CHƯƠNG 11 các QUÁ TRÌNH đới bờ (COASTAL PROCESSES)

CHƯƠNG 11:

CÁC QUÁ TRÌNH ĐỚI BỜ (COASTAL PROCESSES)
 Mục tiêu học tập (Learning Objectives):
Trong chương này, chúng ta tập trung vào một trong những môi trường năng động nhất
trên Trái Đất - bờ biển, nơi mà biển và đất liền giao nhau. Vẻ đẹp của vùng ven biển, với vị
mặn, quang cảnh và âm thanh của gió, những ngọn sóng đánh vào đất liền, đã tạo nguồn cảm
hứng cho các nhà thơ, nghệ sĩ trong hàng nghìn năm. Bãi biển với cát, sỏi và các bờ đá tiếp tục
thu hút khách du lịch giống như ở vài khu vực khác. Tuy nhiên hầu hết chúng ta đều không hiểu
rõ về cách thức sóng đại dương hình thành và làm thay đổi đường bờ biển của thế giới. Mục
đích chính của chương này là loại bỏ những bí ẩn về cách các vùng ven biển được hình thành và
duy trì, trong khi vẫn lưu lại sự kỳ diệu.
Chúng ta tìm hiểu những rủi ro từ gió, sóng, bão và cách chúng ta có thể sống trong
môi trường ven biển luôn thay đổi trong khi vẫn duy trì được vẻ đẹp vốn có của nó. Trong
chương này, ta sẽ tập trung vào các mục tiêu sau:

•
•
•
•

Biết được những thuật ngữ cơ bản và các quá trình của sóng.
Có thể xác định các phần hợp thành cơ bản của bãi biển.
Hiểu được quá trình vận chuyển trầm tích ven biển.
Biết được dòng chảy rút xa bờ (rip current) là gì và tại sao chúng là một mối nguy hiểm

nghiêm trọng cho những người bơi lội.
• Nắm được các quá trình chính liên quan đến xói mòn bờ biển (coastal erosion).
• Hiểu được các cách tiếp cận kỹ thuật khác nhau đối với việc bảo vệ đường bờ.
• Nhận thức được các hoạt động nhân sinh ảnh hưởng như thế nào đến sự xói mòn bờ
biển.

• Nắm được lý do tại sao chúng ta đang đến bước ngoặc liên quan tới việc điều chỉnh xói
mòn bờ biển.
• Hiểu rõ những cơn bão xoáy nhiệt đới và mối nguy hại mà chúng mang đến.
Trường hợp lịch sử:
Tranh luận về hải đăng Cape Hatteras:
Ở miền Bắc Carolina, xảy ra bất đồng ý kiến dữ dội về việc xói mòn bờ biển đã diễn ra
trong những năm gần đây. Về mặt lịch sử, Bắc Carolina đã giữ vững lý luận rằng sự xói mòn bờ
biển là một quá trình tự nhiên mà cư dân vẫn có thể sinh sống với nó. Khi sự xói mòn bắt đầu
đe dọa ngọn hải đăng Cape Hatteras (Hình 11.a), lý luận này đã được kiểm nghiệm. Ngọn hải
đăng tọa lạc gần Buxton, trên đảo chắn (barrier island) ở Bắc Carolina được gọi là Outer Banks.
Ngọn hải đăng được xây dựng ban đầu vào cuối thế kỷ XIX, nó đã xấp xỉ 500 m (1640 ft) so
với biển. Vào đầu những năm 1990, ngọn hải đăng chỉ cách biển 100 m (328 ft) và có nguy cơ
bị phá hủy bởi một cơn bão lớn.

1
Hình 11.1a: Hải đăng Cape Hatteras vào cuối những năm 1980 trước khi được di dời ( Dennis A. Mook )


Những nhà chức trách địa phương đã phải cân nhắc những lựa chọn sau:

• Kiểm soát sự xói mòn bờ biển chủ yếu tại khu vực và đi ngược lại với chính sách quốc
gia trong việc chịu thua sự xói mòn. Những kỹ sư của quân đội Hoa Kỳ ban đầu đề xuất
bảo vệ ngọn hải đăng bằng cách xây dựng một đê biển (sea – wall) trị giá 5.6 triệu USD
quanh chân ngọn hải đăng.
• Không làm gì và cuối cùng bị mất ngọn hải đăng, và theo đó là một phần quan trọng của
lịch sử nước Mỹ.
• Di dời ngọn hải đăng vào nội địa. Nhiều người dân địa phương phản đối kế hoạch này,
họ sợ rằng ngọn hải đăng sẽ sụp đổ nếu di chuyển.
Sau nhiều cuộc thảo luận, tranh luận và bàn cãi về việc phải làm gì, National Park
Service đã quyết định di chuyển ngọn hải đăng từ bờ phía đông đảo Hatteras vào trong đất liền

địa khoảng 500m (1640 ft) với chi phí khoảng 12 triệu USD. Quyết định di chuyển ngọn hải
đăng được dựa trên vài yếu tố. Nó phù hợp với quan điểm về quy hoạch vùng ven biển (coastal
zone) bền vững tránh khỏi những vùng hiểm họa là cố gắng kiểm soát các quá trình tự nhiên.
Điều này cũng phù hợp với chính sách của Bắc Carolina trong việc bảo tồn các di tích lịch sử
(historic objects), như ngọn hải đăng, cho sự thừa hưởng của những thế hệ mai sau. Ngọn hải
đăng đã được di chuyển thành công vào mùa hè năm 1999 (Hình 11.1b). Với tỉ lệ xói mòn bờ
biển hiện tại, ngọn hải đăng sẽ được an toàn ở vị trí mới cho đến giữa hoặc cuối của thế kỷ XXI.
Bão Dennis đã ập vào hòn đảo vào năm 1999, sau khi ngọn hải đăng được di chuyển và cấu trúc
lịch sử không bị hư hại đáng kể.

Ở bờ Đông, một trận chiến hải đăng khác đang xảy ra. Hàng trăm ngôi nhà cùng các tòa
nhà khác nhau dọc theo bờ biển Long Island, New York, hiện gần với vùng bờ đang diễn ra hoạt

2


động xói mòn mạnh mẽ. Bao gồm cả ngọn hải đăng nổi tiếng Montauk (Hình 11.2), được xây
dựng vào năm 1796 trên một vách đứng (bluff) cách đại dương 100 m (328 ft) và bây giờ chỉ
còn cách khoảng 25 m (82 ft). Một nhóm tranh luận về việc cải thiện một cấu trúc cứng chắc,
gồm hàng triệu đô la với một lớp bảo vệ ( revetment) bằng đá, dài 280 m (tức là đê biển bằng
đá) để bảo vệ chân vách đứng khỏi xói mòn. Một nhóm khác đang thuyết phục nhằm di chuyển
ngọn hải đăng vào nội địa. Việc di dời ngọn hải đăng sẽ là một thách thức, và lớp bảo vệ bằng
đá có thể thay đổi đường bờ biển, gây ra vấn đề ở các khu vực lân cận. Giải pháp đá cũng có thể
thiết lập một tiền lệ cho việc điều chỉnh cấu trúc cứng khỏi sự xói mòn bờ biển ở Long Island và
các khu vực khác của Bờ Đông.

11.1 GIỚI THIỆU VỀ TAI BIẾN BỜ BIỂN (Coastal Hazards):
Khu vực ven biển là môi trường năng động với địa hình, khí hậu và thảm thực vật đa
dạng. Những quá trình lục địa và đại dương hội tụ dọc theo bờ biển tạo ra các cảnh quan đặc
trưng có khả năng thay đổi nhanh chóng. Bờ biển phía Đông của Hoa Kỳ là một rìa thụ động

(passive margin) nằm cách xa mảng ranh giới hội tụ (convergent plate boundary) (xem Chương
2). Bờ biển đặc trưng bởi có một thềm lục địa (continental shelf) rộng, đảo chắn lớn và bãi cát
biển. Những đường bờ đá (rocky coastline) hầu hết bị giới hạn ở bờ biển New England, nơi mà
dãy núi Appalachian tiếp giáp với Đại Tây Dương. Bờ biển phía Tây nằm gần ranh giới hội tụ
(convergent boundary) giữa mảng Bắc Mỹ và mảng Thái Bình Dương (i.e, nó là bờ rìa động –
active margin). Dãy các tòa nhà đã tạo ra một đường bờ biển với những vách đứng ở biển (sea
cliff) và các bờ đá. Trong một thời gian dài, những bãi cát biển hiện diện nhưng không phong
phú như dọc bờ biển phía Đông.
Tác động nguy hiểm của các quá trình đới bờ (coastal processes) là đáng kể vì nhiều khu
vực dân cư nằm gần bờ biển. Tại Hoa Kỳ, người ta cho rằng phần lớn dân số sẽ tập trung dọc
150.000 km (93.000 mi) đường bờ biển quốc gia, bao gồm Great Lakes. Ngày nay, những thành
phố bậc nhất quốc gia nằm ở vùng ven biển, và khoảng 75% dân số sống ở các quốc gia ven
biển. Các vấn đề đới bờ sẽ tăng lên bởi vì có rất nhiều cư dân sinh sống ở những vùng ven biển
nơi mà những mối hiểm họa diễn ra. Một lần nữa, những hoạt động của chúng ta tiếp tục gây
mâu thuẫn với các quá trình tự nhiên! Những hiểm họa dọc theo bờ biển có thể trở nên phức tạp
hơn bởi thực tế là sự ấm lên toàn cầu (global warming) đi kèm với gia tăng mực nước biển toàn
cầu đang làm tăng vấn đề xói mòn bờ biển. (Biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng được thảo
luận trong Chương 18)

Những mối nguy hiểm nghiêm trọng nhất đối với bờ biển là:
Dòng chảy rút xa bờ được tạo ra trong vùng lướt sóng (surf zone).
Xói mòn bờ biển tiếp tục gây ra nhữngHình 11.2: Montauk Lighthouse (Peter Arnold, Inc./Alamy)
thiệt hại đáng kể về tài sản đòi hỏi sự
điều chỉnh từ con người.
Sóng thần (tsunami) hoặc các cơn sóng địa chấn biển (seismic sea wave) (thảo luận
trong Chương 7), đặc biệt nguy hiểm đối với các vùng ven biển của Thái Bình Dương.

3

Những cơn bão xoáy nhiệt đới (tropical cyclone), được gọi là hurricanes ở Đại Tây
Dương và typhoons ở Thái Bình Dương, cướp đi sinh mạng và gây ra một lượng lớn
thiệt hại về tài sản mỗi năm.

11.2 CÁC QUÁ TRÌNH ĐỚI BỜ (Coastal Processes):
 Sóng (Waves):
Các đợt sóng đánh vào bờ biển được tạo ra bởi những cơn bão ngoài khơi, đôi khi cách
bờ biển hàng nghìn km, nơi mà chúng sẽ tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Gió thổi qua mặt nước
tạo ra ma sát dọc theo ranh giới khí quyển – đại đương. Vì không khí chuyển động nhanh hơn
nhiều so với nước, sự chuyển động không khí truyền một phần năng lượng của nó xuống nước,
kết quả là tạo nên sóng. Cuối cùng các con sóng lần lượt tiêu hao năng lượng của chúng tại
đường bờ.
Quy mô của sóng phụ thuộc vào những điều sau:

• Vận tốc hoặc tốc độ gió. Vận tốc gió càng lớn thì sóng càng lớn.
• Thời lượng của gió. Thời lượng bão lâu hơn sẽ có nhiều thời gian hơn để truyền năng
lượng vào nước, tạo ra sóng lớn hơn.
• Khoảng cách mà gió thổi qua bề mặt hoặc lộ trình sóng (fetch). Lộ trình sóng càng dài,
sóng càng lớn.
Trong phạm vi khu vực bão, những cơn sóng đại dương đa dạng về kích cỡ và hình
dạng, nhưng khi đi xa khỏi nơi xuất phát điểm, chúng sẽ được phân loại thành những nhóm
sóng tương tự nhau. Các nhóm sóng này có thể di chuyển những khoảng cách xa qua đại dương
và tới những bờ biển xa xôi với sự mất mát năng lượng rất ít.
Hình thù cơ bản của sóng, hoặc dạng sóng, khi di chuyển qua vùng nước sâu được thể hiện
trong hình 11.3a. Các thông số quan trọng là:

• Độ cao sóng (wave height): Là chênh lệch độ cao giữa vùng lõm (vùng trũng xuống dài
và hẹp giữa hai con sóng) và đỉnh sóng.
• Độ dài sóng (wave length): Là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp.
• Chu kì sóng (wave period) (P): Là thời gian trong vài giây để các con sóng liên tiếp

truyền qua một điểm tham chiếu.
Nếu bạn đang trôi lềnh bềnh với áo phao bơi trong vùng nước sâu, ta có thể ghi lại
chuyển động của bạn khi sóng di chuyển qua khu vực mà bạn đang lơ lửng, bạn sẽ thấy rằng
bạn nhấp nhô lên, xuống, trước, sau trong một quỹ đạo tròn và trở lại cùng một chỗ ban đầu.
Nếu bạn ở dưới mặt nước với máy dưỡng khí , bạn vẫn sẽ chuyển động vòng tròn, nhưng vòng
tròn này sẽ nhỏ hơn. Tức là, bạn sẽ di chuyển lên, xuống, về phía trước và phía sau trong một
quỹ đạo tròn, giữ nguyên cùng một vị trí trong khi sóng truyền qua. Khái niệm này được thể
hiện trong hình 11.3b. Khi các con sóng tiến vào vùng nước cạn ở độ sâu ít hơn một nửa chiều
dài sóng (L), chúng "cảm thấy đáy" ("feel bottom"). Quỹ đạo tròn chuyển thành dạng ellips; sự
chuyển động ở đáy có thể là một hình eliips hẹp, hoặc về cơ bản là nằm ngang, tức là phía trước
và sau (Hình 11.3c). Bạn có thể đã từng trải qua hiện tượng này nếu bạn đứng hoặc bơi trong
vùng nước tương đối cạn trên bãi biển và cảm thấy nước liên tục đẩy bạn về phía bờ và sau đó
trở ra phía biển.

4


Các nhóm sóng gây ra bởi những cơn bão ngoài biển được gọi là sóng cồn (swell). Khi
sóng cồn tiến vào vùng nước cạn và cạn hơn, những biến đổi diễn ra cuối cùng dẫn đến những
đợt sóng vỡ trên bờ. Với những điều kiện nước sâu, có phương trình để dự đoán chiều cao, chu
kỳ và vận tốc sóng dựa trên chiều dài sóng, vận tốc gió và khoảng thời gian mà gió thổi qua mặt
nước. Thông tin này mang những hệ quả quan trọng về môi trường: Bằng cách dự đoán vận tốc
và chiều cao của sóng, chúng ta có thể ước tính được khi nào các con sóng có khả năng xói mòn
đặc biệt được tạo ra do một cơn bão ở xa sẽ tấn công bờ biển.
Chúng ta đã nói rằng những con sóng sẽ tiêu hao năng lượng khi chúng đến bờ biển.
Nhưng chúng ta đang nói đến bao nhiêu năng lượng? Một con số lớn đáng ngạc nhiên. Chẳng
hạn, năng lượng tiêu hao của một con sóng 400 km (250 dặm) chiều dài đường bờ biển thông
thoáng với độ cao khoảng 1 m (3.3 ft) trong một khoảng thời gian nhất định tương đương với
năng lượng được sản xuất bởi một nhà máy điện hạt nhân cỡ trung bình. Năng lượng sóng xấp
xỉ tỷ lệ thuận với bình phương chiều cao của con sóng. Như vậy, nếu chiều cao sóng tăng lên 2

m (6.6 ft), năng lượng sóng tăng theo hệ số 2 2, hoặc 4. Nếu chiều cao sóng tăng lên tới 5 m (16
ft), điển hình cho các trận bão lớn, khi đó năng lượng tiêu hao hoặc năng lượng sóng tăng 5 2
lần, hoặc là gấp 25 lần so với sóng có độ cao 1 m (3,3 ft).
Khi sóng tiến vào vùng ven biển và vùng nước cạn, chúng sẽ va chạm vào đáy và trở
nên dốc hơn. Độ dốc của sóng là tỷ số chiều cao sóng trên chiều dài sóng. Những cơn sóng
không ổn định khi chiều cao sóng lớn hơn khoảng 10 phần trăm (0,1) so với chiều dài sóng. Dù
sóng di chuyển vào vùng nước cạn , chu kỳ sóng vẫn giữ trạng thái không đổi, nhưng chiều dài
sóng và vận tốc sóng giảm và chiều cao sóng tăng lên. Sóng thay đổi hình dạng từ đỉnh và đáy
tròn trong vùng nước sâu thành các đỉnh nhọn với các đáy phẳng ở vùng nước cạn gần bờ. Có
lẽ điểm đặc biệt ấn tượng nhất của những cơn sóng tiến vào vùng nước cạn là sự gia tăng nhanh
chóng về chiều cao của chúng. Chiều cao của sóng trong vùng nước cạn, nơi chúng vỡ ra, có
thể cao gấp đôi chiều cao của chúng trong vùng nước sâu (Hình 11.3c). Sóng gần bờ biển, ngay
bên ngoài vùng lướt sóng (the surf zone) , đạt đến độ dốc không ổn định. Sự không ổn định gây
ra các sóng phá vỡ và tiêu hao năng lượng của chúng lên trên bờ biển.

5


6


Mặc dù độ cao sóng ở ngoài khơi tương đối ổn định, độ cao sóng địa phương có thể tăng
hoặc giảm khi mặt sóng (the waves front) (xem hình 11.4a) chạm đến môi trường gần bờ. Sự
thay đổi này có thể được cho là do những bất thường trong địa hình ngoài khơi và hình dạng bờ
biển. Hình 11.4a là một sơ đồ lý tưởng cho thấy một mũi đá (a rocky point) , hoặc mũi đất
(headland), giữa hai đường bờ biển tương đối thẳng. Địa hình ngoài khơi cũng tương tự như bờ
biển. Khi một con sóng tiếp cận bờ biển, hình dạng của mặt trước sẽ thay đổi và trở nên song
song với đường bờ biển. Sự thay đổi này xảy ra vì, khi những con sóng đổ vào nước cạn, chúng
sẽ chậm lại trước hết ở những nơi mà có mực nước thấp nhất, tức là ở ngoài mũi đá. Kết quả là
một sự uốn cong, hoặc sự khúc xạ (refraction), của mặt sóng. Trong hình 11.4a, các đường vẽ

dọc theo mặt sóng, với các mũi tên hướng về phía đường bờ biển, được biết đến như các pháp
tuyến sóng (wave normal). Lưu ý rằng, do sự uốn cong mặt sóng bởi khúc xạ, sẽ có sự hội tụ
(convergence) của các pháp tuyến sóng ở mũi đất, hoặc mũi đá, và sự phân kỳ (divergence) của
các pháp tuyến sóng ở những bãi biển, hoặc các vũng. Nơi mà các pháp tuyến sóng hội tụ, độ
cao sóng tăng; kết quả là,sự tiêu hao năng lượng sóng tại bờ biển cũng tăng. Hình 11.4b cho
thấy hình ảnh những con sóng lớn đánh vào một mũi đất đá.
Hình 11.4 Sự hội tụ và phân kỳ của năng
lượng sóng

(a) Sơ đồ lý tưởng của quá trình khúc
xạ sóng và tập trung năng lượng
sóng tại các mũi đá, hoặc các mũi
đất . Sự khúc xạ, hoặc uốn cong của
mặt sóng, gây ra sự hội tụ của các
chuẩn mực sóng trên điểm đá và
phân kỳ tại vịnh.
(b) Hình ảnh của những con sóng lớn đánh
vào một mũi đất đá. (Rhonda R /

Shutterstock)

7


Sự ảnh hưởng lâu dài của việc tiêu hao nhiều năng lượng lên trên các khu vực nhô ra là
sóng gây xói mòn có xu hướng làm phẳng bờ biển. Tổng năng lượng từ sóng đến bờ biển trong
một khoảng thời gian cụ thể có thể khá ổn định, nhưng có thể có sự biến thiên đáng kể về năng
lượng tiêu hao khi sóng vỡ trên bờ. Ngoài ra, sóng vỡ có thể tăng lên nhanh chóng và lao
xuống, hoặc có thể tràn nhẹ, tùy thuộc vào điều kiện địa phương, như độ dốc của đường bờ biển
(Hình 11.5), độ cao và chiều dài của những con sóng ập đến bờ biển từ một cơn bão xa xôi.

Sóng chìm (plunging breakers) thường có xu hướng gây xói mòn cao ở bờ biển, trong khi đó
sóng tràn (spilling breakers) nhẹ nhàng hơn và có thể làm lắng đọng cặn cát trên bãi biển. Các
sóng chìm lớn xuất hiện trong các cơn bão gây ra nhiều sự xói mòn bờ biển mà chúng ta quan
sát.

Hình 11.5 Các loại đê chắn sóng lý tưởng Sơ đồ và hình ảnh lý tưởng cho (a) sóng chìm trên bãi biển dốc và (b)
sóng tràn trên bãi biển dốc nhẹ. ([a] Reniw-Imagery / iStockphoto [b] Laura Gangi Pond / Shutterstock)

 Dạng biển và các quá trình biển (Beach Form and Beach Processes)
Một bãi biển là một địa hình bao gồm vật liệu bỡ rời (loose material), chẳng hạn như cát
hoặc sỏi, được tích lũy bằng hoạt động của sóng tại bờ biển. Bãi biển có thể bao gồm nhiều loại
vật liệu bỡ rời trong vùng bờ, thành phần của chúng phụ thuộc vào môi trường.
Ví dụ, nhiều bãi biển tại các đảo ở Thái Bình Dương bao gồm các mảnh vỡ vỏ và san
hô; Những bãi biển cát đen ở Hawaii bao gồm đá núi lửa; và các hạt thạch anh và fenspat
(Feldspar) được tìm thấy trên những bãi biển phía nam California. Hình 11.6 chỉ ra thuật ngữ cơ
bản của một môi trường gần bờ lý tưởng. Sự mở rộng về phía đất liền của bãi biển chấm dứt ở
một sự thay đổi hình thái địa hình và hình thái tự nhiên như một vách đứng ở biển hoặc một dải
cồn cát. Thềm (Berms) là những vùng bờ bằng phẳng trên những bãi biển hình thành bởi sự

8


lắng đọng của trầm tích khi những con sóng vươn lên và tiêu hao đi năng lượng cuối cùng của
chúng. Thềm là nơi bạn sẽ tìm thấy những người tắm nắng. Mặt bãi biển (beach face) là phần
dốc của bãi biển dưới thềm, và một phần của mặt bãi biển xuất phát từ sự trồi lên và rút xuống
của sóng được gọi là vùng sóng vỗ (swash zone). Vùng lướt sóng (surf zone) là phần của môi
trường bờ biển, nơi các sóng chuyển động hỗn loạn di chuyển về phía bờ sau khi các sóng tới
phá vỡ; vùng phá vỡ (breaker zone) là khu vực nơi mà các sóng đến trở nên không ổn định, cao,
và có sức phá vỡ. Rãnh ven bờ (Longshore trough) và dải chắn cát ven bờ (Longshore bar) là do
sự ấn nén kéo dài và sườn núi cát tạo ra do hoạt động của sóng. Một bãi biển riêng biệt, đặc biệt

là nếu nó rộng và dốc nhẹ nhàng, có thể có một loạt các rãnh ven bờ, dải chắn cát ven bờ và các
vùng phá vỡ.

Hình 11.6 Điều khoản về bãi biển. Thuật ngữ cơ bản về địa mạo và hoạt động của sóng trong môi trường biển và
ven biển .

 Vận chuyển cát (Transport of Sand)
Cát trên bãi biển không đứng yên; hoạt động của sóng giữ cát di chuyển dọc theo bãi
biển trong vùng lướt sóng (surf zone) và vùng sóng vỗ (swash zone) . Dòng hải lưu ven bờ
(longshore current) được tạo ra bởi các sóng tới va đập vào bờ theo một góc (hình 11.7). Bởi vì
các sóng đánh vào bờ biển theo một góc, một thành phần của năng lượng sóng được hướng dọc
theo bờ. Nếu sóng đến bãi biển hoàn toàn song song với bãi biển, thì không có dòng hải lưu ven
bờ nào được tạo ra.
Dòng hải lưu ven bờ là một dòng nước chảy song song với bờ biển trong vùng lướt
sóng. Dòng chảy này có thể mạnh bất ngờ. Nếu bạn đang bơi trên bãi biển và lội vào và ra khỏi
khu vực lướt sóng, bạn có thể nhận thấy rằng bạn càng đi vào và ra khỏi khu vực lướt sóng thì
bạn càng đi xa nơi bạn đã bắt đầu và để lại chiếc khăn tắm biển và ô dù của bạn. Khi bạn đi vào
và ra qua khu vực lướt sóng và vùng sóng vỗ, dòng chảy sẽ di chuyển bạn dọc theo bờ biển, và
cát cũng sẽ làm chính xác một điều như vậy.
Quá trình vận chuyển cát dọc theo bãi biển, được gọi là vận chuyển trầm tích dọc bờ
(Longshore sediment transport), có hai thành phần: (1) Cát được vận chuyển dọc theo bờ biển
với dòng hải lưu ven bờ trong vùng lướt sóng; và (2) chuyển động lên và xuống của cát biển

9


trong vùng sóng vỗ làm cho cát di chuyển dọc theo bãi biển theo một đường zigzag (hình 11.7).
Hầu hết cát được di chuyển trong khu vực lướt sóng bằng dòng hải lưu ven bờ.
Hì
nh

11.7 Vận chuyển trầm tích dọc theo bờ biển Biểu đồ khối cho thấy các quá trình trầm tích biển và vận chuyển
trầm tích dọc bờ, tập trung cát dọc theo bờ biển trong một quá trình được gọi là vận chuyển trầm tích dọc bờ. Các
trầm tích vận chuyển trong vùng sóng vỗ và vùng lướt sóng theo các đường dẫn được thể hiện bởi các mũi tên.

Sự định hướng vận chuyển của cát dọc theo các bãi biển ở Hoa Kỳ nói chung là từ phía
Bắc đến Nam cho các bãi biển ở cả phía Đông và bờ Tây của đất nước. Mặc dù hầu hết là vận
chuyển về phía Nam, nhưng nó có thể biến đổi và phụ thuộc vào hoạt động của sóng và hướng
sóng đánh vào bờ. Số lượng cát vận chuyển dọc theo bãi biển, cho dù chúng ta đang nói về
Long Island, New York, hay Los Angeles, California, là rất lớn, ở vài trăm nghìn mét khối trầm
tích mỗi năm. Tuy nhiên, lượng cát vận chuyển vào một ngày nhất định hoặc khoảng thời gian
trong ngày là rất khác nhau. Trong nhiều ngày, một lượng nhỏ cát được vận chuyển, và trên một
số khác thì lượng cát lớn hơn nhiều. Hầu hết trầm tích được vận chuyển trong các đợt sóng lớn.

 Dòng chảy rút xa bờ (Rip Currents)
Khi một loạt các đợt sóng lớn đến bờ biển và vỡ ra trên bãi biển, nước có xu hướng đổ
lên bờ. Nước không trở lại như cách nó đi vào, dọc theo rộng khắp bờ biển, mà tập trung ở các
vùng hẹp gọi là dòng chảy rút xa bờ (rip currents) (Hình 11.8). Người đi biển và nhân viên cứu
hộ gọi chúng là thủy triều mạnh (riptides) hoặc sóng dội từ bờ (undertow). Chúng chắc chắn
không phải là thủy triều, và chúng không kéo người từ dưới nước, nhưng chúng có thể kéo
người ra khỏi bờ. Tại Hoa Kỳ, có tới 200 người thiệt mạng và 20.000 người được giải cứu từ
những dòng chảy rút xa bờ rải rác mỗi năm. Vào cuối tháng 8 năm 2010, có hơn 100 người đã
được giải cứu khỏi vụ sóng vỗ từ Bắc Carolina đến New Jersey trong thời gian 2 ngày khi sóng
từ nơi cơn bão xoáy nhiệt đới xa bờ Danielle mang những đợt sóng cao và dữ dội vào bờ.

10


Hình 11.8 Dòng chảy rút xa bờ (Rip current) (a) Chế độ bao quát vùng lướt sóng , hiển thị dòng chảy rút xa bờ , là
dòng chảy trở lại của nước hình thành từ các con sóng tới. (b) Dòng chảy rút xa bờ tại Đảo Santa Cruz, California.

Sự nổi lên của tảo bẹ hiển thị dòng chảy rút xa bờ . (Edward A. Keller)

Vì vậy, rõ ràng là dòng chảy rút xa bờ gây nên một hiểm họa bờ biển nghiêm trọng cho
những người bơi lội, giết nhiều người hơn ở Hoa Kỳ trên cơ bản hàng năm so với các cơn bão
xoáy hoặc động đất; số người chết do dòng chảy rút xa bờ tương đương số lượng gây ra bởi lũ
lụt sông (river flooding). Mọi người chìm trong dòng chảy rút xa bờ bởi vì họ không biết cách
để bơi ra hoặc do hoảng sợ và chống lại những dòng chảy này bằng cách cố gắng bơi trực tiếp
trở lại bờ. Chiến thắng trận đấu với dòng chảy rút xa bờ gần như là không thể vì dòng chảy có
thể vượt quá 6 km một giờ (4 dặm một giờ), một tốc độ đến những người bơi khỏe nhất cũng
không thể duy trì trong thời gian dài. Người bơi cố gắng chống lại dòng chảy rút xa bờ nhanh
chóng trở nên kiệt sức và có lẽ không còn năng lượng để tiếp tục bơi. May mắn thay, những
dòng chảy rút xa bờ thông thường tương đối hẹp, rộng khoảng từ vài mét cho đến vài chục mét,
và chúng biến mất bên ngoài vùng sóng vỗ, trong khoảng hàng chục đến hàng trăm mét xa bờ.
Để an toàn thoát khỏi dòng chảy rút xa bờ, người bơi phải nhận ra dòng chảy trước nhất và sau
đó bơi song song bờ đến khi anh ấy hoặc cô ấy ở ngoài dòng chảy. Chỉ khi đó mới nên cố thử
bơi trở lại bờ. Chìa khóa để sống sót là không hoảng sợ. Khi bạn bơi ở đại dương, quan sát sóng
biển khoảng vài phút trước khi xuống nước và lưu ý “nhịp sóng” (“surf beat”), tập hợp những
con sóng nhỏ và to hơn đang đến một cách thường xuyên. Những dòng chảy rút xa bờ có thể
hình thành nhanh chóng sau một đợt sóng lớn đến. Chúng có thể được nhận ra bởi những vùng
tương đối yên lặng trong vùng sóng vỗ nơi những con sóng đến ít vỡ ra hơn. Bạn có lẽ thấy
dòng chảy như một khối nước di chuyển ra khỏi xuyên qua vùng sóng vỗ. Nước trong dòng
chảy có thể cũng đậm hơn, mang theo trầm tích lơ lửng. Hãy nhớ, nếu bạn vướng vào một dòng
chảy rút xa bờ, đừng hoảng sợ; bơi song song bờ đến khi bạn ở ngoài dòng chảy và sau đó bơi
trở lại bờ biển. Nếu khu vực đó có người cứu hộ, hãy la lớn kêu gọi sự giúp đỡ.

11.3 XÓI MÒN BỜ BIỂN (Coastal Erosion)
Do sự gia tăng mực nước biển toàn cầu và phát triển vùng ven biển không thích hợp, xói
mòn bờ biển đang được công nhận như là vấn đề nghiêm trọng ở quốc gia và trên thế giới. Xói
mòn bờ biển nói chung là một quá trình liên tục và có thể đoán trước hơn những thảm họa thiên
nhiên khác, như là động đất, bão xoáy nhiệt đới, hay lũ lụt, và một số tiền được dùng để kiểm

11


soát chúng. Nếu tiếp tục phát triển lớn rộng vùng ven biển cho du lịch và thú vui tiêu khiển cho
cuộc sống, xói mòn bờ biển chắc chắn sẽ trở thành vấn đề nghiêm trọng hơn.

 Ngân sách biển (Beach Budget)
Cách đơn giản để hình dung sự xói mòn bờ biển là tiếp cận ngân sách biển. Tương tự
ngân sách là tài khoản ngân hàng của bạn. Bạn gửi tiền theo thời gian đều đặn hoặc không đều
đặn. Một số tiền được lưu trữ, và đó là số dư tài khoản của bạn; bạn định kỳ rút vốn, đó là đầu
ra. Tương tự, chúng ta có thể phân tích một bãi biển thành đầu vào, lưu trữ và đưa ra cát hoặc
trầm tích lớn hơn mà có thể được tìm thấy trên bãi biển. Đầu vào của trầm tích đến bờ biển xảy
ra do quá trình đới bờ (coastal processes) di chuyển trầm tích dọc đường bờ biển (hình 11.7)
hoặc sản xuất cát từ sự xói mòn vách đứng ở biển hay cồn cát ở phần phía trên bờ biển. Trầm
tích được lưu trữ trên bờ biển là những gì bạn thấy khi đến thăm địa điểm đó. Đầu ra của trầm
tích là vật liệu mà được chuyển đi khỏi địa điểm bởi quá trình đới bờ tương tự như cách mà
trầm tích được đưa đến bờ biển. Nếu đầu vào vượt đầu ra, bờ biển sẽ phát triển như là nhiều
trầm tích sẽ được lưu trữ hơn và mở rộng bãi biển. Nếu đầu vào và đầu ra tương đối ngang
nhau, bờ biển sẽ duy trì trạng thái cân bằng thô với cùng độ rộng. Nếu đầu ra của trầm tích vượt
đầu vào, bờ biển sẽ xói mòn, và sẽ có ít hạt trầm tích hơn trên bãi biển. Vì vậy, chúng ta thấy
rằng ngân sách đại diện cho sự cân bằng cát trên bờ biển qua một thời kỳ nhiều năm. Những
thay đổi ngắn hạn trong việc cung cấp trầm tích do sự tấn công của bão sóng (storm waves) sẽ
gây nên những thay đổi theo mùa hoặc liên quan đến bão trong sự cung cấp trầm tích trên bãi
biển. Những thay đổi dài hạn trong ngân sách biển do biến đổi khí hậu hoặc tác động của con
người gây ra sự tăng trưởng dài hạn hoặc xói mòn bãi biển. Một ngân sách biển đơn giản có mặt
trong A Closer Look: Beach Budget.

 Cái nhìn cận cảnh: BEACH BUDGET
Đối với một phân đoạn đường bờ nhất định, tổng thể tích cát thêm vào (tăng lên) đến bãi

biển có thể được cân bằng (so sánh) với mất đi. Điều này tạo ra “ngân sách biển”:

• Nếu lượng mất đi lớn hơn thêm vào, kết quả là sự xói mòn.
• Nếu lượng mất đi ít hơn thêm vào, bờ biển phát triển nhờ vào sự bồi đắp của cát.
• Chúng ta có thể đánh giá một ngân sách qua một khoảng thời gian, như là một năm hay
mười năm.
Ví dụ, tưởng tượng một bờ biển đơn giản với những dòng sông cung cấp cát, một vách
đứng ở biển, một bãi biển, và một hẻm núi ngầm (hình 11.A). Bờ biển này định nghĩa ô ven bờ
(littoral cell), là một phân đoạn bờ biển (i, e., một hệ thống) bao gồm nguồn gốc và vận chuyển
cát và dọc bãi biển. (Trong trường hợp đơn giản này, sông chuyển giao cát, như là sự xói mòn
vách đứng ở biển). Cát được chuyển dọc bờ biển, và một vài được chuyển từ môi trường gần bờ
xuống hẻm núi ngầm (i,e., hẻm núi xa bờ mà có thể đi vào vùng sóng vỗ và loại bỏ cát khỏi hệ
thống vận chuyển của bãi biển (beach transport system)). Ở đây, chúng ta xác định ngân sách
trước và sau khi một con đập được xây dựng, xác nhận sự xói mòn quan sát được trên ở những
bãi biển phía nam của hẻm núi ngầm nơi nhà ở đang bị đe dọa.
Để ước lượng số trầm tích vận chuyển đến bờ biển từ sông, chúng ta có thể dùng
phương trình (số liệu mẫu) hoặc đồ thị thuộc vùng đó. Vùng vịnh trước khi có đập có 800 km2
diện tích đóng góp trầm tích. Từ phân tích về sản xuất trầm tích của chúng tôi, ước tính rằng
lượng trầm tích đưa ra bãi biển từ sông khoảng 300 m 3/km2/năm. Sau khi xây dựng đập, diện

12


tích đóng góp trầm tích giảm xuống 500 km2, với năng suất 400 m3/km2/năm. Kết quả của sự
gia tăng trên mỗi đơn vị diện tích là vì những nhánh sông nhỏ hơn bên dưới đập có năng suất
trầm tích cao hơn.
Giả sử rằng 30% lượng trầm tích được đưa ra từ sông sẽ vẫn còn trên bãi biển và có kích thước
của cát và lớn hơn:
Trước đập:
Sr (+) = (300 m3/km2/năm)(800 km2)(0.3) = 72,000 m3/năm

Sau đập:
Sr (+) = (400 m3/km2/năm)(500 km2)(0.3) = 60,000 m3/năm
Giả sử có vài ngôi nhà trên bãi biển gần điểm X. Bạn sẽ đưa cho họ lời khuyên gì? Bạn sẽ phản
ứng thế nào nếu có một khu nghỉ dưỡng ven bờ phát triển mạnh gần điểm X?

Chú thích:
Sl: vận chuyển ven bờ
Scf: xói mòn vách đứng ở
biển
Scn: hẻm núi ngầm
R: sông
(+) thêm cát vào môi
trường ven biển
(-) loại bỏ cát khỏi môi
trường ven biển

Hình 11.A Ngân sách
biển
Ví dụ đơn giản về cách
ngân sách biển được
hình thành

13


Nguồn cát cho ví dụ của ngân sách biển
Nam 200,000 m3/năm
Bắc 50,000 m3/năm
Net 150,000 m3/năm về phía nam
(Scf) Xói mòn vách đứng ở biển (+)

Tốc độ xói mòn là 0,5 m/năm; độ cao trung
bình của vách đứng ở biển là 6 m; Tổng chiều
dài 3.000m. Giả sử 50% vật chất bị xói mòn
vẫn còn trên bãi biển.
Scf = (0.5 m/năm)(6 m)(3,000 m)(0.5) = 4,500 m3/năm
(Sr) Nguồn sông (+)
Giả sử diện tích thoát nước là 800 km2
Một con đâp được xây dựng 15 năm trước , làm giảm lưu vực thoát nước cung cấp trầm tích cho
bờ biển đến 500 km2
(Scy) Hẻm núi ngầm bên dưới (-)
Ước tính từ quan sát ngoài khơi: 220.000 m3/năm
Ngân sách trước khi xây dựng đập
Trôi dạt theo bờ biển (Sl)
+
150,000 m3/năm
Sự xói mòn vách đá (Scf)
+
4.500 m3/năm
Sông (Sr)
+
72.000 m3/năm
Hẻm núi ngầm (Scy)
220.000 m3/năm
Ngân sách 6.500 m3/ năm; do đó, bởi vì nhiều cát đang đến điểm X trên hình 11.A hơn là
đang rời đi, bãi biển đang phát triển.
Ngân sách sau khi xây dựng đập
Sl
+ 150,000 m3/năm
Vận chuyển đường biển (+)

Scf
Sr
Scy
Ngân sách 5.500 m3 / năm; do đó, nhiều
sát thấy.

+ Scf 4,500 m3/năm
+ Sr 60,000 m3/năm
Scy 220,000 m3/năm
cát rời điểm X hơn là đến, và sự xói mòn được quan

 Những nhân tố xói mòn (Erosion Factors)
Cát trên nhiều bãi biển được cung cấp cho các khu vực ven biển bởi các con sông vận
chuyển nó từ các khu vực thượng nguồn, nơi chúng được sản xuất nhờ sự phong hóa khoáng
thạch anh và đá giàu khoáng fenspat. Chúng ta đang can thiệp vào dòng chảy vật chất của cát từ
vùng nội địa tới bờ biển bằng cách xây dựng đập giữ lại cát. Kết quả là, vài bờ biển trở nên mất
đi trầm tích và bị xói mòn.
Xây dựng đập không phải là lý do duy nhất gây ra xói mòn. Ví dụ, xói mòn bãi biển dọc
Bờ Tây có thể là hậu quả của bão xoáy nhiệt đới và những cơn bão khắc nghiệt, được biết đến
như Northeasters hoặc Nor’easters; hoặc mực nước biển dâng cao; hay sự can thiệp của con
người đến quá trình bờ tự nhiên (natural shore processes). Mực nước biển đang tăng cao trên
toàn thế giới ở mức khoảng từ 2 đến 3 mm (0.08 đến 0.12 in.) mỗi năm, không phụ thuộc vào
bất kì sự chuyển động kiến tạo nào. Bằng chứng thuyết phục là tỷ lệ tăng đang tăng trong những
thập kỉ gần đây. Sự gia tăng này là do sự tan chảy của các mũi băng ở cực và sự giãn nở vì nhiệt
của nước mặt ở đại dương, gây ra bởi sự nóng lên toàn cầu, một phần liên quan đến việc gia
tăng lượng khí carbon dioxide trong khí quyển được tạo ra bằng cách đốt các nhiên liệu hóa

14

thạch. Mực nước biển có thể tăng từ 20 cm đến 2 m (8 đến 80 in) trong suốt thế kỷ tới, đảm bảo
rằng sự xói mòn bờ biển sẽ trở thành một vấn đềlớn hơn thời điểm bây giờ.

 Xói mòn vách đứng ở biển (Sea Cliff Erosion)
Khi một vách đứng ở biển (i, e., một vách đá dốc đứng hoặc vách đá) có mặt dọc đường
bờ biển, thêm vào đó vấn đề xói mòn có thể xảy ra bởi vì vách đứng ở biển bị phơi ra bởi hoạt
động của những con sóng và các quá trình xói mòn đất, như là nước chảy và sự sụt lở đất.
Những quá trình này có thể hoạt động cùng một lúc để xói mòn vách đá ở mức độ lớn hơn một
quá trình có thể thực hiện. Vấn đề càng trở nên phức tạp khi mọi người can thiệp vào môi
trường vách đứng ở biển thông qua sự phát triển không thích hợp.
Hình 11.9 cho thấy một môi trường vách đứng ở biển điển hình ở phía nam California
khi thủy triều thấp. Các tảng đá của vách đá thì dốc và nghiêng và đá phiến xếp chồng lên nhau.
Một lớp mỏng bằng cát và các vật liệu thô, như đá cuội (pebble) và đá tảng (boulder), gần nền
của vách đá bao phủ nền dạng cắt sóng, gần như là thềm phẳng được cắt thành đá gốc bởi hoạt
động sóng. Một lớp phủ của cát (a mantle of sand) dày xấp xỉ 1 m (3.3 ft) bao phủ bãi biển suốt
mùa hè, khi những con sóng tràn, dài, nhẹ nhàng tạo thành một vùng thềm rộng trong khi bảo
vệ vách đứng ở biển khỏi sóng xói mòn (wave erosion). Suốt mùa đông, con sóng dập, có tiềm
năng cao làm xói mòn bãi biển, loại bỏ lớp phủ của cát và phơi bày chân vách đứng ở biển. Vì
vậy, không ngạc nhiên rằng hầu hết sự xói mòn vách đứng ở biển ở miền nam California xảy ra
trong mùa đông.

15


Hình 11.9 Vách đứng ở biển và bãi biển

(a) Phần cắt ngang tổng quát và (b) Hình ảnh về vách đứng ở biển, bãi biển, và dải cắt sóng, Santa Barbara,
California. (Courtesy of Donald Weaver)

Nhiều hoạt động của con người có thể gây ra sự xói mòn vách đứng ở biển. Sự đô thị

hóa, ví dụ như, hậu quả của tăng dòng chảy (increased runoff). Nếu dòng chảy không được
kiểm soát, tập hợp cẩn thận, và đổi hướng khỏi vách đứng ở biển, sẽ đưa đến sự xói mòn
nghiêm trọng. Những ống thoát nước ở các thành thị chảy từ đường phố và nhà cửa xuống trực
tiếp vách đứng ở biển gây ra xói mòn. Những ống thoát nước chảy theo lộ trình đến chân vách
đứng ở biển trên bề mặt bãi biển gây ra sự xói mòn ít hơn (Hình 11.10a). Nước tưới bãi cỏ và
vườn trên đỉnh vách đứng ở biển có thể thêm vào một lượng lớn nước cho con dốc. Lượng nước
này có xu hướng di chuyển xuống dưới thông qua vách đứng ở biển tới đáy. Khi nước xuất hiện
dưới dạng thẩm thấu kém hoặc các dòng suối bắt nguồn từ vách đứng ở biển, nó làm giảm sự ổn
định của vách đá một cách hữu hiệu, tạo điều kiện xói mòn, bao gồm cả sự sụt lở đất (Hình
11.10b).

Hình 11.10 Xói mòn vách đứng ở biển (a) ống trong bức ảnh này, từ đầu những năm 1990, mang bề mặt chảy từ
đỉnh của vách đá xuống bãi biển. Lưu ý rằng ngôi nhà ở phía trên cùng của vách đá có một lớp của xi măng phân
tán xuống vách đá. Mục đích của xi măng là làm chậm sự ăn mòn (b) cùng vị trí năm 2001. Lưu ý sự trượt lở đất
đã xảy ra, loại bỏ một số xi măng và đá của vách đá.

Các cấu trúc, như đê, tòa nhà, bể bơi, và sân hè, gần cạnh vách đứng ở biển cũng có thể
giảm sự ổn định bằng cách tăng trọng lượng cho dốc, tăng sự sụt lở đất cả nhỏ và lớn (Hình
11.11). Quy định nghiêm ngặt về phát triển ở nhiều khu vực của vùng ven biển bây giờ cấm
những công trình có rủi ro cao, nhưng chúng ta vẫn tiếp tục sống với một số sai lầm của chúng
ta trong quá khứ.

16


Hình 11.11 Học sinh sống trên các
cạnh Căn hộ trên cạnh bờ biển
trong cộng đồng đại học ở Isla
Vista, California. Dấu hiệu cho thấy
rằng cửa ngoài boong tàu đang

mở. Thật không may, boong không
phải là đặc biệt an toàn bởi vì nó
nhô ra ở các vách đá ít nhất 1 m
(3.3 ft). Chú ý tiếp xúc cột xi măng
trong vách đá, được dùng để hỗ
trợ nhà ở. Những sàn nhà và các

Cách đánh giá sự xói mòn vách đứng ở biển rất đa dạng, và có rất ít các phép đo có thể
dùng được. Gần Santa Barbara, California, tỷ lệ xói mòn bờ biển trung bình từ 15 đến 30 cm (6
đến 12 inch) mỗi năm. Những tỷ lệ xói mòn này vừa phải so với những nơi khác trên thế giới.
Dọc theo bờ biển Norfolk của Anh, ví dụ như, tỷ lệ xói mòn ở một số vùng là khoảng 2 m (6,6
ft) mỗi năm. Tỷ lệ xói mòn phụ thuộc vào sức cản của đá và độ cao của vách đứng ở biển. Tỷ lệ
xói mòn bờ biển có thể được xác định bằng kỹ thuật viễn thám mới gọi là LiDAR (xem A
Closer Look: Measuring Coastal Change).
Xói mòn vách đứng ở biển là một quá trình tự nhiên mà không thể kiểm soát hoàn toàn
trừ khi một lượng lớn thời gian và tiền bạc được đầu tư, và thậm chí như vậy, cũng không thể
bảo đảm rằng sự xói mòn sẽ chấm dứt. Vì vậy, có vẻ như chúng ta phải học cách sống chung
với một vài sự xói mòn. Nó có thể được giảm thiểu bằng cách áp dụng các biện pháp bảo tồn
hợp lý, chẳng hạn như kiểm soát nước trên và trong vách núi và không đặt nhà cửa, đê, cây cối
lớn hoặc các cấu trúc khác góp phần vào việc thúc đẩy các lực gần đỉnh cạnh của vách đá.

 Cái nhìn cận cảnh: ĐO LƯỜNG SỰ BIẾN ĐỔI BỜ BIỂN (Measuring Coastal
Change)
Gần đây, công nghệ đã cung cấp một phương pháp viễn thám đo lường và giám sát các
thay đổi ở môi trường ven biển. LiDAR (Light Detection and Ranging) là một hệ thống laser
gắn trên máy bay có thể ghi lại hàng chục ngàn phép đo độ cao mỗi giây, với độ phân giải theo
chiều dọc tốt hơn 15 cm (6 inch). Khi một đường cơ sở được ghi lại, các chuyến bay tiếp theo
có thể phát hiện thấy sự thay đổi trong vùng ven biển, chẳng hạn như thay đổi hình dạng của
các cồn cát ven biển hoặc vách đứng ở biển. Hình 11.B cho thấy mô hình độ cao kỹ thuật số từ
LiDAR của Hilton Head, Nam Carolina, vùng biển nằm gần một khách sạn, rất gần với các hoạt

17


động bãi biển. Hình 11.C cho thấy môi trường vách đứng ở biển gần Pacifica, California, nơi có
12 căn nhà được cho là không an toàn sau các cơn bão mùa đông vào đầu năm 1998. Lượng bờ
biển bị xói mòn từ tháng 10 năm 1997 đến tháng 4 năm 1998 từ LiDAR được hiển thị trong
hình 11.D. Tổng số xói mòn khoảng 10 m (30 ft) về phía đất liền và 1 đến 2 m trên bờ biển. Bây
giờ đã có thể đánh giá dài hạn (khoảng 1 thập niên hoặc hơn) sự sạt lở của vách đứng ở biển (sự
xói mòn của các đầu đất). Các ảnh chụp trên không (từ những thời điểm khác nhau) thường
không hiệu quả trong việc đo lượng xói mòn bờ biển. Nói như vậy vì ngay cả trên những bức
ảnh có kích thước lớn cũng khó có thể đo được vài mét xói mòn trong một thập kỉ trở lại.
Chúng ta có thể làm như sau, giả sử tỷ lệ này là gần 0,33 m (1 ft) một năm, sử dụng hai bộ dữ
liệu LiDAR cách nhau một thập kỷ hoặc nhiều hơn hoặc sử dụng LiDAR sẵn có (ví dụ 10 năm
tuổi) với một điều tra đất rất chính xác (+/- 0.5 m) về vị trí của đỉnh trên vách đứng ở biển ngày
nay (các khảo sát như vậy có thể sử dụng kỹ thuật khảo sát hiện đại). Việc áp dụng hai bộ dữ
liệu (2 LiDAR hoặc LiDAR và khảo sát) có thể đo được lượng và tỷ lệ sạt lở vách đá +/- 0.5m.
Phương pháp này có thể vì hơn một thập niên lượng sạt lở khoảng 3 m, gấp khoảng 6 lần độ
phân giải. Ở cấp độ này, các sạt lở đất nhỏ và những thay đổi khác ở vị trí trên cùng của vách đá
trở nên rõ ràng.

Hình 11.B Địa hình bờ biển Kỹ thuật số
Bản đồ độ cao của một phần của Hilton Head,
South Carolina. Dữ liệu từ LIDAR, máy laser gắn
trên máy bay kỹ thuật cảm biến từ xa . Khách
sạn rất gần bãi biển.

18

Hình 11.C Xói mòn bờ biển nghiêm trọng
Sự xói mòn này xảy ra gần Pacifica, California, đầu năm 1998.

Hình 11.D Xói mòn bờ biển
Vách đứng ở biển gần Pacifica, California, xói mòn khoảng 10m (30ft) (dữ liệu LIDAR). Một số ngôi nhà bị
xử phạt và bảy ngôi nhà bị phá hủy.

19


11.4 TAI BIẾN BỜ BIỂN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH KỸ THUẬT
(Coast Hazards and Engineering Structures)
Những nỗ lực để ổn định bãi biển có thể được tổng quát thành ba cách tiếp cận:

• Sự ổn định cứng (Hard stabilization): Kỹ thuật công trình để bảo vệ đường bờ khỏi sóng
• Sự ổn định mềm (Soft stabilization): Thêm cát vào bãi biển (nuôi dưỡng bãi biển)
• Quản lý sạt lở (Managed retreat): Sống với sự xói mòn bãi biển, có lẽ nó là một hỗn hợp
của ổn định cứng và mềm

 Sự ổn định cứng
Các công trình kỹ thuật trong môi trường ven biển, bao gồm các đê biển, hẻm núi, đê
chắn sóng, và cầu tàu, chủ yếu được thiết kế để cải thiện hàng hải hoặc làm chậm sự xói mòn.
Tuy nhiên, vì chúng có khuynh hướng gây cản trở vận chuyển trầm tích dọc theo bãi biển, các
cấu trúc này thường gây ra sự lắng đọng không mong muốn và xói mòn trong vùng lân cận của
chúng.


Đê biển (Sea walls)

Đê biển được xây dựng song song với bờ biển để giúp giảm thiểu sự xói mòn. Đê biển

có thể được xây dựng bằng bê tông, đá lớn, gỗ hoặc các vật liệu khác. Các đê biển được xây
dựng ở đáy của một vách đứng ở biển có thể không có hiệu quả đặc biệt; sự xói mòn đáng kể
của vách đứng ở biển là kết quả của quá trình tự bào mòn của vách đá (xem hình 11.10b), cũng
như sự xói mòn sóng ở đáy. Việc sử dụng đê biển đã bị chỉ trích bởi vì các đê biển là các cấu
trúc thẳng đứng thường phản xạ các sóng đến, hoặc đẩy chúng ra khỏi bờ. Sự phản xạ của sóng
làm tăng xói mòn bãi biển, và trong nhiều thập kỷ, tạo ra một bãi biển hẹp hơn với ít cát hơn.
Nếu không được thiết kế cẩn thận để bổ sung cho việc sử dụng đất hiện tại, các đê biển thường
gây suy thoái môi trường và mất thẩm mỹ. Ngoài việc gây hẹp bãi biển, các đê biển có thể làm
giảm đa dạng sinh học của hệ sinh thái bãi biển. Việc thiết kế và xây dựng các đê biển phải
được thiết kế riêng cho từng khu vực cụ thể. Một số nhà địa chất học tin rằng các đê biển gây ra
nhiều vấn đề hơn là giải quyết vấn đề và nên hạn chế sử dụng.


Đê mỏ hàn (Groins)

Đê mỏ hàn là các cấu trúc tuyến tính được đặt vuông góc với bờ, thường là các nhóm
gọi là các vùng đê mỏ hàn (groin fields) (Hình 11.12). Mỗi đê được thiết kế để giữ một phần
cát, lượng mà được di chuyển trong hệ thống di chuyển dọc bờ. Một sự tích tụ ít của cát sẽ phát
triển nhanh chóng ở mỗi đê, do đó tạo nên một bãi biển không đều nhưng rộng hơn. Bãi biển
rộng lớn bảo vệ đường bờ khỏi sự xói mòn. Cát sẽ nhanh chóng tích tụ ở mỗi đê nên bãi biển sẽ
không đều nhưng rộng hơn.
Tuy nhiên có một vấn đề với đê mỏ hàn: mặc dù lắng đọng xảy ra ở hướng thượng lưu
của một đê nhưng xói mòn có khuynh hướng xảy ra ở hướng hạ lưu. Do đó, một vùng đê mỏ
hàn hoặc một đê mỏ hàn sẽ làm cho bãi biển được bảo vệ rộng hơn, rộng hơn cả phần bãi biển
cần bảo vệ, từ đó có thể tạo ra một khu vực xói mòn gây sạt lở đường bờ biển. Sự xói mòn là do
đê giữ trầm tích ở phía thượng lưu, còn ở hạ lưu thì bị tước lấy trầm tích. Một khi đê đã giữ tất
cả các trầm tích mà nó có thể giữ thì cát ở đê sẽ được vận chuyển xung quanh bờ biển để tiếp
tục hành trình dọc theo bãi biển. Do đó, xói mòn có thể giảm thiểu bằng cách đắp đê. Quá trình
này được gọi là nuôi dưỡng bãi biển, đòi hỏi phải lấy cát từ đại dương hoặc các nguồn khác và

20


đặt nó lên bãi biển. Khi nuôi bãi, đê sẽ rút ra ít cát hơn từ hệ thống vận chuyển tự nhiên ở bờ
biển và việc xói mòn hạ lưu sẽ giảm xuống. Mặc dù nuôi dưỡng bãi biển và có các biện pháp
phòng ngừa khác, đê mỏ hàn vẫn có thể gây ra sự xói mòn không mong muốn; do đó, việc sử
dụng chúng nên được đánh giá cẩn thận.

a)

D = bãi bồi (sự lắng đọng), bãi biển rộng
E = Xói mòn, bãi biển hẹp

Đê mỏ hàn, rào chặn sự trôi dạt ở bờ biển, được xây
dựng từ những khối đá hoặc những vật liệu khác

Hình 11.12 Vị trí đê mỏ hàn (a) Sơ đồ của hai đê mỏ hàn. (b) cận cảnh xói mòn của khu vực hạ lưu. (c) sự
lắng đọng (bồi tụ) ở thượng lưu (bên phải) và xói mòn hạ lưu (trái). Sự lắng đọng trầm tích ở thượng lưu
làm rộng bờ biển; ở hạ lưu, lượng trầm tích ít để vận chuyển có thể gây xói mòn.



Đê chắn sóng (Breakwaters)

Đê chắn sóng và cầu tàu bảo vệ các dải giới hạn của đường bờ khỏi sóng. Đê chắn sóng
được thiết kế để đánh chặn sóng và cung cấp một khu vực bảo vệ, hoặc bến cảng, để làm chỗ
neo thuyền; những chỗ này có thể được gắn vào hoặc tách ra khỏi bãi biển (Hình 11.13a,b).
Trong cả hai trường hợp, đê chắn sóng ngăn chặn sự vận chuyển tự nhiên của trầm tích ở biển,
làm cho cấu hình của bờ biển thay đổi cục bộ, chẳng hạn như các khu vực lắng đọng và xói
mòn mới phát triển. Ngoài ra có thể gây ra các vấn đề xói mòn nghiêm trọng ở hướng hạ lưu, đê

chắn sóng hoạt động như một bẫy cát, tích tụ cát theo hướng thượng lưu. Cuối cùng, cát bị kẹt
có thể lấp đầy hoặc ngăn chặn lối vào của bến cảng như là lắng cặn được gọi là doi cát (sand
spit) (bãi cát cách bờ bởi một lạch nước) hoặc hình thành đê cát (bar). Kết quả là, một chương
trình nạo vét, với một rãnh thoát dư nhân tạo (artificial bypass), dùng để giữ cho cảng thông
thoáng và sạch trầm tích. Cát được loại bỏ bằng cách nạo vét, nếu như nó không bị ô nhiễm,

21


được vận chuyển trong một đường ống có nước và được thải ra ở thượng lưu bãi biển của đê
chắn sóng để trở lại với hệ thống vận chuyển tự nhiên ở bờ biển, từ đó giảm vấn đề xói mòn.
Việc vận chuyển cát từ địa điểm nạo vét đến vị trí hạ lưu được gọi là rãnh thoát dư nhân tạo.


Cầu tàu (Jetties)

Cầu tàu thường được xây dựng theo cặp tại cửa sông hoặc lối vào của một vũng ven
biển, của cửa sông, hoặc vịnh (Hình 11.13c). Chúng được thiết kế để ổn định kênh, ngăn chặn
hoặc giảm thiểu sự lắng đọng của trầm tích trong kênh, và thường bảo vệ nó khỏi những con
sóng lớn. Các cầu tàu có khuynh hướng ngăn chặn sự vận chuyển trầm tích ở bãi biển, do đó
gây ra thượng lưu bãi biển gần cầu tàu bị mở rộng trong khi hạ lưu bãi biển bị xói mòn. Sự lắng
đọng cuối cùng tại các cầu tàu có thể lắp đầy các kênh, làm vô hiệu hóa nó, trong khi sự sạt lở ở
các vùng ven biển gây thiệt hại cho sự phát triển bờ biển. Nạo vét trầm tích giảm thiểu nhưng
không loại bỏ tất cả các lắng đọng không mong muốn và xói mòn.
Thật không may khi không thể xây dựng một đê chắn sóng hoặc một cầu tàu mà không
can thiệp vào sự di chuyển theo bờ biển của trầm tích ở biển. Các công trình xây dựng này phải
được lập kế hoạch cẩn thận và phải kết hợp các biện pháp bảo vệ để loại bỏ hoặc giảm thiểu ít
nhất các tác dụng phụ. Những biện pháp bảo vệ có thể bao gồm việc lắp đặt nạo vét và hệ thống
tràn bùn cát nhân tạo, chương trình nuôi dưỡng bãi biển, đê biển, đá vôi (tức đá lớn), hoặc một
số là kết hợp của các biện pháp trên.

Đôi khi một biện pháp mạnh được đưa ra khi ổn định một dải bờ biển có giá trị đặc biệt
với con người. Các thành phố và các vùng đất khác trên bờ biển là một ví dụ nơi mà các đê biển
và các cấu trúc khác bảo vệ đất đai phát triển và đất nông nghiệp. Ví dụ điển hình là đê biển giữ
lại Biển Bắc ở Hà Lan. Xây dựng đê bắt đầu ở Hà Lan cách đây hơn 2000 năm. Gần 30% diện
tích đất của Hà Lan (khoảng 16 triệu người sinh sống) thấp hơn mực nước biển. Dọc bờ biển
Normandy của nước Pháp, có một dự án xói mòn bờ biển để bảo vệ Pointe du Hoc, có ý nghĩa
lịch sử đặc biệt. Việc giảm thiểu xói mòn bờ biển tại Pointe du Hoc được quan tâm bởi vì nó
liên quan đến việc đánh giá cẩn thận địa chất địa phương, liên quan đến một biện pháp mạnh.
(Xem A Closer Look: Xói mòn bờ biển tại Pointe du Hoc, Pháp.)

22


Hình 11.13 Kết cấu công trình xây dựng trong khu vực lướt sóng gây ra sự thay đổi
Sơ đồ minh hoạ ảnh hưởng của đê chắn sóng và cầu tàu đối với mô hình bồi tụ và xói mòn của địa phương



Ổn định mềm (Soft Stabilization)

Nuôi dưỡng bãi biển: Một giải pháp thay thế cho các công trình kỹ thuật. Trong
cuộc thảo luận ở trên, chúng tôi giới thiệu chủ đề nuôi dưỡng bãi biển như là một phụ trợ cho
các công trình kỹ thuật trong vùng ven biển. Nuôi dưỡng bãi biển cũng có thể là một sự thay thế
cho các cấu trúc kỹ thuật. Trong hình thức thuần túy nhất của nó, nuôi dưỡng bãi biển bao gồm
đặt cát nhân tạo lên bãi biển với hy vọng xây dựng một bãi biển có ngân sách minh bạch. Khi
bạn đặt cọc tiền, bạn hy vọng một ngân sách minh bạch và có thêm tiền lời. Tương tự như vậy,
ngân sách bãi biển minh bạch có nghĩa là khi tất cả cát đi vào và rời bãi biển phải được tính
toán, có đủ cát để duy trì chính bãi biển đó. Nuôi dưỡng bãi biển đôi khi gọi là ổn định "mềm"
để kiểm soát xói mòn bãi biển, trái lại với sự ổn định "cứng" chẳng hạn như xây dựng đê mỏ
hàn hoặc đê biển. Lý tưởng nhất là sự hiện diện của bãi biển được nuôi dưỡng, bảo vệ tài sản

ven biển khỏi tác động của sóng. Phương pháp có những ưu điểm riêng biệt: Nó thẩm mỹ hơn
nhiều cấu trúc kỹ thuật khác, và nó cung cấp một bãi biển tái tạo, cũng như một số biện pháp
bảo vệ khỏi xói mòn bờ biển.

23


Vào giữa những năm 1970, thành phố Miami Beach, Florida, và Quân đội Hoa Kỳ bắt
đầu một chương trình nuôi dưỡng đầy tham vọng để chống lại vấn đề xói mòn bãi biển nghiêm
trọng cản trở khu vực kể từ những năm 1950. Chương trình cũng có dự định tạo sự bảo vệ khỏi
bão. Bãi biển tự nhiên đã gần như biến mất vào những năm 1950, và chỉ tìm thấy được những
túi cát nhỏ (small pockets of sand) có thể liên quan đến các cấu trúc bảo vệ bờ biển khác nhau,
bao gồm cả các đê biển và đê mỏ hàn. Như bãi biển đã biến mất, khu nghỉ mát ven biển, bao
gồm các khách sạn cao tầng, trở nên dễ bị xói mòn bởi bão. Chương trình nuôi dưỡng được
thiết kế để tạo ra một ngân sách biển minh bạch mà có thể mở rộng bãi biển và cung cấp bổ
sung bảo vệ từ thiệt hại do bão. Dự án có chi phí khoảng 62 triệu đô la trong 10 năm và có liên
quan nuôi dưỡng khoảng 160.000 m3 (209.300yd3) cát/năm để bù đắp những tổn thất do xói
mòn. Trước 1980, khoảng 18 triệu m 3 (23,5 triệu yd3) cát đã được nạo vét và bơm từ ngoài khơi
ra bãi biển, tạo ra một bãi biển rộng 200 m (656 ft). Hình 11.14 cho thấy bãi biển Miami trước
và sau khi nuôi dưỡng. Sự thay đổi là kịch tính.
Một thiết kế mặt cắt ngang của dự án cho thấy hệ thống thềm bãi biển và hệ thống cồn
cát trước mặt, là một tuyến đường của cồn cát ngay phía trên dòng thủy triều cao có chức năng
như một bộ đệm để sóng xói mòn và sóng do gió xoáy (storm surge) (Hình 11.15). Dự án
Miami đã được mở rộng vào cuối những năm 1980 bao gồm sự phục hồi cồn cát, liên quan đến
thiết lập thực vật bản địa trên cồn cát. Lối đi đặc biệt bằng gỗ cho phép cộng đồng tiếp cận
thông qua các cồn cát, trong khi các khu vực khác của các cồn cát được bảo vệ. Thành công dự
án nuôi dưỡng bãi biển Miami hoạt động trong hơn 20 năm, vẫn tồn tại sau cơn bão lớn vào
năm 1979 và năm 1992, và chắc chắn là thích hợp hơn các phương pháp kiểm soát xói mòn
phân mảnh trước đó.
Hơn 600 km (373 dặm) đường bờ biển ở Hoa Kỳ đã nhận được một số loại nuôi dưỡng

bãi biển. Không phải tất cả những dưỡng chất này đều có những tác động tích cực ở bãi biển
Miami. Cho ví dụ, năm 1982, thành phố Ocean, New Jersey, được nuôi dưỡng một bãi biển với
chi phí chỉ hơn 5 triệu USD. Sau một loạt các cơn bão tấn công bãi biển, cát đã bị xói mòn chỉ
trong 2,5 tháng. Cát biển tại Miami có thể bị ăn mòn ở mức độ lớn hơn nhiều. Giá cả nuôi
dưỡng bờ biển vẫn còn gây tranh cãi, và một số người cho rằng sự nuôi dưỡng bãi biển không
có gì nhiều hơn là "cát hy sinh (sacrificial sand)” mà cuối cùng sẽ bị rửa sạch bởi xói mòn ven
biển. Bãi biển Miami là một ngoại lệ đối với sự thành công rõ ràng của nó, và thảo luận đơn
giản hóa các khía cạnh tích cực của sự nuôi dưỡng. Chi phí hàng năm để nuôi dưỡng bãi biển
Miami là khoảng 3 triệu USD. Hơn 20 triệu du khách đến thăm bãi biển mỗi năm. Chỉ tính
riêng du lịch nước ngoài đã mang lại khoảng 2 tỷ USD mỗi năm, gấp 650 lần chi phí nuôi
dưỡng. Các vấn đề quan trọng trong việc tìm kiếm cát phù hợp với địa điểm, cách nuôi dưỡng
sẽ được trả tiền, và sự phá vỡ hệ sinh thái bãi biển phải được đánh giá cẩn thận trước bất kỳ dự
án nuôi dưỡng nào. Tuy nhiên, nuôi dưỡng bãi biển đã trở thành một phương pháp được ưa
thích để khôi phục hoặc thậm chí tạo ra các bãi biển giải trí và bảo vệ đường bờ khỏi sự xói
mòn bờ biển trên toàn thế giới. Cần thêm các trường hợp để ghi lại thành công hay thất bại của
dự án. Cũng cần phải có thêm giáo dục công cộng để thông báo cho mọi người về những gì có
thể được mong đợi từ nuôi dưỡng bãi biển.

24


Hình 11.14 Sự nuôi dưỡng bãi biển Bãi biển Miami (a) trước và (b) sau khi nuôi dưỡng bãi biển. (Courtesy of
U.S. Army Corps of Engineers)

Hình 11.15 Bãi biển Miami hình thành sau khi nuôi dưỡng Phần cắt ngang của dự án nuôi dưỡng bãi biển
Miami. Đụn cát và hệ thống bờ biển đề phòng, bảo vệ, chống lại sự tấn công của cơn bão

 Cái nhìn cận cảnh: Sự xói mòn ven biển ở Pointe du Hoc, Pháp
Pointe du Hoc nằm trên bờ biển Normandy của Pháp. Nó nằm trên một điểm dốc, cách
vài trăm km về phía Tây Bắc của Paris, dọc theo bờ của English Channel (Hình 11.Ea). Mũi đất

này là một di tích lịch sử nằm trên một đồng bằng ven biển thấp. Phía đại dương là một vách
đứng ở biển, cao khoảng 30 m (Hình 11.Eb). Hàng ngàn người ghé thăm trang này hàng năm để
xem địa điểm nơi cuộc xâm lược giải phóng châu Âu trong Chiến tranh thế giới thứ II bắt đầu
vào ngày 6 tháng 6 năm 1944. Nhiều người cho rằng địa điểm này quan trọng đến mức phải tiêu
tốn rất nhiều chi phí để bảo vệ những phần dễ tổn thương nhất của mũi đất này là đáng giá. Tất
nhiên, đây là một đánh giá giá trị. Vấn đề chính là mũi đất đã trải qua sự xói mòn gần như là

25