1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định

106 3 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên cứu ảnh hưởng của các sơ đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại đối với chế độ thủy thạch động lực ven biển nam Định
Tác giả Phạm Quang Nam
Người hướng dẫn TS. Doãn Tiến Hà
Trường học Đại Học Quốc Gia Hà Nội - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Chuyên ngành Hải dương học
Thể loại Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản 2021
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 106
Dung lượng 10,52 MB

Các công cụ chuyển đổi và chỉnh sửa cho tài liệu này

Nội dung

01050004984 Nghiên cứu ảnh hưởng của các sơ đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại đối với chế độ thủy thạch động lực ven biển Nam Định

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM QUANG NAM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC SƠ ĐỒ

BỐ TRÍ KHÔNG GIAN CÔNG TRÌNH NGĂN CÁT, GIẢM SÓNG HIỆN

TẠI ĐỐI VỚI CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC

VEN BIỂN NAM ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội- 2021

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM QUANG NAM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC SƠ ĐỒ

BỐ TRÍ KHÔNG GIAN CÔNG TRÌNH NGĂN CÁT, GIẢM SÓNG HIỆN

TẠI ĐỐI VỚI CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC

VEN BIỂN NAM ĐỊNH

Chuyên ngành: Hải dương học

Mã số: 8440228.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Doãn Tiến Hà

Hà Nội- 2021

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, tác giả mong muốn được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới TS Doãn Tiến Hà – Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển, đã định hướng, trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ về nhiều mặt

Học viên luôn biết biết ơn sâu sắc đối với các Thầy/Cô trong Khoa KT – TV - HDH đã truyền đạt những kinh nghiệm quý báu trong quá trình đào tạo Nhờ đó học viên được nâng cao trình độ, mở rộng tầm hiểu biết khi tiếp cận đến thực tế

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Ban chủ nhiệm Đề tài độc lập cấp Quốc gia

“Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp, hiệu quả để tiêu giảm sóng nhằm nâng cao độ an toàn cho đê biển Nam Định”, Mã số: ĐTĐL.CN.40/18 giúp

đỡ về kính phí, dữ liệu và các công cụ tính toán và đề tài cấp Bộ của Bộ Tài nguyên

và Môi trường, MS: TNMT 06.12.2018 đã cung cấp số liệu trong thời gian học tập tại nhà Trường và thực hiện luận văn này

Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn Anh/Chị đồng nghiệp trong Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã tạo điều kiện thuận lợi để bản luận văn được hoàn thành

Trong quá trình thực hiện, luận văn chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn

có thể hoàn thiện hơn

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2021 Học viên

Phạm Quang Nam

Trang 4

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 5

1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài 5

1.2 Các nghiên cứu ở trong nước 11

1.3 Khu vực nghiên cứu 14

1.4 Giới thiệu sơ đồ mẫu và các sơ đồ đang được áp dụng tại khu vực nghiên cứu 17

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 24

2.1 Phương pháp nghiên cứu 24

2.2 Cơ sở dữ liệu 37

2.3 Thiết lập mô hình 40

CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN CÁT, GIẢM SÓNG ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY THẠCH ĐỘNG LỰC VEN BIỂN NAM ĐỊNH 42

3.1 Tính toán hiệu chỉnh và kiểm định 42

3.2 Các kịch bản tính toán 52

3.3 Kết quả các kịch bản tính toán 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

Phụ Lục 90

Trang 5

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1: Thông tin dữ liệu đầu vào 38

Bảng 2 2: Thông tin số liệu thực đo 39

DANH MỤC HÌNH Hình 1 1 Một số dạng sơ đồ bố trí công trình NCGS được áp dụng trên thế giới 10

Hình 1 2 Một số công trình ngăn cát, giảm sóng ứng dụng ở Việt Nam 14

Hình 1 3 Sơ đồ bố trí mặt bằng hệ thống các công trình NCGS để bảo vệ bờ biển [12], [17] 18

Hình 1 4 Các sơ đồ bố trí hệ thống công trình phức hợp [12], [17] 19

Hình 1 5 Vị trí các cụm công trình NCGS áp dụng dọc ven biển Nam Định 19

Hình 1 6 Công trình NCGS khu vực Đông-Tây cống Thanh Niên 20

Hình 1 7 Công trình NCGS khu vực Ang Giao Phong 20

Hình 1 8 Công trình NCGS khu vực Kiên Chính 20

Hình 1 9 Công trình NCGS khu vực Hải Hòa 21

Hình 1 10 Công trình NCGS khu vực Hải Thịnh II 21

Hình 1 11 Công trình NCGS phức hợp khu vực cửa Ninh Cơ 22

Hình 1 12 Công trình NCGS khu vực Nghĩa Phúc 22

Hình 1 13 Công trình NCGS khu vực KCN Rạng Đông-Nghĩa Phúc 22

Hình 2 1 Mô tả lưới tính toán 33

Hình 2 2 Mối liên hệ giữa các mô đun 36

Hình 2 3 Vị trí các điểm thực đo 39

Hình 2 4 Lưới tính 41

Hình 3 1 So sánh độ cao sóng (Hs) giữa tính toán và thực đo tại S1 42

Hình 3 2 So sánh độ cao sóng (Hs) giữa tính toán và thực đo tại S2 43

Hình 3 3 So sánh độ cao sóng (Hs) giữa tính toán và thực đo tại S3 43

Hình 3 4 So sánh độ cao sóng (Hs) giữa tính toán và thực đo tại S4 43

Hình 3 5 Kết quả trường sóng ven bờ mùa gió Tây Nam (trái) và Đông Bắc (phải) 44

Hình 3 6 So sánh dòng chảy tính toán và thực đo tại vị trí S1 45

Trang 6

Hình 3 7 So sánh hướng dòng chảy tính toán và thực đo tại vị trí S1 45

Hình 3 8 So sánh dòng chảy tính toán và thực đo tại vị trí S2 45

Hình 3 9 So sánh hướng dòng chảy tính toán và thực đo tại vị trí S2 46

Hình 3 10 So sánh dòng chảy tính toán và thực đo tại vị trí S3 46

Hình 3 11 So sánh hướng dòng chảy tính toán và thực đo tại vị trí S3 46

Hình 3 12 So sánh dòng chảy tính toán và thực đo tại vị trí S4 47

Hình 3 13 So sánh hướng dòng chảy tính toán và thực đo tại vị trí S4 47

Hình 3 14 Trường dòng chảy mùa gió ĐB, pha triều rút (trái) và pha triều lên (phải) 48

Hình 3 15 So sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại điểm S1 48

Hình 3 16 So sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại điểm S2 49

Hình 3 17 So sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại điểm S3 49

Hình 3 18 So sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại điểm S4 49

Hình 3 19 So sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại vị trí TV3 49

Hình 3 20 So sánh hướng sóng tính toán và thực đo tại vị trí TV3 50

Hình 3 21 So sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại vị trí TV4 50

Hình 3 22 So sánh hướng sóng tính toán và thực đo tại vị trí TV4 50

Hình 3 23 So sánh nồng độ bùn cát tính toán và thực đo tại TV3 51

Hình 3 24 So sánh nồng độ bùn cát tính toán và thực đo tại TV4 51

Hình 3 25 Trường sóng lớn nhất trường mùa gió ĐB, không có công trình 55

Hình 3 26 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió ĐB, có công trình 56

Hình 3 27 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió ĐB (mực nước đỉnh triều) 56

Hình 3 28 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió ĐB, có công trình 57

Hình 3 29 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió TN (mực nước đỉnh triều) 57

Hình 3 30 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió TN, có công trình 58

Hình 3 31 Các vị trí so sánh kết quả tính toán 58

Hình 3 32 So sánh độ cao sóng tại điểm TL1 trước và sau khi có công trình 59

Hình 3 33 So sánh độ cao sóng tại điểm TL2 trước và sau khi có công trình 59

Hình 3 34 So sánh độ cao sóng tại điểm TL3 trước và sau khi có công trình 60

Trang 7

Hình 3 35 So sánh độ cao sóng tại điểm TL4 trước và sau khi có công trình 60

Hình 3 36 So sánh độ cao sóng tại điểm TL5 trước và sau khi có công trình 60

Hình 3 37 So sánh độ cao sóng tại điểm TL1 trước và sau khi có công trình 61

Hình 3 38 So sánh độ cao sóng tại điểm TL2 trước và sau khi có công trình 61

Hình 3 39 So sánh độ cao sóng tại điểm TL3 trước và sau khi có công trình 62

Hình 3 40 So sánh độ cao sóng tại điểm TL4 trước và sau khi có công trình 62

Hình 3 41 So sánh độ cao sóng tại điểm TL5 trước và sau khi có công trình 62

Hình 3 42 So sánh độ cao sóng tại điểm TL1 trước và sau khi có công trình 63

Hình 3 43 So sánh độ cao sóng tại điểm TL2 trước và sau khi có công trình 63

Hình 3 44 So sánh độ cao sóng tại điểm TL3 trước và sau khi có công trình 64

Hình 3 45 So sánh độ cao sóng tại điểm TL4 trước và sau khi có công trình 64

Hình 3 46 So sánh độ cao sóng tại điểm TL5 trước và sau khi có công trình 65

Hình 3 47 Trường dòng chảy trong điều kiện không có công trình, thời đoạn bão 66 Hình 3 48 Trường dòng chảy trong điều kiện có công trình, thời đoạn bão 66

Hình 3 49 Trường dòng chảy trong điều kiện không có công trình 67

Hình 3 50 Trường dòng chảy trong điều kiện có công trình (mùa gió Tây Nam) 67

Hình 3 51 Trường dòng chảy trong điều kiện không có công trình 68

Hình 3 52 Trường dòng chảy trong điều kiện có công trình (mùa gió Đông Bắc) 68

Hình 3 53 Vị trí các điểm so sánh dòng chảy 70

Hình 3 54 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL1 trong bão điển hình 71

Hình 3 55 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL12 trong bão điển hình 71

Hình 3 56 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL2 trong bão điển hình 72

Hình 3 57 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL23 trong bão điển hình 72

Hình 3 58 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL3 trong bão điển hình 73

Hình 3 59 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL34 trong bão điển hình 73

Hình 3 60 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL4 trong bão điển hình 73

Hình 3 61 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL45 trong bão điển hình 74

Hình 3 62 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL5 trong bão điển hình 74

Hình 3 63 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL1 trong mùa gió ĐB 75

Trang 8

Hình 3 64 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL2 trong mùa gió ĐB 75

Hình 3 65 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL3 trong mùa gió ĐB 76

Hình 3 66 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL4 trong mùa gió ĐB 76

Hình 3 67 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL5 trong mùa gió ĐB 77

Hình 3 68 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL1 trong mùa gió TN 77

Hình 3 69 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL2 trong mùa gió TN 78

Hình 3 70 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL3 trong mùa gió TN 78

Hình 3 71 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL4 trong mùa gió TN 79

Hình 3 72 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL5 trong mùa gió TN 79

Hình 3 73 Biến đổi địa hình đáy trong mùa gió ĐB khi chưa có công trình 81

Hình 3 74 Biến đổi địa hình đáy trong mùa gió ĐB khi có công trình 81

Hình 3 75 Biến đổi địa hình đáy trong mùa gió TN khi chưa có công trình 82

Hình 3 76 Biến đổi địa hình đáy trong mùa gió TN khi có công trình 82

Hình 3 77 Biến đổi địa hình đáy trong thời đoạn của bão khi chưa có công trình 83

Hình 3 78 Biến đổi địa hình đáy trong thời đoạn của bão khi có công trình 83

DANH MỤC KÍ HIỆU

Trang 9

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, đặc biệt là sau những thiệt hại do cơn bão số 7 năm

2005 đối với hệ thống đê biển, đã có nhiều địa phương (đặc biệt là Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ) mạnh dạn ứng dụng các giải pháp công trình ngăn cát, giảm sóng - chủ yếu là mỏ hàn (mỏ hàn thẳng, mỏ hàn chữ T) để ngăn cát, giảm sóng, gây bồi chống xói lở Có thể kể đến các hệ thống mỏ hàn ở Cát Hải, Đồ Sơn (Hải Phòng), các mỏ hàn bảo vệ đê biển Nam Định, Hà Tĩnh, Quảng Bình; các mỏ hàn mềm ở Hòa Duân (Thừa Thiên Huế); hệ thống mỏ hàn bằng đá đổ ở Cần Giờ,

Một trong những địa phương đi đầu trong việc áp dụng các sơ đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng để bảo vệ tình trạng xói lở ven biển ở nước ta đó là Nam Định Điển hình như hệ thống công trình Nghĩa Phúc bảo vệ đê biển Nghĩa Hưng; hệ thống công trình Kiên Chính, Hải Thịnh II bảo vệ đê biển Hải Hậu; hệ thống công trình Đông Tây cống Thanh Niên bảo vệ đê biển Giao Thủy Tuy nhiên, hầu hết các công trình trên đều được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn, quy phạm hiện hành ở Việt Nam cũng như trên thế giới và dựa vào kinh nghiệm là chính mà không có những xem xét, đánh giá một cách khoa học về hiệu quả, những tác động của chúng đến diễn biến các trường thủy thạch động lực ven bờ để có thể điều chỉnh và lựa chọn được dạng sơ đồ phù hợp Để phát huy hiệu quả cũng như bảo đảm sự ổn định của chính bản thân các công trình này, việc nghiên cứu, phân tích, tính toán ảnh hưởng và tương tác của công trình đối với các quá trình thủy thạch động lực ven bờ phải được xem xét kĩ lưỡng Việc bố trí không gian các sơ đồ cần phải khoa học khách quan, đem lại công năng sử dụng và hiệu quả kinh tế Vì vậy, luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của các sơ đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại đối với chế độ thủy thạch động lực ven biển Nam Định”

sẽ góp phần làm sáng tỏ những vấn đề nêu trên

Trang 10

Mục tiêu nghiên cứu: Xem xét, đánh giá được ảnh hưởng của các sơ đồ bố trí

không gian công trình ngăn cát, giảm sóng đang được áp dụng ở vùng ven biển Nam Định đến diễn biến các chế độ thủy thạch động lực tại vùng nghiên cứu Từ đó đánh giá được những ưu và nhược điểm của các sơ đồ hiện trạng đang áp dụng tại ven biển Nam Định

Đối tự nghiên cứu: Quá trình tương tác giữa các công trình chỉnh trị và chế độ thủy thạch động lực vùng ven bờ

Phạm vi nghiên cứu: Khu vực ven biển Nam Định

Phương pháp nghiên cứu: Thống kê, mô hình số trị thuỷ động lực, vận chuyển

trầm tích

Nội dung luận văn bao gồm:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu ở trong và ngoài nước

Chương 2: Cơ sở dữ liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Ảnh hưởng của các công trình ngăn cát, giảm sóng đến chế độ thủy

thạch động lực ven biển Nam Định

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Trang 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU Ở TRONG

VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Trong khoảng hơn 50 năm trở lại đây, kỹ thuật bờ biển đã có nhiều bước tiến vượt bậc, đạt được nhiều thành tựu to lớn trên nhiều mặt, bằng chứng là hiện nay nhiều loại công trình với các chức năng khác nhau đã được đưa vào sử dụng như công trình bảo vệ bờ biển chống xói lở; công trình chắn sóng bảo vệ khu nước của bến cảng, khu neo đậu tàu thuyền; công trình ngăn cát - giảm sóng ổn định bờ biển, chống bồi lấp cửa sông v.v Đối với vùng ven biển và hệ thống các công trình bảo

vệ thì yếu tố tác động của sóng luôn được chú ý hàng đầu, do đó các giải pháp nhằm tiêu giảm sóng trước khi chúng tiến vào uy hiếp vùng ven bờ hay các công trình ven biển luôn được quan tâm nhiều nhất Có rất nhiều dạng công trình, giải pháp nhằm suy giảm sóng, gây bồi đã được đưa vào ứng dụng trên khắp thế giới, nhưng tựu chung chúng gồm có hai dạng chính là Mỏ hàn biển (MHB) và Đê giảm sóng (ĐGS), liên quan đến vấn đề này có các nghiên cứu tiêu biểu như:

* Đối với dạng công trình mỏ hàn biển: đã được sử dụng để bảo vệ bờ biển chống xói lở từ khoảng thế kỷ 17, nhưng thời kỳ hoàng kim của các công trình MHB là những năm 60-70 của thế kỷ 20 Cho đến nay có hàng vạn MHB các loại

đã được xây dựng khắp các bờ biển trên thế giới, theo năm tháng thì hình dạng và kiểu dáng MHB cũng biến đổi đa dạng như chữ I, chữ T, chữ Y, chữ L,… Mặc dù được sử dụng từ rất sớm nhưng phải đến những năm đầu thế kỷ 20 mới bắt đầu có những nghiên cứu về MHB

- Kressner (1928) [34], để giảm thiểu hiện tượng xói lở bờ ở cuối hệ thống MHB, đề nghị cần rút ngắn chiều dài của ba hoặc bốn MHB cuối cùng Kressner và Brunn (1952) [35] cùng nhận thấy, nếu đường nối đầu các MHB ngắn cuối tuyến tạo với đường bờ tự nhiên một góc vào khoảng 6o sẽ cho hiệu quả cao nhất Trong

đó chiều dài hữu hiệu của MHB cuối cùng không nên vượt quá đường mực nước thấp trung bình (MLLW) Nhiều nghiên cứu khác cũng thống nhất với nguyên tắc này, trong đó Van Rjin (2013) [37] bổ sung nên sử dụng cho cả thượng lưu hệ thống

Trang 12

MHB và sử dụng loại MHB đỉnh thấp

- Balsillie và Berg (Mỹ, 1973) [23] tổng kết hơn 450 bài báo, báo cáo khoa học từ năm 1900 đến 1970 về nghiên cứu MHB và đưa ra đánh giá: Phương của MHB so với đường bờ liên quan đến hướng sóng tới (hướng thịnh hành); Khi hướng sóng thịnh hành ổn định, MHB nên hơi xiên về phía hạ lưu theo chiều dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ; Đối với khu vực có nhiều hướng sóng thay đổi và không có hướng sóng thịnh hành rõ rệt, phương của MHB nên vuông góc với bờ; Chiều dài MHB có hiệu quả ngăn dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ tốt hơn MHB ngắn Tuy nhiên nên xây dựng MHB ngắn sau đó kéo dài khi cần thiết để đảm bảo hiệu quả kinh tế Tỷ lệ khoảng cách giữa các MHB và chiều dài (G/L) phổ biến nằm trong khoảng 1-4 Tỷ lệ này phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố chính (chế độ sóng, kích thước hạt bùn cát, độ dốc bãi biển, góc của hướng sóng thịnh hành so với đường bờ,…) Carter (1988) thì (G/L) bằng 4 với bờ biển cát và 2 với bờ biển sỏi cuội

- Balsillie và Berg (1973) [23], chiều cao MHB nên cao hơn mặt bãi biển và mực nước tùy điều kiện cụ thể, còn theo Carter (1988), cao trình MHB nên cao hơn cao trình bãi trung bình mong muốn khoảng 0,3 – 0,5m; Coghlan (2012), cao trình đỉnh MHB có thể cao hơn mực nước triều cao khoảng 1m; Fleming (1990), với bãi biển cát thì MHB thông thường cao hơn mặt bãi biển khoảng 0,5m Với bãi biển cuội, sỏi, MHB có thể cao hơn so với ở bãi biển cát; Van Rjin (2013) [37], cao độ đỉnh gốc MHB ở chân cồn cát nên thấp hơn một ít so với bãi biển khu vực (nên cao hơn mực nước cao trung bình) Cao trình đỉnh mũi MHB cao hơn mực nước thấp trung bình khoảng 0,5m Cao trình đỉnh thân MHB nên cao hơn bãi biển khoảng 1,0m Trường hợp kết hợp MHB và nuôi bãi thì cao trình đỉnh MHB cao hơn mặt bãi thiết kế khoảng (0,5-1)m (Gomez-Pina, 2004; Aminti, 2004)

- Balsillie & Berg (1973) [23] và các nghiên cứu gần đây: MHB thấm chỉ ngăn được ít bùn cát nhưng ít gây diễn biến xói lở phía hạ lưu; MHB không thấm hoặc ít thấm sẽ tạo ra dòng rip có lưu tốc lớn gây xói mòn mặt bãi và đưa bùn cát ra xa bờ; Không nên sử dụng kết cấu thấm cho MHB đơn; MHB thấp, không thấm có chức

Trang 13

năng tương tự MHB cao và thấm nên khuyến nghị sử dụng mỏ hàn thấp, không thấm

- Vào những năm 30 của thế kỷ trước, các nhà khoa học Mỹ đã bắt đầu quan tâm đến loại MHB có hình dạng hỗn hợp, trong đó chủ yếu là dạng chữ T Từ năm

1990, nhiều nhà khoa học Mỹ tiếp tục các nghiên cứu về MHB chữ T và các loại MHB phức hợp khác (chữ L, chữ Z, chữ Y, chữ T mũi cong, gãy khúc,…) Những nghiên cứu chỉ ra rằng, các loại MHB này có hiệu quả rõ ràng hơn MHB thẳng, như: Giảm dòng rip ở thượng lưu MHB là nguyên nhân gây ra vận chuyển bùn cát về phía biển và vượt qua đầu mỏ hàn; Các đoạn mũi MHB tạo ra những vùng được che chắn sóng tốt tạo điều kiện hạn chế xói lở, gây bồi và ngược lại vùng được bồi cũng

có tác dụng làm giảm chiều cao sóng và độ dốc sóng; Sóng nhiễu xạ ở đầu các MHB có tác dụng điều chỉnh đường bờ Tombolo hoặc mũi nhô phát triển từ bờ ra biển có tác dụng ngăn dòng bùn cát dọc bờ đồng thời tạo nên dạng đường bờ cong lõm tương tự đường bờ vịnh có đặc tính đường cong xoắn ốc ngược (Silvester 1960,

1970, 1976; Yasso 1965) [34], [35]) Một số nghiên cứu tiêu biểu về các dạng mỏ hàn hỗn hợp có thể kể ra: Matthaw (1934), Frech (1949), Ishihara và Sawaragi (1968), Sato và Tanata (1974), Berenguer và Enriquez (1988), Olsen và Bogde (1991), Bodge (1998, 2002), Bull (1998), French & Levesey (2000), [10], [24], [29]

- Các nghiên cứu tương tự để làm rõ thêm hoặc hoàn thiện hơn những quan điểm mà các nghiên cứu trước đã tiếp cận còn được Fleming (1990), Silvester (1992), Galgano, Kraus, Hanson và Blomgren (1994), Mangor (2001), Trampenau (2004), İH Özölçer (2007), Van Rjin (2004), Basco & Pope (2004), Kraus (2004), [22], [30], [31], [37] tiến hành và công bố rộng rãi trên thế giới

* Đối với dạng công trình đê giảm sóng:

Đã có nhiều nghiên cứu về cơ chế, nguyên lý làm việc của công trình và biến đổi đường bờ biển sau khi có công trình Trong đó có hai hướng nghiên cứu chính: (1) Xác định các nguyên tắc, qui luật để đánh giá hiệu quả giảm sóng; (2) Xác định

cơ chế dòng chảy, vận chuyển bùn cát và các nguyên tắc trong bố trí không gian

Trang 14

tương ứng với hiệu quả gây bồi sau đê Một số nghiên cứu tiêu biểu có thể kể ra như:

- Johnson & nnk (1951) [34] là các tác giả tiên phong đã đề xuất công thức tính hệ số truyền sóng qua ĐGS ngầm dựa vào kết quả các thí nghiệm trên mô hình vật lý và lý thuyết dòng năng lượng sóng Goda & nnk (1969) [38], đã phân tích kết quả của một loạt các thí nghiệm trong máng sóng với sóng đều để xây dựng các công thức tính toán hệ số truyền sóng qua ĐGS dạng thùng chìm thẳng đứng và đê hỗn hợp đứng Tiếp theo Seelig (1980) [34], phát triển nghiên cứu với điều kiện của sóng đều lẫn sóng ngẫu nhiên cho đê không thấm Allsop (1983) thực hiện thí nghiệm với sóng ngẫu nhiên cho đê ngầm đá đổ đồng nhất (thấm nước) dạng mặt cắt hình thang và đưa ra công thức tính toán có dạng tương đồng với Goda (1969)

- Dally và Pope (Mỹ, 1986) [27], đề nghị giới hạn tỷ lệ khoảng cách của công trình trên cơ sở hình dạng bờ biển ban đầu và chiều dài của bãi biển được bảo vệ Nếu đường bờ cần bảo vệ là không thẳng và ngắn, chỉ cần sử dụng một ĐGS tách

bờ có kết cấu không thấm có chiều dài bằng đoạn bờ cần bảo vệ Nếu độ sâu tính toán ở vị trí công trình là quá lớn, nên chuyển công trình đến độ sâu có tính khả thi hơn và sử dụng kết cấu có khả năng thấm cao hơn Đối với các đoạn bờ biển thẳng,

có thể xây dựng đê ngoài đới sóng vỡ với loại đê ngầm, thấm (đề nghị là độ thấm cho phép 60 %) hoặc không thấm, trong cả hai trường hợp chấp nhận một phần năng lượng sóng thường xuyên truyền vào vùng khuất sau đê Khi đoạn bờ biển bảo vệ dài cần sử dụng một hệ thống các đê không thấm

- Ahren& nnk (1987) [35], đã đề cập đến ảnh hưởng của nhiều tham số tuy nhiên lại không kể đến ảnh hưởng trực tiếp của bề rộng đê; Van der Meer và Daemen (1994) [36], cho rằng ảnh hưởng của độ thấm của đê cần được phản ánh thông qua đại lượng phi thứ nguyên Hs/Dn50 và ảnh hưởng của chiều cao lưu không được phản ánh qua Rc/Dn50; d’ Angremond& nnk (1996) [25], đã phân tích lại các kết quả thí nghiệm của nhiều nghiên cứu đi trước để xây dựng công thức tính toán

hệ số truyền sóng cho hai trường hợp đê thấm và không thấm với đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng là độ ngập nước của đê, bề rộng đỉnh đê và đặc biệt là số Iribarren A đặc trưng cho tương tác giữa sóng và mái đê lần đầu tiên đã được kể đến; Krystian W

Trang 15

Pilarczyk (1996) [32], đề cập tới quy trình xây dựng của công trình mềm (đê mềm) ngoài thực tế, đánh giá sức chịu tải, độ bền của vải địa kĩ thuật, nghiên cứu độ biến dạng của các ống cát Ông đã đưa ra công thức tính độ dày của ống cát dưới tác dụng của sóng Các nghiên cứu về đê mềm cũng được Oh & Shin (2006) [10], Paul van Steeg, Erik Vastenburg, Adam Bezuijen, Edwin Zengerink và Jarit de Gijt (2011), Herman Jacobus Kriel (2012) [7], tiến hành nghiên cứu

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

chuyên ngành dùng để phục vụ công tác giảng dạy, tra cứu và tham khảo, như: Đê

chắn sóng ngoài khơi và tác động đến sự phát triển bờ biển, Krystian W Pilarczyk

và Ryszard B Zeidler (1996) [32]; Các cơ chế xói trong môi trường biển, B Mutlu

Sumer và Jorgen Fredsoe (2002) [21] v.v

Từ các nghiên cứu và ứng dụng về hệ thống công trình ngăn cát, giảm sóng thì một số nước đã tổng hợp, biên tập và xuất bản thành những cuốn hướng dẫn, tiêu chuẩn kỹ thuật, sổ tay, được tham khảo, áp dụng nhiều trên thế giới Có thể kể ra một số cuốn sổ tay hướng dẫn nổi tiếng của Mỹ (SPM 84 [34], CEM 2002 [35]); Tiêu chuẩn kỹ thuật và chú giải đối với các công trình cảng ở Nhật Bản (2004) [10] v.v

- Ngoài ra, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới, vật liệu mới cũng đã đạt được những thành tựu nhất định, có nhiều sản phẩm đã ra đời và được đưa vào

áp dụng thực tế thay thế cho những dạng truyền thống như: Công nghệ và vật liệu vải địa kỹ thuật (Geotextile), Công nghệ bảo vệ bờ bằng rọ đá bọc PVC (Gabion), Công nghệ bảo vệ bờ bằng thảm bê tông (Concret mat), Công nghệ Stabiplage,… Nhìn chung, nghiên cứu về động lực học biển và các công trình chỉnh trị trên bãi nhằm giảm sóng, gây bồi được phát triển mạnh trên thế giới trong khoảng những năm thập niên 70 của thế kỷ trước Có thể nói đây là thời kỳ của nghiên cứu

cơ bản và sản phẩm của nó là các hệ phương trình mô tả hiện tượng, các công thức kinh nghiệm, các biểu đồ quan hệ với những nghiên cứu của các nhà khoa học Nga (Liên Xô cũ), Mỹ, Hà Lan, Nhật Bản,… vẫn còn nguyên giá trị cho tới ngày nay

Từ sau thời kỳ đó đến nay, có thể nói là không xuất hiện thêm những thành tựu gì

Trang 16

đáng kể về mặt lý thuyết cơ bản của động lực học ven biển Đối với dạng công trình giảm sóng, gây bồi bảo vệ bờ: Từ những kết quả nghiên cứu, các nhà khoa học đã

có được những thống nhất cơ bản về nguyên tắc bố trí, cơ chế làm việc và hiệu quả của công trình của loại mỏ hàn thẳng Tuy nhiên việc vận dụng các nguyên lý về bố trí không gian, kết cấu và phương pháp tính toán thiết kế cho từng điều kiện cụ thể còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó đặc điểm chế độ hải văn (hướng sóng, chế

độ và biên độ triều), vận chuyển bùn cát dọc bờ, hình dạng bờ biển quyết định rất lớn đến hiệu quả của công trình,… Riêng loại mỏ hàn hỗn hợp vẫn còn nhiều vấn đề cần tiếp tục phải nghiên cứu Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về ĐGS, tuy nhiên, do

cơ chế tương tác giữa sóng với công trình, đặc điểm truyền sóng sau đê, loại và chế

độ dòng chảy, hình thức vận chuyển bùn cát,… trong công trình ĐGS rất phức tạp, khó nắm bắt được qui luật nên cho đến nay chưa có được sự thống nhất trong chuẩn

lý thuyết và thực hành về nguyên tắc bố trí, cơ chế làm việc và hiệu quả của đê chắn sóng tách bờ như đối với mỏ hàn thẳng Do đó, các vấn đề khoa học - kỹ thuật về loại công trình này vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu

Mỏ hàn gỗ ở Bognor Regis Mỏ hàn đá đổ ở Hampshire

Mỏ hàn chữ L,Y ở Mỹ Mỏ chữ T Tây Ban Nha

Hình 1 1 Một số dạng sơ đồ bố trí công trình NCGS được áp dụng trên thế giới

Trang 17

1.2 Các nghiên cứu ở trong nước

Ở nước ta, việc nghiên cứu cửa sông, ven biển một cách có kế hoạch và quy

mô có thể coi bắt đầu từ những năm 60 của thế kỷ XX với sự ra đời của các trường đại học, viện nghiên cứu có các chuyên ngành về thủy văn, hải dương học và công trình biển Nhưng phải đến sau năm 1975, công cuộc nghiên cứu về cửa sông, bờ biển mới thật sự phát triển và đưa ngành khoa học này phát triển, dần hội nhập và theo kịp với các nước trong khu vực cũng như tiếp cận với các thành tựu của thế giới

Nghiên cứu về cửa sông, ven biển và các công trình chỉnh trị ở nước ta chủ yếu được thông qua các đề tài (cấp Quốc gia, Bộ, Tỉnh, Cơ sở) hoặc các dự án và được nhiều tổ chức, đơn vị tiến hành như: Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Địa lý, Viện Cơ học, Viện Hải dương học Nha Trang, Viện Tài nguyên Môi trường biển, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi, Tổng Công ty tư vấn thiết kế giao thông TEDI, Tổng công ty cổ phần tư vấn thiết kế cảng và kỹ thuật biển PORTCOAST, Một số nghiên cứu do các tập thể và cá nhân đã thực hiện có liên quan có thể kể ra như:

- Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2013) [13] với đề tài độc lập cấp Nhà nước

“Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp tổng thể để ổn định vùng bờ biển Nam Định từ cửa Ba Lạt đến cửa Đáy” Đây là một nghiên cứu mang tính tổng thể đối với vùng bờ biển Nam Định, các giải pháp đề xuất với mục đích nhằm ổn định chung cho toàn bộ các cửa sông và dải bờ biển này, một số định hướng cơ bản đối với dạng công trình giảm sóng, gây bồi cũng được đưa ra

- Nguyễn Trung Anh và nnk (2013) [1], đã tiến hành thực hiện đề tài cấp Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn “Nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ tiêu giảm sóng cho khu neo đậu tàu thuyền trú bão ở Việt Nam” Đề tài ứng dụng mô hình toán để nghiên cứu hiệu quả giảm sóng của các sơ đồ bố trí không gian công trình chắn sóng, nghiên cứu trên máng sóng để xem xét, lựa chọn mặt cắt ngang đê chắn sóng Từ đó làm căn cứ đề xuất, lựa chọn giải pháp đê chắn sóng

Trang 18

phục vụ cho khu neo đậu tàu thuyền tránh bão (áp dụng nghiên cứu thiết kế mẫu đê chắn sóng khu tránh trú bão neo đậu thuyền Ngọc Hải, Đồ Sơn, Hải Phòng)

- Hoàng Phó Uyên và nnk (2020) [20], tiến hành đề tài cấp Quốc gia “Nghiên cứu ứng dụng và hoàn thiện công nghệ tiêu tán và giảm năng lượng sóng chống xói

lở bờ biển đồng bằng sông Cửu Long” Đề tài lựa chọn nghiên cứu cụ thể cho vùng đồng bằng sông Cửu Long (ven biển Cà Mau), đề tài nghiên cứu và hoàn thiện giải pháp tiêu giảm sóng đã được áp dụng thử nghiệm tại Cà Mau (đê trụ rỗng và kết cấu tiêu sóng trên đỉnh) Hoặc đề tài cấp Quốc gia “Nghiên cứu giải pháp hợp lý và công nghệ thích hợp phòng chống xói lở, ổn định bờ biển vùng đồng bằng sông Cửu Long, đoạn từ Mũi Cà Mau đến Hà Tiên”, do Nguyễn Anh Tiến và nnk (2020) thực hiên cũng có các nội dung nghiên cứu tương tự (khác khu vực áp dụng)

- Liên quan đến các giải pháp bảo vệ bờ biển, cửa sông khu vực Nam Trung

Bộ và Nam Bộ còn có thể kể đến một số đề tài nghiên cứu như: giải pháp chống xói

lở cho bờ biển Bình Thuận của đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp khoa học công nghệ nhằm ổn định các cửa sông và vùng

bờ biển tỉnh Bình Thuận”, do Nguyễn Đức Vượng và nnk (2015); Giải pháp công trình giảm sóng gây bồi kết hợp với trồng rừng ngập mặn cho các khu vực sạt lở ven biển Nam Bộ được đề xuất trong đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ chống xói lở bờ biển, cửa sông phù hợp vùng từ Tp Hồ Chí Minh đến Kiên Giang” do Lê Thanh Chương và nnk (2017); Giải pháp tường mềm giảm sóng (cọc tre) kết hợp công nghệ trồng cây ngập mặn ở các vùng bãi xói lở ở đồng bằng sông Cửu Long thuộc đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu nguyên nhân làm suy giảm rừng ngập mặn và các giải pháp công nghệ trồng cây ngập mặn tại vùng bãi xói lở ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long”, do Trần Thị Lợi và nnk (2015),… [7], [20]

- Một số nghiên cứu hợp tác với nước ngoài trong thời gian gần đây đã được tiến hành đối với vùng bờ biển tỉnh Nam Định, như: Dự án “Quản lý Tổng hợp Vùng bờ Việt Nam - Hà Lan” (2000 - 2003) [4]; Dự án VS/RDE-03 (2001-2004-2007) [5] “Sự tiến hóa và quản lý bền vững dải bờ biển Việt Nam” (hợp tác giữa

Trang 19

Việt Nam - Thụy Điển); Nghiên cứu của nhóm chuyên gia thuộc Viện Hàn lâm khoa học Ba Lan do PRUSZAK, Z và Phạm Văn Ninh cùng tiến hành (2001-2005) [11], Bên cạnh đó còn có một số luận án tiến sĩ, luận văn thạc sĩ của Doãn Tiến

Hà (2015) [7], Nguyễn Trung Anh (2007) [1], Nguyễn Viết Tiến (2015) [16], Vũ Công Hữu [12],

- Cùng với đó, một số nghiên cứu liên quan về việc ứng dụng công nghệ mới, vật liệu mới vào các công trình phòng chống thiên tai như đê biển, kè bảo vệ bờ biển đã được một số tác giả công bố, như Phan Đức Tác; Nguyễn Hồng Bỉnh; Trịnh Công Vấn v.v [2], [3], [17] Ngoài ra, một số dự án đầu tư lớn của Bộ Giao thông Vận tải, Bộ Quốc phòng, Bộ NN & PTNT, về chỉnh trị cửa sông, ven biển như luồng tàu vào cảng Hải Phòng, dự án cửa Lạch Giang, luồng tầu tải trọng lớn vào sông Hậu, cảng Dung Quất, công trình bảo vệ đảo Trường Sa, công trình cảng Phú Quý, cũng ít nhiều có những nghiên cứu liên quan vấn đề này

Nhìn chung, những nghiên cứu về vấn đề thủy thạch động lực, công trình chỉnh trị ven biển ở nước ta trong khoảng 30 năm trở lại đây đã có những bước tiến đáng kể và cũng đạt được một số thành tựu nhất định Tuy nhiên, đối với các công trình chỉnh trị cửa sông, ven biển ở nước ta có rất ít nghiên cứu cơ bản, chủ yếu vận dụng các kết quả nghiên cứu từ tài liệu nước ngoài và những tiêu chuẩn, hướng dẫn hiện hành ở trong nước Các tài liệu khoa học - kỹ thuật tập trung ở các sách chuyên khảo được biên soạn từ tài liệu nước ngoài bởi những giảng viên tại các trường đại học có chuyên ngành đào tạo liên quan như Lương Phương Hậu [8], [9], Trần Minh Quang [14], [15], và một số tiêu chuẩn, qui phạm tham khảo hiện hành [2], [3], [17]

Trang 20

a) Hệ thống công trình ngăn cát, giảm

sóng ở ven biển Hải Hậu

b) Đê chắn sóng tại Nghi Sơn, Thanh Hóa sử dụng khối Rakuna-iv

c) Hệ thống mỏ hàn Stabiplage tại Lộc

An, tỉnh Bà Rịa -Vũng Tàu

f) Đê trụ rỗng giảm sóng, gây bồi và tái sinh rừng phòng hộ tại Cà Mau Hình 1 2 Một số công trình ngăn cát, giảm sóng ứng dụng ở Việt Nam

1.3 Khu vực nghiên cứu

Nam Định nằm ở phía Đông Nam đồng bằng Bắc Bộ (khoảng 19°54′N ÷ 20°40′N và 105°55′E ÷ 106°45′E), tiếp giáp 3 tỉnh Hà Nam, Thái Bình và Ninh Bình Phía Đông Nam tỉnh Nam Định giáp với Biển Đông, có bờ biển dài 72 km và tương đối thẳng theo hướng Đông Bắc xuống Tây Nam, thuộc địa giới hành chính của 3 huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu và Nghĩa Hưng Nam Định có 4 con sông lớn chảy qua là sông Hồng (cửa Ba Lạt), Ninh Cơ (cửa Lạch Giang), Đáy (cửa Đáy), Sò (cửa Hà Lạn)

Thuỷ triều vùng biển Nam Định là chế độ nhật triều đều, mực nước thuỷ triều dao động từ 1,0÷3,5m [5], [7], [11], [13]

Vào mùa đông (tháng IX ÷ III), sóng biển rất dữ dội với những con sóng có chiều cao từ (0,8m 1,0m) và chu kỳ sóng từ (7s÷10s) Hướng sóng thịnh hành là Đông Bắc tạo với đường bờ một góc biến đổi từ 300

÷ 450

Trang 21

Vào mùa hè (tháng V÷ X), có rất ít ngày sóng biển dữ dội, nhưng trong mùa

hè, các cơn bão lớn thường xảy ra Chiều cao sóng trung bình trong mùa hè biến đổi

từ (0,65m 1,0m) với chu kỳ (5s 7s), hướng sóng thịnh hành là hướng Nam và Đông Nam Số liệu quan trắc được của sóng bão khu vực Nam Định có các đặc trưng: Hmax= (4,0m÷5,0m); H1/3 = (3,0m÷4,0m);  = (5s÷8s), kèm theo bão là hiện tượng nước dâng và sóng lừng [5], [7], [11], [13]

Đường bờ biển Nam Định nằm giữa 4 cửa sông nên được bổ sung một lượng bùn cát đáng kể từ trong sông làm quá trình bồi, xói các đoạn bờ cũng không giống nhau, ví dụ đoạn bờ từ cửa Ba Lạt tới cửa Hà Lạn được bồi, trong khi đoạn bờ biển thuộc huyện Hải Hậu bị xói lở đến 3/4 chiều dài từ cửa Hà Lạn đến Cồn Tròn Hiện nay, Nam Định có 91,981 km đê biển, trong đó Giao Thủy có 32,333km, Hải Hậu có 33,323km và Nghĩa Hưng có 26,325km Bãi biển Nam Định hẹp và thấp không có vật cản che chắn (trừ Cồn Lu, Cồn Ngạn - huyện Giao Thuỷ; Cồn Xanh, Cồn Mờ - huyện Nghĩa Hưng) Chiều rộng bãi trung bình từ (100m  150m),

có nơi không có bãi và biển đã tiến sát chân đê (Hải Lý, Hải Triều, Hải Hòa, ) Cao

độ trung bình mặt bãi (0,0m  -0,5m), có nơi cao trình bãi dưới -1,0m Quá trình xói

lở và diễn biến bờ biển Nam Định diễn ra phức tạp, kéo dài hàng trăm năm, khoảng

từ năm 1995 đến nay xói lở đã được hạn chế do đã đạt đến chân đê biển [13], [18] Năm 2005, vùng biển Nam Định liên tiếp chịu ảnh hưởng trực tiếp của nhiều cơn bão mạnh vượt mức thiết kế, đặc biệt là bão số 7 (Damrey, tháng 9/2005) với sức gió mạnh cấp 11, cấp 12, giật trên cấp 12 lại đổ bộ vào đúng thời điểm mực nước triều cao, thời gian bão kéo dài gây sóng tràn qua mặt đê làm cho sạt lở mái đê phía đồng và phía biển, vỡ đứt một số đoạn đê biển với tổng chiều dài 1.465m, riêng khu vực Hải Hậu bị vỡ hoàn toàn gần 1,0km đê, gây thiệt hại rất lớn Từ sau năm 2005 đến nay, ngoài chương trình khắc phục sự cố, Nam Định còn thực hiện Chương trình 58 của chính phủ về nâng cấp đê biển Quảng Ninh - Quảng Nam

“Cần bảo đảm an toàn cho các tuyến đê biển theo tiêu chuẩn thiết kế: chống được bão cấp 9 tổ hợp với triều cường tần suất 5%; khu vực dân cư tập trung chống gió bão cấp 12 với mực nước triều trung bình tần suất 5%” [13] và các dự án sau này

Trang 22

Theo đó, Nam Định đã tu bổ, nâng cấp kiên cố hóa trên 60,0km đê biển xung yếu, xây dựng mới 69 công trình ngăn cát, giảm sóng (NCGS) giữ bãi tại các khu vực bãi sâu (Giao Thủy - 24 công trình, Hải Hậu - 27 công trình, Nghĩa Hưng - 18 công trình); 01 hệ thống công trình chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ (đê giảm sóng-hướng dòng, mỏ hàn chữ I) [7], [18]

Trước năm 2014, đê biển được thiết kế theo Tiêu chuẩn “TCN 130-2002” [5], sau đó được thay thế bằng Tiêu chuẩn “TCVN 9901-2014” [33] và có tần suất tính toán cao hơn, chẳng hạn cùng là công trình cấp III, mực nước tính toán cao trình đỉnh đê theo “TCN 130-2002” là P = 5% thì theo “TCVN 9901-2014” sẽ là P = 2%, cộng thêm mực nước dâng do biến đổi khí hậu tính đến năm 2050 Do đó, các đê biển hiện nay khi nâng cấp hoặc xây mới nếu áp dụng tiêu chuẩn mới sẽ có cao trình đỉnh đê cao hơn hiện trạng khoảng > 1,0m Với hệ thống đê biển kiên cố hiện nay ở Nam Định, việc cần nâng thêm cao trình đỉnh đê sẽ gây tốn kém không nhỏ,

do phải xử lý nhiều khâu Nhưng với cao trình đỉnh đê hiện tại ở Nam Định (từ +4,7m ÷ +5,2m) sẽ khó chống chịu được với những cơn sóng, bão lớn [7]

Để bảo vệ bờ, chống xói lở cũng như nhằm hỗ trợ nâng cao an toàn cho đê biển hiện có mà không phải nâng thêm cao trình đỉnh đê, tại Nam Định đã sử dụng các giải pháp nhằm tiêu giảm năng lượng sóng trước khi chúng tiến vào bờ, đê biển

Đó là các công trình NCGS như đã đề cập ở trên Giải pháp NCGS phổ biến nhất là

sử dụng hệ thống MHB; Giải pháp trực tiếp tác động vào yếu tố sóng là ĐGS; Giải pháp kết hợp MHB và ĐGS, tạo thành công trình dạng Mỏ hàn chữ T (MCT) cũng

đã được áp dụng

Tuy các giải pháp công nghệ tiêu giảm sóng (MHB, ĐGS, MCT) đã được áp dụng ở Nam Định, nhưng những nghiên cứu bài bản, chi tiết về những công tình này vẫn còn rất hạn chế, chỉ có một số nghiên cứu liên quan có thể kể ra như sau:

- Đề tài cấp bộ “Nghiên cứu thực nghiệm xác định nguyên tắc bố trí không gian hợp lý công trình ngăn cát, giảm sóng bảo vệ đê biển và bờ biển khu vực Bắc

Bộ và Bắc Trung Bộ” (2013) [19]; Dự án quản lý rủi ro thiên tai wb4 (Cr 4114 – VN) “Nghiên cứu, phân tích hiệu quả các công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển khu

Trang 23

vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ” (2013) [18] Hai nhiệm vụ này chủ yếu dựa vào các

số liệu điều tra, thu thập, đo đạc thực tế để đánh giá về những mặt ưu và nhược điểm của dạng công trình NCGS đã áp dụng tại dọc ven bờ Bắc Bộ đến Bắc Trung

Bộ, trong đó có Nam Định Ngoài ra, đề tài [19] cũng có ứng dụng mô hình vật lý

để thí nghiệm về hiệu quả của dạng công trình NCGS nhưng chỉ thí nghiệm cho dạng mặt cắt bãi đại diện và cho công trình cụ thể là ĐGS ứng với một vài tổ hợp đặc trưng về bão

- Luận án tiến sĩ của Doãn Tiến Hà (2015) [7], với đề tài “Nghiên cứu biến động bãi do tác động của công trình giảm sóng, tạo bồi cho khu vực Hải Hậu - Nam Định” Luận án bước đầu đã đưa ra được quy luật, nguyên nhân và cơ chế gây biến động bờ, bãi biển và dạng mặt cắt đặc trưng phù hợp đối với vùng ven biển Hải Hậu tương ứng với các chế độ thủy thạch động lực tại đây Cùng với đó, luận án cũng đã đưa ra được các tham số kỹ thuật, bố trí không gian của dạng công trình giảm sóng, gây bồi và đánh giá hiệu quả của công trình ứng với điều kiện địa hình, thủy hải văn

và bùn cát tại Hải Hậu

- Các nghiên cứu của các tác giả như Phạm Văn Ninh, Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Khắc Nghĩa, Vũ Minh Cát, Vũ Thanh Ca, Vũ Công Hữu,… chủ yếu quan tâm đến vấn đề thủy động lực, bồi xói của khu vực và đề xuất giải pháp (chung, cụm cụ thể), chứ không nghiên cứu sâu về bố trí không gian cũng như cơ chế, hiệu quả của công trình NCGS

Như vậy, mặc dù được ứng dụng tương đối nhiều tại ven biển Nam Định, nhưng các nghiên cứu liên quan đến công trình NCGS của khu vực này còn khá ít

1.4 Giới thiệu sơ đồ mẫu và các sơ đồ đang đƣợc áp dụng tại khu vực nghiên cứu

Nhìn chung trên thế giới và Việt Nam, trong đó có Nam Định việc ứng dụng

hệ thống công trình ngăn cát, giảm sóng về cơ bản vẫn theo một số sơ đồ dạng mẫu Sau đó, tùy thuộc vào các điều kiện tự nhiên như: đặc điểm địa hình và địa chất công trình khu vực bờ biển và đáy biển; đặc điểm của dòng hải lưu; chiều dài, độ cao sóng và hướng sóng truyền vào bờ; độ sâu nước biển; chiều dài và phạm vi

Trang 24

đoạn bờ cần bảo vệ cũng như chức năng của công trình để lựa chọn giải pháp công trình, loại công trình, vị trí từng công trình và sơ đồ bố trí mặt bằng tổng thể các hạng mục công trình cho phù hợp

Hình 1 3 Sơ đồ bố trí mặt bằng hệ thống các công trình NCGS để bảo vệ bờ biển

[12], [17]

Nếu khu vực cần bảo vệ có chế độ thủy hải văn phức tạp nên bố trí hệ thống công trình phức hợp gồm các mỏ hàn và công trình giảm sóng Hình 1.4 giới thiệu một vài sơ đồ bố trí tổng thể hệ thống công trình phức hợp điển hình đang được áp dụng phổ biến trên thế giới và ở nước ta Tùy từng trường hợp cụ thể của khu vực xây dựng công trình mà nghiên cứu vận dụng các sơ đồ bố trí nói trên cho phù hợp

Trang 25

a) Tường giảm sóng kết hợp mỏ hàn tạo thành các ô giữ cát

Trang 26

1- Sơ đồ bố trí cụm công trình khu vực Đông-Tây cống Thanh Niên (huyện Giao Thủy) xây dựng năm 2007-2008: gồm 7 MCT và 13 ĐGS, kích thước MCT có thân dao động từ 60-100m và chiều dài cánh 62m Khoảng cách thân hai mỏ liền kề

là 120m Cao trình MCT +2,0m

Hình 1 6 Công trình NCGS khu vực Đông-Tây cống Thanh Niên

2- Sơ đồ bố trí cụm công trình tại khu vực Ang Giao Phong (huyện Giao Thủy) xây dựng năm 2013-2014: gồm 03 MCT và 1 mỏ hàn chữ L MCT có độ dài thân dao động từ 60-100m và độ dài cánh 70m, mỏ hàn chữ L (thân dài 60m, cánh dài 55m) Khoảng cách giữa hai thân mỏ hàn là 120m, cao trình của mỏ hàn +2,0m

3- Sơ đồ bố trí cụm công trình tại khu vực Kiên Chính (huyện Hải Hậu) xây dựng năm 2009-2010: gồm 9 MCT, chiều dài đê nối (60,31÷98,49)m, chiều dài cánh chữ T là 60,29m, cao trình đỉnh là +2,2m

Hình 1 7 Công trình NCGS khu vực Ang

Giao Phong

Hình 1 8 Công trình NCGS khu vực

Kiên Chính 4- Sơ đồ bố trí cụm công trình tại khu vực Táo Khoai Đinh Mùi ( Hải Hòa-huyện Hải Hậu) xây dựng năm 2015-2016: gồm 13 mỏ hàn chữ T với độ dài thân 60m, độ dài cánh 70m và khoảng cách giữa hai thân mỏ hàn là 120m Cao trình mỏ hàn +2.2m

Trang 27

5- Sơ đồ bố trí cụm công trình tại khu vực Hải Thịnh II (huyện Hải Hậu) xây dựng năm 2000-2001: gồm 5 mỏ hàn chữ T với độ dài thân 60m, phần cánh dài 70m và khoảng cách giữa hai thân mỏ hàn là 120m Cao trình mỏ hàn +2,2m

Hình 1 9 Công trình NCGS khu vực

Hải Hòa

Hình 1 10 Công trình NCGS khu vực

Hải Thịnh II 6- Sơ đồ bố trí cụm công trình tại khu vực cửa sông Ninh Cơ (huyện Hải Hậu) xây dựng năm 2015-2017: gồm 2 đê hướng dòng Bắc và Nam với chiều dài lần lượt

là 1,4km và 1,2km, khoảng cách hai đê là 300m Kết hợp với 04 mỏ hàn chữ I có độ dài 150m và khoảng cách giữa hai mỏ hàn là 200m Cao trình của đê hướng dòng và

mỏ hàn là +2,5m

7- Sơ đồ bố trí cụm công trình tại khu vực Nghĩa Phúc (huyện Nghĩa Hưng) xây dựng năm 2003-2004: gồm 09 mỏ hàn chữ T với độ dài thân 90m, độ dài cánh 60m và khoảng cách giữa các thân mỏ hàn 120m Kết hợp với 04 mỏ chữ I, chiều dài 60m và khoảng cách giữ các mỏ chữ I là 65m Cao trình đỉnh các mỏ hàn là +1,0m

Trang 28

Hình 1 11 Công trình NCGS phức hợp khu vực

cửa Ninh Cơ Hình 1 12 Công trình NCGS khu vực Nghĩa Phúc 8- Cụm công trình tại khu vực Khu công nghiệp Rạng Đông-Nghĩa Phúc (huyện Nghĩa Hưng) xây dựng năm 2011-2012: gồm 03 mỏ chữ T và 02 mỏ chữ I, khoảng cách giữa các mỏ hàn trung bình khoảng 50m, chiều dài mỗi mỏ hàn trung bình 40m, cánh chữ T có chiều dài khác nhau (20-30m), cao trình mỏ hàn trung bình +1,0m

Hình 1 13 Công trình NCGS khu vực KCN Rạng Đông-Nghĩa Phúc

Có thể nói, trong khoảng hơn 50 năm trở lại đây, các nghiên cứu trên thế giới

về công trình chỉnh trị, bảo vệ bờ biển, trong đó có công trình NCGS đã đạt được nhiều thành tựu vượt bậc, từ việc hoàn thiện về lý thuyết cho đến tạo ra các sản phẩm ứng dụng vào thực tế Đã có rất nhiều các kết quả nghiên cứu được công bố, nhiều sách chuyên khảo, các tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật được xuất bản và đưa vào ứng dụng rộng rãi Nhiều hệ thống công trình NCGS đã được xây dựng với

Trang 29

những sơ đồ bố trí đa dạng mà các nước trên thế giới, điển hình như Anh, Mỹ, Hà Lan, Nhật Bản,… đã đưa vào sử dụng và cho những kết quả rất khả quan

Ở Việt Nam nói chung và khu vực ven biển Nam Định nói riêng, mặc dù đã có nhiều công trình NCGS đã được ứng dụng vào thực tế Tính riêng khu vực Nam Định, ngoài hệ thống đê, kè biển kiên cố thì cho đến nay đã có 08 cụm công trình NCGS với các sơ đồ bố trí khác nhau đã được xây dựng dọc ven biển Tuy nhiên, phần lớn các công trình này chủ yếu dựa vào các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành và các kinh nghiệm thực tế để làm căn cứ đầu tư xây dựng Hầu như chưa có một nghiên cứu chi tiết nhằm đánh giá về hiệu quả công trình hoặc làm căn cứ khoa học để lựa chọn các tham số phục vụ thiết kế và thi công, đặc biệt là đánh giá về sơ đồ bố trí tổng thể không gian công trình NCGS Luận văn này sẽ đi vào tìm hiểu và nghiên cứu tính toán

Trang 30

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.1 Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu về thủy thạch động lực và công trình chỉnh trị vùng cửa sông, ven biển thường sử dụng đồng thời hoặc một vài phương pháp như: Điều tra-khảo sát, phân tích thống kê, mô hình số trị, mô hình vật lý, phân tích chuyên gia,… mỗi phương pháp này lại có những ưu và nhược điểm khác nhau Chẳng hạn, với phương pháp điều tra khảo sát thì dễ thực hiện và có kết quả tức thì, nhưng đây là phương pháp có chi phí tốn kém, yêu cầu độ chính xác cao của thiết bị và người vận hành; Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý cho kết quả có độ tin cậy cao, trực quan so với thực tiễn Tuy nhiên, đây là phương pháp có chi phí đắt đỏ, một số vấn đề (như bùn cát, diễn biến hình thái) rất phức tạp do khó đáp ứng được tính tương tự nên kết quả chỉ mang tính tương đối; Phương pháp mô hình số trị có ưu điểm nổi trội so với các phương pháp khác là cho kết quả nhanh, độ chính xác tương đối cao, tính linh hoạt, kinh phí thực hiện thấp hơn so với các phương pháp khác, Nhược điểm của mô hình số là đòi hỏi số liệu đầu vào phải tốt, bản chất vật

lý của vấn đề chỉ được giải quyết ở mức tương đối (gần đúng).vv…

Xuất phát từ mục đích nghiên cứu, trong điều kiện cho phép và để đáp ứng được một luận văn thạc sĩ, học viên đã lựa chọn phương pháp mô hình số trị là phương pháp chính để tiến hành nghiên cứu, tính toán Cụ thể, học viên đã lựa chọn

bộ mô hình MIKE21, đây là mô hình thương mại phổ biến trên thế giới được ứng dụng để giải quyết các bài toán liên quan đến vùng cửa sông, ven biển Trong nghiên cứu, tính toán của luận văn này sẽ sử dụng 04 mô đun chính: Mike21 FM/HD (Flood Module, HydroDynamic)-Tính toán thủy lực; Mike21 SW (Spectral Wave)-Tính sóng; Mike21 MT (Mud Transport)-Tính vận chuyển bùn và mô đun liên kết giữa các mô đun sóng- dòng chảy- vận chuyển bùn cát

Trang 31

2.1.1 Giới thiệu mô hình tính thủy lực Mike 21 HD-FM

Mô đun MIKE 21 HD-FM là thành phần cơ bản nhất của hệ thống mô hình MIKE 21, cung cấp các đặc trưng thủy lực cho các mô đun khác trong mô hình Mô đun này được giải bằng phương pháp lưới phần tử hữu hạn, dựa trên nghiệm số của

hệ các phương trình Navier-Stokes trung bình Reynolds cho chất lỏng không nén được 2 hoặc 3 chiều kết hợp với giả thiết Boussinesq và giả thiết áp suất thuỷ tĩnh

Mô đun này tính toán dòng chảy hai chiều (2D) bằng phương pháp phần tử hữu hạn

để giải hệ phương trình nước nông 2D

Hệ phương trình nước nông 2D gồm có phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng), phương trình chuyển động của chất lỏng (bảo toàn động lượng) Dưới đây là

hệ phương trình cơ bản 2D được viết trong hệ tọa độ Đề Các:

Phương trình liên tục

̄

̄

( ) ( )

( ) ( )

(2.3)

trong đó t là thời gian [s]; x, y là tọa độ Đề Các;  là dao động mực nước [m]; d là

độ sâu [m]; h= +d là chiều cao cột nước [m]; u, v là thành phần vận tốc theo

phương x, y [m/s]; f=2 sin là tham số Coriolis; g là gia tốc trọng trường;  là mật

Trang 32

độ nước; p a là áp suất khí quyển; o là mật độ tiêu chuẩn; S là độ lớn của lưu lượng nguồn bổ sung và (u s ,v s ) là các thành phần vận tốc của dòng bổ sung Chỉ số gạch

ngang ở trên biểu thị các giá trị trung bình:

̄ ∫ , ̄ ∫ (2.4)

Ứng suất bên T ij bao gồm ma sát nhớt, ma sát rối và khuếch tán vi phân, chúng được đánh giá bằng cách sử dụng công thức nhớt rối dựa trên chênh lệch vận tốc trung bình theo độ sâu:

̄

, ( ̄

̄ ), ̄

Phương trình nhiệt muối

(2.6)

̄

trong đó, H là số hạng nguồn do trao đổi nhiệt với khí quyển; , ̅ là nhiệt độ và độ

muối trung bình theo độ sâu T s và s s là nhiệt độ và độ muối của nguồn; F T và F s là các số hạng khuếch tán theo phương ngang

Phương pháp gig khu

Miền không gian được rời rạc hoá bằng phương pháp thể tích hữu hạn thành các miền nhỏ liên tục dưới dạng các ô lưới/các phần tử không trùng lặp

Trong trường hợp hai chiều, các phần tử có hình dạng như là các đa giác tuỳ

ý, tuy nhiên ở đây chỉ xét các phần tử dạng tam giác Các biến phụ thuộc của hệ thống được mô tả dưới dạng hằng số trong mỗi phần tử

Công thức đầy đủ cho hệ các phương trình nước nông hai chiều có thể được viết như sau:

trong đó U là véc tơ của các biến thành phần, F=F I

-F V là hàm véc tơ thông lượng và

S là véc tơ số hạng nguồn Chúng được viết như sau:

Trang 33

[ ̄ ̄

[ ̄ ̄ ̄ ̄

( )],

[

( ̄ ) ( ̄

̄ )]

[ ̄ ̄ ̄ ̄ ( )],

[

( ̄

̄ ) ( ̄ ) ]

[

̄ ̄ ]

Các chỉ số I và V biểu hiện tương ứng là thông lượng không nhớt (đối lưu)

và nhớt Tích phân phương trình (1.12) trên phần tử/ô lưới thứ i và sử dụng định lý

Gauss ta thu được phương trình sau:

trong đó A i là diện tích của phần tử;  là biến tích phân xác định trên Ai; i

chu vi của phần tử thứ i; ds là biến tích phân theo chu vi; n là véc tơ đơn vị

Thông lượng đối lưu theo phương ngang được tính bằng cách sử dụng phương pháp giải xấp xỉ Riemann của Roe (Roe 1981) Sơ đồ bậc nhất được sử dụng cho việc tích phân theo không gian

Sơ đồ Euler hiện được sử dụng đối với các tính toán hai chiều

Điều kiện biên và điều kiện ban đầu:

Điều kiện ban đầu là các giá trị ban đầu cho các biến thủy động lực có thể được xác định theo ba cách sau:

Trang 34

- Là hằng số trên toàn miền tính;

- Mực nước biến đổi theo không gian miền tính;

- Mực nước và vận tốc biến đổi theo không gian miền tính

Trong cách thứ 3, các điều kiện ban đầu có thể là các kết quả tính toán trước bằng cách chạy hot start Để tránh phát sinh những xung sóng có thể dẫn tới việc đưa ra kết quả sai hoặc không chạy được chương trình, cần phải đưa điều kiện mực nước ban đầu phù hợp so với các điều kiện biên tại thời điểm bắt đầu tính toán

Điều kiện biên

Biên đất: Dọc theo biên đất, thông lượng được gán bằng không đối với tất cả

các giá trị Với phương trình động lượng điều này gây ra sự trượt toàn phần dọc theo biên đất

Biên mở: Điều kiện biên mở có thể được xác định cả dưới dạng lưu lượng, giá trị vận tốc dòng chảy hoặc mực nước cho các phương trình thủy động lực Đối các biên vận tốc dòng chảy và mực nước thì giá trị trên biên có thể là hằng số, biến đổi theo thời gian nhưng cố định trên toàn biên, hoặc vừa biến đổi theo thời gian vừa biến đổi trên biên

2.1.2 Mô hình tính sóng Mike 21 SW

MIKE 21SW là mô hình phổ sóng thế hệ mới dựa trên lưới phi cấu trúc Mô hình này mô phỏng sự phát triển sóng, sự phân hủy sóng và sự biến đổi của sóng gió, sóng lừng vùng ven bờ, ngoài khơi

MIKE 21SW gồm hai công thức khác nhau:

- Công thức tham số hóa độc lập với hướng sóng

- Công thức phổ sóng đầy đủ

Công thức tham số hóa độc lập với hướng sóng dựa trên việc tham số hóa phương trình bảo toàn tác động sóng Việc tham số hóa này được tạo ra trong miền tần số bằng việc đưa ra mô men bậc không và bậc một của phổ tác động sóng như là các biến phụ thuộc (Holthuijsen 1989)

Công thức phổ sóng đầy đủ dựa trên phương trình bảo toàn tác động sóng (được mô tả bởi Komen 1994 và Young 1999) Trong đó, phổ tác động sóng là phổ

Trang 35

tần số và hướng chứa các biến phụ thuộc

Phương trình bảo toàn tác động sóng được thiết lập trong hệ tọa độ Đề Các đối với việc áp dụng trong các bài toán quy mô nhỏ và trong hệ tọa độ cầu với việc

áp dụng trong các bài toán quy mô lớn

Các quá trình vật lý được xét trong mô hình sóng MIKE 21SW:

- Sự phát triển của sóng do sự tác động của gió

-Sự tương tác phi tuyến giữa sóng với sóng

-Sự suy giảm sóng do sóng đổ bạc đầu

-Sự suy giảm sóng do ma sát đáy

-Sự suy giảm sóng do sóng đổ

-Hiệu ứng nhiễu xạ và nước nông do biến đổi độ sâu

-Sự tương tác giữa sóng và dòng chảy

-Hiệu ứng biến đổi theo thời gian của độ sâu

Việc rời rạc phương trình chủ đạo được thực hiện theo phương pháp thể tích hữu hạn trung tâm với lưới tính toán là phi cấu trúc Theo thời gian, phương pháp bước phân đoạn được áp dụng và là phương pháp giải hiện đối với các tần số

MIKE 21SW được áp dụng cho việc mô phỏng và phân tích sóng trong vùng biển khơi, biển ven, cảng với các quy mô khác nhau Quy mô nhỏ gắn liền với hệ tọa độ Đề Các, quy mô lớn gắn liền với hệ tọa độ cầu

Mô đun này có thể liên kết động với mô đun tính toán dòng chảy để xét sự tương tác sóng và dòng chảy, kết lối động với mô đun vận chuyển trầm tích mà ở đó quá trình vận chuyển chủ yếu là do sóng hay dòng chảy sóng do gradient của trường ứng suất bức xạ sóng trong vùng sóng đổ MIKE 21SW đưa ra các đặc trưng sóng

và trường ứng suất bức xạ phục vụ tính toán vận chuyển trầm tích

Các phương trình cơ bản

Động lực sóng trọng lực được mô tả bởi phương trình truyền tải mật độ tác động sóng Đối với các quy mô nhỏ, phương trình truyền tải này thường được viết trong hệ tọa độ Đề Các và được viết trong hệ tọa độ cầu đối với việc áp dụng trong quy mô lớn Phổ mật độ tác động sóng là hàm của 2 tham số pha sóng biến đổi theo

Trang 36

thời gian và không gian Hai tham số pha sóng có thể là véc tơ số sóng k với độ lớn

k và hướng sóng θ, có thể là tần số góc tương đối = 2π hoặc tần số góc tuyệt đối

ω = 2π Trong mô hình, công thức phổ đối với hướng sóng và tần số góc tương

đối được sử dụng Mật độ tác động sóng N ( , θ) quan hệ với mật độ năng lượng

E( , θ) theo biểu thức:

Đối với sóng lan truyền trên độ sâu và dòng chảy biến đổi nhỏ thì quan hệ giữa tần số góc tương đối và tần số góc tuyệt đối được xác định theo biểu thức tán xạ tuyến tính sau:

số ngưỡng phụ thuộc vào tốc độ gió và tần số trung bình (được sử dụng trong mô hình WAM4) Phần xác định trước của phổ được xác định bằng cách giải số phương trình truyền tải mật độ tác động sóng Phần trên tần số ngưỡng của miền xác định trước thì phần tham số được áp dụng

( ) ( ) (

với m là hằng số, và trong mô hình này, m=5 Tần số ngưỡng được xác định bởi:

Trang 37

( ( ̄ )) (2.19)

với ̄ là tần số trung bình và

là tần số đỉnh phổ Pierson -Moskowitz đối với sóng phát triển hoàn toàn, U10 là tốc độ gió ở độ cao 10m so với mực biển trung bình Phần chẩn đoán còn lại được sử dụng trong tính toán phần chuyển đổi phi tuyến và tính toán các tham số nguyên trong các hàm nguồn Phần phổ có tần số nhỏ hơn tần số min thì mật độ phổ được giả thiết là triệt tiêu

Phương trình bảo toàn tác động sóng (trong phần này, chỉ xét các phương trình đối với hệ tọa độ Đề Các):

(2.20)

trong đó N(x, σ, θ, t) là mật độ tác động, t là thời gian, , v= v( ) là tốc độ lan truyền của nhóm sóng, (x,y) là tọa độ Đề Các; S là số hạng nguồn trong phương trình cân bằng năng lượng, là toán tử đạo hàm riêng trong không gian x,

trong đó: S là tọa độ không gian theo hướng sóng θ và m là tọa độ vuông góc

với S ̄ là toán tử đạo hàm riêng theo hai biến của (x,y)

Các hàm nguồn:

Số hạng nguồn là sự tổng hợp các nguồn mô tả các quá trình vật lý khác nhau:

(2.24)

Trang 38

trong đó: là số hạng nguồn do gió, là nguồn năng lượng chuyển do tương tác phi tuyến giữa sóng với sóng, là nguồn năng lượng tán xạ do sóng đổ bạc đầu, là nguồn năng lượng tán xạ do ma sát đáy, là nguồn năng lượng tán xạ do sóng đổ do ảnh hưởng của độ sâu

Công thức tham số độc lập với hướng sóng:

Trang 39

Hình 2 1 Mô tả lưới tính toán Theo thời gian, tích phân theo thời gian thực hiện theo phương pháp từng từng bước Bước thứ nhất (bước tính lan truyền), giải phương trình bảo toàn tác động sóng, không có số hạng nguồn Trong bước này, sơ đồ Euler hiện được áp dụng Bước thứ 2 (bước các số hạng nguồn), nghiệm tìm được trong bước thứ nhất cộng thêm ảnh hưởng của các số hạng nguồn Các số hạng nguồn được tính toán theo sơ đồ ẩn Trong bước thứ nhất, bước thời gian được lựa chọn sao cho điều kiện

ổn định CFL hay số Courant Cri, l, m nhỏ hơn 1

Các biên đất, điều kiện biên hấp thụ hoàn toàn được áp dụng

Tại biên lỏng (biên mở), cho điều kiện đầu vào của sóng (chỉ xét với sóng truyền vào miền tính, sóng truyền từ trong miền tính ra ngoài coi như truyền tự do) Phổ năng lượng được xác định tại các biên lỏng

2.1.3 Mô hình tính vận chuyển bùn cát Mike 21 MT

Mike21MT là mô hình tiên tiến nhất được sử dụng để mô phỏng các quá trình vận chuyển, xói mòn, lắng đọng của trầm tích kết dính trong môi trường nước biển và nước ngọt Mô đun này có thể được liên kết động với các mô đun thủy lực,

mô đun tính sóng của bộ chương trình MIKE với lưới tính toán là lưới phần tử hữu hạn Cơ sở thủy lực của mô đun này là Mike21HD FM Mô hình này được áp dụng

Trang 40

cho các bài toán về:

 Vận chuyển vật chất do quá trình nạo vét

 Tối ưu các hoạt động nạo vét

 Sự bồi, xói trong cảng, kênh, vùng biển

Vận chuyển bùn (trong bài toán mô hình dòng chảy 2 chiều) được mô phỏng bởi phương trình bảo toàn vật chất:

(2.29)

trong đó: t biến thời gian (s); x, y các tọa độ Decartes trên mặt phẳng nằm ngang (m); u, v các thành phần vận tốc trung bình chiều sâu theo phương x và y (m/s); h là

độ sâu nước (m); S là số hạng nguồn bùn do xói hoặc bồi (deposition/erosion term)

(kg/m3/s); c là nồng độ bùn cát lơ lửng trung bình chiều sâu (kg/m3); QL là lưu lượng nguồn trên một đơn vị diện tích (source discharge per unit horizontal area) (m3/s/m2); CL là nồng độ bùn cát lơ lửng tại nguồn vào (kg/m3); D x , D y Hệ số khuếch tán rối (m2/s)

Sự bồi tụ (S D) biểu thị bằng công thức:

(2.30) trong đó: Ws – tốc độ lắng đọng (m/s), cb – nồng độ bùn cát (kg/m3), pd – xác suất bồi trên đáy (probability of deposition) được tính bằng:

,

(2.31)

với, τb ứng suất đáy (N/m2), τcd - ứng suất đáy tới hạn bồi (N/m2)

Sự xói lở (SE) được tính riêng cho từng loại lớp đáy (đối với mô hình đa lớp đáy gồm lớp bùn lỏng ở phía trên và lớp bùn chặt ở dưới)

Đối với lớp bùn chặt:

(2.32)

trong đó: E – khả năng xói của đáy (erodibility of bed) (kg/m2/s), τce - ứng suất đáy

Ngày đăng: 22/06/2025, 09:02

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[14] Trần Minh Quang, 1993. Sóng và Công trình chắn sóng. NXB giao thông vận tải, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Sóng và Công trình chắn sóng
Tác giả: Trần Minh Quang
Nhà XB: NXB giao thông vận tải
Năm: 1993
[15] Trần Minh Quang, 2007. Công trình Biển. NXB giao thông vận tải, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Công trình Biển
Tác giả: Trần Minh Quang
Nhà XB: NXB giao thông vận tải
Năm: 2007
[16] Nguyễn Viết Tiến, 2015. Nghiên cứu hiệu quả của đê ngầm đến quá trình tiêu hao năng lượng sóng tác động vào bờ biển Việt Nam. Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Nghiên cứu hiệu quả của đê ngầm đến quá trình tiêu hao năng lượng sóng tác động vào bờ biển Việt Nam
Tác giả: Nguyễn Viết Tiến
Nhà XB: Luận án tiến sĩ kỹ thuật
Năm: 2015
[17] Tiêu chuẩn Việt Nam, 2014. TCVN 9901: 2014 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê biển. Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: TCVN 9901: 2014 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê biển
Nhà XB: Hà Nội
Năm: 2014
[18] Nguyễn Thành Trung, Lương Phương Hậu, 2013. Nghiên cứu phân tích hiệu quả của các công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. Dự án Quản lý rủi ro thiên tai WB4, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Nghiên cứu phân tích hiệu quả của các công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ
Tác giả: Nguyễn Thành Trung, Lương Phương Hậu
Nhà XB: Dự án Quản lý rủi ro thiên tai WB4
Năm: 2013
[20] Hoàng Phó Uyên và nnk, 2020. Nghiên cứu ứng dụng và hoàn thiện công nghệ tiêu tán và giảm năng lượng sóng chống xói lở bờ biển đồng bằng sông Cửu Long. Báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp Quốc gia, Hà Nội.Tài liệu nước ngoài Sách, tạp chí
Tiêu đề: Nghiên cứu ứng dụng và hoàn thiện công nghệ tiêu tán và giảm năng lượng sóng chống xói lở bờ biển đồng bằng sông Cửu Long
Tác giả: Hoàng Phó Uyên, nnk
Nhà XB: Báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp Quốc gia
Năm: 2020
[21] Mutlu Sumer B, Jỉrgen Fredsỉe, 2002. The Mechanics of scour in the marine environment. Advanced Series on Ocean Engineering-Volume 17 Sách, tạp chí
Tiêu đề: The Mechanics of scour in the marine environment
Tác giả: Mutlu Sumer B, Jỉrgen Fredsỉe
Nhà XB: Advanced Series on Ocean Engineering
Năm: 2002
[22] Bakker W.T, 1984. Permeable groynes: experiments and practice in the netherlands. Coastal Engineering, Chapter 136 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Permeable groynes: experiments and practice in the netherlands
Tác giả: Bakker W.T
Nhà XB: Coastal Engineering
Năm: 1984
[23] Balsillie J. H, Berg D. W, 1973. State of groin design and effectiveness. Coastal Engineering, Chapter 75 Sách, tạp chí
Tiêu đề: State of groin design and effectiveness
Tác giả: Balsillie J. H, Berg D. W
Nhà XB: Coastal Engineering
Năm: 1973
[24] Bodge, K. R., 2002. Design aspects of groins and jetties Sách, tạp chí
Tiêu đề: Design aspects of groins and jetties
Tác giả: Bodge, K. R
Năm: 2002
[25] D’Angremond K, Van der Meer J.W, De Jong R.J, 1996. Wave Transmisión at Sách, tạp chí
Tiêu đề: Wave Transmisión
Tác giả: D’Angremond K, Van der Meer J.W, De Jong R.J
Năm: 1996
[26] Daemen I.F.R, 1991. Wave transmission at low-crest breakwater. Delft Hydaulics, Netherland Sách, tạp chí
Tiêu đề: Wave transmission at low-crest breakwater
Tác giả: Daemen I.F.R
Nhà XB: Delft Hydaulics
Năm: 1991
[27] Dally W.R, Pope J., 1986. Detached Breakwaters for Shore Protection. Technical Report CERC, 86,1.Engineering, 120, 1-19 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Detached Breakwaters for Shore Protection
Tác giả: Dally W.R, Pope J
Nhà XB: Technical Report CERC
Năm: 1986
[28] Dean R.G, Dalrymple R.A, 2004. Coastal processes with engineering applications. Cambridge University press Sách, tạp chí
Tiêu đề: Coastal processes with engineering applications
Tác giả: Dean R.G, Dalrymple R.A
Nhà XB: Cambridge University press
Năm: 2004
[29] French P.W and Livesey J.S., 2000. The impacts of Fishtail groynes on sediment deposition at Morecambe, North-West England. Journal of Coastal Research, Vol. 16, No.3, 2000 Sách, tạp chí
Tiêu đề: The impacts of Fishtail groynes on sediment deposition at Morecambe, North-West England
Tác giả: French P.W, Livesey J.S
Nhà XB: Journal of Coastal Research
Năm: 2000
[30] ệzửlỗer İH, 2007. Effects of straight groin parameters on amount of accretion. Indian Journal of Marine sciences Vol.36(3) Sách, tạp chí
Tiêu đề: Effects of straight groin parameters on amount of accretion
Tác giả: ệzửlỗer İH
Nhà XB: Indian Journal of Marine sciences
Năm: 2007
[31] Kraus N.C, Hanson H, Blomgren S.H, 1994. Modern funtioncal design of groins systems. Coastal Engineering, Chapter 96 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Modern funtioncal design of groins systems
Tác giả: Kraus N.C, Hanson H, Blomgren S.H
Nhà XB: Coastal Engineering
Năm: 1994
[32] Pylarczyk K.W, Zeidler R.B, 1996. Offshore breakwaters and shore evolution control. A.A. Balkerma, Rotterdam, The Netherlands Sách, tạp chí
Tiêu đề: Offshore breakwaters and shore evolution control
Tác giả: Pylarczyk K.W, Zeidler R.B
Nhà XB: A.A. Balkema
Năm: 1996
[33] Toyoshima, 1974. Design of a detached breakwater system. Coastal Engineering. Chapter 83 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Design of a detached breakwater system
Tác giả: Toyoshima
Nhà XB: Coastal Engineering
Năm: 1974
[34] USACE (U.S. Army Corps of Engineers), 1984, Shore Protection Manual (SPM). Washington: U.S. Government Printing Office Sách, tạp chí
Tiêu đề: Shore Protection Manual (SPM)
Tác giả: USACE (U.S. Army Corps of Engineers)
Nhà XB: U.S. Government Printing Office
Năm: 1984

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 3. 17 So sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại điểm S3 - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 17 So sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại điểm S3 (Trang 55)
Hình 3. 25 Trường sóng lớn nhất trường mùa gió ĐB, không có công trình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 25 Trường sóng lớn nhất trường mùa gió ĐB, không có công trình (Trang 61)
Hình 3. 26 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió ĐB, có công trình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 26 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió ĐB, có công trình (Trang 62)
Hình 3. 30 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió TN, có công trình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 30 Trường sóng lớn nhất trong mùa gió TN, có công trình (Trang 64)
Hình 3. 34 So sánh độ cao sóng tại điểm TL3 trước và sau khi có công trình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 34 So sánh độ cao sóng tại điểm TL3 trước và sau khi có công trình (Trang 66)
Hình 3. 46 So sánh độ cao sóng tại điểm TL5 trước và sau khi có công trình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 46 So sánh độ cao sóng tại điểm TL5 trước và sau khi có công trình (Trang 71)
Hình 3. 48 Trường dòng chảy trong điều kiện có công trình, thời đoạn bão - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 48 Trường dòng chảy trong điều kiện có công trình, thời đoạn bão (Trang 72)
Hình 3. 49 Trường dòng chảy trong điều kiện không có công trình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 49 Trường dòng chảy trong điều kiện không có công trình (Trang 73)
Hình 3. 54 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL1 trong bão điển hình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 54 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL1 trong bão điển hình (Trang 77)
Hình 3. 57 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL23 trong bão điển hình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 57 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL23 trong bão điển hình (Trang 78)
Hình 3. 67 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL5 trong mùa gió ĐB - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 67 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL5 trong mùa gió ĐB (Trang 83)
Hình 3. 69 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL2 trong mùa gió TN - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 69 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL2 trong mùa gió TN (Trang 84)
Hình 3. 70 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL3 trong mùa gió TN - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 70 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL3 trong mùa gió TN (Trang 84)
Hình 3. 71 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL4 trong mùa gió TN - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 71 Sự biến đổi dòng chảy tại các vị trí TL4 trong mùa gió TN (Trang 85)
Hình 3. 76 Biến đổi địa hình đáy trong mùa gió TN khi có công trình - 01050004984 nghiên cứu Ảnh hưởng của các sơ Đồ bố trí không gian công trình ngăn cát, giảm sóng hiện tại Đối với chế Độ thủy thạch Động lực ven biển nam Định
Hình 3. 76 Biến đổi địa hình đáy trong mùa gió TN khi có công trình (Trang 88)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

🧩 Sản phẩm bạn có thể quan tâm

w