Tài liệu đặc điểm biến động địa hình các vùng cửa sông ven biển bắc trung bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN CÔNG QUÂN Vũ Thị Thu Hoài ĐẶC ĐIỂM BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH CÁC VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN BẮC TRUNG BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN CÔNG QUÂN Vũ Thị Thu Hoài ĐẶC ĐIỂM BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH CÁC VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN BẮC TRUNG BỘ Chuyên ngành: Địa mạo và Cổ địa lý Mã số: 09 44 02 18 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Phạm Văn Hùng 2. TS. Phạm Quang Sơn 1. Hà Nội - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Công Quân ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i MỤC LỤC ..................................................................................................................ii DANH SÁCH CÁC BẢNG ...................................................................................... iv DANH SÁCH CÁC HÌNH........................................................................................ v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...........................................vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN......................... 9 1.1. Những vấn đề chung ......................................................................................... 9 1.1.1. Khái niệm về cửa sông......................................................................................... 9 1.1.2. Phân loại cửa sông ở khu vực nghiên cứu ......................................................... 11 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu vùng cửa sông ven biển .............................. 13 1.2.1. Trên thế giới ....................................................................................................... 13 1.2.2. Ở Việt Nam ........................................................................................................ 16 1.2.3. Ở Bắc Trung Bộ ................................................................................................. 19 1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu..................................................... 20 1.3.1. Cách tiếp cận ...................................................................................................... 20 1.3.2. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 23 1.4. Tiểu kết chương .............................................................................................. 30 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM VÀ VAI TRÒ CỦA CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN BẮC TRUNG BỘ ............................................................................................................................. 32 2.1. Yếu tố nội sinh................................................................................................ 32 2.1.1. Đặc điểm địa chất .............................................................................................. 32 2.1.2. Cấu trúc tân kiến tạo .......................................................................................... 36 2.1.3. Hoạt động của đứt gẫy tân kiến tạo và hiện đại ................................................. 38 2.2. Yếu tố ngoại sinh ............................................................................................ 40 2.2.1. Dao động mực nước biển trong Holocen ........................................................... 40 2.2.2. Chế độ khí hậu ................................................................................................... 42 2.2.3. Chế độ dòng chảy sông và dòng bùn cát ........................................................... 44 2.2.4. Sóng, triều và dòng chảy ven bờ ........................................................................ 49 2.2.5. Nước biển dâng hiện đại do biến đổi khí hậu .................................................... 55 2.3. Yếu tố nhân sinh ............................................................................................. 58 2.3.1. Xây dựng các công trình hồ chứa, đê, kè, đập, cống thoát nước ....................... 58 iii 2.3.2. Hoạt động nuôi trồng thủy, hải sản, khai hoang lấn biển, khai khoáng và khai thác cát ......................................................................................................................... 60 2.3.3. Hoạt động xây dựng các khu tập trung dân cư, khu kinh tế. ............................. 61 2.4. Tiểu kết chương .............................................................................................. 62 CHƯƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO CÁC VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN BẮC TRUNG BỘ .................................................................................................... 64 3.1. Khái quát địa hình, địa mạo khu vực .............................................................. 64 3.1.1. Đặc điểm địa hình, địa mạo ............................................................................... 64 3.1.2. Nhận xét chung .................................................................................................. 65 3.2. Đặc điểm địa mạo một số vùng cửa sông ....................................................... 66 3.2.1. Xây dựng bản đồ địa mạo ở vùng cửa sông ven biển ........................................ 66 3.2.2. Đặc điểm địa mạo vùng cửa sông ven biển sông Mã ........................................ 68 3.2.3. Đặc điểm địa mạo vùng cửa sông ven biển sông Thạch Hãn ............................ 74 3.2.4. Đặc điểm địa mạo vùng cửa sông ven biển sông Hương................................... 81 3.3. Tiểu kết chương .............................................................................................. 86 CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH VÀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN LÃNH THỔ CÁC VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN BẮC TRUNG BỘ .................................................................................................... 88 4.1. Lịch sử phát triển địa hình các vùng cửa sông ven biển Bắc Trung bộ ......... 88 4.1.1. Thời kỳ Pleistocen giữa - muộn ......................................................................... 88 4.1.2. Thời kỳ Holocen sớm - giữa .............................................................................. 90 4.1.3. Thời kỳ Holocen muộn - hiện đại ...................................................................... 91 4.2. Đánh giá biến động địa hình ........................................................................... 93 4.2.1. Đánh giá biến động địa hình vùng cửa sông ven biển sông Mã ........................ 94 4.2.2. Đánh giá biến động địa hình vùng cửa sông ven biển sông Thạch Hãn .......... 101 4.2.3. Đánh giá biến động địa hình cửa sông ven biển sông Hương ......................... 108 4.3. Khuyến nghị giải pháp sử dụng hợp lí tài nguyên lãnh thổ.......................... 115 4.3.1. Khai thác, sử dụng hợp lý và bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên ................ 115 4.3.2. Đảm bảo hành lang thoát lũ ven biển .............................................................. 118 4.3.3. Khai thác sử dụng có hiệu quả hệ thống luồng lạch giao thông thủy .............. 118 4.3.4. Khai thác các loại hình du lịch biển ................................................................. 118 4.4. Tiểu kiết chương ........................................................................................... 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 120 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ........................................................... 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 123 iv DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thống kê các cửa sông ở khu vực Bắc Trung Bộ ..................................... 12 Bảng 2.1. Lượng mưa trung bình tháng và năm (mm) ............................................. 43 Bảng 2.2. Tổng lưu lượng nước trung bình năm ....................................................... 46 Bảng 2.3. Lượng bùn cát trung bình năm tại các cửa sông ....................................... 47 Bảng 2.4. Một số đặc trưng sóng cửa vịnh Bắc Bộ và ven bờ Thừa Thiên Huế ...... 50 Bảng 2.5. Độ cao sóng lớn nhất tại trạm Cồn Cỏ ..................................................... 50 Bảng 2.6. Chế độ triều và biên độ triều tại các cửa sông .......................................... 51 Bảng 2.7. Lượng xuất chuyển bồi tích do sóng dọc bờ tại trạm Cồn Cỏ .................. 52 Bảng 2.8. Xu thế biến đổi mực nước biển trung bình ............................................... 55 Bảng 2.9. Mực nước biển dâng theo kịch bản .......................................................... 56 Bảng 2.10. Nước dâng do bão ở các VCSVB Bắc Trung Bộ ................................... 57 Bảng 2.11. Lượng bùn cát theo mùa, trước và sau khi có hồ trên sông Mã ............. 59 Bảng 2.12. Chiều dài đê biển và số lượng cống dưới đê .......................................... 59 Bảng 2.13. Dân số và mật độ dân số các tỉnh ven biển Bắc Trung Bộ ..................... 61 Bảng 4.1. Thống kê các kiểu địa hình ở các vùng cửa sông ven biển ...................... 92 Bảng 4.2. Trạng thái phát triển của bờ biển vùng cửa sông ven biển sông Mã ........ 98 Bảng 4.3. Thống kê biến động địa hình vùng cửa sông ven biển sông Thạch Hãn 105 Bảng 4.4. Biến động địa hình vùng cửa sông ven biển sông Thạch Hãn ............... 106 Bảng 4.5. Biến động địa hình vùng cửa sông ven biển sông Hương ...................... 111 Bảng 4.6. Biến động địa hình ở Cửa Thuận An ...................................................... 114 Bảng 4.7. Diện tích nuôi trồng thuỷ, hải sản năm 2014 .......................................... 116 v DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 0.1. Sơ đồ khu vực nghiên cứu ........................................................................... 2 Hình 0.2. Sơ đồ tài liệu thực tế ở khu vực nghiên cứu (a: VSCVB sông Mã; b: VCSVB sông Thạch Hãn; c: VCSVB sông Hương) ................................... 6 Hình 1.1. Cấu tạo vùng cửa sông [10] ...................................................................... 10 Hình 1.2. Ảnh Landsat -2010 các vùng cửa sông ven biển Bắc Trung Bộ. VCSVB sông Mã (a), sông Thạch Hãn (b), sông Hương (c)..................... 24 Hình 1.3. Sở đồ xử lý ảnh, triết xuất thông tin các kiểu, dạng địa hình ................... 26 Hình 1.4. Ảnh viễn thám khu vực nghiên cứu đã qua hiệu chỉnh phổ khí quyển và tổ hợp các band mầu ............................................................................. 26 Hình 1.5. Phân tích địa hinh trên mô hình số độ cao ở VCSVB sông Hương .......... 27 Hình 2.1. Sơ đồ địa động lực hiện đại khu vực Bắc Trung Bộ ................................. 37 Hình 2.2. Đường cong dao động mực nước biển khu vực Tây Biển Đông từ cực đại băng hà cuối cùng 20000 năm cách ngày nay . ................................... 41 Hình 2.3. Đường cong dao động mực nước biển từ 8000 năm trước đến nay ......... 41 Hình 2.4. Độ đục quan sát được tại các cửa sông trên ảnh vệ tinh Landsat vào tháng 8-2016. VCSVB sông Mã (a), sông Thạch Hãn (b), sông Hương (c) ........... 48 Hình 3.1. Núi sót bóc mòn lộ đá gốc ở phía nam Sầm Sơn (Ảnh: Nguyễn Công Quân).......................................................................................................... 69 Hình 3.2. Bản đồ địa mạo vùng cửa sông ven biển sông Mã.................................... 70 Hình 3.3. Mặt cắt địa mạo VCSVB sông Mã theo tuyến AB. ................................. 70 Hình 3.4. Mặt cắt địa mạo VCSVB sông Mã theo tuyến CD. ................................. 70 Hình 3.5. Bề mặt tích tụ sông - đầm lầy ở thành phố Thanh Hóa ............................ 71 Hình 3.6. Bề mặt tích tụ sông –biển - đầm lầy tại Quảng Xương ............................. 72 Hình 3.7. Bề mặt tích tụ sông -biển tại Quảng Tiến ................................................. 72 Hình 3.8. Địa hình cồn cát tại Quảng Cư (Ảnh: Nguyễn Công Quân)...................... 73 Hình 3.9. Bề mặt tích tụ biển tại Quảng Cư (Ảnh: Nguyễn Công Quân) ................. 73 Hình 3.10. Địa hình núi bóc mòn ở Gio Linh (Ảnh Nguyễn Công Quân) ................ 75 Hình 3.11. Bản đồ địa mao vùng cửa sông ven biển sông Thạch Hãn ..................... 76 Hình 3.12. Mặt cắt địa mạo VCSVB sông Thạch Hãn theo tuyến AB. ................... 76 Hình 3.13. Mặt cắt địa mạo VCSVB sông Thạch Hãn theo tuyến CD. ................... 76 Hình 3.14. bãi bồi và thềm bậc I ở Cam Lộ (Ảnh Nguyễn Công Quân) ................... 77 Hình 3.15. Bề mặt địa hình do gió tại Triệu Vân (Ảnh Nguyễn Công Quân) ........... 79 Hình 3.16. Bãi biển hiện đại tại Gio Hải (Ảnh Nguyễn Công Quân) ........................ 80 Hình 3.17. Địa hình bóc mòn gần cửa Tư Hiền (Ảnh Nguyễn Công Quân) ............. 82 Hình 3.18. Bản đồ địa mạo vùng cửa sông ven biển sông Hương. ........................... 83 vi Hình 3.19. Mặt cắt địa mạo VCSVB sông Hương theo tuyến AB. ......................... 83 Hình 3.20. Mặt cắt địa mạo VCSVB sông Hương theo tuyến CD. ......................... 83 Hình 3.21. Bề mặt tích tụ sông-biển ở Phú Lộc (Ảnh Nguyễn Công Quân) ............. 85 Hình 3.22. Cồn cát biển phía ngoài cửa Tư Hiền (Ảnh Nguyễn Công Quân)........... 85 Hình 3.23. Cồn cát biển xã Hải Dương (Ảnh Nguyễn Công Quân) .......................... 85 Hình 3.24. Bãi biển hiện đại tại Thái Dương (Ảnh: Nguyễn Công Quân)................ 86 Hình 4.1. Sơ đồ đới đường bờ trong Holocen giữa VCSVB sông Mã(trên ảnh vệ tinh Landsat năm 1999) ............................................................................. 95 Hình 4.2. Đường bờ biển ở vùng cửa sông ven biển sông Mã trong những năm 1965-1975 (a), 1975-1990 (b) 1990-2001 (c), 2001-2017 (d) ................... 96 Hình 4.3. Cột địa tầng của một số lỗ khoan tại Thanh Hóa ...................................... 97 Hình 4.4. Xói lở tại cửa Hới (Ảnh Nguyễn Công Quân) ........................................... 99 Hình 4.5. Sơ đồ dự đoán khả năng diễn biến đường bờ biển vùng cửa sông ven biển sông Mã ............................................................................................ 100 Hình 4.6. Mặt cắt địa mạo qua bề mặt thềm mài mòn biển .................................... 102 Hình 4.7. Đới đường bờ trong Pleistocen muộn VCSVB sông Thạch Hãn (trên ảnh vệ tinh Landsat năm 1999) ................................................................ 103 Hình 4.8. Đường bờ vùng cửa sông ven biển sông Thạch Hãn trong những năm 1952-1965 (a), 1965-1979 (b), 1979-1989 (c), 1989-1999 (d), 19992017 (e) .................................................................................................... 104 Hình 4.9. Sơ đồ khả năng diễn biến đường bờ biển vùng cửa sông ven biển sông Thạch Hãn (khu vực Cửa Việt) ................................................................ 107 Hình 4.10. Mặt cắt địa mạo qua bề mặt thềm mài mòn biển tại Thủy Phương ...... 109 Hình 4.11. Đới đường bờ trong Pleistocen muộn ở VCSVB sông Hương (trên ảnh vệ tinh năm 1999) ............................................................................. 110 Hình 4.12. Đường bờ ở vùng cửa sông ven biển sông Hương trong những năm 1965-1978 (a), (1978-1989 (b), (1989-1994) (c), 1994-1999 (d), 19992005 (e), 2005-2017 (f) ............................................................................ 112 Hình 4.13. Ảnh nhà đổ do xói lở (a) và xói lở bờ biển xã Hải Dương (b) (Ảnh: Nguyễn Công Quân) ................................................................................ 112 Hình 4.14. Sơ đồ khả năng diễn biến đường bờ biển vùng cửa sông ven biển sông Hương (khu vực Cửa Thuận An) .................................................... 115 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nội dung BTB Bắc Trung Bộ DEM Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model) ĐB-TN Đông bắc - tây nam TB-ĐN Tây bắc - đông Nam GIS Hệ thông tin địa lý KHCN Khoa học công nghệ KH&KT Khoa học và Kỹ thuật KH & CN Khoa học và Công nghệ KT - XH Kinh tế - xã hội NCS Nghiên cứu sinh nnk Những người khác LK Lỗ khoan QL Quốc lộ VCSVB Vùng cửa sông ven biển 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Vùng cửa sông ven biển có ý nghĩa rất to lớn đối với sự sống và phát triển của xã hội loài người từ xa xưa cho đến nay và cả trong tương lai. Vùng cửa sông ven biển (VCSVB) được hình thành ở nơi sông đổ ra biển, là nơi có nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi cho con người lựa chọn và tập trung sinh sống ngay từ khi mới sinh ra. Nơi đây, các đô thị với khu tập trung dân cư, các công trình kinh tế dân sinh, quốc phòng, an ninh dần được xây dựng, mở rộng, phát triển phục vụ đời sống của con người như: các công trình công nghiệp, khu hành chính, các công trình dân sinh, sân bay, cảng biển, du lịch, dịch vụ, thương mại, v.v. Hiện nay, có đến khoảng 2/3 số thành phố đông dân nhất thế giới được phân bố ở VCSVB. Hơn thế nữa, mảnh đất này là bàn đạp để con người tiến ra biển, khai thác, phát triển kinh tế biển và đồng thời đây cũng là vùng tiền tiêu bảo vệ chủ quyền lãnh thổ, lãnh hải của quốc gia. Việt Nam có tới 28 trong số 63 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương giáp biển. Trong các tỉnh ven biển này, có tới 114 vùng cửa sông ven biển. Khu vực Bắc Trung Bộ nằm trên dải đồng bằng ven biển, gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị và Thừa Thiên Huế, có 23 cửa sông đổ ra biển. Theo thời gian, sự phát triển mạnh mẽ của các thành phố trong khu vực này về nhiều mặt gắn liền với sự biến động địa hình hiện đại, tác động trực tiếp đến vấn đề quy hoạch sử dụng hợp lí tài nguyên đất, nước, v.v và bảo vệ môi trường. Địa hình các VCSVB ở Bắc Trung Bộ, được hình thành và phát triển bởi tác động tương hỗ của các quá trình động lực nội, ngoại và nhân sinh; hơn nữa, đây là nơi diễn ra các tương tác sông - biển rất phức tạp trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Kết quả của các quá trình đó làm cho vùng đất này, theo thời gian từ đầu thời kỳ Đệ tứ đến nay, ngày càng được tiến ra phía biển với việc hình thành đồng bằng tích tụ với các cồn, bar, bãi, đảo ở trước vùng cửa sông hoặc song song với bờ biển, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế - xã hội (KT-XH); hoặc cũng có thời gian biển lấn vào lục địa, gây xói lở bờ biển, mất đất, làm cho các công trình kinh tế dân sinh ở đây bị phá huỷ, gây thiệt hại cho đời sống của cư dân địa phương. 2 Hình 0.1. Sơ đồ khu vực nghiên cứu Hiện nay, trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng, đồng thời dưới tác động của nền kinh tế thị trường, các hoạt động KT-XH diễn ra ngày càng sôi động, làm cho địa hình các VCSVB bị biến động mạnh mẽ cả về không gian và thời gian. Để đáp ứng yêu cầu của thực tiễn cấp bách đặt ra với mục tiêu phát triển bền vững KT-XH và bảo vệ môi trường các VCSVB Bắc Trung Bộ, nghiên cứu sinh (NCS) lựa chọn đề tài nghiên cứu của luận án là: “Đặc điểm biến động địa hình các vùng cửa sông ven biển Bắc Trung Bộ”. 2. Mục tiêu của đề tài - Làm sáng tỏ đặc điểm địa mạo ở các VCSVB Bắc Trung Bộ. - Xác lập xu hướng biến động địa hình và quá trình địa mạo động lực ở các VCSVB Bắc Trung Bộ. 3. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu Để đạt được những mục tiêu nêu trên, những nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của luận án là: 3 - Thu thập, phân tích tổng hợp, xử lý các tài liệu, số liệu có liên quan về địa mạo, địa chất, kiến tạo, v.v ở các VCSVB Bắc Trung Bộ. - Thu thập, xử lí và phân tích, giải đoán các ảnh viễn thám độ phân giải cao, xác lập các đơn vị địa mạo theo nguồn gốc hình thái, đặc điểm địa chất thạch học và các yếu tố cấu trúc tân kiến tạo. - Khảo sát thực địa, đo vẽ chi tiết, xác định nguồn gốc, đặc điểm hình thái và tuổi của những kiểu, dạng địa hình. - Nghiên cứu đánh giá vai trò của các yếu tố trong quá trình hình thành và biến động địa hình. - Nghiên cứu xây dựng bản đồ địa mạo theo nguyên tắc “Bề mặt đồng nguồn gốc và tuổi”. - Nghiên cứu đánh giá các quá trình địa mạo động lực hiện đại (xói lở, bồi tụ) ở các VCSVB Bắc Trung Bộ. - Nghiên cứu làm sáng tỏ đặc điểm địa mạo và xu hướng biến động địa hình các VCSVB Bắc Trung Bộ. - Khuyến nghị giải pháp sự dụng hợp lí các vùng cửa sông ven biển Bắc Trung Bộ. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: địa hình và quá trình địa mạo động lực hiện đại các VCSVB Bắc Trung Bộ: sông Mã, sông Thạch Hãn và sông Hương (Hình 0.1). - Phạm vi nghiên cứu: Về không gian, trên khu vực Bắc Trung Bộ có các VCSVB chính sau: sông Mã, Cả, Gianh, Thạch Hãn và sông Hương. Các công trình nghiên cứu trước đây cho thấy, các VCSVB Bắc Trung Bộ hình thành và phát triển theo kiểu “Delta” và “Liman”. Do đó, NCS tập trung nghiên cứu vào 3 khu vực cửa sông chính: VCSVB sông Mã phát triển theo kiểu “Delta”, VCSVB sông Thạch Hãn và Hương phát triển kiểu “Liman”[1]. Trong khuôn khổ của luận án, NCS tập trung nghiên cứu từ nơi sông chính bắt đầu phân nhánh tới bãi triều thấp khi mức triều kiệt. VCSVB sông Thạch Hãn và sông Hương có vị trí kề nhau, NCS lựa chọn để nghiên cứu làm sáng 4 tỏ sự tương đồng về cấu trúc địa hình, nguồn gốc hình thành và lịch sử phát triển; đồng thời làm rõ xu thế biến động địa hình của chúng. Về thời gian, NCS tập trung nghiên cứu đặc điểm biến động địa hình của 3 VCSVB thể hiện qua các giai đoạn trong Đệ tứ muộn - hiện đại: cuối Pleistocen muộn - cuối Holocen giữa, cuối Holocen giữa - Holocen muộn và Holocen muộn hiện đại. 5. Phương pháp nghiên cứu Để đạt được mục tiêu, nhiệm vụ đề ra, NCS đã sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu vừa truyền thống, vừa hiện đại, bao gồm: - Phương pháp phân tích viễn thám. - Phương pháp khảo sát đo đạc, nghiên cứu thực địa. - Phương pháp bản đồ và hệ thông tin địa lý (GIS). - Phương pháp phân tích địa mạo. - Phương pháp phân tích địa chất Đệ tứ. - Phương pháp phân tích lịch sử khảo cổ - Phương pháp phân tích tổng hợp. 6. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Địa hình các VCSVB Bắc Trung Bộ có nguồn gốc đa dạng, phức tạp và phân hóa mạnh mẽ theo không gian địa lý (vĩ độ). Theo đó. địa hình VCSVB sông Mã gồm 3 dạng nguồn gốc sông, 7 dạng nguồn gốc hỗn hợp, 3 dạng nguồn gốc biển, được hình thành và phát triển theo kiểu “Delta”; VCSVB Thạch Hãn gồm 4 dạng địa hình có nguồn gốc biển, 7 dạng địa hình nguồn gốc hỗn hợp và 6 dạng địa hình nguồn gốc sông; VCSVB sông Hương gồm 4 dạng địa hình có nguồn gốc biển, 9 dạng địa hình nguồn gốc hỗn hợp và 4 dạng địa hình nguồn gốc sông; cả hai cửa sông này được hình thành và phát triển theo kiểu “Liman”. Luận điểm 2: Trong Đệ tứ muộn - hiện đại, địa hình các VCSVB sông Mã, Thạch Hãn và sông Hương trải qua 3 thời kỳ biến động: cuối Pleistocen muộn cuối Holocen giữa, cuối Holocen giữa - Holocen muộn và Holocen muộn - hiện đại, có xu hướng tiến ra phía biển với biên độ khác nhau. Hiện nay, địa hình các 5 VCSVB phát triển với xu hướng: bồi tụ lấn biển ở VCSVB sông Mã; xói lở, biển lấn ở VCSVB sông Thạch Hãn và sông Hương. 7. Điểm mới của luận án - Bằng ứng dụng công nghệ viễn thám phân giải cao và GIS kết hợp với các phương pháp truyền thống. đã xây dựng được bản đồ địa mạo chi tiết các VCSVB sông Mã, sông Thạch Hãn và sông Hương theo nguyên tắc “Bề mặt đồng nguồn gốc và tuổi”, làm cơ sở xác định biến động địa hình từ cuối Pleistocen muộn đến Holocen. - Đã khôi phục các đường bờ biển trong Pleistocen muộn ở các VCSVB sông Thạch Hãn và sông Hương, đường bờ biển trong Holocen giữa ở VCSVB sông Mã (bằng phân tích các dấu hiệu địa mạo và địa chất Đệ tứ) và đường bờ biển trong các thời đoạn khác nhau (từ 1952 - 2017 ở VCSVB sông Thạch Hãn và sông Hương, từ 1965 - 2017 ở VCSVB sông Mã) bằng phân tích bản đồ, các tư liệu viễn thám và GIS. - Đã làm sáng tỏ đặc điểm biến động địa hình hiện đại của 3 VCSVB Bắc Trung Bộ, trong đó VCSVB sông Mã với quá trình bồi tụ diễn ra mạnh mẽ, xu hướng địa hình lấn biển; VCSVB sông Thạch Hãn và sông Hương với quá trình xói lở chiếm ưu thế, xu hướng biến lấn vào đất liền. 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 8.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung, hoàn thiện phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu biến động địa hình cũng như các quá trình địa mạo động lực các VCSVB. Đồng thời, những kết quả nghiên cứu của luận án còn cung cấp đầy đủ, chi tiết về các yếu tố, lịch sử hình thành, phát triển và xu thế biến động địa hình ở các VCSVB Bắc Trung Bộ. 8.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả khoa học của luận án sẽ góp phần nâng cao năng lực tổ chức quản lý lãnh thổ cho các địa phương về quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên lãnh thổ và bảo vệ môi trường ở các VCSVB. Đồng thời, kết quả khoa học của luận án cung cấp cơ sở khoa học cho công cuộc quai đê lấn biển phát triển lâm, ngư nghiệp; xây dựng các công trình giao thông, cảng biển, thương mại và du lịch; xây dựng các giải 6 pháp phòng, chống xói lở, bồi tụ ở VCSVB, giảm thiếu thiệt hại và bảo vệ môi trường trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng. 9. Cơ sở tài liệu của luận án Cơ sở tài liệu sử dụng để thực hiện luận án bao gồm chủ yếu là các tài liệu, số liệu của chính NCS đã thu thập, phân tích và xử lý trong những năm qua. Các tài liệu, số liệu bao gồm (Hình 0.2): a b c Hình 0.2. Sơ đồ tài liệu thực tế ở khu vực nghiên cứu (a: VSCVB sông Mã; b: VCSVB sông Thạch Hãn; c: VCSVB sông Hương) - Các kết quả phân tích, xử lý ảnh viễn thám phân giải cao: Landsat-8, SPOT-5, Sentinel, Planet và các thế hệ ảnh máy bay: Xác lập các bề mặt đồng nguồn gốc, khoanh định ranh giới, địa chất thạch học, đặc điểm hình thái địa hình, cấu trúc tân kiến tạo, các quá trình địa mạo động lực hiện đại (xói lở, bồi tụ). - Các kết quả nghiên cứu khảo sát thực địa của NCS trong những năm 2015 2017: xác lập các đặc điểm nguồn gốc hình thái địa hình, xây dựng các mặt cắt địa mạo, xác lập các quá trình địa mạo động lực hiện đại ở các VCSVB sông Mã, Thạch Hãn và sông Hương. 7 - Các số liệu, tài liệu phân tích, xử lý khi tham gia các đề tài khoa học cấp Bộ và cấp Nhà nước như: + Nghiên cứu biến động cửa sông và môi trường trầm tích Holocen - hiện đại vùng ven bờ châu thổ sông Cửu Long, phục vụ phát triển bền vững kinh tế xã hội. (Đề tài cấp Nhà nước, KC-09.06/06-10). + Nghiên cứu biến động các vùng cửa sông ven biển Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ từ thông tin viễn thám phân giải cao và GIS, phục vụ chiến lược phát triển kinh tế biển và bảo vệ tài nguyên - môi trường (Đề tài cấp Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam, 2011 - 2012). + Nghiên cứu môi trường trầm tích Holocen vùng đồng bằng ven biển Thanh Hóa làm cơ sở dự báo tai biến thiên nhiên và xây dựng giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại. (Đề tài cấp Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam, 2017 - 2018). - Các tài liệu thu thập và phân tích tổng hợp từ các nguồn khác nhau trước đây có liên quan đến đề tài luận án: + Ứng dụng thông tin viễn thám và công nghệ GIS nghiên cứu biến động các vùng cửa sông ven biển Bắc Trung Bộ, phục vụ phát triển kinh tế-xã hội bền vững (Đề tài cấp Cở sở Viện Địa chất, 2009) + Ứng dụng thông tin viễn thám trong nghiên cứu biến động môi trường tự nhiên vùng cửa sông Mã, tỉnh Thanh Hóa và những vấn đề khai thác trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng. (Đề tài cấp cở sở Viện Địa chất, 2013). + Ứng dụng công nghệ viễn thám thành lập bản đồ địa mạo vùng cửa sông ven biển sông Hương. (Đề tài cấp cở sở Viện Địa chất, 2017). Ngoài ra, NCS còn sử dụng kế thừa các tài liệu đã công bố của tác giả và đồng nghiệp trên các tạp chí, sách chuyên khảo, hội thảo khoa học trong nước và quốc tế đến năm 2017. 10. Cấu trúc luận án Luận án được trình bày trong 132 trang, 21 bảng, 48 hình và ảnh minh họa và 100 tài liệu tham khảo. Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, nội dung của luận án được trình bày trong 4 chương: 8 Chương 1. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu biến động địa hình vùng cửa sông ven biển; Chương 2. Đặc điểm và vai trò các yếu tố tác động đến biến động địa hình vùng cửa sông ven biển Bắc Trung Bộ; Chương 3. Đặc điểm địa mạo các VCSVB Bắc Trung Bộ; Chương 4. Đánh giá biến động địa hình và vấn đề sử dụng hợp lý tài nguyên lãnh thổ các VCSVB Bắc Trung Bộ. Luận án được thực hiện tại Học viện KH&CN thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Văn Hùng và TS. Phạm Quang Sơn. Trước hết, NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Phạm Văn Hùng và TS. Phạm Quang Sơn - những người Thầy đã dành cho NCS sự quan tâm, hướng dẫn tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Trong quá trình thực hiện luận án, NCS đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình, có hiệu quả của Ban Lãnh đạo Học viện KH&CN, Viện Địa chất. Ngoài ra, NCS còn nhận được những lời góp ý quý báu của các nhà khoa học, các đồng nghiệp ở trong và ngoài Học viện, lời động viên của gia đình và bạn bè. NCS xin chân thành cám ơn. 9 CHƯƠNG 1. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐỊA HÌNH VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN 1.1. Những vấn đề chung 1.1.1. Khái niệm về cửa sông Cửa sông (river mouth) là nơi con sông đổ vào biển, vào hồ (hồ chứa) hoặc vào một con sông lớn hơn [2], [3], [4], [5]. Trong công trình này, NCS tập trung nghiên cứu nơi cửa sông vào biển. Theo các chuyên môn nghiên cứu mà có nhiều cách hiểu về khái niệm cửa sông. Có thể hiểu theo nghĩa rộng thì cửa sông là khu vực có sự tương tác, tranh chấp giữa nước mặn của biển và nước ngọt của lục địa, nói cách khác là nơi sông đổ nước ra biển. Bên cạnh đó một số khái niệm về cửa sông được hiểu theo một số định nghĩa dưới đây: - Theo Cameron và Prichard (1963): Cửa sông là vùng nước nửa kín duyên hải có quan hệ tự do với biển và chịu ảnh hưởng của chuyển động thuỷ triều, nước biển được pha loãng bởi nước ngọt từ trong nội địa ra [3]. - Theo Fairbridge (1980): Một cửa sông là một nhánh của biển đi vào một dòng sông đến nơi mà mực nước cao nhất của thủy triều vươn tới, thường được chia thành 3 phần khác nhau: a) phần biển hay phần cửa sông thấp, nối liền với biển khơi; b) phần cửa sông trung, nơi diễn ra sự pha trộn chính của nước biển và nước ngọt; và c) phần cửa sông cao, chi phối bởi nước ngọt nhưng còn tác động của thủy triều. Giới hạn giữa 3 phần này không cố định và biến động theo lượng nước ngọt đổ ra từ sông [6]. - Theo Dalrymple (1992): thì định nghĩa cửa sông là phần tiếp giáp với biển của lòng sông bị ngập nước chứa đựng phù sa từ trong sông ra, bùn cát ven biển dưới tác động của thuỷ triều, sóng và các quá trình sông. Cửa sông được xem như phần đất kéo dài từ đất liền nơi không còn ảnh hưởng của thuỷ triều, về phía biển nơi không còn ảnh hưởng của sông [7]. - Theo Dyer (1996) có định nghĩa cửa sông là phần nước duyên hải bán kín có sự trao đổi nước với biển mở, được kéo dài vào sâu trong sông đến giới hạn ảnh hưởng triều trong đó nước biển được pha loãng bởi nước sông [8]. Như vậy “Cửa sông là nơi dòng sông đổ ra biển, được đặc trưng bởi quá trình chuyển hoá dần từ chế độ thuỷ văn lục địa sang chế độ thuỷ văn biển; ở đây xảy ra các biến động rất lớn về tính chất lý - hoá của các khối nước, các đặc trưng sinh học cũng như quá trình phát triển lục địa và hình thành châu thổ” [9]. Vì cửa 10 sông là nơi xảy ra tranh chấp giữa nước biển và nước sông, đó là sự thay đổi từ chế độ thuỷ văn sông trong sự tiếp nhận chế độ thuỷ văn biển, nên giới hạn cửa sông thường được xác định bởi các dấu hiệu đặc điểm như sau: - Giới hạn phía trong cửa sông: ở vị trí đáy trục lòng dẫn sông đạt độ sâu lớn nhất, nơi bề mặt mực nước sông đạt tới tốc độ nhỏ nhất, ranh giới cuối cùng của vùng không bị nhiễm mặn. - Giới hạn phía ngoài cửa sông: ở ranh giới ngoài của các bar đảo cửa sông, nơi dòng chảy, dòng bồi tích sông bị tắt dần. Hiện nay, có rất nhiều quan điểm nhằm phân định ranh giới vùng cửa sông, song hầu hết đều thống nhất dựa vào 3 dấu hiệu cơ bản như: điều kiện thuỷ văn, điều kiện thuỷ hoá và hình thái cửa sông. Các nhà nghiên cứu hóa học và sinh học thì giới hạn vùng cửa sông là: giới hạn trong sông ở nơi nước lợ có độ mặn từ 0,5 ‰ đến giới hạn ngoài khơi là nơi nước lợ biến đổi hoàn toàn thành nước biển có độ mặn từ 3034 ‰. Bên cạnh đó các nhà nghiên cứu thủy văn thì đưa ra ranh giới trong sông là nơi lòng dẫn chính bắt đầu phân nhánh, hoặc là nơi có ảnh hưởng của hiện tượng thuỷ triều (hay nước dâng) trong mùa kiệt. Ranh giới ngoài phía biển là nơi có chế độ thuỷ hoá biến tính mạnh nhất trong mùa lũ (thường là lấy độ mặn vùng nước pha trộn làm chỉ tiêu đặc trưng). Theo Baidin vùng cửa sông gồm 3 phần là: đoạn gần cửa sông (A), đoạn cửa sông (B) và vùng biển nông trước cửa sông (C) (Hình 1.1). Hình 1.1. Cấu tạo vùng cửa sông [10] Do đó, trên cơ sở phân vùng cửa sông của Baidin thì VCSVB sông Mã là phần lục địa từ biển vào đất liền khoảng 20 - 22km, sông Thạch Hãn khoảng 20km, sông Hương khoảng 15km (từ nơi sông chính bắt đầu phân nhánh tới bãi triều thấp khi mức triều kiệt). Như vây, phạm vi phân bố chung về mặt không gian của các 11 VCSVB Bắc Trung Bộ mà NCS tập trung nghiên cứu là phần đất liền từ bãi triều vào trong lục địa, khoảng 15 - 20km, gồm các đoạn A và B (Hình 1.1). 1.1.2. Phân loại cửa sông ở khu vực nghiên cứu Vùng cửa sông ven biển là nơi thường xuyên diễn ra tương tác rất phức tạp của sông và biển; của nhóm yếu tố nội sinh, ngoại sinh và hoạt động kinh tế của con người. Do đó, việc phân loại cửa sông theo các tiêu chí phù hợp với mục đích nghiên cứu có một ý nghĩa quan trọng trong việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu phù hợp, đạt kết quả tốt. Hiện nay, có nhiều nguyên tắc phân loại cửa sông theo các quan điểm nghiên cứu khác nhau. Tuy nhiên cách phân loại cửa sông cũng rất khác nhau tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu và các chỉ tiêu sử dụng trong phân loại. Hiện nay, các công trình trên thế giới đã trình bày một số cách phân loại cửa sông theo các tiêu chí khác nhau. Trong đó, phải kể đến một số công trình khoa học đã đề cập đến phân loại cửa sông ven biển theo các tiêu chí sau đây [3], [5], [9], [11], [12]: - Dựa vào các dấu hiệu địa mạo cơ bản các cửa sông được phân thành 3 nhóm: (1) cửa sông châu thổ (delta), (2) cửa sông hình phễu (estuary), (3) cửa sông dạng phẳng (liman); - Dựa vào hình dạng cửa sông và đường bờ biển, chia thành 3 loại: (1) cửa sông dạng thẳng và dạng phễu, (2) cửa sông dạng kín và dạng hở, (3) cửa sông dạng lõm, lồi và phẳng. - Dựa vào dấu hiệu hoạt động kiến tạo khu vực, chia ra: (1) vùng cửa sông có hoạt động kiến tạo mạnh (sụt lún, nâng - hạ, tách giãn, v.v), (2) vùng cửa sông ít hoạt động kiến tạo hoặc ổn định. - Dựa vào đặc điểm tác động của chế độ thuỷ- hải văn chia ra 2 nhóm: (1) cửa sông ven biển hở (hay đại dương), (2) cửa sông ven biển kín (hay biển nội địa). - Dựa vào chế độ bùn cát chia ra các loại: cửa sông có nhiều bùn cát  > 0,2 kg/m3 thuộc loại cửa sông delta và cửa sông có ít hoặc rất ít bùn cát  < 0,16 kg/m3 thuộc loại cửa sông estuary, cửa sông có bùn cát 0,16≤  ≤ 0,2 kg/m3 thuộc loại cửa sông quá độ. Như vậy, theo các khía cạnh, chuyên ngành và mục tiêu khác nhau, các công trình đã đưa ra các cách phân loại VCSVB khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết các cách phân loại nêu trên đều xét tới tổng thể các yếu tố động lực nội sinh và ngoại sinh một cách trực tiếp hay gián tiếp tới hình thành địa hình các VCSVB. Khu vực Bắc Trung Bộ có đường bờ biển dài 642km, trải dài từ vĩ độ 16 o18’ VĐB đến 20o VĐB thuộc địa bàn các tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị và Thừa Thiên Huế. Khu vực này có tới 23 cửa sông đổ ra biển (Bảng 1.1), trong đó