Nghiên cứu đề xuất giải pháp và đánh giá hiệu quả của đê giảm sóng kết cấu

Nghiên cứu giải pháp và đánh giá hiệu quả đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển. Tìm hiểu các phương pháp, kết quả thí nghiệm và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Hải Dương
• Người hướng dẫn: PTS. Đinh Công Sản
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Nghiên cứu Đề xuất Giải pháp và Đánh giá Hiệu quả của Đê Giảm sóng Kết cấu Rỗng Bảo vệ Bờ Biển
• Loại tài liệu: Luận án Tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Cơ sở khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.3. Phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Cấu trúc của Luận án
• 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐÊ GIẢM SÓNG KẾT CẤU RỖNG TRONG CHỨC NĂNG BẢO VỆ BỜ BIỂN
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Cơ chế phá hoại bờ biển
• 2.3. Hiện trạng các công trình ĐGS kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển tại các nước trên thế giới và Việt Nam
• 2.4. Phân loại công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng
• 2.5. Chức năng giảm sóng của công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng
• 2.6. Tổng quan các dạng công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển trên thế giới và trong nước
• 2.6.1. Tổng quan các dạng công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển trên thế giới
• 2.6.2. Tổng quan các dạng công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển trong nước
• 2.7. Tổng quan về nghiên cứu hệ số truyền sóng
• 2.8. Tổng quan về các nghiên cứu dựa trên mô hình toán để mô phỏng đánh giá hiệu quả giảm sóng của ĐGS
• 3. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐÊ GIẢM SÓNG KẾT CẤU RỖNG DẠNG CỌC LY TÂM
• 3.1. Điều Kiện Tự Nhiên
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.2. Diễn biến đường bờ khu vực nghiên cứu
• 3.2. Đề xuất giải pháp đê cọc ly tâm
• 3.3. Thí nghiệm MHVL và cơ sở khoa học đánh giá chức năng giảm sóng cho dạng đê cọc ly tâm
• 3.3.1. Phương pháp nghiên cứu MHVL trong máng sóng phòng thí nghiệm
• 3.3.2. Năng lực phòng thí nghiệm và thiết lập mô hình thí nghiệm
• 3.3.3. Thiết lập thí nghiệm trong máng sóng
• 3.3.4. Chương trình thí nghiệm trong máng sóng
• 3.3.5. Điều kiện biên sóng
• 3.3.6. Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều rộng đê đến hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm
• 3.3.7. Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ rỗng đê đến hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm
• 3.4. XÂY DỰNG CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN HỆ SỐ TRUYỀN SÓNG CỦA ĐÊ CỌC LY TÂM
• 3.4.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền sóng
• 3.4.2. Ảnh hưởng của chiều cao lưu không tương đối đỉnh đê (Rc/Hm0,i)
• 3.4.3. Ảnh hưởng của độ dốc sóng tới (S0)
• 3.4.4. Ảnh hưởng của bề rộng tương đối
• 3.4.5. Xây dựng công thức thực nghiệm tính toán xác định hệ số truyền sóng công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng dạng đê cọc ly tâm
• 3.4.6. Xây dựng công thức hệ số truyền sóng Kt dạng tổng quát lần 1
• 3.4.7. Phân tích ảnh hưởng của yếu tố độ dốc sóng tới S0p trong công thức tính hệ số truyền sóng Kt lần 1 và xây dựng công thức hệ số truyền sóng Kt dạng tổng quát lần 2
• 3.5. ÁP DỤNG MÔ HÌNH SỐ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢM SÓNG CỦA CÔNG TRÌNH ĐÊ CỌC LY TÂM
• 3.5.1. Mô hình số
• 3.5.2. Phương pháp sai phân hữu hạn
• 3.5.3. Rời rạc hóa mô hình toán
• 3.5.4. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
• 3.5.5. Phương pháp tạo sóng
• 3.5.6. Kiểm chứng mô hình số với lời giải giải tích
• 3.5.7. Ứng dụng mô hình số xác định ảnh hưởng của bề rộng đê đến hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên cứu Đê Giảm Sóng Rỗng Bảo Vệ Bờ Biển 55 ký tự

Xói lở bờ biển là một vấn đề cấp bách toàn cầu, đặc biệt ở các vùng đồng bằng như Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Các yếu tố tự nhiên như lũ lụt, biến đổi dòng chảy, và xói mòn kết hợp với hoạt động của con người như xây dựng, khai thác cát, phá rừng ngập mặn và biến đổi khí hậu đã làm gia tăng tình trạng này. Nghiên cứu này tập trung vào giải pháp đê giảm sóng rỗng nhằm bảo vệ bờ biển, một biện pháp đang được quan tâm và ứng dụng rộng rãi. Các công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng ngày càng được chú trọng trong công tác bảo vệ bờ biển, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng. "Hội thảo về hệ sinh thái biển và các hành động của liên bang Hoa Kỳ đã chỉ ra rằng xói lở bờ biển nghiêm trọng, rộng lớn đã ảnh hưởng đến khoảng 90% bờ biển của thế giới". Luận án này đi sâu vào nghiên cứu, đề xuất và đánh giá hiệu quả của loại đê cọc ly tâm kết cấu rỗng. Mục tiêu là cung cấp giải pháp công trình phù hợp với điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu.

1.1. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có cơ sở khoa học vững chắc, xuất phát từ thực trạng xói lở bờ biển nghiêm trọng tại các vùng đồng bằng, đặc biệt là ĐBSCL. Ý nghĩa thực tiễn thể hiện ở việc đề xuất một giải pháp bảo vệ bờ biển hiệu quả, phù hợp với điều kiện địa phương. Giải pháp này có thể giúp giảm thiểu thiệt hại về kinh tế, xã hội và môi trường do xói lở gây ra. Việc ứng dụng kết cấu đê giảm sóng rỗng là một bước tiến quan trọng trong công tác phòng chống thiên tai. Theo một số liệu thống kê, các đập thượng nguồn đã làm giảm lượng bùn cát đến đồng bằng sông Danube, Mississippi, Rhône, Indus và Nile lần lượt là 60%, 69%, 85%, 94% và 98%.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu về đê giảm sóng rỗng

Mục tiêu chính của nghiên cứu là đề xuất giải pháp đê giảm sóng kết cấu rỗng phù hợp cho khu vực nghiên cứu. Đồng thời, nghiên cứu cũng nhằm đánh giá hiệu quả đê chắn sóng thông qua thí nghiệm mô hình vật lý và mô hình số. Các kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển hiệu quả và bền vững. Nghiên cứu còn hướng đến việc xây dựng công thức thực nghiệm tính toán hệ số truyền sóng của đê cọc ly tâm.

II. Thách Thức Xói Lở Bờ Biển và Giải Pháp Công Trình 58 ký tự

Xói lở bờ biển gây ra nhiều thách thức lớn cho các vùng ven biển, từ thiệt hại về kinh tế đến mất mát đất đai và ảnh hưởng đến đời sống của người dân. Các giải pháp truyền thống như kè đá thường có chi phí cao và tác động tiêu cực đến môi trường. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả hơn, như đê giảm sóng rỗng, là vô cùng cần thiết. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng, các công trình bảo vệ bờ biển cần có khả năng thích ứng cao và đảm bảo an toàn lâu dài. Các kết cấu đê chắn sóng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng về khả năng chịu lực và tác động của sóng biển.

2.1. Nguyên nhân và hậu quả của xói lở bờ biển

Xói lở bờ biển có nhiều nguyên nhân, bao gồm cả tự nhiên và nhân tạo. Các yếu tố tự nhiên như sóng biển, dòng chảy, và biến đổi địa chất đóng vai trò quan trọng. Tuy nhiên, hoạt động của con người như xây dựng công trình ven biển, khai thác cát, và phá rừng ngập mặn cũng góp phần làm gia tăng tình trạng xói lở. Hậu quả của xói lở là rất nghiêm trọng, bao gồm mất đất đai, thiệt hại tài sản, ảnh hưởng đến hệ sinh thái ven biển, và đe dọa đến đời sống của người dân. Cần có các giải pháp bảo vệ bờ biển bền vững.

2.2. Ưu điểm và nhược điểm của các giải pháp truyền thống

Các giải pháp bảo vệ bờ biển truyền thống như kè đá, tường chắn sóng có ưu điểm là khả năng chống chịu sóng lớn và bảo vệ bờ biển tức thời. Tuy nhiên, chúng cũng có nhiều nhược điểm như chi phí xây dựng và bảo trì cao, tác động tiêu cực đến cảnh quan và hệ sinh thái ven biển, và khả năng thích ứng kém với biến đổi khí hậu. Các giải pháp thay thế như đê giảm sóng rỗng có thể khắc phục được một số nhược điểm này, đồng thời vẫn đảm bảo hiệu quả đê chắn sóng.

III. Giải Pháp Đề Xuất Thiết Kế Đê Giảm Sóng Rỗng Cọc Ly Tâm 60 ký tự

Luận án này đề xuất giải pháp đê giảm sóng kết cấu rỗng dạng cọc ly tâm, một giải pháp hứa hẹn nhiều ưu điểm về hiệu quả đê chắn sóng, chi phí xây dựng, và tác động môi trường. Đê cọc ly tâm bao gồm hai hàng cọc bê tông ly tâm, đổ đá hộc vào giữa, tạo thành kết cấu rỗng. Kết cấu này cho phép sóng biển truyền qua, giảm năng lượng sóng và bảo vệ bờ biển. Nghiên cứu sinh đã tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý và mô hình số để đánh giá hiệu quả đê chắn sóng của giải pháp này. "Để đánh giá mức độ phù hợp của đê cọc ly tâm tại khu vực nghiên cứu, nghiên cứu sinh đã tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý đồng thời áp dụng mô hình số với nhiều kịch bản khác nhau."

3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đê cọc ly tâm

Đê cọc ly tâm được cấu tạo từ hai hàng cọc bê tông ly tâm, khoảng giữa được đổ đầy đá hộc. Kết cấu rỗng này cho phép sóng biển truyền qua, làm giảm năng lượng sóng thông qua ma sát và nhiễu xạ. Cấu trúc đê rỗng giúp giảm áp lực tác động lên đê, tăng khả năng chịu lực và ổn định của công trình. Đá hộc đổ vào giữa đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu tán năng lượng sóng.

3.2. Ưu điểm của giải pháp đê giảm sóng cọc ly tâm

Giải pháp đê giảm sóng cọc ly tâm có nhiều ưu điểm so với các giải pháp truyền thống. Thứ nhất, chi phí xây dựng thấp hơn do sử dụng vật liệu địa phương và công nghệ thi công đơn giản. Thứ hai, tác động môi trường ít hơn do không cản trở dòng chảy và cho phép hệ sinh thái ven biển phát triển. Thứ ba, khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu tốt hơn do kết cấu linh hoạt và dễ dàng điều chỉnh. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng kích thước và độ rỗng của đá hộc ảnh hưởng lớn đến hiệu quả đê chắn sóng.

3.3. Tính toán thủy lực đê giảm sóng kết cấu rỗng

Để tính toán thủy lực cho đê giảm sóng kết cấu rỗng, cần xem xét các yếu tố như chiều cao sóng, chu kỳ sóng, độ sâu nước, và độ rỗng của kết cấu. Các công thức tính toán thủy lực giúp xác định kích thước và hình dạng của đê, đảm bảo khả năng chống chịu sóng và bảo vệ bờ biển. Các mô hình toán học và phần mềm chuyên dụng được sử dụng để mô phỏng tác động của đê đến sóng biển và đánh giá hiệu quả đê chắn sóng.

IV. Nghiên Cứu Đánh Giá Hiệu Quả Đê Giảm Sóng Rỗng Bằng MHVL 60 ký tự

Để đánh giá hiệu quả đê chắn sóng của giải pháp đê cọc ly tâm, nghiên cứu sinh đã tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý (MHVL) trong máng sóng. Thí nghiệm được thực hiện với nhiều kịch bản khác nhau, thay đổi chiều rộng đê, độ rỗng đê, và điều kiện sóng. Kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của các yếu tố này đến hiệu quả đê chắn sóng. Kết quả MHVL được sử dụng để xây dựng công thức thực nghiệm tính toán hệ số truyền sóng, một chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng giảm sóng của đê. "Kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng rất rõ của bề rộng đê và kích thước đá đổ bên trong đến hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm".

4.1. Phương pháp thí nghiệm mô hình vật lý trong máng sóng

Thí nghiệm trên MHVL được thực hiện trong máng sóng, một thiết bị mô phỏng điều kiện sóng biển trong phòng thí nghiệm. Mô hình đê cọc ly tâm được xây dựng theo tỷ lệ thu nhỏ so với kích thước thực tế. Các kim đo sóng được đặt ở các vị trí khác nhau để đo đạc chiều cao sóng trước và sau khi đi qua đê. Dữ liệu đo đạc được phân tích để đánh giá hiệu quả đê chắn sóng.

4.2. Ảnh hưởng của chiều rộng đê và độ rỗng đến hiệu quả

Kết quả thí nghiệm cho thấy chiều rộng đê và độ rỗng của kết cấu có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả đê chắn sóng. Đê có chiều rộng lớn hơn và độ rỗng phù hợp có khả năng giảm sóng tốt hơn. Tuy nhiên, cần có sự cân bằng giữa chiều rộng và độ rỗng để đảm bảo ổn định của công trình. Nghiên cứu sinh đã đề xuất kích thước đê và đá hộc phù hợp cho khu vực nghiên cứu.

4.3. Xây dựng công thức thực nghiệm tính hệ số truyền sóng

Dựa trên kết quả thí nghiệm, nghiên cứu sinh đã xây dựng công thức thực nghiệm tính toán hệ số truyền sóng (Kt) của đê cọc ly tâm. Hệ số truyền sóng là tỷ lệ giữa chiều cao sóng sau đê và chiều cao sóng trước đê, thể hiện khả năng giảm sóng của đê. Công thức thực nghiệm này có thể được sử dụng để thiết kế và đánh giá hiệu quả đê cọc ly tâm trong thực tế.

V. Ứng Dụng Mô Hình Số Đánh Giá Hiệu Quả Đê Giảm Sóng 59 ký tự

Ngoài thí nghiệm MHVL, nghiên cứu sinh còn sử dụng mô hình số để đánh giá hiệu quả đê chắn sóng của đê cọc ly tâm. Mô hình số được xây dựng dựa trên phương trình Boussinesq mở rộng, cho phép mô phỏng sóng truyền qua hai lớp rỗng. Kết quả mô phỏng số được kiểm chứng với kết quả thí nghiệm MHVL, cho thấy sự phù hợp giữa hai phương pháp. Mô hình số có thể được sử dụng để dự đoán hiệu quả đê chắn sóng trong các điều kiện khác nhau, giúp tối ưu hóa thiết kế đê. "Ngoài ra, nghiên cứu sinh đã áp dụng mô hình số trị để đánh giá hiệu quả giảm sóng của đê cọc ly tâm."

5.1. Phương pháp xây dựng mô hình số Boussinesq mở rộng

Mô hình số được xây dựng dựa trên phương trình Boussinesq mở rộng, một phương trình mô tả sóng truyền trong môi trường nước nông. Phương trình này được mở rộng để mô phỏng sóng truyền qua hai lớp rỗng, lớp phía trên có thể là nước hoặc đá có độ rỗng khác nhau. Mô hình số được giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn.

5.2. Kiểm chứng mô hình số với kết quả thí nghiệm MHVL

Để đảm bảo độ tin cậy, kết quả mô phỏng số được kiểm chứng với kết quả thí nghiệm MHVL. Sự phù hợp giữa hai kết quả cho thấy mô hình số có thể được sử dụng để dự đoán hiệu quả đê chắn sóng trong các điều kiện khác nhau. Nghiên cứu sinh đã so sánh kết quả hệ số truyền sóng từ MHVL và mô hình số.

5.3. Dự đoán hiệu quả đê trong các điều kiện khác nhau

Mô hình số có thể được sử dụng để dự đoán hiệu quả đê chắn sóng trong các điều kiện khác nhau, chẳng hạn như thay đổi chiều cao sóng, chu kỳ sóng, độ sâu nước, và độ rỗng của đê. Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế đê và đảm bảo khả năng bảo vệ bờ biển trong các tình huống khác nhau. Việc mô hình hóa đê chắn sóng giúp tiết kiệm chi phí và thời gian so với thí nghiệm vật lý.

VI. Kết Luận Đề Xuất Giải Pháp Bền Vững Bảo Vệ Bờ Biển 56 ký tự

Nghiên cứu này đã đề xuất và đánh giá giải pháp đê giảm sóng rỗng dạng cọc ly tâm, một giải pháp hứa hẹn nhiều ưu điểm về hiệu quả đê chắn sóng, chi phí xây dựng, và tác động môi trường. Kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp này phù hợp với điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu và có thể được ứng dụng rộng rãi trong công tác bảo vệ bờ biển. Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu về khả năng thích ứng của giải pháp này với biến đổi khí hậu và nước biển dâng. "Luận án đề xuất đê có bề rộng đê B=270cm, chiều cao đê H=270cm và đường kính viên đá đổ trong đê từ 30cm÷50cm (độ rỗng đê khoảng 45%) phù hợp cho dạng đê cọc ly tâm ở cả Biển Đông và Biển Tây khu vực ĐBSCL".

6.1. Tóm tắt kết quả và đóng góp của nghiên cứu

Nghiên cứu đã đề xuất giải pháp đê giảm sóng rỗng dạng cọc ly tâm, đánh giá hiệu quả đê chắn sóng thông qua thí nghiệm MHVL và mô hình số, xây dựng công thức thực nghiệm tính toán hệ số truyền sóng. Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển hiệu quả và bền vững. Nghiên cứu đã đóng góp vào việc nâng cao kiến thức về cấu trúc đê rỗng và tác động của đê đến sóng biển.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo và kiến nghị ứng dụng

Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu về khả năng thích ứng của giải pháp đê giảm sóng cọc ly tâm với biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Cần nghiên cứu về vật liệu xây dựng đê mới, thân thiện với môi trường và có độ bền cao. Kiến nghị ứng dụng giải pháp này rộng rãi trong công tác bảo vệ bờ biển tại các vùng ven biển có điều kiện tự nhiên tương tự khu vực nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐÊ GIẢM SÓNG KẾT CẤU RỖNG TRONG CHỨC NĂNG BẢO VỆ BỜ BIỂN 1. Giới thiệu chung 1. Cơ chế phá hoại bờ biển Tùy vào từng đặc trưng khác nhau về chế độ gió sẽ gây ra các trường sóng biển tương ứng tác động vào các khu vực ven biển.

Ở Việt Nam, các trường sóng chính do hai chế độ gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam gây ra. Trong khu vực ven bờ, sóng biển có vai trò rất quan trọng trong quá trình vận chuyển bùn cát, xói lở ven bờ. Khi sóng truyền vào vùng ven bờ, do địa hình đáy biển nâng cao và sự không đồng nhất về địa hình đáy, sóng biển ven bờ bị vỡ và có phân bố không đều. Chính sự phân bố không đều này đã tạo ra trường ứng suất sóng khác nhau và là nguyên nhân hình thành dòng chảy phát sinh do sóng.

Sóng biển tác động trực tiếp vào bờ biển một cách liên tục, phá vỡ kết cấu của đất bờ, tạo ra bùn cát. Đồng thời, dòng chảy ven bờ do sóng gây ra là tác nhân vận chuyển bùn cát đi nơi khác và gây sạt lở bờ biển. Hiện tượng sạt lở bờ biển ở các vùng không có hệ sinh thái rừng ngập mặn thì càng nghiêm trọng hơn, do không được “hấp thụ” sóng. Với bờ biển có hệ sinh thái rừng ngập mặn, hiện tượng sạt lở bờ biển sẽ giảm đi do nó có khả năng làm giảm chiều cao sóng, giảm tác động từ sóng và bão gây ra.

Tuy nhiên, rừng ngập mặn phòng hộ bờ biển khu vực ĐBSCL đang bị đe dọa nghiêm trọng do nhiều nguyên nhân khác nhau. Nguyên nhân chính là do lượng phù sa từ sông Mekong theo dòng chảy của sông ra biển bị giảm đáng kể từ tác động của các đập thượng nguồn, không cung cấp đủ cho sự sinh tồn của nhiều vùng ven biển. Vì vậy, trong những năm gần đây ở ĐBSCL, hiện tượng sạt lở bờ biển đã và đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng dù có hay không có rừng ngập mặn. Hình 1-1 cho thấy hiện tượng xói lở bờ biển và rừng ngập mặn ở biển Tây của ĐBSCL.

Xói lở bờ biển, rừng ngập mặn ở ĐBSCL do tác động của sóng biển [2] Chính vì vậy để bảo vệ bờ biển, tái tạo lại đường bờ, bảo vệ rừng phòng hộ cũng như các công trình ven biển thì cần xây dựng những công trình có tác dụng giảm tác động của sóng biển lên rừng ngập mặn, bãi biển và bờ biển, ngăn chặn được sự chuyển 6 động bùn cát từ bờ ra ngoài và giữ lại một lượng phù sa phía sau công trình. Từ nguyên lý đó, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã tiến hành các giải pháp công trình “cứng” và “mềm” với một số dạng điển hình sau đây: + Giải pháp “cứng”: Dạng bị động như kè biển mái nghiêng (Hình 1-2a); Dạng chủ động như mỏ hàn biển (Hình 1-2b), đê chắn sóng xa bờ (Hình 1-2c), ĐGS ngầm (Hình 1-2d). + Giải pháp “mềm”: Hàng rào cọc tre (Hình 1-2e) và Hàng rào “chữ T” bằng cừ tràm (Hình 1-2f). Kè biển Afsluitdijk tại Hà Lan b.

Kè mỏ hàn ở Nhà Bè – TP. Đê chắn sóng xa bờ ở Anh d. ĐGS ngầm ở Cửa Đại - Quảng Nam e. Hàng rào cọc tre bảo vệ đường bờ f.

Hàng rào cọc tre chữ T tại Bạc Liêu biển tại Cà Mau Hình 1-2. Các giải pháp giảm sóng, bảo vệ bờ biển trên thế giới và Việt Nam [3] [4] [5] Khi lựa chọn giải pháp kỹ thuật để bảo vệ bờ biển tại một khu vực cụ thể nào đó, cần phải vận dụng một cách linh hoạt các nhóm công trình hay phi công trình hoặc kết 7 hợp của hai dạng này với nhau, nhưng đồng thời cũng phải phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật và môi trường tự nhiên của khu vực đó. Thực tế cho thấy việc lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ biển thường hướng đến loại công trình vừa có thể giảm sóng, vừa có thể cho bùn cát lắng đọng nhằm tái tạo được hệ sinh thái tự nhiên, giảm thiểu tối đa các tác động tiêu cực đến môi trường. Đồng thời công trình cần có giá thành hợp lý, kỹ thuật thi công đơn giản,.

ĐGS kết cấu rỗng được cho là giải pháp đáp ứng các tiêu chí đó trong chức năng giảm sóng, gây bồi lắng và bảo vệ bờ biển. Vì vậy, thời gian gần đây, nhiều nước đã sử dụng ĐGS kết cấu rỗng để thay thế cho các giải pháp công trình như kè biển, mỏ hàn biển, hay đê chắn sóng không cho sóng truyền qua để ứng phó với hiện tượng thiếu hụt bùn cát, biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang gia tăng trên quy mô toàn cầu. Hiện trạng các công trình ĐGS kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển tại các nước trên thế giới và Việt Nam ĐGS kết cấu rỗng được nhiều nước như Mỹ, Nhật Bản, Úc, Tây Ban Nha, … xây dựng để bảo vệ bờ biển. Hiện nay Mỹ là quốc gia có công trình ĐGS kết cấu rỗng sớm nhất với dự án đầu tiên có tên gọi là Venice dài 183m thuộc bang California được xây dựng năm 1905 và đến năm 1993 đã có 23 dự án ĐGS được xây dựng để bảo vệ bờ biển ở các bang California, Florida, Hawaii, Ohio, Virginia, Maryland, Louisiana,… [6].

Còn tại Châu Âu, dự án DELOS (1998-2002) đã chứng minh rằng ĐGS kết cấu rỗng mang lại hiệu quả vượt trội so với các giải pháp công trình truyền thống như đê chắn sóng tường đứng, kè biển hay mỏ hàn cứng và minh chứng là số lượng công trình ĐGS kết cấu rỗng đã xây dựng chiếm tỷ lệ tới 66%, trong khi mỏ hàn biển chỉ chiếm 8%, còn lại 26% là các dạng công trình khác. Những quốc gia như Anh, Ý, Tây Ban Nha, Đan Mạch, Pháp là những quốc gia xây dựng nhiều ĐGS kết cấu rỗng nhất ở Châu Âu [7]. Tại Châu Á, Nhật Bản là quốc gia dành nhiều ngân sách nhất cho việc bảo vệ bờ biển, chỉ tính riêng giai đoạn từ năm 1950 đến 2002 thì nước này đã tiêu tốn khoảng 40,66 tỷ USD để làm các công trình bảo vệ bờ biển, trong đó ĐGS kết cấu rỗng được xây dựng với chiều dài lên đến 873km và đây là tổng chiều dài ĐGS kết cấu rỗng dài nhất thế giới hiện nay [8]. Một vài quốc gia khác ở Châu Á trong đó có Việt Nam cũng sử dụng ĐGS kết cấu rỗng để bảo vệ bờ biển, song còn rất hạn chế về số lượng và qui mô công trình so với Nhật Bản, Mỹ và các nước ở Châu Âu [9] Ở Việt Nam cũng đang thử nghiệm một số dạng công trình ĐGS kết cấu rỗng bảo vệ bờ biển (Hình 1-3) như đê cọc ly tâm tại Cà Mau và Bạc Liêu [10], [11], ĐGS dạng bán nguyệt (đê trụ rỗng), ĐGS bê tông cốt phi kim và ĐGS dạng cừ tràm tại Cà Mau, ĐGS bằng hàng rào cọc tre tại Bạc Liêu, Sóc Trăng, Kiên Giang.

Bên cạnh đó, một số ĐGS “cứng” hơn như bằng túi Geotube tại Tiền Giang, Trà Vinh, Cà Mau, kè rọ đá, cừ bản nhựa (hầu như không cho sóng truyền qua) tại Cà Mau [4], [5], [12]. Tuy nhiên, các công trình trên chủ yếu để xử lý những vị trí xói lở cục bộ, một số công trình sau khi xây dựng kém bền vững, hiệu quả giảm sóng chưa cao và khả năng nhân rộng mô hình còn hạn chế [13]. Nguyên nhân chính là do còn thiếu cơ sở khoa học trong tính toán, đánh giá hiệu quả giảm sóng của các công trình trên khi lập dự án hoặc 8 tuy có đủ cơ sở khoa học và lý luận nhưng thiết kế lại ít coi trọng đến giới hạn phạm vi ứng dụng cụ thể. ĐGS khối Tetrapod ở Lộc An, b.

ĐGS túi Geotube ở Hiệp Thạnh, tỉnh Thành phố Vũng Tàu Trà Vinh c. ĐGS bê tông trụ rỗng ở Sào Lưới, d. Đê cọc ly tâm ở Đất Mũi, Cà Mau tỉnh Cà Mau e. ĐGS hàng rào cọc tre tại biển Tây, e.

Tường giảm sóng dạng hai hàng rào Cà Mau tre, lõi bó tràm tại Nhà Mát, Bạc Liêu Hình 1-3. Một số loại công trình ĐGS bảo vệ đê biển, bờ biển ở Việt Nam hiện nay [4] [5] 1. Phân loại công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng Công trình ĐGS kết cấu rỗng có chức năng chính là tiêu hao năng lượng sóng tác động trực tiếp lên vùng được che chắn phía sau trong khi vẫn cho phép một phần nước và bùn cát truyền qua công trình. Công trình ĐGS kết cấu rỗng được phân loại với các dạng cơ bản như sau: 9 1.

Theo cao độ đỉnh công trình so với mực nước thiết kế: ĐGS kết cấu rỗng được chia làm 2 dạng cơ bản là ĐGS ngầm và ĐGS nhô. ĐGS ngầm cho phép sóng tới truyền qua và truyền phía trên công trình. ĐGS nhô chỉ cho sóng truyền qua mà không truyền phía trên công trình trừ trường hợp thời tiết cực trị như bão kết hợp đỉnh triều, nước dâng. Trường hợp bờ biển có biên độ triều dao động lớn dẫn đến công trình ĐGS có thể là ngầm khi mực nước thủy triều cao, nhô khi mực nước thủy triều thấp, khi đó gọi là công trình ĐGS bán ngập.

Theo kết cấu kết hợp vật liệu xây dựng: Công trình có kết cấu đá đổ hay lõi đá hộc hỗn hợp phủ các khối như Tetrapod, Tribar, Dolos,… đá đổ kết hợp với cát, hàng rào cọc tre, cừ tràm,…[3]. Theo hình dạng mặt cắt ngang hình học: Công trình có mặt cắt ngang dạng hình thang, dạng chữ nhật, dạng bán nguyệt,… 4. Theo hình dạng bố trí trên mặt bằng: Công trình có thể là một đoạn (đê đơn), hay nhiều đoạn đứt quãng (nhóm đê) song song hoặc xiên góc với đường bờ. Trong một số trường hợp tuyến đê có dạng chữ V hoặc chữ Z.

Chức năng giảm sóng của công trình đê giảm sóng kết cấu rỗng Khi sóng truyền qua công trình ĐGS kết cấu rỗng, chiều cao sóng bị suy giảm do năng lượng sóng bị tiêu tán thông qua quá trình sóng vỡ phía trên đê (với ĐGS ngầm), phản xạ, ma sát và dòng chảy (Hình 1-4) qua thân công trình. Các yếu tố chi phối quá trình tiêu hao năng lượng sóng khi truyền qua đê là thông số sóng tới, độ sâu nước, đặc trưng vật liệu đê và thông số hình học của đê. Quá trình tiêu hao năng lượng sóng qua ĐGS kết cấu rỗng ngầm [3] Mỗi loại công trình ĐGS kết cấu rỗng có mức độ tiêu tán năng lượng và chế độ sóng phía sau công trình khác nhau.