cho phát triển kinh tế biển của địa phương. Quảng Nam có hệ thống sông ngòi gồm 2 sông lớn là Thu Bồn và Trường Giang với 2 cửa sông lớn là Cửa Đại (Hội An) và cửa An Hòa (Núi Thành) hàng năm mang ra biển một lượng phù sa bồi đắp cho vùng đồng bằng hẹp ven biển. Bên cạnh đó là các thủy vực nước lợ, nước ngọt rộng lớn với trên 27.680ha, trong đó diện tích mặt nước lợ trên 5.000ha, nước ngọt trên 6.000ha và hàng chục nghìn ha mặt nước biển ven bờ, rất thuận lợi cho phát triển nuôi trồng thủy sản. Bên cạnh những thế mạnh tiềm năng thì biển cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro như bão, lũ, sạt lở và bồi tụ và đặc biệt với những biến đổi dị thường của thời tiết gây ra sự tương phản ngày càng khốc liệt giữa mùa mưa và mùa khô. Các hoạt động kinh tế xã hội thiếu quản lý, qui hoạch làm rừng bị chặt phá nghiêm trọng dẫn tới độ che phủ chỉ còn trên 10%, bề mặt lưu vực bị cày xới do các mục đích mưu sinh, phát triển hệ thống cơ sở hạ tầng làm thay đổi chế độ dòng chảy v.v... Kết quả là dòng sông bị cạn kiệt về mùa khô có thể đi lại ngay ở những đoạn khu vực đồng bằng, trong khi lũ lụt có xu hướng tăng lên cả về tần số và độ lớn làm chết người, nhiều 2 nhà cửa bị lũ cuốn trôi, nhiều cầu cống, đường xá bị hư hỏng, thiệt hại lên tới hàng chục nghìn tỷ đồng. Vấn đề xói lở và bồi lấp lòng dẫn, vùng cửa sông các sông miền Trung nói chung và sông Thu Bồn nói riêng hết sức nghiêm trọng. Về mặt tự nhiên, cửa sông nối trực tiếp với biển là nơi chịu tác động tổng hợp của các yếu tố động lực sông cũng như các yếu tố động lực biển. Dòng chảy vùng cửa sông thay đổi theo mùa. Bùn cát vùng cửa sông hình thành do dòng nước mang ra từ lưu vực, dòng triều, dòng do gió mang từ biển vào v.v .. Mặt khác, vùng cửa sông đang diễn ra rất nhiều hoạt động kinh tế xã hội như sản xuất nông nghiệp, đánh bắt và nuôi trồng thủy sản, vận tải thủy, xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng cho dân sinh, du lịch, dịch vụ v.v…Tổ hợp các điều kiện tự nhiên và các hoạt động kinh tế xã hội của con người là nguyên nhân gây ra các diễn biến phức tạp tại vùng cửa sông. Về mặt tài nguyên nước, cửa sông Thu Bồn là nơi tải phần lớn lượng nước của lưu vực, nhưng về mặt kinh tế xã hội thì nó là điểm trung chuyển của con đường giao thông thủy nối liền vùng đồng bằng ven biển với vùng núi ở thượng nguồn của lưu vực. Khu vực ngay phía trong cửa sông khá rộng thuận lợi cho việc xây dựng cảng giao thương giữa Quảng Nam với các tỉnh khác và quốc tế và phục vụ hàng trăm tàu thuyền lớn nhỏ đánh bắt hải sản, một trong những hoạt động kinh tế chính của tỉnh. Thành phố Hội An nằm ngay cửa sông nên phát triển du lịch đường thủy từ đây tới các đảo Cù Lao Chàm, thành phố Đà Nẵng và các cảng của các tỉnh lân cận cũng là một thế mạnh của Quảng Nam. Nói tóm lại lợi ích mang lại của vùng cửa sông Thu Bồn đối với phát triển kinh tế và xã hội của Quảng nam là rất lớn. Tuy nhiên trong những năm qua, vùng cửa sông và dải ven biển lân cận cửa sông có nhiều diễn biến phức tạp. Đó là hiện tượng xói cửa sông, dải ven biển kề cận và khu vực 2 bờ sông phía trong; hiện tượng di động của các đảo phía trong cửa sông và hiện tượng dịch chuyển, bồi lấp cửa cản trở tàu thuyền ra vào, đặc biệt trong thời kỳ triều thấp. Trong qui hoạch phát triển kinh tế xã hội của Quảng nam, một cảng tổng hợp phía trong cửa sông đã và đang được hình thành và nó trở thành điểm nối tới các khu công nghiệp, khu chế xuất, khu dân cư của Quảng nam cũng như các tỉnh khác để trao đổi hàng hóa từ nội địa ra ngoài bằng đường thủy. Do vậy việc đánh giá thực trạng bồi xói khu vực cửa sông, tìm ra nguyên nhân, qui luật diễn biến, các nhân tố và mức độ ảnh hưởng của chúng và đề xuất các giải pháp nhằm ổn định vùng cửa sông, kiểm soát và giảm thiểu ảnh hưởng xấu của tự nhiên và các hoạt động kinh tế xã hội của con người là nhiệm vụ vô cùng cấp bách. 3 Xuất phát từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “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 triển kinh tế xã hội” để nghiên cứu. 2. Mục tiêu của luận án - Nghiên cứu tương tác của các yếu tố thủy thạch động lực, làm sáng tỏ các nguyên nhân và lượng hóa mức độ ảnh hưởng gây diễn biến hình thái khu vực cửa sông Thu Bồn. - Đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu các tác động bất lợi đến quá trình diễn biến hình thái khu vực cửa sông phục vụ phát triển kinh tế xã hội của khu vực. 3. Nhiệm vụ và nội dung của luận án Luận án sẽ thực hiện các các nhiệm vụ và nội dung sau đây: - Thu thập, khảo sát bổ sung, chỉnh lý các tư liệu, số liệu phục vụ các nội dung nghiên cứu. - Phân tích, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới diễn biến hình thái vùng cửa sông Thu Bồn. - Ứng dụng các phương pháp viễn thám, GIS và mô hình toán để xác định các quy luật diễn biến và phát triển vùng cửa sông Thu Bồn. - Đề xuất các giải pháp khoa học công nghệ có tính định hướng nhằm ổn định vùng cửa sông Thu Bồn phục vụ phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trường. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tượng nghiên cứu của luận án là các quá trình diễn biến vùng cửa sông bao gồm các quá trình thủy động lực, vận chuyển bùn cát, quá trình xói lở, bồi tụ bờ sông, bờ biển, cửa sông, biến động địa hình đáy vùng ngay phía trong cửa sông và đáy biển ven bờ trước cửa sông. Phạm vi không gian nghiên cứu của luận án được giới hạn như sau: - Phía trong sông: Từ Giao Thủy là điểm hợp lưu giữa sông Thu Bồn và sông Quảng Huế đến cửa sông. - Phía ngoài biển: Nằm trong giới hạn độ sâu đến 10m nước gồm cửa sông và đáy biển ven bờ. Dọc theo bờ biển, vùng nghiên cứu được mở rộng 20km tính từ tim lòng dẫn cửa sông về phía Nam và phía Bắc cửa sông. Mặc dù giới hạn phạm vi nghiên cứu như vậy, nhưng khi phân tích đánh giá các yếu tố động lực chính ảnh hưởng tới cửa sông không thể không đề cập đến khu 4 vực lân cận. Đó là các quá trình lòng dẫn đoạn cửa sông, hiện tượng xói lở - bồi tụ bờ sông, bờ biển, diễn biến quá trình vận động của sóng biển từ ngoài khơi vào vùng bờ, trường dòng chảy và các yếu tố đặc trưng sông - biển khác. 5. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án được cấu trúc thành 4 chương như sau: Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu diễn biến cửa sông vùng ảnh hưởng triều: Trong chương này đề cập đến những khái niệm cơ bản, tình hình nghiên cứu cửa sông trên thế giới, ở Việt Nam và vùng cửa sông Thu Bồn. Chương 2: Đặc điểm tự nhiên, hiện trạng, nguyên nhân và các nhân tố ảnh hưởng đến diễn biến hình thái vùng cửa sông Thu Bồn: Dựa vào các tài liệu lịch sử về sóng, gió, dòng chảy sông, biển; tài liệu địa hình, bùn cát tiến hành phân tích và đánh giá mối tương quan giữa sự thay đổi hình thái với các yếu tố thủy động lực, bùn cát cũng như ảnh hưởng của các hoạt động kinh tế xã hội tới quá trình uốn khúc, xói lở, bồi tụ, hình thành các đảo, các đảo di động, quá trình di chuyển, bồi lấp cửa sông v.v... Chương 3: Nghiên cứu diễn biến vùng cửa sông Thu Bồn bằng phương pháp viễn thám, GIS và mô hình toán Dựa vào các ảnh máy bay, ảnh vệ tinh, bản đồ địa hình từ những năm bẩy mươi của thập kỷ 20 đến nay, tiến hành nắn chỉnh lưới tọa độ, nắn chỉnh hình học, chiết xuất các thông tin lập bản đồ chuyên đề, tính toán và đánh giá diễn biến hình thái khu vực nghiên cứu theo không, thời gian. Ứng dụng mô hình toán để mô phỏng và lượng hóa sự biến đổi hình thái vùng cửa sông Thu Bồn ở những thời đoạn xác định. Đồng thời, nó được sử dụng như là công cụ để dự báo xu thế phát triển cửa sông theo các kịch bản đề xuất. Chương 4: Đề xuất giải pháp có định hướng phòng tránh, giảm nhẹ xói lở, bồi tụ vùng cửa sông, ven biển: Từ các kết quả nghiên cứu có được trong các chương 2 và 3; Căn cứ vào định hướng phát triển kinh tế xã hội của địa phương, từ đó đề xuất các giải pháp (nhóm giải pháp) cho việc ổn định cửa sông Thu Bồn phù hợp với phát triển kinh tế, bảo vệ môi trường. 5 6. Những đóng góp mới của luận án 1) Luận án đã phân tích, đánh giá được các yếu tố tác động, làm sáng tỏ nguyên nhân cơ chế gây diễn biến hình thái vùng cửa sông Thu Bồn. 2) Luận án xác lập được xu thế diễn biến đường bờ biển, cửa sông một cách định lượng và chi tiết cho từng tiểu vùng theo cả chiều dọc bờ và ngang bờ phục vụ xây dựng định hướng quy hoạch chỉnh trị. 3) Bước đầu đề xuất được “hành lang thoát lũ” cho vùng phía trong cửa sông làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp có tính định hướng phòng chống xói lở, bồi tụ, ổn định bờ sông và cửa sông, tăng khả năng thoát lũ và thông luồng ra vào cảng phía trong sông. 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN VÙNG CỬA SÔNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU 1.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN VÙNG CỬA SÔNG 1.1.1. Khái niệm về vùng cửa sông Theo các tác giả Nguyễn Văn Cư, Hoa Mạnh Hùng, Nguyễn Bá Quỳ..[11], [29], [36].. thì thuật ngữ “cửa sông” được hiểu theo hai nghĩa: Cửa sông là nơi sông đổ ra biển, ra hồ (hay kho nước) và cửa sông là đoạn cuối cùng của một con sông thông ra biển. Như vậy, cửa sông là vùng giao nhau giữa sông và biển, nó là một “tập mờ” giữa trắng sông và đen biển, hoặc là một kiểu đèn vàng nằm giữa đèn đỏ và đèn xanh. Cửa sông là nơi tranh chấp giữa nước mặn của biển và nước ngọt của sông trong lục địa, đó là sự thay đổi từ chế độ thủy văn sông sang chế độ thủy văn biển, chế độ nước ở cửa sông biến động kéo theo các đặc tính lý hóa, sinh học môi trường nước, dòng thủy thạch cũng biến động theo. Do vậy, giới hạn cửa sông thường được xác định bởi các dấu hiệu đặc điểm như sau: Giới hạn phía trong cửa sông: Là nơi hầu như không còn dao động của thủy triều ∆H = 0, nghĩa là điểm kết thúc ảnh hưởng của biển vào trong sông. Giới hạn phía ngoài cửa sông: Ở ranh giới ngoài cửa sông là nơi dòng chảy lũ lịch sử của con sông đạt tới. Những đặc điểm cơ bản của cửa sông bao gồm: - Chế độ thủy văn vùng cửa sông được hình thành dưới tác động tổng hợp của các quá trình sông - biển, hay nói cách khác sự phát triển của cửa sông phụ thuộc vào chế độ thủy văn lưu vực sông (dòng chảy và dòng bùn cát từ thượng nguồn mang ra cửa sông) và chế độ hải văn biển (sóng gió ven bờ, dòng chảy, dao động mực nước…). - Ảnh hưởng của sông được thể hiện qua chế độ dòng nước và bùn cát. Dòng nước sông mang theo bùn cát từ thượng nguồn xuống vùng đồng bằng và cửa sông. Quá trình bồi tụ hay xói lở thay đổi theo mùa trong năm. Mùa lũ do lưu tốc dòng chảy lớn, nên mặc dù hàm lượng bùn cát do dòng nước mang theo lớn, nhưng hiện tượng xói lòng dẫn xảy ra ở phần cửa sông phía trên và bùn cát được lắng đọng ở vùng biển phía trước cửa sông. 7 - Ảnh hưởng của biển được thể hiện qua sự dao động của mực nước (thủy triều và nước dâng do gió, bão) gây dồn ứ nước sông, tạo thành dòng chảy ngược vào sông trong mùa kiệt và kéo theo quá trình truyền mặn vào sâu trong sông. Đặc trưng của vùng cửa sông còn là sự biến động rất lớn về độ mặn. Mùa kiệt lũ xâm nhập vào sông sâu hơn; khi triều lên độ mặn cũng cao hơn khi triều rút hay nói cách khác sự biến động của độ mặn phụ thuộc vào mùa trong năm, pha triều và hình dạng cửa sông, lòng sông. Vùng cửa sông là nơi tranh chấp mãnh liệt giữa đất liền và biển, thường xuyên xảy ra hai quá trình trái ngược nhau: Bồi tụ và xói lở. Khối lượng bùn cát từ các hệ thống sông được đem ra biển rất lớn. Dòng bùn cát này được các dòng chảy do sóng, dòng triều phân bố lại ở cửa sông và dọc ven bờ tạo nên các cồn cát ngầm, các bãi triều ở các cửa sông, cũng như việc mở rộng của đồng bằng châu thổ ra biển. Để nghiên cứu diễn biến vùng cửa sông, trước hết ta phân chia ra các khu vực đặc trưng và ranh giới của chúng. Hiện nay, việc phân định ranh giới vùng cửa sông còn nhiều ý kiến khác nhau, song đều thống nhất dựa trên 3 dấu hiệu cơ bản là: (i) điều kiện thủy văn, (ii) điều kiện thủy hóa và (iii) hình thái cửa sông. Theo đánh giá của các nhà chuyên môn nghiên cứu về hóa học và sinh học thì vùng cửa sông có giới hạn trong sông ở nơi nước lợ có độ mặn từ 0,5‰ đến giới hạn ngoài khơi là nơi nước lợ biến đổi hoàn toàn thành nước biển có độ mặn từ 30÷32‰. Như vậy, vùng cửa sông bao gồm phần cuối của dòng sông và một phần biển nông ven bờ. Các chuyên gia thủy văn cho rằng ranh giới phía trong sông của vùng cửa sông là nơi lòng dẫn chính bắt đầu phân nhánh, hoặc là nơi không có ảnh hưởng của thủy triều và nước dâng trong mùa kiệt và ranh giới ngoài phía biển là nơi có chế độ thủy hóa biến tính mạnh nhất trong mùa lũ (thường lấy gradient độ mặn vùng nước pha trộn làm chỉ tiêu đặc trưng) [14], [73]. Dựa vào quan điểm phân vùng cửa sông của các tác giả trong và ngoài nước thì giới hạn phía trong sông sẽ đến điểm không còn dao động của thủy triều (∆H = 0), hay là điểm kết thúc ảnh hưởng của biển vào trong sông. Dựa vào quan điểm trên, đã xác định giới hạn phía trong sông của vùng cửa sông Thu Bồn tại Giao Thủy - điểm nhập lưu giữa sông Thu Bồn và sông Quảng Huế. Giới hạn phía biển được mở rộng ra tới vùng nước có độ sâu 10m và khoảng 20 km về 2 phía cửa sông. 8 Tuy nhiên, dù cách phân chia nào đi nữa thì ranh giới vùng cửa sông cũng là tương đối, bởi lẽ đường biên ảnh hưởng của thủy triều hay nước dâng và ranh giới vùng nước lợ còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố tự nhiên khác và cả các tác động của các hoạt động kinh tế xã hội. 1.1.2. Phân vùng cửa sông Theo I.V Xamoilov [79], vùng cửa sông được chia thành ba đoạn: Đoạn thuộc sông (phía trên), cửa sông và vùng biển ven bờ trước cửa sông. Ba đoạn của vùng cửa sông là một hệ thống nhất, nó tồn tại không chỉ có các đặc trưng hình thái khác nhau, mà chế độ thủy động lực và điều kiện cảnh quan tự nhiên cũng khác nhau. X.X.Baidin [77] lại phân vùng cửa sông gồm 3 đoạn chính: - Đoạn trong cửa sông: Đoạn này được chia làm hai dạng một nhánh sông và nhiều nhánh sông. Loại một nhánh, đặc trưng nhất là chiều dài của vùng ảnh hưởng nước dâng, thủy triều, xâm nhập mặn và vùng xuất hiện dòng chảy ngược. Loại nhiều nhánh, trong đó thường có 1 đến 2 nhánh chính và nhiều nhánh phụ hoặc các lòng dẫn bị thoái hóa, hình thành các hồ móng ngựa, đầm lầy cửa sông. - Đoạn cửa sông (vùng ngưỡng cửa sông): Là nơi tranh chấp mạnh mẽ giữa quá trình động lực sông - biển. Đặc điểm đặc trưng nhất của cửa sông là sự hình thành và phát triển các val cát, bãi bồi ngầm (bar), doi cát, đảo chắn … Đây là khu vực châu thổ phát triển mạnh nhất nên địa hình đáy và hình thái bờ luôn biến động. - Vùng biển nông trước cửa sông: Đoạn này còn được gọi là vùng thềm biển nông trước cửa sông. Theo thời gian phát triển của cửa sông, theo dấu hiệu hình thái đoạn cửa sông được phân thành hai dạng: dạng kín và dạng hở. Dạng kín ứng với cửa sông đang phát triển ở giai đoạn đầu (giai đoạn lấp đầy vũng vịnh và hình thành đồng bằng delta). Dạng hở ứng với cửa sông phát triển có quá trình trao đổi tự do giữa nước sông và nước biển và chịu ảnh hưởng mạnh của các yếu tố động lực biển (như dòng chảy ven bờ, sóng gió, thủy triều, nước dâng…). Vùng biển nông trước cửa sông bao gồm các khu vực chịu ảnh hưởng của các loại dòng chảy khác nhau: Dòng lũ, dòng triều, dòng trôi, dòng sóng vỗ bờ và vùng nước bị pha trộn mạnh. Ranh giới phân chia các khu vực biển nông cửa sông cũng là tương đối, do chúng biến động tùy thuộc vào chế độ lực và điều kiện địa hình vùng biển nông ven bờ. Theo các phân chia và giới hạn của vùng cửa sông như đã trình bày ở trên cho thấy cửa sông có chế độ động lực đa nguồn gốc, rất phức tạp thể hiện mối tương tác các yếu tố từ khí quyển, thủy quyển, thạch quyển và sinh quyển. Các quá trình động