Phân bố kéo dài dọc theo bờ biển tỉnh TTH nên đặc điểm địa hình địa mạo của đầm phá Tam Giang - Cầu Hai vừa mang đặc điểm chung của kiểu địa hình đồng bằng duyên hải (Hình 1). Kiểu địa hình đồng bằng duyên hải phát triển trên các vùng sụt lún tân kiến tạo. Địa hình này chủ yếu hình thành từ trầm tích sông, biển, đầm lầy và vật liệu xâm thực từ dãy Trường Sơn được các sông đưa về vào cuối Neogen - đầu Đệ Tứ. Với diện phân bố khá rộng, ít bị chia cắt, chúng có độ cao tuyệt đối từ 15-10m trở xuống. Hướng nghiên của bề mặt địa hình có xu hướng giảm dần và nghiêng từ rìa Tây Nam về Đông Bắc hoặc từ rìa Tây Bắc về Đông Nam, nghĩ là trùng hợp hướng dòng chảy sông Hương và các sông suối khác.
Hình 1. Đặc điểm địa hình đầm phá Tam Giang - Cầu Hai nhìn từ biển vào (nguồn Google map).
Thành phần đất đá cấu tạo nên bề mặt đồng bằng gồm trầm tích sông, biến, bột sét Holocen (hệ tầng Phú Bài, Phú Vang), trầm tích cát biển Pleistocen (hệ tầng Đà Nẵng), ít hơn có trầm tích cuội, cát, bột sét đa nguồn gốc ở ven rìa đồng bằng. Thực vật phát triển chủ yếu là cây lúa, cây hoa màu và cây ăn trái. Dựa vào thành phần, mức độ nén chặt, tuổi của trầm tích và xu thế biến đổi độ cao mặt đất, đồng bằng duyên hải được xếp vào đồng bằng đầm phá được lấp đầy chưa hoàn thiện.
Ngoại trừ vùng đầm Cầu Hai có hình dạng tương đối đẳng thước, phần lớn đầm phá Tam Giang - Cầu Hai dạng thon dài theo hướng tây bắc – đông nam và song song với đường bờ biển. Đặc điểm địa hình nổi bật là hệ đê cát chắn phát triển từ núi Linh Thái tới cửa Thuận An có chiều cao đến 20m. Về cơ bản, đê cát chắn gồm 2 thế hệ doi cát tuổi Holocen sớm - giữa (mQ21-2) và muộn (mQ23). Trong phạm vi đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và hệ đê cát chắn ngoài đầm phá đã xác lập được 25 DSĐC thuộc 3 cụm là: Đê cát ven biển Điền Hải - Hải Dương, Thuận An - Phú Diễn và đầm Cầu Hai (Vũ Quang Lân và nnk. 2020). Đồng thời, tính đa dạng về địa hình, cấu trúc hình thái và thành phần vật chất của đầm phá Tam Giang - Cầu Hai còn được thể hiện qua 4 cấu trúc cơ bản gồm vực nước, cửa, đê cát chắn và bờ sau đầm phá, cụ thể [6, 8]:
Như đã đề cập, trong tổng chiều dài 68 km dọc theo bờ biển tỉnh Thừa Thiên Huế, đầm phá Tam Giang - Cầu Hai được chia thành các tiểu vùng - hợp phần gồm phá Tam Giang, đầm Sam - An Truyền gọi tắt là đầm Sam, đầm Thủy Tú (hoặc đầm Hà Trung - Thủy Tú) và đầm Cầu Hai có đặc điểm địa hình đáy khác nhau. Phá Tam Giang và đầm Thủy Tú có đặc điểm giống nhau, thuộc dạng một lạch triều ngầm độ sâu trung bình 2 m và tăng dần về phía Nam (cửa Thuận An đối với phá Tam Giang và về phía đầm Cầu Hai đối với đầm Thủy Tú) với diện tích lần lượt khoảng 5.200 ha và 3.600 ha. Xen giữa hai phá - đầm này (tức là tiếp nối về phía Nam phá Tam Giang) là đầm Sam tương đối đẳng thước, có diện tích khoảng 1.620 ha và độ sâu thay đổi từ 1,5 m (khu vực Hòa Duân) đến 0,5 m (khu vực Phú An và An Truyền). Cực nam của hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai là đầm Cầu Hai có hình bán nguyệt với cung tròn hướng về phía Phú Lộc, độ sâu trung bình khoảng 1 - 1,5m và diện tích khoảng 11.200 ha.
Đầm phá Tam Giang - Cầu Hai lưu thông với biển Đông qua hai cửa có đặc điểm là không ổn định thuộc dạng lấp, mở, dịch chuyển hoặc chuyển đổi vị trí. Trong đó, cửa Thuận An ở phía Bắc là cửa chính, có luồng định hướng Nam Đông Nam - Bắc Tây Bắc, dài khoảng 600 m, rộng 350 m và độ sâu đến 11 m. Cửa Tư Hiền ở phía Nam có luồng định hướng Đông Bắc - Tây Nam với quy mô nhỏ hơn: dài khoảng 100 m rộng 50 m và độ sâu lớn nhất khoảng 1m.
Đê cát chắn ngăn đầm phá Tam Giang - Cầu Hai với biển thuộc kiểu cồn đụn và bãi triều hiện đại. Về nguồn gốc và tuổi thì hệ thống đê cát chắn đầm phá Tam Giang - Cầu Hai chia thành hai giai đoạn (thế hệ): giai đoạn thứ nhất thuộc khu vực Điền Hương, Vinh An và Vinh Hưng, được cấu tạo từ cát hạt nhỏ màu trắng tuổi Holocen sớm - giữa (mQ21-2). Giai đoạn hai gồm các thành tạo cát với quy mô lớn hơn, dài từ Cửa Việt (tỉnh Quảng Trị) đến cửa Tư Hiền, thành phần chính là cát xám vàng tuổi Holocen giữa - muộn (m,mvQ22-3). Về cấu tạo, từ phía Bắc (Cửa Việt tỉnh Quảng Trị đến xã Điền Hương huyện Phong Điền) đến của Thuận An đê cát vót nhọn dần trong khi độ cao tăng dần từ 10m đến 32m. Ngược lại, đê cát chắn có bề rộng tăng dần từ cửa Thuận An đến khu vực núi Linh Thái với rộng trung bình 2km và điểm cao nhất khoảng 20m. Đê cát thuộc khu vực núi Linh Thái và cửa Tư Hiền có bề rộng nhỏ, trung bình khoảng 300m và chiều cao trung bình khoảng 2,5m.
Địa hình này được cấu tạo chủ yếu từ các thành tạo trầm tích sông, sông - biển, lạch triều tuổi Holocen giữa - muộn với thành phần hạt mịn hơn gồm sét, sét bột, cát và độ cao bờ thường nhỏ hơn 10m và được. Khu vực phía nam đầm Cầu Hai xuất lộ đá gốc granit, gabro thuộc phức hệ Hải Vân và phức hệ Phú Lộc.
Tỉnh Thừa Thiên Huế nói chung và vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai nói riêng nằm ở phía Nam vùng duyên hải Bắc Trung bộ thuộc đới chuyển tiếp giữa khí hậu miền Bắc và khí hậu miền Nam với dãy Bạch Mã là ranh giới tự nhiên khống chế ở phía Nam. Hơn nữa đây còn là nơi diễn ra sự giao tranh giữa các khối không khí xuất phát từ các trung tâm khác nhau làm cho khí hậu Thừa Thiên Huế biến đổi mạnh theo không gian và thời gian. Cùng với sự phát sinh nhiều loại thiên tai như: bão, lũ lụt, hạn hán, gió khô nóng, rét đậm...
Hàng năm thời tiết khu vực được chia thành hai mùa rõ rệt: mùa khô kéo dài từ tháng 3 đến tháng 8, mùa mưa kéo dài từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau.
Như đã đề cập ở trên, do nằm trong vành đai nhiệt đới Bắc bán cầu nên khu vực nghiên cứu thừa hưởng một lượng bức xạ dồi dào cụ thể:
Theo thống kê của Trạm khí tượng Huế từ năm 1983 đến năm 2017, nhiệt độ trung bình năm ở Huế đạt 25.10C, nhiệt độ cao nhất thường xảy ra vào các tháng 6, 7 và 8 với nhiệt độ trung bình thường xấp xỉ 290C và nhiệt độ thấp nhất thường xuất hiện vào tháng 12, tháng 1 và tháng 2 năm sau với nhiệt độ từ 19.9 đến 20.70C.
Cũng như các tỉnh duyên hải miền Trung khác, khu vực nghiên cứu nằm ở phía Đông dãy Trường Sơn. Thuộc sườn đón gió nên mùa mưa có liên quan mật thiết đến sự tồn tại và vận động của gió mùa Đông Bắc. Nhìn chung, các yếu tố của chế độ mưa thay đổi theo vị trí và cao độ địa hình, lượng mưa hàng năm trong khu vực nghiên cứu khá lớn và thay đổi từ 2555mm đến 3336mm, có năm lớn hơn 3500mm. Trong đó, riêng 4 tháng mùa mưa (từ tháng 9 đến tháng 12) chiếm 70 - 80% tổng lượng mưa trong năm. Lượng mưa phõn bố không đều trong năm, trung bỡnh năm (từ 1983 đến 2017) đạt 2876 mm, tập trung vào cỏc thỏng 9-12 với lượng mưa trung bỡnh cỏc năm từ 347.2 mm đến 776.4 mm, chiếm trờn 70 % lượng mưa cả năm (nguồn: Trạm khí tượng Huế).
Lãnh thổ đang xét có hướng gió biến đổi phức tạp và phụ thuộc vào mùa cũng như độ cao địa hình. Song mùa khí hậu vẫn là yếu tố chi phối mạnh nhất đối với hướng gió thịnh hành. Vào mùa Đông hướng gió thịnh hành là Tây Bắc - Đông Nam, ngược lại vào mùa hạ hướng gió thịnh hành phân tán thành 3 hướng chính: gió Nam, Tây Nam và Đông Nam. Tốc độ gió trung bình thay đổi từ 2,3 đến 2,7m/s. Hàng năm khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng của 0,84 cơn bão đổ bộ. Tuy nhiên có năm không có cơn bão nào, có năm từ 3 đến 4 cơn bão. Thời gian bão đổ bộ từ tháng 8 đến tháng 11. Tốc độ gió trung bình lớn nhất của bão và áp thấp nhiệt đới dao động từ 15 đến 20m/s (cấp 7-8) gây tác hại rất lớn đến các công trình. Đặc biệt vùng đầm phá và ven biển biển nên thường đón bão khi cường độ còn mạnh và ít yếu tố cản gió bão nên thường ảnh hưởng nặng nề nhất do bão gây ra.
Hệ thống sụng ngòi ở Thừa Thiên Huế phân bố khá đồng đều trên lãnh thổ. Hầu hết các sông đều đổ vào đầm phá trước khi chảy ra biển thông qua cửa Thuận An và Tư Hiền (trừ sông Bù Lu và sông Chu Mới ở Phú Lộc). Đặc điểm của các sông là ngắn và dốc, phần chảy qua đồng bằng quanh co, cửa thoát ra biển hẹp, làm cho chế độ thủy văn của khu vực rất phức tạp, lũ lụt trong mùa mưa và thiếu nước trong mựa khụ [12].
Sông Hương là kết quả hợp lưu của hai nhánh sông Tả Trạch và Hửu Trạch. Chúng bắt nguồn từ phía Nam, Tây Nam và chảy theo hướng Tây Bắc, Tây Nam cuối cùng gặp nhau tại ngã 3 Tuần. Sau đó, sông tiếp tục chảy theo hướng Nam - Bắc qua thành phố Huế và cách Huế khoảng 8km về phía Bắc lại tiếp nhận thêm sông Bồ trước khi đổ vào phá Tam Giang, rồi đổ ra biển Đông thông qua hai cửa Thuận An và Tư Hiền.
Lưu vực sông Hương có diện tích là 3000km2, nước sông trong về mùa khô và đục về mùa mưa chứng tỏ thượng lưu đang xảy ra quá trình xâm thực, đặc biệt năm 2002 do việc thi công đường Hồ Chí Minh nên làm cho nước sông đục trầm trọng. Lưu lượng dòng chảy trung bình: 310 - 315m3/s, lớn nhất vào mùa lũ: 1995m3/s và bé nhất vào mùa kiệt: 132m3/s. Mực nước thay đổi từ 0,86 (vào mùa kiệt) đến 4,82m (vào mùa lũ). Độ khoáng hoá thay đổi theo mùa, đặc biệt vào mùa kiệt do ảnh hưởng của thuỷ triều nước trên sông Hương bị xâm nhập mặn đến chân cầu Bạch Hổ, có năm đến nhà máy nước Vạn Niên.
Ngoài hệ thống sông Hương là sông chính, trong khu vực nghiên cứu còn có khá nhiều các sông nhánh như: sông Bạch Yến, sông Như ý, sông Phú Cam...và các nhánh suối nhỏ ở phía Đông Nam. Lưu lượng lớn nhất vào mùa lũ là 110 - 215m3/s hầu hết nước các sông nhánh đều nhạt, độ tổng khoáng hoá M = 0,12- 0,24g/l.
Vùng ven biển Thừa Thiên Huế tuy nằm ngoài khu vực đang xét nhưng có ảnh hưởng nhất định đến chế độ hoạt động của các sông trong khu vực. Thật vậy, trước hết đây là vùng biển nông ven bờ vịnh Bắc Bộ và là vùng biển mở nên các điều kiện hải văn ven biển, cửa sông và đầm phá chịu tác động bởi các điều kiện hải văn khu vực và các yếu tố biển khơi. Trong đó, thuỷ triều là yếu tố biến động nhất phức tạp và có ảnh hưởng rất lớn đến đặc điểm thuỷ văn và địa chất thuỷ văn của khu vực nghiên cứu. Nhất là khả năng thoát lũ và gây nhiễm mặn trên các sông. Biên độ dao động ngày mực nước tại trạm Thuận An từ 35 - 50cm và nước ở cửa sông Hương có tính chất bán nhật triều với mực nước sông thay đổi từ 19 đến 169cm.
Ở khu vực cửa biển và lân cận dòng chảy chịu ảnh hưởng mạnh của dao động triều biến đổi theo ngày và lượng nước sụng biến đổi theo mưa, tốc độ thường khỏ lớn. Dũng triều càng xa cửa biển càng yếu dần. Vận tốc dòng triều ở cửa Thuận An đạt tới 0.15-0.25 m/s. Vào sâu trong đầm phá dòng chảy yếu đi nhiều, dao động trong phạm vi từ 0.03-0.25 m/s và xuất hiện dòng chảy gió [12, 13]. Dòng chảy gió có vai trò đáng kể trong hoàn lưu đầm phá. Trong điều kiện tốc độ gió 5 m/s, dòng chảy trong đầm phá đạt 2-10 m/s và hình thành một số hoàn lưu cục bộ giữa phá.
Khu vực có dòng chảy lớn hơn 0.2 m/s phân bố ở sát cửa Thuận An, Tư Hiền. Vùng Quảng Công, Hải Dương (Nam phá Tam Giang), Vinh Hưng, Vinh Thanh (Nam đầm Thủy Tú), vận tốc dao động từ 0.1 m/s đến 0.2 m/s. Khu vực có dòng chảy nhỏ hơn 0.1 m/s chiếm phần lớn diện tớch của đầm phá bao gồm phần phía Bắc phá Tam Giang, Đầm Sam - Chuồn và toàn bộ đầm Cầu Hai [12, 13]. Tuy nhiên, hệ thống nò sáo nuôi trồng thủy hải sản dày đặc ảnh hưởng rất lớn đến lưu thông dòng chảy mặt vùng đầm phá hiện nay.
Lịch sử phát triển hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai gắn liền với các chu kỳ biển tiến và biển thoái bắt đầu từ cuối Pleistocen muộn. Trong giai đoạn này, hoạt động biển thoái tạo ra môi trường trầm tích lục địa, mang tính chuyển tiếp giữa sông và biển cho khu vực đầm phá và biển ven bờ hiện nay. Tiếp sau giai đoạn này, giai đoạn cuối Pleistocen muộn - đầu Holocen sớm, hoạt động biển tiến bắt đầu và đạt cực đại vào Holocen giữa với mực nước biển tại vị trí rìa đồng bằng hiện nay. Kết thúc giai đoạn này tạo ra hệ đầm phá - đê cát đầu tiên (hiện bị các thành tạo trẻ hơn - hình thành trong giai đoạn 2 phủ lên trên hoặc phân bố vùng biển nông ven bờ). Giai đoạn biển lùi cuối Holocen giữa - Holocen muộn, mực nước dần rút khỏi vùng đồng bằng và tạo ra hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai cùng với hệ đê cát chắn ngoài như hiện nay [8].
Hình 2. Sơ đồ cấu trúc tân kiến tạo vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và phụ cận
Kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy, vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai bao gồm 06 đới hoạt động tân kiến tạo gắn liền với hoạt động hiện đại và được khống chế bởi 05 hệ thống đứt gãy khác nhau (Hình 2 [8]). Các đới hoạt động tân kiến tạo gồm đới nâng tân kiến tạo trên móng Paleozoi-Mesozoi (đới I1) chiếm phần lớn diện tích và phân bố rìa Tây và Tây Nam vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và lân cận. Tiếp theo về phía Đông là đới sụt lún Đệ tứ trên móng Paleozoi (đới I2), phân bố ở trung tâm và kéo dài theo phương Tây Bắc - Đông Nam từ huyện Phong Điền đến giáp đầm Cầu Hai. Đới này được khống chế và ngăn cách với đới I1 và I3 bởi hệ thống đứt gãy F1 và F5 và các đới sụt lún còn lại bởi đứt gãy F2. Đới sụt lún trong Holocen muộn - đới đầm Cầu Hai (đới I3). Các đới sụt lún của vùng gồm đới phá Tam Giang phía Đông Bắc (đới II1), đới hạ lưu sông Hương phân bố xung quanh vùng cửa Thuận An và Đầm Sam - Chuồn được khống chế bởi đứt gãy F2, F3 và F4. Đới đầm Thủy Tú phân bố về phía Đông Nam.
Tính đa dạng của cấu trúc địa chất khu vực Tam Giang - Bạch Mã nói chung và đầm Tam Giang - Cầu Hai nói riêng được thể hiện qua 6 khối - địa hào - đới sụt khác nhau thuộc 03 đai tạo núi - cấu trúc tân kiến tạo bao gồm: Khối Bạch Mã, khối Cổ Bi - Hương Thuỷ và khối địa hào Hương Hồ thuộc đai tạo núi Đà Nẵng - Se Kông; Khối Phong An và Địa hào Phong Sơn - Vân Xá thuộc đai tạo núi Trường Sơn; và Cấu trúc tân kiến tạo - đới sụt Quảng Điền - Phú Vang (Hình 3). Trên cơ sở đó, Vũ Quang Lân và nnk [8] đã xác lập được 12 cụm di sản địa chất tiềm năng cho khu vực Tam Giang - Bạch Mã, trong đó có 04 cụm di sản địa chất tiềm năng trực tiếp liên quan đến đầm phá Tam Giang - Cầu Hai gồm: Cụm di sản cát nội đồng Phong Điền - Quảng Điền, cụm di sản đê cát ven biển Điền Hải - Hải Dương, cụm di sản Thuận An - Phú Diên và cụm đầm Cầu Hai.
Hình 3. Sơ đồ phân chia cấu trúc địa chất cùng các cụm di sản địa chất tiềm năng vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và phụ cận
1. Trần Đức Thạnh, Trần Đình Lân, Nguyễn Hữu Cử, Đinh Văn Huy (2010). Tiến hóa và động lực hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai. Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ, 215 trang.
2. Nichols M and Allen G. (1981). Sedimentary process in coastal lagoons. In: Coastal lagoon research, present and future. UNESCO Technical paper in marine science, No. 33, page 27-80.
3. Nguyễn Hữu Cử (1996). Đặc điểm địa chất hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (Thừa Thiên - Huế) trong Holocen và phức hệ trùng lỗ chứa trong chúng. Luận án phó Tiến sĩ, Hà Nội.
4. UBND tỉnh Thừa Thiên Huế – Chiến lược Quản lý Tổng hợp Vùng bờ (2004a). Văn bản kế hoạch hành động quản lý tổng hợp vùng bờ Thừa Thiên Huế 2005 – 2008.
5. UBND tỉnh Thừa Thiên Huế (2004b). Chiến lược Quản lý Tổng hợp Vùng bờ tỉnh Thừa Thiên Huế.
6. Trần Đức Thạnh, Lăng Văn Kẻng, Nguyễn Hữu Cử (2009). Kiểm kê, đánh giá các khu vực, đối tượng có giá trị kỳ quan thiên nhiên, di sản tự nhiên ở vùng biển và ven bờ tỉnh Thừa Thiên Huế. Báo cáo tổng kế đề tài cấp tỉnh Thừa Thiên Huế, Sở Khoa học và Công nghệ Thừa Thiên Huế.
7. Vu Quang Lan, Truong Quang Quy, Trinh Hai Son (2019). Geological heritage types in Tam Giang - Bach Ma are, Thua Thien-Hue province, Vietnam. Modern Environmental Science and Engineering, Vol. 5, No. 8, page 739-749.
8. Vũ Quang Lân, Nguyễn Tiến Dũng, Lương Quang Khang, Trần Quang Phương, Hoàng Văn Quyền, Nguyễn Danh Lam, Bùi Văn Nghĩa (2020). Tiềm năng di sản địa chất khu vực Tam - Giang - Bạch Mã, tỉnh Thừa Thiên Huế. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, số 61, tập 2, trang 10-21.
9. UBND tỉnh Thừa Thiên Huế (2023). Đề án Phát triển kinh tế - xã hội vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, tỉnh Thừa Thiên Huế đến năm 2030.
10. Phạm Huy Thông (1997), Bản đồ Địa chất và khoáng sản nhóm tờ Huế tỉ lệ 1:50.000, Liên đoàn Địa chất miền Bắc, Hà Nội.
11. Hoàng Thị Sinh Hương (2022). Nghiên cứu tính chất xây dựng của đất loại sét yếu Holocen vùng đồng bằng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế. Luận án Tiến sĩ Địa chất học, Trường Đại học Khoa học, 166 trang.
12. Nguyễn Thanh, Lê Văn Thăng, Hà Ngọc Kanh, Nguyễn Khoa Lạnh, Trương Văn Lới, Bùi Văn Nghĩa, Mai Văn Phô, Võ Văn Phú, Lê Đình Phúc, Lê Xuân Tài, Trần Đức Thạnh. Hoàng Đức Triêm, Nguyễn Việt (2005). Địa chí Thừa Thiên Huế, phần Tự nhiên. NXB Khoa học xã hội. Hà Nội.
13. Nguyễn Hữu Cử (chủ nhiệm) (2010). Báo cáo tổng kết dự án Đánh giá chất lượng môi trường, lịch sử và xu thế của một số thủy vực quan trọng làm cơ sở quản lý: các đầm phá ven bờ miền Trung Việt Nam và một số hồ có liên quan. Chương trình hợp tác về Khoa học và Công nghệ giữa Việt Nam và Italia giai đoạn 2006-2008 theo Nghị định thư. Mã số đề tài: 12EE6. Hải Phòng. 312 trang.
14. Nguyễn Văn Canh (2009). Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về kết quả tài nguyên khoáng sản có giá trị kinh tế và nước dưới đất tỉnh Thừa Thiên Huế. Đề tài KHCN cấp tỉnh, Sở KHCN Thừa Thiên Huế.
15. Nguyễn Thanh, Trần Hữu Tuyên, and Đỗ Quang Thiên (2000), Đánh giá địa chất công trình độ ổn định vùng đồn bằng cửa sông ven biển Thuận An – Tư Hiền và đầm phá Tam Giang – Cầu Hai. In: Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học về vùng cửa sông ven biển Thuận An và đầm phá Tam Giang Cầu Hai, Hà Nội.