MỞ ĐẦU Tại Việt Nam, trong những năm gần đây do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, thiên tai ngày một gia tăng, đặc biệt là bão, kèm theo lũ lụt và nƣớc dâng do bão. Các thiên tai này, đã đang và sẽ gây ra những thiệt hại lớn về ngƣời và của. Vì vậy, vấn đề tính toán và dự báo các quá trình thủy động lực cũng nhƣ biến đổi đƣờng bờ và địa hình đáy có thể xảy ra cho từng khu vực là một trong những biện pháp tích cực nhằm phòng tránh, đề ra những giải pháp cần thiết để giảm tối thiểu thiệt hại. Sông Hồng là con sông lớn nhất của miền bắc Việt Nam, hằng năm đã mang phù sa làm giàu thêm cho đồng bằng sông Hồng.
Các con sông của hệ thống sông Hồng đƣa bùn cát ra biển qua các cửa sông trong đó phải kể đến là 3 sông lớn: Sông Hồng chảy qua cửa Ba Lạt, sông Ninh Cơ và sông Đáy. Quá trình tƣơng tác giữa động lực sông – biển gây ra quá trình bồi tụ, lắng đọng và xói lở vùng ven biển. Khu vực cửa sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình đang có những thay đổi đáng kể về quá trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích. Ở đây mức độ bồi tụ đang diễn ra rất mạnh.
Bồi tụ ven bờ và quá trình lấn biển làm tăng thêm diện tích đất tự nhiên nhƣng cũng có ảnh hƣởng nhất định đến chế độ động lực và khả năng thoát lũ ở các sông. Bên cạnh đó, hiện tƣợng nƣớc biển dâng đã và đang ảnh hƣởng sâu sắc tới Việt Nam nói chung và tỉnh ven biển Ninh Bình nói riêng. Nƣớc biển dâng có thể dẫn đến những hậu quả rất lớn đối với sinh kế và sự thịnh vƣợng của cƣ dân ở những vùng này. Những vùng đất có giá trị cao có thể sẽ bị mất.
Các đầm tôm, cua có thể bị di dời và các ngƣ trƣờng ven biển có thể biến mất. Những vùng không ngập mặn thƣờng xuyên ở khu vực lận cận có thể bị ảnh hƣởng và không còn phù hợp cho sản xuất nông nghiệp. Sự đa dạng của các hệ động thực vật ven biển tại khu vực cửa sông ven biển có thể bị suy giảm. Rừng ngập mặn –hệ sinh thái quan trọng ở vùng cửa sông, ven biển - có thể bị giảm về quy mô hoặc hoàn toàn biến mất, v.
1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hiện nay, phƣơng pháp mô hình toán đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trƣờng. Đây là phƣơng pháp hiện đại, phát triển mạnh trong mấy chục năm trở lại đây ở nƣớc ta cũng nhƣ trên thế giới. Việc áp dụng phƣơng pháp này đòi hỏi kiến thức liên ngành của nhiều chuyên gia và phải qua nhiều bƣớc nhƣ lựa chọn, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh xác định thông số của mô hình và cuối cùng là ứng dụng mô hình để đánh giá, dự báo. Các mô hình toán ngày càng chứng tỏ là một công cụ mạnh và đắc lực bởi khả năng cho kết quả tính toán nhanh, giá thành rẻ, phạm vi ứng dụng rộng, dễ dàng thay đổi các kịch bản bài toán, nhất là trong việc tính toán, mô phỏng các hệ thống lớn.
Ở Việt Nam, mô hình số trị đã và đang đƣợc áp dụng rộng rãi trong thực tiễn nghiên cứu và tính toán dự báo thủy động lực và môi trƣờng biển, trong đó có tính toán vận chuyển bùn cát và biến động đƣờng bờ. Trong nghiên cứu này, đã sử dụng bộ mô hình MIKE của viện thủy lực Đan Mạch để mô phỏng, đánh giá và dự báo chế độ thủy động lực cũng nhƣ xói lở, bồi tụ và quá trình biến đổi đƣờng bờ tại khu vực cửa sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.
Điều kiện tự nhiên 1. Địa hình, địa chất địa mạo Về mặt địa hình, khu vực ven biển Cửa Đáy tƣơng đối bằng phẳng, hơi nghiêng về phía biển, độ dốc nhỏ, dao động từ 0,04 đến 0,05 m/km. Độ cao trung bình vùng ven biển khu vực nghiên cứu dao động từ 0 đến 2 m. Với các hệ thống đê quai lấn biển đã làm nên các khu vực có địa hình tƣơng đối thấp.
Về mặt địa chất - địa mạo, khu vực Cửa Đáy nằm trong khu vực đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) nên các đặc tính địa chất địa mạo mang đặc tính chung của khu vực đồng bằng Sông Hồng, toàn bộ khu vực nằm trên đới sụt lún thuộc trũng Sông Hồng, có các đứt gẫy kiến tạo quan trọng chi phối là các đứt gẫy sông Hồng, sông Chảy, sông Lô và các đứt gẫy nhỏ hơn nhƣ Vĩnh Ninh, Thái Bình. Quá trình sụt lún ở châu thổ đƣợc bù đắp bởi lƣợng phù sa dồi dào. Tốc độ sụt lún trong Đệ tứ đƣợc xác định là 0,12 mm/năm ở vùng đông bắc và 0,06 mm/năm ở rìa tây nam. Trong đới cấu trúc võng sụt lún, các móng đá gốc thể hiện rất ít trên bề mặt đồng bằng (dạng đồi núi sót), hầu hết bị chôn vùi dƣới lớp phủ của các lớp trầm tích từ Neogen đến Đệ tứ.
Lớp trầm tích Holocen rất đa dạng về thành phần và nguồn gốc; trầm tích Holocen thƣợng (Q23) có tuổi trẻ nhất (cách đây 3000 năm) phân bố rộng rãi ở ĐBSH, bao gồm cát, bột, bột sét, bùn sét. Sau Holocen muộn là giai đoạn phát triển châu thổ hiện đại, chịu ảnh hƣởng rất lớn bởi các hoạt động của con ngƣời, trong đó có việc đắp đê ngăn lũ đã làm mất mối trao đổi phù sa giữa sông và đồng bằng, làm cho bề mặt ĐBSH vốn chƣa đƣợc bồi đầy lại có thêm nhiều ô trũng. Chế độ khí hậu Khu vực cửa Đáy chịu ảnh hƣởng của hai hệ thống gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam có tính chất đối ngƣợc nhau. Bức xạ nhiệt 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Khu vực nghiên cứu nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lƣợng bức xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 - 120 Kcal/cm2 và có số giờ nắng thuộc loại trung bình, đạt khoảng 1600 - 1750 giờ/năm, trong đó tháng VII có số giờ nắng nhiều nhất đạt 200 - 230 giờ/tháng và tháng II, III có số giờ nắng ít nhất khoảng 25 - 45 giờ/ tháng.
Chế độ nắng cũng giống nhƣ chế độ nhiệt, nó ảnh hƣởng đến tốc độ và dạng phân huỷ các hợp chất hữu cơ và nồng độ ôxy hoà tan trong nƣớc. Nhiệt độ không khí trung bình: 22,2 - 23,60 C; tháng 7 có nhiệt độ cao nhất (28,2 - 29,40 C) và tháng 1 thấp nhất (14,7 - 16,80 C). Lượng mưa Lƣợng mƣa hàng năm dao động từ 1520 đến 1850 mm. Mùa mƣa bắt đầu từ cuối tháng IV và kết thúc vào tháng X, chiếm 82¸90% lƣợng mƣa cả năm.
Mƣa lớn tập trung vào hai tháng VII-VIII. Lƣợng mƣa ngày lớn nhất đạt tới 350¸500 mm. 450 XTBNN (mm) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Hình 1. Biểu đồ phân phối lượng mưa năm trạm Văn Lý 1.
Gió ven biển Mùa đông gió có hƣớng thịnh hành là đông bắc, tần suất đạt 60 - 70%. Mùa hè các tháng V, VI, VII hƣớng gió ổn định, thịnh hành là đông và đông nam, tần suất đạt khoảng 60 - 70%. Tháng VIII hƣớng gió phân tán, hƣớng thịnh hành nhất cũng chỉ đạt tần suất 20 - 25%. Các tháng chuyển tiếp hƣớng gió không ổn định, tần suất mỗi hƣớng thay đổi trung bình từ 10 - 15%.
Tốc độ gió trung bình thay đổi từ 3 - 4,5 m/s, tốc độ gió lớn nhất đạt 30 - 40 m/s (thƣờng là trong dông hoặc bão). 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Tần suất (%) của các hướng gió và lặng gió (%) trạm Văn Lý (20007’N;106018’E) Tháng N NE E SE S SW W NW Lặng I 33.0 Nguồn : Sổ tay tra cứu các đặc trưng KTTV vùng thềm lục địa Việt Nam, 2000. Xác suất của tốc độ gió theo các cấp tốc độ (tính bằng % của tổng số trường hợp) trạm Văn Lý (20007’N;106018’E) Tốc độ gió Tháng 10- 12- 14- 16- 18- 21- 25- 29- 35- 0-1 2-3 4-5 6-7 8-9 >40 11 13 15 17 20 24 28 34 40 I 100 78.06 Nguồn : Sổ tay tra cứu các đặc trưng KTTV vùng thềm lục địa Việt Nam, 2000.
Chế độ thủy văn Sông Đáy là con sông chính của tỉnh Ninh Bình, là một phân lƣu của sông Hồng, nhận nƣớc của sông Hồng ở địa phận Hà Nội. Sông Đáy có chế độ dòng chảy phức tạp do ở thƣợng lƣu đã bị chia cắt bởi sông Hồng, lại chịu ảnh hƣởng của các sông nội địa và đoạn hạ lƣu chịu ảnh hƣởng của thủy triều. Dòng chảy sông Đáy có hai mùa với thời gian dài gần nhƣ nhau nhƣng lƣu lƣợng rất chênh lệch. Mùa mƣa dài gần 6 tháng (từ tháng VI đến đầu tháng XI), chiếm 75,80% lƣợng nƣớc cả năm.
Mùa kiệt dài hơn 6 tháng (từ cuối tháng XI đến tháng V năm sau), chiếm dƣới 25% lƣợng nƣớc trong năm. Vào mùa kiệt tốc độ 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com dòng chảy nƣớc sông dao động khoảng 0,2-0,4 m/s. Trong mùa mƣa, dòng chảy sông ngòi lấn át dòng triều nên chỉ có một hƣớng chảy từ sông ra biển. Sóng, thủy triều và xâm nhập mặn Vào mùa đông (từ tháng XI - III năm sau), hƣớng sóng chính ngoài khơi là hƣớng Đông Bắc với tần suất 51,7%.
Tuy nhiên, do ảnh hƣởng bởi địa hình có hƣớng Đông Bắc - Tây Nam, vùng ven bờ khu vực cửa Đáy thịnh hành sóng hƣớng sóng Đông và Đông Nam. Vào mùa hè (từ tháng VI - IX), hƣớng sóng nam thịnh hành ngoài khơi chiếm 37,60% và vùng ven biển là các hƣớng sóng Đông Nam chiếm 24% và Nam chiếm 20%. Về mặt độ lớn, sóng trong mùa hè có độ cao lớn hơn trong mùa đông, do chịu ảnh hƣởng mạnh của bão và áp thấp nhiệt đới. Độ cao sóng ven bờ lớn nhất tới 4-5 m và ở ngoài khơi là 9-10 m.
Độ cao trung bình h(m) hàng trên, độ cao H1% hàng dưới, chu kỳ trung bình (s) của sóng và tốc độ gió V(m/s) tại trạm Văn Lý (20007’N;106018’E). Các đặc Tháng trong năm trƣng X-I II-IV V-VII VIII-X Năm Suất h h h h h đảm bảo H 1% V H 1% V H 1% V H 1% V H 1% V chế độ 50 0.