1 MỤC LỤC NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG DO THU HẸP DIỆN TÍCH ĐẦM NƯỚC NGỌT TỚI SỰ ỔN ĐỊNH CỬA ĐỀ GI, TỈNH BÌNH ĐỊNH Giới thiệu khu vực nghiên cứu Cân động lực cửa lạch triều tính toán ổn định cửa lạch triều 2.1 Khái niệm cân động lực cửa lạch triều 2.2 Giới thiệu phương pháp tính ổn định .3 2.3 Giới thiệu phần mềm CEA (Channel Equilibrium Area) Đánh giá ổn định cửa Đề Gi điều kiện theo kịch thu hẹp diện tích đầm 3.1Các kịch tính toán 3.2Tính toán trạng thái ổn định diện tích đấm bị thu hẹp .5 3.2.1Ổn định mặt cắt ngang cửa diện tích đầm bị thu hẹp 50 % (KB2) .7 3.2.2Ổn định mặt cắt ngang cửa thu hẹp diện tích đầm 30 % (KB1) KẾT LUẬN DANH MỤC BẢNG NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG DO THU HẸP DIỆN TÍCH ĐẦM NƯỚC NGỌT TỚI SỰ ỔN ĐỊNH CỬA ĐỀ GI, TỈNH BÌNH ĐỊNH Nằm khu vực bờ biển phía Đông huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định, cửa Đề Gi nơi dòng chảy từ hệ thống sông La Tinh đổ biển Cửa Đề Gi có vai trò quan trọng hoạt động tàu thuyền neo đậu bên cửa, đồng thời nơi diễn trình trao đổi nước biển với đầm Nước Ngọt phục vụ cho việc nuôi trồng thủy hải sản Vì cửa Đề Gi có tầm quan trọng đặc biệt việc phát triển kinh tế - xã hội địa phương Mặc dù đầu tư xây dựng đê chắn sóng, ngăn cát dài 400 m bờ Nam, khu vực cửa luồng vào cửa Đề Gi thường xuyên bị bồi cạn, gây nhiều bất lợi cho việc lưu thông trao đổi nước biển với khu vực đầm, tăng nguy ngập lụt khu dân cư, sở sản xuất hạ tầng xung quanh đầm Nước Ngọt xuất lũ hệ thống sông La Tinh Nhiều ý kiến cho việc xây dựng đê chắn sóng, ngăn cát cửa cộng với diện tích đầm Nước Ngọt dần bị thu hẹp bị lấn chiếm làm nơi nuôi trồng thủy hải sản dẫn tới diễn biến Báo cáo trình bày kết nghiên cứu tác động thu hẹp diện tích đầm Nước Ngọt tới trạng thái ổn định cửa Đề Gi Các kết quả nghiên cứu góp phần đánh giá vai trò đầm Nước Ngọt tới trình trao đổi nước triều từ biển vào đầm mối tương quan diện tích đầm Nước Ngọt với trạng thái cân ổn định cửa Đề Gi, góp phần xác định nguyên nhân gây ổn định bồi lấp cửa Đề Gi 3 Giới thiệu khu vực nghiên cứu Bình Định tỉnh thuộc duyên hải Nam Trung Bộ, phía Bắc giáp tỉnh Quảng Ngãi, phía Nam giáp tỉnh Phú Yên, phía Tây giáp tỉnh Gia Lai, phía Đông giáp Biển Đông Diện tích tự nhiên toàn tỉnh 6022.43km² Hình 1.: Vị trí khu vực cửa Đề Gi đầm Nước Ngọt – Bình Định Vùng nghiên cứu nằm khu vực thung lũng thấp hạ lưu hệ thống sông La Tinh – thuộc khu vực phía Đông huyện Phù Mỹ phía Đông Bắc huyện Phù Cát Đặc biệt khu vực Đầm Nước Ngọt nơi có địa hình thấp thung lũng Cao trình đáy sâu Đầm Nước Ngọt –11.2 m vùng sát cửa Đề Gi, mực nước cao đầm vào mùa mưa +1.0 m vào mùa khô mực nước xuống đến mức thấp trung bình –0.8 m Khu vực cửa Đề Gi nông hẹp với luồng sát mạch núi phía Đông Bắc với độ sâu bãi cạn khoảng từ –2.2 m đến –2.5 m Phía Nam cửa Đề Gi bờ biển thuộc xã Cát Khánh dài khoảng 12 km với động cát cao khoảng 10m chạy dài phía Đông Nam tới chân núi Héo 4 Do nằm tiểu vòng cung (Vĩnh Lợi – Hòn Héo) nên cửa Đề Gi chịu ảnh hưởng định dao động xói bồi tiểu vòng cung theo chu kỳ mùa Vào thời kỳ gió mùa Tây Nam khu vực cửa thường bị bồi lấp gây nên khó khăn cho việc lưu thông tàu thuyền trao đổi nước qua cửa Vào thời kỳ mưa lũ, gió mùa Đông Bắc thịnh hành, khu vực cửa thường bị xói lở trình đào bới sóng, dòng chảy ven bờ nước lũ tạo nên Với tình trạng cửa tại, khu vực cửa luồng vào cửa Đề Gi thường xuyên bị bồi cạn gây nhiều bất lợi cho việc lưu thông trao đổi nước biển với khu vực đầm, tăng nguy ngập lụt khu dân cư, sở sản xuất hạ tầng xung quanh đầm Nước Ngọt xuất lũ hệ thống sông La Tinh Một số giải pháp công trình triển khai áp dụng xây dựng đê chắn sóng cát, nạo vét lòng dẫn Tuy nhiên, hiệu mang lại chưa mong muốn Cửa biển Đề Gi xây dựng xây dựng đê chắn sóng, ngăn cát cửa biển với chiều dài 400 m khu vực đầu đê chắn sóng bị cát bồi lấp gây khó khăn cho tàu thuyền vào, làm ảnh hưởng đến sản xuất 1.000 tàu cá huyện Phù Cát, Phù Mỹ số tàu cá tỉnh khu vực đánh bắt ngư trường miền Trung Thực tế gây nhiều xúc nhân dân địa phương Nhiều ý kiến cho việc xây dựng đê chắn sóng, ngăn cát cửa cộng với việc diện tích đầm Nước Ngọt dần bị thu hẹp bị lấn chiếm làm nơi nuôi trồng thủy hải sản dẫn tới diến biến Hình 1.: Doi cát gần đầu đê chắn ngang 2/3 luồng tàu vào cửa Đề Gi Hình 1.: Doi cát gần chân đê ngày dịch chuyển khu vực đầm Nước Ngọt Cân động lực cửa lạch triều tính toán ổn định cửa lạch triều 2.1 Khái niệm cân động lực cửa lạch triều Các cửa sông, lạch triều (gọi tắt cửa biển) điều kiện tự nhiên có xu phát triển theo hướng đạt tới trạng thái “cân bằng” mặt động lực đạt tới trạng thái “ổn định” mặt hình dạng Hay nói cách khác, cửa biển có khả tự trì trạng thái “cân bằng” tương ứng với lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ lượng nước trao đổi qua cửa Ứng với điều kiện định mực nước, dòng chảy, thủy triều tồn hình dạng tương ứng mặt cắt ngang cửa biển, mặt cắt gọi “mặt cắt cân trạng thái cân bằng” Khi xây dựng công trình nhằm ổn định hay nạo vét lòng dẫn qua cửa thay đổi diện tích lưu vực đầm phá bên cửa biển, trạng thái “cân bằng” tự nhiên không Lúc cửa đoạn bờ lân cận tự “điều chỉnh” để thích ứng với trạng thái “cân bằng” Xét cách tổng thể, chế độ động lực học biến thiên với thay đổi mặt địa hình 2.2 Giới thiệu phương pháp tính ổn định Các diễn biến hình thái cửa biển tác động sóng dòng chảy trình phức tạp Một phần thân tương tác sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát biến đổi địa hình đáy khu vực cửa phức tạp nhiều vấn đề chưa nghiên cứu cách đầy đủ thỏa đáng Mặt khác, yếu tố động lực tham gia vào trình diễn biến cửa sóng, dòng chảy, mực nước liên tục biến đổi theo không gian thời gian 6 Thông thường, cửa biển trì trạng thái cân “ổn định” yếu tố động lực tác động tới cửa cân với Tuy nhiên trạng thái cân ổn định bị phá vỡ cửa chịu tác động tượng thời tiết bất thường can thiệp của người Cửa chuyển từ trạng thái cân ổn định sang trạng thái không ổn định trình phát triển suy tàn tự nhiên cửa Phân tích trạng thái ổn định cửa triều phụ thuộc vào yếu tố tác động có ý nghĩa quan trọng việc nhận biết phản ứng cửa hệ thống cửa triều đầm phá để tìm phương án quy hoạch quản lý hệ thống đầm phá cách hiệu cấp thông tin cho phương án thiết kế ổn định cửa Escoffier, 1940 giới thiệu đường cong ổn định thủy lực, gọi biểu đồ Escoffier, vận tốc dòng chảy lớn vẽ quan hệ với diện tích mặt cắt ngang dòng chảy Dựa vào biểu đồ này, cửa triều xác định ổn định mặt thủy lực diện tích mặt cắt ngang lớn diện tích chảy giới hạn Cửa triều có diện tích mặt cắt ngang nhỏ giá trị giới hạn coi không ổn định mặt thủy lực Đường cong ổn định Escoffier, 1940 biểu thị quan hệ vận tốc dòng chảy qua cửa diện tích mặt cắt ngang cửa (V~Ac) Hệ số kinh nghiệm tương quan xác định dựa số liệu đo đạc nhiều cửa biển giới Tuy nhiên cửa biển có đặc tính thủy động lực học hình thái điều kiện địa chất riêng nên đánh giá cách định tính mức độ ổn định cửa mà lượng hóa dự báo trạng ổn định cửa theo thời đoạn dài Trong đồ án nghiên cứu này, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu ổn định cửa sông phương pháp phân tích hệ thống Escoffier (1940) để đánh giá cách định tính ổn định cửa cửa Đề Gi lưu vực đầm phá bên cửa bị biến đổi 7 Hình 1.: Biểu đồ Escoffier, 1940 2.3 Giới thiệu phần mềm CEA (Channel Equilibrium Area) Cân lạch triều khu vực (CEA) phát triển Coastal Inlets Research Program (CIRP) chương trình phần mềm cung cấp phương pháp đơn giản, nhanh chóng tính toán thông số cần thiết để đạt trạng thái cân lạch triều ven biển Lưu lượng đầu vào, tạo thủy triều, gió, dòng chảy từ đầm phá chảy biển dòng chảy từ sông, tất ảnh hưởng đến trạng thái cân lạch triều cửa Tùy thuộc vào số liệu đầu vào mà đánh giá tác động đến ổn định chúng CEA công cụ thử nghiệm kịch khác để xác định tác động trạng thái cân lạch triều Thủy triều, thời gian thủy triều, chiều dài chiều rộng lạch triều yếu tố quan trọng góp phần vào trạng thái cân kênh CEA cho phép người sử dụng để kiểm tra nhiều giá trị yếu tố để đánh giá tác động trạng thái cân Mô tả nhóm thông số đầu vào CEA: • Nhóm thông số thủy triều: Biên độ triều đầm, biên độ triều biển, chu kỳ triều 8 • Nhóm thông số đầm phá bên cửa: Diện tích đầm phá • Nhóm thông số lạch triều: Chiều dài lạch triều, chiều rộng lạch triều, độ sâu lạch triều Bề rộng cửa, diện tích mặt cắt ngang cửa vào CEA bắt đầu với việc kiểm định lại trạng thái dao động mực nước bên đầm vận tốc cực đại cửa thông qua việc hiệu chỉnh thông số độ nhám hệ số thu hẹp cửa vào cửa lạch triều Các thông số đầm, thông số thủy triều thông số lạch triều thu thập từ thực tế Sau nhập tham số đầu vào, chương trình hiển thị đồ thị dao động mực nước triều biển đầm, đường trình vận tốc triều qua cửa Hình 1.: Giao diện mô hình CEA Mô hình cho phép xác định đường cong vận tốc tối đa Escoffier dự toán khu vực cân lạch triều dựa đặc tính kênh lối vào, lăng trụ thủy triều Đánh giá ổn định cửa Đề Gi điều kiện theo kịch thu hẹp diện tích đầm Khu vực cửa Đề Gi nằm vùng nhật triều không đều, thời gian tháng xuất từ 18 – 22 ngày nhật triều, số ngày lại bán nhật triều Để đánh giá xác hơn, tác giả thiết lập toán xác định trạng thái ổn định cho kỳ triều cường (nhật triều) triều (bán nhật triều) Tiến hành cân chỉnh tự động cho mô hình, để tìm thông số phù hợp cho mô hình nhằm tối ưu hóa hàm mục tiêu xây dựng kết mô hình Ở đây, hàm mục tiêu so sánh đánh giá việc hiệu chỉnh vận tốc mực nước trích xuất từ mô hình thủy động lực 9 Các thông số hình học đầm, lạch triều cửa Đề Gi toán xác định trạng thái ổn định: • Diện tích đầm Nước Ngọt: 16,5km² • Chiều dài trung bình đầm: 5.8 km • Chiều rộng trung bình cửa đầm: 2.8 km • Chiều dài kênh: 1782 m, chiều rộng cửa: 110 m, diện tích mặt cắt ngang cửa: A = 715 m² • Hệ số cản cửa vào Ken, hệ số cản cửa Kex, hệ số nhám Manning, n 3.1 Các kịch tính toán Các kịch tính toán xây dựng nhằm mục đích đánh giá so sánh biến đổi yếu tố đặc trưng thủy động lực điều kiện trạng ứng với phương án quy hoạch xây dựng công trình Đồng thời qua việc tính toán theo kịch tính toán khác đánh giá vai trò trình tương tác sông – biển cửa Đề Gi thông qua đại lượng lưu lượng nước, đặc trưng chế độ thủy động lực khu vực nghiên cứu Trên sở mục đích nghiên cứu kết phân tích đặc điểm tự nhiên, khí tượng, thủy – hải văn khu vực xây dựng kịch tính toán: Kịch (KB0): Mô diễn biến thủy động lực khu vực cửa Đề Gi đầm Nước Ngọt theo trạng - Kịch (KB1): Mô diễn biến thủy động lực thu hẹp 30% diện tích đầm Nước Ngọt - Kịch (KB2): Mô diễn biến thủy động lực thu hẹp 50% diện tích đầm Nước Ngọt - Bảng 1.: Các kịch độ thu hẹp diện tích đầm Nước Ngọt Kịch Diện tích đầm (km²) KB0 16.50 KB1 11.55 KB2 8.25 10 3.2 Tính toán trạng thái ổn định diện tích đấm bị thu hẹp Các thông số sử dụng để phân tích ổn định cho cửa Đề Gi nhận từ tài liệu đo đạc mô hình toán chiều ghi bảng: • Mô tả kịch Bảng 1.: Các tham số sử dụng mô hình CEA, KB0 Thông số Giá trị Triều cường Triều Biên độ thủy triều (m) 0.40 0.10 Chu kỳ triều, T (giờ) 24.84 12.42 Diện tích đầm Nước Ngọt Ab (km²) 16.5 16.5 Bán kính thủy lực (m) Chiều rộng cửa (m) 110 100 Chiều dài lạch cửa (m) 1782 1782 Hệ số Ken 0.25 0.25 Hệ số Kex 0.2 0.2 Độ nhám Manning,n 0.025 0.01 Bảng 1.: Các tham số sử dụng mô hình CEA, KB1 Thông số Biên độ thủy triều (m) Giá trị Triều cường Triều 0.4 0.1 Chu kỳ triều, T (giờ) 24.84 12.42 Diện tích đầm Nước Ngọt Ab (km²) 11.55 11.55 Bán kính thủy lực (m) Chiều rộng cửa (m) 110 100 Chiều dài lạch cửa(m) 1782 1782 Hệ số Ken 0.25 0.25 Hệ số Kex 0.2 0.2 Độ nhám Manning,n 0.025 0.01 11 Bảng 1.: Các tham số sử dụng mô hình CEA, KB2 Thông số Giá trị Triều cường Triều Biên độ thủy triều (m) 0.4 0.1 Chu kỳ triều, T (giờ) 24.84 12.42 Diện tích đầm Nước Ngọt Ab (km²) 8.25 8.25 Bán kính thủy lực (m) Chiều rộng cửa (m) 110 100 Chiều dài lạch cửa (m) 1782 1782 Hệ số Ken 0.25 0.25 Hệ số Kex 0.2 0.2 Độ nhám Manning,n 0.025 0.01 3.2.1 Ổn định mặt cắt ngang cửa diện tích đầm bị thu hẹp 50 % (KB2) Hình 1.: Biểu đồ diện tích mặt cắt ngang ổn định cửa Đề Gi kỳ triều cường KB2 Khoảng diện tích mặt cắt ngang ổn định kỳ triều cường KB2 từ A1 = 70 m² Ae = 502 m² Diện tích mặt cắt ngang cửa A = 715 m² > Diện tích mặt cắt ngang ổn định Ae = 502 m², cửa bị bồi lấp để đạt tới trạng thái ổn định có diện tích mặt cắt ngang Ae 12 Hình 1.: Biểu đồ diện tích mặt cắt ngang ổn định cửa Đề Gi kỳ triều KB2 Khoảng diện tích mặt cắt ngang ổn định kỳ triều KB2 từ A1 = 82 m² Ae = 156 m² Diện tích mặt cắt ngang cửa A = 650 m² > Diện tích mặt cắt ngang ổn định Ae = 156 m², cửa bị bồi lấp để đạt tới trạng thái ổn định có diện tích mặt cắt ngang Ae 3.2.2 Ổn định mặt cắt ngang cửa thu hẹp diện tích đầm 30 % (KB1) Hình 1.: Biểu đồ diện tích mặt cắt ngang ổn định cửa Đề Gi kỳ triều cường KB1 Khoảng diện tích mặt cắt ngang ổn định cửa Đề Gi kỳ triều cường KB1 từ A1 = 45m² Ae = 669 m² Diện tích mặt cắt ngang cửa A = 715 m² > Diện tích mặt cắt ngang ổn định Ae = 669 m², cửa bị bồi lấp để đạt tới trạng thái ổn định có diện tích mặt cắt ngang Ae 13 Hình 1.: Biểu đồ diện tích mặt cắt ngang ổn định cửa Đề Gi kỳ triều KB1 Khoảng diện tích mặt cắt ngang ổn định cửa Đề Gi kỳ triều KB1 từ 78 m² 222 m² Diện tích mặt cắt ngang cửa A = 650 m² > Diện tích mặt cắt ngang ổn định Ae = 222 m², cửa bị bồi A = Ae Hình 1.: Tương quan diện tích đầm mặt cắt ngang cửa cho kịch thu hẹp đầm với triều cường triều 14 KẾT LUẬN Qua kịch mô trạng, thu hẹp 30% diện tích đầm, thu hẹp 50% diện tích đầm thấy: • Theo kết tính toán kịch bản, thu hẹp diện tích đầm Nước Ngọt cửa Đề Gi có xu hướng giảm diện tích mặt cắt ngang cửa để đạt trạng thái cân ổn định mặt cắt ngang cửa Đó chế tự “điều chỉnh” để thích ứng với trạng thái “cân bằng” • Thông qua tương quan diện tích đầm mặt cắt ngang cửa Đề gi thấy rõ vai trò quan trọng đầm Nước Ngọt tới trạng thái cân ổn định cửa Đề Gi Nếu đầm thu hẹp diện tích đến mức độ cửa Đề gi bị đóng, làm hoàn toàn trao đổi nước triều từ biển vào đầm Nước Ngọt • Về mùa kiệt cửa Đề Gi thường xuyên tình trạng cân không ổn định, lưu lượng sông khu vực đổ vào đầm không nhiều, dẫn đến lưu lượng đổ qua cửa nhỏ, cửa dễ bị đóng cồn cát dịch chuyển từ phía biển vào Tài liệu tham khảo Nghiêm Tiến Lam, (2004), “ Phân tích ổn định cửa Thuận An Tư Hiền việc ứng dụng biểu đồ Escoffier”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, chuyên đề Kỹ thuật Bờ biển số 7/2004 Trần Thanh Tùng, (2006), “ Phân tích diễn biến hình thái cửa sông Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy Lợi Môi Trường, số 14/2006