Các quá trình ven bờ và ứng dụng

Đ Ạ I HỌC QUOC G IA HA NỘI TRƯ Ờ NG ĐẠI HỌC K H O A HỌC T ự N H IÊ N • • • • R O B E R T G DEAN, R O B E R T A D A LR Y M P LE CÁC QUÁ TRÌNH VEN BỜ VÀ ÚNG DỤNG ■ Biên dịch: N g u y ễ n T h ọ S o N H À X U Ấ T BẢN Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA HÀ NỘI PI m i I s 111 I > H Y I H i: P R fS S S Y N D IC A T E o r T i l l U M V I U S I I Y 01 C A M B R IIX il I he P ill l i u i l i t i i i £ Iru m p iu g to n S trc c l C a m b rid g e U n ite d K in g d o m c AMIiKIDCM t'NIVTKSM Y l‘ R ! s s I he I d m h u rjjh R u ild in g C am bridge C IỈ2 2R Ư UK W est 20IỈ1 Si re e l New Y ork N Y 0 1 -4 1 U S A -477 w illia m s to u n Road P ori M e lb o u rn e V I I ' 3207 A u s tra lia K ill/ lie Alarcòn \y 2KOI4 Madrid Spain D o c k H ouse I he W m c ilrn n i Cape I o w n 8001 S n u lh A fr ic a lu t|V /7 \\ w w c a m h rid y c oru I c n m h ru lg c I'n iN c rs ilN Press 201)2 I h is h o o k K 111 c u p > riu h i S u h jc c l lo s ta tu to ry e x c e p tio n and lo th e p ro v is io n s o f re le v a n t c n llc c ii\ c lic e n s in g Agreem ents no re p ro d u c tio n III' a n \ p a n n u n la ke placc w ith o u t the u r i f t c n p e r m i s s i o n I l f C a m b r i d g e I *n » \ c r s i l y P r e s s F irs ! p u b lis h e d 2002 I irs t p a p cv h n c k e d itio n 2004 i/» i'/i# tw T im e s le n 10/13 p i and H e lv e tic a N cuc System b l j x 1 HỊ I v a ỉo h ig iiự re c o rd fo r t ỉ m hook is a v a ila b le fro m i Jic f in iis h L ib r a r y L ib r a r y o f ('o n g tv x s ( ’íiỉiìlo ỊỉU itìỊỊ in P u h iid tfio n D a ta Dem i R o b e rt Cl (R o b e rt (Ic o rg e ) 19 - ( o a s in l processes / R obert ( i Dean R obert A L )a lr> m p lc p c 111 In c lm lc s b ib lio g p h ic a l rcfcrcnces find indexes IS H M 521 49535 hardback I t n a s in l e n g in e e rin g TC205 1)43 I D n lry m p le R o b e rt A - II liilc 2001 627 *.5K - d c l ISI1N 521 W hardback I S liN u 521 (I pa p e r hack 00-067434 I MỤC LỤC ■ ■ T ran g Phẩn G IÓ I T H IỆ U CÁC Q U Á T R ÌN H V E N BỜ C hư ng TỔNG QUAN 19 1.1 Mở đ ầ u 20 1.2 M ột v i t h u ậ t n g ữ bờ b iể n 23 1.3 Ví d ụ n h ữ n g dự n cơng t r ì n h v e n bờ 27 Bài t ậ p 41 P h ụ lục: N h ữ n g đ n vị h ữ u í c h 41 C hư ng CÁC ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH 43 2.1 Mỏ đ ầ u 43 2.2 T h n h p h ầ n c át 44 2.3 K ích thước h t 2.4 H ìn h d n g 54 2.5 Độ x ố p 55 2.6 V ậ n tốc ch ìm lắ n g 55 B i t ậ p 59 C h n g CÁC QUÁ TRÌNH DÀI HẠN 61 3.1 M ỏ đ ầ u 61 3.2 S ự th a y đổi tư n g đối m ự c nước b i ể n 62 3.3 T r ắ c diện b ã i c â n b ằ n g 71 CÁC QUÁ TRÌNH VEN BỜ VÀ ÚNG DỰNG 3.4 P h â n lo i đư ờng b 75 B i t ậ p 100 P hần THỦY ĐỘNG L ự c VÙNG VEN BÒ C h n g THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG DO BÃO 107 4.1 Mở đ ầ u 108 4.2 T h ủ y t r i ề u th iê n v ă n 108 4.3 N ước d â n g b ã o 114 B i t ậ p 126 C h ng SÓNG VÀ THỦY ĐỘNG L ực DO SÓNG 127 5.1 Mở đ ầ u 127 5.2 Cơ c h ế s ó n g nước 128 5.3 D ò n g c h ả y dọc bờ v n g a n g b 146 5.4 C h u y ể n đ ộ n g t ầ n sô' th ấ p t i đư ờng b 150 5.5 H o n lư u g ầ n bờ v dòng ch ảy tá c h b 157 5.6 Đ ộ n g lực v ù n g sóng vỗ b 161 B i t ậ p 180 Phần S ự T H ÍC H Ứ N G V E N BỜ C h n g KỸ THUẬT ĐO ĐẠC HIỆN TRƯỜNG VÀ PHẢN TÍCH 189 6.1 M đ ầ u 189 6.2 Đ o đ ạc t r ắ c d iệ n b ã i 190 6.3 P h â n tíc h sơ' liệ u trắ c diện b ã i 196 6.4 N h ữ n g t h a y đổi đường bờ lịch s 209 6.5 C ác c h iế n d ịc h h iệ n trư n g c h í n h 214 MỤC LỰC _ _ Kỹ t h u ậ t h iệ n trư n g m i 216 B ài t ậ p 226 C hương TRẮC DIỆN BÃI CÂN BANG 229 7.1 Mở đ ầ u 7.2 P h n g p h p d ẫ n s u ấ t trắ c diện b ã i c â n b ằ n g 30 7.3 C c lực xây d ự n g p h h ủ y tác đ ộng lên tr ắ c d iện b ã i 231 7.4 S ự p h t t r i ể n lý th u y ế t tr ắ c diện cân b ằ n g b ã i 234 7.5 Áp d ụ n g tr ắ c diện cân b ằ n g b ã i B ài t ậ p 282 C hư ng VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH 291 8.1 M ỏ đ ầ u 292 8.2 C h u y ể n đ ộ n g c t khởi đ ầ u v độ s â u k h é p k í n 293 8.3 V ậ n c h u y ể n t r ầ m tíc h dọc b 02 8.4 V ậ n c h u y ể n tr ầ m tíc h n g a n g b ị 320 8.5 Á p d ụ n g d ò n g trôi ven b 332 R a trô i v che p h ủ .342 8.7 V ậ n c h u y ể n t r ầ m tích p h o ng h ó a 344 M in h h ọ a v ậ n c h u y ể n c t v tích lũy đ ụ n 8 8.9 T r ầ m tíc h k ế t d í n h 351 B i t ậ p 371 C h ng CÁC ĐẶC ĐIỂM HỎN TẠP VEN BỜ 381 9.1 Mỏ đ ầ u 381 9.2 Đ ịa m ạo g ầ n b 382 CÁC QUÁ TRÌNH VEN BỜ VÀ ÚNG DỤNG 9.3 B ã i h ì n h n a t r i t i m 384 9.4 S ó n g c t 388 9.5 Doi c t n h iề u lớp n g o i k h i 390 9.6 C ác c h ỏ m b ã i 394 9.7 K ế t l u ậ n 408 B i t ậ p 413 C h n g 10 MƠ HÌNH HĨA BÃI BIEN v đ n g b 415 10.1 Mở đ ầ u 415 10.2 M h ì n h v ậ t lý ch o q u tr ìn h v e n b 417 10.3 M h ì n h giải t í c h .431 10.4 M ô h ì n h sô’ 451 B ài t ậ p 466 Phần B I Ế N Đ Ổ I V E N BỜ VÀ P H Â N T ÍC H C h n g 11 NI BÃI VÀ CÁC KẾT CẤU CƠNG TRÌNH MỂM 471 11.1 M đ ầ u 472 11.2 N u ô i b ã i (lấp b ã i ) 11.3 C ác b ã i c h ìm 11.4 R ã n h tiê u b ã i B i t ậ p C h ng 12 CÁC KẾT CẤU CƠNG TRÌNH CỨNG 31 12.1 M ỏ đ ầ u .5 622 QUÁ TRÌNH VEN BỜ VÀ ÚNG DỤNG Thậm chí bỏ qua tăn g vận tốc dâng mực nước biển, n h quy hoạch đôi m ặt vối v ấn để r ấ t thực tiễn thực t ế q u ả n lý đường bò Một dự định thực mục sau m inh hoạ cách thức, theo n h â n tố ả n h hưởng lên lựa chọn thích ứng tối ưu Các n h â n tô' tổng kết bảng 14.1 Bảng 14.1 Các nhãn tố ảnh hưởng đến ba lựa chọn quản lý đường bờ Nhân tố Độ lớn Lựa chọn Thối lui Vặn tóc xói dài hạn cao Cơ sở kinh tế vùng đất cao Nuôi X tháp X cao X thấp Gia X Cịng trinh bảo vệ lịch sử X X Hạ tấng bảo vệ sống X X Các vấn đế hợp lý kèm theo X X * Trừ việc giâm LTSCR ?0 -40 eo Số năm sau hiên trạng 20 40 60 SỐ năm sau ưạng 00 Hình 14.1 Ba lựa chọn sẵn có cho người sở hữu tài sản trốn đường bị xói Vận tốc xói hàng năm khoảng 2.6fƯnăm: a) Vị trí đường bờ theo thời gian với lựa chọn "tá i xử lý” , b) Vị trí đường bờ theo thời gian với lựa chọn “ che phủ” , c) Vị trí đường bờ theo thời gian với lựa chọn “ phục hồi” tái nuôi bải 623 CHƯƠNG14 QUÀN LÝ ĐƯỜNG BỜ 2 V ậ n tố c b iế n đ ổ i đ n g b d i h n N h nói trước mục này, LTSCR n h ân t ố quan trọng việc lựa chọn phù hợp Mặc dù khó định lượng, LTSCR nhỏ ví d ụ 0.7m/năm, đường bờ có nhâ’t lượng p h t triển vừa phải, đ ường bị phải dược xem xét ứng cử viên hợp lý nuôi bãi Lấy ví dụ tình huống, tổ hợp ni bãi kiểm tra cơng trìn h có th ể có hiệu quả, xét trường hợp khu vực xói n h an h hạ lưu lạch iriềui, có th ế sâu cho giao thơng thuỷ Thơng thường trường hợp xói bầy cát kè thượng lưu vận chuyển cát vào hệ thơng lạch triều bãi nơng triều xuống, bị Lổn th ấ t cho bãi Có thể nuôi khu vực v ổn định chông tổn th ấ t cách xây dựng cơng trình đầu ci tươn g đốì ngắn kể với lạch triều Các cơng trình chứng tỏ r ấ t hiệu dọc p h ần bờ tây Florida, nơi vận chuyển tịn h dọc bờ tối thiểu n h đường bờ kể bên không bị ảnh hưởng ngược Với giải pháp dài hạn, inột n hà máy chuyển cát di vòng phải xây dựng lạch triều 14 2 C sở k i n h t ế B ãi có Ihể phục vụ tài sản quý giá cộng đồng Một vài thành phố, n h bãi Miami, Florida, sinh nguồn th u nhập lớn Lừ bãi biển B ãi M iam i th u h ú t 12 triệu người đến năm vối chi tiêu tỷ USD' h n g năm Trên thực t ế Mỹ, du lịch bãi biển cung cấp lượng dáng: k ể ngoại thương (170 tỷ USD hàng năm), nhiều du khách bị hâíp d ẫ n bãi biển Mỹ Công viên Quốc gia (Houston 1996) Các nước khác m a y m ắn có bãi đẹp sinh lời nguồn thu nhập từ du lịch nước đ a n g p h t triển thường lấy mục tiêu p h t triển du lịch bãi biện pháp) h ấ p dẫn đầu tư nưóc ngồi trao đổi với nước ngồi Tuy n h iên chi phí tu bãi vượt khả năng, nguyện vọng h a i củ a cộng đồng để cung cấp nguồn tài cần thiết, ni bãi khơmg phải phương án đứng vững Hình 14.2 th ể cách định tính q u a n hệ đòi hỏi sở kinh tế vùng đất cao vận tốc xói dài h n 'đe ni bãi có ý nghĩa thực tiễn kinh tế 624 QUÁ TRÌNH VEN BỜ VÀ ÚNG DỤNG H ình 14.2 Quan hệ sở kinh tê' LTSCR 14.2.2.3 B ả o vệ cơng tr ìn h lịch s sở h tầ n g th iết y ế u Khi cơng trìn h lịch sử h tầng sỏ th iết yếu, n h đường trá n h bão bị nguy hại, nh ữ n g biện hộ kinh t ế có th ể xem xét th ứ hai tu bảo vệ đường bờ Ví dụ xói đe doạ đài lịch sử, có giá trị thực chất lớn giá trị kinh tế Trong trường hợp này, khơng cần thiết biện m inh bảo vệ với việc xem xét phân tích chi phí-lợi nhuận Các ví dụ lâu đài lịch sử Morro Puerto Rico, Fort Clinch, Florida Fort Fisher, bắc Carolina Tương tự, khó nói giá trị bảo vệ đường sơ tán thiết yếu có th ể b ả n thời gian có tiềm xói cao Trong trường hợp này, k h u vực bị đe doạ đ ặt tốt, gia cô' có th ể hiệu ni bãi, có th ể đòi hỏi biện pháp sửa chữa m ột đoạn đường bờ dài Như ví dụ đặc trư n g xa việc sử dụng cơng trình, hải đảng mũi H atteras Dịch vụ Công viên Quốc gia (NPS) q u ả n lý Cơng trìn h xây dựng vào năm 1870, bị xâm hại 55 năm Khi n h ậ n thức đời sông ngắn ngủi b iế t trước năm 1935, u ỷ b a n Hải đ ăn g đ ã chuyển sở hữu cho N P S thực thay th ế th áp chức n ăn g thép nằm trê n đ ấ t phía bắc hải đăng Vào năm 1969-1970, h ải quân Mỹ th iết kê ba kè thép đê bảo vệ trạm giám sát n ằm p h ía bắc h ải đăng T hiết k ế ban đầu thay đổi nhẹ cách đ ặ t kè phía n a m xa phía n am để CHƯƠNG 14 QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỜ 625 bảo vệ h n ch ế hải đăng Mặc dù trải qua khó khăn lờn xây dựng kè n h ữ n g điểu kiện sóng lớn-và kè địi hỏi lượng sử a chữa vừa phải - chúng bảo vệ bai r ấ t th àn h công có phần lớn vận chuyển ven bị ưu th ế xuống phía nam vị trí Cơng trình này, nguy hiểm bị bỏ quên năm 1935 đứng vững nhờ phần ba kè đượe xây dựng với mục đích khác thay cho làm ổn định hải đăng Một nghiên cứu Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia (1988) uỷ nh iệm Dịch vụ Công viên Quốc gia để phát triển kiến nghị giữ gìn hải đ ă n g để xuất dịch lên phía đất 3700m Việc tái định vị hoàn thàn.h vào m ùa hè năm 1999 Rõ rà n g là, sở lịch sử có, phương p h p thay t h ế hiệu quả, cung cấp ổn định cho 40 năm mở 1-ộng trường kè xa phía nam cách bổ sung kè khác Cách giải n h thiết kế, khơng có cơng trìn h hải đăng m ũi, ảnh hưởng kè tối thiểu Vấn đề bẳo vệ hải đăng, có th àn h p h ầ n chung cơng trình khác, trao đổi khó k h ăn thối lui ổn định cơng trìn h ni bãi Ngồi ra, sử dụng biện pháp cơng trình C ông viên Quốc gia đ ặt vấn đề triết học pháp lý 2 N h ữ n g x e m xét hợp lý Các cửa vào lạch triều thay đổi cho mục đích h n g hải, có khả thực để làm gián đoạn dòng chảy tự nhiên cát gây xói cho bãi kề bên Trong thực tế, trường hợp, lạch triều dự án cơng trình Cơng'; cộng phán xét quyền bang (Hội Kỹ sư Quân đội Mỹ), đ ất nước toàn công chung địa phương Trong trường lidp tài s ả n n g u y h i ch ủ y ế u xói g â y r a dự án g trìn h c n g cộng, r ấ t hợp lý n ổ i lỏng yêu cầu phép phép tài sản bảo vệ gia cố Tươmg tự, biện pháp mong muôn thẩm mỹ phải phục hồi bãi với việc đổ cát lần sau duỵ trì bãi tình trạng g ần với tự nhiên thơng qua chuyển cát vịng lôi vào đặt chúng bãi hạ lưu 14.3» V t r ò k h o ả n g lùi v v t i ê u c h u ẩ n x â y d ự n g Mục tiêu trọng tâm quản lý đường bờ bao gồm: 1) giảm tổn th ấ t kinhi tế cơng trìn 'ong thời gian bão 2) tu b ã i giải trí cho th ế hệ 626 QUÁ TRÌNH VEN BỜ VÀ ÚNG DỤNG người tương lai, loài bị nguy hiểm, lồi khác có m ặ t sống hệ thống bãi đụn Khoảng lùi thi công tiêu chuẩn xây dựng hỗ trợ đáng kể việc đ ạt mục tiêu 14.3.1 K h o ả n g lù i th i công Đu&ng lù i *** ù^ nS tham chiếu Vừng E Vùng E-10 Ilăm Khồnp lùi Bảoỉũđm lũ hít F-G0 Tưn E-30 Tuyến Tuyến hoạ sấp tới Khổng E-30 Vừng trang E-60 HiỂm boạ lâu đài gkn Cồng Cùng c ổ n g tr ìn h t rìn h d i trình g ã dinh cư ếĩhìh dĩ dộng có sản dơng Đ ịi hỏi đny ữ ì lớp Thích hợp phủ cho lợi ích tái Vùng định vi Cho phép cơng trình lớn ịơiig CĨ c h fn li Lưu ý hiAn hoa xói sá d ì NFIP Đ ối t ụ n g £ 10 thamchĩốu Tuyối T c diftn d y ó i minh haạ đường tnyến (khơng theo tỷ lộ) Hình 14.3 Kiến nghị Hội đồng Nghiên cửu Quốc gia (được phép in lại từNRC 1990 Bản 1990, Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, phép NXB Viện Hàn lâm Quốc gia, Washington, D.C.), E-10 Khu vực xói 10 năm 627 CHƯƠNG 14 QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỜ B ảng 14.2 Điều chỉnh bang liên quan đến c n g trình ven bờ (NCR 1990) Bang/'Lảnh thổ Vận toe thoái lui theo ảnh hàng khơng Vặn tổc thối lui theo đổ Vận tốc thoái lui theo khảo sát mặt đắt Thoái lui xói thiet lặp* Alabaima c c K c Alask i3 c c K K California c c Connecticut c Delaw/are Đói tượng tham chiếu Năm thối lui Cơ quan địa phương Chuẩn ft/năm Thoái lui cổ định MA K c K Thoái lui biến động K NA NA NA NA NA NA K K NA NA NA NA NA NA c K NA NA c NA NA NA c K NA NA NA NA NA NA c c C4 TD NA c K c K Florida c c C5 NA 30 c K c K Georgjia c c K NA NA NA NA NA NA Hawaiii K K K c K c K c K Indiana c K c K NA NA NA c NA NA Illinois; c c c K NA NA NA NA NA Louisiiana c c K K NA NA NA NA NA NA Maine* K K c K7 NA NA NA NA NA NA M aryland c c K NA NA NA NA NA NA M assachusetts c c K K NA NA NA NA NA NA M ichigan c K K c BC2 30 c c K c Minneisota c K K K NA NA NA c NA NA Mississippi K K K K NA NA NA NA NA NA New H am pshire K K K K NA NA NA NA NA NA New J e rse y c c c c MHW 50 New W ork c c K c BC 3040 c c c K Bắc C;arolina c K c DC 3060 c K K c N Mairiana K K K NA NA NA NA NA NA Samo.a Mỹ thuộc K % QUÁ TRÌNH VEN BỜ VÀ ỦNG DỤNG 628 c Ohio c K Oregon K1 BC K 30 NA c c K NA NA NA NA NA K c c K c K Pennsylvania c K c c BC 50+ c c Puerto Rico K K K K NA NA NA NA Đảo Rhode K K c c CD 30 K K7 c c 40 BL Nam Calorina Texas c c c K NA NA NA NA NA NA Đảo Virgin K K K K NA NA NA NA NA NA Virginia c c K MHW NA c K NA NA NA NA NA NA K3 NA NA NA K c Washington Wisconsin c c K G hi chú: = thối lui thiết lập vòng năm; = đĩnh mép vách dốc có xói hoạt động; = vài tỉnh có thối lui; = có 100ft hiệu chỉnh thối lui gói phân chia mới, nơi tồn đủ chỗ phía đất thối lui; = khơng phải tỉnh thiết lập đưịng bị kiểm so t thi công ven bờ; = đường vỡ vụn bão đường trồng cây; = chuẩn 2ft/năm; C: có K: khơng NA: khơng biết BC: đỉnh dốc MHW: nưóc lớn trung bình TD: chân khay đụn D C : đỉn h đụn, c h â n k h a y đụ n h o ặc c â y trồ n g m ặ t trước BL: đường sở D ấ u cách: k h ô n g có th n g tin ni_U03NG14 QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỊ 629 * Hầu h ết Lhơng báo có thối lui so với đường m ực nưốc không dựa tirên t h iệ t h i xói Nhiều b an g có đường bờ địi hỏi phê duyệt th iết k ế cơng trình ven bờ Bảng; 14.2 từ Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia (NCR 1990) liệt kê bang vối chươrng trìn h n y M ộ t v i b a n g , v í dụ F lo rid a , điểu c h ỉn h v ị trí, k íc h thước v đặc tirưng cơng trìn h m ột tồ nhà cho phép tài sản ven bờ riêng K h o ả n g l ù i t h i c ô n g y ê u c ầ u nói c h u n g phụ thuộc v o h ìn h th i b ãi, k íc h thướcc th ẳn g góc với bờ sẵ n có tài sản, vận tốc biến đổi đường bờ dài h ạn