HÌNH THÁI BỜ BIỂN - CHƯƠNG 7

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

136
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

SỰ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ VÀ CÁC GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH ĐƯỜNG BỜ 7.1 GIỚI THIỆU Kỹ thuật bờ biển bao gồm tất cả các hoạt động của ngành kỹ thuật có lên quan tới các công trình dọc bờ biển. Do vậy mà các kỹ sư bờ biển hầu như tham gia vào mọi hoạt động xảy ra ở bờ biển. Khi một công trình bờ biển mới đang được quy hoạch, rất cần có sự tư vấn của các kỹ sư ngành kỹ thuật bờ biển. Tuy nhiên, trong thực tế lại không diễn ra như vậy, vì nhiều...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: HÌNH THÁI BỜ BIỂN - CHƯƠNG 7

CHƯƠNG 7 SỰ BIẾN ĐỔI ĐƯỜNG BỜ VÀ CÁC GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH ĐƯỜNG BỜ 7.1 GIỚI THIỆU Kỹ thuật bờ biển bao gồm tất cả các hoạt động của ngành kỹ thuật có lên quan tới các công trình dọc bờ biển. Do vậy mà các kỹ sư bờ biển hầu như tham gia vào mọi hoạt động xảy ra ở bờ biển. Khi một công trình bờ biển mới đang được quy hoạch, rất cần có sự tư vấn của các kỹ sư ngành kỹ thuật bờ biển. Tuy nhiên, trong thực tế lại không diễn ra như vậy, vì nhiều khi các kỹ sư ngành bờ biển chỉ được hỏi tới sau khi đã xây dựng công trình và khi xảy ra những diễn biến bất thường ở đoạn bờ biển gần nơi xây dựng công trình. Thông thường các hiện tượng diễn biến bất thường này là hệ quả của các biến đổi hình thái bờ biển ở lân cận khu vực công trình mà khi thiết kế và xây dựng công trình đã xem xét tới. Có thể sau khi xây dựng công trình, hiện trạng của đoạn bờ biển ở ngay vị trí công trình được cải thiện, nhưng ngoài vùng này và ở lân cận nó, các vấn đề lớn hơn sẽ này sinh. Để có thể giải quyết các vấn đề về hình thái bờ biển thì, trước tiên, bản chất tự nhiên và các thông tin cơ bản của vấn đề phải được xem xét. Điều này có nghĩa là bản thân khu vực có xảy ra các diễn biến bất lợi về mặt hình thái bờ biển phải được khảo sát một cách chi tiết cũng như phải quan tâm tới những hiện tượng đã và đang xảy ra ở khu vực thượng và hạ lưu của khu vực nghiên cứu. Sẽ là rất cần thiết và quan trọng khi chúng ta hiểu và nắm được bản chất vật lý của các vấn đề nảy sinh ở bờ biển. Ví dụ như hiện tượng xói lở bờ biển hiện đang diễn ra có phải là một quá trình diễn ra từ lâu, hay chỉ mới xảy ra một cách nhất thời trong tự nhiên hay không ? Trong trường hợp nào thì không nên xây dựng công trình, để tự cho các diễn biến tự nhiên diễn ra sẽ tốt hơn là xây dựng công trình, vì có thể sau khi xây dựng công trình sẽ làm nảy sinh các vấn đề phức tạp hơn ở những vùng lân cận. Nếu hiểu biết một cách thấu đáo vấn đề và thu thập được đầy đủ các thông tin cần thiết trong vùng nghiên cứu cũng như các vùng lân cận nó (như ở thượng, hạ lưu của công trình hay ở vùng nước sâu hay vùng bờ cao) thì khi đó mới có thể xem xét và cân nhắc tới các giải pháp. Mỗi giải pháp đề ra cần được đánh giá và lựa chọn một cách thận trọng trên cơ sở đáp ứng được các yêu cầu đặt ra và bảo đảm rằng có xem xét tới các hệ quả do sự biến đổi hình thái đường bờ trong tương lai sau khi thực hiện giải pháp, cho bản thân khu vực nghiên cứu và các vùng lân cận với nó. Chỉ khi nào tất cả các giải pháp đề ra được nghiên cứu một cách toàn diện thì mới có thể đi đến được việc lựa chọn ra được giải pháp tốt nhất. 194
Các vấn đề có liên quan tới sự biến đổi bất lợi về hình thái bờ biển có thể sơ bộ chia thành các nhóm sau: Vấn đề về xói lở : Trường hợp xói lở đột biến phát triển trên một vùng bờ tương đối ổn định: + Nguyên nhân nào gây ra xói lở? + Có cần thiết phải can thiệp không? + Những biện pháp nào sẽ được áp dụng? Trường hợp xói lở tự nhiên với tốc độ xói không đổi tại bờ biển, đe dọa sự an toàn của một khu dân cư (cần phải bảo vệ bờ cao) + Nguyên nhân nào gây ra xói? + Những biện pháp nào sẽ được áp dụng? Vấn đề bồi tụ: Một lạch triều hay cửa sông vùng triều (có thể là luồng tàu vào cảng) gặp phải trở ngại do vấn đề bồi lắng gây cản trở sự ra vào của tầu thuyền qua cửa sông hay lạch triều đó + Những lý do nào gây ra bồi lắng ? + Những biện pháp nào sẽ được áp dụng? Các vấn đề do tác động sóng sinh ra: Trường hợp sóng tác động quá mạnh vào khu vực cụ thể nào đó ( ví dụ như khu nghỉ mát hay ở trong cảng..) + Những nguyên nhân nào gây ra tác động sóng? + Những biện pháp nào sẽ được áp dụng? Quy hoạch các công trình dân dụng ở khu vực ven biển: Trường hợp một cảng biển sẽ được xây dựng trên một bờ biển ổn định + Vị trí xây dựng cảng được chọn như thế nào ? + Sau khi xây dựng cảng, thì điều gì sẽ xảy ra trên bãi biển ? + Những biện pháp nào sẽ được sử dụng để ngăn chặn vấn đề nảy sinh ở các vùng lân cận? Trong chương này sẽ trình bày một số nguyên nhân gây xói lở bờ biển và giới thiệu các biện pháp ổn định đường bờ. 7.2 NGUYÊN NHÂN GÂY XÓI LỞ ĐƯỜNG BỜ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ XÓI LỞ BỜ BIỂN Thuật ngữ “xói lở bờ biển” được áp dụng cho đường biển nói riêng và cho dải bờ biển tiếp giáp ngay với đường bờ nói riêng. Nhìn chung, xói lở bờ biển là một trong những hiện tượng trực quan và dễ thấy nhất trên dải bờ biển. Hiện tượng xói lở các vách đá hay xói lở các bờ biển có cấu tạo là các trầm tích cứng thường khó nhận thấy hơn là 195
hiện tượng xói lở xuất hiện trên bờ biển có cấu tạo bằng các vật liệu rời rạc, chưa cố kết như cát, bùn. Xói lở và bồi lắng ở đây được định nghĩa là các hiện tượng nhằm chỉ sự biến đổi đáng kể của đường bờ dưới tác dụng của các yếu tố tự nhiên như sóng, dòng chảy, gió và dưới các tác động của con người Việc cung cấp bùn cát cho bãi biển chịu ảnh hưởng bởi đặc điểm tự nhiên của khu vực, là cơ sở để xác định các điều kiện ban đầu của quá trình vận chuyển bùn cát ở vùng ven bờ. Hình dạng tự nhiên của bãi biển hiện tại sẽ có ảnh hưởng tới sự vận chuyển bùn cát diễn ra trong dải sóng vỡ. Luôn tồn tại 1 tương quan chặt chẽ có giữa diễn biến hình thái bờ biển với tỷ lệ, tần suất và cường độ chuyển động trong vùng sóng vỡ. Khi tính toán cân bằng bùn cát cho 1 đoạn bờ biển, nơi bùn cát mất đi hay được bổ xung thêm, cần xét tới lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ; lượng bùn cát bị vận chuyển do tác dụng của gió; lượng bùn cát bị vận chuyển ra ngoài khơi, và bồi tích ở các cồn ngầm, các lạch sâu ở cửa sông hay vực biển sâu; lượng bùn cát bị sự phân tán hay mài mòn trên bãi biển và lượng bùn cát bị khai thác ở bờ biển cho nhiều mục đích dân sinh khác nhau.. Các nguyên nhân gây xói lở bờ biển trong tự nhiên bao gồm : - do hiện tượng dâng lên của mực nước biển trong thời đoạn ngắn (nước dâng do bão, do gió mùa) và trong thời đoạn dài (sự dâng lên của mực nước biển toàn cầu, do ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính) - do sự biến đổi giảm nguồn bùn cát cung cấp từ sông ra biển, - do tác động của các sóng lớn trong bão, - do sóng và nước dâng cuốn bùn cát tràn bờ, - do vận chuyển bùn cát theo hướng dọc bờ; - do quá trình vận chuyển và tuyển chọn bùn cát trên bề mặt bãi biển. Các xói lở bờ biển có nguồn gốc tự nhiên trên sẽ trở nên càng nghiêm trọng khi có sự tác động không mong muốn của con người Các yếu tố khác là nguyên nhân gây xói lở bờ biển là các tác động thường xuyên và có chu kỳ của gió, thủy triều, các quá trình sụt lún về mặt địa chất, do các quá trình hóa học, phong hóa, cơ học diễn ra trên bãi biển, do thời tiết và do tác động của các sinh vật biển. Trong số vô vàn các nguyên nhân gây nên hiện tượng xói lở bờ biển thì các nguyên nhân cơ bản gây nên hiện tượng xói lở bờ biển là do các tác động của sóng, nước dâng do bão, dòng chảy ven bờ và thủy triều đối với bờ biển. Hiện tượng triều cường và hiện tượng nước dâng do bão có cùng một ảnh hưởng tương tự như nhau; các ảnh hưởng của chúng tới các trạng thái xói lở tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, và chúng có tầm quan trọng rất lớn đối với những vùng bờ biển thường xuyên xảy ra bão. Dòng tiêu (dòng tách bờ) cũng làm gia tăng thêm hiện tượng xói lở. Các diễn biến thông thường 196
xảy ra đối với bờ biển là bùn cát bị mất ra khỏi bờ biển, sẽ bị vận chuyển ra vùng nước sâu và làm thu hẹp chiều rộng của các thềm bãi. Trong phần tiếp theo, một số hiện tượng và nguyên nhân gây xói lở bờ biển cụ thể sẽ được trình bày. Chúng bao gồm các nguyên nhân sau: sự dịch chuyển của lớp bề mặt dẫn tới hiện tượng sụt lún; do xây dựng các công trình làm gián đoạn dòng vận chuyển trầm tích ven bờ và do đó làm giảm nguồn cung cấp bùn cát tới đoạn bờ ở hạ lưu của công trình; do quá trình nạo vét, mở rộng các lạch triều, các luồng tàu vào cảng; do xây dựng các công trình “cứng” để bảo vệ bờ biển; do sự hội tụ năng lượng sóng trên bãi biển; do sự gia tăng các dao động của mực nước biển; do sự thay đổi các điều kiện tự nhiên có tác dụng bảo vệ bờ biển (như các thềm hoặc cồn cát ở ngoài khơi có tác dụng giảm sóng, hay rừng ngập mặn ven biển) và do hiện tượng khai thác vật liệu ở bãi biển phục vụ khai khoáng hay xây dựng. SỰ SUY GIẢM NGUỒN BÙN CÁT TỪ SÔNG ĐỔ RA BIỂN Brownlie và Brown (1978) cho rằng, trên bờ biển nơi các bãi biển của nó được nuôi dưỡng bằng nguồn bùn cát cung cấp từ sông, hiện tượng xói lở bờ biển thường là hệ quả của sự thiết hụt nguồn bùn cát cung cấp tới các cửa sông và nó cũng là hệ quả của sự suy giảm dòng chảy. Điều này có thể là do sự suy giảm lượng mưa hoặc lượng tuyết tan, băng tan trên lưu vực sông, nhưng nguyên nhân hay thường gặp thường là hệ quả của việc xây dựng các đập tại thượng lưu của các sông hoặc hệ thống sông hoặc do hiện tượng khai thác cát trên sông. Việc xây dựng đập ở thượng nguồn với mục đích phòng lũ, phát điện và nông nghiệp thường làm chặn dòng chảy bùn cát tự nhiên trên sông, cắt mất nguồn cung cấp bùn cát cũng như cuội sỏi từ sông ra biển tại khu vực lân cận các cửa sông, nơi sông chảy ra biển. Kết quả là bãi biển sẽ bị xói lở mạnh mẽ mặc dù trước khi xây dựng đập chúng luôn được duy trì ở trạng thái ổn định, thậm chí là phát triển ra phía biển khi nguồn bùn cát từ sông được cung cấp một cách đầy đủ. Hiện tượng xói lở còn phát triển nhanh và trở nên nghiêm trọng hơn trên các bãi biển nơi có dòng chảy ven bờ mạnh, làm cuốn trôi bùn cát từ các cửa sông chảy ra. Một ví dụ rất nổi tiếng về hiện tượng xói lở bờ biển do suy giảm nguồn bùn cát từ sông cung cấp là trên bờ biển của tam giác châu của sông Nile (Aicập), tại đó các bãi biển cát đã được hình thành và phát triển qua hàng thế kỷ tạo nên một đồng bằng châu thổ rộng lớn. Đồng bằng này là kết quả của sự phân chia bùn cát theo hướng dọc bờ từ các cửa sông trên các chi lưu thuộc hệ thống sông Nile. Hiện tượng xói lở bờ biển gần các cửa sông của hai nhánh sông Rosetta và Damietta lần đầu tiên được quan tâm tới là vào những năm đầu của thế kỷ 20, ngay sau khi các đập nước được xây dựng ở thượng lưu của hệ thống sông vào năm 1902. Hiện tượng xói lở bờ biển lại càng trở nên nhanh 197
hơn và phát triển rộng hơn sau khi hoàn thành việc xây dựng đập Aswam cao vào năm 1964, đây chính là hệ quả của hiện tượng lắng đọng bùn cát trên phạm vi lớn trong hồ chứa Nasser, và trong vài năm sau đó, sự xói lở bờ biển trên các phần của tam giác châu (đồng bằng châu thổ) luôn đạt tới tốc độ 40m/năm. Bùn cát bị xói lở khỏi các bãi biển trên vùng châu thổ sông Nile được vận chuyển xuống phía stây dọc bờ biển về phía cảng Said, nhưng phần lớn bùn cát bãi biển bị mất đi ngoài khơi (Lofty and Frihy 1993). Hình 7.1 Mô tả hiện tượng xây dựng đập trên sông làm chặn dòng chảy bùn cát tự nhiên đã từng được vận chuyển xuống hạ lưu và phân bố dọc các bãi biển ở vùng lân cận cửa sông. Kết quả của sự suy giảm nguồn bùn cát thường là hiện tượng xói lở bờ biển. Một hệ quả tương tự của các hiện tượng trên đã xảy ra trên các đồng bằng châu thổ ven biển nới có các đập được xây dựng ở thượng lưu của các sông chảy ra biển. Các ví dụ có thể kể đến như đồng bằng châu thổ sông Rhone ở Pháp, đồng bằng sông Danieper ở Ukraina, và châu thổ sông Dnieper châu thổ sông Citarum ở Indonesia và và châu thổ sông Dnieper châu thổ sông Barron ở đông bắc Australia. Xói lở bờ biển ở gần các cửa sông cũng là hệ quả của hiện tượng khai thác cát, sỏi ở lòng sông. Khi chấm dứt các hoạt động khai thác cát sỏi trong các sông nội địa đã từng xảy ra trước đó sẽ khôi phục lại nguồn bùn cát cung cấp cho các đồng bằng châu thổ ven biển. Một nguyên nhân khác gây xói lở bờ biển do sự suy giảm nguồn bùn cát sông sinh ra là do việc thực hiện thành công các biện pháp bảo vệ đất và chống xói mòn đất trên lưu 198
vực sông (làm các bậc thang trên mái dốc, quản lý dòng chảy và tái tạo rừng) tại các vùng đất dốc và đất đồi. Nguồn bùn cát do hiện tượng xói mòn đất sinh ra sẽ giảm đi dẫn tới suy giảm nguồn bùn cát trên sông. Sự suy giảm lưu lượng dòng chảy trên sông trong thời kỳ mùa kiệt cũng có cũng một hệ quả tương tự. Vào năm 1995, hiện tượng xói lở bờ biển ngày càng tăng trên bờ biển phía bắc khu vực cửa sông phía đông-bắc Queensland, Australia, đặc biệt là tại Burdekin, đó chính là hệ quả của một đợt hạn hán kéo dài liên tục trong 5 năm trước đó. Trước đó, các sông này đã mang một lượng bùn cát chủ yếu ra cửa sông trong thời kỳ mùa lũ, và chúng được vận chuyển và phân bố về phía bắc dưới tác dụng của các sóng thịnh hành từ hướng đông nam thổi tới, tạo thành các bãi biển và các mũi đất. Sau một vài năm hạn hán và kèm theo đó là sự suy giảm rõ rệt của dòng chảy trên sông, nguồn cung cấp bùn cát từ trong nội địa ra đến cửa sông không còn được duy trì như trước nữa, bãi biển ở khu vực gần cửa sông bị xói lở khi các sóng có đến từ hướng đông nam liên tục vận chuyển bùn cát lên phía bắc. Xói lở bờ biển cũng sẽ xảy ra quanh khu vực cửa ra của các sông khi dòng sông chuyển hướng sang một vùng khác trên đường bờ biển, tại đó một tam giác châu mới có thể được bắt đầu hình thành. Trong các trường hợp này, đều xảy ra xói lở trên các bãi biển mà trước đây đã được bồi tụ tại gần các cửa sông đã bị suy thoái. Trên bờ biển của Hy lạp và Thổ nhĩ kỳ, xói lở bờ biển đã xảy ra do sự thiếu hụt bùn cát từ sông, đây là kết quả của hiện tượng xói lở đất liên tục - kéo dài trên lưu vực sông và phần lớn lưu vực đã bị xói lở hết đến phần đá gốc sau khi tất cả các vật liệu chưa cố kết đã bị dòng chảy sông cuốn đi. Lúc này sông chỉ còn trơ lại phần đá gốc và lượng bùn cát mà nó có thể xói lở trên quá trình chảy ra biển và nhận được từ lưu vực đã giảm đi đáng kể so với trước đây. Trên thế giới, hiện tượng xói lở bờ biển do sự suy giảm bùn cát từ sông chảy ra xảy ra ở rất nhiều nơi, nhưng cũng có nhiều bờ biển ở xa các cửa sông cũng bị xói lở, nguyên nhân của các hiện tượng xói lở bờ biển này cần phải được giải thích bằng các lý do khác. SỰ SUY GIẢM NGUỒN CUNG CẤP BÙN CÁT TỪ CÁC ĐỤN CÁT GẦN BỜ Bờ biển được cung cấp bùn cát từ các đụn cát ven bờ có thể bắt đầu bị xói lở nếu nguồn cung cấp bùn cát từ các đụn cát bị giảm đi hay bị gián đoạn do các đụn cát đã đi vào trạng thái ổn định. Điều này có thể là do sự phát triển tự nhiên của thảm phủ thực vật trên bề mặt các đụn cát làm hạn chế bớt lượng bùn cát bị mất đi ra khỏi đụn cát, hay do các hoạt động bảo vệ các đụn cát của con người bằng cách tạo nên các thảm phủ thực vật, phun các hóa chất làm kết dính các hạt cát trên bề mặt của đụn cát như nhựa đường, 199
các hợp chất cao su, lát trên bề mặt đụn cát, làm đường và xây dựng nhà cửa, công trình trên bề mặt đụn cát. Ngoài ra, nguồn cung cấp bùn cát cho các bãi biển cũng có thể mất đi khi toàn bộ cồn cát dị dịch chuyển vào trong đất liền. Ví dụ về hiện tượng này là trường hợp tại bờ biển phía nam đối diện với bãi biểm Cape của Nam Phi, nguồn cung cấp bùn cát bị suy giảm khi các gió thịnh hành có hướng tây làm dịch chuyển các cồn cát dọc bờ biển vào sâu trong bờ. DO KHAI THÁC TRẦM TÍCH VÀ KHOÁNG SẢN Ở BỜ BIỂN Do trầm tích cát sỏi bị lấy đi khỏi bờ biển để làm đường và xây dựng các công trình dân dụng, nên làm cho mặt cắt ngang bãi biển nơi cát sỏi bị khai thác bị hạ thấp, điều này đã tạo điều kiện cho các sóng lớn hơn tác động tới bãi biển mạnh hơn khi xảy ra bão. Bãi biển cũng có thể bị tiêu biến khi người ta khai thác sỏi và bùn cát có nguồn gốc từ lớp vỏ của động thực vật biển để sử dụng trong nông nghiệp. Đó lá trường hợp đã xảy ra tại Cornwall. Các hoạt động khai thác này trước đây thường diễn ra với quy mô nhỏ (tù 50 đến 100 tấn/năm) tại một vài bãi biển, nhưng sau này và vào những năm sau đó, việc sử dụng cơ giới để khai thác cát sỏi trên bãi biển với số lượng lớn đã tàn phá một cách nghiêm trọng bãi biển và đặt ra những vấn đề phức tạp cho tương lai. Khi hiện tượng xói lở bờ biển và các cồn cát đang gia tăng thì các hoạt động khai thác cát sỏi càng làm suy thoái nhanh hơn các vách đá và các dốc đứng ở phía sau bờ biển. Một số bờ biển còn bị xói lở nghiêm trọng do hoạt động khai thác khoáng sản trong cát như vàng, thiếc, và các kim loại nặng khác, kể cả việc khai thác cát có chất lượng cao để làm thủy tinh. Hiện tượng này xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới, nhất là ở các nước đang phát triển, khi các quy định về quản lý tài nguyên và bảo vệ vùng bờ chưa được thực thi một cách có hiệu quả. Ở Việt nam trong những năm gần đây, hiện tượng khai thác tận thu quặng thiếc và titan ở các tỉnh ven biển miền Trung đã gây những hậu quả nặng nề cho hệ thống rừng chắn cát bảo vệ bờ biển, làm gia tăng hiện tượng xói lở bờ biển ở nhiều nơi. Nói chung, khai thác vật liệu và khoáng sản ở bãi biển thường dẫn tới sự mất ổn định bờ biển, nhưng mức độ ảnh hưởng còn phụ thuộc vào tốc độ khai thác, phạm vi khai thác, cách thức khai thác và mối tương tác giữa hoạt động khai thác với quá trình diễn biến bờ biển. Trong một số trường hợp, các tác động bất lợi có thể xảy ra ngay tức thì, nhưng cũng có khi phải mất vài năm mới có thể thấy được rõ ràng những ảnh hưởng bất lợi. Việc sử dụng quá mạnh mẽ và sâu sắc bờ biển phục vụ các hoạt động du lịch, vui chơi giải trí cũng làm mất dần cát trên bãi biển khi các hoạt động này diễn ra với tần suất cao. Cát có thể bám vào quần áo, giày dép, khăn và các vật dụng cá nhân của khách du lịch, lượng cát này đối với một người là rất nhỏ nhưng điều cần quan tâm ở đây là 200
lượng cát mất đi này sẽ không bao giờ quay trở lại và với số lượng người rất lớn thì tổng lượng cát mất đi sẽ không phải là nhỏ. SỰ GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG SÓNG DO THỀM BÃI BỊ HẠ THẤP Sự gia tăng tác động của sóng do hiện tượng thềm bãi bị hạ thấp ở vùng gần bờ cũng là một nguyên nhân gây xói lở bờ biển. Khi thềm bãi bị hạ thấp, độ sâu nước ở gần bờ sẽ tăng lên, cho phép các sóng lớn đến gần bờ hơn. Sự gia tăng độ sâu ở vùng gần bờ tại đảo Rhode, Mỹ, trong thời gian xảy ra bão năm 1976, đã tạo điều kiện cho các sóng lớn hơn so với trước đây tới gần bờ biển hơn, thúc đẩy nhanh hơn sự xói lở bờ biển sau đó (Fisher 1980). Nạo vét bùn cát ở gần bờ cũng làm gia tăng độ sâu và cho phép các sóng lớn hơn tới sát bờ. Tại vịnh Botany, Australia, xói lở bờ biển đã gia tăng thêm tại Brighton-le-Sands sau khi thềm vịnh được nạo vét để lấy cát phục vụ cho việc mở rộng đường băng của sân bay quốc tế Sydney. Sự gia tăng độ sâu ở vùng nước ngoài khơi do nạo vét cũng là nguyên nhân gây xói lở bờ biển tại Portobello, gần Edinburgh. Xói lở bờ biển tại Colombo, Sri Lanka, một phần là do bờ biển bị lộ ra nhiều hơn khi có tác động của sóng, sau khi các rặng san hô ở ngay gần vùng sâu bị suy thoái. Ngay khi vùng gần bờ bị hủy diệt và các rặng san hô bị suy thoái, nguồn cung cấp bùn cát và vật liệu ở tại thời điểm đó có thể gia tăng đối với các bãi biển lân cận, nhưng ngay khi các rặng san hô bị tan rã và độ sâu nước ở gần bờ tăng lên thì sự gia tăng các tác động sóng sẽ dẫn tới sự xói lở bờ biển. Điều này đã từng xảy ra tại bãi biển phía trong các rặng san hô tại đảo Perhentian ở đông bắc Malaysia. DO GIÁN ĐOẠN VẬN CHUYỂN BÙN CÁT DỌC BỜ Khi các đê chắn sóng hoặc các đập phá sóng được xây dựng để nhằm làm ổn định các c ửa sông và các lạch triều ăn thông với các đầm phá bên trong nhằm mục đích cải tạo đường vận t ải thủy hoặc tại nên các vùng neo đậu tàu thuyền phía bên trong, thì dòng vận chuyển trầm tích ven bờ sẽ bị gián đoạn tại vị trí xây dựng công trình, phía thượng lưu công trình sẽ xảy ra hiện tượng bồi tụ, ngược lại phía hạ lưu công trình sẽ xảy ra hiện tượng xói lở. Những ví dụ về các trường h ợp này có rất nhiều. Tại Lagos, Nigeria, việc xây dựng đập phá sóng làm gián đoạn dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ có hướng từ tây sang đông và gây ra xói lở tại bờ biển Victoria, nằm ở khu vực hạ lưu của cảng Lagos (Usoro 1985) như hình (7-2) Bãi biển Lighthouse ở phía tây, được bồi rất nhanh sau khi xây dựng đập phá sóng năm 1912, nhằm duy trì luồng tàu vào cảng Lagos nằm trong đầm, và đến năm 1975, thì đường bờ đã tiến ra biển hơn 1300m ở vị trí ngang sát với đập phá sóng, tạo nên một mũi đất mà trên đó hình thành một bãi biển hình chóp. 201
Hình 7-2. Việc xây dựng đập phá sóng tại cửa vào cảng Lagos, Nigeria, làm gián đoạn dòng vận chuyển bùn cát đến từ hướng đông, làm mở rộng sự bồi tích ở phần thượng lưu, trên bãi biển Ngược lại, bãi biển Victoria lại bị suy thoái do xói lở tới 1300 m trong giai đoạn này. Thậm chí, sự bồi tích còn mở rộng ra đến phần mũi của đập phá sóng, sau đó dòng vận chuyển bùn cát tự nhiên có hướng từ Tây sang Đông tự khôi phục lại trạng thái như trước khi xây dựng đập và nó lại tạo ra khó khăn mới cho việc duy trì luồng tàu đi vào cảng Lagos (Ibe et al. 1991). Một trường hợp khác xảy ra tại thành phố Ocean, Maryland, đê chắn sóng được xây dựng năm 1935 để ổn định cửa sông nằm ở phía nam của thành phố, nơi có dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ theo hướng nam dọc theo bờ biển Atlantic, dẫn tới sự bồi tích ở phía bắc của công trình trong khi bờ biển ở phía nam, trên đảo Assateague bị xói sâu vào bên trong khoảng 450m vào năm 1955, đến năm 1961 thì dải bờ biển này bị cắt ngang qua và ăn thông với đầm phá ở phía bên trong (Komar, 1961) Việc tạo ra các vùng đất mới nhô ra trên bờ biển cũng có ảnh hưởng tượng tự như các đê chắn sóng hay đập phá sóng, Tại Zap Ta Phut, gần bờ biển Rayong của Thailand, một vùng đất khai hoang rộng được xây dựng trên bờ biển phục vụ cho phát triển cảng và các ngành công nghiệp đã dẫn tới sự bồi tích ở phần thượng lưu và xói lở ở hạ lưu, một giải pháp được đề xuất là tiếp tục khai hoang và tạo một vùng đất mới ở ngang vị trí bờ biển bị xói lở Sự tương tác giữa dòng vận chuyển bùn cát ven bờ và các đập mỏ hàn cũng có ảnh hưởng tương tự. Bờ biển cuội sỏi ở phía đông Brighton, Anh, đã biến mất sau khi các đập mỏ hàn được xây dựng để giữ lại bờ biển cho một khu du lịch ở sát bờ biển. 202
DO SỰ THAY ĐỔI CỦA GÓC SÓNG TỚI SO VỚI ĐƯỜNG BỜ Xói lở bờ biển có thể bắt đầu xảy ra khi có sự thay đổi góc sóng tới so với đường bờ của các sóng chiếm ưu thế trong năm, hoặc do việc xây dựng các đập phá sóng hay do sự phát triển của dải cát ngầm ven bờ hoặc ven các đảo, hoặc do sự hình thành và mất đi của các bãi cát ngầm nằm trong vùng nước nông. Sự thay đổi từ tuyến bờ biển bị chi phối bởi sóng vỗ sang tuyến bờ biển chịu sự chi phối của dòng vận chuyển trầm tích ven bờ làm gia tăng thêm sự vận chuyển các bồi tích dọc bờ. Sự thay đổi phạm vi ảnh hưởng của sóng sau khi xây dựng đập phá sóng tại cảng Portland tại Victoria, Australia, đã góp phần làm mạnh thêm hiện tượng xói lở bờ biển ở gần Dutton Way (Bird 1993a). Bãi biển ở vịnh Marion, vịnh Foul và vịnh Sturt trên bờ biển phía nam bán đảo Yorke, nam Australia, đã làm thay đổi hình dạng của trường sóng khúc xạ của các sóng lừng có hướng tây nam. Nhưng trong những năm gần đây cả ba vịnh này đều bị xói lở ở giữa và bồi ở phía tây của vịnh. Trong khu vực không có sự dịch chuyển của các dải cát ngầm cũng như công trình nhân tạo nào cả. Hiện tượng thay đổi lại hình dạng trên có thể là do trong một giai đoạn khi các sóng do gió có hướng đông nam tạo thành xuất hiện thường xuyên hơn. SỰ GIA TĂNG GÓC SÓNG TÁC DỤNG TỚI ĐƯỜNG BỜ Tác dụng của sóng trên một đoạn bờ biển có thể có thể mạnh hơn do sự hạ thấp mặt cắt ngang bãi biển ở các đoạn bờ biển lân cận, cho phép các sóng mạnh hơn tác dụng với đường bờ dưới một góc nghiêng lớn hơn và do đó làm gia tăng tốc độ xói lở bờ. Điều này thường xảy ra sau khi xây dựng tường biển bảo vệ bờ, và sự hạ thấp bãi biển do tác dụng của các sóng phản xạ khi xảy ra bão, làm cho các sóng tác dụng vào đường bờ lân cận với một góc nghiêng lớn hơn. Sự gia tăng độ sâu gần bờ do nạo vét bùn cát có thể có những ảnh hưởng tương tự. Kết quả là sự xói lở bờ biển lan rộng hơn theo hướng dọc bờ và nếu tường biển tiếp tục được kéo dài và mở rộng hơn để ứng phó với những xói lở ở vùng biển lân cận thì “hiệu ứng domino” đối với trường hợp xói lở bờ biển này có thể xảy ra. DO SỰ GIA TĂNG LƯỢNG BÙN CÁT BỊ TỔN THẤT TRÊN BÃI CAO Hiện tượng mất bùn cát trên bãi biển vào sâu trong đất liền xảy ra khi có tác dụng của gió làm dịch chuyển bùn cát trên bờ biển vào trong đất liền, hoặc khi nước dâng do bão cuốn bùn cát, và các trầm tích trên bề mặt bãi biển lên trên phần bãi cao hoặc vượt qua dải cát vào các đầm phá ở bên trong. Một phần bùn cát bị vận chuyển dọc bờ dưới tác dụng của gió, sóng và dòng chảy và bị dòng triều đưa vào bên trong các đầm phá hoặc cửa sông, tạo thành các bãi bồi triều lên. 203
Ở nam Australia, hiện tượng xói lở bờ biển đã gia tăng sau khi các cồn cát ở bãi cao bị dịch chuyển vào phía đất liền, và khi lớp thực vật trên bề mặt các cồn cát bị suy thoái do bị đốt, bị dẫm nát hay do chăn nuôi gia súc. Sự hạ thấp của bờ cao sau đó sẽ giảm đi nhanh hơn do thể tích cát chịu tác dụng dịch chuyển của sóng cũng giảm đi. Hiện tượng sóng vỗ tràn bờ khi xảy ra nước dâng do bão đã mang bùn cát trở lại các dải cát chắn ngang qua các đầm phá hoặc các đảo chắn như ở bờ biển cát tại Atlantic của Mỹ (Fisher, 1980), ở các đảo chắn có cấu tạo cuội sỏi như ở mũi Blakenev và bãi biển Chesil ở Anh (Steers 1964). DO SỰ GIA TĂNG BÃO BIỂN Sự gia tăng tần suất và cường độ của các trận bão ở vùng ven biển có thể dẫn tới sự xói lở bờ biển mà trước kia ở trạng thái ổn định hay đang phát triển. Hình dạng mặt cắt ngang bãi biển bị cắt ở phần sau và dốc hơn do tác dụng của sóng bão cho đến khi chúng đạt tới dạng mặt cắt ngang cong lõm do sự tự điều chỉnh độ dốc để thích ứng với sự gian tăng của năng lượng sóng. Khi liên tiếp xảy ra bão trong một thời gian ngắn thì tác dụng phá hoại trở nên đặc biệt nghiêm trọng, do cơ bão thứ hai và các cơn bão kế tiếp xảy ra trên bãi biển đã bị thay đổi dưới tác dụng xói lở của trận bão đầu tiên. Hiện tượng xói lở bờ biển nghiêm trọng hơn đã xảy ra ở bờ biển Atlantic, Mỹ trong những thập kỷ gần đây một phần là do sự gia tăng tần suất xuất hiện các cơ bão đổ độ vào bờ biển phía đông nước Mỹ, các ghi chép cụ thể về điều kiện thời tiết trong một thời kỳ dài là các tư liệu cần thiết để chỉ ra sự gia tăng về tần suất cũng cường độ của bão biển. SỰ GIA TĂNG XÓI LỞ DO CÁC SÓNG PHẢN XẠ Khi sóng vỡ ngay tại chân các công trình có bề mặt đặc, không thấm qua như các tường biển được làm bằng bê tông, đá xây, cừ thép hoặc cừ gỗ thì chúng bị phản xạ lại, và dòng chảy hồi quy ở đáy có hướng ra phía biển sẽ sinh ra tác dụng xói lở bùn cát ở thềm bãi hay dưới chân của các công trình trên ra phía biển (xem hình 7.3). Điều này đã được quan sát thấy tại nhiều bờ biển, nơi các tường biển được xây dựng phía sau các bãi biển để ngăn không cho phần bãi cao không bị xói lở. Sóng lớn xuất hiện khi xảy ra triều cường tràn lên trên bãi biển sẽ tác động trực tiếp lên trên các tường biển và sóng phản xạ do chúng sinh ra sẽ làm xói lở bờ biển, thậm chí là đào xói phần chân khay và phần móng của tường biển. Hậu quả là sau một thời gian, khi chiều sâu hố xói ở chân tường biển lớn hơn giới hạn bảo vệ của chân khay, tường biển sẽ bị đổ vỡ do hiện tượng mất chân. Hiện tượng này có thể rất nguy hiểm vì hiện tượng hạ thấp bãi và xói lở chân thường xảy ra ngầm dưới nước và khó quan sát thấy nếu không quan trắc thường xuyên trạng thái của bãi biển. Chỉ đến khi xảy ra đổ vỡ ở tường biển thì người ta mới nhận ra rằng bãi trước và chân khay đã bị mất. 204
Trên bờ biển Queensland ở Australia, bờ biển cát tại khu nghỉ mát Surfers Paradise đã bị biến mất sau một loạt các trận bão lớn và một hệ thống tường biển làm bằng các tảng đá lớn đã được xây dựng để bảo vệ cho các khách sạn và nhà nghỉ ven biển. Hệ thống tường biển này sau đó đã tạo ra những hố xói sâu do tác dụng của sóng phản xạ, và làm hạ thấp bãi biển, ngăn không cho quá trình tái hồi phục tự nhiên của bãi biển. Hình 7-3. Mô tả quá trình sự suy thoái các vách bờ và thềm bãi ở ngay phía trước các tường biển do tác dụng của sóng phản xạ lên trên bề mặt bãi. SỰ SUY GIẢM ĐỘ LỚN THỦY TRIỀU Xói lở do sóng sẽ trở nên hiệu quả hơn khi năng lượng sóng được tập trung vào một cao trình cụ thể nào đó trên bãi biển, so với trường hợp năng lượng sóng bị phân tán trên một phạm vi rộng được giới hạn từ điểm triều cao tới điểm triều thấp. Khi độ lớn thủy triều giảm nhỏ, sẽ làm tăng ảnh hưởng của sóng và điều này có thể bắt đầu làm gia tăng sự xói lở bờ biển. Có thể thấy các ví dụ cụ thể của hiện tượng này tại các biển biển thuộc các cửa sông hoặc các lạch triều, nơi mà một phần hay toàn bộ cửa sông hay lạch triều bị bồi lấp ngăn cách hoàn toàn với biển do các dải cát ven bờ hay các đảo chắn phát triển mạnh hoặc do xây dựng các đập ngăn mặn lấy nước tưới phục vụ nông nghiệp, làm cho sự lưu thông của thủy triều vào trong các cửa sông bị cản trở. Lúc này tác dụng của sóng sẽ tập trung tại vị trí này. Hiện tượng này đã được quan trắc trên bãi biển bao quanh các đầm phá ven biển tại cửa sông Murray, nam Australia, mà trước đây là các cửa sông và lạch triều, nhưng sau này chúng bị ngăn cách với biển khi xây dựng các đập ngăn trên sông vào năm 1940. 205
7.3 BẢO VỆ BỜ BIỂN Phần này sẽ giới thiệu một cách khái quát các dạng công trình bảo vệ bờ biển, đây là các công trình nhân tạo được xây dựng mới mục đích hạn chế các tác động của các yếu tố tự nhiên tới bờ biển, hạn chế những tác động xấu do diễn biến bờ biển gây nên. Ngoài ra người đọc có thể tham khảo thêm các kiến thức chuyên sâu về các công trình bảo vệ bờ qua các môn học khác và qua các tài liệu tham khảo. Môn học này sẽ giới hạn việc giới thiệu các công trình bảo vệ bờ biển ở mức khái quát và sẽ tập trung vào việc xem xét sự tương tác giữa các công trình bảo vệ bờ biển với các diễn biến hình thái bờ biển trước và sau khi xây dựng công trình, cách lựa chọn vị trí xây dựng công trình cũng như những đặc trưng hình thái của các công trình bảo vệ bờ biển. Có thể nói, hầu hết các thay đổi ở dải bờ biển đều do con người tạo ra và dĩ nhiên là chúng đều đòi hỏi phải có các giải pháp công trình hoặc phi công trình để ứng phó với những biến đổi bất lợi. Trong thực tế thì hiện tượng bồi lắng ở bờ biển hiếm khi gây ra những tác động bất lợi (mặc dù trong một số trường hợp, hiện tượng bồi lắng có thể tạo nên những tác động bất lợi cho các cảng biển hoặc luồng tàu, hay đối với vấn đề tiêu thoát lũ từ trong đất liền ra biển). Ở đây sẽ nhấn mạnh tới các hệ quả về mặt diễn biến hình thái của rất nhiều các biến đổi khác nhau do con người tạo ra hơn là đi sâu vào các chi tiết kết cấu và cách xây dựng các công trình bảo vệ bờ. Nội dung đó sẽ được trình bày trong một môn học khác, có liên quan nhiều tới thủy công hơn là tới kỹ thuật bờ biển. Thông thường khi bờ biển bị xói lở thì có 4 lựa chọn để ứng phó với hiện tượng xói lở trên, đó là: 1. Giải pháp “số không” hay là giải pháp “ không làm gì”; 2. Di dời và di chuyển tới nơi an toàn; 3. Nuôi bãi nhân tạo và các giải pháp công trình “mềm” khác; 4. Sử dụng các công trình “cứng”. Các giải pháp được sắp xếp theo trình tự từ giải pháp mang tính bị động tới giải pháp mang tính chủ động trên quan điểm bảo vệ bờ biển bằng công trình KHÔNG LÀM GÌ – DI DỜI VÀ DỊCH CHUYỂN TỚI NƠI AN TOÀN Giải pháp dễ nhất và cũng là rẻ nhất khi gặp phải các diễn biến bất lợi ở bờ biển là không làm gì cả và để mặc cho các diễn biến bất lợi tự phát triển. Không làm gì khi xảy ra xói lở bờ biển là một lựa chọn mà không phải lúc nào cũng có thể thực hiện được vì nhiều lý do về mặt chính trị, xã hội và cả về mặt an ninh quốc phòng. Khi di dời tới nơi an toàn, điều quan trọng là phải thiết lập đường "tựa" ở ven bờ, để quy hoạch và bố trí dân cư, công trình ở vùng ven biển. Đường "tựa" có tính chất như 206
một hành lang an toàn đối với các diễn biến bất lợi xảy ra ở bờ biển. Từ đường tựa vào trong đất liền là vùng được phép xây dựng các công trình kiên cố, bố trí các khu dân cư. Bên ngoài đường tựa là vùng hoạt động của các hiện tượng tự nhiên, có vai trò như một vùng đệm đối với những tác động bất lợi có thể diễn ra ở bờ biển. Cũng có thể bố trí công trình ở vùng này nhưng chỉ là những công trình tạm, dễ di chuyển và không được phép làm ảnh hưởng tới các quá trình tự nhiên đang diễn ra. Khái niệm đường "tựa" đã có từ lâu và được áp dụng ở các nước phát triển khi quy hoạch vùng ven bờ, nhưng ở các nước đang phát triển, khi các hiểu biết và kiến thức về kỹ thuật bờ biển và quản lý tổng hợp vùng bờ còn hạn chế thì các khái niệm trên hoàn toàn mới mẻ. Việc quy hoạch và bố trí công trình, dân cư ven biển nếu không dựa trên đường "tựa" sẽ có những hậu quả khó lường. Komar (1998) đã cho rằng, thoái lui và di chuyển tới nơi an toàn lại thường là cách ứng phó tốt nhất đối với sự xói lở bờ biển và có thể coi đây là giải pháp kinh tế nhất. Tái định cư tới nơi an toàn thường bao gồm việc di chuyển các công trình riêng rẽ, di chuyển nhà cửa ra khỏi vùng xói lở. Để quyết định xem nên thoái lui và tái định cư tới nơi an toàn hay thiết lập một ranh rới bảo vệ bằng tường biển, cần phải xem xét một cách tương đối các chi phí và xem xem liệu các công trình “cứng” như tường biển có thực sự là giải pháp tốt hay không. Xây dựng tường biển hay kè bảo vệ bờ nhiều khi rất tốn kém, thế nên sẽ thường đỡ tốn kém hơn nếu di chuyển nhà cửa và các công trình cách xa vùng xói lở. GIẢI PHÁP BẢO VỆ "MỀM" Các giải pháp "mềm" được áp dụng bảo vệ bờ biển chủ yếu là các giải pháp sau: - Nuôi bãi nhân tạo - Trồng rừng ngập mặn bảo vệ bờ - Tiêu nước ngầm dưới bãi để giữa cát Dưới đây sẽ trình bầy cụ thể giải pháp nuôi bãi nhân tạo Giải pháp đơn giản nhất và có thể tin cậy được nhất theo nghĩa duy trì một bãi biển đang bị xói lở có thể là giải pháp cung cấp bùn cát thiếu hụt trên bãi biển từ một nguồn khác, hay còn gọi là giải pháp “nuôi bãi nhân tạo”. Để vận chuyển bùn cát nuôi dưỡng bãi biển một cách nhân tạo, một vài vấn đề cần được làm sáng tỏ trước khi thực hiện việc nuôi bãi, đó là: các hình thức nuôi bãi nào sẽ được sử dụng? , vật liệu nuôi bãi sẽ có kích thước bao nhiêu ? , cần bao nhiêu bùn cát để nuôi bãi ? và nguồn cung cấp bùn cát nuôi bãi ở đâu ? Các dự án nuôi bãi nhân tạo có thể phân thành 3 loại chính sau: - chuyển bùn cát trực tiếp tới nơi cần nuôi bãi; - dự trữ cát để nuôi bãi; 207
- nuôi bãi liên tục. Trong khi hai hình thức nuôi bãi đầu tiên thường được sử dụng phổ biến, thì hình thức nuôi bãi cuối cùng lại là một dạng đặc thù hay được sử dụng trong hệ thống chuyển cát tại cửa vào của một cảng biển để tránh hiện tượng gián đoạn dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ. Để giảm tốc độ xói lở đối với bùn cát được bổ sung trên bãi biển, kích thước của hạt cát sử dụng nuôi bãi cần phải bằng hoặc lớn hơn kích thước của hạt cát tại nơi nuôi bãi. Tuy nhiên sự khác biệt giữa hai kích thước hạt cát trước và sau khi nuôi bãi không nên quá lớn, vì nó có thể tạo thành các mái dốc vượt quá mức cho phép hoặc gây hiện tượng xói lở ở hạ lưu của bãi cát được nuôi dưỡng do các hạt cát thô bị giảm sự di động. Khối lượng bùn cát cần được cung cấp để nuôi bãi có liên quan mật thiết tới tốc độ vận chuyển bùn cát dọc bờ. Tốc độ vận chuyển bùn cát dọc bờ, thời gian nuôi bãi và thể tích cát cần thiết để hình thành nên một hình dạng mặt cắt ngang bãi biển ổn định theo yêu cầu, sẽ là căn cứ để xác định tổng thể tích cát cung cấp cho một bãi biển cụ thể. Nguồn bùn cát cung cấp có thể lấy từ vùng nước sâu, từ trong lục địa hoặc tại các vùng nước được che chắn, bảo vệ. Đôi khi, bùn cát cung cấp có thể là từ một dự án khác trong cùng khu vực, ví dụ như dự án nạo vét hay xây dựng, mở rộng cảng biển. Một nguồn cung cấp bùn cát khác nữa có thể sử dụng là nạo vét cát ở các bãi biển bị bồi tích ở lân cận. Thông thường hiện tượng xói lở ở một bãi biển thường đi kèm với hiện tượng bồi lắng ở bãi biển cục bộ khác. Ví dụ như hiện tượng bồi lắng và xói lở ở 2 phía của luồng tàu vào cảng được bảo vệ bởi đập chắn sóng. Khi ở bãi biển lân cận hay ở trong bờ không có đủ cát cung cấp cho dự án nuôi bãi thì có thể tiến hành nạo vét bùn cát ở vùng nước sâu ngoài khơi. Vị trí khai thác cát được chọn phải ở xa bờ và không gây ảnh hưởng tới bờ biển ở lân cận, thông thường cách bờ vài hải lý. Giải pháp nuôi bãi nhân tạo là giải pháp thực tế và có nhiều ưu điểm. Sau khi nuôi bãi, bờ biển được tái tạo lại ngay. Đây cũng là giải pháp có ảnh hưởng ít nhất tới các vùng lân cận. Ngoài ra phải kể đến một ưu điểm đáng chú ý khác nữa đó là chi phí nuôi bãi, nó thường nhỏ hơn so với chi phí xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển khác. Nhưng giải pháp này cũng có điểm hạn chế, đó là nó chỉ có tính tạm thời, quá trình nuôi bãi, một là phải tiến hành liên tục, hoặc phải lặp lại sau một vài năm CÁC CÔNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BỜ – GIẢI PHÁP “CỨNG” Tái định cư, di chuyển tới nơi an toàn để ứng phó lại với xói lở bờ biển không phải lúc nào cũng là giải pháp khả thi, còn giải pháp “mềm” như nuôi bãi nhân tạo có lúc lại không thể thực hiện được, lúc này một giải pháp “cứng” dưới hình thức xây dựng các công trình bảo vệ bờ là cần thiết. 208
Các công trình “cứng” được xây dựng để ngăn cho hiện tượng xói lở trên bãi biển không phát triển thêm nữa hoặc làm giảm bớt lượng bùn cát bị vận chuyển ra khỏi vùng bị xói lở. Các dạng công trình được thiết kể để ngăn ngừa sự xói lở ở các vùng bãi cao nhìn chung là các công trình có lớp bảo vệ phía ngoài như tường biển, kè bảo vệ bờ hay kè bảo vệ bờ kết hợp với tường đỉnh. Dạng công trình thứ hai có tác dụng ngăn sự dịch chuyển bùn cát dọc bờ biển như đập mỏ hàn, đập chắn sóng và đập phá sóng xa bờ. Tất cả các công trình này, ngoài những tác dụng tích cực thì chúng luôn có những ảnh hưởng không mong muốn đối với vùng bờ biển lân cận, đặc biệt là ở vùng hạ lưu của công trình theo hướng vận chuyển bùn cát, do chúng gây ra những ảnh hưởng nhất định đối với dòng vận chuyển bùn cát ven bờ. ĐẬP MỎ HÀN Đập mỏ hàn là giải pháp công trình có tác dụng ổn định đường bờ rất hiệu quả khi đường bờ đang bị xói lở do tác dụng của dòng vận chuyển bùn cát ven bờ. Các đập mỏ hàn thường được xây dựng với chiều dài bằng khoảng cách từ bờ tới vùng sóng vỡ và phải có cao trình đỉnh đập nằm bên trên mực nước tĩnh để phát huy được hiệu quả chắn dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ một cách hoàn toàn. Tuy nhiên, thường các đập mỏ hàn chỉ cần gián đoạn một phần dòng vận chuyển bùn cát ven bờ đã đủ để đạt tới một đường bờ ổn định rồi, do vậy mà nhiều khi các mỏ hàn ngắn và thấp cũng được chấp nhận và áp dụng. Nhưng cũng cần lưu ý rằng, chiều dài và cao trình đỉnh đập cũng là yếu tố cần sự tính toán hết sức cẩn thận, nếu không mỏ hàn sẽ không phát huy được tác dụng của nó. Khoảng cách giữa các đập mỏ hàn cũng như chiều cao đập, chiều dài đập và tuyến đập (góc giữa trục đập so với đường bờ) có liên quan tới hướng sóng và đây là tương quan rất quan trọng. Đoạn bờ biển nằm giữa các đập mỏ hàn sau khi xây dựng đập sẽ tự điều chỉnh sao cho có hướng gần như sóng song với đường đỉnh sóng của các sóng tới. Trong những điều kiện đặc biệt, các đập mỏ hàn đôi khi cần bố trí dọc bờ với khoảng cách giữa các đập gần bằng chiều dài của đập. Do chi phí xây dựng đập mỏ hàn là rất đắt, nên rất cần bố trí các mỏ hàn sao cho đúng. Tuy vậy, việc xác định khoảng cách giữa các đập mỏ hàn không tuân theo một quy luật đơn giản. Phần gốc của đập mỏ hàn cần kéo dài lên đến chân của các cồn cát hoặc tới phần bãi cao trên bờ biển để ngăn ngừa hiện tượng xói gốc đập thường xảy ra khi có bão hoặc vào thời kỳ có sóng mạnh trong năm. Hệ thống mỏ hàn có ảnh hưởng như thế nào đối với các vùng lân cận trên bờ biển ? Do vùng được mỏ hàn bảo vệ sẽ không bị xói lở nhưng sự có mặt của các mỏ hàn sẽ làm gián đoạn dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ. Do vậy mà ở hạ lưu của hệ thống mỏ hàn, ngay sau mỏ hàn cuối cùng sẽ xảy ra hiện tượng xói lở nghiêm trọng. Các mỏ hàn chỉ 209
đơn giản là dịch chuyển các vấn đề xói lở sang vị trí khác. Sự cân bằng giữa lượng bùn cát bồi tụ và xói lở trên bờ biển có thể xác định qua sự bảo toàn lượng bùn cát vào, ra các đọan bờ. Trên bãi biển dài, thẳng, tốc độ vận chuyển bùn cát ở phía trên là Q, phía sau đập mỏ hàn, tốc độ vận chuyển bùn cát cũng bằng Q. Do vậy mà tốc độ bồi lắng giữa các mỏ hàn sẽ bằng với tốc độ vận chuyển bùn cát dọc bờ. Vì vậy mà cần cân nhắc cẩn thận khi sử dụng các mỏ hàn trên đoạn bờ biển thẳng. Để cải thiện tình hình xói lở ở hạ lưu do một mỏ hàn đơn lẻ gây ra, các mỏ hàn thường được xây dựng thành một hệ thống mỏ hàn, là bố trí nhiều mỏ hàn dọc theo bãi biển với khoảng cách hợp lý. Lý tưởng nhất là khoảng cách gi ữa các mỏ hàn trong hệ thống mỏ hàn được chọn sao cho lượng bùn cát bị ngăn cản ở phần thượng lưu của một mỏ hàn sẽ được mở rộng tới phần thượng lưu của mỏ hàn kế tiếp. Như vậy, khi góc sóng chính tác dụng tới đường bờ nhỏ thì khoảng cách giữa các đập sẽ lớn. Trên một bãi biển xói lở bị giới hạn bởi một lạch triều, cửa sông hoặc ở cuối đảo, xói lở ở hạ lưu hệ thống đập thường sẽ không gây ra những vấn đề bất lợi vì các ảnh hưởng thường gặp phải ở hạ lưu đập sẽ tương đương với việc sẽ có ít bùn cát được vận chuyển vào trong lạch vào ra của cửa sông hoặc lạch triều hoặc sẽ làm mất đi các dải cát ngầm ngoài khơi ở trước cửa sông, lạch triều. (ngoại trừ trường hợp có thể là các dải cát ngầm cắt ngang xuất hiện tại lạch triều hay cửa sông). Trong hệ thống mỏ hàn, mỏ hàn cuối cùng là đập mỏ hàn khóa, nó có vai trò như một đập chắn sóng tại các cảng hoặc các cửa sông. Đối với mỏ hàn này cần thiết kế phần chân và lớp bảo vệ đáy hết sức cẩn thận. Các đập mỏ hàn cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ cho các dự án nuôi bãi nhân tạo. Các tổn thất chủ yếu thường xảy ra trên bãi biển được bổ sung bùn cát bằng phương pháp nuôi bãi nhân tạo là do sự khuyếch tán bùn cát tại phần cuối của khu vực dự án do dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ. Bằng cách “khoanh vùng” khu vực nuôi bãi tại hai đầu của khu vực dự án, nghĩa là cần xây dựng các đập mỏ hàn ở hai đầu của khu vực nuôi bãi sao cho đủ dài (về phía biển) để các bùn cát được bổ sung cho bãi biển bằng phương pháp nuôi bãi nhân tạo không bị cuốn trôi ra khỏi khu vực nuôi bãi qua đầu các mỏ hàn một cách dễ dàng. Việc “khoang vùng” khu vực nuôi bãi sẽ giúp làm giảm lượng bùn cát thất thoát do dòng vận chuyển bùn cát ven bờ một cách đáng kể. Đập mỏ hàn, bố trí một cách đơn lẻ hay thành một hệ thống, sẽ phát huy tác dụng một cách hiệu quả nhất khi có mặt dòng vận chuyển bùn cát theo hướng dọc bờ, với lượng bùn cát vận chuyển lớn. Nếu đập mỏ hàn được bố trí tại nơi có dòng vận chuyển bùn cát ven bờ nhỏ như tại khu vực nút của các dòng bồi tích ngược triều nhau thì chúng sẽ không phát huy được tác dụng. Cũng cần hết sức lưu ý là đập mỏ hàn sẽ có tác dụng rất nhỏ đối với sự vận chuyển bùn cát theo phương ngang. Trong thực tế nếu xảy ra hiện tượng vận chuyển bùn cát theo phương ngang tại một phần bờ biển trong và sau khi có một trận bão lớn thì bãi biển vẫn bị xói lở nghiêm trọng ngay cả khi tại có các đập mỏ 210
hàn được bối trí dọc theo bờ biển. Lúc này phải sử dụng tới biện pháp khác để ngăn tác dụng xói lở của đập mỏ hàn. KÈ BẢO VỆ BỜ Kè bảo vệ bờ là các công trình được xây dựng song song với đường bờ để hạn chế sự xói lở trên bãi biển. Nó sử dụng các loại vật liệu như đá, nhựa đường, khối bê tông để bảo vệ mái dốc phía biển tại chân các đụn cát, vách bờ biển dốc đứng học dọc theo bề mặt bãi. Các công trình được thiết kế để tạo ra sóng vỡ và làm tiêu tán năng lượng sóng trong quá trình sóng tràn lên trên bãi biển, làm hạn chế tác dụng của năng lượng sóng phản xạ trên bãi biển. Việc thiết kế kè bảo vệ mái bằng đá có thể gồm 2 hoặc nhiều lớp với lớp bảo vệ ngoài cùng là các viên đá lớn, ổn định trong điều kiện có sóng tác dụng. Các thông tin chi tiết về các tiêu chuẩn thiết kế lựa chọn trọng lượng của viên đá bảo vệ có thể tham khảo thêm trong Cuốn Sổ Tay Kỹ thuật Bờ biển (Coastal Engineeing Manual, 2002), hoặc các tài liệu chuyên ngành khác. Các kích thước của đá cần được phân loại theo từng nhóm để bảo đảm rằng các viên đá nhỏ hơn, có trọng lượng thấp hơn sẽ không bị cuốn trôi khỏi lớp bên ngoài. Thông thường người ta thường bố trí tầng lọc ngược bằng vải địa kỹ thuật để ngăn tác dụng xói ngầm và chảy đât, cát ra khỏi thân kè. Trong thiết kế kè bảo vệ bờ, cao trình đỉnh kè cần phải tính đến tác dụng ngăn sóng tràn đỉnh khi bờ biển có sóng lớn và cao trình chân kè cần đặt ở cao trình phù hợp để ngăn không cho tác dụng xói ngầm dưới chân kè làm ảnh hưởng tới sự ổn định của phần thân kè. Đối với những đoạn bờ biển đang có xu thế xói phát triển dần thì việc xây dựng các kè bảo vệ bờ cần phải đặc biệt lưu ý. Đối với những bờ biển này, một hệ quả có thể gặp phải sau khi xây dựng kè là cao trình mặt bãi trước sẽ bị hạ thấp dần do bùn cát bị cuốn trôi đi mà không có sự bổ sung từ trên bãi biển. Nếu chiều cao sóng thiết kế tương ứng với độ sâu nước ở bãi trước của công trình, thì khi độ sâu nước tăng (do cao trình bãi bị hạ thấp dần) thì sóng có khả năng tác dụng tới ngang sát công trình khi xảy ra bão cũng sẽ tăng lên theo thời gian. Kết quả của một mặt cắt ngang thông thường bị biến đổi sau bão là xói lở trên bề mặt bãi biển và hình thành dải cát ngầm song song với đường bờ. Với hình thành của các dải cát và cồn ngầm song song với bờ, dẫn tới sự thiếu hụt bùn cát bù đắp cho bãi biển trong thời gian sau bão. Thậm chí một lượng nhỏ bùn cát ở chân công trình sẽ bị xói lở sau đó. Mặc dù, cho tới nay vẫn chưa có công thức nào dự báo một cách chính xác chiều sâu hố xói trong tính toán thiết kế, nhưng trong các sổ tay hướng dẫn thiết kế đều gợi ý lấy chiều sâu hố xói bằng chiều cao sóng tại chân kè. Trong nhiều trường hợp, khi xây dựng chân công trình phải bao gồm cả việc xây dựng phần chân kè bằng đá đổi và lớp bảo vệ chống xói mở rộng ra ngoài chân. Trong 211
trường hợp mực nước tăng và xảy ra xói lở ở chân thì lớp bảo vệ chống xói sẽ che phủ lên bề mặt hố xói và hạn chế tốc độ xói lở, tạo thành một lớp bảo vệ liên tục ở chân công trình. TƯỜNG BIỂN Tường biển được xây dựng để bảo vệ phần bờ bên trong chống tác dụng của sóng. Hay nói cách khác, tường biển được xây dựng ngăn bờ biển không bị tiếp tục xói lở. Nhưng cần lưu ý tằng, tường biển chỉ ngăn chặn xói lở xảy ra ở phía bên trong đất liền chứ không có tác dụng bảo vệ bãi biển phía trước nó. Tường biển thường có kết cấu dạng tường đứng, bố trí phía trước dốc dứng, vách bờ hay phần bờ cao đối diện với bãi biển . Dạng kết cấu thường gặp đối với tường biển là kết cấu cọc gỗ, cọc bê tông hay dạng hàng cừ thép. Một dạng thiết kế tường biến khác hay gặp có kết cấu bê tông, với phần trên đỉnh được uốn cong có tác dụng hắt sóng leo nhằm giảm tác dụng xói lở chân và bãi trước do tường biển gây ra, hoặc giảm các sóng phản xạ. Tương tác giữa tường biển với hệ thống bãi biển cũng gần tương tự như đối với hệ thống kè biển. Tường biển thường có hệ thống móng sâu để đảm bảo tính ổn định của công trình, và cũng là để chống lại áp lực nén của khối đất phía trong bờ ở công trình. Cao trình đỉnh của tường biển và độ sâu nơi tường đỉnh được mở rộng về phía bãi biển là các yếu tố quan trọng chi phối điều kiêjn ổn định của tường biển khi xảy ra bão. Nếu tường quá thấp, sóng tràn đỉnh vượt quá mức cho phép có thể xói lở một phần đáng kể lượng đất phía sau tường và làm tường yếu đi. Thậm chí, sóng tràn đỉnh còn làm độ ngậm nước của các tầng đất ở trong tường bão hòa dẫn tới kết cấu đất trong tường yếu đi và tăng áp lực tác dụng lên tường của khối đất ngậm nước bão hòa phía trong tường. Nếu phần chân móng của tường không đủ vững thì nó có thể bị đẩy bật đi khi có sự kết hợp của hiện tượng xói chân và tác dụng của áp lực lên tường của phần đất đã bão hòa nước sau tường. XÓI LỞ SAU KHI XÂY DỰNG TƯỜNG BIỂN Trong thiết kế tường biển dạng đứng, một vấn đề rất quan trọng cần phải lưu ý đó là dự tính độ sâu xói tới hạn ở gần chân của công trình. Do hệ số sóng phản xạ lên tường biển dạng đứng là rất lớn so với hệ số phản xạ trên bãi biển cát tự nhiên, vì trạng thái sóng và dòng chảy ở ngay trước tường biển có sự nhiễu loạn, trùng pha rất lớn và đây cũng chính là nguyên nhân gây xói lở tại chân công trình. Mái dốc của tường biển cũng là một tham số quan trọng khi xác định độ sâu xói ở chân công trình. Nhìn chung, độ sâu xói ở trước tường biển thẳng đứng thường nhỏ hơn so với độ sâu xói ở trước tường nghiêng. Có thể nói đó là do các sóng đứng hình thành khi phản xạ lên các tường đứng và dẫn tới vận tốc dòng chảy nhỏ ở đáy tại các điểm cộng hưởng. Tuy vậy, tường biển 212
thẳng đứng có thể làm tăng các lực động năng cục bộ tác dụng lên tường; điều này là đặc biệt quan trọng khi đối với thiết kế công trình hơn là đối với diễn biến hình thái bờ biển. Barnett (1987) đã tiến hành một loại các thí nghiệm phức tạp trong bể sóng để đo đạc sự biến đổi của hình dạng mặt cắt ngang bờ biển khi có tường biển thẳng đứng và đã phát hiện ra rằng sự gia tăng thể tích bùn cát xói lở do sóng bãi tạo thành tại chân của tường biển bằng khoảng 60% lượng xói lở ở trên bờ cao mà có thể xảy ra n ếu không xây dựng tường biển. Sự xói lở tại chân tường biển được trình bày ở hình (7.4). Những kết quả này cũng đúng với bờ biển có lượng vận chuyển bùn cát nhỏ hoặc không có sự vận chuyển bùn cát. Hình 7.4 Xói lở bổ xung ngay trước tường biển do sóng bão (theo Dean 1986). (A) Mặt cắt ngang thông thường và mặt cắt ngang sau khi có bão trên bãi biển tự nhiên; (B) Mặt cắt ngang thông thường và mặt cắt ngang sau khi có bão khi xây dựng tường biển có so sánh với mặt cắt tự nhiên. Walton và Sensabaugh (1979) đã tiến hành khảo sát sự xói lở gần các tường biển do ảnh hưởng của một trận bão. Do sự hình thành các dải cát ngầm ngoài khơi xảy ra khi có bão và sự thiết hụt nguồn bùn cát bổ sung cho bãi biển nên bùn cát sẽ bị lấy đi từ các bờ biển lân cận. Điều này có nghĩa là, các bãi biển lân cận sẽ bị xói lở thêm. Trên cơ sở các quan trắc ngoài thực địa sau khi xảy ra bão Eloise (1975) tại miền tây Florida, Walton và Sensabaugh phát hiện ra rằng sự xói lở mở rộng ở gần tường biển sẽ tăng lên theo chiều dài của tường Rất nhiều các vấn đề khác có liên quan tới tường biển đến nay vẫn chưa được giải quyết một cách thỏa đáng. Ví dụ như, tường biển thường gây ra xói lở cho phần bãi biển ở vùng nước sâu dốc hơn, điều này có nghĩa là các sóng có chiều cao sóng lớn hơn sẽ tồn tại ở gần bờ hơn. Cũng có những ý kiến khác cho rằng, tường biển được đặt ngay trên bãi biển sẽ gây ra những ảnh hưởng bất lợi cho bãi biển và thực chất là không mang 213