Kết quả cho thấy khi sử dụng số liệu quan trắc thực tế hệ số an toàn của mỏi đờ lớn hơn trong trƣờng hợp phõn tớch ỏp lực nƣớc lỗ rỗng giỏn tiếp bằng phần mềm SEEP/W (bảng 4.2). Cả hai trƣờng hợp phõn tớch đều cho thấy ở điều kiện bỡnh thƣờng tại thời điểm hiện tại mỏi đờ phớa đồng ở trạng thỏi cõn bằng giới hạn, mỏi phớa biển ổn định với hệ số an toàn đều lớn hơn 2,0.
Bảng 4.2. So sỏnh kết quả phõn tớch Số liệu ỏp lực nƣớc Số liệu ỏp lực nƣớc
lỗ rỗng sử dụng
Hệ số an toàn
Mỏi phớa đồng Mỏi phớa biển Quan trắc thực tế 1,478 2,150 Phõn tớch SEEP/W 1,412 2,031 Sai số so thực tế (%) 4,5 5,5
Cỏc kết quả phõn tớch ổn định đờ trong tƣơng lai sẽ đƣợc hiệu chỉnh theo sai số so sỏnh với thực tế.
4.2.3. Ảnh hưởng của thủy triều đến ổn định trượt của đờ
Khi mực thủy triều dao động theo chu kỳ sẽ kộo theo sự thay đổi tƣơng ứng của trạng thỏi phõn bố ứng suất trong đất thụng qua sự thay đổi ỏp lực nƣớc lỗ rỗng, vỡ vậy hệ số ổn định của đờ cũng thay đổi theo. Để mụ phỏng bài toỏn ảnh hƣởng của mực thủy triều tới ổn định mỏi đờ, cỏc điều kiện biờn sau đõy đƣợc ỏp dụng:
- Chu kỳ triều lấy theo ngày cú mực triều cao nhất năm với đỉnh triều +1.98 m - Mỏi đờ phớa biển là biờn thấm
- Mỏi đờ phớa đồng là biờn thấm tự do (trong trƣờng hợp cú dũng thấm xuyờn qua thõn đờ)
Hỡnh 4.7. Điều kiện biờn phõn tớch ảnh hƣởng của mực thủy triều đến ổn định đờ
Hỡnh 4.8. Phõn bố ỏp lực nƣớc lỗ rỗng trong thõn đờ khi mực thủy triều +1,98m
Kết quả phõn tớch cho thấy:
- Dao động mực thủy triều cú ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ số ổn định trƣợt của cả mỏi đờ phớa biển và mỏi phớa đồng (hỡnh 4.9). Hệ số ổn định mỏi đờ phớa đồng cú quan hệ nghịch biến với mực thủy triều, trong khi đú hệ số ổn định mỏi đờ phớa biển cú quan hệ đồng biến với mực thủy triều. Mỏi đờ phớa biển ổn định hơn khi mực triều lờn do lỳc này mỏi đờ đƣợc bổ sung thờm một lực chống trƣợt tạo ra bởi trọng lƣợng của cột nƣớc biển.
- Trong một chu kỳ triều lờn xuống, hệ số ổn định mỏi phớa biển dao động trong khoảng lớn (từ 2,048 đến 2,329), hệ số ổn định mỏi đờ phớa đồng dao động
vào phớa trong đất liền thỡ tƣơng quan giữa ỏp lực nƣớc lỗ rỗng và chiều cao mực thủy triều càng giảm. Điều này đó đƣợc chứng minh ở phần trƣớc.
Hỡnh 4.9. Biến thiờn hệ số ổn định trƣợt theo một chu kỳ thủy triều
4.2.4. Dự bỏo ổn định trượt của đờ theo cỏc kịch bản nước biển dõng
Hệ số ổn định trƣợt mỏi đờ đƣợc tớnh cho cỏc năm 2020, 2040, 2060, 2080 và 2100 theo cỏc kịch bản biển dõng RCP2.6 và RCP8.5. Cỏc điều kiện biờn thấm lấy giống nhƣ trƣờng hợp tớnh cho thời điểm hiện tại. Mực triều tớnh toỏn lấy theo mực triều cao nhất đó từng ghi nhận đƣợc trong khu vực là + 3,5m.
Kết quả phõn tớch nhƣ sau:
Theo cỏc kịch bản biển dõng, hệ số ổn định trƣợt với mỏi phớa đồng giảm dần qua cỏc năm. Cụ thể, hệ số an toàn giảm từ 1,386 (thời điểm hiện tại) xuống 1,359 và 1,322 lần lƣợt theo cỏc kịch bản RCP2.6 và RCP8.5, năm 2100. Sự thay đổi này do ỏp lực nƣớc lỗ rỗng trong thõn đờ tăng dần theo chiều cao của cột nƣớc tƣơng ứng cỏc mốc thời gian (hỡnh 4.10). Xột trong điều kiện mực nƣớc biển dõng kết hợp thủy triều trong khu vực, mỏi đờ phỏi đồng cú hệ số ổn định trƣợt nằm trong trạng thỏi cõn bằng giới hạn.
Ngƣợc lại, hệ số an toàn với ổn định trƣợt của mỏi đờ phớa biển tăng dần theo cỏc năm. Sự thay đổi này là do đờ biển đƣợc bổ sung một lực chống trƣợt khi cột nƣớc tăng lờn trong khi đú ỏp lực nƣớc lỗ rỗng trong thõn đờ cũng tăng theo cột nƣớc nhƣng lƣợng tăng này khụng lớn. Trong giai đoạn từ thời điểm hiện tại đến năm 2100, hệ số an toàn mỏi đờ phớa biển tăng từ 1,995 đến 2,049 theo kịch bản RCP2.6, và tăng đến 2,123 theo kịch bản RCP8.5 (hỡnh 4.11).
Hỡnh 4.11. Thay đổi hệ số ổn định của đờ theo cỏc kịch bản biển dõng
4.2.5. Phõn tớch ổn định trượt của đờ trong trường hợp mưa lớn kộo dài
Theo số liệu phõn tớch ỏp lực nƣớc lỗ rỗng trong thõn đờ, mƣa lớn và kộo dài cú ảnh hƣởng trực tiếp đến thay đổi ỏp lực nƣớc lỗ rỗng. Luận văn xột trƣờng hợp đất đắp đờ bị bóo hũa do mƣa lớn kộo dài trong nhiều ngày. Hệ số ổn định đƣợc đỏnh giỏ tại thời điểm mực triều rỳt xuống thấp nhất là -0,58m.
Hỡnh 4.12. Phõn bố ỏp lực nƣớc lỗ rỗng trong thõn đờ bóo hũa nƣớc
Kết quả phõn tớch cho thấy trong trƣờng hợp này hệ số an toàn giảm đỏng kể đối với cả hai mỏi đờ. Mỏi phớa đồng cú hệ số ổn định 1,174 (< 1,2). Nhƣ vậy khi mƣa lớn kộo dài làm đất đắp đờ bóo hũa cú thể gõy ra hiện tƣợng trƣợt đối với mỏi đờ phớa đồng. Trong khi đú mỏi phớa biển cú hệ số an toàn là 1,552 vẫn đạt trạng
Hỡnh 4.13. Hệ số ổn định của mỏi đờ bóo hũa nƣớc
Tổng kết lại, qua tất cả cỏc trƣờng hợp phõn tớch thể khẳng định ở thời điểm hiện tại và trong tƣơng lai tớnh đến năm 2100, mỏi đờ phớa biển hoàn toàn ổn định đối với trƣợt trong điều kiện bỡnh thƣờng khụng xột đến tỏc động súng và mực nƣớc dõng trong bóo với hệ số an tồn lớn hơn 1,5 trong tất cả cỏc trƣờng hợp.
Với mỏi đờ phớa đồng, hệ số ổn định nằm trong khoảng 1,322 đến 1,478 là trạng cõn bằng giới hạn đối với hầu hết cỏc trƣờng hợp tớnh. Trong tƣơng lai do ảnh hƣởng mực nƣớc biển dõng đờ biển cú thể sẽ phải đắp cao hơn khi đú nguy cơ mất ổn định sẽ xảy ra.
Với trƣờng hợp mƣa lớn kộo dài gõy bóo hũa đất đắp đờ và nền đờ, nguy cơ trƣợt của mỏi đờ phớa đồng là cao với hệ số ổn định trƣợt là 1,174.
4.3. Phõn tớch xúi lở bờ trong bối cảnh biến đổi khớ hậu
4.3.1. Tỏc động cuả nước biển dõng đến xúi lở bờ
Dựa trờn cụng thức tớnh của Bruun, mức độ gia tăng xúi lở bờ đƣợc tớnh cho xó Hải Đụng và đoạn bờ từ Hải Hũa đến Thịnh Long (bảng 4.3). Kết quả chỉ ra rằng mức độ gia tăng xúi lở tại bờ biển Hải Hậu cú thể đạt 0,17 đến 0,25 m/năm tại thời điểm hiện tại.
Bảng 4.3. Tốc độ xúi lở bờ tại khu vực Hải Hậu thời điểm hiện tại (2014)
Vị trớ đƣờng bờ Mực nƣớc biển dõng (mm/y) h* (m) B (m) L* (m) Tốc độ xúi lở (m/y) Hải Đụng 2,24 7,0 2,0 821,6 0,20
Hải Hũa - Thịnh Long 2,24 10,4 2,0 1377,6 0,25
2100. Lƣợng gia tăng xúi lở tớnh cho năm 2020 là 7,8m và 9,4m lần lƣợt tại xó Hải Đụng và đoạn bờ từ Hải Hũa đến Thịnh Long với cả hai kịch bản RCP2.6 và RCP8.5. Đến năm 2100 lƣợng gia tăng xúi lở theo kịch bản RCP2.6 là 41m và 51m, theo kịch bản RCP8.5 là 68m và 83m lần lƣợt tại Hải Đụng và Hải Hũa - Thịnh Long (hỡnh 4.14).
Hỡnh 4.14. Dự bỏo tốc độ xúi lở bói theo cỏc kịch bản nƣớc biển dõng
4.3.2. Xúi lở hạ thấp mặt bói
Theo kết quả tớnh cho bờ biển Hải Hậu, tốc độ hạ thấp mặt bói xảy ra tại Hải Chớnh, Hải Triều và Hải Hũa là 15 - 25 cm/năm trong giai đoạn 1985 đến 1995. Theo thiết kế của đờ biển Hải Hậu, chõn khay bảo vệ mỏi trƣớc đờ đƣợc đặt ở dộ sõu 1,5m. Nhƣ vậy, chỉ trong vũng 6 - 10 năm nữa chõn khay cú thể bị phỏ hủy hồn tồn do mặt bói bị hạ thấp.
Hiện nay quỏ trỡnh hạ thấp mặt bói đang diễn ra mạnh mẽ ở Thịnh Long với tốc độ lờn đến 156 cm/năm. Trong những năm tiếp theo dƣới tỏc động của mực nƣớc biển dõng, xúi lở hạ thấp mặt bói ngày càng trở nờn nghiờm trọng hơn.
Bảng 4.4. Tốc độ hạ thấp mặt bói tại Hải Hậu thời điểm hiện tại (2014) Vị trớ đƣờng bờ Gúc dốc bói Chiều cao vỏch bờ (m) Chiều rộng bói (m) Tốc độ xúi lở theo phƣơng ngang (m/y) Tốc độ hạ thấp mặt bói (cm/y) Hải Đụng 0,015 2,5 200 5 6,3 Hải Lý 0,015 2,5 180 12 16,7 Hải Chớnh 0,015 2,5 250 15 15,0 Hải Triều 0,015 2,5 225 20 22,2 Hải Hũa 0,010 2,5 210 21 25,0 Thịnh Long 0,010 2,5 80 50 156
Theo nhƣ hỡnh 4.15, tốc độ hạ thấp mặt bói tại Hải Hậu là 8 -12 cm/ năm theo cả hai kịch bản biển dõng tại thời điểm năm 2020. Tuy nhiờn tới năm 2100, tốc độ hạ thấp mặt bói tại Hải Hậu là 41- 65 cm/năm theo kịch bản biển dõng thấp RCP2.6 và 68 - 108 cm/năm theo lịch bản biển dõng cao RCP8.5. Nhƣ vậy sự hạ thấp mặt bói là yếu tố ảnh hƣởng mạnh mẽ tới ổn định lõu dài của đờ biển Hải Hậu.
Hỡnh 4.15. Dự bỏo tốc độ hạ thấp mặt bói tại Hải Hậu trong tƣơng lai
4.4. Ảnh hƣởng của bóo đến ổn định đờ biển
cho bờ biển Hải Hậu, tốc độ xúi lở bờ cú thể đạt 7,1m khi chiều cao súng là 4,25m với bóo diễn ra trong 2,4 giờ liờn tiếp. Cú thể nhận thấy rằng biến đổi khớ hậu đang làm tăng cả về số lƣợng lẫn cƣờng độ cỏc trận bóo đổ bộ vào bờ biển Việt Nam. Vỡ thế những xúi lở nghiờm trọng do súng trong bóo gõy ra cú thể trở nờn thƣờng xuyờn hơn trong tƣơng lai.
Bảng 4.5. Tốc độ xúi lở do súng trong bóo Vị trớ đƣờng bờ S Vị trớ đƣờng bờ S (m) hb (m) Hb (m) B (m) mo D50 (mm) A (m1/3) t (h) R(t) (m) Hải Hũa 4,25 9,23 4,10 2,00 0,0150 0,143 0,0798 2,4 7,1 Thịnh Long 4,25 8,18 3,78 2,00 0,0100 0,147 0,0840 2,4 3,1
4.4.2. Ảnh hưởng của súng tràn trong bóo đến xúi mũn mỏi đờ phớa đồng
Cỏc tớnh toỏn đối với đờ biển Hải Hậu đƣợc sử dụng số liệu đầu vào từ trận bóo Damrey năm 2005. Cỏc thụng số đƣợc sử dụng cụ thể nhƣ sau: Hs = 3,2m, T = 8,2s, α = 15 độ, b = 1, Rc = 1,6m, f = 0,9, β = 1, và υ= 0,65.
Cỏc thụng số hỡnh học của để biển Hải Hậu tại cỏc mặt cắt đại diện đƣợc thể hiện trong hỡnh 4.16.
Theo hệ thống phõn loại đất ASTM 2001, vật liệu đất đắp đờ biển Hải Hậu chủ yếu là cỏt pha sột (SC) với mức độ đầm chặt trung bỡnh và độ dớnh thấp (bảng 2.2). Kết quả tớnh toỏn tốc độ xúi mỏi đờ phớa đồng tại Hải Hậu đƣợc thể hiện trong bảng 4.6. Xúi mặt phớa sau đờ khi cú súng tràn xảy ra rất nghiờm trọng tại Hải Hũa, Hải Triều, Hải Chớnh và Hải Lý và đặc biệt là Hải Đụng nơi mà đờ biển khụng cú tƣờng đỉnh chắn súng leo. Cỏc kết quả tớnh thể hiện tƣơng đối đỳng với thực tế xảy ra trong cơn bóo Damrey năm 2005 khi mà cỏc đoạn đờ ở Hải Hũa, Hải Triều và Thịnh long đó bị súng tràn gõy ra xúi mỏi phớa đồng của đờ sau đú đó làm vỡ cỏc đoạn đờ này. Tốc độ xúi mặt phớa sau của đờ cũng đƣợc tớnh cho cỏc đoạn đờ trờn trong trƣờng hợp mỏi đƣợc bảo vệ bằng cỏ vetiver. Kết quả đó cho thấy khi mỏi đờ đƣợc bảo vệ bởi cỏ vetiver vận tốc dũng chảy tràn trờn mặt đờ giảm đỏng kể và tốc độ xúi mặt đờ là rất nhỏ (bảng 4.6).
Hỡnh 4.17. Tốc độ xúi mỏi đờ gõy bởi súng tràn trong bóo
Bảng 4.6. Tốc độ xúi mặt mỏi đờ phớa đồng gõy bởi súng tràn trong bóo
Vị trớ Gúc dốc mỏi phớa biển (độ) Chiều cao lƣu khụng Rc (m) Chiều dài mỏi phớa biển (m) Gúc dốc mỏi phớa đồng (độ) Lƣu lƣợng súng tràn (l/s/m) Tốc độ dũng chảy (m/s) Tốc độ xúi (cm/hr) Mỏi tự nhiờn Mỏi trồng cỏ Mỏi tự nhiờn Mỏi trồng cỏ Hải Đụng 14 1,80 5,2 25 81 2,48 0,66 70 Rất nhỏ Hải Lý 14 1,60 7,5 25 115 2,46 0,66 70 Rất nhỏ Hải Chớnh 13 1,35 7,0 25 137 2,88 0,77 120 Rất nhỏ Hải Triều 14 1,40 5,0 33 164 4,53 1,21 1000 Rất nhỏ Hải Hũa 15 1,60 4,2 27 150 4,40 1,17 800 Rất nhỏ Thịnh Long 14 1,60 7,2 30 115 2,75 0,73 100 Rất nhỏ
Sử dụng số liệu đầu vào từ cơn bóo Damrey năm 2005 và cỏc kịch bản biển dõng RCP2.6 và RCP8.5 của IPCC (2013), tỏc giả đó dự đoỏn tốc độ xúi lở cho cỏc mặt cắt tại 5 xó ven biển Hải Hậu đến năm 2100. Với kết qủa đạt đƣợc lấy vớ dụ tại mặt cắt Thịnh Long, ta cú thể tấy rằng tốc độ xúi mỏi phớa đồng của đờ cứ sau 20 năm sẽ tăng 1,5 - 2 lần và 2 - 3 lần tƣơng ứng với cỏc kịch bản RCP2.6 và RCP8.5 (hỡnh 4.18). So sỏnh tốc độ xúi mặt phớa đồng của đờ tƣơng ứng với hai kịch bản biển dõng RCP2.6 và RCP8.5 thấy rằng sự khỏc biệt chỉ thật sự rừ ràng sau năm
2060 khi mực nƣớc biển dõng trờn 29cm. Tuy nhiờn, theo kịch bản RCP8.5 thỡ tốc độ xúi mặt đờ luụn cao hơn từ 3 - 5 lần so với tốc độ xúi mặt đờ theo kịch bản RCP2.6 trong giai đoạn 2080 và 2100.
Trong trƣờng hợp sử dụng cỏ vetiver bảo vệ mặt đờ thỡ tốc độ xúi khụng thật sự nghiờm trọng với cả hai kịch bản biển dõng tớnh cho năm 2100. Theo kết quả tớnh này thỡ cú thể khẳng định vai trũ của cỏ vetiver trong chống xúi mặt là rất tốt.
CHƢƠNG 5. CÁC GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG Đấ BIỂN HUYỆN HẢI HẬU ỨNG PHể VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Hiện nay đờ biển huyện Hải Hậu đang đƣợc bảo vệ bằng cỏc giải phỏp truyền thống nhƣ: kố bờ tụng lỏt mỏi phớa biển, kố mỏ hàn chữ T, ống bờ tụng chụn phớa trƣớc đờ bảo vệ chõn khay và trồng rừng ngập mặn bảo vệ bói (tại xó Hải Đụng). Ở thời điểm hiện tại, cỏc giải phỏp này đó phỏt huy đƣợc vai trũ nhất định trong việc bảo vệ đờ bằng chứng là theo số liệu thống kờ từ năm 2005 đến nay khụng ghi nhận trƣờng hợp vỡ đờ nào trong khu vực.
Tuy nhiờn, do ảnh hƣởng của mực nƣớc biển dõng, cỏc cụng trỡnh bảo vệ bờ biển cần đƣợc nõng cấp và cải tạo theo xu hƣớng xõy cao hơn và ổn định hơn trong tƣơng lai. Việc kết hợp sử dụng cỏc giải phỏp truyền thống đang đƣợc ỏp dụng tại Hải Hậu và cỏc giải phỏp mới ứng dụng cụng nghệ địa chất là rất cần thiết (bảng 5.1). Trong trƣờng hợp của đờ biển Hải Hậu cần tập trung vào cỏc giải phỏp nhằm giảm thiểu nguy cơ mất ổn định đờ do xúi lở đƣờng bờ theo phƣơng ngang, xúi hạ thấp mặt bói và xúi mỏi đờ phớa đồng.
Bảng 5.1. Cỏc giải phỏp mới gia cƣờng đờ biển [51] Cải tạo/Gia cƣờng Cỏc kỹ thuật cụ thể Đặc điểm
Đơn thuần cơ học
Sử dụng đất cấp phối tốt đắp đờ Sử dụng đất đầm chặt tốt Kết hợp vật liệu sợi tổng hợp
Chi phớ thấp Độ bền cao
Sử dụng vật liệu địa phƣơng hoặc vật liệu truyền thống
Cơ học và húa học
Kết hợp vật liệu sợi tổng hợp với xi măng
Kết cấu xen kẹp sử dụng vật liệu vải địa kỹ thuật khụng dệt và vụi sống
Sử dụng cỏc tỳi vải địa kỹ thuật chứa đất đƣợc gia cƣờng bằng xi măng
Chi phớ thấp
Cơ học và sinh thỏi
Trồng cỏ trong cỏc ụ, rừng ngập mặn
Ống địa kỹ thuật và rọ đỏ
Chi phớ thấp
5.1. Ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp
Thay vỡ sử dụng cỏc giải phỏp truyền thống để ứng phú với biến đổi khớ hậu,