Nghiên cứu khả năng xây dựng và ảnh hưởng của tường ngầm lên biến động thủy động lực và hình thái ven bờ biển nam định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐHQGHN

---------------

Mạc Văn Dân

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÂY DỰNG VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA
TƢỜNG NGẦM LÊN BIẾN ĐỘNG THỦY ĐỘNG LỰC VÀ HÌNH
THÁI VEN BỜ BIỂN NAM ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐHQGHN

---------------

Mạc Văn Dân

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÂY DỰNG VÀ ẢNH
HƢỞNG CỦA TƢỜNG NGẦM LÊN BIẾN ĐỘNG THỦY
ĐỘNG LỰC VÀ HÌNH THÁI VEN BỜ BIỂN NAM ĐỊNH

Chuyên ngành: Hải dƣơng học
Mã số: 60 44 02 28

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS. Đinh Văn Ƣu

Hà Nội – 2014


LỜI CẢM ƠN
Luận văn “ Nghiên cứu khả năng xây dựng và ảnh hưởng của tường ngầm
lên biến động thủy động lực và hình thái ven bờ biển Nam Đinh” đƣợc học viên
Mạc Văn Dân thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của GS.TS. Đinh Văn Ƣu. Trong quá
trình thực hiện luận văn, tác giả đã học hỏi và nắm bắt đƣợc rất nhiều lý thuyết cũng
nhƣ các vấn đề liên quan đến tƣờng phá sóng.
Tác giả xin chân thành cám ơn phòng Đạo tạo Đại học và sau Đại học khoa
Khí tƣợng – Thủy văn – Hải Dƣơng Học, trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất cho học viên trong quá trình học tập
và nghiên cứu.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hƣớng dẫn GS.TS. Đinh Văn
Ƣu đã tận tình định hƣớng, hƣớng dẫn tác giả để hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cám ơn các thầy trong bộ môn, các anh chị em đồng nghiệp
đã nhiệt tình tham gia, góp ý để tác giả hoàn thành luận văn đạt chất lƣợng tốt nhất.
Xin trân trọng cám ơn!
Hà Nội, tháng 12 năm 2014
Tác giả

Mạc Văn Dân


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu trung thực, chƣa đƣợc công bố
trong công trình khoa học nào, các thông tin tài liệu phục vụ nghiên cứu đã đƣợc

trích dẫn và ghi rõ nguồn gốc.
Tác giả

Mạc Văn Dân


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU --------------------------------------------------------------------------------------- 8
Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ TƢỜNG PHÁ SÓNGError! Bookmark not defined.
1.1. Khái quát chung và phân loại TPS ------------ Error! Bookmark not defined.
1.2. Các tham số của TPS---------------------------- Error! Bookmark not defined.
1.3. Cấu kiện thƣờng sử dụng với TPS ------------ Error! Bookmark not defined.
Chƣơng II: NGHIÊN CỨU TPS TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝError!

Bookmark

not

defined.
2.1. Ảnh hƣởng của các tham số tƣờng phá sóng đến hệ số giảm sóng ---- Error!
Bookmark not defined.
2.2. Nghiên cứu hệ số giảm sóng qua TPS -------- Error! Bookmark not defined.
2.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của TPS tới hình thái đƣờng bờError!

Bookmark

not

defined.
CHƢƠNG III: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA TPS TỚI CHẾ ĐỘ ĐỘNG LỰC VÀ

DIỄN BIẾN HÌNH THÁI BẰNG MÔ HÌNH TOÁNError! Bookmark not defined.
3.1. Ảnh hƣởng của TPS tới trƣờng sóng sau công trìnhError!

Bookmark

not

defined.
3.2. Ảnh hƣởng của TPS diễn biến hình thái đƣờng bờError! Bookmark not defined.
3.3. Đánh giá ảnh hƣởng của hệ số giảm sóng Kt tới sự biến động bãi sau TPSError!
Bookmark not defined.
3.4. Đánh giá sai số giữa hai phƣơng pháp mô hình toán và mô hình vật lí (công thức
thực nghiệm)------------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG IV: XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG DỤNG VÀ ÁP DỤNG ĐỐI VỚI KHU
VỰC BỜ BIỂN NAM ĐỊNH--------------------------- Error! Bookmark not defined.
4.1. Quy trình áp dụng ------------------------------- Error! Bookmark not defined.


4.2. Áp dụng cho khu vực ven biển Nam Định --- Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ-------------------------- Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAO KHẢO -------------------------------------------------------------------- 9


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1a. Xây TPS với mục đích bảo vệ cảng biển Error! Bookmark not defined.
Hình 1.1b. Xây TPS với mục đích bảo vệ bờ biển bị xóiError! Bookmark not defined.
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống tƣờng giảm sóng ----------- Error! Bookmark not defined.
Hình 1.3. Một số dạng kết cấu tƣờng phá sóng ------ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.4. Mô tả các tham số của TPS phá sóng mặt bằng và mặt đứngError! Bookmark
not defined.

Hình 1.5. Tổng quan các loại cấu kiện kết hợp với TPSError! Bookmark not defined.
Hình 2.1. Sóng truyền qua TPS ------------------------ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2. Quan hệ giữa bề rộng TPS và hệ số giảm sóng trong hai trƣờng hợp độ sâu h
=5.8m và h = 4.7m --------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3. Quan hệ thực nghiệm giữa Kt và Rc trong seri thí nghiệm trên mô hình vật lí
với bãi và các điều kiện thủy lực tại Nam Định ----- Error! Bookmark not defined.
Hình 2.4. Quan hệ giữa Kt và độ dốc sóng khi tỉ lệ d/h thay đổiError!

Bookmark

not

defined.
Hình 2.5. Các kết cấu TPS với cấu kiện -------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6. Kết cấu TPS có lõi Geotube ---------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 2.7. Các trƣờng hợp sắp xếp cấu kiện thí nghiệmError! Bookmark not defined.
Hình 2.8. Quan hệ giữa độ dốc sóng và kt trong các PA sắp xếp cấu kiệnError! Bookmark
not defined.
Hình 2.9. Minh họa hai loại TPS phá sóng với lõi đƣợc làm bằng công nghệ GeoTube và
lõi đƣợc làm bằng bê tông ------------------------------ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.10. Hệ số giảm sóng trong hai trƣờng hợp tƣờng thƣờng và tƣờng có lõi sử dụng
công nghệ Geotube -------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 2.11. Hai hình thái điển hình cho diễn biến đƣờng bờ sau TPSError!

Bookmark

not defined.
Hình 2.12a. Các tham số đánh giá diễn biến hình thái đƣờng bờ sau TPSError!
not defined.

Bookmark


Hình 2.12b. Ví dụ cho quan hệ giữa các tham số hình thái bãi bồi sau tƣờng - Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.1. Lựa chọn mặt cắt dọc bờ và vuông góc với bờ trên lƣới tínhError! Bookmark
not defined.
Hình 3.2a-d. Trƣờng sóng trong các trƣờng hợp chiều dài tƣờng thay đổi ---- Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.3. Biến đổi chiều cao sóng quanh tƣờng theo mặt cắt YError!

Bookmark

not

defined.
Hình 3.4. Quan hệ giữa chiều dài TPS và hệ số giảm sóngError!

Bookmark

not

defined.
Hình 3.5a-d. Thay đổi trƣờng sóng khi thay đổi độ rộng khe giữa các tƣờng - Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.6. Biến thiên chiều cao sóng tại mặt cắt X =1700 trong các trƣờng hợp thay đổi
khe rộng giữa các tƣờng G ------------------------------ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7a-f. Thay đổi trƣờng sóng khi thay đổi góc sóng tớiError!

Bookmark

not

defined.
Hình 3.8. Biến thiên chiều cao sóng tại mặt cắt Y vuông góc với TPS, ứng với các hƣớng
sóng tới khác nhau khu vực quanh TPS--------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng Kt và góc sóng tớiError!

Bookmark

not

defined.
Hình 3.10a-b. Trƣờng sóng trong hai trƣờng hợp MN = 0.5m và MN = 1.5m Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.11. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng Kt và MNError! Bookmark not defined.
Hình 3.12a-d: Hình thái đƣờng bờ sau 5 năm ứng với các trƣờng hợp Ls khác nhau Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.13. So sánh diễn biến hình thái đƣờng bờ 31/12/2017 ứng với các trƣờng hợp
chiều dài tƣờng khác nhau ------------------------------ Error! Bookmark not defined.


Hình 3.14. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi Ls (chiều dài tƣờng)Error!

Bookmark

not defined.
Hình 3.15a-f. Diễn biến hình thái đƣờng bờ sau 5 năm ứng với các trƣờng hợp thay đổi
khoảng cách X từ TPS đến đƣờng bờ ban đầu ------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.16. Diễn biến hình thái đƣờng bờ sau 5 năm khi thay đổi xError! Bookmark not

defined.
Hình 3.17. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi khoảng cách x giữa TPS phá sóng và
đƣờng bờ ban đầu ---------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.18. Diễn biến hình thái đƣờng bờ sau 5 năm ứng với các trƣờng hợp thay đổi
khoảng cách G giữa các TPS --------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.19. Hình thái đƣờng bờ sau năm ứng với các trƣờng hợp thay đổi độ rộng khe hở
giữa các tƣờng từ 25m đến 150m ---------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.20. Phân tích diễn biến bồi xói khi thay đổi độ rông khe giữa các tƣờng từ 25m
đến 150m. ------------------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.21. Diễn biến bãi sau TPS sau 5 năm ứng với các giá trị Kt của tƣờng giảm sóng
khác nhau-------------------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.22. Diện tích bãi bồi sau TPS sau thời gian tính toán 5 năm ứng với các giá trị Kt
khác nhau-------------------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.23. So sánh kết quả tính toán hệ số giảm sóng Kt bằng hai phƣơng pháp MHT và
công thức thực nghiệm ---------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 3.24. So sánh kết quả tính toán tham số Xoff bằng hai phƣơng pháp MHT và công
thức thực nghiệm ----------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 4.1. Hiện trạng các cụm công trình bảo vệ bờ Nam ĐịnhError!

Bookmark

not

defined.
Hình 4.2. Hiện trạng công trình cụm I – 13 kè chữ T quanh cống Thanh Niên Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.3. Hiện trạng cụm công trình II – 9 kè chữ T tại xã Hải ChínhError!
not defined.

Bookmark

Hình 4.4. Hiện trạng cụm công trình III – 5 kè chữ T tại bãi tắm Thịnh Long Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.5. Hiện trạng cụm công trình IV – 9 kè chữ T tại xã Nghĩa Phúc ------ Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.6. Phƣơng án công trình thực trang khu vực Thịnh LongError! Bookmark not
defined.
Hình 4.7. Phƣơng án bố trí TPS bảo vệ khu vực Thịnh LongError!

Bookmark

not

Bookmark

not

defined.
Hình 4.8. Kết cấu tƣờng ngầm bảo vệ khu vực Thịnh LongError!
defined.
Hình 4.9. Kết quả kiểm định mô hình biến động đƣờng bờ 2006-2012 tại bãi Thịnh Long
-------------------------------------------------------------- Error! Bookmark not defined.
Hình 4.10. Kết quả tính biến động đƣờng bờ với PA đề xuấtError!

Bookmark

not

Bookmark

not

Bookmark

not

defined.
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Kết quả thí nghiệm quá trình truyền sóng qua TPSError!
defined.
Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm quá trình giảm sóng qua TPSError!
defined.
Bảng 2.3. Thống kê các thí nghiệm trên thế giới ---- Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.1. Kết quả tính toán Kt trong các trƣờng hợp thay đổi chiều dài L ---- Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.2. Thống kê phƣơng trình quan hệ trong các trƣờng hợp thay đổi các tham số liên
quan tới hệ số giảm sóng của TPS --------------------- Error! Bookmark not defined.


MỞ ĐẦU
Tƣờng phá sóng là loại công trình bảo vệ bờ đƣợc ứng dụng khá phổ biến trên thế
giới trong lĩnh vực bảo vệ và chỉnh trị bờ biển.TPS thƣờng đặt tại các khu vực bờ biển bị
xói nhằm hạn chế quá trình xói lở và thay vào đó là sự hình thành các Tombolo đằng sau
TPS, tạo hình thái bãi mới.
Trên thế giới cũng đã có nhiều nghiên cứu trên mô hình toán cũng nhƣ mô hình
vật lí về công năng của TPS với các thông số và chất liệu tƣờng khác nhau.Không những
thế, hiệu quả giảm sóng, tạo bãi bồi bảo vệ bờ của TPS đã đƣợc minh chứng qua nhiều
công trình thực tế trên thế giới cũng nhƣ tại Việt Nam.
Tuy nhiên, để lựa chọn đƣợc bộ tham số TPS bao gồm bề rộng tƣờng, chiều dài

tƣờng, số lƣợng tƣờng, khe hở giữa các tƣờng… và cả giải pháp thi công tƣờng hợp lí,
phù hợp với từng vùng rất cần thiết phải có một quy trình tính toán và thử nghiệm để có
thể phát huy tối đa công dụng của tƣờng.
Dựa trên cơ sở tổng hợp các kết quả đã nghiên cứu trên thế giới kết hợp với việc
chạy thử nghiệm các phƣơng án trên mô hình động lực và mô hình diễn biến hình thái
luận văn này xây dựng quy trình lựa chọn các tham số TPS thích hợp cho từng khu vực
sao cho phát huy tối đa tác dụng của tƣờng. Quy trình này đƣợc thử nghiệm áp dụng cho
việc lựa chọn công trình tại khu vực bãi biển Nam Định.

TÀI LIỆU THAO KHẢO

1. Ahrens, J.(1987), "Characteristics of Reef Breakwaters", USAE CERC TR 87-17,
Vicksburg.
2. Black, K. and C.J. Andrews.(2001), "Sandy Shoreline Response to Offshore
Obstacles", Part I: Salient and tombolo geometry and shape, Part II: Discussion of
Formative Mechanisms, Journal of Coastal Research, Special Issue on Surfing.


3. D’Angremond, K., Van der Meer, J.W., and de Jong, R.J.(1996), "Wave
transmission at low-crested structures", 25th Int. Conf. on Coastal Eng., Orlando,
Florida.
4. Hanson, H. and Kraus, N.C.(1989). "GENESIS: Generalised model for simulating
shoreline change". Report 1: Technical Reference, Tech. Rep. CERC-89-19, US Army
Engr., WES, Vicksburg, MS.
5. Hanson, H. and Kraus, N.C.(1990), "Shoreline response to a single transmissive
detached breakwater", Proc. 22nd Coastal Engrg. Conf., ASCE, The Hague.
6. Ming D. and Chiew Y-M.(2000), "Shoreline Changes behind Detached Breakwater",
J.Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engng., Vol. 126, No.2, March/April.
7. Pilarczyk, K.W. and Zeidler, R.B.(1996), "Offshore breakwaters and shore
evolution control", A.A. Balkema, Rotterdam ().

8. Pilarczyk, K.W.(1999), "Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and Coastal
Engineering", A.A. Balkema, Rotterdam (; www.balkema.nl).