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 luận án

Sự biến đổi hình thái lòng dẫn tại các vùng cửa sông và dải ven biển tác động trực tiếp đến môi trường sinh thái, an toàn bờ sông, chất lượng nước và việc khai thác tài nguyên thiên nhiên. Cửa sông Soài Rạp là cửa thoát lũ và giao thương hàng hải thuộc hệ thống lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn (diện tích lưu vực khoảng 40.400 $\text{km}^2$). Trong ba thập niên qua, địa hình đáy cửa sông Soài Rạp diễn biến phức tạp qua hai giai đoạn: giai đoạn 1982 – 2008 mang xu hướng bồi tụ khi các hoạt động khai thác trên lưu vực chưa phát triển nóng; giai đoạn từ năm 2009 đến nay xuất hiện tình trạng xói lở nhanh, phức tạp và lan rộng dần lên phía thượng lưu.

Khoảng trống nghiên cứu được xác định là: các nghiên cứu trước đây tại khu vực hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn chủ yếu áp dụng các mô hình thủy động lực cục bộ với giả thiết bùn cát đơn nhất (hoặc thuần bùn rời, hoặc thuần bùn dính), chưa phản ánh đúng đặc tính bùn cát hỗn hợp chuyển tiếp từ sông ra biển; đồng thời chưa làm rõ cơ chế tương tác tổng hòa giữa dòng chảy mùa, thủy triều, sóng, gió mùa và chưa lượng hóa quy luật cân bằng bùn cát giữa các phân vùng dưới tác động đồng thời của hoạt động nạo vét luồng tàu, khai thác cát và nước biển dâng.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của luận án là làm sáng tỏ cơ chế vận chuyển bùn cát, sự thay đổi hình thái lòng dẫn gắn liền với những thay đổi về điều kiện thủy động lực do hoạt động của con người (nạo vét luồng hàng hải, khai thác khoáng sản cát) và tác động của nước biển dâng.

Các câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu chính được đặt ra:

• Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Ảnh hưởng của các yếu tố động lực đến vận chuyển bùn cát tại vùng cửa sông Soài Rạp như thế nào? Mối quan hệ về sự trao đổi nguồn bùn cát giữa các khu vực tại cửa sông Soài Rạp thể hiện như thế nào?
• Các giả thuyết nghiên cứu: (1) Sự thay đổi hình thái lòng dẫn do thay đổi điều kiện thủy động lực liên quan đến biến đổi khí hậu và hoạt động nhân sinh; (2) Hoạt động khai thác tài nguyên cát và nạo vét luồng làm mất cân bằng bùn cát tự nhiên; (3) Nước biển dâng làm thay đổi chế độ triều, làm biến đổi sự trao đổi bùn cát giữa biển Đông và hệ thống hạ lưu sông.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Quá trình thủy động lực học, cơ chế vận chuyển bùn cát và quy luật biến đổi hình thái đáy sông Soài Rạp.
• Phạm vi không gian: Hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai – Sài Gòn tính từ sau các hồ chứa Trị An, Dầu Tiếng, Phước Hòa qua sông Nhà Bè, sông Soài Rạp (chiều dài 45 km, chiều rộng ngang sông 2,5 – 3,0 km, cao trình đáy từ -32,0 m đến -8,0 m), mở rộng đến Vịnh Gành Rái và vùng thềm lục địa ven biển Đông. Vùng nghiên cứu được chia thành các phân khu: KV1 (thượng lưu), KV2 (sông Soài Rạp), KV3 (Vịnh Gành Rái) và các khu vực biển Đông (BĐ1, BĐ2, BĐ3).
• Phạm vi thời gian: Phân tích số liệu biến đổi đáy từ các bình đồ giai đoạn 1982 – 2012, chuỗi số liệu đo đạc thủy hải văn chi tiết mùa lũ năm 2011 và mùa kiệt năm 2012; mô phỏng thủy động lực theo kịch bản nền năm 2014 và dự báo các kịch bản nước biển dâng (+0,5 m và +1,0 m).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng kết các cơ sở lý luận kinh điển và các công trình nghiên cứu về hình thái cửa sông:

• Lý thuyết phân đoạn và động lực cửa sông: Dionne (1963) chia cửa sông thành 3 đoạn theo mức độ ảnh hưởng của triều và sự xâm nhập của nước biển; Dyer (1986) xác định cửa sông là vùng pha trộn nước sông và biển; Dalrymple et al. (1992) đề xuất mô hình phân loại cửa sông chịu tác động tổng hợp của triều, sóng và dòng chảy sông; Perillo (1995) bổ sung giới hạn triều và môi trường sống của sinh vật nước lợ; Mathias Kondolf (1993) và Schumm (1977) phân chia lưu vực thành 3 vùng vận động bùn cát (vùng xói mòn/thượng lưu, vùng vận chuyển/trung lưu, vùng bồi lắng/hạ lưu); Trần Đức Thạnh, Nguyễn Hữu Cư et al. (2007) phân loại vùng cửa sông Đồng Nai thuộc dạng cửa sông hình phễu chịu động lực thủy triều thống trị; Kamphuis (1991) biểu diễn mối quan hệ toán học giữa lưu lượng bùn cát với bước sóng, độ dốc đáy, kích thước hạt và góc sóng vỡ.

Các nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa tại hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn:

• Nguyễn Đức Vượng et al. (2005) sử dụng mô hình Mike 11 và Mike 21C mô phỏng bùn rời để dự báo xói lở, bồi lắng và xác định hành lang an toàn bờ tại hạ du sông Đồng Nai – Sài Gòn ở phạm vi cục bộ.
• Nguyễn Thị Bảy và Mạch Quỳnh Trang (2006) thiết lập mô hình 2D sai phân hữu hạn mô phỏng vận chuyển bùn cát không kết dính vùng ven biển Cần Giờ, phân tích nồng độ bùn cát tuyến Soài Rạp và Lòng Tàu.
• Hoàng Văn Huân (2008) chỉ ra quy luật xói lở bờ sông vùng hạ lưu Đồng Nai – Sài Gòn với nguyên nhân khởi đầu từ tác động con người và kết thúc bởi mất cân bằng cơ học đất.
• Nguyễn Thế Biên et al. (2012) dùng Mike 11 và Mike 21C (bùn rời) đánh giá ảnh hưởng của khai thác cát (với trữ lượng cho phép khoảng $12 \cdot 10^6\text{ m}^3$).
• Trần Bá Hoàng et al. (2014) sử dụng tổ hợp Mike 11 và Mike 21 coupled FM phân tích tác động của hệ thống đê biển Vũng Tàu – Gò Công đối với chế độ thủy lực.
• Lê Mạnh Hùng et al. (2015) dùng mô hình Mike 21 bùn không kết dính đánh giá nạo vét luồng Soài Rạp giai đoạn 2 (-9,5 m và -12,0 m).
• Bùi Trọng Vinh (2016) kết hợp Viễn thám, GIS và mô hình Mike 21 (HD, ST, SW) đánh giá xói lở bờ biển Gò Công Đông.
• Triệu Ánh Ngọc et al. (2013) nghiên cứu tác động của nước biển dâng (+0,3 m và +1,0 m) làm tăng vận tốc dòng chảy cửa sông từ 4% đến 20%; Vũ Thị Hoài Thu et al. (2020) áp dụng mô hình 2 chiều trung bình theo chiều sâu với thuật toán Uchiyama (2004) để đánh giá chế độ mặn vịnh Cần Giờ.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết:

1. Xây dựng công thức áp đặt vận chuyển bùn cát hỗn hợp trong sông kết hợp bùn rời ngoài biển, khắc phục hạn chế mô phỏng thuần túy bùn dính hoặc bùn rời.
2. Thiết lập mô hình toán liên tục trên toàn bộ hệ thống từ thượng lưu ra thềm lục địa thay vì chia cắt lưới cục bộ.
3. Định lượng quy luật tổng hòa tương tác dòng chảy mùa, triều, sóng, gió mùa và thiết lập phương trình hồi quy cân bằng bùn cát giữa các phân vùng.
4. Lượng hóa có hệ thống tác động của nạo vét luồng (-9,5 m và -11,0 m), khai thác cát quy mô lớn (22 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$) và các kịch bản nước biển dâng (+0,5 m và +1,0 m).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết thủy động lực học vùng cửa sông hình phễu, tương tác dòng chảy sông và dòng triều bán nhật không đều, cơ chế hình thành nêm mặn và lý thuyết sóng nước nông ($c = \sqrt{gh}$). Cơ chế vận chuyển bùn cát đáy và lơ lửng được mô tả qua các thông số: ứng suất cắt đáy tổng cộng $\tau_b$, ứng suất cắt tới hạn của cát và bùn ($\tau_{ce1}, \tau_{ce2}$), vận tốc lắng chìm $W_s$, lưu lượng xói $E$, lưu lượng bồi lắng $D$, nồng độ bùn cát lơ lửng sát đáy $C_{ref}$ tại chiều dày lớp sát đáy $Z_{ref}$.

Luận án xây dựng công thức quan hệ bùn cát hỗn hợp: $$(ES1, ES2) = f(f_1, f_2, n, ES)$$ Trong đó:

• $ES1, ES2$: Chiều dày tương ứng của lớp cát và lớp bùn trên mỗi tầng phân lớp (layer).
• $ES$: Tổng chiều dày một tầng phân lớp ($ES = ES1 + ES2$).
• $f_1, f_2$: Tỷ lệ thành phần cát và bùn trong khối đất ($f_1 + f_2 = 1$).
• $n$ (hoặc $\lambda$): Độ rỗng của hạt đất.
• $\rho$: Khối lượng riêng của hạt ($\rho = 2.650\text{ kg/m}^3$).
• $M_1, M_2$: Khối lượng tương ứng của cát và bùn trong khối đất.

Hệ thống mô hình toán số được sử dụng là bộ phần mềm mã nguồn mở TELEMAC:

• TELEMAC-2D: Giải hệ phương trình nước nông trung bình theo chiều sâu 2 chiều để xác định trường vận tốc ($u, v$) và độ sâu mực nước ($h$).
• SISYPHE: Tính toán trường nồng độ bùn cát lơ lửng (SSC), lưu lượng vận chuyển bùn cát đáy, bùn cát lơ lửng và biến đổi cao trình đáy sông ($Z_b$).
• TOMAWAC: Mô hình phổ sóng biển thế hệ thứ ba, mô phỏng sóng do gió truyền vào cửa sông, kết hợp mô hình sóng vỡ của Battjes và Janssen (1978) và mô hình Janssen.

Nguồn dữ liệu và tư liệu phục vụ nghiên cứu:

• Dữ liệu địa hình và lưới thủy lực: Mô hình DEM, hệ thống bản đồ GIS, số liệu bình đồ đo đạc trắc dọc và trắc ngang lòng dẫn sông Soài Rạp giai đoạn 1982 – 2012 từ các dự án nạo vét luồng.
• Dữ liệu địa chất bùn cát đáy: Thành phần cấp phối hạt từ các hố khoan địa chất đáy sông, tỷ trọng hạt và độ rỗng của Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (VKHTLMN).
• Dữ liệu khí tượng, thủy hải văn: Số liệu quan trắc mực nước, lưu lượng, vận tốc, hàm lượng bùn cát lơ lửng (SSC) mùa lũ (19/9 – 04/10/2011) và mùa kiệt (01/4 – 16/4/2012) tại các trạm Thủ Dầu Một, Biên Hòa, Nhà Bè, Phú An, Bến Lức, Tân An, Lê Minh Xuân, Vũng Tàu; số liệu gió, sóng đo đạc tại trạm Phú Quý, Vũng Tàu, Sao Mai, Bến Đình và mũi Nghinh Phong.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 trình bày tổng quan điều kiện tự nhiên, đặc điểm thủy hải văn, bùn cát, lịch sử biến đổi lòng dẫn cửa sông Soài Rạp và các tác động nhân sinh trên lưu vực sông Đồng Nai:

• Dòng chính sông Đồng Nai dài 628 km; diện tích lưu vực tính đến cửa Soài Rạp là 40.400 $\text{km}^2$. Lưu lượng tự nhiên bình quân nhiều năm $Q_0 = 1.067\text{ m}^3/\text{s}$, tổng lượng dòng chảy $W_0 = 34\text{ tỷ m}^3$. Sau khi xây dựng các hồ chứa Trị An, Dầu Tiếng và Phước Hòa, tổng lượng dòng chảy đổ về hạ lưu giảm 37,8% (chỉ còn $24\text{ tỷ m}^3/\text{năm}$, mùa kiệt đạt $7,8\text{ tỷ m}^3$ với $Q_{tb} = 425,8\text{ m}^3/\text{s}$, mùa lũ đạt $16,2\text{ tỷ m}^3$ với $Q_{tb} = 1.340\text{ m}^3/\text{s}$).
• Chế độ thủy triều: Thuộc dạng bán nhật triều không đều của biển Đông, biên độ triều đạt 300 – 350 cm vào kỳ triều cường và 180 – 200 cm vào kỳ triều kém. Biên độ triều tại trạm Phú An (sông Sài Gòn) mùa kiệt đạt 380 cm, mùa lũ 298 cm; trạm Biên Hòa (sông Đồng Nai) mùa kiệt đạt 274 cm, mùa lũ 263 cm.
• Đặc trưng bùn cát đáy: Theo số liệu khảo sát của VKHTLMN, thành phần cấp phối đáy sông Soài Rạp gồm 22,22% nhóm hạt mịn 0,002 – 0,075 mm; 51,81% nhóm hạt cát 0,075 – 2,0 mm; 25,97% nhóm hạt thô 2,0 – 20,0 mm; tỷ trọng hạt đạt $2.672\text{ kg/m}^3$.

Tên sông	Tỷ lệ hạt 0,002 – 0,075 mm (%)	Tỷ lệ hạt 0,075 – 2,0 mm (%)	Tỷ lệ hạt 2,0 – 20,0 mm (%)	Tỷ trọng hạt ($\text{kg/m}^3$)
Sông Đồng Nai	20,00	34,29	45,51	2.690
Sông Sài Gòn	33,00	55,00	12,00	2.624
Sông Soài Rạp	22,22	51,81	25,97	2.672
Sông Thị Vải	40,95	57,21	1,84	2.648
Sông Vàm Cỏ	22,83	50,77	26,40	2.683

• Diễn biến địa hình đáy dọc luồng Soài Rạp giai đoạn 1982 – 2012:

Lý trình	Cao độ tim luồng 1982 (m)	Cao độ tim luồng 2004 (m)	Cao độ tim luồng 2008 (m)	Cao độ tim luồng 2009 (m)	Cao độ tim luồng 2011 (m)	Cao độ tim luồng 2012 (m)
Km30	-10,95	-	-	-	-	-
Km45	-9,91	-7,90	-7,63	-7,90	-7,44	-8,51
Km54	-9,53	-9,06	-5,68	-7,03	-8,53	-12,18
Km57	-16,34	-5,28	-6,86	-6,26	-6,32	-
Km60	-16,64	-13,30	-13,78	-	-	-

Số liệu cho thấy giai đoạn 1982 – 2004 xu hướng bồi chiếm ưu thế (tại Km57 bồi cao thêm 11,06 m); giai đoạn 2008 – 2012 chuyển biến mạnh sang xói lở (tại Km54 xói sâu 6,55 m trong 5 năm, hạ cao độ từ -5,68 m xuống -12,18 m).

Chương 2: Cơ chế vận chuyển và phân phối bùn cát tại cửa sông Soài Rạp

Chương 2 trình bày việc thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình TELEMAC-2D, SISYPHE, TOMAWAC; phân tích tác động của các yếu tố động lực đến vận chuyển bùn cát:

• Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Các thông số nhám đáy, hệ số khuếch tán, thông số sóng Janssen và Battjes & Janssen (1978) được kiểm chứng đạt độ tin cậy cao qua chuỗi số liệu mực nước, lưu lượng, vận tốc và nồng độ bùn cát lơ lửng (SSC) mùa kiệt và mùa lũ.
• Cơ chế vận chuyển bùn cát theo mùa và theo chu kỳ triều:
  • Phân vùng KV1 (thượng lưu): Chịu tính chất mùa sâu sắc; mùa kiệt bồi tụ, mùa lũ xói lở mạnh. Tổng lượng bùn cát tích lũy trong 1 chu kỳ triều mùa kiệt đạt $2.026\text{ m}^3$ (triều kém), trong khi mùa lũ tích lũy âm (xói) đến $-97.222\text{ m}^3$ (triều cường).
  • Phân vùng KV2 (khu vực Soài Rạp): Đạt trạng thái cân bằng tương đối giữa mùa kiệt và mùa lũ, không biến động theo mùa. Lượng bùn cát tích lũy một chu kỳ triều mùa kiệt đạt $36.151\text{ m}^3$ (triều cường), $511\text{ m}^3$ (triều kém); mùa lũ đạt $45.883\text{ m}^3$ (triều cường) và $157.476\text{ m}^3$ (triều kém).
  • Phân vùng KV3 (Vịnh Gành Rái): Nhận lượng bùn cát tích lũy lớn nhất, chủ yếu do dòng triều đưa từ biển vào. Mùa kiệt tích lũy $114.012\text{ m}^3$ (triều kém).
• Ảnh hưởng của chế độ gió mùa: Vịnh Gành Rái đón nhận dòng bùn cát theo hướng Tây Nam – Đông Bắc lớn hơn hướng ngược lại. Vào mùa gió Tây Nam, tổng lượng bùn cát tích lũy tại Vịnh Gành Rái tăng thêm 1,78 triệu $\text{m}^3$ (+10%); vào mùa gió Đông Bắc/Tây Bắc, lượng tích lũy giảm 1,56 triệu $\text{m}^3$ (-9,3%).
• Luận án thiết lập phương trình hồi quy biểu diễn sự phân phối cân bằng bùn cát giữa các phân vùng: $$Y = -4,452 \cdot X1 + 0,114 \cdot X2 + 6,958$$ Trong đó: $X1$ là tổng lượng bùn cát tích lũy tại KV1 ($10^6\text{ m}^3$), $X2$ là tổng lượng bùn cát tích lũy tại khu vực biển Đông ($10^6\text{ m}^3$), $Y$ là tổng lượng bùn cát tích lũy tại KV3 ($10^6\text{ m}^3$).

Chương 3: Sự biến đổi hình thái đáy sông Soài Rạp do các hoạt động trực tiếp thay đổi đáy và nước biển dâng

Chương 3 lượng hóa tác động của các kịch bản nạo vét luồng, khai thác cát và nước biển dâng đối với chế độ thủy lực và hình thái lòng dẫn:

• Hoạt động nạo vét luồng tàu Soài Rạp:
  • Kịch bản KB1 (nạo vét đến cao trình -9,5 m) và KB2 (nạo vét đến cao trình -11,0 m) làm thay đổi chế độ thủy lực, biên độ triều tại cửa sông tăng thêm đến 15 cm trong kỳ triều cường.
  • Phân bố bùn cát tích lũy biến đổi: Phía thượng lưu (KV1) giảm 18% ở KB1 và giảm 36% ở KB2; khu vực sông Soài Rạp (KV2) tăng bồi lắng 6% ở KB1 và tăng 13% ở KB2; khu vực Vịnh Gành Rái (KV3) giảm tích lũy 5% ở KB1 và giảm 10% ở KB2.
• Hoạt động khai thác cát (Kịch bản KB3: khai thác $22\text{ triệu m}^3/\text{năm}$ tại 16 mỏ cát):
  • Khai thác cát làm thiếu hụt tổng lượng cát tích lũy trên toàn hệ thống, ngoại trừ KV3.
  • Luận án mô tả cơ chế hố xói do khai thác cát: Hố khai thác tạo ra điểm gãy (knick point) giữ lại bùn cát di đáy, làm gián đoạn dòng bùn cát bổ sung cho hạ lưu, khiến đáy hạ lưu bị xói đói bùn cát; đồng thời điểm gãy có xu hướng dịch chuyển dần về phía thượng lưu.
  • Khả năng tái bồi hoàn: KV1 có nhu cầu khai thác lớn nhưng gần như không có khả năng tái bồi do sản lượng khai thác vượt quá khả năng bù đắp của sông; KV2 và KV3 chủ yếu chứa cát san lấp, có khả năng tái bồi cao hơn nhờ nguồn bùn cát từ biển đưa vào.
• Tác động của nước biển dâng (Kịch bản KB4: NBD +0,5 m; Kịch bản KB5: NBD +1,0 m):
  • Nước dâng làm tăng chiều sâu nước, tăng vận tốc truyền triều ($c = \sqrt{gh}$), làm các sóng triều truyền nhanh pha hơn. Sóng triều chính $M_2$ có biên độ tăng lớn nhất: +2,49 cm (ở NBD +0,5 m) và +4,43 cm (ở NBD +1,0 m); thời gian nhanh pha lần lượt là 7,5 phút (NBD +0,5 m) và 14,1 phút (NBD +1,0 m) so với kịch bản nền (KB0: NBD +0,0 m).
  • Về cân bằng bùn cát hàng năm: KV1 giảm 600.000 $\text{m}^3/\text{năm}$ ở kịch bản NBD +1,0 m; KV2 giảm lắng đọng trong mùa kiệt nhưng tăng lắng đọng trong mùa lũ (lượng tăng mùa lũ bù đắp thiếu hụt mùa kiệt nên tổng lượng cả năm ít thay đổi); KV3 tăng lượng tích lũy thêm 2,8 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$ (ở NBD +1,0 m); tổng lượng cát tích lũy ngoài biển Đông giảm, đạt 335,2 triệu $\text{m}^3$.

Kịch bản mô phỏng	Thay đổi biên độ sóng triều $M_2$ (cm)	Thay đổi pha sóng $M_2$ (phút)	Biến đổi TLBC tại KV1	Biến đổi TLBC tại KV2	Biến đổi TLBC tại KV3
Nạo vét KB1 (-9,5 m)	Tăng biên độ cửa sông (+15 cm kỳ cường)	-	Giảm 18%	Tăng 6%	Giảm 5%
Nạo vét KB2 (-11,0 m)	Tăng biên độ cửa sông (+15 cm kỳ cường)	-	Giảm 36%	Tăng 13%	Giảm 10%
Khai thác cát KB3 (22 tr. $\text{m}^3/\text{năm}$)	Tăng biến động vận tốc tại hố xói	-	Thiếu hụt nghiêm trọng, không tái bồi	Tái bồi cát san lấp một phần	Tái bồi cát san lấp
NBD +0,5 m (KB4)	+2,49	Nhanh 7,5	Giảm tích lũy	Ổn định (mùa lũ bù mùa kiệt)	Tăng tích lũy
NBD +1,0 m (KB5)	+4,43	Nhanh 14,1	Giảm 600.000 $\text{m}^3/\text{năm}$	Ổn định (mùa lũ bù mùa kiệt)	Tăng 2,8 tr. $\text{m}^3/\text{năm}$

Chương 4: Kết luận và thảo luận

Chương 4 thảo luận, đối chiếu các kết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế và các nghiên cứu trong khu vực:

• Tổng kết sự chuyển pha hình thái của sông Soài Rạp từ bồi tụ sang xói lở bắt nguồn từ tương tác giữa suy giảm bùn cát thượng lưu (do hồ chứa và khai thác cát) với động lực nạo vét mở rộng luồng tàu và biến đổi triều do nước biển dâng.
• Thảo luận về các giới hạn mô hình hóa chưa bao quát hết các công trình dân sinh ven bờ (đê bao cục bộ, mố cầu, hầm vượt sông, khu đô thị lấn sông).

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt khoa học và phương pháp luận:

1. Xây dựng thành công công thức quan hệ $(ES1, ES2) = f(f_1, f_2, n, ES)$ tích hợp vào mô hình mã nguồn mở TELEMAC-2D và SISYPHE, cho phép mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát chuyển tiếp từ đặc tính bùn hỗn hợp trong sông sang bùn rời ở vùng biển trên cùng một mạng lưới tính toán liền mạch.
2. Thiết lập phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệ định lượng về sự cân bằng và phân phối bùn cát giữa thượng lưu (KV1), biển Đông ($X2$) và cửa Soài Rạp – Vịnh Gành Rái ($Y$): $Y = -4,452 \cdot X1 + 0,114 \cdot X2 + 6,958$.

Các kết quả và đóng góp thực tiễn:

1. Định lượng sự thay đổi chế độ thủy động lực và biến đổi đáy do nạo vét luồng Soài Rạp ở hai mức cao trình (-9,5 m và -11,0 m), làm rõ hiện tượng biên độ triều tăng thêm đến 15 cm tại cửa sông kỳ triều cường và sự suy giảm bùn cát ở thượng lưu (18% – 36%).
2. Làm sáng tỏ cơ chế xói lở do khai thác cát quy mô lớn (22 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$) thông qua sự dịch chuyển của điểm gãy (knick point); chứng minh vùng thượng lưu (KV1) không có khả năng tự tái bồi hoàn bùn cát, trong khi vùng Soài Rạp (KV2) và Vịnh Gành Rái (KV3) có khả năng tái bồi cát san lấp từ nguồn bùn cát biển.
3. Lượng hóa tác động của nước biển dâng (+0,5 m và +1,0 m) đối với sự gia tăng biên độ (đến +4,43 cm) và thời gian truyền nhanh pha (đến 14,1 phút) của sóng triều $M_2$, cũng như sự dịch chuyển phân bố bùn cát giữa các phân vùng.

Kiến nghị và giải pháp:

• Quản lý và kiểm soát nghiêm ngặt hoạt động khai thác cát tại vùng thượng lưu hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn (KV1) do khu vực này không có khả năng tự phục hồi bùn cát tự nhiên.
• Tích hợp các kịch bản gia tăng biên độ triều và thay đổi bồi xói khi quy hoạch duy tu nạo vét luồng tàu Soài Rạp và xây dựng các công trình chỉnh trị bờ sông.
• Xây dựng chiến lược quản lý tổng hợp tài nguyên nước và trầm tích toàn lưu vực thích ứng với kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

• Nghiên cứu chưa xem xét đầy đủ tác động của một số hoạt động và công trình nhân sinh cục bộ như hệ thống đê bao khép kín, cầu giao thông, đường hầm vượt sông, hoạt động nuôi bãi và các dự án đô thị lấn sông.
• Chuỗi số liệu thực đo chuyên đề về sóng tại khu vực cửa sông Soài Rạp còn hạn chế về thời gian đo đạc liên tục, chủ yếu kế thừa từ các đợt khảo sát ngắn hạn tại Mũi Nghinh Phong, Bến Đình, Sao Mai.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Mở rộng mô hình để tích hợp đánh giá chi tiết tác động của hệ thống công trình kiểm soát triều, đê bao ngăn mặn và các khu đô thị lấn sông ven sông Soài Rạp.
• Bổ sung các chuỗi số liệu quan trắc dài hạn về sóng, dòng chảy bùn cát tầng đáy để hoàn thiện tham số dự báo biến đổi hình thái lòng dẫn trong dài hạn.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên sâu cho các đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước, Thủy văn học, Hải văn học, Kỹ thuật Công trình thủy và Xây dựng công trình biển: Có thể kế thừa phương pháp thiết lập mô hình ghép nối TELEMAC-2D, SISYPHE, TOMAWAC và thuật toán xử lý phân lớp bùn cát hỗn hợp $(ES1, ES2)$.
• Cơ quan quản lý nhà nước và viện nghiên cứu chuyên ngành (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Giao thông Vận tải, các Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, Ban Quản lý Dự án Hàng hải): Ứng dụng số liệu tính toán bồi xói, mức độ gia tăng biên độ triều để thẩm định các dự án nạo vét luồng hàng hải, cấp phép khai thác khoáng sản cát và quy hoạch các công trình chỉnh trị bảo vệ bờ hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao việc mô phỏng vận chuyển bùn cát tại cửa sông Soài Rạp đòi hỏi phải xây dựng công thức bùn cát hỗn hợp thay vì dùng bùn dính hoặc bùn rời đơn thuần? Trả lời: Do đặc tính trầm tích tại sông Soài Rạp biến đổi liên tục và phức tạp theo không gian; khu vực phía trong sông mang đặc tính bùn cát hỗn hợp kết dính, trong khi khu vực thềm lục địa ngoài biển thể hiện đặc tính bùn cát rời. Luận án đã xây dựng công thức quan hệ $(ES1, ES2) = f(f_1, f_2, n, ES)$ để tích hợp đồng thời hai cơ chế này vào mô hình TELEMAC-2D và SISYPHE.

2. Việc xây dựng và vận hành các hồ chứa Trị An, Dầu Tiếng, Phước Hòa làm thay đổi dòng chảy đổ về hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn như thế nào? Trả lời: Tổng lượng dòng chảy bình quân năm đổ về hạ lưu giảm 37,8% (từ $34\text{ tỷ m}^3$ xuống còn $24\text{ tỷ m}^3$). Trong đó, tổng lượng dòng chảy mùa kiệt là $7,8\text{ tỷ m}^3$ (lưu lượng trung bình $425,8\text{ m}^3/\text{s}$) và mùa lũ là $16,2\text{ tỷ m}^3$ (lưu lượng trung bình $1.340\text{ m}^3/\text{s}$).

3. Hoạt động nạo vét luồng tàu Soài Rạp tác động ra sao đến biên độ triều và phân bố bùn cát tích lũy? Trả lời: Nạo vét luồng làm biên độ triều tại cửa sông tăng thêm đến 15 cm trong kỳ triều cường. Lượng bùn cát tích lũy tại thượng lưu (KV1) giảm 18% (kịch bản -9,5 m) và giảm 36% (kịch bản -11,0 m); khu vực Soài Rạp (KV2) tăng bồi lắng 6% đến 13%; khu vực Vịnh Gành Rái (KV3) giảm tích lũy từ 5% đến 10%.

4. Cơ chế xói lở do khai thác cát quy mô 22 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$ diễn ra như thế nào và khả năng tái bồi tại các mỏ ra sao? Trả lời: Việc khai thác tạo ra các hố xói sâu, đóng vai trò là các điểm gãy (knick point) giữ lại bùn cát di đáy, làm hạ lưu thiếu hụt bùn cát và bị xói lở mạnh; điểm gãy sau đó phát triển ngược lên thượng lưu. Khu vực thượng lưu (KV1) gần như không có khả năng tự tái bồi do sản lượng khai thác vượt quá nguồn cung cấp của sông; trong khi khu vực Soài Rạp (KV2) và Vịnh Gành Rái (KV3) có khả năng tái bồi cát san lấp nhờ nguồn bùn cát từ biển đưa vào.

5. Nước biển dâng ảnh hưởng thế nào đến sóng triều $M_2$ và cân bằng bùn cát tại cửa sông Soài Rạp? Trả lời: Ở kịch bản nước biển dâng +1,0 m, sóng triều $M_2$ tăng biên độ lớn nhất +4,43 cm và truyền nhanh pha 14,1 phút; lượng bùn cát tích lũy tại KV1 giảm 600.000 $\text{m}^3/\text{năm}$, tại KV3 tăng thêm 2,8 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$, trong khi tại KV2 tổng lượng bùn cát cả năm ít thay đổi do lượng bồi tăng trong mùa lũ bù đắp cho lượng thiếu hụt trong mùa kiệt.

Kết luận

Luận án đã phân tích cơ chế thủy động lực học, vận chuyển bùn cát và biến đổi hình thái đáy sông Soài Rạp bằng hệ thống mô hình TELEMAC-2D, SISYPHE và TOMAWAC có tích hợp công thức bùn cát hỗn hợp. Kết quả nghiên cứu chứng minh quy luật dịch chuyển hình thái lòng dẫn từ bồi tụ sang xói lở dưới tác động tổng hợp của dòng chảy mùa, chế độ bán nhật triều, gió mùa kết hợp với các hoạt động nạo vét luồng, khai thác cát và nước biển dâng. Các phát hiện và phương trình cân bằng bùn cát cung cấp cơ sở định lượng cho công tác quản lý tài nguyên khoáng sản, duy tu luồng tàu hàng hải và quy hoạch chỉnh trị bờ sông vùng hạ lưu 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).