Mở đầu Chƣơng 1. Tổng quan nghiên cứu ổn định của đê biển và phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 2. Đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội huyện Hải Hậu Chƣơng 3. Lịch sử và hiện trạng đê biển huyện Hải Hậu Chƣơng 4.
Phân tích ổn định của đê biển huyện Hải Hậu trong bối cảnh biến đổi khí hậu Chƣơng 5. Các giải pháp gia cƣờng ổn định hệ thống đê biển huyện Hải Hậu ứng phó với biến đổi khí hậu Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ổn định đê biển huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định trong bối cảnh biến đổi khí hậu 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1. Tổng quan nghiên cứu ổn định của đê biển và phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ BIỂN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.
Nghiên cứu ổn định của đê biển trên Thế giới Nghiên cứu ổn định của đê biển có ý nghĩa to lớn trong bảo vệ đới bờ, vấn đề này đã đƣợc nhiều quốc gia quan tâm đặc biệt là các quốc gia phát triển nhƣ Hà Lan, Đức, Mỹ, Nhật Bản… Các vấn đề liên quan đến ổn định của hệ thống đê biển có thể kể đến bao gồm mất ổn định do sóng tràn, mất ổn định do xói lở bãi phía trƣớc đê hay mất ổn định do sóng trong bão. Đặc biệt trong thời gian gần đây vấn đề mực nƣớc biển dâng do biến đổi khí hậu đã đe dọa nghiêm trọng đến ổn định hệ thống đê của các khu vực ven biển trên thế giới. Đến nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu liên quan đến các vấn đề nêu trên, tuy nhiên trong khuôn khổ luận văn này tác giả chỉ tổng quan một số các nghiên cứu điển hình đƣợc áp dụng phổ biến trên thế giới. De Waal và Van der Meer (1992) đã nghiên cứu sóng tràn qua đê mái nhẵn không thấm.
Trong đó lƣu lƣợng sóng tràn trung bình đƣợc quan tâm thêm độ thiếu hụt của độ cao lƣu không đỉnh đê. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu này vẫn còn nhiều hạn chế nhƣ không xét đến ảnh hƣởng của độ nhám mái đê, ảnh hƣởng của cơ đê và nhất là tính sóng tràn thông qua sóng leo [26]. Van der Meer and Janssen (1995) đã nghiên cứu bổ sung và làm hạn chế các thiếu hụt trƣớc đó bằng cách tính toán trực tiếp sóng tràn thông qua độ lƣu không tƣơng đối. Sóng tràn còn phụ thuộc vào tính chất tƣơng tác sóng với công trình thể hiện qua các sóng vỡ và sóng không vỡ.
Trong nghiên cứu này đã xây dựng đƣợc công thức tính toán sóng tràn có thể áp dụng cho đê có cơ ở phía biển và xem xét độ nhám của mái đê [8].Pilarczyk (2001) đã nghiên cứu đƣa ra cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn qua việc mô tả tác động của sóng tràn với mặt cắt đê biển (hình 1. Mái đê phía biển chịu trực tiếp tải trọng của sóng tác dụng. Thân đê có thể bị phá hỏng ở phía biển do tác động của sóng và áp lực thấm đẩy ngƣợc dƣới đáy viên gia cố. Đỉnh đê có thể bị xói bề mặt, lớp sét bọc ngoài thân đê có thể bị xói, trƣợt cục bộ do thấm Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ổn định đê biển huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định trong bối cảnh biến đổi khí hậu 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1.
Tổng quan nghiên cứu ổn định của đê biển và phƣơng pháp nghiên cứu hoặc trƣợt tổng thể cả mái. Nhƣ vậy khi sóng tràn, cả mái trong đồng và mái ngoài biển đều có thể bị phá hủy [38]. Cơ chế phá hủy đê do sóng tràn (theo K. Pilarczyk, 2001) Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, hàng năm bão ngày càng gia tăng cả về số lƣợng và độ mạnh.
Nhƣ là hệ quả, tốc độ xói lở mạnh mẽ có thể diễn ra dọc các đới ven bờ trong tƣơng lai. Kriebel và Dean (1993) đã nghiên cứu và đƣa ra công thức dự báo tốc độ xói lở bờ biển gây bởi sóng trong bão [37]. Bên cạnh cơ chế phá hủy đê do sóng tràn, xói lở bờ biển là một nguyên nhân ảnh hƣởng đến ổn định lâu dài của đê biển. Mực nƣớc biển dâng cao đã làm cƣờng hóa xói lở bờ biển.
Để dự báo sự gia tăng mức độ xói lở do dâng cao mực nƣớc biển, Bruun (1962) đã đƣa ra quan hệ giữa mức độ gia tăng xói lở và lƣợng dâng cao mực nƣớc [23]. Tại các đoạn bờ có đê, biển sẽ không tiếp tục lấn sâu vào đất liền và xói theo phƣơng ngang chuyển sang xói theo phƣơng thẳng đứng, làm hạ thấp địa hình bãi biển ở chân đê. Xói lở làm hạ thấp địa hình bãi, phá huỷ chân khay đê biển đã đƣợc ghi nhận bằng các mô hình vật lý ở trong phòng thí nghiệm bởi Barnett và Wang (1988). Hiện tƣợng này đƣợc xác định chủ yếu là do sự hình thành các dòng chảy rối do sóng tƣơng tác với đê biển gây ra.
Ngoài ra, sóng phản xạ từ đê cũng góp phần cƣờng hoá hiện tƣợng này [20]. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ổn định đê biển huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định trong bối cảnh biến đổi khí hậu 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1. Tổng quan nghiên cứu ổn định của đê biển và phƣơng pháp nghiên cứu 1. Các giải pháp bảo vệ đê biển trên thế giới 1.
Các giải pháp bảo vệ mái đê phía biển a) Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn Hiện nay, giải pháp đá lát khan, mảng bê tông và cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn vẫn là lựa chọn phổ biến nhất để bảo vệ mái đê phía biển trên thế giới (hình 1. Cấu kiện bê tông tự chèn là dùng các cấu kiện bê tông có kích thƣớc và trọng lƣợng đủ lớn đặt liên kết tạo thành mảng bảo vệ chống xói cho mái phía biển do tác động của sóng và dòng chảy (hình 1. Để gia tăng ổn định và giảm thiểu kích thƣớc cấu kiện ngƣời ta không ngừng nghiên cứu cải tiến hình dạng cấu kiện và liên kết giữa các cấu kiện theo hình thức tự chèn [5]. Mái đê phía biển đƣợc bảo vệ bởi đá lát khan tại Hà Lan [59] Hình 1.
Bê tông tự chèn bảo vệ mái đê phía biển ở Anh [61] Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ổn định đê biển huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định trong bối cảnh biến đổi khí hậu 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1. Tổng quan nghiên cứu ổn định của đê biển và phƣơng pháp nghiên cứu b) Gia cố mái đê bằng nhựa đường (Bituminous Revetment) Vật liệu này thƣờng dùng kết hợp với vật liệu khác để gia cƣờng nhƣ nhựa đƣờng - đá xếp, nhựa đƣờng - bê tông khối, bê tông Asphalt đƣợc ứng dụng trong xây dựng công trình thủy lợi, đê biển của nhiều nƣớc tiên tiến nhƣ Nauy, Hà Lan, Mĩ và một số nƣớc khác (hình 1. Bảo vệ mái đê phía biển bằng nhựa Asphalt kết hợp đá đổ ở Hà Lan [56] d) Trồng cỏ bảo vệ Trồng cỏ trên mái đê là một giải pháp rất thân thiện với môi trƣờng và tạo cảnh quan đẹp. Tuy nhiên giải pháp này chỉ có thể áp dụng tại những đoạn đê không chịu tác động trực tiếp của sóng biển, giải pháp này có thể làm giảm sự xói bề mặt của đê do tác động của mƣa lớn.
Mái đê phía biển đƣợc trồng cỏ tại Hà Lan [54] Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ổn định đê biển huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định trong bối cảnh biến đổi khí hậu 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1. Tổng quan nghiên cứu ổn định của đê biển và phƣơng pháp nghiên cứu 1. Các giải pháp bảo vệ mái đê phía đồng a) Trồng cỏ trên mái đê Giải pháp trồng cỏ bảo vệ mái đê phía đồng đƣợc áp dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới. Lớp cỏ này có thể đƣợc trồng trực tiếp trên mặt đê hoặc đƣợc trồng trong các ô chia bởi cấu kiện bê tông hay các ô làm từ vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (geo-cell) (hình 1.
Rễ cỏ có khả năng chống xói bề mặt do sóng tràn rất hiệu quả. Giải pháp trồng cỏ trong các ô lƣới địa kỹ thuật tổng hợp [60] c) Kết cấu thuỷ công giảm vận tốc xói do sóng tràn Để làm giảm tác động của sóng tràn, bể bê tông chứa nƣớc có thể đƣợc xây dựng trên mặt đê. Các bể này đƣợc thiết kế có độ sâu đủ lớn để có thể lƣu giữ lƣợng nƣớc do sóng tràn gây ra (hình 1. Lƣợng nƣớc này sau đó đƣợc xả ra mái phía đồng thông qua hệ ống thoát nƣớc hoặc để chảy tràn nhƣng trong trƣờng hợp này năng lƣợng sóng tràn đã đƣợc giảm đáng kể khi đi qua các bể tiêu năng (hình 1.
Bể bê tông trên mái đê bẫy sóng tràn Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ổn định đê biển huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định trong bối cảnh biến đổi khí hậu 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1. Tổng quan nghiên cứu ổn định của đê biển và phƣơng pháp nghiên cứu Hình 1. Bể tiêu năng trên đỉnh đê 1. Các giải pháp bảo vệ bãi phía trước đê a) Công nghệ đê mềm geotube Geotube (từ viết tắt của geotextile tube) là các túi vải địa kỹ thuật hình ống đƣợc bơm đầy cát bên trong, chúng có khả năng hoạt động nhƣ các đê mềm.
Trên thế giới hiện nay công nghệ Geotube đã đƣợc ứng dụng hiệu quả cho việc phục hồi bãi biển bị xói lở (hình 1. Geotube đƣợc sử dụng bảo vệ bờ biển tại Ấn Độ [53] Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ổn định đê biển huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định trong bối cảnh biến đổi khí hậu 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1. Tổng quan nghiên cứu ổn định của đê biển và phƣơng pháp nghiên cứu Về cơ bản có ba kiểu công trình Geotube: 1- Geotube đặt nửa chìm, nửa lộ thiên vuông góc với bờ nhƣ kiểu mỏ hàn, nhằm hạn chế dòng ven bờ, tăng cƣờng bồi tụ phù sa mà dòng chảy ven bờ mang theo, duy trì tại chỗ lƣợng phù sa theo cơ chế bồi tụ; 2- Geotube đặt ngầm và song song với bờ, có tác dụng làm giảm bớt năng lƣợng sóng lừng mạnh, nguy hiểm, tạo vùng sóng lừng nhỏ hơn, cho phép bùn cát lắng đọng trong vùng bị xói lở; 3- Geotube đặt sát chân và trực tiếp bảo vệ các đụn cát ven biển.