(Luận văn thạc sĩ) 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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐHQGHN

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

Mạc Văn Dân

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2014


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

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

Mạc Văn Dân

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

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS. Đinh Văn Ưu

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” được học viên
Mạc Văn Dân thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS.TS. Đinh Văn Ưu.Trong quá
trình thực hiện luận văn, tác giả đã học hỏi và nắm bắt được rất nhiều lý thuyết cũng
như các vấn đề liên quan đến tường phá sóng.
Tác giả xin chân thành cám ơn phịng Đạo tạo Đại học và sau Đại học khoa
Khí tượng – Thủy văn – Hải Dương Học, trường 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 hướng dẫn GS.TS.Đinh Văn
Ưu đã tận tình định hướng, hướng 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 lượng 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, chưa được cơng bố
trong cơng trình khoa học nào, các thông tin tài liệu phục vụ nghiên cứu đã được

trích dẫn và ghi rõ nguồn gốc.
Tác giả

Mạc Văn Dân


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ---------------------------------------------------------------------------------------4
Chương I: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG PHÁ SÓNG -------------------------------------6
1.1.Khái quát chung và phân loại TPS --------------------------------------------------6
1.2. Các tham số của TPS -----------------------------------------------------------------8
1.3. Cấu kiện thường sử dụng với TPS ------------------------------------------------ 10
Chương II: NGHIÊN CỨU TPS TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ------------------------- 11
2.1. Ảnh hưởng của các tham số tường phá sóng đến hệ số giảm sóng ---------- 11
2.2. Nghiên cứu hệ số giảm sóng qua TPS -------------------------------------------- 19
2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của TPS tới hình thái đường bờ ----------------------- 23
CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA TPS TỚI CHẾ ĐỘ ĐỘNG LỰC VÀ
DIỄN BIẾN HÌNH THÁI BẰNG MƠ HÌNH TỐN ---------------------------------- 26
3.1. Ảnh hưởng của TPS tới trường sóng sau cơng trình --------------------------- 26
3.2. Ảnh hưởng của TPS diễn biến hình thái đường bờ ----------------------------- 36
3.3. Đánh giá ảnh hưởng của hệ số giảm sóng Kt tới sự biến động bãi sau TPS 44
3.4. Đánh giá sai số giữa hai phương pháp mơ hình tốn và mơ hình vật lí (cơng
thức thực nghiệm) ------------------------------------------------------------------------ 45
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG DỤNG VÀ ÁP DỤNG ĐỐI VỚI
KHU VỰC BỜ BIỂN NAM ĐỊNH ------------------------------------------------------- 46
4.1. Quy trình áp dụng ------------------------------------------------------------------- 46
4.2. Áp dụng cho khu vực ven biển Nam Định--------------------------------------- 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ------------------------------------------------------------- 53
TÀI LIỆU THAO KHẢO ------------------------------------------------------------------ 55

1


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1a. Xây TPS với mục đích bảo vệ cảng biển--------------------------------------6
Hình 1.1b. Xây TPS với mục đích bảo vệ bờ biển bị xói --------------------------------6
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống tường giảm sóng ------------------------------------------------7
Hình 1.3. Một số dạng kết cấu tường phá sóng --------------------------------------------8
Hình 1.4. Mơ tả các tham số của TPS phá sóng mặt bằng và mặt đứng ---------------9
Hình 1.5. Tổng quan các loại cấu kiện kết hợp với TPS ------------------------------- 10
Hình 2.1. Sóng truyền qua TPS ------------------------------------------------------------ 11
Hình 2.2. Quan hệ giữa bề rộng TPS và hệ số giảm sóng trong hai trường hợp độ
sâu h =5.8m và h = 4.7m-------------------------------------------------------------------- 13
Hình 2.3. Quan hệ thực nghiệm giữa Kt và Rc trong seri thí nghiệm trên mơ hình
vật lí với bãi và các điều kiện thủy lực tại Nam Định ---------------------------------- 14
Hình 2.4. Quan hệ giữa Kt và độ dốc sóng khi tỉ lệ d/h thay đổi ---------------------- 15
Hình 2.5. Các kết cấu TPS với cấu kiện -------------------------------------------------- 16
Hình 2.6. Kết cấu TPS có lõi Geotube ---------------------------------------------------- 16
Hình 2.7. Các trường hợp sắp xếp cấu kiện thí nghiệm -------------------------------- 16
Hình 2.8. Quan hệ giữa độ dốc sóng và kt trong các PA sắp xếp cấu kiện-------------- 17
Hình 2.9. Minh họa hai loại TPS phá sóng với lõi được làm bằng công nghệ
GeoTube và lõi được làm bằng bê tơng -------------------------------------------------- 17
Hình 2.10. Hệ số giảm sóng trong hai trường hợp tường thường và tường có lõi sử
dụng cơng nghệ Geotube ------------------------------------------------------------------- 18
Hình 2.11. Hai hình thái điển hình cho diễn biến đường bờ sau TPS ---------------- 23
Hình 2.12a. Các tham số đánh giá diễn biến hình thái đường bờ sau TPS --------------- 23
Hình 2.12b. Ví dụ cho quan hệ giữa các tham số hình thái bãi bồi sau tường ------ 23
Hình 3.1. Lựa chọn mặt cắt dọc bờ và vng góc với bờ trên lưới tính -------------- 27
Hình 3.2a-d. Trường sóng trong các trường hợp chiều dài tường thay đổi ---------- 28
Hình 3.3. Biến đổi chiều cao sóng quanh tường theo mặt cắt Y ---------------------- 29

Hình 3.4. Quan hệ giữa chiều dài TPS và hệ số giảm sóng ---------------------------- 30
Hình 3.5a-d. Thay đổi trường sóng khi thay đổi độ rộng khe giữa các tường ------- 31
2


Hình 3.6. Biến thiên chiều cao sóng tại mặt cắt X =1700 trong các trường hợp thay
đổi khe rộng giữa các tường G ------------------------------------------------------------- 31
Hình 3.7a-f. Thay đổi trường sóng khi thay đổi góc sóng tới ------------------------- 33
Hình 3.8. Biến thiên chiều cao sóng tại mặt cắt Y vng góc với TPS, ứng với các
hướng sóng tới khác nhau khu vực quanh TPS ------------------------------------------ 33
Hình 3.9. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng Kt và góc sóng tới -------------------------- 34
Hình 3.10a-b. Trường sóng trong hai trường hợp MN = 0.5m và MN = 1.5m------ 34
Hình 3.11. Quan hệ giữa hệ số giảm sóng Kt và MN ----------------------------------- 35
Hình 3.12a-d: Hình thái đường bờ sau 5 năm ứng với các trường hợp Ls khác nhau ----- 37
Hình 3.13. So sánh diễn biến hình thái đường bờ 31/12/2017 ứng với các trường
hợp chiều dài tường khác nhau ------------------------------------------------------------ 38
Hình 3.14. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi Ls (chiều dài tường) --------------- 38
Hình 3.15a-f. Diễn biến hình thái đường bờ sau 5 năm ứng với các trường hợp thay
đổi khoảng cách X từ TPS đến đường bờ ban đầu -------------------------------------- 40
Hình 3.16. Diễn biến hình thái đường bờ sau 5 năm khi thay đổi x ------------------ 41
Hình 3.17. Phân tích xu thế bồi xói khi thay đổi khoảng cách x giữa TPS phá sóng
và đường bờ ban đầu ------------------------------------------------------------------------ 41
Hình 3.18. Diễn biến hình thái đường bờ sau 5 năm ứng với các trường hợp thay đổi
khoảng cách G giữa các TPS --------------------------------------------------------------- 42
Hình 3.19. Hình thái đường bờ sau năm ứng với các trường hợp thay đổi độ rộng
khe hở giữa các tường từ 25m đến 150m ------------------------------------------------- 43
Hình 3.20. Phân tích diễn biến bồi xói khi thay đổi độ rông khe giữa các tường từ
25m đến 150m. ------------------------------------------------------------------------------- 43
Hình 3.21. Diễn biến bãi sau TPS sau 5 năm ứng với các giá trị Kt của tường giảm
sóng khác nhau ------------------------------------------------------------------------------- 44

Hình 3.22. Diện tích bãi bồi sau TPS sau thời gian tính tốn 5 năm ứng với các giá
trị Kt khác nhau ------------------------------------------------------------------------------ 44
Hình 3.23. So sánh kết quả tính tốn hệ số giảm sóng Kt bằng hai phương pháp
MHT và công thức thực nghiệm ----------------------------------------------------------- 45
3


Hình 3.24. So sánh kết quả tính tốn tham số Xoff bằng hai phương pháp MHT và
công thức thực nghiệm ---------------------------------------------------------------------- 45
Hình 4.1. Hiện trạng các cụm cơng trình bảo vệ bờ Nam Định ----------------------- 47
Hình 4.2. Hiện trạng cơng trình cụm I – 13 kè chữ T quanh cống Thanh Niên ----- 48
Hình 4.3. Hiện trạng cụm cơng trình II – 9 kè chữ T tại xã Hải Chính--------------- 48
Hình 4.4. Hiện trạng cụm cơng trình III – 5 kè chữ T tại bãi tắm Thịnh Long------ 48
Hình 4.5. Hiện trạng cụm cơng trình IV – 9 kè chữ T tại xã Nghĩa Phúc ------------ 48
Hình 4.6. Phương án cơng trình thực trang khu vực Thịnh Long --------------------- 51
Hình 4.7. Phương án bố trí TPS bảo vệ khu vực Thịnh Long ------------------------- 51
Hình 4.8. Kết cấu tường ngầm bảo vệ khu vực Thịnh Long --------------------------- 51
Hình 4.9. Kết quả kiểm định mơ hình biến động đường bờ 2006-2012 tại bãi Thịnh
Long ------------------------------------------------------------------------------------------- 53
Hình 4.10. Kết quả tính biến động đường bờ với PA đề xuất ------------------------- 53
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Kết quả thí nghiệm q trình truyền sóng qua TPS------------------------- 12
Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm q trình giảm sóng qua TPS -------------------------- 14
Bảng 2.3. Thống kê các thí nghiệm trên thế giới ---------------------------------------- 21
Bảng 3.1. Kết quả tính tốn Kt trong các trường hợp thay đổi chiều dài L ---------- 29
Bảng 3.2. Thống kê phương trình quan hệ trong các trường hợp thay đổi các tham
số liên quan tới hệ số giảm sóng của TPS ------------------------------------------------ 35

4

MỞ ĐẦU
Tường phá sóng là loại cơng trình bảo vệ bờ được ứng dụng khá phổ biến
trên thế giới trong lĩnh vực bảo vệ và chỉnh trị bờ biển.TPS thường đặt tại các khu
vực bờ biển bị xói nhằm hạn chế q 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 mơ hình tốn cũng như mơ
hình vật lí về công năng của TPS với các thông số và chất liệu tường khác
nhau.Khơng những thế, hiệu quả giảm sóng, tạo bãi bồi bảo vệ bờ của TPS đã được
minh chứng qua nhiều cơng trình thực tế trên thế giới cũng như tại Việt Nam.
Tuy nhiên, để lựa chọn được bộ tham số TPS bao gồm bề rộng tường, chiều
dài tường, số lượng tường, khe hở giữa các tường… và cả giải pháp thi cơng tường
hợp lí, phù hợp với từng vùng rất cần thiết phải có một quy trình tính tốn và thử
nghiệm để có thể phát huy tối đa công dụng của tường.
Dựa trên cơ sở tổng hợp các kết quả đã nghiên cứu trên thế giới kết hợp với
việc chạy thử nghiệm các phương án trên mơ hình động lực và mơ 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 tường.Quy trình này được thử
nghiệm áp dụng cho việc lựa chọn cơng trình tại khu vực bãi biển Nam Định.

5


Chương I: TỔNG QUAN VỀTƯỜNG PHÁ SÓNG
1.1.

Khái quát chung và phân loại TPS
1.1.1. Khái quát chung
Tường phá sóng là những cơng trình xây dựng trên bờ biển với mục đích bảo

vệ bờ hoặc bảo vệ bến cảng, neo đậu tàu thuyền.Các hiện tượng sóng đổ, nhiễu xạ
sóng, hấp thụ sóng sẽ xảy ra khi sóng truyền qua TPS tiến vào bờ, chính các hiện
tượng này sẽ tiêu hao năng lượng của sóng từ đó làm giảm cường độ tác động của
sóng ở vùng ven bờ.Tùy với từng mục đích khác nhau, sẽ có những lựa chọn các
tham số TPS tương ứng.Thông thường với những khu vực xây tường với mục đích
bảo vệ bãi chống xói mịn thường xây dựng tường với kích thước nhỏ, số lượng
tường lớn trải dài song song theo bãi biển, ngược lại khi xây tường với mục đích
bảo vệ cảng biển, nơi ẩn náu tàu bè, kích thước tường sẽ có quy mơ lớn hơn.Ở hình
1.1a và 1.1b minh họa hai mục đích xây TPS khác nhau.

Hình 1.1a. Xây TPS với mục đích bảo vệ
cảng biển

Hình 1.1b. Xây TPS với mục đích bảo
vệ bờ biển bị xói

Trong trường hợp có trường sóng tác dụng chủ yếu vng góc với bờ, gây
chuyển động bùn cát theo phương vng góc với bờ thì cần bố trí tường giảm sóng,
là loại cơng trình song song với đường bờ, như hình 1.2 thể hiện. Khi tường giảm
sóng kết hợp với hệ thống mỏ hàn trở thành hệ thống cơng trình phối hợp ngăn cát
giảm sóng.
6


Hình 1.2.Sơ đồ hệ thống tường giảm sóng
Tường phá sóng có thể là dạng thường xun ngập nước, hoặc khơng bao giờ
ngập nước. Có thể là tường liên tục (chạy suốt chiều dài dọc đoạn bờ cần bảo vệ)
hoặc tường đứt khúc (từng khúc ngắn đặt cách nhau trên cùng một tuyến).
Việc lựa chọn và đặt tường giảm sóng hợp lí sẽ phát huy được hiệu quả của
tường phục vụ cho lợi ích phát triển kinh tế. Tuy nhiên, tường giảm sóng cũng có

những mặt ảnh hưởng tiêu cực:
 Gây bồi lắng trầm tíchngồi ý muốn (đặc biệt trong trường hợp xây
tường phục vụ mục đích bảo vệ bến cảng)
 Làm mất cảnh quan tự nhiên của bãi
 Gây xói cục bộ, ngồi ý muốn
 Tường có thể bị phá hủy khi xảy ra các hiện tượng thời tiết cực đoan
(bão lớn) và chính những mảnh vỡ có thể theo sóng gây nguy hiểm và
thiệt hại cho các cơng trình ven bờ
1.1.2. Phân loại tường phá sóng
TPS là một loại cơng trình được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực cảng
biển ven bờ. Tùy vào từng địa điểm, mục đích, điều kiện kinh tế, cảnh quan mơi
trường... chúng ta sẽ có các cách sử dụng tường riêng. Việc phân loại các loại TPS
có thể được chia ra làm các tiêu chí sau đây:
 Mục đích sử dụng
7


 Kết cấu TPS
 Hình thái TPS
 Vị trí đặt TPS
Theo mục đích sử dụng ta có thể có hai loại TPS: Loại thứ nhất phục vụ mục
đích bảo vệ bờ biển chống xói mịn bờ biển, và loại thứ hai phục vụ mục đích giảm
sóng bảo vệ cảng biển nơi neo đậu tàu thuyền.
Theo kết cấu TPS: Nếu phân loại TPS theo tiêu chí này, thì số loại tường rất
đa dạng vì ứng với mỗi một điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, mục đích sử dụng lại
có một loại TPS có kết cấu tương ứng phù hợp với điều kiện đó. Dưới đây đề cập
tới một vài loại kết cấu phổ biến đã được sử dụng trên thế giới và tại Việt Nam.

Hình 1.3. Một số dạng kết cấu tường phá sóng
Trên đây, đã nêu một số dạng kết cấu TPS đã được sử dụng trong thực thế. Ngồi ba

tiêu chí trên TPS cịn có thể được phân loại theo vị trí đặt theo tiêu chí này ó thể chia làm ba
loại: TPS ngoài khơi (Offshore Breack Water), TPS đới ven bờ(Coastal Breack
Water), và tương ngầm đặt trên bãi(Beach Breack Water).
1.2. Các tham số của TPS
Tại hình 1.4a và 1.4b mô tả các tham số của TPS, các tham số này ảnh hưởng
trực tiếp tới hiệu quả của TPS.Chính vì vậy trước khi quyết định sử dụng loại công
8


trình này cần nghiên cứu và tính tốn để đưa ra các tham số hợp lí, phát huy tối đa
cơng dụng của cơng trình.
Tác động của cơng trình phá sóng và phản ứng của đường bờ với TPS được
khống chế bởi 13 yếu tố (Hanson và Kraus - 1989):
1)

Khoảng cách cách bờ (X)

2)

Chiều dài của cơng trình (Ls)

3)

Độ dốc bãi hoặc độ sâu tại cơng trình

4)

Độ cao sóng có nghĩa (Hs)

5)

Chu kỳ sóng có nghĩa (Ts)

6)

Góc hướng cơng trình

7)

Mực nước tại cơng trình

8)

Hướng hướng sóng thịnh hành

9)

Độ dài khe hở giữa các đoạn cơng trình TPS (G)

10)

Bề rộng TPS (B)

11)

Giá trị lưu khơng (Rc)

12)

Hình dạng TPS

13)

Cấu kiện sử dụng

Hình 1.4. Mơ tả các tham số của TPS phá sóngmặt bằng và mặt đứng
Do vậy, hiệu quả của cơng trình phá sóng và ảnh hưởng của chúng tới bờ và
cơng trình bảo vệ bờ biển phụ thuộc vào hai nhóm yếu tố chính là đặc trưng thống
kê các tham số động lực tại khu vực cơng trình (sóng, dịng chảy, mực nước) và bố
trí mặt bằng cơng trình.
9


Hầu như tất cả các cơng trình giảm sóng xa bờ như TPS sẽ làm cho bãi vùng
khuất sóng phía bờ biến đổi hoặc xuất hiện doi cát hay Tombolo. Hiện tượng này
xuất hiện do cơng trình ngầm làm giảm chiều cao sóng và làm giảm khả năng vận
chuyển bùn cát do sóng.
1.3. Cấu kiện thường sử dụng với TPS
Thực tế nhận thấy cách ứng dụngTPS rất đa dạng, linh hoạt, loại TPSthường
thấy nhất là dạng TPS có sử dụng cấu kiện, có thể có lõi bê tơng phủ cấu kiên, lõi
bao cát phủ cấu kiện hoặc hoàn toàn kết cấu từ các cấu kiện.

.
Hình 1.5. Tổng quan các loại cấu kiện kết hợp với TPS
Qua khảo sát thực tế cho thấy, cấu kiện được sử dụng rộng rãi nhất là cấu
kiện Tetrapod, tiếp đó là cấu kiện Xblog, Reff Ball, Dolos, Accrobode.

10

Chương II: NGHIÊN CỨU TPS TRÊN MƠ HÌNH VẬT LÝ
Như đã đề cập ở chương I, khi nghiên cứu TPS ta cần quan tâm tới 13 tham
số. Tuỳ vào điều kiện từng vùng ta sẽ đưa ra bộ tham số phù hợp nhất phát huy tối
đa hiệu quả của TPS.
Thông thường có hai phương pháp để nghiên cứu tác động của TPS, đó là sử
dụng mơ hình vật lí và mơ hình tốn.Mơ hình vật lí giúp ta nghiên cứu chi tiết q
trình truyền sóng qua TPS, nghiên cứu q trình ổn định của TPS và đặc biệt có thể
nghiên cứu quá trình ổn định của TPS đối với từng loại cấu kiện.Cịn mơ hình tốn,
cho ta bức tranh tổng thể về quá trình động lực học và diễn biến hình thái xung
quanh cơng trình, tuy nhiên với mơ hình tốn ta khơng thể nghiên cứu sự ổn định
của TPS.Chính vì vậy, để có được những kết luận chính xác nhất cần có sự kết hợp
cả mơ hình tốn và mơ hình vật lí trong q trình nghiên cứu tác động của TPS.
2.1. Ảnh hưởng của các tham số tường phá sóng đến hệ số giảm sóng
Hệ số giảm sóng của TPSkt là đại lượng đặc trưng cho khả năng giảm sóng của
tường.kt được tính theo cơng thức: kt = ht/hi (0sauTPS và hi là chiều cao sóng trướcTPS.

Hình 2.1. Sóng truyền qua TPS
Khả năng giảm sóng của TPS phụ thuộc vào ba nhóm yếu tố.Nhóm một là điều
kiện động lực bao gồm sóng và mực nước trong đó mực nước ảnh hưởng tới khoảng
lưu khơng Rc nên có thể bỏ qua và chỉ xét đến Rc thay cho mực nước.Nhóm hai bao
gồm các chỉ số hình học của tường ở đây nêu ra hai chỉ số là Rc khoảng lưu không
11


(đặc trưng thay cho chiều cao của TPS), bề rộng TPS (B).Nhóm thứ ba là các yếu tố
liên quan tới kết cấu của TPS.Trong mục này, lần lượt ta sẽ đánh giá ảnh hưởng của
từng tham số trên thông qua các kết quả thí nghiệm trên mơ hình vật lí.
Trên hình 2.1 các tham số được mơ tả cụ thể như sau: hi - độ cao sóng có nghĩa
(trước cơng trình); ht – độ cao sóng có nghĩa phía sau cơng trình; Ar - diện tích mặt cắt

ngang của đê chắn sóng, d50 - đặc trưng cho đường kính đá, Lp - độ dài bước sóng
tương ứng với chu kỳ sóng ứng với đỉnh phổ, Lo - chiều dài sóng nước sâu; d - chiều
cao của tường, h - độ sâu mực nước tại vị trí đặt tường, Rc - khoảng cách từ đỉnh tường
tới mặt nước; B - bề rộng đỉnh đê; α - độc dốc mái đê.
2.1.1. Ảnh hưởng của bề rộng TPS tới khả năng giảm sóng
Kết quả nghiên cứu được công bố đầu tiên về ảnh hưởng của bề rộng TPS
(B) đến khả năng giảm sóng của TPS Tanaka (1976) và Uda (1988).
Để minh chứng rõ nét hơn ảnh hưởng này ta xét thêm seri thí nghiệm của
d’Angremond- Meer-deJong, ’96.
Bảng 2.1. Kết quả thí nghiệm quá trình truyền sóng qua TPS
Test
101
102
103
104
105
106
107
108
201
202
203
204
205
206
207
208

B(m)
50

50
40
40
30
30
20
20
50
50
40
40
30
30
20
20

h(m)
5.8
4.7
5.8
4.7
5.8
4.7
5.8
4.7
5.8
4.7
5.8
4.7
5.8

4.7
5.8
4.7

Hi(m)
2.37
2.5
2.49
2.54
2.48
2.34
2.45
2.33
2.51
2.5
2.49
2.54
2.48
2.34
2.45
2.33

Tp(s)
7.98
7.98
7.97
8.02
7.91
8.01
8.01

8
7.95
8.03
8.01
8.02
7.91
8.01
8.01
8

Rc(m)
-2.7
-1.6
-2.7
-1.6
-2.7
-1.6
-2.7
-1.6
-2
-0.9
-2
-0.9
-2
-0.9
-2
-0.9

Lc(m)
41

31.7
40.9
31.9
40.6
31.8
41.2
31.8
35.3
23.9
35.5
23.9
35.1
23.9
35.5
23.9

12

Lh(m)
58.4
53.2
58.3
53.5
57.8
53.4
58.6
53.3
58.1
53.6
58.6

53.5
57.8
53.4
58.6
53.3

B/Lc
1.22
1.56
0.98
1.26
0.74
0.94
0.49
0.63
1.42
2.09
1.13
1.67
0.86
1.26
0.56
0.84

B/Lh
0.86
0.94
0.69
0.75
0.52

0.56
0.34
0.38
0.86
0.93
0.68
0.75
0.52
0.56
0.34
0.38

Kt
0.56
0.36
0.58
0.37
0.62
0.46
0.68
0.53
0.42
0.24
0.46
0.28
0.49
0.33
0.56
0.4

Test
301
302
303
304

B(m)
40
40
40
40

h(m)
5.8
5.8
4.7
4.7

Hi(m)
1.84
2.43
1.85
2.32

Tp(s)
7.19
8.03
7.23
7.97

Rc(m)
-2
-2
-0.9
-0.9

Lc(m)
31.8
35.6
21.6
23.8

Lh(m)
51.7
58.8
47.7
53.1

B/Lc
1.26
1.12
1.86
1.68

B/Lh
0.77
0.68
0.84
0.75

Kt
0.53
0.47
0.29
0.31

Từ bảng 2.1 ta có thể lập các quan hệ giữa chiều rộng TPS và hệ số giảm sóng
Kt. Kết quả được trình bày trên đồ thị.
1.00

0.80

Kt

0.60

0.40

0.20

0.00
0

10

20

30

40

50

60

B (m)
h = 4.7(m)

h = 5.8 (m)

Hình 2.2. Quan hệ giữa bề rộng TPS và hệ số giảm sóng trong hai trường hợp độ
sâu h =5.8m và h = 4.7m
Đồ thị hình 2.2 thể hiện quan hệ đơn lẻ giữa Kt và B. Thực tế, hiệu quả giảm
sóng của TPS phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nên khi ta lập quan hệ độc lập như trên
tính chính xác khơng cao. Tuy nhiên, nó lại là phương pháp thể hiện mối tương
quan giữa B và Kt trực quan nhất, dễ hiểu nhất.
Có thể thấy khi B tăng thì Kt giảm trong trường hợp độ sâu h = 5.8 thì
phương trình giảm có dạng y = -0.004x + 0.75. Khi độ sâu h giảm xuống 4.7m thì
phương trình tương quan giữa B và Kt có dạng y = -0.006x + 0.64. Hệ số góc âm
của phương trình thể hiện quy luật B tăng, Kt giảm.

13


2.1.2. Ảnh hưởng khoảng lưu không Rc tới khả năng giảm sóng
Trong đề tài cấp nhà nước “ Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp
tổng thể để ổn định đường bờ biển Nam Định từ cửa Ba Lạt đến cửa Đáy” có sử
dụng phương pháp mơ hình vật lí để xác định khả năng giảm sóng của TPS. Bãi thí
nghiệm là bãi thực tế tại khu vực nghiên cứu.TPS được chế tạo bằng vật liệu gỗ

thông.Quá trình thí nghiệm được thực hiện trên máng sóng Flander (Bỉ) tại Phịng
thí nghiệm trọng điểm Quốc Gia về ĐLH sơng biển.
Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm q trình giảm sóng qua TPS
Mực nước h
(m)

Chiều cao
ht
d/h
Rc
hiW3(m)
Hệ số kt
tường (m)
W4(m)
2.86
0.6
1.91
2.43
1.23
0.506
3.57
3.33
0.7
1.44
2.41
1.14
0.473
3.81
0.8
0.96

2.44
1.03
0.422
2.29
0.6
1.53
2.21
1.12
0.507
2.62
2.67
0.7
1.15
2.2
1.01
0.459
3.05
0.8
0.77
2.12
0.86
0.406
Hai phương trình tương quan lập được ứng với mực nước tần suất khác nhau

đều có hệ số góc dương điều này thể hiện quy luật khi Rc tăng thì Kt tăng.
0.6
0.5

Kt

0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Rc (m)
Mực nước 3.57(m)

Mực nước 2.62(m)

Hình 2.3. Quan hệ thực nghiệm giữa Kt và Rc trong seri thí nghiệm trên mơ hình
vật lí với bãi và các điều kiện thủy lực tại Nam Định
14


Ảnh hưởng của Rc cịn có thể được thay thế bằng tỉ lệ độ cao TPS và độ sâu
mực nước tại điểm đặt cơng trình (d/h). Dưới đây là một kết quả thí nghiệm do
Armono, K.R. Hall thí nghiệm tại phịng thí nghiệm QUCERL trường đại học

Queen. Kết quả cho thấy, để tường phá sóng có hiệu quả tỉ lệ d/h cần phải thỏa mãn
điều kiện: d/h≥0.7. Do vậy, có thể kết luận nếu lấy mực nước trung bình nhiều năm
làm chuẩn thì chiều cao cơng trình(d) cần đảm bảo điều kiện sao cho d/h≥0.7. Kết
quả được trình bày ở hình 2.4
1.0
0.9

Hệ số giảm sóng (Kt)

0.8
0.7
0.6

d/h=0.7
d/h=0.8

0.5

d/h=0.9

0.4

d/h=1.0
0.3
0.2
0.1
0.0
0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

Tỉ số Hi/gT²

Hình 2.4. Quan hệ giữa Kt và độ dốc sóng khi tỉ lệ d/h thay đổi
2.1.3. Ảnh hưởng của kết cấu tới khả năng giảm sóng của TPS
Như đã đề cập ở trên, về mặt kết cấu ta có thể phân loại TPS ra thành các
dạng chính: TPS được kết cấu hồn tồn bằng cấu kiện, TPS có lõi bê tơng lát cấu
kiện, TPS hồn tồn bằng bê tơng. Cơng nghệ hiên nay đã phát triển thêm loại TPS
phá sóng có lõi Geotube lát cấu kiện.
Có thể thấy, chính lớp cấu kiện ở mặt tường làm tiêu tan năng lượng sóng năng
lượng sóng bởi lẽ lúc này chuyển thành năng lượng rối.Chính cơ chế này, làm tăng hiệu
quả giảm sóng của cơng trình.
15


Hình 2.5. Các kết cấu TPS với cấu kiện

Hình 2.6. Kết cấu TPS có lõi Geotube

a. Sự thay đổi hệ số giảm sóng khi có cấu kiện
Để nghiên cứu sự thay đổi này, tơi sử dụng kết quả thí nghiệm của
ArmonoK.R. Hall, thí nghiệm được thực hiện tại Queens University Coastal

Engineering Research Laboratory (QUCERL).Lựa chọn cấu kiên Reef Balls™ (Hình
2.7a-d)

Hình 2.7. Các trường hợp sắp xếp cấu kiện thí nghiệm
Điều kiện thí nghiệm tiến hành như sau: Đê ngầm được xây 3 lớp, lớp trên
cùng là cấu kiện Reef Balls™, lớp thứ 2 là đá với tham số D50 = 36.6mm, độ dốc mái
tường là 1:2, cao trình đỉnh tường +1,5m. Mực nước khơng đổi +2.0m, chiều cao sóng
Hs tại biên từ 1.5÷3.0m, chu kỳ sóng T từ 5.0s÷10.0s, phổ Jonswap.
Phương trình quan hệ giữa Kt và độ dốc sóng trường hợp (TH001): y =
0.2896x-0.153; R² = 0.8774; (TH002): y = 0.1091x-0.242; R² = 0.8676; (TH003): y =
0.0531x-0.481; R² = 0.9703; (TH004): y = 0.1335x-0.248; R² = 0.7449.

16


Qua trực quan đồ thị cũng như phương trình tương quan thu được có thể nhận
thấy trong 4 kiểu sắp xếp cấu kiện thì kiểu thứ 2 có khả năng giảm sóng tốt nhất, và
trường hợp thứ 3 (khơng có cấu kiện) khả năng giảm sóng kém nhất.
1.00
TH001

TH002

TH003

TH004

0.90
0.80
0.70

Kt

0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0.000

0.002

0.004

0.006

Hi/gT²

0.008

0.010

Hình 2.8.Quan hệ giữa độ dốc sóng và kt trong các PA sắp xếp cấu kiện
b. Sự thay đổi hệ số giảm sóng khi thay đổi lõi TPS

Hình 2.9. Minh họa hai loại TPS phá sóng với lõi được làm bằng cơng nghệ
GeoTube và lõi được làm bằng bê tơng
Vì sao ta nên thay lõi bê tông bằng lõi Geotube?Bởi lẽ công nghệ này tiết

kiệm chi phí hơn, lõi Geotube có thể sử dụng phế thải xây dưng, cát được bọc trong
vải địa kĩ thuật.
TPS được bao bởi lớp đá có D50 = 2.7cm với cả hai loại tường. Lõi tường
thường được làm từ đá có D50 = 2.3cm, lõi tường sử dụng Geotube được làm từ vải
địa kỹ thuật (0,26 mx 0,13 mx 0,052 m).
17


Điều kiện thủy lực sóng phổ (JONSWAP) với Hs = 0,08-0,20 m và Tp = 1,72,55 s, độ sâu d = 0,25-0,75 m.
Qua kết quả thí nghiệm, rõ ràng nhận thấy trường hợp lõi cơng trình bằng
Geotube có khả năng giảm sóng tốt hơn trường hợp lõi cơng trình bằng bê tơng cứng.
Kết quả thí nghiệm về hệ số giảm sóng Kt cho thấy, trong trường hợp ta xây
tường với lõi Geotube, hệ số giảm sóng Kt nhỏ hơn, chứng tỏ khả năng giảm sóng
của TPS tốt hơn. Kết quả và quan hệ giữa Kt với Rc trong hai trường hợp được thể
hiện trên hình 2.10.
0.7
0.6
0.5

Kt

0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

0.1
Lõi bê tơng

0.2

0.3

Rc/Hmo
Lõi Geotube

Hình 2.10. Hệ số giảm sóng trong hai trường hợp tường thường và tường có lõi
sử dụng cơng nghệ Geotube
Phương trình quan hệ giữa Kt và khoảng lưu không (Lõi bê tông): y =
0.0113x-0.967; R² = 0.9256; (Lõi Geotube): y = 0.0358x-0.316; R² = 0.9061.
Tiếp theo, luận văn sẽ tổng hợp các cơng thức tính hệ số giảm sóng Kt qua
TPS từ các seri thí nghiệm đã được cơng bố trên thế giới cũng như tại châu Á. Đây
là cơ sở để ta có thể lựa chọn các cơng thức tính tốn Kt sao cho phù hợp với khu
vực cần đặt công trình.

18


Qua các kết quả nghiên cứu này, tác giả đê xuất việc sử dụng cấu kiện lát
mái cho TPS đồng thời kết hợp với việc sử dụng công nghệ GeoTube nhằm tăng
hiệu quả và giảm chi phí thi cơng cho cơng trình.
Trên đây là các đánh giá độc lập của từng tham số cơng trình ảnh hưởng tới
hệ số giảm sóng Kt. Tuy nhiên, trên thế giới đã có khá nhiều cơng trình nghiên cứu
về cách tính Kt. Dưới đây là một vài cơng thức điển hình.
2.2. Nghiên cứu hệ số giảm sóng qua TPS
Trên thế giới, cũng như ở châu Á đã có rất nhiều các nghiên cứu về hệ số
giảm sóng Kt này. Tại châu Á điển hình là Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi
Nam Kinh đã nghiên cứu thực nghiệm trên mơ hình vật lý và đưa ra các cơng thức

tính tốn hệ số giảm sóng Ktứng với trường hợp tường hình chữ nhật
Kt =

ht

1

hi = 1- 2 (1-

Rc 3 hi
h

)(

Lo

1
12

h

3

B 2

) ( )-5 ( )5
Lo

Lo

Công thức này thích hợp cho trường hợp 0,46 h/d  1,0. Khi h/d < 0,7 tác
dụng của TPS không rõ rệt. Nếu cao trình tường đặt gần mực nước tĩnh, tác dụng
tiêu sóng tăng lên, khi đỉnh tường càng rộng hoặc độ sâu nước tĩnh càng nhỏ, tác
dụng tiêu sóng càng rõ.
Ahren (1987) đã thí nghiệm hiệu suất của TPSdạng nổi bằng tại trung tâm
nghiên cứu kỹ thuật bờ biển thuộc phịng thí nghiệm kỹ thuật đường thủy qn đội
Mỹ. Mục đích nghiên cứu sự ổn định của đê chắn sóng loại đá đổ. Ơng đưa ra các
biểu thức sau đây cho hệ số lan truyền sóng Kt:
1.0

Kt =
1.0+

hi Ar

với:
0.592

1.0 +

hi

< −1

Lp d250

1.0

Kt =

Rc

d C1

Ar

h

hLp

với:

C2

C3

Rc
hi

+C4

A3/2
r
d250 Lp

19

Rc
hi

> −1


Trong đó các hằng số C1 =1.188, C2 = 0.261,C3 = - 0.592 và C4 = 0.00551. Ar diện tích mặt cắt ngang của TPS.
Seabrook và Hall (1997, 1998) tiến hành thí nghiệm với sóng phổ để xác
định hệ số giảm sóng trong trường hợp tường đá đổ. Họ đã chỉ ra rằng, phương trình
được đề xuất bởi Ahrens (1987) và Van der Meer (1991), không phù hợp với trường
hợp chiều rộng đê (B) lớn. Seabrook và Hall (1998) quan sát thấy mối liên hệ giữa
độ ngập tương đối và chiều rộng đỉnh đê là quan trọng nhất khi xác định kt. Họ đã
đề xuất một phương trình mới để tính hệ số truyền Kt hiệu quả hơn trong trường
hợp chiều rộng của đỉnh đê lớn:
-0.56

Kt =1- e

h
Rc
-1.09 i
hi
B

B Rc
Rc hi
.
-0.67
.
Lo d50
B d50

+0.047

Giới hạn dưới đây được áp dụng cho các phương trình được đề xuất ở trên:
0<

B

.

Rc

Lo d50

≤7.08; 0≤

Rc
B

.

hi
d50

≤2.14

Van der Meer và cộng sự (2004)cải tiến công thức của Van der Meer
(1991) và d'Angremond et al. (1996) đã phân tích dữ liệu được thu thập trước, xem
xét giá trị của tỷ lệ chiều rộng đỉnh B/hi. Van der Meer et al. (2004) thấy rằng
phương trình do d'Angremond et al (1996) đề xuấtcho kết quả phù hợp với loại
tường đá đổ B/hi <10. Họ đề xuất các phương trình sau sửa đổi đê ngầm đá đổ trong
trường hợp B/Hi> 10:

-0.65

Rc
B
Kt =0.35 +0.51
hi
hi
Trong đó:ξ=

∙ 1-e-0.41ξ

tanα
hi /Lo

Trong trường hợp TPS có sử dụng cấu kiện Reef Ball™ với mặt căt TPS như
các dạng ở hình 2.7. Armono và Hall đề xuất cơng thức tính hệ số giảm sóng của
TPS như sau:
Kt = 1.616 – 31.322

hi
2

gT

20

h

h

d

B

- 1.099 + 0.265


Bảng 2.3.Thống kê các thí nghiệm trên thế giới
Tài liệu tham khảo

Kích thước
máng
(m)
0.33
20x30
1.4x0.6x26
-

3-30
10.6-16.1
0.08-0.177

Tp(sec)
0.8-2.76
1.22-1.62
0.91-3.46

Loại đê
chắn
sóng

Gỗ dán
Tường
Sỏi cuội
Sỏi cuội

B(cm)
10,22,33
40,90
14-Dec
30,40

d(cm)
20-70
45,21
33,66,75

tan
0
var

0.9x0.9x30

4.7-13.1

-

Gỗ dán

Dec-36

0.15-0.97(d/h)

0-1:2

1.5x3x42
0.8x1.5x20

5.5-19.4
6.25-15.6
9-22.9
3.8-8.2
2.25-18.2
7.5-19.2
0.0490.148

0.4-1.71
1.0,1.5,2.0
1.93-2.3
1.45&3.6
1.96-2.6
1.5-3.5

Sỏi cuội
Var
Sỏi cuội
Sỏi cuội
Sỏi cuội
Sỏi cuội
Sỏi cuội

13.9
Var
14-30
22-48
5.6-9.0
30
0.8-1.2

16.6-22.2
6.25,9.4,12.5
25-66
h-d=3.6
17-35
22.2
-

1:02
1:1-var
Var
1:02
01:01.5
1:02

0.99-2.88

Sỏi cuội

0.34

0.4

01:01.5

24

14

60

25

Tham số sóng
Hi(cm)

Johnson et al.(1951)
Goda et al. (1967)
Diskin et al. (1970)
Seeling (1980)
Abdul Khader & Rai
(1980)
Allsop (1983)
Aminti et al. (1983)
Powell & Allsop (1985)
Adams &Choule (1986)
Ahrens (1987)
Van der Meer (1988)
Gómez & Valdés (1990)

24x37
1.2(0.61)x46x42.7

-

Deamen (1991)

1.2x1.0x50

Petti & Roul (1992)

0.8x0.8x50

8.6-14.1

1.2-1.53

Chiaia et al. (1992)

1.2x1.0x45

1.58-2.63

21

Khơng
thấm
Sỏi cuội

Kích thước đê chắn sóng

1:3.5,
1:1.5

01:01.5