Dòng chảy ở cửa sông là gì

1. Vùng đầm phá

Chế độ thủy văn của đầm phá chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ thủy văn các sông đổ vào và chế độ hải văn vùng biển thông qua các cửa của đầm phá. Hình thế và cao trình lòng sông, đầm đóng vai trò quan trọng, quyết định đặc điểm thủy văn của vùng sông ảnh hưởng triều.

a. Thủy triều và mực nước biển

Thủy triều đầm phá chịu tác động trực tiếp từ triều ngoài biển thông qua các cửa. Dao động mực nước tại phá Tam Giang tương tự như dao động thuỷ triều ngoài biển. Khu vực Thuận An chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều đều. Vùng đầm phá Cầu Hai và Lăng Cô chịu ảnh hưởng của chế độ bánnhật triều không đều. Mực nước tại khu vực phía nam đầm phá [Cầu Hai - Lăng Cô] dao động mạnh nhất, với biên độ triều có thể đạt 0,6-0,9m.

Do vừa chịu tác động của chế độ thuỷ triều vùng biển và chế độ thuỷ văn lục địa nên mực nước trong đầm phá biến động rất phức tạp theo thời gian và không gian. Đặc biệt là vào mùa lũ, dòng chảy trong đầm có thể bị xáo trộn mạnh, mực nước lên xuống vừa mang tính quy luật của thuỷ triều, vừa thể hiện tính chất lũ các sông đổ vào.

Mùa khô, mực nước các đầm phá thường thấp hơn đỉnh triều ngoài biển, chẳng hạn ở Cầu Hai là 0,25-0,30m và ở Tam Giang là 0,05-0,15m. Do dòng chảy các sông đổ về nhỏ nên dao động mực nước phần lớn mang tính thuỷ triều.

Về mùa mưa lũ, mực nước đầm phá thường luôn cao hơn mực nước biển, tới 70cm ở Cầu Hai. Dao động mực nước đầm phá cũng biến đổi không tương đồng với mực nước ngoài biển. Bảng 15.4 thể hiện các đặc trưng mực nước đầm phá Tam Giang - Cầu Hai theo tháng cho thấy tính chất phức tạp của dao động mực nước của vực nước này.

Bảng 15.4. Các đặc trưng mực nước [m] tháng tại các trạm thuộc phá Tam Giang và đầm Cầu Hai

b. Dòng chảy

Do phụ thuộc vào mối tương tác của nhiều yếu tố như dòng triều, dòng chảy biển ven bờ, dòng chảy sông, dòng chảy do gió, địa hình đáy và hình dạng bờ vực nước nên dòng chảy trong đầm phá rất phức tạp. Dòng chảy tổng hợp gồm dòng triều, dòng chảy sông và dòng chảy do gió.

Dòng triều ở cửa Thuận An có tốc độ khoảng 0,15-0,20m/s. Ở khu vực phía nam - cửa Tư Hiền và cửa Lăng Cô, dòng chảy có xu hướng mạnh hơn [đạt 0,30-0,35m/s]. Trong đầm phá nói chung, tốc độ dòng chảy trong nhữngngày có chế độ bán nhật triều thường mạnh hơn ngày có chế độ nhật triều, thể hiện qua số liệu quan trắc dòng chảy đầm phá Tam Giang - Cầu Hai trong năm 1993 và 1995 [bảng 15.5].

Dòng chảy dư trong đầm phá nhỏ chỉ đạt 0,04-0,08m, có thể đạt 0,2m trong mùa mưa [Tam Giang - Cầu Hai]. Dòng chảy này ở gần cửa Thuận An gồm 2 lớp cấu trúc: lớp trên chảy ra phía biển, lớp dưới chảy ngược lại và yếu dần khi vào cửa sông Hương.

Dòng di cư ngược liên quan và gắn liền với sự hình thành nêm mặn trong cửa sông, cần được nghiên cứu kỹ hơn trong các bài toán truyền triều, kiểm soát đóng và khai thác nước trên các đập ở sông Hương. Tại vùng Tam Giang - Phước Lâm vào mùa khô do lưu lượng nước sông Ô Lâu nhỏ nên dòng dư có xu thế đẩy nước từ phía Thuận An về phía sông Ô Lâu. Tại khu Thủy Tú, An Truyền dòng chảy dư chảy từ phía đầm Cầu Hai về phía cửa Thuận An. Ở đầm Cầu Hai dòng dư nhỏ, chỉ đạt 0,02m/s và có hướng chảy về phía Thuận An vào mùa khô.

Bảng 15.5. Tốc độ [m/s] và hướng của các dòng chảy cực đại trong phá Tam Giang

Ghi chú: hướng dòng chảy được tính theo góc từ hướng bắc theo chiều quay của kim đồng hồ.

Khi có sự đổi cửa ở Tư Hiền [lấp cửa tại Vinh Hiền, khai thông tại Lộc Thủy] thì dòng triều thay đổi rõ nhất ở khu vực Thủy Tú. Cả thành phần toàn nhật và bán nhật đều tăng và có giá trị cùng bậc 15-20cm/s [bảng 15.6].

Gió có vai trò đáng kể trong hoàn lưu đầm phá. Kết quả mô phỏng theo mô hình trị số Vonsinghe cho phá Tam Giang - Cầu Hai cho thấy: Lực ma sát của gió thổi trực tiếp trên bề mặt vực nước đầm phá chỉ phát hiện được những tốc độ dòng chảy nhỏ cỡ vài cm/s, chỉ nơi mặt cắt hẹp tốc độ mới đạt tới gần 10cm/s.

Do hình dạng địa hình phân dị theo từng phần và phân bố độ sâu không đều, nên đã tạo ra những xoáy nước cục bộ như ở phá Tam Giang, vụng gần cửa Thuận An và đầm Thủy Tú... Trong thủy vực Cầu Hai, hình thành các hệ xoáy phức tạp, có hướng khác nhau theo 2 hướng gió: gió thổi từ phía bắc và phía biển như gió bắc, đông bắc, đông và đông nam, tạo nên một lớp xoáy lớn ngược chiều kim đồng hồ trong đầm Cầu Hai. Gió hướng tây nam gây ra ba vòng xoáy lớn trong phạm vi thủy vực này, liên hệ với nhau theo kiểu dạng răng khế. Trong đầm Lăng Cô cũng xuất hiện những xoáy nước do gió như đầm Cầu Hai.

Bảng 15.6. Tốc độ [cm/s] và hướng của dòng chảy cực đại tầng mặt ở đầm cầu Hai - Thuỷ Tú

Tuy các dòng chảy gió và dòng chảy triều đều nhỏ về tốc độ, nhưng trường dòng có sự khác nhau, trong trường dòng chảy triều không phát hiện các xoáy cục bộ. Trong các pha triều lên và triều rút tại hầu như toàn bộ diện tích thủy vực, các dòng triều đều có hướng chảy vào hoặc chảy ra đồng thời. Đặc điểm này làm cho dòng chảy triều có vai trò lớn hơn dòng chảy gió trong sự lưu thông nước đầm phá.

Dòng chảy tổng hợp trong đầm phá có tính chất thay đổi theo mùa.

- Về mùa khô, dòng chảy vào lớn hơn dòng chảy ra ở cửa Thuận An và cửa Lăng Cô. Ở cửa Tư Hiền thì ngược lại [bảng 15.7]. Thời gian chảy vào lớn hơn thời gian chảy ra ở tất cả các cửa. Trong đầm phá Tam Giang có tốc độ chảy lên trung bình gần gấp 1,5 lần ở cửa sông Hương, các giá trị khác tương đương nhau. Ở đầm cầu Hai và Lăng Cô hầu như không có dòng chảy. Tốc độ dòng chảy ở Thủy Tú nhỏ, trung bình 5-7cm/s, cực đại 22-27cm/s, tầng đáy hầu như không chảy, tầng mặt dừng chảy 12 giờ trong ngày và thời gian chảy lên gấp 2 lần thời gian chảy xuống. Dòng chảy mặt ở phá Tam Giang có giá trị lớn hơn dòng chảy đáy.

Bảng 15.7. Tốc độ dòng chảy [m/s] trung bình và cực đại ở đầm phá

Ghi chú: số liệu mùa mưa đo vào thời điểm mưa bão.

Về mùa mưa, tốc độ dòng chảy tăng rõ rệt. Kết quả khảo sát trong năm 1995 cho thấy dòng chảy ra chiếm ưu thế gần như tuyệt đối ở các cửa đầm phá và sông cả về tốc độ và thời gian chảy. Một ví dụ điển hình là cửa Thuận An vào mùa mưa [tháng 11 năm 1995], tốc độ dòng chảy ra tầng mặt trung bình đạt 45cm/s, cực đại 105cm/s, thời gian chảy 23/24giờ. Tuy nhiên, trong điều kiện mưa bão [nhỏ] có nước dâng thì dòng chảy vào ở các đầm phá lại có ưu thế. Trong đầm phá, xu hướng chung là dòng chảy có hướng về phía cửa chính, chẳng hạn ở Tam Giang - Cầu Hai, xu hướng chảy về phía cửa Thuận An đã được ghi nhận, đặc biệt rõ khi cửa Tư Hiền bị lấp.

c. Sóng trong đầm phá

Sóng trong đầm phá có đặc điểm phát sinh chính trong bản thân thủy vực. Các đặc trưng sóng ở đây phụ thuộc chủ yếu vào hướng và tốc độ gió tác động ở bên trên vùng nước. Sóng có điều kiện phát triển trong đầm phá, nhất là đầm Cầu Hai là sóng hướng bắc và tây bắc vào mùa đông. Khi đó thời gian gió thổi tương đối dài, ổn định và đà gió khá dài trên mặt thoáng 7-10km tạo điều kiện cho sóng phát triển đến độ cao khoảng 0,3-0,5m, trong dông có thể tới 0,7m. Trong gió bão ở đầm Cầu Hai sóng có đủ điều kiện phát triển đến độ cao 1m.

Sóng trong đầm phá có vai trò quan trọng gây nên quá trình xáo trộn thẳng đứng và khuấy đục vực nước. Khi xây dựng và bố trí công trình ven bờ phía nam và phía tây đầm Cầu Hai, cần thiết phải tính đến tác động của sóng.

d. Trao đổi nước

* Trao đổi nước giữa đầm phá và biển

Quá trình trao đổi nước giữa đầm phá và biển được thực hiện thông qua các cửa của nó và tính chất phức tạp của quá trình phụ thuộc nhiều vào quá trình biến động cửa, và chế độ khí hậu.

Về mùa khô, lượng chảy vào thường lớn. Kết quả khảo sát mùa khô [tháng 3/1993] trước khi cửa Tư Hiền bị lấp ở Vinh Hiền cho thấy ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai mỗi ngày nước biển dồn vào đầm phá 5,8 triệu m3 nước. Về mùa mưa, lượng nước chảy ra gần như chiếm ưu thế hoàn toàn, do lượng nước từ các sông đổ vào lớn. Số liệu quan trắc tính toán thực hiện vào tháng 11 năm 1995 ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai [khi đó cửa Tư Hiền đã bị lấp] một khối lượng nước bị đẩy ra biển khoảng 175,5 triệu m3 thông qua cửa Thuận An trong một ngày đêm. Ước tính nếu cửa Tư Hiền được mở rộng thì có thể góp phần thoát ra biển 15-20 triệu m3nước/ngày. Khi có bão gây nước dâng sẽ làm cho một khối lượng lớn nước biển lại được dồn vào đầm phá. Ước tính tại đầm phá Cầu Hai có đến 4,3 triệu m3 nước được dồn vào đầm phá trong một ngày đêm, do ảnh hưởng của cơn bão số 10 vào ngày 23/11/1993.

Một số tính toán cụ thể từ kết quả quan trắc, khảo sát trong các năm 1993 và 1995 [bảng 15.8; 15.9] góp phần làm sáng tỏ những nhận định trên.

Bảng 15.8. Lượng nước [103m3] trao đổi qua một ngày đêm ở phá Tam Giang trước khi lấp cửa biển Tư Hiền

Ghi chú: mùa mưa tháng 11/1993 khảo sát vào ngày có nước dâng do bão ở cửa Thuận An.

* Trao đổi nước trong đầm phá

Sự trao đổi nước trong đầm phá ở Thừa Thiên Huế có vai trò quan trọng của sóng và dòng chảy. Dòng chảy đóng vai trò vận chuyển các phần tử trong khối nước từ vùng này đến vùng khác, tức là trao đổi nước theo phân bố mặt rộng của vực nước. Trong khi đó, sóng trong đầm phá tuy nhỏ nhưng lại góp phần đáng kể trong việc làm vật chất di chuyển theo phương thẳng đứng và tạo nên sự hòa trộn của khối nước. Trong đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, khối lượng nước trao đổi được tính tại một điểm như sau:

Tại đầm Thủy Tú [Vinh Xuân]:

- Mùa khô [3/1993], ưu thế về phía Thuận An 1,625 triệu m3/ngày.

- Mùa mưa [11/1993], ưu thế về phía Thuận An 4,188 m3/ngày.

- Mùa mưa [11/1995], ưu thế về phía Thuận An 8,792 triệu m3/ngày, gấp hơn 2 lần mùa mưa năm 1993 do việc lấp cửa Tư Hiền vào cuối tháng 12/1993.

Bảng 15.9. Lượng nước [x103m3] trao đổi qua một ngày đêm vào mùa mưa năm 1995, sau khi cửa Tư Hiền bị lấp và đào cửa mới

Kết quả đo tại đầm Cầu Hai như sau:

- Mùa khô [3/1993] cân bằng ra 8,265 triệu m3/ngày, trong đó 73% tính theo đường Thủy Tú về phía Thuận An và 27% theo cửa Tư Hiền ra biển.

- Mùa mưa [11/1993] cân bằng ra 8,245 triệu m3/ngày, trong đó 51% về phía Thuận An qua Thủy Tú còn lại qua cửa Tư Hiền ra biển.

- Mùa mưa [11/1995] cân bằng ra 22,123 triệu m3/ngày, trong đó 60% về phía Thuận An và 40% ra biển theo cửa Tư Hiền mới đào ra Lộc Thủy.

đ. Hiện tượng phân tầng nước

Phân tầng nước ở đầm Tam Giang - Cầu Hai mạnh hơn ở các thủy vực khác đã được điều tra ở ven bờ Việt Nam. Trong đầm phá Tam Giang - Cầu Hai đã phát hiện thấy hiện tượng phân tầng ngược kéo dài, biểu hiện ở sự khác nhau rõ rệt về các yếu tố thủy lý, thủy hóa của vực nước ở tầng mặt và tầng đáy, mặc dù độ sâu trung bình của đầm phá Cầu Hai thường đạt 1,5-2,0m. Phân tầng thuận thường xảy ra khi lớp nước mặt có độ muối cao hơn lớp nước đáy về mùa khô, ngược lại được gọi là phân tầng ngược.

Hiện tượng phân tầng nước ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai rất điển hình, biểu hiện rõ nhất là phân bố độ muối theo tầng mặt và tầng đáy. Tính phân tầng rõ rệt và mạnh thường xảy ra vào mùa khô và yếu đi vào mùa mưa. Về mùa khô ở Tam Giang - Cầu Hai chênh lệch độ mặn giữa nước tầng mặt và đáy rất lớn, cực đại ở phá Tam Giang có thể đạt đến 13,5% với độ sâu 1,5m [năm 1993].

Tính phân tầng xảy ra rõ ràng hơn vào thời điểm có dòng chảy lớn, đồng thời cũng phụ thuộc nhiều vào độ sâu, hình thái vực nước, biên độ triều và khả năng tạo sóng của gió,.... Ở những vùng nước có điều kiện phát triển hoàn lưu thẳng đứng tốt [đà tạo điều kiện phát triển sóng] thì tính phân tầng yếu như ở khu đầm Cầu Hai. Hiện tượng phân tầng ngược thể hiện rõ ở cả độ muối và độ pH, thường gặp ở khu vực bắc Cầu Hai giáp nam Thủy Tú, với độ mặn tầng mặt cao hơn tầng đáy từ 1-4o/oo và thời gian kéo dài từ một vài giờ đến 7 giờ. Ngoài độ muối và độ pH, độ đục cũng thể hiện tính phân tầng giữa nước tầng mặt và đáy.

Một yếu tố khá quan trọng ảnh hưởng đến tính phân tầng nước đầm phá là việc lấp, mở hoặc di chuyển cửa. Chẳng hạn như cửa Tư Hiền bị lấp vào cuối năm 1994 thì tính phân tầng nước yếu đi rất nhiều, chênh lệch độ muối rất khó theo dõi do sự thống trị của khối nước nhạt. Tuy nhiên, tính phân tầng vẫn còn thể hiện ở độ pH và độ đục: chênh lệch độ pH giữa tầng mặt và đáy nằm trong khoảng 0,1-0,4 cao nhất là 0,9 đơn vị, ở cửa Thuận An. Chênh lệch độ đục cũng thay đổi trong khoảng 7-24mg/l tùy từng nơi trong đầm phá.

e. Các yếu tố thủy lý, thủy hóa

* Nhiệt độ

Nhiệt độ nước trong đầm phá nói chung và nước tầng mặt thường thấp hơn nhiệt độ không khí từ 1-30Cvề mùa đông và cao hơn 2-30C về mùa hè. Biến thiên nhiệt năm trong khoảng từ 28-320C có khi đạt 340C, về mùa đông giá trị này nằm trong khoảng 18-230C. Nhiệt độ nước tầng đáy thường thấp hơn tầng mặt từ 1-30Cvề mùa hè và ngược lại về mùa đông, tuy nhiên chênh lệch không lớn như trong mùa hè. Biên độ dao động nhiệt ngày đêm phụ thuộc nhiều vào thời tiết và sự trao đổi nước với biển, về mùa hè đạt 4-60C, về mùa đông thấp hơn, xu hướng chung là dao động đồng pha mực nước. Ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, nhiệt độ trung bình nước của đầm Thủy Tú cao hơn cả đạt 22,30C, rồi giảm dần về phía Tam Giang với giá trị 21,10C và CầuHai với giá trị 21,70C. Nhiệt độ nước ở cửa Thuận An thấp, đạt trung bình 21,20C do ảnh hưởng của khối nước biển.

* Độ đục và dòng bùn cát

Độ đục nước đầm phá phụ thuộc vào yếu tố khí hậu và ảnh hưởng của nước biển thông qua các cửa, sông,...Về mùa mưa độ đục thường cao hơn mùa khô. Độ đục ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai về mùa khô rất thấp, có thể nhìn rõ đáy, trong khi đó mùa mưa độ đục toàn vùng trung bình là 50mg/l, có nơi đạt đến 180mg/l. Ở đầm Lăng Cô độ đục lớn nhất vào mùa khô cũng giống như Cầu Hai, đạt 30mg/l, trung bình chỉ đạt 16mg/l [th áng 8/1996]. Độ đục tầng nước đáy thường cao hơn tầng mặt trong toàn năm [bảng 15.10], đây cũng là xu thế chung của vực nước đầm phá.

Hàng năm, lượng bùn cát từ các nguồn khác nhau cung cấp cho đầm phá ở Tam Giang - Cầu Hai rất lớn, đạt 1.103.000 tấn theo ước tính, trong đó 620.000 tấn từ các sông, 31.000 tấn từ biển và 452.000 tấn từ các bờ xung quanh. Khoảng 70% tổng lượng bùn cát này được lắng đọng trong đầm phá và số còn lại thoát ra biển qua cửa.

Bảng 15.10. Độ đục trung bình [mg/l] của nước đầm phá Thừa Thiên Huế

Sông là nguồn cung cấp bùn cát đáng kể nhất cho đầm phá, chiếm 56%, trong số đó 87% thuộc về hệ thống sông Hương. Trước đây, Sơn Hồng Đức [1974] đã tính tổng lượng bùn cát của các sông đổ vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai vào khoảng 685.000 tấn/năm. Những tính toán mới đây [Hồ Ngọc Phú và Hà Ngọc Kanh, 1996] cho thấy tổng lượng này vào khoảng 620.000 tấn/năm và phân bố như sau.

Bảng 15.11. Phân bố lượng bùn cát [tấn/năm] của các sông đổ vào hệ đầm phá Tam Giang - cầu Hai

Các bảng 15.8 và 15.9 cho thấy trao đổi nước giữa đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và biển thông qua các đặc trưng tốc độ dòng chảy và lưu lượng thay đổi theo mùa. Cũng trên cơ sở những số liệu quan trắc trong năm 1993-1995 về đặc trưng di chuyển bùn cát như bảng 15.12.

Bảng 15.12. Lượng bùn cát [tấn] qua cửa đầm phá trong một ngày đêm [+: vào; -: ra]

* Độ muối

Độ muối của nước trong đầm phá thay đổi theo mùa và theo tầng nước, dao động trong khoảng 0,1-35o/oo. Độ muối đạt cao nhất ở các cửa đầm phá như Lăng Cô, Thuận An, Tư Hiền đạt từ 20-35o/oo về mùa khô, 5-30o/oo về mùa mưa. Độ muối giảm dần về phía trong đầm phá, ổn định cao ở Lăng Cô, Cầu Hai, Thủy Tú.

Về mùa khô, độ muối biến đổi theo chu kỳ triều ngày, đêm không lớn, chủ yếu ở các cửa Thuận An, biên độ dao động đạt đến 10-12o/oo, Tư Hiền 0,6-3o/oo và Lăng Cô 0,5-2,0o/oo. Chênh lệch độ muối giữa các lớp tầng mặt và đáy khá lớn ở khu vực cửa sông Hương, còn ở các khu vực khác giá trị chênh lệch này nằm trong khoảng 5o/oo. Phân tầng ngược thường xảy ra ở Lăng Cô, Thủy Tú.

Về mùa mưa, dao động độ muối tầng mặt và đáy rất lớn ở các cửa theo pha triều. Chẳng hạn ở cửa Thuận An biên độ dao động độ muối tầng mặt là 28o/oo, đáy 21o/oo và cửa Tư Hiền tương ứng là 21o/oo và 17o/oo. Tính phân tầng thể hiện không rõ ràng, đặc biệt khi cửa Tư Hiền bị lấp thì độ muối trung bình của đầm phá Tam Giang - Cầu Hai giảm còn rất thấp ở tất cả các tầng, thường không vượt quá 0,5o/oo [bảng 15.13].

Bảng 15.13. Độ mặn [o/oo] tại các đầm phá Thừa Thiên Huế