slide nghiên cứu hiện tượng xói lở và bồi tụ của cảng lạch huyện và lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp FULL FILE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG XÓI LỞ VÀ BỒI TỤ CỦA CẢNG LẠCH HUYỆN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHỊNG CHỐNG THÍCH HỢP NGƯỜI THỰC HIỆN KS DƯƠNG VĂN BÌNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGUYỄN HUY PHƯƠNG MỞ ĐẦU   Tính cấp thiết đề tài Hải Phòng thành phố cảng công nghiệp quan trọng, cực tăng trưởng tam giác kinh tế trọng điểm phía Bắc gồm Hà Nội, Hải Phòng Quảng Ninh, đầu mối giao thơng đường biển phía Bắc và trung tâm kinh tế, văn hố, giáo dục, khoa học cơng nghệ vùng duyên hải Bắc Bộ Cảng Hải Phòng là một cụm cảng biển tổng hợp cấp quốc gia, Chính phủ nâng cấp Cảng Hải Phòng nằm tuyến đường giao thông biển, kết nối Singapore với Hồng Kông và cảng Đông Á và Đông Bắc Á Theo quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam giai đoạn đến năm 2020, định hướng đến năm 2030, cảng biển Hải Phòng xác định cảng tổng hợp quốc gia, cửa ngõ quốc tế loại IA, khu Cảng Lạch Huyện khu cảng đặc biệt quan trọng Dự án Cảng Lạch Huyện xây dựng từ phía Nam cửa Lạch Huyện, địa bàn huyện đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng, dọc tuyến luồng vào cảng đến độ sâu tự nhiên -3,0m; chiều dài toàn tuyến luồng khoảng 18km với đáy luồng tàu -14m Theo thiết kế, Cảng Lạch Huyện đầu tư sở hạ tầng công nghệ bốc xếp đồng đại có khả tiếp nhận tàu container trọng tải lớn từ 4.000 đến 6.000 TEU lên đến 8.000 TEU (tương đương với tàu trọng tải 100.000 hoạt động tuyến vận tải biển xa) Cảng Lạch Huyện nằm hệ thống cảng biển Hải Phòng, chịu chi phối mạnh mẽ hệ thống sông động lực biển Hàng năm cửa sông tải biển khối lượng bùn cát lớn Cửa Lạch Huyện 0,4 triệu tấn/năm, cửa Nam Triệu 3,6 triệu tấn/năm, cửa Lạch Tray 0,6 triệu tấn/năm, cửa Văn Úc 6,2 triệu tấn/năm Nguồn sa bồi mặt tham gia vào trình thành tạo bar, bãi chắn cửa sơng, mặt tham gia vào dòng bùn cát ven bờ gây sa lắng luồng tàu Mặt khác, khu cảng Lạch Huyện nói riêng luồng tàu vào cảng Hải Phòng nói chung nằm vùng vịnh nửa hở với chế độ thủy thạch động lực phức tạp gây xói lở, bồi tụ xen kẽ thay đổi theo mùa Kết thực đo tính tốn cho thấy đoạn từ cửa kênh Cái Tráp đến Xuân Đán ổn định, mức độ bồi lắng không đáng kể đặc biệt đoạn từ Bến Gót đến Xuân Đán Tuy nhiên đoạn từ Xuân Đán đến đường đẳng sâu -4,0 m bị sa bồi mạnh, có thời điểm lên tới ≈1,0 m, đoạn từ đường đẳng sâu -4,0 m trở mức độ sa bồi có giảm hơn, vào khoảng 0,54 m [12] Từ lý nêu trên, việc nghiên cứu xói lở bồi tụ khu vực Cảng Lạch Huyện, lựa chọn giải pháp thích hợp phòng chống xói lở, bồi tụ bảo vệ bờ biển có tầm quan trọng ý nghĩa đặc biệt Kết nghiên cứu đề tài nhằm làm sáng tỏ q trình xói lở, bồi tụ khu vực nghiên cứu, dự báo phát triển q trình tương lai, góp phần cho công tác quản lý, quy hoạch xây dựng cơng trình ven biển cơng trình bảo vệ bờ biển… Vì “Nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ Cảng Lạch Huyện lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp” có tính cấp thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hiện tượng xói lở, bồi tụ khu vực Cảng Lạch Huyện - Phạm vi nghiên cứu: Khu vực nghiên cứu khu vực dự kiến xây dựng Cảng Lạch Huyện, giới hạn kênh Cái Tráp phía Bắc, chương Hàng Dày phía Tây, bờ đảo Cát Bà phía Đơng kéo dài phía biển 18km Mục tiêu đề tài - Làm sáng tỏ nguyên nhân, chế hình thành tượng xói lở, bồi tụ khu Cảng Lạch Huyện - Dự báo q trình xói lở bồi tụ Cảng Lạch Huyện lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm địa chất, địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, thủy hải văn, hệ sinh thái, hoạt động kinh tế xã hội khu vực Cảng Lạch Huyện - Nghiên cứu nguyên nhân, chế quy luật hoạt động xói lở, bồi tụ - Mơ q trình thủy thạch động lực (Sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát) cho khu vực nghiên cứu mô hình MIKE - Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp khoa học cơng nghệ thích hợp phòng chống xói lở, bồi tụ bảo vệ đường bờ biển khu vực nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Để thực mục đích nội dung nêu trên, đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Thu thập hệ thống hóa tài liệu - Phương pháp phân tích hệ thống nhằm thống kê, phân tích, đánh giá tác nhân gây xói lở, bồi tụ khu vực nghiên cứu - Bản đồ, viễn thám hệ thông tin địa lý (GIS): Nghiên cứu biến động đường bờ, theo dõi, đánh giá trạng diễn biến trình vận chuyển, bồi lắng bùn cát vùng cửa sông ven biển luồng tàu vào cảng dựa vào tư liệu ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh, ảnh máy bay) qua thời kỳ khác - Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát, đo đạc trường nhằm bổ sung tài liệu kiểm tra kết nghiên cứu Khảo sát, đo đạc thường xuyên điểm, trạm quan trắc theo dõi trình vận chuyển, bồi lắng bùn cát vùng cửa sông ven biển sa bồi luồng tàu vào cảng - Phương pháp mơ hình tốn với cơng nghệ tin học đại: Mơ q trình thủy thạch động lực vùng ven biển, cửa sơng Mơ hình động lực vận chuyển, lắng đọng bùn cát; mơ hình dự báo vận chuyển, bồi lắng bùn cát khu vực cửa sông luồng tàu trước sau xây dựng công trình Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết nghiên cứu luận văn có ý nghĩa định hướng cho việc quy hoạch, xây dựng, khai thác hợp lý – bảo vệ môi trường địa chất khu vực xây dựng cảng Lạch Huyện Cơ sở liệu sóng, gió nguồn tài liệu tin cậy tham khảo sử dụng thiết kế, thi cơng cơng trình đới ven biển Kết luận văn làm tài liệu giảng dạy lĩnh vực Địa chất cơng trình (ĐCCT) – Địa kỹ thuật CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG XÓI LỞ VÀ BỒI TỤ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM   1.1 Tổng quan nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ Thế giới 1.1.1 Tổng quan bồi tụ - xói lở số đồng châu thổ Thế giới Đồng châu thổ Mississipi (Bắc Mỹ) đồng châu thổ lớn giới, hình thành điều kiện khí hậu bán nhiệt đới Đồng châu thổ Mississipi phát triển bồi lấp thùy châu thổ Cơ chế bồi tụ lấn biển diễn sau: Các cồn cát hình lưỡi liềm hình thành phía trước chi lưu, phần cồn bồi lấp nhanh, sau cồn bị phá hủy thời kỳ lũ lớn hình thành cồn xa phía biển Đường bờ lấn biển với tốc độ trung bình 77m/năm Một đồng châu thổ lớn khác hình thành điều kiện khí hậu bán nhiệt đới đồng châu thổ Hoàng Hà (Trung Quốc Theo kết nghiên cứu CCOP (1996), đồng châu thổ Hoàng Hà phát triển biển với khối trầm tích dạng vòng cung quạt Nhiều đoạn bờ có chế độ bồi tụ xói lở luân phiên Tốc độ bồi tụ lấn biển trung bình khoảng 800m/năm Vào mùa lũ, đường bờ bồi tụ, ngược lại vào mùa khơ, trầm tích lắng đọng chỗ làm tắc cửa sơng, gây xói lở mạnh khu vực phía bắc [30] Đồng châu thổ lớn Nam Mỹ sông Orinoco Đồng nằm vùng khí hậu nhiệt đới, hình thành bồi đắp bùn cát hạt mịn vận chuyển từ vùng đất thấp phần lớn khác từ sông Amazon Phía bắc châu thổ bãi triều bùn bồi tụ mạnh Phía nam cửa sơng chết cung cấp bùn cát từ phía đơng Đồng châu thổ đại sông bắt đầu phát triển từ khoảng 8000 năm trước với tốc độ lấn biển 2km/100 năm 1.1.2 Tổng quan xói lở bờ biển Thế giới Từ năm thập kỷ 50 kỷ XX, xói lở bờ biển ghi nhận tượng có quy mơ tồn cầu, gây nhiều thiệt hại người cải, vật chất Ở Tây Âu, bờ biển chủ yếu bờ đá gốc bờ cát Theo xu phát triển, đường bờ chia thành kiểu: Ổn định, xói lở, bồi tụ không rõ xu phát triển Do đường bờ chủ yếu đá gốc nên chiều dài bờ ổn định lớn Tiếp theo, chiều dài đoạn bờ bị xói lở chiếm ưu đáng kể so với bờ bồi tụ Bảng 1.1 cho thấy tổng số 21.972km bờ biển 11 nước châu Âu có 6.244km bờ biển bị xói lở Đặc biệt Pháp, Hy Lạp Italia có tới 1.000km bờ biển có xu bị xói lở 4.2.3.2 Mơ trường sóng có ảnh hưởng dòng chảy Kết mơ trường sóng hướng Nam thể hình 4.26 (khi triều dâng) 4.27 (khi triều rút) Hình 4.26 Trường sóng hướng Nam triều dâng Hình 4.27 Trường sóng hướng Nam triều rút Kết mơ trường sóng hướng Đơng Nam thể hình 4.28 (khi triều dâng) 4.29 (khi triều rút) Hình 4.28 Trường sóng ĐN triều dâng Hình 4.29 Trường sóng ĐN triều rút Kết mơ trường sóng hướng Tây Nam thể hình 4.30 (khi triều dâng) 4.31 (khi triều rút) Hình 4.30 Trường sóng Tây Nam triều dâng Hình 4.31 Trường sóng Tây Nam triều rút Để phân tích đánh giá hiệu cơng trình chỉnh trị, ta tiến hành so sánh số liệu trích rút mực nước, sóng, lưu tốc dòng chảy số điểm đặc trưng Các điểm nghiên cứu lấy vị trí A1, A2, A3, A4 (hình 4.32) Hình 4.32 Sơ đồ vị trí điểm trích rút Trong - A1: Điểm thuộc vị trí bến Gót - A2, A3: Điểm nằm luồng Lạch Huyện - A4: Điểm nằm cửa Lạch Huyện Kết trích số liệu mực nước cho thấy giá trị mực nước điểm khảo sát trước sau có cơng trình chênh lệch ít, đặc biệt thời kỳ triều lên Tại thời điểm triều rút, giá trị mực nước trước sau có cơng trình chênh khoảng 0,5m Càng vào sâu sơng giá trị mực nước tăng Giá trị mực nước điểm nghiên cứu thể bảng 4.3 Bảng 4.3 Các giá trị trích mực nước điểm nghiên cứu   Trước có cơng trình Sau có cơng trình Điểm Hmin Hmax Biên độ Hmin Hmax Biên độ A1 -1,00 1,93 2,93 -1,54 1,92 3,46 A2 -1,11 1,92 3,03 -1,72 1,89 3,61 A3 -1,12 1,91 3,03 -1,84 1,83 3,67 A4 -1,06 1,86 2,92 -1,71 1,85 3,56 Để có nhìn định lượng phân bố lưu tốc khu vực nghiên cứu, tiến hành khảo sát biến đổi lưu tốc lớn nhỏ điểm trích rút trước sau có cơng trình chỉnh trị (Bảng 4.4) Bảng 4.4 Các giá trị lưu tốc điểm trích rút (m/s)   Có cơng trình Khơng có cơng trình ∆V Điểm Vmax Vmin Vmax Vmin ∆Vmax ∆Vmin A1 0,2789 0,0010 0,2795 0,0013 0,0006 0,0003 A2 0,3378 0,0009 0,3238 0,0018 0,0140 0,0009 A3 0,4957 0,0041 0,3730 0,0055 0,1227 0,0014 A4 0,4820 0,0024 0,3557 0,0044 0,1263 0,0020 Như có cơng trình lưu tốc dòng chảy có xu lớn Điều giải thích co hẹp mặt cắt ngang xây dựng cơng trình khiến cho lưu tốc dòng tăng lên Một vấn đề đáng lưu tâm xây dựng cơng trình là: Cơng trình chắn sóng phải tạo vùng nước lặng khu vực cảng Ta xem xét giá trị chiều cao sóng điểm trich rút thể bảng 4.5 Điểm Bảng 4.5 Các giá trị chiều cao sóng điểm trích rút Khơng có cơng trình Có cơng trình Hmin Hmax Htb Hmin Hmax Htb A1 0,00024 0,35 0,075 -0,00057 0,23 0,01 A2 0,00022 0,61 0,111 -0,00072 0,19 0,048 A3 0,00031 0,90 0,130 -0,00035 0,46 0,127 A4 0,00033 1,17 0,256 -0,00018 0,59 0,253 Như vậy, dựa vào kết trích rút ta thấy giá trị chiều cao sóng giảm đáng kể có cơng trình Kết mơ cơng trình cho thấy: - Cơng trình chặn hầu hết sóng có hướng Tây Nam phần sóng hướng Nam ảnh hưởng đến khu vực cảng Lạch Huyện - Lưu tốc dòng chảy tăng lên phía sau cơng trình - Lưu tốc dòng chảy uốn quanh theo tuyến cơng trình, cần xem xét tính nhiễu xạ - Dòng dọc bờ khu vực đảo Cát Hải bị chặn lại đê chắn sóng, ngăn cản dòng vận chuyển bùn cát Như cần có tốn hình thái để xem xét tác động cơng trình đến hình thái đường bờ đảo Cát Hải việc bồi lấp cửa Lạch Huyện Tính tốn vận chuyển bùn cát Khi xây dựng cơng trình chỉnh trị, dòng vận chuyển bùn cát tự nhiên bị chặn lại, gây tượng bồi lắng cửa cảng, gây cản trở đến giao thông thủy, lại tàu bè vào cảng Chính cần phải nghiên cứu quy luật vận chuyển bùn cát khu vực cảng điều kiện có cơng trình để xem xét tổng quan tượng bồi lắng cửa cảng, từ đề biện pháp xử lý Kết mơ q trình vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu trước sau có cơng trình thể hình 4.35 4.36 Hình 4.35 Quá trình vận chuyển bùn cát chưa Hình 4.36 Q trình vận chuyển bùn cát có cơng trình mùa hè Để tiện cho việc phân tích q trình bồi xói khu vực ta tiến hành so sánh phân bố độ đục trước sau có cơng trình điểm trích rút thể hình 4.37   Điểm Hình 4.37 Sơ đồ điểm trích rút độ đục Khơng có cơng trình Có cơng trình Smax Stb Smax Stb A1 0,31 0,09 0,26 0,08 A2 0,35 0,099 0,43 0,12 A3 0,1 0,072 0,17 0,13 A4 0,1 0,081 0,09 0,073 A5 2,86 1,24 2,91 1,24 Bảng 4.6 Số liệu trích rút độ đục (kg/m3) Nhận xét: - Dòng bùn cát lan truyền từ sơng tn theo xu dòng chảy thuận nghịch - Bùn cát từ sông Chanh lan qua bên sông Bạch Đằng qua kênh Cái Tráp kênh Hà Nam - Số liệu trích rút cho thấy, sau có cơng trình lượng bùn cát điểm A1 A4 giảm xuống, điểm A2 A3 lại tăng lên Điều chứng tỏ có cơng trình, dòng bùn cát bị chặn lại bồi lắng vị trí A2 A3 Sự chênh lệch điểm A4 trước sau có cơng trình khơng lớn Đối với điểm A1, A2: Do có cơng trình, mặt cắt lòng sơng bị thu hẹp, gia tốc dòng nước lớn bùn cát điểm A1 cửa nên gây xói, ngồi cơng trình chặn dòng bùn cát dọc bờ Cát Hải điểm A2 nên xảy tượng bồi tụ - Bùn cát tập trung bồi lắng nhiều bên phía mũi nhơ đảo Cát Bà Lượng bồi lắng lớn Như vậy, dựa vào kết mô vận chuyển bùn cát, sử dụng modul Mike21 Couple, ta thấy quy luật bồi lắng bùn cát có cơng trình chỉnh trị Khi xây dựng đê chắn sóng cảng Lạch Huyện cần ý đến vị trí gây bồi lắng khu vực cửa sông: Tại gốc đê phía Cát Hải; đoạn chuyển tiếp tuyến đê; mũi nhơ phía đảo Cát Bà Khi xây dựng cơng trình thời gian cần có biện pháp để chống tượng bồi lắng cửa cảng như: sử dụng tàu hút, hút bùn cát từ chỗ bồi để chuyển sang chỗ xói… KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ   KẾT LUẬN Với đường bờ biển dài 3260km khu vực kinh tế trọng điểm ven biển đóng góp phần quan trọng vào phát triển kinh tế xã hội chung đất nước Chính cơng trình bảo vệ bờ biển ngày giữ vị trí quan trọng đời sống kinh tế xã hội việc nghiên cứu, tính tốn thiết kế, đánh giá ổn định cơng trình bảo vệ bờ ngày phải quan tâm Trong nhiều năm qua, kỹ thuật công nghệ thiết bị mới, sử dụng phần mềm mơ hình tốn đưa vào triển khai áp dụng phục vụ cho công tác nghiên cứu đem lại nhiều kết khả quan, phù hợp với thực tế Qua q trình phân tích ta rút số quy luật bồi xói khu vực cảng Lạch Huyện sau: - Trong hoạt động xói lở, bồi tụ khu cảng Lạch Huyện, hoạt động bồi tụ chiếm ưu quy mô tốc độ so với xói lở Q trình bồi tụ xảy chủ yếu hai bên bờ luồng tàu, xa cửa sơng q trình thể rõ ràng Q trình xói lở chủ yếu diễn đáy luồng tàu, xói ngang xảy số đoạn bờ khu lạch Gót Phù Long Nói chung, lòng dẫn luồng tàu tương đối ổn định - Hoạt động bồi xói khu vực mang tính chất mùa vụ rõ rệt Vào mùa hè, hoạt động bồi xói xảy mạnh mẽ tác dụng sóng, dòng chảy, thủy triều Vào mùa đơng, hoạt động bồi xói diễn với cường độ thấp - Quá trình bồi lấp luồng tàu Lạch Huyện xảy bùn cát từ cửa Nam Triệu đưa lên bồi lắng luồng tàu bên phía Cát Hải Trong đó, bờ bên phía Cát Bà chủ yếu bồi tụ kết triều rút, dòng chảy mang vật liệu bồi tích vào bờ Trong trường hợp có bão lũ hoạt động bồi tụ xói lở xảy với cường độ mạnh Trong trình nghiên cứu, tơi sử dụng phần mềm mơ điều kiện mơ hình thủy động lực, từ đưa quy luật biến đổi trường sóng, diễn biến dòng chảy tổng hợp (dòng chảy sơng, dòng sóng, dòng triều), vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu Từ việc nghiên cứu mơ hình hóa, tơi rút số kết luận sau: - Việc ứng dụng mơ hình đại Mike 21Couple Flow FM giải pháp hiệu hợp lý để nghiên cứu dòng chảy khu vực Lạch Huyện lân cận với địa hình đáy bờ bị chia cắt đảo, bãi cạn, cửa sông, luồng tàu bị chia cắt thêm có cơng trình cảng Lạch Huyện luồng tàu kèm theo - Các sở liệu nhập cần thiết liên quan đến dòng chảy vùng nghiên cứu lân cận xây dựng hợp lý, bảo đảm tính đắn nghiệm số mơ hình thủy lực số Vị trí chọn đặt đoạn biên lỏng cân nhắc từ nhiều phía cho sát với biên tự nhiên, đủ xa vùng nghiên cứu phù hợp với cơng nghệ tính tốn Các sở liệu nhập thơng số mơ hình kiểm định chặt chẽ trước ứng dụng để tính tốn dòng chảy trạng dự báo tác động cơng trình - Phương án thiết kế cơng trình phù hợp, giảm thiểu tác động cơng trình lên dòng chảy thể hiện: + Vị trí xây dựng cơng trình kè chắn sóng nằm vùng bồi tụ địa hình nhơ cao, giảm thiểu tác động đến dòng chảy + Phương cơng trình song song với hướng dòng chảy cửa Lạch Huyện, mức độ ngăn dòng tối thiểu KIẾN NGHỊ Các kết nghiên cứu luận văn sử dụng để: - Làm đầu vào công tác tư vấn thiết kế xây dựng cảng cửa ngõ Lạch Huyện; - Tính tốn bồi/xói vùng khu vực nghiên cứu điều kiện trạng sau có cơng trình Đề nghị chủ đầu tư cho tiếp tục quan trắc, đo đạc dòng chảy, bùn cát, diễn biến bồi xói khu vực Lạch Huyện bước nghiên cứu, thiết theo sau có cơng trình để kịp thời xử lý vấn đề xuất biến động khí hậu tồn cầu hoạt động người vùng khu vực lân cận Xin chân thành cảm ơn! ... nhân, chế hình thành tượng xói lở, bồi tụ khu Cảng Lạch Huyện - Dự báo q trình xói lở bồi tụ Cảng Lạch Huyện lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm địa... Vì Nghiên cứu tượng xói lở bồi tụ Cảng Lạch Huyện lựa chọn giải pháp phòng chống thích hợp có tính cấp thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao 2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên. .. trở mức độ sa bồi có giảm hơn, vào khoảng 0,54 m [12] Từ lý nêu trên, việc nghiên cứu xói lở bồi tụ khu vực Cảng Lạch Huyện, lựa chọn giải pháp thích hợp phòng chống xói lở, bồi tụ bảo vệ bờ biển