Tài liệu Nghiên cứu xác định các thông số thiết kế cho công trình bảo vệ bờ và khu neo trú tàu thuyền trên đảo phú quý

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết rằng nội dung của bản luận văn này chưa được nộp cho bất kỳ một chương trình cấp bằng cao học nào cũng như bất kỳ một chương trình đào tạo cấp bằng nào khác. Tôi cũng xin cam kết các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong tất cả các công trình nào trước đây. Tất cả các trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Đình Quang i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn "Nghiên cứu xác định các thông số thiết kế cho công trình bảo vệ bờ và khu neo trú tàu thuyền trên đảo Phú Quý", tác giả đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuận biển - Trường Đại học Thủy lợi, cũng như sự giúp đỡ của Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung & Tây Nguyên - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, các chuyên gia và đồng nghiệp. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo PGS.TS. Trần Thanh Tùng, người đã luôn tận tình quan tâm hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, TS. Kiều Xuân Tuyển và các đồng nghiệp tại Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung & Tây Nguyên - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã dành nhiều thời gian công sức tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả có được kiến thức để hoàn thành luận văn này. Để thực hiện luận văn này, tác giả đã nhận được sự hỗ trợ về số liệu và mô hình từ Đề tài Khoa học cấp nhà nước "Nghiên cứu đánh giá biến động cực trị các yếu tố khí tượng thủy văn biển, tác động của chúng tới môi trường phát triển kinh tế xã hội và đề xuất giải pháp phòng tránh cho các đảo đông dân cư thuộc vùng ven biển miền Trung (chủ yếu là đảo Lý Sơn, đảo Phú Quý)”. Thuộc chương trình: KHCN cấp nhà nước KC09/11-15: "Nghiên cứu khoa học và công nghệ phục vụ quản lý biển, hải đảo và phát triển kinh tế biển" do TS. Kiều Xuân Tuyển làm chủ nhiệm Đề tài. Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, trao đổi chân thành. Xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, tháng 3 năm 2017 Nguyễn Đình Quang ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.....................................................................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU................................................................................ viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ..........................ix MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của nghiên cứu .................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................3 4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................4 5. Bố cục luận văn .......................................................................................................4 6. Dự kiến kết quả đạt được ........................................................................................4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BẢO VỆ BỜ ĐẢO VÀ KHU NEO ĐẬU TÀU THUYỀN ...................................................................................5 1.1 Tổng quan các nghiên cứu về bảo vệ bờ ............................................................5 1.1.1 Nghiên cứu sóng và diễn biến hình thái bờ biển .....................................5 1.1.2 Các nghiên cứu về bảo vệ bờ đảo ............................................................7 1.1.3 Một số các nghiên cứu về công trình bảo vệ bờ ở Việt Nam ..................8 1.1.4 Giới thiệu các giải pháp công trình bảo vệ bờ đã áp dụng ở Việt Nam 13 1.2 Các nghiên cứu về khu neo đậu tàu thuyền .....................................................25 1.2.1 Tổng quan về khu neo đậu tàu thuyền ở Việt Nam ...............................25 1.2.2 Một số các nghiên cứu về khu neo đậu tàu thuyền ................................27 1.3 Các nghiên cứu về đảo Phú Quý ......................................................................29 1.3.1 Các nghiên cứu về địa chất và tài nguyên nước ....................................29 1.3.2 Các nghiên cứu về bảo vệ bờ đảo Phú Quý ...........................................30 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG VÀ NGUYÊN NHÂN XÓI LỞ BỜ ĐẢO PHÚ QUÝ .......................................................................................32 2.1 Giới thiệu về đảo Phú Quý ...............................................................................32 2.1.1 Đặc điểm tự nhiên ..................................................................................32 2.1.2 Tình hình dân sinh, kinh tế, xã hội ........................................................37 2.1.3 Tình hình thiên tai trên đảo Phú Quý.....................................................39 iii 2.2 Hiện trạng các công trình bảo vệ bờ và trú tránh bão trên đảo Phú Quý ........ 41 2.2.1 Hiện trạng các công trình bảo vệ bờ trên đảo ........................................ 41 2.2.2 Khu trú tránh tàu thuyền hiện có trên đảo ............................................. 42 2.3 Hiện trạng sạt lở và phân tích nguyên nhân gây sạt lở bờ đảo Phú Quý ......... 46 2.3.1 Hiện trạng sạt lở bờ đảo Phú Quý ......................................................... 46 2.3.2 Nguyên nhân gây sạt lở bờ đảo ............................................................. 47 2.3.3 Nghiên cứu diễn biến bờ đảo Phú Quý qua tư liệu ảnh viễn thám và bản đồ ............................................................................................................... 50 2.4 Đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ trên đảo Phú Quý ......................................... 56 2.4.1 Giải pháp phi công trình ........................................................................ 57 2.4.2 Giải pháp công trình .............................................................................. 58 CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CHO CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÀ KHU TRÚ TRÁNH TÀU THUYỀN TRÊN ĐẢO PHÚ QUÝ ............................................................................................................ 60 3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 60 3.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo và thủy hải văn đảo Phú Quý ................... 60 3.1.2 Định hướng quy hoạch các công trình bảo vệ bờ .................................. 62 3.2 Yêu cầu và tiêu chí .......................................................................................... 63 3.2.1 Yêu cầu và tiêu chí đặt ra đối với các công trình bảo vệ bờ trên đảo Phú Quý ............................................................................................................... 63 3.2.2 Nguyên tắc xác định vị trí khu neo đậu tránh trú bão ........................... 66 3.3 Lựa chọn cấp công trình và tần suất thiết kế ................................................... 70 3.3.1 Đối với công trình bảo vệ bờ ................................................................. 70 3.3.2 Đối với công trình trú tránh tàu thuyền ................................................. 70 3.4 Tính toán xác định các thông số thiết kế của yếu tố mực nước....................... 70 3.4.1 Phương pháp tính toán ........................................................................... 70 3.4.2 Nguồn số liệu ......................................................................................... 70 3.4.3 Kết quả tính toán.................................................................................... 71 3.5 Tính toán xác định các thông số thiết kế của yếu tố sóng ............................... 71 3.5.1 Giới thiệu mô hình Mike 21 SW sử dụng tính toán thông số sóng thiết kế ............................................................................................................... 71 iv 3.5.2 Thiết lập miền tính, lưới tính .................................................................73 3.5.3 Các điều kiện biên và điều kiện ban đầu của mô hình ..........................74 3.5.4 Tính toán hiệu chỉnh kiểm định mô hình ...............................................76 3.5.5 Kết quả tính sóng thiết kế ......................................................................79 3.6 Hình thức công trình và đánh giá theo yêu cầu kỹ thuật .................................82 3.6.1 Thiết kế sơ bộ cho công trình bảo vệ bờ trên đảo..................................82 3.6.2 Thiết kế sơ bộ cho khu neo trú tàu thuyền trên đảo Phú Quý ...............91 3.6.3 Đánh giá theo yêu cầu kỹ thuật..............................................................97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................98 Kết luận .....................................................................................................................98 Kiến nghị ...................................................................................................................99 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................101 PHỤ LỤC ....................................................................................................................104 Phụ lục P1 - Tính toán các thông số thiết kế của yếu tố mực nước ........................104 Phụ lục P2 - Tính toán yếu tố sóng .........................................................................114 Phụ lục P3 - Tính toán kết cấu kè ...........................................................................123 Phụ lục P4 - Tính toán khu neo trú tàu thuyền........................................................128 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 - Hình dạng mặt cắt ngang đê biển................................................................... 8 Hình 1.2 - Đê biển Hải Xuân, tỉnh Quảng Ninh .............................................................. 9 Hình 1.3 - Hình dạng mặt cắt ngang kè biển................................................................... 9 Hình 1.4 - Một số dạng kè mái bảo vệ bờ ..................................................................... 10 Hình 1.5 - Hệ thống đập mỏ hàn ngăn cát gây bồi ........................................................ 11 Hình 1.6 - Kè mỏ hàn tại Hải Thịnh - tỉnh Nam Định .................................................. 11 Hình 1.7 - Hệ thống tường giảm sóng ........................................................................... 12 Hình 1.8 - Hệ thống tường giảm sóng ở biển Bắc, Đan Mạch ...................................... 12 Hình 1.9 - Hệ thống mỏ hàn kết hợp tường giảm sóng ................................................. 13 Hình 1.10 - Công trình ngăn cát giảm sóng biển Văn Lý - tỉnh Nam Định .................. 13 Hình 1.11 - Kết cấu mái kè bằng đá lát khan ................................................................ 14 Hình 1.12 - Kết cấu mái kè bằng đá xây ....................................................................... 15 Hình 1.13 - Kè biển Hải Thịnh, Nam Định bằng tấm bê tông đỗ tại chỗ ..................... 16 Hình 1.14 - Kết cấu mái kè bằng tấm bê tông đúc sẵn lắp ghép bản nhỏ ..................... 17 Hình 1.15 - Kết cấu mái kè bằng tấm bê tông âm dương có khuyết lõm phá sóng ...... 18 Hình 1.16 - Kè biển Nghĩa Phúc, Nam Định bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn Tsc-178 . 19 Hình 1.17 - Hình ảnh mỏ hàn bằng gỗ .......................................................................... 21 Hình 1.18 - Hình ảnh mỏ hàn bằng đá .......................................................................... 22 Hình 1.19 - Hình ảnh mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép ...................................... 23 Hình 1.20 - Mỏ hàn bằng ống buy bên trong bỏ đấ hộc ở Hà Tỉnh .............................. 24 Hình 1.21 - Hình ảnh giải pháp công trình bảo vệ bờ gián tiếp .................................... 25 Hình 1.22 - Đê chắn sóng hình hộp ............................................................................... 27 Hình 1.23 - Một số dạng kết cấu đê lấn biển................................................................. 29 Hình 1.24 - Công trình bảo vệ bờ ở Phú Quý ............................................................... 30 Hình 1.25 - Rừng ngập mặn sau gần 2 năm trồng tại Lỗ Sâu - xã Tam thanh.............. 31 Hình 2.1 - Vị trí đảo Phú Quý ....................................................................................... 32 Hình 2.2 - Địa hình đảo Phú Quý .................................................................................. 33 Hình 2.3 - Hiện trạng vị trí công trình bảo vệ bờ đảo Phú Quý .................................... 41 Hình 2.4 - Mặt cắt ngang công trình bảo vệ bờ đảo Phú Quý ....................................... 42 vi Hình 2.5 - Mặt cắt ngang tuyến đê khu neo tàu thuyền thôn Mỹ Khê đảo Phú Quý ....43 Hình 2.6 - Khu neo đậu Phú Quý hiện trạng .................................................................45 Hình 2.7 - Công trình khu neo đậu Phú Quý .................................................................45 Hình 2.8 - Hình ảnh sạt lở bờ biển đảo Phú Quý ..........................................................47 Hình 2.9 - Sơ đồ tóm tắt qui trình xử lý thông tin ảnh và bản đồ .................................50 Hình 2.10 - Bản đồ địa hình đảo Phú Quý sử dụng trong nghiên cứu ..........................51 Hình 2.11 - Các ảnh vệ tinh Landsat sử dụng trong nghiên cứu ...................................52 Hình 2.12 - Ảnh vệ tinh GeoEye chụp năm 2009 .........................................................53 Hình 2.13 - Biến động bờ biển đảo Phú Quý (1995÷2013) ..........................................54 Hình 2.14 - Phân bố vùng biến động bờ biển đảo Phú Quý (1995÷2013) ....................55 Hình 3.1 - Một số dạng địa hình trên đảo ......................................................................60 Hình 3.2 - Quy hoạch các công trình chống sạt lở, xâm thực bờ biển đảo Phú Quý ....63 Hình 3.3 - Vị trí dự kiến công trình chống sạt lở, xâm thực bờ biển đảo Phú Quý ......66 Hình 3.4 - Vị trí dự kiến xây dựng khu trú tránh bão cho tàu thuyền đảo Phú Quý .....69 Hình 3.5 - Miền tính và ưới tính toàn miền đảo Phú Quý .............................................74 Hình 3.6 - Các biên tính toàn khu vực đảo Phú Quý .....................................................75 Hình 3.7 - Độ cao sóng thực đo tại khu vực đảo Phú Quý ...........................................76 Hình 3.8 - Vận tốc gió trong thời gian tính toán khu vực đảo Phú Quý .......................76 Hình 3.9 - Kết quả hiệu chỉnh chiều cao sóng tại tram Phú Quý (12/2012) .................77 Hình 3.10 - Kết quả hiệu chỉnh chu kỳ sóng tại tram Phú Quý (12/2012) ....................78 Hình 3.11 - Kết quả hiệu chỉnh hướng sóng tại tram Phú Quý (12/2012) ....................78 Hình 3.12 - Kết quả tính toán sóng thiết kế tại tuyến kè số 1 .......................................79 Hình 3.13 - Kết quả tính toán sóng thiết kế tại tuyến kè số 2 .......................................80 Hình 3.14 - Kết quả tính toán sóng thiết kế tại tuyến kè số 3 .......................................80 Hình 3.15 - Kết quả tính toán sóng thiết kế tại tuyến kè số 4 .......................................80 Hình 3.16 - Kết quả tính toán sóng thiết kế tại khu neo đậu tàu thuyền .......................81 Hình 3.17 - Kết cấu đại diện các tuyến kè khu vực đảo Phú Quý - Phương án 1 .........89 Hình 3.18 - Kết cấu đại diện các tuyến kè khu vực đảo Phú Quý - Phương án 2 .........90 Hình 3.19 - Mặt cắt đại diện tuyến đê - Phương án 1 ...................................................94 Hình 3.20 - Mặt cắt đại diện tuyến đê - Phương án 2 ...................................................96 vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 - Tốc độ gió và hướng gió chính tại đảo Phú Quý ......................................... 35 Bảng 2.2 - Lượng mưa trung bình tháng tại trạm Phú Quý .......................................... 36 Bảng 2.3 - Hiện trạng sạt lở trên đảo Phú Quý ............................................................. 46 Bảng 2.4 - Mực nước biển dâng (cm) khu vực Bình Thuận theo các kịch bản phát thải ....................................................................................................................................... 49 Bảng 3.1 - Số lượng và chủng loại tàu cá huyện Phú Quý ........................................... 67 Bảng 3.2 - Số lượng và chủng loại tàu cá > 90CV tỉnh Bình Thuận ............................ 67 Bảng 3.3 - Các giá trị mực nước thiết kế ứng với các tần suất tại trạm Phú Quý từ 1980-2012 (cm) - Theo cao độ "0" của hải đồ Quốc gia............................................... 71 Bảng 3.4 - Tổng hợp chiều cao sóng và chu kỳ sóng khu vực kè ................................. 79 Bảng 3.5 - Tổng hợp thông số sóng khu vực neo đậu tàu thuyền ................................. 81 Bảng 3.6 - Kết quả tính toán xác định cao trình đỉnh kè ............................................... 87 Bảng 3.7 - Số lượng tàu thuyền dự kiến cho khu trú tránh xây dựng mới .................... 91 Bảng 3.8 - Kết quả tính toán xác định cao trình đỉnh đê ............................................... 93 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ATNĐ Áp thấp nhiệt đới BTĐS Bê tông đúc sẵn BTCT Bê tông cốt thép ĐHTL Đại học Thủy lợi KHCN Khoa học công nghệ PCLB Phòng chống lụt bão PTNT Phát triển nông thôn PTTH Phổ thông trung học QLĐĐ Quản lý đê điều TDTT Thể dục thể thao THCS Trung học cơ sở TN&MT Tài nguyên và môi trường UBND Ủy ban nhân dân ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của nghiên cứu Đảo Phú Quý còn gọi là cù lao Thu hay cù lao Khoai Xứ là huyện đảo thuộc tỉnh Bình Thuận. Huyện đảo Phú Quý là một quần thể gồm 10 hòn đảo lớn nhỏ, trong đó đảo Phú Quý có diện tích lớn nhất (16,4 km²) và là đảo duy nhất có dân cư với 3 xã, 10 thôn và 27.471 người [1]. Trong 10 đảo này có đảo Hòn Hải nằm trên đường cơ sở (A6) để tính vùng lãnh hải của Việt Nam nằm ở tọa độ 9058’- 100 33’N và 109005’E [2], đồng thời đây là mỏm nhô ra xa nhất của đường viền nội thủy Việt Nam ở phần Đông Nam Biển Đông. Hòn Hải cách Trường Sa khoảng 400 km. Huyện đảo Phú Quý phân bố trong phạm vi tọa độ từ 10029’-10033’ Vĩ độ Bắc và 108055’-108058’ Kinh độ Đông, cách thành phố Phan Thiết 125km về phía Đông Nam. Huyện đảo Phú Quý án ngữ tuyến giao thông đường biển quan trọng từ thành phố Hồ Chí Minh đi Hải Phòng, Hồng Kông, Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản, Vladivôstốc (Nga). Từ vị trí đảo Phú Quý, với trạm ra đa quan sát biển có thể kiểm soát toàn bộ tuyến đường hàng hải quốc tế từ Thái Bình Dương qua Ấn Độ Dương. Vì vậy, Phú Quý có vị trí cực kỳ quan trọng về an ninh quốc phòng. Ngoài vai trò tiền tiêu bao quát vùng thềm lục địa và vùng biển quan trọng ở Nam Trung Bộ, Phú Quý đồng thời còn là hậu phương và là nơi trung chuyển nhu yếu phẩm cho các quần đảo Trường Sa, Hoàng Sa ngoài khơi xa. Đảo Phú Quý nằm ở xa đất liền và gần đảo Trường Sa hơn, nên có nhiều thuận lợi cơ bản trong việc tổ chức đánh bắt hải sản tại ngư trường Trường Sa, đảm bảo sự có mặt thường xuyên của công dân Việt Nam trong hoạt động kinh tế trong vùng biển này làm tăng thêm sự khẳng định chủ quyền quốc gia trên vùng biển Đông. Với vị trí địa lý và tiềm năng phát triển lớn lao như vậy, trong Chiến lược biển và Chương trình phát triển kinh tế biển Đông và hải đảo, Phú Quý được xác định là một trong những đảo trọng điểm trong hệ thống các đảo của Việt Nam cả về kinh tế và quốc phòng. 1 Hơn 35 năm trở lại đây đảo Phú Quý bị biển xâm thực rất nghiêm trọng. Trước năm 1975 diện tích đảo là 22 km2, đến năm 2010 diện tích đảo chỉ còn khoảng 18 km2 [3]. Diện tích đảo Phú quý đã bị biển xâm thực khoảng 18% trong vòng 35 năm qua. Theo số liệu thống kê dọc theo đường bờ biển huyện đảo Phú Quý mức độ thiệt hại do biển xâm thực gây ra là hết sức nặng nề. Tại khu vực thôn 4 và thôn 5 xã Tam Thanh, từ năm 1978 đến nay hiện tượng xâm thực đã làm cho 3 dãy nhà cửa của nhân dân với tổng cộng hơn 100 nhà và con đường dài khoảng 2km dọc theo bờ biển này đã hoàn toàn bị sụp xuống biển. Tại khu vực nhà trẻ, trong năm 2001 vừa qua UBND Huyện đã đầu tư xây dựng một bờ kè bằng đá hộc dài 200m, nhưng hiện nay một số đoạn đã bị sóng biển tác động vào moi chân ra, cho nên đoạn bờ kè này không thể bảo vệ lâu dài được. Đặc biệt là tại khu vực lạch Bãi Lăng còn gọi là khu quân sự, hiện tượng xâm thực đã phá hủy nhiều dãy nhà của đơn vị bộ đội biên phòng bảo vệ đảo, phá hủy bãi bố trí mâm pháo và con đường di chuyển pháo. Ngoài những đoạn kè đã được đầu tư, hiện nay trên toàn huyện đảo còn 4 đoạn đường bờ biển bị xâm thực theo những mức độ khác nhau với tốc độ cao từ 3-5m/năm mà chưa có một công trình nào bảo vệ bờ. Là trung tâm đánh bắt hải sản lớn của miền Trung, huyện đảo Phú Quý có một đội tàu thuyền rất lớn với hàng nghìn tàu thuyền lớn nhỏ thường xuyên bám biển ở các vùng phụ cận và đánh bắt xa bờ. Đó là chưa kể hàng ngàn tàu thuyền khác của các tỉnh miền Trung ra khơi đánh bắt, ra vào, qua lại trung chuyển sản phẩm và nguyên liệu qua đảo. Vào mùa gió bão Phú Quý còn là nơi trú tránh của các loại tàu thuyền không những của huyện Phú Quý, tỉnh Bình Thuận mà còn có tàu thuyền của các tỉnh miền Trung khác. Hiện nay Phú Quý chỉ mới có một khu trú tránh tàu thuyền vào mùa gió bão và 1 khu đang xây dựng nhưng 2 khu này được xây dựng phía Tây Nam đảo chủ yếu tàu thuyền trú tránh vào mùa gió Đông Bắc, còn gió vào mùa gió Tây Nam các thuyền của ngư dân vẫn chưa có khu neo đậu, trú tránh. Miền Trung , trong đó có đảo Phú Quý là nơi bị tàn phá bởi thiên tai nhiều nhất của cả nước. Hàng năm bão lốc, sóng , gió, sạt lở đã cướp đi nhiều sinh mạng, tàu thuyền của ngư dân trên đảo, cuốn trôi nhiều nhà cửa và nhiều diện tích đất canh tác hiếm hoi của đảo đã làm ảnh hưởng rất lớn tới đời sống và các hoạt động kinh tế trên đảo. 2 Với vị trí chiến lược và tầm quan trọng về vấn đề an ninh quốc phòng nêu trên, việc giữ ổn định bền vững đảo trước mọi tác động của thiên nhiên, giữ ổn định cuộc sống của nhân dân trên đảo là nhiệm vụ rất cần thiết. Việc nghiên cứu hiện trạng, diễn biến xói lở bờ đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp công nghệ phục vụ quy hoạch xây dựng các công trình bảo vệ bờ và các khu neo trú tránh tàu thuyền, vừa có ý nghĩa thực tế và có ý nghĩa khoa học sâu sắc phục vụ dân sinh và phát triển kinh tế trên đảo Phú Quý góp phần vào công cuộc bảo vệ an ninh quốc phòng, giữ vững chủ quyền biển Đông của tổ quốc. Học viên là cán bộ của Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung và Tây Nguyên tham gia trực tiếp Đề tài Khoa học cấp nhà nước "Nghiên cứu đánh giá biến động cực trị các yếu tố khí tượng thủy văn biển, tác động của chúng tới môi trường phát triển kinh tế xã hội và đề xuất giải pháp phòng tránh cho các đảo đông dân cư thuộc vùng ven biển miền Trung (chủ yếu là đảo Lý Sơn, đảo Phú Quý)”. Thuộc chương trình: KHCN cấp nhà nước KC09/11-15: "Nghiên cứu khoa học và công nghệ phục vụ quản lý biển, hải đảo và phát triển kinh tế biển". Do vậy, học viên đề xuất tên luận văn tốt nghiệp của mình là: "Nghiên cứu xác định các thông số thiết kế cho công trình bảo vệ bờ và khu neo trú tàu thuyền trên đảo Phú Quý". 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định nguyên nhân và thực trạng xâm thực, phân tích đánh giá diễn biến bờ đảo Phú Quý. - Nghiên cứu đề xuất giải pháp phòng tránh, bảo vệ xâm thực bờ biển và xây dựng các khu trú tránh bão tại đảo Phú Quý. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các công trình bảo vệ bờ và khu trú tránh tàu thuyền trên đảo Phú Quý. - Phạm vi nghiên cứu: Khu vực bờ biển quanh đảo Phú Quý. 3 4. Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát điều tra thực địa đánh giá tình hình thực tế diễn biến sạt lở bờ đảo, các khu neo trú tránh bão tàu thuyền trên đảo Phú Quý. - Thu thập các tài liệu cơ bản phục vụ trong nghiên cứu: Khí tượng thủy hải văn, địa hình, ảnh viễn thám khu vực đảo Phú Quý. - Nghiên cứu diễn biến bờ đảo bằng phương pháp viễn thám. - Phân tích tính toán các thông số thiết kế công trình bảo vệ bờ và trú tránh tàu thuyền từ các tài liệu khí tượng thủy hải văn thu thập và bằng mô hình toán. - Từ các cơ sở khoa học đã xác định, phân tích tìm ra các giải pháp công trình bảo vệ bờ và trú tránh tàu thuyền phù hợp. 5. Bố cục luận văn Ngoài phần Mở đầu, phần kết luận, phần phụ lục, danh mục tài liệu tham khảo, nội dung chính của luận văn gồm 3 chương chính: Chương 1 - Tổng quan các nghiên cứu về bảo vệ bờ đảo và khu neo đậu tàu thuyền. Chương 2 - Nghiên cứu phân tích hiện trạng và nguyên nhân xói lở bờ đảo Phú Quý. Chương 3 - Xác định các thông số thiết kế cho các công trình bảo vệ bờ và khu trú tránh tàu thuyền trên đảo Phú Quý. 6. Dự kiến kết quả đạt được - Xác định được các nguyên nhân gây sạt lở bờ đảo Phú Quý. - Đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ trên đảo. - Xác định được các thông số thiết kế cho các công trình bảo vệ bờ và khu trú tránh tàu thuyền trên đảo. - Thiết kế sơ bộ kết cấu cho công trình bảo vệ bờ và khu trú tránh tàu thuyền trên đảo Phú Quý. 4 CHƯƠNG 1 1.1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BẢO VỆ BỜ ĐẢO VÀ KHU NEO ĐẬU TÀU THUYỀN Tổng quan các nghiên cứu về bảo vệ bờ 1.1.1 Nghiên cứu sóng và diễn biến hình thái bờ biển * Nghiên cứu về sóng và diễn biến hình thái bờ biển là các nghiên cứu cơ bản, có vai trò hết sức quan trọng trong đánh giá nguyên nhân, cơ chế diễn biến, lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ phù hợp, xác định tuyến công trình và tính toán thiết kế công trình cũng như đánh giá hiệu quả bảo vệ sau khi xây dựng công trình. Các nghiên cứu cơ bản về sóng và diễn biến hình thái chủ yếu tập trung giải quyết các vấn đề sau: - Nghiên cứu diễn biến hình thái bờ biển phục vụ xác định quy luật, nguyên nhân, cơ chế diễn biến và xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ. - Nghiên cứu tính toán trường sóng ven bờ phục vụ thiết kế công trình bảo vệ bờ và bãi biển, bảo vệ các công trình đê, kè biển. - Nghiên cứu các dạng kết cấu công trình giảm sóng, phá sóng ở vùng cửa sông, ven biển và tại các đảo như: đê phá sóng tường đỉnh thấp, đê ngầm, các khối dị hình phá sóng... - Nghiên cứu tương tác sóng tới công trình và tải trọng sóng tác động lên công trình. * Những vấn đề trên có các nghiên cứu của các tác giả sau: - Nghiên cứu về mô hình mô phỏng về biến đổi đáy tại khu vực ở phía sau công trình giảm sóng của của R.G.Dean (1991) [4]. - Nghiên cứu đê chắn sóng ngoài khơi và tác động đến sự phát triển bờ biển của Krystian W.Pilarczyk và Ryszard B.Zeidler (1996) [5]. - Nhiên cứu sóng tác động lên bờ biển, lên công trình ven biển của Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật bờ biển của quân đội Mỹ [6]. - PGS. Lê Ngọc Bích, GS. TS. Lương Phương Hậu với các nghiên cứu công trình chống biển lấn bảo vệ bờ [7], [8]. 5 - “Hiện trạng và nguyên nhân bồi xói dải bờ biển Việt Nam. Đề xuất các biện pháp khoa học kỹ thuật bảo vệ và khai thác vùng đất ven biển” mã số KT-03-14 của Nguyễn Thanh Ngà, Quản Ngọc An, Nguyễn Khắc Nghĩa và các cộng sự, 1995. - "Đánh giá tác động của các trường sóng trong gió mùa đến dải ven biển Nam trung Bộ từ Phú Yên đến Bình Thuận và đề xuất các giải pháp giảm nhẹ thiệt hại phục vụ phát triển bền vững" do Bùi Hồng Long (chủ biên). Lưu trữ Viện Hải Dương học, 230tr, 2007-2009. - Các nghiên cứu về biến đổi đường bờ của các tác giả Phạm Văn Ninh, Nguyễn Mạnh Hùng, Đỗ Ngọc Quỳnh và cộng sự tại Viện Cơ học [9], [10], [11], [12]. - Nghiên cứu về dao động mực nước biển và trường sóng ven bờ của các tác giả Đinh Văn Ưu, Nguyễn Thọ Sáo và cộng sự thuộc thuộc Đại học Quốc Gia Hà Nội [13], [14], [15], [16]. - Nghiên cứu qui luật và dự đoán xu thế bồi tụ - xói lở vùng ven biển cửa sông Việt Nam do Lê Phước Trình thuộc Viện Hải dương học Nha Trang chủ trì. Đề tài KHCN06.08 (1996-2000). - Nghiên cứu cấu trúc 3 chiều (3D) thủy nhiệt động lực học Biển Đông và ứng dụng của chúng do Đinh Văn Ưu - Đại học khoa học tự nhiên, Đề tài KHCN-06.02 (19962000). - Nghiên cứu một số công trình kè bảo vệ mái đê biển do Nguyễn Văn Mạo, Phan Đức Tác và một số cộng sự thuộc trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội [17], [18]. - Nghiên cứu, dự báo, phòng chống sạt lở bờ biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa) do Trần Đức Thạnh và các cộng sự thuộc Phân Viện Hải dương học Hải Phòng. Dự án độc lập cấp nhà nước KHCN-5A (1999-2000). - Nghiên cứu, dự báo, phòng chống sạt lở bờ biển miền Trung (từ Thanh Hóa đến Bình Thuận) do Phạm Huy Tiến, Nguyễn Văn Cừ và các cộng sự thuộc Viện Địa lý. Dự án độc lập cấp nhà nước KHCN-5B (1999-2000). 6 1.1.2 Các nghiên cứu về bảo vệ bờ đảo Cho đến nay, nghiên cứu về đảo và quần đảo ở Việt Nam chưa được tập trung nghiên cứu nhiều, mặc dù số lượng đảo và quần đảo ở nước ta khá nhiều và vai trò chiến lược của đảo và quần đảo là rất lớn. Trong vài chục năm qua đã có một số nghiên cứu chuyên biệt và tổng quát phục vụ phát triển kinh tế và quốc phòng cho một số đảo. Cụ thể là: - Nghiên cứu các vấn đề về địa chất, địa mạo, cấu tạo của các đảo san hô, những vấn đề về thủy thạch động lực biển, biến dạng bờ bãi và địa chất công trình nền móng của 4 đảo thuộc quần đảo Trường Sa gồm Trường Sa, Nam Yết, Sơn Ca và Song Tử Tây để từ đó đưa ra các giải pháp chống xói lở bờ biển, đảm bảo ổn định và an toàn các công trình trên các đảo này [19]. - "Ứng dụng tổ hợp các phương pháp địa chất và địa vật lý biển dự báo các đới phá hủy xung yếu gây nên xói lở đảo và sạt lở bờ kè khu vực Trường Sa" do Đỗ Huy Cường và các cộng sự thuộc Viện Địa chất và Địa vật lý biển. Đề tài cấp nhà nướcChương trình biển Đông - Hải đảo, 2013. - "Cơ sở khoa học cho một số vấn đề tính toán, thiết kế thẩm định và chẩn đoán kỹ thuật các công trình biển đảo xa bờ" do Nguyễn Hoa Thịnh, Hoàng Xuân Lượng và các cộng sự thuộc Học viện Kỹ thuật Quân sự. Đề tài KHCN-06-09, 2000. - "Luận chứng khoa học kỹ thuật cho một số vấn đề cấp bách về xây dựng công trình và cái tạo môi sinh vùng quần đảo Trường Sa" do Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Văn Lợi và các cộng sự thuộc Học viện Kỹ thuật Quân sự. Đề tài cấp nhà nước - Chương trình Điều tra nghiên cứu biển, KT-03, 1991-1995. - "Khảo sát đo đạc các đặc trưng khí tượng hải văn các đảo thuộc quần đảo Trường Sa: Phan Vinh, Sinh Tồn, Đá Tây, Trường Sa lớn v.v.. Phục vụ xây dựng công trình quốc phòng" do Trịnh Việt An và các cộng sự thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam chủ trì, 1994-1995. 7 1.1.3 Một số các nghiên cứu về công trình bảo vệ bờ ở Việt Nam 1.1.3.1. Đê biển Đê biển ở Việt Nam được hình thành từ rất sớm nhằm bảo vệ sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Do tầm quan trọng của chúng, việc nghiên cứu xây dựng, quy hoạch đê biển được đặc biệt quan tâm trong vài thập kỷ qua. Gần đây, các tiến bộ mới trong kỹ thuật thiết kế và xây dựng đê biển ở trên thế giới đã được nghiên cứu áp dụng với điều kiện cụ thể của nước ta như việc nghiên cứu áp dụng vật liệu Consolid, kết cấu neo địa kỹ thuật… nhằm gia tăng ổn định của đê biển hiện có cũng đã được đề cập đến ở một số đề tài nghiên cứu cấp nhà nước và cấp bộ. Tuy nhiên, do hạn chế về vốn đầu tư cũng như cấp bách xây dựng, nhiều đoạn đê biển vẫn tiếp tục bị phá hoại và kém ổn định. Đê biển có tác dụng ngăn chặn sóng tác động vào bờ khi xuất hiện bão, nước dâng. Lấn biển, bảo vệ vùng đất ven biển tạo điều kiện phát triển kinh tế trong vùng. Ở Việt Nam, có một số dạng mặt cắt đê như sau: Đê không chịu sóng tràn; đê chịu sóng tràn; đê xây dựng ở vùng có điều kiện sóng hạn chế (bãi nông, bãi có rừng ngập mặn); đê 2 tuyến cho phép sóng tràn tuyến ngoài. phÝa ®ång 2.0 m= B¶o vÖ m¸i phÝa ®ång m=4 C¸t ®Çm chÆt phÝa biÓn .0 m=4 B¶o vÖ m¸i phÝa biÓn .0 §¸ héc Hình 1.1 - Hình dạng mặt cắt ngang đê biển Có thể nói, đây là giải pháp chính để bảo vệ bờ và đã được áp dụng rộng rãi từ Quảng Ninh đến Quảng Nam. 8 Hình 1.2 - Đê biển Hải Xuân, tỉnh Quảng Ninh 1.1.3.2. Kè biển Là loại công trình bảo vệ mái dốc, chống lại sự phá hoại của sóng và dòng chảy trên mái công trình, chống lại sự rửa trôi của vật liệu trong thân đê, giữ ổn định cho đê biển hoặc bờ biển. Công trình kè biển không ngăn được xói lở thường xuyên, về lâu dài dòng ven bờ sẽ gây hư hại chân công trình dẫn đến hư hỏng công trình. Đối với nước ta hiện nay chưa có sự thống nhất việc sử dụng các cấu kiện bảo vệ mái kè biển, kết cấu bảo vệ chân kè nên dẫn đến nhiều nơi kích thước chưa đủ yêu cầu, có nơi kích thước thừa gây ra nhiều lãng phí. T­êng ph¸ sãng m=4.0 KÕt cÊu b¶o vÖ m¸i ThÒm gi¶m sãng m=4.0 B¶n bª t«ng §¸ héc Cäc bª t«ng hoÆc èng buy Hình 1.3 - Hình dạng mặt cắt ngang kè biển Các hình thức kè biển bảo vệ bờ ở Việt Nam được sử dụng rất nhiều, song chủ yếu có 4 dạng sau: 9 Kè mái bảo vệ bờ bằng đá lát khan Kè mái bằng đá xây - đá chít mạch Kè mái bằng tấm bê tông đổ tại chỗ Kè mái bằng tấm bê tông lắp ghép Hình 1.4 - Một số dạng kè mái bảo vệ bờ a/ Kè mái bằng đá lát khan: Hình thức này được sử dụng rất nhiều, vật liệu thường hay dùng là đá hộc có kích thước 0,25m - 0,3m. Bề mặt gồ ghề, độ nhám lớn giảm sóng leo lên mái và giảm vận tốc dòng rút. Về mặt kỹ thuật thì thi công và sửa chữa dễ dàng. b/ Kè mái bằng đá xây - đá chít mạch: Xếp đá chèn chặt và đổ vữa chít mạch ở phía trên. Hình thức này dùng vật liệu là đá hộc kích thước 0,25 - 0,3m (tận dụng cả đá nhỏ). c/ Kè mái bằng bê tông đổ tại chỗ: Thường dùng các tấm bê tông kích thước lớn đổ tại chỗ, có khớp nối, để giảm áp lực đẩy nổi có bố trí thêm các lỗ thoát nước. 10