Nghiên cứu tương tác sóng đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp giảm sóng quanh đảo. Nghiên cứu tương tác sóng đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp giảm sóng quanh đảo. Nghiên cứu tương tác sóng đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp giảm sóng quanh đảo. Nghiên cứu tương tác sóng đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp giảm sóng quanh đảo. Nghiên cứu tương tác sóng đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp giảm sóng quanh đảo.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI MAI QUANG KHOÁT NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC SÓNG - ĐẢO PHÚ QUÝ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SÓNG QUANH ĐẢO Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình Thủy Mã số: 9580202 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2021 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Mai Văn Công Người hướng dẫn khoa học 2: GS TS Phạm Ngọc Quý Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án trường Đại học Thủy lợi vào lúc … … ngày … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Huyện đảo Phú Quý quần đảo với 10 đảo lớn nhỏ, đảo Phú Q hịn đảo lớn có vị trí chiến lược quan trọng phát triển kinh tế biển tỉnh Bình Thuận cơng tác đảm bảo an ninh, quốc phịng vùng biển khu vực phía Nam Trung Bộ Trong năm vừa qua, tác động trường sóng đợt gió mùa bão tượng xói lở bờ bãi quanh đảo xảy thường xuyên có xu gia tăng; việc xây dựng cơng trình dân dụng hệ thống đê phá sóng mở rộng cảng cá phía Nam có tác động ảnh hưởng định đến phân bố lại trường sóng, dịng ven bờ q trình bồi, xói bãi biển quanh đảo Trên giới, vấn đề lý thuyết thủy động lực vùng ven bờ, quanh bờ đảo cửa sông nghiên cứu cách toàn diện theo cách tiếp cận q trình tồn hệ thống Trong cơng bố có, bên cạnh kết thực nghiệm, nhiều dẫn mơ hình tính tốn phổ biến ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, nghiên cứu trường sóng tương tác với vùng ven bờ đảo ngồi khơi, biến động hình thái đường bờ đảo cịn hạn chế Vì vậy, vấn đề nghiên cứu đề tài luận án cần thiết để bổ sung sở khoa học việc quy hoạch, định hướng giải pháp bảo vệ vùng bờ đảo, giải pháp phịng chống xói lở mang tính bền vững; góp phần đảm bảo an tồn phịng chống thiên tai cho hoạt động dân sinh đảo, trì bãi biển phục vụ phát triển du lịch, mục tiêu phát triển kinh tế xã hội quan trọng địa phương Mục tiêu nghiên cứu (1) Nghiên cứu trường sóng tương tác sóng với bờ đảo Phú Quý (2) Đề xuất giải pháp nhằm giảm sóng tác động trực tiếp vào đường bờ đảo nhằm tăng cường ổn định bờ, khôi phục bãi ven đảo phục vụ phòng chống thiên tai phát triển bền vững kinh tế - xã hội cho khu vực Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu luận án: Sự lan truyền sóng biển khơi vào khu vực ven bờ đảo Phú Quý tương tác vùng bờ đảo Phú Quý với sóng biển 3.2 Phạm vi nghiên cứu luận án: Tác động trường sóng lên vùng bờ đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận: Tiếp cận hệ thống, tiếp cận tổng hợp, tiếp cận bền vững tiếp cận đại 4.2 Phương pháp nghiên cứu: Để giải mục tiêu nhiệm vụ nêu trên, luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu: phương pháp kế thừa, phương pháp phân tích xử lý số liệu, phương pháp ảnh viễn thám GIS phương pháp mơ hình tốn (bộ mơ hình MIKE) Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Ứng dụng phương pháp giải đoán đường bờ ảnh viễn thám để phân tích biến động đường bờ phục vụ cho việc nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo vệ bờ đảo Xác lập sở khoa học phương pháp tính tốn mơ trường sóng quanh đảo, làm sở để lựa chọn điều kiện biên tính tốn giải pháp bảo vệ bờ đảo 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Trên sở tính tốn phân tích phạm vi có khả bị xâm thực mạnh bờ đảo Phú Quý đề xuất giải pháp cơng trình hợp lý để giảm tác động sóng nhằm ổn định bờ đảo tôn tạo bãi biển quanh đảo phục vụ dân sinh, kinh tế, bảo đảm an ninh, quốc phòng Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu Kết luận, luận án bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu tương tác sóng bờ đảo Chương 2: Nghiên cứu đánh giá trạng biến động đường bờ tác động trường sóng quanh đảo Phú Quý Chương 3: Cơ sở khoa học mơ sóng lan truyền vào vùng bờ đảo tương tác sóng với đảo Phú Quý Chương 4: Mơ sóng bão thiết kế tương tác với đảo Phú Quý đề xuất giải pháp giảm sóng phù hợp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA SÓNG VÀ BỜ ĐẢO 1.1 Tổng quan sóng biển q trình lan truyền sóng 1.1.1 Sự hình thành sóng biển thuật ngữ liên quan Sóng biển chủ yếu tạo tác động gió mặt nước Các sóng hình thành ban đầu q trình cộng hưởng tác động cắt phức tạp, sóng có chiều cao, chiều dài, chu kỳ khác tạo di chuyển theo nhiều hướng khác 1.1.2 Sóng biên độ nhỏ: Là sóng có độ cao sóng nhỏ so với bước sóng độ sâu nước Mơ tả tốn học sớm sóng tuyến tính Airy đưa vào năm 1845, thường gọi lý thuyết sóng Airy Sóng Airy hình thành cách sử dụng khái niệm dòng chất lỏng lý tưởng hai chiều 1.1.3 Các q trình biến đổi suy giảm lượng sóng: Khi sóng lan truyền từ ngồi khơi vào đến khu vực ven bờ chúng vào vùng nước sâu chuyển tiếp, nơi mà chuyển động sóng bị ảnh hưởng địa hình đáy biển Những tác động bao gồm giảm tần số bước sóng sóng làm thay đổi hướng đỉnh sóng (khúc xạ) thay đổi chiều cao sóng hiệu ứng nước nơng với lượng sóng bị tiêu tán ma sát đáy biển sóng vỡ 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu tương tác sóng bờ đảo giới Nghiên cứu tương tác sóng biển đảo ngồi khơi nhà khoa học nghiên cứu từ nhiều thập kỷ trước nghiên cứu Arthur (1946 & 195)1, Harrison (1848), W Johnson (1919), O'Brien Mason (1940), Penney Price (1944)… Nghiên cứu tác động sóng lên bờ biển, bờ đảo cơng trình biển có từ kỷ 18, 19 phát triển mạnh từ sau chiến thứ 2, tiêu biểu kể đến nghiên cứu Zenkovish (1950), Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật bờ biển (CERC) quân đội Mỹ, nghiên cứu Chao nnk (2006)…Ngày việc nghiên cứu sóng tương tác với bờ biển bờ đảo thực mơ hình tốn đại Dựa mơ hình tốn nhà khoa học nghiên cứu tác động yếu tố khí tượng thủy văn biển lên cơng trình đảo biển, lên đất liền giải pháp chống lại tác động 1.3 Tổng quan nghiên cứu sóng tác động lên vùng bờ biển bờ đảo biến động đường bờ đảo Việt Nam cơng trình bảo vệ bờ biển bờ đảo 1.3.1 Các nghiên cứu sóng: Nghiên cứu tác động yếu tố thủy hải văn biển lên bờ cơng trình biển phát triển mạnh mẽ có nhiều tiến chất lượng số lượng Đã có nhiều đề tài ứng dụng vào thực tế có hiệu cao giải nhiều vấn đề xúc Các nghiên cứu thực Viện nghiên cứu biển thuộc Viện Khoa học Việt Nam, Viện Hải dương học Nha Trang, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Trường Đại Thủy lợi, Trường Đại học Xây dựng, Viện Khí tượng Thủy Văn…Hiện nay, nghiên cứu đảo quần đảo Việt Nam chưa tập trung, bắt đầu Số lượng chiều sâu nghiên cứu đảo hải đảo mức độ khiêm tốn 1.3.2 Nghiên cứu q trình giảm sóng tương tác với cơng trình đê phá sóng Sóng tới truyền vng góc với bờ qua cơng trình đê phá sóng nói chung, lượng sóng đặc trưng chiều cao sóng bị suy giảm Q trình giảm lượng sóng tiêu tán thơng qua q trình sóng vỡ, phản xạ ma sát sóng truyền qua thân đê Các yếu tố ảnh hưởng trình tiêu hao lượng sóng gồm đặc trưng sóng tới, độ sâu nước vị trí cơng trình, tham số hình học cấu trúc vật liệu cơng trình đê phá sóng 1.3.3 Các giải pháp cơng trình bảo vệ bờ biển bờ đảo áp dụng Việt Nam Cơng trình bảo vệ bờ biển, bờ đảo loại cơng trình có tầm quan trọng to lớn kinh tế xã hội, có ảnh hưởng trực tiếp đến dân sinh xã hội chiếm khối lượng khơng nhỏ cơng trình biển Cơng trình bảo vệ bờ biển phân loại hình chủ yếu là: bảo vệ chủ động bảo vệ bị động 1.3.3.1 Bảo vệ chủ động: Là chủ yếu bắt sóng dịng chảy thực theo ý đồ bảo vệ người 1.3.3.2 Bảo vệ bị động: Là tìm cách ngăn chặn hay làm giảm yếu tác động phá hoại trực tiếp sóng dịng chảy bờ cơng trình bảo vệ trực tiếp 1.4 Các nghiên cứu liên quan đến vùng ven bờ biển đảo Phú Quý 1.4.1 Các thống kê thiệt hại sóng gây đến đảo Phú Quý: Những năm gần tác động sóng từ biển tác động trực tiếp lên bờ đảo gây nên tượng xói lở bồi tụ bờ quanh đảo Vấn đề xói lở bờ đảo ngày gia tăng theo số liệu thống kê từ năm 1975 đến diện tích đảo Phú Quý từ 28km giảm xuống vào khoảng 16,9km 2, nhiều tuyến đường, cơng trình, nhà cửa, trụ sở bị hư hỏng, phá hủy 1.4.2 Các giải pháp cơng trình bảo vệ bờ biển Phú Q áp dụng Trước thiệt hại sóng biển gây ra, cơng trình bảo vệ bờ đầu tư năm qua như: Kè chống xâm thực ổn định bờ biển Phú Quy (2 giai đoạn); Khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá huyện Phú Quý; Cải tạo đê chắn sóng cảng Phú Quý.Hiện nay, dự án phát huy tốt mục tiêu nhiệm vụ ban đầu đặt ra, góp phần chắn sóng giảm thiểu tác động sóng lên khu dân cư kè có sóng to, gió lớn, triều cường bão phạm vi đoạn bờ biển cần bảo vệ 1.5 Tổng quan chế biến tác động trường sóng tới biến động hình thái vùng ven biển, bờ đảo 1.5.1 Các chế tương tác thủy động lực ảnh hưởng đến biến động hình thái đường bờ Đường bờ ban đầu, mực nước, gió thủy triều nguyên nhân gây chuyển động bùn cát cuối thay đổi đường bờ Đó q trình thay đổi theo khơng gian, thời gian Sơ đồ logic hệ thống Hình 1-22 Hình 1-22: Nguyên lý chế tác động hình thái đường bờ 1.5.2 Các q trình tương tác sóng, dịng chảy với địa hình bãi vùng sóng vỡ: Trong vùng sóng vỡ, q trình động lực học xảy phức tạp, phụ thuộc vào hướng truyền sóng, hình thái đường bờ…Các kiểu dịng chảy theo phương ngang phương đứng vùng sóng vỡ mơ tả Hình 1-24 Hình 1-25 Đường sóng vỡ Hình 1-25: Phân bố theo phương đứng với dòng phản xạ Hình 1-24: Phân bố theo phương ngang dịng xốy 1.5.3 Sự thay đổi đường bờ trạng thái cân đường bờ: Vận chuyển bùn cát vùng bờ mơ tả sơ đồ Hình 1-26 Bản thân chuyển động bùn cát không gây nên thay đổi địa hình vùng bờ mà xuất gradient theo hướng dọc hướng ngang có tượng xói bồi Hình dạng mặt cắt ngang kết tượng cân động theo hướng ngang đặc trưng độ dốc bãi biển Hình 1-26: Vận chuyển bùn cát vùng sóng vỡ 1.6 Luận giải vấn đề nghiên cứu luận án Qua tổng quan vấn đề nghiên cứu trình bày thấy nghiên cứu tương tác trường sóng tới với đảo bờ đảo nghiên cứu trình thủy động lực học quanh đảo nước ta cịn đặc biệt hạn chế đảo riêng lẻ Phú Quý Vì vậy, luận án tác giả tập trung vào vấn đề sau: Nghiên cứu, đánh giá trạng biến động đường bờ ngun nhân xói lở bờ đảo Phú Q; Mơ xác định trường sóng quanh vùng bờ đảo theo mùa gió thịnh hành đặc trưng tương tác trường sóng (nhiễu xạ, khúc xạ, phản xạ) với đảo; Đánh giá ảnh hưởng tác động trường sóng quanh đảo đến xói lở bờ đảo; Đề xuất giải pháp nhằm giảm sóng tác động trực tiếp vào đường bờ đảo nhằm tăng cường ổn định bờ, khơi phục bãi ven đảo phục vụ phịng chống thiên tai phát triển bền vững kinh tế - xã hội cho khu vực 1.7 Kết luận Chương Trong chương 1, tác giả khái quát thành tựu đạt tồn nghiên cứu trước, nhận dạng đầy đủ ảnh hưởng tương tác sóng – bờ đảo hiệu cơng trình bảo vệ bờ đảo Từ vấn đề thiếu nghiên cứu chuyên sâu tương tác sóng-đảo, đặc biệt yếu tố sóng tới biến động đường bờ đảo Phú Quý, tác giả đưa đường bờ đảo Phú Quý theo chế xói lở ngang bờ khó có khả tự phục hồi điều kiện khí hậu thường đoạn đường bờ thuộc cung bờ phía Đơng Đơng Bắc chịu xói lở ngang bờ mạnh ảnh hưởng sóng đến có hướng trực diện mùa gió đặc trưng thịnh hành Đơng Bắc ảnh hưởng sóng nhiễu xạ mùa gió Tây Nam Nam CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC MƠ PHỎNG SĨNG LAN TRUYỀN VÀO VÙNG BỜ ĐẢO VÀ SỰ TƯƠNG TÁC SÓNG VỚI ĐẢO PHÚ QUÝ 3.1 Cơ sở lý thuyết lan truyền sóng, khúc xạ, nhiễu xạ phản xạ sóng quanh hịn đảo xa bờ Nhiễu xạ khúc xạ hai liên quan đến thay đổi theo hướng sóng (Hình 3-1) Sóng di chuyển đến gặp đảo, đảo hoạt động rào cản thấy nhiễu xạ xảy sóng bao quanh Sự bẻ cong sóng sau tăng cường chúng gặp nước nơng quanh đảo, khúc xạ xảy Sóng phản xạ sóng dội ngược lại sóng tới gặp vật cản (Hình 3.2 ) Đường đỉnh sóng nhiễu xạ (khúc xạ) Đường đỉnh són g tới Đường đỉnh sóng phản xạ Hình 3-1: Sự khúc xạ nhiễu xạ sóng xung quanh đảo hình trịn sóng từ hướng Tây Hình 3-2: Mơ tả đường đỉnh sóng sóng tới, sóng nhiễu xạ (khúc xạ) sóng phản xạ xung quanh đảo hình trịn 3.2 Cơ sở thuyết mơ hình tốn mơ sóng, sóng tương tác với vật cản 3.2.1 Phân loại chung mơ sóng mơ hình tốn: Hiện mơ hình tốn mơ sóng, sóng tương tác với vật cản chia làm nhóm: mơ hình sóng phân giải pha (SWASH, MIKE21-BW…) mơ hình sóng phổ (SWAN, XBeach, MIKE21-SW ) 3.3.2 Phân tích sở lựa chọn mơ hình tốn mơ sóng lan truyền, sóng tương tác với đảo cơng trình giảm sóng: Trong nghiên cứu sử dụng mơ hình MIKE 21 mơ hình X-Beach để mơ sóng tương tác với đảo Phú Quý, với mục đích đánh giá trường sóng quanh đảo từ đề xuất giải pháp nhằm giảm sóng tác động lên bờ đảo gây xói lở bờ 3.3 Cơ sở lý thuyết mơ sóng mơ hình Mike 3.3.1 Mơ hình lan truyền sóng MIKE21-SW: Là mơ hình mơ q trình hình thành, suy giảm lan truyền sóng gió sóng dài vùng nước sâu ven biển, sử dụng để dự báo sóng khu vực ngồi khơi ven biển, đánh giá điều kiện sóng – chiều cao sóng, chu kỳ sóng, chu kỳ sóng phục vụ cho việc thiết kế xây dựng cơng trình biển, cơng trình cảng, cơng trình bảo vệ bờ 3.3.2 Mơ hình MIKE21-BW: Là phần mềm chun dụng để nghiên cứu q trình truyền sóng ngắn, sóng dài cảng khu vực ven bờ, sử dụng để mô tương tác sóng với đảo, sóng với cơng trình giảm sóng nhằm phân tích ảnh hưởng sóng nhiễu xạ phản xạ khu vực xung quanh đảo hiệu giảm sóng giải pháp cơng trình 3.4 Cơ sở lý thuyết mơ sóng mơ hình X-Beach X-Beach mơ hình số trị, sử dụng mơ q trình thủy động lực - biến đổi hình thái vùng bờ biển cát, phạm vi tương đối nhỏ cỡ vài km thời gian cỡ trận bão ngồi mơ hình mơ trình vận chuyển bùn cát 3.5 Thảo luận lựa chọn mơ hình tốn mơ trường sóng quanh đảo Trên sở phân tích ưu, nhược điểm, độ xác khả áp dụng nghiên cứu này, tác giả lựa chọn mơ hình MIKE21 (SW BW) làm cơng cụ mơ hình để mơ sóng lan truyền, sóng tương tác với đảo Phú Quý để đánh giá trường sóng quanh đảo đề xuất giải pháp giảm sóng bảo vệ bờ đảo 3.6 Thiết lập mơ hình nền, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình tốn mơ sóng lan truyền tương tác với đảo Phú Quý 3.6.1 Phạm vi sóng thịnh hành dùng mơ sóng lan truyền tương tác với đảo Phú Quý: Trong nghiên cứu sử dụng số liệu thực đo điểm P1 từ ngày 18/12/2012 – 3/1/2013 làm điều kiện biên sóng để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình ( Hình 3-10) Điều kiện biên sóng thiết kế ngồi biên AT19 theo hướng gió mùa thịnh hành từ hướng Đơng Bắc Tây Nam 3.6.2 Thiết lập miền tính tốn: Miền tính chọn bao phủ vùng biển xung quanh đảo biên ngồi khơi mơ hình mở rộng đến vị trí có số liệu sóng NOAA (10,50 N, 109,50E) – Điểm AT19 Hình 3-7 Hình 3-7: Vị trí đo sóng điểm P1 từ 18/12/2012 đến 3/1/2013 3.6.3 Hình 3-10: Phạm vi mơ hình sóng thiết lập MIKE 21-SW Mơ lan truyền sóng mơ hình MIKE 21-SW Phạm vi mơ hình, địa hình sử dụng sử dụng cho mơ hình Mike21-SW trình bày Mục 5.3.2 với độ phân giải lưới 100m gần bờ 2km biên khơi Kết kiểm định hiệu chỉnh mơ hình so với số liệu thực đo điểm P1 cho kết tin cậy với số NASH= 0,84 nên sử dụng mơ hình để tính lan truyền sóng trích xuất số liệu sóng đầu vào biên mơ hình thu hẹp chi tiết MIKE21-BW 3.6.4 Mơ hình thu hẹp mơ chi tiết sóng tương tác với đảo MIKE21-BW Các điều kiện biên sóng mơ hình MIKE21-BW trích xuất từ kết tính tốn mơ hình MIKE21-SW: + Đơng Bắc (NE): Hs = 5,5m, Tp = 11,5s + Tây Nam (SW): Hs = 3,3m, Tp = 9,43s Bộ thơng số cho mơ hình MIKE21-BW thiết lập với kích thước lưới 5x5m, bước tính 0,15s có kể đến thành phần nước sâu, sóng vỡ, đồ lớp đệm 3.6 Kết luận Chương Chương tập trung phân tích sở lý thuyết mơ sóng, mơ lan truyền sóng, sóng tương tác với đảo cơng trình, nghiên cứu đạt số kết lựa chọn lý thuyết sóng phân giải pha để mơ sóng lan truyền từ ngồi vùng nước sâu vào vùng ven bờ đảo, kể đến trình giảm lượng sóng; lựa chọn mơ hình Mike21 để mơ trường sóng lan truyền, sóng tương tác với đảo Phú Q sóng tương tác với cơng trình giảm sóng; hiết lập, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Mike21-SW; thiết lập mơ hình MIKE21-BW dùng để mơ sóng tương tác với đảo cơng trình với phạm vi biên mơ hình thu hẹp trích xuất từ mơ hình biên rộng MIKE21-SW, công cụ phục vụ mô cho kịch phân tích Chương để xác định giải pháp cơng trình giảm sóng bảo vệ bờ đảo phù hợp CHƯƠNG MƠ PHỎNG SĨNG TRONG BÃO THIẾT KẾ TƯƠNG TÁC VỚI ĐẢO PHÚ QUÝ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SÓNG PHÙ HỢP 4.1 Giới thiệu chung Trong chương này, để có sở đề xuất giải pháp cơng trình giảm sóng bảo vệ đảo trước tác động sóng bão, mơ hình MIKE21-BW xây dựng với hai hướng sóng thịnh hành Đơng Bắc Tây Nam cho trường hợp tính tốn: HT00 (trường hợp trạng), HT01(Trường hợp bố trí giải pháp hệ thống đê giảm sóng đỉnh thấp liên tục) HT02 (Trường hợp bố trí giải pháp bảo vệ đảo hệ thống đê giảm sóng phân đoạn) 4.2 Mơ sóng trận bão thiết kế tương tác với đảo Phú Quý- Trường hợp trạng HT00 4.2.1 Sóng trận bão thiết kế theo hướng Đông Bắc (tương đương trận bão xuất 16-18/12/1993): Kết mơ sóng trường hợp (Hình 4-1 Hình 4-2) cho thấy khu vực chịu tác động mạnh sóng trải dài từ mặt cắt 1-1 bờ Bắc tới mặt cắt 1717 cuối bờ Đông; khu vực đề xuất cần bố trí cơng trình giảm sóng, bảo vệ đảo Hình 4-1: Đường mặt nước xung quanh đảo Phú Quý tác động sóng đến từ hướng Đơng Bắc Hình 4-2: Chiều cao sóng xung quanh khu vực đảo sóng từ hướng Đơng Bắc 4.2.2 Sóng trận bão thiết kế theo hướng Tây Nam (tương đương với sóng thời tiết cực đoan xuất với tần suất 2%): Kết sóng tới bờ đảo phía Tây trường hợp (Hình 4-4 Hình 4-5) nhỏ (Hs < 1,0 m), kết hợp với đặc điểm điều kiện trạng khu vực bờ Tây đảo có cơng trình kè bảo vệ bờ đảo ổn định việc tăng cường giải pháp giảm sóng cho khu vực khơng cần thiết Hình 4-4: Đường mặt nước xung quanh đảo Phú Quý tác động sóng đến từ hướng Tây Nam Hình 4-5: Chiều cao sóng xung quanh khu vực đảo sóng từ hướng Tây Nam 4.3 Đề xuất giải pháp làm giảm tác động sóng lên vùng bờ đảo Phú Quý Nghiên cứu tập trung đề xuất giải pháp giảm tác động sóng lên khu vực ven bờ đường bờ phía Đông, Đông Bắc đảo (Đoạn bờ AB BC Hình 2.2); chủ động bảo vệ bờ đảo hệ thống đê giảm sóng xa bờ hệ thống đê ngầm nhơ, bố trí theo phương án liên tục phân đoạn song song với phía bờ Đơng Đông Bắc đảo, kéo dài từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 17-17 4.3.1 Mục tiêu, chức năng, quy mơ tiêu thiết kế cơng trình giảm sóng bảo vệ đảo Phú Quý Mục tiêu: làm giảm lượng trường sóng tới (đặc trưng chiều cao sóng Hs) trước tiến sát vào bãi nơng, bờ đảo nhằm giảm trình vận chuyển bùn cát theo hướng ngang bờ dọc bờ Chức đảm bảo điều kiện sóng sau đê khơng vượt ngưỡng chiều cao sóng tới hạn Hs = 1,0m điều kiện bão thiết kế Quy mô cơng trình: cơng trình đê chắn sóng bờ đảo phía Đơng đảo Phú Q thuộc cơng trình Cấp III, tần suất thiết kế tương ứng 2% 4.3.2 Bố trí tổng thể tuyến đê giảm sóng: Trong luận án đề xuất 02 phương án bố trí tổng thể tuyến đê giảm sóng khu vực bờ đảo phía Bắc phía Đơng đảo : Đê giảm sóng bố trí liền tuyến liên tục (HT01) Đê giảm sóng gián đoạn (HT02) 4.3.2.1 Bố trí mặt đê giảm sóng liên tục (HT01): Bố trí 06 tuyến đê, L=400m÷2800m 4.3.2.2 Bố trí mặt đê giảm sóng phân đoạn (HT02): Bố trí 11 tuyến đê, L=400m÷500m Hình 4-7: Hệ thống đê giảm sóng liên tục bảo vệ bờ đảo Phú Quý 4.3.3 Hình 4-8: Hệ thống 11 đê giảm sóng phân đoạn bảo vệ bờ đảo Phú Quý Phân tích xác định cao trình đỉnh đê giảm sóng: kết tính tốn sau: + Đối với đê nhơ: Zđnhơ = +3,00 m + Đối với đê ngầm: Zđngầm = +0,50 m -1,00 m 4.3.4 Hệ số mái nghiêng đê: Mái phía biển m=2 mái phía bờ m=1,5 4.3.5 Chiều rộng đỉnh đê: Được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 12261-2018 kết hợp với điều kiện tối thiểu để bố trí cấu kiện bảo vệ mái đê, tác giải chon B= 6,87m 4.3.6 Tính tốn hệ số sóng truyền qua đê giảm sóng: Kết tính tốn hệ số sóng truyền qua đê giảm sóng cho 03 phương án đê giảm sóng có cao trình đỉnh đê khác sau: + Cao trình đỉnh đê Zđ = +3,00 m Ct=0,134 + Cao trình đỉnh đê Zđ = +0,50 m Ct=0,426 + Cao trình đỉnh đê Zđ = -1,00 m Ct=0,602 4.3.7 Mặt cắt ngang điển hình phương án đê giảm sóng Hình 4-10: Mặt cắt ngang điển hình đê giảm sóng có cao trình đỉnh Z đ = +3,00 m (Phương án CT1) Hình 4-11: Mặt cắt ngang điển hình đê giảm sóng có cao trình đỉnh Z đ = +0.50 m (Phương án CT2) Hình 4-12: Mặt cắt ngang điển hình đê giảm sóng có cao trình đỉnh Z đ =- 1,00 m (Phương án CT3) 4.3.12 So sánh lựa chọn phương án cao trình đỉnh đê giảm sóng: Dựa việc so sánh, chấm điểm 03 phương án theo tiêu chí đưa (theo bảng 4-2) tác giả kiến nghị lựa chọn cao trính đỉnh đê theo phương án 4.4 Kết mơ sóng bão tương tác với đảo Phú Quý có hệ thống đê giảm sóng 4.4.1 Kết mơ sóng tương tác với đảo có hệ thống đê ngầm giảm sóng bố trí liên tục - HT01: Kết mơ cho trường hợp sóng đến từ hướng Đơng Bắc cho thấy chiều cao sóng tác động lên bờ phía Đơng đảo giảm đáng kể sau bố trí hệ thống đê giảm sóng, chiều cáo sóng giảm cịn khoảng Hs = 0,4m – 0,6m Hình 4-13: Đường mặt nước xung quanh đảo Phú Quý tác động sóng đến từ hướng Đơng Bắc – Có hệ thống đê giảm sóng liên tục (HT01) Hình 4-14: Trường sóng quanh đảo tác động sóng đến từ hướng Đơng Bắc – Có hệ thống đê giảm sóng liên tục (HT01) 4.4.2 Kết mơ sóng tương tác với đảo có hệ thống đê giảm sóng gián đoạn - HT02 Hình 4-15: Đường mặt nước xung quanh đảo Phú Quý tác động sóng đến từ hướng Đông Bắc (Hs = 2,5 m; Tp = s) – Có hệ thống đê giảm sóng phân đoạn Hình 4-16: Trường sóng quanh đảo tác động sóng đến từ hướng Đơng Bắc (Hs = 2,5 m; Tp = s) – Có hệ thống đê giảm sóng phân đoạn Kết mơ cho trường hợp sóng đến từ hướng Đơng Bắc cho thấy chiều cao sóng sau đê giảm sóng cịn khoảng Hs = 0,4m – 0,6m, nhiên vị trí khoảng đê giảm sóng chiều cao sóng tác động lên bờ đảo phía Đơng khơng giảm đi, chí chiều cao sóng vị trí tăng lên kết hợp sóng tới sóng nhiễu xạ từ hai đầu đê giảm sóng nằm hai bên 4.4.3 Thảo luận kết mơ sóng tương tác với đảo có hệ thống đê giảm sóng liên tục phân đoạn Để đánh giá chi tiết hiệu giảm sóng phương án xây dựng đê giảm sóng liên tục đê giảm sóng phân đoạn bảo vệ bờ Đơng đảo, nghiên cứu trích xuất chiều cao sóng 145 điểm nằm 24 mặt cắt quanh đảo Phú Quý cho trường hợp HT00, HT01 HT02 Hình 4-17: Chiều cao sóng mặt cắt MC13 tác động sóng đến từ hướng Đơng Bắc: HT00 (Trường hợp trạng); HT01 (Có đê giảm sóng liên tục); HT02 (Có đê giảm sóng phân đoạn) Hình 4-18: Chiều cao sóng mặt cắt MC14 tác động sóng đến từ hướng Đông Bắc: HT00 (Trường hợp trạng); HT01 (Có đê giảm sóng liên tục); HT02 (Có đê giảm sóng phân đoạn) Hình 4-17, Hình 4-18 trình bày kết chiều cao sóng mặt cắt sau đê mặt cắt vị trí khoảng trống đê giảm sóng So sánh chiều cao sóng trích xuất mặt cắt khác nằm quanh đảo cho kết tương tự Hình 4-17 Hình 4-18 Do đó, kiến nghị sử dụng hệ thống đê giảm sóng liên tục để bảo vệ bờ phía Đơng đảo Phú Quý Tương tự chiều cao sóng, chu kỳ sóng giảm đáng kể xem xét đến hiệu giảm sóng hệ thống đê Kết cho thấy phương án HT01 có hiệu giảm chu kỳ sóng tốt (Xem Hình 4-19 Hình 4-20) Hình 4-19: Chu kỳ sóng mặt cắt MC13 tác động sóng đến từ hướng Đơng Bắc Hình 4-20: Chu kỳ sóng mặt cắt MC14 tác động sóng đến từ hướng Đơng Bắc 4.5 Kết luận Chương Chương đề xuất phương án bố trí tổng thể (đê giám sóng liên tục, đê giảm sóng gián đoạn) với số phương án kết cấu cao trình đỉnh đê khác (đê ngầm, đê đỉnh thấp, đê nhô); Kết mơ hình mơ cho thấy hiệu giảm sóng giải pháp giảm tác động sóng lên bờ đảo phía Đơng, Đơng Bắc rõ rệt Qua phân tích đa tiêu chí dựa vào kết mơ hiệu giảm sóng phương án bố trí cơng trình, luận án phương án đê ngầm đỉnh thấp CT2 bố trí liền tuyến cho hiệu kỹ thuật cao nhất, đáp ứng tốt mục tiêu tiêu chí thiết kế đề Do đề xuất phương án chọn cho giải pháp cơng trình giảm sóng bảo vệ đảo Phú Quý KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Những kết đạt cửa luận án (1) Tổng quan tình hình nghiên cứu trình thủy động lực học biển ven đảo, q trình lan truyền sóng hình thành trường sóng quanh đảo, biến động đường bờ đảo giải pháp bảo vệ bờ đảo giới Việt Nam; sở luận giải vấn đề nghiên cứu bám sát theo tính cấp thiết mục tiêu nghiên cứu luận án (2) Phân tích, đánh giá trạng ứng dụng thành cơng phương pháp giải đốn ảnh vệ tinh định lượng xu biến động đường bờ quanh đảo Phú Quý theo không gian thời gian, phân loại đoạn đường bờ đặc trưng điển hình dựa theo xu tốc độ xói lở vùng bờ quanh đảo Phú Quý (3) Phân tích biến động bờ thay đổi hình thái bãi biển khu vực ven bờ dựa theo số liệu khảo sát, đo đạc thực tế Mặc dù số liệu hạn chế, nghiên cứu chế xói lở ngang bờ tác động trường sóng xảy chủ yếu vùng bờ đảo Phú Quý (4) Trình bày phương pháp luận sở khoa học mơ q trình lan truyền sóng ngồi khơi tới khu vực ven đảo, q trình sóng tương tác với đảo vùng bờ quanh đảo Phú Q (5) Phân tích lựa chọn cơng cụ mơ hình tốn phù hợp để mơ trường sóng quanh đảo Phú Q tương tác sóng với cơng trình đê phá sóng để đánh giá tác động hiệu giải pháp; Trên sở nghiên cứu ứng dụng hai mơ hình tốn tiên tiến (i) Một mơ hình thương mại MIKE21-BW; (ii) Mơ hình mã nguồn mở X-Beach, luận án phân tích điểm mạnh, điểm yếu lựa chọn mơ hình MIKE21-SW MIKE21- BW làm công cụ mô phục vụ nghiên cứu lan truyền sóng tới đảo, tương tác sóng với đảo sóng với cơng trình (6) Thực mơ lan truyền sóng phân tích trường sóng nhiễu xạ quanh đảo Phú Q tác động sóng xuất ứng với trận bão thiết từ hai hướng gió mùa đặc trưng thịnh hành quanh đảo: hướng Đông Bắc hướng Tây Nam Trên sở xác định quy luật phân bố trường sóng quanh đảo, tượng nhiễu xạ biên sóng khuất đoạn đường bờ cần bảo vệ chủ yếu thuộc cung bờ phía Bắc, Đơng Bắc Đơng đảo chịu tác động trực điện sóng theo hướng gió mùa Đơng Bắc (7) Trong phần nghiên cứu đề xuất giải pháp, dựa nguyên lý giảm yếu tố tác động sóng tới, từ kết mơ trường sóng nhiễu xạ quanh đảo Phú Quý, luận án phân tích đề xuất số giải pháp đê phá sóng xa bờ tính toán thiết kế chức giải pháp đáp ứng mục tiêu bảo vệ vùng bờ đảo khu vực xung yếu có nguy xói lở mạnh; Luận án mơ phân tích, đánh giá hiệu giảm sóng thơng qua xem xét trường sóng tổng cộng quanh đảo trước sau có cơng trình, so sánh hiệu kỹ thuật (giảm sóng) phương án bố trí cơng trình; (8) Xây dựng khung phân tích đa tiêu chí để đánh giá tính ưu việt giải pháp cơng trình giảm sóng đề xuất, sở lựa chọn giải pháp cơng trình phù hợp đáp ứng mục tiêu chức đề cho hệ thống cơng trình bảo vệ đảo (9) Hệ thống đê phá sóng xa bờ dạng đỉnh thấp (ngầm), bố trí liên tục đề xuất lựa chọn để bảo vệ đoạn đường bờ khu vực phía Đơng, Đơng Bắc đảo Phú Quý Hệ thống đê thiết kế với chức giảm sóng, tiêu chí thiết kế trì trường sóng sau đê Hs < 1,0 m điều kiện bão thiết kế (tần suất xuất 2%); đảm bảo an tồn phịng chống xói lở bờ, trì sóng đủ cao điều kiện thời tiết thường (với điều kiện sóng khí hậu), đảm bảo yếu tố cảnh quan, mỹ quan phục vụ tắm biển du lịch II Đóng góp luận án (1) Bằng tính tốn xác định quy luật phân bố trường sóng quanh đảo Phú Quý theo mùa gió đặc trưng, làm sở khoa học để xác định điều kiện biên thủy hải văn công tác quy hoạch, thiết kế xây dựng cơng trình bảo vệ bờ hạ tầng ven đảo (2) Đề xuất giải pháp giảm sóng xa bờ phù hợp, đáp ứng đa mục tiêu: bảo vệ bờ; trì cảnh quan phục vụ du lịch, áp dụng cho bờ phía Bắc phía Đơng đảo Phú Q III Những tồn kiến nghị hướng tiếp tục nghiên cứu Một số tồn Luận án kể đến tương tác sóng với đảo Phú Quý mà chưa xét đến kết hợp sóng dịng chảy biển ảnh hưởng đến trường sóng nhiễu xạ xung quanh bờ đảo sau có cơng trình Do hạn chế số liệu nguồn lực, luận án thực hiệu chỉnh mơ hình dùng mơ hình hiệu chỉnh để mơ so sánh trường hợp tính tốn Việc kiểm định mơ hình chưa chưa thực khó khăn số liệu Kiến nghị hướng tiếp tục nghiên cứu Hướng phát triển tiếp tục nghiên cứu hồn thiện mơ hình mơ tổng thể yếu tố tự nhiên đến trường sóng nhiễu xạ phản xạ quanh đảo Phú Quý, bao gồm: (1) Mô trường dòng chảy riêng biệt tương tác với đảo để đánh giá mức độ lan truyền dòng chảy quanh khu vực bờ đảo; (2) Mô kết hợp sóng dịng chảy tương tác với đảo Phú Quý, từ cho kết tổng hợp ảnh hưởng kết hợp sóng dịng chảy đến trường sóng dịng chảy quanh khu vực bờ đảo; (3) Mô đánh giá hiệu gây bồi giải pháp đê phá sóng bảo vệ đảo tác động chúng đến biến động hình thái bờ đảo; (4) Đánh giá hiệu giải pháp kết hợp cơng trình phi cơng trình kết hợp đê giảm sóng giải pháp ni bãi để khôi phục bãi tắm ven đảo DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ [1] M.Q.Khốt, M.V Cơng, P.N.Quý (2021) “Phân tích biến động đường bờ đảo phú quý sử dụng ảnh viễn thám Google Earth Engine phần mềm DSAS” Tạp chí KHKT Thủy lợi Mơi trường, Số 73 (03/2021) [2] M.Q.Khốt, M.V Cơng, P.N.Q (2021) “Mơ trường sóng quanh đảo Phú Q mơ hình tốn MIKE21-BW” Tạp chí Tài ngun nước số 02-05-2021 [3] M.Q.Khốt, N.Q.Đ.Anh, L.T.Hương, M.V.Cơng (2016) “Phân tích yếu tố thủy động lực biển khu vực đảo Phú Quý” Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thuỷ lợi Môi trường 55 Pp 149-157 ISSN: 1859-3941 [4] M.Q.Khoát, N.C.Đơn, N.T.M.Hằng, K.X.Tuyển (2014) “Monitorig coastline change in an island using remotely sensed data” Proceedings of the 19th IAHR-APD Congress 2014 ... tương tác sóng với đảo Phú Quý Chương 4: Mơ sóng bão thiết kế tương tác với đảo Phú Quý đề xuất giải pháp giảm sóng phù hợp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA SÓNG VÀ BỜ ĐẢO 1.1... Chiều cao sóng xung quanh khu vực đảo sóng từ hướng Tây Nam 4.3 Đề xuất giải pháp làm giảm tác động sóng lên vùng bờ đảo Phú Quý Nghiên cứu tập trung đề xuất giải pháp giảm tác động sóng lên khu... ven bờ đảo Phú Quý tương tác vùng bờ đảo Phú Quý với sóng biển 3.2 Phạm vi nghiên cứu luận án: Tác động trường sóng lên vùng bờ đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu