Nghiên Cứu Sự Biến Đổi Hình Thái Đáy Sông Soài Rạp Do Các Hoạt Động Con Người Và Nước Biển Dâng

Nghiên cứu sự biến đổi hình thái đáy sông Soài Rạp do hoạt động con người và tác động của nước biển dâng, ảnh hưởng đến môi trường.

• Tác giả: Lê Ngọc Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thống
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Biến Đổi Hình Thái Đáy Sông Soài Rạp Do Hoạt Động Con Người Và Nước Biển Dâng
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• ABSTRACT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Các tác động của tự nhiên và các hoạt động của con người đến sự biến đổi hình thái cửa sông
• 1.2. Những tác động từ tự nhiên
• 1.3. Những tác động từ những hoạt động của con người
• 1.4. Tổng quan về đặc điểm thủy, hải văn, bùn cát và lịch sử phát triển hình thái tại cửa sông Soài Rạp
• 1.4.1. Cửa sông Soài Rạp
• 1.4.2. Điều kiện thủy hải văn và dòng chảy
• 1.4.3. Dao động mực nước triều và dòng triều
• 1.4.4. Gió và sóng
• 1.4.5. Lịch sử thay đổi hình thái tại cửa sông Soài Rạp
• 1.5. Những nghiên cứu đã thực hiện và những tồn tại
• 1.5.1. Những nghiên cứu đã thực hiện
• 1.5.2. Những tồn tại trong những nghiên cứu về hình thái cửa sông Soài Rạp
• 1.6. Câu hỏi và mục tiêu nghiên cứu
• 1.7. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.8. Phương pháp và sơ đồ nghiên cứu
• 1.8.1. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8.2. Cấu trúc của luận án
• 1.9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.10. Điểm mới của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN PHỐI BÙN CÁT TẠI CỬA SÔNG SOÀI RẠP
• 2.1. Hệ thống mô hình TELEMAC
• 2.2. Khái quát một số mô hình động lực hình thái phổ biến
• 2.3. Mô hình Telemac
• 2.4. Cơ sở lý thuyết của mô hình
• 2.5. Thiết lập mô hình
• 2.5.1. Sơ đồ mạng lưới thủy lực
• 2.5.2. Các dữ liệu đầu vào cho mô hình
• 2.5.3. Điều kiện biên
• 2.5.4. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình và thông số mô hình
• 2.6. Mô phỏng quá trình thủy động lực và hình thái lòng dẫn
• 2.6.1. Chế độ thủy lực và dòng chảy tại vùng cửa sông
• 2.6.2. Hàm lượng bùn cát (SSC) và lưu lượng bùn cát
• 2.6.3. Biến đổi hình thái lòng dẫn
• 2.7. Ảnh hưởng của các yếu tố động lực đến vận chuyển bùn cát
• 2.7.1. Ảnh hưởng của chế độ dòng chảy mang tính chất mùa
• 2.7.2. Ảnh hưởng của thủy triều Biển Đông
• 2.7.3. Ảnh hưởng của chế độ gió mùa trên biển Đông
• 2.7.4. Phương trình biểu diễn sự phân phối nguồn bùn cát giữa khu vực cửa Soài Rạp (KV3) với khu vực thượng lưu (KV1) và biển Đông (BĐ)
• 2.8. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: SỰ BIẾN ĐỔI HÌNH THÁI ĐÁY SÔNG SOÀI RẠP DO CÁC HOẠT ĐỘNG TRỰC TIẾP THAY ĐỔI ĐÁY VÀ NƯỚC BIẾN DÂNG
• 3.1. Tác động của các hoạt động thay đổi trực tiếp đáy lòng dẫn
• 3.1.1. Hoạt động nạo vét luồng Soài Rạp
• 3.1.2. Hoạt động khai thác cát
• 3.2. Tác động của nước biển dâng đối với sự biến đổi đáy tại cửa sông Soài Rạp
• 3.2.1. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng
• 3.2.2. Sự thay đổi của chế độ thủy lực trong điều kiện nước biển dâng
• 3.2.3. Vận chuyển và phân phối lại nguồn bùn cát
• 3.3. Kết luận chương 3
• 3.4. Tác động của các hoạt động nạo vét và khai thác cát
• 3.5. Tác động của nước biển dâng
• 3.6. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đối với các khu vực khác nhau tại cửa sông Soài Rạp
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC: PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY CỦA MÔ HÌNH SISYPHE
• PHỤ LỤC: HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Biến Đổi Hình Thái Đáy Sông Soài Rạp

Nghiên cứu về biến đổi hình thái đáy sông Soài Rạp là một vấn đề quan trọng trong bối cảnh hiện nay. Sông Soài Rạp không chỉ là nguồn nước chính cho nhiều hoạt động kinh tế mà còn là hệ sinh thái đa dạng. Sự thay đổi hình thái của sông ảnh hưởng đến chất lượng nước, tài nguyên và môi trường. Nghiên cứu này nhằm làm rõ các yếu tố tác động đến hình thái đáy sông, đặc biệt là hoạt động con người và nước biển dâng.

1.1. Đặc Điểm Hình Thái Đáy Sông Soài Rạp

Hình thái đáy sông Soài Rạp có sự biến đổi phức tạp, chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Các yếu tố như dòng chảy, bùn cát và triều cường đều góp phần vào sự thay đổi này. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong giai đoạn 1982-2008, đáy sông có xu hướng bồi, nhưng từ 2009 đến nay, tình trạng xói lở đã gia tăng.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về biến đổi hình thái đáy sông mà còn cung cấp cơ sở cho việc quản lý tài nguyên nước. Việc đánh giá tác động của nước biển dâng và hoạt động con người là cần thiết để xây dựng các chiến lược phát triển bền vững cho khu vực.

II. Vấn Đề Biến Đổi Hình Thái Đáy Sông Do Hoạt Động Con Người

Hoạt động của con người, đặc biệt là khai thác tài nguyên và nạo vét, đã gây ra những thay đổi đáng kể đến hình thái đáy sông Soài Rạp. Những hoạt động này không chỉ làm thay đổi địa hình mà còn ảnh hưởng đến chế độ thủy lực và chất lượng nước. Việc hiểu rõ các tác động này là rất quan trọng để có biện pháp quản lý hiệu quả.

2.1. Tác Động Của Nạo Vét Luồng Sông

Nạo vét luồng sông Soài Rạp đã làm thay đổi chế độ thủy lực, dẫn đến sự gia tăng biên độ triều tại cửa sông. Kết quả mô phỏng cho thấy, nạo vét có thể làm tăng biên độ triều lên đến 15cm trong kỳ triều cường, ảnh hưởng đến sự phân bố bùn cát.

2.2. Khai Thác Cát Và Hệ Lụy

Hoạt động khai thác cát với sản lượng lớn đã dẫn đến sự thiếu hụt bùn cát tại nhiều khu vực. Khu vực thượng lưu (KV1) bị ảnh hưởng nặng nề, trong khi khu vực cửa biển (KV3) có khả năng tái bồi cao hơn do nguồn bùn cát từ biển.

III. Tác Động Của Nước Biển Dâng Đến Hình Thái Đáy Sông

Nước biển dâng là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hình thái đáy sông Soài Rạp. Sự gia tăng mực nước biển không chỉ làm thay đổi chế độ triều mà còn ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển và phân phối bùn cát. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nước biển dâng làm tăng biên độ sóng triều và tốc độ truyền triều.

3.1. Biến Đổi Chế Độ Triều Do Nước Biển Dâng

Nước biển dâng đã làm tăng biên độ sóng triều, dẫn đến sự thay đổi trong chế độ triều tại khu vực hạ lưu. Kết quả cho thấy, biên độ sóng triều chính có thể tăng lên đến 4.43 cm trong điều kiện nước biển dâng 1.0m.

3.2. Ảnh Hưởng Đến Vận Chuyển Bùn Cát

Sự gia tăng mực nước biển đã làm thay đổi quá trình vận chuyển bùn cát, đặc biệt là trong mùa lũ. Nghiên cứu cho thấy, lượng bùn cát tích lũy tại khu vực cửa biển tăng lên, trong khi khu vực thượng lưu có xu hướng giảm.

IV. Phương Pháp Nghiên Cứu Biến Đổi Hình Thái Đáy Sông

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong nghiên cứu này bao gồm mô hình hóa thủy động lực và phân tích số liệu thực địa. Mô hình TELEMAC-2D được sử dụng để mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát và đánh giá tác động của các yếu tố môi trường. Phương pháp này giúp cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế vận chuyển bùn cát tại cửa sông Soài Rạp.

4.1. Mô Hình TELEMAC 2D Trong Nghiên Cứu

Mô hình TELEMAC-2D cho phép mô phỏng các quá trình thủy động lực và hình thái lòng dẫn. Các thông số vật lý và toán học được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ tin cậy cao trong kết quả mô phỏng.

4.2. Phân Tích Số Liệu Thực Địa

Phân tích số liệu thực địa giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái đáy sông. Các số liệu về mực nước, vận tốc dòng chảy và hàm lượng bùn cát được thu thập và phân tích để đưa ra kết luận chính xác.

V. Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Vào Quản Lý Tài Nguyên

Kết quả nghiên cứu về biến đổi hình thái đáy sông Soài Rạp có thể được ứng dụng vào việc quản lý tài nguyên nước và phát triển bền vững. Việc hiểu rõ các tác động của hoạt động con người và nước biển dâng sẽ giúp xây dựng các chiến lược quản lý hiệu quả hơn.

5.1. Chiến Lược Quản Lý Tài Nguyên Nước

Các chiến lược quản lý tài nguyên nước cần được xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu. Việc điều chỉnh các hoạt động khai thác tài nguyên và nạo vét cần được thực hiện để giảm thiểu tác động tiêu cực đến hình thái đáy sông.

5.2. Phát Triển Bền Vững Khu Vực Hạ Lưu

Nghiên cứu cung cấp cơ sở cho việc phát triển bền vững khu vực hạ lưu sông Soài Rạp. Các biện pháp bảo vệ môi trường và tài nguyên nước cần được thực hiện để đảm bảo sự phát triển lâu dài cho khu vực này.

VI. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu về biến đổi hình thái đáy sông Soài Rạp đã chỉ ra rằng các yếu tố như hoạt động con người và nước biển dâng có tác động lớn đến hình thái đáy sông. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc quản lý tài nguyên nước. Tương lai của nghiên cứu này cần tiếp tục mở rộng để đánh giá đầy đủ hơn các tác động của các hoạt động xây dựng và phát triển đô thị.

6.1. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần có các nghiên cứu tiếp theo để đánh giá tác động của các hoạt động xây dựng và phát triển đô thị đến hình thái đáy sông. Việc nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố môi trường cũng là cần thiết.

6.2. Tầm Quan Trọng Của Quản Lý Bền Vững

Quản lý bền vững tài nguyên nước và môi trường là rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Các chiến lược cần được xây dựng để đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực hạ lưu sông Soài Rạp.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Sự biến đổi hình thái lòng dẫn và cán cân bùn cát tại các vùng cửa sông dạng phễu (funnel-shaped estuaries) chịu chi phối bởi sự tương tác phi tuyến tính giữa quá trình thủy - hải văn tự nhiên và các can thiệp nhân sinh cường độ cao. Công trình nghiên cứu tiến sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước (Mã số: 62580212) của nghiên cứu sinh Lê Ngọc Anh tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh mang tên: "Nghiên cứu sự biến đổi hình thái đáy sông Soài Rạp do các hoạt động trực tiếp thay đổi đáy và nước biển dâng", dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Lê Đình Hồng và PGS.TS. Nguyễn Thống, đã giải quyết căn cơ bài toán động lực hình thái phức tạp này. Nghiên cứu xác lập bối cảnh lịch sử qua ba thập niên: "Trong ba thập niên qua, hình thái cửa sông Soài Rạp liên tục thay đổi. Giai đoạn đầu (1982 - 2008), khi các hoạt động khai thác tài nguyên trên sông chưa nhiều, đáy lòng dẫn sông Soài Rạp xảy ra xu hướng bồi; giai đoạn từ 2009 - đến nay, khi nền kinh tế phát triển nóng, xuất hiện tình trạng xói lở nhanh, phức tạp và có xu hướng lan rộng lên phía thượng lưu."

Khoảng trống nghiên cứu then chốt (Research Gap) xuất phát từ việc các nghiên cứu trước đây (Nguyễn Đức Vượng et al., 2005; Nguyễn Thế Biên et al., 2012; Lê Mạnh Hùng et al., 2015) chủ yếu áp dụng mô hình toán cục bộ 1D/2D với giả định đơn giản hóa vật liệu đáy là bùn dính (cohesive) hoặc bùn rời (non-cohesive) đồng nhất, làm sai lệch đáng kể động lực bùn cát thực tế chuyển tiếp từ sông ra biển Đông. Luận án đặt ra hệ thống câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu chính xác:

• RQ1: Cơ chế tương tác đa động lực học (dòng chảy mùa lũ/kiệt, bán nhật triều không đều, gió mùa, trường sóng khúc xạ) chi phối sự phân bố và chuyển vận bùn cát hỗn hợp tại cửa sông Soài Rạp diễn ra như thế nào?
• RQ2: Mức độ biến đổi hình thái đáy và sự gián đoạn cán cân bùn cát liên vùng (Thượng lưu KV1 - Sông Soài Rạp KV2 - Vịnh Gành Rái/Biển Đông KV3) dưới tác động của các kịch bản nạo vét luồng hàng hải ($-9,5\text{ m}$ và $-11,0\text{ m}$) và hoạt động khai thác cát quy mô $22\text{ triệu m}^3/\text{năm}$ diễn ra với cường độ bao nhiêu?
• RQ3: Nước biển dâng (SLR kịch bản $+0,5\text{ m}$ và $+1,0\text{ m}$) làm thay đổi đặc tính lan truyền sóng triều (biên độ, pha phân triều chính) và tái phân phối trường bùn cát tích lũy như thế nào?

Khung lý thuyết của luận án tích hợp mô hình phân loại cửa sông Dalrymple et al. (1992), lý thuyết phân vùng động lực bồi xói lưu vực Schumm (1977) - Kondolf (1993), kết hợp nền tảng mô hình hóa số trị mã nguồn mở TELEMAC-2D liên kết SISYPHE và TOMAWAC. Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ vùng hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai – Sài Gòn (HLĐNSG) có diện tích lưu vực trên $40.000\text{ km}^2$, chiều dài phân lưu Soài Rạp $45\text{ km}$, với chuỗi số liệu quan trắc thực địa chi tiết theo chu kỳ triều mùa kiệt (01/4 – 16/4/2012) và mùa lũ (19/9 – 04/10/2011).

Literature Review và Positioning

Lý luận kinh điển về cửa sông khởi xướng từ định nghĩa hình thái học của Dionne (1963) và thủy động lực học của Dyer (1986), xem cửa sông là vùng hòa trộn nước mặn - ngọt với ba phân đoạn chịu ảnh hưởng suy giảm dần của triều. Dalrymple, Zaitlin & Boyd (1992) đã nâng tầm lý thuyết địa mạo học thông qua mô hình tam giác năng lượng (sông - sóng - triều), phân loại ranh giới giữa trầm tích lục địa và trầm tích biển. Perillo (1995) bổ sung thêm các chiều kích sinh thái học và môi trường nước lợ. Tuy nhiên, một cuộc tranh luận học thuật kéo dài giữa hai trường phái: (1) Trường phái xem động lực tự nhiên (triều, nêm mặn, sóng ven bờ theo William Kamphuis, 1991) là yếu tố thống trị cấu trúc bồi xói; và (2) Trường phái xem can thiệp công trình nhân sinh (hồ chứa thượng nguồn, nạo vét đáy, chỉnh trị đê kè theo Milliman & Meade, 1983; Kondolf, 1997) là tác nhân quyết định làm sụp đổ trạng thái cân bằng động (dynamic equilibrium).

                      ┌────────────────────────────────────────┐
                      │    Động lực tự nhiên & Hải văn         │
                      │  - Dòng chảy sông (Q₀ = 1.067 m³/s)    │
                      │  - Bán nhật triều Biển Đông (3-3,5 m)  │
                      │  - Sóng nông & Gió mùa (NE / SW)       │
                      └───────────────────┬────────────────────┘
                                          │
                                          ▼
┌────────────────────────┐      ┌──────────────────┐      ┌────────────────────────┐
│  Tác động Thượng lưu   │      │  CỬA SÔNG DẠNG   │      │  Biến đổi Khí hậu      │
│ - Giảm 37,8% dòng chảy │─────▶│    PHỄU SOÀI     │◀─────│ - NBD +0,5 m / +1,0 m  │
│   (Hồ Dầu Tiếng/Trị An)│      │    RẠP (2-D)     │      │ - Biến đổi pha/biên độ │
│ - Cắt giảm phù sa      │      └─────────┬────────┘      │   phân triều M2        │
└────────────────────────┘                │               └────────────────────────┘
                                          │
                                          ▼
                      ┌────────────────────────────────────────┐
                      │   Can thiệp nhân sinh trực tiếp đáy    │
                      │  - Nạo vét luồng (-9,5 m / -11,0 m)    │
                      │  - Khai thác cát (22 triệu m³/năm)     │
                      │  - Hình thành Knickpoint gây xói đáy   │
                      └───────────────────┬────────────────────┘
                                          │
                                          ▼
                      ┌────────────────────────────────────────┐
                      │     Hệ quả Hình thái & Bùn cát         │
                      │  - Bùn cát hỗn hợp: (ES1, ES2)         │
                      │  - Mô hình TELEMAC-2D + SISYPHE        │
                      │  - Cân bằng liên vùng: Phương trình Y   │
                      └────────────────────────────────────────┘

Luận án của Lê Ngọc Anh định vị chính xác ở điểm giao thoa giữa hai trường phái này tại vùng ven biển Đông Nam Bộ. Nghiên cứu so sánh đa chiều với các công trình quốc tế tiêu biểu:

1. Nghiên cứu của Liangwen Jia et al. (2007) tại hạ lưu sông Đông Giang (Dongjiang River, Châu thổ Châu Giang - Trung Quốc) chứng minh việc nạo vét và khai thác cát quy mô lớn làm gia tăng biên độ triều, kéo dài thời gian triều lên và tăng cường động lực xâm thực ngược lên thượng lưu. Luận án tái khẳng định quy luật này tại Soài Rạp khi hoạt động nạo vét làm biên độ triều tăng thêm $15\text{ cm}$ và phân triều $M_2$ tăng cường độ khi độ sâu dòng dẫn mở rộng.
2. Mô hình vận chuyển phù sa toàn cầu của Syvitski et al. (2005, 2009) về sự chìm ngập của các đồng bằng châu thổ do hồ chứa giữ lại hơn $30%$ lượng bùn cát đáy toàn cầu. Tại hạ lưu sông Đồng Nai - Sài Gòn, tổng lưu lượng xả từ Trị An và Dầu Tiếng giảm $37,8%$ (tổng lượng nước giảm từ $34\text{ tỷ m}^3$ xuống $24\text{ tỷ m}^3$), làm suy giảm nghiêm trọng nguồn cấp phù sa mịn $50 - 100\text{ g/m}^3$ từ thượng nguồn, biến Soài Rạp từ vị thế bồi tụ sang trạng thái thâm hụt trầm trọng.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng thuyết phân vùng hình thái bồi xói lưu vực của Schumm (1977) và Mathias Kondolf (1993) bằng cách lượng hóa cụ thể quá trình chuyển dịch các "điểm gãy xói lòng dẫn" (knickpoints) do con người tạo ra. Khi xuất hiện hố đào nạo vét hoặc mỏ khai thác cát, gradient ứng suất cắt đáy ($\tau$) bị gián đoạn; bùn cát di đáy ($Q_s$) bị giữ lại hoàn toàn trong lòng hố, gây ra hiện tượng nước đói phù sa (hungry water) ở hạ lưu, thúc đẩy điểm gãy di chuyển ngược lên thượng nguồn và bóc mòn cục bộ đáy sông sâu thêm $6,55\text{ m}$ (điển hình tại lý trình Km54 từ 2008 – 2012).

Về mặt lý thuyết động lực trầm tích hỗn hợp, nghiên cứu đã phát triển công thức hàm tương quan xác định chiều dày các lớp phân tầng:

$$(ES_1, ES_2) = f(f_1, f_2, n, ES)$$

Trong đó:

• $ES_1, ES_2$: Chiều dày tương ứng của lớp cát hạt rời và lớp bùn sét kết dính trên từng tầng tính toán ($m$);
• $ES$: Tổng chiều dày lớp trầm tích hoạt tính ($ES = ES_1 + ES_2$);
• $f_1, f_2$: Tỷ lệ thành phần cát và bùn dính ($f_1 + f_2 = 1$);
• $n$ ($\lambda$): Độ rỗng của khối hạt trầm tích.

Công thức này tích hợp vào mô hình ứng suất cắt tới hạn trung bình $\tau_{ce} = f(\tau_{ce,1}, \tau_{ce,2})$ và cường độ xói thực tế $E_j = f(E_1, E_2)$, phá vỡ giới hạn truyền thống vốn chỉ xét đơn lẻ bùn dính của Krone (1962) - Partheniades (1965) hoặc bùn rời của Meyer-Peter & Müller (1948) - Van Rijn (1984).

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp đồng thời ba cấu phần lý thuyết: Thủy lực dòng chảy hai chiều nước nông (Saint-Venant 2D), Thuyết phổ sóng ngẫu nhiên ven bờ (Battjes & Janssen, 1978; Janssen, 1989) và Động lực học bùn cát đa tầng phi kết dính/kết dính kết hợp. Điểm đột phá giải tích là việc thiết lập phương trình hồi quy tương quan đa biến biểu diễn sự cân bằng bùn cát liên vùng:

$$Y = -4,452 \cdot X_1 + 0,114 \cdot X_2 + 6,958$$

Trong đó:

• $X_1$: Tổng lượng bùn cát tích lũy tại khu vực Thượng lưu KV1 ($10^6\text{ m}^3$);
• $X_2$: Tổng lượng bùn cát tích lũy tại khu vực Biển Đông ($10^6\text{ m}^3$);
• $Y$: Tổng lượng bùn cát tích lũy tại khu vực Cửa sông Soài Rạp / Vịnh Gành Rái KV3 ($10^6\text{ m}^3$).

Điều kiện biên xác định (Boundary conditions): Mô hình phản ánh chính xác tương quan nghịch giữa nguồn phù sa thượng nguồn $X_1$ và lượng bùn cát tích lũy cửa biển $Y$, đồng thời chỉ rõ sự chi phối áp đảo của dòng bùn cát ven biển $X_2$ dưới tác động của dòng triều và sóng gió mùa Tây Nam đẩy ngược vào cửa sông.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ triết lý thực chứng (positivism) kết hợp chủ nghĩa hiện thực phản biện (critical realism), áp dụng phương pháp nghiên cứu mô phỏng số trị tất định (deterministic numerical modeling) kết hợp phân tích đối sánh chuỗi số liệu thực nghiệm đa thời gian (1982, 2004, 2008, 2009, 2011, 2012). Thiết kế nghiên cứu đa tầng bao gồm:

1. Tầng vĩ mô (Macro-level): Toàn bộ Biển Đông và Vịnh Thái Lan cung cấp điều kiện biên sóng và triều;
2. Tầng trung gian (Meso-level): Hệ thống mạng lưới sông Đồng Nai – Sài Gòn – Vàm Cỏ và Vịnh Gành Rái;
3. Tầng vi mô (Micro-level): Tuyến luồng hàng hải Soài Rạp dài $70\text{ km}$ và 16 mỏ khai thác khoáng sản cát lòng sông.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình thu thập dữ liệu thủy - hải văn và trầm tích được tiến hành với độ chính xác cao:

• Đo đạc thủy lực đồng bộ: Trạm Phú An, Nhà Bè, Biên Hòa, Thủ Dầu Một, Bến Lức, Tân An, Vũng Tàu. Khảo sát mùa lũ (19/9 – 04/10/2011) ghi nhận lưu lượng chảy xuôi cực đại tại Nhà Bè $Q_{max+} = 19.817\text{ m}^3/\text{s}$ ($V_{max+} = 1,298\text{ m/s}$), chảy ngược $Q_{max-} = -12.337\text{ m}^3/\text{s}$; mùa kiệt (01/4 – 16/4/2012) ghi nhận lưu lượng xuôi cực đại $Q_{max+} = 18.864\text{ m}^3/\text{s}$ ($V_{max+} = 1,250\text{ m/s}$), chảy ngược $Q_{max-} = -15.222\text{ m}^3/\text{s}$ ($V_{max-} = -0,826\text{ m/s}$).
• Trầm tích đáy và lơ lửng: 20 hố khoan địa chất xác định phân bố cỡ hạt đáy $D = 0,002 - 20\text{ mm}$ (Bảng 1-9: Soài Rạp chứa $22,22%$ hạt mịn $0,002 - 0,075\text{ mm}$, $51,81%$ cát $0,075 - 2,0\text{ mm}$, $25,97%$ sỏi cuội $2,0 - 20\text{ mm}$; khối lượng riêng hạt $\rho = 2.650 - 2.672\text{ kg/m}^3$). Nồng độ bùn cát lơ lửng ($SSC$) đo đạc biến thiên mạnh theo triều: triều rút trung bình $34,33\text{ mg/l}$, triều lên đạt cực đại $217,08\text{ mg/l}$.

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        THU THẬP DỮ LIỆU ĐẦU VÀO                        │
│  - Địa hình: DEM đáy sông & đường bờ ven biển                          │
│  - Thủy văn: Dòng chảy Trị An, Dầu Tiếng, Phước Hòa                    │
│  - Hải văn: Mực nước triều, trạm Vũng Tàu, Phú Quý; Sóng Sao Mai       │
│  - Trầm tích: 20 hố khoan đáy (D=0,002-20mm), SSC tầng nước            │
└───────────────────────────────────┬────────────────────────────────────┘
                                    │
                                    ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      THIẾT LẬP HỆ THỐNG MÔ HÌNH                        │
│  - Thủy động lực: TELEMAC-2D (Lưới phi cấu trúc Finite Element)        │
│  - Động lực sóng: TOMAWAC (Battjes & Janssen 1978, Triad/Quadruplet)   │
│  - Chuyển vận bùn cát: SISYPHE (Thuật toán bùn hỗn hợp ES1, ES2)       │
└───────────────────────────────────┬────────────────────────────────────┘
                                    │
                                    ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      HIỆU CHỈNH & KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH                    │
│  - Mùa lũ (19/9 - 04/10/2011) & Mùa kiệt (01/4 - 16/4/2012)            │
│  - Mực nước (H), Vận tốc (V), Sóng (Hs, Tp), Độ đục (SSC)              │
│  - Chỉ số Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE > 0,85), Sai số R² > 0,90     │
└───────────────────────────────────┬────────────────────────────────────┘
                                    │
                                    ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN                           │
│  - Kịch bản nền (KB0): Hiện trạng thủy hải văn năm 2014                │
│  - Nạo vét luồng (KB1: -9,5m | KB2: -11,0m)                            │
│  - Khai thác cát (KB3: 16 mỏ, công suất 22 triệu m³/năm)               │
│  - Nước biển dâng (KB4: NBD +0,5m | KB5: NBD +1,0m)                    │
└───────────────────────────────────┬────────────────────────────────────┘
                                    │
                                    ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     KẾT QUẢ ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI                         │
│  - Cán cân bùn cát 3 vùng (KV1 thượng lưu, KV2 Soài Rạp, KV3 Gành Rái) │
│  - Biến đổi phân triều M2, dịch chuyển pha và biên độ sóng triều       │
│  - Thiết lập phương trình hồi quy tương quan phân phối bùn cát liên vùng│
└────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

• Triangulation và Hiệu chuẩn: Sử dụng kiểm định chéo (cross-validation) giữa mô hình TELEMAC-2D/SISYPHE với chuỗi trắc dọc địa hình thực đo các năm 1982, 2004, 2008, 2009, 2011, 2012. Độ tin cậy đạt hệ số Nash-Sutcliffe $NSE > 0,85$ đối với mực nước và vận tốc dòng chảy, hệ số tương quan $R^2 > 0,90$ đối với nồng độ $SSC$.

Data và phân tích

Mô hình thiết lập trên lưới tam giác phi cấu trúc (unstructured triangular mesh) tối ưu hóa độ phân giải cao tại các luồng lạch hẹp và thưa dần ngoài biển khơi. Các thông số động lực học chính xác:

• Hệ số nhám đáy Nikuradse $k_s = 0,01 - 0,05\text{ m}$;
• Ứng suất cắt tới hạn xói $\tau_{ce} = 0,1 - 1,5\text{ N/m}^2$;
• Vận tốc lắng hạt trầm tích $W_s = 0,0001 - 0,01\text{ m/s}$;
• Tham số sóng vỡ Battjes & Janssen (1978) $\gamma = 0,8$, hệ số tiêu tán sóng do ma sát đáy $\Gamma = 0,038\text{ m}^2/\text{s}^3$.

Mô hình chạy kiểm chứng độ nhạy (sensitivity analysis) đối với 5 tham số chính: hệ số khuếch tán bùn cát, đường kính hạt hữu hiệu $D_{50}$, ứng suất tới hạn đáy, tham số ma sát Manning, và hằng số xói Partheniades $M$.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Cơ chế vận chuyển bùn cát phân vùng theo mùa và động lực triều:
   • Tại khu vực Thượng lưu (KV1): Mang tính mùa sâu sắc; mùa kiệt bồi tụ $+2.026\text{ m}^3/\text{chu kỳ triều}$ (triều kém), trong khi mùa lũ xói mạnh $-97.222\text{ m}^3/\text{chu kỳ triều}$ (triều cường).
   • Tại khu vực sông Soài Rạp (KV2): Duy trì trạng thái cân bằng động giữa bồi và xói; tích lũy bùn cát mùa kiệt đạt $+36.151\text{ m}^3$ (triều cường) và $+511\text{ m}^3$ (triều kém); mùa lũ tích lũy $+45.883\text{ m}^3$ (triều cường) và xói $-157.476\text{ m}^3$ (triều kém).
   • Tại khu vực Vịnh Gành Rái / Cửa biển (KV3): Là bồn tiếp nhận trầm tích lớn nhất với tổng lượng tích lũy mùa kiệt $+114.012\text{ m}^3/\text{chu kỳ triều}$ và mùa lũ đạt $+357.000\text{ m}^3/\text{chu kỳ triều}$, chủ yếu do dòng triều đưa từ biển vào.
2. Chi phối bất đối xứng của chế độ gió mùa: Vịnh Gành Rái đón nhận dòng bùn cát vận chuyển hướng Tây Nam – Đông Bắc áp đảo. Thời kỳ gió mùa Tây Nam làm tổng lượng bùn cát tích lũy tăng thêm $1,78\text{ triệu m}^3$ ($+10,0%$), ngược lại gió mùa Đông Bắc làm xói trôi giảm $1,56\text{ triệu m}^3$ ($-9,3%$).
3. Tác động biến đổi đáy do nạo vét luồng tàu hàng hải: Nạo vét luồng Soài Rạp xuống $-9,5\text{ m}$ (KB1) và $-11,0\text{ m}$ (KB2) làm tăng biên độ triều tại cửa sông thêm $15\text{ cm}$. Hệ quả lan truyền khiến tổng lượng bùn cát tích lũy tại Thượng lưu (KV1) suy giảm mạnh $18%$ (KB1) và $36%$ (KB2); lượng sa bồi cục bộ tại luồng Soài Rạp (KV2) tăng thêm $6%$ (KB1) và $13%$ (KB2), trong khi Vịnh Gành Rái (KV3) bị sụt giảm nguồn cấp $5%$ (KB1) và $10%$ (KB2).
4. Nguy cơ cạn kiệt và sụp đổ cân bằng do khai thác cát quy mô lớn:
   • Trích xuất luận án khẳng định: "Đối với hoạt động khai thác cát, với sản lượng cát khai thác là 22 tr.m3/năm thì tổng lượng cát tích lũy tại các khu vực đều thiếu hụt trừ KV3. Về khả năng tái bồi tại các mỏ khai thác cát, khu vực KV1 là khu vực có nhu cầu khai thác cát rất lớn và gần như không có khả năng tái bồi do sản lượng khai thác vượt mức đáp ứng của sông; khu vực sông Soài Rạp (KV2) và khu vực cửa biển (KV3) chủ yếu là cát san lấp, có khả năng tái bồi cao hơn do nguồn bùn cát lớn từ biển đưa vào."
   • Khai thác $22\text{ triệu m}^3/\text{năm}$ tại 16 mỏ tạo ra thâm hụt trầm tích toàn lưu vực, phá vỡ hoàn toàn khả năng hồi phục tự nhiên của lòng dẫn KV1.
5. Khuếch đại sóng triều và dịch pha dưới kịch bản Nước biển dâng (SLR): Chiều sâu nước tăng làm gia tốc vận tốc truyền triều ($c = \sqrt{gh}$). Sóng triều bán nhật $M_2$ tăng biên độ $+2,49\text{ cm}$ (SLR $+0,5\text{ m}$) và $+4,43\text{ cm}$ (SLR $+1,0\text{ m}$), đồng thời xuất hiện hiện tượng sớm pha $7,5\text{ phút}$ (SLR $+0,5\text{ m}$) và $14,1\text{ phút}$ (SLR $+1,0\text{ m}$) so với kịch bản nền. NBD $+1,0\text{ m}$ làm KV1 giảm tích lũy $600.000\text{ m}^3/\text{năm}$, trong khi KV3 tăng tích lũy cưỡng bức thêm $2,8\text{ triệu m}^3/\text{năm}$ từ biển đẩy vào.

Implications đa chiều

• Về mặt lý luận học thuật: Chứng minh rằng tại các cửa sông hình phễu nhiệt đới gió mùa, động lực bùn cát biển đóng vai trò bù đắp chủ đạo cho sự suy giảm dòng phù sa từ lục địa bị giữ lại sau các đập thủy điện.
• Về mặt phương pháp luận: Thiết lập quy trình chuẩn coupling ba mô hình mã nguồn mở TELEMAC-2D + TOMAWAC + SISYPHE xử lý bài toán bùn cát hỗn hợp đa lớp, có thể chuyển giao trực tiếp cho các hệ thống châu thổ ven biển Đông Nam Á (sông Mekong, sông Hồng, sông Chao Phraya).
• Về mặt quản lý thực tiễn và chính sách: Cung cấp luận cứ khoa học định lượng để UBND TP. Hồ Chí Minh, Long An, Đồng Nai điều chỉnh quy hoạch nạo vét luồng hàng hải Soài Rạp; áp đặt hạn ngạch (quota) khai thác khoáng sản cát nghiêm ngặt tại KV1; thiết kế các đê ngầm giảm sóng và công trình ổn định bờ thích ứng với kịch bản nước biển dâng $+1,0\text{ m}$.

Limitations và Future Research

1. Giới hạn cấu trúc mô hình 2D trung bình theo chiều sâu: Mặc dù TELEMAC-2D xử lý tốt dòng chảy bình đồ, nhưng chưa mô phỏng trọn vẹn hoàn lưu thứ sinh 3 chiều (3D secondary flows) tại các khúc uốn gấp và cấu trúc nêm mặn phân tầng mật độ thẳng đứng (vertical salinity stratification).
2. Chưa tích hợp đầy đủ công trình ven bờ: Tác động tích lũy từ hệ thống đê bao khép kín kiểm soát triều, trụ cầu giao thông khẩu độ lớn, đường hầm dìm vượt sông và các khu đô thị lấn biển Cần Giờ chưa được đưa vào bài toán biên hình học chi tiết.
3. Định hướng nghiên cứu tiếp nối:
   • Nâng cấp mô hình lên TELEMAC-3D kết hợp module sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ nhằm đánh giá tương tác giữa thảm thực vật bãi triều và khả năng giữ bùn cát;
   • Nghiên cứu biến động hình thái đáy sông dưới tác động của các hình thế thời tiết cực đoan như bão nhiệt đới đổ bộ trực tiếp kết hợp triều cường lịch sử;
   • Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (Machine Learning/Physics-Informed Neural Networks - PINNs) để dự báo thời gian thực biến động sa bồi luồng tàu hàng hải.

Tác động và ảnh hưởng

• Ảnh hưởng học thuật: Luận án mở ra hướng tiếp cận định lượng chuyên sâu về cơ chế bùn cát hỗn hợp tại các cửa sông Việt Nam, tạo tiền đề trích dẫn quan trọng cho các công trình nghiên cứu thuộc nhóm danh mục ISI/Scopus (Q1/Q2) trong lĩnh vực Thủy lực sông biển và Kỹ thuật bờ biển (Coastal Engineering).
• Chuyển đổi công nghiệp hàng hải & logistics: Tối ưu hóa chu kỳ nạo vét duy tu luồng tàu Soài Rạp đón tàu trọng tải đến $50.000\text{ DWT}$, tiết kiệm hàng trăm tỷ đồng chi phí nạo vét định kỳ hàng năm thông qua việc dự báo chính xác các vị trí cục bộ có xu thế bồi lắng cao (từ Km12 đến Km30 và đoạn luồng biển Km54 – Km60).
• Tác động chính sách vĩ mô: Định hình chiến lược bảo vệ an ninh nguồn nước và an toàn bờ sông tại Quyết định quy hoạch phòng chống thiên tai và chỉnh trị sông vùng hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn định hướng 2030, tầm nhìn 2050.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giảng viên chuyên ngành Thủy văn - Kỹ thuật Tài nguyên nước: Kế thừa bộ tham số vật lý đã được hiệu chỉnh chính xác (nhám $k_s$, $\tau_{ce}$, $W_s$, công thức phân tầng $ES_1, ES_2$) trên mô hình TELEMAC-2D/SISYPHE.
• Cơ quan Quản lý Nhà nước (Bộ Tài nguyên & Môi trường, Cục Hàng hải Việt Nam, Sở TN&MT các tỉnh thành): Sử dụng các kịch bản suy giảm bùn cát và biến đổi biên độ sóng triều $M_2$ để xây dựng quy chế cấp phép mỏ cát và quy chuẩn an toàn nạo vét luồng tàu.
• Doanh nghiệp Xây dựng Thủy công & Khai thác Cảng biển: Ứng dụng dữ liệu diễn biến đáy để thiết kế kết cấu cầu cảng, kè bảo vệ bờ và luồng quay tàu tại Cảng Hiệp Phước và khu vực Vịnh Gành Rái.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì? Đó là việc mở rộng lý thuyết cân bằng trầm tích hình thái sông biển thông qua việc xác lập công thức quan hệ hàm phân tầng bùn cát hỗn hợp $(ES_1, ES_2) = f(f_1, f_2, n, ES)$ tích hợp trong mô hình toán 2D, giải quyết triệt để tính phi đồng nhất của trầm tích chuyển tiếp từ sông ra biển Đông.
2. Điểm mới về phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây? Khác với các nghiên cứu của Nguyễn Đức Vượng et al. (2005) dùng MIKE 11/21C chỉ xét bùn rời cục bộ, hay Trần Bá Hoàng et al. (2014) chỉ xét bùn dính thuần túy, luận án lần đầu tiên liên kết đồng bộ bộ ba công cụ mã nguồn mở TELEMAC-2D + TOMAWAC + SISYPHE trên toàn bộ miền tính liên tục từ hồ chứa thượng nguồn ra thềm lục địa Biển Đông, loại bỏ hoàn toàn sai số ghép biên thủ công.
3. Phát hiện nào mang tính bất ngờ và có ý nghĩa thực tiễn cao nhất? Phát hiện về sự bù trừ trầm tích tự nhiên tại khu vực Soài Rạp (KV2) dưới tác động của Nước biển dâng (SLR $+1,0\text{ m}$): NBD làm giảm lượng bùn cát lắng đọng trong mùa kiệt nhưng lại kích hoạt gia tăng bùn cát bồi tụ trong mùa lũ, giúp tổng lượng bùn cát tích lũy cả năm tại KV2 gần như không thay đổi, trong khi áp lực bồi tụ dồn ép toàn bộ ra Vịnh Gành Rái ($+2,8\text{ triệu m}^3/\text{năm}$).
4. Quy trình tái lập (Replication Protocol) có được cung cấp minh bạch không? Luận án cung cấp chi tiết toàn bộ cấu trúc file áp đặt bùn cát theo không gian, bảng thông số sóng Battjes & Janssen (1978), chuỗi số liệu đo đạc thủy văn thực tế mùa lũ 2011 và mùa kiệt 2012, các hệ số ma sát, tạo điều kiện hoàn hảo để các nhà nghiên cứu độc lập tái lập mô phỏng.
5. Chương trình nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo như thế nào? Tập trung phát triển hệ thống giám sát - cảnh báo sớm sạt lở bờ sông và sa bồi luồng tàu tích hợp mô hình số trị 3D thời gian thực, dữ liệu viễn thám radar vệ tinh (Sentinel-1/2) và mạng lưới trạm quan trắc IoT nồng độ bùn cát tự động dọc lưu vực sông Đồng Nai - Sài Gòn.

Kết luận

1. Làm sáng tỏ một cách toàn diện cơ chế chuyển vận bùn cát tại cửa sông Soài Rạp là sự tổng hòa giữa dòng chảy mùa lũ/kiệt, bán nhật triều Biển Đông, chế độ gió mùa Tây Nam/Đông Bắc và trường sóng khúc xạ ven bờ.
2. Thiết lập thành công công thức bùn cát hỗn hợp $(ES_1, ES_2)$ và tích hợp hiệu quả vào bộ mô hình TELEMAC-2D/SISYPHE/TOMAWAC với độ tin cậy khoa học cao ($NSE > 0,85$).
3. Xây dựng phương trình hồi quy tương quan phân phối bùn cát liên vùng $Y = -4,452 \cdot X_1 + 0,114 \cdot X_2 + 6,958$, chỉ rõ mối quan hệ mật thiết giữa thượng nguồn, cửa sông và Biển Đông.
4. Lượng hóa chính xác tác động tiêu cực của hoạt động nạo vét luồng hàng hải (làm tăng biên độ triều thêm $15\text{ cm}$, giảm tích lũy bùn cát thượng lưu tới $36%$) và khai thác cát $22\text{ triệu m}^3/\text{năm}$ (gây thiếu hụt bùn cát nghiêm trọng, không có khả năng tự tái bồi tại KV1).
5. Chứng minh quy luật biến đổi thủy triều khi nước biển dâng: gia tăng biên độ phân triều $M_2$ lên $+4,43\text{ cm}$, truyền pha sớm hơn $14,1\text{ phút}$ (kịch bản NBD $+1,0\text{ m}$) và làm biến đổi sâu sắc cán cân bồi xói toàn vùng hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 7 Cửa sông là miệng của con sông hay là khu vực có sự pha trộn giữa nước biên và nước ngọt. Dionne (1963) [2] dựa trên đặc tính ảnh hưởng của triều và sự xàm nhập của nước biển cho ràng: cửa sông được tính từ điểm vào của nước biển đến thượng lưu nơi mà ảnh hường cua triều bị suy yếu, thường được chia thành ba đoạn: (1) đoạn cuối của cứa sông tiếp xúc với biên, (2) đoạn giừa cứa sông nơi mà sự pha trộn có phần chiếm ưu thế cúa nước biển với nước sông, (3) đoạn cứa sông thuộc sông nơi mà vẫn còn sự ảnh hưởng của triều. Dyer (1986) [3] định nghĩa cửa sông theo một cách đơn gián hơn, theo đó cứa sông là khu vực cỏ sự pha trộn giữa nước biền và nước sông. 1-1: Mô tá các thành phân cửa sông theo Dionne (1963) Gần hơn nữa, định nghĩa về cửa sông được kế thừa và bổ sung thêm những đặc tính về môi trường tại cửa sông.

Dalrymple et al. (1992) đã đưa ra định nghĩa về cửa sông dựa trên phương diện về mặt địa chất và làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình cửa sông (H. Cửa sông được định nghía là nơi nhận bùn cát bao gồm cả sông và biến, chịu ảnh hương đồng thời cua triều, sóng và các quá trinh động lựe cùa sông [4J. Kế thừa từ những định nghĩa trước, Perillo (1995) đã đưa ra định nghĩa mới và có xem xét đến đặc điềm môi trường sống của sinh vật vùng cửa sông.

Theo đó, cửa sông được định nghĩa là khu vực ven biển được giới hạn bời phạm vi anh hướng cùa triều, trong 1 cửa sông nước biển có thể đi vào từ một hoặc nhiều nhánh, hoặc nơi có sự pha trộn giữa nước biển và nước sông, là nơi mà các loài sinh vật nước lợ có thể tồn tại hoặc một phần hoặc cá vòng đời cua chúng [5]. Đây là định nghĩa bao hàm khá đầy đú các đặc tính cua cửa sông. 32% SALINITY FACIES BOUNDARY BETWEEN ESTURINE SAND BODY ANO LIMIT OF NORMAL MARINE SEDIMENTS TIDAL INFLUENCE 0.1 %0 WAVE SALINITY / PROCESSES / TIDAL RIVER PROCESSES PROCESSES IẠỊ FACIES BOUNDARY BETWEEN SEDIMENT MARINE (TIDALLY-) INFLUENCED SOURCE AND fluvial sediments MARINE ESTUARY (Dalrymple et al, 1992) MARINE f4 ESTUARY (Pritchard, 1967) RIVER H. 1-2: Mô tả các thành phần cưa sông theo Dalrymple et al (1992) 1.

Các tác động của tự nhiên và các hoạt động của con người đến sự biến đổi hình thái cửa sồng 1. Nhũng tác dộng từ tự nhiên Những yếu tố tự nhiên tác động đến sự biến đôi hình thái cửa sông có thê được tông hợp thành các yếu tố chính sau: •» Tương tác thúy dộng lực sông biên Sự hình thành và phát triển cửa sông đều chịu sự ảnh hường mạnh cứa quá trình tương tác lẫn nhau giữa các yếu tố động học vùng cứa sông ven biến gồm: thủy triều, sóng, dòng chảy trên sông, dòng cháy dọc bờ. Hầu hết các cừa sông trên thế giới đều chịu ảnh hưởng cùa thủy triều. Năng lượng triều như là một tác động cơ học đến sự vận chuyển bùn cát, tạo ra dạng đáy, làm sạch và phân phối lại các chất ô nhiễm [6].

Dòng cháy trong sông luôn chày theo một hướng từ thượng lưu ra đến biển, lượng dòng chảy trong 2 sông cũng thay đôi theo mùa mưa và mùa khô. Lượng dòng cháy trong mùa lũ thường lớn hon rất nhiều so với dòng chảy trong mùa khô. Trái ngược với dòng chảy trong sông, dòng triều chảy theo hai chiều (chảy vào khi triều lèn và cháy ra khi triều xuống) và thay đổi hướng trong thời gian rất ngan trong ngày. Dòng chảy trong sông và dòng triều luôn tác động lẫn nhau, có lúc chủng hổ trự lẫn nhau và có lúc chúng lại triệt tiêu lẫn nhau [7].

Tuy nhiên, một sổ sông có biên độ triều lớn như sông Amazon, sự chi phối của triều không mạnh do năng lượng sóng lớn hoặc lưu lượng dòng chảy trong sông lớn [9]. Môi trường cửa sông luôn có sự pha trộn giữa nước biển và nước sông, sự pha trộn đó tạo nên sự khác biệt đối với môi trường nước tại cửa sông và anh hưởng đen chế độ thúy động lực và dòng cháy và quá trình bồi lang bùn cát tại đây [10J. Do trọng lượng riêng của nước biển nặng hon so với nước ngọt nên khi truyền vào vùng cửa sông, nó có xu hướng di chuyền xuống phía dưới và hình thành nên “nêm mặn” tại cửa sông, phía trước nêm mặn luôn xãy ra hiện tượng bồi rất mạnh [11]. Cứa sông vốn là nơi tiếp giáp giữa sông và biên nên ngoài chịu ánh hường của triều còn chịu ảnh hướng mạnh bởi sóng.

William Kamphuis (1991) [12] biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng vận chuyền bùn cát với bước sóng, độ dốc đáy biển, kích thước hạt và góc sóng vỡ dưới dạng các biếu thức toán học. Sóng đóng vai trò quan trọng đối với động lực bùn cát trong vùng nước nông tiếp giáp với bờ [ 13]. Sự tương tác lần nhau giữa sóng và dòng cháy triều gây ra sự gia tăng ứng suẩt tại đáy, đặc biệt là đình cúa dãi cát và làm gia tăng sự vận chuyển cát [14]. Sóng gây ra sự vận chuyển bùn cát về phía bờ thường có tính chất theo mùa nhưng xét về mặt độ lớn vẫn nhò hơn vận chuyến bùn cát dọc bờ [15].

Xa cửa sông về phía biến, nơi mà triều và dòng cháy trong sông bị suy yếu và không đu khả năng để khởi động bùn cát, các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão đóng vai trò trong việc tạo ra sóng và dòng chảy gió tương tác lần nhau, làm cho các hạt bùn cát được 3 mang đi. Bão kèm gió mạnh gây ra ứng xuất gió tác động mạnh đến dòng chày tại lớp biên mặt và sinh ra các xoáy nước không những làm cho vận tốc dòng chảy tăng mạnh mà còn phá vỡ các kết cấu cua các hạt bùn cát tại đáy. Trong cơn bão, sóng không chi bốc các hạt bùn cát ĩừ đáy lên mà còn tương tác với dòng chảy làm thay đôi hướng và lưu lượng vận chuyển bùn cát [161. Hình thái vùng đồng bằng châu thổ có thể thay đối nhanh chóng dưới tác động cua bão mặc dù các cơn bão thường chỉ xãy ra trong một thời gian ngắn.

Bão gây ra sự xáo động bùn cát lơ lửng và vận chuyển bùn cát làm giảm sự phát triển cúa vùng đồng bàng châu thổ, gây bồi tại các vịnh và tái phân phối lại bùn cát dọc theo bãi cạn phía bên trong [17], Hầu hết các cơn bão mạnh có khả năng dịch chuyến bùn cát hơn có chiều dài 300 m từ bờ biển vào phía cửa sông [18]. Lượng bùn cát bô sung trên các lưu vực thượng lưu 9 Sông là nơi tiêp nhận và phán ánh đặc tính cùa lưu vực sông, do đó lượng bùn cát trên sông phụ thuộc vào đặc tính cùa lưu vực sông đó. Tùy theo đặc tính thảm thực vật và chế độ khi tượng thủy văn của từng lưu vực khác nhau mà lượng bùn cát cung cấp cho sông do quá trình xói mòn trên lưu vực sông không giong nhau. Trên lưu vực sông thường được chia thành ba khu vực có các đặc tính vận động bùn cát khác nhau được đề xuất bới G.

Mathias Kondolf (1993) [19]: (1) vùng thượng lưu chiếm ưu thế bởi quá trình xói mòn và sãn sinh ra bùn cát; (2) vùng trung lưu đóng vai trò vận chuyển bùn cát; (3) vùng hạ lưu bên dưới mực nước biến đặc trưng cho xu hướng bồi, là nơi tiếp nhận bùn cát. 1-3 minh họa đặc tính vận động bùn cát tại các khu vực. Lượng bùn cát được cung cấp từ sông đóng vai trò quan trọng trong việc biến đồi hình thái cưa sông và hình thành các vùng đồng bằng châu thố. Tuy nhiên, lượng bùn cát cung cấp từ sông thường thay đổi theo mùa, vào mùa lũ bùn cát cung cấp cho sông nhiều hơn so với mùa khô do nhận được lượng bùn cát đáng kể từ các lưu vực thượng lưu trong quá trình xói mòn bề mặt trên lưu vực chu yếu do mưa.

Lượng bùn cát và kích thước hạt bùn cát đến từ sông là khác nhau và phụ thuộc vào đặc tính của lưu vực sông. Phan lớn lượng bùn cát xói mòn do tác động chủ yếu của mưa, gió, nhiệt độ đố về các lưu vực sông và cuối cùng được dòng chảy mang đến cửa sông. Các dừ liệu quan trắc và dự báo mới cho thấy tông lượng bìm cát từ các con sông trên 4 thế giới cung cấp cho đại dương 13,5.109 tấn/năm bùn cát lơ lửng, 1 - 2.109 tấn/năm bùn cát đáy; khoảng 70% tổng lượng bùn cát đến từ phía nam Châu Á, Thái Binh Dương và Án Độ Dương [20]. Đối với khu vực Châu Á, ví dụ sông Hoàng Hà (Trung Quốc), kết quâ đo đạc tại vị trí cách biển 850 km cho thấy lượng vận chuyển bùn cát khoảng 1,5.

Trên sông Mê Công (Việt Nam), ước tinh lượng bùn cát lơ lửng trong bình hàng năm 160.106 tấn/năm, trong đó 50% bùn cát lơ lửng thuộc lưu vực thượng lưu thuộc lành thổ Trong Quốc [22]. ZONE OF DEPOSITION ZONE OF TRANSPORT ZONE OF EROSION H. 1-3: Sơ đồ minh họa các vùng cung cấp bùn cát, vận chuyên và lắng động trên lưu vực sông theo (Schunun s., ì 977) Hình dạng cửa sông, địa chất lòng dẫn, địa hình địa mạo Hầu hết sự biến đổi hình thái cửa sông là do chu trình tuần hoàn xói - vận chuyển - bồi cúa các hạt bùn cát [23], Phần lớn các cứa sông trên thổ giới đều có hình dạng tương tự nhau; chiều rộng của chúng thường có xu hướng giảm dần về phía thượng lưu. Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy hình dạng cua cửa sông có ánh hưởng rất lớn đến quá trình động lực học của vùng cửa sông.

Cửa sông lý tưởng là cửa sông có chiều sâu nước không đối và bề rộng thay đối theo hàm số mũ được mô tả chi tiết theo w. Nghiên cứu của Rodriguez-Iturbe et al. (2001) cho rằng, có mối quan hệ giữa sự 5 giám chiều rộng của sông theo hàm mũ (về phía thượng lưu) với sự tăng diện tích thoát nước theo hàm mù của lưu vực sông (về phía hạ lưu) [25], Trần Đức Thạnh, Nguyễn Hữu Cư et al. (2007) [26] đà tống hợp hai kiếu vùng cửa sông gom: châu thố và vùng cửa hình phều.

Các châu thô được phân thành các vùng đồng bang châu thô do sông thống trị (tiêu biểu có đồng bằng châu thổ sông Hồng), sóng thống trị (đồng bằng châu thô sông Thu Bồn) và đồng bằng châu thô do triều thống trị (ticu biếu là châu thố sông Mê Công).