(Luận văn thạc sĩ) - Nghiên cứu đánh giá sự biến đổi hình thái và đặc điểm thủy động lực vùng cửa sông ven biển Sông Lam

Lời cảm ơn!

Lời đầu tiên, tác giả xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Trần
Duy Kiều – Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội, GS.TS Phạm Thị
Hƣơng Lan – Trƣờng Đại học Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hƣớng dẫn cho
học viên hoàn thành đƣợc luận văn này.
Tác giả trân trọng gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô trong Khoa Thủy văn và Tài
nguyên nƣớc – Trƣờng Đại học Thủy lợi đã tận tình truyền đạt kiến thức, chỉ bảo
cho học viên trong suốt thời gian học tập tại trƣờng.
Tác giả cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể Lớp 24V21 – Niên khóa
2016-2018 – Trƣờng Đại học Thủy lợi, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, cổ vũ, động
để học viên có thể hồn thành tốt luận văn của mình.
Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn đến nhóm cộng tác viên thực hiện đề tài
NCKH cấp Bộ “Nghiên cứu đánh giá sự thay đổi một số đặc trưng lưu vực sông
Lam phục vụ theo dõi, giám sát và phát triển bền vững nguồn nước”, mã số
TNMT.2016.05.28 đã cung cấp cơ sở dữ liệu, phƣơng pháp luận và một số kết quả
nghiên cứu để học viên có thể thực hiện đƣợc nội dung nghiên cứu của mình.
Trân trọng!

Tác giả

Đinh Xuân Trường


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CỬA SÔNG VEN BIỂN .5

1.1. Một số khái niệm về vùng cửa sông ven biển ...............................................5
1.1.1.

Khái niệm ............................................................................................5

1.1.2.

Phân đoạn cửa sông .............................................................................6

1.2. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan đến vấn đề nghiên cứu ...8
1.2.1.

Trên thế giới ........................................................................................8

1.2.2.

Ở Việt Nam .......................................................................................11

1.3. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ..............................................................16
1.3.1.

Đặc điểm điều kiện địa lý tự nhiên....................................................16

1.3.2.

Đặc điểm khí tƣợng – thủy văn .........................................................17

1.3.3.

Đặc điểm thủy triều ...........................................................................19

1.4. Nhận xét chƣơng 1 .......................................................................................20
CHƢƠNG 2. SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................22
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................22
2.1.1.
Phƣơng pháp viễn thám và GIS trong đánh giá biến đổi hình thái cửa
sơng ven biển sơng Lam....................................................................................22
2.1.2.
Phƣơng pháp phân tích, thống kê trong phân tích trƣờng gió vùng
cửa biển sơng Lam ............................................................................................29
2.1.3.
Phƣơng pháp mơ hình tốn trong đánh giá đặc điểm thủy động lực
vùng cửa sông ven biển sông Lam ....................................................................32
2.2. Số liệu phục vụ nghiên cứu .........................................................................39
2.2.1.
Lam

Số liệu phục vụ đánh giá biến đổi hình thái cửa sông ven biển sông
...........................................................................................................39

2.2.2.
Lam

Số liệu phục vụ đánh giá đặc điểm thủy động lực cửa sông ven biển sông
...........................................................................................................40

2.3. Nhận xét chƣơng 2 .......................................................................................41
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ SỰ BIẾN ĐỔI HÌNH THÁI VÀ ĐẶC
ĐIỂM THỦY ĐỘNG LỰC CỬA SƠNG VEN BIỂN SƠNG LAM........................42
3.1. Đặc điểm hình thái cửa sông ven biển sông Lam ........................................42

i


3.2. Đặc điểm trƣờng gió vùng cửa sơng ven biển sơng Lam ............................52
3.2.1.

Kết quả phân tích tốc độ gió ..............................................................52

3.2.2.

Kết quả phân tích hƣớng gió .............................................................54

3.3. Hiệu chỉnh và kiểm đinh mơ hình thủy động lực 2 chiều ...........................57
3.3.1.

Điều kiện biên ...................................................................................57

3.3.2.

Kịch bản tính tốn .............................................................................59

3.3.3.

Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định .......................................................60

3.4. Phân tích, đánh giá đặc điểm thủy động lực vùng ven biển sơng Lam .......63
3.4.1.

Trƣờng sóng khu vực cửa sơng ven biển sơng Lam .........................63

3.4.2.

Trƣờng dịng chảy khu vực cửa sông ven biển sông Lam ................65

3.4.3.

Đánh giá khả năng thốt lũ vùng cửa sơng ven biển sơng Lam ........68

3.5. Nhận xét chƣơng 3 .......................................................................................72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................76
PHỤ LỤC ..................................................................................................................78

ii


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1: Một số đặc trƣng bất đẳng triều chu kỳ nửa tháng vùng cửa sông ven biển
sông Lam[12] ............................................................................................................20
Bảng 2-1: Dữ liệu ảnh Landsat cho cửa sông ven biển Lam ....................................40
Bảng 2-2: Số liệu mặt cắt ngang sơng.......................................................................40
Bảng 3-1: Kết quả tính tốn tốc độ gió theo một số tần suất thiết kế .......................54
Bảng 3-2: Đặc điểm điều kiện biên sử dụng trong mơ hình MIKE 21 .....................58
Bảng 3-3: Kịch bản nghiên cứu chế độ thủy động lực cửa biển sông Lam ..............59
Bảng 3-4: Phƣơng án đánh giá khả năng thốt lũ cửa biển sơng Lam......................59
Bảng 3-5: Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng mơ phỏng mơ hình MIKE 21 .....................62
Bảng 3-6: Bộ thơng số của mơ hình MIKE 21 .........................................................63

iii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1: Phân đoạn cửa sơng theo địa hình cửa........................................................7
Hình 1-2: Bản đồ hệ thống mạng lƣới sơng thuộc hệ thống sơng Lam ....................16
Hình 1-3: Khu vực cửa sơng ven biển sơng Lam......................................................17
Hình 2-1: Đặc trƣng phổ phản xạ của một số đối tƣợng tự nhiên chính ...................22
Hình 2-2: Lƣới tính tốn phi cấu trúc dạng 3 chiều ..................................................37
Hình 2-3: Số liệu mặt cắt và địa hình ngồi khơi vùng cửa sơng ven biển sơng Lam
...................................................................................................................................41
Hình 3-1: Cơng cụ Landsat Toolbox phân tích hình thái cửa sơng ven biển............42
Hình 3-2: Tính tốn chỉ số NDVI .............................................................................43
Hình 3-3: Phân tách đất và nƣớc ...............................................................................44
Hình 3-4: Đƣờng bờ cửa sơng ven biển sông Lam theo ảnh Landsat tháng 10 năm
1990 ...........................................................................................................................45
Hình 3-5: Đƣờng bờ cửa sơng ven biển sơng Lam theo ảnh Landsat tháng 10 năm
1995 ...........................................................................................................................46
Hình 3-6: Đƣờng bờ cửa sông ven biển sông Lam theo ảnh Landsat tháng 9 năm
2000 ...........................................................................................................................47
Hình 3-7: Đƣờng bờ cửa sơng ven biển sơng Lam theo ảnh Landsat tháng 10 năm
2005 ...........................................................................................................................48
Hình 3-8: Đƣờng bờ cửa sông ven biển sông Lam theo ảnh Landsat tháng 10 năm
2010 ...........................................................................................................................49
Hình 3-9: Đƣờng bờ cửa sơng ven biển sông Lam theo ảnh Landsat tháng 10 năm
2015 ...........................................................................................................................50
Hình 3-10: Sự biến đổi hình thái cửa biển sơng Lam qua các năm ..........................51
Hình 3-11:Đƣờng tần suất gió tại trạm Hịn Ngƣ .....................................................54
Hình 3-12: Hoa gió tại trạm Hịn Ngƣ ......................................................................56
Hình 3-13: Lƣới tính khu vực cửa sơng ven biển sơng Lam ....................................57
Hình 3-14: Địa hình và điều kiện biên khu vực cửa sơng ven biển sơng Lam .........57

Hình 3-15: Hằng số điều hòa khu vực nghiên cứu năm 2010 ...................................58
Hình 3-16: Hình thái và địa hình cửa biển sông Lam mùa lũ năm 1995 (PA1) .......59
iv


Hình 3-17: Hình thái và địa hình cửa biển sơng Lam mùa lũ năm 2010 (PA2) .......60
Hình 3-18: Hình thái và địa hình cửa biển sơng Lam mùa lũ năm 2015 (PA3) .......60
Hình 3-19: Quá trình mực nƣớc thực đo và tính tốn tại Chợ Tràng (3 /2010) Hiệu
chỉnh mơ hình MIKE21 ............................................................................................61
Hình 3-20: Quá trình mực nƣớc thực đo và tính tốn tại Cửa Hội (3 /2010) Hiệu
chỉnh mơ hình MIKE21 ............................................................................................61
Hình 3-21: Quá trình mực nƣớc thực đo và tính tốn tại Chợ Tràng (10 /2010)
Kiểm định mơ hình MIKE21 ....................................................................................61
Hình 3-22: Quá trình mực nƣớc thực đo và tính tốn tại Cửa Hội (10 / 2010) Kiểm
định mơ hình MIKE21 ..............................................................................................62
Hình 3-23: Trƣờng sóng khu vực cửa biển sơng Lam với hƣớng gió 450 – thời kì
triều cƣờng ................................................................................................................63
Hình 3-24: Trƣờng sóng khu vực cửa biển sơng Lam với hƣớng gió 1350 – thời kì
triều cƣờng ................................................................................................................64
Hình 3-25: Trƣờng sóng khu vực cửa biển sơng Lam với hƣớng gió 450 – thời kì
triều kém....................................................................................................................64
Hình 3-26: Trƣờng sóng khu vực cửa biển sơng Lam với hƣớng gió 1350 – thời kì
triều kém....................................................................................................................65
Hình 3-27: Trƣờng dịng chảy khu vực cửa biển sơng Lam hƣớng gió NE - thời kì
triều cƣờng tháng 10 năm 2010.................................................................................66
Hình 3-28: Trƣờng dịng chảy khu vực cửa biển sơng Lam hƣớng gió SE - thời kì
triều cƣờng tháng 10 năm 2010.................................................................................67
Hình 3-29: Trƣờng dịng chảy khu vực cửa biển sơng Lam hƣớng gió NE - thời kì
triều kém tháng 3 năm 2010 ......................................................................................67
Hình 3-30: Trƣờng dịng chảy khu vực cửa biển sơng Lam hƣớng gió SE - thời kì

triều kém tháng 3 năm 2010 ......................................................................................68
Hình 3-31: Trƣờng dịng chảy cửa sơng ven biển sơng Lam theo PA1 ....................68
Hình 3-32: Trƣờng dịng chảy cửa sơng ven biển sơng Lam theo PA2 ....................69
Hình 3-33: Trƣờng dịng chảy cửa sơng ven biển sơng Lam theo PA3 ....................69
Hình 3-34: Trƣờng vận tốc khu vực cửa sông ven biển sông Lam theo PA1...........70
Hình 3-35: Trƣờng vận tốc khu vực cửa sơng ven biển sơng Lam theo PA2...........70
Hình 3-36: Trƣờng vận tốc khu vực cửa sông ven biển sông Lam theo PA3...........71
v


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

2D
3D
BVI
DEM
DVI
EU
GIS
GVI
HVCH
KB1
KB2
KB3
KHCN
LVI
LST
NDVI
PA1
PA2

PA3
SMS
TREM
RVI
YVI

Two-dimensions
Three-dimensions
Brown vegetation index
Digital elevation model
Difference vegetion index
European Union
Geographic Information System
Green vegetation index
Học viên cao học
Kịch bản 1
Kịch bản 2
Kịch bản 3
Khoa học công nghệ
Light vegetation index
Land surface temperature
Normalized difference vegetation index
Phƣơng án 1
Phƣơng án 2
Phƣơng án 3
Surface-water Modeling System
Two-dimensional Rinereb Evolution Model
Ratio vegetion index
Yellow vegetation index

vi


MỞ ĐẦU

Vùng cửa sông ven biển là vùng chịu sự tƣơng tác giữa mơi trƣờng nƣớc
biển và nƣớc ngọt, hình thành môi trƣờng nƣớc lợ (brackishwater) với sự pha trộn
các tính chất của mơi trƣờng nƣớc biển và nƣớc ngọt nội địa. Hoạt động thủy triều
tác động lên vùng này hình thành các hệ sinh thái thủy sinh vơ cùng đa dạng và
phong phú, có ảnh hƣởng đến hoạt động sản xuất và phát triển kinh tế của vùng.
Vùng cửa sông ven biển là nơi tiếp nhận nguồn dinh dƣỡng hữu cơ dồi dào bắt
nguồn từ các con sông cũng nhƣ đƣợc bổ sung từ biển, là nguồn cung cấp thức ăn
dồi dào để hỗ trợ cho sự sống của nhiều loại sinh vật khác nhau. Thực tế, vùng cửa
sông ven biển đƣợc coi là vùng có năng suất sinh học cao vào loại bậc nhất trên
hành tinh.
Các nghiên cứu vùng cửa sơng ven biển nhằm tính tốn diễn biến và phát
triển hình thái chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các q trình thủy thạch động lực
bao gồm sóng, triều, dịng chảy, xâm nhập mặn v.v..và q trình vận chuyển bùn cát
gây diễn biến hình thái. Các vấn đề trên đều đƣợc thực hiện dựa trên số liệu quan
trắc ngồi hiện trƣờng, các nghiên cứu trên mơ hình vật lý, mơ hình tốn.
Mơ hình tốn là một cơng cụ có tính tiện ích rất lớn, chính vì vậy nó đƣợc rất
nhiều quốc gia quan tâm phát triển và đã có nhiều mơ hình có tính thƣơng mại cao,
đƣợc sử dụng khá phổ biến ở nhiều nƣớc, cho các dự án quan trọng ở các quốc gia
khác nhau. Tuy nhiên, cũng phải nói rằng mơ hình tốn khơng phải là một cơng cụ
vạn năng vì tính đúng sai của nó phụ thuộc rất nhiều vào độ tin cậy của các điều
kiện biên, các tập hàm vào mà chúng ta phải có trƣớc khi áp dụng chúng. Chẳng
hạn các mơ hình thủy thạch động lực cần các số liệu mực nƣớc, dịng chảy, sóng,
bùn cát ở các biên cũng nhƣ các điểm trong hệ thống để hiệu chỉnh và kiểm định
các thơng số với độ chính xác cho phép khi mơ phỏng. Nhƣng thực tế, các số liệu
mà chúng ta có vừa ngắn, lại khơng đồng bộ, độ chính xác khơng cao thì khó có thể

khẳng định mơ hình sẽ cho kết quả có thể chấp nhận đƣợc.
Việc ứng dụng cơng nghệ viễn thám kết hợp với phƣơng pháp bản đồ và GIS
trong nghiên cứu biến động vùng bờ biển và phát triển cửa sông đã đƣợc thực hiện
vào những thập kỷ gần đây và đã có những đóng góp rất có ý nghĩa nhƣ: xác lập vị
trí đƣờng bờ biển, xây dựng bộ bản đồ hiện trạng và biến động đƣờng bờ biển,
thành lập bản đồ hiện trạng bồi tụ - xói lở cho dải ven biển, phân tích q trình phát
triển và biến động các cửa sơng ven biển vùng đồng bằng, nghiên cứu sa bồi luồng
tàu, quá trình bồi tụ - xói lở bờ biển, bồi lấp và dịch chuyển lịng dẫn cửa sơng ở các
vùng cửa sơng ven biển ở nƣớc ta.
1


Cho đến nay, nhiều vấn đề về qui luật diễn biến cửa sơng, bờ biển, cơ chế
của q trình bồi tụ, xói lở vẫn chƣa đƣợc giải quyết thoả đáng. Chƣa có đƣợc qui
trình thống nhất trong khảo sát đo đạc dịng bồi tích và q trình vận chuyển bùn cát
vùng ven bờ biển, cửa sơng. Chƣa có đƣợc qui trình cơng nghệ dự báo q trình bồi
tụ, xói lở các vùng biển, cửa sơng. Nhiều giải pháp cơng trình đƣa ra cịn mang tính
đơn lẻ, địa phƣơng, nên khi áp dụng có thể giảm thiểu đƣợc xói lở, bồi tụ ở khu vực
này thì lại xảy ra tai biến ở các vùng lân cận. Vấn đề liên kết các nghiên cứu của các
ngành khác nhau theo cách tiếp cận nhân quả chƣa đƣợc quan tâm, còn bị giới hạn
trong từng mục tiêu riêng biệt. Mối quan hệ giữa các q trình thủy động lực tại các
cửa sơng, ven biển với các hoạt động khai thác bề mặt lƣu vực nhƣ chặt phá rừng,
xây dựng hệ thống hồ thủy lợi, thủy điện, xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng chƣa
nghiên cứu chi tiết, thỏa đáng, đặc biệt là chƣa xét đến tác động của biến đổi khí
hậu tới biến động các cửa sơng, ven biển. Vì vậy, học viên đã lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu đánh giá sự thay đổi hình thái và đặc điểm thủy động lực vùng cửa
sơng ven biển sơng Lam” để thực hiện nhằm góp phần cung cấp thêm cơ sở phƣơng
pháp luận giúp các nhà quy hoạch, quản lý có nhũng giải pháp phù hợp trong việc
khai thác, phát triển tiềm năng của khu vực cửa sơng ven biển sơng Lam nói riêng
và cửa sơng ven biển nƣớc ta nói chung.

1. Mục tiêu
- Nghiên cứu đánh giá đƣợc sự thay đổi hình thái cửa sơng ven biển sơng Lam
từ việc giải đốn ảnh viễn thám;
- Nghiên cứu đặc điểm thủy động lực vùng cửa sơng ven biển sơng Lam và
ảnh hƣởng của nó đến thoát lũ.
2. Cách tiếp cận
Với mục tiêu là đánh giá đƣợc sự thay đổi hình thái và đặc điểm thủy động
lực vùng cửa sông ven biển sông Lam, mặt khác vùng cửa sông ven biển là nơi
tranh chấp giữa nƣớc mặn của biển và nƣớc ngọt của sông trong lục địa, đó là sự
thay đổi từ chế độ thủy văn sông sang chế độ thủy văn biển, chế độ nƣớc ở cửa sơng
biến động kéo theo các đặc tính lý hóa, sinh học mơi trƣờng nƣớc, dịng thủy thạch
cũng biến động theo. Vì vậy để giải quyết đƣợc bài tốn đề ra, hƣớng tiếp cận đƣợc
lựa chọn trong đề tài này bao gồm:
- Tiếp cận kế thừa: Đây là một trong những cách tiếp cận không thể thiếu của
tất cả các cơng trình nghiên cứu nhằm nắm vững phƣơng pháp và kết quả nghiên
cứu của các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc trƣớc đó. Kế thừa các kết
quả đã có, đồng thời cũng nắm bắt đƣợc thơng tin để tiến hành phối hợp với các đơn
vị liên quan trong việc thực hiện các nội dung của luận văn.
2


- Tiếp cận tổng hợp đa ngành: Cửa sông ven biển sông Lam là khu vực nhạy
cảm, dễ bị tổn thƣơng, thƣờng xuyên chịu nhiều tác động bất lợi do dịng chảy, thủy
triều, sóng và gió. Do đó, để đƣa ra đƣợc cơ sở khoa học nhằm xem xét sự biến đổi
của hình thái và đặc điểm thủy động lực thì cần phải tiến hành theo hƣớng tiếp cận
tổng hợp đa ngành.
- Tiếp cận phƣơng pháp và công nghệ mới: Để tránh những bất cập, giảm chi
phí trong q trình nghiên cứu thì cần thiết phải áp dụng các cơng cụ hiện đại đã có
và mới có nhằm nâng cao hiệu quả và đảm bảo độ tin cậy cho kết quả nghiên cứu,
cũng nhƣ tính khả thi, khả dụng của các giải pháp đề xuất.

Hình A - Hướng tiếp cận của đề tài

3. Phương pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp kế thừa: Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng nhằm phân tích và tổng
hợp các nguồn tài liệu, số liệu thông tin có liên quan từ các đề tài đã thực hiện trƣớc
đây, từ đó đƣa ra đƣợc phƣơng pháp, cơng nghệ, các giải pháp thích hợp cho bài tốn
đặt ra.
- Phƣơng pháp thống kê, phân tích, tổng hợp: Đƣợc sử dụng để đánh giá đặc
điểm, tính chất và xu thế biến đổi của đƣờng bờ; đặc điểm trƣờng gió và trƣờng sóng;
đặc điểm thủy động lực vùng cửa sơng ven biển sông Lam.
- Phƣơng pháp viễn thám và GIS: Ứng dụng cơng nghệ giải đốn ảnh viễn thám
để phân tích xác định đƣờng bờ cho khu vực cửa sông ven biển sơng Lam giai đoạn
1990 - 2015, sau đó đánh giá sự thay đổi hình thái cho khu vực này. Dữ liệu ảnh
Landsat đƣợc thu thập từ Website: , bao gồm Landsat 4-5 (LT5),
Landsat 7 (LE7), Landsat 8 (LC8) với Path = 126, Row = 47.
3


- Phƣơng pháp mơ hình tốn: Ứng dụng mơ hình MIKE21 thiết lập mơ hình
thủy động lực 2 chiều để phân tích, đánh giá trƣờng vận tốc, dịng chảy vùng cửa
sông ven biển sông Lam. Dựa trên số liệu mặt cắt thực đo khu vực hạ lƣu sông
Lam, số liệu địa hình vùng ven bờ khu vực cửa biển sơng Lam, kết hợp với số liệu
địa hình từ bản đồ DEM để xây dựng lƣới địa hình tính tốn cho khu vực nghiên
cứu. Sau đó lựa chọn một số kịch bản về trƣờng gió và dịng chảy để nghiên cứu
đánh giá đặc điểm thủy động lực vùng cửa sông ven biển sơng Lam.
4. Cấu trúc luận văn
Ngồi phần mở đầu, kết luận, nội dung luận văn đƣợc cấu trúc thành 3
chƣơng nhƣ sau:
- Chƣơng 1: Tổng quan các nghiên cứu về cửa sông ven biển

Trong chƣơng này, luận văn tập trung đƣa ra một số khái niệm về vùng cửa
sông ven biển, những nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan đến vấn đề nghiên
cứu, tổng quan về khu vực cửa sông ven biển sông Lam.
- Chƣơng 2: Số liệu và phƣơng pháp nghiên cứu
Những nội dung nghiên cứu trong chƣơng 2 bao gồm: Nguồn số liệu ảnh
Landsat cho khu vực của sông ven biển sông Lam; cơ sở khoa học giải đoán ảnh
Landsat xác định đƣờng bờ; các tham số chính của ảnh Landsat trong nghiên cứu
biến đổi đƣờng bờ; phƣơng pháp và cơng nghệ phân tích, giải đốn ảnh Landsat để
xác định đƣờng bờ; phƣơng pháp mơ hình toán trong đánh giá đặc điểm thủy động
lực vùng cửa sông ven biển.
- Chƣơng 3: Kết quả đánh giá sự biển đổi hình thái và đặc điểm thủy động lực
vùng cửa sông ven biển sông Lam
Trong chƣơng 3, luận văn tập trung việc ứng dụng mơ hình tốn trong việc
đánh giá đặc điểm thủy động lực vùng cửa sông ven biển sông Lam bao gồm những
nội dung nhƣ: xây dựng các kịch bản tính tốn theo đặc điểm trƣờng gió, thủy
triều... với số liệu thực đo, đặc điểm hình thái cửa biển sơng Lam từ kêt quả phân
tích hình thái cửa sông ven biển sông Lam; hiệu chỉnh và kiểm đinh mơ hình thủy
động lực 2 chiều cho khu vực cửa sông ven biển sông Lam; kết quả đánh giá đặc
điểm thủy động lực vùng cửa sông ven biển sông Lam theo các kịch bản nghiên
cứu.

4


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CỬA SÔNG VEN BIỂN

1.1.

Một số khái niệm về vùng cửa sông ven biển

1.1.1. Khái niệm
Theo các tác giả Nguyễn Văn Cƣ, Hoa Mạnh Hùng, Nguyễn Bá Quỳ [1]... thì
thuật ngữ “cửa sơng” đƣợc hiểu theo hai nghĩa:
Cửa sông là nơi sông đổ ra biển, ra hồ (hay kho nƣớc) và cửa sông là đoạn
cuối cùng của một con sông thông ra biển.
Nhƣ vậy, cửa sông là vùng giao nhau giữa sông và biển, nó là một “tập mờ”
giữa “trắng sơng” và “đen biển”, nghĩa là các q trình diễn biến dịng chảy trong
sơng con ngƣời có thể kiểm sốt đƣợc, trong khi các q trình diễn ra ngồi biển thì
rất khó nắm bắt, chỉ có thể nhận thấy khi nó đã xảy ra.
Cửa sông là nơi tranh chấp giữa nƣớc mặn của biển và nƣớc ngọt của sơng
trong lục địa, đó là sự thay đổi từ chế độ thủy văn sông sang chế độ thủy văn biển.
Chế độ dòng chảy ở cửa sơng biến động kéo theo các đặc tính lý hóa, sinh học, mơi
trƣờng nƣớc, dịng thủy thạch cũng biến động theo. Do vậy, giới hạn cửa sông
thƣờng đƣợc xác định bởi các dấu hiệu đặc điểm nhƣ sau:
- Giới hạn phía trong cửa sơng: Là nơi hầu nhƣ khơng cịn dao động của thủy
triều ΔH = 0, nó là điểm kết thúc ảnh hƣởng của biển vào trong sông.
- Giới hạn phía ngồi cửa sơng: là nơi dịng chảy lũ lịch sử của con sông đạt
tới.
Những đặc điểm cơ bản của cửa sông bao gồm:
- Chế độ thủy văn vùng cửa sơng đƣợc hình thành dƣới tác động tổng hợp của
các q trình sơng - biển và chế độ hải văn biển (sóng gió ven bờ, dịng chảy, dao
động mực nƣớc...).
- Ảnh hƣởng của sông đƣợc thể hiện qua chế độ dịng nƣớc và bùn cát, hiện
tƣợng xói lịng dẫn xảy ra ở phần cửa sơng phía trên và bùn cát đƣợc lắng đọng ở
vùng biển phía trƣớc cửa sơng.
- Ảnh hƣởng của biển đƣợc thể hiện qua sự dao động của mực nƣớc (thủy
triều và nƣớc dâng do gió, bão) gây dồn ứ nƣớc sơng, tạo thành dịng chảy ngƣợc
vào sơng trong mùa kiệt và kéo theo q trình truyền mặn vào sâu trong sông.
Đặc trƣng của vùng cửa sơng cịn là sự biến động rất lớn về độ mặn. Mùa
kiệt mặn xâm nhập vào sông sâu hơn; khi triều lên độ mặn cũng cao hơn khi triều

rút hay nói cách khác sự biến động của độ mặn phụ thuộc vào mùa trong năm, pha
5


triều và hình dạng cửa sơng, lịng sơng.
Hiện nay, việc phân định ranh giới vùng cửa sơng cịn nhiều ý kiến khác nhau,
song đều thống nhất dựa trên 3 dấu hiệu cơ bản là: (i) điều kiện thủy văn, (ii) điều
kiện thủy hóa và (iii) hình thái cửa sơng. Theo đánh giá của các nhà chun mơn
nghiên cứu về hóa học và sinh học thì vùng cửa sơng có giới hạn trong sơng ở nơi
nƣớc lợ có độ mặn từ 5% đến giới hạn ngoài khơi là nơi nƣớc lợ biến đổi hồn tồn
thành nƣớc biển có độ mặn từ 30†32%. Nhƣ vậy, vùng cửa sông bao gồm phần cuối
của dịng sơng và một phần biển nơng ven bờ.
Các chun gia thủy văn cho rằng ranh giới phía trong sơng của vùng cửa
sơng là nơi lịng dẫn chính bắt đầu phân nhánh, hoặc là nơi khơng có ảnh hƣởng của
thủy triều và nƣớc dâng trong mùa kiệt và ranh giới ngồi phía biển là nơi có chế độ
thủy hóa biến tính mạnh nhất trong mùa lũ (thƣờng lấy gradient độ mặn vùng nƣớc
pha trộn làm chỉ tiêu đặc trƣng).
Tuy nhiên, dù cách phân chia nào đi nữa thì ranh giới vùng cửa sông cũng là
tƣơng đối, bởi lẽ đƣờng biên ảnh hƣởng của thủy triều hay nƣớc dâng và ranh giới
vùng nƣớc lợ còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố tự nhiên khác và cả các tác động của
các hoạt động kinh tế xã hội.
1.1.2. Phân đoạn cửa sông
Theo I.V Xamoilov, vùng cửa sông đƣợc chia thành ba đoạn: Đoạn thuộc
sơng (phía trên), cửa sơng và vùng biển ven bờ trƣớc cửa sông. Ba đoạn của vùng
cửa sông là một hệ thống nhất, nó tồn tại khơng chỉ có các đặc trƣng hình thái khác
nhau, mà chế độ thủy động lực và điều kiện cảnh quan tự nhiên cũng khác nhau.
X.X.Baidin lại phân vùng cửa sơng gồm 3 đoạn chính:
- Đoạn trong cửa sông: Đoạn này đƣợc chia làm hai dạng một nhánh sông và
nhiều nhánh sông. Loại một nhánh, đặc trƣng nhất là chiều dài của vùng ảnh hƣởng
nƣớc dâng, thủy triều, xâm nhập mặn và vùng xuất hiện dịng chảy ngƣợc. Loại

nhiều nhánh, trong đó thƣờng có 1 đến 2 nhánh chính và nhiều nhánh phụ hoặc các
lịng dẫn bị thối hóa, hình thành các hồ móng ngựa, đầm lầy cửa sông.
- Đoạn cửa sông (vùng ngƣỡng cửa sơng): Là nơi tranh chấp mạnh mẽ giữa
q trình động lực sông - biển. Đặc điểm đặc trƣng nhất của cửa sơng là sự hình
thành và phát triển các val cát, bãi bồi ngầm (bar), doi cát, đảo chắn ... Đây là khu
vực châu thổ phát triển mạnh nhất nên địa hình đáy và hình thái bờ ln biến động.
- Vùng biển nơng trước cửa sơng: Đoạn này cịn đƣợc gọi là vùng thềm biển
nông trƣớc cửa sông. Theo thời gian phát triển của cửa sơng, theo dấu hiệu hình thái
đoạn cửa sơng đƣợc phân thành hai dạng: dạng kín và dạng hở. Dạng kín ứng với
cửa sơng đang phát triển ở giai đoạn đầu (giai đoạn lấp đầy vũng vịnh và hình thành
6


đồng bằng delta). Dạng hở ứng với cửa sông phát triển có q trình trao đổi tự do
giữa nƣớc sơng và nƣớc biển và chịu ảnh hƣởng mạnh của các yếu tố động lực biển
(nhƣ dịng chảy ven bờ, sóng gió, thủy triều, nƣớc dâng.). Vùng biển nơng trƣớc
cửa sơng bao gồm các khu vực chịu ảnh hƣởng của các loại dịng chảy khác nhau:
Dịng lũ, dịng triều, dịng trơi, dịng sóng vỗ bờ và vùng nƣớc bị pha trộn mạnh.
Ranh giới phân chia các khu vực biển nông cửa sông cũng là tƣơng đối, do chúng
biến động tùy thuộc vào chế độ lực và điều kiện địa hình vùng biển nông ven bờ.
Theo các phân chia và giới hạn của vùng cửa sơng nhƣ đã trình bày ở trên
cho thấy cửa sơng có chế độ động lực đa dạng, rất phức tạp thể hiện mối tƣơng tác
các yếu tố từ khí quyển, thủy quyển, thạch quyển và sinh quyển. Các q trình động
lực vùng cửa sơng là q trình tƣơng tác giữa các yếu tố động lực từ hai khối nƣớc
mặn và nƣớc ngọt, giữa dịng chảy sơng và biển, giữa các yếu tố động lực sông biển tới các thành tạo địa hình (q trình tích tụ - mài mịn, vận chuyển bùn cát
trong sơng, vận chuyển bồi tích ven bờ, tạo thành bãi, kéo dài và phá hủy dịng dẫn
cửa sơng...). Do đó, việc nghiên cứu động lực vùng cửa sông phải đặt trên cơ sở
nghiên cứu tổng hợp một cách hệ thống với nhiều chuyên môn, lĩnh vực khác nhau.
Các cửa sông dù thuộc loại nào cũng đều đƣợc cấu tạo thành hai đoạn lấy
mốc ngƣỡng cạn (bãi chắn cửa) làm gianh giới phân chia:

a. Cửa sơng hình tam giác châu (Delta)

b. Cửa sơng hình phễu (Estuary)

Trong đó: 1 là đoạn tiếp cận cửa; 2 là đoạn cửa sơng; 3 là bãi biển ngồi
cửa; 4 là bờ biển; 5 là đường viền bờ dốc
Hình 1-1: Phân đoạn cửa sơng theo địa hình cửa.

Theo quan điểm hệ thống, các yếu tố xác định cấu trúc động lực vùng cửa
sơng có liên quan hữu cơ với nhau, tƣơng tác qua lại lẫn nhau trong một hệ thống
thống nhất là vùng cửa sông. Mối tƣơng tác này thể hiện thơng qua 3 nhóm yếu tố
cơ bản bao gồm nhóm các yếu tố nội động lực, nhóm các yếu tố thủy động lực tự
nhiên và nhóm các yếu tố nhân sinh.

7


1.2.

Một số nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến vấn đề nghiên cứu

1.2.1. Trên thế giới
Các nghiên cứu vùng cửa sơng ven biển nhằm tính tốn diễn biến và phát
triển hình thái chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các q trình thủy thạch động lực
bao gồm sóng, triều, dịng chảy, xâm nhập mặn v.v..và q trình vận chuyển bùn cát
gây diễn biến hình thái. Các vấn đề trên đều đƣợc thực hiện dựa trên số liệu quan
trắc ngồi hiện trƣờng, các nghiên cứu trên mơ hình vật lý, mơ hình tốn.
Những nghiên cứu thuộc lĩnh vực khoa học động lực học dịng sơng, chuyển
động bùn cát và vấn đề chỉnh trị sông nhƣ nghiên cứu xác định nguyên nhân, cơ

chế, diễn biến lòng dẫn; Nghiên cứu đề xuất các giải pháp phòng chống giảm nhẹ
các thiệt hại do xói lở bờ, bồi lắng lịng dẫn. Những nghiên cứu này đã đƣợc quan
tâm từ thế kỷ XIX, nhƣng phát triển mạnh từ những năm thập kỷ 30 đến thập kỷ 60
thế kỷ thứ XX ở các nƣớc Âu Mỹ. Các nghiên cứu điển hình là nhà khoa học Pháp
Du Boys về chuyển động bùn cát, Barrede Saint - Venant về dịng khơng ổn định;
L. Fargue về hình thái đoạn sông uốn khúc. Vào những năm đầu của thế kỷ XX, các
nhà khoa học của Liên Xô nhƣ Lotchin V.M, Bernadski. N.M, Gontrarop V.N. đã
có các cơng trình về vận chuyển bùn cát; các nhà khoa học Antunin S.T, Grisanin
K.B, Kariukin S.N. có nhiều nghiên cứu về chỉnh trị sông[1].
Vào những năm 60, các nhà khoa học ở Tây Âu đã có nhiều kết quả nghiên
cứu về hình thái lòng dẫn nhƣ Meyer - Peter và Muller, Kennedly R.G...Các nhà
khoa học của Mỹ nhƣ Einstein H.A., Ven te Chow, Ning chien... Đã có nhiều cơng
trình nghiên cứu về dịng chảy và chuyển động bùn cát, trên cơ sở đó đánh giá đƣợc
diễn biến lịng dẫn. Ngồi những nghiên cứu cơ bản về diễn biến, bồi lắng, xói lở
lịng dẫn, thời kỳ này có những tiến bộ vƣợt bậc về phƣơng pháp và kỹ thuật tính
tốn cũng nhƣ các thiết bị đo đạc[1].
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các nhà khoa
học trên thế giới vẫn tiếp tục nghiên cứu về động lực học dịng sơng và chỉnh trị
sơng, đặc biệt là ảnh hƣởng của các cơng trình trên sơng đến diễn biến, xói lở và bồi
lắng lịng dẫn, điển hình là các nghiên cứu của Simons, Anbecson, De Vries...Điển
hình là các nghiên cứu về xói ở hạ du cơng trình của Antunin hay tính tốn xói phổ
biến theo phƣơng pháp trạng thái ổn định tới hạn làm cơ sở khoa học cho việc phát
triển các mơ hình tính tốn hình thái và dự báo xói lở lịng dẫn của Lê Vi.
Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của cơng trình xây dựng trên sơng đến diễn biến
lòng dẫn đã đƣợc các nhà khoa học nhƣ Tiền Ninh, Đậu Quốc Nhân, Lƣ Bảo Chấn
(Trung Quốc), Hickin và Nauson, Vannon.(Mỹ) quan tâm. Các nghiên cứu này
xoay quanh vấn đề tính tốn dự báo, đánh giá ổn định và đề xuất các giải pháp bảo
vệ bờ dựa trên cơ sở quan hệ dịng chảy và hình thái lịng sông dẫn tới sự thay đổi
8

chiều rộng lịng sơng, cao trình đáy sơng, ổn định của mái dốc với các điều kiện địa
chất khác nhau.
Các nghiên cứu về ảnh hƣởng của xây dựng cầu trên sơng đến diễn biến lịng
dẫn đƣợc phát triển cả về mặt lƣ thuyết cũng nhƣ các ứng dụng trực tiếp. Nhiều
nghiên cứu có tính ứng dụng cao phục vụ cho việc lập dự án xây dựng một hoặc
nhiều cầu trên sông nhƣ nghiên cứu mức độ dâng nƣớc thƣợng lƣu cầu của Bradley
(1970); Neil (1973), Karaki (1974) hay nghiên cứu xói phổ biến do dịng chảy bị
thu hẹp của Laursen(1960,1963), Komura (1966) ...
Các vấn đề về động lực vùng cửa sông ven biển đã đƣợc nghiên cứu từ rất
sớm, điển hình là các cơng trình nghiên cứu của N.Ya. Danilevxki (1869), I.V.
Xamoilov (1952), T. Elliot (1977), A. Volker (1966),. Những cơng trình này chủ
yếu tập trung nghiên cứu các diễn biến về động lực vùng cửa sông, ven biển và mối
sự liên hệ về động lực của các quá trình tƣơng tác sơng - biển, có xét đến tác động
của con ngƣời[1].
Các cơng trình tiêu biểu nghiên cứu về động lực vận chuyển bùn cát, bồi tụ,
xói lở tại vùng cửa sông ven biển là của các tác giả Bijker E.W. (1971), Engelund F.
và E. Hansen (1972), Meyer-Peter E. và R. Muller (1948), Van Rijn L. C (1993),
Yang C. T. (1996)...
Những năm gần đây, nhiều Viện nghiên cứu, các nhà khoa học trên thế giới
phát triển các mơ hình số trị thủy thạch động lực mà bắt đầu là các mơ hình một
chiều nhƣ MIKE11, HEC-RAS để mơ phỏng các q trình mang tính bình qn hóa
trên mặt cắt. Khi nhu cầu tính tốn phân bố theo khơng gian của các yếu tố thủy
thạch động lực không chỉ theo chiều dịng chảy, mà cịn cần trên cả độ sâu thì các
mơ hình 2D, 3D cũng lần lƣợt ra đời chẳng hạn nhƣ mơ hình DELFT3D (Hà Lan),
MECCA (Mỹ),... Đây có thể xem là một bƣớc tiến dài của khoa học công nghệ
trong việc mô phỏng và xây dựng bức tranh đầy đủ hơn về sự biến đổi thủy động
lực, hình thái của lịng dẫn, bờ bãi sơng biển cũng nhƣ dự báo sự biến đổi của nó ở
các hạn vừa và dài[1].
Khi các mơ hình số trị thủy động đã đƣợc hiệu chỉnh và kiểm định có đủ độ

tin cậy và mức độ ổn định cao thì nó sẽ là công cụ mạnh giúp chúng ta biết đƣợc sự
thay đổi của các quá trình thủy thạch động lực theo các kịch bản khác nhau và giúp
cho các nhà ra quyết định có những thơng tin chính xác hơn trong việc quyết định
giải quyết các vấn đề rất phức tạp và biến động lại chịu nhiều các yếu tố tác động
nhƣ các cửa sơng và dải ven biển.
Ở Mỹ có một chƣơng trình nghiên cứu rất lớn về động lực các cửa sông, lạch
triều và luồng lạch (CTRP) đã đƣợc tiến hành trong nhiều năm nay. Quá trình vận
chuyển bùn cát mà 26 trong số 58 cửa sông của Mỹ đã xây dựng đƣợc hệ thống kè
9


hƣớng dòng, ngăn cát chống sa bồi luồng vào cửa sơng và xói lở 2 bên bờ liền kề
cửa sơng. Ở Anh đã triển khai chƣơng trình nghiên cứu tƣơng tác sơng - biển với
mục đích đánh giá và dự báo biến động luồng lạch vào cảng cửa sông nối với biển.
Một số nƣớc EU và Ucraina đã nghiên cứu để khơi thông luồng vào cửa sông
Dunai. Một số cảng nằm sâu trong vùng cửa sông ở các nƣớc nhƣ Hà Lan, Nga,
Nhật, các nhà khoa học đã mô phỏng với các kịch bản khác nhau để đánh giá quá
trình sa bồi luồng và đề xuất các giải pháp duy tu, nạo vét hợp lƣ đảm bảo cho các
loại tàu có trọng tải lớn ra vào theo kế hoạch định trƣớc. Trong đó, tại Nhật Bản 72
trong số 139 cửa sơng có luồng tàu đƣợc xây dựng đê chắn cát. Ở cửa sông Dunai,
ngƣời ta đã xây dựng 2 đê chắn cát song song ở 2 phía luồng, kéo dài bar chắn cửa
đến độ sâu 6,5m, cắt các đoạn sông quá cong và nạo vét duy trì độ sâu luồng và
chống bồi lấp luồng tàu vào cảng cửa sông.
Jean - Francois Desprast et al., (2010) đã sử dụng công cụ viễn thám và GIS
để cảnh báo mối hiểm họa cho ngƣời dân sống ở vùng ven bờ biển do sóng thần,
mực nƣớc biển dâng và xói lở để giúp cho các nhà quản lý hoạch định kế hoạch sử
dụng đất đai và phát triển khu dân cƣ ven bờ biển.
Những vấn đề về diễn biến hình thái, chế độ thủy động lực vùng cửa sông
ven biển đã đƣợc nghiên cứu từ rất sớm và đã có những thành tựu đáng khích lệ trên
thế giới bao gồm:

-

Phân đoạn, phân loại cửa sơng.

-

Sự hình thành và phát triển bar chắn cửa sơng.

-

Nghiên cứu biến đổi lịng dẫn

-

Bồi lắng luồng vùng cửa sơng.

-

Vận chuyển bùn cát trong các đoạn cửa sơng.

-

Quan hệ hình thái trong các đoạn cửa sông.

-

Xâm nhập mặn.

-

Ngập lụt vùng cửa sơng và ven bờ biển.

- Mơ hình hóa các hiện tƣợng thủy thạch động lực và vận chuyển bùn cát
(trƣờng sóng, thủy triều, dịng chảy, bùn cát...).
Mơ hình tốn là một cơng cụ có tính tiện ích rất lớn, chính vì vậy nó đƣợc rất
nhiều quốc gia quan tâm phát triển và đã có nhiều mơ hình có tính thƣơng mại cao,
đƣợc sử dụng khá phổ biến ở nhiều nƣớc, cho các dự án quan trọng ở các quốc gia
khác nhau. Tuy nhiên, cũng phải nói rằng mơ hình tốn khơng phải là một cơng cụ
vạn năng vì tính đúng sai của nó phụ thuộc rất nhiều vào độ tin cậy của các điều
kiện biên, các tập hàm vào mà chúng ta phải có trƣớc khi áp dụng chúng.
10


Chẳng hạn các mơ hình thủy thạch động lực cần các số liệu mực nƣớc, dịng
chảy, sóng, bùn cát ở các biên cũng nhƣ các điểm trong hệ thống để hiệu chỉnh và
kiểm định các thơng số với độ chính xác cho phép khi mô phỏng. Nhƣng thực tế,
các số liệu mà chúng ta có vừa ngắn, lại khơng đồng bộ, độ chính xác khơng cao thì
khó có thể khẳng định mơ hình sẽ cho kết quả có thể chấp nhận đƣợc.
Việc ứng dụng các mơ hình 2D hoặc 3D cũng cịn gặp những trở ngại nhƣ
khối lƣợng tính tốn q lớn, trong khi tốc độ tính tốn của các máy tính thơng
thƣờng hiện nay chƣa đủ lớn dẫn tới thời gian mô phỏng quá dài. Chẳng hạn việc
mô phỏng trƣờng dòng chảy thực 3 chiều cho một năm cần thời gian chạy máy tới 6
- 7 tháng với các máy tính có dung lƣợng bộ nhớ và tốc độ tính tốn thơng dụng
nhƣ hiện nay. Điều này khơng đáp ứng các nhu cầu của thực tế, đặc biệt là bài toán
dự báo khi mà kết quả chạy ra đã lạc hậu về mặt thời gian.
Mặt khác, về bản chất vật lý, mỗi yếu tố trong tập các thông số thủy động lực
vừa mang tính địa đới phụ thuộc vào vùng địa lý, khí hậu, ví nhƣ ở Việt Nam hết
mùa lũ lại sang mùa cạn, vừa chịu tác động của các yếu tố phi địa đới hay còn gọi là
các yếu tố địa phƣơng. Chẳng hạn cũng là lũ, nhƣng lũ năm nay khác lũ năm sau cả
về thời điểm xuất hiện, độ lớn và hình dạng ... Do vậy, nếu chỉ sử dụng một công cụ

riêng rẽ sẽ rất khó có những kết luận chính xác và việc sử dụng đồng thời nhiều
công cụ khác nhau, kiểm tra, so sánh dựa trên nguyên nhân và kết quả và đƣợc thực
hiện với nhiều nghiên cứu khác nhau mới hy vọng phát hiện các qui luật và mới có
các kết quả gần nhất với thực tế phản ánh đúng bản chất của hiện tƣợng.
1.2.2. Ở Việt Nam
Công cuộc nghiên cứu vùng cửa sông ven biển nƣớc ta gắn liền với lịch sử
dựng nƣớc và giữ nƣớc, chinh phục dịng sơng, quai đê lấn biển, khai khẩn đất đai
miền Duyên hải, đƣợc bắt đầu từ triều đại phong kiến nhà Trần (Trần Thái Tông 1248). Đến thời Lê (1708), đê biển đã đƣợc tu bổ và phát triển trên quy mô từng dải
chạy dọc ven biển từ cửa sông này sang cửa sông khác. Đê thời Lê đƣợc ngƣời dân
nâng cấp dần và quy mô lớn hơn thời Trần, nhiều đoạn đƣợc bảo vệ bằng kè đá.
Nhà Nguyễn vẫn duy trì và phát triển các chính sách về đê điều, trị thủy mở rộng
đất đai của các vƣơng triều trƣớc, nhƣng có bổ sung và đƣợc nâng cao lên mọi mặt.
Vào đầu thế kỷ XIX, đáng chú ƣ nhất là công cuộc khai khẩn nổi tiếng do Nguyễn
Công Trứ lãnh đạo (năm 1828-1830) ở vùng ven biển cửa sông Hồng và lập ra hai
huyện mới là Tiền Hải (tỉnh Thái Bình) và huyện Kim Sơn (tỉnh Ninh Bình). Cho
đến nay bài học cơng cuộc khai khẩn này vẫn cịn ngun giá trị khoa học và thực
tiễn. Những cơng trình đắp đê và củng cố các tuyến đê ngăn lũ, đê bao, xây cống
ngăn mặn ở ven biển đồng bằng sông Hồng đƣợc tiến hành trong suốt các triều đại
phong kiến trƣớc đây và vẫn đƣợc tiếp tục cho đến ngày nay. Những cơng trình đó
11


rất có giá trị để nghiên cứu lịch sử diễn biến vùng cửa sông[1].
Những năm 60 của thế kỷ XX, ở miền Bắc Việt Nam đã có một số các cơng
trình phịng chống lũ lụt, chống bồi lắng cửa lấy nƣớc phục vụ cấp nƣớc tƣới ruộng.
Các nghiên cứu ban đầu đƣợc tiến hành trong các phịng thí nghiệm nhƣ phịng thí
nghiệm của Viện Khoa học Thủy lợi, của trƣờng Đại học Xây dựng.... Các nghiên
cứu của các nhà khoa học trong nƣớc về diễn biến lòng dẫn chủ yếu tập trung giải
quyết các vấn đề thực tế, xây dựng cơ sở khoa học và phƣơng pháp luận phù hợp
với điều kiện Việt Nam dựa trên các phƣơng pháp, công nghệ do các nhà khoa học

trên thế giới đã phát triển[1].
Các cơng trình nghiên cứu điển hình cho các sơng miền Bắc phải kể đến các
tác giả nhƣ Vũ Tất Un, Lƣu Cơng Đào, Nguyễn Văn Cƣ, Lê Ngọc Bích, Hoàng
Hữu Văn, Trịnh Việt An, Nguyễn Bá Quỳ, Đỗ Tất Túc, Phạm Thị Hƣơng Lan ...
Trong khoảng 20 năm trở lại đây, các tác giả Lê Ngọc Bích, Lƣơng Phƣơng
Hậu, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Sinh Huy, Hoàng Văn Huân, Lê Mạnh Hùng, Lê
Xuân Thuyên… có nhiều đóng góp nghiên cứu về thủy động lực và diễn biến sơng
ngịi vùng đồng bằng sơng Cửu Long[1].
Các tác giả Ngơ Đình Tuấn, Đỗ Tất Túc, Lƣơng Phƣơng Hậu, Nguyễn Văn
Tuần, Trần Văn Túc . đã có nhiều nghiên cứu về diễn biến cửa sơng, ven biển, biến
hình lịng dẫn các sơng miền Trung.
Các cơng trình nghiên cứu dự báo xói lở bờ của tác giả Lê Ngọc Túy; nghiên
cứu dự báo xói sâu phổ biến ở hạ du các cơng trình thủy điện Hịa Bình, Sơn La của
các tác giả Lƣu Cơng Đào, Lê Ngọc Bích, Hồng Hữu Văn, Vũ Tất Un là những
cơng trình rất có ƣ nghĩa khoa học và thực tiễn.
Nhận thức rõ tầm quan trọng của vấn đề xói lở, bồi tụ bờ biển, cửa sơng, sau
ngày hịa bình lập lại, công tác nghiên cứu, chỉnh trị và khai thác vùng cửa sông ở
nƣớc ta đƣợc nhà nƣớc hết sức coi trọng. Có nhiều cơng trình thuộc chƣơng trình
biển, các đề tài độc lập cấp Nhà nƣớc, đề tài cấp Bộ, đề tài của các địa phƣơng và
các ngành đã đƣợc thực hiện đã đề cập khá toàn diện đến các vấn đề nhƣ thoát lũ,
xâm nhập mặn, giao thơng thủy, quai đê lấn biển, phịng chống sạt lở bờ sông, bờ
biển, bồi lấp cửa sông v.v... Một số cơng trình tiêu biểu đã đƣợc triển khai nhƣ sau:
- Nghiên cứu thuỷ động lực, trầm tích vịnh Bắc bộ, chƣơng trình khảo sát hỗn
hợp Việt - Trung (1959 - 1961).
- Nghiên cứu động lực các vùng cửa sông Việt Nam, thuộc đề tài KT-02-01 do
Viện Địa Lý, Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam thực hiện.
- Nghiên cứu động lực vùng cửa sông ven biển thuộc đề tài KC-09-05 (20012005) do Viện Địa Lý, Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam chủ trì.
12

- Những cơng trình có giá trị khoa học nghiên cứu dòng chảy và nƣớc dâng
trong bão và động lực các vùng cửa sông Việt Nam phải kể đến Nguyễn Văn Cƣ
(1979, 1990). Tác giả Nguyễn Ngọc Thụy (1985, 1995) có các cơng trình nghiên
cứu về chế độ thủy triều biển đông và Việt Nam. Các tác giả Nguyễn Bá Quỳ
(1994), Nguyễn Thị Thảo Hƣơng (2000), Nguyễn Bá Uân (2002), Lê Đình Mầu
(2006), Nghiêm Tiến Lam (2009), Trần Thanh Tùng (2011) có các nghiên cứu về
thủy động lực cửa sơng, diễn biến hình thái và q trình đóng mở các cửa sông
miền Trung[1]...
- Đề tài khoa học cấp nhà nƣớc “Nghiên cứu dự báo xói lở, bồi lắng và các
giải pháp phịng chống trên hệ thống sơng ở ĐBSCL” thực hiện năm 2001-2004 do
Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực hiện đã sử dụng mơ hình MIKE, kết hợp
với phƣơng pháp viễn thám và GIS để xác định nguyên nhân, cơ chế xói lở, các
nhân tố ảnh hƣởng đến xói lở và xác định vị trí, quy mơ, tốc độ xói lở bờ sơng; xác
định các vùng trọng điểm xói lở, bồi tụ cũng nhƣ các giải pháp phịng tránh[1].
- Đề tài nhà nƣớc KC-08-29 “Nghiên cứu các giải pháp khoa học cơng nghệ
để ổn định lịng dẫn hạ du hệ thống sơng Đồng Nai - Sài Gịn phục vụ phát triển
kinh tế xã hội vùng Đông Nam bộ” do Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam chủ trì
thực hiện trong 2 năm (2004-2005) đã xác định đƣợc tình trạng diễn biến các sông
thuộc hệ thống Đồng Nai - Sài gịn, xác định các trọng điểm xói lở và từ kết quả
nghiên cứu khoa học đã xây dựng dự án qui hoạch chỉnh trị sông Đồng Nai, khu
vực thành phố Biên Hòa và đã xây dựng đƣợc 1.500m kè bảo vệ bờ sông Đồng Nai
khu vực trung tâm thành phố Biên Hòa. Đề tài cũng kiến nghị 8 giải pháp ổn định
lịng dẫn hạ du sơng Đồng Nai - Sài Gịn, đặc biệt kiến nghị ứng dụng cơng nghệ
mới thi công kè bảo vệ bờ sông Mƣơng Chuối, huyện Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh; kè
khu vực thành phố Biên Hịa trên sơng Đồng Nai-Sài Gịn[1].
- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ 2005-2007 “Nghiên cứu diễn biến lịng
dẫn và khả năng thốt lũ khi xây dựng cầu qua sơng Hồng khu vực Hà Nội bằng mơ
hình MIKE21C” do PGS.TS.Nguyễn Ngọc Quỳnh làm chủ nhiệm đã đánh giá đƣợc
ảnh hƣởng của cầu tới phân bố lƣu lƣợng trên bãi sơng và lịng chính; ảnh hƣởng
của cầu tới ổn định lòng dẫn và dự báo đƣợc diễn biến tổng thể lịng dẫn đoạn sơng

Hồng qua Hà Nội.
- Nghiên cứu về ơ nhiễm vùng ven bờ có các tác giả Lê Phƣớc Trình (1993),
Nguyễn Tác An (1994), Phạm Văn Ninh (1995), Nguyễn Xuân Dục (1995), Lƣu
Văn Diệu (2000) ... Các cơng trình của các tác giả đề cập tới nguy cơ ô nhiễm do sự
cố tràn dầu, do sông tải ra biển, biến động môi trƣờng biển và xử lý ô nhiễm môi
trƣờng biển ven bờ.
-

Nghiên cứu các hệ sinh thái rừng ngập mặn có các tác giả Phan Nguyên
13


Hồng (1970, 1991); Nguyễn Hồng Trí (1998)...Các nghiên cứu đề cập tới vai trò
của rừng ngập mặn, phân bố thảm thực vật ở ven biển Việt Nam và vai trò của các
giải pháp mềm tới việc bảo vệ các công trình cơ sở hạ tầng ven biển, các thành phố
và các khu kinh tế xây dựng dọc theo dải ven biển.
a. Công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến đổi đường bờ
Việc ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với phƣơng pháp bản đồ và GIS
trong nghiên cứu biến động vùng bờ biển và phát triển cửa sông đã đƣợc thực hiện
vào những thập kỷ gần đây và đã có những đóng góp rất có ý nghĩa.
- Tác giả Tơ Quang Thịnh (1990) đã chủ trì một đề tài trong chƣơng trình
KHCN 48B-07- 02-01 lần đầu tiên sử dụng các ảnh viễn thám qua các thời điểm
khác nhau và các công nghệ tiên tiến để xác lập vị trí đƣờng bờ biển vào các năm
1930, 1965, 1985.
- Trong khn khổ đề tài KHCN.06.08, nhóm tác giả Lê Phƣớc Trình đã sử
dụng các tƣ liệu viễn thám qua các thời điểm từ 1985-1995 và bản đồ địa hình năm
1965 để xây dựng bộ bản đồ hiện trạng và biến động đƣờng bờ biển trong 30 năm
(1965- 1995) tỷ lệ 1:100.000 gồm 33 mảnh từ Móng Cái đến Hà Tiên. Từ bộ bản đồ
này đã thành lập đƣợc bản đồ hiện trạng bồi tụ - xói lở cho cả dải ven biển, cửa
sông Việt Nam tỷ lệ 1:2.000.000 và các bản đồ chi tiết cho các đoạn bờ xung yếu tỷ

lệ lớn 1:25.000 và 1:50.000.
- Phạm Quang Sơn (2004) đã sử dụng các loại ảnh viễn thám, các loại bản đồ
địa hình và các tƣ liệu khác để phân tích q trình phát triển và biến động các cửa
sơng thuộc vùng ven biển đồng bằng sông Hồng trong chuỗi thời gian 90 năm (từ
năm 1921 đến 2001).
- Ngoài ra cịn một số cơng trình của các tác giả Nguyễn Văn Cƣ (2008, 2010),
Trịnh Việt An (2006)... đã sử dụng phƣơng pháp viễn thám và GIS trong nghiên
cứu sa bồi luồng tàu, q trình bồi tụ - xói lở bờ biển, bồi lấp và dịch chuyển lịng
dẫn cửa sơng ở các vùng cửa sông ven biển ở nƣớc ta.
b. Mô hình tốn trong nghiên cứu đặc điểm thủy động lực cửa sông, ven biển
Số lƣợng các nghiên cứu diễn biến cửa sơng, ven biển có sử dụng mơ hình
tốn khá nhiều và đƣợc bắt đầu từ khoảng giữa thập niên 80 của thế kỷ XX. Tuy
nhiên, sự hoàn thiện của mơ hình cũng nhƣ mức độ chính xác của các mô phỏng tốt
dần theo thời gian. Ở giai đoạn đầu, do mơ hình chƣa hồn chỉnh, thêm vào đó các
số liệu đầu vào rất ít, ngắn và khơng đồng bộ nên các kết quả còn hạn chế. Đến
những năm gần đây, các mơ hình tốn ngày càng hồn thiện, máy tính tốc độ ngày
một nhanh hơn, các số liệu hiệu chỉnh và kiểm định gồm tài liệu thực đo và từ các
phịng thí nghiệm nhiều hơn, chính xác hơn, phân bố tốt hơn theo không thời gian
14


đã khẳng định mơ hình số là một cơng cụ thực sự mạnh, hữu hiệu trong nghiên cứu
diễn biến cửa sông, ven biển. Các nghiên cứu tiêu biểu theo hƣớng mơ hình tốn có
thể kể đến:
- Nhóm Bùi Hồng Long (Viện Hải dƣơng học Nha Trang) nghiên cứu thủy
động lực và bùn cát vùng Phan Rí, Hàm Tiến, Phƣớc Thế (Bình Thuận);
- Nhóm của Lê Ngọc Bích, Lƣơng Phƣơng Hậu nghiên cứu vùng cảng Nhà
Bè, Cần Giờ (TP. Hồ Chí Minh), Gị Cơng (Tiền Giang) nhằm cung cấp các thơng
số kỹ thuật phục vụ xây dựng phƣơng án thiết kế và thi cơng đê, kè chống xói lở.
- Nhóm của Nguyễn Mạnh Hùng, Viện Cơ học đã ứng dụng các mơ hình thủy

thạch động lực mơ phỏng bùn cát và biến đổi địa hình đáy vùng ven bờ, biến động
đƣờng bờ biển dƣới tác động của sóng, mực nƣớc, dịng chảy ngồi biển và bùn cát
cung cấp từ trong sơng cho các khu vực cửa Lạch Huyện, cửa Nam Triệu (Hải
Phòng), vùng biển Hải Hậu (Nam Định), vùng bờ biển Cảnh Dƣơng (Quảng Bình),
Hồ Tàu, cửa Định An (Trà Vinh), Gành Hào (Bạc Liêu).
- Nhóm nghiên cứu của Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia
Hà Nội gồm Nguyễn Thọ Sáo, Đinh Văn Ƣu...nghiên cứu các quá trình động lực
học của lớp gần đáy, chính xác hóa các hệ số trong các công thức bán kinh nghiệm
của các tác giả nƣớc ngồi để tính vận chuyển bùn cát ven bờ biển nƣớc ta.
- Nhóm nghiên cứu của công ty Cổ phần Tƣ vấn Xây dựng Cảng, đƣờng thủy
(TEDI Port) mơ phỏng chế độ sóng và dịng chảy khu vực Nam Đình Vũ (Hải
Phịng), diễn biến hình thái cửa Định An, lan truyền sóng phục vụ thiết kế kè chắn
cát cảng Dung Quất (Quảng Ngãi), kè Mũi Né (Bình Thuận), kè biển Vũng Tàu (Bà
Rịa, Vũng Tàu), Nha Trang (Khánh Hịa)...
- Trong chƣơng trình KC-08 giai đoạn 2006 - 2010 có đề tài KC-08-07 do
Trƣờng Đại học Thủy lợi chủ trì thực hiện đã ứng dụng bộ mơ hình MIKE-21,
SEDTRA, STWAVE - WABED, DELFT-3D, GENESIS. .. để mơ phỏng trƣờng
sóng, dịng chảy và vận chuyển bùn cát, dự báo sa bồi luồng tàu, biến động đƣờng
bờ biển, cửa sông... Đề tài đã lý giải các nguyên nhân, cơ chế gây bồi lắng luồng
tàu, bồi lấp và dịch chuyển lịng dẫn cửa sơng các tỉnh ven biển miền Trung nƣớc ta
và đề xuất các giải pháp khắc phục, giảm thiểu và ổn định cửa sông trong vùng
nghiên cứu.
Các chƣơng trình, đề tài, đề án nghiên cứu kể trên đã thu đƣợc nhiều kết quả
có giá trị về mặt khoa học và thực tiễn góp phần khơng nhỏ vào việc chỉnh trị cửa
sơng, bờ biển giảm nhẹ thiên tai xói lở, bồi tụ.
Song do giới hạn về kinh phí cũng nhƣ thiết bị nghiên cứu của mỗi đề tài nên
sự gắn kết giữa các vùng còn hạn chế, nhiều vấn đề về qui luật diễn biến cửa sông,
15

bờ biển, cơ chế của q trình bồi tụ, xói lở vẫn chƣa đƣợc giải quyết thoả đáng. Cho
đến nay chúng ta chƣa có đƣợc qui trình thống nhất trong khảo sát đo đạc dịng bồi
tích và q trình vận chuyển bùn cát vùng ven bờ biển, cửa sông. Chƣa có đƣợc qui
trình cơng nghệ dự báo q trình bồi tụ, xói lở các vùng biển, cửa sơng. Nhiều giải
pháp cơng trình đƣa ra cịn mang tính cục bộ, địa phƣơng, nên khi áp dụng có thể
giảm thiểu đƣợc xói lở, bồi tụ ở khu vực này thì lại xảy ra tai biến ở các vùng lân
cận. Vấn đề liên kết các nghiên cứu của các ngành khác nhau theo cách tiếp cận
nhân quả chƣa đƣợc quan tâm, còn bị giới hạn trong các mục tiêu ngành. Mối quan
hệ giữa các q trình thủy động lực tại các cửa sơng, ven biển với các hoạt động
khai thác bề mặt lƣu vực nhƣ chặt phá rừng, xây dựng hệ thống hồ thủy lợi, thủy
điện, xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng chƣa nghiên cứu chi tiết, thỏa đáng, đặc biệt
là chƣa xét đến tác động của biến đổi khí hậu tới biến động các cửa sông, ven biển.
1.3.

Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.3.1. Đặc điểm điều kiện địa lý tự nhiên
Sông Lam là một trong 9 hệ thống sông lớn của Việt Nam, có tọa độ từ
103 45‟ † 105010‟ kinh độ Đông và từ 18015‟† 20010‟ vĩ độ Bắc. Dịng chính sơng
Lam bắt nguồn từ tỉnh Xiêng Khoảng của Lào, có chiều dài 531 km, diện tích lƣu
vực 27.200 km2, trên lãnh thổ Việt Nam là 17.900 km2 (chiếm khoảng 66%). Từ
Trƣờng Xá đến Biển Đông gọi là hạ lƣu sông Lam (khu vực cửa sông ven biển) [5].
0

Hình 1-2: Bản đồ hệ thống mạng lưới sơng thuộc hệ thống sông Lam

16


Khu vực cửa sông ven biển sông Lam nằm ở vĩ độ 18040‟ đến 18050‟ vĩ Bắc,

105045‟ đến 105050‟ kinh Đơng, bao gồm các xã: Hùng Dũng, Hƣng Hịa, Hƣng
Lộc, Nghi Đức, Nghi Thái, Phúc Thọ, Nghi Phong, Nghi Xuân, Nghi Thạch, Nghi
Thu, Nghi Hƣơng, Nghi Hòa, Nghi Hải, Xuân Hội, Xuân Trƣờng, Xuân Đan, Xuân
Phổ, Xuân Hải thuộc các huyện ven biển là Hƣng Nguyên, thành phố Vinh, Nghi
Lộ và Nghi Xn [7].

Hình 1-3: Khu vực cửa sơng ven biển sơng Lam

1.3.2. Đặc điểm khí tượng – thủy văn
Trên lƣu vực sơng Lam, một số trạm khí tƣợng thuỷ văn đƣợc xây dựng khá
sớm vào đầu thập niên 20 của thế kỷ trƣớc, nhƣng trong thời kỳ kháng chiến chống
Pháp (1946-1954) hầu hết các trạm này phải ngừng hoạt động. Từ sau năm 1955,
nhất là vào các thập niên 60 và 70, hàng loạt trạm khí tƣợng thuỷ văn đã đƣợc xây
dựng, tính đến nay có 12 trạm khí tƣợng, 100 trạm đo mƣa và 37 trạm thuỷ văn đã
và đang hoạt động thuộc lƣới trạm khí tƣợng thuỷ văn do Bộ Tài Nguyên và Môi
Trƣờng quản lý. Phần hạ lƣu sơng Lam có 3 trạm đo mực nƣớc là: Chợ Tràng, Bến
17


Thủy và Cửa Hội; 01 trạm đo mƣa là trạm Vinh. Các trạm này vẫn đang hoạt động
kể từ khi đƣợc thành lập tới bây giờ [6].
Khu vực cửa sông ven biển sông Lam thuộc hệ thống sông Cả nằm trong
vùng Bắc Trung Bộ mùa đông lạnh, nắng tƣơng đối ít, có mƣa phùn, có năm xảy ra
sƣơng muối ở một số vùng trong lƣu vực. Mùa hè chịu ảnh hƣởng của gió tây khơ
nóng, nhiệt độ cao, mƣa nhiều vào nửa cuối năm. Lƣợng bức xạ tổng cộng trung
bình năm khoảng (100-120) kcal/cm2, cân bằng bức xạ trung bình năm khoảng (6580) kcal/cm2. Số giờ nắng trung bình năm từ dƣới 1.500 giờ ở vùng núi phía tây tỉnh
Nghệ An đến trên 1.800 giờ ở vùng đồng bằng ven biển [5].
Nhiệt độ khơng khí trung bình năm từ dƣới 20oC ở vùng núi đến hơn 24oC ở
vùng đồng bằng. Nhiệt độ cũng biến đổi theo mùa; nhiệt độ trung bình tháng dƣới
20oC (1719)oC trong các tháng XII, I, II, tăng lên (1925)oC trong các tháng IIIIV, X-XI và trên 25oC (2529,5)oC trong các tháng V-IX, cao nhất vào 2 tháng VIVII. Nhiệt độ tối cao tuyệt đối có thể trên 40oC (42,7oC tại Tƣơng Dƣơng, 40,9oC

tại thành phố Vinh, thƣờng xuất hiện những ngày có gió mùa tây nam mạnh do tác
dụng "phơn" của dãy Trƣờng Sơn. Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối có thể dƣới 5oC ở
đồng bằng ven biển, (dƣới 3oC ở miền núi và trung du, -0,2oC tại Tây Hiếu, 0,3oC
tại Quỳ Hợp) [5].
Độ ẩm tƣơng đối trung bình năm của khơng khí khoảng (8088)%. Lƣợng
mây tổng quan trung bình năm trên 8/10 bầu trời ở vùng núi và (7,58)/10 bầu trời
ở vùng trung du và đồng bằng.
Tốc độ gió trung bình năm biến đổi trong phạm vi tƣơng đối lớn từ 0,5 m/s
tại Quỳ Châu đến 3,8 m/s tại Hịn Ngƣ. Tốc độ gió mạnh nhất dƣới 20 m/s ở vùng
đồi núi khuất gió đến hơn 40 m/s ở vùng đồng bằng ven biển (56 m/s tại Hịn Ngƣ).
Số ngày có gió tây khơ nóng trong năm có thể tới (1523) ngày [5].
Cũng nhƣ chế độ mƣa ở miền Bắc lƣợng mƣa trung bình năm trên khu vực
dao động từ 1100  2500 mm. Tại các trung tâm mƣa lớn nhƣ thƣợng nguồn sông
Hiếu, lƣu vực sông La, lƣu vực sông Giăng, lƣợng mƣa trung bình năm đạt 2000 
2400 mm. Trung tâm mƣa nhỏ dọc theo dịng chính sơng Cả, tại Cửa Rào, Mƣờng
Xén đạt 1.100  1.400 mm. Vùng đồng bằng hạ du sơng Cả có lƣợng mƣa trung
bình năm từ 1700  1800 mm. Lƣợng mƣa mùa mƣa chiếm khoảng (5590)% lƣợng
mƣa năm, trong đó lƣợng mƣa của 3 tháng liên tục lớn nhất chiếm (4570)% và xuất
hiện và các tháng VIII-X hay IX-XI ở lƣu vực sông La. Lƣợng mƣa mùa khơ chiếm
có (1045)% lƣợng mƣa năm, trong đó 3 tháng lƣợng mƣa nhỏ nhất chỉ chiếm
(1,510)% lƣợng mƣa năm và xuất hiện vào các tháng XII, I-II hay I-III, II-IV [5].

18