Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tổng quan về đê ngầm phá sóng và tình hình nghiên cứu đê ngầm ở Việt Nam và trên Thế giới. Ứng dụng thiết kế đê ngầm bảo vệ bờ biển Phú Nhuận - Thừa Thiên Huế

Chia sẻ: Bobietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài làm rõ cơ chế bảo vệ bờ biển của đê ngầm là thông qua sự tác động trực tiếp của công trình vào yếu tố cơ bản nhất là sóng biển, không hoàn toàn phòng ngự bị động nhƣ loại công trình gia cố bờ, cũng không chỉ dựa vào việc chờ đợi xử lý sản phẩm của sóng là bùn cát ven bờ của loại công trình mỏ hàn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tổng quan về đê ngầm phá sóng và tình hình nghiên cứu đê ngầm ở Việt Nam và trên Thế giới. Ứng dụng thiết kế đê ngầm bảo vệ bờ biển Phú Nhuận - Thừa Thiên Huế

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Khoa Công trình T.S Lê Thị Hƣơng Giang TỔNG QUAN VỀ ĐÊ NGẦM PHÁ SÓNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÊ NGẦM Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ĐÊ NGẦM BẢO VỆ BỜ BIỂN PHÚ NHUẬN-HUẾ ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG HảI PHÒNG, THÁNG 05 NĂM 2016 i
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.....................................................................................iv DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................vi CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU ...............................................................................................7 1.1 Phần mở đầu .....................................................................................................7 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................7 1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................7 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................8 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..........................................................................8 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐÊ NGẦM PHÁ SÓNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÊ NGẦM Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI ................................ 9 2.1 Tổng quan về đê ngầm phá sóng ......................................................................9 2.1.1 Định nghĩa đê ngầm ..................................................................................9 2.1.2 Quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng qua đê ngầm ...................................11 2.2 Ứng dụng đê ngầm phá sóng trên Thế giới và ở Việt nam .............................15 2.2.1 Ứng dụng đê ngầm trên thế giới .............................................................. 15 2.2.2 Ứng dụng đê ngầm giảm sóng ở Việt Nam .............................................34 2.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu đê ngầm giảm sóng trong và ngoài nƣớc ...35 2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ............................................................35 2.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc ...........................................................38 CHƢƠNG 3 ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ĐÊ NGẦM BẢO VỆ BỜ BIỂN PHÚ NHUẬN - HUẾ .............................................................................................................42 3.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................42 3.2 Xác định chức năng thiết kế của đê ngầm ......................................................43 3.3 Xác định mặt cắt ngang đê ngầm ....................................................................44 3.3.1 Bề rộng đỉnh đê .......................................................................................44 3.3.2 Xác định mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng bão .............44 3.3.3 Xác định mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng trong điều kiện thƣờng ............................................................ Error! Bookmark not defined. 3.4 Xác định cao trình đỉnh đê ngầm ....................................................................45 ii
3.5 Áp dụng tính toán lựa chọn kích thƣớc mặt cắt ngang đê ngầm Phú Thuận – Thừa Thiên Huế .........................................................................................................46 3.5.1 Hiện trạng khu vực công trình .................................................................46 3.5.2 Thiết kế mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng trong bão .....46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................. Error! Bookmark not defined. iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Một số dạng kết cấu đê ngầm bảo vệ bờ ..........................................................9 Hình 2.2 Bố trí công trình đê ngầm giảm sóng .............................................................10 Hình 2.3 Các dạng công trình đỉnh thấp thông dụng.....................................................11 Hình 2.4 Cơ chế giảm sóng ...........................................................................................11 Hình 2.5 Nhiễu xạ và khúc xạ sóng trong vùng giữa hai đê .........................................12 Hình 2.6 Quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng qua đê ngầm ..........................................12 Hình 2.7 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hƣởng của bãi nông (TAW-2002) ..13 Hình 2.8 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hƣởng của dải cát (sand bar) ngầm trên bãi (Eldeberky and Battjes, 1996) ..................................................................................14 Hình 2.9 Tiêu năng trong sóng vỡ tƣơng tự nhƣ nƣớc nhảy .........................................14 Hình 2.10 Biểu tƣợng (logo) của trƣờng Đại học Bách khoa ..... Error! Bookmark not defined. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Cách định dạng lề giấy ................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 2.2 Tóm tắt các kiểu định dạng (style) cho các đề mục ..... Error! Bookmark not defined. v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers APA American Psychological Association vi
CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Phần mở đầu Đê biển là một hệ thống công trình đƣợc xây dựng để bảo vệ cho vùng đất phía sau, phục vụ cho các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội. Đặc điểm khác biệt nổi bật giữa đê biển và đê sông là sự tác động của sóng. Sự tác động của sóng lớn làm tăng chi phí đầu tƣ xây dựng đê biển. Nếu tác động của sóng giảm dẫn đến đầu tƣ xây dựng đê biển sẽ giảm. Do vậy đã có rất nhiều nghiên cứu đến các biện pháp để ngăn cản hoặc giảm sự tác động của sóng lên đê biển nhƣ: kè mỏ hàn, trồng rừng ngập mặn, tƣờng phá sóng, đê phá sóng,.... trong đó phải kể đến một biện pháp vừa đảm bảo mỹ quan, vừa có hiệu quả giảm sóng rất tốt, lại vừa có khả năng gây bồi tạo bãi – đó là công trình đê ngầm giảm sóng. Trên thế giới việc nghiên cứu và áp dụng đê ngầm giảm sóng (submerged breakwater) nhằm giảm tác động của sóng đƣợc nhiều nƣớc triển khai nhƣ: Nhật Bản, Anh, Ai Cập, Italia, Ba Lan, Thái Lan, Hàn Quố.... Đê ngầm ngoài tác dụng bảo vệ bờ biển, đê biển, chúng còn có cả tác dụng làm bến cảng, bảo vệ bến cảng, tạo bãi bồi. Hiệu quả của đê ngầm phụ thuộc rất nhiều vào đặc trƣng của sóng biển và độ sâu mực nƣớc biển ở vị trí xây dựng đê ngầm. Để kế thừa kinh nghiệm xây dựng của các nƣớc tác giả đã giới thiệu một số công trình đê ngầm đã sử dụng trên thế giới và những công trình bảo vệ bờ biển ở Việt Nam. Đặc điểm về sóng biển và tổng quan về đê ngầm giảm sóng trên thế giới và Việt Nam đƣợc trình bày sau đây sẽ đƣa ra toàn cảnh về công trình, hiệu quả công trình. Từ đó phân tích, đánh giá và đề xuất áp dụng vào bảo vệ bờ biển Việt Nam. Trong bối cảnh nhƣ vậy tác giả nghiên cứu đề tài “Tổng quan về đê ngầm phá sóng và tình hình nghiên cứu đê ngầm ở Việt Nam và trên Thế giới. Ứng dụng thiết kế đê ngầm bảo vệ bờ biển Phú Nhuận - Thừa Thiên Huế”. 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu Bằng phƣơng pháp nghiên cứu thống kê, tác giả phân tích tổng hợp một cách khoa học đƣa ra các công trình đê ngầm đã đƣợc xây dựng cũng nhƣ các phƣơng pháp tính toán dạng đê này ở trong và ngoài nƣớc. 1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Đê ngầm và hiệu quả giảm sóng của chúng. Phạm vi nghiên cứu: 7
Đê ngầm xây dựng trên bãi đê thuộc vùng Bắc Trung Bộ. 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phƣơng pháp thống kê, kế thừa có chọn lọc, phân tích, tính toán để đạt đƣợc mục đích nghiên cứu. 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Đề tài làm rõ cơ chế bảo vệ bờ biển của đê ngầm là thông qua sự tác động trực tiếp của công trình vào yếu tố cơ bản nhất là sóng biển, không hoàn toàn phòng ngự bị động nhƣ loại công trình gia cố bờ, cũng không chỉ dựa vào việc chờ đợi xử lý sản phẩm của sóng là bùn cát ven bờ của loại công trình mỏ hàn. - Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài đã thống kê một cách tổng quan đƣợc hệ thống đê ngầm trên thế giới cũng nhƣ các phƣơng pháp tính toán loại công trình này. Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho các trung tâm tƣ vấn thiết kế, đào tạo. 8
CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐÊ NGẦM PHÁ SÓNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÊ NGẦM Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 2.1 Tổng quan về đê ngầm phá sóng 2.1.1 Định nghĩa đê ngầm Đê ngầm giảm sóng là một biện pháp vừa đảm bảo mỹ quan lại vừa có hiệu quả giảm sóng rất tốt. Tuy nhiên dạng công trình này cũng tác động tới quá trình vận chuyển bùn cát và diễn biến đƣờng bờ. Đê ngầm có thể xây dựng theo cấu trúc đơn (Hình 2.1a) hoặc phân đoạn (Hình 2.1b). Cấu trúc đơn đƣợc sử dụng để bảo vệ một đoạn đƣờng bờ nhỏ, giải pháp đê phân đoạn đƣợc áp dụng để bảo vệ một dải đƣờng bờ rộng lớn hơn. §ª ngÇm ®éc lËp A A mÆt c¾t a-a HÖ thèng ®ª ngÇm ph©n ®o¹n B B mÆt c¾t B-B hÖ thèng ®ª ngÇm kÕt hîp víi kÌ má hµn ®Ønh thÊp C C mÆt c¾t c-c Hình 2.1 Một số dạng kết cấu đê ngầm bảo vệ bờ 9
Hình 2.2 Bố trí công trình đê ngầm giảm sóng Đê ngầm đơn (Hình 2.1a) thƣờng đƣợc xây dựng ở vùng có độ sâu trên 3÷4m với mục tiêu giảm xói lở, đồng thời tạo khu vực bảo vệ (khu vực bãi tắm, các hoạt động vui chơi giải trí) hoặc khu neo đậu tàu thuyền. Hình 2.1c mô tả hệ thống đê phân đoạn, khoảng cách giữa các phân đoạn đê nhỏ. Mục đích của các công trình đỉnh thấp hoặc ngầm là giảm tải thuỷ lực ở một mức độ nhất định để duy trì bờ biển ở trạng thái cân bằng động. Để đạt đƣợc mục tiêu này, chúng đƣợc thiết kế cho phép năng lƣợng sóng đƣợc truyền qua công trình ở mức độ nhất định dƣới dạng tràn qua đỉnh và xuyên qua cấu trúc rỗng của thân (đập phá sóng đỉnh nhô) hoặc làm vỡ và tiêu tan năng lƣợng sóng truyền qua đỉnh ngập (đê ngầm giảm sóng, thùng chìm tiêu sóng). Đê ngầm thƣờng sử dụng vật liệu đá, cấu kiện bê tông đƣợc sử dụng cho lớp áo ngoài, tuy nhiên gần đây các nhà nghiên cứu đã cho xây dựng đê ngầm bằng Geotube, hay nghiên cứu ra các dạng cấu kiện cấu tạo đê ngầm với mục đích tăng khả năng giảm sóng, tăng độ ổn định, cho phép sinh vật dƣới biển cƣ ngụ trong cấu kiện, bảo vệ môi trƣờng,… 10
Hình 2.3 Các dạng công trình đỉnh thấp thông dụng 2.1.2 Quá trình tiêu hao năng lượng sóng qua đê ngầm Đê ngầm có thể đƣợc thiết kế để giảm xói lở, bảo vệ bờ biển, hoặc để tái tạo bãi hay hình thành một bãi biển mới. Dạng công trình này phân tán năng lƣợng sóng tới trực tiếp trên kết cấu, tạo hiệu ứng phản xạ và truyền năng lƣợng sóng này do hiện tƣợng nhiễu xạ vào trong vùng khuất sau đê (xem Hình 2.4). Phần năng lƣợng sóng tiêu hao lớn nhất là qua cơ chế sóng vỡ, thứ hai là phần năng lƣợng sóng phản xạ và cuối cùng là phần năng lƣợng sóng tiêu hao qua cơ chế dòng chảy qua môi trƣờng rỗng. Năng lƣợng sóng cũng tiêu hao một phần do nhiễu xạ và khúc xạ trong khu vực xung quanh đầu đê (xem Hình 2.5). Hình 2.4 Cơ chế giảm sóng 11
Hình 2.5 Nhiễu xạ và khúc xạ sóng trong vùng giữa hai đê Các quá trình vật lý liên quan đến sự tƣơng tác sóng biển tại đê ngầm là rất phức tạp. Sự phức tạp phát sinh từ: sự biến đổi phức tạp của sóng biển và quá trình vật lý liên quan đến sự tƣơng tác của sóng biển với bề mặt và kết cấu của đê ngầm. Sự tƣơng tác có tính chất qua lại và làm thay đổi mức độ và tỷ lệ chuyển đổi sóng tại đê ngầm, từ đó định nghĩa hệ số truyền sóng, thành phần sóng phản xạ và phần năng lƣợng sóng tiêu hao. Hình 2.6 Quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng qua đê ngầm Các quá trình vật lý cơ bản tại đê ngầm có thể đƣợc chia thành ba khu vực: Khu vực 1 (Hình 2.6): Sóng truyền từ vùng nƣớc sâu gặp mái đê ngầm, độ sâu nƣớc thay đổi, hiệu ứng nƣớc nông xảy ra ở khu vực này. Một phần sóng bị phản xạ về phía biển, một phần bị “hấp thụ” vào đê ngầm (nếu đê ngầm làm bằng đá đổ hay vật liệu thấm nƣớc), một phần ma sát với mái của đê ngầm (đặt biệt là mái đê ngầm trải cấu kiện tiêu sóng hoặc cấu kiện có độ gồ gề), phần còn lại tiếp tục đƣợc truyền vào khu 12
vực 2. Sự tiêu tán sóng ở khu vực 1 này phụ thuộc vào độ sâu của ngập nƣớc của đê ngầm và phần nào phụ thuộc vào độ dốc của mái phía ngoài của đê ngầm cũng nhƣ phụ thuộc vào đặc tính sóng truyền qua đỉnh đê ngầm. Khu vực 2 (Hình 2.6): Tại khu vực này năng lƣợng sóng bị tiêu hao một phần do ma sát trên đỉnh đê ngầm. Tuy nhiên khi đƣợc truyền từ khu vực 1 sang khu vực 2 do chiều sâu nƣớc giảm đột ngột sẽ dẫn đến hiện tƣợng sóng vỡ. Sự tiêu tán năng lƣợng này phụ thuộc nhiều vào chiều cao mức nƣớc trên đỉnh đê và bề rộng đỉnh đê. Vì đê chắn sóng cho phép nƣớc thấm qua thân đê nên dòng chảy tầng, dòng chảy rối trong đê cũng gây ra sự tiêu hao một phần năng lƣợng sóng. Sự giảm năng lƣợng sóng ở vùng này phụ thuộc nhiều vào độ ngập nƣớc của đê ngầm, bề rộng đỉnh đê, cấu trúc của lớp vật liệu cấu tạo đỉnh và thân đê. Khu vực 3 (Hình 2.6): sóng từ khu vực 2 đƣợc chuyển sang khu vực 3, chiều sâu nƣớc thay đổi đột ngột, chuyển sang vùng nƣớc sâu hơn. Tại khu vực 3 này chiều cao sóng giảm đồng thời chu kỳ sóng cũng giảm. Hình dạng, cấu tạo của đê ngầm và độ sâu mực nƣớc phía trong đê có thể ảnh hƣởng đến sự chuyển đổi sóng; năng lƣợng sóng phản xạ và năng lƣợng sóng tiêu hao. Ngoài ra, còn có quá trình tán xạ làm biến đổi phổ sóng (chuyển dịch năng lượng sóng giữa cái dải tần số), đặc biệt khi vào vùng nƣớc nông hay khi gặp vật cản nhƣ đê ngầm (Hình 2.7 và Hình 2.8). Quá trình biến đổi phổ sóng có ảnh hƣởng gián tiếp đến mức độ tiêu hao năng lƣợng sóng ở vùng nƣớc nông bởi vì với dải sóng dài (tần số thấp) thì mức độ tiêu hao năng lƣợng ít hơn so với dải sóng ngắn (tần số cao). Hình 2.7 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hƣởng của bãi nông (TAW-2002) 13
Hình 2.8 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hƣởng của dải cát (sand bar) ngầm trên bãi (Eldeberky and Battjes, 1996) Cuộn sóng mặt c r b Hình 2.9 Tiêu năng trong sóng vỡ tƣơng tự nhƣ nƣớc nhảy Trong các quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng thì sóng vỡ là quá trình tiêu tán năng lƣợng sóng lớn nhất. Hiện tƣợng sóng vỡ xảy ra khi sóng biến hình trong nƣớc nông làm gia tăng chiều cao sóng và do đó độ dốc sóng vƣợt quá ngƣỡng giới hạn ổn định hình dạng dẫn đến sóng vỡ (đặc biệt lƣu ý tránh nhầm lẫn giữa sóng vỡ với tiêu tán năng lƣợng do ma sát đáy, tiêu hao năng lƣợng do ma sát đáy chỉ chiếm một tỷ trọng rất nhỏ, có thể nói là không đáng kể trong toàn bộ quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng). Khi sóng vỡ xảy ra thì vận tốc của các phần tử nƣớc ở phía trên đầu sóng trở nên lớn hơn so với vận tốc của đầu sóng và do vậy xảy ra hiện tƣợng cuộn sóng mặt (Hình 2.9). Tiêu hao năng lƣợng trong sóng vỡ đƣợc mô tả một cách tƣơng tự nhƣ tiêu hao năng lƣợng trong nƣớc nhảy (xem Battjes và Janssen, 1978 và 2008). Quá trình lan truyền sóng vào bờ với sự có mặt của đê ngầm phá sóng thì cũng xảy ra các hiện tƣợng và quá trình vật lý cơ bản nhƣ đã đề cập ở trên. Tuy nhiên quá trình sóng vỡ xảy ra mạnh mẽ hơn hay nói cách khác là chiều cao sóng sẽ suy giảm mạnh do bên cạnh ảnh hƣởng của bãi đê còn có sự suy giảm độ sâu cục bộ tại vị trí của đê ngầm. Tính chất sóng (chiều cao, dạng phổ sóng hoặc chu kỳ sóng đặc trưng) do đó cũng có sự thay đổi đáng kể sau khi qua đê ngầm. 14
Nhƣ đã đề cập ở trên trong quá trình truyền sóng thì sự suy giảm chiều cao sóng (hay là tiêu hao năng lượng sóng) chủ yếu gây ra bởi sóng vỡ khi vào vùng nƣớc nông. Khác với đê cao có nhiệm vụ chắn sóng, với công trình ngập nƣớc (cản, phá sóng) nhƣ đê ngầm thì quá trình dẫn đến tiêu hao năng lƣợng sóng chủ yếu vẫn là sóng vỡ xảy ra ở tầng nƣớc sát mặt phía trên bụng sóng (xem Battjes and Janssen, 1978; Stive and De Vriend, 1994). Tiêu hao năng lƣợng sóng do ma sát tiếp xúc với đáy cũng chỉ là thứ yếu. 2.2 Ứng dụng đê ngầm phá sóng trên Thế giới và ở Việt nam 2.2.1 Ứng dụng đê ngầm trên thế giới Với nhiều ƣu điểm, đê ngầm đã sớm đƣợc nghiên cứu, áp dụng ở nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ: Vƣơng quốc Anh, Nhật Bản, Ai Cập, Italia, Hàn Quốc, Ba Lan, Mexico, Hà Lan, Malaysia…. 2.2.1.1 Đê ngầm tại Vương quốc Anh Hình 2.10 Biển Palling, Norfolk Hình 2.11 Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex Bờ biển Elmer nằm ở phía nam bờ biển của vƣơng quốc Anh, là một đoạn bờ biển thẳng, nằm giữa Bognor Regis và Littlehampton. Elmer nằm trong vùng bán nhật triều. Mực nƣớc triều trung bình cao là khoảng 5,3 m, Mực nƣớc triều chân triều thấp nhất là 2,9 m. Đỉnh triều lớn nhất có thể lên tới 6m. Khoảng 30 cm trên bề mặt đáy, vận tốc triều tối đa là 1m/s (trong thời kỳ triều cƣờng), dòng triều theo hƣớng Đông Tây ở khu vực ngoài khơi. Một hệ thống gồm 8 đê chắn sóng song song với đƣờng bờ đƣợc xây dựng từ năm 1991-1993, khu vực giữa hệ thống công trình này và bờ biển là các bãi trầm tích. 8 đê chắn sóng có kích thƣớc khác nhau do phụ thuộc vào vị trí xây dựng chúng. Hệ thống công trình đê chắn sóng này nổi khi thủy triều thấp và ở trạng thái 15
bán ngập khi thủy triều cao. Sau khi xây dựng hệ thống này, đã không những hạn chế đƣợc xói lở bờ biển mà còn hình thành các salient ở phía sau đê ngầm. Hình 2.12 Các dạng cắt ngang chính đƣợc xem xét trong quá trình thiết kế 8 đê chắn sóng Elmer, Vƣơng quốc Anh 2.2.1.2 Đê ngầm tại Nhật Bản Việc xây dựng đê chắn sóng và đặc biệt là đê ngầm rất phổ biến tại Nhật Bản, công trình đê ngầm đầu tiên đƣợc xây dựng từ thập niên 70, sau đó có rất nhiều các dự án nghiên cứu mở rộng đã đƣợc thực hiện. Do hiệu quả giảm sóng mà đê ngầm mang lại đáp ứng đƣợc nhiều mục đích nhƣ bảo vệ bờ biển, thân thiện với môi trƣờng, tính thẩm mỹ,… nên đã có khá nhiều các nghiên cứu về việc lựa chọn kết cấu đê ngầm theo hƣớng thân thiện với môi trƣờng sinh thái lý tƣởng cho mục đích lợi dụng tổng hợp vùng bảo vệ ven biển. Trong những năm gần đây, Nhật Bản quan tâm rất nhiều đến vấn đề môi trƣờng biển (Nakayama, 1993). Điều này đã dẫn đến sự phát triển của các dải đê ngầm thân thiện với môi trƣờng bờ biển. Một ví dụ về kết cấu dải đê ngầm là Aquareef, đƣờng bờ đƣợc bảo vệ bởi các khối Aqua (Hình 2.13, Hình 2.14). Nghiên cứu đầu tiên đƣợc thực hiện 16
bởi Asakawa và Hamaguchi vào năm 1991, trong nghiên cứu này, các tính toán thực hiện trong điều kiện sóng thƣờng. Đặc điểm và tác dụng của khối Aqua đƣợc nêu chi tiết trong nghiên cứu của Hirose, 2002. Gần đây kết cấu này đƣợc tiếp tục nghiên cứu mở rộng trong điều kiện sóng ngẫu nhiên, xem xét đến các yếu tố ảnh hƣởng tới sự lan truyền sóng qua thân đê và sự ổn định của công trình. Các yếu tố ảnh hƣởng này đƣợc nghiên cứu với các tổ hợp sóng khác nhau. Kết quả nghiên cứu là xây dựng đƣợc mối quan hệ giữa các thông số ảnh hƣởng tới quá trình truyền sóng, bao gồm hệ số truyền sóng Ht/H1/3 và chiều dài sóng tƣơng đối B/L1/3, chiều cao sóng Ht, chiều cao sóng H1/3 và bƣớc sóng L1/3, B là bề rộng đỉnh đê. Ở Nhật Bản, một số đê ngầm đã đƣợc xây dựng và đƣa vào hoạt động. Hình 2.13 Khối Aqua Hình 2.14 Đê ngầm sử dụng khối Aqua ở Nhật Bản [14] Trận động đất và sóng thần ngày 11/3/2011 tại Nhật Bản đã gây ra thiệt hại nặng nề. Ba tỉnh miền đông bắc Nhật Bản và nhiều tỉnh lân cận chịu thiệt hại nặng nề với 16.000 ngƣời chết và hàng nghìn ngƣời mất tích, hƣ hại các lò phản ứng và hệ thống làm mát của nhà máy điện hạt nhân Fukushima I, dẫn tới các vụ nổ tại cơ sở này. Đây đƣợc coi là một thảm họa hạt nhân tồi tệ nhất thế giới kể từ sau vụ Chernobyl năm 1986. Để giảm thiểu các thiệt hại do sóng thần, một dự án đê ngầm đã đƣợc triển khai tại thành phố Kainan, quận Wakayama, miền tây Nhật Bản vào tháng 9/2012. 17
Hình 2.15 Thi công đê ngầm bằng ống thép tại Nhật Bản Các ống thép rộng 3m, dài 30m đƣợc đóng xuống biển với độ ngập nƣớc 13m. Độ ngập này cho phép tàu thuyền di chuyển tự do vào vùng phía sau đê ngầm. Khi xảy ra trận động đất lớn, các ống thép này sẽ nổi lên và giảm thiểu năng lƣợng sóng thần, từ đó giảm thiếu đƣợc thiệt hại do sóng thần gây ra. Đây là địa điểm đầu tiên thực hiện xây dựng thí điểm loại hình đê ngầm giảm thiệt hại sóng thần. 2.2.1.3 Đê ngầm tại Ai cập Với mục đích bảo vệ bờ và giảm thiểu xói lở, một hệ thống đê ngầm đã đƣợc xây dựng dọc theo phần phía Đông của bờ biển Alexandria. Hệ thống đê ngầm này gồm: một đê ngầm chính và hai phân đoạn đê ở hai bên, khoảng cách từ hệ thống công trình tới bờ biển khoảng 150m-300m. Tổng chiều dài của đê ngầm là khoảng 3000 mét, đƣợc xây dựng trong khu vực có phạm vi độ sâu mực nƣớc biển từ 2,5-8,5 m. Bề rộng đỉnh đê ngầm là 36m trong khu vực có độ sâu 3÷5m, và đỉnh đê rộng 46 m ở khu vực có độ sâu 8,5m. Các đê ngầm có cao trình đỉnh thấp hơn mực nƣớc biển thấp nhất là 0,5m – đây là khoảng cách tối thiểu mà đảm bảo tính hiệu quả của đê ngầm và đảm bảo tốt nhất việc lƣu thông dòng chảy với vùng đƣợc đê ngầm bảo vệ. Đê đƣợc bảo vệ ở cả mái phía biển và mái phía bờ, vật liệu bảo vệ chủ yếu là đá tự nhiên có khối lƣợng 10÷300kg và cấu kiện Tetrapode. Độ dốc mái đê phía biển và phía bờ là 1:2; 1:3; 1:5 để đảm bảo tính ổn định của công trình chắn sóng. Tại khu vực có độ sâu 3÷5m, mái phía biển đƣợc bảo vệ bởi 2 hai lớp Tetrapod nặng 3 tấn, mái phía bờ đƣợc bảo vệ bởi khối bê tông nặng 5 tấn. Trong khu vực độ sâu 8,5 mét, mái phía biển đƣợc bảo vệ bởi cấu kiện Tetrapod nặng 5 tấn và hai lớp bê tông đá. 18
Hình 2.16 Hiệu quả của đê ngầm đƣợc xây dựng ở khu vực có độ sâu mực nƣớc 8,5 m trong một cơn bão Đê ngầm dài 220 m ở khu vực có mực nƣớc biển sâu 8 m đƣợc hoàn thành năm 2006, đến tháng 7/2007 toàn bộ hệ thống đê ngầm đã đƣợc hoàn thiện và đi vào hoạt động. Sau khi hệ thống đê ngầm đƣợc hoàn thành, một dự án theo dõi đánh giá hiệu quả của đê ngầm cũng đƣợc triển khai. Qua quá trình theo dõi hiệu quả làm việc của hệ thống đê ngầm ở đây, các nhà nghiên cứu đã kết luận rằng hệ thống đê ngầm tại khu vực bờ biển Alexandria đã mang lại hiệu quả bảo vệ bờ đáng kinh ngạc: không có hiện tƣợng xói lở bờ, công trình ổn định trong điều kiện mƣa bão, chất lƣợng nƣớc trong khu vực đƣợc đảm bảo, chiều cao sóng không vƣợt quá 0,5m… Trước khi xây dựng đê ngầm Sau khi xây dựng đê ngầm Hình 2.17 Hiệu quả tái tạo bờ biển của hệ thống đê ngầm ở các bãi biển Mandra, Alexandria, Ai Cập 19
Trước khi xây dựng đê ngầm Sau khi xây dựng đê ngầm Hình 2.18 Hiệu quả tái tạo bờ biển của hệ thống đê ngầm ở các bãi biển Miamy, Alexandria, Ai Cập Trước khi xây dựng đê ngầm Sau khi xây dựng đê ngầm Hình 2.19 Hiệu quả tái tạo bờ biển của hệ thống đê ngầm ở các bãi biển Motaza, Alexandria, Ai Cập Trước khi xây dựng đê ngầm Sau khi xây dựng đê ngầm Hình 2.20 So sánh giữa chất lƣợng nƣớc trƣớc và sau khi xây dựng đê chắn sóng chìm, Alexandria, Ai Cập 20