Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tương tác sóng - đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp giảm sóng quanh đảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI MAI QUANG KHOÁT NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC SÓNG - ĐẢO PHÚ QUÝ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SÓNG QUANH ĐẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2021 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC SÓNG -ĐẢO PHÚ QUÝ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SÓNG QUANH ĐẢO Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY Mã số: 9580202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS MAI VĂN CÔNG 2.TS PHẠM NGỌC QUÝ HÀ NỘI, NĂM 2021 luan an LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Mai Quang Khoát i luan an LỜI CÁM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án tiến sĩ “Nghiên cứu tương tác sóng - đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp giảm sóng quanh đảo”, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện về mọi mặt của các cơ quan, đơn vị, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp.

Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Đảng ủy, Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo và Khoa Công trình đã luôn tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các nhà khoa học đã góp ý, hỗ trợ và bổ sung những thông tin chuyên môn hữu ích giúp nâng cao chất lượng luận án này. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Mai Văn Công và GS.TS Phạm Ngọc Quý đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Cuối cùng, tác giả xin ghi nhận và cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn quan tâm, chia sẻ và động viên trong suốt quá trình thực hiện luận án.

ii luan an MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU. xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ. xii MỞ ĐẦU 1 1.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Cấu trúc của luận án .4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA SÓNG VÀ BỜ ĐẢO .1 Tổng quan về sóng biển và các quá trình lan truyền sóng .1 Sự hình thành sóng biển và các thuật ngữ liên quan .2 Sóng biên độ nhỏ .3 Các quá trình biến đổi và suy giảm năng lượng sóng .2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu tương tác giữa sóng và bờ đảo trên thế giới 12 1.3 Tổng quan các nghiên cứu về sóng tác động lên vùng bờ biển bờ đảo biến động đường bờ đảo tại Việt Nam và công trình bảo vệ bờ biển bờ đảo.1 Các nghiên cứu về sóng .2 Nghiên cứu quá trình giảm sóng khi tương tác với công trình đê phá sóng 20 1.3 Các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển bờ đảo đã áp dụng ở Việt Nam 21 1.4 Các nghiên cứu liên quan đến vùng ven và bờ đảo Phú Quý .1 Các thống kê về thiệt hại do sóng gây ra với đảo Phú Quý .2 Các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển Phú Quý đã và đang áp dụng .5 Tổng quan về cơ chế tác động của trường sóng tới biến động hình thái vùng ven biển, bờ đảo .1 Các cơ chế tương tác thủy động lực ảnh hưởng đến biến động hình thái đường bờ .34 iii luan an 1.2 Các quá trình tương tác sóng, dòng chảy với địa hình bãi trong vùng sóng vỡ 35 1.3 Sự thay đổi của đường bờ và trạng thái cân bằng của đường bờ .6 Luận giải vấn đề nghiên cứu của luận án.7 Kết luận Chương 1 .40 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TRƯỜNG SÓNG QUANH ĐẢO PHÚ QUÝ.1 Điều kiện tự nhiên khu vực đảo Phú Quý .1 Vị trí địa lý .2 Điều kiện địa hình .3 Điều kiện địa chất .4 Tài nguyên nước .5 Điều kiện khí tượng, thủy hải văn .6 Ảnh hưởng của NBD và BĐKH đến tình hình xâm thực xâm thực đảo Phú Quý .2 Phân tích hiện trạng biến động đường bờ dưới tác động của trường sóng quanh đảo Phú Quý .1 Phân chia đường bờ đảo Phú Quý theo tính chất bãi biển và hướng tác động của sóng thịnh hành theo các mùa đặc trưng.2 Phân tích biến động bờ biển đảo Phú Quý bằng phương pháp giải đoán ảnh viễn thám (giai đoạn 2000-2020) .3 Hiện trạng khai thác và hoạt động cảng Phú Quý .3 Phân tích cơ chế biến động hình thái bờ đảo Phú Quý dưới tác động của trường sóng thông qua quan trắc .1 Các mặt cắt quan trắc và số liệu địa hình bãi .2 Khu vực bờ Tây và bờ Nam .3 Khu vực bờ Bắc và bờ Đông đảo .4 Phân tích xác định nguyên nhân chính gây ra biến động đường bờ đảo Phú Quý .5 Biến động đường bờ do tính chất cấu tạo bờ đảo .6 Biến động đường bờ do tác động của các hoạt động dân sinh .4 Kết luận Chương 2 .79 iv luan an CHƯƠNG 3 CƠ SỞ KHOA HỌC MÔ PHỎNG SÓNG LAN TRUYỀN VÀO VÙNG BỜ ĐẢO VÀ SỰ TƯƠNG TÁC SÓNG VỚI ĐẢO PHÚ QUÝ .1 Cơ sở lý thuyết về lan truyền sóng, sự khúc xạ, nhiễu xạ và phản xạ của sóng quanh một hòn đảo xa bờ .2 Cơ sở lý thuyết mô hình toán mô phỏng sóng, sóng tương tác với vật cản .1 Phân loại chung về mô phỏng sóng bằng mô hình toán .2 Phân tích cơ sở lựa chọn mô hình toán mô phỏng sóng lan truyền, sóng tương tác với đảo và công trình giảm sóng .3 Cơ sở lý thuyết mô phỏng sóng bằng bộ mô hình Mike .1 Mô hình lan truyền sóng MIKE21-SW .2 Mô hình MIKE21-BW .4 Cơ sở lý thuyết mô phỏng sóng bằng mô hình X-Beach .5 Thảo luận và lựa chọn mô hình toán mô phỏng trường sóng quanh đảo.6 Thiết lập mô hình nền, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình toán mô phỏng sóng lan truyền và tương tác với đảo Phú Quý .1 Phạm vi và sóng thịnh hành dùng trong mô phỏng sóng lan truyền và tương tác với đảo Phú Quý .2 Thiết lập miền tính toán .3 Mô phỏng lan truyền sóng bằng mô hình MIKE 21-SW .4 Mô hình thu hẹp mô phỏng chi tiết sóng tương tác với đảo bằng MIKE21- BW 108 3.7 Kết luận chương 3 .112 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG SÓNG TRONG BÃO THIẾT KẾ TƯƠNG TÁC VỚI ĐẢO PHÚ QUÝ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SÓNG PHÙ HỢP .1 Giới thiệu chung .2 Mô phỏng sóng trong trận bão thiết kế tương tác với đảo Phú Quý – Trường hợp hiện trạng-HT00 .1 Sóng trong trận bão thiết kế theo hướng Đông Bắc (tương đương trận bão xuất hiện 16-18/12/1993) .2 Sóng trong trận bão thiết kế theo hướng Tây Nam (tương đương với sóng trong thời tiết cực đoan xuất hiện với tần suất 2%).3 Đề xuất giải pháp làm giảm sự tác động của sóng lên vùng bờ đảo Phú Quý 121 v luan an 4.1 Mục tiêu, chức năng, quy mô và các chỉ tiêu thiết kế công trình giảm sóng bảo vệ đảo Phú Quý .2 Bố trí tổng thể tuyến đê giảm sóng .3 Phân tích xác định cao trình đỉnh đê giảm sóng .4 Hệ số mái nghiêng đê .5 Chiều rộng đỉnh đê .6 Tính toán hệ số sóng truyền qua đê giảm sóng .7 Mặt cắt ngang điển hình các phương án đê giảm sóng .8 So sánh và lựa chọn phương án cao trình đỉnh đê giảm sóng .4 Kết quả mô phỏng sóng trong bão tương tác với đảo Phú Quý khi có hệ thống đê giảm sóng.1 Kết quả mô phỏng sóng tương tác với đảo khi có hệ thống đê ngầm giảm sóng bố trí liên tục - HT01 .2 Kết quả mô phỏng sóng tương tác với đảo khi có hệ thống đê giảm sóng gián đoạn - HT02.3 Thảo luận kết quả mô phỏng sóng tương tác với đảo khi có hệ thống đê giảm sóng liên tục và phân đoạn .5 Kết luận Chương 4 .140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .141 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .145 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. KẾT QUẢ ĐO ĐẠC SÓNG KHU VỰC NGOÀI KHƠI ĐẢO PHÚ QUÝ .150 PHỤ LỤC 2: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ VÀ KẾT QUẢ TRÍCH XUẤT SÓNG QUANH ĐẢO PHÚ QUÝ 161 PHỤ LỤC 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT KẾT CẤU ĐÊ PHÁ SÓNG CÁC PHƯƠNG ÁN SO SÁNH .1 Thiết kế khối phủ bảo vệ mái đê.2 Thiết kế tầng đệm. Cao trình cơ chân đê.

Kích thước cấu kiện bảo vệ chân đê giảm sóng.172 vi luan an DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1: Phạm vi nghiên cứu luận án……………………………………………………………3 Hình 1-1: Sự tạo ra sóng và phân tán sóng biển. 5 Hình 1-2: Mô tả định nghĩa một sóng hình sin. 6 Hình 1-3: Các quá trình biến đổi và suy giảm sóng chính. 7 Hình 1-4: (a)Mô tả sự khúc xạ sóng; (b) Sự thay đổi của tốc độ lan truyền sóng và góc sóng tới theo độ sâu nước.

8 Hình 1-5: Mô tả sóng đứng. 9 Hình 1-6: Sóng đứng được quan sát tại bờ biển. 10 Hình 1-7: Sự nhiễu xạ sóng lý tưởng xung quanh một đê chắn sóng không thấm nước. 10 Hình 1-8: Các dạng chính của sóng vỡ.

11 Hình 1-9: Hình ảnh sóng vỡ tại bờ biển (http://www. 12 Hình 1-10: Hình minh họa sóng phản xạ và nhiễu xạ của một hòn đảo. 17 Hình 1-11: Sơ họa các quá trình sóng tương tác với công trình đê phá sóng. 20 Hình 1-12: Các hình thức bảo vệ bờ biển.

23 Hình 1-13 Mặt cắt ngang đại diện kè chống xâm thực ổn định bờ biển Phú Quý – Giai đoạn 1. 26 Hình 1-14: Mặt bằng tổng thể khu neo đậu dự án Kè chống xâm thực ổn định bờ biển Phú Quý – Giai đoạn 2. 28 Hình 1-15: Mặt cắt ngang mẫu tuyến kè - Kè chống xâm thực ổn định bờ biển Phú Quý – Giai đoạn 2. 28 Hình 1-16: Mặt cắt ngang mẫu tuyến đê khu neo đậu – Kè chống xâm thực ổn định bờ biển Phú Quý – Giai đoạn 2.

28 Hình 1-17: Mặt bằng tổng thể dự án - Khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá huyện Phú Quý 30 Hình 1-18: Mặt cắt ngang mẫu tuyến đê đoạn gần bờ- Khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá huyện Phú Quý .