Tổng quan nghiên cứu
Hệ thống đê biển đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ vùng đồng bằng ven biển, góp phần phát triển kinh tế xã hội và quốc phòng an ninh. Vùng ven biển Thanh Hóa, với chiều dài bờ biển 102 km và diện tích vùng biển khoảng 1,7 vạn km², bao gồm 6 huyện, thị xã giáp biển như Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa, Quảng Xương, Tĩnh Gia và thị xã Sầm Sơn, là khu vực có vị trí chiến lược quan trọng trong kết nối giao thương và phát triển kinh tế biển. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu đã làm gia tăng tần suất và cường độ các cơn bão, cùng với hiện tượng nước biển dâng, gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng cho hệ thống đê biển và đời sống người dân.
Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc rà soát, đánh giá hiện trạng hệ thống đê biển tỉnh Thanh Hóa, phân tích tác động của biến đổi khí hậu đến hệ thống đê biển, đồng thời đề xuất giải pháp nâng cấp, tu bổ hệ thống đê biển huyện Hậu Lộc nhằm ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ hệ thống đê biển dọc ven biển tỉnh Thanh Hóa, đặc biệt tập trung vào tuyến đê biển huyện Hậu Lộc với chiều dài 13,465 km. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ sản xuất nông nghiệp, sinh kế người dân và phát triển bền vững kinh tế biển của tỉnh trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về công trình đê biển, bao gồm:
- Lý thuyết công trình đê biển bán vĩnh cửu: Đê biển được thiết kế như công trình bán vĩnh cửu, cho phép sóng tràn qua trong một chu kỳ nhất định nhằm giảm thiểu nguy cơ vỡ đê, đồng thời tận dụng đất tại chỗ để đắp đê, phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội Việt Nam.
- Mô hình tác động biến đổi khí hậu đến hệ thống đê biển: Phân tích các yếu tố như tăng nhiệt độ, nước biển dâng, tần suất bão tăng, ảnh hưởng đến kết cấu và ổn định của đê biển.
- Khái niệm đê biển an toàn cao và thân thiện môi trường: Kết hợp các giải pháp kỹ thuật như mái đê trồng cỏ, rừng ngập mặn, cấu kiện bê tông đúc sẵn để tăng khả năng chống xói lở, giảm tác động sóng và bảo vệ hệ sinh thái ven biển.
Các khái niệm chính bao gồm: sóng tràn qua đê, ổn định mái đê, tác động của thủy triều và bão, cấu trúc mặt cắt đê biển, và các giải pháp gia cố thân thiện môi trường.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp kế thừa các kết quả khoa học trong và ngoài nước, kết hợp với điều tra thực địa, phân tích thống kê và mô phỏng kỹ thuật. Cụ thể:
- Nguồn dữ liệu: Số liệu quan trắc thủy văn, khí tượng, địa chất nền đê, hiện trạng công trình đê biển tỉnh Thanh Hóa và huyện Hậu Lộc; tài liệu quy hoạch, báo cáo kỹ thuật và các nghiên cứu liên quan.
- Phương pháp phân tích: Phân tích hiện trạng, đánh giá tác động biến đổi khí hậu dựa trên kịch bản phát thải trung bình của Bộ Tài nguyên và Môi trường; mô phỏng ổn định đê bằng phần mềm GEO-SLOPE; tính toán sóng tràn qua đê và lựa chọn mặt cắt đê hợp lý.
- Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích dữ liệu từ năm 2006 đến 2012, đánh giá hiện trạng và tác động biến đổi khí hậu đến năm 2050, đề xuất giải pháp nâng cấp trong giai đoạn 2020-2030.
Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ hệ thống đê biển tỉnh Thanh Hóa với trọng tâm là tuyến đê biển huyện Hậu Lộc dài 13,465 km. Phương pháp chọn mẫu dựa trên mức độ ảnh hưởng và tính đại diện của các đoạn đê trong vùng nghiên cứu.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Hiện trạng hệ thống đê biển Thanh Hóa: Toàn tỉnh có 102 km bờ biển với trên 42 km đê trực diện biển. Hầu hết các tuyến đê được xây dựng và nâng cấp sau bão số 7 năm 2005, với cao trình đỉnh đê phổ biến từ +3,6m đến +4,8m, chiều rộng mặt đê từ 3 đến 6 m. Tuy nhiên, nhiều đoạn đê còn thấp, nhỏ và xuống cấp, đặc biệt là các cống dưới đê bị hư hỏng, ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát và ngăn mặn.
Tác động biến đổi khí hậu: Nhiệt độ trung bình năm dự kiến tăng từ 1,0 đến 2,4°C vào giữa và cuối thế kỷ 21; lượng mưa tăng 3-5,8%, mực nước biển dâng từ 20 đến 65 cm. Tần suất bão và áp thấp nhiệt đới tăng, gây sóng lớn và nước dâng cao, làm gia tăng nguy cơ tràn và vỡ đê. Độ mặn xâm nhập vào các cửa sông như sông Mã, sông Lèn, sông Lach Trường tăng đột biến, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp và nguồn nước sinh hoạt.
Đặc điểm địa chất và kết cấu đê biển: Đê biển chủ yếu được đắp bằng đất tại chỗ, nền đất yếu với các loại đất như á sét, bùn sét, có góc ma sát trong khoảng 28°30' và lực dính từ 0,028 đến 0,195 kg/cm². Mặt cắt đê có độ dốc mái phía biển m=4, phía đồng m=2-3, mái đê được gia cố bằng bê tông hoặc trồng cỏ Vetiver có khả năng chống xói lở tương đương bê tông.
Đề xuất nâng cấp đê biển huyện Hậu Lộc: Tuyến đê dài 13,465 km đã được cứng hóa hoàn toàn nhưng chưa có chủ trương nâng cấp. Nghiên cứu đề xuất mặt cắt đê hợp lý với cao trình đỉnh đê +4,5m, mái đê phía biển gia cố bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn kết hợp trồng rừng ngập mặn để giảm sóng tràn, tăng độ bền vững và thân thiện môi trường.
Thảo luận kết quả
Các số liệu hiện trạng cho thấy hệ thống đê biển Thanh Hóa đã được đầu tư nâng cấp đáng kể sau bão năm 2005, tuy nhiên vẫn còn nhiều điểm yếu về kết cấu và khả năng chống chịu thiên tai. Biến đổi khí hậu làm tăng áp lực lên hệ thống đê, đòi hỏi phải có giải pháp thiết kế linh hoạt, bền vững và thân thiện môi trường.
So sánh với các nghiên cứu quốc tế, xu hướng thiết kế đê biển hiện đại là chấp nhận sóng tràn qua đê trong giới hạn cho phép nhằm tránh vỡ đê, đồng thời sử dụng các giải pháp xanh như mái đê trồng cỏ và rừng ngập mặn để giảm tác động sóng và bảo vệ hệ sinh thái. Kết quả mô phỏng ổn định đê bằng phần mềm GEO-SLOPE cho thấy mặt cắt đê đề xuất có khả năng chịu được sóng tràn và áp lực sóng bão cấp 12, phù hợp với kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2050.
Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến động mực nước biển, bảng thống kê hiện trạng đê và bản đồ phân bố độ mặn xâm nhập, giúp minh họa rõ ràng tác động của biến đổi khí hậu và hiệu quả giải pháp nâng cấp.
Đề xuất và khuyến nghị
Nâng cao cao trình đỉnh đê biển lên mức +4,5m nhằm đảm bảo khả năng chống chịu với mực nước biển dâng và sóng bão cấp 12, thực hiện trong giai đoạn 2020-2030, do UBND tỉnh Thanh Hóa phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.
Gia cố mái đê phía biển bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn kết hợp trồng rừng ngập mặn để giảm sóng tràn và xói lở, tăng tính bền vững và thân thiện môi trường, triển khai đồng bộ trong 5 năm tới, do Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình thủy lợi tỉnh thực hiện.
Cải tạo, nâng cấp hệ thống cống dưới đê nhằm tăng cường khả năng tiêu thoát nước, ngăn mặn và phòng chống ngập úng, ưu tiên các cống bị hư hỏng nặng, hoàn thành trước năm 2025, do các huyện ven biển phối hợp với Sở Giao thông vận tải thực hiện.
Xây dựng khu neo đậu tránh trú bão cho tàu thuyền nghề cá tại các cửa sông lớn như cửa Lach Sung, đảm bảo an toàn cho ngư dân, dự kiến hoàn thành vào năm 2024, do UBND huyện Hậu Lộc và các đơn vị liên quan phối hợp thực hiện.
Tăng cường công tác giám sát, cảnh báo thiên tai và biến đổi khí hậu kết hợp với đào tạo nâng cao nhận thức cộng đồng ven biển về phòng chống thiên tai, thực hiện liên tục, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các địa phương tổ chức.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và phòng chống thiên tai: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình thủy lợi tỉnh Thanh Hóa có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch nâng cấp hệ thống đê biển phù hợp với biến đổi khí hậu.
Các nhà quy hoạch và thiết kế công trình thủy lợi, đê biển: Các đơn vị tư vấn, thiết kế công trình thủy lợi có thể áp dụng các phương pháp tính toán, mô hình và giải pháp kỹ thuật đề xuất để thiết kế đê biển bền vững, thân thiện môi trường.
Ngư dân và cộng đồng ven biển: Hiểu rõ tác động của biến đổi khí hậu và các giải pháp bảo vệ đê biển giúp nâng cao nhận thức, chủ động phòng tránh rủi ro thiên tai, bảo vệ sinh kế và tài sản.
Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật thủy lợi, môi trường biển: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết, số liệu thực tế và phương pháp nghiên cứu hữu ích cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo về đê biển và biến đổi khí hậu.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao cần nâng cấp hệ thống đê biển huyện Hậu Lộc?
Biến đổi khí hậu làm tăng mực nước biển và tần suất bão, gây áp lực lớn lên đê biển hiện tại, có nguy cơ tràn và vỡ đê, ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt của người dân. Nâng cấp giúp đảm bảo an toàn và phát triển bền vững.Giải pháp nào giúp đê biển thân thiện với môi trường?
Kết hợp gia cố mái đê bằng bê tông đúc sẵn với trồng rừng ngập mặn và mái đê trồng cỏ Vetiver giúp giảm sóng, chống xói lở và bảo vệ hệ sinh thái ven biển, đồng thời tăng độ bền vững công trình.Phương pháp tính toán ổn định đê biển được áp dụng như thế nào?
Sử dụng phần mềm GEO-SLOPE mô phỏng các tải trọng sóng, nước dâng và địa chất nền để đánh giá khả năng chịu lực và ổn định của đê, từ đó lựa chọn mặt cắt và vật liệu phù hợp.Tác động của nước biển dâng đến hệ thống đê biển ra sao?
Nước biển dâng làm tăng mực nước triều, gây tràn đê, xói lở chân đê và thay đổi chế độ dòng chảy ven bờ, làm giảm hiệu quả bảo vệ của đê và đòi hỏi phải nâng cao và gia cố đê.Làm thế nào để cộng đồng ven biển thích ứng với biến đổi khí hậu?
Tăng cường đào tạo, cảnh báo sớm thiên tai, xây dựng khu neo đậu tránh trú bão, cải thiện hệ thống đê và hạ tầng kỹ thuật, đồng thời phát triển kinh tế đa dạng để giảm thiểu rủi ro.
Kết luận
- Hệ thống đê biển tỉnh Thanh Hóa đã được đầu tư nâng cấp đáng kể nhưng vẫn còn nhiều đoạn cần cải tạo để ứng phó với biến đổi khí hậu.
- Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ, mực nước biển dâng và tần suất bão, gây áp lực lớn lên hệ thống đê biển.
- Đê biển huyện Hậu Lộc có chiều dài 13,465 km, đã được cứng hóa nhưng cần nâng cấp mặt cắt và gia cố mái đê để đảm bảo an toàn đến năm 2050.
- Giải pháp kết hợp kỹ thuật bê tông đúc sẵn và trồng rừng ngập mặn được đề xuất nhằm tăng độ bền vững và thân thiện môi trường.
- Các bước tiếp theo bao gồm triển khai nâng cấp đê, cải tạo cống dưới đê, xây dựng khu neo đậu tránh bão và tăng cường công tác cảnh báo thiên tai.
Kêu gọi hành động: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng ven biển cần phối hợp chặt chẽ để thực hiện các giải pháp nâng cấp hệ thống đê biển, góp phần bảo vệ sinh kế và phát triển bền vững vùng ven biển Thanh Hóa trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.