NGHIÊN cứu cơ sở KHOA học CHO VIỆC đề XUẤT GIẢI PHÁP ổn ĐỊNH cửa đà RẰNG, TỈNH PHÚ yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Phạm Thu Hương

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC ĐỀ XUẤT
GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH CỬA ĐÀ RẰNG, TỈNH PHÚ YÊN
Chuyên ngành: Chỉnh trị sông và bờ biển
Mã số: 62 44 94 01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2012


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Thuỷ lợi Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. Nguyễn Bá Quỳ
PGS.TS. Lê Đình Thành

Phản biện 1: …………………………………………….
…………………………………………….
Phản biện 2: …………………………………………….
…………………………………………….
Phản biện 3: …………………………………………….
…………………………………………….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước
họp tại: …………………………………………………………………
………………………………………………………………………….
Vào hồi………. giờ………ngày……. Tháng……năm……..

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:………………………………


MỞ ĐẦU
Các cửa sông ven biển miền Trung phần lớn không ổn định, thường
xuyên bị phá và xói lở vào mùa mưa, nhưng mùa khô lại bị bồi lấp gây
hậu quả nghiêm trọng, làm giảm khả năng thoát lũ, gây ngập lụt trên
diện rộng, làm ngọt hóa các đầm phá, gây ách tắc tầu thuyền của ngư
dân ra vào cửa sông. Xói lở cửa sông gây thiệt hại các công trình bến
cảng, đê kè và nơi ở của người dân, gây thiệt hại rất lớn và để lại hậu
quả lâu dài về kinh tế, xã hội và môi trường.
0.1.

Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu luận án

Đà Rằng là một cửa sông quan trọng của tỉnh Phú Yên. Từ cuối mùa
mưa năm 2006 đến nay, do nhiều năm liền không có lũ lớn nên cửa sông
Đà Rằng liên tục bị cát bồi lấp nghiêm trọng, gây khó khăn cho tàu
thuyền ra vào cửa. Vì vậy, việc nghiên cứu về giải pháp hoàn chỉnh đảm
bảo thoát lũ vào mùa mưa và khơi thông luồng chống bồi lấp vào mùa
khô để chỉnh trị cửa sông và bờ biển cửa Đà Rằng là vấn đề rất cần thiết.
Do đó, đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc đề xuất giải pháp
ổn định cửa sông Đà Rằng, tỉnh Phú Yên” được chọn làm nội dung của
luận án Tiến sĩ kỹ thuật nhằm nghiên cứu diễn biến dòng chảy khu vực
cửa sông và định hướng đề xuất các giải pháp ổn định cho cửa Đà Rằng.

0.2.
1.

Mục tiêu của luận án
Làm sáng tỏ các yếu tố động lực ảnh hưởng đến diễn biến và quy

luật phát triển vùng cửa sông Đà Rằng, tỉnh Phú Yên.
2.

Xác định các quy luật liên quan đến diễn biến và phát triển vùng

cửa sông qua phương pháp mô hình toán để mô phỏng các quá trình này.
3.

Từ kết quả nghiên cứu diễn biến cửa sông, xác lập các cơ sở khoa

học để định hướng các giải pháp chỉnh trị (công trình ngăn cát giảm
1


sóng, hướng dòng, ngăn triều, ngăn mặn, nạo vét lòng sông…) nhằm đề
xuất giải pháp chỉnh trị ổn định cho cửa Đà Rằng, tỉnh Phú Yên.
0.3. Phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung chủ yếu vào các nội dung nghiên cứu về các nhân tố
ảnh hưởng, quy luật chuyển tải bùn cát, diễn biến cửa sông và tổng hợp
những cơ sở khoa học, thực tiễn cũng như đề xuất các định hướng giải
pháp cho sự ổn định cho cửa Đà Rằng (cửa sông Ba thuộc tỉnh Phú Yên)
trong giai đoạn từ 2007 đến 2009 vào mùa mưa và mùa khô, trong điều
kiện bình thường và đặc biệt khi có bão…
0.4.

Cấu trúc của luận án

Ngoài phần Mở đầu và phần Kết luận và kiến nghị, luận án được cấu
trúc gồm các chương sau đây:
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu diễn biến cửa sông
Chương 2: Phân tích các yếu tố động lực chính ảnh hưởng đến diễn biến
cửa Đà Rằng.
Chương 3: Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định quy luật diễn biến cửa
Đà Rằng.
Chương 4: Định hướng và đề xuất giải pháp ổn định cửa Đà Rằng.
0.5.

Những đóng góp mới của luận án
1. Xác định và phân tích một cách tổng hợp và hệ thống các yếu tố

động lực chính có tác động thay đổi hình thái khu vực cửa Đà Rằng. Kết
quả tính toán cho thấy cửa Đà Rằng chịu ảnh hưởng của thuỷ triều, dòng
chảy lũ và sóng, là những nguyên nhân gây ra ngập lụt khu vực cửa sông
vào mùa mưa và hiện tượng bồi lấp phía trong cửa do dòng triều và dòng
ven bờ vào mùa khô.
2. Ứng dụng mô hình MIKE 21 FM COUPLE để nghiên thành công
việc xác định quy luật phát triển cửa Đà Rằng. Các kết quả tính toán
nghiên cứu diễn biến vùng cửa Đà Rằng đã đưa ra được bức tranh đầy
2


đủ về quá trình diễn biến khu vực cửa Đà Rằng theo không gian và thời
gian, kể cả các tác động biển khi có trận bão lớn đổ bộ vào khu vực
nghiên cứu. Trong quá trình mô phỏng các quá trình bằng mô hình

MIKE, tác giả đã nghiên cứu sự kết hợp tác động đồng thời của các yếu
tố: dòng chảy sông, sóng, dòng chảy ven bờ, bão cho từng thời điểm
trong năm. Đây là quá trình tính toán rất phức tạp đòi hỏi độ chính xác
của số liệu các biên đầu vào, sự tích hợp một số chương trình tính toán
để đưa ra kết quả hợp lý, phù hợp với hiện tượng và kết quả đo đạc thực
tế.
3. Luận án đã định hướng đề xuất giải pháp chỉnh trị nhằm ổn định
cửa Đà Rằng là hệ thống đập chắn bùn cát đối xứng hai bên cửa sông
với chiều dài bằng 0,7 lần khoảng cách từ cửa sông đến biên sóng vỡ và
kiến nghị giải pháp chỉnh trị tổng thể cho cửa Đà Rằng đặc biệt trong
mùa khô.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN CỬA SÔNG
1.1.

Các nghiên cứu về diễn biến cửa sông trên thế giới

1.1.1. Các hướng nghiên cứu về cửa sông
Động lực dòng chảy và vận chuyển bùn cát ở lân cận các cửa sông
thường rất phức tạp. Hầu hết các nghiên cứu trên đều thể hiện mối quan
hệ giữa các trạng thái thủy lực với vận chuyển bùn cát. Bên cạnh các
nghiên cứu lý thuyết cơ bản về trạng thái cân bằng ổn định của các cửa
sông là một loạt các nghiên cứu sâu về phân loại cửa sông, nguyên nhân
và cơ chế gây bồi lấp các cửa sông.
1.1.2. Các phương pháp nghiên cứu diễn biến cửa sông
3


Các phương pháp thường được dùng trong nghiên cứu diễn biến cửa

sông gồm: phương pháp khảo sát, điều tra và đo đạc thực địa; phương
pháp phân tích quy luật thống kê của yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến các
vùng cửa sông; phương pháp mô hình vật lý để nghiên cứu các diễn biến
xói lở, bồi tụ cửa sông; phương pháp hố cuốc thí nghiệm ngay trên hiện
trường cửa sông; phương pháp mô hình toán; phương pháp giải đoán
ảnh viễn thám;….
Trong luận án có sử dụng các số liệu thực đo trong 3 năm (20072009), dùng phương pháp thống kê và phương pháp mô hình toán ứng
dụng mô hình (MIKE) để mô phỏng và xác định các quy luật liên quan
đến diễn biến cửa sông như: vận chuyển bùn cát, quá trình diễn biến
đường bờ, diễn biến mực nước, thủy triều và sóng biển khu vực ngoài
khơi và vùng cửa sông; phương pháp GIS chập bản đồ xây dựng các
bản đồ về độ sâu để đánh giá sự biến đổi địa hình và phương pháp lấy ý
kiến của chuyên gia để thực hiện nội dung và mục tiêu đặt ra.
1.1.3. Các giải pháp nhằm ổn định cửa sông
Trên thế giới, đã có rất nhiều nước có nền khoa học kỹ thuật biển tiên
tiến áp dụng nhiều giải pháp chỉnh trị ổn định các cửa sông như: Mỹ,
Nhật, Pháp, Hà Lan, Nga, Trung Quốc, Ý, Nam Phi,… Các nghiên cứu
và giải pháp khoa học công nghệ về công trình phòng chống bồi tụ, xói
lở cửa sông, bờ biển trên thế giới đã có nhiều thành công đáng kể, đặc
biệt là các nghiên cứu chuyên sâu về hình thái, quy luật diễn biến các
cửa và các giải pháp khoa học công nghệ tiên tiến chuyển cát qua cửa,
hạn chế bồi tụ cửa và xói lở ở hạ lưu. Từ những kết quả nghiên cứu trên,
tác giả vận dụng cho việc tính toán, phân tích các qui luật diễn biến cho
cửa Đà Rằng, tỉnh Phú Yên, từ đó đề xuất giải pháp chỉnh trị phù hợp
cho cửa sông này theo điều kiện phát triển kinh tế, xã hội trong vùng.
4


1.2.

Các nghiên cứu và giải pháp công trình đã áp dụng ở Việt

Nam và miền Trung
1.2.1. Phân loại cửa sông miền Trung
Trên thế giới, thường nói đến hai loại hình cửa sông là loại cửa sông
dạng delta (châu thổ) và cửa sông dạng estuary (dạng phễu hay loe
lõm). Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, có địa hình phức tạp
với mạng lưới sông suối dày đặc nên có cả hai loại cửa sông này, ngoài
ra còn có thêm một số loại cửa sông đặc biệt khác như: cửa sông có lưỡi
cát càng cua, cửa sông lưỡng tính. Nhìn chung cách phân loại cửa sông
ở Việt Nam chủ yếu dựa vào hình thái mặt bằng cửa sông và yếu tố trội
của động lực sông, biển.
1.2.2. Các nghiên cứu về cửa sông Việt Nam và miền Trung
Cho đến nay, có nhiều kết quả nghiên cứu ở mức độ đề tài nghiên cứu
các cấp, dự án điều tra đánh giá, hay dự án xây dựng công trình về điều
kiện tự nhiên, quản lý khai thác vùng cửa sông ven biển, các nghiên cứu
về nguyên nhân và các qui luật thủy, thạch, động lực vùng cửa sông.
Ngoài ra, còn có nhiều nghiên cứu về diễn biến, động lực hình thái các
cửa sông ở miền Trung như luận án Tiến sỹ của Nguyễn Bá Quỳ (Đại
học Thủy Lợi), Nguyễn Thảo Hương (Viện Địa Lý), Trần Văn Sung (Đại
học Xây Dựng), Nghiêm Tiến Lam (2009) và Trần Thanh Tùng (2011)
(Delft, Hà Lan)... Nhìn chung, các nghiên cứu này đã thu được nhiều kết
quả có giá trị về mặt khoa học và thực tiễn, đã góp phần không nhỏ vào
việc xây dựng cơ sở khoa học và công cụ hỗ trợ cho việc đề xuất các
phương án chỉnh trị chống bồi lấp, xói lở cửa sông và bờ biển.
1.2.3. Các giải pháp công trình đã áp dụng ở miền Trung
Do đặc điểm các cửa sông ven biển miền Trung là xói lở vào mùa
mưa lũ, bồi lấp vào mùa khô, nên giải pháp chủ yếu là chống xói lở và
ngăn chặn bồi lấp. Hiện nay các giải pháp để bảo vệ và ổn định các cửa
5

sông miền Trung chủ yếu có thể chia ra hai loại: sử dụng các giải pháp
công trình và giải pháp nạo vét lòng dẫn thông luồng.
1.3. Các kết quả nghiên cứu liên quan đến cửa Đà Rằng
Cho đến nay đã có rất nhiều các đề tài, dự án nghiên cứu tập trung
nghiên cứu vấn đề chỉnh trị cửa sông. Tuy nhiên, các nghiên cứu đề cập
trên đây mới dừng lại nghiên cứu diễn biến đường bờ và giải pháp chỉnh
trị đoạn trong sông, các nghiên cứu diễn biễn giải quyết bài toán cửa
sông mới chỉ dừng lại ở việc xem xét, đánh giá sự ảnh hưởng riêng biệt,
độc lập của từng yếu tố, các yếu tố còn lại được giả định là không đổi
đối với diễn biến vùng cửa sông. Vì vậy, luận án sẽ tập trung nghiên
cứu, xem xét sự tương tác giữa các yếu tố dòng chảy lũ trong sông, mưa
thượng nguồn đổ ra sông kết hợp với bão, thủy triều sát với thực tế hơn.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ĐỘNG LỰC CHÍNH ẢNH HƯỞNG
ĐẾN DIỄN BIẾN CỬA ĐÀ RẰNG
2.1.

Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Ba và cửa Đà Rằng

2.1.1. Vị trí địa lý
Lưu vực sông Ba có tổng diện tích 13.900 km2 nằm trọn trong lãnh
thổ Việt Nam, toạ độ địa lý từ 12o35' đến 14038' vĩ độ bắc và từ 108o00'
đến 109o55' kinh độ đông thuộc ba tỉnh là Gia Lai, Đăk Lăk và Phú Yên.
Sông Ba là dòng sông lớn có chiều dài 374 km, bắt nguồn từ dãy núi
Ngọc Rô (Kon Tum) cao 1.549 m chảy qua tỉnh Kon Tum và Gia Lai
theo hướng Bắc Nam, bắt đầu chuyển sang hướng Tây Bắc - Đông Nam
từ huyện Krông Pa của Gia Lai rồi hướng Tây Đông từ địa phận tỉnh
Phú Yên, rồi đổ ra biển Đông ở cửa Đà Rằng, thành phố Tuy Hòa.

2.1.2. Đặc điểm địa hình
6


Địa hình tỉnh Phú Yên khá phức tạp với phần diện tích đồi núi chiếm
khoảng 70% diện tích toàn tỉnh. Do vị trí địa lý và ảnh hưởng của địa
hình mà vùng hạ du lưu vực sông Ba thường xuyên chịu tác động của
các yếu tố tự nhiên như mưa, lũ, gió, sóng, bão,...gây hậu quả là bồi lấp
và xói lở khu vực cửa sông rất nghiêm trọng.
2.1.3. Đặc điểm khí hậu
- Gió: chế độ gió ở Phú Yên thể hiện hai mùa rõ rệt, mùa mưa là thời
kỳ thịnh hành một trong ba hướng gió Bắc, Đông Bắc và Đông, mùa khô
là thời kỳ thịnh hành một trong ba hướng Tây, Tây Nam và Đông. Tốc
độ gió trung bình năm dao động trong khoảng 2 - 2,5 m/s.
- Mưa: Lượng mưa trung bình nhiều năm ở Phú Yên biến đổi từ 1300
mm đến 2200 mm. Vào mùa lũ, mưa lũ sinh ra chủ yếu do mưa rào, lũ
có lượng và cường độ khá lớn, lượng mưa ngày lớn nhất trong mùa lũ
trung bình từ 190 - 300mm. Vào mùa cạn, lượng mưa chỉ chiếm tỉ lệu từ
1-3% lượng mưa năm, thấp nhất là tháng 2 (trung bình <1%).
- Bão và ATNĐ: Bão và áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) thường ảnh hưởng
hoặc đổ bộ vào nước ta từ tháng V đến tháng XII, nhưng có năm tháng
III và tháng IV đã có bão đổ bộ. Phần lớn các cơn bão đổ bộ trực tiếp
vào Phú Yên hay các tỉnh ven biển lân cận nhưng ảnh hưởng đến Phú
Yên đều gây ra mưa lớn, lượng mưa thường từ 100 - 500 mm.
2.1.4. Đặc điểm thủy văn
- Dòng chảy: Vào mùa mưa, dòng chảy lũ sông Ba có tác động rất lớn
đến diễn biến cửa Đà Rằng, một mặt phá vỡ và đẩy bùn cát bị bồi lấp ở
cửa sông trong thời kỳ mùa khô, mặt khác mang lượng bùn cát đáng kể
từ thượng lưu về để phân bố lại ở vùng cửa sông.
- Bùn cát sông Ba: là yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến lượng bùn cát

tới cửa Đà Rằng, lượng bùn cát này cũng thay đổi rất lớn theo thời gian
trong năm. Các kết quả phân tích thống kê cho thấy độ đục (hàm lượng
7


bùn cát) trung bình nhiều năm của sông Ba tại Củng Sơn là 228,0 g/m3
nước. Trong đó tháng cao nhất là tháng X đạt tới 294,2 g/m3, tháng thấp
nhất là tháng III chỉ có 18,3 g/m3, chênh nhau tới 16 lần.
2.1.5. Đặc điểm hải văn
- Thủy triều: Chế độ triều ở Phú Yên thuộc loại nhật triều không đều
với số ngày nhật triều trong tháng từ 17 - 26 ngày. Bình quân chênh lệch
triều của các tháng gần xấp xỉ nhau, từ 51 ÷ 56 cm, trung bình là 55cm.
- Gió và sóng biển: Do bị ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc (NE) và
Tây Nam (SW) nên tương ứng với chúng là 2 hướng sóng thịnh hành
NE và SW. Sóng hướng NE thịnh hành từ tháng X đến đầu tháng IV với
độ cao sóng trung bình khoảng 1,4 m và sóng hướng SW thịnh hành từ
tháng V đến tháng IX với độ cao trung bình xấp xỉ 1m.
2.2.

Đánh giá hiện trạng diễn biến cửa Đà Rằng

Trong vòng 10 năm trở lại đây đoạn từ cửa sông lên thượng lưu 20 km
diễn biến phức tạp, nhiều nơi rộng tới 1,57 ÷ 2,5 km nhưng mùa khô
dòng chảy bị thu hẹp còn 10 ÷ 15 m. Bãi bồi khu vực cửa sông Đà Rằng
đang được bồi với tốc độ trung bình khoảng 13 m/năm phía bờ Bắc và
khoảng 6 m/năm phía bờ Nam, hình thành doi cát chắn ngang làm hẹp
cửa sông và hạn chế sự đi lại của tàu thuyền.
2.3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến diễn biến cửa Đà Rằng

2.3.1. Tương tác giữa các yếu tố động lực sông - biển
Các yếu tố động lực sông - biển tại khu vực cửa sông có ý nghĩa quyết
định đối với biến động hình thái cửa sông và dải ven biển lân cận. Vào
mùa khô (từ tháng I đến tháng VIII), dòng chảy trong sông có lưu lượng
tương đối nhỏ, cửa sông bị ảnh hưởng chủ yếu của dòng triều và dòng
ven. Trong mùa khô, dòng chảy sông Ba rất nhỏ nên vai trò của triều,
dòng ven bờ chiếm ưu thế trong vai trò vận chuyển bùn cát dọc bờ và
gây bồi lấp cửa Đà Rằng. Vào mùa mưa (từ tháng IX đến tháng XII),
8


dòng chảy trong sông đổ ra có lưu lượng lớn, có năm có đỉnh lũ Qmax lên
tới trên 20.000 m3/s, lưu tốc lớn đẩy các doi cát tập trung tại khu vực cửa
sông ra ngoài biển.
2.3.2. Các hoạt động của con người trên lưu vực sông Ba
- Các hoạt động mang tính quản lý vùng cửa sông ven biển như quy
hoạch phát triển các ngành trong vùng chưa hợp lý, còn chồng chéo và
mâu thuẫn ảnh hưởng đến cửa sông, ví dụ giữa bảo vệ bờ, chống xói lở
của ngành thủy lợi với nạo vét luồng lạch của giao thông thủy, đánh bắt
hải sản hay giữa bảo vệ môi trường, bảo vệ bờ biển với phát triển nuôi
trồng thủy sản, phát triển du lịch vùng ven biển,...
- Các công trình thủy lợi trên lưu vực sông Ba bao gồm các hồ chứa
thượng lưu và các công trình thủy lợi, thủy điện. Các công trình này làm
thay đổi chế độ dòng chảy hạ lưu, suy giảm lượng và chất lượng nước
mặt của lưu vực sông, thay đổi qui luật của quá trình xâm nhập mặn
vùng ven biển cửa sông và giảm lượng bùn cát về hạ du gây nên hiện
tượng xói lở cục bộ và sạt lở bờ sông.
- Ngoài ra, các công trình xây dựng phục vụ phát triển kinh tế, xã hội
khác như cầu, cống thoát nước, kè nắn dòng, bảo vệ bờ, hệ thống đầm

phá nuôi trồng thủy sản... cũng góp phần làm thay đổi hướng và vận tốc
dòng chảy và lượng bùn cát đưa ra ngoài biển, gây nên hiện tượng xói lở
cục bộ ở vùng cửa sông ven biển. Khai thác rừng trên lưu vực làm lớp
thảm phủ bị suy giảm cả về chất lượng và số lượng cũng là một trong
những tác nhân gây lũ lụt, hạn kiệt và xói lở, bồi tụ bờ biển.
2.4.

Đánh giá tổng hợp các yếu tố động lực chính ảnh hưởng đến

diễn biến cửa Đà Rằng
Cửa sông là khu vực chuyển tiếp giữa sông và biển nên có những biến
động rất phức tạp, phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố tự nhiên (sóng,
gió, dòng chảy, bùn cát, bão lũ…) theo không gian và thời gian. Trên cơ
9


sở các số liệu thực tế có thể sơ bộ phân tích, so sánh và đánh giá mức độ
ảnh hưởng đến diễn biến cửa sông Đà Rằng như sau:
- Dòng chảy sông: Vào mùa mưa, ảnh hưởng mạnh nhất đến cửa sông là
dòng chảy lũ, lưu lượng lớn nhất mùa lũ cao hơn hàng chục lần lưu
lượng nước mùa kiệt. Khi lòng sông không đủ rộng để thoát lũ sẽ gây
ngập lụt trên diện rộng. Vào mùa khô, lưu lượng dòng chảy trong sông
giảm nhỏ rất đáng kể, cửa sông chủ yếu chịu ảnh hưởng của dòng triều.
- Bùn cát sông Ba là yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến diễn biến cửa
Đà Rằng, lượng bùn cát này cũng thay đổi rất lớn theo thời gian trong
năm. Độ đục tháng thấp nhất và cao nhất chênh nhau tới 16 lần.
- Sóng biển do gió và bão là yếu tố có tác động rất lớn đối với vùng cửa
sông, ngoài tác động thường xuyên của sóng do gió mùa, nhất là sóng do
bão sẽ gây những diễn biến đột xuất vùng cửa sông.
- Thủy triều và dòng ven bờ có tác dụng thường xuyên và khá lớn đối với

các diễn biến, chuyển tải bùn cát vùng cửa sông, tuy không gây ra các
đột biến nhưng luôn là nguyên nhân thường trực đối với diễn biến vùng
cửa sông, nhất là tác động đến quy luật chuyển tải bùn cát ven bờ.
- Tác động của các hoạt động kinh tế của con người trên lưu vực sông
Ba đã góp phần không nhỏ đến diễn biến cửa Đà Rằng, đặc biệt là các
công trình thủy lợi, thủy điện trên lưu vực.
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH QUI LUẬT
DIỄN BIẾN CỬA ĐÀ RẰNG
3.1.

Bài toán nghiên cứu diễn biến cửa Đà Rằng

Để nghiên cứu diễn biến cửa Đà Rằng, bài toán đặt ra là phải xác định
được tác động của sóng, dòng chảy và dòng triều đến cửa sông vào mưa
10


và mùa khô, từ đó tìm ra qui luật bồi – xói khu vực cửa Đà Rằng thông
qua việc ứng dụng mô hình toán để mô phỏng quá trình này.
3.2.

Mô hình toán ứng dụng cho cửa Đà Rằng

3.2.1. Lựa chọn mô hình
Trên thế giới đã có nhiều mô hình nghiên cứu biến đổi đường bờ dạng
phần mềm tính toán hoàn thiện như MIKE 21, LIPACK (Đan Mạch),
GENESIS (Mỹ), DELFT3D (Hà Lan),… Trong luận án lựa chọn mô
hình MIKE21/3 COUPLED MODEL FM, là phần mềm có tích hợp một
số module tính dòng chảy thông dụng chuyên sử dụng để xử lý các vấn

đề liên quan đến vận chuyển và bồi xói các hạt cát rời rạc.
3.2.2. Giới thiệu các module toán mô hình MIKE21/3 FM COUPLE
Các module trong MIKE 21 FM COUPLE bao gồm: Module thủy
động lực học (MIKE21/3 HD) để xác định trường dòng chảy và trường
độ sâu cột nước; Module phổ sóng (MIKE21/3 SW) để xác định trường
sóng và ứng suất sóng; Module vận chuyển bùn cát và bồi xói
(MIKE21/3ST) để mô phỏng quá trình diễn biến hình thái và tính vận
chuyển bùn cát rời.
3.3.

Ứng dụng mô hình MIKE nghiên cứu diễn biến vùng cửa

sông Đà Rằng
3.3.1. Úng dụng mô hình MIKE11 tính toán thủy lực dòng chảy sông
- Các số liệu đầu vào: bao gồm (i) số liệu địa hình (gồm 31 mặt cắt, từ
trạm thủy văn Củng Sơn đến cửa Đà Rằng với tổng chiều dài hệ thống
sông Ba khoảng 49,4 km) như trên hình 3.2; (ii) số liệu lưu lượng tại
trạm Củng Sơn và (iii) mực nước giờ tại trạm Tuy Hoà (mực nước triều)
và trạm Phú Lâm (thực đo).
- Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Việc hiệu chỉnh thông số của mô
hình thủy lực được thực hiện chủ yếu qua việc thay đổi hệ số nhám
Manning, bước thời gian tính toán và giá trị ban đầu. Sau khi hiệu chỉnh
11


thông số, mô hình đảm bảo độ chính xác cần thiết với các giá trị: Bước
thời gian tính toán t = 1 phút; Hệ số nhám Manning n = 0,025 đến
0,035 tùy theo địa hình từng mặt cắt; Mực nước ban đầu H0 = 2m, lưu
lượng ban đầu Q0=0 m3/s.

Hình 3. 1. Mạng lưới thuỷ lực MIKE 11 sông Đà Rằng
Bảng 3. 1. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
Thời gian

R2 (Trạm Phú Lâm)

Trận lũ XI/1988 (hiệu chỉnh)

0,98

Trận lũ X/1993 (kiểm định)

0,93

Trận lũ IX/2005 (kiểm định)

0,98

Trận lũ XI/2008 (kiểm định)

0,90

3.3.2. Ứng dụng mô hình MIKE 21/3FM COUPLED cho cửa Đà Rằng
- Thiết lập mô hình cho vùng cửa sông Đà Rằng: Số liệu địa hình được
trích từ bản đồ DEM ETOPO2 cho toàn biển Đông của khu vực nghiên
cứu và nguồn số liệu thứ hai là số liệu đo đạc địa hình đáy tỷ lệ 1:2000
tại cửa Đà Rằng do Viện Địa lý thực hiện năm 2009. Miền tính toán bao

12

gồm cả khu vực biển đông, được chia thành 3 lưới lồng: MeshBD và
MeshI và MeshII (hình 3.13) với các thông số như trong bảng 3.2.
Bảng 3. 2. Các thông số mô hình MIKE21/FM Couple
Thông số

Điều kiện

Thời gian mô phỏng

Mùa mưa: tháng 11 năm 2008
Mùa khô: Tháng 6 năm 2008

Bước thời gian tính
toán

20 giây (tính đồng thời cho cả 3 lưới )

Lưới tam giác (hình
3.13)

Mesh BĐ: từ vĩ độ 1o đến 25o, kinh độ 99o đến
121o, kích thước trung bình mỗi ô lưới là 500m.
Mesh I: từ cửa Đà Rằng ra ngoài khơi 73km, kéo
dài 222 km dọc bờ biển, kích thước trung bình mỗi
ô lưới khoảng 120m.
Mesh II: từ cửa Đà Rằng ra biển 4km, kéo dài dọc
bờ hai phía cửa sông 6 km, kích thước trung bình
mỗi ô lưới khoảng 25m.

Biên ngoài biển (tính
cho lưới Mesh BĐ)

- Hằng số điều hòa Q1,O1, P1, K1, M2, S2, K2,N2

Biên sông

Đường quá trình lưu lượng tính từ MIKE11 cho
sông tính với số liệu mực nước giờ tại trạm thủy
văn Củng Sơn và trạm Phú Lâm.

Hệ số nhám đáy sông

Manning = 0.0300

Hệ số nhớt viscosity

1.8exp-006 m2/s

Bùn cát

Đường kính hạt: d50=0,32 mm

- Số liệu sóng lấy từ kết quả mô hình toàn cầu
WAVEWATCH III với lưới tính toán 0.25o.

Do vùng cửa Đà Rằng không có trạm đo sóng ngoài khơi nên để sử
dụng bộ số liệu sóng từ mô hình WAVEWATCH III, sau khi tính toán
cho cả biển đông, kết quả tính lan truyền sóng vào bờ theo MIKE21 sẽ
được lấy làm biên để tính toán lưới dày hơn gần khu vực cửa sông: Lưới

MeshI và MeshII (hình 3.13). Các lưới này được tính toán đồng bộ về
thời gian.
13


Hình 3. 2. Lưới tính cho khu vực nghiên cứu

- Kiểm định và hiệu chỉnh mô hình:
Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với mực nước thực đo tại trạm
Phú Lâm vào tháng 6 và tháng 11 năm 2008 cho thấy:
+ Vào mùa khô (tháng 6) kết quả tính toán hoàn toàn trùng khớp với kết
quả thực đo về độ lớn và chu kỳ dao động mực nước (hình 3.16).
+ Vào mùa mưa (tháng 11) biên độ dao động tính toán lớn hơn giá trị
thực, do ảnh hưởng của ma sát đáy khi dòng lũ từ sông đổ ra (hình 3.17).

Hình 3. 3. So sánh mực nước tính toán và mực nước thực đo tháng 6/2008

14


Hình 3. 4. So sánh mực nước tính toán và mực nước thực đo tháng 11/ 2008

- Các trường hợp tính toán:
+ Trong điều kiện thường: Thời gian mô phỏng là tháng 6 - gió chủ yếu
là hướng Tây Nam, song song với đường bờ biển Phú Yên và tháng 11 gió chủ yếu theo hướng Đông Bắc gần vuông góc với đường bờ.
+ Trong điều kiện có bão: Mô phỏng 2 cơn bão đổ bộ vào biển Đông
năm 2008: bão MAYSAK (từ 6h ngày 7/11 đến 12h ngày 9/11/2008) và
bão NOUL (từ 12h ngày 16/11 đến 12h ngày 17/11/2008).
- Kết quả tính toán trong điều kiện thường:
(i) Trường sóng: Vào mùa mưa, gió mùa Đông Bắc hướng trực tiếp

vào đường bờ biển miền Trung Việt Nam nên sóng chủ yếu truyền đến
đường bờ theo hướng này. Chiều cao sóng thời gian này khá lớn, khu
vực miền Trung chiều cao sóng lớn nhất lên tới 2,5m. Vào mùa khô,
sóng chủ yếu theo hướng Tây Nam, men theo đường bờ biển với chiều
cao sóng trung bình khoảng 1,2m. Khu vực đường bờ biển phía Bắc,
sóng vuông góc với đường bờ, chiều cao sóng cao nhất đạt tới 2m.
(ii) Trường dòng chảy: Vào mùa khô, dòng chảy chủ yếu theo hướng
Tây Nam. Dòng chảy trong sông nhỏ, tác động chủ yếu đến biến đổi cửa
sông là do dòng triều. Khi triều lên, dòng ven kết hợp dòng triều tiến sâu
vào khu vực cửa sông khu vực bờ trái. Phía trong cửa sông bên bờ phải,
vận tốc dòng chảy nhỏ tạo điều kiện cho bùn cát lắng đọng. Vào mùa
15


mưa, sóng chủ yếu theo hướng Đông Bắc vuông góc với cửa Đà Rằng,
dòng chảy lũ trong sông lớn hơn dòng triều rất nhiều nên dòng chảy
hướng ra ngoài cửa sông với vận tốc lớn nhất tại cửa sông đạt tới 1,5 m/s
khi triều rút và 1,2 m/s khi triều lên. Với vận tốc này, bùn cát cửa sông
bị cuốn trôi ra biển, các doi cát hình thành vào mùa khô bị phá ra.
(iii) Biến đổi địa hình đáy: Vào mùa khô, dòng chảy chủ yếu chịu ảnh
hưởng của dòng triều nên nhìn chung biến động đáy ít, chỉ có khu vực
trong cửa sông (MC6), mặt cắt sông bị thu hẹp chỗ bồi nhiều nhất
khoảng 1,5m (hình 3.34), khu vực cửa sông, các doi cát xuất hiện (MC3)
với chiều dày khoảng 0,5 – 1,0m. Vào mùa mưa, ảnh hưởng gió mùa
Đông Bắc gây biến động đáy khá lớn, gây xói lở mạnh khu vực cửa phía
trong sông, độ sâu xói lớn nhất lên tới 5m, phía ngoài cửa sông bùn cát
từ sông ra gặp dòng ven, vận tốc giảm đột ngột nên bùn cát lắng động
tạo thành các doi cát lệch về phía nam với chiều dày khoảng 4,0m.
- Kết quả tính toán trong điều kiện bão
Việc mô phỏng quá trình cũng như tác động của bão đến cửa sông

nhằm đánh giá nguyên nhân và ảnh hưởng của hiện tượng đặc biệt này
đến khu vực cửa sông.
Kết quả mô phỏng trường sóng cho hai cơn bão MAYSAK và NOUL
đổ bộ vào khu vực biển Đông cho thấy: sóng hướng thẳng vào cửa,
vuông góc với đường bờ biển, chiều cao sóng lên tới 2m, vào phía trong
sông với chiều cao khoảng 0,5m. Khi có bão, do địa hình đáy vùng biển
Phú Yên khá bằng phẳng nên mặc dù chiều cao sóng không lớn nhưng
nước sông dâng lên khá nhanh gây ngập lụt trên diện rộng.
Kết quả biến động địa hình đáy trong thời gian bão, chủ yếu xảy ra
nước dâng, dòng ven bờ không lớn nên ít gây biến động đáy. Độ sâu
thay đổi nhiều nhất tại khu vực cửa sông vào khoảng 0,9m (hình 3.41 và
3.42), còn lại dao động trong khoảng 0,1 đến 0,2m.
16


- Phân tích, đánh giá kết quả tính toán
Đánh giá tác động của trường sóng và dòng chảy đến diễn biến vùng
cửa Đà Rằng: Vùng ven biển cửa sông Đà Rằng chịu ảnh hưởng mạnh
mẽ của thuỷ triều lên xuống. Vào mùa khô, khi triều lên sóng có khả
năng tiến sâu vào trong cửa gây bồi lắng phía trong cửa sông, dày nhất
lên tới 2,5m. Vào mùa mưa lũ, dòng triều, dòng chảy lũ kết hợp với
dòng chảy sóng ven bờ có hướng Tây Bắc – Đông Nam tạo thành dòng
chảy tổng hợp có tốc độ cao. Khi triều rút lượng nước trong sông thoát
ra gây phá cửa sông, khu vực giữa cửa sông xói lở mạnh, nhưng phía
ngoài cửa sông xuất hiện các bãi bồi.
Đánh giá nguyên nhân gây ngập lụt vùng ven biển miền Trung: Vào
mùa mưa, vùng ven biển cửa sông Đà Rằng chủ yếu chịu ảnh hưởng
mạnh mẽ của dòng chảy sông. Tuy nhiên khi dòng chảy lũ về, kết hợp
với thuỷ triều lên và sóng từ biển vào sâu gây ra ngập lụt khu vực cửa
sông Đà Rằng. Mặt khác khu vực cửa sông bị bồi lấp trong mùa khô làm

hạn chế tiêu thoát lũ đầu mùa khi lũ chưa đủ lớn để mở rộng cửa sông.
3.4. Kết luận chương 3
Mô hình MIKE được ứng dụng cho thấy kết quả diễn biến cửa sông
một cách định lượng theo thời gian (các mùa trong năm và giữa các
năm) và cũng cho thấy diễn biến theo không gian giữa các vùng khác
nhau của khu vực cửa sông, có thể sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của
các phương án chỉnh trị nhằm lựa chọn phương án phù hợp sau này.
CHƯƠNG 4
ĐỊNH HƯỚNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH CỬA ĐÀ RẰNG

4.1.

Đề xuất các giải pháp phi công trình ổn định cửa sông

Các giải pháp phi công trình bao gồm: Thực hiện quản lý tổng hợp
vùng cửa sông và ven bờ; Thực hiện quản lý tổng hợp lưu vực sông;
17


Xây dựng năng lực quản lý vùng cửa sông; Tiếp tục đầu tư nghiên cứu
quy luật dòng chảy trong sông, dòng ven bờ, dòng triều trong vấn đề vận
chuyển bùn cát; Tăng cường các biện pháp quản lý và bảo vệ bề mặt lưu
vực nhằm giảm thiểu xói mòn lưu vực. Ngoài ra còn có các giải pháp
khác như: nuôi bãi, trồng rừng chắn sóng...
4.2. Các giải pháp công trình ổn định cửa Đà Rằng
4.2.1. Đề xuất các giải pháp chỉnh trị
Giải pháp khoa học công nghệ phù hợp và khả thi cả mặt khoa học, kỹ
thuật và kinh tế nhằm ổn định cửa Đà Rằng là xây dựng các đập chắn
bùn cát hai phía cửa sông với các kịch bản được đề xuất như bảng 4.1.
Bảng 4. 1. Các phương án đập ngăn bùn cát

PA

Mô tả

Chiều dài
đập (m)

Khoảng cách 2
đầu đập (m)

Khoảng cách 2
gốc đập (m)

1

Đập song song

540 (L)

500

500

2

Đập nghiêng góc

540 (L)

180

500

3

Đập nghiêng góc

540 (L)

300

500

4

Đập nghiêng góc

486 (0,9L)

180

500

5

Đập nghiêng góc

378 (0,7L)

180

500

6

Đập nghiêng góc

270 (0,5L)

180

500

4.2.2. Kết quả tính toán cho các giải pháp công trình cửa Đà Rằng
- Trong điều kiện thường: Vào mùa mưa, ảnh hưởng của dòng chảy
sông là đáng kể, dòng chảy lũ từ sông đổ ra biển với tốc độ lớn khoảng
1,4m/s. Khi có công trình đập ngăn cát giảm sóng đặt song song (hình
4.1), vận tốc lớn nhất tập trung tại cửa sông. Đây chính là nguyên nhân
gây sạt lở và dịch chuyển cửa sông.
Khi đập ngăn cát đặt nghiêng góc, dòng chảy được phân bố lại, vị trí
có vận tốc lớn dịch ra đoạn giữa đập (PA3) và tiến ra đến tận mũi đập
(PA2). Như vậy dòng chảy trong phương án 2 đã dịch ra phía đầu đập và
đưa bùn cát từ cửa sông ra phía ngoài biển (hình 4.2 và 4.3).
18


Hình 4. 1. Trường dòng chảy và biến động địa hình đáy PA1

Hình 4. 2. Trường dòng chảy và biến động địa hình đáy PA2

Hình 4. 3. Trường dòng chảy và biến động địa hình đáy PA3

Hình 4. 4. Trường dòng chảy và biến động địa hình đáy PA4
19


Hình 4. 5. Trường dòng chảy và biến động địa hình đáy PA5

Hình 4. 6. Trường dòng chảy và biến động địa hình đáy PA6
So sánh trường dòng chảy cho các phương án PA2, PA4, PA5 và PA6,
do độ mở đầu đập bằng nhau (180m) nên vận tốc dòng chảy không
chêch lệch nhiều, tuy nhiên đập càng dài lưu tốc lớn càng tập trung xa
cửa sông, do đó xói cửa sông sâu hơn và bồi gần cửa sông hơn (hình 4.7
đến 4.9). Biến động đáy tại mặt cắt ngoài cửa sông (MC3) và mặt cắt
cửa sông (MC6) cho thấy PA5 với chiều dài đập bằng 0,7L cho kết quả
chỉnh trị tốt nhất.

Hình 4. 7. Biến động địa hình đáy ngoài cửa sông (MC3) của phương án 2,4,5,6

20


Hình 4. 8. Biến động địa hình đáy tại cửa sông (MC6) của phương án 2,4,5,6

- Trong điều kiện bão: thời gian bão, chủ yếu xảy ra nước dâng, dòng
ven bờ không lớn nên ít gây biến động đáy. Độ sâu thay đổi nhiều nhất
tại khu vực cửa sông (khoảng 0.9m). So với trường hợp không có công
trình chỉnh trị (hiện trạng) với trường hợp có công trình PA1 và PA2, có
thể thấy công trình có tác dụng giảm chiều cao sóng vào trong cửa sông.
Như vậy, công trình chỉnh trị đã hạn chế đáng kể lượng bùn cát đem vào

và lắng đọng bên trong cửa sông. Đặc biệt khi có bão, hai đập đặt song
song (PA1) cho kết quả thoát lũ tại cửa sông khá tốt.

Hình 4. 9. So sánh biến động địa hình đáy mặt cắt ngoài cửa sông khi có bão

Hình 4. 10. So sánh biến động địa hình đáy mặt cắt ngang cửa sông khi có bão

21


4.2.3. Phân tích kết quả và lựa chọn giải pháp chỉnh trị cửa Đà Rằng
- Phân tích kết quả tính toán: Do tác dụng của công trình đập chắn cát,
bùn cát trong cửa sông ít đi, chỉ xuất hiện một vài doi cát ở cửa sông,
chiều dày các doi cát này chỉ vào khoảng 0,8 - 1,1m. Chiều dài đập càng
dài (PA2), biến động địa hình đáy càng lớn, chiều dài đập càng ngắn
(PA6) hiệu quả công trình chỉnh trị càng ít. Trong khu vực giữa hai mỏ
hàn bồi và xói xen kẽ chỗ bồi cao nhất khoảng 5m (PA6), chỗ xói sâu
nhất lên tới 5m (PA2), đặc biệt xói sâu tại vị trí đầu mỏ hàn Bắc. Trong
PA5, đập với chiều dài là 0,7L cho kết quả chỉnh trị tốt nhất, các vị trí
trong và ngoài cửa sông chiều dày bồi xói tương đối đồng đều, dao động
trong khoảng từ 2 đến 4m.
- Lựa chọn giải pháp công trình: Khi có công trình, về cơ bản quá trình
bồi lấp và xói lở khu vực cửa sông diễn ra chậm hơn. Dòng chảy bị đẩy
ra phía ngoài xa cửa sông tương đối đều, hạn chế sự phá hoại các doi cát
hai bên cửa sông, đưa bùn cát ra phía biển. Công trình đặt xiên góc với
khoảng cách hai đầu mỏ hàn 180m và chiều dài 378 m (0,7 lần khoảng
cách từ bờ tới biên sóng vỡ) cho kết quả chỉnh trị tốt nhất. Khi có bão,
công trình chỉnh trị ngăn bùn cát phía ngoài cửa sông, trong sông chủ
yếu chịu ảnh hưởng của nước dâng. Phương án đập đặt song song (PA1)
thoát lũ tốt và ít biến động về địa hình. Với mục tiêu đảm bảo thoát lũ

và khơi thông luồng lạch phục vụ giao thông thủy, phương án chỉnh trị
với công trình ngăn cát giảm sóng (PA5) được lựa chọn vì đem lại hiệu
quả về cả mặt kỹ thuật và kinh tế.
4.3. Giải pháp tổng thể chỉnh trị cửa Đà Rằng
Đối với khu vực cửa sông cho đến thời điểm này, giải pháp khoa học
công nghệ phù hợp và khả thi cả mặt khoa học, kỹ thuật và kinh tế là
xây dựng các đập chắn bùn cát hai phía cửa sông. Đối với cửa Đà Rằng,
căn cứ vào lượng bùn cát bồi lấp và yêu cầu về độ sâu luồng phục vụ
22


giao thông thủy mà có thể kết hợp giải pháp đập chắn bùn cát với nạo
vét lòng sông để ổn định cửa sông, đặc biệt trong mùa khô để nâng cao
hiệu quả ổn định cửa sông..
4.4. Kết luận chương 4
Từ các kết quả tính toán cho các phương án đề xuất cho phép lựa chọn
PA5: “Hai đập nghiêng góc, chiều dài 378m (0,7L), khoảng cách giữa
hai gốc đập là 500m, khoảng cách giữa hai đầu đập là 180 m”.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Qua các kết quả nghiên cứu, luận án rút ra một số kết luận như sau:
(1) Ảnh hưởng của các yếu tố chính tác động đến diễn biến cửa Đà Rằng
bao gồm: dòng chảy lũ, dòng chảy bùn cát trong sông Ba, sóng, dòng triều
và các hoạt động khai thác của con người trên lưu vực.
Vào mùa khô, dòng chảy sông ngòi hầu như không có vai trò đáng kể,
ngược lại các nhân tố động lực biển giữ vai trò chủ đạo trong quá trình biến
động và phát triển bồi tụ - xói lở ở cửa sông. Vùng ven biển cửa sông Đà
Rằng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của thuỷ triều lên xuống. Ở khu vực cửa phía
trong sông, dòng chảy tại khu vực này chủ yếu do dòng triều chi phối nên
khi dòng triều lên lượng bùn cát mang từ biển vào được bồi lắng lại trong

vùng cửa sông. Vì vậy, trong thời kỳ này, cửa sông bị bồi lấp và thu hẹp lại,
các bãi bồi trong cửa sông xuất hiện, cửa Đà Rằng có thời gian bị bồi gần
như lấp kín.
Vào mùa mưa, sóng hướng Đông Bắc hướng thẳng vào cửa sông, dòng
triều xuống kết hợp với dòng lũ từ sông đổ ra mang lượng lớn bùn cát ra
phía ngoài cửa sông, lắng đọng chủ yếu khu vực ngoài cửa sông. Tuy nhiên,
phía trong sông có nhiều nơi bị xói mạnh, dòng chảy lũ về, cộng với thuỷ
triều lên và sóng vào sâu gây ra ngập lụt khu vực cửa sông Đà Rằng và
lượng bùn cát sẽ bị lắng đọng gây bồi phía trong cửa.
23