- NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG SÓNG CỦA RỪNG NGẬP MẶN TRỒNG TẠI NAM ĐỊNH VÀ THÁI BÌNH. - Trên thực tế, vai trò của rừng ngập mặn (RNM) trong việc giảm thiểu năng lượng sóng, hạn chế xói mòn ven bờ, tích lũy trầm tích. - đã được khẳng định qua nhiều nghiên cứu.. - Trong nghiên cứu này, kết quả khảo sát và thu thập số liệu về hiện trạng rừng ngập mặn trong khu vực nghiên cứu đã được phân tích, tính toán và ứng dụng những thông số định tính thu được về mức độ làm tiêu giảm năng lượng sóng của thảm RNM qua mô hình SWAN. - Kết quả cho thấy, mật độ tối ưu của cây ngập mặn là 10 cành/m 2 , tương ứng với mật độ cây trên thực tế là 3,2 cây/m 2 và độ rộng của dải RNM tối thiểu khuyến cáo cho vùng nghiên cứu là 180-240 m trong điều kiện sóng thường. - Trước ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nghiên cứu chi tiết và sâu hơn cho các kịch bản biến đổi về mực nước biển và độ cao sóng để tính toán độ rộng và mật độ tối ưu cần thiết cho dải RNM là cần thiết.. - đã được khẳng định qua một số nghiên cứu (Mazda và nnk., 1997a, 1997b. - Đến nay, cơ chế của khả năng làm suy giảm năng lượng sóng của RNM đã được một số nhà khoa học tiến hành nghiên cứu (Kobayashi và nnk., 1993. - nghiên cứu và định lượng mức độ và khả năng cũng như những nhân tố góp phần bảo vệ vùng ven biển có RNM bởi những cơn bão nhiệt đới (UNEP-WCMC, 2006).. - Tuy nhiên, trong nghiên cứu đó, những thông số của cây ngập mặn trong RNM chưa nhận được sự chú ý đáng kể. - Trong nghiên cứu này, chúng tôi định hướng nghiên cứu áp dụng mô hình kể trên với sự kết hợp của các thông số liên quan tới RNM trồng ở Nam Định và Thái Bình.. - Huyện có diện tích đất ngập mặn ven biển khá rộng, kéo dài từ cửa Ba Lạt đến cửa Hà Lạn. - Bản đồ vị trí nghiên cứu 2.2. - Địa điểm nghiên cứu. - Hướng sóng và độ cao sóng phụ thuộc vào hoạt động của gió mùa. - Độ cao sóng lớn hơn sóng trong mùa gió Tây Nam. - Số liệu thống kê về diện tích rừng ngập mặn các tỉnh. - Diện tích rừng ngập mặn (RNM) tự nhiên trong khu vực nghiên cứu không nhiều, ít tập trung.. - Bảng diện tích rừng ngập mặn trồng tại các tỉnh trong khu vực nghiên cứu Đơn vị: ha. - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - Tập hợp và thừa kế các kết quả nghiên cứu trước đây có liên quan đến lĩnh vực RNM và thủy văn trong vùng RNM.. - Điều tra sinh thái và lâm học nhằm bổ sung và xác định các số liệu hiện trạng RNM tại từng điểm nghiên cứu.. - Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình SWAN trong tính toán khả năng hấp thụ sóng của RNM và định lượng mức độ hấp thụ đó ở từng địa điểm nghiên cứu.. - Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành khảo sát và thu thập số liệu về hiện trạng RNM trong khu vực nghiên cứu. - Mỗi khu vực nghiên cứu, chọn 3 trục nghiên cứu chính, mỗi trục nghiên cứu thiết lập 3 ô nghiên cứu với diện tích 5x5 m. - Những số liệu cần quan tâm thu thập trên mỗi ô nghiên cứu bao gồm thành phần loài, chiều cao, đường kính thân, cành, rễ (với rễ chống, rễ trụ), điểm phân cành, khoảng cách từ đỉnh đến điểm phân cành. - Sau khi thu thập, tính toán số liệu trung bình của mỗi thông số. - Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả nhìn nhận khu rừng như một thảm phủ với mỗi tầng, lớp có những thông số cụ thể về chiều cao so với mặt đất, đường kính. - Từ mô hình SWAN, nhóm nghiên cứu phân tích, tính toán và ứng dụng những thông số thu được định tính mức độ làm tiêu giảm năng lượng sóng của thảm RNM vùng nghiên cứu.. - Quá trình tiêu tán năng lượng quan trọng là do các chướng ngại mà cây tạo ra, các cây sẽ áp đặt lực ma sát và lực quán tính lên chuyển động của nước, tạo ra sự mất mát năng lượng và làm cho sóng hạ thấp độ cao và suy giảm vận tốc quỹ đạo. - Hầu hết các mô tả vật lý dựa trên cán cân năng lượng, vì từ đại lượng này, dễ dàng tính toán được độ cao sóng và độ cao sóng được sử dụng để tính toán hệ số suy giảm sóng R, là hệ số xác định bằng thương của hiệu độ cao sóng tới với độ cao của sóng truyền qua và độ cao sóng tới:. - Hệ số ma sát đáy. - Đây cũng chính là một trong những kết luận rút ra từ các kết quả đo đạc hiện tượng suy giảm sóng tại vùng ven bờ đồng bằng Bắc Bộ, tại khu vực có và không có rừng cây ngập mặn. - Từ công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này đã đi đến kết luận là công thức của Dalrymple (1984) là phương pháp xấp xỉ quá trình tiêu tán năng lượng sóng do thực vật tốt nhất và thích hợp nhất để tích hợp vào mô hình SWAN.. - Tiêu chuẩn sơ đồ hóa tốt các đặc điểm vật lý quan trọng của thực vật được thỏa mãn do trong công thức này chứa các tham số như độ cao của thực vật, độ lớn của thân cây, số lượng thân cây trên một đơn vị bề mặt và hệ số kéo.. - Kết quả của các nghiên cứu trên mô hình vật lý cho thấy, biến động của hệ số kéo là khá lớn khi mô phỏng các loại thực vật thân mềm. - Đặc điểm khu vực nghiên cứu và các số liệu đầu vào. - Hầu hết RNM của tỉnh Thái Bình đều phát triển rất tốt, độ cao cây trung bình từ 2,5 đến 3 m. - Các kết quả nghiên cứu tại các khu vực cây mọc ken dày và có tầng tán cao đã có tác dụng to lớn trong việc giảm mạnh cường độ của sóng.. - CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN SÓNG TRÊN BÃI CÓ RỪNG NGẬP MẶN 5.1. - Dữ liệu đầu vào cho từng trường hợp tính toán. - Các kết quả tính toán sóng lan truyền qua RNM tại vùng nghiên cứu được thực hiện dựa trên các số liệu thống kê các đặc điểm thủy động lực về sóng, mực nước tổng hợp: thủy triều kết hợp nước dâng và số liệu hiện trạng về RNM tại khu vực và các trường hợp độ cao của cây ngập mặn được thể hiện trên Bảng 5.1 và Bảng 5.2.. - Các đặc điểm của cây ngập mặn được đưa vào tính toán Tuổi cây Chiều cao cây (m) Đường kính thân cây (m). - Trường hợp. - Các trường hợp tính toán sẽ được thực hiện theo các nội dung chính như sau:. - Tính toán xác định hệ số kéo C d cho khu vực nghiên cứu trên mô hình SWAN.. - Tính toán sóng trên bãi có RNM trong các trường hợp các giá trị về đặc điểm của cây ngập mặn thay đổi: độ cao, mật độ và độ rộng, nhằm xác định các giá trị tối ưu phục vụ cho thiết kế RNM.. - Tính toán hiệu chỉnh và nghiệm chứng mô hình. - Thừa kế kết quả khảo sát thực tế tại vùng ven biển Bắc Bộ của một số nghiên cứu ở những nơi có rừng trồng và một số nơi không có rừng ở gần đó, như phường Ngọc Hải, thị xã Đồ Sơn, xã Bàng La - huyện Đồ Sơn, xã Đại Hợp - huyện Kiến Thụy và xã Vinh Quang - huyện Tiên Lãng, Hải Phòng (Phan Nguyên Hồng và nnk., 2007. - Các tham số chính của mô hình được sử dụng bao gồm: độ cao mực nước thủy triều: 1,5m. - số liệu trường độ sâu và khu vực có cây ngập mặn. - biên độ sóng: H s = 0,7 m, chu kỳ sóng: T p = 5,1 s và đặc điểm của rừng cây ngập mặn khu vực khảo sát (Bảng 5.3).. - Đặc điểm rừng cây ngập mặn khu vực đo đạc, khảo sát. - Độ cao (m) Đường kính thân (m). - Mật độ. - Thông qua kết quả của các trường hợp tính toán hiệu chỉnh mô hình ta thấy, hệ số kéo được hiệu chỉnh thành công với các điều kiện thủy động lực được đo đạc đồng bộ. - Nếu các điều kiện về thủy động lực và đặc điểm của cây ngập mặn được xác định trước, mô hình SWAN với phần tích hợp tính toán tiêu tán năng lượng sóng do RNM có thể sử dụng để mô phỏng trường sóng lan truyền qua RNM. - Kết quả tính động lực/động năng/sóng trên bãi có rừng ngập mặn. - Để tính toán cho các trường hợp thay đổi tính chất của rừng cây ngập mặn và các điều kiện thủy động lực, căn cứ theo số liệu trường độ sâu của khu vực nghiên cứu xác định độ dốc trung bình địa hình đáy của khu vực, thông qua việc lấy trung bình của một số mặt cắt đại diện trong khu. - Việc mô phỏng và tính toán được tiến hành trong các điều kiện biên I và II (mực nước, sóng do bão cấp 9 và cấp 12) cho các trường hợp: độ cao, mật độ và độ rộng của rừng cây ngập mặn thay đổi.. - Trường hợp độ cao của cây ngập mặn thay đổi. - Các trường hợp tính toán với đặc điểm của cây ngập mặn có đường kính trung bình là 0,05 m, mật độ tương đương trung bình là 11 cành/m 2 và độ cao của cây ngập mặn thay đổi lần lượt từ:. - Độ cao sóng 2,01 m. - Biểu đồ theo mặt cắt hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách x 10 m từ mép rừng theo chiều sóng lan truyền với mực nước tổng cộng 3,5 m và các độ cao của cây khác nhau. - Độ cao sóng 2,70 m. - Chú thích: Kết quả tính trường hợp mực nước 4,0 m, độ cao sóng 2,7 m, chu kỳ 10 s, đường kính thân cây 5 cm, mật độ tương đương 11 cành/m 2 và cây cao 3,0 m.. - Biểu đồ độ cao sóng Hs (m) trên mặt cắt với khoảng cách từ biên theo chiều sóng lan truyền với mép rừng ngập mặn tại khoảng cách 78x10 m. - Biểu đồ theo mặt cắt hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách x 10 m theo chiều sóng lan truyền với mực nước tổng cộng 4 m và các độ cao của cây. - Các kết quả tính toán hệ số suy giảm sóng cho các trường hợp với các điều kiện II (Hình 5.4) cho thấy, sự phụ thuộc chặt chẽ của hệ số suy giảm sóng vào độ cao của cây, giá trị của R không thay đổi khi độ cao của cây thay đổi từ 4 m trở lên.. - Theo các kết quả tính toán được thể hiện trên Hình 5.3, Hình 5.4 và được tổng hợp trong Bảng 5.5 ta thấy, hệ số suy giảm sóng của RNM là đại lượng phụ thuộc vào độ cao mực nước tổng hợp và độ cao của cây, thông qua phần thể tích nước bị cây chiếm chỗ. - Với kết quả tính toán ta thấy, hệ số suy giảm sóng đạt giá trị lớn nhất khi độ cao của cây đạt đến 3,5 m và tốc độ thay đổi giảm dần khi độ cao tiếp tục tăng.. - Hệ số suy giảm sóng do rừng ngập mặn lớn nhất theo độ cao cây và điều kiện biên sóng, mực nước. - Độ cao sóng Hs (m). - Độ cao cây (m) ứng với hệ số suy giảm sóng lớn nhất. - Trường hợp mật độ của cây ngập mặn thay đổi. - Các trường hợp tính toán với đặc điểm của cây ngập mặn có đường kính trung bình là 0,05 m, và độ cao của cây ngập mặn là 3,5 m với mật độ tương đương trung bình thay đổi lần lượt từ: 2. - Biểu đồ đánh giá mức độ biến động của hệ số suy giảm sóng khi mật độ tương đương của rừng ngập mặn biến đổi từ 2 cành/m 2 đến 25 cành/m 2. - Theo các kết quả tính toán được thể hiện trên Hình 5.5 ta thấy, hệ số suy giảm sóng của RNM là đại lượng phụ thuộc vào mật độ tương đương của cây, khi mật độ cây tăng lên từ 2 cành/m 2 đến 10 cành/m 2 , tốc độ biến động của hệ số suy giảm sóng từ 0,1700 đến 0,0167, sau đó tốc độ biến động giảm. - Như vậy, chúng ta có thể xác định được mật độ tương đương tối ưu của RNM trong các trường hợp tính toán là 10 cành/m 2 , tương ứng với mật độ cây trên thực tế là 3,2 cây/m 2 . - Trường hợp độ rộng của rừng cây ngập mặn thay đổi. - Trên cơ sở các kết quả tính toán của các trường hợp tối ưu về độ cao, mật độ của rừng cây ngập mặn, số liệu về hệ số suy giảm sóng được trích xuất xây dựng mối quan hệ với độ rộng của rừng cây ngập mặn. - Mức độ biến động của hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách từ bìa rừng theo phương truyền sóng được thể hiện trên Hình 5.6. - Kết quả cho thấy, mức độ biến động của độ rộng tối ưu của rừng cây ngập mặn vào khoảng 180 m đến 240 m.. - Biểu đồ đánh giá mức độ biến động của hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách từ mép rừng theo phương truyền sóng. - Xây dựng bảng tra cứu hệ số suy giảm sóng. - Căn cứ vào các kết quả tính toán hệ số suy giảm sóng do RNM, chúng tôi đã thực hiện xây dựng bảng tra cứu hệ số suy giảm sóng. - Các số liệu được tra cứu dựa trên các đặc điểm thủy động lực về mực nước tổng cộng, độ cao sóng và các đặc điểm của cây RNM: mật độ cây tương đương, đường kính thân cây và độ rộng của rừng cây theo phương truyền sóng.. - MỘT SỐ KẾT LUẬN VỀ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ GIẢM SÓNG CỦA RỪNG NGẬM MẶN. - Dựa vào kết quả tính toán có thể thấy rằng, hệ số suy giảm sóng của rừng ngập mặn là đại lượng phụ thuộc vào độ cao mực nước tổng hợp và độ cao của cây thông qua phần thể tích nước bị cây chiếm chỗ. - Với kết quả tính toán ta thấy rằng, hệ số suy giảm sóng đạt giá trị lớn nhất khi độ cao của cây đạt đến 3,5 m và tốc độ thay đổi giảm dần khi độ cao tiếp tục tăng.. - Dựa vào kết quả tính toán có thể thấy, hệ số suy giảm sóng của RNM là đại lượng phụ thuộc vào mật độ tương đương của cây, khi mật độ tăng lên từ 2 cành/m 2 đến 10 cành/m 2 , tốc độ biến động của hệ số suy giảm sóng từ 0,1700 đến 0,0167, sau đó tốc độ biến động giảm. - Như vậy, chúng ta có thể xác định được mật độ tương đương tối ưu của RNM trong các trường hợp tính toán là 10 cành/m 2 , tương ứng với mật độ cây trên thực tế là 3,2 cây/m 2. - Về độ rộng tối ưu của rừng cây ngập mặn: Trên cơ sở các kết quả tính toán về hệ số suy giảm sóng và xây dựng mối quan hệ của chúng với độ rộng của rừng cây ngập mặn cho thấy, mức độ biến động của độ rộng tối thiểu đảm bảo yêu cầu bảo vệ bờ biển trước độ cao sóng thường ngày của RNM vùng nghiên cứu ở khoảng 180 m đến 240 m. - Trước ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nghiên cứu sâu hơn cho kịch bản biến đổi về mực nước. - Mức độ biến động của hệ số suy giảm sóng. - Ảnh hưởng của nước biển dâng đến hệ sinh thái rừng ngập mặn và khả năng ứng phó. - Vai trò của một số kiểu rừng ngập mặn trồng làm giảm độ cao của sóng. - Bước đầu nghiên cứu khả năng chắn sóng, bảo vệ bờ biển trong bão qua một số cấu trúc rừng ngập mặn trồng ven biển Hải Phòng. - Vai trò của hệ sinh thái rừng ngập mặn và rạn san hô trong việc giảm nhẹ thiên tai và cải thiện cuộc sống ven biển. - Khả năng làm giảm độ cao của sóng tác động vào bờ biển của một số kiểu rừng ngập mặn trồng ở ven biển Hải Phòng