1.1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM VỀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN
1.1.3 Tổng quan các giải pháp bảo vệ bờ biển trong và ngoài nước
Những giải pháp bảo vệ bờ biển thường được chia làm hai nhóm giải pháp là phi công trình và công trình [1][4][7][8][10][13].
GIẢI PHÁP BẢO VỆ ĐÊ BIỂN
GIẢI PHÁP PHI CÔNG TRÌNH
- Nâng caonhận thức cộng đồngtrong bảo vệ đê biển,rừngphònghộ;
- Quảnlý khai thácrừng ngập mặn phònghộ hợplý;
- Cácgiảiphápvề quảnlý, chính sách, quihoạch,văn bảnpháp quibảo vệ đê biển,….
GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH
GIẢI PHÁP TRỰC TIẾP
Kè máiđê, tường chắn Trồng cỏ
GIẢI PHÁP GIÁN TIẾP
Giảipháp cứng
Mỏhàn
Đêphá sóng táchbờ Đêphá sóngdạng mũi
điều khiển
Giảipháp mềm
Nuôi bãi
Đụncát Trồng rừng
Giảipháp kết hợp
Mỏhàn/đêphá sóng + nuôi bãi, Mỏhàn/đê ngầmphá sóng +trồng
rừng, …
Hình 1- 5: Sơ đồ các giải pháp bảo vệ đê biển[16][1][11]
Nhóm giải pháp phi công trình bao gồm việc tuyên truyền nâng cao ý thức cộng đồng vềviệc bảo vệ rừng phòng hộ, các biện pháp quản lý đê điều, quy hoạch định hướng phát triển, ban hành và triển khai các văn bản pháp quy liên quan đến việcbảo vệ đê biển.
Nhóm giải pháp công trình được chia làm hai loại chính là giải pháp bảo vệ trực tiếp và giải pháp bảo vệ gián tiếp. Giải pháp bảo vệ đê trực tiếp có mục đích là gia cố mái đê phía biển chịu tác động trực tiếp của sóng, gió, dòng chảy và có ý nghĩa quan trọng quyết định đến sự tồn tại của đê biển. Giải pháp bảo vệ bờ gián tiếp có mục đích là làm giảm những tác động của sóng, gió và dòng chảy vào mái đê bằng các công trình xa mái đê, bảo vệ chống xói lở bờ biển phía trước đê.
- Giải pháp công trình bảo vệ trực tiếp
Hình thức gia cố mái đê gồm có hai loại chính là trồng cỏ trên mái đê và kè bảo vệ mái đê. Theo báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ “Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với từng loại đê và phù hợp với điều kiện tự nhiên từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam” của Vũ Minh Cát và nnk (2008).
Hình 1- 6: Mặt cắt đê biển và kè biển điển hình[16]
Ưu điểm của giải pháp bảo vệ bờ trực tiếp là giữ vững được mái đê, chống biển xâm thực, nhất làở những khu vực bờ biển bị xói lở.
Nhược điểm của giải pháp này là hoàn toàn bị động, đối phó với những tác động của sóng và dòng chảy ven bờ. Những tác động của các yếu tố động lực biển có thể gây xói lở bãi, xói lở sâu vào chân kè làm mất ổn định đê biển.
Hình 1- 7: Kè biển Nghĩa Phúc, Nam Định (trái) và kè đê biển Gò Công, Tiền Giang (phải)
Về công nghệ gia cố mái đê biển ở nước ta đã từng bước phát triển, với các dạng kết cấu điển hình qua các thời kỳ như[1][4][7][8][10][13]:
+ Thời kỳ 1970 - 1990, chủ yếu gia cố mái đê biển bằng đá lát khan, đá xây chít mạch, bê tông bản lớn đúc sẵn, sử dụng nhiều ở đê biển Hải Phòng, NamĐịnh.
+ Thời kỳ 1990 - 1995, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã triển khai ứng dụng khối bê tông đúc sẵn liên kết tạo mảng, đảm bảo độ bền cao hơn trước tác động của sóng gió, kết cấu này dùng nhiều ở đê biển Hải Hậu thuộc tỉnh Nam Định.
+ Thời kỳ 1995 đến nay, công nghệ bảo vệ bờ biển đã có bước tiến mới do sự xuất hiện của nhiều khối cấu kiện bê tông đúc sẵn liên kết hai, ba chiều, lắp ghép tạo mảng chắc chắn. Một trong số những tác giả sáng chế ra khối cấu kiện bê tông tựlèn đang được ứng dụng dọc bờ biển nước ta (Phan Thiết, Gò Công…) là Tiến sỹ Phan Đức Tác, Thạc sỹ Nguyễn Anh Tiến (Viện Kỹ thuật Biển). Gần đây, một hình thức bảo vệ bờ mới được áp dụng ở bờ biển Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận là dùng túi cát dạng “geo-tube” đặt ở mái bờ để bảo vệ bờ. Tuy nhiên, mức độ thành công của giải pháp này cần được nghiệm chứng theo thời gian.
- Giải pháp công trình bảo vệ giántiếp
Các giải pháp công trình bảo vệ gián tiếp được chia làm hai nhóm là nhóm giải pháp cứng và nhóm giải pháp mềm. Các nhóm giải pháp này có các chức năng chính là kiểm soát sóng và dòng chảy ven bờ cũng như sự vận chuyển bùn cát dọc
bờ. Nhóm giải pháp cứng bao gồm: kè biển, kè mỏ hàn, đê ngầm phá sóng, kè mỏ hàn kết hợp đê ngầm phá sóng, “mũi đất” nhân tạo. Nhóm giải pháp mềm bao gồm:
nuôi bãi, trồng rừng phòng hộ và đụn cát.
+ Các giải pháp công trình cứng
•Công trình tạo bãi, gây bồi bằng mỏ hàn
Đây là loại công trình xuất hiện sớm nhất, dạng liền bờ được sử dụng để làm ổn định bờ biển, dạng công trình này hay bị lạm dụng và gặp phải các vấn đề về thiết kế không hợp lý trong số các loại công trình ven biển.
Hướngbùn cátthực Vùngbồi
Vùng xói Bãibiển
Hình 1- 8: Sơ đồbố trí hệ thống mỏ hàn gây bồi, tạo bãi[16]
Giải pháp công trình này thường bao gồm nhiều mỏ hàn xây vuông góc hoặc gần vuông góc với bờ (hình 1-8). Các chức năng chính của mỏ hàn là giảm lưu tốc và vận chuyển bùn cát dọc bờ; tạo vùng nước tĩnh hoặc xoáynhẹ để giữ bùn cát lại gây bồi cho vùng bờ và bãi bị xói; che chắn bờ khi sóng xiên truyền tới, làm giảm lực xung kích của sóng tác dụng vào bờ; hướng dòng chảy ven bờ đi lệch xa bờ.
Chính vì thế mà ưu điểm của mỏ hàn là có khả năng giữ bãi, chống được xóilở bờ.
Một trong những tác động tiêu cực của mỏ hàn là làm giảm lượng bùn cát phía sau công trình. Nếu tác động của mỏ hàn quá lớn, xói mòn do thiếu hụt bùn cát phía sau công trình theo hướng dòng chảy dọc bờ sẽ xảy ra (hình 1-9). Ngay phía sau mỏ hàn có thành phần bùn cát vận chuyển vào bờ là nhỏ nhất, nó gia tăng với sự gia tăng khoảng cách giữa các mỏ hàn. Nếu khoảng cách giữa hai mỏ hàn quá nhỏ, bùn cát cung cấp cho bờ sẽ không đủ.
Mỏ hàn được chia làm hai loại theo khả năng cho nước xuyên qua. Mỏ hàn đặc (không cho nước xuyên qua) tạo ra một rào cản hoàn toàn vận chuyển dọc bờ.
Sau khi bồi lắng hoàn toàn tại phía trước công trình, vật liệu vận chuyển qua và xung quanh mỏ hàn. Mỏ hàn khe rỗng (cho nước xuyên qua) được xây dựng cho phép vận chuyển một lượng nước yêu cầu qua mỏ hàn. Điều này dẫn đến sự cung cấp bùn cát nhằm giảm xói lở do bùn cát thiếu hụt phía hạ lưu.
Xóiở hạ lưu mỏhàn
Hình 1- 9: Kè mỏ hàn ở New Jersey, Mỹ bị xói ở hạ lưu (trái) và kè mỏ hàn ở bờ biển Cần Giờ, TP. Hồ Chí Minh[16]
Nhằm hạn chế tác động xói lở phía hạ lưu hệ thống kè mỏ hàn, các mỏ hàn phục vụ mục đích chuyển tiếp được áp dụng (hình 1-10). Trong vùng chuyển tiếp này, chiều dài các mỏ hàn giảm dần cho phép bùn cát chuyển về phía hạ lưu nhiều hơn. Thông thường chiều dài của các mỏ hàn giảm dần theo đường thẳng xiên với bờ một góc 6okể từ mỏ hàn cuối cùng có chiều dài bình thường. Khoảng cách giữa các mỏ hàn trong vùng chuyển tiếp cũng được giảm xuống.
Đường bờ ban đầu
Hướng vận chuyển
bùn cát thực Kè mỏ hàn
Đường bờ được bồi
Hình 1- 10: Vùng chuyển tiếp phía hạ lưu của hệ thống kè mỏ hàn (Nguồn: US Army Engineering Corps, 2008).
Bờ biển ban đầu
Xói ở hạ lưu
Xói ở hạ lưu Bờ biển ban đầu
Hướng vận chuyển bùn cát thực
Hướng vận chuyển bùn cát thực
Hình 1- 11: Sơ họa giải pháp công trình đê phá sóng dạng rời (Nguồn: US Army Engineering Corps, 2008).
• Đê phá sóng dạng rời
Đê phá sóng bao gồm nhiều phần rời nhau, được xây dựng song song với bờ nhằm làm giảm năng lượng sóng tác động lên vùng bờ được bảo vệ.
•Đê phá sóng dạng “mũi điều khiển”
Các dạng bờ biển cát tự nhiên nằm giữa các mũi đá có dạng hình vòng cung, tạo ra các vịnh, có thể tìm thấy ở khắp nơi trên thế giới trong đó có khu vực miền Trung nước ta.
Hình 1- 12: Đập chắn sóng bảo vệ bờ và dạng bờ kiểu salient ở Presque Isle, Pennsylvania,Mỹ(Nguồn:US Army Engineering Corps, 2008)
Vật liệu xây dựng dùng trong các giải pháp công trình cứng thuộc giải pháp công trình bảo vệ gián tiếp rất đa dạng, các loại công trình truyền thống như: mỏ
hàn gỗ (cọc gỗ, màn chắn gỗ); công trình bằng đá hộc, đá tảng; bê tông, bê tông cốt thép với các cục bê tông đúc sẵn như tetrapod, quadripod, dolos, tribar; công trình mỏ hàn sử dụng ống buy bê tông cốt thép, bên trong xếp đá hộc, túi đất hoặc túi cát;
công trình sử dụng bê tông nhựa đường; các hệ thống công trình sử dụng các công nghệ mới nhưtúi Geotube, Gabions.
Hình 1- 13: Khối Tetrapod phá sóng ở cảng St Francis, Nam Phi (trái) và kè mỏ hàn bằng các khối bê tông tam giácở Enoshima, Nhật Bản (phải),[16]
Hình 1- 14: Túi Geotube chống xâm thực giữ bãi ở Lộc An (tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu)[16]
Hình 1- 15:Công trình phá sóng bằng khối Tetrapod(trái),mỏ hàn ống buy bê tông bên trong bỏ đá hộc(phải) chống xói bờ biển ở Nam Định[16]
• Đê ngăn cát giảm sóng: Những kết quả nghiên cứu tiêu biểu về các giải pháp KHCN nhằm ổn định lòng dẫn, chống xói lở bồi lấp đối với các cửa sông loại này như: Công trìnhđê hướng dòng vào cảng cửa Lò (Nghệ An,Hình 1-15). Đây là cảng được xây dựng kéo dài trong thời gian từ 1947 –1985 với mục tiêu cho tàu 10.000 DWT cập cảng và công xuất 2 triệu tấn/năm – 2010. Tuy nhiên đáy luồng bị bồi lấp với độ sâu khoảng 1 m do đó để cho tàu có tải trọng từ 3.000 – 5.000 DWT ra vào cảng cần thường xuyên nạo vét khoảng 800 ngàn m3/năm. Sau nhiều năm nghiên cứu đã quyết định xây dựng đê ngăn cát cả phía Bắc và Nam. Dưới đây xin trình bày một số mặt bằng bố trí công trình nhằm ổn định lòng dẫn đối với các cửa sông Miền Trung.
Hình 1- 16: Mặt bằng bố trí công trình chỉnh trị tại cửa Lò (1994-1997).
Hình 1- 17: Đê ngăn cát, giảm sóng Khánh Hải – Ninh Thuận (trái) và Phú Hải – Phan Thiết (phải).
+ Nhóm giải pháp mềm
Nhóm giải pháp này thân thiện với môi trường hơn, hướng tới việc giảm tác động của các yếu tố tự nhiên bất lợi mà vẫn duy trì hình thái tự nhiên của biển. Các giải pháp thuộc nhóm này có thể kể đến như nuôi bãi, trồng rừng.
• Giải pháp nuôi bãi
Giải pháp này tạo ra một bãi biển rộng hơn một cách nhân tạo, làm tăng lượng bùn cátở vùng bờ biển bị xói do thiếu bùn cát, tái tạo lại phương thức tiêu tán năng lượng sóng một cách tự nhiên. bùn cát để nuôi dưỡng bãi nói chung được lấy ở ngoài khơi và thường là sản phẩm của công tác nạo vét.
Hình 1- 18: Nuôibãi kết hợp mỏ hàn ở Hà Lan(trái)và ở Đan Mạch(phải),[16]
Giải phápnuôi bãi đòi hỏi phải thực hiện thường xuyên theo chu kỳ, sẽ không hiệu quả đối với các khu vực mà có bùn cát biến động mạnh. Nó thường được sử
dụng kết hợp với các giải pháp cứng như đê chắn sóng, mũi điều khiển nhân tạo, các mỏ hàn để làm tăng tính hiệu quả của giải pháp bảo vệ chung. Hình 1-18 thể hiện các công trình nuôi bãi, nuôi bãi kết hợp với mỏ hàn để bảo vệ bờ, bãi biển ở một số nước trên thế giới.
+ Nhóm giải phápkết hợp
Việc kết hợp sử dụng các giải pháp cứng và mềm trong một số trường hợp là hết sức cần thiết, đem lại hiệu quả về mặt kinh tế và môi trường đáng kể cho hệ thống bảo vệ tổng thể.
Các giải pháp cứng có những nhược điểm sau: gây ra xói lở phía hạ lưu cũng như chân công trình,đôi khi là sự bồi lấp không cần thiết; chi phí xây dựng cao, về thiết kế kỹ thuật và biện pháp thi công phức tạp; phá vỡ cảnh quan và môi trường, có thể làm giảm giá trị của vùng bờ được bảo vệ nhất là về du lịch.
Trong khi đó, các giải pháp mềm thường đòi hỏi khoảng thời gian dài từ năm năm đến mười năm mới đem lại hiệu quả. Ngoài ra,giải pháp mềm như việc trồng rừng chứa đựng nhiều rủi ro khi chúng phụ thuộc vào môi trường, loại đất, tốc độ bồi lắng, dễ bị tổn thương bởi các hoạt động nuôi trồng,đánh bắt hải sản của con người.
Thực tế đã thất bại trong việc trồng rừng ở bờ biển xã Trung Bình huyện Long Phú tỉnh Sóc Trăng và xã Tân Thành huyện Gò Công Đông tỉnh Tiền Giang là những minh chứng về những rủi ro trong việc sử dụng các giải pháp mềm đơn lẻ.