Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài với nhiều sông rạch lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển đa dạng sinh học, rừng ngập mặn và các khu du lịch biển. Tuy nhiên, các tỉnh ven biển, đặc biệt là Bà Rịa - Vũng Tàu với hơn 50 km bờ biển, đang phải đối mặt với hiện tượng xói lở bờ biển nghiêm trọng. Theo báo cáo của ngành, tốc độ xói lở tại huyện Long Điền đã tăng từ khoảng 2 mét mỗi năm lên đến 30 mét mỗi năm, có những điểm sạt lở lên đến hàng trăm mét. Hiện tượng này đe dọa trực tiếp đến an toàn tính mạng, tài sản của người dân và phát triển kinh tế - xã hội địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất giải pháp công trình kè bảo vệ bờ biển nhằm phòng chống xói lở tại khu vực Phước Tỉnh, huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Nghiên cứu tập trung phân tích nguyên nhân, cơ chế xói lở, đánh giá hiện trạng công trình bảo vệ bờ biển và đề xuất kết cấu công trình phù hợp, đảm bảo hiệu quả kinh tế kỹ thuật. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực bờ biển Phước Tỉnh với các điều kiện địa chất, thủy văn đặc thù, trong giai đoạn từ năm 2000 đến 2019.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc góp phần bảo vệ an toàn dân cư, tài sản, duy trì phát triển kinh tế biển, đồng thời nâng cao năng lực phòng chống thiên tai trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Kết quả nghiên cứu cũng hỗ trợ công tác quản lý, duy tu bảo dưỡng công trình và phát triển bền vững vùng ven 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 cơ học đất, thủy lực ven biển và kỹ thuật công trình bảo vệ bờ biển. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết ổn định mái đê và tính toán áp lực đất: Sử dụng các mô hình tính toán áp lực ngang đất, áp lực nước thấm và ứng suất trong thân đê để đánh giá khả năng chịu lực và ổn định của công trình. Các khái niệm chính bao gồm áp lực thực, áp lực hiệu dụng, hệ số ma sát, và mô men uốn.

  2. Mô hình thủy lực và xói lở bờ biển: Phân tích tác động của sóng, triều cường, dòng chảy ven bờ và bão đến quá trình xói lở. Khái niệm về sóng leo, sóng tràn, dòng chảy ven bờ, và cơ chế xói lở chân kè được sử dụng để hiểu rõ nguyên nhân và cơ chế phá hoại công trình.

Các khái niệm chuyên ngành như "kè dạng tường đứng", "kè dạng hỗn hợp", "cấu kiện bê tông đúc sẵn Tetrapod, Accropod", "áp lực ngang đất", "trượt mái đê", "xói lở chân kè" được vận dụng xuyên suốt nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu đo đạc thực địa, khảo sát hiện trạng công trình, dữ liệu thủy văn khí tượng, và tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến kỹ thuật bảo vệ bờ biển. Cỡ mẫu khảo sát thực địa gồm các vị trí xói lở và công trình kè tại Phước Tỉnh, với số liệu thu thập trong giai đoạn 2009-2019.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích lý thuyết: Tổng hợp, đánh giá các lý thuyết về cơ học đất, thủy lực và kỹ thuật công trình bảo vệ bờ biển.
  • Mô hình mô phỏng số: Sử dụng phần mềm chuyên dụng như Geostudio, Plaxis để mô phỏng ổn định mái đê, tính toán ứng suất, chuyển vị và lực cắt trong công trình kè.
  • Phân tích chuyên gia: Tham khảo ý kiến các nhà khoa học, kỹ sư có kinh nghiệm trong lĩnh vực xây dựng và bảo vệ bờ biển.
  • Khảo sát thực địa và đo đạc: Cập nhật hiện trạng công trình, đánh giá mức độ hư hỏng, lún sụt, xói lở.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2017 đến 2019, bao gồm giai đoạn khảo sát, phân tích dữ liệu, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tốc độ xói lở bờ biển tăng nhanh: Tại khu vực Phước Tỉnh, tốc độ xói lở đã tăng từ khoảng 2 mét mỗi năm lên đến 30 mét mỗi năm trong vòng 10 năm gần đây, với một số điểm sạt lở lên đến hàng trăm mét, gây nguy hiểm cho dân cư và cơ sở hạ tầng.

  2. Nguyên nhân xói lở chủ yếu do tác động kết hợp của triều cường, sóng lớn và dòng chảy ven bờ: Mực nước biển dâng cao kết hợp với sóng bão cấp 12-13 đã vượt quá thiết kế công trình, gây sóng leo tràn qua đê, làm mất ổn định mái đê và xói lở chân kè. Các đoạn đê không có rừng phòng hộ chắn sóng chịu tác động mạnh hơn, dễ bị phá hoại.

  3. Hư hỏng công trình kè do thiết kế và vật liệu không phù hợp: Nhiều đoạn kè sử dụng đá hộc không đảm bảo kích thước và khối lượng, thân đê đắp bằng đất yếu không được xử lý kỹ thuật, dẫn đến hiện tượng lún sụt, trượt mái và bong tróc lớp bảo vệ. Một số tường chắn sóng bằng bê tông không có cốt thép hoặc móng chưa đủ sâu nên bị lật, bẻ gãy khi sóng lớn tác động.

  4. Hiệu quả của các cấu kiện bê tông đúc sẵn: Các cấu kiện như Tetrapod, Accropod được sử dụng tại một số vị trí đã chứng minh khả năng giảm năng lượng sóng, bảo vệ mái đê hiệu quả hơn so với đá hộc truyền thống. Tuy nhiên, cần tính toán kỹ về chiều dày lớp bảo vệ và cao trình kè để đảm bảo ổn định lâu dài.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân xói lở bờ biển tại Phước Tỉnh là sự kết hợp phức tạp giữa yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Sự gia tăng mực nước biển và tần suất bão mạnh theo biến đổi khí hậu làm tăng áp lực lên công trình bảo vệ bờ. So với các nghiên cứu trên thế giới, đặc biệt là hệ thống đê biển Hà Lan và Nhật Bản, việc thiếu đồng bộ trong thiết kế, vật liệu và bảo dưỡng là nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng nhanh chóng.

Dữ liệu mô phỏng bằng phần mềm Plaxis và Geostudio cho thấy các đoạn kè hiện tại có nguy cơ mất ổn định cao do áp lực ngang đất và sóng vượt quá giới hạn thiết kế. Biểu đồ chuyển vị ngang và lực cắt trong tường kè minh họa rõ sự yếu kém trong kết cấu hiện tại. So sánh với các công trình bảo vệ bờ biển ở Mỹ và Nhật Bản, việc áp dụng công nghệ bê tông đúc sẵn và xử lý nền đất yếu là cần thiết để nâng cao độ bền và hiệu quả.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học để cải tạo, nâng cấp hệ thống kè biển, đồng thời góp phần giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, bảo vệ môi trường sinh thái ven biển và phát triển kinh tế địa phương bền vững.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cao cao trình và gia cố mái kè bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn: Áp dụng các cấu kiện Tetrapod, Accropod với chiều dày lớp bảo vệ tối thiểu 0,5 m, cao trình kè nâng lên ít nhất +4,5 m để chống chịu sóng bão cấp 12-13. Thời gian thực hiện trong 2-3 năm, do Ban Quản lý dự án và Sở Nông nghiệp tỉnh chủ trì.

  2. Xử lý nền đất yếu trước khi đắp đê: Sử dụng kỹ thuật gia cố nền như cừ tràm, cọc bê tông dự ứng lực hoặc vật liệu địa kỹ thuật để tăng khả năng chịu tải, giảm lún sụt. Thời gian thực hiện 1-2 năm, phối hợp giữa đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công.

  3. Xây dựng hệ thống rừng phòng hộ chắn sóng ven biển: Trồng các loại cây ngập mặn như Vetiver để giảm năng lượng sóng, hạn chế xói lở chân kè. Đây là giải pháp bền vững, chi phí thấp, thực hiện trong 3-5 năm, phối hợp với các tổ chức môi trường và chính quyền địa phương.

  4. Tăng cường công tác quản lý, bảo dưỡng và giám sát công trình: Thiết lập hệ thống kiểm tra định kỳ, xử lý kịp thời các hư hỏng nhỏ để tránh phát sinh sự cố lớn. Đào tạo nhân lực kỹ thuật và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ công trình. Thực hiện liên tục, do UBND huyện và các đơn vị quản lý công trình đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách địa phương: Nhận diện rõ nguyên nhân và giải pháp kỹ thuật để xây dựng kế hoạch phát triển bền vững vùng ven biển, đảm bảo an toàn dân sinh và phát triển kinh tế.

  2. Kỹ sư, chuyên gia xây dựng công trình thủy lợi và bảo vệ bờ biển: Áp dụng các mô hình tính toán, phương pháp gia cố nền và lựa chọn kết cấu kè phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng, thủy lợi, môi trường: Tham khảo cơ sở lý thuyết, phương pháp mô phỏng và phân tích dữ liệu thực tế để phát triển nghiên cứu sâu hơn về bảo vệ bờ biển.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực môi trường và phòng chống thiên tai: Nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi khí hậu, vai trò của công trình bảo vệ bờ biển và tham gia vào công tác bảo vệ, giám sát.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân chính gây xói lở bờ biển tại Phước Tỉnh là gì?
    Xói lở chủ yếu do tác động kết hợp của triều cường, sóng bão cấp cao vượt thiết kế, dòng chảy ven bờ mạnh và nền đất yếu không được xử lý kỹ thuật. Ví dụ, sóng bão cấp 12-13 đã làm sóng leo tràn qua đê gây mất ổn định mái.

  2. Các công trình kè hiện tại có hiệu quả như thế nào?
    Một số công trình như kè Phước Tỉnh đã góp phần giảm xói lở và tạo cảnh quan, nhưng nhiều đoạn kè bị hư hỏng do vật liệu không đảm bảo, thiết kế chưa phù hợp và thiếu bảo dưỡng. Cấu kiện bê tông đúc sẵn cho hiệu quả bảo vệ tốt hơn.

  3. Phương pháp mô phỏng nào được sử dụng để đánh giá công trình?
    Phần mềm Geostudio và Plaxis được dùng để mô phỏng ổn định mái đê, tính toán ứng suất, chuyển vị và lực cắt trong công trình, giúp xác định các điểm yếu và đề xuất giải pháp gia cố.

  4. Giải pháp nào được đề xuất để nâng cao hiệu quả bảo vệ bờ biển?
    Nâng cao cao trình kè, sử dụng cấu kiện bê tông đúc sẵn, xử lý nền đất yếu, xây dựng rừng phòng hộ chắn sóng và tăng cường quản lý, bảo dưỡng công trình là các giải pháp chính.

  5. Ai là chủ thể thực hiện các giải pháp này?
    Ban Quản lý dự án, Sở Nông nghiệp, UBND huyện Long Điền, các đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công phối hợp thực hiện trong khoảng 2-5 năm tùy giải pháp.

Kết luận

  • Xói lở bờ biển tại Phước Tỉnh diễn ra với tốc độ nhanh, gây nguy hiểm cho dân cư và phát triển kinh tế địa phương.
  • Nguyên nhân chính là do tác động của triều cường, sóng bão vượt thiết kế, nền đất yếu và hư hỏng công trình kè.
  • Các công trình kè hiện tại chưa đồng bộ, vật liệu và thiết kế chưa phù hợp, cần được nâng cấp và gia cố.
  • Giải pháp đề xuất bao gồm nâng cao cao trình kè, sử dụng cấu kiện bê tông đúc sẵn, xử lý nền đất, trồng rừng phòng hộ và tăng cường quản lý bảo dưỡng.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để bảo vệ bờ biển, góp phần phát triển bền vững vùng ven biển trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Đề nghị các cơ quan chức năng và nhà đầu tư sớm triển khai các giải pháp nhằm bảo vệ an toàn cho khu vực Phước Tỉnh, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng áp dụng cho các vùng ven biển khác.