Thạc Sĩ Phân tích xu thế quá trình vận chuyển trầm tích và biến đổi đường bờ, đáy khu vực cửa sông đáy bằng

MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, thiên tai ngày một gia tăng, đặc biệt là bão, kèm theo lũ lụt và nước dâng do bão. Các thiên tai này, đã đang và sẽ gây ra những thiệt hại lớn về người và của. Vì vậy, vấn đề tính toán và dự báo các quá trình thủy động lực cũng như biến đổi đường 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 đưa 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 tương 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 nhưng cũng có ảnh hưởng nhất định đến chế độ động lực và khả năng thoát lũ ở các sông. Bên cạnh đó, hiện tượng nước biển dâng đã và đang ảnh hưởng sâu sắc tới Việt Nam nói chung và tỉnh ven biển Ninh Bình nói riêng. Nước biển dâng có thể dẫn đến những hậu quả rất lớn đối với sinh kế và sự thịnh vượng của cư 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 ngư trường ven biển có thể biến mất. Những vùng không ngập mặn thường xuyên ở khu vực lận cận có thể bị ảnh hưởng 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.v.
2
Hiện nay, phương pháp mô hình toán đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường. Đây là phương pháp hiện đại, phát triển mạnh trong mấy chục năm trở lại đây ở nước ta cũng như trên thế giới. Việc áp dụng phương pháp này đòi hỏi kiến thức liên ngành của nhiều chuyên gia và phải qua nhiều bước như 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 được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn nghiên cứu và tính toán dự báo thủy động lực và môi trường biển, trong đó có tính toán vận chuyển bùn cát và biến động đường 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 như xói lở, bồi tụ và quá trình biến đổi đường bờ tại khu vực cửa sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3
1.1. Điều kiện tự nhiên . 3
1.1.1. Địa hình, địa chất địa mạo 3
1.1.2. Chế độ khí hậu 3
1.1.2.1. Bức xạ nhiệt . 3
1.1.2.2. Lượng mưa . 4
1.1.2.3. Gió ven biển . 4
1.1.3. Chế độ thủy văn 5
1.1.4. Chế độ hải văn 6
1.1.4.1. Sóng, thủy triều và xâm nhập mặn . 6
1.1.4.2. Dòng chảy vùng cửa sông, ven biển 7
1.2. Hiện trạng bồi lắng và xói lở 7
1.2.1. Giai đoạn trước năm 1989 8
1.2.2. Giai đoạn 1989-1995 8
1.2.3. Giai đoạn 1995-nay 8
1.3. Cảng trên sông Đáy và kế hoạch nạo vét luồng . 11
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 14
2.1. Tổng quan về quá trình động lực và vận chuyển bùn cát vùng bờ . 14
2.1.1. Sóng 15
2.1.2. Dòng chảy . 16
2.1.3. Vận chuyển bùn cát vùng ven bờ . 17
2.2. Tổng quan các yếu tố ảnh hưởng đến xói lở, bồi tụ và diễn biến đường bờ 21
2.3. Tổng quan các phương pháp nghiên cứu về thủy động lực, vận chuyển bùn cát, dịch chuyển đường bờ . 23
2.3.1. Phương pháp điều tra cơ bản 23
2.3.2. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và GIS. 24
2.3.3. Phương pháp phóng xạ hạt nhân 26
2.3.4. Phương pháp mô hình vật lý. . 27
2.3.5. Phương pháp mô hình toán . 28
2.4. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 32
2.5 Cơ sở lý thuyết các mô hình thủy thạch động lực 34
2.5.1. Mô hình MIKE 11 34
2.5.1.1. Giới thiệu chung . 34
2.5.1.2. Mô đun HD 35
2.5.1.3. Mô đun AD 39
2.5.2. Mô hình MIKE 21 40
ii i
2.5.2.1. Mô hình tính sóng MIKE 21 SW . 40
2.5.2.2. Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD . 42
2.5.2.3. Mô hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21 ST 45
2.5.3. Mô hình LITPACK 46
2.5.3.1. Khái quát về mô hình Litpack 46
2.5.3.2. Các mô đun trong Litpack 47
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH VÀ BỒI TỤ, XÓI LỞ 51
3.1. Đặt vấn đề . 51
3.2. Xây dựng bộ số liệu cơ sở cho mô hình 52
3.2.1. Địa hình, miền tính, lưới tính . 52
3.2.2. Điều kiện biên 53
3.2.3. Các thông số khác . 53
3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình . 54
3.3.1. Mô hình MIKE 11 54
3.3.2. Mô hình tính sóng MIKE 21 SW . 55
3.3.3. Mô hình thủy lực MIKE 21 FM . 56
3.4. Các kết quả trong nghiên cứu . 58
3.4.1. Phân tích xu thế vận chuyển trầm tích . 58
3.4.1.1. Mô phỏng thủy lực . 59
3.4.1.2. Mô phỏng phân bố trầm tích 61
3.4.1.3. Nhận xét . 65
3.4.2. Tính toán xu thế biến động bùn cát dài hạn có xét đến dâng cao mực nước biển và mô hình hóa quá trình phát triển cửa Đáy . 67
3.4.2.1. Kịch bản nước biển dâng cho khu vực cửa Đáy 67
3.4.2.2. Cập nhật mực nước biển dâng trong mô hình 68
3.4.2.3. Lưu lượng dòng chảy sông 69
3.4.2.4. Kết quả . 70
3.4.3. Tính toán biến đổi đường bờ có xét đến dâng cao mực nước biển do biến đổi khí hậu 76
3.4.3.1. Điều kiện tính toán . 76
3.4.3.2. Bộ thông số đầu vào . 76
3.4.3.3. Kết quả tính toán 80
KẾT LUẬN . 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 84