Nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp công trình ổn định bãi biển, áp dụng cho bãi biển Xương Huân, vịnh Nha Trang

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp công trình ổn định bãi biển, áp dụng cho bãi biển Xương Huân, vịnh Nha Trang

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN VIỆT ĐỨC NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ VÀ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BÃI BIỂN, ÁP DỤNG CHO BÃI BIỂN XƯƠNG HUÂN, VỊNH NHA TRANG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số chuyên ngành: 62-58-02-02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016 1
2. Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Trung Việt Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. NGND Nguyễn Chiến Phản biện 1: GS.TS. Trần Đình Hợi, Viện Nước, Môi trường và Biến đổi khí hậu Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Danh Thảo, Trường ĐH Bách khoa TP HCM Phản biện 3: PGS.TS. Phùng Đăng Hiếu, Tổng cục biển và Hải đảo Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại vào lúc giờ . ngày tháng năm . Có thể tìm hiểu luận án tại các thư viện: - Thư viện Quốc Gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi 2
3. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam với bờ biển dài hơn 3.260km, nằm vị trí thứ 27 của thế giới, trên tổng số 157 quốc gia, quốc đảo, vùng lãnh thổ có tiếp giáp với biển. Vịnh Nha Trang là một trong 29 vịnh đẹp nhất Thế giới, là trung tâm du lịch và dịch vụ, có tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh của tỉnh Khánh Hòa nói riêng và khu vực Nam Trung Bộ nói chung. Bên cạnh những thế mạnh về du lịch, hiện tại khu vực bãi biển vịnh Nha Trang đang tồn tại một số hạn chế sau: Bãi biển hẹp, dốc và biến đổi theo mùa; Sóng lớn thường xuyên tác động vào bờ. Từ trước đến nay chưa có nghiên cứu nào đi sâu xác định cơ chế bồi, xói, vận chuyển bùn cát và nguyên nhân tác động chính ảnh hưởng đến cơ chế biến động đới bờ biển. Vì vậy, nghiên cứu trong luận án sẽ tập trung vào chế độ thủy động lực học, cơ chế bồi, xói và tác động của sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp bảo vệ và tôn tạo bãi biển khu vực bờ biển vịnh Nha Trang hiệu quả, ổn định lâu dài. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mô tả và lý giải được cơ chế bồi, xói theo mùa; làm sáng tỏ được chế độ thủy động lực học, cơ chế vận chuyển bùn cát và các yếu tố tác động chính gây nên sự biến đổi địa hình đới bờ biển; đề xuất và lựa chọn được giải pháp bố trí công trình phù hợp để cải thiện các mặt hạn chế của bãi tắm khu vực nghiên cứu, vịnh Nha Trang. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chế độ thủy động lực học, cơ chế bồi, xói và tác động của sóng, dòng chảy tổng hợp đến biến đổi địa hình đới bờ biển Xương Huân, vịnh Nha Trang. 4. Nội dung nghiên cứu Tổng quan về tình hình nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp công trình ổn định bãi biển; Cơ sở khoa học nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển; Nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển và đề xuất giải pháp công trình ổn định, tôn tạo bãi biển Xương Huân, vịnh Nha Trang. 3
4. 5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Để đạt được mực tiêu nghiên cứu, tác giả sử dụng các phương pháp tiếp cận hệ thống, hiện đại và bền vững Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau: Phương pháp nghiên cứu tổng quan; phương pháp nghiên cứu thực nghiệm quan trắc hiện trường (quan trắc đường bờ bằng Camera; thả phao nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ ); phương pháp sử dụng mô hình số trị và nghiên cứu ứng dụng. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6.1. Ý nghĩa khoa học Luận án đã nghiên cứu đưa phương pháp phao trôi vào áp dụng thực tiễn tại khu vực ven bờ biển Vịnh Nha Trang, cho phép hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình toán ứng dụng thực tiễn một cách hiệu quả. Luận án đã làm sáng tỏ cơ chế vận chuyển bùn cát, tìm ra được các nguyên nhân chính và đánh giá vai trò tác động của từng yếu tố động lực đến biến đổi địa hình đới bờ biển khu vực nghiên cứu. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn Thành công của Luận án sẽ cung cấp một giải pháp phù hợp cho việc nghiên cứu và đề xuất giải pháp nhằm ổn định, tôn tạo bãi biển khu vực nghiên cứu nói riêng và các khu vực biến đổi địa hình bãi biển nói chung. 7. Những đóng góp mới của luận án 1. Ứng dụng thành công công nghệ phao trôi (drifter) để quan trắc dòng chảy tổng hợp ven bờ biển. 2. Xác định rõ nguyên nhân bồi, xói và đề xuất định hướng giải pháp phù hợp đảm bảo ổn định bãi biển khu vực nghiên cứu. 8. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung luận án gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp công trình ổn định bãi biển 4
5. Chương 2: Cơ sở khoa học nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển Chương 3: Nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển Xương Huân, vịnh Nha Trang Chương 4: Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình ổn định, tôn tạo bãi biển Xương Huân, vịnh Nha Trang CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ VÀ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BÃI BIỂN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái niệm về đới bờ biển Đới bờ biển là khu vực phân giới giữa biển và lục địa, nhưng nó không phải là đường tiếp xúc đơn giản giữa nước biển và lục địa mà là một dải ven bờ chịu tác động rõ rệt của sóng và thủy triều, là dải đất xẩy ra tiếp xúc và tương tác giữa biển và lục địa. Thuật ngữ khoa học gọi dải đất đó là đới bờ biển (Coastal area). Đới bờ biển gồm 3 thành phần hợp thành: Bãi trên hay bãi sau (Backshore); Bãi giữa hay bãi trước (Foreshore); Bãi thấp hay bãi ngoài (Inshore-Shore Face): 1.1.2 Các vấn đề KH-CN trong nghiên cứu biến động đới bờ biển Các vấn đề khoa học - công nghệ (KH-CN) về đới bờ biển chủ yếu bao gồm: Đặc điểm hình thái và cách phân loại đới bờ biển; Cơ chế thành tạo đới bờ biển và các yếu tố ảnh hưởng; Cấu trúc và phân bố trầm tích; Các yếu tố động lực trong đới bờ biển; Chuyển động bùn cát trong đới bờ biển và các yếu tố ảnh hưởng; Công trình bảo vệ, tôn tạo, khai thác bờ biển 1.2 Tổng quan các nghiên cứu ở nước ngoài về cơ chế biến động đới bờ và giải pháp công trình ổn định bãi biển 1.2.1 Lịch sử nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển Nghiên cứu xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển, hải cảng luôn gắn liền với sự phát triển của nền văn minh nhân loại. Một số dấu vết về các công trình cảng cổ xưa còn tồn tại cho đến ngày nay. Các tài liệu tiếng Hy Lạp và Latinh của Herodotus, Josephs, Suetonius đưa ra các mô tả về các nghiên cứu ven bờ. Các nhà nghiên cứu về bờ biển cổ xưa đã nắm vững được các quá trình động lực ven bờ như dòng chảy của khu vực ven bờ biển Địa Trung Hải, chế độ gió và tác động của gió và sóng. Người La Mã là những người đầu tiên thiết lập hoa gió biểu thị chế độ gió vùng ven bờ 5
6. 1.2.2 Các nghiên cứu về biến động đới bờ biển Việc nghiên cứu biến động đới bờ biển là vấn đề đã được thế giới quan tâm từ rất lâu, theo thời gian, các kết quả nghiên cứu đã cho thấy những qui luật rõ ràng của tự nhiên, các kết quả nghiên cứu cũng đã được tổng hợp lại và xuất bản trên những ấn phẩm khoa học dưới dạng bài báo khoa học hoặc các cuốn sách rất có giá trị cho việc tham khảo trong nghiên cứu cũng như phục vụ trực tiếp cho công tác nghiên cứu tính toán ứng dụng trên thực tiễn. 1.2.3 Tổng quan về phương pháp nghiên cứu biến động đới bờ biển Trước đây phương pháp nghiên cứu biến động đới bờ biển được thực hiện theo trình tự: Đo đạc các yếu tố sóng, dòng chảy, nồng độ bùn cát, sau đó tính toán dòng bùn cát bằng các công thức bán kinh nghiệm để xem xét chênh lệch dòng bùn cát cho một khu vực và đánh giá biến động địa hình của khu vực nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu chủ yếu hiện nay là sử dụng mô hình toán để mô phỏng kết hợp với khảo sát, đo đạc hiện trường. 1.2.4 Tổng quan về các mô hình số trị mô phỏng sóng và dòng chảy Các mô hình số trị mô phỏng lan truyền và biến dạng sóng hiện nay thường được chia thành 4 loại theo miền áp dụng như sau: nước sâu, ảnh hưởng của đáy là có thể bỏ qua; thềm lục địa - miền giữa nước sâu và nước nông; miền nước nông mà tại đó hiệu ứng nước nông là quan trọng; cảng mà tại đó cần phải tính đến tương tác giữa sóng và một công trình nào đó. Ngoài ra các mô hình có thể được chia thành hai loại: Mô hình phân giải pha và mô hình trung bình pha. Các phần mềm mô hình toán về thủy động lực học diễn biến hình thái đang được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay là: GENESIS của Mỹ và Thụy Điển; UNIBEST, SOBEK 2D, DELFT 3D của Hà Lan; các mô hình họ MIKE của Đan Mạch; NPM, SMS của Anh; CEDAS, EFDC, FVCOM của Mỹ và TELEMAC- MASCARET của Pháp, v.v Hiện nay, ba mô hình quan trọng đang được giới chuyên môn Việt Nam đánh giá cao và được áp dụng phổ biến là mô hình MIKE của Viện thủy lực Đan Mạch (DHI), DELFT-3D của Hà Lan và EFDC của Mỹ. 1.2.5 Tổng quan về tính toán vận chuyển bùn cát ven bờ Thông qua các phương pháp quan trắc hiện trường, thực nghiệm mô hình vật lý, 6
7. phân tích lý thuyết , các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra được nhiều công thức bán kinh nghiệm, mỗi công thức có phạm vi áp dụng nhất định. Đại diện có một số công thức tiêu biểu như: Công thức CERC; công thức Kamphuis 1.2.6 Tổng quan các nghiên cứu về công trình bảo vệ và tôn tạo bờ, bãi biển Để bảo vệ và tôn tạo bờ, bãi biển trên thế giới thường sử dụng riêng lẻ hoặc các tổ hợp khác nhau từ các giải pháp cơ bản sau đây: công trình gia cố bờ; các loại công trình ngăn cát, giảm sóng; nuôi bãi nhân tạo; trồng rừng ngập mặn. 1.3 Tổng quan nghiên cứu trong nước về biến động đới bờ và giải pháp ổn định bãi biển 1.3.1 Nghiên cứu biến động đới bờ biển Nghiên cứu biến động đới bờ biển trong những năm gần đây chủ yếu được tiến hành trong khuôn khổ các chương trình nghiên cứu biển cấp nhà nước và đã mô tả được khá chi tiết trên các bản đồ 1/250.000, 1/100.000 bức tranh biến động bờ biển, bồi, xói tổng quát dọc bờ biển Việt Nam và đã sơ bộ lý giải nguyên nhân, trong đó nguyên nhân ngoại sinh là quan trọng nhất. 1.3.2 Nghiên cứu về công trình ổn định và tôn tạo bãi biển Trước đây chủ yếu là sử dụng giải pháp bị động với các công trình kè lát mái. Những năm gần đây đã mạnh dạn ứng dụng các giải pháp công trình ngăn cát, giảm sóng - chủ yếu là mỏ hàn, tuy nhiên các công trình này chỉ được xây dựng dưới dạng thử nghiệm. Có nhiều nghiên cứu về ổn định cửa sông, bờ biển nhưng cũng chỉ dừng lại ở các giải pháp công nghệ chung và kết cấu bảo vệ mái đê. Do độ phức tạp và tính địa phương nên mỗi khu vực cần có nghiên cứu riêng, đến nay vẫn còn thiếu những chỉ dẫn kỹ thuật về bố trí không gian, kết cấu công trình ngăn cát, giảm sóng 1.3.3 Những nghiên cứu đã có về đới bờ biển tỉnh Khánh Hòa và vịnh Nha Trang Các nghiên cứu trước đây là khá nhiều, nhưng chưa có nghiên cứu nào mang tính hệ thống và đủ số liệu tin cậy để đưa ra được chế độ thủy động lực học, cơ chế vận chuyển bùn cát ven bờ và diễn biến địa hình đới bờ biển. Gần đây, Đề tài Nghị định thư giữa Trường ĐHTL và Viện nghiên cứu vì sự phát triển Pháp (IRD) đã tiến hành đo đạc các yếu tố địa hình, trầm tích đáy, thủy hải văn đầy đủ, đồng bộ. Các đặc trưng chế độ thủy động lực, vận chuyển trầm tích lơ lửng, 7
8. bồi xói đáy Vịnh đã được nghiên cứu khá rõ. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chưa đi sâu nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế biến động trong đới bờ biển cũng như cơ chế vận chuyển bùn cát đặc biệt là vai trò tác động của sóng và dòng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển. 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án Luận án kết hợp giữa thực nghiệm hiện trường và mô hình toán hiện đại để đi vào nghiên cứu các vấn đề sau: mô tả và lý giải được cơ chế bồi, xói theo mùa của bãi biển; làm sáng tỏ được chế độ thủy động lực học, cơ chế vận chuyển bùn cát và các yếu tố tác động chính gây nên sự biến đổi địa hình đới bờ biển, từ đó làm cơ sở khoa học đề xuất và lựa chọn được giải pháp bố trí công trình phù hợp để cải thiện các mặt hạn chế của bãi biển khu vực nghiên cứu. 1.5 Kết luận chương 1 Trong chương này tác giả đã nghiên cứu làm rõ được: 1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về biến động đới bờ và giải pháp công trình ổn định bãi biển bao gồm: Lịch sử nghiên cứu biến động đới bờ biển; Các nghiên cứu tiêu biểu về biến động đới bờ biển; Các phương pháp nghiên cứu từ trước đến nay; Các mô hình số trị hiện đại mô phỏng sóng và dòng chảy; Các mô hình, công thức tính toán vận chuyển bùn cát ven bờ và các nghiên cứu về công trình ổn định, tôn tạo bãi biển. 2. Tổng quan các nghiên cứu trong nước về biến động đới bờ và giải pháp ổn định bãi được thể hiện qua các nội dung chính: Các nghiên cứu đã có về cơ chế biến động đới bờ biển; Các nghiên cứu vể công trình ổn định và tôn tạo bãi biển và những nghiên cứu đã có về biến động đới bờ biển tỉnh Khánh Hòa và vịnh Nha Trang. 3. Luận án đặt mục tiêu nghiên cứu về chế độ thủy động lực học, cơ chế vận chuyển bùn cát, tác động của sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa hình bãi biển cho một khu vực cụ thể trên cơ sở thiết lập bộ số liệu nghiên cứu đầy đủ và đáng tin cậy. Kết hợp phân tích các kết quả nghiên cứu quan trắc hiện trường với phân tích, lựa chọn thiết lập bộ mô hình số hiện đại để tính toán và mô phỏng các quá trình thủy thạch động lực. Tìm ra nguyên nhân và cơ chế tác động đến quá trình bồi, xói, làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp bảo vệ hiệu quả để ổn định lâu dài bãi biển khu vực nghiên cứu. 8
9. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ BIỂN 2.1 Các yếu tố chính gây nên biến động đới bờ biển vịnh Nha Trang Sự biến động đới bờ biển vịnh Nha Trang là kết quả của sự tác động giữa các yếu tố nội sinh, ngoại sinh và nhân sinh trong môi trường tự nhiên cụ thể của Vịnh, qua phân tích các yếu tố chính gồm: địa hình, địa mạo; phân bố trầm tích; dòng chảy sông Cái; chế độ thủy triều; chế độ sóng; chế độ dòng chảy trong vịnh Nha Trang và tác động từ con người ta thấy: Địa hình có độ sâu lớn nằm sát bờ gây độ dốc và sóng lớn gần bờ. Vào mùa mưa, sóng do gió Đông Bắc đi qua vùng san hô phía Bắc nên không mang theo bùn cát nên đã gây sạt bờ, xói bãi, bờ biển chỉ được bổ sung một phần bùn cát từ sông Cái. Vào mùa khô, sóng Đông Nam mang bùn cát quanh các đảo phía Đông Nam Vịnh tới bồi tụ ở vùng bãi biển dọc đường Trần Phú, sự phân bố hạt mịn dần từ Nam lên Bắc ở bãi trên thể hiện xu thế đó. Sóng hướng Đông gây chuyển động bùn cát ngang bờ, duy trì độ dốc bãi. Cửa sông Cái có ảnh hưởng nhất định thông qua lượng bùn cát vào mùa mưa. Như vậy, sơ bộ ban đầu có thể thấy nguyên nhân chính gây nên diễn biến bãi biển theo mùa là do ảnh hưởng của trường sóng tới và điều kiện địa hình khu vực nghiên cứu. 2.2 Các số liệu cơ bản phục vụ nghiên cứu Luận án sử dụng tài liệu địa hình; thủy, hải văn; bùn cát đáy của Đề tài Nghị định thư giữa Trường ĐHTL và Viện nghiên cứu vì sự phát triển Pháp (IRD) khảo sát, đo đạc vào tháng 5 và tháng 12 năm 2013. Bổ sung thêm số liệu thủy hải văn trong thời gian thả phao trôi nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ vào cuối tháng 11 năm 2015 do tác giả thực hiện. 2.3 Mô hình chuyển động bùn cát dọc bờ trong đới bờ biển Để định lượng được dòng vận chuyển bùn cát (VCBC) dọc bờ trong khu vực nghiên cứu, luận án sử dụng mô hình diễn biến đường bờ (one-line model) được trình bày bởi Pelnard-Considere (1956), Hình 2.172.17. Phương trình liên tục về vận chuyển bùn cát ven bờ được biểu diễn dưới dạng tổng quát qua phương trình (2.1). y 1 Q  q (2.1) t (D D ) x C B  9
10. y, y i i Q (DC DB ) x (2.7) t Hình 2.17 Sơ đồ cân bằng bùn cát vận chuyển dọc bờ 2.4 Các phương pháp nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển 2.4.1 Nghiên cứu biến động theo mùa của bãi biển từ hình ảnh thu được bằng Camera Trong khuôn khổ đề tài Nghị định thư cấp nhà nước hợp tác với Viện Nghiên cứu vì sự phát triển Pháp (IRD) “Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông và bờ biển vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa”, một hệ thống giám sát diễn biến đường bờ bằng Camera được lắp đặt để quan trắc đường bờ theo thời gian thực trong thời gian dài hạn từ tháng 3 năm 2013. Sự biến đổi hình thái của bờ biển và các tham số động lực sóng được quan trắc liên tục, sau đó chuyển đổi về bộ dữ liệu ảnh trung bình với quãng thời gian giãn cách 10 phút. Luận án sẽ sử dụng các hình ảnh thu được bằng Camera và kết quả giải đoán đường bờ của đề tài để nghiên cứu sự bến động theo mùa của bãi biển Nha Trang. 2.4.2 Sử dụng phương pháp phao trôi nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ biển Quan trắc dòng chảy gần bờ, chủ yếu là quan trắc dòng tổng hợp của dòng triều và dòng phi triều. Làm rõ được hướng chuyển động của dòng chảy tổng hợp sẽ có thể xác định được xu thế chuyển động của bùn cát trong đới bờ biển. Chính vì vậy luận án sử dụng phương pháp phao trôi để nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ. 2.4.2.1 Lựa chọn và thiết kế phao trôi 10
11. a) Lựa chọn mẫu phao Dựa trên việc nghiên cứu các thiết kế phao thả trôi trên thế giới, tác giả lựa chọn mẫu phao của Davis 1985 và tiến hành chế tạo, sử dụng trong việc xác định quỹ đạo và vận tốc dòng chảy tổng hợp trong khu vực ven bờ biển vịnh Nha Trang. b) Thiết kế chế tạo phao đo đạc dòng chảy dạng Davis 1985 Hình 2.20 Sơ đồ cấu tạo của phao dạng Hình 2.21 Phao sau khi chế tạo hoàn chữ X theo mẫu của Davis 1985 thiện 2.4.2.2 Kịch bản và thực hiện đo ngoài hiện trường a) Kịch bản đo đạc: Dựa trên tính chất của thủy triều và tính chất dòng chảy tại từng khu vực. b) Đo đạc tại vùng cửa sông Cái và ven bờ biển vịnh Nha Trang Hình 2.1 Lắp đặt, thử nghiệm và thả phao tại khu vực cửa sông Cái và ven bờ biển vịnh Nha Trang (11/2015) 11
12. 2.4.3 Sử dụng phương pháp mô hình toán nghiên cứu bồi, xói bãi biển 2.4.3.1 Giới thiệu mô hình toán Xây dựng mô hình số trị bằng mô hình mã nguồn mở thủy động lực học 3 chiều EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) có tích hợp kết quả của mô hình tính toán sóng SWAN và mô đun hạt Lagrange cho khu vực vịnh Nha Trang. • Các điều kiện biên dòng chảy, mực nước • Tốc độ và hướng gió • Điều kiện biên khí tượng • Sóng vùng nước sâu • Phân bố vật liệu bùn cát đáy • Thông số thiết kế phao ngoài khơi. • Các tham số ứng suất tới hạn bồi xói • Vị trí ban đầu • Mực nước MÔ ĐUN HẠT MÔ ĐUN MÔ HÌNH LAGRANGE SWAN EFDC • Độ cao sóng • Kiểm chứng mô hình • Chu kỳ sóng, • Phân bố vật liệu bùn cát đáy toán NC thủy thạch • Hướng sóng • Các tham số ứng suất tới hạn bồi xói động lực ven bờ • Ứng suất bức xạ sóng MÔ ĐUN VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KẾT QUẢ MÔ HÌNH • Mực nước, • Vận tốc dòng chảy • Ứng suất do dòng chảy • Nhiệt độ, độ mặn • Chất lượng nước • Vận tốc và quỹ đạo dòng chảy tổng cộng • Nồng độ bùn cát lơ lửng và di đáy • Biến đổi địa hình Hình 2.24 Sơ đồ khối tính toán của mô hình toán tổng hợp 2.4.3.2 Lựa chọn và xác định miền tính toán Hình 2.25 Lưới tính toán và biên đầu vào cho mô hình toán 12
13. 2.4.3.3 Kết quả hiệu chỉnh mô hình EFDC theo bộ số liệu khảo sát tháng 05 năm 2013 Thời gian mô phỏng để hiệu chỉnh mô hình là toàn bộ năm 2013 và trích xuất số liệu kết quả tính toán tháng 5 để so sánh với số liệu khảo sát trong tháng này. Kết quả so sánh vận tốc dòng chảy giữa mô hình và số liệu thực đo tại các trạm A và trạm B cho kết quả khá phù hợp về độ lớn. Kết quả so sánh hiệu chỉnh mực nước cho thấy chỉ số Nash đạt 96% chứng tỏ kết quả của mô hình là rất chính xác. 2.4.3.4 Kết quả kiểm chứng mô hình EFDC theo bộ số liệu khảo sát tháng 12 năm 2013 Sử dụng bộ số liệu khảo sát trong tháng 12 năm 2013 để kiểm chứng kết quả tính toán của mô hình đã được hiệu chỉnh ở phần trên. Kết quả so sánh vận tốc dòng chảy giữa mô hình và số liệu thực đo tại các trạm A và trạm C cho kết quả khá phù hợp về độ lớn. Kết quả so sánh mực nước tính toán và thực đo tại hai trạm A và C cho thấy chỉ số Nash của từng trạm lần lượt là 95% và 93% chứng tỏ mô hình hiệu chỉnh cho mực nước đạt độ chính xác rất cao. 2.4.3.5 Hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình lan truyền sóng SWAN a) Kết quả hiệu chỉnh mô hình SWAN theo bộ số liệu khảo sát tháng 5/2013 Kết quả mô hình mô phỏng diễn biến của độ cao sóng và chu kỳ sóng khá tương đồng với số liệu thực đo. Độ lệch và sai số trung bình quân phương cho chuỗi độ cao sóng thực đo: BIAS = -0.23m; RMSE = 0.2m. b) Kiểm chứng kết quả tính toán trường sóng theo bộ số liệu khảo sát tháng 12/2013 Các kết quả so sánh giữa độ cao và chu kỳ sóng tại trạm A trong suốt thời gian tiến hành khảo sát cho thấy có sự phù hợp tốt hơn so với các kết quả hiệu chỉnh trong đợt tháng 5 do trường sóng hướng đông bắc khá lớn và ổn định. Độ lệch và sai số trung bình quân phương cho chuỗi độ cao sóng thực đo trong tháng 12 năm 2013 như sau. BIAS = 0.13m; RMSE = 0.18m. 2.4.3.6 Kiểm chứng kết quả mô phỏng dòng chảy tổng hợp theo mô hình hạt Lagrange Trong thời gian từ ngày 26/11 đến 30/11/2015, tác giả đã thực hiện một đợt khảo sát đo quỹ đạo dòng chảy tổng hợp bằng phương pháp thả phao cùng các yếu tố thủy hải văn như lưu lượng, mực nước, sóng ngoài khơi cũng như các thông số gió. Kết quả so sánh mực nước tại cầu Trần Phú thu được hệ số Nash 92% chứng tỏ mô hình thủy lực cho kết quả đáng tin cậy. 13
14. 0 500 1000 1500 2000 0 100 200 300 400 500 0 500 1000 1500 0.88 1.89 Mo hinh WRU-S02 0.66 WRU-S01 Mo hinh 0.75 0.44 1.26 Do dac Do dac 0.50 0.22 0.25 0.63 0.81 WRU-B12 0.54 WRU-S06 0.00 0.00 0.88 0.27 0.00 0.66 2.16 WRU-S03 0.51 0.44 1.44 0.34 0.17 0.22 WRU-B13 WRU-S07 0.72 0.00 0.60 0.81 0.45 0.00 0.54 1.62 0.27 WRU-S08 0.30 0.00 WRU-S04 0.15 WRU-B14 0.78 Vantoc (m/s) 1.08 Vantoc (m/s) 0.52 0.56 WRU-S09 Vantoc (m/s) 0.54 0.26 0.42 0.00 0.00 0.28 0.81 2.16 0.54 WRU-S10 0.14 WRU-B15 WRU-S05 0.27 1.44 0.00 0.78 0.81 0.52 Mo hinh 0.72 0.54 WRU-S11 0.26 Do dac 0.27 0.00 0.00 0.00 WRU-B16 0 500 1000 1500 2000 0 100 200 300 400 500 0 500 1000 1500 Khoang cach (m) Khoang cach (m) Khoang cach (m) Hình 2.42 Kết quả so sánh quỹ đạo Hình 2.43 Kết quả so sánh vận tốc phao phao giữa thực đo và mô phỏng trôi và vận tốc dòng chảy tính toán Như vậy, mô hình mã nguồn mở thủy động lực học 3 chiều EFDC có tích hợp kết quả của mô hình tính toán sóng SWAN và mô đun hạt Lagrange đã được hiệu chỉnh, kiểm chứng có độ tin cậy cao để áp dụng tính toán, mô phỏng và nghiên cứu chế độ thủy động lực học, vận chuyển bùn cát ven bờ khu vực nghiên cứu. 2.5 Kết luận chương 2 Chương 2 đã đưa ra những cơ sở khoa học cùng nhiều phương pháp nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển khác nhau và đã đạt được những kết quả sau: 1. Đã xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu đầy đủ, đồng bộ và chi tiết cho việc nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp ổn định bãi biển: 2. Đã ứng dụng thành công công nghệ phao trôi (drifter) để nghiên cứu dòng chảy tổng hợp vùng ven bờ: 3. Xây dựng thành công mô hình thủy lực trong đó sử dụng mô hình mã nguồn mở EFDC có tích hợp kết quả của mô hình tính toán sóng SWAN và mô hình dòng chảy tổng hợp Lagrange cho khu vực vịnh Nha Trang. 14
15. CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ BIỂN XƯƠNG HUÂN, VỊNH NHA TRANG 3.1 Phân tích quy luật bồi, xói bãi biển từ kết quả quan trắc bằng Camera 3.1.1 Phân tích số liệu hình ảnh từ Camera Trong gần 2 năm hoạt động (2013-2014), với giãn cách 10 phút một ảnh, thiết bị Camera thu được hàng ngàn bức ảnh về bãi biển khu vực nghiên cứu đoạn tiếp giáp với Khách sạn 378 dài khoảng 300m. So sánh vị trí tương đối của đường tường bờ kè bê tông và đường bờ biển, chúng ta có thể nhận biết được sự bồi tụ hay xói lở của bãi biển. Từ ngân hàng số liệu ảnh Camera trên, trích ra 8 bức ảnh đặc trưng để quan sát và phân tích. Từ đó biết được một cách định tính tính chất biến động (mở rộng - thu hẹp) với chu kỳ theo mùa của bãi biển khu vực nghiên cứu. 3.1.2 Phân tích quy luật biến đổi trên mặt bằng của bãi biển khu vực nghiên cứu 3.1.2.1 Biến động của đường bờ biển khu vực nghiên cứu Hình 3.2 Diễn biến đường bờ biển trên mặt bằng khu vực nghiên cứu Ở khu vực nghiên cứu, sự xói lở của bờ biển xuất hiện trong suốt thời kỳ gió mùa Đông Bắc, còn sự bồi đắp của đường bờ xảy ra trong suốt thời kỳ còn lại. Điều này cho thấy đường bờ đã có sự thay đổi theo mùa trong năm. 3.1.2.2 Quy luật biến động chiều rộng bãi biển Phân tích sự biến đổi chiều rộng bãi biển qua Hình 3.4. Chiều rộng bãi biển thay đổi tại khu vực gần Khách sạn 378 (vùng 1, x 300m) chỉ khoảng 7m. 15
16. Bồi mạnh Xói mạnh Vùng 1 Hình 3.4 Biến đổi của chiều rộng bãi biển tại một số vị trí trắc ngang đặc trưng Qua các phân tích trên ta thấy chiều rộng bãi biển khu vực nghiên cứu biến đổi theo mùa với chu kỳ hình sin và biên độ theo sự biến đổi của địa hình. Hiện tượng bồi tụ chủ yếu vào tháng 5 đến tháng 8 và xói lở vào tháng 10 đến khoảng tháng 1 năm sau. 3.2 Tính toán lượng và phương vận chuyển bùn cát dọc bờ 3.2.1 Tính toán lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ theo công thức thực nghiệm Pelnard- Considere với bộ số liệu từ Camera Phương pháp tính toán lượng bùn cát dọc bờ của Pelnard-Considere đã trình bày trong mục 2.3 của Chương hai. Trong công thức (2.7), đại lượng biến đổi theo thời gian của vị trí đường bờ (∆ys/∆t) thu được từ kỹ thuật phân tích ảnh từ hệ thống giám sát Camera. Từ công thức (2.7), với bộ số liệu liên tục về đường bờ từ tháng 5/2013, ta tính được giá trị Qx theo thời gian và được biểu thị bởi biểu đồ vận chuyển bùn cát dọc bờ Hình 3.6. 0 50 100 150 200 250 300 5 4 3 Y13-06-28 2 Y13-07-31 Y13-08-26 ) 1 Y13-09-29 Y13-10-31 ngày / 0 Y13-11-28 3 Y13-12-30 Q (m3/ngay) -1 Y14-01-30 Q (m Y14-03-02 -2 -3 -4 -5 0 50 100 150 200 250 300 KhoangKhoảng cach cách doc dọc bo bờ (m) (m) Hình 3.6 Biểu đồ xác định lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ trong các tháng 16
17. 3.2.2 Xác định phương chuyển động bùn cát dọc bờ theo quỹ đạo dòng chảy tổng hợp Theo phương pháp phao trôi đã trình bày trong mục 2.4.2 của Chương hai, với loại phao do tác giả tự chế tạo theo mẫu của Davis 1985, đã tiến hành thả phao và đo đạc quỹ đạo phao trôi tại hiện trường khu vực nghiên cứu từ ngày 25 đến 30/11/2015. Kết quả cho ta thấy dòng chảy tổng hợp ven bờ có hướng từ Bắc xuống Nam như Hình 3.9 và có vận tốc thể hiện ở Bảng 3.2. Hình 3.9 Kết quả đo quỹ đạo dòng chảy tổng hợp ven bờ khu vực nghiên cứu Bảng 3.2 Kết quả đo vận tốc dòng chảy tổng hợp ven bờ (m/s) Vận tốc lớn nhất Vận tốc nhỏ nhất Vận tốc trung Tên phao Vmax (m/s) Vmin (m/s) bình VTB (m/s) WRU-B 12 0.83 0.00 0.21 WRU-B 13 0.83 0.08 0.45 WRU-B 14 0.56 0.14 0.47 WRU-B 15 0.83 0.08 0.47 WRU-B 16 0.56 0.11 0.44 3.3 Nghiên cứu biến đổi địa hình đới bờ biển Xương Huân bằng mô hình toán 3.3.1 Chế độ thủy động lực học khu vực nghiên cứu Kết quả tính toán trong thời kỳ gió mùa Tây Nam thể hiện trên Hình 3.12 và Hình 3.13, ta thấy trong thời kỳ này dòng chảy tổng hợp ven bờ ở hai phía cửa sông Cái đều có hướng về phía Bắc. Dòng chảy sông Cái không ảnh hưởng nhiều đến khu vực đới bờ biển Xương Huân. Trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc, theo kết quả mô phỏng trên Hình 3.14, Hình 3.15 thấy dòng chảy ven bờ ở hai phía cửa sông Cái đều có hướng về phía Nam. Dòng chảy sông Cái có ảnh hưởng khá lớn đến dòng chảy tổng hợp ven bờ biển Xương Huân Hình 3.14 (d). 17
18. (a) (b) (c) (d) Hình 3.12 Ảnh hưởng của dòng chảy sông Cái đến khu vực nghiên cứu trong gió mùa Tây Nam 23/5/2013 đến 02/6/2013 23/5/2013 đến 02/6/2013 Vận tốc (m/s) Vận tốc (m/s) 23/5/2013 đến 02/6/2013 Vận tốc (m/s) 23/5/2013 đến 02/6/2013 Vận tốc (m/s) 23/5/2013 đến 02/6/2013 Vận tốc (m/s) Hình 3.13 Hoa dòng chảy khu vực nghiên cứu trong gió mùa Tây Nam (a) (b) (c) (d) Hình 3.14 Ảnh hưởng của dòng chảy sông Cái đến khu vực nghiên cứu trong gió mùa Đông Bắc 18
19. 3/12/2013 - 13/12/2013 Vận tốc (m/s) 3/12/2013 - 13/12/2013 Vận tốc (m/s) 3/12/2013 - 13/12/2013 Vận tốc (m/s) 3/12/2013 - 13/12/2013 Vận tốc (m/s) 3/12/2013 - 13/12/2013 Vận tốc (m/s) Hình 3.15 Hoa dòng chảy khu vực nghiên cứu trong gió mùa Đông Bắc 3.3.2 Dòng chảy tổng hợp dư ven bờ tại khu vực nghiên cứu Để nghiên cứu chế độ dòng chảy khu vực ven bờ, thiết lập một mặt cắt ngang kiểm tra rộng 700m tại khu vực nghiên cứu. Qua kết quả tính toán ta thấy dòng chảy có hướng chủ đạo về hướng Bắc trong thời kỳ gió mùa Tây Nam từ tháng 4 đến tháng 9 và chảy về hướng Nam trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. 750 Legend 625 Lưu lượng qua MCN/giờ LưuMat lượng Cat Ngang TB ngày Trung Binh Ngay 500 /s) 3 /s) (m 3 375 dư 250 chảy 125 dòng 0 lượng -125 Luu luong dong chay(m Lưu -250 -375 Tháng -500 Jan-13 Feb-13 Mar-13 Apr-13 May-13 Jun-13 Jul-13 Aug-13 Sep-13 Oct-13 Nov-13 Dec-13 1/2013 2/2013 3/2013 4/2013 5/2013 6/2013 7/2013 8/2013 9/2013 10/2013 11/2013 12/2013 Date Hình 3.17 Lưu lượng dòng chảy dư qua mặt cắt ngang trong năm 2013 3.3.3 Kết quả nghiên cứu tác động của sóng và dòng chảy tổng hợp ven bờ đến đới bờ biển khu vực nghiên cứu 3.3.3.1 Kết quả tính toán phân bố ứng suất đáy trên mặt bằng 19
20. Kết quả cho thấy ứng suất đáy tổng cộng trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc lớn hơn rất nhiều thời kỳ gió mùa Tây Nam và phân bố lớn nhất khu vực cửa sông Cái và giảm dần khi về phía Nam. Hình 3.18 Trường ứng suất đáy tổng Hình 3.19 Trường ứng suất đáy tổng cộng trong gió mùa Đông Bắc cộng trong gió mùa Tây Nam 3.3.3.2 Kết quả tính toán phân bố ứng suất đáy tại các điểm điển hình Trích xuất biến thiên ứng suất đáy tổng cộng, chỉ do sóng và chỉ do dòng chảy theo thời gian tại 9 điểm khảo sát (Hình 3.1). Hình 3.1 Các điểm khảo sát ứng suất đáy 20
21. Bảng 3.1 Ứng suất đáy tổng cộng do sóng và dòng chảy tổng hợp gây ra (N/m2) Ứng suất trong gió mùa Đông Ứng suất trong gió mùa Tây Bắc Nam TT Nhỏ Trung Lớn Nhỏ Trung Lớn nhất nhất bình nhất nhất bình Điểm 01 0.02606 2.59335 11.04081 0.00018 0.84029 6.14089 Điểm 02 0.00107 1.50541 7.04616 0.00006 0.07451 0.62306 Điểm 03 0.00041 0.58920 3.47106 0.00014 0.05706 0.48170 Điểm 04 0.18818 6.98954 24.69806 0.00006 0.55704 4.03345 Điểm 05 0.00037 1.24569 6.05634 0.00006 0.04720 0.41821 Điểm 06 0.00068 0.51585 3.08132 0.00006 0.05644 0.43925 Điểm 07 0.27523 8.19320 29.98253 0.00008 0.62912 4.65869 Điểm 08 0.00008 1.25419 6.07702 0.00013 0.04910 0.41629 Điểm 09 0.00085 0.46295 2.82096 0.00002 0.06002 0.42575 ỨngUng suat suất do do dong dòng chay chảy ỨngUng suatsuất do do dong dòng chay chảy ỨngUng suat suất do do song sóng ỨngUng suat suất do do song sóng 5.7 Diem 01 8.7 Diem 01 3.8 Điểm 01 5.8 Điểm 01 1.9 2.9 0.0 0.0 0.33 ĐiểmDiem 0202 6 Diem 02 0.22 4 Điểm 02 0.11 2 0.00 0 0.45 2.52 Diem 03 Diem 03 Điểm 03 ) 0.30 1.68 Điểm 03 2 0.15 0.84 0.00 0.00 3.6 22.2 Diem 04 (N/m Điểm 04 ĐiểmDiem 04 2.4 ) 14.8 2 1.2 7.4 0.0 đáy 0.0 0.219 ĐiểmDiem 05 5.1 Diem 05 0.146 (N/m Điểm 05 3.4 0.073 suất 1.7 0.000 0.0 đáy 0.42 Diem 06 2.19 Ungsuat day (N/m2) 0.28 Điểm 06 ĐiểmDiem 06 Ứng 1.46 0.14 suất 0.73 0.00 0.00 4.5 ĐiểmDiem 07 25.2 3.0 Ungsuat day (N/m2) 16.8 ĐiểmDiem 07 Ứng 1.5 8.4 0.0 0.0 0.222 Diem 08 0.148 Điểm 08 4.6 ĐiểmDiem 08 0.074 2.3 0.000 0.0 0.42 1.8 0.28 ĐiểmDiem 09 ĐiểmDiem 09 0.14 0.9 0.00 0.0 2013-05-22 2013-05-26 2013-05-30 2013-06-03 22/5/2013 26/5/2013 30/5/2013 03/6/2013 02/12/20132013-12-02 06/12/20132013-12-06 10/12/20132013-12-10 14/12/20132013-12-14 ThờiThoi gian ThờiThoi gian gian Hình 3.30 Biến thiên ứng suất đáy Hình 3.31 Biến thiên ứng suất đáy trong thời kỳ gió mùa Tây Nam trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc 3.3.4 Kết quả mô phỏng diễn biến bồi, xói tại khu vực nghiên cứu Kết quả mô phỏng diễn biến bồi, xói đới bờ biển khu vực nghiên cứu trong cả năm 2013 được thể hiện ở Hình 3.32. Quá trình bồi diễn ra mạnh mẽ từ tháng 5 cho tới khi đạt lượng bồi cực đại vào tháng 8. Sau đó tới tháng 9 thì xuất hiện một khu xói nằm 21
22. ngay tại khu vực kè chữ Y gần Khách sạn 378. Khu vực xói này được mở rộng về phía Nam cho tới hết tháng 12. Bồi xói (m) Bồi xói (m) -0.3 02/2013 0.5 -0.3 03/2013 0.5 Bồi xói (m) Bồi xói (m) -0.3 05/2013 0.5 -0.3 06/2013 0.5 Bồi xói (m) Bồi xói (m) -0.3 07/2013 0.5 -0.3 08/2013 0.5 Bồi xói (m) Bồi xói (m) -0.3 09/2013 0.5 -0.3 12/2013 0.5 Hình 3.32 Biến đổi địa hình đới bờ biển tại khu vực nghiên cứu trong năm 2013 3.4 Kết luận chương 3 Chương 3 đã nghiên cứu làm rõ được các vấn đề sau; (i) Mô tả định tính và lý giải được cơ chế bồi, xói theo mùa của bãi biển. (ii) Làm sáng tỏ được chế độ thủy động lực học và cơ chế vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu. (iii) Làm rõ nguyên nhân chính và xác định được một cách chi tiết tác động của từng yếu tố sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển. (iv) Để hạn chế sự biến đổi địa hình và tôn tạo bãi biển khu vực nghiên cứu, phải có giải pháp công trình giảm tác động của sóng hướng Đông và Đông Bắc vào bãi biển. Ngăn dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ về phía Nam trong thời kỳ mùa đông và giữ lại bùn cát vận chuyển tới từ phía Nam trong thời kỳ mùa hè. 22
23. CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỔN ĐỊNH, TÔN TẠO BÃI BIỂN XƯƠNG HUÂN, VỊNH NHA TRANG 4.1 Hiện trạng khu vực và mục tiêu cải tạo 4.1.1 Hiện trạng bãi biển khu vực nghiên cứu Bãi biển tôn tạo nằm sát ngay phía Nam kè biển Yersin, từ Khách sạn 378 theo hướng Bắc Nam chạy dọc theo đường Trần Phú đến ngã ba Trần Phú - Yersin. Bãi biển thường xuyên bị biến động theo mùa. Vào mùa đông, bãi biển bị xói lở mạnh, hẹp chỉ còn dưới 10m và độ dốc trên 2%. Vào mùa hè, bờ biển được khôi phục mở rộng gần 40m và thoải hơn nhưng vẫn dốc khoảng 2%. Ngoài ra, do bãi biển vào mùa đông quá hẹp và dốc, tạo điều kiện cho sóng tác động sát vách bờ và tuyến đường ven biển, gây nguy hiểm cho người tắm biển và gây mất ổn định cho các công trình ven bờ. 4.1.2 Mục tiêu cải tạo Hạn chế sự xói lở, khôi phục và tăng bề rộng, giảm độ dốc cho bãi biển khu vực nghiên cứu. Công trình cải tạo phải tạo thành yếu tố cảnh quan, thân thiện với môi trường và không gây ảnh hưởng tiêu cực đến khu vực lân cận. 4.2 Các căn cứ khoa học đề xuất phương án Theo các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và kết quả mô phỏng số ở Chương ba luận án; TCVN 9901:2014 Công trình thủy lợi - yêu cầu thiết kế đê biển và Chương 7 Đề tài - Thiết kế sơ bộ công trình cải tạo và nâng cấp bãi biển khu vực UBND tỉnh Khánh Hòa. 4.3 Các phương án bố trí tổng thể công trình ngăn cát, giảm sóng Bố trí một mỏ hàn chắn sóng Đông Bắc ở phía đầu bãi. Một hệ thống đê ngầm giảm sóng song song với đường bờ để giảm sóng hướng Đông vào bãi, đưa bùn cát do sóng Đông Nam tải đến vào bờ và tạo ra các khối bồi tụ dạng tombolo ở gần bờ cùng các mỏ hàn để ngăn chặn dòng bùn cát do dòng ven bờ trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc đẩy về phía Nam. 4.4 Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của các phương án bố trí công trình 4.4.1 Phương pháp đánh giá Hiệu quả kỹ thuật của các phương án bố trí công trình được đánh giá bằng kết quả tính toán trên mô hình tổng hợp đã được hiệu chỉnh và kiểm chứng do luận án đề xuất trong Chương hai trên cơ sở hiệu quả giảm sóng, gây bồi. 23
24. 4.4.2 Biến đổi địa hình đới bờ biển theo các phương án bố trí công trình 4.4.2.1 Kết quả tính toán bồi, xói trên mặt bằng Kết quả trích xuất hình ảnh bồi, xói khu vực nghiên cứu sau 12 tháng (Hình 4.10) cho thấy phương án 5 có kết quả bồi tốt nhất do ngoài tác dụng của mỏ hàn phía Bắc và hệ thống đê ngầm giảm sóng còn có mỏ hàn phía Nam đặt cuối hệ thống đã ngăn dòng chảy tổng hợp ven bờ và giữ cát cho khu vực chỉnh trị. Hình 4.1. Bồi xói khu vực nghiên cứu sau 12 tháng theo các phương án 4.4.2.2 So sánh kết quả bồi, xói theo các mặt cắt ngang các phương án Các mặt cắt ngang được lựa chọn để trích xuất kết quả biến đổi địa hình đáy trong năm 2013 nhằm tìm ra ảnh hưởng của các phương án công trình tới quá trình bồi, xói khu vực nghiên cứu. Qua kết tính toán, thấy rằng phương án 5 là hiệu quả nhất. 4.5 Kết luận chương 4 Chương 4 đã đề xuất được các giải pháp công trình cho mục tiêu ổn định và tôn tạo bãi biển. Thực hiện đánh giá tính hiệu quả của các phương án đề xuất và đã xác định được phương án hiệu quả nhất trong các phương án đề xuất. Giải pháp đề xuất lựa chọn là tổ hợp của các công trình ngăn cát, giảm sóng ở dạng ngầm và bán ngầm nên sẽ không ảnh hưởng nhiều đến cảnh quan của bãi tắm. 24
25. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. Kết quả đạt được của luận án Từ kết quả nghiên cứu tổng quan, tổng hợp tài liệu, quan trắc hiện trường và nghiên cứu bằng mô hình toán, luận án đã đạt được những kết quả sau. 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển và giải pháp công trình ổn định bãi biển Nghiên cứu chi tiết các kết quả điển hình cũng như các phương pháp và quy trình nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ phổ dụng. Các mô hình toán mô phỏng dòng chảy và lan truyền, biến dạng sóng thông dụng hiện nay. Các nghiên cứu về vận chuyển bùn cát ven bờ và giải pháp công trình ổn định bờ, tôn tạo bãi biển cũng đã được nghiên cứu làm rõ. Từ đó đã lựa chọn được vấn đề nghiên cứu cũng như cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu phù hợp cho luận án. 2. Làm rõ cơ sở khoa học nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ bằng quan trắc tại hiện trường và sử dụng mô hình toán i) Luận án đã sử dụng đồng bộ nhiều thiết bị và phương pháp quan trắc hiện đại, tiên tiến và đặc biệt, đã ứng dụng thành công công nghệ phao trôi lần đầu tiên ở Việt Nam để nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ. Thành công của luận án mở ra khả năng sử dụng công cụ mới này cho các nghiên cứu dòng chảy ven bờ trên thực tiễn cho khu vực rộng và chi phí phù hợp với điều kiện Việt Nam. ii) Đã lựa chọn và sử dụng mô hình thủy động lực học mã nguồn mở EFDC và ghép nối thành công với mô hình lan truyền sóng SWAN, mô hình hạt Lagrange mô phỏng dòng chảy tổng cộng thành một công cụ tổng hợp để nghiên cứu chế độ thủy động lực, cơ chế vận chuyển bùn cát ven bờ và biến đổi địa hình đới bờ biển khu vực nghiên cứu. 3. Lượng hóa được quá trình biến động đới bờ biển khu vực nghiên cứu dưới tác động của sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ Đã mô tả định tính và lý giải được cơ chế bồi, xói theo mùa của bãi biển, làm sáng tỏ được chế độ thủy động lực học và cơ chế vận chuyển bùn cát ven bờ và làm rõ nguyên nhân chính và xác định một cách chi tiết tác động của từng yếu tố sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển. Từ đó đưa ra cơ sở khoa học cho việc định hướng lựa chọn giải pháp công trình ổn định bãi biển khu vực nghiên cứu. 25
26. 4. Đề xuất định hướng giải pháp công trình ổn định, tôn tạo bãi biển khu vực nghiên cứu Đã đề xuất được các giải pháp công trình cho mục tiêu ổn định và tôn tạo bãi biển khu vực nghiên cứu. Thực hiện đánh giá tính hiệu quả của các phương án đề xuất bằng mô hình thủy thạch động lực tổng hợp đã được hiệu chỉnh, kiểm chứng ở Chương 2 và xác định được phương án hiệu quả nhất trong các phương án đề xuất. Giải pháp đề xuất lựa chọn là tổ hợp của các công trình ngăn cát, giảm sóng ở dạng ngầm và bán ngầm nên sẽ không ảnh hưởng nhiều đến cảnh quan của bãi tắm. II. Những tồn tại và kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo 1. Một số tồn tại 1. Chưa tính hết các điều kiện thiên nhiên khắc nhiệt tác động đến vấn đề nghiên cứu. 2. Chưa xét đến vận chuyển bùn cát ngang bờ. 3. Quan trắc dòng chảy tổng hợp ven bờ tại hiện trường chưa đủ dài về thời gian. Phao trôi chưa kiểm định bằng máy đo ADCP tại hiên trường. 2. Kiến nghị hướng tiếp tục nghiên cứu 1. Nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ và lập quy trình ứng dụng phao trôi vào nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ để làm cơ sở tin cậy cho việc hiệu chỉnh, kiểm chứng khả năng áp dụng thực tiễn của các mô hình toán mô phỏng dòng chảy tổng hợp ven bờ biển tại Việt Nam. 2. Tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về giải pháp công trình được lựa chọn để tiến tới hiện thực hóa phương án này. 3. Mở rộng phạm vi nghiên cứu để áp dụng phương pháp và bộ công cụ đã sử dụng cho các vị trí khác của vịnh Nha Trang cũng như các khu vực xói lở của bờ biển miền trung Việt Nam. 26
27. DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. N.V. Duc, N.X. Tinh, N.T.Viet and B.M. Hoa (2015). Investigation of Hydrodynamic Regimes for Nha Trang Bay using the 3D Open-source EFDC Model. Proceedings of Vietnam-Japan Workshop on Estuaries, Coasts and Rivers, 7-8 September 2015, Hoi An, Vietnam, pp. 147-151. 2. N.V. Duc, N.T. Viet, D.H. Thuan, D.V. Hung, N.T. Binh, Almar R., Lefebvre J-P (2014). Evaluation of Long-term Variation of Intertidal Topography of Nha Trang Beach Based on High Frequency Video Processing. Proceedings of the 19th IAHR- APD, 21-24 September 2014, Hanoi, Vietnam. 3. N.V. Duc, N.T. Viet, D.H. Thuan, H. Tanaka, N. Chien (2014). Study on hydrodynamics of Nha Trang bay by using FVCOM model. Proceedings of the 19th IAHR-APD, 21-24 September 2014, Hanoi, Vietnam. 4. N.T. Viet, N.V. Duc, L.T. Binh, D.H. Thuan, T.T. Tung, N.V. Thin, D.V. Uu, Almar R., Lefebvre J-P. and H. Tanaka (2014). Seasonal Evolution of Shoreline Changes in Nha Trang Beach, Vietnam. Proceedings of the 19th IAHR-APD, 21-24 September 2014, Hanoi, Vietnam. 5. N.T. Viet, N.V. Duc, V.C. Hoang, H. Tanaka, D.V. Uu, T.T. Tung, Almar R., Lefebvre J- P (2014). Investigation of Erosion Mechanics of Nha Trang Coast, Vietnam. Proceedings of the 19th IAHR-APD, 21-24 September 2014, Hanoi, Vietnam. 6. Almar R., Bonneton N., Bonneton P., Lefebvre J-P, D.V. Uu, N.T. Viet, L.T. Binh, N.V. Duc (2014). Swash Hydro-Morphodynamics at a Low-Tide Terrace Beach during Post-Typhoon Recovery Period, Nha Trang Bay, Vietnam. Proceedings of the 19th IAHR-APD, 21-24 September 2014, Hanoi, Vietnam. 7. N.T. Việt, N.V. Đức, V.C. Hoang, H. Tanaka. (2014). Khảo sát cơ chế xói lở bờ biển vịnh Nha Trang. Tuyển tập hội nghị Cơ học Thủy khí Toàn quốc 2014. 8. N.T. Viet, N.V. Duc, V.C. Hoang, Tanaka H. (2014). Study on Seasonal Erosion of Nha Trang Coast, Vietnam. Journal of Coastal Engineering, JSCE, Vol. 70, pp. 1456-1460. 9. Lefebvre J.P, Almar R., N.T. Viet, D.V. Uu, D.H. Thuan, L.T. Binh, R. Ibaceta, N.V. Duc (2014). Contribution of the swash generated by low energy wind waves in the recovery process of a beach impacted by extreme events: Nha Trang, Vietnam. Journal of Coastal Research, Special Issue 70, pp. 663-668. 10. L.T. Bình, N.V. Đức, N.T. Việt, D.H. Thuận, N.V. Thìn, T.T Tùng, Đ.V Ưu, R. Almar, J.P Lefebvre và H. Tanaka (2013). Ứng dụng công nghệ VIDEO-CAMERA phân tích ảnh hưởng của bão Nari (số 11) tới diễn biến bờ biển Nha Trang. Tạp chí Thủy lợi và môi trường, số đặc biệt tháng 11/2013 kỷ niệm 10 năm thành lập Khoa Kỹ thuật Biển (2003-2013), trang 81-88. 11. L.T Bình, N.V Đức, N.T. Việt, D.H Thuận, N.V Thìn, T.T Tùng, Đ.V Ưu, R. Almar, J.P Lefebvre (2013). Một số kết quả nghiên cứu ban đầu về diễn biến đường bờ vịnh Nha Trang sử dụng công nghệ giám sát hình ảnh. Tuyển tập Hội nghị khoa học thường niên năm 2013, Trường Đại học Thủy lợi (ISBN: 978-604-82-0066-4). NXB Xây dựng, trang 179-181 (bản tóm tắt). 27