XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO SÓNG TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM

- Tiếp cận hệ thống và tổng hợp phân tích đánh giá hạn chế của các qui phạm tính sóng hiện hành và điều kiện khó khăn về số liệu cơ bản ở nước ta đi đến phương pháp thực hiện của các tác

Trang 1

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

“XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO SÓNG TRONG TÍNH TOÁN

THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN TỪ QUẢNG NINH

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

“XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO SÓNG TRONG TÍNH TOÁN

THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN TỪ QUẢNG NINH

ĐẾN QUẢNG NAM”

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS NGUYỄN KHẮC NGHĨA

Những người tham gia thực hiện:

Hà Nội tháng 6 năm 2009

Trang 2

MỤC LỤC

Trang

PHẦN A: THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

III Nội dung thực hiện đề tài 2

VI Kinh phí và tiến độ thực hiện đề tài 3

VII Thống kê danh mục sản phẩm của đề tài (tính đến tháng 6/2009) 4

PHẦN B: BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Chương I

TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ SÓNG VEN BỜ ĐÃ CÓ

TRƯỚC ĐÂY TRONG DẢI VEN BIỂN NGHIÊN CỨU

I.1 Tổng quan các qui phạm, hướng dẫn tính sóng thiết kế 10

I.1.1 Tổng quan các phương pháp tính sóng gió trên biển 10

I.1.2 Đặc điểm và điều kiện ứng dụng của một số chương trình

tính toán tiêu biểu:

11

I.1.3 Các phương pháp tính sóng trong quy phạm (sổ tay) các nước

tiên tiến trên thế giới

13

I.1.4 Các qui phạm, hướng dẫn tính toán sóng thiết kế trong nước 23

I.1.5 Nội dung bổ sung cho qui phạm tính sóng thiết kế hiện hành

(14 TCN 130-2002):

25

I.2 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu về giảm sóng do rừng ngập

mặn và công trình phá sóng gây bồi bãi biển

26

I.2.1 Các kết quả nghiên cứu về giảm sóng do rừng ngập mặn 26

I.2.2 Các kết quả nghiên cứu về công trình phá sóng gây bồi bãi

II.1 Nội dung đo đạc khảo sát 39 II.1.1 Đo lần 1 (thời kỳ gió mùa Đông Bắc, tháng 11-12/2007) bao gồm các hạng mục sau

39

II.1.2 Đo lần 2 (thời kỳ cuối gió mùa Đông Bắc, tháng 3-4/2008) bao gồm các hạng mục sau:

40

II.2 Thiết bị , kỹ thuật đo đạc 42

II.3 Biện pháp kỹ thuật thực hiện đo đạc 42

II.4 kết quả đo đạc khảo sát địa hình, thủy hải văn khu vực nghiên cứu của đề tài

III.2 Xác định các tham số sóng thống kê theo số liệu quan trắc đã có 51 III.2.1 Phương pháp phân tích, xây dựng cơ sở dữ liệu 51 III.2.2 Kết quả phân tích thống kê theo phương pháp sóng đơn 52

III.3 Quan hệ giữa ảnh hưởng của các đặc trưng thống kê sóng ven bờ đến ổn định của bãi biển

54

III.3.2 Quan hệ giữa các tham số thống kê sóng và cân bằng mặt cắt bãi

và chỉ số xói, bồi bãi biển

55

Trang 3

III.4 Xác định các phân vùng đặc trưng cho dải bờ biển khu vực nghiên

cứu

57

III.4.2 Đặc điểm địa hình địa mạo khu vực Quảng Ninh - Quảng

Nam:

58

III.4.3 Phân vùng dải bờ biển của khu vực nghiên cứu chi tiết cho

khu vực Quảng Ninh - Quảng Nam:

62

Chương IV

XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ SÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN GIÓ MẠNH

TRONG GIÓ MÙA, BÃO TẠI VÙNG NƯỚC SÂU VÀ VEN BỜ VÀ BỔ

SUNG HOÀN THIỆN HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN SÓNG THIẾT KẾ

IV.1 Quy trình xác định các tham số sóng phục vụ thiết kế công

trình biển

63

IV.1.1 Luận cứ khoa học, qui trình xác định các tham số sóng

phục vụ thiết kế công trình ven biển

63

IV.1.2 Quy trình xác định các tham số sóng phục vụ thiết kế công

trình biển

66

IV.2 Xác định các tham số sóng vùng nước sâu 69

IV.2.1 Thống kê bão, xây dựng phương pháp tính gió vùng tâm bão

theo các tham số bão, xây dựng phương pháp tính gió nền cho toàn vùng

biển Đông

69

IV.2.2 Xây dựng lưới tính cho toàn vùng biển Đông, thiết lập các tham

số vật lý của mô hình SWAN, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

74

IV.3 Xác định các tham số sóng vùng nước sâu với các chu kỳ lặp khác

nhau

84

IV.3.1 Tính sóng cực đại trong các cơn bão thống kê cho các vùng tính

IV.3.2 Tính sóng cực đại cho các vùng tính sóng chi tiết ven bờ sử dụng

các cơn bão mô phỏng theo phương pháp Monte Carlo:

89

IV.3.3 Tính sóng cực đại với các chu kỳ lặp khác nhau cho các vùng

tính sóng chi tiết ven bờ sử dụng các cơn bão thống kê và mô phỏng

theo phương pháp Monte Carlo:

97

IV.4 Xác định các tham số sóng vùng ven bờ 98

IV.4.1 Thiết lập lưới tính sóng chi tiết cho các vùng ven bờ 98

IV.4.2 Tính toán trường sóng ven bờ theo phương pháp tính lan truyền

sóng từ vùng nước sâu vào với các chu kỳ lặp khác nhau sử dụng mô

hình STWAVE

100

IV.4.3 Tính toán trường sóng ven bờ theo phương pháp tính lan truyền 105

sóng từ vùng nước sâu vào với các chu kỳ lặp khác nhau sử dụng mô hình SWAN-1D

IV.4.4 Tính toán trường sóng ven bờ theo phương pháp tính trực tiếp từ các yếu tố tạo sóng đối với các vùng biển được che chắn 117

IV.5 Một số kết luận về nội dung: Xác định các tham số sóng trong điều kiện gió mạnh phục vụ thiết kế đê biển

119

Chương V

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ GIẢM SÓNG VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ RNM VÀ CÔNG TRÌNH GIẢM PHÁ SÓNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TƯƠNG TÁC GIỮA CHÚNG

VÀ SÓNG TRÊN MÔ HÌNH SỐ

V.1 Xác định mức độ giảm sóng và các chỉ tiêu thiết kế RNM bằng phương pháp mô phỏng quá trình tương tác giữa chúng và sóng trên mô hình số

121

V.1.1 Cơ sở khoa học của phương pháp mô phỏng 121 V.1.2 Đặc điểm khu vực nghiên cứu và các số liệu đầu vào 123

V.1.3 Các kết quả tính toán sóng trên bãi có rừng ngập mặn 124

V.2 Xác định mức độ giảm sóng và các chỉ tiêu thiết kế của công trình phá sóng bằng phương pháp mô phỏng quá trình tương tác giữa chúng

VI.1 Sơ lược lý thuyết mô hình sóng 154

VI.1.2 Phương trình hằng số tương tự 155

VI.2 Giới thiệu về các mô hình công trình 159 VI.2.1 Các loại công trình bờ biển 159 VI.2.2 Mục đích và yêu cầu của các mô hình công trình 160

VI.3 Mục tiêu, nội dung thí nghiệm 161 VI.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 161

Trang 4

VI.3.2 Nội dung thí nghiệm 162

VI.4 Mô phỏng tương tự các giá trị trên mô hình, chọn tỉ lệ mô hình 163

VI.4.2 Các điều kiện biên về số liệu địa hình, thủy hải văn 163

VI.5 Hệ thống thiết bị thí nghiệm và kiểm định mô hình 166

VI.5.1 Chuẩn bị thiết bị đo đạc 166

VI.6 Phân tích kết quả thí nghiệm trêm mô hình sóng 170

VI.6.1 Xác định hệ số và các tham số quan hệ giảm sóng khi bãi có

KIẾN NGHỊ BỔ SUNG HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

ĐÊ BIỂN, CÁC GIẢI PHÁP KHCN LÀM GIẢM SÓNG

NHẰM BẢO VỆ, ỔN ĐỊNH BÃI VÀ ĐÊ BIỂN

VII.1 Kết quả tính toán xác định các tham số sóng ven bờ, bổ sung

hướng dẫn tính toán thiết kế đê biển

187

VII.1.1 Giới thiêu chung kết quả tính toán xác định các tham số sóng

ven bờ và bổ sung hướng dẫn tính toán sóng trong Hướng dẫn thiết kế

đê biển

187

VII.2 Kiến nghị chiều rộng tối thiểu và các kích thước thiết kế rừng cây

chắn sóng trên bãi trước đê biển, bổ xung hướng dẫn tính toán thiết kế

công trình đê biển

191

VII.2.1 Cơ sở khoa học (sinh học, động lực học) thiết kế rừng ngập mặn

chống sóng trong khu vực bãi triều trước đê

191

VII.2.2 Kiến nghị các kích thước thiết kế rừng cây chắn sóng trên bãi

trước đê biển, bổ sung hướng dẫn tính toán thiết kế công trình đê biển

193

VII.3 đề xuất giải pháp khcn làm giảm và chống được phá hoại của sóng

lớn bằng rnm và các biện pháp công trình giảm, phá sóng trên bãi trước

đê biển

194

VII.3.1 Các giải pháp thiết kế, nuôi trồng bảo vệ RNM giảm sóng 194

VII.3.2 Các giải pháp KHCN làm giảm phá sóng bằng công trình trên

bãi trước đê biển

Bảng 3.1: Bảng thống kê phân tích phổ cho khu vực ven biển Hải Hậu -

Bảng 3.2: Bảng thống kê phân tích phổ cho khu vực ven bờ Cảnh Dương

a) Bãi biển Hải Hậu - Nam Định

b) Bãi biển Cảnh Dương - Quảng Bình

56

Bảng 4.2a Số liệu sóng sử dụng trong hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình sóng trong bão

75

Bảng 4.2b Số liệu sóng sử dụng trong kiểm chứng mô hình sóng trong gió

Bảng 4.4 Kết quả so sánh độ cao sóng tính toán và thực đo tại khu vực ven

bờ biển Hải Hậu, Nam Định [11]

82

Bảng 4.5 Kết quả tính sóng cực đại trong các cơn bão đổ bộ vào vùng ven

bờ Quảng Ninh thống kê 1945 - 2007

85

bờ Thanh Hóa – Hà Tĩnh thời gian thống kê 1945 - 2007

87

bờ Quảng Nam - Đà Nẵng thời gian thống kê 1945 - 2007

88

bờ Quảng Ninh – theo số liệu bão mô phỏng với thời gian 300 năm

89

bờ Hải Phòng – Ninh Bình theo số liệu bão mô phỏng với thời gian 300 năm

91

Trang 5

bờ Thanh Hóa – Hà Tĩnh theo số liệu bão mô phỏng với thời gian 300 năm

bờ Quảng Bình – Thừa Thiên Huế theo số liệu bão mô phỏng với thời gian

300 năm

95

bờ Quảng Nam - Đà Nẵng theo số liệu bão mô phỏng với thời gian 300 năm

96

Bảng 4.15 Kết quả tính các tham số sóng vùng nước sâu cho các vùng tính

Bảng 4.16 Các tham số của lưới tính sóng chi tiết vùng ven bờ từ Quảng

Bảng 5.2: Các thông số sóng và mực nước được đưa vào tính toán

(các thông số này được tính theo kịch bản khi có bão cấp 9 và12)

124

Bảng 5.5 Hệ số suy giảm sóng do rừng ngập mặn lớn nhất theo độ

cao cây và điều kiện biên sóng, mực nước

128

Bảng 6.5 Chiều cao tường ngầm phá sóng và các mực nước thí

nghiệm

166

RNM Bảng 6.7: Kết quả thí nghiệm hệ số giảm sóng trường hợp bãi có

RNM rộng 80m, cây cao 2m, mật độ 0.5 cây/m2

172

Bảng 6.8: Kết quả thí nghiệm hệ số giảm sóng trường hợp bãi có

RNM rộng 80m, cây cao 2m, mật độ 1 cây/m2

173

Bảng 6.9: Kết quả thí nghiệm hệ số giảm sóng trường hợp bãi có

RNM rộng 80m, cây cao 4m, mật độ 0.5 cây/m2

173

Bảng 6.10: Kết quả thí nghiệm hệ số giảm sóng trường hợp bãi có RNM rộng 80m, cây cao 4 m, mật độ 1 cây/m2

173

Bảng 6.11: Kết quả thí nghiệm hệ số giảm sóng với RNM có bề rộng

B = 80m và tổ hợp mực nước - chiều cao sóng khác nhau

178

Bảng 6.11: Kết quả thí nghiệm hệ số giảm sóng với RNM có bề rộng

B = 120m và tổ hợp mực nước - chiều cao sóng khác nhau

178

Bảng 6.12: Kết quả thí nghiệm hệ số giảm sóng với RNM có bề rộng B

= 180m và tổ hợp mực nước - chiều cao sóng khác nhau

Bảng 7.6 Tóm tắt kinh nghiệm chọn một số loại cây ngập mặn chính trồng

Trang 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.2 Cấu trúc thẳng đứng của bần chua (Sonneratia caseolaris):

(a) Mặt cắt ngang của cây và rễ hô hấp của bần;

(b) Mặt cắt ngang phóng đại của rễ hô hấp

31

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí đo đạc khảo sát địa hình, Thủy văn khu vực ven

biển Tiền Hải - Thái bình

41

Hình 4.9 Lưới tính sóng vùng nước sâu cho toàn khu vực biển Đông

(Các điểm dọc bờ biển là các điểm triết xuất kết quả tính sóng)

74

Hình 4.11 Độ cao sóng (a) và chu kỳ sóng (b) tại giàn khoan MSP1 tính

theo các tham số vật lý khác nhau: Janssen1: CDS1=4.5 ; Delta=0.5 ;

Friction Jonswap 0.038 QUADRUPL AGROW 0.0015 - Janssen2:

CDS1=4.5 ; Delta=0.5 ; Friction Jonswap 0.067 QUADRUPL AGROW

0.0015 - Komen1: CDS2=0.000236 ; stpm=0.00302 ; Friction Jonswap

0.038 QUADRUPL AGROW 0.0015 - Komen2: CDS2=0.000236 ;

stpm=0.00302 ; Friction Jonswap 0.067 QUADRUPL AGROW 0.0015

77

Hình 4.12 Biến trình độ cao sóng tính toán theo thời gian với các hệ số tiêu

tán năng lượng Komen khác nhau và độ cao sóng thực đo tại giàn khoan

MSP1 từ 0h ngày 18/11 đến 0h ngày 25/11: Komen 1a: CDS2=0.000236 ;

stpm=0.00302 ; QUADRUPL AGROW 0.15 ; Friction Jonswap 0.038 -

Komen1-1.0: CDS2=0.0001 ; stpm=0.00302 ;QUADRUPL AGROW

0.0015 ; Friction Jonswap 0.038 - Komen1: CDS2=0.000236 ;

stpm=0.00302 ; QUADRUPL AGROW 0.0015 ; Friction Jonswap 0.038 -

Komen2: CDS2=0.000236 ; stpm=0.00302 ; QUADRUPL AGROW 0.0015

; Friction Jonswap 0.067

77

Hình 4.13 Đường đi của bão Frankie và vị trí trạm phao VN01A, so sánh

độ cao sóng tính toán và thực đo trong bão Frankie

Hình 4.15 Đường đi của bão Wukong và vị trí của trạm phao 4001, so sánh

độ cao sóng tính toán và đo đạc trong bão Wukong

79

Hình 4.17 Quỹ đạo vệ tinh, so sánh độ cao sóng tính toán và đo đạc trong bão Ling Ling tại 18giờ 08/11/2001

80

Hình 4.19 Quỹ đạo vệ tinh, so sánh độ cao sóng tính toán và đo đạc trong bão Imbudo tại 12 giờ 23/07/2003

Hình 4.27 Phân bố độ cao sóng hữu hiệu với chu kỳ lặp 100 năm một lần cho vùng ven bờ Quảng Ninh

101

Hình 4.28 Phân bố độ cao sóng hữu hiệu với chu kỳ lặp 100 năm một lần dọc theo mặt cắt từ bờ ra khơi (xem hình 4) cho vùng ven bờ Quảng Ninh

101

Hình 4.29 Phân bố độ cao sóng hữu hiệu với chu kỳ lặp 100 năm một lần

Hình 4.30 Phân bố độ cao sóng hữu hiệu với chu kỳ lặp 100 năm một lần dọc theo mặt cắt từ bờ ra khơi (xem hình 4.29) cho vùng ven bờ Hải Phòng

103

Trang 7

dọc theo mặt cắt từ bờ ra khơi (xem hình 33 ) cho vùng ven bờ Quảng Bình

– Thừa Thiên Huế

104

cho vùng ven bờ Quảng Nam - Đà Nẵng

105

dọc theo mặt cắt từ bờ ra khơi (xem hình 4.35) cho vùng ven bờ Quảng Nam

Hình 5.3 Sơ đồ bố trí các trạm khảo sát hải văn tại Tiền Hải - Thái

Bình

124

Hình 5.4 Giá trị độ lệch BIAS của độ cao sóng tính toán và thực đo

với các giá trị khác nhau của hệ số kéo Cd

125

Hình 5.5 Kết quả tính trường hợp mực nước 3,5m; độ cao sóng

2,01m; chu kỳ 6,7s, đường kính thân cây 5cm; mật độ tương đương

126

Hình 5.6 Biểu đồ theo mặt cắt hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách

x 10m từ mép rừng theo chiều sóng lan truyền với mực nước tổng cộng

3,5m và các độ cao của cây khác nhau

127

Hình 5.7 Kết quả tính trường hợp mực nước 4,0m; độ cao sóng 2,7m;

cây cao 3,0m

127

Hình 5.8 Biểu đồ theo mặt cắt hệ số suy giảm sóng theo khoảng cách

x 10m theo chiều sóng lan truyền với mực nước tổng cộng 4m và các

độ cao của cây

128

Hình 5.9 Biểu đồ đánh giá mức độ biến động của hệ số suy giảm sóng

khi mật độ tương đương của rừng ngập mặn biến đổi từ 2 cành/m2 đến

129

Hình 5.10 Biểu đồ đánh giá mức độ biến động của hệ số suy giảm

sóng theo khoảng cách từ mép rừng theo phương truyền sóng

Nam Định với phương án công trình bảo vệ bờ I gồm 08 kè chữ T và

142

Hình 5.16b: Trường sóng tính tóan bão cấp 9 với độ cao sóng 2.01m, chu kỳ 6.7s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 2.7m vào khu vực Hải Hậu với phương án công trình I (Khu vực trích xuất số liệu kè D4,

đê ngầm N1, đê ngầm N2, kè D5)

143

Hình 5.17a: Trường sóng tính tóan bão cấp 9 với độ cao sóng 2.01m, chu kỳ 6.7s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 3.5m vào khu vực Hải Hậu với phương án công trình I

144

Hình 5.17b: Trường sóng tính tóan bão cấp 9 với độ cao sóng 2.01m, chu kỳ 6.7s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 3.5m vào khu vực Hải Hậu PA I (Khu vực trích xuất số liệu kè D4, đê ngầm N1, đê ngầm N2, kè D5)

145

Hình 5.18a: Trường sóng tính tóan bão cấp 12 với độ cao sóng 2.7m, chu kỳ 10s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 3.2m vào khu vực Hải Hậu với phương án công trình I

146

Hình 5.18b: Trường sóng tính tóan bão cấp 12 với độ cao sóng 2.7m, chu kỳ 10s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 3.2m vào khu vực Hải Hậu với phương án công trình I (Khu vực trích xuất số liệu kè D4,

đê ngầm N1, đê ngầm N2, kè D5)

147

Hình 5.19a: Trường sóng tính tóan bão cấp 12 với độ cao sóng 2.7m, chu kỳ 10s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 4.0m vào khu vực Hải Hậu với PAI

148

Hình 5.19b: Trường sóng tính tóan bão cấp 12 với độ cao sóng 2.7m, chu kỳ 10s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 4.0m vào khu vực Hải Hậu với PAI (Khu vực trích xuất số liệu kè D4, đê ngầm N1, đê ngầm N2, kè D5)

149

Hình 5.20: Trường sóng tính tóan các cấp bão 9 với độ cao sóng 2.01m, chu kỳ 6.7s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 2.7m, 3.5m, 3.2m và 4.0m vào khu vực Hải Hậu địa hình đáy tự nhiên không

có công trình

150

Hình 5.21: Trường sóng tính tóan cấp 12 với độ cao sóng 2.7m, chu kỳ 10s lan truyền trên nền mực nước tổng hợp 2.7m, 3.5m, 3.2m và 4.0m vào khu vực Hải Hậu địa hình đáy tự nhiên không có công trình

151

Trang 8

Hình 6.5 Thiết lập mô hình thí nghiệm cho trường hợp bề dày rừng:

4m (Mô hình_MH) tương đương 80m (Nguyên hình_NH)

167

Hình 6.8 So sánh phổ sóng kiểm định và phổ sóng thực đo tại Hải

Hậu

170

Hình 6.9 Phân bố trường vận tốc sóng truyền theo phương ngang qua

rừng cây: a) vùng nước nông, b) vùng nước sâu chuyển tiếp

171

Hình 6.11 Đường quan hệ giữa hệ số giảm sóng Kt và mật độ, chiều

cao cây tại các cấp mực nước khác nhau, trường hợp chiều cao sóng

cấp 9 ( hs = 2m)

174

cao cây tại các mực nước khác nhau, trường hợp chiều cao sóng cấp

12 ( hs = 2.7m)

174

Hình 6.13 Biến động chiều cao sóng qua bãi khi có và không có RNM

Trường hợp chiều cao sóng MH - hs=0.135m (NH - hs =2.7m - Bão

cấp 12)

175

cao cây tại các cấp mực nước khác nhau, trường hợp B = 120m, hs =

2.0m

176

2.7m

176

2.0m

177

2.7m

177

xiv

Hình 7.1 Kết quả tra bảng theo phụ lục B tại các mặt cắt 9 - Cát Hải;

10 - Đồ Sơn và 12 - Thái Bình

189

Hình 7.3 Hệ thống rễ trên mặt đất của một số loài CNM có tác dụng cản sóng và giữ đất bồi (¶nh: Phan Nguyªn Hång)

192

Trang 9

PHẦN A: THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

I Lời nói đầu

Nước ta có bờ biển dài hơn 3000km với chế độ thủy văn, động lực, địa chất, địa

mạo rất phức tạp cùng với hoạt động thường xuyên của bão, lũ luôn đe dọa, nên việc

xây dựng, củng cố, nâng cấp hệ thống đê biển bảo vệ an toàn cho các vùng ven biển là

nhiệm vụ vô cùng cấp bách Để xây dựng được hệ thống đê biển kiên cố, an toàn và tối

ưu về mặt kinh tế đòi hỏi phải có những nghiên cứu chuẩn xác về điều kiện tự nhiên

cho từng khu vực, trong đó đặc biệt quan trọng là những tham số sóng ven bờ liên

quan đến việc thiết kế và đảm bảo sự bền vững của hệ thống đê biển Từ những nhu

cầu thực tế bức xúc trên, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã xây dựng

Chương trình Khoa học công nghệ nhằm xây dựng, củng cố và nâng cấp đê biển cho

vùng ven bờ nước ta trong giai đoạn đến 2010 Đề tài “Xác định chiều cao sóng trong

tính toán thiết kế đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam” do Viện Khoa học Thủy lợi

Việt Nam thực hiện là một trong những đề tài thuộc Chương trình Khoa học và Công

nghệ nói trên

Xuất phát từ nhiệm vụ trước mắt của việc xây dựng, bảo vệ đê biển và phát triển

kinh tế biển có thể thấy nhu cầu nghiên cứu tính toán sóng thiết kế có độ chuẩn xác và

tin cậy cao và tác dụng của rừng cây chắn sóng và các công trình phá, giảm sóng trên

bãi biển trước đê là một vấn đề rất bức xúc, có ý nghĩa to lớn về kinh tế Các kết quả

đạt được của việc thực hiện đề tài sẽ kịp thời phục vụ kế hoạch, lựa chọn các giải pháp

kỹ thuật bảo vệ đê kè biển góp phần phát huy hiệu quả đầu tư sắp tới của Chương trình

nâng cấp đê biển

Trung tâm nghiên cứu Động lực Cửa sông Ven biển & Hải đảo thuộc Viện Khoa

học Thủy lợi Việt Nam là đơn vị đã có nhiều năm nghiên cứu về động lực cửa sông

ven biển và công trình bảo vệ bờ biển, đã tích lũy khá nhiều kinh nghiệm nghiên cứu

khoa học trong lĩnh vực này Trong quá trình thực hiện, đề tài cũng đã cũng tham khảo

nhiều tài liệu quốc tế mới về các vấn đề liên quan và cũng nhận được sự tư vấn khoa

học, giúp đỡ trong việc triển khai nhiều hạng mục phức tạp của Đề tài từ các chuyên

gia Hà Lan, Nhật Bản thông qua Dự án hỗ trợ kỹ thuật của trường TUDELF (Hà Lan):

Gerrit J Schiereck, TS Foekje Buijs, TS Sasia van Vuren, Bob Maaskant và

Tomohiro Suzuki trong phần nghiên cứu tính toán sóng trong bão và đặc biệt về

nghiên cứu tính toán truyền sóng qua rừng ngập mặn, xác định chiều cao sóng phục vụ

tính toán thiết kế đê biển Nhân đây, chúng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn về sự hợp tác hữu

nghị này

II Mục tiêu của đề tài

- Đưa ra được phương pháp xác định chiều cao sóng đảm bảo tính chính xác, đơn

giản, phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng phần bờ biển trong dải bờ biển từ Quảng

Ninh đến Quảng Nam

- Nâng cấp, hoàn thiện tiêu chuẩn tính toán sóng phục vụ công tác thiết kế bảo vệ

và nâng cấp đê biển Xây dựng được Hướng dẫn áp dụng

- Đề xuất được các tiêu chuẩn xác định kích thước, mật độ tối ưu của các loại rừng cây chắn sóng khác nhau và tiêu chuẩn lựa chọn loại hình công trình giảm sóng trước đê

III Nội dung thực hiện đề tài Chương I: Tổng quan các kết quả nghiên cứu về sóng ven bờ đã có trước đây

trong dải ven biển nghiên cứu

Chương II: Kết quả đo đạc địa hình, thủy hải văn bãi biển có rừng ngập mặn

Tiền Hải - Thái Bình phục vụ kiểm định mô hình tính toán sự giảm sóng qua rừng

ngập mặn

Chương III: Xác định các tham số thống kê sóng cho các vùng đặc trưng trong

dải ven biển nghiên cứu

Chương IV: Xác định các tham số sóng trong điều kiện gió mạnh trong gió mùa,

bão tại vùng nước sâu và ven bờ và bổ sung hoàn thiện hướng dẫn tính toán sóng thiết

kế

Chương V: Kết quả nghiên cứu xác định mức độ giảm sóng và các chỉ tiêu thiết

kế RNM và công trình giảm phá sóng bằng phương pháp mô phỏng quá trình tương tác giữa chúng và sóng trên mô hình số

Chương VI: Kết quả nghiên cứu xác định mức độ giảm sóng và các chỉ tiêu thiết

kế RNM và công trình giảm phá sóng bằng phương pháp mô phỏng quá trình tương

tác giữa chúng và sóng trên mô hình thí nghiệm vật lý

Chương VII: Kiến nghị bổ sung hướng dẫn tính toán thiết kế đê biển, các giải

pháp KHCN nhằm bảo vệ, ổn định bãi và đê biển

IV Cách tiếp cận

- Dựa vào đặc điểm điều kiện tự nhiên của phân vùng dải ven biển, chế độ sóng ven bờ theo mùa và cực trị trong gió mùa, bão và nhu cầu hoàn chỉnh hướng dẫn tính toán sóng phục vụ công tác thiết kế đê, kè biển và các công trình khai thác vùng cửa sông, ven biển

- Tiếp cận kế thừa các kinh nghiệm, các tài liệu và kết quả nghiên cứu về sóng ven bờ đã có trước đây trong khu vực bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam bao gồm: bộ số liệu quan trắc sóng ven bờ, biến động địa hình bãi, các kết quả nghiên cứu

đã được ứng dụng để xây dựng đê, kè biển trong nước và thành tựu KHCN hiện đại trên thế giới

- Tiếp cận hệ thống và tổng hợp phân tích đánh giá hạn chế của các qui phạm tính sóng hiện hành và điều kiện khó khăn về số liệu cơ bản ở nước ta đi đến phương pháp thực hiện của các tác giả đề tài sẽ theo hướng xây dựng hệ thống thông tin dữ liệu về sóng (WIS) tính các tham số chế độ của trường sóng vùng nước sâu và trường gió đã được tính sẵn cho từng vùng biển và từ đó được sử dụng làm bộ số liệu đầu vào

Trang 10

dùng để phục vụ các công trình biển vùng ven bờ và sát bờ trong đó có xây dựng đê

biển.Đánh giá hiệu quả, xây dựng chỉ tiêu thiết kế của RNM và các loại hình công

trình chủ động phá, giảm sóng trên bãi trước đê biển dưới tác động của hệ thống tổng

hợp nhiều yếu tố liên quan ràng buộc như: địa hình, thổ nhưỡng, chế độ thủy thạch

động lực ven bờ khu vực và hoạt động của cộng đồng cư dân ven biển

V Phương pháp nghiên cứu:

- Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây trong lĩnh vực sóng ven

bờ Dùng phương pháp thống kê, phân tích số liệu thực đo trên cơ sở khai thác tối đa

các nguồn số liệu thực đo sóng ven bờ của các cơ quan nghiên cứu trong nước và

nguồn số liệu sóng ngoài khơi của một số tổ chức khí tượng quốc tế

- Sử dụng phương pháp khảo sát bằng hệ thống máy đo sóng, địa hình thế hệ

mới hiện đại nhằm đo đạc các tham số đặc trưng năng lượng sóng ứng với các kiểu

rừng ngập mặn với các điều kiện gió khác nhau tại địa điểm lựa chọn tại Tiền Hải-

Thái Bình trên phục vụ xây dựng điều kiện biên và kiểm chứng các bài toán mô phỏng

bằng mô hình toán và vật lý

- Nhiều kỹ thuật hiện đại đã được sử dụng trong khuôn khổ đề tài: Sử dụng

phương pháp mô phỏng trên mô hình vật lý, các mô hình tính sóng họ MIKE để mô

phỏng tuơng tác giữa RNM, công trình và sóng Mô tả được hiện tượng tiêu tán năng

lượng sóng sử dụng tham số ma sát đáy và công thức của Dalrymple (1984) là phương pháp

xấp xỉ quá trình tiêu tán năng lượng sóng do thực vật thích hợp nhất để tích hợp vào mô hình

truyền qua rừng ngập mặn.Mô hình SWAN cung được sử dụng để tính toán sóng lập bảng

sóng và công trình

- Sử dụng tài liệu phân tích viễn thám & GIS phân tích diễn biến quá trình biến

động của RNM và bờ biển

VI Kinh phí và tiến độ thực hiện đề tài

- Kinh phí thực hiện đề tài: 2.550 triệu đồng

Trong đó: - Từ nguồn vốn SNKH: 1.200 triệu đồng;

- Từ nguồn vốn XDCB: 1.350 triệu đồng

- Thời gian thực hiện: từ 5/2007 đến 1/2009 (gia hạn đến 6/2009)

VII Thống kê danh mục sản phẩm của đề tài (tính đến tháng 6/2009):

Bảng A.1 Danh mục tài liệu

4

Bảng A.2 Danh mục chi tiết các chuyên đề khoa học

hướng dẫn tính toán sóng thiết kế phù hợp

ngập mặn và công trình giảm sóng gây bồi bảo vệ đê kè biển đã có trước đây trong dải ven biển nghiên cứu

Hoàn thành theo

đề cương

giảm, phá sóng của công trình trong các điều kiện sóng gió khác nhau

Hoàn thành theo

đề cương

Chuyên đề 10 Xây dựng lưới tính lan truyền sóng vào vùng ven bờ cho

vùng Thanh Nghệ Tĩnh

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 11 Xây dựng lưới tính lan truyền sóng vào vùng ven bờ cho

vùng Bình Trị Thiên

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 12 Xây dựng lưới tính lan truyền sóng vào vùng ven bờ cho

vùng Quảng Nam Đà Nẵng

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 13 Thiết lập các tham số vật lý của mô hình tính toán trường

sóng, tính tóan hiệu chỉnh trường sóng cho các trường hợp

đã lựa chọn

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 14 Kiểm chứng kết quả tính lan truyền sóng vào vùng ven bờ

cho vùng Quảng Ninh - Hải Phòng

Hoàn thành theo

cho vùng Hải Phòng - Ninh Bình

Hoàn thành theo

cho vùng Thanh Nghệ Tĩnh

Hoàn thành theo

Chuyên đề 18 Kiểm chứng kết quả tính lan truyền sóng vào vùng ven bờ

Chuyên đề 19 Xác định các tham số sóng vùng nước sâu khu vực Quảng

Ninh - Hải Phòng với các chu kỳ lặp khác nhau bằng phương pháp thống kê cực trị

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 20 Xác định các tham số sóng vùng nước sâu khu vực Hải

Phòng - Ninh Bình với các chu kỳ lặp khác nhau bằng phương pháp thống kê cực trị

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 21 Xác định các tham số sóng vùng nước sâu khu vực Thanh Hoàn thành theo

Trang 11

Thứ tự Tên tài liệu Ghi chú

Hóa - Hà Tĩnh với các chu kỳ lặp khác nhau bằng phương

pháp thống kê cực trị

đề cương Chuyên đề 22 Xác định các tham số sóng vùng nước sâu khu vực Quảng

Bình - Thừa Thiên Huế với các chu kỳ lặp khác nhau bằng

phương pháp thống kê cực trị

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 23 Xác định các tham số sóng vùng nước sâu khu vực Quảng

Nam - Đà Nẵng với các chu kỳ lặp khác nhau bằng phương

pháp thống kê cực trị

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 24 Thiết lập bảng kết quả tính sóng theo tốc độ gió, đà sóng,

thời gian gió thổi đối với các vùng biển được che chắn có

đà sóng hạn chế

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 25 Thiết lập lưới tính sóng truyền từ vùng nước sâu vào bờ

cho mô hình tính toán lan truyền sóng đối với phân vùng

Quảng Ninh - Hải Phòng

Hoàn thành theo

Hải Phòng - Ninh Bình

Hoàn thành theo

Thanh Nghệ Tĩnh

Hoàn thành theo

Bình Trị Thiên

Hoàn thành theo

Quảng Nam Đà Nẵng

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 30 Thiết lập các đặc điểm vật lý của mô hình tính tóan lan

truyền sóng

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 31 Tính toán hiệu chỉnh và kiểm định trường sóng lan truyền

Chuyên đề 32 Tính toán hiệu chỉnh và kiểm định trường sóng lan truyền

Chuyên đề 33 Tính toán hiệu chỉnh và kiểm định trường sóng lan truyền

cho vùng bờ Thanh Nghệ Tĩnh

Hoàn thành theo

cho vùng bờ Bình Trị Thiên

Hoàn thành theo

cho vùng bờ Quảng Nam - Đà Nẵng

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 36 Đề xuất giải pháp, các chỉ tiêu thiết kế rừng ngập mặn

chống sóng bảo vệ đê biển phù hợp với điều kiện tự nhiên

chung và đặc thù của các phân vùng nghiên cứu

Hoàn thành theo

đề cương

PHẦN VỐN SNKH: THỰC HIỆN NĂM 2008-2009

Chuyên đề 37 Thống kê, phân tích các đặc trưng năng lượng sóng ven bờ

theo phương pháp sóng đơn cho vùng Bắc Bộ

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 38 Thống kê, phân tích các đặc trưng năng lượng sóng ven bờ

theo phương pháp sóng đơn cho vùng Bắc Trung Bộ

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 39 Thống kê, phân tích các đặc trưng năng lượng sóng ven bờ

theo phương pháp sóng đơn cho vùng TrungTrung Bộ

Hoàn thành theo

đề cương

Chuyên đề 41 Phân tích các đặc trưng năng lượng sóng ven bờ theo

phương pháp phổ cho khu vực Bắc Trung Bộ

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 42 Quy luật diễn biến bãi khu vực nghiên cứu bằng phương

pháp phân tích thống kê theo mùa, năm và các hình thái thời tiết đặc biệt

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 43 Quan hệ giữa ảnh hưởng của các đặc trưng thống kê sóng

ven bờ đến ổn định của bãi biển

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 44 Lựa chọn các phương pháp tính toán lan truyền sóng từ

vùng nước sâu vào khu vực công trình đê biển

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 45 Đà gió cho vùng nước hẹp bị che chắn: chi tiết hóa tính

tóan đà tương đương

Hoàn thành theo

đề cương

đề cương Chuyên đề 47 Hướng dẫn phương pháp tính toán sóng nước sâu theo biểu

Chuyên đề 48 Tính tóan bổ sung, thành lập các bảng tính sẵn từ B-7-1

đến B-7-12 các mức tốc độ gió 30, 40, 50 m/s cho các vùng biển đưược che chắn có đà sóng hạn chế (khu vực các vùng ven bờ Quảng Ninh, các cửa sông bị che khuất đối với trường sóng vùng khơi)

Hoàn thành theo

đề cương

Chuyên đề 49 Thiết lập bảng tra tính sẵn các tham số sóng nước sâu theo

tọa độ địa lý và các tham số sóng nước nông theo các phân vùng phân vùng 2: Bắc Bộ

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 50 Thiết lập bảng tra tính sẵn các tham số sóng nước sâu theo

tọa độ địa lý và các tham số sóng nước nông theo các phân vùng phân vùng 3: Thanh Nghệ Tĩnh

Hoàn thành theo

tọa độ địa lý và các tham số sóng nước nông theo các phân vùng phân vùng 4: Bình Trị Thiên

Hoàn thành theo

tọa độ địa lý và các tham số sóng nước nông theo các phân vùng phân vùng 5: Quảng Nam - Đà Nẵng

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 53 Xây dựng chỉ dẫn sử dụng phương pháp tính tóan các yếu

tố sóng nước sâu, lan truyền sóng vào vùng nước nông và sóng trong bão bằng các mô hình số trị cho một số vùng đê trọng yếu và có địa hình đáy biển ven bờ phức tạp, một số vùng cửa sông: Đối với vùng đê trọng yếu và có địa hình đáy biển ven bờ phức tạp

Hoàn thành theo

đề cương

Chuyên đề 54 Xây dựng chỉ dẫn sử dụng phương pháp tính tóan các yếu

tố sóng nước sâu, lan truyền sóng vào vùng nước nông và sóng trong bão bằng các mô hình số trị cho một số vùng đê trọng yếu và có địa hình đáy biển ven bờ phức tạp, một số vùng cửa sông: Đối với một số vùng cửa sông

Hoàn thành theo

đề cương

Chuyên đề 55 Tính tóan sóng trong khu vực bị che chắn: Chiều cao sóng

nhiễu xạ, hệ số nhiễu xạ, chiều cao sóng nhiễu xạ có tính đến phản xạ sóng từ công trình

Trang 12

Chuyên đề 58 Xây dựng quy trình xác định các tham số sóng phục vụ

thiết kế đê, kè biển và các công trình khai thác vùng cửa

sông ven biển: các yêu cầu về số liệu

bố cực trị Fisher - Tippet

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 62 Xác định giá trị độ cao sóng thiết kế tổng hợp không tính

đến tác động của dòng chảy

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 63 Sơ bộ đánh giá, phân loại Rừng ngập mặn và công trình

giảm sóng gây bồi bảo vệ đê kè biển hiện có thuộc dải ven

bờ biển nghiên cứu

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 64 Nghiên cứu xác định mức độ giảm sóng và các chỉ tiêu

thiết kế RNM và công trình giảm phá sóng bằng phương

pháp mô phỏng quá trình tương tác giữa chúng và sóng

trên mô hình số: Bãi có công trình phá sóng kết hợp với kè

giảm sóng trên bãi trước đê theo 3 PA bố trí

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 67 Tổng quan nghiên cứu xác định hệ số và các tham số quan

hệ giảm sóng khi bãi có rừng ngập mặn với chủng loại kích

thước khác nhau

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 68 Kết quả thí nghiệm xác định hệ số và các tham số quan hệ

giảm sóng khi bãi có rừng ngập mặn

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 69 Kết quả kiểm định và thí nghiệm nghiệm chứng mô hình

bố trí qui hoạch rừng ngập mặn

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 70 Thí nghiệm xác định các tham số quan hệ giảm sóng, bề

rộng tối thiểu của rừng ngập mặn với 03 Phương án qui

hoạch mặt bằng

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 71 Kết quả kiểm định và nghiệm chứng mô hình thí nghiệm

xác định hệ số giảm sóng khi bãi có công trình giảm, phá

sóng

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 72 Xác định hệ số và các tham số quan hệ giảm sóng khi bãi

có công trình giảm, phá sóng với độ cao khác nhau

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 73 Kết quả kiểm định và nghiệm chứng mô hình thí nghiệm

xác định hệ số giảm sóng khi bãi có công trình các dạng

công trình gây bồi giảm sóng

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 74 Xác định hệ số và các tham số quan hệ giảm sóng khi bãi

có công trìnhnh các dạng kè ngang gây bồi phá sóng với

kích thước khác nhau

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 75 Kiểm định và thí nghiệm nghiệm chứng mô hình thí

nghiệm xác định mức độ giảm sóng khi bãi có tổ hợp bố trí

công trình phá sóng phối hợp

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 76 Xác định mức độ giảm sóng khi bãi có tổ hợp bố trí công

trình phá sóng phối hợp

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 77 Xác lập luận cứ khoa học, xây dựng quy trình xác định các Hoàn thành theo

8

Chuyên đề 78 Kiến nghị chiều rộng tối thiểu và các kích thước thiết kế

rừng cây chắn sóng trên bãi trước đê biển, bổ sung hướng dẫn tính toán thiết kế đê biển

Hoàn thành theo

đề cương Chuyên đề 79 Đề xuất giải pháp KHCN làm giảm sóng ổn định và chống

được phá hoại của sóng lớn, bằng biện pháp nuôi trồng bảo

vệ rừng ngập mặn và các biện pháp công trình giảm, phá sóng trên bãi trước đê biển

1.1 - Phương pháp phân tích lựa chọn phân vùng đặc trưng để áp dụng tính toán sóng thiết kế

- Phương pháp tính toán sóng nước sâu

và lan truyền sóng trong điều kiện gió mùa và bão

- Phương pháp tính toán tương tác giữa sóng với RNM và công trình phá sóng bằng mô hình số và vật lý

1 1 Hoàn chỉnh các nội

dung theo đề cương

1.2 - Bổ sung tiêu chuẩn tính sóng thiết kế:

Các bảng tra tham số sóng đưa vào Hướng dẫn tính toán thiết kế đê biển

- Bổ sung tiêu chuẩn thiết kế (kích thước, bề rộng tối thiểu của RNM, )

1.3 - Quy trình xác định các tham số sóng phục vụ thiết kế đê biển và các công

trình khai thác vùng cửa sông ven biển

1.5 Các báo cáo phân tích

1 Báo cáo tổng quan các kết quả nghiên cứu về sóng ven bờ đã có trước đây trong dải ven biển từ Quảng Ninh đến

Quảng Nam

2 Báo cáo kết quả đo đạc năng lượng sóng

và các đặc trưng sóng ứng với các kiểu rừng ngập mặn và các điều kiện gió khác nhau tai hiện trường

3 Báo cáo nghiên cứu qui luật và xác định 1 1 Hoàn chỉnh các nội

Trang 13

TT Tên sản phẩm đăng ký Đăng

ký

Thực hiện

Ghi chú

các tham số thống kê sóng cho một số

vùng bờ biển đậc trưng trong dải ven

biển nghiên cứu

4 Báo cáo xác định các tham số sóng trong

điều kiện gió mạnh trong gió mùa, bão

tại vùng nước sâu và ven bờ (Thực hiện

các quy trình tính sóng vùng nước sâu

theo các mô hình tính sóng hiện đại

thuộc thế hệ III)

5 Báo cáo kết quả nghiên cứu xác định

mức độ giảm sóng và các chỉ tiêu thiết

kế RNM và công trình phá sóng bằng

phương pháp mô phỏng quá trình tương

tác giữa chúng và sóng trên mô hình số

6 Báo cáo kết quả nghiên cứu xác định

mức độ giảm sóng và các chỉ tiêu thiết

kế RNM và công trình giảm phá sóng

bằng phương pháp mô phỏng quá trình

tương tác giữa chúng và sóng trên mô

hình thí nghiệm vật lý

7 Báo cáo nghiên cứu cơ sở khoa học về

2.1 Đăng 02 bài báo trên các tạp chí:

1.Calculation of the wave parameters for

sea dyke design and upgrading (Tạp chí

2.2 Tham gia hội nghị (có 02 Báo cáo khoa

học)

hội nghị, hội thảo có liên quan đến chương trình đê biển

PHẦN B: BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Chương I TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ SÓNG VEN BỜ ĐÃ CÓ TRƯỚC ĐÂY TRONG DẢI VEN BIỂN NGHIÊN CỨU

Để tính các yếu tố sóng do gió trên biển phục vụ thiết kế các công trình biển hiện

có rất nhiều phương pháp Tuỳ theo yêu cầu và tính chất của nội dung thiết kế mà những người làm công tác tư vấn có thể sử dụng các phương pháp khác nhau Trong thiết kế các công trình biển, có nước định ra các qui trình, qui phạm, tiêu chuẩn ngành, có nước chỉ xuât bản sổ tay tra cứu, có nước không đề ra qui định gì, tuỳ các nhà tư vấn lựa chọn Ở Việt Nam, việc thiết kế các công trình nhất nhất phải tuân theo các qui phạm Nhưng các qui phạm hoặc qui trình, tiêu chuẩn ngành của Việt Nam thường được biên soạn theo một qui trình, qui phạm của nước ngoài, nên khi sử dụng thường gặp khó khăn.Trên cơ sở tổng quan các phương pháp tính sóng, phân tích

và đề xuất định hướng cho việc biên soạn qui phạm tính sóng cho công trình đê biển của Việt Nam

I.1 TỔNG QUAN CÁC QUI PHẠM, HƯỚNG DẪN TÍNH SÓNG THIẾT KẾ I.1.1 Tổng quan các phương pháp tính sóng gió trên biển

I.1.1.1 Về phương pháp luận

Tính toán các yếu tố sóng hiện nay có thể qui về ba loại cơ bản: Phương pháp kinh nghiệm, phương pháp năng lượng và phương pháp phổ

a Phương pháp kinh nghiệm: Dựa vào tài liệu quan trắc sóng và gió, dùng

phương pháp thống kê toán lý, xác lập quan hệ giữa các yếu tố sóng và gió Sử dụng các quan hệ này, chỉ cần biết yếu tố gió sẽ dự báo được các yếu tố sóng tương ứng

b Phương pháp năng lượng: Cho rằng sóng nhận được năng lượng từ gió, đồng

thời lại tiêu hao năng lượng vì sức cản ma sát Có thể xây dựng phương trình cân bằng năng lượng, thông qua phương pháp toán học, xác lập biểu đồ quan hệ giữa sóng và gió, sau đó sử dụng những biểu đồ đó để dự báo

c Phương pháp phổ: Năng lượng này phân bố theo tần suất của các sóng thành

phần Nếu tìm ra được qui luật phân bố năng lượng này thì có thể căn cứ vào quan hệ giữa phổ và các yếu tố sóng để dự báo các yếu tố sóng

I.1.1.2 Về phương pháp tính toán

Tuy có rất nhiều phương pháp tính toán yếu tố sóng, nhưng trong quá trình suy diễn và sử dụng đều phải xử lý có tính chất kinh nghiệm, vì vậy phần lớn đều thuộc loại kinh nghiệm, bán lý thuyết

Về phương pháp tính toán, cũng tồn tại 3 loại:

1) Tính toán theo các công thức kinh nghiệm:

Trang 14

11

Các công thức kinh nghiệm tính toán các yếu tố sóng có rất nhiều như L.P Titôp,

của SMB (Sverdrup - Mank - Bretschneider), của Suleikin, của Pierson - Rayman -

James, của Krưlov,

2) Tính toán theo các biểu đồ bảng biểu lập sẵn

BIểu đồ Hindcast được sử dụng nhiều nhất và được giới thiệu chi tiết trong sổ tay

kỹ thuật bảo vệ bờ của Mỹ (SPM, tập 1) Tổ chức khí tượng thế giới WMO cũng đưa

ra các đồ thị, bảng biểu trong “cẩm nang phân tích và dự báo sóng N0-702” (Xuất bản

1990, tái bản năm 1998, Genever) Ngoài ra, các qui trình qui phạm của Liên Xô cũ,

của Trung Quốc (Qui phạm kỹ thuật công trình cảng - 1987) đều công bố và khuyến

cáo các biểu đồ, bảng biểu để tính toán các yếu tố sóng

3) Tính toán theo phần mềm máy tính: dựa trên cơ sở các phương trình giải các

hệ phương trình lý thuyết về sóng

Hiện nay trên thế giới đã công bố và đưa ra thị trường rất nhiều sản phẩm phần

mềm để tính sóng như:

- Của Mỹ: ACES, RCPWAVE, STWAVE, REFDIF, SMB

- Của Anh: OUTRAY,

- Của Đan Mạch: MIKE-21-NSW

- Của Hà Lan: DELFT-3D, CRESS.8.04

4) Nghiên cứu trên mô hình vật lý (bể sóng và máng sóng) phát triển mạnh ở các

nước Anh (Walingford), Hà Lan (Delft), Pháp (SORGREAH),

I.1.2 Đặc điểm và điều kiện ứng dụng của một số chương trình tính toán tiêu

biểu:

I.1.2.1 Tính toán sóng biển sâu:

a) Phương pháp tính toán sóng biển sâu dựa vào cẩm nang phân tích và dự báo

tái bản năm 1998, Genever) Điều thuận lợi nhất là không cần phải kiểm định độ tin

cậy của các phương pháp tính sóng biển sâu theo trường gió khi sử dụng phương pháp

đóng gói trong cẩm nang này

b) Phương pháp SMB

Với các vùng biển kín hoặc nửa kín, tương đối bị hạn chế về đà gió, ở đây tồn tại

dạng sóng gió là chính, sử dụng phương pháp SMB để tính sóng ngoài khơi Phương

pháp SMB đã được xây dựng trên cơ sở các công thức tính độ cao sóng hữu hiệu và

chu kỳ trung bình của sóng phụ thuộc vào tốc độ kéo của gió trên mặt nước, đà sóng

và độ sâu điểm tính ở nước ta, phương pháp này đã được sử dụng cho các vùng ven

bờ Vịnh Bắc Bộ và Vịnh Thái Lan

c) Phương pháp phổ năng lượng sóng trong bão

Tại các vùng biển rộng với đà gió lớn và luôn tồn tại sóng lừng kết hợp với sóng

gió, có thể sử dụng phương pháp phổ tham số để tính sóng ngoài khơi Phương pháp

này được xây dựng trên cơ sở giải phương trình cân bằng năng lượng các thành phần

12

phổ viết dưới dạng tham số, được giải riêng cho trường hợp sóng gió và sóng lừng sau

đó tổng hợp lại Kết quả nhận được là độ cao sóng lớn, chu kỳ và hướng sóng trung bình của sóng tổng cộng tại từng điểm tính phụ thuộc vào tốc độ gió và các tham số tính toán khác (độ sâu, bước thời gian, hướng sóng, khoảng tần số tính sóng lừng, )

d) Chế độ sóng vùng biển sâu còn có thể nhận được theo cách thu thập từ các số liệu viễn thám hay từ các số liệu tính toán bằng các mô hình tính toán sóng/gió cỡ

toàn cầu của các trung tâm tính toán và dự báo thời tiết trên biển và cũng có thể có được bằng các phương pháp tính toán sóng dựa trên số liệu gió tại các trạm khí tượng hải văn trên cao Ví dụ, tại khu vực Biển Đông, có thể lấy được các số liệu của Cơ quan khí tượng Anh (BMO); Có thể lấy các số liệu của chương trình Nghiên cứu Khí tượng Hải Dương, vùng Đông Nam Á - SEAMOS hoặc các số liệu của các Trung tâm

dự báo thời tiết khu vực như Nhật (JMA), Hồng Kông, Mỹ, ; Các số liệu bão có thể thu thập từ bản đồ đường đi của bão của Cơ quan Quốc gia về Đại Dương và khí quyển Mỹ, NOAA CD-ROM hoặc từ số liệu của các trung tâm dự báo khí tượng của các nước trong khu vực, trong đó có Trung tâm Khí tượng thuỷ văn Quốc gia nước ta Các số liệu viễn thám về trường sóng hoặc các số liệu trường sóng tính toán và phân tích thường là các số liệu chỉ mới có trong những năm gần đây (cỡ khoảng 5 năm) Ngoài ra các số liệu này có rất nhiều hạn chế, như loại số liệu có độ chính xác khá tốt về độ cao (satellite altimeter record) đo được ở dạng các chuỗi độ cao sóng theo các thời gian nhưng lại không có các thông tin về chu kỳ và hướng sóng Số liệu trường sóng vùng nước sâu có độ tin cậy nhất có thể là các số liệu nhận được từ các

mô hình tính sóng hoặc các trường sóng phân tích của các trung tâm nghiên cứu, dự báo biển như BMO, SEAMOS, JMA Tuy nhiên, như đã nêu trên, các số liệu này thường chỉ có trong khoảng 5 năm (gần đây trên địa chỉ của SEAMOS có thông báo là

đã có các chuỗi số liệu sóng cho nhiều điểm trên Biển Đông với thời gian tính toán là

20 năm www.oceanweather.com)

I.1.2.2 Các mô hình tính sóng ven bờ

a) Mô hình tính sóng ven bờ biển và cửa sông CRESS.8.4 Delft, Hà Lan (1999)

được dùng để tính sóng do gió tại chuỗi sinh ra Đây cũng là một phần mềm thông dụng thường được dùng khi điều kiện địa hình đáy và bờ biển tương đối đơn giản và cho kết quả tính toán ổn định và tin cậy

b) Phương pháp tính sóng ven bờ khác là mô hình số trị RCPWAVE nổi tiếng,

thông dụng, do Trung tâm nghiên cứu công trình biển ven bờ, thuộc Quân đội Hoa Kỳ (CERC, US Army, 1986), phát triển vào mô hình sóng elliptic Mild-Slope Wave Model (Berkhoff, 1972) Nó đã được tiếp tục cải tiến và đóng gói dưới dạng một phần mềm tin học khá hoàn chỉnh

c) Mô hình STWAVE

STWAVE là mô hình phổ sóng viết tắt của Steady-state spectral WAVE model

do các tác giả Resio (1987-1988), Davis (1992),Smith, Qesio và Zundel (1999) phát

Trang 15

triển STWAVE là mô hình sai phân hữu hạn phổ ổn định để tính sóng trong vùng ven

bờ

STWAVE mô phỏng quá trình khúc xạ, hiệu ứng biển nông, tương tác với dòng

chảy, sóng đổ, nhiễu xạ, sự phát triển sóng gió, tương tác giữa sóng và sóng, mô hình

cho trường biến đổi độ cao sóng gần công trình Phổ sóng là đại diện thống kê của

trường sóng, nó mô tả phân bố năng lượng như là hàm số của tần số (phổ một chiều)

hoặc của tần số và góc (phổ 2 chiều)

Những điều kiện của mô hình là:

- Địa hình đáy có độ dốc vừa và bỏ qua sóng phản xạ, ma sát đáy

- Các điều kiện sóng nước sâu của không gian mô phỏng không đáng kể và với

khoảng 10km được coi là nhỏ Như vậy, các phổ đầu vào trong STWAVE là không đổi

dọc theo biên nước sâu.Trong mô hình STWAVE, tính toán khúc xạ và biến dạng

trường sóng khi truyền vào vùng bờ dựa trên cơ sở áp dụng luật bảo toàn năng lượng

dọc theo tia sóng

d) Mô hình MIKE-21-NSW của DHI (Đan Mạch)

Trong bộ MIKE của Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI), nhiều mô hình tính toán sự

lan truyền sóng vào vùng cửa sông, ven bờ đã được áp dụng: Mô hình tia sóng, mô

hình elliptic (MIKE-21-NSW), mô hình Parabolic (MIKE-21-PMS) Mỗi mô hình đều

có những ưu nhược điểm của nó Phương pháp elliiptic có tính toán đến hiện tượng

nhiễu xạ nhưng không thích hợp cho bài toán có miền tính lớn Mô hình Parabolic có

thể tính toán cho sự lan truyền sóng trong miền lớn với địa hình phức tạp nhưng yêu

cầu phải có một trục toạ độ phải song song với hướng sóng chính nên không thích hợp

cho miền tính có địa hình phức tạp và hướng sóng chính chưa được xác định cụ thể

Mô hình MIKE-21-NSW là mô hình có thể loại trừ những nhược điểm trên

MIKE-21-NSW là mô hình số trị phổ sóng gió ven bờ Mô hình này có khả năng

mô phỏng sự lan truyền, sự phát triển và sự suy giảm của sóng khi truyền vào ven bờ

I.1.3 Các phương pháp tính sóng trong quy phạm (sổ tay) các nước tiên tiến trên

thế giới

Trong phần phụ lục đã giới thiệu 5 quy phạm tính sóng của Nhật Bản, Trung

Quốc, Liên Xô cũ, Anh và Mỹ Quy phạm Nhật Bản đã được Hội Cảng - Đường thuỷ

Việt Nam dịch ra tiếng Việt Quy phạm Liên Xô cũ CH.2.0604-82* đã được dịch ra

tiếng Việt và Bộ GTVT đã lấy nguyên văn làm tiêu chuẩn ngành 22TCN-222-95 sử

dụng cho đến nay Quy phạm của Anh BS6349 cũng đã được dịch ra tiếng Việt và

được nhiều cơ quan tư vấn của Bộ GTVT sử dụng trong một số dự án

Trong 14 TCN-130-2002 hướng dẫn thiết kế đê biển, phần tính sóng đã giới thiệu

3 phương pháp:

- Phương pháp Bretshneider kèm theo các bảng tra do Pilarczyk lập

- Phương pháp sử dụng phần mềm ACES, RCPWAVE và OUTRAY

- Phương pháp biểu đồ Hindcar của Mỹ

Do không quy định rõ bắt buộc tính theo phương pháp nào nên các kỹ sư tư vấn rất khó sử dụng

Từ các quy phạm của 5 nước kể trên ta có thể thấy, mặc dù ở các nước đó có những phần mềm mạnh, nhưng khi thiết kế công trình họ đều quy định sử dụng các đồ thị có sẵn

I.1.3.1 Qui phạm tính sóng của Nhật Bản (Technical standards and commentaries

for port and harbours facilities in Japan, 1988)

* Phương pháp xác định các điều kiện của sóng dùng trong thiết kế:

Các nguyên tắc để xác định các sóng nước sâu dùng trong thiết kế:

1) Đối với các dữ liệu đo đạc thực tế, nên có thời gian đo đạc tương đối dài (10 năm hoặc hơn) tuy nhiên, khi thiếu các số liệu đo đạc thực tế như vậy, phải sử dụng các giá trị đã dự báo có được bằng cách sử dụng các dữ liệu củat khí tượng của ít nhất khoảng 30 năm các giá trị này được niệu chỉnh bằng các dữ liệu đo đạc sóng thực tế có thể có được

2) Khi các giá trị dự báo có được từ các dữ liệu khí tượng được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng các dữ liệu đo đạc thực tế cần thiết là các dữ liệu đo đạc phải có được trong một thời kỳ ít nhất 3 năm và có được một số lượng đáng kể các trường hợp bão lớn Tuy nhiên, nếu các con sóng được ghi lại trong một thời tiết khác thường chỉ xảy

ra một lần trong một số ít đợt 10 năm và giá trị của các sóng đó vượt quá tất cả các giá trị đã dự báo, các giá trị quan sát được có thể được dùng làm sóng nước sâu tính toán 3) Nếu tuyệt đối không có các dữ liệu đo đạc thực tế tại địa điểm cần nghiên cứu, hoặc nếu các số liệu đo đạc có được chỉ là trong các điều kiện cực kỳ hạn chế, có thể

sử dụng các số liệu đo đạc cho một địa điểm lân cận có các điều kiện tự nhiên tương

tự Trường hợp này, có thể sử dụng các số liệu NOWPHAS (Nationwide ocean wave information network for ports and harbors)

4) Nếu được biết một cơn bão khác thường xuất hiện trong khu vực trước thời kỳ

mà việc dự báo sóng có sử dụng các số liệu khí tượng được thực hiện (ví dụ trong một thập niên trước đó), các số liệu ghi chép của sự kiện đó phải được xét đến

5) Khi sử dụng các giá trị dự báo cho một cơn bão giả thuyết, nên nghiên cứu đầy

đủ độ lớn của các cơn bão trước đây và các hành trình chúng đã đi, bao gồm cả một nghiên cứu về xác suất xuất hiện của một cơn bão như thế

6) Khi ước tính nước sâu có sử dụng các số liệu đo đạc thực tế, cần xét đến vấn

đề là chiều cao sóng đo được đã bị ảnh hưởng bởi khúc xạ và cạn Khi đó chiều cao sóng của sóng nước sâu phải hiệu chỉnh bằng cách chia chiều cao đo được cho hệ số cạn, trong trường hợp đó, cũng cần xem xét đến các sự thay đổi trong hướng sóng 7) Nếu chiều cao sóng có ý nghĩa có được từ các số liệu đo đạc thực tế lớn hơn một nửa chiều sâu nước tại địa điểm đo đạc, có thể cho rằng việc đo sóng này đã bị ảnh hưởng bởi hiện tượng sóng vỡ Với các số liệu sóng như vậy, các thông số của sóng nước sâu phải được tính bằng cách dự báo sóng

Trang 16

15

8) Nên xác định sóng nước sâu sẽ được sử dụng trong thiết kế có xét đến xác suất

gặp ngẫu nhiên dựa trên chu kỳ trở lại và tuổi thọ của kết cấu đang xét Tuy nhiên,

cách lý giải xác suất gặp ngẫu nhiên sẽ tuỳ thuộc vào các chức năng, tầm quan trọng

và thời hạn thu hồi vốn của kết cấu và các yếu tố khác, và do đó không thể xác định nó

cho trường hợp chung Vì vậy nó phải được xác định riêng cho mỗi trường hợp riêng

rẽ bằng sự xét đoán của kỹ sư chịu trách nhiệm

9) Khi xác định sóng nước sâu sẽ sử dụng trong thiết kế, cần xem xét các ngoại

lực và các hư hỏng đã qua của các kết cấu hiện có lân cận với kết cấu đang thiết kế

10) Phải xác định thông số sóng nước sâu riêng biệt cho mỗi hướng của các

phương vị mười sáu điểm, tuy nhiên các hướng có chiều cao sóng nhỏ và ảnh hưởng

của chúng lên kết cấu đã được xét đoán là không đáng kể thì có thể loại bỏ

* Phương thức xác định các thông số của sóng tính toán

Đầu tiên, sóng nước sâu phải xác định theo phần đầu của chỉ dẫn: Nguyên tắc để

xác định sóng nước sâu dùng trong thiết kế Sau đó, phải đánh giá theo biến dạng do

khúc xạ, nhiễu xạ, cạn và vỡ Cuối cùng các sóng có ảnh hưởng bất lợi nhất đến kết

cấu đang nghiên cứu hoặc các công trình trong hậu phương phải được dùng làm sóng

tính toán

Các thông số của sóng tính toán được xác định theo phương thức sau:

1) Các ảnh hưởng của sự biến dạng của sóng như khúc xạ, nhiễu xạ, cạn và vỡ áp

dụng cho sóng nước sâu xác định theo Nguyên tắc để xác định sóng nước sâu dùng

trong thiết kế để xác định các thông số của sóng tính toán tại vị trí thiết kế

2) Nếu vị trí đang xét phải chịu các điều kiện đặc biệt (ví dụ các sự nhiễu loạn do

các sóng phản xạ từ ngoài hoặc một sự tăng chiều cao sóng do các góc lõm), cũng phải

xét đến các điều kiện này

3) Lực sóng và các tác động khác của sóng lên kết cấu đang xét như việc sóng

tràn bờ được xác định đối với các sóng có được trên đây

4) Tuỳ theo các điều kiện khác nhau liên quan đến các hoạt động của sóng, có thể

có trường hợp lực sóng trở thành lớn nhất khi mực nước thấp, và do đó phải tiến hành

ngiên cứu cho tất cả các mực nước có thể nhận thức được

5) Việc tính toán trên được thực hiện cho mỗi hướng có thể có theo đó sóng nước

sâu có thể tiến vào Sóng nước sâu có tác động lớn nhất hoặc có các ảnh hưởng lên kết

cấu đang nghiên cứu hoặc các công trình ở hậu phương bất lợi nhất được chọn làm

sóng tính toán

1) Các phương pháp phổ

Các phương pháp phổ có thể phân loại thành phương pháp thành phần phổ đã

được phát triển bằng cách giả định rằng các thành phần của phổ cho mỗi tần số và

hướng phát triển độc lập cho tới khi đạt được trạng thái cân bằng nào đó, và phương

pháp thông số dựa trên ý đồ rằng sự phát triển và suy giảm của một phổ sóng có thể

được mô tả bằng một số nhỏ nào đó các thông số

Phương pháp phổ có các lợi ích sau đây so với phưong pháp sóng có ý nghĩa:

2) Các phương pháp sóng có ý nghĩa

Trong chỉ dẫn cũng giới thiệu các sóng có ý nghĩa gồm:

- Phương pháp S-M-B: được dùng khi trường gió tĩnh Chiều cao và chu kỳ của sóng nước sâu có ý nghĩa được ước tính từ vận tốc gió và thời gian gió thổi trong trường gió và chiều dài hướng gió

3) Xử lý thống kê các dữ liệu quan trắc và sóng đã dự báo

(1) Các đặc trưng của sóng được biểu thị như sự phân bố chung của chiều dài sóng và chu kỳ sóng theo hướng sóng bằng việc sử dụng các dữ liệu sóng hàng tháng, mùa và hàng năm

(2) Các dữ liệu sóng bão phải được phân loại bằng phương pháp tính, ngưỡng để

có được bộ dữ liệu các chiều cao sóng cực hạn dùng cho việc phân tích thống kê cực hạn, và chiều cao sóng cực hạn phải biểu thị bằng chu kỳ phản hồi

(3) Ước tính chiều cao sóng theo chu kỳ lặp Trong khi xử lý thống kê, các chiều cao sóng được xếp lại theo thứ tự thấp dần,

và tính xác suất của mỗi giá trị chiều cao sóng không vượt qua Nếu có N dữ liệu và chiều cao sóng lớn nhất thứ m được biểu thị bằng xm, N, xác suất P để chiều cao sóng không vượt quá xm, N được tính theo phương trình sau:

Trang 17

P ,N 1 (1.1)

Các giá trị dùng cho phân bố Gumbel được xác định bởi Gringorten sao cho các

ảnh hưởng của mức dộ phân tán thống kê trong các dữ liệu được giảm đến tối thiểu

Các giá trị dùng cho phân bố Weibull được xác định bởi Petruaskas và Aagaard cũng

cùng nguyên tắc đó

I.1.3.2 Qui phạm tính sóng của Liên Xô cũ

A Một số qui định chung

1 Khi xác định các thông số của sóng ở phía vùng nước không được che chắn và

trong các khu nước được che chắn phải xét đến các yếu tố hình thành sóng: tốc độ gió,

hướng gió, thời gian tác động liên tục của gió trên mặt nước, kích thước và hình dạng

của vùng nước chịu gió, địa hình đáy biển và độ sâu vùng nước có xét đến các dao

động mực nước

2 Mực nước tính toán và các đặc trưng của gió phải xác định theo kết quả xử lý

thống kê các chuỗi số liệu quan trắc nhiều năm (≥25năm) Khi xác định mực nước tính

toán phải xét các chuỗi dao động do thuỷ triều, nước dâng và nước rút do gió bão, các

dao động theo mùa và theo năm

3 Khi tính toán các thông số sóng phải chia biển thành các vùng sau đây:

• Vùng nước sâu - với độ sâu d>0,5λd; ở vùng này đáy biển không ảnh hưởng

gí đến các đặc trưng của sóng;

• Vùng nước nông - với độ sâu d nằm trong phạm vi 0,5λd≥d>d cr; ở vùng này

sự lan truyền của sóng và các đặc trưng của sóng chịu ảnh hưởng của đáy biển;

• Vùng sóng đổ - từ độ sâu dcr đến độ sâu dcr.u , là hai độ sâu bắt đầu và kết thúc

của sóng đổ;

• Vùng mép nước - nơi có độ sâu ≤dcr.u, ở đó dòng sóng vỡ tràn lên bờ theo chu

kỳ

4 Khi xác định độ ổn định và độ bền của công trình thuỷ và các cấu kiện, suất

bảo đảm tính toán của chiều cao sóng trong hệ sóng phải lấy theo loại công trình thuỷ

và suất bảo đảm tính toán tương ứng

5 Qui định về mực nước tính toán

Mực nước tính toán cao nhất phải lấy theo qui định của các tiêu chuẩn thiết kế

công trình thuỷ Khi xác định tải trọng và tác động trên công trình thuỷ thì suất bảo

đảm tính toán của mực nước phải lấy không lớn hơn

1% (1 lần trong 100 năm) - đối với công trình cấp I;

5% (1 lần trong 20 năm) - đối với công trình cấp II, III;

10% (1 lần trong 10 năm) - đối với công trình cấp IV;

Theo mực nước cao nhất hàng năm

6 Các đặc trưng tính toán của gió

Khi xác định các phần tử của sóng gió và nước dâng do gió phải lấy suất bảo

2% (1 lần trong 50 năm) - đối với công trình cấp I và II;

4% (1 lần trong 25 năm) - đối với công trình cấp III và IV

Khi có luận cứ có thể lấy suất bảo đảm của cơn bão tính toán bằng 1% đối với các công trình cấp I và II

Giá trị đà gió lớn nhất Lu (m) cho phép lấy theo Bảng 1.1 đối với tốc độ gió tính toán VW (m/sec) cho trước

Bảng 1.1 Đà gió ứng với tốc độ gió cho trước

Giá trị đà gió lớn nhất, Lu.10-3, m 1600 1200 600 200 100

B Các thông số của sóng ở vùng nước sâu

Chiều cao trung bình h d (m) và chu kỳ trung bình của sóng T (sec) ở vùng nước

sâu phải xác định theo đường cong bao trên cùng Căn cứ vào các giá trị của các đại

lượng không thứ nguyên gt/VW và gL/VW2 và đường cong bao trên cùng để xác định các trị số h d/V W2 và g / T V W và lấy các giá trị bé nhất tìm được để tính ra chiều cao trung bình và chu kỳ trung bình của sóng

Chiều dài trung bình λd (m) của sóng với giá trị T đã biết phải xác định theo công thức:

πλ2

2

T g

d= (1.2)

Chiều cao sóng có suất bảo đảm i% trong hệ sóng h d i (m) phải xác định bằng

cách nhân chiều cao trung bình của sóng với hệ số k i ứng với đại lượng không thứ

nguyên gL/V w 2 Khi đường bờ có hình dạng phức tạp thì trị số gL/V w 2 phải xác định theo đại lượng h d/V W2 và đường cong bao trên cùng của biểu đồ

Các thông số của sóng với suất bảo đảm 1%; 2%; 4% phải lấy theo các hàm phân

bố được xác định theo các số liệu hiện trường; còn nếu không có hoặc không đủ các số liệu đó thì lấy theo kết quả xử lý các bản đồ khí tượng

C Các thông số của sóng ở vùng nước nông

Chiều cao sóng có suất bảo đảm i% ở vùng nước nông với độ dốc đáy ≥0,002 phải xác định theo công thức:

d l r t

h = (1.3) Trong đó:

kt – Hệ số biến hình;

kr – Hệ sô khúc xạ;

kl – Hệ số tổng hợp các tổn thất;

ki – Hệ số

Trang 18

19

Chiều dài sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng nước nông phải xác định theo

hình 4 ứng với các giá trị đã biết của các đại lượng không thứ nguyên d/λd và

Chiều cao sóng ở vùng sóng đổ h sur,1% (m) phải xác định đối với các độ dốc đáy i

cho trước theo các đường cong lập sẵn, cách xác định là căn cứ vào giá trị đã biết của

đại lượng không thứ nguyên d/λd để tìm ra trị số h sur,1%/ T g 2 , từ đó sẽ tính ra h sur, 1%

Chiều dài sóng ở vùng sóng đổ λsur (m) phải xác định theo đường cong bao trên

cùng ở cùng đồ thị

I.1.3.3 Qui phạm tính sóng của Anh (BS6349 Part7.1991 - Maritine structures Guide

to the design and Construction of breakwater)

Khi thiết kế một công trình biển cần phải có các dự tính về trạng thái biển cực

hạn có thể xảy ra tại vị trí được xây dựng Một phương pháp để thu thập được những

dự tính như vậy là sử dụng các quan sát, tính toán tốc độ gió cao và áp dụng chúng vào

kỹ thuật dự báo sóng Sau đó thực hiện phép ngoại suy dự báo chiều cao sóng để có

được các dự tính các điều kiện sóng cực trị Khi có thể, nên luôn kiểm tra các dự báo

này bằng những nguồn số liệu hiện có, như các quan sát sóng thực hiện trên tàu Dự

báo sóng sẽ cho dự đoán về đặc trưng sóng ngoài khơi, cần để thực hiện những nghiên

cứu tiếp theo, khi kết hợp chặt chẽ khúc xạ, sự suy giảm sóng do các điều kiện địa

hình đáy biển ven bờ, đủ để xác định các đặc trưng sóng ven bờ

Cũng có thể thu được dự tính các điều kiện sóng cực trị bằng cách ngoại suy một

loạt những phép đo sóng tại hiện trường Nói chung, điều này đòi hỏi các số liệu sóng

nhiều nhất 1 năm Khi có thể, các dự tính dựa trên dự báo về sóng do gió phối hợp với

các tính toán khúc xạ và tắt sóng cần được bổ sung bằng nhiều quan sát hiện trường

Nếu cần dự báo chính xác trong điều kiện địa hình đáy biển phức tạp thì các quan

sát hiện trường ven bờ là rất quan trọng Ví dụ như, với các dải ngầm, doi cát ngoài

khơi thì ứng xử của sóng chắc chắn sẽ không tuyến tính do các ảnh hưởng như sóng

vỡ, làm cho những dự báo về nghiên cứu khúc xạ và tắt sóng không chính xác Nếu

không có số liệu sóng ven bờ cho các vị trí đó, có thể sử dụng mô hình vật lý của khu

vực kết hợp với máy tạo sóng ngẫu nhiên để dự tính chế độ sóng ven bờ Hướng dẫn

này cho chỉ dẫn về khảo sát, dự báo và ngoại suy cho những chế độ sóng ven bờ và

ngoài khơi Tiếp theo, chỉ dẫn về ảnh hưởng đối với trạng thái biển của các công trình

như tường biển, đê chắn sóng và bể cảng cùng với các phương pháp xác định những

điều kiện biển cho phép đối với các tàu đang neo Phần đầu hướng dẫn cho thông tin

chung về các đặc trưng sóng, các định nghĩa, nguồn gốc của các thuật ngữ thường

dùng để mô tả tính chất của sóng, các đặc trưng của sóng gồm: Các dạng sóng, chiều

cao sóng, chu kỳ sóng, tần số sóng, chiều dài sóng Ngoài ra, chỉ dẫn này cũng đã cho

định nghĩa khá rõ về các tham số biểu đạt được các trạng thái biển như: chiều cao

tính bằng công thức:

R T

Các công trình được thiết kế để chịu hầu hết mọi tác động trong các tình huống khác thì chúng sẽ đắt hơn các công trình yếu hơn, trong đó bao gồm cả chi phí sửa chữa định kỳ Bằng cách kể hết các chi phí trong tín toán, theo cách này có thể thiết lập một mức chấp nhận được về rủi ro cảu điều kiện thiết kế xảy ra trong một số năm

đã cho Nói chung, chu kỳ lặp của điều kiện thiết kế sẽ vượt quá chu kỳ đã cho mà theo đó các chi phí đã được tối ưu hoá

Loại tối ưu hoá chi phí này chỉ có thể sử dụng khi tin tưởng rằng đã biết trước mức độ hư hại xảy ra trong các điều kiện thiết kế bị vượt quá Do đó, nó được áp dụng tốt nhất cho những công trình đê chắn sóng đá đổ, trong đó sự phá hoại có thể dự kiến xảy ra từ từ và trong các thí nghiệm mô hình góp phần thiết lập mức độ hư hại Trái lại, một số công trình như tường chắn sóng thẳng đứng có thể phải chịu sự hư hại gần như hoàn toàn khi điều kiện thiết kế bị vượt quá

1 Dự báo bằng các biểu đồ sóng có ý nghĩa:

Phương pháp dự báo sóng tin cậy hơn sử dụng lý thuyết thuỷ động cơ sở và số liệu thực nghiệm để dự báo các trị số sóng trung bình theo dạng tốc độ gió, chiều dài

đà gió và thời lượng gió

2 Dự báo bằng phổ sóng:

Đặc biệt trong cẩm nang đã đưa ra các kết quả nghiên cứu gần đây tại ngoài khơi

ở Biển Bắc, đã cho phép thực hiện những ước tính hợp lý bằng phổ sóng một chiều điển hình trong điều kiện đà gió bị giới hạn với thông tin bổ sung thu được tại Bắc Đại Tây Dương trước đây cho phổ phát triển hoàn toàn

Các ví dụ về hai dạng phổ sóng một chiều được thể hiện trên biểu đồ, trong đó mật độ phổ S(f) được vẽ biểu đồ theo tần số sóng f Các biểu đồ cho thấy về đại thể sự phân bố của năng lượng sóng trên các chu kỳ sóng khác nhau trên biển và khu vực bên dưới đường cong, có kích thước m2, có thể sử dụng để thu được những ước tính về thông số chiều cao sóng Việc phân tích số liệu thực nghiệm cho thấy chiều cao sóng

có ý nghĩa HS được xác định bằng quan hệ sau:

HS = 4 x (diện tích dưới phổ)1/2Phân tích số liệu thực nghiệm cho các điều kiện khi sóng có đà gió bị hạn chế đã

có kết quả trong phổ JONSWAP

Trang 19

3 Ngoại suy số liệu sóng:

* Khái quát:

Quá trình ngoại suy áp dụng cho dự báo chiều cao sóng có thể chia làm 2 dạng

sau:

(a) Ngoại suy để cung cấp chiều cao sóng cực trị với chu kỳ trở lại yêu cầu từ tập

hợp đại diện các chiều cao sóng thống kê độc lập

(b) Ngoại suy để cung cấp các chiêu cao sóng lớn nhất với xác suất xảy ra theo

yêu cầu từ một độ cao đơn đại diện cho một đợt sóng, thường là chiều cao có ý nghĩa

Trong (a) thông tin ban đầu gồm một tập hợp các chiều cao sóng có ý nghĩa hoặc

tập hợp những chiều cao sóng lớn nhất đã thu được từ các chiều cao có ý nghĩa bằng

cách ngoại suy riêng của loại đã mô tả trong (b) Tuy nhiên, một điều quan trọng là tập

hợp số liệu ban đầu phải độc lập về mặt thống kê, phù hợp và đại diện cho các điều

kiện điển hình

Có thể ngoại suy chu kỳ sóng kèm theo bằng cách xem xét độ dốc sóng

* Ngoại suy các điều kiện sóng cực trị:

1) Độ tin cậy của phép ngoại suy:

Có thể tính toán các điều kiện sóng cực trị bằng cách ngoại suy dựa trên những

quan sát điển hình trong một hoặc nhiều năm Nếu bão đặc biệt quá mạnh hay quá yếu

trong thời gian quan sát thì phép ngoại suy sẽ cho ước tính quá cao hay quá nhỏ các

giá trị cực hạn Tuy nhiên, ngoại suy trở nên tin cậy hơn, nếu các số liệu gốc bắt nguồn

từ nhiều năm

Các kỹ thuật ngoại suy giả thiết rằng những cơ chế hình thành sóng không đổi

trong khoảng thời gian dài.Vì lý do đó ngoại suy cho các chu kỳ lặp lại vượt quá ví dụ

100 năm, cần phải xem xét thận trọng vì độ tin cậy của chúng bị ảnh hưởng bởi các

thay đổi dài hạn trong mô hình khí hậu

2) Các chiều cao sóng:

Phương pháp này gồm việc vẽ các chiều cao sóng ban đầu đối với xác suất tích

luỹ xảy ra của cá sóng đó, khi sử dụng một hàm xác suất thích hợp với mục tiêu lập

được mọt đồ thị đường thẳng, sau đó có thể mở rộng để ước tính sự xuất hiện của

những điều kiện cực trị

Đối với tập hợp nX giá trị của các chiều cao đại diện H được lập bảng theo độ lớn

tăng dần thì xác suất H nhỏ hơn một giá trị riêng lẻ Hn (khi n≤nX ), có thể biểu thị bằng

n/(nX + 1); do đó xác suất pn đển Hn bằng hoặc vượt quá được cho bởi:

pn = 1 – [(n/(nX + 1)] (1.5)

Các giá trị pn có thể tính toán trực tiếp bằng công thức trên cho mỗi chiều cao

riêng trong một tập hợp số liệu hạn chế, nhưng với tập hợp số liệu lớn, thì nên chia

nhỏ tập hợp độ cao đã sắp xếp thành những khoảng chiều cao bằng nhau Đối với mỗi

chiều cao, một số đếm được ghi cho khoảng thích hợp và một số được ghi cho mỗi

khoảng thấp hơn Tổng số các số đếm trong một khoảng chia cho tổng số các quan sát

cho xác suất pn của chiều cao Hn bằng hoặc lớn hơn, trong đó Hn là chiều cao xác định giới hạn thấp hơn của khoảng đang được xem xét

Trong các điều kiện khác nhau, đã tìm thấy một số phân bố xác suất thích hợp Đôi khi thấy một phân bố rất phù hợp với các chiều cao sóng thấp hơn, trong khi một phân bố khác phù hợp với các sóng cao hơn, có thể chỉ ra hai tập hợp sóng khác nhau Trong các trường hợp đó phân bố phù hợp nhất với các sóng lớn hơn càn được sử dụng

để ngoại suy Các phân bố sau có thể thích hợp:

(a) Phân bố Weibull: vẽ loge loge(1/pn) đối với loge(Hn – HL) (b) Phân bố Fisher – Tipper: vẽ loge loge[1/(1-pn)], đối với loge(HL-Hn) (c) Phân bố Frêcht: vẽ loge loge[1/(1-pn)], đối với loge(Hn-HL) (d) Phân bố Gumbel: vẽ loge loge[1/(1-pn)], đối với Hn(e) Phân bố Gompertz: vẽ loge loge(1/pn), đối với Hn(f) Phân bố logarit tự nhiên: vẽ Hn đối với pn trên giấy đồ thị xác suất xuất thích hợp Nói cách khác vẽ đồ thị y đối với log Hn, trong đó y xác định có dùng bảng, bằng công thức:

1 exp /22

5,

Đối với các phân bố (a) (b) và (c) giá trị HL đại diện cho giá trị giới hạn lớn hơn, hoặc nhỏ hơn của Hn được chọn bằng cách thử để sao cho phù hợp nhất.Bằng cách sử dụng kỹ thuật trên có thể ngoại suy các chiều cao sóng đo được tại vị trí ven bờ, nhưng

do chế độ sóng có thể bị giới hạn bởi các tiêu chuẩn sóng vỡ, nên phân bố Fisher – Tipper, trong đó các chiều cao sóng được hạn chế bởi một cận trên, có thể sẽ cho đường thẳng phù hợp nhất trên biểu đồ xác suất

I.1.3.4 Qui phạm tính sóng của Mỹ (Shore protection manual - Sổ tay bảo vệ bờ của Hải quân Mỹ - CERC)

Trong qui phạm tính sóng của hải quân Mỹ đã xây dựng các biểu đồ tính sẵn sóng cho trường hợp nước sâu và nước nông theo biểu đồ Hindcast (sẽ được trình bày chi tiết hơn ở chuyên đề qui phạm tính sóng trong nước) sau:

Trong đó: D - Độ sâu nước; L0 - Chiều dài sóng ở vùng nước sâu

Ở đây sử dụng phương pháp đơn giản để tính các tham số sóng theo biểu đồ Phương pháp này dùng cho các trường hợp đà gió vừa và gió giả thiết đều, ổn định trên khắp đà gió

Ghi chú: Khi tra bảng cần tính đại lượng ứng suất gió UA từ vận tốc gió:

U : Vận tốc gió (m/s)

Trang 20

23

Chiều sâu nước ảnh hưởng đến quá trình sinh và phát triển của sóng trên lưu vực

Đối với các điều kiện nhất định về điều kiện của vận tốc gió và đà gió chiều cao sóng

sẽ nhỏ hơn và chu kỳ sóng sẽ ngắn hơn nếu sóng sinh và phát triển tại vùng quá độ

hoặc nông Bretchneider đã cải tiến một số kết quả của các tác giả trước đó (Ijima và

Tang) và đưa ra phương pháp tính này Sóng được xác định theo các biểu đồ tính sẵn,

các biểu đồ này được xây dựng dựa trên các phương trình

- Đối với đáy không đồng nhất phải dùng ảnh hàng không và thí nghiệm mô hình

vật lý để tìm thông tinh chính xác về khúc xạ

- Nếu độ sâu không trùng với các biểu đồ, thì nội suy theo các biểu đồ lân cận

c) Tính sóng leo và tràn cho công trình

Trong hướng dẫn tính toán này (CERC) cũng đã xây dựng công thức và biểu đồ

tính toán các yếu tố sóng leo, sóng tràn chothiết kế công trình biển Về sóng tràn đỉnh

được chia cho 2 trường hợp: sóng đều và sóng không đều

I.1.4 Các qui phạm, hướng dẫn tính toán sóng thiết kế trong nước

Hiện nay, trong công tác thiết kế các công trình biển và cửa sông ở nước ta chủ

yếu vẫn là áp dụng một phần hoặc theo một qui phạm nào đó của nước ngoài mà

nguồn chủ yếu là từ: các quy phạm tính sóng của Liên Xô cũ, Mỹ, Nhật Bản, Trung

Quốc, Anh và một phần gần đây từ các tài liệu của Hà Lan Từ các quy phạm của các

nước kể trên ta có thể thấy, mặc dù ở các nước đó có những phần mềm mạnh, nhưng

khi thiết kế công trình họ đều quy định sử dụng các đồ thị có sẵn

Trước đây, ở bộ Thủy lợi cũ qui phạm SNIP-75 của Liên xô cũ đã được dịch ra

tiếng Việt làm tiêu chuẩn nghành Thủy lợi trong Quy phạm TLC-1-78: Tải trọng và

lực tác dụng lên công trình thuỷ lợi (do sóng và tàu) của ngành thuỷ lợi Thực chất các

quy phạm này thừa kế những nội dung trong SNIP (Tiêu chuẩn dùng trong xây dựng

của Liên Xô cũ) Tuy các tiêu chuẩn này được thành lập đã lâu, nhưng do tính khoa

học chặt chẽ của SNIP cũng như sự phù hợp của chúng với điều kiện Việt Nam, các

quy phạm dựa theo SNIP này vẫn được ứng dụng rộng rãi cho đến những năm

1990.Tiếp theo, đến năm 2002 Bộ NN và PTNT đã ra được tiêu chuẩn ngành: 14

TCN-130-2002 hướng dẫn thiết kế đê biển Trong đó, phần tính sóng đã giới thiệu 3

phương pháp:

- Phương pháp biểu đồ Hindcast của Mỹ với các chiều cao sóng tìm được trực

tiếp là chiều cao sóng có ý nghĩa

Quy phạm Nhật Bản đã được Hội Cảng - Đường thuỷ Việt Nam dịch ra tiếng

Việt Quy phạm Liên Xô cũ CH.2.0604-82* đã được dịch ra tiếng Việt và Bộ GTVT

đã lấy nguyên văn làm tiêu chuẩn ngành 22TCN-222-95 sử dụng cho đến nay Quy

phạm của Anh BS6349 cũng đã được dịch ra tiếng Việt và được nhiều cơ quan tư vấn

Hiện nay ở nước ta cũng có những ý kiến nên thống nhất quy định sử dụng các

đồ thị có sẵn để tính toán sóng và hoặc dựa hẳn vào 1 quy phạm của một nước nhất định Tuy nhiên, tại một số nước người ta cũng không qui định phải sử dụng chung một qui phạm tính sóng thiết kế cho tất cả các vùng (như Trung Quốc, Đan Mạch, ) Với tính chất tương đồng của điều kiện tự nhiên, chúng ta có thể nghiên cứu lựa chọn

sử dụng quy định tính toán chung và có thể nghiên cứu để điều chỉnh một số hệ số kinh nghiệm

* Tóm tắt một số qui phạm, hướng dẫn tính toán sóng thiết kế trong nước:

1 Qui phạm, hướng dẫn tính toán sóng thiết kế theo hệ thống Liên Xô cũ:

Theo hướng này qui phạm SNIP-75 của Liên xô cũ đã được dịch ra tiếng Việt làm tiêu chuẩn nghành Thủy lợi cho đến những năm 1990 và Quy phạm CH.2.0604-82* đã được dịch ra tiếng Việt và Bộ GTVT đã lấy nguyên văn làm tiêu chuẩn ngành 22TCN-222-95 sử dụng cho đến nay ở 02 phiên bản trên, nội dung về cơ bản không

có những khác biệt lớn, do vậy có thể dẫn tiêu chuẩn ngành 22TCN-222-95 làm đại diện để xem xét.Nội dung chính của tiêu chuẩn ngành 22TCN-222-95 tương tự như đã được giới thiệu qui phạm của Liên Xô cũ ở phần trên

2 Tiêu chuẩn ngành: 14 TCN-130-2002 hướng dẫn thiết kế đê biển của Bộ Nông nghiệp và PTNT

Sau nhiều năm chuẩn bị, soạn thảo đến năm 2002 Bộ NN và PTNT đã ra được tiêu chuẩn ngành: 14 TCN-130-2002 hướng dẫn thiết kế đê biển Trong đó, phần tính sóng đã giới thiệu 3 phương pháp:

- Phương pháp biểu đồ Hindcast của Mỹ với các chiều cao sóng tìm được trực tiếp là chiều cao sóng có ý nghĩa

Một số nội dung chính tiêu chuẩn ngành: 14 TCN-130-2002 bao gồm:

A Các số liệu về gió dùng để tính sóng

a) Tốc độ gió: Tốc độ gió tính toán là tốc độ gió lấy trung bình trong 10 phút tự

ghi của máy đo gió ở độ cao 10m trên mặt nước

b) Đà gió: Xác định theo thực tế ở địa điểm dự báo:

- Nếu là vùng nước hẹp, đà gió D xác định theo phương pháp đồ giải “đà gió tương đương” De

Trang 21

- Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22 TCN 222-95, được xác định theo bảng

phụ thuộc tốc độ gió tính toán W(m/s)

B Mực nước tính toán sóng:

Là mực nước cao nhất năm, có tần suất đảm bảo tương ứng với các cấp công

trình Nếu mực nước tính toán chưa kể đến chiều cao nước dâng do bão, thì phải cộng

thêm trị số nước dâng tính toán vào mực nước tính toán sóng

C Tính toán sóng theo biểu đồ Hindcast:

Tại phần này sử dụng các bảng tra trong cuốn Sổ tay bảo vệ bờ của hải quân Mỹ

đã xây dựng các biểu đồ tính sẵn sóng cho trường hợp nước sâu và nước nông theo

biểu đồ Hindcast (CERC) với các trường hợp:

Trong đó: D - Độ sâu nước; L0 – Chiều dài sóng ở vùng nước sâu

3 Các tiêu chuẩn, hướng dẫn tính sóng thiết kế công trình biển được biên dịch và

dùng trực tiếp:

Ngoài các qui phạm của Liên xô cũ và Mỹ được sử dụng để biên soạn qui phạm,

hướng dẫn tính sóng trong Bộ NN và PTNT và Bộ Giao thông vận tải thì quy phạm

Nhật Bản đã được Hội Cảng - Đường thuỷ Việt Nam dịch ra tiếng Việt, quy phạm của

Anh BS6349 cũng đã được dịch ra tiếng Việt và được nhiều cơ quan tư vấn của Bộ

GTVT sử dụng trong một số dự án Có thể nêu một số điểm đặc trưng của các quy

phạm Nhật Bản (Technical standards and commentaries for port and harbours facilities

in Japan, 1988) và của Anh BS6349

I.1.5 Nội dung bổ sung cho qui phạm tính sóng thiết kế hiện hành (14 TCN

130-2002):

Hướng dẫn thiết kế đê biển (14TCN 130-2002) đang được lưu hành trong Bộ

Nông nghiệp và PTNT các vấn đề liên quan đến tính các yếu tố sóng phục vụ xây

dựng đê (cao trình đê) và xây dựng các công trình bảo vệ đê, bờ biển (mỏ hàn, tường

cản sóng vv…) được trình bày khá chi tiết, rõ ràng Tuy nhiên, khi áp dụng trong các

điều kiện thực tế còn nhiều bất cập do tồn tại nhiều các tham số khó xác định và có

khá nhiều các phương pháp được nêu ra

Tuy nhiên, các hướng dẫn trên đều mang tính tạm thời cả về nội dung và khu vực

áp dụng Khi áp dụng trong các điều kiện thực tế theo tài liệu đang lưu hành: Hướng

dẫn thiết kế đê biển (14TCN 130-2002) các vấn đề liên quan đến tính các yếu tố sóng

còn tồn tại một số khó khăn, bất cập:

+ Do tồn tại nhiều các tham số khó xác định và có khá nhiều các phương pháp

được nêu ra mà bản thân các phương pháp này được áp dụng của nước ngoài (ví dụ

phương pháp tính sóng theo Bretschneider B11-B12) với một loạt các hệ số thực nghiệm và các hệ số để biểu diễn mối quan hệ giữa Hsp% và Hs theo các công thức (B-8) và (B-9) cần phải được kiểm định và hiệu chỉnh với các điều kiện của các yếu tố tạo sóng (gió, đà và thời gian) theo phương pháp thống kê cho các vùng biển của Việt

Nam

+ Nhiều yếu tố tạo sóng rất khó xác định chính xác ví dụ như đà sóng vì trong trường hợp sóng với chu kỳ lặp 10 năm,20 năm, 50 năm, 100 năm vv… đều là các trường sóng cực trị trong bão hoặc gió mùa cực mạnh, tại các hình thế thời tiết như vậy đà sóng không còn được xác định là khoảng cách từ bờ biển đối diện đến điểm tính sóng nữa Ngoài ra khi đó cũng cần phải tính đến sự biến đổi theo không gian của tốc độ gió - những yêu cầu này quá phức tạp đối với các chuyên gia thiết kế đê biển Nhằm khắc phục vấn đề này phương pháp thực hiện của các tác giả của đề tài sẽ theo hướng xây dựng hệ thống thông tin dữ liệu về sóng (WIS) ở Mỹ: tính các tham số chế

độ của trường sóng vùng nước sâu và trường gió đã được tính sẵn cho từng vùng biển

và từ đó được sử dụng làm bộ số liệu đầu vào dùng để phục vụ các công trình biển

vùng ven bờ và sát bờ trong đó có xây dựng đê biển Đây là hướng đề tài đã đi sâu

tính toán nhằm bổ xung và hoàn chỉnh liệt số liệu sóng cực trị trong gió mùa và bão phục vụ tính toán sóng thiết kế theo tần xuất và độ tin cậy cho các vùng dự kiến sẽ được chia nhỏ có những đặc trưng về điều kiện tạo sóng và chế độ sóng

Do vậy, nhằm khắc phục vấn đề trên phương pháp thực hiện của các tác giả của

đề tài nghiên cứu sẽ là:

a) Thực hiện các quy trình tính sóng vùng nước sâu theo các mô hình tính sóng hiện đại để đưa ra các tham số sóng vùng nước sâu với các chu kỳ lặp khác nhau (1năm …100 năm)

b) Sau đó tính truyền sóng vào vùng ven bờ và sẽ tiến hành xây dựng hướng dẫn tính các yếu tố sóng phục vụ thiết kế đê biển, bổ xung nâng cấp 14TCN 130-2002 gồm các nội dung phù hợp với điều kiện địa hình chế độ sóng, gió của 5 phân vùng biển từ

Quảng Ninh đến Quảng Nam

I.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ GIẢM SÓNG DO RỪNG NGẬP MẶN VÀ CÔNG TRÌNH PHÁ SÓNG GÂY BỒI BÃI BIỂN

Bãi biển đóng vai trò vùng đệm bảo vệ bờ biển chống lại tác động của sóng Nếu tồn tại sự thoái bãi do mất cân bằng cát, bãi biển sẽ mất tác dụng làm vùng đệm và sự xói mòn bãi, phá hoại đê biển sẽ tăng Do tầm quan trọng của bãi, mái đê biển trên thế giới và ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu về bảo vệ và tăng cường ổn định bãi Trong vài thập kỷ gần đây để bảo vệ bãi các nghiên cứu đã đi sâu vào lĩnh vực nghiên cứu công trình bảo vệ: kè ngang, tường ngầm phá sóng và trồng rừng ngập mặm và đã có một số kết quả trong lĩnh vực nghiên cứu trên

I.2.1 Các kết quả nghiên cứu về giảm sóng do rừng ngập mặn

Hệ sinh thái rừng ngập mặn đặc trưng ở vùng biển nhiệt đới và cận nhiệt đới có ý

Trang 22

27

những giá trị to lớn trong việc bảo tồn cũng như giữ gìn môi trường và tài nguyên sinh

vật

RNM còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ vùng cửa sông ven biển

chống xói lở, điều hòa khí hậu làm giảm ô nhiễm môi trường và góp phầm làm mở

rộng thềm lục địa

Theo hướng những vấn đề môi trường ven biển nổi bật ở Việt Nam và phương

hướng giải quyết, bước đầu đánh giá tác dụng của vành đai rừng ngập mặn làm suy

giảm sóng trong điều kiện bình thường cũng như trong các cơn bão qua các công trình

sau:

- Vai trò chắn sóng bảo vệ bờ biển của rừng ngập mặn ở đồng bằng Bắc Bộ, Việt

Nam (Nhóm: Yoshihiro Mazda, Michimasa Magi, Motohiko Kogo, Phan Nguyên

Hồng)

- Sự giảm sóng trong rừng ngập mặn có loài bần ưu thế (Nhóm: Yoshihiro

Mazda, Michimasa Magi, Yoshichika Ikeda, Tadayyuki Kurokawa, Tetsumi Asano)

- Vai trò của rừng ngập mặn trong việc bảo vệ các vùng ven biển (Nhóm: Phan

Nguyên Hồng, Vũ Thục Hiền, Lê Xuân Tuấn, Nguyễn Hữu Thọ, Vũ Đoàn Thái)

- Nghiên cứu khả năng chắn sóng, bảo vệ bờ biển trong bão qua một số kiểu cấu

trúc rừng ngập mặn tròng ven biển Hải Phòng (Vũ Đoàn Thái)

Một số nhà khoa học nước ngoài đã đóng góp những bài viết về vai trò RNM làm

giảm nhẹ tác hại của sóng thần năm 2004, các cơ sở khoa học và thực tiễn về tác dụng

quan trọng của RNM trong việc bảo vệ các vùng cửa sông, ven biển khi triều cường và

khi có bão cùng những kinh nghiệm quý giá về việc bảo vệ RNM ở các nước trong

khu vực do nhóm các nhà khoa học Nhật chủ trì: Yoshiro Mazda, Faizal Parish, Finn

Danielsen, Fumihiko Imamura

Theo hướng về những giải pháp phục hồi, bảo về và phát triển các hệ sinh thái

rừng ngập mặn và rạn san hô, có bài đề xuất khá cụ thể về các hành động chiến lược

quản lý RNM đến 2015:

- Những vấn đề môi trường ven biển nổi bật ở Việt Nam và định hướng bảo vệ

(Trần Đức Thạnh)

- Đất ngập nước ven biển đồng bằng sông Hồng: Tiềm năng, thách thức và các

giải pháp cho phát triển bền vững (Vũ Trung Tạng)

- Quy hoạch môi trường thành phố Hải Phòng: Định hướng bảo tồn, phát triển tài

nguyên sinh vật vùng ngập mặn ven biển (Lê Trình, Ngô Thanh Tâm, Nguyễn Hữu Cử)

- Kế hoạch hành động về bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn Việt Nam đến 2015

(Phan Nguyên Hồng, Đỗ Đình Sâm, Vũ Tấn Phương)

- Một số kết quả nghiên cứu các giải pháp kinh tế kỹ thuật nhằm khôi phục và

phát triển rừng ngập mặn ở Việt Nam (Ngô Đình Quế)

Một số kết quả nghiên cứu về hệ sinh thái rừng ngập mặn liên quan đến chế độ

thủy triều, đặc tính của đất, biến đọng về động vật đáy, kết quả ứng dụng viễn thám và

hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu tai biến ven bờ, các kỹ thuật, trồng, chăm sóc các

28

loài cây ngập mặn, biện pháp quản lý, xây dựng quy hoạch tổng thể quản lý một số vùng, địa phương ven biển

- Ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu tai biến môi

trường vùng bờ tây vịnh Bắc Bộ (Trần Đình Lân)

- Đặc điểm hình thành các loại sóng lơn ven bờ Việt Nam và tác động của rừng

ngập mặn làm giảm nhẹ thiên tai (Bùi Xuân Thông)

Nghiên cứu về vai trò của rừng ngập mặn trọng việc bảo vệ các vùng ven biển ở

nước ta trong những năm gần đây phải kể đến nhóm tác giả: Phan Nguyên Hồng, Vũ

Thục Hiền, Lê Xuân Tuấn, Nguyễn Hữu Thọ, Vũ Đoàn Thái, do GS.TSKH Phan Nguyên Hồng cùng Trung tâm nghiên cứu hệ sinh thái Rừng ngập mặn của ông đóng vai trò rất lớn

Theo các kết quả nghiên cứu của nhóm công tác trên thì hiện nay trong công tác xây dựng và bảo vệ biển, Ban phòng chống lụt bão ở Trung ương cùng nhiều địa phương mới chú ý đê bê tông hóa hoặc cứng hóa mái đê và kè mà chưa quan tâm đến việc trồng và bảo vệ các RNM, những bức tường xanh bảo vệ có hiệu quả các vùng biển, làm giảm thiểu các tác hại của bão, lụt Nếu những vùng ven biển trên vẫn giữ được RNM và mái đê có thêm thảm cỏ che phủ như thời kỳ trước chiến tranh trong thập kỷ 60 của thế kỷ 20 thì tình hình thiệt hại có thể không lớn như thời gian vừa qua.Ở một số địa phương RNM bị phá để trồng lúa, trồng cói đặc biệt là phá rừng để nuôi tôm.Phần lớn những thiệt hại to lớn do bão và sóng làm vỡ hoặc sạt lở đê xảy ra ở nhưng nới bị xói lở thường xuyên như vùng ven biển huyện Hải Hậu - Nam Định (không trồng được RNM) hoặc những nơi có thể trồng RNM nhưng do chính quyền địa phương cho đấu thầu đất có RNM để nuôi tôm nay chưa thu hồi được (Hậu Lộc, Hoằng Hóa, Tĩnh Gia - Thanh Hóa,…) hoặc một số người vì lợi ích riêng đã phá RNM làm đầm (các xã ở huyện Cát Hải, xã Tràng Cát - quận Hải An - Hải Phòng, huyện Kim Sơn - Ninh Bình) Theo kết quả điều tra tại một số địa phương như:xã Bàng La -

Đồ Sơn xã Đại Hợp - Kiến Thụy xã Giao Lạc - Giao Thủy - Nam Định và các xã ven biển Tiền Hải - Thái Bình sau cơn bão số 7 (2005), hầu hết người được hỏi đều cho rằng nếu không có các dải RNM thì đê không thể tồn tại như hiện nay Phần lớn ở những đoạn bờ bị xói này do không có RNM (Hải Hậu) hoặc các dải RNM đã bị phá

để chuyển đổi sang các mục tiêu kinh tế khác

I.2.1.1 Kết quả nghiên cứu khả năng chắn sóng, bảo vệ bờ biển trong bão qua một

số kiểu cấu trúc rừng ngập mặn trồng ven biển Hải Phòng

Tác giả Vũ Đoàn Thái đã công bố một số kết quả ban đầu nghiên cứu khả năng

chắn sóng, bảo vệ bờ biển trong bão qua một số kiểu cấu trúc rừng ngập mặn trồng ven

biển Hải Phòng với phương pháp: Nghiên cứu cấu trúc rừng dựa trên phương pháp

Braun - Blanquet (1932) Trong đó tất cả các ô tiêu chuẩn được thực hiện dọc theo mặt cắt vuông góc với đê biển

Đo đường kính thân cây trang trên cổ bạnh gốc, vì bạnh gốc là phần phát triển trụ mầm, có nhiều lỗ vỏ và vết nứt có tác dụng tiếp nhận không khí được xem như là rễ hô

Trang 23

hấp của cây Đo chiều cao cây bần từ mặt đất đến ngọn cây Đo đường kính thân cây

bần ở độ cao 1,3m cách mặt đất Xác định độ che phủ của cây bằng cách đo hai đường

kính tán lá lớn nhất và nhỏ nhất Từ đường kính tán lá tính được tỷ lệ che phủ của tán

lá (L=S/G trong đó: S là đất được che phủ đơn vị tính là m2; G là diện tích nền đất)

Đã tiến hành đo đạc sóng và tính toán hệ số suy giảm độ cao sóng trong bão với

các cơn bão sau:

- Cơn bão số 2 (ngày 31/7/2005) đổ bộ trực tiếp vào vùng ven biển Hải Phòng

trong khoảng thời gian từ 8h đến 13h

- Cơn bão số 6 (18/9/2005) đổ bộ vào vùng ven biển Hải Phòng khi triều cường

(2,8-2,9m), hướng gió hầu như không thay đổi, chủ yếu là hướng đông Thời gian bão

kéo dài, từ 14h đến 19h Độ cao sóng ngoài khơi lớn nhất là 3,4m, mực nước cao nhất

là 4,0m lúc 16h55 phút (tại Hòn Dáu)

- Cơn bão số 7 (27 và 28/9/2005) đổ bộ vào vùng ven biển Hải Phòng trong

khoảng thời gian từ 9h đến 14h, hướng gió chủ yếu là đông - đông nam Độ cao sóng

ngoài khơi lớn nhất là 3,6m, mực nước cao nhất là 4,18m lúc 13h (tại trạm KTTV Hòn

Dựa vào kết quả nghiên cứu trên có thể rút ra:

- RNM có tác dụng làm giảm đáng kể độ cao sóng trong bão Trong cơn bão số 7

(28/9/2005), đối với rừng trang có độ rộng 650m ở Bàng La, rừng bần 8-9 tuổi có độ

rộng 920m và 650m, độ cao sóng sau rừng giảm từ 77-88%

- Mức độ giảm độ cao sóng trong bão khi qua rừng vào bờ phụ thuộc vào kiểu

cấu trúc - loại RNM và hướng sóng truyền Đối với rừng trang hệ số suy giảm sóng cao

hơn so với rừng bần (rừng trang giảm từ 80-88%, rừng bần giảm từ 77-81%)

- RNM có vai trò rất lớn làm giảm thiểu đáng kể tác động phá hủy bờ biển do

sóng bão

I.2.1.2 Kết quả nghiên cứu vai trò chắn sóng bão vệ bờ biển của rừng ngập mặn

ven biển Thái Bình

Nhóm tác giả: Yoshihiro Mazda, Michimasa Magi, Motohiko Kogo, Phan

Nguyên Hồng đã tiến hành nghiên cứu các quá trình tự nhiên của loài rừng viền ở khu

vực ven biển hai xã Thụy Hải và Thụy Trường thuộc huyện Thái Thụy tỉnh Thái Bình

Thời gian nghiên cứu 17-21 tháng 11 năm 1994 Trong báo cáo của nhóm này đã miêu

tả các đặc điểm của độ cao mực nước và dòng nước ở các khu vực nghiên cứu, và

minh họa quá trình giảm sóng khi đi qua rừng trang (Kandelia obovata) trồng ở khu vự

ven biển xã Thuỵ Hải.Kết quả cho phép rút ra môtj số nhận xét sau:

- Rừng trang trồng ở khu vực ven biển xã Thụy Hải có tác động đáng kể trong

việc giảm tác động của sóng lừng có chu kỳ sóng từ 5 - 8 giây và do đó đóng vai trò

- Dải RNM 6 tuổi với chiều rộng 1,5km có thể giảm độ cao sóng từ 1m ở ngoài khơi còn 0,05m khi vào tới bờ

- Do mật độ cây ngập mặn phân bố đều trong toàn bộ độ sâu vùng nước nên hiệu quả giảm sóng hầu như không đổi cho dù độ sâu mực nước có tăng lên

- Cần tiến hành nhiều nghiên cứu hơn nữa để định lượng sự phụ thuộc của hiệu quả giảm sóng vào độ sâu mực nước, chu kỳ sóng, độ cao sóng, loài ngập mặn và khoảng cách giữa các cây ngập mặn

I.2.1.3 Kết quả nghiên cứu sự giảm sóng trong rừng ngập mặn có loài bần ưu thế

Để tích lũy chứng kiến thức định lượng về tập tính tự nhiên của rừng ngập mặn đối với sóng biển, báo cáo này sẽ phân tích định lượng những đặc điểm giảm sóng của

loài bần chua (Sonneratia caseolaris) dựa trên quan sát thực địa của nhóm chuyên gia Nhật Bản: Yoshihiro Mazda, Michimasa Magi, Yoshichika Ikeda, Tadayuki Kurokawa

và Tetsumi Asano

Địa điểm nghiên cứu tại bờ biển dọc xã Vinh Quang, huyện Tiên Lãng, thành phố Hải Phòng (Hình 1.1) gồm những bãi triều rộng được phù sa sông Thái Bình bồi

đắp, trải dài tới 10km (Hong và San 1993; Hong - chủ biên 2004)

Khu vùc nghiªn cøu Vinh -

0 1 2km 1m

105 E 110 E

10 N

15 N

20 N Vinh Quang S«ng Hång

S«ng Cöu Long

o o o

BiÓn kh¬i

Rõng ngËp mÆn

1 2 3 4 5 6

0 200m

§Çm t«m

A

§Êt liÒn

Trang 24

31

Bảng 1.2 Đặc điểm thảm cây bần chua ở bờ xã Vĩnh Quang

Giá trị trung bình Sai số chuẩn

Hình 1.2 Cấu trúc thẳng đứng của bần chua (Sonneratia caseolaris):

(a) Mặt cắt ngang của cây và rễ hô hấp của bần;

(b) Mặt cắt ngang phóng đại của rễ hô hấp

Những đặc điểm giảm sóng phụ thuộc vào cấu trúc thẳng đứng của thảm thực vật

ngập mặn nơi mà bần chua (Sonneratia caseolaris) chiếm ưu thế có những đặc trưng

sau:

- Hệ số suy giảm của sóng biển ở vùng này thay đổi lớn theo giai đoạn triều do

cấu trúc thẳng đứng điển hình của cây bần, đặc điểm này ngược với tác động do ma sát

đáy

- Ở vùng nước nông, vì rễ hô hấp của bần thon dần hướng lên trên, tác động của

lực kéo của những rễ này đối với việc giảm sóng nhiều khi mực nước tăng, do vậy hệ

số suy giảm sóng giảm đáng kể

- Khi mực nước đạt đến độ cao của tán lá và cành rậm rạp của những cây ngập

mặn này thì hệ số suy giảm phụ thuộc lớn vào chiều cao sóng Thực tế này cho thấy lá

cây, thảm cây ngập mặn rậm rạp có tác động lớn đến sự phân tán/giảm năng lượng

sóng, đặc biệt trong các cơn bão

- Có thể nhận thấy sự giảm sóng phụ thuộc vào loài cây ngập mặn, điều kiện

thảm thực vật, độ sâu mực nước và điều kiện sóng xuất hiện

I.2.2 Các kết quả nghiên cứu về công trình phá sóng gây bồi bãi biển

Nhằm bảo vệ bờ biển, tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế và chế độ thuỷ thạch động

lực từng vùng ở nước ta và trên thế giới đã xây dựng nhiều loại công trình bảo vệ như:

32

Đê, kè biển và mỏ hàn ngang, tường giảm sóng Để phát huy tối ưu hiệu quả công trình, việc nghiên cứu lựa chọn các giải pháp công trình trên theo cách đơn lẻ hoặc phối hợp giữa chúng là hết sức cần thiết Do tầm quan trọng của chúng, việc nghiên cứu xây dựng, quy hoạch đê biển được đặc biệt quan tâm trong vài thập kỷ qua Đã có nhiều tiến bộ kỹ thuật của nước ngoài và trong nước được ứng dụng nhằm kịp thời phục vụ thực tế do một số cơ quan như: Cục phòng chống lụt bão và QLĐĐ, Viện Khoa học Thuỷ lợi, các trường Đại học Thuỷ lợi, Xây dựng thực hiện Tuy nhiên, do hạn chế về vốn đầu tư cũng như cấp bách xây dựng, nhiều đoạn đê biển vẫn tiếp tục bị phá hoại và kém ổn định Do vậy, hiện nay có nhu cầu xây dựng cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, bố trí xây dựng các tuyến đê biển cho các vùng, miền khác nhau

I.2.2.1 Các sơ đồ bố trí công trình ngăn cát, giảm sóng bảo vệ bãi biển

- Hệ thống mỏ hàn

Trong nghiên cứu xây dựng sơ đồ bố trí công trình ngăn cát,giảm sóng bảo vệ bãi biển đã áp dụng xây dựng: Hệ thống mỏ hàn, tường giảm sóng và hệ thống công trình phức hợp Nhiệm vụ của hệ thống mỏ hàn là chỉnh lái dòng vận chuyển bùn cát và ngăn trực tiếp dòng chảy dọc bờ Dạng công trình này đã được nghiên cứu và xây dựng bảo vệ bãi biển bị xói lở tại một số trọng điểm như: Văn Lý - Hải Hậu - Nam Định, Đông Minh - Thái Bình, Duyên hải - TP Hồ Chí Minh, Nha Trang - Khánh Hoà, Hoà Duân - Thừa Thiên Huế, Một số đã phát huy tác dụng ban đầu nhiệm vụ gây bồi giữ bãi, tuy nhiên trong quá trình làm việc của chúng đã bộc lộ một số vấn đề cần được

đi sâu nghiên cứu như sau:

+ Về kích thước mỏ hàn: độ dài thường quá ngắn, cần nghiên cứu chiều dài mỏ hàn phù hợp với điều kiện động lực ven bờ của mỗi vùng và khoảng cách hợp lý giữa các mỏ hàn

+ Kết cấu mỏ hàn, nhất là phần gia cố gốc mỏ hàn chống xói chân

+ Tác động xấu của hệ thống mỏ hàn với môi trường xung quanh sau khi xây dựng

- Hệ thống tường giảm sóng:

Là công trình có nhiệm vụ giảm và kiểm soát chiều cao, hướng sóng bằng nhiễu

xạ và chặn bùn cát Hệ thống này thường được nghiên cứu xây dựng tại hầu hết cảng biển mới do các cơ quan tư vấn thiết kế của Bộ Giao thông vận tải đảm nhận có sự tham gia phối hợp nghiên cứu của: Trường Đại học Xây dựng, Viện Khoa học Thuỷ lợi, Đại học Quốc Gia, Viện cơ học

Hệ thống tường giảm sóng được xây dựng nhằm bảo vệ, chống xói tại một số vùng như: Hải Phòng, Nam Định, Gò Công (1980 - 1995 )

- Hệ thống công trình phức hợp:

Tại nhiều nước trên thế giới tuỳ theo điều kiện cụ thể của mỗi nước như: Bỉ, Nga, Tây Ban Nha, Nhật Bản, Nghiên cứu xây dựng nhiều công trình phức hợp giảm sóng, bảo vệ cảng, bãi biển Ở nước ta, nhiều cơ quan nghiên cứu (Trường Đại học Xây dựng, Viện Khoa học Thuỷ lợi, Công ty tư vấn thiết kế giao thông thuỷ - TEDI )

Trang 25

bước đầu đã nghiên cứu thiết kế cho một số công trình tại Quảng Bình, Thừa Thiên -

Huế, Bình Thuận, Khánh Hoà, Thành phố Hồ Chí Minh,

Do sự phát triển khá mạnh của việc nghiên cứu xây dựng các công trình ngăn cát,

giảm sóng bảo vệ bãi nên ngày càng có nhu câu nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của

các phương án bố trí công trình đến môi trường xung quanh và giữa chúng bằng mô

phỏng số hoặc mô hình thuỷ lực Nhưng nghiên cứu xây dựng đê biển và ổn định bờ

biển là vấn đề khó và phức tạp, thực tế trong nhiều năm qua, những thành tựu nghiên

cứu về vấn đề này vẫn còn nhiều bất cập

Sau cơn bão số 7 tháng 9/2005 đổ bộ trực tiếp vào khu vực Thanh Hóa, Nam

Định mạnh cấp 12 gặp triều cường hệ thống đê biển ven biển Bắc Bộ bị tàn phá nặng

nề, đặc biệt nghiêm trọng tại Nam Định Hiện nay, đê biển ở nước ta hiện tại mới

chống được bão cấp 9 với triều trung bình, ngoài ra theo kế hoạch của Chương trình

nâng cấp đê từ nay đến 2010 tuyến đê kè biển trong vùng nghiên cứu sẽ được đầu tư

củng cố chống xuống cấp và xây dựng mới các hệ thống kè mỏ hàn bảo vệ bãi trước đê

với kinh phí dự kiến rất lớn

I.2.2.2 Các kết quả nghiên cứu thực tế về công trình giảm sóng gây bồi trong dải

ven biển nghiên cứu

Việc nghiên cứu xây dựng sơ đồ bố trí công trình ngăn cát,giảm sóng bảo vệ bãi

biển đã áp dụng xây dựng tại nước ta từ những năm 70 của thế kỷ trước Tại một số

địa phương ven biển Bắc Bộ như tại Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định đã tiến hành

xây dựng khá nhiều hệ thống đập mỏ hàn giữ bãi , tường ngầm phá sóng ở Bằng La và

mỏ hàn đá đổ tại bãi biển Cát Hải - Hải Phòng; đập đá đổ phía trên có xếp các cục

Tetrapod tại cảng cá Đồ Sơn Hải Phòng Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu xây dựng

trên tập trung nhiều nhất tại Nam Định là vùng xảy ra xói lở bãi nặng nề nhất

- Từ nhứng năm 70 của thế kỷ 20, Nam Định đã xây dựng một số hệ thống mỏ

hàn bằng đá hộc thả rời ở Văn Lý, Hải Triều, Hải Thịnh đê biển Hải Hậu Cống số 9

đê biển Giao Thuỷ Tại Nghĩa Phúc, xây dựng 18 mỏ và hàng lang trong đó có 11 mỏ

bằng đá xây, 7 mỏ kè xếp đã hộc lát khan

- Năm 2001 xây dựng 2 mỏ kè kiểu ống buy bê tông trong xếp đá hộc, phía ngoài

ống buy xếp đá hộc thả rời làm bệ bảo vệ ống buy bê tông tại Giao Thuỷ nhưng sự ổn

định của lớp đá đổ kém do đó kè nhanh chóng bị hư hỏng

- Năm 2002 xây dựng thí điểm 2 mỏ kè chữ I bằng ống buy bê tông phía ngoài

thay đá hộc thả rời bằng các cục cấu kiện kích thước (40x40x40 cm) Cuối năm 2002

tiếp tục làm thí điểm 3 mỏ kè bê tông trong đó có 2 mỏ chữ T tại Nghĩa Phúc, Nghĩa

Hưng

- Năm 2005 Nam Định tiếp tục thí điểm 5 mỏ kè chữ T tại Hải Thịnh 2 kết cấu

bằng 2 hàng ống buy trong thả đá hộc và phía ngoài xếp bằng khối bê tông

- Năm 2005 Nam Định tiếp tục thí điểm 5 mỏ kè chữ T tại Hải Thịnh 2 kết cấu

bằng 2 hàng ống buy trong thả đá hộc và phía ngoài xếp bằng khối bê tông

- Từ năm 2006 đến nay tại vùng ven biển xung quanh Cống Thanh Niên- Giao Thủy đã tiến hành xây dựng các hệ thống tường chống sóng, mỏ hàn chữ T bằng xếp các cục Tetrapod, củng cố và làm mói một số mỏ hàn tại khu vực Hải Thịnh , Hải Hòa

- Hải Hậu

Củng cố, xây dựng bổ sung hệ thống kè mỏ chữ T:

• Kè mỏ là công trình ngăn dòng bùn cát ven bờ và giảm tốc độ của sóng được xây dựng tại các khu vực bờ, bãi biển trực diện với biển đang bị xâm thực mạnh, trực tiếp đe doạ đến sự ổn định của kè lát mái và an toàn đê; Để chống xói mòn bãi biển, thân đê thường bố trí hệ thống mỏ hàn theo phương vuông góc với phương chuyển động của dòng bùn cát ven bờ (đường bờ) Tại vùng biển Nam Định việc áp dụng hình thức kè T (kết hợp giữa kè mỏ với tường cản sóng song song với đường bờ) tại Xuân

Hà, 5 mỏ kè Hải Thịnh II (Hải Hậu) và Nghĩa Phúc (Nghĩa Hưng) đã có tác dụng tốt tạo ra vùng nước yên tĩnh gây bồi cho vùng bãi đang bị xâm thực, che chắn bảo vệ đường bờ dưới tác động của sóng xiên, hướng dòng chảy ra xa bờ và giảm yếu tổ tác động của sóng vào bờ bãi, giữ ổn định chân kè, thân kè lát mái đê biển

• Hình thức - kết cấu kè mỏ hàn chữ T:

+ Về phương của mỏ: Lấy theo phương vuông góc với đường bờ + Cao trình gốc mỏ: Cao trình đỉnh gốc mỏ hàn từ (+1,8) ÷ (+2,1) + Độ dốc mỏ: Chọn độ dốc mỏ i = 1%

+ Cao trình mũi mỏ: Bình quân (+1,45) + Chiều dài thân mỏ: 60m

+ Chiều cánh chữ T: 60m + Khoảng cách giữa 2 gốc mỏ lấy bằng 100m + Kết cấu mỏ hàn chữ T:

- Hai hàng ống bê tông lục lăng kích thước (6x0,57735) xếp so le cao 2,0m; chiều dày ống 12cm, bê tông 200# Dưới đáy ống bê tông lục lăng có tấm đáy bằng bê tông đục lỗ thoát nước

- Lăng thể đá và cấu kiện bê tông tăng cường giữ ổn định ống bê tông Thân và mũi mỏ được đặt lên lớp bè đệm bằng phên tre và vải lọc Bảo vệ chân mỏ phía trực tiếp với sóng biển là hàng bê tông lục lăng mác 200#; chiều dài ống L = 1,5 mét, phía khuất sóng là hàng cừ tre

- Lăng thể có mái dốc phần thân m = 2

I.2.2.3 Một số kết quả nghiên cứu xây dựng mỏ hàn, kè ngầm chắn sóng trong nước và khu vực biển Nam Định từ trước đến nay

Nam Định đã tìm kiếm lựa chọn các mỏ hàn có kết cấu khác nhau để xây dựng với mục tiêu giữ cho bờ bãi biển Nam Định ổn định trong từng giai đoạn nhất định Với các giải pháp đã chọn mới chỉ đáp ứng được một phần yêu cầu đề ra nguyên nhân

do kinh phí đầu tư, giải pháp kỹ thuật, công nghệ thi công và yêu cầu trong từng thời đoạn khác nhau Các kết quả đã nghiên cứu và xây dựng đều là những bài học quý giá

Trang 26

35

cho việc nghiên cứu và xây dựng các công trình sau này cho Nam Định và cả vùng

nghiên cứu

a- Kết cấu hệ thống đập mỏ hàn:

Hệ thống mỏ hàn Nghĩa Phúc, Nghĩa Hưng

Hệ thống kè mỏ hàn tại Nghĩa Phúc gồm 5 mỏ, xây dựng năm 2003 từ K11+150

đến K11+420 đê biển Nhìn chung cao trình bãi thấp phổ biến từ cao độ 5.50) từ

(-1.00) độ dốc bãi từ 1% - 1,5% Đây là khu vực biển tiến chịu ảnh hưởng trực tiếp của

thuỷ triều, bão, nước dâng và dòng chảy cửa sông Ninh Cơ Cao trình đê hiện tại

(+4.70) - (+5.20) mái đê phía biển đã được xây dựng kè lát mái bằng đá hộc lát khan

và bằng cấu kiện bê tông Hệ thống mỏ hàn kết cấu bằng ống buy bê tông Mỏ A, B, C

là các mỏ chữ T mỏ 1 và 2 là mỏ chữ I

- Chiều dài mỏ hàn 50 - 70m

- Khoảng cách giữa các mỏ 50m

- Phương của mỏ vuông góc với bờ

Thân mỏ hàn: Kết cấu bằng 1-2 hàng ống buy bê tông đúc sẵn M200# đường

kính ngoài 100cm chiều dày ống buy 10cm chiều cao 1,5m, phía trong ống buy xếp đá

hộc chèn chặt, xếp chèn giữ các ống buy bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn M200#

Toàn bộ hệ thống ống buy được giữ bằng các lăng thể: Đá đổ, vải lọc, đá dăm lót, các

cục cấu kiện bê tông đúc sẵn kích thước (40x40x40) tạo mái dốc m = 1,5 - 2, gia cố

bằng cọc tre hoặc ống buy bê tông dài 1,50m

Hệ thống kè mỏ hàn chữ T tại Hải Thịnh 2

Hệ thống 5 mỏ hàn kết cấu bằng ông buy bê tông gia cường rọ vỏ thép lõi đá

- Chiều dài mỏ hàn: 45m

- Khoảng cách giữa các mỏ : khoảng 120m

- Phương của mỏ hàn: vuông góc với bờ

b- Sơ bộ đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống đập mỏ hàn đã xây dựng tại Nam

Định

Hệ thống đập mỏ hàn đê biển Nam Định xây dựng trong thời gian qua đã phát

huy tốt tác dụng giữ bãi bảo vệ đê một số mỏ hàn đã xây dựng trên 30 năm tuy có hư

hỏng nhưng một số vẫn phát huy tác dụng bảo vệ bãi

- Hệ thống kè mỏ lát khan và đá xây tại Nghĩa Phúc - Nghĩa Hưng:

Gồm 18 mỏ hàn trong đó có 9 mỏ bằng đá hộc khan, 9 mỏ bằng đá xây Các mỏ

đá xây là loại mỏ hàn cứng bằng các khối đã xây vữa xi măng hoặc là các khối bê tông

đúc sẵn, Trọng lượng của các loại mỏ hàn này rất lớn, đặt trên nền đất sát dòng chảy,

đất cát qua quá trình bào xói bị mất do đó kè bị lún mạnh Do hiện tượng lún không

đều cho nên các mỏ này bị rạn nứt dễ hư hỏng Các mỏ hàn đá đổ hầu hết đã bị hạ thấp

bằng cao trình bãi hiện tại và mất tác dụng

Nguyên nhân các mỏ này bị phá hỏng do:

- Bãi liên tục bị xói cát bị moi ra làm mỏ bị hạ thấp

- Mỏ hàn đá đổ tại Văn Lý - Hải Hậu:

Các mỏ hàn ngang ở Văn Lý được thiết kế có chiều cao tương đối ∆TĐ = 0,80 ÷ 1,0m như vậy sẽ có 1/3 Hmax = 0,90m < ∆TĐ = 1,0m < Hmax = 2,70m Song do việc xử

lý lún chưa được chú ý kết hợp với trọng lượng các viên đá xếp còn bé cho nên các mỏ hàn ngang ở đây đã bị lún và đổ nên chiều cao tương đối có nơi chỉ còn 0,3m Với chiều cao đó mỏ hàn sẽ làm việc kém, hàng năm ở đây vẫn phải tu sửa bằng cách xếp thêm đá vào mỏ hàn Chiều dài mỏ hàn ở Văn Lý lmax = 60m Với chiều dài này mỏ hàn chỉ có thể bảo vệ được phần bãi ở cách chân đê 40m chưa phát huy hết công năng gây bòi bãi vì quá ngắn Theo tính toán chiều dài mỏ hàn cần kéo dài đến khoảng từ

120 ÷150m

Với chiều cao đó mỏ hàn sẽ hoạt động tốt Song do việc xử lý lún chưa được chú

ý kết hợp với trọng lượng các viên đá xếp còn quá bé cho nên các mỏ hàn ngang ở đây

đã bị lún và đổ nên chiều cao tương đối có nơi chỉ còn 0,3m

- Tường ngầm:

Độ dốc bãi biển Văn Lý i >5% cho nên dòng chảy theo hướng thẳng góc với bờ

có thể xem như không đáng kể Tường ngầm ở Văn Lý chỉ cần thiết cho việc giảm năng lượng sóng Chiều cao tường ngầm Văn Lý: ∆ = 1,00m

Mực nước cực đại ở tường Hmax = 2,70m Nên 0,37

7,21

có thể xem như không có

Các công trình ở Văn Lý do chưa xử lý lún nên đã bị lún rất mạnh Ngoài ra do trọng lượng viên đá lát chưa đủ ổn định nên mỏ hàn và tường đã bị sóng làm đổ sập

- Mỏ hàn tại Giao Thuỷ km 22

Kết cấu 1 hàng ống buy bê tông đường kinh 100cm dày 10cm cao 2,0cm phía trong xếp đầy đá hộc Phần ống buy phía trên cao 1,4m, phần ngập trong lăng thể đá

đổ 0,60m Cơ đá 2 bên rộng 0,5m mái m=1 đến nay đã bị hư hỏng nặng nguyên nhân do:

Trang 27

- Các viên đá có kích thước nhỏ không đủ trọng lượng bị sóng đánh xô dạt khỏi

vị trí không còn tác dụng bảo vệ ống buy bê tông

- Quá trình vận động của sóng biển các viên đá bị lắng chìm dần xuống mặt bãi

hạ thấp mỏ mất tác dụng bảo vệ ống buy bê tông làm mất tác dụng của mỏ

- Phần đá xếp phía ngoài bảo vệ ống buy quá thấp khả năng giứ ông buy ổn định

theo phương đứng kém

- Liên kế giữa các ông buy không có, tiếp giáp giữa các ống buy là tiếp giáp

điểm Khi 1 ống buy bị di chuyển các ống khác bị di chuyển theo

- Hệ thống 5 mỏ hàn tại Km 11 đê biển Nghĩa Phúc

- Khi thiết kế các mỏ hàn này có chiều dài khác nhau theo độ rộng của bãi Thi

công xong phát huy ngay tác dụng nâng được cao trình bãi từ 1 - 2m, một số mỏ đã bị

bãi cát lấp phủ, do đó các mỏ ít phải làm việc với sóng biển đến nay ổn định và phát

huy tốt tác dụng của hệ thống kè mỏ

- Dòng chảy ven gần song song với đường bờ là dòng chảy vùng cửa sông có

mang theo bùn cát từ sông Ninh Cơ đổ ra cửa Lạch Giang khi gặp kè mỏ lượng bùn cát

này bị chặn lại gây bồi lấp mỏ

- Khi mỏ phát huy tác dụng, đường bờ bị đẩy ra xa bãi được nâng cao bằng cao

trình mỏ thiết kế đã có tác dụng làm giảm cột nước trước công trình, giảm sóng leo

Tồn tại: Cao trình đỉnh mỏ và mũi mỏ thấp, khoảng cách giữa các mỏ quá dày do đó

phạm vi được bảo vệ bị hạn chế

- Hệ thống 5 mỏ hàn kè Hải Thịnh 2:

- Hệ thống kè đã được kiểm chứng qua bão số 7 (2005) đến nay vẫn ổn định

nhưng tác động gây bồi chưa rõ rệt Sơ bộ đánh giá nguyên nhân có thể do:

- Chiều dài mỏ chưa hợp lý, đầu chữ T quá gần bờ tác dụng giữ bùn cát kém

- Cao trình mũi mỏ không đồng đều dao động cao trình quá lớn (+6.0) – (+1.60)

- Chiều dài mỏ quá ngắn :mỏ dài 40m

- Các cấu kiện lát giữ chân phần thân mỏ trọng lượng nhỏ, liên kết độc lập khi

gặp dòng chảy ngược trở ra gây xói sát thân mỏ các cấu kiện này bị xói, sập, nếu xói

mạnh sẽ gây hư hỏng cho thân mỏ

- Các cấu kiện lát phần cách mỏ khối lượng nhỏ, liên kết độc lập dễ bị lún sụt

theo thời gian khi thân thân cánh mỏ bị tác động nhiều không ổn định Kết cấu nền giữ

ông buy không vững chắc, không đồng đều dẫn đến cao trình mỏ không đồng nhất

Các cấu kiện ống buy lồi, lõm khác nhau, khu vực mỏ 1, 2 ống buy bị đổ xiên

- Ống buy thân mỏ không có đáy tiếp xúc với bè đệm và vật liệu khác theo vành

tròn Khi bè đệm bị hư hỏng ống buy dễ bị lắng chím xuống bãi

I.3 LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ

GIẢM, PHÁ SÓNG CỦA CÔNG TRÌNH PHÙ HỢP

Nhằm thực hiện được mục tiêu của đề tài là đưa ra phương pháp xác định chiều

cao sóng và nâng cấp hoàn thiện hướng dẫn tính sóng thiết kế và xác định kích thước

RNM Đề tài đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu cần đi sâu là:

a) Phương pháp điều tra khảo sát: Sử dụng phương pháp điều tra khảo sát bổ

sung các yếu tố thủy thạch động lực: Sóng, dòng chảy, mực nước và bình đồ bãi, đê biển khu vực nghiên cứu bằng phương pháp và thiết bị hiện đại tại vùng biển Tiền Hải

- Thái Bình phục vụ xây dựng điều kiện biên và kiểm chứng các bài toán mô phỏng bằng mô hình giảm sóng qua rừng ngập mặn

b) Phương pháp phân tích viễn thám & GIS phân tích diễn biến quá trình biến động của bãi và bờ biển: Giải đoán ảnh viễn thám phục vụ thống kê biến động

diện tích RNM và biến động đường bờ vùng cửa sông ven biển khu vực nghiên cứu của đề tài

c) Sử dụng phương pháp mô phỏng trên mô hình vật lý trên máng sóng: Thí

nghiệm giảm sóng khi bãi có rừng ngập mặn(thảm thực vật ;Sú ,vẹt ), các loại công trình phá, giảm sóng gây bồi

d) Theo hướng mô hình số: Áp dụng mô hình hóa tiêu tán năng lượng sóng do

thực vật: tích hợp các thành phần tiêu tán phụ trội vào mô hình SWAN, sử dụng các

mô hình: MIKE21 tính tương tác giữa sóng và công trình, phân tích các phương án bố

trí công trình bảo vệ bờ biển tại trọng điểm xói lở

Trang 28

Chương II KẾT QUẢ ĐO ĐẠC ĐỊA HÌNH, THỦY HẢI VĂN BÃI BIỂN CÓ RỪNG NGẬP

MẶN TẠI TIỀN HẢI - THÁI BÌNH PHỤC VỤ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH TÍNH

TOÁN SỰ GIẢM SÓNG QUA RỪNG NGẬP MẶN

Công tác đo đạc các yếu tố thủy hải văn: sóng, mực nước và địa hình nhằm phục

vụ vấn đề nghiên cứu mô phỏng sự giảm sóng trước công trình và sự truyền sóng qua

RNM bằng mô hình số và mô hình vật lý

Dải ven biển thuộc các xã Nam Thịnh và Nam Trung huyện Tiền Hải kéo dài về

phía nam giáp cửa Ba Lạt đều có khu rừng ngập mặn nằm sát ven bờ Khu vực ven bờ

xã Nam Thịnh - huyện Tiền Hải - tỉnh Thái Bình nằm trong khoảng 200 21' vĩ độ Bắc,

1060 34'30’’ độ kinh Đông: Phía Bắc giáp xã Đông Minh, phía Nam giáp cửa Ba Lạt,

phía tây giáp xã Nam Trung, phía Đông giáp biển Đông với chiều dài bờ biển dài gần

10km

Nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành đi thực địa và tiến hành đô đạc khảo sát thủy

hải văn, địa hình bãi tại bãi biển có rừng ngập mặn tại xã Nam Thịnh, huyện Tiền Hải,

tỉnh Thái Bình trong hai thời kỳ đầu gió mùa Đông Bắc (tháng 11÷12 năm 2007) và

thời kỳ cuối gió mùa Đông Bắc (tháng 3 ÷ 4 năm 2008)

II.1 NỘI DUNG ĐO ĐẠC KHẢO SÁT

Theo kế hoạch, Viện Khoa học Thuỷ lợi chủ trì cùng phối hợp với Trung tâm

Động lực và Môi trường biển - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN và

Viện Cơ học triển khai đợt đo đạc khảo sát tổng hợp thuỷ hải văn và địa hình vùng

biển Tiền Hải - Thái Bình được thể hiện tại hình 2.1: Sơ đồ bố trí đo đạc khảo sát

Thủy văn, địa hình khu vực ven biển Tiền Hải - Thái bình với nội dung sau:

II.1.1 Đo lần 1 (thời kỳ đầu gió mùa Đông Bắc, tháng 11-12/2007) bao gồm các

hạng mục sau:

II.1.1.1 Đo đạc thủy hải văn (từ ngày 19/11/2007 đến ngày 29/11/2007):

1) Đo 01 trạm mực nước tại ven bờ xã Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình

2) Đo 04 trạm đo sóng vùng ven biển và xa bờ Tiền Hải - Thái Bình (Vị trí theo

- Trạm đo sóng T3 ở phía ngoài khu rừng ngập mặn, thuộc khu vực phía Nam xã

Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình có toạ độ:

Xem chi tiết các vị trí trạm đo tại sơ đồ bố trí đo đạc thủy hải văn (hình 2.1)

II.1.1.2 Đo đạc địa hình (từ ngày 16/11/2007 đến ngày 10/12/2007):

Các hạng mục đo đạc bao gồm:

- Xây dựng hệ thống mốc các mặt cắt ngang địa hình bãi biển

- Đo đẫn thủy chuẩn hạng IV tới mốc của 20 mặt cắt địa hình và 20 mặt cắt ngang địa hình bãi biển tại khu vực ven biển xã Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình

- Đo chi tiết địa hình trên cạn và dưới nước của 20 mặt cắt bãi biển khu vực nghiên cứu (xem hình 2.1)

II.1.2 Đo lần 2 (thời kỳ cuối gió mùa Đông Bắc, tháng 3-4/2008) bao gồm các hạng mục sau:

II.1.2.1 Đo đạc thủy hải văn (từ 26/3/2008 đến 10/4/2008)

1) Đo 01 trạm mực nước tại ven bờ xã Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình (từ 14h-26/3/2008 đến 14h-10/4/2008)

2) Đo 04 trạm đo sóng vùng ven biển và xa bờ Tiền Hải - Thái Bình (Vị trí theo

- Trạm đo sóng T4 ở phía trong khu rừng ngập mặn, ven bờ xã Nam Thịnh - Tiền

Hải - Thái Bình Tại trạm này tiến hành đồng thời trạm đo mực nước triều

Trang 29

T5

T1 T2 T3

2

1 1 4

2

1

1 1 4

a tiÒn h¶i - th¸i b×nh

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí đo đạc khảo sát địa hình, thủy hải văn ven biển Tiền Hải - Thái bình

II.1.2.2 Đo đạc địa hình (từ ngày 27/3/2008 đến ngày 10/4/2008)

Nhằm đánh giá sự tác động của sóng qua rừng ngập mặn có ảnh hưởng như thế nào đến sự biến đổi mặt cắt bãi tại khu vực nghiên cứu, trong đợt đo lần 2 (từ ngày 27/3/2008 đến ngày 10/4/2008) nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành đo đạc lại toàn bộ

20 mặt cắt mà đợt 1 đã đo đạc, từ kết quả đo vẽ thực tế của 02 lần đo, cùng với các kết quả thu thập tại hiện trường khu vực nghiên cứu sẽ cho chúng ta những kết luận một cách có cơ sở khoa học về sự biến đổi bãi tại đây Từ các số liệu thực đo này sẽ cung cấp cho chúng ta các dữ liệu đầu vào rất cần thiết đối với quá trình mô phỏng trên mô hình toán và mô hình vật lý để tính toán, nhằm nghiên cứu đưa ra các kết luận cũng như giải pháp hữu ích đối với bãi, đê biển khu vực có rừng ngập mặn này

II.2 THIẾT BỊ , KỸ THUẬT ĐO ĐẠC

1) Đo 01 trạm mực nước tại ven bờ xã Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình được

đo bằng máy tự ghi thủy triều TIDALITE (do Đức sản xuất)

2) Trạm đo sóng T1 ngoài xa bờ, tại độ sâu trên 10m nước đo bằng máy đo sóng

tự ghi Valeport 730D (do Anh sản xuất)

3) Trạm đo sóng T2 ngoài xa bờ, tại độ sâu trên 05-06m nước đo bằng Máy đo sóng tự ghi Valeport 730W (do Anh sản xuất)

4) Trạm đo sóng T3 ở phía ngoài khu rừng ngập mặn, thuộc khu vực phía Nam

xã Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình đo bằng máy đo sóng tự ghi OBS (do Mỹ sản xuất)

5) Trạm đo sóng T4 ở phía trong khu rừng ngập mặn, ven bờ xã Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình đo bằng máy đo sóng tự ghi TIDALITE (do Đức sản xuất) 6) Đo dẫn cao độ thủy chuẩn bằng máy NIKON AS-2C (Do Thụy Sỹ sản xuất) 7) Đo chi tiết địa hình mặt cắt bãi trên cạn bằng máy Leica TCR450 (do Thụy sỹ sản xuất)

8) Đo địa hình bãi ngập nước bằng máy đo sâu hồi âm ODOM (do Mỹ sản xuất)

II.3 BIỆN PHÁP KỸ THUẬT THỰC HIỆN ĐO ĐẠC II.3.1 Đo đạc thủy hải văn

II.3.1.1 Đo đạc mực nước triều (đo liên tục 15 ngày đối với cả 02 lần đo): Các số liệu

về mực nước triều tại khu vực nghiên cứu được đo bằng máy tự ghi TIDALITE (Đức), nhằm phục vụ cho công tác đo vẽ địa hình bãi tại khu vực này nên nhóm thực hiện đã tiến hành đặt 02 trạm đo mực nước tự ghi liên tục 24/24 trong 15 ngày, thời gian ghi là 30phút một số liệu

II.3.1.2 Đối với công tác đo sóng (đo đồng thời 10 ngày liên tục đối với cả 02 lần đo):

Trang 30

- Tại 02 trạm đo xa bờ (trạm T1 và T2): Đặt 02 máy đo sóng tự ghi Valeport

730D và Valeport 730W, các số liệu được đo liên tục 24/24 với thời gian ghi là 30phút

một lần ghi số liệu

- Tại vị trí trạm đo T3 (ở phía ngoài khu vực rừng ngập mặn): Đặt 01 máy đo

sóng tự ghi OBS, các số liệu đo liên tục 24/24 và 30phút một lần ghi số liệu

- Tại trạm T4 (phía trong khu rừng ngập mặn): Đo đồng thời với mực nước thủy

triều bằng máy tự ghi sóng triều TIDALITE, các số liệu được đo liên tục 24/24 với

30phút một lần ghi số liệu

II.3.2 Đo đạc địa hình

II.3.2.1 Khống chế cao độ:

Cao độ lấy theo hệ cao độ quốc gia, từ mốc GPS (PAM 184, Cao độ + 4.89m) về

các đầu mốc đã được bố trí (theo như sơ đồ đo đạc tại hình 1) với độ chính xác cấp 4

đo đi, đo về và đọc 3 giây bằng máy thăng bằng NIKON (AS-2C)

II.3.2.2 Đo mặt cắt ngang:

- Trên cạn: đo bằng phương pháp toạ độ cực, dùng máy Toàn đạc Leica TCR450

và máy kinh vĩ Theo 020 với mia nhôm

- Dưới nước đo bằng phương pháp đo sâu hồi âm bằng máy ODOM (do Mỹ sản

xuất) có gắn định vị GPS với độ chính xác cao cho vùng cửa sông ven biển

- Cao độ mặt nước được xác định bằng máy tự ghi triều (máy Tidalite - Đức) đặt

ven bờ

II.4 KẾT QUẢ ĐO ĐẠC KHẢO SÁT ĐỊA HÌNH, THỦY HẢI VĂN KHU VỰC

NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

II.4.1 Đợt đo đạc tháng 11-12/2007

II.4.1.1 Kết quả đo đạc khảo sát thủy hải văn

II.4.1.1.1 Kết quả quan trắc mực nước:

Kết quả quan trắc mực nước tại ven biển xã Nam Thịnh – Tiền Hải - Thái Bình

được thống kê theo bảng và đường biểu diễn dao động mực nước theo giờ tại thời

điểm đo được trình bày trong Phụ lục 1 - Báo cáo kết quả đo đạc thủy văn năm 2007

Với kết quả số liệu quan trắc thực tế cho thấy, nếu so mực nước dự báo cho trạm Hòn

Dáu chúng nhỏ hơn khoảng 35-45cm Chủ yếu rơi vào lúc đỉnh và chân triều Mực

nước triều max xảy ra vào lúc 5h ngày 27/11/2007 trong thời kỳ đo đạc với cao độ

+3.48 (m), biên độ dao động triều lớn nhất cũng rơi vào ngày trên với độ lớn ∆H =

3.48 - 0.09 = 3.39 (m) Dựa vào số liệu đo đạc mực nước thực tế tại Nam Thịnh - Tiền

Hải - Thái Bình đã tiến hành tính tương quan với trạm thủy văn Hòn Dáu, kết quả

nhận được phương trình tương quan Tương quan mực nước giữa trạm Hòn Dáu và

44

trạm Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình biểu diễn ở hình trong Phụ lục 1 - Báo cáo kết quả đo đạc thủy văn năm 2007

II.4.1.1.2 Kết quả quan trắc sóng:

Kết quả quan trắc 04 trạm đo sóng được trình bày tại các bảng biểu trong Phụ lục

2 - Báo cáo kết quả đo đạc thủy văn năm 2007 Nhìn chung, có thể nhận thấy chiều cao sóng trong cả quá trình đo phụ thuộc vào tốc độ gió và thời gian đuy trì của chúng thông qua 02 đợt gió mùa Đông Bắc xảy ra trong thời gian tiến hành khảo sát đo đạc trên

Trong chuỗi số liệu quan trắc thu được: Chiều cao sóng lớn nhất là Hmax = 1.36m, quan trắc được vào lúc 05h ngày 20/11/2007 Từ kết quả quan trắc cho thấy sóng tại vùng biển nghiên cứu có biên độ dao động khá lớn, chiều cao sóng trung bình dao động từ H = 0.5(m) ÷ 1.0(m) với tần số T = 5.0(s) ÷ 7.4(s) Chiều cao sóng lớn nhất dao động từ Hmax = 1.2(m) ÷ 1.4(m)

Một đặc điểm của sóng ven bờ vùng nghiên cứu trong khoảng thời gian quan trắc

là chu kỳ dao động khá nhanh và đều, trung bình khoảng 6.0(s)

II.4.1.2 Kết quả đo vẽ địa hình

II.4.1.2.1 Đo thuỷ chuẩn hạng IV:

Dựa vào cao, toạ độ lưới mốc quốc gia PAM-184 với cao độ +4.89 do Hạt đê điều huyện Tiền Hải – Thái Bình cung cấp đã dẫn cao độ hạng IV đến các mốc mới xây dựng tại các mặt cắt cố định theo sơ đồ bố trí đo đạc (Sơ đồ tại hình 2.1) Sơ hoạ

hệ thống mốc, các cao độ và tọa độ mốc được thể hiện tại phụ lục 1 - Báo cáo kết quả

đo đạc địa hình năm 2007

II.4.1.2.2 Đo mặt cắt ngang bãi biển:

Công tác đo vẽ các mặt cắt ngang địa hình lòng bãi được triển khai theo 20 mặt cắt (từ mặt cắt T0 đến mặt cắt T19), trong đó có 5 mặt cắt (gồm: T0, T4, T9, T14, T19) đo kéo dài từ 3.0 - 3.2km tính từ mốc khống chế ra xa bờ phía ngoài biển như sơ

đồ bố trí tại hình 1 Việc đo tăng cường các mặt cắt kéo dài nhằm đánh giá chi tiết địa hình bãi toàn khu vực nghiên cứu nhằm phục vụ tính toán mô phỏng chi tiêt hơn quá trình truyền sóng trong dải ven bờ có bãi triều rộng và rất đặc trưng này

Tất cả 20 mặt cắt ngang được vẽ theo tỷ lệ đứng 1:50 và tỷ lệ ngang 1:1000 (Trình bày trong Phụ lục 2 - Báo cáo kết quả đo đạc địa hình năm 2007)

Tổng chiều dài các mặt cắt ngang địa hình bãi và đáy biển đã hoàn thành là như sau:- Trên cạn: 8,72 (km)

- Dưới nước: 28,34 (km) Tổng chiều dài mặt cắt ngang địa hình bãi do nhóm thực hiện đề tài đã đo vẽ là: 37,06 (km)

Trang 31

II.4.2 Đợt đo đạc tháng 3-4/2008

II.4.2.1 Kết quả đo đạc khảo sát thủy hải văn

II.4.2.1.1 Kết quả quan trắc mực nước:

Kết quả quan trắc mực nước tại ven biển xã Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình

được thống kê theo bảng và đường biểu diễn dao động mực nước theo giờ tại thời

điểm đo được trình bày trong Phụ lục 1 - Báo cáo kết quả đo đạc thủy văn năm 2008

Với kết quả số liệu quan trắc thực tế cho thấy, nếu so mực nước dự báo cho trạm Hòn

Dáu chúng nhỏ hơn khoảng 10-15cm Chủ yếu rơi vào lúc đỉnh và chân triều Mực

nước triều lớn nhất xảy ra vào lúc 23h ngày 30/03/2008 trong thời kỳ đo đạc với cao

độ +3.00 (m), biên độ dao động triều lớn nhất cũng rơi vào ngày trên với độ lớn ∆H =

3.00 - 0.48 = 2.52 (m) Dựa vào số liệu đo đạc mực nước thực tế tại Nam Thịnh - Tiền

Hải - Thái Bình đã tiến hành tính tương quan với trạm thủy văn Hòn Dáu, kết quả

nhận được phương trình tương quan Tương quan mực nước giữa trạm Hòn Dáu và

trạm Nam Thịnh - Tiền Hải - Thái Bình biểu diễn ở hình trong Phụ lục 1- Báo cáo kết

quả đo đạc thủy văn năm 2008

II.4.2.1.2 Kết quả quan trắc sóng:

Kết quả quan trắc 04 trạm đo sóng được trình bày tại các bảng biểu trong Phụ lục

2 - Báo cáo kết quả đo đạc thủy văn năm 2008 Trong chuỗi số liệu quan trắc thu

được: Chiều cao sóng lớn nhất là Hmax = 1.20m (tại trạm đo T1 ở ngoài xa bờ), quan

trắc được vào lúc 13h 22’ ngày 1/04/2008 Từ kết quả quan trắc cho thấy sóng tại vùng

biển nghiên cứu có biên độ dao động khá lớn, chiều cao sóng trung bình dao động từ H

= 0.4(m) ÷ 0.9(m) với tần số trung bình T = 4.0(s) ÷ 7.0(s) Chiều cao sóng lớn nhất

dao động từ Hmax = 0.8(m) ÷ 1.4(m)

Một đặc điểm của sóng ven bờ vùng nghiên cứu trong khoảng thời gian quan trắc

là chu kỳ dao động khá nhanh và đều, trung bình khoảng 5.5(s)

II.4.2.2 Kết quả đo vẽ địa hình

II.4.2.2.1 Đo thuỷ chuẩn hạng IV:

Dựa vào cao, toạ độ lưới mốc quốc gia PAM-184 với cao độ +4.89 do Hạt đê

điều huyện Tiền Hải - Thái Bình cung cấp đã dẫn cao độ hạng IV đến các mốc nhằm

kiểm tra lại vị trí các mốc và cao độ mốc của đợt 1 (tháng 11/2007) đã xây dựng tại

các mặt cắt cố định theo sơ đồ bố trí đo đạc (Sơ đồ tại hình 2) Với kết quả đo đạc

cũng như kiểm tra thực tế tại hiện trường khu vực nghiên cứu cho thấy hệ thống mốc

vấn được giữ nguyên, không có sự biến đổi so với đợt 1 Các cao độ và tọa độ mốc

được thể hiện tại phụ lục 1- Báo cáo kết quả đo đạc địa hình năm 2008

II.4.2.2.2 Đo mặt cắt ngang bãi biển

Công tác đo vẽ các mặt cắt ngang địa hình lòng bãi được triển khai theo 20 mặt cắt đã bố trí của lần 1 tháng 11/2007 (từ mặt cắt T0 đến mặt cắt T19), trong đó có 5 mặt cắt (gồm: T0, T4, T9, T14, T19) đo kéo dài từ 3.0 - 3.2km tính từ mốc khống chế

ra xa bờ phía ngoài biển như sơ đồ bố trí tại hình 2 Việc đo tăng cường các mặt cắt kéo dài nhằm đánh giá chi tiết địa hình bãi toàn khu vực nghiên cứu nhằm phục vụ tính toán mô phỏng chi tiết hơn quá trình truyền sóng trong dải ven bờ có bãi triều rộng và rất đặc trưng này

Tất cả 20 mặt cắt ngang được vẽ theo tỷ lệ đứng 1:50 và tỷ lệ ngang 1:1000 (Trình bày trong Phụ lục 2- Báo cáo kết quả đo đạc địa hình năm 2008)

Tổng chiều dài các mặt cắt ngang địa hình bãi và đáy biển đã hoàn thành là như sau:- Trên cạn: 8,80 (km)

II.5 Sử dụng tài liệu khảo sát:

Trong 02 năm 2007 và 2008 Đề tài đã hoàn thành hạng mục đo đạc khảo sát chuyên đề về địa hình thủy hải văn tại bãi biển có RNM ở Tiền Hải - Thái Bình Trên

cơ sở trên đã xây dựng bộ số liệu về sóng, mực nước và địa hình tại khu vực nghiên cứu làm số liệu kiểm chứng mô hình tính sóng truyền qua RNM với các kết quả được thể hiện tại Chương V của báo cáo

Trang 32

Chương III XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ THỐNG KÊ SÓNG CHO CÁC VÙNG

ĐẶC TRƯNG TRONG DẢI VEN BIỂN NGHIÊN CỨU

III.1 TỔNG QUAN CHUNG PHÂN BỐ THỐNG KÊ SÓNG VEN BỜ VÀ ẢNH

HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA BÃI BIỂN

Trong nghiên cứu diễn biến bờ biển và thiết kế các công trình ven biển (đê, công

trình bảo vệ bờ, bến cảng, đê chắn sóng, quai đê lấn biển v.v ) thường phải sử dụng

các yếu tố sóng theo một tần suất thống kê nào đó như: H1/3, H1/10, H1/100 Các đại

lượng đặc trưng thống kê này phụ thuộc vào các dạng phân bố thống kê hoặc loại phổ

sóng mà người thiết kế sử dụng.Hầu hết các bài toán ứng dụng có liên quan đến sóng

biển hiện đại đều có nhu cầu phân tích phổ năng lượng sóng ven bờ để nghiên cứu cấu

trúc động lực nội tại của sóng trong đới sóng vỡ thông qua các đại lượng:

• T p , ƒp - Chu kỳ và tần số xuất hiện đỉnh phổ

• Sp - Phổ mật độ năng lượng

• Hmo- Chiều cao sóng hiệu dụng nhận được thông qua phân tích phổ

Những qui luật phân bố sóng không đều trong đới sóng vỡ và các đặc trưng phổ

năng lượng sóng phụ thuộc vào những điều kiện đặc thù cụ thể của vùng biển nghiên

cứu Do vậy, nhiều khi áp dụng những qui luật phân bố chung của các tác giả nước

ngoài có thể không phù hợp với điều kiện cụ thể tại các vùng biển của nước ta, từ đó

việc nghiên cứu vấn đề này đối với các vùng biển đặc trưng của nước ta có tính thực

tiễn cao

III.1.1 Một số khái niệm sóng thống kê

Sự trình diễn xác suất của trạng thái biển rất hữu ích trong thực tế do:

- Cho phép người thiết kế chọn các thông số sóng trong giới hạn mà nó sẽ đạt

được mức độ chấp nhận của rủi ro

- Các chỉ tiêu thiết kế dựa trên cơ sở xác suất có thể tiết kiệm được khá lớn kinh

phí do xét đến độ không ổn định trong việc đánh giá ước lượng độ lớn của sóng

(a) Như đã lưu ý trên đây trạng thái biển không đều là những tín hiệu ngẫu nhiên

Đối với các kỹ sư, để sử dụng hiệu quả sóng không đều trong thiết kế các đặc trưng

của các giản đồ sóng đơn phải tuân thủ một số qui luật xác suất sao cho thống kê sóng

có thể thu được bằng giải tích Rice (1944-1945) phát triển lý thuyết thống kê của các

tín hiệu ngẫu nhiên cho phân tích nhiễu điện Longuet-Hingins (1952) áp dụng lý

thuyết này cho dao động ngẫu nhiên mặt nước của sóng đại dương để mô tả việc sử

dụng thống kê của họ bằng các sử dụng giả thiết đơn giản Longuet-Hingins tìm ra các

tham số tín hiệu sóng ngẫu nhiên tuân thủ theo một số luật xác suất thông thường

(b) Các đặc tính thống kê của tín hiệu ngẫu nhiên như đường mặt nước có thể thu

được từ bộ của nhiều quan trắc đồng thời gọi là (ensemble) hoặc bộ số liệu của các tín

hiệu {η1(t), η2(t), η3(t),…} nhưng không từ quan trắc đơn lẻ Quan trắc đơn lẻ có thể

(d) Ergodic: quá trình η(t) được cho là ergodic nếu như bất kỳ giản đồ nào đo được của quá trình ηi(t) đặc thù cho tất cả quá trình thực hiện và do đó trung bình của một giản đồ trong bộ chuỗi số liệu cũng giống như trung bình toàn bộ chuỗi số liệu ergodic của quá trình η(t) có nghĩa là đo đạc thực hiện η(t), có thể nói ηi(ti) là đặc thù của toàn thể dao động có thể η2(t), η3(t)… tất cả được đo đạc tại thời điểm ti

* Khái niệm về ergodic cho phép nhận được rất nhiều thông tin thống kê từ một giản đồ, bỏ qua sự cần thiết phải nhân rộng quan trắc tại các điểm khác nhau Giả thiết

và chuẩn dừng và ergodicity là xương sống của sự phát triển lý thuyết thống kê sóng từ

số liệu đo đạc sóng

(e) Để áp dụng những khái niệm này vào sóng đại dương, xét toàn bộ giản đồ đại diện cho trạng thái biển bằng η(t) trên thời gian giới hạn T Giá trị trung bình hoặc giá trị tương ứng của trạng thái biển biểu thị bằng η hoặc mh, hoặc E(h) được xác định bởi:

m = E[h(t)] = ∫−

τ/2 τ/2

Variance của η biểu diễn bằng: s2 = V[η(t)] = E[η2] - m2 (3.2) (f) Độ lệch chuẩn sn là căn bậc 2 của variance (phương sai) cũng gọi là moment trung tâm thứ 2 của η(t) Độ lệch chuẩn đặc trưng sự phân tán trong trị số của η(t) xung quanh giá trị trung bình

(g) Autocorrelation và Autocoveriance function của trạng thái biển được biểu thị bằng Rh, liên hệ trị số của η tại thời gian t và trị số của nó tại thời gian sau t+t

Rh (t,t+t) = E[h(t) h(t+t)] (3.3) (h) Giá trị của Rh cho chỉ thị của tương quan của tín hiệu với chính nó cho thời gian trễ khác nhau t, và nó là số đo của thay đổi theo thời gian của η(t) với thời gian Nếu tín hiệu tương quan với chính nó với 0 trễ t, => hệ số tự động tương quan xác định như sau:

Trang 33

Rη

Nó đo mức độ tương quan giữa 2 tín hiệu Khái niệm này rất có ích cho thí dụ

trong quan hệ vận tốc sóng và áp lực thu được tại 2 vị trí riêng biệt khi đo đạc trạm

sóng ở trong các dự án ven bờ Chú ý rằng quá trình η(t) là dừng nếu mh và sh là hằng

số với tất cả các giá trị của t, và R là hàm chỉ của t = t2 - t1

(j) Cho rằng cao trình mặt nước η(t) là quá trình ngẫu nhiên dừng, đại diện cho

trạng thái biển trong khoảng vài giờ, sau đó chúng ta sẽ tập trung chú ý vào xác định

các đặc trưng xác suất của sóng đại dương Đại diện xác suất của trạng thái biển rất

tiện lợi với 2 lý do Đầu tiên, chúng cho phép người thiết kế chọn các tham số sóng

trong giới hạn mà sẽ đạt được mức độ chấp nhận của rủi ro Thứ hai, chỉ tiêu thiết kế

dựa trên xác suất sẽ tiết kiệm được lượng kinh phí đáng kể bằng cách xét đến sự không

ổn định trong ước định sóng

III.1.2 Các phân bố sóng thống kê

- Phân bố chiều cao sóng

Chiều cao sóng của những sóng đơn có thể được xem như biến đổi ngẫu nhiên

được đại diện bằng hàm phân bố xác suất Từ số liệu ghi giản đồ quan trắc được, như

là hàm có thể chấp nhận được từ đường tần suất của chiều cao sóng được chuẩn hoá

với chiều cao trung bình trong một vài giản đồ ghi sóng được đo tại một điểm

Thompson (1977) chỉ ra sự phù hợp của giản đồ ghi sóng tuân thủ phân bố

Releigh Nếu năng lượng sóng tập trung trong khoảng rất hẹp của chu kỳ sóng thì giá

trị lớn nhất (max) của mặt cắt sóng sẽ trùng hợp với các đỉnh sóng và giá trị thấp nhất

(min) sẽ trùng hợp với bụng sóng Nó được gọi là "điều kiện khoảng hẹp"

(narrow-band condition) Dưới điều kiện khoảng hẹp, chiều cao sóng được đại diện bằng phân

bố Releigh sau đó là (Longuet-Higgin 1952, 1975, 1983)

2 rms 2

2 rrms

H

Hexp1

H2)

e13

11)H(

- Từ đây chúng ta tìm được H* = 1.05Hrms Nhiều tính toán chiều cao sóng có thể sau đó thu được bằng phân tích các phương trình trên sử dụng đặc tính toán học của hàm sai số (Abramowitz và Stegun-1965) có thể thu được:

H1/3 = 4.00 m =1.416 H0 rm (3.8)

H1/10 = 1.27H1/3 =1.80Hrms = 5.091 m 0 (3.9)

H1/100 = 1.67H1/3 =2.36Hrms = 6.672 m 0 (3.10)

Hmax = 1.86H1/3 (với 1000 vùng sóng trong giản đồ ghi được)

- Chiều cao sóng lớn nhất có thể trong giản đồ ghi chứa N sóng quan hệ với rms chiều cao sóng (Longuet-Higgins 1952) bằng:

Hmax =

Nlog247.0Nlog2886.0N

- Quan hệ lý thuyết thu được phân bố Releigh nhìn chung phù hợp với các trị số xác định trực tiếp từ giản đồ sóng ghi được tại vùng nước sâu (Chakrabarti 1987) Rất

rõ ràng là phân bố Releigh phù hợp với số liệu, thậm chí phổ tần của sóng đại dương

có thể không luôn luôn là dải hẹp như giả định của phân bố Releigh Đo đạc hiện trường đôi khi lệch với phân bố Releigh, và độ lệch xuất hiện tăng với sự tăng của chiều cao sóng và giảm nếu như phổ sóng có đỉnh nhọn hơn Hiệu ứng của bề rộng của khoảng (band width) với phân bố chiều cao sóng đã được tính bằng lý thuyết (Tay flux 1983)

- Đo đạc chiều cao sóng nước sâu từ nhiều đại dương khác nhau đã tìm thấy sự tuân thủ phân bố Releigh (Tayfen 1983, Forristall 1984, Myzhaug và Kjeldsen 1986)

Điều này không đúng với sóng vùng nước nông, nó bị thay đổi rất mạnh bởi các hiệu ứng địa hình phối hợp với không tuyến tính biên độ Phổ năng lượng sóng của vùng sóng nước nông không phải trong dải hẹp vì có thể lệch một cách đáng kể với phân bố Releigh có xu hướng dự báo thiên lớn chiều cao sóng lớn trong tất cả các độ sâu

- Tóm lại, nhìn chung phân bố Releigh phù hợp chỉ trừ đối với giản đồ sóng gần

bờ mà ở đó nó có thể dự báo thiên lớn Nghiên cứu các giản đồ ghi sóng ven bờ từ rất

Trang 34

phự hợp tốt hơn cỏc quan trắc đơn lẻ (SPM-1984) Nguyờn nhõn cơ bản của sự lệch là

cỏc súng lớn đưa ra trong phõn bố Releigh bị vỡ trong vựng nước nụng Rất khụng

may là ở đõy khụng cú phõn bố nào tổng hợp mụ tả được phõn bố súng trong vựng

nước nụng Kết quả là phõn bố Releigh thường được dựng với cỏch hiểu là sẽ khụng

chuẩn với súng lớn

- Phõn bố chu kỳ súng

Longguet-Higgins (1962) và Bretscheider (1969) đưa ra hàm phõn bố chu kỳ

súng, bỡnh phương chu kỳ súng tuõn thủ phõn bố Releigh

3675.0expT

T7.2

Nhỡn chung mật độ xỏc suất với chu kỳ hẹp hơn với chiều cao súng và độ phõn

tỏn trong khoảng 0.5 đến 2.0 lần làm chu kỳ súng trung bỡnh

Nhiều chu kỳ súng đặc trưng được liờn kết với nhau, quan hệ cú được là:

Tmax≈T1 / 3≈ T (3.14)

Ở đõy hệ số C thay đổi giữa 3.1 và 3.3

III.2 XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ SểNG THỐNG Kấ THEO SỐ LIỆU QUAN

TRẮC ĐÃ Cể

III.2.1 Phương phỏp phõn tớch, xõy dựng cơ sở dữ liệu

III.2.1.1 Cơ sở dữ liệu số liệu thực đo súng

Bộ số liệu quan trắc súng tự ghi ven bờ tại trọng điểm Cảnh Dương - Quảng Bỡnh

(Ven biển Bắc Trung Bộ) trong điều kiện đặc trưng: giú mựa Tõy Nam, Đụng Bắc và

Bóo của cỏc thời kỳ: 8/1992, 12/1992, 8/1993, 12/1993 và 1/2001) được lựa chọn để

chỉnh biờn, thống kờ

III.2.1.2 Sơ đồ chỉnh lý, phõn tớch giản đồ súng

Toàn bộ số liệu giản đồ súng thực đo trờn đó được tỏc giả chuyờn đề tập hợp

chỉnh biờn, phõn tớch theo phương phỏp phõn tớch súng đơn và phổ

Cỏc chuỗi số liệu súng theo thời gian được thống kờ theo khu vực địa lý và cỏc

thời kỳ cú hỡnh thỏi thời tiết đặc trưng: giú mựa Tõy Nam, Đụng Bắc Cỏc bước chớnh

trong việc phõn tớch giản đồ súng tự ghi đươc thể hiện qua sơ đồ (Hỡnh 3.1)

Phổ đã

được lọc

Chuỗi thời gian {H,T}

Chỉnh lý phân tích thường kết thúc tại điểm này

1/3

H T 1/3

Hỡnh 3.1 Sơ đồ chỉnh lý, phõn tớch giản đồ đo súng

III.2.2 Kết quả phõn tớch thống kờ theo phương phỏp súng đơn

Cỏc kết quả chỉnh lý thống kờ về tương quan giữa cỏc cỏc tham số đặc trưng thống kờ súng trong vựng súng đổ dựa trờn số liệu thực đo tại cỏc trọng điểm nghiờn cứu: Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và TrungTrung bộ cựng với kết quả tương quan theo phõn

bố Rayleigh của Longuet - Higgin (1952, 1975, 1983) Theo cỏc kết quả thu được này,

cú thể rỳt ra một số nhận xột sau:

a- Nhỡn chung, tại cỏc trọng điểm nghiờn cứu số liệu quan trắc súng trong vựng súng đổ đều cú sai lệch với phõn bố Rayleigh Độ lệch tăng theo sự tăng của chiều cao súng từ H1/3 đến H1/100 Cú thể thấy, phõn bố Releigh cú xu hướng dự bỏo thiờn lớn đối với chiều cao súng lớn trong tất cả cỏc vựng biển trờn

b- Nếu so sỏnh trị số của cỏc hệ số quan hệ của cỏc tham số đặc trưng chiều cao súng thực đo (H1/3, H1/10, H1/100)với Hrms thỡ phõn bố Rayleigh cho kết quả thiờn lớn:

- Từ 14% đối với H1/10 tới 17% đối với H1/100 tại vựng biển Hải Hậu -Nam Định

và ven biển Bắc Bộ sai số này đạt trị số lớn nhất trong thời kỳ “Nước rươi” (từ thỏng 10-12 hàng năm) tại vựng biển này với ∆ H1/10=19% và ∆ H1/100 =21%

Trang 35

- Từ 25% với H1/10và 30% với H1/100 (tại vùng ven biển Cảnh Dương - Quảng

Bình)

- Từ 25% với H1/10và 30% với H1/100 (tại vùng ven biển Thừa Thiên Huế và

Quảng Nam)

c- Các hệ số quan hệ giữa các tham số chu kỳ sóng trong vùng ven biển tại 03

trọng điểm trên nhìn chung cũng thiên lớn Tuy nhiên, biên độ dao động của các tham

số này vẫn nằm trong phạm vi tuân thủ phân bố chuẩn Rayleigh

d- Từ các kết quả thống kê trên có thể thành lập các công thức quan hệ thực

nghiệm giữa các tham số sóng trung bình toàn năm cho các vùng ven biển đặc trưng

như sau:

- Bắc Bộ: đại diện là khu vực ven biển Hải Hậu - Nam Định:

rms 3

100

/

1

3 / 1 rms

1 = (3.16)

- Bắc Trung Bộ: đại diện là khu vực ven biển Cảnh Dương - Quảng Bình:

rms 3

100

/

1

3 / 1 rms

1 = (3.18)

- Trung Trung Bộ: Thừa Thiên Huế và Quảng Nam như sau:

rms rms

rms rms rms

H H

H

H H H

H H

H

11.291

1

24.137

3 / 1 100

/

1

3 / 1 10

3 / 1 10 / 1

rms 3

/ 1 10 / 1

rms 3

/ 1

rms 100

/ 1

T T

H 56 1 H 2 1 H

H 3 1 H

H 6 1 H

trong nghiên cứu thiết kế công trình ven biển tại Việt Nam

3.3 QUAN HỆ GIỮA ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐẶC TRƯNG THỐNG KÊ SÓNG VEN BỜ ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA BÃI BIỂN

III.3.1 Nhận xét chung

Dựa vào kết quả phân tích chung cho cả 03 vùng có thể thấy các tham số sóng thống kê (H−,H−mo) đều có trị số lớn trong mùa gió Đông Bắc và nhỏ hơn trong mùa gió Tây Nam Hiện tượng xói lở bãi, phá hoại đê kè qua theo dõi thống kê cũng thường xảy ra trong mùa gió Đông Bắc tại các vùng trên

- Tại Hải Hậu (Nam Định):

Theo kết quả theo rõi thống kê trong thời kỳ 1975-2001 có thể thấy hiện tượng xói lở bãi và phá hoại đê kè biển thường xuyên và tập trung xảy ra vaò thời kỳ gió mùa Đông Bắc, đặc biệt vào kỳ “Nước rươi” (Tháng 10-11 hàng năm) Dựa vào phần phân tích thống kê số liệu sóng quan trắc được có thể thấy:

- Chiều cao sóng trung bình H−,H−motại đây đạt trị số lớn nhất trong mùa “Nước Rươi” (H =0.861(m)

−

,Hmo=1−.23(m)) và gió mùa Đông Bắc

- H− =0.71(m), H mo=0−.95(m) Đặc biệt đỉnh phổ năng lượng lớn nhất trong chuỗi

số liệu khu vực này cũng xảy ra trong mùa này (S 2.4m2.s

max

Kết quả theo dõi đo đạc định kỳ 22 mặt cắt địa hình bãi biển khu vực 2000) cho thấy về mùa hè tại hầu hết các mặt cắt bãi thường được bồi hạn chế (khoảng 0.15-0.25m) Trong khi đó, vào mùa gió Đông Bắc đặc biệt là qua các tháng “Nước

Trang 36

rươi” (Tháng 10-11) bãi thường bị xói trong khoảng: 0.20 - 0.3(m) tại khu vực Hải

Chính và mạnh nhất có thể đến 0.5 - 1.2(m) trong vòng 2 tháng trong thời kỳ trên tại

khu vực bãi biển Hải Triều (1985-1990) và khu vực bãi biển Hải Triều, Hải Hoà

(1992-1995)

Bảng 3.1 Bảng thống kê phân tích phổ cho khu vực ven biển Hải Hậu

Tham số đặc trưng phổ năng lượng sóng

- Tại Cảnh Dương – Quảng Bình:

Ở hầu hết 9 mặt cắt địa hình trong thời kỳ (1992-1995) đều bị xói trong mùa gió

Đông Bắc khi tồn tại chế độ sóng với tham số thống kê lớn: H−1 / 3=1.32(m),

−

=1.29(m)

Hmo ,S−p=0.45m2.s và được bồi trong gió mùa Tây Nam (Từ tháng 4-9)

với sóng yếu có các tham số thống kê nhỏ (H−1 / 3=0.60(m),

Bảng 3.2 Bảng thống kê phân tích phổ cho khu vực ven bờ Cảnh Dương -Quảng Bình

Tham số đặc trưng phổ năng lượng sóng

III.3.2 Quan hệ giữa các tham số thống kê sóng và cân bằng mặt cắt bãi và chỉ số

xói, bồi bãi biển

Các tác giả Dean(1973), Kraus, Larson và Kriebel (1991) đưa ra nguyên lý về

quan hệ giữa xu thế bồi xói bãi phụ thuộc vào tham số không thứ nguyên:

H, T, và đường kính hạt trung bình D50 tại các mặt cắt định lượng thuộc 02 trọng điểm nghiên cứu đã tính chỉ số N0 cho các mùa thời tiết đặc trưng (Bảng3.3) Kết quả trên khá phù hợp với đặc điểm xói lở bão tại các trọng điểm nghiên cứu :

- Tại Hải Hậu - Nam Định: Trong mùa gió Đông Bắc tại hầu khắp các mặt cắt từ

mặt cắt 8 - 16 đều cho kết quả khả năng xói bãi với N0> 3.2 Đặc biệt trong mùa

“Nước Rươi” Chỉ số này hầu khắp các mặt cắt địa hình đều vượt trị số 4.0 phù hợp với diễn biến xói bãi ác liệt trong thời kỳ này (1975-2001) Thời kỳ gió mùa Tây Nam các chỉ số N0 càng cho thấy xu thế bồi tại đây (Bảng 3.3a)

trên ngưỡng 3.2 cho thấy mức độ xói trong mùa này không lớn, điều này cũng tương đối hợp lý nếu so sánh với thực tế (Bảng 3.3b)

a) Bãi biển Hải Hậu - Nam Định

Mặt cắt địa hình

Đường kính hạt trung bình D (mm)

Mùa gió Đông Bắc

b) Bãi biển Cảnh Dương - Quảng Bình

Trang 37

III.3.3 Một số nhận xét:

1- Giả thiết cơ bản của mô hình này là mặt cắt bãi biển biến đổi chủ yếu do sự vỡ

của sóng chu kỳ ngắn (từ 3÷20 giây) Dựa trên số liệu thực tế gần đây có thể thấy

trong một số trường hợp năng lượng sóng có chu kỳ dài vì Infra trọng lực có thể có

năng lượng rất lớn gần đường bờ hơn là các sóng chu kỳ nhỏ hiện hữu Chúng đóng

vai trò rất quan trọng trong quá trình biến đổi mặt cắt bãi nhưng quan hệ giữa biến đổi

mặt cắt bãi và sóng infra trọng lực có bởi vì hiện nay rất thiếu số liệu đo đạc

2- Chỉ số bồi, xói bãi No do Dean (1973), Kraus, Larson và Kriebel (1991) đưa

ra thể hiện quan hệ giữa các tham số thống kê sóng và xói, bồi bãi biển phản ánh khá

tốt hiện tượng xói bồi theo mùa đặc trưng ở các trọng điểm nghiên cứu

III.4 XÁC ĐỊNH CÁC PHÂN VÙNG ĐẶC TRƯNG CHO DẢI BỜ BIỂN KHU

VỰC NGHIÊN CỨU

III.4.1 Các chỉ tiêu phân vùng

Sau khi tính toán được chế độ trường sóng vùng khơi – vùng nước sâu, cần thiết

phải xây dựng lưới tính sóng để phục vụ tính toán lan truyền các sóng vùng nước sâu

vào vùng ven bờ, cụ thể cho đề tài tính toán thiết kế đê biển là phục vụ tính toán lan

truyền sóng từ vùng nước sâu vào chân đê Lưới tính lan truyền sóng từ vùng nước sâu

vào vùng ven bờ phải được phân vùng đáp ứng được các yêu cầu cụ thể sau:

1- Biên ngoài khơi - vùng nước sâu của lưới tính phải đảm bảo sao cho các sóng

khởi điểm lan truyền vào trong bờ được coi là sóng vùng nước sâu (độ sâu phải lớn

hơn 1/2 bước sóng)

2- Biến động về độ sâu dọc theo biên ngoài khơi của lưới tính phải không lớn để

có thể coi như các sóng dọc theo biên ngoài khơi là đồng nhất - chỉ có một sóng truyền

từ ngoài khơi vào vùng ven bờ Để đạt được yêu cầu này, thường lưới tính sóng được

lấy sao cho song song với đường bờ hoặc đường đẳng sâu ngoài cùng

3- Bước lưới tính sóng lan truyền vào vùng ven bờ phải thỏa mãn mục tiêu

nghiên cứu về trường sóng vùng ven bờ Với bài toán cụ thể là nghiên cứu trường sóng

cực đại phục vụ thiết kế đê biển bước lưới cần phải đủ nhỏ để có thể tính toán được

biến đổi trường sóng tại các vùng phức tạp nhất như các đảo, luồng lạch, cửa sông Đề

tài đã sử dụng lưới tính sóng theo mô hình SWAN cho toàn vùng biển Đông với bước

lưới 1/4 độ kinh vĩ (khoảng 27km) để tính sóng vùng nước sâu Các sóng này sẽ được

tính lan truyền từ biên ngoài của lưới tính sóng chi tiết vào chân đê Đối với khu vực

nghiên cứu - từ Quảng Ninh đến Quảng Nam, trên cơ sở độ biến động khá phức tạp

của đường bờ (với sự hiện diện của các cửa sông, mũi đá, đảo vv ) đã chọn bước lưới

tính chi tiết là 200m x 200m cho cả 5 vùng tính sóng lan truyền từ vùng nước sâu vào

vùng ven bờ

4- Lưới tính sóng chi tiết vùng ven bờ cũng cần phải phù hợp với lưới tính sóng

vùng nước sâu Hai lưới trên phải có các trục cùng theo một hướng từ đó có thể triết

xuất được chính xác các số liệu đầu ra của mô hình tính sóng vùng nước sâu làm số

với yêu cầu tiết kiệm bộ nhớ - lưới tính sóng phải song song với đường bờ Trong trường hợp cụ thể của đề tài tuy lưới tính sóng vùng nước sâu theo các trục kinh vĩ nhưng đã xây dựng các lưới tính sóng chi tiết vùng ven bờ song song với đường bờ để thỏa mãn điều kiện các sóng vùng nước sâu dọc theo biên biển khơi được coi là đồng nhất và tiết kiệm bộ nhớ

Như vậy địa hình và địa mạo ven bờ là một trong các yếu tố quyết định đến việc chia lưới tính sóng chi tiết cho các vùng bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Để

có cơ sở phân vùng và chia các lưới tính sóng chi tiết vùng ven bờ dưới đây cần điểm qua đặc điểm địa hình địa mạo khu vực từ Quảng Ninh đến Quảng Nam

III.4.2 Đặc điểm địa hình địa mạo khu vực Quảng Ninh - Quảng Nam:

Trên quan điểm phân vùng tự nhiên, dải ven bờ Quảng Ninh đến Quảng Nam có chiều dài cơ bản khoảng 600km được phân thành ba vùng tự nhiên khác nhau về cấu trúc địa chất, địa hình, đặc điểm phát triển tiến hóa và điều kiện động lực bờ bao gồm vùng phía bắc là toàn bộ khu vực ven biển vịnh Bắc Bộ và vùng bắc Trung Bộ Địa hình khu vực phía bắc từ Móng cái đến Đồ Sơn khá phức tạp chủ yếu là các đảo và xen kẽ giữa chúng các lạch khá sâu sẽ được phân tích trong mục phân vùng địa mạo Theo đánh giá của các nhà địa mạo, vùng ven bờ biển Việt Nam được chia thành

10 kiểu nằm trong 3 nhóm chính [12]:

- Nhóm bờ biển phân cắt xâm thực - kiến tạo vũng vịnh với nhiều đảo núi sót ven

bờ, ít thay đổi bởi động lực sông biển

- Nhóm bờ biển được hình thành và biến động mạnh bởi động lực sông biển và

- Nhóm bờ biển được thành tạo bởi động lực sông biển, động lực biển chiếm ưu thế

Sự phân loại theo đặc điểm địa hình, địa mạo các kiểu bờ biển Việt Nam nói chung và bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam nói riêng tuân thủ theo nguyên tắc nguồn gốc phát sinh địa hình bao gồm tất cả các loại bờ biển đang tồn tại và phát triển dưới tác động của động lực biển Ngoài các yếu tố động lực biển nêu trên khi phân loại đặc điểm địa mạo cũng cần thiết phải quan tâm đến các dạng địa hình tích tụ ven bờ như rừng ngập mặn, hoặc các loại bờ san hô vv…

Dưới đây là phân vùng địa mạo chi tiết cho khu vực nghiên cứu là vùng ven bờ

từ Quảng Ninh đến Quảng Nam:

1 Kiểu bờ biển phân cắt và vũng vịnh xâm thực- kiến tạo kiểu Đanmat: Đoạn bờ biển từ Trà Cổ đến Cửa Ông: Đây là vùng bờ ít thay đổi bởi động lực biển Đặc điểm đường bờ có hướng chung là đông bắc - tây nam và bị phân cắt mạnh bởi mạng sông suối ven bờ Mức độ phân cắt sâu và phân cắt ngang lớn Hệ số khúc khuỷu của đường

bờ là K=4 (K=L/d; ở đây L - là độ dài khúc khuỷu của đường bờ, d - là độ dài đường

bờ thẳng từ điểm đầu đến điểm cuối) Bề mặt địa hình đường bờ đặc trưng bởi núi đồi thấp, dạng bát úp và phân bậc rõ ràng của các bậc thềm cổ với độ cao khác nhau từ 4 - 5m và 8 - 10m Các bãi triều thấp với rừng ngập mặn phát triển mạnh, chỗ rộng nhất

có thể đạt tới 4 - 5 km

Trang 38

Đất đá cứng cấu tạo bờ chủ yếu là cuội kết, sạn kết, cát kết, bột kết với nhiều vỉa

than Antracit có giá trị công nghiệp thuộc trầm tích lục nguyên, điệp Hồng Gai, đá

biến chất hệ tầng Tấn Mài và đá biển: Vĩnh Thực, Cái Chiên, Bò Vàng, Cái Bầu vv

có đường cấu trúc địa chất hướng song song với đường bờ - là đặc trưng của kiểu

đường bờ Danmat Các đảo dài này ngăn cách giữa biển và bờ lục địa tạo ra các vũng

vịnh như vịnh Tiên Yên, Đầm Hà, Hà Cối, Ba Chẽ tương đối kín Chúng được phân bố

từ bờ biển Móng Cái đến Cửa Ông Các vũng vịnh chỉ thông ra biển qua các eo giữa

các đảo là Cửa Đại, Cửa Tiểu, Cửa Ông Các lạch eo này được khoét sâu lòng eo dưới

tác dụng của dòng triều lên, triều xuống tạo thành các trũng sâu với trục dài vuông góc

với đường bờ Các bờ đảo dài như Vĩnh Thực, Cái Chiên thoải hơn về phía biển, hình

thành các bờ tích tụ - mài mòn, còn các bờ về phía lục địa thường dốc hơn và thuộc

loại bờ bào mòn

Các vịnh Hà Cối, Đầm Hà, Tiên Yên có trắc diện đáy bất đối xứng, độ sâu nhỏ

Bờ phía lục địa thường thoai thoải và rất thoải, hình thành các bãi triều thấp với rừng

ngập mặn, còn bờ ngoài phía biển giáp các đảo Vĩnh Thực, Cái Chiên thì có độ dốc

lớn, không phát triển bãi triều và rừng ngập mặn Độ dốc ở phía bờ đảo trung bình

khoảng 50 - 600 Bờ vịnh ở phía lục địa thuộc bờ tích tụ - mài mòn vũng vịnh phức

tạp, tồn tại nhiều đảo nhỏ, và các bãi biển tích tụ cát tự do Trong vịnh, trầm tích đáy

mỏng, có nơi chỉ đạt vài chục cm thậm chí có nơi lộ đá gốc

2 Kiểu bờ biển cửa sông hình phễu, động lực biển thủy triều chiếm ưu thế: Đoạn

bờ biển từ Cửa Ông đến Yên Lập và một phần Hải Phòng Đây là kiểu bờ biển Karst

núi sót nhiệt đới, được đặc trưng bởi hàng ngàn hòn đảo đá vôi lớn nhỏ có các độ cao

khác nhau ở vùng ven bở kiểu này Đó là các đảo của vịnh Hạ Long, Bái Tử Long

phân bố ở vùng bờ biển tỉnh Quảng Ninh và một phần bờ biển Tỉnh Hải Phòng Kiểu

bờ biển này rất đặc trưng và phát triển kéo dài từ bờ biển Cửa Ông qua Hòn Gai đến

Bãi Cháy - Cát Bà [12]

Thành phần đá cứng cấu tạo nên các đảo nêu trên chủ yếu là đá vôi tuổi Carbon -

Pecmi, tạo ra một cảnh quan thiên nhiên tuyệt mỹ Độ cao các đảo tương đối đồng nhất

được chia thành nhiều nhóm với các độ cao 25m, 50m, 70m, 150m và 200m Bờ đảo

thường có vách dốc đứng từ 500 - 600 và đôi khi đến 900 Trên một số bờ đảo và bờ

biển tồn tại một số hang động Karst và ngấn nước biển cổ Dấu ấn mực nước biển cổ

và hiện đại trên các vách đá thường có độ sâu vào đá khoảng 2-3m và ở các độ cao

khác nhau Tại bờ biển Hà Tu - Hòn Gai tồn tại các ngấn sóng biển cổ khoảng 10 -

15m và 30 - 35m Các ngấn biển cổ và các bậc địa hình bề mặt đỉnh của các đảo liên

quan chặt chẽ với các giai đoạn hoạt động tân kiến tạo và nước dâng đại dương Trên

bờ biển còn gặp các hang động Karst với độ cao khác nhau Trong các hang động này

thường có các kiến trúc rất đẹp, hình thái thạch nhũ muôn màu muôn vẻ dưới dạng

“măng đá”, “râu đá”, “rèm đá”, “cột đá” Cũng tương tự như kiểu bờ biển Danmat ở

phía đông bắc, nguồn gốc hình thành địa hình kiểu bờ biển Karst núi sót nhiệt đới này

là do nước biển tràn vào vùng đồng bằng Karst xâm thực trong giai đoạn biển tiến cuối

3 Bờ biển kiểu cửa sông hình phễu Xen kẽ với kiểu bờ biển Karst núi sót nhiệt đới từ Yên Lập Quảng Ninh đến Đồ Sơn Hải Phòng tồn tại kiểu bờ biển cửa sông hình phễu với tác động ưu thế của thủy triều Đặc điểm của các cửa sông này là có hình phễu rộng và sâu vào đất liền, có bãi triều lầy sú vẹt phát triển rất rộng, hệ thống lạch triều dày đặc, chằng chịt Động lực biển thống trị đối với sự phát triển của kiểu bờ biển này là dòng triều Chế độ dòng chảy kết hợp giữa dòng chảy sông và dòng triều hướng

ra biển mạnh hơn rất nhiều so với dòng triều lên Chính vì vậy tại pha dòng triều xuống không những có thể xâm thực cửa sông mà còn mang đi tất cả các vật liệu của dòng triều lên mang vào cửa sông Quá trình xâm thực xảy ra mạnh nhất ở vùng cửa sông và giảm dần khi tiến sâu vào đất liền tạo ra hình dáng cửa sông hình phễu Cửa Nam Triệu Hải Phòng là một cửa sông hình phễu đặc trưng của vùng này

Địa hình tại các khu vực cửa sông hình phễu này khá phức tạp, và biến đổi theo chế độ thủy văn, và thủy triều cũng như chế độ sóng gió vùng cửa sông Phía ngoài cửa hình phễu địa hình thường bị chi phối bởi các yếu tố động lực sông biển và tạo ra các khu vực khá bằng phẳng, nguồn bùn cát trong sông đổ ra luôn được luân chuyển từ khu vực này đến khu vực khác trong giới hạn của “cửa phễu” phụ thuộc vào chế độ sóng, dòng chảy và thủy triều Ngược lên phía trên cổ phễu, do sự xói mòn mạnh của dòng chảy đặc biệt là ở pha triều rút luồng sông được định hình rõ nét và ổn định theo các mùa trong năm

4 Bờ biển châu thổ cửa sông - cửa sông delta Kiểu bờ biển này kéo dài từ Đồ Sơn đến Ninh Bình là vùng châu thổ của hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình và sông Đáy Đặc trưng của kiểu bờ biển này là động lực sông biển khá mạnh trong đó có vai trò của sóng và thủy triều Lượng phù sa của sông đổ ra biển thông qua các cửa sông nói trên rất lớn nên đường bờ tại các cửa sông có xu thế lồi lấn ra biển khác hẳn với sự thiếu hụt phù sa của loại cửa sông hình phễu nêu ở phần trên Tại các cửa sông cũng thường tồn tại các cồn cát chắn cửa - bar cửa sông như cồn Vành, cồn Thủ, cồn Đen vv và các bãi tích tụ trầm tích sông - biển hỗn hợp với rừng ngập mặn phát triển Tại vùng ven bờ này sinh vật biển ven bờ rất phong phú và đa dạng Điển hình các cửa sông delta vùng này là các cửa Ba Lạt, Trà Lý, Văn úc, Thái Bình và cửa Đáy Các cửa sông delta này phát triển trên nền kiến trúc phá hủy lấp đầy tân kiến tạo thuộc đới khâu xuyên lục địa kế thừa của võng chồng Hà Nội Cấu tạo trầm tích bờ chủ yếu

là đất đá bở rời Đệ tứ đa nguồn gốc Thành phần đất đá gồm cát, bột cát, bùn cát, bột sét có nguồn gốc hỗn hợp sông biển hoặc biển - đầm lầy

Địa hình tại khu vực này khá thoải có độ dốc không lớn Độ sâu từ 0 đến 2 mét nước cách bờ khoảng từ 0,5 đến 1.0 km và độ sâu 5 mét nước cách bờ khoảng 3 - 5

Trang 39

km Phần đáy biển khá bằng phẳng, độ đốc tại độ sâu từ 0 đến 2 mét nước khoảng

0.00140, tại độ sâu từ 2 đến 5 mét nước khoảng 0.0030 và tại độ sâu từ 5 đến 10mét

nước có độ dốc khoảng 0.00140

Đường bờ biển kiểu delta biến động rất mạnh Tốc độ bồi tụ ở các cửa sông châu

thổ khá lớn, trung bình đạt 20 - 30 m/năm Tuy nhiên dưới tác động của sóng và dòng

ven (dòng triều, dòng chảy sóng, dòng sông) có thể tạo ra các khu vực bị xói lở

nghiêm trọng do hiệu ứng của các cửa sông lồi ra chịu tác động của sóng thịnh hành

xiên góc với đường bờ Ví dụ điển hình của hiện tượng này là khu vực bờ xói lở tại bờ

biển tỉnh Nam Định Trường sóng hướng đông bắc đã bị các bar cửa Ba Lạt ngăn chặn

đóng vai trò như một mỏ hàn tự nhiên dẫn đến hiện tượng làm tăng gradient bùn cát

phía nam cửa – khu vực ven bờ biển Hải Hậu Nam Định và là nguyên nhân gây xói lở

mạnh tại vùng bờ biển này

5 Kiểu bờ biển được tạo thành bở động lực sông biển trong đó động lực biển

chiếm ưu thế Kiểu bờ biển này phát triển trên nền uốn nếp Việt - Lào bao gồm một

phần võng sông Đà (vùng bờ Nga Sơn), phức nếp lồi sông Mã (Thanh Hóa), trũng

chồng Sầm Nưa (Nghệ An - Hà Tĩnh) thuộc đới Bắc Trường Sơn và phức nếp lõm

sông Cả, phức nếp lồi Trường Sơn Địa mạo kiến trúc bờ biển thuộc đới tạo núi lập lại

Tân kiến tạo Việt Lào

Đường bờ biển khu bắc Trường Sơn tương đối bằng phẳng và thẳng với các

đồng băng ven biển hẹp xen kẽ các núi sót nhô ra biển như núi Lạch Trường, Sầm Sơn

Thanh Hóa, Mũi Bạng, Nghi Sơn, Đông Hội, Hữu Lập, Đông Ngàn, Cưả Sót, Mũi

Ròn Vùng bờ này có địa chấn cấp VII-VIII chủ yếu ở dọc các đứt gẫy sâu sông Cả và

sông Mã, tương đương với giá trị cực đại về cường độ 5,5 - 6.5 độ Richte Hình thái

đường bờ lõm về phía đất liền và chuyển từ hướng đông bắc - tây nam sang hướng tây

bắc - đông nam Các cửa sông phân cắt đường bờ có dạng delta lấp đầy (cửa Hới) và

cửa bất đối xứng (cửa Sót)

6 Kiểu bờ biển tích tụ - mài mòn đã được làm phẳng bởi đông lực sông biển

Đường bờ biển kiểu này thuộc cấu trúc địa chất nam Trường Sơn (từ Đèo Ngang đến

bán đảo Sơn Trà Đà Nẵng) có hướng chung là tây bắc - đông nam Đặc điểm chung

của bờ biển dạng này là cấu trúc địa chất đường bờ xiên chéo rõ rệt, cửa sông dạng cửa

đầm phá vũng vịnh, cường độ động đất khoảng cấp VI, tương đương với giá trị cực đại

về cường độ động đất là 4,5 - 5,0 độ Richte Dọc bờ biển phát triển các đụn cát, cồn

cát nằm song song với đường bờ Độ cao trung bình của các cồn cát khoảng 10 – 20 m

có nơi đạt 30 - 40 m Hiện tượng cát bay, cát chảy thường xẩy ra Do đó địa hình các

cồn cát luôn luôn biến động và được tái tạo lại bởi động lực biển và gió Các cửa sông

dạng đầm phá cũng được thành tạo trong dạng bờ biển này

Động lực phát triển địa hình ở khu bờ này là động lực biển thống trị Hướng vận

chuyển bùn cát tịnh dọc bờ trung bình năm là hướng bắc nam

Đất đá cấu tạo bờ bao gồm cả nhóm đất đá bờ rời Đệ tứ lẫn nhóm đá cứng trước

Đệ tứ gồm từ điệp Rào Châu, Bản Giàng ở bờ biển Quảng Bình đến điệp Đồng Trầu,

Đồng Đỏ ở bờ biển Thanh Nghệ Tĩnh, từ đá magma xâm nhập đến đá magma phun trào phân bố ở bờ biển Quảng Bình, Nghệ An, Hà Tĩnh (mũi Sót, Cửa Hội, mũi Ròn)

và Đà Nẵng (bán đảo Sơn Trà)

7 Kiểu bờ biển mài mòn - tích tụ vũng vịnh với đầm phá ven biển, động lực biển chiếm ưu thế Đoạn bờ từ đèo Hải Vân - mũi Sơn Trà (Đà Nắng) kéo dài đến Sa Huỳnh (Quảng Ngãi) là kiểu bờ biển mài mòn - tích tụ Địa hình bờ biển là đồng bằng nhỏ hẹp ven biển xen kẽ bờ mài mòn dá gốc được hình thành do quá trình tác động của động lực biển chiếm ưu thế Ven bờ loại này có một số cồn đụn cát nằm song song với đường bờ và được cải tạo lại bở gió Kiểu bờ này hình thành và phát triển trên nền cấu trúc của hệ uốn nếp Paleozoi - Meozoi Việt Lào và thuộc đới Tam Kỳ - Phước Sơn, kéo dài từ bán đảo Sơn Trà - Đà Nẵng đến Sa Huỳnh Đường bờ biển tương đối bằng phẳng và thẳng được tạo nên bởi hai sông chính là sông Thu Bồn và sông Trà Khúc Đất đá cấu tạo bờ chủ yếu là trầm tích Đệ tứ xen kẽ đá cứng có tuổi cổ nhất Việt Nam

và thuộc hệ tầng Kan Nack của địa khối Kon Tum Trầm tích tầng mặt bao gồm cát, bùn cát là chủ yếu

III.4.3 Phân vùng dải bờ biển của khu vực nghiên cứu chi tiết cho khu vực Quảng Ninh - Quảng Nam:

Trên cơ sở các chỉ tiêu phân vùng đặc trưng sóng trên khu vực nghiên cứu được phân thành 5 phân vùng cũng là 05 lưới tính như sau:

Trang 40

Chương IV XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ SÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN GIÓ MẠNH TRONG

GIÓ MÙA, BÃO TẠI VÙNG NƯỚC SÂU VÀ VEN BỜ VÀ BỔ SUNG HOÀN

THIỆN HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN SÓNG THIẾT KẾ

IV.1 QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ SÓNG PHỤC VỤ THIẾT KẾ

CÔNG TRÌNH BIỂN

IV.1.1 Luận cứ khoa học, qui trình xác định các tham số sóng phục vụ thiết kế

công trình ven biển

Để phục vụ thiết kế các công trình xây dựng trên biển, ở nước ta đã có một số các

quy phạm tạm thời tính toán sóng thiết kế Trong thời kỳ gần đây, ở nước ta tồn tại

một số qui phạm, tiêu chuẩn tính toán các đặc trưng sóng cho thiết kế cho công trình

cửa sông, ven biển đã được phân tích ở Chương tổng quan của Báo cáo Ở đây đíâu

phân tích luận cứ khoa học, qui trình xác định các tham số sóng phục vụ thiết kế công

trình ven biển

Tại hầu hết các nước phát triển hệ thống thông tin dữ liệu về sóng được thành lập

(WIS) và các tham số chế độ của trường sóng vùng nước sâu và trường gió đã được

tính sẵn cho từng vùng biển và từ đó được sử dụng làm bộ số liệu đầu vào dùng để

phục vụ các công trình biển vùng ven bờ và sát bờ trong đó có xây dựng đê biển Hiện

nay cơ sở dữ liệu về sóng của Việt Nam quá nghèo nàn không đủ để thành lập hệ

thống thông tin trên Do vậy, nhu cầu xác định các tham số sóng phục vụ thiết kế công

trình hoàn toàn phải dựa vào phương pháp tính toán hồi phục số liệu sóng cực trị trong

bão và gió mùa Hiện nay với các mô hình tính sóng vùng nước sâu có thể thấy rằng

các loaị mô hình tính sóng thế hệ ba hiện nay cho phép dự báo hoặc hồi tính khá tốt

trường sóng vùng nước sâu ngay cả trường sóng trong bão Các kết quả tính sóng này

hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác đối với các tham số sóng vùng

nước sâu phục vụ xây dưng công trình biển nói chung và thiết kế đê biển nói riêng

Đối với tính sóng các mô hình tính sóng nêu trên đều có thể áp dụng vào tính sóng lan

truyền vào khu vực thiết kế đê biển nhưng quá trình này khá phức tạp và đòi hỏi phải

có qui trình rõ ràng

Hiện nay có rất nhiều các mô hình tính sóng được công bố rộng rãi trên các sách,

tài liệu chuyên môn và Internet về công nghệ biển, tuy nhiên việc sử dụng loại mô

hình nào là phù hợp với yêu cầu tính toán trường sóng tại vùng nước sâu và ven bờ là

một vấn đề rất quan trọng, phụ thuộc vào từng loại yêu cầu cụ thể và đặc biệt là phụ

thuộc vào các số liệu đầu vào như độ phân giải của bản đồ độ sâu, số liệu trường gió

hiện có, các đặc trưng của trường sóng ban đầu và trường sóng tại biên ngoài khơi

Quy trình chung để xây dựng các công trình ven biển bao gồm cả thiết kế đê biển là

cần tính được sóng vùng nước sâu sau đó tính sóng lan truyền vào vùng xây dựng công

trình

64

a.Đối với trường sóng vùng khơi:

Đến nay các tính tóan, dự báo sóng nghiệp vụ đã có được khả năng mô phỏng từng thành phần phổ của sóng trên qui mô không gian toàn vùng biển với bước lưới đủ chi tiết phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, hệ phương trình cân bằng năng lượng sóng được sử dụng trong các mô hình dự báo và được phân loại thành ba thế hệ: thế hệ thứ nhất từ những năm 50 - 80 với giả thiết các thành phần năng lượng phát triển hòan toàn độc lập với nhau Từ những năm 1980 xuất hiện các mô hình tính sóng thế hệ thứ hai, trong các mô hình này đã tính đến các tương tác giữa các thành phần sóng Vào giữa những năm 1980, những nghiên cứu mô phỏng tóan học rộng rãi đã cho thấy rằng các mô hình thế hệ I và II không thể áp dụng cho tất cả các trường gió, đặc biệt là các trường hợp gió bão, đồng thời với sự tiến bộ trong công nghệ tính tóan các tích phân dạng Boltzman của Hasselmann 1985 và Snyder 1993 đã vượt qua được các khó khăn trong tính tóan của các mô hình thế hệ II và đặt nền móng cho các mô hình thế hệ thứ

ba, các mô hình này với những đặc điểm mới cơ bản là cho phép tính được năng lượng phổ bằng cách tích phân trực tiếp phương trình cân bằng năng lượng sóng, tham số hóa chính xác hàm nguồn truyền tải phi tuyến năng lượng có cùng bậc tự do với phổ năng lượng sóng, sử dụng xấp xỉ tương tác rời rạc của Hasselmann (1985), phương trình cân bằng năng lượng sóng được khép kín bằng cách định rõ các hàm nguồn tiêu tán, các hàm này phù hợp với các dạng được Komen (1984) đề xuất Các mô hình đại diện là WAM, WAVEWACH III, SWAN, OSW

Đánh giá chung về các mô hình tính sóng vùng nước sâu thấy rằng, các loaị mô hình tính sóng thế hệ ba hiện nay cho phép dự báo hoặc hồi tính khá tốt trường sóng vùng nước sâu ngay cả trường sóng trong bão Các kết quả tính sóng này hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác đối với các tham số sóng vùng nước sâu phục vụ xây dưng công trình biển nói chung và thiết kế đê biển nói riêng Yếu điểm nhất hiện nay đối với việc tính các tham số sóng vùng nước sâu là chúng ta chưa có đủ

số liệu đầu vào đó là trường gió với đủ độ phân giải theo không gian Chính số liệu trường gío chi tiết này cho phép ta tính được trường sóng lừng là yếu tố quyết định rất nhiều đến sự tồn tại của các công trình ven bờ,đê biển Nhờ sự hợp tác với Sở Khí tượng Nhật, hiện nay nhóm các tác giả thực hiện đề tài đã có được bộ số liệu trường gió trên biển có độ phân giải 1/4 độ kinh vĩ và thời gian liên tục là 15 năm (1 ngày 4 số liệu) Như vậy có thể khắc phục được sự thiếu số liệu đầu vào nêu trên Trong một loạt các mô hình tính sóng thế hệ 3 nêu trên cần thiết phải chọn một mô hình để phục vụ tính toán và dự báo Đề tài đã chọn mô hình SWAN với phiên bản gốc của mô hình SWAN là loại mô hình phục vụ tính toán lan truyền sóng tại vùng nước nông ven bờ, tuy nhiên những phiên bản cuối của mô hình cho phép tính toán cho các vùng biển sâu

và ven bờ đặc biệt hữu hiệu đối với các vùng biển lớn như biển Đông của chúng ta Một ưu việt nữa của mô hình này là có mã nguồn mở và luôn được cập nhật cải tiến

Do vậy, những vấn đề khó khăn như xử lý số liệu đầu vào là trường gió trong bão cũng được cập nhật với những thông tin bổ trợ hữu ích cho người sử dụng

Định dạng
Số trang	112
Dung lượng	10,82 MB