Hiệu quả giảm sóng của giải pháp công trình mềm vùng ven biển nhằm bảo vệ bãi và đê biển

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> HI ỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH MỀM<br /> VÙNG VEN BI ỂN NHẰM BẢO VỆ BÃI VÀ ĐÊ BIỂN<br /> <br /> Doãn Tiến Hà, Mạc Văn Dân<br /> Phòng Thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Động lực học sông biển<br /> <br /> Tóm tắt: Đê giảm sóng dạng kết cấu mềm ngoài những chức năng chính là giảm sóng, chống<br /> xói lở, bảo vệ bãi, bờ biển thì chúng còn có ưu điểm là tận dụng được nguồn vật liệu tại địa<br /> phương và thân thiện với môi trường tự nhiên, đây là loại công trình đang ngày được nhân rộng<br /> và áp dụng nhiều vào thực tế. Bài báo sẽ trình bày kết quả thực nghiệm trên hệ thống bể sóng<br /> triều kết hợp nhằm đánh giá hiệu quả của công trình, từ đó làm luận cứ khoa học về việc bố trí<br /> hợp lý công trình đê giảm sóng có kết cấu mềm nhằm bảo vệ bờ biển ứng với điều kiện cụ thể ở<br /> khu vực ven biển Việt Nam.<br /> Từ khóa: Mô hình vật lý, đê phá sóng, Geotube<br /> <br /> Summary: Breakwaters form of soft texture in addition to the primary function is to reduce wave<br /> erosion prevention, beach, coastline protection, they also have the advantage is take advantage of<br /> local materials and sources friendly to the natural environment, this is the kind of works are to be<br /> replicated and applied much on reality. The article will present experimental results on the tidal<br /> wave system combined in order to evaluate the effectiveness of the work, hence the scientific<br /> arguments about the logical layout of the dyke structures rising waves of structure software aims to<br /> protect the coast in response to specific conditions in the coastal areas of Vietnam.<br /> Keywords: Physical Models, Breakwaters, Geotube<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU * (đá đổ, ống buy, hoặc khối bê tông đúc sẵn).<br /> Ở nước ta, loại sạt lở do kết hợp tác động trực Bên cạnh đó, những công trình này được xây<br /> tiếp của sóng vào bờ và tác dụng xâm thực bãi dựng phần đa dựa vào các tiêu chuẩn hiện<br /> biển chiếm một tỷ trọng đáng kể, gây hậu quả hành, tiêu chuẩn, sổ tay của các nước khác và<br /> rất nghiêm trọng, ảnh đến an toàn và phát triển kinh nghiệm của các chuyên gia. Hầu như<br /> kinh tế - xã hội, nên rất cần các giải pháp để không có những nghiên cứu một cách bài bản<br /> phòng tránh và bảo vệ bờ. trước khi tiến hành xây dựng. Các nghiên cứu<br /> liên quan đến dạng công trình này ở nước ta<br /> Đê giảm sóng (ĐGS) là loại công trình được vẫn còn rất ít, đơn lẻ và không có sự thống<br /> ứng dụng khá phổ biến trên thế giới nhằm nhất. M ột trong những ĐGS kết cấu mềm với<br /> giảm thiểu sự tác động của sóng biển vào đới tính năng giảm sóng, bảo vệ bờ biển mà đã<br /> ven bờ, bảo vệ bãi và bờ biển. Ở nước ta, tại được nhiều nước trên thế giới đưa vào áp dụng<br /> một số vùng ven biển như: Hải Phòng, Nam đó là công nghệ ống vải địa kĩ thuật (Geotube).<br /> Định, Thừa Thiên Huế, Thành phố Hồ Chí Cùng với sự ra đời của vải địa kỹ thuật sử<br /> M inh,... đã áp dụng các giải pháp này vào việc dụng sợi Polypropylene có khả năng chịu chọc<br /> bảo vệ bờ, bãi biển. Tuy nhiên, hầu hết các thủng đạt 2,67kN, tuổi thọ đạt trên 50 năm.<br /> giải pháp này là những dạng công trình cứng Ngoài thực tế loại công trình này đã được<br /> nghiên cứu thiết kế và ứng dụng thành công ở<br /> Ngày nhận bài: 29/4/2016 một số khu vực như: Refuge - Shallow Welder<br /> Ngày thông qua phản biện: 12/5/2016 Bay, Texas, USA; Amwaj Islands, Bahrain;<br /> Ngày duyệt đăng: 20/6/2016<br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 1<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Hàn Quốc; Trung Quốc;... - Ngoài ra còn một số tài liệu khác có liên<br /> Trong khoảng hơn 10 năm trở lại đây, ở một quan như bài báo khoa học, website,...<br /> số vùng ven biển nước ta đã có các giải pháp 2.2. Phương pháp, công cụ nghiên cứu<br /> mềm được đưa vào ứng dụng thay thế cho Phương pháp nghiên cứu chính là thí nghiệm<br /> những công trình dạng cứng, như: ven biển trên mô hình vật lý bể sóng triều kết hợp nhằm<br /> Thừa Thiên - Huế, Quảng Nam, Bình Thuận, đánh giá hiệu quả của đê giảm sóng mềm.<br /> Bà Rịa -Vũng Tàu,... Nhưng đa số các giải<br /> pháp này là hệ thống mỏ hàn vuông góc với Bể sóng triều kết hợp có kích thước 25m x<br /> bờ, với chức năng chính là ngăn dòng bùn cát, 34.5m x 1m, khu bể thí nghiệm có kích thước<br /> chống xói lở gây bồi, về hiệu quả giảm sóng là 12m x 24m.<br /> không nhiều. M ới đây, đầu năm 2015 tại ven M áy tạo sóng với 03 modul riêng biệt mô<br /> biển Hội An đã tiến hành thử nghiệm hệ thống phỏng được sóng đều và không đều với các<br /> đê giảm sóng mềm bằng ống vải địa kỹ thuật, dạng phổ điển hình như Jonswap và Pierson,…<br /> Tuy nhiên về hiệu quả và cơ sở khoa học cho với chiều cao sóng tối đa là 0,4m.<br /> việc bố trí hệ thống công trình này vẫn chưa 3. XÂY DỰNG VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH<br /> được rõ ràng, không có nghiên cứu trước khi<br /> xây dựng. 3.1. Loại mô hình và tỷ lệ mô hình<br /> <br /> Việc nghiên cứu thực nghiệm trên bể sóng Loại mô hình: M ô hình lòng cứng, chính thái.<br /> triều kết hợp sẽ đánh giá được hiệu quả giảm Việc mô phỏng tương tự các thông số về đơn<br /> sóng, bảo vệ bờ biển để từ đó làm luận cứ vị độ dài, thời gian, tần số, trọng lượng, diện<br /> khoa học về việc bố trí hợp lý công trình đê tích,… được thiết lập theo tiêu chuẩn Froude.<br /> giảm sóng có kết cấu mềm nhằm bảo vệ bờ Căn cứ kích thước về chiều dài bể, điều kiện<br /> biển ứng với các điều kiện cụ thể ở khu vực địa hình bãi thực tế và dự kiến các phương án<br /> ven biển Việt Nam. Đó là những nghiên cứu bố trí công trình thí nghiệm, sau khi phân tích,<br /> có ý nghĩa về khoa học và đáp ứng được đòi đánh giá nhiều loại tỷ lệ khác nhau, chọn tỷ lệ<br /> hỏi của nhu cầu thực tế hiện nay. mô hình về hình học là λL = λh = 30.<br /> 2. CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 3.2. Các thông số thí nghiệm trên mô hình<br /> NGHIÊN CỨU Các thông số đầu vào thí nghiệm bao gồm địa<br /> 2.1. Cơ sở dữ liệu hình bãi, tham số thủy lực (mực nước, sóng)<br /> - Các dữ liệu phục vụ nghiên cứu gồm có các và điều kiện công trình.<br /> tài liệu chuyên môn đã ban hành (sổ tay, tiêu a. Địa hình truyền sóng<br /> chuẩn, sách). Các báo cáo kết quả nghiên cứu Địa hình bãi thực tế tại khu vực ven biển Hội<br /> liên quan của các đề tài, dự án cả trong và An, tỉnh Quảng Nam. Địa hình đáy biển có độ<br /> ngoài nước; dốc điển hình ở khu vực nghiên cứu khoảng<br /> - Các số liệu phục vụ nghiên cứu: số liệu địa i = 1 %.<br /> hình (bình đồ tỷ lệ 1/5000 thực đo năm 2010 Phạm vi mô phỏng địa hình bờ biển L = 600m,<br /> tại Hội An, Quảng Nam), số liệu mực nước tương ứng trên mô hình là 20m. M ô hình được<br /> (tiêu chuẩn TKĐB năm 2012 của Bộ đắp bằng cát đầm chặt và trát bằng vữa xi<br /> NN&PTNT), số liệu sóng (số liệu thống kê từ măng cát vàng M 100, dày 2,5cm.<br /> 2010-2015 tại vùng nghiên cứu) và số liệu tra<br /> trong Tiêu chuẩn TKĐB năm 2012 của Bộ b. Phương án mặt bằng và kết cấu đê<br /> NN&PTNT; M ặt bằng các phương án công trình được thí<br /> <br /> 2 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> nghiệm lần lượt theo các nội dung sau: với đư ờng kính lần lượt là 1.0m; 2.0m và<br /> - Phương án bãi hiện trạng tại Hội An 3.0m. Chiều dài ống cát biến động từ 45m<br /> đến 120m.<br /> - Phương án đánh giá khoảng cách đê ngầm<br /> thay đổi: X = 100, 150 và 200m; Trong quá trình thí nghiệm so sánh hiệu quả<br /> của từng loại kết cấu, có đề xuất ba dạng xếp<br /> - Phương án đánh giá góc công trình so với ống như trong hình 1.<br /> góc sóng tới là 75 độ;<br /> c. Thông số mực nước, sóng<br /> - Phương án khoảng cách so đường bờ là 50m;<br /> Thông số mực nước và sóng đầu vào được<br /> - Phương án chiều dài đê thay đổi L = 45m và lựa chọn, dựa trên tiêu chuẩn TCVN<br /> 120m; 9901:2014 Công trình thủy lợi - Yêu cầu<br /> - Phương án bố trí hai đê ngầm với chiều dài thiết kế đê biển, do Trung tâm Khoa học và<br /> 75m, khoảng cách so với bờ 100m, khe hở Triển khai kỹ thuật thủy lợi biên soạn, đã<br /> giữa hai đê 50m. được Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tại<br /> Quyết định số 3768/QĐ-BKHCN ngày 31<br /> tháng 12 năm 2014.<br /> Đối với mực nước lựa chọn tại vị trí mặt cắt<br /> 0 0<br /> chọn là M C46 (108 24’; 15 52’). Dựa trên<br /> bảng số liệu tần suất kết hợp với chuỗi số liệu<br /> mực nước nhiều năm tại trạm Hội An, lựa<br /> chọn 03 mực nước thí nghiệm chính tương ứng<br /> là mực nước trung bình nhiều năm, mực nước<br /> 10% và mực nước 5%, ứng với 03 giá trị d/H<br /> là 0.6; 0.8 và 1.0<br /> Hình 1. Kết cấu ống mềm<br /> Thông số sóng được lựa chọn dựa trên chuỗi<br /> sóng thống kê thực đo từ năm 2010 đến 2015<br /> - Phương án thực trạng công trình tại Hội An, tại khu vực nghiên cứu. Trong đó lựa chọn hai<br /> Quảng Nam. giá trị sóng đặc trưng là sóng trung bình nhiều<br /> Về kết cấu đê, sử dụng 03 dạng đê ống mềm năm (S1) và sóng tần suất 5% (S2).<br /> <br /> Bảng 1. Điều kiện sóng đầu vào thí nghiệm mô hình<br /> NGUYÊN HÌNH MÔ HÌNH 1/30<br /> 0<br /> N S óng S óng<br /> MN MN<br /> Hmo (cm) Tp (s) Hmo (cm) Tp (s)<br /> 1 300 11.23 10 2.05<br /> 2.5 0.08<br /> 2 100 7.79 3.33 1.42<br /> 3 300 11.23 10 2.05<br /> 88.5 2.95<br /> 4 100 7.79 3.33 1.42<br /> 5 300 11.23 10 2.05<br /> 106.6 3.55<br /> 6 100 7.79 3.33 1.42<br /> Thời gian thí nghiệm cho 01 kịch bản là 17 phút thỏa mãn yêu cầu số con sóng từ 500 đến 1000.<br /> tương ứng số con sóng thí nghiệm tính toán là 559,<br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 3<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định và bố trí mô hình hai nhóm, nhóm 1 liên quan đến các tham số<br /> M ô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định theo mặt bằng công trình, nhóm 2 là các tham số<br /> đúng các thông số yêu cầu của hệ thống. Các liên quan đến kết cấu công trình.<br /> đầu đo sóng và vận tốc được hiệu chỉnh và<br /> kiểm định theo đúng yêu cầu của nhà sản xuất.<br /> Sơ đồ bố trí đầu đo sóng và đầu đo vận tốc<br /> được cụ thể trong hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Các tham số công trình<br /> <br /> Trong thí nghiệm này khảo sát chi tiết các<br /> tham số liên quan bố trí mặt bằng bao gồm<br /> chiều dài công trình, hướng công trình, và vị<br /> trí đặt công trình như mô tả ở hình 3.<br /> Hình 2. Sơ đồ bố trí đầu đo 4.1.1. Ảnh hưởng của tham số vị trí công trình<br /> (khoảng cách X)<br /> 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU<br /> Để đánh giá được hiệu quả của công trình khi<br /> 4.1. Ảnh hưởng của các tham số công trình khoảng cách từ bờ đến công trình (X) thay đổi.<br /> tới trường sóng quanh công trình Thí nghiệm lựa chọn 4 giá trị X lần lượt X =<br /> Có ba loại công trình phổ biến trong bảo vệ bờ 50m, 100m, 150m và 200m. Xem xét trường<br /> biển là tường phá sóng, mỏ hàn chữ T và mỏ sóng và dòng chảy sau công trình tương ứng<br /> hàn biển. Các tham số cơ bản được chia làm với các vị trí công trình khác nhau.<br /> <br /> Bảng 2: Chiều cao sóng ứng với các trường hợp thì nghiệm trong điều kiện khoảng cách<br /> giữa công trình và đường bờ thay đổi từ 100m đến 200m<br /> <br /> Đi ều k i ện cô n g<br /> W0 1 W0 2 W0 3 W0 4 W0 5 W0 6 W0 7 Kt0 1 Kt0 2 Kt0 3 Kt0 4 Kt0 5 Kt0 6 KtT B<br /> trì n h<br /> 10. 34 8.5 0 8.6 9 8.6 2 8.7 3 7.5 8 7.6 0 0.8 2 0.8 4 0.8 3 0.8 4 0.7 3 0.7 3 0.8 0<br /> d / H=0. 8<br /> X=2 00 m 9.9 8 8.7 2 8.7 7 8.6 6 8.7 3 7.6 5 7.6 0 0.8 7 0.8 8 0.8 7 0.8 7 0.7 7 0.7 6 0.8 4<br /> d / H=0. 6 9.9 4 8.8 9 9.1 4 9.3 4 9.2 8 8.2 3 7.9 3 0.8 9 0.9 2 0.9 4 0.9 3 0.8 3 0.8 0 0.8 9<br /> d / H=0. 8 11. 23 7.8 6 8.2 2 8.0 3 7.7 2 6.8 7 7.7 9 0.7 0 0.7 3 0.7 1 0.6 9 0.6 1 0.6 9 0.6 9<br /> X=1 50 m 10. 25 9.0 9 9.0 5 8.9 3 9.3 1 7.9 0 9.3 3 0.8 9 0.8 8 0.8 7 0.9 1 0.7 7 0.9 1 0.8 7<br /> d / H=0. 6<br /> 10. 40 8.9 6 9.2 5 8.9 2 8.7 6 8.0 2 9.1 9 0.8 6 0.8 9 0.8 6 0.8 4 0.7 7 0.8 8 0.8 5<br /> 10. 99 7.9 4 8.0 1 7.6 0 7.6 4 6.8 8 7.2 8 0.7 2 0.7 3 0.6 9 0.7 0 0.6 3 0.6 6 0.6 9<br /> d / H=0. 8<br /> X=1 00 m 11. 18 7.8 5 7.9 4 7.4 1 7.4 9 7.0 9 7.1 4 0.7 0 0.7 1 0.6 6 0.6 7 0.6 3 0.6 4 0.6 7<br /> d / H=0. 6 11. 21 8.8 0 8.8 9 8.9 0 8.6 0 7.6 9 8.7 1 0.7 9 0.7 9 0.7 9 0.7 7 0.6 9 0.7 8 0.7 7<br /> X=5 0 m d / H=0. 6 10. 53 9.2 6 9.9 4 9.5 1 7.6 1 6.7 3 7.0 7 0.8 8 0.9 4 0.9 0 0.7 2 0.6 4 0.6 7 0.7 9<br /> Kết quả nhận thấy quy luật, khi tường ngầm càng trưng bằng phương trình tuyến tính như trên đồ<br /> xa bờ thì hệ số giảm sóng càng tăng, có thể đặc thị. Trong đó y là khoảng cách giữa tường ngầm<br /> <br /> <br /> 4 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> và đường bờ, x là hệ số giảm sóng. Đường thẳng = 0.054. Còn tại đầu số 5 và 6 hệ số tương<br /> màu xanh nét liền nằm trên đặc trưng cho trường quan trung bình khoảng R2 = 0.45.<br /> hợp d/H = 0.6, đường thẳng nét rời màu đen đặc Hệ số tương quan nhỏ như vậy, do chuỗi thí<br /> trưng cho trường hợp d/H = 0.8. nghiệm chưa đủ độ dài. Tuy nhiên, có thể dựa<br /> Khi xem xét kĩ mối quan hệ giữa vị trí đặt tường vào phương trình trên để xác định quy luật<br /> và chiều cao sóng khu vực gần bờ để làm cơ sở chung, cũng như là tài liệu tra cứu đối với<br /> cho việc lựa chọn tham số công trình. Kết quả những trường hợp thực tế có điều kiện tương<br /> tổng hợp và phân tích cho thấy. Khi công trình đương với điều kiện thí nghiệm.<br /> đặt quá xa, sẽ xảy ra hiện tượng khôi phục năng Vì vậy, không nên đặt công trình quá xa vì khi<br /> lượng sóng tang chiều cao sóng gần bờ. đó hiêu quả giảm sóng sẽ kém, mặt khác khi<br /> đặt công trình càng xa bờ, thì kinh phí thi công<br /> càng tăng lên. Vì vậy với kết quả thí nghiệm<br /> sóng này, xét trên khía cạnh đơn thuần về<br /> chiều cao sóng sát bờ, kiến nghị khoảng cách<br /> X không nên lớn hơn 150m.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Quan hệ giữa khoảng cách X với hệ số<br /> giảm sóng trung bình khi d/H = 0.6 và d/H = 0.8<br /> Khảo sát chiều cao sóng tại 03 đầu đo W5, W6<br /> và W7 cho thấy khi khoảng cách X tăng thì<br /> chiều cao sóng tại 03 đầu đo sát bờ cũng tăng Hình 5. Tương quan giữa khoảng cách với<br /> theo với 3 dạng phương trình tuyến tính như ở chiều cao sóng sát bờ khi d/H=0.6 và d/H=0.8<br /> hình 4. Tuy nhiên, hệ số tương quan giữa<br /> chiều cao sóng và khoảng cách công trình 4.1.2. Ảnh hưởng của tham số hướng sóng tới<br /> không lớn. Trường hợp tại đầu đo W7 hệ số R<br /> 2 so với công trình<br /> <br /> Bảng 3. Trường sóng và hệ số giảm sóng tại các vị trí sau công trình trong điều kiện thay<br /> đổi hướng sóng tới hợp với hướng công trình từ 600 đến 900<br /> Đi ều k iện cô ng trì n h W01 W02 W03 W04 W05 W06 W07 Kt01 Kt02 Kt03 Kt04 Kt05 Kt06 KtTB<br /> 3.46 3.33 3.15 2.97 3.37 3.20 3.07 0.96 0.91 0.86 0.97 0.92 0.89 0.92<br /> 3.61 3.53 3.21 2.96 3.52 3.26 3.01 0.98 0.89 0.82 0.97 0.90 0.83 0.90<br /> d/H=0.6<br /> 10.99 7.94 8.01 7.60 7.64 6.88 7.28 0.72 0.73 0.69 0.70 0.63 0.66 0.69<br /> Dir = 90 11.18 7.85 7.94 7.41 7.49 7.09 7.14 0.70 0.71 0.66 0.67 0.63 0.64 0.67<br /> 10.46 6.28 6.27 6.05 6.48 5.74 5.78 0.60 0.60 0.58 0.62 0.55 0.55 0.58<br /> d/H=0.8 4.28 3.44 3.30 2.76 3.36 3.10 2.92 0.80 0.77 0.64 0.79 0.72 0.68 0.73<br /> 3.42 2.83 2.71 2.47 2.88 2.55 2.61 0.83 0.79 0.72 0.84 0.75 0.76 0.78<br /> 3.08 2.98 2.60 2.53 2.82 2.67 2.71 0.97 0.85 0.82 0.92 0.87 0.88 0.88<br /> Dir = 75 d/H=0.8<br /> 9.87 6.40 6.32 5.82 6.45 5.82 6.00 0.65 0.64 0.59 0.65 0.59 0.61 0.62<br /> <br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 5<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Đi ều k iện cô ng trì n h W01 W02 W03 W04 W05 W06 W07 Kt01 Kt02 Kt03 Kt04 Kt05 Kt06 KtTB<br /> d/H=0.6 10.46 8.42 8.48 7.56 8.00 7.13 7.67 0.81 0.81 0.72 0.76 0.68 0.73 0.75<br /> d/H=0.6 11.03 8.56 8.46 7.94 8.17 7.31 7.75 0.78 0.77 0.72 0.74 0.66 0.70 0.73<br /> Dir = 60<br /> d/H=0.8 10.66 6.88 6.78 6.46 7.26 6.31 6.50 0.65 0.64 0.61 0.68 0.59 0.61 0.63<br /> <br /> hợp điển hình đại diện để xác định quy luật<br /> biến đổi giữa hướng sóng tới và hiệu quả giảm<br /> sóng của công trình.<br /> Kết quả thí nghiệm cho thấy, hiệu quả giảm<br /> sóng tốt nhất khi hướng sóng tới vuông góc<br /> với công trình. Hư ớng sóng tới càng lệch so<br /> với công trình, hiệu quả giảm sóng càng<br /> kém. Tương quan hình 6 sử dụng khi M N<br /> triều thấp, và Hmo>3.0m.<br /> Hình 6. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng và góc 4.1.3. Ảnh hưởng của tham số chiều dài công trình<br /> hợp giữa công trình với hướng sóng tới<br /> Chiều dài công trình là một tham số quan<br /> trọng ảnh hưởng tới hiệu quả giảm sóng gây<br /> Để đánh giá được hiệu quả giảm sóng của<br /> bồi của công trình. Trong thí nghiệm này, tiến<br /> công trình khi thay đổi hướng sóng tới, lựa<br /> hành thí nghiệm với 3 chiều dài công trình<br /> chọn các hướng sóng so với hương công trình<br /> 0 0 0 khác nhau lần lượt là L = 45m, L = 90m và L<br /> lần lượt là 90 , 75 và 60 . Dựa trên 18 liệt số<br /> = 120m. Kết quả thu được như trong bảng 4.<br /> liệu ứng với các biến đổi về tham số hướng<br /> sóng tới. Nhóm nghiên cứu lựa chọn trường<br /> Bảng 4. Trường sóng và hệ số giảm sóng sau công trình ứng với các trường hợp<br /> chiều dài tường tay đổi từ 45m đến 120m<br /> Đi ều ki ện công trìn h W01 W02 W03 W04 W05 W06 W07 Kt01 Kt02 Kt03 Kt04 Kt05 Kt06 KtT B<br /> 9.38 5.30 4.93 4.82 5.27 4.33 4.32 0.56 0.53 0.51 0.56 0.46 0.46 0.51<br /> d/H = 1.0 9.68 5.30 4.82 4.87 5.08 4.32 4.36 0.55 0.50 0.50 0.53 0.45 0.45 0.50<br /> L=<br /> 6.11 4.85 4.33 3.62 4.90 3.75 3.98 0.79 0.71 0.59 0.80 0.61 0.65 0.69<br /> 75m<br /> 9.78 7.06 6.42 5.91 6.80 5.49 5.68 0.72 0.66 0.60 0.70 0.56 0.58 0.64<br /> d/H = 0.8<br /> 9.68 6.11 5.79 5.56 6.48 5.25 5.72 0.63 0.60 0.57 0.67 0.54 0.59 0.60<br /> 3.46 3.33 3.15 2.97 3.37 3.20 3.07 0.96 0.91 0.86 0.97 0.92 0.89 0.92<br /> 3.61 3.53 3.21 2.96 3.52 3.26 3.01 0.98 0.89 0.82 0.97 0.90 0.83 0.90<br /> d/H=0.6<br /> 10.99 7.94 8.01 7.60 7.64 6.88 7.28 0.72 0.73 0.69 0.70 0.63 0.66 0.69<br /> L=<br /> 11.18 7.85 7.94 7.41 7.49 7.09 7.14 0.70 0.71 0.66 0.67 0.63 0.64 0.67<br /> 90m<br /> 10.46 6.28 6.27 6.05 6.48 5.74 5.78 0.60 0.60 0.58 0.62 0.55 0.55 0.58<br /> d/H=0.8 4.28 3.44 3.30 2.76 3.36 3.10 2.92 0.80 0.77 0.64 0.79 0.72 0.68 0.73<br /> 3.42 2.83 2.71 2.47 2.88 2.55 2.61 0.83 0.79 0.72 0.84 0.75 0.76 0.78<br /> 9.94 6.49 6.82 5.79 6.30 5.68 5.80 0.65 0.69 0.58 0.63 0.57 0.58 0.62<br /> d/H = 0.8<br /> 3.10 2.01 2.31 2.47 2.15 2.04 2.57 0.65 0.75 0.80 0.69 0.66 0.83 0.73<br /> L=<br /> 3.74 1.99 2.35 1.55 2.02 1.68 1.58 0.53 0.63 0.41 0.54 0.45 0.42 0.50<br /> 120<br /> d/H = 1.0 9.27 4.78 5.11 4.80 4.64 4.07 4.44 0.52 0.55 0.52 0.50 0.44 0.48 0.50<br /> 9.63 4.88 5.11 4.65 4.53 4.11 4.42 0.51 0.53 0.48 0.47 0.43 0.46 0.48<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 6 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> giảm sóng trung bình sẽ giảm tức là hiệu quả<br /> giảm sóng của công trình tăng lên. Trong điều<br /> kiện mực nước d/H = 0.8 và d/H = 1.0 ứng với<br /> chiều cao sóng từ 2.5 – 3.5m. Có thể áp dụng<br /> quan hệ lập được ở trên để tính gần đúng hiệu<br /> quả giảm sóng của công trình thông qua tham<br /> số chiều dài công trình.<br /> Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cho thấy, mức<br /> độ ảnh hưởng của tham số chiều dài tới hệ số<br /> giảm sóng không lớn thể hiện qua hệ số tương<br /> 2<br /> quan R trong cả hai trường hợp d/H = 0.8 và<br /> d/H =1.0 đều rất nhỏ.<br /> 4.2. Ảnh hưởng của các tham số công trình<br /> tới giá trị vận tốc sau công trình<br /> Hình 7. Quan hệ giữa chiều dài công trình, và<br /> hệ số giảm sóng trung bình sau công trình 4.2.1. Quy luật biến đổi vận tốc và hướng<br /> dòng chảy khi thay đổi các tham số công trình<br /> Xuất phát từ 16 liệt số liệu trên, lựa chọn các Đầu tiên ta xem xét ảnh hưởng của tham số vị trí<br /> giá trị đặc trưng cố định các tham số mực nước công trình (X) tới giá trị vận tốc sau công trình.<br /> với hai tỉ lệ là d/H=0.8 và d/H=1.0. Lưu ý, hệ thống đầu đo sóng và vận tốc được cố<br /> Rõ ràng, khi chiều dài công trình tăng thì hệ số định trong tất cả các trường hợp thí nghiệm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Quan hệ giữa vận tốc dòng chảy ven Hình 9. Véc tơ vận tốc khi thay đổi khoảng<br /> và khoảng cách đặt công trình cách công trình<br /> <br /> Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi khoảng cách Đối với trường hợp thay đổi tham số hướng<br /> tăng thì giá trị vận tốc tăng, giống như trường sóng tới so với công trình, quy luật biến đổi<br /> hợp xét tới chiều cao sóng sau công trình. vận tốc, dựa trên liệt 14 chuỗi số liệu vận tốc<br /> Hướng dòng chảy thay đổi được mô tả như hình và chiều cao sóng tương ứng với các điều kiện<br /> 9. Về giá trị hướng vận tốc, kết quả nghiên cứu công trình.<br /> chưa cho thấy được rõ quy luật biến đổi.<br /> <br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 7<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 10. Quan hệ giữa vận tốc dòng chảy Hình 11. Véc tơ vận tốc khi thay đổi khoảng<br /> và hướng sóng tới cách công trình<br /> <br /> Đồ thị cho thấy, khi hướng sóng tới không dòng chảy sau công trình đối với đầu W6 và W3<br /> vuông góc với công trình thì vận tốc dòng có được kết quả như sau: Kết quả phản ánh quy<br /> chảy có xu hướng tăng lên. Hàm quan hệ ở luật chung giống các trường hợp trên. Hệ số<br /> trên có tập xác định X= [00-900]. Trong điều tương quan thu được trung bình R2 = 0.65.<br /> kiện sóng lớn hơn 3.0m và tỉ lệ d/H > 0.8. Ta<br /> có thể áp dụng quan hệ trên để xác định vận<br /> tốc dòng chảy sau công trình phụ thuộc vào<br /> hướng sóng tới.<br /> Trong trường hợp thay đổi chiều dài công<br /> trình, do chỉ có một đầu đo vận tốc, do vậy với<br /> những kết quả đạt được, chưa thấy rõ được<br /> quy luật biến đổi của giá trị vận tốc khi thay<br /> đổi chiều dài công trình. Tuy nhiên, kết quả thí<br /> nghiệm cho thấy, đối với chiều dài công trình<br /> ngắn 75m, giá trị vận tốc đo tại một điểm cố Hình 12. Tương quan giữa giá trị vận tốc sau<br /> định lớn hơn đối với trường hợp tường dài công trình và chiều cao sóng<br /> 90m và 120m khoảng 10% đến 30%.<br /> 4.2.3. Biến đổi vận tốc tại các vị trí quanh<br /> Về hướng của vận tốc sau công trình cũng<br /> công trình<br /> chưa thể hiện rõ quy luật, với trường hợp<br /> tường ngắn, hướng vận tốc có xu hướng song Yếu tố vận tốc là một tham số thể hiện rõ quá<br /> song với đường bờ. Còn đối với các trường trình vận chuyển bùn cát quanh công trình.<br /> hơp tường dài trường vận tốc sau công trình ổn Trong nghiên cứu này, nhóm thí nghiệm đã<br /> định hơn về cả giá trị độ lớn và hướng. Khi dịch chuyển vị trí đầu đo vận tốc tại một số<br /> tăng chiều dài từ 90m lên 120m hướng vận điểm đặc trưng quanh công trình, nhằm xem<br /> tốc không thay đổi nhiều. xét định lượng giá trị vận tốc. Phục vụ quá<br /> 4.2.2. Tương quan giữa giá trị chiều cao sóng trình đánh giá bồi xói xung quanh công trình.<br /> và vận tốc ven bờ khu vực sau công trình Sơ đồ các vị trí khảo sát giá trị vận tốc quanh<br /> Xem xét quan hệ giữa chiều cao sóng và vận tốc công trình được thể hiện dưới sơ đồ bên dưới.<br /> <br /> 8 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Gồm ba điểm đặc trưng là khu vực chân phía 4.3. Nghiên cứu trường động lực với hiện<br /> trước công trình, khu vực mép công trình trạng công trình tại Hội An, Quảng Nam<br /> (thường xảy ra hiện tượng nước rút theo hướng Tiến hành thí nghiệm với hệ thống các công<br /> song song với công trình) và một điểm sau trình bố trí thực tế tại Hội An (Hình 15).<br /> công trình.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 15. Mặt bằng bố trí trên mô hình vật lý<br /> bế sóng triều kết hợp – hệ công trình kè mềm<br /> tại Hội An, Quảng Nam<br /> Kết quả thí nghiệm cho thấy, hệ thống công trình<br /> Hình 13. Sơ đồ khảo sát giá trị vận tốc hiện trạng có khả năng giảm sóng khá tốt. Trong<br /> quanh công trình. điều kiện thông thường, chiều cao sóng sau công<br /> Kết quả cho thấy, tại vị trí sô 1 (ở giữa và sau trình khoảng 0.3m đến 0.5m. Trong điều kiện sóng<br /> công trình) vận tốc ổn định, nhỏ. Ở vị trí mép lớn ngoài khơi khoảng 3.0m thì chiều cao sóng sau<br /> công trình vận tốc biến đổi bất ổn hơn, giá trị công trình giảm còn khoảng 1.0m đến 1.2m.<br /> lớn hơn vận tốc ở khu vực giữa. Tại vị trí Khi xem xét yếu tố vận tốc trước công trình nhận<br /> trước chân công trình, vận tốc lớn nhất. Do thấy quy luật, đối với sóng nhỏ ở điều kiện bình<br /> vậy có thể thấy, khu vực dễ bị xói nhất là khu thường vận tốc dòng chảy trước chân công trình<br /> vực trước công trình, tiếp đó là ở mép sau của khá nhỏ chỉ từ 0.05m/s đến 0.15m/s. Tuy nhiên<br /> công trình. Còn khu vực giữa công trình là khu khi trong sóng lớn với Hmo = 3.0m ngoài khơi thì<br /> vực có xu hướng được bồi tụ. Đồ thị bên dưới vận tốc dòng chảy tại đây tăng mạnh lên khoảng<br /> thể hiện rõ nét quy luật đó thông qua quan hệ 0.4m/s đến 0.7m/s. Với vận tốc này khả năng xói<br /> giữa chiều cao sóng và vận tốc dòng chảy. chân công trình là rất lớn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 16. Quan hệ giữa chiều cao sóng và<br /> Hình 14. Khảo sát tham số vận tốc tại ba vận tốc sóng trước chân công trình ứng với<br /> vị trí quanh công trình công trình hiện trạng<br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 9<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Nhìn chung, với chiều cao sóng nhỏ, hướng 2. Trường vận tốc quanh công trình tỉ lệ thuận với<br /> vận tốc thường có xu hướng hợp với công chiều cao sóng, quan hệ này được thể hiện rõ thông<br /> 0 0<br /> trình một góc khoảng 45 đến 60 . Còn với qua các hàm tương quan lập được ở trên. Trong các<br /> chiều cao sóng lớn, thì hướng vận tốc thay đổi, vị trí quanh công trình, khu vực trước công trình<br /> trực diện với công trình. thường có vận tốc lớn hơn các điểm khác. Trong<br /> 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ sóng 3.0m, vận tốc có thể đạt giá trị 0.75m/s. Với<br /> vận tốc này khả năng gây xói trước chân công trình<br /> 5.1. Kết luận rất cao, đối với loại công trình mềm, tính ổn định so<br /> Dựa trên kết quả đo sóng và dòng chảy đối với với địa hình đáy là không cao, do vậy nếu không<br /> từng phương án mặt bằng công trình (tổng hợp ngăn chặn được hiện tượng xói trước công trình thì<br /> khoảng 80 phương án thí nghiệm) có thể rút ra rất khó đảm bảo thời gian tổn tại của loại công trình<br /> các nhận xét như sau: này. Vì vậy, ngoài việc sử dụng ống đơn cần có gia<br /> 1. Cả 03 tham số khoảng cách từ công trình đến cố thêm các loại cọc, hoặc vật liệu khác để hạn chế<br /> bờ (X), chiều dài công trình (L) và hướng sóng hiện tượng mất ổn định này.<br /> tới đều có ảnh hưởng lớn tới hiệu quả giảm sóng 3. Kết quả thí nghiệm với công trình hiện trạng<br /> và trường động lực sau công trình. Đối với giá trị tại Hội An, Quảng Nam cho thấy, công trình<br /> X khi khảo sát tác động trong khoảng giá trị từ đã phần nào phát huy được hiệu quả giảm<br /> 50m đến 200m, khuyến nghị đối với khu vực sóng. Ngoài ra, khi đo đạc vận tốc trước chân<br /> nghiên cứu khoảng cách hợp lý là từ 80m đến công trình với bão (sóng khoảng 3.0m). Vận<br /> 150m. Nếu đặt quá sát bờ sẽ gây hiện tượng xói tốc rất lớn. Đây là một nguy cơ ảnh hưởng trực<br /> trước công trình khi nước lớn, đặc biệt trong tiếp tới tuổi thọ công trình.<br /> bão. Nếu đặt quá xa công trình thì hiệu quả giảm 5.2. Kiến nghị<br /> sóng sẽ không lớn, bởi năng lượng sóng có đủ<br /> thời gian và chiều dài để tái tạo thành sóng mới. Vận tốc quanh công trình là một tham số ảnh<br /> Đối với giá trị L, khuyến nghị áp dụng trong hưởng trực tiếp tới sự xói lở, là nguyên nhân<br /> khoảng từ 75m đến 100m, vì qua thí nghiệm cho chính dẫn đến biến dạng công trình mềm, gây<br /> thấy khi tăng chiều dài lên 120m thì hiệu quả phá hủy công trình. Do vậy, kiến nghị cần có<br /> giảm sóng cũng chỉ tăng trung bình khoảng 5%. thêm các nghiên cứu liên quan đến vận tốc<br /> Hướng công trình nên đặt vuông góc với hướng xung quanh công trình, làm cơ s ở cho việc tính<br /> sóng sẽ phát huy tốt hiệu quả. toán bồi xói quanh công trình.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2012), Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển.<br /> [2] Doãn Tiến Hà (2015), Nghiên cứu diễn biến bãi do tác động của công trình giảm sóng, tạo bồi<br /> cho khu vực Hải Hậu-Nam Định, Luận án Tiến sĩ chuyên ngành Hải dương học, Hà Nội.<br /> [3] Lương Phương Hậu (1999), Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo, Tủ sách trường ĐH Xây<br /> dựng, Hà Nội.<br /> [4] Lương Phương Hậu, Trần Đình Hợi (2003), Lý thuyết thí nghiệm công trình thủy, Nhà<br /> xuất bản xây dựng, Hà Nội.<br /> [5] Nguyễn Thành Trung (2013), Nghiên cứu thực nghiệm xác định nguyên tắc bố trí không<br /> gian hợp lý công trình ngăn cát, giảm sóng bảo vệ đê biển và bờ biển khu vực Bắc Bộ và<br /> Bắc Trung Bộ, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, Hà Nội.<br /> [6] U.S. Amrmy Corp, 1984, Shore Protection M anual (SPM ).<br /> [7] U.S. Amrmy Corp, 2002, Coastal Engineering M anual (CEM ).<br /> [8] Steven A Hughes (1993), Physical M odels and Laboratory Techniques in Coastal<br /> Engineering, World Scientific 568pp.<br /> <br /> <br /> 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016<br />