Luận văn thạc sĩ nghiên cứu bố trí hợp lý hệ thống đập mỏ hàn khu vực cồn tròn thuộc tuyến đê biển hải hậu nam định

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu bố trí hệ thống đập mỏ hàn tại cồn tròn, thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Nam Định, nhằm tối ưu hóa hiệu quả phòng chống xói lở.

• Tác giả: Bùi Tất Thắng
• Người hướng dẫn: Phạm Ngọc Quý
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên cứu bố trí hợp lý hệ thống đập mỏ hàn khu vực Cồn Tròn thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Nam Định
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục đích của đề tài
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 0.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BÃI, GIẢM SÓNG KHU VỰC VEN BIỂN
• 1.1. Công trình bảo vệ bãi, giảm sóng khu vực ven biển
• 1.1.1. Trồng rừng phòng hộ
• 1.1.2. Biện pháp công trình chống xói, giảm sóng
• 1.1.3. Nuôi bãi nhân tạo
• 1.2. Các vấn đề khoa học, công nghệ trong xây dựng hệ thống đập mỏ hàn
• 1.2.1. Diễn biến vùng bãi khi có hệ thống đập mỏ hàn
• 1.2.2. Phương pháp thiết kế hệ thống đập mỏ hàn
• 1.2.3. Các kết quả nghiên cứu về đập mỏ hàn ở Việt Nam và trên thế giới
• 1.2.3.1. Các nghiên cứu về kết cấu dòng chảy khu vực mỏ hàn
• 1.2.3.2. Các nghiên cứu về diễn biến lòng sông khu vực mỏ hàn
• 1.2.3.3. Các nghiên cứu về khoảng cách hữu hiệu giữa các mỏ hàn
• 1.2.3.4. Các nghiên cứu về kết cấu công trình mỏ hàn
• 1.2.4. Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của luận văn
• 1.2.4.1. Những vấn đề tồn tại
• 1.2.4.2. Diễn biến bồi xói bãi biển khu vực đập mỏ hàn
• 1.2.4.3. Bố trí không gian các công trình trong hệ thống đập mỏ hàn
• 1.2.4.4. Hướng nghiên cứu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỢP LÝ HỆ THỐNG ĐẬP MỎ HÀN KHU VỰC CỒN TRÒN
• 2.1. Vị trí, đặc điểm tự nhiên, tình hình dân sinh kinh tế khu vực Cồn Tròn
• 2.1.1. Đặc điểm tự nhiên
• 2.1.1.1. Đặc điểm địa hình
• 2.1.1.2. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng
• 2.1.1.3. Đặc điểm khí tượng, thủy hải văn
• 2.1.2. Tình hình dân sinh, kinh tế
• 2.1.2.1. Khái quát chung
• 2.1.2.2. Tình hình dân sinh kinh tế vùng dự án
• 2.2. Diễn biến, hiện trạng đê kè và vùng bãi biển khu vực Cồn Tròn
• 2.2.1. Diễn biến và hiện trạng đê kè
• 2.2.2. Diễn biến và hiện trạng vùng bãi trước đê
• 2.3. Phân tích nguyên nhân gây xói và đề xuất giải pháp bảo vệ bãi, giảm sóng khu vực Cồn Tròn
• 2.4. Đề xuất các phương án bố trí hệ thống đập mỏ hàn khu vực Cồn Tròn
• 2.4.1. Mục đích, yêu cầu
• 2.4.2. Phương án bố trí các hệ thống đập mỏ hàn trên tuyến đê biển tỉnh Nam Định đã xây dựng
• 2.4.3. Phân tích đề xuất các phương án bố trí hệ thống đập mỏ hàn khu vực Cồn Tròn
• 2.4.4. Tính toán kết cấu đập mỏ hàn
• 2.4.5. Phân tích hiệu quả các phương án công trình từ kết quả tính toán mô hình MIKE 21 và lựa chọn phương án hợp lý
• 2.4.5.1. Phân tích hiệu quả các phương án công trình
• 2.4.5.2. Lựa chọn phương án hợp lý
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ thống đập mỏ hàn

Hệ thống đập mỏ hàn là một giải pháp công trình quan trọng nhằm bảo vệ bãi biển và giảm sóng tại khu vực ven biển. Tại Cồn Tròn, thuộc Đê Biển Hải Hậu, Nam Định, việc nghiên cứu và bố trí hợp lý hệ thống này trở nên cấp thiết do tình trạng xói lở nghiêm trọng. Đập mỏ hàn có khả năng giảm năng lượng sóng, tạo điều kiện cho bãi biển bồi lắng và ổn định. Theo nghiên cứu, việc áp dụng kỹ thuật xây dựng này đã được thực hiện ở nhiều quốc gia, tuy nhiên, tại Việt Nam, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết để tối ưu hóa hiệu quả của công trình. Việc nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn trong công tác quản lý nước và bảo vệ môi trường.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Tình hình xói lở bờ biển tại khu vực Cồn Tròn đang diễn ra phức tạp, ảnh hưởng đến an toàn của tuyến đê và đời sống của người dân. Việc nghiên cứu bố trí hợp lý hệ thống đập mỏ hàn là cần thiết để bảo vệ bãi biển và giảm thiểu tác động của sóng. Theo số liệu thống kê, khu vực này có chiều dài đê biển lên đến 91.981 mét, bảo vệ cho hàng trăm nghìn người dân. Nếu không có giải pháp kịp thời, tình trạng xói lở sẽ tiếp tục gia tăng, đe dọa đến an toàn của tuyến đê và tài sản của người dân. Do đó, nghiên cứu này không chỉ mang tính cấp thiết mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho khu vực ven biển.

II. Tổng quan về công trình bảo vệ bãi giảm sóng

Công trình bảo vệ bãi biển và giảm sóng bao gồm nhiều biện pháp khác nhau, trong đó có trồng rừng phòng hộ, xây dựng đập mỏ hàn, và nuôi bãi nhân tạo. Rừng phòng hộ có tác dụng giảm chiều cao sóng và bảo vệ môi trường sinh thái. Đập mỏ hàn là giải pháp công trình phổ biến, giúp giảm sóng và tạo bãi. Tuy nhiên, việc áp dụng các biện pháp này cần phải dựa trên các nghiên cứu khoa học và công nghệ hiện đại để đảm bảo hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, mặc dù có nhiều công trình được xây dựng, nhưng hiệu quả thực tế không đạt yêu cầu mong muốn. Do đó, việc nghiên cứu và đánh giá hiệu quả của các phương án công trình là rất cần thiết.

2.1. Các biện pháp công trình chống xói giảm sóng

Các biện pháp công trình chống xói và giảm sóng bao gồm việc xây dựng đập mỏ hàn và các công trình giảm sóng khác. Đập mỏ hàn có khả năng tạo ra các khu vực bồi lắng, giúp ổn định bờ biển. Tuy nhiên, việc thiết kế và bố trí các công trình này cần phải được thực hiện một cách khoa học, dựa trên các mô hình thủy động lực học. Nghiên cứu cho thấy, việc bố trí không hợp lý có thể dẫn đến tình trạng xói lở nghiêm trọng hơn. Do đó, việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại và mô hình hóa là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của các công trình này.

III. Phân tích và lựa chọn phương án bố trí hợp lý

Việc phân tích và lựa chọn phương án bố trí hệ thống đập mỏ hàn tại khu vực Cồn Tròn cần dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và thực tiễn. Các phương án được đề xuất phải đảm bảo hiệu quả trong việc giảm sóng và bảo vệ bãi biển. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng mô hình toán MIKE 21 để tính toán và phân tích hiệu quả của các phương án là rất cần thiết. Kết quả tính toán cho thấy, các phương án bố trí khác nhau có ảnh hưởng khác nhau đến quá trình bồi lắng và xói lở. Do đó, việc lựa chọn phương án hợp lý không chỉ dựa trên lý thuyết mà còn phải dựa trên thực tiễn và các yếu tố môi trường cụ thể.

3.1. Tính toán kết cấu đập mỏ hàn

Tính toán kết cấu của đập mỏ hàn là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế. Các yếu tố như chiều cao, chiều dài và hình dạng của đập cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo khả năng chịu lực và hiệu quả trong việc giảm sóng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại giúp cải thiện độ chính xác trong thiết kế. Kết quả tính toán cho thấy, các phương án thiết kế khác nhau có thể tạo ra những tác động khác nhau đến môi trường xung quanh. Do đó, việc lựa chọn phương án thiết kế cần phải được thực hiện một cách cẩn thận, dựa trên các dữ liệu thực tế và mô hình hóa.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Nam Định, nằm trong vùng đồng bằng ven biển Bắc Bộ, sở hữu tuyến đê biển dài gần 92 km, bảo vệ cho hơn 536.200 người dân cùng 56.911 ha đất tự nhiên tại 64 xã thuộc các huyện Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng và Trực Ninh. Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu và tác động của sóng, triều, dòng chảy đã gây ra hiện tượng xói lở nghiêm trọng tại bãi biển trước đê, đặc biệt tại khu vực Hải Thịnh III và Cồn Tròn. Nếu không có các giải pháp bảo vệ kịp thời, an toàn của tuyến đê biển sẽ bị đe dọa nghiêm trọng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích và lựa chọn phương án bố trí hợp lý hệ thống đập mỏ hàn tại khu vực Cồn Tròn, thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, nhằm giảm năng lượng sóng, tạo bồi giữ bãi, bảo vệ an toàn cho đê biển. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn đê biển từ K20+050 đến K21+600, xã Hải Hòa, huyện Hải Hậu, Nam Định, với dữ liệu thu thập từ năm 2013-2014. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng mô hình toán học hiện đại để dự báo diễn biến bãi biển, từ đó đề xuất giải pháp công trình phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai và bảo vệ tài sản quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết thủy động lực học ven bờ: Phân tích tác động của sóng, triều và dòng chảy ven bờ đến sự biến đổi bãi biển và công trình bảo vệ. Các hiện tượng như chảy lượn, chảy xoáy và bồi xói được mô tả chi tiết để hiểu cơ chế vận chuyển trầm tích.

• Mô hình đập mỏ hàn: Công trình đập mỏ hàn được xem là giải pháp công trình bảo vệ bãi, giảm sóng hiệu quả. Lý thuyết về bố trí, kết cấu và nguyên lý làm việc của đập mỏ hàn được áp dụng, bao gồm các dạng kết cấu như mái nghiêng, tường đứng, và các loại đập đặc biệt như đập chữ G ngắt quãng.

• Khái niệm chính:

  • Bồi xói bãi biển: Quá trình tích tụ hoặc mất mát trầm tích tại vùng bờ biển.
  • Hiệu quả giảm sóng: Tỷ lệ giảm chiều cao sóng khi sóng truyền qua công trình bảo vệ.
  • Khoảng cách hữu hiệu giữa các mỏ hàn: Khoảng cách tối ưu để đảm bảo hiệu quả bảo vệ bờ biển và hạn chế xói lở hạ lưu.
  • Mô hình toán MIKE 21: Công cụ mô phỏng thủy động lực và biến động đáy biển, được sử dụng để đánh giá các phương án bố trí đập mỏ hàn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp các phương pháp sau:

• Khảo sát thực địa và thu thập dữ liệu: Điều tra hiện trạng đê biển, bãi biển khu vực Cồn Tròn, thu thập số liệu địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn, hải văn và dân sinh kinh tế.

• Phân tích thống kê: Xử lý số liệu về sóng, triều, gió và dòng chảy để xác định đặc điểm thủy động lực vùng nghiên cứu.

• Mô hình toán học MIKE 21: Thiết lập lưới tính toán, nhập dữ liệu đầu vào gồm địa hình, khí tượng, thủy hải văn và đặc tính bùn cát. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình bằng số liệu quan trắc thực tế. Mô phỏng các kịch bản bố trí đập mỏ hàn để đánh giá hiệu quả giảm sóng và bồi xói.

• Phân tích tổng hợp và chuyên gia: Đánh giá các phương án dựa trên kết quả mô hình, kinh nghiệm thực tiễn và ý kiến chuyên gia để lựa chọn phương án tối ưu.

Cỡ mẫu dữ liệu bao gồm số liệu quan trắc thủy văn, khí tượng từ nhiều trạm ven biển trong khu vực, số liệu khảo sát địa hình và địa chất tại khu vực Cồn Tròn. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đại diện cho điều kiện tự nhiên và hiện trạng công trình. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn 2013-2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả giảm sóng của hệ thống đập mỏ hàn:
   Mô hình MIKE 21 cho thấy các phương án bố trí đập mỏ hàn có thể giảm chiều cao sóng tới 30-45% tại chân đê, giúp giảm áp lực sóng lên công trình đê biển. Phương án bố trí hợp lý nhất đạt hiệu quả giảm sóng trung bình 40%, cao hơn 10% so với phương án truyền thống.

2. Diễn biến bồi xói bãi biển:
   Kết quả mô phỏng cho thấy vùng bãi phía thượng lưu đập mỏ hàn có hiện tượng bồi tụ rõ rệt với mức tăng độ cao bãi khoảng 0,2-0,4 m sau một năm vận hành. Ngược lại, vùng hạ lưu có hiện tượng xói lở nhẹ, giảm khoảng 0,1-0,2 m, cần được kiểm soát bằng các biện pháp bổ sung.

3. Khoảng cách và góc bố trí đập mỏ hàn:
   Phân tích cho thấy khoảng cách giữa các đập từ 150 đến 200 m và góc nghiêng mỏ hàn khoảng 30°-45° so với đường bờ là tối ưu, đảm bảo hiệu quả bảo vệ bờ và hạn chế tác động tiêu cực đến dòng chảy ven bờ.

4. So sánh mùa đông và mùa hè:
   Vận tốc dòng chảy trong hệ thống đập mỏ hàn biến động theo mùa, với vận tốc trung bình mùa đông thấp hơn khoảng 15% so với mùa hè, ảnh hưởng đến quá trình bồi tụ và xói lở. Điều này cần được tính đến trong thiết kế và vận hành công trình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu quả giảm sóng cao của phương án tối ưu là do bố trí hợp lý vị trí, chiều dài và góc nghiêng của các đập mỏ hàn, tận dụng được tác động phân tán năng lượng sóng và hướng dòng chảy. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về công trình đập mỏ hàn, đồng thời khẳng định tính khả thi của mô hình toán MIKE 21 trong dự báo thủy động lực và biến động bãi biển.

Hiện tượng bồi tụ thượng lưu và xói lở hạ lưu là đặc trưng phổ biến của hệ thống đập mỏ hàn, do sự phân bố lại dòng chảy và vận chuyển trầm tích. So với các nghiên cứu trước đây, mức độ bồi tụ và xói lở tại Cồn Tròn nằm trong khoảng an toàn, tuy nhiên cần có biện pháp bổ sung như nuôi bãi nhân tạo để cân bằng trầm tích.

Dữ liệu vận tốc dòng chảy theo mùa cho thấy sự biến động đáng kể, ảnh hưởng đến hiệu quả công trình. Việc trình bày dữ liệu này qua biểu đồ vận tốc dòng chảy theo thời gian và vị trí sẽ giúp minh họa rõ ràng hơn cho các nhà quản lý và kỹ sư thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai xây dựng hệ thống đập mỏ hàn theo phương án tối ưu:
   Thực hiện trong vòng 2 năm, tập trung tại khu vực Cồn Tròn với khoảng cách đập 150-200 m, góc nghiêng 30°-45°, nhằm giảm sóng và tạo bồi giữ bãi hiệu quả.

2. Kết hợp nuôi bãi nhân tạo tại vùng hạ lưu đập mỏ hàn:
   Áp dụng trong 3 năm tiếp theo để bù đắp lượng trầm tích thiếu hụt, hạn chế xói lở hạ lưu, đảm bảo ổn định bãi biển lâu dài.

3. Tăng cường quan trắc và hiệu chỉnh mô hình thủy động lực:
   Thực hiện định kỳ hàng năm để theo dõi diễn biến bãi biển và hiệu quả công trình, từ đó điều chỉnh thiết kế và vận hành phù hợp.

4. Xây dựng kế hoạch quản lý và bảo trì công trình:
   Giao cho Ban Quản lý đê biển tỉnh Nam Định chịu trách nhiệm, đảm bảo công trình hoạt động ổn định, giảm thiểu hư hỏng do tác động môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà thiết kế và kỹ sư công trình thủy lợi ven biển:
   Sử dụng kết quả nghiên cứu để lựa chọn và thiết kế hệ thống đập mỏ hàn phù hợp với điều kiện địa phương, nâng cao hiệu quả bảo vệ bờ biển.

2. Cơ quan quản lý đê điều và phòng chống thiên tai:
   Áp dụng các khuyến nghị để lập kế hoạch đầu tư, bảo trì và giám sát công trình bảo vệ bờ biển, giảm thiểu thiệt hại do xói lở và bão lũ.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy:
   Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình toán và kết quả phân tích để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

4. Các nhà hoạch định chính sách về phát triển bền vững ven biển:
   Dựa trên luận văn để xây dựng chính sách bảo vệ môi trường, phát triển kinh tế xã hội vùng ven biển, kết hợp các giải pháp công trình và phi công trình.

Câu hỏi thường gặp

1. Đập mỏ hàn là gì và có tác dụng gì trong bảo vệ bờ biển?
   Đập mỏ hàn là công trình xây dựng dạng mỏ nhô ra biển, có tác dụng giảm năng lượng sóng, tạo bồi tụ trầm tích, giữ bãi và bảo vệ đê biển khỏi xói lở. Ví dụ tại Cồn Tròn, đập mỏ hàn giúp giảm sóng tới 40%.

2. Tại sao cần bố trí hợp lý hệ thống đập mỏ hàn?
   Bố trí không hợp lý có thể gây xói lở hạ lưu hoặc giảm hiệu quả bảo vệ. Khoảng cách và góc nghiêng đập ảnh hưởng đến dòng chảy và bồi tụ, do đó cần nghiên cứu kỹ lưỡng để tối ưu hóa.

3. Mô hình MIKE 21 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   MIKE 21 mô phỏng thủy động lực và biến động đáy biển, giúp dự báo diễn biến bãi trước và sau khi xây dựng đập mỏ hàn, từ đó đánh giá hiệu quả các phương án bố trí.

4. Giải pháp nuôi bãi nhân tạo có vai trò gì?
   Nuôi bãi nhân tạo bổ sung trầm tích cho vùng bị xói lở, giúp cân bằng lượng cát và duy trì ổn định bãi biển, đặc biệt quan trọng tại vùng hạ lưu đập mỏ hàn.

5. Làm thế nào để theo dõi hiệu quả công trình sau khi xây dựng?
   Cần tổ chức quan trắc định kỳ về sóng, dòng chảy, biến động bãi và tình trạng công trình, kết hợp hiệu chỉnh mô hình toán để điều chỉnh vận hành và bảo trì kịp thời.

Kết luận

• Hệ thống đập mỏ hàn tại khu vực Cồn Tròn có khả năng giảm sóng từ 30-45%, góp phần bảo vệ an toàn tuyến đê biển Hải Hậu.
• Diễn biến bồi tụ thượng lưu và xói lở hạ lưu là đặc trưng cần được kiểm soát bằng các biện pháp bổ sung như nuôi bãi nhân tạo.
• Khoảng cách và góc bố trí đập mỏ hàn là yếu tố quyết định hiệu quả công trình, cần được thiết kế phù hợp với điều kiện thủy động lực địa phương.
• Mô hình toán MIKE 21 là công cụ hiệu quả trong dự báo và lựa chọn phương án công trình bảo vệ bờ biển.
• Đề xuất triển khai xây dựng và quản lý công trình trong vòng 2-3 năm, đồng thời tăng cường quan trắc và bảo trì để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn quan trọng cho công tác thiết kế, xây dựng và quản lý hệ thống đập mỏ hàn bảo vệ bờ biển tại Nam Định và các vùng ven biển tương tự. Các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả này để nâng cao hiệu quả phòng chống xói lở và bảo vệ tài nguyên ven biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BÃI, GIẢM SÓNG KHU VỰC VEN BIỂN 1. Công trình bảo vệ bãi, giảm sóng khu vực ven biển 1. Trồng rừng phòng hộ Rừng phòng hộ ven biển là một bộ phận cấu thành của công trình đê biển, có tác dụng giảm chiều cao sóng trước đê, tăng khả năng lắng đọng phù sa bảo vệ bãi, bảo vệ môi trường sinh thái.

Đây là giải pháp được áp dụng nhiều trong thực tế do có nhiều ưu điểm như: Thân thiện với môi trường, chi phí đầu tư thấp, dễ thực hiện. Rừng ngập mặn đê biển ở Hải Phòng 1. Biện pháp công trình chống xói, giảm sóng Đối với vùng bãi biển bị xâm thực và tại đó không trồng được cây chắn sóng, giải pháp bảo vệ bãi là xây dựng công trình giảm sóng, chống xói, tạo bãi. Các dạng công trình thường áp dụng là đập mỏ hàn hoặc đập phá/giảm sóng.

Trên thế giới cũng như tại Việt Nam, đây là giải pháp được ứng dụng nhiều trong thực tế. Những nghiên cứu về đập mỏ hàn hay đập phá/giảm sóng là tương đối phong phú, tuy vậy, vẫn có những công trình xây dựng xong nhưng hiệu quả thực tế không được như mong muốn. Đập mỏ hàn tại Nam Định Hình 1. Đập mỏ hàn tại Quảng Bình 6 1.

Nuôi bãi nhân tạo Nuôi bãi nhân tạo là loại công trình dùng phương pháp vận chuyển bùn cát từ nơi khác đến bù vào bờ, bãi biển cần thiết bảo vệ để duy trì, cải thiện sự ổn định của bờ biển hoặc để tạo ra một bãi biển theo ý muốn, khôi phục trạng thái tự nhiên. Đây là giải pháp phòng chống xói lở, ổn định đường bờ mang tính “phi công trình” hay còn gọi là giải pháp công trình “mềm” đã được áp dụng thành công ở nhiều nước có nền khoa học kỹ thuật tiên tiến trên thế giới. Tại Việt Nam, giải pháp này đã được đưa vào Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển [1], dù vậy có rất ít công trình được áp dụng trên thực tế, và chủ yếu là đối với các bãi biển cần tôn tạo, mở rộng phục vụ phát triển du lịch, ví dụ tại bãi biển Mũi Né, Bình Thuận hay tại Đa Phước, Đà Nẵng [15]. Nuôi bãi xa bờ từ tàu nạo vét - bơm thổi cát và nuôi bãi trực tiếp bằng hệ thống đường ống bờ cát tại bờ biển (Nguồn: Internet) Hình 1.

Nuôi bãi kết hợp với đập mỏ hàn L tại Mũi Né, Bình Thuận (Nguồn: Google Earth) 7 1. Các vấn đề khoa học, công nghệ trong xây dựng hệ thống đập mỏ hàn 1. Diễn biến vùng bãi khi có hệ thống đập mỏ hàn Dựa trên các kết quả nghiên cứu và thành tựu xây dựng mỏ hàn biển, có thể rút ra một số mối quan hệ và ứng xử của hệ thống mỏ hàn như sau [21]: - Quy luật diễn biến bồi xói bên trong hệ thống mỏ hàn: Thượng lưu bồi, hạ lưu xói lở (Hình 1. Bồi xói bên trong hệ thống mỏ hàn - Hiện tượng chảy lượn, chảy xoáy, tách xa bờ khu vực giữa 2 mỏ hàn: Tùy theo tác động của hướng sóng và dòng chảy ven bờ mà có thể xuất hiện các hiện tượng: Chảy lượn theo bờ và dọc theo mỏ hàn rồi hướng ra biển - Hình 1.7 (a); chảy xoáy một vòng tròn - Hình 1.7 (b); chảy xoáy hai vòng tròn tạo thành khu nước vật bên cạnh mỏ hàn - Hình 1.

Hiện tượng chảy lượn, chảy xoáy, tách xa bờ khu vực giữa 2 mỏ hàn (c) 8 - Bồi lắng và xói lở giữa các mỏ hàn: Phụ thuộc việc bố trí công trình trong hệ thống đập (Hình 1. Bồi, xói giữa các mỏ hàn khi góc θ=30°÷55° Hình 1. Bồi, xói giữa các mỏ hàn khi góc θ=90° - Tác động tiêu cực do hệ thống mỏ hàn gây ra: Thiếu hụt hàm lượng cát vận chuyển về hạ du, gây ra tình trạng xói lở hạ lưu hệ thống mỏ hàn. Để khắc phục tác động tiêu cực này, khi xây dựng hệ thống đập mỏ hàn, có thể xem xét giải pháp khắc phục bằng cách kết hợp nuôi bãi.

Hệ thống mỏ hàn biển chịu tác động của nhiều yếu tố như sóng, dòng chảy ven bờ, điều kiện kỹ thuật của nền móng, môi trường nước biển. Sự tương tác giữa hệ thống mỏ hàn với vách bờ, bãi biển và các yếu tố nêu trên là rất phức tạp và khó dự đoán hết. Những mối quan hệ và sự ứng xử của hệ thống mỏ hàn với vách bờ, bãi biển trên đây được làm sáng tỏ từ các quan trắc, bằng mô hình vật lý và mô hình toán học. Tuy nhiên, với phạm vi nhỏ của khu vực đặt hệ thống mỏ hàn so với vùng biển rộng lớn và với các tác động ngẫu nhiên, phức tạp của nhiều yếu tố thì các mô hình vật lý và toán học không phải lúc nào cũng có thể diễn đạt điều kiện làm việc, ứng xử và hiệu quả của hệ thống mỏ hàn sát với thực tế.

Phương pháp thiết kế hệ thống đập mỏ hàn Hệ thống đập mỏ hàn thuộc loại công trình bảo vệ bờ. Khi quy hoạch và thiết kế, cần căn cứ vào đặc điểm vùng bờ, mục tiêu bảo vệ, hiện trạng công trình, điều 9 kiện địa hình, địa chất để tiến hành vạch tuyến và bố trí các công trình bảo vệ. Tiếp theo cần tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và thông qua so sánh để lựa chọn phương án tối ưu. - Về tuyến công trình: Tính toán, xác định đường bao ngoài cho hệ thống mỏ hàn và nối tiếp với đường bờ về cả hai phía để tạo thành đường trơn thuận.

- Các hình thức mặt cắt ngang: Có thể sử dụng các dạng hình thức mặt cắt ngang: + Dạng tường đứng: Loại trọng lực, loại cọc; + Công trình dạng mái nghiêng: Có nhiều kiểu kết cấu, phụ thuộc vào: Cách hình thành lõi đê (đá đổ có hoặc không phân loại, chồng chất các khối bê tông.); cách phủ mái chắn sóng; cách thức lớp đệm; xử lý đỉnh đê. + Công trình dạng hỗn hợp: Bao gồm phần tường đứng (tường trọng lực) đặt trên bệ đê mái nghiêng có chiều cao chiếm quá nửa tổng chiều cao đê. + Công trình có kết cấu dạng đặc biệt: Cọc ván thép, cọc ống, phao hoặc xà lan đánh chìm v. Khi lựa chọn hình thức kết cấu đập mỏ hàn cần xét đến điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, thủy văn), nhiệm vụ công trình, điều kiện thi công, khả năng cung cấp vật liệu, kinh phí đầu tư.

Có thể lựa chọn một loại hình kết cấu cho toàn tuyến, cũng có thể sử dụng các loại hình kết cấu khác nhau cho các đoạn khác nhau, phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất từng đoạn. - Các nội dung tính toán: Tùy thuộc vào loại hình thức kết cấu có các nội dung tính toán phù hợp: + Với đê tường đứng dạng trọng lực: Cần tính ổn định chống lật (quanh trục ở đáy tường và ở các khe nằm ngang, khe răng), ổn định chống trượt theo đáy tường và theo các khe nằm ngang trong đê khối xếp, ổn định chống trượt theo đáy bệ đê, sức chịu tải của bệ đê, sức chịu tải của đất nền, tính lún của đê; + Với đê tường đứng bằng cọc cừ: Có các bài toán về ổn định tổng thể của đê nhờ sức giữ của các cọc cừ (xác định chiều sâu đóng cọc), bài toán về độ bền của cọc cừ và các cấu kiện khác; 10 + Với đập mỏ hàn dạng mái nghiêng: Có các bài toán về tính trọng lượng ổn định của khối phủ mái nghiêng, tính ổn định công trình mái nghiêng (đối với khối tường đỉnh, ổn định của đê và nền). Tại Việt Nam, hiện nay công tác thiết kế hệ thống đập mỏ hàn ở đê biển đang áp dụng “Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển” ban hành theo Quyết định số 1613/QĐ-BNN-KHCN ngày 9/7/2012 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Trong tiêu chuẩn này, việc xác định kích thước kết cấu bảo vệ mái đập, kích thước và trọng lượng khối phủ mái đập được hướng dẫn khá chi tiết.

Nội dung bố trí hệ thống (về tuyến, phương đặt trục dọc, chiều cao, khoảng cách giữa các đập), tiêu chuẩn cũng đưa ra những chỉ dẫn mang tính định hướng và quy định: Trường hợp dự án có quy mô lớn, phải tiến hành thử nghiệm, tổ chức quan trắc để điều chỉnh thiết kế cho phù hợp. Các kết quả nghiên cứu về đập mỏ hàn ở Việt Nam và trên thế giới 1. Các nghiên cứu về kết cấu dòng chảy khu vực mỏ hàn Kết cấu dòng chảy khu vực mỏ hàn trong công tác chỉnh trị sông được nghiên cứu sớm bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới. Kết quả của những nghiên cứu này được trình bày trong các sách giáo khoa về công trình chỉnh trị.

Đối với mỏ hàn trong dòng sông, nguyên tắc làm việc của đập phụ thuộc vào trạng thái làm việc của nó [3]: Hình 1. Dòng chảy khu Hình 1. Dòng chảy khu vực mỏ hàn ngập vực mỏ hàn không ngập (a – Mặt cắt dọc; b-Mặt bằng) 11 - Khi chưa ngập, tác dụng chủ yếu của đập mỏ hàn là thu hẹp dòng chảy, đẩy chủ lưu ra xa bờ nhờ sự phân bố lại lưu tốc trên thủy trực và trên chiều rộng mặt nước ở mặt cắt công trình (Hình 1.10); - Khi ngập, tác dụng chủ yếu của mỏ hàn là hướng dẫn chuyển động của bùn cát nhờ tác dụng của dòng xoắn trục ngang hình thành sau công trình (Hình 1. Hiện nay, chưa có những phát hiện gì mới về bản chất hiện tượng.

Các nghiên cứu về diễn biến lòng sông khu vực mỏ hàn Hố xói đầu đập mỏ hàn sử dụng trong công tác chỉnh trị sông được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới. Matveep sau khi xem xét toàn diện các nhân tố ảnh hưởng đến chiều sâu hố xói đầu đập mỏ hàn bao gồm: Lưu tốc, chiều dài đập, độ dốc, góc kẹp giữa hướng nước chảy và trục đập, sự hình thành lòng sông v. đã đề ra công thức tính toán cho đập không ngập theo công thức 1.1) 2 g Trong đó: ∆h - Chiều sâu hố xói đầu mỏ hàn (m); U - Lưu tốc tiến gần mỏ hàn (m/s); k 1 - Hệ số có quan hệ đến chiều dài l của mỏ hàn chiếu lên đường thẳng góc với phương của dòng chảy.2) k 2 - Hệ số có quan hệ đến hệ số mái dốc m đầu mỏ.3) α α - Góc giữa trục mỏ hàn và phương dòng chảy, khi α>90°, lấy tg = 1; 2 g - Gia tốc trọng trường (m/s2); d - Đường kính hạt cát lòng sông (m). 12 Trường hợp bờ xói lở ít, chiều rộng sông ổn định, Antunin đề nghị dùng công thức 1.