Nghiên cứu các phương pháp xác định xói lở bờ biển và biện pháp khắc phục

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------

NGUYỄN VĂN TÂM

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG
PHÁP XÁC ĐỊNH XÓI LỞ BỜ BIỂN
VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
Chuyên ngành: CẢNG VÀ CÔNG TRÌNH THỀM LỤC ĐỊA
Mã số ngành : 2.14.14 ; 2.14.15

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 11 năm 2005


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tp.HCM, ngày . . . tháng . . . năm 2005
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên

: NGUYỄN VĂN TÂM

Phái

: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 01/01/1979

Nơi sinh : Khánh Hòa

Chuyên ngành

: Cảng & Công trình thềm lục địa

MSHV : CAN14-00203045

I. TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH XÓI LỞ BỜ
BIỂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
♦ Phân tích các nguyên nhân cơ bản ảnh hưởng đến sự xói lở bờ biển.
♦ Nghiên cứu lý thuyết về mô hình vận chuyển bùn cát và biến động đường bờ
♦ Thu thập số liệu khảo sát vùng biển trong phạm vi Nam Trung Bộ - Nam Bộ
♦ Phân tích các đặc trưng tiêu biểu của bờ biển bùn, bờ biển cát
♦ Đánh giá tương quan giữa dòng bùn cát dọc bờ và biến động đường bờ
♦ Thực hiện tính toán cụ thể diễn biến bồi xói, biến động bờ biển Gành Hào
♦ Phân tích, đánh giá hiện trạng xói lở, kết luận
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 10/02/2005

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 20/11/2005

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS TRẦN MINH QUANG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS TRẦN MINH QUANG

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. NGÔ NHẬT HƯNG

Nội dung và đề cương Luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày . . . tháng . . . năm 2005
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Kiyoshi Horikawa : Nearshore Dynamics and Coastal Processes. University of
Tokyo Press.
Department of the army US. Army Corps of Engineers Wasington: “Coastal
Engineer Manual” Part III and Part IV
Department of the army US. Army Corps of Engineers Wasington: “Environmental
Engineering for Coastal Shore Protection”
Department of the Army: Water ways Experiment Station, Corps of Engineers,
Coastal Engineering Reaseach Center. 1984: “Shore Protection Manual” – Volume
I, II.
Trần Minh Quang : Sóng và công trình chắn sóng

Lương Phương Hậu : Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo
Phạm Văn Giáp và cộng sự : Sóng biển đối với cảng biển
Phạm Văn Giáp và cộng sự : Bể cảng và đê chắn sóng
Trần Thu Tâm : Công trình ven biển
TS.Trương Ngọc Tường : Giáo trình Thuỷ lực vùng triều
TS.Nguyễn Thế Duy : Giáo trình Động lực học biển
PGS.TS Trần Minh Quang : Giáo trình Công trình biển
Nguyễn Xuân Hùng: Động Lực Học Công Trình Biển
Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Thanh Cơ: Tính toán vận chuyển bùn cát phục vụ xây
dựng công trình biển khu vực ven bờ biển Việt Nam.
Phạm Văn Ninh, Nguyễn Mạnh Hùng: Xói lở bờ biển và việc nghiên cứu vận
chuyển bùn cát, biến động đường bờ
Phạm Văn Ninh và cộng sự: Dòng chảy gió ven bờ biển Việt Nam
Lê Xuân Hồng, Phạm Văn Ninh: Phân loại hiện trạng sạt lở bờ biển cửa sông Việt
Nam.
Nguyễn Ất Niên: Chống biển lấn – Một yếu tố cần thiết cho sự phát triển bền vững
đồng bằng sông Cửu Long.
Trần Như Hối: Nghiên cứu các kiểu bồi tụ, xói lở vùng biển Hà Tiên – Gò Công
Hoàng Văn Huân: Thực trạng sạt lở bờ khu vực cửa sông, ven biển Nam Bộ và các
giải pháp phòng tránh.
Nguyễn Thế Biên: Sự tương quan giữa phương của đường bờ và hiện tượng xói lở
vùng bờ biển Nam Trung Boä, Nam Boä.


LỜI CẢM ƠN
*******************
Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Minh
Quang - Giáo viên định hướng và hướng dẫn hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn thầy chủ nhiệm bộ môn - TS. Ngô Nhật Hưng đã tạo
điều kiện thuận lợi giúp học viên hoàn thành nhiệm vụ.

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Cảng và Công Trình Thềm Lục
Địa đã truyền đạt những kiến thức cơ sở chuyên ngành làm nền tảng cho nghiên
cứu ứng dụng trong đề tài luận văn.
Xin cảm ơn PGS.TS Trần Minh Quang, TS. Trần Thu Tâm đã tận tình cung
cấp thêm tài liệu, giáo trình nghiên cứu trong phạm vi đề tài luận văn.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Cơ Lưu Chất đã giúp đỡ những
tài liệu liên quan, tạo điều kiện cho việc thực hiện đề tài được thuận lợi hơn.
Xin chân thành cảm ơn PGS.TS La Thị Cang, Trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên đã nhiệt tình giúp đỡ những thông tin có liên quan đến đề tài luận văn.
Xin cảm ơn Viện Khoa Học Thuỷ Lợi Miền Nam đã nhiệt tình giúp đỡ, cung
cấp số liệu bình đồ, thuỷ hải văn đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong chương trình tính
toán.
Xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô, Bạn hữu đã đóng góp ý kiến bổ ích cho
luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Trần Minh Quang

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Trương Ngọc Tường

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Trần Thu Tâm

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . . . năm 2005

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

..........................................................................
TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên: NGUYỄN VĂN TÂM
Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1979

Nơi sinh: Khánh Hoà

Địa chỉ liên lạc: 13 Trịnh Minh Thế, Ninh Hoà, Khánh Hoà. ĐT: 08.8649961
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Thời gian năm 1997 ÷ 2002: Học đại học tại trường Đại Học Bách Khoa - Đại
Học Quốc Gia Tp.HCM.
Thời gian năm 2003 ÷ 2005: Học cao học tại trường Đại Học Bách Khoa - Đại
Học Quốc Gia Tp.HCM.
QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:

Thời gian năm 2002 ÷ 2004: Công tác tại Công ty đầu tư xây dựng và thương
mại CONSTREXIM.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tp.HCM, ngày . . . tháng . . . năm 2005
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên

: NGUYỄN VĂN TÂM

Phái

: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 01/01/1979

Nơi sinh : Khánh Hòa

Chuyên ngành

MSHV : CAN14-00203045

TÊN ĐỀ TÀI :

: Cảng & Công trình thềm lục địa

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH XÓI LỞ BỜ
BIỂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN MINH QUANG
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
.........................................................................
Tp.HCM, ngày . . . tháng . . . năm 2005
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS TRẦN MINH QUANG


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 PHẦN MỞ ĐẦU

Trang

1

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn

1

1.2 Phạm vi nghiên cứu

2

1.3 Mục đích - ý nghóa

2

1.4 Phương pháp nghiên cứu

2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH XÓI LỞ BỜ BIỂN

3

2.1 Giới thiệu

3

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bồi xói

3

2.2.1 Sóng

3

2.2.1.1 Sóng gió mùa - sóng bão

5

2.2.1.2 Hướng sóng

9

2.2.2 Dòng chảy

11

2.2.2.1 Dòng chảy dọc bờ

11

2.2.2.2 Dòng chảy ngang bờ

12

2.2.2.3 Dòng chảy thuỷ triều

13

2.2.3 Nước dâng trong gió bão

14

2.2.4 Vật liệu đáy

18

2.2.4.1 Thành phần bùn cát

18

2.2.4.2 Chuyển động bùn cát dọc bờ

18

2.2.5 Hiện trạng, cấu trúc địa chất bờ bãi

19

2.2.6 Yếu tố tác động của con người

19

2.3 Cách xác định xói lở bờ

19

2.4 Tính chất qui luật của quá trình xói lở, diễn biến đường bờ

19

2.4.1 Các nhân tố gây ra và ảnh hưởng đến quá trình sạt lở

20

2.4.1.1 Các yếu tố thuỷ quyển

20

2.4.1.2 Các yếu tố thạch quyển

22

2.4.1.3 Các yếu tố khí quyển

23

2.4.1.4 Yếu tố sinh quyển

23

2.4.2 Hiện trạng các dạng sạt lở bờ biển cửa sông Việt Nam

23

2.5 Phân tích định tính mặt cắt ngang bờ biển

24

2.6 Xác đinh lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ

27

2.6.1 Lưu lượng bùn cát dọc bờ tính theo năng lượng sóng

27

2.6.2 Lưu lượng bùn cát dọc bờ tính theo dòng chảy dọc bờ

30


2.6.3 Lưu lượng bùn cát dọc bờ có ảnh hưởng của công trình
2.7 Cơ sở lý thuyết phân tích sự biến đổi xói, bồi của bờ biển
2.7.1 Mô phỏng mô hình một đường (one - line model)

32
32
34

2.7.1.1 Phương trình liên tục bùn cát

34

2.7.1.2 Xác định chiều cao bồi xói hp

35

2.7.1.3 Phương trình sai phân

35

2.7.2 Mô hình vận chuyển bùn cát và biến động đường bờ

36

2.7.2.1 Mô phỏng các yếu tố sóng và dòng chảy khu vực ven bờ

36

2.7.2.2 Mô phỏng dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ

37

CHƯƠNG 3 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH BỒI XÓI BỜ BIỂN MỘT SỐ VÙNG TIÊU
BIỂU ( NAM TRUNG BỘ – NAM BỘ)
3.1 Những đặc trưng tiêu biểu vùng biển trong phạm vi Nam Trung Bộ-Nam Bộ 39

3.1.1 Đặc điểm chung

39

3.1.1.1 Tương quan hướng sóng và phương của đường bờ

39

3.1.1.2 Đặc điểm về hướng gió thổi

39

3.1.1.3 Đặc điểm cửa sông vùng ven biển Nam Trung Bộ - Nam Bộ

41

3.1.1.4 Đặc điểm về các yếu tố thuỷ động lực khu vực cửa sông ven biển

41

3.1.1.5 Đặc điểm về nguyên nhân xói lở

41

3.1.1.6 Đặc điểm về cơ chế xói lở

42

3.1.1.7 Đặc điểm về mức độ xâm thực

43

3.1.2 Đặc điểm riêng

47

3.1.2.1 Đặc điểm về tình hình sạt lở

47

3.1.2.2 Đặc điểm về cấu tạo địa chất, địa hình đường bờ

48

3.1.2.3 Đặc điểm về rừng ngập mặn

50

3.2 Qui luật xói lở bờ biển, diễn biến đường bờ biển
3.2.1 Qui luật xói lở bờ biển

51
51

3.2.1.1 Bờ biển bùn

52

3.2.1.2 Bờ biển cát

53

3.2.1.3 Quy luật chung

54

3.2.2 Diễn biến đường bờ biển

56

3.2.2.1 Dòng chảy sóng khu vực ven bờ biển Việt Nam

56

3.2.2.2 Dòng chảy gió khu vực ven bờ Nam Trung Bộ - Nam Bộ

57

3.2.2.3 Dòng triều lưu ven bờ khu vực Nam Trung Bộ - Nam Bộ
3.2.2.4 Dòng chảy ven bờ khu vực Nam Trung Bộ - Nam Bộ

58
59

3.2.2.5 Dòng vận chuyển bùn cát khu vực ven bờ biển Việt Nam

60


3.2.2.6 Vận dụng vào việc phân tích tương quan giữa dòng bùn cát dọc bờ và
64
hoạt động bồi xói bờ biển ở đới ven biển Bình Trị Thiên
3.3 Đề xuất cách giải quyết

67

3.3.1 Đối với địa hình vùng biển Trung Bộ

67

3.3.2 Đối với địa hình vùng biển Nam Bộ

68

3.3.3 Các giải pháp kết cấu bảo vệ bãi, bờ biển

68

CHƯƠNG 4 NHỮNG GIẢI PHÁP ĐÃ ĐƯC ỨNG DỤNG ĐỂ BẢO VỆ BỜ
BIỂN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
4.1 Giải pháp công trình
4.1.1 Bảo vệ bờ gián tiếp

70
70

4.1.1.1 Trồng cây rừng ngập mặn

70

4.1.1.2 Hệ thống đập đinh ngăn cát

77

4.1.1.3 Hệ thống đê chắn sóng song song với bờ

80

4.1.1.4 Bồi đắp nhân tạo

81

4.1.2 Bảo vệ bờ trực tiếp

81

4.1.2.1 Xây dựng đê biển

81

4.1.2.2 nh hưởng của đê biển đến sự chuyển đổi đường bờ

83

4.1.2.3 Gia cố bờ kè

86

4.1.2.4 Các công trình dân gian đã được thực hiện

88

4.1.2.5 Sử dụng vật liệu, công nghệ mới

88

4.2 Giải pháp phi công trình

92

4.2.1 Dự báo

92

4.2.2 Xác định hành lang sạt lở

92

4.2.3 Xác định phạm vi di dời

92

4.3 Cơ sở khoa học để chọn các giải pháp bảo vệ bờ biển, cửa sông

92

4.4 Phân tích ưu nhược điểm, điều kiện ứng dụng các giải pháp bảo vệ bờ 93
4.4.1 Ưu nhược điểm của các giải pháp bảo vệ bờ

93

4.4.1.1 Đê kết cấu tường đứng

93

4.4.1.2 Đê mái nghiêng hoàn toàn bằng đá hộc

94

4.4.1.3 Đê mái nghiêng có khối thân đê bằng tetrapod

94

4.4.1.4 Đê mái nghiêng nhiều lớp đá hộc, phủ ngoài bằng tetrapod

94

4.4.2 Điều kiện ứng dụng

95

4.4.2.1 Đê đá đổ đơn giản
4.4.2.2 Đê đá phủ khối bê tông hai mặt

95
95

4.4.2.3 Đê đá đổ, phủ mái phía biển bằng khối bê tông dị hình

95


4.4.2.4 Đê thùng chìm

95

4.4.2.5 Đê khối xếp lớn

95

4.4.2.6 Đê khối xếp thường

95

4.4.2.7 Đê hỗn hợp trên đứng - dưới nghiêng

95

4.4.2.8 Đê hỗn hợp ngoài nghiêng - trong đứng

96

4.4.2.9 Đê tường cừ

96

4.5 Các dạng hư hỏng của công trình bảo vệ bờ và đề xuất cách giải quyết

96

4.5.1 Các dạng hư hỏng

96

4.5.2 Nguyên nhân hư hỏng

96

4.5.3 Đề xuất cách khắc phục

97

4.5.3.1 Về loại công trình ứng với điều kiện Việt Nam

97

4.5.3.2 Về vật liệu xây dựng

98

4.5.3.3 Về sự cân bằng động lực học

98

4.5.3.4 Về thiết kế kết cấu chi tiết

98

4.5.3.5 Định hướng chung

98

CHƯƠNG 5 ÁP DỤNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN KHU VỰ
THỊ TRẤN GÀNH HÀO - BẠC LIÊU
5.1 Phân tích định tính sự xói lở bờ biển cửa sông Gành Hào, Bạc Liêu 100
5.2 Phân tích định lượng mức độ xói lở bờ biển cửa sông Gành Hào, Bạc Liêu 100

5.2.1 Nguyên nhân sạt lở cửa sông, bờ biển Gành Hào

100

5.2.2 Cơ chế sạt lở cửa sông, bờ biển Gành Hào

101

5.2.3 Phân tích định lượng mức độ xói lở cửa sông, bờ biển Gành Hào 103
5.2.3.1 Truyền sóng do khúc xạ bởi địa hình đáy

103

5.2.3.2 Lưu lượng vận chuyển bùn cát

112

5.2.3.3 Mức độ bồi xói, biến động đường bờ

121

5.2.4 Dự báo diễn biến đường bờ trong tương lai
5.3 Giải pháp bảo vệ bờ biển cửa sông Gành Hào, Bạc Liêu

123
123

5.3.1 Đặc điểm địa chất, thuỷ hải văn

123

5.3.1.1 Đặc điểm địa chất, địa hình

123

5.3.1.2 Đặc điểm thuỷ hải văn

123

5.3.2 Những vấn đề cần giải quyết, đánh giá lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ 124

5.3.2.1 Căn cứ lặp quy hoạch

124

5.3.2.2 Đánh giá lựa chọn các giải pháp bảo vệ bờ

124

5.3.3 Giải pháp bảo vệ bờ biển cửa sông Gaønh Haøo

128


5.3.3.1 Phân tích lựa chọn phương án

128

5.3.3.2 Những nhận xét về điều kiện tự nhiên

128

5.3.3.3 Xác định các thông số đặc trưng của kết cấu chống xói bảo vệ bờ 128
5.3.3.4 Kiểm tra ổn định công trình
5.3.3.5 Yêu cầu kỹ thuật thi công trình bảo vệ bờ khu vực cửa sông bờ biển
5.4 Nhận xét, các vấn đề được đúc kết

133
134
134

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH
6.1 Kết luận

135

6.2 Kiến nghò

136


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU
1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn
Vấn đề bồi, xói vùng bờ đã và đang được nhiều nhà khoa học trong nước và
thế giới thuộc các lónh vực và ngành khoa học khác nhau quan tâm. Hiện tượng
xói lở bờ cửa sông, bờ biển ở Việt Nam hằng năm đã gây nhiều thiệt hại lớn cho
nhân dân sinh sống ở vùng ven biển. Nhiều nhà cửa, công trình dân dụng, thuỷ lợi
bị tàn phá nặng nề do hiện tượng xói lở.
Xói lở bờ biển cùng với các quá trình vận chuyển bùn cát và biến động
đường bờ là các quá trình liên quan trực tiếp đến tác động của nước (sóng, dòng
chảy, mực nước …) cùng với các đặc điểm cấu tạo bờ, đáy biển. Hiện tượng xói
lở, vận chyển bùn cát và biến động đường bờ có thể xảy ra thường xuyên, theo
mùa hoặc ngẫu nhiên nhưng ở bất kỳ dạng nào cũng ảnh hưởng đến các công trình
ven biển, đe dọa cuộc sống và các hoạt động kinh tế ở các vùng ven biển.

Có thể thấy quá trình xói lở đang diễn ra trên hầu hết bờ biển, tại địa bàn
của tất cả các tỉnh có bờ biển, mặc dù với mức độ (cường độ và tốc độ) khác nhau.
Các khu vực xói mạnh nhất tập trung ở duyên hải đồng bằng Bắc Bộ - Thanh Hoá,
đồng bằng sông Cửu Long. Các khu vực ổn định hơn cả theo thứ tự là vùng bờ
Móng Cái - Hòn Gai, Rạch Giá - Hà Tiên và Nam Trung Bộ.
Hiện có 241 đoạn bờ bị xói với tổng chiều dài khoảng 250 km. Quá trình xói
lở diễn ra hầu hết các kiểu cấu tạo bờ: nền đá gốc, sỏi, cát, bùn cát, bùn sét, …
song chủ yếu là bờ cát (chiếm 82% tổng số đoạn bờ bị xói). Đáng chú ý là 80
đoạn bờ đã có các công trình chỉnh trị (đê, kè, trồng cây) vẫn bị tiếp tục xói.
Nhiều đoạn bờ nền đá gốc trước đây được bồi bằng vật liệu bở rời nay đang bị
xói.
Các đoạn bờ tiêu biểu có tốc độ xói lở rất nhanh là Vạn Ninh (Quảng Ninh)
36m/năm, Giao Phong (Xuân Thuỷ - Nam Hà) 40m/năm, Nghi Yên (Nghi Lộc Nghệ An) 32m/năm, Điện Dương (Điện Bàn - Đà Nẵng) 60m/năm, thị xã Hội An
(Đà Nẵng) 32m/năm, Tam Hoà (Núi Thành - Đà Nẵng) 57m/năm, Mỹ Tho (Phú
Mỹ - Bình Định) 40m/năm, Cam Thịnh Bắc (Cam Ranh - Khánh Hoà) 38m/năm,
Phan Rí Cửa (Ninh Thuận) 33m/năm, Phước Dinh (Ninh Thuận) 32m/năm, Tân
Thành (Gò Công Đông) 31m/năm, Thanh Hải (Thanh Phú - Bến Tre) 57m/năm,
Hiệp Thạnh (Duyên Hải - Trà Vinh) 50m/năm.
Có tới khoảng 50% số đoạn xói có chiều dài hơn 1km, gần 20% số đoạn xói
có chiều dài hơn 500m. Có 32% số đoạn xói thuộc loại từ nhanh trở lên (nhanh:
10430m/năm chiếm 18,3%, rất nhanh: trên 30m/năm chiếm 13,7%).
Để xây dựng cơ sở khoa học cho công tác dự đoán diễn biến đường bờ biển
và thiết kế các công trình bảo vệ bờ tương ứng, nhiều vấn đề khoa học có tính ứng
dụng cao đã nảy sinh. Trong bài toán phân tích tính toán quá trình bồi xói có thể

GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

-1-

HVTH:Nguyễn Văn Tâm

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

xem là một vấn đề quan trọng bậc nhất để giải quyết tính ổn định lâu dài cho
công trình.
Đề tài của luận văn là một trong những nổ lực phân tích những nguyên nhân
chủ yếu tác động đến quá trình xói lở bờ biển, tìm ra tính chất qui luật của xói lở,
ứng dụng mô hình số với yêu cầu tính toán bồi xói, diễn biến đường bờ cho một
khu vực cục bộ nằm trong khu vực nghiên cứu tổng thể: khu vực ven biển Gành
Hào - Bạc Liêu.
1.2 Phạm vi nghiên cứu
Dựa vào các nghiên cứu lý thuyết về bài toán bồi, xói lở vùng cửa sông, bờ
biển, tìm hiểu tính chất qui luật và cơ chế của xói lở. Tìm mối quan hệ giữa dòng
vận chuyển bùn cát dọc bờ và quá trình xói lở biến động đường bờ. Ứng dụng mô
hình một đường (one - line model) với yêu cầu tính dòng vận chuyển bùn cát dọc
bờ, đánh giá mức độ bồi xói biến động đường bờ cho một khu vực cục bộ nằm
trong khu vực nghiên cứu tổng thể: khu vực ven biển Gành Hào - Bạc Liêu.
1.3 Mục đích – Ýnghóa
Các kết quả phân tích cường độ xói lở, dòng chảy ven, dòng vận chuyển bùn
cát vùng biển trong phạm vi Nam Trung Bộ - Nam Bộ trong luận văn có thể dùng
để tham khảo, so sánh với các nghiên cứu trước đây và cung cấp thêm những số
liệu cần thiết, góp phần phục vụ tốt hơn các dự án có liên quan đến phạm vi vùng
bờ biển này.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục đích và ý nghóa trên cần phải sử dụng tổng hợp một số
phương pháp nghiên cứu sau:
 Thu thập tài liệu, giáo trình.
 Thu thập số liệu khảo sát hiện trường.
 Phân tích số liệu, lựa chọn số liệu ứng dụng.

 Phân tích các nguyên nhân cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sạt lở.
 Phân tích cơ chế sạt lở bờ biển bùn, bờ biển cát.
 Phân tích tương quan giữa dòng bùn cát dọc bờ và quá trình bồi xói.
 Phân tích tác dụng của rừng cây chắn sóng trong việc bảo vệ bãi biển.
 Phân tích ưu nhược điểm, điều kiện áp dụng một số dạng kết cấu bảo vệ
bờ biển cửa sông.
 Phân tích những ưu điểm khi dùng một vài giải pháp kết cấu mềm.
 Ứng dụng một số giải pháp bảo vệ bờ biển cửa sông: khu vực Gành Hào Bạc Liêu.
 Phân tích tìm ra giải pháp hợp lý bảo vệ bờ biển ứng với từng vùng cụ thể.

GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

-2-

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH XÓI LỞ BỜ BIỂN
2.1 Giới thiệu:
Xói lở và bồi tụ là quá trình phức tạp trong lónh vực động lực học biển. Cho
đến nay, quá trình này vẫn chưa được nghiên cứu đến mức thoả đáng như một
khoa học tương đối chính xác. Nhưng nhìn chung, dễ nhìn nhận rằng một đoạn bờ
biển cụ thể với cấu tạo địa chất cụ thể, bị xói lở do một trong ba nguyên nhân: nội
sinh, nhân sinh và ngoại sinh, hoặc tổ hợp cả hai hay cả ba nguyên nhân đó gây
ra.
 Nguyên nhân nội sinh: Là do chuyển động tân kiến tạo gây nên chuyển
động nâng, hạ, giãn, tách trượt của lớp hoặc các mảng của vỏ trái đất dẫn tới sự
bồi, xói. Hiện nay việc nghiên cứu nguyên nhân này còn ít, tản mạn và mâu thuẩn

nhau, cho nên rất khó lý giải các quá trình bồi, xói diễn ra do nguyên nhân nội
sinh.
 Nguyên nhân nhân sinh: Là các hoạt động khai hoang, lấn biển, thuỷ lợi,
khai thác sa khoáng, vật liệu xây dựng, chặt phá rừng ngập mặn … thường ở mức
độ địa phương trong phạm vi hẹp. Nguyên nhân này được xét cho từng vùng án cụ
thể.
 Nguyên nhân ngoại sinh: Là các yếu tố ngoại sinh được hiểu là gió, bão,
biến đổi mực nước (mực nước dâng do bão, gió mùa), dao động mực nước thuỷ
triều, sóng (sóng bão, sóng gió), dòng chảy ven bờ. Các yếu tố ngoại sinh là
nguyên nhân chính và phổ biến, chi phối quá trình xói lở dải bờ biển.
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bồi xói
2.2.1 Sóng
Sóng biển ngoài sự tác động trực tiếp rất nhanh, rất mạnh lên bờ và các
công trình ven bờ, sóng còn sinh ra dòng chảy ở đáy làm cho bùn cát dễ bị xáo
trộn, tách rời khỏi đáy và dịch chuyển đi nơi khác. Ngoài tác động phá hoại trực
tiếp, năng lượng sóng được chuyển thành dòng năng lượng là nguyên nhân chủ
yếu gây ra sự vận chuyển và tạo ra các vùng bồi xói. Vì vậy sóng là yếu tố rất
quan trọng trong quá trình diễn biến đường bờ. Về phương diện này, tác động của
sóng được thấy rất rõ rệt. Chỉ sau thời gian ngắn, nhất là sau khi chịu ảnh hưởng
của bão, đường bờ bị thay đổi hẳn. Bên cạnh đó, sóng luôn luôn có tác động rất
mạnh và thường xuyên đến hình thái bờ biển vì sóng là một hiện tượng tự nhiên,
hoạt động liên tục, vónh cửu … Sóng là tác nhân chính gây ra sự phá hoại các
công trình ven bờ, bồi xói lở bờ.
∗ Phân loại sóng :
 Theo nguyên nhân hình thành: gồm sóng gió (do gió), sóng triều (do thuỷ
triều), sóng khí áp (do khí áp), sóng động đất hay sóng tsunami (do động đất), …
 Theo tính chất chuyển động: sóng tới, sóng trùng hợp toàn phần (sóng
đứng), sóng phản xạ, sóng khúc xạ, sóng nhiễu xạ.
GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

-3-

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

 Theo độ sâu nước: sóng nước sâu (h/L > ½ hay kh > π) là sóng mà tốc độ
truyền sóng chỉ phụ thuộc vào chiều dài sóng (C = gL / 2π ) , sóng nước cạn (h/L
<1/20 hay kh > π/10) là sóng mà tốc độ truyền sóng phụ thuộc cả chiều dài sóng
gL 2πh
và độ sâu nước (C =
.th
).
2π
L
 Theo chiều dài sóng và chu kỳ sóng: sóng ngắn (chu kỳ T < 1phút), sóng
dài (chu kỳ T > 1phút). Sóng dài có chiều dài đến hàng trăm mét.
 Theo thời điểm tác dụng của gió: sóng cưỡng bức tức sóng lúc gió đang
thổi mạnh, sóng lừng tức sóng lúc gió đã ngưng thổi hay chuyển hướng.
Vì sóng được hình thành do gió và bão là chủ yếu và gây tác động rất lớn
đến quá trình xói lở và diễn biến đường bờ, ngoài ra nó còn phá hoại trực tiếp đến
các công trình bảo vệ bờ biển. Hướng sóng phụ thuộc vào hướng gió thổi, cũng là
yếu tố rất quan trọng hình thành nên năng lượng sóng lớn hay nhỏ gây tác động
trực tiếp đối với quá trình xói lở bờ.
Do đó phạm vi phân tích chỉ tập trung vào việc hình thành sóng do gió, do
bão và phân tích ảnh hưởng của hướng sóng đến sự phá hoại của bờ.
∗ Sự truyền sóng:
 Truyền sóng độ dốc nhỏ:
Phương trình độ dốc nhỏ được đưa ra đầu tiên bởi Eckart (1952) và sau đó

được xây dựng lại bởi Berkhoff (1972-1976). Phương trình này được Booii (1981),
Kirby (1983) và Liu (1986) phát triển có xét đến ảnh hưởng của dòng chảy.
Phương trình truyền sóng “mild slope” giả thiết sóng có biên độ nhỏ, chuyển động
thế, chất lỏng lý tưởng không nén được.
Dạng tổng quát phương trình truyền sóng như sau:
D 2φ w
Dφ w
+ (∇.U )
− ∇.(CC g ∇φ w ) + (σ 2 − k 2 CC g )φ w = 0
2
Dt

Dt

( 2.1)

Trong đó:
φ w ( x, y, t ) : hàm thế vận tốc theo phương ngang tại (z = 0)
Cg : vận tốc truyền của nhóm sóng
C : vận tốc truyền sóng, C = σ / k với σ = 2π / T
U(u,v) : vectơ vận tốc
k : số sóng có liên hệ σ 2 = gk . tanh kh
Trong trường hợp sóng đơn (monochromatic wave) thì φ w = φ ( x, y ).e − i.σ .t và
khi không có dòng chảy (U = 0) thì (2.1) trở thành:
∇.(CC g ∇φ ) + σ 2

Cg
C

=0

(2.2)

Phương trình trên chính là phương trình truyền sóng của Berkhoff, trong đó
φ ( x, y ) được xem như hàm thế vận tốc tại z = 0.
GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

-4-

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

 Truyền sóng dạng eliptic – mô hình rcpw:
Phương trình truyền sóng dạng eliptic được Bruce và các cộng sự (1986)
thuộc CERC (Coastal Engineering Research Center) sử dụng trong mô hình
RCPW. Hàm thế vận tốc được biểu diễn dưới dạng:
(2.3)

φ = a.e i.S

Với:

a(x,y): hàm biên độ sóng, a(x,y) = g.H(x,y)/2σ
H(x,y) : chiều cao sóng
S(x,y) : hàm pha sóng

Phương trình (2.3) được thay vào (2.2), tách phần thực và phần ảo được:
⎫⎪

1 ⎧⎪ ∂ 2 a ∂ 2 a
1
∇a.∇(CC g ) ⎬ + k 2 − ∇S = 0
⎨ 2 + 2 +
a ⎪⎩ ∂x
CC g
∂y
⎪⎭

(2.4)

∇(a 2 .CC g ∇S ) = 0

(2.5)

[

]

Sự truyền sóng là chuyển động thế neân:
∇.(∇S ) = 0

(2.6)

∂
∂ 2
(
a CC g ∇S cosθ ) + (a 2 CC g ∇S sin θ ) = 0
∂x
∂y

∂
( ∇S sin θ ) − ∂ ( ∇S cosθ ) = 0
∂x
∂y

(2.7)

v
v
Có thể thay ∇S = ∇S cosθ .i + ∇S sin θ . j vào (2.5), (2.6) được:

(2.8)

Điều kiện biên của bài toán là chiều cao sóng, chu kỳ sóng, hướng sóng tại
vùng nước sâu và chấp nhận chiều cao sóng tại biên thoả mãn ∂H / ∂x = 0 . Phương
trình (2.4), (2.7) và (2.8) được giải bằng sai phân hữu hạn và giải lập cho đến khi
giá trị trước và sau xấp xỉ nhau.
Trong khu vực sóng vỡ, vế phải của phương trình (2.7) được thêm vào một số
hạng kể đến sự mất mát năng lượng, phương trình (2.7) trở thành:
K
∇.(a CC g ∇S ) = −
h
2

⎧⎪
⎡⎛ g ⎞ 2 2 2
⎤ ⎫⎪
2
⎟ γ h CC g ∇S ⎥ ⎬ (2.9)
⎨a CC g ∇S − ⎢⎜

⎥⎦ S ⎪⎭
⎪⎩
⎣⎢⎝ 2σ ⎠

2.2.1.1 Sóng gió mùa - sóng bão
a. Sóng gió mùa:
Sóng do gió là sóng xuất hiện nhiều nhất, có tác dụng uy hiếp thường xuyên
đối với các loại công trình. Vì thế nó được xem như là đối tượng nghiên cứu chính.
Sóng do gió là loại sóng không đều, các yếu tố sóng luôn biến đổi theo thời
gian và địa điểm. Hướng truyền sóng luôn thay đổi, hướng sóng chính phù hợp với
hướng gió thổi.

GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

-5-

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Sóng gió chịu ảnh hưởng của các yếu tố tạo sóng, chủ yếu là tốc độ gió, thời
gian gió thổi, đà gió. Ngoài ra sóng gió còn chịu ảnh hưởng của độ sâu nước, địa
hình đường bờ và đáy biển.
Sóng gió có quá trình gồm 4 giai đoạn sau: phát sinh, phát triển, ổn định và
suy yếu. Trong đó giai đoạn 3 có thể không xuất hiện nếu trong quá trình phát
triển đà gió quá dài hay thời gian gió thổi tương đối ngắn.
∗ Các yếu tố tạo sóng chủ yếu:
 Tốc độ gió: là yếu tố động lực chính tạo sóng. Tốc độ gió được xác định dựa
theo tài liệu thực đo và được quy về độ cao 10m trên mặt nước tónh:

(2.10)

W10 = k t .k d .k10 .Wt

Trong đó:
Wt :Tốc độ gió thực đo, lấy trung bình 10 phút với tần suất quy định
kt :Hệ số tính lại tốc độ gió đo được bằng máy đo gió
k t = 0,675 +

4,5
≤1
Wt

kd :Hệ số tính tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước
- Khi đo trên bãi cát bằng phẳng kd = 1
- Khi đo trên các loại địa hình A, B, C trị số kd lấy theo bảng 2-1
k10 :Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m trên mặt nước, xác
định theo bảng 2-2
Giá trị của kd ở các loại địa hình

Tốc độ gió
Wt (m/s)

A

B

C

10

15
20
25
30
35

1,10
1,10
1,09
1,09
1,09
1,09

1,30
1,28
1,26
1,25
1,24
1,22

1,47
1,44
1,42
1,39
1,38
1,36

40

1,08

1,21

1,34

Bảng 2.1: Hệ số chuyển đổi tốc độ gió trên các loại địa hình

Khoảng cách giữa máy
đo gió và mặt nước
GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

5

6

-6-

7

8

9

10

11

12

HVTH:Nguyễn Văn Tâm

Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

k10

1,14

1,11

1,07

1,04

1,02

1,00

0,98

0,97

Khoảng cách giữa máy
đo gió và mặt nước

13

14

15

16

17

18

19

20

k10

0,96

0,95

0,94

0,93

0,92

0,91

0,90

0,89

Bảng 2.2: Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10 m

 Thời gian gió thổi: Đó là thời gian gió tác dụng trên mặt nước. Thời gian
gió thổi phụ thuộc chiều dài đà gió, tốc độ di chuyển của gió xoáy, hướng di
chuyển của gió xoáy, hướng truyền sóng.
 Đà sóng: Dưới tác dụng của gió, sóng được hình thành và truyền đi. Chiều
dài mà sóng truyền qua kể cả lúc gió ngừng thổi được gọi là đà sóng. Đà sóng có
giá trị biến đổi phụ thuộc vào địa hình, độ nhám, chiều sâu nước.
 Ảnh hưởng của khu nước: Chiều dài khu nước và thời gian gió thổi là điều
kiện để sóng phát triển. Khi khu nước rộng và thời gian gió thổi dài thì sóng phát
triển hoàn toàn, sóng được truyền đi rất xa. Ngược lại, khi khu nước bé mặc dù
thời gian gió thổi có lớn thì sóng truyền đi cũng bị hạn chế.
Dòng chảy sóng là một thành phần rất quan trọng trong dòng chảy tổng hợp
ven bờ. Hiện nay chưa có một phương pháp nào để tách dòng chảy sóng ra khỏi
dòng chảy tổng hợp cho nên có thể sử dụng một số các trị số đặc trưng để đưa ra
khái niệm về dòng chảy do sóng gây nên.
Khi sóng tiến vào bờ, do tác động của địa hình đáy nên sóng sẽ bị phân
thành hai thành phần: một thành phần thẳng góc và một thành phần song song với
bờ. Thành phần thẳng góc tác động trực tiếp phá hủy các kết cấu của bờ hay các
công trình trên bờ như xói mòn, moi đất đá và làm phân rã các lớp đất của bờ. Sau
khi bị phản xạ trở lại thì cuốn theo một phần khối vật chất từ trong bờ ra. Một
thành phần khác song song với bờ kết hợp cùng với các yếu tố khác như dòng
chảy gió, dòng triều, dòng chảy gradient mật độ … tạo thành dòng chảy tổng hợp
ven bờ. Thành phần này có tác dụng vận chuyển khối vật chất còn lại sau khi bị
sóng làm vỡ ra. Như vậy cả hai thành phần vuông góc và song song với bờ của
sóng đều có tác động phá huỷ, vận chuyển vật liệu của bờ và làm thay đổi địa
hình đường bờ.
Có nhiều công thức tính toán dòng chảy sóng theo các trị số đặc trưng như
các công thức của Suleykhin, Krylov, Steward, Smirnov …
Áp dụng cho vùng biển ven bờ Phước Thể nơi có độ dốc đáy biển khá nhỏ,
nên chọn phương pháp của Smirnov là thích hợp hơn cả để tính dòng chảy do sóng
gây nên.

Theo Smirnov thì công thức xác định dòng chảy sóng có dạng:
a
4C sin α − 1
V =

2

1+

GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

a

-7-

(2.11)

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

Với:

2,61.ihbr . cosα
Kτ
C = 2,38 ghbr
a=

Trong đó:

K = 0,055 là hệ số ma sát đáy với cát d = 0,0540,6mm.
α : là góc tới. Với góc tới (NNE), α = 2285 và góc tới (NE) α = 458
hbr: chiều cao sóng vỡ, hbr = 0,63m, i = 3% và i = 5% là độ dốc bãi biển
τ : chu kỳ trung bình của sóng, tại vùng ven bờ Phước Thể τ = 5,2s.
Thay các hệ số vào công thức (2.11) ta được vận tốc dòng chảy do sóng ven
bờ tạo nên. Vận tốc dòng chảy do sóng được trình bày trong bảng 2.3.
Hướng sóng
NNE
NE

Độ dốc bãi biển

V (m/s)

i = 3%

0,45

i = 5%

0,58

i = 3%

0,55

i = 5%

0,71

Bảng 2.3: Vận tốc dòng chảy sóng tại vùng biển Phước Thể
Từ các kết quả tính toán cho thấy dòng chảy sóng có vận tốc tương đối lớn,
đủ sức khởi động, vận chuyển bùn cát, moi đất từ trong đường bờ ra và gây nên
hiện tượng xói lở vùng bờ biển.
b. Sóng bão:
Quá trình tồn tại của bão được chia thành 4 giai đoạn: hình thành, trẻ, trưởng
thành và suy yếu.
Bão có thể đổ bộ vào đất liền ở bất kỳ giai đoạn nào song nguy hiểm nhất là
thời điểm bão ở giai đoạn trẻ hoặc ở giai đoạn phát triển. Vì trong trường hợp này
sau khi đổ bộ bão suy yếu chậm, gió mạnh và mưa kéo dài.
Thường bão đi vào đất liền phạm vi và cường độ của nó giảm đi và tan hoàn
toàn trong thời gian khoảng 1 ÷ 2 ngày. Đôi khi bão tiếp tục tồn tại ở mức độ áp
thấp và đem lại lượng mưa lớn.
Gió mạnh trong bão là một trong những nhân tố gây hại chính của bão. Gió
mạnh phá huỷ các công trình xây dựng và còn là nguyên nhân chủ yếu gây ra
sóng lớn trên biển. Ở trung tâm bão thuộc vùng “mắt bão” có gió yếu, đôi khi lặng
gió, tiếp theo vùng mắt bão ra phía ngoài là vùng gió cực đại và tốc độ gió giảm
dần đến vùng ngoài cùng - là vùng rìa bão.
Mực nước biển dâng thực tế là tổng của mực nước dâng do bão và mực nước
thuỷ triều. Vì vậy khi bão đổ bộ vào lúc triều cường thì mực nước triều cộng với
mực nước dâng do bão làm nền cao cho những con sóng xô bờ, cuốn trôi tất cả
GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

-8-

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

những gì ở khu vực con sóng tràn đến. Gió bão mạnh gây ra sóng biển cao, nhấn
chìm các tàu thuyền hoạt động trên biển, gây tác hại rất lớn đến bờ và các công
trình bảo vệ bờ. Sóng biển tràn sâu vào đất liền là thảm hoạ đối với cư dân sống
ven biển gây thiệt hại về người, vật chất và sản xuất. Người ta đã ghi nhận được
con sóng cao nhất với độ cao sóng 34m của cơn bão vào tháng 3 năm 1933 ở vùng
biển tây bắc Thái Bình Dương. Trị số mực nước biển dâng cao nhất là 13m trong
một vịnh thuộc Úc vào năm 1899. Thảm hoạ kỷ lục về nước biển dâng và sóng
biển cao xô bờ là cơn bão Bhola hoạt động trên vịnh Bengal tháng 11 năm 1970
giết hại khoảng 500 ngàn người Bangladesh.
2.2.1.2 Hướng sóng
Sự va đập trực tiếp của sóng biển vào bờ và đới sóng đổ là tác động dễ nhận
thấy nhất đồng thời cũng là tác động mạnh nhất gây xói lở - bồi tụ ven bờ. Cứ mỗi
đợt sóng xô vào bờ, dòng năng lượng sóng tạo nên áp lực thẳng góc trên đơn vị
thời gian được (Longuet - Higgins, 1970) mô tả:
(2.12)

E x = E.C g . cos θ

Với:
E=

ρ .g.H 2
8

C g = n.c , n =

(2.13)
1⎛
2kh ⎞
2π

⎜1 +
⎟,k =
2 ⎝ sình 2kh ⎠
L

(2.14)

Trong đó:
E : mật độ năng lượng sóng
Cg : tốc độ truyền năng lượng
θ : góc hợp bởi tia sóng và pháp tuyến của đường bờ
k : số sóng
H : chiều cao sóng
h : độ sâu đáy biển
ρ, g: mật độ nước, gia tốc trọng trường
Khi gặp bờ thẳng đứng hoặc có độ dốc lớn, áp lực sóng tác động phá vỡ bờ
dữ dội hơn, kéo vật liệu bờ ra xa và đọng lại trên luồng, ở đó dòng chảy dọc bờ có
tác dụng tải đi nơi khác. Trong cùng điều kiện thì tia sóng trực giao với bờ sẽ có
sức công phá mạnh nhất.
Trường hợp bờ là bãi biển có mái dốc thoai thoải cấu tạo bằng vật liệu thô
rời rạc như cát, bùn cát … thì quá trình chuyển hoá năng lượng sóng thành cơ năng
(có tác dụng vận chuyển vật liệu vuông góc với bờ) tuỳ thuộc vào tương quan giữa
áp lực sóng Ex, áp lực thuỷ tónh của cột nước P, độ dốc của địa hình đáy β, độ bền
của đất đá (chủ yếu phụ thuộc vào góc trượt ϕ). Các lực trên tổ hợp thành lực di
đẩy đáy e có tác dụng vận chuyển trầm tích đáy. Một trong những qui tắc tạo
luồng dọc bờ và bãi ngầm đới sóng đổ được giới thiệu trên sơ đồ hình (2.1), luồng
GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

-9-

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

và bãi có dạng tương tự khá phổ biến trong cấu tạo địa hình đới ven bờ miền
Trung.

Hình 2.1: Sơ đồ năng lượng sóng tác động lên nền đáy hình thành luống
ven bờ và bãi ngầm
Do tính chất không đối xứng khi sóng tác động vào địa hình đáy: tại khu vực
sóng vỡ, lực di đẩy đáy e lại có hướng về phía bờ. Tại đới sóng vỗ bờ lực di đẩy
đáy e lại có hướng ngược về phía sườn bờ ngầm, nên dòng bùn cát ngang có
hướng ngược nhau ngay trong một chu kỳ tác động của sóng.
Sự bù trừ lẫn nhau giữa năng lượng sóng, áp lực thuỷ tónh và trọng lực đã tạo
nên một trắc diện cân bằng động. Cơ chế cân bằng trắc diện đáy có vai trò lớn
trong việc hình thành nên các dạng địa hình trong thềm bờ ngầm như đê cát, bãi
cát ngầm ở cửa sông, bờ biển.
Suy rộng sơ đồ hình (2.1) trên với những góc sóng tới θ và góc nghiêng đáy
β, đặc biệt là trong các điều kiện ngập bãi do triều cao và sóng lớn sẽ là một cách
giải thích hiện tượng bồi tụ phổ biến ở các doi cát cửa biển như nam cửa Thuận
An, bắc cửa Tư Hiền, nam cửa Trà Khúc …

2.2.2 Dòng chảy
Dòng chảy đóng vai trò chính để tải bùn cát đã được sóng bứt ra khỏi đáy,
bờ. Dòng chảy bao gồm: dòng chảy dọc bờ, dòng chảy ngang bờ, dòng chảy thuỷ
triều (có tính chất thuận nghịch).
2.2.2.1 Dòng chảy dọc bờ
Biển là môi trường luôn bị xáo trộn, dao động bởi nhiều tác nhân khác nhau
như sóng, thuỷ triều và dòng chảy biển. Tuỳ theo nguyên nhân và tính chất của

các dạng chuyển động, có thể phân biệt nhiều dạng chuyển động chi tiết hơn. Xét
về mặt diễn biến hình thái vùng ven biển để nghiên cứu ảnh hưởng của các hiện
GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

- 10 -

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

tượng này đến chuyển động bùn cát. Người ta thường sơ đồ hóa thành hai loại
chuyển động là: dao động sóng và dòng chảy. Chuyển động sóng là các dao động
khá nhanh do sóng gây ra. Còn dòng chảy bao gồm các loại dòng triều, hải lưu,
dòng chảy sóng và có thể xem chúng là dòng ổn định trong một chu kỳ sóng.
Các dòng chảy trên biển thường có vận tốc không lớn, nên ảnh hưởng về
mặt động lực học đến các công trình biển là không lớn. Tuy nhiên, dòng chảy có
tác động rất quan trọng đến chuyển động bùn cát và diễn biến địa mạo bờ biển,
bởi vì nó mang lượng bùn cát do sóng bào xói rời khỏi đáy biển gây nên hiện
tượng xói mòn ở nơi này hay bồi tụ ở nơi khác. Các cơ chế vận chuyển bùn cát do
dòng chảy cũng đã được nghiên cứu để làm sáng tỏ mối liên quan giữa sóng dòng chảy - bùn cát với mục đích sau cùng là nhằm xác định lưu lượng bùn cát
được tải đi bởi dòng chảy để tính toán mức độ xói hay bồi của đáy biển.
Khi độ dốc sóng lớn hơn 2.5% thì sóng sẽ vỡ trước khi đến bờ. Phía trong
đường sóng vỡ, đường mặt sóng không còn đối xứng: vận tốc phân tố ở đỉnh sóng
hướng vào bờ sẽ lớn hơn vận tốc ở chân sóng hướng ra khơi. Như vậy, bên trong
vùng sóng vỡ, phía trên mặt sẽ liên tục nhận thêm một lượng nước từ ngoài khơi
do sóng vỡ mang vào. Mực nước tónh bên trong vùng sóng vỡ sẽ cao hơn mực nước
biển trung bình, hiện tượng này gọi là nước dâng do sóng (Wave setup). Để lập lại
cân bằng khối lượng, lượng nước này sẽ chảy ra khơi dưới dạng dòng chảy đáy
hoặc chảy dọc theo bờ giữa vị trí sóng vỡ và đường mép nước tạo thành dòng chảy

dọc bờ (longshore current). Khi sóng tiến vào xiên góc với bờ thì dòng chảy dọc
bờ sẽ xuôi theo hướng sóng tới. Vận tốc dòng chảy dọc bờ lớn nhất ở gần vị trí
sóng vỡ lần thứ nhất, theo kết quả đo đạc tại 36 vị trí ở tại bờ biển California năm
1968, giá trị trung bình của vận tốc dòng chảy dọc bờ là 0,3m/s. Tuy nhiên theo
kết quả khảo sát của CERC (Coastal Engineering Research Center) 1970 cho thấy
vận tốc dòng chảy dọc bờ trên 0,9 m/s là bình thường. Với quan sát 352 dòng
chảy, Galvin và Nelson (1967) đã cho thấy vận tốc dòng chảy dọc bờ lớn nhất là
1,7m/s xuất hiện khi có bão xảy ra.
Để xác định vận tốc dòng chảy dọc bờ, Longuet - Higgins (1970) đã giới
thiệu công thức dựa trên những giả thuyết cơ bản như sau:
vb = M L .m( gH b )1 / 2 sin 2α b

(2.15)

Trong đó:
vb: vận tốc dòng chảy dọc bờ (m/s)
m: độ dốc bờ
g: là gia tốc trọng trường (m/s2)
Hb : chiều cao sóng vỡ (m)
αb: góc hợp bởi đường đầu sóng và đường bờ
Với:

GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

- 11 -

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

0,694.Γ.(2 β ) −1 / 2
ML =
Cf

(2.16)

Trong đó:
Γ : hệ số xáo trộn ( Γ trong khoảng 0,1740,5), thường lấy Γ = 0,2
β : tỷ lệ giữa độ sâu và chiều cao sóng vỡ vùng nước nông, β =1,2
Cf: hệ số ma sát, Cf = 0,01
Thay các giá trị trên vào phương trình (2.16) tính được ML = 9,0
Tuy nhiên khi áp dụng công thức (2.15) để xác định vận tốc dòng chảy dọc
bờ, kết quả tính được chỉ bằng 0,43 lần giá trị đo được dựa trên dữ liệu ngoài thực
địa. Do đó Galvin và Eagleson đã hiệu chỉnh công thức của Longuet - Higgins
bằng cách nhân với 2,3.
vb = 20,7.m( gH b )1 / 2 sin 2α b

(2.17)

Qua đó cho thấy yếu tố quan trọng nhất để xác định vận tốc dòng chảy dọc
bờ là chiều cao sóng vỡ, góc giữa đường đỉnh sóng và đường bờ. Công thức (2.17)
đã đưa ra một phương pháp dự đoán vận tốc trung bình của dòng chảy dọc bờ
trong điều kiện dòng chảy phát triển hoàn toàn.
2.2.2.2 Dòng chảy ngang bờ
Cũng tương tự như trên khi sóng tiến vuông góc với bờ, sẽ xuất hiện dòng
chảy hướng ra khơi để cân bằng khối lượng. Đó là dòng chảy ngang bờ (cross –
shore current). Dòng chảy này có thể là tác nhân chính đưa bùn cát bị xói lở từ bờ
ra khơi. Bên cạnh đó, người ta vẫn thấy có sự vận chuyển một khối lượng lớn bùn
cát từ đáy vào bờ ngược hướng với dòng chảy.

Ngay khi sóng tới vuông góc với bờ thì dòng chảy có cường độ yếu hơn dòng
chảy dọc bờ cũng hình thành. Để cân bằng lượng nước mặt được sóng mang vào
và lượng nước trả về biển khơi thì dọc theo đường bờ, cách khoảng vài trăm mét
đến hàng ngàn mét xuất hiện những dòng chảy vuông góc với bờ hướng ra khơi.
Đây là những dòng chảy cục bộ rất hẹp và mạnh phân bố trên suốt chiều sâu nước
gọi là rip - current.
Dòng chảy ngang bờ này góp phần tạo ra dạng uốn cong của các bờ biển dài
hoặc chính dạng uốn cong của bờ biển dài tạo nên các dòng ngang bờ tại những
điểm lồi, nhô ra của đường bờ. Dòng chảy này mang theo bùn cát, xé ngang các
dải cát ngầm dọc bờ và đổ ra ngoài khu vực sóng vỡ. Tại đó lưu tốc giảm, bùn cát
sẽ lắng đọng lại tạo thành các cồn cát ngầm, đánh dấu vị trí đầu của các dòng
chảy ngang bờ. Sau mỗi cơn bão lại hình thành nên các dãi cát ngầm, sau đó bị
xói đi và di chuyển dần về phía biển hoặc phía bờ tuỳ theo điều kiện sóng, dòng
chảy. Các dãi cát có tác dụng như một nguồn bùn cát tạm thời và là vật cản đối
với sự truyền sóng hay dòng chảy. Tác động qua lại giữa các dãi cát ngầm và các
yếu tố thuỷ lực như sóng, dòng chảy tạo nên các thay đổi đặc trưng trong địa mạo
vùng ven biển.
GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

- 12 -

HVTH:Nguyễn Văn Tâm


Luận văn cao học: Chuyên ngành Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa

2.2.2.3 Dòng chảy thuỷ triều
Thuỷ triều là các dao động của mặt biển theo phương đứng do ảnh hưởng
của lực hấp dẫn của các thiên thể và có thể phân tích thành nhiều thành phần có
chu kỳ khác nhau.

Biên độ dao động triều ở vùng ven biển nước ta khoảng từ 1 ÷ 4,5m. Vùng
bờ có mực triều cao 4 ÷ 4,5m là vùng bờ tỉnh Quảng Ninh, 3 ÷ 4m ở Vũng Tàu và
Cà Mau, còn vùng bờ có mực triều thấp nhất là vùng Thuận An thuộc tỉnh Thừa
Thiên Huế.
Các dao động đứng có chu kỳ của mặt biển như sóng và thuỷ triều lại luôn
luôn gây ra đồng thời các dòng chảy dao động ngang, được gọi là dòng chảy do
sóng hay dòng triều. Các dao động ngang này có thể cùng pha hoặc lệch pha so
với dao động đứng của mặt biển.
Thuỷ triều làm thay đổi mực nước, vì thế có ảnh hưởng quyết định đến việc
chọn các độ cao của các công trình ven bờ hoặc cao độ luồng lạch đường thuỷ.
Dòng triều tạo ra sự xâm nhập mặn từ các cửa sông vào sâu trong vùng đồng bằng
ven biển, dòng triều cũng có ảnh hưởng rất lớn đến giao thông thuỷ và các công
trình ở vùng đồng bằng ven biển.
Tiến hành phân loại chế độ thuỷ triều và dòng triều vùng ven bờ Việt Nam
theo tiêu chuẩn Vander - Stock như sau:
F=

H K1 + H O1

(2.18)

H M 2 + H S2

Trong đó:
K1, O1 : 2 sóng chu kỳ ngày.
M2, S2 : 2 sóng chu kỳ nửa ngày.
F = 0,0 ÷ 0,25 : Chế độ bán nhật triều
F = 0,25÷ 1, 5 : Chế độ bán nhật triều không đều
F = 1,5 ÷ 3,0 : Chế độ nhật triều không đều
F > 3,0

: Chế độ nhật triều đều
Đối với vùng biển Việt Nam, qua tính toán cũng như phân tích kết quả nhận
được cho thấy độ lớn cũng như chế độ thuỷ triều được quyết định bởi 4 sóng triều
chính. Đó là các sóng K1, O1, M2, S2 với biên độ chiếm trên 80% biên độ triều.
2.2.3 Nước dâng trong gió bão
Dưới tác động của gió bão, mặt biển xuất hiện sự dâng, hạ khác thường. Lúc
gió bão từ ngoài khơi thổi vào bờ, có thể xuất hiện sự tăng lên đột ngột của mực
nước ở ven bờ. Lúc gió bão ở trong bờ thổi ra biển khơi, mực nước ở ven bờ có thể
hạ xuống bất thường. Hiện tượng trên gọi là nước dâng, nước hạ. Nếu nước dâng
xuất hiện lúc triều cường sẽ gây ra mực nước đặc biệt cao.

GVHD: PGS.TS Trần Minh Quang

- 13 -

HVTH:Nguyễn Văn Tâm