Luận Văn Thạc Sĩ: Mô Hình Hóa Sự Phát Triển Bờ Biển Tại Hôi An, Quảng Nam

• Tác giả: Cao Duc Hai
• Người hướng dẫn: Ass. Nghiem Tien Lam
• Trường học: Thuy Loi University
• Chuyên ngành: Coastal Engineering and Management
• Đề tài: Modeling Coastline Evolution Using One-Line Model For Hoi An, Quang Nam
• Loại tài liệu: Master Thesis
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Approach and methodology
• 1.2. Thesis structure
• 2. CHAPTER 2: PHYSICAL CHARACTERISTICS
• 2.1. Introduction
• 2.2. Hilly topography
• 2.3. Delta topography
• 2.4. Sandy coastal topography
• 2.5. Wind
• 2.6. Temperature
• 2.7. Humidity
• 2.8. River basin and river network
• 3. CHAPTER 3: APPLICATION OF GENERIC COASTLINE MODEL
• 3.1. One-line theory
• 3.2. Sediment transport formulae
• 3.3. Model setup
• 3.4. Computation of coastline evolution
• 3.5. Model calibration
• 3.6. Wave breaking parameters
• 4. CHAPTER 4: PREDICTION OF EVOLUTION FOR HOI AN COASTLINE
• 4.1. Introduction
• 4.2. Zero-option
• 4.3. Coastal evolution in other coastal protection solutions
• 4.4. Conclusions
• 5. CHAPTER 5: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• 5.1. Conclusions
• 5.2. References
• Appendix A
• Appendix B

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Hình Hóa Sự Phát Triển Bờ Biển Hôi An

Mô hình hóa sự phát triển bờ biển Hôi An, Quảng Nam là một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu quản lý bờ biển. Hôi An không chỉ nổi tiếng với vẻ đẹp tự nhiên mà còn là một điểm đến du lịch hấp dẫn. Tuy nhiên, sự xói mòn bờ biển đang đe dọa đến sự phát triển kinh tế và môi trường tại đây. Việc áp dụng mô hình đường một chiều giúp dự đoán và quản lý sự thay đổi của bờ biển một cách hiệu quả.

1.1. Đặc Điểm Địa Lý Của Khu Vực Hôi An

Khu vực Hôi An nằm trong lưu vực sông Thu Bồn, với địa hình đa dạng từ đồi núi đến đồng bằng ven biển. Đặc điểm này ảnh hưởng lớn đến sự phát triển bờ biển và các hoạt động kinh tế tại đây.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Hình Hóa Bờ Biển

Mô hình hóa bờ biển giúp các nhà quản lý hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi bờ biển, từ đó đưa ra các giải pháp bảo vệ hiệu quả hơn.

II. Vấn Đề Xói Mòn Bờ Biển Tại Hôi An

Xói mòn bờ biển tại Hôi An đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng, trung bình khoảng 12m mỗi năm. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến cảnh quan mà còn tác động tiêu cực đến kinh tế địa phương, đặc biệt là ngành du lịch. Các yếu tố như biến đổi khí hậu và hoạt động xây dựng là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này.

2.1. Nguyên Nhân Gây Ra Xói Mòn

Các công trình thủy điện và khai thác cát trên sông Thu Bồn đã làm giảm lượng cát cung cấp cho bờ biển, dẫn đến tình trạng xói mòn nghiêm trọng.

2.2. Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu

Biến đổi khí hậu gây ra mực nước biển dâng cao và gia tăng tần suất bão, làm tăng thêm áp lực lên bờ biển Hôi An.

III. Phương Pháp Mô Hình Hóa Bờ Biển Bằng Đường Một Chiều

Mô hình đường một chiều là một công cụ mạnh mẽ trong việc dự đoán sự phát triển bờ biển. Phương pháp này sử dụng các công thức vận chuyển trầm tích để tính toán sự thay đổi của bờ biển theo thời gian. Việc áp dụng mô hình này tại Hôi An giúp đưa ra các dự đoán chính xác về sự thay đổi bờ biển trong tương lai.

3.1. Nguyên Tắc Cơ Bản Của Mô Hình Đường Một Chiều

Mô hình đường một chiều dựa trên các nguyên tắc vật lý của dòng chảy và vận chuyển trầm tích, cho phép mô phỏng sự thay đổi của bờ biển theo thời gian.

3.2. Quy Trình Thiết Lập Mô Hình

Quy trình thiết lập mô hình bao gồm thu thập dữ liệu, hiệu chỉnh và xác thực mô hình dựa trên dữ liệu thực tế từ khu vực nghiên cứu.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Hình Hóa Bờ Biển Tại Hôi An

Mô hình hóa bờ biển không chỉ giúp dự đoán sự thay đổi mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc lập kế hoạch quản lý bờ biển. Các kết quả từ mô hình có thể được sử dụng để đề xuất các biện pháp bảo vệ bờ biển hiệu quả, từ đó giảm thiểu tác động của xói mòn.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Từ Mô Hình

Các kết quả từ mô hình cho thấy sự thay đổi bờ biển có thể được kiểm soát thông qua các biện pháp can thiệp kịp thời.

4.2. Đề Xuất Giải Pháp Bảo Vệ Bờ Biển

Các giải pháp như xây dựng kè chắn sóng và trồng cây ven biển có thể giúp giảm thiểu xói mòn và bảo vệ bờ biển Hôi An.

V. Kết Luận Về Mô Hình Hóa Sự Phát Triển Bờ Biển Hôi An

Mô hình hóa sự phát triển bờ biển Hôi An là một công cụ quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ bờ biển. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi bờ biển mà còn đề xuất các giải pháp thực tiễn để ứng phó với xói mòn. Tương lai của Hôi An phụ thuộc vào việc áp dụng hiệu quả các mô hình này.

5.1. Tương Lai Của Mô Hình Hóa Bờ Biển

Mô hình hóa bờ biển sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến, giúp các nhà quản lý có thêm công cụ để bảo vệ bờ biển hiệu quả hơn.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Liên Tục

Nghiên cứu liên tục về sự phát triển bờ biển là cần thiết để đảm bảo sự bền vững cho khu vực Hôi An trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Bờ biển Cửa Đại và khu phố cổ Hội An, tỉnh Quảng Nam, Việt 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, khu vực này đang chịu tác động nghiêm trọng của xói mòn bờ biển với tốc độ trung bình khoảng 12m/năm, gây thiệt hại lớn cho các cơ sở hạ tầng du lịch và đời sống 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 với mực nước biển dâng khoảng 5mm/năm và sự gia tăng các hiện tượng bão, triều cường 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 bằng mô hình một đường bờ (one-line model), từ đó đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ biển hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực bờ biển Cửa Đại, sử dụng dữ liệu thu thập từ các trạm quan trắc thủy văn, khí tượng và ảnh vệ tinh trong giai đoạn 1975-2015. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý bờ biển bền vững, bảo vệ di sản văn hóa và phát triển kinh tế địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết mô hình một đường bờ (one-line theory), trong đó giả định bờ biển thay đổi theo chiều dọc bờ với sự vận chuyển trầm tích dọc bờ do sóng và dòng chảy. Mô hình sử dụng phương trình liên tục trầm tích và công thức vận chuyển trầm tích Soulsby-Van Rijn để tính toán vận chuyển dọc bờ. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết One-line Model: Giả định bờ biển thay đổi song song với đường bờ ban đầu, vận chuyển trầm tích chỉ xét thành phần dọc bờ, chiều sâu đóng (depth of closure) xác định vùng hoạt động của trầm tích.
• Công thức vận chuyển trầm tích Soulsby-Van Rijn: Tính toán vận chuyển trầm tích dựa trên đặc tính sóng, dòng chảy và kích thước hạt cát, bao gồm cả tải trọng đáy và tải trọng lơ lửng.

Các khái niệm chính bao gồm: chiều sâu đóng (khoảng 12m), vận chuyển trầm tích dọc bờ, góc tới sóng, độ nhám đáy, và sự thay đổi hình dạng bờ biển theo thời gian.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm: số liệu thủy văn (mực nước, lưu lượng, vận tốc dòng chảy), khí tượng (gió, nhiệt độ, độ ẩm), dữ liệu sóng và trầm tích, ảnh vệ tinh Landsat và Google Earth để số hóa đường bờ các năm 2004 và 2011. Cỡ mẫu dữ liệu quan trắc trải dài từ 1976 đến 2012, với 18 trạm đo trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn. Phương pháp chọn mẫu là sử dụng toàn bộ dữ liệu quan trắc có sẵn để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng mô hình Generic Coastline Model (mô hình một đường bờ mở trong Matlab), mô hình được hiệu chỉnh (calibration) và kiểm định (validation) bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với đường bờ thực tế năm 2011, lấy đường bờ năm 2004 làm điều kiện ban đầu. Quá trình hiệu chỉnh tập trung vào các tham số nhạy cảm như độ nhám đáy, kích thước hạt trầm tích và tham số phá sóng. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong 6 tháng, bao gồm thu thập dữ liệu, thiết lập mô hình, hiệu chỉnh và dự báo.

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 diện tích bờ biển đáng kể trong vòng 10 năm qua. Mô hình mô phỏng cho thấy bờ biển có xu hướng dịch chuyển vào đất liền khoảng 60-73m trong giai đoạn 2004-2011, phù hợp với quan sát thực tế.

2. 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 gần sát thực tế nhất, trong khi giá trị thấp hơn hoặc cao hơn làm sai lệch dự báo xói mòn từ 5-10%.

3. Nguồn cung trầm tích bị giảm mạnh do các công trình thủy điện ở thượng nguồn, làm giảm lượng cát bồi đắp bờ biển, là nguyên nhân chính gây xói mòn. Lưu lượng trung bình của sông Thu Bồn khoảng 327 m³/s, với sự phân bố không đều theo mùa, trong đó mùa lũ chiếm 62-69% tổng lượng nước.

4. Sóng và gió theo mùa chi phối vận chuyển trầm tích dọc bờ, với sóng chủ yếu từ hướng Tây Nam trong mùa mưa và Đông Bắc trong mùa khô, ảnh hưởng đến hướng và cường độ vận chuyển cát.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của xói mòn bờ biển Hội An là sự mất cân bằng trầm tích do giảm nguồn cung từ thượng nguồn, kết hợp với tác động của sóng và gió theo mùa. Kết quả mô hình phù hợp với các nghiên cứu trước đây và dữ liệu quan trắc thực tế, thể hiện qua biểu đồ so sánh vị trí bờ biển số hóa năm 2004 và 2011. Việc hiệu chỉnh tham số độ nhám đáy giúp mô hình phản ánh chính xác hơn sự thay đổi bờ biển, cho thấy tầm quan trọng của việc xác định đúng đặc tính đáy biển trong mô hình hóa. So với các nghiên cứu sử dụng mô hình GENESIS, mô hình Generic Coastline Model cho phép mô phỏng linh hoạt hơn với các góc bờ biển thay đổi và ảnh hưởng của các công trình bảo vệ bờ biển. Kết quả cũng nhấn mạnh vai trò của các công trình thủy điện trong việc làm giảm trầm tích, đồng thời cảnh báo về tác động lâu dài của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng đến sự ổn định bờ biển.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển kết hợp 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: chính quyền địa phương phối hợp với các đơn vị chuyên môn.

2. Quản lý và điều tiết lưu lượng nước, trầm tích từ thượng nguồn bằng cách điều chỉnh hoạt động các hồ thủy điện để duy trì nguồn cung trầm tích cho bờ biển, giảm thiểu mất cân bằng trầm tích. Thời gian thực hiện: 5 năm, chủ thể: Bộ Tài nguyên và Môi trường, các công ty thủy điện.

3. Phát triển hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm xói mòn bờ biển dựa trên công nghệ viễn thám và mô hình số để theo dõi biến động bờ biển liên tục, hỗ trợ ra quyết định kịp thời. Chủ thể: các viện nghiên cứu, trường đại học.

4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng và doanh nghiệp du lịch về tác động của xói mòn bờ biển, khuyến khích tham gia bảo vệ môi trường và sử dụng các giải pháp thân thiện với môi trường. Thời gian: liên tục, chủ thể: chính quyền địa phương, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách địa phương: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng kế hoạch bảo vệ bờ biển, phát triển du lịch bền vững và ứng phó biến đổi khí hậu.

2. Các chuyên gia và kỹ sư công trình thủy lợi, bảo vệ bờ biển: Áp dụng mô hình và dữ liệu nghiên cứu 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 quản lý tài nguyên nước: Tham khảo phương pháp mô hình hóa, phân tích dữ liệu và kết quả nghiên cứu phục vụ học tập và nghiên cứu tiếp theo.

4. Doanh nghiệp du lịch và cộng đồng dân cư ven biển: Hiểu rõ tác động của xói mòn bờ biển đến hoạt động kinh tế và đời sống, từ đó phối hợp với các bên liên quan trong công tác bảo vệ bờ biển.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình một đường bờ là gì và tại sao được sử dụng trong nghiên cứu này?
   Mô hình một đường bờ giả định bờ biển thay đổi song song với đường bờ ban đầu do vận chuyển trầm tích dọc bờ. Nó đơn giản, hiệu quả cho dự báo biến đổi bờ biển dài hạn, phù hợp với dữ liệu có sẵn và đặc điểm bờ biển Hội An.

2. Tại sao độ nhám đáy lại quan trọng trong mô hình?
   Độ nhám đáy ảnh hưởng đến lực cản dòng chảy và vận chuyển trầm tích. Giá trị độ nhám phù hợp giúp mô hình phản ánh chính xác tốc độ và hướng di chuyển bờ biển, từ đó dự báo sát thực tế hơn.

3. Nguồn cung trầm tích giảm ảnh hưởng thế nào đến bờ biển?
   Giảm nguồn cung trầm tích làm mất cân bằng giữa lượng cát bị xói mòn và lượng cát bồi đắp, dẫn đến bờ biển bị thu hẹp, xói mòn nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và kinh tế địa phương.

4. Biến đổi khí hậu tác động ra sao đến xói mòn bờ biển Hội An?
   Mực nước biển dâng và tần suất bão, triều cường tăng làm gia tăng xói mòn, ngập lụt ven biển, đe dọa các công trình và sinh kế người dân, đòi hỏi các giải pháp thích ứng kịp thời.

5. Giải pháp bảo vệ bờ biển nào được đề xuất hiệu quả nhất?
   Kết hợp xây dựng công trình bảo vệ bờ biển với quản lý lưu lượng và trầm tích thượng nguồn, đồng thời phát triển hệ thống quan trắc và nâng cao nhận thức cộng đồng được đánh giá là giải pháp toàn diện và bền vững.

Kết luận

• Nghiên cứu đã mô hình hóa thành công sự biến đổi bờ biển Hội An trong giai đoạn 2004-2011, xác định tốc độ xói mòn trung bình khoảng 12m/năm.
• Độ nhám đáy và nguồn cung trầm tích thượng nguồn là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự biến đổi bờ biển.
• Mô hình Generic Coastline Model phù hợp để dự báo biến đổi bờ biển dài hạn và đánh giá các giải pháp bảo vệ.
• Đề xuất các giải pháp kết hợp công trình bảo vệ, quản lý lưu lượng nước, phát triển hệ thống quan trắc và nâng cao nhận thức cộng đồng.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp đề xuất, mở rộng quan trắc và cập nhật mô hình theo dữ liệu mới để đảm bảo hiệu quả bảo vệ bờ biển bền vững.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ bờ biển Hội An, giữ gìn di sản và phát triển kinh tế địa phương bền vững!