Nghiên cứu mô hình toán hiệu quả giảm sóng của đê ngầm phá sóng trước bãi đê

1 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Đê biển hạng mục cơng trình phụ trợ khác hình thành nên hệ thống cơng trình phịng chống, bảo vệ vùng nội địa khỏi bị lũ lụt thiên tai khác từ phía biển Vì tính chất quan trọng mà cơng tác nghiên cứu thiết kế, xây dựng đê biển giới, đặc biệt quốc gia có biển, có lịch sử phát triển lâu đời Tuy nhiên, tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên trình độ phát triển quốc gia mà hệ thống đê biển phát triển mức độ khác Bãi trước đê biển quan trọng an toàn đê, đặc biệt khu vực bãi biển bị xâm thực Do để ổn định đê biển việc bảo vệ bãi quan trọng cả, cần ưu tiên đầu tư Nếu tập trung để đầu tư đê mà khơng quan tâm đến việc giữ bãi cơng tác bảo vệ an tồn đê biển ln ln bị động Mặt khác, song song cần có biện pháp bảo vệ mái phía đồng thích hợp để chống xói mịn nước mưa sóng tràn qua đê Do vậy, biện pháp khả thi vùng có đê bắt buộc phải tồn điều kiện cần có biện pháp giảm thiểu chiều cao sóng tác động lên mái đê sóng leo tràn cơng trình phá sóng ngầm trước đê phần khắc phục bất cập yêu cầu chống sóng lớn triều cường khơng tăng mức cao độ hệ thống đê biển Mặt khác vài thập niên gần biến đổi khí hậu tịan cầu, thiên tai xảy khốc liệt Tình hình bão lũ, động đất, sóng thần, sạt lở , xuất nhiều hơn, với cường độ lớn hơn, diễn biến phức tạp hơn, khó lường Đặc biệt tương lai biến đổi khí hậu tồn cầu kéo theo tình trạng nước biển dâng, nguy lớn mà nước ta phải đối mặt tương lai Với khó khăn thách thức nêu mà yêu cầu cần thiết phải nghiên cứu xây dựng hệ thống đê vững an tồn mà kinh tế Do đề tài ”Nghiên cứu mơ hình tốn hiệu giảm sóng đê ngầm phá sóng trước bãi đê” bước nghiên cứu quan trọng với nhiệm vụ giới thiệu, phân tích, đánh giá khả giảm sóng đê ngầm làm sở cho việc nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp hợp lý ổn định, bảo vệ bãi trước đê, giữ an toàn cho hệ thống đê biển MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU Nghiên cứu tương tác sóng cơng trình biển nói chung sóng đê ngầm chắn sóng nói riêng mang ý nghĩa quan trọng công tác thiết kế cơng trình bảo vệ bờ Sóng tương tác với cơng trình vùng ven bờ phức tạp tính chất kết hợp phi tuyến nhiều trình thủy động lực Thơng thường để hiểu rõ tương tác sóng tới cơng trình cụ thể nhà thiết kế kĩ thuật phải thực nghiệm thí nghiệm mơ hình vật lý máng sóng thí nghiệm Trong số năm gần với phát triển nhanh máy tính cộng với trợ giúp phương pháp số thơng minh, khái niệm thí nghiệm số dần phổ biến số ngành nghiên cứu ứng dụng có lĩnh vực kỹ thuật xây dựng cơng trình biển Mục tiêu luận văn mơ mơ hình tốn q trình lan truyền sóng qua đê ngầm bãi đê Trên sở phân tích, đánh giá hiệu giảm sóng đê ngầm ảnh hưởng chi phối điều kiện thủy hải văn (sóng, mực nước) tham số hình học mặt cắt ngang đê khác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để đạt mục tiêu đề ra, luận văn sử dụng tổng hợp phương pháp nghiên cứu truyền thống phương pháp nghiên cứu đại gồm: - Tổng hợp, kế thừa kết nghiên cứu từ trước đến lĩnh vực kỹ thuật biển - Phương pháp mơ hình tốn, kiểm định với kết thí nghiệm mơ hình vật lý máng sóng PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Kiểm định mơ hình số lan truyền sóng họ Boussinesq cho trường hợp đê ngầm phá sóng bãi đê điển hình Việt Nam; - Mơ số với kịch mở rộng nhằm xây dựng biểu đồ phương pháp tính tốn hiệu giảm sóng đê ngầm - Đề suất sơ dạng hình học mặt cắt ngang phù hợp bố trí đê ngầm bãi đê CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM 1.1 THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VEN BIỂN 1.1.1 Bãi trước đê: a Định nghĩa bãi trước: “ Bãi trước đê hiểu bãi biển, phần giới hạn từ chân đê tới phần bãi biển, vị trí ranh giới mực nước triều thấp Như bãi trước đê bao gồm thềm bãi, bãi dốc, đỉnh bãi mặt bãi trước” Hình 1.1: Mặt cắt đại diện thể bãi trước đê Bãi biển chia thành phần, phần bãi trước phần bãi sau Bãi trước phần bãi nằm ranh rới mực nước cao mực nước thấp sóng dồn lên bờ biển sóng rút khỏi bờ Bãi sau giới hạn từ phần nước cao đến giới hạn phía đất liền sóng ( mơ tả hình vẽ trên) Hình dạng mặt cắt ngang bờ biển có cấu tạo cát thường xuyên thay đổi chịu tác động sóng truyền từ vùng nước sâu vào bờ Khi sóng truyền vào tới vùng nước nơng, bị vỡ gặp dải cát ngầm Bãi trước, hay gọi vùng sóng vỗ, vùng mà mặt cắt bãi thường xuyên trạng thái khô, ướt cách luân phiên sóng xơ vào phần mái dốc bãi b Vai trị bãi trước đê: Có thể liệt kê số chức bãi trước đê quan điểm động lực hình thái dân sinh kinh tế sau đây: - Bãi trước đê vùng đệm, đóng vai trị giảm tác động sóng tới phần bãi cao tới cơng trình, sở hạ tầng (ví dụ đường giao thơng, nhà hàng, khách sạn) xây dựng dải ven bờ Đây nơi xây dựng cơng trình bảo vệ bờ biển, cơng trình có tác dụng giảm sóng - Bãi trước đê vùng đệm, nơi có dịch chuyển qua lại bùn cát từ phần bãi cao xuống bãi thấp ngược lại, tùy theo đặc trưng sóng theo mùa Về mùa hè, bãi chịu tác động sóng nhỏ bùn cát dịch chuyển từ bãi thấp lên bãi cao, ngược lại mùa đơng có sóng lừng gió mùa gió bão bùn cát bị từ phần bãi cao xuống bãi thấp Toàn phần bãi trước đê coi nằm trọn vẹn phần thể tích khống chế bùn cát mặt cắt ngang - Một số bãi trước có tiềm bãi biển du lịch, phần quan trọng tạo nên không gian cảnh quan dải ven bờ - Nếu bãi trước đê vùng bãi bồi rộng, thoải, có phát triển rừng ngập mặn có tiềm phát triển rừng ngập mặn nơi nuôi trồng thủy hải sản, đặc biệt lồi nhuyễn thể ngao, sị, ốc Bãi trước đê vừa có mục đích ni trồng thủy sản, vừa chắn bảo vệ cho vùng đất phía bên bãi trước tác động sóng, dịng chảy 1.1.2 Tương tác sóng với bãi trước, cơng trình ven biển: Bãi trước đê phận hệ thống bờ biển, có vai trị phần phía ngồi cơng trình đê biển cơng trình bảo vệ bờ Sự an toàn, ổn định bãi trước đê có ảnh hưởng trực tiếp tới an tồn ổn định bờ biển nói chung cơng trình đê biển, cơng trình bảo vệ bờ nói riêng Ảnh hưởng bãi trước đê tới ổn định an toàn đê hiểu ảnh hưởng tác động bãi trước đê gây an toàn ổn định đê bị thu hẹp hạ thấp Bãi trước đê thường xuyên phải chịu tác động yếu tố thủy động lực học sóng (tác động chiều cao sóng, lượng sóng, hướng sóng tới); nước dâng bão; thủy triều; dòng chảy ven bờ (bao gồm dòng ngang bờ dòng dọc bờ, tương ứng gây tượng xói cấp tính mãn tính) Ảnh hưởng bãi trước đê tới ổn định an toàn đê hiểu ảnh hưởng tác động bãi trước đê gây an toàn ổn định đê bị thu hẹp hạ thấp Các ảnh hưởng bãi trước tới an toàn ổn định đê xem xét tới tác động bao gồm: - Bãi trước đê bị xói lở mạnh dẫn tới thu hẹp chiều rộng bãi - Bãi trước đê bị xói lở dẫn tới cao trình mặt bãi bị hạ thấp cao trình mặt bãi ban đầu Các tác động làm thu hẹp hạ thấp bãi trước đê diễn riêng rẽ diễn đồng thời với Khi diễn tượng thu hẹp, hạ thấp cao trình mặt bãi trước đê tác động diễn dạng cố sau: Bãi trước bị hạ thấp, thu hẹp -> sóng dịng chảy tiến sát vào bờ -> sóng dịng chảy tác động trực tiếp vào cơng trình -> lượng sóng đủ lớn tác động mà chúng gây bao gồm: - Gây hư hỏng mái - Tăng lưu lượng tràn qua đỉnh, huy hiếp an toàn mái trong, - Gây sạt, trượt mái ngồi - Đào xói chân đê, ổn định chân, sập, trượt mái Tùy thuộc vào cấu tạo vật chất thành tạo nên bãi trước đê trường sóng khác mà ổn định bãi trước đê khác Do tốn giảm bớt lượng sóng tiến vào bờ tốn cần phải giải để tìm đáp số hiệu Hình 1.2: Một cố sạt trượt sóng có lượng lớn tiến vào bờ 1.1.3 Các giải pháp giảm sóng, bảo vệ bãi Để đưa giải pháp nhằm bảo vệ ổn định bãi trước đê cách hiệu quả, cần thiết phải nghiên cứu chế gây ổn định bãi trước, bao gồm chế gây hạ thấp bãi chế gây xói lở thu hẹp bề rộng bãi Ngoài ra, giải pháp khả thi cần nghiên cứu phân tích kỹ lưỡng mặt kỹ thuật, kinh tế xã hội để từ đề xuất áp dụng cho khu vực định, sở đảm bảo quán với quy hoạch phát triển chung vùng Hình 1.3: Đánh giá số nhóm giải pháp bảo vệ bờ Có nhiều loại cơng trình bảo vệ bờ biển để chống giảm xói lở bờ Các cơng trình bảo vệ bờ biển trực tiếp (tường chắn, đê, kè) gián tiếp (các loại đập mỏ hàn, đập chắn sóng xa bờ) Căn nguyên nhân chủ yếu gây ổn định bãi, cụ thể yếu tố sóng, nước dâng, thủy triều cân bùn cát, nghiên cứu áp dụng cơng trình nhằm bảo vệ ổn định bãi trước đê Khi tất biến đổi bờ biển tự nhiên theo mong muốn người cơng trình bảo vệ bờ biển giải pháp cần thiết để ứng phó với biến đổi bất lợi Các cơng trình bảo vệ bờ thường sử dụng để hạn chế, ngăn ngừa làm chậm tác động bất lợi q trình tự nhiên xảy bờ biển, đơi loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng diễn biến Ví dụ việc xây dựng đập mỏ hàn vng góc với đường bờ biển, hay xây dựng đập phá sóng ngồi khơi để làm chậm q trình xói lở bờ biển Xây dựng đê biển hệ thống kè, hay tường biển bảo mái đê phía ngồi biển giải pháp thường sử dụng để chống lại tác động triều, nước dâng sóng vùng trũng phía đất liền Ngày nay, bên cạnh giải pháp cơng trình, nước phát triển người ta bắt đầu hướng tới giải pháp “mềm” hay gọi giải pháp "phi cơng trình", thân thiện với môi trường đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững, hài hịa với thiên nhiên Thơng thường cần bảo vệ bãi trước đê, xảy tượng xói lở có nhóm giải pháp chính, là: * Giải pháp “số khơng” giải pháp “ khơng làm gì”: Nhóm giải pháp “số khơng” thường áp dụng cho tượng xói lở cấp tính theo mùa Vào thời kỳ sóng nhỏ, sau bị xói bùn cát từ cồn, bãi ngầm ngồi khơi lại đưa trở lại bãi biển Không làm xảy xói lở bãi trước lựa chọn mà khơng phải lúc thực nhiều lý mặt trị, xã hội mặt an ninh quốc phịng Tuy nhiên bãi trước đê bị xói lở vùng đất tự nhiên chưa sử dụng, khơng có dân cư, khu kinh tế hay khu nơng nghiệp, ngư nghiệp quan trọng sử dụng giải pháp Tuy nhiên giải pháp “số không” thường phải kèm với việc quy hoạch không gian bãi bờ biển đặc biệt việc giám sát, theo dõi q trình xói lở tự nhiên để có biện pháp ứng phó cần thiết * Các giải pháp cơng trình “mềm”, hay cịn gọi giải pháp mang tính “phi cơng trình” (ví dụ ni bãi nhân tạo) Nhóm giải pháp mang tính “phi cơng trình” thường mang tính bị động, ngắn hạn (ví dụ ni bãi) có hiệu tức thời, dài hạn (ví dụ trồng rừng ngập mặn tái tạo lại dải san hô ngầm ven biển) Việc sử dụng biện pháp quản lý, tôn tạo bãi trước đê xếp vào nhóm giải pháp mang tính “phi cơng trình” Các giải pháp mang tính phi cơng trình thường gây ảnh hưởng tới bãi bờ biển lân cận so với giải pháp cơng trình * Các giải pháp cơng trình “cứng”, hay cịn gọi giải pháp mang tính “cơng trình” Nhóm giải pháp “cơng trình cứng” nhằm ổn định, bảo vệ bãi trước đê thường có tính chủ động, sử dụng vật liệu vĩnh cửu, lâu dài để tác động vào bãi trước nhằm mục đích giữ bảo vệ bãi, mà chủ yếu hạn chế tượng bùn cát bãi phía trước đê Các giải pháp xếp theo trình tự từ giải pháp mang tính bị động tới giải pháp mang tính chủ động quan điểm bảo vệ bờ biển cơng trình Ngồi việc chia nhóm giải pháp ổn định bãi vào yếu tố sau: - Căn vào mục đích, yêu cầu việc bảo vệ bãi trước đê - Căn vào điều kiện tự nhiên bãi trước đê - Căn vào kết cấu, loại vật liệu xây dựng cơng trình bảo vệ - Căn vào chức năng, tác dụng giải pháp 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐÊ NGẦM: 1.2.1 Vai trị giảm sóng Các cơng trình đỉnh thấp ngập nước gồm có đập phá sóng xa bờ gờ ngầm nhân tạo trở thành giải pháp bảo vệ bờ thơng dụng (chỉ có cơng trình có kết hợp với dưỡng bãi nhân tạo) Đê ngầm giảm sóng xa bờ tuyến dài liên tục, phủ hết chiều dài cần bảo vệ, thông thường bố trí tuyến tường đứt khúc đoạn để trừ cửa nhằm trao đổi bùn cát đê Hình 1.4: Minh họa vai trị cơng trình đê ngầm Mục đích cơng trình đỉnh thấp ngầm giảm tải thuỷ lực mức độ định để trì bờ biển trạng thái cân động Để đạt mục tiêu này, chúng thiết kế cho phép lượng sóng truyền qua cơng trình mức độ định dạng tràn qua đỉnh xuyên qua cấu trúc rỗng thân (đập phá sóng đỉnh nhơ) làm vỡ tiêu tan lượng sóng truyền qua đỉnh ngập (các cơng trình chìm) Do u cầu thẩm mỹ người ta thường thích cơng trình có khoảng lưu không thấp Tuy nhiên, ảnh hưởng thuỷ triều nước dâng bão chúng bị giảm tác dụng thiết kế có độ rộng đỉnh hẹp Vì lý mà cơng trình đập chắn sóng ngầm đỉnh rộng (cịn gọi gờ ngầm nhân tạo) thường dùng nhiều hơn, đặc biệt Nhật Bản Tuy nhiên, cơng trình đỉnh rộng thường đắt cần phải lựa chọn dựa phân tích kinh tế cách hợp lý Mặt khác với phát triển giải pháp thay khác ví dụ sử dụng ống cát làm lõi cơng trình giảm đáng kể chi phí xây dựng 1.2.2 Cấu tạo, kết cấu: Đê phá sóng dạng cơng trình đặc biệt đê ngầm, điều kiện mực nước thấp đê ngầm lại hoạt động đê phá sóng Cho nên cấu tạo, kết cấu đê ngầm đa dạng 10 Hình 1.5: Đê ngầm kết cấu đá cấp phối Hình 1.6: Dải ngầm kết cấu bê tơng đúc sẵn (Mỹ) Hình 1.7: Dải ngầm kết cấu bê tơng đúc sẵn (Double –T) (Mỹ) 1.2.3 Vấn đề mơ sóng vỡ hi sóng truyền từ nước sâu vào vùng nước nơng trải qua q trình vật lý làm tiêu hao đáng kể lượng sóng như: khúc xa, biến hình (sóng dềnh), sóng vỡ ma sát đáy Ngồi cịn có q trình tán xạ làm biến đổi phổ sóng ( chuyển dịch lượng sóng dải tần số), đặc biệt vào vùng nước nông hay gặp vật cản đê ngầm Q trình biến đổi phổ sóng có ảnh hưởng gián tiếp đến mức độ tiêu hao lượng sóng vùng nước nơng với dải sóng dài (tần số thấp) mức tiêu hao lượng so với dải sóng ngắn ( tần số cao) 78 PL-4.14: Hiệu giảm sóng phụ thuộc chiều rộng đỉnh đê – H22T22 B 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 L (T=1,5S) 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 B/L 0,07 0,13 0,20 0,27 0,33 0,40 0,47 0,53 0,60 0,67 Hs 0,2186 0,2183 0,2179 0,2176 0,2173 0,2168 0,2166 0,2157 0,2156 0,2148 Hs' 0,2001 0,1909 0,1810 0,1738 0,1658 0,1584 0,1536 0,1485 0,1423 0,1392 S 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 S/Hs 0,91 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,93 0,93 0,93 k = Hs'/Hs 0,9155 0,8745 0,8308 0,7989 0,7629 0,7306 0,7091 0,6883 0,6599 0,6479 ɛ (%) 8,45 12,55 16,92 20,11 23,71 26,94 29,09 31,17 34,01 35,21 Pl – 4.15: Số liệu để lập mối liên hệ ɛ = f(B, Hs, L, S) Hs 0,1901 0,1903 0,1907 0,1899 0,1889 0,1885 0,1883 0,1879 0,1877 0,1876 0,2091 0,2083 0,2065 0,2040 0,2018 0,2001 0,1989 0,1985 0,1981 0,1977 0,0978 0,0969 0,0960 0,0951 0,0949 0,0943 0,0942 0,0937 0,0931 0,0929 0,0916 0,0912 Tp 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,2 1,2 B 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 S 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 ɛ 7,13 11,46 15,68 19,47 22,71 25,65 28,15 30,01 31,37 32,51 6,13 9,77 11,33 14,21 15,93 19,11 22,17 23,03 24,56 26,35 2,01 2,48 2,76 2,99 3,17 3,34 3,91 4,28 4,80 5,60 2,69 2,85 79 Hs 0,0910 0,0908 0,0907 0,0903 0,0900 0,0897 0,0895 0,0891 0,1456 0,1442 0,1432 0,1414 0,1399 0,1386 0,1378 0,1370 0,1360 0,1977 0,196 0,1952 0,1921 0,1903 0,1808 0,1799 0,1553 0,1216 0,1489 0,1477 0,1464 0,1455 0,1449 0,1326 0,1301 0,1014 0,0933 0,1189 0,1188 0,1184 0,1175 0,1160 0,1123 0,1107 0,0824 0,0617 0,1987 0,1968 0,1959 0,1925 Tp 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2,5 2,5 2,5 2,5 B 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 S 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,40 0,35 0,30 0,25 ɛ 3,02 3,67 3,86 4,01 4,12 4,86 5,13 5,77 4,99 6,45 6,92 7,17 7,22 7,45 7,89 8,01 8,99 1,96 2,74 4,33 7,21 11,46 22,46 32,13 39,47 45,31 1,11 1,59 1,91 2,99 6,65 10,86 24,22 36,48 44,14 0,78 1,04 2,11 2,98 3,45 6,46 9,32 12,11 16,89 1,87 2,33 4,11 6,98 80 Hs 0,1913 0,1816 0,1801 0,157 0,1246 0,2593 0,2591 0,2586 0,2584 0,2579 0,2577 0,2568 0,2225 0,1899 0,259 0,2589 0,2584 0,2578 0,2575 0,2571 0,2562 0,2216 0,1812 0,1987 0,1968 0,1959 0,1925 0,1913 0,1816 0,1801 0,157 0,1246 0,1689 0,1687 0,1685 0,1681 0,1678 0,1677 0,1673 0,1670 0,1667 0,1660 0,1690 0,1688 0,1685 0,1683 0,1679 0,1678 Tp 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 B 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 S 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 ɛ 9,80 17,91 25,12 33,71 38,15 9,22 12,98 14,11 18,22 29,14 39,54 45,18 51,22 59,11 2,06 4,11 6,88 10,22 21,36 31,04 37,65 43,18 51,17 1,87 2,33 4,11 6,98 9,80 17,91 25,12 33,71 38,15 6,68 9,87 13,11 17,65 19,34 21,89 23,12 24,73 26,62 28,91 5,99 9,12 12,87 16,31 18,89 20,54 81 Hs 0,1675 0,1674 0,1669 0,1662 0,1694 0,1689 0,1686 0,1685 0,1679 0,1679 0,1676 0,1676 0,1670 0,1665 0,1734 0,1729 0,1721 0,1711 0,1701 0,1694 0,1687 0,1681 0,1680 0,1675 0,2114 0,2103 0,2101 0,2090 0,2085 0,2081 0,2076 0,2075 0,2068 0,2041 0,2306 0,2304 0,2299 0,2288 0,2287 0,2286 0,2280 0,2275 0,2267 0,2254 0,2186 0,2183 0,2179 0,2176 Tp 2,0 2,0 2,0 2,0 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,2 2,2 2,2 2,2 B 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,2 0,4 0,6 0,8 S 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 ɛ 22,11 23,89 25,57 27,02 5,32 8,87 11,98 15,45 17,11 19,31 21,32 22,02 23,84 25,99 5,21 8,84 11,34 14,38 16,93 18,05 20,65 20,99 22,11 23,10 8,67 12,77 17,01 20,65 24,51 27,90 30,11 32,52 34,68 36,09 8,25 12,43 16,71 19,88 22,90 26,54 28,79 30,06 33,17 34,85 1,80 12,55 16,92 20,11 82 Hs 0,2173 0,2168 0,2166 0,2157 0,2156 0,2148 Tp 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 B 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 S 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 ɛ 23,71 26,94 29,09 31,17 34,01 35,21 83 Phụ lục chương PL- 5.1 : Tọa độ địa hình ven biển Phú Thuận –Huế X 0,0 1,7 3,7 6,7 8,8 10,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 31,5 35,5 40,0 44,0 49,0 54,0 59,0 64,0 69,0 74,0 79,0 84,0 89,0 94,0 99,0 105,0 112,0 119,0 125,0 130,0 140,0 160,0 180,0 210,0 250,0 300,0 350,0 400,0 500,0 550,0 600,0 1000,0 6000,0 7000,0 Y 7,57 7,35 7,40 5,69 4,09 3,24 2,31 2,20 2,11 1,99 1,95 1,40 0,95 0,30 0,05 -0,37 -0,62 -0,87 -1,10 -1,29 -1,35 -1,68 -0,72 -1,68 -1,67 -1,74 -1,67 -1,52 -1,27 -1,79 -2,07 -3,22 -4,76 -5,83 -6,97 -7,72 -9,03 -10,07 -11,43 -12,22 -13,37 -15,00 -20,00 -120,00 -130,00 84 PL- 5.2 : Bảng tính truyền sóng mực nước triều thấp Mực nước tính -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 -0,4 Vị trí 145,6 147,6 149,6 151,6 153,6 155,6 157,6 159,6 161,6 163,6 165,6 167,6 169,6 Hrms 1,85 1,87 1,88 1,89 1,89 1,89 1,89 1,88 1,88 1,88 1,88 1,87 1,87 Hs 2,62 2,64 2,66 2,67 2,67 2,67 2,67 2,66 2,66 2,66 2,65 2,65 2,64 PL- 5.2 : Bảng tính truyền sóng mực nước bình thường Mực nước tính -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 Vị trí 145,8 147,8 149,8 151,8 153,8 155,8 157,8 159,8 161,8 163,8 165,8 167,8 169,8 Hrms 1,88 1,89 1,90 1,90 1,90 1,89 1,89 1,88 1,87 1,87 1,87 1,86 1,86 Hs 2,67 2,67 2,68 2,68 2,68 2,68 2,67 2,66 2,65 2,65 2,64 2,63 2,63 PL- 5.2 : Bảng tính truyền sóng thiết kế Vị trí 145 147 149 151 153 155 157 159 161 163 167 169 Hrms 3,96 4,00 4,03 4,06 4,09 4,11 4,13 4,15 4,18 4,20 4,25 4,27 Hs 5,61 5,65 5,70 5,74 5,78 5,81 5,85 5,88 5,91 5,94 6,01 6,04 85 PL – 5.2: Hệ số rỗng nv kt cho số loại cấu kiện PL – 5.3 Hệ số ổn định K D cho số loại lớp phủ (SPM 1984 ; H=1/10Hs) R R PL – 5.4: Mức độ hư hỏng S 86 Phụ lục tính tốn Cách tính chiều cao sóng có nghĩa (Hs): - Chiều cao sóng có nghĩa chiều cao trung bình 1/3 sóng lớn tính theo cơng thức: Hs = 4,004 ∑ (n j − n j ) Trong n j , n j chiều chiều cao R R sóng lớn chiều cao sóng trung bình Cách tính chiều dài sóng: Bảng tra đặc trưng sóng 87 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM 1.1 THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VEN BIỂN 1.1.1 Bãi trước đê: 1.1.2 Tương tác sóng với bãi trước, cơng trình ven biển: .4 1.1.3 Các giải pháp giảm sóng, bảo vệ bãi 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐÊ NGẦM: .8 1.2.1 Vai trị giảm sóng 1.2.2 Cấu tạo, kết cấu: 1.2.3 Vấn đề mơ sóng vỡ 10 1.3 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM 12 1.4 BỐ TRÍ MẶT NGANG TRÊN BÃI ĐÊ .15 Kết luận chương .17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MƠ HÌNH LAN TRUYỀN SĨNG HỌ BOUSSINESQ PCOULWAVE 18 2.1 VẤN ĐỀ LỰA CHỌN MƠ HÌNH TỐN MƠ PHỎNG LAN TRUYỀN SÓNG QUA ĐÊ NGẦM .18 2.2 MÔ HÌNH LAN TRUYỀN SĨNG HỌ BOUSSINESQ - PCOULWAVE .20 2.2.1 Giới thiệu chung 20 2.2.2 Hệ phương trình .20 2.2.3 Số liệu đầu vào, đầu ra, miền tính tốn .21 2.2.4 Tham số mơ hình 21 Kết luận chương .22 CHƯƠNG 3: HIỆU CHỈNH KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH .23 3.1 MƠ TẢ THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH VẬT LÝ 23 3.1.1 Giới thiệu máng sóng 23 3.1.2 Nội dung thí nghiệm 23 3.2 SÓNG VÀ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM 24 3.2.1 Khái niệm phổ sóng .24 3.2.2 Hiệu giảm sóng đê ngầm 25 3.3 HIỆU CHỈNH - KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH VỚI CÁC KẾT QUẢ THÍ NGIỆM MƠ HÌNH VẬT LÝ MÁNG SĨNG 26 3.3.1 Thiết lập mơ hình 26 3.3.2 Thiết lập điều kiện biên sóng .27 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 88 3.3.3 Mơ để tìm tham số tối ưu 27 3.3.4 Kiểm định mơ hình .29 Kết luận chương .34 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SỐ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM 35 4.1 THÍ NGHIỆM SỐ VỚI CÁC KỊCH BẢN MỞ RỘNG 35 4.1.1 Bề rộng đỉnh đê thay đổi .35 4.1.2 Độ ngập nước đê thay đổi 38 4.1.3 Hệ số mái đê thay đổi 40 4.1.4 Bãi trước đê thay đổi: 41 4.2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 42 4.2.1 Ảnh hưởng độ ngập nước đê 43 4.2.2 Ảnh hưởng bề rộng đê 43 4.3 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN HIỆU QUẢ GIẢM SĨNG CỦA ĐÊ NGẦM .44 Kết luận chương 45 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SƠ BỘ VÀ BỐ TRÍ TUYẾN ĐÊ NGẦM GIẢM SÓNG TẠI BIỂN PHÚ THUẬN – THỪA THIÊN HUẾ 46 5.1 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC .46 5.1.1 Điều kiện tự nhiên 46 5.1.2 Điều kiện thủy hải văn 48 5.1.3 Kinh tế, xã hội 49 5.1.4 Hiện trạng cơng trình bảo vệ bờ biển 50 5.1.5 Đề xuất giải pháp 51 5.2 CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ 53 5.2.1 Tiêu chuẩn phân cấp đê 53 5.2.2 Xác định tham số sóng thiết kế 53 5.2.3 Tính tốn truyền sóng: 56 5.3 ĐỀ XUẤT VÀ CHỌN LỰA DẠNG MẶT CẮT ĐÊ 58 5.3.1 Phân tích, lựa chọn vị trí tuyến đê .58 5.3.2 Đề xuất hiệu giảm sóng thiết kế 59 5.3.3 Lựa chọn mặt cắt ngang .60 5.4 THIẾT KẾ SƠ BỘ ĐÊ NGẦM 61 5.4.1 Cấu tạo: 61 5.4.2 Thiết kế thân đê: 63 5.4.3 Xác định lại kích thước hình học đỉnh đê: 66 5.4.4 Tính tốn lại hiệu giảm sóng đê ngầm: 67 5.5 BỐ TRÍ MẶT BẰNG ĐÊ NGẦM .68 5.5.1 Kích thước mặt tuyến đê .68 5.5.2 Dự kiến xu diễn biến đường bờ .68 Kết luận chương .70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 Những kết đạt 71 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 89 Những vấn đề tồn 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .73 Tiếng Việt .73 Tiếng Anh .73 PHỤ LỤC 74 T T T T T T T T T T 90 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.12: Giải pháp tạo bãi treo sử dụng gờ ngầm 16 Hình 1.13: Một dạng mặt cắt ngang bố trí đê ngầm 17 Hình 2.1: Miền tính tốn họ mơ hình NLSWE 18 Hình 2.2: Miền tính tốn mơ hình họ RANS-VOF 19 Hình 2.3: So sánh hai mơ hình tốn họ SLSWE Boussinesq 19 Hình 2.4: Miền tính tốn mơ hình Coulwave 21 Hình 2.5: Lớp hấp thụ sóng phía biên ( sponge) 22 Hình 3.1: Sơ họa mặt cắt mơ hình vật lý 23 Hình 3.2: Một số hình ảnh đê ngầm thí nghiệm 24 Hình 3.3: Hình dạng phổ sóng 25 Hình 3.4: Sóng giảm chiều cao qua đê ngầm .26 Hình 3.3: Mặt cắt dọc mơ hình số Đơn vị khoảng cách (m) 26 Hình 3.5: Giao diện làm việc mơ hình .29 Hình 3.6: Mơ 1D sóng lan truyền trong mơ hình 29 Hình 3.7: Đường q trình sóng thực đo tính tốn sóng H20T20 .30 Hình 3.8: Đường q trình sóng thực đo tính tốn sóng H15T20 .30 Hình 3.9: Đường q trình sóng thực đo tính tốn sóng H20T25 .31 Hình 3.11: So sánh phổ sóng tính tốn thực đo sóng H20T20 32 Hình 3.12: So sánh phổ sóng tính tốn thực đo sóng H20T25 33 Hình 3.13: So sánh phổ sóng tính tốn thực đo sóng H15T20 33 Hình 4.1: Sơ đồ tính tốn mơ bề rộng đỉnh đê thay đổi 35 Hình 4.2: Ảnh hưởng bề rộng đỉnh đê đến hiệu giảm sóng ( H20T20) 36 Hình 4.3: Ảnh hưởng bề rộng đỉnh đê đến hiệu giảm sóng ( H20T25) 37 Hình 4.4: Ảnh hưởng bề rộng đỉnh đê đến khả giảm sóng (H20T20) .38 Hình 4.5: Ảnh hưởng độ chìm đê đến khả giảm sóng (H15T20) 39 Hình 4.6: Sơ đồ mặt cắt đê độ dốc mái đê thay đổi 40 Hình 4.7 : Biểu đồ hiệu giảm sóng hệ số mái đê thay đổi 41 Hình 4.8: Sơ đồ tính tốn độ dốc bãi trước đê thay đổi .41 Hình 4.9: Biểu đồ hiệu giảm sóng độ dốc bãi trước đê thay đổi 42 Hình 4.12: Hiệu giảm sóng đê ngầm 45 Hình 5.1: Bản đồ ven biển khu vực cửa Thuận An, Phú thuận 46 Hình 5.2: Hình ảnh xâm thực ven biển Phú Thuận 51 Hình 5.3 : Đường tần suất tổng hợp ven bờ MC41 – Phú Vang – Huế 54 Hình 5.4: Biểu đồ hoa sóng trạm Cồn Cỏ .55 Hình 5.5: Thiết lập biên tính truyền sóng 57 Hình 5.6: Phân bố chiều cao sóng ngang bờ điều kiện bão 57 Hình 5.7: Các phương án bố trí đê ngầm 58 Hình 5.8: Ảnh hưởng độ ngập tới hiệu giám sóng 60 Hình 5.9: Ảnh hưởng bề rộng đê tới hiệu giảm sóng 61 Hình 5.10 : Cấu tạo đê ngầm .61 Hình 5.11: Điều kiện biên để tính tốn vật liệu đê 63 Hình 5.12: Cấu tạo chân khay 66 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 91 Hình 5.13: Kích thước thiết kế sơ đê ngầm 67 Hình 5.13: Cấp phối vật liệu đê ngầm 67 Hình 5.16 : Quá trình bồi lắng phát triển sau đê, L/x < 2, thành tạo Salient 69 Hình 5.17 : Quá trình bồi lắng đạt tới trạng thái cân bằng, L/x > 2, tạo thành Tombolo 69 Hình 5.18: Dự kiến trình bồi lắng phát triển sau đê, L/x < 2, tạo thành Salient biển Phú Thuận – Huế 70 T T T T T T T T T T DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: So sánh sóng tính toán thực đo thay đổi tham số 28 Bảng 3.3: Kết so sánh sóng tính tốn thực đo sóng H20T20 Đơn vị (m) 31 T T T T 92 Bảng 3.4: Kết sóng tính tốn thực đo sóng H20T25 Đơn vị (m) 31 Bảng 4.1: Hiệu giảm sóng chiều rộng đỉnh đê thay đổi ( H20T20) .36 Bảng 4.2: Hiệu giảm sóng chiều rộng đỉnh đê thay đổi ( H20T25) .37 Bảng 4.3: Hiệu giảm sóng độ chìm đê thay đổi (sóng H20T20) 38 Bảng 4.4: Hiệu giảm sóng đê ngầm độ chìm thay đổi (H15T20) 39 Bảng 4.5: Hiệu giảm sóng hệ số mái đê thay đổi .40 Bảng 4.6: Hiệu giảm sóng độ dốc bãi trước đê thay đổi .42 Bảng 5.1: Bảng tiêu chuẩn an toàn, phân cấp đê .53 Bảng 5.2 : Bảng tra tham số sóng nước sâu ( tra PL-B – TCTK đê biển 2012) .55 Bảng 5.3 : Tần suất chiều cao sóng theo hướng (1993 ÷ 1994), Đơn vị đo %: 56 Bảng 5.4: Các tham số sóng nước sâu 56 Bảng 5.4 : Kết tính truyền sóng trường hợp 59 Bảng 5.5: Đề xuất hiệu giảm sóng thay đổi mặt cắt ngang 59 Bảng 5.6: Cấp phối đá theo thiêu chuẩn 62 Bảng 5.7: Cấp phối vât liệu đá theo Rock Manual – Ciria 2007 .62 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T ... hợp bố trí đê ngầm bãi đê CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM 1.1 THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VEN BIỂN 1.1.1 Bãi trước đê: a Định nghĩa bãi trước: “ Bãi trước đê hiểu bãi biển,... Tham số đặc trưng hình học đê: bề rộng đỉnh đê B, độ ngập nước S tk R 1.3 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM Trên giới có nhiều nghiên cứu hiệu giảm sóng đê ngầm, xin tóm lược... hiệu: H20T20); sóng H15T20; sóng H20T25 Dưới số hình ảnh thí nghiệm mơ hình vật lý đê ngầm máng sóng Hà Lan Hình 3.2: Một số hình ảnh đê ngầm thí nghiệm 3.2 SĨNG VÀ HIỆU QUẢ GIẢM SĨNG CỦA ĐÊ NGẦM