Luận văn thạc sĩ: Giải pháp công trình giảm sóng ổn định tuyến luồng tàu cá cửa Lấp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu giải pháp giảm sóng, ổn định luồng tàu vào khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá tại cửa Lấp, Bà Rịa - Vũng Tàu.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Ân
• Người hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Khang
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Đề xuất giải pháp công trình giảm sóng và ổn định tuyến luồng vào ra khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá tại cửa Lấp tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải pháp công trình giảm sóng ổn định tuyến luồng tàu cá cửa Lấp BR VT

Khu vực cửa Lấp thuộc tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu là vùng neo đậu tàu cá quan trọng. Tuyến luồng tàu cá tại đây thường xuyên bị bồi lấp. Điều này ảnh hưởng lớn đến hoạt động đánh bắt thủy sản. Giải pháp công trình giảm sóng đóng vai trò then chốt. Các công trình này giúp giảm năng lượng sóng biển. Nhờ đó hạn chế quá trình vận chuyển bùn cát. Tuyến luồng được duy trì độ sâu ổn định. Nghiên cứu tập trung vào phân tích điều kiện tự nhiên. Đồng thời đánh giá nguyên nhân gây bồi lấp. Từ đó đề xuất các giải pháp công trình phù hợp. Mục tiêu đảm bảo an toàn cho tàu cá ra vào. Khu neo đậu tránh trú bão hoạt động hiệu quả hơn. Đây là vấn đề cấp thiết của ngành thủy sản địa phương.

1.1. Vị trí và điều kiện tự nhiên khu vực cửa Lấp

Cửa Lấp nằm tại huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Khu vực này thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa. Hai mùa rõ rệt là mùa Đông Bắc và mùa Tây Nam. Mùa Đông Bắc kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Mùa Tây Nam từ tháng 5 đến tháng 10. Biến động thủy văn phức tạp theo mùa. Mực nước thay đổi theo chu kỳ triều. Sóng gió tác động mạnh đến quá trình bồi lấp. Địa hình đáy biển có nhiều cồn cát và rãnh sâu. Sự thay đổi hình thái diễn ra liên tục theo mùa gió.

1.2. Thực trạng bồi lấp tuyến luồng tàu cá

Tuyến luồng tàu cá cửa Lấp bị bồi lấp nghiêm trọng. Độ sâu luồng giảm đáng kể theo thời gian. Bùn cát từ sông và biển liên tục bồi đắp. Tàu cá gặp khó khăn khi ra vào khu neo đậu. Tình trạng này xảy ra thường xuyên vào mùa gió Tây Nam. Quá trình bồi lấp có tính chu kỳ rõ rệt. Cần nạo vét định kỳ để duy trì hoạt động. Chi phí nạo vét tốn kém nguồn lực. Giải pháp công trình giảm sóng là cần thiết. Công trình giúp ổn định lâu dài tuyến luồng.

II. Phân tích nguyên nhân gây bồi lấp tuyến luồng cửa Lấp

Quá trình bồi lấp tại cửa Lấp chịu nhiều yếu tố tác động. Sóng gió là nguyên nhân chính gây vận chuyển bùn cát. Dòng chảy dọc bờ mang phù sa từ phía Bắc xuống. Chế độ gió mùa Đông Bắc và Tây Nam thay đổi luân phiên. Mỗi mùa tạo ra quy luật bồi xói khác nhau. Vào mùa Đông Bắc, sóng lớn gây xói lở mạnh ở sát bờ. Lượng bùn cát được vận chuyển bồi lấp vùng trũng. Mùa Tây Nam xảy ra quá trình ngược lại. Đáy rãnh sâu bị xói lở. Hai bên bờ được bồi đắp. Khu vực cồn cát cũng biến đổi theo chu kỳ. Sự dịch chuyển thẳng đứng có thể đạt 3 mét. Hoạt động nhân sinh cũng ảnh hưởng đến cân bằng bùn cát. Khai thác cát làm thay đổi dòng chảy. Xây dựng công trình ven bờ tác động đến quá trình bồi xói.

2.1. Quy luật diễn biến hình thái đáy biển

Đáy biển khu vực cửa Lấp biến đổi theo mùa gió. Tại vùng sát bờ, xói lở xảy ra vào mùa Đông Bắc. Bồi tụ diễn ra vào mùa Tây Nam. Khu vực cồn cát có quy luật tương tự. Mùa Đông Bắc sóng đánh tràn qua đỉnh cồn cát. Các dòng chảy cụt hình thành kéo dài hai phía. Đỉnh cồn cát bị xói lở mạnh. Vùng trũng có quy luật ngược lại. Xói lở xảy ra vào mùa Tây Nam. Bồi lấp diễn ra vào mùa Đông Bắc. Sự biến đổi này tạo nên chu kỳ bồi xói phức tạp.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bồi lấp

Nhiều yếu tố tác động đến quá trình bồi lấp cửa Lấp. Sóng gió là yếu tố tự nhiên quan trọng nhất. Sóng tạo ra dòng chảy dọc bờ và ngang bờ. Dòng chảy vận chuyển bùn cát liên tục. Hướng gió thay đổi theo mùa gây ra chu kỳ bồi xói. Yếu tố nhân sinh cũng góp phần đáng kể. Khai thác cát trên sông làm giảm nguồn phù sa. Xây dựng công trình ven bờ thay đổi dòng chảy. Các yếu tố này tương tác phức tạp với nhau. Cần phân tích tổng thể để tìm giải pháp phù hợp.

III. Đề xuất giải pháp công trình giảm sóng ổn định tuyến luồng

Giải pháp công trình giảm sóng phải đáp ứng nhiều tiêu chí. Tiêu chí kỹ thuật đảm bảo khả năng giảm sóng hiệu quả. Tiêu chí kinh tế cân nhắc chi phí đầu tư hợp lý. Tiêu chí môi trường hạn chế tác động xấu đến hệ sinh thái. Phương án đê ngầm được nghiên cứu kỹ lưỡng. Đê ngầm giúp giảm năng lượng sóng truyền vào khu neo đậu. Kết hợp với nạo vét định kỳ đạt hiệu quả cao. Mặt cắt đê được thiết kế phù hợp điều kiện sóng. Cao trình đỉnh đê xác định dựa trên mực nước thiết kế. Chiều rộng mặt đê đảm bảo ổn định kết cấu. Mái dốc được tính toán theo điều kiện vật liệu. Vật liệu đá hộc và bê tông được lựa chọn. Đảm bảo tuổi thọ công trình lâu dài. Giải pháp được đánh giá bằng mô hình toán học. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả giảm sóng rõ rệt.

3.1. Các tiêu chí lựa chọn giải pháp công trình

Việc lựa chọn giải pháp công trình dựa trên nhiều tiêu chí. Tiêu chí kỹ thuật xem xét khả năng giảm sóng. Hiệu quả ổn định tuyến luồng được đánh giá. Khả năng chịu lực trước sóng gió và dòng chảy. Tiêu chí kinh tế tính toán chi phí đầu tư. Chi phí bảo trì sửa chữa trong suốt vòng đời. Tiêu chí môi trường đánh giá tác động hệ sinh thái. Ảnh hưởng đến dòng chảy và quá trình bồi xói. Công trình phải phù hợp với điều kiện địa phương. Dễ thi công và bảo dưỡng. Tuổi thọ công trình đảm bảo dài hạn.

3.2. Thiết kế phương án đê giảm sóng

Đê giảm sóng được thiết kế với nhiều thông số kỹ thuật. Cao trình đỉnh đê dựa trên mực nước dâng do sóng. Chiều rộng mặt đê đảm bảo vận hành và bảo trì. Mái dốc thượng lưu và hạ lưu được tính toán. Vật liệu chính là đá hộc và bê tông cốt thép. Lớp lõi bằng đá dăm lọc nước hiệu quả. Mặt cắt ngang được tối ưu hóa kết cấu. Đê ngầm cho phép trao đổi nước nhưng giảm sóng. Đê nổi chắn sóng hoàn toàn phía trước. Lựa chọn phương án phù hợp với từng vị trí. Đảm bảo hiệu quả giảm sóng tối ưu nhất.

IV. Kết luận và ứng dụng giải pháp công trình giảm sóng

Nghiên cứu đã đề xuất giải pháp công trình giảm sóng hiệu quả. Các giải pháp giúp ổn định tuyến luồng tàu cá cửa Lấp. Đê ngầm kết hợp nạo vét đạt kết quả tốt nhất. Công trình giảm đáng kể năng lượng sóng truyền vào. Quá trình bồi lấp được hạn chế rõ rệt. Độ sâu tuyến luồng được duy trì ổn định. Tàu cá ra vào khu neo đậu an toàn hơn. Khu tránh trú bão hoạt động hiệu quả. Giải pháp có tính ứng dụng cao cho các vùng tương tự. Bờ biển Nam Trung Bộ chịu tác động gió mùa tương đồng. Kết quả nghiên cứu phục vụ quy hoạch đầu tư. Các cơ quan quản lý có cơ sở khoan học. Việc bảo vệ bờ biển và ổn định luồng đạt hiệu quả. Ngành thủy sản địa phương phát triển bền vững. Đây là đóng góp quan trọng cho kinh tế biển.

4.1. Hiệu quả của giải pháp công trình đã đề xuất

Giải pháp công trình giảm sóng cho hiệu quả rõ rệt. Mô hình toán học xác nhận khả năng giảm sóng 60-70%. Độ sâu tuyến luồng được cải thiện đáng kể. Chi phí nạo vét giảm mạnh so với trước. Tàu cá công suất lớn có thể ra vào an toàn. Khu neo đậu tránh trú bão hoạt động ổn định. Thời gian tàu neo đậu được kéo dài hơn. Mùa bão tàu cá được bảo vệ tốt hơn. Hiệu quả kinh tế vượt trội so với chi phí đầu tư. Giải pháp bền vững và thân thiện môi trường.

4.2. Khả năng ứng dụng cho các vùng biển tương tự

Giải pháp công trình giảm sóng có tính ứng dụng rộng. Các vùng biển chịu tác động gió mùa tương đồng. Bờ biển Nam Trung Bộ là đối tượng phù hợp. Khu neo đậu tàu cá cần ổn định tuyến luồng. Cửa sông bị bồi lấp do sóng và dòng chảy. Phương pháp nghiên cứu áp dụng được cho nhiều khu vực. Cần điều chỉnh thông số theo điều kiện địa phương. Đánh giá nguyên nhân bồi lấp cụ thể từng vùng. Lựa chọn giải pháp phù hợp nguồn lực. Nhân rộng mô hình thành công cho các tỉnh ven biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 vềviệc 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 Trư ờng 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. 1 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 1 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.