Tổng quan nghiên cứu

Diện biến bờ biển là quá trình xói lở và bồi tụ dọc theo bờ biển do nhiều yếu tố tác động, trong đó sóng và thủy triều đóng vai trò chủ đạo. Tại Việt Nam, đặc biệt khu vực duyên hải miền Trung như tỉnh Bình Thuận, hiện tượng xói lở bờ biển diễn ra nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống người dân, kinh tế và xã hội. Bãi biển xã Tiến Thành, thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận có chiều dài khoảng 16 km, nằm giữa cung bờ từ 0° đến 1°, chịu tác động của hai mùa gió chính Tây Nam và Đông Bắc, gây ra sự biến đổi phức tạp về dòng ven bờ và sự cộng hưởng sóng. Trong những năm gần đây, khu vực này thường xuyên xảy ra hiện tượng xói lở và bồi tụ, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động sản xuất và sinh hoạt của người dân địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình toán số để mô phỏng và dự báo sự biến đổi bờ biển, từ đó đề xuất các giải pháp phòng chống xói lở hiệu quả cho khu vực bờ biển xã Tiến Thành. Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng mô hình tích hợp phát triển bởi Yen Hai Tran và Eric Barthelemy (2020) để phân tích diễn biến bờ biển trong giai đoạn 2014-2018, nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho công tác quản lý và bảo vệ bờ biển tại Phan Thiết. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ khu vực bờ biển xã Tiến Thành, với dữ liệu thu thập từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và số liệu sóng từ hệ thống ECMWF, đảm bảo tính khách quan và toàn diện.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả các biện pháp bảo vệ bờ biển, giảm thiểu thiệt hại do xói lở gây ra, đồng thời góp phần phát triển bền vững kinh tế - xã hội khu vực duyên hải Bình Thuận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính về sóng và dòng ven bờ:

  1. Lý thuyết sóng và truyền sóng: Sóng biển được hình thành chủ yếu do tác động của gió và địa hình đáy biển. Các thông số quan trọng gồm chiều cao sóng (Hs), chu kỳ sóng (Tp), và hướng sóng (Dir). Tốc độ truyền sóng được tính toán dựa trên chiều sâu nước và chu kỳ sóng, với các công thức phù hợp cho vùng nước sâu, nông và chuyển tiếp. Sóng vỡ (surf zone waves) được phân loại thành ba dạng chính: sóng surging, plunging và spilling, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xói lở và bồi tụ bờ biển.

  2. Mô hình toán số tích hợp: Mô hình tích hợp của Yen Hai Tran và Eric Barthelemy (2020) kết hợp mô hình vận chuyển bùn cát dọc bờ (longshore transport) và mô hình vận chuyển bùn cát ngang bờ (cross-shore transport). Mô hình này sử dụng dữ liệu sóng và dòng ven bờ để mô phỏng sự biến đổi bờ biển theo thời gian, giúp dự báo chính xác quá trình xói lở và bồi tụ.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: diện biến bờ biển, sóng vỡ, vận chuyển bùn cát dọc bờ, vận chuyển bùn cát ngang bờ, mô hình toán số, và dòng ven bờ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Ảnh vệ tinh Landsat 8 với độ phân giải 15m, thu thập từ năm 2014 đến 2018, được xử lý bằng phần mềm Matlab để trích xuất dữ liệu biến đổi bờ biển tại 8 cột dọc bờ (MC50, MC100, MC200, MC400, MC600, MC800, MC1000, MC1100).
  • Dữ liệu sóng biển (Hs, Tp, Dir) được tải về từ hệ thống ECMWF (ERA-Interim) với tần suất 6 giờ/lần, đảm bảo bao phủ toàn bộ khu vực nghiên cứu.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình toán số tích hợp, kết hợp mô hình vận chuyển bùn cát dọc bờ và ngang bờ, dựa trên các công thức tính toán vận tốc truyền sóng, vận chuyển bùn cát theo công thức CERC và các tham số mô hình được hiệu chỉnh bằng thuật toán tối ưu để giảm sai số RMSE giữa dữ liệu mô phỏng và quan trắc thực tế.

Cỡ mẫu nghiên cứu là 8 cột dọc bờ, được chọn dựa trên vị trí địa lý và đặc điểm địa hình bờ biển xã Tiến Thành. Thời gian nghiên cứu kéo dài 5 năm (2014-2018), nhằm đánh giá diễn biến bờ biển theo mùa và theo các điều kiện sóng khác nhau.

Timeline nghiên cứu gồm các bước: thu thập dữ liệu vệ tinh và sóng → xử lý dữ liệu → thiết lập mô hình toán số → hiệu chỉnh và xác minh mô hình → phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diện biến bờ biển tại xã Tiến Thành có xu hướng xói lở nghiêm trọng: Dữ liệu ảnh vệ tinh cho thấy bãi biển tại các cột MC50 và MC100 bị xói lở từ 20 đến 100 mét trong giai đoạn 2014-2020, đặc biệt vào mùa gió Tây Nam. Tỷ lệ xói lở trung bình tại các điểm này lên đến khoảng 15% diện tích bãi biển.

  2. Sóng và dòng ven bờ có ảnh hưởng lớn đến quá trình biến đổi bờ biển: Tốc độ dòng ven bờ đo được khoảng 0,71 m/s, chiếm 5% vận tốc sóng, đủ để gây phá hủy và vận chuyển vật liệu ra biển. Vận tốc dòng ven bờ trong điều kiện bão có thể lên đến gần 2 m/s, làm gia tăng mức độ xói lở.

  3. Mô hình toán số tích hợp mô phỏng chính xác diễn biến bờ biển: Sai số trung bình RMSE giữa mô hình và dữ liệu quan trắc dưới 10%, cho thấy mô hình có khả năng dự báo biến đổi bờ biển theo thời gian với độ tin cậy cao.

  4. Sự cộng hưởng giữa sóng khúc xạ từ các mũi đá và sóng chính theo mùa gió tạo ra các vùng xói lở và bồi tụ phân bố không đồng đều: Các cung bờ lõm sâu có xu hướng bị xói lở mạnh hơn, trong khi các vùng có công trình chắn sóng hoặc kè bảo vệ có mức độ ổn định hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng xói lở tại xã Tiến Thành là do tác động phối hợp của sóng lớn theo mùa gió Tây Nam và dòng ven bờ mạnh, kết hợp với sự thay đổi địa hình đáy biển và cấu trúc bờ biển gồm đá phong hóa xen kẽ cát rời. So với các nghiên cứu tại các vùng bờ biển khác như bãi biển Narrabeen (Úc) hay khu vực Nha Trang (Việt Nam), kết quả mô hình tại Phan Thiết cho thấy sự tương đồng về cơ chế vận chuyển bùn cát và ảnh hưởng của sóng vỡ.

Dữ liệu mô hình có thể được trình bày qua biểu đồ biến động chiều dài bờ biển theo thời gian tại các cột MC50, MC100, MC200, cùng bảng tổng hợp tốc độ dòng ven bờ và các thông số sóng theo mùa. Biểu đồ này minh họa rõ ràng xu hướng xói lở và bồi tụ, giúp các nhà quản lý dễ dàng nhận diện các khu vực nguy cơ cao.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho việc thiết kế các công trình bảo vệ bờ biển, đồng thời hỗ trợ công tác quy hoạch phát triển bền vững khu vực ven biển Bình Thuận.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống kè chắn sóng tại các khu vực xói lở nghiêm trọng: Ưu tiên các vị trí MC50 và MC100, nhằm giảm tốc độ dòng ven bờ và sóng vỡ tác động trực tiếp lên bờ. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 2 năm, do chính quyền địa phương phối hợp với các đơn vị thi công.

  2. Triển khai các biện pháp nuôi bãi và bổ sung cát nhân tạo: Tăng cường vận chuyển bùn cát dọc bờ để bồi tụ các khu vực bị xói lở, nâng cao độ bền vững của bãi biển. Giải pháp này cần được thực hiện liên tục hàng năm, dưới sự giám sát của các cơ quan quản lý tài nguyên biển.

  3. Ứng dụng mô hình toán số để theo dõi và dự báo biến đổi bờ biển định kỳ: Thiết lập hệ thống giám sát bằng ảnh vệ tinh và dữ liệu sóng để cập nhật kịp thời diễn biến bờ biển, phục vụ công tác quản lý và ra quyết định. Thời gian triển khai ban đầu trong 1 năm, sau đó duy trì thường xuyên.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ bờ biển: Hướng dẫn người dân và doanh nghiệp hiểu rõ tác động của xói lở và các biện pháp phòng chống, góp phần giảm thiểu các hoạt động gây tổn hại bờ biển. Chương trình này nên được tổ chức định kỳ hàng năm bởi các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ven biển: Nhận được cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách bảo vệ bờ biển hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do xói lở gây ra.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia môi trường biển: Tham khảo phương pháp mô hình toán số tích hợp và dữ liệu thực nghiệm để phát triển nghiên cứu sâu hơn về biến đổi bờ biển.

  3. Các kỹ sư xây dựng công trình thủy lợi và bảo vệ bờ biển: Áp dụng kết quả mô hình và đề xuất kỹ thuật trong thiết kế các công trình chắn sóng, kè bảo vệ phù hợp với điều kiện địa phương.

  4. Cộng đồng dân cư và doanh nghiệp ven biển: Hiểu rõ tác động của biến đổi bờ biển và tham gia tích cực vào các hoạt động bảo vệ môi trường, góp phần phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Diện biến bờ biển là gì và tại sao nó quan trọng?
    Diện biến bờ biển là sự thay đổi vị trí bờ biển do xói lở hoặc bồi tụ. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống, kinh tế và xã hội ven biển. Ví dụ, tại xã Tiến Thành, xói lở đã làm mất đất canh tác và ảnh hưởng đến du lịch.

  2. Mô hình toán số tích hợp có ưu điểm gì?
    Mô hình tích hợp kết hợp vận chuyển bùn cát dọc và ngang bờ, giúp mô phỏng chính xác hơn quá trình biến đổi bờ biển theo thời gian. Nghiên cứu tại Phan Thiết cho thấy sai số RMSE dưới 10%, đảm bảo độ tin cậy cao.

  3. Dữ liệu nào được sử dụng để mô phỏng biến đổi bờ biển?
    Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 với độ phân giải 15m và dữ liệu sóng biển từ ECMWF, bao gồm chiều cao sóng, chu kỳ và hướng sóng, thu thập trong giai đoạn 2014-2018.

  4. Nguyên nhân chính gây xói lở bờ biển tại Phan Thiết là gì?
    Chủ yếu do tác động của sóng lớn theo mùa gió Tây Nam, dòng ven bờ mạnh, kết hợp với đặc điểm địa hình đáy biển và cấu trúc bờ gồm đá phong hóa xen kẽ cát rời.

  5. Giải pháp nào hiệu quả để phòng chống xói lở?
    Xây dựng kè chắn sóng, nuôi bãi và bổ sung cát nhân tạo, ứng dụng mô hình toán số để giám sát và dự báo, cùng với tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng là các giải pháp hiệu quả.

Kết luận

  • Diện biến bờ biển xã Tiến Thành, Phan Thiết diễn ra phức tạp với xu hướng xói lở nghiêm trọng, đặc biệt vào mùa gió Tây Nam.
  • Mô hình toán số tích hợp của Yen Hai Tran và Eric Barthelemy (2020) được áp dụng thành công, mô phỏng chính xác biến đổi bờ biển với sai số dưới 10%.
  • Sóng và dòng ven bờ là các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình xói lở và bồi tụ tại khu vực nghiên cứu.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm giảm thiểu xói lở, bảo vệ bờ biển và phát triển bền vững kinh tế - xã hội địa phương.
  • Nghiên cứu mở ra hướng tiếp tục ứng dụng mô hình toán số trong giám sát và dự báo biến đổi bờ biển, hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên ven biển hiệu quả hơn trong tương lai.

Quý độc giả và các nhà quản lý được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả bảo vệ bờ biển, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu và các tác động môi trường khác.