BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Phạm Thu Hương NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH CỬA ĐÀ RẰNG, TỈNH PHÚ YÊN Chuyên ngành: Chỉnh trị sông bờ biển Mã số: 62 44 94 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2012 Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Thuỷ lợi Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ PGS.TS Lê Đình Thành Phản biện 1: …………………………………………… …………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………… …………………………………………… Phản biện 3: …………………………………………… …………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại: ………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Vào hồi……… giờ………ngày…… Tháng……năm…… Có thể tìm hiểu luận án thư viện:……………………………… MỞ ĐẦU Các cửa sông ven biển miền Trung phần lớn không ổn định, thường xuyên bị phá xói lở vào mùa mưa, mùa khô lại bị bồi lấp gây hậu nghiêm trọng, làm giảm khả thoát lũ, gây ngập lụt diện rộng, làm hóa đầm phá, gây ách tắc tầu thuyền ngư dân vào cửa sông Xói lở cửa sông gây thiệt hại công trình bến cảng, đê kè nơi người dân, gây thiệt hại lớn để lại hậu lâu dài kinh tế, xã hội môi trường 0.1 Sự cần thiết đề tài nghiên cứu luận án Đà Rằng cửa sông quan trọng tỉnh Phú Yên Từ cuối mùa mưa năm 2006 đến nay, nhiều năm liền lũ lớn nên cửa sông Đà Rằng liên tục bị cát bồi lấp nghiêm trọng, gây khó khăn cho tàu thuyền vào cửa Vì vậy, việc nghiên cứu giải pháp hoàn chỉnh đảm bảo thoát lũ vào mùa mưa khơi thông luồng chống bồi lấp vào mùa khô để chỉnh trị cửa sông bờ biển cửa Đà Rằng vấn đề cần thiết Do đó, đề tài: “Nghiên cứu sở khoa học cho việc đề xuất giải pháp ổn định cửa sông Đà Rằng, tỉnh Phú Yên” chọn làm nội dung luận án Tiến sĩ kỹ thuật nhằm nghiên cứu diễn biến dòng chảy khu vực cửa sông định hướng đề xuất giải pháp ổn định cho cửa Đà Rằng 0.2 Mục tiêu luận án Làm sáng tỏ yếu tố động lực ảnh hưởng đến diễn biến quy luật phát triển vùng cửa sông Đà Rằng, tỉnh Phú Yên Xác định quy luật liên quan đến diễn biến phát triển vùng cửa sông qua phương pháp mô hình toán để mô trình Từ kết nghiên cứu diễn biến cửa sông, xác lập sở khoa học để định hướng giải pháp chỉnh trị (công trình ngăn cát giảm sóng, hướng dòng, ngăn triều, ngăn mặn, nạo vét lòng sông…) nhằm đề xuất giải pháp chỉnh trị ổn định cho cửa Đà Rằng, tỉnh Phú Yên 0.3 Phạm vi nghiên cứu Luận án tập trung chủ yếu vào nội dung nghiên cứu nhân tố ảnh hưởng, quy luật chuyển tải bùn cát, diễn biến cửa sông tổng hợp sở khoa học, thực tiễn đề xuất định hướng giải pháp cho ổn định cho cửa Đà Rằng (cửa sông Ba thuộc tỉnh Phú Yên) giai đoạn từ 2007 đến 2009 vào mùa mưa mùa khô, điều kiện bình thường đặc biệt có bão… 0.4 Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu phần Kết luận kiến nghị, luận án cấu trúc gồm chương sau đây: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu diễn biến cửa sông Chương 2: Phân tích yếu tố động lực ảnh hưởng đến diễn biến cửa Đà Rằng Chương 3: Nghiên cứu sở khoa học xác định quy luật diễn biến cửa Đà Rằng Chương 4: Định hướng đề xuất giải pháp ổn định cửa Đà Rằng 0.5 Những đóng góp luận án Xác định phân tích cách tổng hợp hệ thống yếu tố động lực có tác động thay đổi hình thái khu vực cửa Đà Rằng Kết tính toán cho thấy cửa Đà Rằng chịu ảnh hưởng thuỷ triều, dòng chảy lũ sóng, nguyên nhân gây ngập lụt khu vực cửa sông vào mùa mưa tượng bồi lấp phía cửa dòng triều dòng ven bờ vào mùa khô Ứng dụng mô hình MIKE 21 FM COUPLE để nghiên thành công việc xác định quy luật phát triển cửa Đà Rằng Các kết tính toán nghiên cứu diễn biến vùng cửa Đà Rằng đưa tranh đầy đủ trình diễn biến khu vực cửa Đà Rằng theo không gian thời gian, kể tác động biển có trận bão lớn đổ vào khu vực nghiên cứu Trong trình mô trình mô hình MIKE, tác giả nghiên cứu kết hợp tác động đồng thời yếu tố: dòng chảy sông, sóng, dòng chảy ven bờ, bão cho thời điểm năm Đây trình tính toán phức tạp đòi hỏi độ xác số liệu biên đầu vào, tích hợp số chương trình tính toán để đưa kết hợp lý, phù hợp với tượng kết đo đạc thực tế Luận án định hướng đề xuất giải pháp chỉnh trị nhằm ổn định cửa Đà Rằng hệ thống đập chắn bùn cát đối xứng hai bên cửa sông với chiều dài 0,7 lần khoảng cách từ cửa sông đến biên sóng vỡ kiến nghị giải pháp chỉnh trị tổng thể cho cửa Đà Rằng đặc biệt mùa khô CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN CỬA SÔNG 1.1 Các nghiên cứu diễn biến cửa sông giới 1.1.1 Các hướng nghiên cứu cửa sông Động lực dòng chảy vận chuyển bùn cát lân cận cửa sông thường phức tạp Hầu hết nghiên cứu thể mối quan hệ trạng thái thủy lực với vận chuyển bùn cát Bên cạnh nghiên cứu lý thuyết trạng thái cân ổn định cửa sông loạt nghiên cứu sâu phân loại cửa sông, nguyên nhân chế gây bồi lấp cửa sông 1.1.2 Các phương pháp nghiên cứu diễn biến cửa sông Các phương pháp thường dùng nghiên cứu diễn biến cửa sông gồm: phương pháp khảo sát, điều tra đo đạc thực địa; phương pháp phân tích quy luật thống kê yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến vùng cửa sông; phương pháp mô hình vật lý để nghiên cứu diễn biến xói lở, bồi tụ cửa sông; phương pháp hố cuốc thí nghiệm trường cửa sông; phương pháp mô hình toán; phương pháp giải đoán ảnh viễn thám;… Trong luận án có sử dụng số liệu thực đo năm (20072009), dùng phương pháp thống kê phương pháp mô hình toán ứng dụng mô hình (MIKE) để mô xác định quy luật liên quan đến diễn biến cửa sông như: vận chuyển bùn cát, trình diễn biến đường bờ, diễn biến mực nước, thủy triều sóng biển khu vực khơi vùng cửa sông; phương pháp GIS chập đồ xây dựng đồ độ sâu để đánh giá biến đổi địa hình phương pháp lấy ý kiến chuyên gia để thực nội dung mục tiêu đặt 1.1.3 Các giải pháp nhằm ổn định cửa sông Trên giới, có nhiều nước có khoa học kỹ thuật biển tiên tiến áp dụng nhiều giải pháp chỉnh trị ổn định cửa sông như: Mỹ, Nhật, Pháp, Hà Lan, Nga, Trung Quốc, Ý, Nam Phi,… Các nghiên cứu giải pháp khoa học công nghệ công trình phòng chống bồi tụ, xói lở cửa sông, bờ biển giới có nhiều thành công đáng kể, đặc biệt nghiên cứu chuyên sâu hình thái, quy luật diễn biến cửa giải pháp khoa học công nghệ tiên tiến chuyển cát qua cửa, hạn chế bồi tụ cửa xói lở hạ lưu Từ kết nghiên cứu trên, tác giả vận dụng cho việc tính toán, phân tích qui luật diễn biến cho cửa Đà Rằng, tỉnh Phú Yên, từ đề xuất giải pháp chỉnh trị phù hợp cho cửa sông theo điều kiện phát triển kinh tế, xã hội vùng 1.2 Các nghiên cứu giải pháp công trình áp dụng Việt Nam miền Trung 1.2.1 Phân loại cửa sông miền Trung Trên giới, thường nói đến hai loại hình cửa sông loại cửa sông dạng delta (châu thổ) cửa sông dạng estuary (dạng phễu hay loe lõm) Việt Nam nằm vùng nhiệt đới gió mùa, có địa hình phức tạp với mạng lưới sông suối dày đặc nên có hai loại cửa sông này, có thêm số loại cửa sông đặc biệt khác như: cửa sông có lưỡi cát cua, cửa sông lưỡng tính Nhìn chung cách phân loại cửa sông Việt Nam chủ yếu dựa vào hình thái mặt cửa sông yếu tố trội động lực sông, biển 1.2.2 Các nghiên cứu cửa sông Việt Nam miền Trung Cho đến nay, có nhiều kết nghiên cứu mức độ đề tài nghiên cứu cấp, dự án điều tra đánh giá, hay dự án xây dựng công trình điều kiện tự nhiên, quản lý khai thác vùng cửa sông ven biển, nghiên cứu nguyên nhân qui luật thủy, thạch, động lực vùng cửa sông Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu diễn biến, động lực hình thái cửa sông miền Trung luận án Tiến sỹ Nguyễn Bá Quỳ (Đại học Thủy Lợi), Nguyễn Thảo Hương (Viện Địa Lý), Trần Văn Sung (Đại học Xây Dựng), Nghiêm Tiến Lam (2009) Trần Thanh Tùng (2011) (Delft, Hà Lan) Nhìn chung, nghiên cứu thu nhiều kết có giá trị mặt khoa học thực tiễn, góp phần không nhỏ vào việc xây dựng sở khoa học công cụ hỗ trợ cho việc đề xuất phương án chỉnh trị chống bồi lấp, xói lở cửa sông bờ biển 1.2.3 Các giải pháp công trình áp dụng miền Trung Do đặc điểm cửa sông ven biển miền Trung xói lở vào mùa mưa lũ, bồi lấp vào mùa khô, nên giải pháp chủ yếu chống xói lở ngăn chặn bồi lấp Hiện giải pháp để bảo vệ ổn định cửa sông miền Trung chủ yếu chia hai loại: sử dụng giải pháp công trình giải pháp nạo vét lòng dẫn thông luồng 1.3 Các kết nghiên cứu liên quan đến cửa Đà Rằng Cho đến có nhiều đề tài, dự án nghiên cứu tập trung nghiên cứu vấn đề chỉnh trị cửa sông Tuy nhiên, nghiên cứu đề cập dừng lại nghiên cứu diễn biến đường bờ giải pháp chỉnh trị đoạn sông, nghiên cứu diễn biễn giải toán cửa sông dừng lại việc xem xét, đánh giá ảnh hưởng riêng biệt, độc lập yếu tố, yếu tố lại giả định không đổi diễn biến vùng cửa sông Vì vậy, luận án tập trung nghiên cứu, xem xét tương tác yếu tố dòng chảy lũ sông, mưa thượng nguồn đổ sông kết hợp với bão, thủy triều sát với thực tế CHƯƠNG 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 cửa Đà Rằng 2.1.1 Vị trí địa lý Lưu vực sông Ba có tổng diện tích 13.900 km2 nằm trọn lãnh thổ Việt Nam, toạ độ địa lý từ 12o35' đến 14038' vĩ độ bắc từ 108o00' đến 109o55' kinh độ đông thuộc ba tỉnh Gia Lai, Đăk Lăk Phú Yên Sông Ba 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 Gia Lai theo hướng Bắc Nam, bắt đầu chuyển sang hướng Tây Bắc - Đông Nam từ huyện Krông Pa Gia Lai hướng Tây Đông từ địa phận tỉnh Phú Yên, đổ biển Đông cửa Đà Rằng, thành phố Tuy Hòa 2.1.2 Đặc điểm địa hình Địa hình tỉnh Phú Yên phức tạp với phần diện tích đồi núi chiếm khoảng 70% diện tích toàn tỉnh Do vị trí địa lý ảnh hưởng địa hình mà vùng hạ du lưu vực sông Ba thường xuyên chịu tác động yếu tố tự nhiên mưa, lũ, gió, sóng, bão, gây hậu bồi lấp xói lở khu vực cửa sông nghiêm trọng 2.1.3 Đặc điểm khí hậu - Gió: chế độ gió Phú Yên thể hai mùa rõ rệt, mùa mưa thời kỳ thịnh hành ba hướng gió Bắc, Đông Bắc Đông, mùa khô thời kỳ thịnh hành ba hướng Tây, Tây Nam Đông Tốc độ gió trung bình năm dao động khoảng - 2,5 m/s - Mưa: Lượng mưa trung bình nhiều năm Phú Yên biến đổi từ 1300 mm đến 2200 mm Vào mùa lũ, mưa lũ sinh chủ yếu mưa rào, lũ có lượng cường độ lớn, lượng mưa ngày lớn mùa lũ trung bình từ 190 - 300mm Vào mùa cạn, lượng mưa chiếm tỉ lệu từ 1-3% lượng mưa năm, thấp tháng (trung bình [...]... biến cửa Đà Rằng, đặc biệt là các công trình thủy lợi, thủy điện trên lưu vực CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH QUI LUẬT DIỄN BIẾN CỬA ĐÀ RẰNG 3.1 Bài toán nghiên cứu diễn biến cửa Đà Rằng Để nghiên cứu diễn biến cửa Đà Rằng, bài toán đặt ra là phải xác định được tác động của sóng, dòng chảy và dòng triều đến cửa sông vào mưa 10 và mùa khô, từ đó tìm ra qui luật bồi – xói khu vực cửa Đà Rằng... này CHƯƠNG 4 ĐỊNH HƯỚNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH CỬA ĐÀ RẰNG 4.1 Đề xuất các giải pháp phi công trình ổn định cửa sông Các giải pháp phi công trình bao gồm: Thực hiện quản lý tổng hợp vùng cửa sông và ven bờ; Thực hiện quản lý tổng hợp lưu vực sông; 17 Xây dựng năng lực quản lý vùng cửa sông; Tiếp tục đầu tư nghiên cứu quy luật dòng chảy trong sông, dòng ven bờ, dòng triều trong vấn đề vận chuyển... cường các biện pháp quản lý và bảo vệ bề mặt lưu vực nhằm giảm thiểu xói mòn lưu vực Ngoài ra còn có các giải pháp khác như: nuôi bãi, trồng rừng chắn sóng 4.2 Các giải pháp công trình ổn định cửa Đà Rằng 4.2.1 Đề xuất các giải pháp chỉnh trị Giải pháp khoa học công nghệ phù hợp và khả thi cả mặt khoa học, kỹ thuật và kinh tế nhằm ổn định cửa Đà Rằng là xây dựng các đập chắn bùn cát hai phía cửa sông với... kỹ thuật và kinh tế 4.3 Giải pháp tổng thể chỉnh trị cửa Đà Rằng Đối với khu vực cửa sông cho đến thời điểm này, giải pháp khoa học công nghệ phù hợp và khả thi cả mặt khoa học, kỹ thuật và kinh tế là xây dựng các đập chắn bùn cát hai phía cửa sông Đối với cửa Đà Rằng, căn cứ vào lượng bùn cát bồi lấp và yêu cầu về độ sâu luồng phục vụ 22 giao thông thủy mà có thể kết hợp giải pháp đập chắn bùn cát với... lại bùn cát để ổn định độ sâu luồng phía trong và ngoài cửa sông Phương án này phù hợp với mục tiêu đặt ra của bài toán chỉnh trị cửa Đà Rằng Những điểm mới của luận án (đã nêu trong phần mở đầu) Kiến nghị Kết quả nghiên cứu đề tài mới chỉ dừng lại nghiên cứu, phân tích diễn biến cửa sông và ảnh hưởng của công trình chỉnh trị đến diễn biến cửa Đà Rằng và đề xuất giải pháp chỉnh trị tổng hợp, kết hợp... với nạo vét lòng sông để ổn định cửa sông, đặc biệt trong mùa khô để nâng cao hiệu quả ổn định cửa sông 4.4 Kết luận chương 4 Từ các kết quả tính toán cho các phương án đề xuất cho phép lựa chọn PA5: “Hai đập nghiêng góc, chiều dài 378m (0,7L), khoảng cách giữa hai gốc đập là 500m, khoảng cách giữa hai đầu đập là 180 m” KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua các kết quả nghiên cứu, luận án rút ra một số... lực MIKE 11 sông Đà Rằng Bảng 3 1 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Thời gian R2 (Trạm Phú Lâm) Trận lũ XI/1988 (hiệu chỉnh) 0,98 Trận lũ X/1993 (kiểm định) 0,93 Trận lũ IX/2005 (kiểm định) 0,98 Trận lũ XI/2008 (kiểm định) 0,90 3.3.2 Ứng dụng mô hình MIKE 21/3FM COUPLED cho cửa Đà Rằng - Thiết lập mô hình cho vùng cửa sông Đà Rằng: Số liệu địa hình được trích từ bản đồ DEM ETOPO2 cho toàn biển Đông... khoảng cách từ cửa sông đến vùng sóng vỡ đã được đề xuất nhằm làm tăng tốc độ dòng chảy tại cửa ra, đẩy bùn cát hướng ra xa cửa sông giúp khai thông luồng lạch, tàu bè đi lại dễ dàng Kết quả tính toán trong chương 4 khi có và không công trình đã cho thấy hiệu quả của giải pháp chỉnh trị cửa sông Phương án hai đập nghiêng góc (phương án 5) vừa có tác dụng ngăn cát giảm sóng đi vào trong cửa sông, vừa... biến cửa sông Ngoài ra, đề tài cũng chưa đề cập tới tác động của mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu, do đó trong những giai đoạn nghiên cứu tiếp theo cần phải phân tích, đánh giá, cập nhật những thông tin và triển khai nghiên cứu rộng hơn 24 CÁC BÀI BÁO ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH 1 Vũ Thanh Ca, Phạm Thu Hương Phân tích một số đặc trưng động lực ảnh hưởng đến diễn biến hình thái cửa sông Đà. .. với chiều dài là 0,7L cho kết quả chỉnh trị tốt nhất, các vị trí trong và ngoài cửa sông chiều dày bồi xói tương đối đồng đều, dao động trong khoảng từ 2 đến 4m - Lựa chọn giải pháp công trình: Khi có công trình, về cơ bản quá trình bồi lấp và xói lở khu vực cửa sông diễn ra chậm hơn Dòng chảy bị đẩy ra phía ngoài xa cửa sông tương đối đều, hạn chế sự phá hoại các doi cát hai bên cửa sông, đưa bùn cát