Nghiên cứu ảnh hưởng của nước dâng do sóng đến biến động bãi biển và giải pháp công trình bảo vệ bãi biển cửa đại hội an

BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀOTẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀPTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI NGUYỄN NGỌC THẾ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC DÂNG DO SÓNG ĐẾN BIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BÃI BIỂN CỬA ĐẠI, HỘI AN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀOTẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI NGUYỄN NGỌC THẾ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC DÂNG DO SÓNG ĐẾN BIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BÃI BIỂN CỬA ĐẠI, HỘI AN Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình Biển Mã số : 58 0203 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS Trần ThanhTùng GS TS Nguyễn TrungViệt LỜI CAM ĐOAN Tácgiảxincamđoanđâylàcơngtrìnhnghiêncứucủariêngtácgiả.Cáckếtquảnghiên cứucũngnhưcáckếtluậntrongluậnánnàylàtrungthực,khơngsaochéptừbấtkỳmột nguồnnàodướibấtkỳhìnhthứcnào.Việcthamkhảocácnguồntàiliệuđượcthựchiện trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo quyđịnh Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Thế LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Thanh Tùng GS.TSNguyễnTrungViệtđãtậntìnhhướngdẫntácgiảtrongsuốtqtrìnhnghiêncứu để hồn thành luậnán TácgiảxinbàytỏlịngbiếtơnBanGiámhiệu,phịngĐàotạo,khoaCơngtrình,bộmơn Kỹ thuật cơng trình biển, trường Đại học Thủy Lợi Trường Cao đẳng Cơng nghệ KinhtếvàThủylợimiềnTrung,đãgiúpđỡtạomọiđiềukiệnđểtácgiảhồnthànhluận ánnày Tác giả xin cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài: “Nghiên cứu trình xói lở bờ biển HộiAnvàđềxuấtcácgiảiphápbảovệbờbiểnmộtcáchbềnvững”đãchophéptácgiả thành viên chính, trực tiếp tham gia nghiên cứu sử dụng số liệu dựán Nhân dịp này, tác giả xin đượcbàytỏ lời cảm ơn sâu sắc tới nhà khoa học, nhómcộngtácnghiêncứu,cácthầycơvàđồngnghiệpvớitìnhcảmvàlịngchânthành động viên, dành nhiều thời gian cơng sức giúp đỡ đóng góp ý kiến quý báu suốt trình nghiên cứu thực luậnán Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình quan tâm, động viên, khích lệ,ủnghộvàtạođiềukiệnthuậnlợiđểtácgiảntâmthựchiệnvàhồnthànhluậnán MỤC LỤC MỞĐẦU 1 Tính cấp thiết củađề tài Mục tiêunghiên cứu .4 Đối tượng phạm vinghiêncứu 4 Cách tiếp cận phương phápnghiêncứu .4 Ý nghĩa khoa học vàthựctiễn Cấu trúc củaluận án CHƯƠNG1TỔ N G QUANNGHIÊNCỨUVỀNƯỚCDÂNGDOSĨNGVÀCƠNGTRÌNH BẢO VỆBỜ BIỂN 1.1 Khái quát chung nước dâng sóng ảnh hưởng nước dângdosóng 1.1.1 Các thuật ngữ liên quan đến nước dângdosóng 1.1.2 Phạm vi ảnh hưởng tác động nước dâng sóng tớibãi biển 1.2 Tổng quan nghiên cứu nước dâng sóng trênthếgiới 10 1.3 TổngquancácnghiêncứutạiViệtNamvềnướcdângdobão,nướcdângdosóngvà cơng trình bảo vệbờ biển 15 1.3.1 Các nghiên cứu nước dâng, nước dângdosóng 15 1.3.2 Các giải pháp cơng trình bảo vệ bờ biển áp dụng tạiViệt Nam .17 1.4 Các nghiên cứu liên quan đến biển Cửa Đại,HộiAn 19 1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu củaluậnán 22 1.6 Kết luậnChương1 22 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH NƯỚC DÂNG DO SÓNG VÀ BIẾNĐỘNGBÃIBIỂN 24 2.1 Lựa chọn phương pháp xác định nước dâng sóng trongluậnán 24 2.2 Các số liệu phục vụnghiêncứu .26 2.2.1 Tài liệuđịahình 26 2.2.2 Tài liệu thủy,hải văn 29 2.2.3 Số liệu bùncátđáy .35 2.3 Phương pháp phân tích nước dâng sóng từ số liệuđođạc .36 2.3.1 Cơ sở khoa học phân tích nước dâng sóng từ hìnhảnhcamera .36 2.3.2 Phân tích ảnh, trích xuất dao động mực nước từ camera vàcọctiêu 43 2.3.3 Tính tốn nước dâng sóng từ chuỗi số liệuđođạc 44 2.4 Phương pháp mơ hình tốn mơ nước dâng sóng biến động bãi biểndưới tác động nước dângdosóng .48 2.4.1 Giới thiệu mơ hình sử dụng nghiên cứuluậnán .48 2.4.2 Tính tốn lan truyền sóng từ nước sâu vào vùngvenbờ 49 2.4.3 Tính tốn nước dâng sóng biến động bãi biển tác động nướcdângdosóng 54 2.5 Kết luậnChương2 58 CHƯƠNG3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC DÂNG DO SÓNG ĐẾNBIẾN ĐỘNG BÃI BIỂN CỬA ĐẠI,HỘI AN 59 3.1 Đặtvấnđề 59 3.2 Phântíchvàkháiquátmộtsốquyluậtvềbiếnđộngmặtcắtngangbãibiểntừsốliệuđođạc.61 3.2.1 Phân tích biến động mặt cắt ngang bãi biển qua cácgiaiđoạn 61 3.2.2 Khái quát số quy luật biến động mặt cắt ngang bãi biểnCửaĐại .67 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nước dâng sóng đến biến động bãi biển mơhìnhtốn 69 3.3.1 Trường hợp tính tốn vị trí mặt cắttínhtốn 69 3.3.2 Kết mơ nước dâng sóng bão ven biểnCửaĐại 71 3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nước dâng sóng đến biến độngbãibiển .78 3.3.4 Phân tích ảnh hưởng nước dâng sóng đến biến độngbãibiển 88 3.4 Kết luậnChương3 94 CHƯƠNG4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH BẢO VỆBÃI BIỂN CỬA ĐẠI,HỘIAN 97 4.1 Giớithiệuchung .97 4.1.1 Vị trí địa lý, địa hình địa mạo khu vựcnghiêncứu 97 4.1.2 Hiện trạng bãi biển Cửa Đại,HộiAn 98 4.2 Mục tiêu giải pháp cơng trình bảo vệ bãi biển Cửa Đại,HộiAn .102 4.3 Các nghiên cứu đề xuất phương án bố trí cơng trình bảo vệbãibiển 103 4.4 Phương án bố trí cơng trình đê ngầm giảm sóngtừ xa 104 4.4.1 Phương án chung bố trí mặt bằngcơngtrình 104 4.4.2 Các phương án bố trícơngtrình 105 4.5 Đánh giá hiệu kỹ thuật phương án bố trícơngtrình .107 4.5.1 Phương pháp đánhgiá 107 4.5.2 Độ cao sóng sau bố trí phương án cơng trìnhbảovệ 107 4.5.3 Biến động bãi biển theo phương án bố trícơngtrình 109 4.6 Lựa chọn phương án cơngtrình .112 4.7 Kết luậnChương4 113 KẾT LUẬN VÀKIẾNNGHỊ 114 I Những kết đạt cửaluậnán 114 II Những đóng góp củaluậnán .117 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃCƠNGBỐ 118 TÀI LIỆU THAMKHẢO 120 PHẦNPHỤLỤC .125 PHỤLỤC1 125 PHỤLỤC2 160 DANG MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình Tình trạng xói lở nghiêm trọng khu vực biển Cửa Đại,Hội An Hình Phạm vi khu vựcnghiêncứu Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả thuật ngữ nước dâng bão, nước dângdosóng Hình 1.2 Hình tháibãi biển Hình 1.3 Cơ chế phá hủy đụn cátvenbờ Hình 1.4 Hình ảnh minh họa tác động NDDS đến xói lở chân đụn cát bãi Tân Mỹ,Cửa Đại đợt bãotháng10/2016 .10 Hình 1.5 Ứng suất bứcxạsóng 10 Hình1.6Trắcdiệnmựcnướcsóng(a)vàđộcaosóng(b)theodữliệuthựcnghiệmtrongphịng thínghiệmcủa 13 Hình 1.7 Một số hình ảnh tiêu biểu cơng trình bảo vệ bờ biển ởViệtNam .19 Hình 2.1 Sơ đồ mô tả liên kết, bổ trợ phương phápnghiên cứu 25 Hình2.2TổnghợpđịahìnhkhuvựcbiểnHội An(a)vàđịahìnhsaukhinộisuysốliệuvới khoảng cách ô lưới15x15m(b) 26 Hình 2.3 Vị trí đo đạc mặt cắt ngang địa hình bãi biểnMCN-01, MCN-02 27 Hình 2.4 Mặt cắt ngang địa hình đợt khảo sát tháng 03/2016, 08/2016, 10/2016,12/2016, 3/2017 MCN-01, khu vực bãi Tân Mỹ,CửaĐại .28 Hình 2.5 Mặt cắt ngang địa hình thời điểm trước, sau đợt ảnh hưởng bãoSARIKA năm 2016 MCN-02, bãi Tân Mỹ,CửaĐại 28 Hình 2.6 Đo đạc khảo sát địa hình khu vực nghiên cứu sau đợtbão 3/2017 29 Hình 2.7 Biểu đồ thống kê số lượng bão xuất tháng từ 1979–2020 30 Hình 2.8 Biểu đồ thống kê số lượng bão phạm vi kínhảnhhưởng 30 Hình 2.9 Đường đi, đồ sóng tái phân tích đồ trường gió bãoDOKSURI di chuyển ngày 14/9/2017và15/9/2017 31 Hình 2.10 Vị trí bố trí trạm đo đạc thủy, hải văn khu vựcnghiêncứu 32 Hình 2.11 Diễn biến độ cao sóng 02 lần đo, đợt hai trạm SMS01 (phía Bắc CửaĐại) trạm SMS02 (phía trước cửa sơngCửaĐại) 33 Hình 2.12 Diễn biến độ cao sóng đo đạc đợt 2, tháng 3/2017 trạm SMS01 (phía BắcCửa Đại, Hội An), trạm SMS02 (phía trước cửa sơng Cửa Đại,HộiAn) 33 Hình 2.13 Đo đạc hải văn biển Cửa Đại, Hội An từ ngày 10/3/2017 đến 26/3/2017 33Hình 2.14 Biến trình tốc độ hướng dịng chảy đợt khảo sát đợt tạitrạmSCR1 34 Hình 2.15 Biến trình tốc độ hướng dịng chảy đợt khảo sát đợt tạitrạmSCR1 .34 Hình 2.16 Diễn biễn mực nước từ ngày 12/1/2016 đến 4/3/2017 tạitrạmđo .34 Hình 2.17 Vị trílấymẫu bùncátđáy 35 Hình 2.18 Thành phần hạt đưa vàomơ hình 35 Hình 2.19 Sơ đồ tổng hợp màucơbản 37 Hình 2.20 Sơ đồ mặt cắt dọc theocọctiêu 37 Hình 2.21 Sơ đồ phân tích sóng theo đường mực nướctrungbình .37 Hình 2.22 Thiết lập, bố trí camera hệ thống cọc tiêu bãi tắmKS Agribank 38 Hình 2.23 Bố trí hệ thống cọc tiêu MCN địa hình bãi tắmKS Agribank 39 Hình 2.24 Một số hình ảnh lắp đặt thiết bị quan trắc thu nhận dao động mặt nước biểntrong bão DOKSURI (từ ngày 12 đến 15//9/2017) bãi tắmKSAgribank 39 Hình 2.25 Các vị trí, độ dài quy ước kiểm tra trêncọctiêu 40 Hình 2.26 Biến dạng ảnh vị trí trêncọctiêu 40 Hình 2.27 Sơ đồ khối chương trình trích xuất tín hiệu từ ảnh camera vàcọctiêu 42 Hình 2.28 Định dạng file liệu ảnh thu nhậntừcamera 42 Hình 2.29 Trích xuất khung hìnhđạidiện 42 Hình 2.30 Tín hiệu màu R-G-B mặt cắt chương trình đọc vàxửlý 42 Hình 2.31 Dao động mực nước cọc tiêu (từ C1 đến C6) thời đoạnđođạc 43 Hình 32 Vị trí trạm đo MN mương dẫn nước vào giếng đo trạmSơnTrà 44 Hình 2.33 So sánh mực nước dâng trạm Sơn Trà trạm Cửa Đại,HộiAn 45 Hình 2.34 Tương quan mực nước trạm hải văn Sơn Trà trạm đo mực nước tạiCửa Đại, Hội An giai đoạn từ 12/2015đến3/2017 .45 Hình 2.35 Đồ thị MN dâng trạm hải văn Sơn Trà (12/9/2016đến16/9/2016) 46 Hình 2.36 Phân bố độ cao sóng quan trắc nước dâng sóng theo mặt cắt ngang.47Hình 2.37 Sơ đồ khối tính tốn nước dâng sóng biến độngbãibiển 48 Hình 2.38 Miền tính tốn vùng 1,vùng2 .49 Hình 2.39 Miền tính tốn sóngchitiết 49 Hình 2.40 Lưới tính tốn vùng 1, vùng địa hìnhđáybiển .50 Hình 2.41 Độ cao sóng biên nước sâu, biển CửaĐại(10/2016) 50