Bài giảng công trình bảo vệ bờ biển

TRƯờng đại học xây dựng
Bộ MÔN CSKT CTB Và CT VEN BIểN - VIệN XD CÔNG TRìNH BIểN

BàI GIảNG
CÔNG TRìNH BảO Vệ Bờ BIểN
(tài liệu lu hành nội bộ)

BIÊN SOạN: THS. NGUYễN QUANG TạO

Hà NộI, 8-2012


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

CHƯƠNG 1. HÌNH THÁI BỜ BIỂN...................................................................................3
1.1. HÌNH THÁI BỜ BIỂN VÀ VẬT LIỆU VEN BIỂN......................................................3
1.1.1.

Hình thái bờ biển ............................................................................................ 3

1.1.2.

Vật liệu ven biển .............................................................................................. 4

1.2. CƠ CHẾ TỔNG QUÁT CỦA SỰ DỊCH CHUYỂN ĐƯỜNG BỜ BIỂN ....................4
1.2.1.

Nguyên lý cơ bản về sự dịch chuyển bờ biển .................................................. 4

1.2.2.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự vận chuyển bùn cát ven bờ ............................... 6

1.3. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN ..................................8
1.3.1.

Chức năng, nhiệm vụ công trình BVBB.......................................................... 8

1.3.2.

Các giải pháp kỹ thuật và phân loại công trình BVBB ................................... 8

1.3.3.

Yêu cầu chung đối với các loại công trình BVBB ........................................ 13

1.3.4.

Nội dung chính của tính toán thiết kế công trình bảo vệ bờ biển .................. 13

1.3.5.

Các số liệu chính cần thiết trong tính toán thiết kế công trình BVBB .......... 14

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG BIỂN .........................................................15
2.1. CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TOÁN CỦA GIÓ ..............................................................15
2.1.1.

Vận tốc gió, hướng gió, thời gian gió thổi..................................................... 15

2.1.2.

Đà gió ............................................................................................................ 16

2.2. MỰC NƯỚC TÍNH TOÁN............................................................................................17
2.2.1.

Mực nước triều: ............................................................................................. 17

2.2.2.

Nước dâng trong bão: .................................................................................... 19

2.3. DÒNG CHẢY VEN BIỂN .............................................................................................20
2.3.1.

Khái niệm chung ............................................................................................ 20

2.3.2.

Dòng chảy gần bờ do sóng ............................................................................ 20

2.4. SÓNG VEN BIỂN ...........................................................................................................22
2.4.1.

Các thông số sóng (H, L,T)) tại vùng nước sâu ............................................. 23

2.4.2.

Các thông số sóng tại vùng nước nông .......................................................... 26

2.4.3.

Các thông số sóng vỡ ..................................................................................... 29

CHƯƠNG 3. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CT BẢO VỆ BỜ ...............................31
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG ....................................................................................................31
3.2. ÁP LỰC SÓNG LÊN CÔNG TRÌNH DẠNG THÀNH ĐỨNG .................................32
3.2.1.

Tải trọng sóng không vỡ tác động lên tường đứng ........................................ 32

3.2.2.

Tải trọng sóng vỡ tác động lên tường đứng ................................................... 37
Trang 1


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

3.3. ÁP LỰC SÓNG LÊN CT DẠNG TƯỜNG NGHIÊNG, MÁI NGHIÊNG ...............40
3.3.1.

Áp lực sóng lên tường nghiêng...................................................................... 40

3.3.2.

Áp lực sóng lên mái nghiêng ......................................................................... 41

3.3.3.

Áp lực tĩnh ..................................................................................................... 42

3.3.4. Áp lực đẩy nổi ....................................................................................................... 43
3.3.4.

Áp lực sóng lên tường cong ........................................................................... 45

4.1. NỘI DUNG TÍNH TOÁN TKKT CÔNG TRÌNH ĐÊ BẢO VỆ BỜ BIỂN ..............47
4.1.1.

Khái niệm chung ............................................................................................ 47

4.1.2.

Lựa chọn tuyến đê ......................................................................................... 48

4.1.3.

Tính toán thiết kế đê bảo vệ bờ biển.............................................................. 48

4.2. THIẾT KẾ MẶT CẮT VÀ KẾT CẤU ĐÊ BIỂN ........................................................48
4.2.1.

Cao trình đỉnh đê ........................................................................................... 48

4.2.2.

Chiều rộng và kết cấu đỉnh đê. ...................................................................... 56

4.2.3.

Gia cố mái đê ................................................................................................. 57

4.2.4.

Cấu tạo thân đê .............................................................................................. 63

4.2.5.

Cấu tạo chân đê.............................................................................................. 63

4.2.6.

Hệ thống thoát nước mặt ............................................................................... 65

4.3. ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐÊ BIỂN................................................................65
4.3.1.

Ổn định trượt phẳng của lớp gia cố và chân khay ......................................... 65

4.3.2.

Trượt cung tròn đê mái nghiêng .................................................................... 66

4.3.3.

Tính toán lún thân đê ..................................................................................... 67

5.1. KHÁI NIỆM CHUNG ....................................................................................................69
5.2. CÔNG TRÌNH MỎ HÀN ..............................................................................................69
5.2.1.

Khái niệm, phân loại ...................................................................................... 69

5.2.2.

Bố trí hệ thống mỏ hàn .................................................................................. 72

5.2.3.

Thiết kế gia cố mái ........................................................................................ 75

5.2.4.

Tính toán ổn định công trình mái nghiêng .................................................... 79

5.3 ĐÊ GIẢM SÓNG .............................................................................................................80
5.3.1.

Chức năng của đê cản sóng ........................................................................... 80

5.3.2.

Bố trí hệ thống đê giảm sóng dọc bờ ............................................................. 80

5.3.3.

Thiết kế đê công trình ngăn cát, giảm sóng dạng thành đứng ...................... 81
Trang 2


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

CHƯƠNG 1. HÌNH THÁI BỜ BIỂN
1.1.

HÌNH THÁI BỜ BIỂN VÀ VẬT LIỆU VEN BIỂN

1.1.1. Hình thái b bi n
Bờ biển là là vùng đất phân giới giữa đất liền và biển, vùng này chịu tác động tổng
hợp của sóng và triều. Hình dạng đường bờ biển thường bị biến động do tác động của các
yếu tố về động lực học ven biển.
Người ta chia các khu vực ven biển thành các vùng khác nhau:
- Khu ven biển (bãi trước): là khu vực nằm cao hơn mực nước đỉnh triều, có thể bị
ngập nước khi có sóng bão hoặc triều cường, nước dâng.
- Khu gần bờ (bãi giữa): là khu vực nằm giữa mực nước đỉnh triều và chân triều, khu
vực này lớn hay nhỏ phụ thuộc vào độ biến động triều và độ dốc đường bờ.
- Khu bãi thấp: là khu vực nằm trong dải sóng vỡ dưới đường chân triều.
Nguyên nhân gây ra sự biến động đường bờ biển có thể phân loại như sau:
- Đường bờ biển thay đổi do sự can thiệp của con người như sự có mặt của các công
trình kè chắn sóng, đê hướng dòng…làm thay đổi chế độ thủy động lực dòng ven (nguyên
nhân chủ quan).
- Đường bờ biển thay đổi tự nhiên, thể hiện sự tương tác giữa các yếu tố động lực
ven biển như dòng chảy ven, sóng…và hình dạng tự nhiên của đường bờ (nguyên nhân

khách quan)
B i cao

B i gi÷a

B i thÊp

B i cao
MN CAO
MN thÊp

Hình 1.1: Sự phân chia khu vực ven biển
Bờ biển bùn:
Thành phần bồi tích chủ yếu là các hạt vật liệu có tính dính, và một phần nhỏ là cát.
Đặc điểm chính của bờ biển đất bùn là độ dốc bãi thoải, bãi giữa thường rộng. Ở vùng biển
thiếu nguồn vật liệu bổ xung, bờ biển bị xâm thực. Ở vùng có sóng vỗ mạnh bờ biển có thể
bị dốc lên.
Bờ biển cát:
Thành phần bồi tích chủ yếu là các hạt vật liệu cát, sỏi. Bờ biển cát thường thoải,
đường bờ hay biến đổi dưới tác động của các yếu tố thuỷ động lực ven biển. Ở vùng có
sóng vỗ mạnh bờ biển cũng có thể bị dốc lên.
Bờ biển đá:
Trang 3


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Bờ đá thường dốc đứng. Hầu như không chịu sự xói mòn của của các yếu tố thuỷ

động lực ven biển.

1.1.2. Vật liệu ven biển
Vật liệu ven biển có nguồn gốc chủ yếu là sản phẩm do xói mòn bờ biển dưới tác
động của sóng, dòng chảy ven, thủy triều … và các sản phẩm sinh, thực vật từ đất liền do
sông mang ra biển (ở đây chúng ta chỉ đề cập đến vật liệu trầm tích biển).
Việc phân loại các vật liệu ven biển thường bằng cách ước lượng và căn cứ vào kích
thước hạt vật liệu.
Về sơ bộ vật liệu ven biển phân thành:
- Sỏi: hạt có đường kính d=>4.75 mm
- Cát: hạt có đường kính trong khoảng 0.074 mm đến 4.75 mm
- Đất hạt mịn (hạt bùn, sét): hạt có đường kính d<0.074 mm
- Than bùn, đất có hàm lượng hữu cơ cao. Loại vật liệu này dễ phân biệt nhờ màu
sắc và mùi.
Để phân biệt các loại vật liệu, người ta thường sử dụng một số phương pháp như:
thử bằng axit, do quang phổ, phương pháp lắng đọng. Trong đó phương pháp phổ biến nhất
là lắng đọng. Có thể lấy nước cho vào bình thủy tinh có chia độ với độ sâu 150mm, cho
mẫu vào và lắc mạnh trong vài phút sau đó giữ cho bình thẳng đứng và quan sát:
- Vật liệu lắng đọng ngay lập tức là sỏi và cát thô;
- Cát hạt nhỏ lắng trong khoảng 1 đến 3 phút;
- Hạt bùn lắng trong khoảng 15’;
- Hạt sét lắng chậm nhất;
Ngoài ra người ta còn dùng các lỗ sàng để phân loại các hạt vật liệu theo kích thước.
1.2.

CƠ CHẾ TỔNG QUÁT CỦA SỰ DỊCH CHUYỂN ĐƯỜNG BỜ BIỂN

1.2.1. Nguyên lý cơ bản về sự dịch chuyển bờ biển
Dưới tác động của các yếu tố động lực học do các động nội sinh, ngoại sinh hay con
người làm dịch chuyển đường bờ biển. Bờ biển có thể ở dưới dạng bờ biển bồi tích, xói

mòn hay cân bằng tùy thuộc vào quá trình diễn biến của bờ biển.
Trong thực tế, bờ biển thường dịch chuyển theo chu kỳ của khí tượng thủy hải văn.
- Bờ biển bồi tích: bờ biển có xu hướng tiến ra biển
- Bờ biển bị xói mòn thì ngược lại, có xu hướng lùi dần vào đất liền
- Bờ biển cân bằng: sau một chu kỳ biến động bờ biển lại phục hồi như ban đầu.
Sự bồi hay xói của bờ biển chính là sự dịch chuyển của bùn cát ven biển dưới tác
động của môi trường.
Chuyển động của bùn cát được định nghĩa là tổ hợp các hạt rắn di chuyển trong môi
trường nước.
- Các hạt vật liệu khi di chuyển thường xuyên tiếp xúc với đáy biển được gọi là bùn
cát đáy.
Trang 4


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

- Các hạt trôi lơ lửng hay khoảng cách giữa các lần tiếp xúc với đáy biển lớn gọi là
bùn cát lơ lửng.
Người ta thường lấy các trị số vận tốc trung bình của dòng lơ lửng để làm đặc trưng
cho chuyển động bùn cát.
- Vận tốc khởi động (hay vận tốc xói), ký hiệu Vx, là vận tốc làm các hạt riêng biệt
từ trạng thái đứng yên bắt đầu chuyển động.
- Vận tốc đẩy nổi các hạt rắn.
Để xem xét một đoạn bờ biển bị xói mòn hay bồi, người ta xét một đoạn bờ biển dài
L. Xem xét trong một khoảng thời gian ∆t có một lượng bùn cát chuyển vào là Sv và một
lượng bùn cát chảy ra là Sr. Nếu: Sv>Sr thì đoạn bờ biển có sự bồi lắng và ngược lại Svthì bờ biển bị xói, Sv=Sr tức là lượng bùn cát chuyển vào bằng lượng bùn cát mất đi thì bờ
biển đó là dạng cân bằng.

B I BIÓN XãI

XãI

MN cao
BåI

1
bê biÓn ban ®Çu

MN thÊp

2
bê biÓn sau khi
biÕn ®æi

B I BIÓN BåI

MN cao
BåI

1
bê biÓn ban ®Çu

2

MN thÊp

bê biÓn sau khi
biÕn ®æi

B I BIÓN C¢N B»NG
sau mét chu kú biÕn ®æi
bê biÓn trë vÒ d¹ng ban ®Çu

MN cao
BåI

1

MN thÊp

2

Hình 1.2: Các loại hình bãi biển
Để đặc trưng cho lượng bùn cát dịch chuyển người ta dùng khái niệm độ đục của
nước biển - ký hiệu W (số gam bùn cát có trong 1m3 nước biển).
Độ đục của nước biển phụ thuộc chủ yếu vào dòng chảy ngang (dòng chảy ven hoặc
dòng chảy do sóng) và độ sâu nước d. Khi độ sâu nước d lớn hơn chiều dài sóng L thì ở đáy
biển thường không tồn tại dòng bùn cát, vì vậy trong thực tế người ta thường chỉ xác định
W trong phạm vi từ mép nước đến ngoài đỉnh đới sóng vỡ.
Khi xét đến hiện tượng bồi - xói bờ biển thì vận tốc khởi động hay vận tốc xói có ý
nghĩa rất quan trọng. Trong kỹ thuật người ta thường sử dụng khái niệm vận tốc không xói
hay vận tốc giới hạn (Vgh).
Trang 5


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Vgh là vận tốc dòng chảy ứng với trạng thái hạt vật liệu bứt ra khỏi đáy, Vgh phụ
thuộc chủ yếu vào đường kính hạt, độ sâu nước.
Để đặc trưng cho hiện tượng bồi lắng hay xói mòn do tác dụng của sóng người ta sử
dụng đại lượng kf.
(1.1)
( H / L) tan 0.27 α
kf =
0.07
(d / L)
Trong đó:
+ H, L - Chiều cao và chiều dài sóng nước sâu
+ d - Đường kính hạt
+ Góc nghiêng bãi biển ban đầu.
Khi: kf > 18, bãi biển bị xói mòn
9kf < 9, bãi biển bồi tích
Vận chuyển bùn cát dưới tác động của sóng
Ở vùng biển gần bờ khi có tác động của sóng thì các hạt vật liệu có thể bị dịch
chuyển theo phương truyền sóng. Sự dịch chuyển của các hạt vật liệu phụ thuộc vào tính
chất cơ lý của bản thân chúng.
Đối với bùn cát có tính dính không đáng kể thì suất tải cát trên một đơn vị chiều
rộng dưới tác dụng của cát có thể xác định theo công thức 1.2.
(1.2)
ρ −ρ
ε 
1  π 2H 2
Gs = ϕη
− F02  s
gd + A   ρ s

 2
2C  T sinh(kh)
d 
 ρ
Trong đó:
+ Gs - Suất tải cát (g/cm.s)
+ H, T,C - Chiều cao, chu kỳ, vận tốc truyền sóng tính toán
+ ρs, ρ - Trọng lượng của bùn cát và nước biển.
+ ε - Hệ số phụ thuộc tính dính của bùn cát, ε = 2.56 cm3/s2
+ A - Hệ số phụ thuộc hình dạng bùn cát, A=0.1875
+ F0 - Xác định theo công thức 1.3.
+ ϕη - Xác định theo công thức 1.4.
+ h - Độ sâu nước tính toán.
(1.3)

F0 = 0.1( L / d )

1/ 3

1/ 2

 Hd 
ϕη = 0.00133 

 sinh(kh) 

(1.4)

Để dự báo hay đánh giá tương đối chính xác sự vận chuyển bùn cát dưới tác động
của sóng, dòng chảy thì cần phải dựa vào các số liệu về hải đồ, điều tra thực tế… và xây

dựng các mô hình vật lý để làm thí nghiệm.

1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự vận chuyển bùn cát ven bờ
Ảnh hưởng của các công trình dạng kè mỏ hàn:
Trang 6


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Khi bùn cát chuyển động gặp các công trình dạng kè mỏ hàn thì các hạt vật liệu có
kích thước lớn thường bị chắn lại gây bồi tích ở phía trước công trình. Ngược lại nếu kích
thước hạt vật liệu nhỏ thì phía trước công trình lại bị xói, phía sau bị bồi.

Hình 1.3: Ảnh hưởng của công trình dạng kè mỏ hàn, đê chắn sóng dọc bờ
Ảnh hưởng của dạng đường bờ:
Ảnh hưởng của dạng đường bờ, đặc biệt trong các trường hợp địa hình bờ biển phức
tạp, cấu tạo địa chất đường bờ không đồng nhất thì sự dịch chuyển bùn cát diễn ra rất phức
tạp. Ví dụ đường bờ có những mũi nhô ra biển thì những mũi này thường là bờ đá (đất cát
đã bị bào mòn), giữa hai mũi là bờ bùn cát nên dưới tác dụng của sóng bờ biển rất dễ bị bào
mòn.
Ảnh hưởng của cửa sông:
Đường bờ biển bị gián đoạn bởi cửa sông, tùy thuộc vào sự tương tác giữa sông và
biển, vùng cửa sông thường hình thành những cồn cát, bãi, vũng cạn chạy song song với bờ.
Hình dáng các bãi không ổn định, phụ thuộc vào tác động của sóng, gió, dòng chảy và độ
đục của nước từ sông.
Ảnh hưởng của đảo gần bờ:
Dòng bùn cát khi chuyển động gặp các vật cản cô lập như các đảo ven bờ thường có
vận tốc thay , giảm đột ngột, vùng nước giữa đảo và đất liền thường là vùng nước lặng nên

thường xảy ra hiện tượng bồi lắng tạo bãi bồi giữa đảo và đất liền.

Hình 1.3: Ảnh hưởng của dạng đường bờ, cửa sông, đảo gần bờ
Trang 7


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Tóm lại, hình dạng đường bờ biển luôn bị biến động do các yếu tố về động lực học
ven biển như: sóng, gió, dòng chảy, triều… Mức độ biến động phụ thuộc vào cấu tạo của
các lớp trầm tích đường bờ, hình dạng đường bờ và bãi biển. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào
sự can thiệp của con người trong việc xây dựng các công trình ven bờ, khai thác vật liệu ven
biển…
1.3.

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN

1.3.1. Chức năng, nhiệm vụ công trình BVBB
Việt Nam với hơn 3000 Km bờ biển và hàng trăm đảo lớn nhỏ trải dài từ Bắc xuống
Nam. Địa hình bờ biển ở các vùng khác nhau có các đặc điểm khác nhau:
- Khu vực phía Bắc bờ biển thoải dần;
- Khu vực miền trung bờ biển rất dốc;
- Khu vực phía Nam (đồng bằng sông Cửu Long) thềm lục địa lan rộng.
Bờ biển Việt Nam hàng năm chịu sự tấn công trực tiếp của các yếu tố môi trường
biển (sóng, gió, dòng chảy, triều…) làm thay đổi chế độ thủy thạch động lực ven biển gây
hiện tượng xói mòn hoặc bồi đắp vùng bờ, gây phá hỏng các công trình ven bờ hoặc gây
xâm nhập mặn vào sâu trong đất liền. Một số khu vực bị xói mòn mạnh như: bờ biển Hải
Hậu, Cát Hải, Bình Thuận…

Chức năng và nhiệm vụ chính của công trình bảo vệ bờ biển nhằm mục đích:
- Bảo vệ đường bờ biển, chống xói lở bờ gây hiện tượng biển lấn vào đất liền;
- Chống bồi lấp ở các vùng cửa sông, cảng;
- Ngăn chặn nước mặn xâm nhập vào vùng cần bảo vệ;
- Lấn biển, tạo cảnh quan ven biển...

1.3.2. Các giải pháp kỹ thuật và phân loại công trình BVBB
a) Các dạng tác động của môi trường ven biển với đường bờ biển
Bờ biển thường chịu sự tác động của rất nhiều yếu tố môi trường làm thay đổi hình
thái đường bờ. Trong đó các yếu tố thuỷ thạch động lực học là tác nhân chủ yếu gây thay
đổi đường bờ biển như sóng, dòng chảy, nước dâng.
Các dạng phá hoại do sóng, dòng chảy, nước dâng có thể phân thành các dạng:
- Do sóng tác dụng trực tiếp lên đường bờ làm xói mòn đường bờ biển hoặc phá
hỏng các công trình ven bờ.
- Nước dâng cao trong bão, kết hợp triều cường làm nước biển tràn đê xâm nhập vào
sâu trong đất liền.
- Dòng chảy ven do sóng, triều, dòng chảy cửa sông cuốn trôi các hạt vật liệu gây
xói lở bờ biển.

b) Các biện pháp kỹ thuật bảo vệ đường bờ biển
- Phương pháp bảo vệ tĩnh: sử dụng các dạng công trình để trực tiếp bảo vệ bờ và
giữ đất. Các công trình trực tiếp chống lại tác động môi trường.
Trang 8


Bi ging mụn hc: Cụng trỡnh bo v b bin

B mụn CSKT CTB V CTVB

Cỏc loi cụng trỡnh thuc phng phỏp bo v tnh nh: ờ, kố.

- Phng phỏp bo v ng: l phng phỏp s dng cỏc cụng trỡnh iu chnh s
cõn bng bựn cỏt, s dng cỏc cụng trỡnh ch ng tỏn nng lng súng, gi bói gõy
bi
Cỏc loi cụng trỡnh thuc phng phỏp bo v ng nh: ờ chn súng, m hn, ờ
thu khớ, ờ ni...
- Phng phỏp hn hp: S dng kt hp ng thi c hai phng phỏp trờn cú
th t hiu qu tt nht.
Đỉnh cồn cát

B i cao
MN tĩnh
MN thấp
1

XóI

MN tĩnh
BồI

MN thấp

1
2

Hỡnh 1.4: S xõm thc b bin di tỏc dng ca súng
c) Phõn loi cỏc dng cụng trỡnh bo v b bin
Cụng trỡnh BVBB cú th c phõn loi da theo chc nng, nhim v ca cụng
trỡnh v phõn loi theo cu to mt ct in hỡnh.
Theo chc nng cụng trỡnh BVBB cú th phõn loi theo bng 1.1.
+ ờ bin:

L cụng trỡnh thc hin c c hai chc nng l bo v b v ngn chn nc mn
xõm nhp (bo v trc tip). ờ bin thụng dng nht l ờ mỏi nghiờng, tuy nhiờn vi ờ
bin vựng nc sõu, ngi ta thng dựng ờ thnh ng, vi vựng nc va cú th dựng
ờ hn hp (phn trờn dng thnh ng, phn di dng mỏi nghiờng).
m=

2,0

tấm btđs(80x80x35)

đá 2x4 cm, d y 10 cm
đá 1-2 cm, d y 7 cm
vải địa kỹ thuật
đất núi đắt đầm CHặT k=0.96
đá hộc xếp rối

m=3,5

nền đê cũ

+0.00

Hỡnh 1.5: Mt ct ngang ờ bin dng mỏi nghiờng
Trang 9


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Bảng 1.1. Phân loại công trình BVBB dựa theo chức năng, nhiệm vụ
Thứ
tự
1

Biện pháp

Chức năng

Đê biển
(Seadykes)

- Ngăn không cho
nước biển xâm nhập
vào khu vực bảo vệ.
- Tôn tạo các đảo
chìm.
- Lấn biển, mở mang
đất mới.
- Chống sự phá hoại
của các yếu tố biển
làm sạt lở bờ đất.
- Tạo cảnh quan khu
du lịch, vùng bãi tắm.

2

Gia cố bờ (kè
biển)
(Reventments)

3

Hệ thống mỏ
hàn
(Groins)

4

Hệ thống đê
chắn song
(Breakwaters)

5

Rừng cây ngập
mặn
(Mangrove)

- Giảm sóng trước lúc
vào bờ.
- Gây bồi.

6

Bồi đắp nhân
tạo
(Artificial de
position)

7

Trồng cây trên
đụn cát dọc bờ
(Dune
reinforcement)

- Dùng các phương
tiện để mang bùn cát
từ nơi khác đến bồi
đắp cho vùng cần tôn
tạo (vùng bãi tắm,
khu xây dựng…)
- Chắn gió, ngăn chặn
cát bay.

Sơ đồ minh họa

- Chống sự xâm thực
bãi biển do mất cân
bằng tải cát của dòng
chảy dọc bờ.
- Gây bồi, tôn tạo bãi.
- Chống bồi lấp cửa
song.
- Giảm sóng từ xa,
không để sóng lớn
trực tiếp tác động vào
bờ.
- Gây bồi vùng gần

bờ.

Trang 10


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

+ Kè bờ:
Làm nhiệm vụ bảo vệ mái đất chống lại sự xói mòn dưới tác động của môi trường
ven biển. Mái kè thường có độ dốc m=2÷5, lớp ngoài cùng là vật liệu bảo vệ như đá, bê
tông…
- Kè đá lát khan
Mái kè được gia cường bằng đá hộc xếp khan. Loại kết cấu gia cố này là biện pháp
đơn giản, dễ thi công, có khả năng tận dụng vật liệu địa phương. Nhưng có nhược điểm
thường chỉ dùng ở vùng có bãi, tác động sóng gió không lớn và thường xuyên phải tu bổ do
mái kè dễ bị phá hỏng.
- Kè đá xây
Tương tự như kè lát khan nhưng các viên đá được xây thành khối. Loại kết cấu gia
cố này có ưu điểm như mái kè lát khan nhưng tính ổn định của lớp gia cố tăng cao hơn.
Nhược điểm của loại kè này là hay bị nứt do lún không đều trên mái kè gây nên những lỗ
hổng, sóng đánh qua lỗ hổng và moi vật liệu bên trong thân đê làm tăng nhanh độ sụt lở của
mái.
- Kè bê tông
Mái kè được làm bằng các tấm bê tông đúc sẵn hoặc đổ tại chỗ. Loại kè này có khả
năng bền vững và tồn tại lâu dài hơn hẳn so với kè đá. Thường sử dụng ở những nơi xung
yếu (các tác động của sóng, gió, dòng chảy mạnh). Nhược điểm của loại kè này là giá thành
thường cao, thi công phức tạp hơn. Hiện tượng hư hỏng chủ yếu do các tấm bê tông bị nứt,
lún không đều tạo ra các khe hở làm vật liệu bên trong bị moi ra ngoài gây hư hỏng công

trình. Để khắc phục hiện tượng đó, ngày nay người ta thường thay thế các tấm bê tông
phẳng bằng các khối bê tông phức hình, vừa đảm bảo bảo vệ mái đê vừa làm giảm năng
lượng sóng.

Hình 1.6: Một số dạng kết cấu mái kè
Trang 11


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

+ Mỏ hàn:
Là công trình kè đặt hướng vuông góc với tuyến đê (chính xác hơn là vuông góc với
hướng dòng chảy ven) nhằm làm giảm vận tốc dòng chảy ven bờ, giữ cát, ngăn không cho
bãi bị xói mòn.
Kích thước kè phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc dòng chảy ven, độ dốc bãi biển, xu thế
bào mòn bãi biển và khoảng cách giữa các kè.

Hình 1.7: Một số dạng kết cấu mỏ hàn, đê chắn sóng

Hình 1.8: Hệ thống mỏ hàn
Đê chắn sóng:
Là công trình đê có hướng song song với tuyến công trình trong bờ (đúng hơn là
vuông góc với hướng sóng tác dụng chính) nhằm làm giảm năng lượng sóng trước khi sóng
đánh vào công trình trong bờ. Đê chắn sóng thường được xây dựng để ngăn sóng đánh vào
trong bể cảng.
Kích thước đê chắn sóng phụ thuộc vào chế độ sóng, quy mô kết cấu, địa hình khu
vực xây dựng công trình và yêu cầu về các thông số sóng sau đê..

Hình 3.7: Mặt bằng đê chắn sóng
Trang 12


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Công trình bổ trợ cho đê biển khác:
Các công trình giảm khả năng tác động trực tiếp của các yếu tố môi trường biển lên
bờ như:
- Rừng cây chắn sóng: giảm năng lượng sóng, chống xói bãi
- Các công trình hướng dòng: tạo sự cân bằng bùn cát
- Các tuyến đê dự phòng: chia ô ngăn cách từng vùng, thường dùng với các vùng đặc
biệt nguy hiểm.

1.3.3. Yêu cầu chung đối với các loại công trình BVBB
Tiêu chuẩn cao nhất để lựa chọn giải pháp cho công trình bảo vệ bờ là tính kinh tếkỹ thuật, bao gồm:
- Xác định đúng đắn các yếu tố tác động của môi trường lên công trình như: sóng,
gió, triều, dòng chảy… Các tác động trên mang tính ngẫu nhiên nên cần quyết định đúng
đắn tần suất xuất hiện của các yếu tố trên để xác định đầu vào của thiết kế.
- Tận dụng hợp lý nguồn nguyên vật liệu, thiết bị, nhân lực kinh nghiệm của địa
phương. Tiết kiệm vật liệu khan hiếm.
- Kết hợp kinh nghiệm sẵn có trong nước với các thành tựu mới của thế giới.
- Trên cơ sở phân tích các yếu tố thủy thạch động lực, cần xem xét khả năng sử dụng
đồng thời các công trình để kết hợp có hiệu quả nhất.
Việc thiết kế công trình bảo vệ bờ cần phải đảm bảo:
- Phù hợp với địa hình tại khu vực xây dựng công trình;
- Phù hợp với các tác động của môi trường ven biển như sóng, dòng chảy, thuỷ triều,
nước dâng;

- Phù hợp với quy hoạch chung và với các tiêu chuẩn hiện hành;
- Đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật
- Công trình phải có tính khả thi trong thi công

1.3.4. Nội dung chính của tính toán thiết kế công trình bảo vệ bờ biển
Quá trình thiết kế các CTBVB là quá trình lựa chọn, tính toán nhiều phương án để
tiến tới một đề án thiết kế đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật và đáp ứng được nhiệm vụ đề ra.
Nội dung chính của quá trình thiết kế:
1. Xác định hiệu quả của việc XDCT (xây dựng luận chứng và dự án khả thi)
2. Thu thập thông tin, số liệu phục vụ thiết kế, tiến hành quy hoặch các hạng mục.
3. Thiết kế sơ bộ, gồm các việc: chọn hình dạng cơ bản, vật liệu dự kiến sử dụng.
4. Lập sơ đồ thực hiện chương trình thiết kế và tính toán các phương án đã lập
5. Điều chỉnh kích thước, so sánh và lựa chọn phương án
6. Thiết kế chi tiết các hạng mục
7. Hoàn thiện bản vẽ, thuyết minh và các tài liệu có liên quan.
Trang 13


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

1.3.5. Các số liệu chính cần thiết trong tính toán thiết kế công trình BVBB
Tương tự các công trình xây dựng khác, các số liệu phục vụ thiết kế và thi công công
trình bảo vệ bờ gồm:
- Số liệu về địa hình: Nhằm mục đích quy hoạch công trình, tính đến khả năng khai
thác công trình, điều kiện về thi công xây dựng công trình. Ví dụ như vấn đề về luồng lạch,
mớn nước, điều kiện vận chuyển vật liệu …
- Số liệu về địa chất công trình: Mục đích giúp chọn được giải pháp nền móng hợp
lý, giải pháp nền móng sẽ quyết định đến loại hình và độ bền của công trình, giúp xem xét

đến khả năng bị xói mòn của bờ biển dưới tác dụng của môi trường.
Số liệu về môi trường (khí tượng hải văn): Mục đích để xác định tác động của môi
trường đến khu vực xây dựng công trình, xác định các tải trọng lên công trình từ đó đưa ra
quy mô của công trình.
Số liệu về xâm thực của môi trường biển
Xem xét khả năng xâm thực của môi trường biển đến công trình.

Trang 14


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG BIỂN
2.1.

CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TOÁN CỦA GIÓ
2.1.1. Vận tốc gió, hướng gió, thời gian gió thổi
a) Vận tốc gió tính toán (V):

Vận tốc gió tính toán xác định từ số liệu đo vận tốc gió ở độ cao 10m, lấy trung bình
trong 10’ và theo suất đảm bảo yêu cầu (tiêu chuẩn, quy phạm)
Vận tốc gió tính theo công thức:
V10 = k1.kđ.kz.Vz

(2.1)

Trong đó:
V10 - Vận tốc gió tính toán (m/s)

k1 - Hệ số tính lại tốc độ gió đo được bằng máy đo gió
k1 = 0.675 + 4.5/Vz 1.0

(2.2)

kđ - Hệ số ảnh hưởng bởi địa hình, lấy theo bảng 2.1
kz - Hệ số điều chỉnh độ cao, lấy theo bảng 2.2
Vz - Vận tốc gió quan sát được ở độ cao z (m)
Bảng 2.1: Hệ số kđ
Vận tốc gió
(m/s)
10
15
20
25
30
35
40
Bảng 2.2: Hệ số kz
Độ cao đo (m)
kz

Địa hình A
1.10
1.10
1.09
1.09
1.09
1.09
1.08

Gía trị kđ
Địa hình B
1.30
1.28
1.26
1.25
1.24
1.22
1.21

Địa hình C
1.47
1.44
1.42
1.39
1.38
1.36
1.34

5

10

15

18

20

1.14

1.00

0.94

0.91

0.89

b) Hướng gió:
Hướng gió được quy định là hướng mà từ đó gió thổi đến vị trí quan sát. Thông
thường hướng gió được chia làm 8 hoặc 16 hướng.
c) Thời gian gió thổi t:
Thời gian gió thổi là khoảng thời gian tác động của gió. Trong bài giảng này chỉ xét
thời gian gió thổi ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành và phát triển của sóng biển.
Trang 15


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Nếu gọi Tmin là thời gian gió thổi tối thiểu để hình thành một con sóng phát triển
hoàn toàn (ổn định) với chiều cao là H.
Thì t < Tmin thì Ht < H ; t >= Tmin thì Ht = H
t thường được lấy theo các quy định tiêu chuẩn, thông thường:
- Đối với biển t=12h
- Đại dương t = 18h
- Vùng ven bờ t = 6h

Các đặc trưng của gió thường được thể hịên trên hoa gió

2.1.2. Đà gió
Là chiều dài khu nước mà ở đó gió tác dụng tạo thành con sóng và được truyền đi
theo hướng nhất định.
a) Trường hợp địa hình không hạn chế:
Trong vùng biển thoáng, đà gió trung bình được xác định theo công thức
L = 5.1011

(2.3)

ν
V

Trong đó: ν- hệ số nhớt động học của không khí ν=10-5(m2/s)
V- Tốc độ gió tính toán (m/s)
Đà gió lớn nhất có thể lấy theo bảng 2.3.
Bảng 2.3: Chiều dài đà gió lớn nhất
Vận
gió (m/s)
Đà

tốc

20

25

30

40

50

gió

1600

1200

600

200

100

(km)
b) Trường hợp địa hình hạn chế:
Trường hợp vùng nước tính toán có địa hình hạn chế (có đường bờ chắn ở phía
trước), đà gió cần được tính toán theo phương pháp đồ giải (hình 2.1).
L=∑ri cos2αi/∑cosαi

(2.4)

Trong đó:
- ri – Là khoảng cách từ điểm tính toán đến đường bờ chắn bằng cách vẽ các tia với
mỗi góc 22.50 từ điểm tính theo hướng gió chính về 2 phía như hình H2.1.
- αI – là góc hợp bởi các tia ri với tia chính r0

Trang 16

Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Hình 2.1. Sơ đồ xác định đà gió khi địa hình bị che chắn
2.2.

MỰC NƯỚC TÍNH TOÁN

Trong tính toán thiết kế các công trình bảo vệ bờ người ta thường quan tâm đến một
số loại mực nước sau:
+ MNTB: Mực nước trung bình Z = (1/n)ΣZi với (i=1 đến n)
+ MNTC: Mực nước triều cao - Mực nước đỉnh triều trong một chu kỳ triều
+ MNTT: Mực nước triều thấp - Mực nước chân triều trong một chu kỳ triều
Ngoài các khái niệm mực nước trên trong tính toán thiết kế các công trình bảo vệ bờ
người ta phải xét đến các mực nước thiết kế.

2.2.1. Mực nước triều:
Mực nước triều (MNT) được xác định phụ thuộc vào loại hình công trình và cấp
công trình. MNT được xác định theo tần suất tích luỹ Pi%.
Tần suất tích luỹ i% của mực nước triều là tổng số % của số lần xuất hiện các mực
nước từ trị số thứ i trở lên đến m so với tổng số mực nước trong liệt tính toán n và được xác
định theo công thức:
Pi% = (m/n)x100%

(2.5)

Trong đó m là số lần mực nước triều xuất hiện cao hơn hoặc bằng lần thứ i.

Tính theo phương pháp phân tích tần suất dạng cưc trị (14TCN130-2002):
Mực nước biển tính toán là mực nước tính toán theo tần suất đảm bảo tại vị trí công
trình, bao gồm mực nước triều thiên văn và các giá trị biến thiên do ảnh hưởng của sóng, lũ,
địa chấn, giả triều, biến đổi thời tiết, biến đổi mực nước chu kỳ dài,… không kể đến nước
dâng do bão.
Mực nước biển tính toán Zp được xác định trên cơ sở phân tích tần suất đảm bảo
mực nước biển cao nhất năm ở vị trí công trình.

=

i

(n=1, 2,…, )

(2.6)

Sai số quân phương của mực nước Zi trong n năm:
Trang 17


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

(2.7)

S=
Trị số mực nước cao tương ứng với tần suất i%:

=

+ λpnS

(2.8)

Bảng 2.3. Hệ số λpn

Mực nước cao thiết kế (MNCTK) xác định theo công thức:
MNCTK = MNTC + Hnd

(2.9)

Trong đó:
+ MNTC: Mực nước triều cao thiết kế (m)
+ Hnd: Chiều cao nước dâng do bão (m)
Trang 18


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Mực nước triều cao thiết kế và chiều cao nước dâng do bão được lấy theo suất đảm
bảo và phụ thuộc vào cấp công trình (căn cứ theo các quy định hiện hành).
Suất đảm bảo mực nước triều cao tính toán thiết kế cỏ thể lấy theo bảng 2.4.
Bảng 2.4: Suất đảm bảo mực nước tính toán cao nhất tương ứng với cấp công trình
Cấp công trình

Đặc biệt

I và II

III và IV

Tần suất mực nước biển thiết kế (%)

1

2

5

Cấp công trình

Đặc biệt

I

II, III và IV

Tần suất mực nước dâng thiết kế (%)

10

10

20

Bảng 2.5: Tần suất mực nước dâng thiết kế

2.2.2. Nước dâng trong bão:
Dưới tác dụng của gió hoặc khí áp thấp, mặt nước biển xuất hiện sự dâng hạ khác
thường. Trong một số trường hợp nước dâng xuất hiện cùng lúc với triều cường đã tạo ra
mực nước biển rất cao gây nguy hiển cho công trình: nước tràn bờ, áp lực nước lên công
trình lớn, khi nước rút tạo ra dòng ven lớn gây xói lở mạnh.
Mực nước dâng do gió có thể xác định gần đúng theo công thức:
DHd = kw {V210 L/g(d+0.5 DHd)}cosα

(2.10)

Trong đó:
α- góc giữa hướng gió với pháp tuyến đường bờ (độ)
kw - hệ số ảnh hưởng bởi tốc độ gió, xác định theo bảng 2.6
L - đà gió (m)
V10 – vận tốc gió ở độ cao 10m (m/s)
d - Độ sâu nước trung bình trước khu vực tính (m)
Bảng 2.6: hệ số ảnh hưởng bởi tốc độ gió kw
Tốc độ gió (m/s)

20

30

40

50

kw

2.1x10-6

3.0x10-6

3.9x10-6

4.8x10-6

Chiều cao nước dâng do bão khu vực Móng Cái đến Đà Nẵng lấy theo bảng 2.7.
Bảng 2.7: Chiều cao nước dâng ven biển theo tần suất %.
Vĩ tuyến

Đoạn bờ

Chiều cao nước dâng (m)
0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

>2.5

Bắc - 210N

Phía bắc-Cửa ông

50

38

5

6

2

0

210N - 200N

Cửa ông - Cửa Đáy

35

38

17

8

3

0
Trang 19

Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

200N - 190N

Cửa Đáy - Cửa Vạn

41

34

15

9

1

1

190N - 180N

Cửa Vạn - Đèo ngang

46

37

10

5

2

1

180N - 170N

Đèo ngang - Cửa Tùng

71

19

8

2

1

0

170N - 160N

Cửa Tùng - Đà Nẵng

95

4

1

0

0

1

2.3.

DÒNG CHẢY VEN BIỂN

2.3.1. Khái niệm chung
Dòng chảy tổng hợp của nhiều thành phần như dòng chảy cửa sông, dòng triều, dòng
ven do sóng, gió gọi là dòng chảy ven biển. Thông thường người ta chỉ tính đến các thành
phần dòng chảy chiếm ưu thế .
Dòng triều ven bờ:
Mực nước triều thay đổi thì tạo ra dòng triều. Khi triều lên dòng triều thường có
phương song song với đường bờ và có hướng từ xích đạo về 2 cực. Khi triều xuống, dòng
triều có hướng từ 2 cực về xích đạo.
Để xác định được dòng triều người ta thường dùng biện pháp thực đo.
Dòng chảy cửa sông:
Dòng chảy do nước sông từ lục địa chảy ra, dòng chảy này thường lớn về mùa lũ.
Dòng chảy tạo ra dòng ven khá lớn. Đặc biệt khi triều lên làm cho nước ở cửa sông bị dồn ứ
lên cao, khi triều xuống khối nước thoát ra biển với vận tốc lớn có thể gây xói lở mạnh.
Dòng chảy do sóng:
Dòng triều thông thường là nhỏ, chuyển động bùn cát ven biển chủ yếu do dòng
chảy sóng gây ra.
Khi ở vùng nước sâu lý tưởng, phần tử nước chuyển động tròn trên mặt phẳng vuông
góc với đỉnh sóng. Loại chuyển động này không làm cho các hạt vật liệu dưới đáy biển

chuyển động.
Khi sóng lan truyền vào vùng nước nông, độ sâu nước giảm dần, bắt đầu có ảnh
hưởng của ma sát đáy biển thì quỹ đạo của các phần tử nước chuyển dần thành elip. Khi đó
sự chuyển động của các phần tử nước bắt đầu làm cho các hạt vật liệu dưới đáy biển chuyển
động.
Đặc biệt khi sóng bị vỡ thường xảy ra ở khu vực nước nông, khi đó dòng chảy do
sóng vỡ thường khá mạnh và ảnh hưởng trực tiếp đến sự chuyển động của bùn cát ven bờ.

2.3.2. Dòng chảy gần bờ do sóng
a) Dòng chảy gần bờ do sóng chưa vỡ
Khi sóng có biên độ nhỏ, vận tốc chuyển động ngang của phần tử chất lỏng do sóng
gây ra có thể xác định theo công thức 2.11.
Trang 20


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

U=

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

H gT cosh(k ( z + d ))
2 L
cosh(kd )

(2.11)

Trị số cực đại của phần tử nước ở vùng đáy xác định theo công thức 2.12
U max =

gH
1
2C cosh(kd )

(2.12)

Trong đó:
U - Vận tốc chuyển động ngang của phần tử chất lỏng do sóng gây ra (m/s)
H, L, T, C - Chiều cao, chiều dài, chu kỳ và vận tốc sóng tính toán.
z, x - Là toạ độ tính toán thẳng đứng, nằm ngang. Điểm gốc ở mặt nước, chiều
dương hướng lên.
t, - Thời gian (giây)
g- Gia tốc trọng trường (m/s2)
d- Độ sâu nước (m)
k- Số sóng, k = 2π/L
ω - Tần số góc, ω = 2π/T
ở vùng nước rất cạn, khi d=<động phần tử nước lớn nhất có thể xác định theo công thức 2.13
U max =

(2.13)

H gd
2d

Đối với sóng có biên độ hữu hạn (stokes bậc 2), tốc độ chuyển động của phần tử
nước được xác định theo công thức 2.14, 2.15.
ở vùng đáy:
1
H

1
U d = π 2 ( )2 C
2
L
sinh 2 kd

(2.14)

ở vùng mặt nước:
2


1 H 
1
Um = π 2   C  2 +

2 L 
sinh(2kd ) 

(2.15)

b) Dòng chảy gần bờ do sóng vỡ
Dòng chảy gần bờ do sóng vỡ là một trong những vấn đề cơ bản nhất của động học
ven biển. Loại dòng chảy này có liên quan trực tiếp đến chuyển động bùn cát ven bờ và diễn
biến bờ biển. Việc xây dựng bất cứ một công trình nào ờ khu nước ven bờ biển cũng đều
phải xét đến ảnh hưởng của dòng chảy này gây ra.
Vận tốc dòng chảy dọc bờ do sóng vỡ có thể xác định theo công thức 2.16
Trang 21

Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB
1/ 2


 gH 2 n  sin β sin α sin 2α 
U = 0.375 


f2
 d 



(2.16)

Trong đó:
+ nb xác định theo công thức 2.17
+ f2 xác định theo công thức 2.18


4π d
n = 0.5 1 +

 L sinh(4π d / L 
f 2 = 2 ( lg(d / ∆) + 1.74 )

−2

(2.17)

(2.18)

∆ - Độ nhám tuyệt đối của đáy biển (cát tự nhiên ∆ = 0.1 cm)
β - Góc nghiêng của đáy biển (độ)
αb - Góc nhọn giữa đường đỉnh sóng và đường bờ
Vận tốc dòng chảy dọc bờ do sóng vỡ theo SPM (US AMY) xác định theo CT 2.19.
U = 20.7 m (ghb)1/2sin2αb

(2.19)

hb - Chiều cao sóng vỡ
2.4.

SÓNG VEN BIỂN

Sóng do gió gây ra là nguyên nhân chính tác động tới các công trình ven bờ (ngoại
trừ các sóng biển do địa chấn, tàu gây ra). Sóng do gió phụ thuộc vào các yếu tố tạo sóng
(tốc độ gió, đà gió, thời gian gió thổi...) và các yếu tố làm suy yếu sóng (ma sát đáy, độ sâu
nước, địa hình đáy và đường bờ biển). Sóng lan truyền từ ngoài khơi vào bờ, khi qua các
vùng có độ sâu nước khác nhau, các đặc trưng của sóng sẽ thay đổi đáng kể về hình dạng,
kích thước, năng lượng…. Vì vậy quá trình tính toán dự báo sóng biển, dù theo lý thuyết,
tiêu chuẩn, quy phạm nào hay theo phương pháp nào cũng được xuất phát từ vùng nước
sâu (nơi các thông số sóng không chịu ảnh hưởng của ma sát đáy biển) lan truyền vào vùng
nước nông (vùng chịu ảnh hưởng ma sát đáy biển) đến vùng sóng vỡ (vùng sóng mất ổn
định, mặt sóng bị biến dạng, không còn giữ được hình dạng liên tục), và cuối cùng là vùng
sóng leo khi sóng tiếp cận với công trình.
Có nhiều tiêu chí để phân vùng tính sóng, đơn giản và phổ biến nhất là phân theo
độ sâu tương đối d/L, trong đó d là độ sâu vùng nước tính toán, L là chiều dài sóng:

- Vùng nước sâu:
- Vùng nước nông:
- Vùng ven bờ :

d
1
≥
L
2
1
d
1
<
<
20 L
2
d
1
≤
L 20

Khi độ sâu nước d giảm nhỏ tới một độ sâu giới hạn nào đó thì xuất hiện hiện
tượng sóng vỡ. Độ sâu giới hạn đó gọi là độ sâu sóng vỡ, ký hiệu dcr (hoặc db). Vùng
Trang 22


Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

nước có d ≤ dcr gọi là vùng sóng vỡ. Sau khi bị vỡ, sóng tiếp tục lan truyền vào bờ, mức
độ biến dạng của hình dạng mặt sóng tùy thuộc vào độ sâu nước d vùng ven bờ.
Tính toán sóng do gió là việc xác định các thông số sóng trên cơ sở dữ liệu về gió,
các tham số quan trọng của gió trong tính toán sóng bao gồm:
- Tốc độ gió, kí hiệu Vw (hoặc V) là tốc độ gió tại độ cao 10 m trên mực nước biển.
- Đà gió hoặc chiều dài đà gió, ký hiệu “L” hoặc F (Fetch) ( xác định theo 2.3)
- Thời gian gió thổi (thời gian kéo dài của gió), ký hiệu t, là thời gian tạo sóng phát
triển.
- Hướng gió chính (hướng gió thổi), các sóng được giả thiết là truyền theo hướng gió
thổi, mặc dù ở biển sóng có thể truyền với góc 450 so với hướng gió chính.
Trong bài giảng này giới thiệu cách xác định các thông số sóng lan truyền từ vùng
khởi điểm vào bờ theo tiêu chuẩn CHUΠ 2001.
Trong quá trình lan truyền sóng, căn cứ vào đặc điểm biến dạng của sóng, người ta
chia quá trình lan truyền sóng vào bờ thành các vùng khác nhau.

Hình 2.2: Sơ đồ phân vùng quá trình sóng lan truyền vào bờ

2.4.1. Các thông số sóng (H, L,T)) tại vùng nước sâu
Chiều cao sóng trung bình và chu kỳ sóng trung bình trong vùng biển không hạn chế
có thể xác định theo cách tra đồ thị hoặc sử dụng công thức tính toán.
Chiều cao sóng trung bình Htb và chu kỳ sóng trung bình Ttb phải tính theo hai yếu tố
là đà gió và thời gian gió thổi.
Tính theo đà gió:
Căn cứ vào đại lượng gL/V2, tra đồ thị hình 2.3 xác định được gHtb/V2 và gTtb/V từ
đó tính được chiều cao sóng trung bình Htb và chu kỳ sóng trung bình Ttb.

Trang 23

Bài giảng môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Bộ môn CSKT CTB Và CTVB

Hình 2.3: Đồ thị xác định chiều cao sóng trung bình và chu kỳ sóng trung bình
Chiều cao sóng Htb, chu kỳ sóng Ttb cũng có thể tính theo công thức 2.20, 2.21
2
 
 

 
V2  
1

 
H tb = 0.16
1 −
g  
gL  
1 + 6 × 10−3
2  
 
V
 


Ttb = 19.5

V  gH tb 
g  V 2 

0.625

(2.20)

(2.21)

Tính theo thời gian gió thổi:
Căn cứ vào đại lượng gt/V, tra đồ thị hình H2.3 xác định được gHtb /V2 và gTtb/V từ
đó tính được chi ều cao sóng trung bình Htb và chu kỳ sóng trung bình Ttb.
Chiều cao sóng trung bình cũng có thể tính theo công thức 2.22
Chu kỳ sóng tính theo công thức 2.21 (ứng với Htb tìm được theo 2.22).
2
 
 
 
 
V2  
1
 
H tb = 0.16
1
−

0.635
 
g  
 gt 
1 + 1.04 × 10−3  


 
 
V 
 


(2.22)

Trong đó: t - Thời gian gió thổi (s)
Chiều cao sóng trung bình vùng nước sâu là giá trị chiều cao sóng nhỏ hơn tính được
theo hai yếu tố trên (đà gió, thời gian gió thổi), chu kỳ sóng trung bình là giá trị chu kỳ sóng
tương ứng với chiều cao sóng tính được đó.
Chiều dài sóng trung bình:
Trang 24