đồ án kỹ thuật cấp thoát nước Thiết kế xây dựng công trình đê biển Giao Thủy

+ Thiết kế tuyến đê biển từ km 22 đến km 24+500 + Thu thập tài liệu phục vụ cho việc tính toán thiết kế đê bao gồm: tài liệu về hải văn như: mực nước triều lớn nhất, mực nước dâng do bão

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp được sự hướng dẫn tận tình

của thầy giáo Th.S Vũ Minh Anh và các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Biển, sự nỗ

lực của bản thân Đến nay, em đã hoàn thành toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp

được giao với đề tài: “Thiết kế xây dựng công trình đê biển Giao Thủy”.

Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp, đã đúc kết đem lại cho em nhiều kiến thứcquý báu để phục vụ cho công việc sau này Tuy nhiên do thời gian và kiến thức cònhạn chế, nhất là kiến thức thực tế trên công trường nên đồ án còn nhiều thiếu sót.Việc lập đề cương các chương, phân tích tài liệu để tính toán, vận dụng kiến thức lýthuyết, vận dụng suy luận thực tế, lựa chọn phương án tối ưu và trình bày một cáchtrọn vẹn còn hạn chế

Tuy vậy đồ án vẫn được thực hiện đảm bảo các phần việc cơ bản nên không làm mất

đi tính tổng thể của công trỡnh Cỏc mục cơ bản và trọng yếu giúp em nắm được nhữngnội dung cơ bản trong việc thiết kế tổ chức thi công một công thuỷ lợi hoàn chỉnh

Em kính mong các thầy cô giáo chỉ bảo thêm cho em, để em có thể bổ sungcho mình những phần còn thiếu sót để đồ án của em được hoàn thiện hơn Ngoài ranhững câu hỏi mà thầy cô đặt cho em trong quá trình bảo vệ đồ án tốt nghiệp sẽgiúp em nâng cao được sự hiểu biết tổng thể của một kỹ sư thuỷ lợi

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trường đại

học Thuỷ Lợi Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo Th.S Vũ Minh Anh đã tận tình hướng

dẫn, truyền đạt kiến thức cơ bản, kiến thức chuyên môn, các kinh nghiệm thực tế đểgiúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Hà nội, ngày 02 tháng 12 năm 2011

Sinh viên :

Hoàng Trọng Thể

LỜI MỞ ĐẦU

Giao Thủy là một huyện của tỉnh Nam Định có khu nghỉ mát gồm nhiều bãi

yếu của vùng là đánh bắt, nuôi trồng, chế biến thuỷ hải sản kết hợp với thu mua vàbuôn bán mặt hàng này với cỏc vựng khỏc Những năm gần đây với sự phát triểncủa cơ chế thị trường cùng với chính sách mở cửa, các hoạt động kinh tế trờn vựngcũng đã hình thành nhiều nhà máy, xí nghiệp, các trung tâm giao dịch có tốc độphát triển kinh tế tăng trưởng mạnh Cùng với đó là sự phát triển cua du lịch tại ĐồSơn đã làm thay đổi bộ mặt kinh tế của vùng

Đoạn đê dự án thuộc địa phận huyện Xã Giao Phong Huyện Giao Thủy Tỉnh Nam Định Với hiện trạng tuyến đê cũ kết cấu rời rạc mang tính chất tạm thờinên nhiều đoạn đã bị hỏng đe dọa đến sự an toàn của dân cư bên trong Chính vìvậy cần có biện pháp bảo vệ bờ nhằm đảm bảo cho sự phát triển kinh tế xã hội cũngnhư sự an toàn của người dân Đồ án này dựa trên điều kiện thực tế của vùng đểtính toán thiết kế, xây dựng tuyến đê mới nhằm đáp ứng nhu câu cấp bách hiện nay

-Phương pháp và phạm vi nghiên cứu

+ Nghiờn cứu các đặc điểm địa lý tự nhiên Giao Thủy bao gồm các mặt: vị tríđịa lý, địa hình, địa mạo, khí tượng, khí hậu, thủy hải văn và hiện trạng kinh tế xãhội của khu vực để nêu bật lờn tớnh cấp thiết của đề tài

+ Đánh giá hiện trạng tuyến đê biển Giao Thủy

+ Thiết kế tuyến đê biển từ km 22 đến km 24+500

+ Thu thập tài liệu phục vụ cho việc tính toán thiết kế đê bao gồm: tài liệu về

hải văn như: mực nước triều lớn nhất, mực nước dâng do bão, vận tốc và hướng cỏcdũng ven bờ, các tài liệu về súng… tại khu vực nghiên cứu Tài liệu về gió baogồm: hướng gió, tốc độ giú… Tài liệu về dân sinh kinh tế…

+ Ứng dụng các tiêu chuẩn thiết kế đê (14TCN 130 – 2002) và Dự thảo

Hướng dẫn thiết kế đê biển Trong việc tính toán xác định các thông số thiết kế của

đê biển Đồ Sơn Bao gồm: xác định cao trình mặt đê, chiều rộng mặt đê, kích thước

+ Giới thiệu phương pháp tính toán xác định thông số đê biển bằng phần mềm

Wadibe, và so sánh kết quả tính toán với phương pháp sử dụng các công thức kinhnghiệm theo Tiêu chuẩn thiết kế đê (14TCN 130 – 2002).và Dự thảo hướng dẫnthiết kế đê biển

+ Lựa chọn phương án thiết kế

Nội dung đồ án

Với mục tiêu thực hiện đồ án như trên, ngoài phần mở đầu và kết luận đồ ánđược xây dựng gồm 6 chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung về vùng biển GIAO THỦY- NAM ĐỊNH

Chương 2: Tớnh toán thủy hải văn thiết kế cho phương án chọn

Chương 4: Thi công đê biển

Chương 5: Lập tiến độ và mặt bằng thi công

Chương 7: Kết luận

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Vị trí địa lí

Đê biển (đoạn từ K22 đến K24+500) nằm trong hệ thống đê biển Giao Thuỷ,thuộc địa phận xã Giao Phong và xã Bạch Long - Huyện Giao Thuỷ - Tỉnh NamĐịnh

Giao Thuỷ là một huyện ven biển nằm ở cực đông của tỉnh Nam Định, phíaNam và Đông Nam tiếp giáp với biển Đông Việt Nam với chiều dài 32km bờ biển Phía Tây Bắc giáp với huyện Xuân Trường, phía Tây Nam giáp với huyên Hải Hậu,ranh giới với hai huyện này là con sông Sũ phõn lưu của sông Hồng với chiều dài18,7 km Phía Bắc và Đông Bắc tiếp giáp với tỉnh Thái Bình mà ranh giới là sôngHồng (chính Bắc là huyện Kiến Xương, Đông Bắc là huyện Tiền Hải) Cực Đông làcửa Ba Lạt của sông Hồng, cực Nam là thị trấn Quất Lâm Tổng diện tích tự nhiên

Hình 1.1: Khu vực nghiên cứu vùng dự án.

Hình 1.2 : Bình đồ khu vực dự án

1.2 Tình hình dân sinh kinh tế

189.660 người Thu nhập chính của nhân dân trong vùng chủ yếu dựa vào nghề đánhbắt trên biển, canh tác nông nghiệp và kinh doanh dịch vụ du lịch Do sống ở vùngven biển nên cuộc sống của người dân luôn luôn phải chịu ảnh hưởng trực tiếp củagió bão biển, khó khăn cho việc trồng trọt và chăn nuôi nên cuộc sống của nhân dângặp nhiều khó khăn

1.3 Điều kiện khí hậu, thuỷ văn và đặc trưng dòng chảy

1.3.1 Đặc điểm khí hậu, thuỷ văn

Khí hậu trong một năm của khu vực biển tỉnh Nam Định nói chung và ven bờbiển Giao Thuỷ được chia thành 2 mùa rõ rệt:

Mùa mưa (hè) từ tháng V đến tháng X

Mùa khô (đông) từ tháng XI đến tháng IV

Các yếu tố khí hậu như sau:

• Mưa

Nằm trong vựng cú lượng mưa lớn của đồng bằng Bắc Bộ, lượng mưa phân bố

- Lượng mưa năm nhỏ nhất là: 1.128mm (1988)

Về mùa mưa: Lượng mưa chiếm 80 – 85% tổng lượng mưa cả năm, thường tậptrung vào cỏc thỏng VII, VIII, IX cùng thời gian xuất hiện nhiều cơn bão lớn vàtriều cường làm cho mực nước trong nội đồng và ngoài sông, biển đều dâng cao gâybất lợi cho việc tưới, tiêu và không đảm bảo an toàn cho đê biển, đờ sụng, đặc biệtkhi cú bóo đổ bộ vào thường có mưa rất to trong đồng gây ngập úng ảnh hưởng đếnsản xuất và đời sống của người dân trong vùng, làm xói lở nhiều đoạn đê biển, tạođiều kiện cho sóng có thể gây vỡ đê

Bảng 1.1: Lượng mưa từ năm 1960 đến 1998 tại trạm khí tượng Văn Lý

Bảng 1.3: Mô hình mưa thiết kế tần suất P = 10% cỏc thỏng VII, VIII, IX

Hoa gió tổng hợp nhiều năm tại trạm Văn Lý – Nam Định:

Hướng gió thổi vào vùng dự án thịnh hành theo 2 mùa:

- Mùa hè từ tháng V đến tháng X chủ yếu là gió Đông Nam, tốc độ trung bình v=4m/s, tốc độ lớn nhất xuất hiện khi cú bóo khoảng 40m/s (cơn bão số 4 ngày13/9/1985 và cơn bão số 5 ngày 27/9/2005 có tốc độ 50m/s) Gió Đông Nam mangnhiều hơi nước từ biển vào thường gây mưa lớn cho khu vực ven biển

nw

>15 (m/s) 10.0-15.0 (m/s) 5.0-9.0 (m/s) 1.0-4.0 (m/s) LÆng

ký hiÖu

Ngoài 2 hướng gió thịnh hành theo mùa ở trên, vùng ven biển mùa hè còn cógió Đất, gió Biển với chu kỳ 1 ngày đêm Giữa 2 mùa có gió chuyển tiếp hướng TâyNam ảnh hưởng lớn cho đê biển Nam Định nói chung và tuyến đê Giao Thuỷ nóiriêng.

Đối với bờ biến Nam Định gió không chỉ có tác dụng trực tiếp làm bay cát từngoài bói, trờn mặt đê vào trong đồng mà nú cũn gián tiếp gây xói lở bãi biển, đêbiển bằng cách tạo ra sóng lớn, dòng chảy ven bờ là những yếu tố trực tiếp gây raxói lở bờ, sạt lở mỏi đờ Giú trong giụng bóo có thể bốc đi một khối lượng đáng kểcát ở bờ biển, song tác động chớnh gõy xói lở bãi, vỡ đê là do các hậu quả của bão

đó là súng bóo và dòng chảy trong bão tạo ra

- Lượng bốc hơi bình quân năm là 808 mm

- Lượng bốc hơi năm nhỏ nhất là 608,7 mm

- Lượng bốc hơi năm lớn nhất là 1.077,9 mm

- Lượng bốc hơi tháng trung bình là 67,4 mm

7

17,1

19,7

23,3

26,9

28,9

29,2

28,4

27,1

24,5

21,3

Biên độ thuỷ triều giao động từ 1 – 2 m có khi từ 3 – 3,5 m

Khi tính toán thiết kế đê biển và các cống dưới đê biển Nam Định đều được sửdụng tài liệu từ trạm Hòn Dấu (Hải Phòng) chuyển về tới các vị trí cần tính toán Theo kết quả tính toán của Viện nghiên cứu khoa học Thuỷ Lợi cho thấy mối tươngquan giữa trạm Hòn Dấu và vùng biển Nam Định có hệ số tương quan như sau:

Hệ số tương quan K = 0,93

Hệ số đỉnh triều K đỉnh triều = 0,89

Hệ số chân triều K chân triều = 0,87

Theo bảng thuỷ triều của tổng cục khí tượng thuỷ văn: Hệ số thuỷ triều của Văn

Lý so với Hòn Dấu có K = 0,95 Như vậy giữa số liệu thực đo tại Văn Lý so với số

Trong thiết kế đê biển cần quan tâm đến mực nước triều, cụ thể phải xác địnhđược mực nước triều lớn nhất từ đó tính toán kết hợp với các yếu tố khác về sóng vànước dâng do bão gây ra để xác định ra cao trình, mặt cắt đờ, kố biển Vì vậy phải

sử dụng số liệu nước của trạm Hòn Dấu để tính toán cho các dự án đê biển NamĐịnh

Mực nước cao nhất tại bờ biển Nam Định ứng với các mức đảm bảo tần suất P=1%, 5%, 10% như bảng sau:

Bảng 1.6: Mực nước cao nhất ứng với các mức đảm bảo tần xuất

Mặt khác trong thời kỳ chuyển tiếp khí hậu trong tháng IX, X hàng năm,gió chuyển dần từ hướng Tây Nam sang Đông Bắc Vì vậy những cơn bão muộn đổ bộ vàomiền Trung, miền Nam đều gây nước dâng và sóng lừng ảnh hưởng tới bờ biển Nam Định

Do bãi biển Giao Thuỷ thấp (+0,50) – (-1,00) nên nước dâng đều tác động

Khi mực nước dâng cao, khả năng sóng vỗ được vào lớp cát ngoài bãi, vàolớp đất đỏ mỏi đờ sẽ cao hơn do đó dễ bị xói lở hơn Khi có bão nước sẽ dâng caotới 3 – 4 m trong thời gian 2 – 3 giờ, hoặc khi có gió mùa về tuy nước chỉ dâng cao

30 – 40 cm nhưng chỉ có thể kéo dài tới một tuần hoặc lâu hơn, tạo thời gian dàihơn cho sóng đánh vào bãi vào mỏi đờ, đặc biệt khi gặp triều cường “nước rươi”(tháng IX, tháng X âm lịch) rất dễ sinh sạt lở bờ

Theo kết quả: “Khảo sát nghiên cứu các yếu tố tự nhiên của vùng biểnNam Định” từ năm 1975 – 1990 của Viện nghiên cứu khoa học Thuỷ Lợi quốc gia

đã khảo sát được nước dâng ở vùng bờ biển Nam Định tại một số cơn bão điển hìnhnhư sau:

Bảng 1.8: Nước dâng tại bờ biển Nam Định tại một số cơn bão điển hình

VậntốcgióW(m/

s)

Mựcnướcdựbáo(m)

Chiềucao nướcdângH(m)

ChiềucaoMaxHs(m)

Khu vực đổbộ

Bảng 1.9: Chiều cao nước dâng với từng cấp gió (quy phạm QPTL – C1 – 78 )

• Chế độ sóng

Nguyên nhân chính sinh ra xói lở bờ biển Giao Thuỷ tỉnh Nam Định là dosóng biển và dòng chảy ven bờ quyết định nhưng vai trò chính là do sóng biển, sóng

vỗ vào gây sạt lở đờ, kố Được hình thành dưới tác dụng của gió và gió bão

Bờ biển Giao Thuỷ tỉnh Nam Định đoạn trực diện với biển tương đối thẳng,nằm theo hướng Đông Bắc – Tây Nam Vựng biển thoáng, không có vật cản, vậtche chắn Bãi biển thấp, các đường đẳng sâu ép sát bờ Đó là những điều kiện bấtlợi về địa hình tạo cho sóng hoạt đông mạnh, thường xuyên gây nguy hiểm cho đờ,

kố biển Giao Thuỷ Các đặc trưng của sóng phụ thuộc vào mực nước, hướng gió vàcường độ gió, do đó phải quan tâm nghiên cứu đến chế độ sóng theo mùa

* Sóng trong mùa hè: (Từ tháng V đến tháng X)

Quy luật chung của sóng mùa hè ở vùng biển Giao Thuỷ tỉnh Nam Định như sau:

- Hướng sóng vuông góc với bờ biển

- Phần lớn các cơn bão trong mùa hè đổ bộ vào các tỉnh miền Bắc, miền Trungđều ảnh hưởng trực tiếp đến bờ biển Giao Thuỷ hoặc nằm trong phạm vi bán kínhảnh hưởng

- Khi bão về kèm theo hiện tượng nước dâng và sóng lừng, gặp bờ chúng biếnthành sóng mặt xô va lờn mỏi cú sức phá hoại gần như súng bóo trực tiếp

Những đặc điểm địa hình và quy luật của bão làm cho sóng ở bờ biển NamĐịnh có hệ số lớn Kết quả quan sát tính toán đã xác định chiều cao sóng tại bờ biểnNam Định là:

Bão cấp 7, cấp 8 chiều cao sóng là 2,3 – 2,6 m

Bão cấp 9, cấp 10 chiều cao sóng là 2,9 – 3,4 m

* Sóng trong mùa khô (Từ tháng XI đến tháng IV):

- Hướng sóng: Nhìn chung trùng với hướng gió mùa Đông Bắc tạo với bờ biển

- Các cơn bão muộn (Tháng X, tháng XI) thường đổ bộ vào bờ biển NamTrung bộ và Nam Bộ, nó vẫn xảy ra nước dâng, sóng lừng đến Vịnh Bắc Bộ và gây

- Đáng chú ý là đầu mùa khụ (Thỏng X, tháng XI) cú cỏc đợt nước lớn, địaphương gọi là “Nước rươi”, nếu các cơn bão muộn kể trên gặp đúng thời kỳ “nướcrươi”, tức là sự trùng hợp giữa nước dâng, sóng lừng của bão với “nước rươi”, sẽlàm cho sóng ở vùng biển Bắc Bộ nói chung, vùng biển Nam Định nói riờng cú trị

số rất lớn mặc dù ở đây giú khụng mạnh nhưng sóng lại rất lớn làm cho đê biển bịphá hoại nhanh

Theo số liệu thống kê về sóng mùa khô tại bờ biển Giao Thuỷ mà Viện nghiêncứu khoa học Thuỷ Lợi quốc gia đã quan trắc và tập hợp được một số sóng điểnhình như sau:

Bảng 1.10: Một số sóng điển hình

Vận tốcgiú(m/s) tạiVăn Lý

Mực nước

dự báo tạiVăn Lý

Hs max(m)

Tóm lại: Bờ biển tỉnh Nam Định là vựng cú năng lượng sóng lớn nên biển dễ

xói lở, hiện tượng biển tiến, bói thoỏi xảy ra nhanh, thường xuyên Do vị trí địa lýnằm ở vùng trung tâm bờ biển Vịnh Bắc Bộ có đặc điểm địa hình tương đối thẳng(hai đầu tuyến nhô ra bởi các bãi bồi Cồn Lu, Cồn Ngạn, Cồn Xanh - Cồn Mờ) đoạngiữa tuyến bị lõm vào (Đê Giao Thuỷ), bãi biển thấp, thoáng không có vật che chắn(đảo) nên về mùa hè chịu ảnh hưởng trực tiếp của các cơn bão vào Vịnh Bắc Bộ; Vềmùa khô chịu ảnh hưởng của các cơn bão muộn đổ vào vùng biển phía nam và cácđợt nước lớn (nước rươi), gió mùa Đông Bắc Như vậy hầu hết cỏc thỏng trong nămtác động của sóng biển đều có trị số khá lớn và thường xuyên gây sạt lở cho tuyến

đê biển Nam Định nói chung và đê biển Giao Thuỷ nói riêng

1.3.3 Đặc trưng dòng chảy

cửa sông, ở vùng xa cửa sông, dòng chiều nhỏ hơn, trị số trung bình nhỏ hơn 1m/s.Theo tài liệu nghiên cứu của Viện Khoa học Thủy lợi, dòng triều trong khu vực bờbiển Giao Thuỷ gần như thuận nghịch, chu kỳ ổn định, chảy dọc theo hướng ĐôngBắc – Tây Nam, tại khu vực gần cửa biển thì hướng của dòng chiều biển đổi theochiều đổ ra biển của cửa sụng.

Theo kết quả nghiên cứu của Viện Cơ học trong thời kỳ mùa Đông, dòng chảy

có hướng từ Đông Bắc xuống Tây Nam trùng với hướng gió mùa Đông Bắc, vậntốc đạt từ (0,3ữ0,4)m/s, vận tốc của nó giảm nhanh theo chiều sâu, ở khu vực ven

bờ hướng dòng chảy gần như song song với bờ Trong mùa hè, chế độ dòng chảyphức tạp hơn, ở khu vực Giao Thuỷ - Hải Hậu tồn tại các xoáy nước, các hoàn lưu

cỡ lớn có chiều ngược với kim đồng hồ Vận tốc dòng chảy có giá trị khoảng0,2m/s; ở phía ngoài khơi vận tốc nhỏ hơn, khoảng 0,1m/s

- Về hướng dòng chảy: Mùa hè dòng chảy ven bờ chảy theo hướng Tây Nam –Đông Bắc Mùa khô chảy theo hướng ngược lại Đông Bắc – Tây Nam

- Về cường độ: Theo kết quả đo của Viện nghiên cứu khoa học Thuỷ Lợi quốcgia và Viện cơ học Việt Nam từ 1975 – 1987 như sau:

bão Alice ngày 20/9/1975, gió cấp 11, 12)

nước rươi hoặc gió mùa Đông Bắc cấp 5, cấp 6) Trong điều kiện thời tiết bình

(giáo trình Hình Thái Bờ Biển) Như vậy chứng tỏ dòng chảy ven bờ thực tế ở bờbiển Giao Thuỷ tỉnh Nam Định luụn cú trị số lớn hơn do đó nú luụn có khả nănggây xói lở.

Vận chuyển bùn cát ở khu vực Giao Thuỷ phụ thuộc vào các yếu tố động lựcven biển và chịu ảnh hưởng trực tiếp lượng bùn cát và sức tải cát của các con sôngtrong khu vực

Hầu hết bùn cát trong hệ thống sông Hồng được đổ ra biển qua 6 cửa biểnkhác nhau (Thái Bình, Diệm Điện, Trà Lý, Ba Lạt, Lạch Giang, Đáy, Hạ Lan) Nhìnchung bùn cát tích tụ ở lân cận cửa biển, tỷ lệ bùn cát phụ thuộc vào lưu lượng bùncát từng khu vực, trong từng nhánh sông Bùn cát được bồi tích mạnh ở cửa sông

Ba Lạt, tiếp đến là tại cửa Đáy Tuy nhiên cùng với việc bồi tụ mạnh mẽ này, thì tỷ

lệ xói lở ở bờ biển Giao Thuỷ tương đối cao

1.4 Đặc điểm địa hình, địa chất

1.4.1 Điều kiện địa hình

Đồng bằng Giao Thuỷ, có bể mặt khá bằng phẳng, thấp dần từ Tây Bắc xuốngĐông Nam Thềm lục địa ven biển tương đối dốc so với khu vực phía bắc và phíanam Giao Thuỷ, trong phạm vi 200 m từ chân đê, bãi biển có độ dốc bình quân từ 1

- 2% Ngoài phạm vi trên, bãi biển thoải dần với độ dốc khoảng 1% Các đườngđồng mức chạy song song với bờ biển

Bờ biển Giao Thuỷ là vùng đất phù sa trẻ, mới được bồi tụ nằm ở phía namdải bồi tụ đồng bằng châu thổ sông Hồng Bên cạnh xu thế bồi tụ mạnh mẽ của bờbiển đồng bằng Bắc bộ, đoạn bờ biển khu vực Giao Thuỷ bị xói mạnh làm chođường bờ trở nên tương đối thẳng, dọc theo hướng Đông Bắc – Tây Nam, đây cũng

là hướng thịnh hành của gió mùa đông bắc

1.4.2 Điều kiện địa chẩt

Phân bố trong phạm vi khảo sát là các trầm tích trẻ thuộc kỳ hiện đại của kỷ

Đệ Tứ, được tạo thành nhờ quá trình bồi tụ và lắng đọng vật liệu trầm tích trong

phần trầm tích hạt vụn với ưu thế là nhúm cỏt, bụi, sét, đất có kiến trúc cát bụi, sét bụi, cấu tạo phân lớp Do hoạt động của dòng chảy và điều kiện địa hình và điềukiện phân bố, chiều dày, thế nằm của các lớp đất không đồng đều.

-Các trầm tích đang ở thời kỳ đầu của quá trình tạo đỏ cú độ bền yếu đặc tínhbiến dạng cao, mức độ cố kết của các trầm tích tăng theo chiều sâu thuộc cỏc nhúm

1.4.2.1 Đoạn đê từ K22+270 ÷K23+829

- Lớp đất đắp (ký hiệu 1a): Phân bố chủ yếu trờn đờ, bờ kênh, cao độ mặt lớp

Đất đắp là ỏ sột, ỏ cỏt, cỏt màu nâu, xám nhạt, trạng thái nửa cứng đến dẻo

- Lớp cát bụi – cát hạt nhỏ (ký hiệu 1b): Phân bố ở bãi biển phía ngoài đê, cao

Đất cát màu xám nhạt, xám đen, thành phần kếm đồng chất, trạng thái rời

- Lớp ỏ sột nặng (ký hiệu 2): Phân bố từ K23+300 đến hết tuyến, cao độ mặt

lớp đất từ (+1,15), cao độ đáy lớp đất từ (+0,15), chiều dày lớp đất thay đổi từ

Đất ỏ sột nặng màu xám nâu, thành phần đồng nhất trung bình, trạng thái dẻomềm, tớnh lỳn lớn

- Lớp ỏ sột nhẹ (ký hiệu 3): Phân bố từ K22+270 ÷K23, cao độ mặt lớp đất từ

đổi từ 0,00 m đến 1,10 m

Đất ỏ sột nhẹ màu xám đen, xen kẹp cát mỏng, thành phần kém đồng nhất,trạng thái dẻo mềm - dẻo chảy, tớnh lỳn lớn

- Lớp cát hạt nhỏ (ký hiệu 4): Phân bố rộng trong phạm vi khảo sát, cao độ

lớp đất thay đổi từ 3,80 m đến 4,80 m

Đất cát màu xanh nhạt, xám đen, thành phần kém đồng nhất, trạng thái rời

- Lớp ỏ sột nặng – ỏ sột trung 9ký hiệu 5): Phân bố trong phạm vi khảo sát,

quá độ sâu khoan

Đất ỏ sột nặng – ỏ sột trung màu xám nâu, thành phần đồng chất trung bình,trạng thái dẻo chảy - dẻo mềm

1.4.2.2 Đoạn đê từ K24+134 ÷K25+134

- Lớp đất đắp và thổ nhưỡng (ký hiệu 1a): Phân bố chủ yếu trờn đờ, bờ kênh,

chiều dày lớp đất thay đổi từ 3,60 m đến 4,40 m

Đất đắp là ỏ sột, ỏ cỏt, cỏt màu nâu, xỏm nõu, trạng thái nửa cứng đến dẻo mềm

- Lớp cát bụi – cát hạt nhỏ (ký hiệu 1b): Phân bố ở bãi biển phía ngoài đê, cao

lớp đất thay đổi từ 0,50 m đến 1,80 m

Đất cát màu xám nhạt,xỏm đen, thành phần kém đồng chất, trạng thá rời

- Lớp ỏ sột nặng (ký hiệu 2): Phân bố rộng trong phạm vi khảo sát, cao độ mặt

Đất ỏ sột nặng màu xám nâu, thành phần đồng nhất trung bình, trạng thái dẻomềm, tớnh lỳn lớn

Do lớp đất có chiều dày mỏng (L<1,0) nờn khụng lấy mẫu thí nghiệm

- Lớp cát hạt nhỏ (ký hiệu 4): Phân bố rộng trong phạm vi khảo sát, cao độ

lớp đất thay đổi từ 3,30 m đến 4,20 m

Đất cát màu xám nhạt, xám đen, thành phần kém đồng nhất, trạng thái rời

- Lớp ỏ sột trung – ỏ sột nặng (ký hiệu 5): Phân bố trong phạm vi khảo sát, cao

định vì vượt quá độ sâu khoan

Đất ỏ sột nặng – ỏ sột trung màu xám nõu, xỏm đen, xen kẹp cát, thành phầnkém đồng nhất, trạng thái dẻo chảy, tớnh lỳn lớn

1.5 Nguyên nhân hư hỏng của tuyến đê biển Giao Thuỷ

- Tuyến đê biển huyện Giao Thuỷ được hình thành cách đây đã rất lâu (khoảng

250 năm) trên nền đất yếu, đất bồi tụ phù sa của hệ thống sông Hồng Tuyến đê

đổi thường xuyên Chịu ảnh hưởng trực tiếp của thuỷ triều, gió bão, từ biển Đôngvừa chịu ảnh hưởng dòng chảy lũ đổ vào biển Đông của các sông ngòi nội địa, nênnhững năm qua tuyến bờ biển huyện Giao Thuỷ diễn biến phức tạp, đoạn giữa tuyếntrực diện với biển, tình trạng biển tiến, bói thoỏi gõy xói lở nghiêm trọng ảnh hưởngđến tuyến đê, nhiều khu vực biển đã ăn sâu vào đất liền phá vỡ đê, gây thiệt hại lớncho nhân dân trong vùng Đặc biệt khi gặp bão lớn trực tiếp đổ bộ kết hợp với triềucường tuyến đê biển huyện Giao Thuỷ thường xuyên xẩy ra các sự cố vỡ đê, sạt,trượt, gây nhiều thiệt hại đến tính mạng tài sản của nhân dân trong khu vực.

Hình 1.3: Một số hình ảnh thiệt hại đờ, kố biển do bão số 7 gây ra.

- Nhiều đoạn đê chất lượng đất đắp thân đê và nền đê rất kém, chủ yếu là đấtcát và đất cát pha, dễ sạt lở do mưa và sóng Những đoạn đê trực diện với biển,những vị trí xung yếu tuy đã được kố lỏt mỏi bảo vệ nhưng vẫn thường xuyên bịphá hoại, do kết cấu mỏi kố, chõn kố bằng các cấu kiện chưa hợp lý (Như kè vàphần mỏi kố bằng đá hộc lát khan) Một số cống qua đê xây dựng cách đây trên 40năm, cống ngắn so với thân đê, hình thức, kết cấu lạc hậu, đã bị hư hỏng và xuốngcấp, không đáp ứng được yêu cầu chống lụt bão hiện nay

Hình 1.4: Mỏi đê trực diện với biển.

- Mức bảo đảm thiết kế hiện tại còn thấp, do vậy đê biển không đáp ứng đượcvới yêu cầu phòng chống lũ bão hiện nay Cơn bão số 7 là cơn bão cấp10-12 giậttrên cấp 12, bão đổ bộ vào đất liền đúng lúc triều cường, vượt tần suất thiết kế đê(Tuyến đê biển hiện nay thiết kế với mức bảo đảm chống được với gió bão cấp 9với triều trung bình ứng với tần suất 5%).Tổ hợp bão cộng với triều cường là tổ hợpbất lợi nhất cho đờ kố ven biển Với tổ hợp này rất ít khi xảy ra, nhưng khi đã xảy

ra sẽ gây phá hoại rất nghiêm trọng cho đờ kố

- Trong thời gian gần đây, cùng với sự biến đổi khí hậu toàn cầu, các thiệt hại

do thiên tai có chiều hướng gia tăng trên toàn thế giới Các cơn bão có chiều hướngtrở lên mạnh hơn, trở thành cỏc siờu bóo cú sức tàn phá nặng nề Các hiện tượng,mưa lớn, gió giật, lốc xoáy cũng xảy ra thường xuyên hơn Tại nhiều nơi trên thếgiới, hiện tượng động đất và sóng thần cũng xẩy ra thường xuyên và gây nhiều hậuquả vô cùng nghiêm trọng

- Các hoạt động kinh tế xã hội tại vùng biển và ven biển đã gây ra những thay

không những gây ra biến đổi về môi trường sinh thái theo hướng có haị, mà cũngiỳp cho sóng lớn đánh thẳng vào đê biển, gây vỡ đê biển và ngập lụt.

- Nguồn vốn đầu tư hạn hẹp, tuyến đê biển Giao Thuỷ xây dựng còn chắp vá,không đồng bộ, các giải pháp kỹ thuật còn hạn chế, sử dụng các vật liệu tiết kiệm rẻtiền ( Đá lát khan mỏi kố, đỏ xõy làm tường chắn sóng …), do vậy tuyến đê biểnkhông đủ sức chống đỡ, các sự cố hư hỏng, sạt lở, vỡ đê hoàn toàn có thể xẩy ra

Hình 1.5:Công tác gia cố mỏi đờ bằng cấu kiện loại 1.

- Những năm qua, bằng nguồn vốn đầu tư trong nước và tài trợ của các tổchức Quốc tế (PAM) đã khôi phục, năng cấp, tôn cao áp trúc mặt cắt, làm kố lỏtmỏi đờ phớa biển và cứng hoá mặt đê bằng bê tông, đá cấp phối tại 1 số đoạn đêxung yếu, trực diện với biển song mới chỉ đảm bảo giữ được với gió bão cấp 9 vàmức triều trung bình 5% (Tương ứng với MN +2,29 tại Văn Lý), khi vượt tần suấtthiết kế trên, đê biển Giao Thuỷ không đủ sức chống đỡ, các sự cố hư hỏng, sạt lở,

vỡ đê hoàn toàn có thể xẩy ra

1.6 Tính cần thiết phải nâng cấp, xây mới tuyến đê

Tuyến đê biển Giao Thuỷ bị phá hỏng nghiêm trọng sau bão số 7, việc đầu tưnâng cấp và xây dựng mới tuyến đờ, kố biển Giao Thuỷ là vô cùng quan trọng.Tuyến đờ, kố Giao Thuỷ sẽ đem lại hiệu quả to lớn về mặt kinh tế - xã hội như:

- Khắc phục khẩn cấp hậu quả thiên tai năm 2005 nhanh chóng khôi phục ổnđịnh sản xuất & đời sống nhân dân và giảm khả năng bị tổn thương do thiên tai cáckhu vực bị ảnh hưởng trực tiếp với bão gây ra.

- Bảo đảm an toàn tính mạng, tài sản cho 205.799 người và 23.206 ha diện tíchđất tự nhiên trong đó có 11.245,16 ha diện tích đất Nông nghiệp (Nông nghiệp, nuôitrồng thuỷ sản, làm muối) của 22 xã của huyện Giao Thuỷ, chịu tác dụng trực tiếpcủa sóng, gió bão, nước dâng ngoài biển và gây ảnh hưởng gián tiếp đến các khuvực lân cận phía Nam tỉnh Nam Định khi tuyến đê xẩy ra sự cố sạt lở, vỡ đê

- Chống ngập lụt, nhiễm mặn đất, tạo điều kiện cho các địa phương thực hiệnthau chua rửa mặn cải tạo đất, thực hiện thâm canh tăng vụ, mở rộng diện tích,chuyển đổi cơ cấu cây trồng đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tế nông nghiệp vàkinh tế biển trong giai đoạn hiện nay và các năm tiếp theo của các địa phương trongvùng dự án

- Bảo vệ cho 559 ha diện tích trồng muối và 1.195 ha diện tích đất nuôi trồngthuỷ sản nằm trong tuyến đê biển bảo vệ

- Tạo điều kiện thuận lợi cho công tác bảo vệ, phòng thủ an ninh biên giới, anninh chính trị, trật tự an toàn xã hội vùng ven biển

- Bảo vệ môi trường sinh thái, cảnh quan thiên nhiên, tạo điều kiện phát triểnngành du lịch của địa phương vùng ven biển

1.7 Kết luận và kiến nghị mở đầu

Vùng bờ biển Giao Thuỷ có vai trò hết sức quan trọng, việc sửa chữa vànâng cấp tuyến 1 đê biển huyện Giao Thuỷ cần phải được thực hiện làm cho tuyến

đê kiên cố, vững chắc đảm bảo chịu được tác động của gió bão, triều cường, bảo vệđược tính mạng, tài sản, đất đai cho nhõn đõn trong vùng, tránh và hạn chế đượcnhững thiệt hại nặng nề do bão gió gây ra Tạo cho nhân dân niềm tin, yên tâm phấnkhởi làm ăn, phát triển sản xuất, xây dựng cơ sở vật chất, nhà cửa, từng bước ổnđịnh và nâng cao mức sống Phát triển kinh tế gắn liền với quốc phòng – an ninh,gắn với bảo vệ môi trường bền vững

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THỦY HẢI VĂN THIẾT KẾ CHO PHƯƠNG ÁN CHỌN

2.1 Xác định cấp công trình:

2.1.1 Xác định tiêu chuẩn an toàn:

Tiêu chuẩn an toàn (TCAT) được xác định trên cơ sở kết quả tính toán bàitoán tối ưu xét tới mức độ rủi ro về kinh tế, khả năng tổn thất về con người củavùng được để bảo vệ và khả năng đầu tư xây dựng Tiêu chuẩn an toàn được thểhiện bằng chu kỳ lặp lại (năm)

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn an toàn (trích hướng dẫn thiết kế đê biển)

(Chu kỳ lặp lại: năm)Vùng đô thị công nghiệp phát triển :

2.1.2 Phân cấp công trình

- Đê biển được phân làm 5 cấp: cấp I, cấp II, cấp III, cấp IV và cấp V

- Cấp đê phụ thuộc vào tiêu chuẩn an toàn trong vùng được đê bảo vệ, thể hiện ở

Bảng 2.2: Tiêu chí phân cấp đê( Nguồn [1].

dân trong vùng chủ yếu dựa vào nghề đánh bắt trên biển, canh tác nông nghiệp vàkinh doanh dịch vụ du lịch Như vậy, tra theo bảng tiêu chuẩn an toàn (bảng 2.1)thì ta được chu kỳ lặp lại của sự cố là 30 năm với tần suất thiết kế P=3,33% ứng vớicông trình cấp IV (bảng 2.2)

2.2 Xác định tuyến xây dựng

Về cơ bản phương án tuyến chủ yếu dựa trên tuyến đê biển Áng Giao Phong

đó cú thuộc xã Giao Phong va – Giao Thủy- Nam Định

2.3 Thành phần mực nước thiết kế ( MNTK )

Cấp của công trình là cấp IV ứng với P = 1/30 = 3,33%

Hình 2.2 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC13

(106°31', 20°12') Giao Xuân , Giao Thủy , Nam Định

Theo trên, ta xác định được tần suất thiết kế của công trình là P= 3.33%(tương ứng 33 năm xuất hiện 1 lần) Dựa vào bảng tần suất nước tổng hợp cho mặt

(m)⇒ MNTK = + 2.7 (m)

2.4 Tính toán các tham số song nước sâu thiết kế

Tính toán các tham số sóng nước sâu theo waibull

Cơ sở lý thuyết

Phân bố xác suất Weibull (hay còn gọi là phân bố xác suất Rammler) là một dạng thường dùng để mô tả thống kê sự xuất hiện của các đạilượng cực trị trong khí tượng, thuỷ văn và dự báo thời tiết như dòng chảy lũ,súng, giú lớn nhất Ngoài ra phân bố này cũng hay được dùng trong phân tíchxác suất sống sót hoặc phá huỷ trong lý thuyết độ tin cậy, dùng trong lý thuyếtcực trị, biểu diễn thời gian sản xuất và phân phối trong công nghiệp, sự phântán tín hiệu radar và sự suy giảm tín hiệu trong liên lạc không dây

Trong thực tế ngành thủy lợi thường dùng tần suất vượt P (thường chỉ gọi tắt

là tần suất) là xác suất xuất hiện các giá trị của đại lượng ngẫu nhiên X lớn hơn

Liên hệ với các phân bố thống kê khác

Hàm phân bố xác suất Weibull là hàm ngược của phân bố xác suất cực trị tổngquát (GEV) với thông số vị trí a – b, thông số tỷ lệ b/c và thông số hình dạng 1/c(Hosking, 1986)

Trong trường hợp thông số hình dạng c = 1, phân bố Weibull trở thành phân

Xác định các thông số theo phương pháp moments

Quan hệ giữa các thông số của phân bố với các đặc trưng thống kê như sau:

1 1

Tuyến tính hóa phương trình (2.3’)bằng cách lấy logarith hai vế của (2.3) như sau:

Nếu biểu thị qua tần suất vượt

c

Giá trị x ứng với tần suất vượt P được tính dựa vào (2.8)

1 , x2 , xn)

FFC 2008 © Nghiem Tien Lam

© FFC 2008

CHIỀU CAO SÓNG NƯỚC SÂU

Đặc trưng thống kê Giá

trị

Đơn vị

Thứ hạng

Ứng với tần suất thiết kế p = 3,33%, từ bảng tần suất ta tra được:

Theo kinh nghiệm, có thể xác định chu kỳ sóng dựa vào tương quan cho vùngbiển 40 (Bắc Bộ và Trung Bộ), (thống kê cho T < 9s, H< 22,6 (m), hệ số tươngquan R=0,975) (Nguyễn Xuõn Hựng 1999)

5 ) 10 14

,

3

27 , 6

= 83.24 (m)

2.5 Xác định chế độ sóng tại chân công trình

Khi sóng lan truyền từ nước sâu vào vùng ven bờ do ảnh hưởng của địa hìnhđáy biển hoặc gặp phải các chướng ngại vật như các công trình đờ phỏ súng, súng

sẽ trải qua rất nhiều quá trình biến thổi làm thay đổi các thông số sóng

2.5.1 Các quá trình biến đổi khi sóng truyền từ nước sâu vào nước nông:

a Hiệu ứng nước nông

Là hiện tượng thay đổi chiều cao của sóng do có sự thay đổi có của độ sâu khisóng biển truyền từ ngoài khơi vào vùng ven bờ Theo lý thuyết sóng có biên độnhỏ, 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 khỏc thỡ sự thay đổi của độ cao sóng khi truyền từngoài khơi vào ven bờ

1 2 0

g

S g

Trong đó:

nước sâu, nước nông

Do hiện tượng khúc xạ mà hướng truyền sóng thay đổi từ Φ0ở ngoài nước sâu

1 2 0

osos

o r

Khi sóng lan truyền vào vùng ven bờ với độ sâu giảm dần, ma sát với đáy biển

sẽ làm giảm tốc độ của hạt nước ở gần đáy biển Hiện tượng này sẽ làm cho vận tốcchuyển động theo phương nằm ngang của các hạt nước ở gần đỉnh sóng nhanh hơnvận tốc hạt nước ở gần chõn súng và làm tăng độ dốc của mặt nước tại mặt trướcsóng Khi độ dốc mặt nước tại mặt trước của sóng đạt tới một giá trị cực đại nào đósóng sẽ vỡ

Hiện tượng sóng vỡ làm tiêu tán một lượng năng lượng sóng rất lớn Nănglượng này có thể được chuyển hóa thành các lực tác động lên công trình hay đáybiển Đồng thời, một phần năng lượng này được chuyển hóa thành năng lượng rối,tăng cường sự vận chuyển của bùn cát

Đới ven bờ cú súng vỡ được gọi là đới sóng vỡ Các quá trình động lực vàthủy động lực xảy ra rất mạnh mẽ trong đới này

d Hiện tượng phản xạ sóng

Khi sóng biển lan truyền vào một vùng nước có độ sâu giảm theo hướng

e Hiện tượng nhiễu xạ

Khi sóng gặp phải một chướng ngại vật thí dụ như một đờ phỏ súng hoặcmột hòn đảo trên đường lan truyền của mình, sóng biển bị chướng ngại vậtchắn tạo ra một vùng khuất sóng phía sau Trong trường hợp này, sóng biển sẽ

bị đổi hướng để xâm nhập vào vùng khuất sóng Hiện tượng này được gọi là

trong việc tính toán sóng ở những nơi khuất sóng phía sau của công trình hoặc

là sóng ở trong cảng

f Hiện tượng nước dâng do sóng

Trong đó:

Hb =Chiều cao sóng tại đường sóng vỡ(sóng đều)

g.Hiện tượng sóng leo

Với mái nhẵn có thể tính theo biểu thức :

ξ= Ru/Hsvới H là chiều cao sóng trước chân công trình

h.Hiờn tượng sóng tràn.

Công thức tớnh súng tràn

(a): Mái nhẵn

(b) Mỏi nhỏm

2.5.2 Tính toán truyền sóng vào chân công trình bằng WADIBE:

+ Dựa vào số liệu tớnh súng cú hướng sóng chủ đạo:

Hình 2.4 Biểu đồ hoa súng tớnh theo số liệu sóng đo đạc tại trạm BLV được từ

năm 1960 – 2002

Từ biểu đồ hoa sóng nhận thấy hướng sóng thịnh hành nhất là hướng ĐôngBắc với tần xuất tần suất xuất hiện chiếm 31,82 %,tiếp theo đó là hướng Bắc với tầnsuất hiện là 22,42 % lần lượt sau là các hướng Nam và hướng Đông với tần suất là17,48 % và 8,62 %.Các hướng sóng còn lại có tần suất không đáng kể

+ Cách xác định gúc súng tới đường bờ φ

Sử dụng autocard vẽ lại đường bờ và đưa hướng súng chớnh vào trongcard.Gúc súng tới là góc hợp bởi phương của hướng súng chớnh với phương vuônggóc đường bờ:

67o

Hình 2.5: Hướng sóng tới đường bờ.

Vậy từ hình vẽ trên xác định được hướng sóng chủ đạo ở biên nước sâu là

Các thông số đầu vào cho mô hình: