Các quá trình biến đổi đƣờng bờ đƣợc biểu diễn bởi cán cân bồi tích tại khu vực nghiên cứu. Dƣới tác động của các quá trình động lực, vật chất và bờ bãi sƣờn ngầm bị bứt ra khỏi đáy và tham gia vào quá trình vận chuyển, làm mất cân bằng bồi tích trong khu vực.
Trình tự tính toán cán cân bồi tích đƣợc tiến hành theo nguyên tắc trƣớc hết xét những khu vực có các yếu tố tác động chủ yếu ít nhất hay có cơ sở dữ liệu (đặc biệt là số liệu quan trắc) đầy đủ nhất. Vì đến nay, các công thức tính vận chuyển bùn cát mới chỉ đƣợc xây dựng trong trƣờng hợp tác dụng riêng rẽ của trƣờng sóng hay dòng chảy trong phòng thí nghiệm nên cần tiến hành hiệu chỉnh các mô hình tính toán tại các khu vực có số liệu quan trắc, từ đó áp dụng cho khu vực khác.
Tại khu vực nghiên cứu, việc tính toán cán cân bồi tích trƣớc hết đƣợc tiến hành với yếu tố động lực chính là sóng biển, ảnh hƣởng của sông không đáng kể.
Vận chuyển bùn cát dọc bờ đƣợc tính tại khu vực nghiên cứu theo công thức của CERC (2002) [39]. Đây là công thức đƣợc xây dựng theo phƣơng pháp dòng năng lƣợng sóng và đƣợc sử dụng để tính các thông số QS, QN, QoN và QoS. Dòng năng lƣợng sóng dọc bờ (Pl) đƣợc tính bằng công thức: b b b g l EC P ( ) sin cos (N/s) trong đó: Eb - năng lƣợng sóng ở đới sóng vỡ, 8 2 sb b gH E (N/s)
cgb - tốc độ truyền năng lƣợng sóng, sb sb gb kh kh c c 2 sin 2 1 2 (m/s)
- khối lƣợng riêng của nƣớc (kg/m3) g - gia tốc trọng trƣờng (g = 9.82 m/s2) Hsb - chiều cao sóng đổ (m)
Thể tích bùn cát vận chuyển dọc bờ (Ql) đƣợc xác định tỷ lệ với dòng năng lƣợng sóng dọc bờ: l s l P n g K Q ) 1 ( ) ( (m3/s) trong đó:
s - khối lƣợng riêng của bùn cát (kg/m3) n - độ rỗng của trầm tích bị vận chuyển K - hệ số tỷ lệ lấy bằng 0,39.
Bằng phƣơng pháp tính toán dòng bùn cát vận chuyển ven bờ qua năng lƣợng sóng, thấy rằng lƣợng bùn cát vận chuyển dọc bờ phụ thuộc chặt chẽ vào yếu tố sóng, gió, do đó mang tính thời vụ rõ ràng. Học viên đã tiến hành tính toan lƣợng bùn cát vận chuyển theo các hƣớng trong hai thời kỳ từ tháng 11-tháng 04 và từ tháng 06-tháng 10, dựa trên số liệu quan trắc sóng và dòng chảy thy thập đƣợc qua khảo sát thực địa, và tham khảo số liệu đo của TS. Trƣơng Đình Hiển. [13,14] (Phụ lục)
Việc tính khả năng vận chuyển cát theo đƣờng kính hạt, chiều cao của sóng đƣợc tính dựa theo công thức Shields, hệ số Reynolds và công thức của CERC.
Dựa vào công thức của Shields, trầm tích bắt đầu dịch chuyển khi:
Trong đó: : thông số Shields
c: thông số Shields tới hạn * Thông số đƣợc xác định theo công thức:
𝜽 = 𝝉𝒃
𝝆𝒔 − 𝝆 . 𝒈. 𝒅𝟓𝟎
Cƣờng độ chống cắt tại đáy đƣợc tính theo công thức:
𝝉𝒃 =𝟏 𝟐𝝆( 𝟎. 𝟎𝟔 (𝐥𝐠( 𝟏𝟐𝒉𝒄 𝟐. 𝟓 ∗ 𝒅𝟓𝟎))𝟐 ). 𝑼𝟐
Với : khối lƣợng riêng của nƣớc biển =1025kg/m3. d50: đƣờng kính cỡ hạt trung bình.
U = 1m/s
h: độ sâu ảnh hƣởng của nƣớc.
hc: độ sâu ảnh hƣởng của nƣớc đƣợc tính theo công thức sau:
Theo Brickermier (1985) và CERC(2002), hc đƣợc tính theo công thức sau: hc= 1.57*He
Chiều cao sóng hữu hiệu đƣợc tính theo công thức:
𝑯𝒆 = 𝑯 + 𝟓. 𝟔𝝈𝑯 𝑯: chiều cao sóng trung bình
𝝈𝑯: độ lệch chiều cao sóng
Với chiều cao sóng H=0.5m, đƣờng kính hạt trung bình của trầm tích theo kết quả phân tích thành phần hạt d50= 0.2mm, 𝝈𝑯 = 𝟎. 𝟓𝒎 thì hc=5.181m. Do đó, cƣờng độ chống cắt tại đáy:
𝝉𝒃 =𝟏 𝟐𝝆 𝟎. 𝟎𝟔 (𝐥𝐠( 𝟏𝟐𝒉𝒄 𝟐. 𝟓 ∗ 𝒅𝟓𝟎))𝟐 . 𝑼𝟐 =𝟏 𝟐. 𝟏𝟎𝟐𝟓 𝟎. 𝟎𝟔 (𝐥𝐠(𝟏𝟐 ∗ 𝟓. 𝟏𝟖𝟏𝟐. 𝟓 ∗𝟎. 𝟐 ))𝟐 = 𝟐. 𝟎𝟗 ( 𝑵 𝒎𝟐) Do đó: 𝜽 = 𝝉𝒃 𝝆𝒔 − 𝝆 . 𝒈. 𝒅𝟓𝟎 = 𝟐. 𝟎𝟗 𝟐𝟔𝟓𝟎 − 𝟏𝟎𝟐𝟓 ∗ 𝟗. 𝟖𝟐 ∗ 𝟎. 𝟐 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟔𝟓𝟓 * Thông số Shields tới hạn c đƣợc tra từ biểu đồ Shields
Với hệ số 𝑺 =𝒅𝟓𝟎. 𝚫−𝟏 .𝒈.𝒅𝟓𝟎
𝟒.𝝊 Δ: tỷ trọng của cát 𝚫 = 𝝆𝒔𝝆 s= 2650kg/m3
υ: hệ số động học dòng chảy, υ= 10-6 m2/s Từ hệ số S tra trên biểu đồ Shields đƣợc c.
Với chiều cao sóng H=0.5m, đƣờng kính hạt trung bình của trầm tích theo kết quả phân tích thành phần hạt d50= 0.2mm, thì S=2.79. Tra trên biểu đồ Shields đƣợc c=0.052
Nhƣ vậy: =0.00065< c=0.052 nên với chiều cao sóng bằng 0.5m, không vận chuyển đƣợc trầm tích từ ngoài biển vào bờ.
Vì vậy, khi tính lƣợng bùn cát vận chuyển dọc bờ, ta không tính đến ảnh hƣởng của sóng có chiều cao <1m.
Dựa kết quả tính toán (xem chi tiết tại phụ lục), nhận thấy rằng lƣợng vận chuyển bùn cát dọc bờ phụ thuộc rất nhiều vào hƣớng sóng và hƣớng dòng chảy. Tại khu vực cứu, trong thời gian từ tháng 11- tháng 04, với tổng hai hƣớng sóng xuất hiện chủ yếu là sóng hƣớng Bắc (tần suất 24.3%) và sóng Đông Bắc (57.3%)
đã vận chuyển một lƣợng bùn cát dọc bờ dịch chuyển từ hƣớng Bắc xuống Nam là 572333m3/năm. Các hƣớng sóng khác xuất hiện với tần số rất thấp, và chỉ xuất hiện với chiều cao rất nhỏ nên không có khả năng vận chuyển bùn cát vào bờ. Trong thời gian từ tháng 6-tháng 10, lƣợng bùn cát chủ yếu đƣợc đƣa từ hƣớng Nam lên phía Bắc với hai hƣớng sóng chủ yếu chiếm tần suất lớn là: sóng hƣớng Nam với lƣu lƣợng 5108m3/năm và sóng hƣớng Tây Nam vận chuyển 441680m3/năm.
Trƣớc khi xây kè, trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc với vận tốc dòng chảy trung bình 71cm/s, tần suất 57.3%, sóng và dòng chảy hƣớng Đông Bắc vận chuyển một lƣợng bùn cát đáng kể khoảng từ phía Bắc xuống phía Nam gây xói lở mạnh mẽ phía khu vực cửa Đề Gi, và bồi lấp ở phía Nam cửa.Trong thời kỳ gió mùa Tây Nam thì cơ chế bồi tụ- xói lở diễn ra ngƣợc lại. Quá trình bồi tụ- xói lở trong giai đoạn này diễn ra xen kẽ theo mùa tại mỗi khu vực.
Sau khi xây kè, phần lớn lƣợng bùn cát vận chuyển từ phía Nam lên phía Bắc đƣợc giữ lại gây bồi lấp ở phía Nam cửa Đề Gi, ngay sát chân kè. Trên bản đồ và ảnh vệ tinh có thể dự đoán đƣợc chiều dài đoạn bồi lấp từ bờ ra phía ngoài biển là 400m. Phần còn lại đƣợc sóng và dòng chảy tiếp tục vận chuyển lên phía Bắc. Trong khi đó lƣợng bùn cát vận chuyển từ phía Bắc xuống phía Nam thì đã bị giữ phần lớn ở phía Bắc mũi Vĩnh Lợi, tham gia không đáng kể vào quá trình biến đổi đƣờng bờ trong khu vực cửa Đề Gi.