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, vùng biển 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 an toàn dân cư, tài sản và phát triển kinh tế khu vực. Tuy nhiên, hệ thống đê biển hiện nay đang đối mặt với nhiều thách thức như hư hỏng, xuống cấp do tác động của sóng biển, thủy triều, bão lũ và sự biến đổi của bãi ven biển.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của 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 năm 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 và nước biển dâng, giúp nâng cao khả năng chống chịu của đê biển trước các hiện tượng thiên tai ngày càng khốc liệt, đồng thời góp phần phát triển kinh tế biển bền vững, bảo vệ an toàn cho hàng triệu người dân 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 sau:

  • Lý thuyết thiết kế đê biển: Đảm bảo an toàn cho công trình và vùng bảo vệ trước tác động của sóng, thủy triều và bão, 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 sóng leo (Run-up wave): Phân tích chiều cao sóng leo tác động lên thân đê, ảnh hưởng bởi chiều cao bãi, độ dốc bãi, lớp phủ thực vật và rừng ngập mặn.
  • Khái niệm bãi ven biển: Bao gồm chiều dài, chiều cao, độ dốc và lớp phủ thực vật của bãi, ảnh hưởng trực tiếp đến sự suy giảm năng lượng sóng trước khi tác động lên đê biển.
  • Ảnh hưởng của rừng ngập mặn: Rừng ngập mặn có vai trò tiêu tán năng lượng sóng, giảm chiều cao sóng leo và bảo vệ chân đê khỏi xói lở.
  • Cơ chế hư hỏng đê biển: Bao gồm trượt mái đê phía biển và phía đồng, xói chân đê, hư hỏng kết cấu bảo vệ mái và đỉnh đê do sóng tràn qua mặt đê.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thủy văn, khí tượng, sóng biển, mực nước triều từ các trạm quan trắc tại Hải Phòng, Thái Bình và Nam Định trong giai đoạn 1960-2012; khảo sát thực địa các tuyến đê biển; tổng hợp số liệu bão và nước dâng.
  • 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, cao trình bãi thay đổi). Phân tích thống kê tần suất bão, nước dâng và sóng lớn; đánh giá hiện trạng hư hỏng đê biển qua hình ảnh thực tế và số liệu khảo sát.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào các đoạn đê biển tiêu biểu tại ba tỉnh với tổng chiều dài hơn 200 km, lựa chọn các vị trí có đặc điểm bãi khác nhau để so sánh ảnh hưởng.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 12 tháng, bao gồm thu thập dữ liệu, mô phỏng, phân tích và đề xuất giải pháp.

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 leo: Kết quả mô phỏng cho thấy, chiều cao sóng leo trước chân đê giảm trung bình từ 15% đến 40% khi chiều cao bãi tăng từ 0 m lên 2 m và chiều dài bãi tăng từ 50 m lên 150 m. Ví dụ, tại đoạn đê biển Hải Hậu (Nam Định), sóng leo giảm khoảng 30% khi bãi có chiều cao 1,5 m và chiều dài 100 m so với bãi thấp và ngắn.

  2. Vai trò của rừng ngập mặn trong giảm sóng: Rừng ngập mặn tại khu vực Tiền Hải (Thái Bình) làm giảm chiều cao sóng leo trung bình 25% so với khu vực không có rừng. Hệ số ảnh hưởng F của rừng ngập mặn được xác định trong khoảng 0,6-0,8 tùy theo tuổi và mật độ cây.

  3. Hiện trạng hư hỏng đê biển: Khoảng 35% chiều dài đê biển tại ba tỉnh bị hư hỏng ở mức độ từ trung bình đến nghiêm trọng, chủ yếu do trượt mái phía biển (chiếm 45% các sự cố), xói chân đê (30%) và sóng tràn qua mặt đê gây xói mặt đê phía trong (25%). Tỷ lệ hư hỏng cao hơn tại các đoạn đê có bãi thấp hoặc không có rừng ngập mặn bảo vệ.

  4. So sánh các loại kết cấu thân đê: Đê biển mái nghiêng chiếm ưu thế tại các vùng bãi cao và rộng, trong khi đê kiểu tường đứng được sử dụng tại vùng bãi thấp, sóng lớn. Kết cấu hỗn hợp (mái nghiêng trên, tường đứng dưới) cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm áp lực sóng và tăng độ ổn định thân đê.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt về ảnh hưởng bãi đến kết cấu thân đê là do đặc điểm địa hình bãi và lớp phủ thực vật. Bãi cao và dài giúp giảm năng lượng sóng truyền đến đê, từ đó giảm áp lực lên thân đê và hạn chế hư hỏng. Rừng ngập mặn đóng vai trò như một hàng rào sinh thái, tiêu tán năng lượng sóng và giảm xói lở chân đê, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về bảo vệ bờ biển.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này khẳng định tầm quan trọng của việc tích hợp yếu tố bãi và lớp phủ thực vật trong thiết kế đê biển, thay vì chỉ dựa vào các thông số sóng và mực nước triều truyền thống. Việc áp dụng mô hình tính toán sóng hiện đại như Cress Wind giúp đánh giá chính xác hơn ảnh hưởng của bãi đến sóng leo và từ đó lựa chọn kết cấu thân đê phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chiều cao sóng leo trước chân đê với các điều kiện bãi khác nhau, bảng thống kê tỷ lệ hư hỏng theo loại và vị trí đê, cũng như sơ đồ mặt cắt ngang các loại kết cấu thân đê được đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bảo vệ và phục hồi bãi ven biển: Thực hiện các biện pháp nâng cao chiều cao và mở rộng chiều dài bãi ven biển, kết hợp trồng và bảo vệ rừng ngập mặn nhằm giảm năng lượng sóng trước khi tác động lên đê biển. Chủ thể thực hiện: chính quyền địa phương và các cơ quan quản lý tài nguyên ven biển, trong vòng 3-5 năm.

  2. Áp dụng kết cấu thân đê phù hợp với đặc điểm bãi: Tại các vùng bãi cao và rộng, ưu tiên sử dụng đê mái nghiêng; tại vùng bãi thấp, sóng lớn nên sử dụng kết cấu tường đứng hoặc kết hợp mái nghiêng và tường đứng để tăng độ ổn định. Chủ thể: các đơn vị thiết kế và thi công công trình đê biển, áp dụng ngay trong các dự án nâng cấp đê hiện tại.

  3. Nâng cao tiêu chuẩn thiết kế đê biển: Cập nhật tiêu chuẩn thiết kế đê biển, bổ sung các chỉ tiêu về ảnh hưởng của bãi, lớp phủ thực vật và sóng tràn qua mặt đê nhằm đảm bảo an toàn và bền vững trong điều kiện biến đổi khí hậu. Chủ thể: Bộ Xây dựng, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, trong vòng 2 năm.

  4. Tăng cường quản lý, bảo dưỡng và giám sát đê biển: Thiết lập hệ thống giám sát thường xuyên hiện trạng đê biển, đặc biệt các đoạn có bãi thấp hoặc không có rừng ngập mặn, kịp thời xử lý các hư hỏng nhỏ để tránh lan rộng. Chủ thể: Ban Quản lý đê điều các tỉnh, trong vòng 1-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà thiết kế và kỹ sư công trình thủy lợi, đê biển: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực tiễn để lựa chọn kết cấu thân đê phù hợp với điều kiện bãi, nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công.

  2. Cơ quan quản lý đê điều và phòng chống thiên tai: Tham khảo để xây dựng chính sách, tiêu chuẩn và kế hoạch bảo trì, nâng cấp hệ thống đê biển nhằm giảm thiểu rủi ro thiên tai.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy lợi, môi trường ven biển: Tài liệu tham khảo quan trọng về ảnh hưởng của bãi và rừng ngập mặn đến kết cấu đê biển, phương pháp mô phỏng sóng và đánh giá hư hỏng công trình.

  4. Chính quyền địa phương và các tổ chức phát triển kinh tế biển: Hiểu rõ vai trò của hệ thống đê biển trong bảo vệ phát triển kinh tế vùng ven biển, từ đó phối hợp thực hiện các giải pháp bảo vệ bãi và rừng ngập mặn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao bãi ven biển lại ảnh hưởng lớn đến kết cấu thân đê biển?
    Bãi ven biển làm giảm năng lượng sóng truyền đến đê bằng cách làm suy giảm chiều cao sóng leo và vận tốc sóng. Bãi cao và dài giúp hấp thụ và phân tán năng lượng sóng, giảm áp lực lên thân đê, từ đó hạn chế hư hỏng và tăng tuổi thọ công trình.

  2. Rừng ngập mặn có tác dụng gì trong bảo vệ đê biển?
    Rừng ngập mặn tiêu tán năng lượng sóng, giảm chiều cao sóng leo và ngăn chặn xói lở chân đê. Ví dụ tại khu vực Tiền Hải, rừng ngập mặn làm giảm chiều cao sóng leo trung bình 25%, góp phần bảo vệ đê khỏi hư hỏng do sóng lớn.

  3. Loại kết cấu thân đê nào phù hợp với vùng bãi thấp?
    Đê kiểu tường đứng hoặc kết cấu hỗn hợp (mái nghiêng trên, tường đứng dưới) phù hợp với vùng bãi thấp và sóng lớn vì có khả năng chịu lực tốt và tiết kiệm diện tích đất, đồng thời giảm áp lực sóng lên nền đê.

  4. Làm thế nào để xác định cao trình đỉnh đê biển?
    Cao trình đỉnh đê được xác định dựa trên mực nước biển cao thiết kế, chiều cao nước dâng do bão, chiều cao sóng leo và trị số gia tăng an toàn. Công thức tính bao gồm các thành phần này nhằm đảm bảo đê chịu được các điều kiện thủy văn và khí tượng khắc nghiệt.

  5. Tại sao sóng tràn qua mặt đê lại gây hư hỏng nghiêm trọng?
    Sóng tràn qua mặt đê tạo ra dòng chảy mạnh trên mái đê phía trong, gây xói lở lớp bảo vệ mái và làm bão hòa vật liệu thân đê, dẫn đến hiện tượng hóa lỏng và phá hủy kết cấu đê. Đây là nguyên nhân phổ biến gây trượt mái và vỡ đê trong các cơn bão lớn.

Kết luận

  • Đặc điểm bãi ven biển, bao gồm chiều cao, chiều dài và lớp phủ thực vật, có ảnh hưởng lớn đến chiều cao sóng leo và áp lực sóng lên thân đê biển tại các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình và Nam Định.
  • Rừng ngập mặn đóng vai trò quan trọng trong việc giảm năng lượng sóng và bảo vệ chân đê khỏi xói lở, góp phần nâng cao độ bền vững của hệ thống đê biển.
  • Hiện trạng hư hỏng đê biển chủ yếu do trượt mái, xói chân đê và sóng tràn qua mặt đê, tập trung nhiều ở các đoạn đê có bãi thấp hoặc không có rừng ngập mặn bảo vệ.
  • Việc lựa chọn kết cấu thân đê phù hợp với đặc điểm bãi và điều kiện địa phương là yếu tố then chốt để nâng cao hiệu quả bảo vệ và tuổi thọ công trình.
  • Các bước tiếp theo cần tập trung vào nâng cấp tiêu chuẩn thiết kế, bảo vệ và phục hồi bãi ven biển, đồng thời tăng cường quản lý, bảo dưỡng hệ thống đê biển nhằm ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và thiên tai.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý, nhà thiết kế và nghiên cứu cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất để bảo vệ bền vững hệ thống đê biển, góp phần phát triển kinh tế biển và bảo vệ an toàn cộng đồng ven biển.