BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
000
NGUYỄN THÀNH MINH
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN KHU VỰC
XÃ DÂN THÀNH, HUYỆN DUYÊN HẢI, TỈNH TRÀ VINH
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
MÃ SỐ: 60 – 58 – 40
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. HOÀNG VĂN HUÂNTp. Hồ Chí Minh, 2014
Trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện đề tài này tôi được gia đình,
bạn bè và đồng nghiệp tận tình giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất. Bên
cạnh đó, nhà trường đã tạo điều kiện cũng như quý thầy cô đã tận tình dạy bảo
hướng dẫn.
Tôi xin chân thành cám ơn đến :
- Ban giám hiệu Trường Đại Học Thủy lợi.
- Tất cả quý thầy cô Trường Đại Học Thủy lợi.
- Các nhân viên Cơ sở 2 – Đại học Thủy lợi
Và lòng biết ơn sâu sắc đến: GV hướng dẫn PGS.TS Hoàng Văn Huân đã
tận tình giúp đỡ trong việc chọn đề tài, tìm tài liệu cũng như quá trình thực hiện
luận văn.
Tác giả chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đã ủng hộ để tác giả hoàn thành
luận văn được tốt.
Trong thời qian thực hiện đề tài bản thân tôi đã hết sức cố gắng, nỗ lực để đạt
được kết quả tốt nhất. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều sai sót kính mong sự đóng góp ý
kiến của quý thầy cô và các bạn. Một lần nữa, xin gởi đến quý thầy cô, bạn bè và
đồng nghiệp lời cảm ơn chân thành nhất.
XÃ DÂN THÀNH, HUYỆN DUYÊN HẢI, TRÀ VINH 19
2.1. Hiện trạng xói – bồi khu vực nghiên cứu 19
2.1.1. Tình hình chung 19
2.1.2. Thực trạng xói lở khu vực bãi biển xã Dân Thành 21
2.2. Một số nguyên nhân tác động đến diễn biến xói lở vùng nghiên cứu 26
2.3. Nghiên cứu xói - bồi vùng nghiên cứu bằng mô hình toán 27
2.3.1. Phân tích đối tượng và đề xuất mô hình sử dụng 27
2.3.2. Giới thiệu mô hình MIKE 21/3 Coupled Model FM 28
2.3.3. Thiết lập mô hình 29
2.3.3.1. Phạm vi và biên vùng tính toán 30
2.3.3.2. Lưới tính và các CSDL đầu vào 31
2.3.4. Hiệu chỉnh các thông số của mô hình và kiểm định kết quả tính toán 38
2.3.4.1. Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy động lực 38
2.3.4.2. Kết quả hiệu chỉnh mô hình sóng 39
2.3.4.2. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định thông số mô hình MT và các CSDL nhập
39
2.3.5. Kết quả mô phỏng thủy động lực ven biển trong điều kiện hiện trạng 45
2.3.5.1. Kết quả tính toán trường sóng tại vùng nghiên cứu 45
2.3.5.2 Kết quả tính toán trường dòng chảy tại vùng nghiên cứu 49
2.3.5.3. Kết quả tính toán vận chuyển bùn cát tại vùng nghiên cứu 52
2.4. Đánh giá nguyên nhân, cơ chế xói lở bờ biển khu vực nghiên cứu 52
2.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng (nguyên nhân chung) 53
2.4.3.Cơ chế gây xói lở bờ biển tại vùng nghiên cứu 55
2.5.Nhận xét 55
CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN 56
XÃ DÂN THÀNH, HUYỆN DUYÊN HẢI, TRÀ VINH 56
3.1. Các phương án quy hoạch và bố trí công trình 56
3.1.1. Các bước thực hiện công trình bảo vệ bờ 56
3.1.2. Các phương án quy hoạch và bố trí công trình 56
3.1.2.1. Giải pháp phi công trình 60
Thành 4
Hình 1.1: Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu 6
Hình 1.2: Mặt cắt địa tầng khu vực nghiên cứu 8
Hình 1.3: Hình ảnh công trình bảo vệ bờ trên thế giới 12
Hình 1.4: Một số cấu kiện có hệ số phá sóng cao được ứng dụng trong
lĩnh vực bảo vệ bờ biển trên thế giới 12
Hình 1.5: Kè biển Tp.Nha Trang, Khánh Hòa 16
Hình 1.6: Kè biển KDL Cần Giờ, Tp.HCM 16
Hình 1.7:Công trình kè biển Gành Hào, Bạc Liêu 17
Hình 1.8: Công trình kè biển Hiệp Thạnh, Trà Vinh (GĐ cấp bách và
GĐ2) 17
Hình 1.9: Kè bảo vệ bờ Đèn Đỏ, Tiền Giang 17
Hình 1.10: Kè KDL Tân Thành, Tiền Giang 17
Hình 2.1: Vị trí bờ biển xã Dân Thành 22
Hình 2.2: Vị trí đoạn khảo sát 22
Hình 2.3: Bãi biển bị xói mòn lộ ra từng thớ đất, rừng cây bị xâm thực
trơ trọi, toàn cảnh bờ biển suy thoái thiếu sức sống 23
Hình 2.4: Bãi biển bị xâm thực lộ từng thớ đất sét, gốc cây rừng phòng hộ
giảm sóng còn sót lại trên bãi thể hiện đây là khu vực mới bị xói lở trong
vài năm gần đây 23
Hình 2.5: Đê kè bằng đá và bao tải cát đang được xây dựng 23
Hình 2.6: Đoạn bờ biển phía bắc nhà máy nhiệt điện hiện không còn
rừng phòng hộ 24
Hình 2.7: Đê kè bằng đá đã xây dựng xong bị sóng phá hủy 24
Hình 2.8: Đoạn bờ bị sạt lở phía nam nhà máy nhiệt điện 25
Hình 2.9: Bãi biển bị xói mòn lộ ra từng thớ đất, rừng cây bị xâm thực
trơ trọi, toàn cảnh bờ biển suy thoái thiếu sức sống 25
Hình 2.10: Bãi biển bị xâm thực lộ từng thớ đất sét, gốc cây rừng phòng
hộ giảm sóng còn sót lại trên bãi, nhà của người dân hư hỏng nặng 25
Hình 2.13: Giá trị mực nước tại eo Basi 32
độ gió 15m/s thời điểm chân triều KB1 46
Hình 2.33: Trường sóng tại vùng nghiên cứu trong gió mùa Tây Nam, tốc
độ gió 15m/s thời điểm đỉnh triều KB2 46
Hình 2.34: Trường sóng tại vùng nghiên cứu trong gió mùa Tây Nam, tốc
độ gió 15m/s thời điểm chân triều KB2 47
Hình 2.35: Trường sóng tại vùng nghiên tại thời điểm Bão Linda 47
Hình 2.36: Trường mực nước vùng nghiên cứu tại thời điểm đỉnh triều 49
Hình 2.37: Trường mực nước vùng nghiên cứu tại thời điểm chân triều 49
Hình 2.38: Trường dòng chảy vùng nghiên cứu khi triều dâng 50
Hình 2.39: Trường dòng chảy vùng nghiên cứu khi triều rút 50
Hình 2.40: Trường mực nước vùng nghiên cứu tại thời điểm bão Linda50
Hình 2.41: Diễn biến bồi xói vùng nghiên cứu theo hiện trạng 52
Hình 2.42: Cơ chế xói lở bờ khu vực xã Dân Thành – Trà Vinh 55
Hình 3.1: Quy hoạch chung xây dựng khu kinh tế Định An đến năm 2030
57
Hình 3.2: Sơ đồ giải pháp bảo vệ bờ biển xã Dân Thành – Trà Vinh 59
Hình 3.3: Mỏ hàn bó cành cây, cọc gỗ bố trí dạng chữ T 61
Hình 3.4: Kè Hiệp Thạnh – Trà Vinh giai đoạn cấp bách đã được xây
dựng 62
Hình 3.5: Đê phá sóng tại Mỹ 62
Hình 3.6: Hệ thống tổng hợp công trình bảo vệ bờ biển tại Virginia, Mỹ
63
Hình 3.7: Bản đồ chỉnh trị tổng thể để ổn định bờ biển xã Dân Thành 64
Hình 3.8: Lưới tính và cao độ số được xây dựng cho kịch bản một số công
trình đề xuất (PA1) cho kịch bản 1 68
Hình 3.9: Ma trận hệ số Manning cho mô hình dòng chảy 2D được xây
dựng cho kịch bản một số công trình đề xuất (PA1) 69
Hình 3.10: Lưới tính và cao độ số được xây dựng cho kịch bản một số
công trình đề xuất (PA2) 69
Hình 3.11: Ma trận hệ số Manning cho mô hình dòng chảy 2D được xây
Hình 3.29: Mặt cắt ngang của giải pháp 1 (GP1) đê ngầm hai mái xếp 2
lớp Tetrapod 87
Hình 3.30: Mặt cắt ngang của giải pháp 2 (GP2) đê ngầm hai mái xếp đá
hộc 88
Hình 3.31: Mặt cắt ngang của giải pháp 3 (GP3) đê ngầm mái trực tiếp
chịu tác động của sóng xếp 2 lớp Tetrapod, mái còn lại xếp đá hộc
(Phương án chọn) 88
Hình 3.32: Kết cấu khối Tetrapod phá sóng 92
Hình 3.33: Phối cảnh khối Tetrapod 93
DANH MỤC BẢNG
Vấn đề cấp bách đặt ra để bảo vệ tính mạng người dân, tài sản và cơ sở
hạ tầng, góp phần phát triển KTXH và bảo vệ môi trường tại khu vực xã
Dân Thành, huyện Duyên Hải nói riêng và Trà Vinh nói chung, hiện nay
cần phải có một nghiên cứu thấu đáo, đủ cơ sở khoa học để giải thích và
đánh giá đúng nguyên nhân và cơ chế xói lở cũng như bồi tụ bờ biển khu
vực nghiên cứu, từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp đáp ứng được
yêu cầu phát triển KTXH bền vững 3
Bảng 3.1: Đặc trưng sóng thiết kế KVNC (P = 5%) 80
Bảng 3.2: Các thông số của trọng lượng viên đá xây và trọng lượng khối
Bêtông 84
Bảng 3.3: Các thông số về trọng lượng khối phủ đê ngầm 91
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- ATNĐ: Áp thấp nhiệt đới.
- BTCT: Bê tông cốt thép.
- BT: Bê tông.
- BĐKH: Biến đổi khí hậu.
- BVB – CS: Bảo vệ bờ - cửa sông.
- CSDL: Cơ sở dữ liệu.
- ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long.
- ĐHXD: Đại học xây dựng
phát triển kinh tế đất nước trong tương lai, Hội nghị TW 4 khóa X đã nêu rõ, xây
dựng chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020, phải phấn đấu để nước ta trở thành
một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền quốc gia
trên biển, góp phần ổn định và phát triển đất nước. Xây dựng các trung tâm kinh tế
lớn vùng duyên hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng cho
sự phát triển của cả nước.
Hàng năm, các tỉnh ven biển thường chịu tác động trực tiếp thiên tại như lũ,
bão, áp thấp nhiệt đới đổ bộ hay hoạt động ở biển đông, gây thiệt hại rất lớn về
người và tài sản. Lũ, bão, ATNĐ thường kéo theo sóng to, nước dâng làm nhiều
người chết, gây xói lở hoặc bồi lấp bờ sông, cửa sông, bờ biển, ảnh hưởng rất lớn
đến đời sống, kinh tế, xã hội của nhân dân các tỉnh ven biển trong đó có Trà vinh.
Nằm ở vị trí rất đặc biệt, là cửa ngõ của các tỉnh ĐBSCL hướng ra biển Đông,
Trà vinh là một tỉnh có nhiều khó khăn, có nhiều đông bào Khơ Me sinh sống.
Chiến lược tiến ra biển , bám biển để phát triển kinh tế đã đặt cho tỉnh nhiều cơ hội
để phát triển và có điều kiện hội tụ nhiều tiềm năng để phát triển nhanh và toàn diện
các ngành kinh tế như: công nghiệp nhiệt điện, khai thác dầu khí ngoài khơi, cảng
biển và vận tải biển, khai thác chế biến hải sản, du lịch, nuôi trồng thủy sản
Bờ biển tỉnh Trà Vinh từ cửa Cung Hầu đến cửa Định An có chiều dài khoảng
65km, đối diện trực tiếp với Biển Đông và chịu tác động trực tiếp, mãnh liệt quá
trình biến đổi thủy động lực của Biển Đông và dòng chảy thượng nguồn sông
MêKông. Trong những năm qua, Đảng, Chính phủ và các địa phương đã có các
2
chính sách ưu tiên đầu tư vốn nhân lực, vật lực… để thúc đẩy tốc độ phát triển kinh
tế cho các vùng sâu vùng xa, vùng ven biển và hải đảo. Tuy nhiên, vấn đề xói lở bờ
vùng ven biển diễn biến phức tạp đã gây nên những tổn thất nặng nề, là mối đe doạ
nghiêm trọng đến tính mạng và tài sản của nhà nước và nhân dân, ảnh hưởng đến
quy hoạch phát triển dân sinh, kinh tế, xã hội, môi trường bền vững các địa phương
ở Nam Bộ.
Bờ biển tỉnh Trà Vinh diễn biến phức tạp, nhiều khu vực bị xói lở với tốc độ
nhanh trong thời gian qua. Hậu quả là:
Duyên Hải nói riêng và Trà Vinh nói chung, hiện nay cần phải có một nghiên cứu
thấu đáo, đủ cơ sở khoa học để giải thích và đánh giá đúng nguyên nhân và cơ chế
xói lở cũng như bồi tụ bờ biển khu vực nghiên cứu, từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật
phù hợp đáp ứng được yêu cầu phát triển KTXH bền vững.
Đề tài:“Nghiên cứu giải pháp bảo vệ bờ biển khu vực xã Dân Thành, Huyện
Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh” sẽ bước đầu giải quyết được các yêu cầu trên.
4
Hình 2: Một số hình ảnh về thực trạng xói lở bờ biển tại khu vực xã Dân Thành
5
2. Mục đích của Đề tài.
Xác định được nguyên nhân, các nhân tố ảnh hưởng đến xói – bồi bờ biển
khu vực xã Dân Thành bằng mô hình toán;
Đề xuất được các giải pháp bảo vệ bờ phù hợp cho khu vực nghiên cứu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu xói - bồi và diễn biến dải bờ biển trên mô hình toán là một vấn đề
rất khó khăn, phức tạp và cần nhiều thời gian. Đòi hỏi người nghiên cứu phải có
một kiến thức chuyên sâu về thuỷ lực, chuyên sâu về sóng và bồi – xói, chuyên sâu
về công trình thủy, công trình biển và kết hợp với kinh nghiệm trong tính toán mô
hình.
Trong đề tài luận văn này, tác giả đã ứng dụng mô hình MIKE 21/3 Coupled
Model FM vào nghiên cứu dòng chảy, sóng và xói - bồi vùng ven biển xã Dân
Thành, huyện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh, từ đó đề ra các giải pháp khắc phục sạt lở
và đánh giá hiệu quả của các giải pháp đó.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
Cách tiếp cận:
- Kế thừa các tài liệu, các cơ sở dữ liệu, các kết quả nghiên cứu trong nước và
trên thế giới;
- Hiện tượng xói - bồi bờ biển cần được xem xét trên quan điểm thực tế, toàn
diện và tổng hợp;
- Tiếp cận theo hướng ứng dụng mô hình toán hiện đại, hiệu quả, tin cậy và đảm
Long Hòa, phía Nam giáp với xã Đông Hải, phía Tây giáp với Thị trấn Duyên Hải.
1.1.1.2. Đặc điểm địa hình.
Địa hình tỉnh Trà Vinh mang tính chất vùng đồng bằng ven biển có các giồng
cát, chạy liên tục theo hình vòng cung và song song với bờ biển. Càng về phía biển,
các giồng này càng cao và rộng lớn. Do sự chia cắt bởi các giồng và hệ thống trục
lộ, kinh rạch chằng chịt, địa hình toàn vùng khá phức tạp. Các vùng trũng xen kẹp
với các giồng cao, xu thế độ dốc chỉ thể hiện trên từng cánh đồng. Cao trình phố
biên của tỉnh là từ 0,4 - 1,0 m, chiếm 66% diện tích đất tự nhiên.
Địa hình vùng nghiên cứu (VNC) tương đối bằng phẳng ít bị chia cắt, cao độ có
xu thế thấp dần về phía ven biển.
Khu vực bờ biển Dân Thành do địa hình bãi khá thấp nên sóng có năng lượng
lớn xâm nhập gần sát bờ biển và trực tiếp gây xói lở. Tại khu vực xói lở bãi biển có
độ dốc biến đổi từ 1:15 đến 1:25.
1.1.1.3. Đặc điểm địa chất.
Theo kết quả khảo sát địa chất khu vực nghiên cứu do Viện Kỹ Thuật Biển
thực hiện 3 hố khoan địa chất dọc bãi biển xã Dân Thành, mỗi hố khoan có chiều
sâu 20 mét và lấy 10 mẫu địa chất để thí nghiệm. Thời gian thực hiện khoan địa
chất từ 26/11/2010 đến 27/11/2010 gồm các lớp đất sau:
Lớp 1: Cát pha, màu nâu vàng - xám xanh, bão hòa nước.
Gặp đều ở các vị trí hố khoan và đây là lớp nguyên thổ trên cùng.
Dung trọng TN
γw
1,97
g/cm
3
Góc ma sát trong
φ
23
o
42'
1,73
g/cm
3
Độ sệt B
0,97
Góc ma sát trong ( 1 trục)
φ
5
o
26'
Lực dính (1 trục) C
0,046
kg/cm
2
Hệ số rỗng
ε
o
1,098
Hệ số nén a
1-2
0,075
cm
2
/kg
Mô đun tổng biến dạng E
1-2
31,7
kg/cm
2
Sức chịu tải quy ước R
gió thổi từ Biển Tây vào mang nhiều hơi nước gây ra mưa. Gió mùa Đông Bắc hoặc
Đông Nam hay Đông (gió chướng) hoạt động từ tháng 11 năm trước đến tháng 3
năm sau. Gió chướng là nguyên nhân khiến cho nước biển dâng cao và đẩy mặn
truyền sâu vào nội đồng. Vận tốc gió đạt cao nhất đạt 5 ÷ 8 m/s (chủ yếu trong
tháng 2, 3) và thường mạnh vào buổi chiều. Sự xuất hiện các đỉnh mặn do gió
chướng tác động đã làm cho việc sản xuất ở vùng ven biển, cửa sông Trà Vinh
không ổn định.
- Độ ẩm: tỷ lệ ẩm độ trung bình cả năm biến thiên từ 80 ÷ 85%, biến thiên ẩm
độ có xu thế biến đổi theo mùa; mùa khô đạt 79%, mùa mưa đạt 88%. Riêng ẩm độ
trung bình của tất cả các tháng đều đạt trên 90%, đây là điều kiện thích hợp cho sự
phát triển và lan truyền của một số dịch bệnh.
- Bốc hơi: tổng lượng bốc hơi toàn tỉnh cao, bình quân 1.293 mm/năm. Vào
mùa khô, lượng bốc hơi rất mạnh từ 130 ÷ 150 mm/tháng, nhất là các vùng giồng
cát cao và khu vực sát biển, gây ra sự khô hạn gay gắt ở các vùng này. Riêng huyện
Duyên Hải, lượng bốc hơi cao hơn lượng mưa năm đã gây ra sự mao dẫn muối lên
và tập trung ở tầng mặt làm cho lý tính đất trở nên xấu và khó sử dụng hơn.
- Hạn: hạn hàng năm thường xảy ra gây khó khăn cho sản xuất với số ngày
không mưa liên tục từ 10 ÷ 18 ngày, trong đó tại huyện Duyên Hải hạn giữa vụ
(tháng 7, 8) thường khá nghiêm trọng.
10
1.1.1.5. Chế độ thủy và hải văn.
Hai nhánh chính của sông Tiền và sông Hậu, Cổ Chiên và Định An là nguồn
cung cấp nước trực tiếp cho toàn bộ hoạt động sản xuất và sinh hoạt của tỉnh nói
chung và của huyện Duyên Hải nói riêng. Sông Hậu chảy theo hướng Tây Bắc -
Đông Nam, đoạn qua địa bàn tỉnh Trà Vinh có chiều dài 55 km. Sông đổ ra biển
theo cửa Định An. Lưu lượng nước bình quân 2.000 ÷ 3.000 m
3
/s. Hàm lượng phù
sa là 200 ÷ 600 g/m
3
dân cư còn hạn chế.
Hiện toàn xã có 1.856 hộ được công nhận và tái công nhận gia đình văn hóa,
chiếm 92% tổng số hộ. Đội ngũ giáo viên tay nghề và năng lực sư phạm còn hạn
chế; phân luồng học sinh sau THCS và THPT chưa có bước chuyển biến tích cực;
tình trạng học sinh bỏ học giữa chừng vẫn còn xảy ra ở mức khá cao; tiến độ xây
dựng các trường chuẩn quốc gia còn chậm.
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu - ứng dụng công nghệ bảo vệ bờ.
1.2.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ở những nước kinh tế phát triển: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Hà Lan, Nhật, Canada,
Ấn Độ, Nga, Trung Quốc môn khoa học hình thái bờ biển và diễn biến đáy được
coi là môn khoa học bản lề giữa động lực học sông - biển và địa mạo học. Nhiều
nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu về thủy lực sông - biển, về vận chuyển bùn
cát, về diễn biến lòng dẫn, về hình thái bờ biển, về loại dạng lòng dẫn và công trình
chỉnh trị công tác nghiên cứu đã thu được những kết quả xuất sắc về mặt lý
thuyết cũng như về thực nghiệm.
Công trình bảo vệ bờ biển đã được nghiên cứu và ứng dụng từ rất lâu trên thế
giới, đặc biệt là ở các nước có nền khoa học công nghệ phát triển. Những thành tựu
đạt được cho đến nay là rất đáng kể, hầu hết các đoạn bờ biển xói lở đều được giải
quyết một các triệt để bằng các giải pháp công trình phù hợp.
Sự thành công trên thế giới một mặt có được là nhờ việc ứng dụng khoa học kỹ
thuật vào trong các giai đoạn xây dựng công trình: từ khâu nghiên cứu diễn biến,
quy hoạch đến thiết kế thi công và đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ mới – vật
liệu mới. Mặt quan trọng khác là do ở các nước có nền kinh tế phát triển họ có đủ
Copyright: Tài liệu đại học ©