Vai trò các quá trình tương tác sông biển trong mô hình tình toán và dự báo xói lở bờ biển cửa sông

T¹p chÝ Khoa häc ®hqghn, KHTN & CN, T.xxI, Sè 3PT., 2005 Vai trß c¸c qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c s«ng-biÓn trong m« h×nh tÝnh to¸n vµ dù b¸o xãi lë bê biÓn cöa s«ng §inh V¨n ¦u, Hµ Thanh H−¬ng, TrÇn Quang TiÕn Trung t©m §éng lùc vµ M«i tr−êng BiÓn Tr−êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn, §HQG Hµ Néi Tãm t¾t: TÝnh to¸n vµ dù b¸o båi xãi bê biÓn vµ cöa s«ng lµ mét vÊn ®Ò phøc t¹p ®ßi hái nhiÒu n¨m nghiªn cøu míi cã thÓ x©y dùng ®−îc mét quy tr×nh tÝnh to¸n ®¸p øng yªu cÇu ®a d¹ng cña bµi to¸n ®Æt ra. §· x©y dùng quy tr×nh tÝnh to¸n øng dông cho vïng cöa s«ng §µ R»ng víi viÖc chó träng tíi vai trß cña biÕn ®æi mùc n−íc vµ l−u l−îng s«ng vµ ®Þa h×nh thùc tÕ. C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n dßng vËn chuyÓn trÇm tÝch vµ biÕn ®éng ®−êng bê ®· m« pháng ®−îc bøc tranh biÕn ®éng phï hîp h¬n víi thùc tÕ. §èi víi c¸c quy m« võa vµ lín g¾n liÒn víi c¸c biÕn ®éng cho kho¶ng thêi gian th¸ng, mïa, n¨m vµ nhiÒu n¨m, bªn c¹nh viÖc hoµn thiÖn c¸c m« h×nh tÝnh to¸n vËn chuyÓn trÇm tÝch vµ xãi lë bê biÓn viÖc chi tiÕt ho¸ trong tÝnh to¸n æn ®Þnh cöa s«ng cã tÝnh ®Õn dßng trÇm tÝch biÓn ®−îc xem lµ mét h−íng nghiªn cøu −u tiªn. 1. §Æt vÊn ®Ò C¸c m« h×nh tÝnh to¸n xãi lë c¸c b·i biÓn còng nh− m« h×nh xãi lë bê s«ng ®· ®−îc ph¸t triÓn vµ ngµy cµng hoµn thiÖn song viÖc kÕt hîp c¸c qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c s«ng biÓn trong m« h×nh tÝnh to¸n båi xãi cöa s«ng ven biÓn chØ míi ®−îc nghiªn cøu trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y. §èi víi nh÷ng biÕn ®éng h×nh th¸i cã quy m« nhá tõ mét vµi giê ®Õn mét vµi ngµy th× nguyªn nh©n chñ yÕu g©y nªn chóng lµ c¸c nhiÔu ®éng lín nh− b·o, lò, n−íc d©ng b·o v.v... Quy luËt biÕn ®éng ®ã cÇn ®−îc nghiªn cøu mét c¸ch chi tiÕt h¬n, th«ng th−êng cÇn ®Õn c¸c m« h×nh 3D, 4D vÒ cÊu tróc c¸c tr−êng thuû th¹ch ®éng lùc ®íi bê. Nh÷ng m« h×nh lo¹i nµy hiÖn ®ang trong giai ®o¹n nghiªn cøu vµ thö nghiÖm vµ cã thÓ ®−a ra ¸p dông thùc tiÔn nghiÖp vô trong nh÷ng n¨m tíi. §èi víi c¸c quy m« võa vµ lín g¾n liÒn víi c¸c biÕn ®éng cho kho¶ng thêi gian th¸ng, mïa, n¨m vµ nhiÒu n¨m, bªn c¹nh viÖc hoµn thiÖn c¸c m« h×nh tÝnh to¸n vËn chuyÓn trÇm tÝch vµ xãi lë bê biÓn viÖc chi tiÕt ho¸ trong tÝnh to¸n æn ®Þnh cöa s«ng cã tÝnh ®Õn dßng trÇm tÝch biÓn ®−îc xem lµ mét h−íng nghiªn cøu −u tiªn. PhÇn tiÕp theo giíi thiÖu tãm t¾t quy tr×nh tÝnh to¸n vµ mét sè kÕt qu¶ triÓn khai cho vïng cöa s«ng §µ R»ng. 2. Mét sè ®Æc tr−ng ®Çu vµo B¶n ®å ®Þa h×nh khu vùc nghiªn cøu víi nh÷ng tû lÖ kh¸c nhau phôc vô cho viÖc triÓn khai tÝnh to¸n theo tõng quy m« cña c¸c qu¸ tr×nh: quy m« lín cho bµi to¸n tÝnh sãng ngoµi kh¬i, quy m« nhá cho tÝnh to¸n vËn chuyÓn trÇm tÝch vµ båi, xãi. B¶n ®å ®Þa h×nh tû lÖ nhá phôc vô tÝnh sãng theo m« h×nh d¹ng WAM ®èi víi quy m« toµn biÓn hoÆc mét phÇn lín biÓn. HiÖn t¹i c¸c b¶n ®å ®Þa h×nh sè ph©n gi¶i 2’ vµ 5’ 118 Vai trß c¸c qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c s«ng-biÓn… 119 kinh vÜ tuyÕn hoµn toµn ®¸p øng yªu cÇu ®Æt ra, tuy nhiªn ®èi víi d¶i ven bê cã ®é s©u tõ 10 ®Õn 30 mÐt cÇn cã nh÷ng hiÖu chØnh nhÊt ®Þnh cho phï hîp víi b¶n ®å tû lÖ lín. B¶n ®å ®Þa h×nh tû lÖ lín ®¶m b¶o yªu cÇu triÓn khai tÝnh to¸n lan truyÒn sãng trong ®íi ven bê còng nh− m« t¶ ®−îc diÔn biÕn thùc cña ®−êng bê trong c¸c ®iÒu kiÖn thuû ®éng lùc kh¸c nhau. Kh¸c víi c¸c b¶n ®å ®Þa h×nh biÓn th«ng th−êng, ®èi víi bµi to¸n dù b¸o båi, xãi c¸c b¶n ®å tû lÖ lín cho khu vùc nghiªn cøu ph¶i cho phÐp m« t¶ diÔn biÕn ®−êng bê t−¬ng øng tõ mùc triÒu thÊp nhÊt ®Õn mùc cao nhÊt cã chó ý ®Õn giíi h¹n x©m nhËp cña n−íc d©ng do b·o vµ do sãng. Víi yªu cÇu nµy, viÖc cã ®−îc c¸c th«ng tin chi tiÕt vÒ ®Þa h×nh toµn d¶i ven biÓn vµ däc bê s«ng lµ hÕt søc cÇn thiÕt, ®iÒu nµy tr−íc ®©y chóng ta ch−a quan t©m ®óng møc, ®Æc biÖt ®èi víi phÇn cã ®é cao trªn møc “0”. Trong vÝ dô thö nghiÖm ¸p dông quy tr×nh cho vïng cöa s«ng §µ R»ng, chóng t«i sö dông b¶n ®å ®Þa h×nh khu vùc nghiªn cøu tû lÖ 1: 10.000 (h×nh1) vµ chØ ¸p dông cho c¸c ®−êng bê t−¬ng øng 3 mùc biÓn ®Æc tr−ng: triÒu thÊp nhÊt, trung b×nh vµ triÒu cùc ®¹i. Kh¸c víi c¸c h¶i ®å vµ b¶n ®å ®Þa h×nh th«ng th−êng, ë ®©y kh«ng sö dông mùc “0” h¶i ®å mµ c¨n cø theo ®−êng bê khi mùc n−íc (triÒu) cao nhÊt. C¸c sè liÖu tõ b¶n ®å nµy ®−îc sö dông ®Ó triÓn khai tÝnh to¸n sãng, chÕ ®é thuû th¹ch ®éng lùc vµ båi xãi theo c¸c mÆt c¾t ngang bê 1,2,3,4 vµ cöa s«ng AB. H×nh 1. §Þa h×nh khu vùc nghiªn cøu øng víi mùc n−íc cao nhÊt Víi b¶n ®å ®Þa h×nh chi tiÕt chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng cong tr¾c ngang bê s¸t víi thùc tÕ h¬n lµm c¬ së cho c¸c tÝnh to¸n dßng vËn chuyÓn trÇm tÝch còng nh− biÕn ®æi bê. T−¬ng tù chóng ta còng thÊy møc ®é biÕn ®éng rÊt lín cña diÖn tÝch tr¾c ngang cöa s«ng trong c¸c ®iÒu kiÖn mùc n−íc triÒu kh¸c nhau (h×nh 2). C¸c yÕu tè khÝ t−îng-thuû v¨n cña khu vùc nghiªn cøu lµ nh©n tè quan träng quyÕt ®Þnh chÕ ®é thuû ®éng lùc khu vùc, cho phÐp x¸c ®Þnh c¸c t¸c ®éng chñ yÕu trong §inh V¨n ¦u, Hµ Thanh H−¬ng, TrÇn Quang TiÕn 120 qu¸ tr×nh båi xãi bê biÓn, cöa s«ng vµ tõ ®ã lùa chän m« h×nh thÝch hîp tÝnh to¸n vµ dù b¸o hiÖn t−îng båi xãi. Nh÷ng yÕu tè nµy còng lµ ®Çu vµo quan träng cho c¸c m« h×nh theo c¸c quy m« t−¬ng øng §èi víi yªu cÇu tÝnh to¸n vµ dù b¸o båi xãi quy m« võa, viÖc thu thËp, ph©n tÝch, tÝnh to¸n vµ thiÕt lËp chÕ ®é khÝ t−îng, thuû v¨n cho tõng th¸ng trong n¨m cã thÓ xem lµ hîp lý vµ kh¶ thi h¬n c¶. 100 500 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 BA max tb min tb min max 1 3 2 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Kho¶ng c¸ch (m) H×nh 2. §−êng cong tr¾c ngang cöa s«ng §µ R»ng AB trong c¸c mùc n−íc triÒu kh¸c nhau Khi sö dông tr−êng giã trªn quy m« lín ®Ó triÓn khai m« h×nh sãng ngoµi kh¬i WAM, cã thÓ khai th¸c sè liÖu giã tõng giê, theo èp quan tr¾c hoÆc trung b×nh ngµy. Tuy nhiªn víi hiÖn tr¹ng sè liÖu cña khu vùc nghiªn cøu chóng ta cã thÓ lùa chän tr−êng giã chÕ ®é 12 th¸ng. Sè liÖu giã khu vùc (®Þa ph−¬ng) chñ yÕu ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ vµ tÝnh to¸n møc ®é biÕn ®æi cña hoµn l−u n−íc trong ®íi ven bê vµ cöa s«ng. Mùc n−íc ®−îc xem lµ mét trong nh÷ng yÕu tè quan träng nhÊt ®èi víi qu¸ tr×nh båi xãi bê biÓn vµ cöa s«ng cã triÒu. Tr−íc ®©y chóng ta chØ míi chó träng ®Õn mùc n−íc khi xem xÐt khu vùc cöa s«ng, phÇn bê biÓn cßn Ýt ®−îc chó. Trong nghiªn cøu nµy, chóng t«i quan t©m ®Õn biÕn ®æi mùc n−íc biÓn víi hai môc ®Ých: - X¸c ®Þnh ®−êng bê vµ ®Þa h×nh ®¸y biÓn thùc (theo tr¾c ngang) t−¬ng øng víi thêi gian t¸c ®éng cña sãng vµ dßng ch¶y nh»m chi tiÕt ho¸ diÔn biÕn dßng v n chuyÓn trong to - X vµ thuû Dß trªn thu c¸c lo¹i mùc n−í kh¶ n¨n µn d¶i s¸t bê. ¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng thuû lùc, dßng vËn chuyÓn trÇm tÝch (t¹i l¹c vùc cöa s«ng) ®¸p øng yªu cÇu tÝnh to¸n æn ®Þnh cña l¹ch s«ng cã triÒ ng ch¶y cÇn quan t©m ë ®©y bao gåm dßng ch¶y th−êng kú trong d¶ û vùc cöa s«ng. Trong d¶i ven bê, bªn c¹nh dßng triÒu mang tÝnh thu dßng ch¶y do s«ng ®æ ra vµ dßng ch¶y giã cã sù biÕn ®éng lín theo c (®é s©u) ®Æc biÖt t¹i c¸c khu vùc bê dèc vµ cã c¸c c«ng tr×nh bê. Tuy g sè liÖu còng nh− thùc tÕ c¸ch tiÕp cËn phæ biÕn hiÖn nay chØ míi gËh cöa s«ng u. i ven bê vµ Ën nghÞch, dao ®éng nhiªn víi iíi h¹n cho Vai trß c¸c qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c s«ng-biÓn… 121 c¸c b·i biÓn tho¶i nªn dßng ch¶y trong d¶i ven bê t¹m thêi ch−a ®−îc ®Ó ý ®Õn. Dßng ch¶y trªn thuû vùc cöa s«ng sÏ ®−îc sö dông trong ®¸nh gi¸ æn ®Þnh cöa s«ng. Trong phÇn nµy l−u l−îng n−íc s«ng lµ mét yÕu tè quan träng cÇn ®−îc quan t©m tíi. Hoµn l−u t¹i thuû vùc cöa s«ng sÏ ®¸p øng cho bµi to¸n tÝnh to¸n dù b¸o chi tiÕt xãi lë côc bé vµ cÇn ®−îc ®−a vµo quy tr×nh trong giai ®o¹n tíi. 3. C¸c ®Æc tr−ng sãng t¹i khu vùc nghiªn cøu Víi ®Æc ®iÓm khu vùc nghiªn cøu thuéc kiÓu b·i nªn sãng lµ yÕu tè t¸c ®éng chñ yÕu ®èi víi qu¸ tr×nh båi xãi bê biÓn. Do sè liÖu sãng thèng kª trªn vïng biÓn ngoµi kh¬i n»m ngay ngoµi vïng nghiªn cøu khã cã thÓ ®¸p øng yªu cÇu tÝnh to¸n, ng−êi ta ®Òu ph¶i sö dông ®Õn m« h×nh sãng ®¹i d−¬ng ®Ó chiÕt xuÊt c¸c sè liÖu sãng theo yªu cÇu. Trong nghiªn cøu nµy ®· sö dông m« h×nh STWAVE ®Ó tÝnh sãng ven bê víi d÷ liÖu ban ®Çu ®−îc chiÕt tõ m« h×nh sãng ngoµi kh¬i. Sù t−¬ng t¸c gi÷a sãng vµ dßng ch¶y ®−îc xem xÐt trong hÖ to¹ ®é quy chiÕu chuyÓn ®éng cïng víi dßng ch¶y. So s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh sãng trong d¶i ven bê cña 12 th¸ng trong n¨m øng víi ba tr−êng hîp mùc n−íc triÒu thÊy r»ng trong tr−êng hîp triÒu cùc ®¹i, n¨ng l−îng sãng tËp trung gÇn bê h¬n, sãng lan truyÒn s©u vµ réng h¬n trong s«ng, h−íng sãng kh«ng bÞ bÎ qu¸ ®ét ngét nh− hai tr−êng hîp cßn l¹i. mùc n−íc triÒu cùc ®¹i mùc n−íc triÒu thÊp H×nh 3. Tr−êng sãng tÝnh to¸n t−¬ng øng víi c¸c mùc n−íc triÒu trong th¸ng 2 Do vµo mïa lò øng víi h−íng sãng thÞnh hµnh ®«ng b¾c, tr−êng sãng lan truyÒn trong s«ng rÊt m¹nh, cã n¬i ®é cao ®¹t trªn 1 m. Vµo mïa nµy cöa s«ng th−êng ®−îc më réng vµ ®µo s©u ®¸ng kÓ. Vµo mïa kiÖt, sãng thÞnh hµnh h−íng t©y nam hÇu nh− kh«ng ¶nh h−ëng vµo trong s«ng. Ph©n tÝch tr−êng sãng th¸ng 2 theo ba ph−¬ng ¸n mùc n−íc ta thÊy r»ng, víi cïng mét ®é cao sãng, bÒ réng cña ®íi sãng ®æ hÑp nhÊt trong tr−êng hîp mùc n−íc cùc ®¹i vµ biÕn ®æi kh¸ m¹nh trong nh÷ng tr−êng hîp kh¸c, cã n¬i lín h¬n 300 m. §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch bëi ®é dèc cao ë phÇn cuèi b·i, n¬i sãng chØ t¸c ®éng khi mùc n−íc §inh V¨n ¦u, Hµ Thanh H−¬ng, TrÇn Quang TiÕn 122 triÒu cao. ThÊy râ trªn h×nh 2 khi kho¶ng c¸ch ra xa bê 50m ®é s©u ®· lín h¬n 1 m, trong khi biªn ®é triÒu ë ®©y vµo kho¶ng 2.47m. Ngo¹i trõ mét vµi khu vùc, trªn phÇn lín d¶i bê biÓn ®é dèc däc theo c¸c tr¾c ngang ë kho¶ng mùc n−íc trung b×nh vµ thÊp nh×n chung kh«ng lín ®· t¹o ra ®íi sãng ®æ kh¸ réng. Trong c¸c th¸ng mïa hÌ (th¸ng 5) do h−íng sãng ®«ng-nam lµ chñ yÕu víi ®é cao sãng nhá nªn ®íi sãng ®æ chØ xuÊt hiÖn t¹i mét vµi n¬i víi giíi h¹n hÑp. 4. KÕt qu¶ tÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû th¹ch ®éng lùc vµ båi, xãi ®íi bê VÊn ®Ò ®Æt ra ®èi víi quy tr×nh nµy lµ viÖc thiÕt lËp c¸c ®Æc tr−ng chÕ ®é thuû th¹ch ®éng lùc cho tõng th¸ng trong n¨m ®èi víi toµn ®íi ven bê t¹i khu vùc nghiªn cøu. Thay cho viÖc tÝnh to¸n theo ®iÒu kiÖn sãng vµ mùc n−íc thùc, chóng t«i cho r»ng tr−êng sãng ®Æc tr−ng ngoµi kh¬i sÏ t¸c ®éng lªn tõng d¶i bê cã ®é s©u kh¸c nhau trong kho¶ng thêi gian mùc triÒu ngËp t−¬ng øng. §èi víi vïng nghiªn cøu chóng t«i sö dông ph−¬ng ¸n chia toµn vïng ngËp triÒu thµnh 3 cÊp mùc n−íc: h < 0,25∆H, 0,25∆H ≤ h < 0,75∆H vµ h ≥ 0,75∆H. Trªn c¬ së sè liÖu mùc n−íc triÒu cã thÓ dÔ dµng tÝnh ®−îc c¸c kho¶ng thêi gian mùc n−íc duy tr× trong 3 giíi h¹n nªu trªn t−¬ng øng t1, t2, t3 cho tõng th¸ng. Sö dông c¸c kÕt qu¶ tÝnh sãng ven bê, x¸c ®Þnh ®é cao vµ giíi h¹n ®íi sãng ®æ t−¬ng øng, chóng t«i tiÕn hµnh tÝnh to¸n dßng trÇm tÝch vËn chuyÓn qua c¸c tr¾c ngang, sö dông c«ng thøc tÝnh dßng di ®¸y ®· ®−îc ph¸t triÓn cho phÐp tÝnh ®Õn ®ång thêi c¸c t¸c ®éng tæng céng cña sãng, dßng ch¶y vµ tÝnh chÊt trÇm tÝch ®¸y. C«ng thøc nµy ®· ®−îc tr×nh bµy t¹i Héi nghÞ C¬ häc thuû khÝ t¹i §µ N½ng n¨m 2003 vµ hoµn thiÖn trong luËn ¸n tiÕn sÜ cña TrÇn Quang TiÕn [2]: 2/12 cr 22f22/3 fb )VV(gh4 K25,0 V)C(kQ γρ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ += , trong ®ã V lµ vËn tèc dßng ch¶y, Vcr – vËn tèc tíi h¹n, h ®é cao sãng, γ- chØ sè sãng ®æ, Kf, Cf vµ k lµ c¸c hÖ sè. C«ng thøc nµy cã thÓ ¸p dông cho ®iÒu kiÖn chØ cã dßng ch¶y m¹nh mµ kh«ng xÈy ra sãng ®æ nh− trªn khu vùc c¸c l¹ch s©u cöa s«ng vµ c¶ng. Dßng trÇm tÝch tæng céng ®−îc tÝnh theo quy tr×nh th«ng dông dùa vµo tû lÖ gi÷a dßng l¬ löng vµ di ®¸y. Víi ®Æc ®iÓm d¶i ven bê thuéc lo¹i b·i cã dßng ch¶y th−êng kú kh«ng ®¸ng kÓ, chóng t«i chØ tÝnh dßng vËn chuyÓn trÇm tÝch do sãng. KÕt qu¶ tÝnh to¸n dßng trÇm tÝch vËn chuyÓn trong tõng th¸ng ®èi víi c¸c d¶i bê theo cÊp ngËp triÒu cho tõng tr¾c ngang (MC). Víi c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n trªn 4 tr¾c ngang bê chóng ta cã thÓ ®−a ra ®¸nh gi¸ vµ dù b¸o xu thÕ båi xãi t¹i 2 ®o¹n bê b¾c vµ nam cöa s«ng §µ R»ng. L−îng trÇm tÝch vËn chuyÓn qua cöa s«ng sÏ ®−îc sö dông cho viÖc ®¸nh gi¸ æn ®Þnh l¹ch cöa s«ng. Nh÷ng kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ theo tõng cÊp mùc n−íc cho phÐp ®−a ra xu thÕ båi xãi cña tõng d¶i ®é s©u tÝnh tõ mÐp bê cao nhÊt. ViÖc ®¸nh gi¸ nµy ®−îc c¨n cø theo lý thuyÕt biÕn ®æi ®−êng bê ®¬n ®−êng song còng cã thÓ cho phÐp x¸c ®Þnh c¸c khu vùc träng yÕu cña xãi lë nh»m ®Þnh h−íng c¸c quan tr¾c vµ tÝnh to¸n chi tiÕt h¬n. Vai trß c¸c qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c s«ng-biÓn… 123 KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ cho thÊy, cïng mét chÕ ®é sãng biÓn kh¬i, sù biÕn ®æi cña mùc n−íc triÒu cã thÓ ®−a ®Õn hÖ qu¶ kh¸c nhau cña hiÖn t−îng båi, xãi bê biÓn. Cã thÓ thÊy ®iÒu nµy trªn c¸c vÝ dô xÈy ra trong th¸ng 3 ®èi víi ®o¹n bê nam vµ th¸ng 12 ®èi víi ®o¹n bê b¾c. Trong th¸ng 3 vµo giai ®o¹n triÒu cao, c©n b»ng trÇm tÝch vËn chuyÓn ®i qua c¸c mÆt c¾t 3 vµ 4 dÉn ®Õn hiÖn t−îng båi l¾ng bê. Víi cïng chÕ ®é sãng ngoµi kh¬i, nh−ng vµo giai ®o¹n triÒu thÊp vµ trung b×nh vµ tæng céng trong c¶ th¸ng, t¹i ®©y l¹i xÈy ra hiÖn t−îng xãi lë bê. Ng−îc l¹i bøc tranh trªn lµ xu thÕ båi xãi t¹i ®o¹n bê phÝa b¾c trong th¸ng 12. Trong th¸ng nµy vµo thêi kú triÒu trung b×nh vµ triÒu thÊp, t¹i ®©y xÈy ra hiÖn t−îng båi l¾ng, nh−ng vµo giai ®o¹n triÒu cao th× bê biÓn l¹i bÞ xãi lë, ng−îc víi xu thÕ chung cña c¶ th¸ng. Nh÷ng kÕt qu¶ nµy cho thÊy sù cÇn thiÕt ph¶i chi tiÕt ho¸ viÖc tÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû th¹ch ®éng lùc vµ båi xãi bê biÓn, kh«ng chØ tÝnh víi c¸c ®Æc tr−ng t¸c ®éng cña giã vµ sãng mµ cßn ph¶i kÓ ®Õn biÕn ®æi mùc n−íc triÒu nh− mét yªó tè quyÕt ®Þnh. Víi c¸c kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ vÒ xu thÕ xãi lë vµ båi tô bê biÓn nh− trªn, chóng t«i còng tiÕn hµnh ®¸nh gi¸ ®Þnh l−îng møc ®é båi xãi cho c¸c ®o¹n bê theo c¸n c©n vËn chuyÓn trÇm tÝch däc bê qua c¸c mÆt c¾t (b¶ng 1). ThÊy râ trong nh÷ng n¨m kh«ng chÞu t¸c ®éng cña b·o, c¶ hai ®o¹n bê biÓn b¾c vµ nam cöa §µ R»ng ®Òu cã xu thÕ båi, (bê b¾c båi m¹nh h¬n bê nam) vµ th−êng xÈy ra vµo c¸c th¸ng mïa ®«ng víi tèc ®é lÊn ra biÓn ®Õn hµng tr¨m mÐt trong n¨m. KÕt qu¶ quan tr¾c biÕn ®æi ®−êng bê vµo mïa xu©n n¨m 2004 cho thÊy râ ®iÒu ®ã. Trong c¸c th¸ng mïa hÌ, khi kh«ng cã t¸c ®éng cña b·o vµ n−íc d©ng b·o, bê biÓn ë ®©y Ýt cã sù biÕn ®æi. B¶ng 1: KÕt qu¶ ®¸nh gi¸ xu thÕ vµ tèc ®é båi xãi ®−êng bê biÓn khu vùc hai phÝa cöa s«ng §µ R»ng (kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tr¾c ngang 2400m, ®é s©u båi xãi trung b×nh 2.5m, ∆qi-j: l−îng trÇm tÝch däc bê tõ mÆt c¾t i ®Õn mÆt c¾t j). Bê b¾c Bê nam Thêi gian ∆q1-2 (m3) Xu thÕ ∆q3-4 (m3) Xu thÕ 1 187753.9 Båi 38 m/th¸ng -11613.7 Xãi 2,2 m/th¸ng 2 17420.8 Båi 4 m/th¸ng -5594.3 Xãi 1,1 m/th¸ng 3 9177.8 Båi 2 m/th¸ng -13367.1 Xãi 2,6 m/th¸ng 4 1858.0 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 986.9 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 5 0 æn ®Þnh 2544.1 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 6 47.6 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 4040.4 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 7 -0.1 Xãi kh«ng ®¸ng kÓ 1705.0 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 8 0 æn ®Þnh 3962.2 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 9 -214.4 xãi kh«ng ®¸ng kÓ 2900.3 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 10 77908.7 Båi 15,6 m th¸ng 109146.7 Båi 22 m/th¸ng 11 840402.5 Båi 160 m th¸ng 662372.8 Båi 132 m/th¸ng 12 1328175.0 Båi 265 m th¸ng 368672.0 Båi 74 m/th¸ng §«ng 2460839.0 Båi 492 m/mïa 1109616.0 Båi 222 m/mïa HÌ 1691.1 Båi kh«ng ®¸ng kÓ 16139.1 Båi 3 m/mïa Xu thÕ 2462530.0 Båi 492 m/n¨m 1125756.0 Båi 225 m/n¨m §inh V¨n ¦u, Hµ Thanh H−¬ng, TrÇn Quang TiÕn 124 Víi nh÷ng kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ trªn ®©y, cã thÓ cho r»ng quy tr×nh tÝnh to¸n ®−îc ®Ò xuÊt cho ta kÕt qu¶ t−¬ng ®èi hîp lý ®èi víi c¸c ®o¹n bê biÓn gÇn cöa s«ng §µ R»ng. §Ó më réng giíi h¹n ¸p dông, quy tr×nh nµy cÇn ®−îc hoµn thiÖn vµ thö nghiÖm chi tiÕt h¬n víi c¸c yªu cÇu sau: - CÇn cã ®−îc b¶n ®å chi tiÕt hiÖn tr¹ng ®Þa h×nh, trÇm tÝch, bao gåm c¶ phÇn d−íi n−íc vµ trªn bê, theo c¸c quy m« t−¬ng øng vµo thêi ®iÓm dù tÝnh vµ dù b¸o. - Cã ®−îc diÔn biÕn mùc n−íc, bao gåm triÒu vµ n−íc d©ng b·o. - Cã ®−îc c¸c tr−êng sãng ngoµi kh¬i theo c¸c quy m« t−¬ng øng: sãng chÕ ®é vµ sãng b·o. Trong tr−êng hîp th«ng th−êng cÇn cã ®−îc c¸c tr−êng giã t−¬ng øng ®¶m b¶o triÓn khai dù tÝnh, dù b¸o sãng theo m« h×nh sãng n−íc s©u (WAM). - Cã ®−îc c¸c tr−êng dßng ch¶y khu vùc cöa s«ng liªn quan cã thÓ bao gåm c¶ dßng r¾n. Trong sè c¸c yªu cÇu nªu trªn, 2 yªu cÇu ®Çu lµ tèi thiÓu vµ cã thÓ thu ®−îc th«ng qua viÖc thiÕt lËp hÖ thèng monitoring m«i tr−êng biÓn t¹i ®Þa ph−¬ng. 4. TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû th¹ch ®éng lùc vµ ®é æn ®Þnh cöa s«ng Víi ®Æc ®iÓm cöa s«ng cña tõng khu vùc nghiªn cøu, chóng ta cã thÓ sö dông c¸c quy tr×nh tÝnh to¸n thuû th¹ch ®éng lùc c¸c l¹ch cöa biÓn cã triÒu ®Ó tÝnh to¸n vµ dù b¸o xãi lë th«ng qua ®¸nh gi¸ møc æn ®Þnh cña tr¾c ngang cöa. Quy tr×nh tÝnh to¸n nµy cã thÓ bao gåm mét sè néi dung sau ®©y: - X¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng ®Þa m¹o, trÇm tÝch cöa s«ng, l¹ch triÒu vµ vïng ngËp triÒu t¹i hai phÝa s«ng vµ biÓn. - TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû ®éng lùc (l−u l−îng, vËn tèc trung b×nh vµ cùc trÞ, ph©n bè tr−êng dßng ch¶y, mùc n−íc) t¹i khu vùc cöa s«ng. - §¸nh gi¸ møc ®é l¾ng ®äng vµ vËn chuyÓn trÇm tÝch trªn toµn thuû vùc cã liªn quan §Ó tÝnh to¸n æn ®Þnh cöa s«ng th«ng qua ®¸nh gi¸ biÕn ®éng diÖn tÝch tr¾c ngang cöa s«ng do t¸c ®éng cña c¸c ®Æc tr−ng ®Þa m¹o, thuû ®éng lùc thuû vùc, tr−íc m¾t cã thÓ sö dông c¸c mèi quan hÖ thùc nghiÖm gi÷a thÓ tÝch (l¨ng trô) triÒu vµ diÖn tÝch tr¾c ngang cã tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña l−u l−îng s«ng vµ trao ®æi trÇm tÝch s«ng-biÓn còng nh− dßng vËn chuyÓn däc bê c¾t ngang cöa s«ng. Nh÷ng ®Æc tr−ng thñy ®éng lùc c¬ b¶n ®èi víi cöa s«ng nh− vËn tèc cùc ®¹i khi triÒu c−êng, triÒu kiÖt vµ c¸c l−u l−îng t−¬ng øng trong c¸c ®iÒu kiÖn kh«ng tÝnh ®Õn l−u l−îng vµ cã tÝnh ®Õn l−u l−îng s«ng cÇn ph¶i ®−îc tiÕn hµnh theo quy tr×nh tÝnh to¸n thuû lùc l¹ch triÒu. Trong tr−êng hîp nµy ®· sö dông c¸c quy tr×nh ®−îc dÉn ra trong Hydrodynamics of tide inlets cña Tæng côc kü thuËt H¶i qu©n Hoa Kú [6]. Tõ sè liÖu ®Þa h×nh, chÕ ®é triÒu vµ l−u l−îng s«ng, ®· tÝnh ®−îc vËn tèc dßng ch¶y cùc ®¹i, l−u l−îng n−íc cùc ®¹i vµ thÓ tÝch n−íc ®i vµo vµ ®i ra khái vïng cöa s«ng (thÓ tÝch l¨ng trô triÒu) ®èi víi mùc triÒu cùc ®¹i. C¸c tÝnh to¸n ®−îc tiÕn hµnh ®èi víi nhËt triÒu biªn ®é 2.5m, chu kú 24,8 giê theo ph−¬ng ph¸p cña King. L−u l−îng s«ng Vai trß c¸c qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c s«ng-biÓn… 125 cùc ®¹i vµ cùc tiÓu ®−îc lÊy theo sè liÖu t¹i tr¹m Cèng S¬n. Tõ c¸c kÕt qu¶ trªn cã thÓ ®−a ra mét sè ®¸nh gi¸ vÒ ®é æn ®Þnh cña l¹ch cöa s«ng §µ R»ng theo hai ph−¬ng ph¸p th«ng dông nh− sau: - Theo Dean (1971) th× ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o duy tr× æn ®Þnh l¹ch cöa s«ng lµ vËn tèc dßng ch¶y cùc ®¹i Vm ph¶i cã gi¸ trÞ tèi thiÓu kho¶ng 1 m/s. KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®èi víi cöa §µ R»ng trong ®iÒu kiÖn kh«ng kÓ ®Õn l−u l−îng s«ng cho ta gi¸ trÞ Vm= 0.36 m/s. Trong tr−êng hîp triÒu rót vµ cã tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña l−u l−îng th× Vm = 0.6 m/s khi l−u l−îng cùc ®¹i 821 m3/s vµ Vm = 0.4 m/s khi l−u l−îng cùc tiÓu 48,8 m3/s. C¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng trong tr−êng hîp triÒu lªn lµ 0.1 m/s vµ 0.35 m/s. ThÊy râ cöa s«ng §µ R»ng lu«n cã xu thÕ bÞ thu hÑp tiÕt diÖn ngang cña l¹ch cöa do qu¸ tr×nh l¾ng ®äng trÇm tÝch. - Czezniak (1977) ®−a ra ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ møc ®é æn ®Þnh l¹ch cöa s«ng c¨n cø vµo tû sè gi÷a thÓ tÝch triÒu vµ dßng vËn chuyÓn tæng céng däc bê trong n¨m (P/M) lµ: P/M ≥ 150- ®iÒu kiÖn tho¸t n−íc tèt, cöa æn ®Þnh; 100 ≤ P/M ≤ 150- bar c¸t ngÇm ph¸t triÓn th−êng xuyªn cã l¹ch c¾t qua; 20 ≤ P/M < 50- mäi l¹ch cöa ®Òu thuéc d¹ng c¾t ngang bar c¸t ngÇm; P/M ≤ 20- cöa ra vµo trë nªn kh«ng æn ®Þnh, c¸c l¹ch cöa thuéc d¹ng lóc ngËp lóc kh«. KÕt qu¶ tÝnh to¸n cho thÊy P/M=12, chøng tá cöa s«ng §µ R»ng thuéc lo¹i kh«ng æn ®Þnh, cã xu thÕ bÞ båi l¾ng. §iÒu nµy hoµn toµn phï hîp víi thùc tÕ biÕn ®æi cña cöa s«ng trong thêi gian qua. §Ó cã ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n cô thÓ h¬n cÇn ®−a thªm ®¸nh gi¸ tèc ®é l¾ng ®äng trÇm tÝch trªn l¹ch cöa. Bøc tranh thùc cña diÔn biÕn l¹ch cöa s«ng vÒ c¶ hai phÝa s«ng vµ biÓn sÏ râ h¬n nÕu ¸p dông m« h×nh m« pháng chÕ ®é thuû th¹ch ®éng lùc toµn bé thuû vùc, bao gåm sãng, dßng ch¶y vµ trÇm tÝch. Nh÷ng kÕt qu¶ triÓn khai m« h×nh 3D ®èi víi cöa s«ng ®· kh¼ng ®Þnh quy luËt ph©n bè trÇm tÝch vµ hoµn l−u khu vùc nghiªn cøu. 5. KÕt luËn C¸c kÕt qu¶ x©y dùng vµ triÓn khai quy tr×nh tÝnh to¸n vµ dù b¸o båi xãi bê biÓn vµ cöa s«ng cho thÊy sù phøc t¹p vµ khã kh¨n cña vÊn ®Ò ®Æt ra, ®ång thêi còng kh¼ng ®Þnh viÖc ph©n chia theo quy m« c¸c qu¸ tr×nh thuû th¹ch ®éng lùc nh»m x©y dùng quy tr×nh thèng nhÊt lµ kh¶ thi vµ hiÖu qu¶. C¸c kÕt qu¶ øng dông quy tr×nh ®èi víi quy m« võa cho vïng bê biÓn vµ cöa s«ng §µ R»ng theo h−íng sö dông c¸c ®Æc tr−ng chÕ ®é ®· cho nh÷ng kÕt qu¶ ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh l−îng phï hîp víi chÕ ®é thuû th¹ch ®éng lùc vµ xãi lë xÈy ra trong thùc tÕ. Nh÷ng h¹n chÕ vÒ tÝnh phæ qu¸t, còng nh− kh¶ n¨ng lý gi¶i mét sè hiÖn t−îng cô thÓ xÈy ra trong nh÷ng thêi kú nhÊt ®Þnh (b·o, lò, n−íc d©ng) cho thÊy sù cÇn thiÕt ph¶i cã ®−îc c¸c sè liÖu ®Þa h×nh, trÇm tÝch vµ thñy v¨n thu ®−îc th«ng qua monitoring m«i tr−êng biÓn ®ång thêi víi viÖc ®−a c¸c m« h×nh hiÖn ®¹i dù b¸o, thu thËp ph©n tÝch m« pháng c¸c tr−êng khÝ t−îng, h¶i v¨n vµo quy tr×nh nµy. Chóng t«i cho r»ng, trong ®iÒu kiÖn hiÖn t¹i, viÖc gi¶i quyÕt tõng kh©u cña vÊn ®Ò ®Æt ra lµ kh¶ thi vµ cã ý nghÜa thùc tiÔn cao cÇn ®−îc tËp trung nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn trong thêi gian tr−íc m¾t. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n chñ tr× ®Ò tµi KC09-05 vµ ®Ó tµi NC C¬ b¶n 722004 ®· hç trî kinh phÝ ®Ó thùc hiÖn nghiªn cøu nµy. §inh V¨n ¦u, Hµ Thanh H−¬ng, TrÇn Quang TiÕn 126 Tµi liÖu tham kh¶o 1. §inh V¨n ¦u, TrÇn Quang TiÕn, Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n vËn chuyÓn trÇm tÝch däc bê biÓn, T¹p chÝ Khoa häc, §HQG Hµ Néi, 4, 1998. 2. §inh V¨n ¦u, TrÇn Quang TiÕn, Ph¸t triÓn vµ øng dông ph−¬ng ph¸p tÝnh dßng vËn chuyÓn trÇm tÝch vïng ven biÓn vµ cöa s«ng, Héi nghÞ C¬ häc Thuû khÝ toµn quèc, §µ N½ng, 7/2003. 3. Surface-Water Modeling System (SMS) version 8, User Manual, Brigham Young University, 2002. 4. Roger H. Charlier, Christian P. De Meyer, Coastal Erosion, Response and Management, Springer, 1997. 5. U.S. Army Corps of Engineers, Hydrodynamics of tide inlets, Engineering and Design EM 1110-2-1100, 1992. 6. U.S. Army Corps of Engineers, Coastal Geology, Engineering and Design EM 1110-2-1810, 1995. VNU. JOURNAL OF SCIENCE, Nat., Sci., & Tech., T.xXI, n03AP., 2005 TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTThe role of river-sea interaction in computation and prediction models of erosion in coastal and estuarine area Dinh van Uu, Ha Thanh Huong, Tran Quang Tien Marine Environment and Dynamics Centre, College of Science, VNU Computation and prediction of erosion in the coastal and estuarine area is a very complicated problem which require many years of future research to build a method to fulfill the various demands of the problem. Our results establish a computation and prediction method of erosion in coastal and estuarine area, in particular, Darang estuary. This gives us the qualitative and quantitative results which agree with the geo-hydrodynamic regime and erosion in reality. The limitation in explaining certain phenomenon happening in certain time (storm, flood) shows the need of topography, sediment and hydrological data obtaining by sea environment monitoring together with using prediction models and getting, analyzing, stimulating the Meteorology, Oceanography field in this process.