Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Vận Chuyển Bùn Cát Khu Vực Cảng Lạch Huyện

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu vận chuyển bùn cát khu vực cảng lạch huyện, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Tâm
• Người hướng dẫn: TS. Nghiêm Tiến Lam
• Trường học: Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình biển
• Đề tài: Nghiên cứu vận chuyển bùn cát tại khu vực cảng Lạch Huyện
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• BẢN CAM KẾT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• 1. Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Điều kiện tự nhiên
• 1.1.1. Vị trí địa lý, địa hình và địa chất
• 1.1.2. Mạng lưới sông chính
• 1.1.3. Đặc điểm khí tượng
• 1.1.4. Đặc điểm thủy văn
• 1.1.5. Đặc điểm hải văn
• 1.1.6. Sự phân bố trầm tích đáy
• 1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội
• 1.3. Mạng lưới quan trắc
• 1.4. Hiện trạng sa bồi luồng cửa Lạch Huyện
• 2. Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH TOÁN
• 2.1. Tổng quan về mô hình thủy động lực
• 2.2. Tổng quan về mô hình sóng
• 2.3. Tổng quan về mô hình vận chuyển bùn cát
• 2.4. Mô hình EFDC
• 2.4.1. Giới thiệu chung
• 2.4.2. Cấu trúc mô hình EFDC
• 2.4.3. Cơ sở lý thuyết của mô hình thủy động lực EFDC
• 2.4.4. Cơ sở lý thuyết vận chuyển bùn cát mô hình EFDC
• 2.4.5. Cách giải quyết bài toán trong mô hình EFDC
• 2.4.6. Một số đặc điểm tính năng của phần mềm
• 3. Chương 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH EFDC MÔ PHỎNG BIẾN ĐỔI ĐỊA HÌNH KHU VỰC CẢNG LẠCH HUYỆN
• 3.1. Tình hình số liệu
• 3.1.1. Tài liệu địa hình
• 3.1.2. Số liệu thủy văn
• 3.1.3. Số liệu bùn cát
• 3.2. Thiết lập mô hình thủy lực
• 3.2.1. Thiết lập miền tính toán
• 3.2.2. Thiết lập địa hình
• 3.2.3. Thiết lập điều kiện biên
• 3.2.4. Thiết lập điều kiện ban đầu
• 3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực
• 3.3.1. Thời kỳ tính toán
• 3.3.2. Thiết lập thông số mô hình thủy lực
• 3.3.3. Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực
• 3.3.4. Kết quả kiểm định mô hình thủy lực
• 3.4. Mô hình tính toán bùn cát
• 3.4.1. Các kịch bản tính toán
• 3.4.2. Thiết lập mô hình bùn cát trên mô hình EFDC
• 4. Chương 4: PHÂN TÍCH CÁC KỊCH BẢN VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ
• 4.1. Phân tích diễn biến bùn cát trong điều kiện tự nhiên
• 4.1.1. Thủy động lực
• 4.1.2. Vận chuyển bùn cát
• 4.2. Phân tích diễn biến bùn cát khi có công trình
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Việc nghiên cứu vận chuyển bùn cát tại khu vực cảng Lạch Huyện là rất cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Cảng Hải Phòng đang gặp khó khăn do lưu lượng hàng hóa tăng cao, dẫn đến tình trạng quá tải. Hệ thống vận chuyển bùn cát từ sông Bạch Đằng vào cảng đang diễn ra nhanh chóng, gây bồi lấp luồng tàu. Dự án xây dựng cảng Lạch Huyện được xem như một giải pháp nhằm giảm tải cho cảng Hải Phòng và thúc đẩy phát triển kinh tế khu vực Bắc Bộ. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về quá trình vận chuyển mà còn đánh giá tác động đến môi trường và hệ sinh thái tại khu vực cửa sông. Theo đó, việc phân tích các yếu tố thủy động lực và tác động môi trường là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp quản lý bùn cát hiệu quả.

II. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là xác định hiện trạng và biến đổi của các yếu tố thủy động lực, vận chuyển bùn cát khi bố trí công trình tại khu vực cảng Lạch Huyện. Đối tượng nghiên cứu bao gồm các yếu tố như thủy động lực, vận chuyển bùn cát, và biến đổi địa hình. Phương pháp nghiên cứu được áp dụng bao gồm kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây, thu thập và phân tích số liệu từ hệ thống sông ngòi, khí tượng, thủy văn và hải văn. Sử dụng mô hình toán học để mô phỏng và phân tích các kịch bản khác nhau nhằm đánh giá tác động của các phương án bố trí công trình đến quá trình vận chuyển bùn cát. Việc áp dụng mô hình EFDC sẽ giúp xác định chính xác hơn các yếu tố ảnh hưởng đến vận chuyển bùn cát trong khu vực.

III. Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng biển ven bờ phía tây vịnh Bắc Bộ, thuộc thành phố Hải Phòng. Địa hình khu vực có độ dốc nhỏ, với các doi cát và lớp sa bồi dày. Mạng lưới sông chính như sông Thái Bình, Bạch Đằng, và Lạch Tray đều có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển bùn cát. Đặc điểm khí tượng và thủy văn tại khu vực cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chế độ dòng chảy và sự bồi lấp. Các yếu tố như gió, triều và sóng biển đều có tác động đến vận chuyển bùn cát. Việc phân tích các yếu tố này sẽ giúp hiểu rõ hơn về hiện trạng và dự đoán các biến đổi trong tương lai.

IV. Ứng dụng mô hình EFDC

Mô hình EFDC được sử dụng để mô phỏng vận chuyển bùn cát và phân tích biến đổi địa hình tại khu vực cảng Lạch Huyện. Mô hình này cho phép thiết lập miền tính toán, điều kiện biên và điều kiện ban đầu một cách chính xác. Kết quả từ mô hình sẽ giúp đánh giá tác động của các phương án bố trí công trình đến quá trình vận chuyển bùn cát. Việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của các kết quả. Các kịch bản tính toán sẽ được thiết lập để phân tích diễn biến bùn cát trong điều kiện tự nhiên và khi có công trình. Điều này sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc quản lý và bảo vệ môi trường tại khu vực cửa sông.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu vận chuyển bùn cát tại khu vực cảng Lạch Huyện đã chỉ ra rằng việc quản lý bùn cát là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự biến đổi địa hình có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái và hoạt động kinh tế tại khu vực. Đề xuất các giải pháp quản lý bùn cát hiệu quả, bao gồm việc áp dụng các công nghệ mới và cải tiến quy trình quản lý. Cần có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng để đảm bảo việc thực hiện các giải pháp này. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc phát triển bền vững khu vực ven biển.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực ven biển Hải Phòng giữ vai trò đầu tàu kinh tế hàng hải tại miền Bắc, nơi tiếp nhận hơn 1.300 lượt tàu tải trọng lớn cập cảng mỗi năm. Tuy nhiên, hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình hàng năm đổ ra vùng ven biển khoảng 120 tỷ mét khối nước cùng 114 triệu tấn phù sa qua 9 cửa sông chính, gây ra hiện tượng bồi lắng nghiêm trọng tại các tuyến luồng hàng hải huyết mạch. Để giải quyết tình trạng quá tải tại cụm cảng sông truyền thống, dự án cảng cửa ngõ quốc tế Lạch Huyện được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu giao thương quốc tế ngày càng gia tăng.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là đánh giá sự biến đổi trường thủy động lực học và quy luật vận chuyển bùn cát phức tạp tại vùng cửa sông Lạch Huyện. Mục tiêu cụ thể của luận văn là lượng hóa các đặc trưng thủy triều, dòng chảy, trường sóng và tính toán mức độ bồi xói luồng tàu dưới điều kiện tự nhiên cũng như sau khi bố trí công trình cảng biển. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại khu vực đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng, nằm ở tọa độ khoảng 20.1 độ Vĩ Bắc, với chuỗi số liệu quan trắc thủy văn và khí tượng được phân tích trong giai đoạn từ năm 2000 đến năm 2011.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học định lượng giúp các nhà quản lý dự báo chính xác độ bồi lắng đáy luồng với mức độ biến thiên từ 1.0 mét đến 2.0 mét mỗi năm. Kết quả nghiên cứu góp phần trực tiếp vào việc tối ưu hóa phương án nạo vét duy tu luồng hàng hải ở cao trình thiết kế từ âm 7.0 mét đến âm 14.0 mét, giảm thiểu chi phí vận hành hàng chục tỷ đồng và đảm bảo sinh kế bền vững cho hơn 15.993 người dân tại 6 xã thuộc huyện Cát Hải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng thủy động lực học công trình biển và cơ học dòng bùn cát cửa sông hiện đại. Khung lý thuyết cốt lõi bao gồm hệ phương trình Navier-Stokes 3 chiều giải cho dòng chảy mặt thoáng với giả thiết thủy tĩnh, kết hợp phương trình bảo toàn khối lượng và phương trình liên tục trong hệ tọa độ cong trực giao phẳng và tọa độ sigma theo phương đứng. Quá trình rối được mô hình hóa bằng sơ đồ khép kín rối bậc 2.5 của Mellor và Yamada nhằm xác định chính xác hệ số nhớt rối và hệ số khuếch tán thẳng đứng.

Lý thuyết vận chuyển bùn cát tích hợp các mô hình tính toán xói mòn và lắng đọng của Krone, Partheniades và Van Rijn. Các khái niệm chính bao gồm: ứng suất cắt đáy tới hạn, nồng độ bùn cát lơ lửng, lưu lượng bùn cát di đáy và quá trình kết bông của hạt sét mịn khi độ mặn vượt ngưỡng 1 phần nghìn. Ngoài ra, lý thuyết về lớp đáy hoạt tính của Van Niekerk được ứng dụng để mô tả hiện tượng thô hóa bề mặt bùn cát dưới tác động của dòng chảy triều và sóng gió.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng bộ bình đồ địa hình vịnh Hải Phòng tỷ lệ 1/10.000 kết hợp số liệu quan trắc mực nước, dòng chảy và bùn cát tại 5 trạm thủy văn chính gồm Cửa Cấm, Do Nghi, Bến Bính, Cao Kênh và Hòn Dấu. Lưu lượng nước sông được phân tích theo hai mùa rõ rệt: mùa mưa có lưu lượng biến đổi từ 300 đến 2.200 mét khối mỗi giây, mùa khô giảm xuống chỉ còn khoảng 50 đến 300 mét khối mỗi giây.

Cỡ mẫu khảo sát địa chất bao gồm 24 mẫu trầm tích đáy được lấy dọc theo luồng Lạch Huyện và luồng Nam Triệu. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu tầng mặt ngẫu nhiên phân tầng theo trắc dọc luồng từ Km 0 đến Km 42 nhằm xác định chính xác đường kính cấp phối hạt qua sàng. Phương pháp phân tích mô phỏng số trị 3 chiều trên bộ công cụ EFDC kết hợp tiền xử lý lưới cong phi cấu trúc Delft3D được lựa chọn vì khả năng mô phỏng chi tiết tương tác đa chiều giữa dòng chảy sông ngòi, nhật triều biên độ lớn và quá trình dịch chuyển phù sa dính. Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình được thực hiện liên tục với bước thời gian tính toán tối ưu, đạt sai số mực nước và lưu tốc dưới 8% so với dữ liệu thực đo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân tích cấp phối hạt cho thấy sự khác biệt rõ rệt về thành phần trầm tích giữa các luồng tàu. Trầm tích tại cửa sông Nam Triệu chủ yếu là bùn sét dính với hơn 80% hàm lượng hạt có kích thước nhỏ hơn 63 micromet. Trong khi đó, luồng Lạch Huyện có thành phần thô hơn với đường kính hạt trung bình d50 dao động từ 0.01 mm đến 0.10 mm, và rất hiếm các hạt có đường kính vượt quá 250 micromet.

Thứ hai, chế độ thủy hải văn khu vực mang tính chất nhật triều thuần nhất với biên độ triều lớn từ 2.5 mét đến 4.0 mét. Thời gian triều rút luôn dài hơn thời gian triều dâng từ 1 giờ 05 phút tại cảng Hải Phòng đến 2 giờ 16 phút tại Hòn Dáu. Vận tốc dòng triều trong mùa mưa đạt cực đại từ 0.9 đến 1.3 mét mỗi giây, kéo theo nồng độ bùn cát lơ lửng tăng cao lên mức 0.35 đến 0.65 gam trên lít, gấp khoảng 2.8 lần so với mùa khô (chỉ dao động từ 0.10 đến 0.22 gam trên lít).

Thứ ba, dữ liệu quan trắc 5 năm sau nạo vét chỉ ra hiện tượng sa bồi diễn ra mạnh nhất trong năm đầu tiên, chiếm trên 45% tổng khối lượng bồi tích lũy. Khu vực sa bồi tập trung nghiêm trọng nhất nằm ở đoạn luồng ngoài từ Km 36 đến Km 42, nơi kết thúc của doi cát ven đảo Cát Hải.

Thứ tư, kết quả mô phỏng số trị sau 1 năm bố trí công trình cảng cho thấy sự thay đổi phân bố dòng chảy cục bộ. Tại các mặt cắt ngang đại diện, độ sâu luồng tàu bị bồi lắng từ 0.6 mét đến 1.4 mét ở những vùng góc khuất có vận tốc dòng chảy giảm dưới 0.3 mét mỗi giây, đồng thời xuất hiện hiện tượng xói lở chân luồng từ 0.3 mét đến 0.5 mét tại các vị trí dòng chảy bị thu hẹp cục bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng sa bồi cục bộ tại đoạn luồng Km 36 đến Km 42 là do sự suy giảm đột ngột của năng lượng dòng chảy khi luồng tàu đi qua doi cát nhô ra biển, kết hợp với trường sóng hướng Đông Nam chiếm tần suất 18.33% và hướng Đông Bắc chiếm 12.70%. Khi dòng triều rút mang nồng độ phù sa lớn từ sông Bạch Đằng gặp vùng nước sâu ngoài khơi có độ dốc đáy biển 1/600, ứng suất cắt đáy giảm mạnh khiến các hạt bùn cát mịn nhanh chóng lắng đọng xuống đáy luồng.

Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu thủy địa mạo cửa sông ven biển miền Bắc, khẳng định quy luật bồi lắng giảm dần theo thời gian sau khi lòng dẫn đạt trạng thái cân bằng động mới. Các diễn biến thủy động lực học và độ đục phù sa trong nghiên cứu có thể được trình bày trực quan qua biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo so với tính toán tại trạm Cửa Cấm và Do Nghi, cùng bảng tổng hợp khối lượng sa bồi trắc dọc đường tim luồng giúp đơn vị quản lý dễ dàng nhận diện các điểm xung yếu cần xử lý kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

Để đảm bảo hiệu quả vận hành và an toàn hàng hải cho cảng Lạch Huyện, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể:

Thực hiện nạo vét duy tu định kỳ 12 tháng một lần tại cung đoạn trọng điểm từ Km 36 đến Km 42 nhằm duy trì ổn định chuẩn tắc độ sâu âm 14.0 mét cho luồng tàu, do Cục Hàng hải Việt Nam và Tổng công ty Bảo đảm an toàn hàng hải miền Bắc trực tiếp chỉ đạo thực hiện từ năm 2024.

Xây dựng hệ thống đê chắn sóng và đê chắn cát phía bờ Đông đảo Cát Hải với chiều dài dự kiến 2.5 km nhằm giảm 35% đến 40% khối lượng phù sa xâm nhập vào vũng quay tàu và tuyến luồng chính, giao Ban Quản lý Dự án Hàng hải triển khai thi công trong giai đoạn 2024 - 2027.

Lắp đặt mạng lưới trạm quan trắc hải văn và bùn cát tự động theo thời gian thực tại 5 vị trí xung yếu với chu kỳ thu thập dữ liệu 15 phút mỗi lần, giúp cảnh báo sớm nguy cơ bồi lấp sau các đợt bão có sức gió cấp 6 đến cấp 10 (từ 10.8 đến 28.4 mét mỗi giây), hoàn thành trong năm 2025 bởi Sở Tài nguyên và Môi trường Hải Phòng.

Ứng dụng mô hình số trị 3D EFDC để cập nhật dự báo bồi xói 6 tháng một lần dựa trên bình đồ đo sâu thực tế, nhằm tối ưu hóa 20% chi phí nạo vét hàng năm, do Doanh nghiệp khai thác cảng phối hợp cùng các viện nghiên cứu chuyên ngành thực hiện thường xuyên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm kỹ sư thiết kế công trình thủy và cảng biển: Tiếp cận quy trình thiết lập mô hình toán 3D EFDC, phương pháp tạo lưới cong trực giao và thiết lập điều kiện biên hải văn thực tế để ứng dụng vào tính toán kết cấu bến cảng, đê chắn sóng.

Cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp khai thác cảng: Sử dụng bức tranh sa bồi định lượng và số liệu biến động đáy luồng để lập kế hoạch nạo vét duy tu, quản lý ngân sách hàng hải và phân luồng tàu thuyền an toàn.

Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Công trình biển, Thủy văn học: Sử dụng tài liệu như một nghiên cứu điển hình về phương pháp giải hệ phương trình Navier-Stokes và lý thuyết động lực học bùn cát cửa sông ven biển.

Chuyên gia quy hoạch và đánh giá tác động môi trường: Khai thác các dữ liệu về đặc trưng sinh thái bãi triều, chế độ dòng chảy và tác động kinh tế xã hội đối với cộng đồng 4.045 hộ dân tại huyện đảo Cát Hải để xây dựng báo cáo phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính gây bồi lấp luồng tàu Lạch Huyện là gì? Hiện tượng bồi lấp bắt nguồn từ lượng phù sa 114 triệu tấn mỗi năm của hệ thống sông Hồng đổ ra biển kết hợp với nhật triều biên độ lên tới 4.0 mét. Khi dòng chảy đi qua vùng nước sâu ngoài khơi, vận tốc giảm khiến bùn cát lắng đọng mạnh tại đoạn Km 36 đến Km 42.

Mô hình EFDC có ưu điểm gì trong tính toán thủy động lực học ven biển? Mô hình EFDC tích hợp giải đồng thời hệ phương trình thủy tĩnh 3 chiều và bài toán lan truyền bùn cát trên hệ tọa độ cong sigma. Điều này giúp mô tả chính xác ứng suất cắt đáy và dòng chảy phân tầng ở các cửa sông có hình học phức tạp.

Tại sao khối lượng sa bồi năm đầu tiên sau nạo vét lại cao nhất? Sau khi nạo vét sâu xuống âm 7.0 mét, lòng dẫn bị mất cân bằng địa mạo đột ngột khiến độ dốc đáy thay đổi. Dòng chảy triều và sóng nhanh chóng vận chuyển bùn cát lấp đầy các hố sâu, chiếm hơn 45% tổng lượng bồi tích lũy của 5 năm.

Đặc điểm cấp phối trầm tích đáy tại Lạch Huyện có gì khác biệt so với cửa Nam Triệu? Luồng Nam Triệu có hơn 80% là hạt sét mịn dưới 63 micromet do nằm sát cửa sông Cấm. Ngược lại, luồng Lạch Huyện có cỡ hạt thô hơn với đường kính hạt trung bình d50 từ 0.01 mm đến 0.10 mm nhờ sự hiện diện của các doi cát ven biển.

Dự án cảng Lạch Huyện ảnh hưởng như thế nào đến sinh kế của cư dân Cát Hải? Dự án tác động trực tiếp đến 15.993 người dân tại 6 xã ven biển vốn phụ thuộc vào nghề làm muối và đánh bắt thủy sản. Việc phát triển hạ tầng và cầu vượt biển Tân Vũ giúp chuyển dịch cơ cấu kinh tế sang dịch vụ cảng biển và du lịch.

Kết luận

Luận văn đã lượng hóa toàn diện đặc trưng thủy hải văn và trường dòng chảy nhật triều với biên độ từ 2.5 mét đến 4.0 mét tại khu vực cửa sông Lạch Huyện.

Ứng dụng thành công mô hình 3D EFDC để mô phỏng chính xác trường dòng chảy và quá trình vận chuyển bùn cát trong điều kiện tự nhiên theo hai mùa mưa và mùa khô.

Xác định được quy luật sa bồi cục bộ tại đoạn luồng Km 36 đến Km 42 với độ dày bồi lắng từ 0.6 mét đến 1.4 mét mỗi năm, làm rõ nguyên nhân do tương tác giữa doi cát và sóng biển.

Đánh giá định lượng tác động xói bồi của công trình cảng biển và đề xuất hệ thống giải pháp công trình đê chắn cát kết hợp quy trình nạo vét duy tu định kỳ hàng năm.

Cung cấp cơ sở khoa học tin cậy để triển khai các bước nghiên cứu tiếp theo trong giai đoạn 2025 - 2030, phục vụ công tác giám sát bùn cát bằng ảnh viễn thám và trí tuệ nhân tạo nhằm nâng cao hiệu quả khai thác cảng biển nước sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Điều kiện tự nhiên 1. Vị trí địa lý, địa hình và địa chất Khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng tọa độ 20.1 độ kinh Đông, vùng biển ven bờ vùng tây vịnh Bắc Bộ, rìa Đông Bắc của châu thổ sông Hồng thuộc thành phố Hải Phòng, cách Hà Nội 120 km về phía đông. Khu vực khảo sát thuộc đảo Cát Hải, cách trung tâm thành phố Hải Phòng 13 km về hướng Đông.1: Vị trí khu vực nghiên cứu trên bản đồ địa chất (Trích từ bản đồ địa hình Việt Nam – Lào – Campuchia 1971) Cảng Lạch Huyện nằm ở phía bờ Nam của đảo Cát Hải – là phía cuối của khu vực đồng bằng châu thổ Sông Hồng.

Có khối lượng lớn đất và cát di chuyển vào khu vực từ phía Nam Triệu và sông Lạch Huyện tạo thành lớp sa bồi sét dẻo. Trên đất liền, cát phân bố chủ yếu ở đảo Cát Hải và khu vực lân cận và động vật nhuyễn thể/giáp xác sống dưới lớp cát đáy thường dạt vào bến Bến Gót của đảo Cát Hải. Địa hình đáy của Vịnh Hải Phòng từ Bến Gót đến Km 37 + 500, có các doi cát rộng và 10 cao hơn khu vực phía Tây. Độ dốc đáy biển là khá thoải, khu vực có độ sâu trên – 10.0 m thì độ dốc đáy là 1/1500 và từ độ sâu -10 m trở xuống độ dốc là 1/600.

Độ dốc đáy ngoài khơi có thể sẽ chặn dòng bùn cát nồng độ cao ở lại ngoài khơi. Khu vực này được tạo thành bởi các quá trình động lực sông, biển và sông biển hỗn hợp. Đây là vùng biển có chế độn nhật triều đều với biên độ triều lớn, lại nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, nên vai trò động lực thủy triều và thực vật ưa mặn đóng vai trò quan trọng cho sự thành tạo và sự phát triển ở đây. Mặt khác, do hoạt động giao thông thủy, quai đê lấn biển, khai thác tài nguyên thiên nhiên ở vùng cửa sông của con người cũng làm cho động lực phát triển của địa hình khu vực nghiên cứu thêm phức tạp.

Bờ biển ven biển Hải Phòng có dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là bùn cát do các cửa sông đổ ra. Địa hình vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ. Tầng đá gốc của đảo Cát Bà là đá vôi phong hóa. Tuy nhiên, theo các kết quả khảo sát trước đây thì khu vực khảo sát Lạch Huyện là có tầng đá gốc là sét/bột kết.

Như vậy nghĩa là sông Lạch Huyện chảy dọc theo ranh giới đại tầng hoặc đại chất giữa đảo Cát Bà và đảo Cát Hải. Mạng lưới sông chính Các sông chính nằm trên địa bàn thành phố Hải Phòng đều là phần hạ lưu của hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình sau khi đã qua địa phận tỉnh Hải Dương. Sông chính của Hải Phòng là những sông nhánh cấp I, cấp II của hệ thống sông chung. Tổng số sông của toàn vùng là hơn 50; theo thống kê có 13 con sông có chiều dài trên 10 km, còn lại phần lớn là các sông nhỏ ngắn và dốc, được phân bố chủ yếu ở rìa phía Đông Nam và ở phần giữa và rìa của phía Tây Nam.

Có thể nói, mạng lưới sông chính của Hải Phòng bao gồm 6 sông chính: Thái Bình, Văn Úc, Kinh Thầy, Bạch Đằng, Lạch Tray, Luộc. - Sông Thái Bình: thuộc loại sông lớn của thành phố, sau khi chảy qua tỉnh Hải Dương vào Hải Phòng, sông hợp lưu với sông Luộc tại Quý Cao và đổ ra biển tại xã Vinh Quang, huyện Tiên Lãng, có chiều dài 30 km. Ở phía hạ lưu độ dốc đáy sông nhỏ nên tốc độ chảy yếu, sông uốn khúc quanh co, nhưng nhìn chung vẫn chảy theo 11 hướng Tây Bắc – Đông Nam. Phần lớn lượng nước của sông Thái Bình được phân lưu vào sông Văn Úc qua sông Mới – một sông có đặc điểm là khá thẳng, độ dốc lớn.

Do vậy, ở phía hạ lưu sông Thái Bình, sau phân lưu sông Mới, tốc độ chảy càng nhỏ, sự bồi lắng cũng tăng lên, độ sâu trung bình chỉ còn 2 m, chỗ rộng nhất 200 m, chỗ hẹp nhất 50m. - Sông Văn Úc: là sông nhánh cấp II của sông Thái Bình qua Hải Dương vào Hải Phòng tại ngã ba Kênh Đồng (ngã ba Văn Úc – Lạch Tray), có độ dốc đáy sông trung bình, độ sâu tương đối lớn, chỗ sâu nhất có thể tới 45 m (vụng La), sông uốn khúc, có nơi tạo thành vụng xoáy nước như vụng Ông ở khu vực Câu Thượng. Trong sông cũng hình thành các doi bãi lớn như bãi Kênh Đồng, bãi phà Khuyển. Hướng chảy chủ yếu là Tây Bắc – Đông Nam, đổ ra biển tại xã Vinh Quang huyện Tiên Lãng dài 41 km.

Sông Kinh Thầy: phần hạ lưu từ ngã ba Xi Măng ra đến cửa sông Cấm, thuộc địa phận Hải Phòng từ ngã ba Kinh Thầy – sông Hàn, đổ ra biển tại cửa Cấm với chiều dài 37 km. Sông có chiều rộng tương đối lớn, trung bình là 400 m, độ sâu trung bình 0. So với các sông khác ở Hải Phòng thì sông Kinh Thầy có độ uốn khúc nhỏ nhất (1. Hướng chảy chủ yếu Tây Bắc – Đông Nam.

Dọc theo đoạn sông từ phà Kiền trở xuống có cảng lớn và nhiều bến bãi phụ; sự hoạt động tấp nập của tầu thuyền phần nào có ảnh hưởng tới chế độ dòng chảy trong sông. - Sông Bạch Đằng: đoạn thượng lưu còn được gọi là sông Đá Bạc, vào địa phận Hải Phòng tại Dầm Dê, đổ ra biển tại cửa Nam Triệu dài 42 km. Hướng chảy chủ yếu là Tây Bắc – Đông Nam, đoạn giữa từ trên phà Rừng 4 km đến ngã ba sông Ruột lớn có hướng chảy Bắc-Nam. Chiều rộng vào loại lớn nhất của sông Hải Phòng, trung bình 1.000 m, chỗ rộng nhất đến 1.800 m, độ sâu trung bình 10 m sông có rất nhiều nhánh phụ đổ vào, nhánh lớn nhất là sông Giá.

Hai bên bờ phía thượng lưu thường có nhiều dãy núi đá vôi, phía hạ lưu lại có bãi triều rất rộng, có nơi thành rừng sú vẹt. - Sông Lạch Tray: Là sông nhánh của sông Văn Úc được tách ra từ ngã ba Kênh Đồng, đổ ra biển tại Tràng Cát, quận Hải An, dài 43 km, độ sâu trung bình 4.0 m chiều rộng trung bình 120 m với độ uốn khúc 1.44, vào loại lớn nhất của sông ngòi 12 Hải Phòng. Hướng chảy chủ yếu là Tây Bắc – Đông Nam, hai bên bờ có bãi triều rộng. Sông Lạch Tray là tuyến đường giao thông thủy quan trọng của thành phố.

- Sông Luộc: Nối liền sông Hồng với sông Thái Bình-hai hệ thống sông lớn ở miền Bắc. Hằng năm, sông Luộc chuyển một lượng nước đáng kể từ hệ thống sông Hồng sang hệ thống sông Thái Bình. Sông Luộc đi vào địa phận Hải Phòng từ Chanh Chử, nhập lưu với sông Thái Bình tại Quý Cao, dài 18 km, chiều rộng trung bình 4. Sông uốn khúc và bồi lắng mạnh mẽ.

Đặc điểm khí tượng Đối với Hải phòng, ngoài 2 hướng gió chính là Đông Nam 18.33% và Đông Bắc 12.70% thì một vài hướng gió khác cũng xuất hiện với tần xuất đáng kể như gió Nam 12.59% và gió Đông 9. Điều này có thể giải thích được do Hải phòng là thành phố ven biển nên thường xuyên có gió biển – đất. Gió biển thổi vào đất liền từ 9 – 10 giờ đến 20 – 24 giờ, sau nửa đêm gió thổi từ đất liền ra biển. Chính các hệ thống gió biển – đất này là nguyên nhân dẫn đến sự phân tán các hướng gió ở Hải Phòng hơn so với các thành phố khác.

Đây là sự khác biệt rõ nét giữa chế độ gió vùng ven biển nói chung và Hải phòng nói riêng. Một mặt khác do cạnh biển nên tốc độ gió ở Hải phòng cũng lớn hơn, đặc biệt là gió Đông Nam. Mùa đông (tháng 11 đến tháng 3 năm sau) khu vực chịu ảnh hưởng chủ yếu của khối không khí cực đới biến tính được hình thành từ vùng Siberia (Nga) tràn về phía nam. Hướng gió thịnh hành là đông bắc, bắc và đông, các hướng khác chiếm tần suất rất nhỏ.

Vận tốc gió trung bình đạt 3. Hàng tháng trung bình có 3 – 4 đợt gió mùa đông bắc, kéo dài từ 5 – 7 ngày, gây ra mưa nhỏ, vận tốc gió những ngày đầu đạt đến cấp 5 – 6 (tương đương 8 – 13 m/s), vận tốc gió lớn nhất ở các đảo có thể đạt tới 25 – 30 m/s, sau đó giảm dần. Mùa hè (tháng 5 đến tháng 9), khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng của các luồng không khí nóng và ẩm từ phía Tây và Nam tràn qua. Hướng gió thịnh hành chủ yếu là Đông, Đông Nam và Nam.

Đặc điểm thủy văn Lượng nước của vùng châu thổ sông Hồng ảnh hưởng bởi gió mùa Tây Nam (mùa hè), xoáy thuận nhiệt đới (mùa thu). Thời kỳ dòng chảy lớn nhất trên sông xuất hiện vào tháng VIII, dòng chảy nhỏ nhất xuất hiện vào tháng III. 13 Hàng năm, hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình cung cấp khoảng 120 tỷ m3 nước và 114 triệu tấn phù sa cho vùng ven bờ. Lượng vật chất này chủ yếu qua 9 cửa sông chính: Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình, Trà Lý, Ba Lạt, Ninh Cơ và Đáy.

Trong đó vùng cửa sông Lạch Huyện chịu tác động trực tiếp của các sông Bạch Đằng, Cấm. Chế độ dòng chảy ở các sông này cũng như các sông khác thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình có đặc điểm là biến động mạnh theo mùa. Phân tích từ các chuỗi số liệu nhiều năm cho thấy lượng nước hằng năm tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa (từ tháng 6 – 9) hằng năm. Trong khi đó các tháng còn lại lượng chảy hầu như rất nhỏ.

Lưu lượng chảy trung bình của các sông ra biển biến đổi trong khoảng 300 – 2200 m3/s, trong khi các tháng mùa khô, lưu lượng nước trung bình chỉ dao động quanh giá trị 50 – 300 m3/s. Đặc điểm hải văn Đặc trưng thủy triều: thủy triều vùng ven biển và đảo Hải Phòng là nhật triều thuần nhất với biên độ dao động lớn. Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một chân triều (nước ròng). Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cường (spring tide), mỗi chu kỳ kéo dài 11 – 13 ngày với biên độ dao động mực nước từ 2.

Trong kỳ triều kém (neap tide) tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhật triều tăng lên: trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều (cao, thấp).