3.4.2. Lựa chọn phương án bố trí tổng thể cơng trình
Từ thực tế khảo sát cho thấy, cơng trình kè đã xây dựng thực hiện tốt chức năng bảo vệ bờ tại vị trí đoạn bờ có cơng trình. Tuy nhiên, tại khu vực lân cận tình trạng sạt lở là rất nghiêm trọng. UBND tỉnh Trà Vinh đã có kế hoạch xây dựng kè bảo vệ trực tiếp trên đoạn bờ trước và sau kè hiện có dựa trên tình hình cấp bách và nhu cầu phân kỳ đầu tư với nguồn vốn không quá lớn. Theo phân tích của luận án, nếu cơng trình tiếp theo được xây dựng có thể xảy ra trường hợp sau:
- Tình trạng bờ biển bị bê tơng hóa hồn tồn;
- Sự thiếu hụt bùn cát dưới tác dụng của sóng, dịng chảy và hướng vận chuyển bùn cát dọc bờ, ngang bờ về lâu dài sẽ làm xói đáy, ảnh hưởng trước mắt đến kết cấu chân cơng trình và sau đó là ảnh hưởng sự bền vững của tồn bộ cơng trình;
- Ảnh hưởng của dạng cơng trình cứng xây dựng xung quanh vị trí mép nước sẽ gây nên tình trạng xói lở ở quy mơ trầm trọng hơn.
Do vậy, luận án đề xuất phương án chỉnh trị bờ biển Trà Vinh (đoạn bờ biển xã Hiệp Thạnh) nhằm mục đích hạn chế bớt lượng bùn cát thiếu hụt do dòng
chảy dọc bờ, ngang bờ và triết giảm năng lượng sóng tiến vào bờ dưới dạng mỏ hàn kết hợp đê giảm sóng chữ T.
a. Xác định cao trình đỉnh đê
Tùy thuộc vào mức độ gây bồi tạo bãi và yêu cầu triết giảm sóng sau cơng trình mà xác định cao trình đỉnh đê giảm sóng là đê nhơ hay đê ngầm. Cao trình đỉnh đê giảm sóng xác định theo TCVN 9901- 2014.
Cao trình đỉnh đê nhơ xác định theo công thức sau:
Zd=ZTp+1/2Hs+S (3.1)
Trong đó:
+ ZTp là cao độ mực nước tương ứng tần suất mực nước thiết kế P = 10%;
+ S là độ lún bao gồm lún do nền đê giảm sóng và lún do bản thân đê giảm sóng. Lún do nền bao gồm lún tức thời và lún theo thời gian trong vòng 10 năm.
+ Hs là chiều cao sóng tại chân cơng trình.
b. Xác định bố trí mặt bằng cơng trình
Khoảng cách giữa bờ và đê giảm sóng được xác định theo Tiêu chuẩn quốc gia cơng trình thủy lợi yêu cầu thiết kế đê biển (TCVN 9901: 2014). Khoảng cách giữa đê giảm sóng và bờ khoảng từ 1 đến 1.5 lần chiều dài sóng nước sâu. Tham số sóng nước sâu (chiều cao sóng - Hs (m), chu kỳ sóng - Tp (s)) được lấy từ kết quả tính tốn từ mơ hình tốn đã được kiểm định cho khu vực nghiên cứu. Hình 3. 59: Sơ đồ minh họa cho các thơng số tính tốn
Từ đó sẽ tính tốn được chiều dài sóng nước sâu:
(m) (3.2) Khoảng cách từ đê giảm sóng đến bờ là: ( ) (m) (3.3)
Chiều dài đê giảm sóng: ( ) (m) (3.4) Khoảng hở giữa 2 đê chắn sóng liên tiếp: ( ) (m) (3.5)
Bảng 3. 20: Các thông số thiết kế cơng trình gây bồi tạo bãi Thơng số tính tốn Theo TCVN 9901- Thơng số tính tốn Theo TCVN 9901-
2014 (đê nhô) Nguồn số liệu
Cấp cơng trình V
Tần suất thiết kế 10%
Mực nước thiết kế ZTp (m)
1,70 Phụ lục B TCVN 9901:
2014 Chiều cao sóng thiết kế trước đê
Hs (m) 0,8
Sơ đồ thủy động lực Hình 3.38
Độ lún giả định S (m) 0,4
Chiều cao sóng nước sâu (m) 6,5 Kết quả tính sóng từ mơ hình Mike 21/3 F/M Chu kỳ sóng nước sâu Tp (s) 9,3
Chiều dài sóng nước sâu Ls,0 (m) 137,7 Tính theo cơng thức (3.2) Cao trình đê giảm sóng Zd (m) +2,5 Tính theo cơng thức (3.1) Khoảng cách từ đê tới bờ X (m) 138- 207 Tính theo cơng thức (3.3) Chiều dài đê giảm sóng L (m) 207- 621 Tính theo cơng thức (3.4) Khoảng cách hở giữa 2 đê G (m) 41- 138 Tính theo cơng thức (3.5)
Bảng 3. 21: Các kịch bản bố trí cơng trình chỉnh trị Tên Tên kịch bản Mô tả kịch bản Khoảng cách từ đê tới bờ X (m) Chiều dài đê giảm sóng L (m) Khoảng cách giữa 2 đê G (m) Cao trình đỉnh đê (m) HT Hiện trạng (Đã tính trong mục 3.1) KB1 Bố trí 4 mỏ hàn chữ T 300 400 130 +2.0 KB2 Bố trí 4 mỏ hàn chữ T 300 400 80 +2.0 KB3 Bố trí 4 mỏ hàn chữ T 300 400 50 +2.0
Sơ đồ bố trí cơng trình thiết lập trong mơ hình Mike 21/3 F/M thể hiện trên hình bên. Hình 3. 60: Sơ đồ bố trí cơng trình chỉnh trị bờ biển xã Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh
3.4.3. Phân tích hiệu quả của hệ thống cơng trình chỉnh trị
a) Hiệu quả giảm vận tốc dịng chảy khu vực ven bờ
Kết quả tính tốn chế độ dịng chảy khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều dâng (hình 3.61) và khi triều rút (hình 3.62) cho thấy tốc độ dòng chảy trong phạm vi cơng trình giảm đáng kể. Tốc độ dịng chảy tại mép ngồi cơng trình dao động trong khoảng từ 0,3-0,5m/s, trong khi tại khu vực ven bờ chỉ còn từ 0,08-0,2m/s. Điều này giúp làm giảm đáng kể mức độ xói đáy và bờ.
Hình 3. 61: Trường dịng Trường dịng chảy khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều dâng (Kịch bản 1) Hiệp Thạnh
Hình 3. 62: Trường dịng Trường dòng chảy và mực nước khu vực xã Hiệp Thạnh khi triều rút (Kịch bản 1)
Tọa độ điểm P (UTM-48): (x,y) = (672078.41, 1077090.19)
Hình 3. 63: Vị trí điểm trích xuất dịng chảy (cách đê 50m)
Hình 3. 64: Hoa dòng chảy tại điểm P ứng với các kịch bản HT, KB1, KB2, KB3 thời kỳ gió mùa Đơng Bắc (1/1/2011÷ 27/1/2011)
Hoa dịng chảy trích xuất tại vị trí P đối với 4 kịch bản tính tốn như trên hình 3.64 cho thấy, cơng trình mỏ hàn chữ T đã làm giảm lưu tốc tại điểm P một cách đáng kể xét cả về cường độ cũng như thời gian duy trì vận tốc lớn. Giá trị vận tốc giảm dần từ KB 1 đến KB 3 cho thấy khoảng cách giữa các đê càng nhỏ thì hiệu quả giảm vận tốc dịng chảy tại khu vực bờ cần bảo vệ càng tốt.
b) Hiệu quả giảm chiều cao sóng
Hình 3. 65: Trường sóng mùa Trường sóng mùa gió đơng bắc khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh (Kịch bản 1)
Kết quả tính tốn đối với trường sóng mùa gió đơng bắc (thời điểm sóng tác động mạnh nhất đến bờ biển xã Hiệp Thạnh) trên hình 3.65 cho thấy, bờ biển khu vực này được bảo vệ tốt khỏi tác động của sóng bởi hệ thống mỏ hàn chữ T. Tính từ mép ngồi của cơng trình chiều cao sóng giảm liên tục từ 0,7m, cho đến khi vào khu vực gần bờ chỉ còn 0,1 – 0,3m.
Để so sánh kỹ hơn về hiệu quả giảm chiều cao sóng giữa các phương án, kết quả tính tốn được trích xuất tại các mặt cắt như hình 3.66, khoảng cách giữa mặt cắt 3 tới đê là 50m, mặt cắt 4 nằm giữa khoảng hở của mỏ hàn. Hình 3. 66: Vị trí các mặt cắt để xem xét sự thay đổi sóng trong khu vực được kè mỏ hàn chữ T bảo vệ
Hình 3. 67: Chiều cao sóng tại mặt cắt 3 (trái) và mặt cắt 4 (phải) thời điểm 19:00 ngày 18/1/2011 (mùa Đông Bắc)
Biểu đồ chiều cao sóng tại mặt cắt 3, 4 trong thời kỳ gió mùa Đơng Bắc giữa các phương án (hình 3.67) cho thấy, chiều cao sóng tại cả hai mặt cắt sau khi xây dựng cơng trình giảm đáng kể so với khi chưa xây dựng công trình. Khoảng cách giữa các đê (G) càng nhỏ thì hiệu quả giảm sóng càng cao. Trong nghiên cứu này, hiệu quả giảm sóng của kịch bản 3 (G = 50m) là cao nhất so với các kịch bản G = 80m (KB2) và G = 130m (KB1).
c) Hiệu quả giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ
Hình 3. 68: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC1 giữa 2 phương án
Kết quả chuyển tải lưu lượng bùn cát dọc bờ được trích xuất tại 02 mặt cắt MC 1, MC 2 như trên hình 3.29 để thuận tiện cho việc so sánh phương án có cơng trình (mỏ hàn) với khi chưa có cơng trình (đã được tính tốn trong mục 3.1.5). Các kịch bản cơng trình đều có khoảng cách từ đê tới bờ (X) là 300 m, hiệu quả giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ là tương đương nhau, do vậy trên hình 3.68 và 3.69 chỉ thể hiện 2 phương án: chưa có cơng trình và có cơng trình. Kết quả tính tốn cho thấy, các cơng trình mỏ hàn tác động vào quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ và làm giảm đáng kể sự vận chuyển bùn cát dọc bờ.
Hình 3.69 cho thấy, do mặt cắt MC2 ở khá xa bờ biển Hiệp Thạnh, nên tuy lưu lượng bùn cát dọc bờ đã giảm nhưng xu thế vận chuyển bùn cát dọc bờ về phía tây nam trong mùa gió đơng bắc (1-27/1/2011) vẫn chiếm ưu thế. Để hạn chế tình trạng này, cần có phương án cơng trình mỏ hàn chữ T bảo vệ đoạn bờ bị xói tại khu vực gần cửa sông Bến Giá, xã Trường Long Hòa như đã đề xuất trong phần 3.3.2 – hình 3.54. Hình 3. 69: So sánh lưu lượng bùn cát lơ lửng tại mặt cắt MC2 giữa 2 phương án
d) Diễn biến hình thái
Kết quả tính tốn diễn biến hình thái dải ven biển xã Hiệp Thạnh (khu vực có cơng trình) trong 1 tháng vào mùa gió đơng bắc (tháng 1/2011) thể hiện trên hình 3.70 và 3.71 cho thấy, với hiệu quả giảm vận tốc dịng chảy, giảm chiều cao sóng và giảm sự thiếu hụt bùn cát ven biển của cơng trình đã hạn chế được hiện trượng xói lở và tạo ra xu thế bồi tụ trên dải bờ biển xã Hiệp Thạnh và trong phạm vi 300m từ mép bờ ra biển. Về hiệu quả gây bồi giữa các phương án có thể thấy, phương án KB1 (G=130m) có mức độ bồi tụ kém nhất, xét về tổng thể tích bồi tụ phương án KB3 (G=50m) mang lại hiệu quả bồi tụ tốt hơn cả.
Hình 3. 71: Diễn biến bồi xói khu vực bờ biển xã Hiệp Thạnh phương án có cơng trình sau 1 tháng tính tốn (1-23/1/2011, mùa gió đơng bắc)
3.4.4. Nhận xét chung
Tổng hợp các phân tích về hiệu quả của cơng trình ở phần trên có thể thấy: - Về hiệu quả giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ: tương đương nhau giữa 3 phương án KB1, KB2 và KB3;
- Về hiệu quả giảm vận tốc dịng chảy và chiều cao sóng: KB3 (G = 50m) là tốt nhất;
Nhược điểm của kịch bản KB3 so với kịch bản KB2 là khoảng hở giữa các đê nhỏ hơn, qui mơ cơng trình lớn hơn nên giá thành cao hơn, khả năng lún cơng trình nhiều hơn (điều này cịn phụ thuộc vào vật liệu xây dựng cơng trình).
Như vậy xét về mặt hiệu quả cơng trình thì kịch bản KB3 nên được lựa chọn. Từ đó, luận án đề xuất dạng cơng trình bảo vệ đoạn bờ biển xói lở xã Hiệp Thạnh là mỏ hàn chữ T với các thơng số chính: cao trình đỉnh là +2.0 ÷ 2.4m, khoảng hở giữa các đê G = 50m để phát huy tối ưu hiệu quả giảm sóng, giảm vận tốc dịng chảy ven bờ và gây bồi tạo bãi phát triển rừng phòng hộ ven biển.
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Chương 3 trình bày các kết quả nghiên cứu của luận án, các vấn đề đặt ra nghiên cứu đã được giải quyết cơ bản. Trong đó, có thể chia làm hai nhóm kết quả:
a) Nhóm kết quả khẳng định lại nghiên cứu của các đề tài trước về vùng nghiên cứu:
- Sự phân lưu dịng chảy giữa các nhánh sơng Mê Cơng;
- Các đặc điểm triều, dịng chảy và sóng trong MGĐB và MGTN;
b) Nhóm kết quả nghiên cứu mới của luận án:
- Lý giải hiện tượng dòng chảy khi triều dâng vào mùa gió tây nam có hướng đơng bắc, các tính tốn về dịng ven bờ;
- Địa hình đáy biển khu vực Trà Vinh tồn tại một “vách ngầm” giảm sóng (Hình 3.28) giới hạn vùng đại dương có liên quan đến xói lở;
- Làm sáng tỏ cơ chế vận chuyển bùn cát ven bờ vùng nghiên cứu, có xem xét đến yếu tố cân bằng bùn cát;
- Xây dựng được “Sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng biển ven bờ Trà Vinh” đặc trưng cho mùa gió đơng bắc và tây nam.
- Xây dựng được hình vẽ sơ họa mặt cắt ngang đới bờ biển Trà Vinh, đồng thời nhận diện và đưa ra một số lý giải ban đầu về hình dạng mặt bằng của BBTV.
chiều dày bồi lắng theo thời gian cho thấy, các ảnh hưởng từ sự gia tăng mực nước biển do BĐKH và sự suy giảm lượng phù sa sơng Mê Cơng do xây dựng các cơng trình trên thượng nguồn có xu thế làm tăng mức độ xói (hoặc giảm độ bồi tụ) tại khu vực ven bờ biển Trà Vinh. Tuy nhiên ảnh hưởng này là không đáng kể so với mức độ xói lở do chế độ thủy động lực hiện trạng.
- Khẳng định sự ảnh hưởng của các cơng trình cứng tới diễn biến xói lở bờ biển.
- Đưa ra được giải pháp chỉnh trị bền vững cho từng khu vực bờ biển Trà Vinh.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. KẾT LUẬN
1. Luận án đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến trường thủy động lực và vận chuyển bùn cát khu vực biển ven bờ Trà Vinh. Các kết quả tính tốn chỉ ra rằng:
- Sóng: (i) Khu vực nửa bờ phía bắc bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn nửa bờ phía nam bởi tác động của sóng lớn trong mùa gió đơng bắc; (ii) Tồn tại vách ngầm giảm sóng tại vị trí cách bờ khoảng từ 6 (giữa bờ) - 10km (bờ phía bắc và nam); (iii) Chiều cao sóng tại các vị trí gần cửa sông luôn thấp hơn các điểm giữa bờ do cấu trúc địa hình đáy và tác động của dịng chảy từ trong sơng.
- Dòng chảy: 3 yếu tố chi phối mạnh đến chế độ dòng chảy khu vực ven biển Trà Vinh là: dịng chảy sơng Mê Cơng trong mùa mưa và mùa khô, chế độ triều bán nhật triều với độ lớn triều (từ 2 - 4m/ngày), chế độ khí hậu gió mùa đơng bắc và tây nam. Có một số đặc điểm cơ bản sau:
+ Tác động của chế độ dòng chảy và hàm lượng phù sa sông Mê Công trong mùa mưa và mùa khô đối với bờ biển Trà Vinh có thể coi là lớn nhất so với các khu vực bờ biển lân cận;
+ Trường vận tốc dòng chảy lớn nhất khi hướng truyền triều trùng với hướng gió mùa, cụ thể, dịng chảy vào mùa gió đơng bắc khi triều dâng và mùa gió tây nam khi triều rút;
+ Các vị trí gần cửa sơng ln có vận tốc dịng chảy lớn hơn các điểm giữa bờ;
+ Dòng chảy khi triều dâng (đặc biệt trong mùa gió đơng bắc) có ảnh hưởng đáng kể đối với diễn biến xói lở bờ biển;
+ Hướng dòng chảy khi triều dâng vào mùa gió đơng bắc và tây nam đều xuất phát từ phía đơng bắc, điều này góp phần làm cho nửa bờ biển phía bắc có diễn biến xói lở phức tạp cả trong cả hai mùa.
Hình 3.36, 37 cho thấy, q trình vận chuyển bùn cát ngang bờ đóng vai trị quan trọng trong việc phát triển đường bờ, lượng phù sa từ sông Mê Công qua cửa Định An bồi đắp cho bờ biển Trà Vinh hàng năm là rất lớn.
- Luận án đã xây dựng được sơ đồ thủy động lực và vận chuyển bùn cát vùng biển ven bờ Trà Vinh theo mùa gió đơng bắc và tây nam (hình 3.40-41), nhằm tập hợp các thông tin cơ bản như: hướng và vận tốc dòng chảy lớn nhất khi triều dâng và rút, biên độ và dao động triều trong tháng, hướng và chiều cao sóng các vị trí trọng điểm theo mùa gió, hướng vận chuyển bùn cát ven bờ theo mùa gió và sự phân bố của các thành phần thạch học cơ bản phục vụ định hướng phát triển rừng ngập mặn hoặc rừng phi lao phòng hộ.
2. Dựa trên các kết quả đã tính tốn về trường thủy động lực và địa hình khu vực ven biển, luận án đã xây dựng được hình vẽ sơ họa mặt cắt ngang đới bờ biển Trà Vinh (Hình 3.43), đồng thời nhận diện và đưa ra một số lý giải ban đầu về hình dạng mặt bằng của BBTV có xu thế nhơ hẳn ra ngồi biển Đơng hơn các vùng bờ biển lân cận. Tuy nhiên, vấn đề này còn phải tiếp tục nghiên cứu sâu thêm.
3. Luận án đã tính tốn diễn biến bồi xói với kịch bản hiện trạng (hình