chương 1, tac giả đã đề cập và giải quyết được một số van đề chủ yêu sau đây: - _ Đã nghiên cứu, thu thập tai liệu, phân tích đưa ra những dẫn chứng cụ thê về tổng quan tuyến đê biên tỉnh Nam Định. - __ Nghiên cứu tông kết thực trạng và nhiệm vụ của tuyến đê biển tỉnh Nam Định - _ Nghiên cứu tác dụng của bãi trước đê đối với đê biển và các biện pháp tạo, giữ bãi cho đê biển, từ đó đưa ra các cơ sở thực tiễn để lựa chọn các giải pháp tạo và giữ bãi cho đê biển tỉnh Nam Định. 19 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN XÁC ĐỊNH CÁC YEU TO TÁC ĐỘNG DEN BÃI DE BIEN 2. Tac động của dòng chảy ven bờ do sóng va vận chuyén bùn cát ven bờ biển Sóng, gió là những nhân tố quan trọng hình thành nên dòng chảy ven bờ, chúng tác động tới các quá trình vận chuyển bùn cát và ảnh hưởng tới diễn biến hình thái đường bờ.
Dé tìm hiểu các quá trình vận chuyền bùn cát vùng gần bờ cùng với các hiện tượng xói lở, bồi lắng do các dòng ven bờ gây nên tới 6n định của bờ biển, 6n định của đê hay các công trình xây dựng ở ven bờ chúng ta xem xét một cách khái quát sự hình thành các dòng chảy ở vùng gần bờ do sóng, gió gây nên. Tổng quan dòng chảy vùng ven bờ Sóng hình thành bắt nguồn từ gió và là một tác nhân quan trọng có tác dụng truyền năng lượng từ gió qua đại dương tới bờ biển. Khi tới vùng nước nông, năng lượng sóng chuyền thành dòng chảy ngang bờ và dọc bờ gây nên hiện tượng vận chuyên bùn cát hướng ngang hay quá trình vận chuyên bùn cát ven bờ. Sự hình thành sóng từ gió phụ thuộc vào tốc độ gió và thời gian gió thôi và phạm vi không gian có gió thoi.
Sóng có khi được hình thành trong vùng có bão được gọi là sóng bão và chúng thường rất phức tạp. Tuy vậy, khi sóng di chuyên ra khỏi vùng có bão thì chúng lại trở nên đều đặn và phát triển thành sóng lừng (swell 20 wave), đây là các sóng có chiều cao và khoảng cách giữa các đỉnh sóng đồng đều nhau. ở trạng thái đều đặn này, một con sóng có thé nỗi tiếp các con sóng đơn khác trên một quãng đường dài đáng kể khi chúng lan truyền qua đại dương. Sóng lừng có vai trò truyền năng lượng qua đại dương tới bờ bién, tại đó các sóng bị vỡ do ảnh hưởng của ma sat day và giải phóng năng lượng mà nó mang theo trong vung sóng vỡ.
Các kiến thức cơ bản và cụ thé về lý thuyết sóng gió đã được trình bày trong một số giáo trình của Khoa kỹ thuật bờ biển, trường Đại học Thủy lợi và một sỐ sách, tài liệu khác. Trong giới hạn của báo cáo này chủ yếu đề cập tới ảnh hưởng của sóng ở vùng gan bờ và ảnh hưởng của nó tới quá trình vận chuyên bùn cát ven bờ. Khi sóng chuyên động tới gần bờ và vỡ trên bờ biển dốc, chúng tạo thành dòng chảy ở vùng gần bờ, dong chảy này biến đổi dưới nhiều dang khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm sóng và trạng thái bờ biển. Dòng chảy gần bờ ảnh hưởng đến quá trình diễn biến đường bờ đặc biệt khi nó kết hợp với sóng dâng do bão và thủy triều lớn.
Thực tế quá trình phát triển và hình thành các dạng cửa sông cũng như diễn biến đường bờ phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tô động lực như sóng gió, dòng chảy cũng như các quá trình vận chuyên bùn cát do các yếu tố động lực này. Theo Komar, ở vùng ven bờ có hai hệ thống dòng chảy chính do sóng tạo thành, đó là (i) hệ thống dòng chảy tuần hoàn gồm dòng tiêu (dong tach bờ) kết hợp với dòng chảy doc bờ; va (ii) dong chảy doc bờ, hình thành khi sóng chuyên động tới bờ biển theo một góc xiên so với đường bờ. Ảnh hưởng của hướng sóng tới so với đường bờ có ý nghĩa rất quan trọng đối với các hệ thống dòng chảy này. Ví dụ khi sóng vỡ với đường đỉnh sóng song song với hướng đường bờ trung bình, dòng chảy được hình thành có dạng dòng tuần hoàn.
Ngược lại khi sóng đến không song song với đường bờ mà tạo thành một góc xiên sẽ hình thành nên dòng chảy dọc bờ như hình. Đối với dòng chảy tuần hoàn đơn vị hay dòng chảy tuần hoàn trung gian có sự kết hợp của dòng tiêu, dòng tiêu này là một thành phần của dòng tuần hoàn. Dòng tiêu thường mạnh và hẹp, có hướng chảy về phía biển và đi qua vùng sóng vỡ, thường có tác dụng vận chuyên các vật trôi nổi và bùn cát tạo thành những luéng dòng chảy có màu sắc hoàn toàn khác biệt với vùng nước ở xung quanh nó. 21 Dòng tiêu được nuôi dưỡng bởi các dòng chảy có hướng dọc bờ bên trong vùng sóng vỡ, có độ lớn dòng chảy nhỏ nhất băng 0 tại điểm giữa của hai dòng tiêu kế tiếp nhau, và đạt tới giá trị lớn nhất ngay tại điểm khi dòng tiêu đổi hướng ra phía biển (hình 2.
Dòng chảy dọc bờ ngược lại được nuôi dưỡng bởi dòng chảy yêu hơn có hướng từ biên vào trong bờ bên trong dải sóng vỡ khi xảy ra sóng vỡ. + Khi góc giữ đường đỉnh sóng song song với đường bờ (a, = 0), ddng tuần hòa don vị, bị chi phối bởi dòng tiêu có hướng về phía biên. + Khi góc a, lớn, dòng chảy hình thành do sóng vỡ có hướng song song Do vậy mà dòng tuần hoàn bao gồm dòng chảy dọc bờ có tác dụng nuôi dưỡng các dòng tiêu và dòng chảy hồi quy từ ngoài vào trong bờ thay thé phần nước bị dịch chuyên ra khỏi bờ dưới tác dụng của dòng tiêu (Shepard and Inman, 1950a, 1950b). Dạng lý tưởng nhất của dòng tuần hoàn là dòng chảy được hình thành trong đó dòng tiêu có hướng vuông góc với bờ, dòng chảy trong vùng sóng vỡ có hướng dọc bờ nuôi dưỡng các dòng tiêu đều theo cả hai phía.
Tuy nhiên, các dòng tiêu thường cắt ngang dải sóng vỡ theo một góc xiên nhất định và dòng chảy nuôi dưỡng dòng dọc bờ hoặc có hướng khác nhau hoặc có cường độ dòng chảy khác nhau. a) Dòng tuần hoàn đơn vị = PE Sas ` “>> tách be CC TT oY Đông a Hình 2.2: Trường dòng chảy quan trắc ở gan bờ, phụ thuộc vào góc sóng vỡ 22 Mũi dong chảy tách ba } * ~~ + + + Dai sông vũ —_———“ Dong chảy doc bo —- — — Hình 2.3: Hệ thông dòng chảy tuần hoàn Khi sóng vỡ tạo thành một góc tương đối lớn so với đường bờ, trong vùng sóng vỡ sẽ hình thành dòng chảy dọc bờ có hướng song song với đường bờ và bị giới hạn giữa bờ biển va dai sóng đồ. Dòng chảy này có ý nghĩa rất đặc biệt khi nó gây nên hiện tượng vận chuyển bùn cát theo hướng dọc bờ. Khả năng vận chuyên bùn cát do dong chảy dọc bờ này có thé kéo dài trên quãng đường hàng trăm kilômét doc theo bờ biển.
Khi xem xét và đánh giá tác động của một con sóng lên bãi biển, người ta thường xác định mức độ tác động lớn hay nhỏ căn cứ vào 3 thông số chính, đó là: chiều cao và chu kỳ sóng, hướng sóng tác động tới đường bờ và tần suất xuất hiện của sóng đó trong năm. Hướng sóng tác động tới đường bờ là một tham số quan trọng, không chỉ đối với tính toán thiết kế công trình, mà còn đối với cả các nghiên cứu vận chuyên bùn cát ở ven bờ. Khi tính toán thiết kế các công trình ven biển, người ta thường quan tâm tới các tài liệu thống kế về sóng, đặc biết là số liệu có liên quan tới con sóng lớn nhất đã từng xuất hiện tại khu vực xây dựng công trình. Nếu khu vực xây dựng công trình có đầy đủ tài liệu quan trắc sóng thì việc tính toán xác định các thông số sóng thiết kế theo tần suất thường không quá phức tạp.
Tuy nhiên, nếu khu vực xây dựng công trình không có tài liệu quan trắc sóng, thì cần tính toán phục hồi lại số liệu sóng lớn nhất từ các số liệu về các trận bão lớn, đã xảy ra trong quá khứ. 23 Bên cạnh đó cao trình mực nước biển cũng là một tham số quan trọng trong tính toán thiết kế công trình và tính toán diễn biến bờ biển. Thường đây là căn cứ để tính toán cao trình đỉnh của các công trình xây dựng ven biển và tính toán sóng leo trên bãi biển hoặc sóng leo trên mái công trình. Mực nước triều có thé dự báo được rất chính xác dựa vào bảng thủy triều xây dựng từ mực nước thực đo trong một, hai năm.
Hiện tượng nước dâng do bão thường hay xảy ra ở dọc bờ biển, đặc biệt là tại những vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của bão. Nước dâng là hiện tượng dâng cao đột ngột mực nước biển doc theo bờ biên trên một đoạn bờ biển nhất định nào đó. Hiện tượng xảy ra khi đoạn bờ biên chịu tác động của gió bão, thôi liên tục với vận tốc lớn theo hướng nhất định từ biến vào đất liền, kết hợp với sự biến đổi khí áp cục bộ (xuất hiện khi có bão). Hiện tượng nước dâng do bão có thể gây ra những thiệt hại rất lớn trên một diện rộng vì nó gây ngập lụt các vùng đất thấp ven biển và tạo điều kiện cho các sóng tác dụng vào sâu trong đất liền.
Bởi vậy trong tính toán diễn biến đường bờ và nghiên cứu các quá trình vận chuyên bùn cát vùng ven bờ cần quan tâm đến các đặc trưng của sóng và hiện trạng mực nước biển dâng trong các điều kiện thời tiết đặc biệt. Vận chuyển bùn cát vùng ven bờ Vận chuyền bùn cát đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật bờ biển nói chung và trong nghiên cứu các diễn biến bờ biển nói riêng. Các vấn đề liên quan tới diễn biến bờ biên thường gặp là hiện tượng thiếu hụt bùn cát dẫn tới bờ biển bị xói lở; hay hiện tượng dư thừa bùn cát gây nên những van đề như bồi lap các cửa sông, giảm kha năng thoát lũ qua cửa, hay luồng tàu vào cảng, đôi khi là bồi lấp cảng. Vận chuyền bùn cát ở vùng ven bờ thường được phân thành hai hình thức vận chuyên bùn cát riêng biệt, đó là vận chuyên bùn cát theo phương song song với đường bờ hay còn gọi là vận chuyển bùn cát dọc bờ; và vận chuyền bùn cát theo phương vuông góc với đường bờ, hay còn gọi là vận chuyền bùn cát ngang bờ.