trình bày phương pháp luẬn, cơ so lý thuyết nghiên cứu lụa chọn cao trình đỉnh đê hợp lý cho đê cửa sông vùng hạ du các sông Miền Trung.

Cao trình ñỉnh ñê theo phương pháp thiết kế truyền thống ñược xác ñịnh trên cơ sở ñảm bảo cao hơn mực nước thượng lưu tính toán và các yếu tố của nó như nước dâng, sóng leo… theo một tần

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới hai thầy TS Mai Văn Công

và GS.TS Nguyễn Văn Mạo là những người hướng dẫn khoa học, ựã ựịnh

hướng và chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt thời gian làm luận văn Hai thầy không chỉ hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn, mà hơn nữa hai thầy ựã cho tôi những kiến thức về một lĩnh vực khoa học mới với nhiều ựiều thú vị mà trước ựây tôi chưa từng ựược biết và có cơ hội tiếp cận Tôi xin chân thành cảm ơn

thầy PGS.TS đỗ Văn Lượng ựã có những góp ý quý báu, những ựộng viên

khắch lệ ựể tôi có ựược kết quả tốt hơn trong học tập và trong nghiên cứu ựề tài luận văn của mình Các thầy là tấm gương của tôi về tinh thần trách nhiệm, lòng tận tụy, tình yêu nghề và nỗ lực vươn lên trong học tập, nghiên cứu khoa học nghiêm túc Rất mong tiếp tục ựược sự chỉ bảo của các thầy trong con ựường học tập và nghiên cứu khoa học của tôi sau này

Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và các cán bộ Phòng đào tạo đại học và sau đại học, Khoa Công trình trường đại học Thủy Lợi cùng tất cả các thầy cô giảng dạy lớp Cao học CH18C.đH2, ựã tạo ựiều kiện và truyền dạy kiến thức cho chúng tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn Nhân dịp này tôi cũng bày tỏ sự cảm ơn trân trọng ựến lãnh ựạo, các thầy cô giáo cùng các ựồng nghiệp trong Viện đào tạo và Khoa học Ứng dụng Miền Trung Ờ nơi tôi công tác, ựã giúp ựỡ, tạo ựiều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn của mình

Ninh Thuận, tháng 3 năm 2012

Tác giả luận văn

đỖ XUÂN TÌNH

-
 -

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ đỒ THỊ v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC ix

PHẦN MỞ đẦU 1

1 Tắnh cấp thiết của ựề tài 1

2 Mục tiêu của ựề tài 2

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

4 Kết quả ựạt ựược 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 3

1.1 Chức năng và nhiệm vụ của ựê, kè 3

1.2 đặc ựiểm ựê cửa sông miền Trung 3

1.3 Tổng quan về ựê, kè ở Ninh Thuận 4

1.3.1 đê bờ Bắc sông Dinh 5

1.3.2 đê bao đầm Nại 6

1.3.3 Kè bảo vệ bờ Biển 7

1.4 Hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm thiết kế ựê kè hiện hành 9

1.4.1 Các tiêu chuẩn, qui phạm thiết kế ựê kè hiện hành 9

1.4.2 Một số tồn tại trong hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm 9

1.5 Tổng quan phương pháp thiết kế truyền thống: 10

1.5.1 Luận ựiểm cơ bản 10

1.5.2 Phương pháp thiết kế truyền thống 11

1.5.3 Một số tồn tại trong phương pháp thiết kế truyền thống: 12

1.6 Tổng quan phương pháp thiết kế ngẫu nhiên 13

1.6.1 Con ựường hình thành của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên 13

1.6.2 Lịch sử phát triển phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trên thế giới 13

1.6.3 Cách tiếp cận của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên 14

1.6.4 Các cấp ựộ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên 14

1.6.5 Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên 15

1.7 Kết luận chương 1 15

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG đẾN CAO TRÌNH đỈNH đÊ

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 17

2.1 Nguyên tắc xác ựịnh cao trình ựỉnh ựê 17

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ựến cao trình ựỉnh ựê 17

2.2.1 Ảnh hưởng của các yếu tố thủy văn, thủy lực 17

2.2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố ựịa kỹ thuật 18

2.2.3 Ảnh hưởng của qui hoạch thủy lợi, giao thông, xây dựng 18

2.2.4 Ảnh hưởng của vùng bảo vệ 19

2.2.5 Ảnh hưởng của các yếu tố khác 19

2.3 Các phương pháp tắnh toán cao trình ựỉnh ựê 19

2.3.1 Các phương pháp truyền thống 19

2.3.2 Phương pháp thiết kế theo lý thuyết ựộ tin cậy 25

2.4 Xây dựng tiêu chắ lựa chọn cao trình ựỉnh ựê hợp lý 26

2.5 Kết luận chương 2 27

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT đỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO

TRONG THIẾT KẾ đÊ VÀ BÀI TOÁN ỨNG DỤNG 28

3.1 Giới thiệu chung 28

3.2 Tóm tắt cơ sở lý thuyết 29

3.2.1 Phân tắch rủi ro 29

3.2.2 Phân tắch ựộ tin cậy của thành phần hệ thống 30

3.2.3 Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên 32

3.2.4 Phân tắch tắnh tin cậy của hệ thống 38

3.3 Các bài toán ứng dụng trong thiết kế ựê và hệ thống công trình phòng lũ 39

3.3.1 Bài toán 1 - đánh giá an toàn hệ thống hiện tại 39

3.3.2 Bài toán 2 - Tối ưu tiêu chuẩn an toàn của hệ thống 40

3.3.3 Bài toán 3 - Thiết kế tối ưu các thành phần của hệ thống 41

3.4 đề xuất bài toán ứng dụng cụ thể cho luận văn và xây dựng bài toán mẫu 44

3.4.1 đánh giá an toàn hệ thống hiện tại 44

3.4.2 Tối ưu tiêu chuẩn an toàn 44

3.4.3 Thiết kế tối ưu các thành phần của hệ thống 48

3.5 Kết luận chương 3 48

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CAO TRÌNH đỈNH đÊ HỢP LÝ CHO đÊ SÔNG DINH TỈNH NINH THUẬN 50

4.1 Mô tả trường hợp nghiên cứu 50

4.2 Sông Dinh Ờ ựặc ựiểm sông ngòi và thủy, hải văn 52

4.2.1 Sông Dinh Ờ ựặc ựiểm sông ngòi 52

4.2.2 Sông Dinh Ờ ựặc ựiểm thủy văn 54

4.2.3 Sông Dinh Ờ ựặc ựiểm hải văn 55

4.3 Giới thiệu chung về ựê Bắc sông Dinh tỉnh Ninh Thuận 55

4.3.1 đặc ựiểm về tuyến 55

4.3.2 đặc ựiểm hình dạng, cấu tạo 56

4.3.3 đặc ựiểm chức năng, nhiệm vụ 57

4.3.4 đặc ựiểm vùng cửa sông Dinh 58

4.4 Tình hình lũ lụt vùng nghiên cứu 58

4.5 Tắnh toán cao trình ựỉnh ựê Sông Dinh theo thiết kế truyền thống 60

4.5.1 Cấp bậc công trình và các chỉ tiêu thiết kế 60

4.5.2 Trường hợp, mặt cắt tắnh toán và tiêu chuẩn áp dụng 61

4.5.3 Nội dung và kết quả tắnh toán 62

4.6 Xác ựịnh cao trình ựỉnh ựê hợp lý theo lý thuyết ựộ tin cậy 65

4.6.1 Bài toán 1 Ờ đánh giá an toàn hệ thống ựê hiện tại 65

4.6.2 Bài toán 2 Ờ Tối ưu tiêu chuẩn an toàn của ựê Bắc sông Dinh 85

4.6.3 Bài toán 3 Ờ Thiết kế tối ưu các thành phần của hệ thống 93

4.7 Phân tắch/ đánh giá kết quả 101

4.7.1 Phân tắch/ đánh giá kết quả Bài toán 1 101

4.7.2 Phân tắch/ đánh giá kết quả Bài toán 2 103

4.7.3 Phân tắch/ đánh giá kết quả Bài toán 3 104

4.7.4 So sánh các kết quả tắnh toán cao trình ựỉnh ựê 104

4.8 Kết luận chương 4: 106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

5.1 Những kết quả ựạt ựược 108

5.2 Những tồn tại 109

5.3 Kiến nghị 110

5.4 Hướng tiếp tục nghiên cứu 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

PHẦN PHỤ LỤC 114

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

Hình 1.1: Bản ñồ quy hoạch, phân vùng ñê, kè tỉnh Ninh Thuận 5

Hình 1.2: Bản ñồ tổng thể tuyến ñê bờ Bắc sông Dinh 6

Hình 1.3: Mặt cắt ngang ñại diện ñê bao ñầm Nại 6

Hình 1.4: Mặt cắt ngang ñại diện các tuyến kè Biển ñã xây dựng 8

Hình 1.5: Một số hình ảnh các tuyến kè Biển ñã xây dựng 8

Hình 2.1: ðộ dốc qui ñổi tính sóng leo 22

Hình 2.2: Hướng truyền sóng 22

Hình 2.3: Các thông số xác ñịnh cơ ñê 23

Hình 3.1: Sơ ñồ quá trình phân tích rủi ro 30

Hình 3.2: Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS 31

Hình 3.3: ðịnh nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số ñộ tin cậy 31

Hình 3.4 : Sơ ñồ phân tích sự cố của hệ thống nối tiếp và song song 38

Hình 3.5: Hệ thống bảo vệ bờ biển có 2 ñê song song 43

Hình 3.6: Tối ưu tiêu chuẩn an toàn theo quan ñiểm kinh tế 45

Hình 4.1: Bản ñồ tuyến ñê Bắc sông Dinh và TP Phan Rang – Tháp Chàm 50

Hình 4.2: Bản ñồ hệ thống sông ngòi của sông Cái - Phan Rang 53

Hình 4.3: Sơ ñồ hệ thống sông ngòi của sông Cái - Phan Rang 53

Hình 4.4: Một số hình ảnh ñê bờ Bắc sông Dinh 57

Hình 4.5: Hình ảnh vị trí vùng cửa sông Dinh (ảnh chụp từ Google Earth) 58

Hình 4.6: Một số hình ảnh lũ lụt ñê Sông Dinh tháng 11/2010 60

Hình 4.7: ðường tần suất mực nước lũ ñê Sông Dinh tại các nút 62

Hình 4.8: Phân phối MNL dựa trên số liệu ño ñạc theo BESTFIT 67

Hình 4.9: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến xác suất xảy ra sự cố

của cơ chế chảy tràn 70

Hình 4.10: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến xác suất xảy ra sự cố

của cơ chế mất ổn ñịnh kết cấu bảo vệ mái 72

Hình 4.11: Cơ chế xói chân ñê 73

Hình 4.12: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến xác suất xảy ra sự cố

của cơ chế xói chân ñê 75

Hình 4.13: Cơ chế xói ngầm/ñẩy trồi 75

Hình 4.14: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến xác suất xảy ra sự cố

của cơ chế xói ngầm, ñẩy trồi 78

Hình 4.15: Cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất 82

Hình 4.16: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến xác suất xảy ra sự cố

của cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê 83

Hình 4.17: Sơ ñồ cây sự cố ñê Bắc sông Dinh 83

Hình 4.18: Xác suất xảy ra sự cố của ñê Bắc sông Dinh hiện trạng 85

Hình 4.19: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và cao trình ñỉnh ñê 86

Hình 4.20: Mặt cắt ñại diện ñê Bắc sông Dinh hiện tại và khi nâng cấp 87

Hình 4.21: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và các chi phí ñầu tư 90

Hình 4.22: Phân phối mật ñộ xác suất thiệt hại theo Bestfit 90

Hình 4.23: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và rủi ro 92

Hình 4.24: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo Pf và tổng chi phí của hệ thống Ctot 93

Hình 4.25: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế sóng tràn/chảy tràn

và chi phí ñầu tư nâng cao ñỉnh ñê 95

Hình 4.26: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh cấu kiện

bảo vệ mái và chiều dày cấu kiện lát mái D 96

Hình 4.27: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh cấu kiện

bảo vệ mái và chi phí ñầu tư nâng cấp mái ñê 97

Hình 4.27: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân ñê

và chiều sâu chân kè ñê ht 98

Hình 4.28: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân ñê

và chi phí ñầu tư nâng cấp chân kè ñê 99

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thống kê các tuyến kè biển ñã xây dựng 7

Bảng 2.1: Hệ số chiết giảm do ñộ nhám trên mái dốc 23

Bảng 2.2: Trị số gia tăng ñộ cao (a) 24

Bảng 4.1: Một số chỉ tiêu kinh tế - xã hội của TP Phan Rang– Tháp Chàm 51

Bảng 4.2: Các ñặc trưng dòng chảy năm tại trạm Sông Lũy 54

Bảng 4.3: Các ñặc trưng lũ sông Cái Phan Rang tại Tân Mỹ và Phan Rang 54

Bảng 4.4: Thiệt hại do lũ lụt của Ninh Thuận trong những năm gần ñây 59

Bảng 4.5: Bảng tính chiều cao sóng leo - Hsl 63

Bảng 4.6: Bảng kết quả tính cao trình ñỉnh ñê theo thiết kế truyền thống 64

Bảng 4.7: ðặc trưng sóng Sông Dinh 66

Bảng 4.8: Danh sách các biến ngẫu nhiên của cơ chế chảy tràn 68

Bảng 4.9: Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế chảy tràn 69

Bảng 4.10: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến cơ chế chảy tràn 69

Bảng 4.11: Các biến ngẫu nhiên của cơ chế mất ổn ñịnh kết cấu bảo vệ mái 71

Bảng 4.12: Xác suất xảy ra sự cố và ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến

cơ chế mất ổn ñịnh kết cấu bảo vệ mái 72

Bảng 4.13: Các biến ngẫu nhiên của cơ chế xói chân ñê 74

Bảng 4.14: Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân ñê 74

Bảng 4.15: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến cơ chế xói chân ñê 75

Bảng 4.16: Các biến ngẫu nhiên của cơ chế xói ngầm, ñẩy trồi 77

Bảng 4.17: Xác suất xảy ra sự cố riêng của từng cơ chế xói ngầm, ñẩy trồi 77

Bảng 4.18: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến cơ chế xói ngầm, ñẩy trồi 78

Bảng 4.19: Xác suất xảy ra sự cố tổng hợp của cơ chế xói ngầm, ñẩy trồi 79

Bảng 4.20: Các biến ngẫu nhiên của cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê 81

Bảng 4.21: Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê 82

Bảng 4.22: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê 82

Bảng 4.23: Tổng hợp xác suất xảy ra sự cố của ñê Bắc sông Dinh hiện trạng 84

Bảng 4.24: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và cao trình ñỉnh ñê 86

Bảng 4.25: Các hệ số chi phí nâng cấp ñơn vị của ñê Bắc sông Dinh 87

Bảng 4.26: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và chi phí nâng cấp ñê 88

Bảng 4.27: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và chi phí q.lý vận hành 89

Bảng 4.28: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và rủi ro 91

Bảng 4.29: Tổng chi phí của hệ thống Ctot ứng với các tần suất ñảm bảo Pf 92

Bảng 4.30: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế sóng tràn/chảy tràn

và chi phí ñầu tư nâng cao ñỉnh ñê 95

Bảng 4.31: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh cấu kiện bảo vệ mái và chiều dày cấu kiện lát mái D 96

Bảng 4.32: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh cấu kiện bảo vệ mái và chi phí ñầu tư nâng cấp mái ñê 97

Bảng 4.33: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân ñê

và chiều sâu chân kè ñê ht 98

Bảng 4.34: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân ñê

và chi phí ñầu tư nâng cấp chân kè ñê 99

Bảng 4.35: Xác suất xảy ra sự cố tối ưu và chi phí ñầu tư tương ứng 100

Bảng 4.36: Kết quả thiết kế tối ưu các thành phần hệ thống 101

Bảng 4.37: Chiều cao ñê cần nâng cấp theo thiết kế truyền thống 104

Bảng 4.38: Chiều cao ñê cần nâng cấp theo thiết kế ngẫu nhiên 105

Bảng 4.39: So sánh kết quả tính cao ñỉnh ñê tính toán theo 2 PP 105

DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Bản ñồ tổng thể tuyến ñê bờ Bắc sông Dinh 115

Phụ lục 2: Chuỗi số liệu mực nước lũ sông Dinh tại 6 nút tính toán 116

Phụ lục 3: ðường tần suất mực nước lũ sông Dinh tại 6 nút tính toán 117

Phụ lục 4: Các số liệu ñầu vào của cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê 119

Phụ lục 4-1: Số liệu tính toán ổn ñịnh mái ñê lấy từ Geoslop tr.hợp Hiện trạng 119

Phụ lục 4-2: Phụ lục tính hàm tin cậy ñưa vào VAP trường hợp Hiện trạng 120

Phụ lục 4-3: Số liệu tính toán ổn ñịnh mái ñê lấy từ Geoslop tr.hợp Tương lai 121

Phụ lục 4-4: Phụ lục tính hàm tin cậy ñưa vào VAP trường hợp Hiện trạng 122

Phụ lục 5: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và cao trình ñỉnh ñê 123

Phụ lục 6: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phòng lũ và chi phí nâng cấp

cao trình ñỉnh ñê 125

Phụ lục 7: Số liệu thống kê thiệt hại do bão lũ gây ra cho thành phố Phan Rang

- Tháp Chàm từ năm 1993 ñến 2010 128

PHẦN MỞ đẦU

1 Tắnh cấp thiết của ựề tài

Hiện nay, tình hình khắ tượng, thủy văn, thủy triều ngày càng biến ựổi phức tạp do biến ựổi của khắ hậu; các hồ chứa thượng lưu dần ựược xây dựng

và ựưa vào sử dụng nhưng chưa có qui trình quản lý vận hành chung cho toàn lưu vực sông; nhiều công trình cơ sở hạ tầng, xây dựng, giao thông ựược xây dựng phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội Tất cả các yếu tố trên ảnh hưởng trực tiếp ựến tình hình lũ lụt, ổn ựịnh và an toàn của ựê sông, từ ựó ảnh hưởng ựến ựời sống và phát triển kinh tế xã hội trong vùng

Sông Cái là con sông lớn nhất của tỉnh Ninh Thuận, là nguồn cung cấp nước quan trọng cho sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh đê Sông Dinh nằm ở phắa hạ lưu Sông Cái kéo dài ựến gần cửa sông thông ra Biển đê có nhiệm vụ phòng chống lũ lụt cho toàn thành phố Phan Rang Ờ Tháp Chàm, tỉnh Ninh Thuận Sông Dinh có mạng lưới sông nhánh dày, có ựặc ựiểm chung của sông suối Miền Trung là ngắn và dốc nên diễn biến lũ trên sông phức tạp, tình hình lũ lụt xảy ra thường xuyên và nghiêm trọng Chỉ tắnh riêng 12 năm gần ựây, từ năm 1998 - 2010 ựã có tới 6 năm xảy ra lũ lớn gây thiệt hại ựến mùa màng, nhà cửa, tắnh mạng và tài sản của nhân dân Tổng giá trị thiệt hại hàng năm lên ựến hàng trăm tỷ ựồng đặc biệt trong thời gian gần ựây tình hình lũ lụt ngày càng xảy ra thường xuyên với mức ựộ nghiêm trọng hơn Năm 2003 và 2010, nước ựã tràn qua ựỉnh ựê hàng trăm mét vào thành phố UBND tỉnh Ninh Thuận ựã phải huy huy ựộng tối ựa các lực lượng và cả quân ựội ựể phòng chống và hộ ựê

Việc tắnh toán tổng quan bài toán thiết kế ựê và hệ thống công trình phòng lũ theo phương pháp thiết kế truyền thống và hệ thống tiêu chuẩn quy phạm hiện hành còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế Tuy nhiên, phương pháp thiết kế công trình theo lý thuyết ựộ tin cậy và phân tắch rủi ro có nhiều ưu ựiểm và giải quyết ựược tổng thể bài toán này

Phương pháp thiết kế công trình theo lý thuyết ựộ tin cậy và phân tắch rủi ro là một phương pháp tiên tiến trên thế giới, nhiều nước ựã nghiên cứu và

áp dụng trong nhiều lĩnh vực, ựặc biệt tại Hà Lan, một nước ựi ựầu trong công tác phòng chống lũ và bảo vệ bờ biển Tuy nhiên, ở Việt Nam phương pháp này còn rất mới mẻ và bắt ựầu nghiên cứu, ứng dụng trong một số lĩnh vực

Vì vậy, việc áp dụng phương pháp thiết kế công trình theo lý thuyết ựộ tin cậy và phân tắch rủi ro cho tuyến ựê Bắc sông Dinh là cần thiết và ựáp ứng ựược yêu cầu bài toán ựặt ra là nâng cấp tổng thể tuyến ựê cho phù hợp với

qui hoạch phát triển của thành phố Phan RangỜTháp Chàm trong tương lai

đó là một hướng ựi mới ựúng ựắn và phù hợp với xu thế hiện nay

2 Mục tiêu của ựề tài

Mục tiêu của luận văn là trình bày phương pháp luận, cơ sở lý thuyết nghiên cứu lựa chọn cao trình ựỉnh ựê hợp lý cho ựê cửa sông vùng hạ du các sông Miền Trung

Nghiên cứu ứng dụng ựại diện ựược thực hiện cho trường hợp ựê hạ du sông Dinh, tỉnh Ninh Thuận Kết quả nghiên cứu trường hợp ứng dụng phục

vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế và duy tu nâng cấp hệ thống ựê chống lũ bảo vệ thành phố Phan Rang-Tháp Chàm tỉnh Ninh Thuận

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- điều tra, thu thập, tổng hợp, phân tắch và ựánh giá tài liệu thực tế về

ựê kè, vùng bảo vệ thuộc tỉnh Ninh Thuận;

- Nghiên cứu các tài liệu hiện có liên quan ựến các yếu tố ảnh hưởng ựến cao trình ựỉnh ựê Kế thừa các kết quả nghiên cứu về cao trình ựỉnh ựê;

- Nghiên cứu các quy trình, quy phạm thiết kế ựê, kè hiện hành;

- Ứng dụng lý thuyết ựộ tin cậy và phân tắch rủi ro trong ựánh giá an toàn và phân tắch tối ưu lựa chọn cao trình ựỉnh ựê;

4 Kết quả ựạt ựược

- Nghiên cứu và áp dụng ựược lý thuyết ựộ tin cậy và phân tắch rủi ro cho bài toán ựánh giá, nâng cấp một hệ thống ựê và vùng bảo vệ hoàn chỉnh thuộc khu vực miền Trung

- So sánh ựược kết quả tắnh toán cao trình ựỉnh ựê theo phương pháp thiết kế truyền thống và phương pháp thiết kế theo lý thuyết ựộ tin cậy

- đánh giá ựược mức ựộ an toàn của hệ thống ựê sông Dinh hiện trạng theo nhiệm vụ ựã ựược thiết kế, theo ựiều kiện biên hiện nay và ựiều kiện biên trong qui hoạch tương lai

- Xác ựịnh ựược tần suất ựảm bảo tối ưu của hệ thống ựê Bắc sông Dinh cho vùng bảo vệ là thành phố Phan Rang Ờ Tháp Chàm

- Xác ựịnh ựược phương án nâng cấp tối ưu của hệ thống ựê sông Dinh

- Với các kết quả trên góp phần làm cơ sở ban ựầu cho các cơ quan hữu quan, các nhà hoạch ựịnh chắnh sách trong công tác xây dựng, nâng cấp tiêu chuẩn an toàn, quy hoạch hệ thống phòng chống lũ, bảo vệ cho toàn vùng duyên hải miền Trung nói riêng và vùng ven biển cả nước nói chung

-
 -

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Chức năng và nhiệm vụ của ựê, kè

Việt Nam có hệ thống sông ngòi dày ựặc và bờ biển kéo dài từ Bắc vào Nam, vì vậy hệ thống ựê và các công trình bảo vệ bờ ựóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong việc phòng chống, giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ an toàn cho các trung tâm văn hóa, chắnh trị, kinh tế, các vùng dân cư rộng lớn trải dài theo các triền sông, các vùng duyên hải của cả nước

Trong ựiều kiện phát triển kinh tế xã hội của ựất nước hiện nay, những yêu cầu về việc bảo vệ các khu dân cư và kinh tế chống lại sự tàn phá của bão,

lũ, nước dâng ngày càng trở lên cấp bách Bên cạnh việc củng cố, nâng cấp các hệ thống ựê ựã có, việc qui hoạch bảo vệ bờ sông, bờ biển và xây dựng các hệ thống ựê mới ựang ựược ựặt ra ở cả ba miền của ựất nước

Hiện nay với vấn ựề biến ựổi khắ hậu toàn cầu, Việt Nam là một trong ắt nước trên thế giới chịu ảnh hưởng nặng nề nhất Ngoài ra, xu hướng phát triển của Việt Nam cũng như các nước có biển trên thế giới là hướng ra biển, các thành phố lớn tập trung ven biển, phát triển về tài nguyên biển, du lịch và giao thông thủy Do ựó, hệ thống ựê và các công trình bảo vệ bờ có vai trò hết sức quan trọng, ngoài nhiệm vụ bảo vệ dân cư và các cơ sở hạ tầng, còn có nhiệm vụ tạo ra các ựịa ựiểm du lịch nghỉ dưỡng, cảnh quan thiên nhiên tươi ựẹp, tạo ra các vùng trú ẩn cho tàu thuyền, bảo vệ cảng khi có gió bão

1.2 đặc ựiểm ựê cửa sông miền Trung

Bờ biển vùng duyên hải miền Trung dài khoảng 1200km trải dài từ Thanh Hoá ựến Bình Thuận với nhiều sông tương ựối lớn như: Sông Gianh ở Quảng Bình; sông Thạch Hãn ở Quảng Trị; sông Hương ở Thừa Thiên- Huế; sông Vu Gia ở đà Nẵng; sông Thu Bồn ở Quảng Nam; sông Trà Khúc ở Quảng Ngãi

Sông miền Trung có ựặc ựiểm là chiều dài sông ngắn, ựộ dốc lớn, lòng sông, hẹp, ựoạn cửa sông có vùng ựồng bằng, ựầm phá nhỏ, hẹp, bị chia cắt nhiều bởi sông, rạch, ựồi núi ựất ựá, ựồi cát ven biểnẦ Do ựó phần lớn các tuyến ựê cửa sông

có chiều dài ngắn, qui mô nhỏ lẻ, chưa hình thành hệ thống hoàn chỉnh khép kắn

Về lịch sử hình thành thì ựa số các ựoạn sông ựược nhân dân tự ựắp từ lâu trên ựịa hình thuận lợi tự nhiên và liên tục ựược nhân dân bồi ựắp qua các thời kỳ

Tuyến ựê thường ngoằn ngoèo, gấp khúc, mặt ựê nhỏ, hai bên hành lang bảo

vệ ựê thường bị vi phạm bởi các nhà dân, ruộng vườn, ựìa nuôi trồng thủy sản gây khó khăn cho giao thông trên mặt ựê và công tác hộ ựê trông mùa lũ

Thân ựê ựược ựắp cơ bản bằng ựất thịt nhẹ, sét pha, cát pha dễ bị mất ổn ựịnh thấm và ổn ựịnh trượt Mặt ựê và mái ựê nhiều tuyến chưa ựược gia cố nên rất dễ bị xói, sạt mái khi mưa lớn hoặc nước tràn qua

Cao trình ựỉnh ựê hầu hết còn thấp, chưa ựảm bảo phòng lũ theo yêu cầu Hệ thống công trình tiêu trên ựê qui mô nhỏ và xuống cấp, không ựáp ứng ựược nhiệm

vụ tiêu thoát nội ựồng

Các nhiệm vụ chắnh của ựê cửa sông miền Trung bao gồm: Ngăn mặn, giữ ngọt; Bảo vệ các khu nuôi trồng thủy sản, ựồng muối, ựất sản xuất nông nghiệp trồng lúa, trồng màu; Bảo vệ các khu dân cư và ựồng thời ựảm bảo tiêu thoát lũ

đê cửa sông miền Trung có 4 chức năng chắnh như sau:

1) đê chống xâm nhập mặn đê dạng này cho phép tràn hai phắa và không chống lũ tiểu mãn;

2) đê chống lũ tiểu mãn đê dạng này chống ựược lũ tiểu mãn nhưng không chống ựược lũ chắnh vụ;

3) đê chống lũ sớm đê dạng này chống lũ sớm, bảo vệ sản xuất và ựảm bảo giao thông ựầu mùa lũ chắnh vụ;

4) đê chống lũ chắnh vụ đê dạng này ựảm bảo chống lũ chắnh vụ theo tần suất thiết kế của tuyến ựê

đê dạng (1) và (2) thường là các tuyến ựê bảo vệ vùng sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy hải sản đê dạng (3) thường là các tuyến ựê bảo vệ vùng sản xuất nông nghiệp và các khu dân cư huyện, xã qui mô nhỏ đê dạng (4) thường là các tuyến ựê bảo vệ khu trung tâm kinh tế - chắnh trị tỉnh, huyện như thành phố, thị xã Tùy theo các chức năng của ựê mà qui mô của ựê tăng dần theo thứ tự từ (1) ựến (4)

đê bờ Bắc sông Dinh thuộc dạng (4) có chức năng bảo vệ thành phố Phan Rang Ờ Tháp Chàm Vấn ựề nghiên cứu cần ựặt ra ở ựây là đê bờ Bắc sông Dinh ựảm bảo chống lũ chắnh vụ với tần suất ựảm bảo bao nhiêu là hợp lý?

1.3 Tổng quan về ựê, kè ở Ninh Thuận [12]

Ninh Thuận là một tỉnh ven biển Nam Trung Bộ có chiều dài bờ Biển khoảng 105km dọc theo toàn bộ biên phắa đông của tỉnh Toàn bộ ựê kè vùng sông, ựầm, biển của tỉnh Ninh Thuận có thể phân thành 5 vùng ựặc trưng sau:

- Vùng 1: Vùng biển từ Bình Tiên ựến cầu Ninh Chữ;

- Vùng 2: Vùng ven ựầm Nại;

- Vùng 3: Vùng biển từ cầu Ninh Chữ ựến Cầu An đông;

- Vùng 4: Vùng cửa sông Dinh từ ựập Lâm Cấp ựến Cầu An đông;

- Vùng 5: Vùng biển từ cầu An đông ựến Cà Ná;

Năm vùng ựặc trưng trên bản ựồ tỉnh Ninh Thuận xem Hình 1.1

Hình 1.1: Bản ựồ quy hoạch, phân vùng ựê, kè tỉnh Ninh Thuận

1.3.1 đê bờ Bắc sông Dinh

Tuyến ựê bờ Bắc sông Dinh ựược xây dựng và sửa chữa qua nhiều thời

kỳ, ngoài nhiệm vụ phòng lũ cho thành phố Phan Rang - Tháp Chàm tuyến ựê còn là ựường giao thông với rất nhiều hộ dân sinh sống ở hai bên bờ ựê Mặt

ựê ựã ựược bê tông hóa với chiều dày 0,3m, hai bên mái ựê có những vị trắ ựược gia cường bằng ựá xây hoặc kè mỏ hàn mái ngoài sông (kết cấu rọ ựá, ựá xây), tại những bãi bồi mái ngoài sông người dân ựang sinh sống và canh tác cũng ảnh hưởng nhiều ựến việc bảo vệ an toàn cho tuyến ựê

Toàn bộ tuyến ựê kéo dài từ Cầu Móng ựến đông Ba, ựi qua ựịa bàn 7 phường nội thành là Bảo An, Phước Mỹ, Phủ Hà, Mỹ Hương, đạo Long, Tấn Tài và Mỹ đông

đê có nhiệm vụ chắnh là phòng lũ cho toàn thành phố Phan Rang Ờ Tháp Chàm Ngoài ra, mặt ựê còn kết hợp làm ựường giao thông nội thành Bản ựồ tổng thể tuyến ựê bờ Bắc sông Dinh xem Hình 1.2

VÙNG 1 VÙNG 2

VÙNG 4

VÙNG 5

VÙNG 3

BIỂN

Hình 1.2: Bản ựồ tổng thể tuyến ựê bờ Bắc sông Dinh 1.3.2 đê bao đầm Nại

đê bao ven ựầm Nại có tổng chiều dài là 6.102m ựang thi công, có nhiệm vụ ngăn triều bảo vệ khu nuôi trồng thủy sản và dân cư bên trong Cao trình ựỉnh ựê thay ựổi theo từng ựoạn (biến ựổi từ +2,5 ựến +3,4) Hệ số mái

mbiển=mựồng=2,0 Bề rộng mặt ựê 5,0m, kết cấu sỏi ựỏ, chiều dày 25cm kết hợp làm ựường giao thông đê ựược ựắp bằng vật liệu tại chỗ từ cao trình mặt ựất

tự nhiên (+0,5ọ0,0)m ựến +1,5m Từ cao trình +1,5m ựến mặt ựê ựược ựắp bằng ựất vận chuyển từ nơi khác về Bảo vệ mái ựê phắa biển là ựá lát khan dày 25cm, bảo vệ chân bằng lăng trụ ựá hộc thả rối

đê bao từ cầu Tri Thủy ựến đồn Biên phòng 412 dài 2.069 m thuộc dự

án Tránh trú bão cảng Ninh Chữ ựã thi công hoàn thành trong năm 2010

đê Bắc ựầm Nại có tổng chiều dài là 3562,4m, có nhiệm vụ ngăn lũ bảo

vệ khu nuôi trồng thủy sản Nhưng hiện nay chưa xây dựng

PHÝA BIÓN PHÝA ậăNG

RõNG NGẺP MẳN

LÊY ậÊT ậớP

Hình 1.3: Mặt cắt ngang ựại diện ựê bao ựầm Nại

1.3.3 Kè bảo vệ bờ Biển

Ninh Thuận là tỉnh có bờ biển dài và hẹp, có nhiều thắng cảnh biển ựẹp

có thể phát triển tiềm năng du lịch: biển Ninh Chữ, biển Cà Ná, biển Vĩnh Hy, biển Bình Tiên; có cảng cá đông Hải Ầ ngư dân làng chài sinh sống ven biển phụ thuộc trực tiếp vào các nguồn lợi từ biển và chịu tác ựộng trực tiếp từ thiên tai Vì vậy trong 5 năm gần ựây, việc ựầu tư xây dựng mới và củng cố các tuyến kè biển ựã có ựể bảo vệ bờ biển ựồng thời bảo vệ môi trường sinh thái biển là hết sức quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Một số tuyết kè Biển ựã ựược xây dựng thống kê ở Bảng 1.1

Bảng 1.1: Thống kê các tuyến kè biển ựã xây dựng

2 Kè Khánh Hội Ờ Tri Hải 2008 Ờ 2009 Bảo vệ ựường giao thông

Mặt cắt ngang các tuyến kè biển ựã xây dựng thường có chung một dạng: + Về kết cấu chân kè: Kết cấu chân kè là cọc ống buy hình lục giác 2 lớp ựược xếp khắt với nhau, lớp phắa ngoài cao 1m, lớp trong cao 2 m, phắa trong ống buy ựổ ựá hộc ựể tạo trọng lực ổn ựịnh cho kết cấu chân kè và thân kè;

+ Về mái kè: Sử dụng cấu kiện bê tông lắp ghép có kắch thước (40x40x20) nặng khoảng 90kg, phắa dưới là lớp ựá dăm lót dày 15cm và lớp vải ựịa kỹ thuật chống xói mòn nền thân kè Hệ số mái kè chọn tùy theo từng vị trắ xây dựng;

+ Kết cấu tường chắn sóng ựỉnh kè: Làm bằng bê tông cốt thép M200, tường cao 0,5m ựược gắn chặt vào mái và thân kè;

+ Kết cấu mặt kè: Bề rộng ựỉnh kè có kết hợp giao thông, kết cấu lớp mặt ựường bê tông M250 ựổ tại chỗ dày 20cm, phắa dưới là cát vàng gia cố 5% vữa xi măng dày 5cm và lớp ựá dăm cấp phối 1x2 dày 15cm;

Hình 1.4: Mặt cắt ngang ñại diện các tuyến kè Biển ñã xây dựng

Các tuyến kè hầu như mới ñược ñưa vào vận hành khai thác, xong ñã phát huy hiệu quả tốt, mặt cắt ngang kè phù hợp với hải triều, ñịa chất nền cũng như kết hợp giao thông thuận lợi Một số hình ảnh các tuyến kè Biển ñã ñược xây dựng thể hiện trên Hình 1.5

a) Tuyến kè Vĩnh Hy, xã Vỉnh Hải, huyện

Ninh Hải

b) Tuyến kè Mỹ Hiệp, xã Nhơn Hải,

huyện Ninh Hải

c) Kè Cù lao Tân Thành – cửa sông Dinh d) Kè mỏ hàn chắn sóng cảng Ninh Chữ

Hình 1.5: Hình ảnh một số tuyến kè Biển ñã xây dựng

1.4 Hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm thiết kế ñê kè hiện hành

1.4.1 Các tiêu chuẩn, qui phạm thiết kế ñê kè hiện hành

Hệ thống các tiêu chuẩn, qui phạm trong thiết kế ñê kè của nước ta ñang áp dụng gồm:

1 Quy phạm thủy lợi QPTL.A.6–77 “Qui phạm phân cấp ñê”;

2 Tiêu chuẩn ngành 14TCN 84-91 “Công trình bảo vệ bờ sông ñể chống lũ – Qui trình thiết kế”;

3 Tiêu chuẩn ngành 14TCN 130-2002 “Hướng dẫn thiết kế ñê biển”; Tại thời ñiểm hiện nay còn có dự thảo lần 10 “Hướng dẫn thiết kế ñê biển” ñang ñược tiếp tục ñiều chỉnh, soạn thảo ñể thay thế tiêu chuẩn ngành 14TCN 130-2002 nêu trên

Trong tính toán thiết kế hệ thống ñê, kè thì các yếu tố về sóng và nước dâng có một vị trí rất qua trọng Các quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm hướng dẫn về các yếu tố này có thể kể ra như:

1 Quy chuẩn xây dựng, tập III (QCXD-III) do Bộ xây dựng ban hành năm 1977;

2 Quy phạm thủy lợi QPTL.C.1–78 “Qui phạm tải trọng và lực tác dụng lên công trình thủy lợi do sóng và tầu” do Bộ Nông nghiệp và PTNT ban hành năm 1977;

3 Tiêu chuẩn ngành 14TCN 130-2002 “Hướng dẫn thiết kế ñê biển”

Bộ Nông nghiệp và PTNT ban hành năm 2002;

4 Tiêu chuẩn ngành 22TCN222-95 “Tải trọng và tác ñộng (do sóng và tầu) lên công trình thủy” do Bộ giao thông vận tải ban hành năm 1995;

5 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6170, Công trình biển cố ñịnh – phần 2: ðiều kiện môi trường do Bộ KHCN&MT ban hành năm 1998;

Ngoài ra, trong thiết kế còn có thể tham khảo các sách hướng dẫn như: Giáo trình thiết kế ñê và công trình bảo vệ bờ - Trường ñại học thủy lợi; Các

ñề tài nghiên cứu cấp nhà nước cho hệ thống ñê biển trên toàn quốc

1.4.2 Một số tồn tại trong hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm

Hệ thống các tiêu chuẩn, qui phạm trong thiết kế ñê kè hiện nay ở nước

ta cơ bản ñã cũ nên chưa cập nhật tình hình thực tế biến ñổi hiện nay

Việc phân cấp ñê còn chưa ñược ñầy ñủ cho tất cả các vùng trên cả nước Phân cấp ñê là một qui ñịnh quan trọng, nó ảnh hưởng ñến các chỉ tiêu

thiết kế và qui mô xây dựng công trình Trong Quy phạm thủy lợi QPTL.A.6–

77 “Qui phạm phân cấp ñê” mới chỉ qui ñịnh phân cấp ñê cho ñê biển trên cả nước và ñê sông ở các tỉnh phía Bắc (từ Bình Trị Thiên trở ra), chưa có quy ñịnh phân cấp ñê sông cho các tỉnh miền Trung và miền Nam

Hiện vẫn chưa có tiêu chuẩn cho thiết kế ñê sông (mới có dự thảo tiêu chuẩn thiết kế ñê sông năm 1999 mà chưa ñược quyết ñịnh ban hành) Trong

ñó, tiêu chuẩn ngành 14TCN 130-2002 “Hướng dẫn thiết kế ñê biển” mới chỉ

áp dụng cho công trình ñê, kè biển

Việc thiết kế cho ñê cửa sông còn gặp nhiều khó khăn do chưa có tiêu chuẩn áp dụng cụ thể Trong tính toán mới chỉ tùy theo ñặc ñiểm mà có thể áp dụng phần nào ñó theo ñê biển

Các Quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm chỉ dẫn về tính toán sóng và nước dâng có nhiều nhưng rời rạc, nhiều bất cập và chưa ñược hệ thống hóa

Tổ hợp triều, bão và lũ cho các cấp ñê sông ở những ñoạn sông chịu ảnh hưởng của triều chưa ñược qui ñịnh cụ thể cho từng vùng

1.5 Tổng quan phương pháp thiết kế truyền thống:

1.5.1 Luận ñiểm cơ bản [9] [10]

Thiết kế truyền thống hiện nay là tính toán công trình theo mô hình tất ñịnh Theo phương pháp này các giá trị thiết kế của tải trọng và các tham số

ñộ bền ñược xem là xác ñịnh, tương ứng với trường hợp và tổ hợp thiết kế Người thiết kế lựa chọn ñiều kiện giới hạn và tương ứng với nó là các tổ hợp tải trọng thiết kế thích hợp Giới hạn này thường tương ứng với ñộ bền ñặc trưng của công trình

Công trình ñược coi là an toàn khi khoảng cách giữa tải trọng và ñộ bền

ñủ lớn ñể ñảm bảo thỏa mãn từng trạng thái giới hạn của tất cả các thành phần công trình

Tính toán theo cách này mới chỉ giải quyết ñược hai vấn ñề là ổn ñịnh tổng thể và ổn ñịnh theo ñộ bền của công trình

Nội dung các phương pháp thiết kế như sau:

a Phương pháp ứng suất cho phép

Theo phương pháp này, ñiều kiện bền có dạng:

Trong ñó:

+ σmax- ứng suất tính toán lớn nhất tại một ñiểm, xác ñịnh từ tổ

hợp tải trọng bất lợi nhất;

+ [σ] - ứng suất cho phép, lấy theo tài liệu, tiêu chuẩn

b Phương pháp tính theo hệ số an toàn:

Phương pháp này thường ñược ứng dụng trong tính toán ổn ñịnh Khi

ñó công thức kiểm tra là:

c Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn

Nét ñặc thù của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn là việc sử dụng một nhóm các hệ số an toàn mang ñặc trưng thống kê: hệ số tổ hợp tải trọng nc, hệ số ñiều kiện làm việc m, hệ số tin cậy Kn, hệ số lệch tải n, hệ số

an toàn về vật liệu KVL Nhóm các hệ số này thay thế cho một hệ số an toàn chung K Phương pháp này phân làm 2 nhóm tính toán là theo trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ 2 ðiều kiện ñảm bảo ổn ñịnh hay ñộ bền của công trình là:

Trong ñó:

+ Ntt - trị số tính toán của tải trọng tổng hợp;

+ R: trị số tính toán của ñộ bền công trình

1.5.2 Phương pháp thiết kế truyền thống

Phương pháp thiết kế truyền thống ñưa ra trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành ñược coi là tiếp cận theo cấp ñộ 0 và I Trong phương pháp này, ñiều kiện về trạng thái giới hạn ñược lựa chọn (ULS hay SLS) và tương ứng với nó là các tổ hợp tải trọng thiết kế thích hợp Trạng thái giới hạn này thường tương ứng với ñộ bền ñặc trưng của công trình Mức ñộ vượt quá trạng thái giới hạn chỉ ñược chấp nhận khi xác suất xảy ra sự cố là nhỏ Theo cấp ñộ tiếp cận 0 thì giá trị xác suất này chưa xác ñịnh ñược

Trong phương pháp tiếp cận bán ngẫu nhiên (cấp ñộ I), xác suất xảy ra

sự cố ñược xác ñịnh dựa vào việc phân tích rủi ro ñối với từng kiểu công trình

cụ thể ñang ñược xem xét và xác ñịnh các nguy cơ xảy ra sự cố ðối với kết cấu công trình thủy lợi thường thích hợp với thiết kế dựa trên nguyên tắc hệ

số vượt tải Trong ñó, ñiều kiện tiên quyết là tải trọng tác dụng ứng với hệ số vượt tải không gây ra sự cố cho công trình Theo phương pháp này, ñộ an toàn ñược tính toán tại biên tải trọng

Những ñiều kiện thiết kế này có thể xác ñịnh theo các ñiều kiện làm việc: ðiều kiện làm việc cực hạn – ULS; ðiều kiện làm việc bình thường – SLS Khi vượt quá một trong các trạng thái giới hạn này, phản ứng lại của công trình ñược xem xét như các hư hỏng của công trình

Cao trình ñỉnh ñê theo phương pháp thiết kế truyền thống ñược xác ñịnh trên cơ sở ñảm bảo cao hơn mực nước thượng lưu tính toán và các yếu tố của nó như nước dâng, sóng leo… theo một tần suất thiết kế nào ñó phụ thuộc vào mức ñộ quan trọng của tuyến ñê hay vùng ñược bảo vệ (cấp công trình) như: Tần suất mực nước lũ/mực nước triều tính toán; Tần suất gió tính toán; Mức ñảm bảo sóng; v.v… Các yếu tố ñầu vào trong tính toán ñược lấy là giá trị tất ñịnh trong chuỗi số liệu ño ñạc

1.5.3 Một số tồn tại trong phương pháp thiết kế truyền thống:

Công trình thủy chịu tác ñộng của các yếu tố tự nhiên, trong ñó chủ yếu

là các yếu tố mang tính ngẫu nhiên Thiết kế công trình thủy theo giải pháp truyền thống không xét ñược tính ngẫu nhiên của các yếu tố tác ñộng cũng như các yếu tố tạo nên sức chịu tải của công trình, vì vậy phương pháp này còn nhiều hạn chế Nhiều trường hợp công trình ñã ñược tính toán với tải trọng lớn nhất, sức chịu tải chọn tối ña, hệ số an toàn chọn rất lớn, công trình vẫn xảy ra sự cố Những trường hợp như thế này dựa trên cơ sở của lí thuyết của thiết kế truyền thống không thể lý giải ñược

Một số hạn chế của phương pháp thiết kế truyền thống theo [7] có thể

kể ra như:

+ Chưa xác ñịnh ñược xác suất hư hỏng của từng thành phần cũng như của toàn hệ thống;

+ Chưa xét ñến tính tổng thể của một hệ thống hoàn chỉnh;

+ Trong thiết kế chưa kể ñến ảnh hưởng của qui mô hệ thống (chiều dài tuyến ñê …);

+ Không so sánh ñược ñộ bền của các mặt cắt khác nhau về hình dạng và

vị trí;

+ Không ñưa ra ñược xác suất gây thiệt hại và mức ñộ thiệt hại của vùng ñược bảo vệ

1.6 Tổng quan phương pháp thiết kế ngẫu nhiên

1.6.1 Con ñường hình thành của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên [10]

Sự tiến triển logic của các phương pháp thiết kế công trình ñã ñược tổng kết như sau Ban ñầu chúng ñược tính theo các phương pháp tất ñịnh (theo ứng suất cho phép và hệ số an toàn), với tiền ñề là tải trọng và ñộ bền tính toán ñã ñược mặc ñịnh trong suốt quá trình làm việc của công trình Thực

tế thì các hàm tải trọng và ñộ bền chịu tác ñộng của rất nhiều yếu tố khác nhau, và biến ñổi theo quy luật ngẫu nhiên Vì vậy việc ấn ñịnh trước các giá trị tính toán của chúng trong suốt thời gian làm việc của công trình là chưa thoả ñáng Bù lại, ñể tăng mức ñộ dự trữ an toàn, người ta phải giảm bớt các trị số ứng suất cho phép, hay tăng hệ số an toàn cho phép lên Việc tăng hay giảm này không tránh khỏi yếu tố chủ quan

Sự chuyển sang phương pháp trạng thái giới hạn là một bước tiến trên con ñường cải tiến các phương pháp thiết kế công trình Phương pháp trạng thái giới hạn thực chất là phương pháp bán ngẫu nhiên, ở ñây các hệ số an toàn cục bộ (nc, Kn, m, KVL) ñược xác ñịnh theo con ñường xác suất thống kê Bước tiến tiếp theo là việc chuyển sang các phương pháp ngẫu nhiên trong khuôn khổ lý thuyết ñộ tin cậy Lý thuyết này xét ñến bản chất thay ñổi thường xuyên của tải trọng và tác ñộng, tính chất vật liệu, bản thân kết cấu và các ñiều kiện khai thác chúng

1.6.2 Lịch sử phát triển phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trên thế giới [10]

Những năm thập kỷ 60 và 70 của thế kỷ XX trên thế giới ñã có những công trình công bố về ứng dụng lý thuyết ñộ tin cậy vào lĩnh vực kết cấu xây dựng Các khái niệm về “Xác suất ñảm bảo không bị phá hoại” cũng như tính toán các xác suất này ñã trở nên quen thuộc trong lĩnh vực kết cấu xây dựng Những năm thập kỷ 70÷90 của thế kỷ XX xuất hiện hàng loạt các công trình nghiên cứu ñộ tin cậy kết cấu xây dựng Các nghiên cứu tập trung vào xây dựng các phương pháp tính ñộ tin cậy có thể áp dụng ñược vào các bài toán kỹ thuật và phát triển các thiết kế tối ưu theo ñộ tin cậy Vấn ñề này ñược phát triển cả ở Liên Xô (cũ) và cả ở các nước Âu, Mỹ

Lý thuyết ựộ tin cậy cũng ựã ựược ứng dụng vào lĩnh vực tắnh toán công trình thủy từ những năm thập kỷ 90 của thế kỷ XX Các thiết kế ngẫu nhiên và các thiết kế rủi ro ựược phát triển khá mạnh mẽ trong lĩnh vực công trình biển và công trình bảo vệ bờ

Ở nước ta, lý thuyết ựộ tin cậy cũng ựã ựược xâm nhập vào từ những năm 60, từ ựó ựến nay nó không ngừng ựược phát triển đầu tiên là sự truyền

bá lý thuyết bằng những sách dịch, bài giảng, giáo trình giảng dạy trong các trường ựại học, tiếp ựến là các công trình nghiên cứu trong khuôn khổ các luận văn thạc sĩ, luận án tiến sĩ trong các ngành Giao thông, Kết cấu xây dựng, Công trình thủy, đê và công trình bảo vệ bờẦTrong lĩnh vực kết cấu xây dựng ựã có những quy ựịnh ban ựầu về tắnh ựộ tin cậy kết cấu So với thế giới ứng dụng lý thuyết này trong lĩnh vực công trình xây dựng của Việt nam ựang còn là mới mẻ

1.6.3 Cách tiếp cận của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên [10]

Trong trường hợp tất cả các nguyên nhân xảy ra hư hỏng công trình có thể liệt kê và xác suất xảy ra hư hỏng ựó có thể chắc chắn ựược xác ựịnh thì

về nguyên tắc có thể xác ựịnh ựược xác suất xảy ra sự cố Vì vậy, hoàn toàn

có thể ựưa ra một phương pháp tiếp cận mới trong thiết kế công trình với ý tưởng ỘCần xem xét về mức ựộ có thể xây dựng tiêu chuẩn an toàn công trình căn cứ vào phân tắch rủi ro cho tất cả các yếu tố liên quanỢ đây là lý do cơ bản của sự phát triển phương pháp ỘThiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tắch ựộ tin cậyỢ

Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế dựa trên cơ sở toán xác suất thống kê ựể phân tắch tương tác giữa các biến ngẫu nhiên của tải trọng và của sức chịu tải trong các cơ chế phá hoại theo giới hạn làm việc của công trình.Trong thiết kế ngẫu nhiên, tất cả các cơ chế phá hỏng ựược mô tả bởi mô hình toán hoặc mô hình mô phỏng tương ứng Tắnh toán xác suất phá hỏng của một bộ phận kết cấu hoặc của công trình ựược dựa trên hàm ựộ tin cậy của từng cơ chế phá hỏng

1.6.4 Các cấp ựộ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên [7]

Các cấp ựộ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên ựược chia ra làm bốn cấp ựộ:

* Cấp ựộ 0: Là phương pháp thiết kế tất ựịnh Ờ phương pháp hệ số an toàn Thiết

kế dựa trên cơ sở các trạng thái trung bình, các trị trung bình và kèm theo hệ số an toàn thắch hợp tương ứng với mỗi loại công trình;

* Cấp ựộ I: Là phương pháp thiết kế tất ựịnh Ờ phương pháp trạng thái giới hạn

đây còn gọi là phương pháp tiếp cận bán ngẫu nhiên Trong thiết kế

sử dụng các 1 nhóm các hệ số an toàn cục bộ (nc, m, Kn, n, KVL) ựể tăng giá trị của tải trọng và giảm giá trị của ựộ bền

* Cấp ựộ II: Là phương pháp thiết kế ngẫu nhiên Cấp ựộ này bao gồm một số

phương pháp gần ựúng ựể biến ựổi hàm phân phối xác suất sang dạng hàm phân phối chuẩn hay phân phối Gaussian để xác ựịnh gần ựúng các giá trị xác suất xảy ra sự cố, quá trình tuyến tắnh hóa toán học các phương trình liên quan cần ựược thực hiện

* Cấp ựộ III: Là phương pháp thiết kế ngẫu nhiên Theo cấp ựộ tiếp cận này, các

hàm phân phối xác suất của các biến ngẫu nhiên ựược xem xét hoàn toàn ựúng với quy luật phân phối thực của chúng Trường hợp bài toán phi tuyến, vấn ựề cũng sẽ ựược giải quyết theo phi tuyến

1.6.5 Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên

Trong phương pháp thiết kế ngẫu nhiên, tất cả các cơ chế phá hỏng ựược mô tả bởi các mô hình toán hoặc mô hình mô phỏng tương ứng Việc tắnh toán xác suất phá hỏng của một thành phần ựược dựa trên hàm tin cậy của từng cơ chế phá hỏng Hàm tin cậy Z ựược thiết lập căn cứ vào trạng thái giới hạn tương ứng với cơ chế phá hỏng ựang xem xét và là hàm của nhiều biến và tham số ngẫu nhiên Theo ựó, Z<0 ựược coi là có xảy ra hư hỏng và hư hỏng không xảy ra nếu Z nhận các giá trị còn lại Do ựó, xác suất phá hỏng ựược ựịnh nghĩa là P{Z<0}

Hàm ựộ tin cậy thiết lập theo dạng chung Z=R-S Trong ựó, R là hàm của ựộ bền, S là hàm của tải trọng, cả hai hàm này ựược giả thiết tuân theo luật phân phối chuẩn

Tắnh toán cao trình ựỉnh ựê theo phương pháp thiết kế ngẫu nhiên thì biến cao trình ựỉnh ựê ựược coi là hàm của ựộ bền R, biến mực nước thượng lưu và các yếu tố của nó (nước dâng, sóng leo) ựược coi là hàm của tải trọng

S Trong ựó, các biến và tham số ựược xem xét theo ựúng bản chất ngẫu nhiên của chúng Từ ựó, cao trình ựỉnh ựê ựược xác ựịnh trên cơ sở xác suất xảy ra

sự cố của hai cơ chế Sóng tràn và chảy tràn

1.7 Kết luận chương 1

đã từ lâu, hệ thống ựê và các công trình bảo vệ bờ ựóng một vai trò quan trọng trong việc phòng chống, giảm nhẹ thiên tai Trong ựiều kiện hiện nay, hệ thống ựê và các công trình bảo vệ còn có thêm những vai trò hết sức

quan trọng khác như: ñảm bảo an toàn cho các vùng dân cư, ñô thị, phục vụ cho các nhiệm vụ phát triển kinh tế xã hội bền vững… trong sự phát triển kinh

tế xã hội tổng thể của vùng

ðặc ñiểm ñê kè tỉnh Ninh Thuận hiện nay là không có ñê biển mà chỉ

có: 01 ñê cửa sông là ñê bờ Bắc sông Dinh; 01 tuyến ñê bao quanh ñầm Nại

và nhiều tuyến kè biển nằm rải rác dọc bờ biển nhưng chưa hình thành hệ thống hay vùng bảo vệ hoàn chỉnh Trong ñó, ñê bờ Bắc sông Dinh có nhiệm

vụ hết sức quan trọng với vùng bảo vệ là trung tâm kinh tế - chính trị của tỉnh Ninh Thuận

Hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm ñã cũ, rời rạc và chưa hoàn chỉnh Phương pháp thiết kế có nhiều hạn chế, một số vấn ñề chưa ñược ñề cập (như nước biển dâng do biến ñổi khí hậu toàn cầu) Việc xác ñịnh các thông số tính toán còn thiếu cơ sở khoa học hoặc chưa phù hợp với tình hình thực tế

Về phương pháp thiết kế theo mô hình tất ñịnh nên gặp phải thiếu sót lớn là không kể ñến các khả năng xuất hiện các tải trọng vượt quá hoặc nhỏ hơn tải trọng thiết kế Nguyên nhân của thiếu sót này suất phát từ việc chọn 1 giá trị tải trọng thiết kế cụ thể ðây là một thiếu sót nghiêm trọng trong việc ước lượng mức ñộ hư hỏng của công trình

Phân tích công trình theo lý thuyết xác suất trong khuôn khổ lý thuyết

ñộ tin cậy là sự phát triển có tính lôgíc, phát triển dần từng bước từ phương pháp hệ số an toàn, phương pháp bán ngẫu nhiên, ñể phân tích các biên tải trọng, sức chịu tải của vật liệu, tính chất kết cấu và các ñiều kiện làm việc của công trình

Trong công tác quy hoạch thiết kế ñê kè nói chung, việc quyết ñịnh lựa chọn cao trình ñỉnh ñê là vấn ñề quan ñặc biệt quan trọng và là một yêu cầu mấu chốt Việc nghiên cứu mở rộng ứng dụng của phương pháp luận thiết kế theo lý thuyết ñộ tin cậy kết hợp với phân tích các yếu tố tác ñộng, ảnh hưởng ñến cao trình ñỉnh ñê giải quyết ñược yêu cầu từ thực tiễn nêu trên và ñược thực hiện trong luận văn này Ứng dụng phương pháp luận nêu trên ñược thực hiện cụ thể cho trường hợp nghiên cứu ñại diện là hệ thống ñê bảo vệ vùng thành phố Phan Rang- Tháp Chàm tỉnh Ninh Thuận

Việc nghiên cứu áp dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trong thiết

kế ñê và hệ thống công trình phòng lũ nói chung và cho ñê Bắc sông Dinh tỉnh Ninh Thuận nói riêng là một hướng ñi ñúng ñắn và phù hợp với xu thế hiện nay



CHƯƠNG 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN CAO TRÌNH ðỈNH ðÊ

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

2.1 Nguyên tắc xác ñịnh cao trình ñỉnh ñê

Nguyên tắc xác ñịnh cao trình ñỉnh ñê ñối với phương pháp thiết kế truyền thống là phải ñảm bảo phòng chống lũ cho vùng ñược bảo với với tần suất thiết kế của tuyến ñê ñó Tần suất thiết kế của tuyến ñê phụ thuộc vào cấp công trình của tuyến ñê ñịnh trước và ñược tra theo qui phạm hiện hành ðối với phương pháp thiết kế ngẫu nhiên, cao trình ñỉnh ñê ñược xác ñịnh là phương án tối ưu cân bằng giữa mức ñộ rủi ro và chi phí ñầu tư xây dựng hệ thống Trong ñó, rủi ro là hàm của xác suất xảy ra thiệt hại và hậu quả của thiệt hại ñó Hay nói cách khác, cao trình ñỉnh ñê ñược xác ñịnh dựa trên xác suất hoặc tần suất chấp nhận thiệt hại của vùng ñược bảo vệ

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến cao trình ñỉnh ñê

2.2.1 Ảnh hưởng của các yếu tố thủy văn, thủy lực

Các yếu tố thủy văn, thủy lực ảnh hưởng ñến cao trình ñỉnh ñê bao gồm: Mưa lưu vực; Mưa nội vùng; Dòng chảy lũ trong sông; Sóng và nước dâng do gió từ Biển; Thủy triều v.v…

Yếu tố thủy văn ảnh hưởng rõ nét ñến cao trình ñỉnh ñê ñối với ñê sông

và ñê cửa sông Thành phần ảnh hưởng ñến công thức tính toán cao trình ñỉnh

ñê gồm: Mực nước lũ thiết kế; Chiều cao nước dềnh do gió gây ra và Chiều cao sóng leo

Mực nước lũ thiết kế của ñê ñược xác ñịnh ứng với tần suất ñảm bảo phòng lũ thiết kế của tuyến ñê (ñược lấy ứng với cấp của ñê theo qui phạm) ðường tần suất lũ ñược xây dựng từ chuỗi số liệu lũ hằng năm ño ñạc ñược Chiều cao nước dềnh do gió gây ra chịu ảnh hưởng của thủy văn bởi các yếu tố: Hướng gió; vận tốc gió; ñà gió; ñộ sâu mực nước trước ñê

Chiều cao sóng leo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Các thông số của sóng trước ñê; hệ số mái ñê; mức ñảm bảo sóng leo; ñộ nhám và tính thấm của mái; vận tốc gió; chiều sâu mực nước trước ñê; hướng truyền sóng v.v… Trong ñó ảnh hưởng của các yếu tố thủy văn gồm: Hướng gió; vận tốc gió; thời gian gió thổi liên tục; ñà gió; các thông số của sóng trước ñê; ñộ sâu mực nước trước ñê …

Yếu tố thủy triều ảnh hưởng rõ nét ñến cao trình ñỉnh ñê ñối với ñê biển

và ñê cửa sông Thành phần ảnh hưởng công thức tính toán cao trình ñỉnh ñê gồm: Mực nước biển tính toán; Chiều cao nước dâng do bão và Chiều cao sóng leo

Mực nước Biển tính toán là mực nước tính toán theo tần suất ñảm bảo tại vị trí công trình, bao gồm: mực nước triều thiên văn và các giá trị biến thiên do ảnh hưởng của sóng, lũ, ñịa chấn, giả triều, biến ñổi mực nước, biến ñổi chu kỳ dài v.v… không kể ñến nước dâng do bão

Chiều cao nước dâng ñược xác ñịnh theo tần suất và vĩ tuyến Trường hợp dùng số liệu thực ño mực nước triều ñể phân tích tần suất, nếu trong mực nước triều

ñã bao gồm cả thành phần nước dâng thì không cần tính toán ñại lượng này nữa

Chiều cao sóng leo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Các thông số của sóng trước ñê; dạng mái ñê; hệ số mái ñê; mức ñảm bảo sóng leo; ñộ nhám và tính thấm của mái; vận tốc gió; chiều sâu mực nước trước ñê; hướng truyền sóng v.v… Trong ñó ảnh hưởng của các yếu tố hải văn gồm: Hướng gió; vận tốc gió; thời gian gió thổi liên tục; ñà gió; các thông số của sóng trước ñê; ñộ sâu mực nước trước ñê…

Nước Biển dâng ảnh hưởng trực tiếp ñến cao trình ñỉnh ñê Biển, ñối với

ñê cửa sông ảnh hưởng bởi tổ hợp triều, bão, lũ

2.2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố ñịa kỹ thuật

Các yếu tố ñịa kỹ thuật cần kể ñến bao gồm lún theo thời gian của công trình, nền công trình và hiện tượng hạ thấp mặt ñất tự nhiên do khai thác nước ngầm

2.2.3 Ảnh hưởng của qui hoạch thủy lợi, giao thông, xây dựng

Qui hoạch thủy lợi, giao thông, xây dựng có ảnh hưởng ñến các yếu tố làm biến ñổi ñiều kiện biên của tính toán cao trình ñỉnh ñê như: ñiều kiện ñịa hình, ñịa vật, chế ñộ thủy văn, thủy lực … cụ thể:

- Việc xây dựng hệ thống các hồ chứa phía thượng lưu của lưu vực sông sẽ làm thay ñổi chế ñộ dòng chảy của dòng sông ở hạ lưu;

- Việc xây dựng các công trình thủy lợi, giao thông trên sông như ñập dâng; cầu qua sông … làm thay ñổi chế ñộ thủy lực của dòng sông;

- Việc qui hoạch xây dựng các tuyến ñường giao thông vùng hạ lưu làm thay ñổi hướng tiêu thoát lũ và ảnh hưởng ñến khả năng tiêu thoát lũ ra biển;

- Việc qui hoạch xây dựng, ñô thị, cơ sở hạ tầng các khu dân cư sẽ làm giảm các khu chứa lũ và thu hẹp mặt cắt tiêu thoát lũ…

2.2.4 Ảnh hưởng của vùng bảo vệ

Với cách tiếp cận theo phương pháp truyền thống, qui mô của vùng ñược bảo vệ ảnh hưởng trực tiếp ñến cấp của tuyến ñê thiết kế từ ñó ảnh hưởng ñến các tần suất ñảm bảo và ñộ an toàn cho phép của tuyến ñê ñó

Với cách tiếp cận theo phương pháp ngẫu nhiên, qui mô của vùng ñược bảo vệ ảnh hưởng ñến mức ñộ thiệt hại khi sự cố xảy ra Mức ñộ thiệt hại của

sự cố ảnh hưởng ñến rủi ro vì rủi ro là hàm của xác suất xảy ra thiệt hại và hậu quả của thiệt hại ñó Mà cao trình ñỉnh ñê ñược xác ñịnh là phương án tối

ưu cân bằng giữa mức ñộ rủi ro và chi phí ñầu tư xây dựng hệ thống, hay nói cách khác, cao trình ñỉnh ñê ñược xác ñịnh dựa trên xác suất hoặc tần suất chấp nhận thiệt hại của vùng ñược bảo vệ Vì vậy, qui mô của vùng ñược bảo

vệ ảnh hưởng trực tiếp ñến cao trình ñỉnh ñê

2.2.5 Ảnh hưởng của các yếu tố khác

Ngoài các yếu tố trên còn các yếu tố khác cũng ảnh hưởng ñến cao trình ñỉnh ñê như: ñịa hình; ñịa chất; Hình dạng mặt cắt ñê; chức năng nhiệm vụ của tuyến ñê v.v :

- ðịa hình, ñịa vật có ảnh hưởng ñến các yếu tố gió, sóng trước ñê;

- ðịa chất có ảnh hưởng ñến hình thức, kết cấu mặt cắt, từ ñó ảnh hưởng ñến các yếu tố sóng lên ñê Ngoài ra, nền ñê còn ảnh hưởng ñến ñộ lún của ñê;

- ðịa hình, ñịa vật, ñịa chất còn ảnh hưởng ñến quá trình diễn biến lòng sông, bờ, bãi, ảnh hưởng ñến bùn cát và hướng dòng chảy chủ lưu;

- Hình dạng mặt cắt ñê có ảnh hưởng ñến các yếu tố sóng trước ñê như sóng leo;

- Chức năng nhiệm vụ của tuyến ñê cũng ảnh hưởng ñến cao trình ñỉnh

ñê như: ñê có nhiệm vụ phá sóng; ñê cho phép nước tràn qua và không cho phép nước tràn qua; vị trí và chức năng của tuyến ñê trong hệ thống bảo vệ gồm hai hay nhiều tuyến ñê (ñê chính; ñê quai; ñê bao)

2.3 Các phương pháp tính toán cao trình ñỉnh ñê

2.3.1 Các phương pháp truyền thống

a Theo 14TCN130-2002 – Hướng dẫn thiết kế ñê Biển:

Theo 14TCN130-2002 – Hướng dẫn thiết kế ñê Biển thì cao trình ñỉnh ñê biển hay ñê cửa sông ñược tính toán theo công thức 2.1

Trong ñó:

+ Zñ – Cao trình ñỉnh ñê thiết kế (m);

+ Ztp – Mực nước biển tính toán (m);

+ Hnd – Chiều cao nước dâng do bão (m);

+ Hsl – Chiều cao sóng leo (m);

+ a – ðộ cao gia tăng an toàn (m), tra bảng 2.1 [2] phụ thuộc cấp công trình + Ngoài ra, ñối với ñê ñất cần xem xét them ñộ dự phòng lún tùy theo ñịa chất nền ñê, ñất ñắp ñê, ñộ chặt (có thể lấy bằng 3%÷8% chiều cao thân ñê)

+ Mực nước Biển tính toán - Z tp

Mực nước Biển tính toán là mực nước tính toán theo tần suất ñảm bảo tại vị trí công trình, bao gồm: mực nước triều thiên văn và các giá trị biến thiên do ảnh hưởng của sóng, lũ, ñịa chấn, giả triều, biến ñổi mực nước, biến ñổi chu kỳ dài v.v… không kể ñến nước dâng do bão

Mực nước Biển tính toán Ztp ñược xác ñịnh trên cơ sở phân tích tần suất ñảm bảo mực nước biển cao nhất năm ở vị trí công trình Trường hợp không có số liệu thực ño, hoặc sơ bộ tính toán có thể lấy trị số cực ñại của mực nước triều thiên văn tính toán theo chu kỳ 19 năm ñể xác ñịnh

Tần suất ñảm bảo mực nước biển tính toán thiết kế ñối với cấp công trình qui ñịnh theo [2] ở bảng 4.1

+ Chiều cao nước dâng do bão - H nd

Theo 14TCN130-2002 – Hướng dẫn thiết kế ñê Biển, chiều cao nước dâng

do bão ñược lấy theo cấp ñê (bảng 4.2) và vĩ ñộ của vị trí công trình (bảng C-3)

+ Chiều cao sóng leo - H sl

- Trường hợp hệ số mái ñơn, m = 1,5 ÷ 5,0 chiều cao sóng leo ñược tính theo công thức 2.2

s s 2

β p w

∆ p

m 1

K K K K H

+

Trong ñó:

+ Hpsl – Chiều cao sóng leo ứng với tần suất thiết kế (m);

+ K∆ – Hệ số nhám và tính thấm của mái nghiêng, tra bảng D-1 [2];

+ Kw – Hệ số kinh nghiệm, tra Bảng D-1 [2];

+ Kp – Hệ số tính ñổi tần số lũy tích của chiều cao sóng leo, tra D-3 [2]; + Kβ – Hệ số xét ñến góc nghiêng giữa hướng truyền sóng và hướng vuông

góc với tuyến ñê, tra D-5 [2];

+ m – Hệ số mái dốc của ñê;

+ Hs - Chiều cao trung bình của sóng trước ñê;

+ Ls – Chiều dài sóng trước ñê

- Trường hợp hệ số mái ñơn, m ≤ 1,25 thì chiều cao sóng leo ñược tính theo công thức 2.3

s 0 β p w

∆ p

sl K K K K R H

Trong ñó:

+ R0 – Chiều cao sóng leo dẫn suất, tính khi không có gió, mặt dốc trơn và

không thấm nước (K∆ = 1), chiều cao sóng trung bình Hs=1m Trị

b Theo Dự thảo lần 10 “Hướng dẫn thiết kế ñê Biển”

Cao trình ñỉnh ñê ñược tính theo công thức 2.4

Trong ñó:

+ Zñ – Cao trình ñỉnh ñê thiết kế (m);

+ Ztk – Cao trình mực nước thiết kế, là cao trình mực nước biển ứng với tần

suất thiết kế (tổ hợp của tần suất mực nước triều và tần suất nước dâng do bão gây ra) Mực nước thiết kế ñược tính sẵn thể hiện bằng các ñường tần suất tại các vị trí dọc bờ biển;

+ Rsl – Chiều cao sóng leo thiết kế (m);

+ a – Trị số gia tăng ñộ cao an toàn (m)

* Xác ñịnh chiều cao sóng leo thiết kế R sl

Chiều cao sóng leo ñược tính theo công thức 2.5 và 2.6

0 f b β m0p

up

ξ γ γ 1,75γ H

β m0p

up

ξ

1,6 4,3 γ γ H

R

khi 1,8 < γbξ0 < 8÷10 (2.6)

Trong ñó:

+ Rup – Chiều cao sóng leo trên mực nước tĩnh (m);

+ Hm0p – Chiều cao sóng có ý nghĩa tại chân công trình (m);

+ ξ0 – Hệ số sóng vỡ;

+ γβ – Hệ số chiết giảm do sóng tới xiên góc;

+ γb – Hệ số triết giảm khi có cơ ñê;

+ γf – Hệ số chiết giảm do ñộ nhám trên mái dốc

* Xác ñịnh ξ0 :

0 0

R 1,5H

m0p 0

gT

2ππ S

−

=

x

d π 0,5cos 0,5

+ x = Rup khi Rup > dh > 0 (cơ nằm trên MNTK);

+ x = 2Hm0p khi 2Hm0p > dh ≥ 0 (cơ nằm dưới MNTK);

+ B, Lb, dh xem trên Hình 2.3

Hình 2.3: Các thông số xác ñịnh cơ ñê [3]

Bề rộng cơ tối ưu là bề rộng Bopt = 0,4.Lb, cơ ñược bố trí ngay tại MNTK thì hiệu quả giảm sóng leo tối ña γ

b = 0,60

* Xác ñịnh γf : ðược tra theo Bảng 2.1

Bảng 2.1: Hệ số chiết giảm do ñộ nhám trên mái dốc [3]

Loại vật liệu (cấu kiện) mái kè Hệ số chiết

giảm γγγγf

Bê tông nhựa Asphalt, bê tông, cấu kiện BT nhẵn, cỏ, Cát-Asphalt 1,00

Các cấu kiện ñặc biệt: Basalt, Basalton, Hydroblock, Haringman,

Fixston, mảng Armorflex

0,90

Cấu kiện kè cao thấp chiếm ¼ diện tích với chênh cao hơn 10cm 0,90

* Trị số gia tăng ñộ cao an toàn a

Trị số gia tăng ñộ cao xác ñịnh theo quy ñịnh ở Bảng 2.2:

Bảng 2.2: Trị số gia tăng ñộ cao (a) [3]

Trị số gia tăng ñộ cao là trị số bao gồm sai số trong tính toán chiều cao ñỉnh

ñê thiết kế, không bao gồm ñộ cao phòng lún và nước biển dâng do ảnh hưởng của biến ñổi khí hậu

c ðối với ñê Sông

ðối với ñê sông chưa có tiêu chuẩn, qui phạm cụ thể, nhưng có thể tham khảo các giáo trình và sách hướng dẫn Theo [6], cao trình ñỉnh ñê ñược tính toán

theo công thức 2.7:

Trong ñó:

+ Zñ – Cao trình ñỉnh ñê thiết kế (m);

+ MNTK – Mực nước lũ thiết kế của ñê ứng với tần suất lũ thiết kế tương

ứng với cấp của ñê (Tương ñương với thành phần Ztp – Mực nước biển tính toán trong tính toán ñối với ñê biển);

+ ∆h – Chiều cao nước dềnh do gió gây ra (m) Tương ñương với thành phần

Hnd – Chiều cao nước dâng do bão trong tính toán ñối với ñê biển;

+ hsl – Chiều cao sóng leo (m) ∆h và hsl ñược tính theo qui phạm hiện hành

với vận tốc gió bình quân lớn nhất nhiều năm không kể hướng

max

V tính ở ñộ cao cách mặt ñất bình quân khu vực 10m Vận tốc này ñược tính toán tương ứng với tần suất thiết kế theo cấp của ñê: ðặc biệt = 1%; Cấp I & II = 2%; Cấp III & IV = 4%;

+ a – Trị số gia tăng ñộ cao an toàn, ñược tra bảng

Công thức này cơ bản giống công thức 2.1 của 14TCN130-2002– Hướng dẫn thiết kế ñê Biển về ý nghĩa, chỉ khác về cách xác ñịnh giá trị các thành phần

* Chiều cao nước dềnh do gió - ∆∆∆∆h :

Chiều cao nước dềnh do gió ñược tính theo công thức 2.8 [5] [6]:

β

2

cosαgH

XWk

Trong ñó:

+ W – Vận tốc gió tính toán (m/s) Tốc ñộ gió tính toán ở ñộ cao 10m trên

mặt nước biển và trong thời gian 10 phút: W = K1KñK10Wt; + Wt – Vận tốc gió thực ño, lấy trung bình trong 10 phút;

+ K1 – Hệ số tính ñổi từ máy ño;

+ Kñ – Hệ số tính ñổi vận tốc gió sang ñiều kiện mặt nước;

+ K10 – Hệ số chuyển ñổi sang vận tốc gió ở ñộ cao 10m trên mặt nước; + X – Chiều dài ñà gió (m);

+ αβ – Góc giữa hướng gió và hướng vuông góc với tuyến ñê;

+ H – ðộ sâu mực nước trước ñê (m);

+ k – Hệ số ma sát tổng hợp

* Chiều cao sóng leo - h sl

Chiều cao sóng leo ñược tính theo công thức 2.9 [5] [6]:

hsl = K1 K2 K3 K4 Kβ hs1% (2.9)

Trong ñó:

+ K1, K2 – Các hệ số phụ thuộc vào ñặc trưng lớp gia cố mái và ñộ nhám

tương ñối trên mái ∆/h1% ; + K3 – Hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m;

+ K4 – Hệ số phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số λ/hs1% , tra ñồ thị;

+ Kβ – Hệ số phụ thuộc vào hướng gió thổi;

+ hs1% – Chiều cao sóng với mức ñảm bảo 1%

2.3.2 Phương pháp thiết kế theo lý thuyết ñộ tin cậy [7]

Phương pháp thiết kế theo lý thuyết ñộ tin cậy, cao trình ñỉnh ñê ñược xác ñịnh trên cơ sở cơ chế Sóng tràn/chảy tràn Sóng tràn là hiện tượng nước tràn qua ñỉnh ñê có ảnh hưởng của yếu tố sóng do gió có hướng thổi từ ngoài

ñê vào vùng bảo vệ Chảy tràn là hiện tượng nước tràn qua ñỉnh ñê mà không

có ảnh hưởng của yếu tố sóng do gió có hướng thổi từ vùng bảo vệ ra ngoài ñê

ðể kể ñến tính không chắc chắn của ñiều kiện biên, các yếu tố trên ñược xem xét là các ñại lượng ngẫu nhiên trong phương trình trạng thái giới hạn (hàm tin cậy) Hàm tin cậy của hai cơ chế này ñược xây dựng như sau:

a Hàm tin cậy của cơ chế sóng tràn:

Trong ñó:

+ mqc – Thông số mô hình xác ñịnh lưu lượng tràn tới hạn [-];

+ qc Ờ Lưu lượng tràn tới hạn gây hư hỏng công trình [m3/s/m];

+ mq0 Ờ Thông số mô hình xác ựịnh lưu lượng tràn thực tế [-];

+ q0 Ờ Lưu lượng tràn thực tế qua công trình [m3/s/m]

Các thông số mô hình mqc, mq0 thường ựược xác ựịnh thông qua các mô hình vật lý Lưu lượng tới hạn qc có thể xác ựịnh theo phương pháp nghiên cứu Ciria hay Cur 169, Van der Meer Lưu lượng tràn thực tế q0 có thể xác ựịnh theo phương pháp Van der Meer Các ựại lượng này ựược mô tả bằng các hàm phân phối xác suất ựặc trưng

b Hàm tin cậy của cơ chế chảy tràn:

Trong ựó:

+ hk Ờ độ cao của ựỉnh ựê;

+ h Ờ Mực nước xuất hiện trước ựê

2.4 Xây dựng tiêu chắ lựa chọn cao trình ựỉnh ựê hợp lý

Cao trình ựỉnh ựê khi thiết kế cần ựảm bảo các tiêu chắ chung trên các mặt như: Yêu cầu kỹ thuật; yêu cầu an ninh quốc phòng; yêu cầu lợi dụng ựa mục tiêu; yêu cầu hiệu quả kinh tế v.vẦ

Với các tiêu chắ chung về xác ựịnh cao trình ựỉnh ựê hợp lý ở trên, cùng với tình hình hiện trạng của tuyến ựê bờ Bắc sông Dinh và quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của thành phố Phan Rang Ờ Tháp Chàm cũng như của tỉnh Ninh Thuận thì việc lựa chọn cao trình ựỉnh ựê bờ Bắc sông Dinh hợp lý cần ựảm bảo các tiêu chắ nổi bật sau:

1) đê Bắc sông Dinh là ựê chống lũ chắnh vụ nên cao trình ựỉnh ựê ựảm bảo không cho nước tràn qua theo tần suất thiết kế của vùng bảo vệ;

2) Với ựặc ựiểm và vị của tuyến ựê xem xét, nằm tại vùng cửa sông chịu ảnh hưởng kết hợp các yếu tố từ sông và biển, yếu tố tác ựộng của biên tự nhiên sẽ là kết hợp giữa lũ trong sông truyền về từ thượng nguồn, mưa nội ựồng và triều và nước dâng do bão truyền từ phắa biển vào;

3) Thống nhất 1 mức tần suất ựảm bảo phòng lũ cho toàn bộ tuyến ựê cho phù hợp với tình hình hiện nay của vùng bảo vệ và qui phạm hiện hành (Tần suất ựảm bảo của ựê ựược thiết kế trước ựây là P=5%, 10% tuy nhiên hiện nay cần phải có ựánh giá lại);

4) Theo thiết kế ngẫu nhiên và phân tắch ựộ tin cậy, cao trình ựỉnh ựê cần ựảm bảo tiêu chuẩn an toàn tối ưu cho vùng bảo vệ là thành phố Phan Rang Ờ Tháp Chàm;

5) Do ựê Bắc sông Dinh là ựê cũ nên khi thiết kế nâng cấp cần ựảm bảo tối ưu các thành phần trong hệ thống;

6) Xác ựịnh cao trình ựỉnh ựê cần tắnh ựến trường hợp các yếu tố làm biến ựổi ựiều kiện ựịa hình, ựịa vật, chế ựộ thủy văn, thủy lực của sông Dinh như: Hệ thống các hồ chứa thượng lưu ựược xây dựng và

có qui trình vận hành; Các công trình thủy lợi khác trên ựoạn sông

sẽ ựược xây dựng sau này (đê bờ Nam sông Dinh; đập dâng hạ lưu sông Dinh; Cầu An đông trên tuyến ựường ven biểnẦ); Qui hoạch của giao thông làm thay ựổi khả năng cũng như hướng tiêu thoát lũ; Qui hoạch xây dựng, ựô thị, cơ sở hạ tầng các khu dân cư làm giảm các khu chứa lũ và thu hẹp mặt cắt tiêu thoát lũẦ và tình hình biến ựổi khắ hậu toàn cầu hiện nay;

7) Việc nâng cấp cần xét ựến yếu tố cải tạo cảnh quan ựô thị, làm cơ sở cho việc qui hoạch ựô thị hai bên bờ sông Dinh với các khu dân cư, khu làng nghề truyền thống, khu phục vụ du lịch nghỉ dưỡng, khu vui chơi giải trắ v.vẦ

2.5 Kết luận chương 2

Cao trình ựỉnh ựê chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố bên ngoài tác ựộng như: yếu tố tự nhiên (thủy văn, thủy triều, ựịa hình, ựịa chất, khắ hậu ); yếu tố xã hội (qui hoạch, vùng bảo vệ); yếu tố chức năng nhiệm vụ; yếu tố hình dạng, mặt cắt

Việc tắnh toán sóng và nước dâng trong các tiêu chuẩn hiện hành còn nhiều bất cập [13]

Việc tắnh toán tổng quan bài toán thiết kế ựê và hệ thống công trình phòng lũ theo phương pháp thiết kế truyền thống và hệ thống tiêu chuẩn quy phạm hiện hành còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế Tuy nhiên, phương pháp thiết kế công trình theo lý thuyết ựộ tin cậy và phân tắch rủi ro cho kết quả phù hợp thực tế và tổng hợp cho toàn thể hệ thống

Trong chương 3 sẽ trình bày cơ sở lý thuyết của phương pháp thiết kế công trình theo lý thuyết ựộ tin cậy, phân tắch rủi ro và các bài toán ứng dụng trong thiết kế ựê và hệ thống công trình phòng lũ



CHƯƠNG 3

LÝ THUYẾT ðỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG THIẾT KẾ ðÊ VÀ BÀI TOÁN ỨNG DỤNG

3.1 Giới thiệu chung [7]

Trong vài thập kỷ gần ñây, công tác thiết kế ñê, kè, ñập và các công trình phòng chống lũ khác ñã có những phát triển ñột biến Trước ñây, như thường lệ, ñê ñã ñược thiết kế chủ yếu dựa theo kinh nghiệm Theo ñó, cao trình ñỉnh ñê ñược xác ñịnh căn cứ vào mực nước lũ lớn nhất của các sự kiện

lũ lịch sử có thể ghi chép ñược Tại nhiều nơi trên thế giới, việc thiết kế ñê,

kè biển cũng như ñê sông ñược dựa vào khái niệm “mực nước ứng với tần suất thiết kế” ðối với ñê biển mực nước này xác ñịnh dựa trên các số liệu thống kê và ñược gọi là mực nước thiết kế, xác ñịnh dựa trên một tần suất thiết kế hay tần suất xuất hiện

Tần suất xuất hiện của mực nước thiết kế ñược thành lập ñể dùng áp dụng rộng rãi như là một tiêu chuẩn an toàn cho vùng ñược bảo vệ bởi ñê, nó ñược xây dựng căn cứ vào xác suất xảy ra ngập lụt Tuy nhiên, ñiều này chỉ ñúng cho những trường hợp lý thuyết khi mà sự cố ñê xảy ra do nguyên nhân

lũ vượt quá mực nước thiết kế, nó không thích hợp khi sự cố khác xảy ra ứng với trường hợp mực nước lũ nhỏ hơn mực nước thiết kế

Tiêu chuẩn an toàn cho từng loại hình công trình cụ thể theo cách tiếp cận truyền thống là tần suất thiết kế của tải trọng và hệ số an toàn cho phép chung và của từng thành phần công trình, theo từng cơ chế phá hỏng Theo cách tiếp cận ngẫu nhiên và lý thuyết ñộ tin cậy, tiêu chuẩn an toàn là giới hạn về xác suất xảy ra sự cố của toàn hệ thống công trình và hư hỏng hệ thống công trình ñược coi là sự tổ hợp ngẫu nhiên hư hỏng của các thành phần thuộc

hệ thống theo các cơ chể phá hỏng có thể có Xác suất xảy ra sự cố của hệ thống công trình có liên quan mật thiết với tần suất vượt quá của tại trọng tác ñộng Tuy nhiên, hai khái niệm không ñồng nhất và không thay thể ñược cho nhau

Trong trường hợp tất cả các nguyên nhân xảy ra hư hỏng ñê có thể liệt

kê và xác suất xảy ra từng hư hỏng ñó có thể chắc chắn ñược xác ñịnh thì về nguyên tắc có thể xác ñịnh ñược xác suất xảy ra ngập lụt Do hiện tại các tính toán này chưa thể thực hiện ứng dụng dễ dàng trong thiết kế, vì vậy thiết kế

ñê hiện tại vẫn xác ñịnh tần suất thiết kế (tần suất vượt quá của các thông số tải trọng chính) dựa theo tần suất chấp nhận xảy ra ngập lụt

Căn cứ vào các vấn ñề nêu trên, xác suất xuất hiện các thông số tải trọng chính ñược xây dựng trong tiêu chuẩn thiết kế và ñược chọn làm tiêu chuẩn ñánh giá an toàn phòng chống lũ lụt Tại Việt Nam, tần suất mực nước thiết kế vào khoảng 1/20 ñến 1/100, tấn suất thiết kế lưu lượng (ñối với ñê sông) khoảng từ 1/50 ñên 1/1000, giá trị này phụ thuộc mức ñộ quan trọng của khu vực ñược bảo vệ ðiều này ñược ghi nhận thành tiêu chuẩn và áp dụng rộng rãi, tuy nhiên phương pháp tiếp cận này như một công cụ tính toán ñược áp dụng cho tình huống bị ñộng, " mong muốn ñiều gì ñó sẽ tốt hơn" Theo ý tưởng của phương pháp luận nêu trên, người ta hoàn toàn có thể ñưa ra một phương pháp tiếp cận mới trong thiết kế công trình với ý tưởng

“Cần xem xét về mức ñộ có thể xây dựng tiêu chuẩn an toàn công trình căn cứ vào phân tích rủi ro của tất cả các yếu tố liên quan” ðây chính là lý do cơ bản cho sự phát triển "Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích ñộ tin cậy"

2 Rủi ro là hậu quả của một sự cố ngoài ý muốn;

3 Rủi ro là tích số của xác suất xảy ra sự cố và hậu quả do sự cố;

4 Rủi ro là một hàm của xác suất xảy ra thiệt hại và hậu quả thiệt hại

Nhìn chung, hai ñịnh nghĩa ñầu không phù hợp lắm Vì rủi ro bao gồm

cả 2 yếu tố xác suất xảy ra sự cố và hậu quả do sự cố

ðịnh nghĩa thứ ba ñưa ra sự so sánh tốt hơn về rủi ro Tuy nhiên, do xác suất xảy ra sự cố là không thứ nguyên, nhưng hậu quả của một sự cố thường có thứ nguyên và khác nhau về tính chất nên rủi ro không thể diễn tả chỉ trong một con số

ðịnh nghĩa rủi ro cuối cùng là tổng quát nhất trong bốn ñịnh nghĩa nêu trên Ba ñịnh nghĩa ñầu là những trường hợp ñặc biệt của ñịnh nghĩa thứ tư

b Sơ ñồ quá trình phân tích rủi ro

Quỏ trỡnh phõn tớch rủi ro của một hệ thống theo phương phỏp ngẫu nhiờn bao gồm cỏc bước:

+ Mụ tả cỏc thành phần của hệ thống;

+ Liệt kờ cỏc kiểu nguy cơ và sự cố cú thể xảy ra;

+ ðịnh lượng hậu quả cho tất cả cỏc sự cố cú khả năng xảy ra; + Xỏc ủịnh và ủỏnh giỏ rủi ro;

+ Ra quyết ủịnh trờn kết quả phõn tớch rủi ro

Sơ ủồ của quỏ trỡnh phõn tớch rủi ro thể hiện trờn hỡnh 3.1

điều chỉnh

X ác đinh xác suất xảy ra sự cố

T iêu chuẩn, tiêu chí

C ấp độ rủi ro chấp nhận

Hỡnh 3.1: Sơ ủồ quỏ trỡnh phõn tớch rủi ro [7]

c Phõn tớch rủi ro và sơ ủồ sự cố của hệ thống cụng trỡnh phũng chống lũ

Trong phõn tớch rủi ro cú ba cụm từ khúa: Nguy cơ xảy ra sự cố - Cơ

chế xảy ra sự cố - Hậu quả của sự cố Một phõn tớch rủi ro thường ủược bắt

ủầu bằng việc liệt kờ cỏc nguy cơ xảy ra sự cố và cơ chế xảy ra sự cố Kết quả

của một quỏ trỡnh phõn tớch rủi ro là xỏc ủịnh hậu quả mà sự cố gõy ra

ðể cú một thiết kế tối ưu tổng thể cho một hệ thống phũng chống lũ, cần tỡm ra sự cõn bằng giữa mức ủộ rủi ro và chi phớ ủầu tư xõy dựng hệ thống

3.2.2 Phõn tớch ủộ tin cậy của thành phần hệ thống

Trạng thỏi giới hạn là trạng thỏi ngay trước khi sự cố xảy ra ðộ tin cậy

là xỏc suất mà trạng thỏi giới hạn khụng bị vượt qua Người ta thường dựng cỏc trạng thỏi giới hạn ủể xõy dựng, thành lập cỏc hàm tin cậy Cụng thức tổng quỏt của một hàm tin cậy cú dạng 3.1

Z=R-S (3.1)

Trong ñó:

+ R – ðộ bền hay khả năng kháng hư hỏng;

+ S – Tải trọng hay khả năng gây hư hỏng

Việc tính toán xác suất phá hỏng của một thành phần ñược dựa trên hàm tin cậy của từng cơ chế phá hỏng Hàm tin cậy Z ñược thiết lập căn cứ vào trạng thái giới hạn tương ứng với cơ chế phá hỏng ñang xem xét và là hàm của nhiều biến và tham số ngẫu nhiên Theo ñó, Z<0 ñược coi là có hư hỏng xảy ra và hư hỏng không xảy ra nếu Z nhận các giá trị còn lại (Z≥0) Trạng thái giới hạn là trạng thái mà tại ñó Z=0 trong mặt phẳng RS; ñây ñược coi là biên sự cố

Xác suất phá hỏng ñược xác ñịnh: Pf = P(Z≤0) = P(S≥R)

ðộ tin cậy ñược xác ñịnh là : P(Z>0) = 1-Pf

Trường hợp ñơn giản, hàm tin cậy tuyến tính với các biến ngẫu nhiên

cơ bản phân bố chuẩn, việc tính toán xác suất xảy ra sự cố thông qua hàm phân phối tiêu chuẩn ΦN(-β) bằng cách sử dụng các giá trị kỳ vọng µZ, ñộ lệch chuẩn σZ và chỉ số ñộ tin cậy β=µZ/σZ của hàm tin cậy

Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS và xác suất xảy ra sự cố và chỉ số ñộ tin cậy ñược ñịnh nghĩa trên Hình 3.2 và 3.3

Hình 3.2: Hàm tin cậy biểu diễn trong

S