Bắc Kỳ - vùng đất nông nghiệp trù phú và giàu tài nguyên hầm mỏ, được xem như những đảm bảo cho sự phát triển của xứ này^[1]. Tuy nhiên, vào những năm 1880, hoạt động nhập khẩu hàng hóa chỉ giới hạn ở việc tiếp tế cho quân Pháp và các chủ đồn điền, chủ yếu là rượu vang, đồ hộp. Xuất khẩu chủ yếu là do Hoa kiều sang Trung Hoa, trong khi người Pháp đặc biệt quan tâm đến các sản phẩm như gạo, đường, tơ lụa và các chế phẩm từ tơ lụa, mây tre, sừng, da thuộc, than, thiếc, bông, tinh dầu để sơn, gỗ cứng… Dù đã tìm thấy con đường thâm nhập vào các tỉnh phía Nam Trung Hoa thông qua các lưu vực của sông Hồng, chính phủ Pháp vẫn muốn Bắc Kỳ thông thương với phần còn lại của thế giới, thúc đẩy thương mại cũng như công nghiệp và tự chủ khi có chiến tranh. Vì vậy, sau khi chiếm được Bắc Kỳ và thiết lập chính quyền thuộc địa tại đây, Pháp quan tâm đến việc xây dựng hạ tầng, đặc biệt là hàng hải nhằm phát triển thông thương với bên ngoài. Tính đến năm 1880, Bắc Kỳ có các cảng Hải Phòng, Quảng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương và chỉ đóng vai trò phụ trợ trong khi phần lớn thông thương với Hồng Kông.

Năm 1885^[2], Ủy ban đặc biệt ban hành nghị định về kế hoạch tổng thể trong việc chiếu sáng các bờ biển Trung Kỳ và Bắc Kỳ. Hai hải đăng dự kiến được xây dựng đầu tiên: đó là hải đăng Hòn Dấu^[3] và hải đăng Long Châu. Để đảm bảo cho các tàu có độ mớn nước 8m, cần phải xây dựng kênh dẫn có độ sâu ít nhất là 6m. Trong phiên họp ngày 04/02/1887 của Hiệp hội Địa lý Paris, kỹ sư thủy nông J. Renaud đã trình bày về "Vấn đề về các cảng ở Bắc Kỳ"^[4], theo đó, việc chọn xây dựng các cảng ở Bắc Kỳ sẽ ảnh hưởng đến tương lai của vùng đất này. Năm 1890, vấn đề này lại được kỹ sư cầu đường E. de Fages trình bày qua những đánh giá về điều kiện kỹ thuật xây dựng của các cảng Bắc Kỳ dự kiến được quy hoạch xây dựng trong tương lai, đi sâu vào vài chi tiết về quân cảng đã được đưa ra trong bản thảo sơ bộ lập năm 1887 theo lệnh của Bộ trưởng Hải quân Pháp^[5].

Bản đồ tự nhiên các cảng Bắc Kỳ, nguồn: Vấn đề về các cảng ở Bắc Kỳ của J. Renaud

Thương cảng

Nghiên cứu đánh giá về điều kiện tự nhiên chia bờ biển Bắc Kỳ thành hai loại rõ rệt. Các bờ biển phía Nam thấp, nhiều phù sa, không ổn định ở khu vực cửa sông của các nhánh sông Hồng. Chúng bồi đắp cho vùng đồng bằng châu thổ trên chiều dài 140km. Các bờ biển phía Bắc cao, nhiều núi đá, sạch và ổn định, trải từ Quảng Yên đến biên giới Trung Hoa. Kỹ sư E. de Fages nhấn mạnh, các nhà địa chất cho rằng sông Hồng là một trong những tác nhân ảnh hưởng mạnh nhất đến việc hình thành các vùng đất phù sa bồi đắp lấn ra biển. Tất cả các sông đổ ra biển trong vùng này đều có những bãi bùn lầy không ngừng dịch chuyển, với độ mớn nước không quá 2m. Điều này cản trở hải quân Pháp tiến vào những vùng đất đông dân cư sinh sống và chỉ các thuyền tải trọng nhỏ mới có thể di chuyển.

Cảng Hải Phòng được xây dựng gấp gáp phục vụ quân viễn chinh Bắc Kỳ trên vùng đất bùn lầy được phát quang lấn ra biển^[6], đến tháng 3/1885, nơi đây chỉ là một 'nhúm nhà tranh" như trong báo cáo của kỹ sư thủy nông Renaud^[7]. Tháng 3/1887, Hải Phòng đã có diện mạo của một thành phố với những con phố, khách sạn có thể sánh với Sài Gòn. Sự phát triển mạnh mẽ này có được nhờ vào vị trí địa lý thuận lợi: nút giao giữa đường sông và đường biển, có hai tuyến đường sông từ Hải Phòng đi Hà Nội có thể đi lại được tùy thuộc vào lưu lượng dòng chảy, với độ mớn nước từ 1,5-2m. Điểm hạn chế chính là việc đi vào từ biển, qua cửa sông Cấm. Khoảng cách từ Hải Phòng ra hải phận là 10 nghìn hải lý, với độ sâu từ 8-9m, rộng 300-500m. Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất chính là hai bãi sông, hạn chế độ mớn nước của các tàu muốn vào cảng Hải Phòng. Bãi sông phía ngoài được hình thành từ cát, rắn chắc khó có thể cải tạo độ rộng dần về phía ngoài khơi. Bãi sông phía trong là sình lầy, khá lỏng nhưng cũng gây khó khăn trong việc điều khiển tàu. Bãi ngoài không có bất kỳ sự thay đổi nào kể từ năm 1878, cao 3,20m, biên độ thủy triều là 3m, độ mớn nước gần 6m đối với các tàu lớn khi đi vào^[8].

Cảng Hải Phòng năm 1897, nguồn: European settlement in the Far East của Charles William Wason,1900

Cảng Quảng Yên thông với biển qua Cửa Nam Triệu - một cửa sông khá đẹp, sâu hơn Cửa Cấm và thông với Hải Phòng qua kênh Vàng Châu. Cảng này không có tầm quan trọng về thương mại nhưng về hàng hải lại có ưu thế hơn. Cửa Nam Triệu chỉ có một bãi sông (3,70m) nên cần có độ mớn nước cao hơn 0,50m so với Hải Phòng và do hình thành từ cát nên khá thuận lợi trong việc cải tạo. Vùng Quảng Yên không được hình thành từ phù sa bồi đắp, dễ xây dựng kè, điều kiện khí hậu trong lành hơn so với nhiều vùng khác của châu thổ. Bên cạnh những ưu điểm trên, nhược điểm của cảng này là nằm xa vùng châu thổ 15-16 km, nên bất lợi hơn so với Hải Phòng trong thông thương nội địa. Ngoài hai điểm kể trên, Bắc Kỳ không còn thương cảng nào khác, nhưng có thể kể đến hai điểm Tiên Yên và Cẩm Phả với hai vũng trú tốt, các lạch đi vào có độ sâu 6m khi thủy triều xuống và 9m khi thủy triều lên. Các mỏ than và khu khai thác lâm sản cũng gần với hai điểm này và đóng vai trò quan trọng nhất định.

Nhưng có nhiều lợi thế để trở thành cảng biển trong tương lai, do tính chất hàng hải cũng như vị trí địa lý gần đồng bằng châu thổ chính là Hòn Gai hay còn gọi là Port-Courbet, được đặt theo tên của đô đốc Amédée Courbet - người từng có công lớn trong cuộc viễn chinh Bắc Kỳ. Tuy nhiên, cần có sự đầu tư lớn mới có thể đạt được giá trị thương mại như mong muốn, dù giá trị về mặt quân sự của nó rất lớn.

Quân cảng

Người Pháp cho rằng cần xây dựng một quân cảng - hải cảng ở Bắc Kỳ, bởi để đi từ Sài Gòn đến Hải Phòng, phải mất 4 ngày trên biển và thời gian này có thể thay đổi tùy vào điều kiện thời tiết, trong khi Trung Hoa đã thành lập một quân cảng mạnh khiến Pháp e ngại cho Bắc Kỳ.

Hòn Gai đáp ứng nhiều tiêu chí để trở thành quân cảng. Nằm giữa Trung Kỳ và Trung Hoa, nối các tuyến đường sông của đồng bằng châu thổ với biển và cấu tạo địa lý thuận lợi cho việc xây dựng các công sự kiên cố. Nhà hàng hải đầu tiên phát hiện từ xa một bờ biển cao trong khi các máy thăm dò cho thấy độ sâu 12,15 và 20m và do là tập hợp nhiều đảo đá xám với hình thù khác nhau, trong đó có vách đá cao đến 80m. Các núi đá vôi trải dài trên chừng 100 km và dày đến 10 km, khiến người ta liên tưởng đến đê chắn sóng khổng lồ và hoàn hảo. Với độ sâu từ 10-15m, đây thực sự là nơi trú ẩn; thả neo tốt cho cả các con tàu lớn nhất. Sau vành đai tự nhiên này là bờ biển với các ngọn đồi sa thạch hình tròn. Hai trong số đó có thể cho phép tàu thuyền đi lại, với chiều rộng 300m, Cửa Lục đổ trực tiếp ra vịnh Hòn Gai. Sau khi đi vào, người ta sẽ nhìn thấy bức tranh toàn cảnh hùng vĩ: mặt nước mênh mông rộng 2.000 hecta, trong đó 100 hecta có thể cho phép tàu bè qua lại nhờ độ sâu trên 8m và đủ chỗ thả neo cho khoảng hơn 12 tàu thiết giáp cỡ lớn của Pháp. Nhiệt độ trên cao của vịnh vừa phải, nhờ thường xuyên có sương mù, không chênh lệch so với ở Hải Phòng vào ban ngày. Tình trạng vệ sinh ở đây khá tốt do nguồn nước khá dồi dào, trong khi ở Hải Phòng phải dùng đến các bể chứa do cấu tạo địa chất. Nước bắt nguồn từ các mỏ than, có rất nhiều loại sa thạch, đá vôi xuất hiện trong những tảng đá nguyên khối khổng lồ tinh xảo và đồng nhất hoàn hảo, sau khi được đánh bóng có thể cho những viên đá cẩm thạch màu xám rất đẹp. Than xuất hiện trong khu vực có diện tích hơn 1.000 m² như theo báo cáo của kỹ sư trưởng về mỏ Fuchs và kỹ sư mỏ dân sự^[9]. Cũng theo kỹ sư Fuchs, Bắc Kỳ có khả năng cung cấp 100.000 tấn than/năm và có thể gia tăng nếu các xưởng rèn và thép được thành lập ở Sài Gòn. Điều này cho thấy Hòn Gai là vùng đất không chỉ giàu tài nguyên mà có vị trí quân sự chiến lược đáng lưu tâm. Những mỏ than gần với các thuộc địa của Pháp ở Viễn Đông nằm ở Nhật Bản và nếu khai thác tốt các mỏ than Hòn Gai sẽ giúp Pháp trong tương lai làm chủ việc tiếp tế than khi có chiến tranh. Thêm vào đó, Hòn Gai có nhiều lợi thế về phòng thủ, cả từ trên đất liền cũng như từ ngoài biển, khác xa với Sài Gòn hay Hải Phòng.

Để phát huy những lợi thế của Hòn Gai, cần xây dựng các tuyến giao thông thuận tiện nối đồng bằng châu thổ với cảng dự kiến được xây dựng. Có 3 loại đường: đường biển giữa Hòn Gai và Hải Phòng đi qua vịnh Hạ Long; đường sông để tránh vùng có vách núi - chỉ cho phép các sà lúp có độ mớn nước 2m đi vào; thứ ba là cấp thiết xây dựng đường bộ cùng với tuyến đường sắt về Hà Nội. Các tuyến đường phục vục việc nối thủ phủ của Bắc Kỳ là Hà Nội với biển và chọn Hòn Gai là điểm kết thúc sẽ giúp tiết kiệm chi phí do xây dựng trên vùng đất sa thạch có độ dốc thấp. Ngược lại, nếu chọn Hải Phòng làm điểm cuối của tuyến đường sắt, dù khoảng cách được rút ngắn 30km nhưng sẽ cần đến lượng lớn cầu cạn, với 7 cầu dài 50m và một cầu dài 1.200m xây trên địa tầng bùn đất khi đi qua Thái Bình.

Chế độ duyên hải, dòng chảy, thủy triều: Các đáy biển sâu hơn 10m trong vịnh Hạ Long, 8-10m trong vịnh Hòn Gai và di chuyển giữa hai khu vực thả neo này cần giới hạn các tàu có độ mớn nước là 6m. Chế độ thủy triều ở Bắc Kỳ khá đặc biệt: thủy triều lên một lần trong 24 giờ và xuống kéo dài 48 giờ. Hơn nữa, trong thời gian 4-5 tháng, thủy triều diễn ra cố định hoặc vào ban ngày hoặc vào ban đêm, ảnh hưởng đến việc chiếu sáng của các lạch biển vì trong thời gian đó, các tàu chỉ có thể vào cảng vào ban đêm. Ngoài ra, các xứ nhiệt đới như Bắc Kỳ thường có bão hay lốc xoáy và và ưu thế của Hòn Gai là có núi đá bao quanh, làm giảm sức gió cũng như của sóng biển.

Dù các nghiên cứu đã đưa ra những kết luận bất lợi, Hải Phòng vẫn được chọn làm cảng của Bắc Kỳ, điều này được xác nhận lần đầu tiên vào năm 1902 trong báo cáo của một ủy ban do Toàn quyền Paul Doumer chỉ định và vào năm 1930 trong báo cáo của một phái đoàn nghiên cứu do Toàn quyền Pasquier bổ nhiệm và do Tổng Thanh tra Cầu đường Perrier chủ trì^[10]. Những bất lợi của Hải Phòng đã được giải quyết khi Pháp tiến hành nạo vét quy mô lớn tại Cửa Nam Triệu để mở rộng kênh dẫn vào cảng, tránh tình trạng bị lấp bùn.