Bài giảng
Hình thái bờ biển và bảo vệ bờ
TS. Mai Cao Trí
Bộ môn Cơ sở kỹ thuật XD Công trình Biển và Công trình ven Biển
Khoa Xây dựng Công trình Biển và Dầu khí
Đại học Xây dựng
Email: trimc@nuce.edu.vn ; Mob.: 0915.491.490
Hình thái bờ biển và bảo vệ bờ
• Chương 1: Khái niệm hình thái bờ biển và công
trình bảo vệ bờ biển (3t)
• Chương 2: Các yếu tố môi trường biển (3t)
• Chương 3: Tải trọng và tác động lên công trình
bảo vệ bờ (9t)
• Chương 3: Thiết kế đê bảo vệ bờ biển (6t)
• Chương 4: Công trình hỗ trợ cho đê biển (3t)
05/07/2021
2
Hình thái bờ biển và bảo vệ bờ
• Tài liệu tham khảo:
– Công trình bảo vệ bờ biển (2008) – PGS.TS. Vũ Uyển Dĩnh
– Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo (2001) – GS.TS. Lương
Phương Hậu
– Hình thái bờ biển – Trần Thanh Tùng (ĐHTL)
– TCVN 9901-2014: Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê biển
– 22 TCN 222-95: Tải trọng do sóng và do tàu tác dụng lên công
trình thủy
– EurOtop 2018: Manual on wave overtopping of sea defences
and related structures
– Shore Protection Manual (SPM – 1984)
– Coastal Engineering Manual (CEM – 2008)
05/07/2021
3
Chương 1
Khái niệm hình thái bờ biển và công trình bảo
vệ bờ biển
Nội dung Chương 1
• 1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
• 1.2 Cơ chế tổng quát của sự dịch chuyển đường bờ
• 1.3 Khái niệm chung về công trình bảo vệ bờ biển
05/07/2021
5
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Bờ biển là vùng đất phân giới giữa đất liền và biển. Vùng này
chịu tác động của tổng hợp của cả sóng và triều.
• Hình thái bờ biển là hình dạng bờ biển bị biến động do tác
động của các yếu tố động lực học ven biển.
05/07/2021
6
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
7
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
8
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
9
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
10
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
11
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
12
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
13
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
14
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
15
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
16
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
17
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
18
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
05/07/2021
19
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
20
1.1.1 Hình thái bờ biển
05/07/2021
21
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Tại một vùng bờ biển được chia thành 3 vùng khác nhau:
- Khu ven biển: Nằm trên mực nước triều cao nhất
- Khu gần bờ: Giữa mực nước triều cao nhất và thấp nhất
- Khu bãi thấp: Dưới mực nước triều thấp nhất, trong vùng sóng vỡ.
05/07/2021
22
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Quá trình lan truyền sóng vào bờ biển
05/07/2021
23
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển có đảo chắn ngang (Barrier island coasts)
– Bờ biển vùng đồng bằng (Delta coasts)
– Bờ biển có đụn cát (Dune coasts)
– Bờ biển có vách đá dựng đứng (Cliff coasts)
– Bờ biển có dải san hô ngầm (Coral reef coasts)
– Bờ biển có rừng ngập mặn (Mangrove coasts)
– Bờ biển có cỏ vùng đầm lầy (Marsh grass coasts)
05/07/2021
24
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển có đảo chắn ngang (Barrier island coasts)
05/07/2021
25
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển vùng đồng bằng (Delta coasts)
05/07/2021
26
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển vùng đồng bằng (Delta coasts)
05/07/2021
27
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển có đụn cát (Dune coasts)
05/07/2021
28
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển có vách dựng đứng (Cliff coasts)
Cliffs near Nienhagen, Mecklenburg
Dingli Cliffs in Malta
05/07/2021
29
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển có dải san hô ngầm (Coral reef coasts)
05/07/2021
30
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển có rừng ngập mặn (Mangrove coasts)
05/07/2021
31
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển có rừng ngập mặn (Mangrove coasts)
05/07/2021
32
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển có cỏ vùng đầm lầy (Marsh grass coasts)
05/07/2021
33
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển khác
05/07/2021
34
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo đặc tính vùng bờ:
– Bờ biển khác
05/07/2021
35
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo vật liệu vùng bờ:
– Bờ biển bùn (Mud coasts)
– Bờ biển cát (Sand coasts)
– Bờ biển cuội sỏi (Gravel/Shingle coasts)
– Bờ biển đá (Rock/Cliff coasts)
05/07/2021
36
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo vật liệu vùng bờ:
– Bờ biển bùn (Mud coasts)
05/07/2021
37
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo vật liệu vùng bờ:
– Bờ biển cát (Sand coasts)
05/07/2021
38
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo vật liệu vùng bờ:
– Bờ biển cuội sỏi (Gravel/Shingle coasts)
05/07/2021
39
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Các loại hình thái bờ biển dựa theo vật liệu vùng bờ:
– Bờ biển đá (Rock/Cliff coasts)
Đảo Phú Quý, Bình Thuận
05/07/2021
40
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
1.1.1 Hình thái bờ biển
• Nguyên nhân gây ra sự dịch chuyển đường bờ biển:
– Nguyên nhân chủ quan: công trình phá sóng, hướng dòng, …
– Nguyên nhân khách quan: sóng, dòng chảy, nước biển dâng, …
05/07/2021
41
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
05/07/2021
42
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
05/07/2021
43
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
05/07/2021
44
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
05/07/2021
45
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
1997
05/07/2021
46
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
2017
05/07/2021
47
1.1 Hình thái bờ biển và vật liệu ven biển
• 1.1.2 Vật liệu ven biển
05/07/2021
48
1.2 Cơ chế của sự dịch chuyển đường bờ
• 1.2.1 Nguyên lý cơ bản về sự dịch chuyển đường bờ
– Sự dịch chuyển đường bờ là do sự di chuyển của các hạt vật liệu
(bùn, cát, sỏi) thuộc vùng bờ biển đó dưới tác động của các yếu tố
thủy động lực học ven bờ (sóng, gió, dòng chảy).
– Có hai dạng vận chuyển bùn cát:
• Vận chuyển bùn cát ngang bờ (cross-shore transport): Sóng, triều
lên xuống, độ dốc của bờ, sự tương tác giá sóng dài và sóng
ngắn.
• Vận chuyển bùn cát dọc bờ: (long-shore transport): dòng chảy do
sóng, dòng chảy triều, dòng chảy do gió, sự xáo trộn bùn cát do
tương tác giữa sóng và dòng chảy.
05/07/2021
49
1.2 Cơ chế của sự dịch chuyển đường bờ
• 1.2.1 Nguyên lý cơ bản về sự dịch chuyển đường bờ
05/07/2021
50
1.2 Cơ chế của sự dịch chuyển đường bờ
• 1.2.1 Nguyên lý cơ bản về sự dịch chuyển đường bờ
τC : shear stress = ρgV2/ C2
V : depth average flow
velocity
C : Chezy coefficient
05/07/2021
51
1.2 Cơ chế của sự dịch chuyển đường bờ
• 1.2.1 Nguyên lý cơ bản về sự dịch chuyển đường bờ
Đường cong Shields biểu thị trạng thái đứng yên
hay chuyển động của hạt cát
05/07/2021
Re: Số Reynold = V *D/ν
ν: Hệ số nhớt động học
V: Vận tốc dòng chảy trung bình
D: Đường kính trung bình của hạt cát
52
1.2 Cơ chế của sự dịch chuyển đường bờ
• 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự dịch chuyển đường bờ
– Do công trình phá sóng xa bờ, kè mỏ hàn.
– Do ảnh hưởng của dạng hình thái bờ biển.
– Do ảnh hưởng của cửa sông.
– Do ảnh hưởng của đảo ngang gần bờ: đóng vai trò như đập phá sóng
xa bờ.
05/07/2021
53
1.3 Khái niệm chung về CTBVBB
• 1.3.1 Chức năng và nhiệm vụ công trình BVBB
• 1.3.2 Các giải pháp kỹ thuật và phân loại công trình BVBB
– Các dạng tác động của môi trường ven biển với đường bờ biển
– Các biện pháp kỹ thuật bảo vệ đường bờ biển
– Phân loại các dạng công trình bảo vệ bờ biển
• 1.3.3 Yêu cầu chung đối với các loại công trình BVBB
• 1.3.4 Nội dung chính của tính toán thiết kế CT BVBB
• 1.3.5 Các số liệu chính cần thiết trong thiết kế CT BVBB
05/07/2021
54
1.3.1 Chức năng và nhiệm vụ công trình BVBB
• Bảo vệ đường bờ biển, chống xói
lở bờ gây hiện tượng biển lấn vào
đất liền;
• Chống bồi lấp ở các vùng cửa
sông, cảng;
• Ngăn chặn nước mặn xâm nhập
vào vùng cần bảo vệ;
• Lấn biển, tạo cảnh quan ven
biển...
05/07/2021
55
1.3.2 Các giải pháp và phân loại CT BVBB
a) Các dạng tác động của môi trường ven biển đến đường
bờ biển
Bờ biển thường chịu sự tác động của rất nhiều yếu tố môi
trường biển làm thay đổi hình thái đường bờ và xâm nhập
mặn:
• Sóng tác dụng trực tiếp lên đường bờ làm xói mòn đường bờ biển
hoặc phá hỏng các công trình ven bờ.
• Dòng chảy ven do sóng, triều, dòng chảy cửa sông cuốn trôi các
hạt vật liệu gây xói lở bờ biển.
• Nước dâng cao trong bão, kết hợp triều cường làm nước biển tràn
đê xâm nhập vào sâu trong đất liền.
05/07/2021
56
1.3.2 Các giải pháp và phân loại CT BVBB
b) Các biện pháp kỹ thuật bảo vệ đường bờ biển
• Phương pháp bảo vệ tĩnh: sử dụng các dạng công trình
để trực tiếp bảo vệ bờ và giữ đất. Các công trình trực tiếp
chống lại tác động môi trường (Đê, kè).
• Phương pháp bảo vệ động: sử dụng các công trình để
điều chỉnh sự cân bằng bùn cát, chủ động tiêu tán năng
lượng sóng, giữ bãi gây bồi… (Đê chắn sóng, mỏ hàn, đê
thuỷ khí, đê nổi ...).
• Phương pháp hỗn hợp: sử dụng kết hợp đồng thời cả hai
phương pháp trên để có thể đạt hiệu quả tốt nhất.
05/07/2021
57
1.3.2 Các giải pháp và phân loại CT BVBB
c) Phân loại các dạng công trình bảo vệ bờ biển
Đê biển (Sea dikes):
• Thực hiện được cả hai chức năng là bảo vệ bờ và ngăn
chặn nước mặn xâm nhập (bảo vệ trực tiếp).
• Đê biển thông dụng nhất là đê mái nghiêng, tuy nhiên với
đê biển vùng nước sâu, người ta thường dùng đê thành
đứng, với vùng nước vừa có thể dùng đê hỗn hợp (phần
trên dạng thành đứng, phần dưới dạng mái nghiêng).
(TCVN 9901-2014)
05/07/2021
58
05/07/2021
59
05/07/2021
60
1.3.2 Các giải pháp và phân loại CT BVBB
c) Phân loại các dạng công trình bảo vệ bờ biển
Kè biển (revetments):
• Làm nhiệm vụ bảo vệ mái bờ
biển chống lại sự xói mòn dưới
tác động của sóng và dòng chảy
ven bờ biển. Mái kè thường có độ
dốc m = 2 - 5, lớp ngoài cùng là
vật liệu bảo vệ như đá lát khan,
đá xây, bê tông …
(TCVN 9901-2014)
(Hội An 2017)
05/07/2021
61
1.3.2 Các giải pháp và phân loại CT BVBB
c) Phân loại các dạng công trình bảo vệ bờ biển
Mỏ hàn (Groins):
• Là công trình được đặt theo hướng xiên/vuông góc với
đường bờ biển nhằm làm giảm vận tốc dòng chảy ven bờ,
giữ cát, ngăn không cho bãi bị xói mòn
(van Rijn, 2013)
Thịnh Long, Hải Hậu, Nam Định
05/07/2021
62
05/07/2021
63
1.3.2 Các giải pháp và phân loại CT BVBB
c) Phân loại các dạng công trình bảo vệ bờ biển
Đê phá sóng (Breakwaters):
• Là công trình đê có hướng song song
với đường bờ nhằm làm giảm năng
lượng sóng trước khi vào phía bờ.
• Kích thước đê chắn sóng phụ thuộc
vào chế độ sóng, địa hình khu vực xây
dựng và yêu cầu về các thông số
sóng sau đê.
(van Rijn, 2013)
Hải Hòa, Hải Hậu, Nam Định
05/07/2021
64
DK
Holly Beach US
Close to the coastline
Far from the coastline;
UK
65
1.3.2 Các giải pháp và phân loại CT BVBB
c) Phân loại các dạng công trình bảo vệ bờ biển
Công trình bổ trợ cho đê biển khác:
• Các công trình giảm khả năng tác động trực tiếp của các
yếu tố môi trường biển lên bờ như:
• Rừng cây chắn sóng: giảm năng lượng sóng, chống xói bãi
• Các công trình hướng dòng: tạo sự cân bằng bùn cát
• Các tuyến đê dự phòng: chia ô ngăn cách từng vùng, thường dùng
với các vùng đặc biệt nguy hiểm.
defence
defence
transitional area
transitional area
dry
dry
(GIZ)
05/07/2021
66
1.3.3. Yêu cầu chung đối với các loại CT BVBB
Tiêu chuẩn cao nhất để lựa chọn giải pháp cho công trình
bảo vệ bờ là tính kinh tế-kỹ thuật, bao gồm:
• Xác định đúng đắn các yếu tố tác động của môi trường lên
công trình như: sóng, gió, triều, dòng chảy… Các tác động
trên mang tính ngẫu nhiên nên cần quyết định đúng đắn tần
suất xuất hiện của các yếu tố trên để xác định đầu vào của
thiết kế.
• Tận dụng hợp lý nguồn nguyên vật liệu, thiết bị, nhân lực
kinh nghiệm của địa phương. Tiết kiệm vật liệu khan hiếm.
• Kết hợp kinh nghiệm sẵn có trong nước với các thành tựu
mới của thế giới.
• Trên cơ sở phân tích các yếu tố thủy thạch động lực, cần
xem xét khả năng sử dụng đồng thời các công trình để kết
hợp có hiệu quả nhất.
05/07/2021
67
1.3.3. Yêu cầu chung đối với các loại CT BVBB
Thiết kế công trình bảo vệ bờ cần phải đảm bảo:
• Phù hợp với địa hình tại khu vực xây dựng công trình;
• Chống lại các tác động của môi trường ven biển như sóng,
dòng chảy, thuỷ triều, nước dâng;
• Phù hợp với quy hoạch chung và với các tiêu chuẩn hiện
hành;
• Đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật;
• Công trình phải có tính khả thi trong thi công.
05/07/2021
68
1.3.4. Nội dung chính của tính toán thiết kế CTBVBB
Nội dung chính của quá trình thiết kế:
1. Xác định hiệu quả của việc XDCT (xây dựng luận chứng
và dự án khả thi)
2. Thu thập thông tin, số liệu phục vụ thiết kế, tiến hành quy
hoặch các hạng mục.
3. Thiết kế sơ bộ, gồm các việc: chọn hình dạng cơ bản, vật
liệu dự kiến sử dụng.
4. Lập sơ đồ thực hiện chương trình thiết kế và tính toán các
phương án đã lập
5. Điều chỉnh kích thước, so sánh và lựa chọn phương án
6. Thiết kế chi tiết các hạng mục
7. Hoàn thiện bản vẽ, thuyết minh và các tài liệu có liên quan.
05/07/2021
69
1.3.4. Các số liệu chính cần thiết trong thiết kế
1. Số liệu về địa hình: Nhằm mục đích quy hoạch công trình, tính
đến khả năng khai thác công trình, điều kiện về thi công xây
dựng công trình. Ví dụ như vấn đề về luồng lạch, mớn nước,
điều kiện vận chuyển vật liệu …
2. Số liệu về địa chất công trình: Mục đích giúp chọn được giải
pháp nền móng hợp lý, giải pháp nền móng sẽ quyết định đến
loại hình và độ bền của công trình, giúp xem xét đến khả năng
bị xói mòn của bờ biển dưới tác dụng của môi trường.
3. Số liệu về môi trường (khí tượng hải văn): Mục đích để xác
định tác động của môi trường đến khu vực xây dựng công trình,
xác định các tải trọng lên công trình từ đó đưa ra quy mô của
công trình.
4. Số liệu về xâm thực của môi trường biển: Xem xét khả năng
xâm thực của môi trường biển đến công trình.
05/07/2021
70