TÓM TẮT LUẬN VĂN “NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC CÔNG TRÌNH PHÁ SÓNG HIỆN HỮU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC KẾT CẤU THAY THẾ” Các giải pháp công trình phá sóng để
Gi ớ i thi ệ u chung
Trong khoảng vài thập kỷ gần đây, tình trạng chặt phá rừng ngập mặn, nuôi trồng thủy sản ven biển, xây dựng các công trình ven biển đã làm thay đổi môi trường, hạn chế không gian phát triển và góp phần làm suy thoái rừng ngập mặn, dẫn tới dải ven biển chịu tác động bất lợi từ đại dương vào đất liền như: gió, bão, sóng, nước dâng, triều cường, xâm nhập mặn v.v… Hậu quả không chỉ làm mất cân bằng sinh thái, mà còn làm mất cân bằng địa động lực vùng bờ gây xói lở nghiêm trọng Rừng ngập mặn (RNM) là một hệ sinh thái đặc trưng vùng ven biển Việt Nam, là hệ sinh thái chuyển tiếp giữa môi trường nước ngọt và môi trường biển, rất có giá trị về môi trường, xã hội và kinh tế Các hệ sinh thái rừng ngập mặn có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ bờ biển, bảo vệ đê biển trước những tác động của sóng, gió bão; phát triển kinh tế-xã hội, cung cấp sản phẩm gỗ, tạo điều kiện, cung cấp tài nguyên nuôi sống cho người dân vùng biển, và giữ cân bằng môi trường sinh thái toàn khu vực Rừng ngập mặn khu vực ĐBSCL có diện tích lớn nhất cả nước, tuy nhiên một số năm qua, do nhiều tác động tiêu cực từ tự nhiên và con người đã làm ảnh hưởng, suy giảm diện tích cũng như chất lượng của hệ sinh thái RNM ven biển (Hình 1.1) Nguyên nhân làm suy giảm rừng ngập mặn là do các yếu tố tự nhiên (sóng, gió, bão…) và yếu tố con người (các hoạt động xây dựng, khai thác, nuôi trồng thủy sản…) Trong đó, yếu tố con người là nguyên nhân chính làm suy giảm rừng ngập mặn Một số hoạt động có thể kểđến như: chuyển đổi mục đích sử dụng đất ngập mặn; các hoạt động khai thác trái phép; hoạt động xây dựng của con người Ngoài ra, trong những năm gần đây, các tỉnh ven biển cũng đang đối mặt với diện tích nuôi thủy sản kết hợp RNM cũng bị xói lở do đai RNM còn quá mỏng không đủ sức chống chịu với tác động của sóng và dòng chảy ven bờ
Hình 1.1:Bản đồ phân bố rừng ngập mặn ven biển ĐBSCL
(Nguồn: Viện Khoa học thủy lợi Miền Nam)
Mặc dù có vai trò rất quan trọng nhưng nhiều năm gần đây, RNM ven biển ĐBSCL đã và đang bị suy giảm cả về diện tích cũng như chất lượng Từ năm 2011 ÷
2016, rừng ngập mặn vùng ĐBSCL đã bị suy giảm nghiêm trọng do chính sách giao khoán và khoán cho các hộ gia đình để bảo vệ, quản lý và khai thác gỗ và chính sách cho phép các hộ chuyển đổi 20÷40% diện tích rừng được giao sang mục đích sử dụng khác nhưđể nuôi trồng thủy, hải sản, chủ yếu là nuôi tôm Chỉ tính riêng trong 5 năm, diện tích rừng ngập mặn toàn vùng đã giảm gần 10%, từ 194.723 ha năm 2011 xuống còn 179.384 ha vào năm 2016 (tức là đã giảm khoảng 15.339 ha)
Vì rừng ngập mặn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tự nhiên bờ biển, rõ ràng là sự biến mất dần dần của RNM dẫn đến nhu cầu cấp bách về các giải pháp kỹ thuật như nhưđê phá sóng Nhiều biện pháp bảo vệ bờ biển như kết cấu công trình cứng (công trình bê tông) và mềm (cọc tre, gỗ, ống vải địa kỹ thuật) đã được thực hiện dọc theo bờ biển của ĐBSCL (xem Hình 1.2) để ngăn chặn xói lở bờ biển và tái tạo rừng ngập mặn ( [1]; [2]; [7])
Hình 1.2: Các công trình hiện hữu ởĐBSCL [17]
Đặ c đ i ể m đị a ch ấ t công trình
Theo số liệu báo cáo “Quy hoạch tổng thể thuỷ lợi Đồng bằng sông Cửu Long trong điều kiện biến đổi khí hậu- nước biển dâng” [23] đặc điểm địa chất công trình vùng đồng bằng sông Cửu Long a Tr ầ m tích sông hi ệ n đạ i (aQ IV 3 ): Ở ĐBSCL, các trầm tích này phân bố chủ yếu giữa sông Tiền và sông Hậu (dạng bãi bồi cao) thành phần là đất loại sét Các loại đất chủ yếu trong thành phần của trầm tích là:
Sét: Sét có thành phần hạt tương đối đồng nhất với ưu thế cấp hạt từ cát bụi đến hạt sét, đất có độ ẩm cao, trạng thái cứng đến dẻo mềm, độ rỗng tương đối lớn (e>0,800), nén lún cao, sức chịu tải quy ước R= 1,866 kg/cm 2
Sét pha: Sét pha có thành phần hạt ít đồng nhất hơn so với sét, với sự có mặt của đầy đủ các nhóm cấp hạt, nhóm hạt cát chiếm ưu thế Độẩm tự nhiên gần giống với độ ẩm của sét, trạng thái đất từ cứng đến chảy (trung bình là dẻo cứng), độ rỗng lớn (e>0,900), nén lún cao, khả năng chịu tải quy ước R= 1,632 kg/cm 2
Cát pha: Trong thành phần của cát pha có sự hiện diện của tất cả các cấp hạt, nhưng ưu thế thuộc về các cấp hạt từ cát nhỏđến hạt sét Độẩm tự nhiên thấp, chặt trung bình, đất có trạng thái từ cứng đến dẻo, nén lún cao, khả năng chịu tải quy ước R= 5,722 kg/cm 2 Đất rời: Trong thành phần hạt của đất rời cát hạt nhỏ chiếm ưu thế, hạt bụi và hạt sét không đáng kể Đất rời có độẩm thấp, độ chặt cao, nén lún yếu, khả năng chịu tải quy ước R= 5,000 kg/cm 2 b Tr ầ m tích sông - bi ể n Pleistoxen mu ộ n (amQ III ):
Trầm tích sông-biển Pleistoxen muộn (amQIII) lộ ra ở khu vực Bảy Núi, Bắc ĐTM hoặc nằm dưới các trầm tích tuổi Holoxen ở Tây Nam Bộ Thành phần chủ yếu của trầm tích là sét, sét pha, cát pha, đất loại sét phong hóa laterit, cát So sánh các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất thuộc trầm tích này khi thống kê trên toàn lãnh thổ nghiên cứu (cả diện lộ và phủ) và thống kê chỉ ở khu vực Tây Nam Bộ (chỉ ở diện phủ) có thể rút ra các nhận xét sau:
Sét: Sét nằm dưới các trầm tích Holoxen ở Tây Nam bộ, có thành phần hạt tương tự với sét trong toàn lãnh thổ, nhưng có độ ẩm tự nhiên lớn hơn, độ bão hòa, độ rỗng, độ sệt cũng lớn hơn Do đó sức chịu tải quy ước tương ứng là R= 2,86 kg/cm 2 và R= 3,50 kg/cm 2
Sét pha: Sét pha hiện diện chủ yếu ở Bắc ĐTM và bờ trái sông Vàm CỏĐông, nơi trầm tích (amQIII) lộ ra trên mặt Lớp đất này thường nằm trên lớp đất loại sét laterit hóa, hoặc nằm xen kẽ với các lớp cát, cát pha Thành phần hạt của sét pha khá đồng nhất, chiếm ưu thế là các nhóm cấp hạt cát mịn, cát bụi, bụi to và hạt sét Độ ẩm tự nhiên thấp, kết cấu kém chặt, trạng thái từ cứng đến chảy (trung bình là nửa cứng), nén lún cao, khả năng chịu tải quy ước R=3,79 kg/cm 2
Cát pha: Tương tự như sét pha, cát pha thuộc trầm tích (amQIII) hiện diện chủ yếu ở các khu vực lộ ra của trầm tích này Trong thành phần hạt của cát pha thì cát nhỏ, cát mịn và cát bụi chiếm ưu thế Hạt bụi và hạt sét có hàm lượng không đáng kể Độẩm tự nhiên của đất thấp, ít bão hòa, kết cấu chặt trung bình, trạng thái dẻo, nén lún trung bình, khả năng chịu tải quy ước R= 4,183 kg/cm 2
Cát: Cát hiện diện chủ yểu trong thành phần trầm tích (amQIII) ở Bắc ĐTM, bờ trái sông Vàm Cỏ Đông Trong thành phần hạt của cát, nhóm cát mịn chiếm ưu thế, hạt bụi không đáng kể Độẩm tự nhiên thấp, ít bão hòa, góc nghỉ tự nhiên khô và ướt khá cao, kết cấu chặt trung bình, nén lún yếu, khả năng chịu tải quy ước R 3,815 kg/cm 2 c Tr ầ m tích sông bi ể n- đầ m l ầ y h ỗ n h ợ p Holoxen (ambQ IV 1-3 ):
Thành phần chủ yếu của các trầm tích này là đất đặc biệt (bùn sét, bùn sét pha, bùn sét pha, bùn cát pha) ở những khu vực hoạt động bồi lắng của sông chiếm ưu thế thì đất đặc biệt thường nằm xen kẹp với cát hạt mịn thành từng nhịp Ở những nơi mực nước ngầm nằm sâu nước trên mặt bị bốc hơi mạnh, từđó trên mặt hình thành những lớp đất loại sét có bề dày không ổn định (2-3 m) và phân bố không liên tục
Sét: Sét có thành phần hạt tương đối đồng nhất, trong đó các cấp hạt từ hạt bụi đến hạt sét chiếm ưu thế Độ ẩm tự nhiên khá cao, đất bảo hòa, kết cấu kém chặt, trạng thái từ cứng đến dẻo chảy (trung bình là dẻo mềm), nén lún cao, khả năng chịu tải- quy ước R= 1,303 kg/cm 2
Sét pha: Sét pha có thành phần hạt tương đối đồng nhất, tập trung từ các cấp hạt từ cát bụi đến các hạt sét Hàm lượng hạt sét đạt 25,28% Độ ẩm tự nhiên thấp hơn độ ẩm của sét Đất bão hòa, kết cấu kém chặt (e=1,055), trạng thái của đất từ trạng thái cứng đến dẻo chảy (trung bình là dẻo mềm), nén lún cao, khả năng chịu tải quy ước R= 1,829 kg /cm 2
Cát pha: Cát pha hiện diện chủ yếu ở khu vực tam giác Phụng Hiệp-Vĩnh Châu- Bạc Liêu và khu vực giữa sông Tiền và sông Hậu (nằm trên mực nước ngầm) Thành phần hạt của cát pha tập chung ở các cấp hạt từ cát hạt mịn đén hạt bụi Độ ẩm tự nhiên thấp, kém bão hòa, kết cấu kém chặt, trạng thái dẻo, nén lún cao
Bùn sét: Bùn sét phân bố rộng rãi ở Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp và Tây- Nam sông Hậu Thành phần hạt của bùn sét tương đối đồng nhất, tập trung ở các cấp hạt từ cát bụi đến hạt sét Độẩm tự nhiên khá cao, thay đổi với biên độ lớn, hướng tăng dần từ Bắc xuống Nam và về phía biển Dung trọng khô nhỏ hơn 1g/cm 3 (đặc trưng cho bùn) Hàm lượng hữu cơ quan sát thấy trong mẫu khoan lớn hơn 4% Đất có kết cấu rất yếu, nén lún mạnh, khả năng chịu tải quy ước R= 0,539 kg/cm 2
Bùn sét pha: Trong thành phần của trầm tích (ambQIV 1-3) bùn sét pha có mặt rộng rãi nhất, chúng thường nằm xen kẹp với bùn sét, bùn cát pha và cát hạt mịn (thay đổi thành phần hạt theo từng nhịp trầm tích) Thành phần hạt tập trung từ cát bụi đến hạt sét Độ ẩm tự nhiên thấp hơn của bùn sét, dung trọng khô tương đương 1g/cm 3 đất có kết cấu rất yếu, nén lún mạnh, khả năng chịu tải quy ước R= 0,767 kg/cm 2
M ụ c đ ích nghiên c ứ u c ủ a lu ậ n v ă n
Tổng quan về hiện trạng xói lở bờ biển ĐBSCL, tình trạng suy giảm rừng ngập mặn và các biện pháp giảm thiểu Đưa ra giải pháp tối ưu về khả năng triết giảm sóng của kết cấu của công trình phá sóng trên cơ sở điều kiện về vật liệu xây dựng, địa chất, địa hình, giải pháp thi công và đảm bảo về môi trường sinh thái của khu vực.
N ộ i dung nghiên c ứ u
- Thực hiện rà soát các công trình phá sóng bảo vệ bờ biển hiện hữu ởĐBSCL;
- Đánh giá ưu nhược điểm của từng loại công trình dựa trên phương pháp đánh giá tổng hợp các tiêu chí Multi-criteria Analysis (MCA);
- Đề xuất các giải pháp kết cấu đơn giản và so sánh khả năng truyền sóng sau công trình của các công trình hiện hữu và kết cấu đề xuất bằng mô hình toán
Mục tiêu chính của luận văn là rà soát đánh giá ưu nhược nhiểm của tất cả các loại công trình bảo vệ bờ biển khu vực ĐBSCL Sau đó đánh giá tiêu chí về khả năng truyền sóng bằng mô hình toán, kiểm định mô hình toán bằng mô hình vật lý trên cơ sở các kịch bản điều kiện biên và cấu kiện để phân tích khả năng truyền sóng của các cấu kiện hiện hữu và các cấu kiện thay thế (kết cấu đơn giản, dễ thi công và lắp đặt) làm cơ sở tổng hợp, đánh giá khả năng triết giảm sóng của các công trình bằng mô hình toán FLOW-3D Cuối cùng, áp dụng phương pháp tổng hợp đa tiêu chí (MCA) để chấm điểm và đề xuất giải pháp phù hợp cho việc bảo vệ bờ, bẫy bùn cát và phục hồi rừng ngập mặn cho khu vực ĐBSCL
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN
2.1 Các giải pháp bảo vệ bờ biển (CPM)
Các giải pháp bảo vệ bờ biển bao gồm công tác quản lý (nâng cao nhận thức công đồng về bảo vệ bờ biển, quản lý bảo vệ rừng ngập mặn) và các giải pháp kỹ thuật (giải pháp mềm và giải pháp cứng), xem hình 2.1
Các giải pháp bảo vệ bờ biển cần đáp ứng được các yêu cầu như sau:
- Bảo vệ cơ sở hạ tầng và tài sản vật chất khỏi tác động của sóng, dòng chảy và xói lở
- Bảo vệ giao thông thủy bằng cách giảm sóng và tác động của sóng
- Ổn định dòng chảy trong các sông, kênh
- Tăng cường độổn định bờ, bãi để giảm thiểu xói lở, sạt lở bờ
- Tăng cường mỹ quan bờ biển/bờ sông
Hình 2.1: Tổng quan về các giải pháp bảo vệ bờ
Giải pháp bảo vệ bờ biển
Các vấn đề về quản lý
- Nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ bờ biển
- Quản lý bảo vệ rừng ngập mặn
- Quản lý, hoạch định chính sách, chủ trương bảo vệ bờ biển
Thiết kế các giải pháp
Thiết kế các giải pháp mềm
Thiết kế các giải pháp cứng
Gián tiếp Đập mỏ hàn
Trực tiếp Tường kè Đê biển
Kết hợp giải pháp mềm và giải pháp cứng Đập mỏ hàn/Công trình phá sóng + Nuôi bãi + Trồng rừng ngập mặn
2.2 Tổng quan về các giải pháp cứng và mềm trong công tác bảo vệ bờ biển
Bảng 1: Phân loại và ưu nhược điểm của các giải pháp cứng
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh Đê biển
- Song song với bờ biển, tường thẳng đứng hoặc nghiêng, trên bờ;
- Thích hợp cho các khu vực rất dễ bị ảnh hưởng bởi triều cường và sóng;
- Lựa chọn vật liệu: bê tông, cọc ván thép, đá
- Ngăn chặn ngập lụt do triều cường;
- Chống lại tác động của lực sóng mạnh;
- Ổn định bờ biển phía sau kết cấu;
- Chi phí bảo trì thấp
- Tổn thất nhiều về môi trường sống liên triều;
- Phá vỡ vận chuyển trầm tích dẫn đến xói lở bãi biển;
- Ngăn vùng cao trở thành nguồn trầm tích cho hệ thống
- Song song với bờ biển;
- Tường chắn thẳng đứng trên bờ phù hợp với công trình bờ cứng hiện hữu;
- Tùy chọn vật liệu: cọc ván thép, gỗ, bê tông, rọđá, v.v
- Làm giảm tốc hoạt động của sóng;
- Quản lý dao động mực nước triều tuổi thọ cao sửa chữa đơn giản yêu cầu không gian ít hơn
- Gây phản xạ sóng; xói lở đáy biển xói lở các vị trí lân cận không được gia cố;
- Mất môi trường sống liên triều;
- Ngăn chặn vùng cao trở thành nguồn trầm tích cho hệ thống
- Bố trí theo độ dốc của mỗi bờ biển:
- Giảm thiểu hoạt động của sóng;
- Yêu cầu về bảo trì xói lở các vị trí lân cận không
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh khỏi xói lở và sóng;
- Thích hợp cho các khu vực có cấu trúc bờ biển được cứng hóa từ trước;
- Vật liệu: Đá, tấm bê tông, vải địa kỹ thuật, bao tải cát vận chuyển trong thi công xây dựng và dễ dàng , thuận tiện trong quá trình quản lý, khai thác vận hành công trình;
- Tuổi thọ cao, ít bị xói lở hơn so với tường chắn sóng được gia cố;
- Cần nhiều diện tích đất để xây dựng công trình;
- Việc bố trí kinh phí cho công tác đền bù, giải phòng mặt bằng lớn (do cần nhiều diện tích đất hơn)
- Vuông góc với đường bờ biển
- Chặn dòng nước và cát di chuyển song song với bờ biển để ngăn xói lở bãi biển
- Thích hợp khi kết hợp với giải pháp nuôi bãi
- Tùy chọn vật liệu: bê tông/đá, gỗ, cừ thép, rọđá
- Bảo tồn lượng cát trên bãi biển
- Có thể kết hợp với các công trình nuôi bãi để kéo dài tuổi thọ
- Yêu cầu về bảo trì;
- Gây xói lở các công trình lân cận;
- Có thể làm xáo trộn hệ sinh thái ven biển (giảm khả năng cung cấp môi trường sống tự nhiên) Đê phá sóng tách rời - cấu trúc không thấm nước
- Các rạn san hô nhân tạo nhân tạo được xây dựng ngay ngoài biển để sóng vỗ vào chúng và tạo ra vùng nước lặng hơn ở bờ biển;
- Phù hợp với vùng nước lặng ven bờ;
- Bảo vệ bờ, ngăn sóng di chuyển cao và nhanh
- Gây xói lở móng công trình;
- Thay đổi dòng chảy, vận chuyển trầm tích và môi trường sống dưới nước
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh bê tông, vải địa kỹ thuật, cát, đá Đê phá sóng tách rời - Kết cấu lỗ rỗng
- Khối trụ hoặc cấu trúc rỗng ngập nước để tiêu tán năng lượng sóng và bẫy trầm tích;
- Vật liệu: bê tông cốt thép
- Dễ dàng đúc sẵn và thi công xây dựng, lắp đặt tại hiện trường;
- Cho phép một lưu lượng sóng đi xuyên qua, ít bịảnh hưởng của sóng “phản xạ” hơn;
- Thuận lợi cho môi trường sống dưới nước
- Trong quá trình quản lý, khai thác khi có yêu cầu bảo trì cần phải sắp xếp lại nếu kết cấu bị di chuyển hoặc bị sụt lún;
-Việc điều hướng gây bất lợi với công trình ngập nước
Bao cát/Ống vải địa
- Các bao cát được bố trí để phá sóng và bảo vệđất liền;
- Thích hợp để bảo vệ tạm thời;
- Chất liệu: cát, đất, vải địa kỹ thuật
- Thi công nhanh và thường được sử dụng để xử lý cấp bách đối với các sự cố công trình;
- Dễ dàng thi công xây dựng, sắp xếp và loại bỏ
- Vật liệu thi công không bền với thời gian, điều kiện thời tiết, môi trường và dễ bị hư hại (bao tải và cát);
- Yêu cầu về nhân lực thủ công lớn;
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh Đê phá sóng tách rời - kết cấu nổi
- Các cấu trúc neo đậu, giống như hộp hoặc giống như phao;
- Hiệu quảở độ cao sóng dưới 6,5 feet
- Xử lý nền móng dễ dàng trong điều kiện đất xấu hơn đê phá sóng cốđịnh;
- Không cản trở dòng nước, sự di cư của cá và vận chuyển phù sa;
- Dễ dàng di chuyển hoặc sắp xếp lại
- Không hiệu quả với sóng di chuyển cao hoặc nhanh;
- Trong điều kiện cơn bão lớn, có thể bị hư hại và trở thành mối nguy hiểm nếu bị tách khỏi dây neo của chúng
Bảng 2 Phân loại và ưu nhược điểm của các giải pháp mềm
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh
- Giúp neo giữ cát và cung cấp vùng đệm để bảo vệ khu vực nội địa khỏi sóng, lũ lụt và xói lở;
- Thích hợp cho các khu vực thấp ven biển với các nguồn cát và trầm tích hiện có;
- Mở rộng khu vực bãi biển có thể sử dụng;
- Tác động môi trường thấp;
- Dễ dàng thiết kế lại;
- Cung cấp môi trường sống và các dịch vụ hệ sinh thái
- Yêu cầu nguồn cát thích hợp liên tục để tái tạo;
- Thích hợp trong các tình huống hạn chế
- Di chuyển cát từ các khu vực nó đã tích tụđến các khu vực mà nó đã bị xói lở;
- Góp phần tăng cường các tiện ích về du lịch bằng cách làm cho bãi biển lớn hơn;
- Thực hiện theo các quá trình tự nhiên của bờ biển
- Thường xuyên phải thực hiện phục vụ nhu cầu trong thời gian ngắn để có nhiều cát hơn;
- Không hiệu quả nếu thực hiện tại
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh các vị trí bị ảnh hưởng của dòng chảy ven bờ
- Rễ cây giữ đất tại chỗ để giảm xói lở Cung cấp vùng đệm cho vùng cao và phá sóng nhỏ;
- Phù hợp với môi trường năng lượng sóng thấp;
- Tùy chọn vật liệu: thực vật bản địa
- Tiêu tán năng lượng sóng, chống xói lởđất;
- Giảm việc di chuyển nước nội địa;
- Cung cấp môi trường sống và các dịch vụ cho hệ sinh thái tự nhiên;
- Tác động tối thiểu đến cộng đồng tự nhiên và các quá trình hệ sinh thái, duy trì giao diện thủy sinh và kết nối
- Cần thời gian để thực vật phát triển;
- Thích hợp trong các tình huống hạn chế sự phát triển thực vật thành công còn chưa chắc chắn
- Cấu trúc để giữ chân của mái dốc hiện tại hoặc thảm thực vật tại chỗ;
- Bảo vệ chống xói lở bờ biển;
- Phù hợp với hầu hết các khu vực ngoại trừ môi trường năng lượng sóng cao;
- Tùy chọn vật liệu: thực vật bản địa, chăn chống
- Bảo vệ chân đê giúp ngăn ngừa mất bờ đất ngập nước làm tiêu tan năng lượng sóng;
- Cung cấp các dịch vụ môi trường sống và hệ sinh thái;
- Làm tăng khả năng thấm nước mưa tự nhiên
- Cần thời gian để thực vật phát triển;
- Cần nhiều diện tích đất hơn;
- Sự phát triển thực vật thành công còn chưa chắc chắn
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh xói lở, ống vải địa kỹ thuật, đá, rọđá
2.3 Tổng quan các công trình bảo vệ bờ biển ở Đ BSCL và ư u nh ư ợc đ iểm của từng loại
Hình 2.2: Các vị trí sạt sở cần giải pháp công trình bảo vệ
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Hình 2.3: Một vài ví dụ về giải pháp công trình bảo vệ tỉnh Bến Tre
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Bãi cát Đê biển dọc bờ biển
Hình 2.4: Một vài ví dụ về giải pháp ở Huyện Duyền Hải, Trà Vinh
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Hình 2.5: Một vài ví dụ về giải pháp ở Huyện Trần Đề, Sóc Trăng
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Trồng cây Bãi cát kết hợp trồng cây Đê từ bao tải cát
Rừng đước kết hợp cầu cảng Đê biển dọc bờ biển
Tường cọc cừ kết hợp chắn bằng bao tải cát biển Vùng đệm trồng đước
Hình 2.6: Một vài ví dụ về giải pháp ở Huyện Vĩnh Châu, Sóc Trăng
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Hình 2.7: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Bạc Liêu
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Tường chắn bằng đá hộc Vùng đệm trồng đước
Thực vật tự nhiên Xói mòn rừng ngập mặn
Tường chắn bê tông Đê biển dọc theo bờ biển Tái tạo rừng đước Đê đất Đê đất gia cố mái bằng bao tải
Hình 2.8: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Cà Mau – khu vực biển Đông-Cà Mau
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Hình 2.9: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Cà Mau – khu vực biển Tây
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Vùng đệm trồng đước Tường chắn bê tông
Xói lở vùng đệm trồng đước Xói lở vùng đệm trồng đước Công trình giảm sóng bằng bê
Công trình phá sóng-Cọc BT Công trình phá sóng-rọđá
Công trình phá sóng bằng Bê tông
Hình 2.10: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Kiên Giang – khu vực biển Tây
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
2.4 Đánh giá ưu nhược điểm của các kết cấu công trình phá sóng ởĐBSCL
Bảng 3: Phân loại và ưu nhược điểm của các kết cấu phá sóng ở ĐBSCL
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh
Kết cấu phá sóng cừ ly tâm đá đổ – Đê biển Cà Mau
- Xây dựng song song với bờ biển
- Vật liệu: trụ bê tông và đá
- Thích ứng tốt với sóng to và bão
- Thành công trong việc cải tạo đất đai
- Ít yêu cầu về bảo trì
- Ổn định với sóng ởĐBSCL
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Khó khăn trong việc đóng cọc và sắp xếp đá do sóng và thủy triều
- Xà lan, máy móc khó di chuyển sau khi cải tạo đất Vùng đệm rừng đước Đê đất Xói lở vùng đệm rừng đước Đê đất
Kết cấu phá sóng trụ rỗng – VTC
- Xây dựng song song với bờ biển
- Vật liệu: trụ bê tông cốt thép
- Khối bê tông đúc sẵn
- Thuận tiện cho việc bố trí tại công trường
- Dễ dàng tháo dỡ và sắp xếp lại
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Yêu cầu nền móng có độ ổn định cao
- Có khả năng mất ổn định khi đặt trên nền đất yếu nếu không có giải pháp xử lý nền phù hợp
Công trình phá sóng lỗ rỗng BUSADCO
- Xây dựng song song với bờ biển
- Xây dựng vào tháng 11 năm
- Chất liệu: bê tông với sợi thủy tinh
- Dễđúc sẵn và lắp đặt tại hiện trường
- Các bộ phận được lắp ghép bằng cách chèn nhau
- Nền móng: các bộ phận được mở ở phía dưới và được đẩy xuống độ sâu 1 m dưới lòng đất
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Khó tháo dỡ trong tương lai khi các phần kết nối chặt với nhau
- Việc tiêu tán năng lượng sóng, khả năng lắng phù sa và độổn định của nền móng chưa được kiểm tra
Cấu kiện bê tông lỗ rỗng do Viện Kỹ thuật Biển thiết kế
- Xây dựng song song với bờ biển
- Xây dựng vào tháng 12 năm
- Vật liệu: bê tông đúc sẵn
- Thuận tiện để đúc sẵn và lắp đặt tại hiện trường
- Dễ dàng tháo dỡ và sắp xếp lại
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Yêu cầu nền móng có độ ổn định cao
- Bị chuyển vị hoặc sụt lún ở những nơi có nền yếu
- Việc tiêu tán năng lượng sóng, khả năng lắng phù sa và độổn định của nền móng chưa được kiểm tra Công trình phá sóng hàng rào tre
- Xây dựng song song với bờ biển
- Biện pháp thân thiện với môi trường
- Dễ dàng xây dựng tại hiện trường
- Vật liệu tre có sẵn ởĐBSCL
- Bể lắng trầm tích tốt
- Nguồn tre trúc có hạn
- Vật liệu nhẹ nên khi sóng tác động dễ bị trôi ra ngoài nếu không có giải pháp neo đảm bảo;
- Yêu cầu nhân lực bảo trì thường xuyên;
Công trình phá sóng – Rọđá
- Xây dựng song song với bờ biển
- Vật liệu: rọđá và đá hộc
- Dễ dàng lắp đặt tại công trường
- Việc tiêu tán năng lượng sóng và bể lắng trầm tích cần thời gian để kiểm tra
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Có thể là chướng ngại vật cho hoạt động giao thông thủy, hải sản
Công trình phá sóng – TC1
- Xây dựng song song với bờ biển
- Xây dựng vào tháng 12 năm
- Vật liệu: bê tông đúc sẵn
- Thuận tiện để đúc sẵn và lắp đặt tại hiện trường
- Dễ dàng tháo dỡ và sắp xếp lại
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Yêu cầu nền móng có độ ổn định cao, đòi hỏi công tác chuẩn bị nền móng
- Bị chuyển vị hoặc sụt lún ở những nơi có nền yếu
- Khả năng lắng phù sa và độ ổn định của nền móng chưa được kiểm tra
2.5 Nhận xét về kết cấu công trình phá sóng ởđồng bằng sông Cửu Long và đề xuất giải pháp thay thế
Các biện pháp bảo vệ bao gồm nhiều công trình phá sóng như đê phá sóng Budsaco, kè ly tâm đá đổ và đê phá sóng hình bán nguyệt (Le và Nnk, 2020; Lượm và Nnk, 2021) Một số công trình đê phá sóng dường như hoạt động hiệu quả trong việc ngăn chặn xói lở bờ biển và bồi lắng, nhưng những công trình khác lại thất bại do điều kiện nền đất yếu và thiếu khái niệm về nền móng (Sở NN&PTNT Cà Mau 2021) Ngoài ra, việc xây dựng các đê phá sóng bằng bê tông này đòi hỏi một lượng lớn vật liệu xây dựng (xi măng, đá) không có sẵn tự nhiên ở ĐBSCL và phải vận chuyển từ nơi khác về Các biện pháp mềm với chi phí xây dựng thấp và lắp đặt đơn giản như hàng rào tre và cừ tràm hoặc vải địa kỹ thuật phá sóng (ống địa kỹ thuật) cũng đã được thử nghiệm tại nhiều địa điểm khác nhau ởĐBSCL (Dao và Nnk 2021;
Tuấn và Luân 2020; Chu và Nnk 2015; Albers và Stolzenwald 2014a) Tuy nhiên, hàng rào tre có tuổi thọ ngắn chỉ 1-2 năm trong điều kiện sóng lớn (Le và Nnk, 2021), trong khi vải địa kỹ thuật dễ bị vỏ sắc nhọn và biến dạng (ví dụ: do va chạm với tàu đánh cá) (Nugroho và Nnk, 2021; Shin và Nnk 2019) Hình 2.11 cho thấy một số ví dụ về công trình phá bị bị hư hỏng ở tỉnh Cà Mau, bao gồm hàng rào tre chữ T (trái), tường cọc bê tông (giữa) và hai đê phá sóng rỗng bố trí thẳng đứng và nằm ngang (bên phải)
Hình 2.11: Các ví vụ về công trình bị hư hỏng ở ĐBSCL (Nguồn: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Cà mau) Trong bối cảnh này, việc xem xét lựa chọn các giải pháp kết cấu phá sóng thay thếđáp ứng được các yêu cầu về thiết kế như sau:
- Bảo vệ bờ và gây bồi tạo bãi nên cần thiết kếđê phá sóng xa bờ
- Cải thiện vận chuyển bùn các và tạo điều kiện thuận lợi cho phục hồi rừng ngập mặn, kết cấu rỗng
- Ổn định nền móng trong điều kiện địa chất yếu (bùn/sét) cần móng cọc
- Tối ưu vật liệu xây dựng và giảm thiểm đòi hỏi cho duy tu bảo dưỡng
Vì không cần phải tiêu tán năng lượng sóng hoàn toàn, các giải pháp phá sóng cho phép kết nối thủy lực và trao đổi trầm tích để duy trì kết nối sinh thái và điều kiện môi trường sống; vì vậy, “Phương án kết cấu công trình phá sóng tường treo (Curtain Wall Breakwater (CWB)) được kiến nghịđề xuất xem xét, nghiên cứu, phân tích, đánh giá để ứng dụng trong thực tế ở đồng bằng sông Cửu Long” (xem hình 1.12 và hình 2.13), với giải pháp kết cấu được đề xuất cụ thể:
Kết cấu và giải pháp xư lý nền móng: Tường Bê tông cốt thép có khoét lỗđể triết giảm năng lượng sóng (hình 2.12) được gắn trên hệ cọc chữ A (có dầm mũ) được đóng sâu vào nền đất yếu và neo vào lớp địa chất tốt; trên hệ dầm mũ có thiết kế hệ neo để treo tường bê tông đảm bảo có khoảng lưu thông nước dưới chân hệ móng cọc chữ A; đối với khu vực có chếđộ dòng chảy phức tạp trong quá trình tính toán, thiết kế cần có giải pháp gia cố móng trụ phù hợp
Hình 2.12: Hình ảnh về kết cấu tường treo CWB
(Vũ Hoàng Thái Dương và Nnk)
Hình 2.13: Cách tiếp cận về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu phá sóng tường treo
(Nguồn: Vũ Hoàng Thái Dương và Nnk)
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRUYỀN SÓNG BẰNG
Khi sóng đến công trình, một phần năng lượng sóng sẽ bị phản xạ phía trước công trình, một phần sẽ bị tiêu tán hấp thụ bởi công trình và phần còn lại sẽ được truyền qua phía sau công trình Theo định luật bảo toàn năng lượng, các thành phần năng lượng sóng có thể thể hiện năng lượng dưới dạng toán học bằng công thức cân bằng năng lượng (Burcharth and Hughes 2003): Tham khảo Le et al (2021); Đào và cộng sự (2021), hệ số tiêu tán có thểđược tính theo Công thức (1) i t r d
E E E E (1) Trong đó: Ei, Et, Er và Ed là năng lượng của sóng đến, sóng truyền, sóng phản xạ và sóng bị tiêu tán Từ đó, phương trình cân bằng năng lượng sóng có thể được viết lại như sau:
(2) Trong đó: Hi, Hr, Ht là chiều cao sóng tới, sóng phản xạ, sóng truyền qua công trình[17]
Hệ số truyền sóng được xác định bằng tỷ lệ chiều cao sóng truyền phía sau công trình (Hm0,t) và chiều cao sóng tới trước công trình (Hm0,i);
Hệ số sóng phản xạđược xác định bằng tỷ lệ chiều cao sóng phản xạ trước công trình (Hm0,r) và chiều cao sóng tới trước công trình (Hm0,i);
Kd Hệ số sóng tiêu tán được xác định dựa vào kết quả của công thức biển đổi từ công thức (3):
K K K (4) Đểđánh giá chức năng giảm sóng của các dạng kết cấu giảm sóng, luận văn này sẽ tập trung phân tích hệ số truyền sóng Kt bằng mô hình toán
3.2 Giới thiệu về mô hình toán FLOW-3D
FLOW-3D là chương trình tính toán động lực học chất lưu (Computational Fluid Dynamics, CFD) mạnh mẽ và chính xác cao đã được giới thiệu trên toàn thế giới kể từ năm 1985 FLOW-3D cung cấp các kỹ thuật hữu ích trong việc nghiên cứu nhiều loại dòng chảy vật lý, bao gồm các bài toán về năng lượng, tương tác chất lỏng- rắn, phân tích ứng suất cơ học và nhiệt, v.v… Những khả năng này, kết hợp với thuật toán tiên tiến TruVOF để theo dõi dòng chảy tự do có mặt thoáng, làm cho FLOW- 3D là phần mềm mô phỏng lý tưởng để sử dụng cho nghiên cứu, thiết kế cũng như sản xuất
FLOW-3D khác với phần mềm tính toán động lực học chất lỏng khác ở chỗ nó xử lý các bề mặt chất lỏng chảy Chương trình sử dụng các phương pháp sốđặc biệt để theo dõi vị trí của các bề mặt và áp dụng các điều kiện biên động thích hợp tại các bề mặt đó Trong FLOW-3D , các bề mặt tự do được lập mô hình bằng kỹ thuật Thể tích Chất lỏng (VOF) được phát triển lần đầu tiên bởi một nhóm các nhà khoa học, bao gồm cả người sáng lập Flow Science, Tiến sĩ CW Hirt, tại Phòng thí nghiệm
Hình 3.1: Minh họa quá trình truyền sóng qua công trình giảm sóng của
Busadco bằng mô hình FLOW-3D
3.2.1 Hệ phương trình tính toán [5]
Hệ phương trình tính toán được viết trong hệ tọa độ Cartesian (x,y,z)
Các gi ả i pháp b ả o v ệ b ờ bi ể n (CPM)
Các giải pháp bảo vệ bờ biển bao gồm công tác quản lý (nâng cao nhận thức công đồng về bảo vệ bờ biển, quản lý bảo vệ rừng ngập mặn) và các giải pháp kỹ thuật (giải pháp mềm và giải pháp cứng), xem hình 2.1
Các giải pháp bảo vệ bờ biển cần đáp ứng được các yêu cầu như sau:
- Bảo vệ cơ sở hạ tầng và tài sản vật chất khỏi tác động của sóng, dòng chảy và xói lở
- Bảo vệ giao thông thủy bằng cách giảm sóng và tác động của sóng
- Ổn định dòng chảy trong các sông, kênh
- Tăng cường độổn định bờ, bãi để giảm thiểu xói lở, sạt lở bờ
- Tăng cường mỹ quan bờ biển/bờ sông
Hình 2.1: Tổng quan về các giải pháp bảo vệ bờ
Giải pháp bảo vệ bờ biển
Các vấn đề về quản lý
- Nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ bờ biển
- Quản lý bảo vệ rừng ngập mặn
- Quản lý, hoạch định chính sách, chủ trương bảo vệ bờ biển
Thiết kế các giải pháp
Thiết kế các giải pháp mềm
Thiết kế các giải pháp cứng
Gián tiếp Đập mỏ hàn
Trực tiếp Tường kè Đê biển
Kết hợp giải pháp mềm và giải pháp cứng Đập mỏ hàn/Công trình phá sóng + Nuôi bãi + Trồng rừng ngập mặn
T ổ ng quan v ề các gi ả i pháp c ứ ng và m ề m trong công tác b ả o v ệ b ờ bi ể n 12 2.3 T ổ ng quan các công trình b ả o v ệ b ờ bi ể n ở Đ BSCL và ư u nh ư ợ c đ i ể m c ủ a
Bảng 1: Phân loại và ưu nhược điểm của các giải pháp cứng
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh Đê biển
- Song song với bờ biển, tường thẳng đứng hoặc nghiêng, trên bờ;
- Thích hợp cho các khu vực rất dễ bị ảnh hưởng bởi triều cường và sóng;
- Lựa chọn vật liệu: bê tông, cọc ván thép, đá
- Ngăn chặn ngập lụt do triều cường;
- Chống lại tác động của lực sóng mạnh;
- Ổn định bờ biển phía sau kết cấu;
- Chi phí bảo trì thấp
- Tổn thất nhiều về môi trường sống liên triều;
- Phá vỡ vận chuyển trầm tích dẫn đến xói lở bãi biển;
- Ngăn vùng cao trở thành nguồn trầm tích cho hệ thống
- Song song với bờ biển;
- Tường chắn thẳng đứng trên bờ phù hợp với công trình bờ cứng hiện hữu;
- Tùy chọn vật liệu: cọc ván thép, gỗ, bê tông, rọđá, v.v
- Làm giảm tốc hoạt động của sóng;
- Quản lý dao động mực nước triều tuổi thọ cao sửa chữa đơn giản yêu cầu không gian ít hơn
- Gây phản xạ sóng; xói lở đáy biển xói lở các vị trí lân cận không được gia cố;
- Mất môi trường sống liên triều;
- Ngăn chặn vùng cao trở thành nguồn trầm tích cho hệ thống
- Bố trí theo độ dốc của mỗi bờ biển:
- Giảm thiểu hoạt động của sóng;
- Yêu cầu về bảo trì xói lở các vị trí lân cận không
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh khỏi xói lở và sóng;
- Thích hợp cho các khu vực có cấu trúc bờ biển được cứng hóa từ trước;
- Vật liệu: Đá, tấm bê tông, vải địa kỹ thuật, bao tải cát vận chuyển trong thi công xây dựng và dễ dàng , thuận tiện trong quá trình quản lý, khai thác vận hành công trình;
- Tuổi thọ cao, ít bị xói lở hơn so với tường chắn sóng được gia cố;
- Cần nhiều diện tích đất để xây dựng công trình;
- Việc bố trí kinh phí cho công tác đền bù, giải phòng mặt bằng lớn (do cần nhiều diện tích đất hơn)
- Vuông góc với đường bờ biển
- Chặn dòng nước và cát di chuyển song song với bờ biển để ngăn xói lở bãi biển
- Thích hợp khi kết hợp với giải pháp nuôi bãi
- Tùy chọn vật liệu: bê tông/đá, gỗ, cừ thép, rọđá
- Bảo tồn lượng cát trên bãi biển
- Có thể kết hợp với các công trình nuôi bãi để kéo dài tuổi thọ
- Yêu cầu về bảo trì;
- Gây xói lở các công trình lân cận;
- Có thể làm xáo trộn hệ sinh thái ven biển (giảm khả năng cung cấp môi trường sống tự nhiên) Đê phá sóng tách rời - cấu trúc không thấm nước
- Các rạn san hô nhân tạo nhân tạo được xây dựng ngay ngoài biển để sóng vỗ vào chúng và tạo ra vùng nước lặng hơn ở bờ biển;
- Phù hợp với vùng nước lặng ven bờ;
- Bảo vệ bờ, ngăn sóng di chuyển cao và nhanh
- Gây xói lở móng công trình;
- Thay đổi dòng chảy, vận chuyển trầm tích và môi trường sống dưới nước
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh bê tông, vải địa kỹ thuật, cát, đá Đê phá sóng tách rời - Kết cấu lỗ rỗng
- Khối trụ hoặc cấu trúc rỗng ngập nước để tiêu tán năng lượng sóng và bẫy trầm tích;
- Vật liệu: bê tông cốt thép
- Dễ dàng đúc sẵn và thi công xây dựng, lắp đặt tại hiện trường;
- Cho phép một lưu lượng sóng đi xuyên qua, ít bịảnh hưởng của sóng “phản xạ” hơn;
- Thuận lợi cho môi trường sống dưới nước
- Trong quá trình quản lý, khai thác khi có yêu cầu bảo trì cần phải sắp xếp lại nếu kết cấu bị di chuyển hoặc bị sụt lún;
-Việc điều hướng gây bất lợi với công trình ngập nước
Bao cát/Ống vải địa
- Các bao cát được bố trí để phá sóng và bảo vệđất liền;
- Thích hợp để bảo vệ tạm thời;
- Chất liệu: cát, đất, vải địa kỹ thuật
- Thi công nhanh và thường được sử dụng để xử lý cấp bách đối với các sự cố công trình;
- Dễ dàng thi công xây dựng, sắp xếp và loại bỏ
- Vật liệu thi công không bền với thời gian, điều kiện thời tiết, môi trường và dễ bị hư hại (bao tải và cát);
- Yêu cầu về nhân lực thủ công lớn;
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh Đê phá sóng tách rời - kết cấu nổi
- Các cấu trúc neo đậu, giống như hộp hoặc giống như phao;
- Hiệu quảở độ cao sóng dưới 6,5 feet
- Xử lý nền móng dễ dàng trong điều kiện đất xấu hơn đê phá sóng cốđịnh;
- Không cản trở dòng nước, sự di cư của cá và vận chuyển phù sa;
- Dễ dàng di chuyển hoặc sắp xếp lại
- Không hiệu quả với sóng di chuyển cao hoặc nhanh;
- Trong điều kiện cơn bão lớn, có thể bị hư hại và trở thành mối nguy hiểm nếu bị tách khỏi dây neo của chúng
Bảng 2 Phân loại và ưu nhược điểm của các giải pháp mềm
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh
- Giúp neo giữ cát và cung cấp vùng đệm để bảo vệ khu vực nội địa khỏi sóng, lũ lụt và xói lở;
- Thích hợp cho các khu vực thấp ven biển với các nguồn cát và trầm tích hiện có;
- Mở rộng khu vực bãi biển có thể sử dụng;
- Tác động môi trường thấp;
- Dễ dàng thiết kế lại;
- Cung cấp môi trường sống và các dịch vụ hệ sinh thái
- Yêu cầu nguồn cát thích hợp liên tục để tái tạo;
- Thích hợp trong các tình huống hạn chế
- Di chuyển cát từ các khu vực nó đã tích tụđến các khu vực mà nó đã bị xói lở;
- Góp phần tăng cường các tiện ích về du lịch bằng cách làm cho bãi biển lớn hơn;
- Thực hiện theo các quá trình tự nhiên của bờ biển
- Thường xuyên phải thực hiện phục vụ nhu cầu trong thời gian ngắn để có nhiều cát hơn;
- Không hiệu quả nếu thực hiện tại
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh các vị trí bị ảnh hưởng của dòng chảy ven bờ
- Rễ cây giữ đất tại chỗ để giảm xói lở Cung cấp vùng đệm cho vùng cao và phá sóng nhỏ;
- Phù hợp với môi trường năng lượng sóng thấp;
- Tùy chọn vật liệu: thực vật bản địa
- Tiêu tán năng lượng sóng, chống xói lởđất;
- Giảm việc di chuyển nước nội địa;
- Cung cấp môi trường sống và các dịch vụ cho hệ sinh thái tự nhiên;
- Tác động tối thiểu đến cộng đồng tự nhiên và các quá trình hệ sinh thái, duy trì giao diện thủy sinh và kết nối
- Cần thời gian để thực vật phát triển;
- Thích hợp trong các tình huống hạn chế sự phát triển thực vật thành công còn chưa chắc chắn
- Cấu trúc để giữ chân của mái dốc hiện tại hoặc thảm thực vật tại chỗ;
- Bảo vệ chống xói lở bờ biển;
- Phù hợp với hầu hết các khu vực ngoại trừ môi trường năng lượng sóng cao;
- Tùy chọn vật liệu: thực vật bản địa, chăn chống
- Bảo vệ chân đê giúp ngăn ngừa mất bờ đất ngập nước làm tiêu tan năng lượng sóng;
- Cung cấp các dịch vụ môi trường sống và hệ sinh thái;
- Làm tăng khả năng thấm nước mưa tự nhiên
- Cần thời gian để thực vật phát triển;
- Cần nhiều diện tích đất hơn;
- Sự phát triển thực vật thành công còn chưa chắc chắn
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh xói lở, ống vải địa kỹ thuật, đá, rọđá
2.3 Tổng quan các công trình bảo vệ bờ biển ở Đ BSCL và ư u nh ư ợc đ iểm của từng loại
Hình 2.2: Các vị trí sạt sở cần giải pháp công trình bảo vệ
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Hình 2.3: Một vài ví dụ về giải pháp công trình bảo vệ tỉnh Bến Tre
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Bãi cát Đê biển dọc bờ biển
Hình 2.4: Một vài ví dụ về giải pháp ở Huyện Duyền Hải, Trà Vinh
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Hình 2.5: Một vài ví dụ về giải pháp ở Huyện Trần Đề, Sóc Trăng
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Trồng cây Bãi cát kết hợp trồng cây Đê từ bao tải cát
Rừng đước kết hợp cầu cảng Đê biển dọc bờ biển
Tường cọc cừ kết hợp chắn bằng bao tải cát biển Vùng đệm trồng đước
Hình 2.6: Một vài ví dụ về giải pháp ở Huyện Vĩnh Châu, Sóc Trăng
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Hình 2.7: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Bạc Liêu
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Tường chắn bằng đá hộc Vùng đệm trồng đước
Thực vật tự nhiên Xói mòn rừng ngập mặn
Tường chắn bê tông Đê biển dọc theo bờ biển Tái tạo rừng đước Đê đất Đê đất gia cố mái bằng bao tải
Hình 2.8: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Cà Mau – khu vực biển Đông-Cà Mau
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Hình 2.9: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Cà Mau – khu vực biển Tây
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Vùng đệm trồng đước Tường chắn bê tông
Xói lở vùng đệm trồng đước Xói lở vùng đệm trồng đước Công trình giảm sóng bằng bê
Công trình phá sóng-Cọc BT Công trình phá sóng-rọđá
Công trình phá sóng bằng Bê tông
Hình 2.10: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Kiên Giang – khu vực biển Tây
(Nguồn: https://daln.gov.vn/coastal/)
Đ ánh giá ư u nh ư ợ c đ i ể m c ủ a các k ế t c ấ u công trình phá sóng ở Đ BSCL 22 2.5 Nh ậ n xét v ề k ế t c ấ u công trình phá sóng ở đồ ng b ằ ng sông C ử u Long và đề
Bảng 3: Phân loại và ưu nhược điểm của các kết cấu phá sóng ở ĐBSCL
Loại Ưu điểm Nhược điểm Hình ảnh
Kết cấu phá sóng cừ ly tâm đá đổ – Đê biển Cà Mau
- Xây dựng song song với bờ biển
- Vật liệu: trụ bê tông và đá
- Thích ứng tốt với sóng to và bão
- Thành công trong việc cải tạo đất đai
- Ít yêu cầu về bảo trì
- Ổn định với sóng ởĐBSCL
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Khó khăn trong việc đóng cọc và sắp xếp đá do sóng và thủy triều
- Xà lan, máy móc khó di chuyển sau khi cải tạo đất Vùng đệm rừng đước Đê đất Xói lở vùng đệm rừng đước Đê đất
Kết cấu phá sóng trụ rỗng – VTC
- Xây dựng song song với bờ biển
- Vật liệu: trụ bê tông cốt thép
- Khối bê tông đúc sẵn
- Thuận tiện cho việc bố trí tại công trường
- Dễ dàng tháo dỡ và sắp xếp lại
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Yêu cầu nền móng có độ ổn định cao
- Có khả năng mất ổn định khi đặt trên nền đất yếu nếu không có giải pháp xử lý nền phù hợp
Công trình phá sóng lỗ rỗng BUSADCO
- Xây dựng song song với bờ biển
- Xây dựng vào tháng 11 năm
- Chất liệu: bê tông với sợi thủy tinh
- Dễđúc sẵn và lắp đặt tại hiện trường
- Các bộ phận được lắp ghép bằng cách chèn nhau
- Nền móng: các bộ phận được mở ở phía dưới và được đẩy xuống độ sâu 1 m dưới lòng đất
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Khó tháo dỡ trong tương lai khi các phần kết nối chặt với nhau
- Việc tiêu tán năng lượng sóng, khả năng lắng phù sa và độổn định của nền móng chưa được kiểm tra
Cấu kiện bê tông lỗ rỗng do Viện Kỹ thuật Biển thiết kế
- Xây dựng song song với bờ biển
- Xây dựng vào tháng 12 năm
- Vật liệu: bê tông đúc sẵn
- Thuận tiện để đúc sẵn và lắp đặt tại hiện trường
- Dễ dàng tháo dỡ và sắp xếp lại
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Yêu cầu nền móng có độ ổn định cao
- Bị chuyển vị hoặc sụt lún ở những nơi có nền yếu
- Việc tiêu tán năng lượng sóng, khả năng lắng phù sa và độổn định của nền móng chưa được kiểm tra Công trình phá sóng hàng rào tre
- Xây dựng song song với bờ biển
- Biện pháp thân thiện với môi trường
- Dễ dàng xây dựng tại hiện trường
- Vật liệu tre có sẵn ởĐBSCL
- Bể lắng trầm tích tốt
- Nguồn tre trúc có hạn
- Vật liệu nhẹ nên khi sóng tác động dễ bị trôi ra ngoài nếu không có giải pháp neo đảm bảo;
- Yêu cầu nhân lực bảo trì thường xuyên;
Công trình phá sóng – Rọđá
- Xây dựng song song với bờ biển
- Vật liệu: rọđá và đá hộc
- Dễ dàng lắp đặt tại công trường
- Việc tiêu tán năng lượng sóng và bể lắng trầm tích cần thời gian để kiểm tra
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Có thể là chướng ngại vật cho hoạt động giao thông thủy, hải sản
Công trình phá sóng – TC1
- Xây dựng song song với bờ biển
- Xây dựng vào tháng 12 năm
- Vật liệu: bê tông đúc sẵn
- Thuận tiện để đúc sẵn và lắp đặt tại hiện trường
- Dễ dàng tháo dỡ và sắp xếp lại
- Vật liệu xây dựng không có sẵn ởĐBSCL
- Yêu cầu nền móng có độ ổn định cao, đòi hỏi công tác chuẩn bị nền móng
- Bị chuyển vị hoặc sụt lún ở những nơi có nền yếu
- Khả năng lắng phù sa và độ ổn định của nền móng chưa được kiểm tra
2.5 Nhận xét về kết cấu công trình phá sóng ởđồng bằng sông Cửu Long và đề xuất giải pháp thay thế
Các biện pháp bảo vệ bao gồm nhiều công trình phá sóng như đê phá sóng Budsaco, kè ly tâm đá đổ và đê phá sóng hình bán nguyệt (Le và Nnk, 2020; Lượm và Nnk, 2021) Một số công trình đê phá sóng dường như hoạt động hiệu quả trong việc ngăn chặn xói lở bờ biển và bồi lắng, nhưng những công trình khác lại thất bại do điều kiện nền đất yếu và thiếu khái niệm về nền móng (Sở NN&PTNT Cà Mau 2021) Ngoài ra, việc xây dựng các đê phá sóng bằng bê tông này đòi hỏi một lượng lớn vật liệu xây dựng (xi măng, đá) không có sẵn tự nhiên ở ĐBSCL và phải vận chuyển từ nơi khác về Các biện pháp mềm với chi phí xây dựng thấp và lắp đặt đơn giản như hàng rào tre và cừ tràm hoặc vải địa kỹ thuật phá sóng (ống địa kỹ thuật) cũng đã được thử nghiệm tại nhiều địa điểm khác nhau ởĐBSCL (Dao và Nnk 2021;
Tuấn và Luân 2020; Chu và Nnk 2015; Albers và Stolzenwald 2014a) Tuy nhiên, hàng rào tre có tuổi thọ ngắn chỉ 1-2 năm trong điều kiện sóng lớn (Le và Nnk, 2021), trong khi vải địa kỹ thuật dễ bị vỏ sắc nhọn và biến dạng (ví dụ: do va chạm với tàu đánh cá) (Nugroho và Nnk, 2021; Shin và Nnk 2019) Hình 2.11 cho thấy một số ví dụ về công trình phá bị bị hư hỏng ở tỉnh Cà Mau, bao gồm hàng rào tre chữ T (trái), tường cọc bê tông (giữa) và hai đê phá sóng rỗng bố trí thẳng đứng và nằm ngang (bên phải)
Hình 2.11: Các ví vụ về công trình bị hư hỏng ở ĐBSCL (Nguồn: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Cà mau) Trong bối cảnh này, việc xem xét lựa chọn các giải pháp kết cấu phá sóng thay thếđáp ứng được các yêu cầu về thiết kế như sau:
- Bảo vệ bờ và gây bồi tạo bãi nên cần thiết kếđê phá sóng xa bờ
- Cải thiện vận chuyển bùn các và tạo điều kiện thuận lợi cho phục hồi rừng ngập mặn, kết cấu rỗng
- Ổn định nền móng trong điều kiện địa chất yếu (bùn/sét) cần móng cọc
- Tối ưu vật liệu xây dựng và giảm thiểm đòi hỏi cho duy tu bảo dưỡng
Vì không cần phải tiêu tán năng lượng sóng hoàn toàn, các giải pháp phá sóng cho phép kết nối thủy lực và trao đổi trầm tích để duy trì kết nối sinh thái và điều kiện môi trường sống; vì vậy, “Phương án kết cấu công trình phá sóng tường treo (Curtain Wall Breakwater (CWB)) được kiến nghịđề xuất xem xét, nghiên cứu, phân tích, đánh giá để ứng dụng trong thực tế ở đồng bằng sông Cửu Long” (xem hình 1.12 và hình 2.13), với giải pháp kết cấu được đề xuất cụ thể:
Kết cấu và giải pháp xư lý nền móng: Tường Bê tông cốt thép có khoét lỗđể triết giảm năng lượng sóng (hình 2.12) được gắn trên hệ cọc chữ A (có dầm mũ) được đóng sâu vào nền đất yếu và neo vào lớp địa chất tốt; trên hệ dầm mũ có thiết kế hệ neo để treo tường bê tông đảm bảo có khoảng lưu thông nước dưới chân hệ móng cọc chữ A; đối với khu vực có chếđộ dòng chảy phức tạp trong quá trình tính toán, thiết kế cần có giải pháp gia cố móng trụ phù hợp
Hình 2.12: Hình ảnh về kết cấu tường treo CWB
(Vũ Hoàng Thái Dương và Nnk)
Hình 2.13: Cách tiếp cận về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu phá sóng tường treo
(Nguồn: Vũ Hoàng Thái Dương và Nnk)
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRUYỀN SÓNG BẰNG
Tính toán truy ề n sóng
Khi sóng đến công trình, một phần năng lượng sóng sẽ bị phản xạ phía trước công trình, một phần sẽ bị tiêu tán hấp thụ bởi công trình và phần còn lại sẽ được truyền qua phía sau công trình Theo định luật bảo toàn năng lượng, các thành phần năng lượng sóng có thể thể hiện năng lượng dưới dạng toán học bằng công thức cân bằng năng lượng (Burcharth and Hughes 2003): Tham khảo Le et al (2021); Đào và cộng sự (2021), hệ số tiêu tán có thểđược tính theo Công thức (1) i t r d
E E E E (1) Trong đó: Ei, Et, Er và Ed là năng lượng của sóng đến, sóng truyền, sóng phản xạ và sóng bị tiêu tán Từ đó, phương trình cân bằng năng lượng sóng có thể được viết lại như sau:
(2) Trong đó: Hi, Hr, Ht là chiều cao sóng tới, sóng phản xạ, sóng truyền qua công trình[17]
Hệ số truyền sóng được xác định bằng tỷ lệ chiều cao sóng truyền phía sau công trình (Hm0,t) và chiều cao sóng tới trước công trình (Hm0,i);
Hệ số sóng phản xạđược xác định bằng tỷ lệ chiều cao sóng phản xạ trước công trình (Hm0,r) và chiều cao sóng tới trước công trình (Hm0,i);
Kd Hệ số sóng tiêu tán được xác định dựa vào kết quả của công thức biển đổi từ công thức (3):
K K K (4) Đểđánh giá chức năng giảm sóng của các dạng kết cấu giảm sóng, luận văn này sẽ tập trung phân tích hệ số truyền sóng Kt bằng mô hình toán.
Gi ớ i thi ệ u v ề mô hình toán FLOW-3D
Các đ i ề u ki ệ n ban đầ u và đ i ề u ki ệ n biên trong mô hình toán
3.2.2.1 Điều kiện biên áp suất (Pressure)
Khả năng xác định một điều kiện biên áp suất ở một hoặc nhiều biên của vùng tính toán là một công cụ tính toán hữu ích Các biên áp suất biểu diễn những thứ như hồ chứa hữu hạn, điều kiện thí nghiệm bao quanh và áp suất áp dụng gia tăng từ các thiết bị cơ học
Nói chung, một điều kiện biên áp suất không thểđược sử dụng ở biên nơi mà vận tốc cũng được xác định, bởi vì vận tốc bị ảnh hưởng bởi gradient áp suất Chỉ ngoại trừ khi áp suất là cần thiết để xác định tính chất dòng chảy, ví dụ như khối lượng riêng vượt qua một biên thông qua phương trình trạng thái
Có hai kiểu điều kiện biên áp suất điển hình, điều kiện áp suất tĩnh và điều kiện áp suất ứđọng Trong điều kiện tĩnh, áp suất thì nhiều hoặc ít liên tục qua biên và vận tốc ở biên được gán một giá trị dựa vào một điều kiện đạo hàm pháp tuyến 0 qua biên
Ngược lại, một điều kiện áp suất trì trệ giảđịnh các điều kiện trì trệ bên ngoài biên để vận tốc ở biên là 0 Giảđịnh này yêu cầu một áp suất rơi qua biên với dòng chảy vào miền tính toán
Bởi vì điều kiện áp suất tĩnh giảđịnh rằng chỉ vận tốc chất lưu pháp tuyến ở biên có một gradient 0, nó ít đặc trưng hơn điều kiện áp suất ứđọng Nghĩa là điều kiện áp suất trì trệ nói chung theo quy luật tự nhiên hơn và được khuyến nghị cho hầu hết các ứng dụng
3.2.2.2 Điều kiên biên phủ lưới (Grid overlay)
Cách thức phủ lưới cho phép người sử dụng kiểm tra ảnh hưởng của lưới mịn hoặc hiệu quả bài toán tính mà vùng quan tâm là giảm hoặc tăng dần lên Với kết quả trạng thái ổn định, một lưới thô có thể phải được sử dụng trước tiên để phác thảo một lời giải và sau đó được thay thế bởi một lưới mịn sử dụng phủ lưới (Grid overlay)
3.2.2.3 Điều kiện biên dòng chảy ra (Outflow)
Trong vài mô phỏng, chất lỏng phải chảy ra một hoặc nhiều biên của vùng tính toán Trong dòng chảy chậm và không nén được, sự nhiễu loạn trình bày ở biên dòng chảy ra có thểảnh hưởng đến toàn bộ vùng tính toán
Xấp xỉ liên tục: đơn giản nhất và chung nhất sử dụng điều kiện dòng chảy ra là một biên liên tục (Continuative boundary) Điều kiện biên liên tục bao gồm đạo hàm pháp tuyến 0 ở biên cho tất cảđại lượng Điều kiện đạo hàm 0 được dùng trình bày một sự liên tục trơn của dòng chảy qua biên
Nó phải được nhấn mạnh rằng điều kiện biên liên tục không có cơ bản vật lý, nó là trạng thái toán học mà có thể hoặc không cung cấp ứng xử dòng chảy được mong đợi Đặc biệt, nó chảy vào vùng tính qua một biên, sau đó việc tính toán có thể là sai bởi vì không thứ gì được xác định về điều kiện dòng chảy tồn tại bên ngoài biên
Xấp xỉ liên tục cải tiến: Flow-3D sử dụng một sự nâng cao đặc biệt với biên liên tục để cải tiến ứng xử của chúng Nếu dòng chảy cố gắng vào vùng tính toán qua kiểu này của biên, nó phải làm thế bằng cách bắt đầu từ một điều kiện dừng Áp dụng điều này sẽ giúp làm giảm dòng chảy vào và thường kết quả trong một xấp xỉ hợp lý của điều kiện dòng chảy ra trơn Tuy nhiên, một điều kiện biên liên tục phải luôn luôn được xem xét với một sự thận trọng
3.2.3 Phương pháp toán (phương pháp giải sai phân hữu hạn)
Tiến trình cơ bản cho một lời giải qua một bước tăng thời gian ߜݐ bao gồm 3 bước:
Xấp xỉ hiện của phương trình động lượng được sử dụng để tính toán giảđịnh đầu tiên của vận tốc time-level mới, sử dụng điều kiện ban đầu hoặc giá trị time-level trước cho tất cả bình lưu, áp suất và gia tốc Để thỏa mãn phương trình liên tục khi tùy chọn ẩn được sử dụng, áp suất được điều chỉnh lặp lại ở mỗi ô lưới và vận tốc thay đổi tạo ra bởi mỗi sự thay đổi được thêm vào vận tốc tính toán trong bước 1
Một sự lặp lại là cần thiết bởi vì sự thay đổi áp suất trong một ô lưới cân bằng với 6 ô lưới bên cạnh Trong tính toán hiện một bước lặp vẫn được biểu diễn trong mỗi ô lưới để thỏa mãn phương trình trạng thái đối với bài toán nén được
Cuối cùng khi có mặt thoáng hoặc mặt giao, nó phải được cập nhật sử dụng phương trình mặt thoáng và mặt giao chất lưu (để cho một cấu hình chất lưu mới Đối với bài toán nén được, khối lượng riêng, phương trình liên tục và phương trình năng lượng phải được cập nhật quá trình bình lưu, khuếch tán và nguồn Đại lượng rối và nhiệt độ biên cũng được cập nhật trong bước này డி డ௧ + ଵ ಷቂ డ௫ డ ሺܨܣ ௫ ݑሻ+ܴ డ௬ డ ൫ܨܣ ௬ ݒ൯+ܴ డ௭ డ ሺܨܣ ௭ ݓሻ+ߦ ி ௫ ೣ ௨ ቃ =ܨ ூி +ܨ ௌைோ (12)
Sự lặp lại của những bước này sẽ tiến tới một lời giải qua khoảng thời gian mong muốn Ở mỗi bước, tất nhiên điều kiện biên thích hợp phải được kết hợp ở các lưới, vật cản và biên bề mặt thoáng
Flow-3D cung cấp một mô hình rối toàn diện thích hợp với tất cả dòng chảy 3D, chiều sâu trung bình dòng chảy 2D (nước nông) và dòng chảy chiều sâu trung bình lai 3D/2D
Có 8 tùy chọn rối có giá trị trong FLOW-3D
Mô hình r ố i
Flow-3D cung cấp một mô hình rối toàn diện thích hợp với tất cả dòng chảy 3D, chiều sâu trung bình dòng chảy 2D (nước nông) và dòng chảy chiều sâu trung bình lai 3D/2D
Có 8 tùy chọn rối có giá trị trong FLOW-3D
- Mô hình chiều dài xáo trộn rối Prandtl là một trong những nỗ lực sớm nhất để mô tảảnh hưởng rối 3 chiều Nó là mô hình ít phức tạp nhất và không còn được sử dụng rộng rãi FLOW-3D bao hàm tính hữu dụng của nó trong các nghiên cứu học thuật
- Mô hình một phương trình còn là một hiệu quảđầu tiên để mô tả rối Nó tính toán động năng rối trung bình thời gian k và yêu cầu một chiều dài xáo trộn rối ܮ ் đã biết ở tất cả vị trí Vì ܮ ் là không thường được biết trước theo thời gian, mô hình một phương trình thì không thích hợp để mô hình các dòng chảy phức tạp
- Mô hình tiêu chuẩn ݇−ߝ (Harlow & Nakayama 1967) là mô hình 2 phương trình mà tính toán cảđộng năng k, tốc độ tiêu năng ߝ, và tìm chiều dài xáo trộn rối động học ܮ ் Nó là một tiêu chuẩn công nghiệp, và được tìm thấy tính hữu ích để biểu diễn dòng chảy phạm vi rộng
- Mô hình nhóm tái chuẩn hóa (Renormalized group – RNG) k - ߝ (Yakhot & Orszag 1986, Yakhot & Smith 1992) là một phiên bản mạnh mẽ của mô hình hai phương trình k - ߝ, và được yêu cầu với các bài toán công nghiệp Nó mở rộng khả năng mô hình tiêu chuẩn k - ߝđể cung cấp hội tụ tốt hơn dòng chảy rối chuyển tiếp, dòng chảy uốn cong, chuyển hóa nhiệt tường bên, và chuyển hóa khối lượng
- Mô hình hai phương trình k - ߱ (Wilcox 1988, 1998, 2008) định nghĩa hai biến không như tiêu năng ߝ nhưng như߱ = ఌ (Kolmogorav 1942) Wilcox đã phát triển mô hình hai phương trình k - ߝ vào năm 1988 và năm 1998 ông giới thiệu các hệ số mới mà được phát triển đáng kểđộ chính xác của mô hình cho dòng chảy cắt tự do Mô hình hai phương trình k - ߱ trong FLOW-3D là thích hợp để mô hình dòng chảy cắt tự do với gradient áp suất dòng nước
- Mô hình LES không sử dụng vô hướng để biễu diễn năng lượng động năng rối, mà giải hầu hết các dao động rối một cách trực tiếp Nó yêu cầu lưới lời giải mịn hơn mô hình hai phương trình và cung cấp thêm các xác suất rộng của dòng chảy rối
- Mô hình rối nước nông chiều sâu trung bình 2-D giảđịnh một vận tốc rối hoàn chỉnh dạng lorgarith Tùy chọn đầu giảđịnh một hệ số lực kéo hằng sốܥ , mà có thể là biến theo không gian
- Mô hình rối nước nông chiều sâu trung bình 2-D thứ hai xếp đặt hệ số lực kéo ܥ một hàm động học của chiều sâu chất lỏng và độ nhám bề mặt biến không gian
Các kiểm tra 3 chiều chỉ ra rằng mô hình trung bình thời gian LES cho ra các kết quả tương tự với mô hình hai phương trình Reynolds Averaged Navier – Stockes (RANS) (tiêu chuẩn k - ߝ, và RNG k - ߝ, và k - ߱).
Ph ạ m vi áp d ụ ng mô hình toán FLOW-3D
FLOW-3D đã được áp dụng cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu như thiết kế kết cấu thủy lực (Musall và Oberle 2014; Song và Vu 2012), phân tích đập, xử lý xói lở, vận chuyển trầm tích, khả năng chống dòng chảy của thảm thực vật và quản lý lũ lụt
Bên cạnh đó, nền tảng CFD này mô phỏng các sóng tuyến tính và phi tuyến thông thường (Stokes, Stockes và Cnoidal, và Solitary) cũng như các sóng ngẫu nhiên Sóng tuyến tính có cấu hình bề mặt hình sin và được tạo bằng lý thuyết sóng tuyến tính Chiều cao sóng tuyến tính được biểu thị như sau:
Trong đó A, ω và φ lần lượt là biên độ sóng, tần số góc và pha ban đầu (Flow Science 2008) Trong khi sóng ngẫu nhiên có thể được xác định bằng cách sử dụng nhiều sóng thành phần tuyến tính hình sin có tần số, biên độ và pha ban đầu độc lập hoặc sử dụng bộ tạo sóng ngẫu nhiên dựa trên phổ năng lượng sóng, tức là phổJONSWAP hoặc Pierson-Moskowitz.
Thi ế t l ậ p mô hình FLOW-3D
Ki ể m đị nh mô hình
Thí nghiệm được thực hiện trong máng sóng của phòng thí nghiệm thủy động lực sông biển- Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (Hình 3.3) Các cơ sở thiết bị máy móc được cung cấp bởi HR Wallingford Chiều dài máng sóng là 35m, chiều rộng 1.2m và cao 1.5m Hệ thống máy tạo sóng được trang bị khả năng hấp thụ sóng phản xạ, có thể tạo ra sóng ngẫu nhiên hoặc sóng đều với chiều cao lên đến 0.30m và chu kỳđỉnh 3.0s, sóng được đo với tần số 100Hz (độ chính xác ±0.1mm)
Hình 3.3: Máng sóng thí nghiệm Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam
Mô hình đê giảm sóng rỗng (Hình 3.4), lỗ rỗng được bố trí ở cả bốn mặt của cấu kiện Mái hấp thụ sóng được thiết kế bằng đá đổ với độ dốc 1/5, quá trình hiệu chỉnh mái hấp thụ sóng cho hệ số sóng phản xạ luôn nhỏ hơn 10% khi không có công trình
Hình 3.4: Mô hình cấu kiện TC1 trong phòng thí nghiệm
Cấu kiện TC1 phục vụ cho thí nghiệm tỷ lệ 1:7 có chiều cao là 0.41m tương đương 2.8m ngoài thực tế, chiều cao lưu không đỉnh đê được lựa chọn thay đổi từ -
Hs đến +Hs (m), độ sâu nước thiết kế trước công trình dao động từ 1.3m đến 3.8 m, độ sâu tối thiểu của máng giúp đảm bảo độ tin cậy từ số liệu kim đo sóng là 0.2m và độ sâu nước tối đa trong máng sóng là 1.0m Thiết kếđảm bảo đặt tối thiểu 2 cấu kiện trong lòng máng (2.5m/cấu kiện), bề rộng máng sóng là 1.2m
Mô hình sử dụng kết quả thí nghiệm trong máng sóng tại phòng thí nghiệm thuộc Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam để kiểm định bao gồm 2 trường hợp không có công trình (TH0) và có công trình (TC1) Trường hợp TH0, so sánh tiến hành cả
3 mực nước khác nhau (3 mực nước này tương ứng với vị trí mô phỏng đê nhô, bằng mặt và đê ngầm khi đưa công trình vào) Kiểm định mô hình đồng thời với kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý của cấu kiện TC1 tại mực nước 0.66 m để kiểm định sự khác nhau khi sóng tương tác với công trình giữa thí nghiệm vật lý và mô hình Flow-3D Dao động mực nước tại 2 vị trí cách 1.5 m trước và sau công trình được so sánh giữa mô hình toán và mô hình vật lý Đây là 2 vị trí đặt kim đo sóng WG5 & WG6 trong bố trí thí nghiệm mô hình vật lý
Hình 3.5: Vị trí trích xuất dữ liệu tại vị trí đặt kim đo sóng WG5, WG6, WG7 từ máng sóng thí nghiệm (trên) và mô hình toán FLOW-3D (dưới)
Kết quả so sánh giữa mô hình vật lý và mô hình Flow-3D tại các mực nước cao, mực nước trung bình và mực nước thấp (D=0.96m, D=0.81m, D = 0.66m) Kết quả mô phỏng được kiểm định sau mái dốc tại ba kim đo WG5, WG6 và WG7 cho thấy chiều cao sóng từ Flow-3D và mô hình vật lý có kết quả khá tương đồng cho cả hai trường hợp có công trình và không có công trình về chiều cao sóng (Hs) và chu kỳ sóng thì gần như không có sự sai khác (Hình 3.6, Hình 3.7 và hình 3.8)
Trong trường hợp mực nước sâu và mực nước trung bình (D = 0.96m và 0.81m) cho kết quả so sánh chiều sao sóng rất tốt (Hình 3.6, Hình 3.7), trong trường hợp mực nước nông, kết quả so sánh có sự sai khác lớn hơn vì khả năng sóng bị vỡ trong mô hình toán FLOW-3D cao hơn so với mô hình vật lý (Hình 3.8) Điều này chứng tỏ khả năng lan truyền sóng chịu ảnh hưởng lớn bởi độ sâu mực nước và ma sát đáy
Hình 3.6: So sánh giao động sóng trích xuất dữ liệu tại vị trí kim đo sóng WG5, WG6, WG7 bằng mô hình toán và thí nghiệm cho hai trường hợp không công trình và có công trình TC1 tại mực nước sâu d = 0.96m
Hình 3.7: So sánh giao động sóng trích xuất dữ liệu tại vị trí kim đo sóng WG5, WG6, WG7 bằng mô hình toán và thí nghiệm cho hai trường hợp không công trình và có công trình TC1 tại mực nước sâu d = 0.81m
Hình 3.8: So sánh giao động sóng trích xuất dữ liệu tại vị trí kim đo sóng WG5, WG6, WG7 bằng mô hình toán và thí nghiệm cho hai trường hợp không công trình và có công trình TC1 tại mực nước sâu d = 0.66m
Hình 3.9: So sánh chiều cao sóng tại vị trí kim đo sóng WG6 sau công trình bằng mô hình toán và thí nghiệm cho hai trường hợp không công trình và có công trình
TC1 tại ba mực nước khác nhau
Hệ số truyền sóng Kt được xem xét bằng cách so sánh tỷ lệ chiều cao sóng truyền phía sau công trình tại vị trí kim đo sóng WG6 và chiều cao sóng tới trước công trình tại vị trí kim đo sóng WG5 Cụ thể, hệ số truyền sóng Kt được tính như sau: ܭݐ = ு ு ೞ ೞ _ ೈಸల
Hình 3.10: So sánh hệ số truyền sóng Kt bằng mô hình toán và thí nghiệm cho hai trường hợp không công trình và có công trình TC1 tại ba mực nước khác nhau
Không công trình TC1 Không công trình TC1 Không trình công TC1 d=0.66m d = 0.81m d = 0.96m
Ch iề u ca o só ng (m )
Chiều cao sóng tại WG6 (m)
Kết quả so sánh giữa mô hình số và vật lý trong trường hợp tầng nước trung (d=0.81m) và tầng nước sâu (d=0.96m) có sự tương đồng tốt hơn so với trường hợp nước nông (d= 0.66m) Do đó, cần cân chỉnh thêm độ sâu tầng nước nông
- Đánh giá mô hình số với các thông sốđầu vào khác nhằm gia tăng tính thống nhất giữa mô hình số và vật lý
- Hiệu chỉnh với trường hợp độ sâu d=0.66m, tiếp đó làm cơ sở cân chỉnh cho các trường hợp độ sâu 0.81m và 0.96m
- Điều chỉnh các thông số:
- Độ nhám lòng dẫn và độ nhám công trình (Ks = 0.02m, 0.01m,0.002m, 0m)
- Phương trình chảy rối (k-e, k-w, RNG, LES)
Hình 3.11: Phân tích độ nhạy về hệ số truyền sóng Kt trong mô hình toán FLOW-
3D khi thay đổi các thông số thủy lực
Mô hình toán cho kết quả tương thích tốt nhất với mô hình vật lý khi thiết lập các thông số sau:
- Phương trình chảy rối: LES
Mô ph ỏ ng kh ả n ă ng truy ề n sóng b ằ ng mô hình FLOW-3D
Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá khả năng giảm sóng của từng dạng công trình để tiêu tán năng lượng sóng và gây bồi tạo bãi sau công trình nhằm phục hồi rừng ngập mặn Việc sử dụng mô hình toán nhắm đánh giá định lượng sơ bộ và cho kết quả nhanh và để giảm bớt chi phí thực hiện tại phòng thí nghiệm (cả về nguyên vật liệu, năng lượng, nhân công và thiết bị) trên mô hình vật lý
Trong nghiên cứu này, các dạng kết cấu công trình giảm sóng được xem xét gồm 6 loại (i) Cấu kiện ICOE (Viện kỹ thuật biển); (ii) Cấu kiện TC1(Viện KHTL); (iii) Cấu kiện VTC (Viện Thủy công); (v) Cấu kiện đê Cà Mau (Cà Mau) và (vi) Cấu kiện Busadco, và (vii) Cấu kiện tường treo (CWB) Hình dạng kết cấu của các cấu kiện thể hiện trên Hình 3.12
Hình 3.12: Các dạng kết cấu công trình mô phỏng trong mô hình Flow-3D: ICOE,
Busadco, TC1, VTC, tường treo CWB và Đê Cà Mau
Cấu kiện cọc ly tâm Cà Mau được mô phỏng theo thiết kế cọc ly tâm đá hộc được triển khai rộng rãi ở ĐBSCL, lấy theo kích thước bề rộng 2,5m Cấu kiện TC1 mô phỏng theo tỷ lệ 1/7 theo thiết kế của Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam đã được triển khai thực tế tại Gò Công – Tiền Giang Cấu kiện Đê trụ rỗng (VTC) là mô phỏng theo tỷ lệ 1/7 theo thiết kế mới của Viện Thủy Công, là loại bán kính 3.4m đã được thi công thực tếở Hòn Đá Bạc, tỉnh Cà Mau Tổng số trường hợp tính toán bao gồm:
- Trường hợp không có công trình
- 06 trường hợp thay đổi kết cấu (TC1, VTC, CaMau, Busadco, ICOE, CWB) Các công trình được đặt đằng sau mái dốc và có cùng chiều cao 0.4m trong mô hình (tương đương 2.8m ngoài thực tế)
- 03 điều kiện sóng đầu vào – Sóng tuyến tính (Hs=0.15m, Tp=1.5s) và ba mực nước khác nhau lần lượt là d = 0.66m cho mực nước nông, đê nhô; mực nước ngập chạm đỉnh công trình d = 0.81m tương ứng với đê làm việc trong điều kiện ngập; và d = 0.96m tương ứng với điều kiện đê ngập hoàn toàn
Mục đích của nghiên cứu này là đưa các công trình về cùng một điều kiện và so sánh định lượng khả năng giảm sóng của chúng, hệ số giảm sóng này chỉ có ý nghĩa tương đối giữa các công trình chứ không phải là hệ sốđại diện cho công trình đó Đánh giá và lựa chọn công trình hợp lý từ kết quả mô phỏng tương tác sóng và công trình bằng mô hình Flow-3D Mỗi kịch bản được tiến hành mô phỏng với sóng tuyến tính (linear waves) cho chuỗi thời gian 100s Mô hình mất khoảng 20s đầu tiên đểđạt trạng thái ổn định, xem Hình A8, A9, A10 trong phụ lục tính toán để biết thêm thông tin Học viên chọn khoảng thời gian ổn định nhất của mô hình từ 50s đên 80s để tiến hành phân tích Với năng lực máy tính hiện tại thì chạy một kịch bản 100s này mất 20 tiếng và file kết quả hơn 100G bộ nhớ.
Đ ánh giá kh ả n ă ng truy ề n sóng c ủ a các công trình hi ệ n h ữ u và các
Hình 3.13 thể hiện kết quả tính toán hệ số truyền sóng qua các dạng cấu kiện khác nhau (Kt) Kết quả tính toán cho thấy, khi có công trình dù là dạng cấu kiện nào thì hệ số truyền sóng đều giảm so với trường hợp không có công trình Trong đó công trình kè Cà Mau cho hệ số truyền sóng qua công trình thấp nhất (Kt = 0.20) và công trình Busadco có hệ số Kt cao nhất (Kt = 0.79)
Các công trình lỗ rỗng như TC1, VTC, ICOE có hệ số Kt phụ thuộc vào cách sắp xếp lỗ rỗng Cách bố trí ngẫu nhiên này dường như cho hệ số truyền sóng tốt hơn
(muốn khẳng định phải tính toán nhiều kịch bản hơn) do tiêu tán rối nhiều hơn Nếu so sánh giữa TC1 và VTC thì khả năng truyền sóng của VTC tốt hơn TC1 (Kt = 0.42 so với 0.46), có thể lý giải điều này nhờ VTC có bề rộng đỉnh lớn hơn TC1 có hình dạng chữ A, đỉnh hẹp, cộng thêm % diện tích rỗng cả mặt trước và mặt sau đều lớn hơn ĐTR, cho nên sóng truyền qua nhiều hơn
Cọc ly tâm Cà Mau cho kết quả giảm sóng cao nhất với Kt = 0.20, tuy nhiên đây là công trình tiêu tốn rất nhiều vật liệu xây dựng, giá thành cao Đề giảm sóng Busadco cho hiệu quả giám sóng kém nhất Kt = 0.79 do kết cấu lỗ rỗng lớn Kết cấu tường treo CWB có hệ số truyền sóng Kt = 0.65 ở mức trung bình do độ hở chân lớn để bẫy bùn cát và giúp lưu thông kết nối thủy lực trước và sau công trình tốt hơn
Hình 3.13: Hệ số giảm sóng Kt qua các loại cấu kiện làm việc trong điều kiện mực nước nông (D = 0.65m)
Hình 3.14 thể hiện kết quả tính toán hệ số truyền sóng Kt qua các dạng cấu kiện khác nhau làm việc trong điều kiện ngập với mực nước chạm đỉnh công trình (d 0.81m) Kết quả tính toán cho thấy, tất cả các công trình đều giảm khả năng tiêu tán năng lượng sóng đáng kế, trong đó công trình kè Cà Mau vẫn có hệ số truyền sóng qua công trình thấp nhất (Kt = 0.75) và công trình Busadco vẫn có hệ số Kt cao nhất
VTC Camau TC1 ICOE Busadco CWB
(Kt = 0.91) Các công trình lỗ rỗng như TC1, VTC, ICOE có hệ số Kt khá tương đồng trong khoảng 0.84 đến 0.89 Ngoài ra, kết cấu tường treo CWB cũng làm việc kém hiệu quả trong điều kiện ngập có hệ số truyền sóng Kt cao khi tăng lên 0.90
Hình 3.14: Hệ số giảm sóng Kt qua các loại cấu kiện làm việc trong điều kiện ngập, mực nước chạm đỉnh công trình (D = 0.81m)
Hình 3.15 thể hiện kết quả tính toán hệ số truyền sóng Kt qua các dạng cấu kiện khác nhau làm việc trong điều kiện ngập hoàn toàn (d = 0.96m) với mực nước cách đỉnh các công trình 15cm Tương tựở trên, tất cả các công trình đều giảm khả năng tiêu tán năng lượng sóng đáng kế khi công trình bị ngập hoàn toàn, lần lượt công trình kè Cà Mau có hệ số truyền sóng qua công trình là 0.8, công trình Busadco vẫn có hệ số Kt cao nhất (Kt = 0.93) Các công trình lỗ rỗng như TC1, VTC, ICOE có hệ số Kt tương đồng nằm trong khoảng 0.86 đến 0.90 Tương tự, kết cấu tường treo CWB cũng tiêu tán năng lượng sóng kém khi có hệ số truyền sóng Kt lớn (0.91)
VTC Camau TC1 ICOE Busadco CWB
Hình 3.15: Hệ số giảm sóng Kt qua các loại cấu kiện phá sóng ngập hoàn toàn làm việc trong điều kiện mực nước sâu (D = 0.96m)
Hình 3.16 và Bảng 5 tổng hợp tất cả các thông sốđặc tính sóng như chiều dài sóng (Lb), độ sâu nước tương đối (kh) và hệ số truyền sóng (Kt) của các loại công trình làm việc trong ba mực nước khác nhau
Hình 3.16: Mối quan hệ giữa hệ số truyền sóng Kt và độ sâu nước tương đối (kh) của các loại cấu kiện phá sóng
VTC Camau TC1 ICOE Busadco CWB
BusadcoCWBICOEVTCTC1Camau
Bảng 5: Tổng hợp các thông sốđặc tính sóng của các công trình phá sóng làm việc trong ba mực nước khác nhau
Công trình Hs (m) Tp (s) d (m) Lb (m) k kh Kt
Công trình Hs (m) Tp (s) d (m) Lb (m) k kh Kt
Công trình Hs (m) Tp (s) d (m) Lb (m) k kh Kt
Nhìn chung, tất cả các công trình đều làm việc tốt ở mực nước nông khi có hệ số truyền sóng nhỏ Khi mực nước dâng cao (do sự ảnh hưởng của thủy triều), các công trình phá sóng bị ngập và ngập hoàn toàn thì khả năng phá sóng và tiêu tán năng lượng sóng đều bị giảm đáng kể Dựa vào kết quả phân tích này, học viên kiến nghị lựa chọn vị trí xây dựng công trình ngoài thực tế cần xem xét kỹảnh hưởng của thủy triều đểđặt công trình ở vị trí thích hợp tránh bị ngập sâu Khi đó công trình sẽ phát huy hiệu quả tiêu tán năng lượng sóng và bẫy bùn cát tốt nhất
CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU VÀ CÁC KẾT
CẤU MỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐA TIÊU CHÍ
T ổ ng h ợ p các tiêu chí (MCA)
MCA là một cách tiếp cận toàn diện để lựa chọn và ra quyết định theo đánh giá định tính, đánh giá chi phí và các tiêu chí có trọng số (D.A Ryszard 2008) Phương pháp đa tiêu chí là phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu này để đánh giá cho các công trình bảo vệ bờ biển ở ĐBSCL Có 4 tiêu chí chính được đề cập, đó là tiêu chí về kỹ thuật, xã hội, môi trường và giá thành Các tiêu chí này lại được chia nhỏ ra thành các tiêu chí chi tiết và thang đánh giá điểm từ 1 đến 5 cho các công trình với ý nghĩa là càng nhiều điểm càng hợp lý MCA phải được thảo luận giữa các kỹ sư, các nhà môi trường, nhà đầu tư và xây dựng để tránh sựđánh giá chủ quan Học viên sử dụng 3 tiêu chí chính là kỹ thuật, xã hội và môi trường đểđánh giá với thang điểm từ 1 đến 5 cho mỗi tiêu chí phụ, ởđây là 1 là “kém” và 5 là “rất tốt“.
Tiêu chí v ề k ỹ thu ậ t
Tiêu chí kỹ thuật được chia thành 6 tiêu chí, cụ thể như sau:
- Tuổi thọ thiết kế của công trình: với công trình có tuổi thọ nhỏ hơn 2 năm, điểm đánh giá là 1 điểm và khi tuổi thọ từ 40 năm trở lên sẽ được đánh giá tối đa 5 điểm;
- Tiêu hao năng lượng sóng: tiêu chí này đánh giá khả năng tiêu hao năng lượng sóng của công trình Mức độ tiêu hao sóng (tương đối) càng lớn, công trình được đánh giá điểm càng cao Tuy nhiên, hầu hết các công trình hiện nay sau khi xây dựng đều không có đo đạc hay đánh giá về vấn đề này, cho nên tiêu chí này sẽđược đánh giá bổ sung sau khi có số liệu từ quan trắc, thí nghiệm từ mô hình vật lý hay tính toán mô phỏng từ mô hình toán của đề tài Mặt khác, ngoài hiệu quả tiêu sóng, chiều cao sóng tại chân công trình cũng cần đánh giá, vì chiều cao sóng càng lớn, công trình càng được đánh giá cao điểm
- Khả năng gây bồi xung quanh công trình: tiêu chí này đánh giá đến khả năng của công trình gây bồi lắng bùn cát cả về khối lượng và diện tích bồi lắng sau công trình của các kết cấu Khả năng gây bồi của công trình càng cao, sốđiểm đánh giá càng cao
- Ổn định kết cấu và nền móng công trình: tiêu chí này đánh giá tác động đến ổn định công trình như xói chân công trình (do sóng phản xạ lớn, dòng chảy tràn lớn trên đỉnh kết cấu gây xói phía trong bờ) Công trình có kết cấu càng ổn định sốđiểm càng cao
- Tính linh hoạt: tiêu chí này đánh giá tính linh hoạt của kết cấu, chẳng hạn như có thể điều chỉnh kết cấu, tháo lắp dễ dàng đi nơi khác, dễ nâng cao trình để thích ứng với lún sụt hay nước biển dâng Tính linh hoạt càng cao thì sốđiểm càng cao
- Phương pháp xây dựng: tiêu chí này xem xét đến việc chế tạo, xây dựng công trình dễ hay khó, có cần các nhà máy sản xuất hay thiết bị chuyên dụng để thi công công trình hay không Giải pháp nào càng dễ thi công bằng các thiết bị thông thường, sốđiểm càng cao.
Tiêu chí v ề xã h ộ i
Tiêu chí về xã hội được chia thành hai tiêu chí phụ, đó là:
- Sử dụng nhân lực địa phương: tiêu chí này đánh giá điểm cao khi công trình có thể thi công với lực lượng nhân công của địa phương Mức độ sử dụng “công nhân lành nghề” càng nhiều thì sốđiểm sẽ càng ít
- Sử dụng vật liệu địa phương: tiêu chí này đánh giá điểm cao cho các công trình sừ dụng vật liệu địa phương (như tre, tràm….)
Tiêu chí v ề môi tr ư ờ ng
Tiêu chí đánh giá về môi trường đối với công trình bảo vệ bờ biển ở ĐBSCL được đề xuất tác động của công trình đến hệ sinh thái của khu vực, được đánh giá điểm cao khi nó làm gia tăng đa dạng sinh học và ngược lại.
Tiêu chí v ề giá thành công trình
Tiêu chí về giá thành công trình được chia thành các tiêu chí nhỏ về giá vật liệu, thi công và duy tu bảo dưỡng công trình Giá thành càng thấp thì số điểm đánh giá càng cao
Tr ọ ng s ố cho các tiêu chí
T ổ ng chi phí/giá thành
Chi phí vật liệu, thi công, bảo trì đóng vai trò quan trọng nhất nên WF hoàn toàn được đánh giá cao nhất là 0,35.
Tiêu chí k ỹ thu ậ t
- Tuổi thọ thiết kế của kết cấu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến giá thành của kết cấu, khả năng tiêu tán năng lượng sóng và cải tạo đất, do đó wf được đánh giá là 0.15
- Sóng truyền qua các kết cấu bảo vệ bờ biển làm giảm năng lượng phá hủy vùng đất ven biển, hệ số này quan trọng với wf là 0,15
- Khả năng bảo vệ vùng đất ven bờ là quan trọng để chứng tỏ hiệu quả của quá trình vận hành của đê chắn sóng, nó có wf là 0,10
- Xử lý nền thì quan trọng đối với sựổn định và tuổi thọ của kết cấu, wf là 0.10
- Biện pháp thi công cũng rất quan trọng; do đó, nó được đánh giá là 0.05
Xã h ộ i
- Sử dụng lao động địa phương: căn cứ vào loại kết cấu và biện pháp thi công, sau đó sẽ cân nhắc đến việc sử dụng lao động địa phương, wf nhỏ là 0.025
- Sử dụng vật liệu địa phương được đánh giá là 0.025.
Môi tr ư ờ ng
- Tác động của sự ô nhiễm hệ sinh thái, không khí và nước trong và sau khi xây dựng đê chắn sóng được cho là nhỏở Việt Nam, do đó wf là 0,05
Bảng 6: Trọng số của tiêu chí đánh giá các biện pháp bảo vệ bờ biển
STT Các tiêu chí Tiêu chí phụ Trọng số (wf)
Tiêu tán năng lượng sóng 0.15
Cải tạo đất 0.1 Ổn định nền 0.1
Thích ứng với biến đổi khí hậu 0.05
Sử dụng lao động địa phương 0.025
Sử dụng vật liệu xây dựng địa phương 0.025
4 Môi trường Tác động đến hệ sinh thái 0.05
L ự a ch ọ n các lo ạ i công trình phá sóng để so sánh MCA
Hàng rào tre
Đê giảm sóng bằng hàng rào tre có tuổi thọ công trình ngắn (1-2 năm) Dưới tác động của môi trường sóng, triều, gió, nhiệt độ, hàng rào tre liên tục bị khô, ướt, chúng nhanh chóng bị phá hủy Một số vùng, sinh vật biển còn phá hủy hàng rào tre nhanh chóng hơn
Hiệu quả giảm sóng của hàng rào tre cũng khá cao Theo kết quả quan trắc từ mô hình vật lý và thực tế, khi mực nước thấp hơn hàng rào tre, hệ số truyền sóng Kt đạt được từ 0,2 đến 0,60 (Albers và nnk (2013))
Khả năng bẫy bùn cát ở những khu vực mà công trình thành công là khá cao, có thể là ở đó, hàng rào tre đã giảm được sóng và dòng chảy, tạo điều kiện để bùn cát lắng đọng Tuy nhiên, diện tích gây bồi không lớn do hàng rào đặt khá gần so với bờ
Về nền móng và ổn định công trình, hàng rào tre ít gây ra sóng phản xạ do tính hấp thụ của sóng khá tốt thông qua các bó cành cây Tuy nhiên, độ bền của hàng rào tre không cao do tác động của môi trường và sinh vật biển
Về tính linh hoạt và thích ứng với BĐKH, hàng rào tre không có khả năng di dời hay nâng cao cao trình đỉnh để thích ứng
Phương pháp xây dựng hàng rào tre rất đơn giản, chủ yếu dùng thiết bị thủ công đểđóng cọc tre, buộc hàng rào
Về tiêu chí xã hội, hàng rào tre hoàn toàn sử dụng nhân công địa phương và vật liệu có sẵn ởđịa phương và được đánh giá cao
Về tiêu chí môi trường/ tác động đến đa dạng sinh học, hàng rào tre là loại vật liệu thân thiện với môi trường và có khả năng gia tăng đa dạng sinh học
Về giá thành công trình, hàng rào tre có giá thành vật liệu, thi công thấp nhất so với tất cả các công trình bảo vệ khác khoảng 5 – 6 triệu VNĐ / m dài Tuy nhiên, giá thành duy tu bảo dưỡng cao vì phải làm nhiều lần khi các bó cành bị sóng đánh trôi
Hình 4.1: Đê chắn sóng bằng hàng rào tre
Công trình kè ly tâm đ á đổ Cà Mau
Kết cấu công trình bao gồm hai hàng cọc tròn bê tông cốt thép đúc sẵn Chúng có đường kính khoảng 0,35m Khoảng cách giữa hai hàng là 2,5m và ở giữa hai hàng cọc là đá hộc Phía dưới đá hộc được chống lún bằng bè cừ tràm
Về tuổi thọ của công trình, kè loại này cũng như một số kè phá sóng bằng bê tông khác (như loại kết cấu rỗng) đều được thiết kế với tuổi thọ trên 50 năm Tuy nhiên, do các cọc được liên kết bằng bê tông đổ tại chỗ trong điều kiện không thuận lợi, các đà giằng này có thể bịăn mòn và dẫn đến tuổi thọ công trình không được như mong muốn, phải sửa chữa khi cần thiết
Tiêu hao năng lượng sóng bởi kết cấu này, mặc dù chưa có kết quả thí nghiệm hoặc quan trắc đầy đủ từ hiện trường, quan trắc thực tế cho thấy năng lượng sóng bị tiêu hao khá tốt Khả năng gây bồi xung quanh công trình kè phá sóng cọc ly tâm lõi đá là khá tốt đối với các công trình ở biển Tây Đối với khu vực biển Đông, kè loại này chưa được quan trắc đầy đủ và số lượng công trình cũng chưa có nhiều Ổn định kết cấu công trình loại này khá tốt, do cọc được chôn sâu trong đất Đối với công trình ở biển Tây, xói chân công trình hầu như chưa xảy ra nhưng công trình ở biển Đông đã xuất hiện dấu hiệu xói (có thể là do sóng phản xạ lớn đối với công trình dạng đứng đối với môi trường có hàm lượng bùn cát nhỏ so với hàm lượng bùn cát lớn ở biển Tây)
Tính linh hoạt và thích ứng với BĐKH đối với công trình này là không cao, bởi vì khó có thể di chuyển hoặc nâng cao đỉnh kè để thích ứng với biến đổi khí hậu hoặc lún sụt
Biện pháp thi công công trình kè loại này khá khó khăn, vửa phải có thiết bị đóng cọc, vừa phải đổ đá hộc và phải đổ bê tông dầm giằng cho hệ cọc trong điều kiện thi công không thuận lợi
Về tiêu chí xã hội, kè phá sóng dạng này có sử dụng khối lượng không nhiều cừ tràm là vật liệu địa phương và một lượng nhân công địa phương cho việc vận chuyển, xếp đá hộc vào lõi kết cấu và đổ bê tông đà giằng nối kết các cọc bê tông li tâm Tác động của công trình làm gia tăng đa dạng sinh học (tiêu chí môi trường) ở mức trung bình do kết cấu công trình có thể làm nơi cư trú và sinh sống của một số sinh vật biển
Công trình loại này có giá thành vật liệu và thi công cao nhất, ước tính khoảng
Hình 4.2: Đê phá sóng cọc ly tâm đá đổ tỉnh Cà Mau
Ố ng v ả i đị a k ỹ thu ậ t (Geotube)
Các ống vải địa kỹ thuật/geotube được sử dụng làm đê chắn sóng gần bờ (đặt song song với bờ), hoặc dưới dạng hình chữ T (đặt vuông góc với bờ) Đê chắn sóng vải địa kỹ thuật bên trong là cát tạo ra một môi trường sóng lặng hơn ở phía sau công trình nhờ sóng đã vỡ khi qua geotube Kích thước của ống vải địa kỹ thuật có thể khác nhau, nhưng do biến dạng, cần có chiều rộng ống lớn đểđạt được độ cao mong muốn
Do đó, ống vải địa kỹ thuật là những công trình đồ sộ và chu vi 15m là cần thiết cho chiều cao 2.0m, dẫn đến chiều rộng khoảng 4,0m
Chúng có tuổi thọ tương đối ngắn so với các giải pháp khác Sau vài năm (3-5 năm) ở trong môi trường nhiệt đới, ống vải địa kỹ thuật dễ bị rách
Về tiêu hao năng lượng sóng, do đê chắn sóng bằng Geotube không cao bằng các đê chắn sóng bê tông khác, nên hiệu quả giảm sóng cũng ở mức thấp hơn Mặt khác, do vật liệu chứa trong geotube bị sắp xếp lại, gây biến dạng không đều hoặc hạ thấp đỉnh đê, làm giảm hiệu quả tiêu sóng
Khả năng gây bồi xung quanh công trình của đê chắn sóng geotube cũng thấp hơn đê chắn sóng bê tông Lý do là do đê thấp hơn, sóng tràn qua đỉnh kè nhiều hơn, làm nhiễu động lớn, gây bồi khó hơn, nhất là đối với hạt mịn (bùn) Mặt khác, do ít cho nước và bùn cát xuyên qua kết cấu và nhiễu động cao, cho nên vật liệu gây bồi phía sau geotube thường là vật liệu thô hơn so với đê phá sóng kết cấu rỗng (thường là cát mịn) Ổn định kết cấu và nền móng công trình ở mức thấp hơn so với đê chắn sóng bằng bê tông hay đá đổ, cần thiết phải có chiều rộng đáy đê lớn và có lớp đệm để chống lún Lớp đệm có thểđược tạo ra từ một lớp đá dăm cùng với vải địa kỹ thuật trải trong nước sau khi san nền Mặt khác, do vật liệu chứa trong geotube bị sắp xếp lại, gây biến dạng không đều hoặc hạ thấp đỉnh đê
Tính linh hoạt và thích ứng với BĐKH hay lún sụt của công trình dạng này là khó khăn, vì khó di dời cũng như gia tăng cao trình đỉnh đê
Biện pháp thi công công trình đê phá sóng geotube cũng đơn giản và ít tốn kém hơn các dạng công trình bê tông khác
Về tiêu chí xã hội, đê chắn sóng geotube có sử dụng vật liệu là cát và sử dụng lao động địa phương kết hợp với máy bơm để thi công công trình
Tác động đến đa dạng sinh học, đê chắn sóng geotuble hầu như không có tác động tiêu cực cũng như tích cực
Về giá thành công trình, giá thành vật liệu cũng như thi công đều thấp so với các đê chắn sóng bằng bê tông, khoảng 10 triệu VNĐ/ m dài Tuy nhiên, giá thành bảo dưỡng công trình rất cao, do công túi geotube bị phá hủy sau khi thi công từ 3 đến 5 năm
Hình 4.3: Đê chắn sóng bằng ống vải địa kỹ thuật (geotube) ở tỉnh Bạc Liêu
Công trình phá sóng VTC
Gần đây, hàng loạt các công trình đê phá sóng có kết cấu rỗng được thi công thử nghiệm ở ĐBSCL, Ở phía biển Tây của Cà Mau có 2 loại kết cấu, đó là đê phá sóng hình trụ rỗng của Viện Thủy Công và đê phá sóng bằng bê tông cốt phi kim dạng rỗng của Công ty Cổ phần Khoa học Công nghệ Việt Nam (Busadco) Ở phía biển Đông, có đê phá sóng trụ rỗng của Viện Thủy Công và đê chắn sóng kết cấu rỗng hình chữ A (TC1) và dạng “reefball” (TC2) của Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (SIWRR) (thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam - VAWR) Về cơ bản, chúng được thiết kế theo dạng đê nhô và có khả năng tiêu giảm sóng tốt Khả năng gây bồi của các công trình này cần được quan trắc và đánh giá thêm, do hầu hết các công trình đều mới xây dựng Đê phá sóng nổi không thểđược xây dựng dưới dạng các cấu trúc liên tục dài mà không có khoảng trống (Pinto và Neves, 2003) Khoảng cách giữa các đoạn là cần thiết trong đê phá sóng dạng nổi để trao đổi nước liên tục giữa khu vực được bảo vệ và bờ biển nhưng đối với đê phá sóng dạng rỗng này, nên đánh giá khoảng trống là cần thiết hay không Và nếu có khoảng hở giữa các đoạn thì khoảng cách bao nhiêu là hợp lí Đê phá sóng bằng bê tông kết cấu rỗng có tuổi thọ thiết kế lớn nhất so với các loại đê phá sóng khác
Về tiêu hao năng lượng sóng, kết cấu này có khả năng cao vì là đê phá sóng nổi
Khả năng gây bồi xung quanh công trình là khá cao, do sóng sau đê giảm mạnh, sóng tràn qua đê hầu như không có và do đê cho nước và bùn cát xuyên qua Ổn định kết cấu và nền móng công trình là khá cao vì các kết cấu đều được thiết kế trên lớp đệm chống lún bằng đá dăm và vải địa kỹ thuật Công trình được thi công theo các đơn nguyên đúc sẵn trong xưởng, nên chất lượng bê tông đảm bảo tốt hơn so với kè phá sóng bằng cọc bê tông ly tâm lõi đá (do dầm giằng liên kết cọc thi công tại chỗ trong điều kiện không thuận lợi) Tuy nhiên, độ ổn định của công trình còn phụ thuộc vào mức độ chặt chẽ của liên kết giữa các đơn nguyên của kết cấu
Tính linh hoạt và thích ứng với BĐKH hay lún sụt của công trình dạng này là khó khăn Tuy nhiên, vì được chế tạo theo các đơn nguyên riêng biệt và lắp ghép, chúng có khả năng di dời đi nơi khác
Biện pháp thi công công trình đê phá sóng loại này là lắp đặt bằng cần cẩu trên xà lan, đơn giản và ít tốn kém hơn đê phá sóng bằng cọc bê tông ly tâm lõi đá hộc
Về tiêu chí xã hội, đê chắn sóng loại này bịđánh giá kém vì không sử dụng vật liệu và lao động địa phương để thi công công trình
Tác động đến đa dạng sinh học, đê chắn sóng dạng này có tác động tích cực do tạo môi trường sống cho một số sinh vật biển
Về giá thành công trình, giá thành vật liệu cũng như thi công đều lớn, khoảng
25 triệu VNĐ/m dài Tuy nhiên, giá thành bảo dưỡng công trình sẽ nhỏ hơn so với đê phá sóng bằng cọc bê tông ly tâm lõi đá hộc
Hình 4.4: Đê chắn sóng bằng bê tông trụ rỗng ở tỉnh Bạc Liêu
(Nguồn: Viện khoa học Thủy lợi miền Nam)
Công trình phá sóng TC1
Kết cấu công trình bê tông cốt thép đúc sẵn hình chữ A có các lỗ rỗng trước và sau công trình Được đặt trên hệ bản móng đá hộc được gia cố chống lún bằng cừ tràm
Về tuổi thọ của công trình, kè loại này cũng như một số kè phá sóng bằng bê tông khác (như loại kết cấu rỗng) đều được thiết kế với tuổi thọ trên 20 năm
Tiêu hao năng lượng sóng bởi kết cấu này, mặc dù chưa có kết quả thí nghiệm hoặc quan trắc đầy đủ từ hiện trường, quan trắc thực tế cho thấy năng lượng sóng bị tiêu tán khá tốt Khả năng gây bồi xung quanh công trình là khá tốt đối với các công trình ở Gò Công, Tiển Giang Ổn định kết cấu công trình loại này khá tốt; tuy nhiên, chiều sâu xử lý nền bằng cừ tràm tối đa khoảng 4,5m nên có khả năng kém ổn định nền móng khi khu vực có địa chất nền yếu lớn hơn 4,5m và dễ bị sụt, lún
Tính linh hoạt và thích ứng với BĐKH đối với công trình này là không cao, bởi vì khó có thể di chuyển hoặc nâng cao đỉnh kè để thích ứng với biến đổi khí hậu hoặc lún sụt
Biện pháp thi công công trình kè loại này khá đơn giản, tuy nhiền cần có có thiết bị cẩu cục bê tông và xà lan, bên cạnh đó phải đổ đá hộc và làm bè gỗ lót móng để ổn định nền
Về tiêu chí xã hội, kè phá sóng dạng này có sử dụng khối lượng không nhiều cừ tràm là vật liệu địa phương và một lượng nhân công địa phương cho việc vận chuyển Tác động của công trình làm gia tăng đa dạng sinh học (tiêu chí môi trường) ở mức trung bình do kết cấu công trình có thể làm nơi cư trú và sinh sống của một số sinh vật biển
Công trình loại này có giá thành vật liệu và thi công vừa phải cũng như các công trình kè phá sóng bằng bê tông rỗng Giá thành ước tính khoảng 20 triệu VNĐ/m dài.
Công trình phá sóng ICOE
Kết cấu công trình bê tông cốt thép đúc sẵn có các lỗ rỗng trước và sau công trình Phía trên đỉnh được lắp các cọc bê tông tượng trưng cho các rễ cây Phía dưới được rải lớp đá lót và vãi địa chống lún bằng bè cừ tràm
Về tuổi thọ của công trình, kè loại này cũng như một số kè phá sóng bằng bê tông khác (như loại kết cấu rỗng) đều được thiết kế với tuổi thọ trên 20 năm
Tiêu hao năng lượng sóng bởi kết cấu này, mặc dù chưa có kết quả thí nghiệm hoặc quan trắc đầy đủ từ hiện trường, quan trắc thực tế cho thấy năng lượng sóng bị tiêu tán khá tốt Ổn định kết cấu công trình loại này khá tốt Khả năng bẫy bùn cát chưa được đo đạc và quan trắc vì công trình này vừa được xây dựng ở Biển Tây Cà Mau năm 2021
Tính linh hoạt và thích ứng với BĐKH đối với công trình này là không cao, bởi vì khó có thể di chuyển hoặc nâng cao đỉnh kè để thích ứng với biến đổi khí hậu hoặc lún sụt
Biện pháp thi công công trình kè loại này khá đơn giản, tuy nhiên cần có thiết bị cẩu cục bê tông và xà lan, bên cạnh đó phải đổđá lót, rải vải địa và làm bè gỗ lót móng đểổn định nền
Về tiêu chí xã hội, kè phá sóng dạng này có sử dụng khối lượng không nhiều cừ tràm là vật liệu địa phương và không cần nhiều nhân công địa phương cho việc vận chuyển Tác động của công trình làm gia tăng đa dạng sinh học (tiêu chí môi trường) ở mức trung bình do kết cấu công trình có thể làm nơi cư trú và sinh sống của một số sinh vật biển
Công trình loại này có giá thành vật liệu và thi công vừa phải cũng như các công trình kè phá sóng bằng bê tông rỗng Ước tính khoảng 22 triệu VNĐ/m dài
Hình 4.6: Đê giảm sóng ICOE được xây dựng ở tỉnh Cà Mau (phải).
Công trình phá sóng Busadco
Kết cấu công trình bê tông cốt thép đúc sẵn phi kim có các lỗ rỗng trước và sau công trình, hởđáy, được găm cốđịnh xuống 1m
Về tuổi thọ của công trình, kè loại này cũng như một số kè phá sóng bằng bê tông khác (như loại kết cấu rỗng) đều được thiết kế với tuổi thọ trên 20 năm
Tiêu hao năng lượng sóng bởi kết cấu này, quan trắc từ hiện trường và số liệu thí nghiệm mô phỏng, cho thấy năng lượng sóng bị tiêu tán khá kém do lỗ rỗng lớn
Khả năng gây bồi xung quanh công trình được thi công ở Cà Mau chưa rõ rẹt Ổn định kết cấu công trình loại này khá tốt, do cọc được chôn trong đất
Tính linh hoạt và thích ứng với BĐKH đối với công trình này là không cao, bởi vì khó có thể di chuyển hoặc nâng cao đỉnh kè để thích ứng với biến đổi khí hậu hoặc lún sụt
Biện pháp thi công công trình kè loại này khá đơn giản, tuy nhiền cần có có thiết bị cẩu cục bê tông và xà lan và máy xúc để nén công trình xuống một độ sâu nhất định
Về tiêu chí xã hội, kè phá sóng dạng này không sử dụng vật liệu địa phương và không cần nhân công địa phương cho việc vận chuyển Tác động của công trình làm gia tăng đa dạng sinh học (tiêu chí môi trường) ở mức trung bình, kết cấu công trình có thể làm nơi cư trú và sinh sống của một số sinh vật biển
Công trình loại này có giá thành vật liệu và thi công vừa phải, ước tính khoảng
Hình 4.7: Đê phá sóng Busadco ở tỉnh Cà Mau.
Công trình phá sóng d ạ ng t ư ờ ng treo CWB
Kết cấu công trình bê tông cốt thép bao gồm: một tường phá sóng Bê tông cốt thép có đục lỗ được treo trên hệ dầm mũ móng trụ cọc chữ A (hình 4.8) để ổn định công trình
Về tuổi thọ của công trình, kè loại này thiết kế với tuổi thọ trên 5 năm Tiêu hao năng lượng sóng bởi kết cấu này, quan trắc từ hiện trường và số liệu thí nghiệm mô phỏng, cho thấy năng lượng sóng bị tiêu tán vừa phải do độ hở chân công trình Kết quả mô phỏng vận chuyển bùn cát được thực hiện ở Viện KHTL miền Nam cho thấy, khả năng gây bồi xung quanh công trình cao nhất khi so sánh với các công trình hiện tại Ổn định kết cấu công trình loại này khá tốt, do cọc được đóng sâu vào nến đất yếu
Tính linh hoạt và thích ứng với BĐKH đối với công trình này là khá cao, bởi vì nó có thể di chuyển hoặc nâng cao đỉnh kè để thích ứng với biến đổi khí hậu hoặc lún sụt Biện pháp thi công công trình kè loại này khá đơn giản, tuy nhiền cần có có thiết bị cẩu cục bê tông và xà lan và thiết bị thi công để thi công hệ móng cọc
Về tiêu chí xã hội, kè phá sóng dạng này không sử dụng vật liệu địa phương và không cần nhân công địa phương cho việc vận chuyển Tuy nhiên, công trình có thể sử dụng nhân công đị phương để thi công hệ dầm mũ và tường bê tông phá sóng (có thểđổ tại chỗ nếu đáp ứng được về mặt bằng thi công) Tác động của công trình làm gia tăng đa dạng sinh học (tiêu chí môi trường) ở mức trung bình Công trình loại này có giá thành vật liệu và thi công vừa phải, ước tính khoảng
Hình 4.8: Kết cấu đê phá sóng tường treo CWB
Bảng 7: Đánh giá định lượng một số biện pháp bảo vệ bờ biển ở Đồng bằng sông Cửu Long
Tiêu chí l ự a ch ọ n Tiêu chí ph ụ Tr ọ ng s ố
Các gi ả i pháp b ả o v ệ b ờ bi ể n Hàng rào tre
Cà Mau Geotube VTC TC1 ICOE Busadco CWB
Tiêu tán n ă ng l ượ ng sóng 0.15 1 5 2 4 3 3 2 3
Thích ứ ng v ớ i bi ế n đổ i khí h ậ u 0.05 1 3 3 3 3 3 5 3
S ử d ụ ng lao độ ng đị a ph ươ ng 0.025 5 3 4 3 3 3 2 3
S ử d ụ ng v ậ t li ệ u xây d ự ng đị a ph ươ ng 0.025 5 2 2 2 2 2 2 2
Môi tr ườ ng Ả nh h ưở ng c ủ a h ệ sinh thái 0.05 5 3 3 3 3 3 3 3
Lưu ý: 1 là kém nhất; 5 là tốt nhất
Thông qua kết quảđánh giá Bảng 8, các loại dạng công trình bảo vệ bờ biển đã xây dựng ởĐBSCL cho thấy dạng công trình phá sóng bằng bê tông kết cấu rỗng bao gồm TC1, ICOE, VTC là các loại công trình tiềm năng về các phương diện kỹ thuật, xã hội, môi trường và giá thành với tổng sốđiểm lần lượt là 3.38, 3.08 và 3.03 Công trình đê giảm sóng Cà Mau mặc dù được xây dựng rộng rãi dọc biển Tây ĐBSCL với ưu điểm ổn định cao, khả năng phá sóng tốt và bẫy bùn cát tốt, tuy nhiên có giá thành cao và tiêu tốn nhiều vật liệu xây dựng nên có sốđiểm là 3.28 thấp hơn công trình TC1 Đặc biệt công trình kết cấu đề xuất mới là tường treo cho sốđiểm cao là 3.38 bằng với công trình TC1, học viên kiến nghị tiếp tục nghiên cứu phát triển loại kết cấu công trình này trên mô hình toán và mô hình vật lý để nghiên cứu hiệu quả của loại kết cấu này có thể áp dụng ở khu vực ĐBSCL để phục vụ công tác bảo vệ bờ biển
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
K ế t lu ậ n
Luận văn nghiên cứu về các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển khu vực ĐBSCL dựa trên việc rà soát đánh giá ưu nhược điểm của từng loại công trình hiện hữu và đề xuất giải pháp công trình mới thay thế Luận án đã được thực hiện dựa trên công cụ mô hình toán FLOW-3D để tính toán khả năng truyền sóng, tiêu tán năng lượng qua công trình kết hợp với phân tích kết quả tổng hợp đa tiêu chí (MCA) Qua kết quả nghiên cứu, học viên rút ra được các kết luận cho luận văn như sau:
- Tổng hợp và rút ra được ưu nhược điểm của các loại công trình hiện hữu bảo vệ bờ biển ở ĐBSCL bao gồm các giải pháp cứng (kè giảm sóng Cà Mau, VTC, Busadco, TC1, kè lát mái, v.v.) và giải pháp mềm (hàng rào tre, Geotube)
- Mô hình toán FLOW-3D có kết quả kiểm định về hệ số truyền sóng Kt tương đồng cao với mô hình vật lý ở ba mực nước khác nhau cho công trình TC1 nên được ứng dụng để so sánh khả năng truyền sóng giữa các công trình hiện hữu
- Thông qua kết quả mô hình toán, nhìn chung các công trình đều có khả năng giảm sóng, nhưng mức độ giảm sóng còn phụ thuộc kết cấu chi tiết của công trình như chiều rộng (chân, đỉnh), chiều cao (độ ngập), tỷ lệđộ rỗng mặt của công trình (mặt trước và mặt sau) Cụ thể, trong điều kiện mực nước nông (d = 0.65m) công trình kè giảm sóng Cà Mau có kết quả tiêu tán năng lượng tốt nhất với hệ số Kt 0.28, kế tiếp là công trình TC1 và VTC, sau đó là công trình CWB, kè Busadco có kết quả giảm sóng kém nhất do lỗ rỗng lớn
- Giải pháp kết cấu tường treo CWB là giải pháp mới, chưa được xây dựng ở
Việt Nam được đề xuất để nghiên cứu thi công thí điểm để có thể thay thế cho các công trình hiện hữu ở ĐBSCL vì có sốđiểm cao trong bảng tính MCA với ưu điểm ổn định nền móng, ít tiêu tốn vật liệu
- Để có thể lựa chọn công trình phù hợp cho ĐBSCL, cần thiết phải được đánh giá định lượng chi tiết hơn về các vấn đề mà mô hình toán chi tiết chưa đáp ứng được yêu cầu, như khả năng bồi lắng bùn cát sau công trình, tác động của việc bố trí công trình trong không gian đến tác động giảm sóng và dòng chảy sau công trình.
Ki ế n ngh ị
Do thời gian nghiên cứu có hạn, học viên chưa phân tích sâu được các khía cạnh của mô hình toán và bảng tính MCA, cụ thể:
- Các bài toán phân tích truyền sóng chỉ tập trung vào sóng đều, cần bổ sung bằng tính toán phân tích phổ sóng ngẫu nhiên để kết quả phù hợp hơn với thực tế và điều kiện biên ởĐBSCL
- Bên cạnh đó, hệ số sóng phản xạ (Kr) trước các công trình cũng chưa được xem xét trong luận án Cần bổ sung tính toán hệ số sóng phản xạ vì đây là một hệ số quan trọng đểđánh giá mức độổn định của các công trình trước tác động của sóng
- Bảng tính MCA hiện tại học viên tính toán dựa theo quan điểm cá nhân còn mang tính chủ quan, bảng tính cần được thảo luận với các chuyên gia ở các lĩnh vực khác nhau để có được cách tính khách quan và chính xác nhất
Dựa vào kết quả tính toán truyền sóng qua các công trình trong các điều kiện ngập khác nhau, học viên kiến nghị lựa chọn vị trí xây dựng công trình ngoài thực tế cần xem xét kỹ ảnh hưởng của thủy triều đểđặt công trình ở vị trí thích hợp tránh bị ngập sâu Khi đó công trình sẽ phát huy hiệu quả tiêu tán năng lượng sóng và bẫy bùn cát tốt nhất
[1] T Albers and J Stolzenwald, “Coastal-engineering consultancy in the Ca
Mau province Integrated Coastal Management Programme (ICMP) 2014.” Internet: www.giz.de/viet-nam, 2022
[2] T Albers et al., “Shoreline management guidelines Coastal protection in the lower Mekong Delta.” With assistance of Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH, 2013
[3] “Nghiên cứu giải pháp hợp lý và công nghệ thích hợp phòng chống xói lở, ổn định giải bờ biển và các cửa sông Cửu Long, đoạn từ Tiền Giang đến Sóc
Trăng.” Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công nghệ đề tài, Mã số ĐTĐL.CN-07/17, Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, 2022
[4] N N Minh và Nnk, “Xác định ảnh hưởng của chiểu rộng đỉnh đến hiệu quả giảm sóng của đê giảm sóng cọc ly tâm – đá đổ trong máng sóng,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, số 66, 2021 ISSN: 1859-4255
[5] H T Sơn, Bài giảng: “Nghiên cứu lý thuyết mô hình toán số FLOW-3D.”
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố
[6] H T D Vu et al., “Wave energy dissipation through a hollow triangle breakwater on the coastal Mekong Delta,” Ocean Engineering, vol 245, p 110419, 2022 DOI: 10.1016/j.oceaneng.2021.110419
[7] H T D Vu et al., “Evaluating the effectiveness of existing coastal protection measures in Mekong Delta,” International Conference on Asian and Pacific Coasts Springer, 2020, pp 1419–1429
[8] N N Minh et al., “Physical and numerical modeling of four different shapes of breakwaters to test the suspended sediment trapping capacity in the Mekong Delta,” Estuarine, Coastal and Shelf Science, vol 279, p 108141,
2020 ISSN 0272-7714 Doi: https://doi.org/10.1016/j.ecss.2022.108141 [9] Musall and O Wright, “Numerical Simulation of Flow Characteristics in
Vertical Slot Fishways” Proceedings 10th Intl Symposium on EcoHydraulics, Trondheim, Norway, 2014
[10] P S J Minderhoud et al, “The relation between land use and subsidence in the Vietnamese Mekong delta.” The Science of the total environment, vol
[11] P S J Minderhoud et al., “Mekong delta much lower than previously assumed in sea-level rise impact assessments,” Nature communications, vol
[12] P Đ Hiếu và Nnk, “Ứng dụng máng sóng số nghiên cứu sóng tương tác với đê chắn sóng,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển, tập 13, số 3, trang 227-
[13] Viện khoa học thủy lợi Miền Nam Tuyển tập kết quả khoa học và công nghệ
2019-2020, phần II: Xây dựng công trình thủy - Chỉnh trị sông - Bảo vệ bờ sông, bờ biển - Phòng chống thiên tai Tạp Chí Khoa học và công nghệ thủy lợi, số 21, 2021
[14] Đ C Sản và Nnk, “Nghiên cứu hiệu quả giảm sóng kết cấu rỗng trên mô hình sóng,” Tạp Chí Khoa học và công nghệ thủy lợi, số 49, 2018 ISSN: 1859-
[15] T Q Tuan et al., “Monsoon wave transmission at bamboo fences protecting mangroves in the lower mekong delta,” Applied Ocean Research, vol 101, p 102259, 2020 DOI: 10.1016/j.apor.2020.102259
[16] V H T Dương và P V Song, “Tối ưu hóa bể tiêu năng sau cống Thủ Bộ bằng mô hình toán và mô hình vật lý,” Tạp chí Khoa học thủy lợi và môi trường, số 37, 2012
[17] H T D Vu et al, “Investigating Wave transmission through curtain wall breakwaters under variable conditions,” Journal of Coastal and Hydraulic Structures, vol 2, 2022 Doi: https://doi.org/10.48438/jchs.2022.0019
[18] H T D Vu et al, “Datasets of land use change and flood dynamics in the vietnamese mekong delta,” Data in Brief, vol 22, p 108268.2022 DOI: 10.1016/j.dib.2022.108268
[19] H T D Vu et al, “Land use change in the Vietnamese Mekong Delta: New evidence from remote sensing,” The Science of the total environment, p 151918, 2022 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.151918
[20] “Quản lý tổng hợp bảo vệ bờ biển ĐBSCL.” Internet: https://daln.gov.vn/coastal/, 2022
[21] “Chương trình Quản lý Tổng hợp Vùng ven biển (ICMP).” Internet: www.giz.de/en/worldwide/357, 2022
[22] Flow3D, “Why Flow-3D.” Internet: https://www.flow3d.com/products/flow-
[23] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, “Quy hoạch tổng thể thuỷ lợi Đồng bằng sông Cửu Long trong điều kiện biến đổi khí hậu- nước biển dâng.” Báo cáo tổng hợp, Viện Quy hoạch Thuỷ lợi miền Nam Dự án, 2011
MỘT SỐ CHI TIẾT TÍNH TOÁN CỦA PHẦN MỀM FLOW- 3D
1 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu mô hình FLOW-3D
Dựa vào thiết kế máng sóng đã được tiến hành từ thí nghiệm mô hình vật lý ta có điều kiện biên và điều kiện ban đầu trong phần mềm FLOW-3D như sau:
1.1 Điều kiện ban đầu Điều kiện ban đầu phải được thiết lập trước khi thực hiện tính toán mô hình trên toàn bộ miền lưới tính toán
1.1.1 Thiết lập đơn vị tính toán
- Loại áp suất: tuyệt đối
- Thời gian chạy mô hình (0-100) s
1.1.2 Thiết lập các điều kiện ban đầu về vật lý
Hình A 1 Thi ế t l ậ p đ i ề u ki ệ n v ậ t lý trong mô hình FLOW-3D
- Free surface or sharp interface: Mô hình sóng bề mặt
- One fluid: Một dòng chảy
- Incompressible/ Limited compressibility: Mô hình không nén a Gia tốc trọng trường: -9,81 m/s 2
Hình A 2 Thi ế t l ậ p thông s ố gia t ố c tr ọ ng tr ườ ng b Độ nhớt và mô hình rối
1.1.3 Thiết lập các điều kiện ban đầu về chất lỏng
Nhiệt độ 20 0 C và khối lượng riêng của nước: 1.000 kg/m 3 Độ nhớt động lực học: 1.10 -3 kg/m/s
Hình A3 Thiết lập thông số của nước và độ nhớt động lực học
1.1.4 Điều kiện ban đầu về mực nước tính toán
Hình A 4 Thi ế t l ậ p đ i ề u ki ệ n ban đầ u v ề m ự c n ướ c t ĩ nh trong mô hình
1.2 Xây dựng mô hình kết cấu giảm sóng
Các cấu kiện giảm sóng được xây dựng bằng phần mềm Autocad sau đó xuất ra file stl để nhập vào mô hình FLOW-3D
Thiết lập điều kiện biên trong mô hình dòng chảy qua kết cấu giảm sóng gồm các bước sau đây:
Hình A 5 V ị trí thi ế t l ậ p đ i ề u ki ệ n biên t ạ i X min , X max , Y min , Y max , Z min và Z max
- Thi ế t l ậ p đ i ề u ki ệ n biên ở đầ u tr ụ c X – X Min:
Hình A 6 Thi ế t l ậ p thông s ố sóng cho mô hình
- Thi ế t l ậ p đ i ề u ki ệ n biên cho phía cu ố i tr ụ c X – X Max: Pressure - đ i ề u ki ệ n biên áp su ấ t
- Thi ế t l ậ p đ i ề u ki ệ n biên cho tr ụ c Y: Y Min và Y Max: ch ọ n đố i x ứ ng
- Thiết lập điều kiện biên cho trục Z - Z Min: Wall - mặt không trượt
- Thiết lập điều kiện biên cho trục Z – Z Max: Pressure - điều kiện biên áp suất
1.3 Xây d ự ng l ướ i tính toán
Chia l ướ i theo tr ụ c X, tr ụ c Y và tr ụ c Z là 0.01 m
Hình A 7 B ả ng chia l ướ i cho mô hình tính toán
Hình A 8 K ế t qu ả mô ph ỏ ng t ừ mô hình FLOW-3D t ạ i ba kim đ o WG5, WG6, WG7 cho hai tr ườ ng h ợ p không có công trình (trên) và có công trình TC1 (d ướ i) t ạ i d = 0.66m
Hình A 9 K ế t qu ả thí nghi ệ m t ừ MHVL t ạ i ba kim đ o WG5, WG6, WG7 cho hai tr ườ ng h ợ p không có công trình (trên) và có công trình TC1 (d ướ i) t ạ i độ sâu d = 0.66m
Hình A 10 K ế t qu ả mô ph ỏ ng t ừ mô hình FLOW-3D t ạ i ba kim đ o WG5, WG6, WG7 cho hai tr ườ ng h ợ p không có công trình (trên) và có công trình TC1 (d ướ i) t ạ i d = 0.81m
Hình A 11 K ế t qu ả thí nghi ệ m t ừ MHVL t ạ i ba kim đ o WG5, WG6, WG7 cho hai tr ườ ng h ợ p không có công trình (trên) và có công trình TC1 (d ướ i) t ạ i độ sâu d = 0.81m
Hình A 12 K ế t qu ả mô ph ỏ ng t ừ mô hình FLOW-3D t ạ i ba kim đ o WG5, WG6, WG7 cho hai tr ườ ng h ợ p không có công trình (trên) và có công trình TC1 (d ướ i) t ạ i d = 0.96m
Hình A 93 K ế t qu ả thí nghi ệ m t ừ MHVL t ạ i ba kim đ o WG5, WG6, WG7 cho hai tr ườ ng h ợ p không có công trình (trên) và có công trình TC1 (d ướ i) t ạ i d = 0.96m