Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Thụ Năng Lượng Sóng Của Rừng Ngập Mặn Trồng Tại Nam Định Và Thái Bình

Header Page 1 of 128.

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG SÓNG CỦA
RỪNG NGẬP MẶN TRỒNG TẠI NAM ĐỊNH VÀ THÁI BÌNH
Nguyễn Thị Kim Cúc
Trường Đại học Thủy lợi
Tóm tắt

Vùng ven biển của Việt Nam, cũng như các nước nhiệt đới, đã và đang chịu nhiều ảnh
hưởng của các hiện tượng thời tiết cực đoan. Việc nhìn nhận và đánh giá đúng mức độ
nguy hại và khả năng ứng phó với các hiện tượng thời tiết cực đoan như lốc xoáy, gió bão,
sóng thần..., đặc biệt là khi các hiện tượng đó diễn ra kết hợp với triều cường của bờ biển,
có ý nghĩa quan trọng cho sự phát triển bền vững vùng ven biển. Trên thực tế, vai trò của
rừng ngập mặn (RNM) trong việc giảm thiểu năng lượng sóng, hạn chế xói mòn ven bờ,
tích lũy trầm tích... đã được khẳng định qua nhiều nghiên cứu.
Trong nghiên cứu này, kết quả khảo sát và thu thập số liệu về hiện trạng rừng ngập mặn
trong khu vực nghiên cứu đã được phân tích, tính toán và ứng dụng những thông số định
tính thu được về mức độ làm tiêu giảm năng lượng sóng của thảm RNM qua mô hình
SWAN. Swan, hay SWAN (Simulating WAve Nearshore – mô phỏng sóng vùng ven bờ) là
mô hình toán được phát triển, nhằm tính toán sự lan truyền của sóng từ ngoài khơi vào bờ
biển. Kết quả cho thấy, mật độ tối ưu của cây ngập mặn là 10 cành/m2, tương ứng với mật
độ cây trên thực tế là 3,2 cây/m2 và độ rộng của dải RNM tối thiểu khuyến cáo cho vùng
nghiên cứu là 180-240 m trong điều kiện sóng thường. Trước ảnh hưởng của biến đổi khí
hậu, nghiên cứu chi tiết và sâu hơn cho các kịch bản biến đổi về mực nước biển và độ cao
sóng để tính toán độ rộng và mật độ tối ưu cần thiết cho dải RNM là cần thiết.
1. MỞ ĐẦU

Đường bờ biển nhiệt đới đang chịu áp lực lớn do sự gia tăng dân số mạnh và nhu cầu phát triển
cơ sở hạ tầng. Việc nhìn nhận và đánh giá đúng mức độ nguy hại và khả năng ứng phó với các
hiện tượng thời tiết cực đoan như lốc xoáy, sóng thần... đặc biệt là khi các hiện tượng đó diễn ra
kết hợp với triều cường của bờ biển có ý nghĩa quan trọng cho sự phát triển bền vững vùng ven

biển. Trên thực tế, vai trò của rừng ngập mặn (RNM) trong việc giảm thiểu năng lượng sóng, hạn
chế xói mòn ven bờ, tích lũy trầm tích... đã được khẳng định qua một số nghiên cứu (Mazda và
nnk., 1997a, 1997b; UNEP-WCMC, 2006). Nhận thức được điều đó, trong những năm vừa qua,
nhiều diện tích RNM ở nhiều địa phương khác nhau đã được trồng và phục hồi. Với sức ép nhu
cầu phát triển vùng ven biển đặc biệt vấn đề môi trường trong bối cảnh biến đổi khí hậu, việc
định lượng khả năng tiêu giảm năng lượng sóng của RNM trồng là rất cần thiết.
Đến nay, cơ chế của khả năng làm suy giảm năng lượng sóng của RNM đã được một số nhà
khoa học tiến hành nghiên cứu (Kobayashi và nnk., 1993; Massel và nnk., 1999; Mendez và
Losada, 2004). Tuy nhiên, do mức độ phức tạp vốn có của vấn đề, các nhà khoa học chưa đi sâu

127
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 1 of 128.


Header Page 2 of 128.
nghiên cứu và định lượng mức độ và khả năng cũng như những nhân tố góp phần bảo vệ vùng
ven biển có RNM bởi những cơn bão nhiệt đới (UNEP-WCMC, 2006).
Năm 2004, hai nhà khoa học Mendez và Losada đã trình bày mô hình suy giảm năng lượng sóng
với những quan tâm tới tần suất và hướng sóng. Tuy nhiên, trong nghiên cứu đó, những thông số
của cây ngập mặn trong RNM chưa nhận được sự chú ý đáng kể. Trong nghiên cứu này, chúng
tôi định hướng nghiên cứu áp dụng mô hình kể trên với sự kết hợp của các thông số liên quan tới
RNM trồng ở Nam Định và Thái Bình.
2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

2.1. Vị trí địa lý
Huyện Thái Thụy nằm ở phía Đông Bắc tỉnh Thái Bình, thuộc vùng ven biển đồng bằng Bắc Bộ
của tam giác châu thổ sông Hồng, cách thành phố Thái Bình khoảng 40 km theo Đường 218 về
phía Đông Bắc (Hình 2.1). Giao Thủy là một trong 3 huyện ven biển của tỉnh Nam Định, với
diện tích tự nhiên 232,1 km2 và 32 km đường bờ biển. Huyện có diện tích đất ngập mặn ven biển
khá rộng, kéo dài từ cửa Ba Lạt đến cửa Hà Lạn. Giao Thủy có hai cửa sông chính là cửa Ba Lạt

và cửa Hà Lạn, tạo điều kiện rất thuận lợi cho sự phát triển kinh tế-xã hội của huyện.

Địa điểm
nghiên cứu

Hình 2.1. Bản đồ vị trí nghiên cứu
2.2. Các động lực biển

2.2.1. Hoạt động của thủy triều
Thủy triều thuộc ven biển châu thổ Bắc Bộ là chế độ nhật triều Hòn Dấu. Mức triều cao thường
đạt 3,9-4,2 m. Tốc độ dòng triều đi vào vùng cửa sông khá cao, từ 0,09 đến 1,50 m/s. Khi vào
các cửa sông, hướng dòng triều song song với dòng lục địa, xa khỏi cửa sông, thể hiện tính triều
xoay (Vũ Trung Tạng và nnk., 1985). Trên sông Hồng, tốc độ truyền triều đạt đến 24 km/h, còn

128
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 2 of 128.


Header Page 3 of 128.
ảnh hưởng của thủy triều vào lục địa trên một khoảng cách 180-190 km (Nguyễn Ngọc Thụy,
1982). Do đó, sự xâm nhập mặn vào đồng bằng thấp là nhân tố sinh thái giới hạn quan trọng.

2.2.2. Sóng và dòng hải lưu ven bờ
Hướng sóng và độ cao sóng phụ thuộc vào hoạt động của gió mùa. Trong gió mùa Đông Bắc,
hướng sóng chủ yếu là Đông, sau là Đông Bắc. Độ cao sóng lớn hơn sóng trong mùa gió Tây
Nam. Dòng chảy ven bờ ngược theo kim đồng hồ, theo hướng Tây Bắc Đông Nam. Vào mùa gió
Tây Nam, sóng thịnh hành là hướng Đông, Đông Nam, còn dòng biển chảy theo chiều kim đồng
hồ, hướng Đông Nam Tây Bắc, song vào mùa này, do nước sông Hồng chảy ra biển mạnh, nên
dòng ven bờ bị đẩy ra xa hơn so với thời kỳ gió mùa Đông Bắc. Khi bão đổ bộ vào đất liền, gió
lớn (40-50 m/s), sóng cao 5-7 m, nhất là khi triều cường, thường gây ra hậu quả rất nghiêm

trọng: hủy hoại bãi bờ, đê sông, đê biển, gẫy cây cối, đổ nhà cửa, gây úng và ngập mặn, ảnh
hưởng mạnh đến sản xuất và đời sống của các cộng đồng cư dân ven biển.
2.3. Số liệu thống kê về diện tích rừng ngập mặn các tỉnh
Diện tích rừng ngập mặn (RNM) tự nhiên trong khu vực nghiên cứu không nhiều, ít tập trung.
Trong các tỉnh thuộc khu vực nghiên cứu, đa phần diện tích RNM tồn tại hiện nay là rừng trồng.
Một phần nhỏ diện tích RNM tồn tại trong vùng là diện tích rừng trồng do các chương trình
trồng rừng của Chính phủ, còn lại đa phần được trồng với sự tài trợ của các tổ chức quốc tế. Đầu
tiên, phải kể đến hoạt động khởi đầu phong trào của Tổ chức ACTMANG (Nhật Bản), từ đầu
những năm 90. Sau đó, dưới sự tài trợ của Hội Chữ thập Đỏ Đan Mạch thông qua Hội Chữ thập
Đỏ Việt Nam, đã tiến hành trồng được diện tích rộng lớn RNM ở 4 huyện thuộc 2 tỉnh Nam
Định và Thái Bình. Cùng với tài trợ của Hội Chữ thập Đỏ Đan Mạch, nhiều tổ chức quốc tế, một
số chương trình quốc gia và cộng đồng dân cư trong vùng cũng đã tổ chức trồng RNM. Ngày
nay, nhiều diện tích rộng lớn RNM đã bao phủ toàn bộ vùng.
Bảng 2.1. Bảng diện tích rừng ngập mặn trồng tại các tỉnh trong khu vực nghiên cứu
Đơn vị: ha
Tỉnh/
huyện

Kandelia candel
19942005

2006Total
2010

Sonneratia caseolaris
19942005

20062010

Rhizophora apiculata

Total

19942005

20062010

Total

Thái Thụy

2.719

0

2.719

875

0

875

380

0

3.594

Giao Thủy

1.740

50

1.790

1.077

0

1.077

1.761

0

2.867

Tổng

4.459

50

4.509

1.952

0

1.952

2.141

0

6.461

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tập hợp và thừa kế các kết quả nghiên cứu trước đây có liên quan đến lĩnh vực RNM và thủy
văn trong vùng RNM.
Điều tra sinh thái và lâm học nhằm bổ sung và xác định các số liệu hiện trạng RNM tại từng
điểm nghiên cứu.

129
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 3 of 128.


Header Page 4 of 128.
Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình SWAN trong tính toán khả năng hấp thụ sóng của RNM
và định lượng mức độ hấp thụ đó ở từng địa điểm nghiên cứu.
Swan, hay SWAN (Simulating WAve Nearshore – mô phỏng sóng vùng ven bờ) là mô hình toán
được trường Đại học Công nghệ Delft phát triển. Mô hình nhằm mục đích tính toán sự lan truyền
của sóng từ ngoài khơi vào bờ biển (www.swan.tudelft.nl, 2011).
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành khảo sát và thu thập số liệu về hiện trạng RNM
trong khu vực nghiên cứu. Mỗi khu vực nghiên cứu, chọn 3 trục nghiên cứu chính, mỗi trục
nghiên cứu thiết lập 3 ô nghiên cứu với diện tích 5x5 m. Những số liệu cần quan tâm thu thập
trên mỗi ô nghiên cứu bao gồm thành phần loài, chiều cao, đường kính thân, cành, rễ (với rễ

chống, rễ trụ), điểm phân cành, khoảng cách từ đỉnh đến điểm phân cành... Sau khi thu thập, tính
toán số liệu trung bình của mỗi thông số. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả nhìn nhận khu
rừng như một thảm phủ với mỗi tầng, lớp có những thông số cụ thể về chiều cao so với mặt đất,
đường kính... (Hình 4.2).
Từ mô hình SWAN, nhóm nghiên cứu phân tích, tính toán và ứng dụng những thông số thu được
định tính mức độ làm tiêu giảm năng lượng sóng của thảm RNM vùng nghiên cứu.
4. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TƯƠNG TÁC GIỮA SÓNG VÀ RNM

4.1. Cơ sở khoa học của phương pháp mô phỏng
Một cơ chế tiêu tán năng lượng sóng hiệu quả nhất là quá trình sóng vỡ, tuy nhiên, khi sóng lan
truyền trong rừng cây ngập mặn, trong phần lớn trường hợp, không bị tiêu tán năng lượng do
hiện tượng này. Quá trình tiêu tán năng lượng quan trọng là do các chướng ngại mà cây tạo ra,
các cây sẽ áp đặt lực ma sát và lực quán tính lên chuyển động của nước, tạo ra sự mất mát năng
lượng và làm cho sóng hạ thấp độ cao và suy giảm vận tốc quỹ đạo. Hầu hết các mô tả vật lý dựa
trên cán cân năng lượng, vì từ đại lượng này, dễ dàng tính toán được độ cao sóng và độ cao sóng
được sử dụng để tính toán hệ số suy giảm sóng R, là hệ số xác định bằng thương của hiệu độ cao
sóng tới với độ cao của sóng truyền qua và độ cao sóng tới:
R  1

H st
H si

Trong đó: Hsi: chiều cao sóng tới, Hst: chiều cao sóng sau RNM
4.2. Hệ số ma sát đáy
Sóng lan truyền ở vùng nước nông gần bờ chịu tác động ma sát do đáy sinh ra. Độ lớn của lực
ma sát này phụ thuộc vào một loạt các tham số như vận tốc quỹ đạo sóng theo phương ngang, độ
nhám của đáy và độ sâu nước. Theo Mazda và nnk. (1997b), tiêu tán năng lượng do ma sát đáy
có giá trị nhỏ hơn một bậc so với lực kéo gây ra bởi các cây. Đây cũng chính là một trong những
kết luận rút ra từ các kết quả đo đạc hiện tượng suy giảm sóng tại vùng ven bờ đồng bằng Bắc
Bộ, tại khu vực có và không có rừng cây ngập mặn. Sự lý giải lý thuyết là do vận tốc quỹ đạo hạt

nước ở gần đáy suy giảm mạnh khi có cây tồn tại.
Phương pháp thường được sử dụng để mô tả hiện tượng tiêu tán năng lượng sóng do cây là sử
dụng tham số ma sát đáy. Mendez và Losada (2004) đã mở rộng công thức của Dalrymple

130
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 4 of 128.


Header Page 5 of 128.
(1984), kết quả này có thể áp dụng cho vùng đáy nghiêng và sóng vỡ. Các thí nghiệm vật lý
trong máng chứng minh các kết quả rất triển vọng của phương pháp này, Mendez và Losada
(2004) cho thấy, dạng mô hình này có thể dễ dàng áp dụng trong các mô hình tính toán lan
truyền sóng chuẩn, để tích hợp quá trình tiêu tán năng lượng sóng do thực vật và còn có thể dự
tính dòng chảy sóng, cũng như vận chuyển trầm tích trong vùng có thực vật. Từ công trình
nghiên cứu trong lĩnh vực này đã đi đến kết luận là công thức của Dalrymple (1984) là phương
pháp xấp xỉ quá trình tiêu tán năng lượng sóng do thực vật tốt nhất và thích hợp nhất để tích hợp
vào mô hình SWAN.
4.3. Xác định vùng tiêu tán năng lượng chính
Trường thực vật tổng thể như là một chướng ngại vật đối với sóng, chướng ngại này một phần
phản xạ, một phần làm suy giảm và một phần cho sóng lan truyền qua trong sự tương tác với
thân cây và các lá.
Trong trường hợp thực vật ngập nước, có thể phân biệt bốn phân vùng liên quan tới tiêu tán năng
lượng sóng: phân vùng 1 - vùng đáy và gốc thực vật, phân vùng 2 - vùng thân thực vật, phân
vùng 3 - vùng biên rối giữa lớp thực vật và lớp nước phía trên, và phân vùng 4 - vùng nước phía
trên thực vật, như được thể hiện trên Hình 4.1 và Hình 4.2.

Nguồn: Battjes và Janssen, 1978.
Hình 4.1. Dòng chảy xoay quanh khối hình trụ

Hình 4.2. Các phân vùng tiêu tán năng lượng của vùng thực vật ngập nước

131
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 5 of 128.


Header Page 6 of 128.
4.4. Mô hình hóa tiêu tán năng lượng sóng do thực vật
Ba tiêu chuẩn sau được coi là quan trọng nhất khi mô hình hóa suy giảm sóng do thực vật:
1. Sơ đồ hóa tốt các đặc điểm vật lý của thực vật.
2. Có khả năng áp dụng cho tất cả các loại thực vật ưa mặn.
3. Các thành phần tiêu tán phụ trội dễ dàng tích hợp vào mô hình SWAN.
Công thức của Dalrymple (1984) thỏa mãn các tiêu chuẩn này. Tiêu chuẩn sơ đồ hóa tốt các đặc
điểm vật lý quan trọng của thực vật được thỏa mãn do trong công thức này chứa các tham số như
độ cao của thực vật, độ lớn của thân cây, số lượng thân cây trên một đơn vị bề mặt và hệ số kéo.
Chỉ có một tham số không thể xác định một cách căn bản là hệ số kéo Cd, hệ số này sẽ được xác
định bằng sự so sánh với các số liệu thực đo và thực nghiệm. Kết quả của các nghiên cứu trên
mô hình vật lý cho thấy, biến động của hệ số kéo là khá lớn khi mô phỏng các loại thực vật thân
mềm. Cuối cùng, công thức Dalrymple (1984) có thể diễn giải thành các thành phần mật độ năng
lượng và dễ dàng tích hợp vào mô hình SWAN.
4.5. Đặc điểm khu vực nghiên cứu và các số liệu đầu vào
Vùng cửa sông Ba Lạt tại các huyện Giao Thủy và Thái Thụy có diện tích RNM trồng tương đối
lớn, với dải rừng rộng từ 800 đến 1.500 m. Hầu hết RNM của tỉnh Thái Bình đều phát triển rất
tốt, độ cao cây trung bình từ 2,5 đến 3 m. Các loài cây trồng chủ yếu trong vùng gồm: Trang
(Kandellia candel), Bần (Sonneratia caseolaris) và Sú (Aegiceras corniculatum). Những cây
Trang và Bần trồng với mật độ tương đối cao và các diện tích rừng trồng đã vào giai đoạn trưởng
thành, nên đã có các thế hệ cây tái sinh xuất hiện trong diện tích rừng trồng mật độ cao, làm cho
mật độ cây trong vùng khá cao. Hơn nữa, cây Sú là loài cây phát triển tự nhiên dưới tán của cây
Trang và Bần, làm cho mật độ cây trong vùng thực sự cao. Các kết quả nghiên cứu tại các khu
vực cây mọc ken dày và có tầng tán cao đã có tác dụng to lớn trong việc giảm mạnh cường độ
của sóng.

5. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN SÓNG TRÊN BÃI CÓ RỪNG NGẬP MẶN

5.1. Dữ liệu đầu vào cho từng trường hợp tính toán
Các kết quả tính toán sóng lan truyền qua RNM tại vùng nghiên cứu được thực hiện dựa trên các
số liệu thống kê các đặc điểm thủy động lực về sóng, mực nước tổng hợp: thủy triều kết hợp
nước dâng và số liệu hiện trạng về RNM tại khu vực và các trường hợp độ cao của cây ngập mặn
được thể hiện trên Bảng 5.1 và Bảng 5.2.
Bảng 5.1. Các đặc điểm của cây ngập mặn được đưa vào tính toán
Tuổi cây

Chiều cao cây (m)

Đường kính thân cây (m)

t = 4 năm

2

0,05

t = 6 năm

3

0,07

5

0,10

6

0,10

t = 8 - 9 năm

132
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 6 of 128.


Header Page 7 of 128.
Bảng 5.2. Các thông số sóng và mực nước được đưa vào tính toán theo
kịch bản khi có bão cấp 9 và 12
Trường
hợp

Mực nước
thủy triều (m)

Sóng
Chiều cao (m)

Chu kỳ (s)

Mực nước
dâng (m)

Ia

1,2

2,01

6,7

1,5

Ib

1,2

2,70

10,0

2,0

II

2,0

2,01

6,7

1,5

III

2,0

2,70

10,0

2,0

Các trường hợp tính toán sẽ được thực hiện theo các nội dung chính như sau:
+ Tính toán xác định hệ số kéo Cd cho khu vực nghiên cứu trên mô hình SWAN.
+ Tính toán sóng trên bãi có RNM trong các trường hợp các giá trị về đặc điểm của cây ngập
mặn thay đổi: độ cao, mật độ và độ rộng, nhằm xác định các giá trị tối ưu phục vụ cho thiết kế
RNM.
5.2. Tính toán hiệu chỉnh và nghiệm chứng mô hình
Thừa kế kết quả khảo sát thực tế tại vùng ven biển Bắc Bộ của một số nghiên cứu ở những nơi
có rừng trồng và một số nơi không có rừng ở gần đó, như phường Ngọc Hải, thị xã Đồ Sơn, xã
Bàng La - huyện Đồ Sơn, xã Đại Hợp - huyện Kiến Thụy và xã Vinh Quang - huyện Tiên Lãng,
Hải Phòng (Phan Nguyên Hồng và nnk., 2007; Vũ Đình Thái, 2006, 2007; Vũ Đoàn Thái và Mai
Sỹ Tuấn, 2006). Các tham số chính của mô hình được sử dụng bao gồm: độ cao mực nước thủy
triều: 1,5m; số liệu trường độ sâu và khu vực có cây ngập mặn; biên độ sóng: Hs = 0,7 m, chu kỳ
sóng: Tp = 5,1 s và đặc điểm của rừng cây ngập mặn khu vực khảo sát (Bảng 5.3).
Bảng 5.3. Đặc điểm rừng cây ngập mặn khu vực đo đạc, khảo sát
Mật độ

Độ cao (m)

Đường kính thân
(m)

Cành/m2

Cây/m2

2

0,04

11

3,6

Thông qua kết quả của các trường hợp tính toán hiệu chỉnh mô hình ta thấy, hệ số kéo được hiệu
chỉnh thành công với các điều kiện thủy động lực được đo đạc đồng bộ. Nếu các điều kiện về
thủy động lực và đặc điểm của cây ngập mặn được xác định trước, mô hình SWAN với phần tích
hợp tính toán tiêu tán năng lượng sóng do RNM có thể sử dụng để mô phỏng trường sóng lan
truyền qua RNM. Giá trị của hệ số kéo có giá trị là Cd = 0,25 được xác định thông qua các
trường hợp hiệu chỉnh và nghiệm chứng theo số liệu thực đo của đề tài đã thực hiện.
5.3. Kết quả tính động lực/động năng/sóng trên bãi có rừng ngập mặn
Để tính toán cho các trường hợp thay đổi tính chất của rừng cây ngập mặn và các điều kiện thủy
động lực, căn cứ theo số liệu trường độ sâu của khu vực nghiên cứu xác định độ dốc trung bình
địa hình đáy của khu vực, thông qua việc lấy trung bình của một số mặt cắt đại diện trong khu

133
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 7 of 128.


Header Page 8 of 128.
vực. Việc mô phỏng và tính toán được tiến hành trong các điều kiện biên I và II (mực nước, sóng
do bão cấp 9 và cấp 12) cho các trường hợp: độ cao, mật độ và độ rộng của rừng cây ngập mặn
thay đổi.

5.3.1. Trường hợp độ cao của cây ngập mặn thay đổi
Các trường hợp tính toán với đặc điểm của cây ngập mặn có đường kính trung bình là 0,05 m,
mật độ tương đương trung bình là 11 cành/m2 và độ cao của cây ngập mặn thay đổi lần lượt từ:
2; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5 và 6,0 m, được thực hiện với các điều kiện về thủy động lực
tương ứng với các cấp bão 9 và 12 được thể hiện trong Bảng 5.4.
Bảng 5.4. Các đặc điểm thủy động lực
Trường hợp

Mực nước
tổng cộng (m)

I
II

Sóng
Chiều cao (m)

Chu kỳ (s)

3,5

2,01

6,7

4,0

2,7

10,0

(a) Các trường hợp với các điều kiện I:
Các đặc điểm đầu vào: Mực nước tổng cộng gồm thủy triều và nước dâng do bão cấp 9: 3,5 m.
Độ cao sóng 2,01 m; chu kỳ 6,7 s. Đường kính thân cây 0,05 m và mật độ cây tương đương 11
cành/m2. Chiều cao cây lần lượt được sử dụng với các giá trị là: 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0;
5,5 và 6,0 m (Hình 5.1 là thí dụ trường hợp cây cao 2,5 m).

Hình 5.1. Biểu đồ theo mặt cắt hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách x 10 m từ biên
và từ mép rừng theo chiều sóng lan truyền

Hình 5.2. Biểu đồ theo mặt cắt hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách x 10 m từ mép rừng theo
chiều sóng lan truyền với mực nước tổng cộng 3,5 m và các độ cao của cây khác nhau

134
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 8 of 128.


Header Page 9 of 128.
(b) Các trường hợp với các điều kiện II:

Hs (m)

Các đặc điểm đầu vào: Mực nước tổng cộng gồm thủy triều và nước dâng do bão cấp 12: 4,0 m.
Độ cao sóng 2,70 m; chu kỳ 10 s. Đường kính thân cây 0,05 m và mật độ cây tương đương 11
cành/m2. Chiều cao cây lần lượt được tính với các giá trị là: 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5
và 6,0 m (Hình 5.3 là kết quả được thể hiện trong trường hợp cây cao 3,0 m):

Khoảng cách từ biên x 10 m

Chú thích: Kết quả tính trường hợp mực nước 4,0 m, độ cao sóng 2,7 m, chu kỳ 10 s, đường kính

thân cây 5 cm, mật độ tương đương 11 cành/m2 và cây cao 3,0 m.
Hình 5.3. Biểu đồ độ cao sóng Hs (m) trên mặt cắt với khoảng cách từ biên theo
chiều sóng lan truyền với mép rừng ngập mặn tại khoảng cách 78x10 m

Hình 5.4. Biểu đồ theo mặt cắt hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách x 10 m theo
chiều sóng lan truyền với mực nước tổng cộng 4 m và các độ cao của cây
Các kết quả tính toán hệ số suy giảm sóng cho các trường hợp với các điều kiện II (Hình 5.4) cho
thấy, sự phụ thuộc chặt chẽ của hệ số suy giảm sóng vào độ cao của cây, giá trị của R không thay
đổi khi độ cao của cây thay đổi từ 4 m trở lên.
Theo các kết quả tính toán được thể hiện trên Hình 5.3, Hình 5.4 và được tổng hợp trong Bảng
5.5 ta thấy, hệ số suy giảm sóng của RNM là đại lượng phụ thuộc vào độ cao mực nước tổng hợp
và độ cao của cây, thông qua phần thể tích nước bị cây chiếm chỗ. Với kết quả tính toán ta thấy,
hệ số suy giảm sóng đạt giá trị lớn nhất khi độ cao của cây đạt đến 3,5 m và tốc độ thay đổi giảm
dần khi độ cao tiếp tục tăng.

135
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 9 of 128.


Header Page 10 of 128.
Bảng 5.5. Hệ số suy giảm sóng do rừng ngập mặn lớn nhất theo độ cao cây
và điều kiện biên sóng, mực nước
Mực nước tổng
cộng (m)

Độ cao sóng
Hs (m)

Chu kỳ
Tp (s)

Độ cao cây (m) ứng với hệ số
suy giảm sóng lớn nhất

2,7

2,01

6,7

3,5

3,2

2,70

10,0

3,5

3,5

2,01

6,7

3,5

4,0

2,70

10,0

4,0

5.3.2. Trường hợp mật độ của cây ngập mặn thay đổi
Các trường hợp tính toán với đặc điểm của cây ngập mặn có đường kính trung bình là 0,05 m, và
độ cao của cây ngập mặn là 3,5 m với mật độ tương đương trung bình thay đổi lần lượt từ: 2; 3;
4; 5; 6; 7; 8;... 25 cành/m2 được thực hiện với các điều kiện về thủy động lực tương ứng với các
cấp bão 9 và 12.

Hình 5.5. Biểu đồ đánh giá mức độ biến động của hệ số suy giảm sóng khi mật độ
tương đương của rừng ngập mặn biến đổi từ 2 cành/m2 đến 25 cành/m2
Theo các kết quả tính toán được thể hiện trên Hình 5.5 ta thấy, hệ số suy giảm sóng của RNM là
đại lượng phụ thuộc vào mật độ tương đương của cây, khi mật độ cây tăng lên từ 2 cành/m 2 đến
10 cành/m2, tốc độ biến động của hệ số suy giảm sóng từ 0,1700 đến 0,0167, sau đó tốc độ biến
động giảm. Như vậy, chúng ta có thể xác định được mật độ tương đương tối ưu của RNM trong
các trường hợp tính toán là 10 cành/m2, tương ứng với mật độ cây trên thực tế là 3,2 cây/m2.

5.3.3. Trường hợp độ rộng của rừng cây ngập mặn thay đổi
Trên cơ sở các kết quả tính toán của các trường hợp tối ưu về độ cao, mật độ của rừng cây ngập
mặn, số liệu về hệ số suy giảm sóng được trích xuất xây dựng mối quan hệ với độ rộng của rừng
cây ngập mặn. Mức độ biến động của hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách từ bìa rừng theo
phương truyền sóng được thể hiện trên Hình 5.6. Kết quả cho thấy, mức độ biến động của độ
rộng tối ưu của rừng cây ngập mặn vào khoảng 180 m đến 240 m.

136
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 10 of 128.

Mức độ biến động của hệ số
suy giảm sóng

Header Page 11 of 128.

Khoảng cách từ mép rừng x 60 m

Hình 5.6. Biểu đồ đánh giá mức độ biến động của hệ số suy giảm sóng theo
khoảng cách từ mép rừng theo phương truyền sóng

5.3.4. Xây dựng bảng tra cứu hệ số suy giảm sóng
Căn cứ vào các kết quả tính toán hệ số suy giảm sóng do RNM, chúng tôi đã thực hiện xây dựng
bảng tra cứu hệ số suy giảm sóng. Các số liệu được tra cứu dựa trên các đặc điểm thủy động lực
về mực nước tổng cộng, độ cao sóng và các đặc điểm của cây RNM: mật độ cây tương đương,
đường kính thân cây và độ rộng của rừng cây theo phương truyền sóng.
6. MỘT SỐ KẾT LUẬN VỀ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ GIẢM SÓNG CỦA
RỪNG NGẬM MẶN

1. Dựa vào kết quả tính toán có thể thấy rằng, hệ số suy giảm sóng của rừng ngập mặn là đại
lượng phụ thuộc vào độ cao mực nước tổng hợp và độ cao của cây thông qua phần thể tích nước
bị cây chiếm chỗ. Với kết quả tính toán ta thấy rằng, hệ số suy giảm sóng đạt giá trị lớn nhất khi
độ cao của cây đạt đến 3,5 m và tốc độ thay đổi giảm dần khi độ cao tiếp tục tăng.
2. Dựa vào kết quả tính toán có thể thấy, hệ số suy giảm sóng của RNM là đại lượng phụ thuộc
vào mật độ tương đương của cây, khi mật độ tăng lên từ 2 cành/m2 đến 10 cành/m2, tốc độ biến
động của hệ số suy giảm sóng từ 0,1700 đến 0,0167, sau đó tốc độ biến động giảm. Như vậy,
chúng ta có thể xác định được mật độ tương đương tối ưu của RNM trong các trường hợp tính
toán là 10 cành/m2, tương ứng với mật độ cây trên thực tế là 3,2 cây/m2.
3. Về độ rộng tối ưu của rừng cây ngập mặn: Trên cơ sở các kết quả tính toán về hệ số suy giảm
sóng và xây dựng mối quan hệ của chúng với độ rộng của rừng cây ngập mặn cho thấy, mức độ

biến động của độ rộng tối thiểu đảm bảo yêu cầu bảo vệ bờ biển trước độ cao sóng thường ngày
của RNM vùng nghiên cứu ở khoảng 180 m đến 240 m. Bờ biển sẽ được bảo vệ tốt hơn khi dải
RNM được mở rộng hơn ra phía biển. Trước tình hình diễn biến phức tạp cả về tần suất và mức
độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan, dải RNM phía trước đê biển vùng đồng bằng sông
Hồng cần được mở rộng hơn nữa ra phía biển.
Trước ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nghiên cứu sâu hơn cho kịch bản biến đổi về mực nước
biển và độ cao sóng để tính toán độ rộng và mật độ tối ưu cần thiết cho dải RNM là cần thiết.

137
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 11 of 128.


Header Page 12 of 128.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.

Battjes J.A. and J.P.F.M. Janssen, 1978. Energy Loss and Set-up Due to Wave Breakinof
Rondom Waves. Proceedings of 16th Conference on Coastal Engineering, Hamburg,
Germany. ASCE: pp. 569-589.

2.

Dalrymple G.B., 1984. How Old is the Earth? A Reply to Scientific Creationism. In: Frank
A. and W. Thwaites (Eds.). Proceedings of the 63rd Annual Meeting of the Pacific Division.
American Association for the Advancement of Science, Vol.1, Part 3: pp. 66-131.

3.

Phan Nguyên Hồng, Lê Xuân Tuấn và Vũ Đình Thái, 2007. Ảnh hưởng của nước biển dâng

đến hệ sinh thái rừng ngập mặn và khả năng ứng phó. Tạp chí Biển, Số 7-8/2007. Liên hiệp
Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam: tr. 16-17.

4.

Http://www.swan.tudelft.nl, 2011. T. o. S. H. P.

5.

Kobayashi N., A.W. Raichle and T. Asano, 1993. Wave Attenuation by Vegetation. Journal
of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, 119: 30-48.

6.

Massel S.R., K. Furukawa and R.M. Brinkman, 1999. Surface Wave Propagation in
Mangrove Forests. Fluid Dynamics Research, 24: pp. 219-249.

7.

Mazda Y., M.M. Kogo and Phan Nguyen Hong, 1997a. Mangroves as a Coastal Protection
from Waves in the Tong King Delta, Vietnam. Mangroves Salt Marshes, 1: pp. 127-135.

8.

Mazda Y., W. Eric, K. Brian, S. Akira, O. Daisuke and M. Michimasa, 1997b. Drage Forece
Due to Vegetation in Mangroves Swamps. Mangroves Salt Marshes, Vol.1, No.3: pp. 193-199.

9.

Mendez F.M. and I.J. Losanda, 2004. An Empirical Model to Estimate the Propagation of

Random Breaking and Nonbreaking Waves over Vegetation Fields. Coastal Engineering,
51: pp. 103-118.

10. Vũ Trung Tạng, Lê Đức Tố và Nguyễn Hoàn, 1985. Điều tra tổng hợp vùng cửa sông ven
biển tỉnh Thái Bình. Báo cáo đề tài, giai đoạn 1981-1985, Chương trình "Quản lý tài nguyên
và bảo vệ môi trường, 52.02". Mã số 52.02.01.
11. Vũ Đoàn Thái, 2006. Vai trò của một số kiểu rừng ngập mặn trồng làm giảm độ cao của
sóng. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Kỳ 2, tháng 3/2006: tr. 96-99.
12. Vũ Đoàn Thái, 2007. Bước đầu nghiên cứu khả năng chắn sóng, bảo vệ bờ biển trong bão
qua một số cấu trúc rừng ngập mặn trồng ven biển Hải Phòng. Vai trò của hệ sinh thái rừng
ngập mặn và rạn san hô trong việc giảm nhẹ thiên tai và cải thiện cuộc sống ven biển. NXB
Nông nghiệp, Hà Nội: tr. 77-88.
13. Vũ Đoàn Thái và Mai Sỹ Tuấn, 2006. Khả năng làm giảm độ cao của sóng tác động vào bờ
biển của một số kiểu rừng ngập mặn trồng ở ven biển Hải Phòng. Tạp chí Sinh học, tập 28,
số 2, tháng 6/2006: tr. 34-43.
14. Nguyễn Ngọc Thụy, 1982. Thủy triều vùng biển Việt Nam. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà
Nội: 261 tr.
15. UNEP-WCMC, 2006. In the Front Line: Shoreline Protection and Other Ecosystem Services
from Mangroves and Coral Reefs. Cambridge, UK.

138
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 12 of 128.


Header Page 13 of 128.
Summary
RESEARCH ON WAVE ENERGY ABSORPTION CAPACITY OF MANGROVES
IN NAM DINH AND THAI BINH PROVICES
Nguyen Thi Kim Cuc
Water Resources University

Coastal region of Vietnam as well as tropical countries is under the influences of extreme
weather phenomena. Recognizing and evaluating the accurate level of risk and the ability to cope
with the extreme weather events, such as cyclones, storms, tsunami... especially when such
phenomena occur in conjunction with high tide of the beach are important for the sustainable
development of coastal areas. In fact, the role of mangroves in reducing wave energy, coastal
erosion, sediment accumulation, etc. has been confirmed by many studies.
In this study, the results of the survey and collection data on the state of mangroves in the area
have been analyzed. The obtained quantitative parameters have been applied to calculate the
reduction of wave energy level of mangrove vegetation through SWAN model. Swan, or SWAN
(Simulating Wave Nearshore – coastal wave simulation) is a mathematical model developed to
calculate the propagation of waves from offshore to the coast. The results have shown that the
optimal density of mangroves trees is 10 branches/m2, corresponding to the density of trees on
3.2 tree/m2 and the width of the strip of mangroves minimum recommended for the study area is
180-240 m in ordinary wave conditions. Under the context of climate change, more specific
research for the different changes in sea level and wave height senarios should be studied to
estimate the optimal required width and density of mangrove.

139
luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 13 of 128.