BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN VIỆT ĐỨC

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ VÀ GIẢI PHÁP
CƠNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BÃI BIỂN - ÁP DỤNG CHO BÃI BIỂN
XƯƠNG HUÂN, VỊNH NHA TRANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN VIỆT ĐỨC

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ VÀ GIẢI PHÁP
CƠNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BÃI BIỂN - ÁP DỤNG CHO BÃI BIỂN
XƯƠNG HUÂN, VỊNH NHA TRANG

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy
Mã số: 62-58-02-02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Trung Việt
GS.TS.NGND. Nguyễn Chiến

HÀ NỘI, NĂM 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các kết quả nghiên
cứu cũng như các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu được thực hiện
trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.
Tác giả luận án

Nguyễn Việt Đức

i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Các vị lãnh đạo Ban giám hiệu nhà trường, Phòng Đào tạo ĐH & SĐH, Khoa Cơng trình,
Bộ mơn Thủy cơng - Khoa Cơng trình và Cơng ty TV&XD cơng trình Miền trung đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi và động viên NCS trong quá trình học tập và nghiên cứu.
UBND Thành Phố Nha Trang, Sở KH - CN Khánh Hòa đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác
giả luận án trong thời gian đo đạc, khảo sát thực tế tại hiện trường.
Ban chủ nhiệm đề tài Nghị định thư cấp nhà nước hợp tác với Viện Nghiên cứu vì sự phát
triển Pháp (IRD) “Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và vận chuyển bùn cát vùng cửa
sông và bờ biển vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa” đã cho phép tác giả là thành viên trực
tiếp tham gia các hoạt động nghiên cứu và sử dụng các số liệu trong khuôn khổ Đề tài.
GS.TS. Lương Phương Hậu chủ tịch Hội đồng cùng các nhà khoa học trong Hội đồng
đánh giá luận án Tiến sĩ cấp Trường.
GS. TS. NGND Phạm Ngọc Quý chủ tịch Hội đồng cùng các nhà khoa học trong Hội
đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp Cơ sở.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các nhà khoa học đã quan tâm chia sẻ, góp ý
và bổ sung cho tác giả nhiều thơng tin bổ ích qua cuộc Hội thảo mở rộng, Báo cáo
chuyên đề cũng như trong quá trình thực hiện luận án.
Giáo sư Hitoshi Tanaka Đại học Tohoku, Nhật Bản; Giáo sư Cheng Đại học Massachusetts
Dartmouth, Hoa Kỳ trong thời gian tác giả học tập, tham quan thực tế tại Nhật Bản và Hoa Kỳ.
Đặc biệt, NCS xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Trung Việt, GS.TS. NGND.
Nguyễn Chiến đã tận tình hướng dẫn cho NCS trong việc hình thành ý tưởng khoa học và
các hoạt động nghiên cứu để NCS hoàn thành luận án này.
Cuối cùng, tác giả xin trân trọng cảm ơn gia đình, người thân, đồng nghiệp đã luôn sát
cánh chia sẻ, động viên tác giả vượt qua mọi khó khăn khi thực hiện luận án này.
Tác giả luận án

Nguyễn Việt Đức
ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……… .............................................................................................................1
1.

Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 3

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................3


4.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................. 3

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................4

6.

Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG
ĐỚI BỜ VÀ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BÃI BIỂN.......................................6
1.1

Giới thiệu chung .......................................................................................................................... 6

1.1.1

Khái niệm về đới bờ biển ............................................................................................. 6

1.1.2

Các vấn đề KH-CN trong nghiên cứu biến động đới bờ biển .................................. 7

1.2 Tổng quan các nghiên cứu ở nước ngoài về cơ chế biến động đới bờ và giải pháp
cơng trình ổn định bãi biển biển ........................................................................................................ 7
1.2.1


Lịch sử nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển ..................................................... 7

1.2.2

Các nghiên cứu về biến động đới bờ biển .................................................................. 8

1.2.3

Tổng quan về phương pháp nghiên cứu biến động đới bờ biển............................... 9

1.2.4

Tổng quan về các mơ hình số trị mơ phỏng sóng và dịng chảy ............................ 10

1.2.5

Tổng quan về tính tốn vận chuyển bùn cát ven bờ ................................................ 12

1.2.6

Tổng quan các nghiên cứu về cơng trình bảo vệ và tơn tạo bờ, bãi biển............... 14

1.3

Tổng quan nghiên cứu trong nước về biến động đới bờ và giải pháp ổn định bãi biển.. 19

1.3.1

Nghiên cứu biến động đới bờ biển ............................................................................ 19


1.3.2

Nghiên cứu về giải pháp cơng trình ổn định và tơn tạo bãi biển ............................ 21

1.3.3

Những nghiên cứu đã có về bờ biển tỉnh Khánh Hòa và vịnh Nha Trang............ 23

1.4

Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án ......................................................................................... 25

1.5

Kết luận chương 1 ..................................................................................................................... 25

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ
BIỂN.................. ............................................................................................................27
2.1

Các yếu tố chính gây nên biến động đới bờ biển vịnh Nha Trang .................................. 27

2.1.1

Địa hình, địa mạo khu vực vịnh Nha Trang ............................................................. 27
iii



2.1.2

Phân bố trầm tích khu vực vịnh Nha Trang ............................................................. 28

2.1.3

Dịng chảy từ sơng Cái, vịnh Nha Trang .................................................................. 29

2.1.4

Chế độ thủy triều trong vịnh Nha Trang................................................................... 30

2.1.5

Chế độ sóng ................................................................................................................. 31

2.1.6

Chế độ dòng chảy trong vịnh Nha Trang ................................................................. 32

2.1.7

Về tác động từ con người ........................................................................................... 33

2.1.8

Phân tích sơ bộ các nguyên nhân gây diễn biến bãi biển theo mùa ....................... 34

2.2


Các số liệu cơ bản phục vụ nghiên cứu.................................................................................. 35

2.2.1

Tài liệu địa hình........................................................................................................... 35

2.2.2

Số liệu thủy, hải văn.................................................................................................... 36

2.2.3

Số liệu bùn cát đáy ...................................................................................................... 40

2.3

Mơ hình chuyển động bùn cát dọc bờ trong đới bờ biển..................................................... 40

2.4

Các phương pháp nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển.............................................. 43

2.4.1

Nghiên cứu biến động theo mùa của bãi biển từ hình ảnh thu được bằng Camera 43

2.4.2

Sử dụng phương pháp phao trơi nghiên cứu dịng chảy tổng hợp ven bờ biển.... 43


2.4.3

Sử dụng phương pháp mơ hình tốn nghiên cứu biến động đới bờ biển .............. 48

2.5

Kết luận chương 2 ..................................................................................................................... 64

CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ BIỂN XƯƠNG
HUÂN, VỊNH NHA TRANG.......... .............................................................................66
3.1

Phân tích quy luật bồi, xói bãi biển từ kết quả quan trắc bằng Camera .................. 66

3.1.1

Phân tích số liệu hình ảnh từ Camera........................................................................ 66

3.1.2

Phân tích quy luật biến động trên mặt bằng của bãi biển khu vực nghiên cứu..... 68

3.2

Tính tốn lượng và phương vận chuyển bùn cát dọc bờ ..................................................... 70

3.2.1 Tính tốn lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ theo công thức thực nghiệm PelnardConsidere với bộ số liệu từ Camera......................................................................................... 70
3.2.2
3.3


Xác định phương chuyển động bùn cát dọc bờ theo quỹ đạo dòng chảy tổng hợp 72

Nghiên cứu biến đổi địa hình đới bờ biển Xương Hn bằng mơ hình tốn ................... 73

3.3.1

Chế độ thủy động lực học khu vực vịnh Nha Trang ............................................... 74

3.3.2

Chế độ thủy động lực học khu vực nghiên cứu ....................................................... 75

3.3.3

Dòng chảy tổng hợp dư ven bờ tại khu vực nghiên cứu ......................................... 77
iv


3.3.4 Kết quả nghiên cứu tác động của sóng và dòng chảy tổng hợp ven bờ đến đới bờ
biển khu vực nghiên cứu........................................................................................................... 78
3.3.5

Kết quả mô phỏng diễn biến bồi, xói tại khu vực nghiên cứu................................ 84

3.3.6 So sánh lưu lượng vận chuyển bùn cát giữa phương pháp thực nghiệm và phương
pháp số …………………………………………………………………………… 85
3.4

Kết luận chương 3 ..................................................................................................................... 86


CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH ỔN ĐỊNH,
TƠN TẠO BÃI BIỂN XƯƠNG HUÂN, VỊNH NHA TRANG ...................................88
4.1

Hiện trạng khu vực và mục tiêu cải tạo.................................................................................. 88

4.1.1

Hiện trạng bãi biển khu vực nghiên cứu................................................................... 88

4.1.2

Mục tiêu cải tạo ........................................................................................................... 89

4.2

Các căn cứ khoa học đề xuất phương án ............................................................................... 89

4.3

Các phương án bố trí tổng thể cơng trình ngăn cát, giảm sóng .......................................... 90

4.3.1

Giải pháp chung .......................................................................................................... 90

4.3.2


Các phương án bố trí tổng thể.................................................................................... 90

4.4

Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của các phương án bố trí cơng trình ....................................... 92

4.4.1

Phương pháp đánh giá ................................................................................................ 92

4.4.2

Trường dòng chảy sau khi bố trí các phương án cơng trình chỉnh trị.................... 92

4.4.3

Biến đổi địa hình đới bờ biển theo các phương án bố trí cơng trình ...................... 96

4.4.4

Lựa chọn phương án cơng trình chỉnh trị ............................................................... 101

4.5

Kết luận chương 4 ...................................................................................................................101

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................102
I.

Những kết quả đạt được của luận án ....................................................................................102


II.

Những đóng góp mới của luận án ........................................................................................106

III.

Những tồn tại và kiến nghị hướng tiếp tục nghiên cứu......................................................106

DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ............................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................110
PHẦN PHỤ LỤC ........................................................................................................116

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 0.1 Một số tồn tại của bãi tắm biển Nha Trang [2] ................................................2
Hình 1.1. Định nghĩa về đới bờ biển [3]..........................................................................6
Hình 1.2. Sơ đồ tính tốn đánh giá biến động đới bờ biển ............................................10
Hình 1.3 Tỷ lệ phân bố các dạng cơng trình bảo vệ bờ biển tại Châu Âu (1988) [18] .15
Hình 1.4 Hình ảnh kết hợp ba loại cơng trình trên bãi tắm Jaywich (Anh) [2].............18
Hình 1.5 Bãi biển Fiumicino, Roma (Italy) [2] ............................................................. 18
Hình 1.6 Bãi biển tại Dubai (UAE) [2] .........................................................................18
Hình 1.7 Bãi biển tại Malaga (Tây Ban Nha) [2] .......................................................... 18
Hình 1.8. Một số hình ảnh tiêu biểu về cơng trình bảo vệ bờ biển ở Việt Nam [2] ......23
Hình 2.1 Địa hình, địa mạo vịnh Nha Trang [37] ......................................................... 27
Hình 2.2 Mặt cắt bãi biển tại khu vực Xương Huân (độ dốc 2%) [2] .......................... 28
Hình 2.3 Sơ đồ trầm tích tầng mặt vịnh Nha Trang [37]. .............................................29
Hình 2.4 Phân bố các vùng có rạn san hơ chết và đá gốc vùng phía Bắc cửa sơng Cái [2]..29

Hình 2.5 Diễn biến khu vực cửa sơng Cái Nha Trang [2] .............................................30
Hình 2.6 Hoa sóng ngồi khơi vịnh Nha Trang [2] .......................................................31
Hình 2.7 Elip triều tại biển Nha Trang [2] ....................................................................33
Hình 2.8 Tác dụng ngăn cát, giảm sóng dọc bờ của các cơng trình nhơ ngang bãi. .....34
Hình 2.9 Tổng hợp địa hình khu vực Vịnh Nha Trang (a) và địa hình sau khi nội suy
số liệu với khoảng cách ô lưới 5x5m (b) .......................................................................36
Hình 2.10 Vị trí trạm đo trong hai đợt khảo sát tháng 5 và tháng 12 năm 2013 ...........37
Hình 2.11 Kết quả khảo sát mực nước và sóng (5/2013) ..............................................38
Hình 2.12 Kết quả khảo sát vận tốc trung bình (5/2013). .............................................38
Hình 2.13 Kết quả khảo sát mực nước và sóng (12/2013). ...........................................39
Hình 2.14 Kết quả khảo sát vận tốc trung bình (12/2013). ...........................................39
Hình 2.15 Vị trí lấy mẫu bùn cát đáy ............................................................................40
Hình 2.16 Thành phần hạt đưa vào mơ hình .................................................................40
Hình 2.17 Sơ đồ cân bằng bùn cát vận chuyển dọc bờ [47] ..........................................41
Hình 2.18 Sơ đồ sai phân hữu hạn đường bờ và lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ
(Horikawa, 1988) [49] ...................................................................................................42
vi


Hình 2.19 Vị trí lắp đặt hệ thống giám sát ở khu vực nghiên cứu [2] ........................... 43
Hình 2.20 Sơ đồ cấu tạo của phao dạng chữ X theo mẫu của Davis 1985....................45
Hình 2.21 Hình ảnh các phao sau khi chế tạo hồn thiện .............................................46
Hình 2.22 Dao động mực nước thủy triều tại khu vực Nha Trang (từ 26/11 đến
30/11/2015) ....................................................................................................................46
Hình 2.23 Lắp đặt, thử nghiệm và thả phao tại khu vực cửa sông Cái và ven biển vịnh
Nha Trang (11/2015) .....................................................................................................47
Hình 2.24 Sơ đồ khối tính tốn của mơ hình tốn tổng hợp..........................................48
Hình 2.25 Lưới tính tốn và biên đầu vào cho mơ hình tốn ........................................49
Hình 2.26 Trường vận tốc tại thời kỳ triều lên và thời kỳ triều rút ............................... 52
Hình 2.27 Kết quả so sánh độ lớn vận tốc dịng chảy tại Trạm A (5/2013) ..................53

Hình 2.28 Mực nước thực đo và tính tốn trạm B đợt khảo sát tháng 5/2013 ..............55
Hình 2.29 Mực nước thực đo và tính tốn Trạm A (12/2013) ......................................55
Hình 2.30 Mực nước thực đo và tính tốn Trạm C (12/2013) ......................................55
Hình 2.31 Kết quả so sánh độ lớn vận tốc dòng chảy Trạm A (12/2013) .....................56
Hình 2.32 Hoa sóng khu vực Nha Trang trong gió mùa Đơng Bắc (a),........................ 58
Hình 2.33 Độ cao và chu kỳ sóng tại biên nước sâu, vịnh Nha Trang (05/2013) .........59
Hình 2.34 Kết quả độ cao sóng tính tốn tại một thời điểm (05/2013) ......................... 59
Hình 2.35 Kiểm chứng độ cao sóng tại Trạm A (5/2013) .............................................61
Hình 2.36 Kiểm chứng chu kỳ sóng tại Trạm A (5/2013) ............................................61
Hình 2.37 Độ cao và chu kỳ sóng tại biên nước sâu, vịnh Nha Trang (12/2013) .........62
Hình 2.38 Kiểm chứng độ cao sóng tại Trạm A (12/2013). .........................................62
Hình 2.39 Kiểm chứng chu kỳ sóng tại Trạm A (12/2013). ........................................62
Hình 2.40 Kết quả so sánh mực nước đo đạc và tính tốn tại Cầu Trần Phú ................63
Hình 2.41 Kết quả so sánh quỹ đạo phao giữa thực đo và mô phỏng trong trường hợp ở
khu vực cửa sơng Cái ....................................................................................................63
Hình 2.42 Kết quả so sánh quỹ đạo phao giữa thực đo và mơ phỏng trong trường hợp
thả ven bờ biển...............................................................................................................63
Hình 2.43 So sánh vận tốc phao trơi và vận tốc dịng chảy tính tốn ........................... 64
Hình 3.1 Hình ảnh biến đổi đường bờ thu được từ Camera [51] ..................................67
Hình 3.2 Diễn biến đường bờ biển trên mặt bằng khu vực nghiên cứu [2]...................68
vii


Hình 3.3 Biến động đường bờ biển khu vực nghiên cứu trong năm 2013 [2] ..............68
Hình 3.4 Biến đổi của chiều rộng bãi biển tại một số vị trí trắc ngang đặc trưng [2] ...69
Hình 3.5 Kết quả giải đốn đường bờ và chiều rộng bãi Ys từ ảnh Camera [2] ...........71
Hình 3.6 Biểu đồ xác định lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ trong các tháng ......71
Hình 3.7 Kết quả thả phao ở cửa sơng Cái........................................................................72
Hình 3.8 Vị trí doi cát ngầm tự nhiên ............................................................................72
Hình 3.9 Kết quả đo quỹ đạo dòng chảy tổng hợp ven bờ khu vực nghiên cứu................73

Hình 3.10 Trường dịng chảy dư trong thời kỳ gió mùa Tây Nam - Mùa hè ................74
Hình 3.11 Trường dịng chảy dư trong thời kỳ gió mùa Đơng Bắc - Mùa đơng...........74
Hình 3.12 Ảnh hưởng của dịng chảy sơng Cái đến khu vực nghiên cứu trong gió mùa
Tây Nam ........................................................................................................................ 75
Hình 3.13 Hoa dịng chảy khu vực nghiên cứu trong gió mùa Tây Nam .....................76
Hình 3.14 Ảnh hưởng của dịng chảy sơng Cái đến khu vực nghiên cứu trong gió mùa
Đơng Bắc .......................................................................................................................76
Hình 3.15 Hoa dịng chảy khu vực nghiên cứu trong gió mùa Đơng Bắc ....................77
Hình 3.16 Mặt cắt ngang trích xuất lưu lượng dịng chảy.............................................77
Hình 3.17 Lưu lượng dòng chảy dư qua mặt cắt ngang trong năm 2013 ......................78
Hình 3.18 Trường ứng suất đáy tổng cộng trong gió mùa Đơng Bắc ........................... 78
Hình 3.19 Trường ứng suất đáy tổng cộng trong gió mùa Tây Nam ............................ 78
Hình 3.20 Trường ứng suất đáy do sóng trong gió mùa Đơng Bắc .............................. 79
Hình 3.21 Trường ứng suất đáy do dịng chảy trong gió mùa Đơng Bắc .....................79
Hình 3.22 Trường ứng suất đáy do sóng trong gió mùa Tây Nam................................ 79
Hình 3.23 Trường ứng suất đáy do dịng chảy trong gió mùa Tây Nam ......................79
Hình 3.24 Các mặt cắt khảo sát biến thiên ứng suất đáy...............................................80
Hình 3.25 Ứng suất đáy trong thời kỳ triều lên tại Mặt cắt 02 - Gió mùa Tây Nam ....80
Hình 3.26 Ứng suất đáy trong thời kỳ triều rút tại Mặt cắt 02 - Gió mùa Tây Nam .....81
Hình 3.27 Ứng suất đáy trong thời kỳ triều lên tại Mặt cắt 02 - Gió mùa Đơng Bắc ...81
Hình 3.28 Ứng suất đáy trong thời kỳ triều rút tại Mặt cắt 02 - Gió mùa Đơng Bắc....81
Hình 3.29 Các điểm khảo sát ứng suất đáy ...................................................................82
Hình 3.30 Biến thiên ứng suất đáy trong thời kỳ gió mùa Tây Nam ............................ 83
Hình 3.31 Biến thiên ứng suất đáy trong thời kỳ gió mùa Đơng Bắc ........................... 83
viii


Hình 3.32 Biến đổi địa hình đới bờ biển tại khu vực nghiên cứu trong năm 2013 .......84
Hình 3.33 Kết quả so sánh lưu lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ giữa phương pháp
thực nghiệm Camera và mơ hình số trị .........................................................................85

Hình 4.1 Vị trí bãi biển khu vực nghiên cứu .................................................................88
Hình 4.2 Sơ họa bố trí cụm cơng trình chỉnh trị khu vực nghiên cứu, phương án 02 ...91
Hình 4.3 Sơ họa bố trí cụm cơng trình chỉnh trị khu vực nghiên cứu, phương án 03 ...91
Hình 4.4 Sơ họa bố trí cụm cơng trình chỉnh trị khu vực nghiên cứu, phương án 04 ...91
Hình 4.5 Sơ họa bố trí cụm cơng trình chỉnh trị khu vực nghiên cứu, phương án 05 ...92
Hình 4.6. Vị trí kiểm tra so sánh kết quả trường vận tốc trên mơ hình các phương án 92
Hình 4.7. Vận tốc dịng chảy tại vị trí 1 ứng với 4 phương án ......................................93
Hình 4.8. Vận tốc dịng chảy tại vị trí 2 ứng với 4 phương án ......................................94
Hình 4.9. Vận tốc dịng chảy tại vị trí 5 ứng với 4 phương án ......................................95
Hình 4.10. Bồi xói khu vực nghiên cứu sau 12 tháng theo các phương án ...................96
Hình 4.11 Khảo sát mức độ bồi xói theo mặt cắt ngang ...............................................97
Hình 4.12. Biến đổi địa hình đáy mặt cắt 1 ở các phương án .......................................97
Hình 4.13. Biến đổi địa hình đáy mặt cắt 3 ở các phương án .......................................98
Hình 4.14. Biến đổi địa hình đáy mặt cắt 5 ở các phương án .......................................98
Hình 4.15. Sơ họa khu vực tính thể tích bồi xói ..........................................................100
Hình 4.16. Thể tích bồi, xói khu vực tính tốn trung bình tháng trong 4 phương án .100
Hình 4.17. Tổng thể tích bồi, xói khu vực tính tốn trung bình tháng trong 4 phương án . 100
Hình 4.18. Sơ đồ tính tốn đánh giá biến động đới bờ biển ........................................102

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Diện tích phân bố theo độ sâu vịnh Nha Trang .............................................27
Bảng 2.2 Thống kê tần suất mực nước trạm Cầu Đá (1/5/2013 đến 1/5/2014) ............31
Bảng 2.3 Số liệu lưu tốc thực đo (cm/s) trong vịnh Nha Trang [46]. ........................... 33
Bảng 2.4 Vị trí các trạm đo hải văn (05/2013 và 12/2013) ...........................................37
Bảng 2.5 Kết quả đo đạc và đánh giá sai số giữa phao đo và máy ADCP ....................44
Bảng 2.6 Kết quả tính tốn tỷ số DAR của phao thiết kế..............................................45
Bảng 2.7 Các phương án thả phao .................................................................................47

Bảng 2.8 Các hằng số điều hòa của sóng triều tại biên lỏng phía Đơng ........................... 50
Bảng 2.9 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình (5/2013) ............................................................ 54
Bảng 2.10 Kết quả kiểm chứng mơ hình (12/2013) ......................................................57
Bảng 3.1 Biến động chiều rộng bãi biển (m) khu vực nghiên cứu................................ 70
Bảng 3.2 Kết quả đo vận tốc dòng chảy tổng hợp ven bờ (m/s) ...................................73
Bảng 3.3 Ứng suất đáy tổng cộng do sóng và dịng chảy tổng hợp gây ra (N/m2) .......82
Bảng 3.4 Ứng suất đáy do riêng dòng chảy tổng hợp (N/m2) .......................................82
Bảng 3.5 Ứng suất đáy do riêng sóng (N/m2) ............................................................... 83
Bảng 4.1. Vận tốc trung bình tháng (m/s) tại vị trí 1 ứng với 4 phương án ..................93
Bảng 4.2. Vận tốc trung bình tháng (m/s) tại vị trí 2 ứng với 4 phương án ..................94
Bảng 4.3. Vận tốc trung bình tháng (m/s) tại vị trí 5 ứng với 4 phương án ..................95

x


CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ

ADCP

Acoustic Doppler Current Profiler
Thiết bị đo các yếu tố thủy động lực học

DELFT3D

Mơ hình thủy động lực học mơi trường 3 chiều do trường Đại học
DELFT Hà Lan Phát triển

ĐGS

Đê giảm sóng


Đề tài

Đề tài Nghị định thư cấp nhà nước hợp tác với Viện Nghiên cứu vì
sự phát triển Pháp (IRD) “Nghiên cứu chế độ thủy động lực học và
vận chuyển bùn cát vùng cửa sông và bờ biển vịnh Nha Trang, tỉnh
Khánh Hịa”

EFDC

FVCOM

Environmental Fluid Dynamics Code
Mơ hình thủy động lực học môi trường 3 chiều EFDC
Finite-Volume, primitive equation Community Ocean Model
Mơ hình hồn lưu biển sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn

GPS

Global Positioning System - Hệ thống định vị tồn cầu

GTVT

Giao thơng vận tải

KTTV

Khí tượng thủy văn

KTXH


Kinh tế xã hội

KH-CN

Khoa học công nghệ

Khu vực
nghiên cứu

Khu vực đới bờ biển Xương Huân, chạy dọc đường Trần Phú từ Khách
sạn 378 Bộ Công an đến giao lộ Trần Phú-Yersin (Khu vực Xương Huân)

LPT

Lagrange Particle Tracking - Phương pháp hạt trôi

MHB

Mỏ hàn biển

MIKE

Mơ hình thủy động lực học mơi trường do Viện thủy lực Đan Mạch
phát triển

NBNT

Nuôi bãi nhân tạo


NOAA

National Oceanic and Atmospheric Administration - Trung tâm
nghiên cứu biển và khí quyển Mỹ

RNT

Rạn nhân tạo
xi


SMS

Surfacewater Modeling System - Hệ thống mơ hình nước mặt

SWAN

Mơ hình tính tốn lan truyền, biến dạng sóng nước nơng

UBND

Ủy ban nhân dân

Vịnh

vịnh Nha Trang

xii



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam với bờ biển dài hơn 3.260km, xuất phát từ phía Bắc xuống phía Nam, nằm vị
trí thứ 27 của thế giới, trên tổng số 157 quốc gia, quốc đảo, vùng lãnh thổ có tiếp giáp
với biển. Chỉ số chiều dài bờ biển trên diện tích đất liền của Việt Nam xấp xỉ 0,01km
(cứ 100km2 đất liền có 1km bờ biển). Trong 63 đơn vị hành chính (bao gồm các tỉnh và
thành phố trực thuộc Trung ương) trên cả nước thì có 28 tỉnh, thành phố với gần một
nửa dân số sinh sống ven biển [1].
Vịnh Nha Trang nằm về phía Đơng thành phố Nha Trang, là Vịnh lớn thứ hai sau vịnh Vân
Phong của tỉnh Khánh Hịa, với diện tích khoảng 500km2. Vịnh nằm trong giới hạn phía
Bắc là mũi Khe Cây (Kê Gà) và phía Nam là mũi Đồng Ba (Núi Cù Hin). Vịnh Nha Trang
là một trong 29 vịnh đẹp nhất Thế giới, là trung tâm du lịch và dịch vụ, có tốc độ tăng trưởng
kinh tế nhanh của tỉnh Khánh Hịa nói riêng và khu vực Nam Trung Bộ nói chung.
Bên cạnh những thế mạnh về du lịch, hiện tại khu vực bãi biển vịnh Nha Trang đang tồn
tại một số hạn chế sau:
Bãi biển hẹp, dốc và biến đổi theo mùa: Bãi biển từ Khách sạn 378 (Bộ Cơng an) đến
cảng Hải qn có độ dốc trung bình từ 2% đến 5%. Do bãi biển quá dốc, nước sâu áp
sát bờ, sóng leo cao và rút mạnh, gây nguy hiểm cho người tắm biển do đó làm giảm
sức hấp dẫn về du lịch nói chung.
Sóng lớn thường xun tác động vào bờ: Với sóng hướng Đơng Bắc khu vực Bãi Tiên
và đoạn bờ từ Tháp Trầm Hương đến Cảng Vinpearl bị sóng tác động mạnh nhất, chiều
cao sóng gần bờ trong bão có thể đạt tới 3,2m. Với sóng hướng Đơng, tồn bộ khu bờ
từ cảng Vinpearl đến Bãi Tiên bị sóng tác động mạnh. Tuy nhiên, tần suất và cường độ
của sóng hướng Đơng Bắc cao hơn sóng hướng Đơng. Ngồi ra, cịn có sóng lừng hoạt
động khá thường xuyên, chiều cao sóng lừng có thể đạt tới 2,0m. Khi có sóng lớn, ngọn
sóng có thể leo tràn qua bờ, làm ngập đường giao thông ven biển, nhất là đường Trần
Phú. Sóng lớn làm sạt lở bờ biển, gây tổn hại đến các cơng trình ven bờ.

1



Từ trước đến nay chưa có nghiên cứu nào đi sâu xác định cơ chế bồi, xói, vận chuyển bùn
cát và nguyên nhân tác động chính ảnh hưởng đến cơ chế biến động đới bờ biển với mục
tiêu ổn định và nâng cấp bền vững các bãi biển đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế du lịch
vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hồ.
Vì vậy, nghiên cứu trong luận án sẽ tập trung vào chế độ thủy động lực học, cơ chế bồi,
xói và tác động của sóng, dịng chảy tổng hợp đến biến đổi địa hình đới bờ biển vịnh
Nha Trang, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp bảo vệ và tôn tạo
bãi biển khu vực nghiên cứu hiệu quả, ổn định lâu dài. Hình 0.1 là hình ảnh minh họa cho
các vấn đề hạn chế của bãi tắm ven biển vịnh Nha Trang.

a) Bãi tắm hẹp, dốc

b) Bãi tắm hẹp, dốc, nước rút mạnh

c) Sóng đổ gần bờ nguy hiểm cho người tắm

d) Sóng xơ lên đỉnh bờ làm ngập đường

e) Bãi tắm trung tâm ngày càng quá tải

f) Các vật trôi nổi, rác bẩn tràn lên bãi tắm

Hình 0.1 Một số tồn tại của bãi tắm biển Nha Trang [2]
2


2. Mục tiêu nghiên cứu
Các mục tiêu nghiên cứu của luận án là:
1) Mô tả và lý giải được cơ chế bồi, xói theo mùa của bãi biển khu vực nghiên cứu.

2) Làm sáng tỏ được chế độ thủy động lực học, cơ chế vận chuyển bùn cát và các yếu
tố tác động chính gây nên sự biến đổi địa hình đới bờ biển khu vực nghiên cứu.
3) Đề xuất và lựa chọn được giải pháp bố trí cơng trình phù hợp để cải thiện các mặt hạn
chế của bãi biển khu vực nghiên cứu, vịnh Nha Trang.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Chế độ thủy động lực học, cơ chế bồi, xói và tác động của sóng,
dịng chảy tổng hợp ven bờ đến biến đổi địa hình đới bờ biển.
Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn trong phạm vi đới bờ biển Xương Huân.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1. Cách tiếp cận
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, tác giả sử dụng các phương pháp tiếp cận hệ thống,
hiện đại và bền vững.
Tiếp cận hệ thống: Coi quá trình biến đổi địa hình đới bờ nằm trong hệ thống các quá
trình biến động đới bờ biển có sự liên kết, ràng buộc lẫn nhau. Do đó cần làm rõ nguyên
nhân, cơ chế tác động của các yếu tố động lực ưu thế, nổi trội gây nên biến đổi địa hình
đới bờ, từ đó nghiên cứu đưa ra giải pháp phù hợp để khắc phục những tác động tiêu
cực của các yếu tố này đến địa hình đới bờ biển khu vực nghiên cứu.
Tiếp cận hiện đại: Sử dụng các phương pháp, công nghệ hiện đại để nghiên cứu và tìm
giải pháp xử lý những tác động tiêu cực đến bờ biển khu vực nghiên cứu.
Tiếp cận bền vững: Giải pháp cơng trình đề xuất phải được tính tốn kỹ càng để vừa đạt
được mục đích ổn định, tơn tạo bãi biển, vừa không phá vỡ cảnh quan môi trường cũng
như không gây ảnh hưởng tiêu cực đến các khu vực lân cận.

3


4.2. Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án
Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau: phương pháp nghiên cứu
tổng quan; phương pháp nghiên cứu thực nghiệm quan trắc hiện trường (quan trắc đường
bờ bằng Camera; thả phao nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ…); phương pháp sử

dụng mơ hình số trị và phương pháp nghiên cứu ứng dụng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
Luận án đã nghiên cứu đưa phương pháp phao trôi vào áp dụng thực tiễn tại khu vực ven
bờ biển vịnh Nha Trang, nhằm nghiên cứu dòng chảy tổng hợp ven bờ và cho phép kiểm
chứng, hiệu chỉnh mơ hình tốn ứng dụng thực tiễn một cách hiệu quả. Thành công của
nghiên cứu trong luận án cho phép lập quy trình ứng dụng phao trơi vào nghiên cứu dòng
chảy tổng hợp ven bờ và làm cơ sở tin cậy để hiệu chỉnh, kiểm chứng khả năng áp dụng
thực tiễn của các mơ hình tốn mơ phỏng dòng chảy tổng hợp tại Việt Nam.
Với bộ số liệu tin cậy có được từ các thiết bị quan trắc, khảo sát hiện đại cùng với mơ
hình tốn mã nguồn mở đã được hiệu chỉnh, kiểm chứng, luận án đã làm sáng tỏ cơ chế
vận chuyển bùn cát, tìm ra được các nguyên nhân chính và đánh giá vai trò tác động của
từng yếu tố động lực đến biến đổi địa hình đới bờ biển khu vực nghiên cứu. Đây là cơ
sở khoa học quan trọng cho việc đề xuất các giải pháp cơng trình cải tạo bãi biển Nha
Trang đảm bảo phát triển du lịch, môi trường, sinh thái bền vững.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Thành công của luận án sẽ cung cấp một giải pháp phù hợp cho việc nghiên cứu và đề
xuất giải pháp cơng trình nhằm ổn định, tôn tạo bãi biển khu vực nghiên cứu nói riêng và
các khu vực biến đổi địa hình đới bờ biển nói chung. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong
việc góp phần phát triển nền kinh tế du lịch biển một cách bền vững trong giai đoạn ứng
phó với các diễn biến bất lợi của biến đổi khí hậu hiện nay.

4


6. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung luận án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ và giải pháp
cơng trình ổn định bãi biển
Chương 2: Cơ sở khoa học nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển

Chương 3: Nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển Xương Huân, vịnh Nha Trang
Chương 4: Nghiên cứu đề xuất giải pháp cơng trình ổn định, tôn tạo bãi biển Xương
Huân, vịnh Nha Trang

5


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ
BIẾN ĐỘNG ĐỚI BỜ VÀ GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH ỔN ĐỊNH BÃI BIỂN
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1

Khái niệm về đới bờ biển

Đới bờ biển là khu vực phân giới xẩy ra tiếp xúc và tương tác giữa biển và lục địa, là dải
ven bờ chịu tác động rõ rệt của sóng và thủy triều. Thuật ngữ khoa học gọi dải đất đó là đới
bờ biển (Coastal area). Đới bờ biển gồm 3 thành phần hợp thành:
Bãi trên hay bãi sau (Backshore): là phần bãi nằm cao hơn mực nước đỉnh triều, chỉ có
thể bị ngập khi gặp sóng bão, triều cường.
Bãi giữa hay bãi trước (Foreshore): là phần bãi nằm giữa mực nước đỉnh triều và mực
nước chân triều, bao gồm cả khu vực sóng leo trên đường đỉnh triều.
Bãi thấp hay bãi ngồi (Inshore-Shore Face): là phần bãi trong giải sóng vỡ dưới đường
chân triều, vì vậy cũng gọi là dải sóng vỡ. Khi triều cao, bãi giữa cũng là một phần của
dải sóng vỡ. Đây là phần bãi biến động mạnh nhất của dải bờ biển do có chuyển động
bùn cát rất mạnh. Các khu vực động lực trên mặt cắt ngang bờ biển và các thuật ngữ tên
gọi tương ứng được thể hiện trên Hình 1.1.
Đớibờbờbiển
biển
Vùng

Vùng gần bờ

Bờ biển

Bãi biển hay bờ biển
Bãi sau
Bãi trước

Trong bờ hay mặt bờ

Bãi thấp hay bãi ngồi
Thềm bãi

Cồn cát
hay vách
bờ biển
Bãi
Dốcdốc
bãi

Ngồi
khơi

Vùng sóng vỡ
Đỉnh bãi

Vùng sóng vỡ

Sóng vỡ


Mực nước cao

Mực nước thấp trung bình
Điểm sóng đổ nhào
của Đường sóng vỡ

Hình 1.1 Định nghĩa về đới bờ biển [3]
6

Đáy


1.1.2

Các vấn đề KH-CN trong nghiên cứu biến động đới bờ biển

Đới bờ biển trên toàn trái đất dài khoảng 440.000km (gấp 11 lần chiều dài đường xích
đạo), là khu vực có kinh tế, văn hóa phát triển nhất thế giới ngày nay. Vì vậy, hàng ngàn
năm nay từ khi con người có yêu cầu chinh phục biển, nghiên cứu khoa học - công nghệ
(KH - CN) về đới bờ biển luôn là vấn đề thời sự, dành được sự quan tâm của các nhà khoa
học trên thế giới cũng như của Việt Nam.
Các vấn đề KH-CN về đới bờ biển chủ yếu bao gồm:
- Đặc điểm hình thái và cách phân loại đới bờ biển;
- Cơ chế thành tạo đới bờ biển và các yếu tố ảnh hưởng;
- Cấu trúc và phân bố trầm tích;
- Các yếu tố động lực trong đới bờ biển;
- Chuyển động bùn cát trong đới bờ biển và các yếu tố ảnh hưởng;
- Công trình bảo vệ, tơn tạo, khai thác bờ biển.
1.2 Tổng quan các nghiên cứu ở nước ngoài về cơ chế biến động đới bờ và giải pháp
cơng trình ổn định bãi biển biển

1.2.1

Lịch sử nghiên cứu cơ chế biến động đới bờ biển

Nghiên cứu xây dựng các cơng trình bảo vệ bờ biển, hải cảng luôn gắn liền với sự phát
triển của nền văn minh nhân loại. Một số dấu vết về các cơng trình cảng cổ xưa cịn tồn
tại cho đến ngày nay. Phần lớn các cảng và công trình bảo vệ bờ biển lâu đời này đã bị
phá hủy do động đất, sụt lún hoặc bị đất chôn vùi.
Các nghiên cứu xây dựng cơng trình biển cổ xưa chủ yếu tập trung vào việc xây dựng
cảng, trừ một số ít các cơng trình liên quan đến bảo vệ bờ biển. Việc bảo vệ thành phố
Venice là mơt ví dụ về cơng trình xây dựng bảo vệ bờ biển. Các tài liệu tiếng Hy Lạp
và Latinh của Herodotus, Josephs, Suetonius … đưa ra các mô tả về các nghiên cứu ven
bờ. Đã cho thấy sự hiểu biết khá đầy đủ của họ về các quá trình phức tạp ven bờ chỉ với
các số liệu đo đạc hạn chế và các công cụ xây dựng thô sơ. Các nhà nghiên cứu về bờ
biển cổ xưa đã nắm vững được các q trình động lực ven bờ như dịng chảy của khu
7


vực ven bờ biển Địa Trung Hải, chế độ gió và tác động của gió và sóng. Người La Mã
là những người đầu tiên thiết lập hoa gió biểu thị chế độ gió vùng ven bờ [4] [5].
1.2.2

Các nghiên cứu về biến động đới bờ biển

Nhìn chung, việc nghiên cứu biến động đới bờ biển là vấn đề đã được thế giới quan tâm
từ rất lâu, theo thời gian, các kết quả nghiên cứu đã cho thấy những quy luật rõ ràng của
tự nhiên. Các kết quả nghiên cứu cũng đã được tổng hợp lại và xuất bản trên những ấn
phẩm khoa học dưới dạng bài báo khoa học hoặc các cuốn sách rất có giá trị cho việc
tham khảo trong nghiên cứu cũng như phục vụ trực tiếp cho cơng tác nghiên cứu tính
tốn ứng dụng trên thực tiễn.

Các nghiên cứu về cơ sở khoa học của các quá trình thành tạo và biến đổi địa mạo bờ biển
được cơng bố trong các cơng trình của Steers (1948, 1962), Guilcher (1958), Ottmann (1965),
Bird (1969), Zenkovich (1967), Davies (1973). Trong đó cơng trình của King (1972) được
sử dụng rất rộng rãi khi tham khảo về các quá trình xảy ra trên bãi biển. Shepard và Wanless
(1971) đã có các thử nghiệm nghiên cứu tổng hợp về lịch sử biến động bờ biển của Mỹ bao
gồm cả Alaska và Hawaii. Các cuốn sách về kỹ thuật bờ biển của Wiegel (1964), Ippen
(1966), Muir Wood (1969) đã đề cập đến các vấn đề về áp dụng các loại kỹ thuật khác nhau
trong công nghệ ven biển. Cuốn “Hướng dẫn bảo vệ bờ” [3] do Trung tâm Nghiên cứu Kỹ
thuật bờ biển của Mỹ công bố vào các năm 1973, 1977 và tái bản lần cuối cùng năm 1984 là
một cuốn sách cẩm nang cho các nhà kỹ thuật bờ biển. Tuy nhiên nội dung cuốn sách này
chủ yếu tập trung vào vấn đề bảo vệ bờ biển. Năm 2000, Trung tâm nghiên cứu này đã cho
ra đời cuốn sách tổng hợp về nghiên cứu bờ biển (CEM) “Hướng dẫn về công nghệ bờ biển”
[4]. Trong cuốn sách này đưa ra các cơ sở khoa học về các quá trình ven bờ, các phương pháp
tính tốn các thơng số kỹ thuật phục vụ bảo vệ bờ biển cửa sông, và hướng dẫn lập kế hoạch
nghiên cứu giảm thiểu tác động của bão đến bờ biển, bảo vệ bờ và các cơng trình xây dựng
ven biển. Đồng thời trong cuốn sách hướng dẫn này, đã nghiên cứu một cách khái quát, rộng
rãi tất cả các vấn đề liên quan đến bờ biển bao gồm cả vấn đề hàng hải và thiết kế cảng, nạo
vét luồng ra vào cảng, vị trí xả thải các bùn cát nạo vét, duy tu và phục hồi cơng trình biển,
các quá trình đất ngập nước và bảo vệ các vùng bờ biển có năng lượng yếu, bờ biển cấu tạo
từ bùn cát kết dính, đánh giá rủi ro, mơ phỏng số các quá trình ven bờ và các quá trình khác
liên quan đến đới bờ biển. Hướng dẫn về công nghệ bờ biển gồm hai mảng đề cập đến cơ sở
8


khoa học và cơ sở công nghệ ven bờ biển. Mảng cơ sở khoa học bao gồm Phần II - Thủy
động lực ven bờ; Phần III - Các quá trình bùn cát ven bờ và Phần IV - Địa chất ven bờ. Các
phần này đề cập đến các cơ sở khoa học các quá trình ven biển mà mảng thứ hai - Cơ sở công
nghệ ven biển sẽ sử dụng. Mảng Cơ sở công nghệ ven biển bao gồm Phần V - Lập kế hoạch
và thiết kế và Phần VI - Thiết kế chi tiết các cơng trình biển đề cập đến cơ sở phương pháp
luận nghiên cứu tổng thể về các vấn đề bảo vệ bờ biển khác với các vấn đề thiết kế cụ thể

được đưa ra trong cuốn “Hướng dẫn bảo vệ bờ biển” trước đó. Phụ lục A của “Hướng dẫn về
công nghệ bờ biển” đưa ra các thuật ngữ liên quan đến các quá trình ven bờ biển. Cuốn sách
này được cập nhật định kỳ các kiến thức, kết quả nghiên cứu mới về các q trình liên quan
đến cơng nghệ bờ biển [5].
1.2.3

Tổng quan về phương pháp nghiên cứu biến động đới bờ biển

Trước đây, do thiếu cơng cụ tính tốn, dự báo bằng mơ hình tốn như tính sóng, dịng
chảy tổng hợp cũng như vận chuyển bùn cát ven bờ cho nên phương pháp nghiên cứu
biến động đới bờ biển được thực hiện theo trình tự: Đo đạc các yếu tố sóng, dịng chảy,
nồng độ bùn cát, sau đó tính tốn dịng bùn cát bằng các công thức bán kinh nghiệm để
xem xét chênh lệch dòng bùn cát cho một khu vực và đánh giá biến động địa hình của
khu vực nghiên cứu.
Từ những tiến bộ vượt bậc về công nghệ và kỹ thuật tính tốn, máy móc đo đạc hiện
trường hiện đại cùng các phương pháp nghiên cứu tiên tiến nên việc tính tốn các yếu
tố thủy thạch động lực ven bờ trong những năm gần đây đã có những chuyển biến mạnh
về chất. Phương pháp nghiên cứu chủ yếu hiện nay là sử dụng mơ hình tốn để mơ phỏng
kết hợp với khảo sát, đo đạc hiện trường. Các nghiên cứu biến đổi địa hình đới bờ ngắn
hạn phổ dụng hiện nay có thể được khái quát như trên sơ đồ Hình 1.2. Trong đó, có thể
thấy yếu tố chủ yếu là sóng và dịng chảy ven bờ (do thuỷ triều, gió, dịng do sơng đổ
ra, do dịng chảy sóng). Chính vì vậy, việc mơ phỏng, dự báo biến đổi địa hình bờ sẽ
phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của các mơ hình mơ phỏng lan truyền và biến dạng
sóng vùng ven bờ và mơ hình tính tốn dự báo dịng chảy tổng hợp. Bên cạnh đó, cách
tính tốn các dịng vận chuyển bùn cát trong mơ hình vận chuyển bùn cát cũng là vấn
đề quan trọng trong việc mơ phỏng được đúng q trình biến đổi địa hình đới bờ biển.

9



Tính tốn dự báo, đánh giá biến đổi địa hình đới bờ biển được thực hiện theo sơ đồ Hình 1.2

SĨNG
ĐỊA HÌNH
TÍNH CHẤT ĐÁY

ỨNG SUẤT
SĨNG

TRIỀU
GIĨ

DỊNG CHẢY TỔNG
HỢP VEN BỜ
VẬN CHUYỂN BÙN
CÁT VEN BỜ
BIẾN ĐỔI ĐỊA HÌNH
ĐỚI BỜ BIỂN

Hình 1.2 Sơ đồ tính tốn đánh giá biến động đới bờ biển
1.2.4

Tổng quan về các mơ hình số trị mơ phỏng sóng và dịng chảy

Các ứng dụng thực tế tính tốn sóng bao gồm một hỗn hợp sóng lừng và sóng do gió tạo
thành tại chỗ, gió biến đổi theo khơng gian, thời gian và địa hình bờ. Để tính tốn sóng
trong các trường hợp này cần phải dùng một mơ hình diễn tả được các quá trình vật lý
xảy ra trong tự nhiên.
Mơ hình tốn đầy đủ có tính đến tất cả các điều kiện thực tế nêu trên thường rất phức
tạp và khó áp dụng trên thực tiễn do thời gian tính tốn q lâu và địi hỏi máy tính có

bộ nhớ rất lớn cũng như tốc độ tính tốn rất nhanh. Thực tế hiện nay, những mơ hình
phức tạp như vậy thường giải trực tiếp hệ phương trình Navier-Stokes và mới chỉ phù
hợp cho các bài tốn qui mơ nhỏ (thí dụ như trong phịng thí nghiệm, xung quanh một
vật thể, một cơng trình) mà chưa thể áp dụng cho tính tốn thực tế trên qui mơ vùng bờ
biển. Để đáp ứng được nhu cầu áp dụng thực tiễn và không bị xa rời bản chất vật lý chủ
đạo của q trình sóng, thơng thường, một loạt các mơ hình đơn giản hơn được đưa ra
để áp dụng cho các trường hợp đặc biệt. Trong đó, các q trình vật lý chủ đạo, chiếm
ưu thế được chú trọng mô mỏng, và bỏ qua những q trình thứ yếu, có tác động khơng
lớn đến kết quả mơ phỏng. Do đó, để lựa chọn được một mơ hình thích hợp nhất cần
10


phải hiểu tính quan trọng tương đối của các quá trình vật lý. Battjes (1994) đã phân các
mơ hình trong đó miền áp dụng được chia thành 4 loại như sau:
1) Nước sâu, ảnh hưởng của đáy là có thể bỏ qua.
2) Thềm lục địa - miền giữa nước sâu và nước nơng.
3) Miền nước nơng mà tại đó hiệu ứng nước nông là quan trọng
4) Khu vực mà tại đó cần phải tính đến tương tác giữa sóng và một cơng trình nào đó
(như đập phá sóng, dàn khoan dầu khí, đảo, dải đá ngầm v.v...).
Ngồi ra, các mơ hình có thể được chia thành hai loại:
1) Mơ hình phân giải pha có tính đến biên độ và pha của các sóng thành phần
2) Mơ hình trung bình pha chỉ tính được các đại lượng trung bình như phổ hay các đặc
trưng tích phân ( H s , f p , v.v.).
Nếu như các đặc trưng trung bình pha thay đổi nhanh (với bậc vài bước sóng) thì nói
chung cần phải dùng một mơ hình phân giải pha. Ngược lại, nếu các tính chất sóng thay
đổi chậm, trên kích thước rất nhiều bước sóng thì nói chung, một mơ hình trung bình
pha là áp dụng được.
Khơng có loại mơ hình nào là ưu việt hơn và thường là dải áp dụng của chúng là không
trùng lặp. Tuy nhiên, Battjes (1994) kết luận rằng: “Các mơ hình phân giải pha cần nhiều
thời gian tính tốn nên chỉ dùng chúng khi mà có yêu cầu chi tiết nghiêm ngặt”. Trong

số các q trình sóng, thì chỉ có nhiễu xạ và tương tác phi tuyến, tương tác sóng phản
xạ - sóng tới và sóng đổ cần được mơ phỏng bằng mơ hình phân giải pha. Do đó, miền
áp dụng của các mơ hình phân giải pha thường được thực hiện trong khu vực có tương
tác sóng và cơng trình (cảng v.v.) và miền gần bờ.
Sự xuất hiện của các công cụ mô hình tốn 1D, 2D và 3D cho phép tính tốn và mơ
phỏng các q trình thủy động lực trong sơng, ngồi biển như: mực nước; dịng chảy;
trường vận tốc; độ cao sóng; triều; nước dâng; vận chuyển trầm tích,... một cách chi tiết
và hết sức trực quan. Từ những kết quả tính tốn bằng các mơ hình tốn, cho phép nhìn
11