Tài liệu Nghiên cứu diễn biến hình thái và đề xuất giải pháp chỉnh trị cửa đà rằng, tỉnh phú yên

BỘ NÔNG NGHIỆP & PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI KHOA KỸ THUẬT BIỂN BÁO CÁO TÓM TẮT NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ CỬA ĐÀ RẰNG, TỈNH PHÚ YÊN Đề tài cấp cơ sở Tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Thủy lợi Chủ nhiệm đề tài: NCS. Phạm Thu Hương Hà Nội, năm 2011 Mục lục Chương 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 4 1.1. Tổng quan .......................................................................................................................... 4 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.......................................................................................... 4 1.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................... 5 1.4. Sản phẩm của đề tài ........................................................................................................... 5 Chương 2. Phân tích các yếu tố động lực chính ảnh hưởng đến diễn biến cửa Đà Rằng .. 6 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Ba và cửa Đà Rằng............................................. 6 2.1.1. Vị trí địa lý ..................................................................................................................................... 6 2.1.2. Đặc điểm địa hình .......................................................................................................................... 6 2.1.3. Đặc điểm khí hậu ........................................................................................................................... 6 2.1.3.1. Gió.......................................................................................................................................... 6 2.1.3.2. Mưa ........................................................................................................................................ 7 2.1.3.3. Bão và áp thấp nhiệt đới ........................................................................................................ 8 2.1.4. Đặc điểm thủy văn ......................................................................................................................... 9 2.1.4.1. Dòng chảy .............................................................................................................................. 9 2.1.4.2. Bùn cát sông Ba ................................................................................................................... 10 2.1.5. Đặc điểm hải văn ......................................................................................................................... 10 2.1.5.1. Mực nước, thủy triều ............................................................................................................ 10 2.1.5.2. Gió và sóng biển .................................................................................................................. 11 2.2. Đánh giá hiện trạng diễn biến cửa Đà Rằng .................................................................... 12 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến diễn biến cửa Đà Rằng ......................................................... 15 2.3.1. Tương tác giữa các yếu tố động lực sông - biển .......................................................................... 15 2.3.2. Các hoạt động của con người trên lưu vực sông Ba .................................................................... 16 Chương 3. Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định quy luật diễn biến cửa Đà Rằng ........... 18 3.1. Bài toán nghiên cứu diễn biến cửa Đà Rằng ................................................................... 18 3.2. Mô hình toán ứng dụng cho cửa Đà Rằng ....................................................................... 18 3.2.1. Lựa chọn mô hình ........................................................................................................................ 18 3.2.2. Giới thiệu các module toán mô hình MIKE21/3 FM COUPLE ................................................... 19 3.3. Ứng dụng mô hình MIKE nghiên cứu diễn biến vùng cửa sông Đà Rằng ..................... 20 3.3.1. Thiết lập mô hình cho vùng cửa sông Đà Rằng ........................................................................... 20 3.3.2. Trường hợp tính toán ................................................................................................................... 23 3.3.3. Kết quả tính toán.......................................................................................................................... 23 2 3.3.4. Phân tích, đánh giá kết quả tính toán .......................................................................................... 30 Chương 4. Định hướng và đề xuất giải pháp ổn định cửa Đà Rằng ................................. 32 4.1. Các giải pháp chỉnh trị tổng thể cho vùng cửa sông ........................................................ 32 4.2. Đề xuất giải pháp chỉnh trị cho cửa Đà Rằng .................................................................. 33 4.3. Kết quả tính toán cho các giải pháp công trình ổn định cửa Đà Rằng ............................. 33 4.4. Phân tích kết quả và lựa chọn giải pháp chỉnh trị cửa Đà Rằng ...................................... 39 Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 41 5.1. Kết luận ........................................................................................................................... 41 5.2. Kiến nghị ......................................................................................................................... 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 43 3 Chương 1. MỞ ĐẦU 1.1. Tổng quan Đà Rằng là một cửa sông quan trọng của tỉnh Phú Yên. Từ cuối mùa mưa năm 2006 đến nay, do nhiều năm liền không có trận lụt nào lớn nên cửa sông Đà Rằng liên tục bị cát bồi lấp nghiêm trọng nhất từ trước đến nay, gây khó khăn cho tàu thuyền ra vào cửa. Trong những ngày biển động, sóng lớn đã làm cho cửa sông tiếp tục bị cát bồi lấp nghiêm trọng khiến cho hàng trăm tàu thuyền không thể xuất bến đi khai thác hải sản hoặc khi trở về bị mắc cạn ở phía ngoài cửa sông, không thể vào cảng để bán cá và tiếp nhiên liệu. Tình trạng bồi lấp cửa biển làm cho lòng dẫn bị thu hẹp, lưu lượng nước từ thượng nguồn đổ về với cường suất lớn, dòng chảy mạnh, khiến nhiều tàu đánh cá bị trượt neo trôi tự do ra khơi. Sóng lớn làm các tàu va đập mạnh, đã có tàu bị vỡ và chìm (tháng 3/2008) gây thiệt hại hàng trăm triệu đồng. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Cửa Đà Rằng là cửa sông lớn, chịu ảnh hưởng nhiều của các yếu tố tự nhiên từ sông và ngoài biển cũng như phát triển kinh tế, xã hội với thành phố Tuy Hòa ngay sát vùng cửa sông và các công trình thủy lợi, giao thông ngay thượng lưu cửa sông. Các kết quả điều tra nghiên cứu cho thấy hiện tượng xói lở vùng cửa sông Đà Rằng là hiện tượng địa động lực đặc biệt mang tính thiên tai khá phổ biến ở dọc bờ biển, nó xảy ra là do tổng hòa các yếu tố tác động liên quan đến tiến hoá tự nhiên của dải ven biển cửa sông và tác động của con người. Hiện tượng xói lở ở đây là do tổng hợp của nhiều nguyên nhân. Trên cơ sở phân tích các tác nhân gây xói lở và hiện trạng xói lở bờ biển có thể thấy rằng ngoài các yếu tố động lực biển như thủy triều, dòng ven bờ, sóng,… cần phải xem xét đến các yếu tố tự nhiên từ trong sông có tác động lên vùng cửa sông, đó là: - Dòng chảy sông Ba, đặc biệt là sự phân bố theo mùa lũ và cạn, các trận lũ lớn trong năm có khả năng gây biến đổi địa hình vùng cửa sông, vai trò của dòng chảy trong sông mùa cạn. - Khả năng chuyển tải bùn cát từ thượng nguồn về vùng cửa sông, bùn cát trong sông phụ thuộc vào nhiều yếu tố mặt đệm lưu vực. - Quy luật vận chuyển bùn cát từ sông ra, vận chuyển bùn cát ven bờ, sự tương tác giữa dòng chảy, bùn cát giữa sông và biển. - Các yếu tố tự nhiên tác động đến vùng cửa Đà Rằng trong các mùa, trong đó các yếu tố như gió và hướng gió thịnh hành, sóng và thủy triều. - Các hoạt động phát triển kinh tế, xã hội vùng cửa sông và lân cận như cầu giao thông, kè bảo vệ bờ, phát triển các khu nuôi trồng thủy sản, đánh bắt hải sản biển,…đặc biệt là hệ thống các công trình hồ chứa nước thủy lợi, thủy điện lớn như Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông Hnăng, Ayun Hạ và cụm hồ An Khê – Kanak. Vì vậy, việc nghiên cứu về giải pháp hoàn chỉnh đảm bảo thoát lũ vào mùa mưa và khơi thông luồng chống bồi lấp vào mùa khô để chỉnh trị cửa sông và bờ biển cửa Đà Rằng là vấn đề rất cần thiết. Do vậy, đề tài: “Nghiên cứu diễn biến hình thái và đề xuất giải pháp chỉnh trị cửa Đà Rằng, tỉnh Phú Yên” được chọn nhằm nghiên cứu diễn biến dòng chảy khu vực cửa sông và định hướng đề xuất các giải pháp ổn định cửa sông miền Trung, đặc biệt cho cửa Đà Rằng, tỉnh Phú Yên. 1.3. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình triển khai đề tài, chúng tôi sẽ sử dụng các loại phương pháp nghiên cứu như sau: 1. Phương pháp thống kê. 2. Phương pháp mô hình toán (mô hình MIKE21) để mô phỏng quá trình thủy động lực học ở vùng cửa sông, ven biển, dự báo diễn biến xói lở, bồi tụ, chuyển dịch của các cửa sông. Đặc biệt khi đưa ra các giải pháp chỉnh trị có thể thay đổi rất nhiều kịch bản khác nhau. 1.4. Sản phẩm của đề tài - Các báo cáo chuyên đề. - Báo cáo tổng kết. - Bài báo khoa học: 01 bài báo trên tạp chí nước ngoài. - Kết quả đào tạo: Hướng dẫn 02 sinh viên khoa Kỹ thuật Biển - Đại học Thủy Lợi làm chuyên đề hoặc đồ án tốt nghiệp trong quá trình thực hiện đề tài. 5 Chương 2. Phân tích các yếu tố động lực chính ảnh hưởng đến diễn biến cửa Đà Rằng 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Ba và cửa Đà Rằng 2.1.1. Vị trí địa lý Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực lớn nhất khu vực miền Trung, với tổng diện tích lưu vực là 13.900 km2, phía bắc giáp lưu vực sông Trà Khúc, phía tây và nam giáp lưu vực sông Cái Nha Trang và sông Srepk, phía đông giáp lưu vực sông Kone, sông Kỳ Lộ và biển Đông. Sông Ba là dòng sông lớn có chiều dài 374 km, bắt nguồn từ dãy núi Ngọc Rô (kon Tum) cao 1.549 m chảy qua tỉnh Kon Tum và Gia Lai theo hướng bắc nam, bắt đầu chuyển sang hướng tây bắc - đông nam từ huyện Krông Pa của Gia Lai rồi hướng tây đông từ địa phận tỉnh Phú Yên, cuối cùng đổ vào biển Đông ở cửa biển Đà Rằng ngay thành phố Tuy Hòa. 2.1.2. Đặc điểm địa hình Địa hình tỉnh Phú Yên khá phức tạp với phần diện tích đồi núi chiếm khoảng 70% diện tích toàn tỉnh. Do vị trí địa lý và ảnh hưởng của địa hình mà vùng hạ du lưu vực sông Ba thường xuyên chịu tác động của các yếu tố tự nhiên như mưa, gió, sóng, bão, áp thấp nhiệt đới, phân bố bồi tích không đều … gây nên lũ lụt, bồi lấp, xói lở khu vực cửa sông. Ngoài ra, những tác động của con người như khai thác không hợp lý tài nguyên rừng, khoanh đắp các đầm nuôi hải sản, các công trình dân sinh, thủy lợi, thủy điện… làm thay đổi chế độ dòng chảy và lượng bùn cát từ sông đổ ra biển. Phía thượng nguồn rừng bị tàn phá làm suy thoái và cạn kiệt dòng chảy mùa khô ở hạ lưu dẫn đến hậu quả môi trường vùng ven biển như suy thoái hệ sinh thái, giảm nguồn lợi thuỷ sản, thay đổi vận chuyển bùn cát của sông, nhiễm mặn và suy giảm chất lượng nước,… 2.1.3. Đặc điểm khí hậu 2.1.3.1. Gió Vào mùa đông (từ tháng X, XI đến tháng III, IV năm sau) gió ở khu vực Phú Yên và cửa Đà Rằng có hướng thịnh hành nhất là Bắc, tập trung chủ yếu vào góc từ 0 - 90o 6 (từ Bắc đến Đông), vùng đồng bằng ven biển gió Bắc thịnh hành nhất trong mùa mưa với tần suất 50 – 60%. Sau đó là gió Đông Bắc với tần suất 30 - 45%. Tháng đầu và cuối mùa đông, gió Đông Bắc thường chiếm ưu thế nhất trong các hướng. Vào cuối mùa đông còn có gió Đông với tần suất dưới 30%. Bảng 2. 1: Tần suất (%) và hướng gió thịnh hành khu vực Phú Yên Tháng\Trạm Tuy Hoà Miền Tây Sơn Hoà I N - 63,3 NE - 60,4 E - 36,4 II N - 51,4 NE - 57,6 E - 43,4 III N E - 30,2 NE - 51,0 E - 42,3 IV E - 37,8 NE - 41,1 E - 35,3 V E - 32,3 W - 35,2 W - 31,1 VI W - 45,2 W - 48,4 W - 31,1 VII W - 44,6 W - 60,6 W - 64,0 VIII W - 58,5 W - 64,2 W - 63,7 IX W - 29,6 W - 51,4 W - 45,5 X NE - 44,7 NE - 52,8 E - 28,5 XI N - 50,5 NE - 69,1 NE - 31,2 XII N - 63,8 NE - 66,0 NE - 40,3 Mùa hạ (từ tháng IV, V đến tháng IX, X) gió thịnh hành nhất trong mùa thiên về hướng Tây, tập trung vào góc từ 225o - 270o (từ Tây Nam đến Tây). Vào đầu mùa hạ, hầu khắp vùng thấp tỉnh Phú Yên đều thịnh hành gió Đông với tần suất 30 - 35%, còn vùng cao là gió Đông Bắc với tần suất trên 40%. Suốt từ tháng VI đến tháng IX gió mùa mùa hạ phát triển mạnh, toàn lãnh thổ Phú Yên thịnh hành gió Tây với tần suất 30 - 65%, tháng VIII tần suất gió Tây lớn nhất trong năm. Từ cuối tháng IX, gió mùa mùa hạ bắt đầu bước vào thời kỳ suy thoái, đồng thời cũng là thời kỳ tranh chấp của hai thứ gió mùa. Có thể nói chế độ gió ở Phú Yên thể hiện hai mùa rõ rệt, mùa mưa là thời kỳ thịnh hành một trong ba hướng gió Bắc, Đông Bắc và Đông, mùa khô là thời kỳ thịnh hành một trong ba hướng Tây, Tây Nam và Đông. 2.1.3.2. Mưa a) Mưa năm 7 Mưa là một yếu tố chính của khí hậu, thủy văn, là một trong những thành phần của cán cân nước. Phú Yên có một nền nhiệt độ cao thì mưa là nhân tố quan trọng chi phối thời vụ, cơ cấu cây trồng, năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp, đặc biệt là các vùng sản xuất còn lệ thuộc vào nước trời. Lượng mưa trung bình nhiều năm biến đổi từ 1300 mm đến 2200 mm, mưa ít nhất tại các vùng khuất gió như Cheo Reo, Phú Túc và mưa nhiều nhất là thượng nguồn sông Hinh và thượng nguồn sông Ba. b) Mưa sinh lũ Đối với nước ta nói chung và Phú Yên nói riêng, lũ sinh ra, chủ yếu là do mưa rào (> 50 mm/ngày), bao trùm trên diện rộng. Mưa ở đây có liên quan đến sự phát triển của những nhiễu động thời tiết như: bão, dải hội tụ nhiệt đới, Front, đường dứt, rãnh thấp v.v... Mưa sinh lũ có lượng và cường độ khá lớn, lượng mưa ngày lớn nhất trong mùa lũ trung bình từ 190 - 300 mm, cá biệt có nơi lên tới 674 mm/ngày (sông Hinh 1981), 567 mm/ngày (Tuy Hòa 1992), 629 mm/ngày (Tuy Hòa 1993). c) Mưa trong mùa cạn Từ tháng I, lượng mưa trong tỉnh chỉ chiếm tỉ lệ từ 1 - 3% lượng mưa năm, mùa khô thực sự bắt đầu. Các tháng II, III, IV lượng mưa rất thấp, thấp nhất là tháng II, trung bình chỉ chiếm dưới 1% lượng mưa năm. Từ tháng V đến tháng VIII tuy lượng mưa có tăng lên do có mưa tiểu mãn, đôi khi gây ra lũ tiểu mãn, nhưng vẫn chưa vượt qua 100 mm/tháng, tỉ lệ mưa tháng còn dưới 8,3% chưa đủ tiêu chuẩn mùa mưa lũ. 2.1.3.3. Bão và áp thấp nhiệt đới Phần lớn các cơn bão đổ bộ trực tiếp vào Phú Yên hay các tỉnh ven biển lân cận nhưng ảnh hưởng đến Phú Yên đều gây ra mưa lớn, lượng mưa thường từ 100 đến 500 mm. Các vùng ven biển có núi thì lượng mưa bão thường rất lớn. Ở Phú Yên có trận mưa bão đạt tới 600 - 700 mm, chẳng hạn cơn bão số 7 ngày 24/IX/1977, tại trạm Tuy Hòa đo được tổng lượng mưa 693 mm, riêng ngày 24/IX mưa tới 438 mm. Cơn bão số 6 ngày 23/X/1992 đổ bộ vào Tuy An đã gây mưa lớn hầu khắp các nơi, tại trạm Tuy Hòa đo được 688 mm và lượng lnưa ngày 23/X đạt 567 mm, kỷ lục mưa ngày lớn nhất do bão 17 năm nay. Có thể nói, Phú Yên tuy là một trong những tỉnh ven biển nằm trong khu vực đón bão, song bão không nhiều như Bắc Trung Bộ và miền Bắc, và xen kẽ có năm không 8 có bão. Địa hình của tỉnh Phú Yên đóng vai trò quan trọng trong chế độ mưa của bão. Lượng mưa do bão đem tới đã góp phần làm cho tổng lượng mưa toàn mùa thêm phong phú, nhưng mưa bão kết hợp địa hình dốc ngắn đã làm cho các trận lũ trở nên phức tạp hơn trong suốt cả mùa. 2.1.4. Đặc điểm thủy văn 2.1.4.1. Dòng chảy Vào mùa mưa, dòng chảy lũ sông Ba có tác động rất lớn đến diễn biến cửa Đà Rằng, một mặt phá vỡ và đẩy bùn cát bị bồi lấp ở cửa sông trong thời kỳ mùa khô, mặt khác mang lượng bùn cát đáng kể từ thượng lưu về để phân bố lại ở vùng cửa sông. Theo số liệu thống kê gần 100 năm qua, tại Củng Sơn (diện tích lưu vực F=12.410 km2) đã xảy ra 3 trận lũ có đỉnh trên 20.000 m3/s, đó là lũ năm 1938 có Q max = 24.000m3/s, lũ năm 1964 có Q max = 21.850m3/s, và lũ 1993 có Q max = 20.700 m3/s. Thời gian duy trì các trận lũ sông Ba thường chỉ 3 đến 5 ngày, biên độ lũ cao, cường suất nước lũ lớn, thời gian lũ lên ngắn, dạng lũ đỉnh nhọn. Tổng lượng lũ 1 ngày lớn nhất chiếm tới 40-50% tổng lượng của toàn trận lũ. Lũ lớn tập trung vào hai tháng X và XI, chiếm 81-88% tổng số các trận lũ trong năm. Bảng 2. 2. Phân phối dòng chảy bình quân nhiều năm tuyến Củng Sơn, sông Ba Trạm TV Năm Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Củng Sơn 145,6 85,0 54,0 48,2 85,8 130,5 131,3 231,3 358,4 741,7 451,4 846,0 334,6 (m3/s) (%) 3,96 2,23 1,59 0,89 2,85 1,27 1,9 14,4 12,0 14,24 11,46 33,6 100,0 Trong khi đó, dòng chảy mùa khô thường từ tháng I đến tháng VIII hoặc IX. Từ cuối tháng XlI đến tháng I, dòng chảy trên các sông được hình thành chủ yếu là do thành phần nước trữ lại từ mùa mưa trước đó cung cấp, thường giảm xuống nhanh chóng, đến tháng IV đạt giá trị trung bình nhiều năm thấp nhất chỉ chiếm khoảng 2 % dòng chảy năm. Từ tháng V đến tháng VIII, nhờ có mưa lũ tiểu mãn, mùa Tây Nguyên và mưa sớm đầu mùa, nên tỉ lệ dòng chảy tăng lên song vẫn còn dưới 8,3% là chỉ tiêu mùa khô. 9 Dòng chảy có vai trò chuyển tải bùn cát trong sông từ thượng nguồn về cửa sông gây ra bồi lấp, xói lở. Sông Ba có những đặc trưng dòng chảy và bùn cát rất đáng quan tâm. Chỉ xét tại Củng Sơn, tuyến đo thủy văn cuối cùng trên sông Ba, dòng chảy trong năm phân bố rất không đều, chỉ ba tháng lớn nhất mùa lũ (X-XII) lượng dòng chảy đã chiếm gần 50% lượng dòng chảy cả năm, riêng tháng XII chiếm tới 33,6% so với cả năm. Ba tháng nhỏ nhất mùa kiệt (II-IV) chỉ chiếm chưa đến 4,0% so với cả năm (bảng 2.1). Trong đó dòng chảy của hai thời kỳ lũ và kiệt của sông Ba có tầm đặc biệt quan trọng đối với diễn biến cửa Đà Rằng. 2.1.4.2. Bùn cát sông Ba Bùn cát sông ngòi là một trong những yếu tố thủy văn đặc biệt quan trọng đối với ổn định lòng sông, cửa sông. Cùng với dòng chảy trong sông Ba là hàm lượng bùn cát, đây là yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến lượng bùn cát tới cửa Đà Rằng, lượng bùn cát này cũng thay đổi rất lớn theo thời gian trong năm. Các kết quả phân tích thống kê cho thấy độ đục (hàm lượng bùn cát) trung bình nhiều năm của sông Ba tại Củng Sơn là 228,0 g/m3 nước. Trong đó tháng cao nhất là tháng X đạt tới 294,2 g/m3, tháng thấp nhất là tháng III chỉ có 18,3 g/m3, chênh nhau tới 16 lần (bảng 2.3). Bảng 2. 3. Độ đục trung bình nhiều năm tuyến Củng Sơn, sông Ba Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm ρ (g/m3) 27,8 20,9 18,3 26,8 118,5166,0 142,0 202,5 216,1 294,2 239,1 92,3 228,0 2.1.5. Đặc điểm hải văn 2.1.5.1. Mực nước, thủy triều Căn cứ vào số liệu đo đạc thủy văn tại trạm Phú Lâm ở thượng lưu cửa Đà Rằng, từ 1977 đến 1991 (17 năm), nghiên cứu số liệu các tháng mùa khô (I-IV) cho thấy: Thủy triều ở đây là nhật triều không đều với số ngày nhật triều trong tháng từ 17 - 26 ngày, vào các ngày nước kém thường có thêm một con nước nhỏ trong ngày. Cụ thể tháng I có 26 ngày nhật triều, tháng II có 19 ngày, tháng III có 18 ngày và tháng IV có 17 ngày. Như vậy số ngày nhật triều giảm dần từ tháng I đến tháng IV. 10 Bảng 2. 4: Trung bình thời gian triều dâng và thời gian triều rút (giờ, phút) Tháng I II III IV Thời gian triều dâng 13:24 12:42 12:30 13:00 Thời gian triều rút 11:76 11:24 11:24 11:00 Thời gian chênh lệch 1:48 1:18 1:06 2:00 Thời gian triều dâng thường lâu hơn thời gian triều rút 1 - 2 giờ, đây là điểm đặc biệt của chế độ triều vùng này: thuận lợi cho việc sử dụng nước dâng để tưới ruộng và đưa tàu thuyền vào cảng, vào sông; tuy nhiên cũng ảnh hưởng đến lũ dâng và mặn sâu hơn. Theo số liệu thực đo, có thể thấy rõ tính chất không đều của thủy triều qua đường quá trình mực nước tổng hợp tại trạm Tuy Hòa trên hình 2.1. Hình 2. 1: Quá trình mực nước tại trạm thủy văn Tuy Hòa Từ ngày 01/6/2008 đến ngày 01/7/2008 2.1.5.2. Gió và sóng biển Khu vực ngoài khơi cửa Đà Rằng, do bị ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc (NE) và Tây Nam (SW) nên tương ứng với chúng là 2 hướng sóng thịnh hành NE và SW. Từ tháng I đến tháng IV, hướng sóng thịnh hành là NE. Độ cao trung bình của 2 hướng sóng trên trong khoảng thời gian này là 1,0 m và cực đại là 4,0 m. Từ tháng V đến tháng IX, hướng sóng chủ đạo là SW với độ cao trung bình là 0,8 đến 1,0 m và lớn nhất là 3,5 m. Từ tháng X đến tháng XII, thịnh hành là hướng sóng N và NE với độ cao trung bình là 0,9 m và độ cao lớn nhất biến đổi từ 3,5 đến 4,0 m. Nhìn chung, chế 11 độ sóng trong mùa hè không ổn định và độ lớn nhỏ hơn so với mùa đông. Biểu đồ hoa sóng biểu diễn chế độ sóng ngoài khơi khu vực Tuy Hòa như hình 2.4. Trên thực tế, đường bờ biển khu vực nghiên cứu chạy theo hướng NE – SW nên chủ yếu chịu tác động của sóng hướng N, NE và E. Trong đó hướng sóng NE chiếm ưu thế hơn 2 hướng sóng N và E cả về độ cao lẫn tần suất xuất hiện. 2.2. Đánh giá hiện trạng diễn biến cửa Đà Rằng Các kết quả khảo sát, nghiên cứu gần đây cho thấy vùng hạ lưu sông Ba từ Phú Sen cho đến cửa sông Đà Rằng dài gần 20 km bị bồi cát rất mạnh. Trong vòng 10 năm trở lại đây đoạn sông này nhiều chỗ có bề rộng từ 1,57 ÷ 2,5 km, về mùa khô dòng chảy bị thu hẹp còn 10 ÷ 15 m còn lại nhiều đoạn chỉ thấy lòng sông là dải cát trải rộng ra 2 phía và kéo dài cho đến cửa sông Đà Rằng. Hình 2. 2: Bồi lấp cửa Đà Rằng (7/2007) Hình 2. 3: Phân vùng khu vực cửa Đà Rằng 12 Phân tích diễn biến lòng sông và cửa Đà Rằng khu vực thành phố Tuy Hoà cho thấy lòng sông được chia ra làm hai lạch chính, lạch phía trái lòng dẫn có độ sâu lớn hơn so với lạch phía phải nhưng độ rộng lòng dẫn cũng chỉ khoảng 105m nên dòng chảy ở đây có tốc độ lớn hơn. Trầm tích đáy lòng dẫn sông của lạch này là bùn cát màu đen đôi chỗ có bãi cát nằm rải rác ven bờ lạch. Lòng dẫn phía phải từ ngưỡng cửa tới cầu Đà Rằng có độ sâu xấp xỉ trên dưới 1 m, độ rộng tới trên 500 m, đây là khu vực lòng dẫn có nhiều bãi cát tích tụ được lộ ra vào lúc triều rút. Bãi chắn cửa sông Đà Rằng ít bị phá vỡ hay di chuyển vị trí mà chỉ nổi cao lên dưới mặt nước hoặc hạ thấp xuống khỏi mặt nước, do đó có thể nói các yếu tố động lực sông biển ở cửa Đà Rằng có mức độ khá ổn định. Hình 2. 4a: Độ sâu khu vực Hình 2-7b: Độ sâu khu vực cửa Đà Rằng tháng cửa Đà Rằng tháng 7/2008 Hình 2-7c: Độ sâu khu vực cửa Đà Rằng tháng 10/2007 5/2009 Theo số liệu khảo sát từ năm 2007 đến 2009 của đề tài KC08-07/06-10 cho khu vực cửa Đà Rằng, xác định được biến động địa hình đáy khu vực cửa Đà Rằng theo các năm. Để xác định lượng bồi xói, chia khu vực cửa Đà Rằng thành 4 vùng khác nhau gồm: trong sông, luồng cửa sông, bờ phải và bờ trái (hình 2.6). Kết quả phân tích và tính toán cho thấy diễn biến địa hình đáy như hình 2.7a, b,c. Giai đoạn từ tháng 10/2007 đến tháng 07/2008: Trong thời gian này khu vực ven biển cửa Đà Rằng có sự bồi lên khá lớn. Vùng trong sông có hiện tượng bồi xói xen kẽ, khu vực bị xói là một dải nằm sát bờ trái của sông Đà Rằng, nơi xói mạnh nhất đạt tới gần 4,0 m, khu vực bồi mạnh nằm ở phía bờ phải gần cửa sông, tạo thành một doi cát chắn ngang cửa sông. Mức độ bồi xói trung bình của cả vùng là -0,65 m với tổng 13 lượng bồi xói là -827.371 m3, tương đương với lượng bồi xói trung bình năm là 165.474 m3/năm. Lượng bồi xói trong các vùng trình bày cụ thể trong bảng 2.7. Bảng 2.5: Lượng bồi xói khu vực cửa sông Đà Rằng (10/2007 - 07/2008) Xói đáy lớn nhất 2 (m ) ∆ xói- max (m) Trong sông 1.279.374 -3,89 Luồng 831.432 -1,71 Bờ trái 704.229 -2,19 Bờ phải 752.513 -0,42 Tổng: Vùng Diện tích Bồi đáy lớn nhất ∆ bồi - max (m) 2,47 2,43 3,62 2,23 Bồi - xói trung bình (m) -0,65 0,61 0,40 1,01 Tổng lượng bồi xói W bồi - xói (m3) -827.371 400.672 334.324 754.283 661.908 Ghi chú: (+) là bồi; (-) là xói. Giai đoạn từ tháng 07/2008 đến tháng 05/2009: Kết quả cho thấy, trong thời gian gần đây, vùng ven biển cửa sông Đà Rằng có xu thế bồi lên, nhất là khu vực phía trái và phía phải của luồng. Vùng trong sông đang xây dựng cầu Hùng Vương nên có bồi xói xen kẽ, nơi xói mạnh nhất đạt mức -4,73 m ở sát bờ trái nơi gần móng cầu Hùng Vương. Khu vực bồi mạnh nằm gần giữa sông Đà Rằng và phía sát bờ phải gần cửa sông. Mức độ bồi xói trung bình của cả vùng là 0,14 m với tổng lượng bồi xói là 114.834 m3. Biến động địa hình đáy các vùng có thể thấy trên hình2.8. Tại bốn vùng cửa sông, lượng bồi – xói trong giai đoạn này được thống kê trong bảng 2.8. Hình 2.5a: Biến động địa hình đáy khu Hình 2.8b: Biến động địa hình đáy vực cửa Đà Rằng (10/2007 - 07/2008) khu vực cửa Đà Rằng (7/2008 05/2009) 14 Bảng 2. 6: Lượng bồi xói khu vực cửa sông Đà Rằng (07/2008 - 05/2009) Diện tích Vùng (m2) Trong sông Luồng Bờ trái Bờ phải 1.279.374 831.432 704.229 752.513 Xói đáy Bồi đáy Bồi – xói Tổng lượng lớn nhất lớn nhất trung bình bồi xói ∆ xói- max (m) W bồi - xói (m3) ∆ bồi - max (m) (m) -4,73 4,00 0,14 114.834 -4,76 5,30 0,59 856.816 -1,88 3,49 0,67 538.967 -1,91 3,00 0,06 168.750 Tổng: 1.679.367 Ghi chú: (+) là bồi; (-) là xói. Nhận xét về hiện trạng bồi - xói khu vực bờ biển cửa sông Đà Rằng: (1)- Trong giai đoạn từ tháng 10/2007 đến tháng 5/2009, mức độ bồi lấp của cả khu vực là không lớn. Bị bồi lấp mạnh nhất gần cửa sông, chủ yếu là phía bờ phải, mức độ bồi lấp trung bình đạt tới 0,5 - 0,6 m/năm. (2)- Bờ phải của cửa Đà Rằng đã hình thành doi cát chắn ngang làm hẹp cửa sông và hạn chế sự đi lại của tàu thuyền, cuối năm 2006 đầu năm 2007, 700 tàu đánh cá xa bờ bị mắc kẹt, không thể ra vào cảng cá phường 6 - trung tâm mua bán cá ngừ đại dương lớn nhất duyên hải miền Trung. 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến diễn biến cửa Đà Rằng 2.3.1. Tương tác giữa các yếu tố động lực sông - biển Khu vực cửa sông là nơi chịu ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố thủy động lực biển và sông nên biến động mạnh mẽ nhất. Các yếu tố thủy động lực như dòng chảy và lượng bùn cát từ thượng nguồn sông cũng như các quá trình động lực biển như sóng, dòng ven và dòng triều sẽ gây ra quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ và ngang bờ. Các yếu tố động lực sông - biển tại khu vực cửa sông có ý nghĩa quyết định đối với biến động hình thái cửa sông và dải ven biển lân cận. Các yếu tố động lực sông chủ yếu là dòng chảy, bùn cát sông. Hai yếu tố này lại phụ thuộc vào mưa và điều kiện lưu vực sông, đặc biệt là mưa lớn trong mùa mưa có tác động rất lớn đến bào mòn lưu vực, chuyển vận bùn cát trong sông. Vào mùa khô (từ tháng I đến tháng VIII) dòng chảy trong sông có lưu lượng tương đối nhỏ, cửa sông bị ảnh hưởng chủ yếu của dòng triều và dòng ven, chủ yếu chịu ảnh hưởng của gió 15 mùa Tây Nam. Dòng chảy có lưu tốc khá nhỏ nên ở khu vực cửa sông các bãi bồi phát triển làm thu hẹp lòng sông và bồi lấp khu vực cửa sông. Các yếu tố từ biển như gió, sóng do gió và thủy triều, dòng triều là những nguyên nhân rất cơ bản tác động đến diễn biến cửa Đà Rằng. Trong đó bão đóng vai trò rất lớn gây ra những diễn biến đột xuất của cửa sông, chỉ tính riêng khu vực từ Bình Định đến Ninh Thuận trong vòng 45 năm qua (1961-2006) đã chịu ảnh hưởng của 45 cơn bão chiếm tới 21,2% số bão ảnh hưởng toàn khu vực ven biển miền Trung. Dòng chảy ven bờ đóng vai trò chính phân bố lại bùn cát từ sông đưa ra và vận chuyển bùn cát được sóng bứt khỏi bờ đến vị trí khác. Dòng triều có tính nghịch thuận và do vậy có tác động tổng hợp vận chuyển bùn cát bằng không sau mỗi chu kỳ triều. 2.3.2. Các hoạt động của con người trên lưu vực sông Ba Lưu vực sông Ba có tiềm năng kinh tế lớn, hơn hai mươi năm qua rất nhiều hoạt động của con người đã được thực hiện, trong đó có thuỷ điện, thuỷ lợi tưới tiêu phục vụ phát triển nông nghiệp. Các hoạt động này được phân tích đánh giá trên quan điểm xem xét tác động của chúng đến vùng hạ lưu và cửa sông. 2.3.2.1. Các hoạt động mang tính quản lý vùng cửa sông ven biển Các hoạt động mang tính quản lý như quy hoạch phát triển các ngành trong vùng chưa hợp lý, có tính chồng chéo và mâu thuẫn ảnh hưởng đến cửa sông, ví dụ giữa bảo vệ bờ, chống xói lở của ngành thủy lợi với nạo vét luồng lạch của giao thông thủy, đánh bắt hải sản hay giữa bảo vệ môi trường, bảo vệ bờ biển với phát triển nuôi trồng thủy sản, phát triển du lịch vùng ven biển,... Thực tế những hoạt động quy hoạch, phát triển và quản lý giữa các ngành còn thiếu đồng bộ (kể cả năng lực chuyên môn và quản lý) nên thường tạo ra những ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến diễn biến vùng cửa sông. 2.3.2.2. Các công trình thủy lợi trên lưu vực sông Ba Các hồ chứa thượng lưu có các tác động đáng kể đến hạ lưu, làm thay đổi chế độ dòng chảy hạ lưu, cụ thể là giảm lưu lượng đỉnh lũ do điều tiết và tăng dòng chảy trong mùa khô (chủ yếu là hồ thủy điện). Hồ chứa sẽ giữ lại một phần lớn lượng bùn cát lơ lửng của sông, làm cho dòng chảy xuống hạ lưu có lượng bùn cát nhỏ đi, đặc biệt trong mùa mưa khi hàm lượng bùn cát thượng lưu về lớn. 16 Các công trình thuỷ lợi đã gây ra sự suy giảm về lượng và chất lượng nước mặt của lưu vực sông, giảm đỉnh lũ trong mùa mưa và giảm thiểu hạn kiệt trong mùa khô. Sau các đập thuỷ lợi, thuỷ điện đến khoảng 6 – 7 km là hiện tượng chết của các dòng sông do sự điều tiết của các cửa xả thuỷ điện. Các công trình thủy lợi trên lưu vực sông Ba đã tác động làm gia tăng hiện tượng xói lở bãi bồi cửa sông ven biển và ở đây chính là tác động trực tiếp tới cửa sông Đà Rằng và thành phố Tuy Hoà. 2.3.2.3. Các hoạt động phát triển kinh tế xã hội khác Ngoài các công trình khai thác tài nguyên nước ở thượng lưu, ngay tại khu vực hạ lưu và cửa Đà Rằng đã có nhiều công trình xây dựng phục vụ phát triển kinh tế, xã hội. Ngoài ra khai thác rừng trên lưu vực làm diện tích rừng bị suy giảm không chỉ về diện tích mà còn bị suy thoái về chất lượng. Đây là nguyên nhân cơ bản tác động đến vùng ven biển cửa sông; mặt khác, lớp thảm phủ bị suy giảm cả về chất lượng và số lượng cũng là một trong những tác nhân gây lũ lụt, hạn kiệt và xói lở bồi tụ bờ biển và bồi lấp cửa sông Đà Rằng. Bên cạnh các đóng góp tích cực về nhiều mặt, việc xây dựng các công trình thủy nông, giao thông kể cả công trình dân sinh kinh tế ở mức độ khác nhau đã có những tác động tiêu cực, trực tiếp hoặc gián tiếp hỗ trợ cho các quá trình xói lở - bồi tụ bờ biển, bờ sông. Các đập ngăn, hồ chứa đầu nguồn thường làm biến đổi cơ bản dòng chảy và lượng phù sa đưa về hạ du, đặc biệt là gây ra xói lở mạnh mẽ hơn so với lúc chưa có đập ngăn, hồ chứa. Thiên tai thường xuyên xảy ra ở ven biển Miền Trung, trong đó chủ yếu là bão, lũ, hạn hán đã gây ra nhiều thiệt hại về người và của, gây sạt lở, bồi lấp các vùng cửa sông, bờ biển. Các yếu tố tự nhiên như sóng, gió, bão, dòng chảy… là những nhân tố động lực chủ yếu gây nên sự biến đổi hình thái đường bờ. Việc nghiên cứu, tính toán định lượng các thông số này là rất cần thiết trong việc đề xuất, lựa chọn giải pháp ổn định cửa sông. 17 Chương 3. Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định quy luật diễn biến cửa Đà Rằng 3.1. Bài toán nghiên cứu diễn biến cửa Đà Rằng Trong những năm gần đây với xu thế gia tăng mức độ khắc nghiệt của bão, lũ và hạn hán cùng với phát triển nhanh các hoạt động kinh tế, xã hội trong khu vực ven biển miền Trung nói chung và cửa Đà Rằng nói riêng đang làm gia tăng sự mất ổn định các vùng cửa sông. Riêng với cửa Đà Rằng, tình hình bồi lấp trong mùa khô và xói lở trong mùa mưa, thậm chí ngay cả mùa khô đã đến mức phải quan tâm nghiên cứu. Việc tính toán dự báo biến đổi đường bờ phụ thuộc vào cán cân vận chuyển bùn cát tại khu vực nghiên cứu. Do đó để nghiên cứu diễn biến cửa Đà Rằng phải xuất phát từ các nguyên nhân cơ bản ảnh hưởng tới cân bằng bùn cát vùng cửa sông theo các thời kỳ khác nhau, với các điều kiện cụ thể khác nhau. Bài toán đặt ra là phải xác định được phạm vi của khu vực nghiên cứu, từ đó nghiên cứu các điều kiện biên, lựa chọn mô hình tính toán, nghiên cứu sự tương tác động lực giữa các điều kiện trong sông và ngoài biển, xác định điều kiện cân bằng và vận chuyển bùn cát. 3.2. Mô hình toán ứng dụng cho cửa Đà Rằng 3.2.1. Lựa chọn mô hình Trên thế giới đã có nhiều mô hình biến đổi đường bờ dạng phần mềm tính toán hoàn thiện như MIKE 21, LIPACK (Đan Mạch), GENESIS (Mỹ), DELFT3D (Hà Lan), SAND94 (Ba Lan), NPM (Anh) v.v. . Trong đề tài lựa chọn mô hình MIKE vì bộ phần mềm MIKE bao gồm một số module tính dòng chảy thông dụng chuyên sử dụng để mô phỏng và tính toán trường dòng chảy, trường sóng, sự vận chuyển bùn cát, chất lượng nước.... cho vùng sông lục địa, cửa sông, vịnh và các vùng ven biển. Đặc biệt, trong mô hình tích hợp MIKE21/3 COUPLED MODEL FM, có tích hợp module MIKE21 ST là mô hình chuyên nghiệp để xử lý các vấn đề liên quan đến vận chuyển và bồi xói các hạt cát rời rạc dựa vào các nghiên cứu của các tác giả: Deigaard, R., Fredsøe, J., và Hedegaard, I.B (1986). Mô hình kết hợp MIKE21/3 FM Couple do DH Water & Environment phát triển là một hệ thống mô hình động lực có thể áp dụng cho vùng cửa sông, ven biển và trong sông. Mô hình bao gồm các module: Module dòng chảy, module tải khuếch tán, module chất lượng nước và sinh thái học, module vận chuyển bùn cát và module phổ sóng. Do khả năng tích hợp các quá trình động lực tự nhiên để cho kết quả khá phù hợp với thực tế nên đề tài đã chọn mô hình MIKE21/3FM COUPLED để mô phỏng diễn biến đường bờ khu vực cửa Đà Rằng tỉnh Phú Yên. 3.2.2. Giới thiệu các module toán mô hình MIKE21/3 FM COUPLE Các module trong MIKE 21 FM COUPLE bao gồm: (hình 3.1) - Module thủy động lực học (MIKE21/3 HD) để xác định trường dòng chảy và trường độ sâu cột nước. - Module phổ sóng (MIKE21/3 SW) để xác định trường sóng và ứng suất sóng. - Module vận chuyển bùn cát và bồi xói (MIKE21/3ST) để mô phỏng quá trình diễn biến hình thái và tính vận chuyển bùn cát rời. Hình 3. 1. Các module mô hình MIKE21/3 COUPLED MODEL FM 19 3.3. Ứng dụng mô hình MIKE nghiên cứu diễn biến vùng cửa sông Đà Rằng 3.3.1. Thiết lập mô hình cho vùng cửa sông Đà Rằng Số liệu địa hình: Điều kiện địa hình khu vực nghiên cứu là một trong những điều kiện đầu vào quan trọng không thể thiếu được để tính toán. Dựa trên điều kiện này để thiết lập được miền tính toán. Trong tính toán của khu vực nghiên cứu đã sử dụng bản đồ DEM ETOPO2 cho toàn biển Đông để trích ra số liệu của khu vực nghiên cứu đồng thời nhằm đảm bảo điều kiện nước sâu khi tính toán lan truyền sóng vào vùng ven bờ, độ sâu tại biên phía ngoài của miền tính phải lớn hơn 1/2 bước sóng. Nguồn số liệu thứ hai là số liệu đo đạc địa hình đáy tỷ lệ 1:2000 tại cửa Đà Rằng do Viện Địa lý thực hiện năm 2009 (Hình 3.6). Miền tính toán: Để nghiên cứu chế độ động lực khu vực ven biển cửa sông, miền tính và lưới tính được lựa chọn như sau: Phạm vi nghiên cứu (lưới MeshBD và MeshI và MeshII): - Lưới MeshBD bao phủ toàn Biển Đông (từ 1o-25o Vĩ độ và 99o-121o Kinh độ). - Lưới MeshI cách bờ biển Phú Yên ra ngoài khơi khoảng 73km để tính lan truyền vào khu vực nghiên cứu (MeshII). Biên phía ngoài biển của mô hình được chọn trùng với các điểm có dữ liệu tính toán sóng của mô hình sóng toàn cầu WAVEWATCH III của Mỹ. - Lưới MeshII của mô hình được chọn bao phủ toàn vùng bờ biển cửa sông Đà Rằng và ra ngoài khơi cách bờ khoảng 4km. Biên phía ngoài biển của mô hình được trích từ kết quả tính toán thủy triều và sóng từ mô hình lưới MeshI. 20