3.2.2 .Tính các tham số liên quan đến trường sóng
4.2. Tính toán vận chuyển bùn cát, biến động bãi và hiệu chỉnh mô hìnhSBEACH trong
4.2.2. Tính toán vận chuyển bùn cát, xói lở bãi biển cho các trường hợp cực đoan chế độ sử
Nhƣ đã nêu trong chƣơng III, tính toán VCBC và xói lở bãi biển, bờ biển trong bão là một quá trình hết sức phức tạp, phụ thuộc nhiều vào các tham số động lực biển và các tham số về địa hình bãi biển, tham số bùn cát vv… Để có thể sử dụng các kết quả tính toán theo mô hình toán trong quy hoạch, đánh giá thiên tai cần thiết phải hiệu chỉnh mô hình kỹ lƣỡng tại khu vực tính và theo các số liệu địa hình mặt cắt thực đo trƣớc và sau bão. Các kết quả tính toán hiệu chỉnh kỹ lƣỡng mô hình SBEACH ở phần
trên cho phép có thể sử dụng mô hình này để tính toán cho các trƣờng hợp cực đoan chế độ - các cơn bão mạnh xảy ra với các chu kỳ lặp 50 năm và 100 năm tại vùng châu thổ sông Hồng. Việc chọn hai chu kỳ lặp nêu trên xuất phát từ các yêu cầu chỉ tiêu và kỹ thuật (bao gồm cả tuổi thọ công trình) để thiết kế các công trình ven biển bao gồm cả đê biển. Các tham số đầu vào phục vụ tính toán bao gồm:
Các tham số tính toán nhƣ bƣớc lƣới tính, bƣớc tính theo thời gian đƣợc lấy đúng nhƣ tính toán cho bão DAMREY. Các kết quả tính toán với hai trƣờng hợp bão với chu kỳ lặp 50 năm và 100 năm đƣợc đƣa ra tại hình 17. Kết quả nhận đƣợc cho thấy trong cả hai trƣờng hợp xảy ra xói lở mạnh ở chân đê. Đối với bão có chu kỳ lặp 50 năm chân đê bị xói lở khoảng 2,1m và trong trƣờng hợp bão có chu kỳ lặp 100 năm giá trị này là 3,5m. Bề mặt bãi biển ngay sát chân đê trong hai trƣờng hợp nêu trên đều bị bóc đi một lớp khá dày khoảng 1m so với mặt cắt ban đầu trong trƣờng hợp bão 50 năm và khoảng 2m-2,5m đối với trƣờng hợp bão 100 năm. Đối với trƣờng hợp sau bãi ở phía ngoài cách chân đê khoảng 40m – 50m tạo ra một bar ngầm có độ cao cỡ 0,5m – 0,7m trong khi đó trong trƣờng hợp đầu (bão có chu kỳ lặp 50 năm) bề mặt bãi từ chân đê ra khơi thoải hơn không phát hiện các bar ngầm. Các tính toán đánh giá sơ bộ cho thấy trong trƣờng hợp xảy ra bão với chu kỳ lặp 50 năm lƣợng bùn cát mất đi kể
từ chân đê ra đến khoảng cách 50m cỡ khoảng 50m3 cho mỗi mét dọc theo bờ biển còn
đối với trƣờng hợp bão có chu kỳ lặp 100 năm lƣợng bùn cát mất đi sẽ là 100m3 đến
150m3 cho mỗi mét dọc theo bờ biển.
Hình 17. Các kết quả tính toán xói lở bãi biển khu vực Hải Thịnh với hai trƣờng hợp bão có chu kỳ lặp 50 năm và 100 năm.
Để đánh giá mức độ an toàn – khả năng trụ vững của đê biển khu vực nghiên cứu trong các trƣờng hợp cực đoan nêu trên, đã tham khảo các tác động gây vỡ đê của bão, nƣớc dâng và sóng. Ngoài các tác động phá hủy mái đê phía trƣớc do sóng lớn trên nền nƣớc thủy triều cao, dòng chảy (chủ yếu là dòng chảy sóng) mạnh, có hai cơ chế phá hủy đê trong bão nhƣ sau [11]:
a. Xói lở mái đê phía sau
Thƣờng thƣờng việc gia cố mái đê luôn đƣợc tập trung cho mái đê phía trƣớc vì cần phải chống chọi với tác động của sóng và dòng chảy, còn mái đê phía sau không đƣợc tập trung gia cố. Trong thực tế cho thấy mái đê phía sau chịu tác động đồng thời cả ba yếu tố:
- Bị xói lở khi sóng tràn qua mặt đê;
- Bị xói lở và phá hủy do sức ép mực nƣớc phía mái đê phía ngoài biển tạo ra nƣớc phun từ chân đê phía sau;
- Bị xói lở và phá hủy do sức ép mực nƣớc phía mái đê ngoài biển tạo ra hiện tƣợng trƣợt toàn bộ mái đê phía sau.
Thƣờng thƣờng cả ba cơ chế phá hủy mái đê phía sau tác động đồng thời và đê sẽ bị vỡ nếu một trong ba cơ chế làm sụt đỉnh đê, phá hủy mái trƣớc của đê.
b. Xói lở chân đê
Sóng và mực nƣớc gây VCBC và xói lở sẽ xảy ra mạnh nhất tại ngay chân đê, các kết quả tính toán nêu trên đã chứng minh hiệu ứng xói lở chân đê. Ngoài ra tác động mạnh của sóng sẽ làm cho chân đê bị rung động mạnh làm phá vỡ từng phần của chân khay. Chân khay là một bộ phận của mái đê biển phía trƣớc nhằm chống xói chân đê, bảo vệ mái đê phía trƣớc không bị trƣợt xuống phía dƣới. Chân khay là chân đê về phía biển – chân của mái đê phía trƣớc. Mức độ trụ vững của chân khay phụ thuộc vào các tiêu chuẩn thiết kế (kích thƣớc và độ sâu của chân khay) và tác động xói lở cũng nhƣ tác động trực tiếp của sóng và dòng chảy trong bão.
Cơ chế đầu tiên bị xói lở từ mái đê sau khi sóng tràn qua mặt đê đƣợc coi là nguy hiểm nhất đối với hệ thống đê vùng châu thổ sông Hồng. Theo các kết quả nghiên cứu về mực nƣớc tổng cộng trong bão (nƣớc dâng trong bão và thủy triều), kết quả nghiên cứu về độ cao sóng và nƣớc dâng do sóng trong bão, có thể đƣa ra các tham số động lực biển trong các cơn bão với chu kỳ lặp 50 năm và 100 năm nhƣ sau (xem bảng 4).
Theo các kết quả nhận đƣợc nêu trên bảng 4, có thể thấy rằng với cao trình đê hiện nay là 5m thì đê biển tại khu vực Hải Thịnh nói riêng và khu vực châu thổ sông Hồng nói chung sẽ khó có thể đƣợc an toàn khi xảy ra bão với chu kỳ lặp 100 năm.
Cơ chế phá hủy đê do xói lở chân đê cũng là một vấn đề quan trọng khi đánh giá khả năng an toàn của hệ thống đê biển. Tuy chƣa có đƣợc bản thiết kế chi tiết về độ sâu của chân khay đê và mức độ chắc chắn của các khối xi măng, đá hộc nhƣng với độ sâu xói lở 3,5m trong bão có chu kỳ lặp 100 năm có thể thấy rằng các chân khay sẽ bị phá huỷ hoàn toàn hoặc từng phần. Một khi chân khay bị phá hủy mái đê phía trƣớc sẽ bị sụp đổ và gây ra vỡ đê.
Bảng 4. Đánh giá mực nƣớc tổng cộng tại chân đê khu vực Hải Thịnh trong các cơn bão với chu kỳ lặp khác nhau.
Các tham số động lực Bão với chu kỳ lặp Ghi chú
50 năm 100 năm
Thủy triều + nƣớc dâng
[m] 1,41 2,24
Sóng [m] 1,6 2,88 Theo kết quả tính của mô
hình SBEACH
Nƣớc dâng do sóng [m] 0,33 0,4
Cao độ bãi tại chân đê [m] -0,7 -0,7
Mực nƣớc tổng cộng [m] 2,64 4,82
Cần nhấn mạnh rằng các tính toán xói lở bãi biển, chân đê theo mô hình SBEACH nêu trên dựa trên cơ sở khoa học của mô hình và bị các hạn chế nhƣ đã nêu ở phần 3.6.2. Kết quả nhận đƣợc chƣa tính đến xói lở thƣờng xuyên do cơ chế VCBC dọc bờ.