Tài liệu Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình phòng chống xói lở, gây bồi tạo bãi khu vực bờ biển gành hào, tỉnh bạc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH PHÕNG CHỐNG XÓI LỞ, GÂY BỒI TẠO BÃI KHU VỰC BỜ BIỂN GÀNH HÀO, TỈNH BẠC LIÊU Học viên: ĐẶNG MINH PHÁP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. PHẠM VĂN SONG GS. TS. LÊ MẠNH HÙNG Tp.HCM, tháng 09 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG MINH PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH PHÕNG CHỐNG XÓI LỞ, GÂY BỒI TẠO BÃI KHU VỰC BỜ BIỂN GÀNH HÀO, TỈNH BẠC LIÊU Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 1681580202014 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. PHẠM VĂN SONG 2. GS.TS. LÊ MẠNH HÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Đặng Minh Pháp i LỜI CÁM ƠN Trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ thực hiện đề tài này tôi đƣợc gia đình, bạn bè và đồng nghiệp tận tình giúp đỡ về mọi mặt. Bên cạnh đó, nhà trƣờng đã tạo điều kiện cũng nhƣ quý thầy cô đã tận tình dạy bảo hƣớng dẫn. Tôi xin chân thành cám ơn đến : - Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi. - Tất cả quý Thầy Cô Trường Đại học Thủy lợi. - Tất cả quý Thầy Cô và các nhân viên Cơ sở 2 – Đại học Thủy lợi Và lòng biết ơn sâu sắc đến: GV hƣớng dẫn PGS.TS Phạm Văn Song và GS.TS Lê Mạnh Hùng đã tận tình giúp đỡ trong việc chọn đề tài, tìm tài liệu cũng nhƣ quá trình thực hiện luận văn. Trong thời qian thực hiện đề tài bản thân tôi đã hết sức cố gắng, nỗ lực để đạt đƣợc kết quả tốt nhất. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều sai sót kính mong sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô và các bạn. Một lần nữa, xin gởi đến quý Thầy Cô, bạn bè và đồng nghiệp lời cảm ơn chân thành nhất. Trân trọng cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................... v DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... x PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 6 1.1 Tổng quan về các nghiên cứu xói lở, bồi tụ vùng bờ biển .............................. 6 1.1.1 Tổng quan các nghiên cứu ngoài nƣớc........................................................... 6 1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu ở Việt nam .......................................................... 8 1.2 Tổng quan chung về các giải pháp công nghệ bảo vệ bờ biển...................... 11 1.2.1 Giải pháp quản lý .................................................................................................... 12 1.2.1.1. Quản lý sử dụng đất và các hoạt động trong hành lang ven biển ................. 12 1.2.1.2. Giải pháp tuyên truyền cảnh báo.................................................................. 12 1.2.2 Giải pháp kỹ thuật ........................................................................................ 12 1.2.2.1. Nhóm giải pháp kỹ thuật mềm ..................................................................... 12 1.2.2.2. Nhóm giải pháp kỹ thuật công trình cứng .................................................... 15 CHƢƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG, XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN XÓI LỞ BỜ BIỂN KHU VỰC GÀNH HÀO, TỈNH BẠC LIÊU ..................................................... 28 2.1 Phân tích nguyên nhân và cơ chế xói lở bồi tụ ............................................. 28 2.1.1 Nguyên nhân xói lở và bồi tụ bờ biển ............................................................ 28 2.1.2 Cơ chế bồi tụ - xói lở .............................................................................................. 30 2.2 Tình hình xói lở bờ biển khu vực nghiên cứu .............................................. 32 2.2.1 Giới thiệu các phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................... 32 2.2.2 Đánh giá hiện trạng xói lở, bồi tụ bờ biển khu vực nghiên cứu theo phƣơng pháp điều tra khảo sát thực địa.........................................................................................33 2.2.3 Phân tích xói lở, bồi tụ bờ biển khu vực nghiên cứu (KVNC) theo phƣơng pháp phân tích ảnh viễn thám .................................................................................... 36 2.3 Nghiên cứu xói - bồi vùng nghiên cứu bằng mô hình toán .......................... 40 2.3.1 Mô hình sử dụng .......................................................................................... 40 2.3.2 Thiết lập mô hình ......................................................................................... 42 2.3.3 Kết quả mô phỏng thủy động lực ven biển .................................................... 50 2.4 Phân tích nguyên nhân và cơ chế gây sạt lở đoạn bờ biển Gành Hào. ........ 57 iii 2.4.1 Đánh giá các yếu tố tác động chung đến xói lở bờ sông, bờ biển ĐBSCL..57 2.4.2 Nguyên nhân sạt lở ................................................................................................. 58 2.4.3 Cơ chế sạt lở bờ ............................................................................................ 59 2.4.4 Diễn biến sự cố sạt lở kè Gành Hào. ............................................................ 59 2.4.5 Phân tích nguyên nhân sạt lở kè Gành Hào ............................................... 64 CHƢƠNG 3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PH NG CHỐNG XÓI LỞ, GÂY BỒI, TẠO BÃI CHO KHU VỰC BỜ BIỂN GÀNH HÀO, TỈNH BẠC LIÊU.............................. 71 3.1 Phân tích ƣu, nhƣợc điểm các giải pháp công trình đã và đang thực hiện ..71 3.1.1 Kết quả nghiên cứu và ứng dụng công trình bảo vệ bờ biển trong vùng ĐBSCL71 3.1.2 Công trình kè khu vực thị trấn Gành Hào – Bạc Liêu ....................................77 3.2 Mục tiêu của giải pháp công trình chống xói lở bờ biển Gành Hào. ........... 78 3.2.1 Mục tiêu khẩn cấp ..................................................................................... 78 3.2.2 Mục tiêu lâu dài ............................................................................................ 78 3.3 Giải pháp khẩn cấp phòng chống xói lở khu vực bờ biển Gành Hào .......... 79 3.4 Giải pháp lâu dài chống xói lớ, gây bồi, tạo bãi .......................................... 86 3.4.1 Mặt bằng tuyến công trình ........................................................................... 86 3.4.2 Kết cấu công trình tƣờng chắn sóng ............................................................. 89 3.4.3 Tính toán ổn định tƣờng chắn sóng .............................................................. 94 3.4.4 Giải pháp thi công ........................................................................................ 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................................98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 100 PHỤ LỤC 102 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dự án nuôi bãi Sand Motor ở Hà Lan thời điểm mới thi công xong năm 2011 (trái) và thời điểm 2016 (phải) .......................................................................................... 13 Hình 1.2 Nuôi bãi ở đảo Anna Maria thuộc Florida, Mỹ .............................................. 13 Hình 1.3 Hệ thống chuyển cát cố định tại khu vực cửa sông Tweed, bang New South Wales của Úc ..........................................................................................................................14 Hình 1.4 Sơ đồ bố trí hệ thống mỏ hàn gây bồi, tạo bãi ............................................... 16 Hình 1.5 Kè mỏ hàn ở New Jersey, Mỹ bị xói ở hạ lƣu (trái) và kè mỏ hàn ở bờ biển Cần Giờ, Tp. Hồ Chí Minh ...................................................................................................16 Hình 1.6 Kè mỏ hàn ở cho nƣớc xuyên qua bằng cọc gỗ (ở Hà Lan) .......................... 17 Hình 1.7 Một số dạng kè mỏ hàn thông dụng trên mặt bằng (US Army Engineering Corps, 2008) .................................................................................................................. 17 Hình 1.8 Sơ họa giải pháp công trình đê phá sóng dạng rời (US Army Engineering Corps, 2008) .................................................................................................................. 19 Hình 1.9 Đập chắn sóng bảo vệ bờ và dạng bờ kiểu salient ở Presque Isle, Pennsylvania, Mỹ (US Army Engineering Corps, 2008) .............................................. 19 Hình 1.10 Các khối Xbloc đƣợc dùng để phá sóng, bảo vệ bờ biển ở Nigeria............. 21 Hình 1.11 Khối Tetrapod phá sóng ở cảng St Francis, Nam Phi (trái) và kè mỏ hàn bằng các khối bê tông khối tam giác ở Enoshima, Nhật Bản. ..........................................22 Hình 1.12 Đê giảm sóng bằng đá đổ ở vùng bờ biển cát Nam Khok (trái) và tƣờng giảm sóng bằng cọc tre ở bờ biển bùn Muang Samut Sakhon (phải), Thái Lan. .......... 22 Hình 1.13 Khối cấu kiện Reef Ball (trái) và ứng dụng làm đê ngầm giảm sóng (phải) .................................................................................................................. ...........22 Hình 1.14 Cấu kiện khối phá sóng dạng cọc (WAVE block) đúc sẵn. ........................ 23 Hình 1.15 Cấu kiện bê tông rỗng đúc sẵn dạng bán trụ của Viện Thủy công (Viện KHTL Việt Nam) thử nghiệm ở Cà Mau (trái) và cấu kiện của Busadco thử nghiệm ở biển Long Hải, Bà Rịa Vũng Tàu. ................................................................................. 23 Hình 1.16 Một cụm ba mỏ hàn kết hợp đê ngầm giảm sóng (trái) và kè mỏ hàn ngang bằng đá đổ tại Cần Giờ, Tp.HCM.................................................................................. 23 Hình 1.17 Kè đá xếp bờ biển ở huyện Cần Giờ - Tp Hồ Chí Minh ................................24 v Hình 1.18 Kè đá xây chia ô bảo vệ mái đê biển Hải Thịnh II - Nam Định (trái) và Cù Lao Dung – Sóc Trăng (phải) ........................................................................................ 25 Hình 1.19 Thảm đá bảo vệ mái đê biển Vĩnh Châu – Sóc Trăng (trái) và đê biển Trà Vinh (phải) ..................................................................................................................... 25 Hình 1.20: Một số loại cấu kiện bê tông đúc sẵn lát độc lập .......................................... 26 Hình 1.21: Cấu kiện Hydroblock® của Hà Lan ............................................................ 27 Hình 1.22: Cấu kiện TSC của tác giả Phan Đức Tác .................................................... 27 Hình 1.23: Kè biển Nghĩa Phúc, Nam Định (trái) và kè đê biển Gò Công, Tiền Giang (phải) .............................................................................................................................. 28 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên nhân gây sạt lở, bồi tụ bờ biển ĐBSCL .................................. 32 Hình 2.2 Bản đồ các khu vực bồi và sạt lở vùng bờ biển Bạc Liêu .................................34 Hình 2.3 Hình ảnh khu vực bị sạt lở tại của sông Gành Hào (Ảnh đƣợc chụp từ flycam ngày 15/03/2017) ........................................................................................................... 35 Hình 2.4 Một số hình ảnh sạt lở kè biển Gành Hào năm 2017 ..................................... 35 Hình 2.5 Chập các ảnh vệ tinh để nghiên cứu biến động đƣờng bờ .............................. 36 Hình 2.6 Sơ đồ nghiên cứu thành lập bản đồ biến động đƣờng bờ ............................... 38 Hình 2.7 Diễn biến đƣờng bờ khu vực cửa Gành Hào ................................................ 40 Hình 2.8 So sánh mức độ xâm thực cửa sông Gành Hào từ 2002 đến 2017 (Ảnh Google Earth) ................................................................................................................ 40 Hình 2.9 Phân vùng nghiên cứu mô hình ...................................................................... 42 Hình 2.10 Phạm vi, lƣới tính của nhóm mô hình vùng nghiên cứu mở ........................ 44 Hình 2.11 Lƣới tính chi tiết vùng nghiên cứu ............................................................... 45 Hình 2.12 So sánh mực nƣớc triều mô phỏng bằng mô hình MIKE21 và triều dự báo bằng mô hình triều toàn cầu FES2014 tại vị trí P30 ...................................................... 46 Hình 2.13 So sánh mực nƣớc triều mô phỏng bằng mô hình MIKE21 và triều dự báo bằng mô hình triều toàn cầu FES2014 tại vị trí P40 ...................................................... 46 Hình 2.14 Tƣơng quan mực nƣớc triều mô phỏng bằng mô hình MIKE21 và triều dự báo bằng mô hình triều toàn cầu FES2014 tại vị trí P40 ............................................... 46 Hình 2.15 So sánh kết quả chiều cao sóng mô phỏng bằng mô hình MIKE21 SW với số liệu sóng quan trắc tại trạm Bạch Hổ năm 1996 ....................................................... 47 Hình 2.16 So sánh kết quả hƣớng sóng mô phỏng bằng mô hình MIKE21 SW với số liệu sóng quan trắc tại trạm Bạch Hổ năm 1996 ........................................................... 47 Hình 2.17 So sánh kết quả chiều cao sóng có nghĩa của mô hình MIKE21 SW với số liệu sóng AVISO và kết quả của mô hình WAVEWATCH-III tại các điểm kiểm định P1 ......................................................................................................................... 48 Hình 2.18 So sánh mực nƣớc tính toán và thực đo tại các trạm Định An, Hàm Luông. ............................................................................................................................. 48 Hình 2.19 So sánh Q mô phỏng và thực đo tại cửa Định An, Hàm Luông (9/2009) .... 49 Hình 2.20 So sánh nồng độ bùn cát mô phỏng với tài liệu thực đo năm 2009 tại các vị trí cửa sông Cửu Long ................................................................................................... 49 vi Hình 2.21 Kết quả mô phỏng phân bố dòng chảy tổng hợp thời điểm triều rút (a) và thời điểm triều lên (b) phía biển Đông .......................................................................... 50 Hình 2.22 Hoa dòng chảy tổng hợp trung bình tại các vị trí dọc bờ biển thời kỳ gió mùa Tây Nam (trái) và Đông Bắc (phải) .............................................................................51 Hình 2.23 Dòng chảy trung bình tháng 11 năm 2009 (trái) và tháng 11 năm 2009 (phải)................................................................................................................................... 52 Hình 2.24 Kết quả mô phỏng phân bố dòng dƣ trung bình (a) thời kỳ gió mùa Tây Nam và (b) thời kỳ gió mùa Đông Bắc. ...................................................................... 52 Hình 2.25 Chiều cao sóng trung bình (a) tháng 9/2009 ( đặc trƣng thời kỳ gió mùa Tây Nam) và chiều cao sóng trung bình tháng (b) 1/2010( đặc trƣng cho thời kỳ gió mùa Đông Bắc).......................................................................................................... 52 Hình 2.26 Phân bố bùn cát trên vùng nghiên cứu mở rộng tại các thời điểm tháng 8 (a), tháng 10 (b), tháng 11 (c), tháng 1 (d), tháng 4 (e), và tháng 6 (f) ................................ 53 Hình 2.27 Phân bố xói bồi vùng ven biển tại các thời điểm (a) cuối tháng 7, (b) tháng 10, (c) tháng 11, và (d) cuối tháng 4. ............................................................................. 54 Hình 2.28 Phân bố chiều cao sóng thời điểm khi bão đổ bộ tại Bạc Liêu, Cà Mau ...... 54 Hình 2.29: Hàm lƣợng phù sa và chất rắn lơ lửng trạm Karatie từ năm 1995-2013 ..... 57 Hình 2.30: Sạt lở mái kè ngày 23/1/2017 ...................................................................... 60 Hình 2.31: Các khối BT tự chèn bị sóng bóc dỡ khỏi vị trí sạt, dời về cuối đoạn G1 (hình trái) và khe nứt giữa các cừ dự ứng lực (hình phải) .................................................60 Hình 2.32:: Hƣ hỏng dầm mũ và hành lang phía trong (ảnh chụp ngày 17/02) ............ 61 Hình 2.33: Phần mái kè bị bóc dỡ hoàn toàn các khối BT tự chèn ............................... 62 Hình 2.34: Sóng đánh trực diện dữ dội vào tuyến kè .................................................... 66 Hình 2.35: Biến động mực nƣớc triều lớn nhất ven biển ĐBCSL ................................ 67 Hình 2.36: Kết quả phân tích thành phần hạt của mẫu bùn cát tại khu vực dự án....... 68 Hình 2.37: Sơ đồ vị trí các công trình đã và đang xây dựng trong khu vực .................... 69 Hình 2.38: Mặt cắt ngang địa hình diển biến khu vực sạt lở .............................................. 69 Hình 3.1 Công trình lấn biển thị xã Hà Tiên, tỉnh Kiên Giang.........................................72 Hình 3.2 Kè bờ biển sử dụng thảm bê tông tự chèn ...................................................... 73 Hình 3.3 Công nghệ kè mềm tại bãi biển Lộc An,Vũng Tàu và bãi biển Bạc Liêu ......74 Hình 3.4 Kè mỏ hàn ...................................................................................................... 75 Hình 3.5 Rào tre chắn sóng giâu bồi và trồng rừng ngập mặn. ................................... 76 Hình 3.6 Cấu kiện Tetrapod và cấu kiện Accropode..................................................... 77 Hình 3.7 Mặt cắt điển hình tuyến kè....................................................................................79 Hình 3.8 Mặt bằng tổng thể tuyến công trình ............................................................... 87 Hình 3.9 Mặt bằng tổng thể tuyến công trình thực tế ngoài hiện trƣờng ..................... 87 Hình 3.10 Hiệu quả gây bồi đƣờng bờ của giải pháp mỏ hàn chữ T tốt hơn giải pháp đập phá sóng thuần túy .................................................................................................. 88 Hình 3.11 Kết cấu tƣờng chắn sóng ............................................................................. 89 Hình 3.12 Phối cảnh phần thân tƣờng chắn sóng ......................................................... 90 vii Hình 3.13 Mặt bằng, cắt ngang và cắt dọc điển hình khối bê tông thân tƣờng chắn sóng ................................................................................................................................ 90 Hình 3.14. Phối cảnh phần đỉnh tƣờng chắn sóng ......................................................... 92 Hình 3.15 Mặt bằng, cắt ngang và cắt dọc điển hình khối bê tông đỉnh tƣờng chắn sóng ................................................................................................................................ 92 Hình 3.16 Minh họa tác dụng phá sóng đến trực diện của phần đỉnh tƣờng chắn sóng .............................................................................................................................93 Hình 3.17 Minh họa tác dụng phá sóng đến xuyên góc của phần đỉnh tƣờng chắn sóng .............................................................................................................................93 Hình 3.18 Minh họa tác dụng phá sóng đến xuyên góc của phần đỉnh tƣờng chắn sóng ............................................................................................................................. 93 Hình 3.19 Cắt ngang tƣờng chắn sóng đoạn 1.............................................................. 94 Hình 3.20 Cắt ngang tƣờng chắn sóng đoạn 2.............................................................. 95 Hình 3.21 Cắt ngang tƣờng chắn sóng đoạn 3.............................................................. 95 Hình 3.22 Minh họa (mặt đứng) các bƣớc thi công tƣờng bằng cần trục đặt trên xà lan .............................................................................................................................96 Hình 3.23 Minh họa (mặt bằng) các bƣớc thi công tƣờng bằng cần trục đặt trên xà lan .............................................................................................................................97 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Loại và đặc tính ảnh viễn thám ...................................................................... 37 Bảng 2.2: Mực nƣớc triều tại trạm Gành Hào trong các đợt xảy ra sạt lở ....................... 65 Bảng 3.1: So sánh lựa chọn phƣơng án khẩn cấp........................................................ 80 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT (Xếp theo thứ tự A,B,C của chữ cái đầu viết tắt) BTCTDUL Bê tông cốt thép dự ứng lực ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long ĐHTL Đại học Thủy lợi KVNC Khu vực nghiên cứu VNC Vùng nghiên cứu LVThS Luận văn Thạc sĩ x PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tên đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình phòng chống xói lở, gây bồi , tạo bãi bờ biển khu vực Gành Hào, tỉnh Bạc Liêu.” 2. Tính cấp thiết của đề tài Việt nam là một quốc gia có đƣờng bờ biển dài với nhiều sông rạch lớn. Thềm lục địa có nhiều tài nguyên khoáng sản, dải ven bờ với điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển đa dạng sinh học, rừng ngập mặn, các bãi tắm, khu nghỉ mát ..v..v…. Hàng năm các tỉnh ven biển thƣờng chịu tác động trực tiếp từ thiên tai nhƣ lũ, bão, áp thấp nhiệt đới, sóng lớn, triều cƣờng. Những hình thái thiên tai này thƣờng kéo theo, sóng to, gió lớn, nƣớc dâng làm xói lở bờ biển, bồi lấp các cửa sôngg ảnh hƣởng rất lớn đến đời sống, kinh tế, xã hội của nhân dân. Bạc Liêu là một tỉnh cửa ngõ của đồng bằng, có đƣờng bờ biển dài dài 56km, đây là khu vực có tiềm năng phát triển kinh tế biển cũng nhƣ đảm bảo an ninh quốc phòng và sinh kế của hơn 100.000 ngƣời dân. Tuy nhiên, khu vực này cũng chịu nhiều tác động của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng, xâm nhập mặn; đặc biệt là hiện tƣợng xói lở bờ biển, sạt lở đê biển và kè cửa ven sông biển gây thiệt hại ngày càng nặng nề. Trong năm 2017 vấn đề sạt lở bờ biển khu vực Gành Hào tỉnh Bạc Liêu đang là vấn đề nóng, thu hút sự quan tâm của cả nƣớc. Từ đầu năm 2017 đến nay đã có 3 đợt sạt lở nghiêm trọng xảy ra tại khu vực này (đợt 1 từ đêm 23/1/2017 đến ngày 11/2/2017; đợt 2 từ ngày 12/02/2017 đến 21/02/2017 và đợt 3 từ ngày 25/02/2017 đến 02/03/2017). Đến tháng 3/2017, theo thống kê của Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Bạc Liêu dƣới tác động của sóng lớn kè đê biển Gành Hào (thị trấn Gành Hào, huyện Đông Hải) đã bị sạt lở với chiều dài trên 94m, diện tích sạt lở 940m2, hành lang sau tƣờng kè bị sụp 393m2, dầm đinh kè bị gãy hoàn toàn với chiều dài gần 47m, gây nguy cơ vỡ đê kè rất cao (xem hình 1). Ngày 04/3/2017, UBND tỉnh Bạc Liêu đã công bố lệnh khẩn cấp về thiên tai gây sạt lở nghiêm trọng, uy hiếp an toàn đối với đê kè Gành Hào (H.Đông Hải) và đê kè Nhà Mát (TP.Bạc Liêu). Theo phân tích ảnh vệ tinh Landsat của Manon Besset và nnk, 2015, từ 1973 đến nay, 1 bờ biển tỉnh Bạc Liêu có hai vị trí bị xâm thực nghiêm trọng. Điểm thức nhất xảy ra tại Nhà Mát, trong khi điểm thứ 2 xảy ra tại Gành Hào. Ngoài hai điểm bị xâm thực trên thì bờ biển Bạc Liêu tại các khu vực khác đƣợc bồi đắp, hoặc bồi xói theo chu kỳ nhƣng nhìn chung là tƣơng đối ổn định. Vào những năm gần đây hai điểm xói lở nghiêm trọng kể trên của Bạc Liệu tiếp tục bị xâm thực. Vấn đề này uy hiếp sự an toàn về ngƣời và của của dân cƣ trong khu vực và đã đƣợc các phƣơng tiện thông tin đại chúng đƣa tin liên tục, kịp thời trong thời gian qua. Qua các hình ảnh thu thập đƣợc cũng nhƣ khảo sát thực địa thì bƣớc đầu có thể đánh giá nguyên nhân của việc xảy ra xói lở này do triều cƣờng dâng cao, sóng đi sâu và đánh vào bờ với năng lƣợng lớn gây ra xói lở. Ngoài ra, hiện tƣợng các bãi bồi bị mất dần cộng với của sông (luồng sông) sâu và gần bờ phía Bạc Liêu (tại Gành Hào) nên sóng đi vào sâu gây sạt lở bờ kè khu vực cửa sông Gành Hào. Khu vực sông Gành Hào trong những năm qua đã có một số công trình kè đƣợc xây dựng, ngoài tuyến kè hiện hữu Gành Hào phía bên kia sông Gành Hào, tỉnh Cà Mau đã và đang xây dựng tuyến kè Tân Thuận bằng hình thức kè ngầm giảm sóng. Cùng với tác động của biến đổi khí hậu, công trình này có thể đã góp phần làm thay đổi dòng hải lƣu dẫn đến việc thay đổi cơ chế lở bồi 2 bên bờ. Đoạn kè G1-835m tiếp giáp đoạn kè G2-158m nằm ở bên lở, dòng hải lƣu gây bào mòn lòng sông, xói sụp chân kè làm mất điểm tựa của mái kè khiến mái kè bị trƣợt trên diện rộng theo hiệu ứng domino mỗi khi sóng biển tác động (hình 3) Hình 1. Vị trí sạt lở bờ biển khu vực Gành Hào 2 Nhà Mát Thay đổi đường bờ Bồi đắp Xâm thực 1973 đến 2014 Hình 2. Thực trạng bồi đắp và xâm thực bờ biển Bạc Liêu (Manon Besset và nnk, 2015) Hình 3. Sơ đồ vị trí các công trình đã và đang xây dựng trong khu vực Để đảm bảo an toàn cho ngƣời dân khu vực sạt lở cần thiết có một giải pháp chống xói 3 lở, ổn định bờ, gây bồi, tạo bãi khu vực sạt lở. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình phòng chống xói lở, gây bồi, tạo bãi khu vực bờ biển Gành Hào, tỉnh Bạc Liêu” là hết sức cần thiết, mang lại hiệu quả kinh tế, góp phần bảo vệ dân cƣ và tài sản trong vùng. 3. Mục đích của đề tài Đề xuất đƣợc giải pháp công trình phòng chống xói lở, gây bồi, tạo bãi khu vực bờ biển Gành Hào, tỉnh Bạc Liêu. Giải pháp cần đảm bảo ổn định, bền vững, rẻ tiền, dễ thi công và có tính linh động 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là chế độ thủy động lực ven biển khu vực Gành Hào, tỉnh Bạc Liêu, trên cơ sở đó nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ biển Gành hào đang bị xói lở, hƣớng tiếp cận nghiên cứu ứng dụng cho các cửa sông ven biển tỉnh Bạc Liêu và các vùng lân cận. 5. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu 5.1. Cách tiếp cận - Vấn đề nghiên cứu các là vấn đề giải pháp kỹ thuật bảo vệ bờ biển là những vấn đề đã có nhiều kết quả nghiên cứu trên thế giới và ở Việt nam nên luận văn sử dụng cách tiếp cận kế thừa/ứng dụng, chọn lọc những kiến thức khoa học, công nghệ về giải pháp kỹ thuật bảo vệ bờ. - Vấn đề nghiên cứu đƣợc xem xét tiếp cận một cách toàn diện, hệ thống, thực tiễn và tổng hợp. - Vấn đề kỹ thuật bảo vệ bờ biển, công nghệ mới, tiếp cận bền vững, lý thuyết ổn định mái là các vấn đề đƣợc ràng buộc lẫn nhau, vì vậy cách tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết sẽ đƣợc xem xét sử dụng trong luận văn. 5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp điều tra, đo đạc thực tế, cập nhật các thông tin từ địa phƣơng - Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Điều tra, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài nƣớc có liên quan đến đề tài. 4 - Phƣơng pháp mô hình mô phỏng: Sử dụng một số công cụ phần mềm để phân tích ổn định công trình, phân tích lún (Geostudio, Plaxis…) - Phƣơng pháp phân tích trên ảnh viễn thám - Phƣơng pháp chuyên gia: Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nƣớc, ý kiến của các nhà khoa học có trình độ chuyên môn cao và nhiều kinh nghiệm thực tế trong quá trình nghiên cứu. 6. Các kết quả đạt đƣợc - Tổng quan chung về các giải pháp công nghệ bảo vệ bờ biển - Đánh giá hiện trạng sạt lở bờ biển, xác định đƣợc các nguyên nhân tác động đến xói lở bờ biển khu vực nghiên cứu - Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ, gây bồi, tạo bãi khu vực cửa Gành Hào, tỉnh Bạc Liêu 5 CHƢƠNG 1 1.1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan về các nghiên cứu xói lở, bồi tụ vùng bờ biển Bồi tụ và xói lở là hai quá trình địa chất cơ bản ở dải ven bờ, hiện nay không chỉ đƣợc các ngành khoa học quan tâm mà còn thu hút sự chú ý của các nhà quản lý, ở không ít nơi, bồi tụ, xói lở trở thành mối lo sâu sắc của các cấp chính quyền, nhân dân địa phƣơng, uy hiếp sự an toàn của nhiều công trình, cơ sở kinh tế ven biển. Xói lở, bồi tụ bờ biển đã trở thành thiên tai nặng nề cho dân sinh, kinh tế ven biển ở các quốc gia có biển. Cũng nhƣ các quá trình khác trong tự nhiên, quá trình xói lở - bồi tụ bờ biển cửa sông là kết quả tƣơng tác bên trong của hệ thống, là kết quả vận động của địa hệ tự nhiên kỹ thuật. Cấu trúc địa hệ này, bao gồm các hợp phần tự nhiên là các quyển của trái đất (địa quyển) nhƣ cấu trúc địa chất, tân kiến tạo, chế độ hải văn, thủy văn… và hợp phần kỹ thuật chủ yếu là các hoạt động của con ngƣời. Quá trình nghiên cứu về vấn đề này đã trải qua thời gian dài và thu đƣợc rất nhiều kết quả hết sức quan trọng. 1.1.1 Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước Thật ra, chúng ta khó có thể thống kê một cách đầy đủ và chi tiết về công tác nghiên cứu bồi xói và chỉnh trị bờ sông - biển trên thế giới. Tuy vậy, từ các nguồn tài liệu đã công bố, có thể nhận thấy: Những nghiên cứu điển hình vào thế kỷ XIX - đầu thế kỷ XX mang tính chất xây dựng cơ sở phƣơng pháp luận, các công trình của Danhinski A. (1869), Cretner G.R (1878), Rusell R. J (1936), chỉ dừng ở mức độ định hƣớng lý thuyết cơ bản [10], [12]. Trong những nghiên cứu về cửa sông ven biển trên cơ sở đánh giá các điều kiện về địa chất, kiến tạo, thạch học có các công trình điển hình của Zenkovic V. P (1946), Leontiev O. K (1955) . Nghiên cứu các vùng cửa sông ven biển trên cơ sở đo đạc các đặc trƣng thủy văn, có các tác giả Trenkhovic P. S (1904), Apolov B. A (1930), Nghiên cứu, đánh giá các vùng cửa sông ven biển thông qua các yếu tố hải văn (sóng, gió, thủy triều, dòng chảy) có các tác giả nhƣ Zubov N. N, Makarov S. O Những nghiên cứu trên chủ yếu dừng lại ở phân tích điều kiện tự nhiên vùng cửa sông, chƣa đề cập đến cơ chế tác động qua lại giữa các yếu tố động lực sông - biển [10], [12]. 6 Từ những năm 60 thế kỷ XX đến nay, cùng với tiến bộ khoa học kỹ thuật và đặc biệt là những tiến bộ trong kỹ thuật máy tính thì trên thế giới có rất nhiều mô hình toán để tính toán động lực học dòng sông, biến hình lòng dẫn đã ra đời. Các mô hình này ngày càng đƣợc phát triển, cải tiến mạnh mẽ hơn, cung cấp nhiều công cụ tính toán linh động, có thể tính toán cho các khu vực có địa thế phức tạp với tốc độ nhanh và kết quả tính toán khá chính xác. Ngoài ra hiện nay có nhiều mô hình toán mô phỏng quá trình diễn biến lòng dẫn sông nhƣ: mô hình toán họ MIKE của Viện kỹ thuật tài nguyên nƣớc và môi trƣờng Đan Mạch (DHI Water & Environment), mô hình HEC của Mỹ, WROCLAW của trƣờng Đại học Nông nghiệp Warszaw (Ba Lan). Các giải giải pháp chỉnh trị ổn định các cửa biển cũng đƣợc các nƣớc có nền khoa học kỹ thuật tiên tiến áp dụng từ lâu. Các kết quả nghiên cứu của Chƣơng trình Nghiên cứu Cửa Biển thuộc Tổ hợp kỹ thuật Quân đội Mỹ (CIRP,2002) đã thống kê trong số 156 cửa sông đƣợc nghiên cứu tại Mỹ thì có 4 cửa xây dựng đê chắn 2 bên và đập phá sóng xa bờ bên ngoài cửa, 42 cửa đã xây dựng đê chắn ở cả 2 phía và 17 cửa xây dựng đê chắn ở 1 phía và 39 cửa ở trạng thái tự nhiên. Ở Nhật trong số 139 cửa sông thì có tới 72 cửa đã đƣợc xây dựng đê chắn bùn cát. Có thể nói, Mỹ là nƣớc có số cửa sông đƣợc chỉnh trị bằng các đê chắn bùn cát và các công trình chống bồi lấp cửa nhiều nhất trên thế giới và cũng là nƣớc đi tiên phong trong việc áp dụng các giải pháp KHCN mới, tiên tiến trong phòng chống bồi lấp cửa sông và xói lở bờ biển. Các giải pháp công trình dạng kè bảo vệ bờ một cách trực tiếp đã đƣợc xây dựng ở hầu hết các nƣớc. Các hình thức cứng (bê tông cốt thép, cừ thép, cừ bê tông dự ứng lực…) cũng nhƣ các giải pháp công trình mềm với việc sử dụng các sản phẩm geotex (geo-beg, geo-tubes, geo-containers…) đƣợc áp dụng rộng rãi cho kết quả tốt. Tại những bãi biển với nhu cầu giữ bãi cho mục đích du lịch, nghỉ dƣỡng một số nƣớc đã không áp dụng các giải pháp bảo vệ trực tiếp mà dùng các giải pháp linh hoạt hơn nhƣ nuôi bãi (nuristment) hoặc bảo vệ gián tiếp nhờ các thiết bị phá sóng từ xa (Floating break waters, đê chắn sóng ngầm…). 7 1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu ở Việt nam Nghiên cứu về hoạt động xói lở, bồi lấp lòng bờ sông, biển cũng nhƣ các giải pháp chỉnh trị sông, biển ở nƣớc ta đƣợc bắt đầu vào cuối những năm 60 của thế kỷ trƣớc với các công trình phục vụ phòng chống lũ lụt, giao thông thủy và chống bồi lắng cửa lấy nƣớc tƣới ruộng trên các sông miền Bắc. Các nghiên cứu ban đầu thƣờng đƣợc tiến hành trong các phòng thí nghiệm của các Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Thiết kế Giao thông Vận tải, Trƣờng Đại học Xây dựng, Trƣờng Đại học Thủy lợi. Cách đây vài chục năm, các nghiên cứu trên mô hình toán học mới đƣợc phát triển dần với sự tham gia của các nhà khoa học thuộc Viện Cơ học Việt Nam, Viện Khí tƣợng Thủy văn, Trƣờng Đại học Thủy lợi... Những vấn đề thủy lực của công trình chỉnh trị sông cũng đƣợc đƣa vào đề tài trong các chƣơng trình trọng điểm cấp Nhà nƣớc. Trong giai đoạn 1970  2000, xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về công trình chỉnh trị sông. Các vấn đề của các sông vùng đồng bằng Bắc bộ xuất hiện nhiều trong các nghiên cứu của Vũ Tất Uyên, Lƣơng Phƣơng Hậu, Nguyễn Văn Toán, Trần Xuân Thái, Trịnh Việt An, Trần Đình Hợi, Tôn Thất Vĩnh, Nguyễn Văn Phúc; Các vấn đề của các sông vùng đồng bằng sông Cửu Long đƣợc Lê Ngọc Bích, Lƣơng Phƣơng Hậu, Trần Minh Quang, Lê Mạnh Hùng, Hòang Văn Huân, Đinh Công Sản ... nghiên cứu nhiều trong 20 năm gần đây; Các vấn đề của sông ngòi miền Trung có các nghiên cứu của Ngô Đình Tuấn, Đỗ Tất Túc, Nguyễn Bá Quỳ, Lƣơng Phƣơng Hậu, Trịnh Việt An, Nguyễn Văn Tuần...[10], [11], [12], [13], [14], [15], Chương trình cấp nhà nước mã số KC.08 là chƣơng trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nƣớc bảo vệ môi trƣờng và phòng tránh thiên tai giai đoạn 2001-2005/ 2006-2010 và còn đang đƣợc tiếp tục. Trong chƣơng trình này có một số nghiên cứu có liên quan đến vấn đề xói lở bờ sông, bờ biển một số vùng nhƣ Miền Trung, Nam Bộ. Chương trình KHCN: Phòng ngừa và xử lý sạt lở bờ sông, bờ biển (2005) của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn; thống kê tình hình sạt lở bờ sông, bờ biển và các công trình chỉnh trị trên lãnh thổ Việt Nam, đồng thời nêu lên những nguyên nhân chủ quan, khách quan, mang tính đặc thù cho từng khu vực. Từ đó đã đánh giá công tác quản lý, phòng ngừa, xử lý sạt lở và những vấn đề còn tồn tại,.. 8