›

Đề tài nghiên cứu khoa học Tổng quan về đê ngầm phá sóng và tình hình nghiên cứu đê ngầm ở Việt Nam và trên thế giới. Ứng dụng thiết kế đê ngầm bảo vệ bờ biển phú Nhuận - Huế

pdf 50 trang thiennha21 12/04/2022 5451
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đề tài nghiên cứu khoa học Tổng quan về đê ngầm phá sóng và tình hình nghiên cứu đê ngầm ở Việt Nam và trên thế giới. Ứng dụng thiết kế đê ngầm bảo vệ bờ biển phú Nhuận - Huế", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfde_tai_nghien_cuu_khoa_hoc_tong_quan_ve_de_ngam_pha_song_va.pdf

Nội dung text: Đề tài nghiên cứu khoa học Tổng quan về đê ngầm phá sóng và tình hình nghiên cứu đê ngầm ở Việt Nam và trên thế giới. Ứng dụng thiết kế đê ngầm bảo vệ bờ biển phú Nhuận - Huế

  1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Khoa Công trình T.S Lê Thị Hƣơng Giang TỔNG QUAN VỀ ĐÊ NGẦM PHÁ SÓNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÊ NGẦM Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ĐÊ NGẦM BẢO VỆ BỜ BIỂN PHÚ NHUẬN-HUẾ ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG HảI PHÒNG, THÁNG 05 NĂM 2016 i
  2. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU 7 1.1 Phần mở đầu 7 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 7 1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 7 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 8 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 8 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐÊ NGẦM PHÁ SÓNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÊ NGẦM Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 9 2.1 Tổng quan về đê ngầm phá sóng 9 2.1.1 Định nghĩa đê ngầm 9 2.1.2 Quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng qua đê ngầm 11 2.2 Ứng dụng đê ngầm phá sóng trên Thế giới và ở Việt nam 15 2.2.1 Ứng dụng đê ngầm trên thế giới 15 2.2.2 Ứng dụng đê ngầm giảm sóng ở Việt Nam 34 2.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu đê ngầm giảm sóng trong và ngoài nƣớc 35 2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 35 2.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc 38 CHƢƠNG 3 ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ĐÊ NGẦM BẢO VỆ BỜ BIỂN PHÚ NHUẬN - HUẾ 42 3.1 Đặt vấn đề 42 3.2 Xác định chức năng thiết kế của đê ngầm 43 3.3 Xác định mặt cắt ngang đê ngầm 44 3.3.1 Bề rộng đỉnh đê 44 3.3.2 Xác định mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng bão 44 3.3.3 Xác định mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng trong điều kiện thƣờng Error! Bookmark not defined. 3.4 Xác định cao trình đỉnh đê ngầm 45 ii
  3. 3.5 Áp dụng tính toán lựa chọn kích thƣớc mặt cắt ngang đê ngầm Phú Thuận – Thừa Thiên Huế 46 3.5.1 Hiện trạng khu vực công trình 46 3.5.2 Thiết kế mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng trong bão 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined. iii
  4. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Một số dạng kết cấu đê ngầm bảo vệ bờ 9 Hình 2.2 Bố trí công trình đê ngầm giảm sóng 10 Hình 2.3 Các dạng công trình đỉnh thấp thông dụng 11 Hình 2.4 Cơ chế giảm sóng 11 Hình 2.5 Nhiễu xạ và khúc xạ sóng trong vùng giữa hai đê 12 Hình 2.6 Quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng qua đê ngầm 12 Hình 2.7 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hƣởng của bãi nông (TAW-2002) 13 Hình 2.8 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hƣởng của dải cát (sand bar) ngầm trên bãi (Eldeberky and Battjes, 1996) 14 Hình 2.9 Tiêu năng trong sóng vỡ tƣơng tự nhƣ nƣớc nhảy 14 Hình 2.10 Biểu tƣợng (logo) của trƣờng Đại học Bách khoa Error! Bookmark not defined. iv
  5. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Cách định dạng lề giấy Error! Bookmark not defined. Bảng 2.2 Tóm tắt các kiểu định dạng (style) cho các đề mục Error! Bookmark not defined. v
  6. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers APA American Psychological Association vi
  7. CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Phần mở đầu Đê biển là một hệ thống công trình đƣợc xây dựng để bảo vệ cho vùng đất phía sau, phục vụ cho các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội. Đặc điểm khác biệt nổi bật giữa đê biển và đê sông là sự tác động của sóng. Sự tác động của sóng lớn làm tăng chi phí đầu tƣ xây dựng đê biển. Nếu tác động của sóng giảm dẫn đến đầu tƣ xây dựng đê biển sẽ giảm. Do vậy đã có rất nhiều nghiên cứu đến các biện pháp để ngăn cản hoặc giảm sự tác động của sóng lên đê biển nhƣ: kè mỏ hàn, trồng rừng ngập mặn, tƣờng phá sóng, đê phá sóng, trong đó phải kể đến một biện pháp vừa đảm bảo mỹ quan, vừa có hiệu quả giảm sóng rất tốt, lại vừa có khả năng gây bồi tạo bãi – đó là công trình đê ngầm giảm sóng. Trên thế giới việc nghiên cứu và áp dụng đê ngầm giảm sóng (submerged breakwater) nhằm giảm tác động của sóng đƣợc nhiều nƣớc triển khai nhƣ: Nhật Bản, Anh, Ai Cập, Italia, Ba Lan, Thái Lan, Hàn Quố Đê ngầm ngoài tác dụng bảo vệ bờ biển, đê biển, chúng còn có cả tác dụng làm bến cảng, bảo vệ bến cảng, tạo bãi bồi. Hiệu quả của đê ngầm phụ thuộc rất nhiều vào đặc trƣng của sóng biển và độ sâu mực nƣớc biển ở vị trí xây dựng đê ngầm. Để kế thừa kinh nghiệm xây dựng của các nƣớc tác giả đã giới thiệu một số công trình đê ngầm đã sử dụng trên thế giới và những công trình bảo vệ bờ biển ở Việt Nam. Đặc điểm về sóng biển và tổng quan về đê ngầm giảm sóng trên thế giới và Việt Nam đƣợc trình bày sau đây sẽ đƣa ra toàn cảnh về công trình, hiệu quả công trình. Từ đó phân tích, đánh giá và đề xuất áp dụng vào bảo vệ bờ biển Việt Nam. Trong bối cảnh nhƣ vậy tác giả nghiên cứu đề tài “Tổng quan về đê ngầm phá sóng và tình hình nghiên cứu đê ngầm ở Việt Nam và trên Thế giới. Ứng dụng thiết kế đê ngầm bảo vệ bờ biển Phú Nhuận - Thừa Thiên Huế”. 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu Bằng phƣơng pháp nghiên cứu thống kê, tác giả phân tích tổng hợp một cách khoa học đƣa ra các công trình đê ngầm đã đƣợc xây dựng cũng nhƣ các phƣơng pháp tính toán dạng đê này ở trong và ngoài nƣớc. 1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Đê ngầm và hiệu quả giảm sóng của chúng. Phạm vi nghiên cứu: 7
  8. Đê ngầm xây dựng trên bãi đê thuộc vùng Bắc Trung Bộ. 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phƣơng pháp thống kê, kế thừa có chọn lọc, phân tích, tính toán để đạt đƣợc mục đích nghiên cứu. 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Đề tài làm rõ cơ chế bảo vệ bờ biển của đê ngầm là thông qua sự tác động trực tiếp của công trình vào yếu tố cơ bản nhất là sóng biển, không hoàn toàn phòng ngự bị động nhƣ loại công trình gia cố bờ, cũng không chỉ dựa vào việc chờ đợi xử lý sản phẩm của sóng là bùn cát ven bờ của loại công trình mỏ hàn. - Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài đã thống kê một cách tổng quan đƣợc hệ thống đê ngầm trên thế giới cũng nhƣ các phƣơng pháp tính toán loại công trình này. Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho các trung tâm tƣ vấn thiết kế, đào tạo. 8
  9. CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐÊ NGẦM PHÁ SÓNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÊ NGẦM Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 2.1 Tổng quan về đê ngầm phá sóng 2.1.1 Định nghĩa đê ngầm Đê ngầm giảm sóng là một biện pháp vừa đảm bảo mỹ quan lại vừa có hiệu quả giảm sóng rất tốt. Tuy nhiên dạng công trình này cũng tác động tới quá trình vận chuyển bùn cát và diễn biến đƣờng bờ. Đê ngầm có thể xây dựng theo cấu trúc đơn (Hình 2.1a) hoặc phân đoạn (Hình 2.1b). Cấu trúc đơn đƣợc sử dụng để bảo vệ một đoạn đƣờng bờ nhỏ, giải pháp đê phân đoạn đƣợc áp dụng để bảo vệ một dải đƣờng bờ rộng lớn hơn. §ª ngÇm ®éc lËp A A mÆt c¾t a-a HÖ thèng ®ª ngÇm ph©n ®o¹n B B mÆt c¾t B-B hÖ thèng ®ª ngÇm kÕt hîp víi kÌ má hµn ®Ønh thÊp C C mÆt c¾t c-c Hình 2.1 Một số dạng kết cấu đê ngầm bảo vệ bờ 9
  10. Hình 2.2 Bố trí công trình đê ngầm giảm sóng Đê ngầm đơn (Hình 2.1a) thƣờng đƣợc xây dựng ở vùng có độ sâu trên 3÷4m với mục tiêu giảm xói lở, đồng thời tạo khu vực bảo vệ (khu vực bãi tắm, các hoạt động vui chơi giải trí) hoặc khu neo đậu tàu thuyền. Hình 2.1c mô tả hệ thống đê phân đoạn, khoảng cách giữa các phân đoạn đê nhỏ. Mục đích của các công trình đỉnh thấp hoặc ngầm là giảm tải thuỷ lực ở một mức độ nhất định để duy trì bờ biển ở trạng thái cân bằng động. Để đạt đƣợc mục tiêu này, chúng đƣợc thiết kế cho phép năng lƣợng sóng đƣợc truyền qua công trình ở mức độ nhất định dƣới dạng tràn qua đỉnh và xuyên qua cấu trúc rỗng của thân (đập phá sóng đỉnh nhô) hoặc làm vỡ và tiêu tan năng lƣợng sóng truyền qua đỉnh ngập (đê ngầm giảm sóng, thùng chìm tiêu sóng). Đê ngầm thƣờng sử dụng vật liệu đá, cấu kiện bê tông đƣợc sử dụng cho lớp áo ngoài, tuy nhiên gần đây các nhà nghiên cứu đã cho xây dựng đê ngầm bằng Geotube, hay nghiên cứu ra các dạng cấu kiện cấu tạo đê ngầm với mục đích tăng khả năng giảm sóng, tăng độ ổn định, cho phép sinh vật dƣới biển cƣ ngụ trong cấu kiện, bảo vệ môi trƣờng, 10
  11. Hình 2.3 Các dạng công trình đỉnh thấp thông dụng 2.1.2 Quá trình tiêu hao năng lượng sóng qua đê ngầm Đê ngầm có thể đƣợc thiết kế để giảm xói lở, bảo vệ bờ biển, hoặc để tái tạo bãi hay hình thành một bãi biển mới. Dạng công trình này phân tán năng lƣợng sóng tới trực tiếp trên kết cấu, tạo hiệu ứng phản xạ và truyền năng lƣợng sóng này do hiện tƣợng nhiễu xạ vào trong vùng khuất sau đê (xem Hình 2.4). Phần năng lƣợng sóng tiêu hao lớn nhất là qua cơ chế sóng vỡ, thứ hai là phần năng lƣợng sóng phản xạ và cuối cùng là phần năng lƣợng sóng tiêu hao qua cơ chế dòng chảy qua môi trƣờng rỗng. Năng lƣợng sóng cũng tiêu hao một phần do nhiễu xạ và khúc xạ trong khu vực xung quanh đầu đê (xem Hình 2.5). Hình 2.4 Cơ chế giảm sóng 11
  12. Hình 2.5 Nhiễu xạ và khúc xạ sóng trong vùng giữa hai đê Các quá trình vật lý liên quan đến sự tƣơng tác sóng biển tại đê ngầm là rất phức tạp. Sự phức tạp phát sinh từ: sự biến đổi phức tạp của sóng biển và quá trình vật lý liên quan đến sự tƣơng tác của sóng biển với bề mặt và kết cấu của đê ngầm. Sự tƣơng tác có tính chất qua lại và làm thay đổi mức độ và tỷ lệ chuyển đổi sóng tại đê ngầm, từ đó định nghĩa hệ số truyền sóng, thành phần sóng phản xạ và phần năng lƣợng sóng tiêu hao. Hình 2.6 Quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng qua đê ngầm Các quá trình vật lý cơ bản tại đê ngầm có thể đƣợc chia thành ba khu vực: Khu vực 1 (Hình 2.6): Sóng truyền từ vùng nƣớc sâu gặp mái đê ngầm, độ sâu nƣớc thay đổi, hiệu ứng nƣớc nông xảy ra ở khu vực này. Một phần sóng bị phản xạ về phía biển, một phần bị “hấp thụ” vào đê ngầm (nếu đê ngầm làm bằng đá đổ hay vật liệu thấm nƣớc), một phần ma sát với mái của đê ngầm (đặt biệt là mái đê ngầm trải cấu kiện tiêu sóng hoặc cấu kiện có độ gồ gề), phần còn lại tiếp tục đƣợc truyền vào khu 12
  13. vực 2. Sự tiêu tán sóng ở khu vực 1 này phụ thuộc vào độ sâu của ngập nƣớc của đê ngầm và phần nào phụ thuộc vào độ dốc của mái phía ngoài của đê ngầm cũng nhƣ phụ thuộc vào đặc tính sóng truyền qua đỉnh đê ngầm. Khu vực 2 (Hình 2.6): Tại khu vực này năng lƣợng sóng bị tiêu hao một phần do ma sát trên đỉnh đê ngầm. Tuy nhiên khi đƣợc truyền từ khu vực 1 sang khu vực 2 do chiều sâu nƣớc giảm đột ngột sẽ dẫn đến hiện tƣợng sóng vỡ. Sự tiêu tán năng lƣợng này phụ thuộc nhiều vào chiều cao mức nƣớc trên đỉnh đê và bề rộng đỉnh đê. Vì đê chắn sóng cho phép nƣớc thấm qua thân đê nên dòng chảy tầng, dòng chảy rối trong đê cũng gây ra sự tiêu hao một phần năng lƣợng sóng. Sự giảm năng lƣợng sóng ở vùng này phụ thuộc nhiều vào độ ngập nƣớc của đê ngầm, bề rộng đỉnh đê, cấu trúc của lớp vật liệu cấu tạo đỉnh và thân đê. Khu vực 3 (Hình 2.6): sóng từ khu vực 2 đƣợc chuyển sang khu vực 3, chiều sâu nƣớc thay đổi đột ngột, chuyển sang vùng nƣớc sâu hơn. Tại khu vực 3 này chiều cao sóng giảm đồng thời chu kỳ sóng cũng giảm. Hình dạng, cấu tạo của đê ngầm và độ sâu mực nƣớc phía trong đê có thể ảnh hƣởng đến sự chuyển đổi sóng; năng lƣợng sóng phản xạ và năng lƣợng sóng tiêu hao. Ngoài ra, còn có quá trình tán xạ làm biến đổi phổ sóng (chuyển dịch năng lượng sóng giữa cái dải tần số), đặc biệt khi vào vùng nƣớc nông hay khi gặp vật cản nhƣ đê ngầm (Hình 2.7 và Hình 2.8). Quá trình biến đổi phổ sóng có ảnh hƣởng gián tiếp đến mức độ tiêu hao năng lƣợng sóng ở vùng nƣớc nông bởi vì với dải sóng dài (tần số thấp) thì mức độ tiêu hao năng lƣợng ít hơn so với dải sóng ngắn (tần số cao). Hình 2.7 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hƣởng của bãi nông (TAW-2002) 13
  14. Hình 2.8 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hƣởng của dải cát (sand bar) ngầm trên bãi (Eldeberky and Battjes, 1996) Cuộn sóng mặt c  r  b Hình 2.9 Tiêu năng trong sóng vỡ tƣơng tự nhƣ nƣớc nhảy Trong các quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng thì sóng vỡ là quá trình tiêu tán năng lƣợng sóng lớn nhất. Hiện tƣợng sóng vỡ xảy ra khi sóng biến hình trong nƣớc nông làm gia tăng chiều cao sóng và do đó độ dốc sóng vƣợt quá ngƣỡng giới hạn ổn định hình dạng dẫn đến sóng vỡ (đặc biệt lƣu ý tránh nhầm lẫn giữa sóng vỡ với tiêu tán năng lƣợng do ma sát đáy, tiêu hao năng lƣợng do ma sát đáy chỉ chiếm một tỷ trọng rất nhỏ, có thể nói là không đáng kể trong toàn bộ quá trình tiêu hao năng lƣợng sóng). Khi sóng vỡ xảy ra thì vận tốc của các phần tử nƣớc ở phía trên đầu sóng trở nên lớn hơn so với vận tốc của đầu sóng và do vậy xảy ra hiện tƣợng cuộn sóng mặt (Hình 2.9). Tiêu hao năng lƣợng trong sóng vỡ đƣợc mô tả một cách tƣơng tự nhƣ tiêu hao năng lƣợng trong nƣớc nhảy (xem Battjes và Janssen, 1978 và 2008). Quá trình lan truyền sóng vào bờ với sự có mặt của đê ngầm phá sóng thì cũng xảy ra các hiện tƣợng và quá trình vật lý cơ bản nhƣ đã đề cập ở trên. Tuy nhiên quá trình sóng vỡ xảy ra mạnh mẽ hơn hay nói cách khác là chiều cao sóng sẽ suy giảm mạnh do bên cạnh ảnh hƣởng của bãi đê còn có sự suy giảm độ sâu cục bộ tại vị trí của đê ngầm. Tính chất sóng (chiều cao, dạng phổ sóng hoặc chu kỳ sóng đặc trưng) do đó cũng có sự thay đổi đáng kể sau khi qua đê ngầm. 14
  15. Nhƣ đã đề cập ở trên trong quá trình truyền sóng thì sự suy giảm chiều cao sóng (hay là tiêu hao năng lượng sóng) chủ yếu gây ra bởi sóng vỡ khi vào vùng nƣớc nông. Khác với đê cao có nhiệm vụ chắn sóng, với công trình ngập nƣớc (cản, phá sóng) nhƣ đê ngầm thì quá trình dẫn đến tiêu hao năng lƣợng sóng chủ yếu vẫn là sóng vỡ xảy ra ở tầng nƣớc sát mặt phía trên bụng sóng (xem Battjes and Janssen, 1978; Stive and De Vriend, 1994). Tiêu hao năng lƣợng sóng do ma sát tiếp xúc với đáy cũng chỉ là thứ yếu. 2.2 Ứng dụng đê ngầm phá sóng trên Thế giới và ở Việt nam 2.2.1 Ứng dụng đê ngầm trên thế giới Với nhiều ƣu điểm, đê ngầm đã sớm đƣợc nghiên cứu, áp dụng ở nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ: Vƣơng quốc Anh, Nhật Bản, Ai Cập, Italia, Hàn Quốc, Ba Lan, Mexico, Hà Lan, Malaysia . 2.2.1.1 Đê ngầm tại Vương quốc Anh Hình 2.10 Biển Palling, Norfolk Hình 2.11 Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex Bờ biển Elmer nằm ở phía nam bờ biển của vƣơng quốc Anh, là một đoạn bờ biển thẳng, nằm giữa Bognor Regis và Littlehampton. Elmer nằm trong vùng bán nhật triều. Mực nƣớc triều trung bình cao là khoảng 5,3 m, Mực nƣớc triều chân triều thấp nhất là 2,9 m. Đỉnh triều lớn nhất có thể lên tới 6m. Khoảng 30 cm trên bề mặt đáy, vận tốc triều tối đa là 1m/s (trong thời kỳ triều cƣờng), dòng triều theo hƣớng Đông Tây ở khu vực ngoài khơi. Một hệ thống gồm 8 đê chắn sóng song song với đƣờng bờ đƣợc xây dựng từ năm 1991-1993, khu vực giữa hệ thống công trình này và bờ biển là các bãi trầm tích. 8 đê chắn sóng có kích thƣớc khác nhau do phụ thuộc vào vị trí xây dựng chúng. Hệ thống công trình đê chắn sóng này nổi khi thủy triều thấp và ở trạng thái 15
  16. bán ngập khi thủy triều cao. Sau khi xây dựng hệ thống này, đã không những hạn chế đƣợc xói lở bờ biển mà còn hình thành các salient ở phía sau đê ngầm. Hình 2.12 Các dạng cắt ngang chính đƣợc xem xét trong quá trình thiết kế 8 đê chắn sóng Elmer, Vƣơng quốc Anh 2.2.1.2 Đê ngầm tại Nhật Bản Việc xây dựng đê chắn sóng và đặc biệt là đê ngầm rất phổ biến tại Nhật Bản, công trình đê ngầm đầu tiên đƣợc xây dựng từ thập niên 70, sau đó có rất nhiều các dự án nghiên cứu mở rộng đã đƣợc thực hiện. Do hiệu quả giảm sóng mà đê ngầm mang lại đáp ứng đƣợc nhiều mục đích nhƣ bảo vệ bờ biển, thân thiện với môi trƣờng, tính thẩm mỹ, nên đã có khá nhiều các nghiên cứu về việc lựa chọn kết cấu đê ngầm theo hƣớng thân thiện với môi trƣờng sinh thái lý tƣởng cho mục đích lợi dụng tổng hợp vùng bảo vệ ven biển. Trong những năm gần đây, Nhật Bản quan tâm rất nhiều đến vấn đề môi trƣờng biển (Nakayama, 1993). Điều này đã dẫn đến sự phát triển của các dải đê ngầm thân thiện với môi trƣờng bờ biển. Một ví dụ về kết cấu dải đê ngầm là Aquareef, đƣờng bờ đƣợc bảo vệ bởi các khối Aqua (Hình 2.13, Hình 2.14). Nghiên cứu đầu tiên đƣợc thực hiện 16
  17. bởi Asakawa và Hamaguchi vào năm 1991, trong nghiên cứu này, các tính toán thực hiện trong điều kiện sóng thƣờng. Đặc điểm và tác dụng của khối Aqua đƣợc nêu chi tiết trong nghiên cứu của Hirose, 2002. Gần đây kết cấu này đƣợc tiếp tục nghiên cứu mở rộng trong điều kiện sóng ngẫu nhiên, xem xét đến các yếu tố ảnh hƣởng tới sự lan truyền sóng qua thân đê và sự ổn định của công trình. Các yếu tố ảnh hƣởng này đƣợc nghiên cứu với các tổ hợp sóng khác nhau. Kết quả nghiên cứu là xây dựng đƣợc mối quan hệ giữa các thông số ảnh hƣởng tới quá trình truyền sóng, bao gồm hệ số truyền sóng Ht/H1/3 và chiều dài sóng tƣơng đối B/L1/3, chiều cao sóng Ht, chiều cao sóng H1/3 và bƣớc sóng L1/3, B là bề rộng đỉnh đê. Ở Nhật Bản, một số đê ngầm đã đƣợc xây dựng và đƣa vào hoạt động. Hình 2.13 Khối Aqua Hình 2.14 Đê ngầm sử dụng khối Aqua ở Nhật Bản [14] Trận động đất và sóng thần ngày 11/3/2011 tại Nhật Bản đã gây ra thiệt hại nặng nề. Ba tỉnh miền đông bắc Nhật Bản và nhiều tỉnh lân cận chịu thiệt hại nặng nề với 16.000 ngƣời chết và hàng nghìn ngƣời mất tích, hƣ hại các lò phản ứng và hệ thống làm mát của nhà máy điện hạt nhân Fukushima I, dẫn tới các vụ nổ tại cơ sở này. Đây đƣợc coi là một thảm họa hạt nhân tồi tệ nhất thế giới kể từ sau vụ Chernobyl năm 1986. Để giảm thiểu các thiệt hại do sóng thần, một dự án đê ngầm đã đƣợc triển khai tại thành phố Kainan, quận Wakayama, miền tây Nhật Bản vào tháng 9/2012. 17
  18. Hình 2.15 Thi công đê ngầm bằng ống thép tại Nhật Bản Các ống thép rộng 3m, dài 30m đƣợc đóng xuống biển với độ ngập nƣớc 13m. Độ ngập này cho phép tàu thuyền di chuyển tự do vào vùng phía sau đê ngầm. Khi xảy ra trận động đất lớn, các ống thép này sẽ nổi lên và giảm thiểu năng lƣợng sóng thần, từ đó giảm thiếu đƣợc thiệt hại do sóng thần gây ra. Đây là địa điểm đầu tiên thực hiện xây dựng thí điểm loại hình đê ngầm giảm thiệt hại sóng thần. 2.2.1.3 Đê ngầm tại Ai cập Với mục đích bảo vệ bờ và giảm thiểu xói lở, một hệ thống đê ngầm đã đƣợc xây dựng dọc theo phần phía Đông của bờ biển Alexandria. Hệ thống đê ngầm này gồm: một đê ngầm chính và hai phân đoạn đê ở hai bên, khoảng cách từ hệ thống công trình tới bờ biển khoảng 150m-300m. Tổng chiều dài của đê ngầm là khoảng 3000 mét, đƣợc xây dựng trong khu vực có phạm vi độ sâu mực nƣớc biển từ 2,5-8,5 m. Bề rộng đỉnh đê ngầm là 36m trong khu vực có độ sâu 3÷5m, và đỉnh đê rộng 46 m ở khu vực có độ sâu 8,5m. Các đê ngầm có cao trình đỉnh thấp hơn mực nƣớc biển thấp nhất là 0,5m – đây là khoảng cách tối thiểu mà đảm bảo tính hiệu quả của đê ngầm và đảm bảo tốt nhất việc lƣu thông dòng chảy với vùng đƣợc đê ngầm bảo vệ. Đê đƣợc bảo vệ ở cả mái phía biển và mái phía bờ, vật liệu bảo vệ chủ yếu là đá tự nhiên có khối lƣợng 10÷300kg và cấu kiện Tetrapode. Độ dốc mái đê phía biển và phía bờ là 1:2; 1:3; 1:5 để đảm bảo tính ổn định của công trình chắn sóng. Tại khu vực có độ sâu 3÷5m, mái phía biển đƣợc bảo vệ bởi 2 hai lớp Tetrapod nặng 3 tấn, mái phía bờ đƣợc bảo vệ bởi khối bê tông nặng 5 tấn. Trong khu vực độ sâu 8,5 mét, mái phía biển đƣợc bảo vệ bởi cấu kiện Tetrapod nặng 5 tấn và hai lớp bê tông đá. 18
  19. Hình 2.16 Hiệu quả của đê ngầm đƣợc xây dựng ở khu vực có độ sâu mực nƣớc 8,5 m trong một cơn bão Đê ngầm dài 220 m ở khu vực có mực nƣớc biển sâu 8 m đƣợc hoàn thành năm 2006, đến tháng 7/2007 toàn bộ hệ thống đê ngầm đã đƣợc hoàn thiện và đi vào hoạt động. Sau khi hệ thống đê ngầm đƣợc hoàn thành, một dự án theo dõi đánh giá hiệu quả của đê ngầm cũng đƣợc triển khai. Qua quá trình theo dõi hiệu quả làm việc của hệ thống đê ngầm ở đây, các nhà nghiên cứu đã kết luận rằng hệ thống đê ngầm tại khu vực bờ biển Alexandria đã mang lại hiệu quả bảo vệ bờ đáng kinh ngạc: không có hiện tƣợng xói lở bờ, công trình ổn định trong điều kiện mƣa bão, chất lƣợng nƣớc trong khu vực đƣợc đảm bảo, chiều cao sóng không vƣợt quá 0,5m Trước khi xây dựng đê ngầm Sau khi xây dựng đê ngầm Hình 2.17 Hiệu quả tái tạo bờ biển của hệ thống đê ngầm ở các bãi biển Mandra, Alexandria, Ai Cập 19
  20. Trước khi xây dựng đê ngầm Sau khi xây dựng đê ngầm Hình 2.18 Hiệu quả tái tạo bờ biển của hệ thống đê ngầm ở các bãi biển Miamy, Alexandria, Ai Cập Trước khi xây dựng đê ngầm Sau khi xây dựng đê ngầm Hình 2.19 Hiệu quả tái tạo bờ biển của hệ thống đê ngầm ở các bãi biển Motaza, Alexandria, Ai Cập Trước khi xây dựng đê ngầm Sau khi xây dựng đê ngầm Hình 2.20 So sánh giữa chất lƣợng nƣớc trƣớc và sau khi xây dựng đê chắn sóng chìm, Alexandria, Ai Cập 20
  21. 2.2.1.4 IV.1.4. Đê ngầm tại Italia Ở Italia, khái niệm về “rào cản chìm” (submerged barriers) đƣợc áp dụng từ những năm 1980, tính đến năm 1996 đã có 50 công trình đƣợc xây dựng để bảo vệ bờ biển và việc áp dụng loại công trình này nhanh chóng trở thành giải pháp hữu hiệu bảo vệ bờ biển. Tại Italia, công trình đê ngầm đƣợc bổ trí kết hợp với các loại công trình bảo vệ bờ khác nhằm làm tăng hiệu quả bảo vệ đƣờng bờ. Hình 2.21 Đê ngầm ở Lido di Dante (đỉnh rộng 12m, ngập nƣớc 0,5m) Hai loại công trình bảo vệ bờ chính đƣợc áp dụng cho bờ biển Italia là: Các túi cát bảo vệ bờ kết hợp với giải pháp nuôi các bãi nhân tạo, hình thức bảo vệ bờ này không đem lại hiệu quả giảm sóng tối ƣu nhƣng ƣu điểm của giải pháp bảo vệ bờ này là đảm bảo trạng thái tự nhiên cho bãi biển, thời gian thực hiện nhanh, đây cũng là giải pháp đƣợc đánh giá cao do ít ảnh hƣởng tới các vùng lân cận. Đê ngầm giảm sóng, mái bảo vệ:giải pháp này có thể đƣợc áp dụng độc lập hoặc kết hợp với giải pháp nuôi các bãi nhân tạo. Năm 1981, giải pháp túi cát đƣợc ứng dụng để bảo vệ bờ biển Lido di Dante, các túi cát này đƣợc bố trí ở độ sâu -2,5m÷-3,0m. Giải pháp này đã giúp tái tạo bờ biển, tuy nhiên sau đó do nhiều lý do mà chất lƣợng công trình bị hƣ hỏng. Sau vài lần gia cố, giải pháp công trình đƣợc lựa chọn là đê ngầm (Hình 2.22). 21
  22. Hình 2.22 Mặt cắt ngang đê ngầm bờ biển Lido di Dante(bềrộng đỉnh 10÷12m, độ ngập 0,5m) Năm 1982-1983, một hệ thống đê ngầm chắn sóng, mái bảo vệ đƣợc xây dựng ở Grottammare, chiều rộng đỉnh đê là 3,00m, độ ngập 0,9m, khoảng cách giữa các đê ngầm là 30m (Hình 2.23). Hình 2.23 Đê ngầm bằng đá đổ đƣợc xây dựng ở Grottammare Ở bờ biển Montemarciano, giải pháp bảo vệ bờ bằng đê ngầm đƣợc ứng dụng độc lập, không kết hợp với giải pháp nuôi bãi nhân tạo (Hình 2.24). 22
  23. Hình 2.24 Đê ngầm ở Marina di Hình 2.25 Đê ngầm giảm sóng dọc theo Montemarciano bờ biển San Lucido Năm 1995, nhằm hạn chế những xói lở ở các mỏ hàn chữ T dọc bờ biển San Lucido, giải pháp đƣa ra là xây dựng một đê ngầm bằng đá đổ với chiều dài 500 m, ngập 1,5m, cách bờ biển 35 m. Tuy nhiên hiệu quả dự án này đem lại không đƣợc nhƣ mong muốn (Hình 2.26). Hệ thống mỏ hàn kết hợp với đê ngầm dài 9000 m đƣợc xây dựng ở hòn đảo Pellestrina Lagoon Venice, Italy. Giải pháp bảo vệ bờ tƣơng tự cũng đƣợc áp dụng ở Lido di Ostia, Rome với hệ thống mỏ hàn ngập nƣớc kết hợp với 2800 m đê ngầm. Hình 2.26 Đê ngầm bảo vệ bờ biển của hòn đảo Pellestrina Lagoon Venice, Italy Hình 2.27 Hệ thống đê ngầm kết hợp với mỏ hàn ngập nƣớc ở Rome, Italy 23
  24. Đê ngầm dạng rạn san hô bảo vệ bờ Đê ngầm bảo vệ bờ biển Bisceglie biển Castel Volturno (CE) (BAT) Kết cấu xây dựng đê ngầm ở Ý Kết cấu đê ngầm mới ở Ý Lắp đặt túi vải địa kỹ thuật tại Marina dạng mặt cắt đê ngầm bằng đá đổ ở Ý Hình 2.28 Các dạng đê ngầm ở Italia 2.2.1.5 Đê ngầm tại Hàn Quốc Bãi biển Songdo nằm trên bờ biển phía Đông Nam của Hàn Quốc và có một hình thức bãi biển túi mở về phía Đông Nam, chịu ảnh hƣởng trực tiếp bởi sóng. Bãi biển Songdo đã có một chiều rộng bãi biển rộng, tuy nhiên, do sự phát triển của các thành phố gần bãi biển, xây dựng đƣờng và kè thẳng, chiều rộng đã giảm đáng kể. 24
  25. Hình ảnh hai đê ngầm Phác thảo dự án sau khi hoàn thiện 6/2008 Hình 2.29 Đê ngầm ở bãi biển Songdo, Busan, Hàn Quốc Hình 2.30 Sự thay đổi đƣờng bờ bãi biển Songdo, Busan, Hàn Quốc Nhằm ngăn chặn những xói lở đƣờng bờ, các nhà khoa học đã cho xây dựng 02 đê ngầm giảm sóng: Đê ngầm ở phía Đông có chiều dài 100 m, bề rộng đỉnh đê 40 m, độ ngập nƣớc 0,5 m; Đê ngầm ở phía Tây dài 200 m, bề rộng đỉnh 40 m, độ ngập nƣớc 0,5 m. Cả hai đê ngầm đƣợc đặt song song với đƣờng bờ, cách đƣờng bờ 200m và đƣợc thi công hoàn thành vào tháng 6/2004. Hai đê ngầm sử dụng cấu kiện tiêu sóng Tetrapod nặng 25 tấn với khả năng thấm cao hơn so với cấu trúc đá đổ. Kết cấu này có độ rỗng là 0,5 (50%). Ngoài ra, một đê chắn sóng xa bờ và một vài biện pháp công trình khác đã đƣợc ứng dụng kết hợp với hai đê ngầm này nhằm giảm năng lƣợng sóng tác dụng vào bờ. 2.2.1.6 Đê ngầm ở Ba Lan Với mục tiêu giảm xói lở bờ do tác động của sóng, trong năm 2006, đê ngầm chắn sóng đã đƣợc xây dựng ở vịnh Gdansk,Gdynia, Ba Lan, với 03 đoạn đê ngầm có chiều dài 73 m và khoảng cách giữa các đoạn đê là 45 và 55 m, hệ thống đê bố trí cách bờ biển khoảng 140 ÷ 170m. Thiết kế sơ bộ của đê chắn sóng đƣợc đề xuất bởi Pilarczyk (2003). 25
  26. Độ sâu của đáy biển ban đầu trƣớc khi xây dựng là khoảng 2,8 m, khi xây dựng công trình, công tác nạo vét đã đƣợc tiến hành để hạ thấp độ sâu đáy 0,6 m, sau đó gia cố đáy bằng vải địa kỹ thuật. Đê ngầm cấu trúc đá đổ với cao trình đỉnh 2,3m, bề rộng đỉnh đê 3,0 m, mái phía biển 1/3, mái phía bờ 1/2, độ ngập 0,5 m. Lõi đê ngầm cấu tạo bằng đá có đƣờng kính D50 = 0,2÷0,3 m, hai lớp đá bảo vệ phía ngoài có đƣờng kính D50 = 0,7÷1,3 m. Hình 2.31 Đê ngầm chắn sóng ở vịnh Gdansk, Ba Lan; a) vị trí của 3 đê ngầm, b) mặt cắt ngang của đê ngầm 2.2.1.7 Đê ngầm có dạng vật liệu khác Đê ngầm bằng đá đổ là dạng thông dụng, truyền thống đƣợc áp dụng ở hầu hết các nƣớc. Khả năng cung cấp vật liệu là một cản trở khi ứng dụng kết cấu đê loại này. Giải pháp này không khả thi ở khu vực có khả năng cung cấp vật liệu đá thấp, hoặc khu vực công trình địa chất phức tạp. Do đó, nhiều dạng vật liệu, cấu kiện thay thế đã đƣợc đề xuất. Ngoài ra, nhằm tăng hiệu quả giảm sóng, phía trên đỉnh và mái đê ngầm thay vì các lớp đá có kích thƣớc hạt lớn, các cấu kiện bê tông tiêu giảm sóng nhƣ Tetrapode, Aqua đƣợc đề xuất là các giải pháp thay thế đem lại hiệu quả cao. 2.2.1.8 Đê ngầm bằng các cấu trúc bê tông lắp ghép a. Cấu trúc Reefs ball (Quả bóng ngầm san hô/bầu san hô) Ƣu điểm lớn nhất khi sử dụng “Rạn san hô nhân tạo”bảo vệ bờ biển là tính linh hoạt của giải pháp này. Giải pháp này không chỉ tăng cƣờng bảo vệ bờ biển, mà còn rất phù hợp cho mục đích lợi dụng tổng hợp vùng bảo vệ ven biển (Ranasinghe và Turner, 2005). Hơn thế nữa, các rạn san hô nhân tạo này rất thân thiện với môi trƣờng sinh thái khi “cung cấp môi trƣờng sống cho sinh vật đáy và thực vật biển và động vật" (Harris, 26
  27. 2006). Một số lƣợng lớn các nghiên cứu đã đƣợc thực hiện nhằm phân tích những lợi ích của việc sử dụng các rạn san hô nhân tạo nhƣ một giải pháp bảo vệ bờ biển. Một loại “rạn san hô nhân tạo” gần đây đƣợc sử dụng là quả bóng ngầm san hô– Reefballs (xem Hình 4.29). Đây là một giải pháp bảo vệ bờ mang tính cách mạng. Reefballsban đầu đƣợc thiết kế nhƣ các rạn san hô nhân tạo với mục tiêu sinh thái là chính nhƣng sau một thời gian sử dụng giải pháp này đã đƣợc ứng dụng để: chống xói lở bờ biển, kết hợp đầm nuôi tôm, tái tạo rừng ngập mặn, và bảo vệ môi trƣờng biển (Reef Bãi biển Công ty TNHH, 2007). Precht (2006) nhận định rằng "giải pháp reefballs ngày càng phổ biến trên thế giới vì đây là một giải pháp rất thân thiện với môi trƣờng". Khuôn đúc Reef ball Cấu kiện Reef ball sau khi đúc xong Thi công Reef ball Đê ngầm bằng Reefs ball Cá sống xung quanh một quả bóng rạn Trồng rừng ngập mặn trên cấu trúc san hô lớn trong hồ Conjola, Reefs ball Hình 2.32 Khối Reef ball và ứng dụng bảo vệ bờ biển 27
  28. Trong năm 2002, khoảng 200 bóng ngầm san hô đã đƣợc thi công để bảo vệ bờ biển Marriot thuộc quần đảo Cayman. Hệ thống công trình giảm sóng bao gồm 5 hàng Reef balls, rộng khoảng 7,6 m đến 9,1m. Theo thiết kế ban đầu của Tiến sĩ Harris (2003), chiều cao của bóng ngầm dao động trong khoảng 1,1÷1,4 m, đƣợc đặt ở độ sâu 1,2-1,7 m, đỉnh của công trình chỉ dƣới mực nƣớc trung bình thấp nhất khoảng 0,1÷0,54 m. Năm 2005, thêm 32 Reef ball đã đƣợc thi công ở phía nam của hệ thống chắn sóng. Hàng san hô nhân tạo này đã đƣợc thiết kế ở phía trƣớc phần nông nhất và rộng nhất của các rạn san hô tự nhiên. Chiều cao của rạn san hô tự nhiên trong khu vực đó là 0,3÷0,6 m dƣới mực nƣớc biển, có hiệu quả giảm sóng tƣơng đƣơng với rạn san hô nhân tạo. Hình 2.33 Kết cấu ngập nƣớc giảm sóngReefs ball ở Marriott, Seven Mile, ở GrandCayman b. Cấu trúc bê tông đúc sẵn khác Ngoài cấu trúc Reef ball đƣợc chế tạo và ứng dụng cho các dự án bảo vệ bờ biển thì các nhà nghiên cứu đã đƣa ra đƣợc các cấu kiện đúc sẵn để rút ngắn thời gian thi công công trình giảm sóng. 28
  29. Hình 2.34 Kết cấu gờ ngầm P.E.P Hình 2.35 Kết cấu gờ ngầm BeachSaverTM 29
  30. Hình 2.36 Kết cấu gờ ngầm WaveBlockTM Hình 2.37 Kết cấu gờ ngầm SurgeBreakerTM Hình 2.38 Kết cấu gờ ngầm BeachPrismTM 30
  31. Hình 2.39 Kết cấu ngƣỡng dạng chữ T kép 31
  32. Hình 2.40 Các dạng kết cấu khác, vật liệu khác trong xây dựng đê ngầm 2.2.1.9 . Đê ngầm bằng vải địa kỹ thuật Không chỉ xây dựng đê ngầm bằng đá đổ, cấu kiện đúc sẵn, mà hiện nay khi những nghiên cứu và ứng dụng vải địa kỹ thuật đã đƣợc thực hiện, những kè, mỏ hàn, đê bằng vải địa kỹ thuật đã đƣợc thi công ở rất nhiều nơi. Một số nƣớc cũng đã dùng vải địa kỹ thuật để làm đê ngầm giảm sóng. Hình 2.41 Một đê chắn sóng bằng vải địa kỹ thuật ở Tulum, Mexico 32
  33. Hình 2.42 Đê ngầm bằng vải địa kỹ thuật tại Hà Lan Hình 2.43 Đê ngầm bằng vải địa kỹ thuật ở công viên quốc gia Tanjung Piai Johor, Malaysia 33
  34. Hình 2.44 Đê ngầm bằng vải địa kỹ thuật tại Italia Hình 2.45 Đê ngầm có lõi sử dụng túi Geotube chứa cát, bên ngoài đá đổ ở Nhật Bản 2.2.2 Ứng dụng đê ngầm giảm sóng ở Việt Nam Trong thực tế bảo vệ và tôn tạo bờ biển ở nƣớc ta, loại công trình đê ngầm còn ít đƣợc ứng dụng, mặc dù các đề tài, dự án đều có đề xuất nhƣ dự án bảo vệ bờ biển Thừa Thiên - Huế do Viện Khoa học Thủy lợi tiến hành vào những năm 2005-2006. Lý do là vì những năm 34
  35. trƣớc đây, việc chế tạo các cấu kiện dị hình, thi công trong môi trƣờng biển xa bờ là rất khó khăn. Duy chỉ có một đoạn đê ngầm bảo vệ cho bờ biển Hải Dƣơng, Hƣơng Trà tỉnh Thừa Thiên - Huế phía Bắc cửa Thuận An đã đƣợc ngành GTVT xây dựng vào năm 2007. Đê ngầm Hải Dƣơng, dài 415 m, cao trình đỉnh + 2,5 m, đặt cách bờ biển từ 50 m đến 300 m. Kết cấu đê mái nghiêng, lõi đá hộc, phủ khối Tetrapod 5 tấn. Sau khi xây dựng, đê đã cho hiệu quả bảo vệ bờ biển rất tốt và ổn định cho đến nay. Trong những năm gần đây một loạt công trình bảo vệ bờ biển dạng chữ T đã đƣợc xây dựng (nhƣ ở Cần Giờ, TP. HCM và Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hƣng, Nam Định) là sự kết hợp giữa mỏ hàn và đê ngầm giảm sóng. Đê ngầm đã đƣợc xây dựng tại Cát Hải, Hải Phòng vào năm 2013. Tại miền Tây Nam Bộ, một loạt công trình dƣới dạng đê ngầm với các kết cấu khác nhau cũng đã đƣợc xây dựng nhƣ ở Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng nhƣng hiệu quả chƣa thực sự ổn định. 2.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu đê ngầm giảm sóng trong và ngoài nƣớc 2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Đã có nhiều đề tài, dự án nghiên cứu nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống đê điều, đặc biệt là hệ thống đê biển nhƣ gia cố nền, gia cố chân kè, xây dựng kè mỏ hàn Hƣớng nghiên cứu về các giải pháp giảm tƣơng tác sóng – công trình cũng có rất nhiều điển hình có các nghiên cứu sau: 2.3.1.1 Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130-2012- Hướng dẫn thiết kế đê biển Trong Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130-2012,hiệu quả giảm sóng của đê ngầm thể hiện thông qua hệ số tiêu sóng Km = Hsi/Hs Đối với đê đá đổ - trƣờng hợp a/Hs 0 (đê ngầm) a Ls Kmb th 0,8* 0,038* K HHss (2.1) B Kb 1,5exp 0,4* H s 35
  36. Hình 2.46 Hiệu quả giảm sóng của đê đá đổ Công thức (2.1) thích hợp khi B = (1÷3)Hs; Ls/Hs = 10÷30, mái dốc trƣớc và sau đê đều có m=2; h/Hs= 2,5 Trong đó: Hs, Hsi - Chiều cao sóng trƣớc và sau đê (m); a - Độ sâu nƣớc trƣớc đỉnh đê (m); B - Bề rộng đỉnh đê(m); h - Độ sâu mực nƣớc trƣớc đê(m); Ls, Lsi - Bƣớc sóng trƣớc và sau đê(m). 2.3.1.2 Nghiên cứu về truyền sóng qua tường ngầm của TS. Nguyễn Khắc Nghĩa (Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu giải pháp khoa học công nghệ xây dựng đê biển chống được bão cấp 12, triều cường”) Trong khuôn khổ đề tài khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu giải pháp khoa học công nghệ xây dựng đê biển chống đƣợc bão cấp 12, triều cƣờng” có nghiên cứu về hiệu ứng của sóng vỡ và sóng truyền qua công trình ngầm phá sóng đã đƣợc tiến hành trên máng thí nghiệm sóng của Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. Các kết quả trên đƣợc sử dụng để đề xuất giải pháp nhằm giảm tác động của sóng lớn triều cƣờng lên hệ thống đê biển. Ngoài ra, đề tài cũng nghiên cứu, đánh giá khả năng giảm sóng leo, sóng tràn khi xây dựng cơ đê trên mái kè phía biển với các thông số mực nƣớc, sóng tại Nam Định. Hình 2.47 Mô hình sự truyền sóng qua đê ngầm Mục tiêu của nghiên cứu thí nghiệm trên mô hình vật lý này là làm rõ sự biến đổi của hệ số giảm sóng Kt đối với các độ cao khác nhau của tƣờng ngầm. Thí nghiệm đƣợc triển khai nhằm mô phỏng sự tác động của sóng lên công trình khi bãi có tƣờng ngầm phá sóng chiều cao d = 0,6Ht,; 0,7Ht và 0,8Ht (Ht là mực nƣớc tại vị trí xây dựng tƣờng ngầm). Dựa vào các kết quả thí nghiệm đã xác định các hệ số và các tham số quan hệ giảm sóng khi bãi có công trình tƣờng ngầm phá sóng. Trong đó: d - độ cao của tƣờng ngầm; Ht - độ sâu nƣớc tại chân tƣờng ngầm. 36
  37. 2.3.1.3 Mô phỏng và nghiên cứu tương tác sóng và đê ngầm chắn sóng – TS. Phùng Đăng Hiếu Bài nghiên cứu của TS. Phùng Đăng Hiếu đề cập đến việc phát triển và ứng dụng mô hình toán mô phỏng và nghiên cứu các tƣơng tác giữa sóng và đê ngầm chắn sóng. Mô hình số dựa trên việc giải số hệ phƣơng trình Navier-Stokes mở rộng cho môi trƣờng xốp cùng với sự trợ giúp của phƣơng pháp VOF (Volume Of Fluid) hiện đại đƣợc ứng dụng vào nghiên cứu các tƣơng tác của sóng và công trình xốp. Trƣớc tiên mô hình số đƣợc tính toán kiểm nghiệm với việc mô phỏng tƣơng tác phi tuyến trong hệ sóng đứng có so sánh với nghiệm lý thuyết của Goda (1968); Tính toán kiểm nghiệm cũng đƣợc thực hiện cho trƣờng hợp truyền sóng và sóng đổ trên sƣờn thoải có đê ngầm xốp. Các kết quả đƣợc so sánh với các số liệu thí nghiệm đã đƣợc xuất bản. Sau đó mô hình toán đƣợc áp dụng nghiên cứu tƣơng tác sóng và đê xốp ngầm Hình 2.48 Sơ đồ thí nghiệm sóng tƣơng tác với đê xốp ngầm TS. Phùng Đăng Hiếu đã thực hiện thiết lập thí nghiệm số tƣơng tự nhƣ điều kiện thí nghiệm vật lý đã thực hiện tại phòng thí nghiệm thuỷ lực môi trƣờng của đại học tổng hợp Saitama Nhật bản. Máng sóng thí nghiệm có độ dài là 18m, rộng 0,4m và cao 0,7m. Một đê ngầm đƣợc đặt cách bản tạo sóng một khoảng 10,5m. Đê ngầm đƣợc làm bằng đá cục có đƣờng kính trung bình 0,025m, đê cao 0,33m, rộng 1,16m và có độ xốp là 0,45. Độ sâu nƣớc là 0,376m sóng tới có độ cao 0,092m chu kỳ 1,6s. Phía trƣớc, trên và sau đê ngầm có đặt 38 điểm đo sóng để phân tích ra dao động mực nƣớc và phân bố độ cao sóng. 2.3.1.4 Thí nghiệm hiệu quả giảm sóng của đê chắn sóng bằng tre ( Nguồn vốn và dự án của Cơ quan Hợp tác quốc tế Đức (GIZ) tài trợ) Để đánh giá tính chất của kết cấu phá sóng bằng tre, thí nghiệm về hiệu quả giảm sóng của kết cấu chắn sóng bằng tre thực hiện trên mô hình vật lý máng sóng (Hình 1.7). Sóng đơn đƣợc tạo ra từ phía cuối bên trái của máng sóng bằng mái chèo sóng và các tham số của sóng đƣợc đo đạc trƣớc và sau hàng rào tre. Hệ số truyền sóng Kt là tỷ số 37
  38. giữa chiều cao sóng đã truyền qua (HT) và chiều cao sóng ban đầu (HS). Khoảng trống RC là khoảng cách từ đỉnh của kết cấu đến mặt nƣớc. RC<0 ứng với trƣờng hợp kết cấu ngập trong nƣớc. Hình 2.49 Thí nghiệm trong máng sóng Hình 2.50 là hình ảnh của thí nghiệm với kết cấu phá sóng bao gồm hai hàng cọc tre với phần giữa đƣợc làm đầy bằng các cây buộc chặt. Hình 2.50 Mô hình vật lý truyền sóng qua hàng rào bằng tre 2.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trong những năm gần đây, giải pháp bảo vệ và chống xói lở bờ biển bằng đê ngầm giảm sóng (submerged breakwaters) đƣợc ứng dụng khá rộng rãi. Kết quả ứng dụng ban đầu cho thấy, năng lƣợng sóng đƣợc triệt tiêu thông qua cơ chế sóng vỡ. Trong hầu hết các trƣờng hợp, các đê ngầm giảm sóng có kết cấu mái nghiêng và đƣợc thiết kế chủ yếu theo kinh nghiệm. Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về hiệu quả giảm sóng của đê ngầm, mỗi nghiên cứu có mô hình thí nghiệm, kịch bản và điều kiện thí nghiệm riêng. 38
  39. Goda et al. (1969) đã tiến hành một loạt các thí nghiệm đƣợc thực hiện trên máng sóng mô phỏng sóng tràn qua các đê chắn sóng dạng hỗn hợp có mặt trƣớc thẳng đứng. Kết quả cho thấy hệ số truyền sóng có mối tƣơng quan với độ ngập tƣơng đối của đê hs/Hi; mặt khác các thí nghiệm này cũng chỉ ra các đại lƣợng không thứ nguyên Hi/L0 và Hi/h không ảnh hƣởng đến tƣơng quan trên. Ngoài ra, các thí nghiệm của Goda còn cho thấy hệ số truyền sóng giảm đi khi chiều rộng đỉnh đê lớn. Công thức thực nghiệm tính hệ số truyền sóng Kt đƣợc xây dựng bởi Goda (1969): (2.2) Trong đó: hs là khoảng cách từ mực nƣớc tĩnh đến cao trình đỉnh đê,  và  là các hệ số. = 2,0.  = 0,1; 0,3 và 0,5 lần lƣợt tƣơng ứng với cao trình đỉnh đê cao, trung bình và thấp. hs là độ ngập nƣớc của đê, Hi là chiều cao sóng tới trƣớc đê, L0 là chiều dài sóng tới trƣớc đê, h là độ sâu mực nƣớc. Seeling (1980) đã tiến hành một loạt các thí nghiệm với các kiểu tổ hợp khác nhau về điều kiện sóng bao gồm sóng đều và sóng ngẫu nhiên. Các thí nghiệm này mô phỏng sóng tràn qua một đê chắn sóng không thấm, cho phép tràn đỉnh. Thống nhất với kết quả nghiên cứu của Goda (1969), Seeling cũng kết luận rằng độ ngập tƣơng đối của đê (hs/Hi) là thông số chính ảnh hƣởng đến hệ số truyền sóng. Thêm vào đó, Seeling khẳng định rằng công thức của Goda (1969) có thể áp dụng để xác định hệ số truyền sóng trong điều kiện sóng ngẫu nhiên. Abdul Khader và Rai (1980) đã thực hiện một loạt các thí nghiệm hai chiều trên đê ngầm không thấm. Thí nghiệm đƣợc tiến hành với các dạng mặt cắt đê khác nhau. Kết quả cho thấy sự tiêu hao năng lƣợng sóng chủ yếu phụ thuộc vào chiều cao tƣơng đối của đê (d/h). Thực hiện các thí nghiệm này, Abdul Khader và Rai (1980) đã chỉ ra khả năng tiêu hao năng lƣợng sóng của công trình lớn hơn khi độ dốc sóng cao, nhận định này đúng trong cả hai trƣờng hợp mặt cắt đê hình chữ nhật và hình thang. Tuy nhiên, đối với mặt cắt hình thang, nhận định này đúng cả trong trƣờng hợp chiều cao tƣơng đối d/h thấp do sƣờn dốc của dạng đê chắn sóng này tác động đến hiện tƣợng biến dạng sóng vùng nƣớc nông. Allsop (1983) đã tiến hành một chuỗi thí nghiệm mô phỏng sóng tràn đỉnh và quá trình truyền sóng qua thân đê nhằm nghiên cứu sự ổn định của công trình chắn sóng. Các thí nghiệm đƣợc thực hiện trên đê chắn sóng đỉnh thấp, mái trong bảo vệ. Các mô phỏng thực nghiệm này tính toán trƣờng sóng ngẫu nhiên trong các điều kiện sóng khác nhau 39
  40. (thay đổi giá trị chiều cao sóng và chu kỳ sóng). Allsop đã hiệu chỉnh công thức thực nghiệm của Goda (Goda, 1969), Kt-0,5 thay thế cho hệ số truyền sóng Kt và tham số R* đƣợc đề xuất thay thế cho hs/Hi nhằm đƣa kết quả tính toán bằng mô hình thực nghiệm này phù hợp với dữ liệu thực đo: (2.3) (2.4) trong đó Hs là chiều cao sóng ý nghĩa ở vị trí đê chắn sóng khi chƣa có công trình. s là độ dốc sóng (H/L0). Powell và Allsop (1985) cũng đƣa ra các đƣờng kinh nghiệm để ƣớc tính hệ số truyền sóng qua đê chắn sóng đỉnh thấp, cho phép thấm, với độ xốp là 40% (Hình Hình 2.51 Đê ngập (bán ngập), các thông số thiết kế đê và sự lan truyền sóng 2.51). Gómez Pina và Valdés (1990) đã phân tích các kết quả thí nghiệm và nhận định rằng hệ số truyền sóng tỷ lệ với chiều rộng tƣơng đối của đê (B/L0). Những phân tích này cũng chỉ ra rằng hệ số truyền sóng có tƣơng quan với chỉ số sóng vỡ Iribarren  (B/hs) (Hình 2.52) trong cả hai trƣờng hợp sóng vỡ và sóng không vỡ. Chỉ số sóng vỡ Iribarren có thể đƣợc ƣớc tính khi biết độ dốc mái phía biển của đê chắn sóng và độ dốc sóng tới: tan  Hi (2.5) L0 Hình 2.52 Tƣơng quan của chỉ số sóng vỡ và hệ số truyền sóng (Gómez Pina và Valdés, 1990) 40
  41. Từ các kết quả thí nghiệm và các nghiên cứu đã có, Van der Meer (1988, 1990 và 1991) đã thiết lập công thức mới tính toán hệ số truyền sóng. Theo công thức kinh nghiệm này, hệ số truyền sóng xác định dựa trên độ ngập tƣơng đối của đê (Hình 2.53): Kt = 0,8 với 1,13 < hs/Hi < 2,0 Kt = 0,46 + 0,3hs/Hi với 0,2 < hs/Hi < 1,13 (2.6) Kt = 0,1 với -2,0 < hs/Hi < -1,2 hs/Hi = độ ngập/chiều cao sóng tới Hình 2.53 Đề xuất hệ số truyền sóng của Van der Meer (1990) Daemen (1991) đã tiến hành các mô phỏng hai chiều trên mô hình vật lý máng sóng trong điều kiện sóng ngẫu nhiên tại Viện Thủy lực Delft. Van der Meer và Daemen (1994) đã đề xuất một công thức kinh nghiệm tính toán hệ số truyền sóng cho đê chắn sóng đỉnh thấp. Các thông số chính trong công thức thực nghiệm này gồm có bề rộng đỉnh đê, cao trình đỉnh đê, độ dốc sóng và chiều cao sóng tới. Nghiên cứu này cũng chứng minh mối quan hệ tuyến tính giữa hệ số truyền sóng Kt và chiều cao tƣơng đối của đỉnh đê hs/d50: hs Kt a b (2.7) d50 a = 0,031(Hi/d50) - 0,24 (2.8) 1,84 b = -5,42(Hi/L0) + 0,0323(Hi/d50) -0,0017(B/d50) +0,51 (2.9) Với đê ngầm chắn sóng, công thức xác định hệ số b nhƣ sau: b = -2,6(Hi/L0) - 0,05(Hi/d50) +0,85 (2.10) 41
  42. Trong đó: hs là khoảng cách từ mực nƣớc tĩnh tới đỉnh đê chắn sóng, d50 là đƣờng kính danh nghĩa của đá đổ, Hi là chiều cao sóng có ý nghĩa và L0 là chiều dài sóng tới trong vùng nƣớc sâu. Công thức kinh nghiệm này đúng khi giá trị của các thông số không thứ nguyên không nằm ngoài miền giá trị của chúng trong các mô phỏng thực nghiệm. Miền giá trị của hệ số truyền sóng Kt là 0,075 10. Để giá trị tính toán phù hợp với giá trị thực đo, Van der Meer và nnk (2004) đã cải biên công thức của d'Angremond, 1996 và đề xuất công thức hiệu chỉnh tính toán hệ số truyền sóng qua đê chắn sóng đỉnh thấp mái nghiêng trong trƣờng hợp B/Hi > 10: 0,65 hs B 0,41 Ket 0,35 0,51 1 (2.11) HHii CHƢƠNG 3 ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ĐÊ NGẦM BẢO VỆ BỜ BIỂN PHÚ NHUẬN - HUẾ 3.1 Đặt vấn đề Vận dụng các kết quả ở Chƣơng 3 để đề xuất chu trình và phƣơng pháp tính toán lựa chọn kích thƣớc mặt cắt ngang của đê ngầm phù hợp với chức năng thiết kế cơ bản của công trình. Tính toán áp dụng cụ thể công trình đê ngầm tại thôn An Dƣơng, xã Phú Thuận, Thừa Thiên Huế. 42
  43. Hình 3.1 Chu trình thiết kế mặt cắt ngang đê ngầm 3.2 Xác định chức năng thiết kế của đê ngầm Chức năng chung của đê ngầm là tiêu hao một phần năng lƣợng sóng và do đó giảm thiểu tác động của sóng đến vùng bờ biển cần bảo vệ. Tuy nhiên tùy theo yêu cầu về mức độ giảm sóng và điều kiện tác động của mực nƣớc và sóng mà đê ngầm có thể có các chức năng thiết kế cơ bản khác nhau. Kích thƣớc hình học mặt cắt ngang thiết kế của đê ngầm cũng theo đó mà đƣợc xác định. Về cơ bản, có hai chức năng: Đê ngầm giảm sóng bão (Hình 3.2) và Đê ngầm giảm sóng trong điều kiện thƣờng (Hình 3.3). Hình 3.2 Điều kiện làm việc của đê ngầm có chức năng giảm sóng bão Hình 3.3 Điều kiện làm việc của đê ngầm có chức năng giảm sóng trong điều kiện thƣờng 43
  44. Trong khuôn khổ đề tài cấp trƣờng, tác giả tính toán cho trƣờng hợp Đê ngầm có chức năng giảm sóng trong bão. 3.3 Xác định mặt cắt ngang đê ngầm 3.3.1 Bề rộng đỉnh đê Bề rộng đỉnh đê là một trong những yếu tố có ảnh hƣởng quan trọng đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm. Theo điều kiện cấu tạo thì đỉnh đê ngầm cần có bề rộng tối thiểu sao để đủ cho lắp đặt 03 khối phủ bảo vệ [32]. BKD 3.tn (3.1) Trong đó: Dn là đƣờng kính danh nghĩa của khối phủ bảo vệ và Kt là hệ số xếp lớp phụ thuộc loại khối phủ và phƣơng pháp thi công. Tuy nhiên nếu bề rộng đỉnh đê quá rộng thì hiệu quả giảm sóng cũng không cao và đƣợc khống chế bởi điều kiện sau: 1 BL (3.2) 2 p với Lp là chiều dài sóng tại vị trí công trình xác định theo chu kỳ phổ Tp. Dựa trên các điều kiện ràng buộc (3.1) và (3.2), bề rộng đỉnh đê cuối cùng còn cần phải đƣợc lựa chọn trên cơ sở hài hòa với độ ngập của đỉnh đê sao để tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu quả giảm sóng của đê theo yêu cầu. 3.3.2 Xác định mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng bão Với chức năng đê ngầm giảm sóng bão thì để khống chế chiều cao sóng phía sau đê ngầm ở mức độ cho phép thì hiệu quả giảm sóng yêu cầu [] tƣơng ứng đƣợc xác định nhƣ sau: []H [ ] 1 sE (3.3) H si, trong đó: Hs,i là chiều cao sóng tới tại vị trí công trình, 44
  45. []HsE là chiều cao sóng bão tối đa cho phép để đảm bảo an toàn cho các công trình bảo vệ bờ phía sau đê ngầm. Nếu phía sau đê ngầm là công trình đê biển thì thông thƣờng []HsE (1,5÷2,0) m. Liên hệ giữa bề rộng B và độ ngập S của đê cần đảm bảo hiệu quả giảm sóng yêu cầu theo công thức: 3,4 BS 0,5 [ ] 0,59 1,47 1 e 0m 0,26 (3.4) LHm si, Bên cạnh đó cần lựa chọn bề rộng và độ ngập của đê S sao để tiết kiệm nhất, tức là diện tích mặt cắt ngang đê nhỏ nhất: 2 Amin min B .( D S ) m .( D S )  (3.5) với Amin là diện tích mặt cắt ngang đê nhỏ nhất, m là hệ số mái đê, D là độ sâu nƣớc tại vị trí xây dựng đê so với cao trình mực nƣớc tính toán (trong trƣờng hợp này là cao trình mực nƣớc thiết kế trong bão). Để áp dụng đƣợc công thức kinh nghiệm tính hiệu quả giảm sóng của đê ngầm thì các yếu tố cần thỏa mãn: B/Lp = 0,06÷0,65 (3.6) S/Hs = 0÷1,68 (3.7) Sử dụng các biểu thức từ (4.3) đến (4.7) có thể xác định đƣợc bề rộng và độ ngập của đỉnh đê để vừa thỏa mãn hiệu quả giảm sóng theo yêu cầu mà lại tiết kiệm chi phí xây dựng. 3.4 Xác định cao trình đỉnh đê ngầm Cao trình đỉnh đê ngầm thiết kế đƣợc xác định sau khi đã biết độ ngập: ZZSd tk,% p (3.8) với Ztk,p% là cao trình mực nƣớc thiết kế trong điều kiện xem xét. 45
  46. 3.5 Áp dụng tính toán lựa chọn kích thƣớc mặt cắt ngang đê ngầm Phú Thuận – Thừa Thiên Huế 3.5.1 Hiện trạng khu vực công trình Vùng biển Phú Thuận là một vùng biển có tình trạng sạt lở mạnh, đã có nhiều giải pháp công trình đƣợc áp dụng nhƣ: hệ thống gồm 05 kè mỏ hàn cứng bị trận lũ lịch sử năm 1999 và sóng biển làm hƣ hỏng; 06 mỏ hàn mềm Stabiplage tuy vẫn giữ đƣợc đƣờng bờ nhƣng chất lƣợng vật liệu chƣa phù hợp, thƣờng xuyên phải bảo hành, sửa chữa. Biển tiến lấn sâu vào đất liền mỗi năm trung bình từ 10÷30 m làm hƣ hại các công trình hạ tầng cơ sở. 3.5.2 Thiết kế mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng trong bão 3.5.2.1 Điều kiện biên - Chiều dài sóng: L = 248,0 m.; - Chu kì sóng T = 12,6 s; - Chiều cao sóng trƣớc chân công trình đƣợc xác định tại vị trí cách bờ khoảng là L/4÷ L/2 = 62÷124 m. Chiều cao sóng thiết kế của công trình kè thông thƣờng không vƣợt quá 1,5÷2,0 m, do vậy chọn []HsE 2,0 m ở vị trí cách bờ 120 m. - Công trình đê cấp IV, chu kì lặp lại là 50 năm (tần suất xuất hiện P = 2%); - Mực nƣớc sóng bão thiết kế ứng với tần suất xuất hiện P= 2% là Ztr,tk = 1,45 m. - Chiều cao sóng nƣớc sâu thiết kế ứng với tần suất P = 2 % là Hs = 10,76 m; - Độ dốc sóng s0p = 0,0434; Cao độ đáy của vị trí ranh giới sóng nƣớc sâu = 1,45 - h = 1,45 – 124,0 = - 122,55 Căn cứ số liệu khảo sát địa hình Phú Thuận [50] xác định đƣợc vị trí vùng sóng nƣớc sâu ứng với mực nƣớc thiết kế cách bờ X = 4060 m. Căn cứ vào địa hình, đặc điểm thủy hải văn khu vực Phú Thuận, Thừa Thiên Huế, chọn vị trí xây dựng đê ngầm cách bờ X = 201 m. 3.5.2.2 Xác định sóng bão tại vị trí xây dựng đê ngầm Thông số sóng thiết kế tại vị trí trƣớc đê ngầm (Bảng 3.1). 46
  47. Bảng 3.1 Thông số sóng thiết kế tại vị trí trƣớc đê ngầm Chiều cao sóng Chu kì Chiều dài Độ dốc Hs sóng Tp sóng Lm-1,0 sóng S0p (m) (s) (m) 4,035 7,349 71,45 0,0467 3.5.2.3 Hiệu quả giảm sóng yêu cầu của đê ngầm Theo công thức (3.3) ta có: []H 2,0 [ ] 1 sN 1 0,5043 50,43% (3.9) Hs, i c 4,035 Chọn hiệu quả giảm sóng của đê ngầm  = 51,0% để tính toán thiết kế. 3.6.4.1 Xác định kích thước đê ngầm a) Thiết kế mặt cắt ngang đê ngầm Từ công thức kinh nghiệm xác định hiệu quả giảm sóng của đê ngầm 3,4 BS 0,5 [ ] 0,59 1,47 1 e 0m 0,26 (3.10) LH m si, Với các thông số ở trên và dựa vào kết quả khảo sát địa hình có: Hs,i = 4,035 m TP = 7,349 s Lm = 71,45 m ; LP = 86,45 m tan = 0,02 tan 0m 0,0842 HLsm/ 0 Bmax = 0,5.LP= 43,22 m Bmin 3.KDtn , do chƣa có cấu kiện thiết kế nên tính với Bmin= 3,0 m 47
  48. Độ sâu nƣớc tại đê ngầm D = MNTK – Zđáy đh = 1,45- (-3,20) = 4,65 m. Tuy nhiên trong mực nƣớc truyền sóng trong bão luôn có độ dềnh nên độ sâu mực nƣớc thực tế tại vị trí đê ngầm là D' = 2,25 – (-3,20) = 5,45 m. Chiều cao đê ngầm h = D' – S; Hệ số mái đê m = 2,0 ; ' ' 2 Diện tích đê ngầm A B.( D S ) m .( D S ) ; Giả thiết các giá trị bề rộng đỉnh đê B = Bmin ÷ Bmax sẽ tính đƣợc độ ngập nƣớc của đê S theo công thức (3.10), là cơ sở để tính diện tích đê ngầm A, chiều cao đê h, B/Lp và S/Hs. Bảng 3.2 Tính toán các thông số của đê ngầm Bề rộng Độ ngập Bề rộng Độ ngập Diện tích Chiều cao đê đỉnh đê nƣớc S tƣơng đối tƣơng đối đê ngầm A h (m) 2 B (m) (m) B/Lp S/Hs (m ) 3,0 1,242 4,21 0,03 0,308 48,05 5,0 1,242 4,21 0,06 0,308 56,46 7,5 1,242 4,21 0,09 0,308 66,98 8,130 1,242 4,21 0,09 0,308 69,62 10,0 1,243 4,21 0,12 0,308 77,48 15,0 1,246 4,20 0,17 0,309 98,40 20,0 1,254 4,20 0,23 0,311 119,14 25,0 1,268 4,18 0,29 0,314 139,53 30,0 1,291 4,16 0,35 0,320 159,38 35,0 1,325 4,13 0,40 0,328 178,43 40,0 1,372 4,08 0,46 0,340 196,36 43,22 1,412 4,04 0,50 0,350 207,16 b) Kiểm tra điều kiện cần thỏa mãn của đê ngầm * Vị trí xây dựng đê ngầm: X = 201 m, Zđáy đh = -3,20 m với thông số mực nƣớc tại Bảng 4.4 đảm bảo điều kiện thi công: độ sâu nƣớc khi mực nƣớc thấp nhất 2,66 m nên tại vị trí này đảm bảo điều kiện mực nƣớc thi công. X = 201 m, s0p= 0,0467 (đảm bảo điều kiện sử dụng đƣợc công thức kinh nghiệm đê ngầm s0p = 0,015 ÷0,06) Nhƣ vậy, vị trí xây dựng đê ngầm cách bờ X =201 m đã chọn là hợp lý. * Mặt cắt ngang đê ngầm: 48
  49. Với đê ngầm vừa thiết kế (xem dòng 5 của Bảng 4.2) đã thỏa mãn điều kiện sử dụng công thức hiệu quả giảm sóng của đê ngầm B/Lp = 0,09 (thỏa mãn điều kiện B/Lp = 0,06 ÷ 0,65) S/HS = 0,308 (thỏa mãn điều kiện S/HS = 0 ÷ 1,68) c) Mặt cắt ngang đê ngầm - Chiều rộng đê ngầm B = 8,13 m; - Độ ngập nƣớc thiết kế: S = 1,24 m; - Hệ số mái đê m = 2,0; - Chiều cao đê h = 4,21 m; - Cao trình đỉnh đê ngầm: 4,21 + (-3,20) = 1,01 m (Hình 3.4); - Đê ngầm đƣợc đặt cách bờ: X = 201 m; - Hiệu quả giảm sóng của đê ngầm ở mực nƣớc MNTK= 1,45 m( tƣơng ứng với mực nƣớc thực tế có tính đến độ dềnh nƣớc = 2,25 m) là:  = 51,0 %. Sãng b·o Ztr tk =1,45 7.30 0,23 1.22 Ztr min =-0,54 m=2,0 4.67 m=2,0 3.45 -3,22 2.68 Hình 3.4 Mặt cắt ngang đê ngầm có chức năng giảm sóng bão tại Phú Thuận 49
  50. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - Phạm Văn Giáp - Nguyễn Ngọc Huệ - Nguyễn Hữu Đẩu – Đinh Đình Trƣờng, Bể Cảng và Đê Chắn Sóng, Nhà xuất bản xây dựng, năm 2000; [2] - Lƣơng Phƣơng Hậu – Hoàng Xuân Lƣợng - Nguyễn Sỹ Nuôi – Lƣơng Giang Vũ, Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo, Nhà xuất bản xây dựng, năm 2001; [3] - Công ty TVXD CTHH, Quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam đến năm 2010- tập I/IV, năm 1995; [4] - Nguyễn Viết Tiến, NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA ĐÊ NGẦM ĐẾN QUÁ TRÌNH TIÊU HAO NĂNG LƢỢNG SÓNG TÁC ĐỘNG VÀO BỜ BIỂN VIỆT NAM Luận án tiến sĩ, năm 2015; [5] - Thieu Quang Tuan, Hiroshi Matsushita, Yasuomi Taki and Nguyen Quang Luong, 2012. Stability of newly-improved wave dissipating blocks for rubble mound breakwaters, in proceedings of 4th International Conference on Estuaries and Coasts (ICEC), Water Resources University, Hanoi, Vietnam; [6] - TAW (2002), Technical Report Wave Run-up and Wave Overtopping at Diske, Tech nical Advisory Committee on Flood Defence, Delft, The Netherlands; [7] - Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển (Ban hành kèm theo Quyết định số 1613/QĐ- BNN-KHCN ngày 09/7/2012 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn); [8] - Shore Protection Manual. 1984. 4th ed., U.S. Army Corps Engrs., Coastal Eng. Res. Center, U.S. Govt. Printing Office, Washington, D.C; [9] - Le thi Huong Giang; Thiều Quang Tuấn ; Hồ Sĩ Minh, 2012. ON THE USE OF WAVE DISSIPATING BLOCKS IN BREAKWATERS AND COASTAL PROTECTION WORKS IN VIETNAM, Coastal Engineering, ICEC 2012; 10. Nguyễn Khắc Nghĩa và cộng sự (2009), Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu giải pháp khoa học công nghệ xây dựng đê biển chống đƣợc bão cấp 12, triều cƣờng”; 11. Phùng Đăng Hiếu (2007), Mô phỏng và nghiên cứu tƣơng tác sóng và đê ngầm giảm sóng, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 – Viện Khoa học khí tƣợng thủy văn và môi trƣờng. 50