The Influence of Crest Width and Working States on Wave Transmission of Pile–Rock Breakwaters in the Coastal Mekong Delta

Abstract

The coastline of the Ca Mau and Kien Giang provinces in the Vietnamese Mekong Delta has been severely eroded in recent decades. Pile–Rock Breakwaters (PRBWs) are among the most widely adopted structures for controlling shoreline erosion in this region. These structures are effective for wave energy dissipation, stimulating sediment accumulation, and facilitating the restoration of mangrove forests. These breakwaters are generally considered to be the best-engineering practice; however, there is currently insufficient scientific evidence with regard to specific structural design aspects. This can lead to PRBW structures being compromised when deployed in the field. This study used a physical model of a PRBW in a laboratory to investigate several design parameters, including crest width and working states (i.e., submerged, transition, and emerged), and investigated their relationship with the wave transmission coefficient, wave reflection coefficient, and wave energy dissipation. To investigate these relationships further, empirical formulas were derived for PRBWs under different sea states and crest widths to aid the design process. The results showed that the PRBW width had a significant influence on the wave energy coefficients. The findings revealed that the crest width of the breakwater was inversely proportional to the wave transmission coefficient (Kt) under the emerged state. The crest width was also proportional to the wave reduction efficiency and wave energy dissipation in both working states (i.e., the submerged and emerged states). The front wave disturbance coefficient (Kf) was found to be proportional to the wave reflection coefficient, and the wave height in front of the structure was found to increase by up to 1.4 times in the emerged state. The wave reflection coefficient requires special consideration to reduce the toe erosion in the structure. Lastly, empirical equations including linear and non-linear formulas were compared with previous studies for different classes of breakwaters. These empirical equations will be useful for understanding the wave transmission efficiency of PRBWs. The findings of this study provide important guidance for PRBW design in the coastal area of the Mekong Delta.

Xác định chiều rộng đê tường đứng rỗng dạng ngập đáp ứng hiệu quả chiết giảm sóng đơn dùng mô hình số và phương trình hồi quy bậc hai

“…Dưới tác dụng của biến đổi khí hậu và các hiện tượng địa chấn, sóng biển hình thành, lan truyền và phá hủy ngày càng nghiêm trọng các đường bờ biển trên toàn Thế giới [1][2][3][4][5][6]. Hàng loạt các biện pháp được đưa ra để ngăn chặn hoặc giảm thiểu ảnh hưởng của sóng tới bờ biển, có thể phân loại thành ba giải pháp: giải pháp bị động, giải pháp chủ động và kết hợp giải pháp chủ độngbị động.…”

“…Đến nay, chưa có lý thuyết tổng quan cho kết cấu đê rỗng mới này, các nghiên cứu về đê chắn sóng rỗng tập trung vào việc phát triển mô hình vật lý [5], [6], [18], mô hình thực nghiệm [11], [12], [18], [19], [20] và mô hình toán [11], [16], [18], [21][22][23][24][25][26]. So với mô hình vật lý và mô hình thực nghiệm, mô hình toán là phương pháp được sử dụng rộng rãi hơn với ưu điểm tiết kiệm thời gian, chi phí thiết kế mà vẫn đảm bảo độ chính xác cho phép.…”

“…Vì thế, hiệu quả giảm sóng của đê tường đứng rỗng dạng ngập là không lớn. Cho nên, tăng chiều rộng đê là biện pháp đơn giản nhất để làm tăng hiệu quả giảm sóng chủ động của đê tường đứng rỗng dạng ngập [5], [11], [21]. Tuy nhiên, các nghiên cứu [5], [11], [21] đều thực hiện với điều kiện biên sóng tới là phổ sóng phụ thuộc vào điều kiện từng địa phương cụ thể mà không phải là sóng đơn.…”

“…Cho nên, tăng chiều rộng đê là biện pháp đơn giản nhất để làm tăng hiệu quả giảm sóng chủ động của đê tường đứng rỗng dạng ngập [5], [11], [21]. Tuy nhiên, các nghiên cứu [5], [11], [21] đều thực hiện với điều kiện biên sóng tới là phổ sóng phụ thuộc vào điều kiện từng địa phương cụ thể mà không phải là sóng đơn. Thêm vào đó, nghiên cứu [5] thực hiện thí nghiệm mô hình vật lý đối với dạng cụ thể kết cấu đê chắn sóng tường cọc ống nhồi đá đổ vào giữa, nghiên cứu [11], [21] thực hiện mô hình thực nghiệm trên đê chắn sóng bằng hàng rào tre, cừ tràm nhồi bó tre vào giữa.…”

“…Tuy nhiên, các nghiên cứu [5], [11], [21] đều thực hiện với điều kiện biên sóng tới là phổ sóng phụ thuộc vào điều kiện từng địa phương cụ thể mà không phải là sóng đơn. Thêm vào đó, nghiên cứu [5] thực hiện thí nghiệm mô hình vật lý đối với dạng cụ thể kết cấu đê chắn sóng tường cọc ống nhồi đá đổ vào giữa, nghiên cứu [11], [21] thực hiện mô hình thực nghiệm trên đê chắn sóng bằng hàng rào tre, cừ tràm nhồi bó tre vào giữa. Do đó, kết quả việc xác định bề rộng đê chắn sóng tường đứng rỗng trên chỉ mang tính chất cục bộ địa phương với từng loại kết cấu rỗng cụ thể.…”