BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

DOÃN TIẾN HÀ

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG BÃI DO TÁC ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH GIẢM SÓNG, TẠO BỒI CHO KHU VỰC

HẢI HẬU - NAM ĐỊNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

Hà Nội - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC

KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

DOÃN TIẾN HÀ

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG BÃI DO TÁC ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH GIẢM SÓNG, TẠO BỒI CHO KHU VỰC

HẢI HẬU - NAM ĐỊNH

Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 62440227

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Trần Hồng Thái 2. PGS.TS. Trương Văn Bốn

Hà Nội - 2015

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính tác giả. Các kết

quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ

bất kỳ nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Các nguồn tài liệu tham khảo (nếu

có) được trích dẫn và ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.

Tác giả luận án

Doãn Tiến Hà

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS. Trần Hồng

Thái, PGS.TS. Trương Văn Bốn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả trong suốt

thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Nguyễn Khắc Nghĩa, đồng thời cũng

là chủ nhiệm đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp

tổng thể để ổn định vùng bờ biển Nam Định từ cửa Ba Lạt đến cửa Đáy” đã giúp

đỡ, tạo điều kiện để tác giả được phép sử dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài

cũng như những dữ liệu mà đề tài đã thu thập được để phục vụ quá trình nghiên cứu

của luận án.

Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban lãnh đạo, Phòng Khoa học Đào

tạo và Hợp tác quốc tế, Bộ môn Hải dương học của Viện Khoa học Khí tượng Thủy

văn và Biến đổi khí hậu đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện để tác giả học tập và hoàn

thành luận án này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm nghiên cứu động lực Cửa sông

Ven biển và Hải đảo, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông

biển, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, nơi tác giả đang công tác đã tạo điều kiện

về thời gian và công việc cho tác giả hoàn thành luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới bạn bè, đồng nghiệp và gia đình luôn sát

cánh động viên tác giả vượt qua mọi khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tác giả luận án

Doãn Tiến Hà

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU............................................................................................. 1

1. Tính cấp thiết................................................................................. 1

2. Mục tiêu nghiên cứu........................................................................ 5

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 6

4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................. 6

5. Ý nghĩa khoa học ............................................................................ 6

6. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................ 7

7. Những đóng góp mới của luận án ...................................................... 7

8. Cấu trúc của luận án ....................................................................... 7

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨ U TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .................................................................................... 8

1.1. CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC ................................................ 8

1.2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC...............................................16

1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...............................................................22

CHƯƠNG 2-LỰA CHỌN VÀ THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................................................25

2.1. LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................25

2.2. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ THỐNG KÊ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU

......................................................................................................27

2.2.1. Phương pháp khảo sát thực địa, phân tích các tài liệu đo đạc .................27

2.2.2. Các số liệu thu thập, phân tích của luận án: ...............................................28

2.2.3. Các nội dung phân tích thống kê số liệu thu thập, đo đạc của luận án ...30

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ ................30

2.3.1. Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình sóng .............................................30

2.3.2. Mô phỏng tương tự các giá trị trên mô hình, chọn tỉ lệ mô hình.............36

2.3.3. Giới thiệu hệ thống máng sóng Flanders....................................................36

2.3.4. Các điều kiện biên về số liệu địa hình, thủy hải văn.................................38

2.3.5. Kiểm định mô hình thí nghiệm ....................................................................39

2.3.6. Các phương án thí nghiệm ...........................................................................42

iv

2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH TOÁN...................42

2.4.1. Giới thiệu mô hình tính biến đổi đường bờ GENESIS .............................42

2.4.2. Giới thiệu mô hình MIKE 21FM.................................................................46

2.4.3. Thiết lập mô hình tính toán diễn biến đường bờ và các phương án tính 52

2.4.4. Thiết lập mô hình tính các chế độ thủy thạch động lực (Mike 21) và các phương án tính toán của luận án.............................................................................56

2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ...............................................................67

CHƯƠNG 3 - NGUYÊN NHÂN VÀ ĐẶC ĐIỂM DIỄN BIẾN BỜ, BÃI VÀ MẶT CẮT NGANG BÃI VÙNG VEN BIỂN HẢI HẬU...................70

3.1. DIỄN BIẾN HÌNH THÁI CÁC VÙNG CỬA SÔNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN

ỔN ĐỊNH BỜ BIỂN HẢI HẬU.............................................................70

3.1.1. Diễn biến vùng cửa sông Ba Lạt, Sò, Lạch Giang và ảnh hưởng của chúng đến ổn định bờ, bãi biển Hải Hậu ...............................................................70

3.1.2. Xu thế bồi tụ - xói lở khu vực Hải Hậu trong thời kỳ cận đại: ................73

3.2. PHÂN TÍCH DIỄN BIẾN, XÁC ĐỊNH DẠNG MẶT CẮT BÃI ĐẶC

TRƯNG CHO KHU VỰC HẢI HẬU QUA SỐ LIỆU THỰC ĐO .................74

3.2.1. Phân tích một số quy luật biến động mặt cắt bãi biển thực tế theo từng thời kỳ ........................................................................................................................75

3.2.2. Mặt cắt ngang đặc trưng ven biển Hải Hậu - Nam Định ..........................78

3.3. XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH CHO BỜ BÃI BIỂN

HẢI HẬU-NAM ĐỊNH .......................................................................88

3.3.1. Xác định một số nguyên nhân chung ..........................................................88

3.3.2. Biến động hình thái cửa Ba Lạt ảnh hưởng đến quá trình xói lở bờ biển của khu vực nghiên cứu...........................................................................................89

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...............................................................90

CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ MÔ PHỎNG SỐ TRỊ VỀ CÁC THAM S Ố KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH ĐÊ NGẦM B ẢO VỆ BỜ VÀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI KHU VỰC HẢI HẬU ..................................................................................................92

4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ..........................92

4.1.1. Thí nghiệm lựa chọn cao trình đỉnh đê ngầm ............................................93

4.1.2. Lựa chọn tham số bề rộng đỉnh đê ngầm....................................................96

4.1.3. Lựa chọn hệ số mái dốc cho đê ngầm.........................................................99

4.1.4. Nhận xét chung: .......................................................................................... 102

v

4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TRÊN MÔ HÌNH TOÁN ....... 103

4.2.2. Tác động của công trình giảm sóng đến diễn biến hình thái đường bờ103

4.2.3. Lựa chọn các tham số công trình phù hợp dựa trên các kết quả đã nghiên cứu tính toán........................................................................................................... 108

4.2.4. Tính toán chế độ thủy thạch động lực với cụm công trình đề xuất chỉnh trị đối với khu vực nghiên cứu............................................................................. 112

4.3. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG XÓI LỞ VÀ BẢO VỆ BÃI,

ĐÊ BIỂN HẢI HẬU ......................................................................... 127

4.3.1. Đánh giá hiệu quả các biện pháp công trình giảm sóng, tạo bồi trên bãi biển đã thực hiện tại Hải Hậu .............................................................................. 127

4.3.2. Đề xuất giải pháp chỉnh trị cho khu vực nghiên cứu ............................. 130

4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ............................................................. 132

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 134

A. KẾT LUẬN ................................................................................ 134

B. KIẾN NGHỊ ................................................................................ 135

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................. 136

TÀI LIỆU T HAM KHẢO ................................................................. 137

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Các giá trị tỷ lệ mô hình - nguyên hình.........................................................36

Bảng 2.2. Tổ hợp các cấp mực nước thí nghiệm ...........................................................39

Bảng 2.3. Các tham số sóng đưa vào thí nghiệm của luận án......................................39

Bảng 2.4. Kết quả đánh giá sai số tính toán mô hình GENESIS .................................54

Bảng 2.5. Đánh giá các sai số theo chỉ số Nash.............................................................60

Bảng 2.6. Kết quả tính các đặc trưng sóng từ chuỗi số liệu 20 năm (1990 - 2010) ..64

Bảng 2.7. Các phương án đưa vào để tính toán .............................................................66

Bảng 3.1. Tọa độ vị trí các điểm đặt mốc mặt cắt ngoài thực địa ...............................75

Bảng 3.2. Hệ số đặc trưng ứng với từng dạng phương trình........................................80

Bảng 3.3. Phương trình đặc trưng các mặt cắt tại Hải Hậu theo từng thời kỳ ...........83

Bảng 3.4. Phương trình đặc trưng các MC theo từng khu vực khác nhau tại Hải Hậu..............................................................................................................................................84

Bảng 3.5. Phương trình đặc trưng các mặt cắt theo mùa (giai đoạn 2005-2010) ......85

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm quá trình suy giảm độ cao sóng qua đê ngầm với các cao trình đỉnh khác nhau...................................................................................................93

Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm quá trình truyền sóng qua đê ngầm với bề rộng đỉnh đê thay đổi khác nhau........................................................................................................96

Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm quá trình truyền sóng qua đê ngầm với các phương án thay đổi mái dốc (m) của đê ngầm khác nhau................................................................99

Bảng 4.4. Giá trị Kt trích xuất tương ứng với mực nước tính toán .......................... 102

Bảng 4.5. Các thông số kỹ thuật đề xuất của công trình đê ngầm phá sóng đối với khu vực Hải Hậu ............................................................................................................. 111

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. Hệ thống các công trình chỉnh trị trên bãi đã được xây dựng tại dọc ven biển một số nơi ở nước ta (Nguồn: GoogleEarth)....................................................................3

Hình 2. Ảnh diễn biến quá trình xói lở vùng biển Hải Triều-Hải Hậu (Nguồn: [27]) 4

Hình 3. Ảnh xó i lở, vỡ đê - kè Hải Hậu sau bão Damrey-2005 (Nguồn: [45], [47])..5

Hình 1.1. Đường bờ tiến lên và lùi lại ở hiện trường (Nguồn: xem [23]) ..................14

Hình 1.2. Các điều kiện ngưỡng giữa xói và bồi phía trước kè ven biển (Nguồn: xem [23]) ............................................................................................................................14

Hình 1.3. Quan hệ g iữa ch iều sâu xó i tạ i đầu đê chắn sóng và ch iều cao sóng có ý nghĩa lớn nhất trong 15 ngày trước (Nguồn: xem [23])........................................14

Hình 1.4. Quan hệ giữa chiều sâu xói quanh đầu đê chắn sóng và chiều sâu nước (Nguồn: xem [23]) ............................................................................................................14

Hình 1.5. Quan hệ giữa chiều sâu xói và chiều sâu nước (Nguồn: xem [23]) ..........15

Hình 1.6. Sơ đồ xói do sóng đứng (Nguồn: xem [23]) ................................................15

Hình 2.1. Bản đồ địa mạo khu vực nghiên cứu (Nguồn: [33]) ..................................29

Hình 2.2. Sơ đồ trầm trích hiện đại khu vực nghiên cứu (Nguồn: [36]) ....................29

Hình 2.3. Khúc xạ sóng.....................................................................................................33

Hình 2.4. Hiện tượng nhiễu xạ sóng tại đê nhô đơn......................................................33

Hình 2.5. Sóng phản xạ trước tường đứng .....................................................................35

Hình 2.6. Tổng quan hệ thống máng sóng Flanders......................................................37

Hình 2.7. Đầu đo Golf-3B ................................................................................................37

Hình 2.8. Sơ đồ kết nối hệ thống của máng tạo sóng Flander .....................................37

Hình 2.9. Mặt cắt bãi ven biển Hải Hậu - Nam Định được mô phỏng .......................38

Hình 2.10. Mô phỏng vị trí đặt các đầu đo sóng trong mô hình thí nghiệm ..............40

Hình 2.11. Các biểu đồ kiểm định đầu đo ......................................................................41

Hình 2.12a. Phổ sóng đưa vào kiểm định ..................................................................41

Hình 2.12b. So sánh phổ sóng kiểm định và phổ sóng thực đo tại Hải Hậu..............41

Hình 2.13. Mặt cắt theo phương ngang ..........................................................................43

Hình 2.14. Mặt cắt thẳng đứng ........................................................................................43

Hình 2.15. Sơ đồ tính toán của mô hình GENESIS ......................................................46

Hình 2.16. Sơ đồ mối liên hệ giữa các mô đun tính toán .............................................52

Hình 2.17. Sơ đồ bố trí và các lưới tính Genesis chi tiết cho khu vực Hải Hậu........53

Hình 2.18. Kết quả tính toán kiểm định biến động đường bờ khu vực Hải Hậu giai đoạn 1985 - 1995 ...............................................................................................................53

viii

Hình 2.19. Bố trí hệ thống công trình hỗn hợp giữa 5 đê ngầm phá sóng kết hợp với 7 mỏ hàn chữ T tại khu vực Hải Hậu. .............................................................................56

Hình 2.20a. Địa hình và lưới tính miền lớn từ Bạch Long Vĩ đến Cồn Cỏ................57

Hình 2.20b. Địa hình và lưới t ính khu vực từ cửa Ba Lạt đến cửa Lạch Giang ........57

Hình 2.21. Kết quả tính toán kiểm định độ cao sóng (lưới miền tính lớn).................57

Hình 2.22a. So sánh giữa mực nước thực đo và tính toán tại cửa Ba Lạt ..................58

Hình 2.22b. So sánh giữa mực nước thực đo và tính toán tại cửa Lạch Giang .........58

Hình 2.23. Kết quả tính toán kiểm định độ cao sóng (lưới miền tính nhỏ)................58

Hình 2.24. So sánh tốc độ dòng chảy ven tính toán và thực đo tại Hải Hậu..............59

Hình 2.25. So sánh hướng dòng chảy ven tính toán và thực đo tại Hải Hậu .............59

Hình 2.26a. Kết quả tính toán diễn biến khu vực bãi biển Hải Hậu trong gió mùa Đông Bắc ............................................................................................................................61

Hình 2.26b. Kết quả tính toán diễn biến khu vực bãi biển Hải Hậu trong gió mùa Tây Nam .............................................................................................................................61

Hình 2.27. Sơ đồ các mặt cắt trích xuất để kiểm định mô hình tính toán tại Hải Hậu..............................................................................................................................................61

Hình 2.28a. Kết quả kiểm định với trường hợp tính cho gió mùa Đông Bắc ............62

Hình 2.28b. Kết quả kiểm định với trường hợp tính cho gió mùa Tây Nam .............62

Hình 2.29. Hoa gió tại CC ................................................................................................63

Hình 2.30. Hoa gió tại BLV .............................................................................................63

Hình 3.1. Vị trí đường bờ biển khu vực Hải Hậu vào cuối thế kỷ 15 (Nguồn: [26])70

Hình 3.2. Vị trí đường bờ biển khu vực Hải Hậu vào cuối thế kỷ 18 (Nguồn: [26])70

Hình 3.3. Sơ đồ đường bờ biển Hải Hậu hình thành ở các thời kỳ khác nhau (Nguồn: [26]) .....................................................................................................................71

Hình 3.4. Biến động cửa Lạch Giang qua chập ảnh viễn thám qua các thời kỳ ........73

Hình 3.5. Sơ đồ mặt cắt bãi đại diện khu vực Hải Hậu-Nam Định .............................75

Hình 3.6. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 1985 ÷ 1990...............................................76

Hình 3.7. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 1990 ÷ 1995...............................................76

Hình 3.8. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 2005÷2010.................................................76

Hình 3.9a. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 1986....................77

Hình 3.9b. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 1994 ...................77

Hình 3.9c. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 2010....................77

Hình 3.10a. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH01...............................................81

Hình 3.10b. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH02 ..............................................81

Hình 3.10c. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH03...............................................81

ix

Hình 3.11. So sánh hệ số tương quan các hàm theo từng mặt cắt ...............................82

Hình 3.12. Mặt cắt HH02 đặc trưng qua các thời kì .....................................................83

Hình 3.13. Mặt cắt đặc trưng từng khu vực từ HH01 đến HH03 dọc ven biển Hải Hậu (giai đoạn 2005 - 2010) ............................................................................................84

Hình 3.14. Mặt cắt đặc trưng hai mùa tại HH02 (giai đoạn 2005-2010)....................85

Hình 3.15. So sánh mặt cắt thực đo và mặt cắt cân bằng tính theo Dean năm 1977 86

Hình 3.16. So sánh mặt cắt đặc trưng và kết quả tính toán theo Dean năm 1977 .....87

Hình 4.1. Mô tả các thông sốquá trình lan truyền sóng qua đê ngầm.........................92

Hình 4.2. Quan hệ giữa Kt và d/h tại các mực nước thí nghiệm..................................95

Hình 4.3. Mối quan hệ thực nghiệm giữa bề rộng đê ngầm và hệ số giảm sóng. .....98

Hình 4.4. Kết quả nghiên cứu do viện thủy lực Delft năm 2002.................................98

Hình 4.5. Kết quả nghiên cứu của Seabrook (1997) .....................................................98

Hình 4.6. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng (Kt)và sự thay đổi mái dốc (m) khác nhau........................................................................................................................................... 101

Hình 4.7. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng (Kt) và mực nước (m) .............................. 101

Hình 4.8. Diễn biến hình thái đường bờ với 3 trường hợp đê ngầm thay đổi chiều dài khác nhau (L=50, 100, 200m)................................................................................. 104

Hình 4.9. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi L (chiều dài đê).............................. 105

Hình 4.10. Biến động đường bờ với các khoảng cách tới bờ khác nhau của đê ngầm........................................................................................................................................... 107

Hình 4.11. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi khoảng cách x giữa đê ngầm phá sóng và đường bờ ban đầu ............................................................................................. 107

Hình 4.12. Diễn biến đường bờ sau 5 năm kh i thay đổi khe hở giữa hai đề ngầm 108

Hình 4.13. Diễn biến bồi xói khi thay đổi độ rông khe giữa các đê ngầm .............. 108

Hình 4.14a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Đông Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450)............................................. 112

Hình 4.14b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Đông Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450) ......................... 113

Hình 4.14c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Đông Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450) ......................... 113

Hình 4.15a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Tây Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350) ......................................... 114

Hình 4.15b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Tây Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350) ........................ 114

Hình 4.15c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Tây Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350) ........................ 115

Hình 4.16. Lượng vận chuyển trong các phương án tính toán (xét với 20 năm).... 116

x

Hình 4.17. Tổng lượng đến và đi trong 1 năm theo tính toán với địa hình tự nhiên, không có công trình với số liệu sóng đại diện cho 20 năm tại khu vực Hải Hậu ... 116

Hình 4.18. Kết quả tính toán dự báo biến động đường bờ khu vực Hải Hậu - Nam Định giai đoạn 2009 - 2020 ........................................................................................... 118

Hình 4.19a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA4 - hướng sóng 450) ......................................................................... 120

Hình 4.19b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA4 - hướng sóng 450).................................................... 120

Hình 4.19c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA4 - hướng sóng 450).................................................... 120

Hình 4.20a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA11 - hướng sóng 900) ....................................................................... 121

Hình 4.20b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA11 - hướng sóng 900).................................................. 121

Hình 4.20c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA11 - hướng sóng 900).................................................. 121

Hình 4.21a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA21 - hướng sóng 1350) ..................................................................... 122

Hình 4.21b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA21 - hướng sóng 1350) ............................................... 122

Hình 4.21c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA21 - hướng sóng 1350) ............................................... 122

Hình 4.22a. Phân bố trường sóng trong bão (Damrey 2005) khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình.................................................................... 123

Hình 4.22b. Phân bố trường dòng chảy sóng trong bão (Damrey 2005) khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình .................................................... 123

Hình 4.22c. Kết quả tính toán diễn biến hình thái trong bão (Damrey 2005) khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình............................................. 123

Hình 4.23. Tổng lượng đến và đi trong 1 năm theo tính toán với địa hình bãi có công trình với số liệu sóng đại diện cho 20 năm tại khu vực Hải Hậu .................... 124

Hình 4.24. Tính toán biến động đường bờ khu vực Hải Hậu khi bãi có công trình........................................................................................................................................... 125

Hình 4.25. Hiệu quả gây bồi của BCB......................................................................... 128

Hình 4.26. Phương án bố trí hệ thống công trình bảo vệ bờ và tạo bãi khu vực Hải Hòa - Hải Triều ............................................................................................................... 132

xi

DANH MỤC KÝ HIỆU

ĐGS Đê giảm sóng BCB Bẫy cát biển MCT Mỏ hàn chữ T

MHB Mỏ hàn biển NCGS Công trình ngăn cát giảm sóng BTCT Bê tông cốt thép

MHVL Mô hình vật lý GIS Công nghệ viễn thám ĐTCB Điều tra cơ bản KHKTTV Viện Khoa học Khí tượng thủy văn

MH Mô hình MN Mực nước

RMSE Sai số trung bình toàn phương R Hệ số tương quan Kt Hệ số suy giảm độ cao sóng qua công trình (hệ số

truyền sóng) Lo Độ dài sóng nước sâu Hsi Độ cao sóng tới trước công trình

Hst Độ cao sóng sau công trình Hs Độ cao sóng có nghĩa

Ts Chu kỳ sóng có nghĩa Hmax Độ cao sóng lớn nhất Tmax Chu kì sóng lớn nhất Rc Khoảng cách từ đỉnh công trình tới mặt nước

X Khoảng cách từ công trình tới đường bờ quy ước m Độ dốc mái công trình

B Bề rộng đỉnh công trình ∆ Cao trình đỉnh công trình L Độ dài công trình G Khoảng hở giữa các công trình bảo vệ bờ

Q Suất vận chuyển trầm tích tổng cộng

qs Suất vận chuyển trầm tích nguồn từ bờ

qo Suất vận chuyển trầm tích nguồn từ ngoài khơi

η Hằng số tỉ lệ tương tự g Gia tốc trọng trường

MNTK Mực nước thiết kế

PA Phương án công trình chỉnh trị

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết

Hiện nay, hiện tượng xói lở bờ biển diễn ra ở nhiều nước trên thế giới trong đó

có Việt Nam. Ở nước ta, loại xói lở do kết hợp tác động trực tiếp của sóng vào bờ

và tác dụng xâm thực bãi biển chiếm một tỷ trọng đáng kể, gây hậu quả rất nghiêm

trọng. Nhằm khắc phục vấn đề tồn tại trên cũng như tái tạo và ổn định bờ, bãi biển ở

Việt Nam đã xây dựng các công trình giảm sóng, tạo bồi ven biển như: mỏ hàn

biển, đê ngầm,… Để phát huy hiệu quả cũng như bảo đảm sự ổn định của chính bản

thân các hệ thống công trình này, việc nghiên cứu, phân tích, tính toán ảnh hưởng

và tương tác của công trình đối với các quá trình thủy thạch động lực ven bờ phải

được xem xét kỹ lưỡng và tuân thủ theo những qui trình đặc biệt.

Đối với vùng ven biển Việt Nam nói chung, hệ thống đê kè biển và các công

trình trên bãi nhằm giảm thiểu tác động của sóng và các yếu tố động lực để bảo vệ

bờ, bãi biển đã được xây dựng ở nhiều nơi dọc từ Bắc vào Nam, như: Đê biển

đường 14, Cát Hải (Hải Phòng); Giao Thủy, Hải Hậu (Nam Định); Eo Bầu, cửa

Thuận An (Thừa Thiên Huế); Cửa Tùng (Quảng Trị); Nha Trang; Vũng Tàu; Gò

Công Đông (Tiền Giang);... Bước đầu những công trình này cũng đã mang lại một

số hiệu quả nhất định. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tại một số nơi các công

trình đã bộc lộ nhiều nhược điểm, không phát huy được tác dụng chỉnh trị và bảo vệ

bờ biển như mong muốn mà đôi chỗ còn có những tác động bất lợi với môi trường

xung quanh, thậm chí còn bị mất ổn định tại chính bản thân công trình dẫn đến đổ

vỡ, hư hỏng. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến hư hỏng, hạn chế của các công trình

bảo vệ bờ biển ở nước ta, nhưng thường xuất phát từ các nguyên nhân chính sau:

- Xây dựng công trình không đúng với bản chất chế độ động lực nơi xây dựng:

Ở những nơi mà đường bờ biển có hướng vuông góc với phương truyền sóng chính,

như Thừa Thiên - Huế, Cát Hải thì không thể sử dụng mỏ hàn biển (MHB), mà phải

dùng đê giảm sóng (ĐGS) hoặc mỏ chữ T (MCT). Chiều dài phần lớn MHB quá

ngắn (MHB ở cửa Nhật Lệ và Quảng Phúc - Quảng Bình chỉ dài 30m), chưa đạt tới

khu vực sóng vỡ, nên khả năng ngăn chặn bùn cát để nâng cao mặt bãi là rất hạn

chế. Các MHB, MCT thường có cao trình đỉnh quá thấp (Cát Hải, Hải Thịnh II, Hội

2

Thống,…) so với yêu cầu là mực nước triều trung bình, nên sóng biển trùm lên

đỉnh, hạn chế hiệu quả giảm sóng, ngăn cát.

- Thiết kế sai mục đích: Kết cấu MHB bằng ống buy trên đệm đá hộc có nhiều

tồn tại, không phù hợp với yêu cầu ngăn cát (do thấp và có khe hở), giảm sóng (do

thấp và trơn nhẵn) và ổn định (do dễ đổ, vỡ,...). Nếu sử dụng ở vùng quai đê lấn

biển, sóng nhỏ, độ sâu bé, thì sẽ cho hiệu quả hơn. Kết cấu này không có hiệu quả ở

những nơi biển lở, sóng cao, độ sâu lớn hoặc bờ dốc như ở Cát Hải, Hội Thống,

Cẩm Nhượng,… Kích thước mặt bằng một số MCT vẫn chưa tuân thủ hoàn toàn

theo chỉ dẫn của 14TCN130 - 2002. Phần thân chưa vươn ra dải sóng vỡ, phần cánh

còn ngắn (Hải Thịnh 2, Nghĩa Phúc I), nên sóng vẫn xô vào tận bờ và gốc MCT,

lượng cát bồi tụ ít. Kết cấu phần cánh MCT sử dụng kết cấu ống buy, hiệu quả giảm

sóng rất hạn chế, đồng thời gây ra hiệu ứng sóng đứng, dẫn đến xói chân.

- Nguyên nhân do thi công xây dựng cẩu thả: Phần lớn MHB đều có bệ đá rời

bị sạt sệ, một phần là do lỗi thi công (Cát Hải, Hội Thống,…). Thi công MHB tiến

hành theo phương pháp lấn từ bờ ra, phần mũi luôn bị xói sâu, làm cho khối lượng

vật liệu, cấu kiện tăng lên, không tuân thủ theo khối lượng tính toán ban đầu.

- Thời gian phục vụ của công trình quá dài: Các công trình xây dựng trước

năm 2000 như một số MHB bằng đá đổ xây dựng ở Văn Lý - Hải Hậu nhưng không

cho hiệu quả, hiện nay đã hỏng hoàn toàn. Hầu hết các MHB, MCT xây dựng từ

trước đến nay đều không được duy tu kịp thời những hư hỏng là tình trạng phổ biến.

Ngoài các nguyên nhân chính thường gặp như: mục đích sử dụng không đúng,

lỗi do kỹ thuật thiết kế, thi công,… như đã nêu trên thì một trong những điều kiện

tiên quyết nhằm đánh giá hiệu quả, những hạn chế và khả năng ổn định của công

trình chỉnh trị đó là sự nghiên cứu, tính toán quá trình diễn biến các trường thủy

thạch động lực, dự báo biến động bãi, bờ biển sau khi có hệ thống công trình chỉnh

trị ven biển ở nước ta nhìn chung vẫn chưa được tiến hành nghiên cứu một cách kỹ

lưỡng, đa số các công trình xây dựng vẫn dựa vào chỉ dẫn, kinh nghiệm của nước

ngoài, đó là tình trạng chung.

3

a) Hệ thống mỏ hàn biển tại Cát Hải-Hải Phòng

b) Hệ thống bẫy cát biển ở khu vực Kiên

Chính-Hải Hậu-Nam Định

c) Hệ thống 05 mỏ hàn chữ T tại Hải

Thịnh-Hải Hậu-Nam Định

d) Hệ thống mỏ hàn thẳng tại khu vực

ven biển Cẩm Nhượng-Hà Tĩnh

e) Khu vực bờ biển Hải Dương-TT. Huế sau khi xây dựng đê giảm sóng (3/2014)

f) Hệ thống mỏ hàn biển ở phía Nam bờ biển khu vực Cần Giờ-TP. Hồ Chí Minh

Hình 1. Hệ thống các công trình chỉnh trị trên bãi đã được xây dựng tại dọc ven biển một số nơi ở nước ta (Nguồn: GoogleEarth)

Xuất phát từ những lý do đã nêu ở trên, việc lựa chọn đề tài luận án “Nghiên

cứu biến động bãi do tác động của công trình giảm sóng, tạo bồi cho khu vực Hải

Hậu - Nam Định” sẽ đóng góp một phần vào giải quyết các yêu cầu thực tiễn trong

công tác xây dựng công trình bảo vệ, chỉnh trị bờ biển cũng như trong quản lý, quy

hoạch nhằm ổn định bờ biển phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ tài nguyên,

môi trường và an ninh quốc phòng ven biển ở Việt Nam.

4

Để có thể ứng dụng thực tế cũng như tập trung phân tích với các điều kiện

thủy thạch động lực đặc trưng cho khu vực, luận án đã lựa chọn vùng bờ biển Hải

Hậu - Nam Định làm trọng điểm nghiên cứu. Kết quả của luận án có ý nghĩa thiết

thực đối với khu vực Hải Hậu nói riêng và các khu vực khác trên toàn vùng biển

Việt Nam nói chung.

Bờ biển Hải Hậu từ cửa sông Sò đến cửa sông Ninh Cơ có tuyến đê biển dài

33,32km. Đây là đoạn bờ xói lở dài nhất, nghiêm trọng nhất ven bờ biển châu thổ

sông Hồng và Bắc Việt Nam. Toàn bờ biển Hải Hậu bị xó i lở trên chiều dài 17,2km,

tốc độ xói lở trung bình 14,5m/năm, lớn nhất đạt 20,5m/năm. Do ảnh hưởng của các

điều kiện thời tiết cực đoan, từ năm 1962 đến năm 2000 tổng chiều dài đê biển bị

phá hoại hoặc vỡ hoàn toàn là 11,9km.

Hình 2. Ảnh diễn biến quá trình xói lở vùng biển Hải Triều-Hải Hậu (Nguồn: [27])

Quá trình xói lở, phá hoại đê kè biển tại đây diễn ra rất nghiêm trọng trong

mùa mưa bão năm 2005 và đặc biệt là ảnh hưởng của cơn bão số 7 (bão Damrey -

tháng 9/2005). Thời gian bão kéo dài tới 14 giờ đã gây thiệt hại nghiêm trọng cho

vùng ven biển Hải Hậu, gây xói lở 8,122km đê kè biển, gồm: Đoạn đê kè Hải Thịnh

5

III, Cồn Tàu - Hải Hoà, Táo Khoai - Hạ Trại (Hải Hoà), đoạn đê kè Kiên Chính, đê

kè Hải Thịnh II, kè Xuân Hà và đoạn đê Phúc Hải (Hải Lộc). Trong đó nặng nhất là

đoạn đê dài hơn 1,0km thuộc khu vực cuối Hải Triều sang Hải Hòa đã bị vỡ hoàn

toàn, nước tràn vào phía trong vùng dân cư sinh sống gây ngập lụt trên diện rộng,

đây là trận vỡ đê lớn nhất kể từ sau năm 1945 trở lại đây tại Nam Định.

Hình 3. Ảnh xó i lở, vỡ đê - kè Hải Hậu sau bão Damrey-2005 (Nguồn: [45], [47])

Do đó, nhằm phòng tránh thiên tai, bảo vệ bãi, đê biển Hải Hậu rất cần xem

xét, nghiên cứu về chế độ thủy thạch động lực ven bờ tại đây, trên cơ sở một số quy

luật biến động bờ, bãi biển và đề xuất các giải pháp công trình nhằm giảm thiểu tác

động của sóng gây ra quá trình xói lở và uy hiếp trực tiếp đến hệ thống đê biển khu

vực này.

2. Mục tiêu nghiên cứu

1- Bước đầu xác định được một số quy luật biến động đường bờ, bãi biển dưới

tác động của chế độ động lực ven bờ. Phân tích dựa trên số liệu thực đo về biến

động bãi, bờ biển và biến động các cửa sông làm ảnh hưởng tới ổn định đường bờ

khu vực Hải Hậu.

6

2- Tính toán trên mô hình toán và mô phỏng trên mô hình vật lý để làm rõ về

quá trình tương tác sóng - công trình và tác động của công trình đến quá trình diễn

biến hình thái ven bờ tại khu vực nghiên cứu.

3- Đề xuất được giải pháp chỉnh trị phù hợp phục vụ phòng chống thiên tai,

nhằm ổn định vùng bờ biển nghiên cứu.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Tác động của sóng biển và ảnh hưởng của công trình

giảm sóng, tạo bồi đến sự biến động bãi, bờ biển khu vực Hải Hậu.

Phạm vi nghiên cứu: Diễn biến của bãi, bờ biển trong điều kiện tự nhiên và

khi có công trình chỉnh trị. Nghiên cứu chi tiết cụ thể đối với khu vực ven biển Hải

Hậu, tỉnh Nam Định.

4. Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các mục tiêu đã đặt ra ở trên, luận án đã sử dụng những phương

pháp nghiên cứu sau đây:

- Phương pháp thống kê: phân tích các tài liệu thu thập, tài liệu thực đo, ảnh

viễn thám về diễn biến đường bờ, bãi biển của khu vực nghiên cứu.

- Phương pháp thí nghiệm trên mô hình vật lý: thí nghiệm quá trình tương tác

sóng - công trình để lựa chọn các tham số: cao trình đỉnh đê, hệ số suy giảm sóng,

bề rộng đỉnh đê, mái dốc.

- Phương pháp mô hình toán: Mô phỏng tính toán các kịch bản về diễn biến

đường bờ, bãi biển trước và sau khi có công trình.

Ngoài ra dựa vào những phân tích, đánh giá và kết luận của các chuyên gia về

lĩnh vực nghiên cứu (Phương pháp chuyên gia).

5. Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ có những ý nghĩa khoa học:

- Đóng góp vào cơ sở lý luận về các quá trình thủy thạch động lực ven bờ,

bước đầu xác định được một số quy luật biến động hình thái bờ, bãi biển cho điều

kiện cụ thể của vùng nghiên cứu. Xây dựng được cơ sở khoa học để lý giải nguyên

nhân gây mất ổn định bờ biển tại khu vực nghiên cứu.

- Kết quả đạt được khi đã đề xuất giải pháp chỉnh trị, định hướng quy hoạch

công trình phòng chống thiên tai để ổn định vùng bờ biển Hải Hậu được ứng dụng

7

sẽ là mẫu cho việc xử lý khắc phục tai biến xói lở và ổn định bờ biển đối với khu

vực bờ biển Bắc Bộ cũng như cả nước.

6. Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể áp dụng vào việc xây dựng, thiết kế các

công trình giảm sóng, tạo bồi trên bãi trong thực tế nhằm nâng cao hiệu quả về kinh

tế, kỹ thuật. Phục vụ nhiều mục đích khác nhau như: chống xói lở bờ, giao thông

thủy, cầu cảng, chỉnh trị bờ biển và khai hoang lấn biển. Đây cũng là một tài liệu

tham khảo hữu ích cho các cán bộ kỹ thuật làm công tác tư vấn, thiết kế công trình

ven biển.

Vấn đề nghiên cứu của luận án hoàn toàn mới, lần đầu tiên được nghiên cứu

tại Việt Nam.

7. Những đóng góp mới của luận án

1- Bước đầu xác định một số quy luật diễn biến bãi, xây dựng được các quan

hệ giữa biến động bãi dưới tác động của sóng, dòng chảy ven bờ với các dạng mặt

cắt bãi điển hình đối với khu vực nghiên cứu. Chỉ ra những nguyên nhân gây diễn

biến bờ, bãi biển tại khu vực nghiên cứu.

2- Dựa vào kết quả mô phỏng (mô hình vật lý và mô hình toán) tương tác giữa

sóng và công trình xác định được ảnh hưởng của công trình đến diễn biến hình thái

và lựa chọn phương án công trình chỉnh trị phù hợp cho vùng nghiên cứu.

8. Cấu trúc của luận án

Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị và Tài liệu tham khảo, cấu trúc

của luận án gồm có 4 chương:

Chương 1 - Tổng quan những nghiên cứu trong và ngoài nước;

Chương 2 - Lựa chọn và thiết lập phương pháp nghiên cứu;

Chương 3 - Nguyên nhân và đặc điểm diễn biến bờ, bãi và mặt cắt ngang bãi

vùng ven biển Hải Hậu;

Chương 4 - Kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý và mô phỏng số trị về các

tham số kỹ thuật công trình đê ngầm bảo vệ bờ và diễn biến hình thái khu vực Hải

Hậu.

8

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨ U TRONG VÀ

NGOÀI NƯỚC

1.1. CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC

Những nghiên cứu về diễn biến đường bờ, bãi biển do tác động của sóng đã

được tiến hành cách đây hàng trăm năm, nhất là ở các nước có nền khoa học phát

triển trên thế giới. Từ kết quả nghiên cứu cũng đã có rất nhiều các công trình chỉnh

trị nhằm giảm sóng, tạo bồi trên bãi được xây dựng. Tuy nhiên, những nghiên cứu

sâu và rộng về vấn đề này được phát triển mạnh mẽ từ khoảng những năm 70 - 80

của thế kỷ 20 với rất nhiều các công trình nghiên cứu đã được công bố dưới những

hình thức khác nhau.

- Một số nghiên cứu dưới dạng đưa ra các giả thiết, ví dụ Bakker (1968) đã

trình bày khái quát mặt cắt bãi biển để hai đường đẳng sâu đại diện và giả thiết

rằng, giá trị vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ tỷ lệ thuận với độ lệch của độ dốc

mặt cắt bãi từ một trạng thái cân bằng. Sau đó, Kriebel và Dean (1985) đưa ra giả

thuyết rằng giá trị vận chuyển vuông góc với bờ phụ thuộc vào độ lệch của tỷ lệ tiêu

tán từ chính giá trị cân bằng. Các phương pháp tiếp cận này đã được mở rộng

nghiên cứu bởi Larson và Kraus (1989) và Kraus (1991) [61], [70], [80].

- Cũng có các nghiên cứu được tiến hành thông qua những số liệu đo đạc, sau

đó dựa vào kinh nghiệm để phân tích, đánh giá. Điển hình cho các nghiên cứu này

có thể kể đến các nhà nghiên cứu tại Nhật Bản đã dựa trên cơ sở thu thập và phân

tích các ví dụ biến dạng bãi biển trong quá khứ, cách bố trí và các đặc điểm của

công trình sẽ được xây dựng và so sánh với các ví dụ có tính chất tương tự trong

quá khứ. Dựa trên các nét tương tự, phán đoán triển vọng của biến dạng bờ biển do

việc xây dựng các công trình gây ra, Tanaka (xem [23]) đã tiến hành nghiên cứu

trên mô hình các thay đổi địa hình phức tạp xảy ra sau khi xây dựng các công trình.

Ông phân loại các đặc điểm của những thay đổi địa hình điển hình thành một số ví

dụ biến dạng bãi biển. Kết quả của việc nghiên cứu này là có thể hiểu được sự thay

đổi địa hình trong vùng lân cận các bến cảng ở Nhật Bản trong một vài sơ đồ đại

9

diện. Bằng cách phán đoán sơ đồ nào có thể áp dụng cho bờ biển đang nghiên cứu,

qua đó cũng có thể dự báo định tính biến dạng của bờ biển.

- Nhiều những nghiên cứu đã được biên tập, xuất bản dưới dạng các sách

chuyên ngành dùng để phục vụ công tác giảng dạy, tra cứu và tham khảo. Một số

cuốn sách đề cập đến vấn đề điển hình như: Richard Soulsby [52] là nhà vật lý và

hải dương học thuộc Viện nghiên cứu Thủy lực HR Wallingford (Anh), năm 1997

đã xuất bản cuốn sách “Động lực học cát biển”. Đây là cuốn sách đề cập khá đầy

đủ, trình bày ngắn gọn về các tác nhân, cơ chế, các quan điểm và các phương pháp

nghiên cứu vận chuyển trầm tích, bồi tụ và xói lở, đưa ra được bức tranh vật lý của

vấn đề vốn rất phức tạp và lý thú này. Hay vào năm 1996, hai tác giả Krys tian W.

Pilarczyk và Ryszard B. Zeidler [80] đã xuất bản cuốn sách “Đê chắn sóng ngoài

khơi và tác động đến sự phát triển bờ biển”. Cuốn sách trình bày các phương pháp

nhằm ổn định bờ biển và chống xói bãi, đặc biệt chú trọng đến quá trình diễn biến

của bờ biển do tác động của đê chắn sóng ngoài khơi với nhiều giải pháp thiết kế

khác nhau cùng với các khuyến nghị, hướng dẫn đi kèm rất hữu ích. Mới đây, năm

2002, hai tác giả B. Mutlu Sumer và Jorgen Fredsoe [62] cho ra đời cuốn sách “Các

cơ chế xói trong môi trường biển”. Nội dung cuốn sách đề cập rất chi tiết về các cơ

chế xói lở, đưa ra các dạng xói điển hình ở chân công trình và có sự phân loại các

dạng công trình khác nhau đang được áp dụng trên thế giới. Các quá trình xói, diễn

biến xói xung quanh công trình được lý giải bằng các hiện tượng vật lý, các quá

trình động lực dựa trên các phương trình, công thức cụ thể,…

- Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đã có rất nhiều

các sản phẩm công nghệ, phần mềm ra đời và được áp dụng phục vụ nghiên cứu.

Trong hơn ba thập kỷ gần đây, một số nhà nghiên cứu thuỷ thạch động lực biển của

thế giới đã đi sâu vào lĩnh vực này và đưa ra một loạt các mô hình dự báo như:

GENESIS, UNIBEST, LIPACK, SAND 94, MIKE, NPM, WANTAN 3,... Một số

nghiên cứu nổi bật với sự hỗ trợ, ứng dụng của mô hình toán có thể kể ra:

+ Bakker (1968, 1970), đã trình bày một mô hình mô phỏng những biến đổi

bãi biển xung quanh một mỏ hàn hoặc một nhóm các công trình [65], [67]. Bakker

đưa vào sự nhiễu xạ sóng và vận chuyển bùn cát ở ngoài khơi và ven bờ có liên

10

quan đến biến đổi đáy biển. Vùng bờ biển trong mô hình của Bakker đã trình bày là

2 đường bờ, cơ bản là chúng phải không được song song với nhau. Có 2 phần của

mặt cắt bãi được chỉ ra bởi mô hình 2 đường bờ, và do đó mô hình Bakker được gọi

là lý thuyết hai đường bờ. Cần phải nói thêm rằng, khả năng của lý thuyết hai

đường bờ khi ứng dụng vào thực tiễn là phức tạp do sự cần thiết phải đáp ứng các

điều kiện biên, đó là một trong những hạn chế của mô hình. Ngoài ra, lý thuyết của

Bakker bỏ qua các yếu tố: Ảnh hưởng của dòng nước xiết chảy từ bờ ra trong

chuyển động vuông góc với bờ tại các mỏ hàn; Ảnh hưởng của nhiễu xạ sóng về

việc biến đổi bờ biển ít hơn tại cạnh các mỏ hàn; Ảnh hưởng của phản xạ sóng thay

đổi trong vận chuyển bùn cát. Sau này, lý thuyết hai đường bờ của Bakker đã được

làm rõ trong nhiều nghiên cứu, hầu hết là mong muốn hướng tới kiểm tra mô hình,

điển hình là một vài kết quả đã được công bố bởi Hulsbergen năm 1976 [69].

+ Năm 1983, Kraus đã đưa ra tóm tắt về các mô hình số và ứng dụng của

chúng trong việc dự báo biến động bờ, bãi biển tại khu vực có các công trình chỉnh

trị. Có 4 nhóm mô hình được tác giả đưa ra, gồm: Mô hình một đường bờ, mô hình

nhiều đường bờ, mô hình ba chiều và mô hình tỷ lệ lớn [80].

+ Madsen và Grant (1976) đã đưa ra một mô hình toán mô phỏng biến động

đáy khi có công trình đê phá sóng song song với bờ. Hệ thống cân bằng của chúng

là cân bằng động diễn ra liên tục đối với sự vận chuyển bùn cát và biến đổi đáy,

đồng thời với giá trị thời gian trung bình của vận chuyển bùn cát dọc bờ theo cả hai

hướng của trục tọa độ. Sóng nhiễu xạ với công trình thì được miêu tả bởi thuật toán

của Penny Price. Sóng phản xạ thường được biểu thị dưới dạng các tham số với sự

trợ giúp của các hệ số phản xạ. Cũng với nghiên cứu này, Perlin (1979) đã cung cấp

một mô hình mô phỏng về biến đổi đáy tại khu vực ở phía sau công trình giảm

sóng. Mô hình dựa trên cơ sở lý thuyết một đường bờ, bao gồm cả sóng phản xạ và

nhiễu xạ. Mô hình của Perlin được phát triển và thực hiện một cách cụ thể hơn bởi

chính Perlin và Dean năm 1987. Các thông số đối với kích thước và vị trí thích hợp

bố trí đê chắn sóng cũng được tác giả đưa ra [61], [69], [80].

11

+ Winter (1993) đã ứng dụng quy trình cơ bản của mô hình mặt cắt ngang bãi,

thử nghiệm đối với những vị trí đặt công trình phá sóng và các nuôi bãi nhân tạo,

tác giả đã thiết lập một số yêu cầu sau [69], [72]:

(1) Với các đê phá sóng thông thường, công thức tính theo Daemen (1991) là

chính xác, từ đó một vài tham số được đưa vào tính toán. Công thức từ Daemen

(1991) sẽ đưa đến gần giá trị hằng số. Tuy nhiên, cần nghiên cứu sâu hơn nữa về

ảnh hưởng của chiều rộng đỉnh đê ngầm phá sóng tới sự lan truyền sóng.

(2) Mô hình UNIBEST-TC cho kết quả khá tốt đối với đê có đỉnh nhô lên

hoặc bằng với mặt nước. Với đê ngầm (đỉnh thấp hơn mặt nước), tác giả khuyến cáo

không nên sử dụng công thức của Hearn và mô hình UNIBEST-TC để tính vì kết

quả không có độ tin cậy cao.

+ Hanson (1987) đã đưa ra mô hình biến đổi đường bờ GENESIS mô phỏng

thay đổi đường bờ biển dài hạn, đưa ra được sự khác biệt theo không gian và thời

gian vận chuyển bùn cát dọc bờ. Sóng tác động là nguyên nhân dẫn đến vận chuyển

bùn cát dọc bờ, nó có thể thay đổi dọc theo bờ biển do sự biến đổi của độ sâu, sự

nhiễu xạ sóng, các điều kiện biên, các đường bờ ban đầu, cát đáy và sự vận chuyển

cưỡng bức. Ảnh hưởng của đê phá sóng xa bờ đến biến đổi bờ biển đã được mô

phỏng bởi mô hình GENESIS bắt đầu với một đường bờ ban đầu thẳng (Do Dean-

Rosati năm 1992 đưa ra). Điều kiện đầu vào của mô hình gồm: Điều kiện sóng (Hs,

Ts, ), và các thông số thiết kế đê phá sóng xa bờ (Chiều dài công trình LB, khoảng

cách từ bờ ban đầu đến đê phá sóng YB, tính chất lan truyền sóng Kt, khoảng cách

giữa hai đê phá sóng GB (nếu như là một hệ thống đê ngầm)). Đường kính hạt trung

bình D50 là một hằng số đại diện của bãi biển. Có thể nói đây là một trong những

mô hình có tính hiệu quả cao, rất được nhiều các nhà nghiên cứu áp dụng và cho

đến ngày nay vẫn còn nguyên giá trị [10], [80].

- Có thể nói những đóng góp gần đây của các mô hình tính toán biến đổi

đường bờ và bãi biển trong nghiên cứu khoa học là rất lớn, các phần mềm ngày

càng được nâng cấp, hoàn thiện và đạt độ chính xác sát với thực tế hơn.

- Song song với việc ứng dụng các mô hình toán trong nghiên cứu biến động

đường bờ, bãi biển, một trong những phương pháp nghiên cứu không thể không

12

nhắc đến đó là nghiên cứu trên mô hình vật lý (MHVL). Lịch sử phát triển về

MHVL đối với các hiện tượng thủy lực bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX, sau khi Newton

phát biểu lý luận tương tự và Froude làm thí nghiệm mô hình truyền. Năm 1898,

Angghen đã lập ra phòng thí nghiệm thủy lực đầu tiên ở Đức và sau đó các nước

khác cũng lần lượt xây dựng phòng thí nghiệm. Thế kỷ XX là thế kỷ phát triển các

phòng thí nghiệm thủy lực lớn tại các quốc gia phát triển, như: Hệ thống bể sóng và

máng sóng ở Anh (Walingford), Hà Lan (Delft), Pháp (SORGREAH), Cộng hòa

liên bang Đức (Hanover), Trung Quốc,… Những nghiên cứu trên thế giới có sử

dụng mô hình vật lý về vấn đề diễn biến đường bờ, bãi biển và tương tác sóng công

trình có thể kể ra như sau:

+ J. W Kamphis, M. J. Paul và A. Brebner (1972) thuộc Viện Thủy lực Delft

(Hà Lan) đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm với chuyên đề “Tương tự các cân bằng

các mặt cắt bãi biển”. Các tác giả đã so sánh kết quả thí nghiệm mô hình 2 chiều

giữa mô hình biến thái và chính thái của các mặt cắt bãi khi sử dụng bùn cát nhẹ để

xây dựng, chế tạo mô hình. Cũng từ những nghiên cứu thí nghiệm về đặc trưng cân

bằng bãi biển cát trên mô hình vật lý, các tác giả P. S Eagleson, B. Gulene và J. A

Dracup đã có một số kết luận: Nhân tố quyết định đến sự hình thành mặt cắt bãi là

sự vỡ của sóng; Mặt cắt cân bằng của bãi biển bằng cát phụ thuộc vào độ dốc ban

đầu của bãi [66], [79].

+ Nghiên cứu trên mô hình vật lý sóng và biến động bờ, bãi biển cũng được

phát triển khá mạnh ở Viện VNIG (Saint Peterbua-Nga) trên máng sóng và bể tạo

sóng lớn. Năm 1983, Khomicki [80] tiến hành thử nghiệm một loạt sự biến động

đường bờ, bãi biển tại khu vực đê phá sóng xa bờ và đưa ra công thức về sự phát

triển của đường bờ y (dọc trục x theo thời gian t) tại một đê chắn sóng tách bờ:

)4

exp(2

),(2

3

at

x

at

Stxy

(1.1)

Với: S3: vùng giữa trục x và đường đẳng sâu tại thời điểm t

a: Hệ số bồi tụ kinh nghiệm

Công thức (1.1) thể hiện sự ảnh hưởng đáng kể của chiều dài công trình tương

đối đến quá trình bồi đắp bờ biển và hình dạng của chúng. Đối với sóng tới thông

13

thường điều kiện tốt nhất của khoảng cách đê ngầm phá sóng từ bờ YB sẽ không

được lớn hơn chiều dài công trình LB (LB>YB), trong khi đó với sóng xiên góc với

đường bờ thì hướng tác động phải lớn hơn 150 ( > 150), chiều dài đê phá sóng LB=

(1…3)YB. Nếu như vận chuyển bùn cát dọc bờ giảm hoặc bị gián đoạn, các hình

thức bồi tụ ven biển trở nên mấp mô trải dọc theo trục x, tương ứng với t .

+ Năm 1992, Dean-Rosati [64], [82] đã tiến hành khoảng 250 kịch bản với mô

hình được thiết kế gồm 4 đê phá sóng xa bờ giống như một hàm của Hb, h, Kt, YB

và chiều dài sóng tại công trình L0. Kết quả nghiên cứu của Dean-Rosati (1992) cho

phép đánh giá được ảnh hưởng của các hệ số lan truyền sóng (Kt) khác nhau,

khoảng cách từ bờ tới công trình (YB) và chiều dài công trình (L) tới quá trình diễn

biến bờ, bãi biển.

+ Sayao năm 1991 (xem [23]) đã đưa ra các mối liên hệ giữa tỷ lệ tiêu chuẩn

và mô hình bùn cát đối với biến đổi bờ biển, trong các nhóm bãi biển riêng biệt.

Theo trình tự để đạt được một thiết kế bãi ổn định, điều cần đảm bảo đó là vật liệu

làm nuôi bãi sẽ không bị mất đi trong lúc vận chuyển bùn cát xa bờ. Các bãi biển

thiết kế ổn định này được chứng minh bởi các kết quả nghiên cứu trên mô hình vật

lý mà Dean (1985) đã thực hiện.

+ Horikawa (xem [23]) đã tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu các tiêu chuẩn

đối với việc đường bờ tiến lên hay lùi lại như một kết quả của chuyển động cát

trong vùng sóng xô bờ và kiến nghị phương trình (1.2) cũng có thể áp dụng cho

điều kiện hiện trường:

67.0

0

27.0

0

0 )()(tanL

dC

L

Hs

(1.2)

trong đó: Ho: chiều cao sóng nước sâu (m);

Lo: chiều dài sóng nước sâu (m);

tan: độ dốc trung bình đáy biển từ bờ tới chiều sâu nước 20m;

d: cỡ hạt bùn cát (m);

Cs : hệ số

Dựa trên phương trình (1.2), một đường bờ sẽ lùi lại khi Cs 18 (Hình 1.1).

14

Hình 1.1. Đường bờ tiến lên và lùi lại ở hiện trường

(Nguồn: xem [23])

Hình 1.2. Các điều kiện

ngưỡng giữa xói và bồi phía trước kè ven biển (Nguồn:

xem [23])

+ Một trong những nghiên cứu rất hay sử dụng mô hình vật lý đó là vấn đề xói

xung quanh công trình. Ví dụ trong Hình 1.2 đã được các nhà khoa học ở Nhật Bản

kiến nghị để xác định xói hoặc bồi trước kè ven biển bằng hệ số phản xạ (K) và

thông số (Ho/Lo)(l/d50)sin, được xác định với độ dốc sóng (Ho/Lo), đường kính hạt

trung bình (d50), gradien mái dốc của lớp ốp mặt (với đê chắn sóng thẳng đứng

= 90o) và khoảng cách (l) từ điểm sóng leo tới trên một mặt cát cân bằng tới vị trí

của lớp ốp mặt. Đồ thị chỉ ra rằng khi tất cả các điều kiện khác bằng nhau, nên làm

mặt trước của lớp ốp mặt nghiêng để chống lại xói bãi biển phía trước lớp ốp mặt.

Hình 1.3. Quan hệ g iữa ch iều sâu xó i tại đầu đê chắn sóng và chiều cao sóng có ý

nghĩa lớn nhất trong 15 ngày trước (Nguồn: xem [23])

Hình 1.4. Quan hệ giữa chiều sâu xói quanh đầu đê chắn sóng và chiều sâu

nước (Nguồn: xem [23])

+ Ví dụ trong Hình 1.3 cho các điều kiện xói cục bộ xung quanh một đầu đê

chắn sóng do Tamaka phân tích. Chiều sâu xói lớn nhất đo được gần bằng chiều cao

sóng có ý nghĩa lớn nhất (H1/3)max trong thời gian 15 ngày trước thời gian đo đạc.

TiÕn lªn

Lïi l¹i

( )

( )

( )

( )

( )

TiÕn lªnLïi l¹i

Atlantic City Coast New JerseyHidaka Coast, Japan

Kashima Coas t, JapanKochi Coa st, JapanMission Be ach, Califo rnia

Nags He ad, Nort h Carolina

Ocean side, Califor niaSurachkal Bea ch, India

Tokaimura Beach, J apa nWes t Coa st, Taiwan

Prototype Exp eriment by Sa ville

§å thÞ dùa trª n kÕ t qu ¶ thÝ nghiÖm

C=1

8

C=9

C=4

10-1 1 0-2 10-3

0.0 01

0.01

0 .1

H0

L 0

H

L 0

H0

L 0

= C (tan )-0 .2 7

( )dL 0

0.6 7s

( tan )-0.27( )dL 0

0 .6 7

10

0

10 102 3

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

K

Tû lÖ

1/50

1/30

1/10

Xãi mßn

TÝch tô

H

L

l

dsin0

0 50

Ghi chó

§é s©u ( )

2 3

3 4

4 55 6

6

- 2m

1 2 3 4 5 6

0

1

2

3

Ch

iÒu

s©

u x

ãi (m

)

Quan hÖ víi (H1/3) trong 15 ngµy tr­ícmax

(H1/3) (m)max

h

d

Chi

Òu

s©u

xãi d

(m)

ChiÒu s©u n­íc quanh ®Çu ®ª ch¾n sãng h(m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 120

0

1

2

3

4

5

§ª T©y

§ª trong

§ª §«ng

§ª B¾c

§ª trong

§ª Nam

§ª T©y

§ª trong

§ª Nam míi

§ª

C¶ng N

iigata

C¶ng K

him

a

C¶n g Kanizawa

C¶n g Akita

C¶n g Miku ni

15

Ngoài ra, Hình 1.4 cho mối quan hệ giữa chiều sâu nước xung quanh một đầu đê

chắn sóng và chiều sâu xói. Chiều sâu xói lớn nhất khi chiều sâu nước ở đầu đê

chắn sóng bằng khoảng từ 3,0m÷5,0m (vùng sóng vỡ). Ở Hình 1.5 cho quan hệ giữa

chiều sâu xói dọc theo đường mặt của một đê chắn sóng và chiều sâu nước, dựa

theo dữ liệu đo đạc hiện trường tại một cảng lớn. Ta có thể thấy chiều sâu xói lớn

nhất tại điểm uốn này và dần dần giảm đi khi nó chuyển ra khơi.

Hình 1.5. Quan hệ giữa chiều sâu xói và

chiều sâu nước (Nguồn: xem [23]) Hình 1.6. Sơ đồ xói do sóng đứng

(Nguồn: xem [23])

+ Irie và các cộng sự (xem [23]), [69] đã tiến hành các thí nghiệm về xói trong

chế độ sóng đứng, kết quả nghiên cứu đã đưa ra những nhận định: thông số cơ bản

là Ub/w (tỷ số của vận tốc nằm ngang lớn nhất của các hạt nước ở đáy do các sóng

tới Ub với vận tốc lắng của bùn cát w). Khi Ub/w > 10, bùn cát sẽ chuyển động từ

điểm nút và bồi sẽ xảy ra ở bụng sóng (xói kiểu L). Khi Ub/w < 10, hiện tượng

ngược lại (xói kiểu N) sẽ xảy ra (Hình 1.6). Bình thường, do chân lăng thể đá nằm

cách mặt thẳng đứng một khoảng cách chừng 1/4 chiều dài sóng, xói và lún sụt của

lăng thể đá hộc đê chắn sóng sẽ xảy ra ở chân đê, còn bùn cát sẽ chuyển động về vị

trí của bụng sóng ở cách mặt thẳng đứng một nửa chiều dài sóng.

- Một số tác giả đã đi vào nghiên cứu chuyên sâu, riêng biệt về vấn đề dạng

mỏ hàn chữ T, những tác động của mỏ hàn đến diễn biến đường bờ, bãi biển cũng

như đánh giá hiệu quả của chúng. Ví dụ như Matthaw (1934) khuyến nghị, với

những bờ biển có nguồn bùn cát cung cấp yếu hoặc ít chịu tác động của bão nên sử

dụng mỏ hàn chữ T. Tuy nhiên ông cũng thừa nhận hiểu biết về loại công trình này

rất hạn chế. Hay Frech (1949) đã nghiên cứu mỏ hàn chữ T ở bờ biển Asbury Park,

0 5 10 15 20

1

2

3

4

5

6

7

ChiÒ

u s

©u x

ãi (m

)

§é s©u (m)

C c ®o¹n th¼ng ®øng cñ a ®ª ch¾n sãng phÝa B ¾c

§o¹n m¸i dèc cña ®ª c h¾n sãng ph Ýa Nam

vµ phÝa Nam

§ª c

h¾n

sãng

L/2

§iÓm nótBông sãng

Xãi kiÓu N

L/4

Xãi ki Óu L

L/4

L¨ng thÓ ®¸

hd

hd

0

0

16

NJ và nhận thấy loại công trình này không những gây bồi ở thượng lưu mỏ hàn mà

còn gây bồi cả ở hạ lưu, khác hẳn mỏ hàn thẳng. Ishihara và Sawaragi (1968) cũng

đã nghiên cứu mỏ hàn chữ T và cho thấy hiệu quả rất tốt, đường bờ giữa các mỏ hàn

là độc lập hoàn toàn với sự thay đổi hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ. Các tác giả

cũng đã đề nghị áp dụng cho các đoạn bờ biển có hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ

biến đổi mạnh. Năm 1974, Sato và Tanata đã nghiên cứu và so sánh sự khác nhau

giữa mỏ hàn phức hợp với đê chắn sóng tách bờ trong phòng thí nghiệm và ngoài

hiện trường (bãi biển Suma, bờ Tây của Kobe - Nhật Bản). Công trình được xây

dựng để bảo vệ phần nuôi bãi nhân tạo. Kết quả cho thấy sự kết hợp mỏ hàn thẳng

với đê chắn sóng tách bờ cho hiệu quả giữ cát tốt nhất. Mỏ hàn chữ T cũng cho thấy

hiệu quả hơn sự kết hợp giữa mỏ hàn thẳng với đê chắn sóng ngầm. Berenguer và

Enriquez (1988) đánh giá 34 bãi biển cong lõm cho thấy khả năng tạo tombolo của

đê chắn sóng tách bờ tốt hơn mỏ hàn chữ T. Từ đó xây dựng các quan hệ giữa tỷ lệ

(vùng nước và toàn bộ diện tích giữa các công trình) và tỷ lệ giữa khoảng cách từ

mũi mỏ hàn đến bờ với khoảng hở giữa các công trình. Olsen và Bogde (1991)

nghiên cứu hiệu quả của mỏ hàn chữ T mũi cong (mỏ hàn đuôi cá) và đánh giá cao

hiệu quả gây bồi, giữ cát của loại công trình này. Các tác giả đã phát triển 1 phương

pháp đánh giá ổn định của biển khi có mỏ hàn đuôi cá [64], [70], [71], (xem [83],

[85]).

Nhìn chung, việc nghiên cứu quá trình diễn biến bãi, bờ biển dưới tác động

của các công trình chỉnh trị trên bãi nói chung và công trình giảm sóng gây bồi nói

riêng đã được các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm. Các kết quả nghiên

cứu rất đa dạng từ lý thuyết, thực nghiệm, mô hình (số và vật lý) và cho các kết quả

rất khả quan. Đây là một vấn đề khá phức tạp, và sẽ vẫn còn được tiếp tục nghiên

cứu sâu hơn nữa trong tương lai.

1.2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

Những nghiên cứu về vấn đề diễn biến bờ, bãi biển trước đây ở nước ta cũng

đã được các nhà khoa học quan tâm. Tuy nhiên, phải từ cuối những năm 90 của thế

kỷ trước trở lại đây thì vấn đề này mới được chú trọng nhiều hơn, các công trình

17

nghiên cứu ngày càng nhiều, đa dạng và được công bố dưới nhiều hình thức, có thể

kể ra một số nghiên cứu tiêu biểu dưới đây:

- Một số điều tra, nghiên cứu về diễn biến đường bờ, bãi biển hay nguyên nhân

gây biến động, xói lở bờ - bãi thông qua các dữ liệu đo đạc các chế độ thủy thạch

động lực ven bờ (sóng, mực nước, dòng chảy ven, bùn cát và mặt cắt bãi) đã được

một số các cơ quan, cá nhân chủ trì thực hiện. Điển hình là viện Khoa học Thủy lợi

Việt Nam với một số dự án điều tra cơ bản (ĐTCB) như: ĐTCB biến động hình thái

dải ven biển Bắc Bộ và Trung Bộ (1999 - 2004), Theo dõi diễn biến xói lở ven biển

Hải Hậu (2005 - 2010), ĐTCB các trọng điểm xói lở ven biển Phú Yên (2003 -

2006),… Các dự án này đã tiến hành đo đồng bộ dòng chảy ven, mực nước, sóng,

bùn cát và nhất là diễn biến các mặt cắt ngang bãi đại diện cho khu vực quan tâm để

điều tra, phân tích nguyên nhân, quá trình diễn biến bãi tại những trọng điểm đã lựa

chọn [40], [41], [45]. Có thể nói đây là những dữ liệu rất có ý nghĩa thực tế, phục vụ

các nghiên cứu cơ bản và điều tra theo dõi xói lở đã xảy ra tại vùng nghiên cứu.

- Phần lớn các kết quả nghiên cứu về quá trình diễn biến bờ, bãi biển ở Việt

Nam thông qua các đề tài, dự án ở các cấp khác nhau (cơ sở, bộ, tỉnh, Nhà nước).

Hầu hết những kết quả nghiên cứu này dựa chủ yếu vào các mô phỏng bằng mô

hình số trị. Những kết quả nghiên cứu có liên quan, đã được công bố trên các tạp

chí, các báo cáo, hội thảo,… Có thể kể ra đây một vài công trình tiêu biểu của các

tác giả như:

+ Trong tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học lần thứ 10 của Viện KHKTTV và

MT năm 2007, hai tác giả Vũ Thanh Ca và Nguyễn Quốc Trinh đã công bố bài báo

“Nghiên cứu về nguyên nhân xói lở bờ biển Nam Định”. Kết quả nghiên cứu dựa

vào việc sử dụng mô hình tính lan truyền sóng trong vùng ven bờ và dòng vận

chuyển bùn cát dọc bờ. Nghiên cứu đối với vùng bờ biển Nam Định, các tính toán

cho thấy chỉ có sóng với độ cao lớn hơn 0,75 m mới có khả năng gây vận chuyển

cát một cách đáng kể. Kết quả nghiên cứu có thể sơ bộ kết luận rằng hiện tượng xói

lở ở vùng bờ biển tỉnh Nam Định là do thiếu hụt bùn cát do dòng vận chuyển bùn

cát dọc bờ gây ra [7].

18

+ Trịnh Việt An và nnk của Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã thực hiện đề

tài cấp cơ sở “Nghiên cứu sử dụng mô hình LITPACK trong nghiên cứu dự báo biến

động xói lở bờ biển phục vụ cho quy hoạch chiến lược bờ biển ở nước ta”, công bố

tháng 12 năm 2008. Đề tài đã tính toán lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ trung bình

năm cho đoạn bờ biển Thuận An-Hòa Duân-TT Huế. Ứng dụng mô hình LITPACK

để dự báo biến động xói lở bờ biển từ Thuận An đến Hòa Duân sau 1, 5 và 10 năm

trước và sau khi có công trình chỉnh trị. Đề xuất giải pháp công trình nhằm bảo vệ

bờ biển Thuận An-Hòa Duân [2].

+ Nguyễn Thọ Sáo và nnk với đề tài “Đánh giá tác động công trình đến bức

tranh thủy động lực khu vực cửa sông ven bờ Bến Hải, Quảng Trị”, công bố trên

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (năm

2010). Trong nghiên cứu này, các tác giả giới thiệu một số kết quả nghiên cứu đánh

giá tác động của công trình đến các trường thủy động lực vùng cửa sông, ven biển

Cửa Tùng bằng việc ứng dụng bộ mô hình MIKE 21, từ đó phân tích nguyên nhân

dẫn đến các hiện tượng bồi xói bất thường trong khu vực, làm tiền đề cho việc đề

xuất và quy hoạch các công trình chỉnh trị phục vụ phát triển bền vững kinh tế xã

hội và môi trường [53].

+ Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk của Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam với kết

quả nghiên cứu đề tài cấp cơ sở “Nghiên cứu bước đầu qui luật cân bằng động của

mặt cắt bãi biển và ảnh hưởng của chúng đến ổn định bờ, bãi biển trong điều kiện

Việt Nam” năm 2010. Đề tài ứng dụng mô hình SBEACH để tính toán diễn biến mặt

cắt bãi trong các điều kiện bão và gió mùa đặc trưng. Sử dụng phương trình cân bằng

mặt cắt do Dean đề xuất để tính cân bằng mặt cắt bãi tại các trọng điểm lựa chọn. Từ

kết quả nghiên cứu đề tài đã bước đầu xác định các dạng mặt cắt cân bằng bãi biển

kinh nghiệm cho khu vực bãi biển đường 14 Hải Phòng và Cảnh Dương-Quảng Bình,

có so sánh với dạng tới hạn của mặt cắt cân bằng do Dean đề xuất năm 1977 [46].

+ Tác giả Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp công

nghệ dự báo phòng chống xói lở bờ biển”, đề tài cấp cơ sở Viện Khoa học Thủy lợi

năm 2005. Trong đề tài này, các tác giả đã ứng dụng mô hình năng lượng và mô

hình thông lượng để tính toán suất vận chuyển bùn cát dọc bờ cho khu vực Hải Hậu,

19

Nam Định. Kết quả tính toán, nghiên cứu của đề tài chủ yếu đưa ra được lượng vận

chuyển bùn cát dọc bờ Hải Hậu [42].

+ Các tác giả Phạm Thành Nam, Hocine Oumeraci, Magnus Larson và Hans

Hanson với đề tài “Sử dụng một phương trình bậc cao để giải phương trình bảo

toàn khối lượng trầm tích”. Nghiên cứu đã sử dụng các hệ số bậc cao Euler-W ENO

để giải các phương trình bảo toàn khối lượng trầm tích. Chương trình Euler-WENO

cải thiện độ chính xác khi mô phỏng sự biến động hình thái bãi biển gây ra do sóng

và dòng chảy, đặc biệt là sự biến động đối với khu vực có các công trình ven biển.

Từ đó đưa ra kiến nghị sẽ tiếp tục nghiên cứu vấn đề này cũng như các chương trình

tiên tiến hơn để nâng cao dự báo của quá trình biến động hình thái xung quanh các

công trình gần bờ [31].

+ Tác giả Trương Văn Bốn và nnk với đề tài “Nguyên nhân xói mòn, bồi lắng

và biến đổi luồng lạch tại khu vực cửa Lấp và cửa Lộc An (Bà Rịa-Vũng Tàu) dựa

trên dữ liệu đo đạc thực tế và mô phỏng bằng mô hình số”, năm 2012. Trong

nghiên cứu này các tác giả đã sử dụng mô hình Mike FM kết hợp với mô hình

Genesis, phân tích ảnh viễn thám và số liệu thực đo để tính toán chế độ thủy động

lực, diễn biến bồi lấp khu vực các cửa sông Lấp và Lộc An và biến động đường bờ,

bãi biển tại khu vực từ Cửa Lấp đến cửa Lộc An thuộc tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu theo

các mùa đặc trưng [6].

+ Các tác giả Vũ Minh Cát và Vũ Minh Anh với đề tài “Mô phỏng chế độ thủy

động lực học và vận chuyển bùn cát khi xây dựng cảng Lạch Huyện”. Trong nghiên

cứu này các tác giả đã ứng dụng Mike21/3 couple FM để mô phỏng các chế độ thủy

động lực học ở toàn bộ vịnh Hải Phòng trong tháng 2 (mùa kiệt) và tháng 7 (mùa lũ)

năm 2006 để đưa ra trường sóng, mực nước, dòng chảy và sau đó mô phỏng vận

chuyển bùn cát trong trường hợp có và không có công trình (cầu tàu) [8].

+ Tác giả Nguyễn Mạnh Hùng với cuốn sách “Biến động bờ biển và cửa sông

Việt Nam” đây là cuốn sách chuyên khảo đưa ra các thông tin chung về các quá

trình ven bờ, cửa sông được công bố năm 2010. Những cơ sở khoa học về các quá

trình biến động bờ biển, cửa sông và một số kết quả bước đầu về nghiên cứu đặc

điểm biến động bờ biển, cửa sông Việt Nam, trong đó có đề cập đến khu vưc ven

biển Hải Hậu, Nam Định. Cuốn sách được biên tập chủ yếu dựa vào kết quả nghiên

20

cứu của các dự án VS/RDE-03 và 41/RF2 của Chương trình hợp tác nghiên cứu

Việt Nam - Thụy Điển giai đoạn 2004 - 2011 và 2004 - 2007 [14], [24].

+ Nguyễn Mạnh Hùng và nnk với đề tài “Tính toán biến động bờ biển khu vực

ven biển Hải Hậu - Nam Định và châu thổ sông Hồng dưới tác động đồng thời của

trường sóng và mực nước” được công bố năm 2011, nghiên cứu đã sử dụng hai bộ

mô hình để mô phỏng quá trình diễn biến bờ biển Hải Hậu và châu thổ sông Hồng

đó là mô hình sóng SWAN (tính cho toàn bộ Biển Đông) và mô hình STWAVE

(tính cho khu vực địa phương). Dòng chảy sử dụng mô hình ADCIRC (tính cho

toàn vùng tây vịnh Bắc Bộ) và CMS-M2D (tính cho khu vực địa phương). Mô hình

biến đổi đáy sử dụng công thức tính vận chuyển bùn cát của LUND-CIRP với đầu

vào là các tham số động lực đã tính từ các mô hình trên. Các số liệu phục vụ kiểm

định mô hình được lấy từ dự án VS/RDE-03 thuộc Chương trình hợp tác Nghiên

cứu Việt Nam-Thụy Điển 2004-2011. Kết quả đã đưa ra một số kịch bản tính toán

diễn biến bãi biển khu vực châu thổ sông Hồng theo các mùa và năm [14], [25].

+ Các tác giả Thorsten Albers và Nicole von Lieberman cùng các cộng sự ở

Việt Nam với công trình “Nghiên cứu về dòng chảy và mô hình xói lở” trong dự án

Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng, công bố tháng

1 năm 2011. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng mô hình sóng (SWAN),

mô hình thủy động lực học (RMA•Kalypso), mô hình diễn biến xói bồi thủy động

lực học (RMA, GENESIS) để nghiên cứu quá trình động lực, diễn biến xói bồi khu

vực biển Vĩnh Tân, Sóc Trăng. Các giải pháp công trình khác nhau được đưa vào

trong mô hình và hiệu quả của công trình được mô phỏng. Mục tiêu của các giải

pháp công trình là làm giảm xó i lở và gia tăng bồi lắng. Các tác động tiêu cực như

xó i lở sau công trình phải được loại bỏ càng nhiều càng tốt [12].

- Cũng giống như trên thế giới, ở Việt Nam nghiên cứu các chế độ thủy thạch

động lực, diễn biến đường bờ, bãi biển ngoài việc dựa trên các tài liệu đo đạc, mô

phỏng trên mô hình toán thì cũng đã có một số nghiên cứu được đưa ra từ phương

pháp sử dụng mô hình vật lý. Hệ thống thí nghiệm ban đầu được xây dựng ở nước

ta như ở Phú An (Sài Gòn), chỉ với mục đích thí nghiệm các chế độ thủy lực và

công trình chỉnh trị trong sông [20]. Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam với các

21

phòng thí nghiệm được xây dựng từ những năm 1960, gần đây được nâng cấp thành

Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển, là cơ sở tiến

hành nhiều nhất các đề tài về chỉnh trị sông và bờ biển, hải đảo của cả nước. Tuy

nhiên, vấn đề nghiên cứu vẫn chủ yếu tập trung vào các chế độ thủy lực và công

trình chỉnh trị sông, rất ít và chỉ mới có một số tiến hành các thí nghiệm về chế độ

thủy động lực vùng ven biển, hải đảo từ khoảng những năm 1990 trở lại đây. Các

nghiên cứu về chế độ thủy động lực vùng biển, ven biển và hải đảo vẫn chủ yếu tập

trung vào quá trình lan truyền sóng, tác động của sóng lên công trình đê biển (áp lực

sóng lên mái đê, ổn định cấu kiện lát mái, sóng leo, sóng tràn), sự ổn định của giàn

khoan do sóng tác động,… Đối với nghiên cứu tương tác sóng với công trình giảm

sóng mới chỉ chú trọng đến quá trình suy giảm khi có công trình dạng đê ngầm trên

bãi, mỏ hàn chữ T, sóng qua rừng ngập mặn. Hầu như chưa có nghiên cứu, thí

nghiệm nào đánh giá về quá trình diễn biến địa hình bãi biển dưới sự ảnh hưởng của

công trình chỉnh trị.

- Một trong những nghiên cứu mà có sử dụng mô hình vật lý để mô phỏng quá

trình diễn biến bãi khi có công trình chỉnh trị đã được nghiên cứu ở Việt Nam đó là

của các tác giả Thorsten Albers và Nicole von Lieberman cùng các cộng sự ở Việt

Nam với công trình “Nghiên cứu về dòng chảy và mô hình xói lở” trong dự án Quản

lý nguồn tài nguyên thiên nhiên vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng, năm 2011 [12]. Trong

nghiên cứu này, các tác giả đã thí nghiệm trên mô hình vật lý để nghiên cứu quá trình

động lực, diễn biến xói bồi khu vực biển Vĩnh Tân, Sóc Trăng. Các giải pháp công

trình khác nhau được đưa vào trong mô hình và hiệu quả của công trình được thí

nghiệm mô phỏng. Có thể nói, đây là một trong những nghiên cứu khá đầy đủ và có

sự kết hợp giữa các phương pháp, trong đó có phương pháp thí nghiệm trên mô hình

vật lý về diễn biến bãi khi có công trình chỉnh trị, vị trí và các giá trị tốt nhất của công

trình cũng được xác định. Từ kết quả nghiên cứu, thí nghiệm và mô phỏng các tác giả

đã đề xuất được những thông số của công trình chỉnh trị: vị trí, chiều dài, khoảng

cách,… phù hợp đối với vùng biển Vĩnh Tân, Sóc Trăng.

Nhìn chung, những nghiên cứu về vấn đề diễn biến bờ, bãi biển ở nước ta

trong những năm gần đây đang được các nhà khoa học chú trọng và ngày càng có

22

sự phát triển. Quá trình diễn biến bãi, bờ biển do ảnh hưởng của công trình chỉnh trị

cũng là vấn đề được lưu ý và nghiên cứu nhiều hơn. Tuy nhiên có thể nói, những

nghiên cứu về vấn đề này ở nước ta từ trước đến nay vẫn chưa nhiều, phần lớn xuất

phát từ các đề tài dự án với nguồn kinh phí, thời gian có hạn nên chưa tập trung đi

sâu hoặc có thể đo đạc đủ dài, đầy đủ số liệu phục vụ nghiên cứu. Do vậy kết quả

còn khá tản mạn, hầu như chỉ tập trung vào một vài khía cạnh nào đó. Bên cạnh đó,

do điều kiện còn khó khăn nên phương pháp ứng dụng để nghiên cứu cũng chưa có

sự kết hợp nhiều, trang thiết bị và quy trình đo đạc còn khá thủ công, phương pháp

thí nghiệm trong phòng mới chỉ g iải quyết được một số bài toán thủy động lực cơ

bản, kết quả nghiên cứu chủ yếu vẫn dựa chính vào mô phỏng trên mô hình số trị,

nhưng đây cũng là phương pháp đòi hỏi phải có số liệu đầu vào có độ chính xác

cao, đầy đủ.

1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Nghiên cứu về động lực học biển và các công trình chỉnh trị trên bãi nhằm

giảm sóng, tạo bồi được phát triển mạnh trên thế giới trong khoảng những năm thập

niên 70 của thế kỷ 20. Có thể nói đây là thời kỳ của nghiên cứu cơ bản và sản phẩm

của nó là các hệ phương trình mô tả hiện tượng, các công thức kinh nghiệm, các

biểu đồ quan hệ với những nghiên cứu của các nhà khoa học Nga (Liên Xô cũ), Mỹ,

Hà Lan,… về chuyển động bùn cát và diễn biến hình thái bãi, bờ biển vẫn còn

nguyên giá trị cho tới ngày nay.

Từ sau những năm 70 của thế kỷ XX đến nay có thể nói là không xuất hiện

thêm những thành tựu gì đáng kể về mặt lý thuyết cơ bản của động lực học ven

biển. Tuy nhiên, hoạt động nghiên cứu động lực học và chỉnh trị vùng ven biển đã

có những bước phát triển mới, tiến bộ mới trong kỹ thuật tính toán, đặc biệt trong

việc hoàn thiện dần kỹ thuật mô hình hóa các hiện tượng thủy lực phức tạp. Đã có

một số mô hình toán (2D, 3D), mô phỏng quá trình diễn biến hình thái đường bờ,

bãi biển cho kết quả tính toán, dự báo khá phù hợp so với thực tế. Về nghiên cứu

thực địa đã có những thiết bị đo đạc hiện đại, nhanh chóng và tương đối chính xác.

Tuy vậy, không phải là mọi vấn đề liên quan đến động lực học và chỉnh trị ven

biển đều đã được giải quyết trọn vẹn. Cho đến hiện nay, chưa có một mô hình nào

23

có thể dự báo chính xác hiện tượng xói lở, bồi tụ và diễn biến bãi, bờ biển, xói-bồi

xung quanh công trình. Mặt khác, việc nhằm thỏa mãn về tính tương tự trong mô

hình vật lý thủy động lực, nhất là mô hình thí nghiệm về diễn biến hình thái luôn là

vấn đề nan giải và còn nhiều điều phải bàn.

Đối với ở Việt Nam, nghiên cứu công trình chỉnh trị ven biển trong những

năm gần đây đã có những chuyển biến và tiến bộ nhanh chóng. Đội ngũ cán bộ

khoa học ngày càng đông về số lượng, trình độ dần được nâng cao, cơ sở và thiết bị

nghiên cứu được trang bị hiện đại. Các chương trình khoa học công nghệ các cấp về

vấn đề chỉnh trị ven biển đã được duy trì liên tục trong những năm gần đây. Công

trình giảm sóng, tạo bồi chống xói lở ven biển bằng các giải pháp, công nghệ tiên

tiến đang được nhân rộng và áp dụng nhiều, thu được những kết quả đáng khích lệ.

Một số công trình như hệ thống mỏ hàn ở Nghĩa Phúc (Nam Định), mỏ hàn mềm

Stabiplage (Vũng Tàu), đê chắn sóng ở Hải Dương - Thừa Thiên Huế,… đã cho

thấy hiệu quả, tính đúng đắn trong việc bố trí công trình chỉnh trị trên bãi.

Nhưng thực tế cho thấy, khá nhiều công trình chỉnh trị đã xây dựng trước đây

cũng cho thấy những bất cập, hiệu quả mang lại không cao. Có nhiều nguyên nhân

dẫn đến điều này, nhưng thường xuất phát từ các nguyên nhân chính như:

- Xây dựng công trình không đúng với bản chất chế độ động lực nơi xây dựng:

MHB ở Thừa Thiên - Huế, Cát Hải, Nhật Lệ, Quảng Phúc - Quảng Bình,… MCT ở

Hải Thịnh II, Nghĩa Phúc I.

- Thiết kế sai mục đích: Kết cấu MHB bằng ống buy trên đệm đá hộc có nhiều

tồn tại, không phù hợp với yêu cầu ngăn cát, giảm sóng và ổn định: Cát Hải, Hội

Thống, Cẩm Nhượng,… Kích thước mặt bằng một số MCT chưa tuân thủ hoàn toàn

theo chỉ dẫn. Kết cấu phần cánh MCT sử dụng ống buy, hiệu quả giảm sóng rất hạn

chế, đồng thời gây ra hiệu ứng sóng đứng, dẫn đến xói chân.

- Nguyên nhân do thi công xây dựng cẩu thả: Phần lớn MHB đều có bệ đá rời

bị sạt sệ, một phần là do lỗi thi công (Cát Hải, Hội Thống,…).

- Thời gian phục vụ của công trình quá dài: Hầu hết các MHB, MCT được xây

dựng từ trước đến nay đều không được duy tu kịp thời những hư hỏng.

24

Ngoài các nguyên nhân chính thường gặp như đã nêu trên thì một trong những

điều kiện tiên quyết nhằm đánh giá hiệu quả, những hạn chế và khả năng ổn định

của công trình chỉnh trị đó là sự nghiên cứu, tính toán quá trình diễn biến các trường

thủy thạch động lực, dự báo biến động bờ, bãi biển sau khi có hệ thống công trình

chỉnh trị ven biển ở nước ta nhìn chung vẫn chưa được tiến hành nghiên cứu một

cách kỹ lưỡng, đa số các công trình xây dựng vẫn dựa vào chỉ dẫn, kinh nghiệm của

nước ngoài, đó là tình trạng chung.

Đối với khu vực luận án lựa chọn làm trọng điểm tiến hành nghiên cứu thuộc

bờ biển Hải Hậu, Nam Định vẫn còn tồn tại các vấn đề sau:

- Cho đến nay vẫn chưa có giải pháp và phương án tổng thể nào được đề xuất

nhằm khắc phục các hiện tượng xói lở gây mất ổn định bờ, bãi biển khu vực ven bờ

Hải Hậu. Một số công trình giảm sóng, tạo bồi bảo vệ bãi đã được xây dựng nhưng

dưới dạng thử nghiệm tại một vài đoạn bờ đã bị xói lở.

- Hầu hết kết quả nghiên cứu trước đây chưa đưa ra được cơ sở khoa học vững

chắc về cơ chế và nguyên nhân biến động bãi và bờ biển tại khu vực nghiên cứu. Do

vậy, việc xác định được cơ sở khoa học nguyên nhân mất ổn định bờ-bãi biển và

một số qui luật diễn biến bãi, bờ biển Hải Hậu là hết sức cần thiết.

- Việc nghiên cứu đề xuất được giải pháp chỉnh trị phù hợp nhằm phòng chống

thiên tai, phát triển ổn định bờ biển Hải Hậu là nhu cầu cấp bách hiện nay.

Trong nghiên cứu diễn biến hình thái, chỉnh trị vùng ven biển, việc sử dụng

các phương pháp nghiên cứu phải rất linh hoạt, tùy điều kiện để áp dụng có thể một

hoặc nhiều phương pháp. Đối với ở Việt Nam cũng có những vấn đề rất đặc thù,

khó tìm được các trường hợp tương tự trên thế giới (sự phức tạp của chế độ động

lực, các xói dị thường,...), các tài liệu đo đạc và theo dõi diễn biến bờ, bãi biển còn

hạn chế, không có sự theo dõi định kỳ và đồng bộ, đó cũng là một thách thức không

nhỏ đối với nghiên cứu thực tế ở nước ta.

Trong luận án này, nhằm giải quyết các vấn đề và đạt được mục tiêu đã đặt ra

tác giả đã sử dụng ba phương pháp nghiên cứu chính, đó là: Phân tích thống kê, Mô

hình vật lý và Mô hình toán. Chi tiết các phương pháp nghiên cứu được đề cập

trong chương 2 của luận án.

25

CHƯƠNG 2-LỰA CHỌN VÀ THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Quá trình vận chuyển bùn cát, xói lở, diễn biến hình thái vùng ven biển kể cả

trước và sau khi có công trình chỉnh trị luôn là một vấn đề khó và phức tạp. Do vậy,

để giải quyết vấn đề trên cần phải áp dụng những phương pháp nghiên cứu hợp lý

và có độ tin cậy cao.

Tùy vào từng mục đích nghiên cứu, tùy vào vấn đề cần phải giải quyết để có

thể áp dụng các phương pháp nghiên cứu khác nhau. Các vấn đề đơn giản có thể áp

dụng một phương pháp, vấn đề phức tạp hơn có thể sử dụng hai hay nhiều phương

pháp. Nhìn chung cần phải kết hợp, sử dụng các phương pháp nghiên cứu một cách

linh hoạt và hiệu quả. Trong luận án này, để giải quyết vấn đề và mục tiêu đã đặt ra

tác giả đã sử dụng kết hợp 3 phương pháp nghiên cứu chính, đó là: Phương pháp

khảo sát và thống kê phân tích số liệu thu thập; Phương pháp thí nghiệm trên mô

hình vật lý và Phương pháp mô phỏng trên mô hình toán. Mỗi một phương pháp

này sẽ có thế mạnh riêng, được ứng dụng để giải quyết những vấn đề cần thiết và

giữa chúng có sự liên hệ, bổ trợ cho nhau để phục vụ mục đích chung của luận án.

- Phương pháp khảo sát và thống kê phân tích số liệu thu thập là một trong

những phương pháp luôn được áp dụng trong nghiên cứu của nhiều ngành khoa

học. Ngoài việc đo đạc để có số liệu thực tế, đánh giá hiện trạng hoặc làm đầu vào

cho các phương pháp khác (như là phương pháp mô hình toán, mô hình vật lý) thì

đây là một trong những phương pháp có độ tin cậy cao nhất, làm căn cứ để đưa ra

các kết luận, phục vụ cho nhiều mục đích. Thu thập và phân tích các tài liệu liên

quan cũng là một trong những cách mà trong nghiên cứu khoa học thường áp dụng,

các kết quả nghiên cứu trước đây sẽ được kế thừa, phát triển tiếp. Hoặc các dữ liệu

cũ là các căn cứ lịch sử để so sánh, đánh giá nhất là vấn đề nghiên cứu về diễn biến

hình thái lại càng có ý nghĩa hơn. Ngoài ra, tại đơn vị công tác của nghiên cứu sinh

cũng được trang bị hệ thống các thiết bị đo đạc hiện trường khá hiện đại, việc ứng

dụng các trang thiết bị này vào công tác nghiên cứu khoa học cũng đã được tiến

hành từ lâu và rất hiệu quả. Các dự án, đề tài do chính đơn vị thực hiện tại khu vực

26

Nam Định cũng khá phong phú, đặc biệt là chuỗi số liệu đo đạc diễn biến bãi, bờ

biển và dòng chảy ven, bùn cát từ cuối những năm 1970 đến nay. Luận án cũng đã

thu thập dữ liệu, kết quả của các đề tài, dự án của một số đơn vị khác mà có những

nghiên cứu đối với khu vực Nam Định (Viện Cơ học, Viện Địa lý,…). Từ các số

liệu đo đạc, thu thập đã phân tích để bước đầu tìm một số quy luật diễn biến bãi, bờ

biển và chỉ ra nguyên nhân gây mất ổn định bờ - bãi biển đối với vùng biển nghiên

cứu. Các số liệu này sau đó được thống kê, phân tích làm số liệu đầu vào phục vụ

nghiên cứu trên mô hình vật lý và tính toán mô phỏng trên mô hình toán.

- Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý đòi hỏi phải có những chi phí

khá lớn, công phu và rất mất thời gian. Đặc biệt là thí nghiệm để thu được các kết

quả về vận chuyển bùn cát, diễn biến hình thái ven biển là một trong những thí

nghiệm rất khó, bởi vật liệu (bùn cát) dùng trong thí nghiệm và làm thỏa mãn được

tính tương tự của chúng giữa thực tế với mô hình là điều rất khó khăn, ngay cả các

công trình nghiên cứu lớn đã thực hiện ở các nước có nền khoa học phát triển trên

thế giới thì đây vẫn còn là một vấn đề nan giải. Do vậy, để đảm bảo tính logic của

vấn đề nghiên cứu và khả năng đáp ứng của hệ thống thí nghiệm cũng như trong

điều kiện hạn hẹp. Luận án chỉ chú trọng đến việc thí nghiệm nhằm xác định quá

trình giảm sóng của đê ngầm đối với chế độ động lực vùng biển Hải Hậu. T ìm ra

được các hệ số suy giảm sóng phù hợp đối với ven biển Hải Hậu (Cao trình đỉnh đê

phù hợp), bên cạnh đó còn thí nghiệm để lựa chọn bề rộng đỉnh đê, hệ số mái dốc

mà trong tính toán mô hình toán luôn gặp rất nhiều khó khăn. Luận án đã lựa chọn

hệ thống máng tạo sóng Flanders của Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam để tiến

hành thí nghiệm. Các hệ số lan truyền sóng (Kt) sẽ được lựa chọn tương ứng với

yêu cầu đầu vào để phục vụ mô hình tính toán diễn biến đường bờ Genesis. Từ đó

nhằm tìm ra được các thông số phù hợp của đê ngầm giảm sóng, tạo bồi.

- Mô hình toán có thể mô phỏng với nhiều phương án thay đổi khác nhau, rất

thuận tiện và chi phí thấp hơn mô hình vật lý. Từ các kết quả mô phỏng sẽ có cơ sở

để đánh giá, lựa chọn được phương án tối ưu.

+ Luận án ứng dụng mô hình tính toán diễn biến đường bờ GENESIS để tính

toán ảnh hưởng của các tham số công trình thay đổi khác nhau (vị trí đặt công trình,

27

kích thước dài - ngắn, khoảng cách giữa các công trình với nhau) đến quá trình diễn

biến đường bờ biển khu vực nghiên cứu ứng với các chế độ thủy thạch động lực.

+ Kết hợp với sử dụng mô hình MIKE21 FM để tính toán diễn biến bãi khi có

hệ thống công trình chỉnh trị. Việc tính toán do ảnh hưởng của các công trình chỉnh

trị đến diễn biến bãi bằng mô hình Mike21 FM ngoài mục đích đánh giá hiệu quả

của công trình còn cho thấy được xu thế xói, bồi để có căn cứ so sánh với kết quả

tính của mô hình GENESIS. Bên cạnh đó, những diễn biến bãi xung quanh công

trình (nhất là các hố xói ở chân công trình) làm căn cứ đánh giá độ ổn định của công

trình cũng như làm cơ sở cho thiết kế, gia cố chân công trình mà ở mô hình

GENESIS không thể hiện được.

Nhìn chung, mỗi một phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận án đều có

những thế mạnh riêng và được ứng dụng để giải quyết các vấn đề cụ thể nào đó.

Tuy nhiên, giữa chúng lại có những sự liên kết, bổ trợ cho nhau để nhằm giải quyết

mục tiêu chung mà luận án đã đặt ra.

2.2. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ THỐNG KÊ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU

2.2.1. Phương pháp khảo sát thực địa, phân tích các tài liệu đo đạc

Nghiên cứu quan trắc sóng và tác động của nó lên bờ biển và công trình ven

bờ đã có từ thế kỷ 18 - 19. Những thành tựu mới trong nghiên cứu lĩnh vực này đạt

được sau khi đưa vào ứng dụng máy tự ghi sóng, máy tính điện tử và lý thuyết hàm

ngẫu nhiên. Điển hình là nghiên cứu của Pierson (Mỹ) thực hiện vào những năm 50

cuối thế kỷ 20 [38], [40].

Ở nước ta, việc khảo sát thực địa, phân tích thống kê chế độ sóng ven bờ và

biến động đường bờ đóng vai trò rất quan trọng phục vụ thiết kế các công trình bảo

vệ bờ, đê - kè biển, bố trí xây dựng cảng và qui hoạch phát triển ổn định dải ven

biển. Từ sau những năm 1990 đến nay, với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học

công nghệ trên thế giới, các cơ quan nghiên cứu, khảo sát đã được trang bị nhiều

máy đo hiện đại. Các địa chỉ ứng dụng đã mở rộng khắp Bắc, Trung, Nam. Một

trong những đơn vị luôn đi đầu trong lĩnh vực đo đạc khảo sát các chế độ động lực

vùng cửa sông, ven biển và diễn biến đường bờ, bãi biển đó là Viện Khoa học Thủy

lợi Việt Nam-nơi mà chính tác giả đang công tác, đây là một trong những đơn vị

28

được trang bị khá đầy đủ các thiết bị nghiên cứu đo đạc ngoài hiện trường để phục

vụ công tác thu thập số liệu về địa hình, thủy hải văn và bùn cát. Viện Khoa học

Thủy lợi Việt Nam cũng là đơn vị có rất nhiều những nghiên cứu, đo đạc ngoài hiện

trường thông qua các dự án, đề tài nghiên cứu khoa học,...

Có thể nói đây là phương pháp đã ra đời từ khá lâu và vẫn đóng vai trò rất

quan trọng cho tới ngày nay, các nội dung chính của phương pháp này bao gồm:

- Đo đạc khảo sát các yếu tố sóng, gió, dòng chảy các đặc trưng bùn cát và

biến đổi địa hình bãi, đáy biển.

- Phân tích, xử lý số liệu thuỷ thạch động lực quan trắc được từ đó rút ra các

đặc trưng chế độ và quan hệ giữa các yếu tố trên.

- Phân tích diễn biến địa hình, ổn định bãi và các công trình ven biển dưới tác

động của sóng.

- Thiết lập mối quan hệ giữa qui luật bồi xói, ổn định công trình ven biển và

các chế độ sóng, dòng chảy ven bờ.

2.2.2. Các số liệu thu thập, phân tích của luận án:

2.2.2.1. Bộ tài liệu địa hình, địa chất, địa mạo cho toàn khu vực nghiên cứu:

- Dữ liệu mặt cắt bãi biển tại khu vực Hải Hậu được biên tập thống nhất theo

từng giai đoạn: 1985-1990, 1990-1995 và 2005-2010, riêng giai đoạn 2005-2010 số

liệu mặt cắt được đo vào hai thời kỳ đặc trưng là tháng 4 và tháng 10-11 hàng năm.

- Hải đồ khu vực nghiên cứu tỉ lệ 1/100,000 năm 1982 và năm 1997; Bình đồ

đo đạc các năm từ 2005 đến 2010.

- Dữ liệu về biến động đường bờ tại khu vực nghiên cứu được thu thập từ các

bản đồ ở các thời kỳ trước, kết hợp với ảnh vệ tinh Spot, Landsat, Radarsat chụp

trong các năm: 1989, 1994, 1995, 2001, 2005, 2007 và 2011.

- Các bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100,000 phát hành các năm 1912, 1935, 1927,

1965 và các bản đồ tỷ lệ từ trung bình tới lớn được phát hành gần đây.

- Bản đồ tuổi địa chất nền đê (thu thập); Bản đồ địa chất kỉ thứ IV (1978); Bản

đồ Trầm tích tầng mặt vùng biển nông, 0-30m nước (2004); Sơ đồ phân bố trầm tích

tầng mặt ven biển Hải Hậu (2004); Bản đồ Địa chất Công trình đới ven biển Nam

Định tỷ lệ 1: 50.000 (2004); Bản đồ địa mạo (thu thập). Các báo cáo về đặc điểm tai

29

biến địa chất (xói lở bờ biển, bồi lấp cửa sông,...). Các bản đồ đặc điểm trầm tích

tầng mặt và biến động dài hạn trầm tích tầng mặt theo thời gian năm.

- Các bản đồ xói, bồi tỉ lệ 1: 50.000 và 1: 25.000 các vùng cửa sông, ven biển

Bắc Bộ.

Hình 2.1. Bản đồ địa mạo khu vực

nghiên cứu (Nguồn: [33])

Hình 2.2. Sơ đồ trầm trích hiện đại khu

vực nghiên cứu (Nguồn: [36])

2.2.2.2. Bộ tài tài liệu khí hậu, khí tượng:

- Đặc điểm chế độ các trị số đặc trưng vận tốc gió trong gió mùa, bão với các

chu kỳ lặp khác nhau ở các hướng khác nhau. Dữ liệu gió được thu thập tại các trạm

xa bờ và trong bờ như:

Bạch Long Vĩ-Hải Phòng: 1980 - 2013 (33 năm).

Văn Lý - Nam Định: 1976 - 1996, đo đạc tháng 7 năm 2010.

Cồn Cỏ - Quảng Trị: 1990 - 2010 (20 năm).

2.2.2.3. Bộ tài liệu hải văn, bùn cát:

- Chế độ thuỷ triều và các trị số đặc trưng mực nước (Max, Min, TB) với các

chu kỳ lặp lại:

+ Mực nước Hòn Dáu - Hải Phòng: 1960 - 2013 (53 năm);

+ Số liệu mực nước theo giờ tại các trạm ven biển, cửa sông: Ba Lạt, Phú Lễ;

+ Số liệu mực nước thực đo tại Hải Hậu các năm 2004-2007 và 2006-2010;

- Chế độ nước dâng do bão: Xác định các trị số đặc trưng cho nước dâng do

bão với các chu kỳ lặp khác nhau.

- Chế độ sóng: vùng bờ biển tỉnh Nam Định, chú trọng đặc biệt trong gió mùa

với các tần suất và hướng khác nhau:

30

+ Trạm Hòn Dáu - Hải Phòng: 1980 - 2005 (25 năm).

+ Số liệu sóng thực đo tại Hải Hậu: năm 2004, 2006, 2010 và 2011.

- Số liệu bùn cát (lơ lửng, đáy) ở các vùng cửa sông và ven biển Hải Hậu.

- Dự án hợp tác Việt Nam - Thủy Điển (2004 - 2011).

2.2.3. Các nội dung phân tích thống kê số liệu thu thập, đo đạc của luận án

- Phân tích các quá trình thủy thạch động lực của khu vực nghiên cứu, làm cơ

sở để lựa chọn đầu vào phục vụ nghiên cứu, tính toán và thí nghiệm mô hình vật lý.

- Bước đầu xác định một số quy luật diễn biến bãi theo mùa, năm và đưa ra

phương trình các mặt cắt bãi đặc trưng. Tính toán mặt cắt cân bằng cho khu vực

nghiên cứu.

- Phân tích diễn biến bờ, bãi biển khu vực nghiên cứu trong quá khứ và hiện

tại.

- Phân tích để tìm ra nguyên nhân gây mất ổn định dẫn đến quá trình xói lở,

bồi tụ để có cơ sở đề xuất giải pháp công trình chỉnh trị hợp lý đối với khu vực

nghiên cứu.

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ

Luận án thí nghiệm với mục đích tìm ra được bộ thông số: cao trình đỉnh đê,

bề rộng đỉnh, mái dốc và các hệ số suy giảm sóng phù hợp với khu vực cần nghiên

cứu. Thí nghiệm được tiến hành trong máng tạo sóng Flanders của Viện Khoa học

Thủy lợi Việt Nam.

2.3.1. Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình sóng

2.3.1.1. Vấn đề chính thái và biến thái

Để có được sự tương tự về động thái và động lực, cần bảo đảm tốt tương tự về

hình học, vì vậy mô hình sóng thường được thiết kế theo mô hình chính thái, chỉ

trong trường hợp do sự hạn chế khó khắc phục của khu vực thí nghiệm hoặc yêu

cầu của các điều kiện tương tự khác, mới xét đến mô hình biến thái. Trong thực tiễn

đối với mô hình mặt cắt, chỉ có mô hình chính thái và hằng số tỷ lệ mô hình tương

đối nhỏ, λ1 ≤ 60. Đối với mô hình tổng thể cũng phần lớn làm mô hình chính thái,

khi buộc phải biến thái thì hệ số biến thái 21 h

. Hằng số tỷ lệ tương tự hình học

31

thường được chọn trong khoảng λ1 = 60÷150 [20], [82], (xem [86]).

2.3.1.2. Phương trình hằng số tương tự

Để đảm bảo tương tự động thái và động lực, mô hình sóng cần thiết kế theo

định luật tương tự Froude [20]. Đối với sóng nước nông, nhất là sóng gần bờ, tương

tự sức cản về nguyên tắc phải được tuân thủ.

Phương trình hằng số tỷ lệ tương tự sức cản được suy ra từ phương trình lưu

tốc dòng dọc bờ do sóng:

12sinsin

8

3 22

fD

mnHgU

b

bbbSb

(2.1)

trong đó: HSb- chiều cao sóng vỡ; Db- độ sâu nước ở vị trí sóng vỡ; αb- góc truyền

sóng vỡ; m - độ dốc đáy bờ; f - hệ số sức cản.

S

b

S

b

b

L

h

L

D

n.4

sinh

4

12

1

; với LS - chiều dài sóng.

Công thức này có chứa hàm số siêu việt, phương trình hằng số tương tự của nó

có thể viết như sau:

λαb = 1 (2.2)

1LS

h

(2.3)

1

1

2

22

h

fu

HSm

fu

(2.4)

Phương trình (2.2) sẽ được tự động thỏa mãn khi hướng sóng trong mô hình

giống với trong nguyên hình.

Phương trình (2.3) yêu cầu λLS = λh, tức hằng số tỷ lệ tương tự chiều dài sóng

bằng hằng số tỷ lệ tương tự độ sâu.

Phương trình (2.4), trong điều kiện mô hình được thiết kế theo định luật tương

tự Froude (λu = λh1/2), yêu cầu:

1

h

f (2.5)

Vấn đề tương tự tỷ lệ lực quán tính và lực nhớt, yêu cầu số Re của sóng lớn

32

hơn một vị trí số nào đó, theo A.C. Ôphiserôp thì:

2000Re max

SHU (2.6)

Trong đó Umax là tốc độ quỹ tích ngang cực đại của chất điểm mặt nước.

SS

S

L

h

T

HU

2coth

2max (2.7)

S

SS

L

h

g

LT

2coth

2 (2.8)

ν- hệ số nhớt động học. (2.9)

Về tương tự lực căng bề mặt, trong điều kiện sóng vỡ có tầm quan trọng nhất

định nhưng khó thỏa mãn yêu cầu tuân thủ chặt chẽ định luật tương tự Weber về

tương tự tỷ lệ giữa lực quán tín và lực căng bề mặt:

idemlu

l

lu

222

(2.10)

Hoặc: 12

lu (2.11)

trong đó: σ - suất mao quản động lực, thứ nguyên là

L

T

ML/

2.

Tương tự chuyển động sóng yêu cầu tương tự về tốc độ chuyển động sóng,

khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ và tương tự về sóng vỡ.

a) Tương tự khúc xạ:

Công thức tốc độ truyền sóng ở vùng nước nông có dạng chung là:

S

S

L

DTgC

.2tanh

2

(2.12)

Công thức này có dạng hàm số riêng siêu việt, viết thành phương trình hằng số

tỷ lệ như sau:

1TS

C

;

LS

h

LS

D

(2.13)

Vì LS = CTS, ta có: 1TSC

LS

(2.14)

33

Từ đó nhận được: λC = λTS = λLS1/2 = λh

1/2 = λu (2.15)

Có nghĩa là, hằng số tỷ lệ chiều dài sóng λLS và hằng số tỷ lệ kích thước thẳng

đứng λh bằng nhau. Trong trường hợp đó, hằng số tỷ lệ tốc độ truyền sóng λC bằng

hằng số tỷ lệ chu kỳ sóng λLS, cũng bằng số lưu tốc λu.

Khi sóng tiến vào bờ, do độ sâu thay đổi, hướng sóng và tốc độ sóng đều thay

đổi (Hình 2.3). Trong điều kiện chu kỳ sóng TS không đổi, quan hệ giữa góc khúc

xạ α và tốc độ truyền sóng C như sau:

1

2

1

2

sin

sin

C

C

(2.16)

Trong đó α là góc giữa hướng sóng và pháp tuyến của đường đồng mức, ký

hiệu 1 biểu thị sóng tới, 2 biểu thị sóng khúc xạ. Viết phương trình hằng số tỷ lệ ta

có: λα2 = 1; λα1 = 1; λc2 = λc1 (2.17)

Vì vậy, tương tự khúc xạ yêu cầu góc tia tới và góc khúc xạ trong mô hình

bằng với yếu tố tương ứng trong nguyên hình, và yêu cầu hằng số tỷ lệ của tốc độ

sóng tới bằng hằng số tỷ lệ của tốc độ sóng khúc xạ, nghĩa là có cùng một hằng số

tỷ lệ về tốc độ truyền sóng. Từ (2.15) có thể thấy, điều đó yêu cầu λLS = λh.

b) Tương tự nhiễu xạ:

Hình 2.3. Khúc xạ sóng

Hình 2.4. Hiện tượng nhiễu xạ sóng tại đê nhô đơn

Hình 2.4 là sơ đồ nhiễu xạ sau một đê nhô đơn, giả thiết độ sâu trong và ngoài

đê không đổi. Sóng tại đầu đê có độ cao HS0, hướng sóng 00’, tạo với trục OX một

góc 0. Tại 1 điểm bất kỳ Q trong vùng che chắn của đê (toạ độ cực (r, )), hệ số

nhiễu xạ k0 là t ỉ số giữa chiều cao sóng tại Q(HSQ) và chiều cao sóng ban đầu HS0.

0

0

S

SQ

H

Hk (2.18)

34

Lấy ví dụ đê nhô đơn trong Hình 2.4 là đê mái nghiêng, trong vùng che chắn

của nó (vùng giữa hướng sóng 00’ và trục đê OX), công thức tính hệ số nhiễu xạ là:

0303 34

3

2

1SS L

r

L

r

Q eek (2.19)

Đó cũng là một hàm siêu việt, viết thành phương trình hằng số tỷ lệ như sau:

λkQ = 1; λr = λl = λLS; λθ0 = 1; λθ0 = λθ (2.20)

Có nghĩa là muốn cho hằng số tỷ lệ chiều cao sóng trong vùng che chắn λHSQ

bằng hằng số tỷ lệ chiều cao sóng tới ngoài đê λHS0, yêu cầu λkQ = 1. Để làm được

điều đó, hằng số tỷ lệ chiều dài sóng cần bằng hằng số tỷ lệ kích thước theo chiều

nằm ngang. Ngoài ra, còn yêu cầu sóng tới có hướng không đổi.

c) Tương tự phản xạ:

Sóng gặp đê tường đứng sẽ phát sinh phản xạ (Hình 2.5). Phương trình mặt

sóng của sóng tới và sóng phản xạ là:

ρ = a sin (kx + σt) = a sink (x + ct) (2.21)

Trong đó: ρ- độ cao của chất điểm bề mặt nước; a- biên độ; k- số sóng,

SLk

2 ; σ- tần số sóng;

ST

2 .

Sóng tới và sóng phản xạ chồng lên nhau thành sóng đứng. Các phương trình

hằng số tỷ lệ như sau:

1

; 1

LS

l

; 1

LS

tC

hoặc 1

TS

t

(2.22)

Trong đó: 1

biểu thị hằng số tỷ lệ về độ cao của 1 điểm bất kỳ phải bằng

số tỷ lệ về biên độ dao động; 1TS

t

biểu thị bằng số tỷ lệ thời gian bằng số tỷ lệ

chu kỳ sóng; 1LS

TSC

LS

tC

biểu thị quan hệ giữa hằng số tỷ lệ tốc độ truyền

sóng, hằng số tỷ lệ chiều dài sóng và hằng số tỷ lệ chu kỳ sóng hoặc hằng số tỷ lệ

thời gian. Vì vậy, yêu cầu có tính thực chất đối với tương tự phản xạ sóng là λLS =

λl.

35

Hình 2.5. Sóng phản xạ trước tường đứng

(a) Thay đổi bề mặt tự do ; (b) Quỹ tích chất điểm bề mặt

d) Tương tự sóng vỡ: Sóng vỡ có quan hệ nhiều với sự biến hoá của độ dốc

sóng HS/LS. Để có tương tự sóng vỡ thì độ dốc sóng phải tương tự, tức là:

λHS = λLS = λh (2.23)

Do trong mô hình khó đạt được chuẩn xác sức căng bề mặt và độ nhám đáy,

nên tương tự sóng vỡ cũng chỉ là gần đúng.

Tóm lại: Để có được tương tự về các yếu tố sóng, mô hình cần làm chính thái,

hướng sóng ban đầu của mô hình phải giống với nguyên hình, hằng số tỷ lệ chiều

dài sóng và chiều cao sóng nên giống nhau, tuân thủ định luật tương tự Froude.

Khi buộc phải làm mô hình biến thái, tương tự của các yếu tố sóng không thể

được thỏa mãn đồng thời. Khi lấy hằng số tương tự chiều dài sóng bằng hằng số

tương tự trên mặt phẳng nằm ngang, tương tự nhiễu xạ và phản xạ mới có thể bảo

đảm, nhưng sẽ ảnh hưởng đến tương tự của tốc độ sóng, khúc xạ và tương tự sóng

vỡ. Ngoài ra, chiều dài sóng mô hình tương đối ngắn, độ khó chế tạo máy tạo sóng

sẽ lớn, sóng tạo ra không ổn định. Ngược lại, nếu lấy hằng số tỷ lệ chiều dài sóng

bằng hằng số tỷ lệ theo phương thẳng đứng, thì hiệu quả sẽ ngược lại. Khi sử dụng

mô hình biến thái, dộ dốc sóng trong mô hình không thể vượt quá 1/7. Nếu không,

sóng sẽ vỡ, thường chỉ có thể đạt khoảng 1/10. Nên hạn chế hệ số biến thái trong

khoảng bằng 2.

36

2.3.2. Mô phỏng tương tự các giá trị trên mô hình, chọn tỉ lệ mô hình

Việc chọn tỷ lệ mô hình phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể ở nguyên hình,

yếu tố sóng và khả năng đáp ứng của hệ thống thiết bị thí nghiệm.

Căn cứ vào các số liệu đo đạc khảo sát thực địa và khả năng đáp ứng của hệ

thống thiết bị thí nghiệm (máng tạo sóng Flanders), quá trình động lực do sóng tác

động vào công trình được mô phỏng trên máng sóng bằng mô hình chính thái, việc

mô phỏng tương tự các thông số về đơn vị độ dài, thời gian, tần số, trọng lượng,

diện tích vv… được thiết lập theo tiêu chuẩn Froude [20], (xem [86]).

Tỉ lệ mô hình lựa chọn λL = λh = a = 20 (Phù hợp với điều kiện thực tế, và khả

năng mô phỏng của thiết bị); trong đó λL, λh là tỉ lệ hình học theo phương ngang và

phương đứng.

Tỉ lệ của các đại lượng vật lý dẫn xuất dùng trong thí nghiệm theo tỉ lệ mô

hình được thể hiện trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1. Các giá trị tỷ lệ mô hình - nguyên hình

Các đại lượng Tỉ lệ mô

hình/nguyên hình Thực tế khu vực

nghiên cứu (tỷ lệ 1/20)

Tỷ lệ độ dài, độ cao sóng (m) λL = λh = a 20

Tỷ lệ thời gian, chu kỳ (s) aLT

4,472

Tỷ lệ tần số (Hz) aT

f

11

0,2236

Tỷ lệ trọng lượng (kg) 33 aLP 8000

Tỷ lệ diện tích (m2) 22 aLs 400

Tỷ lệ thể tích (m3) 33 aLP 8000

Đơn vị đo áp lực mBar λp = a 20

Lưu lượng (m3/s) 5.25.2 aLq

1788,854

Vận tốc aLv

4,472

2.3.3. Giới thiệu hệ thống máng sóng Flanders

2.3.3.1. Máng sóng và máy tạo sóng

Máng sóng có chiều dài 40m, rộng 2m, cao 1,8m (xem Hình 2.6).

Máy tạo sóng kiểu Piston hoạt động bằng truyền động điện - thủy lực, bảng

sóng có kích thước 1,98m(W) x 2m(H). Máy tạo sóng có khả năng tạo được các

37

sóng đều (Sine), sóng không đều với các dạng phổ: Pierson Moskowitz, Jonswap.

Máy tạo sóng có thể tạo được Hs = 1,5cm ÷ 30cm, T = 0,5sec ÷ 5sec trên mô hình.

Hình 2.6. Tổng quan hệ thống máng sóng Flanders

Hình 2.7. Đầu đo Golf-3B

2.3.3.2. Thiết bị thu thập dữ liệu - Đầu đo sóng Model Golf-3B

Đầu đo Model Golf-3B sử dụng được cả trong môi trường nước mặn và nước

ngọt. Kích thước nhỏ, dải tần rộng (lên tới 1200mm), phản ứng nhanh (thời gian

phản ứng 55ms). Kết cấu đầu đo sóng cơ bản gồm 2 phần: Khung cảm biến là 1

khung giữa 2 hộp và nó là điện cực thứ 2. Điện cực thứ nhất là 1 dây thép không gỉ,

nó được căng giữa 2 hộp (xem Hình 2.7). Việc trang bị "Hộp kín” cho Golf-3B để

phù hợp và tiện dụng khi sử dụng trong bể nước.

Hình 2.8. Sơ đồ kết nối hệ thống của máng tạo sóng Flander

38

2.3.3.3. Kết nối hệ thống

Toàn bộ hệ thống thí nghiệm được kết nối với nhau thành một thể thống nhất,

tất cả các bước từ vận hành, thu thập và xử lý số liệu được điều khiển tự động bằng

các phần mềm chuyên dụng đã được cài đặt sẵn trong máy tính đặt tại cabin điều

khiển. Sơ đồ kết nối và điều khiển máy tạo sóng như trong hình 2.8.

2.3.4. Các điều kiện biên về số liệu địa hình, thủy hải văn

2.3.4.1. Số liệu địa hình:

Mặt cắt bãi và đê biển được lấy tại khu vực cuối Hải Triều - Hải Hậu - Nam

Định (xem Hình 2.9).

Hình 2.9. Mặt cắt bãi ven biển Hải Hậu - Nam Định được mô phỏng

Các thông số cơ bản của mặt cắt như sau:

Cao trình đỉnh đê thực tế: +5,0m ; Chiều rộng đỉnh đê: 5,0m

Chiều rộng chân đê: 32,0m Độ dốc mái đê: Mbiển=4, Mđồng=2,5

Mặt bãi nghiên cứu từ chân đê tại cao trình +0,62m trải dài 400m ra biển, nơi

có cao trình -3,2m.

2.3.4.2. Tổng hợp các thông số sóng và mực nước dùng trong thí nghiệm

Luận án đã phân tích, lựa chọn các cấp mực nước, sóng thí nghiệm dựa vào

các tài liệu thu thập, các đề tài, dự án đã nghiên cứu trước đây đối với vùng biển

Hải Hậu (xem [4], [5]), [7], [14], [30], [43], [44], [47], (xem [56]). Căn cứ vào

những mục đích cần đạt được, khả năng đáp ứng của hệ thống thí nghiệm máng tạo

sóng Flanders đã đưa ra các thông số về mực nước và sóng như sau:

1. Các cấp mực nước thí nghiệm: Các cấp mực nước đưa vào thí nghiệm

được thể hiện trong bảng 2.2, tùy vào mỗi phương án và mục đích nghiên cứu cần

đạt được sẽ lựa chọn cấp mực nước tương ứng.

39

Bảng 2.2. Tổ hợp các cấp mực nước thí nghiệm

STT Trường hợp Nguyên hình Mô hình (Tỷ lệ: 1/20)

MN5%

(m) Nước

dâng (m) Mực nước

tổng cộng (m) MN5%

(m) Nước

dâng (m) Mực nước

tổng cộng (m) 1 Triều kiệt - - 1,20 - - 0,060 2 Triều trung bình - - 1,86 - - 0,093 3 Cấp 8 2,20 0,42 2,62 0,110 0,021 0,131 4 Cấp 9 2,20 0,80 3,00 0,110 0,040 0,150 5 Cấp 10 2,20 1,30 3,50 0,110 0,065 0,175 6 Cấp 11 2,20 1,47 3,67 0,110 0,074 0,184 7 Cấp 12 2,20 1,80 4,00 0,110 0,090 0,200

2. Tổ hợp các cấp sóng thí nghiệm: Tùy theo từng mục đích nghiên cứu của

mỗi phương án sẽ lựa chọn độ cao và chu kỳ sóng phù hợp ở trong Bảng 2.3 để làm

đầu vào thí nghiệm. Phổ tạo sóng đưa vào thí nghiệm thuộc loại phổ Jonhswap.

Bảng 2.3. Các tham số sóng đưa vào thí nghiệm của luận án

Nguyên hình Mô hình (Tỷ lệ: 1/20) Ghi chú Độ cao H (m) Chu kỳ T (s) Độ cao H (m) Chu kỳ T (s) 0,75 ÷ 2,70 4,0 ÷ 10,0 0,038 ÷ 0,135 0,894 ÷ 2,236 Tiêu chuẩn Froude

2.3.5. Kiểm định mô hình thí nghiệm

2.3.5.1. Hiệu chỉnh, kiểm định đầu đo sóng

Quy trình kiểm định, gồm hai phương pháp [68]:

(1) Phương pháp chỉnh khô: Chập dây cảm biến với khung cảm biến tại 1 vị

trí cụ thể, quan sát điện áp đầu ra Di chuyển điểm chập trên dây cảm biến 1

khoảng chính xác Kết quả là sự thay đổi điện áp đầu ra sẽ bằng đúng 2 lần

khoảng thấy được khi đầu đo vận hành trong môi trường nước Điều chỉnh chiết

áp khuyếch đại VR3 nếu cần. Lặp lại các bước từ 1 4 cho cho đến khi độ nhạy

chính xác gấp 2 lần độ nhạy mong muốn trong vận hành.

(2) Phương pháp chỉnh ướt: Chú ý đo điện áp đầu ra Tăng hoặc giảm mực

nước (tăng hoặc giảm mức cơ học của giá đỡ đầu đo) 1 khoảng chính xác, quan sát

thay đổi đầu ra Điều chỉnh chiết áp khuyếch đại VR3 nếu cần. Lặp lại các bước

từ 1 3 cho đến khi quan sát được độ nhạy mong muốn.

Các đầu đo sóng được bố trí như trong hình 2.10. Đầu đo W1 để đo sóng đầu

vào bố trí cách bảng sóng một khoảng d > 2,5 lần chiều dài con sóng trên mô hình,

40

nơi mà con sóng đã ổn định. Với trường hợp độ cao sóng thí nghiệm lớn nhất ngoài

thực tế hs-max = 2,70m, chu kỳ sóng khoảng 10s, độ dài sóng thực tế λ ≈ 50m, tức độ

dài sóng trên mô hình lớn nhất λm = 50/20 = 2,5m. Vậy, để đảm bảo sự ổn định của

sóng đầu vào ta chọn d = 8,0m trên mô hình, tại vị trí có độ sâu 0,5 - 0,6m (10 ÷

12m ngoài thực địa). Các thông số sóng phân tích tại đầu đo W1 được dùng làm các

thông số sóng đầu vào cho thí nghiệm. Đầu đo W2 được bố trí ở vị trí giữa bãi

(cách đều các đầu đo W3 và W4 về hai phía), các đầu đo W3 và W4 được bố trí tại

các vị trí trước và sau đê ngầm giảm sóng, cách chân đê một khoảng bằng 1/2 lần

bước sóng tới (Zelt và Skjelbreia, 1992).

Hình 2.10. Mô phỏng vị trí đặt các đầu đo sóng trong mô hình thí nghiệm

Sử dụng phương pháp kiểm định ướt, các đầu đo được hiệu chỉnh tuyến tính,

đường kiểm định của các đầu đo thể hiện trong Hình 2.11.

Wave1 Calibration

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-25 -20 -15 -10 -5 0

Hw (cm)

Vo

lts

Series1

Wave2 calibration

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-25 -20 -15 -10 -5 0

Hw (cm)

Vo

lts

Series1

41

Hình 2.11. Các biểu đồ kiểm định đầu đo

Kết quả cho thấy các đầu đo đều đảm bảo độ tuyến tính cho phép của nhà sản

xuất và có thể đưa vào phục vụ thí nghiệm.

2.3.5.2. Kiểm định sóng đầu vào:

Sóng đo ở đầu đo W1 được phân tích bằng phần mềm Anasys [68], bao gồm:

- Kết quả các thông số sóng trong miền thời gian: H1/3, T1/3, Hmean (trung bình),

Tmean (TB), Hmax, Tmax, H1/10, T1/10, Hrms (căn bậc 2), Trms (căn bậc 2).

- Kết quả các thông số sóng trong miền tần số: Hm0 (g iá trị ước tính của độ cao

sóng có nghĩa dựa trên phổ), Tpeak=1/fpeak, Tm0,1 (chu kỳ TB, xác định bởi m0/m1).

- Việc phân tích miền thời gian cho các kết quả sau đây: Miền thời gian của

các thông số sóng, hàm mật độ xác xuất Rayleigh, hàm phân bố lũy tích Rayleigh.

- Việc phân tích miền tần số cho các kết quả: miền tần số của các thông số

sóng, phổ mật độ biến đổi.

Phổ sóng đo tại đầu W1 với mực nước +15cm (3,0m thực địa), Hs = 0,0715m

(1,43m thực tế) và chu kỳ T = 1,43s (5,84s thực tế) được đem so sánh kiểm định với

phổ sóng đo đạc thực tế tại Hải Hậu (xem Hình 2.12a và Hình 2.12b).

Hình 2.12a. Phổ sóng đưa vào kiểm

định

Hình 2.12b. So sánh phổ sóng kiểm định

và phổ sóng thực đo tại Hải Hậu

Wave3 Calibration

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-25 -20 -1 5 -10 -5 0

Hw (cm)

Vo

lts

Series1

Wave4 Calibration

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-25 -20 -15 -10 -5 0

Hw (cm)

Vo

lts

Series1

42

Kết quả so sánh cho thấy hệ thống đã tạo được sóng trong phòng thí nghiệm

khá phù hợp với số liệu thực đo, hoàn toàn có thể đưa hệ thống vào thí nghiệm.

2.3.6. Các phương án thí nghiệm

Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý nhằm để lựa

chọn các tham số công trình (công trình đê ngầm phá sóng) mà mô hình toán sẽ gặp

rất nhiều khó khăn hoặc không thể giải quyết được, cụ thể là các tham số: Cao trình

đỉnh đê ngầm (∆); Bề rộng đỉnh đê ngầm (B); Mái dốc đê ngầm (m).

Các kịch bản thí nghiệm được tiến hành với những tổ hợp của các cấp mực

nước và sóng đã lựa chọn trong các bảng (2.2 và 2.3) ở trên.

2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH TOÁN

Ứng dụng mô hình GENESIS để tính toán, dự báo diễn biến đường bờ biển

Hải Hậu trước và sau khi có công trình giảm sóng, tạo bồi. Ứng dụng mô hình

MIKE21, STWAVE tính trường phân bố năng lượng sóng ven bờ và tương tác giữa

sóng và công trình. Tính toán vận chuyển bùn cát, diễn biến bãi biển Hải Hậu trước

và sau khi có công trình chỉ trị.

2.4.1. Giới thiệu mô hình tính biến đổi đường bờ GENES IS

2.4.1.1. Các giả thiết cơ bản của mô hình:

Trong mô hình GENESIS trắc diện (profile) của bờ biển khi dịch chuyển về

phía đất liền hay về phía biển đều không thay đổi. Vì thế người ta có thể sử dụng

một đường đồng mức để mô tả sự biến đổi hình dạng và vị trí của đường bờ, do đó

GENESIS còn gọi là mô hình “một đường” (one-line model) [10], [57].

Giới hạn dịch chuyển của trắc diện bờ (phía biển và đất liền) phải được xác

định rõ ràng và không biến đổi theo thời gian. Việc xác định giới hạn về phía đất

liền có thể tiến hành được một cách trực tiếp nhưng đối với giới hạn về phía biển thì

rất khó khăn vì nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là các quá trình thuỷ

động lực.

Trong tính toán suất vận chuyển bùn cát, GENESIS coi suất vận chuyển là

một hàm của độ cao sóng vỡ và hướng dọc theo bờ. Vận chuyển vuông góc với bờ

không được tính tới trong mô hình.

43

Nên áp dụng mô hình tính cho những khu vực có quá trình diễn biến đường bờ

dài hạn để có thể dự báo một cách rõ ràng sự biến đổi đường bờ và tách riêng những

dịch chuyển có tính ngẫu nhiên và chu kỳ (bão, các dao động thuỷ triều).

2.4.1.2. Các phương trình cơ bản:

Phương trình cơ bản trong mô hình GENESIS chủ yếu dựa trên phương trình

bảo toàn thể tích trầm tích được thiết lập theo những giả thiết đã được đề cập ở trên.

Sơ đồ tính toán và các đại lượng được thể hiện qua hai hình 2.13 và 2.14 [10].

Hình 2.13. Mặt cắt theo phương ngang

Hình 2.14. Mặt cắt thẳng đứng

Trong đó: x : độ dài đoạn biến đổi dọc theo đường

bờ (trục X hướng dọc theo đường bờ) y : độ dài đoạn biến đổi vị trí đường bờ

(trục Y hướng từ bờ ra khơi) t : khoảng thời gian lượng trầm tích tĩnh

đi vào hoặc ra khỏi trắc diện thể tích DC : độ sâu kết thúc biến đổi mặt cắt

(depth closure) DB : độ cao mặt cắt bãi cát (đỉnh của gò cát nổi hiện tại ở bãi trước)

(chú ý rằng cả DC và DB đều được đo từ cùng một mốc ví dụ như mực nước biển

trung bình) Q : suất vận chuyển trầm tích,

qs : suất vận chuyển của nguồn từ bờ qo : suất vận chuyển của nguồn từ vùng ngoài khơi,

Thể tích bùn cát biến đổi trong một đoạn được xác định là lượng bùn cát vào

hoặc ra khỏi đoạn đó qua bốn mặt tiết diện với công thức có dạng:

Bc DDyxV (2.24)

Khi có sự chênh lệch về suất vận chuyển dọc bờ Q tại mặt bên của đoạn (có sự

bổ sung thêm lượng bùn cát) thì thể tích trầm tích trong đoạn đang xét sẽ thay đổi

và khi đó biến đổi thể tích tổng cộng được tính theo công thức:

txxQtQ / (2.25)

44

Một số nguồn bổ sung có thể đến từ phía đất liền (qs) hoặc từ phía biển (qo)

làm cho thể tích trầm tích có thể tăng lên hay giảm đi. Biến đổi thể tích do nguồn bổ

sung được tính theo công thức: qxt, trong đó q = qs + qo.

Từ các phương trình (2.24) và (2.25) ta có được phương trình cân bằng sau:

txqtxxQDDyxV Bc / (2.26)

Sắp xếp lại các số hạng và cho t → 0 ta có phương trình mô tả tốc độ dịch

chuyển vị trí đường bờ theo thời gian: 01

q

x

Q

DDt

y

BC

(2.27)

Như vậy, để giải được phương trình (2.27) thì vị trí ban đầu của đường bờ,

các điều kiện biên và các giá trị Q, q, DB và DC cần phải được cho trước. Trong mô

hình GENESIS, suất vận chuyển trầm tích Q được tính dựa trên phương pháp dòng

năng lượng theo công thức sau:

dx

dHaaCHQ bs

bsbsgbbsl cos2sin 212 (2.28)

trong đó: Hbs- độ cao sóng (m); Cgb- vận tốc nhóm sóng theo lý thuyết sóng tuyến

tính (m/s); bs - góc sóng vỡ tạo với đường bờ địa phương; b- chỉ số thể hiện điều

kiện sóng đổ.

Các tham số vô hướng a1 và a2 được cho như sau:

2

5

11

416.11116 mn

Ka

s

(2.29)

2

7

22

416.1118 mn

Ka

s

(2.30)

với m là độ dốc trung bình của đáy kéo dài từ đường bờ cho tới độ sâu hoạt động

của quá trình vận chuyển trầm tích; K1, K2 được coi như là các tham số để hiệu

chỉnh (thông thường K2 bằng 0,5 ÷ 1,0 lần K1, nếu K2 > 1,0K1 thì độ bất ổn định số

sẽ xuất hiện); s là khối lượng riêng của cát (2,65.103kg/m3 đối với thạch anh),

khối lượng riêng nước biển (1,03.103 kg/m3); n là tính thấm của cát nền đáy (lấy

bằng 0,4). Giá trị của hệ số K1 thường được lấy trong khoảng từ 0,58 - 0,77.

45

2.4.1.3. Các điều kiện biên và ràng buộc

GENESIS yêu cầu cung cấp các giá trị của Q tại hai phía (hai cạnh ô 1 và ô N

+ 1) tại mỗi lớp thời gian. Vai trò quan trọng của điều kiện ở chỗ nó trực tiếp chi

phối vị trí đường bờ tính toán được trên lưới sai phân. Dưới đây, các điều kiện

thường dùng sẽ được xét đến [10].

1) Điều kiện biên “bãi cố định”:

Trước khi chạy mô hình nên vạch ra tất cả các đường bờ thực đo, trong nhiều

trường hợp ta có thể phát hiện ra 1 đoạn bờ biển khá xa khu vực cần tính toán, mà ở

đó đường bờ biến đổi không đáng kể theo thời gian. Có thể vị trí biên của mô hình

tại đây, và ta nói đường bờ được “ghim cố định”, nếu xét về vận chuyển bùn cát thì:

Q1 = Q2 , đối với biên trái

QN+1 = QN , đối với biên phải (2.31)

tại biên ∆Q = 0 thì ∆y = 0; nghĩa là v ị trí đường bờ không đổi. Biên loại này cần

được đặt đủ xa công trình sao cho vùng gần biên không bị ảnh hưởng bởi những

nhiễu động gây ra bởi công trình.

2) Điều kiện biên cửa ngăn:

Mỏ hàn biển, jetty, đê chắn sóng liền bờ và các mũi đất đóng vai trò ngăn chặn

một phần hoặc toàn bộ dòng vận chuyển cát dọc bờ, có thể được coi là một biên của

mô hình nếu như một trong hai đầu lưới sai phân. Nếu ở trong lưới, các công trình

đóng vai trò hạn chế vận chuyển bùn cát và được tự động tính trong GENESIS.

Các công trình được hàm hoá dưới dạng bùn cát vận chuyển qua nó. Cần xét

cả lượng cát vào và ra khỏi đoạn lưới có công trình. Do vậy, công trình luôn đóng

một vai trò “cánh cửa” một chiều, chỉ cho cát ra khỏi chứ không cho vào đoạn lưới.

Vấn đề diễn toán điều kiện biên “dạng cửa” quy về việc biểu diễn bùn cát vòng qua

đầu công trình và qua đỉnh công trình.

46

Hình 2.15. Sơ đồ tính toán của mô hình GENESIS

2.4.2. Giới thiệu mô hình MIKE 21FM

Trong luận án, tác giả sử dụng mô đun liên hợp, kết hợp 3 mô đun tính sóng

(Mike21SW), dòng chảy (Mike21HD) và vận chuyển bùn cát (Mike21ST). Các mô

đun này đều sử dụng lưới phi cấu trúc (phần tử tam giác không đều) phù hợp tốt với

các dạng đường bờ và địa hình phức tạp.

2.4.2.1. Cơ sở lý thuyết của mô đun tính sóng Mike21 SW

Mike21 SW [76] được áp dụng cho việc mô phỏng và phân tích sóng với các

quy mô khác nhau. Quy mô nhỏ gắn liền với hệ tọa độ Đề Các, quy mô lớn gắn liền

với hệ tọa độ cầu.

(1)- Các phương trình cơ bản:

Động lực sóng trọng lực được mô tả bởi phương trình truyền tải mật độ tác

động sóng. Phổ mật độ tác động sóng là hàm của 2 tham số pha sóng biến đổi theo

thời gian và không gian. Mật độ tác động sóng ),( N quan hệ với mật độ năng

lượng ),( Q theo biểu thức:

EN (2.32)

47

Đối với sóng lan truyền trên độ sâu và dòng chảy biến đổi nhỏ thì quan hệ

giữa tần số góc tương đối và tần số góc tuyệt đối được xác định theo biểu thức tán

xạ tuyến tính sau: Ukkdgk .)tanh( (2.33)

với: g- gia tốc trọng trường, d- độ sâu, U - véc tơ vận tốc dòng chảy,

Vận tốc nhóm sóng gc có quan hệ với vận tốc dòng chảy theo biểu thức:

kkd

kd

kcg

)2sinh(

21

2

1 (2.34)

Vận tốc pha sóng có quan hệ với vận tốc dòng chảy bởi biểu thức sau:

kc

(2.35)

Phổ tần số được giới hạn theo giải tần số từ tần số min đến tần số max. Phần

trên tần số ngưỡng của miền xác định trước thì phần tham số được áp dụng.

m

EE

max

max,,

(2.36)

với m là hằng số (trong mô hình này, m = 5), tần số ngưỡng được xác định bởi:

PMoffcut

,5.2max,minm ax

(2.37)

với là tần số trung bình và

1028U

gPM là tần số đỉnh phổ Pierson-Moskowitz

đối với sóng phát triển hoàn toàn, U10 là tốc độ gió ở độ cao 10m so với mực biển

trung bình.

(2)- Phương trình bảo toàn tác động sóng:

Trong phần này, chỉ xét các phương trình đối với hệ tọa độ Đề Các. Phương

trình tổng quát là phương trình cân bằng tác động sóng, có dạng:

SNv

t

N

.. (2.38)

Trong đó, txN ,,, là mật độ tác động, t là thời gian, yxx , là tọa độ

Đề các, ccccvvyx

,,, là tốc độ lan truyền của nhóm sóng, S là số hạng nguồn

48

trong phương trình cân bằng năng lượng, là toán tử đạo hàm riêng trong không

gian ,,x .

Bốn đặc trưng của tốc độ lan truyền được xác định bởi:

Ucdt

xdcc gyx , (2.39)

S

UkcdU

t

d

ddt

dc gx

.

(2.40)

S

Uk

m

d

dkdt

dc

1 (2.41)

trong đó: s là tọa độ không gian theo hướng sóng và m là tọa độ vuông góc với s.

x là toán tử đạo hàm riêng theo hai biến của ),( yxx

.

(3)- Điều kiện biên:

- Các biên đất, điều kiện biên hấp thụ hoàn toàn được áp dụng.

- Tại biên lỏng (biên mở), cho điều kiện đầu vào của sóng (chỉ xét với sóng

truyền vào miền tính, sóng truyền từ trong miền tính ra ngoài coi như truyền tự do).

Phổ năng lượng được xác định tại các biên lỏng.

2.4.2.2. Cơ sở lý thuyết của mô đun dòng chảy Mike21 HD:

Mô đun MIKE 21 HD [74] tính toán dòng chảy hai chiều (2D) bằng phương

pháp phần tử hữu hạn không đều để giải hệ phương trình nước nông 2D. Hệ phương

trình nước nông 2D gồm có phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng, phương

trình chuyển động của chất lỏng (bảo toàn động lượng), và các phương trình khép

kín khác như phương trình nhiệt độ, độ muối, mật độ.

(1)- Phương trình liên tục: hSy

hV

x

hU

t

h

(2.42)

với: U, V là các thành phần vận tốc trung bình theo độ sâu của các thành phần vận

tốc u, v theo các hướng toạ độ x, y, được xác định theo công thức:

d

udzh

U1

,

d

vdzh

V1

(2.43)

h = η + d (độ sâu tổng cộng = tổng của mực nước (η) và độ sâu (d)

49

(2)- Các phương trình động lượng:

ShUhTy

hTxx

S

x

Sx

gh

x

ph

xghfVh

y

hUV

x

hU

t

hU

sxyxx

xyxxbxsx

a

000

0

2

0

2

12

(2.44)

ShVhTy

hTxx

S

x

Sy

gh

y

ph

yghfUh

y

hUV

x

hV

t

hV

syyxy

xyxxbysy

a

000

0

2

0

2

12

(2.45)

với Txx Tyy Txy là các thành phần ứng suất nhớt tổng cộng. Các thành phần nhớt tổng

cộng được tính theo công công thức dựa trên biến thiên vận tốc ngang theo độ sâu:

x

UAT

xx

2 ,

y

VATyy

2 ,

y

V

y

UATxy (2.46)

S là tần suất của lưu lượng từ nguồn điểm; Us, Vs là các thành phần tốc độ từ nguồn

điểm; g là gia tốc trọng trường; t là thời gian; x, y là tọa độ Đề Các; là dao động

mực nước; d là độ sâu; h=+d là chiều cao cột nước; f = 2sin là tham số

Coriolis; θ là vĩ độ địa lý; là mật độ nước; pa là áp suất khí quyển; o là mật độ

tiêu chuẩn.

Với các tính toán hai chiều U là vận tốc trung bình theo độ sâu và hệ số kháng

đáy có thể được xác định từ số Chezy C hay số Manning M:

2C

gc

f ,

26/1Mh

gc f (2.47)

(3)- Điều kiện biên:

Biên đất: Dọc theo biên đất, thông lượng được gán bằng không (0) đối với tất

cả các giá trị. Với phương trình động lượng điều này gây ra sự trượt toàn phần dọc

theo biên đất.

Biên mở: Điều kiện biên mở có thể được xác định cả dưới dạng lưu lượng, giá

trị vận tốc dòng chảy hoặc mực nước cho các phương trình thủy động lực. Đối các

biên vận tốc dòng chảy và mực nước thì giá trị trên biên có thể là hằng số, biến đổi

50

theo thời gian nhưng cố định dọc biên, hoặc vừa biến đổi theo thời gian vừa biến

đổi dọc biên.

2.4.2.3. Cơ sở lý thuyết của mô đun tính vận chuyển trầm tích Mike 21 ST

Mô đun tính vận chuyển bùn cát [75] được xây dựng dựa trên hai loại vận

chuyển: Vận chuyển do dòng chảy và Vận chuyển do sự kết hợp giữa sóng và dòng

chảy. Trong nghiên cứu này chỉ xem xét với sự vận chuyển gây ra do sự kết hợp

giữa sóng và dòng chảy.

Với sự kết hợp của sóng và dòng chảy, thông lượng vận chuyển trầm tích

được xét là tổng của vận chuyển di đáy và vận chuyển lơ lửng theo phương pháp

của Bijker: qt = qb + qs = qb(1+1,83Q) (2.48)

Trong đó: Q là đại lượng phi thứ nguyên được tính theo công thức:

21

33ln I

r

hIQ (2.49)

với h là độ sâu, r là độ nhám đáy, I1, I2 là các biến nguyên Enstein được định lượng

theo các đại lượng phi thứ nguyên A = r/h và z*: wcfU

wz

,

*

(2.50)

trong đó, w là tốc độ lắng đọng của trầm tích lơ lửng κ là hằng số Von Karman,

Uf,wc là vận tốc trượt do sự kết hợp sóng và dòng chảy. Ảnh hưởng của sóng đến

trầm tích lơ lửng được tính thông qua vận tốc trượt Uf,wc:

2

,,2

11

2

11

V

u

C

gV

V

uUU bb

cfwcf (2.51)

với Uf,c là vận tốc trượt do dòng chảy, V là vận tốc trung bình theo độ sâu U,

bu là

biên độ của vậ tốc tại đáy phát sinh do sóng, ξ là đại lượng phi thứ nguyên biểu diễn

theo hệ số ma sát sóng fw và hệ số Chezy:

g

fC w

2 (2.52)

Với:

194,0

213,5977,5expr

af b

w nếu 1,47 < ab/r <3000 (2.53a)

51

32,0w

f nếu ab/r < 1,47 (2.53b)

với ab là biên độ của chuyển động sóng tại đáy và được xét theo lý thuyết sóng

tuyến tính:

2

Tua b

b

(2.54)

Vận chuyển di đáy và vận chuyển lơ lửng được tính theo công thức:

2,

50,50

27,0exp

wcf

cfb U

gdUBdq

(2.55)

Sự ảnh hưởng của sóng được thể hiện thông qua số hạng khuấy (số hạng exp).

Số hạng vận chuyển do dòng chảy thể hiện qua Uf,c. B là hệ số vận chuyển phi thứ

nguyên, Δ là mật độ tương đối của trầm tích, μ là nhân tố dòng rip.

11

ss (2.56)

với, ρ là mật độ nước, ρs là mật độ trầm tích.

2/3

'

C

C (2.57)

C’ là số Chezy lien quan đến đặc trung hình học của trầm tích đáy

90

' 12log18

d

hC (2.58)

2.4.2.4. Sự liên kết giữa các mô đun

Mô đun liên hợp (Mike21 Coupled Model FM) [77] là hệ thống liên kết động,

có thể liên kết các mô đun lại với nhau. Trong số các mô đun đó thì hai mô đun

quan trọng của mô đun liên hợp là mô đun Mike21HD và Mike21SW. Việc liên kết

động các mô đun cho phép tính toán sự tác động qua lại lẫn nhau giữa các quá trình

như: tương tác sóng và dòng chảy, ảnh hưởng của các quá trình đến địa hình và

đường bờ và ngược lại.

52

Hình 2.16. Sơ đồ mối liên hệ giữa các mô đun tính toán

2.4.3. Thiết lập mô hình tính toán diễn biến đường bờ và các phương án tính

Luận án sử dụng mô đun GENESIS để tính toán diễn biến đường bờ trong bộ

mô hình CEDAS [63], đê giảm sóng được thiết lập bằng cách thay đổi cao độ địa

hình đáy để đạt đến cao trình đỉnh cần thiết. Đê ngầm trong các trường hợp tính

toán ở đây là đê hình chữ nhật, vật liệu bê tông đặc, không có lớp phủ mặt.

2.4.3.1. Thiết lập phạm vi và lưới tính toán:

Phạm vi miền tính toán: Để tính toán diễn biến đường bờ biển Hải Hậu và khu

vực công trình (xem hình 2.17a). Luận án đã xây dựng hai miền lưới tính, lưới tính

miền lớn bao trùm toàn bộ dải ven biển Hải Hậu phục vụ tính toán dự báo diễn biến

đường bờ Hải Hậu. Lưới t ính miền nhỏ để tính toán chi tiết cho khu vực bố trí công

trình chỉnh trị, chi tiết các miền lưới tính được chia như sau:

- Lưới miền lớn: Lưới vuông, cạnh mỗi ô lưới vuông là 50m x 50m. Gốc tọa

độ lưới tính là O(1) (XO(1) = 649792,07; YO(1) = 2222193,98), góc quay so với

phương bắc 320,54o, chiều dài theo chiều bắc nam khoảng 20,0km, chiều dài theo

chiều từ bờ ra khơi khoảng 13,0km (xem hình 2.17b).

- Lưới miền nhỏ: Lưới vuông, cạnh mỗi ô lưới vuông là 5m x 5m. Gốc tọa độ

lưới t ính là O(2) (XO(2) = 636854,46; YO(2) = 2218407,36), góc quay so với phương

bắc 321,32o, chiều dài theo chiều bắc nam khoảng 8,2km, chiều dài theo chiều từ bờ

ra khơi khoảng 5,6km (xem hình 2.17c).

Đê ngầm được đặt tại vị trí có cao trình khoảng -1,0m, cao trình đỉnh đê là

+1,40m. Sơ đồ phạm vi miền tính và chi tiết các lưới tính toán diễn biến đường bờ

khu vực Hải Hậu được thể hiện trong hình 2.17 (a, b, c).

53

a) Sơ đồ bố trí miền lưới tính b) Lưới tính (50mx50m) c) Lưới tính (5mx5m)

Hình 2.17. Sơ đồ bố trí và các lưới tính Genesis chi tiết cho khu vực Hải Hậu

2.4.3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Bằng cách sử dụng nhiều tổ hợp các giá trị K1, K2 và so sánh sự tương đồng

giữa đường bờ tính toán và thực đo (từ các bản đồ đường bờ lịch sử), các hệ số hiệu

chỉnh được xác định là: K1 = 0,56; K2 = 0,45; d50 = 0,14mm.

a) Kết quả tính với lưới 50m x 50m

b) Kết quả tính với lưới 5m x5m

Hình 2.18. Kết quả tính toán kiểm định biến động đường bờ khu vực Hải Hậu

giai đoạn 1985 - 1995

Hình 2.18 là kết quả tính toán kiểm định cho khu vực Hải Hậu từ cửa Hà Lạn

đến cửa Lạch Giang. Các kết quả tính toán kiểm định cho thấy sự phù hợp khá tốt

54

xu thế biến động đường bờ qua thời kỳ 1985 - 1995 của khu vực Hải Hậu, các sai số

tính toán được thể hiện trong bảng 2.4.

Bảng 2.4. Kết quả đánh giá sai số tính toán mô hình GENESIS

TT Các chỉ số Lưới miền lớn Lưới miền nhỏ 1 Sai số trung bình (m) 28,739 4,67 2 Sai số cực đại (m) 70,044 10,22 3 Sai số cực tiểu (m) 0,055 0,01

2.4.3.3. Điều kiện đầu vào phục vụ tính toán mô hình:

Các điều kiện đầu vào phục vụ tính toán diễn biến đường bờ được áp dụng cho

hai miền lưới tính, với cả trường hợp bãi tự nhiên và khi có công trình, bao gồm:

- Số liệu sóng phục vụ tính toán được dẫn xuất từ trạm đo Bạch Long Vĩ và

Cồn Cỏ bằng mô hình MIKE 21, sau đó trích xuất tại các vị trí (X0, Y0) ở hai biên

ngoài (O(1) và O(2)) của cả lưới tính lớn và nhỏ để làm sóng đầu vào.

+ Số liệu sóng đầu vào phục vụ tính toán kiểm định được trích xuất và tính lặp

lại từ nă m 1985 đến năm 1995;

+ Số liệu sóng đầu vào phục vụ tính toán dự báo diễn biến đường bờ cho toàn

dải ven biển Hải Hậu được trích xuất và tính lặp lại từ năm 2009 đến năm 2020;

+ Số liệu sóng tính toán diễn biến đường bờ khi có công trình giảm sóng được

trích xuất và tính lặp lại trong thời gian 5 năm, từ 1/1/2012 đến 31/12/2017 và tính

cho 10 năm từ 1/1/2012 đến 31/12/2022.

- Mực nước cố định với giá trị mực nước trung bình nhiều năm tại khu vực

Hải Hậu: Htb = +1,86m.

- Các tham số bùn cát: d50 = 0,14mm.

- Khi tính với những phương án công trình, các giá trị hệ số giảm sóng (Kt)

được lấy từ kết quả thí nghiệm mô hình vật lý tại các cấp mực nước tương ứng.

2.4.3.4. Các phương án tính toán trong luận án:

1. Dự báo diễn biến đường bờ biển trong điều kiện tự nhiên:

Tính toán nhằm đưa ra bức tranh dự báo về diễn biến đường bờ biển tự nhiên

trong tương lai tại khu vực nghiên cứu để có cơ sở phân tích, so sánh và đánh giá

với phương án khi có các công trình chỉnh trị.

55

2. Lựa chọn các tham số công trình:

- Đánh giá ảnh hưởng của chiều dài đê ngầm tới diễn biến hình thái: các kịch

bản chiều dài đê ngầm (L) thay đổi lần lượt là: L = 50m; L = 100m và L = 200m.

- Đánh giá ảnh hưởng khoảng cách X giữa đê ngầm và đường bờ ban đầu tới

diễn biến hình thái, tiến hành tính toán với: X = 50m, X = 80m, X = 100m, X =

150m và X = 200m.

- Đánh giá ảnh hưởng của độ rộng khe giữa các đê (G) tới diễn biến đường bờ,

tính với các trường hợp: G = 25m; G = 50m; G = 80m và G = 150m.

3. Phương án công trình chỉnh trị:

a) Bố trí mặt bằng:

Căn cứ vào thực tế và mục đích nghiên cứu, luận án đã đề xuất khu vực cần

chỉnh trị, đó là khu vực Hải Hòa đến Hải Triều, huyện Hải Hậu. Ở đây bố trí

phương án gồm các mỏ hàn chữ T, kết hợp với đê ngầm phá sóng với mục đích

ngăn cát, giảm sóng và tạo bồi bãi (Hình 2.19). Chi tiết về phương án công trình

chỉnh trị đề xuất được thể hiện trong chương 4.

b) Các thông số chi tiết của phương án bố trí:

- Cánh chữ T và đê ngầm bố trí cách bờ khoảng 150m ở cao trình đáy -1,0m.

Khu vực được bảo vệ khoảng từ Km17 ÷ Km22 thuộc đê biển Hải Hậu;

- Chiều dài thân mỏ chữ T trung bình Lt = 150m, cũng là khoảng cách từ bờ

đến cánh mỏ, và cũng là khoảng cách từ bờ đến đê ngầm;

- Chiều dài cánh mỏ chữ T trung bình Lc = 200m, cũng bằng chiều dài trung

bình của đê ngầm;

- Khoảng cách trung bình giữa 02 đầu cánh mỏ chữ T, hoặc giữa đầu cánh chữ

T với đầu đê ngầm và giữa hai đê ngầm với nhau là G = 110m;

- Cao trình đỉnh đê ngầm, cũng là cao trình đỉnh chữ T là ∆ = +1,40m;

- Bề rộng đỉnh đê ngầm, cũng là bề rộng đỉnh mỏ chữ T là B = 5,0m.

56

Hình 2.19. Bố trí hệ thống công trình hỗn hợp giữa 5 đê ngầm phá sóng kết hợp với 7 mỏ hàn chữ T tại khu vực Hải Hậu.

2.4.4. Thiết lập mô hình tính các chế độ thủy thạch động lực (Mike 21) và các

phương án tính toán của luận án.

2.4.4.1. Thiết lập lưới và phạm vi tính toán:

Phạm vi lưới tính được chia thành hai miền lớn và nhỏ như sau:

- Lưới miền lớn với biên mở rộng bao trùm khu vực đảo Bạch Long Vĩ và đảo

Cồn Cỏ (Hình 2.20a) để lấy số liệu đầu vào cho biên ngoài khơi tại các khu vực có

thu thập dữ liệu về sóng, gió. Lưới tính được chia với 10737 phần tử và 20413 nút,

bước lưới lớn nhất khoảng 2,0km và bước nhỏ nhất khoảng 500m. Sau đó các số

liệu sóng được tính lan truyền từ ngoài khơi trên lưới miền lớn, dẫn xuất vào vùng

biển Nam Định và được trích xuất tại biên của lưới miền nhỏ để phục vụ cho các

kịch bản tính toán tại khu vực cần quan tâm.

- Lưới tính miền nhỏ được chia cho toàn vùng biển từ khu vực cửa Ba Lạt đến

cửa Lạch Giang (Hình 2.20b). Địa hình các vùng quan tâm và ven bờ sẽ được chia

với bước lưới nhỏ nhằm chi tiết hóa địa hình tại khu vực đó, các vùng lân cận và ở

vùng nước sâu cách xa bờ bước lưới được chia thưa dần. Lưới tính được chia với

45223 phần tử và 23039 nút, bước lưới lớn nhất khoảng gần 1,0km và bước nhỏ

nhất là 30m. Biên phía bắc kéo dài từ bờ ra đến độ sâu 20m nước dài khoảng 13km,

biên phía nam kéo dài từ bờ ra độ sâu 20m nước dài khoảng 15km, biên ngoài khơi

được lấy dọc theo đường đồng mức tại độ sâu 20m nước.

57

Hình 2.20a. Địa hình và lưới tính miền lớn từ Bạch Long Vĩ đến Cồn Cỏ

Hình 2.20b. Địa hình và lưới t ính khu vực từ cửa Ba Lạt đến cửa Lạch Giang

2.4.4.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

1) Hiệu chỉnh và kiểm định các yếu tố động lực:

Các kết quả tính toán hiệu chỉnh và kiểm định mô hình với các yếu tố động lực

(mực nước, sóng, dòng chảy) được thể hiện trong các hình từ 2.21 ÷ 2.25 dưới đây.

Hình 2.21. Kết quả tính toán kiểm định độ cao sóng (lưới miền tính lớn)

58

Hình 2.22a. So sánh giữa mực nước thực đo và tính toán tại cửa Ba Lạt

Hình 2.22b. So sánh giữa mực nước thực đo và tính toán tại cửa Lạch Giang

Hình 2.23. Kết quả tính toán kiểm định độ cao sóng (lưới miền tính nhỏ)

59

Hình 2.24. So sánh tốc độ dòng chảy ven tính toán và thực đo tại Hải Hậu

Hình 2.25. So sánh hướng dòng chảy ven tính toán và thực đo tại Hải Hậu

Để đánh giá mức độ sai số của mô hình, luận án dùng chỉ tiêu Nash (Nash and

Sutcliffe 1970), được tính theo công thức:

N

ii

N

i

isi

XX

XX

Nash

1

2

0,0

1

2

,,0

1

(2.59)

trong đó: X0,i - Giá trị thực đo;

Xs,i - Giá trị tính toán hoặc mô phỏng;

0X - Giá trị thực đo trung bình.

Hệ số Nash có giá trị có thể từ - đến 1, nếu đạt giá trị bằng 1 có nghĩa là một

sự kết hợp hoàn hảo giữa mô hình và dữ liệu thực đo. Nếu giá trị Nash = 0 chỉ ra

Huong dong chay thuc do [degree]Huong do dong chay tinh toan [degree]

00 :002011-05-27

00 :0005-28

00 :0005-29

00 :0005-30

00 :0005-31

00 :0006-01

00 :0006-02

0

50

100

150

200

250

300

60

rằng giữa thực đo và tính toán có độ chính xác như nhau, trong khi nếu giá trị Nash

< 0 thì các số liệu đo đạc thực tế tốt hơn kết quả tính toán.

Áp dụng công thức (2.59), các kết quả đánh giá sai số về mực nước, sóng,

dòng chảy ven bờ khu vực Hải Hậu được trình bày như trong Bảng 2.5.

Bảng 2.5. Đánh giá các sai số theo chỉ số Nash TT Các tham số đánh giá Chỉ số Nash I Lưới tính miền lớn 1 Độ cao sóng -0,07 2 Hướng sóng -0,66 II Lưới tính miền nhỏ

1 Mực nước khu vực cửa Ba Lạt 0,84 2 Mực nước khu vực cửa Lạch Giang 0,91 3 Độ cao sóng 0,06 4 Hướng sóng -0,47 5 Vận tốc dòng chảy ven bờ -0,58 6 Hướng dòng chảy ven bờ -1,07

Kết quả tính toán cho thấy chỉ số Nash của các tham số thỏa mãn tốt những

điều kiện yêu cầu sự phù hợp, nhất là mực nước. Sóng và dòng chảy cũng cho thấy

sự phù hợp khá tốt giữa các giá trị về độ lớn và hướng giữa thực đo và tính toán.

Ngoại trừ một số thời điểm sự lệch nhau về hướng có thể do địa hình chưa thật đủ

chi tiết để thể hiện sự biến động lân cận điểm đo. Tuy nhiên, có thể thấy rằng mô

hình đã phản ánh khá tốt bức tranh động lực về sóng, mực nước triều, dòng chảy, do

đó hoàn toàn có cơ sở để sử dụng mô hình vào nghiên cứu và tính toán các quá trình

thủy động lực tại khu vực ven bờ với các điều kiện khác nhau.

2) Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình về vận chuyển bùn cát:

Mô hình Mike 21 FM/ST được thiết lập và tính toán sự vận chuyển bùn cát dải

ven bờ Hải Hậu. Vấn đề kiểm định mô hình về vận chuyển bùn cát luôn gặp rất

nhiều khó khăn vì sự hạn chế về số liệu đo đạc thực tế. Do vậy phải dựa vào những

số liệu lịch sử và sự so sánh kết quả tính toán theo các phương pháp khác nhau.

Kiểm định mô hình vận chuyển bùn cát tại Hải Hậu dựa vào số liệu khảo sát

tại các mặt cắt dọc ven biển Hải Hậu từ 2005-2010. Kết quả tính toán kiểm định

được tiến hành trong hai mùa gió đặc trưng là Đông Bắc và Tây Nam (Hình 2.26a

61

và 2.26b). Việc kiểm định mô hình chủ yếu lấy tiêu chí về cơ chế động lực bồi xói

tại ven biển là chính.

Hình 2.26a. Kết quả tính toán diễn biến khu vực bãi biển Hải Hậu trong gió

mùa Đông Bắc

Hình 2.26b. Kết quả tính toán diễn biến khu vực bãi biển Hải Hậu trong gió mùa

Tây Nam

Hình 2.27. Sơ đồ các mặt cắt trích xuất để kiểm định mô hình tính toán tại Hải

Hậu

Kết quả tính toán được so sánh với

số liệu các mặt cắt đo đạc dọc ven biển

Hải Hậu trong giai đoạn 2005 - 2010 và

cho kết quả khá phù hợp với thực tế xói lở

ở đây. Trích xuất 03 mặt cắt ngang đại

diện cho vùng biển Hải Hậu, trùng với vị

trí các mặt cắt MC13, MC20 và MC25

[45] đã đo trong giai đoạn 2005 - 2010

(Hình 2.27). Các khu vực bãi biến động

mạnh nhất chỉ nằm trong phạm vi khoảng

từ 800 ÷ 1000m tính từ bờ trở ra, tới độ

sâu khoảng 3,5 ÷ 4,0m nước. Quy luật

cũng cho thấy bãi bị xói vào mùa gió

Đông Bắc và bồi vào mùa gió Tây Nam,

mức độ biến động trong mùa gió Đông

Bắc lớn hơn.

62

Hình 2.28a. Kết quả kiểm định với trường hợp tính cho gió mùa Đông Bắc

Hình 2.28b. Kết quả kiểm định với trường hợp tính cho gió mùa Tây Nam

So sánh kết quả tính toán biến động mặt cắt bãi giữa số liệu thực đo và tính

toán kiểm định của mô hình cho thấy sự phù hợp giữ tính toán và thực đo kể cả

trong hai mùa gió Đông Bắc và Tây Nam như trên các Hình 2.82a và 2.28b.

Nhìn chung, các kết quả hiệu chỉnh và tính toán kiểm định của mô hình đã cho

thấy sự phù hợp khá tốt đối với các quá trình thủy thạch động lực ven bờ khu vực

Hải Hậu. Qua đó, lựa chọn được bộ tham số hiệu chỉnh mô hình phục vụ các

phương án tính toán của luận án.

2.4.4.3. Điều kiện biên mực nước, sóng và bùn cát

1. Tính toán các đặc trưng trường sóng:

a) Điều kiện biên: Áp dụng điều kiện biên đối xứng tại các biên phía Bắc và

biên phía Nam. Tại biên ngoài khơi, cho các tham số sóng đầu vào được xét như

trong Bảng 2.7.

-5.5

-4.5

-3.5

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

0 200 400 600 800 1000

Cao

trì

nh

(m

)

K/c cộng dồn (m)

Thực đo MC 20 Tính toán MC 20

Thực đo MC 15 Tính toán MC 15

Thực đo MC 25 Tính toán MC 25

-5.5

-4.5

-3.5

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

0 200 400 600 800 1000

Cao

trì

nh

(m

)

K/c cộng dồn (m)

Thực đo MC 20 Tính toán MC 20

Thực đo MC 15 Tính toán MC 15

Thực đo MC 25 Tính toán MC 25

63

b) Lựa chọn, xây dựng các phương án tính sóng:

Khó khăn thường hặp phải đối với các mô hình sóng ven bờ là ước tính chính

xác các đặc trưng sóng ngoài khơi làm đầu vào cho các mô hình. Ở Việt Nam nói

chung, khu vực Hải Hậu nói riêng thì các chuỗi số liệu đo sóng dài ngày là rất khan

hiếm. Do vậy, các tham số sóng nước sâu làm đầu vào cho các mô hình sóng ven bờ

thường được ước tính từ chuỗi số liệu gió xung quanh khu vực nghiên cứu.

Trong nghiên cứu này, tác giả đã lựa chọn dữ liệu gió tại trạm Bạch Long Vĩ

(BLV) để ước tính các tham số sóng nước sâu (Pruszak và nnk, 2002; Wijdeven,

2002). Tuy nhiên, bằng cách so sánh dữ liệu sóng thực đo với ước tính từ gió tại

trạm Cồn Cỏ (CC), nhận thấy rằng gió tại trạm CC có ảnh hưởng đáng kể đến sóng

ở biển Hải Hậu (Haglund & Svensson, 2002). Để có được trường gió đại diện cho

khu vực nghiên cứu, đề xuất phương pháp kết hợp gió tại BLV và CC.

Chuỗi số liệu sóng 20 năm (1990-2010) được ước tính bằng cách kết hợp dữ

liệu gió tại BLV và CC (Ha g lun d & Svensson , 2002). Dữ liệu gió tại BLV chủ

yếu được sử dụng để ước tính sóng nước sâu, ngoại trừ gió đến từ các góc giữa SE

và SW. Trong những trường hợp gió đến từ các góc giữa SE và SW, sóng vùng

nước sâu ở Hải Hậu chịu ảnh hưởng bởi gió tại trạm CC. Do đó, trong các góc

hướng này (SE, SW), dữ liệu gió tại CC đã được kết hợp với gió tại BLV theo trọng

số trung bình để ước tính sóng ngoài biên (tốc độ gió là giá trị trung bình tại BLV

và CC, hướng lấy theo hướng tại CC).

Hình 2.29. Hoa gió tại CC Hình 2.30. Hoa gió tại BLV

64

Áp dụng phương pháp ước tính sóng của SMB (Sverdrup - Munk -

Bretschneider) trong USACE (1984) (xem [83]) để ước tính sóng nước sâu đối với

chuỗi dữ liệu đã thu thập tại hai trạm BLV và CC.

Do rất khó để mô phỏng cho tất cả các trường hợp gió thực tế trong một thời

gian dài (1 năm tới nhiều năm) bởi thời gian tính không cho phép. Vì vậy, chỉ tính

với các trường hợp đại diện cho một dải tham số sóng (Độ cao sóng - Hs, Chu kỳ

sóng - Ts, Hướng sóng - θ) sau đó sẽ tính gộp lại dựa trên tần suất xuất hiện sự kiện

đó cho cả chuỗi thời gian 20 năm để đưa ra cán cân cân bằng trầm tích dọc bờ. Bản

chất của việc này giống như phương pháp tính tích phân gần đúng (đây là phương

pháp được Hanson giới thiệu năm 1987).

Bảng 2.6. Kết quả tính các đặc trưng sóng từ chuỗi số liệu 20 năm (1990 - 2010)

STT Số lấn xuất hiện Độ cao sóng-Hs(m) Chu kỳ sóng-Ts(s) Hướng sóng-θ(0)

1 687 0,28 3,1 0 2 265 0,64 3,1 0 3 49 1,14 3,1 0 4 49 1,43 6,1 0 5 7 1,81 6,1 0 6 22 2,43 6,1 0 7 10 3,48 6,1 0 8 7 7,52 11,6 0 9 686 0,30 3,8 23

10 1332 0,73 3,8 23 11 420 1,20 3,8 23 12 218 1,49 5,8 23 13 222 1,82 5,8 23 14 130 2,31 5,8 23 15 16 3,21 5,8 23 16 11 7,58 11,4 23 17 2458 0,29 3,7 45 18 3365 0,76 3,7 45 19 849 1,19 3,7 45 20 294 1,45 5,7 45 21 341 1,77 5,7 45 22 18 2,35 5,7 45 23 66 3,36 5,7 45 24 4 7,37 11,4 45 25 855 0,29 3,1 68 26 267 0,64 3,1 68 27 83 1,22 3,1 68

65

STT Số lấn xuất hiện Độ cao sóng-Hs(m) Chu kỳ sóng-Ts(s) Hướng sóng-θ(0) 28 30 1,42 5,6 68 29 73 1,83 5,6 68 30 1668 0,25 3,0 90 31 693 0,64 3,0 90 32 19 1,20 3,0 90 33 8 1,51 5,7 90 34 3 1,62 5,7 90 35 34 2,30 5,7 90 36 9 8,83 12,3 90 37 553 0,27 3,1 113 38 295 0,66 3,1 113 39 20 1,13 3,1 113 40 43 1,48 5,6 113 41 12 1,76 5,6 113 42 74 2,98 5,6 113 43 1095 0,37 3,2 135 44 652 0,69 3,2 135 45 31 1,16 3,2 135 46 81 1,43 5,7 135 47 21 1,91 5,7 135 48 215 0,39 3,2 158 49 47 0,60 3,2 158 50 60 1,18 3,2 158 51 280 0,32 3,2 180 52 184 0,62 3,2 180 53 8 1,09 3,2 180 54 2 1,24 5,1 180 55 176 0,37 3,4 203 56 176 0,66 3,4 203 57 4 1,29 3,4 203 58 6 1,39 5,5 203 59 8 1,59 5,5 203 60 9 2,19 5,5 203 61 1181 0,35 3,5 225 62 1218 0,67 3,5 225 63 140 1,19 3,5 225 64 40 1,31 5,9 225 65 48 1,61 5,9 225 66 8 2,44 5,9 225 67 4 3,19 5,9 225

Tổng số lần xuất hiện sự kiện 21959 Tổng số số liệu trong 20 năm (1990-2010) 29220

Tuy nhiên, trong tính toán này, chỉ xét với độ cao sóng ngoài khơi > 0,75m,

66

bởi với chiều cao sóng > 0,75m mới có khả năng gây vận chuyển cát một cách đáng

kể tại khu vực nghiên cứu [1] và truyền từ ngoài khơi vào bờ (hướng sóng nằm

trong giới hạn từ 450 ÷ 1350). Vì vậy, các phương án (PA) tính toán được xét theo

các tham số sóng đầu vào tại biên ngoài khơi như trong bảng 2.7.

Bảng 2.7. Các phương án đưa vào để tính toán

PA Số lấn xuất hiện Độ cao sóng-Hs(m) Chu kỳ sóng-Ts(s) Hướng sóng-θ(0) 1 3365 0,76 3,7 45 2 849 1,19 3,7 45 3 294 1,45 5,7 45 4 341 1,77 5,7 45 5 18 2,35 5,7 45 6 66 3,36 5,7 45 7 4 7,37 11,4 45 8 83 1,22 3,1 68 9 30 1,42 5,6 68

10 73 1,83 5,6 68 11 19 1,20 3,0 90 12 8 1,51 5,7 90 13 3 1,62 5,7 90 14 34 2,30 5,7 90 15 9 8,83 12,3 90 16 20 1,13 3,1 113 17 43 1,48 5,6 113 18 12 1,76 5,6 113 19 74 2,98 5,6 113 20 31 1,16 3,2 135

21 81 1,43 5,7 135 22 21 1,91 5,7 135

Riêng với phương án tính toán sóng trong bão lựa chọn tính với cơn bão thực

tế, bão Damrey (9/2005) là cơn bão trực tiếp tác động đến khu vực Hải Hậu và gây

xó i lở nghiêm trọng. Các dữ liệu về sóng trong bão được kế thừa từ kết quả luận

văn thạc sĩ của chính tác giả đã thực hiện [18].

Tương ứng với các phương án tính sóng là các phương án tính dòng chảy

sóng và tính vận chuyển trầm tích.

2. Tính toán trường dòng chảy sóng:

Trong mô đun tính dòng chảy Mike21 HD FM, tại các biên lỏng (biên phía

Bắc, biên phía Nam, biên ngoài khơi) cho mực nước triều trung bình (Htb = 1,86m).

67

Bỏ qua tác động phát sinh do gió, chênh lệch áp suất khí quyển,... chỉ giữ lại thành

phần tác động do ứng suất bức xạ sóng. Các phương án tính dòng chảy do sóng

cũng là các phương án tính sóng tương ứng trong Bảng 2.7.

3. Tính toán vận chuyển trầm tích:

- Các phương án tính vận chuyển trầm tích cũng là các phương án tính sóng

như trong Bảng 2.7. Trong giới hạn được xét, dòng chảy sóng chủ yếu hướng xuống

phía Nam, do vậy bỏ qua lượng trầm tích từ các cửa sông phía Nam đổ ra biển.

- Điều kiện biên: Trong tính toán vận chuyển trầm tích, các biên lỏng áp

dụng là điều kiện cân bằng nồng độ.

- Các tham số trầm tích: Kích thước hạt cát: d50 = 0,14mm; Độ chọn lọc của

cát: σ = 1,4.

2.4.4.4. Các phương án tính toán trong luận án:

- Tính toán diễn biến các chế độ động lực và vận chuyển bùn cát trong điều

kiện bãi tự nhiên ứng với 22 phương án (PA) đã lựa chọn (Bảng 2.7) để đánh giá,

phân tích quá trình diễn biến bãi, bờ biển với các chế độ thủy động lực (sóng đầu

vào) khác nhau sẽ như thế nào và tính lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ Hải Hậu

trong điều kiện bãi tự nhiên.

- Tính toán với phương án công trình chỉnh trị đề xuất (xem Hình 2.19). Xem

xét sự ảnh hưởng của hệ thống công trình chỉnh trị đến quá trình diễn biến bãi tại

khu vực cần chỉnh trị từ đó có cơ sở phân tích, đánh giá hiệu quả và sự phù hợp của

phương án công trình đề xuất.

2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Để giải quyết vấn đề và mục tiêu đã đặt ra trong luận án, tác giả đã sử dụng

kết hợp 3 phương pháp nghiên cứu chính đó là: Phương pháp khảo sát và thống kê

phân tích số liệu thu thập; Phương pháp thí nghiệm trên mô hình vật lý và Phương

pháp mô phỏng trên mô hình số trị. Mỗi một phương pháp này sẽ có những thế

mạnh riêng, ứng dụng để giải quyết những vấn đề cần thiết và giữa chúng có sự liên

hệ để phục vụ mục đích chung của luận án:

- Phương pháp khảo sát và thống kê phân tích số liệu thu thập là một trong

những phương pháp có độ tin cậy cao nhất, làm căn cứ để đưa ra các kết luận, phục

68

vụ cho nhiều mục đích. Luận án đã thu thập được một khối lượng lớn các tài liệu

của những dự án, đề tài do chính đơn vị của nghiên cứu sinh đang công tác cũng

như các đơn vị khác đã thực hiện tại khu vực Nam Định, đặc biệt là chuỗi số liệu đo

đạc diễn biến bãi, bờ biển và dòng chảy ven, bùn cát từ cuối những năm 1970 đến

nay. Từ các số liệu này, đã phân tích để bước đầu xác định một số quy luật diễn

biến bãi, bờ biển và nguyên nhân gây mất ổn định bờ - bãi biển đối với vùng biển

nghiên cứu. Các số liệu thống kê phân tích về thủy thạch, động lực vùng nghiên cứu

cũng là những số liệu đầu vào phục vụ các phương pháp tính toán mô phỏng trên

mô hình toán và thí nghiệm trên mô hình vật lý mà luận án đã lựa chọn.

- Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý đòi hỏi phải có những chi phí

khá lớn, công phu và rất mất thời gian. Đặc biệt là thí nghiệm để thu được các kết

quả về vận chuyển bùn cát, diễn biến hình thái ven biển là một trong những thí

nghiệm rất khó, bởi vật liệu (bùn cát) dùng trong thí nghiệm và làm thỏa mãn được

tính tương tự của chúng là điều rất khó khăn. Do vậy trong luận án, căn cứ vào khả

năng đáp ứng của hệ thống thí nghiệm cũng như trong điều kiện cho phép. Luận án

chỉ chú trọng đến việc thí nghiệm nhằm xác định quá trình giảm sóng của đê ngầm

(hệ số Kt) khi thay đổi các tham số như: cao trình đỉnh đê (∆), bề rộng đỉnh (B) và

hệ số mái dốc (m) đối với chế độ động lực vùng biển Hải Hậu. Các hệ số lan truyền

sóng (Kt) sẽ được lựa chọn tương ứng với yêu cầu đầu vào theo các kịch bản đã đề

ra của mô hình Genesis để phục vụ tính toán biến động đường bờ khi có công trình.

Luận án đã lựa chọn hệ thống máng tạo sóng Flanders của Viện Khoa học Thủy lợi

Việt Nam để tiến hành thí nghiệm. Thiết bị thí nghiệm đã được hiệu chỉnh và kiểm

định đạt kết quả tốt trước khi đưa vào thí nghiệm các kịch bản đã đề ra.

- Mô hình toán có thể mô phỏng nhiều phương án khác nhau, rất thuận tiện và

chi phí thấp hơn mô hình vật lý. Các kết quả mô phỏng là cơ sở để đánh giá, lựa

chọn được phương án tối ưu.

+ Luận án ứng dụng mô hình GENESIS để tính toán ảnh hưởng của các tham

số công trình thay đổi khác nhau (vị trí, kích thước, khoảng cách giữa các công trình

với nhau) đến quá trình diễn biến đường bờ biển khu vực nghiên cứu.

69

+ Ứng dụng mô hình MIKE21 FM để tính toán diễn biến bãi khi có hệ thống

công trình chỉnh trị, đánh giá hiệu quả của công trình và so sánh xu thế xói, bồi với

kết quả tính của mô hình GENESIS. Bên cạnh đó, những diễn biến bãi xung quanh

công trình (nhất là các hố xói ở chân công trình) làm căn cứ đánh giá độ ổn định của

công trình cũng như làm cơ sở cho thiết kế, gia cố chân công trình mà ở mô hình

GENESIS không thể hiện được.

Các mô hình này đều được hiệu chỉnh và kiểm định đảm bảo độ chính xác cao

nhất trước khi đưa vào tính toán mô phỏng với các kịch bản đã đề ra.

Nhìn chung, mỗi một phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận án đều có

những thế mạnh riêng và được ứng dụng để giải quyết các vấn đề cụ thể nào đó.

Tuy nhiên, giữa chúng lại có những sự liên kết, bổ trợ cho nhau để nhằm giải quyết

mục tiêu chung mà luận án đã đặt ra.

70

CHƯƠNG 3 - NGUYÊN NHÂN VÀ ĐẶC ĐIỂM DIỄN BIẾN BỜ, BÃI VÀ

MẶT CẮT NGANG BÃI VÙNG VEN BIỂN HẢI HẬU

3.1. DIỄN BIẾN HÌNH THÁI CÁC VÙNG CỬA SÔNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỔN

ĐỊNH BỜ BIỂN HẢI HẬU

3.1.1. Diễn biến vùng cửa sông Ba Lạt, Sò, Lạch Giang và ảnh hưởng của

chúng đến ổn định bờ, bãi biển Hải Hậu

3.1.1.1. Sông Sò và hoạt động bồi tụ của cửa Hà Lạn trong lịch sử cận đại

Khoảng 200 năm trở về trước, sông Sò đã từng là sông lớn trong hệ thống

sông Hồng. Cửa sông Sò (Hà Lạn) đã từng là cửa sông rộng, cung cấp lượng phù sa

phong phú bồi đắp lên vùng đồng bằng khu vực Hải Hậu - Giao Thủy ngày nay [1],

[24], [26], [54]. Đến nay sông đã hoàn toàn thoái hóa. Vai trò dẫn phù sa từ sông

Hồng ra biển gần như mất hẳn.

Hoạt động của sông Sò từ cuối thế kỷ 15 (khoảng năm 1500) đến cuối thế kỷ

thứ 18 (năm 1787), phạm vi hoạt động của sông Sò mở rộng về phía Nam và được

xác định rõ nét bởi đường bờ biển cổ, kéo dài từ phía nam thị trấn Ngô Đồng, qua

thị trấn Quất Lâm, qua các xã Hải Đông, Hải Lý (Hải Hậu) theo phương gần 45o và

uốn về phía tây với phương gần ở vĩ tuyến (xem các Hình 3.1 và 3.2).

Hình 3.1. Vị trí đường bờ biển khu vực Hải Hậu vào cuối thế kỷ 15 (Nguồn: [26])

Hình 3.2. Vị trí đường bờ biển khu vực Hải Hậu vào cuối thế kỷ 18 (Nguồn: [26])

71

Với sự tồn tại 2 đường bờ biển như vậy, có thể thấy rằng, vào thời gian đó

(cách đây khoảng 500 năm), nhánh sông Hồng chảy theo hướng cửa Ba Lạt hiện

nay là nhỏ, có lượng phù sa không lớn, không ảnh hưởng nhiều tới hình dạng đường

bờ từ thị trấn Ngô Đồng tới gần thị trấn Quất Lâm hiện nay. Trong khi đó dòng

chính của sông Hồng ở khu vực Xuân Trường - Giao Thủy là sông Sò với cửa Hà

Lạn liên tục tiến ra phía biển, dù không lớn như sông Ninh Cơ và sông Đáy. Điều

này cũng phù hợp với các ghi chép lịch sử của các địa phương.

3.1.1.2. Sự cố mở rộng đột biến cửa Ba Lạt và bồi lấp khu vực cửa Hà Lạn

Hoạt động bồi tích của sông Sò giảm khá đột ngột cùng với thời điểm hình

thành rõ nét đường bờ biển vào cuối thế kỷ thứ 18 [26], [54]. Từ thời điểm này trên

dải ven biển huyện Hải Hậu, kéo dài từ xã Hải Lý qua các xã Hải Chính, Hải Triều

tới thị trấn Thịnh Long lắng đọng chủ yếu là các trầm tích loại cát có nguồn gốc

biển. Dải đất cát này ăn sâu vào đất liền từ 1,0km tới 2,0km.

Hình 3.3. Sơ đồ đường bờ biển Hải Hậu hình thành ở các thời kỳ khác nhau (Nguồn: [26])

Thời điểm giảm đột ngột bồi tích của sông Sò cũng tương đối trùng hợp với

thời điểm mở rộng đột biến cửa Ba Lạt. Hiện tượng mở rộng đột biến cửa Ba Lạt

được các thư tịch cổ ghi lại và lưu truyền trong nhân dân địa phương với tên gọi

“Ba Lạt phá hội”. Theo Địa chí Hải Hậu [26] vào năm 1787, lũ đặc biệt lớn trên

sông Hồng đã mở toang cửa Ba Lạt vốn nhỏ hẹp để chảy thông ra biển.

72

Sông Sò từ vai trò sông chính đã chuyển sang thành sông nhánh, phụ và dần bị

bồi lấp. Chỉ sau 14 năm sự cố "Ba Lạt phá hội", lòng sông ở phần thượng lưu đã bị

thu hẹp gần 2,0km2 và bồi lấp tạo nên dải đất mới ven sông rộng khoảng 500 mẫu

bắc bộ. Điều này được phản ảnh trong vụ tranh chấp dải đất mới và được ghi lại

trong “Phù sa điền án” [26].

3.1.1.3. Sông Ninh Cơ và diễn biến khu vực cửa Lạch Giang:

Từ số liệu bình đồ, ảnh viễn thám chập nhiều năm nhận thấy diễn biến khu vực

cửa Lạch Giang khá phức tạp [24], [26], [54], có một số đặc điểm đáng chú ý sau:

- Phía Bắc cửa Lạch Giang, phía bờ biển Hải Hậu, đường đẳng sâu có xu thế

chuyển dịch vào gần bờ. Trong vòng 20 năm (từ 1961 đến 1981), đường đồng mức -

5,0m dịch vào bờ trung bình khoảng 700m. Trong 20 năm tiếp theo (1981 đến

2001), khoảng cách dịch chuyển trung bình của đường -5,0m xấp xỉ 525m. Với

đường đồng mức 0,0m, kể từ năm 1961 đến 2001, đã lấn sâu vào bờ trung bình

khoảng 250m.

- Mũi Thịnh Long tiến xuống phía Nam với tốc độ nhanh chóng:

+ Từ năm 1961 đến 1995, tốc độ tiến về phía Nam của mũi Thịnh Long tương

đối đều, mỗi năm khoảng (45 50)m, trong vòng 34 năm khoảng cách lấn tổng

cộng tới gần 1650m.

+ Nhưng chỉ riêng trong vòng 6 năm, từ năm 1995 đến 2001, mũi Thịnh Long

lấn xuống phía Nam với tốc độ khá lớn. Khoảng cách lấn tới 892m, trung bình mỗi

năm lấn khoảng 148m.

+ Thời kỳ 2001 - 2005: Mũi Thịnh Long có xu hướng xó i dần vào đất liền (lùi

về phía Hải Thịnh), trong 4 năm lùi sâu vào khoảng 430m trung bình 105 m/năm.

+ Tiếp theo, thời kỳ 2005 - 2011: Mũi Thịnh Long tiếp tục bị lấn vào theo

hướng Đông Bắc khoảng 570m tức khoảng 90m/năm.

Có thế kết luận giai đoạn từ năm 2001 đến 2011 mũi Thịnh Long có xu thế

chung là lùi lên phía Đông Bắc, đây là thời kỳ mũi lùi sâu vào phía Hải Thịnh khác

với thời kỳ từ năm 1912 - 2001 là thời kì tiến ra biển theo phía sang Nghĩa Hưng.

73

Hình 3.4. Biến động cửa Lạch Giang qua chập ảnh viễn thám qua các thời kỳ

3.1.2. Xu thế bồi tụ - xói lở khu vực Hải Hậu trong thời kỳ cận đại:

Trước khi có sự kiện mở rộng đột biến cửa Ba Lạt, khu vực Hải Hậu được bồi

tích chủ yếu bởi hai sông Sò và Ninh Cơ. Trên dải rộng gần 20km giữa 2 sông,

trong khoảng 300 năm, đất liền đã tiến ra biển gần 10km. Tốc độ tiến ra biển của cả

khu vực là trên 30m/năm. Sản phẩm bồi tích chủ yếu là đất loại sét [11], [15], [22],

[32], [34].

74

Từ khi dòng chính sông Hồng chuyển về cửa Ba Lạt, sông Sò bị thu hẹp, khu

vực trầm tích ở Hải Hậu bắt đầu có những thay đổi rõ nét. Lòng sông Ninh Cơ dịch

chuyển dần sang phía Đông. Bờ biển phía Đông cũng lùi dần về phía Tây. Điều

đáng lưu ý hơn cả là từ thời điểm này trở đi (từ khoảng năm 1787), ở bờ biển Hải

Hậu, suốt một dải từ xã Hải Lý cho tới thị trấn Thịnh Long, dài gần 20 km, rộng 1-2

km, chỉ lắng đọng các trầm tích loại cát. Khu vực ven biển Hải Hậu chuyển sang

chế độ bồi tụ - xói lở mới. Đó là chế độ thống trị của biển với tác động của sóng là

chủ yếu.

Về phương diện bồi tụ, kết hợp song song với bồi tích của sông Ninh Cơ, biển

đã hình thành nên dải cát rộng ven biển. Trong khi đó, quá trình xói lở cũng bắt đầu

từ khi sông Sò giảm chức năng vận chuyển phù sa ra biển. Quá trình này khởi đầu

từ khu vực các xã Hải Đông, Hải Lý, nơi bồi tích của sông Sò dưới dạng vùng đất

sét và sét pha nhô ra phía Đông nhiều nhất. Theo nhân dân địa phương, mũi nhô này

cách bờ biển hiện nay khoảng 3 - 5km. Chứng tích về mũi nhô này là đoạn bãi biển

đất sét pha đang bị xói lở hiện nay nằm giữa xã Hải Đông và Hải Lý. Xu thế xói lở

lan truyền dần về phía Nam, tiếp diễn cho đến hiện nay nhằm tạo nên dạng đường

bờ ổn định, cân bằng tương đối dưới các tác động của các nhân tố tự nhiên cũng

như con người. Thời gian tồn tại của chúng kéo dài từ đầu thề kỷ 15 tới cuối thế kỷ

18, khoảng gần 400 năm. Chỉ khi cửa Ba Lạt mở rộng thì đường bờ mới được thiết

lập mới, đường bờ cổ này có chiều dài hơn 12km và có dạng gần thẳng.

Các con đê đắp năm 1899 và 1927 giúp con người lấn thêm ra biển được

chừng 7,5km trong vòng 97 năm. Nhưng từ năm 1927 đến 1959 tức là chỉ vòng 32

năm cũng lấn ra được khoảng chừng ấy đất.

3.2. PHÂN TÍCH DIỄN BIẾN, XÁC ĐỊNH DẠNG MẶT CẮT BÃI ĐẶC TRƯNG

CHO KHU VỰC HẢI HẬU QUA SỐ LIỆU THỰC ĐO

Dữ liệu thực đo tại khu vực Hải Hậu - Nam Định từ năm 1985 đến 2010 được

thực hiện bởi Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. Đồng thời với đo mặt cắt bãi là

thu thập các mẫu cát đáy để phân tích đường kính hạt tại khu vực nghiên cứu (d10,

d50 , d90 ,…) [40], [41], [42], [43], [46].

75

Dữ liệu về mặt cắt thực

tế được đo đạc gồm 15 mặt

cắt trải dọc bờ biển từ cửa

Hà Lạn đến cửa Lạch Giang,

tuy nhiên để đảm bảo tính

đồng bộ dữ liệu trên toàn bộ

thời kì 1985 - 2010, ở đây

lựa chọn 3 mặt cắt điển hình

đặc trưng cho khu vực Hải

Hậu là HH01, HH02, HH03

như trình bày trong hình 3.5.

Hình 3.5. Sơ đồ mặt cắt bãi đại diện khu vực Hải Hậu-Nam Định

MC HH01 gần cống Doanh Châu (phía Bắc Hải Hậu), MC HH02 thuộc thôn

Xuân Trung xã Hải Hòa (giữa Hải Hậu), HH03 nằm sát cửa Lạch Giang (nam Hải

Hậu). Chi tiết vị trí các điểm đặt mốc mặt cắt, cao trình đỉnh mốc ngoài thực địa

được thể hiện trong bảng 3.1 dưới đây.

Bảng 3.1. Tọa độ vị trí các điểm đặt mốc mặt cắt ngoài thực địa

TT Tên Mặt

cắt Tên mốc X Y

Z (cao độ đỉnh mốc)

1 HH01 M13 2227606,231 638341,091 +4,754m 2 HH02 M20 2219127,108 631261,952 +5,235m

3 HH03 M25 2213384,880 626384,508 +5,394m

3.2.1. Phân tích một số quy luật biến động mặt cắt bãi biển thực tế theo từng

thời kỳ

Khi tiến hành chập các mặt cắt đo đạc thực tế theo từng thời kỳ ta sẽ thu được

bức tranh về diễn biến mặt cắt bãi biển từ 1985 cho đến 2010 của khu vực Hải Hậu.

Trong các Hình 3.6 ÷ 3.8 dưới đây là diễn biến tại mặt cắt HH02 (giữa Hải Hậu)

theo ba thời kỳ 1985 ÷1 990, 1990 ÷ 1995 và 2005 ÷ 2010. Diễn biến các mặt cắt

HH01 và HH03 của khu vực Hải Hậu được thể hiện trong Phụ lục 1 của luận án.

76

Hình 3.6. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 1985 ÷ 1990

Hình 3.7. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 1990 ÷ 1995

Hình 3.8. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 2005÷2010

Từ số liệu thực đo về diễn biến mặt cắt bãi tại Hải Hậu theo các thời kỳ, bước

đầu có thể đưa ra những nhận xét về một số quy luật biến động chung của bãi biển

tại đây như sau:

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

1 51 101 151

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn (m)

4/8/1977

7/1985

11/1985

1/1986

4/1986

8/1986

11/1986

8/1987

9/1989

1/1990

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

0 50 100 150 200

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn(m)

10/1991

12/1992

10/1993

12/1993

6/1994

11/1994

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

0 200 400 600 800 1000 1200

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn (m)

10/2005

4/2006

10/2006

4/2007

10/2007

4/2008

10/2008

10/2009

4/2009

4/2010

10/2010

77

- Vào thời kỳ gió mùa Tây Nam thịnh hành (mùa Hè) toàn bãi thường được

bồi với chiều dày trung bình khoảng 0,10 - 0,15m, lớn nhất khoảng 0,25 - 0,30m.

Thời kỳ gió mùa Đông Bắc thịnh hành (tháng 10 năm trước đến tháng 4 năm sau,

mùa Đông) bãi bị xó i khá mạnh, chiều dày lớp xói tại những mặt cắt dao động trung

bình từ 0,4 - 0,5m, lớn nhất đạt từ 0,8 - 1,0m, ví dụ tại mặt cắt số HH02 (Xem các

hình 3.9 a, b, c).

Hình 3.9a. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 1986

Hình 3.9b. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 1994

Hình 3.9c. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 2010

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 50 100 150 200

Ca

o đ

ộ (m

)

K/c cộng dồn (m)

4/1986

11/1986

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

0 50 100 150 200

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn(m)

6/1994

11/1994

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

0 200 400 600 800 1000

Cao

độ

(m)

K/c cộng dồn (m)

4/2010

10/2010

78

- Nếu bão xảy ra gặp lúc triều kém, nước ròng chỉ có quá trình xói bãi và quá

trình xói bãi lúc này xảy ra mãnh liệt hơn nhiều so với lúc triều cường nước lớn.

Nếu bão xảy ra gặp lúc triều cường, nước lớn quá trình xói bãi và xói lở đê kè xảy

ra đồng thời. Dưới tác động của bão, phần bãi ngoài xa hơn 100m (tính từ chân đê)

bị biến động không lớn, chỉ có vùng sát chân đê bãi bị biến động mạnh nhất.

- Bãi biển ngày càng bị thu hẹp là do tích luỹ của quá trình xói hàng năm mà

mãnh liệt nhất là trong thời kỳ “Nước rươi” (đầu thời kỳ gió mùa Đông Bắc).

- Qua phân tích tài các tài liệu nghiên cứu về không ảnh mới nhất thì chiều dài

bờ biển xói mòn kéo dài từ cửa Hà Lạn đến Cồn Tròn. Tại khu vực này xảy ra sự mất

cân bằng bùn cát nghiêm trọng. Từ số liệu đã đo đạc bùn cát của Viện Khoa học

Thuỷ lợi Việt Nam cho thấy, đường kính trung bình hạt cát tại khu vực Hải Lý, Hải

Chính, Hải Triều bị “thô hoá” so với thời kỳ 1975, cụ thể: d50 (1975) = 0,09mm, d50

(1985) = 0,09 - 0,12mm và đến nay d50 (2009) = 0,14 - 0,16mm. Điều này nói lên

rằng khu vực này lượng bùn cát bù đắp từ các cửa sông đến ngày càng ít đi.

- Trong vòng 40 năm trở lại đây hiện tượng xói lở có xu hướng tiến dần về

phía nam: những năm 1970 xung quanh khu vực Hải Lý, những năm 1980 - 2000

tiến xuống khu vực Hải Chính, Hải Triều và từ 1995 đến nay biến động xói bãi đã

lan đến Hải Thịnh.

3.2.2. Mặt cắt ngang đặc trưng ven biển Hải Hậu - Nam Định

Mặt cắt ngang bãi biển đặc trưng là những mặt cắt được hình thành, cấu tạo

bởi các chế độ thủy thạch động lực điển hình tại khu vực đó. Việc đưa ra được

phương trình, hình dạng, cấu tạo mặt cắt bãi đặc trưng và ứng với các chế độ thủy

thạch động lực tại từng khu vực sẽ làm cơ sở để giúp các nhà thiết kế công trình lựa

chọn, bố trí và thiết kế loại công trình chỉnh trị trên bãi (công trình giảm sóng, ngăn

cát) phù hợp và phát huy hiệu quả đối với khu vực cần chỉnh trị [4], [59], [83].

3.2.2.1. Lựa chọn dạng mặt cắt đặc trưng phù hợp với vùng nghiên cứu

Ứng với những điều kiện nhất định của sóng, mực nước, dòng chảy, thủy triều

và bùn cát sẽ tồn tại một hình dạng tương ứng của mặt cắt ngang bãi biển, mặt cắt

đó gọi là mặt cắt ngang ở trạng thái cân bằng [78].

79

Biểu thức toán học mô tả hình dạng bãi biển phổ biến nhất là biểu thức do

Bruun và Dean xây dựng (mặt cắt ngang dạng Bruun/Dean)

y(x)= Axρ (3.1)

Trong đó:

A: Hệ số kinh nghiệm thứ nguyên

ρ: Hệ số mũ không thứ nguyên

Bằng cách dùng phương pháp thống kê Bruun tìm ra được hệ số mũ ρ = 2/3

y(x)= Ax2/3 (3.2)

Trong đó:

y: Độ sâu nước tại điểm x theo phương ngang từ mép nước

A: Hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào các đặc điểm trầm tích

Larson (1991) đề xuất hình dạng mặt cắt ngang thể hiện bởi phương trình sau

y (x) = A (x + xs)2/3 (3.3)

với xs- tham số biểu thị khoảng cách ngang, được lấy từ trường dữ liệu bằng cách sử

dụng bình phương tối thiểu để giảm lỗi (Larson 1991).

Hình dạng mặt cắt ngang bãi biển ở trạng thái cân bằng được xem như là kết

quả của sự cân bằng giữa các lực phá hoại và lực thành tạo nên mặt cắt ngang bãi

biển. Hay nói cách khác nếu xét theo quan điểm vận chuyển bùn cát theo phương

vuông góc với đường bờ thì mặt cắt ngang bãi biển sẽ đạt tới trạng thái cân bằng khi

lượng vận chuyển bùn cát theo phương ngang bằng không.

Trong điều kiện tự nhiên, khi các điều kiện biên như: sóng, mực nước, dòng

chảy,… liên tục thay đổi theo thời gian thì các ảnh hưởng do chúng tạo nên đối với

bãi biển sẽ rất khó đạt tới trạng thái cân bằng “tĩnh” mà chỉ có thể đạt tới trạng thái

cân bằng “động” tương ứng với từng thời kỳ trong năm.

Một mặt cắt ngang bãi biển ở trạng thái cân bằng “động” có thể mô tả vắn tắt

như sau: mặt cắt ngang ban đầu, sau khi có sự biến đổi của các điều kiện biên, sẽ có

sự thay đổi về hình dạng. Trải qua một thời đoạn xác định, một hình dạng mặt cắt

cuối cùng sẽ được xác lập với sự biến đổi rất nhỏ theo thời gian. Trong tự nhiên, có

thể coi trạng thái cân bằng này là trạng thái cân bằng về mặt động lực của các lực

80

tác dụng, đối với trường sóng ngẫu nhiên và sự biến thiên liên tục của mực nước

trong tự nhiên. Bằng cách lấy trung bình hóa các hình dạng mặt cắt trong một thời

đoạn xác định, một hình dạng mặt cắt trung bình ở trạng thái cần bằng có thể được

xác lập.

Trong nghiên cứu của luận án kiến nghị ba phương trình để mô tả mặt cắt

ngang cân bằng dựa trên hàm cơ bản, hàm số mũ, hàm logarit lần lượt như sau:

Hàm cơ bản có dạng:

y(x)= A(x + xs)ρ (3.4)

Hàm số mũ Komar và McDougal như sau:

y(x)= B(1-e-kx+C) (3.5)

Hàm logarit do Lee (1994) đề xuất có dạng:

h(x) = D + (1/F)ln(x/G+1) (3.6)

Hệ số G có liên quan đến đường kích hạt trầm tích và F được ước tính bằng

cách sử dụng chu kỳ T thông qua mối quan hệ F = 4π2/gT2. D được hiểu như tham

số xs trong phương trình (3.3) ở trên.

Kết quả tính toán các hệ số trong các hàm lý thuyết bởi phương pháp đường

cong phù hợp được thể hiện trong Bảng 3.2. Để thấy rõ sự biến đổi của hệ số R (Hệ

số tương quan) và RMSE (Sai số trung bình toàn phương). Từ kết quả tính toán sẽ

lựa chọn được dạng mặt cắt phù hợp nhất với mặt cắt tự nhiên tại khu vực nghiên

cứu (Hình 3.10a, b, c).

Bảng 3.2. Hệ số đặc trưng ứng với từng dạng phương trình Dạng hàm Hệ số MC HH1 MC HH2 MC HH3 h(x)= A (x + xs)

ρ (Funtion[1])

A(m1-

) -0,012 -0,174 -0,040

xs(m) -1,000 -1,000 -1,000 ρ 0,568 0,472 0,695 R 0,862 0,944 0,898

RMSE 0,568 0,256 0,484 h(x)= B(1-exp(-kx+C)) (Funtion[2])

B (m) -4,635 -5,404 C -0,070 0,147

k (m-1) 0,003 0,002 R 0,949 0,945

RMSE 0,245 0,354 h(x) = D + 1/F.ln(x/G+1) (Funtion[3])

D(m) 4,032 0,864 1,342 F(m-1) 0,435 0,693 0,393

81

Dạng hàm Hệ số MC HH1 MC HH2 MC HH3 G(m) 30,590 27,840 101,3 0

R 0,940 0,963 0,964 RMSE 0,292 0,209 0,373

Hình 3.10a. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH01

Hình 3.10b. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH02

Hình 3.10c. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH03

Giá trị RMSE được tính theo công thức RMSE = ��

�∑ (�� − ��)

����� , trong đó

N là số giá trị, Fi là giá trị thực tế, Oi là giá trị tính theo hàm lựa chọn. Từ cách tính

82

này có thể thấy, nếu sai số giữa thực đo và đường cong tính toán càng lớn thì giá trị

RMSE càng lớn. Kết quả tính trong bảng 3.2 cho thấy giá trị của RMSE ứng với

hàm Logarit (Funtion[3]) cho giá trị nhỏ hơn so với các hàm tương ứng còn lại.

Để có thể thấy rõ hơn sự phù hợp của các hàm (dạng mặt cắt đặc trưng) đối

với từng khu vực nghiên cứu tại Hải Hậu, ta xem xét hệ số tương quan R của từng

phương trình đối với mỗi khu vực cụ thể. Kết quả được thể hiện ở đồ thị trong Hình

3.11 dưới đây.

Hình 3.11. So sánh hệ số tương quan các hàm theo từng mặt cắt

Từ hình 3.11 có thể nhận thấy, dạng hàm 3 (Funtion[3]) có hệ số R cao hơn so

với hai dạng hàm 1 (Funtion[1]) và dạng hàm 2 (Funtion[2]). Điều này chứng tỏ,

việc lựa chọn phương trình đặc trưng cho cả khu vực nghiên cứu nên chọn dạng

hàm 3. Vậy lựa chọn dạng phương trình cho các mặt cắt đặc trưng tại từng khu vực

nghiên cứu ở Hải Hậu là dạng phương trình logarit (công thức 3.6).

3.2.2.2. Mặt cắt đặc trưng cho từng thời kỳ

Dựa trên cơ sở dữ liệu đo đạc qua các thời kỳ được phân chia làm 3 giai đoạn

với chu kỳ 5 năm như sau: từ 1985 - 1990; 1990 - 1995 và từ 2005 - 2010. Kết quả

phân tích, tính toán mặt cắt đặc trưng theo thời kỳ được thể hiện trong Bảng 3.3 và

Hình 3.12 đại diện cho mặt cắt HH02, kết quả với mặt cắt HH01 và HH03 được thể

hiện trong Phụ lục 1.

0.86

0.94

0.90

0.95 0.950.94

0.96 0.96

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

MC HH01 MC HH02 MC HH03

Hs

-R

Funtion [1] Funtion [2] Funtion [3]

83

Bảng 3.3. Phương trình đặc trưng các mặt cắt tại Hải Hậu theo từng thời kỳ

Các thời kỳ D (m) F (m-1) G (m) R RMSE Ghi chú Thời kì 1985-1990 0,4231 0,5107 118,5 0,9794 0,2224

HH01 Thời kì 1990-1995 -0,2583 0,4692 217,6 0,9624 0,2449 Thời kì 2005-2010 0,9407 0,4533 96,38 0,9619 0,2831 Thời kì 1985-1990 0,3341 0,6351 202,1 0,9811 0,2103

HH02 Thời kì 1990-1995 -0,1263 0,5671 241,2 0,9732 0,2301 Thời kì 2005-2010 0,7317 0,5348 112,1 0,9813 0,2971 Thời kì 1985-1990 0,4231 0,4916 101,3 0,9721 0,2301

HH03 Thời kì 1990-1995 -0,2583 0,3822 192,1 0,9832 0,2105

Thời kì 2005-2010 0,9407 0,3597 111,3 0,9601 0,2912

Hình 3.12. Mặt cắt HH02 đặc trưng qua các thời kì

Khi xem xét hệ số F trong Bảng 3.3 nhận thấy giá trị F giảm dần theo thời

gian, có nghĩa là 1/F sẽ tăng theo thời gian đối với cả 3 khu vực. Thời kì 1985 -

1990, F có giá trị lớn nhất; sau đến thời kì 1990 - 1995 và thời kì 2005 - 2010, F

có giá trị nhỏ nhất. Điều này cho thấy, bãi biển bị xói theo thời gian làm tăng độ

dốc của bãi, đặc biệt là trong khoảng thời kì từ 1985 - 1995 hệ số F giảm mạnh.

Từ giai đoạn 2005 đến nay bãi vẫn xó i, tuy nhiên không mạnh như giai đoạn

trước đây.

Khi thay các giá trị trong Bảng 3.3 vào công thức (3.6) ta được phương trình

mặt cắt đặc trưng (dạng hàm Logarit) theo từng thời kỳ của chuỗi số liệu đo đạc các

giai đoạn 1985 - 1990, 1990 - 1995 và 2005 - 2010 đối với 3 mặt cắt: Bắc Hải Hậu

(HH01), trung Hải Hậu (HH02) và Nam Hải Hậu (HH03).

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 50 100 150 200

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn (m)

TK 1985-1990

TK 1990-1995

TK 2005-2010

84

3.2.2.3. Mặt cắt đặc trưng theo từng khu vực

Kết quả phân tích mặt cắt đặc trưng theo từng khu vực được thể hiện trong

Bảng 3.4, Hình 3.13 là b iểu diễn đối với chuỗi số liệu đo giai đoạn 2005 - 2010 (đây

là chuỗi số liệu mới nhất, đo đồng bộ nhất). Kết quả tính toán đối với các giai đoạn

1985 - 1990 và 1991 - 1995 được thể hiện trong Phụ lục 1.

Bảng 3.4. Phương trình đặc trưng các MC theo từng khu vực khác nhau tại Hải Hậu

Tên mặt cắt D (m) F (m-1) G (m) R RMSE Ghi chú

HH01 4,032 0,4351 30,59 0,9636 0,2917

TK 2005-2010 HH02 0,864 0,6934 27,84 0,9628 0,2086

HH03 1,342 0,3931 101,3 0,9395 0,3727

HH01 5,011 0,5530 35,11 0,9771 0,2177

TK 1990-1995 HH02 1,432 0,8010 28,61 0,9529 0,2506

HH03 2,012 0,7211 98,01 0,9142 0,3901

HH01 5,312 0,6121 40,12 0,9789 0,2004

TK 1985-1990 HH02 1,507 0,8981 51,03 0,9622 0,2912

HH03 2,233 0,7120 99,01 0,9412 0,3511

Bảng 3.4 là bộ thông số các mặt cắt đặc trưng đại diện cho ba khu vực dọc bờ

biển Hải Hậu theo từng giai đoạn, thay các giá trị này vào công thức (3.6) ta sẽ

được dạng phương trình mặt cắt đặc trưng. Trong Hình 3.8 thể hiện, tại mặt cắt

HH02 bãi sâu hơn so với HH01 và HH03, đặc biệt là khu vực khoảng 300m tính từ

bờ trở ra. Điều này cho thấy tại khu vực HH02 hiện tượng xói mạnh nhất. Thực tế

tại đây cũng đã diễn ra điều này, vì hiện nay biển đã tiến sát vào chân đê, hầu như ở

khu vực này không còn bãi kể cả lúc triều thấp (cuối Hải Triều, đầu Hải Hòa).

Hình 3.13. Mặt cắt đặc trưng từng khu vực từ HH01 đến HH03 dọc ven biển Hải

Hậu (giai đoạn 2005 - 2010)

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

0 200 400 600 800 1000 1200

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn (m)

HH01 HH02 HH03MCDT(HH01) MCDT(HH02) MCDT(HH03)

85

3.2.2.4. Mặt cắt đặc trưng theo mùa

Nhằm xem xét quá trình diễn biến tổng thể sau một mùa gió, so sánh sự khác

nhau của mặt cắt điển hình giữa hai mùa trong năm là mùa gió mùa Tây Nam (tháng

4, kết thúc đợt gió mùa Tây Nam) và gió mùa Đông Bắc (tháng 10 - 11, kết thúc đợt

gió mùa Đông Bắc) hàng năm, lựa chọn thời kì 2005 - 2010 để phân tích. Đây là

thời kỳ có số liệu đo đạc trong hai mùa điển hình so với hai thời kỳ 1985 - 1990 và

1990 - 1995. Kết quả phân tích được thể hiện trong Bảng 3.5, Hình 3.14 đại diện

cho mặt cắt HH02, các mặt cắt HH01 và HH03 được thể hiện trong Phụ lục 1.

Bảng 3.5. Phương trình đặc trưng các mặt cắt theo mùa (giai đoạn 2005-2010)

MC Mùa D (m) F (m-1

) G (m) R RMSE

HH01 Tháng 04 4,4880 0,4398 23,4100 0,9786 0,2260 Tháng 10 3,7280 0,4108 41,1400 0,9813 0,2079

HH02 Tháng 04 1,1430 0,7451 18,0200 0,9607 0,2127 Tháng 10 0,7393 0,6570 35,4000 0,9657 0,2016

HH03 Tháng 04 1,2160 0,4047 120,5000 0,9547 0,3284 Tháng 10 1,4290 0,3683 92,8100 0,9296 0,3964

Hình 3.14. Mặt cắt đặc trưng hai mùa tại HH02 (giai đoạn 2005-2010)

Dựa vào các tham số đã tổng hợp ở Bảng 3.5 cho thấy quy luật biến động bãi

theo mùa được thể hiện khá rõ nét. Mùa hè khu vực này bãi thường được bồi, còn

mùa đông bãi lại thường bị xó i.

3.2.2.5. Tính toán mặt cắt cân bằng tại khu vực nghiên cứu

Mặt cắt cân bằng theo các nghiên cứu của Bruun, Dean, Kriebel, Moore,... là

một công cụ hữu hiệu để đánh giá vai trò của vận chuyển bùn cát ngang bờ cho một

khu vực nghiên cứu.

-5.5

-4.5

-3.5

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

2.5

0 200 400 600 800 1000 1200

Cao

độ

(m

)

K/C cộng dồn (m)

Tháng 10/2005 Tháng 4/2006

MCDT HH02 T10 MCDT HH02 T04

86

Theo Kriebel & Dean (1985), Kobayashi (1987) thì mặt cắt bãi được gọi là

cân bằng phải thỏa mãn quan hệ kinh nghiệm sau:

h(x) = Ax2/3 (3.7)

với h: Độ sâu tại chỗ, x là khoảng cách từ đường bờ ra biển. Vì A là hằng số kinh

nghiệm phụ thuộc vào đặc trưng của bùn cát đáy và chế độ sóng gió tại đây. Hằng

số này được mô tả qua độ thô thuỷ lực của chất điểm hạt cát W:

A = 2,25x

(3.8)

Mặt cắt cân bằng Dean 1977:

D = 3

2

Ay

A = 0,41(d50)0,94 (d50 < 0,4mm)

A = 0,23(d50)0,32 (0,4 < d50 < 10,0mm)

A = 0,23(d50)0,28 (10,0 < d50 < 40,0mm)

A = 0,23(d50)0,32 (d50 > 40,0mm)

Ở đây g: gia tốc trọng trường (Dean: 1977 - 1991)

Dựa vào lý thuyết trên, kết hợp với dữ liệu mặt cắt, số liệu thu thập được về

giá trị d50 từ năm 1975 đến năm 2010, chọn 3 thời điểm để tính toán mặt cắt cân

bằng là năm 1975, 1985 và 2010. Kết quả như trong Hình 3.15.

Hình 3.15. So sánh mặt cắt thực đo và mặt cắt cân bằng tính theo Dean năm 1977

Kết quả tính toán mặt cắt cân bằng với lý thuyết của Dean đối với vùng nghiên

cứu cho thấy, trong phạm vi khoảng 600m tính từ chân đê trở ra biển mặt cắt hiện

trạng dốc hơn mặt cắt cân bằng, chứng tỏ trong phạm vi này bãi bị xói. Tuy nhiên từ

khoảng cách 600m ÷ 800m (tính từ chân đê) trở ra ngoài biển mặt cắt hiện trạng đạt

3/12

)g

W(

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Cao

độ

(m

))

K/c cộng dồn (m)

Dean 1975

Dean 1985

Dean 2010

Tháng 10/2010

87

trạng thái cân bằng và có xu thế bồi (mặt cắt cân bằng dốc hơn mặt cắt hiện trạng).

Điều này chứng tỏ có dòng vận chuyển bùn cát ngang bờ từ ngoài khơi vào trong

bờ. Để thấy rõ điều này, ta đem so sánh mặt cắt đặc trưng với các kết quả tính mặt

cắt cân bằng theo Dean 1977 (Hình 3.16).

Hình 3.16. So sánh mặt cắt đặc trưng và kết quả tính toán theo Dean năm 1977

Căn cứ vào dữ liệu đo đạc biến động mặt cắt nhiều năm và qua phân tích ta

nhận thấy, tại khu vực nghiên cứu vùng bị xói lở thường là bãi triều rộng khoảng

600m ÷ 800m tính từ chân đê trở ra biển (tại điểm có độ sâu khoảng 4,0m). Ở ngoài

khu vực này thường có xu hướng ổn định. Qua đó cũng có thể nhận định độ sâu

hoạt động mạnh của trầm tích (depth closure) tại khu vực nghiên cứu nằm ở có độ

sâu khoảng 4,0m trở lại.

Với kết quả tính toán theo lý thuyết mặt cắt cân bằng của Dean ở trên cho thấy

có dòng vận chuyển bùn cát ngang bờ từ ngoài khơi vào trong bờ, gây bồi bãi tại

khu vực nghiên cứu. Tuy nhiên, tại khu vực khoảng 600m ÷ 800m t ính từ chân đê

trở ra, nơi nhận định là khu vực có sự hoạt động mạnh của bùn cát lại vẫn bị xói lở.

Điều này cho thấy tại khu vực nghiên cứu, mà ở đó dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ

đóng vai trò chính thì mặc dù theo mặt cắt cân bằng sẽ xảy ra vận chuyển bùn cát

ngang bờ có hướng vào bờ (gây bồi) nhưng trong thực tế vùng đó vẫn bị xói do vận

chuyển bùn cát dọc bờ lớn hơn. Mặt khác, dòng vận chuyển bùn cát ngang bờ chỉ là

một thành phần của dòng vận chuyển bùn cát tổng cộng.

Nhìn chung, kết quả ứng dụng theo lý thuyết mặt cắt cân bằng của Dean đề

xuất, kết hợp với số liệu thực đo diễn biến bãi và phân tích chế độ động lực vùng

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

0 200 400 600 800 1000

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn (m)

Dean 1975

Dean 1985

Dean 2010

HH02 Total

MCDT HH02

88

ven bờ cho chúng ta đánh giá được xu thế biến động của mặt cắt theo từng vị trí,

khu vực đối với mặt cắt ngang bãi biển tại Hải Hậu.

3.3. XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH CHO BỜ BÃI BIỂN

HẢI HẬU-NAM ĐỊNH

3.3.1. Xác định một số nguyên nhân chung

1) Theo kết luận của các chuyên gia địa chất: Nguyên nhân chủ yếu của xói lở

bờ là do thiếu hụt trầm tích gây bởi xây đập hồ chứa thủy điện ở thượng lưu và sự

suy tàn sông Sò. Trong bối cảnh thiếu hụt trầm tích thì vận động sụt lún hiện đại

đóng vai trò cường hóa và thúc đẩy quá trình xói lở. Như vậy quan điểm chung của

các nhà địa chất là: ảnh hưởng của vai trò sụt lún tân kiến tạo đến quá trình xói lở

tại bờ biển Hải Hậu là tương đối nhỏ và mờ nhạt so với nguyên nhân ngoại sinh

[15], [22], [33], [37].

2) Hiện tượng xói lở xảy ra thường xuyên trong cả năm, nhưng mạnh hơn vào

mùa đông. Vào mùa đông, khi biển động, nước dâng sóng kết hợp với triều cường

giúp sóng tấn công trực tiếp vào thân đê, gây xói lở bãi và ảnh hưởng tới sự ổn định

của đê (phá hoại mái và xói chân đê). Đặc biệt, trong thời gian có bão lớn, sóng do

bão gây ra có thể phá hoại đê biển và gây xói lở bãi nghiêm trọng [3], [7], [36].

3) Vận tốc dòng ven dọc bờ do sóng tại Hải Hậu tương đối lớn trong gió mùa

Đông Bắc, nhất là thời kỳ nước rươi (tháng 10 - 12 hàng năm). Trị số lớn nhất đã đo

được ngày 29/11/1985 là 112cm/s, vận tốc trung bình của dòng ven đo được khi gió

vừa (cấp 5 - 6) từ 8 12m/s đạt trị số khá cao (từ 60cm/s 120 cm/s) [35], [38],

[39]. Như vậy, trong bão hoặc gió mùa Đông Bắc nếu gặp lúc triều kém dòng ven sẽ

gây xói bãi, nếu gặp thời điểm triều cường, nước lớn chúng sẽ trực tiếp tham gia

quá trình xói lở đê, kè biển. Vì vậy dòng chảy ven bờ do sóng có ảnh hưởng quyết

định đến sự xói lở vùng bãi, đê kè tại vùng biển nghiên cứu.

4) Phần lớn các kết quả tính toán vận chuyển bùn cát tại đoạn bờ từ cửa Hà

Lạn đến Hải Thịnh lượng bùn cát bị mang đi nhiều hơn mang đến khoảng từ

600.000 800.000m3/năm [34], [60]. Do vậy, đặc biệt tại khu vực Hải Hậu xảy ra

hiện tượng mất cân bằng bùn cát nghiêm trọng. Đường kính trung bình hạt cát tại

89

khu vực Hải Hậu bị “thô hóa” so với thời kỳ 1975 rất nhiều, điều này chứng tỏ rằng

khu vực này không có lượng bùn cát bù đắp từ các cửa sông đến như các thời kỳ

trước đây.

3.3.2. Biến động hình thái cửa Ba Lạt ảnh hưởng đến quá trình xói lở bờ biển

của khu vực nghiên cứu

1) Từ khi dòng chính sông Hồng chuyển về cửa Ba Lạt, sông Sò bị thu hẹp

(thời kỳ “Ba Lạt phá hội”), từ thời điểm này trở đi khu vực ven biển Hải Hậu

chuyển sang chế độ bồi tụ - xói lở mới [1], [26], [54]. Đó là chế độ thống trị của

biển với tác động của sóng là chủ yếu lúc này đã bắt đầu thời kỳ xói lở nhỏ lẻ xen

kẽ. Có thể nói nếu “Ba Lạt phá hội” dẫn đến chu kỳ xói lở thứ nhất, thì sau lũ 1971

với sự thay đổi dòng chính tại cửa Ba Lạt và tiếp theo sông Sò là một nhánh cả sông

Hồng bị đắp lại bằng cống Ngô Đồng (cuối những năm 50 thế kỷ XX) làm mất

nguồn bùn cát từ sông Hồng cung cấp trực tiếp cho bờ biển Hải Hậu gây trầm trọng

thêm sự mất cân bằng bùn cát, bắt đầu một chu kỳ xói lở bãi trầm trọng thứ hai tại

đây.

2) Về mặt vĩ mô biến đổi địa hình cửa Ba Lạt [34], [36], [54]: Dựa vào phân

tích lịch sử biến động hình thái những thập kỷ gần đây tại cửa Ba Lạt: do bồi tụ

mạnh hình thành các bãi bồi tiến về phía biển như một mỏ hàn tự nhiên. Theo giả

thiết này quá trình xói lở trong khoảng trên 50 năm gần đây tại bờ biển Hải Hậu là

hiệu ứng phía khuất gió của mỏ hàn tự nhiên trên xảy ra (bóng động lực) do tác

động của dòng năng lượng sóng hướng Đông Bắc (NE) cùng với sự tiến ra phía

biển của mỏ hàn tự nhiên vùng xói lở chạy dần từ Bắc xuống Nam (từ Hải Lý đến

Hải Thịnh). Qui luật trên đã được thực tế minh chứng: Nhìn chung, giai đoạn từ

1970 đến nay xói lở bãi, đê kè biển tại Hải Hậu phát triển dần về phía Nam theo các

tài liệu đã thu thập được:

- Từ 19121935: nhìn chung bờ biển được bồi không có chỗ xói đáng kể.

- Từ 19351965: xói phát triển tại bờ biển từ Hải Đông đến Hải Triều.

- Từ 19651990: xói phát triển tại bờ biển từ Hải Chính đến Hải Hòa.

- Từ 19902005: xói phát triển tại bờ biển từ Hải Chính đến Thịnh Long.

90

3) Hiện tượng suy thoái rừng, hoạt động của hồ chứa Hòa Bình làm giảm

lượng bùn cát, lưu lượng bùn cát biến đổi như sau [48], [54]:

- Trước khi có hồ Hòa Bình lưu lượng bùn cát hàng năm tại Sơn Tây là: 113,6

x106 tấn/ năm (1958 - 1988)

- Sau khi có hồ Hòa Bình lưu luợng bùn cát hàng năm tại Sơn Tây là: 57,3

x106 tấn/năm (1989 - 2001).

- Tại cửa Ba Lạt, so sánh trước và sau khi có hệ thống hồ chứa, tổng lượng

bùn cát giảm từ 21,41 triệu tấn xuống 7,95 triệu tấn (giảm 62,9%), còn tại cửa Lạch

Giang từ 5,17 triệu tấn xuống 1,99 triệu tấn (giảm 61,5%) [47].

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Những số liệu thực đo về diễn biến bãi, bờ biển (mặt cắt, bình đồ) theo thời

gian là những bằng chứng xác thực và vô cùng có ý nghĩa trong công tác nghiên cứu

khoa học, nhất là ở Việt Nam. Luận án đã thu thập được nguồn dữ liệu đo đạc diễn

biến bãi trong khoảng 25 năm trở lại đây và các tài liệu lịch sử đối với vùng biển

Nam Định là điều rất qúy giá. Từ các kết quả phân tích ở trên, bước đầu có thể đưa

ra những nhận xét về một số quy luật biến động bãi và dạng mặt cắt đặc trưng tại

khu vực Hải Hậu như sau:

- Quy luật chung về diễn biến bãi tại Hải Hậu là bãi thường bị xói vào mùa

Đông (gió mùa Đông Bắc) và bồi vào mùa Hè (gió mùa Tây Nam), mức độ xói lớn

hơn bồi trở lại, do đó tại Hải Hậu vẫn diễn ra quá trình xói bãi, biển tiến vào đất liền.

- Chiều dài bờ biển xói mòn kéo dài từ cửa Hà Lạn đến cửa Lạch Giang, tại khu

vực này xảy ra sự mất cân bằng bùn cát nghiêm trọng. Đường kính trung bình hạt cát

tại khu vực Hải Hậu bị “thô hoá” so với thời kỳ trước (năm 1975), điều đó cho thấy

khu vực này lượng bùn cát bù đắp từ các sông đến ngày càng ít đi.

- Những năm 1970 xó i lở xảy ra ở xung quanh khu vực Hải Lý, những năm

1980 - 2000 tiến xuống khu vực từ Hải Chính, Hải Triều và từ 1995 đến nay xói bãi

đã lan đến đến Hải Thịnh, tức là có xu thế lan xuống phía Nam.

- Phương trình mặt cắt đặc trưng cho khu vực Hải Hậu có dạng hàm logarit:

h(x) = D+ 1/F.ln(x/G+1). Từ các chuỗi số liệu thực đo diễn biến mặt cắt bãi từ năm

1985 đến nay ta có thể xây dựng được các phương trình ứng với những hệ số đại

91

diện cho từng khu vực dọc ven biển Hải Hậu. Đây là những tham số thống kê, đặc

trưng cho tính địa phương tại khu vực này. Bên cạnh đó, với các chuỗi số liệu đo

đạc ở từng thời kỳ và từng mùa khác nhau ta cũng xây dựng được dạng phương

trình mặt cắt đặc trưng theo thời kỳ, theo mùa.

- Kết quả tính toán khi áp dụng lý thuyết mặt cắt cân bằng của Dean (1977),

kết hợp với số liệu thực đo diễn biến bãi và phân tích chế độ động lực vùng ven bờ

cho chúng ta đánh giá được xu thế biến động của mặt cắt theo từng vị trí, khu vực

đối với mặt cắt ngang bãi biển tại Hải Hậu. Kết quả cũng minh chứng thêm cho việc

nhận định ở khu vực Hải Hậu dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ có tính quyết định

đến quá trình xói lở, diễn biến bờ, bãi.

Ngoài ra, qua phân tích số liệu đo đạc đã thu thập, tác giả chỉ ra được các

nguyên nhân dẫn đến sự mất ổn định đối với khu vực bờ, bãi biển Hải Hậu là do:

thiếu hụt nguồn bùn cát bổ sung; Vào mùa đông, khi biển động, nước dâng sóng kết

hợp với triều cường giúp sóng tấn công trực tiếp vào thân đê, gây xói lở bãi và ảnh

hưởng tới sự ổn định của đê (phá hoại mái và xó i chân đê) và càng nghiêm trọng

hơn khi có bão; Vận tốc dòng ven dọc bờ do sóng tại Hải Hậu tương đối lớn trong

gió mùa Đông Bắc, nhất là thời kỳ tháng 10 ÷ 12 hàng năm (mùa nước rươi). Vì vậy

dòng chảy ven bờ do sóng có ảnh hưởng quyết định đến sự xói lở vùng bãi, đê kè tại

vùng biển nghiên cứu. Một nguyên nhân nữa dẫn đến quá trình mất ổn định bờ biển

Hải Hậu đó là sự ảnh hưởng bởi biến động hình thái cửa Ba Lạt, bởi từ thời kỳ “Ba

Lạt phá hội” khu vực ven biển Hải Hậu chuyển sang chế độ bồi tụ - xói lở mới với

tác động của sóng là chủ yếu. Sau lũ 1971, sông Sò bị đắp lại bằng cống Ngô Đồng

làm mất nguồn bùn cát từ sông Hồng cung cấp trực tiếp cho bờ biển Hải Hậu gây

trầm trọng thêm sự mất cân bằng bùn cát. Như vậy, trong số ba nguyên nhân (nội

sinh, ngoại sinh và nhân sinh) gây mất ổn định vùng bờ biển Hải Hậu thì nguyên

nhân ngoại sinh đóng vai trò chủ yếu.

Căn cứ vào một số quy luật diễn biến, các nguyên nhân gây mất ổn định vùng

bờ biển Hải Hậu và hình dạng mặt cắt bãi đặc trưng để có cơ sở đề xuất các phương

án công trình hợp lý nhằm ổn định cho từng khu vực dọc ven bờ Hải Hậu. Các

nghiên cứu, tính toán về phương án công trình được thể hiện trong chương 4.

92

CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ MÔ

PHỎNG SỐ TRỊ VỀ CÁC THAM SỐ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH ĐÊ NGẦM

BẢO VỆ BỜ VÀ DIỄN BIẾN HÌNH THÁI KHU VỰC HẢI HẬU

4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ

Luận án tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý để nhằm tìm ra hệ số suy

giảm độ cao sóng (Kt) qua đê ngầm khi thay đổi các tham số như: cao trình đỉnh đê

(∆), bề rộng đỉnh (B) và hệ số mái dốc (m). Các thông số của đê ngầm được mô tả

như trong hình 4.1 và hệ số Kt được tính toán theo công thức (4.1) dưới đây.

Hình 4.1. Mô tả các thông sốquá trình lan truyền sóng qua đê ngầm

si

stt H

HK

(4.1)

Với Hsi- Độ cao sóng ở trước đê ngầm;

Hst- Độ cao sóng ở sau đê ngầm;

h- Độ sâu tổng cộng tại vị trí đặt đê ngầm;

d- Độ sâu tương đối tính từ đỉnh đến chân đê ngầm;

B- Bề rộng đỉnh đê ngầm;

∆- Cao trình đỉnh đê ngầm;

m1, m2- hệ số mái dốc của đê ngầm;

Rc- Khoảng lưu không (Rc = d - h).

B

H H

h

d

d

-R

R

50

c

c

si st

m1

m2

93

Các giá trị Kt này, ngoài việc nhằm đánh giá hiệu quả của đê ngầm, chúng còn

được lựa chọn để đưa vào phục vụ quá trình tính toán trong mô hình toán.

Việc phân tích các kết quả thí nghiệm mô hình vật lý dựa trên độ dày các seri

thí nghiệm (số liệu đã thí nghiệm), kết hợp với tham khảo kết quả của các công

trình tương tự trên thế giới và kế thừa những kết quả nghiên cứu của các đề tài trước

đây đã nghiên cứu tại khu vực Hải Hậu. Luận án không đi sâu vào việc khảo sát các

hàm tương quan, tìm ra giới hạn và điều kiện của các công thức, vì thực tế vấn đề

này đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành. Các kết quả thí nghiệm ở đây

có thể cho thấy được quy luật chung nhất, sẽ đúng nhất với từng tổ hợp thí nghiệm

đã chọn, còn những tổ hợp trung gian sẽ được nội suy dựa vào các hàm tương quan

được xác lập. Để có được hệ số tương quan tốt nhất nếu như chuỗi số liệu thí

nghiệm thưa có thể sử dụng dạng hàm tuyến tính. Tuy nhiên, căn cứ vào chuỗi số

liệu đã thí nghiệm trong luận án, nhằm phản ánh tính sát thực và đúng với quy luật,

tác giả đã lựa chọn dạng hàm tương quan là các hàm bậc 2.

4.1.1. Thí nghiệm lựa chọn cao trình đỉnh đê ngầm

Tiến hành thí nghiệm với đê ngầm có bề rộng đỉnh đê cố định B = 5,0m (trên

mô hình, BMH =25cm), mái dốc m = 1:2 (cho cả hai phía), có thể thay đổi độ cao

khác nhau. Các tổ hợp về cấp mực nước (5 cấp mực nước, bảng 4.1) và cấp sóng để

đưa vào thí nghiệm như đã lựa chọn với tham số đầu vào (bảng 2.2 và 2.3, chương

2). Kết quả thí nghiệm với tổng cộng 39 kịch bản được thể hiện trong bảng 4.1.

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm quá trình suy giảm độ cao sóng qua đê ngầm với các cao trình đỉnh khác nhau

STT MN(m) B(m) h(m) d(m) d/h Hsi (m) Ts (s) Ls (m) Kt 1 4,00 5,0 4,85 2,91 0,60 1,91 7,63 34,02 0,698 2 4,00 5,0 4,85 2,91 0,60 1,35 6,48 31,54 0,720 3 4,00 5,0 4,85 2,91 0,60 1,18 6,36 31,37 0,760 4 4,00 5,0 4,85 3,40 0,70 1,86 7,32 32,40 0,652 5 4,00 5,0 4,85 3,40 0,70 1,02 5,89 30,67 0,670 6 4,00 5,0 4,85 3,40 0,70 0,98 6,00 30,84 0,700 7 4,00 5,0 4,85 3,88 0,80 1,83 7,12 31,33 0,598 8 4,00 5,0 4,85 3,88 0,80 0,85 5,53 30,07 0,620 9 4,00 5,0 4,85 3,88 0,80 0,72 5,43 29,90 0,610 10 3,67 5,0 4,52 2,65 0,60 1,81 7,12 31,01 0,662 11 3,67 5,0 4,52 2,65 0,60 1,41 6,55 27,55 0,719 12 3,67 5,0 4,52 3,09 0,70 1,34 6,66 27,66 0,550

94

STT MN(m) B(m) h(m) d(m) d/h Hsi (m) Ts (s) Ls (m) Kt 13 3,67 5,0 4,52 3,54 0,80 1,32 6,39 27,39 0,500 14 3,67 5,0 4,52 3,98 0,90 1,83 7,41 32,52 0,320 15 3,67 5,0 4,52 3,98 0,90 1,05 6,17 27,16 0,350 16 3,67 5,0 4,52 2,65 0,60 0,89 5,59 26,47 0,620 17 3,67 5,0 4,52 3,09 0,70 0,74 5,51 26,36 0,560 18 3,67 5,0 4,52 3,54 0,80 0,72 5,19 25,92 0,470 19 3,67 5,0 4,52 3,98 0,90 0,68 5,37 26,18 0,310 20 3,50 5,0 4,35 2,56 0,60 1,43 6,55 26,88 0,606 21 3,50 5,0 4,35 2,56 0,60 1,31 6,64 26,96 0,707 22 3,50 5,0 4,35 2,98 0,70 1,30 6,34 26,68 0,604 23 3,50 5,0 4,35 2,98 0,70 1,25 6,54 26,87 0,523 24 3,50 5,0 4,35 3,46 0,80 0,92 5,64 25,92 0,462 25 3,50 5,0 4,35 3,46 0,80 0,74 5,51 25,76 0,424 26 3,00 5,0 3,85 2,31 0,60 1,42 6,55 22,04 0,606 27 3,00 5,0 3,85 2,31 0,60 1,32 6,64 22,09 0,627 28 3,00 5,0 3,85 2,70 0,70 1,28 6,33 21,93 0,524 29 3,00 5,0 3,85 2,70 0,70 1,13 6,30 21,91 0,545 30 3,00 5,0 3,85 3,08 0,80 0,91 5,65 21,49 0,451 31 3,00 5,0 3,85 3,08 0,80 0,71 5,40 21,29 0,398 32 2,62 5,0 3,47 2,08 0,60 1,45 6,63 18,38 0,596 33 2,62 5,0 3,47 2,43 0,70 1,31 6,59 18,37 0,480 34 2,62 5,0 3,47 2,78 0,80 1,28 6,36 18,31 0,450 35 2,62 5,0 3,47 3,12 0,90 1,25 6,48 18,35 0,290 36 2,62 5,0 3,47 2,08 0,60 0,93 5,72 18,09 0,580 37 2,62 5,0 3,47 2,43 0,70 0,84 5,69 18,08 0,450 38 2,62 5,0 3,47 2,78 0,80 0,72 5,25 17,87 0,390 39 2,62 5,0 3,47 3,12 0,90 0,71 5,37 17,93 0,210

Ghi chú: MN: Mực nước thí nghiệm; Ts: Chu kỳ sóng tới; Ls : Độ dài sóng tới.

Từ các kết quả thí nghiệm trên bảng 4.1 ta có thể đưa ra được đồ thị về quan

hệ giữa hệ số suy giảm (Kt) và độ cao tương đối của đê ngầm (d/h) ứng với từng cấp

mực nước khác nhau (hình 4.2).

Ký hiệu X là khoảng cách tương đối từ đê ngầm đến đường mép nước, L0 là

độ dài sóng tại vùng nước sâu. Từ các công thức lý thuyết và kết quả thí nghiệm có

thể rút ra được một số kết luận sau:

- Sóng càng dốc, tác dụng giảm sóng của đê ngầm càng giảm tức là Hsi/L0

càng lớn thì Hst/Hsi càng lớn.

95

- Độ cao tương đối của đê ngầm càng tăng thì tác dụng giảm sóng của đê

ngầm càng tăng tức là (d/h) tăng thì Hst/Hsi giảm.

- Độ sâu mực nước tương đối càng giảm thì tác dụng giảm sóng của đê ngầm

càng tăng tức d/L0 giảm thì Hst/Hsi giảm.

- Tác dụng giảm sóng của đê ngầm thay đổi ít khi khoảng cách X từ đê tới

đường mép nước thay đổi từ L0 2L0.

Như vậy, đê ngầm càng cao thì càng có khả năng giảm sóng. Từ đường quan

hệ có thể rút ra kết luận: Muốn đê ngầm phát huy tác dụng thì trong thực tế người ta

thường phải lấy: 5,0h

d vì hệ số Kt mới đạt giá trị trung bình khoảng Kt = 0,7 ÷ 0,8,

tức là độ cao sóng giảm được tối thiểu từ 20% đến 30%.

Hình 4.2. Quan hệ giữa Kt và d/h tại các mực nước thí nghiệm

Cũng từ kết quả trên, thấy rằng nếu chọn X thích hợp thì đê ngầm sẽ phát huy

tác dụng tốt nhất. Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của nhiều nước, có thể lấy

X = L0. Hoặc theo B.A.Pưskin thì nên đặt đê ngầm ở vị trí có mực nước h = 1,6Hsi

(Chiều cao sóng tới).

Nếu đê ngầm có d << h thì phần năng lượng sóng sau khi vượt qua đê ngầm đã

hình thành sóng mới. Để giảm năng lượng sóng nhiều mà không cần phải làm đê

ngầm quá cao. Thông thường người ta xây dựng nhiều đê ngầm dịch dần từ ngoài

biển vào bờ. Các đê ngầm này thường cách nhau một khoảng từ L0 đến 3L0.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

Hệ

sốgi

ảm

són

g (K

t)

Tỷ số d/h

MN = 4,00m

MN = 3,67m

MN = 3,50m

MN = 3,00m

MN = 2,62m

96

Theo Quyết định số 58/QĐ-TTg ký ngày 14/3/2006 của Thủ tướng Chính phủ

về việc “Phê duyệt Chương trình đầu tư củng cố, bảo vệ và nâng cấp đê biển hiện có

tại các tỉnh có đê từ Quảng Ninh đến Quảng Nam” có chỉ đạo: Tiêu chuẩn thiết kế

trước mắt đến năm 2010 đảm bảo hệ thống đê biển có thể chống được bão cấp 9 tổ

hợp với triều cường tần suất 5%. Đối với các tuyến đê bảo vệ trực tiếp các khu vực

dân cư tập trung phải được thiết kế bảo đảm an toàn chống gió bão cấp 12 với mực

nước triều trung bình tần suất 5%.

Căn cứ vào Quyết định số 58/QĐ-TTg của Chính phủ, dựa vào những kết quả

thí nghiệm với các cao trình đê thay đổi nhằm lựa chọn được cao trình đỉnh đê phù

hợp đối với ven biển Hải Hậu. Luận án đề xuất cao trình đỉnh đê ngầm ứng với mực

nước thiết kế tần suất P = 5% (MN = 2,2m), cộng với nước dâng 0,8m là:

Đê ngầm đặt tại vị trí có cao trình đáy trung bình khoảng -1,0m, ta có h = 2,2

+ 0,8 + 1,0 = 4,0m. Đề xuất chọn d/h = 0,6 (hoặc có thể lớn hơn, tùy vào mục đích

và khả năng đầu tư), khi đó Kt ≈ 0,55 ÷ 0,75, tức là độ cao sóng giảm được tối thiểu

từ 25%÷45% (ứng với mực nước cao hay thấp khác nhau). Tức là d = 4,0 x 0,6 =

2,40m. Vậy, nếu ký hiệu ∆ là cao trình đỉnh của đê ngầm thì ∆ = 2,40-1,0 = +1,40m.

4.1.2. Lựa chọn tham số bề rộng đỉnh đê ngầm

Cố định với đê ngầm có cao trình đỉnh đê đề xuất là ∆ = +1,40m, hai mái đê

m1 = 1:2, m2 = 1:2, đê được đặt tại vị trí bãi có cao trình đáy là -1,0m. Thay đổi bề

rộng đê ngầm lần lượt từ B = 3,0 ÷ 15,0m, thí nghiệm với các tổ hợp cấp sóng và

mực nước (2 cấp mực nước, bảng 4.2) khác nhau như đã lựa chọn, tổng cộng 48

kịch bản. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong bảng 4.2 dưới đây.

Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm quá trình truyền sóng qua đê ngầm với bề rộng đỉnh đê thay đổi khác nhau

TT B(m) MN(m) h(m) d(m) Hsi(m) Ts(s) Ls(m) Kt 1 3 +1,86 2,86 2,40 1,08 6,23 23,85 0,44 2 3 +1,86 2,86 2,40 1,43 6,68 24,17 0,52 3 3 +1,86 2,86 2,40 1,09 6,26 23,88 0,45 4 3 +1,86 2,86 2,40 1,36 6,63 24,14 0,49 5 5 +1,86 2,86 2,40 1,39 6,55 24,08 0,33 6 5 +1,86 2,86 2,40 1,47 7,06 24,39 0,38 7 5 +1,86 2,86 2,40 1,46 7,02 24,37 0,35 8 5 +1,86 2,86 2,40 1,49 6,65 24,15 0,42

97

TT B(m) MN(m) h(m) d(m) Hsi(m) Ts(s) Ls(m) Kt 9 8 +1,86 2,86 2,40 1,46 6,43 24,00 0,38

10 8 +1,86 2,86 2,40 1,38 6,12 23,77 0,35 11 8 +1,86 2,86 2,40 1,44 6,55 24,08 0,37 12 8 +1,86 2,86 2,40 1,37 6,37 23,96 0,34 13 10 +1,86 2,86 2,40 1,48 6,69 24,17 0,33 14 10 +1,86 2,86 2,40 1,47 6,41 23,99 0,33 15 10 +1,86 2,86 2,40 1,46 6,57 24,10 0,34 16 10 +1,86 2,86 2,40 1,49 6,59 24,11 0,36 17 12 +1,86 2,86 2,40 1,46 6,51 24,05 0,33 18 12 +1,86 2,86 2,40 1,38 6,49 24,04 0,30 19 12 +1,86 2,86 2,40 1,44 6,77 24,22 0,32 20 12 +1,86 2,86 2,40 1,37 6,55 24,08 0,29 21 15 +1,86 2,86 2,40 1,08 6,14 23,78 0,27 22 15 +1,86 2,86 2,40 1,43 6,64 24,14 0,29 23 15 +1,86 2,86 2,40 1,09 6,08 23,74 0,25 24 15 +1,86 2,86 2,40 1,36 6,64 24,14 0,27 25 3 +2,62 3,62 2,40 1,37 6,51 31,30 0,53 26 3 +2,62 3,62 2,40 1,49 6,86 31,74 0,61 27 3 +2,62 3,62 2,40 1,35 6,64 31,47 0,57 28 3 +2,62 3,62 2,40 1,46 6,73 31,58 0,60 29 5 +2,62 3,62 2,40 1,64 7,13 32,06 0,51 30 5 +2,62 3,62 2,40 1,60 7,13 32,06 0,47 31 5 +2,62 3,62 2,40 1,73 7,40 32,36 0,55 32 5 +2,62 3,62 2,40 1,63 7,36 32,32 0,49 33 8 +2,62 3,62 2,40 1,74 7,59 32,56 0,52 34 8 +2,62 3,62 2,40 1,43 6,86 31,74 0,46 35 8 +2,62 3,62 2,40 1,77 7,48 32,45 0,54 36 8 +2,62 3,62 2,40 1,43 6,72 31,57 0,48 37 10 +2,62 3,62 2,40 1,82 7,69 32,67 0,54 38 10 +2,62 3,62 2,40 1,52 6,85 31,73 0,40 39 10 +2,62 3,62 2,40 1,76 7,37 32,33 0,48 40 10 +2,62 3,62 2,40 1,62 7,16 32,10 0,43 41 12 +2,62 3,62 2,40 1,73 7,86 32,83 0,49 42 12 +2,62 3,62 2,40 1,49 6,48 31,26 0,42 43 12 +2,62 3,62 2,40 1,68 7,27 32,22 0,46 44 12 +2,62 3,62 2,40 1,48 6,69 31,53 0,40 45 15 +2,62 3,62 2,40 1,33 6,39 31,13 0,37 46 15 +2,62 3,62 2,40 1,50 7,13 32,06 0,42 47 15 +2,62 3,62 2,40 1,36 6,32 31,04 0,38 48 15 +2,62 3,62 2,40 1,40 6,53 31,32 0,40

Ghi chú: MN: Mực nước thí nghiệm; Ts: Chu kỳ sóng tới; Ls : Độ dài sóng tới.

Kết quả thí nghiệm cho thấy rõ quy luật khi bề rộng (B) tăng thì hệ số (Kt)

giảm, nghĩa là khả năng giảm sóng của đê ngầm tăng lên. Vậy, giá trị của Kt và B tỉ

98

lệ nghịch với nhau. Quy luật chung nhất là hệ số Kt có xu hướng giảm khi các giá trị

Rc/Hsi và B/L0 tăng.

Hình 4.3. Mối quan hệ thực nghiệm giữa bề rộng đê ngầm và hệ số giảm sóng.

Quy luật này cũng đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu và cũng

đã đưa ra được mối tương quan giữa hệ số (Kt) với bề rộng đỉnh đê (B). Điển hình ở

đây là các nghiên cứu của Delft (2002) và Seabrook (1997), xem các hình 4.4 và

hình 4.5 dưới đây.

Hình 4.4. Kết quả nghiên cứu do viện thủy lực

Delft năm 2002

Hình 4.5. Kết quả nghiên cứu

của Seabrook (1997)

Với kết quả đã thí nghiệm thực tế tại Hải Hậu cho thấy, khi bề rộng đê là B =

5,0m thì hệ số giảm sóng trung bình trong các trường hợp khoảng Kt ≈ 0,38 ÷ 0,48,

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Hệ

số s

uy

giả

m s

ón

g (

Kt)

Bề rộng đỉnh đê (B)

MN = 1,86m

MN = 2,62m

99

tùy vào mực nước cao hay thấp. Khi B tăng thì khả năng giảm sóng của đê ngầm

cũng tăng lên nhưng không quá nhiều. Các nghiên cứu tương tự cũng đã được thực

hiện bởi nhóm tác giả Nguyễn Viết Tiến, Thiều Quang Tuấn và Lê Kim Truyền

(Trường Đại học Thủy lợi, 6/2013), các tác giả cũng nhận xét: Trong cùng một điều

kiện ngập nước, bề rộng tương đối B/Lp của đê càng lớn thì hiệu quả giảm sóng của

đê càng lớn. Tuy nhiên khi bề rộng đê tương đối tiếp tục tăng đến B/Lp ≈ 0,50 thì

hiệu quả giảm sóng của đê sẽ đạt giá trị cực đại và không tăng nữa, ứng với một

mức độ ngập nước và tham số sóng đã cho.

Từ các kết quả thí nghiệm, kết hợp với điều kiện và khả năng đáp ứng của

Việt Nam, đề xuất chọn bề rộng đỉnh đê ngầm B = 3,0 ÷ 5,0m để có khối lượng thấp

nhất và đáp ứng được các yêu cầu về ổn định và thi công.

4.1.3. Lựa chọn hệ số mái dốc cho đê ngầm

Tương tự như trên, cố định cao trình đỉnh đê ∆ = +1,40m, bề rộng đỉnh đê có

B = 5,0m, đê được đặt tại vị trí bãi có cao trình đáy là -1,0m. Th í nghiệm với

phương án mái dốc của hai phía đê ngầm thay đổi khác nhau m = 1,5 ÷ 4,0. Các

kịch bản thí nghiệm với tổ hợp cấp mực nước (2 cấp mực nước) và cấp sóng đã lựa

chọn, tổng cộng 48 kịch bản được thể hiện trong bảng 4.3.

Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm quá trình truyền sóng qua đê ngầm với các phương án thay đổi mái dốc (m) của đê ngầm khác nhau

TT m MN(m) h(m) d(m) Hsi(m) Ts(s) Ls(m) Kt 1 1,50 +1,86 2,86 2,40 1,04 6,11 25,92 0,44 2 1,50 +1,86 2,86 2,40 1,40 6,56 26,33 0,45 3 1,50 +1,86 2,86 2,40 1,08 6,14 25,94 0,43 4 1,50 +1,86 2,86 2,40 1,35 6,51 26,30 0,46 5 2,00 +1,86 2,86 2,40 1,36 6,43 26,36 0,37 6 2,00 +1,86 2,86 2,40 1,41 6,94 26,30 0,38 7 2,00 +1,86 2,86 2,40 1,41 6,90 26,33 0,39 8 2,00 +1,86 2,86 2,40 1,45 6,53 26,34 0,40 9 2,50 +1,86 2,86 2,40 1,43 6,31 26,29 0,40

10 2,50 +1,86 2,86 2,40 1,35 6,00 26,35 0,38 11 2,50 +1,86 2,86 2,40 1,40 6,43 26,31 0,40 12 2,50 +1,86 2,86 2,40 1,32 6,24 26,36 0,40 13 3,00 +1,86 2,86 2,40 1,42 6,57 26,28 0,38 14 3,00 +1,86 2,86 2,40 1,42 6,29 26,37 0,38 15 3,00 +1,86 2,86 2,40 1,44 6,45 26,32 0,38 16 3,00 +1,86 2,86 2,40 1,48 6,47 26,34 0,39

100

TT m MN(m) h(m) d(m) Hsi(m) Ts(s) Ls(m) Kt 17 3,50 +1,86 2,86 2,40 1,43 6,39 26,31 0,36 18 3,50 +1,86 2,86 2,40 1,32 6,37 26,32 0,34 19 3,50 +1,86 2,86 2,40 1,37 6,65 26,35 0,35 20 3,50 +1,86 2,86 2,40 1,33 6,43 26,31 0,34 21 4,00 +1,86 2,86 2,40 1,07 6,02 25,92 0,35 22 4,00 +1,86 2,86 2,40 1,40 6,52 26,32 0,34 23 4,00 +1,86 2,86 2,40 1,05 5,96 25,92 0,32 24 4,00 +1,86 2,86 2,40 1,30 6,52 26,32 0,33 25 1,50 +2,62 3,62 2,40 1,29 6,39 31,36 0,52 26 1,50 +2,62 3,62 2,40 1,43 6,73 31,53 0,61 27 1,50 +2,62 3,62 2,40 1,31 6,52 31,15 0,49 28 1,50 +2,62 3,62 2,40 1,43 6,61 31,43 0,57 29 2,00 +2,62 3,62 2,40 1,58 7,01 31,80 0,51 30 2,00 +2,62 3,62 2,40 1,52 7,00 31,36 0,49 31 2,00 +2,62 3,62 2,40 1,65 7,28 31,78 0,55 32 2,00 +2,62 3,62 2,40 1,59 7,24 31,42 0,53 33 2,50 +2,62 3,62 2,40 1,71 7,47 31,92 0,54 34 2,50 +2,62 3,62 2,40 1,40 6,74 31,45 0,48 35 2,50 +2,62 3,62 2,40 1,72 7,36 32,00 0,53 36 2,50 +2,62 3,62 2,40 1,37 6,60 31,50 0,46 37 3,00 +2,62 3,62 2,40 1,74 7,57 32,01 0,51 38 3,00 +2,62 3,62 2,40 1,46 6,73 31,46 0,43 39 3,00 +2,62 3,62 2,40 1,71 7,25 31,93 0,49 40 3,00 +2,62 3,62 2,40 1,59 7,04 31,41 0,45 41 3,50 +2,62 3,62 2,40 1,69 7,74 31,82 0,44 42 3,50 +2,62 3,62 2,40 1,42 6,36 31,37 0,41 43 3,50 +2,62 3,62 2,40 1,60 7,15 31,79 0,43 44 3,50 +2,62 3,62 2,40 1,44 6,57 31,48 0,42 45 4,00 +2,62 3,62 2,40 1,32 6,26 31,20 0,40 46 4,00 +2,62 3,62 2,40 1,49 7,01 31,55 0,44 47 4,00 +2,62 3,62 2,40 1,33 6,19 31,30 0,42 48 4,00 +2,62 3,62 2,40 1,35 6,41 31,53 0,43

Ghi chú: MN: Mực nước thí nghiệm; Ts: Chu kỳ sóng tới; Ls : Độ dài sóng tới.

Từ kết quả thí nghiệm trong bảng 4.3 cho thấy khi mái dốc (m) càng tăng thì

hệ số suy giảm sóng Kt càng giảm, tuy nhiên mức độ suy giảm của Kt khi m thay

đổi là không nhiều (cả với các cấp mực nước khác nhau). Do vậy, việc lựa chọn mái

dốc (m) cho hợp lý, không cần phải thay đổi quá lớn, tránh lãng phí không cần thiết

(mái càng lớn sẽ kéo theo khối lượng tăng lên) khi thiết kế đê ngầm phá sóng.

101

Hình 4.6. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng (Kt)và sự thay đổi mái dốc (m) khác nhau

Dựa vào kết quả thí nghiệm trong các bảng từ 4.1 đến 4.3 và kế thừa những số

liệu, kết quả đã nghiên cứu trước đây về đê ngầm giảm sóng trên mô hình vật lý đối

với khu vực Hải Hậu [44], [47]. Tiến hành thống kê, phân tích để đưa ra được mối

quan hệ giữa các cấp mực nước đã thí nghiệm và hệ số suy giảm độ cao sóng (Kt)

ứng với vị trí đặt và các thông số kỹ thuật của đê ngầm đã lựa chọn (xem hình 4.7),

gồm: cao trình đỉnh đê ∆ = +1,40m, bề rộng đỉnh đê B = 5,0m, mái dốc cả hai phía

m1 = m2 = 1:2. Đê đặt tại cao trình đáy khác nhau (tùy vào khoảng cách từ bờ tới đê

ngầm), khi đó sẽ có các giá trị d/h tương ứng (xem bảng 4.4).

Hình 4.7. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng (Kt) và mực nước (m)

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Hệ

số s

uy

giả

m s

ón

g (

Kt)

Hệ số mái dốc đê (m)

MN = 1,86m

MN = 2,62m

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.66

1.86

2.06

2.26

2.46

2.66

2.86

3.06

3.26

3.46

3.66

3.86

4.06

4.26

4.46

Hệ

số

Kt

Các cấp mực nước (m)

d/h = 0,6

d/h = 0,7

d/h = 0,8

d/h = 0,9

102

Từ đường quan hệ này có thể giúp cho việc tra cứu giá trị các hệ số Kt tương

ứng với từng mực nước, điều này sẽ có ích cho việc lựa chọn hệ số Kt để đưa vào

mô hình GENESIS kh i tính với bãi có công trình đê ngầm giảm sóng.

Dựa vào hình 4.7 và điều kiện đầu vào phục vụ tính toán thực tế của mô hình

GENESIS mà trong luận án đã đưa ra, tiến hành trích xuất các giá trị tương ứng

được thể hiện trong bảng 4.4 dưới đây.

Bảng 4.4. Giá trị Kt trích xuất tương ứng với mực nước tính toán

TT Giá trị Kt Mực nước tương ứng (m) Vị trí đặt đê ngầm

1 0,366 1,86 (d/h = 0,81) Cách bờ 50m, cao trình đáy -0,60m

2 0,343 1,86 (d/h = 0,82) Cách bờ 80m, cao trình đáy -0,75m

3 0,321 1,86 (d/h = 0,83) Cách bờ 100m, cao trình đáy -0,85m

4 0,298 1,86 (d/h = 0,84) Cách bờ 150m, cao trình đáy -1,00m

5 0,275 1,86 (d/h = 0,85) Cách bờ 200m, cao trình đáy -1,20m

Các giá trị trong bảng 4.4 chính là điều kiện đầu vào để phục vụ tính toán mô

hình diễn biến đường bờ GENESIS với các kịch bản bãi có công trình đê ngầm

giảm sóng.

4.1.4. Nhận xét chung:

- Với hệ thống đê ngầm phá sóng đạt tiêu chuẩn: 5,0h

d thì hệ số giảm sóng

Kt trung bình đạt giá trị từ khoảng 0,7 ÷ 0,8 trở lên, tức là độ cao sóng đã suy giảm

được tối thiểu từ 20% đến 30% trở lên.

- Kết quả thí nghiệm về thay đổi bề rộng đỉnh đê cho thấy rõ quy luật khi bề

rộng (B) tăng thì hệ số (Kt) giảm, nghĩa là khả năng giảm sóng của đê ngầm tăng

lên, giá trị của Kt và B tỉ lệ nghịch với nhau, tuy nhiên mức độ thay đổi không quá

lớn.

- Tương tự như vậy, khi m càng lớn thì Kt càng giảm, tuy nhiên mức độ suy

giảm giữa Kt và m thay đổi là không nhiều (cả với các cấp mực nước khác nhau).

Căn cứ vào điều kiện địa hình, chế độ thủy thạch động lực và tính khả thi đối

với vùng nghiên cứu, luận án đã lựa chọn, đề xuất được cao trình đỉnh đê phù hợp

(∆ = +1,4m, có thể lớn hơn nữa tùy vào mục đích và khả năng đầu tư), chiều rộng

103

đỉnh đê ngầm (B = 3,0 ÷ 5,0m), mái đê (m = 1:2) cho cả hai phía đối với khu vực

Hải Hậu.

Dựa vào đường quan hệ giữa các cấp mực nước thí nghiệm và hệ số suy giảm

sóng Kt tương ứng, có thể tiến hành trích xuất các giá trị Kt làm điều kiện đầu vào

để phục vụ tính toán mô hình diễn biến đường bờ GENESIS với các kịch bản bãi có

công trình đê ngầm giảm sóng.

4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TRÊN MÔ HÌNH TOÁN

4.2.2. Tác động của công trình giảm sóng đến diễn biến hình thái đường bờ

Các tham số đầu vào: mực nước cố định +1,86m, d50 = 0,14mm, sóng được

dẫn từ trạm Bạch Long Vĩ và trạm Cồn Cỏ bằng mô hình Mike 21 và được trích tại

biên O(2)(XO(2), YO(2)) của lưới tính Genesis miền nhỏ đã thiết lập.

Các thông số cài đặt và các hệ số đã được hiệu chỉnh và kiểm định một cách

kỹ lưỡng. Riêng với hệ số suy giảm sóng (hệ số truyền sóng) khi có công trình được

lựa chọn từ các thông số thí nghiệm giảm sóng (Kt) trên mô hình vật lý như trong

bảng 4.4 ở trên.

Các kết quả tính toán xem xét quá trình diễn biến trường sóng ven bờ tương

ứng với kích thước (L), vị trí (X), độ rộng (G) thay đổi khác nhau được tính bằng

mô hình STWAVE và được thể hiện trong phụ lục 2. Ngoài ra, mô hình STWAVE

cũng tính toán và so sánh kết quả của mô hình với số liệu thí nghiệm sóng trên bãi

tự nhiên tại Hải Hậu theo một vài tổ hợp của các cấp sóng và mực nước khác nhau

(xem Phụ lục 2).

4.2.2.1. Ảnh hưởng của chiều dài đê ngầm tới diễn biến hình thái:

Để đánh giá được sự tác động của chiều dài đê ngầm tới d iễn biến hình thái

đường bờ, luận án đã tính toán với các kịch bản chiều dài đê ngầm L thay đổi lần

lượt là L = 50m; L = 100m và L = 200m. Đê có cao trình đỉnh ∆ = +1,40m, bề rộng

đỉnh B = 5,0m, đặt tại vị trí đáy có cao trình là -1,0m, cách bờ một khoảng X =

150m. Thời gian tính toán 5 năm từ 1/1/2012 đến 31/12/2017, số liệu đường bờ

được trích và so sánh vào ngày 31/2/2017. Kết quả tính toán được thể hiện trong

hình 4.8.

104

Hình 4.8. Diễn biến hình thái đường bờ với 3 trường hợp đê ngầm thay đổi chiều dài khác nhau (L=50, 100, 200m)

Tính toán diện tích vùng bồi, xói so với đường bờ ban đầu bằng phương pháp

xấp xỉ, chia vùng bồi (xói) thành nhiều hình chữ nhật có một cạnh bằng bước lưới

(5m), một cạnh là khoảng cách so với đường bờ ban đầu.

Kết quả tính toán cho thấy, khi tăng chiều dài đê, đường bờ có xu hướng biến

động ổn định hơn. Ví dụ trong trường hợp đê ngầm dài 200m thì diện tích bồi là

626,65m2, diện tích xói là 617,16m2 cả diện tích bồi và diện tích xói đều nhỏ nhất

so với trường hợp đê dài 100m và 50m. Trường hợp đê dài 50m diện tích bồi là

680m2, diện tích xói 677m2 lớn nhất trong ba trường hợp.

250260270

280290300310

320330340350

0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

520

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g

bas

elin

e (m

)

Baseline

Đường bờ ban đầu L = 50m

250260270280290300310320330340350

0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

520

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g

bas

elin

e (m

)

Baseline

Đường bờ ban đầu L = 100m

250

270

290

310

330

350

0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

520

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g

bas

elin

e (m

)

Baseline

Đường bờ ban đầu L = 200m

105

Hình 4.9. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi L (chiều dài đê)

Trong cả 3 trường hợp, kết quả tính toán cán cân bồi xói cho thấy giá trị

dương, điều này chứng tỏ khi đặt đê ngầm hiệu quả bảo vệ bờ chống xói được phát

huy. Khi tăng chiều dài đê ngầm xu hướng bồi tăng lên. Đê dài L = 200m giá trị của

cán cân bồi xói là 9,49m2.

4.2.2.2. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa đê và đường bờ ban đầu tới diễn biến

hình thái

Để đánh giá ảnh hưởng của tham số X (khoảng cách giữa đường bờ và đê

giảm sóng) đến diễn biến đường bờ, lựa chọn chiều dài đê cố định (L = 200m), cao

trình đỉnh và bề rộng đỉnh đê không đổi (∆ = +1,40m; B = 5,0m). Tiến hành tính

toán với các phương án X = 50m (đặt tại cao trình đáy -0,80m); X = 80m (đặt tại

cao trình đáy -0,85m); X = 100m (đặt tại cao trình đáy -0,90m); X = 150m (đặt tại

cao trình đáy -1,00m) và X = 200m (đặt tại cao trình đáy -1,20m). Thời gian tính

toán 5 năm từ 1/1/2012 đến 31/12/2017, kết quả tính toán như trong hình 4.10 dưới

đây.

L = 50m L = 100m L = 200m

Diện tích bồi 680.37 660.75 626.65

DIện tích xói -677.58 -657.37 -617.16

Cán cân bồi xói (+/ -) 2.79 3.39 9.49

0

5

10

15

20

25

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Diệ

n tí

ch

bổ

i (x

ói)

Diện tích bồi DIện tích xói

Cán cân bồi xói (+/-) Poly. (Cán cân bồi xói (+/-))

106

255

275

295

315

335

355

375

395

415

435

455

0

15

30

45

60

75

90

10

5

12

01

35

15

0

16

51

80

19

5

21

0

22

52

40

25

5

27

02

85

30

0

31

5

33

03

45

36

0

37

53

90

40

5

42

0

43

54

50

46

5

48

0

49

55

10

52

5

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g

bas

elin

e (m

)

BaseLine

Đường bờ ban đầu x = 50m

255

275

295

315

335

355

375

395

415

435

455

0

15

30

45

60

75

90

10

5

12

0

13

51

50

16

5

18

01

95

21

0

22

52

40

25

52

70

28

5

30

03

15

33

0

34

53

60

37

5

39

04

05

42

0

43

54

50

46

54

80

49

5

51

05

25

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g

bas

elin

e (m

)

BaseLine

Đường bờ ban đầu x = 80m

255

275

295

315

335

355

375

395

415

435

455

0

15

30

45

60

75

90

10

5

12

01

35

15

0

16

5

18

01

95

21

0

22

52

40

25

5

27

02

85

30

0

31

53

30

34

5

36

03

75

39

0

40

54

20

43

5

45

0

46

54

80

49

5

51

05

25

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g

bas

elin

e (m

)

BaseLine

Đường bờ ban đầu x = 100m

255

275

295

315

335

355

375

395

415

435

455

0

15

30

45

60

75

90

10

51

20

13

5

15

01

65

18

0

19

52

10

22

5

24

02

55

27

0

28

53

00

31

5

33

03

45

36

03

75

39

0

40

54

20

43

5

45

04

65

48

0

49

55

10

52

5

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g

bas

elin

e (m

)

BaseLine

Đường bờ ban đầu x = 150m

107

Hình 4.10. Biến động đường bờ với các khoảng cách tới bờ khác nhau của đê ngầm

Kết quả tính toán cho thấy, khi tăng giá trị X (tăng khoảng cách giữa đê ngầm

và đường bờ ban đầu) cả diện tích bồi và xói đều giảm. Điều này cho thấy, đê ngầm

đặt ở vị trí càng xa thì đường bờ càng ổn định, giảm hiện tượng bồi xói mạnh, cục bộ.

Hình 4.11. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi khoảng cách x giữa đê ngầm phá

sóng và đường bờ ban đầu

Điều này còn được thể hiện thông qua phân tích cán cân bồi xói (hình 4.11).

Trong tất cả các trường hợp, giá trị này đều dương, chứng tỏ xu thế bồi chung khi

có đê ngầm, khi khoảng cách tăng thì giá trị cán cân bồi xói tăng.

4.2.2.3. Ảnh hưởng độ rộng khe (G) giữa các đê ngầm tới diễn biến hình thái:

Lựa chọn hai đê ngầm có cùng: chiều dài (L = 200m), cao trình đỉnh (∆ =

+1,40m), bề rộng đỉnh (B = 5,0m), vị trí đặt tại cao trình đáy (-1,0m) và cách bờ (X

= 150m). Tiến hành tính toán với các kịch bản thay đổi khoảng cách khe hở giữa hai

255

275

295

315

335

355

375

395

415

435

455

0

15

30

45

60

75

90

10

51

20

13

5

15

01

65

18

01

95

21

0

22

52

40

25

52

70

28

5

30

03

15

33

0

34

53

60

37

53

90

40

5

42

04

35

45

04

65

48

0

49

55

10

52

5

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g

bas

elin

e (m

)

BaseLine

Đường bờ ban đầu

x = 200m

80

90

100

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

x = 50m x = 80m x = 100m x = 150m x = 200m

Cá

n c

ân

bồ

i xó

i

Diệ

n tí

ch

bồ

i x

ói

Khoảng cách giữa bờ và tường ngầm (x)

Diện tích bồi DIện tích xói

Cán cân bồi xói(+/-) Poly. (Cán cân bồi xói(+/-))

108

đê (G) lần lượt là: G = 25m, G = 50m, G = 80m và G = 150m. Thời gian tính toán 5

năm từ 1/1/2012 đến 31/12/2017, kết quả được thể hiện trong hình 4.12 dưới đây.

Hình 4.12. Diễn biến đường bờ sau 5 năm kh i thay đổi khe hở giữa hai đề ngầm

Kết quả tính toán cho thấy, khi tăng độ rộng khe giữa các đê ngầm diện tích

bồi không thay đổi nhiều nhưng diện tích xói thì tăng lên. Chính vì vậy giá trị của

cán cân bồi xói giảm khi độ rộng khe giữa các đê tăng (Hình 4.13).

Hình 4.13. Diễn biến bồi xói khi thay đổi độ rông khe giữa các đê ngầm

4.2.3. Lựa chọn các tham số công trình phù hợp dựa trên các kết quả đã nghiên

cứu tính toán

Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả đã tổng hợp các công thức thực

nghiệm của các tác giả trên thế giới. Dưới đây là các công thức được tổng hợp từ

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

0

25 50 75 100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

350

375

400

425

450

475

500

525

550

575

600

625

650

675

700

725

750

775

800

825

850

Kh

oản

g c

ách

tớ

i đư

ờn

g b

asel

ine

(m)

BaseLine

Đường bờ ban đầu

Rộng 25mRộng 50mRộng 80mRộng 150m

100

200

300

400

500

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Rộng 25m Rộng 50m Rộng 80m Rộng 150m

Cán

cân

bồ

i xó

i

Diệ

n t

ích

bồ

i xó

i

Khoảng cách giữa bờ và đê ngầm (x)

Diện tích bồi DIện tích xói

Cán cân bồi xói(+/-) Poly. (Cán cân bồi xói(+/-))

109

các kết quả nghiên cứu của KRYSTIAN W. PILARCZYK, Suh và Dalrymple

(1987), Armono and Hall,... Những tham số đê ngầm được xác định dựa trên công

thức thực nghiệm sẽ được so sánh với kết quả tính toán trên mô hình toán, cũng như

thí nghiệm trên mô hình vật lý đối với khu vực nghiên cứu để đảm bảo tính hợp lý

nhất cho phương án lựa chọn [61], [64], [65], [79], [80], (xem [83], [84], [85], [86]).

- Khoảng cách giữa đê ngầm và đường bờ (X):

Từ giá trị đo đạc thực tế cho thấy, chiều cao sóng bị vượt 1 lần trong 1 năm và

độ cao sóng trung bình theo trọng số tương ứng là 1,5 m và 0,7 m. Do vậy độ cao

sóng trung bình năm Hs được ước tính như sau:

Hs = (1,5 + 0,7)/2 = 1,1 m

Dựa vào “Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển, 2012” [5] thì với Hs = 1,1m tại

khu vực Hải Hậu sẽ có tương ứng Tp ≈ 10,7s. Áp dụng công thức quy đổi của

Krylov (1966): Tp =1,25×Ts Ts = 8,5s.

Độ dài sóng vùng nước sâu Ls liên quan đến Hs:

mTg

Ls 7,1125,856,12

22

5

Đê ngầm thường được đặt tại vị trí X = (1,0 ÷ 1,5)Ls do vậy ta đặt đê cách bờ

một đoạn X = 120m ÷ 170m

- Chiều dài đê ngầm (L): Chiều dài đê ngầm có thể được tính theo hai cách:

+ Chiều dài đê ngầm chắn sóng L được ước định theo tương quan với chiều

dài sóng ven bờ:

1,8Ls < L <3,0Ls ↔ 1,8 x 112,7 = 202,86 < L < 3,0 x 112,7 = 338m

+ Chiều dài đê ngầm chắn sóng L được ước định theo tương quan với khoảng

cách X tính từ đê được bảo vệ:

0,8X < L < 2,5X ↔ 0,8 x (120 ÷ 170) = (96 ÷ 136)m < L < 2,5 x (120 ÷ 170)

= (300 ÷ 425)m

Chọn chiều dài đê ngầm phá sóng L = 200m ÷ 300m đồng thời đáp ứng được

hai yêu cầu tương quan trên.

110

- Khoảng cách G giữa các đê ngầm: Tương tự như vậy, thì khoảng cách G

giữa các đê ngầm cũng được tính theo hai cách:

+ Khoảng cách G được ước định theo tương quan với khoảng cách X tính từ bờ:

0,7 X < G < 1,8 X ↔ 0,7 x (120 ÷ 170)m = (84 ÷ 119)m < G < 1,8 x (120 ÷

170)m = (216 ÷ 306)m.

+ Khoảng cách G được ước định theo tương quan với chiều dài sóng Ls:

0,5 Ls < G < 1,0 Ls ↔ 0,5 x 112,7 = 56,4m < G < 1,0 x 112,7m =112,7m

Do vậy G được chọn là G = (90÷110)m sẽ thỏa mãn được cả hai tiêu chí trên.

Đê ngầm đặt tại vị trí có cao trình đáy trung bình khoảng -1,0m, ta có h = 2,2

+ 0,8 + 1,0 = 4,0m. Đề xuất chọn d/h = 0,6 (hoặc có thể lớn hơn, tùy vào mục đích

và khả năng kinh tế), khi đó giá trị trung bình của Kt ≈ 0,55 ÷ 0,75, tức là chiều cao

sóng giảm được tối thiểu khoảng từ 25% ÷ 45% (ứng với mực nước cao hay thấp

khác nhau). Tức là d = 4,0 x 0,6 = 2,40m. Vậy, nếu ký hiệu ∆ là cao trình đỉnh của

đê ngầm thì ∆ = 2,40 - 1,0 = +1,40m.

- Cao trình đỉnh đê ngầm:

Tại vị trí cách đường bờ X = (120÷170)m, dựa vào bình đồ địa hình (tỷ lệ

1/5.000) khu vực nghiên cứu đã được đo đạc năm 2010, đường đẳng sâu tương ứng

tại vị trí đó có giá trị trung bình khoảng -1,0m. Ứng với mực nước thiết kế tần suất

5% (Hw5% = 2,2m), cộng nước dâng 0,8m. Ta có: h = 2,2m + 0,8m + 1,0m = 4,0m.

Với d/h > 0,5 khi đó đê ngầm mới phát huy hiệu quả, do đó d > 0,5 x 4,0m = 2,0m.

Vậy cao trình đỉnh đê ngầm nên chọn là ∆ > 2,0 - 1,0 = 1,0m + 0,3m = +1,30m (khi

tính thêm dự trữ lún), luận án đề xuất chọn d/h = 0,6 ↔ ∆ = +1,40m. Đây là giá trị

gần như nhỏ nhất, nếu như điều kiện kinh phí cho phép cũng như mục đích cần

giảm sóng tốt hơn nữa của đê ngầm thì có thể tăng cao trình đỉnh đê lên.

- Bề rộng đê ngầm:

Bề rộng đê ngầm thường lấy lớn hơn độ sâu của mực nước trung bình tại vị trí

đặt công trình. Độ sâu của mực nước trung bình tại vị trí đặt công trình là htb =

1,86m + 1,0m = 2,86m. Theo kết quả thí nghiệm mô hình vật lý ở trên đối với khu

111

vực nghiên cứu, dựa vào tính khả thi trong điều kiện Việt Nam, luận án đề xuất nên

lựa chọn bề rộng đê ngầm từ B = 3,0 ÷ 5,0m để thi công.

- Ước tính chiều dài bãi bồi lớn nhất:

Chiều dài lớn nhất của bãi bồi sau đê chắn sóng tính từ bờ ys được ước tính

theo hệ thức của Suh và Dalrymple (1987):

2

2/)(83,2exp8,14 LGX

L

GXXy s

Thay các giá trị tương ứng: X = (120 ÷ 170)m, G = (90 ÷ 110)m, L = (200 ÷

300)m vào ta được:

- Với X = 120m, G = 90m, L = 200m, ta được:

mys

2,110200/)12090(83,2exp200

120901208,14 2

2

- Với X = 170m, G = 110m, L = 290m ta được:

mys

3,147290/)170110(83,2exp290

1701101708,14 2

2

ys = (110,2 ÷ 147,3) m cho thấy đê ngầm có tác dụng tạo nên phần bãi bồi thể doi

cát nhọn (salient), không phát triển đến sát đê ngầm và như vậy đê ngầm sẽ không chặn

mà vẫn duy trì được dòng ven, duy trì cung cấp cát, phù sa cho đoạn bờ biển phía dưới.

Từ các tính toán trên ta có thể lựa chọn công trình đê ngầm phá sóng, gây bồi

bãi đối với khu vực Hải Hậu như trong Bảng 4.5 dưới đây.

Bảng 4.5. Các thông số kỹ thuật đề xuất của công trình đê ngầm phá sóng đối với khu vực Hải Hậu

Các thông số kỹ thuật Giá trị đề xuất Ghi chú

Khoảng cách từ bờ đến đê ngầm (X) (120 ÷ 170)m Luận án đề xuất X = 150m

Chiều dài đê ngầm (L) (200 ÷ 300)m Luận án đề xuất L = 200m

Khoảng cách giữa các đê ngầm (G) (90 ÷ 110)m Luận án đề xuất G = 110m

Bề rộng đỉnh đê ngầm (B) (3,0 ÷ 5,0)m LA mô phỏng với B = 5m

Cao trình đỉnh đê ngầm (∆) > +1,30m Luận án đề xuất ∆ = +1,40m

Hai mái đê ngầm (m1, m2) 1:2 Đê có mái cả hai phía

112

4.2.4. Tính toán chế độ thủy thạch động lực với cụm công trình đề xuất chỉnh

trị đối với khu vực nghiên cứu

4.2.4.1. Kết quả tính toán diễn biến bãi và dự báo diễn biến đường bờ khi không

có công trình chỉnh trị (bãi tự nhiên)

1. Tính toán diễn biến bãi:

Các kết quả tính toán ở các Hình 4.14(a, b, c) và 4.15(a, b, c) dưới đây cho

thấy: Trong gió mùa Đông Bắc, dưới tác động của gió mùa với cường độ mạnh và

duy trì ở tần suất đều đã gây quá trình xói bãi tại ven biển Hải Hậu, bãi bị biến động

mạnh nhất trong khoảng 800m - 1000m tính từ chân đê trở ra (đến độ sâu khoảng -

3,0 đến -4,0m). Độ sâu xói trung bình trong gió mùa Đông Bắc khoảng 0,35m, khu

vực ven bờ bị biến động mạnh nhất, càng ra xa cường độ sẽ càng giảm hơn. Ngược

lại, đến mùa gió Tây Nam, bãi tại khu vực Hải Hậu lại có xu thế bồi, tuy nhiên

lượng bồi nhẹ, trung bình khoảng 0,2m.

Hình 4.14a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Đông

Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450)

113

Hình 4.14b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió

mùa Đông Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450)

Hình 4.14c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu trong gió

mùa Đông Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450)

114

Hình 4.15a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Tây

Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350)

Hình 4.15b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió

mùa Tây Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350)

115

Hình 4.15c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu trong gió

mùa Tây Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350)

Từ kết quả tính toán vận chuyển trầm tích (ứng với mỗi một phương án tính

sóng là một kết quả tính toán vận chuyển trầm tích) cho vùng ven biển Hải Hậu.

Tiến hành trích xuất mặt cắt ngang tại khu vực Hải Triều - Hải Hòa (Khoảng vị trí

mặt cắt HH02), lấy tổng trên toàn bộ độ dài mặt cắt và tổng theo thời gian 20 năm

sẽ được lượng vận chuyển qua mặt cắt trong thời gian đó. Kết quả tính vận chuyển

trầm tích tương ứng với các phương án trên (22 PA) trong thời gian 20 năm được

thể hiện như trong hình 4.16.

Vì vậy, tổng hợp các phương án tính trên, cho ra lượng vận chuyển dọc bờ qua

một mặt cắt vuông góc với bờ: Q = a1*Q1 +a2*Q2 +… a22*Q22; trong đó: a1, a2, a3 ..

a22 là tần suất xuất hiện trong khoảng thời gian 20 năm được xét; Q1, Q2, . . . Q22 là

lượng vận chyển dọc bờ tương ứng với 22 phương án.

116

Hình 4.16. Lượng vận chuyển trong các phương án tính toán (xét với 20 năm)

Lấy trung bình từng năm để đưa ra cán cân cân bằng trầm tích dọc bờ trong 1

năm, kết quả được thể hiện trong hình 4.17 dưới đây.

Hình 4.17. Tổng lượng đến và đi trong 1 năm theo tính toán với địa hình tự nhiên,

không có công trình với số liệu sóng đại diện cho 20 năm tại khu vực Hải Hậu

Từ bảng phân bố sóng trong các phương án tính toán có thể nhận thấy tồn tại

sự bất đối xứng về trường sóng truyền từ hai phía Đông Bắc và Đông Nam. Điều

này gây lên dòng vận chuyển xuống phía Nam chiếm ưu thế. Các kết quả tính toán

cho thấy, ở khu vực Hải Hậu nói chung dòng vận chuyển trầm tích có xu hướng

xuống phía Nam.

-1.00E+06

0.00E+00

1.00E+06

2.00E+06

3.00E+06

4.00E+06

5.00E+06

6.00E+06

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

m3/n

ăm

Các phương án

Giá trị dương (+): Vận chuyển xuống phía NamGiá trị âm (-): Vận chuyển lên phía Bắc

117

Nhìn chung, tổng lượng bồi/xói trung bình trong một năm tại vùng ven biển

Hải Hậu là có xu thế bãi bị xói, theo tính toán đối với khu vực Hải Triều - Hải Hòa

(khu vực bãi biển đang diễn ra quá trình xói mạnh), trong một năm bãi biển tại đây

lượng bùn cát bị mất đi khoảng 105.103m3/năm.

Việc bãi biển Hải Hậu vẫn diễn ra quá trình biển tiến, bãi bị xói mạnh trong

các năm gần đây cho thấy cần phải có hệ thống công trình chỉnh trị nhằm ngăn chặn

vấn đề trên, bảo vệ tuyến đê biển phòng hộ cho cư dân đang sinh sống ở phía trong

cũng như an sinh xã hội của người dân nơi đây là điều rất cần thiết.

2. Tính toán dự báo biến động đường bờ trong điều kiện tự nhiên:

Hình 4.18 dưới đây là kết quả tính toán dự báo biến động đường bờ khu vực

Hải Hậu trong 10 năm tới (2009 - 2020). Số liệu sóng đầu vào được trích xuất từ mô

hình Mike 21 tại biên O(1)(XO(1), YO(1)) của miền lưới lớn trong Genesis, sau đó tính

lặp lại trong các năm liên tiếp từ thời gian bắt đầu năm 2009 và tiếp tục kéo dài đến

năm 2020.

Kết quả tính toán dự báo xu thế biến động đường bờ tự nhiên đến năm 2020

của khu vực Hải Hậu cho thấy, biến động đường bờ lớn nhất dao động trong khoảng

+/- 250 m, thể hiện xu thế bồi tụ và xói lở xen kẽ trên các đoạn đường bờ từ cửa Hà

Lạn (km0) đến cửa Lạch Giang (km25), nhưng cán cân bồi - xói chủ yếu vẫn thiên

về xói. Đoạn đường bờ từ cửa Hà Lạn (từ Km0 đến Km4) không thể hiện xu thế

biến động rõ rệt, khá ổn định. Khu vực đường bờ thuộc địa phận từ xã Hải Lý đến

xã Hải Triều có mức biến động xói lở mạnh nhất trên toàn tuyến Hải Hậu, với mức

độ biến động đến 170m trong thời gian dự báo 10 năm. Khu vực Hải Hòa (Km17),

Hải Thịnh (Km20) có xu thế bị xó i lở nhưng với cường độ nhỏ hơn so với tại khu

vực Hải Lý - Hải Triều.

Nhìn chung, theo tính toán dự báo trong 10 năm tiếp theo (2009 - 2020),

đường bờ tự nhiên tại Hải Hậu vẫn có xu thế tiếp tục diễn ra quá trình xói lở, biển

tiến, mức độ tùy thuộc vào từng khu vực đường bờ, bãi khác nhau.

118

Hình 4.18. Kết quả tính toán dự báo biến động đường bờ khu vực Hải Hậu - Nam Định giai đoạn 2009 - 2020

Kết quả tính toán của mô hình Genesis cũng thể hiện một điều: Dòng vận

chuyển bùn cát dọc bờ chiếm ưu thế nên gây ra quá trình biến động đường bờ, mà

chủ yếu là gây xói lở, phù hợp với thực tế tại Hải Hậu. Vì đây là mô hình tính toán

diễn biến đường bờ dài hạn do dòng vận chuyển dọc bờ gây ra, không tính đến dòng

ngang bờ (giả thiết mô hình đã nêu). Mặt khác, dữ liệu đường kính hạt cát trung

119

bình d50 = 0,14mm đưa vào làm đầu vào tính toán của mô hình là giá trị phân tích từ

thực đo, độc lập và không liên quan đến nguồn bùn cát từ các cửa sông (mô hình

không xét đến nguồn bùn cát từ cửa sông). Kết hợp với hình ảnh phân bố hoa gió tại

các trạm Bạch Long Vĩ, Cồn Cỏ trong 20 năm (xem hình 2.29 và 2.30), và bảng

phân bố sóng trong các phương án tính toán (bảng 2.7) có thể nhận thấy tồn tại sự

bất đối xứng về trường sóng truyền từ hai phía Đông Bắc và Đông Nam (các hướng

có ảnh hưởng tới khu vực Hải Hậu), thì các sóng truyền từ hướng Đông Bắc, Đông

chiếm ưu thế vượt trội.

Tất cả những điều phân tích này để minh chứng và khẳng định cho kết luận

rằng dòng chảy ven bờ do sóng có ảnh hưởng quyết định đến sự xói lở vùng bãi, đê

kè tại vùng biển Hải Hậu (nhất là trong gió mùa Đông Bắc) không chỉ dựa vào số

liệu đo đạc thực tế về sóng, dòng chảy ven và diễn biến bờ - bãi, mà còn được minh

chứng qua mô hình tính toán diễn biến đường bờ dài hạn do dòng vận chuyển dọc

bờ gây ra, đó là mô hình Genesis.

4.2.4.2. Tính toán với PA chỉnh trị khu vực Hải Triều - Hải Hòa

1. Tính toán diễn biến bãi khi có hệ thống công trình chỉnh trị:

Khu vực đề xuất hệ thống công trình phức hợp chỉnh trị trên bãi là khu vực có

tuyến đê biển xung yếu nhất (thuộc xã Hải Triều - Hải Hòa) của huyện Hải Hậu

(khoảng Km17 - Km22), tại đây biển đã tiến sát chân đê và sóng vỗ trực tiếp vào đê

biển ngay cả những lúc triều kiệt. Với PA đề xuất gồm 07 mỏ hàn chữ T kết hợp với

05 đê ngầm phá sóng, đặt ở vị trí cách bờ 150m, tại cao trình đáy khoảng -1,0m. Hệ

thống công trình này có tác dụng giảm sóng, ngăn dòng bùn cát dọc bờ và tạo bồi

bãi, bờ biển. Để xem xét sự biến động bãi khi có hệ thống công trình bố trí và tính

hiệu quả trong việc giảm sóng, tạo bồi, tiến hành tính toán với các trường hợp sóng

trong gió mùa Đông Bắc, Tây Nam với các hướng bất lợi (22 PA) và trong Bão

(Damrey, 2005). Kết quả tính toán thể hiện trong các hình từ 4.19(a, b,c) ÷ 4.22(a,

b,c) dưới đây đại diện cho các PA sóng xiên góc, vuông góc với bờ và trong bão

(Damrey, 2005), các PA còn lại trong tổng số 22 PA đã đưa ra được thể hiện trong

Phụ lục 3.

120

Hình 4.19a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình (PA4 - hướng sóng 450)

Hình 4.19b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện

địa hình bãi có công trình (PA4 - hướng sóng 450)

Hình 4.19c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện

địa hình bãi có công trình (PA4 - hướng sóng 450)

121

Hình 4.20a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi

có công trình (PA11 - hướng sóng 900)

Hình 4.20b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện

địa hình bãi có công trình (PA11 - hướng sóng 900)

Hình 4.20c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện

địa hình bãi có công trình (PA11 - hướng sóng 900)

122

Hình 4.21a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi

có công trình (PA21 - hướng sóng 1350)

Hình 4.21b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện

địa hình bãi có công trình (PA21 - hướng sóng 1350)

Hình 4.21c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện

địa hình bãi có công trình (PA21 - hướng sóng 1350)

123

Hình 4.22a. Phân bố trường sóng trong bão (Damrey 2005) khu vực ven biển Hải

Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình

Hình 4.22b. Phân bố trường dòng chảy sóng trong bão (Damrey 2005) khu vực ven

biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình

Hình 4.22c. Kết quả tính toán diễn biến hình thái trong bão (Damrey 2005) khu vực

ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình

124

Từ các kết quả tính toán cho thấy, hệ thống công trình đã có tác dụng giảm

sóng, tạo bồi trong tất cả các trường hợp gió mùa. Trong bão với hệ thống công

trình này cũng đã hạn chế được rất nhiều sự tác động của sóng trong bão đối với hệ

thống đê biển, làm giảm năng lượng của sóng khi đi qua công trình chỉnh trị. Mặt

khác, các mỏ hàn chữ T còn có tác dụng ngăn dòng bùn cát dọc bờ, vì ven bờ biển

Hải Hậu dòng bùn cát dọc bờ chiếm ưu thế và dòng luôn có xu hướng mang nguồn

bùn cát xuống phía Nam nhiều hơn nên gây xói bãi, thiếu nguồn bùn cát. Chính các

hệ thống mỏ chữ T đã có tác dụng ngăn chặn vấn đề mất bùn cát và gây bồi như trên

hình vẽ đã thể hiện. Mặc dù vậy xung quanh các đầu mỏ hàn, đê ngầm vẫn xảy ra

hiện tượng xói chân công trình, điều này cho thấy phải có lựa chọn để gia cố về

chân đê và mái đê ngầm cho phù hợp. Việc này cần có sự kết hợp với thí nghiệm

trên mô hình vật lý về giải pháp và vật liệu thiết kế công trình.

Với kết quả tính toán ở trên, cho thấy hệ thống công trình đã ngăn được

khoảng 40% lượng bùn cát mất đi, gây bồi phía trong công trình đó là một hiệu quả

đáng kể. Tổng lượng bùn cát tính toán với phương án công trình đã thể hiện điều đó

(xem Hình 4.23).

Hình 4.23. Tổng lượng đến và đi trong 1 năm theo tính toán với địa hình bãi có

công trình với số liệu sóng đại diện cho 20 năm tại khu vực Hải Hậu

Như vậy, một lượng bùn cát được giữ lại để gây bồi khu vực phía trong công

trình còn lại vẫn có một lượng bùn cát di chuyển xuống phía Nam để không làm

thiếu lượng bùn cát ở phía Nam của Hải Hậu.

125

2. Kết quả tính toán biến động đường bờ sau khi có công trình chỉnh trị:

Hình 4.24 bên dưới là kết quả tính toán dự báo biến động đường bờ khu vực

Hải Hòa - Hải Triều, Hải Hậu cho các giai đoạn 5 năm (2012 - 2017) và 10 năm

(2012 - 2022) tới sau khi có hệ thống công trình chỉnh trị trên bãi. Số liệu sóng đầu

vào được trích xuất từ mô hình Mike 21 tại biên O(2)(XO(2), YO(2)) của lưới miền tính

nhỏ trong Genesis, sau đó tính lặp lại trong các năm liên tiếp từ thời gian bắt đầu

năm 2012 và tiếp tục kéo dài đến các năm 2017 và 2022.

Kết quả tính toán cho thấy việc bố trí hệ thống công trình đề xuất đã gây bồi,

tạo cho bãi biển ổn định hơn.

Hình 4.24. Tính toán biến động đường bờ khu vực Hải Hậu khi bãi có công trình

126

Vùng bãi của 5/7 mỏ hàn chữ T có xu hướng được bồi mạnh sau công trình.

Các mỏ chữ T ở khu vực phía Nam có xu hướng được bồi trước và bồi mạnh hơn

các mỏ chữ T ở phía Bắc. Tại hai mỏ chữ T phía Nam HT6 và HT7 sự bồi tụ diễn ra

mạnh, phía sau mỏ HT7 mức độ bồi là 100m/10 năm, còn tại HT6 mức độ bồi giảm

còn khoảng 80m/10 năm. Tại hai mỏ HT4 và HT5 chỉ có hiện tượng bồi tụ nhẹ sau

công trình, nhưng bờ biển lại giữ được sự ổn định, không bị xói. Tại vị trí của cả 3

mỏ chữ T ở phía Bắc bãi đều được bồi khá mạnh, nhất là tại vị trí của mỏ HT1.

Tại khu vực các đê ngầm, đường bờ vẫn có xu hướng hình thành bãi bồi, đối

với HN1 giá trị bồi khoảng 40m/10 năm còn đối với HN2 giá trị bồi tụ nhỏ hơn,

khoảng 20m/10 năm. Tại ba đê ngầm phía Nam gồm HN3, HN4 và HN5 chỉ có sự

bồi nhẹ nhưng bãi đã được bảo vệ, không bị xói.

4.2.4.3. Nhận xét chung:

1) Với phương án công trình hệ thống mỏ hàn chữ T kết hợp đê ngầm phá

sóng bố trí từ Hải Triều tới Hải Hòa (Km17 - Km22), kết quả tính toán cho thấy: hệ

thống công trình góp phần ổn định bãi, khu vực bồi mạnh nhất là khu vực bờ sau

các mỏ chữ T: HT7 và HT6 giá trị bồi tụ khoảng 100m/10 năm ứng với HT7 và

80m/10 năm ứng với HT6, các mỏ chữ T khác mức độ bồi tụ nhỏ hơn hoặc không

có nhưng bờ biển về cơ bản đã được bảo vệ, không còn hiện tượng xói. Tại các đê

ngầm HN1 và HN2 có xuất hiện hình thái bồi tụ khá mạnh, giá trị bồi tụ khoảng

40m/10 năm ứng với HN1 và 20m/10 năm ứng với HN2, các vị trí đê ngầm khác

tuy không có sự bồi tụ mạnh bằng, nhưng bãi đã được ổn định, không có hiện tượng

xó i lở. Nhìn chung, hệ thống công trình phát huy hiệu quả tăng sự ổn định của bãi

và bảo vệ hệ thông đê kè biển tại đây.

2) Từ cửa Hà Lạn tới Lạch Giang ta thấy ứng với trường hợp bãi tự nhiên cán

cân bồi xói thiên xói là -0,34 trong khi đó ứng với trường hợp bãi có công trình là -

0,24. Tương tự như vậy khi tính diễn biến bãi và tính lượng vận chuyển bùn cát đối

với khu vực Hải Hậu và so sánh trong trường hợp tự nhiên với bãi có công trình đã

cho thấy được hiệu quả của hệ thống công trình trên bãi. Điều này cho thấy, hệ

127

thống công trình đã bảo vệ tốt vùng bờ phía sau công trình và làm giảm được mức

độ xói, giữ được khoảng 40% lượng bùn cát tại khu vực công trình.

4.3. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG XÓI LỞ VÀ BẢO VỆ BÃI,

ĐÊ BIỂN HẢI HẬU

4.3.1. Đánh giá hiệu quả các biện pháp công trình giảm sóng, tạo bồi trên bãi

biển đã thực hiện tại Hải Hậu

4.3.1.1. Các loại công trình giảm sóng tạo bồi trên bãi Hải Hậu

Công trình ngăn cát giảm sóng (NCGS): Ngoài công trình chủ yếu là gia cố

mái, có một số đoạn đã sử dụng hệ thống công trình ngăn cát giảm sóng. Hệ thống 5

mỏ hàn chữ T (MCT) xây dựng từ năm 2005 tại khu vực thôn Tân Thịnh, Tân Anh

xã Hải Thịnh, chiều dài thân mỏ 45m, cánh dài 60m, khoảng cách giữa các mỏ là

140m [9], [58]. MCT cấu tạo từ các ống buy bê tông cốt thép (BTCT) cắm sâu vào

đệm đá. Hệ thống 9 bẫy cát biển (BCB) được xây dựng năm 2011 tại khu vực Kiên

Chính, chủ yếu dùng khối Tetrapod xếp với nhau tạo thành hệ thống [58].

4.3.1.2. Phân tích chung về hiệu quả công trình

Về công trình mỏ hàn biển (MHB), MCT, BCB: Trước năm 2005 đã có một số

công trình được xây dựng như: hệ thống mỏ hàn Hải Lý (1977 - 1982), hệ thống mỏ

hàn Hải Thịnh 2. Kết cấu chung của loại mỏ hàn này là bằng ống buy kết hợp đá đổ

và các khối bêtông. Các mỏ hàn này thường ngắn, cao trình đỉnh thấp, bố trí chưa

khoa học nên hầu như không đạt hiệu quả như mong muốn.

Sau năm 2005, đã bắt đầu thử nghiệm một số loại công trình MCT, BCB để

giảm sóng, gây bồi bãi. Các công trình này đã có nhiều cải tiến trong kết cấu so với

mỏ hàn ống buy, ứng dụng các khối Tetrapod phá sóng. Mặc dù qua nghiên cứu ban

đầu cho thấy hiệu quả giảm sóng, tạo bồi ở một số công trình như hệ thống công trình

Kiên Chính, nhưng do việc thiết kế phần lớn là dạng thử nghiệm, lại chưa trải qua thử

thách trong các điều kiện cực hạn thiết kế nên việc đánh giá đầy đủ hiệu quả các loại

công trình này cần phải tiếp tục nghiên cứu thử thách với thời gian dài hơn. Tuy

nhiên, bước đầu có thể sơ bộ đánh giá được hiệu quả cũng như những tồn tại của loại

công trình này.

128

4.3.1.3. Hiệu quả công trình

Cho đến nay, các trường hợp sử dụng MCT đều cho hiệu quả chưa lớn, nhưng

có thể nói là khả quan. Đáng kể nhất là công trình Hải Thịnh 2 có tác dụng gây bồi

theo mùa nhưng tạm thời và rất hạn chế, công trình bị một số hư hỏng khi chịu tác

động của sóng bão lớn.

- Gây bồi khu vực trong công trình: Sau khi xây dựng công trình đến nay, bãi

tại khu Hải Thịnh 2 được bồi cao bình quân từ (0,5 - 1,6) m; chiều rộng từ chân đê

trở ra khoảng (50 - 60)m. Hiệu quả gây bồi nhanh chóng thể hiện rõ ở BCB Kiên

Chính xây dựng năm 2011.

- Giảm sóng: Sóng biển qua ĐGS sẽ giảm độ cao, từ đó giảm độ cao sóng leo

và tác động xung kích lên mái kè. Từ đó suy luận ra sẽ tránh được tình trạng sóng

tràn qua đỉnh đê và phá hoại kết cấu đê và mái kè như đã xảy ra vào năm 2005.

Hình 4.25. Hiệu quả gây bồi của BCB

4.3.1.4. Những vấn đề tồn tại

- Về mỏ hàn chữ T:

+ Kích thước mặt bằng vẫn chưa tuân thủ hoàn toàn theo chỉ dẫn của

14TCN130 - 2002. Phần thân chưa vươn ra dải sóng vỡ, phần cánh còn ngắn (Hải

Thịnh 2), nên sóng vẫn xô vào tận bờ và gốc MCT, lượng cát bồi tụ ít.

+ Cao trình đỉnh MCT còn chưa đạt đến mực nước trung bình, hạn chế hiệu

quả ngăn cát, giảm sóng khi mực nước cao và sóng lớn.

129

+ Kết cấu phần cánh sử dụng kết cấu ống buy, hiệu quả giảm sóng rất hạn chế,

đồng thời gây ra hiệu ứng sóng đứng, dẫn đến xói chân, bất lợi cho ổn định của công

trình.

- Về công trình hỗn hợp bẫy cát biển (BCB):

+ Vị trí đặt ĐGS (đê giảm sóng - thân) quá gần bờ và cao trình còn thấp, chưa

phát huy được hiệu quả giảm sóng và ngăn cát. Theo chỉ dẫn, vị trí từ đường bờ đến

tim ĐGS bằng (1,0 ÷ 1,5) lần độ dài sóng nước sâu. Do vậy hiệu quả giảm sóng của

đê không cao.

+ Chiều dài ĐGS (cánh), theo chỉ dẫn lấy bằng (1,5 ÷ 3,0) lần khoảng cách từ

bờ đến ĐGS, thiết kế của BCB lấy bằng 1,0 lần là còn thiên nhỏ.

4.3.1.5. Lựa chọn giải pháp cho đoạn bờ cần chỉnh trị

Từ những phân tích đánh giá ở trên cho thấy, đối với vùng biển Hải Hậu dạng

mỏ hàn biển vuông góc với bờ kết hợp với đê giảm sóng sẽ cho hiệu quả cả về giảm

sóng, ngăn cát và gây bồi bãi, bảo vệ bờ - đê biển. Những lựa chọn này được dựa

trên các căn cứ và tiêu chí sau:

- Những mỏ hàn thẳng đã từng được xây dựng ở một số nơi ven biển Nam

Định trước năm 2005 như: Mỏ hàn bằng đá đổ ở Văn Lý, mỏ hàn ống Buy ở Đông

Tây cống Thanh Niên, Cổ Vậy, đều đã thất bại, không đem lại hiệu quả.

- Các dạng mỏ hàn chữ T, đê giảm sóng, bẫy cát biển được bố trí ở những khu

vực như: Đông - Tây cống Thanh Niên, Kiên Chính, Hải Thịnh II, Nghĩa Phúc,…

Tuy chỉ là những nghiên cứu, bố trí dưới dạng thử nghiệm nhưng đã cho hiệu quả

tích cực. Mặc dù vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần phải khắc phục để đạt hiệu quả

cao hơn nữa.

- Đê giảm sóng là đối tượng chủ động tương tác với sóng, chúng sẽ có tác

dụng làm suy giảm chiều cao sóng khi đi qua hệ thống công trình do đó sẽ làm g iảm

năng lượng sóng, giảm được tác động xung kích của sóng lên bãi, đê - kè ven biển

Hải Hậu. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy đê giảm sóng có tác dụng gây bồi bãi

biển rất tốt nếu như lựa chọn được các thông số kỹ thuật và bố trí mặt bằng hợp lý

với khu vực cần chỉnh trị.

130

- Mỏ hàn biển vuông góc với bờ sẽ có tác dụng ngăn dòng vận chuyển bùn cát

dọc bờ đối với những vùng biển có dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ chiếm ưu thế,

điều này rất phù hợp với Hải Hậu.

- Tuy nhiên chỉ sử dụng mỗi mỏ hàn thẳng hay chỉ mỗi đê giảm sóng sẽ không

mang lại hiệu quả tốt nhất. Do đó cần phải có sự kết hợp giữa hai dạng công trình

này để tạo thành dạng công trình phức hợp. Có thể tạo thành dạng chữ T, dạng BCB

hoặc có thể xen kẽ lẫn nhau để vừa tạo được hiệu quả, tránh sự lãng phí và tốn kém.

- Theo các sách chỉ dẫn, kết quả và kinh nghiệm của thế giới đều khuyến nghị

rằng: Trong điều kiện thủy hải văn phức tạp, chế độ sóng diễn biến theo mùa, nhiều

bão, bồi xói biến động theo thời gian và không gian, có thể sử dụng giải pháp kết

hợp MHB và ĐGS, tạo thành công trình dạng chữ T [58], [59], (xem [83]).

- Theo [59], dựa vào đặc điểm địa hình, hình dạng mặt cắt bãi biển đặc trưng

và chế độ thủy thạch động lực của vùng Bắc Bộ (trong đó có Hải Hậu). Kết hợp với

các nghiên cứu, tiêu chuẩn trong và ngoài nước các tác giả cũng đã đưa ra “Nguyên

tắc bố trí không gian hợp lý công trình ngăn cát, giảm sóng bảo vệ đê biển và bờ

biển” đối với khu vực nghiên cứu trong đó có dạng mỏ chữ T và đê giảm sóng.

Như vậy, từ thực tế các công trình ngăn cát, giảm sóng đã xây dựng (mặc dù

mang tính thử nghiệm) đối với khu vực Hải Hậu nhưng cũng đã cho các kết quả rất

khả quan. Mặt khác, với những kết quả thí nghiệm, tính toán mô phỏng để nhằm lựa

chọn các thông số công trình cũng như đánh giá hiệu quả của công trình ở trên, cho

thấy hệ thống công trình đề xuất gồm 07 mỏ chữ T kết hợp với 05 đê giảm sóng đối

với khu vực bãi Hải Triều - Hải Hòa, Hải Hậu là có cơ sở khoa học và cho hiệu quả

tốt. Khi tiến hành bố trí mặt bằng và tính toán các thông số công trình thiết kế hệ

thống công trình phức hợp này cần phải lưu ý các hạn chế của các dạng công trình

đã nêu ở trên để nhằm đạt hiệu quả cao.

4.3.2. Đề xuất giải pháp chỉnh trị cho khu vực nghiên cứu

4.3.2.1. Quy hoạch tuyến và khu vực cần chỉnh trị đối với vùng ven biển Hải Hậu

Đối với khu vực bờ, đê biển Hải Hậu có thể chia theo 03 cấp độ khác nhau với

các giải pháp phù hợp như sau:

a- Tuyến nguy hiểm: Hải Lý, Hải Chính, Hải Triều, Hải Hòa, Hải Thịnh.

131

b- Khu vực rất nguy hiểm: Hải Triều, Cồn Tròn - Hải Hòa, kè Hải Thịnh.

c- Tuyến ít nguy hiểm: Tuyến đê biển 2 và khu vực cửa Hà Lạn.

- Tại những khu vực (b) và tuyến (a) này thì phương án khả thi để tồn tại trong

điều kiện đủ chống được sóng, mực nước theo tần suất thiết kế cần có biện pháp

giảm thiểu chiều cao sóng tác động lên mái đê và sóng leo, tràn bằng công trình phá

sóng ngầm trước đê và giải pháp thay đổi mặt cắt mái kè biển như làm cơ đê nhằm

giảm sóng leo và tràn. Việc phối hợp giữa công trình ngầm phá sóng, mỏ hàn và mỏ

chữ T nhằm giữ bãi, gây bồi và giảm sóng leo bằng cơ đê ngoài sẽ khắc phục được

sự bất cập hiện nay giữa yêu cầu chống được sóng lớn triều cường nhưng không

tăng quá mức cao trình đỉnh của hệ thống đê biển hiện tại.

- Bố trí đê 2 tuyến ở những nơi địa hình thuận lợi, tuyến I cho phép tràn nên

được bảo vệ cả 3 mặt bằng kè lát mái.

4.3.2.2. Đề xuất giải pháp

Dựa vào phân tích quy luật biến động đường bờ, bãi biển và kết quả nghiên

cứu giảm sóng bằng hệ thống đê ngầm, mỏ hàn chữ T đã đề xuất phương án công

trình đối với khu vực Hải Triều - Hải Hòa: Lựa chọn bố trí công trình giảm sóng giữ

bãi là hệ thống mỏ chữ T kết hợp với đê ngầm giảm sóng, gồm có 07 mỏ hàn chữ T

kết hợp với 05 đê ngầm phá sóng (Hình 4.24), cấu tạo như sau:

a) Thân mỏ hàn:

- Chiều dài thân: 150,0m

- Cao trình đỉnh thân:

+ Đoạn 1 (đoạn ven bờ): 1,75m

+ Đoạn 2 (đoạn giữa): thay đổi theo độ dốc bãi

+ Đoạn 3 (đoạn phía biển): -1,00m

- Cao trình đáy thân mỏ hàn thay đổi, giảm dần ra phía biển.

- Khoảng cách giữa các thân: 310,0m

- Kết cấu thân: Các cấu kiện Reef Balls và đá hộc

b) Cánh mỏ hàn:

- Chiều dài cánh: 200,0m

- Cao trình đỉnh cánh: +1,40m

132

- Cao trình đáy cánh: -1,0m

- Khoảng cách giữa các cánh: 110,0m.

- Kết cấu cánh: Geotubes và tetrapod.

Hình 4.26. Phương án bố trí hệ thống công trình bảo vệ bờ và tạo bãi khu vực Hải Hòa - Hải Triều

4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

Từ kết quả thí nghiệm mô hình vật lý đã lựa chọn, đề xuất được bộ thông số

công trình đê ngầm phá sóng rất quan trọng cho khu vực Hải Hậu: cao trình đỉnh đê

ngầm (∆ = +1,4m, hoặc có thể cao hơn tùy vào mục đích và khả năng đầu tư), chiều

rộng đỉnh đê ngầm (B = 3,0 ÷ 5,0m), mái đê (m = 1:2) cho cả hai phía. Đây là

những thông số luôn gặp rất nhiều khó khăn khi tính toán với mô hình số trị.

S

EW+2.0

+ 2.0

+ 2.0

+2.0

+2.0

+ 2.0

+ 2.0

h¶I TR

IÒU

h¶I H

ßA

h¶I T

HIN

H

H¹ T R¹I

KM18

KM19

KM20

KM21

KM22

KM23

cèng

N

tû lÖ gèc

133

Từ kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý về tương tác sóng - công trình, dựa

vào điều kiện đầu vào tính toán thực tế của mô hình GENESIS mà trong luận án đã

đề ra. Tiến hành trích xuất các giá trị hệ số suy giảm sóng Kt tương ứng với các

tham số và vị trí công trình tại cấp mực nước thí nghiệm, để đưa vào phục vụ tính

toán mô phỏng diễn biến đường bờ khi có công trình giảm sóng bằng mô hình

Genesis (xem bảng 4.4).

Ngược lại, mô hình số trị đã cho được những lựa chọn rất hữu ích về kích

thước các công trình (dài, ngắn), vị trí bố trí công trình (xa, gần) cũng như tổ hợp

các công trình. Bên cạnh đó, từ kết quả tính toán mô phỏng đã đánh giá được hiệu

quả của các phương án công trình khi bố trí trên bãi. Mặt khác, với kết quả tính toán

diễn biến đường bờ trong điều kiện tự nhiên tại Hải Hậu bằng mô hình Genesis đã

minh chứng cho kết luận về một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự mất ổn

định, gây xói lở bờ Hải Hậu là do dòng chảy dọc ven bờ, bởi đây là mô hình tính

toán biến động đường bờ do dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ gây ra, không tính đến

dòng ngang bờ.

Sự bổ sung của phương pháp nghiên cứu này sẽ hỗ trợ cho phương pháp kia

và ngược lại, kết hợp hai phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý và mô hình

số trị sẽ cho những lựa chọn về hình dạng, kích thước và các thông số kỹ thuật tốt

nhất của công trình đê ngầm phá sóng, gây bồi trên bãi Hải Hậu.

Cao trình đỉnh đê ngầm đề xuất trong luận án (∆ = +1,40m) tương ứng với

mực nước thiết kế tần suất 5% + nước dâng 0,8m, có h = 2,2 + 0,8 = 3,0m (phù hợp

với đê biển hiện trạng theo Quyết định số 58/QĐ-TTg ký ngày 14/3/2006 của Thủ

tướng Chính phủ). Ứng với mực nước này, theo kết quả thí nghiệm thì đê ngầm đã

có tác dụng làm suy giảm được trung bình tối thiểu 30% độ cao sóng. Mặc dù khu

vực nghiên cứu có biên độ dao động mực nước thủy triều khá lớn (hơn 4,0m) và

điều này cũng phần nào ảnh hưởng đến hiệu quả của công trình. Tuy nhiên, như đã

đề cập ở trên, cao trình đỉnh đê ngầm có thể được nâng cao hơn nữa, tùy vào mục

đích sử dụng, khả năng đầu tư xây dựng và định hướng quy hoạch đối với khu vực

nghiên cứu.

134

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

A. KẾT LUẬN

1. Luận án đã bước đầu xác định được một số quy luật, quan hệ biến đổi mặt

cắt ngang bãi biển dưới tác động của các chế độ động lực, nhất là sóng biển dựa trên

chuỗi số liệu thực đo dài hạn các điều kiện chế độ gió, sóng trong mùa gió Đông

Bắc, Tây Nam tại vùng nghiên cứu. Từ các số liệu đo đạc diễn biến mặt cắt ngang

bãi nhiều năm đại diện cho từng khu vực dọc ven bờ Hải Hậu, thống kê phân tích và

đề xuất ứng dụng dạng phương trình đặc trưng cho khu vực này là dạng hàm

Logarit (phương trình 3.6), các bộ tham số trong phương trình là những tham số đại

diện cho địa phương và thể hiện cho quy luật biến động bãi của khu vực đó.

2. Xác định nguyên nhân gây bồi, xó i và mất ổn định vùng bờ, bãi biển Hải

Hậu làm căn cứ đưa ra phương án chỉnh trị cho từng khu vực dọc bờ biển nghiên

cứu dựa trên các tài liệu lịch sử, tài liệu viễn thám, số liệu đo đạc,… sau đó tiến

hành chập bản đồ các giai đoạn, phân tích biến động hình thái các cửa sông và

thống kê, phân tích các dữ liệu đo đạc.

3. Kết quả nghiên cứu trên mô hình vật lý cho thấy, với hệ thống đê ngầm phá

sóng đạt tiêu chuẩn 5,0h

d thì hệ số giảm sóng Kt đạt giá trị trung bình khoảng từ

0,7 ÷ 0,8 tương ứng với độ cao sóng đã giảm được tối thiểu từ 20% ÷ 30% sau công

trình. Đối với khu vực Hải Hậu, luận án đề xuất cao trình đỉnh đê ngầm ứng với

mực nước thiết kế tần suất P = 5% (MN = 2,2m), cộng nước dâng 0,8m là 6,0h

d

(hoặc có thể lớn hơn, tùy vào mục đích và khả năng đầu tư), cao trình đỉnh đê sẽ là

∆ = +1,40m, bề rộng đỉnh đê B = (3,0÷5,0)m, mái đê (m1, m2) = 1:2. Khi đó đê

ngầm sẽ làm suy giảm được tối thiểu khoảng 25% ÷ 45% độ cao sóng sau đê (tùy

vào mực nước cao hay thấp). Cũng từ kết quả thí nghiệm sẽ lựa chọn được các hệ số

suy giảm sóng Kt tương ứng với cấp mực nước, để làm đầu vào phục vụ các kịch

bản tính toán mô hình biến đổi đường bờ GENESIS tại Hải Hậu khi có hệ thống

công trình giảm sóng, tạo bồi trên bãi.

135

4. Kết quả nghiên cứu mô phỏng trên mô hình số trị đánh giá được ảnh hưởng

của công trình đến diễn biến đường bờ tại Hải Hậu với các phương án khác nhau về

vị trí (bố trí xa, gần so với bờ), kích thước (dài, ngắn), và khoảng cách khe hở giữa

các công trình. Từ đó có cơ sở lựa chọn kích thước, vị trí để đặt công trình trên bãi

nâng cao được hiệu quả của công trình.

5. Luận án đã đề xuất cụm công trình nhằm giảm sóng, tạo bồi và ổn định bờ,

bãi biển nghiên cứu tại trọng điểm xói lở thuộc địa phận xã Hải Triều - Hải Hòa,

huyện Hải Hậu. Đó là cụm công trình phức hợp gồm 05 đê ngầm phá sóng, kết hợp

với 07 mỏ hàn chữ T.

B. KIẾN NGHỊ

Kết quả nghiên cứu của luận án có tính khoa học và thực tiễn, đã cung cấp cơ

sở khoa học cho lựa chọn, xây dựng giải pháp công trình giảm sóng, tạo bồi trên bãi

nhằm phòng chống, giảm nhẹ thiên tai và bảo vệ bãi, bờ biển đối với khu vực Hải

Hậu. Tuy nhiên, do lĩnh vực nghiên cứu rộng và phức tạp, một số vấn đề vẫn còn để

mở như: ảnh hưởng của dòng chảy trong sông đối với vùng nghiên cứu, loại vật liệu

sử dụng để đắp đê ngầm, dạng khối phủ cho đê ngầm, các phương án gia cố chân

đê,... cần được tiếp tục nghiên cứu để khi áp dụng vào thực tế sẽ phát huy tốt nhất

hiệu quả của công trình.

136

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

1. Doãn Tiến Hà, Nguyễn Tuấn Anh (2013), Nghiên cứu quá trình lan truyền sóng

tại khu vực cửa Ba Lạt và cửa Lạch Giang theo các kịch bản bãi bồi và công trình

chỉnh trị. Tạp chí Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, số 17-2013, tr. 51-57;

2. Doãn Tiến Hà, Mạc Văn Dân (2013), Ứng dụng mô hình CEDAS để tính toán,

dự báo diễn biến đường bờ biển khu vực Sầm Sơn-Thanh Hóa. Tạp chí Khoa học và

Công nghệ Thủy lợi, số 13-2013, tr. 34-43;

3. Trương Văn Bốn, Vũ Văn Ngọc, Doãn Tiến Hà (2013), Kết quả tính toán thủy

triều và vận chuyển bùn cát ven bờ từ cửa Lấp đến cửa Lộc An, tỉnh Bà Rịa-Vũng

Tàu bằng mô hình toán. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, số 13-2013, tr.

2-6;

4. Doãn Tiến Hà (2013), Nghiên cứu, mô phỏng sự ảnh hưởng của địa hình và các

công trình chỉnh trị trên bãi tại một số cửa sông, ven biển tỉnh Nam Định đến cơ

chế lan truyền và suy giảm chiều cao sóng. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy

lợi, số 18-2013, tr. 61-68;

5. Nguyễn Khắc Nghĩa, Doãn Tiến Hà (2013), Ảnh hưởng của biến động hình thái

vùng cửa Ba Lạt đến sạt lở bờ biển Nam Định và các giải pháp chỉnh trị ổn định.

Tạp chí Địa kỹ thuật, số 2 - 2013, tr.3 - 11;

6. Doãn Tiến Hà, Trần Hồng Thái, Trương Văn Bốn, Mạc Văn Dân (2015), Biến

động mặt cắt ngang bãi biển tại Hải Hậu theo một số thời kỳ và theo chế độ mùa.

Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, số 25, 2 - 2015, tr. 61 - 67;

7. Doãn Tiến Hà, Trần Hồng Thái, Trương Văn Bốn (2015), Nghiên cứu đề xuất

các tham số của công trình giảm sóng gây bồi đối với khu vực Hải Hậu, Nam Định.

Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, số 25, 2 - 2015, tr. 100 - 110.

137

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu trong nước:

[1] Quản Ngọc An, Trịnh Việt An, Nguyễn Khắc Nghĩa (1999), Nghiên cứu thoát lũ các cửa sông vùng ĐBBB, Đề tài cấp bộ-Viện KHTL, Hà Nội.

[2] Trịnh Việt An và nnk (2008), “Nghiên cứu sử dụng mô hình LITPACK trong nghiên cứu dự báo biến động xói lở bờ biển phục vụ cho quy hoạch chiến lược bờ biển ở nước ta”, Đề tài cấp cơ sở-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Hà Nội.

[3] Bản đồ địa chất và khoáng sản Việt Nam, tỷ lệ 1:50,000, 1:200,000, nhóm tờ Nam Định-Thái Bình.

[4] Bộ NN&PTNT (2002), Hướng dẫn Thiết kế đê biển, Tiêu chuẩn Ngành 14 TCN 130-2002.

[5] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2012), Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển.

[6] Trương Văn Bốn và nnk (2012), Nguyên nhân xói mòn, bồi lắng và biến đổi luồng lạch tại khu vực cửa Lấp và cửa Lộc An (Bà Rịa-Vũng Tàu) dựa trên dữ liệu đo đạc thực tế và mô phỏng bằng mô hình số”, Tạp chí KHCN Thủy lợi số 16, tháng 8/2012, Hà Nội.

[7] Vũ Thanh Ca, Nguyễn Quốc Trinh (2006), Nghiên cứu về nguyên nhân xói lở bờ biển Nam Định, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT, Hà Nội.

[8] Vũ Minh Cát, Vũ Minh Anh (2006), Mô phỏng chế độ thủy động lực học và vận chuyển bùn cát khi xây dựng cảng Lạch Huyện, Tạp chí KHCN trường ĐH Thủy lợi, Hà Nội.

[9] Chi cục PCLBC-QLĐ Nam Định (2006), Đánh giá sự ổn định công trình, tác động gây bồi và bảo vệ đê của hệ thống kè mỏ hàn Hải Thịnh II (Hải Hậu), Nghĩa Phúc (Nghĩa Hưng) - Kiến nghị các giải pháp hoàn thiện công trình, Đề tài nghiên cứu cấp tỉnh.

[10] Nguyễn Quang Chiến (2008), Genesis-Mô hình số trị mô tả biến đổi đường bờ, Giáo trình giảng dạy, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội.

[11] Công ty cổ phần tư vấn XD Nông nghiệp & PTNT Nam Định (2008), Hiện trạng, nguyên nhân xói, bồi và cơ chế phá hoại đê, kè vùng bờ biển tỉnh Nam Định”, Báo cáo Tham luận tại hội thảo khoa học 8/2008, Hà Nội.

[12] Dự án (2011), Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng, Sóc Trăng.

[13] Dự án qui hoạch (2012), Rà soát, xác định tuyến, cấp đê, vị trí và qui mô các công trình trên đê biển Nam Định có tính tới biến đổi khí hậu và kết hợp giao thông, Bộ Nông nghiệp và PTNT, Hà Nội.

138

[14] Dự án VS/RDE-03 (2004-2011), Chương trình hợp tác nghiên cứu Việt Nam-Thụy Điển 2004-2011.

[15] Đỗ Minh Đức (2004), Nghiên cứu sự hình thành và biến đổi quá trình bồi bụ-xói lở ở đới ven biển Thái Bình-Nam Định, Luận án Tiến sỹ, Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội.

[16] Phạm Văn Giáp, Lương Phương Hậu (1994), Chỉnh trị sông ven biển, Nxb. Xây dựng Hà Nội.

[17] Phạm Văn Giáp, Nguyễn Hữu Đẩu, Nguyễn Ngọc Huệ (1998), Công trình bến cảng, NXB Xây dựng, Hà Nội.

[18] Doãn Tiến Hà (2010), Tính toán các đặc trưng sóng phục vụ thiết kế công trình đê biển tại một số khu vực ven biển Giao Thủy-Hải Hậu, Nam Định, Luận văn thạc sĩ khoa học, trường ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN.

[19] Lương Phương Hậu (1999), Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo, Tủ sách trường ĐH Xây dựng, Hà Nội.

[20] Lương Phương Hậu, Trần Đình Hợi (2003), Lý thuyết thí nghiệm công trình thủy, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.

[21] Lương Phương Hậu, Trịnh Việt An, Lương Phương Hợp (2002), Diễn biến cửa sông vùng đồng bằng Bắc Bộ, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.

[22] Nguyễn Hoàn và nnk (2002), Tiến hóa trầm tích - Địa mạo - Địa hóa vùng cửa sông Ba Lạt, Dự án Châu thổ Sông Hồng, thuộc chương trình Biến đổi môi trường toàn cầu hợp tác với Hà Lan.

[23] Hội Cảng-Đường thủy-Thềm lục địa Việt Nam (2004), Tiêu chuẩn kỹ thuật và chú giải đối với các công trình cảng ở Nhật Bản, Hà Nội.

[24] Nguyễn Mạnh Hùng (2010), Biến động bờ biển và cửa sông Việt Nam, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.

[25] Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển, Nguyễn Vũ Thắng (2011), Tính toán biến động bờ biển khu vực ven biển Hải Hậu Nam Định và châu thổ sông Hồng dưới tác động đồng thời của trường sóng và mực nước, Hội nghị Khoa học và Công nghệ Biển toàn quốc lần V, Hà Nội.

[26] Huyện ủy - Ủy ban nhân dân huyện Hải Hậu (2009), Địa chí Hải Hậu.

[27] Vũ Công Hữu (2010), Nghiên cứu chế độ sóng, dòng chảy và vận chuyển trầm tích vùng nước biển ven bờ Nam Định, Luận văn thạc sĩ khoa học, trường ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN.

[28] Doãn Đình Lâm (2002), Lịch sử tiến hóa trầm tích Holocen châu thổ sông Hồng, Luận án Tiến sỹ, Đại học KHTN, Hà Nội.

[29] Luận chứng kinh tế kỹ thuật bảo vệ đê biển Hải Hậu, năm 1988.

139

[30] Đinh Văn Mạnh và nnk (2008), Nghiên cứu để cập nhật, chi tiết hóa bộ số liệu cơ bản về triều, nước dâng dọc bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam phục vụ tính toán thiết kế, củng cố nâng cấp đê biển, Đề tài trọng điểm cấp Bộ NN&PTNT, Hà Nội.

[31] Phạm Thành Nam, Hocine Oumeraci, Magnus Larson và Hans Hanson (2008), Sử dụng một phương trình bậc cao để giải phương trình bảo toàn khối lượng trầm tích, Hà Nội.

[32] Nguyễn Thanh Ngà, Quản Ngọc An, Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (1995), Hiện trạng và nguyên nhân xói lở bờ biển Việt Nam-Đề xuất các biện pháp KHKT bảo vệ và khai thác vùng đất ven biển, Báo cáo kết quả đề tài KT-03-14.

[33] Chu Văn Ngợi, Nguyễn Văn Vượng, Đỗ Minh Đức và nnk (2009), Nghiên cứu, đánh giá điều kiện địa công trình và địa môi trường khu vực cửa sông ven biển tỉnh Nam Định phục vụ quy hoạch sử dụng hợp lý lãnh thổ và giảm thiểu tai biến, Đề tài khoa học trọng điểm cấp Đại hoc Quốc gia, Mã số: QGTĐ,07,06.

[34] Phạm Văn Ninh (2003), Nghiên cứu cơ chế bồi xói bờ biển khu vực châu thổ sông Hồng, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Trung tâm KHTN & CNQG, Viện Cơ học, Hà Nội.

[35] Phạm Văn Ninh, Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Mạnh Hùng, Đinh Văn Mạnh, Nguyễn Thị Việt Liên (2006), Một số kết quả nghiên cứu về thuỷ thạch động lực và biến đổi đường bờ vùng biển Nam Định, Báo cáo tại Hội thảo về phòng chống thiên tai và bảo vệ bờ biển, Nam Định.

[36] Mai Trọng Nhuận và nnk (1996), Nghiên cứu và lập bản đồ địa chất môi trường đới biển nông ven bờ Nga Sơn, Hải Phòng (0 - 30 m nước), tỷ lệ 1/500.000.

[37] Trần Nghi, Chu Văn Ngợi và nnk (2000), Tiến hóa trầm tích Kainozoi bồn trũng Sông Hồng trong mối quan hệ với hoạt động kiến tạo, Tạp chí Các khoa học về trái đất 22/4: 290-305, Hà Nội.

[38] Nguyễn Khắc Nghĩa (1977 và 1986-1995), Báo cáo đặc điểm khí tượng hải văn vùng ven bờ biển Hải Hậu - Nam Định, Viện Khoa học Thủy Lợi.

[39] Nguyễn Khắc Nghĩa (1989), Bản chất hiện tượng xói lở đê, kè biển trong mùa "Nước Rươi" ở ven biển đồng bằng Bắc Bộ. Tuyển tập công trình nghiên cứu khoa học: Sông ngòi-Cửa sông ven biển và công trình chỉnh trị. Viện Khoa học Thủy Lợi, Hà Nội.

[40] Nguyễn Khắc Nghĩa (1991), Báo cáo kết quả điều tra khảo sát tổng hợp ven biển Ba lạt-Ninh Cơ, Phối hợp 2 dự án do UNDP tài trợ VIE/80/021 và VIE /87/020. Hà Nội.

[41] Nguyễn Khắc Nghĩa (2004), Điều tra cơ bản Biến động hình thái dải ven biển Bắc Bộ và Trung bộ, Dự án ĐTCB từ năm 1999- 2004, Hà Nội.

[42] Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2005), Nghiên cứu tổng hợp công nghệ dự báo phòng chống xói lở bờ biển, Đề tài cấp cơ sở-Viện Khoa học Thủy lợi, Hà Nội.

140

[43] Nguyễn Khắc Nghĩa (2007), Xác định chiều cao sóng trong tính toán thiết kế đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam, Đề tài cấp Bộ NN&PTNT.

[44] Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2008), Nghiên cứu giải pháp KHCN xây dựng đê biển chống được bão cấp 12, triều cường (từ Quảng Ninh đến Ninh Bình), Kết quả Đề tài cấp Bộ NN&PTNT 2006-2008, Hà Nội.

[45] Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2010), Theo dõi diễn biến xói lở vùng cửa sông, ven biển Nam Định, Kết quả dự án ĐTCB giai đoạn 2005-2010, Hà Nội.

[46] Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2010), Nghiên cứu bước đầu qui luật cân bằng động của mặt cắt bãi biển và ảnh hưởng của chúng đến ổn định bờ, bãi biển trong điều kiện Việt Nam, Đề tài cấp cơ sở-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Hà Nội.

[47] Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2013), Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp tổng thể để ổn định vùng bờ biển Nam Định từ cửa Ba Lạt đến cửa Đáy, Đề tài độc lập cấp Nhà nước mã số ĐTĐL,2010T/28, Hà Nội.

[48] Vũ Văn Phái, Nguyễn Xuân Trường (1992), Lịch sử phát triển bờ biển rìa Delta sông Hồng trong thời gian gần đây, Tạp chí các khoa học về Trái đất 6-1992.

[49] Trần Minh Quang (1993), Sóng và Công trình chắn sóng, NXB giao thông vận tải.

[50] Trần Minh Quang (2007), Công trình Biển, NXB giao thông vận tải.

[51] Nguyễn Bá Quỳ (2008), Tuyến đê biển và yêu cấu tuyến đê biển nhằm phát triển bền vững kinh tế, xã hội ở Nam Định, Tuyển tập hội thảo khoa học về đê biển Nam Định, Hà Nội.

[52] Nguyễn Thọ Sáo (2004), Động lực học cát biển, Giáo trình trường Đại học khoa học Tự nhiên-ĐH QGHN.

[53] Nguyễn Thọ Sáo và nnk (2010), Đánh giá tác động công trình đến bức tranh thủy động lực khu vực cửa sông ven bờ Bến Hải, Quảng Trị, Tạp chí Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S, Đại học QGHN, Hà Nội).

[54] Phạm Quang Sơn (2004), Nghiên cứu biến động vùng ven biển cửa sông Hồng - sông Thái Bình trên cơ sở ứng dụng thông tin viễn thám và hệ thông tin địa lý phục vụ khai thác sử dụng hợp lý lãnh thổ, bảo vệ tài nguyên và môi trường, Luận án Tiến sỹ, Đại học KHTN, Hà Nội.

[55] Sở Nông nghiệp & PTNT t ỉnh Nam Định (2006), Dự án TKKT đê biển Nam Định, Chương trình xây dựng, nâng cấp và củng cố tuyến đê biển Nam Định, Nam Định.

[56] Tiêu chuẩn Việt Nam (2013), TCVN 9901:2013, Công trình Thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê biển.

[57] Trần Thanh Tùng, Jan van de Graaff (2008), Hình thái bờ biển, Tài liệu giảng dạy trường Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội.

141

[58] Nguyễn Thành Trung, Lương Phương Hậu (2013), Nghiên cứu phân tích hiệu quả của các công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, Dự án Quản lý rủi ro thiên tai WB4, Hà Nội.

[59] Nguyễn Thành Trung (2013), Nghiên cứu thực nghiệm xác định nguyên tắc bố trí không gian hợp lý công trình ngăn cát, giảm sóng bảo vệ đê biển và bờ biển khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, Hà Nội.

[60] Đinh Văn Ưu và nnk (1996), Hiện trạng và nguyên nhân xói lở bờ biển Việt Nam. Đề xuất các biện pháp KHKT bảo vệ và khai thác vùng đất ven biển, Báo cáo kết quả tính mô hình toán đề tài KT- 03-14, Viện khoa học Thuỷ lợi, Hà Nội.

Tài liệu nước ngoài:

[61] Ahrens J.P (1987), Characteristics of reef breakwaters, Technical report CERC-87-17.

[62] B. Mutlu Sumer, JØrgen FredsØe (2002), The Mechanics of scour in the marine environment, Advanced Series on Ocean Engineering-Volume 17.

[63] CEDAS Version 4.03, Copyright 1999-2011, Veri-Tech, Inc.

[64] CERC (1984), Shore Protection Manual, Volume 1, 2.

[65] Charles K, Sollitt, RH, Cross (1972), Wave transmission through permeable breakwaters, Coastal Engineering, Chapter 103.

[66] Dalrymple R.A (1985), Physical Modelling in Coastal Engineering.

[67] Davies B. L, Kriebel, D. L (1992), Model testing of wave transmission past low -crested breakwaters, Coastal Engineering, Chapter 84.

[68] Flanders Hydraulics Research (2003), Wflume-UserGuide, Ministry of Flanders, Belgium.

[69] Goda (1969), Modelling of Waves and Currents around Submerged Breakwaters, Report of the Port and Harbou research institute, Vol.8.No3, Sept 1969.

[70] Hanson H, Kraus N.C (2001), Chronic Beach Erosion Adjacent to Inlets and Remediation by Composite (T-Head) Groins, ERDC/CHL CHETN-IV-36.

[71] Horton .D.F (1950), Design and construction a groin.

[72] J.W Kanpluis, M.J Paul and A.Brebner (1972), Similarity of Equibrium beach profile, Proc.13th conference on Coastal Engineering - Volume II.

[73] LUONG. G.V, M.Sc thesis, UNESCO-IHE Delft, the Netherlands (2003), Coastal Morphology-A case study in Province of Nam Dinh, Red River Delta, Vietnam.

142

[74] MIKE 21HD FM (2008), Hydrodynamic Module-Scientific Documentation, DHI Software.

[75] MIKE 21 ST FM (2008), Sand Transport Module-Scientific Documentation, DHI Software.

[76] MIKE 21 SW FM (2008), Spectral Wave Module-Scientific Documentation, DHI Software.

[77] MIKE 21/3 Coupled Model FM (2008), User Guide, DHI Software.

[78] NGUYEN Viet Thanh, ZHENG Jin-hai, ZHANG Chi (2012), Beach Profiles Characteristics Along Giao Thuy and Hai Hau Coasts, Vietnam, China Ocean Eng., Vol. 26, No. 4, pp. 699-712.

[79] Noble R. M (1978), Coastal structures' effects on shorelines, Coastal structures and related problems, Part III. Chapter 125.

[80] Pilarczyk K.W, Zeidler R.B (1996), Offshore breakwaters and shore evolution control, A.A. Balkerma, Rotterdam, The Netherlands.

[81] PRUSZAK, Z., SZMYTKIEWICZ, M., NINH, P. V. and HUNG, N. M. (2001), Coastal Processes in the Red River Delta Area, Vietnam, Internal report, Institute of Mechanics, National Center for Natural Science and Technology of Vietnam, Hanoi, Vietnam.

[82] Sanasira S.A (2007), Laboratory wave simulation measurement and analysis, NPTEL.

[83] USACE (U.S. Army Corps of Engineers) (1984), Shore Protection Manual (SPM), Washington: U.S. Government Printing Office.

[84] USACE (2002), Coastal Engineering Manual (CEM), Part II, Chapter 2 Washington: U.S. Government Printing Office.

[85] U.S.Army Corp (1992), Coastal groins and nearshore breakwaters, Engineer Manual EM 1110-2-1617.

[86] Steven A Hughes (1993), Physical Models and Laboratory Techniques in Coastal Engineering, World Scientific 568pp.

1

PHỤC LỤC

PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH DIỄN BIẾN MẶT CẮT

Hình 1.1. Diễn biến mặt cắt HH01 thời kì 1985 – 1990

Hình 1.2. Diễn biến mặt cắt HH03 thời kì 1985 – 1990

Hình 1.3. Diễn biến mặt cắt HH01 thời kì 1990 – 1995

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 50 100 150 200

Ca

o đ

ộ(m

)

K/c cộng dồn (m)

4/1986

11/1986

8/1987

8/1988

9/1989

1/1990

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 50 100 150 200

Cao

độ

(m)

K/c cộng dồn (m)

1/1985

1/1986

4/1986

11/1986

8/1987

8/1988

1/1989

1/1990

-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.02.53.03.54.0

0 50 100 150 200 250

Cao

độ

(m)

K/c cộng dồn (m)

10/1991

12/1992

10/1993

12/1993

6/1994

11/1994

2

Hình 1.4. Diễn biến mặt cắt HH03 thời kì 1990 – 1995

Hình 1.5. Diễn biến mặt cắt HH01 thời kì 2005 – 2010

Hình 1.6. Diễn biến mặt cắt HH03 thời kì 2005 – 2010

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0 50 100 150 200 250

Cao

độ

(m)

K/c cộng dồn (m)

12/1992

10/1993

12/1993

6/1994

11/1994

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

0 200 400 600 800 1000 1200

Ca

o đ

ộ(m

)

K/c cộng dồn(m)

10/2005

4/2006

10/2006

4/2007

10/2007

4/2008

10/2008

4/2009

10/2009

4/2010

10/2010

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

0 200 400 600 800 1000 1200

Ca

o đ

ộ (

m)

K/c cộng dồn (m)

10/2005

4/2006

10/2006

4/2007

10/2007

4/2008

10/2008

4/2009

10/2009

4/2010

10/2010

3

Hình 1.7. Mặt cắt HH01 đặc trưng qua các thời kì

Hình 1.8. Mặt cắt HH03 đặc trưng qua các thời kì

Hình 1.9. Mặt cắt đặc trưng từng khu vực từ HH01 đến HH03 dọc ven biển Hải Hậu (giai đoạn 1985-1990)

-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

0 100 200 300 400 500

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn(m)

2005-2010

1985-1990

1990-1995

MCDT(2005-2010)

MCDT(1985-1990)

MCDT(1990-1995)

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0 50 100 150 200 250 300

Ca

o đ

ộ (

m)

K/c cộng dồn(m)

TK 1985-1990

TK 1990-1995

TK 2005-2010

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0 50 100 150 200

Ca

o đ

ộ (

m)

K/c cộng dồn(m)

HH 01

HH 02

HH 03

4

Hình 1.10. Mặt cắt đặc trưng từng khu vực từ HH01 đến HH03 dọc ven biển Hải Hậu (giai đoạn 1990-1995)

Hình 1.11. Mặt cắt đặc trưng hai mùa tại HH01 (giai đoạn 2005-2010)

Hình 1.12. Mặt cắt đặc trưng hai mùa tại HH03 (giai đoạn 2005-2010)

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 50 100 150 200 250

Cao

độ

(m)

K/c cộng dồn (m)

HH 01

HH 02

HH 03

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

0 200 400 600 800 1000 1200

Cao

độ

(m

)

K/c cộng dồn (m)

Tháng 4

Tháng 10

MCDT(Tháng 4)

MCDT(Tháng 10)

-6.00

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

0 200 400 600 800 1000 1200

Cao

độ

(m

)

K/c Cộng dồn (m)

Tháng 10

Tháng 4

MCDT (Tháng 10)

MCDT (Thang 04)

5

PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ HÌNH STWAVE

2.1. Thiết lập phạm vi và lưới tính toán:

Sử dụng đúng lưới tính miền nhỏ của mô hình GENESIS, lưới vuông, cạnh

mỗi ô lưới 5m x 5m theo cả hai trục X và Y. Lưới quay một góc 321.32o so với

hướng Bắc, gốc tọa độ X0 = 636854.46; Y0 = 2218407.36 (xem Hình 2.1).

2.2. Kiểm định mô hình:

Số liệu sóng đưa vào kiểm định mô hình là chuỗi số liệu thực đo 7 ngày tại

trạm đo ven biển Hải Hậu có tọa độ (200 03' 1.08"N; 1060 16' 22.80"E, sâu khoảng

6,0m), tiến hành đo từ 19h-21/7/2010 đến 19h-27/7/2010.

Bảng 2.1. Kết quả so sánh chiều cao, hướng và chu kỳ sóng giữa tính toán và thực đo vào thời kì tháng 7/2010 tại ven biển Hải Hậu, Nam Định

Ngày tháng Giờ Thực đo Tính toán

Hs (m) Tz(s) Hướng (độ) Hs (m) Tz(s) Hướng (độ)

19 0,37 3,75 131,46 0,44 3,92 142,32

21/07/2010 1 0,42 3,86 125,13 0,55 3,72 117,75

7 0,49 3,94 131,65 0,51 3,77 147,45

13 0,46 4,12 246,99 0,49 4,12 217,27

19 0,28 3,68 132,22 0,23 3,96 143,83

22/07/2010 1 0,27 3,75 124,71 0,30 3,71 120,05

7 0,28 4,06 127,62 0,20 3,94 144,19

13 0,16 4,87 125,67 0,20 4,68 100,04

19 0,18 4,18 106,82 0,20 4,39 119,06

23/07/2010 1 0,12 4,01 121,03 0,21 4,16 121,02

7 0,08 4,79 124,47 0,11 4,75 141,38

13 0,18 5,50 124,17 0,39 5,22 102,83

19 0,88 4,65 145,74 0,83 4,68 158,00

24/07/2010 1 1,07 4,06 142,57 1,04 4,28 145,64

7 1,31 4,88 129,34 1,27 5,00 145,94

13 1,15 5,05 136,65 1,03 4,89 116,58

19 0,90 4,87 127,48 0,85 4,61 139,13

25/07/2010 1 0,94 4,09 130,31 1,02 4,21 132,57

7 1,09 4,12 119,55 1,12 4,36 135,40

13 1,00 4,59 185,00 1,05 4,67 162,20

19 0,74 4,12 120,90 0,89 3,83 131,80

26/07/2010 1 0,37 3,99 142,11 0,46 3,88 140,28

7 0,34 4,16 129,00 0,27 4,26 144,23

13 0,57 4,37 124,36 0,41 4,67 96,91

19 0,53 4,42 143,64 0,47 4,34 154,18

27/07/2010 1 0,64 4,26 121,01 0,58 4,02 114,89

7 0,61 4,67 114,52 0,55 4,60 129,73

13 0,24 4,00 126,91 0,34 4,19 96,37

6

Hình 2.1. Trường sóng khu vực

ven biển Hải Hậu-STWAVE Hình 2.2. So sánh độ cao sóng tính toán và thực

đo tại Hải Hậu

Hình 2.3. Kết quả kiểm định sóng ven biển Hải Hậu (số liệu tháng 7/2010)

Bảng 2.2. Kết quả tính toán hệ số Nash theo các tham số sóng tương ứng

TT Nội dung kiểm định Nash 1 Độ cao sóng 0,92 2 Chu kỳ sóng 0,47 3 Hướng sóng 0,59

2.3. Tính toán so sánh với thí nghiệm trên máng sóng:

Số liệu sóng, mực nước đưa vào tính toán và trích xuất để so sánh với số liệu

thí nghiệm được thể hiện trong bảng 2.3.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

19 1 7 13 19 1 7 13 19 1 7 13 19 1 7 13 19 1 7 13 19 1 7 13 19 1 7 13

21/07/2010 22/07/2010 23/07/2010 24/07/2010 25/07/2010 26/07/201027/07/2010

Độ

ca

o s

ón

g H

s(m

)

Thời gian

Kết quả tính toán kiểm định độ cao sóng

Thực đo

Tính toán

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Ch

u k

ì só

ng

(s

)

Hư

ớn

g s

ón

g (đ

ộ)

Thời gian

Hướng sóng thực đo Hướng sóng tính toán

Chu kỳ sóng thực đo Chu kỳ sóng tính toán

7

Bảng 2.3. Kết quả thí nghiệm mô hình vật lý được sử dụng để so sánh với kết quả tính mô hình STWAVE

Thủy lực File Name Δt

MÔ HÌNH THỰC TẾ

Wave 2 Wave 3 Wave 4 Wave 2 Wave 3 Wave 4

MN Sóng H T H T H T H T H T H T

4,00 C12 MN4,0_C12 20-100 0,12 1,69 0,11 1,72 0,10 1,49 2,48 7,56 2,14 7,68 2,04 6,65

4,00 C10 MN4,0_C10 30-160 0,12 1,49 0,10 1,47 0,09 1,44 2,32 6,66 1,92 6,57 1,81 6,45

4,00 C08 MN4,0_C08 30-120 0,08 1,03 0,08 1,09 0,08 1,16 1,64 4,60 1,60 4,89 1,62 5,17

2,50 C12 MN2,5_C12 20-120 0,10 1,44 0,08 1,32 0,08 1,25 1,94 6,42 1,64 5,88 1,64 5,59

2,50 C10 MN2,5_C10 20-130 0,01 1,40 0,08 1,23 0,09 1,30 0,20 6,26 1,62 5,48 1,74 5,79

2,50 C08 MN2,5_C08 70-145 0,08 0,12 0,07 1,06 0,08 1,03 1,62 0,52 1,48 4,73 1,54 4,58

1,20 C12 MN1,2_C12 85-175 0,10 1,44 0,08 1,32 0,08 1,25 1,90 6,42 1,62 5,88 1,58 5,59

1,20 C10 MN1,2_C10 20-120 0,07 0,91 0,06 1,02 0,05 0,88 1,34 4,07 1,16 4,55 1,06 3,95

1,20 C08 MN1,2_C08 20-155 0,07 1,09 0,06 0,86 0,06 0,93 1,48 4,88 1,16 3,83 1,28 4,15

Hình 2.4. Đồ thị so sánh giá trị chiều cao sóng giữa mô hình toán và mô hình vật lí tại 3 điểm đo sóng ven bờ trong các trường hợp thí nghiệm và tính toán

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

MN

4.0m W

2

MN

4.0m W

3

MN

4.0m W

4

MN

4.0m W

2

MN

4.0m W

3

MN

4.0m W

4

MN

4.0m W

2

MN

4.0m W

3

MN

4.0m W

4

MN

2.5m W

2

MN

2.5m W

3

MN

2.5m W

4

MN

2.5m W

2

MN

2.5m W

3

MN

2.5m W

4

MN

2.5m W

2

MN

2.5m W

3

MN

2.5m W

4

MN

1.86m W

2

MN

1.86m W

3

MN

1.86m W

4

MN

1.86m W

2

MN

1.86m W

3

MN

1.86m W

4

MN

1.86m W

2

MN

1.86m W

3

MN

1.86m W

4

Ch

iều

cao

só

ng

(m

)

CÁC TRƯỜNG HỢP THÍ NGHIỆM

MHVL MHT

8

Hình 2.5. So sánh kết quả thí nghiệm và tính toán tại từng đầu đo

Hình 2.6. Tương quan giữa kết quả tính mô hình toán và kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lí

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0 1 2 3 4 5

Ch

iều

ca

o s

ón

g(m

)

MHVL

MHT

W 2 W 3 W4

R² = 0.9068

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Giá

trị m

ô h

ình

to

án

(m

)

Giá trị mô hình vật lí (m)

9

2.4. Xem xét ảnh hưởng của các tham số công trình đến diễn biến trường sóng

ven bờ bằng mô hình STWAVE

Điều kiện đầu vào chung cho các trường hợp tính toán khảo sát như sau:

- Điều kiện mực nước và sóng đầu vào tại biên: mực nước lấy bằng +1,86m;

sóng tại biên nước sâu: Hs = 1,90m, Ts = 9,0s. Khi đó độ cao sóng lan truyền đến

khu vực công trình (cách chân đê ngầm khoảng 1/2 lần bước sóng nước sâu) sẽ đạt

giá trị khoảng 1,10m.

- Cao trình đỉnh đê cố định (∆ = +1,40m), đê ngầm được đặt tại vị trí cách bờ

khoảng X = 150m, ở cao trình đáy khoảng -1,0m.

1. Trường hợp bề rộng đỉnh đê ngầm (B) thay đổi:

Cố định chiều dài đê ngầm (L = 200m), các trường hợp thay đổi bề rộng đỉnh

đê ngầm (B) lần lượt là: B = 5m, B = 10m và B = 15m.

Bề rộng B= 5m

Bề rộng B= 10m Bề rộng B= 15m

Thang chiều cao sóng (m)

Hình 2.7. Diễn biến trường sóng tại khu vực công trình ứng với bề rộng (B) đỉnh thay đổi khác nhau, mực nước +1,86m

2. Trường hợp chiều dài đê ngầm (L) thay đổi:

Cố định bề rộng đỉnh đê ngầm (B = 5m), các trường hợp thay đổi chiều dài đê

ngầm (L) lần lượt là: L = 50m, L = 100m và L = 200m.

10

L = 50m

L = 100m L = 200m

Thang chiều cao sóng (m)

Hình 2.8. Diễn biến trường sóng tại khu vực công trình ứng với chiều dài (L) của đê ngầm thay đổi khác nhau, mực nước +1,86m

3. Trường hợp độ rộng khe hở giữa các đê ngầm (G) thay đổi:

Cố định bề rộng đỉnh đê ngầm (B = 5m), chiều dài mỗi đê ngầm (L = 200m),

tính với hệ thống mặt bằng bố trí hai đê ngầm. Các trường hợp thay đổi độ rộng khe

(G) giữa hai đê ngầm lần lượt là: G = 25m, G = 50m, G = 80m và G = 150m.

a) G = 25m

b) G = 50m

11

c) G = 80m

d) Bãi có tường G = 150m

Thang chiều cao sóng (m)

Hình 2.9. Diễn biến trường sóng tại khu vực công trình ứng với khe hở giữa các đê ngầm (G) thay đổi khác nhau, mực nước +1,86m

4. Trường hợp khoảng cách từ đường bờ tới đê ngầm (X) thay đổi:

Cố định bề rộng đỉnh đê ngầm (B = 5m), chiều dài đê lựa chọn (L = 200m),

các trường hợp thay đổi khoảng cách từ đường bờ ban đầu đến đê ngầm (X) lần lượt

là: X = 50m, X = 80, X = 100m và X = 200m. Riêng trường hợp X= 150m đã tính

với chiều dài (L) thay đổi ở trên.

a) X = 50m b) X = 80m

12

c) X = 100m d) X = 200m

Thang chiều cao sóng (m)

Hình 2.10. Diễn biến trường sóng tại khu vực công trình ứng với khoảng cách từ bờ đến đê ngầm (X) thay đổi khác nhau, mực nước +1,86m

PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN DIỄN BIẾN BÃI KHI CÓ CÔNG

TRÌNH CHỈNH TRỊ THEO CÁC PHƯƠNG ÁN ĐẦU VÀO KHÁC NHAU

Hình 3.1. Kết quả tính toán với phương án 1

13

Hình 3.2. Kết quả tính toán với phương án 2

Hình 3.3. Kết quả tính toán với phương án 3

14

Hình 3.4. Kết quả tính toán với phương án 5

Hình 3.5. Kết quả tính toán với phương án 6

15

Hình 3.6. Kết quả tính toán với phương án 7

Hình 3.7. Kết quả tính toán với phương án 8

16

Hình 3.8. Kết quả tính toán với phương án 9

Hình 3.9. Kết quả tính toán với phương án 10

17

Hình 3.10. Kết quả tính toán với phương án 12

Hình 3.11. Kết quả tính toán với phương án 13

18

Hình 3.12. Kết quả tính toán với phương án 14

Hình 3.13. Kết quả tính toán với phương án 15

19

Hình 3.14. Kết quả tính toán với phương án 16

Hình 3.15. Kết quả tính toán với phương án 17

20

Hình 3.16. Kết quả tính toán với phương án 18

Hình 3.17. Kết quả tính toán với phương án 19

21

Hình 3.18. Kết quả tính toán với phương án 20

Hình 3.19. Kết quả tính toán với phương án 22

22

PHỤ LỤC 4: MỘT SỐ HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VẬT LÝ CỦA LUẬN ÁN

Hình 4.1. Chuẩn bị máy móc để xây

dựng mặt cắt bãi trên mô hình

Hình 4.2. Quá trình tiến hành tạo mặt

bằng, xây dựng mô hình

Hình 4.3. Lắp đặt các đầu đo sóng trên

mô hình

Hình 4.4. Phương pháp kiểm định ướt

đầu đo sóng

23

Hình 4.5. Điều chỉnh mực nước theo

thước nước đã được gắn cao độ

Hình 4.6. Thí nghiệm với bãi tự nhiên

chưa có công trình

Hình 4.7. Sóng vỡ trước công trình

trường hợp mực nước MN = +1,8m,

sóng tại biên 1,8 m

Hình 4.8. Sóng vượt qua đê phá sóng

trường hợp MN kiệt = +1,2m, mái dốc

đê phá sóng m = 4

Hình 4.9. Kiểm tra, xem xét quá trình thí nghiệm

24

Hình 4.10. Thu thập, phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm

a) Cửa sổ chính phần mềm cài đặt, điều

khiển và tạo sóng (WLWave)

b) Cửa sổ chính của phần mềm thu thập

dữ liệu (Measure)

c) Cửa sổ chính của phần mềm phân tích

dữ liệu (ANASYS)

d) Thể hiện kết quả thí nghiệm

Hình 4.11. Tổng quan quá trình xử lí dữ liệu sóng bằng phần mềm