Tổng quan nghiên cứu
Tuyến đê biển tỉnh Nam Định có tổng chiều dài khoảng 91,981 km, trải qua ba huyện Giao Thủy, Hải Hậu và Nghĩa Hưng, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sản xuất nông nghiệp, tài sản và tính mạng của hơn 536.200 người dân. Trong đó, tuyến đê biển Giao Thủy dài 32,333 km với 15,5 km trực diện biển; Hải Hậu dài 33,323 km với 20,5 km trực diện biển; Nghĩa Hưng dài 26,325 km với 4,8 km trực diện biển. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của sóng, gió bão, triều cường và sự xói lở bãi biển, nhiều đoạn đê biển đã xuống cấp nghiêm trọng, đặc biệt là các đoạn đê trực diện với biển có bãi hẹp hoặc không có bãi, dẫn đến nguy cơ vỡ đê, sạt lở mái đê và phá hủy chân kè.
Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc phân tích tác động của bãi biển đối với tuyến đê biển Nam Định, đánh giá hiệu quả của hệ thống kè mỏ hàn chữ T trong việc giữ bãi và bảo vệ đê biển, đặc biệt tại khu vực Đông Tây cống Thanh Niên thuộc huyện Giao Thủy. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các tuyến đê biển tỉnh Nam Định trong giai đoạn từ những năm 1960 đến năm 2011, với trọng tâm là các sự cố xói lở, hư hỏng do bão và các giải pháp kỹ thuật bảo vệ bờ biển.
Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm ổn định bờ biển, giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, bảo vệ an toàn cho tuyến đê biển, góp phần phát triển kinh tế biển bền vững và đảm bảo an sinh xã hội cho cộng đồng dân cư ven biển.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật bờ biển, bao gồm:
Lý thuyết dòng chảy ven bờ và vận chuyển bùn cát: Sóng gió tạo ra dòng chảy tuần hoàn và dòng chảy dọc bờ, ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển bùn cát, gây ra hiện tượng xói lở hoặc bồi tụ bãi biển. Dòng chảy tuần hoàn gồm dòng tiêu (dòng chảy tách bờ) và dòng chảy dọc bờ, trong đó dòng chảy dọc bờ có thể vận chuyển bùn cát hàng trăm km theo hướng bờ.
Lý thuyết tác động của sóng và nước dâng do bão: Sóng bão và nước dâng làm tăng áp lực lên mái đê, gây xói lở chân kè, phá hủy mái đê và có thể dẫn đến vỡ đê. Hiện tượng sóng chảy tràn đỉnh (overwashing) xảy ra khi sóng vượt qua đỉnh đê, gây xói lở bề mặt và phía sau đê.
Khái niệm về bãi biển và phân loại bãi: Bãi biển gồm bãi cao, bãi giữa và bãi thấp, mỗi loại có đặc điểm thủy văn và tác động khác nhau đến đê biển. Bãi biển có thể ở trạng thái bồi tích, xâm thực hoặc cân bằng chuẩn.
Mô hình công trình bảo vệ bờ biển: Hệ thống kè mỏ hàn chữ T, chữ I, kè ngầm và các biện pháp phi công trình như trồng rừng ngập mặn để giữ bãi và giảm năng lượng sóng.
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ các tài liệu thiết kế đê biển Nam Định, báo cáo nghiên cứu của Viện nghiên cứu khoa học Thủy lợi, Trung tâm môi trường biển - Viện cơ học Việt Nam, các tiêu chuẩn kỹ thuật ngành và các quyết định, thông tư của Chính phủ về tiêu chuẩn thiết kế đê biển.
Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê, phân tích hiện trạng, tính toán thủy lực và mô phỏng tác động của sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát ven bờ. Áp dụng mô hình tính toán công trình kè mỏ hàn chữ T để đánh giá hiệu quả tạo bãi và bảo vệ đê.
Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào tuyến đê biển Giao Thủy dài 32,333 km, đặc biệt khu vực cống Thanh Niên, nơi có địa hình bãi biển biến đổi phức tạp và thường xuyên chịu tác động của sóng bão. Lựa chọn khu vực này nhằm đánh giá hiệu quả các giải pháp kỹ thuật trong điều kiện thực tế.
Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu tổng hợp số liệu từ các giai đoạn 1960 đến 2011, phân tích các sự cố bão lớn năm 2005 và đánh giá các giải pháp đã triển khai trong giai đoạn 2002-2011.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Tình trạng xói lở và hạ thấp mặt bãi biển nghiêm trọng: Mặt bãi biển tại khu vực cống Thanh Niên đã bị hạ thấp từ mức +0,50 đến +0,80 m (những năm 1990-1991) xuống mức -1,80 đến -2,00 m năm 2007. Tốc độ xói lở bờ biển tại các khu vực như Giao Phong giảm từ 22 m/năm (1965-1985) xuống còn 5 m/năm (1985-1995), nhưng tại Hải Lý và Hải Chính lại tăng lên đến 20-21 m/năm trong giai đoạn sau.
Hiệu quả của hệ thống kè mỏ hàn chữ T: Việc xây dựng hệ thống kè mỏ hàn chữ T tại các khu vực xung yếu như Đông Tây cống Thanh Niên đã giúp nâng cao mặt bãi từ 0,6 đến 1,2 m, giảm đáng kể áp lực sóng lên mái đê và hạn chế xói lở chân kè. Các đoạn đê được bảo vệ bằng kè mỏ hàn có mức độ hư hỏng giảm hơn 30% so với các đoạn không có kè.
Ảnh hưởng của bão số 7 năm 2005: Cơn bão mạnh nhất trong vòng 10 năm qua đã gây thiệt hại nghiêm trọng với tổng chiều dài đê-kè bị phá hoại lên đến 19.054 m, trong đó huyện Giao Thủy bị phá hoại 3.882 m, Hải Hậu 8.122 m và Nghĩa Hưng 7.050 m. Các đoạn đê không có bãi hoặc bãi thấp chịu thiệt hại nặng nề nhất, với nhiều vị trí bị vỡ đê, sạt lở mái và phá hủy kè lát mái bê tông.
Tác động của dòng chảy ven bờ và vận chuyển bùn cát: Dòng chảy tuần hoàn và dòng chảy dọc bờ do sóng gió tạo ra vận chuyển bùn cát theo hướng dọc và ngang bờ, ảnh hưởng trực tiếp đến sự biến đổi hình thái bãi biển. Sự mất cân bằng trong vận chuyển bùn cát là nguyên nhân chính gây ra xói lở bãi và hạ thấp địa hình chân đê.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân chính của tình trạng xói lở và hạ thấp mặt bãi là do tác động liên tục của sóng bão, nước dâng do bão kết hợp với triều cường, đặc biệt tại các đoạn đê trực diện với biển không có bãi hoặc bãi hẹp. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả cho thấy việc áp dụng hệ thống kè mỏ hàn chữ T mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc giữ bãi và giảm áp lực sóng, phù hợp với điều kiện địa hình và địa chất của vùng ven biển Nam Định.
Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự thay đổi cao độ mặt bãi theo thời gian, bảng thống kê tốc độ xói lở và hư hỏng đê-kè sau các cơn bão, cũng như sơ đồ mô phỏng dòng chảy ven bờ và vận chuyển bùn cát. Việc kết hợp các biện pháp công trình và phi công trình như trồng rừng ngập mặn cũng được khuyến nghị nhằm tăng cường hiệu quả bảo vệ bờ biển.
Đề xuất và khuyến nghị
Mở rộng và hoàn thiện hệ thống kè mỏ hàn chữ T: Tiếp tục đầu tư xây dựng và nâng cấp hệ thống kè mỏ hàn chữ T tại các đoạn đê biển xung yếu, đặc biệt khu vực cống Thanh Niên và các vị trí có bãi thấp hoặc không có bãi. Mục tiêu nâng cao mặt bãi từ 0,6 đến 1,2 m trong vòng 5 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Nam Định chủ trì thực hiện.
Phát triển rừng ngập mặn ven biển: Triển khai trồng và bảo vệ rừng ngập mặn tại các khu vực bãi bồi ổn định, nhằm giảm năng lượng sóng, giữ bùn cát và tăng cường khả năng bồi tụ bãi. Mục tiêu phủ xanh 500 ha rừng ngập mặn trong 3 năm, phối hợp với các tổ chức môi trường và chính quyền địa phương.
Nâng cao tiêu chuẩn thiết kế và quản lý đê biển: Cập nhật và áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển theo hướng hiện đại, đảm bảo khả năng chịu đựng gió bão cấp 10 và triều cường tần suất 5%. Tăng cường công tác kiểm tra, bảo trì và xử lý kịp thời các sự cố đê biển, giảm thiểu nguy cơ vỡ đê.
Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mô phỏng thủy lực: Sử dụng các phần mềm mô phỏng dòng chảy, sóng và vận chuyển bùn cát để dự báo diễn biến bờ biển, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp, tiết kiệm chi phí và hiệu quả lâu dài.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Cơ quan quản lý đê điều và phòng chống thiên tai: Giúp nâng cao hiệu quả quản lý, bảo trì và đầu tư các công trình đê biển, giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra.
Các nhà nghiên cứu và chuyên gia kỹ thuật bờ biển: Cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực tiễn để phát triển các mô hình tính toán, giải pháp kỹ thuật mới trong lĩnh vực bảo vệ bờ biển.
Chính quyền địa phương và các tổ chức phát triển kinh tế ven biển: Hỗ trợ hoạch định chính sách phát triển kinh tế bền vững, kết hợp bảo vệ môi trường và an toàn dân sinh.
Các nhà đầu tư và doanh nghiệp xây dựng công trình thủy lợi, đê biển: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật đã được kiểm nghiệm, từ đó áp dụng hiệu quả trong các dự án xây dựng và nâng cấp đê biển.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao bãi biển trước đê lại quan trọng trong việc bảo vệ đê biển?
Bãi biển trước đê giúp giảm năng lượng sóng, hạn chế xói lở chân đê và bảo vệ mái đê khỏi tác động trực tiếp của sóng lớn. Ví dụ, tại khu vực cống Thanh Niên, mặt bãi bị hạ thấp làm tăng áp lực sóng lên đê, gây hư hỏng nghiêm trọng.Hệ thống kè mỏ hàn chữ T có tác dụng gì trong bảo vệ đê biển?
Kè mỏ hàn chữ T ngăn chặn dòng bùn cát ven bờ, giữ bùn cát lại tạo bãi, giảm năng lượng sóng và hạn chế xói lở chân đê. Thực tế cho thấy bãi biển được nâng cao từ 0,6 đến 1,2 m sau khi xây dựng hệ thống kè này.Nguyên nhân chính gây hư hỏng đê biển tại Nam Định là gì?
Nguyên nhân chủ yếu là do sóng bão, nước dâng do bão kết hợp triều cường, xói lở bãi biển làm hạ thấp mặt bãi, tăng áp lực sóng lên mái và chân đê, dẫn đến sạt lở, vỡ đê.Các biện pháp phi công trình nào được áp dụng để giữ bãi biển?
Trồng rừng ngập mặn là biện pháp phi công trình hiệu quả, giúp giảm năng lượng sóng, giữ bùn cát và tăng khả năng bồi tụ bãi. Rừng ngập mặn còn góp phần bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học ven biển.Làm thế nào để dự báo diễn biến bờ biển và xói lở?
Sử dụng mô hình mô phỏng thủy lực kết hợp số liệu quan trắc sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát và mực nước dâng để dự báo diễn biến bờ biển. Việc này giúp đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp và kịp thời.
Kết luận
- Tuyến đê biển Nam Định dài gần 92 km, bảo vệ hơn 536.000 người và diện tích đất nông nghiệp lớn, nhưng đang chịu tác động nghiêm trọng của sóng bão và xói lở bãi biển.
- Hệ thống kè mỏ hàn chữ T đã chứng minh hiệu quả trong việc giữ bãi, nâng cao mặt bãi từ 0,6 đến 1,2 m, giảm áp lực sóng lên đê và hạn chế hư hỏng.
- Cơn bão số 7 năm 2005 gây thiệt hại nặng nề với gần 20 km đê-kè bị phá hoại, làm nổi bật sự cần thiết của các giải pháp bảo vệ bờ biển đồng bộ.
- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật và phi công trình kết hợp, đồng thời nâng cao tiêu chuẩn thiết kế và quản lý đê biển nhằm đảm bảo an toàn lâu dài.
- Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng công nghệ mô phỏng thủy lực và vận chuyển bùn cát để dự báo và quản lý diễn biến bờ biển hiệu quả hơn.
Hành động tiếp theo: Khuyến nghị các cơ quan chức năng và nhà đầu tư triển khai mở rộng hệ thống kè mỏ hàn chữ T, phát triển rừng ngập mặn và áp dụng công nghệ mô phỏng trong quản lý đê biển nhằm bảo vệ bền vững vùng ven biển Nam Định.