Nghiên cứu biến động bãi do tác động của công trình giảm sóng, tạo bồi cho khu vực hải hậu – nam định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

DOÃN TI ẾN HÀ

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG BÃI DO TÁC ĐỘNG CỦA
CÔNG TRÌNH GIẢM SÓNG, TẠO BỒI CHO KHU VỰC
HẢI HẬU - NAM ĐỊNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

Hà Nội - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

DOÃN TI ẾN HÀ

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG BÃI DO TÁC ĐỘNG CỦA
CÔNG TRÌNH GIẢM SÓNG, TẠO BỒI CHO KHU VỰC
HẢI HẬU - NAM ĐỊNH

Chuyên ngành:
Mã số:

Hải dương học

62440227

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Trần Hồng Thái
2. PGS.TS. Trương Văn Bốn

Hà Nội - 2015


i

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính tác giả. Các kết
quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ
bất kỳ nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Các nguồn tài liệu tham khảo (nếu
có) được trích dẫn và ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.
Tác giả luận án

Doãn Tiến Hà


ii

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS. Trần Hồng
Thái, PGS.TS. Trương Văn Bốn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả trong suốt
thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Nguyễn Khắc Nghĩa, đồng thời cũng
là chủ nhiệm đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp
tổng thể để ổn định vùng bờ biển Nam Định từ cửa Ba Lạt đến cửa Đáy” đã giúp
đỡ, tạo điều kiện để tác giả được phép sử dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài
cũng như những dữ liệu mà đề tài đã thu thập được để phục vụ quá trình nghiên cứu
của luận án.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban lãnh đạo, Phòng Khoa học Đào
tạo và Hợp tác quốc tế, Bộ môn Hải dương học của Viện Khoa học Khí tượng Thủy
văn và Biến đổi khí hậu đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện để tác giả học tập và hoàn
thành luận án này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm nghiên cứu động lực Cửa sông
Ven biển và Hải đảo, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông
biển, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, nơi tác giả đang công tác đã tạo điều kiện
về thời gian và công việc cho tác giả hoàn thành luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới bạn bè, đồng nghiệp và gia đình luôn sát
cánh động viên tác giả vượt qua mọi khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tác giả luận án

Doãn Tiến Hà


iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU............................................................................................. 1

1. Tính cấp thiết ................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu........................................................................ 5
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 6
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................. 6
5. Ý nghĩa khoa học ............................................................................ 6
6. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................ 7
7. Những đóng góp mới của luận án ...................................................... 7
8. Cấu trúc của luận án ....................................................................... 7
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨ U TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC .................................................................................... 8
1.1. CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC ................................................ 8
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC...............................................16
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...............................................................22
CHƯƠNG 2 -LỰA CHỌN VÀ THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ..................................................................................................25
2.1. LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................25
2.2. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ THỐNG KÊ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU

......................................................................................................27
2.2.1. Phương pháp khảo sát thực địa, phân tích các tài liệu đo đạc .................27
2.2.2. Các số liệu thu thập, phân tích của luận án:...............................................28
2.2.3. Các nội dung phân tích thống kê số liệu thu thập, đo đạc của luận án ...30

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ ................30
2.3.1. Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình sóng .............................................30
2.3.2. Mô phỏng tương tự các giá trị trên mô hình, chọn tỉ lệ mô hình.............36
2.3.3. Giới thiệu hệ thống máng sóng Flanders....................................................36
2.3.4. Các điều kiện biên về số liệu địa hình, thủy hải văn.................................38
2.3.5. Kiểm định mô hình thí nghiệm....................................................................39
2.3.6. Các phương án thí nghiệm ...........................................................................42

iv

2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH TOÁN ...................42
2.4.1. Giới thiệu mô hình tính biến đổi đường bờ GENESIS .............................42
2.4.2. Giới thiệu mô hình MIKE 21FM.................................................................46
2.4.3. Thiết lập mô hình tính toán diễn biến đường bờ và các phương án tính 52
2.4.4. Thiết lập mô hình tính các chế độ thủy thạch động lực (Mike 21) và các
phương án tính toán của luận án.............................................................................56
2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ...............................................................67
CHƯƠNG 3 - NGUYÊN NHÂN VÀ ĐẶC ĐIỂM DIỄN B IẾN B Ờ, BÃI
VÀ MẶT CẮT NGANG B ÃI VÙNG V EN B IỂN HẢI HẬ U...................70
3.1. DIỄN BIẾN HÌNH THÁI CÁC VÙNG CỬA SÔNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN
ỔN ĐỊNH BỜ BIỂN HẢI HẬU .............................................................70
3.1.1. Diễn biến vùng cửa sông Ba Lạt, Sò, Lạch Giang và ảnh hưởng của
chúng đến ổn định bờ, bãi biển Hải Hậu ...............................................................70
3.1.2. Xu thế bồi tụ - xói lở khu vực Hải Hậu trong thời kỳ cận đại:................73
3.2. PHÂN TÍCH DIỄN BIẾN, XÁ C ĐỊNH DẠNG MẶT CẮT BÃI ĐẶC
TRƯNG CHO KHU VỰC HẢI HẬU QUA SỐ LIỆU THỰC ĐO .................74
3.2.1. Phân tích một số quy luật biến động mặt cắt bãi biển thực tế theo từng
thời kỳ ........................................................................................................................75
3.2.2. Mặt cắt ngang đặc trưng ven biển Hải Hậu - Nam Định ..........................78
3.3. XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN GÂ Y MẤT ỔN ĐỊNH CHO BỜ BÃI BIỂN
HẢI HẬU-NAM ĐỊNH .......................................................................88
3.3.1. Xác định một số nguyên nhân chung ..........................................................88
3.3.2. Biến động hình thái cửa Ba Lạt ảnh hưởng đến quá trình xói lở bờ biển
của khu vực nghiên cứu...........................................................................................89
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...............................................................90
CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TR ÊN MÔ HÌN H VẬT LÝ VÀ

MÔ PHỎNG SỐ TRỊ VỀ CÁC THAM S Ố KỸ THUẬT CÔNG TRÌN H
ĐÊ NGẦ M B ẢO VỆ B Ờ VÀ DIỄN B IẾN HÌNH T HÁI KHU VỰC HẢI
HẬU ..................................................................................................92
4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ..........................92
4.1.1. Thí nghiệm lựa chọn cao trình đỉnh đê ngầm ............................................93
4.1.2. Lựa chọn tham số bề rộng đỉnh đê ngầm....................................................96
4.1.3. Lựa chọn hệ số mái dốc cho đê ngầm.........................................................99
4.1.4. Nhận xét chung:.......................................................................................... 102


v

4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TRÊN MÔ HÌNH TOÁN ....... 103
4.2.2. Tác động của công trình giảm sóng đến diễn biến hình thái đường bờ103
4.2.3. Lựa chọn các tham số công trình phù hợp dựa trên các kết quả đã nghiên
cứu tính toán........................................................................................................... 108
4.2.4. Tính toán chế độ thủy thạch động lực với cụm công trình đề xuất chỉnh
trị đối với khu vực nghiên cứu............................................................................. 112
4.3. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG XÓI LỞ VÀ BẢO VỆ BÃI,
ĐÊ BIỂN HẢI HẬU ......................................................................... 127
4.3.1. Đánh giá hiệu quả các biện pháp công trình giảm sóng, tạo bồi trên bãi
biển đã thực hiện tại Hải Hậu .............................................................................. 127
4.3.2. Đề xuất giải pháp chỉnh trị cho khu vực nghiên cứu ............................. 130
4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ............................................................. 132
KẾT L UẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 134
A. KẾT LUẬN ................................................................................ 134
B. KIẾN NGHỊ ................................................................................ 135
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................. 136
TÀI LIỆU T HAM KHẢO ................................................................. 137

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các giá trị tỷ lệ mô hình - nguyên hình.........................................................36
Bảng 2.2. Tổ hợp các cấp mực nước thí nghiệm ...........................................................39
Bảng 2.3. Các tham số sóng đưa vào thí nghiệm của luận án......................................39
Bảng 2.4. Kết quả đánh giá sai số tính toán mô hình GENESIS .................................54
Bảng 2.5. Đánh giá các sai số theo chỉ số Nash.............................................................60
Bảng 2.6. Kết quả tính các đặc trưng sóng từ chuỗi số liệu 20 năm (1990 - 2010) ..64
Bảng 2.7. Các phương án đưa vào để tính toán .............................................................66
Bảng 3.1. Tọa độ vị trí các điểm đặt mốc mặt cắt ngoài thực địa ...............................75
Bảng 3.2. Hệ số đặc trưng ứng với từng dạng phương trình........................................80
Bảng 3.3. Phương trình đặc trưng các mặt cắt tại Hải Hậu theo từng thời kỳ ...........83
Bảng 3.4. Phương trình đặc trưng các MC theo từng khu vực khác nhau tại Hải Hậu
..............................................................................................................................................84
Bảng 3.5. Phương trình đặc trưng các mặt cắt theo mùa (giai đoạn 2005-2010) ......85
Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm quá trình suy giảm độ cao sóng qua đê ngầm với các
cao trình đỉnh khác nhau...................................................................................................93
Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm quá trình truyền sóng qua đê ngầm với bề rộng đỉnh
đê thay đổi khác nhau........................................................................................................96
Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm quá trình truyền sóng qua đê ngầm với các phương án
thay đổi mái dốc (m) của đê ngầm khác nhau................................................................99
Bảng 4.4. Giá trị Kt trích xuất tương ứng với mực nước tính toán .......................... 102
Bảng 4.5. Các thông số kỹ thuật đề xuất của công trình đê ngầm phá sóng đối với
khu vực Hải Hậu ............................................................................................................. 111


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. Hệ thống các công trình chỉnh trị trên bãi đã được xây dựng tại dọc ven biển
một số nơi ở nước ta (Nguồn: GoogleEarth)....................................................................3
Hình 2. Ảnh diễn biến quá trình xói lở vùng biển Hải Triều-Hải Hậu (Nguồn: [27]) 4
Hình 3. Ảnh xó i lở, vỡ đê - kè Hải Hậu sau bão Damrey-2005 (Nguồn: [45], [47])..5
Hình 1.1. Đường bờ tiến lên và lùi lại ở hiện trường (Nguồn: xem [23]) ..................14
Hình 1.2. Các điều kiện ngưỡng giữa xói và bồi phía trước kè ven biển (Nguồn:
xem [23]) ............................................................................................................................14
Hình 1.3. Quan hệ g iữa ch iều sâu xó i tạ i đầu đê chắn sóng và ch iều cao sóng có
ý nghĩa lớn nhất trong 15 ngày trước (Nguồn: xem [23])........................................14
Hình 1.4. Quan hệ giữa chiều sâu xói quanh đầu đê chắn sóng và chiều sâu nước
(Nguồn: xem [23]) ............................................................................................................14
Hình 1.5. Quan hệ giữa chiều sâu xói và chiều sâu nước (Nguồn: xem [23]) ..........15
Hình 1.6. Sơ đồ xói do sóng đứng (Nguồn: xem [23]) ................................................15
Hình 2.1. Bản đồ địa mạo khu vực nghiên cứu (Nguồn: [33]) ..................................29
Hình 2.2. Sơ đồ trầm trích hiện đại khu vực nghiên cứu (Nguồn: [36]) ....................29
Hình 2.3. Khúc xạ sóng.....................................................................................................33
Hình 2.4. Hiện tượng nhiễu xạ sóng tại đê nhô đơn......................................................33
Hình 2.5. Sóng phản xạ trước tường đứng .....................................................................35
Hình 2.6. Tổng quan hệ thống máng sóng Flanders......................................................37
Hình 2.7. Đầu đo Golf-3B ................................................................................................37
Hình 2.8. Sơ đồ kết nối hệ thống của máng tạo sóng Flander .....................................37
Hình 2.9. Mặt cắt bãi ven biển Hải Hậu - Nam Định được mô phỏng .......................38
Hình 2.10. Mô phỏng vị trí đặt các đầu đo sóng trong mô hình thí nghiệm ..............40
Hình 2.11. Các biểu đồ kiểm định đầu đo ......................................................................41
Hình 2.12a. Phổ sóng đưa vào kiểm định ..................................................................41
Hình 2.12b. So sánh phổ sóng kiểm định và phổ sóng thực đo tại Hải Hậu ..............41
Hình 2.13. Mặt cắt theo phương ngang ..........................................................................43
Hình 2.14. Mặt cắt thẳng đứng ........................................................................................43
Hình 2.15. Sơ đồ tính toán của mô hình GENESIS ......................................................46

Hình 2.16. Sơ đồ mối liên hệ giữa các mô đun tính toán .............................................52
Hình 2.17. Sơ đồ bố trí và các lưới tính Genesis chi tiết cho khu vực Hải Hậu........53
Hình 2.18. Kết quả tính toán kiểm định biến động đường bờ khu vực Hải Hậu giai
đoạn 1985 - 1995 ...............................................................................................................53


viii

Hình 2.19. Bố trí hệ thống công trình hỗn hợp giữa 5 đê ngầm phá sóng kết hợp với
7 mỏ hàn chữ T tại khu vực Hải Hậu. .............................................................................56
Hình 2.20a. Địa hình và lưới tính miền lớn từ Bạch Long Vĩ đến Cồn Cỏ................57
Hình 2.20b. Địa hình và lưới t ính khu vực từ cửa Ba Lạt đến cửa Lạch Giang ........57
Hình 2.21. Kết quả tính toán kiểm định độ cao sóng (lưới miền tính lớn).................57
Hình 2.22a. So sánh giữa mực nước thực đo và tính toán tại cửa Ba Lạt ..................58
Hình 2.22b. So sánh giữa mực nước thực đo và tính toán tại cửa Lạch Giang .........58
Hình 2.23. Kết quả tính toán kiểm định độ cao sóng (lưới miền tính nhỏ)................58
Hình 2.24. So sánh tốc độ dòng chảy ven tính toán và thực đo tại Hải Hậu..............59
Hình 2.25. So sánh hướng dòng chảy ven tính toán và thực đo tại Hải Hậu .............59
Hình 2.26a. Kết quả tính toán diễn biến khu vực bãi biển Hải Hậu trong gió mùa
Đông Bắc ............................................................................................................................61
Hình 2.26b. Kết quả tính toán diễn biến khu vực bãi biển Hải Hậu trong gió mùa
Tây Nam .............................................................................................................................61
Hình 2.27. Sơ đồ các mặt cắt trích xuất để kiểm định mô hình tính toán tại Hải Hậu
..............................................................................................................................................61
Hình 2.28a. Kết quả kiểm định với trường hợp tính cho gió mùa Đông Bắc ............62
Hình 2.28b. Kết quả kiểm định với trường hợp tính cho gió mùa Tây Nam .............62
Hình 2.29. Hoa gió tại CC ................................................................................................63
Hình 2.30. Hoa gió tại BLV .............................................................................................63
Hình 3.1. Vị trí đường bờ biển khu vực Hải Hậu vào cuối thế kỷ 15 (Nguồn: [26])70
Hình 3.2. Vị trí đường bờ biển khu vực Hải Hậu vào cuối thế kỷ 18 (Nguồn: [26])70

Hình 3.3. Sơ đồ đường bờ biển Hải Hậu hình thành ở các thời kỳ khác nhau
(Nguồn: [26]) .....................................................................................................................71
Hình 3.4. Biến động cửa Lạch Giang qua chập ảnh viễn thám qua các thời kỳ ........73
Hình 3.5. Sơ đồ mặt cắt bãi đại diện khu vực Hải Hậu-Nam Định .............................75
Hình 3.6. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 1985 ÷ 1990...............................................76
Hình 3.7. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 1990 ÷ 1995...............................................76
Hình 3.8. Diễn biến mặt cắt HH02 thời kì 2005÷2010.................................................76
Hình 3.9a. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 1986....................77
Hình 3.9b. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 1994 ...................77
Hình 3.9c. Diễn biến mặt cắt HH02 theo hai mùa khác nhau năm 2010....................77
Hình 3.10a. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH01...............................................81
Hình 3.10b. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH02 ..............................................81
Hình 3.10c. Các Hàm đặc trưng ứng với mặt cắt HH03...............................................81


ix

Hình 3.11. So sánh hệ số tương quan các hàm theo từng mặt cắt ...............................82
Hình 3.12. Mặt cắt HH02 đặc trưng qua các thời kì .....................................................83
Hình 3.13. Mặt cắt đặc trưng từng khu vực từ HH01 đến HH03 dọc ven biển Hải
Hậu (giai đoạn 2005 - 2010) ............................................................................................84
Hình 3.14. Mặt cắt đặc trưng hai mùa tại HH02 (giai đoạn 2005-2010)....................85
Hình 3.15. So sánh mặt cắt thực đo và mặt cắt cân bằng tính theo Dean năm 1977 86
Hình 3.16. So sánh mặt cắt đặc trưng và kết quả tính toán theo Dean năm 1977 .....87
Hình 4.1. Mô tả các thông sốquá trình lan truyền sóng qua đê ngầm.........................92
Hình 4.2. Quan hệ giữa Kt và d/h tại các mực nước thí nghiệm..................................95
Hình 4.3. Mối quan hệ thực nghiệm giữa bề rộng đê ngầm và hệ số giảm sóng. .....98
Hình 4.4. Kết quả nghiên cứu do viện thủy lực Delft năm 2002.................................98
Hình 4.5. Kết quả nghiên cứu của Seabrook (1997) .....................................................98
Hình 4.6. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng (Kt )và sự thay đổi mái dốc (m) khác nhau

........................................................................................................................................... 101
Hình 4.7. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng (Kt ) và mực nước (m) .............................. 101
Hình 4.8. Diễn biến hình thái đường bờ với 3 trường hợp đê ngầm thay đổi chiều
dài khác nhau (L=50, 100, 200m)................................................................................. 104
Hình 4.9. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi L (chiều dài đê).............................. 105
Hình 4.10. Biến động đường bờ với các khoảng cách tới bờ khác nhau của đê ngầm
........................................................................................................................................... 107
Hình 4.11. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi khoảng cách x giữa đê ngầm phá
sóng và đường bờ ban đầu ............................................................................................. 107
Hình 4.12. Diễn biến đường bờ sau 5 năm kh i thay đổi khe hở giữa hai đề ngầm 108
Hình 4.13. Diễn biến bồi xói khi thay đổi độ rông khe giữa các đê ngầm.............. 108
Hình 4.14a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Đông
Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450 )............................................. 112
Hình 4.14b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió
mùa Đông Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450 ) ......................... 113
Hình 4.14c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu trong gió
mùa Đông Bắc, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 450 ) ......................... 113
Hình 4.15a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió mùa Tây
Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350 ) ......................................... 114
Hình 4.15b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu trong gió
mùa Tây Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350 ) ........................ 114
Hình 4.15c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu trong gió
mùa Tây Nam, điều kiện địa hình bãi tự nhiên (Hướng sóng 1350 ) ........................ 115
Hình 4.16. Lượng vận chuyển trong các phương án tính toán (xét với 20 nă m).... 116


x

Hình 4.17. Tổng lượng đến và đi trong 1 năm theo tính toán với địa hình tự nhiên,
không có công trình với số liệu sóng đại diện cho 20 năm tại khu vực Hải Hậu ... 116

Hình 4.18. Kết quả tính toán dự báo biến động đường bờ khu vực Hải Hậu - Nam
Định giai đoạn 2009 - 2020 ........................................................................................... 118
Hình 4.19a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi
có công trình (PA4 - hướng sóng 450 ) ......................................................................... 120
Hình 4.19b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện
địa hình bãi có công trình (PA4 - hướng sóng 450 ).................................................... 120
Hình 4.19c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện
địa hình bãi có công trình (PA4 - hướng sóng 450 ).................................................... 120
Hình 4.20a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi
có công trình (PA11 - hướng sóng 900 ) ....................................................................... 121
Hình 4.20b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện
địa hình bãi có công trình (PA11 - hướng sóng 900 ).................................................. 121
Hình 4.20c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện
địa hình bãi có công trình (PA11 - hướng sóng 900 ).................................................. 121
Hình 4.21a. Phân bố trường sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi
có công trình (PA21 - hướng sóng 1350 ) ..................................................................... 122
Hình 4.21b. Phân bố trường dòng chảy sóng khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện
địa hình bãi có công trình (PA21 - hướng sóng 1350 ) ............................................... 122
Hình 4.21c. Kết quả tính diễn biến hình thái khu vực ven biển Hải Hậu, điều kiện
địa hình bãi có công trình (PA21 - hướng sóng 1350 ) ............................................... 122
Hình 4.22a. Phân bố trường sóng trong bão (Damrey 2005) khu vực ven biển Hải
Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình.................................................................... 123
Hình 4.22b. Phân bố trường dòng chảy sóng trong bão (Damrey 2005) khu vực ven
biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình .................................................... 123
Hình 4.22c. Kết quả tính toán diễn biến hình thái trong bão (Damrey 2005) khu vực
ven biển Hải Hậu, điều kiện địa hình bãi có công trình............................................. 123
Hình 4.23. Tổng lượng đến và đi trong 1 năm theo tính toán với địa hình bãi có
công trình với số liệu sóng đại diện cho 20 năm tại khu vực Hải Hậu .................... 124
Hình 4.24. Tính toán biến động đường bờ khu vực Hải Hậu khi bãi có công trình
........................................................................................................................................... 125

Hình 4.25. Hiệu quả gây bồi của BCB......................................................................... 128
Hình 4.26. Phương án bố trí hệ thống công trình bảo vệ bờ và tạo bãi khu vực Hải
Hòa - Hải Triều ............................................................................................................... 132


xi

DANH MỤC KÝ HI ỆU
ĐGS
BCB
MCT
MHB
NCGS
BTCT
MHVL
GIS
ĐTCB
KHKTTV
MH
MN
RMSE
R
Kt
Lo
Hsi
Hst
Hs
Ts
Hmax
Tmax

Rc
X
m
B
∆
L
G
Q
qs
qo
η
g
MNTK
PA

Đê giảm sóng
Bẫy cát biển
Mỏ hàn chữ T
Mỏ hàn biển
Công trình ngăn cát giảm sóng
Bê tông cốt thép
Mô hình vật lý
Công nghệ viễn thám
Điều tra cơ bản
Viện Khoa học Khí tượng thủy văn
Mô hình
Mực nước
Sai số trung bình toàn phương
Hệ số tương quan
Hệ số suy giảm độ cao sóng qua công trình (hệ số

truyền sóng)
Độ dài sóng nước sâu
Độ cao sóng tới trước công trình
Độ cao sóng sau công trình
Độ cao sóng có nghĩa
Chu kỳ sóng có nghĩa
Độ cao sóng lớn nhất
Chu kì sóng lớn nhất
Khoảng cách từ đỉnh công trình tới mặt nước
Khoảng cách từ công trình tới đường bờ quy ước
Độ dốc mái công trình
Bề rộng đỉnh công trình
Cao trình đỉnh công trình
Độ dài công trình
Khoảng hở giữa các công trình bảo vệ bờ
Suất vận chuyển trầm tích tổng cộng
Suất vận chuyển trầm tích nguồn từ bờ
Suất vận chuyển trầm tích nguồn từ ngoài khơi
Hằng số tỉ lệ tương tự
Gia tốc trọng trường
Mực nước thiết kế
Phương án công trình chỉnh trị


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Hiện nay, hiện tượng xói lở bờ biển diễn ra ở nhiều nước trên thế giới trong đó
có Việt Nam. Ở nước ta, loại xói lở do kết hợp tác động trực tiếp của sóng vào bờ

và tác dụng xâm thực bãi biển chiếm một tỷ trọng đáng kể, gây hậu quả rất nghiêm
trọng. Nhằm khắc phục vấn đề tồn tại trên cũng như tái tạo và ổn định bờ, bãi biển ở
Việt Nam đã xây dựng các công trình giảm sóng, tạo bồi ven biển như: mỏ hàn
biển, đê ngầm,… Để phát huy hiệu quả cũng như bảo đảm sự ổn định của chính bản
thân các hệ thống công trình này, việc nghiên cứu, phân tích, tính toán ảnh hưởng
và tương tác của công trình đối với các quá trình thủy thạch động lực ven bờ phải
được xem xét kỹ lưỡng và tuân thủ theo những qui trình đặc biệt.
Đối với vùng ven biển Việt Nam nói chung, hệ thống đê kè biển và các công
trình trên bãi nhằm giảm thiểu tác động của sóng và các yếu tố động lực để bảo vệ
bờ, bãi biển đã được xây dựng ở nhiều nơi dọc từ Bắc vào Nam, như: Đê biển
đường 14, Cát Hải (Hải Phòng); Giao Thủy, Hải Hậu (Nam Định); Eo Bầu, cửa
Thuận An (Thừa Thiên Huế); Cửa Tùng (Quảng Trị); Nha Trang; Vũng Tàu; Gò
Công Đông (Tiền Giang);... Bước đầu những công trình này cũng đã mang lại một
số hiệu quả nhất định. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tại một số nơi các công
trình đã bộc lộ nhiều nhược điểm, không phát huy được tác dụng chỉnh trị và bảo vệ
bờ biển như mong muốn mà đôi chỗ còn có những tác động bất lợi với môi trường
xung quanh, thậm chí còn bị mất ổn định tại chính bản thân công trình dẫn đến đổ
vỡ, hư hỏng. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến hư hỏng, hạn chế của các công trình
bảo vệ bờ biển ở nước ta, nhưng thường xuất phát từ các nguyên nhân chính sau:
- Xây dựng công trình không đúng với bản chất chế độ động lực nơi xây dựng:
Ở những nơi mà đường bờ biển có hướng vuông góc với phương truyền sóng chính,
như Thừa Thiên - Huế, Cát Hải thì không thể sử dụng mỏ hàn biển (MHB), mà phải
dùng đê giảm sóng (ĐGS) hoặc mỏ chữ T (MCT). Chiều dài phần lớn MHB quá
ngắn (MHB ở cửa Nhật Lệ và Quảng Phúc - Quảng Bình chỉ dài 30m), chưa đạt tới
khu vực sóng vỡ, nên khả năng ngăn chặn bùn cát để nâng cao mặt bãi là rất hạn
chế. Các MHB, MCT thường có cao trình đỉnh quá thấp (Cát Hải, Hải Thịnh II, Hội


2

Thống,…) so với yêu cầu là mực nước triều trung bình, nên sóng biển trùm lên
đỉnh, hạn chế hiệu quả giảm sóng, ngăn cát.
- Thiết kế sai mục đích: Kết cấu MHB bằng ống buy trên đệm đá hộc có nhiều
tồn tại, không phù hợp với yêu cầu ngăn cát (do thấp và có khe hở), giảm sóng (do
thấp và trơn nhẵn) và ổn định (do dễ đổ, vỡ,...). Nếu sử dụng ở vùng quai đê lấn
biển, sóng nhỏ, độ sâu bé, thì sẽ cho hiệu quả hơn. Kết cấu này không có hiệu quả ở
những nơi biển lở, sóng cao, độ sâu lớn hoặc bờ dốc như ở Cát Hải, Hội Thống,
Cẩm Nhượng,… Kích thước mặt bằng một số MCT vẫn chưa tuân thủ hoàn toàn
theo chỉ dẫn của 14TCN130 - 2002. Phần thân chưa vươn ra dải sóng vỡ, phần cánh
còn ngắn (Hải Thịnh 2, Nghĩa Phúc I), nên sóng vẫn xô vào tận bờ và gốc MCT,
lượng cát bồi tụ ít. Kết cấu phần cánh MCT sử dụng kết cấu ống buy, hiệu quả giảm
sóng rất hạn chế, đồng thời gây ra hiệu ứng sóng đứng, dẫn đến xói chân.
- Nguyên nhân do thi công xây dựng cẩu thả: Phần lớn MHB đều có bệ đá rời
bị sạt sệ, một phần là do lỗi thi công (Cát Hải, Hội Thống,…). Thi công MHB tiến
hành theo phương pháp lấn từ bờ ra, phần mũi luôn bị xói sâu, làm cho khối lượng
vật liệu, cấu kiện tăng lên, không tuân thủ theo khối lượng tính toán ban đầu.
- Thời gian phục vụ của công trình quá dài: Các công trình xây dựng trước
năm 2000 như một số MHB bằng đá đổ xây dựng ở Văn Lý - Hải Hậu nhưng không
cho hiệu quả, hiện nay đã hỏng hoàn toàn. Hầu hết các MHB, MCT xây dựng từ
trước đến nay đều không được duy tu kịp thời những hư hỏng là tình trạng phổ biến.
Ngoài các nguyên nhân chính thường gặp như: mục đích sử dụng không đúng,
lỗi do kỹ thuật thiết kế, thi công,… như đã nêu trên thì một trong những điều kiện
tiên quyết nhằm đánh giá hiệu quả, những hạn chế và khả năng ổn định của công
trình chỉnh trị đó là sự nghiên cứu, tính toán quá trình diễn biến các trường thủy
thạch động lực, dự báo biến động bãi, bờ biển sau khi có hệ thống công trình chỉnh
trị ven biển ở nước ta nhìn chung vẫn chưa được tiến hành nghiên cứu một cách kỹ
lưỡng, đa số các công trình xây dựng vẫn dựa vào chỉ dẫn, kinh nghiệm của nước
ngoài, đó là tình trạng chung.

3

a) Hệ thống mỏ hàn biển tại Cát Hải-Hải b) Hệ thống bẫy cát biển ở khu vực Kiên
Chính-Hải Hậu-Nam Định
Phòng

c) Hệ thống 05 mỏ hàn chữ T tại Hải
Thịnh-Hải Hậu-Nam Định

d) Hệ thống mỏ hàn thẳng tại khu vực
ven biển Cẩm Nhượng-Hà Tĩnh

e) Khu vực bờ biển Hải Dương-TT. Huế f) Hệ thống mỏ hàn biển ở phía Nam bờ
sau khi xây dựng đê giảm sóng (3/2014) biển khu vực Cần Giờ-TP. Hồ Chí Minh
Hình 1. Hệ thống các công trình chỉnh trị trên bãi đã được xây dựng tại dọc ven biển
một số nơi ở nước ta (Nguồn: GoogleEarth)
Xuất phát từ những lý do đã nêu ở trên, việc lựa chọn đề tài luận án “Nghiên
cứu biến động bãi do tác động của công trình giảm sóng, tạo bồi cho khu vực Hải
Hậu - Nam Định” sẽ đóng góp một phần vào giải quyết các yêu cầu thực tiễn trong
công tác xây dựng công trình bảo vệ, chỉnh trị bờ biển cũng như trong quản lý, quy
hoạch nhằm ổn định bờ biển phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ tài nguyên,
môi trường và an ninh quốc phòng ven biển ở Việt Nam.


4

Để có thể ứng dụng thực tế cũng như tập trung phân tích với các điều kiện
thủy thạch động lực đặc trưng cho khu vực, luận án đã lựa chọn vùng bờ biển Hải
Hậu - Nam Định làm trọng điểm nghiên cứu. Kết quả của luận án có ý nghĩa thiết
thực đối với khu vực Hải Hậu nói riêng và các khu vực khác trên toàn vùng biển

Việt Nam nói chung.
Bờ biển Hải Hậu từ cửa sông Sò đến cửa sông Ninh Cơ có tuyến đê biển dài
33,32km. Đây là đoạn bờ xói lở dài nhất, nghiêm trọng nhất ven bờ biển châu thổ
sông Hồng và Bắc Việt Nam. Toàn bờ biển Hải Hậu bị xó i lở trên chiều dài 17,2km,
tốc độ xói lở trung bình 14,5m/năm, lớn nhất đạt 20,5m/năm. Do ảnh hưởng của các
điều kiện thời tiết cực đoan, từ năm 1962 đến năm 2000 tổng chiều dài đê biển bị
phá hoại hoặc vỡ hoàn toàn là 11,9km.

Hình 2. Ảnh diễn biến quá trình xói lở vùng biển Hải Triều-Hải Hậu (Nguồn: [27])
Quá trình xói lở, phá hoại đê kè biển tại đây diễn ra rất nghiêm trọng trong
mùa mưa bão năm 2005 và đặc biệt là ảnh hưởng của cơn bão số 7 (bão Damrey tháng 9/2005). Thời gian bão kéo dài tới 14 giờ đã gây thiệt hại nghiêm trọng cho
vùng ven biển Hải Hậu, gây xói lở 8,122km đê kè biển, gồm: Đoạn đê kè Hải Thịnh


5

III, Cồn Tàu - Hải Hoà, Táo Khoai - Hạ Trại (Hải Hoà), đoạn đê kè Kiên Chính, đê
kè Hải Thịnh II, kè Xuân Hà và đoạn đê Phúc Hải (Hải Lộc). Trong đó nặng nhất là
đoạn đê dài hơn 1,0km thuộc khu vực cuối Hải Triều sang Hải Hòa đã bị vỡ hoàn
toàn, nước tràn vào phía trong vùng dân cư sinh sống gây ngập lụt trên diện rộng,
đây là trận vỡ đê lớn nhất kể từ sau năm 1945 trở lại đây tại Nam Định.

Hình 3. Ảnh xó i lở, vỡ đê - kè Hải Hậu sau bão Damrey-2005 (Nguồn: [45], [47])
Do đó, nhằm phòng tránh thiên tai, bảo vệ bãi, đê biển Hải Hậu rất cần xem
xét, nghiên cứu về chế độ thủy thạch động lực ven bờ tại đây, trên cơ sở một số quy
luật biến động bờ, bãi biển và đề xuất các giải pháp công trình nhằm giảm thiểu tác
động của sóng gây ra quá trình xói lở và uy hiếp trực tiếp đến hệ thống đê biển khu
vực này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
1- Bước đầu xác định được một số quy luật biến động đường bờ, bãi biển dưới

tác động của chế độ động lực ven bờ. Phân tích dựa trên s ố liệu thực đo về biến
động bãi, bờ biển và biến động các cửa sông làm ảnh hưởng tới ổn định đường bờ
khu vực Hải Hậu.


6

2- Tính toán trên mô hình toán và mô phỏng trên mô hình vật lý để làm rõ về
quá trình tương tác sóng - công trình và tác động của công trình đến quá trình diễn
biến hình thái ven bờ tại khu vực nghiên cứu.
3- Đề xuất được giải pháp chỉnh trị phù hợp phục vụ phòng chống thiên tai,
nhằm ổn định vùng bờ biển nghiên cứu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Tác động của sóng biển và ảnh hưởng của công trình
giảm sóng, tạo bồi đến sự biến động bãi, bờ biển khu vực Hải Hậu.
Phạm vi nghiên cứu: Diễn biến của bãi, bờ biển trong điều kiện tự nhiên và
khi có công trình chỉnh trị. Nghiên cứu chi tiết cụ thể đối với khu vực ven biển Hải
Hậu, tỉnh Nam Định.
4. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết các mục tiêu đã đặt ra ở trên, luận án đã sử dụng những phương
pháp nghiên cứu sau đây:
- Phương pháp thống kê: phân tích các tài liệu thu thập, tài liệu thực đo, ảnh
viễn thám về diễn biến đường bờ, bãi biển của khu vực nghiên cứu.
- Phương pháp thí nghiệm trên mô hình vật lý: thí nghiệm quá trình tương tác
sóng - công trình để lựa chọn các tham số: cao trình đỉnh đê, hệ số suy giảm sóng,
bề rộng đỉnh đê, mái dốc.
- Phương pháp mô hình toán: Mô phỏng tính toán các kịch bản về diễn biến
đường bờ, bãi biển trước và sau khi có công trình.
Ngoài ra dựa vào những phân tích, đánh giá và kết luận của các chuyên gia về
lĩnh vực nghiên cứu (Phương pháp chuyên gia).

5. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ có những ý nghĩa khoa học:
- Đóng góp vào cơ sở lý luận về các quá trình thủy thạch động lực ven bờ,
bước đầu xác định được một số quy luật biến động hình thái bờ, bãi biển cho điều
kiện cụ thể của vùng nghiên cứu. Xây dựng được cơ sở khoa học để lý giải nguyên
nhân gây mất ổn định bờ biển tại khu vực nghiên cứu.
- Kết quả đạt được khi đã đề xuất giải pháp chỉnh trị, định hướng quy hoạch
công trình phòng chống thiên tai để ổn định vùng bờ biển Hải Hậu được ứng dụng


7

sẽ là mẫu cho việc xử lý khắc phục tai biến xói lở và ổn định bờ biển đối với khu
vực bờ biển Bắc Bộ cũng như cả nước.
6. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận án có thể áp dụng vào việc xây dựng, thiết kế các
công trình giảm sóng, tạo bồi trên bãi trong thực tế nhằm nâng cao hiệu quả về kinh
tế, kỹ thuật. Phục vụ nhiều mục đích khác nhau như: chống xói lở bờ, giao thông
thủy, cầu cảng, chỉnh trị bờ biển và khai hoang lấn biển. Đây cũng là một tài liệu
tham khảo hữu ích cho các cán bộ kỹ thuật làm công tác tư vấn, thiết kế công trình
ven biển.
Vấn đề nghiên cứu của luận án hoàn toàn mới, lần đầu tiên được nghiên cứu
tại Việt Nam.
7. Những đóng góp mới của luận án
1- Bước đầu xác định một số quy luật diễn biến bãi, xây dựng được các quan
hệ giữa biến động bãi dưới tác động của sóng, dòng chảy ven bờ với các dạng mặt
cắt bãi điển hình đối với khu vực nghiên cứu. Chỉ ra những nguyên nhân gây diễn
biến bờ, bãi biển tại khu vực nghiên cứu.
2- Dựa vào kết quả mô phỏng (mô hình vật lý và mô hình toán) tương tác giữa
sóng và công trình xác định được ảnh hưởng của công trình đến diễn biến hình thái

và lựa chọn phương án công trình chỉnh trị phù hợp cho vùng nghiên cứu.
8. Cấu trúc của luận án
Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị và Tài liệu tham khảo, cấu trúc
của luận án gồm có 4 chương:
Chương 1 - Tổng quan những nghiên cứu trong và ngoài nước;
Chương 2 - Lựa chọn và thiết lập phương pháp nghiên cứu;
Chương 3 - Nguyên nhân và đặc điểm diễn biến bờ, bãi và mặt cắt ngang bãi
vùng ven biển Hải Hậu;
Chương 4 - Kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý và mô phỏng số trị về các
tham số kỹ thuật công trình đê ngầm bảo vệ bờ và diễn biến hình thái khu vực Hải
Hậu.


8

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨ U TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC
1.1. CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC
Những nghiên cứu về diễn biến đường bờ, bãi biển do tác động của sóng đã
được tiến hành cách đây hàng trăm năm, nhất là ở các nước có nền khoa học phát
triển trên thế giới. Từ kết quả nghiên cứu cũng đã có rất nhiều các công trình chỉnh
trị nhằm giảm sóng, tạo bồi trên bãi được xây dựng. Tuy nhiên, những nghiên cứu
sâu và rộng về vấn đề này được phát triển mạnh mẽ từ khoảng những năm 70 - 80
của thế kỷ 20 với rất nhiều các công trình nghiên cứu đã được công bố dưới những
hình thức khác nhau.
- Một số nghiên cứu dưới dạng đưa ra các giả thiết, ví dụ Bakker (1968) đã
trình bày khái quát mặt cắt bãi biển để hai đường đẳng sâu đại diện và giả thiết
rằng, giá trị vận chuyển bùn cát vuông góc với bờ tỷ lệ thuận với độ lệch của độ dốc
mặt cắt bãi từ một trạng thái cân bằng. Sau đó, Kriebel và Dean (1985) đưa ra giả
thuyết rằng giá trị vận chuyển vuông góc với bờ phụ thuộc vào độ lệch của tỷ lệ tiêu

tán từ chính giá trị cân bằng. Các phương pháp tiếp cận này đã được mở rộng
nghiên cứu bởi Larson và Kraus (1989) và Kraus (1991) [61], [70], [80].
- Cũng có các nghiên cứu được tiến hành thông qua những số liệu đo đạc, sau
đó dựa vào kinh nghiệm để phân tích, đánh giá. Điển hình cho các nghiên cứu này
có thể kể đến các nhà nghiên cứu tại Nhật Bản đã dựa trên cơ sở thu thập và phân
tích các ví dụ biến dạng bãi biển trong quá khứ, cách bố trí và các đặc điểm của
công trình sẽ được xây dựng và so sánh với các ví dụ có tính chất tương tự trong
quá khứ. Dựa trên các nét tương tự, phán đoán triển vọng của biến dạng bờ biển do
việc xây dựng các công trình gây ra, Tanaka (xem [23]) đã tiến hành nghiên cứu
trên mô hình các thay đổi địa hình phức tạp xảy ra sau khi xây dựng các công trình.
Ông phân loại các đặc điểm của những thay đổi địa hình điển hình thành một số ví
dụ biến dạng bãi biển. Kết quả của việc nghiên cứu này là có thể hiểu được sự thay
đổi địa hình trong vùng lân cận các bến cảng ở Nhật Bản trong một vài sơ đồ đại


9

diện. Bằng cách phán đoán sơ đồ nào có thể áp dụng cho bờ biển đang nghiên cứu,
qua đó cũng có thể dự báo định tính biến dạng của bờ biển.
- Nhiều những nghiên cứu đã được biên tập, xuất bản dưới dạng các sách
chuyên ngành dùng để phục vụ công tác giảng dạy, tra cứu và tham khảo. Một số
cuốn sách đề cập đến vấn đề điển hình như: Richard Soulsby [52] là nhà vật lý và
hải dương học thuộc Viện nghiên cứu Thủy lực HR Wallingford (Anh), năm 1997
đã xuất bản cuốn sách “Động lực học cát biển”. Đây là cuốn sách đề cập khá đầy
đủ, trình bày ngắn gọn về các tác nhân, cơ chế, các quan điểm và các phương pháp
nghiên cứu vận chuyển trầm tích, bồi tụ và xói lở, đưa ra được bức tranh vật lý của
vấn đề vốn rất phức tạp và lý thú này. Hay vào năm 1996, hai tác giả Krys tian W.
Pilarczyk và Rys zard B. Zeidler [80] đã xuất bản cuốn sách “Đê chắn sóng ngoài
khơi và tác động đến sự phát triển bờ biển”. Cuốn sách trình bày các phương pháp
nhằm ổn định bờ biển và chống xói bãi, đặc biệt chú trọng đến quá trình diễn biến

của bờ biển do tác động của đê chắn sóng ngoài khơi với nhiều giải pháp thiết kế
khác nhau cùng với các khuyến nghị, hướng dẫn đi kèm rất hữu ích. Mới đây, năm
2002, hai tác giả B. Mutlu Sumer và Jorgen Fredsoe [62] cho ra đời cuốn sách “Các
cơ chế xói trong môi trường biển”. Nội dung cuốn sách đề cập rất chi tiết về các cơ
chế xói lở, đưa ra các dạng xói điển hình ở chân công trình và có sự phân loại các
dạng công trình khác nhau đang được áp dụng trên thế giới. Các quá trình xói, diễn
biến xói xung quanh công trình được lý giải bằng các hiện tượng vật lý, các quá
trình động lực dựa trên các phương trình, công thức cụ thể,…
- Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đã có rất nhiều
các sản phẩm công nghệ, phần mềm ra đời và được áp dụng phục vụ nghiên cứu.
Trong hơn ba thập kỷ gần đây, một số nhà nghiên cứu thuỷ thạch động lực biển của
thế giới đã đi sâu vào lĩnh vực này và đưa ra một loạt các mô hình dự báo như:
GENESIS, UNIBEST, LIPACK, SAND 94, MIKE, NPM, WANTAN 3,... Một số
nghiên cứu nổi bật với sự hỗ trợ, ứng dụng của mô hình toán có thể kể ra:
+ Bakker (1968, 1970), đã trình bày một mô hình mô phỏng những biến đổi
bãi biển xung quanh một mỏ hàn hoặc một nhóm các công trình [65], [67]. Bakker
đưa vào sự nhiễu xạ sóng và vận chuyển bùn cát ở ngoài khơi và ven bờ có liên


10

quan đến biến đổi đáy biển. Vùng bờ biển trong mô hình của Bakker đã trình bày là
2 đường bờ, cơ bản là chúng phải không được song song với nhau. Có 2 phần của
mặt cắt bãi được chỉ ra bởi mô hình 2 đường bờ, và do đó mô hình Bakker được gọi
là lý thuyết hai đường bờ. Cần phải nói thêm rằng, khả năng của lý thuyết hai
đường bờ khi ứng dụng vào thực tiễn là phức tạp do sự cần thiết phải đáp ứng các
điều kiện biên, đó là một trong những hạn chế của mô hình. Ngoài ra, lý thuyết của
Bakker bỏ qua các yếu tố: Ảnh hưởng của dòng nước xiết chảy từ bờ ra trong
chuyển động vuông góc với bờ tại các mỏ hàn; Ảnh hưởng của nhiễu xạ sóng về
việc biến đổi bờ biển ít hơn tại cạnh các mỏ hàn; Ảnh hưởng của phản xạ sóng thay

đổi trong vận chuyển bùn cát. Sau này, lý thuyết hai đường bờ của Bakker đã được
làm rõ trong nhiều nghiên cứu, hầu hết là mong muốn hướng tới kiểm tra mô hình,
điển hình là một vài kết quả đã được công bố bởi Hulsbergen năm 1976 [69].
+ Năm 1983, Kraus đã đưa ra tóm tắt về các mô hình số và ứng dụng của
chúng trong việc dự báo biến động bờ, bãi biển tại khu vực có các công trình chỉnh
trị. Có 4 nhóm mô hình được tác giả đưa ra, gồm: Mô hình một đường bờ, mô hình
nhiều đường bờ, mô hình ba chiều và mô hình tỷ lệ lớn [80].
+ Madsen và Grant (1976) đã đưa ra một mô hình toán mô phỏng biến động
đáy khi có công trình đê phá sóng song song với bờ. Hệ thống cân bằng của chúng
là cân bằng động diễn ra liên tục đối với sự vận chuyển bùn cát và biến đổi đáy,
đồng thời với giá trị thời gian trung bình của vận chuyển bùn cát dọc bờ theo cả hai
hướng của trục tọa độ. Sóng nhiễu xạ với công trình thì được miêu tả bởi thuật toán
của Penny Price. Sóng phản xạ thường được biểu thị dưới dạng các tham số với sự
trợ giúp của các hệ số phản xạ. Cũng với nghiên cứu này, Perlin (1979) đã cung cấp
một mô hình mô phỏng về biến đổi đáy tại khu vực ở phía sau công trình giảm
sóng. Mô hình dựa trên cơ sở lý thuyết một đường bờ, bao gồm cả sóng phản xạ và
nhiễu xạ. Mô hình của Perlin được phát triển và thực hiện một cách cụ thể hơn bởi
chính Perlin và Dean năm 1987. Các thông số đối với kích thước và vị trí thích hợp
bố trí đê chắn sóng cũng được tác giả đưa ra [61], [69], [80].


11

+ Winter (1993) đã ứng dụng quy trình cơ bản của mô hình mặt cắt ngang bãi,
thử nghiệm đối với những vị trí đặt công trình phá sóng và các nuôi bãi nhân tạo,
tác giả đã thiết lập một số yêu cầu sau [69], [72]:
(1) Với các đê phá sóng thông thường, công thức tính theo Daemen (1991) là
chính xác, từ đó một vài tham số được đưa vào tính toán. Công thức từ Daemen
(1991) sẽ đưa đến gần giá trị hằng số. Tuy nhiên, cần nghiên cứu sâu hơn nữa về
ảnh hưởng của chiều rộng đỉnh đê ngầm phá sóng tới sự lan truyền sóng.

(2) Mô hình UNIBEST-TC cho kết quả khá tốt đối với đê có đỉnh nhô lên
hoặc bằng với mặt nước. Với đê ngầm (đỉnh thấp hơn mặt nước), tác giả khuyến cáo
không nên sử dụng công thức của Hearn và mô hình UNIBEST-TC để tính vì kết
quả không có độ tin cậy cao.
+ Hanson (1987) đã đưa ra mô hình biến đổi đường bờ GENESIS mô phỏng
thay đổi đường bờ biển dài hạn, đưa ra được sự khác biệt theo không gian và thời
gian vận chuyển bùn cát dọc bờ. Sóng tác động là nguyên nhân dẫn đến vận chuyển
bùn cát dọc bờ, nó có thể thay đổi dọc theo bờ biển do sự biến đổi của độ sâu, sự
nhiễu xạ sóng, các điều kiện biên, các đường bờ ban đầu, cát đáy và sự vận chuyển
cưỡng bức. Ảnh hưởng của đê phá sóng xa bờ đến biến đổi bờ biển đã được mô
phỏng bởi mô hình GENESIS bắt đầu với một đường bờ ban đầu thẳng (Do DeanRos ati năm 1992 đưa ra). Điều kiện đầu vào của mô hình gồm: Điều kiện sóng (Hs ,
Ts , ), và các thông số thiết kế đê phá sóng xa bờ (Chiều dài công trình LB, khoảng
cách từ bờ ban đầu đến đê phá sóng YB, tính chất lan truyền sóng Kt , khoảng cách
giữa hai đê phá sóng GB (nếu như là một hệ thống đê ngầm)). Đường kính hạt trung
bình D50 là một hằng số đại diện của bãi biển. Có thể nói đây là một trong những
mô hình có tính hiệu quả cao, rất được nhiều các nhà nghiên cứu áp dụng và cho
đến ngày nay vẫn còn nguyên giá trị [10], [80].
- Có thể nói những đóng góp gần đây của các mô hình tính toán biến đổi
đường bờ và bãi biển trong nghiên cứu khoa học là rất lớn, các phần mềm ngày
càng được nâng cấp, hoàn thiện và đạt độ chính xác sát với thực tế hơn.
- Song song với việc ứng dụng các mô hình toán trong nghiên cứu biến động
đường bờ, bãi biển, một trong những phương pháp nghiên cứu không thể không


12

nhắc đến đó là nghiên cứu trên mô hình vật lý (MHVL). Lịch sử phát triển về
MHVL đối với các hiện tượng thủy lực bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX, sau khi Newton
phát biểu lý luận tương tự và Froude làm thí nghiệm mô hình truyền. Năm 1898,
Angghen đã lập ra phòng thí nghiệm thủy lực đầu tiên ở Đức và sau đó các nước

khác cũng lần lượt xây dựng phòng thí nghiệm. Thế kỷ XX là thế kỷ phát triển các
phòng thí nghiệm thủy lực lớn tại các quốc gia phát triển, như: Hệ thống bể sóng và
máng sóng ở Anh (Walingford), Hà Lan (Delft), Pháp (SORGREAH), Cộng hòa
liên bang Đức (Hanover), Trung Quốc,… Những nghiên cứu trên thế giới có sử
dụng mô hình vật lý về vấn đề diễn biến đường bờ, bãi biển và tương tác sóng công
trình có thể kể ra như sau:
+ J. W Kamphis, M. J. Paul và A. Brebner (1972) thuộc Viện Thủy lực Delft
(Hà Lan) đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm với chuyên đề “Tương tự các cân bằng
các mặt cắt bãi biển”. Các tác giả đã so sánh kết quả thí nghiệm mô hình 2 chiều
giữa mô hình biến thái và chính thái của các mặt cắt bãi khi s ử dụng bùn cát nhẹ để
xây dựng, chế tạo mô hình. Cũng từ những nghiên cứu thí nghiệm về đặc trưng cân
bằng bãi biển cát trên mô hình vật lý, các tác giả P. S Eagleson, B. Gu lene và J. A
Dracup đã có một số kết luận: Nhân tố quyết định đến sự hình thành mặt cắt bãi là
sự vỡ của sóng; Mặt cắt cân bằng của bãi biển bằng cát phụ thuộc vào độ dốc ban
đầu của bãi [66], [79].
+ Nghiên cứu trên mô hình vật lý sóng và biến động bờ, bãi biển cũng được
phát triển khá mạnh ở Viện VNIG (Saint Peterbua-Nga) trên máng sóng và bể tạo
sóng lớn. Năm 1983, Khomicki [80] tiến hành thử nghiệm một loạt sự biến động
đường bờ, bãi biển tại khu vực đê phá sóng xa bờ và đưa ra công thức về sự phát
triển của đường bờ y (dọc trục x theo thời gian t) tại một đê chắn sóng tách bờ:
S3
x2
exp( )
y( x,t ) 
4at
2 at

Với:

(1.1)

S3 : vùng giữa trục x và đường đẳng sâu tại thời điểm t
a: Hệ số bồi tụ kinh nghiệm
Công thức (1.1) thể hiện sự ảnh hưởng đáng kể của chiều dài công trình tương

đối đến quá trình bồi đắp bờ biển và hình dạng của chúng. Đối với sóng tới thông