Các giải pháp tạo bãi nhân tạo phục vụ du lịch và bảo vệ bờ biển

MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Chương I: ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Mục đích, ý nghóa công tác nghiên cứu I.1.1 Thực trạng bờ biển Việt Nam I.1.2 Vai trò ngành du lịch biển kinh tế quốc dân I.1.3 Tạo bãi để phát triển du lịch bảo vệ bờ I.2 Phạm vi nghiên cứu Chương II: TỔNG QUAN II.1 Định nghóa bồi tụ bãi biển II.2 Mục đích, yêu cầu bồi tụ bãi biển II.3 Phương thức bồi tụ tái bồi tụ bãi biển II.3.1 Phương thức bồi tụ II.3.1.1 Tầm quan trọng việc bồi tụ bãi II.3.1.2 Chọn lựa vật liệu bồi tụ II.3.2 Phương thức tái bồi tụ bãi biển II.3.2.1 Định nghóa tái bồi tụ II.3.2.2 Chu kỳ tái bồi tụ bãi biển II.3.2.3 Bồi tụ chuyển tiếp 11 II.3.2.4 Đánh giá tuổi thọ dự án bồi tụ 13 II.6 Sơ nét bồi tụ bãi biển giới 15 II.5 Đánh giá mức độ thành công hiệu kinh tế bồi tụ bãi biển 15 Chương III: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU III.1 Xác định yếu tố ảnh hưởng đến bồi tụ bãi biển III.1.1 Sóng 17 17 III.1.1.1 Phân bố chiều cao sóng 18 III.1.1.2 Phân bố chu kỳ sóng 18 III.1.2 Dóng chảy 18 III.1.2.1 Dòng chảy dọc bờ 18 III.1.2.2 Dòng chảy ngang bờ 20 III.1.3 Bùn cát 21 III.1.3.1 Thành phần bùn cát 21 III.1.3.2 Chuyển động bùn cát dọc bờ 21 III.1.3.3 Xác định lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ 25 III.1.4 Hiện trạng bãi III.2 Phương pháp thiết kế bồi tụ tái bồi tụ công trình III.2.1 Xác định kích thước phận bãi 29 29 29 III.2.1.1 Cơ bãi (berm) 30 III.2.1.2 Đụn cát (dune) 33 III.2.2 Xác định mặt cắt bồi tụ 36 III.2.2.1 Mặt cắt ngang bờ biển (profile) 36 III.2.2.2 Đặc trưng mặt cắt ngang bờ biển 38 III.2.2.3 Xác định mặt cắt ngang cân bờ biển 40 III.2.2.4 Thiết kế hình dạng profile 42 III.2.2.5 Đặc điểm mặt cắt ngang bãi biển cân 43 III.2.2.6 Độ sâu khép kín (depth of closure) 44 III.2.2.7 Áp dụng phương pháp dịch chuyển profile để tạo bãi 44 III.2.2.8 Áp dụng phương profile cân để tạo bãi 46 III.2.2.9 Áp dụng phương pháp hệ số bồi tụ vượt để tạo bãi 52 III.3 Phương pháp thiết kế bồi tụ tái bồi tụ có công trình 53 III.3.1 Các giải pháp bảo vệ bãi 53 III.3.2 Nguyên tắc làm việc đập đinh 54 III.3.3 Một số phương án bố trí đập đinh 56 III.3.4 Nghiên cứu giải pháp mặt (xác định mặt bồi tụ mô hình toán) 57 III.3.4.1 Giới thiệu phân tích mô hình 57 III.3.4.2 Các mô hình bồi tụ bãi 58 III.4 Biện pháp thi công tạo bãi 64 III.4.1 Yêu cầu vật liệu xây dựng dùng cho tạo bãi 64 III.4.2 Phương pháp thi công 65 Chương IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU IV.1 Vận dụng thiết kế tạo bãi cho bãi biển Cần Giờ 68 IV.1.1 Sự cần thiết phải đặt vấn đề cải tạo bãi biển Cần Giờ 68 IV.1.2 Xác định số liệu đầu vào 70 IV.1.2.1 Mực nước 70 IV.1.2.2 Đặc điểm địa hình điều kiện địa chất bãi Cần Giờ 71 IV.1.2.3 Dòng chảy 75 IV.1.2.4 Sóng 76 IV.1.3 Mục tiêu biện pháp tạo bãi 81 IV.1.3.1 Mục đích việc tạo bãi 81 IV.1.3.2 Biện pháp tạo bãi 81 IV.1.4 Tính toán thiết kế tạo bãi 83 IV.1.4.1 Xác định yêu cầu kích thước theo điều kiện tự nhiên khu vực tạo bãi 83 IV.1.4.2 Xác định lượng cát bồi tụ 83 IV.1.4.3 Xác định lượng cát thực tế để bồi tụ tái bồi tụ 86 IV.1.4.4 Xác định lưu lượng vận chuyển bùn cát 87 IV.1.4.5 Xác định chiều rộng bãi bồi tụ sau ngày sau ngày 88 IV.1.4.6 Xác định thời gian cát bồi tụ giữ lại 50% 89 Chương V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ V.1 Nhận định chung phương pháp luận thiết kế công trình tạo bãi 91 V.1.1 Đánh giá ưu nhược điểm phương pháp 91 V.1.2 Lựa chọn phương pháp tạo bãi có công trình hay bồi tụ độ 93 V.2 Ứng dụng tạo bãi điều kiện Việt Nam – vùng bãi biển Cần Giờ 93 V.2.1 Đặc điểm khu vực bãi biển Cần Giờ 94 V.2.2 Kiến nghị giải pháp tạo bãi ứng dụng bãi biển Cần Giờ 94 V.2.2.1 Giải pháp tạo bãi ứng dụng bãi biển Cần Giờ 94 V.2.2.2 Kiến nghị 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO : CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI NHÂN TẠO PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ BẢO VỆ BỜ BIỂN A ĐẶT VẤN ĐỀ Một đất nước có bờ biển trải dài từ Bắc xuống Nam tiềm lớ n Việt Nam Chúng ta có 3.260km bờ biển, 125 bãi cát 2.700 đảo lớn nhỏ với hệ thống rừng ngập mặn giàu tính đa dạng sinh học Vì vậy, Việt Nam địa hấp dẫn thu hút khách du lịch đến từ nước giới Bên cạnh nguồn tài nguyên thiên nhiên, yếu tố nhân văn giàu sắc văn hoá dân tộc cộng đồng cư dân ven biển lợi để ngành du lịch Việt Nam phát triển Tuy nhiên, việc khai thác phát triển du lịch biển diễn theo chiều, ưu mà biển dành cho vô tận Hiện nay, trình xói lở diễn hầu hết bờ biển, địa bàn tất tỉnh có biển, với mức độ (cường độ tốc độ) khác Vì vậy, để tạo khu du lịch biển, vừa vui chơi, giải trí, nghỉ ngơi… vừa có tác dụng bảo vệ bờ, thiết phải tạo bãi Đây giải pháp tốt nhằm khai thác phát triển tiềm biển, đồng thời giữ gìn bảo vệ bờ biển Trong khuôn khổ Luận Văn giới hạn trình độ, với thời gian cho phép, Luận Văn tập trung đề cập đến nội dung sau: ● Tính cần thiết dự án bồi tụ để tạo bãi biển phục vụ cho nhu cầu du lịch kết hợp bảo vệ bờ ● Tốc độ xói mòn đường bờ ● Khoảng thời gian tái bồi tụ tuổi thọ dự án ● Các yêu cầu kỹ thuật trình thiết kế thi công B CÁC LÝ THUYẾT VÀ GIẢI PHÁP TẠO BÃI NHÂN TẠO I Bồi tụ bãi biển Bồi tụ bãi biển (tạo bãi) hình thức đem cát đến đổ vào vùng bờ để mở rộng bãi phía biển dọc theo đường bờ Bồi tụ bãi có tác dụng tạo cảnh quan du lịch bảo vệ bờ Có hai hình thức bồi tụ bãi: - Bồi tụ công trình: đổ cát để tạo bãi - Bồi tụ có công trình: nơi có dòng bùn cát tương đối mạnh, trình vận chuyển bùn cát dọc bờ gây xói đường bờ Do phải làm số công trình để giữ cát lại, nhằm giúp cho công tác bồi tụ bãi đạt hiệu II Mục đích yêu cầu bồi tụ bãi biển II.1 Mục đích: - Tạo bãi biển phục vụ du lịch, nghỉ mát… : CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI NHÂN TẠO PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ BẢO VỆ BỜ BIỂN - Kết hợp bảo vệ bờ biển II.2 Các yêu cầu trình thiết kế bồi tụ bãi biển II.2.1 Xác định yếu tố ảnh hưởng đến bồi tụ bãi biển a) Các yếu tố sóng Sóng biển tác động trực tiếp nhanh, mạnh lên bờ công trình ven bờ, sóng sinh dòng chảy đáy làm cho bùn cát dễ bị xáo trộn, tách rời khỏi đáy dịch chuyển nơi khác Ngoài tác động phá hoại trực tiếp, lượng sóng chuyển thành dòng lượng, nguyên nhân chủ yếu gây vận chuyển tạo vùng bồi, xói - Các quan hệ phân bố chiều cao soùng: H1/10 = 5,091   = 2,03 Htb = 1,27 H1/3 = 1,80Hrms H1/3 = 4,004   = 1,597 Htb = 1,416 Hrms Htb = 2   = 0,626 H1/3 H1/100 = 1,67 H1/3 = 2,36 Hrms = 6,672   Hmax = 1,86 H1/3 Hrms = 2   = 1,28 Htb = 0,706 H1/3 Trong đó:  2 = mo: phương sai cao độ mực nước H1/10: chiều cao trung bình 1/10 sóng cao (m) H1/3: chiều cao trung bình 1/3 sóng cao hay chiều cao sóng có nghóa (m) Htb: chiều cao trung bình sóng (m) Hrms: chiều cao sóng ứng với bậc chiều cao bình phương trung bình Hrms = H2 Ta có mối quan hệ Hrms với H1% sau: H1% = 2,15 Hrms - Phân bố quan hệ chu kỳ sóng: Goda Nagai xuất phát từ số liệu thực tế để tìm mối quan hệ sau: Tmax = T1/10 = T1/3 = (1,1 – 1,3 )Ttb b) Doøng chảy Các chế vận chuyển bùn cát dòng chảy nghiên cứu để làm sáng tỏ mối tương quan sóng – dòng chảy – bùn cát với mục đích sau nhằm : CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI NHÂN TẠO PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ BẢO VỆ BỜ BIỂN xác định lưu lượng bùn cát tải dòng chảy để tính toán mức độ xói hay bồi đáy biển - Dòng chảy dọc bờ: Longuet – Higgins (1970) giới thiệu công thức xác định dòng chảy dọc bờ sau: vb = ML m ( gHb )1/2 sin2  b (2.1) Trong đó: vb : vận tốc dòng chảy dọc bờ (m/s) m : độ dốc bờ g: gia tốc trọng trường (m/s2) Hb: chiều cao sóng vỡ (m)  b : góc hợp đường đầu sóng đường bờ 0,694..(2  ) 1 / ML = Cf (2.2)  : hệ số xáo trộn,  khoảng từ 0,17 đến 0,5 thường lấy  = 0,2  : tỷ lệ độ sâu chiều cao sóng vỡ vùng nước nông,  = 1,2 Cf: hệ số ma sát, Cf = 0,01 Thay giá trị vào phương trình (3.2) tính ML = 0,9 Tuy nhiên, áp dụng công thức (3.1) để xác định vận tốc dòng chảy dọc bờ, kết tính 0,43 lần giá trị đo dựa liệu thực địa Do đó, Galvin Eagleson hiệu chỉnh công thức Longuet – Higgins cách nhân với 2,3 vb = 2,07 m ( gHb )1/2 sin2  b (2.3) - Dòng chảy ngang bờ Cũng tương tự sóng tiến vuông góc với bờ, xuất dòn g chảy hướng khơi để cân khối lượng Đó dòng chảy đáy ngang bờ (cross – shore current) Dòng chảy tác nhân đưa bùn cát bị xói lở từ bờ khơi Bên cạnh đó, người ta thấy có dịch chuyển khối lượng lớn bùn cát đáy vào bờ ngược hướng với dòng chảy đáy c) Bùn cát Có hai phương pháp xác định lưu lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ: phương pháp lượng sóng dòng chảy dọc bờ: : CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI NHÂN TẠO PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ BẢO VỆ BỜ BIỂN + Theo phương pháp lượng sóng, lưu lượng vận chuyển bùn cát xác định sau:   g  16 k / (    )(1  n) s  Ql = K   5/2  H b sin2  b   (2.4) Trong đó: Ql: lưu lượng dòng bùn cát gồm thể tích hạt rắn (m3/s)  s : khối lượng riêng hạt bùn cát (kg/m3)  : khối lượng riêng nước (kg/m3) g: gia tốc trọng trường (m/s2) n: độ rỗng hạt (n  0,4) K hệ số tỷ lệ phụ thuộc cách lấy chiều cao sóng đưa vào sử dụng k: số vỡ sóng  b : góc hợp đường đầu sóng điểm sóng với đường bờ + Dựa vào dòng chảy dọc bờ, lưu lượng bùn cát dọc bờ xác định sau: Từ công thức xác định lưu lượng bùn cát đáy Bagnold cho trường hợp chuyển động bùn cát dọc bờ, Komar Inman (1970) đến công thức xác định lưu lượng bùn cát dọc bờ sau: Ils = K’ (E Cg)V V umb Trong đó: (2.5) : CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI NHÂN TẠO PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ BẢO VỆ BỜ BIỂN V: vận tốc đặc trưng dòng chảy dọc bờ, dòng chảy trung bình hay dòng chảy khoảng đường bờ tuyến sóng vỡ (m/s) umb: vận tốc quỹ đạo cực đại phân tố chất lỏng chuyển động sóng vị trí sóng vỡ (m/s) umb = 0,5k ghb hb: chiều sâu nước vị trí sóng vỡ (m) k = Hb/hb = 0,78 Hệ số thực nghiệm K’ Komar Inman đề nghị 0,28 Theo Horikawa 1988 K’ = 0,21 II.2.2 Các phương pháp thiết kế bồi tụ bãi biển II.2.2.1 Bồi tụ công trình a) Xác định mặt cắt ngang bờ biển (profile): - Điều kiện mặt cắt ngang(profile) cân Dean (1977) tìm điều kiện để mặt cắt ngang bờ biển cân ảnh hưởng lượng sóng sau: h(y) = A y2/3 (2.6) Trong đó: h(y): độ sâu profile (m) y: khoảng cách từ bờ phía biển (m) A: đại lượng tỷ lệ với đường kính hạt bùn cát, tra theo bảng lập sẵn Hình 1: Thể tích profile cân b) Nếu mặt cắt bãi biển chưa cân bằng, trình tạo bãi thực sau - Xác định độ sâu khép kín (Depth of closure) Độ sâu khép kín định nghóa độ sâu tối thiểu mà thay đổi đáng kể độ sâu đáy nghóa vận chuyển bùn cát vào bờ khơi Birkemeier (1985) đưa công thức xác định độ sâu khép kín sau: h* = 1.75Hs0.137 – 57.9 Trong đó: h*: độ sâu khép kín (m) H s 0.137 gT s (2.7) : CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI NHÂN TẠO PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ BẢO VỆ BỜ BIỂN Hs0.137: chiều cao sóng có nghóa gần bờ vượt 12giờ/năm (m) Ts: chu kỳ sóng ứng với chiều cao sóng Hs0.137 (s) Houston (1996) cho thấy h* xác định dựa chiều cao trung bình sóng có nghóa nhö sau: h* = 1.5Hs0.137 = 6.75Hs (2.8) Hs0.137 = Hs + 5.6  (2.9) Với: Hs: chiều cao trung bình sóng có nghóa (m)  : độ lệch chuẩn chiều cao sóng có nghóa - Chọn lựa vật liệu bồi tụ Việc lựa chọn cát bồi tụ phải dựa đặc điểm phân loại cát nguyên gốc bãi tự nhiên Cát bồi tụ tốt nên loạ i với cát nguyên gốc, nhiều lý khác nguồn cát, điều kiện vận chuyển… nên cát bồi tụ khác cát nguyên gốc Vấn đề cần xác định khối lượng thích hợp để bù vào khác biệt Một phương pháp khắc phục khác biệt việc xác định hệ số bồi tụ vượt RA phương pháp “hệ số bồi tụ vượt” - Xác định lượng kích thước phận bãi bồi tụ Hình 1: Mặt cắt ngang bãi có đụn cát * Cơ bãi (berm) + Xác định chiều rộng bãi Việc chọn lựa chiều rộng thiết kế phụ thuộc vào mục đích dự án thường bị khống chế yếu tố kinh tế, vấn đề môi trường… chủ yếu giảm xói mòn bão gây phận phía trước + Xác định cao trình bãi Cao trình đỉnh bãi xác định sơ sau: : CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI NHÂN TẠO PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ BẢO VỆ BỜ BIỂN - Sắp xếp theo chiều ngang mặt cắt bãi (profile) từ chân đụn hướng phía biển) - Chồng profile lại với điểm mốc vị trí đáy đụn cát - Cao trình đỉnh xác định cách lấy giá trị trung bình chiều cao profile xếp * Đụn cát (dune) Đụn cát có tác dụng bảo vệ bờ, chống xói mòn, ngăn ngừa bão, sóng triều, sóng leo nước tràn vào bờ gây thiệt hại đến công trình đất liền Đụn cát nơi dự trữ lượng lớn cát phục vụ cho công trình bồi tụ thời gian xảy bão lớn - Xác định lượng cát bồi tụ + Xác định lượng cát bồi tụ theo phương pháp profile cân Trong trường hợp bãi biển có nguồn bùn cát phong phú, cỡ hạt trung bình cát bồi tụ với cỡ hạt trung bình cát nguyên gốc, lượng cát bồi tụ đơn vị chiều dài bờ biển để tạo bãi biển khô có chiều rộng  y xác định sau: V =  y ( B + h*) (2.10) Trong đó: B: chiều cao bãi (m) h*: độ sâu khép kín (m) Đối với trường hợp cỡ hạt trung bình cát bồi tụ khác cỡ hạt trung bình cát nguyên gốc, dựa khái niệm profile cân đặc điểm cát bồi tụ (tùy thuộc lượng cát bồi tụ thô hay mịn cát nguyên gốc), người ta xác định dạng profile hoạt động sau: - Profile trước bồi tụ profile sau bồi tụ cắt độ sâu nông độ sâu khép kín (cát bồi tụ thô cát nguyên gốc, AF > AN) - Hai profile trước sau bồi tụ không cắt (cát bồi tụ mịn cát nguyên gốc, AF  AN) - Dạng cuối profile sau bồi tụ chìm bên độ sâu khép kín Khi lượng cát bồi tụ không đủ để phát triển hoàn toàn profile cân nước (cát bồi tụ mịn cát nguyên gốc  y < 0, AF < AN) Thể tích cát đổ vào V’ (không thứ nguyên) trường hợp profile cắt nhau: : CÁC GIẢI TẠO BÃI NHÂN TẠO PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ BẢO VỆ BỜ BIỂN 24 5.76 SE 5.0 6.5 Gió bão cấp 10-11 Max 6.67 S 3.5 6.5 Gió bão cấp 10-11 Min 2.43 SE,SSE,S,SSW 2.9 - 5.0 6.5 - 7.5 Gió bão cấp 10-11,gió mùa khô TB 4.15 + Chiều cao sóng H10% lớn Chiều cao sóng H10% lớn từ 2.42 – 5.39m thấp dần từ khơi vào bờ Chiều cao sóng (m) Vị trí – 5.39 21 – 24 4-5 13 – 15, 17, 20 3-4 1, 10, 12, 16, 18