Long-term morphological evolution of Cua Lo inlet, Central Vietnam

Abstract

Cua Lo river mouth is a coastal inlet connected to an estuary at the central coast of Vietnam. The area is valuable for maritime trade, fishing industries, and tourism development. Natural disasters during the monsoon period are a problem, causing seasonal flooding. In connection to the inlet lies an elongating sand spit which causes erosion and destruction of residential areas on one side of the inlet. The objective was therefore to investigate the dynamics of the sand spit and the inlet, and to describe their long-term morphological development using a fast and simple, yet accurate model. Modelling was done using a process-based numerical approach, where both inlet migration and changes in inlet width were considered. The model base compared the longshore and inlet sediment transport, and exhibited satisfactory performance. A seasonal pattern related to the dry- and monsoon season was observed for the longshore sediment transport. Longshore transport was much larger compared to the inlet transport during the monsoon period. The sediment transport in the inlet had a clear connection to tidal variation. Two scenarios were considered for predicting inlet migration and width evolution. Migration and width evolution were modelled separately due to model limitations, over the period 2020-2049. Scenario 2 allowed for 2000 m migration, with the endpoint being a hard rock boundary. The boundary was not reached during the modelled period as the migration was only 1350 m. Scenario 1 allowed for 980 m of migration before the inlet reached the boundary limited either by longshore sediment transport changes, or a rock boundary. By 2041 the inlet was estimated to reach the boundary if the LST remained unchanged. A very narrow (4-20 m) equilibrium state took place rapidly after the width model was initiated, pointing towards seasonal or permanent closure. A sensitivity analysis on the LST and its effect on the morphological evolution suggested that the inlet could stop migrating before the 980 m boundary and that the inlet width could reach a dynamical equilibrium at that point. Actions are needed if the properties in the migration path are to be kept safe.

Popular Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning

Långsiktig morfologisk utveckling av Cua Lo mynning i centrala Vietnam
- En processbaserad numerisk modellering
Nikita Tegenfeldt
Orio Johansson

En matematisk modell utvecklades för att beskriva hur en flodmynning i centrala Vietnam kommer att flytta sig längs med kusten och hur bredden förändras från nu fram till 2050. Mynningen kopplar ihop havet med en lagun och lokalbefolkningen påverkas negativt av förflyttningen.

Platser där hav och floder möts är en av de mest attraktiva platserna för människor att bo och leva vid. Floder bidrar bland annat med vatten för odlingar och hushåll, och transport till inlandet; havet ger möjligheter till långväga handel och fiske. I takt med att samhällen växer kring dessa områden ges ibland mindre utrymme för naturliga processer. Det kan till exempel vara att kustens strandlinje förändras eller att floder och dess mynningar flyttar på sig. En förändrande omgivning kombinerat med relativt fasta bosättningar är längs många kuster ett problem eftersom det är svårt att stoppa förändringarna. Utan åtgärder kan det leda till att bosättningar och byggnader går under i vattnets väg.
Sådana problem finns längs kusten i centrala Vietnam, och det är en av dessa platser som har varit huvudämne i detta projekt. Mynningen i fokus, Cua Lo, ligger i ett område med mycket infrastrukturutveckling och ökande turism. En lagun med två öppningar binder samman områdets floder med havet. Cua Lo mynningen har flyttat sig ca 1,7 km sen 1988 och har förstört ett antal hus och fiskodlingar i sin väg. Förflyttningen verkar inte stanna av och kan eventuellt flytta sig 2 km till innan den når solitt berg och då stannar. Det finns även tecken på att öppningen kanske kommer att stängas vilket kan få konsekvenser för vattenkvalitén i lagunen, och därmed även lokalbefolkningen.
Hur långt mynningen kommer flytta sig, när den stannar och vad som kommer hända med bredden av öppningen var frågor som detta projekt hade som mål att besvara. När och hur långt förflyttning kommer att ske kan ge en uppfattning om vilka åtgärder som bör tas för att skydda husen längs kusten, och hur mycket tid man har att spela med. Huruvida mynningen kommer fortsätta vara öppen eller inte kommer påverka de båtar som kör genom mynningen, och en alternativ väg till den andra mynningen kan i så fall behövas. Beroende på hur vattnet cirkulerar i lagunen kan även en stängning av mynningen påverka vattenkvaliteten och därmed de fisk- och räkodlingar samt hushåll som finns i området.
En matematisk modell byggdes upp för att beskriva de processer som reglerar de morfologiska förändringarna i mynningen. Eftersom dessa processer är svåra att matematiskt beskriva i detalj användes översiktliga fysikaliska samband och ekvationer som tidigare har konstaterats kunna ge en bra uppfattning om förändringar i flodmynningars utseende. Som huvudsaklig indata till modellen användes förutspådda tidvattennivåvariationer i havet, och vågklimatet i området.
Modellens huvuddrag beskriver transport av sand och sediment längs med kusten och genom mynningen. Enkelt sagt användes just skillnaden mellan dessa kvantiteter slutligen till att förutspå mynningens förändringar i framtiden. Vid förflyttning av mynningen längs med kusten antogs mynningen ha en konstant bredd. Då mynningen nått en viss gräns stoppades förflyttningen och breddvariationer av mynningen tilläts. Modelleringsperioden var från år 2020 till år 2050. Modellen applicerades på två olika scenarier för hur långt mynningen praktiskt kan förflytta sig. Det första scenariot innebar att mynningen kan förflytta sig ca 1 km, varefter förflyttningen antogs avstanna och bredden av mynningen fick variera. Stoppgränsen vid 1 km baserades dels på begränsningar med modellen relaterat till sedimenttransporten längs med kusten då kustlinjen böjer sig kraftigt. Stoppgränsen baserades även på olika testkörningar av modellen där faktorer som påverkar förflyttningen varierades. Dessa testkörningar tydde på att mynningen antingen kan komma i balans och förflyttningen saktar ner, eller att förflyttningen stannar helt längs vägen. Resultatet visade att mynningen migrerade under monsunperioden och stod i princip stilla under torrperioden. Gränsen förutspåddes att nås år 2041. Då mynningen når gränsen kommer bredden att minska drastiskt enligt modellen. Detta tolkades som att mynningen troligtvis stängs permanent, eller tillfälligt under monsunperioderna.
Det andra scenariot tillät en förflyttning på 2 km, där gränsen är i form av en udde av berggrund. Denna gräns nåddes inte innan 2050. Att mynningen kommer att stanna vid udden är det som tidigare antagits, men utgår man ifrån resultatet från det första scenariot verkar det inte som att en så pass lång förflyttning är realistisk. Troligtvis kommer förflyttningen stanna av innan dess.
En del begränsningar i vad som kan sägas vara ett verklighetstroget resultat finns eftersom modellen inte helt kunde hantera förflyttning längs en så pass böjd kust som i detta fall. I en känslighetsanalys uppkom vissa indikationer att mynningen inte kommer att röra sig längre än 1 km, och förflyttningen kan gå långsammare än vad som förutspåtts. Resultatet av denna undersökning kan ses lite som ett värsta scenario vad gäller tidsmarginalerna och hur mycket mark som kommer försvinna. Vad som ändå kan sägas är att mynningen kommer att fortsätta röra på sig, och kommer att förstöra fler bosättningar. Åtgärder borde därför göras för att begränsa skadan och det som framkommit i detta projekt är av relevans för beslutsunderlaget.

En lämplig åtgärd kan vara att stänga mynningen manuellt. Om man väljer att stänga mynningen och dirigera flodflödet mot den andra mynningen borde man dock först undersöka hur vattenkvaliteten i närområdet till mynningen kan förändras eftersom det under konstruktionen av modellen framkom att vattenutbytet i lagunen mellan de två mynningarna verkar vara begränsat.

• author: Tegenfeldt, Nikita and Johansson, Orio
• supervisor: Magnus Larson
• organization: Division of Water Resources Engineering
• alternative title: Långsiktig morfologisk utveckling av Cua Lo mynning i centrala Vietnam
• course: VVRM05 20201
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Inlet morphology, Sand spit, Water exchange, Numerical modelling, Cua Lo river mouth, Sediment transport
• publication/series: TVVR20/5014
• report number: 20/5014
• ISSN: 1101-9824
• language: English
• additional info: Examiner: Hans Hanson
• id: 9025642
• date added to LUP: 2020-08-05 08:56:06
• date last changed: 2020-08-05 08:56:06