L ỜI CẢ M ƠN
4.2.4Xác định chiều sâu nuôi bãi
5. Nội dung luận văn
4.2.4Xác định chiều sâu nuôi bãi
Chiều sâu giới hạn nuôi bãi trên toàn bộ mặt cắt ngang bãi biển được xác định là vị trí có độ sâu nhất định mà tại đó không có sự thay đổi về cao trình mặt cắt dưới tác động của sóng và dòng chảy, nghĩa là suất vận chuyển bùn cát bằng không thì chiều sâu đó được gọi là chiều sâu tới hạn. Lưu ý rằng, bên ngoài chiều sâu tới hạn, vẫn có sự dao động của hạt bùn cát dưới tác động của sóng nhưng suất vận chuyển bùn cát nhỏ không đáng kể nên coi như bằng không. Như vậy mặt cắt ngang bãi biển chỉ biến đổi bên trong phạm vi chiều sâu tới hạn. Do đó, trong thiết kế nuôi bãi, mặt cắt ngang bãi biển chỉ được quan tâm từ chiều sâu tới hạn trở vào. Trong quá trình mặt cắt ngang nuôi bãi tiến tới mặt cắt ngang cân bằng, vật liệu nuôi bãi sẽ được vận chuyển ra xa tối đa tới chiều sâu tới hạn. Do đó chiều sâu tới hạn có ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán thể tích vật liệu nuôi bãi yêu cầu để đạt được chiều rộng nuôi bãi thiết kế mong muốn.
Chiều sâu tới hạn được xác định dựa trên công thức của Hallermier (1981) như sau: ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − =2.28 68,5 22 e e e c gT H H h Trong đó:
He và Te lần lượt là chiều cao sóng có nghĩa hiệu quả và chu kỳ sóng có nghĩa hiệu quả tương ứng. He chính là chiều cao sóng có thời gian xuất hiện chiếm 14% tổng thời gian xuất hiện của chiều cao sóng có ý nghĩa. Theo đó, Heđược tính toán theo công thức sau:
H
e H
H = − +5,6σ
Trong đó:
−
H là chiều cao sóng có nghĩa; σH là độ lệch tiêu chuẩn của chiều cao sóng có nghĩa trong chuỗi dữ liệu sóng tính toán.
Theo đó, chiều sâu tới hạn được tính toán xấp xỉ như sau:
H
c H
h = 2 − +11σ
Từ số liệu sóng quan trắc tại trạm Cồn Cỏ (1990-2009) thì chiều cao sóng có nghĩa được xác định tại bảng 4.1: Bảng 4.1: Chiều cao sóng có nghĩa tại trạm Cồn Cỏ (1990-2009) Tháng Hs(m) Độ lệch chuẩn Tháng 1 1.45 0.276 Tháng 2 1.12 0.185 Tháng 3 1.13 0.216 Tháng 4 1.02 0.136 Tháng 5 0.87 0.11 Tháng 6 0.9 0.095 Tháng 7 0.92 0.055 Tháng 8 0.92 0.097 Tháng 9 1.1 0.327 Tháng 10 1.61 0.6 Tháng 11 1.8 0.5 Tháng 12 1.78 0.356 Trung bình năm 1.22 0.25
Do đó chiều sâu tới hạn nuôi bãi cho khu vực bãi biển Cửa Tùng có giá trị như sau:
hc = 2x1.22+11x0.25 = 5.19 (m) 4.2.5 Xác định chiều rộng nuôi bãi
Chiều rộng nuôi bãi thiết kế là chiều rộng bãi biển khô dự kiến đạt được sau khi vật liệu nuôi bãi đã tự sắp xếp lại khi mặt cắt ngang đạt được trạng thái cân bằng. Như vậy, cần phân biệt chiều rộng nuôi bãi thiết kế với chiều rộng nuôi bãi đạt được ngay sau khi thi công nuôi bãi hoàn tất và lưu ý rằng chiều rộng nuôi bãi thiết kế luôn nhỏ hơn chiều rộng bãi ngay sau khi thi công nuôi bãi. Ngay sau khi nuôi bãi hoàn thành sẽ có sự giảm đột ngột chiều rộng bãi do mặt cắt thi công nuôi bãi sẽ tự điều chỉnh để tiến đến mặt cắt ngang cân bằng.
Việc lựa chọn chiều rộng nuôi bãi thiết kế là một bài toán kinh tế - kỹ thuật. Chiều rộng nuôi bãi thiết kế càng lớn thì khả năng bảo vệ của bãi biển đối với các khu vực bên trong nó càng cao. Ngoài ra, bãi biển rộng luôn là điều kiện thuận lợi cho các các hoạt động phát triển du lịch. Tuy nhiên, để có chiều rộng bãi biển lớn thì nguồn vật liệu nuôi bãi sử dụng nhiều và sẽ liên quan đến yếu tố tài chính của dự án.
Do hiện trạng bãi biển Cửa Tùng có chiều rộng bãi tắm hiện hữu khá hẹp, và đây là bãi biển phục vụ du lịch, do đó kiến nghị chiều rộng nuôi bãi thiết kế là 20m. Chiều rộng nuôi bãi sẽ được tính từ cao trình +1,2 trở ra.
4.2.6 Tính toán thể tính vật liệu nuôi bãi yêu cầu
Từ các kết quả tính toán xu thế vận chuyển bùn cát khu vực bãi biển Cửa Tùng phía trên cho thấy hàng năm khu vực này bị xói một lượng bùn cát lớn, để bù đắp lượng bùn cát bị thiếu hụt này, giải pháp nuôi bãi được thực hiện với mặt cắt ngang nuôi bãi được xác định dựa trên công thức của Hallermier (1981) và của Dean (2002) như sau:
Hình 4.7: Mặt cắt ngang trước và sau khi nuôi bãi
Trong đó:
W là chiều rộng nuôi bãi thiết kế. Chiều rộng nuôi bãi thiết kế đã lựa chọn là: W = 20m
B là khoảng cách từ cao trình nuôi bãi tới mực nước biển trung bình. Như đã xác định ở phần trên, cao trình nuôi bãi là = + 1.2m (Hệ cao độ lục địa); cao trình mực nước biển trung bình là + 0.6m (Hệ cao độ lục địa). Khoảng cách B có giá trị: B = 0.6m.
Dc là chiều sâu tới hạn (hay ta đã đặt là hc và đã tính toán ở phần trên) có giá trị bằng Dc = 5.2m.
Kiểm tra điều kiện mặt cắt ngang giao cắt theo công thức sau: 1 2 / 3 2 / 3 < ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ F N C N A A D A W
Trong đó: AN và AF lần lượt là hệ số tỉ lệ bùn cát của vật liệu tại vị trí nuôi bãi và vật liệu nuôi bãi. Tra bảng thực nghiệm của Dean ta có:
AN = 0.0936 (ứng với D50 = 0.18mm)
và AF = 0.135 (ứng với d50 = 0.2mm).
Thay số vào ta có: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
20*(0.0939/5.2)3/2+(0.0936/0.135)3/2 = 0.625 < 1
( 3/2 3/2)2/3 3 / 5 5 3 . N F F N A A A A W B W V − =
Thay các giá trị vào công thức trên ta có thể tích vật liệu nuôi bãi cần thiết trên một mét chiều dài bờ biển để đạt được chiều rộng nuôi bãi thiết kế 20m là:
V = 95 (m3/m)
4.2.7 Xác định chu kỳ nuôi bãi
Việc xác định chu kỳ nuôi bãi được xác định tùy thuộc vào quan điểm của mỗi quốc gia và điều kiện kinh tế kỹ thuật cụ thể của từng dự án. Ở Hà Lan chu kỳ nuôi bãi trung bình là 5 năm, ở Pháp trung bình là 6 năm, Đức lại có chu kỳ nuôi bãi trung bình dài đáng ngạc nhiên tới gần 20 năm, trong khi đó Nhật lại kiến nghị nuôi bãi hàng năm do yêu cầu bảo vệ cao cho các khu dân cư và cơ sở hạ tầng tập trung sát biển.
Đối với bãi biển Cửa Tùng, khu vực dự kiến nuôi bãi có chiều dài 1km và tổng lượng bùn cát xói lở bị mất đi hàng năm là 31609 m3/năm. Do đó, với thể tích vật liệu nuôi bãi là 95 (m3/m) hay tổng lượng vật liệu nuôi bãi cho 1km là 95000 m3 thì chu kỳ nuôi bãi ước tính sơ bộ là:
t = 95000/31609 = 3 năm
4.2.8 Xác định thời điểm nuôi bãi
Việc xác định thời điểm nuôi bãi hợp lý và tốt nhất là nên chọn vào thời gian biển lặng, ít chịu ảnh hưởng của sóng, gió và dòng chảy ven bờ.
Do khu vực nuôi bãi là bãi tắm Cửa Tùng nên nếu nuôi bãi vào mùa hè sẽ ảnh hưởng đến hoạt động du lịch. Vì vậy thời điểm nuôi bãi kiến nghị lựa chọn vào cuối mùa du lịch.
4.3 Mô hình hóa và đánh giá hiệu quả của phương án nuôi bãi cho bãi biển Cửa Tùng
Để đánh giá được hiệu quả của việc nuôi bãi khu vực bãi biển Cửa Tùng ứng với mặt cắt ngang nuôi bãi đã được xây dựng ở trên, nghiên cứu sử dụng mô hình LITPRO để tính toán diễn biến mặt cắt ngang theo chu kỳ nuôi bãi.
Điều kiện đầu vào bao gồm: mặt cắt ngang đại diện khu vực bãi biển Cửa Tùng, số liệu biên sóng được tính toán và thống kê từ số liệu sóng thực đo tại trạm Cồn Cỏ (1999-2009) và đưa về chiều cao sóng tương đương theo từng hướng; đường kính hạt bùn cát trung bình d50 = 0.18mm. Thời gian tính toán là 3 năm. Trong quá trình tính toán không xét tới dao động mực nước thủy triều. Mực nước tính toán là MNTB (0).
Kết quả tính toán diễn biến theo từng năm được thể hiện ở hình 14, hình 15, hình 16 và hình 17:
Hình 4.8: Mặt cắt ngang sau khi nuôi bãi
Hình 4.10: Mặt cắt ngang sau khi nuôi bãi 2 năm
Hình 4.11: Mặt cắt ngang sau khi nuôi bãi 3 năm
Bảng 4.2: Diễn biến mặt cắt ngang nuôi bãi
Thời gian Dịch chuyển đường bờ (m)
Chiều sâu xói (m) Diện tích xói gần bờ (m2) Năm 1 -6 -1.06 50 Năm 2 -3 -0.61 23 Năm 3 -2 -0.47 10 Tổng cộng -11 2.14 83
Nhận xét: Như vậy sau khi nuôi bãi với tổng lượng bùn cát được tính toán và thiết kế mặt cắt ngang cho 3 năm, cho thấy dưới ảnh hưởng của sóng làm cho mặt cắt ngang bị lùi sâu vào phía trong theo thời gian, lượng bùn cát phía trong bờ được sóng kéo ra phía ngoài xa gây xói lở phía bờ. Kết quả tính toán sau 3 năm cho thấy phía bãi trên của mặt cắt ngang nuôi bãi vẫn đảm bảo chưa bị lấn sâu vào phía trong so với đường bờ ban đầu, lượng bùn cát phía trong được đưa ra tạo thành các cồn cát phía ngoài sẽ làm giảm chiều cao sóng khi lan truyền vào bờđẫn đến làm giảm xói lở phía trong.
Các kết quả trình bày tài các hình 4.8 đến hình 4.12 và tại Bảng 4.2 cho thấy sau ba năm đường bờ sẽ bị thoái lui và dịch chuyển vào trong đất liền khoảng 11m, với tốc độ xói giảm dần theo thời gian. Chiều sâu xói và diện tích xói lở cũng phản ánh xu thế giảm dần theo thời gian. Trong đó năm đầu tiên là năm có tốc độ xói và thoái lui của đường bờ lớn nhất.
Hiện tượng dịch chuyển bùn cát theo phương ngang có thể quan sát rõ tại Hình 18, khi so sánh vị trí các mặt cắt ngang 1, 2 và 3 năm sau khi nuôi bãi. Sau 3 năm, bãi trên của bờ biển vẫn còn được duy trì nhưng đã thoái lui 11 m so với trạng thái ban đầu sau khi nuôi bãi. Mặt trước của bãi biển có độ dốc tăng dần do chiều sâu xói ngay tại mặt trước của bãi tăng dần. Bùn cát xói lở từ bãi trước sẽ được dịch chuyển dần ra phía ngoài khơi tạo thành các cồn ngầm. Các cồn ngầm ngày có xu thế dịch chuyển dần ra ngoài khơi theo thời gian. Trong thực tế, do ở khu vực nghiên cứu còn có cả dòng chảy dọc bờ nên
các cồn ngầm này đồng thời sẽ bị dịch chuyển dọc theo bờ biển và bị mất đi khỏi mặt cắt ngang tính toán. Nghiên cứu chi tiết về biến đổi mặt cắt trong trường hợp này cần sử dụng đến mô hình mô tả cả vận chuyển bùn cát ngang bờ và vận chuyển bùn cát dọc bờ.
Để nuôi bãi cho 1km bờ biển bắc Cửa Tùng với chiều rộng nuôi bãi là 20m thì cần 95 m3 cát cho 1m chiều dài bãi biển. Tổng lượng bùn cát cần để tính toán nuôi bãi 95.000 m3 và chu kỳ nuôi bãi là 3 năm. Sau 3 năm, bãi biển sẽ bị thoái lui 11m, và tốc độ xói lở bờ sẽ giảm theo thời gian. Độ dốc của mặt bãi trước cũng sẽ tăng dần theo thời gian. Bùn cát xói lở từ bãi trước sẽ được dịch chuyển dần ra phía ngoài khơi tạo thành các cồn ngầm. Các cồn ngầm ngày có xu thế dịch chuyển dần ra ngoài khơi theo thời gian. Quá trình hình thành và dịch chuyển của các cồn ngầm trong thực tế sẽ phức tạp hơn do có cả hiện tượng vận chuyển bùn cát dọc bờ và cần được đánh giá chi tiết trong các nghiên cứu tiếp theo.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết quả đạt được trong luận văn
Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế độ thủy động lực và tính toán phương án nuôi bãi khôi phục bãi biển Cửa Tùng, Quảng Trị” Luận văn đã đạt được một số kết quả:
- Đưa ra được hiện trạng và nguyên nhân xói lở bãi biển Cửa Tùng theo quan điểm địa mạo và theo quan điểm động lực;
- Tính toán và đưa ra được trường chế độ dòng chảy và xu thế vận chuyển bùn cát trong mùa Đông và mùa Hè từ đó xác định được các nguyên nhân chính gây ra xói lở và mất cần bằng bùn cát khu vực Cửa Tùng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Nguyên nhân chính gây diễn biến xói lở bãi biển Cửa Tùng là do dòng chảy dọc bờ gây ra;
+ Vào thời kỳ mùa Đông dưới ảnh hưởng của trường gió và sóng Đông Bắc là chủ đạo. Dưới tác dụng của sóng lớn làm cho bùn cát phía bãi biển bị cuốn ra ngoài và được dòng chảy ven bờ có hướng từ Bắc xuống Nam mang đi, lượng bùn cát thiếu hụt này không được bù lại do phía trên bãi biển Cửa Tùng là mũi đá nhô ra có tác dụng ngăn bùn cát vận chuyển từ phía trên xuống;
+ Việc xây dựng kè chắn cát phía Nam đã làm cho dòng chảy và vận chuyển bùn cát trong mùa Hè bị chặn lại do đó hầu như quanh năm dòng vận chuyển bùn cát chỉ có xu hướng vận chuyển từ Bắc xuống Nam gây bồi lấp cửa mà không có (rất nhỏ) dòng vận chuyển bùn cát từ Nam lên Bắc để bù đắp lại lượng bùn cát thiếu hụt;
+ Ngoài ra việc xây dựng cầu Tùng Luật; cảng cá Cửa Tùng và khai thác cát phía cửa sông làm cho lượng bùn cát từ trong sông đổ ra cửa biển ngày càng giảm cũng là nguyên nhân gây xói lở bãi biển Cửa Tùng.
- Xây dựng được phương án nuôi bãi khu vực Cửa Tùng: trên cơ sở các số liệu tính toán về lượng thiếu hụt bùn cát hàng năm của bãi biển Cửa Tùng
luận văn đã đưa ra được phương án nuôi bãi cho khu vực này và tính toán diễn biến mặt cắt ngang của khu vực khi tiến hành nuôi bãi.
2. Tồn tại và kiến nghị
Kết quả tính toán còn một số hạn chế, như việc tích toán vận chuyển bùn cát bằng mô hình LITPROF mới chỉ tính đến vận chuyển bùn cát ngang bờ chưa tính đến vận chuyển bùn cát dọc bờ do dòng chảy gây ra.
Thiết kế một giải pháp nuôi bãi hợp lý là một vấn đề phức tạp ngay cả với các nước tiên tiến đã có nhiều kinh nghiệm như Hà Lan, Mỹ…Trong thực tế, giải pháp nuôi nuôi bãi áp dụng cho một khu vực cụ thể vừa phải thiết kế theo lý thuyết, vừa phải quan trắc và điều chỉnh trong quá trình làm việc do các điều kiện phức tạp của tự nhiên mà lý thuyết tính toán chưa kể đến được. Trong luận văn này việc tính toán chu kỳ nuôi bãi chỉ dựa trên so sánh tương quan giữa lượng bùn cát nuôi bãi và lượng bùn cát mất đi hàng năm chứ chưa kể đến ảnh hưởng của sự khác nhau về biểu đồ phân bố thành phần hạt giữa vật liệu nuôi bãi và vật liệu tại vị trí nuôi bãi; chưa kể đến hệ số mất mát bùn cát do sự phân tán ở hai đầu của dự án nuôi bãi.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Thọ Sáo và nnk(2010). Báo cáo tổng kết Dự án “Điều tra, đánh giá xâm thực bãi tắm Cửa Tùng tỉnh Quảng Trị;
2. Số liệu sóng quan trắc tại trạm Cồn Cỏ (1990-2009); 3. Số liệu gió quan trắc tại trạm Cồn Cỏ (1990-2009);
4. Trần Thanh Tùng và nnk (2012). Báo cáo tổng kết Đề tài “Tính toán thiết kế nuôi bãi cho bãi biển Cửa Tùng, Quảng Trị.(2012);
5. Trần Thanh Tùng, Lê Đức Dũng (12/2012). Nghiên cứu xác định năng lượng sóng ven bờ cho giải ven biển miền Trung Việt Nam, Tạp chí khoa học và kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 39;
6. Viện Địa Lý, Viện KH & CN Việt Nam(6/2012). Báo cáo “Đo đạc bổ sung địa hình, mực nước và dòng chảy; lấy mẫu và phân tích các đặc trưng