Tất cả các yếu tố đã nói ở trên phải đợc điều tra nghiên cứu kỹ lỡng khi dự đoán biến dạng bãi biển, có xét đến các yếu tố nh kết quả dự đoán của một phơng pháp dự báo thích hợp và dữ liệu biến dạng bờ biển trớc đây tại địa điểm đang xem xét
[Chú giải]
Có nhiều phơng pháp khác nhau để dự đoán biến dạng của bãI biển, gồm có kỹ thuật dự đoán theo kinh nghiệm, ớc đoán dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực (đặc biệt với các thí nghiệm mô hình lòng động) và mô phỏng số. Vì dạng bãi biển phụ thuộc nhiều vào các đặc trng của khu vực đang xem xét, do đó sẽ không thoả đáng nếu chỉ tin cậy vào một phơng pháp đơn lẻ nào đó. Phải bỏ công sức để dự báo biến dạng bờ biển bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều phơng pháp và nghiên cứu các dữ liệu và thông tin ở địa phơng càng rộng càng tốt
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Kỹ thuật dự đoán kinh nghiệm
Phơng pháp kinh nghiệm là một phơng pháp dựa trên cơ sở thu thập và phân tích các ví dụ biến dạng bãi biển trong quá khứ, cách bố trí và cá đặc điểm của kết cấu sẽ xây dựng đợc so sánh với các ví dụ có tính chất tơng tự trong quá khứ. Dựa trên các nét tơng tự, ta phán đoán triển vọng của biến dạng bờ biển do việc xây dựng các kết cấu gây ra. Tanaka đã tiến hành nghiên cứu trên mô hình các thay đổi
địa hình phức tạp xẩy ra sau khi xây dựng các kết cấu. Ông phân loại các đặc điểm của các thay đổi
địa hình điển hình thành một số ví dụ biến dạng bãi biển. Kết quả của việc nghiên cứu này là có thể hiểu đợc các sự thay đổi địa hình trong vùng lân cận các bến cảng Nhật bản trong một vài sơ đồ đại diện (Hình T.10.3.1), ngoại lệ đối với các sơ đồ này tơng đối hiếm. Bằng cách phán đoán sơ đồ nào trong Hình T.10.3.1 có thể áp dụng cho bờ biển đang nghiên cứu, có thể dự báo định tính biến dạng của bờ biển
(2) Thí nghiệm mô hình thuỷ lực (đặc biệt thí nghiệm mô hình lòng động)
Khả năng dự đoán biến dạng của bãi biển dựa trên thí nghiệm mô hình thuỷ lực, đặc biệt thí nghiệm mô hình lòng động, bị hạn chế vì vấn đề về tính tơng tự còn cha giải quyết đợc. Nhng cái lợi thế của thí nghiệm mô hình là các sự thay đổi địa hình đặc thù có thể tái tạo lại trong một bể thí nghiệm và hiện t - ợng cần dự đoán có thể hình dung đợc bằng mắt. Do bài toán tơng tự cha giải đợc, các thí nghiệm đợc tiến hành với các tỷ lệ mô hình biến dạng cục bộ, và bằng cách tập trung chú ý đến khả năng tái hiện của khu vực cần quan tâm nhất, dựa trên sự so sánh một vài công thức về tính tơng tự của biến dạng bãi biển, và một mô hình địa hình đợc xem là đáng tin cậy nhất sẽ đợc tái tạo lại trong một bể thí nghiệm. Trớc khi dự đoán sự biến dạng tơng lai của bãi biển, cần kiểm tra mô hình về khả năng tái tạo lại các thay đổi địa hình đã xẩy ra trong quá khứ tại khu vực nghiên cứu và để khẳng định tính tơng tự
động học. Mức độ tơng tự động học sẽ đợc đánh giá bằng độ chính xác tái hiện. Độ chính xác tái hiện của thí nghiệm không thể vợt quá độ chính xác của dữ liệu thu thập đợc về các biến dạng bãi biển trong quá khứ
(3) Dự đoán dựa trên mô phỏng số
Ngày nay, mô phỏng số đợc chia làm hai mô hình: mô hình dự đoán sự thay đổi trong vị trí đờng bờ và mô hình dự đoán các sự thay đổi ba chiều trong chiều sâu nớc nghĩa là các sự thay đổi địa hình bãi biển. Mô hình trớc đợc gọi là lý thuyết một đờng, đại thể nh sau. Bùn cát bãi biển đợc sóng và dòng n- ớc vận chuyển theo các hớng vào bờ và ra khơi và hớng dọc bờ. Vì dòng bùn cát ven bờ đợc gây ra chủ yếu do tác động trực tiếp của sóng, dòng bùn cát ven bờ trong các thời kỳ bão sẽ chủ yếu là ra khơi, bờ biển sẽ bị xói và bờ biển sẽ lùi vào. Tuy nhiên khi biển yên tĩnh, trầm tích sẽ đợc mang vào bờ và đờng bờ sẽ tiến ra. Đi cùng các chuyển động này, mặt cắt bãi biển cũng sẽ thay đổi. Sự thay đổi địa hình này trong vị trí đờng bờ và mặt cắt bãi biển do sự vận chuyển vào bờ- ra khơi thờng là sự vận chuyển theo mùa. Khi nhìn vào mặt cắt trung bình trong một thời gian dài, các sự thay đổi do vận chuyển vào bờ và ra khơi hầu nh có thể bỏ qua khi so sánh với các sự thay đổi gây ra bởi vận chuyển dọc bờ. Do đó, khi tập trung vào xói bồi bờ biển trong thời gian vài năm, có thể giả định không có thay
đổi trong hình dạng mặt cắt bãi biển và việc xói và bồi bãi biển sẽ tơng ứng với sự lùi lại hoặc tiến lên của đờng bờ. Một dự báo các thay đổi trong vị trí đờng bờ có thể dựa trên sự lắng đọng và xói mòn của lợng bùn cát chủ yếu từ vận chuyển dọc bờ.
Hình T.10.3.2 phác hoạ các nguyên tắc tính toán của một mô hình dự đoán các thay đổi đ òng bờ.
Nh đã thấy trên hình, đờng bờ đợc chia dọc theo hớng của đòng bờ thành các đoạn có chiều rộng ∆y và dòng vào và dòng ra của bùn cát giữa các bề rộng ấy đợ xét đến. Nghĩa là khi dòng vào của bùn cát có khối lợng là Q∆t và thể tích dòng ra của trầm tích là y t
y Q Q ∆
∆
∂
+ ∂ trong thời gian ∆t đợc so sánh với nhau, sẽ xẩy ra bồi nếu thể tích trớc lớn hơn và xẩy ra xói khi thể tích sau lớn hơn. Bằng cách giả định rằng mặt cắt bãi biển qua thời gian và bất kỳ sự mất cân bằng nào trong dòng vào và dòng ra của trầm tích cũng chỉ đơn giản dịch chuyển mặt cắt bãi biển ra phía biển hoặc vào phía trong, có thể diễn đạt sự tiến lên hay lùi lại của đờng bờ là kết quả của sự không cân bằng. Khi điều đó đợc diễn đạt trong sự liên tục của dòng bùn cát, kết quả là phơng trình (10.3.1)
trong đó :
xS : vị trí đờng bờ (m) t : thêi gian
y : toạ độ hớng dọc bờ (m)
DS :bề rộng của vùng chuyển động dòng bùn cát ven bờ (m) Q : lu lợng vận chuyển dòng bùn cát ven bờ (m3/s)
q : dòng chảy vào (q > 0) hoặc dòng chảy ra (q < 0) cắt ngang bờ của lu lợng vận chuyển dòng bùn cát ven bờ ngang qua đờng biên vào bờ ra khơi trên chiều rộng đơn vị theo hớng dọc bờ (m3/m/s)
Để tìm tốc độ vận chuyển bùn cát ven bờ Q, phải dùng đến phơng trình lu lợng vận chuyển bùn cát ven bờ liên quan đến thành phần của luồng năng lợng sóng tới điểm sóng vỡ trong hớng dòng chảy dọc bờ. Dùng phơng trình này, tốc độ vận chuyển bùn cát dọc bờ có thể đợc xác định bằng cách dùng chính chiều cao sóng và hớng sóng tại điểm sóng vỡ làm đầu vào. Tuy nhiên thờng khi dự đoán biến dạng bãi biển, bãi biển sẽ có vài kết cấu tạo thành một khu vực đợc che chắn khỏi sóng tới. Vì khu vực
đợc che này, chiều cao sóng thay đổi dọc bờ và tạo ra các dòng dọc bờ. Thờng hay sử dụng một ph-
ơng trình dựa theo Ozasa và Brampton trong đó đã đa vào loại ảnh hởng này.
trong đó :
HB : chiều cao đê chắn sóng (m)
CyB : vận tốc nhóm tại điểm sóng vỡ (m/s)
θB : góc tạo thành bởi frôn sóng khi sóng vỡ và đờng bờ (o) tanβ : độ dốc bãi biển cân bằng
s : s = (ρs - ρo ) /ρo
ρs : tỷ trọng bùn cát (g/cm3) ρo : tỷ trọng nớc biển (g/cm3) λ : hệ số rỗng của bùn cát K1, K2 : hệ số
Hình T.10.3.1 Phân loại các sơ đồ thay đổi địa hình sau khi xây dựng công trình
Tích tụ do trôi giạt lên và xói do trôi giạt xuống do việc vận chuyển bùn cát bị ách tắc ảnh h ởng của chiều dài kè Kè ngắn Kè dài ảnh h ởng của hình dạng đ ờng bờ Bờ lõm Bờ lồi
Tích tụ h ớng về kè h ớng dòng của một cửa sông tại mép bãi biển Tích tụ ở cả hai phía của kè h ớng dòng tại giữa một bờ biển cong lõm dài Hình thành một bãi cát ngầm ở đầu một đê chắn sóng chính và cửa vào cảng
Tích tụ trong khu vực tĩnh lặng Sự hình thành doi cát và các sự thay đổi đ ờng bờ đi theo Hình thành doi cát Giai đoạn đầu Giai đoạn hoàn thành Thay đổi mũi đất do sự kéo dài của đê chắn sóng Hình thành mũi đất một bên Không có đê chắn sóng chắn gió
Có đê chắn sóng chắn gió Thay đổi đ ờng bờ kèm theo thay đổi về h ớng và hình dạng của cửa vào cảng Thay đổi ở bãi biển và chiều sâu n ớc bên trong cảng Ngăn cản xói cục bộ và tích tụ cục bộ do sóng Mach- stem Đê chắn sóng kéo dài xiên với đ ờng bờ
Đê chắn sóng xiên, dài Tích tụ giữa một mũi đất và một đê chắn sóng xây phía hạ l u dòng trôi giạt của mũi đất Xói cục bộ ở gần đê chắn sóng ở đầu đê chắn sóng ở chỗ khuỷu ở một cửa hẹp ở phía tr ớc một đoạn nghiêng ở mặt bên của một đoạn thẳng
Hình T.10.3.2. Quan hệ giữa khối lợng của sự thay đổi đờng bờ và vận chuyển cát
Chiều rộng của khu vực chuyển động của bùn cát DS là khoảng cách vuông góc với đờng bờ - từ
điểm sóng leo tới trên bãi biên tới đờng biên ngoài khơi, tại đây hoạt động vận chuyển dọc bờ là không đáng kể. Khoảng cách DS đợc xác định một cách cơ bản bằng cách điều tra lợng thay đổi diện tích mặt cắt bãi biển từ dữ liệu đo sâu của bờ biển đang xét. Khi dữ liệu có thể có đ ợc không phù hợp, ta ớc tính một con sóng đại diện có năng lợng trung bình và các kích thớc của chúng đợc thay vào trong phơng trình đối với chiều cao leo và chiều sâu ngỡng của chuyển động bùn cát nh một ph-
ơng pháp để tìm khoảng chách DS một cách tiện lợi.
Vì phơng trình (10.3.2) không thể giải bằng giải tích trừ trong các trờng hợp cực kỳ đơn giản, cần một máy tính để tiến hành việc tính toán. Trong khi tính Q phải đợc đánh giá tại mỗi tuyến đo. Vì mục
đích này chiều cao sóng vỡ, góc sóng tới làm với đờng bờ, chiều sâu sóng vỡ tại mỗi tuyến đo phải đ- ợc tính toán bằng cách tính toán biến dạng sóng riêng rẽ.
Nhiều loại mô hình (thay đổi mặt cắt, thay đổi đờng bờ, thay đổi ba chiều) đã đợc kiến nghị trớc
đây để dự đoán các sự thay đổi địa hình khác nhau. Một vài mô hình đại diện đã đ ợc thử nghiệm để so sánh lẫn nhau. Các kết quả của các thử nghiệm so sánh cho thấy khi áp dụng các mô hình khác nhau vào một địa điểm hiện trờng phải sử dụng chúng thật thích đáng để phù hợp với cơ cấu biến dạng bãi biển tại địa điểm đã chọn và quy mô thời gian và diện tích.
[Tài liệu tham khảo]
CH ƯƠ NG 11 §Êt gèc
(a) Mô hình
Toạ độ dọc bờ Toạ độ hớng ra khơi
(b) Bình diện
Toạ độ hớng ra khơi
Toạ độ dọc bờ