CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH TUYẾN LUỒNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1. Trên thế giới Việc chỉnh trị, ổn định lòng dẫn và chống xói lở, bồi lấp các cửa sông phục vụ xã hội loài người luôn là vấn đề phức tạp và là thách thức to lớn đối với các nhà khoa học trên thế giới (Lương Phương Hậu và nnk, 2001; Trịnh Việt An, 2006). Các nghiên cứu trên thế giới về việc đưa ra các giải pháp KHCN nhằm mục đích chỉnh trị, ổn định lòng dẫn, chống xói lở và bồi lấp các cửa sông đã được quan tâm từ lâu.
2500 năm trước Công Nguyên người Ai Cập cổ đại đã xây dựng thành công đê chắn sóng tại cửa sông Nile để đảm bảo giao thông vào cảng biển (Trịnh Việt An, 2006). Đặc biệt trong thế kỷ trở lại đây, việc nghiên cứu và đề ra các giải pháp KHCN nhằm ổn định lòng dẫn, chống xói lở và bồi lấp các cửa sông được đặc biết quan tâm nghiên cứu và đã mang lại những thành công đáng kể. Qua việc nghiên cứu nhiều công trình bờ biển, cửa sông cũng được xây dựng: biện pháp ổn định luồng tàu, chống bồi lấp cửa sông thường được sử dụng hệ thống đê hướng dòng, ngăn cát, giảm sóng. ỞMỹ, trong 56 cửa sông có luồng tàu thì 31 cửa sông được xây dựng đê ngăn cát, giảm sóng.
Ở Nhật, 72 cửa sông trong số 139 cửa được xây dựng đê ngăn cát, giảm sóng. Ngoài ra, có thể kể thêm những cửa sông lớn điển hình như sông Missisippi (Mỹ), Sein (Pháp), Đu Nai (chảy qua 08 nước châu Âu đổ ra biển Đen), sông Trường Giang (Trung Quốc). Việc ổn định luồng tàu cửa sông nhờ vào hệ thống công trình đê ngăn cát, giảm sóng (Lương Phương Hậu, 2005). Chức năng của đê ngăn cát, giảm sóng là: - Đưa dòng chảy sông tiếp tục theo đê, mang bùn cát đẩy ra vùng biển xa hơn, để bar chắn cửa không ảnh hưởng đến luồng, lạch.
- Ngăn chặn bùn cát dọc bờ. 7 - Bảo đảm giữ ổn định cửa sông và luồng tàu. Việc nghiên cứu để có thể đưa ra các giải pháp chỉnh trị các cửa sông là vấn đề phức tạp và đòi hỏi nhiều thời gian và số liệu thu thập (Lương Phương Hậu, Trịnh Việt An, Lương Phương Hợp, 2002). Sau 40 năm nghiên cứu (1958-1997) các nhà khoa học Trung Quốc đã đưa ra giải pháp KHCN chỉnh trị cửa sông Trường Giang đáp ứng được các mục tiêu “Trong điều kiện duy trì ổn định thế sông tổng thể của Trường Giang, chọn tuyến Bắc của lạch Nam để tiến hành chỉnh trị, phương án tổng quát là lợi dụng lúc triều rút, tiến hành chỉnh trị ở mực nước trung, ổn định nút phân lưu.
Giải pháp công trình là bố trí hệ thống gồm 2 đê hướng dòng với khoảng cách rộng với dãy mỏ hàn răng lược thu hẹp dòng chảy và kết hợp nạo vét bổ sung”). Thành tựu về công nghệ xây dựng công trình chống sạt lở đê biển trên thế giới trong những năm qua cũng ngày một phát triển. Kỹ thuật bảo vệ đê biển không dừng lại ở các giải pháp bị động bao bọc bờ biển bằng các loại vật liệu tốt hơn có khả năng chống chịu trước tác động của sóng, gió, dòng chảy ven bờ, phủ thảm bê tông đổ trực tiếp trong nước, không dừng lại ở các công trình hướng dòng bảo vệ tại chỗ với hệ thống mỏ hàn bằng đá hộc, khối Xbloc, khối Tetrapot hay đóng nhiều hàng cọc gỗ, cọc bê tông rồi liên kết lại với nhau.1: Các khối Xbloc được dùng để chắn, phá sóng, bảo vệ bờ biển ở Nigeria 8 Hình 1.2: Khối Tetrapot phá sóng ở cảng St Francis, Nam Phi (trái) và khối Ecopode, dùng để phá sóng ở Garachico - Tây Ban Nha (phải) Ngày nay, xu thế các giải pháp khoa học công nghệ được đề xuất ngày càng thân thiện với môi trường hơn: Tạo bãi, nuôi bãi gây bồi, giữ bãi bằng cách trồng cây chắn sóng, xây dựng các mỏ hàn ngầm giảm sóng, bố trí các mỏ hàn mềm dạng túi cát (geotube hoặc geobag) đặt song song hoặc tạo một góc hợp lý với đường bờ. Những công trình loại này đem lại hiệu quả rất lớn ở nhiều nước trên thế giới như Nga, Pháp, Trung Quốc [2][9].3: Kè mỏ hàn chắn sóng, làm nơi trú ẩn của tàu bè ở Krijal, Croatia (trái), kè mỏ hàn chắn sóng ở cảng Zapuntel - Molat, Croatia (phải) Các nghiên cứu về biển Đông và vùng nghiên cứu: Các chuyến điều tra khảo sát của NAGA (1959-1961) và chương trình hợp tác giữa viện Hải Dương học và Viện Sinh học Biển Đông (1976-1986) là những chương trình điều tra tổng thể, trong đó có các yếu tố về vật lý biển và môi trường, sinh thái biển.
Bộ số liệu và các báo cáo là tư liệu có tính nền tảng cho các nghiên cứu biển Đông [2][9]. 9 Các nghiên cứu về giải pháp chống xói lở, bảo vệ đê biển: Các nghiên cứu về giải pháp có thể chia làm hai nhóm là nhóm giải pháp cứng và nhóm giải pháp mềm. Các giải pháp này nói chung có hai chức năng chính là kiểm soát sóng và dòng chảy ven bờ. Nhóm các giải pháp cứng bao gồm: kè biển, kè mỏ hàn, đê ngầm phá sóng, kè mỏ hàn kết hợp đê ngầm phá sóng, “mũi đất” nhân tạo.
Các giải pháp mềm bao gồm: tạo bãi, trồng rừng ngập mặn và đụn cát. Tình hình xây dựng đê biển trên thế giới: Đê chắn sóng và các công trình phụ trợ tạo thành một hệ thống công trình bảo vùng nội địa, tránh những tác hại của thiên tai từ bên ngoài. Chính vì tầm quan trọng của nó mà việc nghiên cứu và xây dựng đê chắn sóng trên thế giới, nhất là các quốc gia ven biển có một lịch sử phát triển lâu đời.Tuy nhiên, tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên và trình độ công nghệ của mình, mỗi quốc gia có trình độ xây dựng đê chắn sóng khác nhau. Hà Lan: Việc nghiên cứu và công nghệ xây dựng đê chắn sóng của Hà Lan thuộc hàng đầu thế giới.
Hệ thống đê biển của Hà Lan được các nhà kiến trúc bầu chọn là một trong 10 công trình vĩ đại nhất trên thế giới. Để có được những tuyến đê vĩ đại đó, người dân Hà Lan đã trãi qua nhiều thế hệ nghiên cứu xây dựng nhằm gìn giữ từng mét đất. Đến nay hệ thống đê biển Hà Lan hiện đại nhất trên thế giới[2][9].4: Đê biển Afsluitdijk và Delta ở Hà Lan. 10 Với Dự án Delta, thực hiện từ năm 1958 - 2002, người Hà Lan dựng lên một hệ thống đê chắn sóng biển và ngăn lũ lụt được đánh giá là hoàn hảo nhất thế giới.
Hệ thống này được thiết kế với độ vững chắc đủ để chịu được trận bão lớn với mức độ chỉ xảy ra một lần trong 1.000 km đê bao biển và 10.000 km đê bao sông và kênh rạch được nâng lên, cũng như khép kín các cửa sông[2][9]. Ngoài việc thiết lập một hệ thống điều khiển và bảo dưỡng, người Hà Lan còn ứng dụng các hệ thống giám sát tự động để theo dõi tình trạng của đê điều. Họ cho lắp đặt các cảm biến sợi quang học và điện tử trong đê để xác định những thay đổi trong thân đê, cũng như giám sát áp suất hay mực nước. Nhật Bản: Là quốc gia có bốn mặt giáp với biển, lại thường xuyên đối mặt với bão, động đất, sóng thần luôn đe dọa đến đến nguy cơ phá hoại đê, nên hệ thống đê cũng rất đặc biệt.
Nhật Bản rất quan tâm đến đê cửa sông và đê biển mặc dù đất đai của họ cao hơn mực nước biển. Qui định thiết kế đê ở nước này với từng loại đê theo cấp công trình được giám sát rất chặt chẽ. Đê ở Nhật Bản cũng là công trình đa mục tiêu, ưu tiên cho giao thông, vì thế công trình đê rất chỉnh thể. Vấn đề an toàn đê được xét trong một tổng thể, trong đó nổi bật lên hai nhân tố ảnh hưởng chính đó là: bản thân kết cấu hình học - kết cấu đê và điều kiện làm việc của đê - tương tác giữa tải trọng với công trình.
Các nổ lực để nâng cao ổn định đê đều tập trung cải thiện hai yếu tố này. Đến nay khoa học kỹ thuật đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này. Mới đây Nhật Bản đã cho xây dựng một bức tường chắn sóng thần ngoài khơi vùng biển Wakayama. Không giống như bất cứ đê chắn sóng khác,“đê” chắn sóng này được thiết kế đặc biệt để có thể ứng phó nhanh chóng với những cơn sóng thần trong tương lai.
Đê chắn sóng này được thiết kế là những túi khí hình trụ khổng nối tiếp nhau và được nối với ống bơm khí đặt chìm dưới biển. Bình thường, túi khí này nằm sâu dưới đáy biển. Khi có báo động sóng thần, người ta sẽ cho bơm khí vào, “bức tường” này được hình thành và nổi lên rất nhanh chóng trong một vài phút sau đó 11 và sẽ phá vỡ cơn sóng. Khi đã hoàn tất nhiệm vụ, các túi khí này được xả ra và tự động thu lại chìm xuống dưới biển.
Được biết, bức tường chắn sóng này được xây dựng cao 20m (trong đó 13m chìm dưới đáy biển làm chân nền, và cao 7m so với mặt nước biển) và trải dài 234m dọc theo bờ biển Wakayama. Theo như các chuyên gia đánh giá, “đê” chắn sóng này là một giải pháp thông minh[2][9].5: Mô phỏng đê chắn sóng được xây dựng tại bờ biển Wakayama (Nguồn: Japantoday) 1. Tại Việt Nam Tình hình nghiên cứu, áp dụng khoa học công nghệ: Gần đây chương trình thuộc đề tài "Chương trình khoa học công nghệ phục vụ xây dựng đê biển và công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển" (Giai đoại 1 từ Quảng Ninh đến Quảng Nam), các tiến bộ kỹ thuật mới trong thiết kế và thi công đê biển trên thới giới đã được nghiên cứu áp dụng trong điều kiện cụ thể ở nước ta. Đồng thời việc áp dụng hoa học công nghệ mới trong lĩnh vực vật liệu xây dựng để tăng cao ổn định đê cũng được đề cập trong một số đề tài để đưa vào thực tế.
Chúng ta đã xây dựng được ngân hàng dữ liệu về: Thủy, hải văn, dòng chảy, sóng, triều, địa chất-địa mạo biển, vùng cửa sông, ven biển và hải đảo; Nghiên cứu sự thay đổi sóng, dòng chảy, mực nước với những trường hợp cực đoan của biến đổi khí hậu - nước biển dâng phục vụ cho nông nghiệp và phát triển nông thôn và phòng tránh giảm nhẹ thiên tai.