CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN KHU VỰC CỬA SÔNG 1. Tổng quan các nghiên cứu diễn biến cửa sông 1.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới Những nghiên cứu thuộc lĩnh vực khoa học động lực học dòng sông, chuyển động bùn cát và vấn đề chỉnh trị sông cụ thể như: nghiên cứu xác định nguyên nhân, cơ chế, diễn biến lòng dẫn, nghiên cứu đề xuất các giải pháp phòng chống giảm nhẹ các thiệt hại do xói lở bờ, bồi lắng lòng dẫn….Những nghiên cứu này phát triển mạnh từ những năm thập kỷ 30 đến thập kỷ 60 thế kỷ thứ XX ở các nước Âu Mỹ như những nghiên cứu của các nhà khoa học Pháp như Du Boys về chuyển động bùn cát, Barre de Saint – Venant về dòng không ổn định L. Fargue về hình thái đoạn sông uốn khúc. Vào những năm đầu của thế kỷ XX, các nhà khoa học của Liên Xô như Lotchin V.
và Lê Vi đã nghiên cứu thành công về các vấn đề liên quan đến vận chuyển bùn cát, các nhà khoa học Antunin S. có nhiều nghiên cứu về chỉnh trị sông. Động lực dòng chảy và vận chuyển bùn cát ở lân cận các cửa sông thường rất phức tạp. Tại các cửa sông, bùn cát bị dịch chuyển dưới tác dụng kết hợp của cả sóng và dòng chảy trên bề mặt địa hình thường xuyên bị biến đổi và có sự dao động mực nước một cách có chu kỳ.
Trước đây đã có nhiều nghiên cứu được công bố có liên quan tới trường vận chuyển bùn cát tại các cửa sông, lạch triều (như của Oertel, 1972; Hubbard, 1975; và Sha, 1990). Hầu hết các nghiên cứu trên đều thể hiện mối quan hệ giữa các trạng thái thủy lực với vận chuyển bùn cát.Đã có nhiều nghiên cứu được công bố có liên quan tới trường vậnchuyển bùn cát tại các cửa sông, lạch triều (như của Oertel, 1972; Hubbard, 1975;và Sha, 1990). Hầu hết các nghiên cứu trên đều thể hiện mối quan hệ giữa các trạngthái thủy lực với vận chuyển bùn cát. 6 Trường vận chuyển bùn cát tổng quát tại cáclạch triều và khu vực lân cận có thể tham khảo tại Steijn (1991).
Một trong những trường vận chuyển bùn cát quan trọng nhất tại các lạch triều và các vùng biển lân cận, có liên quan chặt chẽ tới hiện tượng bồi lấp các lạch triều là hiện tượng chuyển cát qua cửa sông. Đây là một quá trình mà trong đó bùn cát bị dịch chuyển từ phía thượng lưu theo hướng của dòng chảy dọc bờ, về phía hạ lưu của cửa sông. Trong quá trình này bùn cát bị dịch chuyển đi qua lòng dẫn của lạch triều tại cửa phía ngoài biển và đi qua delta triều xuống. Quá trình và tốc độ chuyển cát qua cửa sông chịu sự chi phối và khống chế mạnh mẽ của các quá trình động lực xảy ra ở khu vực này.
Đã có nhiều nghiên cứu thí điểm về vấn đề này được công bố. Một trong những người đi tiên phong trong nghiên cứu trường vận chuyển bùn cát tổng quát dẫn tới hiện tượng chuyển cát tại các cửa biển là Bruun và Gerritsen (1959) và sau này là nghiên cứu của Fitzgerald (1982, 1988). Theo Bruun và Gerritsen (1959), có hai nguyên lý cơ bản làm dịch chuyển bùn cát qua cửa sông dưới các tác động của tự nhiên, được mô tả như sau: (a) hiện tượng chuyển cát qua cửa sông thông qua các dải cát ngầm ngoài cửa và (b) hiện tượng chuyển cát qua cửa sông do tác động của dòng triều. Cơ chế chuyển cát thứ nhất xảy ra khi dải cát ngầm phía ngoài cửa hoạt động như một “cầu nối”, chuyển cát từ thượng lưu cửa về hạ lưu cửa theo hướng của dòng ven.
Trong khi đó, cơ chế chuyển cát thứ 2 xảy ra khi bùn cát bị lắng đọng bên trong lạch triều dưới tác dụng của dòng triều lên, bị vận chuyển trở lại xuống vùng hạ lưu của cửa sông dưới tác dụng của dòng triều xuống. Ngày nay, các nhà khoa học trên thế giới vẫn tiếp tục nghiên cứu về động lực học dòng sông và chỉnh trị sông, đặc biệt là ảnh hưởng của các công trình trên sông đến vấn đề diễn biến, xói lở và bồi lắng lòng dẫn, điển hình là các nghiên cứu của Simons, Anbecson, De Vries… 7 1.2 Tổng quan các nghiên cứu trong nước Các nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước về lĩnh vực diễn biến lòng dẫn chủ yếu tập trung giải quyết các vấn đề thực tế, cơ sở khoa học và phương pháp luận vẫn dựa trên các phương pháp, công nghệ của các nhà khoa học trên thế giới. Các nghiên cứu diễn biến lòng dẫn được nhiều nhà khoa học thực hiện (như: GS. Vũ Tất Uyên, GS Lưu Công Đào, PGS.
Lê Ngọc Bích, PGS. Hoàng Hữu Huân, PGS. Trịnh Việt An, PGS. Nguyễn Bá Quỳ, PGS.
Phạm Thị Hương Lan…Các vấn đề của các sông vùng ĐBSCL được PGS. Lê Ngọc Bích, GS. Lương Phương Hậu, GS. Nguyễn Ân Niên, GS.
Nguyễn Sinh Huy, PGS. Hoàng Văn Huân, PGS. Lê Mạnh Hùng, PGS. Lê Xuân Thuyên… )nghiên cứu nhiều trong khoảng 10 năm trở lại đây.
Các vấn đề diễn biến lòng dẫn sông miền Trung được GS. Ngô Đình Tuấn, PGS. Nguyễn Bá Quỳ, GS. Lương Phương Hậu, PGS.
Trịnh Việt An, PGS. Nguyễn Văn Tuần, … và một số nhà nghiên cứu khác như PGS.Trần Văn Túc - Huỳnh Thanh Sơn (2003) đã nghiên cứu áp dụng mô hình toán số CCHE 1D vào việc tính toán dự báo biến hình lòng dẫn cho sông Lại Giang ở Bình Định. Đặc biệt trong giai đoạn 1999-2001, Nhà nước đã cho triển khai 8 đề án về nghiêncứu, dự báo phòng chống sạt lở bờ sông, bờ biển, trong đó 3 đề tài về sạt lở bờ biểnlà đề tài 5A (miền Bắc) do Phân viện hải dương học Hải Phòng chủ trì thực hiện, đềtài 5B (miền Trung) do Viện địa lý chủ trì thực hiện và đề tài 5C (miền Nam) doViện hải dương học Nha Trang chủ trì thực hiện. Một số đề tài thuộc chương trìnhnghiên cứu biển giai đoạn 1991 - 1995 và 1996 - 2000 cũng đã đề cập đến vấn đềđiều tra nghiên cứu quy luật vận chuyển bùn cát ven bờ biển và dòng phù sa từ sôngđổ ra biển.
Hầu hết các công trình nghiên cứu khoa học vùng cửa sông, ven biểnchủ yếu được tiến 8 hành trong chương trình khoa học công nghệ cấp Nhà nước, cáccông trình chỉnh trị sông của Bộ Giao thông vận tải, Bộ Nông nghiệp và Phát triểnnông thôn, Bộ Xây dựng, v. Một số nghiên cứu tiêu biểu về diễn biến bồi tụ, xóilở cửa sông bờ biển bao gồm: Đề tài nghiên cứu KHCN cấp Bộ “Nghiên cứu các giải pháp thoát lũ, phòngtránh xói lở và bồi lấp cửa sông Vu Gia - Thu Bồn” nhằm nghiên cứu quyluật diễn biến bờ biển và đánh giá khả năng thoát lũ qua cửa theo các kịch bảndiễn biến cửa khác nhau. Đề tài KC09-05 “Dự báo hiện tượng xói lở - bồi tụ bờ biển, cửa sông và các giải pháp phòng tránh”, đã thực hiện với mục tiêu chính của đề tài là: i) đề xuất mô hình dự báo quá trình xói lở - bồi tụ cho dải ven biển và cửa sông ở qui mô vừa (mùa và năm) và ii) đề xuất các giải pháp khoa học kỹ thuật phòng tránh xói lở, bồi tụ và bảo vệ các công trình ven biển cửa sông. Nghiên cứu gần đây về lĩnh vực phòng chống bồi tụ cửa sông là Đề tài KC08.07/06-10 “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định các cửa sông ven biển miền Trung” do Trường Đại học thủy lợi chủ trì thực hiện từ năm 2007 đến 2010 với các mục tiêu chính: i)- xác định nguyên nhân và quy luật diễn biến (bồi, xói, dịch chuyển) các cửa sông ven biển miền Trung; ii)- đề xuất các giải pháp phù hợp ổn định các cửa sông điển hình, đó là cửa Tư Hiền (Thừa Thiên - Huế); cửa Mỹ Á (Quảng Ngãi); cửa Đà Rằng (Phú Yên) nhằm phát triển kinh tế, xã hội, an toàn cho ngư dân và tàu thuyền tránh bão; iii)- phục vụ các cơ quan quản lý sử dụng kết quả nghiên cứu để lập các dự án đầu tư chỉnh trị cửa sông có căn cứ khoa học và kinh tế.
Kết quả nghiên cứu đã tổng kết các quy luật diễn biến các cửa sông, ứng dụng mô hình toán Delft3D đưa ra những định hướng giải pháp tổng thể cho các cửa sông điển hình khu vực miền Trung.3 Các phương pháp nghiên cứu diễn biến cửa sông 1.1 Phương pháp kinh nghiệm Sử dụng các công thức kinh nghiệm để tính toán diễn biến lòng dẫn. Kinh nghiệm thực tế về các nghiên cứu đánh giá sâu các vấn đề liên quan đến cửa sông là đặc biệt quan trọng khi đưa ra những nhận định, phân tích kết quả nghiên cứu. Thực tế hiện nay ở Việt Nam, các chuyên gia hàng đầu về lĩnh vực diễn biến cửa sông, quy luật chuyển tải bùn cát dọc bờ còn rất ít, do vậy ý kiến của các chuyên gia trong quá trình nghiên cứu là hết sức cần thiết.2 Phương pháp viễn thám Dựa vào tính chất phản xạ, thấu xạ và hấp thụ ánh sáng của tất cả các địa vật, các nhà khoa học đã chế tạo các thiết bị kỹ thuật có khả năng “quan sát” địa vật ngay từ trên cao - đó chính là kỹ thuật viễn thám. Sau khi có được các hình ảnh của các địa vật dưới tư liệu ảnh viễn thám, để có được các thông tin chính xác hơn về mặt đất người ta phải tiến hành giải đoán ảnh.
Thông thường có hai phương pháp giải đoán: Giải đoán ảnh bằng mắt và giải đoán ảnh thông qua máy tính điện tử. Phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, nhưng yêu cầu kỹ thuật viên thực hiện phải có nhiều kinh nghiệm thực tế. Tuy nhiên phương pháp này chỉ thích hợp giải đoán cho những trường hợp đơn giản và dễ bị ảnh hưởng bởi ý kiến chủ quan của người giải đoán. Phương pháp giải đoán bằng máy tính điện tử tuy có phức tạp hơn song lại cho kết quả phân tích chính xác và không phụ thuộc vào chủ quan của kỹ thuật viên, ngày nay do các công cụ mạnh là các phần mềm chuyên ngành nên phương pháp này thường được ứng dụng rộng rãi trên thế giới.
Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu biến động đường bờ biển: Do khả năng hiệu ứng dải sóng MSS - 7 đối với nước mạnh, phản ánh sự sai khác nhau rõ rệt giữa hình ảnh của nước và hình ảnh của đường bờ, có thể sử dụng loại hình ảnh này để nghiên cứu 10 hình dạng mặt phẳng, phạm vi phân bố của vùng nước. Điều đó cho phép điều tra nghiên cứu mạng lưới song ngòi, các cồn cát cửa sông, bãi bên, lạch sâu.