Phụ lục: G Hướng dẫn tính toán xói lở cồn cát

Phương pháp tính toán xói lở cồn cát trong bão G.1.1 Cơ sở và phương pháp tính toán * Các điều kiện ban đầu: - Mặt cắt cồn cát ban đầu được chuyển đổi thành một mặt cắt cồn cát nào đó

Phụ lục: G Hướng dẫn tính toán xói lở cồn cát

G.1 Phương pháp tính toán xói lở cồn cát trong bão

G.1.1 Cơ sở và phương pháp tính toán

* Các điều kiện ban đầu:

- Mặt cắt cồn cát ban đầu được chuyển đổi thành một mặt cắt cồn cát nào đó bị xói lở trong một cơn bão

- Hình dang của mặt cắt xói lở này là 1 hàm của chiều cao sóng có ý nghĩa và vận tốc lắng chìm của hạt cát bị xói lở trong điều kiện nước tĩnh

- Hình dạng của mặt cắt xói lở không lệ thuộc vào góc tới của sóng, của mặt cắt bãi biển trước cơn bão, và mực nước trong bão

- Giả thiết rằng cát bị xói lở được vận chuyển chỉ theo 1 hướng ra biển

- Mặt cắt ngang xói lở ở tình trạng mà tổng diện tích cát bị xói lở bằng đúng diện tích cát bị lắng đọng Nói chung giả thiết rằng không có sự tổn thất (mất mát) lượng cát xảy ra theo hướng dọc

bờ

Tính toán dự báo xói lở cồn cát trong bão là xác định phạm vi xói theo phương ngang và đứng hay vị trí phần cắt đỉnh cồn cát sau bão, đặc trưng bởi các tham số xmax và ymax

* Hình dạng của mặt cắt xói lở

- Mặt cắt ngang xói lở của bãi biển được mô tả bởi 3 phần: bề mặt cồn cát, phần mặt cắt dạng parabol và độ dốc chân cồn cát

- Bề mặt cồn cát được mô tả bởi độ dốc 1:1, từ mực nước lớn nhất trong bão hướng lên phía trên cồn cát

- Tại mực nước lớn nhất trong bão, bề mặt cồn cát được tiếp nối với với phần para bol của mắt cắt Điểm tiếp nối này là chân của cồn cát sau bão (x=0; y=0) Từ chân cồn cát ra phía biển, phần dạng mặt cắt parabol được thể hiện bởi công thức 1

Hình 9.8: Nguyên lý của mô hình tính toán xói lở cồn cát

0 2 18 0268

0

12 6

7 4714 0 6

45 0 28 1

0 0

−

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

+

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

x w

T H

y

Công thức (1) có giá trị đến vị trí Q trên mặt cắt, ở đó:

56 0 28

1 0 max

0268 0 6

7

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

=

w

H x

Đối với giá trị này của x, tọa độ y được xác định

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎥

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎢

⎣

⎡

−

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

+

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

=

=

6 7 0 2 18

12 250 4714

45 0 max

s p

H T

y

- Từ điểm Q:xmax, ymax , hướng về phía biển, giả thiết đường xói lở tạo mặt cắt có độ dốc không đổi 1:12.5 đến tận vị trí giao điểm với mặt cắt ban đầu

- Giá trị w được tính bằng công thức:

226 3 log

180 2 ) log ( 476 0

1

50 10

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

D D

Trong công thức từ (1) đến (4) , các ký hiệu sau là:

- H0s : chiều cao sóng tới có nghĩa Hs xác định tại vị trí chân công trình tương ứng với tần suất thiết kế

- Tp: Chu kỳ của đỉnh sóng

- w: vận tốc lắng chìm của hạt cát trong nước biển

- x: Trục toạ độ ngang ( hướng dương ra phía biển )

- y : trục tọa độ đứng ( hướng dương xuống dưới )

- D50: đường kính trung bình hạt cát tại cồn cát

Công thức (1) và (3) có giá trị với chu kỳ đỉnh sóng trong khoảng 12s < Tp < 20s Trong trường hợp Tp < 12s, lấy Tp = 12s Trong trường hợp Tp > 20s, lấy Tp = 20s

G.1.2 Các lưu ý khi tính toán trong thực tế

- Hình dạng của mặt cắt xói lở được xác định theo công thức (1)

- Vị trí của mặt cắt xói lở theo phương đứng được xác định bởi mức nước trong bão (trục x chỉ mức nước trong bão)

- Vị trí theo phương ngang được xác định theo hướng vuông góc với bờ biển

- Đối với mực nước trong bão, lấy giá trị mực nước ở vị trí ngay bên ngoài vùng sóng vỡ G.1.3 Độ chính xác của tính toán xói lở cồn cát với mô hình tính toán

Nhìn chung, lượng xói lở cồn cát tính toán được sẽ có sai số với lượng xói lở cồn cát thực tế

xảy ra do các nguyên nhân sau đây:

* Sự chính xác của mô hình tính toán

Mô hình tính toán là một sơ đồ hóa tương đối đơn giản của một quá trình tự nhiên phức tạp Sơ

đồ tính toán này có thể đưa đến sự không chính xác hoàn toàn Độ chính xác của mô hình tính toán được biểu thị bởi độ lệch từ số lượng xói lở cồn cát tính toán ở trên mức nước trong bão

vàcó giá trị

Trong đó A: lượng xói lở cồn cát tính toán ở trên mực nước trong bão(m3/m)

* Độ chính xác của các thông số đầu vào

Việc đo đạc mặt cắt cồn cát ngay trước cơn bão khó có thể thực hiện được Thêm nữa, sự không chắc chắn về độ chính xác của giá trị mực nước trong bão, chiều cao sóng và đường

kính hạt cát

* Những ảnh hưởng của triều cường, dao động sóng và thời gian của cơn bão

Những ảnh hưởng của dao động mực nước trong các cơn bão là hậu quả của triều cường, dao động sóng không được xét đến trong mô hình tính toán nêu trên nhưng vẫn cần có sự xem xét đánh giá mức độ ảnh hưởng

* Sự phân bố lại bùn cát theo hướng dọc bờ

Điều kiện ban đầu của sự cân bằng xói – bồi theo hướng vuông góc bờ không áp dụng đối với các mặt cắt ở các đoạn bờ biển có độ cong lớn Đối với những mặt cắt như vậy cần có sự xem xét lượng xói lở tăng thêm do ảnh hưởng của vận chuyển bùn cát dọc bờ

Trong giai đoạn hiện tại, khi tính toán lượng xói lở cồn cát chỉ xét lượng xói lở tăng thêm do hạn chế về độ chính xác của mô hình toán, chưa xét các yếu tố khác

G.2 Mô hình tính toán xói lở cồn cát trong bão

G.2.1 Giới thiệu mô hình tính

Theo phương pháp và nguyên lý tính toán nêu trên, trong tài liệu này, sẽ hướng dấn áp dụng

mô hình tính xói lở cồn cát DUROS-Plus cùa Hà lan Đây là mô hình tính toán đơn giản và tương đối phù hợp với khả năng, số liệu hiện có và kinh nghiệm nghiên cứu thực tế về cồn cát ở

Việt Nam

G.2.2 Hướng dẫn tính toán xói lở cồn cát bằng mô hình toán

- Số liệu mặt cắt ngang cồn cát: Số liệu mặt cắt ngang cồn cát được thể hiện bằng file exel với khoảng cách lẻ và cao độ tự nhiên tương ứng

Hướng mặt cắt: Từ trái sang phải tương ứng từ phía biển vào đất liền

Phạm vi phía bờ vượt qua phạm vi cồn cát cần tính toán khoảng 30-50m là đủ

Phạm vi mặt cắt phía biển phụ thuộc vào đặc điểm địa hình đáy biển vào chiều cao song, chu kỳ song tính toán Do đặc điểm của lý thuyết mô hình giới hạn phần bồi ở chân bờ ở mái dốc m=12,5 nên địa hình đáy biển cần vượt qua đoạn đáy biển có mái dốc m thoải hơn 12.5

- Đường kính hạt của cồn cát: Thông số đường kính hạt qui định là D50 với đơn vị là (m).Ví dụ:

Đường kính hạt D50=0.257mm khi nhập số liệu vào là 257e-6

- Chọn tần xuất tính toán: Tần xuất tính toán đối với mực nước và sóng khi tính toán đối với cồn cát ven biển miền Trung lấy bằn p =2% ( tương đương tần xuất tính toán thiết kế đê biển trong khu vực với cấp công trình là cấp III)

Sóng tính toán là sóng ở chân công trình

- Mực nước tính toán: Mực nước tính toán là mực nước tổng hợp bao gồm cả nước dâng trong bão

* Tính toán

- Khởi động DUROS

Modul DUROS bao gồm 56 file mã đoạn được viết bằng ngôn ngữ lập trình của MATLAB liên kết với nhau trong đó có 1 file để nhập số liệu và chạy ra kết quả tính toán ký hiệu DUROS_TT.m

Để chạy được modul DUROS phải cài đặt phần mềm MATLAB phiên bản 2009 trở lên Sau khi

đã cài đặt hoàn chỉnh MATLAB, vào thư mục DUROS, nhấn vào file DUROS_TT.m sẽ hiện lên toàn bộ code dưới dạng text

Save as file và đặt tên theo ý đồ của người sử dụng cho trường hợp tính toán cụ thể Ví dụ: Save as sang file BT14.m

File số liệu địa hình xls và file tính toán m phải được đặt trong cùng thư mục DUROS

- Thiết lập các thông tin tên file mới

Ở ở hàng thứ nhất: Sửa lại tên file sau “function result = “ đúng theo tên file đang mở Ví dụ: File

đang mở là BT14.m thì sửa thành: “function result = BT14 (varargin)”

Tương tự như trên tại các hàng 9,26,27,28

- Nhập số liệu

Số liệu đầu vào bao gồm: Tên file địa hình (*.xls), mực nước, chiều cao sóng, chu kỳ sóng, đường kính hạt, độ dốc địa hình chân bờ và cao độ điểm thấp nhất phía biển trên mặt cắt ngang

Toàn bộ số liệu được nhập bằng cách sửa lại số liệu mặc định của file nguồn tại các hang từ hang 78 đến hàng 84 Trong đó:

Hàng 78: sửa lại tên file xls số liệu địa hình theo đúng file số liệu cần tính toán đã thiết lập ở bước 1

Vídụ: 'transectfile', fullfile(fileparts(which(mfilename)), 'BT14.xls'),

Các hàng 79,80,81,82,83,84 lần lượt sửa lại giá trị mực nước, chiều cao sóng, chu kỳ sóng, đường kính hạt, độ dốc địa hình chân bờ, cao độ điểm thấp nhất phía biển trên mặt cắt ngang

- Chạy và xuất kết quả

Sau khi hoàn thành các bước trên, chọn cửa sổ Debug, bấm vào lệnh Run BT14.m hoặc bấm vào nút mũi tên xanh trên thanh công cụ của MATLAB để tiến hành tính toán và xuất kết quả

Kết quả tính toán sẽ hiện ra trên màn hình dưới dạng hình ảnh thể hiện phạm vi xói lở cồn cát và phần bồi phía chân bờ

G.2.3 Đánh giá mức độ xói lở của cồn cát với trường hợp tính toán

Để đánh giá mức độ xói, sử dụng chỉ tiêu tỷ lệ mức xói lở Er(m3/m) trên chiều rộng xói B (m), cụ thể:

+ Er(m3/m)/B(m) =0: Không xói + Er(m3/m)/B(m) < 0,3: Yếu + Er(m3/m)/B(m) = 0,3-0,6: Trung bình + Er(m3/m)/B(m) = 0,6-1,2: Mạnh + Er(m3/m)/B(m) > 1,2: Rất mạnh G.2.4 Một số lưu ý khi áp dụng mô hình DUROS-Plus

Ưu điểm: Sử dụng đơn giản, dễ hiểu, trực quan

Hạn chế: Phần bồi ở chân bờ được giới hạn bởi mái dốc m=12.5 nên với địa hình đáy biển dốc

hơn 12,5 mô hình không thực hiện được

Phần sạt lở cồn cát trên mực nước được qui ước là sạt lở với mái dốc m=1.0 có thể chưa phản ánh đúng hình ảnh sạt lở cồn cát sau bão

Đối với việc ứng dụng vào điều kiện Việt Nam:

- Hiện nay số liệu địa hình phần dưới nước bị hạn chế nên kết quả tính toán chưa phản ánh đúng thực tế

- Chưa có hướng dẫn cụ thể về việc lựa chọn chu kỳ lăp của mực nước, chiều cao sóng, chu kỳ sóng tương ứng để tính toán biến động cồn cát

- Đề xuất chọn mực nước và thông số sóng tính toán có tần xuất p = 2%

G.2.5 Ví dụ tính toán xói lở cồn cát cho 1 mặt cắt đại diện

* Hiện trạng cồn cát chọn tính tóan

Mô tả cồn cát chọn Mặt bằng khu vực cồn cát

1 Vị trí, khu vực:

Cồn cát xã Đức Lợi – huyện Mộ Đức ,

tỉnh Quảng Ngãi

2 Quy mô:

- Diện tích: 354 ha

- Chiều dài: 4.9 km

- Chiều rộng: 160 m ÷920 m

- Cao độ đỉnh: 5,0 m ÷ 11,5 m

3 Hiện trạng xói lở

- Đầu cồn cát bị xâm thực sâu 100m

chiều dài trên 1,5km (mạnh nhất

2005-2007), hiện vẫn còn một số đoạn đang bị

sạt lở

- Cuối cồn bị sạt lở dài trên 500 m, bắt

đầu xuất hiện từ 1999÷2002, đến nay

vẫn không ổn định và hiện tượng xâm

thực nhẹ vẫn tiếp tục xảy ra

* Các thông số đầu vào phục vụ tính toán xói lở

Sóng

Số hiệu

mặt cắt

cồn cát

Cao độ đỉnh

cồn cát (m)

Mặt cắt ngang ban đầu

Tần xuất

Mực nước (cm)

Chìều cao sóng

Hs (m)

Chu kỳ

sóng T (s)

Đường kính hạt cát D50 (mm) QN-4 5,0÷11,5 Khảo sát 10/2010 2% 127 1.41 13.45 0.373

Ghi chú: các thông số mực nước tổng hợp và sóng tra từ kết quả tính tóan trong phụ lục

số …

* Trình tự và kết quả tính toán

- Trình tự tính toán: theo hướng dẫn tại mục I.2 ( b) của phụ lục này

- Kết quả tính toán:

Kết quả tính toán xói lở cồn cát thể hiện qua hình vẽ và bảng kết quả tính sau đây:

Hình vẽ mô tả kết quả tính tóan dự báo xói lở cồn cát ( p =2%)

-1540 -1535

-1530 -1525

-1520 -1515

-1510 -1505

-1500

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

cross-shore coordinate [m]

DUROS-plus

DUROS-plus Erosion above SSL

Initial profile

Erosion profile

WL: 1.27 m w r.t datum

Hs: 1.41 m

Tp: 13.45 s

D50: 373.00 μm

Er: -12.66 m 3 /m 1

( Ghi chú: đường màu đen là MC ban đầu; đường màu đỏ là mặt cắt sau xói lở)

Bảng kết quả tính toán dự báo và đánh giá mức độ xói lở ( với trường hợp p =2%)

Thông số xói lở

Số hiệu

mặt cắt

cồn cát

Cao độ điểm xói sâu nhất (m)

Cao độ điểm xói cao nhất (m)

Chiều rộng xói B(m)

Tốc độ xói

Er (m3/m) Er/B

Đánh giá mức độ xói lở