Nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế gây bồi lấp tại cửa Lạch Bạng, tỉnh Thanh Hóa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM HỒNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN, CƠ CHẾ GÂY BỒI LẤP TẠI

CỬA LẠCH BẠNG, TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN – 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM HỒNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN, CƠ CHẾ GÂY BỒI LẤP

CỬA LẠCH BẠNG, TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Mã số: 8850101

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Đào Đình Châm

THÁI NGUYÊN – 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện

dưới sự hướng dẫn khoa học của TS.Đào Đình Châm, không sao chép các công trình

nghiên cứu của người khác. Số liệu và kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở

bất kì một công trình khoa học nào khác.

Các thông tin tham khảo sử dụng trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, được trích

dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui định.

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn.

Thái Nguyên, ngày 01tháng 12 năm 2020

Tác giả

Phạm Hồng Cường

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Đào Đình Châm đã tận tình chỉ

bảo, hướng dẫn học viên trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt

nghiệp. Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả cũng nhận được sự trợ giúp to lớn

của của đề tài nghiên cứu cấp Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam (VAST) “Nghiên cứu

xác định cơ chế bồi lấp và đề xuất giải pháp ổn định cửa sông Lạch Bạng, tỉnh Thanh

Hóa phục vụ phát triển kinh tế biển”, xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Thái Sơn -

chủ nhiệm đề tài đã giúp tác giả được tham gia đề tài và tận tình giúp đỡ cũng như hỗ

trợ mọi mặt để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn đến Ban lãnh đạo Viện Viện Địa chất và Địa vật lý

Biển, Viện Địa lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và tới các thầy cô

công tác tại Khoa Quản lý tài nguyên và môi trường – Trường Đại học khoa học- Đại

học Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tác giả học tập và thực hiện luận

văn này.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thành viên của Trung tâm Dữ liệu khoa

học và công nghệ biển- Viện Địa chất & Địa vật lý Biển cùng các thành viên của Phòng

Địa lý Biển và Hải đảo - Viện Địa lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,

các bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã luôn sát cánh, động viên, giúp đỡ tác giả hoàn

thành luận văn này.

Tác giả luận văn

Phạm Hồng Cường

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................................................. I

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU...................................................................................II

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.......................................................................................III

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1

1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................1

1.1. Tầm quan trọng của cửa Lạch Bạng.....................................................................2

1.2. Thực trạng cửa Lạch Bạng những năm gần đây ..................................................2

2. Mục tiêu của luận văn...............................................................................................3

3. Ý nghĩa của luận văn ................................................................................................3

4. Cấu trúc của luận văn ...............................................................................................4

5. Cơ sở về số liệu và tài liệu nghiên cứu.....................................................................4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...........................................5

1.1. Một số khái niệm cơ bản .......................................................................................5

1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu vấn đề bồi lấp vùng cửa sông.......................9

1.2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trên thế giới..................................................9

1.2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................12

1.3. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ......................................................................15

1.3.1. Vị trí địa lý..........................................................................................................15

1.3.2. Điều kiện tự nhiên ..............................................................................................16

1.3.3. Đặc điểm kinh tế - xã hội: ..................................................................................22

1.3.4. Một số vấn đề về môi trường khu vực nghiên cứu.............................................26

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ ...........................................27

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................................27

2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu...........................................................................27

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................27

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................27

2.2. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................29

2.3. Phương pháp luận nghiên cứu.............................................................................30

2.4. Các phương pháp nghiên cứu..............................................................................33

2.4.1. Phương pháp thống kê phân tích hệ thống và kế thừa các tài liệu..........................33

2.4.2. Phương pháp điều tra, khảo sát đo đạc ngoài hiện trường .................................33

2.4.3. Phương pháp bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS)............................37

2.4.3.1. Nguồn tài liệu............................................................................................37

2.4.3.2. Phương pháp thực hiện: ............................................................................41

2.4.4. Phương pháp mô hình số trị thuỷ động ..............................................................45

Mô hình Deft 3D............................................................................................................45

Công thức vận chuyển bùn cát ......................................................................................49

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................54

3.1. Kết quả đo đạc, khảo sát thực địa........................................................................54

3.2. Đánh giá biến động đường bờ bằng phương pháp bản đồ, viễn thám và hệ thông

tin địa lý (GIS)...............................................................................................................55

3.3. Biến động địa hình đáy khu vực cửa Lạch Bạng qua số liệu thực đo.................66

3.3.1. Hiện trạng biến động địa hình đáy khu vực cửa Lạch Bạng ..............................68

3.3.1.1. Hiện trạng luồng cửa sông Lạch Bạng......................................................68

3.3.1.2. Hiện trạng địa hình bãi bồi vùng cửa sông Lạch Bạng.............................71

3.3.2. Diễn biến bồi xói khu vực cửa sông Lạch Bạng trong thời gian từ 5/2019 đến

11/2020 ..........................................................................................................................72

3.4. Đánh giá các quá trình biến động vùng cửa sông Lạch Bạng theo phương pháp

mô hình số trị.................................................................................................................77

3.4.1. Xây dựng địa hình, biên tính, lưới tính ..............................................................77

3.4.2. Điều kiện biên.....................................................................................................77

3.4.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ......................................................................78

3.4.4. Đặc trưng trường sóng khu vực nghiên cứu .......................................................80

3.4.4.1. Đặc trưng trường sóng ngoài khơi khu vực nghiên cứu ...........................80

3.4.4.2. Đặc trưng trường sóng ven bờ khu vực nghiên cứu..................................82

3.4.5. Đặc trưng trường dòng chảy khu vực nghiên cứu..............................................85

3.4.6. Biến động địa hình đáy.......................................................................................89

3.5. Nguyên nhân, cơ chế gây bồi lấp cửa Lạch Bạng ..............................................90

3.5.1. Nguyên nhân nhân sinh ......................................................................................90

3.5.2. Nguyên nhân ngoại sinh .....................................................................................92

3.6. Định hướng giải pháp ban đầu phòng chống bồi lấp và ổn định vùng cửa Lạch

Bạng……………...........................................................................................................94

3.6.1. Giải pháp phi công trình .....................................................................................94

3.6.2. Giải pháp công trình ...........................................................................................94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................97

1. Kết luận.....................................................................................................................97

2. Các kiến nghị............................................................................................................98

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................99

i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VCS Vùng cửa sông

VBCS Ven biển cửa sông

BĐKH Biến động khí hậu

ĐKTN Điều kiện tự nhiên

ĐPN Độ phì nhiêu

KHCN Khoa học công nghệ

KT-XH Kinh tế xã hội

VLXD Vật liệu xây dựng

Cty TNHH Công ty Trách nhiệm hữu hạn

NBD Nước biển dâng

XL-BT Xói lở - Bồi tụ

CSDL Cơ sở dữ liệu

NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration

Cục Khí tượng và Đại dương Hoa kỳ

ii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1: Nhiệt độ trung bình các tháng, năm các trạm (Đơn vị: oC) .........................18

Bảng 1. 2: Phân phối lượng mưa trung bình nhiều năm................................................18

Bảng 1. 3: Tần suất lượng mưa năm (mm)....................................................................18

Bảng 1. 4: Độ ẩm tương đối trung bình tháng, năm (%)...............................................19

Bảng 1. 5 : Tốc độ gió trung bình tháng trong (m/s).....................................................19

Bảng 1. 6 : Mực nước quan trắc tại Hòn Ngư thời kỳ 1961 ÷ 2013..............................20

Bảng 2. 1: Thông số ảnh vệ tinh Landsat, Sentinel và chế độ triều thời điểm chụp.....40

Bảng 3. 1: Biến động bờ biển cửa Lạch Bạng cho từng giai đoạn (1965 - 2019). Error!

Bookmark not defined.

Bảng 3. 2: Biến động bờ biển khu vực Lạch Bạng thời kỳ 1965 - 2019.......................66

Bảng 3. 3: Diện tích bồi (ha) - Lượng bồi xói khu vực ven biển cửa sông cửa Lạch

Bạng giai đoạn từ tháng 05/2019 đến tháng10/2019.....................................................74

Bảng 3. 4: Các tham số sử dụng trong tính toán mô hình .............................................78

Bảng 3. 5: Đánh giá mức độ phù hợp của mô hình bằng chỉ số Nash - Sutcliffe .........79

Bảng 3.6: Tần suất xuất hiện và cấp độ sóng ngoài khơi theo các hướng khu vực cửa

Lạch Bạng (Nguồn NOAA)…………………………………………………………...80

Bảng 3.7: Tần suất xuất hiện và cấp độ sóng ven bờ theo hướng khu vực cửa Lạch

Bạng……………………………………………………………………………….…..81

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1. 1: Hình ảnh khu vực Lạch Bạng trên ảnh Google Map ..................................16

Hình 2. 1: Phạm vi khu vực nghiên cứu........................................................................28

Hình 2. 2: Máy định vị vệ tinh (GPS) Trimble R8s GNSS...........................................35

Hình 2. 3: Máy đo sâu hồi âm Odom Hydrotrac II .......................................................36

Hình 2. 4: Sơ đồ phương pháp đo đạc sóng, dòng chảy................................................37

Hình 2. 5 Bản đồ địa hình vùng nghiên cứu (UTM) năm 1965 (trái) và Ảnh vệ tinh

Landsat 2 MMS, chụp ngày 07/08/1975 (phải).............................................................38

Hình 2. 6 : Ảnh vệ tinh Landsat 5 TM, chụp vùng nghiên cứu ngày 16/06/1989.........39

Hình 2. 7: Ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM, chụp vùng nghiên cứu ngày 11/07/2000 .......39

Hình 2. 8: Ảnh vệ tinh Landsat 5 TM, chụp vùng nghiên cứu ngày 09/07/2010..........39

Hình 2. 9: Ảnh vệ tinh Sentinel 2B, chụp vùng nghiên cứu ngày 01/10/2019 .............39

Hình 2. 10: Đường bờ biển được làm trơn xuất sang dạng vector................................42

Hình 2. 11 : Ảnh vệ tinh Landsat 2 MSS khu vực cửa Lạch Bạng, chụp ngày

07/08/1975 (1a); Xử lý đường bờ (1b); Chuyển đường bờ từ raster sang vector (1c)..43

Hình 2. 12: Ảnh bờ (1b); vệ tinh Landsat 5 TM khu vực cửa Lạch Bạng, chụp ngày

16/06/1989 (1a); Xử lý đường Chuyển đưor (1c). ........................................................43

Hình 2. 13 Ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM vùng cửa Lạch Bạng, chụp ngày 17/09/2000

(1a); Xử lý đường bờ (1b); Chuyển đường bờ từ dạng raster sang vector (1c). ...........44

Hình 2. 14: Ảnh vệ tinh Landsat 5 TM khu vực cửa Lạch Bạng, chụp ngày 09/07/2010

(1a); Xử lý đường bờ (1b); Chuyển đường bờ từ dạng raster sang vector (1c). ...........44

Hình 2. 15: Ảnh vệ tinh Sentinel 2B khu vực cửa Lạch Bạng, chụp ngày 01/10/2019

(1a); Xử lý đường bờ (1b); Chuyển đường bờ từ dạng raster sang vector (1c). ...........44

Hình 2. 16: Sơ đồ mô phỏng các quá trình động lực hình thái .....................................53

Hình 3. 1 : Sơ đồ tuyến đo sâu, đo địa hình trên cạn ở cửa Lạch Bạng, .......................54

Hình 3. 2 : Bản đồ địa hình khu vực cửa Lạch Bạng, tháng 05 và tháng 10/2019........55

Hình 3. 3: Bản đồ biến động đường bờ khu vực cửa Lạch Bạng giai đoạn 1965 - 2019

.......................................................................................................................................57

Hình 3. 4: Bản đồ xói lở - bồi tụ tại khu vực cửa Lạch Bạng giai đoạn 1965 – 1975...58

Hình 3. 5: Bản đồ xói lở - bồi tụ tại khu vực cửa Lạch Bạng giai đoạn 1975 – 1989...59

Hình 3. 6: Bản đồ xói lở - bồi tụ tại khu vực cửa Lạch Bạng giai đoạn 1989 - 2000 ...61

Hình 3. 7: Bản đồ xói lở - bồi tụ tại khu vực cửa Lạch Bạng giai đoạn 2000 – 2010...62

Hình 3. 8: Bản đồ xói lở - bồi tụ tại khu vực cửa Lạch Bạng giai đoạn 2010 - 2019 ...64

Hình 3. 9: Bản đồ xói lở - bồi tụ tại khu vực cửa Lạch Bạng thời kỳ 1965 - 2019.......65

Hình 3. 10: Lòng sông gần cửa Lạch Bạng (trái, 2019) và bãi cát phía Nam (phải, ảnh

Google 03/2020) khi triều rút........................................................................................66

iv

Hình 3. 11: Mô hình số địa hình cửa sông Lạch Bạng tháng 05và 10/2019 .................67

Hình 3. 12: Biến động địa hình khu vực ven biển cửa sông Lạng Bạng giai đoạn từ

tháng 05/2019 đến tháng 10/2019 .................................................................................68

Hình 3. 13: Sơ đồ phân bố 1 số mặt cắt điển hình khu vực cửa Lạch Bạng .................69

Hình 3. 14 Các mặt cắt trên đoạn cửa sông Lạch Bạng ................................................70

Hình 3. 15: Mặt cắt luồng cửa sông Lạch Bạng ............................................................71

Hình 3. 16: Các mặt cắt hai phía bờ sông đoạn cửa Lạch Bạng....................................72

Hình 3. 17: Bản đồ phân vùng tính bồi xói khu vực ven biển cửa sông Lạch Bạng.....73

Hình 3. 18: Biến động cao trình đáy luồng tàu vào cảng Lạch Bạng giai đoạn............76

Hình 3. 19: Lưới tính và địa hình cho mô hình khu vực nghiên cứu ............................77

Hình 3. 20: So sánh, độ cao, chu kỳ, hướng sóng thực đo và tính toán ........................79

Hình 3. 21: So sánh độ cao, chu kỳ và hướng sóng thực đo và tính toán .....................80

Hình 3. 22: Hoa sóng tại khu vực ngoài khơi cửa Lạch Bạng (Nguồn NOAA) ...........81

Hình 3. 23: Tần suất sóng theo cấp độ khu vực ngoài khơi (Nguồn NOAA)...............82

Hình 3. 24: Tần suất sóng theo hướng khu vực ngoài khơi (Nguồn NOAA) ...............82

Hình 3. 25: Hoa sóng khu vực ven bờ cửa Lạch Bạng..................................................83

Hình 3. 26: Tần suất sóng theo hướng khu vực ven bờ.................................................83

Hình 3. 27: Tần suất sóng theo độ cao tại khu vực ven bờ cửa Lạch Bạng ..................84

Hình 3. 28 : Trường sóng khu vực cửa Lạch Bạng mùa Đông .....................................84

Hình 3. 29: Trường sóng khu vực cửa Lạch Bạng mùa hè ...........................................85

Hình 3. 30 :Trường dòng chảy khu vực cửa Lạch Bạng mùa Đông khi triều xuống....85

Hình 3. 31: Trường dòng chảy khu vực cửa Lạch Bạng mùa Đông khi triều lên.........86

Hình 3. 32: Trường dòng chảy khu vực cửa Lạch Bạng mùa hè khi triều xuống.........86

Hình 3. 33: Trường dòng chảy khu vực cửa Lạch Bạng mùa hè khi triều lên ..............87

Hình 3. 34: Vận tốc, hướng dòng chảy, mực nước thực đo và tính toán ......................88

Hình 3. 35: Vận tốc, hướng dòng chảy, mực nước thực đo và tính toán ......................89

Hình 3. 36: Kết quả biến động địa hình đáy từ tháng 5 đến tháng 10 năm 2019 tại khu

vực cửa Lạch Bạng ........................................................................................................90

Hình 3. 37: Cửa Lạch Bạng năm 1965 (trái) và năm 2019 (phải).................................91

Hình 3. 38: Vỏ sò, ốc chất đống rồi xả trôi xuống lòng sông........................................92

Hình 3. 39: Hiện tượng cơi nới lấn bờ sông Lạch Bạng ...............................................92

Hình 3. 40: Các dòng trầm tích ở cửa Lạch Bạng .........................................................92

Hình 3. 41: Hình ảnh đê hướng dòng cửa Lạch Giang, Ninh Cơ Nam Định................95

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3200 km với khoảng 130 cửa sông lớn nhỏ

trải từ Bắc vào Nam. Khu vực dải ven biển còn có nhiều cơ sở kinh tế, văn hóa quan

trọng đồng thời cũng là nơi dân cư sinh sống tập trung với mật độ dân số cao nhất toàn

quốc.

Hàng năm, các dòng sông đổ vào dải ven bờ Việt Nam khoảng 880 tỷ m3 nước và

200-250 triệu tấn bùn cát, tạo nên các vùng châu thổ sông Hồng rộng 17 nghìn km2 và

Mê Kông rộng 39 nghìn km2

, các dải tích tụ chiếm phần lớn chiều dài bờ của cả nước.

Ở cả hai châu thổ lớn, tốc độ bồi lấn ra biển trong khoảng 10m-100m năm, trung bình

30m-50m/năm, cực đại 120m/năm ở châu thổ sông Hồng và 150m/năm ở châu thổ Mê

Kông. Trong thế kỷ qua, châu thổ sông Hồng bồi lấn ra biển mỗi năm trung bình 360

ha. Quá trình bồi tụ xảy ra mạnh nhất ở khu vực Kim Sơn nằm ở rìa nam châu thổ, tốc

độ bồi lấn trung bình 60m-100m/năm, cực đại 120m/năm (Thanh, T.D. 1995).

Theo kết quả nghiên cứu của các đề tài KHCN trong khoảng thời gian 1965-1995,

vùng cửa sông ven biển Việt Nam bồi tụ 1411 ha/năm, trong đó, 316 ha/năm ở ven bờ

châu thổ sông Hồng và 794 ha/năm ở châu thổ Mê Kông (L.P. Trình và Nnk, 2000). Đối

với một đất nước hơn 68% diện tích lãnh thổ là đồi núi thì diện tích đất được mở mang

do bồi tụ ở ven biển hàng năm là một tài nguyên quí gía.

Tuy nhiên, các bồi tụ bất thường, ngoài mong muốn gần đây gia tăng đáng kể và

gây nhiều thiệt hại trực tiếp và gián tiếp, không chỉ về kinh tế mà còn về môi trường

sinh thái, ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững. Đối với ngành giao thông, sa bồi luồng

bến đã trở thành hiện tượng phổ biến (N.C. Hồi và Nnk, 1996). Bồi lấp cửa sông làm

giảm khả năng thoát lũ, làm ngập lụt trên diện rộng, ngọt hoá các đầm phá, vũng vịnh,...

Hàng năm nhà nước phải chi một lượng kinh phí rất lớn để khắc phục, phòng chống và

cứu hộ cũng như việc duy tu nạo vét luồng tàu vào cảng ven biển, xây dựng kè chống

bồi lấp cửa sông, giảm thiểu tai biến bồi tụ - xói lở bờ biển.

Thanh Hóa là tỉnh thuộc Bắc Trung Bộ có đường bờ biển dài hơn 100km với 5 cửa

lạch (sông). Các cửa lạch này mang đặc điểm chung của cửa sông ven biển Trung Bộ

đó là quá trình bồi tụ có tính chất lấp đầy bồn tích tụ sau các doi cát chắn cửa, tốc độ lấn

thường nhỏ hơn chỉ 2-5m/năm, hiếm khi đạt 10m/năm (L.P. Trình và Nnk, 2000). Tuy

nhiên không phải vì tốc độ bồi lấn nhỏ mà không xảy ra hiện tượng sa bồi.

Trong 5 cửa lạch trên toàn tỉnh thì cửa Lạch Bạng thuộc huyện Tĩnh Gia, trong

những năm gần đây bị bồi lấp rất nghiêm trọng kéo theo tình trạng ô nhiễm, có thể nói

đây là vấn đề môi trường nổi cộm đối với chính quyền và người dân sống trên địa bàn.