Quản lý Nguồn Tài nguyên Thiên nhiên Vùng Ven biển Tỉnh Sóc Trăng Nghiên cứu về Dòng chảy và Mô hình Xói lở Thorsten Albers và Nicole von Lieberman

Xuất bản Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GiZ) GmbH Dự án Quản lý Nguồn Tài nguyên Thiên nhiên Vùng Ven biển tỉnh Sóc Trăng Tác giả Thorsten Albers và Nicole von Lieberman Ảnh bìa Xói lở ở Vĩnh Tân, K. Schmitt 2010 © giz, tháng 1 năm 2011

Nghiên cứu về Dòng chảy và Mô hình Xói lở

Thorsten Albers và Nicole von Lieberman

Tháng 1 năm 2011

iii

Giới thiệu về GIZ

Năng lực toàn diện cho phát triển bền vững dưới một mái nhà chung Với phương châm làm việc năng suất, hiệu quả và dựa trên tinh thần hợp tác, GIZ hỗ trợ người dân và cộng đồng tại các nước đang phát triển, các quốc gia đang trong thời kỳ chuyển đổi và các nước công nghiệp trong việc định hướng tương lai và cải thiện điều kiện sống. Đây là tôn chỉ hoạt động của Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ). Được thành lập ngày 01 tháng 01 năm 2011, GIZ tập hợp những kinh nghiệm được tích lũy trong nhiều năm của GIZ hỗ trợ các đối tác trong nỗ lực đạt được những mục tiêu phát triển lâu dài thông qua việc cung cấp các dịch vụ hiệu quả được thiết kế phù hợp với yêu cầu của phát triển bền vững. Tổ chức Hỗ trợ Phát triển Đức (DED), Tổ chức Hợp tác Kỹ thuật Đức (GTZ) và Tổ chức Bồi dưỡng và Phát triển Năng lực Quốc tế Đức (In-WEnt). GIZ là tổ chức trực thuộc nhà nước Cộng hòa Liên bang Đức, hỗ trợ Chính phủ Đức trong những nỗ lực thực hiện các mục tiêu trong lĩnh vực hợp tác quốc tế cho phát triển bền vững. GIZ cũng tham gia vào công tác giáo dục quốc tế trên toàn cầu. Phát triển hiệu quả GIZ áp dụng cách tiếp cận tổng thể dựa trên giá trị để đảm bảo sự tham gia của tất cả các bên liên quan. Trong quá trình này, sứ mệnh phát triển bền vững luôn là định hướng chủ đạo xuyên suốt mọi hoạt động của tổ chức. GIZ cũng luôn quan tâm đến các khía cạnh chính trị, kinh tế, xã hội và sinh thái khi hỗ trợ đối tác ở các cấp địa phương, khu vực, quốc gia và quốc tế t ìm ra các giải pháp cho cộng đồng trong bối cảnh xã hội rộng lớn hơn. Đây là phương thức giúp GIZ đạt được sự phát triển một cách hiệu quả. GIZ hoạt động trên nhiều lĩnh vực bao gồm: phát triển kinh tế và xúc tiến việc làm; xây dựng nhà nước và khuyến khích dân chủ; thúc đẩy hòa bình, an ninh, tái thiết và giải quyết mâu thuẫn dân sự; an ninh lương thực, y tế, giáo dục phổ cập; bảo vệ môi trường, bảo tồn tài nguyên và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu. Chúng tôi cũng cung cấp các dịch vụ về quản lý và hậu cần để hỗ trợ đối tác trong việc thực hiện những nhiệm vụ phát triển. Trong các tình huống khủng hoảng, GIZ còn tiến hành các chương trình người tị nạn và cứu trợ khẩn cấp. Là một phần của dịch vụ phát triển, GIZ đồng thời cung cấp nhiều chuyên gia hỗ trợ phát triển cho các nước đối tác. GIZ tư vấn cho các cơ quan tài trợ và đối tác các vấn đề về xây dựng kế hoạch và chiến lược, giới thiệu các chuyên gia hòa nhập và chuyên gia hồi hương ở các nước đối tác, đồng thời thúc đẩy mạng lưới hợp tác và đối thoại giữa các bên liên quan trong hoạt động hợp tác quốc tế. Nâng cao năng lực cho chuyên gia của các nước đối tác là một phần quan trọng trong dịch vụ của GIZ. Chúng tôi tạo nhiều cơ hội cho các thành viên tham gia các hoạt động có thể duy trì và thúc đẩy những mối quan hệ mà họ tạo dựng được. Ngoài ra, GIZ còn tạo điều kiện để những người trẻ tuổi nâng cao kinh nghiệm chuyên môn của mình trên khắp thế giới thông qua các chương trình trao đổi giành cho chuyên gia trẻ. Những chương trình này giúp xây dựng nền móng cho thành công trong sự nghiệp của họ trên các thị trường trong nước và quốc tế. Các cơ quan ủy nhiệm cho GIZ Hầu hết các hoạt động của GIZ được thực hiện theo ủy nhiệm của Bộ Hợp tác Kinh tế và Phát triển (BMZ). Ngoài ra, GIZ cũng hoạt động thay mặt cho các Bộ khác của Đức, cụ thể là Bộ Ngoại giao Liên bang, Bộ Môi trường Liên Bang, Bộ Giáo dục và Nghiên cứu Liên bang. GIZ cũng hoạt động theo ủy quyền của chính quyền các bang và các cơ quan công quyền khác của Đức, các cơ quan và tổ chức thuộc khu vực nhà nước, tư nhân trong và ngoài nước Đức, Ủy ban Châu Âu, Liên Hiệp Quốc và Ngân hàng Thế giới. Chúng tôi hợp tác chặt chẽ với khu vực tư nhân và góp phần thúc đẩy xây dựng những tương tác theo định hướng kết quả giữa phát triển và khu vực ngoại thương. Kinh nghiệm dày dạn của chúng tôi với các khối liên minh tại các nước đối tác và tại Đức là nhân tố quan trọng cho hợp tác quốc tế thành công không chỉ trong các lĩnh vực kinh doanh, học thuật văn hóa mà còn trong cả xã hội dân sự. GIZ và những con số GIZ hoạt động tại hơn 130 quốc gia trên toàn cầu. Tại Đức, GIZ có mặt ở hầu khắp các bang với văn phòng chính được đặt tại Bonn và Eschborn. GIZ tuyển dụng khoảng 17.000 nhân viên trên toàn thế giới với hơn 60% là nhân viên bản địa. Ngoài ra, GIZ còn có 1.135 cố vấn kỹ thuật, 750 chuyên gia hòa nhập, 324 chuyên gia hồi hương, 700 chuyên gia địa phương tại các tổ chức đối tác cùng 850 tình nguyện viên (weltwärts). Với doanh thu ở mức 1,9 tỷ euro tính tạI thời điểm tháng 12 năm 2010, GIZ có thể tự tin nhìn về tương lai phía trước.

iv

Lòi tựa

Những thay đổi đường bờ dọc theo bờ biển của tỉnh Sóc Trăng (Đồng bằng Sông Cửu Long, Việt Nam) là kết quả của những quá trình tự nhiên về xói lở và bồi tụ. Ở một số khu vực, tốc độ mất đất do xói lở có thể được ghi nhận lên đến 30 m một năm, trong khi ở những chỗ khác việc bồi tụ đã khiến đất phát triển lấn biển với tốc độ 60 m một năm.

Từ năm 1993 đã có hơn 3.000 héc-ta rừng ngập mặn được trồng dọc theo bờ biển của Sóc Trăng với mục đích bảo vệ đê và bờ biển khỏi xói lở và hạn chế tác động của gió bão. Nhưng tại những khu vực có năng lượng xói lở cao, những khu rừng ngập mặn đã bị phá hủy hoàn toàn. Kết quả là con đê biển vốn được xây bằng đất đang bị đặt trọng tình trạng nguy hiểm tại một số khu vực bị xói nghiêm trọng, khiến cho tính mạng con người và đất canh tác ngay sau đê bị đe dọa.

Cây rừng ngập mặn mọc dọc theo những bờ biển ổn định ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Chúng không mọc tự nhiên ở những khu vực có xói lở mạnh. Ở những khu vực mà những khiên bảo vệ sinh học (một đai rừng ngập mặn bảo vệ) không khả thi hoặc không đủ hiệu quả, những hình thức bảo vệ bờ biển khác, bao gồm cả những giải pháp cứng và một sự kết hợp giữa các giải pháp cứng và ‘mềm’ cần phải được thiết lập.

Dự án “Quản lý Nguồn Tài nguyên Thiên nhiên Vùng Ven biển tỉnh Sóc Trăng” vì thế đã quyết định thiết lập một mô hình kiểm soát xói lở, kết hợp những kết cấu phá sóng và rừng ngập mặn (nghĩa là các giải pháp cứng và ‘mềm’). Khu vực lựa chọn là ở xã Vĩnh Tân, tại vị trí chịu xói lở với tốc độ hơn 20 m một năm.

Dọc theo một đường bờ biến động cao như vậy với những dòng chảy dọc bờ mạnh, điều quan trọng là cần phải hiểu được rằng, nếu những biện pháp chống xói lở được chọn lựa mà không phù hợp, không được đảm bảo khi thiết kế, khi xây dựng, và khi duy tu, hay nếu những tác động lên những khu vực bờ liền kề không được đánh giá một cách cẩn thận; thì những biện pháp đó sẽ còn làm nghiêm trọng hơn vấn đề thay vì cải thiện việc xói lở.

Dự án GIZ vì thế đã thực hiện một nghiên cứu để thiết kế những hàng rào chắn có tác dụng phá sóng dựa trên phương pháp mô hình hóa dòng chảy và xói lở trên máy tính với mục đích giảm xói lở và kích thích bồi tụ ở khu vực trọng điểm và hạn chế xói lở cuối dòng đến mức tối đa.

Nghiên cứu này được thực hiện bởi Viện Công trình Sông và Bờ biển (Đại học Kỹ Thuật Hamburg, Đức) và Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam). Những kết quả của phương pháp mô hình hóa và những kiến nghị về các biện pháp kiểm soát xói lở ở Vĩnh Tân được trình bày trong báo cáo này.

Mô hình bảo vệ bờ biển khỏi xói lở và thích ứng với biến đổi khí hậu ở những vùng xói lở hoàn toàn phù hợp để ứng dụng rộng rãi hơn ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long và những khu vực khác ở Việt Nam nơi có rừng ngập mặn tự nhiên.

Klaus Schmitt

Cố Vấn Trưởng

v

Mục lục

Giới thiệu về GIZ ......................................................................................................................................... iii

Lòi tựa ........................................................................................................................................................... iv

Mục lục ........................................................................................................................................................... v

Danh mục hình ............................................................................................................................................. vi Danh mục bảng .......................................................................................................................................... viii

1 Giới thiệu .............................................................................................................................................. 9

2 Khu vực nghiên cứu ......................................................................................................................... 11

3 Động lực bờ biển và các biện pháp bảo vệ .................................................................................. 17

3.1 Vân chuyển bùn cát vuông góc với bờ ........................................................................................ 18 3.2 Vận chuyển bùn cát song song bờ biển ...................................................................................... 18 3.3 Các biện pháp chống xói mòn ...................................................................................................... 20

3.3.1 Kết kấu (tường) phá sóng ............................................................................................... 20 3.3.2 Mỏ hàn ............................................................................................................................... 21 3.3.3 Lấn biển ............................................................................................................................. 23

4 Khảo sát hiện trường ........................................................................................................................ 26

4.1 Các trạm đo cố định ....................................................................................................................... 26 4.2 Khảo sát di động ............................................................................................................................. 29 4.3 Lấy mẫu bùn cát ............................................................................................................................. 30

5 Mô hình toán số ................................................................................................................................. 32

5.1 Mô hình sóng ................................................................................................................................... 32 5.1.1 Các điều kiện biên và mạng lưới.................................................................................... 32 5.1.2 Kết quả ............................................................................................................................... 33 5.1.3 Ảnh hưởng của thay đổi địa hình ................................................................................... 35

5.2 Mô hình thủy động lực học ............................................................................................................ 38 5.2.1 Các điều kiện biên và mạng lưới.................................................................................... 38 5.2.2 Kết quả ............................................................................................................................... 43

5.3 Mô phỏng sự biến đổi đường bờ biển ......................................................................................... 44 5.3.1 Các điều kiện biên ............................................................................................................ 44 5.3.2 Biến đổi địa hình khi không có công trình ..................................................................... 45 5.3.3 Xây dựng kết cấu phá sóng ............................................................................................ 46 5.3.4 Xây dựng mỏ hàn ............................................................................................................. 49

6 Thiết kế chống xói lở ........................................................................................................................ 50

6.1 Kết cấu phá sóng truyền thống ..................................................................................................... 50 6.2 Mỏ hàn ............................................................................................................................................. 53 6.3 Ống vải địa kỹ thuật (Geotubes) ................................................................................................... 53 6.4 Kết cấu ngập nước ......................................................................................................................... 55 6.5 Các công trình sử dụng vật liệu địa phương .............................................................................. 56

7 Kết luận và kiến nghị ........................................................................................................................ 64

8 Tóm tắt và quan điểm ....................................................................................................................... 67

Tài liệu tham khảo ...................................................................................................................................... 70

Phụ lục ......................................................................................................................................................... 72

vi

Danh mục hình

Hình 1: Sơ đồ quá trình thiết kế. ........................................................................................................... 10Hình 2: Không ảnh của đường bờ biển Vĩnh Tân thể hiện khu vực xói lở vào tháng 12/ 2007 ................. 11Hình 3: Ảnh của khu vực xói lở Vĩnh Tân vào tháng 1 năm 2010 khi nước ròng (trái) và lớn (phải). .. 11Hình 4: Xói lở vào hướng khu vực đất trước chân đê .......................................................................... 12Hình 5: Hình chụp đoạn đê được gia cố ở Vĩnh Tân với khoảng hở trên mặt kè do xói lở chân

sâu hơn ..................................................................................................................................... 12Hình 6: Vận chuyển bùn cát ảnh hưởng bớ gió mùa Đông Bắc (NGUYEN, 2009). ............................. 13Hình 7: Mặt cắt địa hình bãi biển dọc theo bờ biển Đông Nam của Việt Nam (NGUYEN, 2009). ....... 13Hình 8: Bản đồ Nam Việt Nam bao gồm các trạm thủy văn (màu đỏ), trạm đo sóng (màu vàng)

và vị trí xói lở bờ biển Vĩnh Tân (màu đen). ............................................................................. 14Hình 9: Mực nước ở Vũng Tàu năm 2006. ........................................................................................... 14Hình 10: Độ sâu đáy dọc theo bờ biển Nam Việt Nam. ........................................................................ 15Hình 11: Hoa sóng ở Côn Đảo. ............................................................................................................. 15Hình 12: Ảnh vệ tinh của phía Nam Việt Nam cho biết độ đục của nước ven biển trong

tháng 10 (trái) và tháng 2 năm 2009 (phải); Nguồn: EOMAP. ............................................... 16Hình 13: Minh họa các quá trình sóng gần bờ (EAK, 1993). ................................................................ 17Hình 14: Sơ đồ biến đổi mặt cắt của một bãi biển do một cơn bão (US ARMY CORPS OF

ENGINEERS, 2002). .............................................................................................................. 18Hình 15: Những hệ thống vận chuyển bùn cát mở và đóng (US ARMY CORPS OF

ENGINEERS, 2002) ............................................................................................................... 19Hình 16: Sự xây dựng kết cấu phá sóng (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002). .................... 20Hình 17: Kết cấu bãi biển điển hình với các kết cấu phá sóng rời (US ARMY CORPS OF

ENGINEERS, 2002). .............................................................................................................. 21Hình 18: Phương thức tính toán khoảng cách giữa các mỏ hàn (EAK, 1993). .................................... 22Hình 19: Sơ đồ tính khoảng cách và chiều dài mỏ hàn ở vùng chuyển tiếp (HERBICH, 1999). ......... 22Hình 20: Các ví dụ về mặt cắt ngang của mỏ hàn (EAK, 1993). .......................................................... 23Hình 21: Lấn biển sử dụng các hàng rào ngang và dọc (VON LIEBERMAN, 1998). ........................... 24Hình 22: Kết cấu một hàng rào ở một bãi bồi lắng . ............................................................................. 24Hình 23: Ảnh hưởng của bãi ngập triều đến đến sự phân tán năng lượng sóng

(STADELMANN, 1981). ......................................................................................................... 25Hình 24: Mực nước, sóng và hàm lượng bùn cát lơ lửng tại bờ biển Vĩnh Tân trong

tháng 10/2009. ....................................................................................................................... 26Hình 25: Mực nước và chiều cao sóng tại vùng biển Vĩnh Tân trong tháng 1/2010. ........................... 27Hình 26: Lắp đặt thiết bị AWAC tại vùng biển Vĩnh Tân . ..................................................................... 27Hình 27: Kết quả đo đạc với máy AWAC trong tháng 1/2010. .............................................................. 28Hình 28: Kết quả khảo sát dòng chảy ven bờ trong tháng 10/2009. ..................................................... 29Hình 29: Kết quả khảo sát dòng chảy ven bờ trong tháng 1/2010. ....................................................... 30Hình 30: Phân bố kích thước hạt bùn cát đáy tại bờ biển Vĩnh Tân. .................................................... 31Hình 31: Hàm lượng bùn cát lơ lửng đo đạc dọc theo các mặt cắt trong ngày 21/7/2010. .................. 31Hình 32: Lưới biên mực nước cho mô hình sóng ................................................................................. 32Hình 33: Một phần của mô hình địa hình số tại vùng biển Vĩnh Tân với phương đứng

được phóng đại. ..................................................................................................................... 33Hình 34: Chiều cao sóng có nghĩa (trái) và hướng sóng (phải) ở vùng mô phỏng trong

thời kỳ gió mùa Tây Nam. ...................................................................................................... 34Hình 35: Chiều cao sóng có nghĩa (trái) và hướng sóng (phải) ở vùng mô phỏng trong

mùa gió Đông Bắc. ................................................................................................................. 34Hình 36: Kích thước của bãi bồi đuôi Cù Lao Dung và đảo 15 trong tháng 12/2007 (nguồn GIZ). ...... 35Hình 37: Địa hình của mô phỏng 10 ...................................................................................................... 36Hình 38: Địa hình của mô phỏng 11............................................................................................38 Hình 39: Địa hình của mô phỏng 12. ..................................................................................................... 36Hình 40: Chiều cao sóng có nghĩa tại vùng bờ biển Vĩnh Tân theo các mô phỏng khác nhau. ........... 37Hình 41: Các trạm đo mực nước và lưu lượng trong vùng nghiên cứu. .............................................. 38Hình 42: Khu vực mô phỏng bao gồm các trạm mực nước, lưu lượng và đường đẳng trị

thời gian đỉnh triều. ................................................................................................................ 39Hình 43: Giá trị lưu lượng trung bình ngày trạm Cần Thơ (Số liệu: SIWRR). ...................................... 40Hình 44: Các vị trí tính toán chuỗi số liệu theo thời gian. ..................................................................... 40Hình 45: Mô hình cao độ số. ................................................................................................................. 41Hình 46: Những vùng khác nhau về độ nhám và độ nhớt xoáy trong khu vực mô phỏng. .................. 42

vii

Hình 47: Sự tạo thành xoáy tại biên của mô hình do độ nhớt xoáy không đủ. ..................................... 42Hình 48: Mực nước tính toán trong khu vực mô phỏng. ....................................................................... 43Hình 49: Vận tốc dòng chảy tính toán trong khu vực mô phỏng. .......................................................... 43Hình 50: Các sự kiện sóng khác nhau được xem xét trong mô hình hình thái; màu đỏ

thể hiện năng lượng sóng lớn. ............................................................................................... 44Hình 51: Độ sâu, chiều cao sóng và hướng sóng trong vùng mô phỏng tài bờ biển Vĩnh Tân. ........... 45Hình 52: Sự thay đổi đường bờ biển trong khu vực mô phỏng chưa có biện pháp công trình. ........... 46Hình 53: Sự thay đổi đường bờ ở vùng trọng điểm Vĩnh Tân khi chưa có biện pháp công trình. ....... 46Hình 54: Sự thay đổi của đường bờ ở vùng nghiên cứu trọng điểm sau khi xây dựng

một kết cấu phá sóng. ............................................................................................................ 47Hình 55: Sự thay đổi của đường bờ ở vùng nghiên cứu trọng điểm sau khi xây dựng

một kết cấu phá sóng phụ thuộc vào khoảng cách tới bờ và trường sóng. .......................... 47Hình 56: Sự thay đổi đường bờ biển trong vùng trọng điểm sau khi xây dựng một kết cấu

phá sóng phụ thuộc vào hệ số truyền sóng; khoảng cách tới bờ là 50m. ............................. 48Hình 57: Sự thay đổi đường bờ biển trong vùng nghiên cứu trọng điểm sau khi xây dựng

hai kết cấu phá sóng phụ thuộc vào hệ số truyền sóng. ....................................................... 48Hình 58: Sự thay đổi đường bờ ở vùng trọng điểm sau khi xây dựng hai kết cấu phá sóng

phụ thuộc vào chiều dài của kết cấu phá sóng. ..................................................................... 49Hình 59: Sự thay đổi đường bờ ở vùng trọng điểm sau khi xây dựng ba mỏ hàn. .................................... 49Hình 60: Bố trí kiến nghị của các kết cấu phá sóng ở vùng trọng điểm. .............................................. 50Hình 61: Đế phá sóng đá đổ (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002). ....................................... 51Hình 62: Sắp xếp kết cấu phá sóng đá đổ trong vùng nghiên cứu. ...................................................... 52Hình 63: Ví dụ một ống vải địa kỹ thuật ® (Nguồn: INGENIERIA AYS;

http://www.geotubosvenezuela.com). .................................................................................... 53Hình 64: Các ví dụ về kích thước khác nhau của túi vải địa kỹ thuật (PILARCZYK, 1999). ................ 54Hình 65: Sự sắp xếp của một kết cấu phá sóng làm bằng GEOTUBE. ............................................... 55Hình 66: Quả bóng ngầm san hô (REEF BALL FOUNDATION, http://www.reefball.org/index.html). .. 56Hình 67: Cây ngập mặn trồng trong các “Quả bóng ngầm san hô” (REEF BALL FOUNDATION,

http://www.reefball.org/index.html). ........................................................................................ 56Hình 68: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre; mật độ thưa nhất. ................................................................ 57Hình 69: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre; mật độ dày nhất, mặt trước................................................59 Hình 70: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre; mật độ dày nhất, nhìn từ trên xuống. .................................. 57Hình 71: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre; vật liệu làm đầy giữa hai hàng tre, nhìn từ trên xuống.......59 Hình 72: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre, vật liệu làm đầy giữa hai hàng tre, nhìn từ bên hông ......... 57Hình 73: Thiết lập thí nghiệm trong máng sóng ................................................................................... 58Hình 74: Mô hình vật lý truyền sóng qua kết cấu phá sóng bằng tre với mật độ dày nhất. .................. 58Hình 75: Mô hình vật lý truyền sóng qua hàng rào bằng tre. ................................................................ 59Hình 76: Kết quả của thí nghiệm mô hình vật lý. .................................................................................. 59Hình 77: Bố trí kết cấu phá sóng bằng tre ở vùng nghiên cứu. ............................................................ 61Hình 78: Bồi lắng và xói lở sau một con triều ở với hai ô bãi kích thước 200 m x 200 m

và độ hở 90 m. ....................................................................................................................... 62Hình 79: Một trong những thiết kế của các hàng rào tre tại vùng đe bị đe dọa Vĩnh Tân. ................... 63Hình 80: Mặt bên của hàng rao tre (sơ đồ); hướng nhìn: Đông Bắc . .................................................. 63Hình 81: Một sự đề xuất cho việc kết hợp kết cấu phá sóng bằng tre và hàng rào tre. ....................... 66

viii

Danh mục bảng

Bảng 1: Sóng mô phỏng và thực đo tại trạm Bạch Hổ trong mùa gió Tây Nam và Đông Bắc ............. 35Bảng 2: Sóng mô phỏng tại Vĩnh Tân trong mùa gió Tây Nam và Đông Bắc. ...................................... 35

9

1 Giới thiệu

Quá trình động lực về bồi lắng và xói lở xảy ra dọc theo bờ biển của tỉnh Sóc Trăng bị ảnh hưởng bởi sự tương tác giữa: chế độ dòng chảy của sông Cửu Long; chế độ thủy triều của Biển Đông và các lọai hình thời tiết gió mùa của vùng Đông Nam Á. Ở một số vùng, như khu vực trọng điểm ở xã Vĩnh Tân, xói lở bờ biển nghiêm trọng đe dọa an tòan tuyến đê biển và do đó ảnh hưởng đến người dân và đất nông nghiệp nằm phía sau đê.

Th Nguyên nhân xói lở tại vùng trọng điểm xã Vĩnh Tân vẫn chưa được phân tích rõ.

Tuy nhiên, đường bờ biển được cho là bị ảnh hưởng bởi sự tương tác của các yếu tố sau:

• Sự cung cấp bùn cát cho khu vực tương đối nhỏ;

• Bờ biển tiếp xúc với thành phần chủ đạo dòng chảy dọc bờ đặc biệt trong mùa gió Đông Bắc;

• Xói bởi dòng chảy và sóng;

• Ảnh hưởng bời họat động của con người trong quá khứ

Khi đã xảy ra sự mất cân bằng và xói lở đã bắt đầu xảy ra, không thể ngăn chặn được xói lở nếu không có những giải pháp phù hợp. Trong khuôn khổ của dự án, quá trình động lực học ven biển ở vùng nghiên cứu được xem xét và giải pháp công trình bảo vệ chống xói lở bờ cụ thể được đề xuất cho vùng trọng điểm.

Hợp tác với Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (SIWRR), các dữ liệu liên quan đã có ở vùng bờ biển Sóc Trăng đã được nghiên cứu và phân tích. Mặc dù các số liệu về địa hình, mực nước, lưu lượng nước và bùn cát của sông Cửu Long đã có, những số liệu cần thiết ở khu vực xói lở, đặc biệt là về trường sóng lại không có. Do đó, một mô hình tóan được phát triển để tính toán các số liệu còn thiếu và xây dựng cơ sở cho một giải pháp chống xói lở tinh vi và hiệu quả.

Dữ liệu cơ bản đã có và tính toán đã được dùng để thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình tóan số khác nhau. Biến đổi đường bờ biển đã được tính toán dựa trên các giải pháp bảo vệ bờ biển khác nhau. Bên cạnh kỹ thuật thông thường, một phương án sử dụng vật liệu địa phương cũng đã được nghiên cứu.

Hình 1 diễn tả quá trình thiết kế biện pháp ch ống xói lở dựa vào mô hình sóng và mô hình động lực học hình thái (diễn biến xói bồi) cũng như phân tích số liệu đã có và số liệu khảo sát hiện trường. Các thí nghiệm bổ sung trên mô hình vật lý hoàn chỉnh cho thiết kế.

Các mô hình toán số được thực hiện theo ba bước. Đầu tiên một mô hình tính toán sóng làm đầu vào quan trọng cho việc thiết kế. Nó được kết hợp với mô hình thủy động lực, được thiết lập trong một khu vực nghiên cứu lớn hơn giữa Vũng Tàu - Gành Hào và tạo ra các thông số đầu vào cho các mô hình động lực học xói bồi. Mô hình thứ ba được thiết lập cho khu vực trọng điểm ở Vĩnh Tân và dựa vào mô hình này các phương án chống xói khác nhau đã được nghiên cứu. Bộ dữ liệu có sẵn được bổ sung bởi số liệu khảo sát hiện trường cụ thể đã được sử dụng để thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm tra các mô hình toán số.

Kết luận là việc đề xuất các biện pháp chống xói đã được đưa ra dựa trên quá trình thiết kế bao gồm các kết quả tính toán trên các mô hình, số liệu thực đo và tính toán giá thành.

10

Hình 1: Sơ đồ quá trình thiết kế.

Không gian Mô hình toán số Đo hiện trường Số liệu đã có

Vùng nghiên cứu rộng hơn giữa Vũng Tàu và

Gành Hào

Mô hình sóng

(SWAN)

Thông số sóng,

Mực nước, Địa hình khu vực

trọng điểm

Thông số sóng, Thông số gió Mực nước,

Địa hình khu vực nghiên cứu rộng hơn

Vùng nghiên cứu rộng hơn giữa Vũng Tàu và

Gành Hào

Mô hình

thủy động lực học

(RMA•Kalypso)

Thông số dòng chảy,

Mực nước, Địa hình khu vực

trọng điểm

Mực nước,

Lương lượng nước Địa hình khu vực

nghiên cứu rộng hơn

Vùng nghiên cứu

trọng điểm Vĩnh Tân

Mô hình diễn biến

xói bồi thủy động lực học

(RMA, GENESIS)

Hàm lượng bùn cát lơ lửng,

Mẫu bùn cát, Địa hình khu vực

trọng điểm

Địa hình đáy biển khu

vực trọng điểm

Thiết kế biện pháp chống xói lở

(Kích thước, vị trí, độ thoát nước ...)

Mô hình vật lý

Của các giải pháp bảo vệ bờ khác nhau trong

máng sông

Phân tích số liệu

Kết hợp

11

2 Khu vực nghiên cứu

Hình 2 là không ảnh của đường bờ khu vực Vĩnh Tân bao gồm vị trí bị xói lở chụp vào tháng 12 năm 2007 (vị trí 9°16’46.7’’ N; 105°54’55.6’’ E). Đường màu đỏ chính là đường bờ vào tháng 1 năm 2011. Có thể thấy được một sự xói lở mạnh của bãi bùn ngập nước phía trước đê . Ở hai khu vực nguy hiểm, xói lở đã vào sát đê.

Hình 2: Không ảnh của đường bờ biển Vĩnh Tân thể hiện khu vực xói lở vào tháng 12/ 2007.

Hình 3 cũng được chụp trên mặt đất tại cùng một khu vực vào tháng 1 năm 2010 vào thời điểm nước lớn và ròng. Một phần của bờ biển đang tiếp tục bị xói lở. Lớp phòng tuyến là bãi bùn ngập nước ở phía trước con đê đã hoàn toàn biến mất. Không cần đến những hiện tượng thời tiết cực đoan, mà ngay cả những cơn sóng nhỏ trong điều kiện thủy triều bình thường cũng đủ làm xói bãi trước. (Hình 4).

Hình 3: Ảnh của khu vực xói lở Vĩnh Tân vào tháng 1 năm 2010 khi nước ròng (trái) và lớn (phải).

12

Hình 4: Xói lở vào hướng khu vực đất trước chân đê.

Sau khi bị phá hủy, một phần của con đê ở Vĩnh Tân được gia cố bằng kè đá. Những cọc gỗ được dùng để làm chân của công trình bảo vệ. Tháng 7 năm 2010, một đoạn chiều dài khoảng 10 - 12 m của mái đê bên ngoài bị hỏng và 0,5 – 0,8 m đá ở chân bị phá hủy. Suốt chiều dài của đoạn đê này, có một khe hở rộng 0,1 – 0,15m xuất hiện ở mái đê ngoài (Hình 5). Dọc theo đoạn hở này, những cọc gỗ làm chân đê bị nghiêng về phía biển. Sự phá hủy của những mảng lớn của mái đê bên ngoài đã được nhận định và cuối cùng cũng đã xãy ra vào tháng 10 năm 2010 (Phụ lục). Những người dân địa phương cho hay rằng những sự phá hủy diễn ra liên tiếp và không phải do bất kỳ một sự kiện thời tiết bất thường nào. Dọc theo mái ngoài đê, phần bề mặt bùn nằm thấp hơn chiều cao của lớp đá từ 1 – 1,2 m. Do quá trình xói lở , chiều sâu neo của hàng cọc gỗ bị giảm và áp lực đè của phần mái ngoài đê vượt quá khả năng tải của những cọc gỗ.

Hình 5: Hình chụp đoạn đê được gia cố ở Vĩnh Tân với khoảng hở trên mặt kè do xói lở chân sâu hơn

13

Để bảo đảm sự ổn định của đê, các giải pháp chống xói là rất cần thiết. Vì các bãi đất phía trước chân đê đã bị xói hoàn toàn, cần dành ưu tiên cao nhất cho các biện pháp chống xói lở này.

Dòng triều tiến về song song với bờ biển Đông Nam của Việt Nam từ Đông Bắc tới Tây Nam. Điều này gây ra những dòng chảy ven bờ vốn còn được tăng cường đặc biệt trong mùa gió Đông Bắc bởi các dòng chảy do gió (Hình 6).

Bùn cát ở cửa sông Hậu có thành phần chủ yếu là cát trong khi ở bờ biển Sóc Trăng và Bạc Liêu thành phần chủ yếu là bùn (NGUYEN, 2009).

Hình 6: Vận chuyển bùn cát ảnh hưởng bới gió mùa Đông Bắc (NGUYEN, 2009).

Hình 7: Mặt cắt địa hình bãi biển dọc theo bờ biển Đông Nam của Việt Nam (NGUYEN, 2009).

14

Hình 7 mô tả các mặt cắt địa hình bãi biển dọc theo bờ biển Đông Nam của Việt Nam. Những vùng đáy rộng lớn với cao trình đáy bờ biển tương đối cao ở cửa sông Hậu và bờ biển của Bạc Liêu chính là phần bảo vệ tự nhiên cho bờ biển ở những khu vực này. Trong khi đó, vùng đáy gần bờ của Sóc Trăng lại không có thềm cao để giảm năng lượng sóng như vậy và càng ra xa bờ thì nước càng sâu.

Thông qua sư hợp tác với viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, các số liệu có thể dung được liên quan tới vùng biển Sóc Trăng đã được nghiên cứu và phân tích. Hình 8 mô tả bản đồ vùng Nam Việt Nam với các trạm thủy văn khác nhau trong vùng nghiên cứu mở rộng (màu đỏ). Số liệu từ các trạm đo này được dùng để kiểm soát mô hình toán số. Vùng xói lở tại Vĩnh Tân được đánh dấu bằng màu đen, các trạm đo sóng ở Côn Đảo và tại giàn khoan Bạch Hổ có màu vàng.

Hình 8: Bản đồ Nam Việt Nam bao gồm các trạm thủy văn (màu đỏ), trạm đo sóng (màu vàng)

và vị trí xói lở bờ biển Vĩnh Tân (màu đen).

Trong Hình 9, những sự thay đổi của mực nước theo mùa, từng nửa tháng, nhật triều, bán nhật triều, gây ra do chế độ triều của biển Đông và chế độ dòng chảy củ a sông. Những số liệu này và số liệu của các trạm khác được sử dụng làm điều kiện biên cho mô hình toán.

Hình 9: Mực nước ở Vũng Tàu năm 2006. Những số liệu độ sâu đáy có sẵn được sử dụng cho việc thiết lập địa hình của mô hình toán. Gần bờ, số liệu độ sâu với độ phân giải lớn (lưới 50 m) đã được sử dụng. Độ phân giải giảm dần ra ngoài khơi. Hệ tọa độ là hệ Quốc Gia Việt Nam.

15

Hình 10: Đô sâu đáy dọc theo bờ biển Nam Việt Nam.

Hình 11: Hoa sóng ở Côn Đảo.

Độ cao [m];

Hệ Quốc Gia Việt Nam

16

Dữ liệu sóng từ trạm Côn Đảo cho thấy có hai hướng sóng chính vốn gây ra bởi gió mùa Đông Bắc và Tây Nam (Hình 11). Vào mùa Đông, có nhiều sóng lớn hơn từ hướng Đông Bắc chi phối trường sóng, trong đó gió hướng Đông Bắc tạo ra sự gia tăng dịch chuyển bùn cát dọc bờ biển. Vào mùa hè, sóng tới từ hướng Tây Nam và những con sóng lớn không còn xuất hiện nhiều.

Hình 12 cung cấp hai ảnh vệ tinh thể hiện độ đục của nước vùng ven biển Nam Việt Nam trong tháng 2 và tháng 10 năm 2009. Màu cam và đỏ thể hiện độ đục bùn cát lớn hơn trong nước. Những vệt bùn cát của sông Mê Kông vào cuối mùa mưa trong tháng 10 có thể dễ dàng nhận rõ. Một phần lượng bùn cát lắng đọng ở phần các cửa sông Mê Kông. Lượng bùn cát còn lại được vận chuyển dọc theo bờ biển và tăng cường vào quá trình phát triển của mũi (Cà Mau) ở phía Nam Việt Nam. Vào tháng 2 là thời gian gió mùa Đông Bắc, lượng bùn cát cung cấp từ sông Mê Kông bị hạn chế. Năng lượng sóng lớn hơn và nồng độ bùn cát thấp hơn làm gia tăng xói lở trong mùa này.

Hình 12: Ảnh vệ tinh của phía Nam Việt Nam cho biết độ đục của nước ven biển trong tháng 10 (trái)

và tháng 2 năm 2009 (phải); Nguồn: EOMAP.

Mặc dù số liệu về địa hình, mực nước, lưu lượng nước và vận chuyển bùn cát đã có, nhưng số liệu quan trọng về vị trí xói lở, đặc biệt là số liệu về trường sóng thì không có. Do đó, ý tưởng về khảo sát đo đạc hiện trường có lựa chọn ở vùng trọng điểm Vĩnh Tân đã được đề ra để bổ sung cho các số liệu còn thiếu.

Các công việc đo đạc hiện trường bổ sung cho các bộ dữ liệu đã có sẵn, cho phép đánh giá quá trình thủy động lực và diễn biến xói lở và để thiết lập mô hình toán số chi tiết tại vùng bờ biển Vĩnh Tân. Cuối cùng, giải pháp chống xói lở bảo vệ bờ biển thiết kế được dựa trên cơ sở các số liệu đã có, đặc biệt là số liệu khảo sát hiện trường và kết quả từ mô hình toán số.

.

17

3 Động lực bờ biển và các biện pháp bảo vệ

Xói lở và bồi lắng bờ biển là những quá trình phức tạp phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng khác nhau. Các yếu tố chủ yếu là vận chuyển bùn cát dưới tác động của dòng ven bờ và sóng, động lực chung của vùng ven biển và tác động của con người (PRATESYA, 2007).

Để xác định nguyên nhân xói lở tại một vùng bờ biển nào đó thì các yếu tố cần phải biết là (NRC, 1990):

• Hình thái bờ biển (xói, bồi)

• Gió gây ra sự phát triển của sóng

• Sóng là tác nhân gây ra sự thay đổi mặt cắt trong thời gian ngắn

• Dòng chảy thủy triều là tác nhân gây ra sự biến đổi xói bồi động lực trong giai đoạn dài

• Vận chuyển bùn cát vuông góc và song song với bờ biển gây ra bởi sóng, thủy triều và dòng chảy do gió

• Thảm phủ thực vật như là một yếu tố cho sự ổn định của mặt cắt

Các yếu tố tác động của con người cũng cần được xem xét:

• Giải pháp bảo vệ bờ biển, giải pháp chống xói và công trình cảng

• Phá hủy thảm phủ thực vật bờ biển

• Giảm nguồn cung cấp bùn cát ở vùng cửa sông do các giải pháp công trình trên sông

• Nạo vét và xả thải bùn cát

Một số thông số này đã được khảo sát tại các vị trí nhất định và đã có số liệu. Nếu những vị trí này không nằm trong vùng nghiên cứu thì hoặc là mô hình toán số có thể tính toán cung cấp số liệu theo yêu cầu hoặc là dung số liệu khảo sát hiện trường. Tuy vậy, việc khảo sát hiện trường ở khu vực quan tâm thì rất cần thiết để kiểm định kết quả của mô hình toán số.

Nếu sóng đi vào vùng nước nông, các tham số của nó thay đổi. Hiện tượng vật lý như khúc xạ sóng, hiệu ứng nước nông, sóng vỡ, ma sát đáy và thấm được gọi là các quá trình nước nông. Bao gồm cả những tác động gây ra bởi công trình, cái gọi là quá trình sóng gần bờ được minh họa trên Hình 13.

Hình 13: Minh họa các quá trình sóng gần bờ (EAK, 1993).

18

Một phần lớn nhất của bùn cát (hơn 90%) vận chuyển là dưới dạng lơ lửng; phần còn lại vận chuyển gần đáy theo kiểu nhảy cóc.

Do đặc tính có hướng, vận chuyển bùn cát ven biển có thể phân chia thành:

• Vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ (vận chuyển vào hoặc ra biển)

• Vận chuyển bùn cát song song với bờ biển

Vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ gây ra sự thay đổi hình thái trong giai đọan ngắn, chẳng hạn trong một sự kiện như bão. Vận chuyển bùn cát dọc bờ tạo ra sự thay đổi hình thái dài hạn của một vùng ven biển.

3.1 Vân chuyển bùn cát vuông góc với bờ

Tại một đọan bờ biển thẳng, sóng tiến vào vuông góc với bờ gây ra chuyển động tổng cộng của nước theo hướng sóng. Điều đó dẫn đến một vùng nước dâng ở vùng sóng vỡ, được gọi là vùng tạo sóng và có thể gia tăng trong bão bởi sự tạo gió. Độ dốc mực nước ở vù ng sóng vỡ tạo ra dòng chảy hướng ra ngoài biển, vốn cân bằng với dòng chảy hướng vào bờ. Dòng chảy hướng vào bờ chảy ở trên mặt trong khi dòng chảy hướng ra biển chảy ở đáy. Dòng chảy phụ thuộc vào chiều dài, chu kỳ và chiều cao sóng, phụ thuộc vào dòng thủy triều và ma sát đáy. Nếu độ dốc mực nước và các tham số của sóng không đổi, một mặt cắt bờ biển được thiết lập, và nó cân bằng với sóng và ổn định khi các điều kiện của sóng không thay đổi.

Ở những bờ biển tự nhiên, thủy triều và những điều kiện sóng thay đổi theo ngày cũng như theo mùa không tạo ra một mặt cắt ổn định. Mặt cắt bờ biển phản ứng theo những thay đổi của các tham số sóng với xu hướng là tạo ra một mặt cắt cân bằng mới. Kết quả là tạo ra sự vận chuyển bùn cát có tính dao động theo hướng vuông góc với bờ.

Sự vận chuyển bùn cát hướng vào bờ được gây ra bởi sóng phẳng và dài (chẳng hạn nhô lên). Sự vận chuyển bùn cát ra phía biển xảy ra chủ yếu trong giai đoạn sóng dốc và ngắn dẫn đến xói lở bờ biển. Hình 14 diễn tả sơ đồ sự thay đổi của mặt cắt bãi biển do một cơn bão. Nếu mặt cắt bờ biển không cân bằng do các họat động của sóng gia tăng, lúc đầu phần trên của mặt cắt sẽ bị xói. Vật liệu xói lắng đọng tại phần thấp hơn của mặt cắt làm cho mặt cắt thoải hơn. Kết quả là năng lượng sóng được tiêu tán trên diện rộng hơn, và tốc độ xói bị giảm. Khi điều kiện cân bằng đã đạt được thì tốc độ xói gần như bằng không.

Hình 14: Sơ đồ biến đổi mặt cắt của một bãi biển do một cơn bão (US ARMY CORPS OF

ENGINEERS, 2002).

3.2 Vận chuyển bùn cát song song bờ biển

Khi sóng tới bờ không vuông góc với đường bờ biển, thành phần lực song song với bờ biển được tạo thành, dẫn đến dòng chảy dọc bờ. Sự vận chuyển bùn cát dọc bờ biển do thành phần dòng chảy dọc bờ được tạo nên. Dòng chảy dọc bờ tạo ra bởi sóng có thể trùng với dòng chảy thủy triều song song với bờ biển. Ngay cả khi sóng tiến vào vuông góc với bờ, dòng chảy thủy triều có thể tạo ra vận chuyển bùn cát dọc bờ.

Mực nước cao

Mực nước thường

19

Tác động của sự thay đổi hình thái bờ biển gây ra bởi vận chuyển bùn cát dọc bờ phụ thuộc vào đơn vị địa vật lý của vùng bờ biển. Cần phân biệt hệ thống vận chuyển bùn cát mở và đóng(Hình 15). Ở các hệ thống mở bùn cát di chuyển khỏi vùng bờ biển do vận chuyển dọc bờ. Vùng biển Vĩnh Tân là một hệ thống mở như vậy.

Hình 15: Những hệ thống vận chuyển bùn cát mở và đóng (US ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002)

Trong quá trình của một chu kỳ thủy triều, trầm tích của các bãi triều chịu tác động của các quá trình vận chuyển khác nhau. VAN RIJN (1993) phân loại thành:

• Lắng • Bồi tích • Cố kết • Xói mòn

PARKER (1986) đã phát triển một mô hình, mô hình chỉ ra các quá trình và sự tương quan từ bùn cát di động đến đáy cố kết. Trong các pha có sự gia tăng của các họat động sóng và dòng chảy , bùn cát cân bằng trong cột nước và vận chuyển bởi sự chuyển động của nước (chất lơ lửng di động). Nếu cường độ nhiễu động của dòng chảy giảm và trọng lực chiếm ưu thế, bùn cát bắt đầu lắng đọng. Lực hấp dẫn của các hạt dính hình thành các chùm bao gồm vài hạt bùn cát. Với sự gia tăng kích thước của chùm, vận tốc lắng gia tăng khi so sánh với vận tốc của các hạt đơn lẻ. Nếu nồng độ bùn cát vượt qua một ngưỡng nhất định , các chùm hạt ngăn cản bản thân chúng và vận tốc lắng chìm giảm một lần nữa (lắng cản trở). Nếu không có khả năng vận chuyển ngang, mà chỉ có lắng đọng theo phương đứng với vận tốc lắng chìm giảm đáng kể, quá trình chuyển động của pha này gọi là lơ lửng tĩnh.

Dòng chảy và tác động của sóng có thể vận động các chùm hạt từ giai đoạn lơ lửng tĩnh sang lơ lửng động một lần nữa. Trọng lượng bản thân của hạt bùn cát tại đáy làm chặt vật liệu đáy. Nước lỗ rỗng trong các lỗ hổng giữa các hạt bùn cát bị đẩy ra trong quá trình này. Sự nén chặt các hạt bùn cát bồi lắng bởi chính trọng lượng của chúng cùng với sự thoát nước lỗ rỗng được gọi là sự cố kết.

20

Sự cố kết có thể tiến triển miễn là dòng chảy và sóng không đủ mạnh để xói các vật liệu lắng đọng. Quá trình này bao gồm khoảng giai đọan nước đứng và nước triều thấp, khi bãi triều khô ráo. Sự cố kết các hạt bùn cát dính dẫn đến gia tăng sự ổn định chống xói, đến mức các hạt bùn cát không thể trở nên lơ lửng trở lại ngay cả khi vận tốc dòng chảy và nhiễu động gia tăng. Cao trình đáy bờ biển gia tăng đến một mức nào đó. Pha này gia tăng mức ổn định chống xói và được gọi là bùn lắng đọng hoặc đáy lắng đọng.

3.3 Các biện pháp chống xói mòn

3.3.1 Kết kấu (tường) phá sóng

Để bảo vệ bờ biển chống xói lở với phạm vi thủy triều giới hạn, những kết cấu phá sóng gần bờ có thể được xây dựng song song với bờ.

Sau khi xây dựng, các cơ chế sau đây có hiệu quả (Hình 16 and Hình 17):

• Phụ thuộc vào mặt cắt ngang của kết cấu phá sóng, chiều sâu nước và các tham số của sóng tiến vào bờ, chỉ một phần nhỏ năng lượng sóng là có hiệu quả ở phía sau kết cấu phá sóng. Một vùng bóng sóng được tạo nên.

• Sóng vượt qua kết cấu phá sóng sẽ bị nhiễu xạ, nó thay đổi hướng truyền sóng. Những sóng tiến vào vùng bóng sóng có độ cao sóng hạn chế.

• Sự chuyển động sóng bị giảm ở vùng bóng sóng dẫn đến bồi lắng bùn cát lơ lửng. Đường bờ biển phát triển ra phía biển. Phụ thuộc vào chiều dài của các kết cấu phá sóng, khoảng cách tới bờ và sự giảm sóng, bờ bồi dạng “salients” hay dạng “tombolos” được hình thành. Mức độ giảm sóng thì phụ thuộc vào chiều cao và độ thoát nước của kết cấu phá sóng.

• Sự tạo thành các dạng bờ bồi “salients” hay “tombolos” là rất ổ n định, bởi vì đường bờ mới gần như vuông góc với hướng sóng đến. Sự di chuyển bùn cát qua hai bên được giảm mạnh.

Hình 16: Sự xây dựng kết cấu phá sóng (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002).

Các kết cấu phá sóng rời nhau cho phép vận chuyển bùn cát dọc bờ ở một mức độ nhất định, phụ thuộc vào kết cấu, vị trí của tường phá sóng và các thông số của sóng. Điều này giảm được sự xói lở ở sau công trình. Trong những giai đoạn có bão, xói lở một phần ở bờ bồi “tombolos” có thể cung cấp bùn cát cho vùng xói lở sau công trình.

Các kết cấu phá sóng rời nhau được dùng để bảo vệ các phần bờ biển riêng biệt và có tải trọng lớn. Những tác động tiêu cực do việc ngăn cản bùn cát di chuyển dọc bờ có thể điều chỉnh bằng cách nuôi bãi (nhân tạo).

21

Hình 17: Kết cấu bãi biển điển hình với các kết cấu phá sóng rời (US ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002).

3.3.2 Mỏ hàn

Mỏ hàn được xác định giống như đập, kết cấu sắp xếp ngang để bảo vệ bãi biển, bãi ngập triều, kết cấu dọc và các công trình khác. Chúng ngăn cản vận chuyển bùn cát dọc bờ tự nhiên và dẫn đến bồi lắng ở phía đầu gió. Ở đó bùn cát bồi lắng và bùn cát vận chuyển tới chỗ khuất gió giảm.

Mỏ hàn cứng (không cho nước xuyên qua) tạo ra một rào cản hoàn tòan vận chuyển dọc bờ. Sau khi bồi lắng hoàn toàn tại đầu gió, vật liệu vận chuyển qua và xung quanh mỏ hàn.

Mỏ hàn mềm (cho nước xuyên qua) được xây dựng cho phép vận chuyển một lượng nước yêu cầu qua mỏ hàn. Điều này dẫn đến sự cung cấp bùn cát đủ để tránh xói lở cuối dòng.

Các mỏ hàn được xây dựng vuông góc với bờ và tạo thành một hàng rào đối với sự vận chuyển bùn cát dọc bờ. Lượng bùn cát bồi lắng tăng lên ở phía đón gió cũng bằng với lượng giảm đi của bùn cát được vận chuyển tới hướng khuất gió. Nếu tác động của mỏ hàn quá lớn, xói mòn do thiếu hụt bùn cát sau nó sẽ xảy ra. Ngay trực tiếp phía sau mỏ hàn , thành phần bùn cát vận chuyển vào bờ là nhỏ nhất. Nó tăng dần lên khi càng xa mỏ hàn. Nếu khoảng cách giữa các mỏ hàn quá nhỏ, bùn cát cung cấp cho bờ sẽ không đủ.

Độ dốc của bãi biển phía hướng gió thì dốc hơn so với phía khuất gió. Khi đạt đến một giới hạn dốc nhất định, bùn cát sẽ không còn được lắng đọng và vận chuyển của bùn cát tự nhiên dọc bờ vượt qua mỏ hàn.

Như là một quy luật chung, các mỏ hàn thường được xây dựng thành nhóm với ý đồ bảo vệ bờ biển rộng hơn. Trong nhóm mỏ hàn thì khoảng cách giữa chúng phải được xác định để hiệu quả bảo vệ đủ lớn, tránh được dòng chảy và sóng. Khoảng cách giữa các mỏ hàn cứng với chiều dài giống nhau đặt vuông góc với bờ được xác định bởi sn = 2 · e · cot β (Hình 18).

22

Hình 18: Phương thức tính toán khoảng cách giữa các mỏ hàn (EAK, 1993).

Nếu nhóm mỏ hàn được xây dựng với các chiều dài khác nhau, chẳng hạn ở vùng chuyển tiếp tới đọan không cần bảo vệ của bờ biển, trong Sổ tay về Công trình Biển (HERBICH, 1999), chiều dài ln và khoảng cách sn của các mỏ hàn được xác định như sau (Hình 19):

sn = (RSL · ln-1) / (1 + (RSL / 2) · tan θ)

ln = ((1 – (RSL / 2) · tan θ) / (1 + (RSL / 2) · tan θ)) · ln-1

RSL = sn / ln

Hình 19: Sơ đồ tính khoảng cách và chiều dài mỏ hàn ở vùng chuyển tiếp (HERBICH, 1999).

Hình 20 chỉ ra các mặt cắt khác nhau của mỏ hàn. Cách thiết kế sẽ ảnh hưởng đến tác động của công trình. Các mỏ hàn có đỉnh rộng tránh được sóng tràn. Sóng tràn có thể dẫn đến xói lở nhiều hơn ở vùng khuất gió của mỏ hàn.

Mỏ hàn là hệ thống bảo vệ bờ biển thông dụng. Trong nhiều trường hợp, hiệu quả dự định đều đạt được. Nhưng cũng có những trường hợp khác, hiệu quả rất hạn chế và có một số trường hợp, ở đó mỏ hàn gây ra thiệt hại nghiêm trọng do xói lở cuối dòng. Vì lý do đó mà việc xây dựng các mỏ hàn cần phải được lên kế hoạch cẩn thận.

23

Hình 20: Các ví dụ về mặt cắt ngang của mỏ hàn (EAK, 1993).

3.3.3 Lấn biển

Bùn cát lơ lửng vận chuyển tới vùng gần bờ bởi dòng chảy thủy triều và sóng. Do sự nhiễu động giảm, khả năng vận chuyển bùn cát của dòng chảy giảm và các hạt bùn cát bắt đầu lắng chìm. Quá trình này, chẳng hạn như xảy ra ở khu vực khuất gió của các đảo. Bằng các giải pháp thì bồi lắng bùn cát có thể gia tăng một cách nhân tạo. Tại vùng bờ biển Bắc một lưới lớn kẻ ca rô các vùng nước yên tĩnh được thiết lập. Những công trình mềm cho nước xuyên qua có dạng hàng rào chống lại nhiễu động và sóng trợ giúp sự bồi lắng của bùn cát.

Hoạt động lấn biển bắt đầu vào khoảng năm 1362 sau vài trận nước dâng do bão nặng nề, chúng đã gây ra xói lở rộng lớn ở bờ biển. Năm 1847 chính phủ Đan Mạch đã thiết lập hoạt động lấn biển có giải pháp (PROBST, 1996).

Công trình xây dựng ngang và dọc bờ tạo ra những khu vực kích thước 100 m x 100 m cho đến 400 m x 400 m, trong đó dòng chảy và sóng bị giảm thiểu và gây ra bồi lắng (Hình 21). Các hàng rào song song với đường bờ biển có khe hở để bảo đảm thoát nước của khu vực. Công trình ngang bờ giảm dòng chảy dọc bờ và công trình dọc bờ giảm năng lượng sóng đến.

Đến giữa thế kỷ 20 mục tiêu của việc cải tạo đất là tạo ra vùng có hiệu quả cho sản xuất nông nghiệp. Trong 30 năm trở lại đây, hiệu quả của kết cấu phá sóng và giảm sóng ở các bãi ngập triều phía trước đê được sử dụng cho công tác chống xói bờ biển. Cải tạo đất là một biện pháp tích cực trong bảo vệ bờ biển (KRAMER, 1989).

Ngày nay các hàng rào được xây dựng bởi hai hàng cọc gỗ và ở giữa có bó cành cây (Hình 22). Các bó cành cây được cột chặt bởi dây không rỉ. Xói xung quanh các hàng cọc gỗ có thể tránh được bởi “roughcast” (vữa đúc) tại chân của hàng rào. Thông thường, đỉnh của kết cấu thì bằng cao trình mực nước cao trung bình (MHW). Cao trình bãi ngập triều không nên thấp hơn MHW -0,70 đến -0,80 m.

24

Ban đầu, một hàng rào của bãi bồi được xây dựng ngay trước chân đê. Với sự phát triển bồi lắng ở bãi bồi thứ nhất, một hàng rào bãi thứ hai được xây dựng xa hơn ra phía.

Hình 21: Lấn biển sử dụng các hàng rào ngang và dọc (VON LIEBERMAN, 1998).

Hình 22: Kết cấu một hàng rào ở một bãi bồi lắng.

Khi bãi ngập triều đạt đến cao trình MHW - 0,50 m đến MHW -0,30 m một hệ thống thoát nước được tạo ra, bao gồm các mương chính và mương tiêu bên (Hình 21). Những mương nhỏ hơn dẫn nước tiêu thoát ra những mương tiêu bên . Để bảo đảm khả năng tiêu thoát nước của các mương nhỏ, chúng có thể được nạo vét nếu cần thiết, và rồi vật liệu đào lên đó sẽ được đổ vào giữa các mương nhỏ để gia tăng quá trình bồi lắng.

25

Vùng có chiều sâu nước thấp ở bãi ngập triều đã phát triển tạo ra một vùng sóng vỡ rộng lớn, trong đó năng lượng sóng bị tiêu tán. Tải trọng sóng tác động lên đê giảm đáng kể (Hình 23). Các biện pháp bảo vệ vật lý tại đê điều và các chi phí có thể giảm

Với sự gia tăng của chiều rộng vào cao trình bãi ngập triều, chiều cao sóng leo tại đê giảm đáng kể. Do đó chiều cao thiết kế của đê có thể giảm đi, nó có ý nghĩa rất quan trọng trong giai đoạn nước biển.

Hình 23: Ảnh hưởng của bãi ngập triều đến sự phân tán năng lượng sóng (STADELMANN, 1981).

26

4 Khảo sát hiện trường

Một số dữ liệu liên quan về chế độ động lực và hình thái vùng biển nghiên cứu đã có. Vị trí khảo sát của những dữ liệu này nói chung là ở xa vùng trọng điểm nghiên cứu đê bị nguy hiểm ở Vĩnh Tân. Những số liệu có sẵn được dùng để thiết lập, kiểm soát và hiệu chỉnh mô hình toán số. Khảo sát hiện trường bổ sung cũng được thực hiện.

• Để kiểm định kết quả của mô hình tóan số và • Để hiểu rõ quá trình động lực và hình thái học của vùng trọng điểm

Trong phạm vi các đợt khảo sát vào tháng 10 năm 2009, tháng 2 năm 2010 và tháng 7 năm 2010 thông tin về dòng chảy ven bờ, sóng, độ đục bùn cát và địa hình đáy biển được ghi lại. Các đợt khảo sát hiện trường đã được thực hiện cho các mùa khác nhau gồm mùa gió Đông Bắc và Tây Nam.

Tại các vị trí khảo sát cố định gần vùng đê biển bị đe dọa Vĩnh Tân, các thông số sóng, nồng độ bùn cát lơ lửng và dòng chảy ven bờ đã được đo đạc. Trong vùng nghiên cứu 20 km dọc bờ biển huyện Vĩnh Châu, tại các mặt cắt chiều dài khoảng 2 km dòng chảy ven bờ đã được khảo sát bao trùm các pha thủy triều khác nhau. Dọc theo các mặt cắt này, các mẫu bùn cát đáy biển được lấy để phân tích tại những khoảng cách nhất định.

4.1 Các trạm đo cố định

Để phân tích quá trình vận chuyển bùn cát, các thiết bị cảm biến quan tán xạ (OBS) và đầu dò áp lực được đặt tại vị trí cách đê bị xói lở 100 m và 300 m.

Trong tháng 10 năm 2009 trường sóng trung bình với chiều cao sóng có nghĩa 0,20 đến 0,25 m và độ đục bùn cát lơ lửng (SSC) trong khoảng 2 và 4,5 g/l trong lúc triều lên đã được ghi nhận tại vị trí cách đê biển Vĩnh Tân 300 m (Hình 24) Biểu đồ phía trên ghi lại mực nước (đường màu đen). Đường màu đỏ chỉ mật độ bùn cát lơ lửng tại cùng vị trí. Biểu đồ thứ hai chỉ chiều cao sóng có nghĩa, hay còn là chiều cao sóng trung bình (lồi ở đỉnh) của một phần ba sóng lớn nhất. Đường quá trình độ đục bùn cát bị ảnh hưởng bởi dòng chảy ven bờ, trong khi đỉnh của SSC bị ảnh hưởng bởi vận tốc dòng ven bờ và chiều cao sóng.

Hình 24: Mực nước, sóng và hàm lượng bùn cát lơ lửng tại bờ biển Vĩnh Tân trong

tháng 10/2009.

27

Vào tháng 1/2010, trong giai đoạn chính của kỳ gió mùa Đông Bắc, những sóng cao hơn với chiều cao sóng có nghĩa lên đến 0,55 m đã ghi được tại vị trí cách đê 300 m (Hình 25). Biểu đồ thứ nhất biểu diễn mực nước được ghi nhận. Biểu đồ thứ hai ghi chiều cao sóng có nghĩa tại cùng vị trí. Giữa thời gian từ ngày 21 đến 28 tháng 1 vận tốc gió gia tăng tạo ra sóng lớn hơn ở vùng biển này. Hơn nữa, sự phụ thuộc chiều cao sóng vào chiều sâu nước là hiển nhiên.

Hình 25: Mực nước và chiều cao sóng tại vùng biển Vĩnh Tân trong tháng 1/2010.

Tại vị trí cách bờ biển xói lở 4 km, một cảm biến đo dòng chảy và sóng quang học tự ghi (Nortek AWAC) được lắp đặt ở độ sâu 4 m lúc triều thấp (Hình 26). Trong đợt gió mùa Đông Bắc này, thiết bị cảm biến này đã ghi lại đồng thời số liệu sóng và dòng chảy. Việc phân tích số liệu sóng đã hỗ trợ nghiên cứu sự phát triển của vận tốc và hướng dòng chảy trong quá trình thủy triều. Sóng tiến vào bờ từ độ sâu lớn hơn cũng được mô tả bởi số liệu AWAC và việc đo đạc từ đầu dò áp lực tại đê biển.

Hình 26: Lắp đặt thiết bị AWAC tại vùng biển Vĩnh Tân.

28

Trong mùa gió Đông Bắc, vào tháng 1/2010 thiết bị AWAC ghi được vận tốc dòng chảy ven bờ vào khoảng 0,10 m/s và 0,60 m/s trong kỳ triều lên (Hình 27). Biểu đồ này diễn tả số liệu mà máy AWAC ghi được trong khỏang thời gian từ 20/1 đến 24/1/2010. Biểu đồ trên cùng mô tả vận tốc gió trung bình theo giờ từ trạm Bạc Liêu (tọa độ N 9.295°, E 105.720°). Biểu đồ thứ hai diễn tả mực nước đo đạc tại Vĩnh Tân, biểu đồ thứ ba thể hiện vận tốc dòng chảy ven bờ, biểu đồ thứ tư là hướng của dòng chảy ven bờ. Biểu đồ dưới cùng diễn tả chiều cao sóng có nghĩa (đường màu đen). Đỉnh của vận tốc dòng chảy ven bờ trong lúc triều xuống thì không nhận rõ, vào khoảng 0,10 m/s và 0,4 m/s.

Hình 27: Kết quả đo đạc với máy AWAC trong tháng 1/2010.

Hướng của dòng chảy ven bờ thay đổi từ 300° vào lúc bắt đầu triều lên đến 250° lúc nước đứng. Giữa khoảng 20/1 và 24/1 hướng gió chuyển từ hướng Nam đến Đông Bắc với sự gia tăng của vận tốc gió. Trong giai đoạn khi gió mùa Đông Bắc ảnh hưởng rõ rệt, vận tốc dòng chảy ven bờ trong lúc triều lên gia tăng và hướng hầu như không đổi giữa 270° và 250°, đã tạo ra thành phần dòng chảy dọc bờ mạnh khi triều cường. Trong lúc triều xuống, hướng dòng chảy ven bờ thay đổi từ 250° đến 100° trong điều kiện thời tiết yên tĩnh và từ 250° đến 200° trong điều kiện gió mùa Đông Bắc. Càng bị

29

ảnh hưởng rõ ràng bởi gió mùa Đông Bắc, thành phần vận tốc dòng chảy dọc bờ lúc triều xuống càng lớn. Cũng vậy, vận tốc lớn nhất lúc triều xuống thì tăng lên với sự gia tăng của vận tốc gió Đông Bắc. Chiều cao sóng có nghĩa gia tăng từ 0,40 m từ lúc bắt đầu khảo sát cho đến 1,00 m trong mùa gió Đông Bắc.

Do chiều sâu nước lớn hơn, ảnh hưởng của chiều sâu nước đến chiều cao sóng giảm đi so với vị trí khảo sát gần đê. Mặt cắt ngang tự nhiên bờ biển tạo ra sự triết giảm chiều cao sóng từ vị trí đặt máy AWAC đến vị trí đê đến 50%, trong đó hiệu quả triết giảm sóng lớn hơn đối với các sóng cao hơn.

4.2 Khảo sát di động

Trên chiều dài 20 km bờ biển Sóc Trăng, mười bảy mặt cắt ngang 2 km đã được khảo sát trong thời kỳ triều lên và triều xuống với thuyền gắn thiết bị đo dòng chảy tổng hợp (ADCP). Máy ADCP đã đo vận tốc và hướng của dòng chảy. Đợt đo bằng ADCP thứ nhất thực hiện trong tháng 10/2009 khi mà lưu lượng dòng chảy từ sông Cửu Long ra lớn nhất. Hình 28 mô tả vị trí các mặt cắt ngang trong lúc triều lên và triều xuống. Các mũi tên màu đỏ diễn tả hướng trung bình của dòng chảy; chiều dài của mũi tên mô tả độ lớn của vận tốc. Đường màu xanh trong biểu đồ biểu diễn mực nước trong thời gian khảo sát. Hướng khảo sát là từ trái sang phải.

Hình 28: Kết quả khảo sát dòng chảy ven bờ trong tháng 10/2009.

Trong lúc triều xuống, vận tốc dòng chảy ra phía biển vào khoảng 0,40 m/s đã được ghi nhận. Vận tốc dòng chảy dọc bờ cao nhất xấp xỉ 1,00 m/s đã ghi nhận được tạm thời trong thời kỳ triều lên và xuất hiện đồng thời với đỉnh của của biểu đồ nồng độ bùn cát lơ lửng. Nó thể hiện sự gia tăng vận chuyển bùn cát dọc bờ.

Đợt khảo sát thứ hai thực hiện vào tháng 1/2010 trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc. Tương tự với mô tả ở trên, Hình 29 cho thể hiện 14 mặt cắt. Mũi tên màu đỏ mô tả vận tốc và hướng trung bình dòng chảy ven bờ. Đường màu xanh trong biểu đồ diễn tả mực nước trong giai đọan khảo sát ngày 21/1/2010. Đường màu vàng dưới đường mực nước thể hiện thời gian khảo sát với máy ADCP. Hướng khảo sát là từ phải qua trái. Ngay cả khi vận tốc gió nhỏ, thành phần dọc bờ của dòng chảy

30

ven bờ khi triều lên vẫn mạnh (tương tự với đợt khảo sát trước). Dòng chảy lúc triều xuống có hướng ra phía ngoài biển. Do gió nhỏ, vận tốc dòng chảy không lớn hơn đợt khảo sát tháng 10/2009.

Hình 29: Kết quả khảo sát dòng chảy ven bờ trong tháng 1/2010.

4.3 Lấy mẫu bùn cát

Các mẫu bùn cát đáy biển được phân tích trong phòng thí nghiệm địa kỹ thuật. Hình 30 mô tả sự phân bố kích thước hạt của 2 mẫu bùn cát đáy ở bờ biển Vĩnh Tân.

Đường kính trung bình hạt bùn cát là 0,0065 mm. Vật liệu đáy là bùn sét. Các mẫu bùn cát đáy khác ở vùng nghiên cứu trọng điểm đều thể hiện sét và bùn với đường kính hạt trung bình (D50) trong khoảng 0,003 và 0,007 mm.

Thêm vào đó, các mẫu bùn cát lơ lửng được lấy tại 10 điểm của 5 mặt cắt trung tâm (Hình 31). Hàm lượng vào khoảng giữa 150 và 1000 mg/l. Nói chung hàm lượng bùn cát lơ lửng thì cao hơn một chút so với vùng xa bờ. Quan trọng hơn cả là ảnh hưởng của thủy triều và sóng. Hàm lượng lớn nhất xảy ra trong lúc triều cường, khi mà dòng chảy và sóng tạo ra ứng suất đáy lớn nhất, do vận tốc dòng chảy ven bờ lớn và tỷ lệ chiều dài sóng và chiều sâu nước L/d lớn hơn (Hình 24).

31

Hình 30: Phân bố kích thước hạt bùn cát đáy tại bờ biển Vĩnh Tân.

Hình 31: Hàm lượng bùn cát lơ lửng đo đạc dọc theo các mặt cắt trong ngày 21/7/2010.

32

5 Mô hình toán số

Mô hình toán số được thực hiện theo 3 bước (xem Hình 1). Trong vùng nghiên cứu rộng hơn từ Vũng Tàu đến Gành Hào (khoảng 250 km) và 40 km từ bờ ra biển Đông, một mô hình sóng được thiết lập. Kết quả của nó được sử dụng làm các thông số thiết kế cho các biện pháp chống xói lở bờ biển. Mô hình sóng được tích hợp với mô hình thủy động lực, nó mô phỏng dòng chảy và dòng chảy do sóng tạo ra. Các kết quả sau đó được sử dụng các tham số đầu vào cho mô hình hình thái mô phỏng sự thay đổi đường bờ biển. Mô hình thứ ba bao trùm vùng nghiên cứu trọng điểm tại Vĩnh Tân. Nó mô phỏng sự thay đổi đường bờ do chế độ sóng và dòng chảy trong khu vực gây ra. Hàng loạt các giải pháp công trình được tích hợp trong mô hình đó và hiệu quả công trình cũng được mô phỏng.

5.1 Mô hình sóng

Các thông tin về trường sóng thì rất cần thiết khi thiết kế kết cấu phá sóng. Khảo sát hiện trường vế sóng không thể bao trùm hết các điều kiện có thể có về thời tiết. Để có được những thông tin còn thiếu, một mô hình toán số về sóng đã được thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định, sử dụng mô hình SWAN (www.swan.tudelft.nl), số liệu đã thu thập, số liệu đã khảo sát hiện trường tại vùng trọng điểm Vĩnh Tân.

5.1.1 Các điều kiện biên và mạng lưới

Để kiểm soát mô hình sóng số, thông tin về mực nước tại các mắt lưới là rất cần thiết. Các trạm đo thì chỉ có ở vùng bờ biển. Để cung cấp cho mô hình các mực nước ngoài khơi, một ma trận được tạo ra dựa vào các trạm đo và thông tin về bán nhật triều một phần tới (triều M2). Vị trí của các trạm đo rất quan trọng để kéo dài phạm vi mô phỏng. Do đó, một lưới kích thước 100 km theo phương X và 80 km theo phương Y được tạo ra, che phủ một diện tích 90.000 km² (Hình 32).

Hình 32: Lưới biên mực nước cho mô hình sóng.

Hình 32 diễn tả ma trận được tạo ra, nó cung cấp cho mô hình toán số những mực nước tại mỗi điểm nút của lưới (đánh dấu bằng hình tròn). Các đường màu đỏ diễn tả hướng tới của bán nhật triều một phần. Thông tin này và các trạm đo đã có được dùng để thiết kế ma trận.

33

Nền tảng địa hình của mô hình sóng là mô hình địa hình kỹ thuật số (DTM) dựa trên dữ liệu độ sâu. Do đó, một lưới tam giác được tạo ra để nội suy độ sâu. DTM đã được phát triển cho vùng biển Đông của Đồng bằng sông Cửu Long từ Vũng Tàu đến Tân An sử dụng 80.000 mắt lưới tam giác. Mô hình toán số tính toán các kết quả cho tất cả các nút. Tại vùng nghiên cứu trọng điểm, nơi mà các biện pháp công trình chống xói lở sẽ được nghiên cứu, độ phân giải của mô hình phải đủ lớn để mô phỏng được hiệu quả của các giải pháp. Để đạt được độ phân giải yêu cầu của mô hình tại vùng xói lở, mạng lưới được tinh chế ở khu vực bờ biển Vĩnh Tân (Hình 33).

Hình 33 diễn tả một phần của mô hình địa hình số của bờ biển Đông của Đồng Bằng sông Cửu Long bao gồm 80.000 mắt lưới tam giác. Vùng màu tối là phần lưới tinh chế tại bờ biển Vĩnh Tân, nơi mà các mắt lưới tam giác nhỏ hơn nhiều so với chúng ở ngoài khơi.

Hình 33: Một phần của mô hình địa hình số tại vùng biển Vĩnh Tân với phương đứng được phóng đại.

5.1.2 Kết quả

Mô hình toán số sau đó được hiệu chỉnh và kiểm định, sử dụng số liệu gió, số liệu từ các trạm đo đã có và số liệu từ các đợt khảo sát hiện trường. Sau đó, hàng loạt các kịch bản khác nhau được mô phỏng. Trong một kịch bản, các điều kiện bão trong mùa gió Tây Nam được mô phỏng với vận tốc gió lớn nhất 16 m/s. Trong kịch bản đó, chiều cao sóng có nghĩa 0,58 m được dự báo tại Vĩnh Tân. Trong Hình 34 (bên trái) vành đai màu xanh dương sáng trước bờ biển biểu thị vùng sóng vỡ, nơi mà hầu hết năng lượng sóng bị tiêu tan do sóng vỡ. Vị trí của vùng sóng vỡ cơ bản phụ thuộc vào độ sâu và mực nước. Do đó vùng này di động phụ thuộc vào thủy triều. Một số điểm có thể nhìn thấy được ở bờ biển, nơi mà vùng sóng vỡ nằm sát đường bờ. Tại cửa của các nhánh sông Cửu Long, bồi lắng bùn cát xảy ra do vận tốc dòng chảy giảm. Các bãi cát này đẩy sóng vỡ xa hơn phía ngoài khơi. Do đó, vùng cửa các sông khá yên tĩnh. Hướng sóng trung bình tại Vĩnh Tân là từ Nam -Tây Nam trong giai đoạn này. Do hiện tượng sóng khúc xạ và quá trình của bờ biển, sóng tiến đến bờ biển Sóc Trăng và Bạc Liêu tạo ra một thành phần vận chuyển bùn cát dọc bờ nhỏ (Hình 34, bên phải).

34

Hình 34: Chiều cao sóng có nghĩa (trái) và hướng sóng (phải) ở vùng mô phỏng trong thời kỳ gió mùa

Tây Nam.

Một trường hợp khác mô phỏng sóng trong mùa gió Đông Bắc với giá trị lớn nhất của vận tốc gió là 25 m/s (Hình 35, bên trái). Đối với bờ biển Vĩnh Tân, chiều cao sóng có nghĩa tính toán được là 0,63 m. Mặc dù vận tốc gió lớn hơn trong mùa gió Tây Nam, chiều cao sóng không lớn hơn nhiều, bởi vì vùng bờ biển Vĩnh Tân nằm ở vùng bóng sóng của Đồng Bằng sông Cửu Long với các bãi cát của nó. Do hiện tượng khúc xạ, sóng chuyển từ hướng Đông Bắc ở ngòai khơi đến Đông gần Vĩnh Tân (Hình 35, bên phải). Điều này tạo ra thành phần vận chuyển bùn cát dọc bờ lớn hơn.

Hình 35: Chiều cao sóng có nghĩa (trái) và hướng sóng (phải) ở vùng mô phỏng trong mùa gió Đông

Bắc.

Bảng 1 so sánh sóng đo đạc và tính toán tại Bạch Hổ trong các kịch bản mô phỏng khác nhau. Có thể thấy sự phù hợp khá cao giữa số liệu thực đo và số liệu mô hình.

35

Bảng 1: Sóng mô phỏng và thực đo tại trạm Bạch Hổ trong mùa gió Tây Nam và Đông Bắc.

Mô phỏng Thực đo Kịch bản Hướng gió

[°] Vận tốc gió [m/s]

Chu kỳ đỉnh TP [s]

Chiều cao sóng có

nghĩa HS [m]

Hướng sóng [°]

Chiều cao sóng có

nghĩa HS [m]

Hướng sóng [°]

1a SW 16,28 7,3 3,07 227 3,50 270 1b WSW 18,90 7,3 3,64 240 3,50 270 1c W 15,75 6,04 2,62 320 3,00 270 2a NNE 20,53 12,89 6,82 50 6,75 45 2b NE 25,24 9,70 5,61 50 5,00 45

Bảng 2 là kết quả của các trường hợp mô phỏng tại bờ biển Vĩnh Tân. Kịch bản 2b mô phỏng điều kiện gió mùa Đông Bắc cung cấp chiều cao sóng thích hợp cho việc thiết kế các giải pháp bảo vệ bờ biển tại Vĩnh Tân.

Bảng 2: Sóng mô phỏng tại Vĩnh Tân trong mùa gió Tây Nam và Đông Bắc.

Kịch bản Chu kỳ đỉnh TP [s] Chiều cao sóng có nghĩa HS [m] 1a 6.04 0.58 1b 6.04 0.58 1c 9.70 0.54 2a 5.50 0.52 2b 5.50 0.63

5.1.3 Ảnh hưởng của thay đổi địa hình

Khả năng ảnh hưởng của sự thay đổi địa hình đáy biển mới nhất tại Cù Lao Dung và Đảo 15 (Hình 36) đối với sóng tại Vĩnh Tân được thảo luận. Sự bồi lắng bùn cát tại bãi bồi khác nhau có khả năng hạn chế sóng ở bờ biển Sóc Trăng, đặc biệt trong mùa gió Đông Bắc. Dựa trên bản đồ độ sâu mới khảo sát, địa hình của mô hình đã được điều chỉnh.

Hình 36 mô tả các bãi bồi phía Đông Nam của Cù Lao Dung và Đảo 15. Ảnh hưởng của sự phát triển các bãi bồi này đến sóng ở vùng biển Sóc Trăng đã được mô phỏng.

Hình 36: Kích thước của bãi bồi đuôi Cù Lao Dung và đảo 15 trong tháng 12/2007 (nguồn: GIZ).

36

Để mô phỏng tác động của sự phát triển các bãi bồi đến sóng ở vùng biển, mô hình mô phỏng 4 độ sâu địa hình khác nhau:

• Mô phỏng 00 dựa vào độ sâu địa hình ban đầu. Độ sâu được đo đạc năm 2004 khi mà phần kéo dài của các bãi bồi chưa phát triển nhiều.

• Mô phỏng 10 dựa vào địa hình hiện tại (được cập nhật) bao gồm bãi bồi Cù Lao Dung và đảo 15 (Hình 37).

• Mô phỏng 11 dựa vào kịch bản khả năng phát triển của các bãi bồi này sau 25 năm trong tương lai. Do vậy, sử dụng một phương pháp đơn giản hóa, sự phát triển của chúng trong 5 năm qua đã được ngọai suy (. Hình 38).

• Mô phỏng 12 diễn tả độ sâu giả tưởng mà nó chắc chắn có tác động đến các tham số sóng tại bờ biển (Hình 39).

Hình 37: Địa hình của mô phỏng 10. Hình 38: Địa hình của mô phỏng 11.

Để có thể nhận thấy kích thước cần thiết nào của bãi bồi Cù Lao Dung mà có tác động đáng kể đến các tham số sóng ở vùng ven biển Vĩnh Tân, mô hình thứ bốn (Mô hình 12) được thiết lập bao gồm địa hình giả tưởng tại Cù Lao Dung (Hình 39).

Hình 39: Địa hình của mô phỏng 12.

Hình 40 mô tả chiều cao sóng có nghĩa tại vùng bờ biển Vĩnh Tân như là một kết quả của các lần chạy mô phỏng nêu trên. Các mô phỏng đã tính toán sử dụng vận tốc gió không đổi 25 m/s từ hướng Đông Bắc. Không có sự thay đổi đáng kể nào về các tham số sóng giữa các Mô phỏng 00, 10 và 11. Do đó sự phát triển của Cù Lao Dung và đảo 15 sẽ không ảnh hưởng đến tải trọng sóng tại Vĩnh Tân. Tuy nhiên trường sóng gần xung quanh các bãi bồi này có ảnh hưởng do thay đổi của địa hình.

Mô phỏng 12 đã tính toán cho thấy có sự triết giảm chiều cao sóng 40% so sánh với các mô phỏng khác. Sự phát triển của hình thái dẫn đến kích thước của các bãi bồi như vậy là không thực tế và là giả tưởng thuần túy.

Elevation [m]

37

Hình 40: Chiều cao sóng có nghĩa tại vùng bờ biển Vĩnh Tân theo các mô phỏng khác nhau.

38

5.2 Mô hình thủy động lực học

5.2.1 Các điều kiện biên và mạng lưới

Tài liệu địa hình đã có với ô lưới kích thước 500 m ngoài biển và kích thước ô lưới 50 m gần bờ. Mực nước được đo đạc tại các trạm khác nhau vùng ven biển và lưu lượng nước trạm Cần Thơ. Hình 41 diễn tả vị trí các trạm đo khác nhau và đường đồng mức thời gian đỉnh triều. Các số liệu này tạo ra điều kiện biên cho mô hình thủy động lực học.

Hình 41: Các trạm đo mực nước và lưu lượng trong vùng nghiên cứu.

Trên cơ sở của số liệu địa hình, một mô hình toán số trung bình đ ộ sâu hai chiều được thiết lập. Do đó hệ thống phần mềm nguồn mở RMA•KALYPSO được sử dụng (http://ibpm.bjoernsen.de/kalypso), nó bao gồm các công cụ mô hình tinh vi về thủy văn, thủy lực, công cụ mô phỏng thiệt hai và công cụ hỗ trợ ra quyết định hiện đại cho các nhà quy họach về quản lý rủi ro lũ l ụt. Mã nguồn của mô hình toán số dựa vào phần mềm RMA 10S (KING, 2006), vốn được dựa trên cơ sở phần mềm RMA2 (DONNELL ET AL., 2006). Mô hình này được phát triển thêm bởi Viện kỹ thuật sông biển của trường đại học công nghệ Hamburg (SCHRAGE ET AL., 2009). Các phần tử hữu hạn làm khô và ướt ở vùng bãi triều phẳng thì được mô phỏng bằng phương pháp độ rỗng của đầm lầy, là một dạng của thuật toán khe mỏng (NIELSEN & APELT, 2003). RMA•KALYPSO đã được ứng dụng trong các nghiên cứu so sánh vài lần (ví du: FALKE & VON LIEBERMAN, 2010, ALBERS ET AL., 2009).

Do điều kiện về số liệu đã có và kích thư ớc của vùng nghiên cứu, một số phép đơn giản hóa là cần thiết. Ở vùng phía Tây Bắc của khu vực mô phỏng các điều kiện biên của mô hình được cho bởi vùng ven biển các tỉnh Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh và Bến Tre, bao gồm 5 nhánh gần phía Nam nhất của sông Cửu Long (Hình 42). Các nhánh này có lưu lượng xấp xỉ 93% (AKIRA, 2005). Khu vực mô phỏng kéo dài vào phía đất liền 100 km. Các nhánh sông nhỏ hơn đã đư ợc bỏ qua. Gần trạm Vũng Tàu, biên bên của mô hình chạy theo hướng Nam – Đông Nam với chiều dài 80 km, rồi đi theo một đường đẳng trị thời gian đỉnh triều. Sau đó biên của mô hình chạy theo hướng Nam – Tây Nam song song với đường bờ biển. Do đó, mô hình t ạo từ biên thành khu vực có diện tích 25.000 km2.Khoảng cách lớn nhất từ Tây đến Đông cũng như từ Bắc xuống Nam vào khoảng 230 km.

39

Lực Coriolis gây ra những vấn đề với các biên mô hình có dạng góc cạnh. Do khu vực tính gần với đường xích đạo nên trường hợp này có thể quản lý được. Tuy nhiên, các góc của mô hình được làm tròn.

Hình 42: Khu vực mô phỏng bao gồm các trạm mực nước, lưu lượng và đường đẳng trị thời gian đỉnh

triều.

Do kích thước mô phỏng của mô hình, các đi ều kiện biên không ảnh hưởng đến khu vực quan tâm. Các điều kiện biên sử dụng mực nước và lưu lượng. Do đó lưu lượng trạm Cần Thơ được sử dụng. Hình 43 diễn tả lưu lượng trung bình ngày tại Cần Thơ. Các giá trị tính toán dựa vào kinh nghiệm theo thời gian dài cho biết tỷ lệ giữa lưu lượng trạm Cần Thơ và các nhánh khác của sông Cửu Long (AKIRA, 2005). Việc đơn giản hóa này được dùng để tạo điều kiện biên lưu lượng các nhánh sông khác. Điều đó là cần thiết do thiếu tài liệu lưu lượng tại các nhánh khác của sông Cửu Long.

Đối với các các biên ở Tây Nam và Đông Bắc, mực nước ở các trạm Gành Hào và Vũng Tàu được sử dụng làm điều kiện biên, trong khi cần phải phải sử dụng một phần bù thêm 30 phút để phù hợp với các đường đẳng trị thời gian đỉnh triều. Đối với các biên song song với bờ biển, sự thay đổi tuyến tính của mực nước được áp dụng. Để tạo ra các điều kiện xấp xỉ tự nhiên tốt, số liệu mực nước tại trạm Bến Trại còn được sử dụng. Hình 44 thể hiện mực nước được tạo ra ở các biên mô hình.

Các biên ở Tây Nam và Đông Bắc của mô hình phỏng theo đường đẳng trị thời gian triều. Mực nước tại biên ngoài của mô hình chạy song song với bờ biển được tạo ra bằng sự giao nhau nội suy tuyến tính giữa các đường đó.

40

Hình 43: Giá trị lưu lượng trung bình ngày trạm Cần Thơ (Số liệu: SIWRR).

Hình 44: Các vị trí tính toán chuỗi số liệu theo thời gian.

Chuỗi số liệu theo thời gian được tạo ra như sau:

• 1) tương tự chuỗi số liệu của trạm GH • (8) tương tự chuỗi số liệu của trạm VT với độ lệch 30 phút • (3) tương tự giá trị trung bình của chuỗi số liệu GH và BT • (6) tương tự giá trị trung bình của chuỗi số liệu VT và (8) • (2) tương tự giá trị trung bình của chuỗi (1) và (3) • (7) tương tự giá trị trung bình của chuỗi số liệu (6) và (8) • (4) và (5) được tính toán bằng trọng số chuỗi số liệu của BT và chuỗi số liệu đã được tạo ra giữa

BT và VT

41

Hai kịch bản mô phỏng, tương tự như mô hình sóng, bao trùm mùa gió Đông Bắc và Tây Nam được lựa chọn. Sự dao động nhất thời của năm chu kỳ triều được chọn để loại bỏ những ảnh hưởng của điều kiện ban đầu của mô hình.

Số liệu năm 2006 và 2007 là số liệu theo giờ. Để cải thiện tính ổn định của mô phỏng, bước thời gian được giảm còn 20 phút, trong đó số liệu đã được nội suy.

Tại biên lỏng và bùn cát, dòng chảy sinh ra ứng suất tiếp. Nếu ứng suất tiếp vượt quá giới hạn thì vật liệu đáy bắt đầu chuyển động. Ma sát đáy làm giảm vận tốc dòng chảy. Để lượng hóa sự tiêu hao năng lượng này, ma sát đáy được đánh giá bằng các thông số thực nghiệm. Phương pháp của VAN RIJN sau đây xem xét đường kính hạt d90 và sự xuất hiện của các đụn cát, ma sát đáy ks* = 1.5 mm được dùng ở vùng bờ biển. Đối với những vùng bị che phủ bởi rừng ngập mặn, hệ số nhám đáy loại 3 thực hiện trong phần mềm RMA•KALYPSO được chọn. Những thông số được bao gồm là:

ks = 0.25 m; ax = ay = 3.00 m; dp = 0.10 m.

Mô hình cao độ số của khu vực mô phỏng thiết lập nền tảng cho hệ thống phần tử hữu hạn (Hình 45). Nó được tích hợp trong mô phỏng dưới dạng hệ thống tam giác không đều (TIN).

Hình 45: Mô hình cao độ số.

Hệ lưới phần tử hữu hạn được tạo ra dựa vào:

• Mô hình cao độ số dưới dạng của một TIN • Các biên của mô hình dưới dạng một đường bất kỳ (polyline) (*.shp-file) • Các đường gãy khúc dưới dạng một đường bất kỳ (polyline) (*.shp-file)

Các đường gãy khúc đư ợc dùng để tinh chỉnh hệ thống ở những khu vực nhất định. Ví dụ, dọc theo bờ kè của các nhánh sông, một dãy phần tử hẹp được tạo ra. Hệ thống phần tử hữu hạn được tạo bởi một phần mềm nguồn mở Gaja3D, phát triển bởi Viện kỹ thuật sông và bờ biển. Do đó, kích thước lớn nhất của ô lưới và góc nhỏ nhất của các phần tử tam giác phải được xác định. Các góc nhỏ (< 15°) là không phù hợp vì chúng làm giảm độ ổn định của mô phỏng.

42

Hình 46 mô tả các loại độ nhám khác nhau trong khu vực mô phỏng. Khi xem xét tới các loại độ nhám khác nhau và các vùng có độ nhớt xoáy khác nhau, chúng cần được phân biệt cho các sông, cửa sông, đường bờ biển, các vùng biển sâu và nông hơn. Hơn nữa, tại vùng biên của mô hình, một lớp bổ sung đã được sử dụng.

Vùng cuối cùng này với độ nhớt xoáy cao hỗ trợ sự hội tụ của mô phỏng. Nó có tác dụng làm giảm các véc tơ vận tốc và tránh được sự xoay vòng của vận tốc dòng chảy tính toán. Hình 47chỉ ra sự xoay vòng này của các véc tơ vận tốc do độ nhớt xoáy quá nhỏ gây ra sự phân tán của mô hình.

Hình 46: Những vùng khác nhau về độ nhám và độ nhớt xoáy trong khu vực mô phỏng.

Hình 47: Sự tạo thành xoáy tại biên của mô hình do độ nhớt xoáy không đủ.

43

5.2.2 Kết quả

Hình 48 và Hình 49 diễn tả mực nước tính toán và các thông số dòng chảy trong thời gian triều lớn. Hướng tới của thủy triều là từ hướng Đông Bắc tới Tây Nam và gây ra dòng chảy rất rõ. Dòng triều chảy song song với đường bờ biển, trong khi ở vùng có độ sâu nhỏ và sự gia tăng ảnh hưởng của độ nhám đáy làm giảm vận tốc cùng với sự giảm khoảng cách tới bờ. Ở vùng gần bờ vận tốc dòng chảy trong khoảng 0,20 đến 0,50 m/s. Vận tốc dòng chảy đo đạc hiện trường ở vùng trọng điểm được dùng để kiểm định kết quả của mô hình. Dòng chảy đo đạc và tính toán có sự tương quan khá tốt.

Hình 48: Mực nước tính toán trong khu vực mô phỏng.

Hình 49: Vận tốc dòng chảy tính toán trong khu vực mô phỏng.

44

5.3 Mô phỏng sự biến đổi đường bờ biển

Các kết quả của mô hình thủy động lực học được chuyển sang mô hình hình thái để mô phỏng sự thay đổi đường bờ trong khu vực trọng điểm. Do đó, một mô hình toán số GENESIS (HANSON & KRAUS, 1989) đã được sử dụng. Mô hình này đã được ứng dụng trong rất nhiều khảo sát có so sánh (ví du: FRÖHLE ET AL., 2008).

Một lần nữa số liệu độ sâu được dùng để xây dựng cơ sở địa hình cho việc thiết lập mô hình. Các điều kiện về sóng, các tham số dòng chảy, đặc điểm của bùn cát và mực nước tạo các điều kiện biên cho mô hình.

Số liệu độ sâu khảo sát năm 2010 được sử dụng để kiểm định mô hình. Sau đó, hàng loạt các giải pháp công trình chống xói lở được đưa vào và sự thay đổi của đường bờ biển được phân tích.

5.3.1 Các điều kiện biên

Số liệu sóng thu được trong một năm được phân tích và tóm tắt thành các sự kiện có 30 đặc tính. Các sự kiện này xảy ra với một tần suất tính toán và là tác nhân cho sự thay đổi bờ biển. Hình 50 trình bày 4 sự kiện làm ví dụ. Biểu đồ phổ sóng hình tròn diễn tả hướng sóng và cường độ của điều kiện sóng. Trong đặc tính của một năm, các sự kiện sóng từ hướng Đông Bắc chiếm ưu thế.

Cũng như các điều kiện biên khác, mực nước tính toán và các tham số dòng chảy được sử dụng. Các tham số đặc điểm của bùn cát được lấy từ kết quả phân tích mẫu bùn cát đáy.

Hình 50: Các sự kiện sóng khác nhau được xem xét trong mô hình hình thái; màu đỏ thể hiện năng lượng sóng lớn.

Hình 51 chỉ ra khu vực mô phỏng hình thái bao phủ vùng nghiên cứu trọng điểm. Các đường đồng mức thể hiện độ sâu, màu thể hiện chiều cao sóng và mũi tên chỉ hướng sóng. Do điều kiện địa hình, một vành đai sóng lớn hơn tiến vào vùng bờ biển tại Vĩnh Tân

45

Hình 51: Độ sâu, chiều cao sóng và hướng sóng trong vùng mô phỏng tại bờ biển Vĩnh Tân.

Đối với đường bờ ban đầu, phương pháp đơn giản hóa được sử dụng: Độ sâu với lưới 50 m đã có sẵn. Do độ sử dụng lưới phân giải này và ngày đo đạc số liệu, kích thước chi tiết và mới nhất của bãi triều chưa được đưa vào trong mô phỏng. Đường bờ được xác định là đường đồng mức -0,20 m và xấp xỉ trùng với đường bờ lở của bãi ngập triều và sự nối kết phù hợp giữa các bãi ngập triều trong trường hợp vùng bị xói lở giống như vùng nghiên cứu trọng điểm. Tại đọan đê đang bị đe dọa, đường bờ ban đầu trong mô hình không trùng với chân đê, mà là đường kết nối giữa các bãi ngập triều phía Đông và Tây của vùng nghiên cứu trọng điểm (Phụ lục).

5.3.2 Biến đổi địa hình khi không có công trình

Hình 52 diễn tả sự thay đổi tự nhiên của đường bờ biển trong vùng mô phỏng mà chưa có bất kỳ biện pháp công trình nào. Hình 53 cho thấy sự thay đổi đường bờ chi tiết xung quanh Vĩnh Tân. Biểu đồ ở trên cùng thể hiện đư ờng bờ ban đầu, đường bờ sau 1, 2, 3 và 5 năm sau. Thêm vào đó, biến đổi đường bờ sau 1 năm với sự gia tăng của sóng đã được tính toán. Biểu đồ ở dưới cùng chỉ ra sự khác nhau giữa đường bờ ban đầu và đường bờ tính toán. Các giá trị âm thể hiện xói lở. Thờ i gian mô phỏng càng dài, thì kết quả cho càng không chính xác. Việc mô phỏng thời gian 3 năm và lớn hơn chỉ là để ước lượng sơ bộ sự phát triển của đường bờ.

Dọc bờ biển khu vực Vĩnh Châu xảy ra cả bồi lắng và xói lở. Phía Đông của Vĩnh Tân có hiện tượng bồi tự nhiên xảy ra. Thời gian mô phỏng càng nhiều, tốc độ xói và bồi càng lớn. Nhưng cũng đồng thời tác động của sóng có ảnh hưởng lớn đến đường bờ. Nếu năng lượng sóng gia tăng 50%, diện tích xói lở và bồi lắng có thể lớn hơn hai hoặc ba lần so với năm bình thường. Rõ ràng là sự gia tăng tác động của sóng không chỉ dẫn đến xói lở. Ở một số vùng vật liệu xói đi lại bồi lắng trở lại. Ở vùng trọng điểm gần Vĩnh Tân nói chung đường bờ bị xói lở.

46

Hình 52: Sự thay đổi đường bờ biển trong khu vực mô phỏng chưa có biện pháp công trình.

Hình 53: Sự thay đổi đường bờ ở vùng trọng điểm Vĩnh Tân khi chưa có biện pháp công trình.

5.3.3 Xây dựng kết cấu phá sóng

Sự thay đổi của đường bờ sau khi xây dựng các biện pháp chống xói lở khác nhau đã được mô phỏng. Thời gian mô phỏng là một năm. Hình 54 thể hiện hiệu quả của kết cấu phá sóng với chiều dài 200 m với khoảng cách 300 m cách bờ. Đó được giả thiết là một công trình to lớn và không thấm. Hệ số truyền sóng thay đổi do sự thay đổi của mực nước và các tham số sóng. Giá trị trung bình là 0,30 , nó chỉ ra rằng chiều cao sóng ở phía bờ của kết cấu phá sóng nhỏ hơn một phần ba chiều cao sóng ở phía biển của kết cấu phá sóng. Trong vùng bóng sóng của kết cấu phá sóng một bờ bồi “salient” được tạo ra nó chưa vươn tới được kết cấu phá sóng. “Salient” này tác động đáng kể đến vận chuyển bùn cát dọc bờ và xói lở xảy ra đặc biệt ở phía Tây của “salient”.

47

Tốc độ xói trong khoảng 50 và 80 m/năm. Đê biển là một biên nhân tạo và làm giảm xói lở. Tuy nhiên, nếu đường bờ mô phỏng cắt đường bờ hiện tại của đê, sự ổn định của đê sẽ bị đe dọa.

Hình 55 thể hiện hiệu quả của một kết cấu phá sóng dài 100 m ứng với khoảng cách đến bờ khác nhau. Kết cấu có quy mô nhỏ hơn so với ở trên Hình 54 và hệ số truyền sóng trung bình là 0,50. Nếu kết cấu phá sóng được xây dựng cách bờ 200 m, tác động đến đường bờ là không đáng kể. Tại đoạn đê đang bị đe dọa, bồi lắng nhỏ hơn 10 m xảy ra, nhưng xói sau công trình không hề xảy ra. Nếu khoảng cách đến đường bờ giảm tới 50 m, một “tombolo” hoàn chỉnh được tạo ra. Phía Đông của tombolo đường bờ không thay đổi. Phía Tây của tombolo xói từ 10 đến 20 m xảy ra. Tác động của sóng gia tăng thì xói lở gia tăng tới 25 m đến 30 m .

Hình 54: Sự thay đổi của đường bờ ở vùng nghiên cứu trọng điểm sau khi xây dựng một kết cấu phá

sóng.

Hình 55: Sự thay đổi của đường bờ ở vùng nghiên cứu trọng điểm sau khi xây dựng một kết cấu phá

sóng phụ thuộc vào khoảng cách tới bờ và trường sóng.

48

Hình 56 thể hiện hiệu quả của các loại kết cấu phá sóng khác nhau. Phụ thuộc vào việc xây dựng hệ số truyền sóng trung bình thay đổi. Nếu kết cấu hầu như không cho nước xuyên qua, hệ số truyền sóng thấp và một tombolo hoàn chỉnh được tạo ra. Với hệ số thấm nước tăng lên, hệ số truyền sóng tăng và tombolo sẽ rút n gắn. Nếu hệ số truyền sóng là 0,8 thì xói lở sau công trình là ít nhất, nhưng các kích thước của salient là không đáng kể.

Hình 56: Sự thay đổi đường bờ biển trong vùng trọng điểm sau khi xây dựng một kết cấu phá sóng

phụ thuộc vào hệ số truyền sóng; khoảng cách tới bờ là 50 m.

Hình 57: Sự thay đổi đường bờ biển trong vùng trọng điểm sau khi xây dựng hai kết cấu phá sóng

phụ thuộc vào hệ số truyền sóng.

Hình 57 cho thấy kết quả việc xây dựng hai kết cấu phá sóng ngắn (50 m) có khoảng cách 50 m tới bờ. Với hệ số truyền sóng là 0,5 một tombolo hoàn chỉnh và một salient được tạo ra. Phần hở giữa hai kết cấu phá sóng không tạo ra xói ở đường bờ. Xói lở sau công trình ở phía Tây của tombolo vào khoảng 20 m. Xói sau công trình phía Đông của tombolo là không đáng kể.

49

Dựa vào các mô phỏng đã mô tả trước đây, Hình 58 diễn tả những hình dạng kết cấu phá sóng có thể áp dụng trong vùng trọng điểm để bảo vệ đoạn đê bị đe dọa. Chiều dài của đoạn bảo vệ là 200 m. Kết quả nghiên cứu trên đây cho thấy khoảng cách tốt nhất tới bờ vào khoảng 50 m và hệ số truyền sóng trung bình khoảng 0,50. Khoảng hở giữa các kết cấu phá sóng là 25 m. Chiều dài các kết cấu phá sóng khoảng 100 m bảo vệ được vùng rộng hơn. Không có sự khác biệt nào đáng kể về xói sau công trình khi so sánh với chiều dài kết cấu phá sóng là 75 m. Trong cả hai trường hợp, xói lở sau công trình ở phía Tây của kết cấu vào khoảng 25 đến 30 m.

Hình 58: Sự thay đổi đường bờ ở vùng trọng điểm sau khi xây dựng hai kết cấu phá sóng phụ thuộc

vào chiều dài của kết cấu phá sóng.

5.3.4 Xây dựng mỏ hàn

Ngoài việc xây dựng các kết cấu phá sóng, hiệu quả của các mỏ hàn cũng đã được nghiên cứu. Hình 59 diễn tả sự thay đổi đường bờ sau khi xây dựng ba mỏ hàn với chiều dài 250 m và khoảng cách giữa các mỏ hàn là 200 m. Ở vùng xung quanh mỏ hàn xảy ra bồi lắng. Do hướng sóng chính từ Đông Bắc, ở phía Tây của mỏ hàn thì hiện tượng xói lở chiếm ưu thế. Những tác động có lợi của mỏ hàn đến đường bờ là không đáng kể, bởi vì bồi lắng chỉ xảy ra trên những khu vực nhỏ.

Hình 59: Sự thay đổi đường bờ ở vùng trọng điểm sau khi xây dựng ba mỏ hàn.

50

6 Thiết kế chống xói lở

Mục tiêu của các giải pháp công trình là giảm xói lở và gia tăng bồi lắng. Các tác động xấu của công trình như xói sau công trình phải được loại trừ càng nhiều càng tốt. Trong Mục 5, hiệu quả của các biện pháp bảo vệ khác nhau tới đường bờ biển đã được mô phỏng. Sự đầy đủ của các giải pháp, vị trí của chúng và các giá trị truyền sóng tốt nhất đã được xác định. Hình 60 diễn tả một bố trí kiến nghị của các kết cấu phá sóng trong vùng trọng điểm từ kết quả của mô hình mô phỏng. Khoảng cách đến đường bờ lý tưởng là 50 m. Khoảng cách tới đê vào khoảng 100 m. Hai kết cấu phá sóng với chiều dài 100 m mỗi kết cấu và khe hở 25 m giữa chúng tạo ra một tombolo gần hoàn chỉnh. Chỉ có tại khe hở salient bị dịch ra phía sau. Đường bờ tính toán cho thấy có xói sau công trình, nghĩa là bãi ngập triều hiện tại sẽ bị xói lở hơn.

Trong phần này, bản thân việc thiết kế các kết cấu phá sóng được thực hiện. Những ví dụ áp dụng khác nhau cũng được thảo luận.

Các điều kiện biên quan trọng cho thiết kế là:

• Đất yếu với vật liệu là sét và bùn • Chiều cao sóng có nghĩa là 0,65 m • Chu kỳ sóng giữa 5 giây và 6 giây • Biên độ triều là 3,50 m • Chiều sâu nước tại đê đạt tới 2 m khi triều cao.

Hình 60: Bố trí kiến nghị của các kết cấu phá sóng ở vùng trọng điểm.

Do các điều kiện biên nêu trên ở vùng trọng điểm, vài dạng kết cấu sẽ không đủ. Bởi vì điều kiện đất yếu nên tránh những kết cấu nặng. Nền móng thỏa đáng sẽ rất tốn kém và mối nguy hiểm bị phá hủy nền do tác động của sóng và sự hóa lỏng là quá cao. Kết cấu phá sóng dạng nổi cũng không thể áp dụng được. Chúng chỉ có h iệu quả trong những vùng có chu kỳ sóng nhỏ hơn 4 giây (SORENSEN, 2001).

Trong một tương lai gần, rừng ngập mặn nên được trồng ở những vùng đang có bồi lắng phát triển. Khi cây ngập mặn đạt đến một kích thước nhất định nó sẽ tạo ra một hệ thống chống xói tự nhiên (CHONG, 2005). Vì vậy, giải pháp công trình tạm thời cũng có thể áp dụng được.

6.1 Kết cấu phá sóng truyền thống

Các kết cấu phá sóng thì khác nhau về vị trí (nước sâu/ nông), dạng kết cấu (đổ thành đống, đứng, nổi) và hiệu quả (phát triển salient hay tombolo). Các giải pháp có thể được kết hợp với nhau.

Ngoài ra còn có sự khác nhau về chiều cao của kết cấu phá sóng. Một số kết cấu thì nổi, một số thì ngập. Dạng kết cấu phá sóng thông dụng nhất là dạng đổ với cao trình đỉnh cao hơn mực nước cao trung bình (U.S. ARMY CORPSOF ENGINEERS, 2002).

51

Kết cấu phá sóng dạng đổ bao gồm vài lớp đá đã phân loại (Hình 61). Nói chung chúng được xây dựng như là các kết cấu rời nhau. Sự sắp xếp theo lớp được dùng để giảm giá thành xây dựng và giảm nước thấm qua.

Hình 61: Đê phá sóng đá đổ (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002).

Yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế đê phá sóng đá đổ là kích thước yêu cầu của lớp bảo vệ. Kích thước này lớp này bị ảnh hưởng bởi:

• Chiều cao sóng thiết kế, thông thường là Hs • Đặc tính của vật liệu lớp bảo vệ ngoài (chiều dày, sự sắp xếp) • Độ dốc của lớp bảo vệ ngòai

• Khả năng nước tràn qua

Theo phương pháp Hudson (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002), khối lượng yêu cầu được tính bởi:

𝑊𝑊50 =𝛾𝛾𝑆𝑆𝐻𝐻3

𝐾𝐾𝐷𝐷( 𝛾𝛾𝑆𝑆𝛾𝛾𝑊𝑊− 1)3 cot𝜃𝜃

W50 = Trọng lượng của một viên đá bảo vệ γs = Trọng lượng riêng của vật liệu đá H = Chiều cao sóng thiết kế KD = Hệ số ổn định γw = Trọng lượng riêng của nước θ = Góc dốc

Sau chiều dài của kết cấu phá sóng, khoảng cách đến bờ và số lượng của kết cấu phá sóng được tính toán bằng mô hình toán, việc xây dựng chính kết cấu phá sóng phải được thiết kế. Các tham số thiết kế là chiều cao đỉnh, chiều rộng đỉnh, khả năng thấm và độ dốc.

Theo công thức Hudson, trọng lượng của một viên đá áo bảo vệ mặt ngoài có thể được tính toán:

𝑊𝑊50 =𝛾𝛾𝑆𝑆𝐻𝐻𝑆𝑆3

𝐾𝐾𝐷𝐷 �𝛾𝛾𝑆𝑆𝛾𝛾𝑊𝑊

− 1�3

cot𝜃𝜃=

25 ⋅ 0.603

1.2 ⋅ (2510 − 1)3 ⋅ 3

= 0.44 𝑘𝑘𝑘𝑘

Thêm vào đó, đường kính trung bình của viên đá bảo vệ mặt ngoài có thể tính toán:

𝐻𝐻𝑆𝑆𝐷𝐷𝑘𝑘50

= �𝛾𝛾𝑆𝑆𝛾𝛾𝑊𝑊

− 1� (𝐾𝐾𝐷𝐷 ⋅ cot 𝜃𝜃)1/3

𝐷𝐷𝑘𝑘50 =𝐻𝐻𝑆𝑆

� 𝛾𝛾𝑆𝑆𝛾𝛾𝑊𝑊− 1� (𝐾𝐾𝐷𝐷 ⋅ cot𝜃𝜃)1/3

=0.60

�2510 − 1� (1.2 ⋅ 3)1/3

= 0.26 𝑚𝑚

52

Công thức Hudson bao hàm vài phép đơn giản hóa. Chẳng hạn giả thiết sóng bình thường; chu kỳ sóng và thời gian của bão không được đưa vào xem xét. Để so sánh, công thức của van der Meer được sử dụng. Công thức này là sự biến đổi của công thức Hudson và xét thêm dạng của kết cấu, độ rỗng, sự thiệt hại của lớp bảo vệ bên ngoài và số con sóng xảy ra trong sự kiện bão:

𝐻𝐻𝑆𝑆� 𝛾𝛾𝑆𝑆𝛾𝛾𝑊𝑊

− 1� ⋅ 𝐷𝐷𝑘𝑘50

= 𝑃𝑃−0.13 ⋅ �𝑆𝑆√𝑘𝑘

�0.2

⋅ √cot𝛼𝛼 ⋅ 𝜉𝜉𝑚𝑚𝑃𝑃

DN50 = đường kính trung bình của đá lớp áo P = Độ rỗng của đá lớp áo (0.1 … 0.6) S = Mức độ thiệt hại của lớp áo N = Số con sóng trong sự kiện bão (<7500) ξ = số Irribaren (ξm = 2.9, ξcrit = 2.5)

𝐷𝐷𝑘𝑘50 =0.60

�2510 − 1� ⋅ 0.5−0.13 ⋅ � 8

√3600�

0,2⋅ √3 ⋅ 2.90.5

= 0.19 [𝑚𝑚]

Kết quả của hai phương pháp được so sánh. Do xem xét đến nhiều yếu tố, công thức của van der Meer nên được áp dụng.

Hình 62 thể hiện sự sắp xếp kết cấu phá sóng đá đổ ở khu vực nghiên cứu. Sơ đồ phía trên (1) chỉ mặt cắt bờ biển tháng 7 năm 2010 với trung bình các giá trị cao hơn của các mực nước thấp (Mean higher low water - MHLW) và trung bình các giá trị thấp hơn của các mực nước thấp (MLLW).

Hình 62: Sắp xếp kết cấu phá sóng đá đổ trong vùng nghiên cứu.

53

Sơ đồ ở giữa diễn tả phần gần bờ biển hơn và sơ đồ dưới thể hiện chi tiết việc thi công kết cấu phá sóng bao gồm trung bình các giá trị cao hơn của mực nước cao (Mean higher high-water - MHHW) và trung bình các giá trị thấp hơn của mực nước cao (MLHW). Kết cấu phá sóng đượt hoàn tất như một đơn vị tiêu chuẩn (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002). Nền xây dựng phải được nằm trên lớp cát.

Việc xây dựng kết cấu phá sóng gần bờ là rất phức tạp. Nó đòi hỏi một khối lượng lớn đá hộc và đá phủ ngoài. Do đó giá thành công trình đê phá sóng đá đổ khá cao. Tính toán chi tiết phải được thực hiện bởi giá thành vật liệu địa phương. Giá thành quốc tế cho loại kết cấu phá sóng này vào khoảng 60.000 đô la Mỹ đến 160.000 đô la Mỹ cho 100 m phụ thuộc vào vị trí xây dựng, nền móng, đá có sẵn, giá thành nhân công v.v...

6.2 Mỏ hàn

Việc thiết kế mỏ hàn cũng tương tự như thiết kế kết cấu phá sóng; chỉ có sự sắp xếp là khác nhau. Chúng phải được thiết kế dựa trên cùng tải trọng như kết cấu phá sóng. Đường kính viên đá của lớp bảo vệ ngoài cùng cũng giống như đã trình bày trong phần 6.1.

6.3 Ống vải địa kỹ thuật (Geotubes)

Trong thập niên qua, vải địa kỹ thuật đã được sử dụng để xây dựng kết cấu phá sóng và mỏ hàn. Ống vải địa kỹ thuật là một lọai túi vải tổng hợp rất chắc chắn được làm đầy bằng cát hoặc hỗn hợp chất lỏng và cát. Túi, thảm và ống là khác nhau (PILARCZYK, 2003). Đối với những hệ thống này, chỉ tồn tại vài phương pháp thiết kế. Kinh nghiệm từ các dự án thành công và không thành công được tích hợp vào những ứng dụng mới. Ưu điểm lớn nhất là khoảng cách vận chuyển vật liệu làm đầy túi ngắn.

Hình 63: Ví dụ một ống vải địa kỹ thuật ® (Nguồn: INGENIERIA AyS.;

http://www.geotubosvenezuela.com).

Ống vải địa kỹ thuật ® (Hình 63) đã được áp dụng trong hệ thống bảo vệ bờ biển, chẳng hạn như kết cấu phá sóng, một vài lần (PILARCZYK, 1999). Ống vải địa kỹ thuật được cung cấp như là những ống sẵn sàng để dùng ở các khoảng cách thông thường. Túi được làm đầy bằng cách bơm hỗn hợp cát và chất lỏng vào trong túi.

Việc thiết kế được thực hiện theo phương pháp của PILARCZYK (1999). Sự ổn định của túi vải địa kỹ thuật được bảo đảm, nếu những điều kiện sau đây được tuân thủ:

𝐻𝐻𝑆𝑆∆ ⋅ 𝑏𝑏

< 1

𝐻𝐻𝑆𝑆∆ ⋅ 𝑑𝑑

< 1

54

∆ = 𝜌𝜌𝑠𝑠−𝜌𝜌𝑤𝑤𝜌𝜌𝑤𝑤

= Tỷ lệ mật độ của nước và vật liệu làm đầy túi [-]

b = Chiều rộng của túi [m]

d = Chiều cao trung bình của túi [m]

Do đặc tính không ổn định của cát, chiều cao sóng lớn nhất cho túi vải địa kỹ thuật làm kết cấu phá sóng trong khoảng 1,50 và 2,00 m.

Công thức thiết kế là kết quả thực nghiệm từ Geotube có vật liệu làm đầy là vữa. Việc ứng dụng phương pháp này cho Geotube làm đầy bằng cát chưa thực sự rõ ràng.

Đối với tải trọng hiện tại, kích thước của Geotube có thể tính toán theo phương pháp sau:

∆ =𝜌𝜌𝑠𝑠 − 𝜌𝜌𝑤𝑤𝜌𝜌𝑤𝑤

=1.6 − 1.025

1.025= 0.56

→ 𝑑𝑑 >𝐻𝐻𝑠𝑠∆

=0.600.56

= 1.07 𝑚𝑚

Hình 64: Các ví dụ về kích thước khác nhau của túi vải địa kỹ thuật (PILARCZYK, 1999).

Hình 64 chỉ ra các ví dụ về kích thước khác nhau của Geotube (PILARCZYK, 1999). Do bị biến dạng mà chiều rộng túi lớn là cần thiết để đạt được chiều cao yêu cầu. Do vậy, Geotube là một công trình lớn.

Hình 65 thể hiện sự sắp xếp kết cấu phá sóng được làm từ Geotube. Thiết kế sơ bộ và chiều sâu nước ở vùng trọng điểm xác định được chiều cao của Geotube. Các nhà sản xuất chào bán các sản phẩm phù hợp và bảo đảm sự ổn định của chúng. Đối với chiều cao 2,00 m thì chu vi yêu cầu là 15 m để tạo ra chiều rộng khoảng 6,00 m. Việc xây dựng phải được đặt trên nền cát, nơi mà nền móng có thể xây dựng được từ 2 túi Geotube khác nữa.

Giá thành của kết cấu phá sóng làm bằng Geotube thay đổi nhiều phụ thuộc vào nền móng, kích thước, giá nhân công và máy thi công. Giá thành cho Geotube ở Việt Nam (bao gồm phí hải quan và nhập khẩu) có thể vào khoảng 300 đô la Mỹ cho một mét dài cộng với chi phí xây dựng, chi phí về cát và chi phí nhân công 1

Một ví dụ khác để so sánh về giá thành xây dựng một mỏ hàn có thể được tìm thấy ở Malaysia. Theo Bộ Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên (2010) giá thành vào khoảng 53.000 đô la Mỹ cho 100 m

.

2

1 Thông tin từ một nhà sản xuất của Đức qua điện thoại 2 http://www.water.gov.my/index.php?option=com_content&task=view&id=128&Itemid=279

.

Giá thành xây dựng kết cấu giảm sóng Geotube ở Shamrock Island, Texas trong năm 1999 được rao với giá 80.000 đô la Mỹ cho 100 m (MOSELEY ET AL., 2000).

55

Những số liệu trên đây cho thấy có thể có nhiều giá thành. Giá thành hợp lý là sử dụng tổng của các dự án đã biết, bởi vì thông tin của nhà sản xuất trong hệ thống vải địa kỹ thuật còn chứa đựng vài điều không chắc chắn. Ví dụ, giá thành của một mét dài phụ thuộc vào khối lượng cung cấp.

Hình 65: Sự sắp xếp của một kết cấu phá sóng làm bằng Geotube.

6.4 Kết cấu ngập nước

Do yêu cầu về những biện pháp bảo vệ bờ biển có hiệu quả kinh tế, linh hoạt và thân thiện với môi trường, các hệ thống mới đã được phát triển. Ngoài những hệ thống dựa vào vải địa kỹ thuật, các rạn san hô nhân tạo hoặc các kết cấu ngập nước khác được ứng dụng. (PILARCZYK, 2008).

“Quả bóng ngầm san hô” (Hình 66) là một giải pháp bảo vệ bờ có tính cách mạng và mới (PILARCZYK, 2003). Chúng là những kết cấu ngập tạm thời, có tác dụng phân tán năng lượng sóng và cung cấp môi trường sống cho động vật và thực vật. Trong một số ứng dụng, chúng được dùng để trồng cây ngập mặn trong những vùng được che chở (Hình 67).

Việc xây dựng các kết cấu ngập nước giống như “quả bóng ngầm san hô” rất tốn thời gian và tiền của. Do đó, nó chỉ có thể áp dụng được ở những khu vực xói lở nhỏ. Thành công của những biện pháp như thế tùy thuộc vào kinh nghiệm và không thể dự đoán được cho vùng nghiên cứu trọng điểm. Một thiết kế chi tiết hơn không thực hiện cho nghiên cứu này.

56

Hình 66: Quả bóng ngầm san hô (REEF BALL FOUNDATION, http://www.reefball.org/index.html).

Hình 67: Cây ngập mặn trồng trong các “quả bóng ngầm san hô” (REEF BALL FOUNDATION,

http://www.reefball.org/index.html).

6.5 Các công trình sử dụng vật liệu địa phương

Ngoài việc áp dụng các kết cấu phá sóng truyền thống (chẳng hạn như kết cấu phá sóng bằng đá đổ) và các giải pháp mới (chẳng hạn như tú i vải địa kỹ thuật), những phương pháp thích ứng khác sử dụng vật liệu địa phương đã được nghiên.

Ở các nước đang phát triển, người dân sống gần bờ biển sử dụng tre để làm nhà, đồ đạc trong nhà, cầu, bè nổi. Tre cũng được áp dụng trong xây dựng các ao nuôi trồng thủy sản, làm giỏ để ươm hạt cây trồng trong các vùng ươm cây giống. Việc sử dụng rộng rãi cây tre ở các nước đang phát triển chủ yếu dựa vào tính chắc chắn và sự có sẵn bất kỳ lúc nào với giá thấp của tre (HALIDE ET AL., 2004).

Các kết cấu phá sóng và mỏ hàn làm bằng tre được coi là có đặc tính tốt như là các dụng cụ làm tiêu hao sóng. Các thí nghiệm trên mô hình vật lý trong máng đã được thực hiện để định lượng hệ số truyền sóng bằng mỏ hàn tre.

Hình 68 đến Hình 72 tả mô hình với các lọai kết cấu phá sóng bằng tre khác nhau với tỷ lệ 1:20. Trên Hình 68 biểu diễn mô hình với mức độ cho nước xuyên qua lớn nhất. Có 26% diện tích của mặt cắt ngang bị cản trở. Phần thấp hơn của cọc tre được đóng vào trong đất. Hàng rào bao gồm hai hàng cọc tre. Ở phần trên có hai thanh tre để liên kết với các cọc đứng.

57

Mẫu trong hình Hình 69 bao gồm bốn hàng cọc tre. Tất cả các cọc được liên kết với nhau other (Hình 70). Có 84% diện tích mặt cắt ngang bị cản trở.

Hình 68: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre; mật độ Hình 69: Mẫu kết cấu phá sóng băng tre; thưa nhất. mật độ dày nhất, mặt trước.

Hình 71 và Hình 72 cho thấy một hàng rào làm bằng hai hàng cọc tre và phần giữa được bổ sung bằng một loại vật liệu làm đầy. Điều này dẫn đến 96% diện tích bị cản mặt dù số lượng cọc sử dụng ít hơn. Vật liệu làm đầy có thể là bất cứ lọai nào từ cành và bụi cây, được buộc vào các cọc đứng

Hình 70: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre; Hình 71: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre; mật độ dày nhất; nhìn từ trên xuống. vật liệu làm đầy giữa hai hàng tre; nhìn từ trên xuống.

Hình 72: Mẫu kết cấu phá sóng bằng tre, vật liệu làm đầy giữa hai hàng tre; nhìn từ bên hông.

58

Để đánh giá tính chất của kết cấu phá sóng bằng tre, thí nghiệm mô hình vật lý được thực hiện trong máng sóng. Hình 73 mô tả sơ đồ thiết lập thí nghiệm. Sóng đơn được tạo ra từ phía cuối bên trái của máng sóng bằng mái chèo sóng và các tham số của sóng được đo đạc trước và sau hàng rào tre.

Hệ số truyền sóng là tỷ số giữa chiều cao sóng đã truyền qua (HT) và chiều cao sóng ban đầu (H) . Khoảng trống RC là khoảng cách từ đỉnh của kết cấu đến mặt nước. Khoảng trống âm ám chỉ đỉnh kết cấu ngập trong nước.

Hình 74 thể hiện hình ảnh của thí nghiệm với sóng hướng đến từ phía trái. Ở phía phải của kết cấu, vùng sóng bị suy yếu có thể nhận thấy bằng mắt thường. Trong trường hợp này, kết cấu phá sóng bằng tre với bốn hàng cọc tre đã được thí nghiệm.

Hình 75 là hình ảnh của thí nghiệm với kết cấu phá sóng bao gồm hai hàng cọc tre với phần giữa được làm đầy bằng các cây buộc chặt. Mặc dù sử dụng ít tre hơn, hiệu quả suy giảm sóng được thấy rõ. Đặc biệt lớp giữa hai hàng cọc tre có hiệu quả giảm sóng.

Hình 73: Thiết lập thí nghiệm trong máng sóng.

Hình 74: Mô hình vật lý truyền sóng qua kết cấu phá sóng bằng tre với mật độ dày nhất.

59

Hình 75: Mô hình vật lý truyền sóng qua hàng rào bằng tre.

Hình 76 thể hiện kết quả của mô hình vật lý. Trên trục hoành, tỷ lệ khoảng trống đỉnh kết cấu và chiều cao sóng ban đầu được thể hiện. Trên trục tung tỷ lệ truyền sóng được đánh dấu. Ký hiệu hình tam giác màu đen chỉ kết quả của kết cấu phá sóng với bốn hàng cọc tre; ký hiệu chữ thập màu đỏ chỉ kết quả của kết cấu với hai hàng cọc tre ở giữa làm đầy, và chữ thập màu xám chỉ kết quả của kết cấu phá sóng dạng đá đổ. Tại tỷ lệ RC/HS vào khoảng 1,6 (0,6 tương ứng với kết cấu phá sóng với bốn hàng cọc tre) chiều cao sóng truyền qua chỉ 10% (15%) chiều cao sóng ban đầu. Đối với độ ngập lớn hoặc chiều cao sóng lớn hơn hệ số truyền sóng trở thành 0,8 (1,0 tương ứng).

Hình 76: Kết quả của thí nghiệm mô hình vật lý.

60

Đặc biệt đối với mực nước bình thường và chiều cao sóng bình thường cả hai phương án kết cấu bằng tre đều giảm chiều cao sóng ban đầu đáng kể.

Mô hình vật lý cũng đã thực hiện cho kết cấu phá sóng truyền thống bằng đá đổ, nó cho thấy hiệu quả tiêu giảm sóng thấp hơn một chút.

Đường kính của cây tre càng lớn dẫn đến mật độ kết cấu phá sóng càng dày, thì sóng giảm càng nhiều. Đó là điều có thể đoán được vì năng lượng tiêu hao càng nhiều khi độ cản dòng chảy càng cao và vì vậy lực kéo tăng. Hiệu quả tương tự có thể đạt được bằng cách dùng kết cấu rào chắn. Kết quả cũng chỉ ra rằng, đúng như dự đoán, sự giảm sóng gia tăng cùng với chiều rộng của mảng tre..

Chiều sâu neo nên vào khoảng từ một nửa đến hai phần ba chiều dài của cọc. Điều quan trọng là cọc không chỉ neo trong đất yếu (bùn). Ở Vĩnh Tân lớp bùn kết thúc sau độ sâu 1 m hoặc nhỏ hơn. HALIDE ET AL. (2004) đã nghiên cứu lực bẻ gãy của cọc tre và thực hiện hàng loạt các thí nghiệm vật lý. Với chiều sâu cắm vào 0,70 m và lực tác dụng ở vị trí 0,50 m phía trên mặt đáy, lực làm gãy cọc tre đường kính 8 cm là 30,5 N. Chiều sâu cắm cọc càng lớn thì lực bẻ gãy càng lớn. Dựa vào kết quả này, với giả thiết là cọc ngập trong độ sâu 1,50 m (0,80 m trong bùn và 0,70 m trong cát), có thể ngọai suy để tính lực bẻ gãy là 42,5 N.

Thiết kế xây dựng cọc được dựa vào “phương pháp chồng” của Morison, O’Brian, Johnson và Schaaf (MOJS). Những lực của dòng chảy, lực gia tốc của dòng triều và lực của sóng dẫn đến công thức sau (EAK, 2002):

𝑓𝑓𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 𝑓𝑓𝐷𝐷 + 𝑓𝑓𝑀𝑀 = 𝐶𝐶𝐷𝐷 ∙12∙ 𝜌𝜌𝑊𝑊 ∙ 𝐷𝐷 ∙ 𝑢𝑢 ∙ |𝑢𝑢| + 𝐶𝐶𝑀𝑀 ∙ 𝜌𝜌𝑊𝑊 ∙

𝜋𝜋 ∙ 𝐷𝐷2

4∙𝑑𝑑𝑢𝑢𝑑𝑑𝑡𝑡

𝑓𝑓𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = Tổng lực của dòng chảy và lực gia tốc [kN/m] 𝑓𝑓𝐷𝐷 = Lực dòng chảy lên cọc [kN/m] 𝑓𝑓𝑀𝑀 = Lực gia tốc lên cọc [kN/m] 𝐶𝐶𝐷𝐷 = Hệ số sức kháng của dòng chảy [-] 𝐶𝐶𝑀𝑀 = Hệ số sức kháng nội tại [-] 𝜌𝜌𝑊𝑊 = Mật độ của nước [t/m³] 𝐷𝐷 = Đường kính của cọc [m] 𝑢𝑢 = Thành phần theo phương ngang của dòng chảy / vận tốc quỹ đạo [m/s] 𝑑𝑑𝑢𝑢𝑑𝑑𝑡𝑡

= Thành phần phương ngang của dòng chảy /gia tốc quỹ đạo [m/s²]

Tổng lực tác động lên cọc được xác định bằng cách giải phương trình vi phân của các lực đường tính toán. Các thành phần khác của tải trọng sóng thì bị lệch pha. Các pha khác nhau của sóng vượt qua phải được xem xét.

Dựa vào các thí nghiệm mô hình vật lý, các hệ số CD và CM đã được xác định bởi CERC (1984) ) đối với các số Reynold khác nhau:

𝐶𝐶𝐷𝐷 = 0.75

𝐶𝐶𝑀𝑀 =1.8

Triều:

𝑓𝑓𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 0.75 ∙12∙ 1.03 ∙ 0.08 ∙ 0.32 + 1.8 ∙ 1.03 ∙

𝜋𝜋 ∙ 0.082

4∙ (1.04 ∙ 10−5)2 = 0.0028 [𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚⁄ ]

1. Trường hợp tải trọng : Vận tốc quỹ đạo lớn nhất

Sóng:

𝑓𝑓𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 0.75 ∙12∙ 1.03 ∙ 0.08 ∙ 0.9652 + 1.8 ∙ 1.03 ∙

𝜋𝜋 ∙ 0.082

4∙ 02 = 0.029 [𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚⁄ ]

61

2. Trường hợp tải trọng : Gia tốc quỹ đạo lớn nhất

𝑓𝑓𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 0.75 ∙12∙ 1.03 ∙ 0.08 ∙ 02 + 1.8 ∙ 1.03 ∙

𝜋𝜋 ∙ 0.082

4∙ 1.212 = 0.014 [𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚⁄ ]

3. Trường hợp tải trọng: Kết hợp

𝑓𝑓𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 0.75 ∙12∙ 1.03 ∙ 0.08 ∙ 0.6822 + 1.8 ∙ 1.03 ∙

𝜋𝜋 ∙ 0.082

4∙ 0.8572 = 0.021 [𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚⁄ ]

Tải trọng thiết kế từ thủy triều và trường hợp tải trọng thứ nhất của tải trọng sóng cộng lại đến 0,0318 kN/m. Với độ cao so với đáy biển là 1,30 m lực gây ra là 0,041 kN. Lực bẻ gãy ước tính của cọc tre 8 cm là 0,0425 kN. Dựa vào đánh giá này, công trình xây dựng là ổn định. Sự liên kết các cọc tre gia tăng lực bẻ gãy.

Hình 77 mô tả việc xây dựng kết cấu phá sóng bằng tre.

Hình 77: Bố trí kết cấu phá sóng bằng tre ở vùng nghiên cứu.

Việc đánh giá chi phí công trình được dựa vào tài liệu tham khảo phù hợp. Tùy theo tỷ lệ phần trăm của tre trong các mô hình khác nhau, đối với mô hình thứ nhất 1.811 cọc tre cần thiết để làm 100 m dài, 7.401 cọc tre cho mô hình thứ hai và 4.596 cọc cho mô hình thứ 3. Giả sử g iá một mét cây tre là 0,22 đô la Mỹ và tiền đóng một cọc tre là 0,30 đô la Mỹ, những giá thành sau đây được dự toán:

Dạng 1: 26% Tre → USD 5,903 / 100 m Dạng 2: 84% Tre → USD 24,127 / 100 m Dạng 3: 96% Tre & lá cây → USD 14,984 / 100 m

62

Tre có thể được xây dựng thành kết cấu phá sóng (rời nhau, song song với bờ biển, như đề cập trên Hình 60) hoặc mỏ hàn (vuông góc với đường bờ). Một lựa chọn khác là sử dụng những kết cấu bằng tre để phát triển lấn biển ở vị trí đê bị đe dọa bằng cách xây dựng các hàng rào ô vuông. Giải pháp này được dự định để làm kín lại các chỗ hở trên bãi ngập triều.

Thí nghiệm mô hình vật lý đã chỉ ra rằng hàng rào tre giảm sóng đáng kể. Trong điều kiện thủy triều bình thường độ truyền chiều cao sóng nằm giữa 50% và 10% của chiều cao sóng ban đầu. Do độ đục bùn cát khảo sát gần đê lớn, sự triết giảm dòng chảy và chiều cao sóng sẽ gia tăng tốc độ bồi lắng.

Với việc sử dụng các mô hình toán số và dữ liệu đã có không thể mô phỏng quá trình cải thiện bãi dưới các điều kiện biên thực tế. Để đánh giá tốc độ bồi lắng và do đó đánh giá sự thành công của việc cải tạo bãi, việc nghiên cứu bằng mô hình toán số tổng quát và các phương pháp tính toán đơn giản hóa đã được áp dụng.

Trong khuôn khổ nghiên cứu mô hình toán số, các tham số phù hợp cho việc cải tạo các ô bãi thay đổi (số lượng ô bãi, chiều rộng hở, độ tiêu thoát). Hình 78 diễn tả bồi và xói sau một chu kỳ triều cho hai ô bãi với kích thước 200 m x 200 m và chiều rộng hở là 90 m. Hàm lượng bùn cát lơ lửng ở phía biên ngoài biển là 350 mg/l. Toàn bộ ô xảy ra bồi lắng, lớn nhất ở gần bờ và và hàng rào với giá trị khoảng 100 g/m². Giá trị này giảm ở vùng có vận tốc dòng chảy lớn, chẳng hạn tại các điểm cuối của hàng rào dọc bờ. Bồi lắng lớn hơn xảy ra ở ô bãi thứ nhất gần đê. Trong tất cả các phương án so sánh tổng lượng bùn cát bồi lắng tăng đáng kể với sự giảm chiều rộng hở. Tốc độ bồi gia tăng cùng với độ giảm của sự thoát nước qua kết cấu. Một hệ thống tiêu hợp lý làm gia tăng bồi lắng do ngăn cản được dòng chảy xoáy ở ô bãi.

Hình 78: Bồi lắng và xói lở sau một con triều ở với hai ô bãi kích thước 200 m x 200

m và độ hở 90 m.

Trong nghiên cứu mô hình toán số, tốc độ bồi lắng trung bình nằm giữa 0,044 và 0,067 kg/(m2- 1 con triều). Giá trị 0,050 kg/(m2- 1 con triều) gây ra lượng bồi lắng xấp xỉ 36 kg/ (m2 – năm). Theo phương pháp tiếp cận chắc chắn này của Migniot & Bouloc (1981), nồng độ lơ lững vào khoảng 300 kg/m3 là cần thiết để trồng cây. Do đó, trong vòng một năm khoảng 0,12 m chiều dày được bồi lắng. Điều này phù hợp với một thí nghiệm hiện trường tại vùng bờ biển Bắc nước Đức (REIMERS ET AL., 1998), nơi mà lượng bồi lắng trong một năm vào khoảng giữa 0,15 và 0,20 m. Các ô bãi nhỏ hơn và gia tăng tốc độ bồi lắng.

63

Tại bờ biển Vĩnh Tân hàm lượng bùn cát lơ lửng dọc các mặt cắt đo ADCP đạt tới 900 mg/l. Gần bờ cách đê 300 m, hàm lượng này trong khoảng 1000 mg/l và 5000 mg/l. Hàm lượng rất cao này sẽ dẫn đến tốc độ bồi lắng lớn hơn, nó cũng có thể làm gia tăng tốc độ trồng rừng ngập mặn.

Hình 79 thể hiện mặt bằng công trình hàng rào tre tại khu vực đê bị đe dọa Vĩnh Tân. Hàng thứ nhất được xây dựng gần tuyến đê. Khoảng cách giữa đê và hàng rào song song với đê vào khoảng 40 và 50 m và chiều rộng của ô cũng khoảng 40 và 50 m. Khoảng hở nên có chiều rộng khoảng 10 m.

Sau khi đã bồi lắng đủ dày ở hàng thứ nhất, hàng thứ hai có thể xây dựng để mở rộng bãi triều. Rừng ngập mặn nên trồng ở trong các ô bãi ở hàng thứ nhất để ổn định đất. Việc xây dựng và bảo trì hệ thống tiêu đầy đủ như trình bày ở mục 3.3.3 là rất quan trọng. Sau khi đất nền cố kết và tạo thành rừng ngập mặn, các hàng rào sẽ không còn nhiệm vụ nữa. Do đó, sự mục nát của tre và vật liệu chèn ở giữa không còn là vấn đề nữa. Sự phát triển của bãi ngập triều sẽ bảo vệ chân đê. Hàng ô bãi đầu tiên không ngăn cản sự vận chuyển bùn cát dọc bờ. Do đó xói sau công trình không xảy ra. Nếu hàng ô bãi thứ hai được xây dựng, các giải pháp này phải được mở rộng dọc theo đường bờ.

Hình 80 thể hiện mặt bên của hàng rào tre. Chiều cao thì được làm thấp hơn so với kết cấu phá sóng. Mục tiêu là làm bồi lắng đến đỉnh kè.

Hình 79: Một trong những thiết kế của các hàng rào tre tại vùng đê bị đe dọa Vĩnh Tân.

Hình 80: Mặt bên của hàng rào tre (sơ đồ); hướng nhìn: Đông Bắc.

64

7 Kết luận và kiến nghị

Tất cả các giải pháp bảo vệ hay chống xói bờ biển – ngoại trừ giải pháp nuôi bãi nhân tạo – đều gây ra xói sau công trình. Các biện pháp bảo vệ bờ biển dạng cứng chỉ nên áp dụng nếu tính mạng con người hoặc tài sản có giá trị cao bị đe dọa. Nói chung giải pháp nuôi bãi nhân tạo bổ sung thì cần thiết để giảm các tác động bất lợi của công trình đã xây dựng. Bảo vệ chống xói bờ biển cần phải được thiết kế cẩn thận để bảo đảm hiệu quả đặt ra và giảm thiểu được xói sau công trình. Những giải pháp thân thiện với thiên nhiên thì càng tốt.

Mô hình hóa thủy động lực hình thái chứa đựng những vấn đề không chắc chắn do tính chất kinh nghiệm trong các công thức vận chuyển bùn cát. Những mô phỏng trung và dài hạn cần phải đánh giá cẩn thận. Số liệu sẵn có và chương trình giám sát sẽ giúp hoàn thiện cả kiến thức về quá trình thủy động lực hình thái và chất lượng của các mô hình toán số.

Dọc theo bờ biển phía Đông Nam của Việt Nam, xói lở và bồi lắng tự nhiên xuất hiện xen kẽ tại rất nhiều đọan khác nhau. Gần vùng đê bị đe dọa ở Vĩnh Tân xói lở tự nhiên xảy ra, vốn sẽ gia tăng theo thời gian nếu không có biện pháp đối phó nào được thực hiện. Thời gian gia tăng tác động của sóng sẽ làm tăng tốc độ xói lở.

Việc xây dựng một công trình phá sóng lớn, không cho nước xuyên qua ở cách bờ biển 200 m sẽ tạo ra bồi lắng “salient” tại đoạn đang bị đe dọa và do đó bảo vệ được vùng này. Nhưng xói sau mạnh sau công trình sẽ xảy ra. Hơn nữa, giá thành công trình loại này sẽ rất cao do khó xây dựng tại hiện trường, chiều sâu nước lớn và kết cấu lớn. Do đó, đây không phải làm một biện pháp được đề nghị.

Nếu chiều dài của kết cấu phá sóng này giảm đi và nước xuyên qua gia tăng, xói sau công trình có thể giảm thiểu. Nhưng đồng thời tốc độ bồi lắng ở vùng trọng điểm giảm đi. Tác động của sóng lớn hơn có thể tạo ra xói lở ở vùng bảo vệ. Chức năng yêu cầu của phương án này không đảm bảo.

Kết cấu phá sóng với chiều dài 100 m cách bờ 50 m sẽ tạo ra một vùng bồi “tombolo” hoàn chỉnh. Xói lở sau công trình ở trong khoảng 20 và 40 m phụ thuộc vào tác động của sóng. Xói lở sau công trình có thể được giảm thiểu bằng cách thay đổi mức độ nước xuyên qua công trình. Độ xuyên qua của nước thay đổi hệ số truyền sóng. Hệ số truyền sóng khoảng 0,30 sẽ dẫn đến một “tombolo” hoàn chỉnh và xói sau công trình từ 15 đến 20 m. Trong khi đó, vùng bồi “tombolo” sẽ không được tạo thành hoàn chỉnh nếu hệ số truyền sóng bằng 0.50. Và xói sau công trình vào khoảng 15 m tương ứng. Hệ số truyền sóng khoảng 0,8 là quá thấp. Xói sau công trình được giảm thiểu nhưng hiệu quả tích cực tới vùng bị đe dọa không bảo đảm.

Một công trình gồm hai kết cấu phá sóng với chiều dài 50 m mỗi kết cấu sẽ phát triển một “salient” và một ‘tombolo”. Xói sau công trình vào khoảng 20 m. Tác động sóng gia tăng hoặc hệ số truyền sóng giảm có thể dẫn đến xói lở đường bờ ban đầu ở giữa hai kết cấu phá sóng.

Tại vùng đê đang bị đe dọa ở trong vùng nghiên cứu trọng điểm, một đoạn bờ khoảng 200 m cần được bảo vệ. Mô hình đã chỉ ra giải pháp hợp lý bao gồm 2 kết cấu phá sóng với chiều dài 100 m mỗi kết cấu và khe hở giữa chúng là 25 m. Giải pháp này sẽ bảo vệ được đê. Tuy nhiên, giải pháp này can thiệp vào hệ thống vận chuyển bùn cát tự nhiên. Do đó, xói sau công trình giữa 25 và 30 m sẽ xảy ra. Việc bảo vệ bãi ngập triều hiện tại, chẳng hạn trồng rừng ngập mặn, sẽ giúp giảm xói sau công trình.

Việc xây dựng kết cấu phá sóng sẽ luôn dẫn đến xói lở sau công trình. Tác động này phải được giảm thiểu và đồng thời đảm bảo hiệu quả tích cực đối với đường bờ là phải đầy đủ. Do đó, giải pháp kiến nghị cho các đọan đang bị đe dọa với chiều dài nhỏ hơn 100 m là một kết cấu phá sóng với chiều dài tối đa 100 m và cách bờ 50 m. Hệ số truyền sóng nên vào khoảng 0,50. Nếu đọan cần bảo vệ lớn hơn, không thể tránh được xói sau công trình.

Hệ số truyền sóng rất quan trọng cho việc thành công của giải pháp chống xói lở. Tất nhiêu hệ số truyền sóng thay đổi với mực nước và chiều cao sóng khác nhau. Nhưng nói chung, độ cho nước xuyên qua lớn hơn sẽ gia tăng hệ số truyền sóng.

65

Việc xây dựng một kết cấu phá sóng dạng đá đổ nhiều lớp, vốn có thể là khả thi cho vùng trọng điểm, dẫn đến hệ số truyền sóng gần bằng không. Kết cấu này hầu như không cho nước xuyên qua và sóng truyền chỉ xảy ra do sóng tràn trong trường hợp mực nước cao và sóng lớn. Do đó , công trình kết cấu phá sóng dạng đá đổ nhiều lớp không được đề nghị. Hơn nữa, kết cấu phá sóng truyền thống này là một công trình lớn. Do nền đất mềm yếu, việc xây móng của công trình rất phức tạp và sẽ gia tăng giá thành vốn đã cao của công trình. Ngoài ra công trình còn có thể bị phá vỡ do bão.

Một giải pháp khác là xây dựng các mỏ hàn. Hiệu quả tích cực của biện pháp này lên đường bờ không đáng kể và do đó không thể đề nghị.

Geotube cũng là kết cấu khối lớn và gây ra những vấn đề tương tự với nền giống như kết cấu phá sóng truyền thống . Điều này dẫn tới giá thành cao và xây dựng khó khăn. Việc thiết kế Geotuble vốn dựa vào kinh nghiệm. Tuổi thọ thì chưa được chứng minh. Hơn nữa, Geotube khiến hệ số truyền sóng gần bằng không dẫn đến những vấn đề đã nêu trên.

Việc thiết kế chính xác các kết cấu ngập trong nước trong một môi trường mực nước dao động là rất phức tạp. Do sự thay đổi hệ số truyền sóng, những mô phỏng về ảnh hưởng lên hình thái bờ biển còn tồn tại nhiều vấn đề không chắc chắn.

Việc xây dựng những kết cấu như “quả bong san hô ngầm” chỉ có thể áp dụng và hợp lý về kinh tế cho những khu vực xói lở nhỏ. Sự thành công của các biện pháp này phụ thuộc vào kinh nghiệm và không thể dự đoán được cho vùng trọng điểm.

Việc áp dụng vật liệu địa phương như cây tre có rất nhiều ưu điểm do độ bền của tre, tính sẵn có và giá thành thấp. Với kết cấu phá sóng bằng tre, độ truyền sóng mong muốn có thể đạt được. Do đó, việc xây dựng kết cấu phá sóng bằng tre được đề nghị. Hơn nữa, giá thành công trình của giải pháp này thấp so với những lựa chọn khác.

Việc thiết kế kết cấu phá sóng bằng tre được thực hiện bằng các phương pháp thiết kế có sẵn. Lực phá hoại được tính toán dựa vào tài liệu phù hợp . Ngoài ra, trước khi xây dựng công trình, lực phá hoại cọc tre với các đường kính khác nhau và độ sâu cắm cọc nên được xác định bằng thực nghiệm. Tính toán độ ngập cắm cọc trong đất một cách hợp lý là rất quan trọng.

Nếu khoảng hở giữa bãi ngập triều xói lở tại chân đê được che phủ, năng lượng sóng phân tán trên bãi ngập triều mới tạo ra và đê sẽ được bảo vệ khỏi bị xói. Việc che kín các khoảng hở sẽ tạo ra tình trạng đường bờ giống tự nhiên, không sinh ra xói sau công trình. Do đó, phương pháp đề nghị là bố trí các hàng rào ô vuông. Do sự triết giảm mạnh năng lượng sóng và dòng chảy và hàm lượng bùn cát lơ lửng cao, bồi lắng ở các ô bãi ngập triều sẽ diễn ra nhanh. Việc trồng lại rừng ngập mặn nên được thực hiện càng sớm càng tốt để bảo vệ bãi ngập triều khỏi xói lở trong các cơn bão. Các rào ô vuông hàng thứ hai nên được xây d ựng để bảo vệ các ô bãi đầu tiên. Các bãi ngập triều khác bị xói cũng có thể được bảo vệ với kiểu cải tạo đất này. Khi rừng ngập mặn và do đó việc chống xói tự nhiên được thiết lập lại, các hàng rào tre không còn nhiệm vụ nữa. Do đó, tuổi thọ của các hàng rào tre chỉ cần 2 năm là đủ.

Nếu được, cả hai phương thức – một kết cấu phá sóng bằng tre song song với bờ biển và một hàng rào tre các ô vuông – được thiết lập ở hai điểm nóng. Hình 81 đề xuất một bố trí của hai phương thức.

Một chương trình giám sát kỹ càng sẽ cung cấp những thông tin chi tiết về tính hiệu quả của cả hai phương thức và sẽ cho phép việc đánh giá lợi ích chi phí.

Tổng chiều dài của hàng rào tre trong hình hình 81 vào khoảng 400 m. Chiều dài của kết cấu phá sóng vào khoảng 100 m. Theo tính toán ở trên, chi phí cho cả hai công trình vào khoảng 75,000 đô la Mỹ.

66

Hình 81: Một sự đề xuất cho việc kết hợp kết cấu phá song bằng tre và hàng rào tre.

67

8 Tóm tắt và quan điểm

Dọc theo bờ biển tỉnh Sóc Trăng, Việt Nam, quá trình động lực xói bồi xảy ra do ảnh hưởng bởi tác động lẫn nhau giữa:

• Chế độ dòng chảy của Đồng Bằng sông Cửu Long, • Chế độ thủy triều của biển Đông và • Chế độ thời tiết gió mùa của vùng Đông Nam Á

Quá trình xói lở và bồi lắng rất phức tạp tùy thuộc vào các yếu tố ảnh hưởng khác nhau. Các yếu tố cơ bản là vận chuyển bùn cát dưới tác động của dòng chảy và sóng, động lực học chung của biển ở vùng bờ và các tác động của con người.

Do đặc tính có hướng, vận chuyển bùn cát tại bờ biển có thể chia thành:

• Vận chuyển bùn cát trên mặt cắt ngang (vận chuyển vào-/ra biển) • Vận chuyển bùn cát dọc bờ.

Vận chuyển bùn cát ngang bờ gây ra sự thay đổi ngắn hạn của bờ biển, chẳng hạn trong những cơn bão. Vận chuyển bùn cát dọc bờ gây ra sự thay đổi dài hạn của bờ biển.

Ở một số khu vực, như vùng trọng điểm của xã Vĩnh Tân, xói lở mãnh liệt đe dọa đê biển và do đó đe dọa dân cư và đất canh tác phía trong tuyến đê. Dựa trên các số liệu đã có, khảo sát hiện trường và mô phỏng bằng mô hình toán số, một công trình chống xói phát triển bền vững đã được thiết kế.

Những số liệu đã có liên quan đến vùng bờ biển Sóc Trăng đã được nghiên cứu và phân tích. Mặc dù số liệu về độ sâu, mực nước, lưu lượng dòng chảy và vận chuyển bùn cát đã có, những số liệu cần thiết ở vùng xói lở, đặc biệt là về sóng còn thiếu. Do vậy, ý tưởng đã được phát triển để bổ sung và xây dựng nền tảng cho những giải pháp chống xói hiệu quả và tinh vi. Khảo sát hiện trường bổ sung đã được thực hiện.

• Để kiểm định kết quả mô phỏng bằng mô hình toán số • Để hiểu biết về quá trình thủy động lực và động lực hình thái học của vùng trọng điểm.

Trong ba đợt khảo sát hiện trường, các thông tin về dòng chảy, sóng, hàm lượng bùn cát lơ lửng và độ sâu đã được tổng hợp. Khảo sát hiện trường đã bao hàm các mùa khác nhau bao gồm mùa gió Đông Bắc và mùa gió Tây Nam.

Những khảo sát về sóng cho thấy sự phụ thuộc rõ ràng vào mùa gió. Các dòng chảy được đo đạc cho thấy thành phần dọc bờ biển là do sự tiến tới của sóng triều dọc bờ biển Nam Việt Nam. Dòng chảy này gia tăng vào mùa gió Đông Bắc .

Vào cuối mùa mưa, trong tháng Mười năm 2009, một trường sóng nhẹ đã được ghi lại trong vùng trọng điểm. Quá trình hàm lượng bùn cát lơ lửng bị ảnh hưởng bởi dòng chảy thủy triều, trong khi đỉnh của hàm lượng này chịu ảnh hưởng bởi vận tốc dòng chảy và chiều cao sóng. Thời kỳ triều cao, dòng chảy dọc bờ xảy ra đồng thời với đỉnh của hàm lượng bùn cát lơ lửng. Nó cho thấy có sự vận chuyển bùn cát dọc bờ, vốn đạt giá trị cao nhất vào cuối mùa mưa do vận chuyển bùn cát lớn từ các nhánh sông Cửu Long. Trong tháng Giêng năm 2010, suốt giai đoạn chính của mùa gió Đông Bắc, sóng lớn hơn đã ghi được ở vùng nghiên cứu. Sóng tiến vào bờ biển của Sóc Trăng và Bạc Liêu với một thành phần dọc bờ mạnh. Trong mùa Đông, khi bùn cát của sông Cửu Long ít hơn và bùn cát có sẵn ít hơn, gió mùa Đông Bắc gây ra xói lở gia tăng.

Khảo sát hiện trường không thể bao phủ được tất cả các điều kiện thời tiết có thể xảy ra. Để có được những thông tin còn thiếu và các số liệu tạo ra đã được dùng để thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình toán số khác nhau . Sự thay đổi của đường bờ biển đã được tính toán khi xem xét các biện pháp bảo vệ bờ khác nhau. Ngoài các kỹ thuật truyền thống một cách tiếp cận khác sử dụng vật liệu địa phương đã được nghiên cứu.

Mô hình toán số đã được thực hiện theo ba bước. Trong vùng nghiên cứu lớn hơn một mô hình sóng đã được thiết lập. Các kết quả được dùng để làm các tham số thiết kế cho các biện pháp chống xói tại

68

vùng bờ biển và chúng còn được dùng cho mô hình thủy động lực học, nó cũng đã bao phủ vùng nghiên cứu lớn hơn. Mô hình thủy động lực này mô phỏng dòng chảy và dòng chảy do sóng tạo ra, nó được dùng cho mô hình hình thái mô phỏng sự thay đổi đường bờ biển. Mô hình thứ ba bao phủ vùng bờ biển xung quanh vùng trọng điểm Vĩnh Tân. Nó mô phỏng sự thay đổi đường bờ biển do chế độ sóng và dòng chảy hiện tại. Các giải pháp công trình khác nhau được đưa vào trong mô hình và hiệu quả của công trình được mô phỏng. Sự đầy đủ của các giải pháp, vị trí và các giá trị tốt nhất của công trình đã được xác định.

Mục tiêu của các giải pháp công trình là làm giảm xói lở và gia tăng bồi lắng. Các tác động tiêu cực như xói lở sau công trình phải được loại bỏ càng nhiều càng tốt.

Cả hai kết quả từ đo đạc hiện trường và mô hình toán số đều được dùng để xác định các điều kiện biên cho thiết kế giải pháp công trình:

• Đất yếu với vật liệu là bùn và sét • Chiều cao sóng có nghĩa là 0,65 m • Chu kỳ sóng từ 5 đến 6 giây • Biên độ triều là 3,50 m • Chiều sâu nước lên tới 2 m khi mực nước cao.

Trong Mục 6, các ví dụ về thiết kế các ứng dụng khác nhau đã được thực hiện. Bổ sung cho việc áp dụng các kết cấu phá sóng truyền thống và công nghệ mới (chẳng hạn túi vải địa kỹ thuật), các phương pháp thích ứng sử dụng vật liệu địa phương đã được nghiên cứu. Do đó, các thí nghiệm mô hình vật lý trong máng sóng đã được tiến hành.

Cuối cùng, những đề xuất cho các giải pháp chống xói được đưa ra dựa trên kết quả từ mô hình, khảo sát hiện trường và phân tích giá thành.

Xây dựng kết cấu phá sóng luôn luôn dẫn đến xói sau công trình. Tác động này được giảm thiểu nếu một kết cấu phá sóng được xây dựng với chiều dài 100 m và khoảng cách tới bờ là 50 m. Hệ số truyền sóng nên vào khoảng 0,50. Với kết cấu phá sóng bằng tre, hệ số truyền sóng yêu cầu có thể đạt được. Việc áp dụng các vật liệu địa phương như tre có nhiều lợi thế dựa trên độ bền của nó, luôn có sẵn và giá thành. Do đó việc xây dựng hàng rào tre được đề nghị. Hơn nữa, giá thành cho giải pháp này thấp khi so sánh với các giải pháp khác.

Nếu khoảng hở giữa bãi ngập triều bị xói tại đọan đê đang bị đe dọa được đóng kín, năng lượng sóng sẽ tiêu tán ở phần bãi ngập triều mới phát triển và đê được bảo vệ khỏi xói lở. Việc làm kín khoảng hở này sẽ tạo ra đường bờ gần với tình trạng tự nhiên, không tạo ra xói sau công trình. Do đó, công trình bằng các hàng rào tre dạng ô lưới tại đoạn đê được đề nghị.

Nếu có thể được, cả hai giải pháp là kết cấu phá sóng bằng tre và lưới ô vuông nên được sử dụng tại hai điểm nóng ở Vĩnh Tân.

Nếu chính quyền địa phương chấp nhận kiến nghị này, một tài liệu thiết kế chi tiết và việc giám sát xây dựng, quan trắc sự phát triển xói bồi trong vùng trọng điểm là cần thiết để có được thông tin cho các giải pháp bảo vệ bờ biển trong tương lai ở vùng bờ biển phía Nam Việt Nam.

Trước khi xây dựng, một kế hoạch thực tế phải được cung cấp. Giai đoạn xây dựng bao gồm nhiều giải pháp kiểm soát chất lượng, chẳng hạn xác định lực gãy cọc tre bằng thí nghiệm và kiểm tra việc xây dựng hợp lý các cọc tre.

Đối với phương án chọn, các kế hoạch chi tiết cần được thiết lập, nó bao gồm tất cả vị trí chính xác, kích thước và chi tiết xây dựng dưới dạng các mặt cắt ngang và mặt bằng . Các thông tin chi tiết về sản phẩm phải được cung cấp. Tính toán khối lượng và giá thành công trình bao gồm giao nộp các phiếu báo giá phải được kiểm chứng bằng giá vật liệu địa phương. Trong quá trình xây dựng việc giám sát các thí nghiệm độ bền của cọc tre phải được thực hiện để định lượng lực bẻ gãy của cọc đơn và nhóm cọc tre. Chiều sâu đóng cọc phải được kiểm soát. Dựa trên cơ sở kiến thức đã có được việc thiết kế có thể được tối ưu hóa trong xây dựng công trình trong tương lai.

69

Trong khuôn khổ chương trình quan trắc, sự phát triển của đường bờ, bãi ngập triều và phần bãi triều giữa đê và công trình cần được ghi nhận. Do chiều sâu nước ở đó thấp, đo đạc độ sâu bằng thuyền là không đủ. Cao trình đáy cần được khảo sát thủ công với thiết bị DGPS (GPS vi sai) trên lưới 10 m. Đầu tiên, quan trắc hàng tháng nên làm, sau sáu tháng thì giai đoạn quan trắc là hàng quý. Sự thay đổi của sự phân bố đường kính hạt và mức độ cố kết của đất xung quanh công trình nên được phân tích bằng khảo sát lấy mẫu bùn cát với lưới 25 m hàng quý. Các đợt đo đạc hàm lượng bùn cát lơ lửng, sóng và dòng chảy nên được thực hiện bao gồm các mùa khác nhau bắt đầu ngay lập tức sau khi xây dựng công trình và tiếp tục sáu tháng một lần. Hàng tháng, ảnh chụp có định vị nên được thực hiện tại vùng trọng điểm. Vị trí của máy chụp hình ở trên đê, chiều cao, góc và hướng của tất cả các ảnh phải giống nhau để có thể quan trắc được sự phát triển của bãi ngập triều. Ảnh hàng không hoặc các loại ảnh trực tâm tốt hơn theo chu kỳ hàng năm rất hữu ích để theo dõi và định lượng sự phát triển hình thái bờ biển. Dựa vào quan trắc, thời gian phù hợp cho việc trồng rừng ngập mặn ở bãi triều có thể xác định được.

Tất cả số liệu thu nhận được sẽ được phân tích để cung cấp cho sự kiểm soát chi tiết sự thành công của công trình.

70

Tài liệu tham khảo

ALBERS, T., VON LIEBERMAN, N., FALKE, E. (2009): Morphodynamic Processes on Tidal Flats in Estuar-ies. In: Journal of Coastal Research, Special Issue 56, ISSN 0749-0208, pp. 1325-1329.

AKIRA, Y. (2005): Zoning for risk assessment of water-related natural disasters in the Mekong-Delta. Can Tho University.

CERC (1984): Shore Protection Manual, Vol. I + II, Coastal Engineering Centre, Vicksburg, USA CHONG, J. (2005): Protective values of mangroves and coral ecosystem: A review of methods and

evidence. IUCN. G.V. DAT, N.T., SON, N.M. (1998): Waves in the Marine Coastal Zone of the Mekong River System. In:

Proceedings of the International Workshop on the Mekong Delta, pp. 72 - 81. Chiang Rai, Thai-land.

DONNELL, B.P., LETTER, J.V., MCANALLY, W.H. (2006): Users Guide for RMA2 Version 4.5, U.S. Army Corps of Engineers, Engineer Research and Development Center, Waterways Experiment Sta-tion, Valhalla, USA.

EAK (1993): Empfehlungen des Ausschusses für Küstenschutzwerke – Empfehlungen für Küsten-schutzwerke. In: Kuratorium für Forschung im Küsteningenieurwesen (Hrsg.): Die Küste, Heft 55. Heide in Holstein: Boyens, Germany.

EAK (2002): Empfehlungen des Ausschusses für Küstenschutzwerke – Empfehlungen für Küsten-schutzwerke. In: Kuratorium für Forschung im Küsteningenieurwesen (Hrsg.): Die Küste, Heft 65. Heide in Holstein: Boyens, Germany.

FALKE, E., VON LIEBERMAN, N. (2010): Numerical Modeling of a Wadden Sea Area – Hydrodynamics and Morphodynamics. In: Congress Proceedings of the First European IAHR Congress (CD-ROM), Edinburgh, UK.

FRÖHLE, P., ZEMLYS, P., DAVULIENE, L., GULBINSKAS, S.(2008): Numerical Simulation of Sediment Transport as one Basis for the Assessment of Coastal Protection Measures in Palanga, Lithua-nia. In: Galappatti, R., van Schel, L., Al Maidoor, E., Al Zahed, K., Wens, F., Scheffer, H., Brühl, H. and Mocke, G. (eds.): Best Practices in the Coastal Environment - Proceedings of the 7th In-ternational Conference on Coastal and Port Engineering in Developing Countries (PIANC-COPEDEC VII), on CD-ROM, PIANC, Dubai, UAE, Paper No 164.

HALIDE, H., BRINKMANN, R., RIDD, P.(2004): Designing bamboo wave attenuators for mangrove planta-tions. In: Indian Journal of Marine Science, Vol. 33(3), pp. 220-225.

HANSON, H., KRAUS, N.C. (1989): "GENESIS: Generalized model for simulating shoreline change, Report 1: Technical Reference." Tech. Rep. CERC-89-19, U.S. Army Engineer Waterways Ex-periment Station, Coastal Engineering Research Center, Vicksburg, MS.

HEIN, H., 2007: Vietnam Upwelling - Analysis of the Upwelling and Related Processes in the Coastal Area off South Vietnam. Hamburg: Universität Hamburg, Germany.

HERBICH, J.B. (1999): Handbook of Coastal Engineering. McGRAW-HILL, USA. HU, J., KAWAMURA, H., HONG, H., QI, Y. (2000): A Review on the Currents in the South China Sea:

Seasonal Circulation, South China Sea Warm Current and Kuroshio Intrusion. In: Journal of Oceanography, Vol. 56, pp. 607–624.

KING, I. (2006): A finite element model for stratified flow and cohesive sediment/sand transport – RMA 10S Users Guide. Version 3.5E.

KRAMER, J. (1989): Kein Deich, kein Land, kein Leben – Geschichte des Küstenschutzes an der Nordsee. Leer, Verlag Gerhard Rautenberg.

LIEBERMAN, N. VON, SCHWARZE, H., ZIMMERMANN, C. (1998): Aufgabe und Wirkungsweise von Lahnun-gen. Die Küste, H. 60, Boyens, Heide in Holstein, Germany.

MIGNIOT, C., BOULOC (1981): Étude des propriétés physique de différents sédiments très fins et de leur comportement sous des actions hydrodynamiques.

MOSELEY, J.C., SHINER, J.A., CALNAN, T. (2000): Habitat Enhancement and Protection Shamrock Island, Corpus Christi Bay, Texas. In: Tait , L.S. (Ed.): Proceedings of the 13th Annual National Conference on Beach Preservation Technology, Florida Shore & Beach Presentation Associa-tion.

71

NIELSEN, C., APELT, C., (2003): Parameters Affecting the Performance of Wetting and Drying in a Two-Dimensional Finite Element Long Wave Hydrodynamic Model. In: Journal of Hydraulic Engi-neering, ASCE, Volume 128-8, 628 – 636.

NGUYEN, T.T. (2009): Surface sediment characteristics and sediment transport from Bassac River mouths to Ca Mau Peninsula (Mekong Delta), Institute of Geosciences, University of Kiel, Ger-many.

NRC (1990): Managing coastal erosion. Committee on Coastal Erosion Zone Management, Water Science and Technology Board, Marine Board, Commission on Engineering and Technical Sys-tem, National Research Council. Washington, DC, National Academy Press. 182 pp.

PARKER, R.P. (1986): On the observation of cohesive sediment behaviour for engineering purposes. In: A.J. Mehta (Editor): Estuarine cohesive sediment dynamics, Springer-Verlag, New York (1986), pp. 270–289.

PILARCZYK, K.W. (2003): Alternative Systems for Coastal Protection – An Overview. In: Han, Z. (ed.): Proceedings of the International Conference on Estuaries and Coasts, Zhejiang Institute of Hy-draulics and Estuary, Hangzhou, China, pp. 409-419.

PILARCZYK, K. (1999): Geosynthetics and geosystems in hydraulic and coastal engineering. Taylor & Francis, USA.

PRATESYA, G. (2007): Protection from Coastal Erosion. In: Proceedings of the Regional Technical Workshop (S. 103 - 131). Khao Lak, Thailand: FAO.

PROBST, B. (1996): Deichvorlandbewirtschaftung im Wandel der Zeit. In. Die Küste, Heft 58, Boyens, Heide in Holstein.

REIMERS, H.-C., RICKLEFS, K., THOMAS, B., GRENZER, E. (1998): Optimierung von Küstensicherungsar-beiten im Küstenvorfeld der Nordseeküste. Projektbericht Bundesministerium für Bildung, For-schung und Wissenschaft.

RIJN, L.C. VAN (1993): Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal Seas. Aqua Publications, The Netherlands.

SCHRAGE, N., ANTANASKOVIC, D., JUNG, T., PASCHE, E. (2009): KALYPSO – An open source software tool for flood studies in rivers. 8. International Conference on Hydroinformatics, Concepción (Chile).

SORENSEN, R. M. (2001): Basic Coastal Engineering. Kluwer Academic Publishers. SOUTHERN SUB INSTITUTE OF FOREST INVENTORY AND PLANNING (2009): Mangroves of Soc Trang 1965 -

2008. Vietnam: GTZ Project Management of Natural Resources in the Coastal Zone of Soc Trang Province.

STADELMANN, R. (1981): Meer - Deiche - Land. Küstenschutz und Landgewinnung an der deut-schen Nordseeküste. Karl Wachholtz Verlag, Neumünster, Germany.

U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS (2002): Coastal Engineering Manual (CEM), Engineer Manual 1110-2-1100, U.S. Army Corps of Engineers, Washington, D.C. (6 volumes).

XU, X., QIU, Z., CHEN, H. (1982): The General Description of the Horizontal Circulation in the South China Sea. In: Proceedings of the 1980 Symposium on Hydrometeorology of the Chinese Soci-ety of Oceanography and Limnology, pp. 137 - 145. Beijing.

72

Phụ lục

Hư hỏng mái dốc phía ngoài của đoạn đê đang bị đe dọa tại Vĩnh Tân trong tháng 10/2010; Ảnh: GIZ

Sơ đồ đường bờ lý tưởng ở vùng trọng điểm tại Vĩnh Tân