Chương 1 – TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Đới ven biển và tai biến bồi tụ - xói lở Ranh giới của khu vực ven biển được định xác định là đới chuyển tiếp giữa đất liền và biển, có độ rộng phụ thuộc vào quy mô và cường độ của sự tương tác giữa lục địa và đại dương. Ranh giới của đới ven biển (ĐVB) rất khó xác định một cách rõ ràng vì phụ thuộc vào bản chất của các quá trình tương tác tự nhiên không ổn định và thường xuyên thay đổi, phụ thuộc vào chế độ thuỷ triều, mùa, khí hậu, thiên tai (bão biển, các trận lũ lụt, sạt lở v.), chính sách của chính phủ, quan điểm của từng nước, từng chương trình quản lý ĐVB.
Cho đến nay, vẫn chưa có một quy chuẩn chung xác định ranh giới của ĐVB. Căn cứ vào quá trình thủy thạch động lực diễn ra trong địa hệ, mức độ tác động của sóng biển, phân chia đới ven biển thành các cấu trúc nhỏ hơn (hình 1. Cấu trúc chung của đới ven biển [2] Đới ven bờ là dải đất hẹp kéo dài ven biển được đặc trưng bởi sự thay đổi đột ngột của địa hình bởi các cồn cát, đụn cát ven biển, được giới hạn bởi ranh giới của đới ven bờ và ngấn sóng vỗ cao nhất. Về mặt động lực, đới ven bờ ít chịu động tác động trực tiếp của gió, ngoại trừ khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới lớn.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đới bãi biển được giới hạn từ mực nước biển thấp nhất cho đến ngấn sóng vỗ cao nhất. Đới bãi biển được chia thành hai phụ đới: bãi triều cao và bãi triều thấp tương ứng với thềm biển và đới sóng vỗ. -Bãi triều cao (Backshore) là phần lục địa nằmg cao mực nước đỉnh triều có thể ngập khi gặp sóng bão, triều cường. -Bãi triều thấp (Inshore) là phần bãi trong dải sóng vỡ dưới đường chân triều, vì vậy gọi là dải sóng vỡ, đây là phần bãi hoạt động nhất của bờ biển do chịu ảnh hưởng trực tiếp tác động của sóng vỗ và biến động mạnh nhất do có chuyển động bùn cát rất mạnh trong đới ven biển.
Đới gần bờ là khu vực mà sóng bắt đầu biến dạng do ảnh hưởng của địa hình đáy và mực nước biển thấp nhất. Các quá trình lan truyền sóng, sóng vỗ, vận chuyển bùn cát đều xảy ra trong đới này. Đới sườn bờ ngầm tương ứng phần thềm lục địa hoặc sườn bờ ngầm của biển, giới hạn bắt đầu khi sóng bị biến dạng (độ sâu 50m) cho đến vùng sóng vỗ. Còn theo quan điểm địa chất thì đới sườn bờ ngầm còn là từ đường bờ biển ra tới độ sâu 200m.
Độ dốc của sườn bờ ngầm ảnh hưởng đáng kể đế sự xói lở hay tích tụ của bờ biển. Quá trình động lực chủ yếu là lan truyền sóng. Từ góc độ diễn biến bờ biển, có thể chia thành bờ biển bồi tích, bờ biển xâm thực và bờ biển cân bằng chuẩn.TS Vũ Uyển Dỉnh thì “ranh giới giữa lục địa và biển gọi là đường bờ biển”. Đường bờ biển luôn bị thay đổi hình dạng do tác dụng của các hiện tượng sóng vỗ, thủy triều, các dòng chảy có hướng và dọc theo bờ, cũng như tác động vật lý, hóa học của nước, của vi sinh vật sống trong nước lên đất đá ven bờ.
Đồng thời, tại các khu vực ven cửa sông, dọc theo bờ có sự tích tụ vật liệu rời rạc do sự phá hoại bờ và do các dòng sông, dòng chảy có hướng mang đến. Vị trí đường bờ không phải bất biến, mà thay đổi từ thời gian địa chất này sang thời gian địa chất khác, đây là yếu tố biến đổi chậm, thời gian dài (do các chuyển động kiến tạo hiện đại của vỏ trái đất, các dao động đơn thuần của mực nước đại dương). Bên cạnh đó là các yếu tố biến đổi trong thời gian ngắn (năm, 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tháng, ngày đêm) liên quan đến các đặc điểm của chế độ của phần nước như hiện tượng sóng, thủy triều, sự thay đổi mực nước… Các quá trình vận chuyển trầm tích, thủy thạch động lực hay sự phân bố trầm tích cũng ảnh hưởng tới vấn đề này. Đây là cơ sở cho hiện tượng bồi tụ - xói lở khu vực cửa sông, ven biển.
Đối với việc nghiên cứu, đánh giá tai biến bồi tụ - xói lở khu vực cửa Tam Quan, Bình Định, học viên đã dựa vào cơ sở lý luận về phân bố trầm tích và xu thế vận chuyển trầm tích làm cơ sở chính để thực hiện nghiên cứu: -Xu thế lắng đọng của vật liệu trầm tích được tuân theo quy tắc phân dị trầm tích. Hiện tượng phân dị trầm tích sự phân chia trầm tích riêng biệt thành các thực thể trầm tích độc lập dưới tác dụng của các quá trình cơ học và hóa học xảy ra từ vận chuyển đến khi lắng đọng trầm tích. Trầm tích trong khu vực đới ven biển được phân dị theo: Kích thước từ gần bờ ra xa bờ thì kích thước giảm dần; tỷ trọng từ gần bờ ra xa bờ thì tỷ trọng khoáng vật giảm dần; do sóng thì với vùng biển hở giàu vật liệu cát, địa hình bờ phức tạp, sóng chiếm ưu thế và tồn tại dòng vuông góc với bờ thống trị thường tạo thành các thể cát độc lập có độ chọn lọc cao bao gồm: đê cát ven bờ, doi cát nối đảo (tombolo), val cát, cồn cát ngầm. Cộng sinh với các thể cát này là các mỏ sa khoáng, gồm tổ hợp các khoáng vật nặng như zircon, inmenit, monazit, granat.
Vì vậy khi gặp các trường trầm tích hạt thô với hàm lượng khoáng vật nặng cao phân bố ở độ sâu lớn trên thềm lục địa là dấu hiệu nhận biết của đới đường bờ cổ do sóng phân dị cơ học [1]. -Quá trình vận chuyển và lắng đọng trầm tích ở biển và đại dương do ba yếu tố cơ bản chi phối gồm sóng, dòng chảy và thủy triều. Với bãi triều cát đặc trưng cho bờ biển miền Trung Việt Nam chủ yếu được tạo nên do phá hủy bờ cát cổ [2]. Lịch sử nghiên cứu về bồi tụ - xói lở 1.
Tổng quan về nghiên cứu bồi tụ - xói lở vùng cửa sông, ven biển trên thế giới Nghiên cứu biến đổi địa hình khu vực cửa sông nói chung, bồi tụ - xói lở nói riêng từ lâu đã thu hút được rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu trên thế giới. Liên quan đến vấn đề nghiên cứu, các nghiên cứu có liên quan tập trung vào một số vấn đề như sau: 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Quy luật tiến hóa tự nhiên địa hình-địa mạo khu vực cửa sông Theo quan điểm của TS. Trịnh Việt An, khu vực ven biển và cửa sông giữ vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội, cho nên việc đầu tư thích đáng cho những nghiên cứu về địa chất, thủy văn, địa chất công trình, thủy - thạch động lực và tai biến thiên nhiên. là mối quan tâm hàng đầu của nhiều nước như Trung Quốc, Hàn Quốc, Mỹ, Hà Lan, Nhật Bản.
phục vụ cho việc phát triển kinh tế - xã hội vùng ven biển. Đặc biệt nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa đã tiến hành hàng loạt nghiên cứu với sự đầu tư kinh phí lớn để nghiên cứu địa chất, địa chất công trình, địa chất môi trường (địa chất tai biến) châu thổ các sông Trường Giang, Hoàng Hà,. phục vụ phát triển bền vững [1,7]. Mặt khác biến động vùng châu thổ đã được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đề cập đến trong các công trình nghiên cứu về châu thổ từ những năm đầu thế kỷ 20.
Các công trình tiêu biểu như công trình nghiên cứu kinh điển về châu thổ Mississippy của Barrell, 1912, 1914, Johnstons, 1921, 1922, Trowbridge, 1930, Russell, 1936, Fisk, 1944 [3]. Theo Elliott 1986, dựa vào động lực sóng, thủy triều và dòng ven bờ đã phân chia vùng ven bờ thành các kiểu bờ khác nhau. Năm 1986, Elliott trong công trình “Đường bờ lục nguyên” đã phân tích chi tiết quá trình thành tạo và tiến hóa các đê cát, giồng cát ven bờ (beach sand ridges) trong các đồng bằng cát ven bờ (chenier plain). Các thành tạo này có nhiều điểm chung với các thành tạo cát ven bờ châu thổ sông Mekong.
Mô hình hóa thủy động lực quá trình bồi xói ở khu vực cửa sông có giải pháp công trình Trong lĩnh vực nghiên cứu cấu trúc trường thủy động lực và xói bồi cục bộ xung quanh các khu vực ở cửa sông đã được bắt đầu cách đây rất lâu: (Garde và nnk, 1961; Laursen, 1963; Gill, 1972; Melville và Raudkivi, 1997; Rajaratnam và Nwachukwu, 1983a,b; Melville,1992; Rahman va nnk, 1998) và hiện vẫn đang nhận được rất nhiều sự quan tâm của giới khoa học trên toàn thế giới. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Với sự phát triển nhanh chóng của máy tính điện tử cũng như bản thân ngành thủy động lực học, mô hình hóa đã và đang trở thành công cụ nghiên cứu thích hợp và tin cậy hơn. Một mô hình thủy động học có tính đến vận chuyển bùn cát cho phép mô tả trường thủy động, quá trình diễn biến lòng dẫn và hố xói cục bộ, và vì thế trở nên có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng trong thực tiễn công trình. Các mô hình đã có đều dựa trên việc rời rạc hóa hệ phương trình cơ bản sử dụng cố định, do đó chỉ thích hợp với địa hình lòng dẫn tương đối đồng đều (đơn giản) và ít có khả năng áp dụng trong các khu vực nghiên cứu thực tiễn phức tạp.
Trong nghiên cứu của mình Ge và Sotiropoulos (2005) đã sử dụng hệ lưới phức tạp, Zhang và cộng sự (2006) sử dụng lưới phi cấu trúc, vì vậy đã khắc phục được nhược điểm trên, tuy nhiên Ge và Sotiropoulos lại không đề cập đến vận chuyển bùn cát và biến hình lòng dẫn trong khi Zhang và cộng sự lại chỉ quan tâm đến vận chuyển bùn cát đáy mà bỏ qua bùn cát lơ lửng – vì thế chỉ áp dụng được trong những sông ngòi ở các nước phát triển, nơi mà phần lớn bùn cát lơ lửng đã được giữ lại trong hệ thống dày đặc các đập và hồ chứa thượng nguồn. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển có nhiều hệ thống kè mỏ hàn, các tấm hướng dòng mặt đã được xây dựng nhằm mục tiêu hướng dòng và chỉnh trị sông phục vụ đảm bảo luồng lạch vận tải thủy trong mùa kiệt.