Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, hiện tượng bão, lũ lụt ngày càng diễn biến phức tạp và gây thiệt hại nghiêm trọng cho các vùng ven biển. Tại khu vực bờ biển xã Hải Dương, thị xã Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế, hiện tượng xói lở bờ biển đã diễn ra từ trước năm 1999 và trở nên nghiêm trọng hơn sau trận lũ lịch sử năm 1999 với tốc độ xói lở trung bình khoảng 10m/năm, có nơi lên đến 30m trong giai đoạn 2010-2012. Hiện tượng này không chỉ đe dọa đến an toàn tính mạng, tài sản của người dân mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sinh thái và phát triển kinh tế địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá hiện trạng xói lở bờ biển khu vực xã Hải Dương, giới thiệu các biện pháp bảo vệ bờ biển, đề xuất và lựa chọn giải pháp công trình phù hợp, đồng thời nghiên cứu áp dụng khối bảo vệ mái STONE-BLOCK Nhật Bản cho bờ biển Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn bờ biển xã Hải Dương, thị xã Hương Trà, với thời gian khảo sát và phân tích dữ liệu từ trước năm 1999 đến năm 2012.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ổn định đường bờ biển, bảo vệ tài sản và môi trường sinh thái, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và phát triển bền vững vùng ven biển trong điều kiện biến đổi khí hậu và tác động của thiên tai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về cơ chế xói lở bờ biển, thiết kế công trình bảo vệ bờ biển và ứng dụng công nghệ vật liệu mới trong xây dựng đê biển. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết cơ chế xói lở bờ biển: Giải thích hiện tượng xói lở dựa trên tác động của sóng, dòng chảy ven bờ, sự vận chuyển bùn cát và ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên như địa hình, địa chất, thủy văn và khí tượng. Các khái niệm chính bao gồm xói lở do sóng xiên góc, xói lở do phá hủy bề mặt cồn cát, và tác động của dòng chảy ven bờ.

  2. Mô hình thiết kế công trình bảo vệ bờ biển: Bao gồm các dạng công trình như đê biển mái nghiêng, tường đứng, kè mỏ hàn, đê chắn sóng, và các giải pháp kỹ thuật gia cố mái đê bằng vật liệu đá hoặc bê tông. Khái niệm sóng tràn qua đê biển được xem xét như một tải trọng quan trọng trong thiết kế hiện đại nhằm đảm bảo an toàn và bền vững công trình.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: sóng tràn, khối STONE-BLOCK, kè mái nghiêng, ổn định công trình, và tương tác sóng-công trình.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu quan trắc sóng, thủy văn, địa chất, khí tượng tại khu vực xã Hải Dương và các tài liệu nghiên cứu, báo cáo khoa học trong và ngoài nước. Phương pháp nghiên cứu kết hợp:

  • Điều tra hiện trường: Đánh giá hiện trạng xói lở, khảo sát địa hình, địa chất và các công trình bảo vệ bờ biển hiện có.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm SWAN để tính toán sóng thiết kế tại chân công trình, phần mềm GEO-SLOPE để tính toán ổn định công trình.
  • Mô phỏng và thiết kế công trình: Đề xuất các phương án công trình bảo vệ bờ biển, lựa chọn giải pháp tối ưu dựa trên hiệu quả kỹ thuật, kinh tế và khả năng thi công.
  • Timeline nghiên cứu: Dữ liệu thu thập và phân tích trong giai đoạn từ năm 1999 đến 2012, với các bước thiết kế và đánh giá công trình thực hiện trong năm 2015-2016.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các mặt cắt bờ biển tiêu biểu, các vị trí xói lở nghiêm trọng và các điểm khảo sát địa chất. Phương pháp chọn mẫu dựa trên mức độ xói lở và tính đại diện cho toàn khu vực nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diễn biến xói lở bờ biển nghiêm trọng: Từ năm 2002 đến 2012, đoạn bờ biển xã Hải Dương bị xói lở trung bình 20-30m, đặc biệt giai đoạn 2010-2012 tốc độ xói lở lên tới 30m, gây phá hủy nhiều đoạn đường bê tông giao thông, rừng ngập mặn và ảnh hưởng đến đời sống dân cư.

  2. Nguyên nhân xói lở chủ yếu do sóng và dòng chảy ven bờ: Sóng mùa Đông Bắc kết hợp với bão, lũ và triều cường tạo ra áp lực lớn lên bờ biển, trong khi địa chất chủ yếu là cát hạt vừa đến nhỏ, không kết dính, dễ bị xói mòn. Dòng chảy ven bờ và dòng lũ trong sông cũng góp phần làm sạt lở chân bờ.

  3. Hiệu quả của các công trình bảo vệ hiện có còn hạn chế: Hệ thống kè mái nghiêng đã được xây dựng nhưng chưa bao phủ toàn bộ đoạn bờ bị xói lở, đặc biệt là đoạn chưa được che chắn dài khoảng 1000m vẫn bị xói lở nghiêm trọng với tốc độ lên đến 30m trong 2 năm gần đây.

  4. Lựa chọn giải pháp công trình kè mái nghiêng sử dụng khối STONE-BLOCK: Phương án kè mái nghiêng với khối STONE-BLOCK được đánh giá có tính ổn định cao, dễ thi công, chi phí hợp lý và thân thiện với môi trường. So với phương án kè chữ T tổng thể, phương án mái nghiêng có thời gian thi công ngắn hơn, chi phí đầu tư thấp hơn khoảng 40%, phù hợp với điều kiện kinh tế hiện tại.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của xói lở bờ biển xã Hải Dương là do tác động kết hợp của sóng lớn mùa Đông Bắc, bão lũ và địa chất yếu kém. Dữ liệu sóng quan trắc cho thấy sóng cao nhất đạt 2,6m trong mùa bão, chiếm tần suất 12%, trong khi địa chất chủ yếu là cát hạt vừa đến nhỏ, dễ bị phá hủy dưới tác động sóng và dòng chảy.

So sánh với các nghiên cứu tại các vùng ven biển khác ở Việt Nam và quốc tế, việc áp dụng khối STONE-BLOCK Nhật Bản là giải pháp tiên tiến, đã được sử dụng thành công hơn 40 năm tại Nhật Bản, giúp tăng tính ổn định công trình nhờ cấu tạo lỗ rỗng giảm áp lực sóng và khả năng tự điều chỉnh khi bị lún sụt.

Biểu đồ biến động xói lở qua các giai đoạn cho thấy sự gia tăng rõ rệt sau năm 1999, đặc biệt trong giai đoạn 2010-2012, minh chứng cho sự cần thiết cấp bách của giải pháp công trình bảo vệ bờ biển. Bảng so sánh chi phí đầu tư giữa hai phương án công trình cũng cho thấy phương án mái nghiêng sử dụng STONE-BLOCK là lựa chọn tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai xây dựng hệ thống kè mái nghiêng sử dụng khối STONE-BLOCK tại đoạn bờ biển xã Hải Dương dài khoảng 730m nhằm giảm tốc độ xói lở xuống dưới 5m/năm trong vòng 5 năm tới. Chủ thể thực hiện là Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với Sở Giao thông Vận tải tỉnh Thừa Thiên Huế.

  2. Tăng cường quan trắc và giám sát biến động bờ biển định kỳ hàng năm để đánh giá hiệu quả công trình và điều chỉnh biện pháp bảo vệ kịp thời. Thời gian thực hiện liên tục trong vòng 10 năm, do Viện Khoa học Thủy lợi và các đơn vị liên quan đảm nhiệm.

  3. Ứng dụng công nghệ mô phỏng sóng và dòng chảy hiện đại để tối ưu thiết kế công trình, giảm thiểu tác động môi trường và nâng cao độ bền vững. Thời gian nghiên cứu và cập nhật thiết kế trong 2 năm đầu sau khi hoàn thành công trình.

  4. Phát triển các giải pháp xanh kết hợp trồng rừng ngập mặn và bãi cỏ trên mái đê nhằm tăng cường khả năng chống xói mòn tự nhiên, cải thiện môi trường sinh thái ven biển. Chủ thể thực hiện là các tổ chức bảo vệ môi trường và chính quyền địa phương, triển khai song song với xây dựng công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách vùng ven biển: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để xây dựng chính sách bảo vệ bờ biển hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do thiên tai.

  2. Các kỹ sư, chuyên gia thiết kế công trình thủy lợi và đê biển: Tham khảo phương pháp tính toán, lựa chọn vật liệu và thiết kế công trình bảo vệ bờ biển phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật thủy lợi, kỹ thuật biển: Tài liệu tham khảo về cơ chế xói lở, mô hình thiết kế công trình và ứng dụng công nghệ mới trong bảo vệ bờ biển.

  4. Các tổ chức bảo vệ môi trường và phát triển bền vững: Hiểu rõ tác động của công trình bảo vệ bờ biển đến môi trường sinh thái và các giải pháp kết hợp bảo vệ tự nhiên.

Câu hỏi thường gặp

  1. Khối STONE-BLOCK là gì và ưu điểm của nó?
    Khối STONE-BLOCK là loại khối bê tông đúc sẵn có cấu tạo lỗ rỗng giúp thoát áp lực thấm và giảm áp lực sóng. Ưu điểm gồm tính ổn định cao, dễ thi công, chi phí hợp lý và thân thiện với môi trường, đã được sử dụng thành công hơn 40 năm tại Nhật Bản.

  2. Tại sao chọn phương án kè mái nghiêng thay vì kè chữ T?
    Phương án kè mái nghiêng có thời gian thi công ngắn hơn, chi phí đầu tư thấp hơn khoảng 40%, phù hợp với điều kiện kinh tế hiện tại và địa chất khu vực. Đồng thời, phương án này dễ bảo trì và có tính ổn định cao.

  3. Nguyên nhân chính gây xói lở bờ biển xã Hải Dương là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là tác động của sóng lớn mùa Đông Bắc kết hợp với bão, lũ và triều cường, cùng với địa chất chủ yếu là cát hạt vừa đến nhỏ, không kết dính, dễ bị xói mòn dưới tác động của sóng và dòng chảy ven bờ.

  4. Phương pháp tính toán sóng thiết kế được sử dụng như thế nào?
    Phần mềm SWAN được sử dụng để mô phỏng và tính toán các tham số sóng thiết kế tại chân công trình, giúp xác định tải trọng sóng tràn và áp lực sóng lên công trình bảo vệ bờ biển.

  5. Giải pháp xanh nào được đề xuất kết hợp với công trình bảo vệ bờ biển?
    Đề xuất kết hợp trồng rừng ngập mặn và bãi cỏ trên mái đê nhằm tăng cường khả năng chống xói mòn tự nhiên, cải thiện môi trường sinh thái và tạo cảnh quan đẹp cho khu vực ven biển.

Kết luận

  • Đoạn bờ biển xã Hải Dương đang chịu tác động nghiêm trọng của xói lở với tốc độ lên đến 30m/năm trong giai đoạn 2010-2012.
  • Nguyên nhân chính là do sóng lớn mùa Đông Bắc, bão lũ, triều cường và địa chất yếu kém.
  • Phương án kè mái nghiêng sử dụng khối STONE-BLOCK Nhật Bản được lựa chọn là giải pháp tối ưu về kỹ thuật, kinh tế và môi trường.
  • Cần triển khai xây dựng công trình bảo vệ, đồng thời tăng cường giám sát và áp dụng các giải pháp xanh kết hợp.
  • Khuyến nghị các cơ quan chức năng và nhà nghiên cứu tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả công trình và phát triển các giải pháp bền vững cho vùng ven biển.

Hành động tiếp theo là triển khai thi công công trình kè mái nghiêng theo phương án đề xuất, đồng thời tổ chức các chương trình quan trắc và nghiên cứu bổ sung nhằm đảm bảo hiệu quả lâu dài. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp chặt chẽ để thực hiện thành công dự án bảo vệ bờ biển xã Hải Dương.