Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu đề xuất giải pháp và đánh giá hiệu quả của đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông "Nghiên cứu đề xuất giải pháp và đánh giá hiệu quả của đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển" được nghiên cứu với mục tiêu: Đánh giá hiệu quả giảm sóng của đê giảm sóng cọc ly tâm tại khu vực ĐBSCL bằng thí nghiệm MHVL và mô hình số và đề xuất kích thước phù hợp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu đề xuất giải pháp và đánh giá hiệu quả của đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN HẢI DƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA ĐÊ GIẢM SÓNG KẾT CẤU RỖNG BẢO VỆ BỜ BIỂN TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình giao thông Mã số: 9580205 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2024
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: 1- PGS. TS. Vũ Văn Nghi 2- PGS. TS. Đinh Công Sản Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải TP.HCM
1 LỜI MỞ ĐẦU 1. CƠ SỞ KHOA HỌC, Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Xói lở trên hệ thống sông, kênh rạch và vùng ven biển ở các vùng đồng bằng trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã và đang diễn ra mạnh mẽ, gây nhiều thiệt hại về kinh tế và xã hội. Có nhiều yếu tố gây ra sạt lở, từ các yếu tố tự nhiên như lũ lụt, biến đổi dòng chảy, xói mòn tự nhiên đến các yếu tố con người như các hoạt động xây dựng, khai thác bùn cát quá mức, phá rừng và làm suy giảm thảm thực vật, rừng ngập mặn hay biến đổi khí hậu. Trên thế giới hiện tượng xói lở bờ biển và sụt lún là thách thức lớn đối với các đồng bằng, dưới tác động của các đập thượng nguồn, bùn cát bị giảm sau khi đắp đập, là 60%, 69%, 85%, 94% và 98% tương ứng đối với đồng bằng sông Danube, Mississippi, Rhône, Indus và Nile. Hội thảo về hệ sinh thái biển và các hành động của liên bang Hoa Kỳ đã chỉ ra rằng xói lở bờ biển nghiêm trọng, rộng lớn đã ảnh hưởng đến khoảng 90% bờ biển của thế giới và có khả năng ngày càng gia tăng do nước biển dâng cùng với hoạt động gia tăng của bão. Sự mất mát của các vùng đất có giá trị do bị ngập nước đang xảy ra trên toàn thế giới, đặc biệt là ở các vùng đồng bằng. Trong suốt 200 năm qua, hơn một nửa các vùng đất ngập nước ở Hoa Kỳ đã bị mất đi do sự kết hợp giữa các tác động của tự nhiên và con người. Tại Việt Nam, hiện tượng sạt lở bờ biển do tác động của biến đổi khí hậu, triều cường và thời tiết cực đoan như bão, lũ…và những tác động khai thác đồng bằng (cả thượng và hạ lưu) đã làm sạt lở nghiêm trọng vùng ven biển, chủ yếu ở Trung Bộ và Nam Bộ, ảnh hưởng đến phát triển kinh tế - xã hội vùng ven biển, đe dọa trực tiếp tính mạng và tài sản của hàng nghìn hộ dân. Chính vì thế, các nước trên thế giới trong đó có Việt Nam đã và đang có nhiều giải pháp bảo vệ bờ biển với hai nhóm giải pháp chính là: Nhóm giải pháp quản lý và nhóm giải pháp kỹ thuật. Nhóm giải pháp quản lý tìm kiếm các giải pháp quản lý sử dụng đất, giảm thiểu các thiệt hại về kinh tế xã hội cho các chủ thể sở hữu tài sản giáp biển nơi xói lở bờ biển đang có nguy cơ xảy ra. Nhóm giải pháp kỹ thuật bảo vệ bờ biển có 03 loại: giải pháp mềm, giải pháp công trình, và giải pháp kết hợp. Các giải pháp bảo vệ bờ biển trên đều có những ưu và nhược điểm khác nhau, chúng đã và đang được nghiên cứu ứng dụng ở các vùng ven biển trên thế giới và cả Việt Nam. Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng cực nam của Việt Nam, hiện tượng xói lở bờ biển do tác động của tự nhiên và con người cũng đang là một thách thức lớn đối với các địa phương ven biển tại đây.
2 Trước những năm 2000, rừng ngập mặn bao phủ hầu hết các vùng ven biển của đồng bằng đặc biệt là khu vực từ Kiên Giang đến Bạc Liêu, nhưng hiện nay chúng đang dần biến mất nhanh chóng do sức ép từ hoạt động khai thác của con người và kể cả tác động gia tăng bất lợi của điều kiện tự nhiên (biến đổi khí hậu và nước biển dâng). Hệ quả là khả năng giảm sóng và giữ trầm tích của rừng ngập mặn bị giảm, từ đó làm cho 50% đường bờ biển của khu vực bị xói lở đe dọa trực tiếp đến an ninh lương thực và thương mại của cả ĐBSCL nói riêng và Việt Nam nói chung. Với mật độ dân số dày đặc và tầm quan trọng to lớn của ĐBSCL đối với an ninh lương thực, thương mại trong phạm vi quốc gia và thế giới thì việc đề xuất giải pháp nhằm giảm sóng, chống xói lở và bảo vệ bờ biển ĐBSCL là hết sức cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Các giải pháp chống sạt lở bờ biển đã xây dựng ở ĐBSCL đa số là kè lát mái. Đây là giải pháp bị động chưa đảm bảo ổn định lâu dài mà một trong những nguyên nhân chính là do bãi trước không được bảo vệ. Gần đây có hàng loạt các công trình bảo vệ bờ biển chủ động, đó là các dạng đê phá sóng, giảm sóng từ xa. Các giải pháp công trình này đã có thể gây bồi cho vùng bãi biển từ vị trí xây dựng công trình đến bờ, tạo điều kiện để khôi phục rừng ngập mặn, nhưng giá thành công trình còn khá cao và chưa có đánh giá giải pháp nào là phù hợp cho ĐBSCL. Ngoài ra, giải pháp giảm sóng gây bồi bằng hai hàng cọc tre và bó cành cây chèn ở giữa do Tổ chức hợp tác phát triển Đức (GIZ) đề xuất đã được áp dụng tại một số khu vực ven biển ĐBSCL. Đây là giải pháp thân thiện với môi trường, chi phí thấp và đã phát huy hiệu quả tốt ở một số khu vực như ở vùng biển ấp Vàm Rầy (xã Bình Sơn, huyện Hòn Đất) tỉnh Kiên Giang, ở Vĩnh Tân (thị xã Vĩnh Châu) tỉnh Sóc Trăng. Tuy nhiên tại những vùng biển có sóng lớn, dòng chảy mạnh và đang có diễn biến xói lở như ở Bạc Liêu, Hòn Đá Bạc (biển Tây- Cà Mau) thì dạng công trình này chỉ có tác dụng làm chậm lại quá trình xói lở trong khoảng 2÷3 năm, sau đó hàng rào bị hư hỏng, mất tác dụng. Hầu hết các hệ thống công trình xây dựng đều trong tình trạng “khẩn cấp” và vì thế không có điều kiện để nghiên cứu đánh giá tác động, hiệu quả của công trình thông qua mô hình số hay mô hình vật lý (MHVL). Trong số các loại kết cấu của công trình đê giảm sóng (ĐGS) có khả năng phá sóng lớn thì ĐGS kết cấu rỗng dạng hai hàng cọc ly tâm kết hợp đá đổ bên trong (gọi là đê cọc ly tâm) do tỉnh Cà Mau thực hiện thử nghiệm ở vùng ven biển Cà Mau đã mang lại hiệu quả cao và đã được áp dụng ở cả bờ Đông và bờ Tây, tỉnh Cà Mau hiện nay. Mặc dù đã có một số nghiên cứu đánh giá hiệu quả của công trình này
3 thông qua MHVL nhưng vẫn chưa có nghiên cứu đầy đủ về chức năng giảm sóng của công trình thông qua mô hình toán và MHVL. Do đó luận án này tập trung nghiên cứu những cơ sở khoa học dựa trên mô hình toán kết hợp với MHVL để đánh giá hiệu quả của công trình đê cọc ly tâm từ đó đề xuất giải pháp phù hợp cho công trình ĐGS này với kết cấu, kích thước phù hợp, kích thước đá hộc đổ bên trong và có lợi ích về mặt kinh tế, kỹ thuật hơn so với thực tế hiện nay. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2.1. Mục tiêu chính Đánh giá hiệu quả giảm sóng của đê giảm sóng cọc ly tâm tại khu vực ĐBSCL bằng thí nghiệm MHVL và mô hình số và đề xuất kích thước phù hợp. 2.2. Mục tiêu cụ thể 1) Tổng quan các dạng ĐGS kết cấu rỗng hiện nay trên thế giới và Việt Nam và hiệu quả giảm sóng của từng dạng công trình này. 2) Đánh giá hiện trạng của các loại ĐGS kết cấu rỗng ở khu vực ĐBSCL. 3) Đánh giá hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm dựa trên các kết quả thí nghiệm từ MHVL. Xây dựng công thức thực nghiệm xác định hệ số truyền sóng K t của đê cọc ly tâm từ thí nghiệm MHVL. 4) Kiểm định kết quả mô hình số từ số liệu trên MHVL, từ đó đề xuất khả năng áp dụng mô hình số phù hợp thay thế cho MHVL xác định sơ bộ hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm, áp dụng cho vùng biển trong phạm vi nghiên cứu và các vùng biển khác có điều kiện tự nhiên tương tự vùng nghiên cứu. 3. Phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài 3.1. Phương pháp nghiên cứu - Để đạt được mục tiêu thứ nhất thì phương pháp nghiên cứu thực hiện các nội dung sau: + Nghiên cứu tổng quan tài liệu: Tổng hợp, nghiên cứu và phân tích các công trình ĐGS trên thế giới và trong nước có liên quan đến đề tài luận án đang thực hiện. Qua đó đưa ra những vấn đề khoa học chưa được nghiên cứu hay nghiên cứu chưa toàn diện, đầy đủ khi áp dụng vào thực tiễn tại vùng biển ĐBSCL của Việt Nam. - Để đạt được mục tiêu thứ 2 thì phương pháp nghiên cứu thực hiện các nội dung sau: + Tổng quan tài liệu về ĐGS tại ĐBSCL.
4 + Khảo sát đánh giá hiện trạng ĐGS khu vực ĐBSCL. + Khảo sát và đánh giá hiện trạng giảm sóng của Đê cọc ly tâm. - Để đạt được mục tiêu thứ 3 thì phương pháp nghiên cứu thực hiện các nội dung sau: + Nghiên cứu thực nghiệm dựa trên MHVL trong máng sóng (2D) trong Phòng Thí nghiệm thủy động lực sông biển tại Bình Dương của Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam để đánh giá hiệu quả giảm sóng của Đê cọc ly tâm. + Xây dựng công thức thực nghiệm tổng quát tính toán xác định hệ số truyền sóng Kt của dạng công trình cọc ly tâm đá đổ áp dụng cho vùng biển trong phạm vi nghiên cứu nói riêng và các vùng khác có điều kiện tự nhiên tương tự ở ĐBSCL. - Để đạt được mục tiêu thứ 4 thì phương pháp nghiên cứu thực hiện là: + Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng sóng truyền qua đê 2 lớp rỗng dựa trên phương trình Boussinesq mở rộng có kiểm chứng kết quả bằng thí nghiệm MHVL. + Đánh giá khả năng sử dụng mô hình số về hiệu quả giảm sóng đối với đê cọc ly tâm với các loại kích thước, điều kiện khác nhau cho các khu vực thuộc ĐBSCL mà không cần phải thí nghiệm MHVL. 4. Cấu trúc của Luận Án Luận án của NCS được chia làm 06 phần trong đó có 04 chương nội dung được bố cục từ Tổng quan nghiên cứu đến kết luận, kiến nghị của luận án cùng với 68 hình vẽ và đồ thị, 16 bảng số liệu, 05 công trình nghiên cứu được công bố, 87 tài liệu tham khảo và 05 phụ lục kèm theo. Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐÊ GIẢM SÓNG TRONG CHỨC NĂNG BẢO VỆ BỜ BIỂN 1.1. Giới thiệu chung 1.1.1. Cơ chế phá hoại bờ biển Tùy vào từng đặc trưng khác nhau về chế độ gió sẽ gây ra các trường sóng biển tương ứng tác động vào các khu vực ven biển. Ở Việt Nam, các trường sóng chính do hai chế độ gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam gây ra. Trong khu vực ven bờ, sóng biển có vai trò rất quan trọng trong quá trình vận chuyển bùn cát, xói lở ven bờ. Khi sóng ttruyền vào vùng ven bờ, do địa hình đáy biển nâng cao và sự không đồng nhất về địa hình đáy, sóng biển ven bờ bị vỡ và có phân bố không đều. Chính sự phân bố không đều này đã tạo ra trường ứng suất sóng khác nhau và là nguyên nhân hình thành dòng chảy phát sinh do sóng. Sóng biển tác động trực tiếp
5 vào bờ biển một cách liên tục nên gây ra xói lở bờ biển. Bên cạnh đó, dòng chảy ven bờ do sóng gây ra là tác nhân vận chuyển bùn cát và gây sạt lở đường bờ biển. Hiện tượng sạt lở bờ biển ở các vùng không có hệ sinh thái rừng ngập mặn thì càng nghiêm trọng hơn. Chính vì vậy để bảo vệ bờ biển, tái tạo lại đường bờ, bảo vệ rừng phòng hộ cũng như các công trình ven biển thì cần xây dựng những công trình có tác dụng giảm tác động của sóng biển lên bờ biển, ngăn chặn được sự chuyển động bùn cát từ bờ ra ngoài và giữ lại một lượng phù sa phía sau công trình. Từ nguyên lý đó, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã tiến hành các giải pháp công trình cứng và mềm với một số dạng điển hình sau đây: + Giải pháp công trình: Dạng bị động như kè biển mái nghiêng; Dạng chủ động như: Mỏ hàn biển, đê chắn sóng, đê giảm sóng. + Giải pháp mềm: Hàng rào cọc tre và Hàng rào “chữ T” bằng cừ tràm. Khi lựa chọn giải pháp kỹ thuật để bảo vệ bờ biển tại một khu vực cụ thể nào đó, cần phải vận dụng một cách linh hoạt các nhóm công trình hay phi công trình hoặc kết hợp của hai dạng này với nhau, nhưng đồng thời cũng phải phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật và môi trường tự nhiên của khu vực đó. Thực tế cho thấy việc lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ biển thường hướng đến loại công trình vừa có thể giảm sóng, vừa có thể tái tạo được hệ sinh thái tự nhiên, giảm thiểu tối đa các tác động tiêu cực đến môi trường. Đồng thời công trình cần có giá thành hợp lý, kỹ thuật thi công đơn giản, ... ĐGS được cho là giải pháp đáp ứng các tiêu chí đó trong chức năng giảm sóng và bảo vệ bờ biển. Vì vậy, thời gian gần đây nhiều nước đã sử dụng ĐGS để thay thế cho các giải pháp công trình như kè biển, mỏ hàn biển, hay đê chắn sóng để ứng phó với hiện tượng biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang gia tăng trên quy mô toàn cầu. 1.1.2. Hiện trạng các công trình ĐGS kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển tại các nước trên thế giới và Việt Nam ĐGS được nhiều nước như Mỹ, Nhật Bản, Úc, Tây Ban Nha, … xây dựng để bảo vệ bờ biển. Hiện nay Mỹ là quốc gia có công trình ĐGS sớm nhất và hiện nay đã có hơn 17,2km ĐGS được xây dựng để bảo vệ bờ biển ở các bang California, Florida…. Tại Châu Âu, ĐGS mang lại hiệu quả vượt trội so với các giải pháp công trình truyền thống như đê chắn sóng, kè biển hay mỏ hàn với số lượng công trình ĐGS đã xây dựng chiếm tỷ lệ tới 66%, trong khi mỏ hàn biển chỉ chiếm 8%, còn lại 26% là các dạng công trình khác. Những quốc gia như Anh, Ý, Tây Ban Nha, Đan Mạch, Pháp là những quốc gia xây dựng nhiều ĐGS nhất ở Châu Âu. Tại Châu Á, Nhật Bản là quốc gia xây dựng nhiều ĐGS nhất với chiều dài lên đến 873km và đây
6 là tổng chiều dài ĐGS dài nhất thế giới hiện nay. Một vài quốc gia khác ở Châu Á trong đó có Việt Nam cũng sử dụng đê giảm sóng để bảo vệ bờ biển, song còn rất hạn chế về số lượng và qui mô công trình so với Nhật Bản, Mỹ và các nước ở Châu Âu. Ở Việt Nam cũng đang thử nghiệm một số dạng công trình giảm sóng bảo vệ bờ biển như: Đê cọc ly tâm tại Cà Mau và Bạc Liêu, đê giảm sóng dạng bán nguyệt (đê trụ rỗng) tại Cà Mau... Tuy nhiên, các công trình trên chủ yếu để xử lý những vị trí xỏi lở cục bộ, một số công trình sau khi xây dựng kém bền vững, hiệu quả giảm sóng chưa cao và khả năng nhân rộng mô hình còn hạn chế. Nguyên nhân là còn thiếu cơ sở khoa học trong tính toán, đánh giá hiệu quả giảm sóng của các công trình trên khi lập dự án hoặc tuy có đủ cơ sở khoa học và lý luận nhưng thiết kế lại ít coi trọng đến giới hạn phạm vi ứng dụng cụ thể để nghiên cứu. 1.1.3. Phân loại công trình ĐGS kết cấu rỗng Phân loại công trình ĐGS có các dạng cơ bản như sau: Theo cao độ đỉnh công trình so với mực nước thiết kế; Theo kết cấu kết hợp vật liệu xây dựng; Theo hình dạng mặt cắt ngang hình học và theo hình dạng bố trí trên mặt bằng. 1.1.4. Chức năng giảm sóng của công trình ĐGS kết cấu rỗng Khi sóng truyền qua công trình ĐGS kết cấu rỗng, chiều cao sóng bị suy giảm do năng lượng sóng bị tiêu tán thông qua quá trình sóng vỡ phía trên đê (với ĐGS ngầm), phản xạ, ma sát và dòng chảy qua thân công trình. Các yếu tố chi phối quá trình tiêu hao năng lượng sóng khi truyền qua đê là thông số sóng tới, độ sâu nước, đặc trưng vật liệu đê và thông số hình học của đê. Hiệu quả giảm sóng của ĐGS kết cấu rỗng có thể được đánh giá thông qua hệ số truyền sóng), nó là tỉ số giữa chiều cao sóng sau công trình ( H s ,t ) với chiều cao sóng tới trước công trình ( H s ,i ) có dạng như sau: H s ,t (1 - 1) Kt  H s ,i Trong công thức trên, H s dùng để biểu thị chung cho chiều cao sóng, tùy theo phương pháp phân tích, nếu phân tích thống kê thì H s là H1/3 (chiều cao sóng có nghĩa), nếu phân tích phổ thì H s là Hm,0 (Chiều cao sóng môment bậc 0). Tuy nhiên, K t không quá khác biệt khi sử dụng H1/3 hay Hm,0 . Hai chỉ số dưới t và i thể hiện vị trí xác định chiều cao sóng lần lượt là phía sau và phía trước ĐGS.
7 1.2. Tổng quan các dạng công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển trên thế giới và trong nước 1.2.1. Tổng quan các dạng công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển trên thế giới Trên thế giới có nhiều dạng ĐGS kết cấu rỗng được xây dựng nhằm bảo vệ bờ biển và giữ bùn cát phía sau công trình với nhiều dạng điển hình như: mỏ hàn kết cấu rỗng ở Mỹ, Hà Lan; ĐGS kết cấu rỗng dạng rời ở Presque Ise, Pennsylvania, Mỹ; dạng kết hợp giữa mỏ hàn với ĐGS kết cấu rỗng xa bờ như ở Mỹ, Tây Ban Nha, Italia… vừa mang lại hiệu quả giảm sóng, vừa tạo ra bãi biển có bề rộng lớn hơn, cảnh quan đẹp hơn. Mặc dù cũng có hạn chế đổi với các ĐGS nêu trên nhưng nhìn chung các dạng ĐGS sóng ở nhiều nước trên thế giới đã được xây dựng tương đối thành công. Mỏ hàn ĐGS kết cấu rỗng Dạng kết hợp giữa mỏ dạng rời hàn và ĐGS xa bờ Hình 1-1. Một số ĐGS kết cấu rỗng trên thế giới 1.2.2. Tổng quan các dạng công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển trong nước Các dạng ĐGS kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển ở trong nước nói chung và ĐBSCL nói riêng cũng được xây dựng với nhiều dạng kết cấu, điển hình như: ĐGS hàng rào tre chữ T ở phía Bắc Hòn Đá Bạc - Cà Mau; ĐGS kết cấu rỗng đá đổ tại Tiền Giang; ĐGS Geotube tại Bạc Liêu; ĐGS kết cấu rỗng dạng trụ rỗng ở Đá Bạc-Sào Lưới, Cà Mau; ĐGS kết cấu rỗng của Busadco được bố trí ở biển Tây Cà Mau; Đê cọc ly tâm khu vực biển Tây, biển Đông, tỉnh Cà Mau… Hiện nay, các dạng kết cấu này cũng đã phát huy khả năng giảm sóng, bảo vệ bờ tại các khu vực ven biển ĐBSCL. Tuy nhiên, đối với các vùng biển bùn như ở ĐBSCL hầu như chưa có những tổng kết đánh giá về tác động của các dạng công trình này, cho nên cần phải được nghiên cứu nhằm làm rõ tính phù hợp của các dạng công trình này.
8 Dạng Geotube Dạng của Busadco Hình 1-2. Một số ĐGS kết cấu rỗng ở ĐBSCL 1.3. Tổng quan về nghiên cứu hệ số truyền sóng trong nước và trên thế giới 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về hệ số truyền sóng Kt Trên thế giới có nghiên cứu của d’Angremond và cộng sự, 1996 với Van der Meer và cộng sự, 2005 đã xem xét đầy đủ các tham số chi phối chính đến quá trình truyền sóng, đó là chiều cao tương đối đỉnh đê ( Rc / H s ) , bề rộng tương đối   đặc trưng cho tương tác giữa sóng tới ( B / H s ) , tham số sóng vỡ Iribarren  op với mái công trình, phản ánh cơ bản đúng bản chất vật lý quá trình tiêu hao năng lượng sóng truyền qua ĐGS ngầm. Và đến nay thì nghiên cứu của d’Angremond và cộng sự, 1996 và Van der Meer và cộng sự, 2005 vẫn được đánh giá là rất công phu, dựa trên cơ sở bộ số liệu thực nghiệm được tổng hợp và chuẩn hóa của nhiều nghiên cứu trước đó, kết quả tính K t có độ chính xác và khả năng ứng dụng thực tiễn rất cao. Là cơ sở khoa học để luận án tham khảo phương pháp xây dựng công thức thực nghiệm tính K t cho đê cọc ly tâm và đánh giá hiệu quả giảm sóng của nó cùng với thí nghiệm MHVL kết hợp mô hình số, đề xuất giải pháp cho dạng công trình này trong tương lai. 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về hệ số truyền sóng Kt Trước năm 2015 thì các nghiên cứu có liên quan về đánh giá chức năng giảm sóng cho các giải pháp công trình ĐGS bảo vệ bờ biển còn rất hạn chế ở Việt Nam, đối tượng nghiên cứu còn hạn chế và chưa có nhiều tính mới so với các nghiên cứu trên thế giới hiện có, chỉ khác biệt về phạm vi nghiên cứu gắn với điều kiện tự nhiên, thủy hải văn tại vùng miền cụ thể. Nhưng từ năm 2015 đến nay ở trong nước đã có nhiều tiến triển về các nghiên cứu đánh giá chức năng giảm sóng và xây dựng công thức thực nghiệm K t cho các dạng ĐGS, các nghiên cứu đã cho thấy được các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình giảm sóng của từng dạng ĐGS cụ thể, từ đó đưa ra các kết luận, khuyến nghị phù hợp cho các địa phương ven biển áp dụng các dạng
9 ĐGS phù hợp với điều kiện tự nhiên, thủy hải văn tại vùng biển của mình, điển hình như các nghiên cứu của Thiều Quang Tuấn và cộng sự, 2018, Thiều Quang Tuấn và cộng sự, 2020 hay Đỗ Văn Dương và cộng sự, 2021. 1.4. Tổng quan về các nghiên cứu dựa trên mô hình toán để mô phỏng sóng Trên thế giới và ở Việt Nam đã có các nghiên cứu điển hình về sóng lan truyền qua đê giảm sóng kết cấu rỗng ở trạng thái đê ngầm và đê nhô bằng phương pháp số bắt đầu từ thập niên 80 của thế kỷ XX cho đến nay, các nghiên cứu này thường sử dụng 04 nhóm mô hình toán để mô phỏng sóng. Cụ thể là: + Hướng nghiên cứu sử dụng mô hình dòng chảy rối cho hệ phương trình Navier–Stokes trung bình (RANS –Reynolds averaged Navier–Stokes equations) để mô phỏng sự tương tác của sóng với các cấu trúc đê rỗng, trong đó tương tác sóng với cấu trúc đê rỗng được mô tả theo không gian hai chiều và ba chiều, đồng thời các tác giả cũng xét đến các trường hợp nhiễu loạn của sóng khi tương tác với đê. + Hướng nghiên cứu sử dụng phương trình phi tuyến nước nông (NLSW –Non- linear shallow water equations), các mô hình sử dụng NLSW hiệu quả và đơn giản hơn khi áp dụng tính toán (chỉ cung cấp các tham số trung bình độ sâu dòng chảy). + Hướng nghiên cứu sử dụng phương trình Boussinesq (Boussinesq - type equations) để nghiên cứu về sóng đơn tương tác với đê kết cấu rỗng bằng việc thực hiện các thí nghiệm MHVL trong máng sóng và mô hình số một chiều để xem xét hiệu quả giảm sóng của đê rỗng. Các thí nghiệm cũng cho thấy khi tính phi tuyến của sóng tăng lên thì hệ số truyền sóng K t giảm và hệ số sóng phản xạ Kr tăng. Ngoài ra, các nghiên cứu sử dụng phương trình Boussinesq mở rộng thực hiện các thí nghiệm số hai chiều và kiểm chứng với thí nghiệm mô hình vật lý trong bể sóng, đã phản ánh chính xác các hiện tượng như hiện tượng sóng phản xạ, sóng truyền qua thân đê, sóng nhiễu xạ phía sau đê và tương tác giữa sóng nhiễu xạ với sóng truyền qua thân đê khi sóng tương tác với ĐGS kết cấu rỗng. Nhận xét chung Qua quá trình phân tích tổng quan có thể thấy ĐGS được đánh giá là loại công trình có hiệu quả rất tốt trong việc bảo vệ bờ biển hoặc tôn tạo bãi biển đồng thời giảm thiểu được các tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên. Vì vậy ĐGS kết cấu rỗng hiện đã được ứng dụng rất rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản và các nước châu Âu như Anh, Ý, Tây Ban Nha,… Ở Việt Nam thời gian qua, nhiều địa phương cũng đang xây dựng thử nghiệm một số dạng công trình ĐGS kết cấu rỗng có khả năng giảm sóng từ xa trước khi truyền vào bờ, điển hình như Nam Định, Hải Phòng, Bạc Liêu, Bến Tre, Tiền Giang,
10 Sóc Trăng, Trà Vinh, Kiên Giang, Cà Mau. Mặc dù đây mới chỉ là những công trình mang tính thử nghiệm nhằm xử lý cấp thiết cho các vị trí xói lở cục bộ tại địa phương, nhưng kết quả ban đầu lại tương đối hiệu quả như đê cọc ly tâm. Đối với các nghiên cứu về hệ số truyền sóng K t thì đa số các nghiên cứu trên thế giới được thực hiện trước năm 1980 với sóng đều truyền qua ĐGS kết cấu rỗng có cấu trúc hình học khá đơn giản, cụ thể là dạng hình thang mái nhẵn, từ đó kết quả trong các nghiên cứu đạt được chỉ mang ý nghĩa về mặt khoa học là chính, ít có tính ứng dụng thực tiễn, nguyên nhân là do chưa đánh giá đầy đủ được các tham số cơ bản mang tính chi phối đến quá trình truyền sóng. Giai đoạn từ năm 1980 đến nay, đã có nhiều nghiên cứu thực hiện đầy đủ và có đầu tư trên cơ sở bộ số liệu thực nghiệm được tổng hợp từ nhiều nghiên cứu khác nhau. Thí nghiệm MHVL được thực hiện trên máng sóng, bể sóng với nhiều tỉ lệ mô hình khác nhau, các thông số thí nghiệm như cấu trúc và hình dạng của công trình, sóng ngẫu nhiên trong mô hình đảm bảo tiệm cận với điều kiện thực nghiệm. Kết quả đã nhận diện đúng bản chất ảnh hưởng của các tham số chi phối chính đến hệ số truyền sóng Kt, điển hình là d’Angremond và cộng sự, 1996 với Van der Meer và cộng sự, 2005. Các công thức hoặc biểu đồ thực nghiệm tính toán xác định K t được xây dựng dựa trên cơ sở xem xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu như   , độ dốc sóng  S  , độ sâu nước  D  , bề rộng đỉnh đê chiều cao sóng tới H S 0p  B , chiều cao đê  hc  , chỉ số sóng vỡ   , đường kính viên đá  D  , chiều 0p 50 cao của đỉnh đê  Rc  , v.v… với giới hạn phạm vi áp dụng rất cụ thể. Trong nước, trước năm 2015 thì các nghiên cứu có liên quan về đánh giá chức năng giảm sóng cho các giải pháp công trình ĐGS bảo vệ bờ biển còn rất hạn chế, đối tượng nghiên cứu còn hạn chế và chưa có nhiều tính mới so với các nghiên cứu trên thế giới hiện có, chỉ khác biệt về phạm vi nghiên cứu gắn với điều kiện tự nhiên, thủy hải văn tại vùng miền cụ thể. Nhưng từ năm 2015 đến nay, ở trong nước đã có nhiều tiến triển về các nghiên cứu đánh giá chức năng giảm sóng và xây dựng công thức thực nghiệm cho các dạng ĐGS, các nghiên cứu đã cho thấy được các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình giảm sóng của từng dạng ĐGS cụ thể, từ đó đưa ra các kết luận, khuyến nghị phù hợp cho các địa phương ven biển áp dụng các dạng ĐGS phù hợp với điều kiện tự nhiên, thủy hải văn tại vùng biển của mình, điển hình như các nghiên cứu của Thiều Quang Tuấn và cộng sự, 2018, Thiều Quang Tuấn và cộng sự, 2020 hay Lê Xuân Tú và cộng sự, 2020.
11 Đối với đê cọc ly tâm, cho đến nay trên thế giới và trong nước hầu như chưa có nghiên cứu đầy đủ về dạng đê này, mặc dù đã có một số nghiên cứu trong nước cho thấy được hiệu quả giảm sóng của dạng đê này nhưng chưa đánh giá được sự thay đổi chiều rộng đê và kích thước đá đổ bên trong dẫn đến sự thay đổi của hệ số truyền sóng như của Lê Xuân Tú và cộng sự, 2020. Cũng có nghiên cứu có xét đến ảnh hưởng của bề rộng khi đánh giá hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm như của Đỗ Văn Dương và cộng sự, 2021, nhưng nghiên cứu chưa đánh giá sự thay đổi của độ rỗng đê thông qua thí nghiệm MHVL, chưa xem xét tương quan của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng nhằm đưa vào đánh giá mức độ của các yếu tố này đến hệ số truyền sóng K t , từ đó làm cơ sở cho việc lập công thức xác định hệ số truyền sóng K t phù hợp cho dạng đê này. Phương trình Boussinesq mở rộng là phương trình được cải tiến những đặc trưng về những biến đổi sóng ở vùng nước sâu từ Phương trình Boussinesq cơ bản (chỉ mô tả quá trình truyền sóng ở vùng nước nông), đây là ưu điểm của mô hình này so với mô hình sử dụng hệ phương trình phi tuyến nước nông NLSW (chỉ mô phỏng những biến đổi sóng phi tuyến ở vùng nước nông). Bên cạnh đó, đây còn là phương trình 2 chiều (x,y) và phương đứng (chiều z) lấy giá trị trung bình theo độ sâu hoặc tích phân theo độ sâu cho kết quả với độ chính xác tương đương so với phương trình Navier–Stokes (phương trình động lượng 3 chiều (x,y,z)). Ưu điểm lớn nhất của việc áp dụng Phương trình Boussinesq mở rộng so với các phương trình Navier– Stokes và NSWE là thời gian chạy mô hình nhanh hơn nhưng độ chính xác của kết quả mô phỏng là tương đương nhau. Dựa trên tổng quan các dạng ĐGS kết cấu rỗng trên thế giới và trong nước trong đó có khu vực ĐBSCL, NCS tiếp tục phân tích để đề xuất lựa chọn giải pháp đê cọc ly tâm trong phạm vi nghiên cứu của Luận Án, nghiên cứu đánh giá hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm bằng phương pháp thí nghiệm MHVL kết hợp mô hình số. Đồng thời xây dựng công thức thực nghiệm tổng quát tính toán xác định hệ số truyền sóng K t của dạng công trình này. Các chương tiếp theo NCS sẽ trình bày cụ thể, chi tiết các nội dung này.
12 Chương 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐÊ GIẢM SÓNG KẾT CẤU RỖNG DẠNG CỌC LY TÂM 2.1. Điều Kiện Tự Nhiên 2.1.1. Diễn biến đường bờ khu vực nghiên cứu 2.1.1.1. Diễn biến đường bờ từ Bạc Liêu đến Mũi Đông Cà Mau Đường bờ từ Bạc Liêu đến Mũi Đông Cà Mau có 268km bờ biển đã bị xói lở trong tổng số hơn 744km đường bờ biển của khu vực ven biển ĐBSCL. 2.1.1.2. Diễn biến đường bờ từ Tây Cà Mau đến Kiên Giang Từ năm 1998 đến năm 2015 thi đoạn từ bờ biển Tây Cà Mau đến Kiên Giang với mức độ không đáng kể dao động trung bình khoảng 2-8m/năm, nhưng từ năm 2015 đến 2017 thì chủ yếu xảy ra xói lở và diễn ra mạnh nhất tại bờ biển huyện Trần Văn Thời, huyện U Minh (Cà Mau) với tốc độ 20-40m/năm và huyện An Minh (Kiên Giang) với tốc độ 15-25m/năm. 2.1.2. Đánh giá hiện trạng hệ thống bảo vệ bờ biển ĐBSCL Hệ thống đê, kè bảo vệ bờ biển ĐBSCL được đánh giá dựa trên đặc điểm tự nhiên, các công trình hiện có và chức năng của các công trình này. Hiện nay hệ thống đê, kè khu vực ĐBSCL được chia ra làm 4 dạng chính: Dạng đê, kè bờ đối mặt trực diện với biển (dạng A); Dạng đê biển, kè biển có kết hợp với đai rừng ngập mặn ở phía trước đê (dạng B); Dạng đê, biển, kè biển trực diện với biển nhưng phía trước đê biển, kè biển này lại có đê giảm sóng (Dạng C); Dạng đê biển, kè biển ven bờ kết hợp phía trước có đê giảm sóng và đai rừng ngập mặn ở giữa (Dạng D). Mặc dù dạng D mang lại hiệu quả bảo vệ bờ biển cao nhưng số lượng được áp dụng tại các địa phương còn chưa nhiều (khoảng 3% đường bờ biển là có giải pháp bảo vệ dạng này) nên cần được tiếp tục nghiên cứu và áp dụng nhiều hơn tại các địa phương ven biên ĐBSCL nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ bờ biển tại đây. 2.1.3. Đề xuất giải pháp đê cọc ly tâm Dựa trên kết quả nghiên cứu tổng quan và quá trình phân tích đánh giá ở trên thì việc đề xuất giải pháp công trình phải phù hợp cho việc giảm sóng, gây bồi và khôi phục rừng ngập mặn ở khu vực nghiên cứu, cụ thể như sau: - Công trình có khả năng giảm sóng linh hoạt, không ngăn cản hoàn toàn khả năng lưu thông của nước qua đê, duy trì khả năng trao đổi nước bên trong và bên ngoài tuyến đê và đồng thời có khả năng giữ bùn cát bên trong tuyến đê để gây bồi, tạo bãi, duy trì và khôi phục đai rừng ngập mặn sau đê.
13 - Công trình phù hợp với chế độ thủy-hải văn, chế độ sóng, gió mùa, mức độ ổn định công trình trong điều kiện thực tế, điều kiện thi công thuận lợi, tận dụng được nguyên vật liệu địa phương và độ bền trong môi trường biển. - Công trình có tuổi thọ thiết kế cao, dễ thích ứng với quá trình BĐKH và nước biển dâng, có biện pháp thi công đơn giản, không phức tạp. Ngoài ra công trình cần tận dụng lực lượng lao động địa phương, nguồn vật liệu tại địa phương, ít tác động đến hệ sinh thái của khu vực và có giá thành thi công hợp lý. Kế thừa kết quả của đề tài “Nghiên cứu giải pháp công nghệ chống xói lở, bảo vệ bờ biển hợp lý cho vùng đồng bằng sông cửu long dựa trên mô hình vật lý” do Viện Khoa học Thủy Lợi miền Nam chủ trì, giải pháp đê chắn sóng được lựa chọn dựa theo phương pháp phân tích đa tiêu chí, các tiêu chí được đánh giá, cho điểm và được chia theo trọng số. Với kết quả đánh giá thì đê cọc ly tâm (Hình 2-1) là loại đê được đánh giá hợp lý nhất hiện nay so với các ĐGS kết cấu rỗng còn lại, cần thiết phải được nghiên cứu để tối ưu hoá loại kết cấu này. Hình 2-1. Đê cọc ly tâm ở khu vực biển Tây Cà Mau 2.2. Thí nghiệm MHVL và cơ sở khoa học đánh giá chức năng giảm sóng cho dạng đê cọc ly tâm 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu trên MHVL trong máng sóng Tối ưu kích thước của một số dạng kết cấu đê giảm sóng hiện có ở ĐBSCL cho 2 khu vực điển hình ở biển Đông và biển Tây, dựa trên đánh giá về hệ số truyền sóng, hệ số sóng phản xạ và hệ số tiêu tán năng lượng sóng. Thiết lập được bộ số liệu thí nghiệm làm cơ sở cho việc kiểm định và xây dựng các công thức kinh nghiệm và các nghiên cứu trên mô hình toán sau này.
14 2.2.2. Năng lực phòng thí nghiệm và thiết lập mô hình thí nghiệm 2.2.2.1. Năng lực phòng thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện trong máng sóng của phòng thí nghiệm thủy động lực sông biển- Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam. Các cơ sở thiết bị máy móc được cung cấp bởi HR Wallingford. 2.2.2.2. Tỷ lệ mô hình Tỷ lệ mô hình lựa chọn cho kết cấu đê cọc ly tâm ở biển Đông và biển Tây N L =7 (tỷ lệ dài, tỷ lệ cao), Nt = NL =2,65 (tỷ lệ thời gian), N v = NL = 2,65 (tỷ 3 lệ vận tốc), Nm = N L = 343 (tỷ lệ khối lượng). 2.2.3. Thiết lập thí nghiệm trong máng sóng 2.2.3.1. Bố trí thí nghiệm trong máng sóng Nhằm đảm bảo độ tương tự về sóng ở vùng nước nông ĐBSCL thì mô hình được thiết kế mái chuyển tiếp trong máng sóng với độ dốc là 1/25, cách máy tạo sóng với khoảng cách 3m (Hình 2-2). Hình 2-2. Mô hình vật lý của đê cọc ly tâm bố trí bên trong máng sóng Nhằm xác định các đặc trưng của sóng tới trước công trình, tiến hành bố trí 5 kim đo sóng với ký hiệu là WG1, WG2, WG3, WG4, WG5 và để xác định các đặc trưng của sóng sau khi qua công trình, bố trí 02 kim đo sóng với ký hiệu là WG6, WG7. 2.2.3.2. Chế tạo mô hình đê cọc ly tâm Mô hình đê cọc ly tâm được làm bằng gỗ để thuận lợi cho gia công kích thước công trình, cọc được sử dụng là các thanh gỗ tròn có đường kính 4cm (Hình 2-3).
15 Hình 2-3. Đê cọc ly tâm trong thí nghiệm nhìn dọc theo máng sóng 2.3. Chương trình thí nghiệm trong máng sóng 2.3.1. Điều kiện biên sóng Chiều cao sóng đặc trưng ở biển Đông và biển Tây ĐBSCL khoảng từ 0,5m đến hơn 1,5m và chu kỳ sóng từ 3s - 7s trong điều kiện gió mùa. Đối với máng sóng có tỷ lệ mô hình N L = 1/7, chiều cao sóng đảm bảo lớn hơn hoặc bằng 7cm và tối đa là 22cm, chu kỳ sóng tối thiểu lớn hơn hoặc bằng 1s và tối đa là 2,65s để đảm bảo độ tin cậy trong đo đạc và không vượt quá giới hạn năng lực của máng sóng. 2.3.2. Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều rộng đê đến hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm Kết cấu đê cọc ly tâm đá đổ được thí nghiệm với 3 chiều rộng đê là B=24cm (B24), B=38cm (B38) và B=52cm (B52), tương ứng với thực tế đã được xây dựng ở ĐBSCL (cả phía biển Đông và biển Tây) lần lượt là 1,7m, 2,7m và 3,7m với độ rỗng đê  =0,45. Tổng số kịch bản thí nghiệm thay đổi bề rộng cấu kiện dự kiến 180 trường hợp bao gồm: 01 kịch bản không công trình; 03 kịch bản thay đổi bề rộng kết cấu (với 1 cấp phối đá sử dụng D = 4÷7cm); 03 trường hợp thay đổi mực nước ( D ) và chiều 50 cao lưu không đỉnh đê  Rc  ; 10 thay đổi tham số sóng ( H , T , L) ; s p 2.3.3. Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ rỗng đê đến hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm 2.3.3.1. Kích thước của đá hộc và đê cọc ly tâm trong thí nghiệm Hiện nay, kết cấu cọc ly tâm đá đổ ngoài thực tế sử dụng vật liệu đá đổ sẵn có tại địa phương, ngoài vật liệu đá đổ có kích thước từ 30cm ÷ 50cm đã được dùng để thí nghiệm ảnh hưởng của bề rộng đến hiệu quả giảm sóng ở trên thì một số địa
16 phương còn sử dụng loại đá có kích thước thực tế từ 49cm ÷ 70cm, sự thay đổi kích thước đá đổ bên trong thân đê sẽ dẫn đến sự thay đổi độ rỗng thân đê. Bảng 2-5: Kết quả biểu thị độ rỗng của các viên đá (  ) Khối lượng thể Khối lượng thể Độ rỗng Loại đá tích rỗng ( Px ) tích khô ( Pvk ) ( ) 30cm ÷ 50cm 1487,7 2,71 0,45 49cm ÷ 70cm 1412,7 2,71 0,48 2.3.3.2. Tổng hợp các kịch bản thí nghiệm Số trường hợp thí nghiệm kích thước đá là 54 trường hợp, trong đó: 01 kịch bản không công trình đê; 02 kịch bản thay đổi độ rỗng; 02 trường hợp thay đổi mực nước và chiều cao lưu không đỉnh đê  R  ;10 trường hợp thay đổi tham số sóng c ( H s , Tp , L) ; 2.4. Kết quả thí nghiệm MHVL và đề xuất từ kết quả thí nghiệm MHVL Bờ biển thuộc phạm vi nghiên cứu rất dễ bị tổn thương do hệ thống công trình bảo vệ bờ biển hiện nay còn chưa hoàn chỉnh. Các dạng đê giảm sóng khu vực này chưa được đánh giá đầy đủ. ĐGS cọc ly tâm đã và đang được xây dựng ở ĐBSCL, có tác dụng giảm sóng, gây bồi, khôi phục rừng ngập mặn, nhưng chưa có đầy đủ thông số kỹ thuật để có thể áp dụng cho các vùng khác nhau. Đây cũng là cơ sở để đề xuất nghiên cứu này.. ĐGS cọc ly tâm đã và đang được xây dựng ở cả biển Tây và biển Đông. Tại biển Đông (Rạch Gốc – Cà Mau, Gành Hào, Nhà Mát – Bạc Liêu) ĐGS được xây dựng với bề rộng đỉnh khoảng 2,5m, khoảng cách giữa các tim cọc ly tâm D300 là 0,6m, kích thước đá hộc sử dụng với cấp phối >35-45cm và chiều cao công trình khoảng gần 3m. Đối với phía biển Tây thì công trình được xây dựng với các kích thước kết cấu tương tự, nhưng chiều cao công trình thấp hơn, khoảng 2,7m. Vị trí của tuyến đê này thực tế được xây dựng cách đường bờ trung bình 100m và được cho là tương đối phù hợp cho việc giảm sóng từ bên ngoài vào đất liền. Kế thừa nội dung nghiên cứu tổng quan, nhằm có cơ sở khoa học bước đầu cho việc đánh giá hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm ở ĐBSCL, lựa chọn kích thước và độ rỗng của đê phù hợp cho ĐBSCL (với yêu cầu về giảm sóng) và có thể được áp dụng cho các khu vực khác có điều kiện tự nhiên tương tự ĐBSCL, NCS đã áp dụng phương pháp thí nghiệm MHVL đối với đê cọc ly tâm trong máng sóng và có một số kết luận như sau:
17 - Giải pháp công trình cọc ly tâm là một trong những giải pháp phù hợp với vùng nghiên cứu nói riêng và ĐBSCL nói chung trong việc giảm sóng khi sóng truyền từ vùng nước sâu đến vùng nước nông trong điều kiện gió mùa và với chiều sâu nước trước công trình dao động từ 1,6m đến 3,5m (khu vực Biển Đông) và từ 1,4m đến 2,0m (khu vực Biển Tây). Hiệu quả giảm sóng của các công trình này khá tốt, có thể đạt từ 50 - 80%. Đây là cơ sở để thiết kế cho phù hợp, đáp ứng được yêu cầu giảm sóng cho khu vực. Cụ thể cần xem xét các trường hợp sau: + Đê cọc ly tâm có bề rộng đỉnh đê B=170cm (mô hình B=24cm), chiều cao đê H=280cm và cấp phối đá = 30cm÷50cm (mô hình 4÷7cm, độ rỗng đê là 45,10%). Trường hợp này hệ số truyền sóng K t tương đối lớn nên tùy theo yêu cầu thiết kế của công trình ở các vị trí khác nhau, tùy theo yêu cầu mức độ giảm sóng khác nhau ở từng khu vực thiết kế thì dạng kết cấu này sẽ có thể dùng để thiết kế và thi công xây dựng. + Đê cọc ly tâm có bề rộng đỉnh đê B=270cm (mô hình B=38cm), chiều cao đê H=280cm và cấp phối đá từ 30cm÷50cm (mô hình 4÷7cm, độ rỗng đê là 45,10%). Trường hợp này hệ số truyền sóng nhỏ hơn trường hợp B=170cm. Xét về phương diện giảm sóng, NCS đề xuất đê cọc ly tâm có kích thước này là lựa chọn phù hợp cho cả biển Đông và biển Tây. + Đê cọc ly tâm có bề rộng đỉnh đê B=370cm (mô hình B=52cm), chiều cao đê H=280cm và cấp phối đá từ 30cm÷50cm (mô hình 4÷7cm, độ rỗng đê là 45,10%), khả năng giảm sóng của dạng kết cấu này không quá chênh lệch so với dạng kết cấu có bề rộng B=270cm nên khuyến nghị hạn chế dùng dạng kết cấu có bề rộng B=370cm để tránh lãng phí. Tuy nhiên, tùy theo yêu cầu thiết kế, yêu cầu mức độ giảm sóng khác nhau của công trình ở các khu vực khác nhau, dạng kết cấu này có thể áp dụng trong thực tế. - Đối với trường hợp cấp phối đá lớn có độ rỗng lớn hơn, mặc dù hệ số truyền sóng lớn hơn (giảm sóng ít hơn) nhưng lại có khả năng vận chuyển bùn cát qua công trình nhiều hơn. Vấn đề này cần phải được xem xét thêm trong thiết kế. Kết quả nghiên cứu này là bước đầu để làm cơ sở cho bài toán thiết kế đê cọc ly tâm ứng với mỗi yêu cầu giảm sóng khác nhau và trong điều kiện tự nhiên khác nhau ở vùng ven biển ĐBSCL. Để có thêm cơ sở khoa học cho việc đánh giá hiệu quả giảm sóng của ĐGS kết cấu rỗng, trong các chương tiếp theo NCS xây dựng công thức thực nghiệm xác định hệ số truyền sóng và áp dụng mô hình số để đối sánh kết quả với MHVL.
18 Chương 3. XÂY DỰNG CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN HỆ SỐ TRUYỀN SÓNG CỦA ĐÊ CỌC LY TÂM Dựa trên kết quả thí nghiệm đã thực hiện ở Chương 2, trong chương này NCS tiến hành phân tích số liệu, xây dựng các biểu đồ tương quan, hồi quy và thiết lập công thức thực nghiệm tính hệ số truyền sóng cho đê ĐGS dạng cọc ly tâm. Hệ số truyền sóng là một đại lượng biểu thị mức độ mà sóng biển có thể truyền qua ĐGS kết cấu rỗng. Hệ số truyền sóng cho biết mức độ hiệu quả của đê rỗng trong việc giảm sóng, hệ số càng nhỏ nghĩa là đê càng hiệu quả trong việc làm giảm chiều cao sóng sau đê. Hệ số truyền sóng có thể giúp người thiết kế điều chỉnh thông số kích thước hình học của đê cũng như thông số vật liệu để đạt được hiệu quả giảm sóng tối ưu. Nó cũng giúp cho nhà quản lý đánh giá được mức độ bảo vệ bờ biển của ĐGS tại từng khu vực, giúp cho việc đảm bảo an toàn cho người dân và tài sản khu vực ven biển. Các thông số chính ảnh hưởng đến hệ số truyền sóng qua ĐGS kết cấu rỗng là chiều cao lưu không tương đối đỉnh đê, bề rộng tương đối đê, độ rỗng đê và độ dốc sóng. Công thức thực nghiệm tính hệ số truyền sóng được xây dựng qua việc phân tích hồi quy đa biến dựa trên các thông số này có độ tin cậy cao ( R  0, 8 ). 2 3.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng 3.1.1. Chỉ tiêu đánh giá Kết cấu đê cọc ly tâm thuộc dạng công trình tường đứng. Khoảng cách giữa các cọc, khoảng cách hai hàng cọc và độ rỗng đá có ảnh hưởng đến hệ số truyền sóng, hệ số sóng phản xạ trước đê và khả năng tiêu tán năng lượng sóng của đê. 3.1.2. Ảnh hưởng của các yếu tố thủy động lực đến quá trình truyền sóng 3.1.2.1. Ảnh hưởng của chiều cao lưu không tương đối đỉnh đê (Rc/Hm0,i) Chiều cao lưu không tương đối đỉnh đê ( Rc / H m 0,i ) phụ thuộc vào các yếu tố như : mực nước trước công trình ( D ) , chiều cao công trình  h  , chiều cao sóng đến trước công trình ( Hm0,i ). Quan hệ giữa Rc / H m 0,i và các hệ số K t , K r , K d được thể hiện rõ nét khi -1,0 < Rc / H m 0,i < 1,0, là khoảng đi từ đê nhô đến đê ngầm trong đó có khoảng chuyển tiếp. Khi đê ở trạng thái đê ngầm ( Rc 0 ), nhưng sóng phản xạ nhỏ và sóng tiêu tán bởi kết cấu công trình cũng nhỏ, ngược lại đối với trường hợp đê nhô ( Rc >0 ) thì hệ số truyền sóng