ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  LÊ HOÀI NAM NGHIÊN CỨU XÓI LỞ BỜ BIỂN ĐẢO PHÚ QUỐC TRONG ĐIỀU KIỆN MỰC NƯỚC BIỂN DÂNG Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số chuyên ngành: 62 85 02 05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG TP Hồ Chí Minh năm 2016 Công trình hoàn thành tại: Khoa Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1: PGS TS Hà Quang Hải Hướng dẫn 2: TS Phạm Mạnh Tài Phản biện 1: PGS TS Vũ Chí Hiếu Phản biện 2: TS Trần Anh Tú Phản biện 3: TS Vũ Văn Vĩnh Phản biện độc lập 1: TS Trần Anh Tú Phản biện độc lập 2: TS Bảo Thạnh Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp vào lúc ngày tháng năm 2016 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp HCM - Thư viện Trường Đại học Khoa học Tự nhiên MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Huyện đảo Phú Quốc (PQ) gồm đảo lớn 40 đảo nhỏ, phân bố phía Tây Nam Việt Nam Đây huyện đảo lớn nước với tổng diện tích tự nhiên 589 km2 Đảo lớn PQ có nhiều lợi về điều kiện tự nhiên với kết hợp hài hòa giữa các dạng địa hình núi, đảo, thung lũng, đồng bằng thềm lục địa Điều kiện tự nhiên sở hình thành tính đa dạng sinh học cao (rừng nguyên sinh, rừng úng phèn, rừng ngập mặn, cỏ biển, san hô, …) tiềm phát triển kinh tế lớn (du lịch sinh thái, du lịch biển, du lịch nghỉ dưỡng; nguồn lợi hải sản cao, …) Đảo PQ có vị trí quan trọng đặc biệt về an ninh - quốc phòng của nước ta Trong tương lai, đảo PQ qui hoạch thành năm khu chức chính: khu đô thị, khu rừng quốc gia, rừng phòng hộ, khu du lịch giao thông Trong đó, thành phố Dương Đông có quy mô lớn với 2.115 phân bố bề mặt địa hình thấp (độ cao 2-5 m) Bản đồ địa hình, trạng qui hoạch xây dựng đảo PQ cho thấy nhiều sở hạ tầng dự kiến qui hoạch của các ngành kinh tế du lịch, đánh bắt chế biến hải sản, các khu đô thị, hệ thống giao thông chủ yếu phân bố các dạng địa hình thấp, nơi nhạy cảm với các tác động của biển Nhiều công trình nghiên cứu giới Việt Nam (VN) cho thấy các bờ biển, vùng đất thấp ven biển chịu tác động mạnh mẽ biến đổi khí hậu (BĐKH) mà hậu lớn của nó mực nước biển dâng (MNBD) Đảo PQ nằm biệt lập vịnh Thái Lan, chắc chắn chịu những tác động của các tượng BĐKH xói lở bờ biển (XLBB), ngập lụt địa hình thấp, xâm nhập mặn, bão tố gia tăng, … Trong đó, XLBB xem kiện phổ biến, có tác động mạnh đến môi trường tự nhiên kinh tế xã hội đới bờ -1- Vì vậy, việc thực Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu xói lở bờ biển đảo Phú Quốc điều kiện mực nước biển dâng” nhằm có giải pháp thích ứng phù hợp đề tài có tính cấp thiết, giá trị khoa học thực tiễn Mục tiêu đề tài Làm sáng tỏ đặc điểm xói lở - bồi tụ bờ biển đảo PQ có liên quan đến MNBD 40 năm qua (1973-2013) nhằm giúp cho nhà hoạch định sách có giải pháp thích ứng với BĐKH MNBD tương lai Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Về không gian: Đới bờ biển dài 150 km bao quanh đảo lớn PQ bao gồm địa hình thềm biển, đường bờ biển bãi biển - Về thời gian: Biến động bờ biển 40 năm (1973-2013) MNBD giai đoạn 1979-2100 Nhiệm vụ nghiên cứu 1) Xác định biến đổi MNB giai đoạn Pleistocen giữa - muộn Holocen cho khu vực đảo PQ 2) Xác định tốc độ MNBD khu vực PQ (1979-2013) 3) Làm sáng tỏ đặc điểm xói lở - bồi tụ bờ biển đảo lớn PQ (1973-2013) 4) Dự báo xói lở, bồi tụ ngập lụt vùng đất thấp ven biển MNBD 5) Đề xuất số giải pháp thích ứng với dâng cao của MNB Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: - Dao động MNB qui mô toàn cầu Pleistocen giữa - muộn Holocen có vai trò quan trọng việc hình thành địa hình ven biển đảo PQ bao gồm hệ thống bậc thềm biển cao từ m đến 100 m - MNBD trung bình khu vực biển PQ 2,9 mm/năm, cao nhiều so với trung bình toàn cầu 100 năm qua (1,8 mm/năm) tương đương với giá trị trung bình đo bằng vệ tinh Topex/Poseidon giai đoạn 1993 - 2001 (2,7 mm/năm) -2- Luận điểm 2: XLBB xảy chiều dài 100,8 km, chiếm 65,8% tổng chiều dài bờ biển đảo PQ Bờ Tây dài 54 km hầu hết bị xói lở, đó bờ biển cát mịn (KB_3) dài 27,8 km có mức độ xói lở từ mạnh đến mạnh (1-2 m/năm) Bờ Đông bờ Bắc xói lở yếu các mũi đá nhô biển; đó, bồi tụ hình thành dọc theo các đoạn bờ có khối đá chắn, cung lõm (KB_4) cửa sông, suối lớn (KB_5); mạnh khu vực Hàm Ninh (1 m/năm) Bờ Nam với công trình bờ biển đã kiểm soát xói lở từ năm 2000 Những điểm luận án 1) Lần xác định đảo PQ hệ thống bậc thềm biển Pleistocen giữa - muộn đến Holocen có đối sánh với các giai đoạn đồng vị biển 2) Xác định tốc độ MNBD trung bình vùng biển PQ 2,9 mm/năm làm sở cho dự báo MNBD tương lai Tốc độ dâng về phù hợp với các văn liệu đã công bố của VN giới 3) Xây dựng sở dữ liệu về môi trường tự nhiên đảo PQ (các lớp chuyên đề địa hình, địa mạo, xói lở - bồi tụ bờ biển, ) phục vụ cho nghiên cứu chuyên sâu về tài nguyên môi trường đảo PQ 4) Xác định các đặc điểm, mức độ xói lở, bồi tụ bờ biển đảo PQ 40 năm qua dự báo đến năm 2100 cho các tế bào có bờ biển biến động mạnh Cơ sở tài liệu luận án Trong trình xây dựng luận án, tác giả đã sử dụng những tài liệu thu thập được, sau đó phân tích xử lý bao gồm: ảnh vệ tinh Landsat từ 1973-2013; đồ địa hình tỉ lệ từ 1:2000 đến 1:50.000; đồ địa chất khoáng sản, địa mạo tỉ lệ 1:50.000; dữ liệu MNB, sóng, gió đo thực tế từ 1979-2013; tài liệu khảo sát thực địa từ 2010-2016 nhiều tài liệu khác -3- Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Chương trình bày sơ lược về hoạt động XLBB xảy giới VN, những biến đổi MNB khứ tương ứng với chu kỳ băng hà gian băng Những nghiên cứu về khí hậu khứ, MNBD kỷ qua dự báo cho thể kỷ tới đề cập 1.2 Xói mòn bờ biển Phân tích tài liệu nghiên cứu giới cho thấy, XLBB xảy khắp nơi ven biển tượng nguyên nhân toàn cầu gây nên Trong nguyên nhân phổ biến thì MNBD xem nguyên nhân dẫn đến XLBB qui mô dài hạn Do đó, xác định MNBD việc làm cần thiết dự báo XLBB Tại VN, XLBB xảy hầu hết dải bờ của 28 tỉnh, thành phố có đường bờ biển Tuy nhiên, thấy, công trình nghiên cứu XLBB đất liền nhiều, đó bờ biển đảo chưa quan tâm thực 1.3 Luật Bruun - Mối quan hệ MNBD XLBB Luật Bruun áp dụng để tính toán XLBB cho những khu vực bờ biển thích hợp thể dạng công thức: 𝑳 )∗ 𝒅 +𝑩 R = (𝒉 𝑺 (1.1) Trong đó, S độ dâng cao MNB, L chiều dài hoạt động mặt cắt, hd độ sâu đóng mặt cắt B độ cao bờ cát 1.4 Biến đổi mực nước biển khứ Vào giai đoạn gian băng Riss-Wurm (khoảng 125.000 năm trước), MNB cao 4-6 m so với kỷ 20 Vào giai đoạn băng hà cực đại cuối Wurm (khoảng 21.000 năm trước), MNB hạ thấp khoảng 100 m so với Giai đoạn biển tiến Flandrian, MNB đã tăng với tốc độ trung bình của m/thế kỷ, tốc độ cao khoảng m/thế kỷ Trong 2.000 năm qua, MNBD trung bình nhỏ 0,2 mm/năm -4- 1.5 Bằng chứng biến đổi mực nước biển khứ 1.5.1 Thềm biển chu kỳ trầm tích Bằng chứng biến đổi MNB ghi nhận từ cấu trúc chuỗi trầm tích rạn san hô đã hình thành môi trường ven biển gần bờ MNB Đệ tứ vùng nội địa thường liên kết với thềm biển nâng lên Biến đổi MNB luận giải từ cấu trúc trầm tích bồn, đó những thay đổi MNB chân tĩnh ghi nhận chu kỳ trầm tích xen kẽ giữa những tập trầm tích tính biển tiến biển thoái 1.5.2 Hồ sơ giai đoạn đồng vị biển Hồ sơ đồng vị biển hay đồng vị oxy cung cấp sở để hiểu biết về khí hậu khứ Hồ sơ đồng vị oxy đã sử dụng để ước tính nhiệt độ nước biển khứ, kích thước lớp phủ băng, các biến đổi độ mặn địa phương Hồ sơ đồng vị biển biểu diễn bằng biểu đồ gồm nhiều giai đoạn đồng vị biển (MIS) dạng số nối tiếp Dự án SPECMAP của Hoa Kỳ đã xây dựng thang niên đại chuẩn cho hồ sơ đồng vị oxy Thang áp dụng rộng rãi nghiên cứu liên quan đến MNB giới VN 1.5.3 Mực nước biển giai đoạn đồng vị ôxy Một đường cong MNB tương đối cho khu vực định thiết lập từ dữ liệu tuổi cho loạt bờ biển cổ trầm tích chỉ thị khác trầm tích biển nông mà độ sâu trầm tích liên quan với MNB xác định Các trầm tích chỉ thị MNB so sánh với với hồ sơ đồng vị oxy biển có niên đại dựa vào chu kỳ quỹ đạo của trái đất 1.6 Biến đổi mực nước biển kỷ qua Từ dữ liệu hồ sơ thủy triều loại bỏ yếu tố nâng hạ tân kiến tạo, MNB chân tĩnh toàn giới đã tăng khoảng 15-18 cm kỷ qua Tốc độ MNBD trung bình từ kỷ 19 đến kỷ 20 khoảng 1,7 mm/năm, từ 1961-2003 1,8 mm/năm tăng lên 3,1 mm/năm từ 1993-2003 -5- 1.7 Dự báo mực nước biển dâng IPCC Mô hình TAR dự báo MNBD đến 2095 từ 9-88 cm AR4 (với dải tin cậy 90%) dự báo MNBD từ 18-59 cm đến năm 2095 AR5 tiếp tục khẳng định, MNB trung bình toàn cầu tiếp tục gia tăng kỷ 21 Theo kịch RCP, MNBD từ 17-38 cm giai đoạn 2046-2065, từ 26-82 cm giai đoạn 2081-2100 đến năm 2100 có thể dâng lên từ 52-98 cm 1.8 Mực nước biển dâng ven biển Việt Nam Xu MNBD cho khu vực ven biển VN từ số liệu thực đo trạm quan trắc hải văn (2,8 mm/năm) từ vệ tinh (2,9 mm/năm) gần bằng Kết so sánh cho thấy có tương đồng cao về pha biên độ dao động của MNB có mối liên hệ tương quan giữa chúng 1.9 Tính không chắn dự báo MNBD những tác động chắc chắn quan trọng của BĐKH Tuy vậy, việc định lượng cách xác MNBD trung bình toàn cầu khu vực những thách thức lớn nghiên cứu về BĐKH hiểu biết kỷ 20 chưa đủ để giải thích MNBD trung bình toàn cầu khu vực cách trọn vẹn Do vậy, dự báo về MNBD đều có không chắc chắn định Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp luận Phương pháp luận tác giả áp dụng luận án Thuyết đồng (Uniformitarianism) Thuyết đồng cho rằng: chìa khóa để tìm hiểu khứ (The present is the key of the past) chìa khóa để dự báo tương Sự nóng lên toàn cầu làm tan chảy lớp phủ băng hai cực, dẫn đến dâng lên của MNB Sự gia tăng MNB (hiện tượng biển tiến) nhấn chìm các vùng đất thấp, phá hủy bờ biển Như vậy, kiện biển tiến - xói lở -6- bờ biển diễn sở để tìm hiểu những kiện khứ dự báo những biến đổi tương lai Lập luận sở để tác giả áp dụng các phương pháp thích hợp nhằm giải mục tiêu nội dung đặt của đề tài 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Kỹ thuật viễn thám GIS Kỹ thuật viễn thám GIS tác giả ứng dụng để xử lý, phân tích ảnh vệ tinh, trích lọc các đường bờ tính toán tốc độ xói lở, bồi tụ bờ biển; giải đoán các tượng địa chất, địa mạo bờ biển; xây dựng mô hình số độ cao (DEM) cho đảo PQ 2.2.2 Xử lý liệu đo mực nước biển Số liệu thu thập từ năm 1979 đến năm 2013 bao gồm thông số: mực nước (từ đến 24 lần/ngày), sóng (độ cao, hướng sóng), gió (tốc độ, hướng gió tần suất xuất hiện) Các nội dung xử lý gồm: tốc độ gia tăng MNB 35 năm (1979-2013) dự báo MNB đến năm 2100 2.2.3 Phương pháp khảo sát thực địa Tác giả đã thực đợt khảo sát PQ (từ 2010-2013 với 110 điểm khảo sát bờ biển 84 điểm khảo sát thềm biển) đợt khảo sát Côn Đảo (từ ngày 24-27/4/2014 để khảo sát các thềm biển T5, T6 tương ứng với đảo PQ) nhằm thu thập tài liệu để xây dựng các đồ chuyên đề xác định hệ thống thềm biển tương ứng với giai đoạn đồng vị biển Từ ngày 2428/3/2016, tác giả tiếp tục khảo sát bổ sung 84 vị trí thềm biển (thềm T3 đến T6) 30 vị trí bờ biển để xem xét trạng xói lở, đồng thời xác lập mặt cắt địa mạo tương ứng với các dạng địa hình đảo PQ 2.2.4 Phương pháp mô hình hóa Các mô-đun sử dụng gồm Mike 21 SW (tính trường sóng), Mike 21 HD (thủy động học), Mike 21 ST (tính toán trình vận chuyển bùn cát) Litpack MIKE 21/3 sử dụng để tính toán diễn biến bờ biển -7- điều kiện MNBD Mô phỏng thực theo kịch MNBD cho PQ đến năm 2050 (MNBD 20 cm) 2100 (MNBD 44 cm) 2.2.5 Phương pháp dự báo xói lở bờ biển theo Luật Bruun Tác giả áp dụng Công thức (1.1) theo Luật Bruun để tính toán XLBB cát mối liên hệ với MNBD Các tế bào TB_T5 TB_T6 đáp ứng tiêu chí về hình thái để vận dụng Luật Bruun dự báo XLBB Chương ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN 3.1 Vị trí vùng nghiên cứu Đảo PQ có diện tích 567 km2, đảo lớn số gần 3.000 đảo của VN Đảo PQ nằm khung tọa độ địa lý: Từ 9o53’ đến 10o28’ vĩ độ Bắc từ 103o49’ đến 104o05’ kinh độ Đông 3.1.1 Địa tầng Từ công trình đã nghiên cứu về địa tầng đảo PQ, kết hợp với kết khảo sát thực tế của tác giả, đảo PQ bao gồm phân vị địa tầng sau đây: Hệ tầng Phú Quốc - Kreta hạ (K1pq); Hệ tầng An Thới - Miocen hạ (N1at); Hệ tầng Long Mỹ - Trầm tích biển, Pleistocen thượng (mQ13lm); Hệ tầng Hàm Ninh - Trầm tích biển, Holocen hạ-trung (mQ21-2hn); Các trầm tích Holocen trung - thượng (m, v, bmQ22-3); Các trầm tích đại (m, aQ23) 3.1.2 Kiến tạo Tổng hợp kết nghiên cứu đã công bố những kết khảo sát thực địa, nhận thấy từ thời kỳ Đệ tứ, đảo PQ bị ảnh hưởng dao động của MNB tạo nên hệ thống bậc thềm biển bảo tồn tốt 3.1.3 Địa hình, địa mạo Ba kiểu địa hình của đảo PQ gồm: Núi đồi cuesta, bậc thềm biển bãi ngầm Hệ thống gồm bậc thềm biển đảo PQ đã xác định gồm: 2-3 m; 4-6 m, 10-15 m; 25-35 m; 55-65 m 80-100 m (Hình 3.19) -8- 3.1.4 Dòng chảy mặt Cấu trúc cuesta nghiêng thoải từ Đông sang Tây sở để hệ thống sông, rạch phát triển theo hướng Nguồn nước mặt đảo PQ phong phú lượng mưa dồi mật độ dòng chảy lớn (1,05 km/km2) 3.1.5 Khí tượng Đảo PQ nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa xích đạo, có chi phối của biển nên ôn hòa so với đất liền PQ có hướng gió chính: gió mùa Đông - Bắc (tháng 11 đến tháng năm sau) có vận tốc trung bình từ 2,8-4,0 m/s gió Tây - Nam (tháng đến tháng 10) có vận tốc trung bình từ 3,0- 5,1 m/s Gió mạnh vào tháng 6-8 với vận tốc tuyệt đối lên đến 31,7 m/s Gió yếu tố chi phối đến đặc điểm sóng PQ 3.1.6 Hải văn - Sóng: Vào mùa gió Tây Nam, sóng hướng Tây Tây Nam chiếm ưu với độ cao sóng phổ biến từ 0,75-2,0 m; vào mùa gió Đông Bắc, sóng xuất hầu hết theo hướng, ưu Đông Bắc với độ cao sóng phổ biến 0,25-0,75 m Như vậy, sóng hướng Tây Tây Nam lớn hẳn so với sóng Đông Bắc sóng tác động đến bờ biển PQ - Thủy triều: Chế độ thủy triều khu vực PQ nhật triều không đều Độ lớn triều đạt khoảng 0,8-1,2 m Mực nước cực đại giảm theo hướng từ vùng biển Nam lên Bắc (theo hướng từ mũi Cà Mau lên Hà Tiên) 3.1.7 Hệ sinh thái rừng Đảo PQ có hệ sinh thái (HST) rừng: HST rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới, HST rừng úng phèn giúp giữa nước tầng đất, HST rừng ngập mặn 3.2 Cấu trúc dải bờ, tế bào kiểu bờ biển 3.2.1 Cấu trúc dải bờ Dải bờ biển bao gồm bốn phần: nội địa, bãi biển (bờ biển), gần bờ xa bờ Có thấy yếu tố kiến tạo (đứt gẫy, nâng hạ), địa tầng - cấu trúc - 11 - (thạch học, hướng cắm), địa hình (các mũi nhô, cửa sông) hải văn (tác động của sóng, dòng chảy) giữ vai trò quan trọng việc hình thành dạng địa hình bờ biển đảo PQ 3.2.2 Tế bào bờ biển Dựa vào định nghĩa về tế bào bờ biển (TBBB), đặc điểm thủy văn, lưu vực, địa chất, địa mạo, phân chia dải bờ biển PQ thành 16 TBBB (Bờ Tây có tế bào, Bờ Đông có tế bào, Bờ Bắc có tế bào Bờ Nam chỉ có tế bào) 3.2.3 Các kiểu bờ biển Đảo PQ có kiểu bờ biển với mức độ nhạy cảm xói lở khác gồm: KB_1 (kiểu bờ đá gốc có khối đá gốc sót), KB_2 (có bãi biển tích tụ cát kích thước từ trung bình đến thô), KB_3 (Bờ biển có bãi biển tích tụ cát mịn đến mịn), KB_4 (Bờ biển cát mịn lẫn bùn), KB_5 (bồi tụ cửa sông KB_6 (bờ biển bảo vệ công trình kè bờ bê-tông, rọ đá) Các tế bào bờ Tây (TB_T2 đến TB_T6) có kiểu bờ KB_3 chiếm ưu (chiếm 21,2%); tế bào bờ Đông (TB_Đ1 đến TB_Đ3) có kiểu bờ KB_4 chiếm ưu (chiếm 24,5%); kiểu bờ KB_1 xuất tất tế bào (chiếm 42,3%), nhiều tế bào bờ Đông bờ Bắc; kiểu bờ lại có phân bố hạn chế đảo Như vậy, KB_1, KB_3, KB_4 (dài 135 km, chiếm 88,1%) các kiểu bờ đặc trưng cho đảo PQ Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Biến đổi mực nước biển 4.1.1 Biến đổi mực nước biển Pleistonce - muộn Với kết định tuổi bằng OSL, hệ tầng Thủ Đức 97.000 ± 27.000 xem tuổi của bậc thềm T4 Dựa vào tuổi độ cao thềm T4, xác định tốc độ nâng trung bình bậc thềm xấp xỉ 0,3 mm/năm (0,3 m/1.000 năm) - 12 - Lấy mức cao trung bình thềm T3: 12,5 m; T5: 60 m; T6: 90 m, định tuổi thềm T3 42.000 năm; T5: 200.000 năm; T6: 300.000 năm cách ngày Các bậc thềm biển đối sánh với biểu đồ MIS dao động MNB (Hình 4.4) Thềm T3, T4, T5 T6 tương ứng với MIS3, MIS 5c, MIS MIS Hình 4.4: Quan hệ bậc thềm dao động MNB Pleistoncen - Holocen 4.1.2 Biến đổi mực nước biển Holocen Có nhiều tài liệu công bố về tuổi bậc thềm thấp T1 T2 biến đổi của MNB Holocen Tuổi bậc thềm T2 cao 4-6 m xác định Holocen giữa (Q22) thềm T1 cao 2-3 m Holocen muộn (Q23) 4.1.3 Biến đổi mực nước biển khoảng 100 năm qua 1) Mực nước biển toàn cầu: Báo cáo AR5 của IPCC xác định MNBD khoảng 1,7 mm/năm giai đoạn 1901-2010, 2,0 mm/năm từ 1971-2010 tăng lên đến 3,2 mm/năm từ năm 1993-2010 John A Church đã xác định tốc độ dâng MNB cho các đảo nhiệt đới Thái Bình Dương Ấn Độ Dương từ máy đo thủy triều 2,0 mm/năm (đã - 13 - hiệu chỉnh đẳng tĩnh băng hà ảnh hưởng áp suất khí quyển) từ dữ liệu đo cao vệ tinh TOPEX/Poseidon năm 1993-2001 2,7 mm/năm 2) Mực nước biển Việt Nam: Xem xét số liệu ba trạm đại diện cho vùng khác Hòn Dấu, Đà Nẵng Vũng Tàu có thể nhận thấy MNB VN khoảng 30 đến 50 năm qua có tốc độ tăng trung bình 1-3 mm/năm với xu hướng phía Nam cao phía Bắc 3) Mực nước biển khu vực đảo Phú Quốc: Khu vực Nam Bộ có ba trạm quan trắc hải văn Vũng Tàu, Rạch Giá PQ với MNBD trung bình 2,79 mm/năm, 3,7 mm/năm 2,05 mm/năm (trung bình theo số liệu của Đoàn Văn Chinh 1,7 mm/năm Lê Hoài Nam 2,44 ± 0,11 mm/năm) MNBD trung bình cho khu vực Nam Bộ 2,85 mm/năm Như vậy, xem tốc độ MNBD 2,9 mm/năm khoảng 30 năm qua cho khu vực biển PQ (hay vùng biển Nam Bộ) 4.1.4 Dự báo mực nước biển dâng đến 2100 MNBD PQ đến năm 2050 từ 13-20 cm đến năm 2100 từ 29-44 cm Kết dự báo MNBD cho sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho mô hình xói lở, bồi tụ ngập có liên quan đến MNB dâng PQ 4.2 Xói lở - bồi tụ bờ biển 4.2.1 Đặc điểm xói lở bờ biển 1) Bờ Tây Đặc điểm xói lở - bồi tụ bờ Tây sau: - Hầu hết tế bào bờ Tây đều bị xói lở Các tế bào có kiểu bờ KB_3 dài xói lở mạnh hay nói cách khác tế bào có khoảng cách giữa các mũi nhô ngắn xói lở yếu (Bảng 4.6) - Bồi tụ chỉ xuất hạn chế cửa sông Cửa Cạn Dương Đông thuộc tế bào TB_T4 TB_T5, nơi có vật liệu cung cấp từ lưu vực có diện tích, chiều dài dòng chảy lớn đảo PQ - 14 - - Xói lở yếu xảy kiểu bờ KB_2 thuộc tế bào đầu cuối dải bờ Tây, nơi có các mũi nhô đá gốc phân bố gần Bảng 4.6: Tổng hợp xói lở, bồi tụ bờ Tây theo tế bào bờ biển Tế bào TB_T1 TB_T2 TB_T3 TB_T4 TB_T5 TB_T6 TB_T7 Kiểu bờ Chiều dài (km) Xói (-)/ bồi (+) trung bình (m/năm) Mức độ xói/bồi KB_1 KB_2 KB_1 KB_3 KB_1 KB_3 KB_1 KB_3 KB_5 KB_1 KB_3 KB_5 KB_1 1,4 1,1 1,3 5,7 2,3 3,7 5,2 2,5 1,4 2,7 4,0 0,2 2,2 7,0 7,4 3,5 1,4 0,9 -0,2 -0,3 -0,2 -1,4 -0,2 -1,1 -0,3 -0,9 0,2 -0,3 -1,2 Xói lở yếu Xói lở yếu Xói lở yếu Xói lở mạnh Xói lở yếu Xói lở mạnh Xói lở yếu Xói lở trung bình Bồi tụ yếu Xói lở yếu Xói lở mạnh Bồi tụ yếu Xói lở yếu Xói lở mạnh Xói lở mạnh Xói lở yếu Xói lở trung bình Không biến động KB_3 KB_1 KB_2 KB_6 -0,2 -1,0 1,6 -0,2 -0,6 -0,4 (từ 1973-2001) Ghi chú: - Mức độ xói lở: Xói yếu: < 0,2 m/năm, xói lở yếu: 0,2-0,5m/năm, xói lở trung bình: 0,5-1,0 m/năm, xói lở mạnh: 1,0-1,5 m/năm xói lở mạnh: > 1,5 m/năm - Mức độ bồi tụ: Bồi tụ yếu: < 0,5 m/năm, bồi tụ trung bình: 0,5-1,0 m/năm bồi tụ mạnh mạnh: > 1,0 m/năm 2) Bờ Đông Đặc điểm xói lở - bồi tụ bờ Đông sau: - Ngoại trừ các mũi nhô đá gốc (KB_1) bị xói mòn yếu, hầu hết tế bào bờ Đông xảy hoạt động bồi tụ Bờ biển KB_5 KB_4 có liên quan rõ nét với diện tích lưu vực chiều dài bờ biển Tế bào TB_Đ1, TB_Đ2 có tốc độ bồi tụ trung bình đến mạnh (06-1,0 m/năm), đó lớn tế bào Hàm Ninh, nơi có diện tích lưu vực lớn đường bờ dài - Các tế bào phía Nam bờ Đông (TB_Đ4, TB_Đ5, TB_Đ6) bồi tụ với tốc độ yếu nguồn cung cấp vật liệu hạn chế, lưu vực nhỏ, độ dốc thấp - 15 - Bảng 4.8: Tổng hợp bồi/xói theo tế bào bờ biển ở bờ Đông Tế bào TB_Đ1 TB_Đ2 TB_Đ3 TB_Đ4 TB_Đ5 TB_Đ6 Kiểu bờ Chiều dài (km) Xói(-)/bồi(+) trung bình (m/năm) Mức độ xói/bồi KB_1 KB_4 KB_1 KB_4 KB_1 3,0 7,0 4,0 12,3 6,0 -0,1 +0,6 -0,1 +0,7 -0,1 Xói lở yếu Bồi tụ trung bình Xói lở yếu Bồi tụ trung bình Xói lở yếu KB_4 KB_1 KB_5 KB_1 KB_4 KB_1 KB_4 10,5 7,2 2,5 2,0 2,2 4,6 1,6 +1,0 -0,1 +0,4 -0,1 +0,2 -0,1 +0,2 Bồi tụ mạnh Xói lở yếu Bồi tụ yếu Xói lở yếu Bồi tụ yếu Xói lở yếu Bồi tụ yếu 3) Bờ Bắc Bờ Nam - Bờ Bắc: bờ biển có tốc độ xói mòn yếu bờ đá gốc (KB_1) bồi tụ mức độ yếu (< 0,5 m/năm) khu vực bờ biển cửa rạch (KB_5) Bảng 4.9: Tổng hợp bồi/xói theo tế bào bờ biển ở bờ Bắc Tế bào TB_B1 TB_B2 Kiểu bờ Chiều dài (km) Xói(-)/bồi(+) trung bình (m/năm) Mức độ xói/bồi KB_1 KB_2 KB_5 KB_1 KB_5 11,5 1,0 4,0 5,6 3,5 -0,1 +0,2 +0,2 -0,1 +0,3 Xói lở yếu Bồi tụ yếu Bồi tụ yếu Xói lở yếu Bồi tụ yếu - Bờ Nam: Bờ biển ổn định đo che chắn (sóng Tây Nam) quần đảo An Thới công trình bờ biển bảo vệ Bảng 4.10: Tổng hợp bồi/xói theo tế bào bờ biển ở bờ Nam Tế bào Kiểu bờ Chiều dài (km) Xói(-)/bồi(+) trung bình (m/năm) Mức độ xói/bồi TB_ N1 KB_1 KB_3 KB_6 1,0 1,9 2,5 -0,1 +0,2 -0,6 (từ 1973-2001) Xói lở yếu Bồi tụ yếu Xói lở trung bình Tập hợp kết nghiên cứu xói lở, bồi tụ bờ biển cho 16 TBBB đảo PQ trình bày Hình 4.66, Hình 4.67 Bảng 4.11 - 16 - Hình 4.66: Xói lở - bồi tụ bờ biển giai đoạn 1973-2013 - 17 - 2.5 Bờ Nam Bờ Tây Bờ Bắc 0.5 -0.5 -1 -1.5 Bờ Đông -2 -2.5 55 109 163 217 271 325 379 433 487 541 595 649 703 757 811 865 919 973 1027 1081 1135 1189 1243 1297 1351 1405 1459 1513 1567 1621 1675 1729 1783 1837 1891 1945 1999 2053 2107 2161 2215 2269 2323 2377 2431 2485 2539 2593 2647 2701 2755 2809 2863 Tốc độ xói/bồi (m/năm) 1.5 Transects Hình 4.67: Bồi/xói đảo Phú Quốc theo phân tích DSAS Bảng 4.11: Tổng hợp xói, bồi bờ biển của 16 tế bào bờ biển Bờ Số tế bào Xói lở (m/năm) RY Bồi tụ (m/năm) Y TB M RM Y TB Bờ Tây 8,5 12,1 3,9 20,4 7,4 1,7 - Bờ Đông 26,8 - - - - 7,8 21,8 Bờ Bắc 17,1 - - - - 8,5 Bờ Nam 2,4 - 2,2 - - Tổng 16 54,8 12,1 6,1 20,4 Phần trăm (%) theo chiều dài 35,7 7,9 4,0 13,3 Tỷ lệ (%) xói-bồi M Tổn g - 54,0 10,5 66,9 - - 25,6 2,2 - - 6,8 7,4 20,2 21,8 10,5 153,3 4,8 13,2 14,2 6,8 100,0 65,8 34,2 100,0 Ghi chú: Rất yếu: RY; Yếu: Y; TB: Trung bình; Mạnh: M; Rất mạnh: RM Nhận xét chung về trạng xói lở, bồi tụ bờ biển: - Với tổng chiều dài 153,3 km, 40 năm qua (1973-2013), xói lở chiếm ưu diễn 100,8 km chiếm 65,8%, bồi tụ chiếm 34,2% - Bờ Tây đảo PQ dài 54,0 km, xói lở chiếm tới 97% (52,3 km), đó xói lở bờ KB_3 chiếm 51,5 % (27,8 km) - Bờ Đông dài 66,9 km, bồi tụ chiếm ưu tới 60% (40,1 km) - Bờ Bắc Nam chủ yếu mũi nhô đá gốc xói lở yếu, lại bờ tích tụ cửa sông với tốc độ yếu - 18 - 4.2.2 Đánh giá xói lở bờ biển theo Luật Bruun Tế bào TB_T5 TB_T6 có đặc điểm địa hình tương tự với mô hình Bruun đề xuất Kết tính toán theo Công thức (1.1) cho thấy có tương quan tốt với kết nghiên cứu XLBB từ trạng DSAS Do vậy, hệ số điều chỉnh (K) tính toán để phục vụ dự báo xói lở bờ cát bằng phương pháp Bruun Trong số trường hợp áp dụng luật Bruun với hệ số K (K=1,22 tế bào TB_T5 K=1,5 tế bào TB_T6) để đánh giá nhanh xói lở cho số khu vực nghiên cứu 4.3 Các nhân tố chế gây xói lở, bồi tụ bờ biển đảo Phú Quốc 4.3.1 Các nhân tố gây xói lở MNBD nguyên nhân dài hạn gây nên XLBB qui mô toàn cầu nói chung PQ nói riêng Nguyên nhân ngắn hạn gây XLBB PQ gồm: sóng (hướng, độ cao, bước sóng, vận tốc); đặc điểm bờ biển, bãi biển (địa hình gần bờ, hướng đường bờ, địa chất địa mạo bờ biển) thiếu hụt vật liệu bổ sung từ nguồn nội địa (sông, suối) 4.3.2 Cơ chế gây xói lở bồi tụ Bờ biển PQ có diễn biến phụ thuộc vào gió mùa Tây Nam Đông Bắc nên chế xói lở của dải bờ Đông Tây trái ngược tạo nên tượng đặc thù cho đảo PQ: xói lở mạnh bờ Tây bồi tụ mạnh bờ Đông 4.4 Dự báo xói lở bờ biển 4.4.1 Dự báo phương pháp mô hình hóa Kết dự báo xói lở, bồi tụ bờ biển đến năm 2100 cho thấy: - XLBB ngày gia tăng bờ biển phía Tây làm diện tích 667 (tương đương 6,7 km2), bồi tụ tiếp tục diễn bờ Đông làm mở rộng diện tích bãi bồi 443 (4,4 km2), bờ Bắc, Nam biến động; - Xói lở mạnh tế bào KB_3 bồi tụ mạnh kiểu bờ KB_4 Xói lở ngập lụt MNBD đe dọa 2.947 (>29 km2) vùng đất thấp ven biển thềm T1 - 19 - Hình 4.78: Dự báo xói lở - bồi tụ bờ biển ngập MNBD đến năm 2100 - 20 - 4.4.2 Dự báo xói lở bờ biển theo Luật Bruun Bờ biển tế bào TB_T5, TB_T6 xói lở đến năm 2100 từ 1,54 đến 2,97 m/năm (trung bình 2,3 m/năm), cao kiểu bờ KB_3 phân bố phía Bắc TB_T5 khu vực giữa tế bào TB_T6 4.4.3 So sánh kết dự báo phương pháp Kết so sánh giữa phương pháp mô hình hóa phương pháp tính toàn theo Luật Bruun cho thấy: mức độ sai khác giữa phương pháp dự báo đều có giá trị nhỏ 20% (mức tin cậy dự báo các vấn đề không chắc chắn) Như vậy, giá trị dự báo chấp nhận để phục vụ cho việc đề xuất giải pháp thích ứng với XLBB BĐKH 4.5 Các giải pháp thích ứng với MNBD XLBB Dựa vào kinh nghiệm thích ứng với BĐKH, MNBD, XLBB của IPPC, kinh nghiệm áp dụng công trình bờ biển đã triển khai khu vực khác của nước PQ, áp dụng những giải pháp thích ứng, giảm thiểu với MNBD XLBB đảo PQ sau: - Kè luồng: đã áp dụng cửa sông Dương Đông cho hiệu Kè luồng áp dụng cửa sông khác Cửa Cạn, Cửa Lấp - Kè mỏ hàn: đã áp dụng nhiều nơi PQ Bãi Dài, Dương Đông, Dương Tơ, cho hiệu tốt về chống xói - Kè bảo vệ bờ biển: đã áp dụng các khu đô thị du lịch Dương Đông, An Thới Về lâu dài áp dụng cho khu vực trọng yếu khác về an ninh – quốc phòng, đô thị du lịch toàn đảo - Công nghệ Stabiplage: áp dụng khu vực bờ biển thích hợp phía Tây đảo như: Dương Đông, Dương Tơ, Vũng Ông Lang, … Có thể nói, giải pháp công trình ứng dụng cho nhiều thành công các khu vực bờ biển khác nước, đó có PQ Tuy nhiên, giải pháp tốn cần kết hợp với các giải pháp mềm để giảm chi phí mang tính lâu dài - 21 - KẾT LUẬN MNB dâng, hạ liên quan đến chu kỳ gian băng băng hà BĐKH có qui mô toàn cầu Pleistocen giữa - muộn Holocen đã dẫn đến hình thành địa hình ven đảo PQ với diện của bậc thềm biển: T6 (80-100 m), T5 (55-65 m), T4 (25-35 m), T3 (10-15 m), T2 (4-6 m) T1 (2-3 m) Các bậc thềm, bậc thấp có diện tích rộng, bằng phẳng Trong 40 năm qua, MNBD trung bình vùng biển phía Nam 2,9 mm/năm (PQ 2,44 ± 0,11 mm/năm), cao tốc độ trung bình toàn cầu (1,8 mm/năm) khoảng 100 năm qua, phù hợp với giá trị trung bình khu vực Thái Bình Dương Ấn Độ Dương đo bằng vệ tinh TOPEX/Poseidon giai đoạn 1993-2001 (2,7 mm/năm) khu vực biển Đông giai đoạn 1993-2009 (2,72 mm/năm) Bờ biển đảo PQ dài 153,3 km, xói lở diễn tổng chiều dài 100,8 km bờ biển (chiếm 65,8 %), gần gấp đôi so với bờ bồi tụ (34,2 %) Bờ Tây dài 54 km hầu hết bị xói lở, đó bờ cát mịn (KB_3) dài 27,8 km có tốc độ xói lở từ 1-2 m/năm Bờ Đông bờ Bắc xói lở chỉ xuất các mũi nhô biển (KB_1), đó, bồi tụ hình thành dọc theo các đoạn bờ có khối đá chắn, cung lõm (KB_4) các đoạn bờ gần cửa sông, suối lớn (KB_5), mạnh cửa Hàm Ninh (trung bình m/năm) Bờ Nam nơi có tác động mạnh mẽ của sóng biển đã bảo vệ hệ thống công trình bờ biển từ năm 2000 MNB gia tăng, dẫn đến dịch chuyển đường bờ về phía lục địa gây XLBB qui mô toàn cầu nói chung VN hay PQ nói riêng đã diễn hàng trăm năm qua Đây xem nhân tố quan trọng gây xói mòn với qui mô toàn cấu Đối với đảo PQ, đặc điểm địa hình, địa mạo lại có vai trò “hỗ trợ” “ngăn cản” phá hủy bờ dâng cao của MNB Bờ Tây bị xói lở mạnh mẽ sóng tạo Tây Nam hình thành đáy biển sâu đá gốc cắm chiều với hướng sóng bờ biển cát - 22 - (KB_3) kéo dài có phương á kinh tuyến gần vuông góc với hướng sóng Trong đó, bờ Bắc bờ Đông, sóng tạo gió Đông Bắc yếu hơn, hình thành đáy biển nông, đá gốc cắm ngược chiều với hướng sóng, dẫn đến bờ biển bồi tụ, xói lở yếu chỉ xảy các mũi nhô Dự báo đến năm 2100, MNB PQ gia tăng từ 0,29 đến 0,44 m Xói lở - bồi tụ bờ biển chuyển biến theo hướng xấu MNB tăng lên Các tế bào bờ Tây xói lở ngày mạnh hơn, đó các tế bào bờ Đông có tốc độ bồi tụ tăng lên xu gia tăng lại giảm dần MNBD cao làm ngập khu vực đất thấp (2.947 đất thấp 2m) phần thềm T1 Đảo PQ ngày bị thu hẹp dần những tổn thất về sinh thái, địa mạo, đa dạng sinh học kinh tế - xã hội tăng lên tai biến xói lở, ngập bờ biển gia tăng theo MNBD Các công trình bảo vệ bờ biển giới VN, PQ từ nhiều năm kè bờ, kè luồng, mỏ hàn, đê chắn sóng đều tỏ hiệu việc bảo vệ bờ biển Công nghệ Stabiplage có thể áp dụng cho bờ Tây đảo PQ cần có nghiên cứu kỹ về thích hợp của công nghệ với điều kiện địa chất, địa mạo, khí hậu, hải văn, sinh thái của tế bào cụ thể Nghiên cứu xói lở - bồi tụ bờ biển sở phân chia TBBB với những số liệu chi tiết về đặc điểm tự nhiên (MNBD, sóng, tốc độ xói/bồi, vật liệu đến/đi, cấu trúc bờ, địa mạo bờ,…) đặc điểm kinh tế - xã hội (sử dụng đất, công trình kỹ thuật, ngành nghề,…) sở khoa học thực tiễn hữu ích cho công tác quản lý bền vững dải bờ biển điều kiện BĐKH Nhận thức về TBBB cần tiếp tục nghiên cứu áp dụng cho toàn dải bờ biển VN Các nghiên cứu về tai biến xói lở - bồi tụ bờ biển thường nghiên cứu theo quy luật dòng chảy phân bố quỹ trầm tích TBBB Để nghiên cứu cách tốt quy luật xói lở phải xem xét định lượng biến động trầm tích tế bào Sẽ thuyết phục cho việc chứng - 23 - minh giả thuyết về quy luật xói lở tế bào nghiên cứu định lượng vật liệu bổ sung từ dòng chảy nội địa lượng trầm tích di chuyển vùng biển xa bờ, đặc biệt khu vực bờ Tây của đảo DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Lê Hoài Nam, Hà Quang Hải, Nguyễn Ngọc Tuyến (2010), Sơ lược về trạng môi trường dải bờ biển đảo Phú Quốc, Hội thảo Khoa học lần VII - 11/2010, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh, VIP-1.8, tr 479 Nguyễn Ngọc Tuyến, Lê Hoài Nam, Hà Quang Hải (2012), “Xây dựng đồ dự báo mức độ tổn thương đường bờ biển đảo Phú Quốc ảnh hưởng của nước biển dâng”, Hội thảo Khoa học lần VIII - 11/2012, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh, VI-O-1.3, tr 452 Lê Hoài Nam, Hà Quang Hải, Phạm Mạnh Tài (2012), Xu biến đổi mực nước biển đảo Phú Quốc, Hội thảo Khoa học lần VIII - 11/2012, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh, VI-O-1.5, tr 454 Lê Hoài Nam, Nguyễn Ngọc Tuyến, Hà Quang Hải (2012), Hiện trạng xói lở bờ biển đảo Phú Quốc, Hội thảo Khoa học lần VIII -11/2012, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh, VI-P-1.5, tr 490 Lê Hoài Nam, Hà Quang Hải, Nguyễn Ngọc Tuyến (2013), “Một số đặc điểm địa chất, địa mạo xói lở bờ biển đảo Phú Quốc”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 630 (06/2013), tr 50-56 Lê Hoài Nam, Hà Quang Hải, Phạm Mạnh Tài (2013), “Biến đổi mực nước biển đảo Phú Quốc”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 633(09/2013), tr 12-18 - 24 - Lê Hoài Nam, Hà Quang Hải, Phạm Mạnh Tài (2013), “Dự báo mực nước biển dâng đảo Phú Quốc”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 634(10/2013), tr.44-48 Nguyễn Ngọc Tuyến, Hà Quang Hải, Lê Hoài Nam (2013), Mực nước biển dâng tính tổn thương đới bờ: nghiên cứu cho đảo Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang, Tuyển tập báo cáo Hội thảo Khoa học thường niên năm 2013, Phân viện Khí tượng Thủy văn Môi trường phía Nam, tr 143155 Huynh Trung Tin, Le Hoai Nam, Bui Trong Vinh (2014), “Mechanism of Beach Erosion at the Western of Phu Quoc Island, Southern Vietnam”, Journal of Sciences of the Earth, 36(1), pp 69-74 10 Hà Quang Hải, Lê Hoài Nam, Nguyễn Ngọc Tuyến, Nguyễn Thị Phương Thảo (2014), “Thềm biển Nam Bộ - Bằng chứng về biến đổi môi trường”, Tuyển tập Báo cáo Toàn văn Kỷ yếu Hội nghị Khoa học lần IX - 2014 (Tiểu ban Môi trường), Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, VI-O-1.1, ISBN: 978-604-82-1375-6, tr 3-9 11 Tuyen N.N., Hai H.Q., and Nam L.H (2014), “Assessing coastal vulnerability for PhuQuocIsland in conditions of sea level rise”, IOC/WESTPAC 9th International Scientific Symposium, Khanh Hoa, Viet Nam 12 Lê Hoài Nam, Nguyễn Đức Mạnh, Bùi Chí Nam, Đặng Thị Ngọc Thủy (2014), “Biến đổi đường bờ đảo Phú Quốc, Kiên Giang”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo Khoa học thường niên năm 2014, Phân viện Khí tượng Thủy văn Môi trường phía Nam, tr 148-156 13 Lê Hoài Nam, Huỳnh Trung Tín, Bùi Trọng Vinh, Đặng Thị Ngọc Thủy (2014), “Dự báo xói lở bờ biển đảo Phú Quốc”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo Khoa học thường niên năm 2014, Phân viện Khí tượng Thủy văn Môi trường phía Nam, tr 157-165 - 25 - ... -1,2 Xói lở yếu Xói lở yếu Xói lở yếu Xói lở mạnh Xói lở yếu Xói lở mạnh Xói lở yếu Xói lở trung bình Bồi tụ yếu Xói lở yếu Xói lở mạnh Bồi tụ yếu Xói lở yếu Xói lở mạnh Xói lở mạnh Xói lở yếu Xói. .. xói lở, bồi tụ ngập có liên quan đến MNB dâng PQ 4.2 Xói lở - bồi tụ bờ biển 4.2.1 Đặc điểm xói lở bờ biển 1) Bờ Tây Đặc điểm xói lở - bồi tụ bờ Tây sau: - Hầu hết tế bào bờ Tây đều bị xói. .. xem kiện phổ biến, có tác động mạnh đến môi trường tự nhiên kinh tế xã hội đới bờ -1- Vì vậy, việc thực Luận án tiến sĩ Nghiên cứu xói lở bờ biển đảo Phú Quốc điều kiện mực nước biển dâng