Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu hơn 3.260 km bờ biển với 89 cửa sông và hơn 3.000 hòn đảo, tạo nên tiềm năng to lớn cho phát triển kinh tế biển và vùng ven biển cửa sông. Đặc biệt, các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình và Nam Định có hệ thống đê biển dài trên 200 km, đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ đất liền khỏi xâm nhập mặn, ngập lụt và bão biển. Tuy nhiên, hệ thống đê biển tại các tỉnh này đang đối mặt với nhiều thách thức như hư hỏng, xuống cấp nghiêm trọng do tác động của sóng, thủy triều, bão và biến đổi khí hậu.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của bãi (địa hình bãi biển, chiều cao và chiều dài bãi) đến kết cấu thân đê biển tại các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình và Nam Định, từ đó đề xuất các giải pháp thiết kế và gia cố phù hợp nhằm nâng cao độ bền vững và an toàn của hệ thống đê biển. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các tuyến đê biển chính của ba tỉnh, với dữ liệu thu thập trong giai đoạn từ 1960 đến 2012, bao gồm số liệu thủy văn, khí tượng, khảo sát thực địa và mô hình tính toán sóng.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ bão, sóng lớn, cũng như nước biển dâng, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn công trình đê biển và phát triển kinh tế vùng ven biển. Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học cho việc thiết kế, nâng cấp và quản lý hệ thống đê biển, đảm bảo an toàn dân cư và tài sản, đồng thời thúc đẩy phát triển kinh tế biển bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết thiết kế đê biển: Đê biển được thiết kế nhằm ngăn triều xâm nhập mặn và bảo vệ vùng đất thấp phía sau khỏi ngập lụt, đảm bảo an toàn cho công trình và vùng bảo vệ theo tiêu chuẩn ngành 14TCN130-2002 và các tiêu chuẩn mới dựa trên lý thuyết rủi ro và phân tích độ tin cậy.

  • Mô hình tác động sóng và thủy triều: Sóng biển, đặc biệt là sóng leo, và thủy triều là các yếu tố động lực chính tác động lên thân đê. Chiều cao sóng leo phụ thuộc vào chiều cao sóng ngoài vùng nước sâu, độ sâu nước tại chân công trình, chiều cao và chiều dài bãi biển, cũng như lớp phủ thực vật như rừng ngập mặn.

  • Khái niệm bãi biển và ảnh hưởng đến kết cấu đê: Bãi biển với các đặc điểm như chiều dài, chiều cao, độ dốc và lớp phủ thực vật ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao sóng trước chân đê, từ đó tác động đến thiết kế cao trình và kết cấu thân đê biển.

Các khái niệm chính bao gồm: chiều cao sóng leo, cao trình đỉnh đê, hệ số gia tăng độ cao an toàn, sóng tràn qua đê, và ảnh hưởng của rừng ngập mặn đến giảm năng lượng sóng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thủy văn, khí tượng, địa hình bãi biển, khảo sát thực địa các tuyến đê biển tại Hải Phòng, Thái Bình và Nam Định; số liệu quan trắc sóng, mực nước triều và bão trong giai đoạn 1960-2012.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm mô phỏng sóng Cress Wind để tính toán chiều cao sóng tại chân công trình trong các điều kiện bãi khác nhau, có và không có rừng ngập mặn. Phân tích thống kê tần suất bão, nước dâng và sóng lớn dựa trên dữ liệu thực đo và mô hình toán học.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lựa chọn các đoạn đê biển tiêu biểu có đặc điểm bãi khác nhau trong ba tỉnh, tổng chiều dài khảo sát khoảng 200 km, đảm bảo đại diện cho các điều kiện tự nhiên và hư hỏng thực tế.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 2 năm, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu (6 tháng), phân tích mô hình và tính toán (12 tháng), và tổng hợp kết quả, đề xuất giải pháp (6 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của chiều cao và chiều dài bãi đến chiều cao sóng trước chân đê: Kết quả mô phỏng cho thấy chiều cao sóng leo trước chân đê giảm đáng kể khi chiều dài bãi tăng lên. Ví dụ, tại đoạn đê biển Hải Hậu (Nam Định), chiều cao sóng leo giảm từ khoảng 1,2 m xuống còn 0,6 m khi chiều dài bãi tăng từ 50 m lên 150 m, tương đương giảm 50%.

  2. Tác động của rừng ngập mặn đến giảm năng lượng sóng: Rừng ngập mặn tại khu vực Tiền Hải (Thái Bình) có hệ số giảm sóng từ 30% đến 60% tùy theo tuổi và mật độ cây. Mô hình tính toán cho thấy sóng trước chân đê giảm từ 1,0 m xuống còn 0,4 m khi có rừng ngập mặn dày đặc, giúp giảm áp lực lên thân đê.

  3. Hiện trạng hư hỏng và xuống cấp đê biển: Khoảng 35 km trong tổng số hơn 200 km đê biển tại ba tỉnh bị xói mòn nghiêm trọng, đặc biệt tại các đoạn bãi thấp hoặc không có bãi bảo vệ. Tỷ lệ trượt mái đê phía biển chiếm khoảng 20% tổng chiều dài đê khảo sát, trong đó các đoạn không có rừng ngập mặn có tỷ lệ hư hỏng cao hơn 40% so với các đoạn có rừng.

  4. Ảnh hưởng của sóng tràn qua đỉnh đê: Sóng tràn qua đỉnh đê xảy ra phổ biến tại các đoạn đê có cao trình thấp hơn thiết kế, chiếm khoảng 25% tổng chiều dài đê biển. Lưu lượng nước tràn qua đê có thể đạt từ 10 đến 50 m³/s/km, gây xói lở mặt đê phía trong và làm giảm tuổi thọ công trình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng đê biển là do tác động kết hợp của sóng lớn, nước dâng do bão và thủy triều cao, đặc biệt tại các đoạn đê có bãi thấp hoặc không có bãi bảo vệ. Chiều dài và chiều cao bãi biển đóng vai trò quan trọng trong việc giảm chiều cao sóng trước chân đê, từ đó giảm áp lực lên kết cấu thân đê. Rừng ngập mặn được xác định là một lớp chắn sóng tự nhiên hiệu quả, góp phần giảm đáng kể năng lượng sóng và bảo vệ chân đê khỏi xói lở.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả phù hợp với các báo cáo cho thấy vai trò quan trọng của bãi biển và rừng ngập mặn trong bảo vệ đê biển. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc áp dụng các giải pháp này còn hạn chế do điều kiện kinh tế và quản lý chưa đồng bộ. Việc thiết kế đê biển hiện nay chủ yếu dựa trên tính toán sóng và mực nước triều mà chưa tính toán đầy đủ ảnh hưởng của bãi, dẫn đến cao trình đê thấp hơn yêu cầu, gây ra hiện tượng sóng tràn qua đê phổ biến.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chiều cao sóng leo trước chân đê với các chiều dài bãi khác nhau, bảng thống kê tỷ lệ hư hỏng đê theo loại bãi và bản đồ phân bố rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bảo vệ và phục hồi bãi biển tự nhiên: Thực hiện các biện pháp duy trì và mở rộng chiều dài, chiều cao bãi biển tại các đoạn đê biển trọng yếu trong vòng 3-5 năm tới nhằm giảm chiều cao sóng trước chân đê, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với địa phương thực hiện.

  2. Phát triển và bảo vệ rừng ngập mặn ven biển: Triển khai trồng mới và phục hồi rừng ngập mặn tại các khu vực bãi biển có điều kiện phù hợp trong vòng 5 năm, nhằm giảm năng lượng sóng và bảo vệ chân đê, do các cơ quan quản lý môi trường và địa phương chủ trì.

  3. Nâng cao cao trình đê biển và gia cố kết cấu thân đê: Xem xét nâng cao cao trình đê tại các đoạn có hiện tượng sóng tràn qua đỉnh đê, đồng thời gia cố mái đê bằng các vật liệu chịu sóng tốt hơn trong vòng 2-4 năm, do Ban Quản lý Đê điều và Phòng chống lụt bão thực hiện.

  4. Xây dựng hệ thống thoát nước tràn qua đê hiệu quả: Thiết kế và xây dựng các cống tiêu nước, kênh dẫn nước tràn qua đê nhằm giảm áp lực nước tràn và hạn chế xói lở mặt đê phía trong trong vòng 3 năm, do các đơn vị kỹ thuật và địa phương phối hợp thực hiện.

  5. Nâng cao năng lực quản lý và giám sát đê biển: Tăng cường công tác giám sát, bảo dưỡng định kỳ và xử lý kịp thời các hư hỏng nhỏ nhằm kéo dài tuổi thọ công trình, đồng thời đào tạo nâng cao năng lực cho cán bộ quản lý trong vòng 1-2 năm, do các cơ quan quản lý đê điều chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách về đê điều và phòng chống thiên tai: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách nâng cấp, bảo vệ hệ thống đê biển phù hợp với điều kiện tự nhiên và biến đổi khí hậu.

  2. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình thủy lợi, đê biển: Tham khảo các phương pháp tính toán sóng, ảnh hưởng của bãi và rừng ngập mặn đến kết cấu đê, từ đó áp dụng vào thiết kế và thi công các công trình đê biển bền vững.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy: Tài liệu cung cấp dữ liệu thực tế, mô hình phân tích và kết quả nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của bãi đến kết cấu đê biển, phục vụ cho nghiên cứu và học tập.

  4. Cơ quan quản lý môi trường và phát triển bền vững ven biển: Tham khảo các giải pháp bảo vệ bãi biển và rừng ngập mặn nhằm giảm thiểu tác động của sóng và bảo vệ hệ sinh thái ven biển.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chiều dài và chiều cao bãi biển lại ảnh hưởng đến kết cấu đê biển?
    Chiều dài và chiều cao bãi biển ảnh hưởng đến chiều cao sóng leo trước chân đê. Bãi dài và cao giúp giảm năng lượng sóng khi sóng truyền từ vùng nước sâu vào gần bờ, từ đó giảm áp lực tác động lên thân đê, giúp tăng độ bền và an toàn cho công trình.

  2. Rừng ngập mặn có vai trò gì trong bảo vệ đê biển?
    Rừng ngập mặn làm giảm đáng kể năng lượng sóng nhờ thân, cành và tán lá cây tiêu tán năng lượng sóng, đồng thời giữ bùn cát, hạn chế xói lở chân đê. Ví dụ, rừng ngập mặn tại Tiền Hải giúp giảm sóng trước chân đê đến 60%.

  3. Nguyên nhân chính gây hư hỏng đê biển tại các tỉnh nghiên cứu là gì?
    Nguyên nhân chính là tác động kết hợp của sóng lớn, nước dâng do bão và thủy triều cao, đặc biệt tại các đoạn đê có bãi thấp hoặc không có bãi bảo vệ, cùng với thiết kế cao trình đê thấp hơn yêu cầu và công tác quản lý, bảo dưỡng chưa hiệu quả.

  4. Sóng tràn qua đỉnh đê có nguy hiểm không?
    Sóng tràn qua đỉnh đê gây xói lở mặt đê phía trong, làm giảm tuổi thọ công trình và có thể dẫn đến vỡ đê nếu không được kiểm soát. Tuy nhiên, nếu có vùng đệm phía sau đê được quy hoạch phù hợp, thiệt hại có thể được hạn chế.

  5. Làm thế nào để nâng cao độ bền vững của hệ thống đê biển?
    Cần kết hợp các giải pháp như nâng cao cao trình đê, gia cố kết cấu thân đê, bảo vệ và phục hồi bãi biển tự nhiên, phát triển rừng ngập mặn, xây dựng hệ thống thoát nước tràn qua đê hiệu quả, đồng thời tăng cường quản lý và bảo dưỡng định kỳ.

Kết luận

  • Đê biển tại các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình và Nam Định đang chịu tác động mạnh mẽ của sóng, thủy triều và bão, dẫn đến hư hỏng và xuống cấp nghiêm trọng, đặc biệt tại các đoạn bãi thấp hoặc không có bãi bảo vệ.
  • Chiều dài và chiều cao bãi biển cùng với sự hiện diện của rừng ngập mặn có ảnh hưởng lớn đến chiều cao sóng leo trước chân đê, từ đó tác động trực tiếp đến thiết kế và an toàn kết cấu đê biển.
  • Nghiên cứu đã sử dụng phần mềm mô phỏng sóng Cress Wind và dữ liệu thực địa để đánh giá chi tiết ảnh hưởng của bãi và rừng ngập mặn, cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn kết cấu thân đê phù hợp.
  • Đề xuất các giải pháp thiết thực bao gồm bảo vệ bãi biển, phát triển rừng ngập mặn, nâng cao cao trình đê, gia cố kết cấu và xây dựng hệ thống thoát nước tràn qua đê nhằm nâng cao độ bền vững của hệ thống đê biển.
  • Các bước tiếp theo cần tập trung vào triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến hệ thống đê biển trong dài hạn.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ hệ thống đê biển và phát triển kinh tế biển bền vững!