Công trình bảo vệ bờ biển ổn định cửa sông Cà Ty - Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận

Từ năm 1993 đến nay nhiều công trình chỉnh trị cửa sông thuộc các tỉnh miền Trung và Nam Trung Bộ được xây dựng để ổn định luồng lạch tàu thuyền ra vào cảng cũng như tránh trú bão. Một số công trình được xây dựng phát huy hiệu quả như cửa Lò (Nghệ An), cửa Tùng (Quảng Trị), Khánh Hải, Đông Hải, Cà Ná (Ninh Thuận), …

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN ỔN ĐỊNH CỬA SƠNG CÀ TY - PHAN THI ẾT, TỈ NH BÌNH THUẬN Ths Nguyễn Đức Vượng, Ths Phạm Văn Đạt Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam Tóm Tắt: Từ năm 1993 đến nhiều cơng trình chỉnh trị cửa sơng thuộc tỉnh miền Trung Nam Trung Bộ xây dựng để ổn định luồng lạch tàu thuyền vào cảng tránh trú bão Một số cơng trình xây dựng phát huy hiệu cửa Lò (Nghệ An), cửa Tùng (Quảng Trị), Khánh Hải, Đông Hải, Cà Ná (Ninh Thuận), … Nét chung xây dựng cơng trình chỉnh trị cửa sơng dựa vào nguồn số liệu ỏi, thơng qua số kết tính tốn mơ hình tốn cơng tác thí nghiệm mơ hình vật lý bố trí vị trí, qui mơ chưa thực đầy đủ Chính vậy, nhiều cửa sơng sau có cơng trình chỉnh trị tuyến luồng bị bồi cửa Tư Hiền (Thừa Thiên – Huế), Sa Huỳnh Mỹ Á (Quảng Ngãi), Đà Nông (Phú n), cửa La Gi (Bình Thuận)… gây xói lở bờ biển khu vực gần cửa cửa La Gi Cà Ty - Phan Thiết (Bình Thuận) Bài báo trình bày tượng xói lở bờ biển sau có cơng trình chỉnh trị cửa sơng, sử dụng mơ hình tốn MIKE 21/3FM để nghiên cứu, đề xuất định hướng cơng trình để ổn định cửa sơng ven biển bờ biển khu vực cửa sông Cà Ty - Phan Thiết Từ khóa: cửa sơng Cà Ty, xói lở bờ biển, Mike 21//FM Summary: There are many works have been constructed for stabilizing the vessel fairway to the port or storm shelters in the Central and South Central of Vietnam since 1993 Some of them were built effectively such as estuaries of Lo (Nghe An), Tung (Quang Tri), Khanh Hai, Dong Hai, Ca Na (Ninh Thuan) In general, when building these works, it is only based on meagre data, through a number of results calculated using a mathematical model while the experimental work on a physical model for the layout location, size has not been fully implemented Therefore, many vessel fairways have occured sedimentation phenomenon after building training works at astuaries such as Tu Hien (Thua Thien Hue, Sa Huynh and My A (Quang Ngai), Da Nong (Phu Yen), La Gi (Binh Thuan ) or causing coastal erosion in the area near the rivermouth such as La Gi and Ca Ty - Phan Thiet (Binh Thuan province) The paper presents the phenomenon of coastal erosion after building training work at estuaries, using MIKE 21/3FM to research, suggest orientedly work for stabilization of river and coastal zone of Ca Ty - Phan Thiet estuary Key words: CaTy river mouth, coastal erosion, Mike 21//FM I ĐẶT VẤN Đ Ề * Trên giới có nhiều giải pháp cơng trình để ổn định cửa sông, nạo vét luồng lạch, bảo vệ bờ biển trực tiếp hay từ xa Và để đầu tư xây Người phản biện: PGS.TS Trương Văn Bốn Ngày nhận bài: 04/6/2015 Ngày thông qua phản biện:16/6/2015 Ngày duyệt đăng: 28/9/2015 dựng cơng trình thành cơng, tác động xấu đến mơi trường xung quanh nhất, nhiều nước giới phải hàng chục năm nghiên cứu, kết hợp nhiều phương pháp phân tích số liệu, tài liệu, ảnh viễn thám, mơ hình tốn, mơ hình vật lý để bố trí cơng trình, quy mơ hợp lý, kể kết cấu, vật liệu, biện pháp thi cơng Nhiều cơng trình sau xây dựng phải điều chỉnh quy mô, vừa nạo vét KHOA HỌC CƠNG NGHỆ tuyến luồng, chuyển cát Cơng trình ổn định cửa sông Cà Ty - Phan Thiết xây dựng từ năm 1993-1997 cơng trình khu neo đậu tránh bão cho tàu đánh cá cửa sông Phú Hải xây dựng từ năm 2002 - 2010 cải tạo luồng chạy tàu phục vụ hàng ngàn tàu đánh bắt thủy hải sản tập kết, neo đậu tiêu thụ sản phẩm, nơi neo đậu tàu thuyền mùa mưa bão Sau hai cơng trình chỉnh trị cửa sơng xây dựng làm thay đổi sóng, dịng chảy, bùn cát vùng bờ biển lân cận cơng trình Kết bờ biển phía Nam lân cận cơng trình bị xói lở mạnh, hàng trăm hộ dân thuộc phường Lạc Đạo, Đức Long, Hưng Long, Phú Hài bị nhà cửa Ủy ban nhân dân tỉnh Bình Thuận đầu tư hàng trăm tỷ đồng để tư xây dựng kè bảo vệ bờ biển: Kè thủy sản Nam Phan Thiết dài 1705 m, kè Đồi Dương dài 1628 m, kè Đức Long dài 1550 m (đã thi công khoảng 700 m) Giai đoạn 2016 - 2020, dự kiến đầu tư kè Phú Hài 1300 m, kè xã Tiến Thành 5034 m khu vực lân cận cửa sông Cà Ty, cửa Phú Hài thành lưới: M eshBD (lưới Biển Đông), M eshII (lưới II) M eshI (lưới I) với thơng số mơ bảng Phạm vi mơ hình lưới biển Đơng: Bao phủ tồn khu vực biển Đơng phạm vi 99oE-121oE 1oN-25oN Dữ liệu địa hình lấy từ đồ DEM ETOPO5 Mỹ với địa hình đáy biển bước lưới phút (Hình 1) Số liệu địa hình lưới I: Sử dụng số liệu đo đạc Đề tài KC.08.18 khu vực ven biển Phú Hài - Cà Ty Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực năm 2012 Để đảm bảo độ xác tính truyền sóng từ ngồi khơi vào bờ nghiên cứu xây dựng mô hình gồm lưới ký hiệu lưới I lưới II Lưới II mơ hình chọn bao phủ tồn vùng bờ biển tỉnh Bình Thuận Biên phía ngồi biển mơ hình lưới II (T1, T2, T3) chọn trùng với điểm có liệu tính tốn sóng mơ hình sóng tồn cầu WAVEWATCH III Mỹ Vấn đề đặt bờ biển thành phố Phan Thiết có tiềm du lịch biển với nhiều bãi tắm tiếng M ũi Né, Hàm Tiến, Đồi Dương, Tiến Thành, tiếp tục bảo vệ bờ biển giải pháp “cứng hóa” thân thiện môi trường làm giảm giá trị du lịch Bài báo trình bày tóm tắt kết nghiên cứu mơ hình tốn M IKE 21/3FM COUPLED mơ hình ứng dụng nhiều cơng trình nghiên cứu giới, Việt Nam sử dụng nhiều đề tài, dự án khoa học cấp Nhà nước, cấp Bộ, cấp Tỉnh [1, 2, 5, 6] để đề xuất giải pháp ổn định cửa sông Cà Ty, vùng bờ biển phụ cận II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 Xây dựng mơ hình Phạm vi nghiên cứu: vùng tính tốn bao gồm khu vực biển đơng (xem hình 1), chia Hình 1: Các lưới tính tính sóng cho khu vực ven biển Bình Thuận Miền tính tốn: Để nghiên cứu chế độ động lực khu vực ven biển cửa sơng, miền tính lưới tính lựa chọn sau: KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Bảng 1: Các thông số hiệu chỉnh kiển định mơ hình MIKE21/FM Couple Thơ ng số Đi ều ki ện Thời gi an mô Từ 01/01/2012 đến 31/12/2012 Bước t hời gi an tí nh tốn 30 gi ây (tí nh đồng thời cho l ưới I) Mes h BĐ: t vĩ độ 1o đến 25 o , ki nh độ 99 o đến 121o , kí ch t hước t rung bình lưới l 500m Lưới t am gi ác Mes h II: Bi ên l ưới II (T1, T2, T3) tính t mơ hình sóng tồn cầu WaveWat chIII Mes h I: Bi ên l ưới I tính từ cửa C Ty bi ển 6,3km , kéo dài dọc bờ hai phí a cửa sơng 16 km, kí ch t hước trung bình m ỗi lưới khoảng 25m Biên ngồi bi ển (tí nh cho lưới Mesh B Đ) Số liệu sóng l t kết mơ hình tồn cầu WAVEWATC H III với l ưới tính t ốn 0.25o Biên sơng Đường q t rình l ưu l ượng tính từ MIKE11 cho sơng tính với số liệu m ực nước gi t hực đo Đề t ài Hệ số nhám Manni ng lựa chọn t Maining =20  48 tùy theo độ sâu m ực nước ều kiện ven bờ Hệ số nhớt (Eddy) Hệ số nhớt thủy động: 2.5  3.0 m /s áp dụng cho tồn mơ hì nh tính Bùn cát Đường kí nh hạt: d 50 = 0,20 m m Lưới M esh I mơ hình chọn bao phủ toàn vùng bờ biển cửa Cà Ty khơi cách bờ khoảng 6,3km, kéo dài dọc hai phía cửa sơng 16km Biên phía ngồi biển mơ hình trích từ kết tính tốn thủy triều sóng từ mơ hình lưới M esh II II.2 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình cần thiết đưa vào giá trị thông số sau: - Mức “0” mơ hình: mức “0” hệ cao độ lục địa - Hệ số nhám đáy biển: Thông số nhám Nikuradse Kn =0.002, áp dụng khắp mơ hình tính - Hệ số nhớt thủy động: 2.5  3.0 m /s áp dụng cho tồn mơ hình tính + Thời đoạn tính tốn: M hình hiệu chỉnh nghiệm chứng mực nước thực đo số trạm hải văn số liệu thực đo hai năm 2005 2006 bảng bảng Bảng 2: Danh sách trạm hải văn phục vụ hiệu chỉnh kiểm định mơ hình TT Tên Trạm Số liệu hiệu chỉnh năm Hòn Dấu (miền Bắc) Tháng 8/2005 Cửa Việt (miền Trung) Tháng 8/2005 Vũng Tàu (miền Nam) Tháng 8/2005 Số liệu kiểm định năm Tháng 7/2006 Tháng 7/2006 tháng 11/2009 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng 3: Bảng số NAS H q trình hiệu chỉnh kiểm định mơ hình TT Tên trạm Thời gian Chỉ số hiệu chỉnh NASH Hòn Dấu 8/2005 0.86 Cửa Việt 8/2005 0.84 Vũng Tàu 8/2005 0.89 M hình hiệu chỉnh kiểm định với mực nước thực đo đề tài Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực trạm quan trắc cửa Phú Hài sơng Cái có tọa độ UTM 84 49 00, X = 187021.63 - Y = 1210178.97 từ 17h ngày 21 tháng 11 năm 2012 đến 16h ngày 21 tháng 12 năm 2012 Hình 2: So sánh mực nước tính toán mực nước thực đo tháng 11-12/ 2012 Trong miền lưới xây dựng tương ứng với điểm đo mực nước trạm quan trắc Phú Hài, sai số thực đo tính tốn nhỏ 10% Về quy luật diễn biến kết tính tốn thực đo nhau, kết mơ hình có giá trị đỉnh thấp chân thấp giá trị thực đo (Hình 2) M hình hiệu chỉnh kiểm định với sóng, lưu tốc dịng chảy thực đo Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực cửa Phú Hài có tọa độ UTM84-49-00 X = 186919.710, Y = 1208617.060 vào lúc 11/26/2012 3:20:50 PM đến 11/29/2012 13:20:50 Kết tính tốn sóng mơ hình với kết thực đo điểm (Kinh độ 108.136; vĩ độ 10.920) phù hợp (hình 3) Hình 3: So sánh sóng tính tốn sóng thực đo tháng 11/ 2012 Kết tính tốn dịng ven bờ điểm (Kinh độ 108.136; vĩ độ 10.920) mơ hình với kết thực đo phù hợp (hình 4) Hình 4: So sánh dịng ven bờ tính toán thực đo tháng 11/ 2012 M ột số nhận xét kết hiệu chình kiểm định mơ sau: - Mơ hình triều biển Đơng: Kết kiểm định hiệu chỉnh với trạm Hòn Dấu, Cửa Việt, Vũng Tàu số liệu thực đo tính tốn mơ hình phù hợp, đồng thời số NA SH dao động khoảng từ 0.84 đến 0.89 - Mơ hình cho lưới Mesh I: Kết tính tốn từ mơ hình với tài liệu thực đo Đề tài phù hợp Từ kết cho thấy mơ hình cho kết tính tốn tốt dùng để tính toán dự báo mực nước triều thời KHOA HỌC đoạn tính tốn khác Như sử dụng mơ hình tốn để làm rõ ngun nhân diễn biến vùng cửa sông, bờ biển, nghiên cứu quy luật diễn biến đường bờ biển cửa sông nghiên cứu bố trí cơng trình II.3 Trường hợp tính tốn Trong điều kiện thường: Thời gian mô phỏng: tháng đến tháng 12 năm 2012 Vào tháng đến tháng 9, gió chủ yếu thổi theo hướng Tây Nam, cịn vào tháng 11 đến năm sau gió chủ yếu theo hướng Đơng Bắc Hai hướng tạo CƠNG NGHỆ nên hướng sóng chủ đạo có tác động đáng kể tới diễn biến đường bờ theo mùa II.4 Kết tính tốn Vào mùa khơ từ tháng 11 đến tháng năm sau, có gió mùa Đơng Bắc hướng trực tiếp vào đường bờ biển vùng nghiên cứu nên sóng chủ yếu truyền đến đường bờ theo hướng Chiều cao sóng thời gian lớn, chiều cao sóng lớn lên tới 2,0 m khu vực cửa Cà Ty bờ biển phía Nam kè Thủy Sản, có màu cam hình Hình 5: Trường sóng tính tốn theo lưới Meshl - (tháng 4) Vào mùa mưa từ tháng đến tháng 9, sóng chủ yếu theo hướng Tây Nam, men theo đường bờ biển với chiều cao sóng trung bình khoảng 0,7m (hình 6) Khu vực đường bờ biển phía Nam kè thủy sản, sóng vng góc với đường bờ, chiều cao sóng cao đạt tới 0,9m Hình 6: Trường sóng tính tốn theo lưới Meshl - (tháng 8) Hướng gió thay đổi theo mùa gây nên hướng sóng theo hai hướng Đơng Bắc Tây Nam Vào mùa khơ, sóng tác dụng chủ yếu theo hướng Đơng Bắc, sóng tiến vào gần bờ có xu hướng vng góc với bờ hướng trực tiếp đến cửa sơng KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Vào mùa khơ từ tháng 11 đến tháng năm sau, dòng chảy chủ yếu theo hướng Đơng Bắc, gây nên dịng ven bờ từ Bắc xuống phía Nam Dịng chảy sơng nhỏ, tác động chủ yếu Hình 7: Trường dịng chảy vào mùa khơ cửa Cà Ty (triều lên) Phía cửa sơng khu vực quanh vị trí kè C1 (kè phía trái) & C2 (kè phía phải) có vận tốc nhỏ tạo điều kiện cho bùn cát lắng đọng lại, vận tốc dòng chảy lớn đạt khoảng 0,7 m/s vị trí mũi kè C1 phía ngồi biển Khi triều xuống, dịng chảy hướng ngồi cửa sơng kết hợp với dịng ven bờ hướng phía Nam, vận tốc lớn mũi kè C2 0,32 m/s Bùn cát có xu hướng dịch chuyển xuống phía Nam (hình 8) Vào mùa mưa từ tháng đến tháng 9, sóng chủ yếu theo hướng Tây Nam song song với Hình 9: Trường dịng chảy vào mùa mưa cửa Cà Ty (triều lên) Kết phân tích quy luật diễn biến đường bờ phía Nam kè thủy sản: Từ điều tra trạng, phân tích ảnh viễn thám, ảnh Google Earth q trình mơ diễn biến đường bờ mơ hình tốn cho kết tương đối giống mặt định tính Cụ thể là: đến biến đổi cửa sơng dịng triều Khi triều lên, dòng ven kết hợp dòng triều tiến sâu vào khu vực cửa sơng (hình 7, hình 8) Hình 8: Trường dịng chảy vào mùa khơ cửa Cà Ty (triều xuống bờ biển phía Nam cửa Cà Ty, kết hợp với dịng chảy từ sơng đổ Vận tốc lớn cửa sông khoảng 0,14 m/s triều xuống 0,12 m/s triều lên (hình 9, hình 10) Với vận tốc kết hợp dịng chảy ven bờ hướng phía Bắc làm bùn cát gặp kè C1&C2 có xu hướng lắng đọng bờ phía Nam kè Lưu tốc dịng chảy vị trí tiếp giáp bờ biển phía Nam với kè thủy sản nhỏ kết hợp với dòng chảy hướng phía Bắc nên làm cho bùn cát lắng đọng Hình 10: Trường dịng chảy vào mùa mưa cửa Cà Ty (triều xuống ) - Vào mùa gió Đơng Bắc: Đường bờ biển phía Nam kè thủy sản bị xói lở mạnh có xu hướng ăn sâu vào đất liền Nguyên nhân chủ yếu sóng, dịng triều tác động trực tiếp vào bờ kết hợp với dịng ven bờ có hướng từ Bắc xuống Nam Khi dòng ven bờ mang theo bùn cát từ KHOA HỌC phía Bắc xuống phía Nam đến vị trí kè ổn định luồng Phú Hài (sông Cái) kè C1&C2 cửa Phan Thiết (sơng Cà Ty) lượng bùn cát bị giữ lại khơng dịng ven bờ đưa xuống phía Nam kè thủy sản Nhưng dịng ven bờ di chuyển xuống phía Nam, vị trí tiếp giáp kè thủy sản sinh dịng xốy vận tốc lớn cho khu vực xói lở mạnh - Ngược lại vào mùa gió Tây Nam đường bờ biển phía Nam kè thủy sản bồi trở lại, nguyên nhân chủ yếu dòng ven bờ mang theo bùn cát Khi dịng ven bờ gặp kè thủy sản phần bùn cát bị giữ lại vị trí tiếp CÔNG NGHỆ giáp kè bờ biển Tuy nhiên lượng bùn cát bồi không bù đắp lượng bị lấy bị xói lở mùa gió trước III Đ Ề XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH CỬA S ÔNG, VÙNG BỜ BIỂN CÀ TY – PHAN THIẾT Trên sở kết điều tra trạng từ 2005 đến 2014, nhóm tác giả đưa hai phương án để tính tốn mơ phân tích ổn định cửa sơng Cà Ty bờ biển khu vực bờ biển bị xói lở thuộc phường Đức Long, thành phố Phan Thiết (bảng 4) Bảng 4: Các phương án đề xuất tính tốn mơ phân tích ổn định cửa sơng Phương án 1: Kè mỏ hàn song song với Phương án 2: Kè mỏ hàn vng góc với bờ, đường bờ biển (xem hình 11) có hình dạng chữ T (xem hình 12) Chiều dài: L =120m Phần gốc vng góc với bờ: Chiều rộng: r = 5m Khoảng cách từ mũi kè vào bờ: T = 150 Khoảng cách kè: l = 60m Chiều rộng gốc mỏ hàn: Rg = 10m Khoảng cách trung bình từ kè vào bờ: Chiều rộng phần mũi: Rm = 5m Ttb = 110m Phần cánh cung có dạng đầu chữ T Chiều dài: Lt = 180m Chiều rộng: Rt = 10m Khoảng cách kè: l = 700m Hình 11: Phương án Kết tính tốn cho giải pháp cơng trình ổn định cửa Cà Ty Mô điều kiện thường: Nhóm nghiên cứu thực mơ từ tháng đến tháng 12 năm 2012 sử dụng nguồn tài liệu Hình 12: Phương án thực đo đề tài KC08.18 Vào mùa khô từ tháng 11 đến tháng năm sau: Ảnh hưởng dịng chảy sơng khơng có, dịng chảy ven bờ với tốc độ lớn khoảng