Tổng quan nghiên cứu

Bờ biển Cửa Đại và khu phố cổ Hội An, tỉnh Quảng Nam, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế địa phương với dân số khoảng 120,000 người và là di sản thế giới được UNESCO công nhận. Tuy nhiên, trong thập kỷ qua, bờ biển này chịu tác động nghiêm trọng của xói mòn với tốc độ trung bình khoảng 12m/năm, gây thiệt hại lớn cho các cơ sở hạ tầng du lịch và sinh kế người dân. Du lịch chiếm tới 64% tổng thu nhập của thành phố Hội An, đóng góp khoảng 40 triệu USD vào ngân sách địa phương, do đó sự suy giảm bờ biển ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn thu này. Ngoài ra, biến đổi khí hậu toàn cầu với mực nước biển dâng khoảng 5mm/năm và sự gia tăng các hiện tượng bão, triều cường càng làm trầm trọng thêm tình trạng xói mòn. Nghiên cứu nhằm mục tiêu mô hình hóa sự biến đổi bờ biển Hội An trong 20-50 năm tới, xác định các yếu tố ảnh hưởng chính và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ biển hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực bờ biển Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam, dựa trên dữ liệu thu thập từ năm 1975 đến 2015, kết hợp số liệu thủy văn, địa hình và ảnh vệ tinh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý bờ biển bền vững, bảo vệ tài sản và phát triển kinh tế địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu sử dụng mô hình Generic Coastline Model dựa trên lý thuyết một đường bờ biển (one-line theory) và công thức vận chuyển trầm tích Soulsby-Van Rijn. Lý thuyết một đường bờ biển giả định bờ biển di chuyển song song với chính nó, với sự vận chuyển trầm tích chủ yếu theo hướng dọc bờ do sóng. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Độ sâu đóng (depth of closure): vùng sâu dưới mực nước mà trầm tích không còn di chuyển đáng kể, xác định khoảng 12m cho khu vực nghiên cứu.
  • Phương trình liên tục trầm tích: cân bằng lượng trầm tích vào và ra khỏi một đoạn bờ biển.
  • Công thức vận chuyển trầm tích Soulsby-Van Rijn: tính toán vận chuyển trầm tích kết hợp giữa sóng và dòng chảy.
  • Độ nhám đáy (bed roughness): ảnh hưởng đến lực cản và vận tốc dòng chảy, gồm nhám hạt và nhám dạng hình thái đáy.

Mô hình được hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu thực tế, bao gồm hình dạng bờ biển số hóa từ ảnh vệ tinh năm 2004 và 2011, cùng các thông số thủy văn, sóng và trầm tích.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thủy văn từ 18 trạm quan trắc trong lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, dữ liệu sóng và gió từ năm 1996 đến 2005, ảnh vệ tinh Landsat từ 1975 đến 2015, và các mẫu hạt trầm tích thu thập tại 14 vị trí dọc bờ biển. Cỡ mẫu dữ liệu thủy văn trung bình khoảng 60 năm, với các trạm có dữ liệu liên tục từ 1976 đến 1998.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình số Generic Coastline Model trong môi trường Matlab, mô phỏng sự biến đổi bờ biển dựa trên lý thuyết một đường bờ biển và công thức vận chuyển trầm tích. Quá trình nghiên cứu gồm các bước:

  1. Thu thập và xử lý dữ liệu địa hình, thủy văn, sóng, gió và trầm tích.
  2. Số hóa đường bờ biển năm 2004 làm điều kiện ban đầu, mô phỏng đến năm 2011 để hiệu chỉnh mô hình.
  3. Phân tích độ nhạy các tham số mô hình như độ nhám đáy, kích thước hạt trầm tích, và tham số phá sóng.
  4. Dự báo sự biến đổi bờ biển trong 20 và 50 năm tới dưới các kịch bản bảo vệ bờ biển khác nhau.
  5. Đánh giá và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ biển dựa trên kết quả mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tốc độ xói mòn bờ biển trung bình khoảng 12m/năm tại khu vực Cửa Đại, gây mất đất nghiêm trọng và đe dọa các công trình ven biển. Mô hình mô phỏng chính xác sự biến đổi bờ biển từ 2004 đến 2011 với sai số dưới 5%.

  2. Thiếu hụt trầm tích do các hồ thủy điện và đập xây dựng trên lưu vực sông Thu Bồn làm giảm nguồn cung cấp cát cho bờ biển, là nguyên nhân chính gây xói mòn. Dữ liệu trầm tích cho thấy lượng trầm tích vận chuyển hàng năm giảm khoảng 75-85% trong mùa lũ.

  3. Ảnh hưởng của sóng và gió theo mùa rõ rệt, với sóng chủ yếu từ hướng Tây Nam trong mùa mưa và Đông Bắc trong mùa khô, làm thay đổi hướng vận chuyển trầm tích dọc bờ. Chiều cao sóng trung bình ở vùng nước sâu dao động từ 1 đến 2m.

  4. Độ nhám đáy có ảnh hưởng lớn đến kết quả mô hình, với giá trị độ nhám khoảng 0.1m cho kết quả mô phỏng sát thực tế nhất, sai số vị trí bờ biển dưới 10m so với quan trắc thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của xói mòn bờ biển Hội An là sự mất cân bằng trầm tích do các công trình thủy điện ngăn cản dòng chảy trầm tích từ thượng nguồn. Kết quả mô hình phù hợp với các nghiên cứu trước đây và quan sát thực tế, đồng thời cho thấy sự cần thiết của việc quản lý lưu vực sông toàn diện để bảo vệ bờ biển. Biểu đồ so sánh vị trí bờ biển thực tế và mô phỏng trong giai đoạn 2004-2011 minh họa sự phù hợp cao của mô hình. So với các mô hình khác như GENESIS, Generic Coastline Model có ưu điểm trong việc xử lý các đoạn bờ biển có góc biến đổi lớn và ảnh hưởng của cửa sông. Kết quả cũng nhấn mạnh vai trò của các yếu tố khí tượng thủy văn như sóng, gió và triều trong việc điều chỉnh vận chuyển trầm tích dọc bờ. Việc hiệu chỉnh tham số độ nhám đáy giúp mô hình phản ánh chính xác hơn đặc điểm địa hình đáy biển và ảnh hưởng đến vận tốc dòng chảy.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và vận hành các công trình điều tiết trầm tích tại thượng nguồn nhằm tăng cường nguồn cung cấp cát cho bờ biển, giảm thiểu xói mòn. Thời gian thực hiện dự kiến 5-10 năm, do các cơ quan quản lý lưu vực sông phối hợp thực hiện.

  2. Thiết kế và thi công các công trình bảo vệ bờ biển như kè chắn sóng, đê chắn cát tại các vị trí xói mòn nghiêm trọng, nhằm giảm tốc độ xói mòn xuống dưới 5m/năm trong vòng 10 năm tới. Chủ thể thực hiện là chính quyền địa phương và các nhà thầu xây dựng.

  3. Phát triển hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm biến đổi bờ biển và thời tiết cực đoan, giúp nâng cao khả năng ứng phó kịp thời với các hiện tượng bão, triều cường. Thời gian triển khai trong 3 năm, do các viện nghiên cứu và cơ quan khí tượng thủy văn chủ trì.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng và các bên liên quan về bảo vệ bờ biển và quản lý tài nguyên trầm tích, nhằm đảm bảo sự tham gia tích cực và bền vững. Chương trình kéo dài liên tục, do các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách về tài nguyên nước và bờ biển: sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các chính sách bảo vệ bờ biển và quản lý lưu vực sông hiệu quả.

  2. Các kỹ sư và chuyên gia trong lĩnh vực công trình thủy lợi và bảo vệ bờ biển: áp dụng mô hình và phương pháp phân tích để thiết kế các công trình bảo vệ phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật thủy lợi, môi trường và địa chất: tham khảo phương pháp luận, dữ liệu và kết quả mô hình để phát triển nghiên cứu sâu hơn về biến đổi bờ biển và quản lý trầm tích.

  4. Cộng đồng địa phương và các tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực bảo vệ môi trường và phát triển bền vững: hiểu rõ tác động của xói mòn bờ biển đến sinh kế và môi trường, từ đó tham gia vào các hoạt động bảo vệ và phục hồi bờ biển.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao bờ biển Hội An bị xói mòn nghiêm trọng?
    Nguyên nhân chính là do thiếu hụt trầm tích từ thượng nguồn do các hồ thủy điện và đập ngăn cản dòng chảy trầm tích, kết hợp với tác động của sóng, gió và biến đổi khí hậu làm tăng tốc độ xói mòn.

  2. Mô hình Generic Coastline Model có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
    Mô hình này xử lý tốt các đoạn bờ biển có góc biến đổi lớn và ảnh hưởng của cửa sông, đồng thời sử dụng công thức vận chuyển trầm tích kết hợp sóng và dòng chảy, giúp dự báo chính xác hơn sự biến đổi bờ biển dài hạn.

  3. Dữ liệu nào được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình?
    Dữ liệu bao gồm hình dạng bờ biển số hóa từ ảnh vệ tinh năm 2004 và 2011, số liệu thủy văn từ 18 trạm quan trắc, dữ liệu sóng và gió từ năm 1996-2005, cùng các mẫu hạt trầm tích thu thập tại nhiều vị trí dọc bờ.

  4. Giải pháp nào được đề xuất để giảm thiểu xói mòn bờ biển?
    Các giải pháp gồm xây dựng công trình điều tiết trầm tích thượng nguồn, thi công kè chắn sóng tại các vị trí xói mòn, phát triển hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm, cùng nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ bờ biển.

  5. Tác động của biến đổi khí hậu đến bờ biển Hội An như thế nào?
    Biến đổi khí hậu gây mực nước biển dâng khoảng 5mm/năm và gia tăng tần suất bão, triều cường, làm tăng nguy cơ ngập lụt và xói mòn bờ biển, đòi hỏi các biện pháp thích ứng và bảo vệ bền vững.

Kết luận

  • Bờ biển Hội An đang chịu xói mòn nghiêm trọng với tốc độ trung bình 12m/năm, ảnh hưởng lớn đến kinh tế và sinh kế địa phương.
  • Thiếu hụt trầm tích do các công trình thủy điện thượng nguồn là nguyên nhân chính gây xói mòn.
  • Mô hình Generic Coastline Model hiệu chỉnh chính xác dự báo biến đổi bờ biển trong dài hạn, hỗ trợ ra quyết định quản lý.
  • Các giải pháp bảo vệ bờ biển cần kết hợp điều tiết trầm tích, xây dựng công trình bảo vệ và nâng cao nhận thức cộng đồng.
  • Nghiên cứu đề xuất lộ trình thực hiện các biện pháp trong 5-10 năm tới nhằm giảm thiểu tác động xói mòn và bảo vệ bền vững bờ biển Hội An.

Để bảo vệ bờ biển và phát triển bền vững, các nhà quản lý, chuyên gia và cộng đồng cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất ngay từ bây giờ.