Các phương pháp thân thiện với môi trường cho việc bảo vệ bờ biển

Ngày đăng: 17/07/2024

242 Lượt xem

0 Đánh giá

Các công trình bờ biển được phân thành bốn nhóm: bảo vệ truyền thống, bảo vệ mềm, bảo vệ kết hợp và công trình chi phí thấp. Việc sử dụng và các tác dụng phụ của mỗi nhóm được thảo luận ngắn gọn. Phân loại này được sử dụng để xác định các công trình bảo vệ bờ biển phù hợp cho các bờ biển Ai Cập dựa trên khái niệm mới này.

Tóm tắt

Các bờ biển Ai Cập đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về bờ biển. Nhiều thử nghiệm đã được thực hiện để khắc phục các vấn đề này nhưng chỉ đạt được thành công hạn chế. Điều này là do việc thực hiện các công trình bờ biển truyền thống mà không thực hiện nghiên cứu đánh giá tác động môi trường hoàn chỉnh để xác định các tác dụng phụ của các công trình này và các biện pháp giảm thiểu chúng. Khái niệm mới về bảo vệ bờ biển, xây dựng cùng thiên nhiên, giải quyết vấn đề này bằng cách thiết lập một nhóm công trình bờ biển thân thiện với môi trường với ít tác dụng phụ hơn, hiệu quả cao và chi phí thấp. Bài viết này là một nỗ lực áp dụng khái niệm mới này trong việc giải quyết các vấn đề bờ biển và bảo vệ môi trường bờ biển Ai Cập.

1. Giới thiệu

Với sự khởi đầu của thế kỷ trước, nhận thức về môi trường đã gia tăng và các khái niệm mới như bảo vệ môi trường và phát triển bền vững đã được thiết lập. Với cách tiếp cận mới này, khái niệm bảo vệ bờ biển đã thay đổi từ việc chống lại các lực lượng tự nhiên sang xây dựng cùng với thiên nhiên, (Van Rijn, 2004). Trong quá khứ, nhiều thử nghiệm để chống lại tác động của các lực lượng tự nhiên đã yêu cầu xây dựng các công trình cứng lớn như tường chắn biển, đê chắn sóng, vv, với các tác dụng phụ rộng rãi có thể vượt qua các vấn đề ban đầu.

Gần đây, khái niệm mới, xây dựng cùng với thiên nhiên, đòi hỏi kiến thức về hành vi chính xác của vùng bờ biển, và do đó giải quyết các nguyên nhân chính của vấn đề để chọn công trình bảo vệ phù hợp. Điều này cần được tiếp theo bằng nghiên cứu tác động môi trường để biết các tác dụng phụ của công trình này và các biện pháp giảm thiểu của nó.

Theo đó, một nhóm mới các công trình bờ biển thân thiện với môi trường đã được thành lập. Ngoài ra, các cách tiếp cận mới để giải quyết các vấn đề bờ biển đã xuất hiện. Có ba lựa chọn cơ bản: không hành động, quy hoạch lại các vùng bờ biển và di dời các công trình hiện có ra xa biển, và thực hiện các biện pháp khắc phục tích cực (USACE, 1981).

Các lựa chọn cho các biện pháp khắc phục có thể bao gồm các công trình có thể trực tiếp bảo vệ bờ biển, hoặc những công trình phân tán năng lượng sóng và/hoặc những công trình giữ cho bờ biển không bị trượt. Mỗi lựa chọn đòi hỏi phải đánh giá dữ liệu hiện có từ địa điểm, kế hoạch sử dụng đất, tiền bạc và thời gian có sẵn và các tác động khác có thể phát sinh từ bất kỳ quyết định nào.

Ai Cập đã xây dựng công trình bờ biển đầu tiên trên thế giới là cảng đầu tiên của Alexandria được xây dựng ở phía tây đảo Pharos khoảng năm 1800 TCN, (USACE, 2002). Ai Cập, một trong những người tiên phong trong bảo vệ bờ biển, nên bắt đầu làm việc với các khái niệm mới này để bảo vệ môi trường bờ biển và tăng giá trị kinh tế của nó. Cách tiếp cận môi trường này đòi hỏi sự hợp tác của tất cả các cộng đồng xã hội, các ngành thực thi và các cơ sở giáo dục.

Mục đích của bài viết này là thảo luận về các vấn đề bờ biển trên bờ biển Ai Cập; các loại công trình bờ biển đã được sử dụng; nêu bật cách tiếp cận mới trong bảo vệ bờ biển và đề xuất các công trình phù hợp với khái niệm mới để giải quyết các vấn đề bờ biển Ai Cập.

2. Các Loại Công Trình Bờ Biển và Cách Sử Dụng Chúng

Các công trình bảo vệ bờ biển có thể được phân loại thành bốn nhóm: công trình cứng, công trình mềm, sự kết hợp giữa cả hai và công trình chi phí thấp. Dưới đây là ghi chú ngắn gọn về mỗi nhóm và các phân nhóm của chúng.

2.1 Công Trình Bờ Biển Truyền Thống (Công Trình Cứng)

Tường Chắn Sóng (Seawalls):

Mặt đứng của tường chắn sóng sẽ tạo ra sóng đứng, nhân đôi chiều cao sóng tới và tập trung năng lượng của nó vào khu vực ngay trước tường. Năng lượng sóng tập trung này có thể nhanh chóng làm xói mòn cát ở phía trước tường và gây xói mòn, cuối cùng làm suy yếu nền móng của tường và gây ra lật và phá hủy tường. Tường chắn sóng cũ của Mohamed Ali ở vịnh Abu Quir, tường chắn sóng cũ Burg El Burullus, và tường chắn sóng cũ phía tây cửa sông Damietta Nile là một số ví dụ về việc sử dụng công trình này trong quá khứ để bảo vệ bờ biển Ai Cập, hình (1-I). Tuy nhiên, xói mòn mạnh mẽ đã được xác định ở phía trước các tường này trước khi chúng được cải tạo để làm dốc mặt tường, cải thiện tình hình.

Hình 1: Một số ví dụ về các công trình bờ biển trong khu vực bờ biển Ai Cập.

Bulkhead:

Bulkhead là các tường chắn đứng được sử dụng để giữ hoặc ngăn đất trượt ra biển. Bulkheads thường được sử dụng khi cần duy trì nước sâu đến bờ cho việc đi thuyền hoặc vận chuyển. Bulkheads chỉ phù hợp với các khu vực được bảo vệ có năng lượng thấp, nơi không dự đoán có sóng lớn.

Revetments:

Loại công trình bảo vệ bờ biển hiệu quả nhất cho một khu vực có năng lượng cao là một lớp phủ đá dốc. Một lớp phủ đá dốc phân tán năng lượng của sóng vỡ mà không phản xạ nó. Bề mặt càng không đều thì càng hiệu quả trong việc phân tán năng lượng. Loại công trình này được sử dụng rộng rãi ở Ai Cập ở phía đông và phía tây của cửa sông Rosetta, phía đông của Burg El Burullus, phía đông của cửa sông Damietta Nile, và để bảo vệ con đường ven biển phía tây của Port-Said, hình (1-II). Những công trình này làm tăng tốc độ xói mòn ở phía trước chúng và chuyển vấn đề xói mòn sang các khu vực hạ lưu, vì vậy chúng được sử dụng khi không cần bãi biển ở phía trước chúng.

Dikes và Levees:

Dikes thường là các công trình đất (đập) ngăn mực nước cao không tràn vào các khu vực đất thấp bên trong. Ở các khu vực bờ biển mở, các dikes ngăn cách các khu vực thấp với nước mở thường được xây dựng với lớp áo giáp bằng đá hoặc tương tự ở phía nước mở để bảo vệ dike khỏi tác động của sóng và xói mòn. Dike ở Hà Lan là một ví dụ điển hình trong khi tường cải tạo Abu Quir là một ví dụ nhỏ ở Ai Cập.

Breakwaters:

Có hai loại breakwater; loại thứ nhất là breakwater tách rời được xây dựng ở phía ngoài khơi và song song với đường bờ biển. Nó được sử dụng để phân tán năng lượng của sóng tới và tạo ra một khu vực bóng mát được bảo vệ ở phía đất liền. Loại này được sử dụng rộng rãi ở Ai Cập tại bờ biển phía tây bắc như ở Marabella và khu nghỉ dưỡng làng 6 tháng 10, và bờ biển Delta như ở Baltim, Damietta, và các khu vực El Gamil, hình (1-III). Loại thứ hai là breakwater kết nối với bờ biển, tức là nó kéo dài từ đường bờ biển ra hướng ngoài khơi. Loại công trình này được sử dụng để bảo vệ các cảng và kênh dẫn hướng khỏi tác động của sóng để tạo ra khu vực yên tĩnh cho tàu thuyền và có thể cho bơi lội. Ở Ai Cập, loại này được sử dụng tại cảng Sidi Kerair, khu nghỉ dưỡng bờ biển Sidi Kerair, cảng LNG Edku, nhà máy điện El-Arish và cảng cá El-Arish, hình (1-IV). Tất cả các công trình này gây ra vấn đề trầm tích và xói mòn ở các khu vực thượng lưu và hạ lưu tương ứng (CoRI 1998 và Frihy 2001).

Groins:

Groins được xây dựng vuông góc với bờ và kéo dài, như những ngón tay, qua vùng sóng. Chúng thường được sử dụng ở những khu vực có dòng chảy bờ biển hợp lý. Groins có thể được sử dụng như một cấu trúc đơn lẻ hoặc trong nhóm có chiều dài bằng nhau gọi là trường groin. Chúng cũng có thể được xây dựng theo đoạn với chiều dài giảm dần để tạo thành hệ thống groin. Mục đích chính của groin là bẫy dòng chảy bờ biển hoặc làm chậm chuyển động của nó. Cát có xu hướng tích tụ ở phía thượng lưu của groin trong khi xói mòn xảy ra ở phía hạ lưu. Một số ví dụ về việc sử dụng công trình này dọc theo bờ biển Ai Cập có thể tìm thấy ở: phần giữa của trung tâm Marina El-Alamien, bãi biển El Mandara, phía đông và phía tây của các công trình bảo vệ Rosetta, khu nghỉ dưỡng biển phía đông Baltim, và ở các phía tây và đông của cảng El Arish, hình (1-V). Các thay đổi điển hình của đường bờ biển được quan sát xung quanh các công trình này.

Jetties:

Jetties là các công trình kết nối bờ thường được xây dựng ở một hoặc cả hai bên của kênh dẫn hướng vuông góc với bờ và kéo dài vào đại dương. Jetties được sử dụng để ổn định các kênh dẫn hướng tại cửa sông và cửa triều. Chúng được sử dụng rộng rãi ở Ai Cập ở cả hai bên của các cửa nhân tạo của trung tâm Marina El Alamien, cửa Maadia, cửa hồ Burullus, cửa sông Damietta Nile và các cửa hồ El-Bardawil, hình (1 VI). Cát tích tụ ở phía tây của các jetties này và có hiện tượng xói mòn đáng kể ở các phía đông.

Rõ ràng là các công trình bờ biển truyền thống, được sử dụng dọc theo các bờ biển Ai Cập, có tác động phụ xấu đến môi trường và bãi biển bên cạnh chi phí xây dựng cao. Từ thảo luận này, rõ ràng rằng các công trình này không phù hợp trong thời điểm hiện tại cho các bờ biển Ai Cập và được coi là gánh nặng đối với nền kinh tế của Ai Cập.

2.2 Các Biện Pháp Bảo Vệ Mềm

Beach Fills (Bồi Đắp Bãi Biển):

Dự án bồi đắp bãi biển hoặc bồi đắp bãi biển có nghĩa là thêm khối lượng lớn các vật liệu có chất lượng tương tự từ các nguồn bên ngoài để khôi phục một bãi biển bị xói mòn, hình (2-I). Các dự án bồi đắp bãi biển được thiết kế và kỹ thuật để hoạt động như các bãi biển tự nhiên, cho phép cát di chuyển liên tục để đáp ứng với sóng và mực nước thay đổi. Sáu dự án bồi đắp cát thành công đã được thực hiện trong bờ biển Alexandria trong giai đoạn từ 1986 đến 1995. Hầu hết các bãi biển này vẫn hoạt động tốt.

Dredging or Sand Bypassing (Nạo Vét hoặc Chuyển Cát):

Đây là việc vận chuyển cát bằng thủy lực hoặc cơ học từ các khu vực bồi tích hoặc các kênh dẫn hướng bị phù sa đến các khu vực bị xói mòn hạ lưu hoặc đến các khu vực đổ rác được đề xuất, hình (2-II). Nạo vét được sử dụng để khắc phục vấn đề bồi tích ở phía thượng lưu của các công trình bờ biển, kênh dẫn hướng, cửa hồ, và các điểm nổi. Nó cũng có thể được sử dụng để đạt được độ sâu thiết kế trong các cảng và hồ nhân tạo. Một số dự án nạo vét đang được thực hiện trong bờ biển Ai Cập tại cảng LNG Edku và kênh dẫn hướng của nó, cửa sông Rosetta, kênh dẫn hướng cảng Damietta, và các cửa hồ El Manzala.

Vegetation (Thực Vật):Một chương trình trồng cây để thiết lập các loài thực vật mong muốn là một phương pháp rẻ tiền để ổn định cồn cát và bảo vệ đầm lầy, hình (2-III). Rễ của chúng được sử dụng để bẫy cát và ổn định các bãi biển. Thực vật ven đất cũng cải thiện vẻ đẹp của bờ biển, ngăn chặn xói mòn trong mưa lớn, giảm tốc độ dòng chảy trên mặt đất, tăng tốc độ thấm của đất và cung cấp môi trường sống cho động vật hoang dã.

Hình (2): Một số Loại Công Trình Bảo Vệ Bờ Biển Tự Nhiên

Các tác động phụ của những phương pháp này gần như không đáng kể và chi phí của chúng thấp hơn so với các công trình cứng.

2.3 Combined Protection Works:

Floating Breakwaters:

Floating breakwaters được làm từ các vật liệu nổi như gỗ, hộp bê tông rỗng và lốp cao su phế thải, hình (2-IV). Floating breakwaters thường hiệu quả trong các vùng nước được bảo vệ, nơi mà chu kỳ sóng nhỏ hơn năm giây. Năng lượng sóng bị phân tán khi chúng đi qua các công trình nổi này.

Submerged Breakwaters:

Submerged breakwaters là các cấu trúc dài hoặc ngắn ngập nước, song song với bờ biển, được xây dựng nhằm giảm thiểu tác động của sóng lên bãi biển bằng cách ép sóng vỡ trên chúng, hình (2-V). Submerged breakwaters có ít ảnh hưởng đến môi trường ven biển và không làm hỏng cảnh quan. Chúng có nhiều loại và hình dạng khác nhau như breakwaters đỉnh rộng, breakwaters đỉnh hẹp và breakwaters rạn san hô.

Perched Beaches:

Perched beach kết hợp một breakwater thấp hoặc sill và một bãi biển được bồi đắp cao hơn mức bình thường, hình (2-VI). Giải pháp này cung cấp một lớp đệm rộng chống lại tác động của sóng trong khi cung cấp một địa điểm giải trí tiềm năng xuất sắc. Perched beaches có thể được cung cấp nơi mà độ dốc ngoài khơi đủ nhẹ để cho phép sử dụng một sill ở vùng nước nông ở khoảng cách hợp lý từ bờ.

Slope Flattening:

Được thực hiện bằng cách sử dụng vật liệu đắp nhân tạo cùng với lớp phủ để cung cấp một giải pháp lâu dài cho các vấn đề ổn định độ dốc. Mặt khác, nó không bảo vệ chống lại tác động liên tục của sóng vì mất mát do tác động sóng/dòng chảy vẫn tiếp tục diễn ra.

Headlands:

Artificial headlands là các breakwaters gần bờ được thiết kế sao cho một tombolo hình thành, từ đó bẫy dòng chảy bờ biển và tạo ra một bãi biển ổn định, hình (2-VII). Artificial headlands được khuyến nghị cho các bãi biển có dòng chảy bờ biển thấp và các khu vực mà xói mòn hạ lưu không được coi là vấn đề nhạy cảm.

2.4 Low Cost Coastal Structures:

Hogwire Fencing and Stacked Bags:

Hogwire fencing gắn vào các cột có thể được sử dụng để hỗ trợ các túi cát xếp chồng lên phía đất liền của hàng rào để tạo thành một cấu trúc tương đối rẻ, hình (3-I).

Rubber Tires:

Rubber tires breakwaters gồm một nhóm các cọc “gỗ, sắt hoặc bê tông” hoạt động như trục cho các lốp cao su. Sau đó, khu vực phía sau được lấp đầy bằng đá. Cấu trúc này có thể được sử dụng như một công trình bảo vệ chống xói mòn trong các khu vực chưa phát triển hoặc để bảo vệ chân của các cồn cát. Ngoài ra, lốp cao su có thể được sử dụng như breakwaters nổi.

Longard Tubes:

Longard tube là một ống polyethylene được dệt, được cấp bằng sáng chế, được đổ đầy cát khi lắp đặt, hình (3-II). Longard tube dễ dàng và nhanh chóng được đổ đầy và đặt vào vị trí khi thiết bị và vật liệu có sẵn tại hiện trường. Nhược điểm chính là dễ bị phá hoại và hư hỏng do mảnh vụn trên nước hoặc do móc của tàu thuyền. Những nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng các phương pháp hóa học để phủ lên các ống để chúng có thể chịu được bất kỳ hư hỏng nào.

Gabions:

Gabions là các rổ hoặc đệm hình chữ nhật hoặc khối vuông làm bằng dây thép mạ kẽm, đôi khi được phủ PVC, trong một lưới hình lục giác chứa đầy đá, hình (3-III). Gabions linh hoạt và có thể duy trì chức năng của chúng ngay cả khi nền móng bị lún. Gabions có thể được sử dụng để ổn định độ dốc.

Stacked Bags and Mats:

Một số nhà sản xuất sản xuất túi và thảm với các kích thước và vật liệu khác nhau thường được đổ đầy cát hoặc hỗn hợp bê tông nhẹ để sử dụng trong các lớp phủ, hình (3-IV). Túi đổ cát tương đối linh hoạt và có thể được sửa chữa nếu một số túi ban đầu bị bật ra. Ngoài ra, túi xếp chồng lên nhau phù hợp như các biện pháp bảo vệ khẩn cấp tạm thời. Mặt khác, chúng chỉ giới hạn ở các khu vực có năng lượng thấp, có thời gian sử dụng ngắn hơn so với các lớp phủ khác, và thường có hình thức không hấp dẫn.

>>> XEM THÊM: Nghiên cứu mô hình vật lý về tăng cường một công trình chắn sóng gồm các khối nhân tạo Tetrapod