Phụ lục: G Hướng dẫn tính toán xói lở cồn cát

Phụ lục: G Hướng dẫn tính tốn xói lở cồn cát G.1 Phương pháp tính tốn xói lở cồn cát bão G.1.1 Cơ sở phương pháp tính tốn * Các điều kiện ban đầu: - Mặt cắt cồn cát ban đầu chuyển đổi thành mặt cắt cồn cát bị xói lở bão - Hình dang mặt cắt xói lở hàm chiều cao sóng có ý nghĩa vận tốc lắng chìm hạt cát bị xói lở điều kiện nước tĩnh - Hình dạng mặt cắt xói lở khơng lệ thuộc vào góc tới sóng, mặt cắt bãi biển trước bão, mực nước bão - Giả thiết cát bị xói lở vận chuyển theo hướng biển - Mặt cắt ngang xói lở tình trạng mà tổng diện tích cát bị xói lở diện tích cát bị lắng đọng Nói chung giả thiết khơng có tổn thất (mất mát) lượng cát xảy theo hướng dọc bờ Tính tốn dự báo xói lở cồn cát bão xác định phạm vi xói theo phương ngang đứng hay vị trí phần cắt đỉnh cồn cát sau bão, đặc trưng tham số xmax ymax * Hình dạng mặt cắt xói lở - Mặt cắt ngang xói lở bãi biển mô tả phần: bề mặt cồn cát, phần mặt cắt dạng parabol độ dốc chân cồn cát - Bề mặt cồn cát mô tả độ dốc 1:1, từ mực nước lớn bão hướng lên phía cồn cát - Tại mực nước lớn bão, bề mặt cồn cát tiếp nối với với phần para bol mắt cắt Điểm tiếp nối chân cồn cát sau bão (x=0; y=0) Từ chân cồn cát phía biển, phần dạng mặt cắt parabol thể cơng thức 1 Hình 9.8: Ngun lý mơ hình tính tốn xói lở cồn cát ⎛ 7.6 ⎜⎜ ⎝ H 0s ⎞ ⎟⎟ y = 0.4714 ⎠ ⎡⎛ 7.6 ⎢⎜ ⎢⎜⎝ H s ⎣ ⎞ ⎟⎟ ⎠ 1.28 ⎛ 12 ⎞ ⎜ ⎟ ⎜T ⎟ ⎝ p⎠ 0.45 ⎛ w ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ 0.0268 ⎠ 0.56 ⎤ x + 18⎥ − 2.0 ⎥ ⎦ (1) Cơng thức (1) có giá trị đến vị trí Q mặt cắt, đó: x = x max ⎛H ⎞ = 250⎜ s ⎟ ⎝ 7.6 ⎠ 1.28 ⎛ 0.0268 ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ w ⎠ 0.56 (2) Đối với giá trị x, tọa độ y xác định y = y max ⎡ = ⎢0.4714 ⎢ ⎢⎣ 0.45 ⎤ ⎛ ⎞ ⎜ 250⎛⎜ 12 ⎞⎟ + 18 ⎟ − 2.0⎥⎛ H s ⎞ ⎜ ⎟ ⎥⎜⎝ 7.6 ⎟⎠ ⎜T ⎟ p ⎠ ⎝ ⎝ ⎠ ⎥⎦ (3) - Từ điểm Q: xmax, ymax , hướng phía biển, giả thiết đường xói lở tạo mặt cắt có độ dốc khơng đổi 1:12.5 đến tận vị trí giao điểm với mặt cắt ban đầu - Giá trị w tính cơng thức: 10 ⎛1⎞ log⎜ ⎟ = 0.476(10 log D50 ) + 2.18010 log D50 + 3.226 ⎝ w⎠ (4) Trong công thức từ (1) đến (4) , ký hiệu sau là: - H0s : chiều cao sóng tới có nghĩa Hs xác định vị trí chân cơng trình tương ứng với tần suất thiết kế - Tp: Chu kỳ đỉnh sóng - w: vận tốc lắng chìm hạt cát nước biển - x: Trục toạ độ ngang ( hướng dương phía biển ) - y : trục tọa độ đứng ( hướng dương xuống ) - D50: đường kính trung bình hạt cát cồn cát Cơng thức (1) (3) có giá trị với chu kỳ đỉnh sóng khoảng 12s < Tp < 20s Trong trường hợp Tp < 12s, lấy Tp = 12s Trong trường hợp Tp > 20s, lấy Tp = 20s G.1.2 Các lưu ý tính tốn thực tế - Hình dạng mặt cắt xói lở xác định theo cơng thức (1) - Vị trí mặt cắt xói lở theo phương đứng xác định mức nước bão (trục x mức nước bão) - Vị trí theo phương ngang xác định theo hướng vng góc với bờ biển - Đối với mực nước bão, lấy giá trị mực nước vị trí bên ngồi vùng sóng vỡ G.1.3 Độ xác tính tốn xói lở cồn cát với mơ hình tính tốn Nhìn chung, lượng xói lở cồn cát tính tốn có sai số với lượng xói lở cồn cát thực tế xảy nguyên nhân sau đây: * Sự xác mơ hình tính tốn Mơ hình tính tốn sơ đồ hóa tương đối đơn giản trình tự nhiên phức tạp Sơ đồ tính tốn đưa đến khơng xác hồn tồn Độ xác mơ hình tính tốn biểu thị độ lệch từ số lượng xói lở cồn cát tính tốn mức nước bão có giá trị σA = 0.10 A +20 (m3/m) (5) Trong A: lượng xói lở cồn cát tính tốn mực nước bão (m3/m) * Độ xác thơng số đầu vào Việc đo đạc mặt cắt cồn cát trước bão khó thực Thêm nữa, khơng chắn độ xác giá trị mực nước bão, chiều cao sóng đường kính hạt cát * Những ảnh hưởng triều cường, dao động sóng thời gian bão Những ảnh hưởng dao động mực nước bão hậu triều cường, dao động sóng khơng xét đến mơ hình tính tốn nêu cần có xem xét đánh giá mức độ ảnh hưởng * Sự phân bố lại bùn cát theo hướng dọc bờ Điều kiện ban đầu cân xói – bồi theo hướng vng góc bờ không áp dụng mặt cắt đoạn bờ biển có độ cong lớn Đối với mặt cắt cần có xem xét lượng xói lở tăng thêm ảnh hưởng vận chuyển bùn cát dọc bờ Trong giai đoạn tại, tính tốn lượng xói lở cồn cát xét lượng xói lở tăng thêm hạn chế độ xác mơ hình tốn, chưa xét yếu tố khác G.2 Mơ hình tính tốn xói lở cồn cát bão G.2.1 Giới thiệu mơ hình tính Theo phương pháp ngun lý tính tốn nêu trên, tài liệu này, hướng dấn áp dụng mô hình tính xói lở cồn cát DUROS-Plus cùa Hà lan Đây mơ hình tính tốn đơn giản tương đối phù hợp với khả năng, số liệu có kinh nghiệm nghiên cứu thực tế cồn cát Việt Nam G.2.2 Hướng dẫn tính tốn xói lở cồn cát mơ hình tốn * Chuẩn bị số liệu đầu vào - Số liệu mặt cắt ngang cồn cát: Số liệu mặt cắt ngang cồn cát thể file exel với khoảng cách lẻ cao độ tự nhiên tương ứng Hướng mặt cắt: Từ trái sang phải tương ứng từ phía biển vào đất liền Phạm vi phía bờ vượt qua phạm vi cồn cát cần tính tốn khoảng 30-50m đủ Phạm vi mặt cắt phía biển phụ thuộc vào đặc điểm địa hình đáy biển vào chiều cao song, chu kỳ song tính tốn Do đặc điểm lý thuyết mơ hình giới hạn phần bồi chân bờ mái dốc m=12,5 nên địa hình đáy biển cần vượt qua đoạn đáy biển có mái dốc m thoải 12.5 - Đường kính hạt cồn cát: Thơng số đường kính hạt qui định D50 với đơn vị (m).Ví dụ: Đường kính hạt D50=0.257mm nhập số liệu vào 257e-6 - Chọn tần xuất tính tốn: Tần xuất tính tốn mực nước sóng tính tốn cồn cát ven biển miền Trung lấy bằn p =2% ( tương đương tần xuất tính tốn thiết kế đê biển khu vực với cấp cơng trình cấp III) - Thơng số sóng: Thơng số sóng tính tốn bao gồm chiều cao sóng Hs(m) chu kỳ sóng T(s) Sóng tính tốn sóng chân cơng trình - Mực nước tính tốn: Mực nước tính toán mực nước tổng hợp bao gồm nước dâng bão * Tính tốn - Khởi động DUROS Modul DUROS bao gồm 56 file mã đoạn viết ngơn ngữ lập trình MATLAB liên kết với có file để nhập số liệu chạy kết tính tốn ký hiệu DUROS_TT.m Để chạy modul DUROS phải cài đặt phần mềm MATLAB phiên 2009 trở lên Sau cài đặt hoàn chỉnh MATLAB, vào thư mục DUROS, nhấn vào file DUROS_TT.m lên toàn code dạng text Save as file đặt tên theo ý đồ người sử dụng cho trường hợp tính tốn cụ thể Ví dụ: Save as sang file BT14.m File số liệu địa hình xls file tính tốn m phải đặt thư mục DUROS - Thiết lập thông tin tên file Ở hàng thứ nhất: Sửa lại tên file sau “function result = “ theo tên file mở Ví dụ: File mở BT14.m sửa thành: “function result = BT14 (varargin)” Tương tự hàng 9,26,27,28 - Nhập số liệu Số liệu đầu vào bao gồm: Tên file địa hình (*.xls), mực nước, chiều cao sóng, chu kỳ sóng, đường kính hạt, độ dốc địa hình chân bờ cao độ điểm thấp phía biển mặt cắt ngang Toàn số liệu nhập cách sửa lại số liệu mặc định file nguồn hang từ hang 78 đến hàng 84 Trong đó: Hàng 78: sửa lại tên file xls số liệu địa hình theo file số liệu cần tính tốn thiết lập bước Vídụ: 'transectfile', fullfile(fileparts(which(mfilename)), 'BT14.xls'), Các hàng 79,80,81,82,83,84 sửa lại giá trị mực nước, chiều cao sóng, chu kỳ sóng, đường kính hạt, độ dốc địa hình chân bờ, cao độ điểm thấp phía biển mặt cắt ngang - Chạy xuất kết Sau hoàn thành bước trên, chọn cửa sổ Debug, bấm vào lệnh Run BT14.m bấm vào nút mũi tên xanh cơng cụ MATLAB để tiến hành tính tốn xuất kết Kết tính tốn hình dạng hình ảnh thể phạm vi xói lở cồn cát phần bồi phía chân bờ G.2.3 Đánh giá mức độ xói lở cồn cát với trường hợp tính tốn Để đánh giá mức độ xói, sử dụng tiêu tỷ lệ mức xói lở Er(m3/m) chiều rộng xói B (m), cụ thể: + Er(m3/m)/B(m) =0: Khơng xói + Er(m3/m)/B(m) < 0,3: Yếu + Er(m3/m)/B(m) = 0,3-0,6: Trung bình + Er(m3/m)/B(m) = 0,6-1,2: Mạnh + Er(m3/m)/B(m) > 1,2: Rất mạnh G.2.4 Một số lưu ý áp dụng mơ hình DUROS-Plus Ưu điểm: Sử dụng đơn giản, dễ hiểu, trực quan Hạn chế: Phần bồi chân bờ giới hạn mái dốc m=12.5 nên với địa hình đáy biển dốc 12,5 mơ hình khơng thực Phần sạt lở cồn cát mực nước qui ước sạt lở với mái dốc m=1.0 chưa phản ánh hình ảnh sạt lở cồn cát sau bão Đối với việc ứng dụng vào điều kiện Việt Nam: - Hiện số liệu địa hình phần nước bị hạn chế nên kết tính tốn chưa phản ánh thực tế - Chưa có hướng dẫn cụ thể việc lựa chọn chu kỳ lăp mực nước, chiều cao sóng, chu kỳ sóng tương ứng để tính tốn biến động cồn cát - Đề xuất chọn mực nước thơng số sóng tính tốn có tần xuất p = 2% G.2.5 Ví dụ tính tốn xói lở cồn cát cho mặt cắt đại diện * Hiện trạng cồn cát chọn tính tóan Mơ tả cồn cát chọn Mặt khu vực cồn cát Vị trí, khu vực: Cồn cát xã Đức Lợi – huyện Mộ Đức , tỉnh Quảng Ngãi Quy mơ: - Diện tích: 354 - Chiều dài: 4.9 km - Chiều rộng: 160 m ÷920 m - Cao độ đỉnh: 5,0 m ÷ 11,5 m Hiện trạng xói lở - Đầu cồn cát bị xâm thực sâu 100m chiều dài 1,5km (mạnh 20052007), số đoạn bị sạt lở - Cuối cồn bị sạt lở dài 500 m, bắt đầu xuất từ 1999÷2002, đến khơng ổn định tượng xâm thực nhẹ tiếp tục xảy * Các thơng số đầu vào phục vụ tính tốn xói lở Số hiệu Cao độ đỉnh mặt cắt cồn cát cồn cát QN-4 Sóng Mặt cắt ngang Tần ban đầu xuất (m) 5,0÷11,5 Khảo sát 10/2010 2% Mực nước (cm) 127 Đường Chìều Chu kỳ cao sóng sóng T Hs (m) (s) 1.41 13.45 kính hạt cát D50 (mm) 0.373 Ghi chú: thông số mực nước tổng hợp sóng tra từ kết tính tóan phụ lục số … * Trình tự kết tính tốn - Trình tự tính tốn: theo hướng dẫn mục I.2 ( b) phụ lục - Kết tính tốn: Kết tính tốn xói lở cồn cát thể qua hình vẽ bảng kết tính sau đây: Hình vẽ mơ tả kết tính tóan dự báo xói lở cồn cát ( p =2%) DUROS-plus DUROS-plus Erosion above SSL 2.5 Initial profile Erosion profile WL: 1.27 m w r.t datum Hs: 1.41 m Tp: 13.45 s D50: 373.00 μ m Er: -12.66 m 3/m vertical coordinate [m] 1.5 0.5 -0.5 -1 -1500 -1505 -1510 -1515 -1520 -1525 cross-shore coordinate [m] -1530 -1535 -1540 ( Ghi chú: đường màu đen MC ban đầu; đường màu đỏ mặt cắt sau xói lở) Bảng kết tính tốn dự báo đánh giá mức độ xói lở ( với trường hợp p =2%) Thơng số xói lở Số hiệu mặt cắt cồn cát QN-4 Cao độ Cao độ điểm xói điểm xói sâu cao (m) (m) 0.55 2.7 Đánh giá Chiều rộng xói B(m) 14 Tốc độ xói Er (m3/m) -12.66 mức độ Er/B -0.90 xói lở Mạnh