Tổng quan nghiên cứu

Khu vực hạ lưu sông Sài Gòn - Đồng Nai, bao gồm vùng đất thấp ven biển như Vũng Tàu - Gò Công, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam với mật độ dân cư cao và hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ đa dạng. Tuy nhiên, vùng này đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng như ngập lụt, xâm nhập mặn và biến đổi dòng chảy thủy động lực do tác động của biến đổi khí hậu và các hoạt động can thiệp của con người. Dự án xây dựng đê biển Vũng Tàu - Gò Công dài 32 km được đề xuất nhằm ngăn chặn xâm nhập mặn, tạo nguồn nước ngọt dự trữ, mở rộng không gian đô thị và phát triển kinh tế khu vực.

Nghiên cứu tập trung phân tích ảnh hưởng của đê biển đến chế độ dòng chảy thủy động lực trong khu vực, đặc biệt là sự thay đổi về mực nước, vận tốc dòng chảy và sự tích tụ bùn cát tại các cửa sông. Thời gian nghiên cứu mô phỏng từ ngày 17 đến 24/10/2000, sử dụng mô hình số MIKE 21 với lưới tính toán không cấu trúc nhằm đảm bảo độ chính xác và chi tiết. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tác động môi trường, hỗ trợ quản lý tài nguyên nước tích hợp và phát triển bền vững vùng ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy động lực học, trong đó trọng tâm là phương trình nước nông 2 chiều (shallow water equations) được giải bằng phương pháp thể tích hữu hạn. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Chế độ thủy động lực: mô tả sự biến đổi mực nước và vận tốc dòng chảy chịu ảnh hưởng của thủy triều, dòng sông và gió mùa.
  • Mô hình số MIKE 21 HD FM: mô hình thủy động lực 2 chiều sử dụng lưới tam giác không cấu trúc, phù hợp với địa hình phức tạp của vùng cửa sông.
  • Hiệu chỉnh mô hình (calibration): sử dụng hệ số Manning để điều chỉnh độ nhám đáy nhằm phù hợp với dữ liệu quan trắc thực tế.
  • Xác nhận mô hình (validation): so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu quan trắc mực nước tại trạm Vũng Tàu để đảm bảo độ tin cậy.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thủy văn, thủy triều, địa hình đáy biển và dữ liệu khí tượng thu thập từ các cơ quan chuyên ngành. Phương pháp nghiên cứu gồm:

  • Mô phỏng số: sử dụng mô hình MIKE 21 HD FM để mô phỏng chế độ thủy động lực trong hai kịch bản: không có đê biển và có đê biển.
  • Chọn mẫu và cỡ mẫu: mô hình tính toán trên vùng nghiên cứu với lưới không cấu trúc gồm nhiều phần tử tam giác, đảm bảo độ phân giải cao tại các cửa sông và khu vực đê biển.
  • Hiệu chỉnh và xác nhận mô hình: dựa trên dữ liệu mực nước quan trắc tại trạm Vũng Tàu trong hai giai đoạn 17-20/10/2000 và 21-24/10/2000, sử dụng hệ số Nash-Sutcliffe để đánh giá độ phù hợp.
  • Phân tích kết quả: so sánh biến đổi mực nước, vận tốc dòng chảy và pha thủy triều giữa hai kịch bản để đánh giá tác động của đê biển.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả mô hình: Mô hình MIKE 21 HD FM với hệ số Manning = 28 m(^{1/3})/s đạt hệ số Nash-Sutcliffe 0.80 trong giai đoạn hiệu chỉnh và 0.78 trong giai đoạn xác nhận, cho thấy mô hình mô phỏng chính xác biến động mực nước tại trạm Vũng Tàu.

  2. Ảnh hưởng đến mực nước: So sánh hai kịch bản cho thấy bên trong khu vực hồ chứa do đê biển tạo ra, có sự thay đổi đáng kể về pha và biên độ dao động mực nước, với sai khác biên độ lên đến khoảng 20%. Bên ngoài khu vực hồ chứa, sự thay đổi mực nước và pha thủy triều là rất nhỏ, dưới 5%.

  3. Thay đổi vận tốc dòng chảy: Vận tốc dòng chảy tại các cửa sông Soài Rạp, Long Tàu và Thị Vải giảm rõ rệt trong kịch bản có đê biển, đặc biệt trong vùng hồ chứa, với mức giảm vận tốc lên đến 30-40%. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng bồi tụ trầm tích tại các cửa sông.

  4. Phân vùng thủy động lực: Đê biển tạo ra hai vùng thủy động lực riêng biệt: vùng hồ chứa phía trong với chế độ dòng chảy và mực nước biến đổi mạnh, và vùng vịnh Gành Rái phía ngoài với chế độ thủy triều gần như không thay đổi.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thay đổi thủy động lực là do đê biển ngăn cách dòng chảy tự nhiên, làm giảm lưu lượng và vận tốc dòng chảy trong vùng hồ chứa, đồng thời làm thay đổi pha thủy triều. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tác động của các công trình đê biển đến chế độ thủy động lực vùng cửa sông. Sự giảm vận tốc dòng chảy có thể làm tăng nguy cơ bồi tụ trầm tích, ảnh hưởng đến khả năng duy trì độ sâu luồng lạch và hoạt động cảng biển. Mức độ thay đổi nhỏ bên ngoài vùng hồ chứa cho thấy tác động của đê biển chủ yếu tập trung trong khu vực được ngăn cách, không ảnh hưởng lớn đến vùng biển mở. Các biểu đồ so sánh mực nước và vận tốc dòng chảy tại các điểm quan trắc cho thấy rõ sự khác biệt giữa hai kịch bản, hỗ trợ trực quan cho phân tích.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Theo dõi và quản lý trầm tích: Thiết lập hệ thống quan trắc trầm tích tại các cửa sông Soài Rạp, Long Tàu và Thị Vải để phát hiện sớm hiện tượng bồi tụ, từ đó có biện pháp nạo vét kịp thời nhằm duy trì khả năng thoát lũ và giao thông thủy.

  2. Điều chỉnh thiết kế đê biển: Xem xét bổ sung các cửa cống hoặc cống điều tiết tại đê biển để cân bằng lưu lượng nước, giảm thiểu sự thay đổi pha thủy triều và vận tốc dòng chảy trong vùng hồ chứa, hạn chế tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và hoạt động kinh tế.

  3. Phát triển mô hình dự báo thủy động lực: Nâng cấp mô hình số với dữ liệu cập nhật và mở rộng phạm vi tính toán để dự báo tác động lâu dài của đê biển trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tăng mực nước biển, hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

  4. Tăng cường hợp tác liên ngành: Khuyến khích sự phối hợp giữa các cơ quan quản lý tài nguyên nước, môi trường, giao thông thủy và phát triển kinh tế để xây dựng kế hoạch phát triển bền vững vùng ven biển, đảm bảo cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để đánh giá tác động của công trình đê biển, từ đó xây dựng chính sách quản lý và bảo vệ nguồn nước ven biển hiệu quả.

  2. Chuyên gia và nhà nghiên cứu thủy văn, thủy lực: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy động lực và kết quả phân tích để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về tác động của công trình thủy lợi và biến đổi khí hậu.

  3. Các nhà quy hoạch và phát triển đô thị, công nghiệp ven biển: Áp dụng thông tin về biến đổi dòng chảy và mực nước để thiết kế các dự án phát triển phù hợp, giảm thiểu rủi ro ngập lụt và xâm nhập mặn.

  4. Cơ quan quản lý cảng biển và giao thông thủy: Dựa trên kết quả nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của đê biển đến luồng lạch, từ đó đề xuất các giải pháp duy trì khả năng vận tải và an toàn giao thông thủy.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình MIKE 21 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    Mô hình MIKE 21 HD FM sử dụng lưới tam giác không cấu trúc, giúp mô phỏng chính xác địa hình phức tạp của vùng cửa sông, đồng thời dễ dàng điều chỉnh lưới tại các khu vực quan tâm. Điều này giúp mô hình phản ánh tốt biến động mực nước và dòng chảy trong khu vực nghiên cứu.

  2. Hệ số Manning được hiệu chỉnh như thế nào?
    Hệ số Manning được điều chỉnh qua quá trình so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu mực nước quan trắc tại trạm Vũng Tàu. Giá trị Manning = 28 m(^{1/3})/s cho kết quả mô phỏng phù hợp nhất với hệ số Nash-Sutcliffe đạt 0.80, thể hiện độ chính xác cao.

  3. Tác động chính của đê biển đến chế độ thủy động lực là gì?
    Đê biển làm thay đổi pha và biên độ dao động mực nước bên trong vùng hồ chứa, giảm vận tốc dòng chảy tại các cửa sông, dẫn đến nguy cơ bồi tụ trầm tích và thay đổi hệ sinh thái ven biển.

  4. Nghiên cứu có xem xét tác động lâu dài của đê biển không?
    Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào mô phỏng trong khoảng thời gian ngắn (vài ngày) để đánh giá tác động trực tiếp. Tuy nhiên, kết quả cung cấp cơ sở để phát triển các mô hình dự báo dài hạn trong tương lai.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu tác động tiêu cực của đê biển?
    Có thể bổ sung các cửa cống điều tiết lưu lượng nước, tăng cường quan trắc trầm tích và vận tốc dòng chảy, đồng thời điều chỉnh thiết kế đê biển dựa trên kết quả mô hình để cân bằng lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường.

Kết luận

  • Mô hình MIKE 21 HD FM với hệ số Manning hiệu chỉnh đã mô phỏng chính xác chế độ thủy động lực tại khu vực Vũng Tàu - Gò Công.
  • Đê biển tạo ra sự phân vùng thủy động lực rõ rệt, ảnh hưởng lớn đến mực nước và vận tốc dòng chảy trong vùng hồ chứa.
  • Tác động bên ngoài vùng hồ chứa là rất nhỏ, cho thấy đê biển không làm thay đổi đáng kể chế độ thủy triều vùng biển mở.
  • Sự giảm vận tốc dòng chảy có thể gây bồi tụ trầm tích, ảnh hưởng đến hoạt động cảng và hệ sinh thái ven biển.
  • Cần triển khai các giải pháp quản lý, điều tiết và quan trắc để giảm thiểu tác động tiêu cực và phát triển bền vững vùng ven biển.

Tiếp theo, nghiên cứu sẽ mở rộng mô hình dự báo dài hạn và đề xuất các giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm hỗ trợ quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Đề nghị các nhà quản lý và chuyên gia liên quan tham khảo và ứng dụng kết quả nghiên cứu trong công tác quy hoạch và phát triển vùng ven biển.