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 cuối cùng trong luận văn là trung thực, không sao chép từ
bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu
(nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn
Chữ ký
Bùi Thị Kim Khánh
i
LỜI CÁM ƠN
Tác giả xin trân trọng cám ơn các thầy, cô khoa kỹ thuật Biển, đề tài độc lập cấp quốc
gia với tên đề tài: “Nghiên cứu giải pháp tôn tạo và chống xói lở đảo nổi thuộc
QĐTS” do Viện kỹ thuật công binh tổ chức thực hiện và đặc biệt là thầy giáo
TS.Nguyễn Quang Chiếnvà PGS.TS.Lê Hải Trung đã hướng dẫn nhiệt tình, đóng góp
ý kiến cho việc hoàn thành Luận văn thạc sĩ này.
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...........................................................................................vii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 1
2. Mục đích của Đề tài............................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................2
4. Cấu trúc của luận văn ............................................................................................ 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN KHU VỰC ĐN01 – QĐTS ........................................... 4
1.1.
Điều kiện tự nhiên .............................................................................................. 4
1.2.
Đặc điểm địa hình địa chất.................................................................................5
1.2.1.
Địa hình .......................................................................................................5
1.2.2.
Địa chất .......................................................................................................6
1.2.3.
Vật liệu ........................................................................................................7
1.3.
Đặc điểm khí tượng, thủy hải văn ......................................................................8
1.3.1.
Nhiệt độ .......................................................................................................8
1.3.2.
Gió ...............................................................................................................8
1.3.3.
Mưa .............................................................................................................9
1.4.
Chế độ thủy thạch động lực ...............................................................................9
1.5.
Phân tích các quy luật cơ chế diễn biến bờ biển ..............................................12
CHƯƠNG II: SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN ...... 16
2.1. Nghiên cứu các yêu cầu về giải pháp ..................................................................16
2.2. Các giải pháp thông dụng trên thế giới ............................................................... 17
2.2.1. Hệ thống đập mỏ hàn ....................................................................................18
2.2.2. Đập chắn sóng xa bờ ..................................................................................... 20
2.2.3. Kết hợp đập mỏ hàn, đập chắn sóng và nuôi bãi nhân tạo ........................... 21
2.3. So sánh và lựa chọn giải pháp .............................................................................22
2.3.1. Về giải pháp ..................................................................................................22
2.3.2.
Về cấu kiện ................................................................................................ 23
iii
CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢM SÓNG CỦA KHỐI RỖNG ...... 26
3.1. Kết cấu khối rống Reef Ball ............................................................................... 26
3.1.1. Giới thiệu về rạn đê ngầm Reef Ball ............................................................ 26
3.1.2. Các công trình Reef Ball trên thế giới .......................................................... 29
3.1.3. Chức năng thiết kế của Reef Ball ................................................................. 33
3.2. Thiết lập thí nghiệm ............................................................................................ 48
3.3. Tính toán ổn định kết cấu khối rỗng ................................................................... 35
3.3.1. Điều kiện biên phục vụ tính toán kết cấu ..................................................... 35
3.3.2. Tính toán ổn định kết cấu ............................................................................. 42
3.3.3. Xác định trọng lượng tổi thiểu của Reef Ball theo điều kiện ổn định trượt . 43
3.4. Kết quả thí nghiệm .............................................................................................. 52
CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ MẶT CẮT CÔNG TRÌNH ..................... 53
4.1. Mục đích sử dụng mô hình ................................................................................. 53
4.2. Giới thiệu mô hình toán Swash ........................................................................... 53
4.3. Thiết lập mô hình ................................................................................................ 59
4.3.1. Thiết lập mô hình.......................................................................................... 59
4.3.2. Các kịch bản tính toán .................................................................................. 62
4.3.3.
Hiệu chỉnh mô hình toán theo kết quả thu được từ mô hình vật lý .......... 66
4.3.4.
So sánh hiệu quả giảm sóng ...................................................................... 68
4.3.5.
Đề xuất bố trí mặt bằng giải pháp tôn tạo, mở rộng bãi đảo nổi .............. 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 75
1. Kết luận .................................................................................................................. 75
2. Kiến nghị ............................................................................................................. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 77
PHỤ LỤC A ................................................................................................................. 79
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Tóm tắt một số giải pháp bảo vệ trước bãi....................................................18
Bảng 2. 2 Một số tiêu chí lựa chọn các biện pháp ổn định và bảo vệ bãi biển
(Kobayashi và nnk, 1985).............................................................................................. 22
Bảng 3. 1 Số liệu phương án kết cấu đê ngăn cát giảm sóng Reef Ball ........................ 49
Bảng 3. 2 Kết quả ước tính mực nước theo tần suất. ....................................................37
Bảng 3. 3 Mực nước theo tần suất (Nguyễn Tương Lai, 2012). ...................................37
Bảng 3. 4 Tổng hợp đặc trưng mực nước, sóng phục vụ thiết kế giải pháp. .................41
Bảng 3. 5 Đặc trưng sóng cực trị phục vụ tính toán kết cấu. ........................................42
Bảng 3. 6 Kích thước cấu kiện Reef Ball giả thiết. ....................................................... 43
Bảng 3. 7 Bảng kích thước cấu kiện lựa chọn ............................................................... 48
Bảng 4. 1 Các phạm vi của độ sâu không thứ nguyên tương ứng với số lớp K trong
SWASH ......................................................................................................................... 56
Bảng 4. 2 Các kịch bản được thiết lập để chạy mô hình ...............................................62
Bảng 4. 3 Chiều cao sóng Hs (m) khi có công trình tại vị trí VT1 cách bờ 125 m .......62
Bảng 4. 4 Chiều cao sóng Hs (m) khi có công trình tại vị trí VT2 cách bờ 100 m .......63
Bảng 4. 5 Chiều cao sóng Hs (m) khi có công trình tại vị trí VT3 cách bờ 75 m .........64
Bảng 4. 6 Chiều cao sóng và hệ số giảm sóng, truyền sóng khi hiệu chỉnh KB2 .........66
Bảng 4. 7 Chiều cao sóng của thí nghiệm mô hình vật lý và mô hình toán ..................67
Bảng 4. 8 Hệ số truyền sóng Kt và hệ số giảm sóng Ct các kịch bản ........................... 70
Bảng 4. 9 Tổng hợp các tham số bố trí mặt bằng công trình (Đề tài: nghiên cứu giải
pháp tôn tạo và chống xói lở đảo nổi thuộc QĐTS. ĐTĐLCN.19/15) ......................... 74
Bảng A. 1 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT1 = 125 m: Hs = 0,55 m, Tp = 6,6 s, h =
1.15 m - xếp 3 hàng .......................................................................................................79
Bảng A. 2 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT2=100m: Hs=1.4m, Tp=6,6s, h=1.15m-xếp
3 hàng ............................................................................................................................ 80
Bảng A. 3 Hệ số truyền sóng tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,7s,
h=1.15m-xếp 3 hàng ......................................................................................................81
Bảng A. 4 Hệ số giảm sóng tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 3 hàng ......................................................................................................82
v
Bảng A. 5 Kết quả truyền sóng Kt tại vị trí VT2=100m: Hs=1.4m, Tp=6,6s, h=1.15mxếp 4 hàng ..................................................................................................................... 83
Bảng A. 6 Hệ số truyền sóng Kt tại vị trí công trình VT1=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 4 hàng ...................................................................................................... 84
Bảng A. 7 Hệ số giảm sóng Ct tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 4 hàng ...................................................................................................... 85
Bảng A. 8 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s, h=1.15mxếp 5 hàng ..................................................................................................................... 86
Bảng A. 9 Hệ truyền sóng Kt tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 5 hàng ...................................................................................................... 87
Bảng A. 10 Hệ giảm sóng Ct tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=1.4m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 5 hàng ...................................................................................................... 88
Bảng A. 11 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s, d2=1.64m,
d3=1.15m, d4=0.89m, h=1.15m-xếp 3hàng 2 lớp......................................................... 89
Bảng A. 12 Hệ truyền sóng Kt tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
d=1.15m, h=1.15m- xếp 3 hàng 2 lớp ........................................................................... 90
Bảng A. 13 Hệ giảm sóng Ct tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
d=1.15m, h=1.15m- xếp 3 hàng 2 lớp ........................................................................... 91
Bảng A. 14 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT3=75m: Hs=0.55m, Tp=6,6s, h=1.15mxếp 3 hàng ..................................................................................................................... 92
Bảng A. 15 Hệ số truyền sóng tại vị trí công trình VT3=75m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 3 hàng ...................................................................................................... 93
Bảng A. 16 Hệ số giảm sóng tại vị trí công trình VT3=75m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 3 hàng ...................................................................................................... 94
vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Bản đồ Việt Nam (bên trái) và QĐTS (bên phải)...........................................4
Hình 1. 2 Biến động đường bờ và bãi cát xoay tại đảo ĐN01, 1994-1995 (Nguyễn
Văn Cư và nnk, 1995)....................................................................................................14
Hình 2. 1 Khu vực biển Cannes (Pháp) ........................................................................19
Hình 2. 2 Bến du thuyền biển Pornic (Pháp) ................................................................ 20
Hình 2. 3 Các khối Ball đã được nghiên cứu ................................................................ 25
Hình 3. 1 Các khối HSAR tiêu biểu (Mottet, 1985, Harris, 2001, Alemand, et.al.,
2000) .............................................................................................................................. 27
Hình 3. 2 Reefball là nơi trú ngụ và phát triển của san hô ............................................27
Hình 3. 3 Khách sạn Mariott trước và sau khi xây dựng đê ngầm Reef Ball................30
Hình 3. 4 Dự án đê ngầm Reef Ball tại Marriott hotel ..................................................31
Hình 3. 5 Khối Reef Ball sử dựng cho Gran Domicicus resort ....................................32
Hình 3. 6 Các khối Reef Ball đã được thi công cho khu vực Gran Dominicus ............32
Hình 3. 7 Khu vực dự án sau bão Georges ....................................................................33
Hình 3. 8 Tác dụng giảm sóng của khối Reefball ......................................................... 34
Hình 3. 9 Máng sóng thí nghiệm thực tế .......................................................................50
Hình 3. 10 Mô phỏng mặt bằng thí nghiệm trên máng sóng .........................................51
Hình 3. 11 Các vị trí đặt đầu đo sóng của thí nghiệm ...................................................51
Hình 3. 12 Mặt cắt công trình tại vị trí VT1 = 125 m ...................................................51
Hình 3. 13 Mặt cắt công trình tại vị trí VT2 = 100 m ...................................................51
Hình 3. 14 Mặt cắt công trình tại vị trí VT3 = 75 m ..................................................... 52
Hình 3. 15 Quá trình mực nước trích xuất từ Global Tide Model. ............................... 36
Hình 3. 16 Tần suất mực nước. ..................................................................................... 36
Hình 3. 17 Địa hình mặt cắt tính truyền sóng phần xa bờ. ............................................38
Hình 3. 18 Phổ sóng tại điểm xa bờ và gần bờ. ............................................................. 39
Hình 3. 19 Phân bố chiều cao sóng ngang bờ. .............................................................. 39
Hình 3. 20 Mặt cắt ngang phần sát bờ gồm thềm san hô. .............................................40
Hình 3. 21 Chiều cao sóng tính toán bằng Wadibe. ...................................................... 41
Hình 3. 22 Cấu tạo và kích thước khối Reef Ball.......................................................... 43
vii
Hình 4. 1 Định nghĩa lưới theo phương thẳng đứng với K lớp và K + 1 mặt tiếp giáp 56
Hình 4. 2 Tọa độ của điểm gốc [XPC] và [YPC], góc quay [alpc] và số điểm lưới của
lưới tính toán so với hệ lưới tọa độ thực. Lưu ý rằng trong trường hợp tọa độ cầu, các
trục xc và xp đều chỉ về hướng Đông. .......................................................................... 57
Hình 4. 3 Mô phỏng mặt cắt ngang công trình ............................................................. 59
Hình 4. 4 File địa hình đáy “.bot” ................................................................................. 60
Hình 4. 5 File độ rỗng “.por” ........................................................................................ 60
Hình 4. 6 File đọc mô hình Swash “.sws” ..................................................................... 61
Hình 4. 7 File chạy mô hình Swash .............................................................................. 61
Hình 4. 8 Chiều cao sóng khi có công trình tại vị trí VT1 cách bờ 125 m ................... 63
Hình 4. 9 Chiều cao sóng khi có công trình tại vị trí VT2 cách bờ 100 m ................... 63
Hình 4. 10 Chiều cao sóng khi có công trình tại vị trí VT3 cách bờ 75 m ................... 64
Hình 4. 11 Chiều cao sóng khi xếp 3 hàng Reef Ball tại các vị trí khác nhau .............. 65
Hình 4. 12 Chiều cao sóng khi xếp 4 hàng Reef Ball tại các vị trí khác nhau .............. 65
Hình 4. 13 Chiều cao sóng khi xếp 5 hàng Reef Ball tại các vị trí khác nhau .............. 66
Hình 4. 14 Biểu đồ hiệu chỉnh hệ số rỗng. .................................................................... 67
Hình 4. 15 Biểu đồ chiều cao sóng thí nghiệm và mô hình khi đặt công trình tại vị trí
VT2 và xếp 3 hàng. ....................................................................................................... 68
Hình 4. 16 Sơ đồ xác định hệ số truyền sóng qua đê chắn sóng xa bờ. ........................ 69
Hình 4. 17 Biểu đồ chiều cao sóng của cả 11 kịch bản ................................................. 70
Hình 4. 18 Hiện tượng bồi – xói của các giải pháp bảo vệ bãi trước của đê biển bằng
hệ thống công trình chắn bùn cát và giảm sóng ............................................................ 72
Hình 4. 19 Sơ đồ bố trí mặt bằng công trình (Chuyên đề 5.1.4 - ĐTĐLCN.19/15) ..... 73
Hình A. 1 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT1 = 125 m: Hs = 0,55 m, Tp = 6,6 s, h =
1.15 m - xếp 3 hàng - xếp 3 hàng .................................................................................. 79
Hình A. 2 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT2=100m: Hs=1.4m, Tp=6,6s, h=1.15m-xếp
3 hàng ............................................................................................................................ 80
Hình A. 3 Hệ số truyền sóng tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 3 hàng ...................................................................................................... 81
Hình A. 4 Hệ số giảm sóng tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,7s,
h=1.15m-xếp 3 hàng ...................................................................................................... 82
viii
Hình A. 5 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT2=100m: Hs=1.4m, Tp=6,6s, h=1.15m-xếp
4 hàng ............................................................................................................................ 83
Hình A. 6 Hệ số truyền sóng Kt tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 4 hàng ......................................................................................................84
Hình A. 7 Hệ số giảm sóng Ct tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 4 hàng ......................................................................................................85
Hình A. 8 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s, h=1.15mxếp 5 hàng ...................................................................................................................... 86
Hình A. 9 Hệ truyền sóng Kt tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 5 hàng ......................................................................................................87
Hình A. 10 Hệ giảm sóng Ct tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 5 hàng ......................................................................................................88
Hình A. 11 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s, d2=1.64m,
d3=1.15m, d4=0.89m, h=1.15m-xếp 3 hàng 2 lớp ........................................................ 89
Hình A. 12 Hệ truyền sóng Kt tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
d=1.15m, h=1.15m- xếp 3 hàng 2 lớp ...........................................................................90
Hình A. 13 Hệ giảm sóng Ct tại vị trí công trình VT2=100m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
d=1.15m, h=1.15m- xếp 3 hàng 2 lớp ...........................................................................91
Hình A. 14 Kết quả truyền sóng tại vị trí VT3=75m: Hs=0.55m, Tp=6,6s, h=1.15mxếp 3 hàng ...................................................................................................................... 92
Hình A. 15 Hệ số truyền sóng tại vị trí công trình VT3=75m: Hs=0.55m, Tp=6,7s,
d=1.15m, h=1.15m-xếp 3 hàng ..................................................................................... 93
Hình A. 16 Hệ số giảm sóng tại vị trí công trình VT3=75m: Hs=0.55m, Tp=6,6s,
h=1.15m-xếp 3 hàng ......................................................................................................94
ix
MỞ ĐẦU
1.
Tính cấp thiết của đề tài
QĐTS gồm nhiều đảo san hô nổi và đảo san hô chìm, có giá trị về tài nguyên và cảnh
quan. Các đảo và thềm san hô có có vai trò chiến lược trong bảo vệ chủ quyền và phát
triển kinh tế biển của Việt Nam. Mặc dù có ý nghĩa chiến lực về an ninh quốc phòng
nhưng hầu hết các đảo nổi đều có diện tích từ 0,1 tới 0,5 km2 và khoảng cách giữa các
đảo tương đối lớn. Diện tích nhỏ hẹp dẫn đến những hạn chế về phát triển kinh tế xã
hội và khó khăn trong bố trí phòng thủ. Cùng với việc củng cố và tăng cường khả năng
quốc phòng an ninh ở Biển Đông, Việt Nam cũng tích cực dân sự hóa các đảo san hô ở
Biển Đông để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế biển.
Với các đảo nổi ở TS, hiện tượng xâm thực của tự nhiên đã trở thành quy luật: mùa gió
này bờ đảo bị xói chỗ này, bồi chỗ kia, mùa kia thì ngược lại. Do đó, việc bố trí các
công trình phòng thủ cũng như sinh hoạt của bộ đội phải rút sâu vào vùng lõi đảo, làm
cho diện tích sử dụng trong thực tế bị hạn chế nhiều.
Để khắc phục hiện tượng này, từ trước đến nay chúng ta đã nhiều lần xây kè các loại,
đến nay là loại kè kiên cố bằng bê tông xi măng, có nền móng vững chắc với những
dạng khác nhau. Việc xây dựng này đòi hỏi kinh phí lớn, điều kiện thi công phức tạp,
gặp nhiều khó khăn vì điều kiện thời tiết, điều kiện vận chuyển (trên biển), trung
chuyển (từ tàu vào đảo) và không phải lúc nào cũng thực hiện được. Hơn nữa, với kè
bê tông tại 9 đảo nổi ở TS, một thời gian sau khi xây dựng xong, có hiện tượng các
vụn san hô dưới dạng cành, sỏi, sạn (tạm gọi là cát san hô - gọi tắt là cát) bồi đắp ra
phía ngoài và di chuyển theo mùa, có nhiều đoạn kè bị lấp dần. Loại kè cố định này
được xây dựng theo kiểu cũ, có đặc điểm chịu lực là bảo vệ bờ biển bằng cách ngăn
chặn, chống lại tác dụng của sóng biển nên chưa thật phù hợp với các điều kiện tự
nhiên.
Vấn đề bảo vệ bờ biển đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu từ lâu, rất nhiều
giải pháp bảo vệ bờ đã được áp dụng, đem lại hiệu quả tích cực. Từ trước những năm
1985, các dạng, loại kết cấu bảo vệ bờ biển ở tất cả các nước phần lớn có kết cấu cứng
với nhiều hình dạng, chủng loại khác nhau. Nhiều loại kết cấu đã trở thành tiêu chuẩn
1
và là những sáng chế độc quyền của những cá nhân và tổ chức khác nhau. Cơ sở lý
thuyết tính toán thiết kế và phạm vi áp dụng của những loại kè cứng được trình bày
đầy đủ trong nhiều tài liệu tham khảo chuyên ngành kỹ thuật công trình biển hoặc kỹ
thuật vùng bờ (Coastal Engineering).
Việc nghiên cứu tôn tạo và mở rộng đảo đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu
và triển khai nhưng chủ yếu là các đảo gần bờ, điều kiện địa chất là trầm tích bùn cát
của thềm lục địa,... Tuy nhiên đặc điểm nổi bật về điều kiện tự nhiên của các đảo trong
QĐTS là địa chất san hô nằm trong vùng rốn bão của biển Đông, sóng gió lớn,… do
đó không thể ứng dụng các giải pháp khoa học và công nghệ nước ngoài một cách
“nguyên bản” để mở rộng và tôn tạo các bãi đảo san hô xa bờ ở biển Đông. Để tôn tạo
và mở rộng các đảo này trước hết là cần phải giữ ổn định các bãi cát, lựa chọn các giải
pháp kết cấu phù hợp với điều kiện tự nhiên của đảo để đảm bảo ổn định thềm đảo,
không phá vỡ môi trường sinh thái của đảo mà lại phù hợp với khả năng đầu tư của
nước ta. Bài luận văn trình bày cụ thể về giải pháp tôn tạo và mở rộng 1 bãi đảo nhỏ ĐN01 (thuộc QĐTS).
2.
Mục đích của Đề tài
Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ có tính linh hoạt cao, phù hợp với các điều
kiện tự nhiên và các điều kiện thi công tại các đảo để tôn tạo và mở rộng đảo nổi
ĐN01 thuộc QĐTS, phục vụ an ninh, quốc phòng và kinh tế.
3.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các hiện tượng và quá trình hải văn quanh bờ đảo, các giải
pháp bảo vệ và chống xói lở bờ đảo.
Phạm vi nghiên cứu là đảo nổi ĐN01 thuộc cụm Nam Yết của khu vực QĐTS.
4.
Cấu trúc của luận văn
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Mục đích của Đề tài
2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐN01 - QĐTS
1.1 Điều kiện tự nhiên
1.2. Đặc điểm địa hình, địa chất, trầm tích
1.3. Đặc điểm khí tượng, thủy hải văn
1.4. Chế độ thủy thạch động lực
1.5. Phân tích các quy luật cơ chế diễn biến bờ biển
CHƯƠNG II: SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ
2.1. Nghiên cứu các yêu cầu về giải pháp
2.2. Các giải pháp thông dụng trên thế giới
2.3. So sánh và lựa chọn giải pháp
CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢM SÓNG CỦA KHỐI RỖNG
3.1. Kết cấu khối rỗng Reefball
3.2. Thiết lập thí nghiệm
3.3. Tính toán ổn định kết cấu khối rỗng
3.4. Kết quả thí nghiệm
CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ MẶT CẮT CÔNG TRÌNH
4.1. Mục đích sử dụng mô hình
4.2. Giới thiệu mô hình toán Swash
4.3. Thiết lập mô hình
4.4. Hiệu chỉnh mô hình toán theo kết quả thu được từ mô hình vật lý
4.5. So sánh hiệu quả giảm sóng
4.6. Đề xuất bố trí mặt bằng giải pháp tôn tạo, mở rộng bãi đảo nổi.
3
CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG KHU VỰC ĐN01 – QĐTS
1.1.
Điều kiện tự nhiên
QĐTS của Việt Nam nằm về phía Nam Biển Đông, ở trong khoảng từ 6 030’ đến 12000
độ vĩ Bắc, 111000 đến 117020’ độ kinh Đông, cách vịnh Cam Ranh (Khánh Hòa)
khoảng 248 hải lý và cách đảo Hải Nam (Trung Quốc) gần 600 hải lý. Đây là quần thể
gồm hơn 100 đảo, bãi ngầm, bãi san hô, trải rộng trên vùng biển khoảng 180.000 km 2
và án ngữ vùng biển rộng phía Đông Nam nước ta. Căn cứ vào vị trí và khoảng cách
giữa các đảo, QĐTS được chia thành tám cụm: Song Tử, Thị Tứ, Loại Ta, Nam Yết,
Sinh Tồn, TS, Thám Hiểm và Bình Nguyên.
Nhìn chung, các đảo thuộc QĐTS có diện tích nhỏ (khoảng vài chục héc-ta trở xuống);
trong đó, Ba Bình là đảo rộng nhất, có diện tích khoảng 0,6 km2. Về độ cao của các
đảo (so với mặt nước biển trung bình) khoảng từ 3 m - 5 m; cao nhất là đảo Song Tử
Tây, khoảng từ 4 m - 6 m (lúc thủy triều xuống). Tổng diện tích phần nổi của tất cả
các đảo, đá, cồn, bãi ở QĐTS chỉ khoảng 3km2 nhỏ hơn tổng diện tích của quần đảo
Hoàng Sa (10km2) nhưng lại trải ra trên một vùng biển rộng gấp hơn nhiều lần quần
đảo Hoàng Sa.
Hình 1. 1 Bản đồ Việt Nam (bên trái) và QĐTS (bên phải)
4
1.2.
Đặc điểm địa hình địa chất
1.2.1. Địa hình
QĐTS là một vỉ lục địa bị nhận chìm vào đầu đại Kainozoi do tách giãn lục địa Đông
Nam Á, xoay chuyển và trượt dần về phía tây nam. Thềm lục địa TS là một dải địa
hình tương đối hẹp, kéo dài tự nhiên của các đảo từ độ sâu 0–200 m quanh đảo, sâu từ
60 đến 80 m. Thành phần cấu tạo dải này thường là các mảnh vụn san hô, chủ yếu là
hạt thô. Trong khi đó, sườn lục địa TS là một dải bao quanh thềm lục địa, kéo dài từ
mép thềm lục địa đến độ sâu 2.500 m, có nơi lên tới hơn 3.000 m. Thành phần cấu tạo
chủ yếu là từ đá gốc. Các bãi ngầm có bề mặt sườn là các bề mặt đổ dốc từ độ sâu 170
đến 1.500 m. Sườn của các rạn đá ngầm như đá Tây, Vành Khăn, Phan Vinh có sườn
dốc gần như thẳng đứng.
Cả quần đảo bị chia cắt bởi các hệ thống đứt gãy có phương đông bắc - tây nam và tây
bắc - đông nam, gồm ba nhóm chính là nhóm đứt gãy đông bắc - tây nam (nổi bật
nhất), nhóm đứt gãy tây bắc - đông nam và nhóm đứt gãy hướng kinh tuyến - á vĩ
tuyến (lệch so với vĩ tuyến). Ba nhóm này chia QĐTS thành ba cụm đảo có quy mô
khác nhau:
• Cụm thứ nhất: tập hợp các thực thể ở phía bắc TS với mật độ phân bố dày và đồng
đều, như cặp đảo Song Tử, bãi Đinh Ba, đảo Thị Tứ, Loại Ta, đá Cá Nhám, đảo Ba
Bình, ĐN01, Nam Yết, Sinh Tồn và đá Lớn.
• Cụm thứ hai: tập hợp các thực thể ở phía đông và đông nam TS với mật độ phân bố
thưa và đều, như đảo Bình Nguyên, Vĩnh Viễn, đá Vành Khăn, bãi Cỏ Mây, bãi Suối
Ngà, đá Suối Ngọc, đá Núi Le, Tốc Tan, Phan Vinh, đá Tiên Nữ và đá Công Đo.
• Cụm thứ ba: tập hợp các thực thể ở phía nam và tây nam, phân bố rời rạc và rất
không đồng đều về mặt kích thước, như đá Lát, đảo TS, đá Tây, đá Đông, đá Châu
Viên, đá Chữ Thập, đảo An Bang, đá Thuyền Chài, đá Kỳ Vân, bãi Kiêu Ngựa và bãi
Thám Hiểm.
Các nhà khoa học Việt Nam đã nghiên cứu một số đảo như Nam Yết, Song Tử Tây,
TS và phân chia địa hình tại đây thành ba mực địa hình theo độ cao, gồm 0,5-1,5 m;
5
2,0-3,5 m và 4,5–6 m, trong đó mực địa hình 4,5–6 m chỉ có ở phía tây đảo Song Tử
Tây (cao nhất quần đảo).
• Đảo ĐN01
Đảo ĐN01 cũng có phần nổi và phần chìm. Phần nổi có hình quả đậu. Theo sổ tay
chiến sĩ đảo TS và DK1 thì đảo ĐN01 có chiều dài khoảng 450 m, rộng chừng 130 m,
qua thực tế đo đạc được, đảo có chiều dài đạt tới 555 m và chiều rộng chỉ 98 m ở chỗ
rộng nhất (theo trắc địa). Độ cao của đảo theo sổ tay chiến sĩ đảo TS và DK1 thì đạt tới
3,5 - 3,8 m lúc triều thấp nhất, nếu so với triều trung bình thì đạt tới 2,5 - 2,8 m. Phần
chìm là vành san hô ngầm bao quanh phía Nam ngoài, hình thù dài hình quả đậu và
chỗ rộng nhất từ mép đảo nổi ra mép đảo chìm là ở đầu mút TB của đảo, có thể đạt
trên 1000 m, còn thường rộng từ 300 - 600 m. Phần đảo chìm lúc triều rút xuống mức
thấp nhất được lộ ra cao từ 0,2 - 0,6 m.
1.2.2. Địa chất
Chất đất trên các đảo chủ yếu là cát san hô, có lẫn các lớp phân chim và mùn cây, dày
khoảng 5 - 10 cm. Trên một số đảo có một số túi nước ngọt ngầm ở tầng nông, hình
thành khi nước mưa ngấm xuống. Tuy nhiên, trữ lượng và chất lượng loại nước này
thay đổi theo không gian - thời gian và bị lẫn tạp chất ở tầng đất mặt cũng như lẫn
nước biển; tính kiềm yếu là đặc trưng của nguồn nước này. Ngoài ra, diện tích các đảo
cũng thay đổi tuỳ theo mùa; vào mùa đông diện tích giảm và tăng vào mùa hè. Sự sống
còn của đảo lệ thuộc vào sự phát triển của san hô; nếu san hô chết sẽ khiến đảo dễ bị
sóng và gió bão bào trụi.
Ở đảo ĐN01 nếu làm mặt cắt từ mép ngoài của phần đảo chìm đến hết phần đảo nổi,
thì có thể thấy rõ như sau:
Phần đảo chìm là nền san hô sống và chết, chủ yếu là san hô cành bị dẫm đạp gãy đi
nhiều, nhiều nơi "phẳng lì" như "sân bóng". Cùng với san hô cành có san hô cầu, san
hô khối, san hô tán... Cũng như đảo Nam Yết, ở đây rất phong phú các loại sò ốc. Trên
các phần thấp, rãnh thấp của phần đảo chìm có rất nhiều cát san hô và vụn sò ốc trầm
tích. Gần đảo nổi chủ yếu san hô chết, càng ra xa tỷ lệ san hô sống nhiều hơn, nhưng
do dẫm đạp san hô chết cũng rất nhiều. Đó cũng là lý do để các xác san hô được sóng
6
tích tụ lại thành bãi xác san hô nổi lên lúc triều rút ở trên vành đai san hô ngầm. Ở
phần đảo nổi cấu tạo của đảo ĐN01 rất giống với đảo Nam Yết. Xung quanh đảo nổi ở
phần tiếp xúc với đảo chìm, đặc biệt là dọc theo suốt bờ Đông Bắc của đảo lộ ra các
lớp cát sạn kết mà nguyên liệu là các vụn cát sạn san hô, các mảnh vụn vỏ sò ốc vỡ
được gắn kết lại khá rắn chắc, có thế nằm nghiêng 100 đổ về phía Đông Bắc. Thế nằm
này phản ánh các lớp trầm tích bãi biển có sóng.
Phần trên của đảo nổi ĐN01 là trầm tích cát hạt thô bở rời, kích thước hạt trung bình
từ 0,1 - 1 mm, mịn hơn so với Nam Yết (ở Nam Yết kích thước hạt từ 0,5 - 3 mm). Cát
thô này phân bố khắp bề mặt của đảo và qua công trình khai đào làm nhà 2 tầng có
chiều dày 3 - 3,5 m thì gặp nền san hô cứng. Một nét đặc biệt là ở đây chưa phát hiện
được tầng phân chim. Có thể cũng có ở trên mặt như ở Nam Yết, nhưng do con người
làm xáo trộn nhiều lần nên không còn tồn tại rõ.
Do cấu tạo đã nêu ở trên và đảo quá bé nhỏ nên cũng như đảo Nam Yết, ở đây không
có nước ngọt. Nước mưa thấm xuống gặp phải tầng cát sạn kết rắn chắc chúng chảy
thấm ra biển. Lớp cát bở rời ở trên quá mỏng không lưu giữ được nước ngọt, nước
ngọt ở trên mặt chỉ đủ cho một số cây sinh sống.
1.2.3. Vật liệu
Trầm tích hiện đại tầng mặt đảo chủ yếu là các trầm tích hạt thô có cấp hạt > 0,5 mm,
chiếm phần lớn diện tích đảo nổi. Trầm tích hiện đại tầng mặt đảo được chia thành 5
loại bao gồm cuội, sạn, sạn cát, cát thô, cát trung (ĐT TS02,1997). Nguồn vật liệu ở
đây chủ yếu là nguồn vật liệu được cung cấp tại chỗ. Các sản phẩm này do tác động
của các quá trình phong hóa vật lý, quá trình phá hủy của sóng trên thềm bờ ngầm, rồi
được dòng chảy dọc bờ, dòng triều đưa lên bồi tụ và lắng đọng. Đặc biệt, hướng di
chuyển của dòng bồi tích phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ dòng chảy trong mùa đông và
mùa hè.
Quanh đảo, các bãi bồi tụ phía Tây Bắc và Đông Nam thể hiện rõ vai trò của dòng
ven bờ mà chủ yếu là dòng của sóng hướng Đông Bắc và Tây Nam. Các bãi bồi tụ
theo cơ chế lắng đọng tại chỗ mang tính tạm thời về hình thái và vị trí.
7
Vật liệu được sinh ra tại chỗ nên trữ lượng là có giới hạn. Vật liệu trầm tích di chuyển
theo dòng chảy, gần như vòng theo đường bờ đảo ở hai mặt Đông Bắc và Tây Nam.
Chính vì vậy, việc chặn dòng chảy, giữ vật liệu có thể làm phá vỡ sự dịch chuyển cân
bằng giữa các mùa trong năm.
Quan sát cho thấy vị trí xuất hiện và hình dạng các bãi cát quanh đảo tương đối giống
nhau qua các năm. Theo đó tổng lượng vật liệu trầm tích quanh đảo trong ngắn hạn có
thể nói là tương đối ổn định và có xu hướng tăng theo thời gian, nên khi bị giữ lại, sự
di chuyển theo quy luật mùa của vật liệu sẽ bị hạn chế lại so với trước. Khi bị giữ lại ở
mặt Đông Bắc, vật liệu tới bổ sung nên bãi đảo ở mặt Tây Nam bị ít đi, dẫn đến có thể
sẽ bị xói, hạ thấp cao trình và ngược lại.
1.3.
Đặc điểm khí tượng, thủy hải văn
1.3.1. Nhiệt độ
Tại trạm khí tượng trên đảo TS, nhiệt độ trung bình đo được là 27,7 °C. Về mùa hè
(tháng V đến tháng X), nhiệt độ trung bình đạt 28,2 °C; giá trị cực đại đo được là 29,3
°C vào tháng IX. Về mùa đông (tháng X đến tháng IV), nhiệt độ trung bình là 26,8 °C,
trong đó giá trị cực tiểu đo được là 26,4 °C vào tháng II. Nhiệt độ trung bình tháng IV
(tháng chuyển tiếp từ mùa đông sang mùa hè) là 28,8 °C, còn nhiệt độ trung bình
tháng X (tháng chuyển tiếp từ mùa hè sang mùa đông) là 27,8 °C, gần xấp xỉ với nhiệt
độ trung bình năm. Nhìn chung biên độ dao động của nhiệt độ không khí vùng đảo TS
không quá 4 °C.
1.3.2. Gió
Đảo chịu sự chi phối của 3 khối gió mùa Đông Bắc, Đông Nam và Tây Nam, mạnh và
hoạt động dài ngày là gió mùa Đông Bắc về mùa đông và gió mùa Tây Nam về mùa
hè, mang hơi nước từ biển gây hư hại cho vũ khí, trang thiết bị và sinh trưởng của cây
cối. Gió Đông Bắc bắt đầu từ cuối tháng X, kết thúc vào tháng IV năm sau, hướng gió
thịnh hành trong thời gian này là Đông Bắc và Bắc; tốc độ gió trung bình 6,6 m/s (cấp
4). Gió mùa Tây Nam kéo dài từ tháng V đến tháng X, hướng gió thịnh hành là Tây
Nam và Tây Tây Nam, tốc độ gió trung bình 5,4 m/s (cấp 3). Những tháng mùa mưa
8
thời tiết mát mẻ hơn, nhưng hay có giông gió bão ảnh hưởng đến các hoạt động trên
đảo.
1.3.3. Mưa
Trong giai đoạn 1954-1998, có tổng cộng 498 cơn bão ở biển Đông, trong đó có 89
trận đi qua hoặc phát sinh từ QĐTS. Một đặc điểm quan trọng là bão có xu hướng
muộn dần từ Bắc xuống Nam. Cụ thể, bão chủ yếu xuất hiện ở phía Bắc và trung tâm
quần đảo trong tháng X, trong khi bão đi qua phía Nam rất ít và nếu có thì chủ yếu là
trong tháng XI. Trong cơn bão, tốc độ gió cực đại ghi nhận trong giai đoạn 1977-1985
có thể lên đến 34 m/s so với mức trung bình mọi thời điểm là 5,9 m/s.
1.4. Chế độ thủy thạch động lực
Nằm giữa vùng biển khơi, các đảo TS lớn, Nam Yết, ĐN01, Song Tử Tây chịu tác
động mạnh mẽ của các yếu tố thuỷ thạch động lực. Trong suốt mùa đông sóng gió ở
đây có hướng thịnh hành là Đông bắc, Bắc, Đông với tần suất cao (84%) gây ảnh
hưởng lớn đến bờ biển. Đặc biệt trong thời kỳ triều cường vào thời gian triều cao (~
2 m) sóng trực tiếp vỗ vào bờ đảo với áp lực lớn. Đồng thời sóng vỡ ngay sát chân đê
kè tạo thành dòng chảy sóng với tốc độ khá lớn từ 0,35 m/s đến 3,8 m/s làm rửa trôi
các trầm tích hạt mịn, cát trung và cát thô.. Hiện tượng này xảy ra với cường độ mạnh
trong thời gian bão đổ bộ vào vùng đảo trùng với giai đoạn triều cường. Trầm tích bị
rửa trôi sẽ dịch chuyển quanh đảo và lắng đọng tại các vị trí khuất sóng, trong các hốc
san hô tạo nên hiện tượng dịch chuyển các bãi cát quanh đảo theo mùa. Các kết quả
nghiên cứu trước đây đã chỉ ra sự bồi xói của vực nghiên cứu là do sóng.
Trầm tích hiện đại tầng mặt đảo ĐN01 chủ yếu là các trầm tích hạt thô có cấp hạt > 0,5
mm chiếm phần lớn diện tích đảo nổi. Qua kết quả phân tích các mẫu trầm tích tầng
mặt cùng với số liệu thuỷ văn, địa hình, địa mạo... thu thập được qua các đợt khảo sát
tháng IV/1994 và IV/1995 của đề tài TS02 thì trầm tích hiện đại tầng mặt đảo ĐN01
được chia làm 5 loại:
Theo kết quả phân tích giá trị Md, So và hàm lượng cấp hạt cho thấy đặc điểm động lực
và quá trình thành tạo của trầm tích hiện đại tầng mặt đảo ĐN01 được đánh giá như
sau:
9
a) Cuội
Thực tế đây là trầm tích cuội sỏi sạn không phân chia, trầm tích này có đường kính cấp
hạt lớn nhất, giá trị Md đạt 1,6 ÷ 5 mm, độ mài tròn và độ chọn lọc khá tốt với hệ số S o
từ 2 ÷ 4. Hàm lượng cấp hạt cuội chiếm 26 ÷ 29%, sỏi chiếm 11,8÷ 23% sạn từ 21 ÷
28% và cát thô 11 ÷ 21%. Chúng được phân bố với diện nhỏ nằm trên thềm san hô ở
phía TN của đảo bị ngập nước vào lúc triều cường. Ngoài ra ở đây còn gặp tảng san hô
có kích thước 10 ÷ 25 cm nằm xen lẫn với chúng.
b) Sạn
Nằm tiếp giáp với cuội là trầm tích sạn. Trầm tích sạn được phân bố với dạng dải hẹp
chạy viền xung quanh đảo nổi ôm lấy trầm tích cát. ở mũi phía Bắc, phía Nam và Tây
Nam của đảo, trầm tích sạn nằm trên thềm san hô thường bị ngập nước vào lúc triều
cường.
Trầm tích sạn có đường kính cấp hạt lớn đứng thứ hai sau trầm tích cuội sạn. Đường
kính trung bình đạt giá trị Md từ 1,3÷ 3 mm, độ mài tròn tốt với hệ số chọn lọc So = 1,4
÷ 2,2. Hàm lượng cấp hạt sạn tập trung cao chiếm tới 52 ÷ 83%, còn lại chủ yếu là
trầm tích cát và sạn. Thành phần thạch học của trầm tích chủ yếu là sản phẩm của san
hô bị vỡ vụn có lẫn nhiều mảnh xác sinh vật.
c) Sạn cát
Trầm tích sạn cát có đường kính cấp hạt từ 0,9 ÷ 1,5 mm, độ mài tròn tốt với hệ số
phân tuyển So = 1 ÷ 1,5. Hàm lượng cấp hạt sạn chiếm 30 ÷ 43%, cát thô chiếm 22 ÷
31%, cát trung chiếm 15 ÷ 27%. Trầm tích sạn cát được phân bố ở mũi phía Nam của
đảo nằm trên thềm san hô được kẹp bởi hai dải trầm tích sạn. Trong trầm tích có lẫn
nhiều mảnh san hô bị vỡ vụn và xác sinh vật biển.
d) Cát thô
Trầm tích cát thô có đường kính cấp hạt đạt giá trị Md = 0,45 ÷ 0,8 mm. Trầm tích có
độ chọn lọc tốt, hệ số phân tuyển So < 2. Hàm lượng cấp hạt cát thô khá cao chiếm tới
69 ÷ 76%, còn lại là trầm tích khác.
10
- Xem thêm -
.PDF 
104 
16 
130 
