Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điều kiện tự nhiên khu vực Hải Phòng Chương 2: Tài liệu và phương pháp Chương 3: Đánh giá hiện trạng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Chương 4: Mô phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bằng mô hình delft3d. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HẢI PHÒNG I. Tổng quan vấn đề nghiên cứu I.
Tình hình nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu sự phân bố trầm tích lơ lửng vùng cửa sông ven biển đã được các nhà khoa học ngoài nước quan tâm từ hàng trăm năm nay và đạt được rất nhiều thành tựu quan trọng. Các kết quả nghiên cứu này đã được áp dụng phục vụ cho việc bảo vệ các công trình ven bờ và phát triển môi trường bền vững. Những nghiên cứu lý thuyết về trầm tích (vận chuyển) đáng kể như các công trình của H. Các kết quả nghiên cứu được khái quát hóa mang tính phương pháp luận, viết thành các ”cẩm nang” sử dụng [27].
Có thể kể ra một số những kết quả nghiên cứu đã được khái quát hóa thành sách. Đó là ”Động lực gần bờ và các quá trình bờ: Lý thuyết, đo đạc và các mô hình dự báo” của Horikawa K., 1978, ”Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho các ứng dụng thực tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sông, cửa sông hình phễu và biển ven bờ” của Richard S., 1997, hay ”Các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sông, cửa sông và ven biển” của Leo C. Trong những năm gần đây, với sự hỗ trợ của công cụ máy tính, việc nghiên cứu các quá trình động lực- mô phỏng phân bố trầm tích đã có những bước phát triển cao hơn: đó là xây dựng các mô hình vật lý, mô hình toán. Đi tiên phong trong nghiên cứu vấn đề này là những nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản.
Do sự tương tác của các quá trình thủy và thạch động lực mà kết quả cuối cùng của sự tương tác này là sự tạo ra những dạng địa hình khác nhau, phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố thạch động lực như kích thước, hình dạng hạt vật liệu, tỉ trọng, mức độ gắn kết của vật liệu, độ dốc địa hình,. và các yếu tố thủy động lực: sóng, dòng chảy biển, sông. là các yếu tố luôn biến đổi theo thời gian, không gian. Bởi những lý do trên nên các mô hình số được thiết lập để tính toán sự tương tác của các quá trình thủy-thạch động lực, đa phần, có liên quan đến 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com các công thức thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm.
Cho nên nhu cầu có những phòng thí nghiệm để thiết lập và kiểm tra tính đúng đắn của các mô hình vật lý là rất cần thiết. Từ đó phương pháp thí nghiệm và mô hình vật lý ra đời và phát triển mạnh mẽ. Có rất nhiều nước trên thế giới có những phòng thí nghiệm hiện đại đủ khả năng mô phỏng lại các quá trình thủy-thạch động lực trong những khu vực nghiên cứu cụ thể. Do vậy các kết quả tính toán bằng mô hình số thể hiện bức tranh tổng thể về đối tượng nghiên cứu mà thực tế phải điều tra khảo sát rất tốn kém mới có được.
Ngoài ra, trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, siêu máy tính, hàng loạt các mô hình số trị ra đời, dần trở thành các công cụ hữu hiệu và ưu thế trong nghiên cứu thủy động lực và chất lượng nước. Các kết quả của các mô hình toán này cho chúng ta cái nhìn tổng quan về đối tượng nghiên cứu cũng như cơ chế hình thành, phát triển và biến đổi trong mối quan hệ với các đối tượng khác có liên quan, từ đó có thể đưa ra cách ứng xử khôn ngoan đối với thiên nhiên. Theo hướng mô hình hóa có 2 loại mô hình: Mô hình vật lý và mô hình toán. Những trung tâm, viện hàng đầu về nghiên cứu, tính toán, dự báo các quá trình thủy-thạch động lực, có thể kể đến là: Trung tâm Thủy lực Hà Lan (Delft Hydraulics) với bộ các phần mềm DELFT3D, UNIBEST; Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulic Instiute-DHI) nổi tiếng với các phần mềm: MIKE 21, MIKE 3,.
hay Trung tâm Nghiên cứu Công trình Ven bờ thuộc Quân đội Mỹ (Coastal Engineering Research Center-CERC) có các mô hình GENESIS, SBEACH; mô hình TELEMAC (Pháp),. đều ứng dụng tốt cho tính toán dòng chảy, sóng, vận chuyển bùn cát, biến động địa hình đáy biển, đường bờ, bồi lấp cửa sông. Ngoài ra, một số các mô hình có mã nguồn mở như COHERENS (Bỉ), SHYFEM (Italia). cũng phát triển không kém các phần mềm nói trên.
Tình hình nghiên cứu trong nước Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng và các quá trình động lực bằng mô hình hóa ở Việt Nam đã được bắt đầu phát triển từ khoảng đầu năm 1980 [10]. Các mô hình thường được thiết lập để tính toán các yếu tố thủy động lực nhiều hơn các yếu tố thạch động lực. Sự gắn kết giữa hai quá trình thủy và thạch động lực trong các mô hình của chúng ta còn bị hạn chế. Do đó, các kết quả tính bằng 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mô hình của chúng ta rất khó được kiểm chứng trên cả hai phương diện trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường.
Ở Việt Nam phương pháp mô hình số trị nghiên cứu TTLL chỉ phát triển ở mức cơ sở phục vụ mục tiêu riêng lẻ trong nước chứ chưa được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi ở cấp quốc tế. Vấn đề nghiên cứu TTLL ở Việt Nam được chú trọng trong Chương trình Biển KT.06 (1996-2000); TTLL liên quan đến xói lở bờ biển còn được đặt ra trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp nhà nước và trong chương trình biển giai đoạn 2001-2005. Ngoài ra nhiều đề tài, dự án liên quan đến TTLL được thực hiện tại các cấp. Các tác giả Trần Hồng Thái [18], Đinh Văn Ưu [28], Nguyễn Thọ Sáo [16] đã ứng dụng và phát triển một số phương pháp và mô hình tính toán động lực và vận chuyển trầm tích cho một số vùng cửa sông ven biển (Cửa Ông-Quảng Ninh, Cửa Tùng-Quảng Trị, Hải Phòng) Việt Nam.
Các nghiên cứu này chú trọng vào động lực học của lớp gần đáy để cải tiến phương pháp tính bán thực nghiệm đã có. Mục đích là làm chính xác hơn các công thức bán thực nghiệm của các tác giả nước ngoài để tính dòng vật liệu ven bờ. Các tác giả thuộc Viện Hải dương học, Nha Trang, tiêu biểu Bùi Hồng Long đã nghiên cứu vùng Phan Rí, Hàm Tiến, Phước Thể với mục tiêu cung cấp các thông số kỹ thuật, đưa ra các phương án thiết kế và thi công đê, kè chống xói lở [14]. Các tác giả thuộc Viện cơ học đã ứng dụng những mô hình thủy-thạch động lực tổng hợp nhiều yếu tố để tính toán quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng ven bờ là rất đáng ghi nhận theo hướng mô hình hóa để nghiên cứu biến động bờ biển và vùng cửa sông.
Các tính toán của nhóm còn đi sâu, chi tiết vào việc tính cặp các yếu tố thủy-thạch động lực như sóng, dòng chảy, mực nước vào nghiên cứu biến đổi đáy. Ngoài ra, các tác giả còn đưa ra những tổng kết về các phương pháp tính toán vận chuyển bùn cát và các mô hình tính biến động đường bờ và những kết quả áp dụng cụ thể cho nhiều vùng xói lở dọc bờ biển Việt Nam như vùng Hải Hậu, Nam Định, Hồ Tàu-Định An, Trà Vinh, Gành Hào, Bạc Liêu. Các tác giả thuộc Viện Địa lý đã nghiên cứu rất sâu về xói lở và bồi tụ, đặc biệt là khu vực ven biển Miền Trung. Trong những năm gần đây Nhà nước đã cho triển khai nhiều đề tài nghiên cứu, ứng dụng về các quá trình thủy-thạch động lực và xói lở, bồi tụ chẳng hạn như: Ứng dụng các mô hình WAM, STWAVE để 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dự báo sóng trong đề tài KC.05 (2001-2005) tiến hành nghiên cứu, dự báo quá trình xói lở-bồi tụ bờ biển và cửa sông Việt Nam; dự án Việt Nam-Thụy Điển (2004-2007): nghiên cứu xói lở bờ biển Hải Hậu, Nam Định, dự án đã ứng dụng nhiều mô hình về sóng, vận chuyển bồi tích; Đề tài cấp nhà nước KHCN-06-10.
”Cơ sở khoa học và các đặc trưng đới bờ phục vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” do Viện Cơ học chủ trì. Các đề tài trên ngoài việc đo đạc thực địa đã xây dựng và áp dụng các mô hình nhằm tính toán các quá trình sóng, dòng chảy, vận chuyển trầm tích, biến đổi địa hình bãi, đường bờ,. nhằm lý giải các nguyên nhân gây ra các tác động môi trường trên. Các tác giả thuộc Viện TN&MTB đã ứng dụng mô hình DELFT3D để nghiên cứu các vấn đề có liên quan đến TTLL ở các khu vực khác nhau như Quảng Ninh [20], Hải Phòng [1], Thái Bình và Nam Định [23].
Các nghiên cứu này đã giúp cho các nhà quản lý địa phương nói trên có cách nhìn một cách tổng thể về mối quan hệ giữa phát triển kinh tế - xã hội, quản lý tổng hợp dải ven bờ và bảo vệ môi trường biển. Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng vùng cửa sông Hải Phòng cũng đã có một số kết quả nhất định [21, 26, 28]. Tuy nhiên những kết quả này được nhận định của các chuyên gia về đặc trưng trầm tích lơ lửng ở một phạm vi hẹp mà chưa có cách nhìn một cách tổng quan về phạm vi không gian cũng như biến đổi theo thời gian (hàng chục năm). Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu Thành phố Hải Phòng nằm ở bờ tây vịnh Bắc Bộ thuộc phía đông vùng duyên hải Bắc Bộ, cách Hà Nội 102 km, diện tích tự nhiên khoảng 152.318 ha, giới hạn trong khoảng 20030’39”-21001’15” vĩ độ Bắc, 106023’39”-107008’39” kinh độ Đông [9].
Bờ biển ven bờ có dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ. Bề mặt đáy biển được cấu tạo bởi các thành phần hạt mịn, có nhiều lạch sâu vốn là những lòng sông cũ nay dùng làm luồng lạch ra vào của tàu thuyền [19, 22]. Chế độ khí hậu, khí tượng 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.