Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 2 Những vấn đề cảng và bờ biển - Phần 6 ppt

22 Biến đổi bờ theo lý thuyết đa đường E.W Bijker 22.1 Mở đầu Những hạn chế phương trình tiến triển đường bờ đơn đáng kể, lại chúng xuất sử dụng phép sơ đồ hoá mạnh so với thực Điều điều kiện biên điều kiện ban đầu đặc trưng sóng Trong trường hợp riêng, Bakker (1968) đà quan tâm đến loại bờ mà vận chuyển cát dọc bờ bị chắn phần mỏ hàn có độ dài ngắn bề rộng đới sãng ®ỉ Bakker ®· ®Ị xt lý thut hai ®­êng để giải toán đó; trường hợp riêng lý thuyết đa đường Thay cho việc khái quát hoá đường bờ đường cong, nhiều đường cong đà sử dụng đến giải thích phần 22.2 Sơ đồ hoá Hình 22.1 trắc ngang bÃi với sơ ®å 1, 2, ®­êng ViƯc lùa chän trơc quy chiếu cho khoảng cách y tuỳ ý Diện tích cặp tam giác đánh dấu Mỗi dòng vận chuyển dọc bờ Sxi hướng song song với bờ mặt phẳng tờ giấy mô tả lượng vận chuyển cát đáy đới Các mặt phẳng ngang thường chọn độ cao tương ứng nhiều hay với phần phẳng trắc ngang tổng Nếu cấu trúc đặc biệt chẳng hạn mỏ hàn, đưa vào sơ đồ hoá, mặt ngang sơ đồ thường chọn cho giới hạn điều kiện biên tương ứng với giới hạn đới vận chuyển Điều minh hoạ phác thảo hình 22.2 169 Hình 22.1 Trắc ngang bÃi sơ đồ (từng cặp đánh dấu có diện tích nhau) 170 Hình 22.2 Sơ đồ bờ trắc ngang (sơ đồ hai đường) 22.3 Các phương trình liên tục chuyển động Cũng giống với phương pháp xấp xỉ đường đơn đà trình bày chương 20, cần phải phát triển mối tương quan liên tục phương trình chuyển động cho đới sơ đồ Phương trình liên tục có phần phức tạp so với phương trình cho lý thuyết đường đơn có cung ứng cát theo hướng Hình 22.3 phần tử mặt phẳng so sánh với hình 20.2 a Một lần nữa, vận chuyển thực tế vật liệu vào phần tử thể tích chứa cho số N phần tử phần tử cho đường sơ đồ Nh­ vËy, cho i = tíi N Sxidt (Sxi +dSxi) dt + Syi-1 dxdt Syi dxdt = dxdyhi (22.01) 171 Do cát chuyển ngang ngoại trừ đới đó: S y0 S yN (22.02) Việc sử dụng công 20.02 20.03 (22.01), ta thu được: S xi y  S y (i 1)  S yi  hi 0 (22.03) x t cã thÓ so sánh với phương trình (22.04) Cần phải nhắc lại phương trình Sxi vận chuyển cát dọc bờ toàn bề rộng đới, Syi vận chuyển ngang đơn vị độ dài bÃi Cho N = phương trình (22.03) chuyển thành phương trình liên tục tổng quát Hình 22.3 Các tương quan phương trình liên tục Các hạng thức Sy(i-1) Syi phương trình (22.03) đánh giá theo phương trình dạng (21.06) phương pháp chương trước Phương pháp Swart đà trình bày đó, thực cho phép dẫn đến phương trình chuyển động dọc theo trắc ngang S xi thu nhờ kết Tốc độ biến đổi vận chuyển cát dọc theo đường bờ x hợp phương pháp trình bày mục 20.3 Như vậy, việc sử dụng mở rộng kết dẫn đến: S xi S xi i  0 (22.04) x i x vµ 2 y i  - 2i x x (22.05) i góc tới tức thời sóng chân đới so với đường sơ ®å cđa ®íi ®ã Nh­ vËy gãc tíi cđa sãng sÏ lµ: y i   ' i  i (22.06) x 172 ' i góc tới sóng chân đới thứ i tính tương đối so với trục x Độ sâu chân thứ i rút từ hình 22.1: i hn (22.07) n1 Rõ ràng rằng, điều kiện sóng cần tính độ sâu Nói chung, hiệu ứng khúc xạ, nước nông, sóng đổ cần phải xét đến Trong thực tế, giá trị Sxi tính thông qua việc xác định phân bố vận chuyển cát dọc bờ qua bÃi, ví dụ phương pháp Bijker đà trình bày chương 19 Lấy tích phân đường cong vận chuyển cát qua đới sơ đồ ta thu cách độc lập tập hợp giá trị cho Sxi Đạo hàm S xi i đánh giá gần thông qua tập hợp giá trị Sxi đà trình bày giá trị tương đối khác i' Đạo hàm xét đến đánh giá gần đúng: S xi i S xi i (22.08) 22.4 Các điều kiện ban đầu điều kiện biên Giống cách tiếp cận đường, điều kiện biên điều kiện ban đầu tương ứng cần thiết lập cách quán với toán cần giải Mỗi đường lời giải theo cách tiếp cận N đường cần có điều kiện ban đầu hai điều kiện biên Hơn điều kiện biên cho vận chuyển trầm tích ngang cần phải thiết lập Chẳng hạn, điều kiện biên chung cho chuyển dịch ngang dòng cát vào thoát theo hướng ngang bÃi sơ đồ; điều dẫn tới phương trình (22.02) Vì điều kiện biên điều kiện ban đầu khác theo hướng dọc bờ tương ứng với đường gần giống với ghì đà nêu chương 20, chúng không giải thích thêm sau Một lợi bổ sung nghiệm số trị điều kiện ban đầu mềm dẻo nhiều Chẳng hạn điều kiện ban đầu ngụ ý bờ thẳng có độ dốc không thay đổi không cần đòi hỏi Giờ điều kiện ban đầu y i ( x) t mô tả độ sâu thực tế Tất nhiên, điều tạo khả giải toán cách thực 22.5 Cách giải phương trình Các nhà toán học đà bảo đảm cho với điều kiện thích hợp chẳng hạn giá trị không đổi cho Sxi, Syi, i' Wi điều kiện ban đầu đơn giản yi(x) = số t = 0, nghiệm giải tích tồn phương trình chuyển động thể (22.04) kết hợp với tương quan liên tục (22.03) Tuy nhiên tìm sử dụng nghiệm giải tích này, điều chứng 173 tỏ tính phổ biến thực tế phát triển sơ đồ tích phân số nhằm giải tổ hợp phương trình (22.04) (22.05) cách trực tiếp thông qua kỹ thuật xấp xỉ sai phân theo bước thời gian Việc phát triển chương trình số cho công việc hoạt động nghiên cứu nhóm kỹ thuật bờ trường Đại học công nghệ Delft 22.6 Những phát triển Tiến thêm bước việc tính toán xấp xỉ số chia nhỏ đường sơ đồ thành khối dọc theo bÃi; sau áp dụng lưới lên mặt bÃi - mặt phẳng x, y Thông thường, khối phần tử tương đối dài (theo hướng x) so với bề rộng Bây tính điều kiện sóng, dòng chảy vận chuyển cát cho khối điểm khởi đầu nghiên cứu tính biến đổi bờ xẩy khoảng thời gian Sau khoảng thời gian đó, thay đổi hình học bờ điều kiện dòng sóng xa bờ cần thiết tham số tính toán cho phần tử cần tính toán lại Theo cách này, phát triển đường bờ toàn bÃi phụ thuộc vào điều kiện bÃo cho trước mô Thực ảnh hưởng thuỷ triều lực tác động khác đà mô tả trước mục 16.6 phải đưa vào Trong tất điều tốt đẹp mặt nguyên lý, hÃy vài giới hạn thực tế Tính liên tục nước cát cần phải cung cấp tình chuyển tiếp chẳng hạn phát triển dòng ven bờ phía khuất gió mỏ hàn phải tính đến Tuy nhiên, có lẽ điều quan trọng lại câu hỏi kinh tế liên quan đến chi phí tính toán Độ xác tăng lên lời giải có biện hộ cho chi phí cố gắng tính toán bổ sung hay không? 174 23 C¸c bê c¸t E.W Bijker, J v.d Graaff 23.1 Mở đầu Các cồn cát thường xuất cách tự nhiên nhiều vùng giới Trong trạng thái không khống chế chúng thường kết hợp với cát khô vận chuyển gió trạng thái này, cồn cát dịch chuyển gió, thường trở nên cao xâm lấn phá vỡ công trình người Chúng nhắc đến, chẳng hạn đường cao tốc đường sắt bị phủ lấp đất đai sản xuất nông nghiệp bị phá huỷ Tuy cồn cát xuất khắp nơi giới, song chóng th­êng hay tËp trung däc theo bê biĨn Bê biĨn Hµ Lan lµ mét vÝ dơ tut vêi vỊ c¸c cån c¸t däc bê Chóng cịng cã thĨ tìm thấy nhiều vùng khác: phần bờ biển Ghana, phần bờ Oregon Hoa Kỳ Các cồn cát biệt lập tồn dọc theo bờ đất bùn Suriname, (Allersma, 1968) Do đặc trưng độ cao thể tích cát lưu giữ, cồn cát ven bờ sử dụng sơ đồ bảo vệ bờ lợi ích người Phần lại chương dành cho việc tìm hiểu động lực học bờ có cồn cát bảo vệ tương tự trường hợp bờ biển Hà Lan 23.2 Thành tạo cồn cát Có hai thành phần cần thiết để tạo nên cồn cát dọc bờ: cung ứng cát chậm, liên tục vừa phải gió thổi chừng mực phía bờ Cát thường biển cung ứng sóng hai cách: thông qua vận chuyển ngang từ nước sâu bồi lấp bÃi gây nên suy giảm dòng cát vận chuyển dọc bờ Cách cung ứng trầm tích gây nên dòng vận chuyển gần đáy không lớn phía bờ sóng đới sóng đổ (Điều trái với tranh luận khối lượng vận chuyển ngang bên đới sóng đổ đà trình bày phần 11.5) Longuet Higgins (1953), Bijker, et al (1975) Battjes (1976) đà thảo luận chi tiết dòng vận chuyển trầm tích Đây nguồn cung ứng cát chủ yếu cho bờ biển Hà Lan Những cồn cát nói chung phát triển chậm chạp ổn định Cách cung ứng thứ hai, suy giảm dòng cát vận chuyển dọc bờ nguồn hình thành nên cồn cát Sự cung ứng nuôi dưỡng cồn cát gần 175 cuối Mũi Cod ë Hoa Kú C¸c cån c¸t cã thĨ lín nhanh cung ứng cát nhiều Với nguồn cung ứng khác, cát trở nên khô gió dễ dàng tách cát khỏi lớp mặt dẫn đến vận chuyển (Cát ướt chưa bÃo hoà có độ dính bổ sung ứng suất mặt nước hạt tinh thể Sức căng bề mặt bị vượt qua gió tương đối mạnh) Tác động thuỷ triều đủ cho phép lớp cát gần với mép thuỷ triều cao bị khô vµ vËn chun theo giã NÕu nh­ n­íc biĨn cùc kỳ mặn, muối đọng lại nước bốc đủ để gắn chặt hạt cát với nhằm giữ chúng không bị phát tán theo gió Lớp cát gắn kết thường gọi trầm tích vôi hoá, thường thấy bờ đại dương Hình 23.1 Trắc ngang bờ có đụn cát Hình 23.1 mặt cắt ngang biểu trưng bờ cát bảo vệ thường gặp Hà Lan Điều so sánh với trình bày tập I hình 25.1 Phần bờ biển khô phía sau có xu tạo cho cồn cát độc lập với phần lại bờ, thực tế Ngoại trừ thời kỳ bÃo, thay đổi cồn cát thường xẩy chậm chạp cảm nhận người quan sát trình độ chuyên môn cao Trong mục có mô tả hình thành nuôi dưỡng cồn cát Mục tiếp chương sau mô tả hình thành biến đổi cồn cát lợi ích người Tuy nhiên, trình thành tạo bờ bị gián đoạn xói mòn Có thể xẩy khả bờ cát nhiều bị xói mòn cát cung 176 ứng cách tự nhiên từ khơi Điều kiện cần để việc xẩy ra, mức xói gây tăng vận chuyển dọc bờ nhiều mức cung ứng cát theo hướng ngang bờ Hai phần sau mô tả thay ®ỉi bê biĨn cã cån c¸t c¸c chu kú dùa chđ u dùa vµo kinh nghiƯm ë Hµ Lan 23.3 Động lực ngắn hạn đụn cát Trong thêi kú cã b·o tè d÷ déi mùc n­íc sÏ cao đáng kể so với điều kiện bình thường Dưới điều kiện bÃo cực mạnh, hình 23.1, cồn cát trở thành đối tượng công trực tiếp biển Cát bị xói từ cồn cát vận chuyển trước hết theo hướng ngang bờ biển dọc theo trắc ngang b·i Trong ®ã cã thĨ xÈy ®ång thời dòng vận chuyển dọc bờ đáng kể, nhiên điều không cần phải quan tâm đến nhiều, đặc biệt điều kiện dọc bờ không thay đổi lớn từ nơi đến nơi khác độ kéo dài bÃo tương đối ngắn Dù có biến đổi trắc ngang bÃi lớn khoảng thời gian ngắn hoạt động bÃo Ngay thời kỳ bÃo lũ lụt lịch sử tháng giêng hai năm 1953 Hà Lan, phá huỷ cồn cát không xẩy nghiêm trọng Trong bÃo với tần suất xuất trung bình vào khoảng lần 250 năm, xói mòn cồn cát lớn tính vào khoảng 100 m3 cát mét chiều dài bÃi Điều tương ứng với việc hình thành chỗ lõm chân cồn cát khoảng cách cỡ từ 20 đến 30 m Các điều kiện nghiêm trọng xẩy bờ biển Hà Lan Tuy khả xẩy điều thường Hiện tượng xói lở cồn cát trở nên nghiêm trọng nhiều Thực vậy, hầu hết cồn cát - bảo vệ bờ biển Hà Lan chịu xói lở cỡ lớn 500 m3 cát mét đường bờ có khả ngăn lụt vùng sâu phía sau bê biĨn RÊt tiÕc lµ ë mét Ýt khu vực đường bờ lượng dự trữ cát nhiều cồn cát Một câu hỏi quan trọng đặt ra, Với dạng bờ có cồn cát định, khả chịu đựng không bị phá huỷ bÃo đến cấp nào? Nhiều công trình nghiên cứu vấn đề đà tiến hành Hà Lan tiếp tục Một số kết luận dựa vào mô hình nghiên cứu theo nguyên mẫu dẫn phần kết thúc 177 Trắc ngang gốc đặc trưng mực nước bÃo xói lở trắc ngang bÃo vùng bồi Hình 23.2 Trắc ngang trường hợp bÃo Vì dòng vận chuyển trầm tích ngang định vận chuyển trầm tích bờ giai đoạn xói cồn cát, nguyên lý liên tục dẫn đến việc lượng cát xói mòn từ cồn cát cần phải lưu lại nơi dọc theo trắc ngang bÃi Những đo đạc tiến hành dọc bờ biển Hà Lan trước sau bÃo vào năm 1953 đà phần lớn bờ đà hình thành dạng trắc ngang bÃo phát triển tiếp từ mực nước lũ kéo dài đến độ sâu nhiều tương ứng độ sâu biên đới sóng đổ Trắc ngang có dạng phù hợp với tương quan b¸n kinh nghiƯm: z  0,415 y  4,5  0,88 (23.01) y z xác định theo cách thông thường dọc theo trắc ngang hình 23.2 Chú ý phương trình 23.01 thứ nguyên hệ đơn vị mét sử dụng Phương trình công bố báo cáo vô danh Bộ công trình công cộng (1972) có hiệu lực trắc ngang thấp mực nước tĩnh Hình 23.2 trắc ngang Tính liên tục cát dẫn đến diện tích vùng xói lở diện tích vùng bồi đắp đựơc thể hình vẽ Đáng tiếc đủ can đảm tiến hành đo đạc bÃo năm 1953 bờ biển ; mặt cắt bÃo hình 23.2 ph¸t triĨn theo thêi gian NÕu møc n­íc lũ bÃo giả thiết đạt trì khoảng thời gian đồng thời với trình xói lở diễn ra, chóng ta cã thĨ kÕt ln tõ h×nh 23.2 r»ng đới sóng đổ trở nên rộng nhiều trình xói Hơn trắc ngang bÃi bÃo liên quan với mức nước lũ tĩnh bÃo đó, nên lượng tổng cộng vật liệu cồn cát bị xói phụ thuộc mạnh vào mức nước lũ bÃo Độ kéo dài thời gian bÃo dường không quan trọng lắm; trắc ngang dạng 23.2 hình thành, biến đổi xẩy chậm ngoại trừ mực nước hay sóng tiếp tục tăng lên Các tương quan thực nghiệm đà thiết lập nhằm mục đích dự báo xói lở cồn cát sở mực nước lũ bÃo Đáng tiếc có số lượng lớn giả thiết hạn chế 178 đà sử dụng phương pháp, nên tương quan thu mang định tính nhiều định lượng thực tế Từ công bố công trình nêu trên, nghiên cứu mô hình tiến hành Phòng thí nghiện Thuỷ lực Delft đà tính toán thận trọng, lượng vật liệu bị xói lở thường lượng dự báo Thực vậy, trước nghiên cứu hoàn thành, đưa số kết định tính tập hợp đầy đủ mối tương quan thực nghiệm Như đà phát triển trên, mực nước lũ bÃo hữu quan trọng để xác định mức độ xói lở cuối cồn cát Một mức tăng nhỏ mực nước dẫn tới gia tăng đáng kể xói lở Những cồn cát tương đối cao cung cấp nhiều lượng cát mét đường bờ bị xói Hiện tượng bồi lấp đường bờ giảm thể tích tổng cộng thực tế cát bị xói lở nhiều cồn cát cao Điều hình dung ta dịch chuyển trắc ngang bÃo bên phải hình 23.2; thể tích bồi lắp tăng nhanh Các cồn cát cao giảm đến mức tối thiểu bồi lấp, cồn cát thấp giảm thiểu thể tích cát bị xói lở Mối quan hệ hữu ích tiến hành biện pháp nhân tạo kích thích hình thành cồn cát nhằm đạt dạng tối ưu chúng Những bÃo xuất tiếp sau bÃo ban đầu với cường lực gây phá huỷ cồn cát bÃo trước Lượng cát vận chuyển ngang bờ vào khoảng 20 đến 30% so với xẩy bÃo điều đà thử nghiệm Hà Lan Các bÃo tương đối mạnh, chẳng hạn Hà Lan năm 1953, dịch chuyển cát xa, hầu hết cát lưu lại đới sóng đổ Các cồn cát trước đà ổn định hình thành lại năm Quá trình xẩy tương đối chậm so với trình xói lở bÃo, việc khôi phục diễn nhiều vài năm Thông thường, phần cao trận lị b·o chØ xÈy mét kho¶ng thêi gian tương đối hạn chế Tuy nhiên, phần lớn xói lở cồn cát lại diễn vài 23.4 Động lực học dài hạn cồn cát Một dÃy cồn cát bảo vệ bờ cần giữ ổn định thời kỳ nhiều năm nhiều thập niên, thêm vào là khả tồn chúng qua bÃo mạnh Tuy không thấy rõ diễn biến chậm cần thiết phải xác định xu biến đổi bờ từ từ này, đặc biệt xói lở Vì cồn cát có ý nghĩa quan trọng để bảo vệ bờ biển Hà Lan, biến đổi chậm vị trí cồn cát theo dõi cẩn thận nhiều thập niên Hình 23.3 mức độ dịch chuyển trung bình 10 năm chân cồn cát 179 địa điểm dọc bờ biển Hà Lan khoảng thời gian kỷ Chỉ có thay đổi tương đối hình đó; điểm zero thang tỷ lệ lấy hoàn toàn tuỳ tiện Hình 23.3 Biến đổi cồn cát địa điểm bờ biển Hà Lan Hình 23.3a, khoảng 10 km phía nam Den Helder, tượng xói lở liên tục vào khoảng 1.3 m/năm, 31 km phía nam hình 180 23.3b - cồn cát giữ ổn định Gần Bloemeldaal, cách Den Helder 62 km phía nam, cồn cát bồi đắp vào khoảng 0.6 m/mỗi năm - hình 23.3c Ngay phía bắc Scheveningen - hình 23.3d tượng bồi đắp chậm ban đầu chuyển sang bị xói khoảng 1.4 m/năm sau năm 1900 Điều thú vị xét đến kiện công trình bảo vệ bờ - tường chắn biển mỏ hàn đà xây dựng Scheveningen vào đầu kỷ Điểm đo đạc hình nằm cách mép công trình khoảng km phía bắc Hình 23.4 Dịch chuyển chân cồn cát dọc bờ biển Hà Lan thÕ kû qua H×nh 23.4 chØ sù chun đổi toàn vùng bờ kỷ Các chữ từ a đến d trục ngang vị trí đồ thị hình 23.3 Khác với nguyên nhân xói lở cồn cát thời kỳ bÃo, biến đổi bờ vừa mô tả gây chủ yếu vận chuyển trầm tích dọc bờ Những biến đổi bờ xẩy liên quan đến gradient khả vận chuyển dọc bờ Hiện tượng bồi lấp thường suy giảm khả vận chuyển xói lở gia tăng khả vận chuyển dọc bờ Những biến đổi vừa mô tả hình 23.3 23.4 chân cồn cát đặc trưng cho toàn trắc ngang bÃi Nếu giả thiết trắc ngang tổng thể bao gồm cồn cát cao khoảng 20 m biến đổi bÃi cồn cát m năm dẫn đến gradient khả vận chuyển dọc bờ vào khoảng 20000 m3 năm km Khi mở rộng đáng kể khoảng cách thể tích cát di chuyển lớn Ví dụ, 40 km, tốc độ xói lở m/1 năm dẫn tới tăng khả vận chuyển trầm tích cỡ 800000 m3/năm 181 Đặc biệt tương xói lở có tầm quan trọng lớn an toàn lâu dài cho vùng bờ bảo vệ cồn cát Trong thường xuyên lý giải nguyên nhân biến đổi bờ chậm hay dự báo mức độ xác nó, cần phải cố gắng xác định xu tại, ngoại suy chúng, cố gắng đưa hậu xẩy Thông thường, tượng xói lở thường dự đoán trước, phát triển đường bờ quy hoạch với biến đổi bờ có khả xẩy Các vấn đề trở nên khó khăn thường nhạy cảm để muộn việc quy hoạch cho biến đổi bờ tự nhiên Khi đó, công trình bảo vệ bờ nhân tạo giải pháp đáng xem xét Tuy nhiên có lựa chọn khác từ bỏ khu vùc nµy Sù lùa chän thø hai nµy cã thể kinh tế thời kỳ dài số tình định Các công trình bảo vệ bờ thảo luận sâu chương sau Tuy nhiên, trước hết kết thúc chương với việc thảo luận khả dự báo biến đổi bờ bảo vệ cồn cát 23.5 Phương pháp phân tích Những thảo luận phần trước chương giới hạn vào tập tính cồn cát trắc ngang đơn Bây giờ, sử dụng phát triển phương pháp đa đường chương trước nhằm cách phân tích toàn bờ có cồn cát bảo vệ Vì phương pháp đa đường liên quan đến vận chuyển trầm tích ngang bờ dọc bờ, nên sử dụng cách có kết để phân tích hạn ngắn hạn dài Tuy nhiªn nã cã thĨ trë nªn cång kỊnh cho việc phân tích hạn ngắn địa mạo bờ bị chi phối vận chuyển ngang Phương pháp mô hình đa đường cải tiến liên quan đến việc cho phép tính đến lượng cát vào bÃi từ cồn cát (Chúng ta nhớ lại từ chương 22 phương trình 22.02 không đưa dòng cát vào đới sóng đổ theo hướng ngang bờ) Bây cho cát đưa vào đới vận chuyển dọc bờ gần với cồn cát thông qua việc bỏ hạn chế Syo luôn không Tuy nhiên, điều kiện biên cần phải thay cách mô tả khả thi trình biến đổi cồn cát Điều tiến hành dựa vào độ dốc tương tự tất vận chuyển ngang khác Tuy nhiên, đây, tồn hai khác biệt quan träng Tr­íc hÕt, c¸c cån c¸t cã xu h­íng đổ sập (cave in) xói lở lượng lớn cát lắng đọng phần bÃi Mô hình cần làm Điều thu theo bước, chẳng hạn lượng cát cho trước lắng ®äng phÝa trªn cïng cđa b·i ®é dèc cđa cồn cát trở nên lớn Khối lượng cát phụ thuộc vào tính chất cát độ cao cồn cát thông qua xấp xỉ phân tích vòng tròn trượt (slip circle analysis) quen thuộc đối 182 với kỹ sư móng Điều tạo gián đoạn cung ứng cát trái với quan niệm Swart Vấn đề thứ hai vận chuyển cát từ bÃi tới cồn cát tượng hoàn toàn khác (và độc lập) gió Trong chấp thuận dạng hàm vận chuyển liên tục, ta có hiểu biết bồi đắp cồn cát để xác định tham số cần thiết vận chuyển cát phía cồn cát Do nghiên cứu bờ bị xói lở với cung ứng cát theo dạng vòng tròn trượt dẫn đến mô tả toán học Syo dạng đặc biệt Ngoại suy phương trình 21.06 với kí hiệu ch­¬ng 21: S y0  NÕu (W0  ( L1 L0 )) (23.02) nÕu (W0  ( L1  L0 ))  S y S cc (23.03) Wo khoảng cách tương ứng với độ dốc cồn cát vừa ổn định, Lo khoảng cách đặc trưng cho cồn cát, Scc lượng cát lắng đọng phần bÃi khoảng thời gian thông qua tượng đổ sập Do Scc thông thường lớn, phần bÃi mở phía trước cung ứng từ cồn cát Điều tự động khôi phục tình trạng 23.02 khởi đầu trình tăng vận chuyển ngang tới đới nước sâu Trong thời kỳ thời tiết êm ả cát cung cấp từ bÃi biển tái tạo lại cồn cát, dạng hàm vận chuyển cát liên tục - gần với phương trình 21.06 thay cho 23.02 23.03 183 24 Các công tác bảo vệ bờ E.W Bijker, J v.d Graaff, W.W Massie 24.1 Mở đầu Chương trước hết đề cập đến phương thức khác theo người gây ảnh hưởng tới trình tự nhiên xẩy dọc bÃi biển có ý tới hậu hình thái biến đổi khác người tạo lên chi tiết cấu tạo công trình Khía cạnh sau nói chung thuộc lĩnh vực công trình thuỷ lực kỹ thuật bờ Những nguyên lý hậu hình thái học biến đổi khác người tạo thảo luận phần sau Cũng có không đáng ngạc nhiên phần lớn công trình gắn liền đến bÃi bị xói Các bờ bồi đắp có vấn đề đặt 24.2 Cung ứng cát Chắc có lẽ giải pháp đơn giản đáng tin cậy trì bÃi bị xói lở cung ứng cát từ nguồn khác nhau; nhiên có số phương pháp khác để giải vấn đề Phương pháp dường trực tiếp chuyển cát vào vị trí hướng bờ đường sóng đổ thông qua hoạt động nạo vét Vì cát đổ vào vùng nước nông vào bÃi khô, có số loại máy hút thuỷ lực có khả ®ỉ c¸t qua ®­êng èng dÉn - xem tËp chương 16 Thỉnh thoảng cát cung ứng lấy từ dự án nạo vét cục tiến hành mục đích khác; nạo vét để mở rộng cảng ví dụ tốt công việc Trong trường hợp chi phí nuôi dưỡng có lẽ tối thiểu, đòi hỏi kinh phí phụ nhằm kéo dài đường ống dẫn Một nguồn cung ứng khác sử dụng cát nạo vét từ bÃi bồi gần (Thông thường, xói lở bÃi kèm theo bồi lắng bÃi khác gần đó) Hiện tượng xói lở bồi đắp lên hai phía cửa vào cảng ví dụ thuộc loại Trong khứ, công trình cố định vĩnh cửu kèm theo trang bị nạo vét xây dựng bÃi bồi đới sóng đổ để thu cát vận chuyển dọc bÃi bơm vào vùng bờ bị xói cách tương đối liên tục có công trình chuyển rẽ cát đà mô tả tập Cẩm nang bảo bờ Đáng tiếc công trình thường có thành công mỹ mÃn Chúng đà không định vị xác để thu nhận cung ứng đầy đủ cát 184 bÃo mạnh làm cho chúng bị chìm sâu vào cát hoạt động ống dẫn đổ cát từ công trình thường lắp đặt vĩnh cửu qua cửa vào cảng, kết ống dẫn hoàn toàn nằm chìm sâu dạng ống hình chữ U - bị tắc cát trường hợp hỏng bơm đột ngột đường ống dẫn chứa đầy hỗn hợp nước cát Việc lắp đặt cố định gây tồn đọng nhiều vốn đầu tư cho mục đích Như vậy, kinh tế hiệu chuyển cát thiết bị nạo vét thông thường Những thiết bị sử dụng để chuyển cát lúc có yêu cầu lúc không cần sử dụng cho mục đích khác Không thiết phải lấy cát từ bên vùng sóng đổ bình thường (thời tiết êm ả) Nếu tàu nạo vét tạo hố sâu rÃnh song song với đường bờ sát biên đới sóng đổ thời tiết yên tĩnh cát chuyển vào hố vận chuyển dọc theo trắc ngang cđa b·i Lý thut vËn chun ®a ®­êng cã thể dược sử dụng để nghiên cứu toán vận chuyển Nếu hố sâu nạo vét nhiều liên tục, điều kiện biên lời giải địa hình bờ hố đào không thay đổi lượng cát vào vùng hố đào biến cách đơn giản Cũng vậy, mô hình đa đường dùng để mô tập tính cát cung ứng cho bÃi bị xói lở Nếu hệ số cần thiết xác định được, thông qua trình từ mô đến thí nghiệm hình thức mò mẫm điểm lấy cát xả cát khác để chọn vị trí thích hợp Khi sẵn cát bÃi khu vực có hoạt động nạo vét khác cần phải lấy cát từ vùng xa bờ Vị trí lựa chọn cần đủ xa bờ (thường vài hải lí) để trình bÃi không làm ảnh hưởng Thông thường cát nạo vét vùng tương đối lớn đảm bảo hạn chế ảnh hưởng lên địa hình vùng xa bờ Mặt khác việc nạo vét trải rộng tăng ảnh hưởng lên công nghiệp đánh bắt hải sản địa phương Điều bất lợi phương pháp cung ứng cát nêu đặc trưng dài hạn chúng Cát cần phải cung ứng lâu dài theo khoảng đặn Trong ®ã viƯc ®Çu t­ tiỊn vèn ban ®Çu cã thĨ thấp, chi phí toàn lớn thời gian vận hành lâu dài Cát cung ứng từ đất liền Trong vận chuyển cát qua đất liền trở nên đắt đỏ, sở cung ứng liên tục cho bÃi biển bị xói lở chậm, có khả tiết kiệm củng cố bờ bảo vệ c¸c cån c¸t VÝ dơ, chun c¸t xung quanh c¸c cồn cát làm thấp xuống mở rộng mặt nghiêng chúng làm cho chúng trở nên lâu bền giảm thiểu khả cát tương lai Mặt khác, việc tăng độ cao đỉnh cồn cát nhờ chuyển cát lên phía trước cần thiết, trình lùi lại toàn thể đường bờ cần giảm thiểu (xem chương 23) Rõ ràng rằng, biện pháp nhằm mục đích cải thiện bÃi thời kỳ ngắn, thường đắt đỏ cho hạn dài Nếu cồn cát dọc bờ phát triển lên từ từ nhờ nguồn cát gió mang tới, việc xây dựng đê chắn gió trồng bÃi cỏ khác 185 thành công việc kích thích cồn cát hình thành trì hình dạng mong muốn Tập I Cẩm nang bảo vệ bờ đà mô tả số loại cồn cát bảo vệ tăng cường Phương pháp bảo vệ trở nên cần thiết bờ bồi lắng nhằm ngăn chặn vận chuyển cát gió vào phía đất liền, trình gây nên hậu không mong muốn hoạt động cuả người thông qua đất đai canh tác hay đường giao thông Tính tiện ích dễ nhận thấy thực tế tất sơ đồ nuôi dưỡng bÃi thân nuôi dưỡng bÃi đó; công việc giống tự nhiên hậu công việc phần bờ lân cận có khả tốt số tất phương pháp bảo vệ ý nghĩa nhận xét cưối trở nên rõ ràng chương 24.3 Mỏ hàn Mỏ hàn chứng tỏ hiệu ổn định bờ bị xói lở có gradient dương vận chuyển cát dọc bờ Để có hiệu hoàn toàn, mỏ hàn cần phải kéo dài toàn đới sóng đổ với cao độ mực nước tĩnh, nhiên, thông thường cần làm gián đoạn phần vận chuyển trầm tích dọc bờ đủ để đạt tính ổn định bÃi, mỏ hàn thấp hơn, ngắn chấp nhận Các mỏ hàn Scheveningen, Hà Lan thuộc dạng sau Trong thời kỳ bÃo mạnh vào năm 1976 - mỏ hàn đà hoàn toàn nằm sâu nước Khoảng cách mỏ hàn với độ cao, độ dµi cđa chóng vµ h­íng tíi cđa sãng cịng quan trọng hiệu chúng Vì đường bờ mỏ hàn tự định hướng nhiều song song với đỉnh sóng tới, bÃi bắt buộc phải chịu đỉnh sóng tới song song bảo vệ cách thoả đáng nhờ mỏ hàn cách không xa Hình 24.1 dạng bờ với mỏ hàn đặt cách 900 m Khoảng cách rộng Cần ý tới việc bÃi nằm mỏ hàn gần thẳng không song song víi ®­êng bê; gãc tíi cđa sãng (tÊt sóng xuất phát từ hướng này) rõ ràng Đối với trường hợp tới hạn khác, mỏ hàn đặt theo khoảng dọc bờ tương đương độ dài chúng Do chi phí cao cho việc xây dựng mỏ hàn, điều quan trọng chúng phải thiết kế xác đặt khoảng cách xác Không có nguyên lý chung đơn giản đưa để xác định khoảng cách mỏ hàn Tuy nhiên, nghiên cứu hậu hình thái học sơ đồ lắp đặt mỏ hàn khác sử dụng mô hình đa đường nhằm xác định kích thước tối ưu cho tập hợp mỏ hàn Nếu muốn có kết xác mô phỏng, cần có mô hình đầy đủ hơn, ảnh hưởng mỏ hàn lên thành phần sóng tới cần phải đưa vào tính toán - xem chương 16 19 Các chi tiết xây dựng tập hợp nhiều cấu trúc mỏ hàn đà dẫn tËp I cđa CÈm nang b¶o vƯ bê 186 Vậy hệ dÃy mỏ hàn việc trì đường bờ sao? Cát tiếp cận dÃy mỏ hàn từ phía đầu dòng dọc theo bờ bị dừng mỏ hàn đầu tiên; bồi lắng xẩy Khi bồi lắng đà tới mép mỏ hàn thứ nhất, cát qua vào khoảng không gian mỏ hàn thứ mỏ hàn thứ hai, v.v.Nếu bờ bảo vệ dài, tốt hết không tính vật liệu dọc đường qua toàn mỏ hàn bảo vệ thời gian dài Hình 24.1 Mỏ hàn bảo vệ bờ, New Jersey, Hoa Kỳ Điều xẩy phần cuối dòng qua mỏ hàn cuối cùng? có vận chuyển cát đánh giá đới sóng đổ (nhắc lại vận chuyển cát tăng däc bê dÉn tíi xãi lë b·i nh­ chóng ta đà dẫn trước xây dựng mỏ hàn) cát chuyển qua vị trí mỏ hàn cuối Kết dẫn đến xói lở mạnh, tất cát trước lấy dọc theo bờ bảo vệ gây xói lở phần tương đối nhỏ bờ nằm phần cuối dòng sau mỏ hàn cuối Việc xói lở đến lượt lại bảo vệ mỏ hàn bổ sung, nhiên có nhiều mỏ hàn đà xây dựng nên, bắt gặp thêm vấn đề tương tự nơi khác Các mỏ hàn lại đẫ làm nẩy sinh vấn đề khác Mặc dù vậy, việc xây dựng mỏ hàn hữu ích Bằng việc làm ổn định phần bÃi, vấn đề xói lở tập trung vào đoạn bờ bé Rất xói lở đoạn bờ riêng xác định Mặt khác, 187 chọn vị trí gần với nguồn cung ứng cát từ bên thuận tiện cho việc nuôi dưỡng bờ bÃi Điều quan trọng cần nhắc lại mỏ hàn có tác dụng không lớn việc ngăn cản vận chuyển ngang trầm tích vào hay xa bờ Thực vậy, vận chuyển cát ngang đà gây xói lở mạnh phần bờ biển Hà Lan bÃo mạnh mỏ hàn đà xây dựng theo khoảng dọc bờ Những công trình làm hạn chế vận chuyển ngang thảo luận phần sau 24.4 Tường chắn Tường chắn cấu trúc lớn xây dựng song song với đường bờ nhằm c¶n trë vËn chun vËt liƯu tõ bê phÝa biển Hình 24.2 Cồn cát tăng cường tường chắn Các công trình thường khối nguyên đà xây dựng dọc bờ Hà Lan Scheveningen Các cấu trúc mềm bảo vệ dốc thiết kế; công trình bảo vệ bờ phần đảo Jersey thí dụ Trong trường hợp cụ thể, tường chắn xây dựng dÃy cồn cát nhằm giảm thiểu xói lở cồn cát Vấn đề quan trọng thiết kế tường chắn đánh giá độ sâu cực đại xói lở khu vực chân công trình Thông tin đảm bảo sống việc phân tích địa kỹ thuật tường xây dựng Vậy làm để giải vấn đề này? Đương nhiên loại tường chắn đảm bảo cần thiết Tường mềm dạng phủ cố định- xây dựng đảo Jersey trường hợp Tại vấn đề xói lở công trình xây dựng đá cứng Chỉ có cát từ khu vực xung quanh sử dụng để lấp phía sau tường này! Tuy nhiên đảm bảo chắn 188 khả vận chuyển cát sóng, vật liệu đáy dịch chuyển nên vấn đề nẩy sinh thêm 24.5 Các khối chắn sóng rời Các tường chắn mô tả phần xây dựng bÃi sau bÃi Đôi khi, người ta muốn xây dựng dÃy khối chắn sóng rời khơi song song với bờ Từ rời sử dụng theo nghĩa không liên kết với bờ khả chia thành mảng Hình 28.7 tập I cho ta thấy loạt phận phá sóng xây dựng Hoa Kỳ thập niên gần Các khu vực bờ Israel bảo vệ theo cách tương tự Vậy điều xẩy khối chắn sóng gây nên trình bờ? Nhóm khối chắn sóng không ngăn chặn dòng vận chuyển trầm tích dọc bờ theo cách mà mỏ hàn gây nên Thay vào đó, chúng làm biến đổi thành phần sóng chúng bờ; gây ảnh hưởng lên thành phần dòng chảy lẫn dòng trầm tích dọc ngang bờ Do độ cao sóng bị suy giảm phía đê chắn sóng thông qua tán xạ khúc xạ, khả cung ứng cát phía đê chắn sóng bị giảm dẫn đến tượng lắng đọng từ dòng ngược phía khuất đê chắn sóng Tiếp đến, thành phần nhiễu khúc xạ phía sau đê chắn sãng cịng biÕn ®ỉi gãc tíi cđa sãng so víi ®o¹n ®­êng bê Nh­ vËy, sãng tíi theo mét gãc đồng thời với khúc xạ phía cuối đê tạo nên vùng bóng Chuyển động ngang cát bị hạn chế số trường hợp Điều xẩy ra, ví dụ, miền đê chắn sóng vùng bờ Israel gần Tel Aviv Về nguyên lí, tính toán biến đổi bờ trường hợp cách sử dụng lí thuyết đa đường Tuy nhiên việc làm không dễ dàng chút Những biến đổi nhanh của điều kiện sóng yêu cầu cân lực chặt chẽ phục vụ tính toán vận tốc dòng dọc bờ xem mục 16.6 Mặt khác, khó làm biến đổi lực ma sát đáy công thức vận chuyển trầm tích tính đến thành phần sóng Cuối cùng, biến đổi bÃi gây tác động lên thành phần khuyếch tán dẫn đến yêu cầu tính toán lặp lại điều kiện sóng Một cách tiếp cận khác sử dụng mô hình vật lí Vấn đề gặp nhiều khó khăn Nhằm mục đích tái hiện tượng liên quan cách đắn nhất, cần phải sử dụng mô hình nguyên mẫu Ngoại trừ mô hình lớn, nhìn chung hiệu ứng tỷ lệ gây nên vấn đề cần giải Trong số điều kiện định thường có khả gây khó khăn cho việc dự báo, ngoại trừ nghiên cứu chuyên sâu, cát lắng đọng phía khối chắn sóng đạt tới khối tạo tombolo Một số điều kiện định bao gồm điều kiện sóng độ dài khối chắn sóng, kích thước khoảng cách đến bờ gốc Nếu tượng bồi lắng đạt đến khối chắn sóng, tất dòng chảy dọc bờ đê chắn sóng bị chặn lại Điều dẫn đến tích tụ vật thể kéo theo suy thoái giá trị tái sinh bÃi Mặt khác, bờ tích 189 tụ gần đê chắn sóng chưa đạt đến đê- cường độ dòng chảy dọc bờ tổng cộng dẫn đến bÃi nhiỊu bËc rÊt nguy hiĨm cho ng­êi t¾m Trong mét số trường hợp, tombolo không phát triển phía nước lẫn phía đê chắn sóng Vùng nước nông phát triển rộng với tính bất đồng đường bờ đoạn bờ thẳng trước kết khối đá ngầm nằm bờ High Pine Ledge, Plymouth 24.6 Kiểm soát bồi lắng Các mục chương chủ yếu liên quan đến bờ bị xói lở biện pháp ổn định chúng Tuy nhiên lúc có vấn đề liên quan đến xói lở Đôi trình bồi lắng lại cần kiểm soát nhằm mục đích không cho chúng vượt qua khu vực đà bị bồi Một ví dụ tiếng doi cát vượt chuyển dịch cát qua mép đê chắn sóng xây dựng nhằm bảo vệ cửa vào cảng nạo vét Các phương pháp dự báo định lượng cát qua công trình chắn sóng theo lí thuyết đơn đường dẫn chương 20 Tuy nhiên có phải phương pháp tốt ngăn chặn dòng vận chuyển cát không mong muốn hay không? Vấn đề tương tự đà minh hoạ phần thông qua hình 24.3 Trên đó, tượng bồi lắng đà bị điều khiển trình đổi dòng cuối đê chắn sóng điểm A Điều dễ hiểu góc bÃi bồi nhỏ điểm xem chương 20 Hình 24.3 Cát thoát khỏi vùng bồi lắng với biện pháp chống trả Một khả khác ngăn chặn chuyển hướng cát cách kéo dài đê chắn sóng phía biển điểm A đà đường đậm hình 24.3 Việc xây dựng thêm cần đặt đê phá sóng gốc xây dựng đà bị loại bỏ nguyên nhân giá công trình liên quan đến độ sâu lớn Tất nhiên, việc phát triển điểm A dẫn đến chuyển dòng tức thời 190 đảm bảo ổn định diện tích lắng đọng phát triển đến mép đê chắn sóng Hình 24.4 cho ta thÊy sù ph¸t triĨn cđa vËn vËn chuyển cát vượt qua đầu đê chắn sóng dựa sở phương trình 20.49 kết hợp với bảng 20.2 Nếu cho việc phát triển đê chắn sóng điểm A đủ dài để ngăn vận chuyển cát qua cuối đê chắn sóng thời điểm 1,5 lần thời gian gốc t1, từ đường cong kí hiệu A hình 24.4 tính theo theo giá trị thang thời gian tương tự tính đường cong Hình 24.4 Phát triển vận chuyển qua đỉnh đê chắn sóng Giải pháp kỹ vấn đề xây dựng dạng mỏ hàn địa điểm thượng nguồn tính từ đê chắn sóng bờ bồi tụ - điểm B hình 24.3 Việc xây dựng mỏ hàn ngăn chặn dòng vận chuyển cát qua điểm B không vượt qua A, đà dẫn phần đầu nghiêng đường cong B hình 24.4 Như lượng cát qua điểm A gây xói lở từ phần bờ B A đến góc sóng tới A trở lại Tuy nhiên, cuối cát qua đầu mỏ hàn B tất cát vượt qua điểm A; phần số giữ lại A B phát triển đoạn bờ Như vậy, phần phát triển đường B hình 24.4 nằm đường A Khác với đường cong khác, đường B đưa cách hình thức hình 24.4; dạng xác đường cong phụ thuộc vào khoảng thời gian mỏ hàn phụ xây dựng (t/t1=1,20 dẫn ra), độ dài mỏ hàn, khoảng cách A-B Tuy nhiên, phương pháp mô đa đường vừa trình bày sử dụng dự báo tập tính cđa má hµn 191 ... +dSxi) dt + Syi-1 dxdt Syi dxdt = dxdyhi (2 2.0 1) 171 Do kh«ng cã cát chuyển ngang ngoại trừ đới ®ã: S y0  S yN  (2 2.0 2) Việc sử dụng công 20 . 02 20.03 ®óng (2 2.0 1), ta thu ®­ỵc: S xi y  S y (i... trình (2 2.0 3) chuyển thành phương trình liên tục tổng quát Hình 22 .3 Các tương quan phương trình liên tục Các hạng thức Sy(i- 1) Syi phương trình (2 2.0 3) đánh giá theo phương trình dạng (2 1.0 6) phương... chuyển cát dọc theo đường bờ x hợp phương pháp trình bày mục 20 .3 Như vậy, việc sử dụng mở rộng kết dẫn đến: S xi S xi i 0 (2 2.0 4) x i x vµ ? ?2 y i  - 2i x x (2 2.0 5) i góc tới tức thời sóng