Nghiên cứu biến động bãi do tác động công trình giảm sóng, tạo bồi Hải Hậu - Nam Định

Luận án NCS Đoàn Tiền Hà tập trung nghiên cứu sâu về lĩnh vực [Chèn lĩnh vực chính của luận án]. Khám phá các kết quả, phương pháp và đóng góp quan trọng.

• Tác giả: Doãn Tiến Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Hồng Thái
• Trường học: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu
• Chuyên ngành: Hải dương học
• Đề tài: Nghiên cứu biến động bãi do tác động của công trình giảm sóng, tạo bồi cho khu vực Hải Hậu - Nam Định
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến động bãi do công trình giảm sóng Hải Hậu

Bãi biển Hải Hậu thuộc tỉnh Nam Định nằm trong vùng bờ biển Bắc Bộ, chịu tác động mạnh của sóng, thủy triều và dòng chảy dọc bờ. Khu vực này liên tục đối mặt với hiện tượng xói lở bờ biển nghiêm trọng. Các công trình giảm sóng được xây dựng nhằm bảo vệ bờ, tạo điều kiện bồi tụ phù sa. Tuy nhiên, sự can thiệp này làm thay đổi mạnh mẽ quá trình vận chuyển bùn cát tự nhiên. Biến động bãi do công trình giảm sóng tại Hải Hậu trở thành đề tài nghiên cứu quan trọng. Nghiên cứu của Doãn Tiến Hà (2015) đã phân tích toàn diện diễn biến bãi dưới tác động của đê chắn sóng và mỏ hàn. Kết quả cho thấy công trình giảm sóng có thể giảm xói cục bộ nhưng gây ra hiện tượng xói hàm ếch chân đê. Vị trí bồi xói phụ thuộc vào tỷ số Ub/w giữa vận tốc đáy và tốc độ lắng cát. Nghiên cứu sử dụng mô hình vật lý tại máng sóng Flanders để mô phỏng quá trình tương tác sóng - công trình - bãi.

1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên khu vực Hải Hậu

Hải Hậu là huyện ven biển phía nam tỉnh Nam Định, trải dài dọc bờ Biển Đông. Bờ biển khu vực này thuộc kiểu bờ phù sa cổ, bị chi phối bởi chế độ sóng gió mùa. Mùa đông sóng từ hướng đông bắc mạnh, mùa hè sóng từ đông nam. Thủy triều dạng nhật triều không đều, biên độ triều trung bình khoảng 2,5 mét. Nguồn bùn cát dồi dào từ hệ thống sông Hồng và sông Đáy. Tuy nhiên, quá trình khai thác cát thượng nguồn và xây dựng đê điều làm giảm lượng phù sa bồi đắp. Kết hợp với nước biển dâng do biến đổi khí hậu, bờ biển Hải Hậu ngày càng xói lở nghiêm trọng. Tốc độ lùi bờ có nơi đạt 15-20 mét mỗi năm.

1.2. Các loại công trình giảm sóng phổ biến tại bờ biển Nam Định

Tại bờ biển Nam Định, nhiều loại công trình giảm sóng đã được triển khai. Đê chắn sóng là công trình chính, xây dựng song song bờ biển với khoảng cách cố định. Mỏ hàn chữ T đặt vuông góc với bờ, giúp giảm tốc dòng chảy dọc bờ và tạo vùng bồi tụ. Đê ngầm giảm sóng đặt ngầm dưới mặt nước, giảm năng lượng sóng trước khi vào bờ. Các đập chắn ngang cửa sông ngăn mặn và điều tiết dòng chảy. Hiệu quả của mỗi loại công trình phụ thuộc vào điều kiện sóng, triều và địa hình đáy. Mỏ hàn chữ T được đánh giá hiệu quả với bờ biển nguồn cung cấp bùn cát yếu. Đê chắn sóng cần tính toán kỹ vị trí chân đê để tránh xói hàm ếch. Sự kết hợp nhiều loại công trình mang lại hiệu quả bảo vệ bờ tốt hơn.

II. Phân tích hiện tượng xói bồi do sóng đứng tại Hải Hậu

Quá trình xói bồi tại bờ biển Hải Hậu chịu chi phối mạnh bởi đặc tính sóng đứng. Sóng đứng hình thành khi sóng tới và sóng phản xạ từ công trình giảm sóng giao thoa nhau. Tại các điểm nút của sóng đứng, vận tốc đáy đạt cực đại gây xói mạnh. Tại các bụng sóng, vận tốc nhỏ hơn tạo điều kiện bùn cát lắng đọng. Nghiên cứu chỉ ra hai kiểu xói chính phụ thuộc vào tỷ số Ub/w. Khi Ub/w lớn hơn 10, bùn cát di chuyển từ điểm nút về bụng sóng, tạo kiểu xói L. Khi Ub/w nhỏ hơn 10, hiện tượng ngược lại xảy ra, tạo kiểu xói N. Chiều sâu xói có mối quan hệ chặt với chiều sâu nước trước công trình. Chân đê chắn sóng thường bị xói hàm ếch nghiêm trọng. Vị trí xói cách mặt thẳng đứng khoảng 1/4 chiều dài sóng. Bùn cát dịch chuyển về bụng sóng cách 1/2 chiều dài sóng. Hiểu rõ cơ chế xói bồi giúp thiết kế công trình giảm sóng phù hợp hơn.

2.1. Cơ chế hình thành sóng đứng và tác động đến bãi biển

Sóng đứng hình thành khi sóng tiến gặp vật cản như đê chắn sóng rồi phản xạ ngược lại. Sóng tới và sóng phản xạ叠加 tạo thành hệ thống nút và bụng cố định. Tại điểm nút, biên độ dao động nước bằng không nhưng vận tốc dòng chảy cực đại. Hiện tượng này gây xói mạnh nền đất ngay trước công trình. Tại bụng sóng, biên độ dao động lớn nhưng vận tốc dòng nhỏ. Bùn cát bị cuốn từ vùng nút sẽ lắng đọng tại vùng bụng. Khoảng cách giữa nút và bụng bằng 1/4 chiều dài sóng. Cơ chế này giải thích tại sao chân đê chắn sóng luôn bị xói sâu. Vết xói có thể lan rộng làm mất ổn định toàn bộ công trình. Thiết kế công trình cần tính đến vị trí các nút bụng sóng để bố trí kết cấu hợp lý.

2.2. Đánh giá tỷ lệ Ub w trong dự báo chế độ xói bồi

Tỷ số Ub/w là thông số quan trọng trong dự báo kiểu xói bồi do sóng đứng. Ub là vận tốc ngang cực đại của hạt nước tại đáy do sóng gây ra. W là vận tốc lắng của bùn cát, phụ thuộc vào kích thước hạt và mật độ vật liệu. Khi Ub/w lớn hơn 10, năng lượng sóng đủ mạnh để khuấy động hạt từ điểm nút. Bùn cát sẽ di chuyển về vùng bụng sóng, tạo bồi tại bụng và xói tại nút. Kiểu xói này được gọi là xói kiểu L, thường gặp ở vùng nước nông. Khi Ub/w nhỏ hơn 10, hạt cát nặng hơn năng lượng sóng tại nút. Bùn cát lắng đọng tại nút và bị cuốn đi từ bụng sóng. Kiểu xói N thường xuất hiện ở vùng nước sâu hơn hoặc với cát hạt thô. Xác định chính xác Ub/w giúp lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ phù hợp.

III. Phương pháp nghiên cứu mô hình vật lý thí nghiệm sóng

Nghiên cứu sử dụng mô hình vật lý để mô phỏng quá trình tương tác sóng - công trình - bãi biển. Máng sóng Flanders với chiều dài 40 mét, rộng 2 mét, cao 1,8 mét được lựa chọn. Tỷ lệ mô hình so với nguyên mẫu là 1/20. Máy tạo sóng kiểu Piston hoạt động bằng truyền động điện-thủy lực tạo sóng chính xác. Thiết bị có khả năng tạo sóng đều dạng sine và sóng không đều với phổ Pierson Moskowitz, Jonswap. Biên độ sóng mô hình từ 1,5 cm đến 30 cm, chu kỳ từ 0,5 đến 5 giây. Đầu đo sóng Model Golf-3B thu thập dữ liệu độ cao sóng với tần số mẫu cao. Kích thước đầu đo nhỏ, dải đo rộng lên tới 1200 mm, phản ứng nhanh 55 mili giây. Đầu đo hoạt động được trong cả nước mặn và nước ngọt. Dữ liệu thu thập được phân tích bằng phương pháp thống kê để đánh giá hiệu quả giảm sóng. Các thông số tỷ lệ mô hình-nguyên mẫu được tính toán chính xác. Kết quả thí nghiệm cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế công trình thực tế.

3.1. Thiết lập mô hình tỷ lệ và hệ thống máng sóng Flanders

3.2. Kỹ thuật thu thập dữ liệu đo sóng và phân tích kết quả

Đầu đo sóng Golf-3B sử dụng nguyên lý điện dung để đo biến động mực nước. Cấu tạo gồm khung cảm biến với điện cực dây thép không gỉ căng giữa hai hộp. Thiết bị có hộp kín bảo vệ phù hợp sử dụng trong bể nước mô hình. Tần số lấy mẫu cao cho phép ghi nhận chi tiết dao động sóng. Phần mềm chuyên dụng xử lý dữ liệu thời gian thực và lưu trữ tự động. Các thông số được phân tích bao gồm chiều cao sóng, chu kỳ, phổ sóng. Phương pháp phân tích Fourier biến đổi tín hiệu thời gian sang miền tần số. So sánh độ cao sóng trước và sau công trình đánh giá hiệu suất giảm sóng. Dữ liệu bãi được khảo sát bằng thước đo độ sâu tại các điểm cố định. Kết quả được trình bày dưới dạng đồ thị mối quan hệ giữa các biến số thủy动力.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn cho vùng bờ biển Hải Hậu

Nghiên cứu biến động bãi do công trình giảm sóng tại Hải Hậu đã đạt được nhiều kết quả quan trọng. Cơ chế xói bồi do sóng đứng trước đê chắn sóng được làm rõ. Mối quan hệ giữa chiều sâu xói và chiều sâu nước được xác định qua mô hình vật lý. Tỷ số Ub/w là chỉ báo quan trọng để dự báo kiểu xói và hướng bồi. Công trình giảm sóng hiệu quả trong việc giảm năng lượng sóng nhưng có thể gây xói chân đê. Mỏ hàn chữ T phù hợp với bờ biển có nguồn cung bùn cát hạn chế. Kết hợp nhiều loại công trình cho hiệu quả bảo vệ bờ toàn diện hơn. Mô hình vật lý tỷ lệ 1/20 mô phỏng tốt thực tế diễn biến bãi. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho quy hoạch phòng chống xói lở. Các khuyến nghị thiết kế được đề xuất áp dụng cho khu vực Hải Hậu và các vùng bờ tương tự. Nghiên cứu mở ra hướng tiếp cận mới trong quản lý bền vững vùng ven biển Bắc Bộ.

4.1. Các khuyến nghị thiết kế công trình giảm sóng hiệu quả

Dựa trên kết quả nghiên cứu, nhiều khuyến nghị thiết kế được đề xuất. Vị trí đê chắn sóng cần cách bờ đủ xa để tránh xói hàm ếch nghiêm trọng. Chiều cao đê nên tính toán theo tần suất sóng thiết kế tương ứng. Mỏ hàn chữ T cần bố trí với khoảng cách tối ưu để tận dụng hiệu ứng bồi tụ. Chiều dài nhánh mỏ hàn phải đạt tỷ lệ phù hợp với chiều dài sóng tới. Kết cấu chân đê cần gia cường bằng rọ đá hoặc bê tông chống xói. Bố trí hệ thống thoát nước ngầm để giảm áp lực nước khe. Thiết kế đê ngầm giảm sóng giúp giảm năng lượng mà không cản dòng cát dọc bờ. Cần xây dựng hệ thống giám sát thường xuyên diễn biến bãi sau khi thi công. Bảo trì định kỳ công trình để duy trì hiệu suất giảm sóng lâu dài.

4.2. Ý nghĩa nghiên cứu đối với quản lý bền vững vùng ven biển

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Kết quả cung cấp công cụ dự báo biến động bãi cho cơ quan quản lý bờ biển. Hiểu biết về cơ chế xói bồi giúp quy hoạch sử dụng đất ven biển hợp lý. Phương pháp mô hình vật lý có thể áp dụng cho các vùng bờ biển khác tại Việt Nam. Dữ liệu nghiên cứu bổ sung nguồn thông tin khoa học về động lực học vùng ven biển Bắc Bộ. Các giải pháp công trình kết hợp với giải pháp phi công trình nâng cao hiệu quả. Quản lý bền vững cần hài hòa giữa bảo vệ bờ và bảo tồn hệ sinh thái. Nghiên cứu đóng góp vào chiến lược thích ứng biến đổi khí hậu quốc gia. Cộng đồng ven biển được hưởng lợi từ hệ thống đê biển an toàn hơn. Kết quả là cơ sở cho chính sách đầu tư hạ tầng phòng chống thiên tai.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ với đề tài "Nghiên cứu biến động bãi do tác động của công trình giảm sóng, tạo bồi cho khu vực Hải Hậu - Nam Định" do nghiên cứu sinh Doãn Tiến Hà thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Trần Hồng Thái và PGS. Trương Văn Bốn, chuyên ngành Hải dương học (mã số: 62440227), bảo vệ tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (Hà Nội, 2015).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Hiện tượng xói lở bờ biển tại Việt Nam do sự kết hợp giữa tác động trực tiếp của sóng vào bờ và quá trình xâm thực bãi biển chiếm tỷ trọng đáng kể, gây thiệt hại nghiêm trọng đến hệ thống công trình phòng chống thiên tai và dân sinh. Dọc bờ biển Việt Nam, nhiều công trình giảm sóng, tạo bồi và đê kè bảo vệ bờ đã được xây dựng như tại Đê biển đường 14 Cát Hải (Hải Phòng), Giao Thủy và Hải Hậu (Nam Định), Eo Bầu - cửa Thuận An (Thừa Thiên Huế), Cửa Tùng (Quảng Trị), Nha Trang, Vũng Tàu, Gò Công Đông (Tiền Giang). Tuy nhiên, nhiều công trình đã bộc lộ nhược điểm, không phát huy tác dụng chỉnh trị, gây tác động bất lợi tới môi trường xung quanh hoặc tự mất ổn định dẫn đến hư hỏng.

Văn bản luận án chỉ ra 4 nhóm nguyên nhân chính dẫn đến sự hư hỏng của các công trình bảo vệ bờ biển trước đây:

• Xây dựng công trình không đúng với bản chất chế độ động lực tại khu vực (ví dụ: dùng mỏ hàn biển ở nơi có hướng truyền sóng vuông góc với bờ như Thừa Thiên Huế, Cát Hải; chiều dài mỏ hàn quá ngắn như ở Nhật Lệ, Quảng Phúc chỉ dài 30 m chưa ra tới vùng sóng vỡ; cao trình đỉnh quá thấp so với mực nước triều trung bình).
• Thiết kế sai mục đích (sử dụng kết cấu ống buy trên đệm đá hộc ở nơi sóng to bờ dốc; kích thước mặt bằng mỏ hàn chữ T chưa tuân thủ tiêu chuẩn 14TCN130-2002; cánh mỏ hàn ngắn dùng ống buy gây hiệu ứng sóng đứng xói chân).
• Thi công xây dựng chưa đảm bảo kỹ thuật (bệ đá rời bị sạt sệ, thi công lấn từ bờ ra làm xói sâu phần mũi).
• Thời gian phục vụ kéo dài mà không được duy tu, sửa chữa kịp thời.

Khoảng trống nghiên cứu then chốt mà tác giả xác định là: Việc nghiên cứu, tính toán diễn biến các trường thủy thạch động lực và dự báo biến động bãi bờ sau khi xây dựng công trình chỉnh trị ở Việt Nam nhìn chung chưa được thực hiện kỹ lưỡng; đa số công trình vẫn dựa vào chỉ dẫn và kinh nghiệm nước ngoài. Đối với khu vực trọng điểm Hải Hậu, chưa có giải pháp và phương án tổng thể nào được đề xuất nhằm ổn định bờ bãi; các công trình đã xây dựng chỉ mang tính thử nghiệm cục bộ; cơ sở khoa học về cơ chế và nguyên nhân gây biến động bãi bờ còn thiếu tính đồng bộ.

Vùng bờ biển Hải Hậu kéo dài từ cửa sông Sò đến cửa sông Ninh Cơ có tuyến đê biển dài 33,32 km, là đoạn bờ xói lở nghiêm trọng nhất ven bờ châu thổ sông Hồng với chiều dài xói lở 17,2 km, tốc độ xói lở trung bình 14,5 m/năm (lớn nhất đạt 20,5 m/năm). Từ năm 1962 đến năm 2000, tổng chiều dài đê biển bị phá hoại hoặc vỡ hoàn toàn là 11,9 km. Cơn bão Damrey (tháng 9/2005) kéo dài 14 giờ đã gây xói lở 8,122 km đê kè (Hải Thịnh III, Cồn Tàu - Hải Hòa, Táo Khoai - Hạ Trại, Kiên Chính, Hải Thịnh II, Xuân Hà, Phúc Hải) và làm vỡ hoàn toàn hơn 1,0 km đê đoạn Hải Triều sang Hải Hòa.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác lập 3 mục tiêu cụ thể:

1. Bước đầu xác định được một số quy luật biến động đường bờ, bãi biển dưới tác động của chế độ động lực ven bờ. Phân tích dựa trên số liệu thực đo về biến động bãi, bờ biển và biến động các cửa sông làm ảnh hưởng tới ổn định đường bờ khu vực Hải Hậu.
2. Tính toán trên mô hình toán và mô phỏng trên mô hình vật lý để làm rõ về quá trình tương tác sóng - công trình và tác động của công trình đến quá trình diễn biến hình thái ven bờ tại khu vực nghiên cứu.
3. Đề xuất được giải pháp chỉnh trị phù hợp phục vụ phòng chống thiên tai, nhằm ổn định vùng bờ biển nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Tác động của sóng biển và ảnh hưởng của công trình giảm sóng, tạo bồi đến sự biến động bãi, bờ biển khu vực Hải Hậu.
• Phạm vi không gian: Diễn biến bãi, bờ biển trong điều kiện tự nhiên và khi có công trình chỉnh trị tại dải ven biển Hải Hậu, tỉnh Nam Định (từ cửa Ba Lạt, cửa Sò đến cửa Lạch Giang/Ninh Cơ; trọng điểm Hải Hòa - Hải Triều); phạm vi tính toán thủy thạch động lực miền lớn mở rộng từ Bạch Long Vĩ đến Cồn Cỏ.
• Phạm vi thời gian và tư liệu: Phân tích chuỗi số liệu khí tượng hải văn từ năm 1960 đến 2013; dữ liệu địa hình mặt cắt bãi 3 thời kỳ (1985-1990, 1990-1995, 2005-2010); ảnh viễn thám giai đoạn 1989-2011; mô phỏng dự báo biến động đường bờ giai đoạn 2009-2020.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu quốc tế

Tác giả hệ thống hóa các hướng tiếp cận chính trên thế giới về động lực học bờ biển và công trình chỉnh trị:

• Hướng tiếp cận lý thuyết và mô hình giải tích: Bakker (1968, 1970) xây dựng lý thuyết hai đường bờ (two-line theory) mô phỏng biến đổi bãi xung quanh mỏ hàn, tích hợp khúc xạ, nhiễu xạ và vận chuyển bùn cát; Hulsbergen (1976) kiểm tra và làm rõ mô hình này. Kriebel và Dean (1985), Larson và Kraus (1989), Kraus (1991) phát triển giả thuyết vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ phụ thuộc vào độ lệch của tỷ lệ tiêu tán năng lượng từ trạng thái cân bằng.
• Hướng tiếp cận thực nghiệm và phân tích dữ liệu hiện trường: Tanaka phân loại biến dạng bãi biển lân cận các bến cảng tại Nhật Bản, xác định chiều sâu xói lớn nhất quanh đầu đê chắn sóng xấp xỉ chiều cao sóng có ý nghĩa lớn nhất $(H_{1/3})_{\max}$ trong 15 ngày trước đó và xói mạnh nhất tại độ sâu nước $3,0 \div 5,0\text{ m}$. Sayao (1991) và Dean (1985) thiết lập tiêu chuẩn ổn định bãi nuôi nhân tạo. Horikawa thiết lập tiêu chuẩn đường bờ tiến/lùi theo biểu thức: $$\frac{H_0}{L_0} \le C_s (\tan\beta)^{-0.27} \left(\frac{d}{L_0}\right)^{0.67}$$ với điều kiện đường bờ lùi lại khi $C_s \le 18$. Irie và cộng sự nghiên cứu xói do sóng đứng dựa trên tỷ số $U_b/w$ ($U_b/w > 10$ gây xói kiểu L; $U_b/w < 10$ gây xói kiểu N).
• Các sách chuyên khảo kinh điển: Richard Soulsby (1997) với "Dynamics of Marine Sands"; Krystian W. Pilarczyk và Ryszard B. Zeidler (1996) với "Offshore Breakwaters and Shore Evolution Control"; B. Mutlu Sumer và Jorgen Fredsoe (2002) với "The Mechanics of Scour in the Marine Environment".
• Phát triển mô hình số: Kraus (1983) phân loại 4 nhóm mô hình số (mô hình một đường bờ, nhiều đường bờ, ba chiều và mô hình tỷ lệ lớn). Madsen và Grant (1976), Perlin (1979), Perlin và Dean (1987) xây dựng mô hình biến động đáy sau đê phá sóng. Winter (1993) thử nghiệm mô hình UNIBEST-TC kết hợp công thức Daemen (1991). Hanson (1987) phát triển mô hình GENESIS mô phỏng biến đổi đường bờ dài hạn dựa trên tác động sóng, dòng dọc bờ và công trình xa bờ (được chuẩn hóa bởi Dean - Rosati, 1992).
• Nghiên cứu trên mô hình vật lý và mỏ hàn chữ T: J. Brebner (1972, Viện Thủy lực Delft), P. Gulene và J. A. Dracup xác định sóng vỡ và độ dốc ban đầu là nhân tố chi phối mặt cắt cân bằng. Viện VNIG (Nga) nghiên cứu quan hệ chiều dài công trình $L_B$ và khoảng cách tới bờ $Y_B$. Dean - Rosati (1992) thực hiện 250 kịch bản mô hình vật lý đê phá sóng. Các nghiên cứu mỏ hàn chữ T của Matthaw (1934), Frech (1949), Ishihara và Sawaragi (1968), Sato và Tanaka (1974), Berenguer và Enriquez (1988), Olsen và Bodge (1991).

Các hướng nghiên cứu trong nước

• Các chương trình điều tra cơ bản thực địa: Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam chủ trì các dự án ĐTCB biến động hình thái ven biển Bắc Bộ và Trung Bộ (1999-2004), Theo dõi xói lở ven biển Hải Hậu (2005-2010), ĐTCB xói lở ven biển Phú Yên (2003-2006).
• Các nghiên cứu ứng dụng mô hình số trị: Vũ Thanh Ca và Nguyễn Quốc Trinh (2007) xác định sóng cao trên 0,75 m mới gây vận chuyển cát đáng kể và xói lở Nam Định do thiếu hụt bùn cát dọc bờ. Trịnh Việt An và nnk (2008) ứng dụng LITPACK tại Thuận An - Hòa Duân. Nguyễn Thọ Sáo và nnk (2010) ứng dụng MIKE 21 tại Cửa Tùng. Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2005, 2010) tính toán suất vận chuyển bùn cát dọc bờ Hải Hậu, ứng dụng SBEACH và phương trình mặt cắt cân bằng Dean (1977) tại Cát Hải và Cảnh Dương. Phạm Thành Nam, H. Oumeraci, M. Larson và H. Hanson (2011) áp dụng sơ đồ giải Euler-WENO cho phương trình bảo toàn trầm tích. Trương Văn Bốn và nnk (2012) kết hợp MIKE FM và GENESIS tại Cửa Lấp - Cửa Lộc An. Vũ Minh Cát và Vũ Minh Anh mô phỏng MIKE 21/3 Couple FM tại Lạch Huyện. Nguyễn Mạnh Hùng (2010, 2011) xuất bản chuyên khảo "Biến động bờ biển và cửa sông Việt Nam", kết hợp SWAN, STWAVE, ADCIRC, CMS-M2D và LUND-CIRP. Thorsten Albers, Nicole von Lieberman và cộng sự (2011) kết hợp mô hình vật lý và mô hình toán (SWAN, RMA-Kalypso, GENESIS) tại Vĩnh Tân (Sóc Trăng).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án tập trung giải quyết khoảng trống về sự thiếu hụt nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật lý kết hợp mô hình số trị chuyên sâu đối với đê ngầm giảm sóng tại bờ biển bùn cát ven châu thổ sông Hồng. Luận án tích hợp đồng bộ số liệu thực đo nhiều thời kỳ để xác định mặt cắt bãi đặc trưng, phân tích cơ chế suy giảm sóng qua đê ngầm trên máng sóng vật lý, từ đó cung cấp tham số đầu vào cho mô hình toán nhằm thiết lập giải pháp chỉnh trị tổng thể cho Hải Hậu.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

1. Định luật tương tự Froude trong mô hình vật lý sóng: Mô hình sóng trong máng được thiết kế là mô hình chính thái với tỷ lệ hình học $\lambda_L = \lambda_h = a = 20$. Phương trình tương tự sức cản từ lưu tốc dòng dọc bờ do sóng: $$U^2 = \frac{5}{8}\frac{g H_{Sb} n_b m \sin\alpha_b \sin 2\alpha_b}{D_b f}$$ Điều kiện tương tự Froude quy định: $\lambda_u = \lambda_h^{1/2}$; $\lambda_C = \lambda_{Ts} = \lambda_{Ls}^{1/2} = \lambda_h^{1/2} = \lambda_u$. Điều kiện tương tự lực quán tính và lực nhớt yêu cầu số Reynolds sóng theo A. Ophiserop: $$Re = \frac{U_{\max} H_s}{\nu} \ge 2000$$ trong đó: $$U_{\max} = \frac{\pi H_s}{T_s} \coth\left(\frac{2\pi h}{L_s}\right); \quad T_s = \sqrt{\frac{2\pi L_s}{g \coth\left(\frac{2\pi h}{L_s}\right)}}$$ Các điều kiện tương tự khúc xạ ($\lambda_{\alpha_1} = \lambda_{\alpha_2} = 1$), nhiễu xạ ($\lambda_{kQ} = 1, \lambda_r = \lambda_l = \lambda_{Ls}$), phản xạ ($\lambda_{Ls} = \lambda_l$) và sóng vỡ ($\lambda_{Hs} = \lambda_{Ls} = \lambda_h$) được tuân thủ.

Đại lượng vật lý	Ký hiệu và công thức tỷ lệ	Giá trị tỷ lệ mô hình / nguyên hình ($a = 20$)
Độ dài, độ cao sóng ($m$)	$\lambda_L = \lambda_h = a$	$20$
Thời gian, chu kỳ ($s$)	$\lambda_T = \sqrt{a}$	$4,472$
Tần số ($Hz$)	$\lambda_f = 1/\sqrt{a}$	$0,2236$
Trọng lượng ($kg$)	$\lambda_P = a^3$	$8000$
Diện tích ($m^2$)	$\lambda_s = a^2$	$400$
Thể tích ($m^3$)	$\lambda_V = a^3$	$8000$
Áp lực ($mBar$)	$\lambda_p = a$	$20$
Lưu lượng ($m^3/s$)	$\lambda_Q = a^{2,5}$	$1788,854$
Vận tốc ($m/s$)	$\lambda_v = \sqrt{a}$	$4,472$

2. Mô hình toán học:
   • Mô hình biến đổi đường bờ GENESIS: Tính toán biến động đường bờ dài hạn dưới tác động của trường sóng, dòng bùn cát dọc bờ và tương tác với các công trình phá sóng, mỏ hàn.
   • Bộ mô hình MIKE 21 FM: Mô phỏng 2 chiều các trường sóng ven bờ (SW), dòng chảy thủy triều và dòng chảy do sóng (HD), vận chuyển bùn cát và bồi xói đáy biển (ST, MT) tại khu vực ven bờ và chân công trình.

Nguồn tư liệu và dữ liệu thực nghiệm

• Dữ liệu địa hình, địa chất, viễn thám: Dữ liệu mặt cắt bãi Hải Hậu qua 3 giai đoạn (1985-1990, 1990-1995, 2005-2010; đo định kỳ tháng 4 và tháng 10-11); Hải đồ tỷ lệ 1/100.000 các năm 1982, 1997; Bình đồ đo đạc 2005-2010; Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/100.000 các năm 1912, 1927, 1935, 1965; Ảnh vệ tinh Spot, Landsat, Radarsat các năm 1989, 1994, 1995, 2001, 2005, 2007, 2011; Bản đồ địa chất công trình và trầm tích tầng mặt ven biển Nam Định.
• Dữ liệu khí tượng hải văn: Chuỗi số liệu gió tại Bạch Long Vĩ (1980-2013, 33 năm), Văn Lý (1976-1996 và tháng 7/2010), Cồn Cỏ (1990-2010, 20 năm); Số liệu mực nước tại Hòn Dáu (1960-2013, 53 năm), Ba Lạt, Phú Lễ và trạm Hải Hậu (2004-2007, 2006-2010); Số liệu sóng trạm Hòn Dáu (1980-2005, 25 năm) và sóng thực đo Hải Hậu các năm 2004, 2006, 2010, 2011; Dữ liệu bùn cát từ Chương trình hợp tác Việt Nam - Thụy Điển (2004-2011).
• Thiết bị thí nghiệm mô hình vật lý: Hệ thống máng tạo sóng Flanders tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển (Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam). Kích thước máng dài 40 m, rộng 2 m, cao 1,8 m; máy tạo sóng kiểu piston truyền động điện - thủy lực, kích thước bảng sóng $1,98\text{ m} \times 2\text{ m}$, tạo phổ sóng Pierson-Moskowitz và JONSWAP với $H_s = 1,5 \div 30\text{ cm}$, $T = 0,5 \div 5\text{ s}$; đầu đo sóng điện cực Model Golf-3B (thời gian phản ứng 55 ms, dải đo đến 1200 mm).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1 - Tổng quan những nghiên cứu trong và ngoài nước

Chương 1 tổng kết lịch sử nghiên cứu động lực học bờ biển và công trình chỉnh trị từ thế kỷ 19 đến nay. Tác giả phân tích các lý thuyết cơ bản về vận chuyển bùn cát, các công thức thực nghiệm tính toán lan truyền sóng, sóng vỡ, sóng tràn và xói lở chân đê chắn sóng. Phân tích thực trạng các công trình bảo vệ bờ tại Việt Nam (mỏ hàn biển, mỏ hàn chữ T, đê giảm sóng, kè bảo vệ bờ), đánh giá các nguyên nhân thất bại và bất cập kỹ thuật của các công trình đã xây dựng tại Cát Hải, Hội Thống, Cẩm Nhượng, Hải Hậu, Thuận An. Xác lập sự cần thiết phải nghiên cứu tích hợp đa phương pháp cho vùng biển xói lở phức tạp Hải Hậu.

Chương 2 - Lựa chọn và thiết lập phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày cơ sở lý luận và quy trình thiết lập 3 phương pháp nghiên cứu:

• Phương pháp thống kê phân tích: Thu thập, đồng bộ hóa chuỗi dữ liệu địa hình, hải văn, viễn thám phục vụ xác định biên động lực và kiểm định mô hình.
• Thiết lập mô hình vật lý: Ứng dụng lý thuyết tương tự Froude thiết lập mô hình máng sóng Flanders tỷ lệ 1/20 chính thái; kiểm định đầu đo sóng Golf-3B; thiết lập các kịch bản thí nghiệm tương tác sóng với đê ngầm để xác định hệ số truyền sóng $K_t = H_{st}/H_{si}$ khi thay đổi cao trình đỉnh ($\Delta$), bề rộng đỉnh ($B$) và hệ số mái dốc ($m$).
• Thiết lập mô hình toán: Thiết lập lưới tính và điều kiện biên cho mô hình GENESIS; thiết lập lưới tính phi cấu trúc cho bộ mô hình MIKE 21 FM từ lưới miền lớn (Bạch Long Vĩ - Cồn Cỏ) đến lưới chi tiết ven bờ Hải Hậu (Ba Lạt - Lạch Giang); thực hiện hiệu chỉnh và kiểm định mô hình sóng, dòng chảy và mực nước theo chỉ số Nash và sai số trung bình toàn phương RMSE.

Chương 3 - Nguyên nhân và đặc điểm diễn biến bờ, bãi và mặt cắt ngang bãi vùng ven biển Hải Hậu

Chương 3 tập trung phân tích đặc điểm hình thái và nguyên nhân gây xói lở bờ biển Hải Hậu:

• Diễn biến hình thái vùng cửa sông: Phân tích sự biến đổi của cửa Ba Lạt, cửa Sò và cửa Lạch Giang qua bản đồ lịch sử từ thế kỷ 15, thế kỷ 18 đến thời kỳ cận đại. Cửa Ba Lạt có sự chuyển hướng dòng chảy chính từ nhánh phía Nam (hướng về phía Hải Hậu) sang nhánh phía Đông và Đông Bắc, làm giảm đáng kể lượng bùn cát cung cấp cho dải bờ Hải Hậu.
• Phân tích mặt cắt bãi thực đo: Khảo sát chi tiết diễn biến mặt cắt ngang bãi tại các trắc diện đại diện HH01, HH02, HH03 qua các giai đoạn 1985-1990, 1990-1995, 2005-2010 và theo hai mùa (tháng 4 và tháng 10-11). Thiết lập phương trình giải tích mặt cắt đặc trưng cho từng khu vực và so sánh với dạng mặt cắt cân bằng lý thuyết theo Dean (1977) ($h(y) = A y^{2/3}$).
• Nguyên nhân gây mất ổn định bờ bãi Hải Hậu:
  • Nguyên nhân tự nhiên: Sự thiếu hụt nghiêm trọng nguồn bùn cát bồi đắp từ sông Hồng do biến động cửa Ba Lạt; tác động mạnh của trường sóng gió mùa Đông Bắc (hướng $45^\circ$) tạo dòng chảy ven bờ có hướng từ Bắc xuống Nam mang bùn cát rời khỏi khu vực; tác động tàn phá của bão và nước dâng do bão trong các điều kiện thời tiết cực đoan.
  • Nguyên nhân nhân tạo: Việc xây dựng các hồ chứa thượng nguồn làm giảm tải lượng trầm tích về hạ lưu; các công trình kè bảo vệ cục bộ trước đây làm tăng phản xạ sóng gây xói sâu chân kè.

Chương 4 - Kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý và mô phỏng số trị về các tham số kỹ thuật công trình đê ngầm bảo vệ bờ và diễn biến hình thái khu vực Hải Hậu

Chương 4 trình bày toàn bộ kết quả mô phỏng thực nghiệm và số trị:

• Kết quả thí nghiệm mô hình vật lý:
  • Thí nghiệm xác định quan hệ giữa hệ số giảm sóng $K_t$ với độ ngập nước tương đối $d/h$, cao trình đỉnh đê, chu kỳ và độ cao sóng tới.
  • Lựa chọn bề rộng đỉnh đê ngầm $B$ và mái dốc $m$ tối ưu nhằm tối đa hóa khả năng tiêu tán năng lượng sóng.
• Kết quả mô phỏng mô hình toán GENESIS:
  • Phân tích diễn biến đường bờ khi thay đổi chiều dài đê ngầm ($L = 50\text{ m}, 100\text{ m}, 200\text{ m}$), khoảng cách từ công trình tới đường bờ ($X$) và khoảng hở giữa các đê ($G$).
  • Dự báo diễn biến đường bờ tự nhiên và khi có công trình giai đoạn 2009-2020.
• Kết quả mô phỏng MIKE 21 FM:
  • Mô phỏng trường sóng, dòng chảy và vận chuyển bùn cát trong điều kiện gió mùa Đông Bắc ($45^\circ$), gió mùa Tây Nam ($135^\circ$), hướng Đông ($90^\circ$) và điều kiện bão Damrey (2005) đối với địa hình tự nhiên và địa hình có công trình.
  • Tính toán tổng lượng bùn cát đến và đi trong chu kỳ 20 năm; xác định vùng xói lở cục bộ ở chân công trình.
• Đề xuất giải pháp công trình:
  • Đánh giá hiệu quả gây bồi của các bẫy cát biển (BCB) và mỏ hàn chữ T (MCT) đã xây dựng tại hiện trường.
  • Đề xuất phương án chỉnh trị tổng thể bảo vệ bờ và tạo bãi khu vực Hải Hòa - Hải Triều: Hệ thống công trình hỗn hợp gồm 5 đê ngầm phá sóng kết hợp với 7 mỏ hàn chữ T, bố trí tại vị trí và khoảng cách xác định nhằm kiểm soát dòng vận chuyển bùn cát và giảm tác động sóng trực tiếp vào chân đê biển.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

1. Về mặt khoa học và lý luận:
   • Bước đầu xác định một số quy luật diễn biến bãi, xây dựng được các hàm quan hệ giữa biến động bãi dưới tác động của sóng, dòng chảy ven bờ với các dạng mặt cắt bãi điển hình đối với khu vực nghiên cứu (Hải Hậu).
   • Làm rõ cơ sở khoa học về cơ chế thủy thạch động lực và các nguyên nhân chính gây mất ổn định bờ, bãi biển Hải Hậu, đặc biệt là ảnh hưởng của sự dịch chuyển luồng phân lưu cửa sông Ba Lạt và sự thiếu hụt bùn cát dọc bờ.
2. Về mặt thực tiễn và ứng dụng:
   • Dựa trên kết quả mô phỏng kết hợp giữa mô hình vật lý trong máng sóng Flanders và mô hình toán (GENESIS, MIKE 21 FM), đã xác định được các tham số kỹ thuật hình học tối ưu cho công trình đê ngầm phá sóng (cao trình đỉnh, bề rộng đỉnh, độ dốc mái, chiều dài đê, khoảng cách đến bờ và khoảng hở giữa các đê).
   • Đề xuất giải pháp chỉnh trị tổng thể bằng hệ thống công trình hỗn hợp (5 đê ngầm phá sóng kết hợp 7 mỏ hàn chữ T) cho dải bờ trọng điểm Hải Hòa - Hải Triều, phục vụ trực tiếp cho công tác thiết kế, quy hoạch bảo vệ đê biển Hải Hậu và làm cơ sở tham khảo cho các vùng bờ biển có điều kiện tương tự ở Bắc Bộ.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Kiến nghị áp dụng phương án bố trí hệ thống công trình hỗn hợp đê ngầm phá sóng kết hợp mỏ hàn chữ T cho khu vực xói lở xung yếu Hải Hòa - Hải Triều.
• Cần tuân thủ chặt chẽ các thông số kỹ thuật đã tính toán về cao trình đỉnh, bề rộng và mái dốc nhằm đảm bảo hệ số truyền sóng $K_t$ đạt yêu cầu gây bồi và hạn chế xói chân công trình.
• Trong quá trình thi công và quản lý, cần có kế hoạch duy tu, quan trắc định kỳ diễn biến bồi xói đáy biển xung quanh công trình để kịp thời xử lý các hố xói cục bộ.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các nội dung trình bày trong văn bản luận án:

• Hạn chế:
  • Mô hình vật lý thực nghiệm trong máng sóng Flanders là mô hình 2D, tập trung xác định quá trình suy giảm sóng và tương tác thủy lực sóng - công trình, chưa thực hiện được mô hình vật lý 3D với đáy động bùn cát do khó khăn kỹ thuật trong việc thỏa mãn đồng thời các tiêu chuẩn tương tự hạt và độ nhám đáy.
  • Chuỗi số liệu đo đạc mặt cắt bãi và hải văn ngoài hiện trường dù kéo dài qua nhiều năm nhưng ở một số giai đoạn lịch sử còn ngắt quãng, thiếu tính đồng bộ liên tục qua từng mùa trong năm.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Mở rộng nghiên cứu mô phỏng 3D trên mô hình vật lý đáy động đối với các tổ hợp công trình phức tạp.
  • Tiếp tục tổ chức quan trắc thực địa định kỳ sau khi công trình chỉnh trị được xây dựng trên thực tế để kiểm chứng, hiệu chỉnh các hệ số thực nghiệm của mô hình tính toán.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo trong các lĩnh vực sau:

• Cán bộ kỹ thuật, kỹ sư tư vấn thiết kế công trình thủy lợi, đê kè ven biển: Tham khảo trực tiếp quy trình lựa chọn thông số hình học cho đê ngầm giảm sóng (cao trình đỉnh, bề rộng đỉnh, mái dốc $m$, hệ số truyền sóng $K_t$) và bố trí hệ thống mỏ hàn chữ T.
• Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên chuyên ngành Hải dương học, Thủy lực - Thủy văn công trình: Tham khảo cơ sở lý thuyết mô hình vật lý sóng chính thái theo định luật Froude, phương pháp kết hợp mô hình số trị GENESIS và MIKE 21 FM trong bài toán hình thái bờ biển.
• Cơ quan quản lý đê điều và phòng chống thiên tai tỉnh Nam Định và khu vực ven biển Bắc Bộ: Tham khảo các phân tích nguyên nhân xói lở bờ biển Hải Hậu và phương án chỉnh trị tổng thể phục vụ quy hoạch bảo vệ bờ biển bền vững.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án chỉ ra những nguyên nhân cốt lõi nào dẫn đến tình trạng xói lở nghiêm trọng tại dải bờ biển Hải Hậu?

Văn bản luận án xác định hai nhóm nguyên nhân chính:

• Nguyên nhân hình thái - bùn cát: Cửa Ba Lạt có sự dịch chuyển nhánh dòng chảy chính sang phía Đông và Đông Bắc, làm suy giảm nghiêm trọng nguồn cung cấp trầm tích cát về phía Nam (Hải Hậu).
• Nguyên nhân động lực sóng - dòng chảy: Hướng sóng thịnh hành trong gió mùa Đông Bắc ($45^\circ$) tác động xiên góc vào bờ tạo ra dòng chảy ven bờ mạnh vận chuyển bùn cát trôi về phía Nam, gây thiếu hụt cán cân bùn cát tại chỗ; kết hợp với các đợt bão lớn (như bão Damrey 2005) gây sóng lớn và nước dâng phá hủy bãi và thân đê.

2. Mô hình vật lý trong luận án được thiết kế theo tiêu chuẩn tương tự nào và tỷ lệ hình học là bao nhiêu?

Mô hình vật lý được thiết lập trong máng tạo sóng Flanders theo định luật tương tự Froude, là mô hình chính thái với tỷ lệ hình học theo phương ngang và phương đứng bằng nhau: $\lambda_L = \lambda_h = a = 20$. Tỷ lệ thời gian và chu kỳ sóng là $\lambda_T = \sqrt{a} = 4,472$; tỷ lệ vận tốc là $\lambda_v = \sqrt{a} = 4,472$; tỷ lệ trọng lượng và thể tích là $\lambda_P = \lambda_V = a^3 = 8000$.

3. Tác giả đã sử dụng những bộ số liệu thực địa nào để phục vụ phân tích và kiểm định mô hình?

Luận án sử dụng:

• Dữ liệu mặt cắt bãi biển Hải Hậu tại các mặt cắt HH01, HH02, HH03 qua 3 thời kỳ (1985-1990, 1990-1995, 2005-2010);
• Chuỗi số liệu gió tại trạm Bạch Long Vĩ (1980-2013), Văn Lý (1976-1996, 7/2010), Cồn Cỏ (1990-2010);
• Chuỗi mực nước Hòn Dáu (1960-2013), Ba Lạt, Phú Lễ, Hải Hậu (2004-2010);
• Chuỗi sóng Hòn Dáu (1980-2005) và sóng thực đo Hải Hậu (2004, 2006, 2010, 2011);
• Bản đồ địa hình lịch sử (1912, 1927, 1935, 1965), hải đồ 1/100.000 (1982, 1997) và ảnh vệ tinh Spot, Landsat, Radarsat giai đoạn 1989-2011.

4. Vai trò phối hợp giữa hai mô hình toán GENESIS và MIKE 21 FM trong luận án là gì?

• GENESIS: Được sử dụng để tính toán diễn biến đường bờ dài hạn dưới tác động của các kịch bản sóng và thay đổi các tham số hình học công trình đê ngầm (chiều dài $L$, khoảng cách đến bờ $X$, khoảng hở $G$).
• MIKE 21 FM: Được sử dụng để mô phỏng chi tiết trường sóng, trường dòng chảy ven bờ, diễn biến bồi xói bãi biển 2 chiều và đánh giá nguy cơ xói lở cục bộ ở chân công trình theo từng mùa gió mùa và trong điều kiện bão.

5. Phương án công trình chỉnh trị cụ thể nào được đề xuất cho khu vực trọng điểm Hải Hòa - Hải Triều?

Luận án đề xuất giải pháp chỉnh trị tổng thể bằng hệ thống công trình hỗn hợp bao gồm 5 đê ngầm phá sóng kết hợp với 7 mỏ hàn chữ T tại khu vực Hải Hòa - Hải Triều. Hệ thống này có nhiệm vụ làm suy giảm chiều cao sóng trước khi truyền vào bờ, giữ bùn cát dọc bờ tạo bãi bồi ổn định và bảo vệ an toàn cho tuyến đê biển phía sau.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Doãn Tiến Hà đã giải quyết bài toán biến động bãi bờ do tác động của công trình giảm sóng, tạo bồi tại vùng ven biển Hải Hậu (Nam Định) thông qua việc tích hợp ba phương pháp: phân tích dữ liệu thực đo nhiều thời kỳ, thí nghiệm mô hình vật lý máng sóng Flanders và mô phỏng số trị bằng GENESIS kết hợp MIKE 21 FM. Công trình đã làm rõ cơ chế suy giảm nguồn bùn cát từ cửa Ba Lạt và tác động của trường sóng gió mùa Đông Bắc gây xói lở bờ biển Hải Hậu, đồng thời xác lập các thông số kỹ thuật tối ưu cho đê ngầm phá sóng. Kết quả nghiên cứu đã đề xuất phương án chỉnh trị tổng thể bằng hệ thống hỗn hợp đê ngầm và mỏ hàn chữ T cho khu vực Hải Hòa - Hải Triều, đóng góp cơ sở khoa học và thực tiễn cho công tác quy hoạch, bảo vệ dải ven biển châu thổ sông Hồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨ U TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Những nghiên cứu về diễn biến đường bờ, bãi biển do tác động của sóng đã được tiến hành cách đây hàng trăm năm, nhất là ở các nước có nền khoa học phát triển trên thế giới. Từ kết quả nghiên cứu cũng đã có rất nhiều các công trình chỉnh trị nhằm giảm sóng, tạo bồi trên bãi được xây dựng. Tuy nhiên, những nghiên cứu sâu và rộng về vấn đề này được phát triển mạnh mẽ từ khoảng những năm 70 - 80 của thế kỷ 20 với rất nhiều các công trình nghiên cứu đã được công bố dưới những hình thức khác nhau.

- Một số nghiên cứu dưới dạng đưa ra các giả thiết, ví dụ Bakker (1968) đã trình bày khái quát mặt cắt bãi biển để hai đường đẳng sâu đại diện và giả thiết rằng, giá trị vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ tỷ lệ thuận với độ lệch của độ dốc mặt cắt bãi từ một trạng thái cân bằng. Sau đó, Kriebel và Dean (1985) đưa ra giả thuyết rằng giá trị vận chuyển vuông góc với bờ phụ thuộc vào độ lệch của tỷ lệ tiêu tán từ chính giá trị cân bằng. Các phương pháp tiếp cận này đã được mở rộng nghiên cứu bởi Larson và Kraus (1989) và Kraus (1991) [61], [70], [80]. - Cũng có các nghiên cứu được tiến hành thông qua những số liệu đo đạc, sau đó dựa vào kinh nghiệm để phân tích, đánh giá.

Điển hình cho các nghiên cứu này có thể kể đến các nhà nghiên cứu tại Nhật Bản đã dựa trên cơ sở thu thập và phân tích các ví dụ biến dạng bãi biển trong quá khứ, cách bố trí và các đặc điểm của công trình sẽ được xây dựng và so sánh với các ví dụ có tính chất tương tự trong quá khứ. Dựa trên các nét tương tự, phán đoán triển vọng của biến dạng bờ biển do việc xây dựng các công trình gây ra, Tanaka (xem [23]) đã tiến hành nghiên cứu trên mô hình các thay đổi địa hình phức tạp xảy ra sau khi xây dựng các công trình. Ông phân loại các đặc điểm của những thay đổi địa hình điển hình thành một số ví dụ biến dạng bãi biển. Kết quả của việc nghiên cứu này là có thể hiểu được sự thay đổi địa hình trong vùng lân cận các bến cảng ở Nhật Bản trong một vài sơ đồ đại 9 diện.

Bằng cách phán đoán sơ đồ nào có thể áp dụng cho bờ biển đang nghiên cứu, qua đó cũng có thể dự báo định tính biến dạng của bờ biển. - Nhiều những nghiên cứu đã được biên tập, xuất bản dưới dạng các sách chuyên ngành dùng để phục vụ công tác giảng dạy, tra cứu và tham khảo. Một số cuốn sách đề cập đến vấn đề điển hình như: Richard Soulsby [52] là nhà vật lý và hải dương học thuộc Viện nghiên cứu Thủy lực HR Wallingford (Anh), năm 1997 đã xuất bản cuốn sách “Động lực học cát biển”. Đây là cuốn sách đề cập khá đầy đủ, trình bày ngắn gọn về các tác nhân, cơ chế, các quan điểm và các phương pháp nghiên cứu vận chuyển trầm tích, bồi tụ và xói lở, đưa ra được bức tranh vật lý của vấn đề vốn rất phức tạp và lý thú này.

Hay vào năm 1996, hai tác giả Krys tian W. Pilarczyk và Rys zard B. Zeidler [80] đã xuất bản cuốn sách “Đê chắn sóng ngoài khơi và tác động đến sự phát triển bờ biển”.