CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỜ ĐẢO, DIỄN BIẾN BỜ ĐẢO VÀ GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH BỜ ĐẢO 1. Khái quát chung về nghiên cứu diễn biến bờ đảo và giải pháp bảo vệ 1. Khái niệm về diễn biến bờ biển Bờ biển luôn biến đổi một cách liên tục dưới tác dụng của sóng và dòng chảy tại nhiều phạm vi không gian và bước thời gian khác nhau. Ví dụ như khi bờ biển chịu tác động của một con sóng đơn làm bùn cát ở ven bờ nổi lơ lửng trong nước và dòng chảy do sóng sinh ra sẽ vận chuyển bùn cát bị nổi lơ lửng này về phía hạ lưu của dòng chảy dọc bờ.
Quá trình tác động của sóng đơn này chỉ diễn ra trong vòng vài giây và có phạm vi tác động dải sóng vỡ mà thôi. Nhưng khi quá trình này diễn ra liên tục trong nhiều ngày hoặc nhiều năm, nó có thể gây ra hiện tượng xói lở bờ biển kéo dài trên một vùng rộng vài trăm mét đến hàng chục kilômét. Hiện tượng xói lở hoặc bồi tụ liên tục trong thời gian nhiều tháng, nhiều năm sẽ dẫn tới đường bờ bị suy thoái. Cũng có những diễn biến bờ biển đòi hỏi phải được xem xét trên một phạm vi rộng đến hàng trăm kilômét và trong khoảng thời gian hàng trăm năm, ví dụ như những quá trình thành tạo và phát triển của các đồng bằng châu thổ sông Hồng hay đồng bằng sông Cửu Long, hay quá trình phát triển, suy thoái và thay thế của các cửa sông trên một hệ thống các cửa sông đổ ra biển.
Vậy quá trình diễn biến bờ biển là gì ? Nó được hiểu là các quá trình tự nhiên có tác động tới sự biến đổi hình dạng đường bờ, vùng ven bờ và được xem xét, nghiên cứu ở nhiều phạm vi không gian và thời gian khác nhau tùy thuộc vào tính chất và mức độ phát triển của các quá trình này. Ví dụ như quá trình xói lở bãi biển, tại chân các đụn cát do bão thường được xem xét trong thời gian xảy ra bão (có thể vài giờ, hoặc một ngày) nhưng quá trình tự khôi phục lại bãi biển sau đó có thể xảy ra trong một vài tháng hoặc trong mùa kế tiếp. Các nguyên nhân gây xói lở bờ biển và giải pháp bảo vệ a. Khái quát các nguyên nhân gây xói lở bờ biển 4 Xói lở và bồi tụ được định nghĩa là các hiện tượng nhằm chỉ sự biến đổi đáng kể của đường bờ dưới tác dụng của các yếu tố tự nhiên như sóng, dòng chảy, gió và dưới tác động của con người.
Vì vậy, khi tình trạng xói lở bồi tụ diễn ra tại khu vực nào đó của bờ biển, chúng sẽ làm tăng khả năng mất ổn định của đường bờ. Các nguyên nhân gây xói lở bờ biển được khái quát bao gồm các hình thức sau: - Do suy giảm nguồn bùn cát từ sông đổ ra biển. - Do suy giảm nguồn cung cấp bùn cát từ các đụn cát gần bờ. - Do hoạt động khai thác trầm tích và khoáng sản ở ven bờ hoặc trực tiếp trên bãi biển.
- Do hiện tượng gia tăng năng lượng sóng ven bờ khi thềm bãi bị hạ thấp. - Do hiện tượng gián đoạn dòng vận chuyển trầm tích dọc bờ (do xây dựng công trình ven bờ hoặc do các tác động của tự nhiên). - Do sự thay đổi của góc sóng tới so với đường bờ. - Do hiện tượng gia tăng số lần xuất hiện và cường độ của các trận bão đổ bộ vào bờ biển.
- Do hiện tượng hình thành các sóng phản xạ ở ven bờ làm gia tăng xói lở bờ. - Do giải rừng ngập mặn tự nhiên ven bờ bị suy thoái, phá hủy làm gia tăng sóng tới gây xói lở bờ biển. Trên đảo Lý Sơn, tình trạng khai thác cát và khoáng sản gần bờ để phục vụ cho canh tác trồng tỏi của người dân địa phương được diễn ra hàng năm, đây là nguyên nhân rất lớn gây ra mất ổn định cho bờ đảo. Ngoài ra, còn có các nguyên nhân khác như do gián đoạn của vận chuyển bùn cát dọc bờ, do sự thay đổi của góc sóng tới so với đường bờ, do hiện tượng gia tăng năng lượng sóng ven bờ.
Các giải pháp bảo vệ Sau đây là các giải pháp được sắp xếp theo trình tự từ giải pháp mang tính bị động tới giải pháp mang tính chủ động trên quan điểm bảo vệ bờ đảo bằng công trình. 5 - Giải pháp di dời và dịch chuyển dân đến nơi an toàn. Địa hình nguồn gốc núi lửa chiếm đến 70% diện tích của đảo nên quỹ đất để ở và sản xuất ở đây rất hạn chế. Tại các vị trí có địa hình cao, với tàn tích của núi lửa để lại chỉ là những dải núi đá, những vị trí này không thể xây dựng nhà cửa và sản xuất được.
Vì vậy, với giải pháp di dời và dịch chuyển dân rất khó để áp dụng cho đảo Lý Sơn. - Giải pháp bảo vệ mềm: Nuôi bãi nhân tạo và trồng rừng ngập mặn bảo vệ bờ. Với đặc điểm địa chất ven đảo chủ yếu là đá ngầm và cát kết hợp với đặc trưng sóng gió khu vực đảo Lý Sơn thì giải pháp nuôi bãi nhân tạo và trồng rừng ngập mặn bảo vệ bờ đảo là giải pháp không khả thi. - Giải pháp cứng – Xây dựng công trình ổn định bảo vệ bờ: Xây dựng các công trình kiên cố như đập mỏ hàn, kè bảo vệ bờ, tường chắn sóng, đập phá sóng ngoài khơi.
Với đặc điểm địa hình, địa chất của đảo Lý Sơn thì bảo vệ bờ bằng giải pháp xây dựng các công trình kiên cố nhằm cứng hóa đường bờ như kè bảo vệ bờ, tường chắn sóng. là giải pháp hợp lý nhất. Các nghiên cứu về diễn biến bờ và xâm thực đảo 1. Các nghiên cứu diễn biến bờ trên thế giới Nghiên cứu tác động của sóng lên bờ biển và công trình biển đã có từ thế kỷ 18, 19 và phát triển mạnh nhất từ sau thế chiến thứ 2.
Nổi bật nhất là các nhà khoa học của 2 cường quốc lúc bấy giờ là Mỹ và Liên xô, các nhà nghiên cứu coi sóng, gió như là quá trình ngẫu nhiên, chuẩn dừng và áp dụng lý thuyết phân tích phổ để nghiên cứu. Từ phân tích phổ sóng, cho phép phát hiện nhiều đặc điểm của quá trình sóng. Những năm gần đây nghiên cứu xói lở bờ biển còn theo hướng nghiên cứu theo lượng năng lượng mang bởi sóng đánh vào bờ, tiêu biểu là các nghiên cứu của M. Năm 1951, Chính phủ Mỹ thành lập cơ quan chuyên nghiên cứu về vận chuyển bùn cát và xâm thực bãi biển là Beach Erosion Board (BEB).
Dưới sự lãnh đạo của J.Spender Smith, BEB nghiên cứu các biện pháp hữu hiệu chống lại quá trình xâm 6 thực bờ biển do sóng và dòng chảy tại các vùng ven đại dương nước Mỹ. BEB đã đóng góp rất quan trọng vào việc phát triển kỹ thuật công trình ven biển và nghiên cứu các quá trình động lực học ven bờ. Nổi bật nhất trong nghiên cứu sóng tác động lên bờ biển, lên công trình ven biển là các nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật bờ biển (Coastal Engineering Research Center CERC)[2] của quân đội Mỹ. Bộ cẩm nang kỹ thuật nổi tiếng Shore Protection Manual SPM[3] với lần sửa đổi bổ sung tái bản năm 1984 của CERC được sử dụng trên khắp thế giới ngày nay.
Hiện nay trên thế giới có hai nhánh nghiên cứu về khí tượng thủy văn biển: a. Nhánh thứ nhất: Nghiên cứu bản chất, cơ chế động học phát sinh, phát triển và mối quan hệ của các yếu tố khí tượng thủy văn biển. Trong nhánh nghiên cứu thứ nhất, ngoài hướng dùng các phương pháp toán học mô phỏng quá trình vật lý của các yếu tố khí tượng, còn có một hướng nghiên cứu khá phổ biến và thông dụng hầu hết ở tất cả các quốc gia hiện nay, vì nó đơn giản, phục vụ trực tiếp rất nhiều các yêu cầu của hoạt động kinh tế, xã hội và con người, đó là: Nghiên cứu khảo sát, đo đạc, phân tích tính toán các biến đổi của chuỗi các yếu tố khí tượng thủy hải văn trong quá khứ và hiện tại. Căn cứ vào các chuỗi số liệu khí hậu, khí tượng quan trắc được, lựa chọn ra các yếu tố cần nghiên cứu, sau đó dùng phương pháp thống kê để tính toán các trị số đặc trưng của chuỗi số liệu đó là: Trị số trung bình, trị số cực trị (max, min ).
cùng quy luật biến động tập trung hay phân tán các chuỗi số liệu này. Từ đó nhận định hoặc phán đoán theo xu thế biến động của chuỗi liệt số và các giá trị cực trị của nó. Trong vài chục năm trở lại đây, một vấn đề được quan tâm rất lớn của cộng đồng quốc tế là Biến đổi khí hậu và Nước biển dâng. Biến đổi khí hậu, sự nóng lên của trái đất và nước biển dâng trực tiếp phản ánh vào các biến động của các yếu tố khí tượng, thủy văn biển.
Các biến động này càng trở nên mãnh liệt hơn và cực đoan hơn. Các cực trị của nó đều lớn hơn rất nhiều các cực trị mà các thời kỳ trước đây đạt được. Nhánh thứ hai: Nghiên cứu những tác động của các yếu tố khí tượng thủy văn biển lên công trình trên biển, lên bờ biển và các giải pháp chống lại các tác động này. Đây là hướng mà tác giả đi sâu nghiên cứu trong luận văn này.
7 Trong nhánh thứ hai còn đi sâu vào nghiên cứu giải pháp chống lại hoặc hạn chế các tác động bất lợi của yếu tố khí tượng thủy văn biển mà chủ yếu là yếu tố sóng, yếu tố vận chuyển bùn cát, yếu tố dòng chảy ven bờ. Các yếu tố này phá hoại công trình, phá hoại đường bờ, xâm thực bờ, bãi biển. Ngày nay với sự phát triển của mô hình toán, tác động của sóng cho phép đưa ra những lời giải định lượng trong khoảng thời gian ngắn, tiết kiệm kinh phí. Có thể nêu một số dạng mô hình như sau: Nghiên cứu tính toán sóng ven bờ: Năm 1992 Trung tâm kỹ thuật bờ biển quân đội Mỹ (CERC) đã đưa ra mô hình tính sóng ổn định RCPWAVE[2] nổi tiếng.
Ngoài ra, còn có các mô hình của các viện nghiên cứu lớn trên thế giới như Mô hình Mike-21[7] do Viện Thuỷ lực Đan Mạch xây dựng là hệ thống phần mềm đa năng, ngoài tính sóng còn bao gồm tính dòng chảy, sa bồi và nước dâng.