Nghiên cứu sự biến đổi địa hình đáy biển khu vực Đảo Trường Sa

Đảo Trường sa thuộc Quần đảo Trường Sa và là khu vực quan trọng đối với hoạt động của Hải quân. Việc nghiên cứu sự biến đổi địa hình đáy biển khu vực đảo Trường Sa là cơ sở cho công tác quy hoạch, đề xuất xây dựng công trình phòng thủ biển hay duy tu, nạo vét luồng,...

Vì sao cần nghiên cứu sự biến đổi địa hình đáy biển khu vực đảo Trường Sa?

Đảo Trường Sa có vị trí tại Tây Nam, thuộc Quần đảo Trường Sa. Diện tích tự nhiên của đảo Trường Sa khoảng 0,65km²; Bề mặt địa hình của đảo bằng phẳng, cao khoảng 3,4 - 5m khi thủy triều lên xuống và thổ nhưỡng trên đảo chủ yếu là cát san hô được phủ một lớp mùn mỏng.

Ảnh viễn thám khu vực vùng biển quanh đảo Trường Sa.

Khu vực bờ đảo thường chịu ảnh hưởng từ các yếu tố thủy động lực. Thực tế bờ biển luôn biến đổi liên tục dưới tác động dòng chảy và sóng tại nhiều phạm vi không gian và thời gian khác nhau. Quá trình tác động diễn ra trong nhiều ngày, nhiều năm một cách liên tục và có thể gây ra hiện tượng xói lở bờ biển trên một khu vực rộng đến vài chục hay hàng trăm mét. Bên cạnh đó, khu vực này thay đổi rất nhanh bởi sự xói mòn do nước dâng hay do bão. Qua đó có thể thấy rằng, xói mòn - bồi tụ ven biển diễn ra và khiến đường bờ biển dịch chuyển hướng ra biển hoặc về đất liền.

Hiện nay, mô hình tính toán ngày càng được cải thiện và nâng cao, cho phép xác định những yếu tố tự nhiên dưới tác động bất lợi đến vùng biển bị xói lở. Từ đó, xác định tốc độ xói lở bờ biển khu vực nghiên cứu theo thời gian thực và xác định được nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường... Việc nghiên cứu sự biến đổi địa hình đáy biển khu vực đảo Trường Sa được thực hiện nhằm đề xuất phương án giải quyết ổn định, hiệu quả lâu dài, chi phí thấp và giảm ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường tự nhiên.

Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu biến đổi địa hình đáy biển khu vực đảo Trường Sa

- Dữ liệu địa hình đáy biển

Dữ liệu độ sâu đáy biển được cập nhật đến 2021 được thực hiện bởi Đoàn Đo đạc biên vẽ hải đồ và Nghiên cứu biển. Dữ liệu độ sâu được thu thập bằng cách ứng dụng công nghệ đo sâu đa tia, đo sâu bằng sào và quét Side Scan Sonar tại nơi nước nông ven bờ. Xem chi tiết: Kết hợp dữ liệu rà quét Side Scan Sonar với đo sâu đơn tia trong khảo sát thành lập bản đồ địa hình đáy biển>>>

Địa hình đáy biển khu vực Đảo Trường Sa tương đối phức tạp, có cấu trúc địa hình đáy biển chủ yếu là san hô và đá, cùng với độ sâu không đồng đều, nhiều nơi có độ sâu từ 10 mét ra phía biển và có thể phân chia thành những vùng nhỏ như sau:

Vùng thềm đảo: Tính từ bờ đến độ sâu 10 mét theo mực nước biển thấp nhất, độ sâu nơi nông nhất là 1.6 mét và độ sâu trung bình 3.5 mét. Khu vực có độ sâu dưới 0 mét ở sát mép đảo, cấu trúc địa hình chủ yếu là đá và cát có diện tích 0.05km². Vùng có độ sâu 0 mét đến 5 mét chủ yếu phía Bắc đảo, địa hình thoải đều, cấu trúc địa hình phần lớn là đá, cát và san hô có diện tích 0.6 km². Vùng độ sâu từ 5 mét đến 10 mét có địa hình thoải đều, cấu trúc địa hình chủ yếu là san hô và đá với diện tích 0.52 km².
Vùng ngoài thềm san hô (màu xanh): Tính từ độ sâu 10 mét đến nơi có cấu trúc địa hình đáy phức tạp, chủ yếu là đá và san hô, độ dốc tương đối lớn. Biển phía Bắc đảo, nơi độ sâu 10 mét đến 200 mét cấu trúc địa hình phần lớn là đá và san hô, độ dốc 16 độ; vùng độ sâu 200 mét ra đến 1000 mét độ dốc là 11 độ. Biển phía Đông đảo, vùng độ sâu 10 mét đến 200 mét cấu trúc địa hình phần lớn là đá và san hô; độ dốc chỗ lớn nhất là 33 độ, vùng độ sâu 200 mét đến 1000 mét độ dốc trung bình là 18 độ. Biển phía Nam đảo, vùng độ sâu 10 mét ra đến 200 mét cấu trúc địa hình phổ biến là đá và san hô; độ dốc nơi lớn nhất 31 độ, vùng độ sâu 200 mét ra đến 1000 mét độ dốc trung bình là 27 độ. Biển phía Tây đảo, vùng độ sâu 10 mét đến 200 mét cấu trúc địa hình phần lớn là đá và san hô; độ dốc nơi lớn nhất 40 độ, vùng độ sâu 200 mét đến 1000 mét độ dốc trung bình là 28 độ.

- Dữ liệu đầu vào

Dữ liệu gió:

Dữ liệu gió trong 2000 - 2020 từ dữ liệu tái phân tích của European Centre for Medium-Range Weather Forecasts.

Bảng 1: Vận tốc gió trung bình các tháng khu vực đảo Trường Sa nhiều năm.

Month	Jan	Feb	Mar	Apr	May	Jun	Jul	Aug	Sep	Oct	Nov	Dec
V_mean (m/s)	8.2	8.1	6.2	5.9	5.2	6.1	5.8	6.2	5.1	5.8	6.5	7.8

Dữ liệu sóng

Dữ liệu sóng sử dụng từ dữ liệu tái phân tích ECMWF, làm điều kiện biên cho module SW nhằm nâng cao độ chính xác cho kết quả mô phỏng trường sóng.

Bảng 2: Độ cao sóng trung bình và lớn nhất các tháng khu vực phía Bắc đảo Trường Sa trong nhiều năm

Month	Jan	Feb	Mar	Apr	May	Jun	Jul	Aug	Sep	Oct	Nov	Dec
H_mean (m)	1.61	1.52	0.85	0.87	0.42	0.44	0.51	0.87	0.77	0.59	1.54	1.72
H_max (m)	3.52	3.83	1.25	1.38	1.27	0.96	2.33	3.39	3.21	3.82	2.78	3.61

Dữ liệu quan trắc

Dữ liệu thực đo bao gồm các dữ liệu về sóng, dòng chảy và mực nước biển được quan trắc bằng máy AWAC và nghiệm triều bằng thước nước. Các dữ liệu dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình toán.

Kết quả nghiên cứu sự biến đổi địa hình đáy biển khu vực đảo Trường Sa

- Kết quả tính toán trường thủy động lực và trường sóng

Hệ số tương quan tốc độ dòng chảy và độ cao sóng khi so giữa tính toán và thực đo theo chỉ tiêu Nash lần lượt là 73.5% và 60.6% (trong mức đạt yêu cầu trở lên).

Khoảng giá trị của độ cao sóng tính toán được sát với khoảng giá trị thực đo với chênh lệch nhỏ nhất là 0.00m và lớn nhất là 0.4m; trung bình độ cao sóng theo tính toàn là 0.82 (lớn hơn 0.06 so với thực đo).

Giá trị vận tốc dòng chảy khi tính toán và thực đo chênh lớn nhất khoảng 0.4m/s, mực nước có sự động nhất về pha và độ lớn khá tốt. Kết quả cho thấy mô phỏng thủy động lực phù hợp với thực tế khu vực nghiên cứu.

So sánh độ cao sóng và tốc độ dòng chảy giữa tính toán và thực đo.

Dòng chảy có tốc độ từ 0.04 đến 0.26m/s trong mùa gió Đông Bắc có hướng Nam ở phía Đông Bắc đảo, càng gần bờ sẽ chuyển hướng Tây ở phía Nam của đảo với tốc độ có thể lên 0.25 m/s và chuyển hướng Tây Nam khi xuống phía Bắc đảo với tốc độ 0.2 - 0.4 m/s. Phía Tây đảo là sự tương tác giữa dòng chảy hướng Tây và Tây Nam, chúng hòa trộn trong dải tương tác với độ dài gần 1.0km và tốc độ lên đến 0.35 m/s. Dòng chảy trong mùa gió Tây Nam có hướng Đông Bắc là chủ đạo, tốc độ cao nhất có thể đạt 0.6 m/s tại vị trí cách đảo 300m về phía Đông Bắc. Dòng chảy có hướng Bắc ở phía Đông Bắc đảo và phía Tây đảo do đặc điểm địa hình đảo gây nên có sự chuyển hướng.

Trường dòng chảy khu vực đảo Trường Sa.

Vào mùa hè, trường sóng có độ cao sóng trung bình từ 0.3m đến 0.5m với hướng chủ đạo là Tây Nam. Sóng ở phía Tây Nam đảo có độ cao khoảng 0.45m và nhỏ dần khi lan truyền vào vùng thềm đảo còn 0.35m và khi lan truyền vào bờ đảo chỉ còn 0.25m. Phía Đông Bắc đảo chỉ đạt 0.15m ở ven bờ đảo và lớn hơn khi càng xa đảo do được địa hình che chắn khỏi gió Đông Bắc nên độ cao khá nhỏ. Trường sóng trong mùa đông ở khoảng 0.8m đến 1.0m với sóng hướng Đông Bắc chiếm ưu thế và có độ cao trung bình lớn hơn mùa hè. Một phần do đặc điểm địa hình che chắn nên trường sóng phía Đông Bắc đảo chiếm ưu thế về hướng và độ cao, còn ở vùng thềm đảo và phía Tây Nam có độ cao sóng nhỏ hơn chỉ từ 0.5m đến 0.7m.

Trường sóng khu vực đảo Trường Sa.

- Kết quả tính toán biến đổi địa hình đáy biển

Đánh giá sự biến đổi địa hình đáy biển sau 20 năm (từ năm 2000 - 2020) cho thấy, mùa hè tại vùng ven thềm dốc phía Đông Nam và Nam đảo xảy ra bồi - xói mạnh nhất.

Trầm tích bồi tụ khá lớn tại khu vực ven phía Bắc và độ dày có thời điểm đạt tới 13m. Xói lở xảy ra tại bờ đảo từ phía Nam đến Đông khiến độ dày trầm tích giảm từ 5 đến 10m, có thời điểm lên đến 12m. Xói lở đáy biển tại vị trí cách đảo 200m ở phía Bắc khoảng 5 - 7.5m. Bồi xói xuất hiện xen kẽ tại khu vực địa hình đáy biển cách xa đảo với giá trị từ -2.5 đến 2.5m.

Địa hình đáy biển trong mùa hè có tốc độ biến đổi dao động từ - 0.04 đến 0.03 m/ngày. Xung quanh bờ đảo xuất hiện những vùng xói với tốc độ tương đối nhỏ (0.015 đến 0.025 m/ngày). Vị trí ven bờ đảo phía Bắc xuất hiện vùng bồi tụ với tốc độ trên 0.03 m/ngày.

Biển đổi địa hình đáy biển và tốc độ biến đổi quanh đảo Trường Sa trong mùa hè.

Mùa Đông, ven bờ đảo ở phía Nam đến Đông Nam xuất hiện xói lở địa hình đáy khá mạnh, một số khu vực có lúc xói hơn 10m. Phía Bắc cách đảo 400m tình trạng xói lở cũng diễn ra tương tự trong mùa hè. Bồi tụ khác lớn tại địa hình đáy biển ven đảo từ phía Bắc đến Đông Bắc, ở khoảng 5 - 10m, có thời điểm tới 13m. Bồi xói xuất hiện xen kẽ tại khu vực địa hình đáy biển cách xa đảo với giá trị từ - 2.5 đến 2.5m.

Tốc độ biến đổi địa hình đáy biển vào mùa Đông dao động nhỏ từ - 0.04 đến 0.05 m/ngày. Ven bờ đảo xói lở từ 0.02 đến 0.04 m/ngày, xuất hiện một vài vị trí bồi tụ như ở phía Tây Bắc, Đông Bắc và Đông Nam của đảo, bồi tụ khoảng 0.02m/ngày, có nơi lên tới 0.03m/ngày.

Biển đổi địa hình đáy biển và tốc độ biến đổi quanh đảo Trường Sa trong mùa đông.

- Kết luận

Khu vực ven bờ biển về phía Bắc trầm tích bồi tụ khá lớn, độ dày trầm tích có thời điểm 13m với tốc độ bồi có thời điểm lên tới 0,3 m/ngày. Ven bờ đảo từ phía Nam đến Đông xói lở khiến độ dày trầm tích giảm từ 5m đến 10m, có thời điểm lên đến 12m. Ở vị trí cách đảo 200m về phía Bắc xói lở đáy biển khoảng 5 đến 7.5m.

Những kết quả nghiên cứu trên là cơ sở để thực hiện quy hoạch, xây dựng công trình biển, phục vụ cho các hoạt động huấn luyện, tác chiến, đồng thời phòng chống sụt lún, xói lở và bảo vệ chủ quyền biển đảo của Tổ Quốc.

Đất Hợp hiện nay đang là đơn vị cung cấp thiết bị thủy đạc phục vụ nghiên cứu địa hình đáy biển, liên hệ ngay HOTLINE 0903 825 125 để được tư vấn và hỗ trợ chi tiết!

>>> Xem thêm: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÁY ĐO SÂU HỒI ÂM ĐA TIA TRONG CÔNG TÁC KHẢO SÁT CÔNG TRÌNH TẠI VIỆT NAM