Tài liệu Giáo trình cơ sở kỹ thuật bờ biể

CƠ SỞ KỸ THUẬT BỜ BIỂN PGS. TS. Vũ Minh Cát Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội, tháng 12 năm 2002 1 LỜI NÓI ĐẦU Với sự tăng nhanh nhu cầu sử dụng đa mục tiêu vùng ven biển trong những năm gần đây, việc hiểu sâu sắc dòng chảy vùng ven bờ, sóng, chuyển vận bùn cát và tác động tương hỗ của các nhân tố này với các công trình là rất quan trọng. Mặt khác có thể thấy rằng các hoạt động kinh tế xã hội quan trọng nhất đang diễn ra trên dải bờ biển. Việt nam có trên 3200 km bờ biển, hiểu biết qui luật một cách cặn kẽ, khai thác và phát triển bền vững dải ven biển sẽ thúc đẩy sự phát triển đất nước trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Cho đến nay, việc nghiên cứu dải bờ biển của nước ta chưa được nhiều, có rất nhiều tác động xấu do các hoạt động kinh tế xã hội đang diễn ra ở dải bờ biển. Chúng ta cũng chưa có nguồn nhan lực có đầy đủ kiến thức để phục vụ cho các hoạt động đang diễn ra trên dải bờ biển. Tập bài giảng: “Nhập môn kỹ thuật bờ biển” được viết là một hoạt động nằm trong khuôn khổ dự án “Nâng cao năng lực đào tạo ngành kỹ thuật bờ biển” với mục tiêu cung cấp kiến thức cho người học nhằm phát triển bền vững dải ven biển nước ta. Tập bài giảng bao gồm 12 chương được chia làm 2 phần, phần I cung cấp cho người học những kiến thức cơ sở về dải bờ biển như quá trình phát triển của đường bờ biển và các thành tạo của nó, khí tượng biển, hải dương học, thủy triều, sóng v.v... Phần 2 sẽ trình bày sâu hơn về hình thái, địa mạo, nhiễm bẫn vùng ven biển, dòng chảy và tác động của các nhân tố này đến môi trường và làm như thế nào để quản lý một cách bền vững dải ven biển. Tài liệu tham khảo chính để xây dựng tập bài giảng này là cuốn :”Nhập môn kỹ thuật bờ biển” của các Giáo sư và cán bộ giảng dạy khoa Kỹ thuật dân dụng và Địa kỹ thuật, trường đại học công nghệ Delft (Hà lan) bắt đầu viết vào năm 1982 và được nâng cấp, cập nhật, sửa chữa thường xuyên. Tác giả xin chân thành cảm ơn GS. TS. Marcel Stive, GS. K. d’Angremond, PGS. H.J. Verhagen đã đọc và cho các ý kiến đóng góp quý báu cho tập bài giảng này. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn nhà khoa học Krystian Pilarczyk, Viện Quản lý nước và cơ sở hạ tầng, Bộ Giao thông công chính Hà Lan; TS. Randa Hassan, Giảng viên kỹ thuật bờ biển, trường quốc tế về cơ sở hạ tầng, quản lý nước và kỹ thuật môi trường, TS. Ad J.F. van der Spek, Viện Khoa học địa chất ứng dụng Hà lan đã cung cấp tài liệu và có nhiều ý kiến đóng góp quí báu. Cuối cùng, xin cảm ơn các cán bộ thuộc phòng hợp tác quốc tế, Đại học công nghệ Delft và đặc biệt là TS. Johan Van Dijk đã giúp đỡ một cách hiệu quả cho tác giả hoàn thành tập bài giảng này. 2 LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................... 2 Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................... 8 1.1. Khái quát chung về kỹ thuật bờ biển ........................................................................... 8 1.1.1. Định nghĩa .................................................................................................................... 8 1.1.2. Các nghiên cứu cơ bản ................................................................................................. 9 1.2. Các thuật ngữ chuyên môn......................................................................................... 11 1.3. Symbols – Các ký hiệu............................................................................................... 74 1.4. SI-Units – Đơn vị theo hệ SI ...................................................................................... 83 Chương 2: SỰ RA ĐỜI CỦA VŨ TRỤ TỚI VIỆC HÌNH THÀNH ĐƯỜNG BỜ ............. 86 2.1. Mở đầu ....................................................................................................................... 86 2.2. Sự hình thành của vũ trụ, trái đất, đại dương và khí quyển ....................................... 86 2.3. Cấu tạo địa chất của trái đất ....................................................................................... 87 2.4. Phân loại đường bờ theo quan điểm địa chất kiến tạo ............................................... 94 2.5. Đường bờ biển Việt Nam ........................................................................................... 98 2.5.1. Lịch sử phát triển địa chất của đường bờ biển Việt Nam .......................................... 98 2.5.2. Ảnh hưởng các hoạt động kinh tế xã hội đến dải bờ biển ........................................ 104 Chương 3: KHÍ HẬU BIỂN ............................................................................................... 108 3.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 108 3.2. Hệ thống khí tượng .................................................................................................. 108 3.3. Từ khí tượng đến khí hậu ......................................................................................... 109 3.4. Chu trình tuần hoàn nước ......................................................................................... 109 3.5. Bức xạ mặt trời và sự phân bố của nhiệt độ ............................................................. 111 3.6. Hoàn lưu khí quyển - gió ......................................................................................... 115 3.7. Bảng gió Beaufort .................................................................................................... 117 Chương 4: HẢI DƯƠNG HỌC .......................................................................................... 120 4.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 120 4.1.1. Sinh học biển ............................................................................................................ 120 4.1.2. Hóa học biển ............................................................................................................ 120 4.1.3. Địa chất biển ............................................................................................................ 120 4.1.4. Vật lý biển ................................................................................................................ 120 4.2. Hệ thống gió ............................................................................................................. 121 4.2.1. Gió mùa một đặc tính trội tác động đến bờ biển Việt Nam ..................................... 121 4.2.2. Bão ở Việt Nam ....................................................................................................... 121 4.3. Vài nét về đại dương ................................................................................................ 122 3 4.4. Dòng chảy do gió ..................................................................................................... 123 4.5. Động lực của dòng biển ........................................................................................... 123 4.6. Tính chất của nước biển ........................................................................................... 126 4.7. Dòng mật độ ............................................................................................................. 128 Chương 5: THỦY TRIỀU ................................................................................................... 129 5.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 129 5.2. Nguồn gốc của thủy triều ......................................................................................... 130 5.3. Nước dâng ................................................................................................................ 135 5.4. Sóng thần.................................................................................................................. 139 5.5. Dao động mực nước trong hồ do thay đổi áp suất không khí (Seiche) .................... 140 5.6. Biểu diễn toán học về thuỷ triều .............................................................................. 141 5.7. Chế độ triều dọc bờ biển Việt Nam ......................................................................... 147 5.8. Định nghĩa các mực nước triều ................................................................................ 149 Chương 6: SÓNG NGẮN ................................................................................................... 154 6.1. Sóng và phân loại sóng ............................................................................................ 154 6.2. Sóng đều ................................................................................................................... 157 6.2.1. Cơ học sóng.............................................................................................................. 157 6.2.2. Tốc độ truyền sóng ................................................................................................... 161 6.3. Sóng ven bờ.............................................................................................................. 164 6.3.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 164 6.3.2. Hiệu ứng nước nông ................................................................................................. 164 6.3.3. Sóng khúc xạ ............................................................................................................ 165 6.3.4. Sóng vỡ .................................................................................................................... 166 6.3.5. Sóng phản xạ ............................................................................................................ 168 6.3.6. Sóng nhiễu xạ ........................................................................................................... 169 6.3.7. Sóng dâng nước........................................................................................................ 170 6.3.8. Sóng leo.................................................................................................................... 171 6.4. Phân bố sóng ngắn hạn và dài hạn (Phân bố sóng theo mẫu và tổng thể) ............... 172 6.4.1. Phân bố sóng ngắn hạn (theo mẫu) .......................................................................... 172 6.4.2. Phân bố sóng dài hạn (tổng thể) ............................................................................... 175 6.4.3. Ứng dụng của phân bố dài hạn................................................................................. 176 6.5. Quan trắc sóng ......................................................................................................... 184 6.6. Tính toán dự báo khôi phục sóng từ tài liệu gió ...................................................... 185 6.7. Sử dụng tài liệu đo đạc sóng toàn cầu ...................................................................... 186 4 6.8. Phổ sóng ................................................................................................................... 188 6.8.1. Phổ chiều cao sóng ................................................................................................... 188 6.8.2. Phổ hướng sóng........................................................................................................ 190 Chương 7: CỬA SÔNG VÀ CỬA VỊNH TRIỀU .............................................................. 192 7.1. Sự khác nhau giữa cửa vịnh triều và cửa sông ......................................................... 192 7.2. Đặc tính cửa vịnh triều ............................................................................................. 192 7.3. Chuyển động bùn cát/bồi lắng cửa vịnh triều .......................................................... 195 7.4. Đẩy nhanh quá trình bồi tụ ....................................................................................... 196 7.5. Cửa sông vùng triều ................................................................................................. 196 7.6. Chuyển động của dòng bùn ...................................................................................... 200 7.7. Lạch triều lên và triều rút ......................................................................................... 202 7.8. Các cửa sông siêu mặn ............................................................................................. 203 Chương 8: CÁC KIỂU BỜ BIỂN ....................................................................................... 206 8.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 206 8.2. Đặc điểm bờ biển cát................................................................................................ 208 8.2.1. Vùng cửa sông.......................................................................................................... 208 8.2.2. Bãi triều .................................................................................................................... 211 8.2.3. Đồng bằng ven biển ................................................................................................. 212 8.2.4. Bãi biển .................................................................................................................... 218 8.2.5. Cồn cát, đụn cát ........................................................................................................ 220 8.2.6. Đầm phá ................................................................................................................... 222 8.2.7. Bờ biển được che chắn ............................................................................................. 223 8.2.8. Cửa lạch triều, vịnh triều .......................................................................................... 224 8.3. Đường bờ chịu ảnh hưởng trội của hệ sinh thái biển ............................................... 225 8.3.1. Các đầm nước mặn ................................................................................................... 225 8.3.2. Rừng ngập mặn ........................................................................................................ 227 8.3.3. Hệ thực vật sống trên cát .......................................................................................... 229 8.3.4. Dải san hô................................................................................................................. 229 8.4. Bờ biển đá ................................................................................................................ 232 8.4.1. Nguồn gốc của bờ biển đá ........................................................................................ 232 8.4.2. Bờ đá xâm thực ........................................................................................................ 234 8.5. Các dạng bờ biển của Việt Nam .............................................................................. 235 8.5.1. Bờ đá và san hô ........................................................................................................ 235 8.5.2. Dạng bãi vùng cửa sông ........................................................................................... 235 5 8.5.3. Dạng đồng bằng châu thổ......................................................................................... 235 8.5.4. Đường bờ vùng đầm phá .......................................................................................... 236 8.5.5. Cửa vào vịnh triều .................................................................................................... 236 8.5.6. Đầm lầy, rừng ngập mặn và các loài cỏ biển ........................................................... 236 Chương 9: VẤN ĐỀ Ô NHIỄM VÀ DÒNG MẬT ĐỘ...................................................... 238 9.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 238 9.2. Ô nhiễm .................................................................................................................... 238 9.2.1. Các loại ô nhiễm ...................................................................................................... 238 9.2.2. Các giải pháp kiểm soát ô nhiễm ............................................................................. 240 9.3. Dòng mật độ vùng cửa sông..................................................................................... 241 9.3.1. Sự thay đổi độ muối theo thủy triều ......................................................................... 241 9.3.2. Nêm mặn .................................................................................................................. 243 9.3.3. Hiện tượng phân tầng theo phương ngang ............................................................... 245 9.3.4. Bồi lắng trong sông .................................................................................................. 246 9.3.5. Một số biện pháp kiểm soát dòng mật độ trong sông .............................................. 248 9.4. Dòng mật độ trong cảng ........................................................................................... 250 9.4.1. Bồi lắng trong cảng .................................................................................................. 256 9.4.2. Bài toán thực tế ........................................................................................................ 256 9.4.3. Giải pháp giảm ảnh hưởng dòng mật độ trong cảng. ............................................... 260 Chương 10: HÌNH THÁI HỌC BỜ BIỂN ............................................................................ 263 10.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 263 10.2. Các quá trình trong vùng sóng vỡ ............................................................................ 264 10.3. Chuyển vận của bùn cát ........................................................................................... 266 10.3.1. Chuyển vận do sóng và dòng chảy........................................................................... 266 10.3.2. Cát vận chuyển do gió .............................................................................................. 268 10.4. Sự thay đổi của đường bờ và trạng thái cân bằng của đường bờ ............................. 269 10.5. Tính toán lượng bùn cát ven bờ ............................................................................... 272 Chương 11: QUẢN LÝ DẢI VEN BỜ ................................................................................. 274 11.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 274 11.2. Những thay đổi mang tính toàn cầu ......................................................................... 275 11.2.1. Tăng dân số của thế giới .......................................................................................... 275 11.2.2. Sự thay đổi khí hậu và mực nước biển tăng ............................................................. 277 11.2.3. Nhiễm bẩn ................................................................................................................ 278 11.3. Các hệ thống kinh tế xã hội ...................................................................................... 279 6 11.4. Sự cần thiết của bài toán quản lý ............................................................................. 282 11.5. Các công cụ quản lý ................................................................................................. 287 11.5.1. Trọng số các quan tâm ............................................................................................. 287 11.5.2. Bài toán quản lý thực tế ........................................................................................... 288 11.6. Chung sống với tự nhiên .......................................................................................... 290 Chương 12: CÁC BÀI TOÁN THỰC TẾ VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ ........................ 292 12.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 292 12.2. Các dạng xói............................................................................................................. 292 12.2.1. Xói do công trình ..................................................................................................... 292 12.2.2. Xói bờ biển và đụn cát trong bão có nước dâng ...................................................... 294 12.2.3. Xói các vùng đất mới ............................................................................................... 295 12.2.4. Xói cửa vịnh triều..................................................................................................... 295 12.3. Giải pháp công trình bảo vệ bờ biển ........................................................................ 296 12.3.1. Bảo vệ khu vực bị xói do công trình ........................................................................ 299 12.3.2. Bảo vệ bãi biển và đụn cát khi bão nước dâng cao .................................................. 300 12.3.3. Bảo vệ các vùng đất mới .......................................................................................... 301 12.3.4. Ổn định cửa vịnh triều.............................................................................................. 302 12.4. Giải pháp phi công trình........................................................................................... 302 12.4.1. Nuôi bãi .................................................................................................................... 302 12.4.2. Rừng ngập mặn ........................................................................................................ 304 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 311 7 Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Khái quát chung về kỹ thuật bờ biển 1.1.1. Định nghĩa Không có một định nghĩa chính xác về bờ biển và vùng ven biển. Vùng ven biển phụ thuộc vào các vấn đề kinh tế - xã hội và được qui định tùy thuộc vào mỗi quốc gia. Chẳng hạn vùng cửa sông có được xem là vùng ven biển hay không, môi trường tự nhiên và xã hội vùng ven biển mang nét đặc trưng gì v.v... Vì vậy, trong mỗi trường hợp cụ thể sẽ có một định nghĩa phù hợp nhất về vùng ven biển. Một số nước vùng ven biển được giới hạn nằm giữa thuỷ triều lớn nhất và nhỏ nhất; một số nước khác lại qui định vùng ven biển là vùng sóng ảnh hưởng đến đáy biển ở ngoài khơi và giới hạn xa nhất của thuỷ triều biển vào hệ thống sông ngòi hay lấy giới hạn vùng nằm giữa cao độ + 10 và - 10 m trên mực nước biển trung bình. Đặc điểm cơ bản nhất của vùng ven biển là sự ảnh hưởng hỗn hợp giữa môi trường biển và lục địa, giữa nước ngọt và nước mặn, bùn cát sông và bùn cát biển. Điều này tạo nên một vùng với một hệ sinh thái vô cùng đa dạng. Mặt khác, hoạt động kinh tế xã hội vùng ven biển khá đa dạng, đôi khi mâu thuẫn nhau, trong đó quan trọng nhất là sinh hoạt làng xã, nuôi trồng đánh bắt thuỷ hải sản, nông nghiệp, cấp nước, vận tải thủy, bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên, vui chơi, giải trí. Ở Hà Lan, vai trò quan trọng nhất của các dải cát là bảo vệ các vùng đất phía trong không bị ngập nước. Thêm vào đó việc xây dựng dải bờ biển phục vụ nghỉ mát cũng không kém phần quan trọng. Tuy nhiên, hai hoạt động này thường mâu thuẫn nhau. Khi có nhiều hoạt động cùng diễn ra đồng thời thì tính phức tạp sẽ tăng lên. Nếu đi sâu nghiên cứu vùng ven biển thì có thể sơ đồ hoá theo nhiều cách khác nhau. Các thành phần trong hệ thống có thể phân chia thành hai nhóm chính: Tự nhiên và nhân tạo trong đó nhóm nhân tạo chịu sự tác động của con người được đặc trưng bởi hệ thống cơ sở hạ tầng, các hoạt động kinh tế - xã hội. Có thể thấy rằng hai hệ thống đó có mối liên hệ mật thiết với nhau và vì vậy đòi hỏi các kỹ sư kỹ thuật bờ biển phải có kiến thức đầy đủ về hệ thống tự nhiên và các hoạt động vùng ven biển. Cũng cần nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý bền vững biển và đới bờ vì theo dự báo có hơn 50% dân cư sẽ sống ở vùng ven biển (khái niệm vùng ven biển trong trường hợp này được mở rộng hơn). Hầu hết các siêu đô thị đều được xây dựng ven biển như Tokyo, Jakarta, Thượng Hải, Hong Kong, Bangkok, Calcutta, Bombay, New York, Buenos Aires, Los Angeles. Khi mất cân bằng giữa các quá trình tự nhiên và xã hội ở vùng ven biển sẽ dẫn tới các vấn đề như đói nghèo, ô nhiễm và các vấn đề xã hội khác. Nói tóm lại, tương lai của thế giới phần lớn phụ thuộc vào tương lai của vùng ven biển. 8 Tóm lại, kỹ thuật bờ biển là các hoạt động kinh tế kỹ thuật liên quan tới vùng ven biển. Các hoạt động bao gồm: • Các hệ thống, các quá trình và phân tích các vấn đề • Quản lý thông tin và các dữ liệu • Hệ thống hoá và mô hình hoá • Qui hoạch, thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng • Hệ thống các giải pháp bảo vệ hệ sinh thái tự nhiên. Xác định các hoạt động kỹ thuật nào trong những tình huống cụ thể thuộc hệ thống bờ biển phải được nghiên cứu là vấn đề rất quan trọng. Các quá trình vùng bờ biển được chia thành các quá trình tự nhiên như chuyển động của bùn cát và các quá trình nhân tạo như qui hoạch và phát triển kinh tế vùng ven biển. Đối với kỹ sư làm việc vùng ven biển thì việc nghiên cứu các quá trình tự nhiên là rất quan trọng. Việc nghiên cứu các quá trình kinh tế xã hội bao gồm trong nghiên cứu quản lý tổng hợp vùng bờ. Đây là các hoạt động đa mục tiêu, trong đó vai trò chủ động của kỹ sư bờ biển là rất quan trọng. Như đã trình bày ở trên, rất khó phân định giới hạn của vùng ven biển. Đường bờ là giới hạn ngoài của vùng bờ? nếu không thì vùng bờ sẽ kết thúc ở đâu? phải chăng đó là giới hạn ngoài của vùng thềm lục địa? đôi khi nó được xác định phụ thuộc vào sự phát triển của kỹ thuật?. Ranh giới phía đất liền còn khó xác định hơn. Một con sông chi phối bờ biển thông qua lượng bùn cát vận chuyển ra biển. Sự thay đổi chế độ dòng chảy sông ngòi sẽ tác động lập tức đến bờ biển. Do vậy việc nghiên cứu quá trình bờ biển phải gắn với việc nghiên cứu toàn bộ hoặc phần chủ yếu của lưu vực sông. Hay nói một cách khác, những lĩnh vực mà người kỹ sư bờ biển phải quan tâm rất rộng không chỉ xuất hiện hay tồn tại ở dải ven bờ. Các hoạt động kinh tế xã hội diễn ra ngày càng mạnh mẽ ở dải bờ biển đã tác động vào các quá trình bờ biển ngày càng lớn, điều này yêu cầu người kỹ sư không chỉ có những kiến thức về kỹ thuật mà còn cần có kiến thức ngày càng đầy đủ về quản lý tổng hợp vùng bờ. 1.1.2. Các nghiên cứu cơ bản Một trong những vấn đề cơ bản mà các kỹ sư bờ biển phải nghiên cứu là chuyển động của nước dọc bờ biển, tác động tương hỗ giữa dòng nước và xói bồi bờ và bãi biển, các lực tạo ra do sóng, gió và dòng chảy tác động lên công trình. Những kiến thức cơ bản sẽ trình bày trong phần này là những nhân tố hình thành cơ sở nghiên cứu kỹ thuật bờ biển. Trong các môn học khác sẽ trình bày một cách chi tiết mỗi quá trình diễn ra ở vùng ven biển. Kỹ thuật bờ biển được chia thành hai phần. Nội dung cơ bản của mỗi phần được trình bày ở phần dưới. Cảng 9 Con người xây dựng cảng và dùng tàu thuyền để vận chuyển hàng hoá do tính thuận tiện và kinh tế của ngành vận tải biển. Hai vấn đề xây dựng cảng và vận tải biển cần được xem xét đồng thời và sự hợp tác của các kiến trúc sự hàng hải và những người làm công tác ở cảng sẽ giúp cho việc lựa chọn những vấn đề tối ưu nhất. Đường vào cảng thường được bảo vệ bằng các đê chắn sóng. Thiết kế loại công trình này được trình bày trong môn học:” Thiết kế đê chắn sóng”. Có rất nhiều cảng sông nên sự hình thành bãi ngầm và luồng tàu vùng cửa sông được nghiên cứu trong các môn kỹ thuật bờ biển. Môn học này có quan hệ mật thiết với kỹ thuật trong sông. Dòng mật độ và sự thay đổi nồng độ muối theo thời gian ảnh hưởng tới quá trình bồi lắng khu vực cảng. Do vậy, dòng mật độ được nghiên cứu trên quan điểm kỹ thuật. Lý thuyết cơ bản của dòng mật độ được học kỹ hơn trong môn học dòng mật độ. Đặc tính của bùn cát trong cảng và vùng cửa sông liên quan tới vấn đề bồi lắng. Nạo vét và ảnh hưởng của nó tới hình thái, địa mạo vùng cửa sông cũng được nghiên cứu. Cuối cùng, việc xây dựng cảng có quan hệ chặt chẽ với các vấn đề hình thái bờ biển và bồi lắng luồng tàu cũng như ảnh hưởng của đê chắn sóng tới quá trình thay đổi đường bờ. Hình thái bờ biển Nghiên cứu hình thái bờ biển là nghiên cứu tương tác giữa sóng, dòng chảy với đường bờ, đặc biệt là sự thay đổi rất lớn của đường bờ cát dưới tác động của sóng gió. Bờ biển đá ít chịu ảnh hưởng của các điều kiện sóng gió và nó được các nhà địa chất quan tâm nhiều hơn là các kỹ sư bờ biển. Sự biến đổi của đường bờ có thành tạo vật chất mịn như bùn, phù sa cũng sẽ được trình bày trong môn học này. Phần lớn các bờ biển được thành tạo bởi cát và đã có rất nhiều công trình nghiên cứu loại đường bờ này. Hiện nay, người ta có thể dự báo được sự thay đổi của đường bờ bằng các mô hình toán học. Những mô hình này sẽ được giới thiệu trong môn học và được nghiên cứu sâu hơn trong các giáo trình và sách liên quan tới vận chuyển bùn cát. Một cách rõ ràng rằng, muốn đánh giá được sự thay đổi của đường bờ thì chúng ta cần phải hiểu cơ chế chuyển động của nước biển dưới tác động của sóng và các ngoại lực khác. Do vậy, những kiến thức về cơ học chất lỏng, thuỷ lực rất cần thiết. Những kiến thức khác cũng cần thiết trong lĩnh vực biển đó là sóng dài và sóng ngắn. Sóng thủy triều sóng do động đất tạo ra là những dạng sóng dài. Sóng do gió là loại sóng ngắn. Trong thuỷ lực biển, cần phải phân biệt rõ sóng dài và sóng ngắn, đặc biệt là sóng ngắn. Cho đến nay, con người cũng chưa hiểu biết một cách đầy đủ về tác động của sóng ngắn lên bờ cát. Chuyển động của bùn cát ven bờ và ngoài khơi là những nghiên cứu hết sức quan trọng khi nghiên cứu sự thay đổi của đường bờ biển. Rất nhiều kết quả đã và đang nghiên cứu nhằm cải thiện các mô hình toán mô phỏng và dự báo sự thay đổi của đường bờ. 10 Có rất nhiều thay đổi của đường bờ ngoài ý muốn của con người, nên cần thiết phải xây dựng các công trình bảo vệ bờ. Các công trình này, về nguyên tắc làm chậm tác động xấu tới bờ biển hoặc là giữ bờ biển ở trạng thái cân bằng. Khi xây dựng mỏ hàn vuông góc hoặc song song với đường bờ sẽ làm giảm quá trình xói lở. Chúng ta cũng có thể chuyển cát ở những đoạn bờ bồi đến các đoạn bờ xói v.v… Các loại công trình bảo vệ bờ biển sẽ được nghiên cứu trong các môn học sau. Đê chắn sóng, đường vào cảng, dòng chảy ra từ sông ra biển cũng là những nhân tố gây nên sự thay đổi của đường bờ và được các nhà kỹ thuật bờ biển quan tâm. 1.2. Các thuật ngữ chuyên môn Các thuật ngữ này được dùng thường xuyên trong các môn học kỹ thuật bờ biển. Cần nhấn mạnh rằng, nghĩa của các thuật ngữ có thể khác với các thuật ngữ thường dùng trong cuộc sống. Ngoài những thuật ngữ chung, các kỹ sư bờ biển cũng cần biết các biệt ngữ (ngôn ngữ địa phương) của các lĩnh vực khác nhau thuộc kỹ thuật bờ biển. Các thuật ngữ chuyên môn có thể tìm trên Website: www.minvenw.nl/projects/netcoast/address/glossary.htm Abrasion Sự mài mòn Abrasion platform Thềm mài mòn Frictional erosion by material transported by wind and waves Sự xói mòn ma sát của các vật chất do sóng và gió A rock or clay platform which has been worn by the processes of abrasion Thềm đá hoặc đất sét hình thành trong quá trình mài mòn Abutment That part of the valley side against which the dam is constructed, or the approach embankment in case of bridges which may intrude some distance into the waterway Trụ chống, tường bên Hai đầu thung lũng nơi đặt đập (còn gọi là vai đập), hoặc là trụ đầu cầu nơi có đường dẫn lên cầu Accretion The accumulation of (beach) sediment, deposited by natural fluid flow processes Bồi lắng Quá trình tích tụ bùn cát do dòng chảy 11 Aggradation Bồi tụ Alignment Đường tuyến A build-up or raising of the river/sea bed due to sediment deposition Sự nâng lên của đáy sông do quá trình bồi lắng bùn cát The course along which the centre line of a channel, canal or drain is located Là đường trung tâm (tim) sông, kênh tưới, tiêu Alongshore see longshore Dọc bờ biển Xem từ longshore Alluvial plane A plain bordering a river, formed by the deposition of material eroded from areas of higher elevation Vùng đất bồi tích Vùng đồng bằng hình thành do các vật chất mài mòn từ vùng cao hơn chảy xuống Altitude Vertical height of a ground or water surface above a reference level (datum) Cao độ Độ cao theo phương thẳng đứng so với mặt chuẩn Amplitude Half of the peak-to-trough range (or height) Biên độ Một nửa khoảng cách giữa chân và đỉnh liên tiếp Angle of repose The maximum slope (measured from the horizon) at which soils and loose materials on the banks of canals, rivers or embankments stay stable Góc nghỉ Góc nghiêng lớn nhất theo đó đất đá và các vật chất có thể nằm ổn định trên mái Anisotropic Having properties that change with changing directions Không đẳng hướng Có tính chất thay đổi khi thay đổi hướng trong một môi trường Antidunes Bed forms that occur in trains and that are in phase with 12 and strongly interact with water-surface waves Sóng cát Apron Tấm chắn Armour layer Lớp bảo vệ Một dạng hình thái đáy sông có dạng hình sin cùng pha với sóng trên mặt Layer of stone, concrete or other material to protect the toe of a seawall Tấm đá, tấm bê tông hoặc vật liệu khác bảo vệ chân kè hoặc tường đứng Protective layer on a breakwater or sea wall composed or Armour units Lớp bảo vệ ngoài đê chắn sóng hoặc tường đứng Armour unit Large quarried stone or specially shaped concrete block used as primary protection against wave action Tấm bảo vệ Một viên đá tự nhiên hoặc 1 khối bê tông có hình dạng đặc biệt được sử dụng như là lớp chống sóng ngoài cùng. Artificial nourishment, Supplementing the natural supply of beach material to a beach replenishment, beach, using imported material. recharge, beach feeding Nuôi bãi Bổ sung lượng cát mất đi tại một đoạn bờ biển Asperities Mấu giảm sóng Astronomical tide The three-dimensional irregularities forming the surface of an irregular stone (or rock) subject to wear and rounding during attraction Mấu cấu tạo trên bề mặt viên đá hoặc khối bê tông và bị mài nhẵn dần khi bị sóng đánh The tidal levels and character which would result from gravitational effects, e.g. of the Earth, Sun and Moon, without any atmospheric influences 13 Triều thiên văn Mực nước và các đặc trưng triều do tác dụng của lực trọng trường của trái đất, mặt trời và mặt trăng bỏ qua ảnh hưởng của khí quyển. Atoll A ring-shaped coral reef, often carrying low sand islands, enclosing a lagoon Đảo san hô vòng Attenuation Sự tắt dần Dải san hô ngầm có hình vòng cung, thông thường phát triển ở đảo ít cát và quây quanh các đầm phá A lessening of the amplitude of a wave with distance from the origin The decrease of water particle motion with increasing depth; particle motion resulting from surface oscillatory waves attenuates rapidly with depth, and practically disappears at a depth equal to a surface wavelength Sự giảm dần biên độ sóng theo hướng sóng tiến hay sự giảm chuyển động của hạt nước khi độ sâu tăng dần; Chuyển động của hạt nước tạo ra do dao động của sóng bề mặt giảm nhanh theo độ sâu và hầu như tắt hẳn ở độ sâu bằng chiều dài sóng trên mặt Back-rush Dồn ngược Back-shore Phần trên bờ biển Backwater curve The seaward return of water following the up-rush of a wave Dòng chảy ngược ra biển sau khi sóng leo lên bờ The upper part of the active beach above the normal reach of the tides (high water), but affected by large waves occurring during a high tide Phần phía trên bãi biển cao hơn mực nước triều cường bình thường, nhưng chịu ảnh hưởng của sóng lớn trong kỳ triều cường The longitudinal profile of the water surface in an open channel where the depth of flow has been increased by an obstruction as a weir or a dam across the channel, by increase in channel roughness, by decrease in channel 14 width or by a decrease of the bed gradient Đường cong nước vật Đường mặt nước dọc theo kênh có độ sâu tăng dần khi dòng chảy chảy qua đập do tăng độ nhám hay giảm độ rộng sông hay giảm độ dốc đáy sông Bank The rising grounds bordering a lake, river or sea; of a river or channel, designated as right or left as it would appear facing downstream Bờ Gờ đất cao bao quanh hồ, sông, biển (2) An elevation of the sea floor of large area, located on a continental (or island) shelf and over which the depth is relatively shallow but sufficient for safe navigation; a group of shoals Một vùng đáy biển rộng hoặc thềm lục địa có cao trình cao hơn xung quanh A shallow area consisting of shifting forms of silt, sand, mud, and gravel; in this case usually used with a qualifying word such as “sandbank”, “mudbank” Vùng nông tích tụ bùn, cát, hoặc sỏi; Trong trường hợp này thường dùng khái niệm dải cát hoặc dải bùn Bar A submerged or emerged embankment of sand, gravel, or other unconsolidated material built on the sea floor in shallow water by waves and currents in front of a river entrance or and estuary Cồn, doi Dải cát, sỏi hoặc các vật chất chưa cố kết hoàn toàn nằm ngầm dưới đáy biển tích tụ lại (được dồn lại) do sóng và dòng chảy trước cửa sông và vịnh triều Barrage A barrage built across a river, comprising a series of gates which when fully open allow the flood to pass without appreciably increasing the flood level upstream of the barrage Tiếng Việt gọi là Ba Ra Công trình xây dựng trên sông bao gồm một loạt cống mà 15 khi mở hoàn toàn có thể tháo được nước lũ không làm tăng mực nước thượng lưu Barrier Vật chắn Barrier beach Vật chắn ngoài biển Barrier island Đảo chắn The function of a barrier is to control the water level. It consists of a combination of concrete or a steel structure with or without adjacent rockfill Chức năng của vật chắn là kiểm soát mực nước, có thể là công trình bê tông hoặc công trình thép có đổ đá hoặc không đổ đá A bar, essentially parallel to the shore, the crest of which is above normal high water level; also called offshore barrier and barrier island Dải đất mà cao trình của nó thường cao hơn mực nước triều cường bình thường nằm song song với bờ biển; một số tài liệu gọi là đảo chắn hoặc núi chắn ngoài khơi Long island, parallel to the shore, mainly consisting of sand, on which sometimes dunes are formed, behind which intertidal flats exists Đảo nằm song song bờ biển chủ yếu là cát mà phía trong đó là bãi triều. Barrier reef A coral reef parallel to an separated from the coast by a lagoon that is too deep for coral growth; generally, barrier reefs follow the coast for long distances, and are cut through at irregular intervals by channels or passes Đảo san hô Dải san hô nằm song song với bờ biển mà giữa chúng là vịnh triều khá sâu. Thông thường dải san hô phát triển khá dài dọc theo bờ biển và bị chia cắt tại những khoảng cách không đều bởi các lạch sâu. Bastion A massive groyne, or projecting section of seawall normally constructed with its crest above water level. Mỏ hàn Là mỏ hàn vuông góc với tường đứng với cao trình đỉnh cao hơn mực nước 16 Bathymetry Refers to the spatial variability of levels on the seabed Độ sâu của biển Liên quan tới sự thay đổi cao độ đáy biển Bay A recess in the shore or an inlet of the sea between two capes or headlands, not as large as a gulf but larger than a cove; see also bight and embayment Vịnh Chỗ hõm vào ở bờ biển hoặc cửa biển giữa 2 mũi đất nhô ra, nhỏ hơn gulf, nhưng lớn hơn cove Bayou A minor sluggish waterway or estuarial creek, tributary to, or connecting other streams or bodies of water; its course is usually through lowlands or swamps, sometimes called slough Con lạch Một nhánh sông nhỏ hoặc con lạch nối với các sông suối hoặc hồ khác trong vùng đất thấp hơn hoặc vùng đất ngập nước, đôi khi gọi là đầm lầy Beach A deposit of non-cohesive material (e.g. sand, gravel) situated on the interface between dry land and the sea (or other large expanse of water) and actively "worked" by present-day hydrodynamics processes (i.e. waves, tides and currents) and sometimes by winds Bãi biển Vùng cấu tạo bởi vật liệu không dính kết với nhau (Cát hoặc sỏi) nằm giữa biển và đất liền và chịu tác động mạnh của các quá trình động lực biển (sóng, triều và dòng chảy) và gió Beach crest The point representing the limit of high tide storm wave run-up (see Fig. 1.1) Đỉnh bãi Điểm đánh dấu giới hạn cao nhất sóng leo khi triều cao gặp bão Beach face From the beach crest owl to the limit of sediment movement (see Fig. 1.1) Độ rộng bãi Khoảng cách theo chiều ngang từ đỉnh bãi tới vùng nước không còn bùn cát chuyển động dưới tác động của sóng 17 nữa (đường sóng vỡ) Beach head The cliff, dune or sea wall looming the land ward limit of the active beach (see Fig. 1.1) Mũi bãi Mỏm đá, doi cát nhô ra biển Beach material Granular sediments, usually sand or shingle moved by the sea Vật chất bãi biển Hạt cát chuyển động dưới tác động các nhân tố biển và gió Beach plan shape The shape of the beach in plan; usually shown as a contour line, combination of contour lines or recognizably features such as beach crest and/or still water line Mặt bằng bãi Hình dạng của bãi được thể hiện bằng các đường đồng mức thông qua đó mà phân biệt được đỉnh bãi, mực nước lặng... Beach profile A cross-section taken perpendicular to a given beach contour; the profile may include the face of a dune or sea wall, extend over the backshore, across the foreshore, and seaward underwater into the nearshore zone Mặt cắt ngang bãi Mặt cắt vuông góc với bờ biển có thể bao gồm mặt bãi hoặc tường đứng được tính cả phần trong cùng của bãi + bãi + Vùng nước nông Beach recharge Supplementing the natural volume of sediment on a beach, using material from elsewhere - also known as beach replenishment / nourishment / feeding Nuôi bãi Bổ sung thêm cát vào bãi từ nơi khác Beach scarp An almost vertical slope along the beach caused by erosion by wave action; it may vary in height from a few inches to several feet, depending on wave action and the nature and composition of the beach 18 Bờ dốc bãi Phần bờ đứng bị xói do sóng. Theo chiều cao nó thay đổi từ vài cm đến hàng mét phụ thuộc vào cường độ sóng, thành phần và cấu tạo của vật chất bãi Beach wall A (mostly vertical) structure of masonry or concrete to protect the backshore from erosion Tường đứng Tường bê tông hoặc tre bảo vệ bờ biển Bed forms Features on a seabed (e.g. ripples and sand waves) resulting from the movement of sediment over it Hình thái đáy Hình thái của đáy biển (gợn sóng hoặc sóng cát) khi các vật chất đáy chuyển đông dưới tác động của sóng, gió tạo ra Bed load Sediment transport mode in which individual particles either roll or slide along the bed as a shallow, mobile layer a few particle diameters deep. Bùn cát đáy Bed protection Lớp bảo vệ đáy Hình thức chuyển động của bùn cát. Các hạt vật chất hoặc lăn, nhảy hoặc trượt A (rock) structure on the bed in order to protect the underlying bed against erosion due to current and/or wave action Lớp bảo vệ tránh xói đáy dưới tác động của sóng và dòng chảy Bed shear stress The way in which waves (or currents) transfer energy to the sea bed Ứng suất cắt đáy Cách mà sóng hoặc dòng chảy truyền năng lượng vào đáy biển Benefits The economic value of a scheme, usually measured in terms of the cost of damages avoided by the scheme, or the valuation of perceived amenity or environmental improvements 19 Lợi ích Giá trị kinh tế được đo bằng lợi ích mang lại của hệ thống (có thể bằng vật chất cụ thể hoặc giá trị mang lại do cải thiện môi trường) Bench marks A permanently fixed point of known elevation; a primary bench mark is one close to a tide station to which the tide staff and tidal datum originally are referenced Điểm chuẩn Berm Một điểm cố định được gắn cao độ đặt gần trạm triều On a beach: a nearly horizontal plateau on the beach face or backshore, formed by the deposition of beach material by wave action or by means of a mechanical plant as part of a beach recharge scheme On a structure: a nearly horizontal area, often built to support or key-in an armour layer Cơ Là đoạn nằm ngang trên mặt bằng do tự nhiên tạo ra (sóng, gió) hoặc mặt phẳng trên công trình để đặt lớp bảo vệ. Berm breakwater Rubble mound with horizontal berm of armour stones at about sea-side water level, which is allowed to be (re)shaped by the waves. Đê phá sóng có cơ Là công trình đá có cơ nằm ngang phía biển. Hình dạng của nó có thể bị biến dạng do tác động của sóng. Bifurcation Location where a river separates in two or more reaches or branches (the opposite of a confluence) Phân lưu Nơi sông phân nhánh (ngược với hợp lưu) Bight A bend in a coastline forming an open bay; a bay formed by such a bend Chỗ lõm vào Blanket Chỗ cong vào hình thành vịnh hở. A layer or layers of graded fine stones underlying a breakwater, groyne or rock embankment to prevent the 20