Nghiên cứu đề xuất các tham số của công trình giảm sóng, gây bồi đối với khu vực Hải Hậu - Nam Định

KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> NGHIÊN CỨ U Đ Ề XUẤT CÁC THA M SỐ C ỦA CÔNG TRÌNH<br /> GIẢ M SÓNG, GÂY BỒI ĐỐ I VỚI KHU VỰC HẢI HẬ U-NA M ĐỊNH<br /> <br /> ThS. Doãn Tiến H à, PGS.TS. Trương Văn Bốn<br /> Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về ĐLHSB<br /> PG S.TS. Trần Hồng Thái<br /> Trun g tâm Khí tượng thủy văn Quốc gia<br /> <br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu sự thay đổi các tham số (chiều cao, bề rộng, kích<br /> thước dài-ngắn,…) của công trình giảm sóng, gây bồi có ảnh h ưởng đ ến diễn b iến cá c trường<br /> thủy thạch động lực khu vực Hải Hậu- Nam Định. Từ các kết quả nghiên cứu sẽ đ ề xuấ t được bộ<br /> thông số hợp lý về công trình g iảm sóng, gây bồi đối với khu vực nghiên cứu. Để giải quyết vấn<br /> đề này, nhóm tác giả đã kết hợp giữa các phương pháp thí nghiệm trên mô hình vật lý và m ô<br /> phỏng trên m ô hình toán.<br /> Từ khóa: Mô hình vật lý, mỏ hàn, đê phá sóng<br /> Summ ary: This paper p resents research results change the parameters (heigh t, width, size o f<br /> long-short, ...) o f the structure reduction wave, cau sing damages that affect the evo lution o f<br /> aquatic fossils regional dynam ics of Hai Hau-Nam Dinh. From the results of the study will<br /> propose a rea sonable set of pa ram eters for the reduction wave, cau sing damages to the stud y<br /> area. To solve th is prob lem , the autho rs have com bined the experim ental m ethods on physica l<br /> m odeling and sim ulation on mathem atical m odel.<br /> Keywo rds: Physical m odels, Groins, Breakwaters<br /> <br /> I. MỞ ĐẦU * sóng bão lớn. Hiệu quả gây bồi nhanh chón g<br /> thể hiện rõ ở BCB Hải Chính, sau kh i xây<br /> Ở Hải Hậu- Nam Định hiện nay, n goài hệ<br /> thống đê biển hầu như đã được bê tông hóa và dựn g công trình đến nay, bãi được bồi cao<br /> kè lát mái phía biển, một số nơi đã sử dụn g hệ bình quân từ 0.5-1.6m; ch iều rộn g từ chân đê<br /> trở ra khoản g 50-60m. Ngo ài ra, sóng biển qua<br /> thống côn g trình giảm sóng, gây bồi, như: Hệ<br /> đê giảm són g (ĐGS) sẽ giảm chiều cao, từ đó<br /> thống 5 m ỏ hàn chữ T (MCT) xây dựn g năm<br /> giảm chiều cao són g leo và tác độn g x ung kích<br /> 2005 tại Hải Thịnh, hệ thốn g 9 bẫy cát biển<br /> lên m ái kè.<br /> (BCB) được xây dựn g năm 2011 tại khu vực<br /> Hải Ch ính. Ngoài m ột số những hiệu quả đã đạt được của<br /> hệ thống các công trình đã xây dựn g tại Hải<br /> Cho đến nay, các trườn g hợp sử dụn g MCT<br /> đều cho hiệu quả chưa lớn, nhưn g có thể nói là Hậu, thì vẫn còn nhữn g tồn tại như: Đối với<br /> khả quan. Đáng kể nhất là công trình Hải MCT, kích thước m ặt bằn g v ẫn chưa tuân th ủ<br /> hoàn toàn theo chỉ dẫn của 14TCN130-2002 ;<br /> Thịnh 2, công trình này có tác dụn g gây bồi<br /> Thân chưa v ươn ra dải són g vỡ, cánh còn ngắn<br /> theo m ùa nhưng tạm thời và rất hạn chế, công<br /> (Hải Thịnh 2), nên són g v ẫn xô vào tận bờ và<br /> trình bị m ột số hư hỏng khi chịu tác động của<br /> gốc MCT, lượn g cát bồ i t ụ ít; Cao trình đỉnh<br /> MCT còn chưa đạt đến mực nước trung bình,<br /> Người phản bi ện: PGS.TS Nguyễn Th anh Hù ng hạn chế hiệu quả n găn cát, giảm sóng khi mực<br /> Ngày nhận bài: 07/ 11/ 2014 nước cao và sóng lớn; Kết cấu cánh sử dụn g<br /> Ngày t hông qua phả n bi ện: 10/12/ 2014 ống buy, hiệu quả giảm són g r ất hạn chế, đồn g<br /> Ngày duyệt đăn g: 05/ 02/2015<br /> <br /> TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔ NG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 1<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> thời gây hiệu ứn g són g đứng, dẫn đến xó i nghiên cứu để đưa ra được bộ thông số ph ù<br /> chân, bất ổn định công trình. Về côn g trình hợp đối với côn g trình giảm sóng, gây bồ i tại<br /> hỗn BCB, vị trí đặt ĐGS (thân) quá gần bờ và nơi đây.<br /> cao trình còn thấp, chưa ph át huy được hiệu<br /> II. CƠ SỞ LÝ TH UYẾT VÀ PH ƯƠ NG<br /> quả giảm són g v à ngăn cát; Theo chỉ dẫn, vị trí<br /> PHÁP NGH IÊN C ỨU<br /> từ đường bờ đến tim ĐGS bằn g 1,0-1,5 lần<br /> chiều dài són g n ước sâu. Do vậy h iệu quả 2.1. Ảnh hưởng của công trình giảm sóng<br /> giảm són g khôn g cao; Chiều dài ĐGS (cánh), gây bồi tới biến đổi hình thái đường bờ<br /> theo chỉ dẫn lấy bằn g 1,5-3,0 lần khoản g cách Khi một công trình giảm són g ( đê n gầm phá<br /> bờ- ĐGS; Thiết kế của BCB chỉ lấy bằng 1,0 sóng ch ẳng hạn) được đặt trên bãi biển, dù là<br /> lần là thiên nhỏ. loại khôn g n gập nước hay loại ngập n ước đều<br /> Nhìn chun g, các thông số v ề kích thước ( dài sẽ có ảnh hưởn g tới diễn biến hình thái đườn g<br /> ngắn), cao trình, kho ản g cách giữa các công bờ. T ùy thuộc vào các tham số của công trình<br /> trình,… đối với côn g trình trên bãi đã x ây m à ảnh hưởng của đê đến hình thái đườn g bờ<br /> dựng ở Hải Hậu vẫn còn có nhiều bất cập. Từ sẽ có nh ững nét khác nh au. Nhưn g về tổn g thể<br /> đó dẫn đến chưa phát huy được tối đa hiệu quả nhữn g thay đổi hình thái đó được chia làm hai<br /> của công trình. Do vậy, rất cần có nh ững loại là Tomolo và Salient (Bãi nổi).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.1. Hai hình thái điển hình<br /> cho diễn biến đường bờ sau đê ngầm<br /> Hình 2.2. Các tham số đánh giá diễn<br /> biến hình thái đường bờ sau đê ngầm<br /> Điều kiện hình thành Salient hay Tomolo thông qua các tham số trình bày ở hình 2.2. Các tham<br /> số được diễn giải cụ thể như sau:<br /> Ký Ký<br /> Ý nghĩa Ý nghĩa<br /> h iệu h iệu<br /> Ls: C hiề u dài đê ng ầ m ( m ) Dto t: C hiề u dài đư ờ ng b ờ đư ợc b ồi s a u đ ê ngầ m ( m )<br /> X: Kh oản g các h từ đê n gầ m tớ i đ ư ờ n g bờ ( m) A: Diệ n tíc h vù n g b ồi tụ s au đê n gầ m ( m2 )<br /> B: Bề r ộn g đê n gầm (m ) L: C hiề u dài bư ớ c s ó ng tại đê ng ầ m ( m )<br /> G: Độ r ộn g khe giữ a các đê h: C hiề u s âu nư ớ c tại châ n đê ng ầ m ( m )<br /> X off : Kh oản g các h từ mũi S al i ent tớ i đê n gầ m (m ) T: C hu kỳ s ó ng<br /> Y off : Kh oản g các h từ mũi Slient tớ i đư ờ n g bờ b an Ho : C hiề u ca o s ó n g n ư ớc s â u<br /> đầ u (m )<br /> Các tiêu chí để đưa ra sự hình thành dạng hình thái bãi kiểu Tom bolo hay Salient cũng đã được<br /> <br /> <br /> 2 TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> m ột số nhà khoa học ngh iên cứu và đưa ra các dạn g công thức nh ư sau:<br /> TT Hì nh thái t ạo bãi Đi ều ki ện Tác giả Ghi chú<br /> 1 Tombolo Ls/X > (1.0 đến 1.5) Harris và Herbi ch, Đê chắn sóng loại<br /> Bãi cát nổi Ls/X = (0.5 đến 1.0) 1986; Dally và không bị chìm dưới<br /> Bãi cát nổi (nhiều GX/ Ls2> 0.5 Pope, 1986 nước<br /> ĐGS )<br /> 2 Tombolo Ls/X > (1.0 to 1.5)/(1-Kt ); Pilarczyk & - Đề xuất thêm yếu tố<br /> hoặc X/Ls < (2/ 3 đến 1)(1- Zeidl er (1996) (1-Kt), Kt l à hệ số<br /> Kt); hoặc X/ (1-Kt) < (2/ 3 đến truyền sóng;<br /> 1)Ls - Độ rộng khe t hường<br /> Bãi cát nổi Ls/X< 1/(1-Kt), X/Ls> (1-Kt), trong khoảng<br /> hoặc X/(1-Kt ) >Ls L≤G≤0.8Ls;<br /> Bãi cát nổi (nhiều GX/ Ls2 > 0.5 (1-Kt ) L=T(gh)0. 5<br /> ĐGS )<br /> 3 Tomolo Ls/L ≤ 11 (1-Kt ) Ho/h Hanson và Krause<br /> Bãi cát nổi Ls/L ≤ 48 (1-Kt ) Ho/h (1989, 1990)<br /> 4 Tombolo Ls/X >0. 65 (Bl ack & Mead, Đê nổi<br /> Bãi cát nổi Ls/X 0. 60 (1997) Đê ngầm<br /> Bãi cát nổi Ls/X 0.8 (2000) đọng (A)<br /> Khu vực cát lắng đọng A/X2=-0.348+0.043X/Ls<br /> (A) +0.711Ls/ X<br /> 7<br /> off<br /> Ls 2<br /> <br /> Tính chi ều dài bãi bồi Y 14.8 X GX exp 2.83 (GX) / Ls2  Suh và Dal rymple<br /> (1987)<br /> Chi ều dài Max của bãi<br /> bồi sau đê chắn sóng<br /> tính t ừ bờ Yoff<br /> <br /> <br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu trên m ô hình - Thí nghiệm được thực hiện trongm áng tạo sóng<br /> vật lý (MHVL) Flander có kích thước: dài 40m, rộng 2m , cao 2m .<br /> Hệ thống có khả năng tạo được các sóng đều<br /> (Sine), sóng không đều với các dạng phổ: Pierson<br /> Moskowitz, Jonswap, chiều cao sóng từ 1,5cm đến<br /> 30cm , chu kỳ sóngtừ 0,5s đến 5s trên mô hình.<br /> - Trong thí nghiệm này nhằm tìm ra được bộ<br /> thông số: cao trình đỉnh đê, bề rộn g đỉnh, mái<br /> dốc và các hệ số suy giảm sóng phù hợp với<br /> khu v ực Hải Hậu.<br /> 2.2.1. Mô phỏn g tươn g tự các giá trị trên m ô<br /> hình, chọn tỉ lệ mô hình<br /> Hệ thống m áng tạo sóng Flander<br /> Mô hình lựa chọn là m ồ hình chính thái, tỷ lệ<br /> <br /> TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔ NG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 3<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> lựa chọn là 1:20. Việc m ô phỏng tươn g tự các được thiết lập theo tiêu chuẩn Fro ude.<br /> thông số về đơn vị độ dài, thời gian, tần số,…<br /> Bảng 2.1. Các giá trị tỷ lệ mô hình - nguyên hình<br /> Thực tế khu vực nghiên<br /> C ác đại lượng Tỉ lệ mô hình/nguyên hình<br /> cứu (tỷ lệ 1/20)<br /> Tỷ lệ độ dài, chiều cao són g (m ) L = h = a 20<br /> Tỷ lệ thời gian, chu kỳ ( s) T =  L = a 4,472<br /> Tỷ lệ tần số (Hz) 1 1 0,2236<br /> f  <br /> T a<br /> Tỷ lệ trọng lượn g (k g) P = L3 = a3 8000<br /> 2<br /> Tỷ lệ diện tích (m ) s = L = a 400<br /> 2 2<br /> <br /> 3<br /> Tỷ lệ thể tích (m ) P = L3 = a3 8000<br /> Đơn vị đo áp lực mBar p = a 20<br /> 3<br /> Lưu lượn g (m /s) q =  L = a2,5 1788,854<br /> 2 .5<br /> <br /> Vận tốc v = L = a 4,472<br /> <br /> 2.2.2. Các điều kiện biên và k iểm định mô<br /> hìn h<br /> 1. Số liệu địa hình:<br /> Bãi và đê biển được lấy tại m ặt cắt đại diện<br /> cho khu vực cần n ghiên cứu ( Hải Hòa- Hải<br /> Hình 2.3. Mặt cắt bãi ven biển Hả i Hậu- Nam<br /> Hậu, xem hình 2.3). Mặt bãi nghiên cứu từ<br /> Định đ ược mô phỏng<br /> chân đê tại cao trình +0.62m trải dài 400m ra<br /> biển, nơi có cao trình -3.2m. 2. Điều kiện sóng và mực nước thí nghiệm :<br /> <br /> Bảng 2.2. Các cấp mực nước và sóng thí nghiệm<br /> Các cấp MN thí n ghi ệm Chi ều cao són g Chu kỳ<br /> TH<br /> Thực tế MH NH MH NH MH<br /> 2.01m 0.100m 6.700s 1.498s<br /> 1 Cấp 1: = 3. 0m (MN=2.2+ND=0.8) 0.150m<br /> 2.70m 0.135m 9.973s 2.230s<br /> 2.01m 0.100m 6.700s 1.498s<br /> 2 Cấp 2: = 3. 5m (2.2+1.3) 0.175m<br /> 2.70m 0.135m 9.973s 2.230s<br /> 2.01m 0.100m 6.700s 1.498s<br /> 3 Cấp 3: = 4. 0m (2.2+1.8) 0.200m<br /> 2.70m 0.135m 9.973s 2.230s<br /> <br /> 2.2.3. Kiểm định mô hình thí ngh iệm nghiên cứu này đã lấy phổ sóng thực đo tại Hải<br /> Hậu và so sánh với hs = 0.0715m (1.43m thực tế)<br /> Trước khi thí nghiệm, các đầu đo sóng phải được<br /> hiệu chuẩn và kiểm định theo phương pháp và chỉ và chu kỳ T = 1.43s (5.84s thực tế), m ực nước<br /> +15cm (3.0m thực tế) đo đạc trong hệ thống<br /> dẫn của hệ thống thí nghiệm. Sau đó sẽ kiểm định<br /> m áng tạo sóng.<br /> sóng đầu vào để phục v ụ thí nghiệm . Trong<br /> <br /> 4 TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.4a. Phổ sóng đưa vào kiểm định Hình 2.4b. So sánh phổ sóng kiểm định và<br /> phổ sóng th ực đo tạ i Hả i Hậu<br /> <br /> Kết quả so sánh cho thấy hệ thống tạo sóng từ 5.0m-20.0m (trên mô hình: 25cm -100cm), ứng<br /> trong phòng thí nghiệm khá ph ù h ợp với số với 02 cấp m ực nước: 3.0m và 3.5m .<br /> liệu thực đo, hoàn toàn có thể đưa hệ thống<br /> 2.3. Phương pháp nghiên cứu trên môhình toán<br /> vào thí nghiệm.<br /> 2.3.1. Thiết lập mô hình tính toán:<br /> 2.2.4. Các phươn g án thí nghiệm<br /> - Thí nghiệm với đê ngầm có độ cao thay đổ i Áp dụn g m ô hình tính biến độn g đườn g bờ<br /> khác nhau, tươn g ứn g với 03 cấp mực n uớc: biển (GENESI S), sử dụn g lưới v uôn g, bước<br /> 3.0m, 3.5m, 4.0m . lưới 5m theo cả hai trục X và Y, lưới quay một<br /> góc 315 độ so với hướn g Bắc.<br /> - Thí nghiệm với đê ngầm có độ rộng (B) thay đổi<br /> <br /> Trong phần thí nghiệm m ô hình vật lý đã<br /> lựa chọn được cao trình đỉnh đê, hệ số suy<br /> giảm sóng Kt, mái đê và bề rộng đê ngầm .<br /> Y Các thông số này sẽ được sử dụn g để đưa<br /> vào mô hình toán.<br /> X<br /> 2. H iệu chỉnh và kiểm định m ô hình:<br /> Bằn g cách sử dụng nh iều tổ hợp các giá trị<br /> Đê ngầm<br /> K1, K2 và so sánh sự tươn g đồng giữa<br /> đườn g bờ tính toán và thực đo (lấy từ các<br /> bản đồ đườn g bờ lịch sử), tổ hợp giá trị các<br /> hệ số hiệu chỉnh được xác định với các giá<br /> trị như sau:<br /> - Chọn K1 = 0.56; K2 = 0.45.<br /> - Đường kính hạ t d50 = 0.16mm<br /> <br /> Hình 2.5. Lưới tính toán khu vực ngh iên cứu<br /> <br /> Hình v ẽ 2.6 là kết quả tính toán kiểm định cho thấy sự ph ù hợp khá tốt xu thế biến độn g<br /> khu vực Hải Hậu từ cửa Hà Lạn đến cửa Lạch đườn g bờ qua thời kỳ 1985-1995, sai số tính<br /> Giang. Các k ết quả tính toán kiểm định cho toán được thể hiện như sau:<br /> <br /> TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔ NG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 5<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> Sai Số trun g bình (m ): 18.739 Sai Số cực tiểu (m): 0.055<br /> Sai số cực đại (m ): 50.044<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.6. Tính toán kiểm định diễn biến đường bờ tạ i Hả i Hậu g iai đoạn 1985-1995<br /> <br /> <br /> 3. Điều kiện b iên mực nước và sóng: L=200m . Thời gian tính toán là 5 năm từ n gày<br /> Tính toán diễn biến đườn g bờ được lấy từ giá 1/1/2012 đến 31/12 /2017.<br /> trị phân tích chuỗi số liệu thống kê sóng, gió - Đánh giá ảnh hưởng khoảng cách giữa đê n gầm<br /> nhiều năm tại các trạm đo Bạch Lon g Vĩ và và đường bờ ban đầu tới diễn biến hình thái: Tiến<br /> Cồn Cỏ để làm đầu vào. hành tính toán với các phương án X=50m ;<br /> X=80m; X=100m; X=150m và X=200m.<br /> 2.3.2. Các ph ương án mô phỏng tính toán<br /> 2. Tính toá n với cụm công trình đề xuấ t: Bố<br /> 1. Đánh giá ảnh hưởng của đê ngầm tới diễn<br /> trí phương án gồm 7 MCT, kết hợp với 5 đê<br /> biến đườn g bờ<br /> ngầm phá són g (ĐNP G) với mục đích ngăn<br /> - Đánh giá ảnh h ưởn g của chiều dài đê n gầm cát, giảm sóng và gây bồi bãi tại Hải Hò a<br /> tới diễn biến đường bờ: các kịch bản chiều dài (Hình 2.7).<br /> đê (L) thay đổ i lần lượt là L=50m; L=100m và<br /> <br /> Thông số chi tiết của phương án bố trí:<br /> - Cánh chữ T và đê ngầm bố trí cách bờ<br /> khoảng 150-160m ở độ sâu -0.8m÷-1.0m.<br /> - Chiều dài thân mỏ chữ T tr un g bình 150m ,<br /> cũng là khoản g cách từ bờ đến đê n gầm ;<br /> - Chiều dài cánh mỏ chữ T trun g bình 200m ,<br /> cũng bằn g chiều dài trun g bình của đê n gầm ;<br /> - Khoảng cách trung bình giữa 02 đầu cánh<br /> MCT, hoặc giữa 02 đê ngầm với nhau là 110m ;<br /> - Cao trình đỉnh đê n gầm , cũng là cao trình<br /> đỉnh chữ T là +1.40m ;<br /> Hình 2.7. Bố trí hệ thống công trình hỗn hợp - Bề rộn g đỉnh đê n gầm, cũn g là bề rộn g<br /> tại khu vực Hải Hậu. đỉnh m ỏ chữ T là 5.0m.<br /> <br /> <br /> 6 TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> III. KẾT Q UẢ NGH IÊN CỨU TÍNH TO ÁN với đê ngầm làm bằng nhôm (B=2m, MH<br /> =10cm) có thể thay đổi độ cao khác nhau.<br /> 3.1. Kết quả thí nghiệm mô hình vật lý<br /> Từ kết quả thí nghiệm đã đưa ra được đồ thị về<br /> 3.1.1. Thí nghiệm lựa chọn cao trỉnh đỉnh đê ngầm quan hệ giữa hệ số suy giảm Kt và chiều cao<br /> Thí nghiệm nhằm lựa chọn được cao trình đỉnh tương đối của đê ngầm (d/Ht) ứng với m ực nước<br /> đê ngầm phù hợp với khu vực nghiên cứu (cả về khác nhau (hình 3.1).<br /> kỹ thuật và tính khả thi), đã tiến hành thí nghiệm<br /> <br /> Từ kết quả thí ngh iệm có thể rút ra được m ột<br /> số kết luận sau:<br /> - Độ cao tươn g đối của đê ngầm càn g tăn g thì<br /> tác dụn g giảm són g của đê ngầm càn g tăn g.<br /> - Độ sâu m ực nước tươn g đối càng giảm thì<br /> tác dụn g giảm són g của đê ngầm càn g tăn g.<br /> Từ đường quan hệ  Muốn đê ngầm phát<br /> huy tác dụng thì trong thực tế thường phải<br /> d<br /> lấy  0 ,5 vì hệ số Kt mới đạt 0.7-0.8, tức<br /> Ht<br /> Hình 3.1. Quan hệ giữa Kt và d/Ht là chiều cao sóng giảm được tối thiểu từ20%-30%.<br /> tại các mực nước th í nghiệm<br /> <br /> <br /> Dựa v ào các kết quả thí n ghiệm với các cao 2.40-1.0=+1.40m.<br /> trình đê thay đổi nhằm lựa chọn được cao trình<br /> 3.1.2. Lựa chọn tham số bề rộng đ ỉnh đê ngầm<br /> đỉnh đê ph ù h ợp đối với v en biển Hải Hậu, các<br /> tác giả đã tính toán và đề x uất cao trình đỉnh Nhằm tìm ra bề rộng đỉnh đê ngầm ph ù hợp<br /> đê ngầm ứng với m ực n ước thiết kế tần suất với khu vực n ghiên cứu, các tác giả đã triển<br /> P=5% (h=2.2m), cộng v ới nước dân g 0.8m là: khai thí nghiệm với điều kiện biên : m ực nước<br /> Đê n gầm đặt tại vị trí có cao trình đáy là - +2m , chiều cao són g Hs tại biên từ 1.5÷3.0m ,<br /> 1.0m, ta có Ht=2.2+0.8 +1.0 =4.0m, chọn chu kỳ sóng T từ 5.0s ÷10.0 s, cao trình đỉnh đê<br /> d/Ht=0.6  d=4.0*0.6 =2.40m. Vậy, n ếu ký ngầm +1.40m, hai mái đê 1 :2. Kết quả thí<br /> hiệu ∆ là cao trình đỉnh của đê ngầm thì ∆ = nghiệm được thể hiện tron g hình 3.2 dưới đây.<br /> <br /> Kết quả thí nghiệm cho thấy rõ quy luật khi<br /> bề rộn g ( B) tăng thì hệ số Kt giảm, nghĩa là<br /> khả năng giảm sóng của đê ngầm tăn g lên.<br /> Với kết quả thí n ghiệm thực tế cho thấy, khi<br /> bề rộn g đê là 5.0m thì hệ số giảm sóng trun g<br /> bình trong các trường hợp khoảng 0.7. Khi<br /> B tăng thì khả năng giảm sóng của đê ngầm<br /> cũng tăn g lên nhưn g khôn g quá nhiều. Do<br /> đó, v ới điều kiện và kh ả năng đáp ứn g của<br /> Hình 3.2. Mối quan h ệ th ực nghiệm đơn giản giữa Việt Nam nên lựa chọn ph ươn g án bề rộn g<br /> chiều bề rộng đê ngầm và kệ số giảm sóng. đê ngầm B=3-5m để thi côn g.<br /> <br /> <br /> TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔ NG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 7<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> 3.2. Kết quả nghiên cứu m ô phỏng trên mô 3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách giữa<br /> hình toán đê và đường bờ ban đầu tới diễn biến hình thái<br /> 3.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của chiều dài Tiến hành tính với X (khoảng cách giữa đườn g<br /> tường tới d iễn biến hình thá i: bờ v à đê giảm sóng) thay đổi X= 50m; X =<br /> 80m ; X = 100m ; X = 150m và X = 200m.<br /> Tính toán với các kịch bản chiều dài đê n gầm<br /> L thay đổ i lần lượt là L=50m ; L=100m và<br /> L=200m. Thời gian tính toán 5 năm từ<br /> 1/1/2012 đến 31/12/2017. Số liệu đường bờ<br /> được trích và so sánh vào ngày 31/2/2017.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3.3. Diễn b iến hình thái đ ường bờ với 3<br /> trường hợp đ ê ngầm thay đổi chiều dà i khác<br /> nhau (L=50, 100, 200m)<br /> Kết quả tính toán cho thấy, khi tăng chiều dài đê,<br /> đường bờ có x u hướn g biến độn g ổn định hơn.<br /> Với trường hợp L= 200m thì diện tích bồi là<br /> 2 2<br /> 626.65m , diện tích xói là 617.16m cả diện tích<br /> bồi và diện tích xói đều nhỏ nhất so với trường<br /> hợp L=100m và L=50m . Trường hợp L=50m<br /> 2 2<br /> diện tích bồi là 680m , diện tích xói 677m lớn<br /> nhất trong ba trường hợp. Trong cả 3 trường<br /> hợp, kết quả tính toán cán cân bồi xói cho thấy<br /> giá trị dương, điều này chứng tỏ đê ngầm cho Hình 3.4. Biến động đ ường bờ với các khoảng<br /> hiệu quả bảo vệ bờ và chống xói. cách tới bờ khác nhau của đê ngầm<br /> <br /> <br /> 8 TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> Kết quả tính toán cho thấy, khi tăng giá trị X Do đó, cần phải tính toán hợp lý để lựa chọn<br /> cả diện tích bồ i và xói đều giảm . Điều này cho được kho ản g cách tốt cho khu v ực ngh iên cứu.<br /> thấy, đê n gầm đặt càn g xa thì giảm hiện tượng<br /> 3.2.3. Đánh giá ảnh h ưởng độ rộng khe ( G)<br /> bồi xói cục bộ, tuy nhiên lượng bồi cũn g giảm.<br /> giữa cá c tường tới diễn biến h ình thái:<br /> <br /> <br /> Tiến hành tính toán với các kịch bản<br /> thay đổi bề rộng G lần lượt: G=25,<br /> G=50, G=80 v à G=150m. Kết quả tính<br /> toán cho thấy, khi tăng độ rộn g khe<br /> giữa các tườn g diện tích bồi khôn g<br /> thay đổi nhưn g diện tích xói thì tăng<br /> lên. Chính vì vậy giá trị của cán cân<br /> Hình 3.5. Phân tích diễn biến bồi xói khi thay đổi độ bồi xói giảm khi độ rộng khe giữa các<br /> rông khe g iữa các tường từ 25m đến 150m. đê tăng.<br /> <br /> <br /> 3.2.4. Kết quả tính toán biến động đ ường b ờ với cụm công trình đ ề xuất:<br /> Kết quả tính toán cho thấy việc bố trí hệ thống côn g trình đề x uất đã gây bồ i tạo cho bãi biển ổn<br /> định h ơn (Hình 3.6)<br /> <br /> Vùn g bãi của 4/7 m ỏ hàn chữ T có<br /> xu h ướn g được bồi mạnh sau côn g<br /> trình. Tại hai đê n gầm có sự hình<br /> thành bãi bồi nhẹ. Mỏ chữ T ở kh u<br /> vực phía Nam có xu hướng được<br /> bồi trước và bồi m ạnh hơn mỏ ch ữ<br /> T ở phía Bắc. Tại hai m ỏ chữ T<br /> phía Nam HT6 và HT7 sự bồi t ụ<br /> diễn ra mạnh, phía sau m ỏ chữ T<br /> HT7 mức độ bồ i là 100m /10 năm .<br /> Còn tại HT6 m ức độ bồi giảm còn<br /> khoảng 80m /10 năm. Tại mỏ HT5<br /> không xảy ra h iện tượn g bồi t ụ sau<br /> Hình 3.6. Tính toán biến động đ ường bờ khu vực công trình.<br /> Hải Hậu khi bã i có công trình<br /> <br /> <br /> IV. PH ÂN TÍCH LỰA CHỌ N CÁC TH AM SỐ với khu vực Hải Hậu để đảm bảo tính hợp lý.<br /> CÔNG TRÌNH PHÙ HỢP DỰA TRÊN C ÁC - Khoảng cá ch giữa đê ngầm và đường bờ (X):<br /> KẾTQ UẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TO ÁN Từ giá trị đo đạc thực tế cho thấy chiều cao<br /> Nhữn g tham số lựa chọn của đê n gầm được sóng bị vượt 1 lần trong 1 năm và chiều cao<br /> dựa trên côn g thức thực n ghiệm sẽ được so sóng trun g bình theo trọng số tươn g ứn g là 1.5<br /> m và 0.7 m. Do vậy ch iều cao són g trung bình<br /> sánh v ới k ết quả tính toán trên mô hình toán,<br /> năm Hs được ước tính: Hs = (1.5 + 0.7) /2 = 1.1<br /> cũn g như thí ngh iệm trên m ô hình vật lý đối<br /> <br /> TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔ NG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 9<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> m và T s = 8.5 s. trình đỉnh đê lựa chọn sẽ là +1.5m. T uy nhiên,<br /> Chiều dài són g v ùn g nước sâu Ls liên quan dựa v ào các kết quả thí n ghiệm trên mô hình<br /> g T52 vật lý kh uyến n ghị nên lựa chọn cao trình đỉnh<br /> đến Hs: Ls  1.56  8.52 112.7 m đê n gầm là ∆=+1.40m (gần tươn g đươn g<br /> 2<br /> Đê ngầm thường được đặt tại vị trí X = nhau).<br /> (1÷1.5)Ls do vậy ta đặt đê cách bờ một đoạn X = - Bề rộng đê ngầm : Bề rộn g đê n gầm thườn g<br /> 150m. lấy lớn hơn độ sâu tại vị trí đặt công trình<br /> - Chiều dài đê ngầm (L): Chiều dài đê ngầm (2,86m). Theo kết quả thí nghiệm mô hình vật<br /> có thể được tính theo hai cách: lý ở trên, dựa vào tính khả thi trong điều kiện<br /> Chiều dài đê n gầm chắn són g L được ước định Việt Nam, nên lựa chọn bề rộn g đê từ B=4.0-<br /> theo tương quan với ch iều dài són g v en bờ: 5.0m.<br /> 1. 8 Ls  L  3 .0 Ls 1.8  112.7 = 202.86 < L < - Ước tính chiều dài bãi bồi lớn nhất: Chiều<br /> dài lớn nhất của bãi bồi sau đê phá són g tính từ<br /> 3.0  112.7 = 338 m<br /> bờ ys được ước tính theo hệ thức của Suh v à<br /> Chiều dài đê n gầm chắn són g L được ước định<br /> Dalrymple (1987):<br /> theo tương quan với khoản g cách y tính từ đê<br /> được bảo vệ: 0.8 y < L < 2.5 y  0.8  150 = y s 14 .8 X<br /> GX<br /> L2<br />  <br /> exp  2 .83 (GX ) / L2  148.73 m<br /> 120 < L < 2.5  150 = 375 m<br /> ys = 148.73 m cho thấy đê n gầm có tác dụn g<br /> Chọn chiều dài đê n gầm phá sóng L = 200m<br /> tạo nên phần bãi bồ i dạng Salient, như vậy đê<br /> đồng thời đáp ứng được h ai yêu cầu tương<br /> ngầm sẽ không chặn mà vẫn duy trì được dòn g<br /> quan trên.<br /> phù sa cho đoạn bờ biển phía dưới.<br /> - Khoảng cách G giữa các đ ê ngầm : Tương tự<br /> Từ các tính toán trên ta có thể lựa chọn côn g<br /> như vậy, thì khoảng cách G giữa các đê n gầm<br /> trình đê ngầm phá són g, gây bồi bãi đối với<br /> cũn g được tính theo hai cách :<br /> khu v ực Hải Hậu nh ư trong bản g 3.3 dưới đây:<br /> Khoản g cách G được ước định theo tương quan<br /> với khoảng cách X tính từ bờ: Bảng 3.3. C ác thông số kỹ thuật đề xuất của<br /> 0.7 X < G < 1.8 X  0.7  150 = 105 < G < công trình đê ngầm phá sóng đối với khu<br /> vự c H ải H ậu<br /> 1.8  150 = 270 m.<br /> Khoản g cách G được ước định theo tương Các thông số kỹ Giá trị đ ề<br /> Ghi ch ú<br /> thuật xuất<br /> quan v ới chiều dài sóng Ls:<br /> 0.5 Ls < G < 1.0 Ls  0.5  112.7 = 56.4 < G Khoảng cách t ừ bờ 150m<br /> < 1.0  112.7 =112.7m đến đê ngầm (X)<br /> <br /> Do vậy G được chọn là G = 110m sẽ thỏa mãn Chiều dài đê ngầm (L) 200m<br /> được cả hai tiêu chí trên Khoảng cách giữa 110m<br /> - Cao trình đỉnh đê ngầm : Tại vị trí cách các đê ngầm (G)<br /> đườn g bờ 150m, có cao trình đáy khoản g -<br /> Bề rộng đỉnh đê 4.0-5.0m<br /> 1.0m. Mực nước trun g bình cho toàn khu vực<br /> ngầm (B)<br /> Hải Hậu có thể lấy 1.86m  độ sâu trun g bình<br /> tại vị trí đê n gầm là 2.86m. Chiều cao sóng Cao trình đỉnh đê +1.40m<br /> trung bình xác định là 1.1m nên chiều cao đê ngầm (∆)<br /> ngầm h = 2.86-0.55 =2.11. Vậy cao trình đỉnh Hai mái đê ngầm 1:2 Đê có mái<br /> đê ngầm là +1.31m có thể được làm tròn là<br /> cả hai phía<br /> +1.3m. Khi tính thêm dự trữ lún 0.2m cao<br /> <br /> <br /> 10 TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015<br />  KHOA HỌC CÔNG NG HỆ<br /> <br /> V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH Ị bãi theo từn g k ích thước ( dài, n gắn), theo từn g<br /> khoảng cách với đườn g bờ (xa, gần) và bố trí<br /> 5.1. Kết luận:<br /> tổ hợp (khoảng cách khe hở giữa hai côn g<br /> - Kết quả thí ngh iệm trên mô hình vật lý cho trình) đối v ới bãi biển khu v ực Hải Hậu. T ừ đó<br /> thấy với hệ thống đê ngầm phá són g đạt tiêu có cơ sở lựa chọn kích thước, vị trí để đặt côn g<br /> d trình trên bãi cũng như đánh giá được hiệu quả<br /> chuẩn  0,5 thì hệ số giảm sóng Kt đạt giá<br /> Ht của côn g trình.<br /> trị 0.7÷0.8 tức là chiều cao són g đã giảm được - Các tác giả đã kết h ợp giữa lý thuyết, thí<br /> tối thiểu từ 20 % ÷30%. Đối với kh u v ực Hải nghiệm mô hình vật lý và mô phỏng tính toán<br /> Hậu, các tác giả đề x uất và lựa chọn được bộ m ô hình số để đưa ra được bộ thông số về<br /> d công trình hợp lý cho kh u v ực cần chỉnh trị.<br /> thông số:  0,6 , cao trình đỉnh đê<br /> Ht 5.2. Kiến nghị<br /> ∆=+1.40m , bề rộng đỉnh đê 4.0 ÷5.0m, mái đê<br /> 1:2. Khi đó đê n gầm sẽ giảm được tối thiểu Kiến nghị cho ứng dụn g giải pháp công trình<br /> khoảng 25%÷35% chiều cao són g, tùy vào chỉnh trị ổn định bờ, đê biển Hải Hậu đã đề<br /> từng m ực nước cao hay thấp. xuất là cụm công trình giảm sóng gây bồi trên<br /> - Kết quả tính toán tác động của són g lên công bãi. T uy nhiên, do lĩnh vực nghiên cứu rộn g v à<br /> trình gây bồi bảo vệ bãi (m ỏ hàn, đê ngầm): phức tạp, m ột số vấn đề vẫn còn để mở, cần<br /> Đã đưa ra được bức tranh về diễn biến đường được tiếp tục n ghiên cứu để khi triển kh ai áp<br /> bờ, bãi biển khi có côn g trình giảm sóng trên dụn g vào thực tế sẽ đạt kết quả tốt hơn nữa.<br /> <br /> TÀI LIỆU TH AM KHẢO<br /> <br /> [1] Chi cục PCL BC-QLĐ Nam Định (2006), Đánh giá sự ổn định công trình, tác động gây bồi và<br /> bảo vệ đê của hệ thống kè mỏ hàn Hải Thịnh II (Hải Hậu), Nghĩa Phúc ( Nghĩa Hưng) - Kiến<br /> nghị các giả i pháp hoàn thiện công trình, Đề tài n gh iên cứu cấp tỉnh.<br /> [2] Côn g ty cổ phần tư vấn XD Nông nghiệp & PT NT Nam Định (2008), Hiện trạng, nguyên<br /> nhân xói, bồ i và cơ chế phá hoại đ ê, kè vùng bờ biển tỉnh Nam Định”, Báo cáo Tham luận<br /> tại hội thảo khoa học 8/2008, Hà Nội.<br /> [3] Lương Phương Hậu (1999), Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo, T ủ sách trường ĐH Xây<br /> dựn g, Hà Nội.<br /> [4] Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2010), Theo dõi diễn biến sạt lở vùng cửa sông, ven biển Nam<br /> Định, Kết quả dự án ĐTCB giai đo ạn 2005-2010, Hà Nộ i.<br /> [5] Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2013), Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp tổn g<br /> thể để ổn định vùng bờ biển Nam Định từ cửa Ba Lạ t đến cửa Đáy, Đề tài độc lập cấp Nh à<br /> nước m ã số ĐT ĐL.2010T /28, Hà Nội.<br /> [6] Nguyễn Thành Trung, Lương Phương Hậu (2013), Nghiên cứu phân tích hiệu quả của các công trình<br /> bảo vệ bờ sông, bờbiển khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, Dựán Quản lý rủi ro thiên tai WB4, Hà Nội.<br /> [7] Ahrens J.P (1987), Cha racteristics of reef breakwaters, T echnical report CERC-87-17.<br /> [8] Dalrym ple R.A (1985), Physical Modelling in Coa stal Engineering.<br /> [9] No ble R. M (1978), Coastal stru ctures' effects on shorelines, Coastal structures an d related<br /> problem s, Part III. Chapter 125.<br /> [10] Pilarczyk K.W , Zeidler R. B (1996), Offsho re breakwa ters and shore evolution control,<br /> A.A. Balkerma, Rotterdam , The Netherlands.<br /> [11] USACE ( U.S. Army Corps of En gin eers) (1984), Sho re P rotection Manual (SPM) ,<br /> Washin gton: U. S. Gov ernment Printing Office, 1088p.<br /> [12] U. S.Arm y Corp (1992), Coastal g roins and nearsho re b rea kwaters, Engineer Manual EM<br /> 1110-2-1617.<br /> <br /> <br /> TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CÔ NG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 25 - 2015 11<br />