Nghiên cứu các phương pháp xác định xói lở bờ biển và biện pháp khắc phục

♦ Nghiên cứu lý thuyết về mô hình vận chuyển bùn cát và biến động đường bờ ♦ Thu thập số liệu khảo sát vùng biển trong phạm vi Nam Trung Bộ - Nam Bộ ♦ Phân tích các đặc trưng tiêu biểu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- - -

NGUYỄN VĂN TÂM

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH XÓI LỞ BỜ BIỂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

Chuyên ngành: CẢNG VÀ CÔNG TRÌNH THỀM LỤC ĐỊA

Mã số ngành : 2.14.14 ; 2.14.15

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 11 năm 2005

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tp.HCM, ngày tháng năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : NGUYỄN VĂN TÂM Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 01/01/1979 Nơi sinh : Khánh Hòa

Chuyên ngành : Cảng & Công trình thềm lục địa MSHV : CAN14-00203045

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH XÓI LỞ BỜ

BIỂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

♦ Phân tích các nguyên nhân cơ bản ảnh hưởng đến sự xói lở bờ biển

♦ Nghiên cứu lý thuyết về mô hình vận chuyển bùn cát và biến động đường bờ ♦ Thu thập số liệu khảo sát vùng biển trong phạm vi Nam Trung Bộ - Nam Bộ

♦ Phân tích các đặc trưng tiêu biểu của bờ biển bùn, bờ biển cát

♦ Đánh giá tương quan giữa dòng bùn cát dọc bờ và biến động đường bờ

♦ Thực hiện tính toán cụ thể diễn biến bồi xói, biến động bờ biển Gành Hào

♦ Phân tích, đánh giá hiện trạng xói lở, kết luận

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/02/2005

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 20/11/2005

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS TRẦN MINH QUANG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Kiyoshi Horikawa : Nearshore Dynamics and Coastal Processes University of

Tokyo Press

Department of the army US Army Corps of Engineers Wasington: “Coastal

Engineer Manual” Part III and Part IV

Department of the army US Army Corps of Engineers Wasington: “Environmental

Engineering for Coastal Shore Protection”

Department of the Army: Water ways Experiment Station, Corps of Engineers,

Coastal Engineering Reaseach Center 1984: “Shore Protection Manual” – Volume

I, II

Trần Minh Quang : Sóng và công trình chắn sóng

Lương Phương Hậu : Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo

Phạm Văn Giáp và cộng sự : Sóng biển đối với cảng biển

Phạm Văn Giáp và cộng sự : Bể cảng và đê chắn sóng

Trần Thu Tâm : Công trình ven biển

TS.Trương Ngọc Tường : Giáo trình Thuỷ lực vùng triều

TS.Nguyễn Thế Duy : Giáo trình Động lực học biển

PGS.TS Trần Minh Quang : Giáo trình Công trình biển

Nguyễn Xuân Hùng: Động Lực Học Công Trình Biển

Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Thanh Cơ: Tính toán vận chuyển bùn cát phục vụ xây

dựng công trình biển khu vực ven bờ biển Việt Nam

Phạm Văn Ninh, Nguyễn Mạnh Hùng: Xói lở bờ biển và việc nghiên cứu vận

chuyển bùn cát, biến động đường bờ

Phạm Văn Ninh và cộng sự: Dòng chảy gió ven bờ biển Việt Nam

Lê Xuân Hồng, Phạm Văn Ninh: Phân loại hiện trạng sạt lở bờ biển cửa sông Việt

Nam

Nguyễn Ất Niên: Chống biển lấn – Một yếu tố cần thiết cho sự phát triển bền vững

đồng bằng sông Cửu Long

Trần Như Hối: Nghiên cứu các kiểu bồi tụ, xói lở vùng biển Hà Tiên – Gò Công Hoàng Văn Huân: Thực trạng sạt lở bờ khu vực cửa sông, ven biển Nam Bộ và các

giải pháp phòng tránh

Nguyễn Thế Biên: Sự tương quan giữa phương của đường bờ và hiện tượng xói lở

vùng bờ biển Nam Trung Bộ, Nam Bộ

LỜI CẢM ƠN

Xin cảm ơn PGS.TS Trần Minh Quang, TS Trần Thu Tâm đã tận tình cung cấp thêm tài liệu, giáo trình nghiên cứu trong phạm vi đề tài luận văn

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Cơ Lưu Chất đã giúp đỡ những tài liệu liên quan, tạo điều kiện cho việc thực hiện đề tài được thuận lợi hơn

Xin chân thành cảm ơn PGS.TS La Thị Cang, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã nhiệt tình giúp đỡ những thông tin có liên quan đến đề tài luận văn

Xin cảm ơn Viện Khoa Học Thuỷ Lợi Miền Nam đã nhiệt tình giúp đỡ, cung cấp số liệu bình đồ, thuỷ hải văn đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong chương trình tính toán

Xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô, Bạn hữu đã đóng góp ý kiến bổ ích cho luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Trần Minh Quang

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Trương Ngọc Tường

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Trần Thu Tâm

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên: NGUYỄN VĂN TÂM

Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1979 Nơi sinh: Khánh Hoà Địa chỉ liên lạc: 13 Trịnh Minh Thế, Ninh Hoà, Khánh Hoà ĐT: 08.8649961

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Thời gian năm 1997 ÷ 2002: Học đại học tại trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia Tp.HCM

Thời gian năm 2003 ÷ 2005: Học cao học tại trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia Tp.HCM

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:

Thời gian năm 2002 ÷ 2004: Công tác tại Công ty đầu tư xây dựng và thương mại CONSTREXIM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tp.HCM, ngày tháng năm 2005

LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN VĂN TÂM Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 01/01/1979 Nơi sinh : Khánh Hòa Chuyên ngành : Cảng & Công trình thềm lục địa MSHV : CAN14-00203045 TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH XÓI LỞ BỜ BIỂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN MINH QUANG NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Tp.HCM, ngày tháng năm 2005 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS TRẦN MINH QUANG

MỤC LỤC Trang

CHƯƠNG 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn 1

1.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.3 Mục đích - ý nghĩa 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH XÓI LỞ BỜ BIỂN 3

2.1 Giới thiệu 3

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bồi xói 3

2.2.1 Sóng 3

2.2.1.1 Sóng gió mùa - sóng bão 5

2.2.1.2 Hướng sóng 9

2.2.2 Dòng chảy 11

2.2.2.1 Dòng chảy dọc bờ 11

2.2.2.2 Dòng chảy ngang bờ 12

2.2.2.3 Dòng chảy thuỷ triều 13

2.2.3 Nước dâng trong gió bão 14

2.2.4 Vật liệu đáy 18

2.2.4.1 Thành phần bùn cát 18

2.2.4.2 Chuyển động bùn cát dọc bờ 18

2.2.5 Hiện trạng, cấu trúc địa chất bờ bãi 19

2.2.6 Yếu tố tác động của con người 19

2.3 Cách xác định xói lở bờ 19

2.4 Tính chất qui luật của quá trình xói lở, diễn biến đường bờ 19

2.4.1 Các nhân tố gây ra và ảnh hưởng đến quá trình sạt lở 20

2.4.1.1 Các yếu tố thuỷ quyển 20

2.4.1.2 Các yếu tố thạch quyển 22

2.4.1.3 Các yếu tố khí quyển 23

2.4.1.4 Yếu tố sinh quyển 23

2.4.2 Hiện trạng các dạng sạt lở bờ biển cửa sông Việt Nam 23

2.5 Phân tích định tính mặt cắt ngang bờ biển 24

2.6 Xác đinh lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ 27

2.6.1 Lưu lượng bùn cát dọc bờ tính theo năng lượng sóng 27

2.6.3 Lưu lượng bùn cát dọc bờ có ảnh hưởng của công trình 32

2.7 Cơ sở lý thuyết phân tích sự biến đổi xói, bồi của bờ biển 32

2.7.1 Mô phỏng mô hình một đường (one - line model) 34

2.7.1.1 Phương trình liên tục bùn cát 34

2.7.1.2 Xác định chiều cao bồi xói h p 35

2.7.1.3 Phương trình sai phân 35

2.7.2 Mô hình vận chuyển bùn cát và biến động đường bờ 36

2.7.2.1 Mô phỏng các yếu tố sóng và dòng chảy khu vực ven bờ 36

2.7.2.2 Mô phỏng dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ 37

CHƯƠNG 3 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH BỒI XÓI BỜ BIỂN MỘT SỐ VÙNG TIÊU

BIỂU ( NAM TRUNG BỘ – NAM BỘ)

3.1 Những đặc trưng tiêu biểu vùng biển trong phạm vi Nam Trung Bộ-Nam Bộ 39 3.1.1 Đặc điểm chung 39

3.1.1.1 Tương quan hướng sóng và phương của đường bờ 39

3.1.1.2 Đặc điểm về hướng gió thổi 39

3.1.1.3 Đặc điểm cửa sông vùng ven biển Nam Trung Bộ - Nam Bộ 41

3.1.1.4 Đặc điểm về các yếu tố thuỷ động lực khu vực cửa sông ven biển 41

3.1.1.5 Đặc điểm về nguyên nhân xói lở 41

3.1.1.6 Đặc điểm về cơ chế xói lở 42

3.1.1.7 Đặc điểm về mức độ xâm thực 43

3.1.2 Đặc điểm riêng 47

3.1.2.1 Đặc điểm về tình hình sạt lở 47

3.1.2.2 Đặc điểm về cấu tạo địa chất, địa hình đường bờ 48

3.1.2.3 Đặc điểm về rừng ngập mặn 50

3.2 Qui luật xói lở bờ biển, diễn biến đường bờ biển 51

3.2.1 Qui luật xói lở bờ biển 51

3.2.1.1 Bờ biển bùn 52

3.2.1.2 Bờ biển cát 53

3.2.1.3 Quy luật chung 54

3.2.2 Diễn biến đường bờ biển 56

3.2.2.1 Dòng chảy sóng khu vực ven bờ biển Việt Nam 56

3.2.2.2 Dòng chảy gió khu vực ven bờ Nam Trung Bộ - Nam Bộ 57

3.2.2.3 Dòng triều lưu ven bờ khu vực Nam Trung Bộ - Nam Bộ 58

3.2.2.4 Dòng chảy ven bờ khu vực Nam Trung Bộ - Nam Bộ 59

3.2.2.5 Dòng vận chuyển bùn cát khu vực ven bờ biển Việt Nam

3.2.2.6 Vận dụng vào việc phân tích tương quan giữa dòng bùn cát dọc bờ và

hoạt động bồi xói bờ biển ở đới ven biển Bình Trị Thiên 64

3.3 Đề xuất cách giải quyết 67

3.3.1 Đối với địa hình vùng biển Trung Bộ 67

3.3.2 Đối với địa hình vùng biển Nam Bộ 68

3.3.3 Các giải pháp kết cấu bảo vệ bãi, bờ biển 68

CHƯƠNG 4 NHỮNG GIẢI PHÁP ĐÃ ĐƯỢC ỨNG DỤNG ĐỂ BẢO VỆ BỜ BIỂN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 4.1 Giải pháp công trình 70

4.1.1 Bảo vệ bờ gián tiếp 70

4.1.1.1 Trồng cây rừng ngập mặn 70

4.1.1.2 Hệ thống đập đinh ngăn cát 77

4.1.1.3 Hệ thống đê chắn sóng song song với bờ 80

4.1.1.4 Bồi đắp nhân tạo 81

4.1.2 Bảo vệ bờ trực tiếp 81

4.1.2.1 Xây dựng đê biển 81

4.1.2.2 Aûnh hưởng của đê biển đến sự chuyển đổi đường bờ 83

4.1.2.3 Gia cố bờ kè 86

4.1.2.4 Các công trình dân gian đã được thực hiện 88

4.1.2.5 Sử dụng vật liệu, công nghệ mới 88

4.2 Giải pháp phi công trình 92

4.2.1 Dự báo 92

4.2.2 Xác định hành lang sạt lở 92

4.2.3 Xác định phạm vi di dời 92

4.3 Cơ sở khoa học để chọn các giải pháp bảo vệ bờ biển, cửa sông 92

4.4 Phân tích ưu nhược điểm, điều kiện ứng dụng các giải pháp bảo vệ bờ 93 4.4.1 Ưu nhược điểm của các giải pháp bảo vệ bờ 93

4.4.1.1 Đê kết cấu tường đứng 93

4.4.1.2 Đê mái nghiêng hoàn toàn bằng đá hộc 94

4.4.1.3 Đê mái nghiêng có khối thân đê bằng tetrapod 94

4.4.1.4 Đê mái nghiêng nhiều lớp đá hộc, phủ ngoài bằng tetrapod 94

4.4.2 Điều kiện ứng dụng 95

4.4.2.1 Đê đá đổ đơn giản 95

4.4.2.2 Đê đá phủ khối bê tông hai mặt 95

4.4.2.4 Đê thùng chìm 95

4.4.2.5 Đê khối xếp lớn 95

4.4.2.6 Đê khối xếp thường 95

4.4.2.7 Đê hỗn hợp trên đứng - dưới nghiêng 95

4.4.2.8 Đê hỗn hợp ngoài nghiêng - trong đứng 96

4.4.2.9 Đê tường cừ 96

4.5 Các dạng hư hỏng của công trình bảo vệ bờ và đề xuất cách giải quyết 96

4.5.1 Các dạng hư hỏng 96

4.5.2 Nguyên nhân hư hỏng 96

4.5.3 Đề xuất cách khắc phục 97

4.5.3.1 Về loại công trình ứng với điều kiện Việt Nam 97

4.5.3.2 Về vật liệu xây dựng 98

4.5.3.3 Về sự cân bằng động lực học 98

4.5.3.4 Về thiết kế kết cấu chi tiết 98

4.5.3.5 Định hướng chung 98

CHƯƠNG 5 ÁP DỤNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN KHU VỰ THỊ TRẤN GÀNH HÀO - BẠC LIÊU 5.1 Phân tích định tính sự xói lở bờ biển cửa sông Gành Hào, Bạc Liêu 100

5.2 Phân tích định lượng mức độ xói lở bờ biển cửa sông Gành Hào, Bạc Liêu 100 5.2.1 Nguyên nhân sạt lở cửa sông, bờ biển Gành Hào 100

5.2.2 Cơ chế sạt lở cửa sông, bờ biển Gành Hào 101

5.2.3 Phân tích định lượng mức độ xói lở cửa sông, bờ biển Gành Hào 103

5.2.3.1 Truyền sóng do khúc xạ bởi địa hình đáy 103

5.2.3.2 Lưu lượng vận chuyển bùn cát 112

5.2.3.3 Mức độ bồi xói, biến động đường bờ 121

5.2.4 Dự báo diễn biến đường bờ trong tương lai 123

5.3 Giải pháp bảo vệ bờ biển cửa sông Gành Hào, Bạc Liêu 123

5.3.1 Đặc điểm địa chất, thuỷ hải văn 123

5.3.1.1 Đặc điểm địa chất, địa hình 123

5.3.1.2 Đặc điểm thuỷ hải văn 123

5.3.2 Những vấn đề cần giải quyết, đánh giá lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ 124 5.3.2.1 Căn cứ lặp quy hoạch 124

5.3.2.2 Đánh giá lựa chọn các giải pháp bảo vệ bờ 124

5.3.3 Giải pháp bảo vệ bờ biển cửa sông Gành Hào 128

5.3.3.1 Phân tích lựa chọn phương án 128

5.3.3.2 Những nhận xét về điều kiện tự nhiên 128

5.3.3.3 Xác định các thông số đặc trưng của kết cấu chống xói bảo vệ bờ 128

5.3.3.4 Kiểm tra ổn định công trình 133

5.3.3.5 Yêu cầu kỹ thuật thi công trình bảo vệ bờ khu vực cửa sông bờ biển 134

5.4 Nhận xét, các vấn đề được đúc kết 134 CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH

6.1 Kết luận 135

6.2 Kiến nghị 136

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn

Vấn đề bồi, xói vùng bờ đã và đang được nhiều nhà khoa học trong nước và thế giới thuộc các lĩnh vực và ngành khoa học khác nhau quan tâm Hiện tượng xói lở bờ cửa sông, bờ biển ở Việt Nam hằng năm đã gây nhiều thiệt hại lớn cho nhân dân sinh sống ở vùng ven biển Nhiều nhà cửa, công trình dân dụng, thuỷ lợi

bị tàn phá nặng nề do hiện tượng xói lở

Xói lở bờ biển cùng với các quá trình vận chuyển bùn cát và biến động đường bờ là các quá trình liên quan trực tiếp đến tác động của nước (sóng, dòng chảy, mực nước …) cùng với các đặc điểm cấu tạo bờ, đáy biển Hiện tượng xói lở, vận chyển bùn cát và biến động đường bờ có thể xảy ra thường xuyên, theo mùa hoặc ngẫu nhiên nhưng ở bất kỳ dạng nào cũng ảnh hưởng đến các công trình ven biển, đe dọa cuộc sống và các hoạt động kinh tế ở các vùng ven biển

Có thể thấy quá trình xói lở đang diễn ra trên hầu hết bờ biển, tại địa bàn của tất cả các tỉnh có bờ biển, mặc dù với mức độ (cường độ và tốc độ) khác nhau Các khu vực xói mạnh nhất tập trung ở duyên hải đồng bằng Bắc Bộ - Thanh Hoá, đồng bằng sông Cửu Long Các khu vực ổn định hơn cả theo thứ tự là vùng bờ Móng Cái - Hòn Gai, Rạch Giá - Hà Tiên và Nam Trung Bộ

Hiện có 241 đoạn bờ bị xói với tổng chiều dài khoảng 250 km Quá trình xói lở diễn ra hầu hết các kiểu cấu tạo bờ: nền đá gốc, sỏi, cát, bùn cát, bùn sét, … song chủ yếu là bờ cát (chiếm 82% tổng số đoạn bờ bị xói) Đáng chú ý là 80 đoạn bờ đã có các công trình chỉnh trị (đê, kè, trồng cây) vẫn bị tiếp tục xói Nhiều đoạn bờ nền đá gốc trước đây được bồi bằng vật liệu bở rời nay đang bị xói

Các đoạn bờ tiêu biểu có tốc độ xói lở rất nhanh là Vạn Ninh (Quảng Ninh) 36m/năm, Giao Phong (Xuân Thuỷ - Nam Hà) 40m/năm, Nghi Yên (Nghi Lộc - Nghệ An) 32m/năm, Điện Dương (Điện Bàn - Đà Nẵng) 60m/năm, thị xã Hội An (Đà Nẵng) 32m/năm, Tam Hoà (Núi Thành - Đà Nẵng) 57m/năm, Mỹ Tho (Phú Mỹ - Bình Định) 40m/năm, Cam Thịnh Bắc (Cam Ranh - Khánh Hoà) 38m/năm, Phan Rí Cửa (Ninh Thuận) 33m/năm, Phước Dinh (Ninh Thuận) 32m/năm, Tân Thành (Gò Công Đông) 31m/năm, Thanh Hải (Thanh Phú - Bến Tre) 57m/năm, Hiệp Thạnh (Duyên Hải - Trà Vinh) 50m/năm

Có tới khoảng 50% số đoạn xói có chiều dài hơn 1km, gần 20% số đoạn xói có chiều dài hơn 500m Có 32% số đoạn xói thuộc loại từ nhanh trở lên (nhanh: 10430m/năm chiếm 18,3%, rất nhanh: trên 30m/năm chiếm 13,7%)

Để xây dựng cơ sở khoa học cho công tác dự đoán diễn biến đường bờ biển và thiết kế các công trình bảo vệ bờ tương ứng, nhiều vấn đề khoa học có tính ứng dụng cao đã nảy sinh Trong bài toán phân tích tính toán quá trình bồi xói có thể

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

xem là một vấn đề quan trọng bậc nhất để giải quyết tính ổn định lâu dài cho công trình

Đề tài của luận văn là một trong những nổ lực phân tích những nguyên nhân chủ yếu tác động đến quá trình xói lở bờ biển, tìm ra tính chất qui luật của xói lở, ứng dụng mô hình số với yêu cầu tính toán bồi xói, diễn biến đường bờ cho một khu vực cục bộ nằm trong khu vực nghiên cứu tổng thể: khu vực ven biển Gành Hào - Bạc Liêu

1.2 Phạm vi nghiên cứu

Dựa vào các nghiên cứu lý thuyết về bài toán bồi, xói lở vùng cửa sông, bờ biển, tìm hiểu tính chất qui luật và cơ chế của xói lở Tìm mối quan hệ giữa dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ và quá trình xói lở biến động đường bờ Ứng dụng mô hình một đường (one - line model) với yêu cầu tính dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ, đánh giá mức độ bồi xói biến động đường bờ cho một khu vực cục bộ nằm trong khu vực nghiên cứu tổng thể: khu vực ven biển Gành Hào - Bạc Liêu

1.3 Mục đích – Ýnghĩa

Các kết quả phân tích cường độ xói lở, dòng chảy ven, dòng vận chuyển bùn cát vùng biển trong phạm vi Nam Trung Bộ - Nam Bộ trong luận văn có thể dùng để tham khảo, so sánh với các nghiên cứu trước đây và cung cấp thêm những số liệu cần thiết, góp phần phục vụ tốt hơn các dự án có liên quan đến phạm vi vùng bờ biển này

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục đích và ý nghĩa trên cần phải sử dụng tổng hợp một số phương pháp nghiên cứu sau:

 Thu thập tài liệu, giáo trình

 Thu thập số liệu khảo sát hiện trường

 Phân tích số liệu, lựa chọn số liệu ứng dụng

 Phân tích các nguyên nhân cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sạt lở  Phân tích cơ chế sạt lở bờ biển bùn, bờ biển cát

 Phân tích tương quan giữa dòng bùn cát dọc bờ và quá trình bồi xói

 Phân tích tác dụng của rừng cây chắn sóng trong việc bảo vệ bãi biển  Phân tích ưu nhược điểm, điều kiện áp dụng một số dạng kết cấu bảo vệ bờ biển cửa sông

 Phân tích những ưu điểm khi dùng một vài giải pháp kết cấu mềm

 Ứng dụng một số giải pháp bảo vệ bờ biển cửa sông: khu vực Gành Hào - Bạc Liêu

 Phân tích tìm ra giải pháp hợp lý bảo vệ bờ biển ứng với từng vùng cụ thể

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH XÓI LỞ BỜ BIỂN

2.1 Giới thiệu:

Xói lở và bồi tụ là quá trình phức tạp trong lĩnh vực động lực học biển Cho đến nay, quá trình này vẫn chưa được nghiên cứu đến mức thoả đáng như một khoa học tương đối chính xác Nhưng nhìn chung, dễ nhìn nhận rằng một đoạn bờ biển cụ thể với cấu tạo địa chất cụ thể, bị xói lở do một trong ba nguyên nhân: nội sinh, nhân sinh và ngoại sinh, hoặc tổ hợp cả hai hay cả ba nguyên nhân đó gây

ra

 Nguyên nhân nội sinh: Là do chuyển động tân kiến tạo gây nên chuyển động nâng, hạ, giãn, tách trượt của lớp hoặc các mảng của vỏ trái đất dẫn tới sự bồi, xói Hiện nay việc nghiên cứu nguyên nhân này còn ít, tản mạn và mâu thuẩn nhau, cho nên rất khó lý giải các quá trình bồi, xói diễn ra do nguyên nhân nội sinh

 Nguyên nhân nhân sinh: Là các hoạt động khai hoang, lấn biển, thuỷ lợi, khai thác sa khoáng, vật liệu xây dựng, chặt phá rừng ngập mặn … thường ở mức độ địa phương trong phạm vi hẹp Nguyên nhân này được xét cho từng vùng án cụ thể

 Nguyên nhân ngoại sinh: Là các yếu tố ngoại sinh được hiểu là gió, bão, biến đổi mực nước (mực nước dâng do bão, gió mùa), dao động mực nước thuỷ triều, sóng (sóng bão, sóng gió), dòng chảy ven bờ Các yếu tố ngoại sinh là nguyên nhân chính và phổ biến, chi phối quá trình xói lở dải bờ biển

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bồi xói

2.2.1 Sóng

Sóng biển ngoài sự tác động trực tiếp rất nhanh, rất mạnh lên bờ và các

công trình ven bờ, sóng còn sinh ra dòng chảy ở đáy làm cho bùn cát dễ bị xáo trộn, tách rời khỏi đáy và dịch chuyển đi nơi khác Ngoài tác động phá hoại trực tiếp, năng lượng sóng được chuyển thành dòng năng lượng là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự vận chuyển và tạo ra các vùng bồi xói Vì vậy sóng là yếu tố rất quan trọng trong quá trình diễn biến đường bờ Về phương diện này, tác động của sóng được thấy rất rõ rệt Chỉ sau thời gian ngắn, nhất là sau khi chịu ảnh hưởng của bão, đường bờ bị thay đổi hẳn Bên cạnh đó, sóng luôn luôn có tác động rất mạnh và thường xuyên đến hình thái bờ biển vì sóng là một hiện tượng tự nhiên, hoạt động liên tục, vĩnh cửu … Sóng là tác nhân chính gây ra sự phá hoại các công trình ven bờ, bồi xói lở bờ

∗ Phân loại sóng :

 Theo nguyên nhân hình thành: gồm sóng gió (do gió), sóng triều (do thuỷ triều), sóng khí áp (do khí áp), sóng động đất hay sóng tsunami (do động đất), …

 Theo tính chất chuyển động: sóng tới, sóng trùng hợp toàn phần (sóng

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

 Theo độ sâu nước: sóng nước sâu (h/L > ½ hay kh > π) là sóng mà tốc độ truyền sóng chỉ phụ thuộc vào chiều dài sóng C = gL/ 2π), sóng nước cạn (h/L

<1/20 hay kh > π/10) là sóng mà tốc độ truyền sóng phụ thuộc cả chiều dài sóng

Do đó phạm vi phân tích chỉ tập trung vào việc hình thành sóng do gió, do bão và phân tích ảnh hưởng của hướng sóng đến sự phá hoại của bờ

∗ Sự truyền sóng:

 Truyền sóng độ dốc nhỏ:

Phương trình độ dốc nhỏ được đưa ra đầu tiên bởi Eckart (1952) và sau đó được xây dựng lại bởi Berkhoff (1972-1976) Phương trình này được Booii (1981), Kirby (1983) và Liu (1986) phát triển có xét đến ảnh hưởng của dòng chảy Phương trình truyền sóng “mild slope” giả thiết sóng có biên độ nhỏ, chuyển động thế, chất lỏng lý tưởng không nén được

Dạng tổng quát phương trình truyền sóng như sau:

0)(

).(

)

Dt

D U Dt

D

φσ

φ

Trong đó:

),,(x y t

w

φ : hàm thế vận tốc theo phương ngang tại (z = 0)

,

Cg : vận tốc truyền của nh ùm so

C : vận tốc truyền sóng C=σ /kvới σ = 2π/T

U(u,v) : vectơ vận tốc

khi không có dòng cha

k : số sóng có liên hệ σ2 =gk tanh kh

w φ(x,y).e .σ.

ûy (U = 0) thì (2.1) trở thành:

0)

,

( y x

φ được xem như hàm thế vận tốc tại z = 0

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Phương trình (2.3) được thay vào (2.2), tách phần thực và pha

Truyền sóng dạng eliptic – mô hình rcpw:

Phương trình truyền sóng dạng eliptic được Bruce và các cộng sự (1986) thuộc CERC (Coastal Engineering Research Cen

ốc được biểu diễn dưới dạng:

S i

e

=φVới:

a(x,y): hàm biên độ sóng

H(x,y) : chiều cao sóng

S(x,y) : hàm pha sóng

(2.5) 0

)

∇ a CC g S Sự truyền sóng là chuyển động thế nên:

0).(∇ =

∇ S (2.6) Có thể thay ∇S = ∇S cosθ.iv + ∇S sinθ.vj vào (2.5), (2.6) được:

∂

∂+

giá trị trước và sau xấp xỉ nhau

hải của phương trình (2.7) được thêm vào một số

nước sâu và chấp nhận chiều cao sóng tại biên thoả mãn ∂H/ ∂x= 0 Phương trình (2.4), (2.7) và (2.8) được giải bằng sai phân hữu hạn và giải lập cho đến khi

Trong khu vực sóng vỡ, vế p

át mát năng lượng, phương trình (2.7) trở thành:

hạng kể đến sự ma

g a CC S g h CC S

h

K S

CC

2 2

2

2 )

.1 Sóng gió mùa - sóng bão

a Sóng gió mùa:

Sóng do gi

ới các loại công trình Vì thế nó được xem như là đối tượng nghiên cứu chính Sóng do gió là loại sóng không đều, các yếu tố sóng luôn biến đổi theo thời gian và địa điểm Hướng truy

gió thổi

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Sóng gió chịu ảnh hưởng của các yếu tố tạo sóng, chủ yếu là tốc độ gió, thời

Sóng gió có quá trình gồm 4 g

suy yếu Trong đó giai đoạn 3 có thể không xuất hiện nếu trong quá trình phát triển đà gió quá dài hay thời gian gió thổi tương đối ngắn

∗ Các yếu

theo tài liệu thực đo v ề độ cao 10m trên mặt nước tĩnh:

(2.10)

Tron

kt :Hệ số tính lại tốc độ gió đo được bằng máy đo gió

gian gió thổi, đà gió Ngoài ra sóng gió còn chịu ảnh hưởng của độ sâu nước, địa hình đường bờ và đáy biển

iai đoạn sau: phát sinh, phát triển, ổn định và

tố tạo sóng chủ yếu:

độ gió: là yếu tố động lực chính tạo sóng Tốc độ gió

à được quy v

t d

=

t t

ố tính tín

W k

kd :Hệ s h đổi tốc ä gió sang điều kiện mặt nước

- Khi đ ân bãi cát phẳng k

- Khi đo trên các loại địa hình A, B, C trị số kd heo bảng 2-1

k10 :Hệ số c ển đổi san tốc gi ä cao 1 ët nước, xác định theo bảng 2-2

d loại địa

đo

lấy t

Giá trị của k ở các hình

Tốc độ gió

Bản 1: Hệ số chg 2 uyển ổi tố độ gi ù trên ác lo ïi địa ình đ c o c a h

Khoảng cách giữa máy

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Khoảng cách giữa máy

Bảng 2.2: Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10 m

ờ như xói mòn, moi đất đá và làm phân rã các lớp đất của bờ Sau khi b

a hình đ

Có nhiều công thức tính toán dòng

biển ven bờ Phước Thể nơi có độ dốc đáy biển khá nhỏ, nên chọn phương pháp của Smirnov là thích hợp hơn cả để tính dòng chảy do sóng gây nên

 Thời gian gió thổi: Đó là thời gian gió tác dụng trên mặt nước Thời gian gió thổi phụ thuộc chiều dài đà gió, tốc độ di chuyển của gió xoáy, hướng di

chuyển của gió xoáy, hướng truyền sóng

 Đà sóng: Dưới tác dụng của gió, sóng được hình thành và truyền đi Chiều dài mà sóng truyền qua kể cả lúc gió ngừng thổi được gọi là đà sóng Đà sóng có giá trị biến đổi phụ thuộc vào địa hình, độ nhám, chiều sâu nước

 Ảnh hưởng của khu nước: Chiều dài khu nước và thời gian gió thổi là điều kiện để sóng phát triển Khi khu nước rộng và thời gian gió thổi dài thì sóng phát triển hoàn toàn, sóng được truyền đi rất xa Ngược lại, khi khu nước bé mặc dù thời gian gió thổi có lớn thì sóng truyền đi cũng bị hạn chế

Dòng chảy sóng là một thành phần rất quan trọng trong dòng chảy tổng hợp ven bờ Hiện nay chưa có một phương pháp nào để tách dòng chảy sóng ra khỏi dòng chảy tổng hợp cho nên có thể sử dụng một số các trị số đặc trưng để đưa ra khái niệm về dòng chảy do sóng gây nên

Khi sóng tiến vào bờ, do tác động của địa hình đáy nên sóng sẽ bị phân thành hai thành phần: một thành phần thẳng góc và một thành phần song song với bờ Thành phần thẳng góc tác động trực tiếp phá hủy các kết cấu của bờ hay các công trình trên b

ị phản xạ trở lại thì cuốn theo một phần khối vật chất từ trong bờ ra Một thành phần khác song song với bờ kết hợp cùng với các yếu tố khác như dòng chảy gió, dòng triều, dòng chảy gradient mật độ … tạo thành dòng chảy tổng hợp ven bờ Thành phần này có tác dụng vận chuyển khối vật chất còn lại sau khi bị sóng làm vỡ ra Như vậy cả hai thành phần vuông góc và song song với bờ của sóng đều có tác động phá huỷ, vận chuyển vật liệu của bờ và làm thay đổi địường bờ

chảy sóng theo các trị số đặc trưng như ông thức của Suley

Áp dụng cho vùng

Theo Smirnov thì công thức xác định dòng chảy sóng có dạng:

C a

= α (2.11)

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Với:

ατ

α : là góc tới Với góc tới (NN 2285 và góc tới (NE) α = 458

hbr: chiều cao sóng vỡ, hbr = 0,63m, i = 3% và i = 5% là độ dốc bãi biển

à hệ số ma s đáy với cát d = 540,6mm

E), α =

τ : chu kỳ trung bình của sóng, tại vùng ven bờ Phước Thể τ = 5,2s Thay các hệ so công thức (2.11 ợc vận t øng chảy do sóng ven bờ tạo nên Vận tốc dòng chảy do sóng được trình bày trong bảng 2.3 á vào ) ta đư ốc do

Bảng 2.3: Vận tốc dòng chảy sóng tại vùng biển Phước Thể

Từ các kết quả tính toán cho thấy dòng chảy sóng có vận tốc tương đối lớn, đủ sức khởi động, vận chuyển bùn cát, moi đất từ trong đường bờ ra và gây nên hiện tượng xói lở vùng bờ biển

và suy yếu

Bão có thể đổ bộ vào đất liền ở bất kỳ giai đoạn nào song nguy hiểm nhất là thời điểm bão ở giai đoạn trẻ hoặc ở giai đoạn phát triển Vì trong trường hợp này sau khi đổ bộ bão suy yếu chậm, gió mạnh và mưa kéo dài

Thường bão đi vào đất liền phạm vi va

trong thời gian khoảng 1 ÷ 2 ngày Đôi khi bão tiếp tục tồn tại ở mức độ áp thấp và đem lại lượng mưa lớn

Gió mạnh trong bão là một trong những nhân tố gây hại chính của bão Gió mạnh phá huỷ các công trình xây dựng và còn là nguyên nhân chủ yếu gây ra sóng lớn trên biển Ở trung tâm bão thuộc vùng “mắt bão” có gió yếu, đôi khi lặng gió, tiếp theo vùng mắt bão ra phía ngoài là vùng gió cực đại và tốc độ gió giảm dần đến vùng ngoài cùng - là vùng rìa bão

Mực nước biển dâng thực tế là tổng của mực nước dâng do bão và mực nước thuỷ triều Vì vậy khi bão đổ bộ vào lúc triều cường thì mực nước triều cộng với mực nước dâng do bão làm nền cao cho những con sóng xô bờ, cuốn trôi tất cả

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

những gì ở khu vực con sóng tràn đến Gió bão mạnh gây ra sóng biển cao, nhấn chìm các tàu thuyền hoạt động trên biển, gây tác hại rất lớn đến bờ và các công

g biển tràn sâu vào đất liền là thảm hoạ đối với cư dân sống ven b

ỷ lục về nước biển dâng và sóng giết hại khoảng 500 ng

2.2.1.2 Hướng sóng

Sự va đập trực tiếp của só

thấy nhất đồng thời cũng là tác động mạnh nhất gây xói lở - bồi tụ ven bờ Cứ mỗi đợt sóng xô vào bờ, dòng năng lượng sóng trên đơn vị thời gian được (Longuet - Higgins, 1970) mô tả:

trình bảo vệ bờ Són

iển gây thiệt hại về người, vật chất và sản xuất Người ta đã ghi nhận được con sóng cao nhất với độ cao sóng 34m của cơn bão vào tháng 3 năm 1933 ở vùng biển tây bắc Thái Bình Dương Trị số mực nước biển dâng cao nhất là 13m trong một vịnh thuộc Úc vào năm 1899 Thảm hoạ k

biển cao xô bờ là cơn bão Bhola hoạt động trên vịnh Bengal tháng 11 năm 1970

àn người Bangladesh

ng biển vào bờ và đới sóng đổ là tác động dễ nhận

tạo nên áp lực thẳng góc θ

cos g

x E C

E = (2.12) Với:

8

H g

kh

2

212

C g = ,n (2.14) Tron

hư cát, bùn cát … thì quá trình chuyển hoá năng lượng sóng thành cơ năng (có tác dụng vận chuyển vật liệu vuông góc với bờ) tuỳ thuộc vào tương quan giữa áp lực sóng Ex, áp lực thuỷ tĩnh của cột nước P, độ dốc của địa hình đáy β, độ bền của đất đá (chủ yếu phụ thuộc vào góc trượt ϕ) Các lực trên tổ hợp thành lực di đẩy đáy e có tác dụng vận chuyển trầm tích đáy Một trong những qui tắc tạo luồng dọc bờ và bãi ngầm đới sóng đổ được giới thiệu trên sơ đồ hình (2.1), luồng

g đó:

E : mật độ năng lượng sóng

Cg : tốc độ truyền năng lượng

θ : góc hợp bởi tia sóng và pháp tuyến của đường bờ

k : số sóng

H : chiều cao sóng

h : độ sâu đáy biển

ρ, g: mật độ nước, gia tốc trọng trường

Khi gặp bờ thẳng đứng hoặc có độ dốc lớn, áp lực sóng tác động phá vỡ bờ dữ dội hơn, kéo vật liệu bờ ra xa và đọng lại trên luồng, ở đó dòng chảy dọc bờ có tác dụng tải đi nơi khác Trong cùng điều kiện thì tia sóng trực giao với bờ sẽ có sức công phá mạnh nhất

Trường hợp bờ là bãi biển có mái dốc thoai thoải cấu tạo bằng vật liệu thô rời rạc n

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

và bãi có dạng tương tự khá phổ biến trong cấu tạo địa hình đới ven bờ miền Trung

Hình 2.1: Sơ đồ năng lượng sóng tác động lên nền đáy hình thành luống ven bờ và bãi ngầm

Do tính chất không đối xứng khi sóng tác động vào địa hình đáy: tại khu vực sóng

êng lượng sóng, áp lực thuỷ tĩnh và trọng lực đã tạo nên m

g góc sóng tới θ và góc nghiêng đáy , đặc biệt là trong các điều kiện ngập bãi do triều cao và sóng lớn sẽ là một cách giải thích hiện tượng bồi tụ phổ biến ở các doi cát cửa biển như nam cửa Thuận

ền, nam cửa Trà Khúc …

trò chính để tải bùn cát đã được sóng bứt ra khỏi đáy, bờ D

về mặt diễn biến hình thái vùng ven biển để nghiên cứu ảnh hưởng của các hiện

vỡ, lực di đẩy đáy e lại có hướng về phía bờ Tại đới sóng vỗ bờ lực di đẩy đáy e lại có hướng ngược về phía sườn bờ ngầm, nên dòng bùn cát ngang có hướng ngược nhau ngay trong một chu kỳ tác động của sóng

Sự bù trừ lẫn nhau giữa na

ột trắc diện cân bằng động Cơ chế cân bằng trắc diện đáy có vai trò lớn trong việc hình thành nên các dạng địa hình trong thềm bờ ngầm như đê cát, bãi cát ngầm ở cửa sông, bờ biển

Suy rộng sơ đồ hình (2.1) trên với nhữn

β

An, bắc cửa Tư Hi

2.2.2 Dòng chảy

Dòng chảy đóng vai

òng chảy bao gồm: dòng chảy dọc bờ, dòng chảy ngang bờ, dòng chảy thuỷ triều (có tính chất thuận nghịch)

2.2.2.1 Dòng chảy dọc bờ

Biển là môi trường luôn bị xáo trộn, dao động bởi nhiều tác nhân khác nhau như sóng, thuỷ triều và dòng chảy biển Tuỳ theo nguyên nhân và tính chất của các dạng chuyển động, có thể phân biệt nhiều dạng chuyển động chi tiết hơn Xét

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

tượng này đến chuyển động bùn cát Người ta thường sơ đồ hóa thành hai loại chuyển động là: dao động sóng và dòng chảy Chuyển động sóng là các dao động khá n

õa sóng - dòng

m/s là bình thường Với quan sát 352 dòng chảy,

thiệu công thức dựa trên những

(2.15) /s)

b : chiều cao sóng vỡ (m)

αb: góc hợp bởi đường đầu sóng

chảy - bùn cát với mục đích sau cùng là nhằm xác định lưu lượng bùn cát được tải đi bởi dòng chảy để tính toán mức độ xói hay bồi của đáy biển

Khi độ dốc sóng lớn hơn 2.5% thì sóng sẽ vỡ trước khi đến bờ Phía trong đường sóng vỡ, đường mặt sóng không còn đối xứng: vận tốc phân tố ở đỉnh sóng hướng vào bờ sẽ lớn hơn vận tốc ở chân sóng hướng ra khơi Như vậy, bên trong vùng sóng vỡ, phía trên mặt sẽ liên tục nhận thêm một lượng nước từ ngoài khơi

do sóng vỡ mang vào Mực nước tĩnh bên trong vùng sóng vỡ sẽ cao hơn mực nước biển trung bình, hiện tượng này gọi là nước dâng do sóng (Wave setup) Để lập lại cân bằng khối lượng, lượng nước này sẽ chảy ra khơi dưới dạng dòng chảy đáy hoặc chảy dọc theo bờ giữa vị trí sóng vỡ và đường mép nước tạo thành dòng chảy dọc bờ (longshore current) Khi sóng tiến vào xiên góc với bờ thì dòng chảy dọc bờ sẽ xuôi theo hướng sóng tới Vận tốc dòng chảy dọc bờ lớn nhất ở gần vị trí sóng vỡ lần thứ nhất, theo kết quả đo đạc tại 36 vị trí ở tại bờ biển California năm

1968, giá trị trung bình của vận tốc dòng chảy dọc bờ là 0,3m/s Tuy nhiên theo kết quả khảo sát của CERC (Coastal Engineering Research Center) 1970 cho thấy vận tốc dòng chảy dọc bờ trên 0,9

Galvin và Nelson (1967) đã cho thấy vận tốc dòng chảy dọc bờ lớn nhất là 1,7m/s xuất hiện khi có bão xảy ra

n tốc dòng chảy dọc bờ, Longuet - H

giả thuyết cơ bản như sau:

b b

L

b M m gH

Trong đó:

vb: vận tốc dòng chảy dọc bờ (m

m: độ dốc bờ

g: là gia tốc trọng trường (m/s2)

H

và đường bờ

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

f L

C

M = 0,694.Γ.(2β)−1/2 2.16) (Tron

ụng công thức (2.15) để xác định vận tốc dòng chảy dọc

địa D

å xác định vận tốc dòng chảy dọc giữa đường đỉnh sóng và đường bờ Công thức (2.17) đã đư

át có tác dụng như một nguồn bùn cát tạm thời và là vật cản đối

hảy Tác động qua lại giữa các dãi cát ngầm và các yếu tố thuỷ lực như sóng, dòng chảy tạo nên các thay đổi đặc trưng trong địa mạo vùng ven biển

g đó:

Γ : hệ số xáo trộn ( Γ trong khoảng 0,1740,5), thường lấy Γ = 0,2

β : tỷ lệ giữa độ sâu và chiều cao sóng vỡ vùng nước nông, β =1,2

Cf: hệ số ma sát, Cf = 0,01 Thay các giá trị trên vào phương trình (2.16) tính được ML = 9,0

Tuy nhiên khi áp d

chỉ bằng 0,43 lần giá trị đo được dựa

o đó Galvin và Eagleson đã hiệu chỉnh công thức của Longuet - Higgins bằng cách nhân với 2,3

b b

b m gH

v =20,7 ( )1 / 2sin2α (2.17) Qua đó cho thấy yếu tố quan trọng nhất đe

bờ là chiều cao sóng vỡ, góc

a ra một phương pháp dự đoán vận tốc trung bình của dòng chảy dọc bờ trong điều kiện dòng chảy phát triển hoàn toàn

2.2.2.2 Dòng chảy ngang bờ

Cũng tương tự như trên khi sóng tiến vuông góc với bờ, sẽ xuất hiện dòng chảy hướng ra khơi để cân bằng khối lượng Đ

current) Dòng chảy này có thể là tác nhân chính đưa bùn cát bị xói lở từ bờ

ra khơi Bên cạnh đó, người ta vẫn thấy có sự vận chuyển một khối lượng lớn bùn cát từ đáy vào bờ ngược hướng với dòng chảy

Ngay khi sóng tới vuông góc với bờ thì dòng chảy có cường độ yếu hơn dòng chảy dọc bờ cũng hình thành Để cân bằng lượng nước mặt được sóng mang vào và lượng nước trả v

àng ngàn mét xuất hiện những dòng chảy vuông góc với bờ hướng ra khơi Đây là những dòng chảy cục bộ rất hẹp và mạnh phân bố trên suốt chiều sâu nước gọi là rip - current

Dòng chảy ngang bờ này góp phần tạo ra dạng uốn cong của các bờ biển dài hoặc chính dạng uốn cong của bờ biển dài tạo nên các dòng ngang bờ tại những điểm lồi, nhô ra của đường bờ Dòng chảy này mang theo bùn cát, xé ngang các dải cát ngầm dọc bờ và đổ ra ngoài khu vực sóng vỡ Tại đó lưu tốc giảm, bùn cát sẽ lắng đọng lại tạo thành các cồn cát ngầm, đánh dấu vị trí đầu của các dòng chảy ngang bờ Sau mỗi cơn bão lại hình thành nên các dãi cát ngầm, sau đó bị xói đi và di chuyển dần về phía biển hoặc phía bờ tuỳ theo điều kiện sóng, dòng chảy Các dãi c

với sự truyền sóng hay dòng c

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

.3 Dòng chảy thuỷ triều

Thuỷ triều là các dao động của mặt biển theo phương đứng do ảnh hưởng của lực hấp dẫn cu

ỳ khác nhau

Biên độ dao động triều ở vùng ven biển nước ta khoảng từ 1 ÷ 4,5m Vùng bờ có mực triều cao 4 ÷ 4,5m là vùng bờ tỉnh Quảng Ninh, 3 ÷ 4m ở Vũng Tàu và Cà Mau, còn

Huế

Các dao động đứng có chu kỳ của mặt biển như sóng và thuỷ triều lại luôn luôn gây ra đồng thời các dòng chảy dao động ngang, được gọi là dòng chảy do sóng hay dòng triều Các dao độn

ao động đứng của mặt biển

Thuỷ triều làm thay đổi mực nước, vì thế có ảnh hưởng quyết định đến việc chọn các độ cao của các công trình ven bờ hoặc cao độ luồng lạch đường thuỷ Dòng triều tạo ra sự xâm nhập mặn từ các cửa sông vào sâu trong vùng đồng bằng ven biển, dòng triều cũng có ảnh hưởng ra

ở vùng đồng bằng ven biển

Tiến hành phân loại chế độ thuỷ tr

2 2

1 1

S M

O K

H H

H H F

K1, O1 : 2 sóng chu kỳ ngày

M2, S2 : 2 sóng chu kỳ nửa ngày

F = 0,0 ÷ 0,25 : Chế độ bán nhật triều

F = 0,25÷ 1, 5 : Chế độ bán nhật triều không đ

F = 1,5 ÷ 3,0 : Chế độ nhật triều không

F > 3,0 : Chế độ nhật triều đều Đối với vùng biển Việt Nam, qua tính toán cũng như phân tích kết quả nhận được cho thấy độ lớn cũng như chế độ thuỷ triều được quyết định bởi 4 sóng trichính Đó là các sóng K1, O1, M2, S

Nước dâng trong gió bão

Dưới tác động của gió bão, mặt biển xuất hiện sự dâng, hạ khác thường Lúc gió bão từ ngoài khơi thổi vào bờ, có thể xuất hiện sự tăng lên đột ngột của mực nước ở ven bờ Lúc gió bão ở trong bờ thổi ra biển khơi, mực nước ở ven bờ có thể hạ xuống bất thường Hiện tượng trên gọi là nước dâng, nư

hiện lúc triều cường sẽ gây ra mực nước đặc biệt cao

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Cùng với sóng và dòng chảy, nước dâng cũng là yếu tố quan trọng đối với quá trình sạt lở Nước dâng làm cho sóng có thể truyền và đập vào vùng xa hơn,

iếp đến quá trình sạt lở và tích tụ bờ biển cửa sông

Khi ấy gió sẽ làm phát sinh dòng chảy trôi và dòng toàn phần có hướng vuông góc với gió gây nên hiện tượng dâng rút nước tuỳ thuộc vào góc β

cao hơn của bờ, ảnh hưởng trực t

Nước dâng làm thay đổi cơ sở xâm thực - mài mòn, tạo điều kiện tích tụ vùng cửa sông, gây sạt lở bờ ở khu vực giữa các cửa sông

∗ Nước dâng rút ven bờ do gió:

Giả sử hướng gió thổi tạo với đường bờ một góc β

Sau đây là các hướng gió tiêu biểu so với đường bờ:

Hình 2.2: Biểu thị sự phụ thuộc của nước dâng (rút) vào hướng gió thổi

Hoạt động nước dâng hoặc ru

a : Fn hướng xa bờ, gây nên hiện tượng nước rút

b : Fn hướng vào bờ, gây nên hiện tượng nước dâng

ớc dâng cực đại

t nước Thàn vuông góc với bờ gây nên hiện tượng dâng rút nước tại bờ biển Trong điều kiện cân bằng thành phần dòng chảy gradient vuông góc với bơ g với thành phần dòng chảy trôi Fn

(2.19) Với:

ần F

bởi F và Fn

ùt tương ứng với các hình tiêu biểu trên:

c : Nư

d : Nước rút cực đại

e,f: Không gây hiện tượng dâng, rú

h phần dòng chảy trôi Fn

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

βcos

0 D U

' ' = D g

F (2.21)

ϕρ

π

D

sin Ω

o đổi rối thẳng đứng

trái đất

Nếu D’ = D và v

Az : Hệ số tra

ρ : Mật độ nước biển

Ω : Vận tốc quay của

ϕ : Vĩ độ địa lý

U0 : Vận tốc dòng chảy trôi tầng mặt

D’ : Độ sâu lớp ma sát đáy

γ : Góc nghiêng lớn nhất của mặt đẳng áp trên mặt biển

ới công thức tính dòng chảy gradient ra được:

cos.2

0

U

= (2.22) ϕ

sin

2ΩNước dâng do gió mùa là hiện tượng thườn

sin

g

nước dâng do gió mùa không lớn,

ngắn trong mùa, nhất là mùa gió Đông Bắc,

diễn

∗ Nước dâng do bão:

ong thời gian ngắn, gây xói lở tức thời và làm thiệt hại cho vùng ven bờ

âm bão Khi bão di chuyển

áp su

g gắn liền với sạt lở Nước dâng

ỉ đạt khoảng 30 ÷ 40cm, cực đại là 50 ÷ 6

song thời gian nước dâng kéo dài, chu kỳ lặp lại

nên quá trình sạt lở bờ biển cửa sông

ra gần như thường xuyên

Mực nước dâng do bão chỉ xảy ra tr

Khi bão di chuyển: Gọi P0 là áp suất khí quyển ta

ận tốc U thì áp suất tâm bão cũng di chuy

ận tốc Giả thiết vận tốc U có hướng theo phưất khí quyển và dao động mực nước có thể viết:

)(

P = − (2.23)

)(Ut x

=

ζ (2.24) Phương trình bảo toàn động lượng và phương trình liên tục:

x

P x

g t

u

∂

∂+

u h t

ζ (2.26) Giả thiết chuyển động của hạt nước tỷ lệ với độ dâng mực nước, ta được:

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

ζζ

ζ

h

U h

u

+

= U. ≈ (2.27) Và phương trình liên tục trở thành:

) ( 2

gh U

P

ζNếu

0

= (2.29)

bỏ qua số hạng phi tuyến, bỏ qua lực Coriolis và giả thuyết gió thổi

trình liên tục được rút lại chỉ còn 1 phương đối với trục Ox óc với bờ thì phương trình bả

) (h g g x

x x

Vg : Vận tốc gió

k1, k2 : là các hệ số tỷ lệ, thông thường chọn k1 = 3.10-6 và k2 = 0.1

Từ đó (2.30) trở thành:

)(

V k x

g với k = k1.(1-k2) (2.32) Giả thiết độ sâu đáy biển tuân theo qui luật: ⎟

h 0 1 , với h0 là độ sâu biển tại vùng ven bờ thì trong phương trình (2.32) có thể xem h như là biến số và trở thành:

g x

h x

∂+

−

∂+ζ ζ (2.33) Với:

V k h

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

h g

l V k

Trong trường hợp đáy phẳng với độ sâu không đổi h0 thì nghiệm của (2.34) có dạng đơn giản hơn:

12

1)(

0

−+

=

l

x B h

x

g hợp miền tính toán rộng có thể bỏ qua số hạng lực Coriolis và

h l

c

Trong đó f là hệ số Coriolis, f là hệ số ma sát Darcy - Wc eisbach phụ thuộc

đáy theo trục Oy Hệ số C để tính trường ứng suất tiếp tuyến

vào ứng suất ma sát

gió thông qua vận tốc gió =CρV g V g

s

T

Phân tích trong 100 cơn bão ở Việt Nam:

- Cứ 2 cơn bão đổ bộ, thì có 1 cơn gây ra nước dâng > 1 m

- Cứ 3 cơn bão đổ bộ, thì có 1 cơn gây ra nước dâng > 1,5 m

- Cứ 10 cơn bão đổ bộ, thì có 1 cơn gây ra nước dâng > 2 m

Nước dâng do bão gây tác hại đáng kể đến bờ biển do khi mực nước tăng lên tạo ra sóng lớn, gây úng lụt vào sâu trong vùng đồng bằng ven biển Trong thiết kế công trình bảo vệ bờ, người ta quan tâm đến nước dâng hơn vì nó quyết định rất lớn đến kích thước công trình

Công thức xác định chiều cao nước dâng do bão:

βcos 2

2

gh

D W K

nd = (2.37) Trong đó:

Hnd : chiều cao nước dâng do bão ở thời điểm tính toán (m)

W : tốc độ gió thiết kế (m/s)

D : đà gió (m)

h : độ sâu trung bình của vùng nước tính toán, có thể lấy bằng ½ chiều

dài sóng thiết kế (m)

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

β : góc giữa hướng gió thổi và pháp tuyến của đường trục tâm đê (8)

KW : hệ số ma sát tổng hợp, ở Việt Nam có thể chọn K W =3,6.10−6

Chiều cao nước dâng do bão tốt nhất xa

Ở vùng biển Gành H

bức ra pha trộn với môi trường nước hình t

ịn như hạt sét (có lực dính kết giữa các hạt) gọi

di chuyển hay lắng đọng của bùn cát theo các đ

án từ nhiều hướng khác nhau và thay đổi theo ển Khi sóng đến xiên góc với bờ, dòng chảy dọc bờ

mức độ xói lở bờ biển Khi cấu trúc địa chất bờ yếu, dưới tác động của sóng vỗ dễ bị hoá lỏng sinh ra hiện tượng cát chảy gây sạt lở bờ làm mất ổn định bờ

ùc định theo số liệu quan trắc thực tế.ào chiều cao nước dâng H = 0,5 ÷ 0,8m nd

2.2.4 Vật liệu đáy

2.2.4.1 Thành phần bùn cát

ờ và đáy Dưới tác động của sóng và

Đất liền tiếp xúc với biển thông qua b

dòng chảy, vật liệu cấu thành bờ hay đáy bị

hành một loại vật liệu gọi là bùn cát

Thành phần bùn cát bao gồm các cỡ hạt thô như cát (không có lực liên kết giữa các hạt) gọi là bùn cát rời (d=0,05 ÷ 2mm) và sỏi cuội (d=2 ÷ 20mm) Trong trường hợp bùn cát gồm các hạt m

là bùn cát dính (d < 0,05mm) Quá trình

iều kiện sóng và dòng chảy tạo nên địa mạo và hình thái vùng ven bờ

2.2.4.2 Chuyển động bùn cát dọc bờ

Trong môi trường biển, sóng đe

mùa trong quá trình vận chuy

ùng sẽ hình thành Dòng chảy này sẽ vận chuyển một khối lượng đáng kể bùn cát dọc theo bờ biển Tại một vị trí bờ biển, khối lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ hàng năm là yếu tố quan trọng trong cân bằng bùn cát Diễn biến xói hay bồi của bờ biển có thể xem là do

át dọc bờ được thể hiện rõ qua hiện tượng bồi xói quanh chân các công trình nhô ra trên đường bờ như đê chắn sóng, đập đinh, mũi đất hoặc các cửa sông tạo

ra sự đột biến trong dòng dọc bờ

Xét tại vị trí bờ biển cụ thể, bùn cát có thể chuyển độ

về bên trái trong một khoảng thời gian nào đó trong năm Nếu b

át chuyển động dọc bờ theo hướng phải tương ứng là Q1R và theo hướng trái là Q1L thì lượng bùn cát thực vận chuyển dọc bờ hàng năm Q1net được xác định như sau:

Q1net = Q1R + Q1L (2.38) Hướng vận chuyển thực của bùn cát dọc bờ về bên phải nếu Q1R > Q1L và về bên trái nếu Q1R < Q1L Giá trị lượng bùn cát thực vận chuyển dọc bờ hàng năm

Q1net có thể dao động trong phạm vi từ 0 ÷1.000.000m3/năm

2.2.5 Hiện trạng, cấu trúc địa chất bờ bãi

Hiện trạng đường bờ, cấu trúc địa chất bờ khu vực cửa sông, bờ biển cũng là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

2.2.6

có qui hoạch, tàn phá rừng ngập

ộ xói lở vù

tác động trực tiếp của

Yếu tố tác động của con người

Các hoạt động dân sinh kinh tế như: nuôi trồng, khai thác sa khoáng, vật liệu xây dựng, lấn biển, khai thác vùng đất và nước chưa

mặn, rừng phòng hộ ven biển

2.3 Cách xác định xói lở bờ

Bằng ứng dụng các phương pháp viễn thám bản đồ, phương pháp điều tra theo phiếu, khảo sát thực địa, địa mạo, địa chất Tổng hợp các nguồn tư liệu và thiết lập các sơ đồ hiện trạng xói lở, lập các bảng biểu về cường độ và tốc đ

ng biển Việt Nam

Về nghiên cứu biến động đường bờ, phân tích địa mạo viễn thám đóng trò quan trọng Nhờ đó có thể đánh giá nhanh chóng sự thay đo

ay đổi Một số nhân tố động lực thúc đẩy sự thay đổi đó có thể xác định bằng phân tích ảnh: các hoạt động nhân sinh, các dòng chảy

2.4 Tính chất qui luật của quá trình xói lở, diễn biến đươ

Hiện trạng sạt lở bờ bie

, quy mô và diễn biến phức tạp Nó chịu các tác động và ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau

Hiện trạng sạt lở bờ biển cửa sông được hình thành và phát triển trên các bờ dốc phía trên mực nước và mái bờ ngập nước ven biển, dưới

g lực biển Đó là sóng, dòng v

hân khối đất đá bị sạt lở… Khối đất đá bị sạt lở trên sườn bờ dốc đã tạo nên các lực đổ lở và trượt đất đá (chuyển động cơ học) Hậu quả của lực tác động sạt lở là sự cân bằng phá huỷ khối đất đá bị sạt lở chuyển sang trạng thái chuyển động nguyên khối hoặc phá huỷ rửa trôi

Tính không bền vững của bờ sạt lở được biểu hiện bởi tính cơ lý của lực dính kết và góc ma sát tự nhiên giữa

hất này không đồng nhất và không đẳng hướng

Lực gây sạt lở bờ biển cửa sông chủ yếu và trực tiếp là động lực biển: sóng, dòng chảy sóng Do đó thành phần vật liệu được vận chuyển đi là do tác động phá huỷ của các yếu tố động lực biển và trọng lực của khối đá bị sạt lở Trọng lực phân bố không đồng đều trong sườn dốc bờ Sự phá huỷ đường bờ thường bắt đầu từ một điểm xung yếu nhất và sau đó phát triển mở rộng thành đới phá huỷ

Nghiên cứu phân loại hiện trạng sạt lở bờ biển, cửa sông có ý nghĩa lớn đối với sự lựa chọn các biện pháp công trình chỉnh trị sạt lở b

1 Các nhân tố gây ra và ảnh hưởng đến quá trình sạt

Quá trình sạt lở bờ biển Việt Nam là một quá trình tổng hợp, phức tạp liên quan đến nhiều quyển khác nhau: thuỷ quyển, thạch quyển, khí quyển và sinh quyển Trong đó thuỷ quyển đóng vai trò quan trọng nhất

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Chế độ sóng và hướng sóng đổ vào bờ phụ thuộc vào chế độ gió mùa Sóng

ở bờ biển nước ta thịnh hành quanh năm là sóng cấp 3 và cấp 4 Sóng càng lớn thì công phá càng mạnh, đặc biệt là sóng bão Tại các đoạn bờ có tâm bão đi qua, bờ thường hay bị sạt lở, đê biển bị đe doạ, bãi cửa sông thường bị biến động Bờ biển nước ta có hai chế độ gió mùa thịnh hành: gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam Trong gió mùa Tây Nam dòng năng lượng sóng trung bình dao động từ

nằm v

Trong quá trình biến dạng của sóng ở đới bờ, tại đáy bờ xuất hiện dòng nước chuyển động lên xuống mang theo vật liệu bùn cát Sóng sau khi bị phá vỡ hoàn

mang theo bơ

ịch lên xuống

chuye

ø thuộc vào h

Sự vận chuyển bùn cát là quá trình liên hợp của sóng và ca

1 Các yếu tố thuỷ quyển

Động lực học (sóng, dòng vận chuyển bùn cát) là nhân tố tác động trực tiếp gây ra sạt lở Sóng khi

khỏi bề mặt bờ Các phần tử này được vận chuyển đi chỗ khác bởi các dòng chảy biển ven bờ dưới dạng lơ lửng, lăn và bán lăn sát đáy

 Sóng và năng lượng s

Sóng có năng lượng càng lớn thì sóng vỗ đập vào thành bờ và đáy bờ càng mạnh, đồng thời khả năng bứt các phần tử vật chất ở mặt bờ càng lớn Dòng chảy sóng ven bờ có hai hướng chính: hư

án 20 KW/m Dòng năng lượng sóng cực đại trong gió mùa

ùng bờ Đà Nẵng - Vũng Tàu với giá trị 30 KW/m

Tương quan giữa hướng truyền sóng và đường b

bùn cát đổ vào bờ, một phần lắng đọng ở bề mặt, phần còn

ûi nước ra biển

Nếu trường hợp sóng đổ thẳng góc với đường bờ, bùn cát chỉ d

mặt sườn bờ Các hạt có kích cỡ lớn được đưa lên bờ, các hạt có kích cỡ nho

ån dịch ra xa bờ

Nếu trường hợp sóng đổ vào bờ dưới một góc nhọn thì bùn cát dịch chuyển theo hướng dọc bờ Chúng có thể dịch chuyển sang phía phải hoặc trái tuy

ướng sóng đổ vào bờ

Quá trình vận chuyển bùn cát ở đới bờ rất phức tạp, phụ thuộc vào sóng tạo các dòng chảy sóng ven bờ

ùc loại dòng chảy ven bờ khác

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Hình 2.3: Sơ đồ vận chuyển dọc và vuông góc của bùn cát

1 - Hướng dốc bờ đáy 2 - Hướng truyền sóng 3 - Hướng dòng dọc bờ

4 - Tốc độ dòng thuận 5 - Tốc độ dòng nghịch

Hình 2.4: Sự biến đổi tốc độ vận chuyển bùn cát phụ thuộc

vào góc tới của sóng vào bờ

AB - Đường bờ CD - Giới hạn dưới của sườn bờ ngầm

→ - Hướng tia sóng ⇒ - Hướng vận chuyển bùn cát α - Góc tối ưu đến bờ Tốc độ và khối lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ thường lớn nhất khi hướng tia sóng sóng tới bờ dưới một góc nhọn 45° tương đối với đường bờ Nếu tia sóng tới 90° thì bước đi của các hạt bùn cát là nhỏ nhất

thậm chí theo từng ngày,



bờ dưới một góc khoảng

Nếu tổng đại số lượng bùn cát vận chuyển về hai phía không bằng nhau theo thời gian thì sẽ xảy ra sự vận chuyển trầm tích dọc bờ và hướng vận chuyển là hướng có trầm tích trội hơn

Sự vận chuyển trầm tích xảy ra theo từng mùa khác nhau,

từng giờ Ở nước ta có hai hướng gió mùa rõ rệt, hướng gió mùa Đông Bắc và hướng gió mùa Tây Nam Sự vận chuyển bùn cát dọc bờ phụ thuộc vào hai hướng gió mùa chính ấy

Dòng chảy và lượng bùn cát vận chuyển:

Yếu tố dòng chảy ảnh hưởng quan trọng đối với quá trình sạt lở bờ Nhờ có dòng chảy mà các vật liệu được vận chuyển ra xa bờ, đến nơi khác Dòng chảy đã dẫn đến sự dư thừa hoặc thiếu hụt phù sa ở mỗi đoạn bờ khác nhau Nhờ có dòng chảy mà vật liệu được chuyển từ nơi này đến nơi khác Nguồn vật liệu có thể do sông mang tới hoặc từ đáy biển mang vào bờ Dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ có

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

thể là dòng cố định, dòng sóng, dòng triều … Dòng chảy có tốc độ càng lớn, khả năng vận chuyển bùn cát càng nhiều Nếu lượng bùn cát mang đến ít hơn lượng bùn cát mang đi thì sẽ xảy ra quá trình sạt lở bờ

tiếp đến quá trình sạt lở và tích tụ bờ biển cửa sông Nước dâng làm thay đổi cơ chế xâm thực mài mòn, tạo điều kiện tích tụ vùng cửa sông, gây s

ån

mạnh, tốc độ sạt lở lớn, đường bờ biển

á thạch quyển đó là địa hình đường bờ, tính chất đất đá, cấu tr

ïc lại độ dốc mái bờ càng bé nhỏ thì năng

á phụ thuộc vào tính chất cơ lý của

dốc l

 Vai trò nước dâng:

Cùng với sóng và dòng chảy, nước dâng cũng là yếu tố quan trọng đối với quá trình sạt lở Nước dâng làm cho sóng có thể truyền và đập vào vùng cao hơn của bờ, ảnh hưởng trực

ạt lở bờ ở khu vực giữa các cửa sông

 Thuỷ triều:

Ngoài ra ta cũng lưu ý đến thuỷ triều, vào các thời kỳ triều cường có gió mùa Đông Bắc cấp cao kéo dài nhiều ngày, hiện tượng sạt lở bờ thường xảy ra mạnh

2.4.1.2 Các yếu tố thạch quye

Các yếu tố thạch quyển ảnh hưởng lớn đến sự phát triển hiện tượng sạt lở bờ biển cửa sông Bờ được cấu tạo đá cứng, hiện tượng sạt lở xảy ra ít, chậm và không đáng kể, đường bờ biển ít bị thay đổi Đối với bờ có cấu tạo đất đá bở rời, gắn kết yếu thì hiện tượng sạt lở diễn ra

biến đổi mạnh Các yếu to

úc địa chất và hoạt động tân kiến tạo

 Địa hình đường bờ:

Hình thái địa hình đường bờ, mái bờ và độ dốc của mái bờ ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sạt lở Độ dốc mái bờ càng lớn thì năng lượng sóng vỗ đập bờ càng mạnh, khả năng sạt lở lớn Ngươ

lượng sóng vỗ bờ càng yếu, khả năng tích tụ vật liệu càng lớn

Sự vận chuyển bùn cát dọc bờ phụ thuộc vào hình thái đường bờ Bờ lõm càng lớn, khả năng tích tụ bùn cát càng lớn, sạt lở bờ ít xảy ra Bờ thẳng và lồi thường có hiện trạng sạt lở nhiều hơn

 Tính chất đất đá:

Các quá trình phong hoá và phá huỷ đất đ

á Đối với các đất đá rắn chắc, các quá trình

n ra tương đối chậm, hiện trạng sạt lở bờ ít xa

ớn hơn so với các bờ cấu tạo đất đá yếu, chân bờ thường tạo các thềm mài mòn hoặc tích tụ các tảng lăn khối tảng đồ sộ Đối với các bờ cấu tạo đất đá bở rời thường thoải và vách sạt lở thấp, quá trình sạt lở diễn ra nhanh và cường độ mãnh liệt, lượng vận chuyển bùn cát ven bờ lớn và mặt cắt địa hình đáy thuộc mái bờ luôn biến động

 Cấu trúc địa chất và hoạt động tân kiến tạo:

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Yếu tố tân kiến tạo nâng hạ bề mặt đường bờ, ảnh hưởng tới quá trình sạt lở Nó la

khỏi bề mặt sườn dốc dưới tác động của

øn dốc bởi sự rơi tự do hoặc lăn

trần tích châu thổ Sạt lở kiểu này thường phân bố ở vùng cửa sông lớn như sông Hồng, Thái Bình, Cửu Long … với các địa hình tích tụ

øm thay đổi động lực biển liên quan với bề mặt cơ sở xâm thực - mài mòn ở các cửa sông ven bờ

 Tính chất phá hoại :

Cấu tạo bờ là bùn sét: Lực tác động do sóng và dòng chảy tấn công rất mạnh, bào mòn và khoét vào những nơi địa chất yếu, độ ổn định kém

Cấu tạo bờ là cát: Lực tác động của sóng và dòng chảy mặc dù không mãnh liệt lắm, nhưng vật liệu bờ bị kéo ra rất nhanh làm cho đường bờ bị bào mòn với tốc đ

1.3 Các yếu tố khí quyển

Quá trình sạt lở chịu ảnh hưởng gián tiếp của các yếu tố khí quyển, đó là yếu tố mưa, gió mùa, bão và áp thấp nhiệt đới Các hiện tượng trên tạo ra mưa lớn, sóng lớn và nước dâng

2.4.1.4 Yếu tố sinh quyển

Vai trò của con người có ảnh h

uả của sự phát triển kinh tế - xã hội đã trực tiếp hoặc gián tiếp gây ra hiện tượng sạt lở Đó là sự khai hoang lấn biển, khai thác sa khoáng và vật liệu xây dựng, tàn phá rừng ngập mặn … Hậu quả của các hoạt động kinh tế nói trên đã dẫn đến hậu quả làm thay đổi chế độ dòng chảy, vận chuyển bùn cát ven bờ, thay đổi năng lượng và động lực của so

2.4.2 Hiện trạng các dạng sạt lở bờ biển cửa sông Việt Nam

Sự phân loại sạt lở mài mòn dựa trên cơ sở động lực, phản ánh sự hình thành khác nhau của các tiết diện ngang của bờ sạt lở và liên quan chặc chẽ vào tốc độ mài mòn sạt lở Nhìn chung, hiện trạng sạt lở bờ biển cửa sông Việt Nam có thể chia làm 4 nhóm chính: mài

û - trượt chảy và mài mòn sạt lở hỗn hơ

Sạt lở mài mòn - sụp đổ (fall and topples)

Đặc điểm các vách dốc mài mòn sạt lở thường có cấu tạo đồng nhất theo thành phần đất đá, có thể nhận biết rõ ràng trên các vách sóng vỡ Ở chân các sườn dốc với tác động của động lực sóng, cắt sâu vào chân bờ dốc tạo ra các hốc sóng vỗ bờ Phần trên của hốc sóng, các khối đá bị đổ lở nằm ở trạng thái nhạy cảm, không ổn định và được tách rời ra

trọng lực, chuyển động đột ngột xuống chân sươ

tròn trên sườn dốc xuống biển

 Sạt lở mài mòn - rửa xói (erosion)

Phát triển trên đất đá bở rời: cát, á cát, bùn cát, thuộc nhóm đá loại 4-5 Đất đá loại này có nguồn gốc

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

gần b

u đó được bù đắp bởi vật liệu sạt lở cát sạn sỏi và thiết lập gốc dốc tự nhiên, bờ mặt mái bờ nơi đang sạt lở thường có độ dốc lớn

biển Các h

thường ít biểu hiện rõ ràng

 Sạt lở m

cùng

bờ đồng thời kết hợp với quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ để dự kiến diễn biến đường bờ Trên mặt cắt ngang có thể phân biệt ra nhiều vùng khác nhau theo tính chất truyền sóng:

- Khu nước nông bên ngoài vùng sóng vỡ, khu vực này sóng bị biến dạng

nhiều, mất tính đối xứng và phát sinh nhiều hiệu ứng không đối xứng Chiều sâu nước nằm trong khoảng: hb < h <L0/2

Trong đó:

ờ Mức độ tác động của sóng biển đến chân các vách dốc kiểu này khác nhau, nhưng trên thực tế các vách sóng vỗ ở đây không hình thành Sự phá huỷ nhỏ nhất tức thời của sườn dốc ngay sa

Sạt lở mài mòn - trượt chảy (slides and flows)

Kiểu sạt lở trượt thường xảy ra tr

kết khác nhau Sóng vỗ bờ, cắt chia chân sườn dốc nới tiếp xúc với mực nước biển, tạo hốc sóng vỗ Dòng chảy sóng tác động làm tăng độ dốc vách sạt lở, gây mài mòn trượt, giảm tải trọng của khối trượt, tăng sức căng tiếp tuyến và sau đó đạt được giá trị

ra sự chuyển động trượt chảy

Kiểu sạt lở trượt chảy thường gặp ở các bờ sông, nơi có cấu tạo bờ dốc trầm tích phân lớp xen kẻ cát sét, tạo ra các mặt trượt khác nhau, thường gặp vùng bờ Cà Ná - Ninh Thuận, Tư Nghĩa - Quảng Ngãi Vách sạt lở dật lùi cư

năm, trung bình 4 - 5m/năm

Kiểu sạt lở trượt chảy thường phân bố ở các thềm, đụn cát tích tụ gió

ốc sóng được hình thành, ngay sau đó được san phẳng bởi dòng chảy sóng, tạo thành bờ cát phía ngoài rất dốc Kiểu bờ này thường gặp ở bờ biển Lý Hoà -Quảng Bình, Hoà Duân - Thứa Thiên Huế … Sự dật lùi các vách sạt lở tương đối

0m/năm, trung bình 8 - 10m/năm Các vách sạt lở kiểu

ài mòn hỗn hợp (complex)

Kiểu bờ này diễn biến rất phức tạp Hiện trạng sạt lở chịu tác động của quá trình khác nhau: đổ, lở, sụp, trượt, chảy và xo

ác đoạn bờ có đê sông, đê biển ngăn mặn Qu

với quá trình vỗ mòn của sóng biển đã gây sạt lở dạng chảy, sụp xói ngầm Quá trình xói ngầm do hậu quả của các lớp đất đá đắp đê tiếp xúc với bề mặt chân đê hoặc các lỗ hỗng trong thân đê

2.5 Phân tích định tính mặt cắt ngang bờ biển

Để mô tả mặt cắt ngang bờ phải dựa trên quá trình vận chuyển bùn cát ngang

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

hb : độ sâu nước tại vị trí sóng vỡ (m), hb = 1,28 Hb

Hb : Chiều cao sóng vỡ (m)

- Khu vực sóng vỡ, năng lượng sóng bị tiêu hao mạnh qua chuyển động rối

và quá trình xáo trộn bùn cát cũng rất mãnh liệt Tại đáy xuất hiện những sóng cát lớn, bùn cát có nồng độ rất cao trong khu vực xáo trộn này

- Khu vực sóng đổ hay sóng xô bên trong vị trí sóng vỡ Sóng hồi phục với

chiều cao nhỏ hơn, tiếp tục tiến vào bờ và vỡ lần hai ở độ sâu nhỏ hơn hoặc tiêu hao dần qua ma sát đáy Đáy cát có thể hình thành các sóng cát xoáy hoặc phẳng tuỳ vào điều kiện sóng, dòng dọc bờ và dòng chảy đáy yếu hay mạnh

- Khu vực sóng leo sát đường mép nước, sóng leo lên bờ tiêu hao qua ma sát

đáy Sóng kéo theo bùn cát chủ yếu dưới dạng lớp chảy đáy trên bãi phẳng

Các dạng sóng vỡ phụ thuộc độ dâu đáy biển i, độ dốc sóng

λ

δ = H Battjes (1974) đã phân ra 3 dạng sóng vỡ thông qua số ϕ0 xác định theo:

0 0 0

ϕ0 > 3,3 gọi là sóng vỡ dâng (Surging)

øn, đỉnh sóng cuốn lại, năng lượng phân tán dọc theo hướng đường truyền tạo ra bọt khí ở đầu sóng Nếu sóng vỡ đổ tạo ra xoáy nước, đỉnh sóng đổ xuống bụng, năng lượng được tập trung làm xáo động mạnh, kéo theo di chuyển bùn cát, do đó vỡ đổ tạo ra xung lực gây nguy hiểm xói bờ Khi vỡ dâng đổ vào bờ rồi ta phản xạ, làm cho một phần dòng năng lượng quay ngược lại phía biển

0

ϕ < 0,5 gọi là sóng vỡ tràn (Spilling) 0

- Nếu 0,5 < ϕ0 < 3,3 gọi là sóng vỡ đổ (Plunging)

- Nếu

Khi vỡ tra

ïo ra sóng

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Hình 2.5: Các dạng sóng vỡ, a: vỡ tràn, b: vỡ đổ, c: vỡ dâng

nh bờ biển tuỳ theo độ dốc bTheo tiêu chuẩn của Nhật Bản thì có 3 dạng biến hìãi biển tgα, đường kính bùn cát trung bình D và độ dốc của sóng tức tỷ số

HS/λS

Dạng a:

87 , 0 27 , 0

.⎜⎜⎛)( ⎝ ⎟⎟⎠⎞

≥

b b

87 , 0 27 , 0 87

0 27 ,

)(

4 ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞ ≤ ≤ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

b b

b b

D tg

H D

tg

λ

αλ

λ

Dạng c:

87 , 0 27 ,

H

.)

tg

λ

α

λ (2.42) Trong đó:

D : Đường kính hạt bùn cát trung bình (mm)

λb : Chiều dài sóng vỡ (m)

Hb : Chiều cao sóng vỡ (m)

tgα : Độ dốc bãi biển

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Hình (2.6) dưới đây trình bày các kiểu biến hình bãi biển dựa theo tiêu chuẩn của Nhật Bản

Hình 2.6: Các dạng xói lở bờ, bãi biển theo tiêu chuẩn Nhật Bản

các số liệu thực đo:

ung bì

Áp dụng vào vùng bờ biển Phước Thể, theo

Với các đại lượng:

Đường kính hạt bùn cát tr nh D =0,73 mm

Có được:

Chiều dài sóng vỡ λb = 10,7 m

Chiều cao sóng vỡ H = 0,63 m b

Độ dốc bãi biển tgα = 0,07

0589 , 0 7 ,

63 ,

H

27 , 0

⎜⎜

⎛ D

tg

λα

87 , 0

0 )( ⎜⎜⎛ ⎟⎟⎞

H

λλ

ến hình loại a

2.6 Xác định lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ

2.6.1 Lưu lượng bùn cát dọc bờ tính theo năng lượng són

Như vậy vùng biển Phước Thể có dạng bi

g

Hình dạng đường bờ, sự tiến hay lùi của đường bờ trong quá trình bồi xói được quyết định bởi dòng chảy do sóng dọc bờ và sự vận chuyển bùn cát dọc bờ Khác với diễn biến khá nhanh của mặt cắt ngang bờ biển, sự thay đổi hình dạng

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

đường bờ thường diễn ra chậm, chu kỳ r

không gian của lưu lượng bùn cát dọc bờ

ợng dòng năng lượng sóng, CERC đã đưa ra công thức xác định lưu lượng dòng bùn ca

ất dài và xảy ra khi có sự thay đổi theo

Lưu lượng bùn cát dọc bờ được dự báo theo đặc trưng sóng tới tại vị trí sóng

vỡ Dựa trên lưu lư

ùt dọc bờ như sau:

)1()(

1

n g

I Q

I 1 = K(EC g ) b sinαb cosαb (2.44) Trong đó:

I1: là lưu lượng bùn cát tính theo trọng lượng ngập nước

Q1: là lưu lượng bùn cát tính theo thể tích hạt rắn (m3/s)

g: là gia tốc trọng trường (m/s2)

3

g

Với (EC ) là thông lượng năng lượng sóng tính ta

định các đại lượng này theo lý thuyết sóng bậc nhất như sau:

ρ : là khối lượng riêng của nước (kg/m )

E: là năng lượng sóng

C là tốc độ truyền năng lượng (vận tốc nhóm sóng) (m/s)

ïi vị trí sóng vỡ Có thể xác

H : là chiều cao sóng vb

hb: là chiều sâu nước tại điểm sóng vỡ

k: là chỉ số vỡ của sóng,

Giả thuyết rằng sóng vỡ ở khu vực nước nông, phương trình (2.44) có thể

viết lại như sau:

b b b

b

k

H g

gH K

8

2 / 1 2

16

2 / 5 2 / 1

1 = ⎜⎜⎝⎛ ρg3/2 ⎟⎟⎠⎞ (2.47)