Vận chuyển bùn cát ven biển là một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu cần phải xem xét đối với bất kỳ giải pháp kiểm soát xói lở bờ biển nào. Bùn cát được di chuyển dưới tác động của sóng, gió, và dòng chảy ven bờ. Quá trình vận chuyển bùn cát sẽ quyết định xói lở hay bồi tụ. Các vấn đề liên quan tới diễn biến bờ biển thường gặp là hiện tượng thiếu hụt bùn cát dẫn tới bờ biển bị xói lở; hay hiện tượng dư thừa bùn cát gây nên những vấn đề như bồi lấp các cửa sông, giảm khả năng thoát lũ qua cửa, hay luồng tàu vào cảng, đôi khi là bồi lấp cảng...
Vận chuyển bùn cát ở vùng ven biển thường được phân thành hai hình thức vận chuyển bùn cát riêng biệt, đó là vận chuyển bùn cát theo phương song song với đường bờ hay còn gọi là vận chuyển bùn cát dọc bờ; và vận chuyển bùn cát theo phương vuông góc với đường bờ, hay còn gọi là vận chuyển bùn cát ngang bờ. Nhìn chung, vận chuyển bùn cát dọc bờ và cụ thể là gradient của vận chuyển bùn cát dọc bờ là nguyên nhân chính gây nên sự diễn biến của đường bờ trong thời đoạn dài; nhưng ngược lại, vận chuyển bùn cát theo phương ngang trên mặt cắt ngang bãi biển thường gây nên những diễn biến bờ biển trong thời đoạn ngắn. Nếu những diễn biến theo phương ngang diễn ra lặp lại trong nhiều năm thì nó cũng có thể là nguyên nhân gây nên hiện tượng bồi xói bờ biển trong thời đoạn dài, tuy nhiên, cũng rất khó có thể nhận thấy được điều này vì bản thân các quá trình vận chuyển bùn cát trong tự nhiên rất đa dạng và bản chất tự nhiên của chúng cũng khác nhau.
Vận chuyển bùn cát dọc bờ thường xuất hiện trong một vùng tương đối hẹp dọc theo bờ biển và có hướng, độ lớn vận chuyển bùn cát chủ yếu được xác định từ độ cao, chu kỳ và hướng sóng (ở đây không xét tới ảnh hưởng của dòng triều). Sự
hiện diện của dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ có thể nhận thấy rất dễ khi quan sát sự phát triển của đường bờ cũng như địa hình ở gần các cửa sông, các mũi đất nhô ra biển, các đập mỏ hàn, các đê chắn sóng ngoài cảng v.v… Các ảnh hưởng của vận chuyển bùn cát theo phương ngang trên bãi biển trong thời đoạn ngắn cũng có thể nhận thấy một cách dễ dàng từ sự thay đổi độ lớn và vị trí của các dải cát ngầm tạo thành khi sóng vỡ, xói lở các đụn cát do nước dâng do bão, vv. Thông thường, ảnh hưởng do sự biến đổi mang tính mùa của trường sóng đối với bờ biển và địa hình đáy biển đều được xem như là các ảnh hưởng mang tính ngắn hạn.
Hình 2.1. Những hệ thống vận chuyển bùn cát mở và đóng (US ARMY
CORPS OF ENGINEERS, 2002)
Thông thường lượng bùn cát tịnh vận chuyển dọc bờ sẽ lớn hơn rất nhiều so với lượng bùn cát tịnh vận chuyển theo phương ngang trên một mét bề ngang của
bờ biển. Tuy vậy, lượng bùn cát tổng cộng vận chuyển theo phương ngang lại lớn hơn rất nhiều so với phương dọc bờ. Về nguyên tắc, mỗi lần sóng lên, bùn cát bị vận chuyển từ ngoài biển vào trong bờ và mỗi khi sóng rút, bùn cát lại bị vận chuyển theo hướng ngược lại. Trong chuyển động này, dòng chảy dọc bờ làm dịch chuyển bùn cát dọc theo bờ biển. Do vậy lượng vận chuyển bùn cát tổng cộng theo phương ngang có thể bằng với lượng vận chuyển bùn cát tổng cộng theo phương dọc. Do không thể trực tiếp đo đạc được vận chuyển bùn cát dọc bờ trong điều kiện tự nhiên và lượng vận chuyển bùn cát tịnh có thể có trong thời đoạn dài. Nếu như diễn biến trong thời đoạn dài của đường bờ biển không thể giải thích được bằng gradient của lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ thì có thể đi đến một kết luận là, còn có thành phần vận chuyển bùn cát tịnh theo phương ngang có mặt tại khu vực nghiên cứu, tuy rằng rất khó có thể đưa ra được những bằng chứng thuyết phục.
Trong nghiên cứu diễn biến bờ biển, việc tính toán vận chuyển bùn cát ở vùng ven bờ là hết sức quan trọng, vì bùn cát chính là yếu tố trung gian trong quá trình diễn biến gây nên những hiện tượng xói lở hay bồi lấp ở bờ biển. Biết được lượng vận chuyển bùn cát ở vùng ven bờ thì có thể dự báo được sự biến đổi của đường bờ trong điều kiện tự nhiên cũng như đánh giá được ảnh hưởng của các công trình xây dựng ở vùng ven bờ sau này.
So với tính toán vận chuyển bùn cát trong sông thì tính toán vận chuyển bùn cát ở biển phức tạp hơn rất nhiều, do quá trình vận chuyển bùn cát ở biển không những chịu sự tác dụng của dòng chảy mà còn chịu ảnh hưởng của các dao động mực nước thủy triều, các tác động của sóng và vô số các lực tạo thành dòng chảy khác nhau và liên tục biến đổi.
Vận chuyển bùn cát theo phương ngang hình thành khi có dòng chảy ngang bờ do hướng sóng đến vuông góc với đường bờ, các đường đỉnh sóng có xu thế song song với đường bờ. Vận chuyển bùn cát ngang bờ rất được chú ý quan tâm trong nghiên cứu hình thái bờ biển trong khoảng thời gian hơn chục năm trở lại đây đặc biệt khi nghiên cứu những tác động của sóng bão, và các loại hình thời tiết lớn gây nên. Hiện nay những nghiên cứu về vận chuyển bùn cát ngang bờ vẫn còn nhiều
vấn đề chưa được làm sáng tỏ và do vậy, nó đang là hướng nghiên cứu thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực kỹ thuật bờ biển cả trong nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm.
Vận chuyển bùn cát theo phương ngang là hình thức vận chuyển bùn cát rất quan trọng vì hình dạng mặt cắt ngang được tạo nên do hiện tượng xói lở/bồi lấp có liên quan tới vận chuyển bùn cát theo phương ngang. Đối với bãi biển cát, hình dạng của bãi biển thay đổi liên tục dưới tác động của sóng gió và dòng chảy và nó có thể có những thay đổi đáng kể trong thời gian xảy ra bão. Do ảnh hưởng của sóng bão, đường bờ phát triển rất nhanh, mặt cắt ngang bờ biển thay đổi chỉ trong một thời gian ngắn đặc biệt khi các con sóng lớn tác động tới bờ biển kết hợp với mực nước dâng do bão hay kết hợp với triều cường.
Hình 2.2. Sơ đồ biến đổi mặt cắt của một bãi biển do một cơn bão (US
ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2002)
Ở đây chúng ta cần phân biệt hai quá trình phát triển của đường bờ theo hướng ngang do dòng chảy ngang bờ gây nên, đó là: quá trình xói lở do các điều kiện thủy lực, các điều kiện về sóng gió và dòng chảy trung bình và quá trình xói lở do các điều kiện hình thế thời tiết đặc biệt lớn gây nên. Cả hai quá trình này đều tác động tới quá trình diễn biến của đường bờ nhưng mức độ tác động khác nhau theo chu kỳ thời gian. Nếu như với các điều kiện về thủy lực, sóng gió và dòng chảy trung bình sự thay đổi của đường bờ có thể diễn ra trong thời gian dài (trong một mùa hay năm thậm chí là nhiều năm) và sự thay đổi của đường bờ chủ yếu do các tác động của dòng chảy ven bờ gây nên. Nhưng dưới ảnh hưởng của các hình thế thời tiết đặc biệt lớn như áp thấp, bão, các cơn lốc biển… đường bờ thay đổi rất nhanh chóng, sự phát triển của đường bờ có thể diễn ra chỉ trong một ngày hay thậm
chí vài giờ. Dòng chảy ngang bờ trong trường hợp này có tác động rất lớn làm thay đổi hình dạng của đường bờ. Ngược lại những tác động của dòng chảy dọc bờ lại rất nhỏ, không đáng kể nếu so sánh với tác động của dòng chảy ngang bờ trong trường hợp có sóng bão.