1.1. CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ XÓI LỞ BỜ
1.1.2. Các cơng trình bảo vệ bờ biển
Những biện pháp bảo vệ bờ biển phụ thuộc vào đường bờ của đất liền trong việc chống lại những ảnh hưởng mang tính phá hủy của biển. Những bờ biển bị xói lở có thể được bảo vệ bằng các cơng trình có chức năng hấp thu năng lượng sóng và dịng chảy. Các cơng trình điều chỉnh hướng dịng chảy có thể được áp dụng trong mục đích phát triển bãi bồi, rừng ngập mặn,… Tuy nhiên, trạng thái cân bằng của bờ biển sẽ bị thay đổi ngay sau khi có bất kỳ tác động (xây dựng cơng trình) vào chế độ thủy động lực ven biển và một trạng thái cân bằng mới sẽ được thiết lập. Việc xây dựng các cơng trình chống xói ở khu vực này hồn tồn có thể dẫn đến xói lở các khu vực lân cận, nhiều khi là nghiêm trọng hơn. Do đó, đối với các cơng trình bảo vệ bờ lớn trên thế giới, trước khi được đưa vào xây dựng thường được tính tốn các yếu tố động lực một cách kỹ lưỡng và có kiểm định trên các mơ hình vật lý.
Von Lieberman (nhà khoa học người Đức) [18] đã phân loại các dạng cơng trình chống xói mịn bờ biển, bao gồm: các cơng trình dọc bờ và các cơng trình vng góc với bờ.
- Các cơng trình dọc bờ: ( tường chắn sóng, đê, kè) bảo vệ bờ biển hoặc
các đụn cát chống xói mịn gây ra bởi dịng chảy và sóng. Gồm hai loại:
+ Đê phá sóng tách rời: là một cấu trúc song song với bờ biển, được xây dựng trong đới sóng vỡ để bảo vệ bờ biển thơng qua giảm chiều cao sóng tới và gây bồi khu vực giữa tường và bờ. Thơng số quan trọng đặc trưng đê chắn sóng tách rời là chiều dài của đê chắn sóng (LB) và khoảng cách của đê chắn sóng đến
bờ biển (x). Nếu tỷ lệ (LB/x) < 0,6 ÷ 0,7, bãi bồi nhơ ra có dạng “salient”; nếu (LB/x) >0,9 ÷ 1, bãi bồi nhơ ra có dạng “tombolo”. Tuy nhiên, các thơng số khác
ngồi LB và x cũng ảnh hưởng đến hình dạng bồi lắng.
Hình 1. 7: Các dạng tích tụ bùn cát phát triển sau khi xây dựng đê chắn sóng [18] Đê chắn sóng khác nhau về vị trí (nước sâu/nơng), kiểu xây dựng (đánh Đê chắn sóng khác nhau về vị trí (nước sâu/nơng), kiểu xây dựng (đánh đắm, theo chiều đứng, nổi) và hiệu quả (phát triển salients hay tombolos). Mặt cắt ngang của các dạng đê phá sóng có thể ở dạng đá đổ (các thơng số thiết kế có thể tính tốn theo cơng thức của Hudson hoặc Van der Meer [30]), hoặc dạng ống Geotubes bằng vải địa kỹ thuật (các thơng số tính tốn theo nghiên cứu và cách tiếp cận của Pilarczyk [59] [60]), hoặc các vật liệu địa phương thân thiện với môi trường (ví dụ như hàng rào tre được thiết kế tại Vĩnh Tân, Sóc Trăng, Việt Nam [24]), …
+ Kè: được xây dựng liền với bờ biển, thường là bao bọc kín một đoạn bờ biển, bảo vệ bờ khỏi bị xói mịn trước tác động của sóng bão và dịng chảy. Kè biển luôn được xây dựng như là cơng trình mái nghiêng, thiết kế mặt kè có thể cấu tạo từ các loại sau: đá đổ rối, đá hộc lát khan, đá xây vữa, tấm bê tơng đúc sẵn, các loại thảm. Ngồi ra, kè cũng có thể xây dựng gồm các túi chứa đầy cát vải địa kỹ thuật (Geotubes, Stabiplage). Ngày nay, các giải pháp gia cố mái kè bằng các tấm bê tông đúc sẵn được sử dụng khá phổ biến với các hình dạng phong phú được thiết kế nhằm tăng khả năng hấp thu năng lượng sóng và giảm sóng leo, các liên kết linh hoạt, dễ dàng thi công và sửa chữa, tính thẩm mĩ cao,… Các dạng bản bê tơng đúc sẵn có thể chia làm hai loại là tấm lát độc lập và tấm lát liên kết mảng.
+ Tường chắn sóng: là một cấu trúc tách rời vùng đất và nước, được thiết kế để ngăn chặn xói mịn bờ biển và thiệt hại khác do tác động của sóng và nước dâng do bão [18]. Tường chắn sóng có các cấu tạo như: đá xây, tường cừ thép – BTCT, thùng chìm BTCT, tường góc BTCT hoặc kết hợp với các kè mái nghiêng và các khối bê tơng dị hình.
- Các cơng trình vng góc với bờ: Thường gọi là mỏ hàn, được sử dụng để làm gián đoạn vận chuyển bùn cát dọc bờ, nó khơng có tác dụng ngăn bùn cát trong chuyển động bùn cát vng góc với bờ. Diễn biến bờ biển quanh mỏ hàn phụ thuộc vào lưu lượng và hướng vận chuyển của dòng bùn cát dọc bờ. Đường bờ mới có xu hướng vng góc với sóng tới chủ đạo. Cát bị giữ lại tại phía thượng lưu của mỏ hàn (theo hướng chuyển động của dịng bùn cát) đồng nghĩa với việc thiếu cát phía hạ lưu, dẫn đến mất cân bằng tải cát [6]. Nếu tác động của các mỏ hàn là q mạnh, xói mịn sau cơng trình sẽ xảy ra.
Mỏ hàn thường được xây dựng từ bờ biển cho tới một khoảng cách ra biển, thường được thiết kế để vượt qua một phần của khu vực sóng vỡ. Mỏ hàn thường được xây dựng thành nhóm và khoảng cách giữa hai mỏ hàn (Sn) phải được xác định để hiệu quả bảo vệ là đủ lớn đảm bảo tránh được xói mịn do dịng chảy và sóng. Sổ tay kỹ thuật bờ biển [44] cung cấp một số các gợi ý cho việc tính tốn chiều dài hợp lý của các mỏ hàn. Mặt cắt các mỏ hàn có các dạng: tường đơn, mỏ hàn khung, mỏ hàn tròn, mỏ hàn tròn đỉnh rộng và mỏ hàn phẳng, ngồi ra có thể được gia cố thêm bởi đá hộc, đá xây, cừ BTCT, các khối bê tơng dị hình,…
Hình 1. 8: Quy trình tính tốn trình tính tốn khoảng cách giữa
Ngồi các giải pháp cơng trình, kỹ thuật phục hồi bờ biển còn áp dụng các giải pháp phi cơng trình như trồng rừng ngập mặn. Winterwerp (2013) [48] đã chỉ ra hầu hết các nỗ lực để khôi phục rừng ngập mặn thường thất bại hồn tồn hoặc khơng đạt được mục tiêu đã nêu do một số nguyên nhân sau: chọn sai lồi, khí hậu bất lợi, điều kiện địa điểm, tính chất trầm tích và yếu tố thủy văn, cũng như thiếu khâu quản lý hậu kỳ và giám sát,... Trong số này, sự xói lở bờ biển được cho là một trong những yếu tố chính gây nên việc phục hồi khơng thành cơng.
Nhóm nghiên cứu này đề xuất “một chiến lược” để phục hồi xói mịn bờ biển rừng ngập mặn, trong đó yêu cầu về “hình thái động học” được kết hợp. Đây là một cách tiếp cận mới trong lĩnh vực nghiên cứu về nước ở Hà Lan, còn được gọi là “lai tạo kỹ thuật” (hybrid-engineering) hoặc “xây dựng với thiên nhiên” (building with nature).
Chiến lược này chứa các yếu tố sau:
1. Khơi phục dịng chảy trên bờ của trầm tích mịn bằng cách khơi phục vùng bãi triều. Điều này có thể được thực hiện bằng cách tạo “vùng đệm”,
trong đó thủy triều tới có thể tự do chảy.
2. Tăng cường bẫy trầm tích tốt trên bãi bồi một một cách tự nhiên. Trong
đó chú trọng yếu tố: giảm dịng chảy dọc bờ, giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ ra khỏi khu vực cần phục hồi;
3. Giảm chiều cao sóng tác động lên khu vực cần phục hồi;
4. Khôi phục các điều kiện thủy văn, nếu bị xáo trộn (ví dụ: phục hồi các
ao ni trồng thủy sản ở bìa rừng trở lại rừng ngập mặn, hoặc loại bỏ một phần đê - kè biển đã xây dựng bao chặt bờ biển);