Luận án Nghiên cứu động lực hình thái vùng biển cửa sông Thu Bồn

Nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu động lực hình thái vùng biển cửa sông Thu Bồn

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI VÙNG BIỂN CỬA SÔNG THU BỒN LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ HÀ NỘI 2010
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI VÙNG BIỂN CỬA SÔNG THU BỒN CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA MẠO & CỔ ĐỊA LÝ MÃ SỐ 62.44.72.01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. VŨ VĂN PHÁI 2. TS. BÙI HỒNG LONG HÀ NỘI 2010 ii
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác TÁC GIẢ LUẬN ÁN VŨ TUẤN ANH iii
4. LỜI CẢM ƠN Luận án này đƣợc hoàn thành tại bộ môn Địa mạo và Địa lý biển – Khoa Địa lý – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên. Tác giả chân thành cảm ơn tập thể bộ môn Địa mạo và Địa lý biển, tập thể Khoa Địa lý, các phòng chuyên môn của Nhà trƣờng đã tạo những điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Vũ Văn Phái, TS. Bùi Hồng Long đã tận tình hƣớng dẫn thực hiện và hoàn thành bản luận án. Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban lãnh đạo viện, tập thể phòng Vật lý, Địa chất và Địa mạo biển Viện Hải dƣơng học đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình làm luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn tới TSKH. Lê Phƣớc Trình, chủ nhiệm đề tài KHCN-06.08 đã cho phép sử dụng số liệu của đề tài. Cảm ơn các chuyên gia đã đọc bản thảo và đóng góp những ý kiến quý báu cho bản luận án. Cho phép tác giả gửi lời cảm ơn tới bạn bè của mình về những động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian làm luận án. VŨ TUẤN ANH iv
5. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ xi DANH MỤC ẢNH .................................................................................................. xii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN ................................................................... 1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................. 3 3. NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ..................................................... 3 4. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU..................................................... 4 5. NHỮNG ĐIỂM MỚI VÀ HƢỚNG LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ ............................ 4 5.1. Những điểm mới ................................................................................................. 4 5.2. Luận điểm bảo vệ ............................................................................................... 4 6. CƠ SỞ TÀI LIỆU .................................................................................................. 5 7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ......................................................... 6 7.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài .............................................................................. 6 7.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ............................................................................... 6 8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN ............................................................................... 6 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI BỜ ........................................................................................................ 7 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA MẠO BỜ BIỂN....... 7 1.1.1. Khu bờ .............................................................................................................. 7 1.1.2. Di chuyển trầm tích ....................................................................................... 11 1.1.3. Tiến hóa địa hình bờ và bãi .......................................................................... 13 1.2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ................................................................................ 13 1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới ........................................................................ 13 1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nƣớc ....................................................................... 26 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ........................................................................................ 34 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HÌNH THÁI BỜ ...................................................................................................... 35 2.1. CƠ SỞ PHƢƠNG PHÁP LUẬN .................................................................... 35 2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 36 2.2.1. Tổng quan tài liệu .......................................................................................... 36 v
6. 2.2.2. Các phƣơng pháp đo đạc, khảo sát ............................................................. 36 2.2.3. Nhóm các phƣơng pháp địa mạo truyền thống .......................................... 37 2.2.4. Nhóm các phƣơng pháp hiện đại có tính liên ngành ................................. 37 2.3. CÁC SƠ ĐỒ KHỐI TÍNH TOÁN .................................................................. 54 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ........................................................................................ 56 CHƢƠNG 3. ĐỊA MẠO VÙNG BIỂN CỬA SÔNG THU BỒN ........................ 57 3.1. VỊ TRÍ ĐỊA LÝ VÙNG NGHIÊN CỨU ........................................................ 57 3.2. CÁC NHÂN TỐ THÀNH TẠO ĐỊA HÌNH .................................................. 59 3.2.1. Điều kiện cấu trúc địa chất-thạch học ......................................................... 59 3.2.2. Địa hình .......................................................................................................... 62 3.2.3. Khí hậu ........................................................................................................... 65 3.2.4. Thủy văn lục địa ............................................................................................ 69 3.2.5. Các nhân tố thủy động lực biển ................................................................... 72 3.2.6. Dao động mực nƣớc biển .............................................................................. 77 3.2.7. Các hoạt động của con ngƣời ....................................................................... 77 3.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO VÙNG BIỂN CỬA SÔNG THU BỒN ................... 78 3.3.1. Địa hình lục địa ven biển .............................................................................. 78 3.3.2. Địa hình đáy biển ven bờ .............................................................................. 80 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ........................................................................................ 82 CHƢƠNG 4. BIẾN ĐỔI ĐỊA HÌNH ĐÁY VÙNG BIỂN CỬA SÔNG ............. 83 THU BỒN THEO CÁC MÔ HÌNH TÍNH ........................................................... 83 4.1. CÁC THAM SỐ ĐẦU VÀO CHO CÁC MÔ HÌNH .................................... 83 4.1.1. Địa hình đáy ban đầu .................................................................................... 83 4.1.2. Các tham số đƣa vào tính toán sóng ............................................................ 83 4.1.3. Các tham số đƣa vào tính toán dòng chảy .................................................. 84 4.1.4. Các tham số đƣa vào tính toán biến đổi địa hình đáy ............................... 85 4.2. KẾT QUẢ TÍNH BIẾN ĐỔI ĐỊA HÌNH ....................................................... 88 4.2.1. Biến đổi địa hình do sóng ............................................................................. 88 4.2.2. Biến đổi địa hình do dòng chảy .................................................................. 115 4.3. ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC KẾT QUẢ TÍNH ................ 131 4.3.1. Đánh giá mức độ tin cậy của kết quả tính dòng chảy .............................. 131 4.3.2. Đánh giá mức độ tin cậy của kết quả tính biến đổi địa hình đáy ........... 137 4.4. ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH THỦY-THẠCH ĐỘNG LỰC TRONG VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ MỘT SỐ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐỊA HÌNH VÙNG NGHIÊN CỨU ........ 145 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ...................................................................................... 146 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 148 vi
7. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN ............................................................................... 150 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 151 vii
8. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn hình thái cửa của các nhánh delta sông, sóng và thủy triều chiếm ƣu thế (Galloway, 1975; Wright, 1977) ........................... 10 Hình 1.2. Quan hệ giữa các bộ phận bờ với sóng và thủy triều ................................... 10 Hình 1.3. Quy mô không gian, thời gian trong quá trình tiến hóa địa hình bờ biển .... 16 Hình 1.4. Dự báo sự thay đổi đƣờng bờ từ tháng 9/2001 tới tháng 9/2006 ................. 32 Hình 1.5. Sự phân chia các đoạn bờ cho tính toán ....................................................... 33 Hình 2.1. Hệ thống lƣới sai phân sử dụng cho phƣơng trình 2.9 ................................. 41 Hình 2.2.a. Biên nhiễu xạ theo hƣớng y ....................................................................... 43 Hình 2.2.b. Biên nhiễu xạ theo hƣớng x ...................................................................... 43 Hình 2.3. Lƣới sai phân cho các biến u,v, ζ trong các phƣơng trình 2.22 - 2.24 ........ 45 Hình 2.4. Minh họa không gian của phƣơng trình 2.39 ............................................... 49 Hình 2.5. Lƣới sai phân phƣơng trình 2.39 .................................................................. 50 Hình 2.6. Sơ đồ khối tính toán sự biến đổi địa hình do sóng ....................................... 55 Hình 2.7. Sơ đồ khối tính toán dòng chảy và sự biến đổi địa hình do dòng chảy ....... 55 Hình 3.1. Vị trí khu vực nghiên cứu ............................................................................ 58 Hình 3.2. Sơ đồ phân bố trầm tích tầng mặt vùng biển nghiên cứu ............................. 61 Hình 3.3. Sơ đồ địa hình đáy biển khu vực nghiên cứu ............................................... 64 Hình 3.4. Hoa gió mùa đông (A) và mùa hè (B) tại trạm Đà Nẵng ............................. 68 Hình 3.5. Hoa gió mùa chuyển tiếp đông sang hè (A) và mùa hè sang đông (B) tại trạm Đà Nẵng .......................................................................................... 68 Hình 3.6. Sự phát triển bão và các thông số sóng, bão Kaemi (8/2000) [62]. ............ 74 Hình 4.1. Lƣới tính của vùng nghiên cứu .................................................................... 86 Hình 4.2. Biên tính dòng chảy của vùng nghiên cứu. (R - R): biên lỏng trong sông; S1●: vị trí biên mực nƣớc ngoài biển ........................................................... 87 Hình 4.3. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với điều kiện sóng ngoài khơi: o H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 30 gây ra ............................................................... 89 Hình 4.4. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng o ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 30 ..................................................... 90 Hình 4.5. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 120 giờ tính dƣới tác động của sóng o ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 30 ..................................................... 92 Hình 4.6. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với điều kiện sóng ngoài khơi: o H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 90 gây ra .............................................................. 97 viii
9. Hình 4.7. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng o ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 90 ..................................................... 98 Hình 4.8. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 120 giờ tính dƣới tác động của sóng o ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 90 ..................................................... 99 Hình 4.9. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với điều kiện sóng ngoài khơi: o H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 135 gây ra .......................................................... 101 Hình 4.10. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng o ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 135 ................................................. 102 Hình 4.11. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 120 giờ tính dƣới tác động của sóng o ngoài khơi: H0 = 1,5m; T0 = 5s; θ0 = 135 ................................................. 104 Hình 4.12. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với áp thấp nhiệt đới 04W (5/2000): o H0 = 2,5m; T0 = 7,4s; θ0 = 0 gây ra ........................................................... 106 Hình 4.13. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng do o áp thấp nhiệt đới 04W (5/2000): H0 = 2,5m; T0 = 7,4s; θ0 = 0 ................. 107 Hình 4.14. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 24 giờ tính dƣới tác động của sóng do o áp thấp nhiệt đới 04W (5/2000): H0 = 2,5m; T0 = 7,4s; θ0 = 0 ................. 109 Hình 4.15. Sơ đồ phân bố trƣờng sóng, tính với bão Kaemi(8/2000): o H0 = 5,4m; T0 = 10,1s; θ0 = 30 gây ra ....................................................... 111 Hình 4.16. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy sóng dƣới tác động của sóng do o bão Kaemi (8/2000): H0 = 5,4m; T0 = 10,1s; θ0 = 30 ............................... 112 Hình 4.17. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 24 giờ tính dƣới tác động của sóng do o bão Kaemi (8/2000): H0 = 5,4m; T0 = 10,1s; θ0 = 30 ............................... 113 Hình 4.18. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 10 tiếng (pha triều xuống), usông = 1,0 m/s, trƣờng hợp lũ ..................................................................... 118 Hình 4.19. Sơ đồ phân bố tốc độ trƣờng dòng chảy, tính sau 10 tiếng (pha triều xuống), usông = 1,0 m/s, trƣờng hợp lũ ....................................... 119 Hình 4.20. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 18 tiếng (pha triều lên), usông = 1,0 m/s, trƣờng hợp lũ ..................................................................... 120 Hình 4.21. Sơ đồ phân bố tốc độ trƣờng dòng chảy, tính sau 18 tiếng (pha triều lên), usông = 1,0 m/s, trƣờng hợp lũ ........................................... 121 Hình 4.22. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 96 giờ tính dƣới tác động của dòng chảy, với usông = 1,0 m/s ....................................................................................... 123 Hình 4.23. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 10 tiếng (pha triều xuống), usông = 0,24 m/s, trung bình tháng 11 ......................................................... 125 Hình 4.24. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 18 tiếng (pha triều lên), usông = 0,24 m/s, trung bình tháng 11 ......................................................... 126 ix
10. Hình 4.25. Sơ đồ phân bố xói, bồi sau 120 giờ tính dƣới tác động của dòng chảy, với usông = 0,24 m/s ..................................................................................... 128 Hình 4.26. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 10 tiếng (pha triều xuống), usông = 0,03 m/s, trung bình tháng 6 ........................................................... 129 Hình 4.27. Sơ đồ phân bố trƣờng dòng chảy, tính sau 18 tiếng (pha triều lên), usông = 0,03 m/s, trung bình tháng 6 ........................................................... 130 Hình 4.28. Các trạm đo dòng chảy, và mặt cắt đo địa hình đáy trong khu vực nghiên cứu .................................................................................................. 133 Hình 4.29. Phân bố dòng chảy tại một số trạm đo, pha triều rút, 5/1998, trong khu vực ....................................................................................................... 134 Hình 4.30. Kết quả tính toán và đo đạc tốc độ dòng chảy tại trạm lt4 từ 10h/29/9/1997 – 9h/30/9/1997 ............................................................... 136 Hình 4.31. Kết quả tính toán và đo đạc hƣớng dòng chảy tại trạm lt4 từ 10h/29/9/1997 – 9h/30/9/1997 ............................................................... 136 Hình 4.32. Biến đổi địa hình trên mặt cắt A-A qua đợt lũ 9/1997 ............................. 139 Hình 4.33. Biến đổi địa hình tính toán trên mặt cắt A-A, sau 96 giờ tính, usông= 1,0 m/s .............................................................................................. 139 Hình 4.34. So sánh kết quả tính toán biến động địa hình do trƣờng sóng hƣớng đông nam gây ra và đo đạc ......................................................................... 141 Hình 4.35. So sánh kết quả tính toán biến động địa hình do trƣờng sóng hƣớng đông bắc gây ra và đo đạc .......................................................................... 143 x