Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồi Dương, thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận là một vùng ven biển có chiều dài bờ biển khoảng 192 km, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của hai mùa gió chính là gió Đông Bắc và gió Tây Nam. Theo số liệu khí tượng thủy văn, nhiệt độ trung bình hàng năm tại đây khoảng 27°C, lượng mưa trung bình năm khoảng 1072 mm, thấp hơn mức trung bình cả nước. Dòng chảy ven bờ và sóng biển tại khu vực này chịu tác động phức tạp của thủy triều, gió mùa và hoàn lưu biển Đông, với vận tốc dòng chảy ven bờ mùa đông đạt khoảng 90-100 cm/s và mùa hè khoảng 25-40 cm/s. Tình trạng xói lở bờ biển tại Đồi Dương diễn ra nghiêm trọng, đặc biệt là khu vực phía bắc cửa sông Cà Ty với chiều dài hơn 1,5 km bị xói lở liên tục, gây ảnh hưởng tiêu cực đến các công trình ven biển và phát triển kinh tế du lịch địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích quá trình bồi xói bờ biển khu vực Đồi Dương thông qua mô hình toán số, nhằm làm rõ bản chất vật lý của quá trình vận chuyển bùn cát, đánh giá hiện trạng xói lở và đề xuất các biện pháp bảo vệ bờ biển hiệu quả. Nghiên cứu sử dụng mô hình toán F28 để mô phỏng dòng chảy và vận chuyển bùn cát, kết hợp với mô hình RCPWAVE để tính toán trường sóng, tập trung vào hai mùa gió đặc trưng tháng 1 (gió Đông Bắc) và tháng 7 (gió Tây Nam). Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực ven biển Đồi Dương, thành phố Phan Thiết, trong bối cảnh điều kiện khí hậu, thủy văn và địa hình đặc thù của tỉnh Bình Thuận.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp số liệu và mô hình hóa chính xác quá trình bồi xói, từ đó hỗ trợ công tác quy hoạch, xây dựng và bảo vệ bờ biển, góp phần phát triển bền vững kinh tế du lịch và bảo vệ môi trường ven biển tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Phương trình Saint-Venant hai chiều: Mô tả dòng chảy thủy động lực học ven bờ, giải bằng phương pháp thể tích hữu hạn trên lưới phi cấu trúc tứ giác.
  • Phương trình cân bằng bùn cát hai chiều (Exner): Mô tả diễn biến đáy biển do vận chuyển bùn cát, tính toán sự thay đổi cao độ đáy theo thời gian.
  • Lý thuyết vận chuyển bùn cát: Phân loại bùn cát theo kích thước, tính chất kết dính và đặc điểm chuyển động (lăn, trượt, nhảy cóc, lơ lửng). Áp dụng các công thức kinh nghiệm như công thức Shields để xác định ngưỡng khởi động hạt bùn cát.
  • Mô hình sóng RCPWAVE: Giải phương trình lan truyền sóng trên đáy có độ dốc nhỏ bằng phương pháp sai phân hữu hạn, tính toán trường sóng chưa vỡ và sóng vỡ, cung cấp dữ liệu đầu vào cho mô hình dòng chảy và vận chuyển bùn cát.

Các khái niệm chính bao gồm: ứng suất đáy tới hạn, vận tốc ma sát đáy, nồng độ bùn cát lơ lửng, vận tốc dòng chảy ven bờ, và các dạng chuyển động bùn cát.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, vận tốc và hướng gió), số liệu thủy triều, dòng chảy ven bờ, sóng biển quan trắc tại trạm Bạch Hồ và các trạm ven biển Bình Thuận. Dữ liệu mực nước đầu vào cho mô hình được lấy từ mô hình biến động biển Đông.

Phương pháp nghiên cứu sử dụng mô hình toán số gồm:

  • Mô hình F28 để mô phỏng dòng chảy và vận chuyển bùn cát, giải hệ phương trình Saint-Venant và phương trình cân bằng bùn cát bằng phương pháp thể tích hữu hạn trên lưới phi cấu trúc.
  • Mô hình RCPWAVE để tính toán trường sóng, giải phương trình lan truyền sóng trên lưới vuông góc.
  • Nội suy kết quả sóng từ RCPWAVE sang lưới tính của F28 để tính toán sự tương tác sóng và dòng chảy trong vận chuyển bùn cát.

Cỡ mẫu mô hình bao gồm toàn bộ khu vực ven biển Đồi Dương với lưới tính chi tiết, đảm bảo độ chính xác cao trong mô phỏng. Phương pháp chọn mẫu dựa trên phân tích đặc trưng khí tượng thủy văn theo mùa gió Đông Bắc và Tây Nam, tập trung vào các tháng đặc trưng là tháng 1 và tháng 7. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2003 đến 2009 với các số liệu quan trắc thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của gió mùa đến dòng chảy và bồi xói: Dòng chảy ven bờ chịu ảnh hưởng rõ rệt của hai mùa gió chính. Vào mùa Đông (gió Đông Bắc), dòng chảy chủ đạo hướng Nam và Tây Nam với vận tốc khoảng 90-100 cm/s, gây xói lở mạnh tại phía bắc cửa sông Cà Ty. Vào mùa Hè (gió Tây Nam), dòng chảy phân tán với nhiều hướng, vận tốc giảm còn 25-40 cm/s, làm giảm mức độ xói lở nhưng vẫn duy trì sự vận chuyển bùn cát đáng kể.

  2. Tác động kết hợp của sóng và dòng chảy: Mô hình RCPWAVE cho thấy sóng biển tại khu vực có độ cao trung bình từ 1,2 đến 2,2 m tùy mùa, với hướng sóng thay đổi theo mùa gió. Khi kết hợp với dòng chảy, sự bồi xói diễn ra phức tạp hơn, đặc biệt tại các khu vực gần cửa sông và bãi tam tự. Số liệu mô phỏng cho thấy mức độ bồi lắng và xói lở có thể thay đổi đến 15-20% khi xét tác động đồng thời của sóng và dòng chảy so với chỉ dòng chảy đơn thuần.

  3. Hiệu quả của đảo nhân tạo trong giảm xói lở: Giả định xây dựng các đảo nhân tạo xa bờ cho thấy khả năng giảm vận tốc sóng và dòng chảy, từ đó giảm lượng bồi xói tại khu vực Đồi Dương. Mô hình tính toán cho thấy đảo nhân tạo có thể làm giảm vận tốc dòng chảy và sóng tới 10-15%, góp phần hạn chế xói lở bờ biển.

  4. Diễn biến đáy biển và vận chuyển bùn cát: Phân tích mô hình cho thấy sự thay đổi cao độ đáy biển tại Đồi Dương có xu hướng xói lở liên tục với mức độ thay đổi cao độ từ 0,1 đến 0,3 m trong các tháng gió Đông Bắc, trong khi mùa gió Tây Nam có xu hướng bồi tụ nhẹ với mức độ thay đổi khoảng 0,05-0,1 m.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng xói lở tại Đồi Dương là do tác động phối hợp của dòng chảy ven bờ mạnh trong mùa gió Đông Bắc và sóng biển có năng lượng cao. So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô hình F28 và RCPWAVE cho phép đánh giá chi tiết hơn về vận tốc dòng chảy và trường sóng, từ đó mô phỏng chính xác quá trình vận chuyển bùn cát và diễn biến đáy biển. Việc sử dụng mô hình toán số kết hợp với số liệu quan trắc thực tế giúp khắc phục hạn chế của các phương pháp khảo sát truyền thống và mô hình đơn giản trước đây.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ vận tốc dòng chảy theo mùa, bản đồ phân bố độ cao đáy biển trước và sau mô phỏng, cũng như bảng so sánh mức độ xói lở và bồi tụ theo các kịch bản có và không có đảo nhân tạo. Những kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc lập kế hoạch bảo vệ bờ biển, thiết kế công trình ven biển và phát triển bền vững kinh tế du lịch tại Bình Thuận.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng các công trình chắn sóng và đảo nhân tạo: Thiết kế và xây dựng các đảo nhân tạo xa bờ nhằm giảm vận tốc sóng và dòng chảy, hạn chế xói lở bờ biển. Thời gian thực hiện trong vòng 3-5 năm, do các cơ quan quản lý biển và địa phương chủ trì.

  2. Ứng dụng mô hình toán số trong quy hoạch bờ biển: Sử dụng mô hình F28 và RCPWAVE để đánh giá tác động của các công trình ven biển trước khi triển khai xây dựng, đảm bảo hiệu quả lâu dài và giảm thiểu tác động tiêu cực. Khuyến nghị áp dụng trong các dự án quy hoạch ven biển trong 1-2 năm tới.

  3. Tăng cường quan trắc và thu thập số liệu thực tế: Thiết lập hệ thống quan trắc thủy văn, sóng và dòng chảy liên tục tại khu vực Đồi Dương để cập nhật dữ liệu phục vụ mô hình hóa và đánh giá diễn biến bờ biển. Thời gian triển khai ngay trong năm đầu tiên.

  4. Phát triển các biện pháp bảo vệ bờ mềm kết hợp với cứng: Kết hợp các công trình kè mềm như kè geotube với kè bê tông truyền thống để vừa bảo vệ bờ vừa duy trì cảnh quan và môi trường sinh thái. Thời gian thực hiện 2-4 năm, phối hợp giữa các đơn vị xây dựng và quản lý môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và quy hoạch ven biển: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch phát triển bền vững, thiết kế công trình bảo vệ bờ biển phù hợp với điều kiện tự nhiên và kinh tế địa phương.

  2. Các kỹ sư xây dựng công trình thủy lợi và ven biển: Áp dụng mô hình toán số và các phương pháp tính toán vận chuyển bùn cát để thiết kế các công trình chắn sóng, kè biển và đảo nhân tạo hiệu quả.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình toán và kết quả phân tích để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo về xói lở và bồi tụ bờ biển.

  4. Các doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực du lịch ven biển: Hiểu rõ hiện trạng và xu hướng biến đổi bờ biển để đưa ra các quyết định đầu tư hợp lý, bảo vệ tài sản và phát triển du lịch bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Quá trình bồi xói bờ biển tại Đồi Dương chịu ảnh hưởng bởi những yếu tố nào?
    Quá trình này chủ yếu chịu tác động của sóng biển và dòng chảy ven bờ, đặc biệt là dưới ảnh hưởng của hai mùa gió Đông Bắc và Tây Nam. Sự phối hợp của các yếu tố này tạo nên sự biến đổi phức tạp về bồi tụ và xói lở.

  2. Mô hình toán số F28 và RCPWAVE có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    F28 mô phỏng dòng chảy và vận chuyển bùn cát hai chiều với độ chính xác cao trên lưới phi cấu trúc, trong khi RCPWAVE tính toán trường sóng chưa vỡ và sóng vỡ chi tiết. Sự kết hợp giúp mô phỏng chính xác quá trình tương tác sóng-dòng chảy và bùn cát.

  3. Tại sao cần xây dựng đảo nhân tạo trong khu vực nghiên cứu?
    Đảo nhân tạo giúp giảm vận tốc sóng và dòng chảy, từ đó giảm thiểu xói lở bờ biển. Mô hình cho thấy đảo nhân tạo có thể giảm vận tốc sóng và dòng chảy tới 10-15%, góp phần bảo vệ bờ biển hiệu quả.

  4. Các biện pháp bảo vệ bờ biển hiện nay tại Bình Thuận có hiệu quả không?
    Các công trình kè cứng và kè mềm đã phần nào kiểm soát được xói lở cục bộ, nhưng vẫn tồn tại nhiều điểm xói lở nghiêm trọng do chưa tính toán đầy đủ tác động dòng chảy và sóng. Cần kết hợp biện pháp mềm và cứng cùng với mô hình toán số để nâng cao hiệu quả.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn?
    Kết quả mô hình và phân tích có thể được sử dụng để thiết kế các công trình bảo vệ bờ biển, lập quy hoạch phát triển ven biển, đồng thời hỗ trợ các cơ quan quản lý trong việc ra quyết định dựa trên dữ liệu khoa học và mô phỏng chính xác.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định rõ vai trò quan trọng của sóng và dòng chảy trong quá trình bồi xói bờ biển khu vực Đồi Dương, Phan Thiết.
  • Mô hình toán số F28 kết hợp với mô hình sóng RCPWAVE cho phép mô phỏng chính xác diễn biến dòng chảy, sóng và vận chuyển bùn cát.
  • Kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt về bồi tụ và xói lở theo mùa gió Đông Bắc và Tây Nam, đồng thời đánh giá được hiệu quả tiềm năng của đảo nhân tạo trong giảm xói lở.
  • Đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ biển kết hợp công trình cứng và mềm, tăng cường quan trắc và ứng dụng mô hình toán số trong quy hoạch ven biển.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai xây dựng đảo nhân tạo thí điểm, mở rộng hệ thống quan trắc và áp dụng mô hình trong các dự án bảo vệ bờ biển khác tại Bình Thuận.

Hành động khuyến nghị: Các cơ quan quản lý và nhà đầu tư cần phối hợp triển khai các giải pháp bảo vệ bờ biển dựa trên kết quả nghiên cứu để bảo vệ tài nguyên và phát triển kinh tế du lịch bền vững.