Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình thủy: 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

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 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

Bãi cát Đê biển dọc bờ biển

Hình 2.4: Một vài ví dụ về giải pháp ở Huyện Duyền Hải, Trà Vinh

Hình 2.5: Một vài ví dụ về giải pháp ở Huyện Trần Đề, Sóc Trăng

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

Hình 2.7: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Bạc Liêu

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

Hình 2.9: Một vài ví dụ về giải pháp ở tỉnh Cà Mau – khu vực biển Tây

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

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

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

- 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

- 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 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

- 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

- Vật liệu: bê tông đúc sẵn

- Thuận tiện để đúc sẵn và lắp đặt tại hiện trường

- 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

- 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

- 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

- Có thể là chướng ngại vật cho hoạt động giao thông thủy, hải sản

Công trình phá sóng – TC1

- Yêu cầu nền móng có độ ổn định cao, đòi hỏi công tác chuẩn bị nền móng

- 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)