Tổng quan nghiên cứu

Xói lở bờ biển là một trong những vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến phát triển kinh tế - xã hội và môi trường ven biển. Tại Việt Nam, đặc biệt ở các tỉnh ven biển như Bạc Liêu, tình trạng này ngày càng diễn biến phức tạp do tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng và hoạt động khai thác không bền vững. Theo ước tính, chiều dài bờ biển bị xói lở nghiêm trọng chiếm khoảng 20-30% tổng chiều dài bờ biển cả nước, gây thiệt hại lớn về tài sản và môi trường. Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp bảo vệ bờ biển hiệu quả là cấp thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật nhằm bảo vệ đường bờ biển tỉnh Bạc Liêu. Mục tiêu chính là xây dựng cơ sở khoa học cho tính toán ổn định đê ngầm, xác định các điều kiện biên thiết kế, bố trí mặt bằng và các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của công trình. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực bờ biển tỉnh Bạc Liêu với chiều dài bờ biển hơn 56 km, đặc trưng bởi địa chất mềm yếu và điều kiện sóng thiết kế tương đối nhỏ. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các công trình bảo vệ bờ biển thân thiện môi trường, sử dụng vật liệu sẵn có, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả bảo vệ bờ biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về kết cấu bao địa kỹ thuật và ổn định thủy lực của đê ngầm. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết ổn định thủy lực của kết cấu bao địa kỹ thuật: Nghiên cứu các tham số ảnh hưởng như chiều cao lưu không, tỷ lệ cát đóng vào bao, độ dốc mái, vật liệu vải địa kỹ thuật, ma sát giữa các bao và sự sắp đặt bao địa kỹ thuật. Các công thức tính ổn định thủy lực được xây dựng dựa trên các thí nghiệm mô hình và thực tế, trong đó công thức của Dassanayake (2013) được sử dụng để đánh giá chỉ số ổn định Ns.

  • Mô hình truyền sóng và chiết giảm sóng qua đê ngầm: Hệ số truyền sóng Kt được xác định dựa trên các nghiên cứu mô hình vật lý và công thức kinh nghiệm cho đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng ngập trong nước. Các công thức của Viện Thủy lực Delft (2002), d’Angremond và cộng sự (1996), Calabrese và cộng sự (2002) được tham khảo để đánh giá khả năng chiết giảm sóng của đê ngầm.

Các khái niệm chính bao gồm: chỉ số ổn định thủy lực Ns, hệ số truyền sóng Kt, tỷ lệ cát trong bao địa kỹ thuật, góc ma sát giữa các bao, và các kiểu phá hoại của kết cấu bao địa kỹ thuật như trượt, lật và dịch chuyển.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khảo sát địa chất, thủy văn, hải văn và địa hình khu vực bờ biển tỉnh Bạc Liêu; các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế đê biển; kết quả thí nghiệm mô hình vật lý và số học từ các nghiên cứu quốc tế. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ đoạn bờ dài 56 km thuộc tỉnh Bạc Liêu, với các điểm khảo sát chi tiết về địa chất và thủy văn.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích tham số ảnh hưởng đến ổn định đê ngầm dựa trên các công thức và mô hình toán học.

  • Sử dụng phần mềm CressWin để tính toán chiều cao sóng vỡ và độ sâu sóng vỡ.

  • Mô phỏng truyền sóng ngang bờ bằng phần mềm Wadibe, áp dụng các mô hình cân bằng năng lượng sóng.

  • Thiết kế mặt cắt ngang đê ngầm và tính toán độ lún ổn định nền bằng phần mềm chuyên dụng.

  • Thời gian nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, bao gồm thu thập số liệu, phân tích, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của chiều cao lưu không và tỷ lệ cát trong bao địa kỹ thuật: Nghiên cứu cho thấy chỉ số ổn định thủy lực Ns tăng đáng kể khi chiều cao lưu không tăng và tỷ lệ cát trong bao đạt từ 90% đến 100%. Tỷ lệ cát cao giúp tăng trọng lượng và khả năng thấm, cải thiện sự ổn định của đê ngầm. Ví dụ, các thí nghiệm mô hình chỉ ra tỷ lệ cát 100% làm tăng chỉ số ổn định lên khoảng 30% so với tỷ lệ 80%.

  2. Tác động của độ dốc mái và vật liệu vải địa kỹ thuật: Độ dốc mái m=1.0 được xác định là tối ưu cho sự ổn định thủy lực của đê ngầm. Vải địa kỹ thuật không dệt làm từ polypropylene có độ bền kéo từ 400-600 N/mm² và khả năng biến dạng 10-40% phù hợp cho ứng dụng bao địa kỹ thuật, giúp giảm biến dạng và tăng tuổi thọ công trình.

  3. Ảnh hưởng của ma sát và sự sắp đặt bao địa kỹ thuật: Ma sát giữa các bao địa kỹ thuật có vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định tổng thể. Thí nghiệm cho thấy sắp xếp bao nghiêng 15° so với phương nằm ngang làm tăng chỉ số ổn định lên đến 30% so với đặt nằm ngang. Góc ma sát trong của vật liệu vải địa kỹ thuật dao động từ 11.5° đến 30.57°, ảnh hưởng trực tiếp đến lực kháng trượt.

  4. Khả năng chiết giảm sóng và bố trí đê ngầm: Hệ số truyền sóng Kt qua đê ngầm dao động trong khoảng 0.3 đến 0.7 tùy thuộc vào chiều cao đỉnh, bề rộng và độ dốc công trình. Chiều dài đê ngầm 500 m và khoảng cách giữa các đê ngầm 150 m được xác định là phù hợp để tạo bãi và giảm sóng hiệu quả tại bờ biển Bạc Liêu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ổn định thủy lực của kết cấu bao địa kỹ thuật, đồng thời bổ sung các tham số đặc thù cho điều kiện địa chất và thủy văn của vùng ven biển Việt Nam. Việc xác định tỷ lệ cát tối ưu và sắp xếp bao địa kỹ thuật nghiêng giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ bờ biển, giảm thiểu biến dạng và hư hỏng công trình.

So sánh với các công trình bảo vệ bờ biển truyền thống bằng bê tông và đá, giải pháp đê ngầm bao địa kỹ thuật có ưu điểm về chi phí, thân thiện môi trường và dễ thi công. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chỉ số ổn định Ns theo tỷ lệ cát và góc nghiêng bao, bảng phân tích ma sát và hệ số truyền sóng Kt theo các tham số thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng tỷ lệ cát từ 90% đến 100% trong bao địa kỹ thuật để đảm bảo sự ổn định thủy lực tối ưu, giảm biến dạng và tăng tuổi thọ công trình. Chủ thể thực hiện: các nhà thầu thi công và thiết kế. Thời gian: áp dụng ngay trong các dự án mới.

  2. Thiết kế đê ngầm với độ dốc mái m=1.0 và sắp xếp bao địa kỹ thuật nghiêng 15° để tăng khả năng chống trượt và lật. Chủ thể thực hiện: đơn vị thiết kế kỹ thuật. Thời gian: trong giai đoạn thiết kế và thi công.

  3. Bố trí chiều dài đê ngầm 500 m và khoảng cách giữa các đê ngầm 150 m nhằm tạo bãi và giảm sóng hiệu quả, phù hợp với điều kiện bờ biển Bạc Liêu. Chủ thể thực hiện: cơ quan quản lý và nhà thầu thi công. Thời gian: kế hoạch trung hạn 1-3 năm.

  4. Xây dựng quy trình duy tu bảo dưỡng định kỳ nhằm phát hiện và khắc phục kịp thời các hư hỏng của bao địa kỹ thuật do tác động môi trường biển. Chủ thể thực hiện: ban quản lý công trình và địa phương. Thời gian: liên tục trong quá trình vận hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ven biển: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách bảo vệ bờ biển hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do xói lở.

  2. Các kỹ sư thiết kế và thi công công trình ven biển: Luận văn cung cấp các công thức tính toán ổn định, hướng dẫn thiết kế đê ngầm bao địa kỹ thuật phù hợp với điều kiện thực tế.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật biển, xây dựng công trình thủy lợi: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp và ứng dụng công nghệ bao địa kỹ thuật trong bảo vệ bờ biển.

  4. Các tổ chức và doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ven biển: Giúp hiểu rõ các giải pháp thân thiện môi trường, tiết kiệm chi phí và hiệu quả lâu dài.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bao địa kỹ thuật là gì và tại sao được sử dụng trong bảo vệ bờ biển?
    Bao địa kỹ thuật là túi vải địa kỹ thuật chứa cát hoặc vật liệu khác, dùng để tạo kết cấu mềm bảo vệ bờ biển. Chúng thân thiện môi trường, dễ thi công và có khả năng chống xói lở hiệu quả.

  2. Tỷ lệ cát trong bao địa kỹ thuật ảnh hưởng thế nào đến sự ổn định?
    Tỷ lệ cát cao (90-100%) làm tăng trọng lượng và khả năng thấm, giúp bao địa kỹ thuật ổn định hơn dưới tác động sóng, giảm biến dạng và tăng tuổi thọ công trình.

  3. Đê ngầm bao địa kỹ thuật có ưu điểm gì so với đê chắn sóng truyền thống?
    Đê ngầm bao địa kỹ thuật có chi phí thấp hơn, dễ thi công, thân thiện môi trường, tạo cảnh quan tự nhiên và sử dụng vật liệu sẵn có tại địa phương như cát.

  4. Làm thế nào để xác định vị trí và kích thước đê ngầm phù hợp?
    Dựa trên phân tích địa hình, thủy văn, sóng và địa chất, kết hợp công thức kinh nghiệm và mô phỏng truyền sóng để xác định chiều dài, khoảng cách và vị trí đặt đê ngầm tối ưu.

  5. Quy trình duy tu bảo dưỡng đê ngầm bao địa kỹ thuật như thế nào?
    Bao gồm kiểm tra định kỳ tình trạng vải địa kỹ thuật, phát hiện rò rỉ cát, sửa chữa kịp thời các hư hỏng do môi trường biển và đảm bảo hiệu quả bảo vệ bờ biển lâu dài.

Kết luận

  • Đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật là giải pháp hiệu quả, thân thiện môi trường để bảo vệ bờ biển tại tỉnh Bạc Liêu.
  • Các tham số như tỷ lệ cát, độ dốc mái, vật liệu vải và sắp xếp bao ảnh hưởng lớn đến sự ổn định thủy lực của công trình.
  • Chiều dài đê ngầm 500 m và khoảng cách 150 m giữa các đê ngầm được xác định phù hợp với điều kiện địa phương.
  • Công thức tính ổn định thủy lực và hệ số truyền sóng Kt được xây dựng dựa trên cơ sở khoa học và mô hình thực nghiệm.
  • Đề xuất các giải pháp thiết kế, thi công và duy tu bảo dưỡng nhằm nâng cao hiệu quả và tuổi thọ công trình.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng các kết quả nghiên cứu vào dự án thực tế tại Bạc Liêu, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các vùng ven biển khác. Mời các nhà nghiên cứu, kỹ sư và quản lý quan tâm phối hợp để phát triển và hoàn thiện giải pháp bảo vệ bờ biển bền vững.