Tính toán trường sóng, vận chuyển bùn cát và xói lở bờ biển, bãi biển trong bão khu vực ven bờ châu thổ sông hồng

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - NGUYỄN THIẾU HOA TÍNH TỐN TRƯỜNG SĨNG, VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ XÓI LỞ BỜ BIỂN, BÃI BIỂN TRONG BÃO KHU VỰC VEN BỜ CHÂU THỔ SÔNG HỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thiếu Hoa TÍNH TỐN TRƯỜNG SÓNG, VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ XÓI LỞ BỜ BIỂN, BÃI BIỂN TRONG BÃO KHU VỰC VEN BỜ CHÂU THỔ SÔNG HỒNG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 60.52.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS TS Đinh Văn Mạnh Hà Nội –2015 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Lịch sử biến động bờ biển khu vực châu thổ sơng Hồng Hình Vị trí mặt cắt đo đạc định kỳ nhiều năm khu vực ven bờhuyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định Hình Cao trình bãi biển thời điểm cao đạc khác mặt cắt số 10 Hình Khảo sát thực địa “Nhà thờ đổ biển” thuộc bờ biển khu vực xã Hải Lý, huyện Hải Hậu Hình Khảo sát thực địa trạng hệ thống đê biển xã Hải Hòa, huyện Hải Hậu tỉnh Nam Định (ảnh chụp triều kém) khuôn khổ đề tài hợp tác Việt Nga 11 Hình Đường bão DAMREY 9/2005 14 Hình Nước dâng bão DAMREY 9/2005 cửa Ninh Cơ 15 Hình Vỡ đê Hải Thịnh bão DAMREY 9/2005 15 Hình Các số liệu đo đạc mặt cắt Hải Thịnh trước sau bão đổ 16 Hình 10 Mực nước tổng cộng ngày 27-28/9/2005 đưa vào tính tốn mơ hình SBEACH 16 Hình 11 Sơ đồ “Avalanching” mơ hình SBEACH 37 Hình 12 Các profile ban đầu, cuối tính tốn cho trường hợp P1A 46 Hình 13 Các profile ban đầu, cuối tính tốn cho trường hợp PGA 47 Hình 14 Các profile ban đầu, cuối tính tốn cho trường hợp PCA 47 Hình 15 Các profile ban đầu trước bão, profile tính tốn theo mặc định 50 Hình 16.Các profile ban đầu trước bão, profile tính tốn theo HC-8 thực đo 50 Hình 17.Các kết tính tốn xói lở bãi biển khu vực Hải Thịnh với hai trường hợp bão có chu kỳ lặp 50 năm 100 năm 51 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Các tham số động lực đầu vào thời gian tính tốn thí nghiệm SUPERTANK 14 Bảng Các tham số động lực biển phục vụ tính tốn chế độ 17 Bảng Các tham số hiệu chỉnh kết đánh giá định lượng 49 Bảng Đánh giá mực nước tổng cộng chân đê khu vực Hải Thịnh bão với chu kỳ lặp khác 53 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Giải nghĩa CTSH SBEACH bão CEDAS Châu thổ sông Hồng (Storm-induced BEach Change) biến động bãi biển (Coastal Engineering Design Analysis System) Hệ thống Công nghệ ven bờ phục vụ Thiết kế Phân tích) SUPERTANK FAO Nations) Bể thí nghiệm sóng vận chuyển bùn cát siêu lớn (Food and Agriculture Organization of the United Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc PAM động EBP (People Action Movement) Phong trào Nhân dân Hành (Equilibrium Beach Profile) Profil cân bãi biển LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi tham gia Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Thiếu Hoa LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới Viện Cơ học, Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, quan nơi công tác cử đào tạo, tạo điều kiện mặt thời gian, kinh phí thủ tục hành suốt q trình học tập hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghệ, Khoa Cơ học kỹ thuật, Phòng đào tạo tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Nhiệm vụ hợp tác Việt Nga “Nghiên cứu bãi biển dự báo biến động bãi khu vực ven bờ biển Việt Nam Liên bang Nga” Mã số VAST.HTQT.NGA.03 hai giai đoạn 2010-2011 2014-2015, thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, tài trợ tạo điều kiện cho khảo sát thực tế tham gia đo đạc khu vực thị trấn Thịnh Long, châu thổ sông Hồng Tôi xin bày tỏ biết ơn tới thầy hướng dẫn PGS.TS Đinh Văn Mạnh trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Xin gửi lời cám ơn chân thành đến GS TSKH Magnus Larson, Khoa Kỹ thuật Tài nguyên Nước, Đại học Lund Thụy Điển cung cấp số liệu đo đạc Bể thí nghiệm sóng vận chuyển bùn cát siêu lớn kết tính tốn theo mơ hình số trường hợp tiêu biểu Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Khoa Cơ học kỹ thuật tận tình dạy dỗ truyền thụ kiến thức cho năm học vừa qua Cuối xin cảm ơn chú, bạn đồng nghiệp Phòng Cơ học Môi trường Biển, Viện học nhiệt tình giúp đỡ, tư vấn cho tơi thực luận văn MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn thiết lập hệ thống mơ hình số đủ tin cậy cho phép tính tốn vận chuyển bùn cát, xói lở bãi biển bão gây cho khu vực xảy xói lở vùng châu thổ sơng Hồng; sở kết tính toán nhận đánh giá khả bảo vệ hệ thống đê khu vực nghiên cứu Với mục tiêu trên, khu vực nghiên cứu luận văn lựa chọn khu vực bãi biển thị trấn Hải Thịnh; khu vực xung yếu đại diện cho tồn bờ biển khu vực châu thổ sông Hồng, nơi nhiều lần đê bị phá hủy bão Hệ thống mơ hình số sử dụng luận văn CEDAS, với modul chủ yếu khai thác mơ hình SBEACH.Đây hệ thống mơ hình số cho phép tính tốn biến động bãi biển sau bão Ngồi việc đòi hỏi thơng số đầu vào mơ hình số, số liệu đo đạc mặt cắt địa hình, địa mạo, thơng số đặc trưng bùn cát, tham số mực nước, sóng , mơ hình cần kiểm định kỹ sở số liệu đo đạc bể thí nghiệm trường khu vực nghiên cứu Do vậy, luận văn hoàn thành sở nội dung sau: - Tổng quan điều kiện tự nhiên, vận chuyển bùn cát xói lở bờ biển, bãi biển vùng châu thổ sông Hồng, đặc biệt khu vực nghiên cứu bãi biển Hải Thịnh; - Thu thập số liệu liên quan phục vụ cho việc thiết lập, kiểm định mô hình số tính tốn vận chuyển bùn cát biến động bãi bao gồm: số liệu đo đạc từ bể thí nghiệm sóng SUPERTANK, số liệu đo đạc địa hình thực tế trước sau bão khu vực nghiên cứu, số liệu thống kê đặc trưng thủy lực (sóng, dòng chảy, mực nước, bão, ); - Nghiên cứu tìm hiểu sở khoa học mơ hình SBEACH chạy CEDAS; - Thiết lập tính tốn kiểm tra hiệu chỉnh tham số mô hình SBEACH cho số tốn mẫu (so sánh với số liệu đo đạc tính tốn bể thí nghiệm sóng SUPERTANK); - Tính tốn kiểm định mơ hình số qua số liệu thực đo trước sau bão DAMREY khu vực ven biển Hải Thịnh; - Tính tốn xói lở bãi biển, chân đê với tham số thủy triều, nước dâng sóng có chu kỳ lặp 50 năm 100 năm từ đưa đánh giá, kiến nghị 10 an toàn đề xuất giải pháp nâng cấp hệ thống đê biển khu vực châu thổ sông Hồng Luận văn gồm: Mở đầu; Chương I Tổng quan đặc điểm điều kiện tự nhiên, vận chuyển bùn cát biến động bờ biển khu vực châu thổ sông Hồng; Chương II.Thu thập xử lý số liệu phục vụ tính biến động bãi, xói lở chân đê bão; Chương III.Cơ sở khoa học mơ hình tính biến động bãi, xói lở chân đê bão – SBEACH; Chương IV Tính tốn vận chuyển bùn cát xói lở bờ biển bãi biển bão; Kết luận kiến nghị; Tài liệu tham khảo; 49 chu kỳ sóng vào Nếu chọn phương án số liệu độ cao chu kỳ sóng đưa vào biến đổi phải nhập thời gian (phút) cấp độ cao chu kỳ sóng ví dụ 5, 10 15’ - Đưa kết trung gian: Phần cho phép đưa thông tin cần thiết kết tính tốn trung gian Có thể chọn phương án đưa kết tính tốn theo chu kỳ không đổi (chỉ cần nhập chu kỳ triết xuất số liệu tính tốn) Nếu chọn phương án này, mơ hình đưa kết trung gian theo chu kỳ nhập Nếu chọn bước thời gian cụ thể, cần phải nhập bước vào cửa sổ dao diện Có thể nhấn nút thêm vào (Add button) để nhập bước cần thiết chọn nút xóa (Delete button) để xóa thời gian khơng cần thiết 3.6 Các khả tính tốn hạn chế mơ hình SBEACH 3.6.1 Khả tính tốn mơ hình SBEACH Mơ hình SBEACH cho phép tính tốn VCBC biến động bãi biển, đụn cát bờ biển, xói lở đê biển bão đợt gió mùa mạnh Các tham số bão (độ cao, chu kỳ, hướng sóng) khơng đổi thay đổi theo thời gian lấy vùng nước sâu vùng ven bờ với độ sâu cụ thể Tốc độ hướng gió bão tính đến tham số đầu vào gây biến động bãi biển, bờ biển Mực nước bão (bao gồm nước dâng thủy triều) đưa vào theo thời gian tính tốn Địa hình mặt cắt đưa vào tính tốn gồm địa hình mặt cắt ban đầu (trước có bão) địa hình mặt căt đo đạc sau bão nhằm phục vụ cho kiểm chứng kết tính hiệu chỉnh mơ hình Các tham số VCBC đưa vào tính tốn hiệu chỉnh mơ hình Đặc biệt mơ hình SBEACH có đưa vào cơng trình bảo vệ (đê biển) với hai phương án đê biển bị phá hủy khơng bị phá hủy Địa hình mặt cắt có phương án tồn vùng đáy khơng bị xói (có cơng trình bảo vệ đáy) đáy tự nhiên bị xói Những khả nêu mơ hình làm tăng khả sử dụng mơ hình tính tốn phục vụ thiết kế đánh giá vững chắc, ổn định hệ thống bãi biển, cơng trình bảo vệ tương lai sử dụng chương luận văn 3.6.2 Các hạn chế mơ hình SBEACH Như phần đầu chương nêu, mơ hình SBEACH sử dụng tính tốn VCBC ngang bờ ứng với phương án tác động dạng đường bờ cân động Các điều kiện hạn chế khả tính tốn mơ hình Mơ hình SBEACH khơng thể tính biến động bờ biển, bãi biển gây dòng VCBC dọc bờ Về mặt cỡ thời gian dòng VCBC dọc bờ tác động 50 theo cỡ mùa, nhiều năm Kích cỡ thời gian tác động dòng VCBC ngang bờ tạo dạng đường bờ cân động xác định kích cỡ syn-nốp (3 đến ngày) Mơ hình SBEACH khơng thể tính biến động cỡ nhiều năm dòng VCBC ngang bờ tác dụng trình biến đổi từ từ yếu tố đầu vào (như mực nước, biến đổi khí hậu) Kích cỡ thời gian ứng với dạng đường bờ cân tĩnh Nếu muốn tính tốn đến biến đổi bãi biển bờ biển mực nước dâng cao, hậu biến đổi khí hậu phải sử dụng loại mơ hình tính theo lý thuyết cân tĩnh [9] Chương IV TÍNH TỐN VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ XÓI LỞ BỜ BIỂN, BÃI BIỂN TRONG BÃO Trong nội dung chương này, tiến hành tính tốn VCBC biến động bãi theo3 toán mẫu Sau tiến hành tính tốn VCBC, biến động bãi biển bão DAMREY hiệu chỉnh mơ hình SBEACH dựa số liệu đo đạc thực tế 51 bờ biển thị trấn Thịnh Long trước sau bão để nhận tham số bùn cát cho kết tính phù hợp Cuối sử dụng tham số VCBC nhận tiến hành tính toán VCBC biến động bãi biển theo số liệu nghiên cứu thống kê trường sóng, mực nước bão với chu kỳ xuất 50 năm 100 năm từ đưa nhận xét phương án bảo vệ đê biển khu vực huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định tương lai 4.1 Tính toán vận chuyển bùn cát biến động bãi biển theo số liệu đo đạc SUPERTANK - toán mẫu Sử dụng số liệu profile ban đầu kết thúc thí nghiệm với tham số đầu vào nêu Bảng tiến hành tính tốn VCBC biến động bãi theo mơ hình SBEACH Đường kính cấp hạt bùn cát đáy D=0.22mm Các tham số bùn cát lấy theo giá trị mặc định: hệ số VCBC: K=1,75x10-6 m4/N; Hệ số tác động độ dốc bãi lên VCBC Eps =0,002m2/s độ sâu biên vùng sóng đổ vùng sóng tràn B=0.3m.Trên hình 12, 13 14 vẽ profil ban đầu, cuối tính tốn cho trường hợp nêu Hình 12 Các profile ban đầu, cuối tính tốn cho trường hợp P1A Theo hình 12 ta thấy có phù hợp tốt kết tính tốn thực đo Dưới tác động trường sóng lượng bùn cát lớn phần mực nước trung bình bãi biển bị bào mang tạo bar độ sâu khoảng 1m Tuy nhiên hình dạng bar theo số liệu thực đo tính tốn có khác vị trí (bar thực tế vùng nông hơn) độ gồ ghề (bar thực đo gồ ghề hơn, có thêm bar phụ) Mặc dù đánh giá kết tính tốn tác động sóng làm xói lở đụn cát bờ biển phù hợp tốt với đo đạc thực tế 52 Hình 13 Các profile ban đầu, cuối tính tốn cho trường hợp PGA Trường hợp PGA nêu hình 13 cho thấy tác động trường sóng, bar ngầm độ sâu xấp xỉ 1m có biến động kích thước vị trí Đỉnh bar nhơ cao lên bụng phía trước dịch chuyển phía bờ Các biến động nhỏ địa hình bãi phù hợp đo đạc tính tốn Hình 14.Các profile ban đầu, cuối tính tốn cho trường hợp PCA Trường hợp PCA đưa biến động bãi lân cận tường bảo vệ bờ biển (ở khoảng cách 1m từ bờ biển – xem hình 14) Theo số liệu thực đo, sát chân tường bảo vệ tạo hố xói sâu khoảng 30cm sau profile lại trở lại dạng ban đầu kết tính tốn đưa xói lở đáy sát chân đê sau bề mặt bãi bị san phẳng lượng bùn cát xói lở mang ngồi tạo bar thoải độ sâu từ 1m-1,3m Các tính tốn coi tính tốn bước đầu, cách thay đổi tham số VCBC (3 loại tham số nêu trên), có kết phù hợp tốt profile tính tốn profile đo đạc sau So sánh với kết 53 tính GS M Larson [9], thấy hai kết tính tốn hồn tồn phù hợp với Các kết tính tốn VCBC biến động bãi biển theo toán mẫu bước cần thiết cho học viên nắm vững quy trình tính tốn, tham số đầu vào gồm địa hình, thơng số tính tốn, tham số VCBC triết xuất số liệu tính tốn Qua bước tính tốn làm chủ cơng đoạn, hiểu rõ yếu tố đầu vào tính tốn VCBC biến động bãi biển theo mơ hình SBEACH chạy hệ thống CEDAS 4.2 Tính tốn vận chuyển bùn cát, biến động bãi hiệu chỉnh mô hình SBEACH bão thực tế bờ biển thị trấn Hải Thịnh, huyện Hải Hậu 4.2.1 Tính tốn hiệu chỉnh mơ hình SBEACH bão DAMREY Mơ hình SBEACH chạy hệ thống CEDAS Tồn trình nhập số liệu đầu vào gồm địa hình trước sau bão, bước tính thời gian tính, tham số VCBC tham số động lực sóng, mực nước tiến hành theo bước trình bày mục 2.5 Một số thơng số cụ thể tính tốn là: - - Lưới tính với bước lưới thay đổi gồm 120 bước tính từ bờ với bước lưới 0,5m 100 bước lưới tính với kích cỡ 1,0m Đê biển thiết kế vị trí 18.5m từ điểm gốc phía đất liền (chân mái đê phía trong) Bước tính phút với tổng số bước tính 2820 ứng với thời gian tính tốn ngày từ ngày 26/9/2005 đến 23giờ ngày 27/9/2005 Các tham số động lực biển đưa vào gồm: độ cao sóng 3,5m chu kỳ sóng 10s độ sâu 4m Mực nước thủy triều lấy theo mực nước quan trắc Hòn Dấu ngày 26 27 tháng năm 2005, nước dâng bão lấy 1,8m theo số liệu khảo sát sau bão [11] (xem hình 10) Hướng sóng lấy lệch 200 so với đường vng góc với đường bờ (sóng thịnh hành hướng Đơng Bắc) Quy trình tính tốn kiểm định gồm: Tính cho tham số VCBC mặc định, tính tiêu định lượng phù hợp profile tính tốn profil thực đo RMS Res Sau tiến hành tính hiệu chỉnh với tổ hợp tham số hiệu chỉnh K, Eps B khác dựa nguyên tắc từ hiệu chỉnh thô - thay đổi tham số K tham số ảnh hưởng lớn đến kết tính để tìm giá trị cụ thể tham số cho tiêu phù hợp nhỏ nhất, sau tiến hành điều chỉnh tinh – tham số Eps B Bảng đưa kết tính tốn hiệu chỉnh mơ hình từ xác định tham số cho kết tính phù hợp so với thực đo 54 Bảng Các tham số hiệu chỉnh kết đánh giá định lượng K (SI) [m4/N] Eps (SI) [m2/s] B [m] RMS Res Mặc định 1.75 e-006 0.002 0.30 0.26141 0.74912 HC-1 1.70 e-006 0.002 0.30 0.25719 0.72515 HC-2 1.65 e-006 0.002 0.30 0.26606 0.77598 HC-3 1.6 e-006 0.002 0.30 0.26617 0.77666 HC-4 1.5 e-006 0.002 0.30 0.27718 0.84221 HC-5 1.4 e-006 0.002 0.30 0.27260 0.81460 HC-6 1.70 e-006 0.003 0.30 0.26692 0.78101 HC-7 1.70 e-006 0.004 0.30 0.26647 0.77838 HC-8 1.70 e-006 0.003 0.20 0.25053 0.68804 HC-9 1.70 e-006 0.003 0.15 0.25949 0.73814 HC-10 1.70 e-006 0.003 0.40 0.26302 0.75835 Hình 15 hình 16 vẽ profile ban đầu trước bão, profile tính tốn thực đo sau bão DAMREY mặt cắt Thịnh Long ứng với trường hợp tham số VCBC mặc định trường hợp cho kết phù hợp (HC-8) So sánh kết tính tốn profile mặt cắt trường hợp tham số hiệu chỉnh VCBC biến động bãi biển mặc định trường hợp HC-8 cho thấy nói chung hai profile khơng khác nhiều nhiên profile sau hiệu chỉnh trơn tiệm cận gần với profile thực đo 55 Hình 15 Các profile ban đầu trước bão, profile tính tốn theo mặc định Hình 16 Các profile ban đầu trước bão, profile tính tốn theo HC-8 thực đo 4.2.2 Tính tốn vận chuyển bùn cát, xói lở bãi biển cho trường hợp cực đoan chế độ sử dụng mơ hình SBEACH với tham số VCBC hiệu chỉnh Như nêu chương III, tính tốn VCBC xói lở bãi biển, bờ biển bão trình phức tạp, phụ thuộc nhiều vào tham số động lực biển tham số địa hình bãi biển, tham số bùn cát vv… Để sử dụng kết tính tốn theo mơ hình tốn quy hoạch, đánh giá thiên tai cần thiết phải hiệu chỉnh mơ hình kỹ lưỡng khu vực tính theo số liệu địa hình mặt cắt thực đo trước sau bão Các kết tính tốn hiệu chỉnh kỹ lưỡng mơ hình SBEACH phần cho phép sử dụng mơ hình để tính toán cho trường hợp cực đoan chế độ - bão mạnh xảy với chu kỳ lặp 50 năm 100 năm vùng châu thổ sông Hồng Việc chọn hai chu kỳ lặp nêu xuất phát từ yêu cầu tiêu kỹ thuật (bao gồm tuổi thọ cơng trình) để thiết kế cơng trình ven biển bao gồm đê biển Các tham số đầu vào phục vụ tính tốn bao gồm: Các tham số tính tốn bước lưới tính, bước tính theo thời gian lấy tính tốn cho bão DAMREY Các kết tính tốn với hai trường hợp bão với chu kỳ lặp 50 năm 100 năm đưa hình 17 Kết nhận cho thấy hai trường hợp xảy xói lở mạnh chân đê Đối với bão có chu kỳ lặp 50 năm chân đê bị xói lở khoảng 2,1m trường hợp bão có chu kỳ lặp 100 năm giá trị 3,5m Bề mặt bãi biển sát chân đê hai trường hợp nêu bị bóc lớp dày khoảng 1m so với mặt cắt ban đầu trường hợp bão 50 năm 56 khoảng 2m-2,5m trường hợp bão 100 năm Đối với trường hợp sau bãi phía ngồi cách chân đê khoảng 40m – 50m tạo bar ngầm có độ cao cỡ 0,5m – 0,7m trong trường hợp đầu (bão có chu kỳ lặp 50 năm) bề mặt bãi từ chân đê khơi thoải khơng phát bar ngầm Các tính tốn đánh giá sơ cho thấy trường hợp xảy bão với chu kỳ lặp 50 năm lượng bùn cát kể từ chân đê đến khoảng cách 50m cỡ khoảng 50m3 cho mét dọc theo bờ biển trường hợp bão có chu kỳ lặp 100 năm lượng bùn cát 100m đến 150m3 cho mét dọc theo bờ biển Hình 17 Các kết tính tốn xói lở bãi biển khu vực Hải Thịnh với hai trường hợp bão có chu kỳ lặp 50 năm 100 năm Để đánh giá mức độ an toàn – khả trụ vững đê biển khu vực nghiên cứu trường hợp cực đoan nêu trên, tham khảo tác động gây vỡ đê bão, nước dâng sóng Ngồi tác động phá hủy mái đê phía trước sóng lớn nước thủy triều cao, dòng chảy (chủ yếu dòng chảy sóng) mạnh, có hai chế phá hủy đê bão sau [11]: a Xói lở mái đê phía sau Thường thường việc gia cố mái đê tập trung cho mái đê phía trước cần phải chống chọi với tác động sóng dòng chảy, mái đê phía sau khơng tập trung gia cố Trong thực tế cho thấy mái đê phía sau chịu tác động đồng thời ba yếu tố: - Bị xói lở sóng tràn qua mặt đê; 57 - Bị xói lở phá hủy sức ép mực nước phía mái đê phía ngồi biển tạo nước phun từ chân đê phía sau; - Bị xói lở phá hủy sức ép mực nước phía mái đê biển tạo tượng trượt toàn mái đê phía sau Thường thường ba chế phá hủy mái đê phía sau tác động đồng thời đê bị vỡ ba chế làm sụt đỉnh đê, phá hủy mái trước đê b Xói lở chân đê Sóng mực nước gây VCBC xói lở xảy mạnh chân đê, kết tính tốn nêu chứng minh hiệu ứng xói lở chân đê Ngồi tác động mạnh sóng làm cho chân đê bị rung động mạnh làm phá vỡ phần chân khay Chân khay phận mái đê biển phía trước nhằm chống xói chân đê, bảo vệ mái đê phía trước khơng bị trượt xuống phía Chân khay chân đê phía biển – chân mái đê phía trước Mức độ trụ vững chân khay phụ thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế (kích thước độ sâu chân khay) tác động xói lở tác động trực tiếp sóng dòng chảy bão Cơ chế bị xói lở từ mái đê sau sóng tràn qua mặt đê coi nguy hiểm hệ thống đê vùng châu thổ sông Hồng Theo kết nghiên cứu mực nước tổng cộng bão (nước dâng bão thủy triều), kết nghiên cứu độ cao sóng nước dâng sóng bão, đưa tham số động lực biển bão với chu kỳ lặp 50 năm 100 năm sau (xem bảng 4) Theo kết nhận nêu bảng 4, thấy với cao trình đê 5m đê biển khu vực Hải Thịnh nói riêng khu vực châu thổ sơng Hồng nói chung khó an toàn xảy bão với chu kỳ lặp 100 năm Cơ chế phá hủy đê xói lở chân đê vấn đề quan trọng đánh giá khả an toàn hệ thống đê biển Tuy chưa có thiết kế chi tiết độ sâu chân khay đê mức độ chắn khối xi măng, đá hộc với độ sâu xói lở 3,5m bão có chu kỳ lặp 100 năm thấy chân khay bị phá huỷ hoàn toàn phần Một chân khay bị phá hủy mái đê phía trước bị sụp đổ gây vỡ đê Bảng Đánh giá mực nước tổng cộng chân đê khu vực Hải Thịnh bão với chu kỳ lặp khác Các tham số động lực Thủy triều + nước dâng [m] Bão với chu kỳ lặp 50 năm 100 năm 1,41 2,24 Ghi 58 Sóng [m] 1,6 2,88 Nước dâng sóng [m] 0,33 0,4 Cao độ bãi chân đê [m] -0,7 -0,7 Mực nước tổng cộng [m] 2,64 4,82 Theo kết tính mơ hình SBEACH Cần nhấn mạnh tính tốn xói lở bãi biển, chân đê theo mơ hình SBEACH nêu dựa sở khoa học mơ hình bị hạn chế nêu phần 3.6.2 Kết nhận chưa tính đến xói lở thường xuyên chế VCBC dọc bờ 4.2.3 Đề xuất giải pháp bảo vệ đê biển khu vực châu thổ sơng Hồng Để có phương án bảo vệ hệ thống đê biển hữu hiệu cần dựa chế gây xói lở khu vực đưa phương án chỉnh trị phần tổng thể Tác động hai chế gây xói lở mơ tả sau: xói lở thường xun gradient dòng VCBC dọc bờ gây bãi từ từ, làm bãi bị dần so với mực nước biển trung bình, tương đương với mực nước biển dâng từ từ Điều làm cho động lực sóng tác động mạnh dần lên mái trước đê chân đê Bão đóng vai trò tượng thiên tai tác động đến đê biển gây vỡ đê Mặc dù kích cỡ thời gian bão tương đương kích cỡ trình synop, vài ngày tác động gây xói lở tương đương với tác động xói lở thường xuyên đến 20 năm [14] Một bãi trước đê bị dần xuống tác động phá hủy bão tăng lên nhiều sóng đánh vào chân đê mái đê mạnh Với sở lý luận nêu trên, kết nhận tính tốn VCBC xói lở bãi biển cho trường hợp cực đoan chế độ (mục 4.4.2) đề xuất phương án bảo vệ hệ thống đê biển khu vực CTSH sau: Do tác động sóng bão gây dòng VCBC ngang bờ chủ yếu tập trung vào chân đê nơi tiếp giáp cơng trình bảo vệ bãi biển tự nhiên nên cần tập trung vào bảo vệ khu vực Để bảo vệ chân đê làm giảm tác động xói lở phá hủy sóng, cần có cơng trình khối tetrapot ( xem hình 4) Đó cơng trình bảo vệ bãi biển đê biển hữu hiệu vừa có khả phá sóng vừa tạo mặt bãi cứng, khơng bị xói lở Tuy nhiên theo thời gian khối tetrapot bị lún dần dần tác dụng cơng trình bảo vệ cần bảo trì thường xun Ngồi ra, cần có cơng trình phá sóng từ phía ngồi dạng kè ngầm song song với bờ biển – đê biển Loại cơng trình bảo vệ chưa áp dụng vùng CTSH nhiên nói phương án bảo vệ cần phải 59 tính đến Các cơng trình coi cơng trình ứng phó với hai loại chế xói lở đặc biệt hữu hiệu trường sóng mực nước cao bão Việc gia cố đê định kỳ thường xuyên giải pháp cần thiết Gia cố, tăng cường độ vững hệ thống đê biển CTSH nói chung khu vực Hải Hậu nói riêng cần tập trung vào mái đê phía trước nâng cao cao độ đỉnh đê Hệ thống đê biển khu vực nghiên cứu kể từ nâng cấp chưa cần phải nâng cao đỉnh đê, nhiên thời gian tới tác động hiệu ứng mực nước dâng cao biến đổi khí hậu việc nâng cao cao trình đỉnh đê chắn phải tính đến KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Vùng châu thổ sông Hồng đồng rộng lớn thứ hai nước ta đóng vai trò quan trọng bậc phát triển nông nghiệp, thủ công nghiệp tồn quốc Vùng châu thổ sơng Hồng vùng đất trũng, chịu tác động thường xuyên bão khu vực ven biển xảy xói lở thường xun mạnh tồn dải ven biển nước ta.Hơn nữa, điều kiện mực nước dâng cao biến đổi khí hậu tồn cầu xảy bão mạnh – siêu bão việc bảo vệ vùng châu thổ trù phú vấn đề cấp bách Để có phương án bảo vệ hữu hiệu, tối ưu cần nắm vững tính tốn q trình VCBC xói lở bờ biển, bãi biển dẫn đến phá hủy đê biển điều kiện cực hạn với chu kỳ lặp khác Đây tốn phức tạp q trình VCBC xói lở bờ biển, bãi biển khơng chịu tác động tổng hợp trình thủy thạch động lực vùng ven bờ mà phụ thuộc vào tác động người qua hoạt động khai thác tài ngun ven biển, cơng trình bảo vệ bờ biển, cửa sơng Các q trình động lực vùng ven bờ lại hậu trực tiếp trình vùng nước sâu truyền vào có chu kỳ biến động rộng theo thời gian không gian 60 Do việc áp dụng mơ hình tính tốn VCBC xói lở bờ biển, bãi biển cần phải hiệu chỉnh kiểm định cho vùng tính cụ thể loại chế VCBC gây xói lở Các nghiên cứu chế gây xói lở bờ biển khu vực châu thổ sơng Hồng cho thấy có hai chế xói lở thường xun dòng VCBC dọc bờ xói lở “bất thường” với kích cỡ thời gian xảy bão Trong luận văn này, nghiên cứu chế xói lở thứ hai – xói lở bão sử dụng mơ hình SBEACH.Sau nắm vững sở khoa học mơ hình thơng thạo phương pháp nhập tham số địa hình, động lực biển VCBC với tham số tính tốn thơng qua dao diện hệ thống mơ hình CEDAS, tiến hành tính tốn với tốn mẫu.Với số liệu đo bãi biển khu vực Hải Thịnh trước sau trận bão lớn DAMREY xảy vào ngày 26-27 tháng năm 2005 tham số động lực bão tiến hành hiệu chỉnh kỹ lưỡng mơ hình tính Đã sử dụng tham số đánh giá định lượng phù hợp tuyệt đối kết tính thực đo trung bình bình phương (RMS) phù hợp tương đối – so sánh với biến đổi profile trước bão sau bão (Res) Phương pháp hiệu chỉnh tính với tham số VCBC mặc định – tham số tính tốn trung bình cho trường hợp Sau tiến hành hiệu chỉnh “thơ” tính tốn với giá trị khác tham số vận chuyển bùn cátK, tham số gây biến đổi bãi biển, bờ biển mạnh Sau xác định tham số K tính profile phù hợp so với profile đo đạc giá trị tuyệt đối (RMS) tương đối (Res) tiến hành hiệu chỉnh tinh với tham số Efs B Kết sau 10 lần hiệu chỉnh tìm tham số K¸Efs B cho giá trị RMS Res nhỏ Sử dụng tham số kết hiệu chỉnh tiến hành tính tốn xói lở bãi biển chân đê cho trường hợp thiên tai ứng với bão có chu kỳ lặp 50 năm 100 năm ứng với tham số động lực (nước dâng bão, thủy triều, sóng bão với tần suất xuất hiện) địa hình với cao trình đê Dựa kết nhận được, đánh giá khả an toàn hệ thống đê vùng CTSH Kết tính tốn cho thấy, với bão có chu kỳ lặp 100 năm, hệ thống đê biển khó giữ khơng bị phá hủy với chế chủ yếu tác động sóng vượt qua đê gây xói lở phá hủy mái sau đê Sự chênh lệch đỉnh đê mực nước tổng cộng trường hợp xấp xỉ 20cm chưa tính đến sóng leo Ngồi tính tốn chưa tính đến hiệu ứng bãi (2-4cm/năm) hiệu ứng nước dâng toàn cầu biến đổi khí hậu.Mực nước tổng cộng xảy bão xấp xỉ với cao độ đỉnh đê chưa kể đến tác động khác sóng sóng leo, sóng tràn (2cm-4cm/năm) mực nước dâng biến đổi khí hậu Nếu tính đến yếu tố trên, 61 vào năm 2025 mực nước tương đối bão với chu kỳ lặp 100 năm cao đỉnh đê tới 20cm chắn gây vỡ đê Trên sở kết tính tốn phân tích đưa số giải pháp bảo vệ hệ thống đê biển khu vực châu thổ sông Hồng Trong giải pháp đề xuất tác giả cho giải pháp bảo vệ bãi chân đê khối bê tơng phá sóng hữu hiệu Phương án xây kè ngầm, song song với đê khoảng cách từ 300m đến 500m so với chân đê phương án có triển vọng áp dụng tương lai Các kết nhận luận văn nhằm phục vụ cho nghiên cứu khu vực nghiên cứu trọng điểm xói lở thuộc vùng CTSH nhiên có để áp dụng cho khu vực khác dọc dải ven biển Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Báo cáo dự án “Nghiên cứu, lập dự án khả thi chống xói lở khu vực xã Hải Trạch, huyện Bố Trạch – tỉnh Quảng Binh” Trung tâm Khảo sát Nghiên cứu, Tư vấn Môi trường Biển, Hà Nội 4/2011 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Trung tâm KHTN &CNQ “Nghiên cứu chế bồi xói bờ biển khu vực châu thổ sơng Hồng” Phạm Văn Ninh, Viện Cơ học Hà Nội 12/2003 Báo cáo tổng hợp đề tài cấp nhà nước “Hiện trạng nguyên nhân bồi xói dải bờ biển Việt Nam Đề xuất biện pháp khoa học kỹ thuật bảo vệ khai thác vùng đất ven biển” Mã sốKT 03.14 Hà Nội, 1995 Doãn Tiến Hà, 2010 “Ứng dụng mơ hình SBEACH tính tốn biến đổi mặt cắt ngang bãi biển Phú Yên”Đặc san Khoa học công nghệ thủy lợi số 27 tháng 10/2010 Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi 62 Đinh Văn Mạnh (chủ biên, 2014) “Tính tốn cao độ mực nước biển phục vụ thiết kế cơng trình ven biển” Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội, 2014 Nguyễn Mạnh Hùng (2009) “Báo cáo tổng kết nội dung nghiên cứu –Xác định tham số sóng điều kiện gió mạnh, gió mùa bão vùng nước sâu ven bờ ” thuộc đề tài “Xác định chiều cao sóng tính tốn thiết kế đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam” Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn Hà Nội 2009 Nguyễn Mạnh Hùng (2014) “Các trình thủy thạch động lực ven bờ: mực nước; sóng; vận chuyển bùn cát” Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội, 2014 Phạm Văn Ninh, 2003 “Nghiên cứu chế bồi xói bờ biển khu vực châu thổ sông Hồng” Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Trung tâm KHTN &CNQ, Viện Cơ học Hà Nội 12/2003 Tiếng Anh M Larson and N C Kraus, (1989) “Sbeach: Numerical Model for Simulating Storm – induced Beach Change” Department of The Army US Corps of Engineers, Washington, DC 1989 10 Magnus Larson, Nguyen Manh Hung, Hans Hanson, Annika Sundstromand Emma Sodervall (2014) “Impacts of Typhoons on the Vietnamese Coastline: A Case Study of Hai Hau Beach and Ly Hoa Beach” Chapter of the book “Coastal disaster and climate change in Viet Nam – Engineering and planning perspective” edited by Nguyen Danh Thao, Hiroshi Tagaki and Miguel Esteban Elsevier Publishing house, 2014 11 Nguyen Manh Hung, Duong Cong Dien, 2006 “Effects of the storm number (DAMREY) on the sea dyke system of Namdinh province” Journal of Marine Sciences, Volume (T6), 2006 12 Nguyen Manh Hung, Magnus Larson (2014) “Coastline and River Mouth Evolution in the Central Part of the Red River Delta” Chapter of the book “Coastal disaster and climate change in Viet Nam – Engineering and planning perspective” edited by Nguyen Danh Thao, Hiroshi Tagaki and Miguel Esteban Elsevier Publishing house, 2014 13 The final report of the project “The Evolution and Sustainable Management of Coastal Areas in Vietnam” The “Vietnam Sweden Research Cooperation Programme: 2004 – 2011) Hanoi 2011 63 14 Shore Protection Manual Coastal Engineering Research Center, US Navy, 1984 ... HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thiếu Hoa TÍNH TỐN TRƯỜNG SĨNG, VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ XÓI LỞ BỜ BIỂN, BÃI BIỂN TRONG BÃO KHU VỰC VEN BỜ CHÂU THỔ SÔNG HỒNG Chuyên... NHIÊN, VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ BIẾN ĐỘNG BỜ BIỂN KHU VỰC CHÂU THỔ SÔNG HỒNG 1.1 Đặc điểm tự nhiên, điều kiện khí tượng, thủy văn khu vực châu thổ sông Hồng 1.1.1 Lịch sử phát triển vùng ven biển châu. .. nghiệm trường khu vực nghiên cứu Do vậy, luận văn hoàn thành sở nội dung sau: - Tổng quan điều kiện tự nhiên, vận chuyển bùn cát xói lở bờ biển, bãi biển vùng châu thổ sông Hồng, đặc biệt khu vực