Nghiên cứu giải pháp công trình phòng chống xói lở và gây bồi tạo bãi bờ biển Đông tỉnh Cà Mau, ứng dụng cho vùng Khai Long tỉnh Cà Mau

Trong chiến lược biển Việt Nam phấn đấu để nước ta trở thành một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền quốc gia trên biển, góp phần giữ vững ổn định và phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ giữa phát triển kinh tế - xã hội với đảm bảo quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường; có chính sách hấp dẫn nhằm thu hút mọi nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng các trung tâm kinh tế lớn vùng Duyên Hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với sự phát triển của cả nước. Phấn đấu kinh tế biển đóng góp khoảng 53-55% GDP, 55-60% kim ngạch xuất khẩu của cả nước, giải quyết tốt các vấn đề xã hội, cải thiện một bước đáng kể đời sống của nhân dân vùng ven biển. Nhằm đạt được những mục tiêu chiến lược đặt ra về phát triển kinh tế biển thì việc xây dựng cơ sở hạ tầng, hệ thống đê biển, các công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo là rất quan trọng vì nó không chỉ là lá chắn an toàn bảo vệ khu dân cư, các cơ sở hạ tầng kỹ thuật mà còn góp phần đảm bảo về an ninh, quốc phòng vùng bờ biển. Trong những năm gần đây việc xây dựng các công trình ngăn sông khiến cho lượng bùn cát cung cấp cho biển càng bị giảm sút. Dưới tác dụng của sóng vào bờ là rất lớn làm cho bờ biển sạt lở nghiêm trọng, số điểm sạt lở năm sau nhiều hơn năm trước. Ngoài ra ở vùng mũi Cà Mau là nơi giao thoa của hai chế độ triều biển Đông (bán nhật triều) và triều biển Tây (nhật triều) nên chế độ sóng, dòng chảy ở vùng này khá phức tạp. Bên cạnh những diễn biến bất lợi nêu trên cùng với những tác động tiêu cực của sự thay đổi khí hậu, các hoạt động khai thác của con người đã khiến cho nhiều đoạn bờ biển trước đây được bồi tụ hoặc ít bị xói lở thì hiện nay lại bị xâm thực mạnh. Để khắc phục, giảm nhẹ thiệt hại do tình trạng xói lở bờ biển gây ra, đã có những nghiên cứu, những giải pháp công nghệ được đề xuất và triển khai thực hiện. Các giải pháp công nghệ chống xói lở áp dụng vào thực tế đã phần nào phát huy được tác dụng tốt, bảo vệ tính mạng, tài sản và các công trình cơ sở hạ tầng của Nhà nước và nhân dân vùng ven biển. Tuy nhiên vẫn còn có những công trình không đạt được hiệu quả mong muốn, chưa đáp ứng được yêu cầu đặt ra, nhất là trong điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội đang có những sự thay đổi mạnh mẽ. Vùng biển phía Đông tỉnh Cà Mau có đặc điểm sóng cao, gió lơn, biên độ chiều lớn, các giải pháp đang ứng dụng đã sảy ra nhiều sự cố khó khắc phục trước sức công phá của sóng biển. Vì vậy vấn đề nghiên cứu “Nghiên cứu giải pháp công trình phòng chống xói lở và gây bồi tạo bãi bờ biển Đông tỉnh Cà Mau, ứng dụng cho vùng Khai Long tỉnh Cà Mau” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

`

VŨ HOÀNG GIANG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH PHÒNG CHỐNG XÓI LỞ VÀ GÂY BỒI TẠO BÃI BỜ BIỂN ĐÔNG TỈNH CÀ MAU ỨNG DỤNG CHO VÙNG KHAI LONG TỈNH CÀ MAU

LUẬN VĂN THẠC SỸ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

- -VŨ HOÀNG GIANG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH PHÒNG CHỐNG XÓI LỞ VÀ GÂY BỒI TẠO BÃI BỜ BIỂN ĐÔNG TỈNH CÀ MAU ỨNG DỤNG CHO VÙNG KHAI LONG TỈNH CÀ MAU

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 8580202

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 PGS.TS TRẦN BÁ HOẰNG

2 PGS.TS NGUYỄN HỮU HUẾ

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023

LỜI CAM ĐOAN

Họ Và Tên: VŨ HOÀNG GIANG

MSHV: 201801061

Lớp: 28C11-PH

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy; Mã số: 8580202

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn (ký, ghi rõ họ tên)

Vũ Hoàng Giang

Để hoàn thành được luận văn thạc sĩ, tác giả xin được tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS Trần

Bá Hoằng và PGS.TS Nguyễn Hữu Huế đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong quá trìnhnghiên cứu và thực hiện của tác giả

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô, phòng đào tạo - Trường Đạihọc Thủy lợi tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành nghiên cứu này

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, em cũng đã nhận được sự giúp đỡ và tạo điềukiện thuận lợi từ lãnh đạo; bạn bè đồng nghiệp thuộc Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng

và Phát triển công nghệ thuỷ lợi - Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam

Do bản thân còn bị hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm nên luậnvăn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được ý kiến đónggóp, trao đổi để các giải pháp đưa ra trong luận văn được áp dụng nhiều và đạt hiệuquả cao trong thực tế

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC BẢNG DIỂU vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU ix

1 Tính cấp thiết của luận văn ix

2 Mục tiêu của luận văn x

3 Đối tượng và Phạm vi nghiêm cứu x

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu xi

5 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn xii

6 Kết quả đạt được xii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN 1

1.1 Tổng quan về giải pháp công trình bảo vệ bờ biển hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới 1

1.2 Nhóm giải pháp mềm 3

1.3 Nhóm giải pháp công trình (giải pháp cứng) 6

1.3.1 Giải pháp công trình bảo vệ trực tiếp 6

1.3.2 Giải pháp công trình bảo vệ bờ gián tiếp 10

1.3.3 Giải pháp kết hợp 14

1.4 Các pháp công trình chống xói lở bảo vệ bờ biển đã xây dựng trên địa bàn tỉnh Cà Mau 14

1.4.1 Hiện trạng công trình khu vực bờ biển phía Đông Tỉnh Cà Mau [6] 15

1.4.2 Đánh giá các công trình kè đã xây dựng trong tỉnh Cà Mau 15

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 24

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN PHÍA ĐÔNG TỈNH CÀ MAU 25

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán công trình 25

2.1.1 Nguyên lý bố trí không gian công trình 25

2.1.2 Nguyên lý tính toán chiều cao sóng tại chân công trình 27

2.1.3 Nguyên lý tính toán lựa chọn cao trình đỉnh kè 30

2.1.4 Nguyên lý tính toán ổn định 32

2.2 Cơ sở khoa học về giải pháp công trình giảm sóng bằng kết cấu có hệ số rỗng cao 39

2.2.1 Phương thức hoạt động của công trình giảm sóng, gây bồi bằng đê ngầm giảm sóng có hệ số rỗng cao 39

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của đê ngầm giảm sóng có hệ số rỗng cao 40

2.2.3 Hiệu quả công trình 41

2.3 Thực trạng nguyên nhân gây ra xói lở bờ biển 43 2.3.1 Phân tích diễn biến đường bờ biển khu vực nghiên cứu bằng hình ảnh viễn

thám 43

2.3.2 Nguyên nhân xói lở bờ biển 47

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 57

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BẰNG CẤU KIỆN TC2 CHO VÙNG BIỂN KHAI LONG TỈNH CÀ MAU 58

3.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 58

3.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu công trình giảm sóng 62

3.2.1 Đặt vấn đề 62

3.2.2 Tiêu chí kỹ thuật lựa chọn giải pháp 62

3.2.3 Giải pháp kết cấu đề xuất 63

3.3 Thông số tính toán 64

3.3.1 Lựa chọn cấp công trình 64

3.3.2 Tham số tính toán 64

3.3.3 Xác định mực nước thiết kế 65

3.3.4 Xác định thông số sóng nước sâu 67

3.4 Phân tích lựa chọn bố trí không gian công trình 69

3.4.1 Bố trí tuyến công trình 69

3.5 Tính toán sóng thiết kê tại chân công trình 71

3.6 Tính toán xác định cao trình đỉnh đê 73

3.7 Tính toán gia cố bảo vệ chân công trình 74

3.7.1 Xác định thông số gia cố chân công trình 74

3.7.2 Lớp đệm đáy 76

3.7.3 Đá đổ đầu đê 77

3.7.4 Xác định chiều chiều dài bảo vệ chân 78

3.8 Tính toán kết cấu, ổn định 78

3.8.1 Tính toán ổn định cấu kiện giảm sóng 78

3.8.2 Tính toán ổn định tổng thể công trình 81

3.8.3 Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền và lún 85

3.9 Phân tích hiệu quả giảm sóng, khả năng gây bồi, bảo vệ bờ biển của giải pháp công trình 92

3.9.1 Hiệu quả làm việc của công trình theo kết quả mô phỏng bằng phần mền mike 21 [6] 92

3.9.2 Hiệu quả làm việc của công trình đã thực hiện [6] 99

3.10 Khả năng ứng dụng và một số nhận xét[6] 103

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 105

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 106

Kết luận 106

Kiến nghị 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 0-1: Một số hình ảnh sạt lở bờ biển, rừng phòng hộ và đê biển Cà Mau x

Hình 1-1: Giải pháp bảo vệ bờ biển đa tầng (USACE 2010) 1

Hình 1-2: Sơ đồ tổng hợp các nhóm giải pháp bảo vệ bờ biển, đê biển đã được ứng dụng phổ biến trên thế giới 2

Hình 1-3: Khôi phục rừng ngập mặn kết hợp với hàng rào tre 4

Hình 1-4: Nuôi dưỡng đụn cát, bãi biển (nguồn Van Rijn, 2010) 5

Hình 1-5: Nuôi bãi ở đảo Anna Maria thuộc Florida, Mỹ 5

Hình 1-6: Sơ họa giải pháp bảo vệ bờ trực tiếp (nguồn Van Rijn, 2010) 7

Hình 1-7: Một số hình ảnh công trình sử dụng giải pháp bảo vệ bờ trực tiếp 9

Hình 1-8: Hình ảnh kè sử dụng cấu kiện lắp ghép 10

Hình 1-9: Sơ đồ bố trí hệ thống mỏ hàn gây bồi, tạo bãi [6] 11

Hình 1-10: Một số công trình mỏ hàn 12

Hình 1-11: Sơ họa giải pháp công trình đê phá sóng dạng rời (US Army Engineering Corps, 2008) 13

Hình 1-12: Hình ảnh công trình kết hợp dạng kết hợp 14

Hình 1-13: Ảnh hiện trạng công trình kè bảo vệ trực tiếp tại bờ biển Đông tỉnh Cà Mau 16

Hình 1-14: Một số hình ảnh kè giảm sóng bằng hai hàng cọc ly tâm 19

Hình 1-15: Hình ảnh kè đê trụ rỗng khi mới xây dựng song (trái), sau một thời gian đưa vào sử dụng (phải) 21

Hình 1-16: Hiệu quả, hình ảnh công trình khi gặp sự cố và sau khi điều chỉnh sửa chữa [6] 22

Hình 1-17: Công trình đang triển khai thi công cấu kiện TC2 tại Khai Long 23

Hình 2-1: Sơ đồ bố trí không gian kè 26

Hình 2-2: Sơ đồ bố trí tuyến vuông góc với đường bờ 27

Hình 2-3: Kỹ thuật nesting mô hình 29

Hình 2-4: Sơ đồ miêu tả thông số tính cao trình đỉnh đê nhô (trên), đê ngầm (dưới) 31

Hình 2-5: Sơ đồ miêu tả thông số khi tính thông số khi truyền sóng qua đê giảm sóng 32

Hình 2-6: Sơ đồ áp lực sóng phân bố trên công trình 33

Hình 2-7: Suy giảm áp lực sóng lên công trình theo % lỗ rỗng của kết cấu 34

Hình 2-8: Một số nghiên cứu liên quan đến độ rỗng bề mặt cấu kiện 40

Hình 2-9 Biểu đồ tra hệ số truyền sóng qua đê kết cấu rỗng (Nguồn: Viện KHTL miền Nam) với Hm0,i=Hs 42

Hình 2-10: Thiết lập thí nghiệm truyền sóng qua đê giảm sóng kết cấu rỗng[6] 42

Hình 2-11: Đường bờ hiện trạng khu vực Khai Long qua các năm 2014 ÷ 2022 44 Hình 2-12: Kết quả phân tích diễn biến đường bờ khu vực Đông Cà Mau giai đoạn

Hình 2-13: Mức độ xói lở, bồi tụ khu vực ven biển Đông tỉnh Cà Mau qua các giai đoạn 46

Hình 2-14: Một số hình ảnh xói lở bờ biển tỉnh Cà Mau 47

Hình 2-15: Sơ đồ phức hợp quá trình của xói lở, bồi tụ bờ biển 48

Hình 2-16: Bản đồ thạch động lực vùng biển Gành Hào đến Mũi Cà Mau (nguồn: Trần Như Hối, 2003) 49

Hình 2-17: Chiều cao sóng tại 3 điểm xa bờ vùng Cà Mau 50

Hình 2-18: Tác động của sóng đến các vùng biển ĐBSCL – Nguồn Viện KHTLMN.50 Hình 2-19: Mô tả sự biến dạng sóng khi chúng di chuyển dần vào trong vùng nước nông và tiếp cận tới bờ biển 51

Hình 2-20: Kết quả mô phỏng phân bố dòng chảy tổng hợp thời điểm triều rút (a) và thời điểm triều lên phía biển Tây (b) 52

Hình 2-21 Phân bố xói bồi vùng ven biển Cà Mau tại thời điểm gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Bắc 54

Hình 2-22: Ảnh hưởng của mực nước ngầm đối hiện tượng xói và bồi 55

Hình 2-23: Độ lún tổng cộng từ năm 1991(trái) độ lún năm 2015 (phải), Minderhoud và cộng sự (2017) 55

Hình 2-24: Minh họa nguyên lý Bruun (Brunn, 1954, 1982) 56

Hình 3-1: Hình dạng cấu kiện TC2 được áp dụng ở Ấp Khai Long - Cà Mau[6] 63

Hình 3-2: Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 111 (104°53', 8°34’) Viên An, Ngọc Hiển, Cà Mau 66

Hình 3-3: Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 112 (104°47', 8°35’) Đất Mũi, Ngọc Hiển, Cà Mau 66

Hình 3-4: Khu vực tham số sóng ngoài khơi (tham số sóng nước sâu được xác định cho biên ngoài khơi của khu vực) 68

Hình 3-5: Hình ảnh hiệu quả công trình suy giảm do bố trí không gian 71

Hình 3-6: Sơ đồ mô phỏng bài toán bằng plaxis 83

Hình 3-7: Áp lực sóng lên công trình trong 83

Hình 3-8: Hệ số ổn định trượt tính toán 84

Hình 3-9: Hệ số ổn định trượt tính toán 85

Hình 3-10: Sơ đồ tính toán độ lún nền 88

Hình 3-11: Biểu đồ ứng suất do theo độ sâu z 90

Hình 3-12: Các điểm đánh giá hiệu quả giảm sóng 93

Hình 3-13: So sánh chiều cao sóng tại điểm CM_Cum14_1 cụm công trình 14 (xã Đất Mũi-Ngọc Hiển-Cà Mau) trước và sau khi có công trình với gió mùa Tây Nam 93

Hình 3-14: So sánh chiều cao sóng tại điểm CM_Cum14_1 cụm công trình 14 (xã Đất Mũi-Ngọc Hiển-Cà Mau) trước và sau khi có công trình với gió mùa Đông Bắc 94

Hình 3-15: So sánh chiều cao sóng tại điểm CM_Cum14_2 cụm công trình 14 (xã Đất Mũi-Ngọc Hiển-Cà Mau) trước và sau khi có công trình với gió mùa Tây Nam 94

Hình 3-16: So sánh chiều cao sóng tại điểm CM_Cum14_2 cụm công trình 14 (xã ĐấtMũi-Ngọc Hiển-Cà Mau) trước và sau khi có công trình với gió mùa Đông Bắc 95Hình 3-17: So sánh chiều cao sóng tại điểm CM_Cum14_3 cụm công trình 14 (xã ĐấtMũi-Ngọc Hiển-Cà Mau) trước và sau khi có công trình với gió mùa Tây Nam 95Hình 3-18: So sánh chiều cao sóng tại điểm CM_Cum14_3 cụm công trình 14 (xã ĐấtMũi-Ngọc Hiển-Cà Mau) trước và sau khi có công trình với gió mùa Đông Bắc 96Hình 3-19: Phân bố xói bồi cuối mùa gió Tây Nam đoạn xói lở ven biển Khai Long -Đất Mũi – Ngọc Hiển - Cà Mau (Hiện trạng) 97Hình 3-20: Phân bố xói bồi cuối mùa gió Đông Bắc đoạn xói lở ven biển Khai Long -Đất Mũi – Ngọc Hiển - Cà Mau (Hiện trạng) 97Hình 3-21: Phân bố xói bồi cuối mùa gió Tây Nam đoạn xói lở ven biển Khai Long -Đất Mũi – Ngọc Hiển - Cà Mau (sau khi có công trình) 98Hình 3-22: Phân bố xói bồi cuối mùa gió Tây Nam đoạn xói lở ven biển Khai Long -Đất Mũi – Ngọc Hiển - Cà Mau (sau khi có công trình) 98Hình 3-23: Tuyến công trình thử nghiệm-Kết cấu rỗng TC2 hoàn thiện (T11/2022), 99Hình 3-24: Sơ đồ bố trí các trạm đo và các thiết bị được lắp đặt tại khu khu vực nghiêncứu 100Hình 3-25: Biểu đồ chiều cao sóng cực đại (trái) và chu kỳ sóng cực đại (phải) tại trạmS2 (trước CT) và trạm S1 (sau CT) 101Hình 3-26: Biểu đồ chiều cao sóng có nghĩa (trái) và chu kỳ sóng có nghĩa (phải) tạitrạm S2 (trước CT) và trạm S1 (sau CT) 101Hình 3-27: Hệ số truyền sóng của công trình thử nghiệm ngoài hiện trường 102Hình 3-28: Phổ năng lượng sóng đo đạc thực địa (a) trước công trình, (b) sau côngtrình, (c) hệ số truyền sóng theo tần số của sóng 102Hình 3-29: Hình ảnh gây bồi tại công trình thử nghiệm qua các giai đoạn 103Hình 3-30: Kết cấu TC2 được ứng dụng tại Cồn Ngang - Tiền Giang 104

DANH MỤC BẢNG DIỂU

Bảng 1-1:Tổng hợp các công trình kè biển trực tiếp đã được xây dựng khu vực bờ biển

phía Đông tỉnh Cà Mau [6] 15

Bảng 1-2: Tổng hợp ưu nhược điểm của công trình kè bảo vệ trực tiếp 17

Bảng 1-3: Tổng hợp một số dạng công trình kè bảo vệ bờ gián tiếp đã đã được xây dựng khu vực tỉnh Cà Mau 18

Bảng 1-4: Tổng hợp ưu nhược điểm của kè cọc ly tâm 20

Bảng 1-5: Tổng hợp ưu nhược điểm của kè kết cấu rỗng 23

Bảng 2-1: Quan hệ Rc và Kt cho một số dạng kết cấu điển hình tại ĐBSCL (*) 43

Bảng 2-2: Mức độ xói, bồi trung bình khu vực ven biển Đông Cà Mau qua các giai đoạn từ năm 1990 đến năm 2020 45

Bảng 3-2: Các giá trị mực nước đề xuất để tính toán 67

Bảng 3-3: Bảng kết quả tham số sóng nước sâu cho vùng tính sóng chi tiết ven bờ từ Bà Rịa – Vũng Tàu đến Hà Tiên 68

Bảng 3-4: Thống kê các công trình kè giảm sóng ở vùng ven biển ĐCSCL 70

Bảng 3-5: Bảng tổng hợp bố trí không gian của một số công trình 70

Bảng 3-6: Bảng kết quả tính sóng trước công trình trong điều kiện cực trị với mực nước khác nhau Vgió=24,2m/s (cấp 9) 72

Bảng 3-7: Bảng kết quả tính sóng trước công trình trong điều kiện gió mùa với mực nước khác nhau Vgió=17m/s (cấp 7) 73

Bảng 3-8: Hiệu quả giảm sóng ứng với trường hợp khí hậu gió mùa 73

Bảng 3-9: Khối lượng ổn định viên đá ở chân kè (TCVN 9901-2014) 75

Bảng 3-10: Cao trình đá đổ chân đê theo chỉ số hư hỏng cho phép 76

Bảng 3-11: Kích thước viên đá đầu đê theo chỉ số hư hỏng cho phép 77

Bảng 3-12: Thông số đá bảo vệ chân công trình 78

Bảng 3-13: Tính toán hệ số ổn định lật, trượt trong trường hợp thi công +2,12m 80

Bảng 3-14: Tính toán hệ số ổn định lật, trượt trong trường hợp thiết kế sau lún +1,90m 81

Bảng 3-15: Hệ số an toàn ổn định chống trượt K trên nền phi nham thạch 82

Bảng 3-16: Thông số lớp địa chất nền và các lớp chất tải của công trình được khai báo trong phần mềm 82

Bảng 3-17: Các chỉ tiêu cơ lý của đất 85

Bảng 3-18: Các thông số tính toán 87

Bảng 3-19: Bảng kết quả tính toán lún 91

Bảng 3-20: Các kịch bản tính toán 92

Bảng 321: Bảng kết quả tính toán chiều cao sóng CM_Cum14_1 cụm công trình 14 -Cà Mau 94 Bảng 322: Bảng kết quả tính toán chiều cao sóng CM_Cum14_2 cụm công trình 14

-Cà Mau 95Bảng 3-23: Bảng kết quả tính toán chiều cao sóng CM_Cum14_3 cụm công trình 14 -

Cà Mau 96Bảng 3-24: Hiệu quả gây bồi cụm công trình Khai Long 98

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BĐKH-NBD: Biến đổi khí hậu và nước biển dâng

BNN&PTNT: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

GMĐB: Gió mùa đông bắc

GMTN: Gió mùa tây nam

SIWRR: Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam

Sở TMMT: Sở Tài nguyên Môi trường

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

VKHTLVN: Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

VNC: Vùng nghiên cứu

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn

Trong chiến lược biển Việt Nam phấn đấu để nước ta trở thành một quốc gia mạnh vềbiển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền quốc gia trên biển, góp phần giữvững ổn định và phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ giữa phát triển kinh tế - xã hộivới đảm bảo quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường; có chính sách hấp dẫn nhằmthu hút mọi nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng các trung tâm kinh tế lớnvùng Duyên Hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với

sự phát triển của cả nước Phấn đấu kinh tế biển đóng góp khoảng 53-55% GDP, 60% kim ngạch xuất khẩu của cả nước, giải quyết tốt các vấn đề xã hội, cải thiện mộtbước đáng kể đời sống của nhân dân vùng ven biển Nhằm đạt được những mục tiêuchiến lược đặt ra về phát triển kinh tế biển thì việc xây dựng cơ sở hạ tầng, hệ thống đêbiển, các công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo là rất quan trọng vì nó không chỉ là láchắn an toàn bảo vệ khu dân cư, các cơ sở hạ tầng kỹ thuật mà còn góp phần đảm bảo

55-về an ninh, quốc phòng vùng bờ biển

Trong những năm gần đây việc xây dựng các công trình ngăn sông khiến cho lượngbùn cát cung cấp cho biển càng bị giảm sút Dưới tác dụng của sóng vào bờ là rất lớnlàm cho bờ biển sạt lở nghiêm trọng, số điểm sạt lở năm sau nhiều hơn năm trước.Ngoài ra ở vùng mũi Cà Mau là nơi giao thoa của hai chế độ triều biển Đông (bán nhậttriều) và triều biển Tây (nhật triều) nên chế độ sóng, dòng chảy ở vùng này khá phứctạp Bên cạnh những diễn biến bất lợi nêu trên cùng với những tác động tiêu cực của

sự thay đổi khí hậu, các hoạt động khai thác của con người đã khiến cho nhiều đoạn bờbiển trước đây được bồi tụ hoặc ít bị xói lở thì hiện nay lại bị xâm thực mạnh

a> Hình ảnh ở Tân Thuận - Cà Mau

(biển Đông)

b> Hình ảnh ở Hòn Đá Bạc – Cà Mau

(biển Tây)Hình 0-1: Một số hình ảnh sạt lở bờ biển, rừng phòng hộ và đê biển Cà Mau

Để khắc phục, giảm nhẹ thiệt hại do tình trạng xói lở bờ biển gây ra, đã có nhữngnghiên cứu, những giải pháp công nghệ được đề xuất và triển khai thực hiện Các giảipháp công nghệ chống xói lở áp dụng vào thực tế đã phần nào phát huy được tác dụngtốt, bảo vệ tính mạng, tài sản và các công trình cơ sở hạ tầng của Nhà nước và nhândân vùng ven biển Tuy nhiên vẫn còn có những công trình không đạt được hiệu quảmong muốn, chưa đáp ứng được yêu cầu đặt ra, nhất là trong điều kiện tự nhiên, điềukiện kinh tế xã hội đang có những sự thay đổi mạnh mẽ Vùng biển phía Đông tỉnh CàMau có đặc điểm sóng cao, gió lơn, biên độ chiều lớn, các giải pháp đang ứng dụng đãsảy ra nhiều sự cố khó khắc phục trước sức công phá của sóng biển

Vì vậy vấn đề nghiên cứu “Nghiên cứu giải pháp công trình phòng chống xói lở và gâybồi tạo bãi bờ biển Đông tỉnh Cà Mau, ứng dụng cho vùng Khai Long tỉnh Cà Mau” làhết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

2 Mục tiêu của luận văn

Đề xuất giải pháp công trình phù hợp có khả năng giảm sóng, gây bồi, phục hồi rừngphòng hộ ven biển dựa trên cơ sở khoa học và thực tiễn Ứng dụng công nghệ mớiđang được nghiên cứu và phát triển, thân thiện với môi trường

3 Đối tượng và Phạm vi nghiêm cứu

 Đối tượng nghiên cứu: Công trình đê giảm sóng, gây bồi tạo bãi, khôi phục rừngphòng hộ và bảo vệ bờ biển bằng cấu kiện đúc sẵn dạng hình chóp tứ giác cụt

 Phạm vi nghiên cứu ứng dụng: Phạm vi nghiên cứu ứng dụng của luận văn thuộc

bờ biển Khai Long, tỉnh Cà Mau và vùng phụ cận thuộc bờ biển Đông của tỉnh CàMau

 Cách tiếp cận

Để triển khai luận văn học viên đã sử dụng tổng hợp các cách tiếp cận sau:

Tiếp cận có kế thừa: từ kết quả đề tài trước đây, tham khảo các tài liệu, tiêu chuẩn

trong và ngoài nước đã công bố để có hướng đi đúng đắn và giảm bớt thời gian nghiêncứu…

Tiếp cận thực tiễn: thu thập các tài liệu về các giải pháp công trình xây dựng kè bảo vệ

bờ biển, giảm sóng và gây bồi tạo bãi trong nước

Tiếp cận với các phương pháp mới (tiếp cận hiện đại): Đây là phương pháp chủ yếu

của luận văn, tiếp cận với các thành tựu khoa học công nghệ, các lý thuyết mới và cácphần mềm tính toán để nghiên cứu, đánh giá nguyên nhân gây xói lở bờ biển

 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp điều tra, thu thập số liệu kế thừa kết quả điều tra của đề tài nghiên cứu cóliên quan đã và đang thực hiện;

Phương pháp phân tích hình ảnh: phân tích hình ảnh viễn thám để đánh giá diễn biến

sạt lở bờ biển khu vực Khai Long;

Phương pháp lý thuyết: Vận dụng các tiêu chuẩn trong nước để tính toán ổn định, phân

tích bố trí không gia của công trình;

Phương pháp mô hình toán: Trên cơ sở tính toán bố trí tuyến công trình so sánh với

kết quả mô hình toán để phân tích hiệu quả giảm sóng, gây bồi (sử dụng phần mền

Mike 21 FM của Viện thủy lực Đan Mạch - DHI để tính toán chế độ sóng, dòng chảy

mô phỏng sóng phục hồi theo kịch bản tim tuyến công trình)

Và một số phương pháp kết hợp khác

5 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu góp phần hệ thống các cơ sở khoa học, khả

năng ứng dụng các giải pháp giảm sóng, gây bồi, khôi phục rừng phòng hộ bảo vệ bờbiển

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn về kinh tế - xã hội, từ kết quả

nghiên cứu giúp cho các đơn vị quản lý nhà nước, đầu tư xây dựng, thiết kế có thêmnhiều lựa chọn kết cấu để bảo vệ bờ biển

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN

1.1 Tổng quan về giải pháp công trình bảo vệ bờ biển hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới

Khí hậu nóng lên toàn cầu làm cho nước biển dâng cao đang gây thiệt hại nặng nề chođời sống dân cư vùng ven biển, thay đổi đời sống sinh hoạt của cộng đồng ven biển.Chi phí hàng năm để duy trì hệ thống bảo vệ bờ biển, thích ứng với biến đổi khí hậu vànước biển dâng là rất lớn, theo báo cáo cơ quan môi trường Anh thì hằng năm nướcAnh chi ít nhất 1tỷ bảng Anh để bảo vệ bờ biển

Trên thế giới hiện nay hàng ngàn kilomet bờ biển đang bị xói lở các giải pháp cứngnhư đê biển, tường chắn sóng, kè phá sóng đã được chứng minh là không hiệu quả nếuchỉ áp dụng các biện pháp đó đơn lẻ một mình Điều đó cũng đúng đối với các biệnpháp phục hồi rừng ngập mặn và biện pháp mềm khác Do đó, một sự kết hợp các biệnpháp và những cách tiếp cận khác coi trọng nguyên tắc “Xây dựng cùng thiên nhiên”(Building with nature) là một khái niệm mới mà các nước phát triển trên thế giới đang

sử dụng

Hình 1-2: Giải pháp bảo vệ bờ biển đa tầng (USACE 2010)

Do đó, cách tiếp cận chung phải là tái tạo hệ thống bảo vệ bờ biển tự nhiên Chiến lượcbảo vệ bờ biển theo từng khu vực được coi là hiệu quả hơn so với việc sử dụng mộtyếu tố bảo vệ bờ biển đơn lẻ Hơn nữa, cách tiếp cận này sẽ tạo điều kiện hiện thựchóa các lợi ích song song về kinh tế-xã hội và môi trường

Nước ta có 3.260km bờ biển, 29/35 tỉnh, thành có mặt tiếp giáp biển Sự ổn định củadải ven biển trong đó có ổn định bờ biển là tiền đề để phát triển các đô thị ven biển,kinh tế biển, du lịch và nhiều ngành khác mà thiên nhiên đã ban tặng cho Việt Nam,

một lợi thế không nhỏ so với các nước trong khu vực Tuy nhiên tình hình xói lở bờbiển diễn ra ngày càng mạnh mẽ, nhất là sự biến đổi của khí hậu toàn cầu đang diễnbiến khó lường và ảnh hưởng trực tiếp đến dải ven biển nước ta Các tỉnh, thành venbiển đều phải chống chọi với thiên tai do xói lở bờ biển Hội thảo tham vấn Quốc gia

về "Đánh giá xói lở bờ biển Việt Nam" do Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam, BộTài nguyên và Môi trường phối hợp với Chương trình môi trường Liên hợp quốc, Tổchức điều phối các quốc gia biển Đông Á tổ chức ngày 17/7/2013, tại Hà Nội đã đưa

ra tình trạng xói lở bờ biển Việt Nam, đang diễn ra ngày một nghiêm trọng

Trước tình hình xói lở dải ven biển, gây thiệt hại lớn về cơ sở hạ tầng, kiến trúc, suygiảm đai rừng phòng hộ ven biển trong nước và quốc tế, các nước tiên tiến trên thếgiới đã thực hiện đồng thời nhiều giải pháp khoa học công nghệ, trong đó có giải phápphi công trình (giải pháp quản lý), giải pháp công trình (giải pháp kỹ thuật) Hình 1-2

mô tả sơ đồ tổng hợp các nhóm giải pháp bảo vệ, ổn định dải ven biển được ứng dụngphổ biến trên thế giới

Hình 1-3: Sơ đồ tổng hợp các nhóm giải pháp bảo vệ bờ biển, đê biển đã được ứng dụng

phổ biến trên thế giới

Nói chung, quy hoạch và quản lý bờ biển phải tuân theo phát triển tự nhiên và baogồm cả các biện pháp bảo vệ mềm và cứng thích hợp Xét về nguồn tài chính hạn chếcần có sự ưu tiên và tối ưu hóa thiết kế Để đưa ra giải pháp tổng thể cho từng vùng

cần dựa trên các điều kiện thủy động lực, địa chất, đặc trưng hình thái tại khu vực đóđồng thời dựa trên mức độ cấp thiết cần bảo vệ Những thông số chính cần thiết choquá trình thiết kế đề xuất là: (i) mực nước (dao động thủy triều bình thường nhưngcũng bao gồm mực nước cực đoan), (ii) thông số sóng biển (chiều cao sóng ý nghĩa vàcực đại, chu kỳ sóng), (iii) đặc điểm của đất, và (iv) hình dạng hướng đường bờ và độsâu bờ biển.

Các giải pháp chống xói lở, bảo vệ bờ biển thông thường được chia làm hai nhóm là:

nhóm giải pháp công trình cứng và nhóm giải pháp mềm Nhóm các giải pháp cứng

bao gồm: kè biển, kè mỏ hàn, đê ngầm phá sóng, kè mỏ hàn kết hợp đê ngầm phásóng Các giải pháp mềm bao gồm: nuôi bãi, trồng rừng ngập mặn, … Giải pháp tổngthể chống xói lở bờ biển cần được kết hợp nhiều giải pháp trên và tùy theo điều kiện

cụ thể từng khu vực để lựa chọn các giải pháp kết hợp cho phù hợp

1.2 Nhóm giải pháp mềm

Giải pháp này đã được nhiều nước trên thế giới ứng dụng, giải pháp này chủ yếu làkhôi phục lượng cát sỏi trong hệ thống duyên hải hoặc phát triển, củng cố, khôi phụcrừng ngập mặn bảo vệ bờ biển

 Phát triển, củng cố, khôi phục rừng ngập mặn bảo vệ bờ biển

Giải pháp khôi phục RNM ven biển mang lại hiệu quả to lớn trong việc bảo vệ dải venbiển trước các tác động tiêu cực của thiên nhiên Rừng phòng hộ ven biển làm suygiảm năng lượng sóng, giảm tác động của nước biển dâng do bão tác động vào đê biển,

có khả năng chống xói mòn tốt và tăng khả năng lắng đọng trầm tích Ngoài ra còn lànguồn cung cấp thức ăn đảm bảo môi trường sống cho chim, cá và côn trùng Hiệu quảlàm việc của rừng phòng hộ phụ thuộc vào chiều cao, mật độ của thảm thực vật, địahình, thời gian của sóng tới cũng như mực nước biển

Rừng ngập mặn ven biển không những giảm được lực tác động của sóng vào bờ biển

mà còn tăng độ vững chắc, ổng định của bờ, tăng độ nhám cho bãi biển để triệt tiêunăng lượng sóng và dòng chảy tác động lên bờ biển Với điều kiện địa hình phù hợprừng sẽ được khôi phục một cách tự nhiên và nhân tạo để chuẩn bị phòng chống cácđợt bão năm sau

Hình 1-4: Khôi phục rừng ngập mặn kết hợp với hàng rào treGiải pháp trồng rừng ngập mặn mang lại hiệu quả to lớn trong việc bảo vệ bờ biển.Tuy nhiên để phát huy được hiệu quả của trồng rừng ngập mặn ven biển cần thời giandài từ 5÷10 năm Bên cạnh đó ở những khu vực có điều kiện sóng gió, dòng chảymạnh, những vùng không có phù sa, chất đất phù hợp cho các loại cây, … sẽ rất khóthực hiện thành công việc trồng rừng Đối với những khu vực này phải sử dụng cácgiải pháp kết hợp giữa giải pháp cứng và giải pháp mềm mới có thể phát huy được tácdụng [5].

Trong những năm qua đã có nhiều dự án thử nghiệm trồng rừng sử dụng hàng rào bảo

vệ Bên cạnh những dự án bước đầu đạt được mục tiêu như: Vàm Rầy (Kiên Giang),

Âu Thọ B (Sóc Trăng), cũng có những dự án kết quả không được như mong muốnnhư: Hàng rào chữ T ở Vĩnh Châu (Sóc Trăng), Vĩnh Trạch Đông (Bạc Liêu) Kinhnghiệm từ sự thành công và thất bại của các dự án này là những bài học có giá trị chochiến lược khôi phục rừng ngập mặn ven biển [6]

 Nuôi bãi nhân tạo bảo vệ bờ biển

Nuôi bãi nhân tạo là tạo ra bãi biển rộng lớn hơn bằng cách tăng lượng cát, sỏi ở vùng

bờ biển bị xói do thiếu cát, tái tạo lại phương thức tiêu tán năng lượng sóng một cách

tự nhiên Nuỗi bãi không làm giảm tình trạng xói lở, nó chỉ là bù lượng cát bị sóngbiển xói đi Chính vì đó các bãi biển cần được duy tu, bảo trì thường xuyên, nếu khôngbãi biển sẽ dần biến mất do xói mòn

Hình 1-5: Nuôi dưỡng đụn cát, bãi biển (nguồn Van Rijn, 2010)

Nuôi bãi được áp dụng nhiều nơi trên thế giới chúng bắt đầu được nghiên cứu thựchiện ở Hà lan vào năm 1950 Trong những năm 1952 ÷ 1989 tại Hà Lan đã hoàn thànhtrên 50 công trình, đến năm 1987 đã cho ra đời “sổ tay nuôi bãi nhân tạo” Sau đó cácnước như Đức, Pháp, Tây Ban Nha, Iceland cũng đã xây dựng các bãi nuôi quy môlớn, các nước này đã coi nuôi bãi nhân tạo là sách lược lâu dài để đề phòng xâm thực

bờ biển

Hình Error! No text of specified style in document.-1 Nuôi bãi ở đảo Anna Maria

thuộc Florida, Mỹ Hình 1-6: Nuôi bãi ở đảo Anna Maria thuộc Florida, Mỹ

Việt Nam đã có những nghiên cứu, ứng dụng giải pháp nuôi bãi ở các khu vực bờ biển

như Cửa Đại tỉnh Quảng Nam, khu du lịch Phan Thiết, Nha Trang, Vũng Tàu, Hà Tiênbước đầu đạt kết quả tốt.

Giải pháp này yêu cầu phải có sự hiểu biết về quy luật diễn biến hình thái bãi biểncũng như đường bờ Nuôi bãi đòi hỏi phải thực hiện thường xuyên theo chu kỳ, sẽkhông hiệu quả đối với các khu vực mà có bùn cát biến động mạnh[6]

Nuôi dưỡng cát được ứng dụng tại những nơi có nguồn cát sỏi lớn, ở khoảng cáchtương đối ngắn để kịp thời bổ sung thường xuyên lượng cát sỏi bị bào mòn do sóngbiển hoặc ở nơi các giải pháp công trình truyền thống như mỏ hàn, …) chỉ có hiệu quảcục bộ mà không đảm bảo giảm được xói lở bờ biển trên tổng thể, thậm chí là làmtrầm trọng thêm xói lở phía hạ nguồn Để đạt hiệu quả nuôi dưỡng cát được thườngxuyên và liên tục cần khả năng cung cấp cát tại địa phương hoặc kho dự trữ cát có sẵn

ở khu vực gần để bổ sung thường xuyên

1.3 Nhóm giải pháp công trình (giải pháp cứng)

Công trình cứng được xây dựng để ngăn chặn sự phát triển của xói lở bờ biển Giảipháp công trình gồm hai dạng: công trình bảo vệ trực tiếp, công trình bảo vệ gián tiếp

1.3.1 Giải pháp công trình bảo vệ trực tiếp

Giải pháp bảo vệ bờ trực tiếp được áp dụng phổ biến ở nhiều nơi, nó cũng đã được xâydựng tiêu chuẩn, quy phạm hướng dẫn thiết kế khá chi tiết và đầy đủ Ưu điểm chungcủa giải pháp này là kết cấu công trình bền vững, khả năng chịu lực lớn, tuổi thọ côngtrình cao, quản lý và duy tu sửa chữa công trình thuận lợi Nhược điểm chung là không

có khả năng gầy bồi, tạo bãi hay khôi phục rừng ngập mặn Chưa thân thiện với môitrường, làm gián đoạn sự kết nối giữa trên bờ và dưới nước ảnh hưởng đến sự pháttriển và môi trường sống của động, thực vật

Ở nước ta và trên thế giới dọc bờ biển đã có nhiều công trình bảo vệ bờ trực tiếpthường áp dụng với 3 dạng kết cấu như sau: dạng mái nghiêng, thành đứng và dạnghỗn hợp[5] [6]

Hình 1-7: Sơ họa giải pháp bảo vệ bờ trực tiếp (nguồn Van Rijn, 2010)

 Dạng kè mái nghiêng

Kè mái nghiêng là dạng kết cấu độ dốc mái thoải, có tính ổn định cao, hiện tượng phản

xạ sóng trước đê và kè nhỏ, bề rộng đáy lớn dẫn tới sự phân bố ứng suất nền đều, dễthích ứng với biến dạng thân công trình Dạng kết cấu mái nghiêng thi công tương đốiđơn giản, dễ duy tu sửa chữa Nhược điểm của dạng kết cấu mái nghiêng là khối lượngvật liệu lớn, chiếm nhiều diện tích

Dạng mái nghiêng được dùng ở hầu hết các tỉnh ven biển Mái kè được cứng hóa bởi

đá hộc lát khan hoặc xây, hay lát tấm bê tông liên kết 2 chiều hoặc 3 chiều liên kếtmảng Kè lát tấm bê tông như tại Phan Rí cửa, kè Phước Thể, Hàm Tiến, Đồi Dương,

… (Bình Thuận), Gò Công Đông (Tiền Giang), Hiệp Thạnh (Trà Vinh), Gành Hào(Bạc Liêu) Kè mái nghiêng có các khối Tetrapod ở chân kè sẽ giảm được sóng tácđộng lên phần mái và đỉnh kè như kè Gành Hào, thủy sản Nam Phan Thiết…

Kè tường đứng đã được xây dựng ở Mũi Cà Mau, khu du lịch Khai Long, khu lấn biểnRạch Giá - Kiên Giang với kết cấu chủ yếu là BTCT bản góc hoặc cừ dự ứng lực SWđược thi công trực tiếp trên bãi biển.

a) Công trình chống xói lở bằng bao tải cát

ở Hội An, Quảng Nam b) Kè biển dạng tường đứng kết hợp với

mái nghiêng – Nha Trang

c) è biển bảo vệ bờ bằng cấu kiện đúc sẵn

tại Tân Thành - Gò Công Đông - Tiền

Giang

d) Kè bờ biển Tây bằng rọ đá lát mái,

Cà Mau

g) Công trình kè biển Gành Hào, tỉnh Bạc Liêu: sau khi xây dựng 2005 (bên trái), sau khi

nâng cấp sửa chữa 2018 (bên phải)

h) Kè đá xếp bờ biển ở huyện Cần Giờ - TP Hồ Chí MinhHình 1-8: Một số hình ảnh công trình sử dụng giải pháp bảo vệ bờ trực tiếp Giải pháp này chủ yếu gia cố bờ biển, đê biển không bị tiếp tục xói lở do tác động tiêucực của sóng biển bằng dạng vật liệu, kết cấu khác nhau Từ những loại kết cấu đơngiản như đá đổ, đá lát khan, thảm đá, bao tải cát đến những loại cấu kiện bê tông lắpghép, đúc sẵn có liên kết độc lập, liên kết mảng,

Ở nước ta dạng cấu kiện liên kết tạo mảng được ứng dụng phổ biển, đặc biệt từ năm

1995 trở lại đây khi cấu kiện bê tông đúc sẵn liên kết hai, ba chiều ghép thành mảngđược nghiên cứu ra Điển hình là sự sáng chế ra cấu kiện bê tông đúc sẵn tự chèn bachiều của tác giả: Phan Đức Tác, Nguyễn Anh Tiến kiện này là có khả năng liên kếttốt, chịu lực cao, tạo cảnh quan đẹp Tuy nhiên nó chỉ thi công được bằng thủ công,khi cần thay thế cấu kiện hỏng phải tháo dỡ cả các cấu kiện xung quanh

a) Cấu kiện TSC của tác giả Phan Đức Tác- Gò Công – Tiền Giang

b) Cấu kiện SANREN BLOCK bảo vệ bờ biển Miyagi, Nhật Bản

Hình 1-9: Hình ảnh kè sử dụng cấu kiện lắp ghép

1.3.2 Giải pháp công trình bảo vệ bờ gián tiếp

Trước tình hình xói lở bờ biển diễn ra ngày càng mạnh mẽ, khó lường cũng như sự suygiảm RNM ven biển ngày càng trở nên trầm trọng của ĐBSCL Nước ta đã nghiên cứuứng dụng cho khu vực ĐBSCL bằng nhiều giải pháp và công nghệ mới để bảo vệ bờgián tiếp như: kè ly tâm, đê trụ rỗng, cấu kiện Busaco… đã mang lại hiệu quả, khắcphục được các tồn tại và hạn chế của kè bảo vệ bờ trực tiếp Tuy nhiên vẫn còn nhữngtồn tại và hạn chế cần phải được nghiên cứu, hoàn thiện và điều chỉnh cho phù hợp vớicác điều kiện khác nhau

Các dạng kết cấu này đều cho phép sóng tràn qua và mang theo bùn cát vào phía trong

kè, khi nước rút qua các lỗ rỗng thì bùn cát được giữ lại Trên thế giới và trong nước

có nhiều dạng kè bảo vệ bờ gián tiếp khác nhau được ứng dụng với từng vị trí khácnhau để phù hợp với từng mục tiêu nhiệm vụ của công trình Trong phạm vị luận vănhọc viên nghiên cứu phân tích hai giải pháp thông dụng: 1) mỏ Hàn; 2) đê giảm sóng

 Mỏ hàn

Giải pháp này thông thường là xây dựng nhiều mỏ hàn vuông góc với bờ Chúng cóchức năng là: i) giảm lưu tốc và vận chuyển bùn cát ven bờ; ii) hình thành vùng nướctĩnh hoặc động nhẹ để giữa bùn cát lại; iii) bảo vệ bờ trước tác dụng của sóng xiên, làmgiảm tác động của sóng tác dụng vào bờ; iv) hướng dòng chảy ven bờ ra xa bờ Chính

vì vậy mà mỏ hàn có khả năng chống xói lở và gây bồi bờ biển

Tuy nhiên xây dựng mỏ hàn làm giảm lượng bùn cát phía sau công trình Khi mỏ hàn

có tác động quá lớn xói mòn phía sau công trình theo hướng dọc bờ xảy ra do thiếu hụtbùn cát Vận chuyển bùn cát vào trong bờ gia tăng với sự giai tăng khoảng cách giữacác mỏ hàn và nhỏ nhất tại vị trí ngay sau mỏ hàn Bùn cát không đủ để cung cấp cho

bờ nếu khoảng cách giữa hai mỏ hàn quá nhỏ

Hướng bùn cát thực Vùng bồi

Vùng xói Bãi biển

Hình 1-10: Sơ đồ bố trí hệ thống mỏ hàn gây bồi, tạo bãi [6]

Dựa vào đặc tính mỏ hàn được chi làm hai loại: mỏ hàn đặc (không cho nước xuyênqua), mỏ hàn khe rỗng (cho nước xuyên qua)

 Mỏ hàn đặc tạo ra một rào cản hoàn toàn vận chuyển dọc bờ Sau khi phía trước mỏhàn bồi lắng hoàn toàn, vật liệu vận chuyển qua và xung quanh mỏ hàn

 Mỏ hàn khe rỗng cho phép một lượng nước đi qua mỏ hàn Điều này giúp bùn cátđược vận chuyển qua mỏ hàn nhằm giảm xói lở do thiếu hụt bùn cát phía hạ lưu.Những năm gần đây nước ta ứng dụng một số công nghệ mới, vào năm 2014 cấu kiệnRAKUNA IV của Nhật Bản đã được áp dụng để bảo vệ cảng Nghi Sơn -Thanh Hóa,công trình đã được thí nghiệm mô hình vật lý trước khi áp dụng ngoài thực tế, tháng8/2020 công nghệ này cũng ứng dụng để chắn sóng cảng Chân Mây -Thừa Thiên Huế,8/2020.

Xói ở hạ lưu mỏ hàn

a) Kè mỏ hàn ở New Jersey, Mỹ bị xói

ở hạ lưu

b) Công nghệ mới, cấu kiện Rakuna IV được

áp dụng cho dự án cảng Lọc hóa dầu NghiSơn Thanh Hóa, tháng 6/2014 (Nguồn: GS

TS Thiều Quang Tuấn-ĐH Thủy Lợi)

c) Đê chắn sóng cảng Chân Mây – Huế (Ảnh: CEOTIC JSC, tháng 3/2021)

Hình 1-11: Một số công trình mỏ hàn

 Đê giảm sóng[6]:

Đê giảm sóngcho phép sóng tràn qua mang theo bùn cát vào phía sau kè Thôngthường được cấu tạo bởi nhiều phần rời nhau, được bố trí song song với bờ nhằm làmgiảm tốc độ dòng chảy ven bờ cũng như giảm năng lượng sóng tác dụng lên bờ, tăngkhả năng bồi lắng Một phần bùn cát tiếp tục được vận chuyển về phía hạ lưu của đêgiảm sóng

Kết cấu đê phá sóng dời nhau cho phép vận chuyển bùn cát về phía hạ lưu ở một mức

độ nhất định, chúng phụ thuộc vào bố trí kết cấu và không gian của đê giảm sóng.Điều này làm giảm khả năng xói lở ở hạ lưu so với giải pháp mỏ hàn

Bờ biển ban đầu

Xói ở hạ lưu

Xói ở hạ lưu

Bờ biển ban đầu

Hướng vận chuyển bùn cát thực

Hướng vận chuyển bùn cát thực

Hình 1-12: Sơ họa giải pháp công trình đê phá sóng dạng rời (US Army Engineering Corps,

2008)Dạng kết cấu đê giảm sóng được chia làm hai loại: 1) đê phá sóng nổi; 2) đê ngầmgiảm sóng Đê phá sóng nổi có cao trình đỉnh đê cao hơn mực nước triều lớn nhất Đêngầm giảm sóng có cao trình đỉnh thấp hơn mực nước triều lớn nhất, ít bị ngập nước ởmột giai đoạn nhất định trong một chu kỳ triều

Đê giảm sóng có kết cấu khá đa dạng về loại vật liệu dùng để sử dụng như là cọc gỗ,màn chắn gỗ, công trình bằng đá hộc, đá tảng; bê tông, bê tông cốt thép với các cục bêtông đúc sẵn như tetrapod, quadripod, dolos, tribar,…

a) Nuôi bãi kết hợp mỏ hàn ở Hà Lan (trái) và ở Đan Mạch (phải)

b) Trồng rừng kết hợp với đê giảm sóng ở An Biên, An Minh

theo từng năm (năm sau xói lở nhiều hơn năm trước) [1] RNM ven biển suy giảm trầmtrọng, gây mất an toàn đê biển.

1.4.1 Hiện trạng công trình khu vực bờ biển phía Đông Tỉnh Cà Mau [6]

Bờ biển Đông tỉnh Cà Mau có chiều dài 107 km trên tổng 254 km bờ biển tỉnh CàMau Nhiều giải pháp công trình xây dựng để bảo vệ bờ biển, RNM như: kè bảo vệ bờtrực tiếp, đê giảm sóng bằng hai hàng cọc ly tâm, đê giảm sóng kết cấu rỗng với tổngchiều dài là 27,39 km (chiếm 25,6% bờ biển Đông tỉnh Cà Mau)

Bước đầu cho thấy các công trình thực hiện đã mang lại hiệu quả, đảm bảo mục tiêunhiệm vụ Tuy nhiên vẫn còn những tồn tại và hạn chế do những nguyên nhân khácnhau

1.4.2 Đánh giá các công trình kè đã xây dựng trong tỉnh Cà Mau

 Công trình kè bảo vệ trực tiếp

Công trình bảo vệ bờ trực tiếp loại công trình này được xây dựng tại vị trí đặc biệtxung yếu bảo vệ trực tiếp cho các tuyến đê trực diện với biển hoặc các khu du lịchnhư: kè khu du lịch Khai Long, kè bảo vệ khu di tích Đất Mũi

Bảng 1-1:Tổng hợp các công trình kè biển trực tiếp đã được xây dựng khu vực bờ biển

phía Đông tỉnh Cà Mau [6]

STT Kết cấu/ Tên công

Hiện trạng

1 Kè Bê tông cốt thép tường đứng bảo vệ

khu du lịch khai long

Xã Đất mũi, Huyện Ngọc Hiển, Cà Mau 1,700 Ổn định

a) Ảnh hiện trạng kè bảo vệ khu du lịch Khai Long – Cà Mau (tháng 10/2021)

b) Hiện trạng kè lát mái khu du lịch Đất Mũi – Cà Mau (ảnh thực tế tháng 10/2021)Hình 1-14: Ảnh hiện trạng công trình kè bảo vệ trực tiếp tại bờ biển Đông tỉnh Cà Mau

 Kè bảo vệ bờ biển khu vực du lịch Khai Long

Ban đầu tuyến kè được xây dựng chỉ có các cọc BTCT, liên kết với nhau bằng dầm mũBTCT và giữa các cọc được chèn bằng các tấm đan bê tông Sau khi xây dựng đã bảo

vệ được đường bờ và rừng phía sau kè, tạo được cảnh quan Tuy nhiên sau một thờigian khai thác một số đoạn kè đã bị hư hỏng Nên sau đó tuyến kè đã được nâng cấp,sửa chữa bằng các kè mỏ hàn ở những đoạn sóng lớn và gia cố chân kè để giảm xóichân kè

 Kè bảo vệ bờ biển khu vực Đất Mũi

Kè có nhiệm vụ bảo vệ rừng phòng hộ, tạo cảnh quan cho khu du lịch sinh thái Côngtrình thường xuyên bị sóng tràn qua nên hay bị lún

Bảng 1-2: Tổng hợp ưu nhược điểm của công trình kè bảo vệ trực tiếp

Ưu điểm Công trình bảo vệ trực tiếp phát huy tốt hiệu quả chống

sạt lở bờ biển, tạo cảnh quan du lịch;

Thiết kế đơn giản, tận dụng vật liệu địa phương;

Kỹ thuật thi công đơn giản;

Công trình thi công nhanh, phù hợp với các khu có địahình cao, sóng nhỏ nước nông;

Phù hợp với các khu vực bảo vệ sinh thái và phát triển dulịch;

Công tác duy tu bảo dưỡng đơn giản, linh hoạt

Nhược điểm Công trình không có tác dụng gây bồi, tạo bãi;

Chỉ phù hợp với các khu vực có sóng nhỏ, bãi nông;Tuổi thọ công trình phụ thuộc vào điều kiện duy tu bảodưỡng;

Công tác quản lý khắc phục sự cố cần được triển khaithường xuyên;

Kết luận Kết cấu công trình ổn định, đơn giản phù hợp với các khu

bảo tồn sinh thái, tạo cảnh quan du lịch

 Công trình bảo vệ bờ gián tiếp

Công trình giảm sóng được xây dựng song song với đường bờ và cách bờ từ 50

÷150m, chúng có nhiệm vụ giảm sóng, gây bồi và khôi phục RNM ven biển, bảo vệ bờbiển, đê biển Các kết cấu đã được áp dụng khu vực bờ biển tỉnh Cà Mau gồm: đê

giảm sóng bằng hai hàng cọc ly tâm kết hợp đá đổ, Đê giảm sóng kết cấu rỗng (kết cấuTC2 VKHTLMN, kết cấu Busadco, đê trụ rỗng) Tổng chiều dài các công trình bảo vệ

bờ giám tiếp trên địa bàn tỉnh Cà Mau đã xây dựng 80,39 km chiếm 31,65% trên tổng

km đường bờ tỉnh Cà Mau trong đó bờ biển phía Đông 24,44 km chiểm 22,84% trêntổng km đường bờ biển phía Đông tỉnh Cà Mau

Bảng 1-3: Tổng hợp một số dạng công trình kè bảo vệ bờ gián tiếp đã đã được xây dựng

khu vực tỉnh Cà Mau

STT Kết cấu/ Tên công trình Vị trí xây dựng

Quy mô, kết cấu

Chiều dài (m)

Thời gian xây dựng

Hiện trạng

1 Đê giảm sóng cọc ly tâm bảo vệ bờ biển Đông Bờ biển Đông tỉnh CàMau 22.800 2022 Ổn định

2 Đê Busadco bảo vệ xa bờ cửa biển thị trấn Rạch Gốc

phía Nam

Thị Trấn Rạch Gốc,huyện Ngọc Hiển 1.400 2018

Đê kết cấu đê trụ rỗng thí

điểm bảo vệ phía bắc Vàm

Đá Bạc

Xã Khánh Bình Tây,huyện Trần Văn Thời 680 2017

5

Đê giảm sóng kết cấu cọc

ly tâm bảo vệ bờ biển khu

 Đê giảm sóng bằng hai hàng cọc ly tâm kết hợp đổ đá hộc trong thân kè

Dạng đê giảm sóng với kết cấu hai hàng cọc đóng song song kết hợp đổ đá hộc ở giữađược xây dựng nhiều ở bờ biển ĐBSCL cả ở biển Tây và biển Đông Các công trình cónhiêm vụ giảm sóng gây bồi và khôi phục rừng phòng hộ ven biển

Bằng mắt thường và kết qua đo cho thấy các công trình đều phát huy được hiệu quảgiảm sóng gây bồi bảo vệ, hạn chế được sạt lở phía sau tuyến đê

a) Kè bảo vệ cửa biển Gành Hào tại xã Tân

Thuận, khi đang xây dựng (chụp T3/2022)

b) Kè hố gùi khi đang xây dựng (chụp

T5/2022)

b) Rừng khôi phục sau kè tại khu vực biển

Tây (cắt từ video quay T2/2023) nguồn

Chi cục Thủy Lợi Cà Mau

c) Bãi bồi sau kè (chụp T10/2022)

d) Hiệu quả giảm sóng công trình kè Rạch Gốc (đo 11/2021) [6]

Hình 1-15: Một số hình ảnh kè giảm sóng bằng hai hàng cọc ly tâm

Bảng 1-4: Tổng hợp ưu nhược điểm của kè cọc ly tâm

Ưu điểm Công trình có khả năng giảm sóng, gây bồi phía sau công

trình Cọc ly tâm đúc sẵn được kiểm soát, đảm bảo chất lượngtốt

Tiến độ thi công nhanh, ít phụ thuộc theo con nướcĐang được áp dụng rộng rãi

Nhược điểm Chưa có các tiêu chuẩn, quy chuẩn hướng dẫn, áp dụng

Chưa giải quyết hết được vấn đề xói lở, khu vực ven bờvẫn diễn ra quá trình xói lở

Cần phải kết hợp thêm các giải pháp hỗ trợ phía sau đêCần gia cố, giảm lún cho khối đá hộc giữa hai hàng cọc Dầm liên kết giữa các đầu cọc hay bị nứt

Mỹ quan công trình thấp, không phù hợp với các khu dulịch

Kết luận Các khu vực khi được áp dụng cần được bố trí không gian

cũng như kết cấu cho hợp lý để công trình đạt được hiệuquả cao (Cao trình, khoảng cách so với bờ, khoảng hở, gia

cố trước sau để giảm xói chân….)Nên kết hợp thêm với giải pháp khác để hạn chế quá trìnhxói lở mặt và gây bồi phía sau đê và giảm giá thành côngtrình

Trong quá trình khai thác cần theo dõi kiểm tra để đánhgiá hiệu quả

 Đê giảm sóng kết cấu rỗng

Trong khu vực tỉnh Cà Mau đê giảm sóng kết cấu rỗng được nghiên cứu ứng dụng bởi

ba dạng như: 1) kết cấu TC1 hình chóp cụt do Viện khoa học Thủy lợi miền Namnghiên cứu và phát triển; 2) Thùng rỗng của Công ty cổ phần Busadco nghiên cứu; 3)

Đê trụ rỗng bán nguyệt của Viện Thủy Công

 Kè đê trụ rỗng

Công trình sau khi xây dựng phát huy được hiệu quả giảm sóng gây bồi, hạn chế sạt lởđối với tuyến bờ sau kè rõ dệt Tuy nhiên do công trình xây dựng trên nền đất yếu vàcác cấu kiện thiết kế rời rạc cũng như chưa được xử lý nền khi đặt cấu kiện nên cáccấu kiện bị lún không đều

Hình 1-16: Hình ảnh kè đê trụ rỗng khi mới xây dựng song (trái), sau một thời gian đưa

vào sử dụng (phải)

 Kè Busadco

Kết cấu bắt được nghiên cứu thử nghiệm tại Cà Mau từ năm 2018 Công trình sau khixây dựng xong cho thấy hiệu quả giảm sóng thấp Hiệu quả giảm sóng của công trìnhđạt 24÷50% công trình chủ yếu làm việc trong điều kiện nổi

Công trình sau khi hoàn thiện đưa vào sử dụng thường xuyên phải bảo dưỡng, tu sửa

do công trình bị mất ổn định Theo tài liệu đo địa hình năm 2021 cho kết quả phía sau

kè và phía trước kè có địa hình tương đối sâu với cao trình tại chân kè phía sau côngtrình -2,5m, phía trước chân kè -3,5m So với tài liệu thu thập được khi thiết kế tuyến

kè thì địa hình bị hạ thấp xuống từ 1÷2m Nên phía sau kè hiện tượng sạt lở vẫn xảy rachỉ giảm bớt một phần so với chưa xây dựng kè

Hình 1-17: Hiệu quả, hình ảnh công trình khi gặp sự cố và sau khi điều chỉnh sửa chữa [6]

 Kết cấu đê rỗng TC2 [6]

Cộng nghệ đê giảm sóng kết cấu rỗng TC2 do các nhà khoa học thuộc Viện Khoa họcThủy lợi miền Nam nghiên cứu và phát triển, kết cấu cũng được đề xuất ứng dụng thử

nghiệm tại khu du lịch Khai Long trong chương trình đề tài “Nghiên cứu giải pháp

hợp lý và công nghệ thích hợp phòng chống xói lở, ổn định bờ biển đoạn từ Sóc Trăng đến mũi Cà Mau”.

Kết cấu đã được Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam nghiên cứu đánh giá hiệu quảbằng cả mô hình toán và mô hình vật lý để lựa chọn kích thước, kết cấu tối ưu nhất đểđưa vào áp dụng ngoài thực tế Cấu kiện cũng đã được ứng dựng ngoài thực tế tại khuvực Cồn Cống, Phú Tân, Tiền Giang Công trình ổn định giảm được sóng, gây bồi sau

3 năm xây dựng 2019 đến nay

Hình 1-18: Công trình đang triển khai thi công cấu kiện TC2 tại Khai Long

Bảng 1-5: Tổng hợp ưu nhược điểm của kè kết cấu rỗng

Ưu điểm Có khả năng gây bồi tạo bãi, thi công nhanh do cấu kiện

được đúc sẵn, cấu kiện nhẹ, vật liệu thân thiện với môitrường cốt sợi Polyme;

Giảm sóng phía sau công trình;

Tuyến đê được bố trí tăng khả năng trao đổi bùn cát vàmôi trường xung quanh

Có khả năng tái sử dụng di chuyển đến vị trí khácNhược điểm Chưa có các tiêu chuẩn, quy chuẩn hướng dẫn, áp dụng;

Cấu kiện cần các giải pháp xử lý nền kết hợp để tạo tính

ổn định, phù hợp cho các khu vực có địa hình cao, ít xử lýnền;

Chưa có được áp dụng rộng rãi, chỉ đang ở dạng thí điểm.Kết luận Cần nghiên cứu điều chỉnh kết cấu cho phù hợp với điều

kiện địa chất, địa hình, thủy hải văn khu vực;

Công trình đang bị hư hỏng chưa đánh giá được tính ổnđịnh, hiệu quả nên chưa thể áp dụng cho các khu vựckhác

Giải pháp công nghệ bảo vệ bờ bằng các công trình giảm sóng là giải pháp mới đượcnhiều nước nghiên cứu và ứng dụng làm giải pháp bảo vệ bờ đặc biệt là giải pháp sửdụng cấu kiện lỗ rỗng được đúc sẵn tại nhà máy mang tới vị trí xây dựng lắp đặt đểgiảm thời gian thi công cũng như những tác động tiêu cực của sóng biển ảnh hưởngđến chất lượng công trình.

Để có cơ sở khoa học cho việc lựa chọn giải pháp giảm sóng, gây bồi, khôi phục rừngphòng hộ chương 2 học viên sẽ phân tích các vấn đề: i) Thực trạng và nguyên nhân xói

lở bờ biển; ii) Cơ sở khoa học và lý thuyết tính toán, bố trí không gian cho giải phápcông trình giảm sóng, gây bồi và khôi phục rừng phòng hộ bảo vệ bờ biển bằng cấukiện đúc sẵn