đặt vấn đề: "Nghiên cứu đề xuất kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa bảo vệ bờ biển Tây đồng bằng sông Cửu Long" có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực bảo vệ bờ biển hiện nay. Ý tưởng tuyến đê giảm sóng xa bờ có kết cấu cọc rỗng hình móng ngựa được minh họa như Hình 2: -3- Hình 2 : Ý tưởng tuyến đê giảm sóng có kết cấu cọc rỗng hình móng ngựa 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đề xuất kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa bảo vệ bờ biển Tây đồng bằng sông Cửu Long. - Xây dựng được công thức thực nghiệm xác định hệ số truyền sóng qua kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa.
- Xây dựng được biểu đồ bao và phương pháp xác định áp lực sóng lớn nhất lên bề mặt tiếp sóng của kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Tương tác sóng với kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa đặt xa bờ với điều kiện thủy động lực vùng biển Tây đồng bằng sông Cửu Long. - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu sóng truyền qua kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa với điều kiện tự nhiên vùng biển Tây đồng bằng sông Cửu Long. + Nghiên cứu áp lực sóng lớn nhất tác động lên mặt tiếp sóng của kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa với điều kiện tự nhiên vùng biển Tây đồng bằng sông Cửu Long.
Nội dung nghiên cứu - Tổng quan nghiên cứu tương tác sóng với các dạng kết cấu đê giảm sóng trên thế giới cũng như trong nước, từ đó tìm ra các khoảng trống học thuật và đề xuất vấn đề nghiên cứu của Luận án; - Nghiên cứu cơ sở khoa học, đề xuất giải pháp kết cấu mới bảo vệ bờ biển và tiến hành thực nghiệm trên mô hình vật lý nghiên cứu tương tác sóng với kết cấu đề xuất; - Nghiên cứu xác định hệ số truyền sóng, áp lực sóng lên kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa; - Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong thiết kế công trình giảm sóng tại khu vực biển Tây, tỉnh Cà Mau. Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết được mục tiêu và nội dung nghiên cứu đặt ra, luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu như sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng quan, thống kê, phân tích, kế thừa có chọn lọc các tài liệu nghiên cứu có liên quan đến vấn đề đặt ra, tìm ra những vấn đề nghiên cứu mới phù hợp với phạm vi nghiên cứu của luận án. Sử dụng phương pháp phân tích thứ nguyên để thiết lập mối quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản với hệ số truyền sóng và áp lực sóng lên kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa. Sử dụng phương pháp mô phỏng số để giải thích và làm sáng tỏ hơn bản chất hiện tượng vật lý khi sóng tương tác với kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa.
Sử dụng phương pháp hồi quy và lý thuyết thống kê để xây dựng công thức thực nghiệm xác định hệ số truyền sóng qua kết cấu. -5- - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm mô hình vật lý thu nhỏ trên máng sóng, xác định quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản ảnh hưởng đến sóng truyền, sóng phản xạ và áp lực sóng tác động lên kết cấu. Xử lý số liệu thí nghiệm, phân tích mối quan hệ và đề xuất được dạng công thức thực nghiệm xác định hệ số truyền sóng, xây dựng đường bao và phương pháp tính toán áp lực sóng lớn nhất tác động lên bề mặt của kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa. - Phương pháp chuyên gia: Tổ chức hội thảo khoa học, tiếp thu ý kiến phản biện của các nhà khoa học chuyên sâu về lĩnh vực nghiên cứu của luận án.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Luận án đã đề xuất được kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa (HPB) đặt xa bờ để bảo vệ bờ biển Tây vùng ĐBSCL. Đồng thời luận án đã xây dựng được công thức thực nghiệm xác định hệ số truyền sóng qua kết cấu đề xuất, mô tả sự phân bố và phương pháp xác định giá trị áp lực sóng lớn nhất lên bề mặt tiếp sóng của HPB. Các kết quả của luận án đã góp phần bổ sung, làm phong phú thêm các kết quả nghiên cứu về đê giảm sóng nói chung và đê giảm sóng xa bờ có kết cấu cọc rỗng hình móng ngựa nói riêng. - Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án giúp Chủ đầu tư, đơn vị tư vấn thiết kế có thể tham khảo trong việc phân tích, lựa chọn và tính toán thiết kế công trình giảm sóng xa bờ nhằm bảo vệ bờ biển Tây khu vực ĐBSCL nói riêng và những khu vực khác có điều kiện tương tự.
Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, danh mục các công trình đã công bố, -6- tài liệu tham khảo và Phụ lục, luận án bao gồm 4 chương: Chương I: Tổng quan nghiên cứu tương tác sóng với kết cấu đê giảm sóng Nội dung của chương là tổng quan tình hình nghiên cứu về tương tác sóng với các dạng kết cấu đê giảm sóng khác nhau trên thế giới và trong nước, trong đó trọng tâm là các kết quả nghiên cứu về sự truyền sóng, phản xạ sóng và áp lực sóng lên đê giảm sóng kết cấu rỗng. Xác định các mặt còn tồn tại từ đó đề xuất vấn đề nghiên cứu của luận án. Chương II: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu Trên cơ sở phân tích đặc điểm khu vực nghiên cứu, luận án đã luận giải và đề xuất mới kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa. Dựa vào phương trình cân bằng năng lượng sóng, luận án đã xác định các tham số chi phối cơ bản đến hệ số truyền sóng và áp lực sóng lên kết cấu đề xuất.
Từ đó xây dựng mô hình vật lý và các kịch bản thí nghiệm chi tiết trên máng sóng nhằm tạo ra bộ số liệu phục vụ phân tích các đặc trưng tương tác sóng với kết cấu HPB. Chương III: Xác định hệ số truyền sóng, áp lực sóng lên kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa Các đặc trưng tương tác sóng với kết cấu HPB đã được phân tích và làm sáng tỏ, cho thấy kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa đề xuất có cơ sở khoa học đáng tin cậy. Trên cơ sở bộ số liệu thí nghiệm, luận án đã xây dựng được công thức thực nghiệm xác định hệ số truyền sóng qua kết cấu HPB; xác định được dạng biểu đồ phân bố áp lực sóng và đề xuất phương pháp tính toán áp lực sóng tác động lên mặt tiếp sóng của kết cấu HPB. Chương IV: Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong thiết kế công trình giảm sóng tại khu vực biển Tây tỉnh Cà Mau Các kết quả nghiên cứu về truyền sóng và áp lực sóng lên kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa được ứng dụng để thiết kế cho công trình tại huyện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau đảm bảo chức năng giảm sóng theo yêu cầu và ổn định.
-7- Các so sánh, đánh giá với các giải pháp hiện có về một số tiêu chí cũng được thực hiện để khẳng định tính khả thi của giải pháp đề xuất. Những đóng góp mới của luận án Luận án có 3 đóng góp mới: 1) Đề xuất kết cấu đê giảm sóng dạng cọc rỗng hình móng ngựa bảo vệ bờ biển Tây đồng bằng sông Cửu Long; 2) Xây dựng công thức thực nghiệm (3.6) xác định hệ số truyền sóng qua kết cấu đề xuất; 3) Xây dựng biểu đồ bao áp lực sóng lớn nhất lên kết cấu đề xuất. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC SÓNG VỚI KẾT CẤU ĐÊ GIẢM SÓNG 1. Tổng quan về đê giảm sóng Khái quát chung Đê giảm sóng (ĐGS) là dạng công trình được xây dựng ở vùng ngập nước của bãi biển và cách xa bờ biển một khoảng cách thích hợp nhằm giảm chiều cao sóng tới, giảm tác động của sóng vào bờ biển, đê biển [5].
Theo dữ liệu nghiên cứu của chương trình DELOS (Environment Design of Low Crested Coastal Defense Structures) tiến hành từ năm 1998 đến 2002 cho thấy, tại châu Âu có khoảng 1245 đê giảm sóng, chiếm 66% công trình chủ động bảo vệ bờ biển. Các công trình đê giảm sóng được xây dựng nhiều nhất ở Anh, Italia và Tây Ban Nha [13]. Tại châu Á, Nhật Bản bắt đầu xây dựng các ĐGS đầu tiên từ những năm 1960 và hiện là quốc gia có số lượng ĐGS lớn nhất thế giới. Tính đến năm 1996, Nhật Bản có khoảng 7371 công trình ĐGS được xây dựng với tổng chiều dài 837km.
Một vài quốc gia khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Singapore và Việt Nam chúng ta cũng ứng dụng ĐGS để bảo vệ bờ biển song còn rất hạn chế về số lượng và quy mô công trình so với Nhật Bản và các nước Châu Âu [13]. Phân loại đê giảm sóng Có nhiều cách để phân loại ĐGS như: + Theo vị trí đặt công trình so với bờ gồm có: đê tách bờ, đê gần bờ, đê xa bờ; + Theo điều kiện làm việc của ĐGS gồm có: đê ngầm, đê nhô, đê nổi; + Theo hình dạng mặt cắt ngang, vật liệu xây dựng gồm có: đê mái nghiêng, tường đứng, đê hỗn hợp đá đổ + khối phủ hoặc theo hình thức kết cấu. Trong phạm vi luận án, NCS tiến hành tổng quan các nghiên cứu về các dạng kết cấu ĐGS khác nhau nhằm đánh giá đề xuất vấn đề nghiên cứu. Tổng quan các nghiên cứu về tương tác giữa sóng với kết cấu đê giảm sóng trên thế giới Đê giảm sóng mái nghiêng Đê giảm sóng mái nghiêng là loại kết cấu được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới.
Thông thường ĐGS có cấu tạo bằng các khối phủ đá hộc khối lớn bên ngoài, lõi đê bằng đá hộc hỗn hợp hoặc toàn bộ bằng đá hộc khối lớn. Đối với vùng khan hiếm đá hộc khối lớn hoặc vùng chịu tác động của sóng lớn, đá hộc khối lớn không đảm bảo ổn định sẽ được thay thế bằng các khối bê tông dị hình. Các yếu tố chi phối đến sự truyền sóng qua ĐGS mái nghiêng được thể hiện như Hình 1.