Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu - Chương 2. Đề xuất dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc - Chương 3. Nghiên cứu mô hình toán tương tác sóng công trình - Chương 4.
Thiết kế đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc. - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo - Phụ lục. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.
Vị trí địa lý Cát Hải là một huyện đảo nhỏ, có diện tích gần 30 km2, dân số của toàn đảo 13.000 người, thuộc thành phố Hải Phòng; Phía Bắc giáp đảo Hà Nam (Quảng Ninh), phía Nam giáp vịnh Bắc Bộ, phía đông giáp cửa Lạch Huyện, phía tây giáp cửa Nam Triệu. Toạ độ địa lý: 20048’ vĩ độ B; 106053’ kinh độ Đông Khu vực nghiên cứu Hình 1. Vị trí khu vực nghiên cứu 1. Điều kiện tự nhiên Đảo Cát Hải được hình thành bởi quá trình bồi tích phù sa của các cửa sông khu vực Hải Phòng.
Qua quá trình biến đổi hiện nay địa hình của đảo có xu hướng 6 cao dần từ bắc đến nam, chiều dài trung bình của đảo 5,5 km, chiều rộng trung bình 4,6 km và được chia làm 3 khu vực chính: Khu vực đất nông nghiệp và dân cư có cao trình +2,0 ÷ +2,5, cao nhất +4,5. Khu vực nuôi trồng thuỷ sản và làm muối có cao độ trung bình +0,9 ÷ +1,1. Các khu vực bãi có thể quai đê lấn biển rộng khoảng 300 ha có cao độ trung bình từ +0,5 ÷ +1,1. Đảo Cát Hải có tiềm năng du lịch sinh thái và còn giữ vai trò quan trọng về quân sự.
Sự ổn định của đảo đồng thời cũng liên quan đến sự ổn định của luồng tàu vào cảng Hải Phòng qua cửa Nam Triệu. Do vậy việc giữ ổn định bờ biển Cát Hải, chống xói lở là một yêu cầu quan trọng và cấp thiết nhằm đảm bảo an toàn về tính mạng, đời sống của ngư dân ở đảo phát triển sản xuất, tạo cơ hội đầu tư trong và ngoài nước, ổn định cho luồng tàu vào các cảng khu vực Hải Phòng, đồng thời góp phần đảm bảo an ninh quốc phòng. Điều kiện xã hội Huyện đảo Cát Hải hiện có 10 xã và 2 thị trấn. Ngoài cư dân bản địa, dân Cát Hải là người cộng đồng muôn phương, thạo nghề sông nước như Thái Bình, Nam Định, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Hải Dương, Hưng Yên, Hà Tây, Quảng Ninh… Bên cạnh cư dân gốc Việt là cơ bản, trước đây còn có khá đông người Hoa sinh sống.
Họ từ mọi miền và các tỉnh ven biển của Trung Quốc đến định cư tại Cát Bà. Sau “sự kiện người Hoa” năm 1978, hầu hết người Hoa rời đảo ra đi. Để phân bố lại lực lượng trên địa bàn, đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất và bảo vệ đảo, một bộ phận cư dân Đồ Sơn, Tiên Lãng, An Lão được bổ sung cho huyện đảo Cát Hải, nhân dân xã Cao Minh bên Cát Hải được bố trí chuyển cư hẳn sang Cát Bà, do đặc điểm địa hình, nên việc phân bố dân cư của huyện không đồng đều, có nơi dân sống tập trung như thị trấn Cát Bà, thị trấn Cát Hải, xã Nghĩa Lộ; có nơi dân cư sống thưa thớt, biệt lập như Gia Luận, Việt Hải. Tổng quan đê biển Toàn đảo có 20,6 km đê bao quanh, trong đó có tuyến đê xung yếu từ Bến 7 Gót đến Hoàng Châu nằm ở phía nam đảo chịu tác động trực tiếp của sóng, gió nơi có dòng chảy ven bờ mạnh nhất và dải bờ đang bị xâm thực.
Hình thức kết cấu công trình đê đắp bằng đất, mái đê phía biển có kè lát mái bảo vệ ở những đoạn xung yếu tường xuyên chịu tác động của sóng triều. Riêng đoạn đê Gót - Gia Lộc có kết cấu bằng đá hộc. Nhìn chung năng lực phòng chống lũ bão của các công trình còn rất yếu. Hiện trạng cụ thể từng tuyến như sau: 1.
Tuyến Gót- Gia Lộc: Dài 3100 m, đê bằng đá hộc thường xuyên bị xô sạt do kích thước đá kè nhỏ thường xuyên chịu tác động mạnh của sóng, triều. Với triều cường và gió cấp 5, 6 sóng biển đã có thể tràn qua mặt đê. Bãi biển gần chân đê bị xói lở mạnh càng làm cho kè kém ổn định. Hiện tại đoạn đê này có mặt cắt ngang đê gần như không còn định hình, mặt đê nhỏ, đá sắp xếp tự nhiên ngổn ngang, đoạn tuyến gần như là bãi đá.
Tuyến Gia lộc - Văn Chấn - Hoàng Châu: Dài hơn 4000m, đã được xây dựng hoàn thiện. Tuyến Hoàng Châu - Nghĩa Lộ: Dài 3000 m, hiện trạng đê còn thấp nhỏ so với yêu cầu, mặt cắt đê không đều. Đê không có kè bảo vệ. Tuyến đê này có bãi ngoài cao rộng và có rừng cây chắn sóng.
Đối với tuyến đê này cần duy trì rừng cây chắn sóng đã có. Tuyến Nghĩa Lộ - Đồng Bài: Là tuyến đê trung gian dài 4340 m, đê được xây dựng từ những năm 1960, tuyến này bị xuống cấp nghiêm trọng do xói mòn và không được tu bổ trước đây vì do đê thuỷ sản phía ngoài. Từ những năm 1992 đã được thành phố đầu tư khôi phục để đảm bảo an toàn phía bắc đảo. Đoạn đê này không có kè bảo vệ mái do phía ngoài là khu vực bãi rộng và điều kiện sóng gió ít khắc nghiệt hơn.
Đê không thường xuyên chịu tác động của sóng, triều. Tuyến Đồng Bài - Lương Năng: Dài 2900 m, tuyến đê bảo vệ khu vực phía đông bắc đảo, thường bị ảnh hưởng của sóng triều trong các thơì kỳ gió mùa đông bắc. Qui mô đê tương đối đảm bảo, kè còn manh mún, năng lực công trình hạn chế không đảm bảo an toàn trong trường hợp có sóng gió lớn. Rừng cây chắn sóng có 8 tác dụng tốt.
Tuyến Lương Năng - Gót: Dài 2800m, tuyến đê này còn thấp nhỏ, kè lát mái chưa hoàn chỉnh. Bãi ngoài có cây chắn sóng, nhìn chung năng lực công trình yếu cần được nâng cấp bảo đảm an toàn cho khu vực đông dân cư. Tổng quan các giải pháp giảm tải trọng sóng tác động lên công trình Có rất nhiều giải pháp giảm tải trọng sóng lên công trình đã được nghiên cứu áp dụng và có thể phân chia các giải pháp này thành hai nhóm chính: một là tôn tạo và giữ bãi/thềm trước đê và hai là giải pháp công trình nhằm giảm sóng hoặc cải thiện điều kiện tương tác sóng và công trình. - Nhóm giải pháp thứ nhất, chủ yếu tập trung vào giảm thiểu các tác động của sóng trong điều kiện bình thường, có thể là các giải pháp mềm thân thiện với môi trường như nuôi dưỡng bãi (chống xói giữ bãi đê, chân đê), trồng rừng ngập mặn (giảm sóng tăng bồi lắng), hoặc giải pháp cứng như áp dụng hệ thống kè mỏ hàn, hoặc đê chắn sóng xa bờ để giữ bãi.
Tuy vậy các giải pháp này không thể áp dụng rộng rãi mà còn phụ thuộc điều kiện cụ thể ở từng vùng. - Nhóm giải pháp thứ hai, các biện pháp công trình được được áp dụng với mục đích giảm sóng trong bão từ xa (offshore wave damping barriers) làm sóng vỡ một phần trước khi tới đê) hoặc cản sóng bão trên bờ (onshore wave damping barriers - OWDB) nhằm thay đổi tính chất tương tác giữa sóng với công trình theo hướng giảm tác động bất lợi lên công trình.3 lần lượt minh họa các giải pháp giảm sóng xa bờ và trên bờ thuộc nhóm giải pháp thứ hai nhằm cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao mức độ an toàn của đê biển. Dải ngầm giảm sóng xa bờ 9 Hình 1. Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney- biển Bắc, nước Đức 1.
Kè mỏ hàn Mỏ hàn từ bờ vươn ra biển, có tác dụng ngăn chặn, cản trở đối với sóng có phương tiến vào xiên góc với bờ và đối với dòng chảy dọc bờ. Mục tiêu của việc xây dựng mỏ hàn là giảm nhẹ lực xung kích của sóng và dòng chảy đối với bờ biển, ngăn chặn bùn cát chuyển động dọc bờ, khiến cho bùn cát bồi lắng vào khoảng giữa hai mỏ hàn, mở rộng và nâng cao thềm bãi, củng cố đê, bờ. Có thể dạng chữ I (nếu hướng sóng tới xiên góc với đường bờ), chữ T/L nếu hướng sóng đến vuông góc với đường bờ. Cơ chế bồi xói mỏ hàn Hình 1.
Mỏ hàn chữ I và chữ T ở đê biển Nghĩa Hưng, Nam Định 10 1. Đê ngầm giảm sóng Là công trình có tác dụng làm tiêu tán sóng và gây bồi, qua đó có tác dụng bảo vệ bãi và tạo bãi tắm. Đê ngầm giảm sóng thường được xây dựng song song với đường bờ, khoảng cách từ đê ngầm tới đường bờ phụ thuộc vào đặc điểm sóng biển và mục đích sử dụng. Do đó có thể xây dựng đê ngầm để bảo vệ bãi tắm, khu du thuyền, bảo vệ công trình hoặc đường bờ sau nó, hoặc được dùng để tạo vùng bồi phía sau đê ngầm.
Hiệu quả giảm sóng của đê ngầm bằng đá đổ ở khu vực Miamy- Montaza, Alexandria, Ai Cập trong một cơn bão Hình 1. Sự thay đổi đường bờ bãi biển Songdo, Busan, Hàn Quốc do hai đê ngầm sử dụng cấu kiện tiêu sóng Tetrapod nặng 25 tấn 11 Đê ngầm bằng Reefs ball Trồng rừng ngập mặn trên cấu trúc Reefs ball Hình 1. Đê ngầm bảo vệ bờ biển bằng khối Reef ball 1. Dải ngầm giảm sóng Là công trình có tác dụng làm tiêu tán sóng và gây bồi, qua đó có tác dụng bảo vệ bãi và tạo bãi tắm.
Khi xây dựng phía trước tường biển, nó có tác dụng làm giảm chiều cao sóng leo và tỷ suất sóng tràn qua tường biển, đồng thời có thể làm giảm dòng bùn cát dọc bờ. Dải ngầm giảm sóng có bề rộng đỉnh lớn hơn bề rộng đỉnh của đê ngầm giảm sóng, nó có thể rộng đến 40÷50 m nên nó có thể hạn chế chuyển động bùn cát đi về phía biển. Độ sâu trong nước nhỏ hơn 2 m, tại độ sâu 3÷5 m thường là đá đổ, có lớp bảo vệ mặt ngoài, thường nặng 2 tấn hoặc các kết cấu tương tự như ở đê chắn sóng bờ. Dải ngầm giảm sóng 1.
Kết cấu thùng chìm buồng tiêu sóng Ý tưởng về bố trí buồng tiêu sóng ở mặt đón sóng của thùng chìm lần đầu được Jarlan (Canada) đề xuất năm 1961. Kết cấu này gồm một buồng tiêu sóng phía biển (cấu trúc một buồng), tường đục lỗ phía trước (với độ rỗng ε là 20%) và tường không thấm phía bờ.
