Nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp công trình ổn định bãi biển,áp dụng cho bãi biển xương huân, vịnh nha trang (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN VIỆT ĐỨC

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ VÀ GIẢI PHÁP
CÔNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BÃI BIỂN, ÁP DỤNG CHO BÃI BIỂN
XƯƠNG HUÂN, VỊNH NHA TRANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số chuyên ngành: 62-58-02-02

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016
1


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Trung Việt
Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. NGND Nguyễn Chiến

Phản biện 1: GS.TS. Trần Đình Hợi, Viện Nước, Môi trường và Biến đổi khí hậu
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Danh Thảo, Trường ĐH Bách khoa TP HCM
Phản biện 3: PGS.TS. Phùng Đăng Hiếu, Tổng cục biển và Hải đảo

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................

vào lúc ….. giờ …. ngày ….. tháng ….. năm ….

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

2


MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam với bờ biển dài hơn 3.260km, nằm vị trí thứ 27 của thế giới, trên tổng
số 157 quốc gia, quốc đảo, vùng lãnh thổ có tiếp giáp với biển. Vịnh Nha Trang
là một trong 29 vịnh đẹp nhất Thế giới, là trung tâm du lịch và dịch vụ, có tốc độ
tăng trưởng kinh tế nhanh của tỉnh Khánh Hòa nói riêng và khu vực Nam Trung
Bộ nói chung. Bên cạnh những thế mạnh về du lịch, hiện tại khu vực bãi biển
vịnh Nha Trang đang tồn tại một số hạn chế sau: Bãi biển hẹp, dốc và biến đổi
theo mùa; Sóng lớn thường xuyên tác động vào bờ. Từ trước đến nay chưa có
nghiên cứu nào đi sâu xác định cơ chế bồi, xói, vận chuyển bùn cát và nguyên
nhân tác động chính ảnh hưởng đến cơ chế biến động đới bờ biển. Vì vậy, nghiên
cứu trong luận án sẽ tập trung vào chế độ thủy động lực học, cơ chế bồi, xói và
tác động của sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển,
từ đó làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp bảo vệ và tôn tạo bãi
biển khu vực bờ biển vịnh Nha Trang hiệu quả, ổn định lâu dài.
2.

Mục tiêu nghiên cứu

Mô tả và lý giải được cơ chế bồi, xói theo mùa; làm sáng tỏ được chế độ thủy động
lực học, cơ chế vận chuyển bùn cát và các yếu tố tác động chính gây nên sự biến đổi
địa hình đới bờ biển; đề xuất và lựa chọn được giải pháp bố trí công trình phù hợp
để cải thiện các mặt hạn chế của bãi tắm khu vực nghiên cứu, vịnh Nha Trang.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu chế độ thủy động lực học, cơ chế bồi, xói và tác động của sóng, dòng
chảy tổng hợp đến biến đổi địa hình đới bờ biển Xương Huân, vịnh Nha Trang.
4.

Nội dung nghiên cứu

Tổng quan về tình hình nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp công
trình ổn định bãi biển; Cơ sở khoa học nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển;
Nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển và đề xuất giải pháp công trình ổn định,
tôn tạo bãi biển Xương Huân, vịnh Nha Trang.

3


5.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mực tiêu nghiên cứu, tác giả sử dụng các phương pháp tiếp cận hệ
thống, hiện đại và bền vững..
Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau: Phương pháp nghiên

cứu tổng quan; phương pháp nghiên cứu thực nghiệm quan trắc hiện trường (quan
trắc đường bờ bằng Camera; thả phao nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ…);
phương pháp sử dụng mô hình số trị và nghiên cứu ứng dụng.
6.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1.

Ý nghĩa khoa học

Luận án đã nghiên cứu đưa phương pháp phao trôi vào áp dụng thực tiễn tại khu
vực ven bờ biển Vịnh Nha Trang, cho phép hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình
toán ứng dụng thực tiễn một cách hiệu quả.
Luận án đã làm sáng tỏ cơ chế vận chuyển bùn cát, tìm ra được các nguyên nhân
chính và đánh giá vai trò tác động của từng yếu tố động lực đến biến đổi địa hình
đới bờ biển khu vực nghiên cứu.
6.2.

Ý nghĩa thực tiễn

Thành công của Luận án sẽ cung cấp một giải pháp phù hợp cho việc nghiên cứu
và đề xuất giải pháp nhằm ổn định, tôn tạo bãi biển khu vực nghiên cứu nói riêng
và các khu vực biến đổi địa hình bãi biển nói chung.
7.

Những đóng góp mới của luận án

1. Ứng dụng thành công công nghệ phao trôi (drifter) để quan trắc dòng chảy
tổng hợp ven bờ biển.

2. Xác định rõ nguyên nhân bồi, xói và đề xuất định hướng giải pháp phù hợp đảm
bảo ổn định bãi biển khu vực nghiên cứu.
8.

Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung luận án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải
pháp công trình ổn định bãi biển
4


Chương 2: Cơ sở khoa học nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển
Chương 3: Nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển Xương Huân, vịnh Nha Trang
Chương 4: Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình ổn định, tôn tạo bãi biển
Xương Huân, vịnh Nha Trang
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ
BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ VÀ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BÃI BIỂN
1.1
1.1.1

Giới thiệu chung
Khái niệm về đới bờ biển

Đới bờ biển là khu vực phân giới giữa biển và lục địa, nhưng nó không phải là đường
tiếp xúc đơn giản giữa nước biển và lục địa mà là một dải ven bờ chịu tác động rõ rệt
của sóng và thủy triều, là dải đất xẩy ra tiếp xúc và tương tác giữa biển và lục địa.
Thuật ngữ khoa học gọi dải đất đó là đới bờ biển (Coastal area). Đới bờ biển gồm 3
thành phần hợp thành: Bãi trên hay bãi sau (Backshore); Bãi giữa hay bãi trước
(Foreshore); Bãi thấp hay bãi ngoài (Inshore-Shore Face):

1.1.2

Các vấn đề KH-CN trong nghiên cứu biến động đới bờ biển

Các vấn đề khoa học - công nghệ (KH-CN) về đới bờ biển chủ yếu bao gồm: Đặc điểm hình
thái và cách phân loại đới bờ biển; Cơ chế thành tạo đới bờ biển và các yếu tố ảnh hưởng;
Cấu trúc và phân bố trầm tích; Các yếu tố động lực trong đới bờ biển; Chuyển động bùn cát
trong đới bờ biển và các yếu tố ảnh hưởng; Công trình bảo vệ, tôn tạo, khai thác bờ biển...
1.2
1.2.1

Tổng quan các nghiên cứu ở nước ngoài về cơ chế biến động đới bờ và giải
pháp công trình ổn định bãi biển
Lịch sử nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển

Nghiên cứu xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển, hải cảng luôn gắn liền với sự phát
triển của nền văn minh nhân loại. Một số dấu vết về các công trình cảng cổ xưa còn tồn
tại cho đến ngày nay. Các tài liệu tiếng Hy Lạp và Latinh của Herodotus, Josephs,
Suetonius … đưa ra các mô tả về các nghiên cứu ven bờ. Các nhà nghiên cứu về bờ biển
cổ xưa đã nắm vững được các quá trình động lực ven bờ như dòng chảy của khu vực ven
bờ biển Địa Trung Hải, chế độ gió và tác động của gió và sóng. Người La Mã là những
người đầu tiên thiết lập hoa gió biểu thị chế độ gió vùng ven bờ...
5


1.2.2

Các nghiên cứu về biến động đới bờ biển

Việc nghiên cứu biến động đới bờ biển là vấn đề đã được thế giới quan tâm từ

rất lâu, theo thời gian, các kết quả nghiên cứu đã cho thấy những qui luật rõ ràng
của tự nhiên, các kết quả nghiên cứu cũng đã được tổng hợp lại và xuất bản trên
những ấn phẩm khoa học dưới dạng bài báo khoa học hoặc các cuốn sách rất có
giá trị cho việc tham khảo trong nghiên cứu cũng như phục vụ trực tiếp cho công
tác nghiên cứu tính toán ứng dụng trên thực tiễn.
1.2.3

Tổng quan về phương pháp nghiên cứu biến động đới bờ biển

Trước đây phương pháp nghiên cứu biến động đới bờ biển được thực hiện theo
trình tự: Đo đạc các yếu tố sóng, dòng chảy, nồng độ bùn cát, sau đó tính toán dòng
bùn cát bằng các công thức bán kinh nghiệm để xem xét chênh lệch dòng bùn cát
cho một khu vực và đánh giá biến động địa hình của khu vực nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu hiện nay là sử dụng mô hình toán để mô phỏng
kết hợp với khảo sát, đo đạc hiện trường.
1.2.4

Tổng quan về các mô hình số trị mô phỏng sóng và dòng chảy

Các mô hình số trị mô phỏng lan truyền và biến dạng sóng hiện nay thường được
chia thành 4 loại theo miền áp dụng như sau: nước sâu, ảnh hưởng của đáy là có
thể bỏ qua; thềm lục địa - miền giữa nước sâu và nước nông; miền nước nông mà
tại đó hiệu ứng nước nông là quan trọng; cảng mà tại đó cần phải tính đến tương
tác giữa sóng và một công trình nào đó. Ngoài ra các mô hình có thể được chia
thành hai loại: Mô hình phân giải pha và mô hình trung bình pha.
Các phần mềm mô hình toán về thủy động lực học diễn biến hình thái đang được sử
dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay là: GENESIS của Mỹ và Thụy Điển;
UNIBEST, SOBEK 2D, DELFT 3D của Hà Lan; các mô hình họ MIKE của Đan
Mạch; NPM, SMS của Anh; CEDAS, EFDC, FVCOM của Mỹ và TELEMACMASCARET của Pháp, v.v... Hiện nay, ba mô hình quan trọng đang được giới
chuyên môn Việt Nam đánh giá cao và được áp dụng phổ biến là mô hình MIKE của

Viện thủy lực Đan Mạch (DHI), DELFT-3D của Hà Lan và EFDC của Mỹ.
1.2.5

Tổng quan về tính toán vận chuyển bùn cát ven bờ

Thông qua các phương pháp quan trắc hiện trường, thực nghiệm mô hình vật lý,
6


phân tích lý thuyết…, các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra được nhiều công
thức bán kinh nghiệm, mỗi công thức có phạm vi áp dụng nhất định. Đại diện có
một số công thức tiêu biểu như: Công thức CERC; công thức Kamphuis...

1.2.6

Tổng quan các nghiên cứu về công trình bảo vệ và tôn tạo bờ, bãi biển

Để bảo vệ và tôn tạo bờ, bãi biển trên thế giới thường sử dụng riêng lẻ hoặc các
tổ hợp khác nhau từ các giải pháp cơ bản sau đây: công trình gia cố bờ; các loại
công trình ngăn cát, giảm sóng; nuôi bãi nhân tạo; trồng rừng ngập mặn.
1.3

1.3.1

Tổng quan nghiên cứu trong nước về biến động đới bờ và giải pháp
ổn định bãi biển

Nghiên cứu biến động đới bờ biển

Nghiên cứu biến động đới bờ biển trong những năm gần đây chủ yếu được tiến

hành trong khuôn khổ các chương trình nghiên cứu biển cấp nhà nước và đã mô
tả được khá chi tiết trên các bản đồ 1/250.000, 1/100.000 bức tranh biến động bờ
biển, bồi, xói tổng quát dọc bờ biển Việt Nam và đã sơ bộ lý giải nguyên nhân,
trong đó nguyên nhân ngoại sinh là quan trọng nhất.

1.3.2

Nghiên cứu về công trình ổn định và tôn tạo bãi biển

Trước đây chủ yếu là sử dụng giải pháp bị động với các công trình kè lát mái. Những
năm gần đây đã mạnh dạn ứng dụng các giải pháp công trình ngăn cát, giảm sóng chủ yếu là mỏ hàn, tuy nhiên các công trình này chỉ được xây dựng dưới dạng thử
nghiệm. Có nhiều nghiên cứu về ổn định cửa sông, bờ biển nhưng cũng chỉ dừng lại
ở các giải pháp công nghệ chung và kết cấu bảo vệ mái đê. Do độ phức tạp và tính
địa phương nên mỗi khu vực cần có nghiên cứu riêng, đến nay vẫn còn thiếu những
chỉ dẫn kỹ thuật về bố trí không gian, kết cấu công trình ngăn cát, giảm sóng…

1.3.3

Những nghiên cứu đã có về đới bờ biển tỉnh Khánh Hòa và vịnh Nha Trang

Các nghiên cứu trước đây là khá nhiều, nhưng chưa có nghiên cứu nào mang tính
hệ thống và đủ số liệu tin cậy để đưa ra được chế độ thủy động lực học, cơ chế
vận chuyển bùn cát ven bờ và diễn biến địa hình đới bờ biển. Gần đây, Đề tài
Nghị định thư giữa Trường ĐHTL và Viện nghiên cứu vì sự phát triển Pháp
(IRD) đã tiến hành đo đạc các yếu tố địa hình, trầm tích đáy, thủy hải văn đầy
đủ, đồng bộ. Các đặc trưng chế độ thủy động lực, vận chuyển trầm tích lơ lửng,
7


bồi xói đáy Vịnh đã được nghiên cứu khá rõ. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chưa

đi sâu nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế biến động trong đới bờ biển cũng như cơ
chế vận chuyển bùn cát đặc biệt là vai trò tác động của sóng và dòng chảy tổng
hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển.
1.4

Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án

Luận án kết hợp giữa thực nghiệm hiện trường và mô hình toán hiện đại để đi
vào nghiên cứu các vấn đề sau: mô tả và lý giải được cơ chế bồi, xói theo mùa
của bãi biển; làm sáng tỏ được chế độ thủy động lực học, cơ chế vận chuyển bùn
cát và các yếu tố tác động chính gây nên sự biến đổi địa hình đới bờ biển, từ đó
làm cơ sở khoa học đề xuất và lựa chọn được giải pháp bố trí công trình phù hợp
để cải thiện các mặt hạn chế của bãi biển khu vực nghiên cứu.
1.5

Kết luận chương 1

Trong chương này tác giả đã nghiên cứu làm rõ được:
1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về biến động đới bờ và giải pháp công trình
ổn định bãi biển bao gồm: Lịch sử nghiên cứu biến động đới bờ biển; Các nghiên cứu
tiêu biểu về biến động đới bờ biển; Các phương pháp nghiên cứu từ trước đến nay; Các
mô hình số trị hiện đại mô phỏng sóng và dòng chảy; Các mô hình, công thức tính toán
vận chuyển bùn cát ven bờ và các nghiên cứu về công trình ổn định, tôn tạo bãi biển.
2. Tổng quan các nghiên cứu trong nước về biến động đới bờ và giải pháp ổn định bãi
được thể hiện qua các nội dung chính: Các nghiên cứu đã có về cơ chế biến động đới
bờ biển; Các nghiên cứu vể công trình ổn định và tôn tạo bãi biển và những nghiên cứu
đã có về biến động đới bờ biển tỉnh Khánh Hòa và vịnh Nha Trang.
3. Luận án đặt mục tiêu nghiên cứu về chế độ thủy động lực học, cơ chế vận
chuyển bùn cát, tác động của sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa
hình bãi biển cho một khu vực cụ thể trên cơ sở thiết lập bộ số liệu nghiên cứu

đầy đủ và đáng tin cậy. Kết hợp phân tích các kết quả nghiên cứu quan trắc hiện
trường với phân tích, lựa chọn thiết lập bộ mô hình số hiện đại để tính toán và
mô phỏng các quá trình thủy thạch động lực. Tìm ra nguyên nhân và cơ chế tác
động đến quá trình bồi, xói, làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp
bảo vệ hiệu quả để ổn định lâu dài bãi biển khu vực nghiên cứu.
8


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG
ĐỚI BỜ BIỂN
2.1

Các yếu tố chính gây nên biến động đới bờ biển vịnh Nha Trang

Sự biến động đới bờ biển vịnh Nha Trang là kết quả của sự tác động giữa các yếu
tố nội sinh, ngoại sinh và nhân sinh trong môi trường tự nhiên cụ thể của Vịnh, qua
phân tích các yếu tố chính gồm: địa hình, địa mạo; phân bố trầm tích; dòng chảy
sông Cái; chế độ thủy triều; chế độ sóng; chế độ dòng chảy trong vịnh Nha Trang
và tác động từ con người ta thấy: Địa hình có độ sâu lớn nằm sát bờ gây độ dốc và
sóng lớn gần bờ. Vào mùa mưa, sóng do gió Đông Bắc đi qua vùng san hô phía
Bắc nên không mang theo bùn cát nên đã gây sạt bờ, xói bãi, bờ biển chỉ được bổ
sung một phần bùn cát từ sông Cái. Vào mùa khô, sóng Đông Nam mang bùn cát
quanh các đảo phía Đông Nam Vịnh tới bồi tụ ở vùng bãi biển dọc đường Trần
Phú, sự phân bố hạt mịn dần từ Nam lên Bắc ở bãi trên thể hiện xu thế đó. Sóng
hướng Đông gây chuyển động bùn cát ngang bờ, duy trì độ dốc bãi. Cửa sông Cái
có ảnh hưởng nhất định thông qua lượng bùn cát vào mùa mưa. Như vậy, sơ bộ
ban đầu có thể thấy nguyên nhân chính gây nên diễn biến bãi biển theo mùa là do
ảnh hưởng của trường sóng tới và điều kiện địa hình khu vực nghiên cứu.
2.2

Các số liệu cơ bản phục vụ nghiên cứu

Luận án sử dụng tài liệu địa hình; thủy, hải văn; bùn cát đáy của Đề tài Nghị định
thư giữa Trường ĐHTL và Viện nghiên cứu vì sự phát triển Pháp (IRD) khảo sát,
đo đạc vào tháng 5 và tháng 12 năm 2013. Bổ sung thêm số liệu thủy hải văn
trong thời gian thả phao trôi nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ vào cuối
tháng 11 năm 2015 do tác giả thực hiện.
2.3

Mô hình chuyển động bùn cát dọc bờ trong đới bờ biển

Để định lượng được dòng vận chuyển bùn cát (VCBC) dọc bờ trong khu vực
nghiên cứu, luận án sử dụng mô hình diễn biến đường bờ (one-line model) được
trình bày bởi Pelnard-Considere (1956), Hình 2.172.17.
Phương trình liên tục về vận chuyển bùn cát ven bờ được biểu diễn dưới dạng
tổng quát qua phương trình (2.1).
y
1
 Q


 q

t
(D C  D B )  x


9

(2.1)


 y,  yi 
Q  (D C  D B ) i
x
 t 

(2.7)

Hình 2.17 Sơ đồ cân bằng bùn cát vận chuyển dọc bờ
2.4

Các phương pháp nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển

2.4.1

Nghiên cứu biến động theo mùa của bãi biển từ hình ảnh thu
được bằng Camera

Trong khuôn khổ đề tài Nghị định thư cấp nhà nước hợp tác với Viện Nghiên cứu vì
sự phát triển Pháp (IRD) “Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và vận chuyển bùn
cát vùng cửa sông và bờ biển vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa”, một hệ thống giám
sát diễn biến đường bờ bằng Camera được lắp đặt để quan trắc đường bờ theo thời
gian thực trong thời gian dài hạn từ tháng 3 năm 2013. Sự biến đổi hình thái của bờ
biển và các tham số động lực sóng được quan trắc liên tục, sau đó chuyển đổi về bộ
dữ liệu ảnh trung bình với quãng thời gian giãn cách 10 phút. Luận án sẽ sử dụng
các hình ảnh thu được bằng Camera và kết quả giải đoán đường bờ của đề tài để
nghiên cứu sự bến động theo mùa của bãi biển Nha Trang.

2.4.2

Sử dụng phương pháp phao trôi nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ biển

Quan trắc dòng chảy gần bờ, chủ yếu là quan trắc dòng tổng hợp của dòng triều và
dòng phi triều. Làm rõ được hướng chuyển động của dòng chảy tổng hợp sẽ có thể
xác định được xu thế chuyển động của bùn cát trong đới bờ biển. Chính vì vậy luận
án sử dụng phương pháp phao trôi để nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ.
2.4.2.1

Lựa chọn và thiết kế phao trôi
10


a) Lựa chọn mẫu phao
Dựa trên việc nghiên cứu các thiết kế phao thả trôi trên thế giới, tác giả lựa chọn mẫu
phao của Davis 1985 và tiến hành chế tạo, sử dụng trong việc xác định quỹ đạo và
vận tốc dòng chảy tổng hợp trong khu vực ven bờ biển vịnh Nha Trang.
b) Thiết kế chế tạo phao đo đạc dòng chảy dạng Davis 1985

Hình 2.20 Sơ đồ cấu tạo của phao dạng
chữ X theo mẫu của Davis 1985
2.4.2.2

Hình 2.21 Phao sau khi chế tạo hoàn
thiện

Kịch bản và thực hiện đo ngoài hiện trường

a) Kịch bản đo đạc: Dựa trên tính chất của thủy triều và tính chất dòng chảy tại từng khu vực.

b) Đo đạc tại vùng cửa sông Cái và ven bờ biển vịnh Nha Trang

Hình 2.1 Lắp đặt, thử nghiệm và thả phao tại khu vực cửa sông Cái
và ven bờ biển vịnh Nha Trang (11/2015)
11


2.4.3

Sử dụng phương pháp mô hình toán nghiên cứu bồi, xói bãi biển

2.4.3.1

Giới thiệu mô hình toán

Xây dựng mô hình số trị bằng mô hình mã nguồn mở thủy động lực học 3 chiều
EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) có tích hợp kết quả của mô hình tính
toán sóng SWAN và mô đun hạt Lagrange cho khu vực vịnh Nha Trang.
• Các điều kiện biên dòng chảy, mực
nước …
• Điều kiện biên khí tượng
• Phân bố vật liệu bùn cát đáy
• Các tham số ứng suất tới hạn bồi xói

• Tốc độ và hướng gió
• Sóng vùng nước sâu
ngoài khơi.
• Mực nước

MÔ HÌNH

EFDC

MÔ ĐUN
SWAN
•
•
•
•

Độ cao sóng
Chu kỳ sóng,
Hướng sóng
Ứng suất bức xạ sóng …

• Phân bố vật liệu bùn cát đáy
• Các tham số ứng suất tới hạn bồi xói

• Thông số thiết kế phao
• Vị trí ban đầu

MÔ ĐUN HẠT
LAGRANGE
• Kiểm chứng mô hình
toán NC thủy thạch
động lực ven bờ

MÔ ĐUN VẬN
CHUYỂN BÙN CÁT

KẾT QUẢ MÔ HÌNH

•
•
•
•
•
•
•
•

Mực nước,
Vận tốc dòng chảy
Ứng suất do dòng chảy
Nhiệt độ, độ mặn
Chất lượng nước
Vận tốc và quỹ đạo dòng chảy tổng cộng
Nồng độ bùn cát lơ lửng và di đáy
Biến đổi địa hình

Hình 2.24 Sơ đồ khối tính toán của mô hình toán tổng hợp
2.4.3.2

Lựa chọn và xác định miền tính toán

Hình 2.25 Lưới tính toán và biên đầu vào cho mô hình toán
12


2.4.3.3

Kết quả hiệu chỉnh mô hình EFDC theo bộ số liệu khảo sát tháng 05 năm 2013

Thời gian mô phỏng để hiệu chỉnh mô hình là toàn bộ năm 2013 và trích xuất số
liệu kết quả tính toán tháng 5 để so sánh với số liệu khảo sát trong tháng này.
Kết quả so sánh vận tốc dòng chảy giữa mô hình và số liệu thực đo tại các trạm A và trạm
B cho kết quả khá phù hợp về độ lớn. Kết quả so sánh hiệu chỉnh mực nước cho thấy chỉ
số Nash đạt 96% chứng tỏ kết quả của mô hình là rất chính xác.
2.4.3.4

Kết quả kiểm chứng mô hình EFDC theo bộ số liệu khảo sát tháng 12 năm 2013

Sử dụng bộ số liệu khảo sát trong tháng 12 năm 2013 để kiểm chứng kết quả tính
toán của mô hình đã được hiệu chỉnh ở phần trên. Kết quả so sánh vận tốc dòng chảy
giữa mô hình và số liệu thực đo tại các trạm A và trạm C cho kết quả khá phù hợp về độ
lớn. Kết quả so sánh mực nước tính toán và thực đo tại hai trạm A và C cho thấy
chỉ số Nash của từng trạm lần lượt là 95% và 93% chứng tỏ mô hình hiệu chỉnh
cho mực nước đạt độ chính xác rất cao.
2.4.3.5

Hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình lan truyền sóng SWAN

a) Kết quả hiệu chỉnh mô hình SWAN theo bộ số liệu khảo sát tháng 5/2013
Kết quả mô hình mô phỏng diễn biến của độ cao sóng và chu kỳ sóng khá tương
đồng với số liệu thực đo. Độ lệch và sai số trung bình quân phương cho chuỗi độ
cao sóng thực đo: BIAS = -0.23m; RMSE = 0.2m.
b) Kiểm chứng kết quả tính toán trường sóng theo bộ số liệu khảo sát tháng 12/2013
Các kết quả so sánh giữa độ cao và chu kỳ sóng tại trạm A trong suốt thời gian tiến
hành khảo sát cho thấy có sự phù hợp tốt hơn so với các kết quả hiệu chỉnh trong
đợt tháng 5 do trường sóng hướng đông bắc khá lớn và ổn định. Độ lệch và sai số
trung bình quân phương cho chuỗi độ cao sóng thực đo trong tháng 12 năm 2013
như sau. BIAS = 0.13m; RMSE = 0.18m.

2.4.3.6

Kiểm chứng kết quả mô phỏng dòng chảy tổng hợp theo mô hình hạt Lagrange

Trong thời gian từ ngày 26/11 đến 30/11/2015, tác giả đã thực hiện một đợt khảo
sát đo quỹ đạo dòng chảy tổng hợp bằng phương pháp thả phao cùng các yếu tố
thủy hải văn như lưu lượng, mực nước, sóng ngoài khơi cũng như các thông số
gió. Kết quả so sánh mực nước tại cầu Trần Phú thu được hệ số Nash 92% chứng
tỏ mô hình thủy lực cho kết quả đáng tin cậy.
13


1000

1500

0

2000

WRU-S02

Mo hinh
Do dac

WRU-S04

WRU-S05

500

1000

1500

2000

Van toc (m/s)

WRU-S03

0.88
0.66
0.44
0.22
0.81
0.54
0.27
0.00
0.51
0.34
0.17
0.00
0.81
0.54
0.27
0.00
0.78
0.52
0.26

0.00
0.81
0.54
0.27
0.00
0.81
0.54
0.27
0.00

100

200

300

400

0

500

Mo hinh
Do dac

WRU-S01

500

1000

1500

0.75
0.50
0.25

WRU-S06

WRU-B12

0.00
0.88
0.66
0.44

WRU-S07

WRU-S08
WRU-S09

0.22

Van toc (m/s)

500

WRU-B13

0.60

0.45
0.30
0.15

WRU-B14

0.56
0.42
0.28

WRU-S10

0.14

WRU-B15

0.78

WRU-S11

0.26
0.00

0

Khoang cach (m)

100

200

300

400

500

Mo hinh
Do dac

0.52

WRU-B16
0

Khoang cach (m)

500

1000

1500

Khoang cach (m)

Hình 2.42 Kết quả so sánh quỹ đạo
phao giữa thực đo và mô phỏng

Hình 2.43 Kết quả so sánh vận tốc phao
trôi và vận tốc dòng chảy tính toán

Như vậy, mô hình mã nguồn mở thủy động lực học 3 chiều EFDC có tích hợp kết
quả của mô hình tính toán sóng SWAN và mô đun hạt Lagrange đã được hiệu chỉnh,
kiểm chứng có độ tin cậy cao để áp dụng tính toán, mô phỏng và nghiên cứu chế độ
thủy động lực học, vận chuyển bùn cát ven bờ khu vực nghiên cứu.
2.5

Kết luận chương 2

Chương 2 đã đưa ra những cơ sở khoa học cùng nhiều phương pháp nghiên cứu cơ
chế biến động đới bờ biển khác nhau và đã đạt được những kết quả sau:
1. Đã xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu đầy đủ, đồng bộ và chi tiết cho việc nghiên
cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp ổn định bãi biển:
2. Đã ứng dụng thành công công nghệ phao trôi (drifter) để nghiên cứu dòng chảy
tổng hợp vùng ven bờ:
3. Xây dựng thành công mô hình thủy lực trong đó sử dụng mô hình mã nguồn mở
EFDC có tích hợp kết quả của mô hình tính toán sóng SWAN và mô hình dòng
chảy tổng hợp Lagrange cho khu vực vịnh Nha Trang.

14


CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ BIỂN XƯƠNG
HUÂN, VỊNH NHA TRANG
3.1

Phân tích quy luật bồi, xói bãi biển từ kết quả quan trắc bằng Camera
Phân tích số liệu hình ảnh từ Camera

3.1.1

Trong gần 2 năm hoạt động (2013-2014), với giãn cách 10 phút một ảnh, thiết bị
Camera thu được hàng ngàn bức ảnh về bãi biển khu vực nghiên cứu đoạn tiếp giáp
với Khách sạn 378 dài khoảng 300m. So sánh vị trí tương đối của đường tường bờ
kè bê tông và đường bờ biển, chúng ta có thể nhận biết được sự bồi tụ hay xói lở của
bãi biển. Từ ngân hàng số liệu ảnh Camera trên, trích ra 8 bức ảnh đặc trưng để quan
sát và phân tích. Từ đó biết được một cách định tính tính chất biến động (mở rộng thu hẹp) với chu kỳ theo mùa của bãi biển khu vực nghiên cứu.
3.1.2

Phân tích quy luật biến đổi trên mặt bằng của bãi biển khu vực nghiên cứu

3.1.2.1

Biến động của đường bờ biển khu vực nghiên cứu

Hình 3.2 Diễn biến đường bờ biển trên mặt bằng khu vực nghiên cứu
Ở khu vực nghiên cứu, sự xói lở của bờ biển xuất hiện trong suốt thời kỳ gió mùa
Đông Bắc, còn sự bồi đắp của đường bờ xảy ra trong suốt thời kỳ còn lại. Điều
này cho thấy đường bờ đã có sự thay đổi theo mùa trong năm.
3.1.2.2

Quy luật biến động chiều rộng bãi biển

Phân tích sự biến đổi chiều rộng bãi biển qua Hình 3.4. Chiều rộng bãi biển thay đổi
tại khu vực gần Khách sạn 378 (vùng 1, x<70m) lớn hơn 30m, và giảm dần về phía
Nam (vùng 4, x>300m) chỉ khoảng 7m.
15

Bồi mạnh

Xói mạnh

Vùng 1

Hình 3.4 Biến đổi của chiều rộng bãi biển tại một số vị trí trắc ngang đặc trưng
Qua các phân tích trên ta thấy chiều rộng bãi biển khu vực nghiên cứu biến đổi theo
mùa với chu kỳ hình sin và biên độ theo sự biến đổi của địa hình. Hiện tượng bồi tụ
chủ yếu vào tháng 5 đến tháng 8 và xói lở vào tháng 10 đến khoảng tháng 1 năm sau.
3.2
3.2.1

Tính toán lượng và phương vận chuyển bùn cát dọc bờ
Tính toán lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ theo công thức thực
nghiệm Pelnard- Considere với bộ số liệu từ Camera

Phương pháp tính toán lượng bùn cát dọc bờ của Pelnard-Considere đã trình bày trong
mục 2.3 của Chương hai. Trong công thức (2.7), đại lượng biến đổi theo thời gian của vị
trí đường bờ (∆ys /∆t) thu được từ kỹ thuật phân tích ảnh từ hệ thống giám sát Camera.
Từ công thức (2.7), với bộ số liệu liên tục về đường bờ từ tháng 5/2013, ta tính được giá
trị Qx theo thời gian và được biểu thị bởi biểu đồ vận chuyển bùn cát dọc bờ Hình 3.6.
0

50

100

150

200

250

300

5
4
3
Y13-06-28
Y13-07-31
Y13-08-26
Y13-09-29
Y13-10-31
Y13-11-28
Y13-12-30
Y14-01-30
Y14-03-02

Q (m3/ngày)

Q (m3/ngay)

2
1
0
-1
-2
-3
-4

-5
0

50

100

150

200

250

300

Khoảngcach
cáchdoc
dọcbo
bờ(m)
(m)
Khoang

Hình 3.6 Biểu đồ xác định lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ trong các tháng
16


3.2.2

Xác định phương chuyển động bùn cát dọc bờ theo quỹ đạo dòng chảy tổng hợp

Theo phương pháp phao trôi đã trình bày trong mục 2.4.2 của Chương hai, với loại
phao do tác giả tự chế tạo theo mẫu của Davis 1985, đã tiến hành thả phao và đo đạc
quỹ đạo phao trôi tại hiện trường khu vực nghiên cứu từ ngày 25 đến 30/11/2015.
Kết quả cho ta thấy dòng chảy tổng hợp ven bờ có hướng từ Bắc xuống Nam như
Hình 3.9 và có vận tốc thể hiện ở Bảng 3.2.

Hình 3.9 Kết quả đo quỹ đạo dòng chảy tổng hợp ven bờ khu vực nghiên cứu
Bảng 3.2 Kết quả đo vận tốc dòng chảy tổng hợp ven bờ (m/s)
Tên phao
WRU-B 12
WRU-B 13
WRU-B 14
WRU-B 15
WRU-B 16

3.3
3.3.1

Vận tốc lớn nhất
Vmax (m/s)
0.83
0.83
0.56
0.83
0.56

Vận tốc nhỏ nhất
Vmin (m/s)
0.00
0.08

0.14
0.08
0.11

Vận tốc trung
bình VTB (m/s)
0.21
0.45
0.47
0.47
0.44

Nghiên cứu biến đổi địa hình đới bờ biển Xương Huân bằng mô hình toán
Chế độ thủy động lực học khu vực nghiên cứu

Kết quả tính toán trong thời kỳ gió mùa Tây Nam thể hiện trên Hình 3.12 và Hình 3.13, ta
thấy trong thời kỳ này dòng chảy tổng hợp ven bờ ở hai phía cửa sông Cái đều có hướng về
phía Bắc. Dòng chảy sông Cái không ảnh hưởng nhiều đến khu vực đới bờ biển Xương
Huân. Trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc, theo kết quả mô phỏng trên Hình 3.14, Hình 3.15
thấy dòng chảy ven bờ ở hai phía cửa sông Cái đều có hướng về phía Nam. Dòng chảy sông
Cái có ảnh hưởng khá lớn đến dòng chảy tổng hợp ven bờ biển Xương Huân Hình 3.14 (d).
17


(a)

(b)

(d)

(c)

Hình 3.12 Ảnh hưởng của dòng chảy sông Cái đến khu vực nghiên cứu
trong gió mùa Tây Nam
23/5/2013 đến 02/6/2013
23/5/2013 đến 02/6/2013

Vận tốc (m/s)

Vận tốc (m/s)

23/5/2013 đến 02/6/2013

Vận tốc (m/s)

23/5/2013 đến 02/6/2013

Vận tốc (m/s)
23/5/2013 đến 02/6/2013

Vận tốc (m/s)

Hình 3.13 Hoa dòng chảy khu vực nghiên cứu trong gió mùa Tây Nam

(a)

(b)

(d)

(c)

Hình 3.14 Ảnh hưởng của dòng chảy sông Cái đến khu vực nghiên cứu
trong gió mùa Đông Bắc
18


3/12/2013 - 13/12/2013

Vận tốc (m/s)

3/12/2013 - 13/12/2013

Vận tốc (m/s)

3/12/2013 - 13/12/2013

Vận tốc (m/s)
3/12/2013 - 13/12/2013

Vận tốc (m/s)

3/12/2013 - 13/12/2013

Vận tốc (m/s)

Hình 3.15 Hoa dòng chảy khu vực nghiên cứu trong gió mùa Đông Bắc
Dòng chảy tổng hợp dư ven bờ tại khu vực nghiên cứu

3.3.2

Để nghiên cứu chế độ dòng chảy khu vực ven bờ, thiết lập một mặt cắt ngang kiểm tra
rộng 700m tại khu vực nghiên cứu. Qua kết quả tính toán ta thấy dòng chảy có hướng
chủ đạo về hướng Bắc trong thời kỳ gió mùa Tây Nam từ tháng 4 đến tháng 9 và chảy
về hướng Nam trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau.
750

Legend
Lưu
lượng qua MCN/giờ
Cat Ngang
LưuMat
lượng
TB ngày
Trung Binh Ngay

3
dư 3(m
chảy (m
dòngchay
Lưu
/s) /s)
Luu lượng
luong dong

625
500
375
250
125

0
-125
-250
-375

Tháng

-500
Jan-13

Feb-13

1/2013 2/2013

Mar-13

3/2013

Apr-13

4/2013

May-13

5/2013

Jun-13

Jul-13

6/2013 7/2013

Date

Aug-13

8/2013

Sep-13

Oct-13

Nov-13

Dec-13

9/2013 10/2013 11/2013 12/2013

Hình 3.17 Lưu lượng dòng chảy dư qua mặt cắt ngang trong năm 2013
3.3.3

Kết quả nghiên cứu tác động của sóng và dòng chảy tổng hợp ven bờ
đến đới bờ biển khu vực nghiên cứu

3.3.3.1

Kết quả tính toán phân bố ứng suất đáy trên mặt bằng

19

Kết quả cho thấy ứng suất đáy tổng cộng trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc lớn hơn
rất nhiều thời kỳ gió mùa Tây Nam và phân bố lớn nhất khu vực cửa sông Cái và
giảm dần khi về phía Nam.

Hình 3.18 Trường ứng suất đáy tổng
cộng trong gió mùa Đông Bắc
3.3.3.2

Hình 3.19 Trường ứng suất đáy tổng
cộng trong gió mùa Tây Nam

Kết quả tính toán phân bố ứng suất đáy tại các điểm điển hình

Trích xuất biến thiên ứng suất đáy tổng cộng, chỉ do sóng và chỉ do dòng chảy
theo thời gian tại 9 điểm khảo sát (Hình 3.1).

Hình 3.1 Các điểm khảo sát ứng suất đáy

20


Bảng 3.1 Ứng suất đáy tổng cộng do sóng và dòng chảy tổng hợp gây ra (N/m2)
Ứng suất trong gió mùa Đông
Bắc
Nhỏ
Trung
Lớn
nhất
bình

nhất
0.02606
2.59335
11.04081
0.00107
1.50541
7.04616
0.00041
0.58920
3.47106
0.18818
6.98954
24.69806
0.00037
1.24569
6.05634
0.00068
0.51585
3.08132
0.27523
8.19320
29.98253
0.00008
1.25419
6.07702
0.00085
0.46295
2.82096

TT

Điểm 01
Điểm 02
Điểm 03
Điểm 04
Điểm 05
Điểm 06
Điểm 07
Điểm 08
Điểm 09

Ứng suất trong gió mùa Tây
Nam
Nhỏ
Trung
Lớn nhất
nhất
bình
0.00018
0.84029
6.14089
0.00006
0.07451
0.62306
0.00014
0.05706
0.48170
0.00006
0.55704
4.03345
0.00006

0.04720
0.41821
0.00006
0.05644
0.43925
0.00008
0.62912
4.65869
0.00013
0.04910
0.41629
0.00002
0.06002
0.42575

5.7
3.8
1.9
0.0
0.33
0.22
0.11
0.00
0.45
0.30
0.15
0.00
3.6
2.4
1.2

0.0
0.219
0.146
0.073
0.000
0.42
0.28
0.14
0.00
4.5
3.0
1.5
0.0
0.222
0.148
0.074
0.000
0.42
0.28
0.14
0.00
2013-05-22
22/5/2013

Ứng
suấtdo
dodong
dòngchay
chảy
Ung suat

Ung suat
Ứng
suấtdo
dosong
sóng

Diem 01
01
Điểm

Diem 02
02
Điểm

Diem 03
03
Điểm

Diem 04
04
Điểm

Diem 05
05
Điểm

Diem 06
Điểm
06

Điểm
Diem 07
Diem 08
Điểm
08

Điểm
Diem 09
2013-05-26
2013-05-30
26/5/2013
30/5/2013
Thoi gian
Thời
gian

2013-06-03
03/6/2013

Hình 3.30 Biến thiên ứng suất đáy
trong thời kỳ gió mùa Tây Nam
3.3.4

Ung suat
(N/m2)
đáy(N/m2)
suất day
Ứng

Ung suất

suat day
(N/m2)
đáy(N/m2)
Ứng

Ứng
suấtdo
dodong
dòng
chảy
Ung suat
chay
Ung suat
Ứng
suấtdodosong
sóng
8.7
5.8
2.9
0.0
6
4
2
0
2.52
1.68
0.84
0.00
22.2
14.8

7.4
0.0
5.1
3.4
1.7
0.0
2.19
1.46
0.73
0.00
25.2
16.8
8.4
0.0
4.6
2.3
0.0
1.8
0.9
0.0

Diem 01
01
Điểm

Diem 02
02
Điểm

Diem 03

03
Điểm

Diem 04
04
Điểm

Diem 05
05
Điểm

Diem 06
Điểm
06

Điểm
Diem 07
Diem 08
08
Điểm

Điểm
Diem 09

2013-12-02
02/12/2013

2013-12-06
2013-12-10
06/12/2013

10/12/2013
Thoigian
gian
Thời

2013-12-14
14/12/2013

Hình 3.31 Biến thiên ứng suất đáy
trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc

Kết quả mô phỏng diễn biến bồi, xói tại khu vực nghiên cứu

Kết quả mô phỏng diễn biến bồi, xói đới bờ biển khu vực nghiên cứu trong cả năm
2013 được thể hiện ở Hình 3.32. Quá trình bồi diễn ra mạnh mẽ từ tháng 5 cho tới khi
đạt lượng bồi cực đại vào tháng 8. Sau đó tới tháng 9 thì xuất hiện một khu xói nằm

21


ngay tại khu vực kè chữ Y gần Khách sạn 378. Khu vực xói này được mở rộng về phía
Nam cho tới hết tháng 12.

Bồi xói (m)
-0.3 02/2013 0.5

Bồi xói (m)
-0.3 03/2013 0.5

Bồi xói (m)

-0.3 05/2013 0.5

Bồi xói (m)
-0.3 06/2013 0.5

Bồi xói (m)
-0.3 08/2013 0.5

Bồi xói (m)
-0.3 07/2013 0.5

Bồi xói (m)
-0.3 09/2013 0.5

Bồi xói (m)
-0.3 12/2013 0.5

Hình 3.32 Biến đổi địa hình đới bờ biển tại khu vực nghiên cứu trong năm 2013
3.4

Kết luận chương 3

Chương 3 đã nghiên cứu làm rõ được các vấn đề sau; (i) Mô tả định tính và lý
giải được cơ chế bồi, xói theo mùa của bãi biển. (ii) Làm sáng tỏ được chế độ
thủy động lực học và cơ chế vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu. (iii) Làm
rõ nguyên nhân chính và xác định được một cách chi tiết tác động của từng yếu
tố sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển. (iv) Để
hạn chế sự biến đổi địa hình và tôn tạo bãi biển khu vực nghiên cứu, phải có giải
pháp công trình giảm tác động của sóng hướng Đông và Đông Bắc vào bãi biển.
Ngăn dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ về phía Nam trong thời kỳ mùa đông và giữ

lại bùn cát vận chuyển tới từ phía Nam trong thời kỳ mùa hè.
22


CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỔN
ĐỊNH, TÔN TẠO BÃI BIỂN XƯƠNG HUÂN, VỊNH NHA TRANG
4.1 Hiện trạng khu vực và mục tiêu cải tạo
4.1.1
Hiện trạng bãi biển khu vực nghiên cứu
Bãi biển tôn tạo nằm sát ngay phía Nam kè biển Yersin, từ Khách sạn 378 theo hướng
Bắc Nam chạy dọc theo đường Trần Phú đến ngã ba Trần Phú - Yersin. Bãi biển
thường xuyên bị biến động theo mùa. Vào mùa đông, bãi biển bị xói lở mạnh, hẹp chỉ
còn dưới 10m và độ dốc trên 2%. Vào mùa hè, bờ biển được khôi phục mở rộng gần
40m và thoải hơn nhưng vẫn dốc khoảng 2%. Ngoài ra, do bãi biển vào mùa đông quá
hẹp và dốc, tạo điều kiện cho sóng tác động sát vách bờ và tuyến đường ven biển, gây
nguy hiểm cho người tắm biển và gây mất ổn định cho các công trình ven bờ.
4.1.2
Mục tiêu cải tạo
Hạn chế sự xói lở, khôi phục và tăng bề rộng, giảm độ dốc cho bãi biển khu vực
nghiên cứu. Công trình cải tạo phải tạo thành yếu tố cảnh quan, thân thiện với
môi trường và không gây ảnh hưởng tiêu cực đến khu vực lân cận.
4.2

Các căn cứ khoa học đề xuất phương án

Theo các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và kết quả mô phỏng số ở Chương ba luận án;
TCVN 9901:2014 Công trình thủy lợi - yêu cầu thiết kế đê biển và Chương 7 Đề tài Thiết kế sơ bộ công trình cải tạo và nâng cấp bãi biển khu vực UBND tỉnh Khánh Hòa.
4.3

Các phương án bố trí tổng thể công trình ngăn cát, giảm sóng

Bố trí một mỏ hàn chắn sóng Đông Bắc ở phía đầu bãi. Một hệ thống đê ngầm
giảm sóng song song với đường bờ để giảm sóng hướng Đông vào bãi, đưa bùn
cát do sóng Đông Nam tải đến vào bờ và tạo ra các khối bồi tụ dạng tombolo ở
gần bờ cùng các mỏ hàn để ngăn chặn dòng bùn cát do dòng ven bờ trong thời
kỳ gió mùa Đông Bắc đẩy về phía Nam.
4.4 Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của các phương án bố trí công trình
4.4.1
Phương pháp đánh giá
Hiệu quả kỹ thuật của các phương án bố trí công trình được đánh giá bằng kết
quả tính toán trên mô hình tổng hợp đã được hiệu chỉnh và kiểm chứng do luận
án đề xuất trong Chương hai trên cơ sở hiệu quả giảm sóng, gây bồi.
23


4.4.2

Biến đổi địa hình đới bờ biển theo các phương án bố trí công trình

4.4.2.1

Kết quả tính toán bồi, xói trên mặt bằng

Kết quả trích xuất hình ảnh bồi, xói khu vực nghiên cứu sau 12 tháng (Hình 4.10) cho
thấy phương án 5 có kết quả bồi tốt nhất do ngoài tác dụng của mỏ hàn phía Bắc và hệ
thống đê ngầm giảm sóng còn có mỏ hàn phía Nam đặt cuối hệ thống đã ngăn dòng chảy
tổng hợp ven bờ và giữ cát cho khu vực chỉnh trị.

Hình 4.1. Bồi xói khu vực nghiên cứu sau 12 tháng theo các phương án
4.4.2.2

So sánh kết quả bồi, xói theo các mặt cắt ngang các phương án

Các mặt cắt ngang được lựa chọn để trích xuất kết quả biến đổi địa hình đáy trong
năm 2013 nhằm tìm ra ảnh hưởng của các phương án công trình tới quá trình bồi,
xói khu vực nghiên cứu. Qua kết tính toán, thấy rằng phương án 5 là hiệu quả nhất.
4.5

Kết luận chương 4

Chương 4 đã đề xuất được các giải pháp công trình cho mục tiêu ổn định và tôn
tạo bãi biển. Thực hiện đánh giá tính hiệu quả của các phương án đề xuất và đã
xác định được phương án hiệu quả nhất trong các phương án đề xuất. Giải pháp
đề xuất lựa chọn là tổ hợp của các công trình ngăn cát, giảm sóng ở dạng ngầm
và bán ngầm nên sẽ không ảnh hưởng nhiều đến cảnh quan của bãi tắm.

24


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I.

Kết quả đạt được của luận án

Từ kết quả nghiên cứu tổng quan, tổng hợp tài liệu, quan trắc hiện trường và
nghiên cứu bằng mô hình toán, luận án đã đạt được những kết quả sau.
1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển và giải
pháp công trình ổn định bãi biển
Nghiên cứu chi tiết các kết quả điển hình cũng như các phương pháp và quy trình
nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ phổ dụng. Các mô hình toán mô phỏng dòng

chảy và lan truyền, biến dạng sóng thông dụng hiện nay. Các nghiên cứu về vận
chuyển bùn cát ven bờ và giải pháp công trình ổn định bờ, tôn tạo bãi biển cũng
đã được nghiên cứu làm rõ. Từ đó đã lựa chọn được vấn đề nghiên cứu cũng như
cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu phù hợp cho luận án.
2. Làm rõ cơ sở khoa học nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ bằng quan trắc
tại hiện trường và sử dụng mô hình toán
i) Luận án đã sử dụng đồng bộ nhiều thiết bị và phương pháp quan trắc hiện đại, tiên
tiến và đặc biệt, đã ứng dụng thành công công nghệ phao trôi lần đầu tiên ở Việt Nam
để nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ. Thành công của luận án mở ra khả năng sử
dụng công cụ mới này cho các nghiên cứu dòng chảy ven bờ trên thực tiễn cho khu
vực rộng và chi phí phù hợp với điều kiện Việt Nam.
ii) Đã lựa chọn và sử dụng mô hình thủy động lực học mã nguồn mở EFDC và ghép
nối thành công với mô hình lan truyền sóng SWAN, mô hình hạt Lagrange mô phỏng
dòng chảy tổng cộng thành một công cụ tổng hợp để nghiên cứu chế độ thủy động lực,
cơ chế vận chuyển bùn cát ven bờ và biến đổi địa hình đới bờ biển khu vực nghiên cứu.
3. Lượng hóa được quá trình biến động đới bờ biển khu vực nghiên cứu dưới
tác động của sóng, dòng chảy tổng hợp ven bờ
Đã mô tả định tính và lý giải được cơ chế bồi, xói theo mùa của bãi biển, làm sáng tỏ
được chế độ thủy động lực học và cơ chế vận chuyển bùn cát ven bờ và làm rõ nguyên
nhân chính và xác định một cách chi tiết tác động của từng yếu tố sóng, dòng chảy tổng
hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển. Từ đó đưa ra cơ sở khoa học cho việc
định hướng lựa chọn giải pháp công trình ổn định bãi biển khu vực nghiên cứu.
25