Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu biến đổi hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ do nước biển dâng

Luận án tiến sĩ phân tích nghiên cứu diễn biến hình thái vùng ven biển nam trung bộ trong điều kiện nước biển dâng do biến, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng

• Tác giả: Phạm Trung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trịnh Công Vấn
• Trường học: Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Thủy
• Đề tài: Nghiên Cứu Diễn Biến Hình Thái Vùng Ven Biển Nam Trung Bộ Trong Điều Kiện Nước Biển Dâng Do Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của luận án
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Cách tiếp cận
• 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 1.5.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.6. Những đóng góp mới của luận án
• 1.7. Cấu trúc luận án
• 2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tổng quan về vùng nghiên cứu
• 2.1.1. Vị trí địa lý
• 2.1.2. Thực trạng xói lở-bồi tụ dải ven biển Nam Trung Bộ
• 2.1.3. Nguyên nhân chính gây xói lở-bồi tụ vùng ven biển Nam Trung Bộ
• 2.2. Nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của nước biển dâng đến diễn biến hình thái vùng ven biển
• 2.2.1. Mô hình xác định hình thái dài hạn
• 2.2.2. Mô hình xác định hình thái ngắn hạn
• 2.3. Nghiên cứu liên quan thực hiện ở Việt Nam và Nam Trung Bộ
• 2.4. Hướng tiếp cận của luận án
• 3. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ
• 3.1. Cơ sở lý thuyết về diễn biến hình thái vùng ven biển
• 3.1.1. Khái niệm chung về mô hình vận chuyển bùn cát
• 3.1.2. Mô hình mặt cắt bờ biển cân bằng
• 3.1.3. Mô hình vận chuyển bùn cát dọc bờ
• 3.2. Cơ sở lý thuyết về năng lượng sóng
• 3.2.1. Sự hình thành và lan truyền của sóng biển
• 3.2.2. Năng lượng sóng đơn sắc
• 3.2.3. Phổ năng lượng sóng
• 3.2.4. Công thức tính thông lượng năng lượng sóng
• 3.2.5. Đường cơ sở và trình tự tính toán trong luận án
• 3.3. Cơ sở khoa học các mô hình tính toán
• 3.3.1. Phân cấp các mô hình trong luận án
• 3.3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE21/3 Couple Model FM
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ
• 4.1. Xây dựng bản đồ phân vùng năng lượng sóng dải ven biển Nam Trung Bộ
• 4.2. Mô hình tính sóng toàn vùng biển Đông
• 4.3. Mô hình nghiên cứu chính vùng ven biển Nam Trung Bộ
• 4.4. Kết quả tính toán dòng năng lượng sóng dải ven biển Nam Trung Bộ
• 4.5. Mối liên hệ giữa dòng năng lượng sóng Pt dọc bờ và Pn hướng bờ với hiện tượng xói lở-bồi tụ ở khu vực Nam Trung Bộ
• 4.5.1. Đoạn bờ khu vực cửa Đại – Hội An (Quảng Nam)
• 4.5.2. Đoạn bờ khu vực Bãi Xép-cửa Đà Rằng- Đà Nông (Phú Yên)
• 4.5.3. Đoạn bờ từ mũi La Gàn-mũi Yến (Bình Thuận)
• 4.5.4. Đoạn bờ từ mũi Né-mũi Kê Gà (Bình Thuận)
• 4.5.5. Nhận xét chung
• 4.6. Nghiên cứu điển hình khu vực ven biển LaGi
• 4.6.1. Hiện trạng khu vực nghiên cứu
• 4.6.2. Sơ đồ và điều kiện biên tính toán
• 4.6.3. Diễn biến hình thái khu vực ven biển LaGi
• 4.7. Tác động biến đổi khí hậu - nước biển dâng đến diễn biến hình thái dải ven biển Nam Trung Bộ
• 4.7.1. Kịch bản biến đổi khí hậu - nước biển dâng cho Việt Nam
• 4.7.2. Kịch bản nước biển dâng sử dụng tính toán cho khu vực Nam Trung Bộ
• 4.7.3. Kết quả tính toán đặc trưng sóng và diễn biến hình thái khu vực ven biển Nam Trung Bộ dưới tác động của nước biển dâng do biến đổi khí hậu
• 4.8. Định hướng giải pháp nhằm cải tạo, ổn định hình thái các khu vực ven biển Nam Trung Bộ trong điều kiện nước biển dâng do biến đổi khí hậu
• 4.8.1. Giải pháp công trình
• 4.8.2. Giải pháp phi công trình
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu biến đổi hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ là một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Vùng ven biển này không chỉ có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế mà còn là nơi sinh sống của hàng triệu người. Tình trạng sạt lở và bồi tụ diễn ra ngày càng nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống và hoạt động kinh tế của người dân. Việc nghiên cứu diễn biến hình thái bờ biển giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố tác động, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Vùng ven biển Nam Trung Bộ có đường bờ biển dài hơn 1.100 km, là khu vực phát triển kinh tế xã hội quan trọng. Tuy nhiên, dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, tình trạng xói lở diễn ra nghiêm trọng. Nghiên cứu này nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố từ biển và con người đến hình thái bờ biển, từ đó đề xuất các giải pháp bảo vệ và phát triển bền vững.

II. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết về diễn biến hình thái vùng ven biển bao gồm các mô hình vận chuyển bùn cát và năng lượng sóng. Các mô hình này giúp phân tích sự tương tác giữa nước biển dâng và hình thái địa lý. Việc áp dụng các mô hình này cho phép dự đoán xu hướng biến đổi hình thái bờ biển trong tương lai, từ đó có thể đưa ra các chính sách quản lý hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, sự thay đổi của hệ sinh thái ven biển có thể dẫn đến những tác động tiêu cực đến kinh tế và xã hội.

2.1. Mô hình vận chuyển bùn cát

Mô hình vận chuyển bùn cát là công cụ quan trọng trong việc phân tích sự biến đổi hình thái bờ biển. Mô hình này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi sinh thái và địa chất ven biển. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự mất cân bằng trong nguồn bùn cát do hoạt động của con người có thể làm gia tăng tình trạng xói lở và bồi tụ. Việc áp dụng mô hình này trong nghiên cứu sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các xu hướng biến đổi trong tương lai.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy, nước biển dâng đã có tác động rõ rệt đến hình thái bờ biển Nam Trung Bộ. Các mô hình tính toán cho thấy, trong điều kiện biến đổi khí hậu, mức độ xói lở có thể gia tăng, đặc biệt ở các khu vực cửa sông. Việc xây dựng bản đồ phân vùng năng lượng sóng giúp xác định các khu vực dễ bị tổn thương và cần được bảo vệ. Các giải pháp đề xuất bao gồm việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển và áp dụng các biện pháp phi công trình như trồng rừng ngập mặn.

3.1. Đánh giá tác động của nước biển dâng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nước biển dâng không chỉ ảnh hưởng đến hình thái bờ biển mà còn tác động đến kinh tế và môi trường. Các khu vực ven biển đang phải đối mặt với tình trạng sạt lở nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống của người dân. Việc đánh giá tác động này là cần thiết để có những biện pháp ứng phó kịp thời và hiệu quả.

IV. Giải pháp và khuyến nghị

Để ứng phó với tình trạng biến đổi hình thái vùng ven biển Nam Trung Bộ, cần có các giải pháp đồng bộ và hiệu quả. Các giải pháp công trình như xây dựng kè biển, đê ngầm cần được triển khai. Bên cạnh đó, các giải pháp phi công trình như trồng rừng ngập mặn cũng cần được chú trọng. Việc quản lý tài nguyên bờ biển một cách bền vững sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội khu vực.

4.1. Giải pháp công trình

Các giải pháp công trình như xây dựng kè biển và đê ngầm là cần thiết để bảo vệ bờ biển khỏi tác động của nước biển dâng. Những công trình này không chỉ giúp ổn định hình thái bờ mà còn bảo vệ các khu vực dân cư và cơ sở hạ tầng quan trọng. Việc thiết kế và thi công các công trình này cần dựa trên các nghiên cứu khoa học và thực tiễn để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Dải duyên hải Nam Trung Bộ trải dài qua 8 tỉnh và thành phố (Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận) với tổng chiều dài đường bờ biển đạt 1.119 km, chiếm 34,3% tổng chiều dài bờ biển toàn quốc. Đây là địa bàn chiến lược tập trung 5 khu kinh tế biển trọng điểm (Chu Lai, Dung Quất, Nhơn Hội, Nam Phú Yên, Vân Phong), 21 khu công nghiệp ven biển và đóng góp sản lượng khai thác hải sản trên 600.000 tấn/năm. Tuy nhiên, theo số liệu điều tra hiện trạng, toàn vùng ghi nhận 61 khu vực sạt lở nghiêm trọng với tổng chiều dài 80,72 km (chiếm 7,21% dải bờ), trong đó 52,2% chiều dài xói lở có tốc độ dưới 5 m/năm, 24,3% xói lở từ 5–15 m/năm, và nhiều vị trí xung yếu (Cửa Đại, Sa Huỳnh, Xóm Rớ, La Gi) ghi nhận tốc độ xâm thực cực đoan từ 40–60 m/năm, cá biệt lên tới 150–250 m/năm, gây thất thoát trung bình 389,9 ha đất ven bờ mỗi năm.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               HỆ THỐNG PHÂN CẤP TƯƠNG TÁC ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI VEN BIỂN              |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Khoảng trống nghiên cứu then chốt (research gap) nằm ở chỗ: các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam chủ yếu tiếp cận theo hai hướng đơn lẻ: (1) Ứng dụng quy tắc hình học 1D cân bằng tĩnh Bruun ($R = \frac{L}{B+h}S$) mang tính tổng quát dài hạn nhưng bỏ qua đặc tính thủy động lực phi tuyến cục bộ; hoặc (2) Đánh giá tiềm năng năng lượng sóng biển tổng thể ngoài khơi ($P_0 = \frac{g^2}{64\pi} T_e H_s^2$) phục vụ khai thác năng lượng tái tạo (Đỗ Ngọc Quỳnh, 2003; Nguyễn Mạnh Hùng, 2010) mà chưa thiết lập được mối quan hệ định lượng giữa ten-sơ dòng năng lượng sóng phân rã theo hệ tọa độ đường cơ sở ven bờ với gradient vận chuyển bùn cát và diễn biến xói bồi dưới tác động của nước biển dâng do biến đổi khí hậu.

Luận án của NCS. Phạm Trung (2021) tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam (chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy, mã số: 958 02 02) dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trịnh Công Vấn và TS. Trần Thu Tâm đã giải quyết trọn vẹn khoảng trống này thông qua 3 câu hỏi nghiên cứu và 3 giả thuyết khoa học:

• Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Quy luật phân bố không gian và biến thiên theo mùa của thông lượng năng lượng sóng tới hạn tác dụng lên dải ven biển Nam Trung Bộ diễn ra như thế nào dọc theo hệ tọa độ đường cơ sở?
• Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Mối quan hệ tương quan giải tích và định lượng giữa gradient dòng năng lượng sóng dọc bờ ($P_t$), dòng năng lượng hướng bờ ($P_n$) với các vùng phân kỳ gây xói lở và hội tụ gây bồi tụ diễn ra theo cơ chế nào?
• Câu hỏi nghiên cứu 3 (RQ3): Dưới các kịch bản nước biển dâng (RCP4.5 và RCP8.5), trường sóng biến dạng làm thay đổi vị trí đới sóng vỡ và ten-sơ năng lượng sóng ven bờ ra sao, từ đó định hướng giải pháp công trình đê ngầm giảm sóng và mỏ hàn tối ưu như thế nào?
• Giả thuyết khoa học 1 (H1): Diễn biến xói lở – bồi tụ bờ biển Nam Trung Bộ bị chi phối trực tiếp bởi đạo hàm không gian của thành phần dòng năng lượng sóng dọc bờ ($\partial P_t / \partial s$) và biến thiên thời gian của dòng năng lượng sóng pháp tuyến ($\partial P_n / \partial t$).
• Giả thuyết khoa học 2 (H2): Nước biển dâng làm dịch chuyển đới sóng vỡ vào sát bờ, gia tăng năng lượng dư thừa giải phóng tại chân bãi, làm suy giảm dung lượng bồi tích cân bằng động của mặt cắt bãi.
• Giả thuyết khoa học 3 (H3): Hệ thống công trình giảm sóng phá sóng từ xa kết hợp mỏ hàn mềm kiểm soát dòng năng lượng $P_t$ và $P_n$ sẽ tái lập trạng thái cân bằng hình thái bờ biển bền vững.

Literature Review và Positioning

Nghiên cứu hình thái ven biển và tương tác năng lượng sóng trên thế giới trải qua ba mạch lý thuyết nền tảng:

1. Lý thuyết phản ứng mặt cắt cân bằng dài hạn: Khởi xướng từ mô hình hình học của Per Bruun (1954, 1962), được chuẩn hóa bởi Schwartz (1967) qua "Quy tắc Bruun" và mở rộng bởi Dean & Maur-Meyer (1983) cho các hệ đầm phá ($L_O, L_L$). Nhóm công tác SCOR Working Group 89 (1991) đã hiệu chỉnh quy tắc theo độ dốc bãi trung bình ($R = \frac{1}{\tan\theta}S$). Tuy nhiên, trường phái này bị chỉ trích bởi Pilkey & Davis (1987) và List et al. (1997) do giả định hình học 2D đơn giản hóa, không phản ánh được tính dị hướng của vận chuyển bùn cát dọc bờ (Longshore Sediment Transport - LST) dưới các góc sóng tới xiên.
2. Lý thuyết phổ sóng và cơ chế truyền năng lượng sóng do gió: Bắt nguồn từ các công trình kinh điển của Phillips (1958) về cơ chế cộng hưởng nhiễu loạn khí quyển và Miles (1957) về tương tác dòng cắt không khí - mặt biển dạng hàm mũ, dẫn tới sự phát triển của các mô hình phổ sóng thế hệ 1G (Gelci et al., 1957), 2G (Hasselmann et al., 1973), và thế hệ thứ 3 (3G) tích phân trực tiếp phương trình cân bằng phổ năng lượng sóng (Hasselmann, 1985; Komen, 1984) như SWAN, WAM, WAVEWATCH-III, MIKE 21 SW.
3. Mối quan hệ giữa công suất sóng (Wave Power Flux) và tốc độ xói mòn: Nghiên cứu thực nghiệm tại vịnh Thái Lan của Thampanya et al. (2006) tại Bangkhuntien chứng minh mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa mật độ năng lượng sóng ($J/m^2$) và tốc độ lùi đường bờ. Đặc biệt, nghiên cứu đột phá của Đại học Boston (Leonardi et al., 2015) trên 8 địa điểm ven biển tại Mỹ, Úc và Ý đã xác lập phương trình tương quan tuyến tính không thứ nguyên giữa công suất sóng chuẩn hóa ($P^* = P/P_{avg}$) và tỷ lệ xói mòn bãi triều ($E^* = E/E_{avg}$) với hệ số tương quan $R^2 > 0.88$.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Nguyễn Văn Cư (2003), Phạm Huy Tiến (2005), Lê Đình Thành (2009), Võ Công Hoang & Hitoshi Tanaka (2016) đã phân tích nguyên nhân xói lở qua cán cân bùn cát và dòng ven bờ CERC (1984). Về trường năng lượng sóng, Đỗ Ngọc Quỳnh (2003) và Nguyễn Mạnh Hùng (2009, 2010) đã xây dựng Atlat năng lượng sóng biển Đông dựa trên mô hình SWAN theo quy chuẩn Vương quốc Anh (UK Department of Trade and Industry, 2004), xác định công suất sóng nước sâu: $$P_0 = \frac{\rho g^2}{64\pi} T_e H_s^2 \approx 0,49 \cdot T_e \cdot H_s^2 \quad (\text{kW/m})$$ Trong đó $T_e = 0,9 T_p$. Tuy nhiên, các kết quả này dừng lại ở việc khảo sát tiềm năng khai thác năng lượng ngoài khơi, chưa phân tích sự tương tác của sóng khi truyền vào vùng nước nông ven bờ.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                 KHÔNG GIAN ĐỊNH VỊ HỌC THUẬT (ACADEMIC POSITIONING)               |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| Tiêu chí so sánh        | Quy tắc Bruun (1962) /   | Nghiên cứu sóng Biển     | Luận án Phạm Trung        |
|                         | Dean (1991)              | Đông (Đỗ Ngọc Quỳnh, 2003| (2021)                    |
|                         |                          | Nguyễn Mạnh Hùng, 2010)  |                           |
+-------------------------+--------------------------+--------------------------+---------------------------+
| Chiều không gian        | 1D / 2D Mặt cắt ngang    | 2D Không gian mở khơi xa | 2D/3D Tích hợp ghép nối   |
| Đặc trưng động lực học  | Hình học tĩnh, dâng bậc  | Năng lượng tổng hướng P0 | Phân rã vector năng lượng |
|                         | nước biển đồng nhất      | ngoài khơi (Scalar)      | Pt (dọc bờ) & Pn (hướng bờ|
| Gradient tương tác      | Không xét gradient dọc bờ| Không xét tương tác đáy  | Thiết lập hệ gradient     |
|                         |                          | và đường bờ ven bãi      | dPt/ds dọc đường cơ sở    |
| Giải pháp công trình    | Khoảng lùi bờ biển       | Khai thác trạm phát điện | Kết cấu phá sóng từ xa    |
|                         | (Setback zones)          | sóng nổi ngầm            | kết hợp nuôi bãi nhân tạo |
+-------------------------+--------------------------+--------------------------+---------------------------+

Công trình của Phạm Trung định vị chính xác tại điểm giao thoa giữa động lực học công trình biển và địa mạo học vùng bờ, tiên phong thiết lập phương pháp chiếu vector thông lượng sóng lên hệ trục tọa độ tự nhiên dọc dải ven biển Nam Trung Bộ, giải thích bản chất cơ học của quá trình phân kỳ/hội tụ bùn cát.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng lý thuyết vận chuyển bùn cát dọc bờ CERC (Coastal Engineering Research Center) và lý thuyết biến dạng sóng trong vùng nước nông (Dean & Dalrymple, 2004) bằng việc đề xuất hệ tiên đề tương tác năng lượng sóng cục bộ:

• Mệnh đề 1 (Proposition 1): Độ lớn và hướng của thông lượng năng lượng sóng thành phần tiếp tuyến $P_t$ chi phối trực tiếp cường độ và hướng của dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ ($Q_{LST} \propto P_t$). Gradient không gian $\partial P_t / \partial s > 0$ đặc trưng cho trạng thái gia tốc dòng tải cát, gây xói lở bờ biển; ngược lại, $\partial P_t / \partial s < 0$ biểu thị sự suy giảm động năng tải cát, dẫn tới bồi tụ lắng đọng.
• Mệnh đề 2 (Proposition 2): Thành phần thông lượng sóng pháp tuyến $P_n$ đại diện cho mật độ công suất sóng tác động trực diện lên mặt cắt bãi. Đạo hàm thời gian $\partial P_n / \partial t > 0$ trong các thời kỳ bão và gió mùa Đông Bắc gây xói lở hạ thấp cao trình mặt cắt bãi (profile lowering) và dịch chuyển cát ra ngoài khơi tạo cồn ngầm; trong khi $\partial P_n / \partial t < 0$ trong mùa gió Tây Nam tạo điều kiện cho sóng lừng bồi hoàn bãi cát.
• Mệnh đề 3 (Proposition 3): Sự chuyển dịch trạng thái cân bằng động hình thái bờ biển khi nước biển dâng không chỉ tuân theo quy luật lùi đường bờ đơn thuần mà là hàm số phi tuyến của sự thay đổi góc tới sóng hiệu dụng $\theta$ và mức độ gia tăng năng lượng sóng ven bờ ($P \propto H_s^2$).

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               SƠ ĐỒ PHÂN RÃ HỆ VECTOR DÒNG NĂNG LƯỢNG SÓNG VEN BỜ                 |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
                                         
                                      Y (Pháp tuyến bờ)

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp ba trụ cột lý thuyết:

1. Lý thuyết lan truyền sóng phi tuyến phổ 2 chiều (Nonlinear 2D Spectral Wave Theory) giải phương trình cân bằng tác lượng sóng (Action Balance Equation).
2. Lý thuyết dòng chảy ven bờ do sóng vỡ (Wave-driven Radiation Stress Theory của Longuet-Higgins & Stewart, 1964).
3. Lý thuyết bảo toàn thể tích trầm tích liên tục (Sediment Mass Conservation).

Phương pháp giải tích phân rã vector sóng được thiết lập dựa trên hệ tọa độ đường cơ sở (Dynamic Baseline) uốn lượn bám sát hình thái địa hình tự nhiên của 4 phân vùng dải bờ Nam Trung Bộ:

• Phân vùng 1: Bán đảo Sơn Trà đến Mũi Ba Làng An (Quảng Nam – Quảng Ngãi).
• Phân vùng 2: Mũi Ba Làng An đến Mũi Đại Lãnh (Bình Định – Phú Yên).
• Phân vùng 3: Mũi Đại Lãnh đến Mũi Sừng Trâu (Khánh Hòa – Ninh Thuận).
• Phân vùng 4: Mũi Sừng Trâu đến Mũi Nghinh Phong (Bình Thuận).

Công thức toán học xác định các thành phần dòng năng lượng sóng dọc bờ ($P_t$) và hướng bờ ($P_n$) trên mét dài bờ biển: $$P_t = P \cdot \sin\theta \cdot \cos\theta = \frac{1}{2} P \cdot \sin(2\theta) \quad (\text{kW/m})$$ $$P_n = P \cdot \cos^2\theta \quad (\text{kW/m})$$ Trong đó $P$ là tổng thông lượng năng lượng sóng tại độ sâu khảo sát ($P = E \cdot C_g$), $\theta$ là góc hợp bởi hướng truyền sóng chính và vector pháp tuyến của đường cơ sở. Điều kiện biên xác định: Độ sâu tới hạn đóng bãi $h_c$ (Depth of closure) được tính toán theo công thức Hallermeier (1981), phân bố cỡ hạt trầm tích đáy $D_{50}$ dao động từ 0,1 mm đến 1,1 mm.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ thế giới quan thực chứng khoa học (Positivism) kết hợp phương pháp mô phỏng số tất định (Deterministic Numerical Modeling). Thiết kế nghiên cứu đa tầng (Multi-level nested modeling design) bao gồm 3 cấp độ không gian:

• Cấp độ 1 (Vĩ mô - Macro scale): Mô hình sóng toàn Biển Đông ($100^\circ\text{E} - 122^\circ\text{E}$, $0^\circ\text{N} - 25^\circ\text{N}$) nhằm tái hiện chính xác trường sóng ngoài khơi và biên truyền sóng viễn dương.
• Cấp độ 2 (Trung mô - Meso scale): Mô hình ven biển Nam Trung Bộ từ Đà Nẵng đến Bình Thuận với lưới tam giác phi cấu trúc linh hoạt (Flexible Mesh - FM), làm mịn tại các khu vực đường bờ phức tạp, đảo ven bờ (Lý Sơn, Phú Quý) và vịnh nước sâu (Vân Phong, Cam Ranh).
• Cấp độ 3 (Vi mô - Micro scale): Mô hình chi tiết các điểm nóng xói lở xung yếu: Khu vực Cửa Đại (Hội An), Cửa Đà Nông – Đà Rằng (Phú Yên), La Gàn – Mũi Yến, Mũi Né – Kê Gà, và vịnh La Gi (Bình Thuận).

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                  CẤU TRÚC MÔ HÌNH TOÁN GHÉP NỐI ĐA CẤP (MIKE 21/3 FM)             |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
                                                        + ST (Vận chuyển bùn cát)

Quy trình nghiên cứu rigorous

Dữ liệu khí tượng hải văn đầu vào được số hóa và đồng bộ hóa từ các nguồn chuẩn quốc tế:

• Trường gió tái phân tích CFSR (Climate Forecast System Reanalysis) của NOAA với độ phân giải không gian $0,5^\circ \times 0,5^\circ$, độ phân giải thời gian 1 giờ trong giai đoạn 1979–2018 (40 năm).
• Bản đồ địa hình đáy biển kết hợp số liệu đo sâu độ phân giải cao của Hải quân Việt Nam và cơ sở dữ liệu địa hình toàn cầu GEBCO.
• Chuỗi số liệu quan trắc mực nước, sóng thực đo tại các trạm hải văn ven bờ: Sơn Trà, Cồn Cỏ, Quy Nhơn, Phú Quý, Nha Trang, Vũng Tàu.
• Phương pháp kiểm chuẩn chéo (Triangulation): Kiểm định trường sóng mô phỏng MIKE 21 SW với mô hình toàn cầu WaveWatch-III (WW3) của NOAA và dữ liệu độ cao sóng có nghĩa từ vệ tinh đo cao AVISO tại 12 điểm khơi ($O_1 \div O_{12}$) trải rộng khắp Biển Đông.

Chỉ số thống kê đánh giá độ tin cậy mô hình đạt mức tối ưu: Hệ số tương quan $R^2 > 0,88 \div 0,94$, chỉ số sai số tương đối tuyệt đối trung bình $MAPE < 8,5%$, sai số căn bậc hai trung bình $RMSE < 0,22\text{ m}$ đối với độ cao sóng $H_s$, và $RMSE < 0,08\text{ m}$ đối với dao động mực nước triều tại các trạm đối chứng.

Data và phân tích

Bộ công cụ tính toán nòng cốt là tổ hợp phần mềm thủy lực quốc tế MIKE 21/3 Couple Model FM (DHI - Đan Mạch) tích hợp các module:

• MIKE 21 SW (Spectral Wave): Mô phỏng quá trình truyền sóng, biến dạng sóng do nước nông, khúc xạ, nhiễu xạ quanh mũi đảo, tiêu tán năng lượng do sóng vỡ đáy biển và ma sát đáy.
• MIKE 21 HD (Hydrodynamic): Giải hệ phương trình nước nông 2 chiều Navier-Stokes tích phân theo độ sâu, tính toán trường dòng chảy triều và dòng chảy do sóng (Radiation stresses).
• MIKE 21 ST (Sediment Transport): Tính toán tốc độ vận chuyển bùn cát đáy và lơ lửng không dính theo các công thức Engelund-Fredsoe và Bijker.

Các kịch bản tính toán kiểm tra độ bền vững (Robustness checks) được xây dựng dựa trên Kịch bản Biến đổi khí hậu và Nước biển dâng cho Việt Nam (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2016):

• Kịch bản nền hiện trạng (KB0).
• Kịch bản biến đổi khí hậu trung bình thấp RCP4.5 (NBD tăng 22 cm vào năm 2050 và 53 cm vào năm 2100).
• Kịch bản biến đổi khí hậu nồng độ phát thải cao RCP8.5 (NBD tăng 25 cm vào năm 2050 và 73 cm vào năm 2100, biên độ dâng cực đại đạt 100 cm).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Sự bất đối xứng năng lượng sóng theo mùa khí hậu: Trong mùa gió Đông Bắc (tháng XI – III), trường sóng đạt cực đại với chiều cao sóng $H_s$ trung bình từ 1,2–1,8 m (cực đại bão đạt 4,5–7,0 m), hướng sóng chủ đạo Đông Bắc tạo ra dòng năng lượng sóng $P$ ngoài khơi lên tới 15–25 kW/m. Dòng năng lượng dọc bờ $P_t$ có hướng ưu thế từ Bắc xuống Nam trên toàn dải bờ biển Nam Trung Bộ. Ngược lại, trong mùa gió Tây Nam (tháng VI – VIII), chiều cao sóng giảm còn 0,6–1,0 m, dòng năng lượng $P$ giảm xuống 3–8 kW/m, thành phần $P_t$ đảo chiều nhẹ từ Nam lên Bắc tại các khu vực đón sóng mở (Bình Thuận, Ninh Thuận). Mùa Đông Bắc đóng góp từ 68% đến 78% tổng năng lượng sóng tích lũy hàng năm.

2. Quy luật tương quan giữa Gradient $\partial P_t / \partial s$ và các điểm nóng sạt lở:

   • Khu vực Cửa Đại – Hội An (Quảng Nam): Trong mùa gió Đông Bắc, thành phần $P_t$ gia tăng đột biến từ Bắc Cửa Đại về phía cửa sông, tạo ra gradient không gian $\partial P_t / \partial s > 0$ cực lớn. Điều này giải thích hiện tượng bứt phá xói lở dải bờ biển An Bàng – Cửa Đại với tốc độ bào mòn cát lên tới 40–50 m/năm.
   • Khu vực Cửa Đà Rằng – Đà Nông (Phú Yên): Gradient $P_t$ biến đổi dấu liên tục tạo nên vùng phân kỳ năng lượng phía bờ biển phường Phú Đông gây sạt lở khu dân cư Xóm Rớ, trong khi vùng hội tụ năng lượng sóng tại cửa sông gây bồi lấp nghiêm trọng luồng tàu thuyền.
   • Khu vực ven biển La Gi (Bình Thuận): Địa hình dạng cung bờ uốn lượn giữa Mũi Ba Đăng và Mũi Đá Dựng tạo ra sự chuyển tiếp mạnh của góc sóng tới $\theta$. Tại bờ biển phường Phước Lộc, $P_t$ mùa Đông Bắc đạt giá trị từ 8,2–11,5 kW/m với gradient dương rất cao, bào mòn dịch chuyển đường bờ vào sâu hơn 60 m trong giai đoạn 2006–2019.

3. Cơ chế tác động phi tuyến của nước biển dâng (NBD): Khi nước biển dâng theo kịch bản RCP8.5, độ sâu nước nông gia tăng làm giảm hiệu ứng tiêu tán ma sát đáy ngoài xa. Kết quả mô phỏng chứng minh: Đới sóng vỡ tịnh tiến vào sát chân bờ từ 35–80 m, năng lượng sóng dư thừa tác động trực diện lên chân đụn cát ven biển ($P_n$) tăng từ 12% đến 22% so với kịch bản nền. Nước biển dâng không làm thay đổi căn bản hướng dòng chảy ven bờ nhưng làm khuếch đại biên độ của gradient $\partial P_t / \partial s$, làm gia tăng mức độ tổn thương bờ biển thêm 18,5%.

4. Hiệu ứng ô bẫy trầm tích (Littoral Cells) do mũi đá gốc: Các mũi đá nhô ra biển như Ba Làng An, Đại Lãnh, La Gàn, Mũi Né, Kê Gà đóng vai trò là các đê hàn tự nhiên chia cắt đường bờ Nam Trung Bộ thành các ô bẫy trầm tích bán khép kín. Bùn cát hầu như không vận chuyển liên tục xuyên suốt toàn dải 1.119 km mà di chuyển cục bộ trong từng cung bờ lõm.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               BẢNG TỔNG HỢP PHÁT HIỆN TẠI CÁC ĐOẠN BỜ TRỌNG ĐIỂM                  |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| Khu vực nghiên cứu      | Hướng ưu thế Pt          | Trạng thái Gradient dPt/ds   | Diễn biến thực tế     |
+-------------------------+--------------------------+------------------------------+-----------------------+
| Cửa Đại (Quảng Nam)     | Bắc -> Nam (Mùa ĐB)      | dPt/ds > 0 (Gia tốc tải cát) | Xói lở rất mạnh phía  |
|                         |                          |                              | bờ Bắc (40-60 m/năm)  |
| Đà Rằng - Xóm Rớ        | Bắc -> Nam (Mùa ĐB)      | Đổi dấu liên tục             | Xói lở Xóm Rớ, bồi lấp|
| (Phú Yên)               |                          |                              | cửa đà Rằng           |
| Mũi La Gàn - Mũi Yến    | Đông Bắc -> Tây Nam      | dPt/ds biến thiên cục bộ     | Xói bồi xen kẽ theo   |
| (Bình Thuận)            |                          |                              | cung bờ cong          |
| Phước Lộc - La Gi       | Đông Bắc -> Tây Nam      | dPt/ds > 0 cực đại tại trung | Sạt lở đụn cát nghiêm |
| (Bình Thuận)            |                          | tâm cung bờ                  | trọng (>5 m/năm)      |
+-------------------------+--------------------------+------------------------------+-----------------------+

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết: Hoàn thiện lý thuyết thủy thạch động lực học vùng bờ cho các bờ biển dạng răng cưa nhiệt đới gió mùa, khẳng định vai trò quyết định của gradient ten-sơ năng lượng sóng thay cho các chỉ tiêu thủy lực trung bình tĩnh.
• Về mặt phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình ứng dụng hệ thống mô hình lồng ghép MIKE 21/3 FM liên kết với hệ trục tọa độ đường cơ sở động lực, có khả năng chuyển giao áp dụng cho các vùng ven biển miền Trung, Bắc Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long.
• Về mặt ứng dụng thực tiễn: Cung cấp cơ sở khoa học để chuyển dịch từ giải pháp công trình bảo vệ bờ dạng kè đứng truyền thống (Sea wall - vốn gây phản xạ sóng làm xói sâu chân chân kè) sang giải pháp công trình thân thiện môi trường: Đê ngầm giảm sóng phá sóng từ xa kết hợp nuôi bãi nhân tạo (Beach nourishment) và mỏ hàn mềm (Geotextile tubes / Stabiplage).

Limitations và Future Research

Luận án thẳng thắn chỉ ra các giới hạn nghiên cứu:

1. Giới hạn số liệu bùn cát lơ lửng: Nguồn số liệu bùn cát từ hệ thống sông miền Trung đổ ra biển còn gián đoạn, chuỗi đo đạc nồng độ bùn cát lơ lửng ($100 \div 500\text{ g/m}^3$) chưa đủ dày để phản ánh đầy đủ tác động giữ cát của các hồ chứa thủy điện thượng nguồn.
2. Giới hạn trường sóng cực đoan dạng phi dừng: Mô hình sóng chủ yếu mô phỏng theo mùa khí hậu trung bình nhiều năm và các cơn bão điển hình, chưa bao quát hết tác động tổ hợp xác suất đồng thời giữa triều cường cực đại, nước dâng do bão và sóng thần giả định.
3. Giả định độ sâu tới hạn đóng bãi: Việc tính toán $h_c$ dựa trên các công thức giải tích bán thực nghiệm chưa tính đến sự can thiệp nhân sinh khai thác cát bãi ngầm.

Chương trình nghiên cứu tiếp theo (Future Research Agenda):

• Phát triển mô hình tích hợp lưu vực - vùng bờ (Source-to-Sink Model) đánh giá sự suy giảm lượng bùn cát từ các bậc thang thủy điện trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, Ba, Kôn đến cán cân trầm tích ven bờ.
• Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI/Machine Learning) và dữ liệu viễn thám không ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao (Sentinel-2, PlanetScope) để tự động hóa trích xuất biến động đường bờ thời gian thực.
• Nghiên cứu sâu về kết cấu đê ngầm rỗng tạo bãi và rạn san hô nhân tạo tiêu tán năng lượng sóng kết hợp phục hồi hệ sinh thái biển.

Tác động và ảnh hưởng

Nghiên cứu tạo tiếng vang lớn trong cộng đồng khoa học kỹ thuật thủy lợi và hải dương học:

• Tác động học thuật: Cung cấp phương pháp luận chuẩn xác cho việc tính toán dòng năng lượng sóng dọc bờ, mở ra hướng nghiên cứu mới về thủy động lực học hình thái bờ biển chịu tác động của biến đổi khí hậu tại Việt Nam.
• Tác động công nghiệp và xây dựng công trình thủy: Kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng trực tiếp vào thiết kế công trình bảo vệ bờ biển khu vực La Gi (Bình Thuận) với phương án đê ngầm giảm sóng phá sóng từ xa kết hợp mỏ hàn. Thực tế quan trắc sau 01 năm hoàn thành thi công (2019–2020) cho thấy bãi biển đã ổn định, bồi tụ cát trở lại với độ dày bồi đắp trung bình 0,5–1,2 m, bảo vệ an toàn cho hàng trăm hộ dân và hạ tầng du lịch.
• Tác động chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học định lượng phục vụ công tác quy hoạch không gian biển, phân vùng rủi ro thiên tai sạt lở ven bờ theo Nghị quyết số 36-NQ/TW về Chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|               HIỆU QUẢ CÔNG TRÌNH THỰC NGHIỆM ĐÊ NGẦM TẠI LA GI                   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
  Trước công trình (2019)  : Xói lở bờ biển Phước Lộc > 5 m/năm, mất bãi cát
  Giải pháp ứng dụng       : Tuyến đê ngầm giảm sóng từ xa + Mỏ hàn chữ T
  Sau 01 năm thi công (2020): Chiều cao sóng sau đê giảm 45-60%, bãi cát bồi tụ 
                             dày thêm 0,5 - 1,2 m, đường bờ tiến ra biển 15 - 25 m

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Tiếp cận phương pháp thiết lập mô hình toán thủy thạch động lực học 2D/3D (MIKE 21/3 Couple FM) và kỹ thuật phân tích ten-sơ năng lượng sóng.
• Các viện nghiên cứu và trường đại học: Sử dụng bộ bản đồ năng lượng sóng $P, P_t, P_n$ của 4 phân vùng dải bờ Nam Trung Bộ làm tài liệu quy chuẩn giảng dạy và phát triển các đề tài chuyên sâu.
• Các kỹ sư thiết kế và doanh nghiệp xây dựng công trình thủy: Ứng dụng các thông số tính toán dòng năng lượng sóng vào việc định hướng quy hoạch mặt bằng mỏ hàn, góc đặt đê chắn sóng và đê ngầm giảm sóng.
• Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý (Bộ Nông nghiệp & PTNT, Bộ TN&MT, UBND 8 tỉnh Nam Trung Bộ): Có công cụ khoa học chính xác để phê duyệt các dự án đầu tư kè biển, tránh lãng phí ngân sách do xây dựng các công trình kè cứng không phù hợp gây sạt lở lan truyền.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc xác lập phương pháp phân rã và tính toán giải tích dòng năng lượng sóng tiếp tuyến ($P_t = \frac{1}{2}P\sin 2\theta$) và pháp tuyến ($P_n = P\cos^2\theta$) trên hệ tọa độ đường cơ sở động lực gắn liền với đường bờ tự nhiên. Nghiên cứu này mở rộng lý thuyết vận chuyển bùn cát kinh điển CERC (1984) và mô hình mặt cắt cân bằng của Dean (1991) bằng việc bổ sung toán tử gradient ten-sơ năng lượng sóng ($\partial P_t / \partial s$), giải thích triệt để cơ chế xói lở cục bộ do phân kỳ động năng sóng trong không gian 2 chiều.

2. Điểm đổi mới về phương pháp luận so với ít nhất 2 nghiên cứu quốc tế trước đây?

So với nghiên cứu của Thampanya et al. (2006) tại Bangkhuntien (Thái Lan) vốn chỉ xét mật độ năng lượng sóng vô hướng ($J/m^2$) tương quan với tốc độ xói lở, và nghiên cứu của Đỗ Ngọc Quỳnh (2003) chỉ tính toán thông lượng sóng vô hướng ngoài khơi ($P_0$), phương pháp luận của luận án vượt trội ở cấu trúc mô hình ghép nối đa tầng lồng ghép (Biển Đông $\rightarrow$ Nam Trung Bộ $\rightarrow$ La Gi) trên lưới phi cấu trúc FM, cho phép tương tác trực tiếp giữa trường sóng ngẫu nhiên, dòng chảy triều - sóng và biến dạng đáy bãi ven bờ trong cùng một bước thời gian.

3. Phát hiện bất ngờ và phản trực giác nhất từ dữ liệu là gì?

Phát hiện phản trực giác nhất là: Khu vực có độ cao sóng $H_s$ lớn nhất không nhất thiết là nơi bị xói lở mạnh nhất. Dữ liệu chứng minh rằng xói lở bờ biển không phụ thuộc đơn thuần vào giá trị tuyệt đối của năng lượng sóng $P$ mà phụ thuộc vào tốc độ biến thiên không gian (gradient $\partial P_t / \partial s$). Một đoạn bờ có năng lượng sóng trung bình nhưng có sự gia tốc dòng tải cát ($\partial P_t / \partial s > 0$) sẽ bị xói lở nghiêm trọng hơn nhiều so với một đoạn bờ có năng lượng sóng cực lớn nhưng gradient năng lượng đồng nhất hoặc mang giá trị âm (hội tụ bùn cát).

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lập nghiên cứu (Replication Protocol) không?

Luận án cung cấp đầy đủ và chi tiết toàn bộ quy trình tái lập: Từ quy chuẩn xử lý dữ liệu gió CFSR, số hóa địa hình đáy GEBCO, thiết lập điều kiện biên hở thủy triều vệ tinh, hệ số nhám Manning ($n = 0,02 \div 0,035$), tham số sóng vỡ ($\gamma = 0,78$), công thức vận chuyển bùn cát Engelund-Hansen/Bijker đến hệ phương trình phân rã vector năng lượng sóng trên phần mềm MIKE 21 FM, đảm bảo khả năng tái lập độc lập với độ chính xác cao.

5. Chương trình nghị sự nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo ra sao?

Nghị sự 10 năm tới tập trung vào: (1) Xây dựng mô hình số Digital Twin tích hợp toàn diện từ lưu vực sông đến thềm lục địa sâu; (2) Đánh giá tác động cộng hưởng giữa nước biển dâng và sụt lún địa kỹ thuật cục bộ; (3) Tối ưu hóa các giải pháp kỹ thuật sinh thái (Eco-engineering) thích ứng biến đổi khí hậu.

Kết luận

1. Xác lập thành công cơ sở khoa học và phương pháp xác định dòng năng lượng sóng dọc bờ ($P_t$) và hướng bờ ($P_n$) dọc theo hệ thống đường cơ sở cho 1.119 km bờ biển Nam Trung Bộ.
2. Chứng minh mối quan hệ tất định giữa gradient dòng năng lượng sóng $\partial P_t / \partial s > 0$ với hiện tượng phân kỳ bùn cát gây xói lở nghiêm trọng tại các điểm nóng ven bờ (Cửa Đại, Xóm Rớ, La Gi).
3. Định lượng hóa tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng theo kịch bản RCP8.5, chỉ ra sự dịch chuyển đới sóng vỡ vào sát bờ và mức gia tăng công suất sóng tác động trực diện lên bãi từ 12% đến 22%.
4. Đề xuất thành công định hướng quy hoạch và giải pháp công trình bảo vệ bờ dạng mềm, đê ngầm giảm sóng phá sóng từ xa kết hợp nuôi bãi nhân tạo, thay thế tư duy kè cứng truyền thống.
5. Ứng dụng thực nghiệm xuất sắc vào công trình đê ngầm giảm sóng La Gi (Bình Thuận), khẳng định hiệu quả bồi tụ tái tạo bãi cát bãi biển ngay sau 01 năm đưa vào vận hành.
6. Mở ra phương pháp luận tiên tiến trong việc kết hợp mô hình toán thủy thạch động lực học đa cấp với phân tích ten-sơ năng lượng sóng phục vụ phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan về vùng nghiên cứu 1. Vị trí địa lý Hình 1.1: Vị trí vùng duyên hải Nam Trung Bộ trên bản đồ Việt Nam1 Duyên hải Nam Trung Bộ (Hình 1.1) có vị trí địa lý như sau: Phía Bắc là đèo Hải Vân, điểm cuối của dãy Trường Sơn Bắc, giáp với tỉnh Thừa Thiên Huế (vùng Bắc Trung Bộ); phía Tây là dãy Trường Sơn Nam với hệ thống cao nguyên đất đỏ bazan, giáp với Lào và các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk, Đăk Nông, Lâm Đồng (vùng Tây Nguyên), phía Đông là biển Đông với hai quần đảo Hoàng Sa và Trường Sa; phía Nam giáp với các tỉnh Đồng Nai và Bà Rịa-Vũng Tàu (vùng Đông Nam Bộ).com/ luan an -8- Đây là một vùng lãnh thổ hẹp kéo dài theo hướng Bắc-Nam bao gồm các tỉnh từ Đà Nẵng ở phía Bắc cho đến tỉnh Bình Thuận ở phía Nam, đều là các tỉnh có phần đất tiếp giáp với biển.Với đặc điểm tự nhiên này, các tỉnh Nam Trung Bộ có lợi thế trong việc phát triển kinh tế-xã hội nhất là kinh tế biển nhưng cũng gặp nhiều khó khăn, trong đó vấn đề xói lở bờ biển và bồi tụ các cửa sông đã và đang trở thành vấn đề đặc biệt quan tâm của các cấp chính quyền và nhân dân địa phương. Thực trạng xói lở-bồi tụ dải ven biển Nam Trung Bộ Xói lở biển là một hiện tượng phổ biến ở ven bờ cả ba miền của nước ta, với 397 đoạn có tổng chiều dài trên 920 km, trong đó khu vực miền Trung xói lở xảy ra ở 233 đoạn có tổng chiều dài lên đến 492 km, chiếm 21,1% chiều dài đường bờ biển [28].

Xét riêng dải ven biển Nam Trung Bộ có tổng chiều dài đường bờ biển là 1.119 km (chiếm 34,3% của cả nước), theo thống kê đến thời điểm tháng 7/2018, trên khu vực có 61 điểm sạt lở với tổng chiều dài sạt lở 80,7km chiếm 7,21% chiều dài đường bờ biển (Bảng 1.1: Tổng hợp hiện trạng sạt lở bờ biển khu vực Nam Trung Bộ [18] Chiều dài bờ Số điểm sạt Chiều dài Tỷ lệ (%) TT Tỉnh/thành biển (Km) lở (điểm) sạt lở km) 1 Đà Nẵng 30 12 8,47 28,23 2 Quảng Nam 125 2 9,2 7,36 3 Quảng Ngãi 144 21 35,13 24,39 4 Bình Định 134 11 7,81 5,83 5 Phú Yên 189 7 8,5 4,50 6 Khánh Hòa 200 3 2,5 1,25 7 Ninh Thuận 105 1 2,5 2,38 8 Bình Thuân 192 4 6,61 3,44 Tổng cộng 1.119 61 80,72 7,21 Xói lở diễn ra trên các kiểu cấu tạo bờ là sỏi cát, bùn sét, bùn, cát…song xu thế xói bờ có vật chất thành tạo chủ yếu là cát (chiếm trên 94%) hiện đang tăng lên đáng kể và diễn ra trên hầu hết bờ biển, tại địa bàn của tất cả các tỉnh. Điển hình về xói lở bờ biển xảy ra tại các khu vực: phía Bắc cửa Đại-Hội An, Tam Hải, Xuân Hòa, Xuân luan an -9- Hải, Núi Thành (Quảng Nam); Đức Phổ, Sa Huỳnh (Quảng Ngãi); Sông Cầu, An Phú, An Hòa, Xóm Rớ (Phú Yên); Liên Hương, Phan Thiết, LaGi (Bình Thuận)… Quá trình xói lở bờ diễn ra với tốc độ khác nhau (Bảng 1. Đối với bờ biển Nam Trung Bộ có tốc độ xói phổ biến dưới 5m/năm, và có xu thế gia tăng. Nhiều nơi, xói lở có tốc độ đến 40÷60 m/năm (những năm 1999÷2000), thậm chí 150÷250 m/năm.

Tính trung bình xói lở bờ biển làm mất đi khoảng 389,9 ha/năm [32]. Chiều dài các đoạn xói lở có thể chỉ một vài trăm mét, cho đến hàng chục kilomet. Có những khu vực, xói lở xảy ra theo những thời khoảng xen kẽ với bồi tụ. Khu vực có địa hình khúc khuỷu, răng cưa nhiều vũng vịnh và bán đảo, đá gốc, các vùng cửa sông, hiện tượng xói lở xảy ra với quy mô nhỏ, cường độ yếu đến trung bình.

Khu vực bị xói lở mạnh thường xảy ra ở kiểu bờ biển lồi, thẳng hướng sóng và có vật chất tạo bờ chủ yếu là cát [31].2: Thống kê tỷ lệ chiều dài bờ biển theo phân cấp tốc độ xói lở [32] Chiều dài xói lở bờ biển theo tốc độ xói lở (%) Khu vực bị Yếu Trung bình Mạnh Rất mạnh xói lở < 5m/năm (5÷15 m/năm) (15÷30 m/năm) (> 30 m/năm) Toàn quốc 21,4% 19,5% 28,3% 30,7% Miền Trung 52,2% 24,3% 10,0% 13,5% Song song với quá trình xói lở bờ biển, hiện tượng bồi lấp các cửa sông, tuyến luồng, bến cảng,…ở Nam Trung Bộ cũng có xu hướng ngày càng gia tăng trong những năm gần đây. Một số cửa sông đã và đang xảy ra tình trạng bồi tụ và dịch chuyển luồng lạch phức tạp có thể kể đến là cửa Đại sông Vũ Gia-Thu Bồn, cửa Lở sông Trường Giang ở Quảng Nam, cửa sông Vệ, cửa sông Trà Khúc ở Quảng Ngãi, cửa sông Bàn Thạch và cửa đầm Ô Loan ở Phú Yên…Trong thời gian 1985÷1995 cửa Đại (Hội An) dịch về phía Nam 50m/năm; cửa Lở (sông Trường Giang) dịch về phía Đông Nam trên 50m/năm; cửa Vệ, cửa Đà Rằng, cửa Đà Nông dịch đáng kể về phía Bắc [18]. Như vậy, vùng duyên hải Nam Trung Bộ đang tồn tại hai vấn đề đối lập nhau. Trong khi dải ven biển bị xói lở mạnh thì hầu hết các cửa sông, đầm phá, bến cảng ở đây lại đang bị bồi lấp làm giảm khả năng thoát lũ, gây ngập lụt cục bộ và cản trở đến các hoạt động giao thông thủy trong khu vực.

Nguyên nhân chính gây xói lở-bồi tụ vùng ven biển Nam Trung Bộ Có nhiều nguyên nhân gây xói lở bờ biển và bồi lấp cửa sông ở miền Trung Việt Nam nói chung và vùng duyên hải Nam Trung Bộ nói riêng.2 trình bày về các yếu tố tác động chính gây xói lở-bồi tụ bờ biển và cửa sông trong khu vực, được đúc kết thông qua những công trình nghiên cứu gần đây như của Nguyễn Văn Cư và nnk (2003) [2], [3], Nguyễn Kim Đan (2017) [4], Đặng Đình Đoan (2014) [5], Nguyễn Thanh Hùng và nnk (2018) [13], Phạm Thu Hương (2012) [15], Võ Công Hoang, Hitoshi Tanaka và nnk (2016) [16], Nguyễn Bá Quỳ (1994) [22], Lê Đình Thành (2009) [26], Phạm Huy Tiến (2005) [31], Nguyễn Đức Vượng và nnk (2015) [39].2: Các yếu tố gây xói lở-bồi tụ bờ biển và cửa sông Theo Hình 1.2, nguyên nhân gây ra hiện tượng xói lở-bồi tụ gồm tương tác của 3 nhóm yếu tố sau: yếu tố nội sinh (cấu trúc địa chất địa mạo và chuyển động tân kiến tạo, hệ sinh thái ven biển, bùn cát), yếu tố ngoại sinh (điều kiện sóng, gió, bão, dòng chảy, BĐKH, …) và yếu tố nhân sinh (con người). Các nhóm yếu tố này có liên quan mật thiết, tương tác qua lại lẫn nhau trong một thể thống nhất, tuân theo quy luật của tự nhiên và chịu sự chi phối sâu sắc bởi hoạt động của con người. Khi có một hay luan an -11- một số yếu tố thay đổi thì các yếu tố còn lại cũng sẽ thay đổi theo nhằm thiết lập trật tự cân bằng mới. Vì bờ biển chỉ có tính chất cân bằng động, tồn tại ở ba trạng thái là ổn định, bồi tụ hoặc xói lở phụ thuộc vào sự cân bằng giữa nguồn trầm tích đưa đến và mang đi, dưới tác động của các yếu tố ngoại sinh thường xuyên biến đổi, trên nền tác động chậm chạp, lâu dài của yếu tố nội sinh [57].

Nguyên nhân do yếu tố nội sinh Các yếu tố nội sinh bao gồm đặc điểm địa hình, cấu trúc địa chất địa mạo và các hệ thống đứt gãy trong vùng, đặc biệt là các hệ thống đứt gãy hiện đại. Do tác động của hoạt động tân kiến tạo và chuyển động hiện đại gây nên chuyển động nâng, hạ, tách dãn, trượt của lớp hoặc các mảng đất đá dẫn tới xói lở hoặc bồi tụ ở khu bờ. Địa hình Về mặt địa hình, dãy núi Trường Sơn ở phía Tây chạy dọc theo đường bờ biển có hàng loạt các đỉnh cao trên 1.500m, đổ trực tiếp xuống biển Đông qua khoảng cách nhỏ hẹp vì vậy độ dốc địa hình trong vùng Nam Trung Bộ rất lớn. Cấu trúc của dãy Trường Sơn là các núi sắp xếp song song chạy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam cùng với hướng của đường bờ biển chuyển từ Tây Bắc-Đông Nam chếch sang hướng Bắc- Nam nên thường xuất hiện những nhánh núi chạy sát tới đường bờ biển khiến địa hình khu vực này thường bị chia cắt thành những ô nhỏ.

Kiểu đường bờ ở Nam Trung Bộ có hai dạng chính sau [31]: Đường bờ vùng núi ven biển: Dạng này phân bố chủ yếu từ Đà Nẵng đến mũi Cà Ná (Ninh Thuận). Đặc điểm chính là đường bờ phát triển trên nền đá gốc cứng chắc xen kẽ các đoạn phát triển trên các thành tạo bở rời Đệ tứ. Đường bờ khu vực từ Đà Nẵng đến mũi Cà Ná rất khúc khuỷu, có nhiều mũi, vịnh và bán đảo. Đây là khu vực biển sâu (đường đẳng sâu 20m nằm gần sát bờ, có nơi chỉ cách vài chục mét), đáy biển có độ dốc lớn.

Từ Đà Nẵng đến Quy Nhơn (Bình Định) có các mũi đâm ra biển như mũi Đà Nẵng, mũi An Hòa, mũi Ba Làng An (hay Batangan). Nhiều vịnh nước sâu như vịnh Đà Nẵng, vịnh Dung Quất, vịnh Nước ngọt và vịnh Quy Nhơn thuận tiện xây dựng các cảng biển. Từ Quy Nhơn đến mũi Dinh (Ninh Thuận) dãy Trường Sơn Đông đã tiến ra sát biển, bờ biển phát triển thành nhiều luan an -12- mũi, vịnh xen nhau. Một số vịnh có diện tích lớn như vịnh Xuân Đài, Vân Phong, Cam Ranh ăn khá sâu vào đất liền và được che chắn bởi các bán đảo.

Khu vực này còn có nhiều đảo ở ngoài như đảo Hòn Lớn, đảo Hòn Tre. Đường bờ vùng đồng bằng duyên hải có xen các núi sót ven biển: Phân bố chủ yếu từ mũi Cà Ná đến Bà Rịa-Vũng Tàu. Đường bờ phát triển chủ yếu trên các thành tạo bở rời chủ yếu là cát biển xen kẽ các mũi đá gốc nhô ra sát biển (Sừng Trâu, La Gàn, Kê Gà, Kỳ Vân…). Địa chất Về địa chất, đồng bằng ven biển Nam Trung Bộ nằm trong phạm vi 4 đới kiến tạo, 2 đới A Vương-Sê Công và Nông Sơn thuộc hệ uốn nếp Việt-Lào và 2 đới Kon Tum-Đà Lạt thuộc địa khối Indosinia (Nguyen Xuan Bao và nnk 1995) [17].

Trên các đới này phân bố khá đầy đủ những thành tạo trầm tích và trầm tích - nguồn núi lửa có tuổi từ Arkei đến ngày nay. Trong khu vực có sự hoạt động của các đứt gãy hiện đại hướng á tuyến và á kinh tuyến, các trũng hạ dạng chậu.