Giáo trình Quản lý tổng hợp vùng bờ

í quyển Tính bền vững Tính bền vững trong môi trường của một chất phụ thuộc vào các đặc điểm của các chất đó và môi trường. Một số chất, nhất là một số chất hoá học hữu cơ nhân tạo có thể không dễ tách khỏi môi trường và do vậy trở thành mỗi đe doạ tiềm tàng vì tính bền vững của chúng. Nhiều chất hoá học có thể phân huỷ ở mức độ nào đó vẫn có khả năng tồn tại dai dẳng trong môi trường biển trong thời gian rất dài. Nồng độ trên đồng ruộng được tiếp tục bổ sung và tích luỹ chậm chạp theo thời gian, hậu quả là nồng độ các chất trong môi trường có thể đạt đến các mức gây hậu quả nghiêm trọng nếu không áp dụng các biện pháp phòng chống thích hợp. Hình 3.18: Tồn tại của một chất hoá học trong hệ thống nước bao gồm nước, bùn cát đáy, bùn cát lơ lửng và không khí Các quá trình sinh học Các quá trình sinh học trong các thành phần khác nhau của hệ sinh thái có thể cản trở hoặc gia tăng tính lưu động của các chất ô nhiễm và như vậy ảnh hưởng đến quy mô của vùng bị tác động. Sự chuyển hoá ở sinh vật có vai trò thứ yếu trong việc biến đổi các chất ô nhiễm trong môi trường. Theo độ sâu, năng suất sơ cấp hoặc sự ôxy hoá khử do vi khuẩn có thể được loại bỏ, phân huỷ hoặc sẵn có các chất ô nhiễm. Cũng như vậy, các quá trình như xáo trộn sinh học và sản sinh chất thải từ hệ động vật 68 lớn hoặc sự oxy hoá khử do vi khuẩn có thể huy động các chất ô nhiễm liên kết với trầm tích. Các quá trình địa hoá học Một số quá trình ảnh hưởng đến sự phân bố và sự tồn tại của các chất ô nhiễm là các quá trình địa hoá học như sự kết tủa, hoà tan, hấp phụ và khử hấp phụ, tất cả các quá trình này ảnh hưởng đến thời gian tồn tại của chất ô nhiễm trong nước. Tất cả các quá trình tuần hoàn sinh địa hoá học quyết định sự tồn tại của các chất hoá học trong môi trường nước. Một số quá trình đã nêu trên được trình bày ở hình 3.18. Sự phân bố chất ô nhiễm ảnh hưởng ra môi trường không giống nhau, một số chất ô nhiễm có thể tìm thấy là không nhỏ, nhưng khó xác định chính xác mức độ ảnh hưởng của nó. Đối với kim loại, các dạng này được nêu trong hình 3.19. Độc tố Độc tố là số đo độ độc của một chất hoặc liều đủ để giết hoặc huỷ hoại một sinh vật. Chất càng độc khả năng hủy diệt càng lớn và phức tạp. Thông thường có thể phát hiện tác hại đến sinh vật bởi nồng độ thấp hơn nhiều so với nồng độ để diệt chúng. Các phản ứng dưới mức gây chết có phạm vi lớn hơn một chút so với sự thích nghi sinh lý khi môi trường thay đổi, tới các áp lực sinh lý hoặc sự phát triển các dị dạng mà trong môi trường tự nhiên sẽ dẫn đến chết non. Điều quan trọng là cần phân biệt giữa hai cách trong đó sinh vật tiếp xúc với chất độc. Tiếp xúc cấp tính là sự kiện đơn lẻ, tiếp xúc mãn tính tiếp diễn trong thời gian dài hơn. Vết dầu loang của một tàu chở dầu trên biển là tai nạn cấp tính - một sự kiện đơn lẻ, gây tổn hại cho sinh vật, nhưng khi dầu được khử đi, sự phục hồi lại bắt đầu (trừ khi dầu bị chôn vùi từ lâu và sau đó giải phóng dần ra từng lượng nhỏ). Một dòng nước thải của nhà máy lọc dầu có chứa các hydrôcacbon dầu mỏ là một sự tiếp xúc mãn tính . Tổn hại ban đầu có thể ít hơn nhiều so với vết dầu tràn cấp tính, nhưng vì quá trình xảy ra liên tục, sự hồi phục không thể nhanh chóng dẫn tới ảnh hưởng mang tính lâu dài. Cũng như vậy, độc tính cấp của một chất là lượng gây chết khi được dùng một lượng duy nhất. Độc tính mãn là lượng gây chết nếu chất này được dùng liên tục trong một thời gian dài. Trong khi tiến hành các thử nghiệm về độc tính, thường người ta cho một mẫu sinh vật thử nghiệm tiếp xúc với một nồng độ xác địnhcủa chất độc và xác định trong thời gian bao lâu sinh vật này sẽ chết. Các số đo được sử dụng phổ biến là các giá trị LC50 hoặc LD50, là chỉ số nồng độ gây chết trung bình hoặc liều gây chết trung bình mà ở mức này 50% số quần thể bị chết. Một cách khác là xác định nồng độ không nguy hiểm hoặc còn gọi là mức tác động không nhận thấy (NOEL). 69 Hình 3.19: Các dạng và các con đường chuyển hoá kim loại trong nước tự nhiên Mô hình hoá chất lượng nước Các phần trên đã trình bày tổng quát về chất lượng nước, các tiêu chuẩn chất lượng nước, các quá trình và các khía cạnh của chất lượng nước, độc tố. Vận dụng những kiến thức này, có thể sử dụng các mô hình chất lượng nước trong quản lý chất lượng nước. Việc lập kế hoạch quản lý chất lượng nước phụ thuộc vào độ tin cậy và khả năng dự báo khi sử dụng các mô hình toán mô phỏng. Nói chung, một mô hình được mô tả tốt nhất là cách chuẩn hoá thể hiện các mỗi quan hệ phức tạp trong một hệ thống theo cách tiếp cận hướng vào mục tiêu. Có nghĩa là một mô hình cần đại diện cho một hệ thống thực tế và mô hình này không nhất thiết bao hàm tất cả các đặc điểm của hệ thống, mà chỉ đề cập đến các đặc điểm phù hợp với các mục tiêu. Do vậy, mô hình chỉ là đơn giản hoá hiện thực. Mức độ đơn giản hoá được xác định bởi các mục tiêu của mô hình. Như vậy, mô hình và mục tiêu liên quan khăng khít với nhau. Việc thiết kế mô hình nên tuân theo nhiệm vụ đặc thù của nó. Tất cả các kiểu mô hình hoá có thể phân loại như sau: - Mô hình hiện tượng: Các mô hình này mô tả cách hoạt động của hệ thống, ví dụ mô tả sự suy giảm oxy trong hệ thống sông; - Mô hình vật lý: ví dụ như mô hình tỉ lệ - Mô hình toán học. Hệ thống được thể hiện bằng tập hợp các phương trình toán học. Mô hình toán học được thiết kế tốt nhất bằng cách sử dụng máy tính. Đặc biệt, các mô hình hiện tượng thường được sử dụng để tìm hiểu các con đường di chuyển của chất ô nhiễm ở môi trường ven biển. 70 CHƯƠNG 4 CƠ SỞ HẠ TẦNG VÀ THỂ CHẾ 4.1. Mở đầu Chương này thảo luận các vấn đề liên quan cơ sở hạ tầng và thể chế. Trên thực tế, các loại cơ sở hạ tầng được xem là sự can thiệp của con người vào các hệ thống tự nhiên. Cơ sở hạ tầng tập trung vào việc lập kế hoạch, xây dựng và bảo vệ bờ biển, còn thể chế chủ yếu liên quan với thủ tục hành chính và pháp lý. 4.2 Lập kế hoạch xây dựng và các biện pháp bảo vệ bờ biển Các cảng biển thường nằm gần cửa sông nối liền với hệ thống sông nội địa. Trong tình hình đó, các công trình xây dựng bờ biển nhằm bảo đảm đường vào không bị bồi lắng (do vận chuyển bùn cát ngoài biển và trong sông) hoặc bảo vệ các công trình không bị đổ vỡ bởi sóng gió và dòng chảy. Khi vị trí của cảng không có vị trí khác xác định trước, thì vị trí tốt nhất là ở địa điểm mà cả sự tải trầm tíchbờ biển và sóng xô là ít nhất. Nhưng trong thực tế sẽ rất khó tìm được những vị trí như vậy. Thường sẵn có ở vùng bở biển, thường còn bị trầm trọng thêm do các công trình xây dựng của con người hoặc do các hoạt động lấy vật liệu sỏi cát ở bờ biển của người. Bảng 4.1đưa ra đánh giá sự sói mòn tự nhiên và do con người gây nên. Tất cả các biện pháp bảo vệ, không kể việc nuôi dưỡng nhân tạo, có thể kể ảnh hưởng xấu đến các bãi biển kế cận,ở đây, người ta nhẫn mạnh rằnghoạt động xây dựng ở vùng bở biển được xem xét trước tiên về mặt chuyên môn. Thiên nhiên đã không thể chứng minh xói mòn xảy ra như thế nào và cả cách bảo vệ. Trên thực tế không có phương pháp bảo vệ nào do con người khởi sự mà lại kông từng có trong tự nhiên. Trong bảng 4.2 là ví dụ về những biện pháp bảo vệ của thiên nhiên và nhân tạo tương ứng. Thiên nhiên Con người Nước biển tăng Đập, đê và các công trình xây dựng bờ biển khác làm tăng và tập trung thuỷ triều. Mũi đất, đá ngầm và đá nhô ra gây xói mòn đất bồi thấp Đê biển, đê chắn sóng, cầu tàuv.v…gây xói mòn đất bồi thấp Thuỷ triều tràn vào và sông chảy ra làm gián đoạn đất bồi bờ biển Ra vào tham ra của con người làm gián đoạn đất bồi bờ biển Hình thái đường bờ biển tăng nhanh lượng đất bồi Các nền nhô ra biển tới mức làm thay đổi hình học đường bờ cục bộ về cơ bản Đập ngăn cửa sông làm giảm bùn cát tải ra biển, thay đổi của vị trí cửa sông do lụt, xói mòn, chuyển động kiến tạo v.. v… Ngăn sông không xây cống tháo bùn cát; Các dự án thuỷ lợi làm giảm dòng chảy và bùn cát ra bờ biển; Chặt phá rừng ngập mặn để xây dựng và vì các mục đích khác Bảng 4.1: các nguyên nhân xói mòn do thiên nhiên và con người 71 Có ba cách giải quyết vấn đề xói mòn: a) Không hành động, b) Tìm vị trí khác cho những công trình bị đe dọa và c) Tìm các biện pháp sửa chữa tích cực. Các cách giải quyết b và c là việc sử dụng các công trình xây dựng che chắn bờ biển, ngăn chặn và làm tiêu tan năng lượng sóng và giữ đất chống truợt. Không hành động cũng là một quyết định khi xem xét các giải pháp khác nhau. Vì phần lớn các giải pháp đòi hỏi đầu tư nhiều, nên cần ước tính các tổn thất có thể khi sử dụng giải pháp không. Đây là giải pháp cần quan tâm nếu không có nhà nào bị đe dọa và chỉ những vùng đất chưa được khai khẩn hoặc các công trình xây dựng không đắt tiền gặp rủi ro. Đôi khi, tìm vị trí khác cho những công trình bị đe dọa rẻ hơn là đầu tư vào bảo vệ bờ biển. Khi phải lùi các công trình vào trong cũng cần phải đánh giá cẩn thận vì kinh phí sử dụng để di chuyển một công trình sẽ bị lãng phí nếu khoảng cách lùi vẫn chưa đủ và công trình mới vẫn tiếp tục bị đe dọa. Để bảo vệ và khôi phục một vùng bờ biển đang bị xói mòn, có thể xem xét các biện pháp sau đây được phân chia theo các nguyên tắc xử lý: 1. Cung cấp nhân tạo cát (Nuôi bãi biển hay nâng bãi biển). 2. Các công trình xây dựng ngăn sóng tiếp xúc với vật liệu dễ bị xói mòn như vách ngăn, tường đứng, kè lát mát hoặc đê chắn sóng xa bờ 3. Các công trình xây dựng làm chậm tốc độ tải cát ven biển như mỏ hàn giữ và lắng cát hoặc đê chắn sóng xa bờ (giảm năng lượng sóng ở vùng bờ ). Thiên nhiên Con người Bờ đá Tường đứng Đá ngầm san hô Tường ngăn ngầm Các đảo đá Đê chắn sóng xa bờ Mũi đất Đê chắn lớn vuông (xiên) góc với bờ Bờ đá vuông góc với đường bờ Mỏ hàn Thảm thực vật đáy biển Đệm bảo vệ đáy Thảm thực vật nổi trên mặt nước Đê chắn sóng nổi Cồn cát Đê ngăn nước biển Vật liệu bị cuốn ra biển một cách tự nhiên do: gió, dòng chảy, xói bờ, vận chuyển dọc bờ, di chuyển tầng đáy. Nuôi bãi bằng vật liệu từ đất liền hoặc từ ngoài khơi xa Chuyển cát từ chỗ bồi sang chỗ xói kề cận một cách tự nhiên Chuyển cát từ chỗ bồi sang chỗ xói kề cận bằng máy móc Bảng 4.2: Sự bảo vệ bờ biển tự nhiên và nhân tạo 72 4.3. Các công trình bảo vệ bờ biển. Phần này trình bày các kiến thức liên quan đến các loại công trình bảo vệ bờ biển khác nhau. Không có gì đáng ngạc nhiên là phải xây dựng các công trình bảo vệ bờ khi bờ biển đang bị xói. Còn nếu bờ biển đang được bồi thì ít khi phải áp dụng giải pháp công trình vì sự hiện diện của nó sẽ làm mất tính hấp dẫn tự nhiên. Trong phần này sẽ nhấn mạnh đến các hậu quả về mặt hình thái bờ biển khi xây dựng mỗi loại công trình bảo vệ khác nhau hơn là trình bày kết cấu và cachs xây dựng các loại công trình đó. Phần kết cấu công trình sẽ được học và nghiên cứu trong môn học khác. 4.3.1. Phương án số 0 Phương pháp dễ nhất và rẻ nhất tránh được mọi rắc rối là không làm gì cả và để mặc khu vực với các diễn biến tự nhiên. Tuy nhiên, có tới 99% trường hợp không thể để tự nhiên được vì lí do này hay lí do khác. 4.3.2. Nuôi bãi nhân tạo Có lẽ biện pháp đơn giản nhất và rẻ nhất giữ bãi khỏi bị xói mòn là cung cấp cát từ các nguồn khác. Muốn thực hiện nuôi bãi nhân tạo, cần giải đáp một số câu hỏi: Loại nuôi dưỡng nào cần áp dụng, kích cỡ loại vật liệu sử dụng, khối lượng bùn cát cần thiết và địa điểm lấy cát v.v… Tài liệu hướng dẫn của Hà Lan về nuôi bãi nhân tạo (Dutch Manual on Artificial Beach Nourishment, 1987) trình bày chi tiết giải pháp bảo vệ này. Có thể phân loại các dự án nuôi dưỡng bãi biển thành ba loại khác nhau: - Xác lập địa điểm đổ cát - Định vị trí trực tiếp nơi cần đến cát; - nuôi dưỡng liên tục; Lập kho dự trữ nghĩa là bố trí một địa điểm xác định trên bãi biển để đổ cát. Đây chính là bãi đổ khô nuôi bãi khi có hiện tượng cát bị lấy dần đi do dòng nước. Đã có nhiều ví dụ về việc ứng dụng thành công của phương pháp này. Tuy nhiên phải căn cứ vào lượng mất cát để xác định lượng cần đổ và số lần đổ cho hợp lý. Phương pháp định vị trực tiếp khác với phương pháp xác lập địa điểm đổ cát ở chỗ được thực hiện trên toàn bộ đường bờ. Phương pháp cung cấp liên tục chính là cách nuôi bãi bằng cách lấy cát từ nơi bồi đổ vào nơi xói kề cận. Nguyên tắc là tổ chức một điểm cố định hoặc phương tiện nổi cung cấp liên tục cát cho bãi biển đang bị xói mòn. Có nhiều ví dụ thành công về việc di chuyển cát từ điểm bồi sang khu vực đang bị xói của cảng. Trong khi hai cách nuôi dưỡng bãi biển đầu tiên được áp dụng một cách thông thường thì cách cuối cùng được sử dụng chủ yếu tại điểm cửa vào cảng bằng cách chuyển cát từ bờ bồi sang bờ xói và để tránh phá vỡ quá trình vận chuyển bùn cát ven bờ. Muốn giảm tốc độ xói mòn của vật liệu mới, kích thước hạt cát mượn phải lớn hơn so với cát tại vùng xói. Nhưng sự chênh lệch không lên quá lớn vì độ dốc đáy biển 73 lớn hơn không mong muốn sẽ hình thành và dẫn đến phần cuối của bãi sẽ dễ bị xói do tính linh động thấp của cát thô. Lượng cát cần nuôi dưỡng bằng lượng cát vận chuyển ven bờ. Khối lượng cát và chu kỳ đổ rất quan trọng để bãi biển ổn định và được xác định cho mỗi mặt cắt cụ thể. Có thể lấy cát mượn ở xa bờ, trên đất liền hoặc trong thềm lục địa. Đôi khi cát mượn có thể lấy từ một dự án khác thực hiện trên khu vực, nạo vét đường vào cảng hoặc mở rộng cảng. Một nguồn cung cấp khác hay được sử dụng là cát nạo vét từ một bãi biển đang được bồi tích gần đó (thường sự xói mòn bãi biển này đi kèm với bồi tích bãi biển khác). Bồi tích và xói lở ở hai bên lối ra vào cảng là một ví dụ về truờng hợp này. Khi cát không sẵn ở bãi biển hoặc là được nạo vét gần nơi cần nuôi bãi, thì có khi phải lấy cát ở các mỏ xa bờ, nhưng phải lựa chọn địa điểm đủ xa bờ, thường là vài hải lý để không ảnh hưởng đến bãi biển và các công trình khác. Hình 4.1: Nuôi bãi biển và bờ biển Hà Lan, thời kỳ 1952 – 1985 (Roelsse,1985). Cũng có thể cung cấp cát bằng đường bộ. Khi vận chuyển cát đường bộ thường giá thành sẽ đắt hơn nếu lượng cát cần thiết không lớn mà lại phải đổ thường xuyên. Một kinh nghiệm cho thấy để giảm thiểu xói bãi biển thì tốt nhất là bảo vệ các cồn cát. Hạ thấp cao trình đụn cát và mở rộng ra xung quanh làm các đụn cát chống chịu tốt hơn với sóng gió và lượng mất cát sẽ giảm xuống. Cũng có thể dùng biện pháp di chuyển các cồn cát về phía biển để tránh sự thụt lùi của toàn bộ bờ biển. 74 Ưu điểm rõ ràng của nuôi bãi nằm ngay trong bản thân quá trình vì nó gần giống với cách tác động của tự nhiên. Kết quả của việc nuôi bãi cho 1 đoạn bờ náo đó có tác dụng rất tốt cho các đoạn bờ biển thẳng liền kề. Ý nghĩa to lớn này sẽ được chứng minh ở phần cuối của chương này. Một ưu điểm nổi bật khác của nuôi bãi là chi phí thường thấp hơn so với các giải pháp công trình bảo vệ khác của con người. Nhưng nhược điểm của nuôi bãi là ở chỗ nó là giải pháp tạm thời. Nếu không nuôi liên tục thì bãi sẽ lại bị xói. Từ năm 1952, mỗi năm người ta đã đổ khoảng 800.000 m3 cát lên các bờ biển Hà Lan (Roelse,1985). Địa điểm và lượng cát được nêu ở hình 4.1, nhưng từ năm 1990 lượng cát để nuôi bãi biển hàng năm lên tới 6 triệu m2. 4.3.3. Mỏ hàn Mỏ hàn là giải pháp khá hiệu quả khi ổn định bờ biển đang bị xói mòn do thiếu hụt bùn cát trong quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ. Mỏ hàn phải được kéo dài tới vùng sóng vỡ và có đỉnh cao hơn mực nước thiết kế để đạt hiệu quả đầy đủ. Tuy vậy thường chỉ làm gián đoạn một phần sự tải cát dọc bờ biển cũng đủ làm ổn định bãi biển, chính vì vậy mỏ hàn thấp hơn và ngắn hơn cũng có thể chấp nhận được. Khoảng cách giữa các mỏ hàn, độ cao, độ dài và hướng so với hướng sóng tới là những đặc trưng quan trọng. Bờ biển giữa các mỏ hàn ít nhiều song song với các ngọn sóng tiến vào bờ. Những bãi biển đã gần như song song với các ngọn sóng tiếp cận có thể được bảo vệ đầy đủ bằng các mỏ hàn có khoảng cách lớn hơn. Mặt khác, khoảng cách giữa các mỏ hàn bằng chiều dài của nó. Vì việc xây dựng mỏ hàn khá đắt, nên các mỏ hàn phải có khoảng cách chính xác. Tuy nhiên, phải có những kinh nghiệm thực tế mới xác định chính xác khoảng cách giữa các mỏ hàn. Chi tiết xây dựng các loại kè biển xem trong quyển hướng dẫn bảo vệ bờ (shore Protection Manual, 1984). Tác dụng của một chuỗi mỏ hàn đối với phần còn lại của bờ biển là gì? Vùng được bảo vệ bởi hệ thống mỏ hàn không bị xói, nhưng nó ngăn chuyển động bùn cát ven bờ. Chính vì vậy, xói mòn nghiêm trọng sẽ xảy ra phía sau mỏ hàn cuối cùng. Hay nói cách khác, chúng ta đã di chuyển vị trí xói từ điểm này đến một điểm khác. Việc xây dựng các mỏ hàn rõ ràng rất có lợi. Bằng cách làm ổn định phần bãi biển nào đó, vấn đề xói sẽ được đẩy sang những đoạn bờ khác mà tác hại của nó ít hơn đoạn ban đầu. Cần lưu ý rằng mỏ hàn ít có tác dụng cản trở dòng bùn cát vận chuyển ngang bờ. Đây là dạng xói xảy ra trong các trận bão cho dù khoảng cách giữa các mỏ hàn dày hay thưa. Việc phòng ngừa những vấn đề xói mòn ngang phải áp dụng các phương pháp khác. Đê biển dùng để bảo vệ bãi biển ở nhiều địa điểm dọc bờ biển Hà Lan. Vị trí và số lượng các mỏ hàn được nêu ở hình 4.2 75 Hình 4.2: Vị trí và số lượng mỏ hàn dọc bờ biển Dutch (Vellinga, 1986) Các dãy cọc Một dạng cải tiến của mỏ hàn là áp dụng dãy cọc. Dãy cọc được đóng tới vùng sóng vỡ, các cọc cách nhau từ 1 đến 2 lần đường kính của cọc. Dòng ven bờ có thể chảy qua hàng cọc, nhưng vì ma sát trong dãy cọc nên dòng ven bờ giảm xuống. Ngược lại, các dãy cột giữ lại một phần bùn cát do vận tốc dòng ven bờ giảm xuống và do đó giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ. Cũng như mỏ hàn, các dãy cọc không ngăn được vận chuyển ngang của bùn cát. 4.3.4. Tường đứng Tường đứng là những công trình đồ sộ được xây dựng song song với bờ biển để ngăn quá trình tải cát ngang bờ từ trong bờ ra ngoài khơi. Những công trình này được xây bằng đá để chống lại xói bờ. Một trường hợp đặc biệt là xây dựng tường đứng để bảo vệ và chống xói mòn các cồn cát. Một dạng cải tiến của tường đứng là đê kè lát mái. Đê, kè bảo vệ mái đê được xây dựng ở những nơi xói không nghiêm trọng và các đụn cát bảo vệ làng xóm phía trong không lớn. Một vấn đề quan trọng trong thiết kế tường đứng hay đê kè là dự tính được độ sâu hố xói tối đa tại chân công trình. Do hệ số phản xạ cao hơn rất nhiều so với các bãi cát không có tường nên trạng thái rối cũng khá cao ở phía trước công trình và đó là nguyên nhân gây xói mòn chân công trình. Mái dốc cũng là một tham số quan trọng quyết định độ sâu hố xói chân. Thông thường, độ sâu hố xói ở trước tường đứng thường nhỏ hơn ở trước tường có mái dốc. Lý do là sóng đứng được tạo khi sóng đập 76 vào tường và phản xạ lại và lưu tốc dòng chảy sẽ nhỏ tại phần đáy thấp là điểm có biên độ lớn nhất. Trục tường có thể làm tăng áp lực động cục bộ tác động vào tường. Điều này sẽ có ý nghĩa quan trọng hơn cho thiết kế công trình hơn là cho diễn biến hình thái bờ biển. Dù tường chắn được xây dựng khá nhiều ở tất cả các nơi trên thế giới, người ta thường xem nó là giải pháp tốt bảo vệ bờ. Những công trình này có thể đổ vỡ và tạo ra các vấn đề xói lở nghiêm trọng hơn. 4.3.5 Kè bảo vệ cồn cát Một dạng công trình bảo vệ là kè bảo vệ chân cồn cát. Hình 4.4 giới thiệu kết cấu của lớp phủ chân cồn cát và các địa điểm xây dựng công trình loại này ở biển Hà Lan. Kè phủ chân cồn cát phòng ngừa sự xói mòn chân. Nhưng hệ thống này có những nhược điểm tương tự như đê ngăn nước biển là có thể xảy ra xói nghiêm trọng ở phía trước chân cồn cát được bảo vệ và đổ vỡ bất chợt của công trình xảy ra bất cứ lúc nào. Hình 4.4 Các nguyên tắc của lớp phủ chân cồn cát và các địa điểm dọc bờ biển Hà Lan 4.3.6. Đê chắn sóng đơn Các đê ngăn nước biển và kè phủ chân cồn cát được xây ngay trên hoặc lùi vào sâu bãi biển. Một giải pháp bảo vệ khá tốt là xây dựng một loạt các đê chắn sóng ngoài xa song song với bờ biển. Khái niệm đơn ở đây là công trình chắn sóng xây dựng ngoài khơi tách rời khỏi đất liền chứ không phải chứ không phải phân cắt công trình thành các đoạn. Những đê chắn sóng đó làm thay đổi diễn biến đường bờ biển như thế nào?. Chuỗi đê chắn sóng không ngăn chặn dòng chảy dọc bờ biển cũng như quá trình tải cát dọc bờ như mỏ hàn mà chúng làm thay đổi cấu trúc sóng trước và sau đê chắn. Điều này có ảnh hưởng đến cả kiểu dòng chảy và các thành phần tải cát dọc bờ và ngang bờ. Vì độ cao của sóng giảm phía sau các đê chắn do nhiễu xạ và sau đó cũng do phản xạ, 77 nên sức tải cát sau đê chắn sóng cũng giảm làm lắng đọng trầm tích được tải qua khi đi qua đê chắn sóng. Trong một số điều kiện, khó dự đoán nếu không nghiên cứu cụ thể cát sẽ bồi dần đằng sau đê chắn sóng cho đến khi nó chạm tới chính đê chắn sóng và tạo ra một dải cát ngầm hình thành kiểu đảo nối với bờ (tombolo). Đảo Portland ở Anh là một ví dụ điển hình về quá trình nối với bờ. Những điều kiện bao gồm trường sóng khí hậu, độ dài của đê chắn sóng, khoảng hở giữa 2 đê chắn và khoảng cách đến bờ biển là những thông số thiết kế quan trọng. Khi bồi tích tiến tới đê chắn sóng, thì dòng chảy dọc bờ đằng sau đê chắn sóng sẽ hoàn toàn dừng lại. Điều này có thể làm tích tụ rác nổi và làm giảm giá trị giải trí của bãi biển. Mặt khác, khi hiện tượng bồi lắng đang xảy ra, nhưng chưa tới đê chắn thì do sự co hẹp dòng chảy tạo lưu tốc lớn dẫn đến hiện tượng dốc cục bộ bãi biển, gây nguy hiểm cho người tắm. 4.3.7. Tôn cao bãi biển Bãi biển tôn cao là sự kết hợp việc xây đê chắn sóng đỉnh thấp hoặc ngưỡng tràn chìm xa bờ với việc tôn cao nền bãi hơn mức bình thường. Phương án này tạo ra một vùng đệm rộng làm giảm tác động của sóng và mở rộng không gian phục vu nghỉ ngơi giải trí. Nhưng mọi nguời phải tránh xa đê chắn sóng ngầm ngoài khơi. Đê chìm hoặc ngưỡng chìm không cho phép bùn cát đi qua bằng cách dùng vải lọc hoặc đá đổ có lõi chống thấm. Cần có chân khay để phòng ngừa hố xói cũng như lớp bảo vệ chống nước tràn mặt xói bãi biển do sóng cao hơn. Hiện tượng mất cát thường xảy ra khiến phải bù đắp lại thường xuyên cho bãi biển. Giải pháp tôn cao bãi biển được áp dụng ở những nơi bãi ngoài xa tương đối thoải để có thể xây dựng các ngưỡng chìm ở một khoảng cách đủ xa từ bờ. Giải pháp này không phù hợp khi bãi biển phát triển bình thường. 4.3.8. Kiểm soát bồi lắng Phần này có liên quan với các bờ biển đang bị xói mòn và những biện pháp giúp ổn định bờ biển. Nhưng không phải mọi quan tâm đều hướng tới bảo vệ bờ biển xói mà đôi khi cần kiểm soát sự bồi tích để phòng ngừa nó tràn vào các vùng mà sự bồi tích có thể có hại. Một ví dụ về vấn đề này là chuyển động của cát qua đuôi của đê chắn sóng được xây dựng để bảo vệ kênh ra vào cảng lấp vào kênh này. Các phương pháp để dự đoán lượng cát qua đê chắn sóng có sử dụng mô hình mô phỏng một chiều được giới thiệu ở phần sau. Muốn phòng ngừa chuyển động không mong muốn này của cát thường cần nạo vét đều đặn hoặc liên tục. 4.4. Các mô hình hình thái 4.4.1. Khái niệm về các mô hình hình thái một chiều Sự chênh lệch lượng bùn cát tại các mặt cắt khác nhau dọc bờ là nguyên nhân gây nên thay đổi hình dáng bờ biển. Khái niệm cơ bản về các mô hình hình thái bờ biển một chiều, được gọi là các mô hình một tuyến, là cường suất tải cát dọc bờ hình thành do sóng vỡ và chỉ phụ thuộc vào góc sóng cục bộ. Giả định này là cơ sở xây 78 dựng công thức CERC (công thức CERC dùng để tính lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ). Phương pháp này đòi hỏi phải sơ đồ hoá bờ biển theo sơ đồ một tuyến. Sự tiến triển của tuyến này được chi phối bởi chênh lệch lượng bùn cát dọc bờ và được đánh giá nhờ áp dụng mối quan hệ tuyến tính ở trên giữa sự tải và góc sóng và định luật bảo toàn khối lượng. Hao hụt cát do tải ngang bờ hoặc cung cấp cát (nuôi bãi) tại các mặt cắt đã được sơ đồ hóa có thể mô phỏng bằng các số hạng trong phương trình bảo toàn khối lượng. Hạn chế chung của loại mô hình này là ở chỗ chỉ mô phỏng được sự tải cát dọc bờ do sóng vỡ và góc sóng và độ cong đường bờ biển tương đối nhỏ. 4.4.2. Khái niệm về các mô hình hình thái tựa hai chiều Nguyên lý được mô tả ở chương trước đó có thể áp dụng cho 2 hoặc nhiều hơn tuyến bờ biển (chẳng hạn mô hình hai tuyến gồm một bãi biển và vùng ven bờ). Ngoài mô hình vận chuyển bùn cát đã áp dụng, cách lập công thức được đưa ra cho sự trao đổi cát (tải gần bờ – xa bờ) giữa hai lớp bờ biển được sơ đồ hoá. Cách lập công thức này buộc phải tuyến tính hóa giữa tải gần bờ – xa bờ và chênh lệch giữa mặt cắt thực tế và mặt cắt cân bằng. Người ta đã phát triển các mô hình đa tuyến để gộp vào dòng ven bờ và phân tải (bình thường đối với bờ biển). Rõ ràng, trong những mô hình đó mặt cắt bờ biển được sơ đồ hoá theo một tuyến. Dòng chảy ven bờ được ước tính nhờ áp dụng thuyết ứng suất bức xạ; trường sóng nhờ phân tích nhiễu xạ và khái niệm tiêu tán