Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật bờ biển

Tính cấp thiết của đồ án Bãi bồi Kim Sơn dài khoảng 15 km tính từ cửa sông Đáy ở phía Đông huyện Kim Sơn đến cửa sông Càn ở phía Tây, đây là vùng bãi bồi có chiều rộng lớn nhất nước ta,

MỤC LỤC

Mục lục - 1 -

Lời cảm ơn - 4 -

Phần 1: Mở đầu - 7 -

Chương 1: Giới thiệu chung về đồ án - 8 -

1.1 Tính cấp thiết của đồ án - 8 -

1.2 Mục tiêu của đồ án - 9 -

1.3 Phạm vi đồ án……… - 9 -

1.4 Các phương pháp nghiên cứu đồ án……… - 9 -

1.5 Kết cấu đồ án……… - 9 -

Chương 2: Giới thiệu chung huyện Kim Sơn - 11 -

2.1 Điều kiện tự nhiên - 11 -

2.1.1 Vị trí địa lý - 11 -

2.1.2 Đặc điểm địa hình - 12 -

2.1.3 Đặc điểm địa chất - 12 -

2.1.4 Điều kiện khí hậu- khí tượng - 13 -

2.1.5 Đặc điểm chế độ thuỷ văn - 16 -

2.1.6 Đặc điểm hải văn - 17 -

2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội của huyện Kim Sơn - 19 -

2.2.1 Đặc điểm xã hội - 19 -

2.2.2 Đặc điểm kinh tế huyện Kim Sơn - 19 -

Phần 2: Thiết kế đoạn đê Bình Minh 3 - 22 -

Chương 3: Phân tích lựa chọn mặt cắt đê hợp lý - 23 -

3.1 Nhiệm vụ của công trình - 23 -

3.2 Xác định cấp công trình - 23 -

3.3 Xác định tuyến công trình - 24 -

3.4 Lựa chọn mặt cắt ngang hợp lý - 24 -

3.4.1 Đê biển mái nghiêng - 25 -

3.4.2 Đê biển kiểu tường đứng - 26 -

3.4.3 Đê kiểu hỗn hợp - 27 -

Chương 4: Tính toán điều kiện biên thiết kế - 29 -

4.1 Xác định mực nước thiết kế ( MNTK ) - 29 -

4.1.1 Tính mực nước trung bình và biên độ triều cực trị - 30 -

4.1.2 Tính chiều cao nước dâng trong bão……… - 31 -

4.2 Tính toán sóng thiết kế……….- 31 -

4.2.1 Tính toán các tham số sóng nước sâu - 31 -

4.2.2 Tính truyền sóng - 37 -

4.2.3 Tính sóng thiết kế - 43 -

Chương 5: Thiết kế đoạn đê biển Bình Minh 3 - 44 -

5.1 Cao trình đỉnh đê - 44 -

5.1.1 Xác định tiêu chuẩn thiết kế - 44 -

5.1.2 Tính toán cao trình đỉnh đê - 45 -

5.2 Chiều rộng và kết cấu đỉnh đê: - 49 -

5.3 Kết cấu đỉnh đê: - 50 -

5.3.1 Mặt đỉnh đê - 50 -

5.3.2 Tường chắn sóng đỉnh đê: - 50 -

5.4 Mái đê: - 58 -

5.4.1 Độ dốc mái đê: - 58 -

5.4.2 Gia cố mái đê phía biển - 59 -

5.4.3 Gia cố mái đê phía đồng - 62 -

5.5 Kết cấu chân khay - 63 -

5.5.1 Lựa chọn kết cấu chân khay bảo vệ mái phía biển - 63 -

5.5.2 Tính toán kết cấu chân khay - 65 -

5.6 Thân đê - 66 -

5.7 Hệ thống thoát nước mặt - 69 -

5.8 Xây dựng các cống trên đê …… - 69 -

Chương 6: Tính ổn định - 71 -

6.1 Tính ổn định mái đê bằng phần mềm Geoslope V.6 - 71 -

6.1.1 Giới thiệu về phần mềm Geoslope V.6 sử dụng để tính ổn định tổng thể cho công trình - 71 -

6.1.2 Kết quả tính ổn định mái đê theo phần mềm Geo - Slope/W V.6 - 73 -

6.2 Tính toán áp lực sóng lên mái nghiêng - 74 -

6.2.1 Tính áp lực sóng lớn nhất - 74 -

6.2.2 Tính tung độ điểm đặt các áp lực - 75 -

6.2.3 Tính ổn định cục bộ cấu kiện lát mái khi chịu áp lực sóng lớn nhất: - 76 -

6.2.4 Tính ổn định lớp gia cố bờ khi có sử dụng geotextile - 77 -

Chương 7: Trình tự và phương pháp thi công - 82 -

7.1 Thời gian thi công - 74 -

7.2 Trình tự thi công - 71 -

7.3 Phương pháp thi công - 71 -

Phần 3: Chuyên đề Bước đầu nghiên cứu đề xuất phương án phát triể kinh tế vùng bãi bồi huyện Kim Sơn - 80 -

Giới thiệu về chuyên đề - 81 -

Chương 8: Quá trình thành tạo và phát triển bãi bồi huyện Kim Sơn - 82 -

8.1 Lịch sử thành tạo và phát triển - 82 -

8.2 Quy luật thành tạo và phát triển vùng bãi bồi Kim Sơn - 83 -

8.3 Xu thế biến động bãi bồi ven biển Kim Sơn - 84 -

8.3.1 Vận động bùn cát khu vực cửa sông - 85 -

8.3.2 Diễn biến xói bồi - 88 -

8.3.3 Xu thế biến động đất bồi cửa sông Đáy - 88 -

Chương 9: Tiềm năng và hiện trạng sử dụng các loại hình tài nguyên thiên nhiên bãi

bồi ven biển Kim Sơn - 90 -

9.1 Tiềm năng các loại hình tài nguyên thiên nhiên bãi bồi ven biển Kim Sơn - 90 -

9.1.1 Tài nguyên khí hậu - 90 -

9.1.2 Tài nguyên đất - 90 -

9.1.3 Tài nguyên khoáng sản - 91 -

9.1.4 Tài nguyên nước mặt - 91 -

9.1.5 Tài nguyên nước ngầm - 95 -

9.1.6 Tài nguyên sinh vật - 96 -

9.2 Hiện trạng khai thác sử dụng các dạng tài nguyên - 96 -

9.2.1 Sử dụng tài nguyên khí hậu - 96 -

9.2.2 Sử dụng tài nguyên đất - 98 -

9.2.3 Sử dụng tài nguyên nước - 99 -

9.2.4 Sử dụng tài nguyên sinh vật - 101 -

Chương 10: Một số giải pháp khai thác sử dụng hợp lý bãi bồi huyện Kim Sơn - 103 -

10.1 Những quan điểm và nguyên tắc định hướng khai thác sử dụng hợp lý bãi bồi ven biển cửa sông Kim Sơn - 103 -

10.2 Những thuận lợi và khó khăn trong việc khai thác và sử dụng hợp lý bãi bồi ven biển Kim Sơn - 104 -

10.2.1 Những thuận lợi - 104 -

10.2.2 Những khó khăn : - 105 -

10.3 Một số giải pháp cơ bản sử dụng hợp lý đất bãi bồi ven biển Kim Sơn - 105 -

10.4 Đề xuất một số mô hình khai thác sử dụng đất bãi bồi ven biển Kim Sơn - 109 -

10.5 Bước đầu lựa chọn phương án phát triển kinh tế và lập quy hoạch……….- 111 -

Kết luận đồ án - 113 -

Phụ lục - 114 -

Tài liệu tham khảo - 117 -

LỜI CẢM ƠN

Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và được sự hướng dẫn tận tình của Th.S Nguyễn Thị Thế Nguyên và Th.S Nguyễn Quang Lương, cùng các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy lợi, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp, với đề tài: “Thiết kế đê Bình Minh 3, huyện Kim Sơn – tỉnh Ninh Bình”

Qúa trình làm đồ án tốt nghiệp, đã giúp em hệ thống lại kiến thức đã được học và giúp em biết cách áp dụng lí thuyết vào thực tế, làm quen với công việc của một kỹ sư thiết kế công trình biển Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thủy lợi và vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học Mặc dù đã cố gắng nhưng trong

đồ án em chưa giải quyết hết các trường hợp có thể xảy ra, giới hạn nghiên cứu còn hạn hẹp Bên cạnh đó trong quá trình tính toán và lựa chọn phương án thiết kế, do còn hạn chế về kiến thức và hiểu biết thực tế nên trong đồ này không tránh khỏi những sai sót

Em kính mong nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn, của các thầy cô giáo, giúp cho

đồ án của em được hoàn chỉnh hơn, từ đó kiến thức chuyên môn cũng được hoàn thiện

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 8 tháng 05 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Vũ Thị Hiền

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

m Hệ số mái dốc m =cotga

aqd Góc nghiêng quy đổi của mái công trình

q Lưu lượng tràn trung bình trên mỗi mét chiều dài công trình m3/s/m

PHẦN 1

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỒ ÁN

Chương 1 nêu ra tính cấp thiết của đồ án, từ đó xác định mục tiêu và phạm vi nghiên cứu, xác định các phương pháp, công cụ cần sử dụng tới khi làm đồ án Trong chương này, cũng tóm lược lại kết cấu của đồ án

1.1 Tính cấp thiết của đồ án

Bãi bồi Kim Sơn dài khoảng 15 km tính từ cửa sông Đáy ở phía Đông huyện Kim Sơn đến cửa sông Càn ở phía Tây, đây là vùng bãi bồi có chiều rộng lớn nhất nước ta, trung bình hàng năm bãi bồi Kim Sơn lấn ra biển từ 80 đến 100m độ bồi cao trung bình từ 6 đến 8cm/năm Vùng bãi bồi giữa đê Bình Minh 2 và Bình Minh 3 có diện tích 1450 ha có độ cao từ 0.00 trở lên đến +1.00 Đây là vùng bãi bồi có tiềm năng kinh tế rất cao của huyện Kim Sơn nói riêng và của tỉnh Ninh Bình nói chung, nếu được đầu tư khai thác đúng hướng

Vùng ven biển Kim Sơn, nằm trong hệ thống phòng thủ chiến lược quân sự của tỉnh Ninh Bình nói riêng và của khu vực nói chung Thực trạng hiện nay ở vùng kinh

tế ven biển này, mật độ dân cư còn thưa thớt, dân số công giáo tập trung đông nhất tỉnh, chiếm trên 70% dân công giáo toàn tỉnh Vị trí lại xa trung tâm đầu não của tỉnh, việc huy động nhanh lực lượng và phương tiện tác chiến tại chỗ gặp nhiều khó khăn trở ngại nếu có sự cố xảy ra Do đó việc phát triển kinh tế xã hội vùng này đòi hỏi phải phối hợp chặt chẽ với an ninh quốc phòng, với công tác phòng chống lụt bão cứu hộ đê điều khi có sự cố xảy ra

Tuy nhiên ở thời điểm trước đây do cao độ bãi bồi đoạn trực biển nằm giữa đê Bình Minh 2 và Bình Minh 3 (phía Đông 680 ha, phía Tây 155 ha đã được khép kín đê bao bảo vệ) đang được nuôi trồng thuỷ sản (chủ yếu là nuôi tôm sú) áp dụng công nghệ kỹ thuật, hình thức nuôi tiên tiến để nâng cao năng suẩt đạt hiệu quả kinh tế và nâng cao đời sống nhân dân Vùng chưa được khép kín đã được bồi lắng tương đối nhiều, cao trình bãi khoảng (-0.20) đến (+0.30); với cao trình bãi như thế rất phù hợp

để tạo mặt thoáng nuôi tôm Hơn nữa đến nay nhu cầu về diện tích ao đầm nuôi trồng thuỷ sản tăng cao, nhân dân đã đầu tư thâm canh trên diện tích lớn ở khu vực phía Đông và phía Tây giữa hai đê Bình Minh 2 và Bình Minh 3 với nguồn kinh phí và công sức rất lớn Vì vậy việc đầu tư xây dựng đê Bình Minh 3, là rất cần thiết và cấp bách

1.2 Mục tiêu của đồ án

Do đặc điểm của vùng bãi bồi ven biển huyện Kim Sơn đang tiến ra biển với tốc

độ nhanh Vì vậy việc bảo vệ mở rộng vùng đất bồi từ đó có kế hoạch khai thác phát triển dân sinh kinh tế của vùng đang vấn đề được chính quyền địa phương quan tâm Dựa trên tình hình đó đồ án gồm có 2 mục tiêu chính:

- Thiết kế đoạn đê Bình Minh từ Km7 + 630 đến Km12 + 123, dài 4,493 km

- Bước đầu nghiên cứu phương án sử dụng tài nguyên thiên nhiên hợp lý và phát triển kinh tế bên vững vùng bãi bồi

- Thống kê, tham khảo từ các tài liệu có trước

- Nghiên cứu hiện trường

- Sử dụng phần mềm: Excel, Excel là công cụ tính toán rất hữu ích và được sử dụng nhiều trong đồ án, giúp giảm khối lượng tính toán khi tính lặp, tính toán vẽ đồ thị…

1.5 Kết cấu đồ án

Với hai mục tiêu thực hiện đồ án như trên mục 2 của chương này, đồ án được xây dựng gồm 3 phần:

Phần 1: Mở đầu – gồm 2 chương

Chương 1: Giới thiệu chung về đồ án

Chương 2: Giới thiệu chung về huyện Kim Sơn

Phần 2: Thiết kế đoạn đê biển Bình Minh 3 từ Km7 + 630 đến Km12 + 123 – gồm 3

Kết quả tính toán trong chương 4 là các thông số đầu vào dùng để tính toán thiết kế đê trong các chương tiếp theo.

Chương 5: Thiết kế đoạn đê Bình Minh 3 từ Km7 + 630 đến Km12 + 123 (gọi tắt

là đê Bình Minh 3)

Chương 6: Kiểm tra ổn định đê theo phương án thiết kế

Chương 7: Trình tự và phương pháp thi công

Phần 3: Chuyên đề: Bước đầu nghiên cứu phương án phát triển kinh tế vùng đất bồi

huyện Kim Sơn

Chương 8: Quá trình thành tạo, phát triển bãi bồi huyện Kim Sơn

Chương 9: Tiềm năng và hiện trạng khai thác sử dụng các loại hình tài nguyên thiên nhiên bãi bồi ven biển Kim Sơn

Chương 10:Một số giải pháp khai thác sử dụng hợp lý vùng bãi bồi ven biển Kim Sơn

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG HUYỆN KIM SƠN

Kim Sơn là một huyện ven biển có điều kiện tự nhiên, xã hội thuận lợi cho phát triển kinh tế vùng biển Trong chương này sẽ giới thiệu điều kiện tự nhiên và điều kiện kinh

tế xã hội của huyện, đây là cơ sở cho những phân tích chọn lựa giải pháp công trình cũng như việc đề xuất phương án phát triển kinh tế vùng bãi bồi trong phần chuyên đề của đồ án

2.1 Điều kiện tự nhiên

2.1.1 Vị trí địa lý

Hình 2.1: Bản đồ vị trí vùng dự án đê Bình Minh 3

Vùng dự án Bình Minh 3 nằm ở phía Đông Nam huyện Kim Sơn (vị trí đánh dấu

số “2” trên bản đồ, cách trung tâm thị xã Ninh Bình 60 km về phía Đông Nam Vùng này nằm trong toạ độ địa lý như sau:

106,10 ~ 106,70 kinh độ Đông

19,360 ~ 19,00 vĩ Bắc

Giới hạn :

- Phía Bắc giáp đê Bình Minh 2 từ cửa sông Đáy đến cửa sông Càn

- Phía Đông giáp cửa sông Đáy

- Phía Nam giáp biển

- Phía Tây giáp cửa sông Càn

Tổng diện tích tự nhiên tính từ cao độ (-1,00) trở lên khoảng 3750 ha

2.1.2 Đặc điểm địa hình

Bãi bồi Bình Minh thuộc đồng bằng tích tụ delta ngầm chịu ảnh hưởng trực tiếp của thuỷ triều Đồng bằng ảnh hưởng thuỷ triều thường xuyên bề mặt địa hình thấp, tích tụ sét hoặc bùn sét có độ cao bề mặt dưới 0,5 m so với mực nước biển, địa hình hầu như bằng phẳng, độ dốc không quá 30 Qua các nghiên cứu đã báo cáo (Dự án hạp

long đê Bình Minh 3) có thể tóm lược một số đặc điểm địa hình đặc trưng của vùng

này như sau:

- Địa hình vùng bãi bồi Bình Minh có hình vòng cung hướng lồi ra biển

- Bề mặt toàn bãi có độ phẳng khá đồng đều ít lồi lõm

- Thế đất: Có độ dốc thoải dẫn từ phía đất liền ra biển và từ phía cửa Đáy xuống phía cửa Càn

Do đặc điểm vùng biển Ninh Bình là biển thoái,tốc độ bồi lắng hàng năm khá lớn ( bồi xa 80÷100 m, bồi cao 6 ÷ 8 cm/năm ) cho nên địa hình vùng bãi này hàng năm đều có sự thay đổi và ngày một phình to ra phía biển

2.1.3 Đặc điểm địa chất

Khu vực khảo sát thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ là vùng trầm tích hiện đại, nằm trên cánh Tây Nam của trũng địa hào Hà Nội Cấu trúc trầm tích đệ tứ dầy từ 100 m đến 200 m, trầm tích Haloxen dày 20 m đến 25m Xuống sâu phía dưới lớp trầm tích

có thể gặp các đá biến chất Protezozoi hoặc các Trisaanizi thuộc hệ Đồng Giao Cấu trúc trầm tích của khu vực này mới hình thành, thời gian nén chặt mới bắt đầu còn để lại một số di tích hữu cơ, thực vật đã bị mục nát vì vậy đất có độ rỗng lớn và xốp, kết cấu của đất kém chặt, cường độ kháng cắt nhỏ, độ lún lớn và bão hoà nước

Các chỉ tiêu cơ lý đất đắp, đất nền do công ty Tư vấn xây dựng Ninh Bình cung cấp được trình bày ở bảng 2.1

Bảng 2.1 - Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và đất nền của tuyến đê lấn biển Kim Sơn

Trọng lượng riêng (kN/m3)

Ghi chú

Có thể thấy tuyến đê đi qua vùng đất bồi mới địa chất nền yếu, đất đắp đê là đất tại chỗ có tính chất cơ lý thấp vì vậy cần có biện pháp đảm bảo ổn định cho đê, trong

cả quá trình thi công và sử dụng Trong quá trình thi công cần có thời gian để đất cố kết

2.1.4 Điều kiện khí hậu- khí tượng

Nằm trong miền khí hậu phía Bắc Việt Nam nên tính chất căn bản của huyện là nhiệt đới gió mùa Điều kiện khí hậu ở đây chịu sự chi phối của hai hệ thống gió mùa Đông Bắc và Tây Nam đã biến tính khi thổi vào vịnh Bắc Bộ và tác động của biển

ưu thế tuyệt đối, với tần suất khoảng 70%

Từ tháng II đến tháng IV là thời kỳ suy thoái của gió mùa Đông Bắc, đồng thời gió Đông phát triển mạnh và trở nên thống trị Tần suất gió Đông trong các tháng này lên đến 50%÷60%, hướng Bắc vẫn còn chiếm tỷ lệ khoảng 15%÷25%

Từ tháng IV ÷ VII là thời kỳ thống trị của gió hướng Nam đến Đông Nam, thổi từ biển vào đất liền đem lại thời tiết nóng ẩm ở dải ven bờ Trong đó gió Nam chiếm ưu thế lên đến 50%÷60% Gió Tây Nam cũng thường xuất hiện với tần suất trên dưới 10%

Từ tháng VIII đến tháng IX là thời kỳ chuyển đổi hướng gió, tần suất phân phối cho nhiều hướng khác nhau Trong tháng VIII ưu thế thuộc về các gió có thành phần Nam, nhưng sang tháng IX ưu thế chuyển sang các hướng có thành phần Bắc

Vận tốc gió trung bình tại đây nhìn chung lớn Trị số này dao động trong khoảng

2 ÷ 4 m/s, cao nhất là ngoài đảo địa hình thoáng gió và có xu thế giảm dần từ vùng ven

bờ vào sâu đất liền Ở vùng sát bờ biển vận tốc gió trung bình thường xuyên đạt trên 3 m/s Vận tốc gió cực đại trong bão có thể đạt tới 30 ÷ 40 m/s thậm chí có thể đạt tới

51 m/s

Do địa hình bằng phẳng nên phần trăm lặng gió ở đây nhỏ, chỉ đạt trên dưới 10% tổng số lần quan trắc

Bảng 2.2 - Thống kê tốc độ gió và hướng gió

Xét theo nhiệt độ trung bình năm đại bộ phận lãnh thổ của dải ven biển huyện

Kim Sơn có địa hình thấp và bằng phẳng nên nền nhiệt tương đối cao, thuộc chế độ

nhiệt nóng và có xu thế tăng dần từ Bắc xuống Nam Ở đây nhiệt độ trung bình năm

dao động trong khoảng 22,2 ÷ 23,60 (Bảng 2.3) Chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của gió mùa

Đông Bắc, chế độ nhiệt ở đây phân hoá ra làm hai mùa nóng lạnh rõ rệt, mùa nóng kéo

dài từ 4 đến 5 tháng từ tháng V ÷ X Tháng VII có nhiệt độ không khí cao nhất đạt trị

số 28,2 ÷ 29,40 Mùa lạnh kéo dài 2 tháng ( I và II) Tháng I là tháng lạnh nhất có

nhiệt độ trung bình trong khoảng 14,3 ÷ 16,80

Cũng do ảnh hưởng mạnh mẽ của gió mùa Đông Bắc, nên nhiệt độ không khí biến

thiên khá lớn trong năm Gía trị biên độ nhiệt ở đây đạt 13,1 ÷ 13,3o Bên cạnh đó, do

nằm sát biển nên nhiệt độ tương đối điều hoà trong ngày, trị số biên độ nhiệt ngày đêm

trung bình năm dao động trong khoảng từ 4,4÷6,90 (Bảng 2.4)

Bảng 2.3 - Thống kê nhiệt độ trung bình nhiều năm ( 0 C )

T0 16,3 17,0 19,7 23,4 27,3 28,2 29,2 28,4 27,2 24,8 21,5 17,4 23,4 Max 16,8 19,6 22,2 26,5 31,0 32,4 32,7 31,6 30,1 27,9 24,6 21,7 26,4 Min 14,3 15,2 18,0 21,7 24,5 25,9 26,4 25,9 24,8 22,4 19,6 15,8 21,2

(Nguyễn Văn Cư, Bãi bồi ven biển cửa sông Bắc Bộ Viêt Nam, Viện Khoa học và công

nghệ)

Bảng 2.4 - Biên độ ngày trung bình của nhiệt độ không khí ( 0 C )

Lượng mưa năm:

- Lượng mưa năm lớn nhất: 3.024 mm (1994)

- Lượng mưa năm nhỏ nhất: 1.100 mm (1957)

- Lượng mưa năm trung bình: 1.920 mm

Số lượng ngày mưa trong năm từ 125 – 135 ngày Lượng mưa phân bố không đều theo các tháng, cụ thể như sau :

Lượng mưa tháng:

Bảng 2.6 - Thống kê lượng mưa trung bình nhiều năm (mm)

TB 27,7 32 50,2 87,3 155 255,5 230,8 318,2 407,3 265,3 63,3 27,7 Max 86 105,7 140 210 316,3 532,3 504,7 901,5 983,5 724,5 246,5 93,1

Đa số các cơn bão ảnh hưởng tới Ninh Bình được hình thành từ biển Đông và Tây

Thái Bình Dương Mùa mưa bão thường bắt đầu từ tháng 5 hoặc tháng 6 và kết thúc

vào tháng 10 và tháng 11 trong năm Bình quân mỗi năm có từ 2 đến 3 trận bão có

nguy cơ đổ bộ vào Ninh Bình mà xã Kim Đông, Kim Trung huyện Kim Sơn là những

xã chịu ảnh hưởng trực tiếp

Bão gây sóng to gió mạnh và mưa lớn trên diện rộng…Mỗi cơn bão gây ra mưa

kéo dài trong vài ngày, với tổng lượng mưa lên đến 200 ÷ 300 mm Tính trung bình

lượng mưa bão chiếm khoảng 30% tổng lượng mưa toàn mùa mưa

* Gió mùa Đông Bắc

Gió mùa Đông Bắc hoạt động chủ yếu trong thời kỳ từ tháng XI đến tháng IV

năm sau, với cường độ mạnh vào các tháng XII, I, II Gío mùa Đông Bắc không phải

thổi liên tục mà thổi thành từng đợt, cách nhau 5 ÷ 6 ngày Trung bình mỗi năm có

khoảng 20 ÷ 22 đợt gió tràn về Mỗi khi có đợt gió tràn về làm cho tốc độ gió tăng lên

đột ngột khoảng 10 ÷ 15m/s tối đa có thể lên tới 25 m/s; và nhiệt độ giảm xuống dưới

150, thậm chí dưới 100 (Nguyễn Văn Cư, Bãi bồi ven biển cửa sông Bắc Bộ Viêt Nam,

Viện Khoa học và công nghệ)

2.1.5 Đặc điểm chế độ thuỷ văn

a Sông Đáy

Sông Đáy chịu ảnh hưởng của thuỷ triều rất mạnh đồng thời chịu ảnh hưởng của

sông Hồng qua sông đào Nam Định và lũ từ thượng nguồn sông Hoàng Long dồn về

- Về mùa cạn: Lưu lượng bản thân của sông Đáy nhỏ nhưng được bổ sung từ sông

Hồng qua sông Đào Nam Định sang

- Về mùa lũ: Phần hạ lưu sông Đáy từ Độc Bộ trở xuống mực nước cao và lưu

lượng lớn Riêng về lưu lượng ngoài việc tải nước của thượng nguồn sông Đáy còn phải tải một lượng nước của sông Hồng qua sông Đào Nam Định chuyển sang

b Sông Càn, sông Tống

Những năm vừa qua dòng chảy sông Càn diễn biến phức tạp, cửa sông Càn có hiện tượng bồi lắng lấn ra biển, hiện tượng này làm cho dòng chảy lũ bị nghẽn lại kết hợp triều cường mực nước sông Càn dâng cao uy hiếp nghiêm trọng an toàn của vùng

dự án Thống kê mực nước từ năm 1976 đến năm 1998 trên sông Càn ở một số vị trí Mực nước lũ trong nhiều năm theo tần suất tại Cầu Hội – Chính Đại – Nga Điền

( Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Ninh Bình, Thuyết minh dự án “Hàn khẩu đê

biển Bình Minh 3”, 2008)

2.1.6 Đặc điểm hải văn

a Chế độ sóng

Đặc điểm chế độ sóng của vùng phân bố theo mùa như sau:

* Mùa đông (Từ tháng XII đến tháng III) :

Vùng ven biển cửa sông của huyện chịu tác động mạnh mẽ nhất của các hướng sóng do hệ thống gió mùa Đông Bắc gây ra, hướng sóng thịnh hành ngoài khơi là Đông Bắc với tần suất khá cao và ổn định từ 51 đến 70% Ngược lại trong bờ thịnh hành các hướng sóng Đông, Đông Nam Cấp độ cao sóng trung bình ngoài khơi 0,5 ÷ 1,3 m và ven bờ 0,4 ÷ 0,9 m; độ cao sóng lớn nhất ngoài khơi 1,5 ÷ 6,0 m và ven bờ là 0,75 ÷ 3,0 m

* Mùa hè (Từ tháng VI đến tháng IX)

Hướng sóng chủ đạo ngoài khơi là Nam với tần suất cao, ổn định từ 37 ÷ 60%, và ven biển là các hướng sóng Đông Nam 24%, Nam 20% Cấp độ sóng trung bình ngoài khơi là 0,8 ÷ 1,3 m và ven bờ 0,7 ÷ 1,2 m; độ cao sóng lớn nhất ngoài khơi 4,0 ÷ 9,0 m

và ven bờ 2,6 ÷ 6,0 m Nhìn chung trong mùa hè trị số độ cao sóng lớn hơn nhiều so với mùa đông do thường xuyên chịu ảnh hưởng của các cơn bão, áp thấp nhiệt đới và

giông lốc Dưới tác động của sóng có độ cao lớn, tạo nên áp lực sóng có trị số cao gây xói lở bờ, phá vỡ các tuyến đê xung yếu nhất là các tuyến đê quai ở các bãi bồi

* Mùa chuyển tiếp (các tháng từ IV – V và X- XI)

Tương tự như trường gió, sóng ngoài khơi có các hướng sóng chính là Đông Bắc

và Nam, ngược lại với ven bờ là Đông và Đông Nam với cường độ có giảm nhiều so với mùa chính Tuy nhiên do nhiễu động thời tiết xảy ra muộn như gió mùa hoặc bão sóng gió vẫn có tác động mạnh tới vùng bãi bồi của huyện

Tóm lại: Vùng ven biển Kim Sơn – Ninh Bình, sóng có tác động khá mạnh tới sự

phân bố lại bùn cát trong sông Song trong những ngày có gió mùa Đông Bắc thổi mạnh kéo dài và bão hoạt động, sóng lớn cộng với nước dâng luôn đe dọa các đê kè ven biển, nhất là những năm gần đây rừng ngập mặn - một tác nhân tích cực phòng hộ

bờ biển và dải đồng bằng ven biển bị chặt phá nghiêm trọng để xây dựng các đầm nuôi

thuỷ sản thì mức độ phá huỷ của sóng càng gia tăng (Nguyễn Văn Cư, Bãi bồi ven

biển cửa sông Bắc Bộ Viêt Nam, Viện Khoa học và công nghệ)

b Nước dâng

Bãi bồi Bình Minh – Kim Sơn thuộc bãi bồi vùng ven biển cửa sông Đồng bằng sông Hồng, trong mùa đông dưới tác động của gió mùa Đông Bắc có tốc độ cao và thổi ngoài khơi vịnh Bắc bộ, khu vực này thường xuyên xảy ra hiện tượng nước dâng Nhưng nhờ có địa hình bờ biển lồi nên cũng ít có khả năng nước dâng cao Phân tích các kết quả quan trắc mực nước cho thấy, trị số nước dâng do gió mùa Đông Bắc ở ven biển cửa sông đồng bằng sông Hồng không cao, trung bình khoảng 25 ÷ 30 cm

Nước dâng trong bão là mối nguy hiểm rất lớn đối với vùng ven biển Bình Minh, nước dâng gây ngập úng và phá huỷ các công trình dân sinh kinh tế Nhất là trong những năm gần đây phong trào nuôi tôm phát triển mạnh tại khu vực giữa đê Bình Minh 2 và Bình Minh 3 Các số liệu quan trắc mực nước trong hơn 30 năm qua trong khu vực cho thấy, nướcdâng do bão có thể đạt và vượt 2,0 m Tuy nhiên đó chưa phải

là giá trị cực đại bởi hầu hết các trường hợp nước dâng quan trắc được ở đây chưa xảy

ra vào thời điểm mực nước triều cường và bão mạnh nhất (Nguyễn Văn Cư, Bãi bồi

ven biển cửa sông Bắc Bộ Viêt Nam, Viện Khoa học và công nghệ)

Hàng tháng trung bình có hai kỳ nước lớn, mỗi kỳ kéo dài từ 11 đến 13 ngày với biên độ dao động ngày đêm từ 1,5 đến 3,0 m và giữa chúng là các kỳ nước kém, mỗi

kỳ kéo dài 2 đến 3 ngày với biên độ dao động nhỏ từ 0,5 ÷ 0,8 m

Do mạng lưới sông ngòi chằng chịt, độ dốc đáy sông nghiêng về phía biển nên càng vào sâu trong sông, độ lớn thuỷ triều càng giảm Tốc độ truyền triều trung bình của vùng khoảng 15 ÷ 20 km/h, càng vào sâu tốc độ truyền càng giảm (Nguyễn Văn

Cư, Bãi bồi ven biển cửa sông Bắc Bộ Viêt Nam, Viện Khoa học và công nghệ)

2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội của huyện Kim Sơn

2.2.1 Đặc điểm xã hội

Kim Sơn là huyện đứng thứ nhất tỉnh Ninh Bình về dân số, và được đánh giá là huyện có nguồn lao động dồi dào Tính đến năm 2006 dân số của huyện là 172.399 người với mật độ 808 người/km2, tỷ lệ tăng dân số tự nhiên lên tới 11,2% Trong đó số

người tham gia lao động là 103.207 người (theo Niên giám thống kê huyện Kim Sơn

năm 2006 Cục thống kê Ninh Bình,tháng 8-2007) Tuy nhiên dân trí của huyện còn

thấp, vì vậy việc sắp xếp giải quyết việc làm cho lao động địa phương gặp nhiều khó khăn Trong những năm gần đây tỷ lệ thất nghiệp của huyện tăng, chủ yếu phải đi làm tại các vùng miền xa trong nước

2.2.2 Đặc điểm kinh tế huyện Kim Sơn

Nền kinh tế của huyện Kim Sơn có 3 thế mạnh:

- Kinh tế nông nghiệp giữ vị trí quan trọng, chiếm gần 1/3 tổng sản lượng lúa của tỉnh Ninh Bình

- Ngành thủ công nghiệp truyền thống sản xuất hàng chiếu cói, thảm đan, hàng mỹ nghệ có giá trị hàng hóa lớn

- Vùng kinh tế biển đã và đang được đầu tư khai thác, đây là một vùng có tiềm năng để phát triển thành một vùng sản xuất hàng hóa phong phú và đa dạng

* Ngành nông nghiệp

Kim Sơn là một huyện nông nghiệp, cùng với Hải Hậu (Nam Định) và Tiền Hải (Thái Bình) là những đơn vị đầu tiên đạt năng suất lúa 5 tấn/ha Huyện có 12.933,7 ha đất nông nghiệp Giá trị sản xuất đạt 420.842 triệu đồng chiếm 28,65% cơ cấu kinh tế trong năm 2008 Trong đó giá trị sản xuất của trồng trọt : 300.176 triệu đồng, chăn nuôi: 103.659 triệu đồng, dịch vụ nông nghiệp: 16.171 triệu đồng

Diện tích các loại cây trồng như sau:

Bảng 2.8 - Diện tích các loại cây trồng huyện Kim Sơn ( ha)

Lúa Ngô Cây CN Cây hàng năm khác Cây ăn quả Cây lâu năm khác

* Ngành nuôi trồng thuỷ sản

Huyện có đường bờ biển dài, điều kiện địa hình thuận lợi cho khai thác và nuôi trồng thuỷ sản, đặc biệt trong những năm gần đây ngành nuôi trồng thuỷ sản đã và đang được huyện chú trọng phát triển Do vậy nuôi trồng thuỷ sản của huyện đang có

xu hướng tăng cả về diện tích và sản lượng Diện tích nuôi trồng thuỷ sản năm 2006 đạt 2.946 ha, với sản lượng nuôi trồng đạt 4.176 tấn, sản lượng khai thác đạt 2.270 tấn chủ yếu là cá, tôm và các loại thuỷ sản khác Doanh thu từ thuỷ sản đạt 14,95% kinh tế huyện

* Các ngành tiểu thủ công nghiệp

Kim Sơn là một trong những địa phương nổi tiếng với các làng nghề dệt cói, mây tre đan xuất khẩu với nhiều doanh nghiệp tư giải quyết công ăn việc làm cho nhiều lao động tại địa phương Tuy nhiên từ năm 2005 tới nay số lượng và quy mô các doanh nghiệp đang có xu hướng thu nhỏ, diện tích trồng cói giảm, lao động địa phương chuyển sang các hoạt động kinh tế khác: dịch vụ, nông nghiệp, thuỷ sản và kết hợp làm nghề tiểu thủ công nghiệp như 1 nghề phụ, tăng thêm thu nhập

* Ngành công nghiệp

Công nghiệp của vùng chủ yếu gồm công nghiệp khai thác: khai thác than, khai thác đá và công nghiệp chế biến Sản phẩm công nghiệp chủ yếu: đá khai thác, xay sát gạo, gạch đỏ, ngói xi măng, sản phẩm gỗ (giường, tủ, bàn ghế…)

Trong những năm gần đây giá trị sản xuất của công nghiệp huyện có xu hướng phát triển, năm 2006 đạt 309.129 triệu đồng đóng góp 21.12% kinh tế huyện

* Ngành du lịch

Kim Sơn là một trong bảy trọng điểm du lịch thuộc quy hoạch Du lịch Ninh Bình đến năm 2010 Đó là tuyến "Nhà thờ Phát Diệm và vùng ven biển Kim Sơn".Tuy

nhiên hiện nay du lịch của huyện chủ yếu tập trung ở thị trấn Phát Diệm với kiến trúc nhà thờ đá, du lịch vùng ven biển chưa phát triển

Nói chung, Kim Sơn là huyện có đủ điều kiện về tự nhiên và xã hội để phát triển kinh tế theo các ngành nông nghiệp và khai thác nuôi trồng thuỷ sản Huyện cần có những kế hoạch chính sách đầu tư phát triển kinh tế vùng ven biển, nơi dân cư còn thưa thớt, nâng cao nhận thức của người dân tại đây Đó là cơ sở đảm bảo an ninh

quốc phòng cũng như giữ ổn định môi trường biển

PHẦN 2 THIẾT KẾ ĐOẠN ĐÊ BÌNH MINH 3

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MẶT CẮT ĐÊ HỢP LÝ

Trong phần 1 của đồ án đã giới thiệu về tính cấp thiết, mục đích của đồ án cũng như giới thiệu về điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội khu vực xây dựng đê Từ những phân tích đánh giá của phần trên, phần 2 sẽ đi vào phân tích lựa chọn, tính toán thiết kế và tính ổn định đoạn đê Bình Minh 3

Trong chương 3 này, dựa trên những phân tích về nhiệm vụ công trình và các điều kiện kinh tế kỹ thuật của huyện, sẽ lựa chọn cấp đê, tuyến đê và mặt cắt sơ bộ hợp lý

3.1 Nhiệm vụ của công trình

Tuyến đê Bình Minh 2 đã được nâng cấp, tạo điều kiện mở rộng diện tích đất canh tác, nuôi trồng thuỷ hải sản, tạo việc làm cho nhân dân địa phương Đến nay toàn bộ diện tích 835 ha khu vực phía Tây và phía Đông Bình Minh 3 đã được khép kín đê bao bảo vệ đang được nuôi trồng thuỷ sản (chủ yếu là nuôi tôm sú ) áp dụng công nghệ kỹ thuật hình thức nuôi tiên tiến Đê biển Bình Minh 3 có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, chống lũ một cách chắc chắn lâu dài đảm bảo yêu cầu phục vụ khai thác tối đa tiềm năng vùng đất bồi, chuyển đổi cơ cấu sản xuất tạo việc làm tăng thu nhập góp phần xoá đói giảm nghèo, giữ vững bảo đảm an ninh chính trị, xã hội

Lớn hơn hoặc bằng 10.000

Từ 5.000 đến dưới 10.000

Từ 3.000 đến dưới 5.000

Nhỏ hơn 3.000

Căn cứ tầm quan trọng về dân sinh, kinh tế, chính trị - xã hội của vùng được đê bảo vệ, chiều sâu ngập lụt, mức độ thiệt hại, mức độ ảnh hưởng đến môi trường sinh thái khi đê bị vỡ để có thể xét đề nghị nâng cấp hoặc hạ cấp của đê

Hiện nay, ở khu vực giữa đê Bình Minh 2 và Bình Minh 3, dân cư thưa thớt, dựa vào bảng phân cấp trên có thể chọn cấp công trình là cấp IV Tuy nhiên, tính toán cho

tương lai vùng bãi bồi giữa hai tuyến đê trở thành khu kinh tế kiểu mẫu của huyện vì vậy lựa chọn công trình cấp III là hợp lý

Theo tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130 – 2002, Hướng dẫn thiết kế đê biển với công trình cấp 3 → Tần suất thiết kế P = 5%

3.3 Xác định tuyến công trình

Tuyến đê biển cần đảm bảo nhưng yêu cầu như sau:

Thứ nhất về vị trí tuyến đê cần đảm bảo:

Cần chú ý đến các nhiệm vụ đặc trưng của tuyến đê như: Nuôi trồng thuỷ hải sản, yêu cầu tiêu úng qua đê các công trình ngăn mặn, công trình tiêu úng, các cống dẫn nước phục vụ cho yêu cầu nuôi thuỷ hải sản

Tuyến đê phải nối tiếp chặt chẽ với vùng bờ biển ổn định chắc chắn Nối tiếp với các vị trí ổn định, tuyến đê cần trơn tru, đoạn đê nối với các đoạn lân cận thành đường trơn không được gẫy khúc uốn cong gấp

Thứ hai: Hình dạng tuyến cần

Bố trí đoạn đê đơn giản, tốt nhất là đường thẳng, tránh gẫy khúc, ít lồi lõm Trong trường hợp phải bố trí đoạn đê lõm, cần có các biện pháp giảm sóng hoặc tăng cường sức chống đỡ của đê, thuận lợi trong việc giảm nhẹ tác dụng của sóng và dòng chảy mạnh nhất trong khu vực

Bên cạnh những yêu cầu chung đối với đoạn đê bảo vệ bờ biển, khi chọn tuyến đê Bình Minh 3 cần chú ý tới những yêu cầu sau:

Tuyến đê Bình Minh 3 là tuyến đê bao lấn biển, vì vậy đoạn đê thiết kế nằm trên vùng đất bồi, địa chất yếu Xác định tuyến phải dựa trên quy luật bồi xói trong vùng quai đê, các yếu tố ảnh hưởng khác như: điều kiện thủy thạch động lực học ở vùng nối tiếp, sóng dâng, sự mất cân bằng tải cát ở vùng lân cận Đoạn đê đi qua vùng có địa thế không được quá thấp, địa chất nền không được quá yếu ảnh hưởng tới an toàn và ổn định đê…

Từ những nghiên cứu khảo sát địa hình, địa chất bãi bồi và dân sinh kinh tế của vùng, đoạn đê thiết kế được xác định như hình 3.1 và có tổng chiều dài 4,493 km

3.4 Lựa chọn mặt cắt ngang hợp lý

Theo dạng hình học của mặt cắt đê biển có thể chia thành 3 loại: đê mái nghiêng,

đê tường đứng và đê kết hợp

3.4.1 Đê biển mái nghiêng

Mặt cắt đê có dạng hình thang Thân đê chủ yếu đắp bằng đất Theo các nghiên cứu đê biển Việt Nam, mái phía biển thường có hệ số mái dốc m = 3 đến 5, còn mái đê phía đồng có hệ số mái dốc nhỏ hơn, thông thường m = 2 đến 3, phụ thuộc vào chiều cao đê, địa chất đất nền và loại vật liệu đất đắp Mái đê phía biển thường có lớp gia cố bảo vệ Lớp gia cố mái có thể là cỏ hoặc kết cấu kè bảo vệ mái Các hình thức kè mái

đê biển phía biển thường là đá lát khan, đá xây, đá đổ, tấm bê tông đúc sẵn, bê tông đổ tại chỗ, bê tông nhựa đường …Kết cấu và mức độ gia cố phụ thuộc vào điều kiện làm việc, độ lớn các tác động của sóng, dòng chảy…Đối với mái đê phía đồng thường được bảo vệ bằng trồng cỏ, hoặc đá lát khan trong khung đá xây

Đê biển mái nghiêng có đáy rộng, ứng suất dưới đáy đê nhỏ, thích hợp ở vùng bãi biển trầm tích, bãi bồi, thi công đơn giản, sử dụng vật liệu địa phương, dễ duy tu sửa chữa, tuy nhiên lại có nhược điểm là mặt cắt đê lớn, khối lượng công trình lớn và chiếm nhiều diện tích

Sơ đồ mặt cắt ngang đê mái nghiêng có kè lát mái và tường đỉnh như hình 3.2

Hình 3.2 - Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng

Mái phía biển của đê mái nghiêng có thể là một mái dốc đơn như hình 5.1, hoặc

có thể làm mái gãy (có hai hoặc ba độ dốc khác nhau) như hình 3.3, hoặc nhằm giảm chiều cao sóng leo có thể làm mái có cơ như hình 3.4

H×nh 3.3 - Mặt cắt đê biển mái nghiêng có mái gãy

H×nh 3.4 - Đê mái nghiêng có cơ và tường chắn sóng

Để giảm nhỏ khối lượng đất đá thân đê mà vẫn không hạ thấp tiêu chuẩn chống tràn do sóng lớn, thường bố trí trên đỉnh đê tường chắn sóng Để chống xói mòn chân

đê do chịu tác dụng của dòng chảy và sóng, bảo đảm ổn định cho chân đê, thường bố trí lăng trụ đá đổ ở chân đê hoặc làm chân khay bằng đá xây, cọc bê tông, ống buy…

3.4.2 Đê biển kiểu tường đứng

Đê biển kiểu tường đứng thường được dùng cho các vùng bờ biển chịu tác động sóng lớn, mực nước triều biến động lớn, hoặc với mục đích giảm phạm vi chiếm đất cho các thành phố, các khu công nghiệp nằm giáp biển

Khối tường phía biển có thể bằng đá xây hoặc bằng bê tông, bê tông cốt thép có mái dốc m<1, phía sau tường có thể đắp đất, như hình 3.5

H×nh 3.5 - Mặt cắt đê biển kiểu tường đứng

H×nh 3.6 - Mặt cắt đê biển kiểu tường đứng có sân chống xói cho chân đê

So với đê biển mái nghiêng, ứng suất đối với đất nền của đê tường đứng lớn hơn, nên yêu cầu chất lượng nền đê cao hơn

Hình 3.7 - Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên nghiêng dưới đứng

Loại thứ hai: mái phía trên làm đứng, mái phía dưới làm nghiêng Tường đứng được đặt trên bệ đá đổ mái nghiêng Đỉnh lăng thể mái nghiêng ở khoảng mực nước triều cao trung bình như hình 3.8

H×nh 3.8 - Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên đứng, dưới nghiêng

Đối với điều kiện của vùng biển Kim Sơn:

- Về điều kiện kinh tế, xã hội của vùng bảo vệ: bên trong tuyến đê Bình Minh 3, dân cư thưa thớt, chủ yếu nuôi trồng thuỷ hải sản nhỏ lẻ, vì vậy có thể xây dựng đê mái nghiêng mà không ảnh hưởng tới vấn đề mất đất Trong vùng có đủ điều kiện vật liệu làm đê đắp đất mái nghiêng hoặc đê hỗn hợp đất đá, theo như mặt cắt 3.2, 3.7 hoặc 3.8

- Về điều kiện kỹ thuật : biển Kim Sơn thuộc biển lùi, và đoạn đê thiết kế nằm trên nền địa chất đất mềm yếu, địa hình có xu hướng lồi ra biển, bãi khá bằng phẳng, tác động của sóng vào khu vực này không lớn, chiều cao nước dâng tương đối nhỏ

→ Giải pháp công trình được lựa chọn: Từ các điều kiện trên, lựa chọn mặt cắt

ngang đê là dạng mái nghiêng có tường chắn sóng Có mặt cắt ngang sơ bộ như hình 3.9

Hình 3.9 - Sơ bộ thiết kế mặt cắt ngang sơ bộ đoạn đê thiết kế

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ

Để thiết kế đê cần có các dữ liệu đầu vào hay còn gọi là các điều kiện biên Điều kiện biên thiết kế bao gồm: điều kiện hình thái bờ biển(quy luật bồi xói…); điều kiện dân sinh kinh tế; điều kiện biên thuỷ lực (Mực nước thiết kế, Thủy triều thiên văn cực trị, Nước dâng, Sóng thiết kế) Trong đó điều kiện hình thái và điều kiện dân sinh kinh tế

đã được trình bày trong chương 2 Vì vậy, nội dung chính của chương 4 là tính toán các điều kiện biên thủy lực

4.1 Xác định mực nước thiết kế ( MNTK )

Hình 4.1 - Mực nước thiết kế công trình

4.1.1 Xác định mực nước trung bình ( MNTB ) và biên độ triều cực trị (A tr.max )

MNTB - là mực nước trung bình nhiều năm

Atr.max – là biên độ triều cực trị dự báo theo chu kỳ 19 năm được đo tại các trạm

đo mực nước

Atr.max = Ztr.max – MNTB

Theo vị trí của biển Kim Sơn (19,360 ~ 19,00; 106,10~ 106,70 ) có thể lấy giá trị

MNTB và Ztr.max đo được tại trạm Lạch Trường (19053; 105056 ) ( Bảng 4.1 )

Bảng 4.1 - Mực nước trung bình, Mực nước triều cực đại, cực tiểu, và cực trị thiên

văn tại trạm Lạch Trường (19 0 53, 105 0 56)

Cực trị dự báo theo chu kỳ 19 năm MNTB (cm)

(Hướng dẫn thiết kế đê biển,Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130 – 2002, 2002)

Từ bảng 4.1 : → MNTB = 1,84 m (Theo cao độ hải đồ )

Quy về cao độ lục địa : MNTB = 1,84 – 1,9 = - 0,06 (m)

Và Ztr.max = 3,41 m → Atr.max = 3,41 – 1,84 = 1,57 m

4.1.2 Tính toán chiều cao nước dâng do bão

Theo 14TCN130-2002(trang 92) Bình Minh nằm ở khu vực 19,360N-19,00N có số liệu nước dâng do bão:

Bảng 4.2 - Chiều cao nước dâng theo tần suất %

Chiều cao nước dâng(m)

Dựa vào số liệu quan trắc nước dâng thành lập đuờng quan hệ giữa chiều cao nước dâng Hnd và tần suất xuất hiện P% Từ đó vẽ đường quan hệ P%~Hnd theo phân bố Pearson III

Bảng 4.3 - Bảng phân bố tần suất nước dâng

Số lần suất

→hiện Khoảng cộng dồn (n) %= n+1.100%

n P

Hình 4.2 - Đường quan hệ P%~Hnd

Ứng với công trình cấp III tần suất nước dâng P = 5% → Hnd = 2,3 (m)

Từ hình vẽ trên xác định được MNTK theo cao độ lục địa như sau:

Lực tác động của sóng lên các công trình có thể gây ra sự đổ vỡ, hư hỏng của công trình Vì vậy, việc tính toán chính xác các điều kiện sóng có ý nghĩa quyết định đối với việc thiết kế một công trình ven bờ biển thỏa mãn những yêu cầu như công trình ổn định bền vững và thực hiện được đúng chức năng của mình như bảo vệ bờ biển chống xói mòn, hoặc chống sóng leo, sóng vượt, bảo vệ vùng đất trên bờ khỏi các thiên tai do sóng và các quá trình động lực khác như nước dâng kết hợp với thuỷ triều gây ra

4.2.1 Tính toán các tham số sóng nước sâu

* Tính toán chiều cao sóng nước sâu theo hàm phân bố Weibull

Biến thiên sóng dài hạn được xác định bằng các quy luật thống kê rút ra từ tập hợp các phổ năng lượng hoặc tập hợp các đặc trưng thống kê HP% nhiều năm Phân bố của

HP% qua nhiều năm thường tuân theo luật phân bố Weibull Để xác định chiều cao

sóng ứng với tần suất P% cho vùng biển Kim Sơn sử dụng số liệu quan trắc sóng trong

20 năm (1960-1969),(1993-2002) tại đảo Bạch Long Vỹ, mỗi năm lấy 1 giá trị lớn nhất, như vậy sẽ có chuỗi 20 số liệu Phân bố xác suất của Hp% được xác định theo phân bố xác suất Weibull có dạng:

- Hàm phân bố tần suất luỹ tích

Hàm phân bố tích lũy biểu thị xác suất xuất hiện các giá trị đại lượng ngẫu nhiên X nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị x cụ thể nào đó

- Quan hệ tuyến tính hoá

Phương trình (4-2) được tuyến tính hoá như sau

ln x a ln ln 1 F x lnb

c

Phương trình (4-3) là quan hệ tuyến tính giữa ln(x-a) và ln{-ln[1-F(x)]}, từ quan

hệ này được xây dựng cho các giá trị quan sát của x và tần suất kinh nghiệm của nó để xác định các hệ số b, c của phân bố Weibull Nếu biểu thị qua tần suất vượt, (4-3) trở

Bảng 4.4 - Bảng tính toán sóng theo Weibull

( )

å

=

-

H

C

1

21

11

i

H Hi n

s (4-6)

Hệ số phân tán CV dùng để đánh giá mức độ phân tán của các chuỗi số khác nhau

từ trị bình quân của từng chuỗi

· Hệ số thiên lệch Cs được tính theo công thức:

( ) 3 1

n

i (4-7)

Hệ số thiên lệch CS biểu thị độ lệch về bên trái (CS > 0) hay bên phải (CS < 0) của

độ thị phân bố mật độ tần suất so với giá trị bình quân của nó

* Thông số hình dạng (c) chính là độ dốc của đường quan hệ ln(Hs-a)~ln(-lnP)

* Thông số tỉ lệ (b) chính là giá trị của đường quan hệ ln(Hs-a)~ln(-lnP) cắt trục tung

Xác định thông số phân bố Weibull

x p = +1ln(ln )+ln

PHÂN BỐ TẦN SUẤT WEIBULL CỦA ĐỘ CAO SÓNG LỚN NHẤT TRẠM BẠCH LONG VĨ

Hình 4.4 - Biểu đồ quan hệ chiều cao sóng Hs ~ P%

Công trình cấp III → Tr = 20 năm ứng với tần xuất P = 5% :

Tra trên biểu đồ → H5% = 7,4(m)

* Chu kỳ sóng nước sâu:

Theo kinh nghiệm, có thể xác định chu kỳ sóng dựa vào tương quan giữa chu kỳ sóng và chiều cao sóng nước sâu tại vùng biển Bắc Bộ và Trung Bộ, thống kê cho T < 9s, H < 22,6 m ( Nguyễn Xuân Hùng, 1999 ):

10.14,3

4,710

.14,3

138 , 6 1

5

138 , 6 1

ø

öçç

è

æ

-

-H

* Chiều dài sóng nước sâu :

Chiều dài sóng nước sâu Lo =

= 87,94 (m)

4.2.2 Tính truyền sóng (xác định các tham số sóng nước nông)

Khi sóng tiến vào bờ: độ sâu nước giảm, ma sát đáy tăng, dẫn tới một số hiện tượng: Hiệu ứng nước nông, khúc xạ, sóng vỡ, phản xạ, nhiễu xạ, nước dâng do sóng, sóng leo Trong thiết kế đê cần tính toán các tham số sóng: chiều cao sóng, chiều dài sóng…, khi có ảnh hưởng của các hiện tượng hiệu ứng nước nông, khúc xạ sóng và hiện tượng sóng vỡ, sóng leo

* Hiệu ứng nước nông

Giả sử khi vào vùng nước nông, năng lượng sóng không giảm do ma sát đáy, năng lượng đơn vị không thay đổi, do đó khi càng nông thì mực nước sẽ tăng lên tức thời, bước sóng giảm, độ dốc sóng tăng lưu tốc đỉnh sóng lớn dần tới mức lớn nhất dẫn tới hiện tượng sóng vỡ

Hiện tượng chiều cao sóng giảm dần khi tiến vào bờ do độ sâu nước giảm dần gọi

là hiệu ứng nước nông

Theo lý thuyết sóng có biên độ nhỏ, nếu như có thể bỏ qua mọi sự mất mát của năng lượng sóng do ảnh hưởng của ma sát đáy và các quá trình khác thì sự thay đổi của độ cao sóng khi sóng truyền từ ngoài khơi vào ven bờ được tính bằng công thức

C H

1 0

0 ÷÷ =ø

öç

çè

1 0

öç

çè

æ

C

C K

d - chiều sâu nước tại điểm tính toán

Trong tính toán để thuận tiện có thể tra giá trị Ks theo tỷ số d/L0 trong bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật Biển (Bảng 1.1, Phụ lục 1)

khoảng cách giữa hai tia sóng là b0 Khi tiến vào vùng nước nông, tia sóng bên trái có tốc độ lớn hơn tia sóng bên phải, do đó tia sóng cong dần hay f0 giảm dần và tia sóng

có xu hướng vuông góc với đường bờ

Hiện tượng khúc xạ tác động tới chiều cao sóng qua hệ số khúc xạ K r

0

f - Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước sâu

f - Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước nông Được xác định từ công thức :

sinf =sinf0.tanhkd (4-11) Nếu như ta có các đường đẳng sâu thẳng và song song với đường bờ và hướng truyền sóng tại nước sâu tạo với bờ một góc f0 thì theo lý thuyết sóng có biên độ nhỏ,

độ cao sóng tại một điểm bất kỳ trong dải ven bờ với hướng truyền sóng tạo với bờ một gócf được tính như sau:

H

Trong đó:

K r - Hệ số khúc xạ

H0 - Chiều cao sóng nước sâu

Các công thức trên chỉ có thể áp dụng để tính hệ số khúc xạ của sóng điều hòa Trong thực tế, sóng ngẫu nhiên có thể coi là tổng hợp của rất nhiều sóng điều hoà có chu kỳ khác nhau Trong trường hợp này, hệ số khúc xạ có thể được tính riêng rẽ cho mỗi mỗi nhóm sóng thành phần có chu kỳ và hướng sóng tới gần nhau Sau đó, hệ số khúc xạ đại diện cho sóng ngẫu nhiên có thể lấy bằng giá trị trung bình của các hệ số khúc xạ của các sóng thành phần

Trong thực tế, sóng biển trong điều kiện địa hình đáy biển biến đổi rất phức tạp có thể được xác định bằng cách coi là sóng tổng hợp đã trải qua các quá trình nước nông

và khúc xạ Trong trường hợp này, độ cao sóng tại một điểm nào đó trong vùng nghiên cứu được tính bằng công thức (4-13)

H = H0.K r.K s (4-13)

* Hiện tượng sóng vỡ

Khi sóng lan truyền vào vùng ven bờ với độ sâu giảm dần, ma sát với đáy biển sẽ làm giảm vận tốc của hạt nước ở gần đáy biển Hiện tượng này sẽ làm cho vận tốc chuyển động theo phương nằm ngang của các hạt nước ở gần đỉnh sóng nhanh hơn vận tốc hạt nước ở gần chân sóng và làm tăng độ dốc mặt nước tại mặt trước của sóng Khi

độ dốc mặt nước tại mặt trước của sóng đạt tới một giá trị cực đại nào đó, sóng sẽ bị

vỡ Đới ven bờ có sóng vỡ được gọi là đới sóng vỡ Các quá trình động lực và thuỷ thạch động lực xảy ra rất mạnh mẽ trong đới này Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nếu như một công trình ven bờ được đặt trong đới sóng vỡ thì quá trình xói chân công trình sẽ nhanh hơn rất nhiều

· Tính truyền sóng nước sâu vào điểm bắt đầu có rừng ngập mặn

Các tham số sóng nước sâu đã tính toán được trong phần trước:

Với : d = MNTK – cao trình đáy = 3,8 – ( 0,1 - 100.i )

Hình 4.7 - Sơ đồ tính chiều sâu nước cách chân đê 100 m

Trong đó i là độ dốc bãi: i = 0,2%

→ d = 3,8 – (0,1 - 100.0,2 /100) = 3,9 m

Giả thiết các đường đồng mức đáy biển song song với nhau và song song với đường bờ Khi sóng tiến vào bờ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khúc xạ và hiệu ứng nước nông

→ Chiều cao sóng tính theo công thức H =H0.K r.K s

Trong đó :

f0 - Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước sâu f0 = 50

f - Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước nông Được xác định theo công thức :

kd

tanh.sin

sinf = f0

Với tanh(kd) tra bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật biển theo tỷ số d/L0

044,094

5cos

r

* Tính KS :

Với d/L0 = 0,044 Tra bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật Biển → KS = 1,042

→ Chiều cao sóng truyền vào vùng nước nông tính theo công thức (4-13):

s

r K K H

H = 0 = 7,4 0,9986.1,042 = 7,7 m

· Tính toán chiều cao sóng vỡ tại điểm thiết kế

Theo McCowan (1891) đối với sóng đơn chuyển động trên đáy ngang, chỉ số độ sâu sóng vỡ γb = 0.78 → sử dụng giá trị này để ước tính chiều cao sóng vỡ

b

b b

H d

g =