Tổng quan nghiên cứu

Vịnh Nha Trang, thuộc tỉnh Khánh Hòa, là vịnh biển lớn thứ hai của khu vực Nam Trung Bộ Việt Nam với diện tích khoảng 500 km² và chiều dài bờ biển hơn 103 km. Đây là một trong 29 vịnh đẹp nhất thế giới, có tiềm năng phát triển du lịch và dịch vụ với tốc độ tăng trưởng nhanh. Tuy nhiên, khu vực phía Bắc cửa sông Cái, Nha Trang đang đối mặt với tình trạng xói lở bờ biển nghiêm trọng, làm suy giảm chất lượng bãi tắm, ảnh hưởng tiêu cực đến phát triển kinh tế - xã hội và môi trường sinh thái. Các nguyên nhân chính bao gồm tác động của sóng lớn trong mùa đông, bão, gió mùa đông bắc, sự phát triển của các cồn ngầm và biến đổi khí hậu toàn cầu.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là mô phỏng biến động mặt cắt nuôi bãi và đánh giá khả năng ứng dụng giải pháp nuôi bãi nhân tạo nhằm duy trì, phục hồi và mở rộng bãi biển phía Bắc cửa sông Cái, góp phần phát triển du lịch bền vững tại khu vực này. Nghiên cứu tập trung vào phân tích điều kiện tự nhiên, khí hậu, thủy văn, thủy lực, khảo sát địa hình và địa mạo, đồng thời áp dụng các mô hình tính toán và phần mềm chuyên dụng để xác định thể tích cát cần thiết, kích thước bãi và chu kỳ nuôi bãi phù hợp. Thời gian nghiên cứu chủ yếu dựa trên số liệu thu thập từ các trạm đo đạc trong giai đoạn 1975-2013.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp, góp phần bảo vệ bờ biển, giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế du lịch tại vịnh Nha Trang nói riêng và các vùng ven biển khác của Việt Nam nói chung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về biến động bãi biển và nuôi bãi nhân tạo, bao gồm:

  • Lý thuyết cân bằng bùn cát ven biển: Đường bờ biển ổn định khi lượng bùn cát cung cấp cân bằng với lượng bùn cát bị mất do vận chuyển dọc và ngang bờ. Khi lượng bùn cát cung cấp nhỏ hơn lượng mất đi, bờ biển bị xói lở.

  • Mô hình mặt cắt ngang bãi biển (Dean, 1993): Mô tả hình dạng mặt cắt ngang bãi biển và sự thay đổi khi bổ sung vật liệu nuôi bãi, phân loại thành ba dạng mặt cắt nuôi bãi điển hình: mặt cắt giao nhau, không giao nhau và trạng thái ngập.

  • Phương pháp tính toán thể tích cát và thời gian duy trì bãi: Áp dụng công thức thực nghiệm của Hallermeier (1981) để xác định độ sâu sóng tới hạn, công thức CERC để tính vận chuyển bùn cát dọc bờ, và công thức phân rã Pelnard-Considere (1956) để mô phỏng sự biến đổi mặt bằng bãi theo thời gian.

  • Mô hình số SBEACH: Mô phỏng sự thay đổi mặt cắt ngang bãi biển sau bão dựa trên vận chuyển bùn cát ngang bờ do sóng vỡ và sự thay đổi mực nước, phân chia mặt cắt thành các vùng vận chuyển bùn cát khác nhau để tính toán chi tiết.

Các khái niệm chính bao gồm: nuôi bãi nhân tạo, vận chuyển bùn cát dọc và ngang bờ, mặt cắt ngang bãi biển, chu kỳ nuôi bãi, và ảnh hưởng của sóng, gió, bão đến biến động bãi biển.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu được thu thập từ các trạm đo đạc khí tượng, thủy văn, hải văn tại khu vực vịnh Nha Trang và cửa sông Cái trong giai đoạn 1975-2013, bao gồm số liệu về nhiệt độ, gió, sóng, mực nước, lưu lượng dòng chảy sông, thành phần bùn cát và địa hình bãi biển.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp:

  • Tổng hợp và phân tích số liệu thực địa: Khảo sát địa hình, địa mạo, thủy lực, thủy văn và khí hậu khu vực nghiên cứu.

  • Mô phỏng và tính toán: Sử dụng phần mềm SBEACH và các công thức thực nghiệm để mô phỏng biến động mặt cắt nuôi bãi, tính toán thể tích cát cần thiết, kích thước bãi và chu kỳ nuôi bãi.

  • Phân tích kịch bản bão: Mô phỏng phản ứng của bãi nuôi trước các cơn bão điển hình nhằm đánh giá độ bền và hiệu quả của giải pháp nuôi bãi.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các mặt cắt ngang bãi biển được khảo sát chi tiết tại khu vực phía Bắc cửa sông Cái, với lựa chọn mẫu dựa trên đặc điểm địa hình và mức độ xói lở. Phương pháp phân tích dữ liệu chủ yếu là mô hình hóa số và phân tích thống kê các biến động bãi biển theo thời gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diễn biến bãi biển phía Bắc cửa sông Cái đang bị thoái hóa nghiêm trọng: Nhiều đoạn bờ biển bị mất bãi hoàn toàn, làm giảm sức hấp dẫn du lịch. Số liệu khảo sát cho thấy độ dốc bãi lớn và bãi hẹp, không thuận lợi cho hoạt động tắm biển, đặc biệt trong mùa đông.

  2. Xác định thể tích cát cần thiết để nuôi bãi: Qua mô phỏng, thể tích cát cần bổ sung cho bãi nuôi khoảng từ 700 m³ đến 1500 m³ tùy theo kích thước bãi và đặc tính vật liệu. Việc lựa chọn cát có kích thước hạt tương đồng hoặc lớn hơn cát tự nhiên giúp tăng độ ổn định bãi.

  3. Chu kỳ nuôi bãi phù hợp từ 2 đến 5 năm: Mô hình tính toán cho thấy bãi nuôi cần được bổ sung cát định kỳ trong khoảng thời gian này để duy trì diện tích và hình dạng bãi, tránh bị xói lở trở lại.

  4. Phản ứng của bãi nuôi trước cơn bão điển hình: Mô phỏng sử dụng phần mềm SBEACH cho thấy bãi nuôi có khả năng chịu được tác động của các cơn bão với sóng cao và gió mạnh, tuy nhiên cần thiết kế bãi với kích thước và độ cao phù hợp để giảm thiểu tổn thất vật liệu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng xói lở là do sự mất cân bằng giữa lượng bùn cát cung cấp và lượng bùn cát bị sóng, gió và dòng chảy vận chuyển ra khỏi khu vực bãi. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng làm tăng cường độ sóng và tần suất bão, làm gia tăng mức độ xói lở. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về biến động bãi biển tại các vùng ven biển Việt Nam và quốc tế.

Việc lựa chọn giải pháp nuôi bãi nhân tạo được đánh giá là phù hợp với điều kiện tự nhiên và kinh tế của khu vực, bởi phương pháp này không yêu cầu vốn đầu tư lớn như các công trình cứng, đồng thời thân thiện với môi trường và có thể kết hợp với các công trình giảm sóng như đập phá sóng ngầm để tăng hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ biến động mặt cắt ngang bãi trước và sau nuôi bãi, bảng thống kê thể tích cát bổ sung và chu kỳ nuôi bãi, cũng như biểu đồ mô phỏng sự thay đổi mặt bằng bãi theo thời gian dưới tác động của bão.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai nuôi bãi nhân tạo với thể tích cát bổ sung từ 700 đến 1500 m³: Động tác bổ sung cát cần được thực hiện định kỳ mỗi 2-5 năm để duy trì diện tích và hình dạng bãi, giảm thiểu xói lở. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý biển và địa phương phối hợp với doanh nghiệp du lịch.

  2. Kết hợp xây dựng các công trình giảm sóng ngầm thấp: Hệ thống đập phá sóng ngầm hoặc đập mỏ hàn chữ T nên được thiết kế và thi công để giảm năng lượng sóng tác động trực tiếp lên bãi, tăng hiệu quả nuôi bãi và bảo vệ bờ biển. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm.

  3. Tăng cường giám sát và thu thập số liệu thủy văn, hải văn: Thiết lập hệ thống trạm đo đạc và camera giám sát để theo dõi biến động bãi biển, sóng, gió và mực nước nhằm cập nhật dữ liệu phục vụ điều chỉnh phương án nuôi bãi kịp thời. Chủ thể là các viện nghiên cứu và cơ quan quản lý địa phương.

  4. Nâng cao nhận thức cộng đồng và các bên liên quan: Tổ chức các chương trình đào tạo, hội thảo về bảo vệ bờ biển và ứng dụng nuôi bãi nhân tạo nhằm huy động sự tham gia của người dân, doanh nghiệp và các tổ chức xã hội. Thời gian triển khai liên tục trong các năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách vùng ven biển: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để xây dựng các chính sách bảo vệ bờ biển, phát triển du lịch bền vững và ứng phó biến đổi khí hậu.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia kỹ thuật trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy và bảo vệ bờ biển: Tài liệu chi tiết về mô hình tính toán, phương pháp nuôi bãi và ứng dụng phần mềm SBEACH giúp nâng cao năng lực nghiên cứu và thực tiễn.

  3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong ngành du lịch và phát triển hạ tầng ven biển: Thông tin về giải pháp kỹ thuật nuôi bãi nhân tạo hỗ trợ trong việc lập kế hoạch đầu tư, cải tạo bãi tắm và nâng cao giá trị dịch vụ du lịch.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức bảo vệ môi trường: Hiểu biết về nguyên nhân xói lở, tác động của biến đổi khí hậu và các giải pháp bảo vệ bờ biển giúp nâng cao ý thức và tham gia tích cực vào công tác bảo vệ môi trường ven biển.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nuôi bãi nhân tạo là gì và có ưu điểm gì so với các công trình bảo vệ bờ biển khác?
    Nuôi bãi nhân tạo là phương pháp bổ sung vật liệu (chủ yếu là cát) lên bãi biển để mở rộng và duy trì diện tích bãi, chống xói lở. Ưu điểm là chi phí thấp hơn, thi công nhanh, thân thiện môi trường và linh hoạt điều chỉnh theo biến đổi tự nhiên, không gây ảnh hưởng tiêu cực như các công trình cứng.

  2. Thể tích cát cần bổ sung để nuôi bãi được xác định như thế nào?
    Thể tích cát được tính dựa trên mô hình mặt cắt ngang bãi biển, đặc tính vật liệu và điều kiện sóng, gió. Công thức thực nghiệm của Hallermeier và mô hình Dean được sử dụng để xác định độ sâu sóng tới hạn và thể tích cát phù hợp nhằm tạo bãi ổn định.

  3. Chu kỳ nuôi bãi là bao lâu và tại sao cần bổ sung định kỳ?
    Chu kỳ nuôi bãi thường từ 2 đến 5 năm, phụ thuộc vào mức độ xói lở và điều kiện tự nhiên. Bãi nuôi sẽ bị mất dần vật liệu do sóng và dòng chảy, nên cần bổ sung định kỳ để duy trì diện tích và hình dạng bãi, đảm bảo hiệu quả bảo vệ bờ biển.

  4. Phần mềm SBEACH được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    SBEACH là mô hình số mô phỏng biến động mặt cắt ngang bãi biển sau bão dựa trên vận chuyển bùn cát ngang bờ do sóng vỡ và thay đổi mực nước. Phần mềm giúp dự báo sự thay đổi bãi sau các sự kiện bão, hỗ trợ thiết kế kích thước và độ cao bãi nuôi phù hợp.

  5. Giải pháp nuôi bãi có thể áp dụng cho các vùng ven biển khác không?
    Có, giải pháp nuôi bãi nhân tạo đã được áp dụng thành công ở nhiều quốc gia và có thể điều chỉnh phù hợp với điều kiện tự nhiên từng vùng ven biển Việt Nam. Tuy nhiên, cần khảo sát kỹ lưỡng đặc điểm địa hình, thủy văn và khí hậu để lựa chọn phương án tối ưu.

Kết luận

  • Luận văn đã tổng hợp và phân tích chi tiết các yếu tố tự nhiên, khí hậu, thủy văn và địa hình khu vực phía Bắc cửa sông Cái, vịnh Nha Trang, làm cơ sở khoa học cho việc lựa chọn giải pháp nuôi bãi nhân tạo.

  • Áp dụng các mô hình lý thuyết và phần mềm SBEACH để tính toán thể tích cát, kích thước bãi và chu kỳ nuôi bãi, đánh giá khả năng chịu tác động của bão, từ đó đề xuất phương án kỹ thuật phù hợp.

  • Giải pháp nuôi bãi nhân tạo được xác định là hiệu quả, kinh tế và thân thiện môi trường, góp phần bảo vệ bờ biển, phát triển du lịch và ứng phó biến đổi khí hậu.

  • Khuyến nghị triển khai kết hợp nuôi bãi với các công trình giảm sóng ngầm, tăng cường giám sát và nâng cao nhận thức cộng đồng để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

  • Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực tế, hoàn thiện quy trình kỹ thuật và mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các vùng ven biển khác của Việt Nam.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ và phát triển bờ biển vịnh Nha Trang bền vững!