Giáo trình cơ sở kỹ thuật bờ biển - Chương 12 pdf

Ch‡ơng 12: Các bμi toán thực tế vμ các giải pháp bảo vệ12.1 Mở đầu Phần lớn các bờ biển cát trên thế giới bị xói khi có công trình bảo vệ hoặc xói các bãi cát khi gặp n†ớc dâng do bão..

Ch‡ơng 12: Các bμi toán thực tế vμ các giải pháp bảo vệ

12.1 Mở đầu

Phần lớn các bờ biển cát trên thế giới bị xói khi có công trình bảo vệ hoặc xói các bãi cát khi gặp n†ớc dâng do bão Trong các bμi toán kỹ thuật thực tế, mục tiêu quan trọng

lμ bảo vệ bờ biển có nguy cơ bị đe dọa lớn Ngoμi các bãi cát vμ đụn cát thì các vùng

đất mới cần bảo vệ khi các yếu tố biển tấn công

Từ nhiều ph†ơng pháp hiện có, các kỹ s† phải lựa chọn một ph†ơng pháp phù hợp Bảo

vệ bằng công trình cứng lμ giải pháp th†ờng dùng Hệ thống các mỏ hμn, các đập phá sóng ngoμi khơi, các đập phá sóng ngầm, kè vμ t†ờng chắn sóng lμ những công trình cứng th†ờng thấy nhất Với các công trình cứng nμy, sẽ cản trở bùn cát chuyển động cả theo ph†ơng ngang vμ ven bờ Thêm vμo đó, còn có các giải pháp mềm nh† nuôi bãi, nuôi đụn cát với nguyên tắc lμ tránh can thiệp vμo các quá trình vận chuyển bùn cát tự nhiên Với hệ thống nμy, chỉ có sự mất cát xảy ra dọc bờ lμ có thể bù lại theo các chu

kỳ xác định

Việc xác định giải pháp cứng hay giải pháp mềm tùy thuộc vμo đặc tính của bμi toán vμ vấn đề kinh tế Trong việc quản lý dải ven biển, giải pháp nuôi bãi đang đ†ợc sử dụng khá phổ biến Những hiệu ứng xấu của giải pháp công trình có thểt tránh đ†ợc khi sử dụng giải pháp nuôi bãi

Tuy nhiên, các giải pháp công trình không vì thế mμ ít đ†ợc áp dụng Các kỹ s† ít nhất cũng cần có những hiểu biết cơ bản về tính chất vật lý của các công trình cứng Các hiệu ứng mong muốn (th†ờng lμm giảm tiềm năng xói trong một đoạn bờ xác định) vμ không mong muốn, th†ờng lμ các tác động bất lợi lên một đoạn bờ, phải đ†ợc xem xét một cách kỹ l†ỡng Chỉ có một cách lựa chọn thích hợp trong nhiều ph†ơng pháp bảo

vệ bờ biển

12.2 Các dạng xói

Các bμi toán khác nhau trong bảo vệ bờ biển đ†ợc gọi lμ các giải pháp đối phó Một số ph†ơng pháp đã thảo luận ở trên Trong những phần tiếp theo, thảo luận về giải pháp công trình để bảo vệ bờ biển sẽ đ†ợc trình bμy Các giải pháp thảo luận bao gồm:

- Xói bờ biển do các công trình

- Xói bãi vμ các đụn cát do n†ớc dâng

- Bảo vệ các vùng đất mới

(xem hình 12-1) Xói công trình xảy ra nh† lμ kết quả của sự phù hợp của đ†ờng bờ so với toμn bộ khu vực

Trong vùng xói, l†ợng bùn cát tại một mặt cắt bất kỳ (m3/m) nằm giữa các đ†ờng biên trong mặt cắt đó giảm dần theo thời gian Từ năm nμy qua năm khác khối l†ợng cát cứ giảm dần Trị số xói loại nμy khoảng từ 10 đến 50 m3/m /năm Xói do công trình lμ hiện t†ợng xói th†ờng xuyên Khi xây dựng cảng trên các vùng bờ cát vμ phía trên có sông chảy vμo nh†ng đ†ợc xây dựng các công trình bảo vệ sẽ gây ra tác dụng xấu lên

bờ biển Các nguyên nhân tự nhiêncũng có thể liên quan với một số bμi toán xói do công trình

Hình 12-1: Xói do công trình tiêu biểu ở phía khuất gió của công trình

Xói bờ vμ đụn cát hoặc xói trực tiếp các vùng đất trong các đợt n†ớc dâng do bão đ†ợc xem xét nh† các ví dụ xói tiêu biểu Thực vậy, sau mỗi trận bão, các đụn cát hoặc phía cμng gần bờ sẽ bị mất cát, nghĩa lμ cao trình bãi hoặc bờ sau bão thấp hơn tr†ớc bão Thông th†ờng l†ợng cát mang ra từ phần trên của bãi sẽ điền vμo vùng đáy biển xa bờ (hình 12-2) Nh† vậy tổng l†ợng bùn cát nếu xét trên mặt cắt ngang không đổi tr†ớc vμ sau bão thực tế chỉ lμ sự phân bố lại bùn cát trên mặt cắt mμ thôi Tùy thuộc vμo tính

ác liệt của trận bão mμ l†ợng bùn cát mang ra từ bờ thay đổi từ 10 đến 100 m3/m/ trận (khoảng vμi giờ đến 1 ngμy) Sau bão khi điều kiện trở lại bình th†ờng sẽ có quá trình mang trả lại bùn cát lên phía bờ vμ bãi Hiện t†ợng xói trong quá trình bão hoặc n†ớc dâng do bão gọi lμ hiện t†ợng xói tạm thời

Trong hiện t†ợng xói do công trình tiêu biểu, cả 2 quá trình thông th†ờng vμ điều kiện bão đều gây ra hiện t†ợng mất cát ở các phần khác nhau của mặt cắt ngang Thông th†ờng sự khác nhau l†ợng chuyển cát ven bờ lμ nguyên nhân chính (dS/dx z 0; S: l†ợng cát chuyển vận ven bờ tổng cộng trong năm; x: H†ớng dọc bờ)

Xói do công trình trong điều kiện thông th†ờng xảy ra nh† sau: Phần trên cùng của mặt cắt ngang (cuối các đụn cát vμ phần luôn khô của bãi hoặc phần cuối của đất liền) không tham gia vμo quá trình vận chuyển bùn cát; N†ớc vμ sóng không bao giờ đến

đ†ợc phần nμy của mặt cắt Tuy nhiên, xói bãi vẫn xảy ra trong điều kiện nμy Chỉ khi

sóng lên đến các đụn cát (trong điều kiện bão, triều c†ờng, mực n†ớc lớn) thì phần nμy tham gia nh† lμ phần chịu tác động th†ờng xuyên của các điều kiện biên thì hiện t†ợngxói mới xảy ra Trong khi trong điều kiện ổn định, hiện t†ợng xói chỉ lμ tạm thời Với tr†ờng hợp xói do công trình, dạng xói nμy lμ 1 phần gần nh† th†ờng xuyên trong điều kiện bình th†ờng vμ bùn cát ở phần gốc của mặt cắt sẽ không đ†ợc trả lại mμ tham gia vμo quá trình vận chuyển ven bờ Với quá trình vận chuyển ngang lμm gần gốc của mặt cắt bị xói Sự phân chia nμy không rõ rμng vμ đôi khi khó hiểu đối với những ng†ời không có chuyên môn Việc mất dần các đụn cát chỉ liên quan đến các quá trình bất th†ờng(bão lớn, n†ớc dâng cao, triều cao), trong khi hiện t†ợng xói do công trình xảy

ra trong điều kiện bình th†ờng

Xói do công trình th†ờng lμ tiềm tμng của nhiều vấn đề nghiêm trọng cho cơ sở hạ tầng

ở khu vực động trên dải đ†ờng bờ Các công trình lμm gần mép n†ớc sẽ bị đổ vỡ hoặc

bị cuốn xuống biển

12.2.2 Xói bờ biển vμ đụn cát trong bão có nớc dâng

Bờ biển đã tồn tại nhiều năm t†ởng chừng rất bền vững bỗng chốc bị xói do n†ớc dâng cao trong bão Điều nμy lý giải nh† sau: khi gặp bão vμ n†ớc dâng, hình dạng của mặt cắt tr†ớc bão không phải ở trạng thái cân bằng Thông th†ờng, do mực n†ớc biển tăng tạm thời kèm theo sóng lớn hơn nhiều so với trạng thái bình th†ờng vμ phần gốc của mặt cắt ngang hay phần trên không bao giờ tiếp xúc với n†ớc trong điều kiện bình th†ờng bị xói vμ phần cát bị cuốn trôi đó dồn xuống biển lμm độ dốc mặt cắt ngang trong bão thoải hơn (hình 12-2) Vμ khi mặt cắt khá thoải thì hiện t†ợng xói lại giảm

đi

Nh† đã trình bμy ở phần tr†ớc, c†ờng độ xói có thể rất cao (tất nhiên phụ thuộc vμo

điều kiện cụ thể) Liên quan đến hiện t†ợng mất đất từ các đụn cát hoặc đất liền thổ, ta thấy có hiện t†ợng mất hμng chục mét dμi đất vμo sâu trong đất liền chỉ sau một trận bão Hiện nay, ng†ời ta đã xây dựng đ†ợc một số công thức thực nghiệm định l†ợngc†ờng độ mất đất từ các đụn cát với các điều kiện biên khác nhau

Tác động của xói do công trình hoặc xói tạm thời do n†ớc dâng do bão nên các công trình xây dựng gần với đ†ờng mép n†ớc giống nhau Tμi sản sẽ bị đổ vỡ vμ rơi xuống n†ớc biển (xem hình 12-3) Tuy nhiên, các biện pháp đối phó với mỗi loại xói mòn thì lại hoμn toμn khác nhau

Hình 12-2: Xói các đụn cát trong những đợt n†ớc dâng do bão lớn

12.2.3 Xói các vùng đất mới

Trong phần nμy, dải ven biển đ†ợc mô hình hóa bao gồm bãi biển, một dải đất phía ngoμi (bãi tr†ớc) vμ một dải đất phía trong bãi biển (bãi sau) Bãi sau có thể rộng tới hμng vμi km Trên thế giới, những dải bờ biển nh† vậy đ†ợc sử dụng với nhiều mục

đích khác nhau vμ có thể nói không gian hiện có rất chật hẹp vμ con ng†ời cố gắng mở rộng không gian ra phía ngoμi biển (bãi tr†ớc) nh† biện pháp cải tạo đất Mở rộng đất

lμ giải pháp đẩy đ†ờng bờ ra phía biển với việc bơm, phun cát với một khối l†ợng rất lớn vμo một khu đất mới hình thμnh Các đảo nhân tạo cũng lμ một dạng nh† vậy Trong cả 2 tr†ờng hợp, giải pháp công trình đ†ợc dùng phổ biến để bảo vệ vùng đất mới Các giải pháp bảo vệ sau khi phun cát đầy lμ lμm đê, kè Ng†ời ta cũng có thể phát triển những ph†ơng pháp đặc biệt nếu muốn có một bãi cát mới phía ngoμi vùng

đất mới vừa khoanh đ†ợc

Hình 12-3: Thiệt hại do xói vμo các đụn cát

12.2.4 Xói cửa vịnh triều

Vị trí của luồng chính của các cửa vịnh triều thông th†ờng không cố định Điều kiện tự

nhiên lμ nguyên nhân gây ra sự di chuyển theo một h†ớng xác định Tuy nhiên, thỉnh

thoảng luồng chính lại dịch chuyển tiến lùi Đặc tính di động của cửa vịnh triều rất bất

lợi cho tμu thuyền vμ tμi sản, công trình cơ sở hạ tầng xây dựng đi qua khu vực cửa

vịnh triều Việc nghiên cứu về cơ chế vận động vμ các giải pháp ổn định cửa vịnh triều

lμ rất cần thiết Giải pháp công trình tỏ ra khá hữu hiệu trong tr†ờng hợp nμy

Một số bμi toán về kỹ thuật bờ biển đã đ†ợc thảo luận trong những phần tr†ớc Mỗi bμi

toán có một cách giải quyết khác nhau vì nguyên nhân xảy ra cũng khác nhau Trong

việc phát triển các giải pháp cho mỗi bμi toán cụ thể, ta có những yêu cầu riêng vμ phải

biết đ†ợc các điều kiện biên cụ thể của bμi toán Chuyển vận bùn cát đóng vai trò quyết

định trong tất cả các bμi toán đã thảo luận tr†ớc đây Trong các giải pháp cứng, các

công trình lμm nhiệm vụ cản trở chuyển vận bùn cát Trong phần tiếp theo, nội dung

nμy sẽ đ†ợc thảo luận

12.3 Giải pháp công trình bảo vệ bờ biển

Trong hầu hết các tr†ờng hợp, việc sử dụng công trình nh† một giải pháp đáng tin cậy

để cản trở việc vận chuyển bùn cát đang vận chuyển theo một h†ớng xác định Với các

đoạn bờ biển thẳng chịu ảnh h†ởng xói do công trình, thông th†ờng sự khác nhau về

l†ợng bùn cát ở các mặt cắt lμ nguyên nhân gây ra xói lở Hình 12-4 đ†a ra mặt bằng

của một đoạn bờ thẳng điển hình (phần d†ới) ở phần trên của hình 12-4, l†ợng bùn cát

tổng cộng tính trong năm S (m3/năm) dọc theo đ†ờng bờ đã đ†ợc tính toán vμ sơ đồ

hóa Theo đó, l†ợng bùn cát tăng dần theo chiều dòng chảy (x) Іờng (a) trong hình

12-4 biểu diễn phân bố của bùn cát dọc bờ Do l†ợng bùn cát tăng từ A đến B (khác

nhau đại l†ợng V) lμ nguyên nhân gây xói trên đoạn AB (trên đoạn AB ta có dS/dxz 0.)

Giả thiết rằng đoạn AB rất quan trọng vμ cần đ†ợc bảo vệ vμ giải pháp công trình đ†ợc

áp dụng để phân bố bùn cát từ đ†ờng (a) phải chuyển sang đ†ờng (b) (theo đ†ờng (b)

trên đoạn AB sẽ có dS/dx = 0), theo đó quá trình xói bị ngừng lại Bên trái của mặt cắt

A vμ bên phải của mặt cắt B hiện t†ợng xói vẫn tiếp tục xảy ra, nh†ng phía bên phải

mặt cắt B c†ờng độ xói tăng lên do độ dốc lớn hơn vμ lμ hiện t†ợng xói phía khuất của

công trình

Mô phỏng phân bố vận chuyển bùn cát trên đoạn AB t†ơng đối đơn giản Tuy nhiên,

cũng khá khó khăn để có đ†ợc đ†ờng (b) trong thực tế Về nguyên tắc, công trình gây

cản trở vμ giảm c†ờng suất chuyển cát trên đoạn đ†ợc sử dụng Chuỗi các mỏ hμn, các

đạp phá sóng ngoμi xa nhô khỏi mặt n†ớc hay chìm sâu trong n†ớc sẽ ảnh h†ởng đến

quá trình vận chuyển bùn cát ven bờ, nh†ng cũng khó đảm bảo rằng các giải pháp đối

phó nμy lμ phù hợp cho tr†ờng hợp cụ thể Nếu các giải pháp đối phó tỏ ra không hiệu

quả (giảm l†ợng bùn cát trên đoạn AB quá lớn, đ†ờng (c) trong hình 12-4) vμ hiện t†ợng bồi xảy ra lμ không thể tránh khỏi Điều nμy có lợi cho đoạn AB vì quá trình bồi

thay cho quá trình ổn định nh† mong đợi, nh†ng bên phải mặt cắt B tình hình xói xảy

ra nghiêm trọng hơn

Ngay cả khi các giải pháp sử dụng đúng cho đoạn AB thì phía khuất của mặt cắt B hiện t†ợng xói cũng sẽ xảy ra vμ đây lμ điều không mong đợi Quá trình xói tiếp tục kéo dμi xuống phía xa phía sau mặt cắt B

Hiện t†ợng xói phía sau mặt cắt B có thể cải thiện khi có một thiết kế phù hợp cho

đoạn AB Trong thực tế, giải pháp chống xói trong đoạn AB với các công trình sẽ lμm giảm bùn cát trên đoạn từ A đến B Chỉ khi nμo đoạn bồi kéo xa hơn điểm B hoặc điểm

B đúng tại điểm cuối của đoạn (nghĩa lμ cửa vμo vịnh xa hơn điểm B) thì xói ở phía sau

sẽ giảm rõ rệt

Hình 12-4: Phân bố vận chuyển bùn cát ven bờ dọc theo bờ biển xói

Nếu giải pháp nuôi bãi đ†ợc sử dụng trên đoạn AB thì l†ợng cát cần thiết (xem hình 12-4) để nuôi bãi có giá trị lμ V cho mỗi chu kỳ Trong thực tế, sẽ không kinh tế nếu phải đổ khối l†ợng cát V mỗi năm, mμ ng†ời ta chọn chu kỳ từ 5 đến 10 năm /lần Vấn đề xói không giải quyết đ†ợc bằng giải pháp nuôi bãi vì nuôi bãi không lμm thay

đổi l†ợng bùn cát vận chuyển ven bờ vμ quá trình xói cứ tiếp tục xảy ra khi ta có một chu kỳ đổ cát mới Đó d†ờng nh† một điều không mấy thuận lợi Tuy nhiên, trong nhiều tr†ờng hợp, giải pháp nuôi bãi hiệu quả hơn giải pháp công trình Điều đó có nghĩa lμ nếu dùng giải pháp nuôi bãi thì sẽ không có hiện t†ợng xói xảy ra ở phía sau

điểm B

Rất nhiều ví dụ về sử dụng giải pháp nuôi bãi trình bμy trong chuyên san kỹ thuật bờ biển với chuyên đề nuôi bãi nhân tạo (1991) Chuyên san nμy có rất nhiều bμi viết của các nhμ nghiên cứu về nuôi bãi nhân tạo

Trong ch†ơng nμy, giải pháp công trình sẽ đ†ợc thảo luận chính Trong phần mở đầu, bμi toán xói do công trình trong ví dụ 12-4 đ†ợc chọn để phân tích khả năng sử dụng công trình để giải quyết vấn đề xói Sự can thiệp vμo quá trình vận chuyển bùn cát hiện tại trở thμnh một yêu cầu cần thiết khi áp dụng các công trình nh† một biện pháp đối phó với hiện t†ợng xói Từ yêu cầu nμy, có thể đ†ợc hiểu lμ, về mặt nguyên tắc, chuỗi

các mỏ hμn, chuỗi các đập phá sóng nổi hay chìm ngoμi khơi đ†ợc sử dụng vμ tất cả các giải pháp trên đều có mục tiêu lμ cản trở bùn cát vận chuyển trong trạng thái tự nhiên của nó

Chuỗi các mỏ hμn đ†ợc xây dựng gần nh† vuông góc với bờ sẽ lμm giảm dòng chảy do sóng sinh ra vμ đẩy dòng triều vốn chảy song song với đ†ờng bờ khi không có mỏ hμn

ra ngoμi n†ớc sâu Cả 2 quá trình trên sẽ lμm giảm bùn cát ven bờ

Chuỗi các đập phá sóng nổi ngoμi khơi sẽ không trình bμy chi tiết ở đây Tuy nhiên còn rất nhiều ý kiến khác nhau về vai trò của chuỗi đập phá sóng xây dựng ngoμi khơi về khả năng giảm chiều cao sóng phía sau công trình trong vùng gần bờ Về nguyên tắc khi giảm đ†ợc chiều cao sóng thì sẽ giảm đ†ợc bùn cát di chuyển ven bờ

Các đập phá sóng chìm th†ờng có đỉnh nằm d†ới mực n†ớc biển trung bình vμ bố trí song song với bờ có khả năng lμm giảm chiều cao sóng phía sau nó Trong tr†ờng hợp nμy thì l†ợng bùn cát di chuyển ven bờ hy vọng cũng sẽ đ†ợc cắt giảm Tuy nhiên, cũng cần nhận thức về hiệu ứng ng†ợc của dòng xoáy ở giữa khoảng hở của 2 đập phá sóng

Hình 12.5: Thiệt hại khi thiết kế kè biển sai vị trí Việc sử dụng t†ờng đứng hoặc kè biển không phải lμ tr†ờng hợp xói do công trình nh†

đã trình bμy trong đoạn AB của hình 12-4 Đây lμ giải pháp không phù hợp khi có dạng xói do công trình

Ngay sau khi xây dựng công trình, hiện t†ợng mất đất ở các đụn cát hoặc đất phía trong sẽ ngừng lại ngay lập tức, nh†ng hiện t†ợng xói chân thì không thể dừng lại

đ†ợc Tuy nhiên, xói bãi thì vẫn tiếp tục xảy ra vì dạng công trình nμy không lμm thay

đổi gradient bùn cát theo dọc bờ Cμng về sau, sự tấn công vμo công trình cμng tăng lên vì bãi tiếp tục bị hạ thấp vμ để tránh đổ vỡ cần phải gia cố công trình, đặc biệt lμ chân công trình thông qua các tính toán rất chi tiết trên cơ sở các tμi liệu đã có tại khu vực xói (xem hình 12-5)

Từ ví dụ về xói thể hiện trên hình 12-4, một điều rất rõ rμng lμ giải pháp chống xói chỉ

đúng khi hiểu đúng cơ chế xói Điều nμy đã đ†ợc chứng minh cho tr†ờng hợp xói do công trình vμ các vấn đề t†ơng tự khác

Các nguyên nhân xói một khi đã hiểu hết, một câu hỏi đặt ra lμ liệu có thể bảo vệ đ†ợctoμn bộ dải bờ biển nh† mong đợi hay chỉ bảo vệ đ†ợc một vùng xác định nμo đó? Giữ khu vực xác định ở trạng thái ổn định sau khi có giải pháp công trình hay phải lμm nó bồi trở lại?

Trong phần tiếp theo các giải pháp sẽ đ†ợc nghiên cứu vμ phân tích vμ xem xét giải pháp nμo khả thi nhất; những hiệu ứng bất lợi nμo sẽ xảy ra? Giá thμnh của ph†ơng án

lμ bao nhiêu? Giải quyết tất cả các câu hỏi chúng ta sẽ có lựa chọn công trình đúng Sau khi đã lựa chọn đ†ợc giải pháp, cần phải đo đạc, khảo sát vμ kiểm tra các đặc điểm ngoμi hiện tr†ờng của đoạn bờ đ†ợc bảo vệ Cũng cần l†u ý rằng cần kết hợp giữa khoa học vμ kiến trúc trong các công trình bảo vệ để có đ†ợc một công trình vừa bền vững

về mặt kết cấu, vừa mang nét văn hóa, hμi hòa với cảnh quan thiên nhiên

Bảo vệ bờ biển - một phần trong hoạt động kỹ thuật bờ biển lμ một công việc hoμn toμn không dễ Trình độ chuyên môn cao, kinh nghiệm lμ điều rất cần thiết khi xây dựng các công trình vùng ven biển ở một số n†ớc, do tính quan trọng của công tác nμy mμ ng†ời ta thμnh lập hẳn một cơ quan chuyên lo về dải ven bờ Rõ rμng rằng cơ quan nμy chỉ hoạt động có hiệu quả khi đ†ợc sự hỗ trợ hiệu quả của chính phủ vμ hệ thống luật pháp

Trong phần trên, giải pháp công trình cụ thể đuợc áp dụng cho từng tr†ờng hợp cụ thể

đã đ†ợc trình bμy Các giải pháp nμy đ†ợc gọi lμ các giải pháp cứng, ng†ợc với khái niệm giải pháp mềm sẽ đ†ợc trình bμy trong phần tiếp theo Nói chung, các giải pháp cứng lμ các công trình cố định vμ không thể thay đổi đ†ợc nếu công trình không hiệu quả nh† mong đợi, trong khi về mặt kinh tế phải đầu t† kinh phí rất lớn

Chức năng của mỗi giải pháp áp dụng cho mỗi tr†ờng hợp cụ thể lμ điểm các nhμ kỹ thuật quan tâm Trong tất cả các tr†ờng hợp, giả thiết rằng, giả thiết rằng giải pháp lựa chọn lμ bền vững Tuy trong nội dung môn học nμy không liên quan tới vấn đề thiết kế, nh†ng các kỹ s† có thể tiếp cận thiết kế qua cuốn sách “Bảo vệ bờ sông, bờ biển” năm

1995 vμ “Sổ tay bảo vệ bờ” CERC, 1984

12.3.1 Bảo vệ khu vực bị xói do công trình

Một số ví dụ về xói do công trình đã đ†ợc trình bμy trong phần mở đầu Giải pháp công trình lμ một trong các lựa chọn để phòng chống xói do công trình

Về nguyên tắc, chuỗi các mỏ hμn cứng (có thể thay thế bằng hμng cọc tre hoặc cọc thép với khoảng cách tùy thuộc vμo từng tr†ờng hợp, nh†ng nói chung không dễ tính toán) Trong thực tế, không có một qui định cứng nμo về việc phải áp dụng loại công trình nμo mặc dù có một số kinh nghiệm lựa chọn chúng Trong ví dụ trên hình 12-4, giả sử tỉ số giữa l†ợng bùn cát tr†ớc vμ sau khi đặt công trình tại B lμ K thì hệ số K = 0.5 sẽ lμ mong muốn của các nhμ thiết kế hay trong tr†ờng hợp nμy l†ợng bùn cát phải

chuyển từ đ†ờng (a) về đ†ờng (b), hay nói cách khác sau khi đặt công trình cứng tại B thì SB new | 0.5 SB old Chú ý rằng nếu có một mặt cắt nμo đó nằm giữa A vμ B thì hệ số

K phải lớn hơn 0.5 Giả sử có một kè tại C nằm giữa A vμ B thì theo hình 12-4 ta phải

có Screw| 0.7 Sc old

Một vấn đề liên quan khác lμ giá trị tuyệt đối l†ợng chuyển cát tổng cộng trong 1 năm Trong hình 12-4, hiện t†ợng xói trong đoạn AB lμ do l†ợng chuyển cát ra ngoμi lớn Khối l†ợng chuyển cát lμ bao nhiêu thỉnh thoảng đ†ợc xác định thông qua đo đạc kiểm tra Mặc dù sự sai khác của SB vμ SA có thể xác định chính xác, nh†ng giá trị tuyệt đối của l†ợng chuyển cát tổng hợp trong năm của hoặc SB hoặc SA thì không phải biết tr†ớc Vì rất khó xác định chính xác l†u l†ợng chuyển cát do sai số của việc xác định

SB vμ SA Giả sử cả SB vμ SA đều tăng một l†ợng lμ 'S thì chênh lệch giữa chúng (V) không đổi Tuy nhiên, để đạt tới l†ợng chuyển cát không đổi trên đoạn AB, thì các hệ

số chiết giảm khác nhau phải xác định trên đoạn lμ cần thiết

Nếu vấn đề xói trên đoạn AB đ†ợc giải quyết bằng giải pháp mỏ hμn cứng thì hiện t†ợng xói gia tăng ở phía sau mặt cắt B sẽ tăng lên

Nếu giải pháp đập phá sóng ngoμi khơi đ†ợc áp dụng cho đoạn AB thì vấn đề xói trên

đoạn AB có thể đ†ợc giải quyết Về mặt nguyên tắc, các đập phá sóng có khả năng lμm thay đổi l†ợng bùn cát chuyển vận ven bờ (khả năng lμm giảm l†ợng chuyển cát) Do hiệu ứng chắn một phần của các đập phá sóng, chiều cao sóng đi vμo bờ giảm nhỏ, đẫn tới l†ợng chuyển cát giảm Tuy nhiên, chọn vị trí chính xác đặt hệ thống các đập chắn sóng lμ việc không dễ Trong ví dụ hình 12-4, l†ợng chuyển cát qua mặt cắt B giảm từ

SB đến SA Vì vậy, gần mặt cắt B, l†ợng chuyển cát sẽ khác không Hoặc lμ vùng phía trong của các đập phá sóng gần đ†ờng B hoặc phần phía ngoμi của chúng vẫn có hiện t†ợng bùn cát vận chuyển Trong tr†ờng hợp thứ nhất bùn cát bồi dạng lồi, còn tr†ờnghợp thứ 2 sẽ hình thμnh dạng tombolo

Với việc áp dụng chuỗi đập phá sóng ngoμi khơi, xói ở phía phải mặt cắt B có thể không xảy ra

Nếu đặt chuỗi các đập phá sóng ngập thì hiệu quả phá sóng vμo bờ lμ rất rõ rệt Do giảm chiều cao sóng, nên l†ợng chuyển cát ven bờ cũng giảm hẳn Điều nμy đúng cho cả 2 tr†ờng hợp (i) bùn cát ven bờ do sóng tạo dòng chảy vμ (ii) do cả sóng vμ dòng triều Các xấp xỉ đề nghị rằng trong tr†ờng hợp sau, dòng triều không bị cản trở bởi các

đập ngầm Tuy nhiên, l†ợng vận chuyển cát tổng cộng phía sau đập ngầm giảm hẳn do các đặc tr†ng sóng giảm d†ới tác động của đập

Giả thiết có một đập ngầm dμi vô hạn đặt song sóng với bờ biển, thì vấn đề xói bờ chắc chắn sẽ không xảy ra Tuy nhiên trong thực tế, không thể có một đập nh† vậy Trong ví

dụ hình 12-4, trong đoạn AB hiện t†ợng xói ít nhất xảy ra ở 2 mặt cắt A vμ B Trên

đỉnh đập ngầm, do hiện t†ợng sóng vỡ đã tạo ra dòng chảy thực Các thí nghiệm 2 chiều tại máng sóng trong phòng thí nghiệm, dòng chảy thực đ†ợc bù trên cùng mặt cắt Tuy nhiên, với dòng chảy 3 chiều ng†ời ta thấy có dòng chảy h†ớng vμo bờ phía sau đập ngầm thậm chí lớn hơn dòng ven bờ vμ tới cuối của đập ngầm thì dòng nμy thoát ra khơi giống nh† hiện t†ợng dòng xoáy Các thí nghiệm trong phòng cũng nh†

các quan trắc ngoμi thực địa chứng tỏ rằng hiện t†ợng xói ngay phía trong đập ngầm phía đất liền d†ờng nh† khá nghiêm trọng

12.3.2 Bảo vệ bãi biển vμ đụn cát khi bão n ớc dâng cao

Nếu nh† tốc độ xói trong tr†ờng hợp gặp n†ớc dâng do bão quá lớn ứng với các điều kiện thiết kế thì việc áp dụng giải pháp công trình có thể sẽ cắt đ†ợc xói Tuy nhiên, chuỗi các mỏ hμn cứng không có tác dụng trong tr†ờng hợp chuyển vận ngang bờ Về mặt nguyên tắc, chuỗi các đập phá sóng nổi hoặc ngầm có tác dụng lμm giảm chiều cao sóng phía sau đập vμ kết quả lμ lμm giảm khả năng xói bãi vμ đụn cát Khi mực n†ớc tăng liên quan tới hiện t†ợng n†ớc dâng thì tác dụng giảm sóng của các đập đang tồn tại sẽ giảm xuống Còn nhiều ảnh h†ởng ch†a xác định đ†ợc khi áp dụng các giải pháp công trình nhằm bảo vệ đất ven biển

Việc sử dụng giải pháp t†ờng đứng hoặc kè biển lμ giải pháp hạn chế xói hiệu quả trong tr†ờng hợp n†ớc dâng Giải pháp nμy bảo vệ rất tốt bờ vμ đụn cát Vì đất ở phía trong t†ờng hoặc kè không bị xói, nh†ng chân kè vμ bãi tr†ớc công trình bị bμo mòn

đáng kể Có thể thấy có nhiều hố xói có thể xuất hiện ở khu vực bãi tr†ớc công trình, nên khi thiết kế phải biết tr†ớc tình hình nμy để có giải pháp giải quyết Steetzel (1993)

đã đề nghị một ph†ơng pháp tính chiều sâu hố xói ở chân t†ờng đứng hoặc kè biển

12.3.3 Bảo vệ các vùng đất mới

Giả thiết muốn đẩy bờ biển ra xa 2 km theo chiều ngang vμ 20 km theo chiều bờ biển

để có một vùng đất mới sử dụng cho mục đích nμo đó, chẳng hạn cho các hoạt động vui chơi giải trí Giả thiết rằng quá trình xói không quá lớn trong khu vực dự định mở rộng Một trong những yêu cầu tối thiểu lμ khi có các giải pháp bảo vệ vùng đất mới thì bãi phía ngoμi phải đ†ợc tái tạo thμnh các bãi tắm, do vậy không thể dùng giải pháp đê hay kè để bảo vệ mặt ngoμi của vùng đất mới cải tạo Nh† vậy có nghĩa lμ giải pháp

“Không” lμ giải pháp hợp lý nhất khi chuyển bãi ra phía ngoμi biển thêm 2 km nữa

Điều nμy đúng cho đ†ờng mép n†ớc, nh†ng cao trình mặt bãi mới hay độ sâu n†ớc ở ngoμi vùng đất mới thì không thể có sự phù hợp tự nhiên ngay đ†ợc Nhiều tr†ờng hợp ngay phía ngoμi đ†ờng mép n†ớc mới, độ sâu lên tới hμng chục mét không phù hợp cho lμm bãi tắm mới

Giả sử độ sâu vùng đất định cải tạo lμ 5 m thì l†ợng cát phải đổ cho 1 m dμi sẽ lμ 2,000m x 5 m = 10,000 m3/m vμ nếu tính cho toμn bộ chiều dμi 20 km thì thể tích cát cần phải có lμ 2,000 x 20,000 x 5 = 200,000,000 m3 Đây lμ một con số vô cùng lớn ởnhững n†ớc đang phát triển nh† n†ớc ta thì ít khi sử dụng giải pháp san nền “c†ỡngbức” nh† đã trình bμy ở trên Chúng ta lợi dụng tự nhiên mang bùn cát đến bồi cho một khu vực xác định, nh†ng nh† vậy thì thời gian th†ờng dμi hơn, không đúng nơi mμ chúng ta mong đợi, nh†ng bù lại, những công việc cải tạo để có một vùng đất mới không quá lớn vμ tính phù hợp tự nhiên phía ngoμi đ†ờng mép n†ớc mới tốt hơn

Với giải pháp “0”, để đ†ờng bờ mới gần giống với đ†ờng bờ cũ thì phải cần một khối l†ợng cát lớn đổ vμo nền vμ các giải pháp công trình bổ trợ khác tránh mất cát vμ không phải sử dụng quá nhiều cát trong khi độ sâu n†ớc quá lớn Một trong những giải