b. Công thức Bijker
4.3.2. Nuôi bãi nhân tạo
Có lẽ biện pháp đơn giản nhất và rẻ nhất giữ bãi khỏi bị xói mòn là cung cấp cát từ các nguồn khác. Muốn thực hiện nuôi bãi nhân tạo, cần giải đáp một số câu hỏi: Loại nuôi dưỡng nào cần áp dụng, kích cỡ loại vật liệu sử dụng, khối lượng bùn cát cần thiết và địa điểm lấy cát v.v… Tài liệu hướng dẫn của Hà Lan về nuôi bãi nhân tạo (Dutch Manual on Artificial Beach Nourishment, 1987) trình bày chi tiết giải pháp bảo vệ này. Có thể phân loại các dự án nuôi dưỡng bãi biển thành ba loại khác nhau:
- Lập kho cát dự trữ
- Định vị trí trực tiếp nơi cần đến cát; - nuôi dưỡng liên tục;
Lập kho dự trữ nghĩa là bố trí một địa điểm xác định trên bãi biển để đổ cát. Đây chính là bãi đổ khô nuôi bãi khi có hiện tượng cát bị lấy dần đi do dòng nước. Đã có nhiều ví dụ về việc ứng dụng thành công của phương pháp này. Tuy nhiên phải căn cứ vào lượng mất cát để xác định lượng cần đổ và số lần đổ cho hợp lý. Phương pháp định vị trực tiếp khác với phương pháp lập kho cát dự trữ ở chỗ được thực hiện trên toàn bộ đường bờ.
Phương pháp cung cấp liên tục chính là cách nuôi bãi bằng cách lấy cát từ nơi bồi đổ vào nơi xói kề cận. Nguyên tắc là tổ chức một điểm cố định hoặc phương tiện nổi cung cấp liên tục cát cho bãi biển đang bị xói mòn. Có nhiều ví dụ thành công về việc di chuyển cát từ điểm bồi sang khu vực đang bị xói của cảng.
Trong khi hai cách nuôi dưỡng bãi biển đầu tiên được áp dụng một cách thông thường thì cách cuối cùng được sử dụng chủ yếu tại điểm cửa vào cảng bằng cách chuyển cát từ bờ bồi sang bờ xói và để tránh phá vỡ quá trình vận chuyển bùn cát ven bờ.
Muốn giảm tốc độ xói mòn của vật liệu mới, kích thước hạt cát mượn phải lớn hơn so với cát tại vùng xói. Nhưng sự chênh lệch không lên quá lớn vì độ dốc
đáy biển lớn hơn không mong muốn sẽ hình thành và dẫn đến phần cuối của bãi sẽ dễ bị xói do tính linh động thấp của cát thô.
Lượng cát cần nuôi dưỡng bằng lượng cát vận chuyển ven bờ. Khối lượng cát và chu kỳ đổ rất quan trọng để bãi biển ổn định và được xác định cho mỗi mặt cắt cụ thể. Có thể lấy cát mượn ở xa bờ, trên đất liền hoặc trong thềm lục địa. Đôi khi cát mượn có thể lấy từ một dự án khác thực hiện trên khu vực, nạo vét đường vào cảng hoặc mở rộng cảng. Một nguồn cung cấp khác hay được sử dụng là cát nạo vét từ một bãi biển đang được bồi tích gần đó (thường sự xói mòn bãi biển này đi kèm với bồi tích bãi biển khác). Bồi tích và xói lở ở hai bên lối ra vào cảng là một ví dụ về truờng hợp này.
Khi cát không sẵn ở bãi biển hoặc là được nạo vét gần nơi cần nuôi bãi, thì có khi phải lấy cát ở các mỏ xa bờ, nhưng phải lựa chọn địa điểm đủ xa bờ, thường là vài hải lý để không ảnh hưởng đến bãi biển và các công trình khác.
Hình 4.1: Nuôi bãi biển và bờ biển Hà Lan, thời kỳ 1952 – 1985 (Roelsse,1985). Cũng có thể cung cấp cát bằng đường bộ. Khi vận chuyển cát đường bộ thường giá thành sẽ đắt hơn nếu lượng cát cần thiết không lớn mà lại phải đổ thường xuyên. Một kinh nghiệm cho thấy để giảm thiểu xói bãi biển thì tốt nhất là bảo vệ các cồn cát. Hạ thấp cao trình đụn cát và mở rộng ra xung quanh làm các đụn cát chống chịu tốt hơn với sóng gió và lượng mất cát sẽ giảm xuống. Cũng có thể dùng biện pháp di chuyển các cồn cát về phía biển để tránh sự thụt lùi của toàn bộ bờ biển.
Ưu điểm rõ ràng của nuôi bãi nằm ngay trong bản thân quá trình vì nó gần giống với cách tác động của tự nhiên. Kết quả của việc nuôi bãi cho 1 đoạn bờ náo đó có tác dụng rất tốt cho các đoạn bờ biển thẳng liền kề. Ý nghĩa to lớn này sẽ được chứng minh ở phần cuối của chương này.
Một ưu điểm nổi bật khác của nuôi bãi là chi phí thường thấp hơn so với các giải pháp công trình bảo vệ khác của con người. Nhưng nhược điểm của nuôi bãi là ở chỗ nó là giải pháp tạm thời. Nếu không nuôi liên tục thì bãi sẽ lại bị xói.
Từ năm 1952, mỗi năm người ta đã đổ khoảng 800.000 m3 cát lên các bờ biển Hà Lan (Roelse, 1985). Địa điểm và lượng cát được nêu ở hình 4.1, nhưng từ năm 1990 lượng cát để nuôi bãi biển hàng năm lên tới 6 triệu m2.
4.3.3. Mỏ hàn
Mỏ hàn là giải pháp khá hiệu quả khi ổn định bờ biển đang bị xói mòn do thiếu hụt bùn cát trong quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ. Mỏ hàn phải được kéo dài tới vùng sóng vỡ và có đỉnh cao hơn mực nước thiết kế để đạt hiệu quả đầy đủ. Tuy vậy thường chỉ làm gián đoạn một phần sự tải cát dọc bờ biển cũng đủ làm ổn định bãi biển, chính vì vậy mỏ hàn thấp hơn và ngắn hơn cũng có thể chấp nhận được.
Khoảng cách giữa các mỏ hàn, độ cao, độ dài và hướng so với hướng sóng tới là những đặc trưng quan trọng. Bờ biển giữa các mỏ hàn ít nhiều song song với các ngọn sóng tiến vào bờ. Những bãi biển đã gần như song song với các ngọn sóng tiếp cận có thể được bảo vệ đầy đủ bằng các mỏ hàn có khoảng cách lớn hơn. Mặt khác, khoảng cách giữa các mỏ hàn bằng chiều dài của nó. Vì việc xây dựng mỏ hàn khá đắt, nên các mỏ hàn phải có khoảng cách chính xác. Tuy nhiên, phải có những kinh nghiệm thực tế mới xác định chính xác khoảng cách giữa các mỏ hàn. Chi tiết xây dựng các loại kè biển xem trong quyển hướng dẫn bảo vệ bờ (shore Protection Manual, 1984).
Tác dụng của một chuỗi mỏ hàn đối với phần còn lại của bờ biển là gì? Vùng được bảo vệ bởi hệ thống mỏ hàn không bị xói, nhưng nó ngăn chuyển động bùn cát ven bờ. Chính vì vậy, xói mòn nghiêm trọng sẽ xảy ra phía sau mỏ hàn cuối cùng. Hay nói cách khác, chúng ta đã di chuyển vị trí xói từ điểm này đến một điểm khác. Việc xây dựng các mỏ hàn rõ ràng rất có lợi. Bằng cách làm ổn định phần bãi biển nào đó, vấn đề xói sẽ được đẩy sang những đoạn bờ khác mà tác hại của nó ít hơn đoạn ban đầu.
Cần lưu ý rằng mỏ hàn ít có tác dụng cản trở dòng bùn cát vận chuyển ngang bờ. Đây là dạng xói xảy ra trong các trận bão cho dù khoảng cách giữa các mỏ hàn
dày hay thưa. Việc phòng ngừa những vấn đề xói mòn ngang phải áp dụng các phương pháp khác. Đê biển dùng để bảo vệ bãi biển ở nhiều địa điểm dọc bờ biển Hà
Hình 4.2: Vị trí và số lượng mỏ hàn dọc bờ biển Dutch (Vellinga, 1986)
Các dãy cọc
Một dạng cải tiến của mỏ hàn là áp dụng dãy cọc. Dãy cọc được đóng tới vùng sóng vỡ, các cọc cách nhau từ 1 đến 2 lần đường kính của cọc. Dòng ven bờ có thể
chảy qua hàng cọc, nhưng vì ma sát trong dãy cọc nên dòng ven bờ giảm xuống. Ngược lại, các dãy cột giữ lại một phần bùn cát do vận tốc dòng ven bờ giảm xuống và
do đó giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ. Cũng như mỏ hàn, các dãy cọc không ngăn được vận chuyển ngang của bùn cát.