Luận án tiến sĩ hình thái ven biển Nam Trung Bộ và nước biển dâng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM ---------------------------------------- PHẠM TRUNG NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM PHẠM TRUNG NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã Số: 958 02 02 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Trịnh Công Vấn 2. Trần Thu Tâm TP.

HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Tất cả mọi thông tin, số liệu sử dụng trong luận án đều có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn theo đúng quy định. Kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.

Tác giả luận án Phạm Trung ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Cơ sở đào tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam và Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi thực hiện nghiên cứu này. Với lòng kính trọng, biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn đến hai thầy giáo là PGS.TS Trịnh Công Vấn và TS Trần Thu Tâm đã tận tâm hướng dẫn tôi từ những bước đi đầu tiên từ khi xây dựng ý tưởng cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn các lãnh đạo, nhà khoa học, đồng nghiệp tại Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã luôn động viên, hỗ trợ tôi. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thành viên thân yêu trong gia đình đã cổ vũ, khuyến khích và luôn là chỗ dựa vững chắc để tôi có thêm thêm nghị lực, quyết tâm hoàn thành luận án.

iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC BẢNG BIỂU. vi DANH MỤC HÌNH ẢNH.

vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xii MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của luận án. Mục đích nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Cách tiếp cận. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Ý nghĩa khoa học.

Ý nghĩa thực tiễn. Những đóng góp mới của luận án. Cấu trúc Luận án. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .7 Tổng quan về vùng nghiên cứu.

Vị trí địa lý. Thực trạng xói lở-bồi tụ dải ven biển Nam Trung Bộ. Nguyên nhân chính gây xói lở-bồi tụ vùng ven biển Nam Trung Bộ. 10 Nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của NBD đến diễn biến hình thái vùng ven biển.

Mô hình xác định hình thái dài hạn. Mô hình xác định hình thái ngắn hạn. 24 Nghiên cứu liên quan thực hiện ở Việt Nam và Nam Trung Bộ. 32 Hướng tiếp cận của Luận án.

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ .38 Cơ sở lý thuyết về diễn biến hình thái vùng ven biển. Khái niệm chung về mô hình vận chuyển bùn cát. Mô hình mặt cắt bờ biển cân bằng. Mô hình vận chuyển bùn cát dọc bờ.

46 Cơ sở lý thuyết về năng lượng sóng. Sự hình thành và lan truyền của sóng biển. Năng lượng sóng đơn sắc. Phổ năng lượng sóng.

Công thức tính thông lượng năng lượng sóng. Đường cơ sở và trình tự tính toán trong Luận án. 60 Cơ sở khoa học các mô hình tính toán. Phân cấp các mô hình trong Luận án.

Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE21/3 Couple Model FM. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ .73 Xây dựng bản đồ phân vùng năng lượng sóng dải ven biển Nam Trung Bộ. Mô hình tính sóng toàn vùng biển Đông. Mô hình nghiên cứu chính vùng ven biển Nam Trung Bộ.

Kết quả tính toán dòng năng lượng sóng dải ven biển Nam Trung Bộ. 87 Mối liên hệ giữa dòng năng lượng sóng Pt dọc bờ và Pn hướng bờ với hiện tượng xói lở-bồi tụ ở khu vực Nam Trung Bộ. Đoạn bờ khu vực cửa Đại – Hội An (Quảng Nam). Đoạn bờ khu vực Bãi Xép-cửa Đà Rằng- Đà Nông (Phú Yên).

Đoạn bờ từ mũi La Gàn-mũi Yến (Bình Thuận). Đoạn bờ từ mũi Né-mũi Kê Gà (Bình Thuận). Nhận xét chung. 116 Nghiên cứu điển hình khu vực ven biển LaGi.

Hiện trạng khu vực nghiên cứu. Sơ đồ và điều kiện biên tính toán. Diễn biến hình thái khu vực ven biển LaGi. 123 Tác động BĐKH-NBD đến diễn biến hình thái dải ven biển Nam Trung Bộ.

Kịch bản BĐKH-NBD cho Việt Nam [1]. Kịch bản NBD sử dụng tính toán cho khu vực Nam Trung Bộ. Kết quả tính toán đặc trưng sóng và diễn biến hình thái khu vực ven biển Nam Trung Bộ dưới tác động của NBD do BĐKH. 130 Định hướng giải pháp nhằm cải tạo, ổn định hình thái các khu vực ven biển Nam Trung Bộ trong điều kiện NBD do BĐKH.

Giải pháp công trình:. Giải pháp phi công trình: .148 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.150 TÀI LIỆU THAM KHẢO .162 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tổng hợp hiện trạng sạt lở bờ biển khu vực Nam Trung Bộ [18] .2: Thống kê tỷ lệ chiều dài bờ biển theo phân cấp tốc độ xói lở [32] .1: Các tham số chính của mô hình tính sóng toàn vùng Biển Đông .2: Các tham số chính của mô hình Nam Trung Bộ .3: Danh sách trạm hải văn hiệu chỉnh mô hình .4: Gradient Pt theo không gian và thời gian khu vực cửa Đại-Hội An .5: Đạo hàm của Pn theo thời gian khu vực cửa Đại-Hội An .6: Gradient Pt theo đường cơ sở khu vực từ cửa Đà Nông-Đà Rằng .7: Gradient Pt theo đường cơ sở khu vực Mũi Yến-Mũi La Gàn .8: Gradient Pt theo đường cơ sở khu vực Mũi Kê Gà-Mũi Né .9: Gradient Pt theo đường cơ sở khu vực ven biển LaGi. 125 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Vị trí vùng duyên hải Nam Trung Bộ trên bản đồ Việt Nam .2: Các yếu tố gây xói lở-bồi tụ bờ biển và cửa sông .3: Hướng của các trường gió thịnh hành trên bề mặt trái đất .4: Gió mùa Đông Bắc (trái) và gió mùa Tây Nam (phải) [64] .5: Quĩ đạo các cơn bão xuất hiện ở khu vực Tây-Bắc Thái Bình Dương (trái) và ảnh hưởng đến khu vực Nam Trung Bộ (phải) trong giai đoạn 1951÷2016 .6: Minh họa mô hình Bruun .7: Minh họa mô hình của Dean và Maur-Mayer Bruun .8: Bản đồ năng lượng sóng trung bình năm vùng biển liên hiệp Anh [58] .9: Bản đồ năng lượng sóng trung bình theo mùa vùng biển Đông [109] .10: Quan hệ giữa năng lượng sóng và tốc độ xói bờ Bangkhuntien [86] .11: Quan hệ công suất sóng và tỷ lệ xói mòn (không thứ nguyên) [83] .12: Phân bố trường dòng chảy lớp mặt ở biển Đông mùa đông (trái) và mùa hè (phải). Aw, Bw, Bs, và Cs biểu thị các dòng xoáy (Xu và nnk, 1982) [105] .13: Hướng nghiên cứu ảnh hưởng của NBD đến hình thái vùng ven biển .1: Giá trị của thông số hình dạng mặt cắt A theo các tác giả khác nhau .2: Thông số hình dạng A ứng với các cỡ hạt từ 0,1÷1,1mm (Dean, 2001) .3: Quan hệ giữa Ils và Pls (CEM, 2002).

Các đường gạch dài biểu diễn mức độ dao động 50% quanh giá trị KSPM, rms = 0,92.4: Sơ đồ mô phỏng các quá trình biến dạng sóng do ảnh hưởng của độ sâu, sóng vỡ do không ổn định, nhiễu xạ, khúc xạ và tương tác với dòng chảy [20] .5: Sóng biển, phổ sóng biển và giới hạn chu kỳ của sóng [20] .6: Phổ sóng gió 2 chiều (2-D) .7: Phổ sóng tổng hợp sóng gió và sóng lừng 2 chiều (2-D) .8: Mô hình mô phỏng sóng 1 chiều của sóng gió đã phát triển của Moskowitz (1964).9: Mô hình mô phỏng sóng 1 chiều của sóng gió đã phát triển của Hasselmann (1973).10: Hệ trục tọa độ và các quy ước sử dụng trong Luận án .11: Các trường hợp đổi dấu của thành phần dòng năng lượng sóng Pn .12: Minh họa vị trí đường cơ sở định nghĩa trong Luận án .13: Mức độ chi tiết của các mô hình sử dụng trong Luận án .14: Lưới và biên tính toán của mô hình sóng và triều Biển Đông .15: Lưới và biên tính toán của mô hình ven biển Nam Trung Bộ .16: Lưới và biên tính toán của mô hình chi tiết vùng ven biển LaGi .17: Sơ đồ mối liện hệ giữa các module tính toán .1: Vùng nghiên cứu Nam Trung Bộ và vùng mở rộng toàn biển Đông .2: Vị trí các điểm hiệu chỉnh mô hình sóng toàn vùng Biển Đông .3: So sánh đồng mức chiều cao, hướng và chu kỳ sóng của mô hình Biển Đông (trái) với kết quả tính bằng WaveWatch-III (phải) thời điểm tương ứng .4: So sánh kết quả tính toán chiều cao sóng bằng mô hình (MIKE-màu đỏ, nét đứt) với kết quả mô hình WaveWatch-III (WW3-màu xanh) và dữ liệu quan trắc bằng vệ tinh AVISO (màu đen, nét đứt) tại các vị trí từ O1÷O4 .5: So sánh kết quả tính toán chiều cao sóng bằng mô hình (MIKE-màu đỏ, nét đứt) với kết quả mô hình WaveWatch-III (WW3-màu xanh) và dữ liệu quan trắc bằng vệ tinh AVISO (màu đen, nét đứt) tại các vị trí từ O5÷O8 .6: So sánh kết quả tính toán chiều cao sóng bằng mô hình (MIKE-màu đỏ, nét đứt) với kết quả mô hình WaveWatch-III (WW3-màu xanh) và dữ liệu quan trắc bằng vệ tinh AVISO (màu đen, nét đứt) tại các vị trí từ O9÷O12 .7: So sánh kết quả tính toán chiều cao sóng bằng mô hình với số liệu quan trắc tại trạm Phú Quý từ 01/1/2009÷31/12/2009 .8: Địa hình (trái) và hệ số nhám Manning (phải) vùng Nam Trung Bộ .9: Vị trí các trạm hải văn hiệu chỉnh theo kết quả thực đo .10: Tương quan giữa mực nước tính toán và kết quả thực đo tại các trạm .11: So sánh kết quả tính toán chiều cao sóng bằng mô hình (MIKE-màu đỏ, nét đứt) với kết quả mô hình WaveWatch-III (WW3-màu xanh) tại các vị trí.12: Đường cơ sở (màu xanh) và các phân vùng tính toán .13: Vùng tính toán số 1 từ Bán đảo Sơn Trà đến mũi Ba Làng An .