Luận văn thạc sĩ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
oo
TRẦN ANH TÚ
ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC
CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRẦN ANH TÚ
ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC
CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG
Chuyên ngành: Hải dương học
Mã số: 60.44.97
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. ĐINH VĂN ƯU
Hà Nội - 2012



L
ời cảm ơn !



Học viên trân trọng cảm ơn các thầy, cô Khoa Khí tượng Thủy
văn và Hải dương học đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt thời gian
h
ọc viên tham gia lớp cao học. Đặc biệt, để hoàn thành luận văn,
học viên được sự hướng dẫn tận tình của GS. TS. Đinh Văn Ưu,

học viên trân trọng cảm ơn THẦY.


Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp trong cơ quan, Lãnh đạo
Viện Tài nguyên và Môi trường biển
-
nơi học viên đang công tác đã
tạo điều kiện về mặt thủ tục, thời gian và hết sức quan tâm động viên
tinh t
h
ần trong khoảng thời gian đi học và hoàn thành luận văn.


Học viên xin chân thành cảm ơn !

Hải Phòng, ngày tháng năm 2012


Học viên

MỤC LỤC




NGHĨA CỦA CHỮ VIẾT TẮT

i
DANH MỤC HÌNH VẼ
ii
DANH MỤC BẢNG
iv
MỞ ĐẦU

3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
KHU VỰC HẢI PHÒNG

5
I.1.
Tổng quan vấn đề nghiên cứu
5

I.1.1. Tình hình nghi
ên c
ứu ngoài nước

5
I
.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
7

I.
2. Đi
ều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

9
I
.2.1. Chế độ khí hậu, khí tượng
9

I
.2.2. Th
ủy văn, hải văn

11
I
.2.3. Đặc điểm trầm tích
15
CHƯƠNG II. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

17
II.1.

Tài liệu
17
II
.1.1. Đ
ịa hình

17
II
.1.2. Khí tượng
17
II
.1.3. Thủy hải văn
18

II
.1.4. Trầm tích lơ lửng
19
II.2.
Phương pháp
19
II
.2.1. Mô hình th
ủy động lực

19
II.2.2. Mô hình
lan truyền trầm tích lơ lửng
24

CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC

C
ỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG
26

III.1. Phân bố T
TLL
theo thời gian
27

III.2.
Đặc

đ
i
ể
m TTLL khu v
ực
các sông H
ả
i Phòng 31
III.3.
Đặc

đ
i
ể
m TTLL khu v
ực
xa b
ờ

H
ả
i Phòng 33
CHƯƠNG IV. MÔ PHỎNG TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN
BI
ỂN HẢI PHÒNG BẰNG MÔ HÌNH DELF
-T3D 37

IV.1. Tri
ển khai mô h
ình thủy động lực

37
IV.
2. Triển khai mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng
42

IV.
3. K
ết quả tính toán

45
IV
.3.1. Dòng chảy
45

IV
.3.2. Tr
ầm tích lơ lửng

51
K
ẾT LUẬN
61
TÀI LIỆU THAM KHẢO

62
PHỤ LỤC
65
















NGHĨA CỦA CHỮ VIẾT TẮT
BTNMT: Bộ Tài nguyên và Môi trường
COHEREN: Mô hình kết hợp Thủy động lực-Sinh thái
GENESIS: Mô hình số trị tính biến đổi đường bờ
GHCP: Giới hạn cho phép

KHCN: Khoa học và Công nghệ
QCVN10:2008: Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ
SHYFEM: Mô hình số trị phần tử hữu hạn
TTLL: Trầm tích lơ lửng
Viện KH&CNVN: Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Viện TN&MTB: Viện Tài nguyên và Môi trường biển
i
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1.: Số lượng bão ở khu vực Hải Phòng (1945-2007)………….………………………….…. 11
Hình 1.2.: Sơ đồ phân bố trầm tích đáy khu vực nghiên cứu………….………………………….….16
Hình 2.1.: Hoa gió Trạm Hòn Dấu………….………………………………………………………………….….18
Hình 2.2.: Lưới so le trong mô hình thủy động lực………………………………………………….……22
Hình 2.3.: Các quá trình cơ bản trong mô hình lan truyền TTLL…………….……………….… 25
Hình 3.1.: Vị trí và tọa độ điểm quan trắc TTLL và khu vực lân cận………………….…….…. 27
Hình 3.2.: Biểu đồ giá trị TTLL trung bình mùa (1996-2010) khu vực Đồ Sơn….…… 27
Hình 3.3.: Biểu đồ giá trị trung bình năm của TTLL và tổng lượng mưa năm khu vực
Hải Phòng (1996-2010)…………………………………………………………………………………… …….……

28
Hình 3.4.: Nồng độ TTLL trung bình 10 năm và theo tầng trong khu vực ven bờ phía
bắc Việt Nam…………………………………………………………………………………………………… …….……

30
Hình 3.5.: Biến động nồng độ TTLL trung bình theo mùa trong khu vực ven bờ phía
bắc Việt Nam…………………………………………………………………………………………………… …….……

30
Hình 3.6.: Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sông ven biển
Hải Phòng vào mùa khô…………………………………………………………………………………… …….…….

31
Hình 3.7.: Sơ đồ giá trị TTLL (mg/lít) trung bình ngày đêm tại các cửa sông ven biển
Hải Phòng vào mùa mưa…………………………………………………………………………… ……… ……….

32
Hình 3.8.: Sơ đồ thu mẫu TTLL xa bờ khu vực Hải Phòng………… ……………………….….…. 33
Hình 3.9.: Phân bố TTLL theo không gian khu vực nghiên cứu trong mùa khô… ….…. 35
Hình 3.10.: Phân bố TTLL theo không gian khu vực nghiên cứu trong mùa khô… …. 35
Hình 4.1.: Trường độ sâu vịnh Bắc Bộ (a) và lưới khu vực nghiên cứu (b).……….… ….…37
Hình 4.2.: Trường độ sâu và trạm (B2) đo đạc kiểm chứng mô hình ……………….…….… 38
Hình 4.3.: Đường quá trình mực nước giữa thực đo và kết quả tính từ mô hình tại
Trạm Hòn Dấu……………………………… …………………………………………………………………….…….….

41
Hình 4.4.: Vận tốc dòng chảy (mùa khô) theo kết quả tính toán mô hình và số liệu
quan trắc tại trạm kiểm chứng B2…………………………… ………………………………………….…….….

42
ii
Hình 4.5.: Hàm lượng TTLL (mùa khô) theo kết quả tính toán mô hình và số liệu
quan trắc tại trạm kiểm chứng B2…………………………… ………………………………………….…….….

44
Hình 4.6.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 08h ngày 05/3/2010
(mùa khô)……… ………………………………………………………………………………………………….….…….….

46
Hình 4.7.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 01h ngày 10/3/2010
(mùa khô)……… ………………………………………………………………………………………………….….…….….

46
Hình 4.8.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 07h ngày 19/3/2010
(mùa khô)……… ………………………………………………………………………………………………….….…….….

47
Hình 4.9.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 18h ngày 20/3/2010
(mùa khô)……… ………………………………………………………………………………………………….….…….….

47
Hình 4.10.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 03h ngày 07/8/2010
(mùa mưa)……… ………………………………………………………………………………………………….….……

49
Hình 4.11.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 19h ngày 12/8/2010
(mùa mưa)……… ………………………………………………………………………………………………….….……

49
Hình 4.12.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 02h ngày 20/8/2010
(mùa mưa)……… ………………………………………………………………………………………………….….……

50
Hình 4.13.: Trường dòng chảy (m/s) khu vực nghiên cứu 17h ngày 25/8/2010
(mùa mưa)……… ………………………………………………………………………………………………….….……

50
Hình 4.14.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều lên (mùa khô)…… … 53
Hình 4.15.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc đỉnh triều (mùa khô)……………… 53
Hình 4.16.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều xuống
(mùa khô)……… ………………………………………………………………………………………………….….……

54
Hình 4.17.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc chân triều (mùa khô)……………….54
Hình 4.18.: Hàm lượng TTLL lúc 23 giờ ngày 31/3/2010 (mùa khô)…………………….……. 55
Hình 4.19.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều lên (mùa mưa)……… 58
Hình 4.20.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc đỉnh triều (mùa mưa)……………… 58
Hình 4.21.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc thủy triều xuống
(mùa mưa)……… ………………………………………………………………………………………………….….……

59
Hình 4.22.: Hàm lượng TTLL từ kết quả mô hình lúc chân triều (mùa khô)……………….59
Hình 4.23.: Hàm lượng TTLL lúc 23 giờ ngày 31/8/2010 (mùa mưa)…………………….……60
iii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.: Mực nước triều (cm) đặc trưng tại Trạm Hòn Dấu trong nhiều năm (1960-
2007)………….…………………………………………………………………………………………….………………….….

12
Bảng 1.2.: Tần suất sóng Trạm Hòn Dấu (2005-2007)…………… ……………………………….….14
Bảng 1.3.: Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sông Hải Phòng………………………… …… … 15
Bảng 3.1.: Hệ số vượt GHCP (QCVN10:2008) của giá trị TTLL trung bình năm khu
vực nghiên cứu………………………………………………………………………………………………………… …

29
Bảng 3.2.: TTLL trung bình (mg/l) của nước biển Hải Phòng vào mùa khô (tháng
3/2009) và mùa mưa (tháng 7/2009)…………………………………………………………………….…… …

34
Bảng 4.1.: Các thông số được sử dụng cho mô hình thủy động ……………………………….… 39
Bảng 4.2.: Lựa chọn giá trị TTLL (mg/l) trung bình mùa tại biên lỏng…………………….…. 43
Bảng 4.3.: Các tham số được sử dụng cho mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng…… …. 43

iv
3

M
Ở ĐẦU


Các hi
ện tượng sa bồi luồng cảng, cửa sông, xói lở
-
b
ồi tụ bờ biển, độ đục
trong nư
ớc ra tăng làm ảnh hưởng đến chất lượng nước các bãi tắm, khu nuôi
trồng thủy sản đều liên quan đến trầm tích lơ lửng (
TTLL
). Ngoài ra, nh
ững khu
vực có giá trị hàm lượng
TTLL
cao làm
ảnh hưởng tới tầm nhìn xuyên suốt của
kh
ối nước, sự quang hợp của thực vật và sự sống của các loài sinh vật
trong môi
trường nước
.

Thành phố cảng Hải Phòng mỗi năm đều có sự đóng góp quan trọng của
hai ngành kinh tế đặc trưng là dịch vụ cảng biển và du lịch. Tuy nhiên, do đặc

thù địa lý vùng cửa sông ven biển Hải Phòng chịu ảnh hưởng nặng nề của dòng
v
ật chất từ lục địa đưa ra qua các hệ thống sông Thái Bình, sông Hồng.
Trong
các dòng vật chất đó, dòng trầm tích lơ lửng có cơ chế rất phức tạp do cả nguyên
nhân t
ự nhiên (dòng chảy, sóng, xói lở bờ) và con người (nạo vét luồng, khai
hoang lấn biển, phá rừng ngập mặn nuôi trồng thủy sản) gây ra.

Sa bồi luồng vào
cảng Hải Phòng đang có xu hướng gia tăng đi kèm việc chi phí cho việc nạo vét
lu
ồng lạch rất tốn kém. Theo thống kê của Cảng vụ Hàng hải Hải Phòng (2005),
khối lượng nạo vét luồng vào cảng Hải Phòng năm 2003 và 2004 tương ứng là
2.394.000m
3
và 2.854.000m
3

[26
].
Chi phí cho việc nạo vét luồng hàng năm tốn
kém hàng chục tỷ đồng, hiệu quả kinh doanh tăng không nhiều. Mặt khác, quá
trình nạo vét ở các luồng vào cảng diễn ra thường xuyên khiến cho bùn cát và
các v
ật chất ô nhiễm đã lắng xuống lại bị đưa lên, hòa tan trong nước làm gia
tăng các nguy cơ gây ô nhiễm đến môi trường nước và các hệ sinh thái xung
quanh [2].
M
ặt khác, dòng vật chất này làm ảnh hưởng đến chất lượng các bãi

t
ắm Đồ Sơn và khu nuôi trồng hải sản đảo Cát Bà làm giảm hiệu quả đáng kể về
mặt kinh tế
.

Ngoài ra hi
ện nay thành phố Hải Phòng có kế hoạch thực hiện dự án

4

đê quai lấn biển phục vụ xây dựng Sân bay Quốc tế vùng tại ven bờ Tiên Lãng.
Việc này ít nhiều sẽ làm thay đổi cơ chế dòng chảy, vận chuyển trầm tích lơ lửng
c
ủa các sông Văn Úc và Thái Bình nói riêng và vùng cửa sông v
e
n bờ Hải Phòng
nói chung
[5].
Bởi vậy, việc đánh giá
TTLL
vùng cửa sông ven biển Hải Phòng
là đi
ều cần thiết
.

Với những lý do trên học viên đã chọn nghiên cứu vấ
n
đề về trầm tích lơ
lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng.

Nội dung chính của luận văn được trình bày thành 0
4
chương:

Chương 1
:
Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điều kiện tự nhiên khu vực

Hải Phòng

Chương 2: Tài liệu và phương pháp

Chương 3: Đánh giá hiện trạng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven
bi
ển Hải Phòng
.
Chương 4: Mô phỏng trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biể
n
H
ải Ph
òng bằng mô hình delft3d
.

5

CHƯƠNG I. T
ỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC HẢI PHÒNG


I.1.
Tổng quan vấn đề nghiên cứu

I.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Nghiên c
ứu sự phân bố trầm tích lơ lửng vùng cửa sônng ven biển đã được
các nhà khoa h
ọc ngoài nước quan tâm từ hàng trăm năm nay và đạt được rất
nhiều thành tựu quan trọng. Các kết quả nghiên cứu này đã được áp dụng phục
v
ụ cho việc bảo vệ các công trình ven bờ
và
phát triển môi trường bền vững
.
N

hững nghiên cứu lý thuyết về trầm tích (vận chuyển) đáng kể như các
công trình của
H.A. Einstein (1950), Krone và Partheniades (1962, 1968), E.W.
BijJker (1967, 1971), Leo C. Van Rijn (1993), J.W. Vander Meer (1990),
Richard Soulsby (1997).
Tuy nhiên, gần cuối thế kỷ XX đến ngày nay, việc
nghiên c
ứu các quá trình động lực
-
vận chuyển trầm tích đã có những bước phát
triển cao hơn: đó là xây dựng các mô hình vật lý, mô hình toán. Đi tiên phong
trong nghiên cứu vấn đề này là những nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như
M
ỹ, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản. Các kết quả nghiên cứu được khái quát hóa
mang tính phươg pháp luận, viết thành các ”cẩm nang” sử dụng
[24]
. Có thể kể
ra m
ột số những kết quả nghiên cứu đã được khái quát hóa thành sách. Đó là
”Động lực gần bờ và các quá trình bờ: Lý thuyết, đo đạc và các mô hình dự báo”
của Horikawa K., 1978, ”Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho các ứng dụng
th
ực tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sông, cửa sông hình phễu và
biển ven bờ” của Richard S., 1997, hay
”
Các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở
sông, cửa sông và ven biển” của Leo C. Van Rijn, 1993
[13]
.
Do sự tương tác của các quá trình thủy và thạch động lực mà kết quả cuối

cùng của sự tương tác này là sự tạo ra những dạng địa hình khác nhau, phụ thuộc
6

vào h
àng loạt các yếu tố thạch động lực như kích thước, hình dạng hạt vật liệu, tỉ
trọng, mức độ gắn kết của vật liệu, độ dốc địa hình, và các yếu tố thủy động
l
ực: sóng, dòng chảy biển, sông là các yếu tố luôn biến đổi theo thời gian,
không gian.
Bởi nhữ
ng lý do trên nên
các mô hình được thiết lập để tính toán sự
tương tác c
ủa các quá trình thủy
-
thạch động lực, đa phần, có liên quan đến các
công thức thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm.
Cho nên
nhu cầu có những phòng
thí nghiệm để thiết lập và kiểm tra tính đúng đắn của các mô hình là rất cần thiết.
T
ừ đó phương pháp thí nghiệm và mô hình vật lý ra đời và phát triển mạnh mẽ.
Có rất nhiều nước trên thế giới có những phòng thí nghiệm hiện đại đủ khả năng
mô phỏng lại các quá trình thủy
-
th
ạch động lực trong những khu vực nghiên cứu
c
ụ thể. Do vậy các kết quả tính toán bằng mô hình khá chính xác.
Ngoài ra, trong

những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, siêu máy
tính, hàng lo
ạt các mô hình toán ra đời, dần trở thành các công cụ hữu hiệu và ưu
thế trong nghiên cứu thủy động lực và chất lượng nước. Các kết quả của các mô
hình toán này cho chúng ta cái nhìn tổng quan về đối tượng nghiên cứu cũng như
cơ ch
ế hình thành, phát triển và biến đổi trong mối quan hệ với các đối tượng
khác có liên quan
, t
ừ đó có thể đưa ra cách ứng xử khôn ngoan đối với thiên
nhiên.
Theo hướng mô hình hóa có 2 loại mô hình: Mô hình vật lý và mô hình
toán. Những Trung tâm, Viện hàng đầu về nghiên cứu, tính toán, dự báo các quá
trình th
ủy
-
thạch động lực, có thể kể đến là: Trung tâm Thủy lực Hà Lan (Delft
Hydraulics) với bộ các phần mềm DELFT3D, UNIBEST; Viện Thủy lực Đan
M
ạch (Danish Hydraulic Instiute
-
DHI) nổi tiếng với các phần mềm: MIKE 21,
MIKE 3, hay Trung tâm Nghiên cứu Công trình Ven bờ thuộc Quân đội Mỹ
(Coastal Engineering Research Center-CERC) có các mô hình GENESIS,
SBEACH;
mô hình TELEMAC của Pháp, đều ứng dụng tốt cho tính toán
7

dòng chảy, sóng, vận chuyển bùn cát, biến động địa hình đáy biển, đường bờ, bồi
lấp cửa sông. Ngoài ra, một số các mô hình có mã nguồn mở như

COHERENS

(Bỉ), SHYFEM (Italia) cũng phát triển không kém các phần mềm nói trên.


I.1.2. Tình hình nghiên c
ứu trong nước


Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng và các quá trình động lực bằng mô
hình hóa ở Việt Nam đã được bắt đầu phát triển từ khoảng đầu năm 1980
[10]
.
Các mô hình thường được thiết lập để tính toán các yếu tố thủy động lực nhiều
hơn các yếu tố thạch động lực. Sự gắn kết giữa hai quá trình thủy và thạch động
lực trong các mô hình của chúng ta còn bị hạn chế. Do đó, các kết quả tính bằng
mô hình c
ủa chúng ta rất khó được kiểm chứng trên cả hai phương diện trong
phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường.

Ở Việt Nam ph
ương pháp mô hình số trị
nghiên c
ứu
TTLL
chỉ phát triển ở mức cơ sở phục vụ mục tiêu riêng lẻ
trong
nước chứ chưa được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi ở cấp quốc tế. Vấn đề
nghiên cứu
TTLL

ở Việt Nam được
ch
ú tr
ọng trong Chương trình Biển KT.03
(1991-1995); KHCN.06 (1996-2000); TTLL
liên quan đến xói lở bờ biển còn
được đặt ra trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp nhà nước và trong chương trình
bi
ển giai đoạn 2001
-
2005. Ngoài ra nhiều đề tài, dự án liên quan đến
TTLL
được
thực hiện tại các cấp
.
Các tác giả Trần Hồng Thái [15], Đinh Văn Ưu
[25],
Nguyễn Thọ Sáo
[14]
đ
ã ứng dụng và phát triển một số phương pháp và mô hình
t
ính toán động lực và vận chuyển trầm tích cho một số vùng cửa sông ven biển
(Cửa Ông
-
Qu
ảng Ninh, Cửa Tùng
-
Qu

ảng Trị, Hải Phòng) Việt Nam. Các nghiên
c
ứu này
ch
ú trọng vào động lực học của lớp gần đáy để cải tiến phương pháp
tính bán thực nghiệm đã có. Mục đích là làm chính xác hơn các công thức bán
thực nghiệm của các tác giả nước ngoài để tính dòng vật liệu ven bờ.

Các tác gi
ả
thu
ộc Viện Hải dương học, Nha Trang, tiêu biểu Bùi Hồng Long đã nghiên cứu
8

vùng Phan Rí, Hàm Tiến, Phước Thể với mục tiêu cung cấp các thông số kỹ
thuật, đưa ra các phương án thiết kế và thi công đê, kè chống xói lở.

Các tác gi
ả
thu
ộc Viện cơ học đứng đầu là Nguyễn Mạnh Hùng, đã ứng dụng những mô
hình thủy
-
thạch động lực tổng hợp nhiều yếu tố để tính toán quá trình vận
chuy
ển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng ven bờ là rất đáng ghi nhận theo
hướng mô hình hóa để nghiên cứu biến động bờ biển và vùng cửa sông. Các tính
toán của nhóm còn đi sâu, chi tiết vào việc tính cặp các yếu tố thủy
-
th

ạch động
l
ực như sóng, dòng chảy, mực nước vào nghiên cứu biến đổi đáy. Ngoài ra, các
tác giả còn đưa ra những tổng kết về các phương pháp tính toán vận chuyển bùn
cát và các mô hình tính biến động đường bờ và những kết quả áp dụng cụ thể
cho nhi
ều vùng xói lở dọc bờ biển Việt Nam như vùng Hải Hậu, Nam Định, Hồ
Tàu-
Đ
ịnh An, Trà Vinh
,
Gành Hào, B
ạc Liêu.

Các tác gi
ả thuộc Viện Địa lý

đ
ã
nghiên c
ứu rất sâu về xói lở và bồi tụ, đặc biệt là khu vực ven biển Miền Trung.

Trong những năm gần đây Nhà nước đã cho triển khai nhiều đề tài nghiên cứu,
ứng dụng về các quá trình thủy
-
th
ạch động lực và xói lở, bồi tụ chẳng hạn như:
Ứng dụng các mô h
ình WAM, STWAVE để dự báo sóng trong đề tài KC.09.04;
Các đề tài KT.03.14, KHCN.06.08 (1996

-
2000), KC.09.05 (2001-
2005) ti
ến
hành nghiên c
ứu, dự báo quá trình xói lở
-
bồi tụ bờ biển và cửa sông Việt Nam;
dự án Việt Nam
-
Thụy Điển (2004
-
2007): nghiên cứu xói lở bờ biển Hải Hậu,
Nam Định, dự án đã ứng dụng nhiều mô hình về sóng, vận chuyển bồi tích; Đề
tài c
ấp nhà nước KHCN
-06-
10. ”Cơ sở khoa học và các đặc trưng đới bờ phục
vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” do Viện Cơ học chủ trì. Các đề tài
trên ngoài vi
ệc đo đạc thực địa đã xây dựng và áp dụng các mô hình nhằm tính
toán các quá trình sóng, dòng chảy, vận chuyển trầm tích, biến đổi địa hình bãi,
đường bờ, nhằm lý giải các nguyên nhân gây ra các tác động môi trường trên.

Các tác giả thuộc Viện TN&MTB đã ứng dụng mô hình DELFT3D để
nghiên
9

cứu các vấn đề có liên quan đến TTLL ở các khu vực khác nhau như Quảng
Ninh [17], Hải Phòng [1], Thái Bình và Nam Định [

20
]. Các
nghiên c
ứu này đã
giúp cho các nhà qu
ản lý địa phương
nói trên
có cách nhìn một cách tổng thể về
mối quan hệ giữa phát triển kinh tế
-
xã hội, quản lý tổng hợp dải ven bờ và bảo
v
ệ môi trường biển. Vấn đề nghiên cứu trầm tích lơ lửng vùng cửa sông Hải
Phò
ng cũng đã có một số kết quả nhất định [
18, 23, 25]
. Tuy nhiên những kết
quả này được nhận định của các chuyên gia về đặc trưng trầm tích lơ lửng ở một
ph
ạm vi hẹp mà chưa có cách nhìn một cách tổng quan về phạm vi không gian
cũng như biến đổi theo thời gian (hàng chục năm).


I
.2.
Đi
ều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

Thành ph
ố Hải Phòng nằm ở bờ tây vịnh Bắc Bộ thuộc phía đông vùng

d
uyên hải Bắc Bộ, cách Hà Nội 102 km, diện tích tự nhiên khoảng 152.318 ha,
giới hạn trong khoảng 20
0
30’39”-21
0
01’15” vĩ độ Bắc, 106
0
23’39”-107
0
08’39”
kinh độ Đông
[
9].
B
ờ biển ven bờ có dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc
B
ộ, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra.
Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ. Bề mặt đ
áy
biển được cấu tạo bởi các thành phần hạt mịn, có nhiều lạch sâu vốn là những
lòng sông cũ nay dùng làm luồng lạch ra vào của tàu thuyền
[16, 19].

I.2.1. C
hế độ khí hậu, khí tượng

Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng nằm trong vùng ảnh hưởng của khí
h
ậu nhiệt đới gió mùa, về cơ bản có thể chia thành hai mùa: mùa đông (từ tháng

11 năm trước đến tháng 3 năm sau) có đặc điểm lạnh, khô và mưa ít trong khi
mùa hè (tháng 4 đến tháng 10) có đặc điểm nóng, ẩm và mưa nhiều. Nhiệt độ
không khí trung bình n
ăm ở khu vực này dao động trong khoảng từ 22,5
-30,0
0
C.
10

Mùa đông khá lạnh với nhiệt độ trung bình xuống dưới 20
0
C. Mùa hè khá nóng
kéo dài 5 tháng, từ tháng V đến tháng IX, với nhiệt độ không khí trung bình dao
đ
ộng trong khoảng từ 26,2
- 28,9
0
C. Lượng mưa trung bình nhiều năm ở vùng
ven biển Hải Phòng khá lớn với giá trị từ 1.600
-
2.000mm. Tuy nhiên, lượng
mưa phân b
ố không đều mà chủ yếu tập trung vào các tháng mùa hè, cao nhất
vào tháng 8 đạt trên 200mm. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, lượng mưa khá
nhỏ, tổng lượng mưa chỉ đạt khoảng 300mm. Chế độ gió khu vực ven biển Hải
Phòng th
ể hiện rõ rệt sự ảnh hưởng hoàn lưu chung của khí quyển và thay đổi
theo mùa. Về mùa đông thịnh hành gió hướng bắc và đông bắc. Hàng tháng
trung bình có 3 -
4 đ

ợt gió mùa đông bắc, có t
háng 5
-
6 đ
ợt kéo dài 3
-
5 ngày.
Vận tốc gió trung bình dao động trong khoảng 3,2
-
3,7m/s, mạnh nhất có thể đạt
tới 25
-
30m/s. Vào mùa hè (kho
ảng từ tháng 5 đến tháng 9), chế độ gió ở khu vực
này ch
ịu sự chi phối của hệ thống gió mùa tây nam, hướng gió chủ yếu là đông
nam và nam. Tốc độ gió trung bình khoảng 3,5
-
4,0 m/s, cực đại đạt 20
- 25m/s.
Khu vực Hải Phòng trong giai đoạn 1945
-
2007, có 53 cơn b
ão ảnh hưởng
tr
ực tiếp và gián tiếp. Từ hình 1.
1
cho thấy số lượng bão ảnh hưởng đến khu vực
Hải Phòng có sự dao động giữa các năm, có một số năm không có cơn nào
(1949, 1950, 1953…), nh

ững năm có một cơn chiếm đa số, đáng chú ý là năm
1996 có tới 3 cơn ảnh hưởng đến khu vực Hải Phòng, một số năm có 2 cơn.
Đường trung bình trượt 5 năm cho thấy bão giai đoạn 1989
-
1992 bão ho
ạt động
m
ạnh nhất trung bình 1,75 cơn, giai đoạn 1958
-
1959 không có cơn nào. Nhìn
chung bão ở khu vực Hải Phòng có xu hướng tăng nhưng tăng chậm so với

Việt Nam.

11

0
1
2
3
4
1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Năm
Số cơn bão
T
ổ
ng
TB tr
ượ
t 5 n

ă
m
Linear (TB tr
ượ
t 5 n
ă
m)

Hình 1.
1
. Số lượng bão ở khu vực Hải Phòng (1945
- 2007) [8]

I.2.2. Thủy văn
,
hải văn

·
Thủy văn sông

Khu vực nghiên cứu chịu tác động trực tiếp từ nguồn cung cấp nước và
tr
ầm tích của các sông chính chảy vào. Các sông này đều là phần hạ lưu cuối
cùng trước khi đổ ra biển của hệ thống sông Thái Bình gồm có: Bạch Đằng,
Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Đây là các sông có hướng chảy chủ yếu
là tây b
ắc
-
đông nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, phù sa bồi đắp ngày càng
nhiều, nhất là ở vùng cửa sông, vài đoạn hình thành các doi bãi hay cồn cát. Các

sông l
ớn có cửa trực tiếp đổ ra biển vừa chịu ảnh hưởng của chế độ dòng chảy
thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều vịnh của khu vực; càng
gần cửa sông, lòng sông càng mở rộng, hai bờ được bồi đắp nhiều. Tuy nhiên,
trong th
ời gian gần đây, một số vùng cửa sông lắng đọng phù sa có chiều hướng
bị thu hẹp, gây khó khăn cho giao thông thủy và thay đổi cấu trúc dòng chảy
sông.

12

·
Dao động mực nước

Thủy triều vùng ven biển Hải Phòng là nhật triều thuần nhất với biên độ
dao đ
ộng lớn. Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một
chân triều (nước ròng). Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cường (
spring
tide
), m
ỗi chu kỳ kéo dài 11
-
13 ngày v
ới biên độ dao động mực nước từ 2
-
4
m. Trong kỳ triều kém (
neap tide
) tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất

bán nhật triều tăng lên: trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều (cao, thấp). Tài liệu
quan tr
ắc mực nước trong nhiều năm (1960
-
2007) tại trạm Hải văn Hòn Dấ
u
cho thấy: mực nước biển lớn nhất có thể đạt 4,21m (22/10/1985) và mực nước
biển nhỏ nhất
là
-0,07m (21/12/1964)
(B
ảng 1.1
)

Bảng 1.
1
. M
ực nước triều (cm) đặc trưng tại Trạm
Hòn D
ấ
u trong nhiều
năm (1960
-2007)
Tháng

1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
T
. bình
183
179
179
180
183
185
187
188
196
206
201
191
Lớn nhất

399
379
351
368
385
401
418

396
418
421
402
403
Nhỏ nhất

-6
3
7
2
6
-1
0
7
14
9
2
-7
Nguồn: Đài KT
-
TV khu v
ực Đông Bắc

·
Dòng ch
ảy ven biển

Dòng chảy ven bờ Hải Phòng là dòng chảy tổng hợp
, gồ

m các thành phần
dòng chảy triều, gió, sóng, dòng chảy sông và cả những tính chất của dòng chảy
vịnh Bắc Bộ. Dòng chảy ở các khu vực cửa sông thường chịu ảnh hưởng mạnh
c
ủa sông, trong khi ở phía ngoài biển dòng chảy tầng mặt chủ yếu do gió gây ra.
Trong trường gió đông bắc, dòng chảy tầng mặt dọc bờ có hướng thống trị là từ
b
ắc xuống nam còn trong trường gió đông n
am,
dòng chảy tầng mặt dọc bờ thể
13

hiện nhiều hướng khác nhau tùy thuộc vào c
ườ
ng đ
ộ dòng chả
y các sông và địa
hình của bờ biển.

Trong số các thành phần tạo nên dòng chảy tổng hợp
ở khu vực ven biển
Hải Phò
ng thì dòng chảy triều và thành phần nhật triều có vai trò quyết định.
Dòng nh
ật triều có độ lớn áp đảo, gấp 5
-
20 lần dòng bán nhật và lớn hơn nhiều
lần dòng 1/4 ngày. Đặc điểm dòng chảy thường

định hướng theo luồng lạch, cửa

sông hoặc song song với đường bờ. Dòng chảy, chủ yếu dòng triều mạnh
vào các
tháng 6, 7, 12, 1, yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9 trong năm. Khu vực ven bờ Đồ Sơn
-
Lạch Tray, dòng chảy định hướng theo đường bờ và cửa sông. Dòng chảy
xuống hướng đông, đông nam kéo dài 12
-
14 gi
ờ, tốc độ cực đại 35cm/s, dòng
ch
ảy lên hướng bắc, tây bắc
, kéo dài 10 - 12
giờ
,
tốc độ cực đại
42cm/s.
Ở khu
vực cửa Nam Triệu
,
do
ảnh hưởng
củ
a sông, t
ốc độ dòng chảy xuống cực đại 90
cm/s và ch
ảy lên cực đại 60 cm/s. Vùng ven bờ Cát Hải có sự lệch pha giữa thời
điểm bắt đầu nước lên và nước rút ở các điểm Bến Gót
(
ảnh hưởng nhiều hơn
của triều Hòn Gai

)
và Hoàng Châu (
ảnh h
ưởng nhiều hơn của triều
Hò
n D
ấ
u).
Khu vực Hoàng Châu thường muộn hơn 1 giờ. Dòng triều lên đến Gia Lộc rẽ hai
nhánh về phía Hoàng Châu với tốc độ cực đại 90 cm/s và nhỏ hơn ở Bến Gót
.
Dòng triều xuống hướng ngược lại, đạt cực đại 50 cm/s ở Bến Gót. Tại khu vực
đông nam Cát Bà, dòng chảy cũng do dòng triều quyết định, hướng chảy phức
tạp, tốc độ chỉ 8
-
12 cm/s, nơi m
ạnh 20
-
30 cm/s và có th
ể đạt đến trên 50 cm/s
ở các lạch hẹp.
Vào m
ùa hè dòng đục hướng tây nam từ Đồ Sơn lên làm ảnh
hưởng mạnh đến khu vực phía nam đảo
Cát Bà.
Ra xa b
ờ
,
dòng ch
ảy triều yếu

dầ
n đi và vai trò dòng chảy mùa thể hiện rõ ràng hơn. Mùa hè, dòng chảy hướng
đông bắc tốc độ trung bình 10
-
15 cm/s, mùa đông dòng chảy hướng tây nam,
tốc độ trung bình 20
-
30 cm/s.

14

·
Sóng biển

Trên vùng bi
ển khơi Hải Phòng, hướng gió thịnh hành nhất là gió đông
bắc, tần suất từ tháng 9 năm trước tới tháng 4 năm sau từ 33,5% tới 62,0%; tần
suất bé nhất trong tháng 9 là 24,3%. Sóng ven biển Hải Phòng chủ yếu là sóng
truyền từ ngoài khơi đã bị khúc xạ và phân tán năng lượng do ma sát đáy. Từ
tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, hướng sóng thịnh hành trên vùng biển
phía bắc đảo Cát Bà là đông bắc, tần suất lớn hơn 40%; vùng phía nam đảo Cát
Bà -
Long Châu, sóng chuyển dần sang hướng đông, tháng 3 sóng hướng đông
thịnh hành nhất. Mùa hè, từ tháng 5 đến tháng 8, sóng hướng nam khống chế
trên toàn vùng biển, tần suất tới 43%. Tháng 7, tần suất sóng hướng đông chiếm
tới 18%.

B
ảng 1.
2

. T
ầ
n suất sóng trạm Hòn Dấu (2005
-
2007)
Khoảng độ
cao (m)
N
NE
E
SE
S
SW
W
NW
T
ổng

L
ặng









33.24

0,25
-1
2,17
31,5
1,83
3,75
14,49
0,03
0,24
0,79
54,8
1-2
0,27
3,32
0,64
1,71
5,22
0
0,06
0,46
11,68
2-3
0
0,09
0
0
0,03
0
0
0

0,12
3
-4
0
0,15
0
0
0
0
0
0
0,15
Nguồn: Đài KT
-
TV khu v
ực Đông Bắc

Theo số liệu sóng quan trắc trong 3 năm (2005
- 2007) cho
thấy độ cao
sóng trung bình giữa các tháng không có sự chênh lệch nhiều, giá trị độ cao sóng
trong kho
ảng từ 0,39m đến 0,62m. Độ cao sóng trong tháng 6, 7
, 12, 1, 2 cao
hơn các tháng còn lại. Độ cao sóng lớn nhất quan trắc được là 3,69m vào 13h
ngày 31/7/2005. Độ cao sóng chiếm tần suất lớn nhất trong khoảng 0,25
-
1,0m,
chủ yếu là sóng hướng đông và đông bắc. Sóng có độ cao từ 3
-

4m chiếm tần suất
nhỏ 0,15%
(
B
ảng 1.2).

15

I.2.3.
Đặc điểm trầm tích

·

Tr
ầm tích lơ lửng

Trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông ven biển khu vực nghiên cứu do nhiều
nguồn cung cấp khác nhau nhưng nguồn chủ yếu là từ các sông đưa ra. Hàm
lượng trầm tích lơ lửng trong các sông biến thiên trong khoảng rất rộng, từ 10
đ
ến 1.000g/m
3
trong năm. Hàm lượng bùn cát thay đổi theo khu vực và theo
mùa. Về mùa mưa hàm lượng trầm tích lơ lửng ở các vị trí khác nhau thay đổi
trong kho
ảng 53
- 215g/m
3
, trên sông Bạch Đằng và phía ngoài cửa Nam Triệu
có giá

trị khá nhỏ 80
-
100g/m3, cực đại đạt tới 700
- 964 g/m
3
trên luồng Cửa
Cấm. Mùa khô, hàm lượng trầm tích lơ lửng trung bình biến đổi trong khoảng 42
- 94g/m
3
, cực đại đạt 252
- 860g/m
3
tập trung ở vùng cửa sông phía ngoài do ảnh
hưởng khuấy đục đáy của sóng và dòng triều. Các kết quả nghiên cứu [12] về
tr
ầm tích lơ lửng tại 5 sông chính vùng ven biển Hải Phòng cho thấy hàm lượng
trầm tích lơ lửng ở sông Cấm có giá trị lớn nhất, sau đó đến các sông là Lạch
Tray, Văn Úc, Thái Bình và Bạch Đằng. Hàm lượng trầm tích lơ lửng trong mùa
khô có giá tr
ị khá nhỏ (khoảng 50%) so với mùa mưa.

Bảng
1.3
. Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sông Hải Phòng
[12]
Mùa mưa (mg/l)

Mùa khô (mg/l)

STT

Sông

Tầng mặt

T
ầng đáy

T
ầng mặt

T
ầng đáy

1
B
ạch Đằng

113,7
140,3
50,0
69,4
2
Cấm

176,3
247,8
79,5
94,8

3
Lạch Tray

144,5
195,7
65,4
98,0
4
Văn Úc

121,1
209,8
69,1
93,3
5

Thái Bình
120,0
200,0
87,4
95,5
16

·
Trầm tích đáy

Phân bố các loại trầm tích đáy khu vực nghiên cứu từ khối tảng
-
t
ảng có kích

thư
ớc lớn hơn 1 mét đến 0,1 mét, sỏi trung có kích thước từ 2,5
-
5,0 mm, sỏi nhỏ
có kích thước từ 1,0
-
2,5 mm, cát lớn có kích thước từ 0,5
-1,0 mm, cát trung có
kích thước từ 0,25
-
0,5 mm, cát nh
ỏ có kích thước từ 0,1
-
0,25 mm, b
ột lớn có
kích thư
ớc từ 0,05
-
0,10 mm, bùn bột nhỏ có kích thước từ 0,01
-0,05 mm, bùn sét
bột và bùn sét có kích thước nhỏ hơn 0,01 mm (Hình 1.2).



Hình 1.2. Sơ đồ phân bố trầm tích đáy khu vực nghiên cứu
[4]
17

CHƯƠNG II. TÀI LI
ỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

II.1. Tài liệu

II.
1.1.
Đ
ịa hình

S
ố liệu độ sâu và đường bờ của khu vực ven biển thành phố Hải Phòng được
s
ố hoá từ các bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1: 50
.
000 do Cục Đo đạc Bản đồ xuất
bản, đây là những bản đồ mới xuất bản trong những năm gần đây với hệ tọa độ
nhà nư
ớc VN
-2000. Các
bản đồ
này
đã được quét vào máy tính, số hoá và xử lý
bằng các phần mềm Acview, MapInfo. Độ sâu khu vực ven biển Hải Phòng, Cát
Bà còn được bổ sung cập nhật từ những số liệu đo sâu trong vài năm gần đây của
m
ột số đề tài dự án khác đã thực hiện ở khu vực này. Ngoài ra, để thiết lập mô
hình NESTHD,
đ
ộ sâu phía ngoài khu vực ven biển thành phố Hải Phòng và lân

c
ận còn được tham khảo và bổ sung từ cơ sở dữ liệu địa hình ETOPO5 (Earth
Topography
-
5 Minute) của Trung tâm Tư liệu Địa vật lí Quốc gia Mỹ NGD
C
(National Geophysical Data
Center) và GEBCO-1 (General Bathymetric Chart of
the Ocean (GEBCO) one minute) của Trung tâm tư liệu hải dương học vương
quốc Anh (British Oceanographic Data Centre
-
BODC).
II.1.2.
Khí tượng

Đã sử dụng số liệu gió của tháng
3
nă
m 2010 và tháng 8
năm 2010 được
quan trắc liên tục 6h/ ốp tại trạm Khí tượng Thủy văn Hòn Dấu
.
Gió tháng 3
năm
2010
có đặc trưng hướng đông chiếm tần suất khoảng 5
3% (Hình 2.1), các
hướng còn lại có tần suất nhỏ; tốc độ gió cực đại có giá trị
8
m/s (

13 gi
ờ
ngày
03/3/2010). Gió tháng 8
năm 2010 có đ
ặc trưng hướng đông
nam và nam
chi
ếm
kho
ảng 3
5
%, các hướng khác chiếm tần suất không đáng kể; tốc độ gió cực đại
có giá trị
20
m/s (13
gi
ờ ngày
2
5/8/2010).
18


a) Tháng 3
năm
2010 b) Tháng 8
năm
2010
Hình 2.1.
Hoa gió Tr

ạm Hòn Dấu

II.1.3.
Thủy hải văn

Những số liệu về khí tượng sử dụng trong mô hình thuỷ động lực bao gồm
bức xạ mặt trời, độ ẩm tương đối, lượng mây, nhiệt độ không khí và gió. Đây là
nh
ững số liệu được đo đạc bởi Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn quốc gia ở các
trạm khí tượng thuỷ văn như Phủ Liễn, Hòn Dấu. Ngoài ra số liệu khí tượng
cung cấp cho mô hình thuỷ động lực cũng được tham khảo thêm từ số liệu của
Tr
ạm Quan trắc không khí của Viện Tài nguyên và Môi trường biển tại Hải
Phòng. Các đặc trưng trung bình theo mùa (mùa mưa và mùa khô) của các yếu tố
khí tư
ợng cũng được thu thập và tổng hợp để phục vụ đầu vào cho mô hình.

Những số liệu về lưu lượng sông được lấy từ chuỗi quan trắc từ các trạm cố
đị
nh
trên
các sông H
ải Phòng, ngoài ra số liệu dòng chảy đã được tham khảo từ
các k
ết quả khảo sát và đánh giá của các đề tài
[4, 20, 21, 22].