Biến động trầm tích và diễn biến hình thái khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng, Quảng Trị

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 427 _______ Biến động trầm tích và diễn biến hình thái khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng, Quảng Trị Nguyễn Thọ Sáo*, Nguyễn Minh Huấn, Ngô Chí Tuấn, Đặng Đình Khá Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 11 tháng 8 năm 2010 Tóm tắt. Thủy thạch động lực là bài toán phức tạp, đòi hỏi nhiều nguồn số liệu, trong đó có các tham số trầm tích, bài này phân tích biến động trầm tích lơ lửng, trầm tích đáy và diễn biến hình thái khu vực cửa sông Bến Hải và vùng ven bờ Cửa Tùng trên cơ sở số liệu 2 đợt khảo sát do khoa KT-TV-HDH thực hiện 8/2009 và 4/2010 và thu thập của Công ty Tư vấn GTVT (TEDI) năm 2000. Kết quả phân tích sẽ đóng góp các nhận định cơ bản về biến động trầm tích trong khu vực nghiên cứu, đồng thời làm số liệu đầu vào cho các mô hình toán. Đã đề xuất chọn đường kính hạt trung vị cho khu vực là d50 = 0.27mm và độ chọn lọc cát là 1.4, vận tốc chìm lắng bằng 2cm/s. Từ khóa: trầm tích lơ lửng, trầm tích đáy, đường kính hạt trung vị, độ chọn lọc, vận tốc chìm lắng. 1. Mở đầu∗ Trong bài toán nghiên cứu thủy thạch động lực, các tham số của trầm tích và biến động của nó có tầm quan trọng đặc biệt. Các tham số này và sự biến động của chúng theo không gian và thời gian không chỉ cho ta cách nhìn nhận về các diễn biến hình thái có thể xảy ra tại khu vực nghiên cứu, mà còn cung cấp thông tin quan trọng làm đầu vào cho mô hình toán, phục vụ thực hiện các dự án. Cửa sông và vùng ven bờ Cửa Tùng (H.1) là khu vực đặc biệt, nằm trên nền đất bazan, nơi đây chịu tác động của các yếu tố khí tượng và thủy văn sông Bến Hải và biển Đông. Từ khi các mục tiêu phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Trị được thực thi, Cửa Tùng trở nên một khu vực có tầm quan trọng trong ngành du lịch và hải sản của tỉnh. Sự ra đời của cụm công trình: cầu Tùng Luật, khu neo đậu tàu và hậu cần nghề cá (cảng cá), kè chắn cát đã tác động mạnh đến bức tranh thủy thạch động lực khu vực. Sau khi cụm công trình này đi vào hoạt động, một lượng cát lớn bị giữ lại ở phía nam kè, cùng lúc bãi tắm Cửa Tùng ngày càng xói lở mạnh. Các tác động công trình này sẽ được đánh giá trong một nghiên cứu khác, trong bài này nhóm tác giả tập trung vào việc phân tích biến động trầm tích dựa trên số liệu thu thập và các đợt khảo sát được thực hiện bởi khoa KT- TV-HDH, trường Đại học KHTN và các cơ quan khác. ∗ Tác giả liên hệ. ĐT: 84-4-38584943. E-mail: saont@vnu edu vn N.T. Sáo và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 428 2. Nguồn số liệu Phương pháp đo đạc, lấy mẫu, phân tích được thực hiện bằng các máy móc hiện đại, quy trình quy phạm Việt Nam đã ban hành, do đó đạt độ tin cậy. 2.1. Khảo sát địa hình và địa chất công trình của TEDI (2000): - Bản đồ địa hình 1/2000 với 240ha dưới nước, 70ha trên cạn - 17 lỗ khoan khu vực đê chắn cát, neo đậu tàu và luồng - 5 mặt cắt địa tầng. Các khảo sát này chỉ tập trung vào khu vực cửa sông Bến Hải [1, 2]. 2.2. Hai đợt khảo sát (đợt 1 từ 12-18/8/2009, đợt 2 từ 21-28/4/2010) của Trường ĐH KHTN: - Đo đạc địa hình đáy biển (H.2) - Đo địa hình trên bờ và đáy sông (H.2) - Lấy mẫu bùn cát đáy (H.3) - Lấy mẫu trầm tích lơ lửng tại 3 tầng sâu 0.2h, 0.6h, 0.8h tại biên phía bắc, phía nam, trên sông. H.1. Khu vực nghiên cứu. N.T. Sáo và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 429 H.2. Sơ đồ khảo sát địa hình. H.3. Vị trí lấy mẫu đáy. N.T. Sáo và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 430 Các khảo sát này đầy đủ hơn, phạm vi bao gồm: sông Bến Hải từ cầu Hiền Lương ra tận cửa sông, dải ven biển kéo dài về hai phía cửa sông mỗi bên 5-6 km, bề rộng tính ra phía biển khoảng 2 km, đến độ sâu khoảng 10-15m, bao trùm khu vực sóng đổ. Trên tuyến biên phía bắc (D1-B1) và tuyến biên phía nam (D2-B2), lấy mẫu lơ lửng tại các vị trí cách bờ 20, 500, 1000 và 2000m. 3. Biến động trầm tích Xét toàn diện bức tranh trầm tích sẽ rất khó khăn, đặc biệt khi thực hiện các dự án xây dựng công trình ven bờ. Nếu không xét đầy đủ các nguồn trầm tích, các đánh giá có thể sai lệch (H.4). Tuy nhiên, các khó khăn về mọi mặt không bao giờ cho phép đánh giá định lượng đầy đủ các nguồn trầm tích, thậm chí tại các nước có đủ điều kiện như Mỹ, Nhật, Hà Lan.. Vì vậy các nhà khoa học thường tập trung vào các nguồn nổi trội nhất mang tính địa phương của khu vực nghiên cứu để thực hiện các đánh giá của mình H.4. Các nguồn trầm tích cần xét đến khi đánh giá cơ chế vận chuyển. H.5. Trích lục biểu đo trầm tích lơ lửng. N.T. Sáo và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 431 3.1. Trầm tích lơ lửng Trong báo cáo của TEDI không có số liệu đo đạc và phân tích trầm tích lơ lửng. Trầm tích lơ lửng cũng không thuộc diện quan trắc của trạm Hiền Lương trong hệ thống trạm do Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia quản lý. Các kết quả từ 2 đợt đo đạc cho thấy nồng độ trầm tích lơ lửng trong sông dao động trong khoảng 20-30mg/l, vùng ven biển khoảng 30-50mg/l, cho thấy ảnh hưởng của tác động sóng trong vùng bờ. Điều này phù hợp với các nghiên cứu về trầm tích, theo đó nồng độ lơ lửng do tác động sóng thường lớn hơn do tác động của dòng chảy. Tuy nhiên, đại lượng này vẫn khá nhỏ so với một số vùng cửa sông ven biển trên thế giới, từ 40-100mg/l. Do vậy trong các tính toán thủy động lực, nếu bỏ qua yếu tố này, kết quả tính toán sẽ không sai khác đáng kể so với trường hợp có xét đến nó. Hình dưới đây trích dẫn một số kết quả đo trầm tích lơ lửng trên tuyến khảo sát B1-d1 3.2. Trầm tích đáy Chúng ta sẽ sử dụng thang phân loại trầm tích dưới đây [3]: H.6. Thang phân loại trầm tích Welnworth [3]. H.7. Phía bắc bãi tắm Cửa Tùng là cát trắng mịn, phía nam bãi là cát vàng thô hơn. N.T. Sáo và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 432 Với khảo sát của TEDI, chỉ sử dụng trầm tích mặt của 18 lỗ khoan trong phân tích này. Các lỗ khoan chỉ tập trung vào khu vực nhỏ, chủ yếu phục vụ cho việc thiết kế các công trình: cầu, cảng, kè. Nếu chỉ lấy trầm tích tầng mặt của các lỗ khoan có thể thấy đường kính trung vị trung bình của hạt là d50 = 0.32mm, độ chọn lọc σ = 1.8-2.2. Trong khảo sát đợt 1 của ĐH KHTN (8/2009) với 39 mẫu, d50 = 0.16mm, σ = 1.2-2, cá biệt có vị trí đạt đến 5. Khảo sát đợt 2 với 30 mẫu cho thấy d50 = 0.1mm, σ = 1.1-2.3, cá biệt có vị trí đạt đến 3. Như vậy trong khu vực này trầm tích thuộc loại cát bở rời, không kết dính và nên được xếp vào loại nhiều cấp (multi-fraction) thay vì nhiều lớp (multi-layer). Với các đặc trưng trên, vận tốc chìm lắng của hạt (trong nước tĩnh, nhiệt độ nước 25- 30oC) khoảng 2cm/s. Lưu ý rằng các giá trị d50 và σ là trung bình của toàn bộ số mẫu, phân bố của chúng diễn biến phức tạp hơn theo không gian và thời gian (H.9a, b, c). Bằng cách thô thiển, thấy rằng đường kính hạt trung vị theo trung bình số mẫu có vẻ thô hơn trong thời gian trước đây và mịn hơn gần đây, cho thấy có sự xáo trộn của chế độ thủy động lực, vốn là động lực chính tác động lên phân bố trầm tích theo nguyên nhân ngoại sinh. Đường kính hạt chuyển từ thô (d50 = 0.35mm) ở ven bờ sang mịn dần (d50 = 0.08mm) khi hướng ra biển, hợp với quy luật chung của các bãi biển chịu tác động chủ yếu của sóng. Trầm tích phía bắc cửa sông hầu hết là cát vàng hơi thô, còn phía nam cửa sông, đặc biệt phía dưới kè chắn sóng là cát trắng mịn hơn. Mặt khác, chỉ tại bãi tắm Cửa Tùng, thấy rằng phần phía bắc bãi có cát trắng mịn mang nguồn gốc cát từ phía nam, phần phía nam bãi có cát vàng thô hơn mang nguồn gốc từ phía bắc bãi (H. 7). Từ đó có thể nhận định rằng phân bố trầm tích do dòng chảy sóng là kết quả của cơ chế đề xuất dưới đây: H.8. Cơ chế đề xuất cho vận chuyển trầm tích tại bãi tắm Cửa Tùng. N.T. Sáo và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 433 Qua kết quả phân tích thấy rằng có thể lấy d50 = 0.27mm và σ = 1.4 là thích hợp đối với vùng này. Cũng thấy rằng nếu cơ chế trên là phù hợp, thì rõ ràng nguồn cát trắng mịn từ phía nam đi lên phía bắc do tác động của dòng chảy sóng đã bị chặn lại một phần do tác động của kè chắn sóng, phần còn lại đi lên phía bắc ít cơ hội tiếp xúc trực tiếp với bãi tắm Cửa Tùng do sự hiện diện của kè này. 4. Biến động hình thái a) Diễn biến đường bờ có thể nhận thấy trên H.9, các bản đồ của Hải quân với tỷ lệ 1: 100 000 và 1: 200 000 không đủ mô tả chính xác đường bờ, trong khi ảnh hàng không 2004, bản đồ Google và đường bờ từ 2 đợt khảo sát cho thấy sự bồi tụ đáng kể sau kè phía nam và xói lở ở các bãi phía bắc cửa sông Bến Hải. b) Thay đổi mặt cắt ngang diễn ra đáng kể (H.10). Các hình vẽ thiết diện ngang cho thấy xói lở đang hiện diện tại mọi nơi ở bãi tắm Cửa Tùng. Xói lở mạnh xảy ra khoảng 100m từ đường bờ trở ra, sau đó bình diện đáy trở nên ổn định. Các biến động hình thái xảy ra với cường độ mạnh trong những năm gần đây, trùng hợp với việc hệ thống công trình cầu, kè, cảng cá đi vào hoạt động. Tuy nhiên các tác động công trình không được xem xét ở đây. H.9a. Đường kính hạt d50 (TEDI). H.9b. Đường kính hạt d50 (KS đợt1). H.9c. Đường kính hạt d50 (KS đợt 2). N.T. Sáo và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 434 H.10a. Thiết diện phía bắc bãi. H.10b. Thiết diện phía giữa bãi. H.10c. Thiết diện phía nam bãi. 5. Nhận xét và thảo luận Bồi tụ và xói lở bờ biển là hiện tượng xảy ra liên tục và thường xuyên tại vùng biển Việt Nam, với tốc độ ngày càng gia tăng và khu vực Cửa Tùng không là ngoại lệ. Sự phân tích trên đây có thể chưa toàn diện vì chỉ dựa trên nguồn số liệu hạn hẹp, nhưng phần nào cho thấy sự biến động của trầm tích và hình thái bờ biển theo không gian và thời gian trong vùng. Các biến động có thể đạt trạng thái cân bằng trong 10-15 năm tới. Kết quả phân tích có thể làm căn cứ cho đầu vào các mô hình thủy thạch động lực được ứng dụng về sau để lựa chọn giải pháp cải tạo thích hợp bãi tắm Cửa Tùng. Tài liệu tham khảo [1] Báo cáo khảo sát địa hình-thủy văn, Công ty Tư vấn Xây dựng Cảng đường thủy, Hà Nội, 2000. [2] Báo cáo khảo sát địa chất công trình, Công ty Tư vấn Xây dựng Cảng đường thủy, Hà Nội, 2000. [3] Soulsby, Động lực học cát biển - Hướng dẫn các ứng dụng thực hành, Thomas Telford, 199 Variations of sediment and morphology changes in Cua Tung beach and adjacent region, Quang Tri province Nguyen Tho Sao, Nguyen Minh Huan, Ngo Chi Tuan, Dang Dinh Kha Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, Hanoi University of Science, VNU, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam Geohydrodynamics is always a complicated problem, requiring a lot of input data, in which sediment characteristics are the most important. This paper describes these parameters including suspended and bed sediment, morphology change in Ben Hai river mouth and Cua Tung beach. The analysis is based on field surveys implemented by Hydrometeorology and Oceanography Faculty under Hanoi University of Science in 2009 and 2010, added by the survey of TEDI in 2000. The analysis is considered to be useful for assessment of sediment variation in the region of study and may be served as an in put to mathematical models as well. As a results, the mean diameter of sand can be taken as d50 = 0.27mm and the sorting parameter as 1.4, settling velocity as 2cm/s. Keywords: suspended sediment, bed sediment, mean grain size, sorting parameter, settling velocity. N.T. Sáo và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 427‐434 428