Cơ chế xói lở bãi biển Đồi Dương, Tp. Phan Thiết và đề xuất giải pháp phòng chống

Cơ chế xói lở bãi biển Đồi Dương, Tp. Phan Thiết và đề xuất giải pháp phòng chống

Huỳnh Trung Tín ¹⁾, Yoshiaki Nishikawa ²⁾, Nguyễn Thành Luân³⁾, Bùi Trọng Vinh ¹⁾

¹⁾ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí, trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM

²⁾ Công ty Kankyo-Kogaku, Osaka, Nhật Bản

²⁾ Phòng Thí Nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển

Tóm tắt: Với đường bờ biển dài 192 km, tỉnh Bình Thuận có một tiềm năng rất lớn từ du lịch biển và đánh bắt hải sản. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ trở lại đây, do tác động của biến đổi khí hậu cũng như các hoạt động phát triển kinh tế không hợp lý của người dân đã làm cho xói lở bờ biển ngày càng nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến đời sống kinh tế của người dân tại khu vực. Trong nội dung bài báo này, các tác giả đã phân tích ảnh viễn thám, khảo sát thực địa kết hợp với các kết quả nghiên cứu trước đây để tìm ra cơ chế xói lở bờ biển Đồi Dương. Mô hình MIKE 21 được áp dụng để đánh giá tác động của sóng gió, thủy triều tới quá trình xói lở bờ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, xói lở mạnh chủ yếu do hoạt động của sóng kết hợp với gió, xảy ra vào thời kỳ hoạt động của 2 mùa gió tại khu vực. Dựa vào vào lợi ích du lịch và các kết quả nghiên cứu, tác giả đề xuất giải pháp nuôi bãi nhân tạo kết hợp với công nghệ bảo vệ bờ tiên tiến của Nhật Bản cho công tác bảo vệ đường bờ ở khu vực này.

TỪ KHÓA:  Xói lở bờ, cơ chế xói lở bờ, sóng, thủy triều, Mike 21, nuôi bãi nhân tạo, Esta Rock, Phan Thiết.

Mechanism of coastal erosion at Doi Duong Beach – Phan Thiet city and proposing the prevention methods

Huynh Trung Tin ¹⁾, Yoshiaki Nishikawa ²⁾, Nguyen Thanh Luan³⁾,  Bui Trong Vinh ¹⁾

¹⁾ Faculty of Geology & Petroleum Engineering – Ho Chi Minh city University of Technology

²⁾ Kankyo-Kogaku Co., Ltd, Osaka, Japan

²⁾ Key Laboratory of River and Coastal Engineering

Abstract: Coastal erosion is a natural phenomenon occurs along to Vietnamese coastline as well as other countries around the world, where the coastal process is occurring. However, climate change and human activities cause this problem more seriously. In this paper, the authors used remote sensing methods combined with field survey, and previous studies to investigate erosion mechanism of Doi Duong beach, Phan Thiet city. MIKE 21 software was also applied to assess the impact of wind, wave, and tides on process of coastal erosion. The results showed that, potential erosion mainly caused by waves and wind which occur in the period of 2 monsoons. Based on the studied results and the tourism use, authors have proposed method of beach nourishment for coastline protection in this area.

Keywords: Coastal erosion, mechanism erosion, wave, tide, MIKE 21, nourishment, Esta Rock, Phan Thiet.

1. Giới thiệu

Với đường bờ biển dài 192km, tỉnh Bình Thuận có một tiềm năng rất lớn từ du lịch biển và đánh bắt hải sản. Song, đó cũng là gánh nặng trong việc đối phó với thiên tai, các tai biến môi trường, trong đó xói lở đường bờ là một trong những tai biến phổ biến nhất, ảnh hưởng mạnh mẽ tới việc phát triển  đời sống kinh tế xã hội và nhu cầu phát triển du lịch. Trong vài thập niên trở lại đây, bãi biển Đồi Dương bị xói lở mạnh mẽ, các hoạt động du lịch bị ảnh hưởng nặng nề, các hoạt động kinh tế xã hội của người dân tại khu vực gần như bị tê liệt.

Thành phố Phan Thiết là trung tâm kinh tế, hành chính của tỉnh Bình Thuận, tọa độ địa lý trải dài từ 10°42'10" đến 11° vĩ độ Bắc. Phan Thiết nằm trong vùng khí hậu khô, nhiệt độ quanh năm ít biến động, độ ẩm tương đối trung bình (khoảng 80,4%), với 2 mùa tương đối rõ rệt trùng với thời kỳ hoạt động của 2 loại gió mùa chính trong khu vực.

Khu vực nghiên cứu là bãi biển Đồi Dương, có chiều dài khoảng 1620m, được giới hạn bởi cửa sông Phú Hải ở phía Bắc và cửa sông Cà Ty ở phía Nam (hình 1.1). Địa tầng tại khu vực nghiên cứu gồm các trầm tích hệ tầng Mũi Né (mQ₂¹mn) và hệ tầng Phan Thiết (mbQ₂^2-3pt), thành phần chủ yếu là cát thạch anh, hạt mịn, độ chọn lọc trung bình, có lẫn xác sinh vật.Khu vực phía Nam bãi Đồi Dương, khối đá granite thuộc phức hệ Đèo Cả - pha 3(GK₂-P₁đc₃) lộ trên bề mặt với diện tích khoảng 500m².

Hình 1.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu

2. Phương pháp nghiên cứu

2.1. Phương pháp thực địa

Trong nội dung bài báo này, các tác giả đã thực hiện 4 chuyến khảo sát thực địa, lấy mẫu, phân tích, kết hợp với các kết quả nghiên cứu hải văn của Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực hiện tại khu vực vào năm 2009.

2.2. Phương pháp viễn thám (RS) và GIS

Hệ thông tin địa lý (GIS) và viễn thám (RS) là các công cụ cực kỳ hiệu quả để đánh giá sự biến đổi đường bờ, đặc biệt là các sự biến đổi theo thời gian, trong nhiều giai đoạn khác nhau. Nguồn ảnh vệ tinh sử dụng chủ yếu là ảnh Landsat của cục địa chất Mỹ, sau khi nắn chỉnh về tọa độ VN-2000 múi 3 độ, các ảnh được số hóa và chồng với nhau để tìm ra sự biến đổi đường bờ qua các giai đoạn.

Bảng 2.1: Thông tin các ảnh vệ tinh được sử dụng^[10]

Stt	Kênh ảnh	Độ phân giải	Thời gian chụp
1	Landsat 1-3	60x60m	11/02/1979
2	Landsat 4-5 TM	30x30m	06/03/1989
3	Landsat 4-7	30x30m	10/09/1999
4	Landsat 4-7	30x30m	27/04/2002
5	Landsat 4-7	30x30m	29/03/2003
6	Landsat 4-7	30x30m	18/12/2004
7	Landsat 4-7	30x30m	18/12/2009
8	Google Earth	2,5x2,5m	26/04/2010
9	Google Earth	2,5x2,5m	20/03/2011

 

2.3. Phương pháp mô hình

MIKE 21/3 Intergrated Model là họ phần mềm thương mại do các nhà khoa học thuộc viện thủy lực Đan Mạch (DHI) nghiên cứu và phát triển^[8]. Phần mềm này tính toán ổn định và cho kết quả tính tương đối sát với thực tế cho nên đã được rất nhiều nước cũng như các công ty trên toàn thế giới sử dụng trong việc tính toán khi xây dựng các công trình biển. Bên cạnh đó, MIKE 21 còn có thể tính toán các số liệu hải văn cơ bản để làm căn cứ cho việc xác định nguyên nhân gây bồi xói cũng như tác động của các yếu tố đến các công trình biển sau khi hoàn thành.

3. Kết quả

Gió

Khu vực Đồi Dương chịu tác động trực tiếp của gió mùa Tây Nam từ tháng 6 tới tháng 9, thịnh Tây, Tây Nam và gió mùa Đông Bắc từ tháng 10 đến tháng 5 năm sau, hướng thịnh hành là Đông, Đông Bắc. Hình 3.1 biểu thị tốc độ gió lớn nhất tháng các năm từ 2006 đến 2010^[3].

Thủy triều, sóng, dòng chảy ven bờ

Khu vực Phan Thiết có chế độ nhật triều không đều (TCValdestock = 2,79) độ chênh lệch triều lớn nhất ở vào khoảng 2m, vào tháng 10 (hình 3.2)^[3].

                         Hình 3.1: Tốc độ gió lớn nhất các tháng                         Hình 3.2: Mực triều tại trạm Phan Thiết vào tháng 10-2009

Vào mùa gió Đông Bắc, sóng tác dụng trực tiếp theo hướng vuông góc với bờ và dễ dàng phá hoại bờ mỗi khi có triều cường. Chiều cao sóng cực đại trong thời gian qua trắc ở vào khoảng 1,05m. Vào mùa hè, có gió hướng Tây Nam, lệch Nam, thổi từ hướng đất liền ra biển làm triệt tiêu sóng lừng, giúp bãi cát bồi trở lại. Hình 3.3 thể hiện đặc trưng sóng tại Phan Thiết vào tháng 6 và tháng 9.

Sóng vỡ tạo thành dòng ven bờ, mang vật liệu trầm tích dọc theo đường bờ. Dòng ven bờ có tốc độ không lớn nhưng có thể mang một khối lượng lớn vật liệu trầm tích di chuyển với khoảng cách rất xa.

Hình 3.3: Đặc trưng sóng tại Phan Thiết

Hình 3.4: Đặc trưng dòng chảy ven bờ tại khu vực Phan Thiết

Vào mùa hè, dòng chảy vận chuyển trầm tích theo hướng từ Nam tới Bắc và vào mùa Đông, dòng chảy đổi hướng vận chuyển từ Bắc xuống Nam. Sự có mặt của các đê chắn sóng ven bờ đã ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ dòng chảy ven bờ và gián tiếp gây xói lở đường bờ tại khu vực.

Thành phần vật liệu

Bãi biển Đồi Dương có thành phần hạt mịn (D₅₀ =0,25mm)^[2] chiếm ưu thế, sức chống chịu sự phá hoại của sóng và dòng chảy yếu. Do vậy, thành phần hạt mịn dễ dàng bị dòng nước cuốn trôi. Dựa vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Wright và Short (1984) và các kết quả đo đạc tại khu vực, bãi biển Đồi Dương có dạng phản xạ năng lượng sóng (bảng 3.1), nghĩa là khi sóng vỡ, năng lượng sóng được giải phóng tác dụng trực tiếp lên hạt vật chất ven bờ.

Bảng 3.1: Trạng thái bãi biển Đồi Dương theo Wright và Short^[5]

D50	Ws	W= Hb/Ws/T
mm	Ws = 14*(D50)1,1	Gió Đông Bắc (T.11) Hb = 1,05m; T = 4,8s	Gió Tây Nam (T.6) Hb = 0,47m; T = 3,03s
0,25	3,047	0,07	0,05

 

 Trong đó:

·         W< 1 phản xạ năng lượng sóng,

·         1 < W< 6 dạng trung gian

·         W> 6 dạng phân tán năng lượng sóng

Trong những năm gần đây, do tác động của mực nước biển dâng, hiện tượng sóng vỡ xảy ra càng gần bờ, lúc này một năng lượng sóng tương đối lớn tương tác với đáy biển, làm cho các hạt vật chất bị xáo trộn, tạo điều kiện cho dòng ven bờ mang cát đi xa. Bên cạnh đó, sự gia tăng tần suất xuất hiện của các cơn bão lớn cũng làm tăng thêm khả năng phá hoại bờ.

Đánh giá mức độ biến dạng đường bờ bằng phương pháp RS và GIS

Dữ liệu vệ tinh được thu thập từ website của cục địa chất liên bang Mỹ (USGS)^[8] trong nhiều giai đoạn, sau khi được xử lý, nắn chỉnh và chồng ghép với bản đồ địa hình 1:25000 khu vực Phan Thiết, xuất bản năm 2002. Sau khi số hóa, các lớp đường bờ được chồng lên nhau và từ đó có thể tìm ra được sự biến đổi qua nhiều giai đoạn. Hình 3.5 thể hiện sự biến đổi tại khu vực cửa sông Phú Hải qua các giai đoạn.

Hình 3.5: Biến đổi tại khu vực cửa sông Phú Hải từ 1979 đến 2009

Từ kết quả phân tích ảnh viễn thám, có thể thấy, quá trình bồi xói tại bãi biển Đồi Dương diễn ra vô cùng phức tạp và mãnh liệt. Giai đoạn 1989 đến 2004, khu vực phía Bắc được bồi tụ mạnh mẽ, ước tính bồi xói vị trí A (842571; 1209884) là khoảng +95m (hình 3.6). Tuy nhiên, kết quả hình 3.7 cho thấy, giai đoạn 1989 đến 2009 thì khu vực này bồi xói tại vị trí B (842065; 1210182) là khoảng -27m. Có thể kết luận rằng, giai đoạn 2004-2009, khu vực phía Bắc bãi Đồi Dương bị xói lở mạnh, xu hướng xói lở ngày càng tiến về hướng Bắc của bãi, điều đó chứng tỏ, việc xây dựng các đê chắn sóng ở khu vực sông Phú Hải đã ảnh hưởng đến quy luật bồi xói tại khu vực này.

Hình 3.6: Biến đổi đường bờ tại Đồi Dương qua các giai đoạn

Hình 3.7: Bồi xói tại Đồi Dương trong giai đoạn 1989-2009

Đánh giá bằng mô hình MIKE 21

Để đánh giá tác động của sóng và dòng chảy đến quy luật bồi xói, các module về thủy lực (HD-Hydrodynamic), vận chuyển bùn cát (ST-Sand transport) và sóng (SW-Spectral wave) đã được thiết lập. Kết quả tính toán được kiểm định với số liệu thực đo do Viện khoa học Thủy lợi miền Nam thực hiện vào tháng 06 và 11 tại khu vực^[3].

Vào mùa hè, gió Tây Nam chiếm ưu thế tại khu vực, chiều cao sóng ngoài khơi và trong bờ ở vào khoảng 0,05 đến 0,7m, các khu vực mũi nhọn chịu tác dụng sóng hội tụ. Dòng chảy triều có hướng từ Nam lên Bắc khi triều dâng và ngược lại khi triều rút. Vận tốc dòng chảy cực đại tại các khu vực đê chắn sóng ở vào khoảng 0,3m/s. Hình 3.8 và 3.9 thể hiện trường sóng và trường dòng chảy vào mùa gió Tây Nam.

Vào mùa gió Đông Bắc, chiều cao sóng ở vào khoảng 0,5 đến 2,8m. Sóng lớn tác dụng theo hướng Đông-Đông Bắc khi vào bờ tạo dòng chảy áp sát vào bờ có hướng từ Bắc xuống Nam, vận tốc cực đại tại các kè mỏ hàn đạt 0,42m/s. Đây cũng chính là nguyên nhân gây bồi xói tại khu vực Đồi Dương.

        Hình 3.8: Trường sóng lúc 18h ngày 21/06/2009                        Hình 3.9: Trường dòng chảy lúc 4h ngày 16/06/2009

Cơ chế biến đổi đường bờ tại khu vực Đồi Dương

Từ kết quả phân tích ảnh viễn thám, kết quả mô hình thủy lực và khảo sát thực tế cho thấy, xói lở tại bãi biển Đồi Dương chủ yếu do sóng và dòng chảy ven bờ gây ra, bên cạnh đó, các công trình chắn sóng đã trực tiếp làm gián đoạn nguồn vận chuyển trầm tích ven bờ, gây mất cân bằng bồi xói. Hình 3.10 và 3.11 biểu diễn cơ chế biến đổi đường bờ tại khu vực nghiên cứu^[6].

4. Đề xuất giải pháp phòng chống

Dựa vào đặc tính du lịch tại khu vực Đồi Dương, bài báo đề xuất giải pháp nuôi bãi nhân tạo cho công tác chống xói lở bờ. Đây là một trong những phương pháp được nhiều nơi trên thế giới sử dụng để bảo vệ bờ cho các bãi tắm du lịch. Ưu điểm của phương pháp này là tái tạo bãi biển tự nhiên, thời gian thực hiện nhanh với chi phí thấp. Các lý thuyết cơ bản về công trình nuôi bãi được dựa vào lý thuyến của Dean (1977)^[5] và quy phạm bảo vệ đường bờ của Mỹ (Shore Protection Manual). Hình 4.1 là sơ đồ mặt cắt cân bằng theo lý thuyết của Dean và số liệu mặt cắt tại bãi biển Đồi Dương.

Hình 4.1: Sơ đồ mặt cắt cân bằng tại bãi Đồi Dương ứng với D₅₀=0,2mm

Theo kết quả tính toán từ hình 4.1, thể tích cát cần cho việc tái tạo bãi là khoảng 3.700m³ cho mỗi đoạn bờ biển dài 500m. Tuy nhiên, giá trị thể tích này là không bằng nhau bởi bãi biển có quy luật bồi xói khác nhau tại những vị trí khác nhau. Vật liệu tái tạo có thể bơm trực tiếp từ ngoài khơi hoặc bơm từ nơi khác tới với điều kiện D₅₀= ±0,01mm so với vật liệu tự nhiên (USACE, 1995).

Esta rock là công nghệ tiên tiến của Nhật Bản, được phát triển bởi công ty Kankyo-kogaku. Đến nay, Esta rock đã được áp dụng rộng rãi ở Nhật Bản và Hàn Quốc trong việc bảo vệ bờ. Bản chất của công nghệ này là sử dụng đá tự nhiên được liên kết lại với nhau thành những khối lớn bằng công nghệ đặc biệt, giúp chống lại sự phá hủy của sóng và dòng chảy. Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng hoàn toàn đá tự nhiên, sử dụng rất ít hoặc không sử dụng xi măng, độ kháng mòn cao với thời gian sử dụng trên 30 năm. Tuy nhiên, công nghệ này đến nay vẫn chưa được áp dụng tại Việt Nam. Hình 4.2 là hình ảnh minh họa của Esta rock và công trình đã áp dụng tại Nhật Bản.

Hình 4.2: Esta rock và công trình tại Okinawa (Nhật Bản)

Vào tháng 12-2011, nhóm tác giả cùng đoàn chuyên gia của công ty Kankyo-Kogaku có chuyến khảo sát thực địa tại khu vực bãi biển Đồi Dương và đã đề xuất thiết kế sơ bộ việc áp dụng công nghệ Esta Rock cho việc chống xói lở tại bãi biển Đồi Dương. Theo thiết kế sơ bộ, bãi biển Đồi Dương sẽ được chia thành 3 đoạn, mỗi đoạn dài 500m. Các mỏ hàn có chiều dài 60m được đặt tại đầu mỗi đoạn, bên cạnh đó, các đê phá sóng ngầm được đặt cách bờ 50m nhằm chống lại sự phá hoại bờ do sóng. Thông tin chi tiết về các công trình được thể hiện trong hình 4.3:

Hình 4.3: Sơ đồ thiết kế công trình bảo vệ bờ^[7]

Công nghệ Esta Rock sẽ được chọn làm lớp phủ lên bề bề mặt của các mỏ hàn và đê phá sóng ngoài khơi (hình 4.4). Cơ sở tính toán thiết kế cho các khối Esta Rock được thể hiện trong bảng 4.1 bên dưới:

Bảng 4.1: Các thông số cơ bản của Esta Rock^[9]

Thông số	Mỏ hàn	Đê phá sóng ngoài khơi
Khối lượng thiết kế	Loại 2t	Loại 3t
Kích thước (dài, rộng, cao)	160x160x50 (cm)	180x180x55 (cm)
Khối lượng mỗi Esta Rock	2190 (kg)	3150 (kg)
Khối lượng đá tự nhiên/bêtông	1500/690 (kg)	2000/1150 (kg)
Thể tích bê tông	0,3 m3	0,5 m3

Hình 4.4: Lắp đặt Esta Rock lên các công trình 

Hình 4.5: là kết quả phối ảnh việc áp dụng công nghệ Esta Rock công trình bảo vệ bờ tại khu vực Đồi Dương

Hình 4.5: Ảnh phối việc áp dụng công nghệ Esta Rock tại Đồi Dương

5. Kết luận

Xói lở bãi biển Đồi Dương xuất hiện do tác động trực tiếp của sóng, dòng chảy và thủy triều, xảy ra chủ yếu vào thời kỳ hoạt động của gió mùa Đông Bắc và Tây Nam. Các hoạt động nhân sinh do việc xây dựng các đê kè, cầu cảng gián tiếp ảnh hưởng tới quá trình bồi xói tại khu vực. Với xu thế hiện tại, mực nước biển dâng là điều không thể đảo ngược, do đó, hiện tượng bồi xói sẽ diễn ra nhanh hơn.

Với địa hình bãi biễn thoải, thành phần hạt mịn cao (D₅₀=0,25mm) và nguồn vật liệu bồi lấp dồi dào tại các cửa sông, bãi biển Đồi Dương rất thích hợp cho việc áp dụng phương pháp nuôi bãi nhân tạo. Hơn thế nữa, nuôi bãi nhân tạo kết hợp với công nghệ chống xói lở tiên tiến sẽ đảm bảo một trạng thái tự nhiên cho bãi biển, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển du lịch biển tại khu vực Đồi Dương.

Bên cạnh đó, để giảm thiểu được rủi ro này, cần có những nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế xói lở, biện pháp phòng chống cũng như việc quy hoạch phát triển phù hợp với điều kiện địa lý, kinh tế tại khu vực.

Lời cảm ơn

Các tác giả chân thành cảm ơn Kỹ sư Mai Chí – phó Giám đốc, các thành viên thuộc Chi cục Thủy lợi, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Bình Thuận đã giúp đỡ và hỗ trợ cho nghiên cứu này.

Tham khảo

[1] Niên giám thống kê tỉnh Bình Thuận năm 2010

[2] Huỳnh Trung Tín (2012). “Nghiên cứu cơ chế xói lở bãi biển Đồi Dương, Tp. Phan Thiết và đề xuất giải pháp phòng chống”. Luận văn tốt nghiệp, Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh.

[3] Báo cáo tổng hợp dự án quy hoạch công trình chống xói lở bờ biển tỉnh Bình Thuận 2010-2020. Viện khoa học thủy lợi miền Nam, 2009.

[4] R. G. Dean (1991). Equilibrium beach profile: Characteristic and Applications – Journal of Coastal research.

[5]US Army Corp of Engineers (1984). “Shore Protection Manual, chapter 4”.

[6]Bui Trong Vinh (2009). “Estimation of erosion resistance of cohessive bank in river and around river mouth”. Doctoral Dissertation, Osaka University.

[7] Preliminary design of shore protection facilities on Doi Duong beach, Kankyo-Kogaku, Osaka, 2012.

[8] DHI (2007). “MIKE 21/3 Coupled model FM step by step training guide”.

[9] www.kankyo-kogaku.co.jp

[10] www.glovis.usgs.org

SHARE SHARE SHARE