Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN BIÊN CHO BỐ TRÍ KHƠNG GIAN
GIẢI PHÁP TÔN TẠO ĐẢO NỔI THUỘC QĐTS

1

Nguyễn Quang Chiến1, Lê Hải Trung1
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU

Các đảo san hơ nổi ngồi khơi Biển Đơng
vừa có giá trị về tài nguyên thiên nhiên, cảnh
quan vừa có ý nghĩa chiến lược về an ninh
quốc phòng. Các đảo nổi đều có diện tích rất
nhỏ, 0,1 tới 0,5km2. Do đó, việc tơn tạo và
mở rộng bãi quanh đảo là một nhu cầu cấp
thiết và đang được quan tâm nghiên cứu.
Để phát huy hiệu quả làm việc, các giải
pháp tôn tạo cần được bố trí khơng gian hợp
lí và thiết kế ổn định về kết cấu. Trong đó,
qui luật diễn biến hình thái, các tham số địa
hình, tham số thủy động lực, tham số môi
trường sinh thái của đảo là quan trọng và
cần được nghiên cứu tỉ mỉ.
Bài báo này nhằm nghiên cứu, xác định
các đặc trưng như mực nước, chiều cao sóng
ý nghĩa, chu kì sóng, hướng sóng chủ đạo ở
một trong những đảo nổi thuộc Quần đảo
Trường Sa (QĐTS). Đây là những điều kiện

thủy động lực phục vụ bố trí khơng gian bãi
đảo và giải pháp chỉnh trị, mở rộng đảo.

Số liệu sóng được trích lấy từ cơ sở dữ liệu
mơ hình sóng WaveWatch III (NOAA) tại vị
trí 11,5° Bắc, 115,5° Đơng trong thời đoạn
2011-2015. Thống kê sóng theo các thángcho
thấy các tháng XI, XII và I có hoạt động sóng
mạnh mẽ nhất. Hướng sóng chủ đạo là Đơng
Bắc và Bắc với chiều cao sóng vượt 4,5m.
Đây là vùng nước sâu và sóng ít bị vỡ. Hình
1 thể hiện hoa sóng điển hình tháng XII.

2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN & SỐ LIỆU

Đảo nghiên cứu nằm ở giữa vùng lịng
trũng Biển Đơng, xa đất liền. Phần nổi của
đảo có kích thước khoảng 100m × 500m;
phần thềm san hơ quanh đảo có bề rộng trung
bình 500m. Bãi đảo dự kiến tơn tạo có đường
bờ theo hướng Tây Bắc - Đơng Nam.
Tác động của thuỷ triều khơng đáng kể.
Đảo chưa có trạm hải văn và việc triển khai
thiết bị khảo sát cũng khơng được thực hiện
thường xun do những khó khăn về mặt địa
lí, kĩ thuật.

Hình 1. Hoa sóng vùng ngồi khơi,
trung bình cho tháng XII
thời đoạn 2011-2015

Địa hình đáy biển khu vực quanh đảo được
khảo sát trong phạm vi 300 ha, và lập thành
bình đồ tỉ lệ 1/2000. Đây là cơ sở để trích
xuất mặt cắt đáy biển và bãi đảo phục vụ tính
truyền sóng. Mặt cắt này dài 700 m. Từ bờ
đảo, một vùng thềm nằm ngang rộng 500 m ở
cao độ 0 m và tiếp đó là một sườn dốc 1/25,
nối với đáy biển.

750


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

3. TÍNH TỐN

Ta cần ước tính các thơng số hải văn thiết
kế để đảm bảo giải pháp hoạt động hiệu quả,
tôn tạo và mở rộng được bãi đảo. Để đặc
trưng cho sự hoạt động ổn định của giải pháp,
các điều kiện hải văn cần được chọn sao cho
những biến động dài hạn của bãi biển vẫn
như nhau nếu thay thế biến trình hải văn bằng
những đại lượng đặc trưng khơng đổi như
mực nước, chiều cao sóng ý nghĩa, chu kì
sóng, hướng sóng chủ đạo.

30 H .s
(2)
1,56

Kết quả tính tốn cho thấy hai hướng sóng
chủ đạo Đơng Bắc và Bắc có chiều cao sóng
địa mạo lần lượt bằng 2,00 m và 2,60m (với
chu kì tương ứng 6,20s và 7,07s) được chọn
làm điển hình. Sóng Đơng Bắc mặc dù có
chiều cao nhỏ hơn nhưng vượt trội về số lần
xuất hiện.
Tp 

3.1. Mực nước
Để đặc trưng cho cả tuổi thọ cơng trình, ta
chọn mực nước trung bình nhiều năm ở đảo
cho điều kiện biên để tính tốn, tức là bằng
+0,0m.
3.2. Vùng nước sâu
Số liệu cho thấy hai mùa sóng rõ rệt với
thời gian duy trì dài gần bằng nhau: mùa
đơng có sóng mạnh từ hướng Đơng Bắc, mùa
hè sóng từ hướng Tây, yếu hơn. Theo nguyên
tắc những sóng lớn sẽ có vai trò đặc biệt quan
trọng đến vận chuyển bùn cát và diễn biến bờ
biển (De Vriend và nnk, 1993), ta tính được
chiều cao sóng địa mạo, Hmor. Chiều cao sóng
này tương đương với một chuỗi chiều cao
sóng với tác động tương đương về phương
diện biến đổi hình thái bờ biển dài hạn:
 Pi H i2.5
2.5
H mor


(1)
 Pi
trong đó Hi (m) là chiều cao sóng ý nghĩa của
cấp sóng thứ i; Pi (%) là tần suất xảy ra của
cấp sóng này.
Dựa trên số liệu sóng thống kê theo các
hướng với các cấp sóng cách nhau 0,5m, ta
có thể áp dụng cơng thức (1) để tính chiều
cao sóng địa mạo cho từng hướng riêng. Chu
kì sóng có thể được tính ra dựa trên tương
quan phi tuyến Hs ~ Tp tổng hợp từ số liệu
WaveWatch, như ở Hình 2. Độ dốc sóng
nước sâu, Hs / 1,56Tp2 ở trong khoảng từ 1:25
đến 1:100. Như vậy, số liệu sóng thu được từ
WaveWatch có xu hướng thoải. Ta chọn giá
trị độ dốc điển hình của sóng nước sâu (Sop)
là 1:30 để tính Tp

Hình 2. Liên hệ giữa chiều cao (trục tung)
và chu kì sóng đỉnh phổ (trục hồnh)
3.3. Đặc trưng sóng thiết kế
Chương trình phần mềm Wadibe (Thiều
Quang Tuấn, 2015) được sử dụng để tính
truyền sóng từ vùng nước nông vào nước sâu
với điều kiện biên như Bảng 1.
Bảng 1. Điều kiện biên tính truyền sóng
Đặc trưng
Hrms[m]
Tp[s]
Góc hướng sóng

Sop[-]

Bắc
2,83
6,20
0°
0,033

Đơng Bắc
3,68
7,07
45°
0,033

Tính tốn cho hai hướng có cùng điều kiện
gồm mực nước = 0,0 m,độ dốc mặt sóng vỡ
β0 = 0,1; hệ số tiêu tán năng lượng α = 1; hệ
số ma sátf = 0,106. Hệ số ma sát đáy f được
chọn đối với vùng đáy biển san hô, dựa trên
nghiên cứu của Lowe và nnk. (2005) rồi quy
đổi về cơng thức dùng trong Wadibe. Chỉ số
sóng vỡ γb được lấy theo công thức Battjes &
Janssen (1978). Bước ô lưới tính tốn Δx =
2 m và có hiệu chỉnh độ sâu tính tốn
(Roelvink, 1995) với n = 0,50 và p = 0,80 khi
xét đến sóng dềnh.

751



Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

Kết quả sau khi chạy Wadibe cho ra biểu đồ
suy giảm sóng, như Hình 3. Ở đoạn tiếp giáp
thềm bãi, khoảng cách ngang bờ X = 500m
đến 700m, chiều cao sóng giảm mạnh. Hướng
Đơng Bắc, sóng giảm từ 2,35 xuống 0,6m;
hướng Bắc, 2,85 xuống 0,45m.
Do hiệu ứng khúc xạ mà sóng tới xiên góc,
từ hướng Bắc, sẽ có chiều cao nhỏ hơn khi
vào thềm san hơ. Chỉ số sóng vỡ γ = Hb/hb ~
0,8 là giá trị tương đối lớn do sóng vỡ ở trên
sườn (vị trí X~700m) là phần khá dốc trước
khi xâm nhập vào thềm san hô. Lưu ý, đường
bờ xem xét có hướng Tây Bắc – Đông Nam.
Giải pháp tôn tạo được dự kiến đặt trên
thềm san hơ nên chiều cao sóng thiết kế có
thể lấy ở mép ngồi của thềm Hs = 0,85m sóng Đơng Bắc hay 0,65m - sóng Bắc. Chu kì
sóng giữ ngun bằng 6,20s và 7,07s. Trong
cả hai trường hợp,sóng tới đều được coi là
trực diện với bờ (góc sóng tới = 0°).
2
Hrms (m)
MNT
Mat cat bai

0
-2
-4
Z (m)


-6
-8
-10
-12
0

100

200

300

400

500

600

700

Khoang cach ve phia bien Xb (m)

Hình 3. Phân bố chiều cao sóng ngang bờ
trong trường hợp sóng Bắc. Trục hồnh:
khoảng cách từ bờ [m], trái qua phải;
trục tung: cao độ đáy và chiều cao sóng [m]

pháp với tổ hợp tải trọng cực hạn thì tần suất
thiết kế cần được xác định trước tương ứng

với các đặc trưng sóng.Tuỳ vào u cầu của
dạng cơng trình mà ta có thể tính thêm các
tham số như chỉ số tương tự sóng vỡ
Iribarren hay vận tốc quỹ đạo của phần tử
nước sát đáy, để tính khả năng xói lở chân
cơng trình.
Cũng cần lưu ý rằng độ nhám đáy biển sẽ
biến đổi phức tạp khi có san hơ sinh trưởng ở
những mức độ khác nhau. Số liệu quan trắc là
cần thiết để xác thực giá trị của các tham số
tính tốn. Ngồi ra, các đảo nổi thường có
kích thước rất nhỏ với đường bờ cong lớn,
dẫn tới khúc xạ sóng mạnh. Do đó,ta có thể
phải dùng mơ Hình 2 chiều để mơ phỏng
trường sóng khu vực (Woodroffe, 2001).
Tóm lại, bài báo đã tính tốn thiết lập bộ
tham số thủy động lực phục vụ bố trí mặt
bằng giải pháp tơn tạo, mở rộng bãi cho một
đảo nổi thuộc QĐTS. Cùng với việc hiểu rõ
quy luật vận chuyển trầm tích,thay đổi bãi
đảo theo mùa, các giải pháp cơng nghệ thích
hợp sẽ được nghiên cứu đề xuất và thiết kế.
Sự mở rộng bãi đảo sẽ góp phần quan trọng
đáp ứng nhu cầu về mặt bằng đối với các
hoạt động phát triển kinh tế - xã hội và an
ninh quốc phòng trên đảo.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO

Khi sóng truyền đến nước nơng, ứng suất
phát xạ sẽ gây ra nước dềnh. Độ dốc của mặt

nước sẽ tỉ lệ thuận với độ dốc đáy theo hệ số
bằng 1/(1+8/3γ2) ≈ 0,19. Nước dềnh cao nhất
trong vùng thềm san hơ với mực nước 0,34 m
(sóng Đơng Bắc) và 0,36m (sóng Bắc). Đây
là các mực nước điển hình để tính tốn bố trí
giải pháp trên vùng thềm san hơ.
4. NHẬN XÉT, KẾT LUẬN

Quy trình tính tốn trên đây có thể được áp
dụng một cách linh hoạt cho những yêu cầu
khác. Chẳng hạn, khi thiết kế kết cấu của giải

[1] Battjes, J.& Janssen, P., 1978. Energy loss
and set-up due to breaking of random
waves.Proc.16th Int. Conf. Coast. Eng.
Hamburg, 569 - 587.
[2] De Vriend, H.J., Capobianco, M.& nnk.,
1993. Approaches to long-term modelling
of coastal morphology: A review. Coastal
Engineering, 21, 225-269.
[3] Lowe, R.J., Falter, J.L., &nnk., 2005. Spectral
wave dissipation over a barrier reef.Journal of
Geophysical Research110, C04001.
[4] Thiều Q. Tuấn, 2015. Hướng dẫn sử dụng
phần mềm Wadibe.
[5] Woodroffe, C.D., 2001. Coasts: Form,
Processes and Evolution. Cambridge
University Press.

752