Đánh giá vận chuyển bùn cát lơ lửng, phân bố trầm tích đáy, địa mạo và chế độ thủy lực sông Mỹ Thanh, tỉnh Sóc Trăng

- ĐÁNH GIÁ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT LƠ LỬNG, PHÂN BỐ TRẦM TÍCH ĐÁY, ĐỊA MẠO VÀ CHẾ ĐỘ THỦY LỰC SÔNG MỸ THANH, TỈNH SÓC TRĂNG Nguyễn Văn Khanh 1.
- ADCP, biến đổi khí hậu, bùn cát lơ lửng, lưu lượng và vận tốc, Sông Mỹ Thanh, trầm tích phù sa.
- Nghiên cứu này tập trung phân tích chế độ thủy lực và vận chuyển bùn cát lơ lửng dưới tác động của thủy triều Biển Đông và đưa ra đánh giá về địa mạo, phân bố trầm tích đáy của sông Mỹ Thanh, tỉnh Sóc Trăng.
- Dữ liệu nghiên cứu được đo thực địa tại sông Mỹ Thanh từ 06/2018 đến 10/2018, bao gồm: 1) lưu lượng, vận tốc dòng chảy và địa mạo một số mặt cắt sử dụng thiết bị acoustic doppler current profiler (ADCP), 2) bùn cát lơ lửng và trầm tích phù sa đáy sông bằng cách lấy mẫu nước và đất..
- Từ các dữ liệu thu thập, địa mạo, phân bố thành phần cơ giới và biến động của bùn cát lơ lửng sẽ được phân tích và đánh giá theo lưu lượng kết hợp vận tốc dòng chảy và biến động của thủy triều, từ đó đánh giá sự tương quan giữa thủy lực và bùn cát lơ lửng của sông dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
- Nghiên cứu này sẽ là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về tính toán và mô phỏng sự thay đổi địa mạo đáy sông, bồi lắng và xói lở tại khu vực ven biển Đồng bằng sông Cửu Long trong tương lai..
- Đánh giá vận chuyển bùn cát lơ lửng, phân bố trầm tích đáy, địa mạo và chế độ thủy lực sông Mỹ Thanh, tỉnh Sóc Trăng.
- Bồi lắng và xói lở là hai hiện tượng tự nhiên diễn ra song song trên các hệ thống sông do các tác động của thủy lực và thủy văn.
- Do đó, đã có nhiều nghiên cứu tập trung vào mô phỏng tính toán quá trình vận chuyển bùn cát các tuyến sông tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), cũng như vùng ven Biển Đông (Nguyen et al., 2013.
- Kết quả của những nghiên cứu này cho thấy nguồn bùn cát chủ yếu được cung cấp từ thượng nguồn với lưu lượng hàng năm dao động từ 145 đến 160 tấn tính đến trước năm 2003.
- Tuy nhiên, gần đây việc xây dựng các đập và hồ chứa thủy điện ở thượng nguồn đã làm giảm mạnh lượng bùn cát truyền tải từ thượng nguồn về ĐBSCL.
- Tuy nhiên, sau những năm sau đó, lượng bùn cát truyền tải về hạ nguồn đã bị ảnh hưởng rõ rệt bởi nhiều hoạt động của người dân các nước ở thượng nguồn như xây đập thủy điện, khai thác cát sông, tái tạo rừng, chuyển đổi mục đích sử dụng đất.
- Với những tác động này, lượng bùn cát đã giảm khoảng 70-75% từ sau những năm 2000 đến nay.
- Theo nghiên cứu của Lê Mạnh Hùng và Trần Bá Hoằng (2017), toàn ĐBSCL có trên 380 điểm sạt lở với tổng chiều dài trên 633 km.
- Điều này cho thấy đã đến lúc các nhà khoa học nên tập trung nghiên cứu các sông nhỏ để.
- Bên cạnh tác động của các công trình ở thượng nguồn, biến đổi khí hậu và nước biển dâng cũng là một nguyên nhân cần được quan tâm, đây cũng là nguyên nhân chính của việc tăng xói lở.
- Hơn nữa, biến đổi khí hậu kết hợp với nước biển dâng cũng là nguyên nhân dẫn đến tăng xói mòn đất mặt đồng bằng và tăng lượng bùn cát chảy ra đại dương (Zhang et al., 2013).
- Những diễn biến phức tạp của sạt lở trên khắp các tỉnh ở ĐBSCL hiện nay có thể là hậu quả của tác động kép này.
- Do đó, một lần nữa khẳng định việc tập trung vào nghiên cứu trên các tuyến sông nhỏ đặc biệt là các sông chịu tác động của thủy triều từ biển thay vì chỉ nghiên cứu trên các sông lớn để tìm ra nguyên nhân chính và đề xuất biện pháp khắc phục hiện tượng xói mòn và sạt lở.
- Vì thế, mục đích chính của nghiên cứu này là bước đầu đánh giá chế độ thủy lực và vận chuyển bùn cát của một sông nhỏ chịu tác động của thủy triều.
- Sông Mỹ Thanh, ranh giới tự nhiên giữa thị xã Vĩnh Châu và huyện Trần Đề, tỉnh Sóc Trăng được chọn là vùng nghiên cứu chính.
- Đoạn sông nghiên cứu với chiều dài khoảng 22 km, chảy trực tiếp ra biển Đông và bị chi phối bởi chế độ bán nhật triều không đều.
- Nghiên cứu này sẽ đánh giá chi tiết chế độ thủy lực, thủy văn cũng như vận chuyển bùn cát của sông Mỹ Thanh thông qua bộ dữ liệu đo thực địa được tiến hành trong năm 2018..
- 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thu thập số liệu.
- Nghiên cứu tiến hành thu thập số liệu tại sông Mỹ Thanh đoạn từ cửa sông vào bên trong với chiều dài khoảng 22 km (Hình 1).
- Thời gian thực hiện nghiên cứu được chia làm 03 đợt từ tháng 06/2018 đến tháng 10/2018 (Bảng 1).
- Bên cạnh đó, nghiên cứu lấy kết hợp 17 mẫu trầm tích phù sa (sediment samples) trên sông Mỹ Thanh trải dài từ cửa sông vào bên trong được thể hiện ở Hình 1..
- Trên các vị trí mặt cắt ngang, nghiên cứu tiến hành lấy 03 điểm.
- Việc thu mẫu nước theo tầng ngang và tầng đứng được nghiên cứu sử dụng thiết bị lấy mẫu nước chuyên dụng từ Bộ môn Tài nguyên nước, Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ..
- Mực nước được thu thập liên tục tại cống Rạch Sâu (Hình 1) trong suốt thời gian thu mẫu và đo ADCP.
- ba đợt đo thực địa, nhóm nghiên cứu đã cơ bản có được dữ liệu thủy lực của sông Mỹ Thanh đại diện cho các tháng trong khoảng từ cuối tháng 6 đến đầu tháng 10 của năm 2018.
- Bên cạnh đó, dữ liệu mực nước tại trạm Mỹ Thanh từ năm 2004 đến 2007 cũng được sử dụng để phân tích các thành phần triều bằng phương pháp phân tích điều hòa thủy triều (Deltares, 2017).
- Từ các thành phần triều này, mực nước tại cửa sông trong thời gian đo số liệu sẽ được dự báo và so sánh với mực nước đo đạt để phân tích và đánh giá các yếu tố tác động đến mực nước..
- SSC được phân tích từ 164 mẫu nước thu thập trực tiếp tại sông Mỹ Thanh sử dụng phương pháp Trọng lượng theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN ISO được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ..
- Hình 2: Quy trình phân tích hàm lượng bùn cát lơ lửng (A) và phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm (B, C) 2.2.3 Phân tích thành phần cơ giới trầm tích.
- Phương pháp xác định thành phần cơ giới trầm tích phù sa của nghiên cứu là dựa vào định luật Stokes về vận tốc lắng (settling velocities) của các cấp hạt được hiện tại phòng thí nghiệm Vật lý đất thuộc Bộ môn Khoa học đất và Quản lý đất đai,.
- Phương pháp xác định cấp hạt được sử dụng trong nghiên cứu này theo TCVN ISO Hình 3).
- Cấp sa cấu được nghiên cứu đánh giá theo chuẩn tam giác sa cấu đất của tài liệu Soil Taxonomy của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA, 1999) về xác định kích thước các cấp hạt và phân cấp sa cấu..
- 3.1 Biến động SSC tại khu vực nghiên cứu 3.1.1 Theo không gian và thời gian.
- Điều này có thể giải thích là do mẫu được lấy lúc thủy triều thấp và tại các đoạn uốn cong nơi nước xoáy tập trung nhiều bùn cát.
- Khác với đợt 1, ở đợt 2 bùn cát tăng mạnh ở vùng gần biên trên, nơi cao nhất có thể đạt 3.500 mg/L.
- Nguồn bùn cát này có thể được cung cấp từ các nhánh thượng nguồn, đặt biệt là sông Dù Tho có giao nước với sông Đại Ngãi và chảy dài đến đại bàn huyện Ngã Năm.
- Ngoài ra, lượng bùn cát này cũng có thể từ cửa sông Mỹ Thanh (rất gần sông Hậu) và vận chuyển lên biên trên dưới tác động mạnh của thủy triều.
- Sau khi thu hoạch họ sẽ tiến hành xử lý ao nuôi và xả các cống nông nghiệp trực tiếp ra sông Mỹ Thanh..
- Hình 4: Phân bố SSC trên sông Mỹ Thanh 3.1.2 Theo độ sâu.
- Hàm lượng bùn cát cũng có sự thay đổi theo độ sâu của cột nước.
- Điều này có thể do sự phân tần nước khi triều cao, lượng nước mặt có thể chủ yếu là nước biển với lượng bùn cát không cao và triều kém thì ngược lại..
- Một là, đợt 3 chỉ tập trung lấy mẫu tại một vị trí cách của sông khoảng 3 km, nơi có bùn cát pha trộn khá tốt với nước.
- Hai là, đợt 3 đo vào đầu tháng 10, thời điểm đỉnh lũ xảy ra kết hợp với vỡ đập thủy điện tại Lào nên mực nước khá cao, bùn cát tại cửa sông sẽ thấp và không thay đổi nhiều theo độ sâu.
- Khu vực nghiên cứu (Km).
- Cửa sông.
- Hình 5: Phân bố bùn cát theo độ sâu 3.2 Biến động của trầm tích phù sa.
- Từ kết quả phân tích thành phần cơ giới mẫu đất đáy sông Mỹ Thanh, phân bố cơ giới của đáy sông có sự khác biệt khá rõ giữa cát và bùn (bao gồm đất thịt và đất sét).
- Cụ thể, Hình 6 chứng tỏ hàm lượng cát ở cửa sông rất cao 53,73% và giảm rất mạnh về biên trên còn 2,0%, và điều ngược lại xảy ra với thành phần bùn trong đất cụ thể tỉ lệ thịt trong mẫu trầm tích ở của sông là 24,49%, tăng lên 54,79%..
- Kết quả phân tích này cho thấy phân bố thành phần cơ giới cấp hạt của trầm tích phù sa ở đáy sông Mỹ Thanh rất khác với các tuyến sông lớn khác như tuyến sông Mê Kông - Cổ Chiên - Cung Hầu và sông Hậu.
- này, lượng cát ở cửa sông rất thấp so với bùn và ngược lại ở thượng nguồn lượng cát và sỏi rất cao so với bùn (Gugliotta, 2018).
- Tuy nhiên, từ khảo sát thực tế, nguyên nhân có sự phân bố thành phần cơ giới ngược này được xác định có thể là do sông Mỹ Thanh chịu tác động chi phối hoàn toàn của chế độ bán nhật triều không đều Biển Đông, lại có vị trí nằm dưới các cửa sông lớn đổ ra biển (sông Tiền và sông Hậu) nên một lượng lớn phù sa từ các cửa sông đổ ra biển lại được biển đưa vào sông Mỹ Thanh theo triều cường.
- Bên cạnh đó, khu vực cửa sông Mỹ Thanh có vị trí nằm trên dãy đất giồng cát ven biển ĐBSCL, dưới tác động mạnh của dòng chảy đã làm bào mòn vật liệu đáy sông nên hàm lượng bùn cát trong nước và trong trầm tích ở cửa sông lại có phần trăm cát nhiều hơn so với thịt, sét và giảm mạnh khi lên bên trên..
- Hình 6: Phân bố thành phần cơ giới trầm tích của đáy sông Mỹ Thanh.
- 3.3 Thay đổi địa mạo.
- Sông Mỹ Thanh là một điển hình của một sông gần biển dưới tác động mạnh của thủy triều.
- Các sông dưới tác động của thủy triều thường rộng và cạn ở của sông, hẹp và sâu khi tiến về thượng nguồn..
- Hình 7 cho thấy địa mạo của sông Mỹ Thanh tuân theo quy luật này, độ sâu tại cửa sông khoảng 10 m trong khi tại biên trên nơi cách của sông khoảng 22 km thì sâu hơn 22 m.
- Hình 8 thể hiện chi tiết địa mạo mặt cắt ngang của sông Mỹ Thanh tại các vị trí phân bố đều từ cửa sông đến biên trên..
- Đoạn sông cong sẽ chịu tác động mạnh của dòng chảy có xu hướng chảy tập trung về một phía.
- Hình 8: Địa mạo sông Mỹ Thanh tại một số vị trí mặt cắt ngang.
- Cửa sông Biên trên.
- 3.4 Đánh giá thủy lực khu vực 3.4.1 Mực nước.
- Sông Mỹ Thanh chịu tác động mạnh của chế độ bán nhật triều không đều của Biển Đông và dòng chảy từ các sông nhánh ở thượng nguồn, đặc biệt là các nhánh kết nối trực tiếp với sông Hậu.
- Hình 9 là số liệu mực nước tại trạm Mỹ Thanh trong bốn năm từ 2004 đến 2007.
- Đây số liệu trung bình mực nước trong ngày và được lấy trung bình trong bốn năm..
- Từ đó, ba thông tin được trích xuất, đó là mực nước cao nhất, thấp nhất và trung bình.
- Số liệu này chứng minh được rằng mực nước tại cửa sông Mỹ Thanh có sự thay đổi mạnh theo mùa.
- 9 chứng tỏ mực nước bắt đầu tăng vào mùa lũ (từ tháng 6 đến tháng 12) và bắt đầu giảm dần trong mùa khô (từ tháng 1 đến tháng 5).
- Mực nước tăng mạnh trong mùa lũ có thể là do tác động của lượng mưa và lũ thượng nguồn từ sông Mê Công đổ về.
- Thời điểm mực nước tăng cao nhất là vào 3 tháng cuối năm, đây là thời điểm xuất hiện chảy tràn bề mặt do các lớp đất, ao hồ và thảm thực vật đã bão hòa nước kết hợp với đỉnh lũ tháng 10 đổ về và triều cường cao nhất.
- Hình 9: Mực nước trung bình tại trạm Mỹ Thanh từ năm 2004 đến 2007 (Nguồn: Trạm Mỹ Thanh, 2007).
- Sự tác động của lượng mưa và lưu lượng nước từ thượng nguồn lên mực nước tại cửa sông Mỹ Thanh cũng đã được chứng minh qua việc so sánh giữa dữ liệu đo thực tế và mực nước dự báo trong 3 đợt đo thực địa của nghiên cứu này.
- Kết quả đã chứng tỏ mực nước tại cửa sông Mỹ Thanh năm 2018 vẫn tuân theo xu hướng biến đổi theo mùa như phân tích ở trên.
- Đây là thời điểm mực nước bắt đầu tăng như thể hiện trên Hình 9 nên khác biệt giữa mực nước đo và dự báo sẽ không quá lớn..
- Thực tế, Hình 9 cho thấy mực nước cao nhất của hai đợt đo đầu tiên là không quá 1,5 m so với cao trình mực nước biển tại Hòn Dấu, và sai lệch lớn nhất giữa mực nước đo và dự báo 0,4 m.
- Mực nước lớn nhất và sự khác biệt giữa mực nước đo và dự báo tăng cao trong đợt đợt 3 khi thời điểm đo rơi đúng.
- Mực nước cao nhất trong ngày có thể đạt 2,05 m và sự khác biệt giữa mực nước đo và dự báo lên đến 0.96 m.
- Đây là sự khác biệt khá lớn, điều này chứng tỏ sự tăng của mực nước ở mùa mưa chủ yếu là do sự ảnh hưởng của lưu lượng nước từ sông Mê Công đổ về sông Mỹ Thanh khá nhỏ lưu lượng nước của nó hay lượng mưa không thể tạo nên sự khác biệt lớn như vậy tại cửa Sông.
- Bên cạnh đó, dữ liệu đo thực tế cũng chứng minh được sự thay đổi của mực nước theo mùa như phân tích ở trên.
- Tuy nhiên, so với các năm 2004 đến 2006, mực nước cao nhất trong năm 2018 đã tăng thêm khoảng 0,5 m.
- Điều này cũng chứng tỏ được mực nước biển tại cửa sông Mỹ Thanh đã tăng khá nhanh trong vòng hơn 10 năm gần đây..
- Mực nước (m).
- Hình 10: Mực nước đo và dự báo tại cửa sông Mỹ Thanh a) Đợt 1, b) Đợt 2.
- Hình 11: Mực nước đo và báo tại cửa sông Mỹ Thanh Đợt 3 3.4.2 Lưu lượng và vận tốc dòng chảy.
- Nghiên cứu đo trực tiếp lưu lượng và vận tốc được đo tại mặt cắt biên trên sử dụng ADCP với quy ước lưu lượng dương (nước ròng) mang dấu.
- Tuy nhiên, với dữ liệu lưu lượng hiện tại cho thấy lưu lượng tại biên trên của sông Mỹ Thanh là rất lớn, thời điểm cao nhất có thể đạt 2.500 m 3 /s, thấp nhất là 8,8 m 3 /s khi nước đứng và trung bình m 3 /s.
- Từ các số liệu trên có thể thấy rằng, sông Mỹ Thanh có dòng chảy và lưu lượng rất lớn do bị chi phối trực tiếp từ chế độ bán nhật triều không đều biển Đông.
- Vì thế, các hiện tượng thay đổi địa mạo hình thái sông Mỹ Thanh (sạt lở và bồi lắng) sẽ còn tiếp tục tăng trong tương lai do tác động của chế độ thủy lực và thủy văn trên sông này gây ra..
- Dựa trên việc phân tích các dữ liệu đo thực địa, nghiên cứu này đưa ra được những phân tích đánh giá khá đầy đủ và quan trọng liên quan đến sông Mỹ Thanh.
- Thứ nhất, sông Mỹ Thanh chịu tác động rất lớn dưới tác động kép của bán nhật triều không đều biển Đông và các sông thượng nguồn.
- Các tác động này khiến lưu lượng, vận tốc nước của sông rất lớn và mực nước dâng cao trong mùa lũ.
- Thứ hai, sông Mỹ Thanh là một sông thủy triều điển hình với xu hướng rộng và cạn ở cửa sông, sâu và hẹp ở thượng nguồn, cùng với địa mạo thay đổi phức tạp theo biến động hình thái của sông.
- Thứ ba, thành phần cơ giới trong đất ở đáy sông Mỹ Thanh có sự phân bố rất khác với các sông lớn hiện tại với hàm lượng cát lớn ở cửa sông và rất thấp ở thượng nguồn.
- Sau cùng, SSC của sông Mỹ Thanh biến động theo cả không gian và thời gian