Tóm tắt nghiên cứu hiệu quả của đê ngầm đến quá trình tiêu hao năng lượng sóng tác động vào bờ biển việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN VIẾT TIÊN

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA ĐÊ NGẦM
ĐẾN QUÁ TRÌNH TIÊU HAO NĂNG LƯỢNG SÓNG
TÁC ĐỘNG VÀO BỜ BIỂN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số chuyên ngành: 62 58 40 01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2015


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Thiều Quang Tuấn
Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. Lê Kim Truyền

Phản biện 1:

TS. Trần Văn Sung

Phản biện 2:

GS.TS Trần Đình Hòa

Phản biện 3:

TS. Nguyễn Viêt Thanh

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại Phòng 123
Đại học Thủy lợi - 175 Phố Tây Sơn- Quận Đống Đa – Hà Nội
vào lúc 14h giờ 00 ngày 03 tháng 11 năm 2015

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay ở nước ta đã có rất nhiều giải pháp bảo vệ đê biển và bờ biển, phần
lớn là các giải pháp mang tính truyền thống như kè lát mái,...mang tính thụ
động với tải trọng. Không ít công trình đê biển bị phá hoại liên tục, nhất là
những năm gần đây do biến đổi khí hậu bất thường và nước biển dâng đã xẩy
ra, điển hình như trên các tuyến đê Cát Hải, Đồ Sơn, Hải Hậu (Miền Bắc), Bãi
biển Cửa Đại, Bãi biển Nha Trang (Miền Trung), đặc biệt là vùng Đất Mũi Cà
Mau kéo theo gần 80% chiều dài bờ biển phía Đông và Tây Cà Mau bị sạt lở
ngày càng nghiêm trọng. Mặc dù gần đây đã tăng cường sử dụng sử dụng các
biện pháp bổ sung như kè mỏ hàn và đê chắn sóng (nổi và ngầm) bằng các loại
vật liệu cao trình thiết kế khác nhau, để bảo vệ đê, bờ biển, rừng ngập
mặn...Các giải pháp này đã tỏ ra hữu hiệu, tuy nhiên vẫn chưa đạt được hiệu
quả như mong muốn, do chưa có sơ sở khoa học tin cậy trong tính toán thiết
kế. Giải pháp “Đê ngầm” với nhiều ưu điểm đã được áp dụng thành công ở

nhiều nước trên thế giới và có thể kết hợp với các giải pháp bảo vệ bờ biển
hiện có để tiêu hao năng lượng sóng tác động vào phía bờ nhằm tăng cường an
toàn cho tuyến đê biển. Xuất phát từ những lý do nêu trên, tác giả chọn đề tài
“Nghiên cứu hiệu quả của đê ngầm đến quá trình tiêu hao năng lượng sóng tác
động vào bờ biển Việt Nam” hoàn toàn mang tính thời sự và cấp thiết.
2.Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu cơ sở khoa học về cơ chế giảm sóng của đê ngầm trong chức năng
bảo vệ bờ biển. Đề xuất phương pháp đánh giá, phù hợp với điều kiện tự nhiên
bờ biển Việt Nam.
3.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Đê ngầm và hiệu quả giảm sóng của nó.
- Phạm vi nghiên cứu: Đê ngầm có dạng mặt cắt thực dụng hình thang, kết cấu
không (hoặc ít) thấm, xây dựng trên bãi ở khu vực nước nông ven bờ, trọng
tâm nghiên cứu vùng biển Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Các phương pháp sử dụng trong luận án: Phương pháp nghiên cứu tổng quan,
phương pháp mô hình toán, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương
pháp chuyên gia, phương pháp nghiên cứu ứng dụng.
5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Đánh giá được đầy đủ ảnh hưởng của các tham số chi phối đến hiệu quả
giảm sóng của đê ngầm, đặc biệt là các yếu tố mang tính đặc thù về điều kiện
tự nhiên vùng bờ biển ở nước ta.
1


- Đề xuất chu trình và phương pháp tính toán xác định kích thước mặt cắt
ngang phù hợp với chức năng thiết kế của công trình đã được xây dựng, giải
quyết được một vấn đề thực tiễn còn nhiều vướng mắc trong lý luận thiết kế
công trình đê ngầm.
- Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể được dùng để tham khảo trong

đánh giá hiệu quả giảm sóng, tính toán thiết kế đê ngầm theo chức năng, góp
phần nâng cao hiệu quả áp dụng dạng công trình này ở nước ta.
6.Những đóng góp mới của luận án
- Xây dựng được các công thức thực nghiệm (3.15) và (3.17) cho phép xác
định một cách tin cậy hiệu quả giảm sóng của đê ngầm, đặc biệt là đối với
trường hợp đê ngầm xây dựng trên bãi biển đáy thoải thuộc khu vực nước
nông ven bờ ở nước ta
- Đề xuất được chu trình thiết kế và xây dựng phương pháp tính toán xác định
kích thước hình học mặt cắt ngang của đê ngầm theo chức năng thiết kế.
7.Cấu trúc của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án
được trình bày trong bốn chương bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về đê ngầm và hiệu quả giảm sóng của đê ngầm;
Chương 2: Nghiên cứu bằng mô hình toán về xu thế và mức độ ảnh hưởng của
các yếu tố chi phối đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm;
Chương 3: Nghiên cứu trên mô hình vật lý về hiệu quả giảm sóng của đê
ngầm;
Chương 4:Nghiên cứu đề xuất chu trình tính toán và phương pháp tính toán
xác định mặt cắt ngang thiết kế của đê ngầm theo chức năng - Áp dụng cho
thiết kế đê ngầm tại Phú Thuận, Thừa Thiên Huế.
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐÊ NGẦM
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Đê ngầm và ứng dụng đê ngầm
Đê ngầm là thuật ngữ dịch từ tên tiếng Anh Submerged Breakwater, dùng để
chỉ dạng công trình đê chắn sóng có đỉnh ngập dưới mực nước thiết kế theo
chức năng. Đê ngầm có tác dụng tiêu hao một phần năng lượng sóng khi
truyền qua đê và do vậy có thể được thiết kế làm giảm chiều cao sóng tới
trước mục tiêu bảo vệ, làm giảm tốc độ dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ dẫn
tới giảm khả năng xói bờ, gây bồi, tạo bãi. Cao trình đỉnh đê được xác định
tùy theo chức năng và mức độ giảm sóng yêu cầu.
Theo thống kê của chương trình nghiên cứu xây dựng công trình đỉnh thấp của

liên minh Châu Âu (DELOS từ 1998 đến năm 2002), tại Châu Âu số lượng đê
2


ngầm đã xây dựng chiếm tới 66% dạng công trình chủ động bảo vệ bờ biển. Tại
Mỹ, đê ngầm đã được xây dựng 235 chiếc trong 24 công trình tôn tạo bãi tắm
biển. Tại Nhật Bản, năm 1960 bắt đầu xây dựng các đê ngầm đầu tiên và cho
thấy hiệu quả bảo vệ bờ rất rõ rệt.
Ở nước ta trong một số năm gần đây, công trình dạng đê ngầm đã bước đầu
được đưa vào sử dụng dưới dạng một số hình thức kết cấu và công năng khác
nhau. Tính từ Bắc vào Nam đến nay đã xây dựng được một số công trình điển
hình như: Kè ngầm chắn sóng tách bờ ở Cà Mau, đê mềm giảm sóng ở Bạc
Liêu,...
Các nghiên cứu về đê ngầm đã kế thừa rất nhiều thành quả nghiên cứu về công
trình đê chắn sóng nói chung với ba hướng nghiên cứu cơ bản: (1) Nguyên lý
làm việc và bố trí không gian của đê ngầm; (2) Kết cấu của đê ngầm; (3) Đánh
giá hiệu quả kỹ thuật của đê ngầm. Trong 3 hướng nghiên cứu trên, tác giả
chọn hướng nghiên cứu: Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của đê ngầm là hướng
nghiên cứu chính.
1.1.2 .Điều kiện tự nhiên vùng bờ biển ở nước ta
- Về địa hình bãi ven bờ ở phía trước đê biển thuộc dạng bãi ở khu vực nước
nông có đáy tương đối thoải. Nhìn chung, độ dốc bãi biển (bãi cát) ở nước ta
là tương đối nhỏ, dao động từ 1/100 ~ 1/250. Cá biệt ở một số nơi như các tỉnh
duyên hải miền Trung bãi biển có độ dốc lớn hơn (dao động từ 1/50 ~1/150).
- Về thuỷ triều biển Đông: Dọc theo bờ biển nước ta từ Bắc vào Nam có đầy
đủ cả bốn loại triều đó là: nhật triều, nhật triều không đều, bán nhật triều và
bán nhật triều không đều phân bố xen kẽ, trong đó tính chất nhật triều chiếm ưu thế. Độ lớn thủy triều ở khu vực nghiên cứu dao động trong khoảng từ
0,5~3,5 m.
- Về Bão và nước dâng: Theo số liệu thống kê, trong 2 thập kỷ qua có khoảng
80 cơn bão xuất hiện trên biển Đông (63 cơn ảnh hưởng trực tiếp và 17 cơn

ảnh hưởng gián tiếp) và 26 cơn áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng (có 9 cơn áp thấp
nhiệt đới ảnh hưởng trực tiếp và 17 cơn áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng gián
tiếp).
- Về chế độ sóng: Đặc trưng của sóng biển có ảnh hưởng rất lớn đến công
trình bảo vệ bờ biển nói chung và công trình đê ngầm nói riêng. Các vùng biển
nước ta chịu ảnh hưởng chi phối của cả sóng bão và sóng khí hậu (sóng gió
mùa). Khu vực biển Đông, dạng phổ JONSWAP là một dạng phổ phù hợp cho
việc mô phỏng các đặc trưng sóng ở khu vực biển này.
1.1.3 Khả năng ứng dụng đê ngầm ở Việt Nam
Đê ngầm giảm sóng,với hiệu quả giảm sóng, gây bồi đã được chứng minh qua
nhiều nghiên cứu và công trình thực tiễn ở nhiều nước trên thế giới, hoàn toàn
3


phù hợp để có thể áp dụng cho mục tiêu giảm sóng chủ động, bảo vệ bờ biển
nước ta. Với chiều sâu nước và chiều cao sóng bão vùng ven bờ không quá
lớn, phù hợp với công năng kỹ thuật và thuận lợi về điều kiện xây dựng, công
trình đê ngầm sẽ đem lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao và còn không làm
phá vỡ cảnh quan du lịch ở các vùng biển. Đê ngầm cũng được xem là một
trong những giải pháp ứng phó với sự gia tăng về cường độ tải trọng trong
điều kiện biến đổi khí hậu như hiện nay.
1.1.4 Khái niệm hiệu quả giảm sóng của đê ngầm và bãi trước
Hiệu quả giảm sóng của đê ngầm là khái niệm dùng để chỉ mức độ suy giảm
chiều cao sóng trước và sau khi đi qua đê ngầm, được đánh giá thông qua tỷ
số giữa chiều cao sóng phía sau đê so với chiều cao sóng đến trước đê (xem
Hình 1.6):
Phía biển
Phía bờ

Hình 1.6.Sơ đồ khái niệm xác định hiệu quả giảm sóng của đê ngầm

Kt 

H s ,t
H s ,i

100%

(1.1)

 H 
(1.2)
  1  s ,t   100%
 H s ,i 
với Ktlà hệ số truyền sóng qua đê ngầm (Kt< 1,0),  là hiệu quả giảm sóng của
đê ngầm ( 1,0), đê ngầm có hiệu quả giảm sóng càng tốt khi giá trị của hệ số
Kt càng bé hay  càng cao, Hs,i vàHs,t lần lượt là chiều cao sóng tới trước và
sau đê ngầm được xác định cách đê một khoảng từ một nửa đến một lần chiều
dài sóng L ở vị trí công trình (Hình 1.6).

1.2 Tình hình nghiên cứu về hiệu quả giảm sóng của đê ngầm trên thế giới
Johnson & nnk (1951) là các tác giả tiên phong đã đề xuất công thức tính hệ
số truyền sóng qua dải ngầm, tuy nhiên chỉ áp dụng cho sóng đều. Sau đó,
4


Goda (1969) xây dựng các công thức tính toán hệ số truyền sóng qua đê chắn
sóng dạng thùng chìm thẳng đứng và đê hỗn hợp đứng cho sóng đều và khẳng
định chiều cao lưu không tương đối của đỉnh đê là tham số ảnh hưởng chủ yếu
đến hệ số truyền sóng qua đê. …...Ahren (1987)là người tiên phong cho các
thí nghiệm với sóng ngẫu nhiên sau này, công thức thực nghiệm mà Ahren

(1987) đề xuất phụ thuộc phức tạp vào nhiều tham số trong đó có độ thấm của
đê thể hiện qua kích cỡ của viên đá đổ nhưng mức độ ảnh hưởng không lớn,
tuy nhiên Ahren (1987) đã không kể đến ảnh hưởng trực tiếp của bề rộng đê.
Công thức tính toán hệ số truyền sóng qua đê ngầm đá đổ hình thang, Viện
Khoa học Thủy lợi Nam Kinh-Trung Quốc (2001) được xác định trực tiếp kể
đến ảnh hưởng của bề rộng đê tương đối B/Hs và độ sâu nước tương đối
D/Hs.Gomez Pina và Valdes (1990) đã xây dựng được biểu đồ tương quan
giữa hệ số truyền sóng với hai tham số có ảnh hưởng quan trọng đó là bề rộng
tương đối của đê B/L0 và chỉ số sóng vỡ Iribarren . Công thức mà Van der
Meer (1991) đã xây dựng cho trường hợp bề rộng đê nhỏ nên phụ thuộc duy
nhất theo quan hệ tuyến tính của chiều cao lưu không (hoặc độ ngập) tương
đối đến hệ số truyền sóng.
Van der Meer và Daemen (1994) nghiên cứu để khắc phục nhược điểm của
Ahren (1987) khi cho rằng ảnh hưởng của độ thấm của đê cần được phản ánh
thông qua đại lượng phi thứ nguyên Hs/Dn50và ảnh hưởng của chiều cao lưu
không được phản ánh qua Rc/Dn50. Các nghiên cứu gần đây đã không kể đến
độ sâu nước D một cách trực tiếp trong các công thức tính toán mà sử dụng
chiều cao sóng phổ Hm0 (và có thể là cả chu kỳ phổ) trong các công thức tính
toán về sau này là đã ngầm kể đến ảnh hưởng (một cách gián tiếp) của độ sâu
nước.
d’ Angremond và nnk (1996)đã phân tích lại các kết quả thí nghiệm của nhiều
nghiên cứu đi trước và nhận định rằng đê đá đổ và đê mái nhẵn ít khác biệt
nhau về hiệu quả giảm sóng, do vậy chỉ cần phân biệt hai trường hợp đê thấm
và đê không thấm, chịu ảnh hưởng của đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng là độ
ngập nước của đê, bề rộng đỉnh đê và đặc biệt là số Iribarren . Phương pháp
của d'Angremond và nnk (1996) được đánh giá là có độ tin cậy cao vì đã được
xây dựng dựa trên nhiều bộ số liệu thí nghiệm nhất. Công thức có giới hạn bề
rộng đỉnh đê trong khoảng B/Hs< 8,0 và hệ số truyền sóng 0,075Trong khuôn khổ dự án DELOS của Liên minh Châu Âu về công trình đỉnh
thấp,Van der Meer và nnk (2005) khẳng định rằng phương pháp của

d'Angremond và nnk (1996) cho đê đá đổ chỉ tin cậy trong trường hợp bề rộng
đỉnh đê nằm trong phạm vi B/Hs< 8, các tác giả đã điều chỉnh công thức của
d'Angremond và nnk (1996) cho trường hợp đê có bề rộng B/Hs> 12 với các
hằng số thực nghiệm được kiểm định lại cho trường hợp đỉnh rộng, với trường
5


hợp đê có bề rộng đỉnh nằm trong khoảng 8 (2005) đề xuất nội suy từ hai công thức trên. Ngoài ra, Van der Meer và nnk
(2005) còn xét thêm ảnh hưởng của sóng tới xiên góc đến hiệu quả của đê
ngầm và đã đi đến kết luận rằng sóng xiên gần như không có ảnh hưởng đến
hệ số truyền sóng qua đê trong trong trường hợp đê đá đổ và đê nhẵn không
thấm với góc sóng tới nhỏ hơn 450.
1.3.Tình hình nghiên cứu về đê ngầm ở Việt Nam
Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2009) dựa trên các thí nghiệm với sóng đều đã
đưa ra biểu đồ quan hệ đơn giản giữa chiều cao tương đối của tường so với độ
sâu nước và hệ số truyền sóng qua tường mỏng dạng mặt cắt chữ nhật.
Nguyễn Thành Trung và nnk (2014) đã tập trung phân tíchcác ảnh hưởng của
vị trí đê và độ dốc bãi và cách bố trí không gian đến hiệu quả giảm sóng, từ đó
đưa ra các sơ đồ mẫu bố trí công trình bảo vệ bờ biển cho từng vùng đặc trưng
và những chỉ dẫn tính toán, thiết kế. Nguyễn Khắc Nghĩa và nnk (2014) đã
thực hiện các chuỗi thí nghiệm với điều kiện tự nhiên cụ thể của vùng bờ biển
Hải Hậu để phân tích xu thế ảnh hưởng của các tham số hình học mặt cắt
ngang đê ngầm (ba tham số: cao trình đỉnh, bề rộng đỉnh và hệ số mái đê) để
từ đó đề xuất lựa chọn các tham số này cho đê ngầm bảo vệ vùng bờ biển.
Phùng Đăng Hiếu và nnk(2007) đánh giá ảnh hưởng của độ rỗng thân đê ngầm
tới các hệ số phản xạ Kr, hệ số truyền sóng Kt và hệ số tiêu tán năng lượng Kd,
nghiên cứu đã kết luận rằng độ rỗng thân đê đem lại hiệu quả tiêu tán năng
lượng sóng tốt nhất là nằm trong khoảng từ 0,5 đến 0,65.
1.4. Kết luận chƣơng 1

Các nghiên cứu về đê ngầm đã nhận dạng một cách đầy đủ các tham số ảnh
hưởng cơ bản đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm dạng mặt cắt hình thang,
tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu đều gắn với một điều kiện thiết kế cụ thể của
một khu vực dự án mà thiếu đi tính khái quát. Các tham số chi phối cũng chưa
được xét đến một cách đầy đủ và chỉ được xét đến trên một phạm vi biến đổi
hẹp, đặc biệt là chưa kể đến các điều kiện tự nhiên đặc thù của Việt Nam. Cho
đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu nào đưa ra được phương pháp tính toán
hiệu quả giảm sóng cho đê ngầm mang tính ứng dụng cho trường hợp bãi
thoải nước nông của nước ta. Chính vì vậy, việc nghiên cứu hiệu quả giảm
sóng cho đê ngầm là cần thiết trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay và
phạm vi nghiên cứu của luận án này chỉ giới hạn ở vùng biển khu vực Bắc Bộ
và Bắc Trung Bộ, nơi đang tồn tại những điểm nóng về sạt lở bờ biển, suy
thoái rừng phòng hộ và mất an toàn công trình đê điều trong mùa mưa bão.
Ngoài ra, về mặt kết cấu mặt cắt đê, nghiên cứu chỉ giới hạn ở đê ngầm có
dạng mặt cắt thực dụng hình thang, mái nhẵn, kết cấu không (hoặc ít) thấm.

6


CHƢƠNG 2 NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ HÌNH TOÁN VỀ XU THẾ
VÀ MỨC ĐỘ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CHI PHỐI ĐẾN HIỆU
QUẢ GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM
2.1 Mục tiêu nghiên cứu mô hình toán
Cần có nghiên cứu nhằm đánh giá tương đối về xu thế và mức độ ảnh hưởng
của các yếu tố chi phối, từ đó nhận dạng ra bộ các tham số chi phối cơ bản làm
cơ sở cho việc thiết lập mô hình và xây dựng các kịch bản thí nghiệm mô hình
vật lý máng sóng. Mục tiêu này có thể được giải quyết một cách thỏa đáng
thông qua việc sử dụng một mô hình toán phù hợp.
2.2 Các quá trình vật lý ảnh hƣởng tới sự tiêu hao năng lƣợng sóng khi đi
qua đê ngầm và xác định các tham số chi phối

- Khu vực 1: Sóng truyền từ khu vực nước sâu gặp mái đê ngầm, một phần bị
phản xạ, một phần hấp thụ vào đê, một phần tiêu tán do ma sát, phần còn lại
được truyền vào khu vực 2.
- Khu vực 2: Tại khu vực này xảy ra hiện tượng sóng vỡ do chiều sâu nước bị
giảm đột ngột và đây là quá trình có ảnh hưởng lớn nhất đến sự tiêu giảm sóng
của đê ngầm.
- Khu vực 3: Sóng được chuyển tiếp sang khu vực có mực nước sâu hơn.
Chiều cao sóng sau khi ra khỏi khu vực này sẽ bị giảm đáng kể so với sóng tới
ở khu vực 1.

Hình 2.1 Các quá trình vật lý tiêu hao năng lượng sóng khi qua đê ngầm

7


Hình 2.2 Sự thay đổi hình dạng phổ sóng do ảnh hưởng của bãi nông
(TAW2000)
2.3 Nghiên cứu mô hình toán nhằm đánh giá xu thế và mức độ ảnh hƣởng
của các yếu tố chi phối tới hiệu quả giảm sóng của đê ngầm
2.3.1 Lựa chọn mô hình toán mô phỏng lan truyền sóng qua đê ngầm
Trong trường hợp tổng quát, hệ phương trình cơ bản của P-COULWAVE hai
chiều ngang (2DH) thực chất là hệ phương trình Boussinesq phi tuyến bậc cao
có tính phân tán sóng :
t  E  0
(2.1)
ut  F Rf  Rb  0
trong đó:

E=

.  h    u 

 1

1 
1

. (h   ).   2   h  h 2  z2    .u      h   z   .  h u    
6
2
2










F= u





(2.2)

. u  g

1

  z2   . u t   z  .  h u t   
2






 .  h u    .  h u       .  h u t      u .z   .  h u  



z
  z   u .  .  h u     z  u .z    . u      u .  . u   
2


 2

  . u t   u . .  h u     .  h u   . u 
 2

2

(2.3)

 2


2
   . u   u .  . u   


2



Trong đó:
ζ là dao động mực nước;
h là độ sâu nước tại vị trí tính toán;
u  (u , v ) là véc tơ vận tốc dòng chảy hướng ngang (theo hai phương x và
y) được xác định tại độ sâu tính toán z (trong trường hợp mô hình một lớp thì
u là vận tốc trung bình độ sâu được xác định tại z =  0,531h);
8


Rb  ( Rbx , Rby ) và R f  ( R fx , R fy ) lần lượt là tham số kể đến sự tiêu tán năng
lượng do sóng vỡ và ma sát đáy.
Trong P-COULWAVE, quá trình cân bằng năng lượng khi có sóng vỡ được
miêu tả một cách nhân tạo thông qua tham số tiêu hao năng lượng Rb dựa trên
mô hình nhớt xoáy trong phương trình bảo toàn động lượng .
Rbx 

1 
1

    h    u  x  x     h    u  y    h      x  y 
h   

2


(2.4)

Rby 

1 
1

    h      y  y     h    u  y    h      x  x 
h   
2


(2.5)

với  là hệ số nhớt xoáy có giá trị trong khoảng 0,05 ~ 0,2 m2/s.
Tương tự như trên, ảnh hưởng tiêu tán năng lượng của ma sát đáy đối với sóng
cũng được kể đến trong mô hình thông qua tham số tiêu hao năng lượng do
ma sát Rf:
Rf 

f
h 

(2.6)

u u

trong đó f là hệ số ma sát đáy, có giá trị trong khoảng từ 10-3 đến 10-2, tùy
thuộc vào điều kiện dòng chảy (số Reynolds) và độ nhám đáy.
Trong trường hợp nghiên cứu của đề tài luận án, luận án chỉ sử dụng PCOULWAVE 1D để mô phỏng lan truyền sóng theo phương x, khi đó các
thành phần vận tốc và các đại lượng đạo hàm theo phương ngang (phương y)
trong các phương trình (2.2) đến (2.6) đều bị triệt tiêu.
2.3.3 Kiểm định và hiệu chỉnh mô hình
2.3.3.1. và 2.3.3.2.Kịch bản kiểm định và tham số hiệu chỉnh và kết quả kiểm
định các đặc trưng sóng.
Việc kiểm định và hiệu chỉnh mô hình toán được thực hiện trên cơ sở mô hình
vật lý với 07 kịch bản khác nhau (xem Bảng 2.1)
Bảng 2.1 Các kịch bản thí nghiệm dùng kiểm định và hiệu chỉnh mô hình toán
Hm0
B
TT
Kịch bản
TP (s)
Độ ngập S (m)
(m)
(m)
1
KD-H15T20
0,15
2,0
0,20
2
KD-H20T20
0,20
2,0
0; 0,05; 0,10; 0,15 và 0,20
0,40

3
KD-H20T25
0,20
2,5
0,20

9


Hình 2.7 Mô hình đê ngầm trong mô hình toán
Mô hình số được thiết lập như trong mô hình vật lý với đê ngầm có mặt cắt
hình thang cao 40 cm, đỉnh đê rộng B = 40 cm, hệ số mái đê m = 2, bãi trước
đê dài 10 m có độ dốc 1/100 (xem Hình 2.7). Đỉnh đê so với đáy máng đoạn
nằm ngang ở độ cao 0,50 m. Sử dụng đường quá trình sóng thực đo cho nguồn
phát sóng tại biên đầu vào, các tham số sóng tại các vị trí đầu đo WG1 và
WG2 được sử dụng để kiểm định mô hình tương ứng với các kết quả đo đạc
trong mô hình vật lý. Hai tham số hiệu chỉnh cơ bản của mô hình là hệ số nhớt
xoáy  và hệ số ma sát f (thông qua độ nhám tuyệt đối ks). Với các kịch bản
kiểm định xem xét thì sự phù hợp chung tốt nhất của các đặc trưng sóng thực
đo và tính toán đạt được với các giá trị  = 0,05 m2/s và ks = 10-7 m. Mức độ
sai lệch trong việc dự báo chiều cao sóng là tương đối nhỏ, lớn nhất là 13,7%
cho trường hợp sóng dài (KD-H20T25).
 (m)

Thời gian t (s)

Hình 2.10 .So sánh đường quá trình sóng (tại WG2) giữa đo đạc trong mô
hình vật lý và mô hình toán (S = 0,20 m) với KD-H15T20
2.3.4. Kịch bản mở rộng đánh giá xu thế và mức độ ảnh hưởng của các yếu
tố chi phối đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm

Bảng 2.3 Các trường hợp tính toán mở rộng
Yếu tố ảnh
hƣởng
Độ ngập nước
tương đối S/Hm0

Hm0
(m)

Tp
(s)

B
(m)

Phạm vi biến đổi
m
S
S/Hm0
(-)
(m)
(-)

0,1
~0,2

2,0

0,4

2,0

10

0,0
~0,4

0,0 ~
2,0

B/Lp
(-)

i
(-)

Số
kịch
bản

0,1

1/100

9


Bề rộng đê
tương đối B/Lp

0,2

2,0

0,4
~1,2

2,0

0,2

1,0

0,1
~0,3

1/100

7

Độ dốc mái đê

0,2

2,0

0,4

1,5
~3,0

0,2

1,0

0,1

1/100

3

Độ dốc bãi đê

0,2

2,0

0,4

2,0

0,2

1,0

0,1

1/30 ~
1/250

5

Ghi chú: ô màu xanh biểu thị tham số biến đổi
2.3.4.1. Ảnh hưởng của độ ngập nước trên đỉnh đê
Có thể nhận thấy rằng trong cùng một điều kiện về cấu tạo hình học đê và
chiều dài sóng thì hiệu quả giảm sóng của đê ngầm tăng nhanh theo quy luật
hàm mũ khi độ ngập của đê giảm (nghịch biến). Đê hầu như không có tác
dụng giảm sóng khi S/Hm02,0. Như vậy có thể kết luận rằng độ ngập tương
đối của đê S/Hm0 có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả giảm sóng của đê
ngầm.

Hình 2.12. Ảnh hưởng của độ ngập tương đối S/Hm0 đến hiệu quả giảm sóng của
đê
2.3.4.2. Ảnh hưởng của bề rộng đỉnh đê

Hình 2.13. Mặt cắt tính toán trong trường hợp bề rộng đỉnh đê thay đổi

11


Hình 2.14 .Ảnh hưởng của bề rộng đỉnh đê tương đối B/Lp đến hiệu quả giảm
sóng của đê
Hiệu quả giảm sóng của đê tỷ lệ thuận theo quy luật hàm mũ với bề rộng đỉnh
đê tương đối B/LP. Khi đỉnh đê quá rộng (B/LP0,50, xem Hình 2.14) thì hiệu
quả giảm sóng có xu thế tăng chậm, kém hiệu quả. Về tương quan mức độ ảnh
hưởng tới hiệu quả giảm sóng thì tỏ ra yếu hơn so với độ ngập tương đối
S/Hm0.
2.3.4.3.Ảnh hưởng của độ dốc mái đê
Khi mái đê càng thoải thì hiệu quả giảm sóng càng tăng, tương tự như xu thế
tăng bề rộng đê. Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của độ dốc mái là không đáng

kể (hệ số mái tăng từ 1,5 lên 3,0 chỉ đem lại  tăng từ 10% lên 16%).Ảnh
hưởng của hệ số mái đê được xem xét một cách lồng ghép thông qua số
Iribarren  đặc trưng cho tính chất tương tác của sóng với đê.

Hình 2.15. Mặt cắt tính toán trong khi hệ số mái đê thay đổi

Hình 2.16. Ảnh hưởng của hệ số mái đê đến hiệu quả giảm sóng
12


2.3.4.4. Ảnh hưởng của độ dốc bãi trước đê

Hình 2. 17. Mặt cắt tính toán khi thay đổi độ dốc bãi trước
Tuy độ dốc bãi có ảnh hưởng nhỏ đến hiệu quả giảm sóng của đê không có
nghĩa là bãi không đóng vai trò quan trọng. Bãi có ảnh hưởng đến hiệu quả
giảm sóng của đê ngầm thông qua việc làm thay đổi hình dạng phổ sóng trước
đê ngầm và do đó thay đổi tính chất tương tác sóng với đê ngầm.

Hình 2.18 .Hiệu quả giảm sóng của đê khi độ dốc bãi trước thay đổi
2.3 Kết luận Chƣơng 2
Kế thừa các kết quả nghiên cứu tổng quan ở Chương 1, với một seri thí
nghiệm phục vụ hiệu chỉnh và kiểm định mô toán họ Boussinesq PCOULWAVE, từ đó mở rộng các kịch bản tính toán để đánh giá xu thế và
mức độ ảnh hưởng của các tham số chi phối đến hiệu quả giảm sóng của đê
ngầm. Kết quả đã cho thấy độ ngập tương đối S/H m0 và bề rộng tương đối
B/LP của đỉnh đê là các tham số chi phối chủ yếu, trong đó độ ngập tương đối
có mức độ ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm . Kết
quả nhận định này sẽ là cơ sở cho việc thiết kế xây dựng mô hình vật lý và các
kịch bản thí nghiệm.
CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ VỀ HIỆU QUẢ
GIẢM SÓNG CỦA ĐÊ NGẦM

3.1 Mục tiêu thí nghiệm
Mục tiêu chính của thí nghiệm mô hình vật lý là tạo dựng được một bộ số liệu
thí nghiệm làm cơ sở cho việc xây dựng các công thức kinh nghiệm cho phép
đánh giá một cách tin cậy hiệu quả giảm sóng của đê ngầm với sự ảnh hưởng
13


của các tham số chi phối đã được nhận dạng ở Chương 2.
3.2 Lý thuyết tƣơng tự và tỷ lệ mô hình
Với mô hình sóng ngắn, mô hình cần được làm chính thái, tức là khi tỷ lệ
chiều dài L bằng với tỷ lệ chiều cao h, để có sự tương tự về động học và
động lực sóng. Các tỷ lệ của mô hình cần tuân thủ định luật tương tự Froude.
Từ kết quả đánh giá điều kiện tự nhiên vùng bờ biển khu vực dự án ở Chương
1, điều kiện thủy lực nguyên mẫu làm cơ sở cho việc xác định tỷ lệ mô hình
được lựa chọn như sau:
- Thông số sóng: chiều cao sóng HS = 2 ~ 5 m với chu kỳ sóng TP = 5,0~ 12,0
s
- Độ sâu nước tại vị trí đê ngầm (trong bão): D = 6 ~ 12 m
Căn cứ vào kích thước của máng sóng (chiều cao hữu ích < 1,0 m) và khả
năng của máy tạo sóng (chiều cao HS = 0,3 m và chu kỳ TP = 3,0 là sóng ngẫu
nhiên lớn nhất có thể tạo ra), tỷ lệ của mô hình sau khi đối chiếu với điều kiện
nguyên mẫu nêu trên được lựa chọn tỷ lệ mô hình 1/20 tức là L = 20.
3.3 Ứng dụng phƣơng pháp phân tích thứ nguyên đểthiết lập các phƣơng
trình tổng quát thể hiện quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản với
hiệu quả giảm sóng của đê ngầm
Luận án sử dụng phương pháp PI-PUCKINGHAM để thiết lập các phương
trình tổng quát thể hiện quan hệ giữa các tham số chi phối cơ bản với hiệu quả
giảm sóng của đê ngầm. Đây chính là cơ sở cho việc thiết kế các chuỗi thí
nghiệm phục vụ cho phân tích kết quả, dẫn tới các công thức thực nghiệm về
hiệu quả giảm sóng của đê ngầm.

(3.9)
f ( H m0,i , H m0,t , Tm1,0 , B, S , tan  )  0
  f(

(3.11)

B
S
,
, 0 m )
Lm H m 0,i

3.4 và 3.5 Thiết kế mô hình và chƣơng trình thí nghiệm

Hình 3.1. Sơ đồ bố trí nghiệm đê ngầm giảm sóng trên bãi trước
Các thí nghiệm được tiến hành với sóng ngẫu nhiên phổ JONSWAP dạng
14


chuẩn. Đây là dạng phổ được xem là phù hợp với điều kiện ở khu vực biển
Đông Việt Nam.
Các thông số thí nghiệm:
- Điều kiện sóng: 10 con sóng gồm: H10T12, H10T15, H12T15, H15T15,
H15T20, H20T20, H20T25, H22T20, H22T25, H25T25 (ví dụ H10T12 ứng
với Hm0=0,1 m, TP=1,2s);
- Độ ngập S (m): 0,20; 0,15; 0,10; 0,05; 0,00;
- Bề rộng đỉnh đê B(m): 1,2; 0,8; 0,4.
3.6 Xây dựng công thức tính toán hiệu quả giảm sóng của đê ngầm
3.6.1 Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố chi phối
Ảnh hưởng của độ ngập nước tương đối

Quan hệ ( ~ S/Hm0) có xu hướng tuyến tính, nghịch biến rất rõ nét. Đặc biệt,
với độ ngập bằng 0 (S = 0, hay đỉnh đê ngang bằng mực nước) thì hiệu quả
giảm sóng là 60% (=0,60).Đặc biệt khi độ ngập tăng lên đến vào khoảng
S>1,8Hm0 thì hiệu quả giảm sóng của đê còn lại rất bé, đê hầu như không còn
tác dụng giảm sóng nữa.
Ảnh hưởng của bề rộng đỉnh đê tương đối

Hình 3.3 .Quan hệ ( ~ S/Hm0) của đê ngầm ứng với các bề rộng đỉnh đê khác
nhau

15


Hình 3.4 Quan hệ ( ~ B/Lp) của đê ngầm ứng với các độ ngập nước S khác nhau
Quan hệ ( ~ B/Lp) có xu hướng phi tuyến, đồng biến. Quan hệ này rõ nét nhất
với các trường hợp đê có mức độ ngập nước bé (S ≤ 0,10 m). Với các trường
hợp đê ngập nước sâu hơn thì ảnh hưởng của bề rộng đê càng tỏ ra yếu hơn do
lúc này nó có ít vai trò trong quá trình làm sóng vỡ trên đỉnh đê.
Ảnh hưởng của tính chất tương tác sóng - đê ngầm

Hình 3.5. Quan hệ ( ~0m) của đê ngầm ứng với các trường hợp bề rộng đỉnh
đê và độ ngập nước S khác nhau: (a) B = 0,40 m (b) B = 0,80 m (c) B = 1,20
m
Quan hệ ( ~ 0m) có xu thế nghịch biến và phi tuyến rõ ràng, đặc biệt là đối
với các trường hợp đê có độ ngập không sâu (S  0,10 m). Khi đê ngập sâu thì
vai trò của tính chất tương tác giữa sóng và mái đê phản ánh thông qua 0m
16


trong hiệu quả giảm sóng của đê ngầm trở nên không quan trọng.

3.6.2 Xây dựng công thức thực nghiệm
Phương pháp 1:

 1  S 3  B 1 
  0,16  0, 41exp   
 .  
 6  H s   Lp  


3,4

Phương pháp 2:

 B 
  0,59  1, 47  
 Lm 

1  e

0,50 m

(3.15)

  0, 26 HS

(3.17)

s ,i

Điều kiện áp dụng công thức:

B/LP = 0,06~0,65; S/Hm0 =0~1,7; s0P = 0,015~0,06.
So sánh mức độ tin cậy giữa hai công thức (3.15) và (3.17) của luận án với các
số liệu thực nghiệm. Kết quả so sánh trên Hình 3.10 đã thể hiện rõ đúng như
kết quả đánh giá, phương pháp 2 đem lại mức độ tin cậy cao hơn (R 2 = 0,93)
so với phương pháp 1 (R2 = 0,89) do đã kể đến đầy đủ và đúng bản chất hơn
các yếu tố chi phối đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm.

Hình 3.2 So sánh mức độ tin cậy giữa hai phương pháp tính toán hiệu quả
giảm sóng của đê ngầm của luận án
Để làm rõ độ tin cậy của công thức thực nghiệm, tác giả đã so sánh công thức
(3.17) với các công thức của:

17


- Van der Meer (1991) áp dụng cho đê đỉnh hẹp (công thức (1.8));
- d'Angremond và nnk (1996) cho đê không thấm (công thức (1.10)) và Van
der Meer và nnk (2005) cho đê mái nhẵn, không thấm (công thức (1.12));
- Van der Meer và nnk (2005) đê đá đổ điển hình hiện nay (công thức (1.11));
- Viện Khoa học Thủy lợi Nam Kinh-Trung Quốc (2001) đê đá đổ hình thang
(công thức (1.7)).
Qua đó đã chứng minh được công thức thực nghiệm (3.17) của tác giả có đủ độ
tin cậy cho trường hợp đê ngầm đá đổ xây dựng trên bãi thuộc khu vực nước
nông.
3.7 Kết luận Chƣơng 3
Dựa trên các phương trình tổng quát cùng với bộ số liệu thí nghiệm và các
đánh giá được:
- Mức độ ảnh hưởng của các tham số : Độ ngập, bề rộng đỉnh đê, tương tác
sóng đê ngầm đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm;
- Xây dựng được hai công thức thực nghiệm (3.15) và (3.17) xác định hiệu

quả giảm sóng của đê ngầm với mức độ tin cậy tốt. Thông qua việc so sánh
giữa công thức (3.17) của luận án với các công thức tiêu biểu về hiệu quả
giảm sóng trên thế giới đã khẳng định mức độ tin cậy và khả năng ứng dụng
của các kết quả nghiên cứu của luận án trong việc đánh giá hiệu quả giảm
sóng của đê ngầm, đặc biệt là khi đê ngầm được xây dựng trên bãi trước thuộc
khu vực nước nông ven bờ ở nước ta.
CHƢƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CHU TRÌNH VÀ PHƢƠNG
PHÁP TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH MẶT CẮT NGANG THIẾT KẾ CỦA
ĐÊ NGẦM THEO CHỨC NĂNG-ÁP DỤNG CHO THIẾT KẾ ĐÊ
NGẦM TẠI PHÚ THUẬN, THỪA THIÊN HUẾ
4.1 Mở đầu
Sử dụng công thức thực nghiệm ở Chương 3 đề xuất chu trình thiết kế đê
ngầm theo chức năng và áp dụng thiết kế đê ngầm tại Phú Thuận, Thừa Thiên
Huế.

18


Điều kiện biên

Xác định chức năng thiết kế

Điều kiện làm việc và tải trọng
theo chức năng thiết kế

Hiệu quả giảm sóng

No

No

Mặt cắt ngang thiết kế

Đánh giá
ổn định

Yes

Điều kiện
thi công
Yes

Hình
học

Chi phí
đầu tƣ

Kết cấu

No

Yes

Phƣơng án mặt cắt chọn

Hình 4.1. Chu trình thiết kế mặt cắt ngang đê ngầm
4.2 Xác định chức năng thiết kế của đê ngầm
Chức năng chung của đê ngầm là tiêu hao một phần năng lượng sóng, theo đó
luận án đề xuất phân loại đê ngầm theo hai chức năng cơ bản như sau:

19


Đê ngầm giảm sóng bão

Hình 4.2. Điều kiện làm việc của đê ngầm có chức năng giảm sóng bão
Đê ngầm giảm sóng trong điều kiện thường

Hình 4.3. Điều kiện làm việc của đê ngầm có chức năng giảm sóng
trong điều kiện thường
4.3 Đề xuất phƣơng pháp xác định kích thƣớc mặt cắt ngang đê ngầm
theo chức năng thiết kế
4.3.1 Bề rộng đỉnh đê
Chiều rộng đỉnh đê cần thỏa mãn điều kiện:
và B  1 L
(4.1và
B ≥ Bmin = 3Kođ.Dn
p
2
4.2)
4.3.2 Thiết kế đê ngầm có chức năng giảm sóng trong điều kiện bão
Với chức năng giảm sóng bão chúng tacần khống chế chiều cao sóng phía sau
đê ngầm ở mức độ cho phép,tương ứng với hiệu quả giảm sóng yêu cầu []
được xác định như sau: [ ]  1  [ H s ]E
(4.3)
H s ,i

trong đó:Hs,i là chiều cao sóng tới tại vị trí công trình,[ H s ]E 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.
Chu trình tính toán xác định kích thƣớc mặt cắt ngang đê ngầm giảm
sóng trong bão đƣợc tóm lƣợc thành những bƣớc sau:
Bƣớc 1. Xác định vị trí xây dựng đê ngầm giảm sóng bão: Vị trí này cần thỏa
mãn các điều kiện sóng bão thiết kế (mực nước, sóng) và hiệu quả giảm sóng
yêu cầu của đê ngầm theo chức năng giảm sóng bão, về độ sâu nước để thi
công công trình, về địa chất để đảm bảo ổn định của công trình, ….
Bƣớc 2. Xác định các tham số thiết kế đầu vào: Xác định các tham số dùng
20


trong tính toán thiết kế như: cấp công trình, mực nước thiết kế Ztk,p%, sóng tới
nước sâu thiết kế Hs0, sóng tới trước đê thiết kế Hs,i, chiều cao sóng lớn nhất
cho phép sau đê [Hs]E, hiệu quả giảm sóng yêu cầu [].
Bƣớc 3.Xác định bề rộng và cao trình đỉnh đê đảm bảo hiệu quả giảm sóng
yêu cầu sử dụng các công thức (4.3) đến (4.6) và (3.17).
Bƣớc 4.Tính toán kết cấu mặt cắt ngang đê ngầm (kích thước khối phủ bảo
vệ) nhằm đảm bảo điều kiện ổn định trong bão.
Bƣớc 5.Kiểm tra ổn định của mặt cắt ngang đê thiết kế với tải trọng sóng và
mực nước trong điều kiện thường (đê trở thành đê nhô).
Bƣớc 6.Tính toán so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật và quay lại bước 1 hoặc
bước 3 nếu chưa thỏa mãn.
4.3.3 Thiết kế đê ngầm có chức năng giảm sóng trong điều kiện thường
Tương tự như trường hợp trên, chiều cao sóng cho phép phía sau đê vẫn cần
được khống chế thông qua hiệu quả giảm sóng yêu cầu [] nhưng với một mức
bảo đảm cho trước được xác định theo yêu cầu thiết kế:
[H ]
(4.7)
[ ]  1  s N
H s ,i c

(4.8)
H s ,i max  H s ,i c  [ H s ]N
p( H s ,t  [ H s ]N )  [ Pa ]

(4.9)

trong đó
[ H s ]N là chiều cao sóng tối đa cho phép phía sau đê ngầm theo chức năng thiết
kế của đê, ví dụ để gây bồi hoặc trồng rừng ngập mặn thông thường [ H s ]N  0,50
m. H s ,i c và H s ,i max lần lượt là chiều cao sóng tới tính toán ( H s ,i c được dùng cho
xác định hiệu quả giảm sóng yêu cầu của đê ngầm) và lớn nhất dùng trong thiết
kế kích thước hình học đê (sóng khí hậu, tại vị trí công trình), Hs,tlà chiều cao
sóng phía sau đê ngầm, p( H s ,t  [ H s ]N ) và [ Pa ] lần lượt là tần suất xuất hiện và
mức đảm bảo chiều cao sóng sau đê không lớn hơn chiều cao sóng cho phép.
Nếu hiệu quả giảm sóng yêu cầu hay độ ngập của đê ngầm đã được xác định với
một chiều cao sóng Hs,i-c và một cao trình mực nước triều thiết kế Ztr,tk nào đó thì
điều kiện (Hs,t[Hs]N) sẽ luôn thỏa mãn khi xảy ra tổ hợp mực nước và sóng
thấp hơn so với điều kiện thiết kế, tức là (ZtrZtr,tk) đồng thời với (Hs,iHs,i-c).Giả
thiết sóng và triều trong trường hợp này là hai đại lượng độc lập thống kê thì khi
đó tần suất xuất hiện của chiều cao sóng phía sau đê nhỏ hơn giá trị cho phép
(phương trình (4.9)) sẽ là:
p( H s ,t  [ H s ]N )  p (Ztr  Ztr ,tk )  ( H s ,i  H s ,i c )  p(Ztr  Ztr ,tk )  p( H s ,i  H s ,i c )  [Pa ]

21


hay p( Z  Z ) 
tr
tr ,tk

[Pa ]
 1,0
p( H s ,i  H s ,i c )

(4.10)

trong đó p(Ztr  Ztr ,tk ) là tần suất xuất hiện mực nước triều lớn nhỏ mực nước
thiết kế của đê ngầm (dựa trên đường tần suất lũy tích mực nước tại khu vực
xây dựng công trình), p( H s ,i  H s ,i c ) là tần suất xuất hiện của sóng tới có
chiều cao không lớn hơn chiều cao sóng tính toán.
Chu trình tính toán thiết kế đê ngầm giảm sóng trong điều kiện thƣờng
đƣợc tóm lƣợc thành những bƣớc sau:
Bƣớc 1. Xác định vị trí xây dựng đê ngầm giảm sóng thường. Tương tự như
bước 1 của đê ngầm giảm sóng bão.
Bƣớc 2.Xác định các tham số tính toán thiết kế đầu vào
- Dựa trên chức năng thiết kế của đê ngầm để xác định chiều cao sóng lớn
nhất cho phép sau đê [Hs]N và mức đảm bảo duy trì chiều cao sóng phía sau
đê không lớn hơn chiều cao sóng cho phép [Pa].
- Xác định đường tần suất lũy tích mực nước triều tại khu vực công trình (Ztr~p).
- Thu thập hoặc xây dựng tài liệu hoa sóng khí hậu nhiều năm tại vị trí xây
dựng công trình. Chia lớp và xác định các tham số của từng lớp sóng tới trước
đê ngầm (chiều cao Hs,i, chu kỳ Tp,i, và tần suất xuất hiện pi).
- Xác định cấp công trình, từ đó xác định các tham số sóng và mực nước
(trong bão) ứng với tần suất thiết kế tại vị trí công trình.
Bƣớc 3.Xác định bề rộng, cao trình đỉnh đê đảm bảo hiệu quả giảm sóng yêu
cầu
Việc xác định bề rộng và cao trình đỉnh đê được thực hiện theo các bước nhỏ sau:
- Lựa chọn chiều cao sóng tới tính toán H s ,i c (lưu ý H s ,i max  H s ,i c  [ H s ]N )
trong liệt số liệu sóng đầu vào ở trên, từ đó xác định tần suất p( H s ,i  H s ,i c ) .
Lưu ý việc lựa chọn Hs,i-c cần đảm bảo ý nghĩa thống kê xác suất của

p(Ztr  Ztr ,tk ) tức là [ Pa ] / p( H s ,i  H s ,i c )  1,0 .
- Xác định hiệu quả giảm sóng tính toán [] theo biểu thức (4.7).
- Xác định p(Ztr  Ztr ,tk ) từ phương trình (4.10) để lựa chọn cao trình mực
nước triều thiết kế Ztr,tk trên đường tần suất mực nước lũy tích mực nước triều.
- Xác định cao trình đỉnh đê và bề rộng đỉnh đê thiết kế theo các điều kiện
ràng buộc chung: các biểu thức (4.1), (4.2), (3.17), (4.4), (4.5) và (4.11).
Bƣớc 4.Tính toán kết cấu mặt cắt ngang đê ngầm (kích thước khối phủ bảo
vệ) nhằm đảm bảo điều kiện ổn định trong điều kiện thường.

22


Bƣớc 5.Kiểm tra ổn định của mặt cắt ngang đê thiết kế với tải trọng sóng và
mực nước trong điều kiện bão thiết kế.
Bƣớc 6.Tính toán so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật và quay lại bước 1 hoặc
bước nếu chưa thỏa mãn.
4.4 Áp dụng tính toán lựa chọn kích thƣớc mặt cắt ngang đê ngầm Phú
Thuận – Thừa Thiên Huế
Đê ngầm giảm sóng trong điều kiện bão
Các kích thước hình học cơ bản của mặt cắt ngang đê ngầm giảm sóng bão
được xác định như sau:
- Bề rộng B = 5,80 m; Cao trình đỉnh đê thiết kế Zd = + 0,05 m (tương ứng với
độ ngập S = 1,40 m, mực nước thiết kế Ztk,p = 1,45 m)
- Chiều cao đê: Hđ = 3,90 m; Hệ số mái m = 2,0
Đê ngầm giảm sóng trong điều kiện thường
Các kích thước hình học cơ bản của mặt cắt ngang đê ngầm giảm sóng thường
được xác định như sau:
- Bề rộng đỉnh B = 13,5 m; Cao trình đỉnh đê thiết kế Zd = + 0,10 m (tương
ứng với độ ngập S = 0,30 m và mực nước tính toán Ztr,tk = + 0,40 m)
- Chiều cao đê: Hđ = 2,70 m; Hệ số mái m = 2,0

4.5 Kết luận Chƣơng 4
Xây dựng và đề xuất chu trình thiết kế và phương pháp tính toán xác định kích
thước hình học mặt cắt ngang đê ngầm theo chức năng đã được đề xuất (đê
ngầm giảm sóng bão và đê ngầm giảm sóng trong điều kiện thường). Kết quả
nghiên cứu đã góp phần bổ sung cho cơ sở lý luận thiết kế xây dựng đê ngầm
giảm sóng theo chức năng mà thực tiễn hiện nay còn nhiều vướng mắc. Áp
dụng thành công chu trình và phương pháp tính toán đã đề xuất vào cho bài
toán cụ thể đó là thiết kế đê ngầm bảo vệ bờ biển và chống xói lở ở xã An
Dương - Phú Thuận - Thừa Thiên Huế.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I.Kết quả đạt đƣợc của luận án
Nhận dạng đầy đủ các yếu tố chi phối, đánh giá xu thế và mức độ ảnh hưởng
của từng yếu tố đến hiệu quả giảm sóng của đê ngầm, đặc biệt là ảnh hưởng
của bãi trước khi dạng công trình này được xây dựng trên bãi biển đáy thoải
thuộc khu vực nước nông ven bờ ở khu vực nghiên cứu ở nước ta. Xây dựng
được các công thức thực nghiệm (3.15) và (3.17) cho phép xác định một cách
tin cậy hiệu quả giảm sóng của đê ngầm, đặc biệt là đối với trường hợp đê
ngầm xây dựng trên bãi biển đáy thoải thuộc khu vực nước nông ven bờ ở
23