Nghiên cứu đánh giá và xây dựng tiến độ thi công hợp lý tiểu dự án hệ thống tưới huyện thạch thành tỉnh thanh hóa

Đê biển vùng đồng bằng bắc bộ phần lớn được xây dựng từ thời nhà Trần, đê biển Thanh Hóa, Nghệ An được hình thành từ những năm 1930, phần lớn đê biển và đê cửa sông khu vực miền trung đư

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

giả đã hoàn thành luận văn đúng thời hạn theo quy định nhà trường đã giao

Có được kết quả trên, trước tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến

thầy giáo PGS.TS: Nguyễn Trọng Tư đã dành nhiều thời gian, tâm huyết,

tận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên khoa sau Đại học, trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức tới tác giả trong suốt quá trình học tập ở Đại học cũng như trong quá trình học Cao học

đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả hoàn thành tốt luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

H ỌC VIÊN

Nguy ễn Anh Sơn

Trang

M Ở ĐẦU 1

I S ự cần thiết của đề tài 1

II M ục đích và nhiệm vụ của đề tài 1

III Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

IV N ội dung của Luận văn 2

C HƯƠNG 1: T ỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN & HÌNH THỨC ĐÊ BIỂN 4 1.1: Tình hình đối với đê biển trên thế giới 4

1.2: Tình hình đối với đê biển Việt Nam 6

1.2.1 Đê biển các tỉnh Bắc bộ: Từ Quảng Ninh đến Ninh Bình 6

1.2.2 Đê biển Trung bộ 9

1.2.2.1 Đê biển Bắc trung bộ: Các Tỉnh từ Thanh hóa đến Hà tĩnh 9

1.2.2.2 Đê biển Trung trung bộ: các tỉnh từ Quảng bình đến Quảng nam 11

1.2.3 Đê biển Nam bộ (từ Bà rịa- Vũng tàu đến Kiên giang) 13

1.2.3.1 Tình trạng kỹ thuật đê biển nam bộ 14

1.2.3.2 Hiện trạng về ổn định đê biển Nam bộ 15

CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ PHÁ HOẠI ĐÊ BIỂN DO SÓNG TRONG TRƯỜNG H ỢP BÃO LỚN 17

2.1: Tình hình đối với đê biển Việt Nam 17

2.1.1 Giới thiệu 18

2.2: Cơ chế phá hoại đê do bão 18

2.3: Sóng và các đặc trưng 24

2.3.1 Khái niệm Sóng 24

2.3.2 Sóng tràn và các đặc trưng 26

2.3.3 Sóng tràn qua đê mái dốc 28

2.3.4 Các đặc trưng sóng tràn theo con sóng 33

2.3.4.1 Lượng tràn trên con sóng 33

2.3.4.2 Dòng chảy sóng tràn trên đỉnh đê 34

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

2.4.1 Tầm quan trọng tính thấm qua đê biển khi có nước tràn qua 36

2.4.2 Các phương pháp tính thấm 37

2.4.2.1 Nghiên cứu lý luận 37

2.4.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 38

2.4.2.3 Sự phát triển của các phương pháp tính ổn định mái dốc 38

2.4.2.4 Cơ sở các phương pháp tính ổn định trượt mái 39

C HƯƠNG 3: NGHIÊN C ỨU SỰ ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH KHI CÓ SÓNG LEO TRÀN QUA 48

3.1: T ổng quan về vùng biển Nam Định 48

3.1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 48

3.1.1.1 Vị trí địa lý 48

3.1.1.2 Điều kiện địa hình địa mạo 49

3.1.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn 53

3.1.2.1 Chế độ khí tượng 53

3.1.2.2 Chế độ thủy hải văn 57

3.1.3 Đặc điểm địa chất 2

3.1.3.1 Đặc điểm địa chất khu vực cửa sông 62

3.1.3.2 Đặc điểm địa chất đường bờ tỉnh Nam Định 62

3.1.3.3 Địa chất công trình khu vực bờ biển Hải Hậu – Nam Định 63

3.1.4 Tình hình diễn biến đường bờ vùng biển Hải Hậu- Nam Định 64

3.1.5 Các cơ chế phá hoại đê kè biển 68

3.1.5.1 Phá hoại ở mái đê phía biển 68

3.1.5.2 Phá hoại từ mái đê phía trong đồng 70

3.2: Ứng dụng công nghệ tính toán và thực tế 71

3.2.1 Phần mền Wadibe 71

3.2.1.1 Giới thiệu 71

3.2.1.2 Cấu trúc 71

3.2.2 Phần mềm tính ổn định Slope 72

bi ển Nam Định 73

3.3.1 Tính toán thông số sóng leo, sóng leo 73

3.3.1.1 Tính toán sóng từ bão 73

3.3.1.2 Tính toán các tham số sóng tuyến tính 74

3.3.1.3 Tính toán truyền sóng vào bờ 75

3.3.1.4 Tính toán sóng tràn, sóng leo 79

3.3.2: Tính toán Thấm và ổn định 80

3.3.2.1: Nhiệm vụ tính toán 80

3.3.2.2: Trường hợp tính toán 80

3.3.2.3: Giả thuyết tính toán 80

3.3.2.3: Thông số phục vụ tính toán 81

3.3.2.4: Kết quả tính toán 82

3.3.2.5: Đánh giá theo yêu cầu quy phạm 84

3.3.2.6: Đề xuất biện pháp bảo vệ an toàn cho đê biển 84

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

1 K ẾT LUẬN 87

2 NH ỮNG HẠN CHẾ 87

3 KI ẾN NGHỊ 88

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 89

PH Ụ LỤC

Phụ lục 1:

Phụ lục 2:

Phụ lục 3:

Phụ lục 4:

Phụ lục 5:

Phụ lục 6:

Phụ lục 7:

MỞ ĐẦU

I: sự cần thiết của đề tài:

Hệ thống đê biển là giải pháp bảo vệ đất liền mang tính chiến lược quốc gia của các nước bên bờ đại dương

Nước ta có đường bờ biển dài khoảng 3200 km trải dài từ móng cái đến hà tiên Các tuyến đê biển đê biển xây dựng từ bao đời nay có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, bảo vệ sinh mạng và tài sản của nhân dân vùng ven biển, bảo vệ cho sản xuất nông nghiệp, ngoài ra còn bảo vệ một số vùng nuôi trồng thủy săn hoặc sản xuất muối Theo xu thế phát triển chung, vùng ven biển nước ta là một vùng kinh tế trọng điểm năng động và ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp,

du lịch, việc chuyển đổi cơ cấu sản xuất (tăng nuôi trồng thủy, hải sản) và khôi phục các ngành nghề truyền thống, thì tuyến đê biển nói chung và đê biển nói riêng sẽ không chỉ là mục tiêu ngăn lũ, ngăn mặn mà còn phải kết hợp đa mục tiêu, vừa ngăn

lũ, kiểm soát mặn bảo đảm an toàn dân sinh, kinh tế cho vùng được đê bảo vệ, đồng thời kết hợp là tuyến đường giao thông ven biển quan trọng phục vụ phát triển kinh

tế, du lịch, an ninh quốc phòng

Vì những nhiệm vụ quan trọng trên, hệ thống đê biển cần phải được bảo vệ an toàn trước nguy cơ bị xuống cấp, phá vỡ, đồng thời tiếp tục cải tạo, củng cố thêm một bước đê nâng cao năng lực phòng, chống thiên tai nhằm tạo tiền đề thúc đẩy phát triển kinh tế, đảm bảo phát triển bền vững vùng ven biển Do đó việc nghiên cứu quá trình hoạt động của đê đòi hỏi phải thường xuyên, cấp thiết và có tính ứng dụng công nghệ thực tiễn cao, nhất là sự hoạt động của đê biển khi có sóng tràn qua trong trường hợp bão lũ triều cường

II: M ục đích và nhiệm vụ của đề tài:

1: Mục đích:

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của bão lớn và triều cường đến sự làm việc

đê biển, đặc biệt là yếu tố sóng tràn qua mặt đê, từ đó có cơ sở khoa học đánh giá được sự làm việc của đê biển và đề xuất giải pháp bảo vệ đê biển trong trường hợp

sóng tràn qua đỉnh đê

2: Nhiệm vụ:

- Xác định các yếu tố truyền sóng tác động đến đê biển

- Xác định được lượng nước tràn vào thân đê khi có sóng leo tràn qua

- Lập thuật toán tính toán thấm, ổn định cho đê biển

- Áp dụng cho vùng đê biển cụ thể ở Việt Nam

- Đề xuất các giải pháp bảo vệ đê biển khi có sóng tràn qua

III: C ách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu ứng dụng lý luận và kết quả thực nghiệm

IV: N ội dung của Luận văn:

Mở đầu

Sự cần thiết của đề tài

Chương 1: Tổng quan sự phát triển và hình thức đê biển

1.1: Tình hình đối với đê biển trên thế giới:

1.2: Tình hình đối với đê biển Việt Nam:

Chương 2: Phương pháp xác định tác động của sóng tràn và ảnh hưởng của nó tới đê biển

2.1: Tình hình khí hậu biển và bão lũ:

2.2: Cơ chế phá hoại đê biển do bão:

2.3: Sóng và các đặc trưng:

2.4: Thấm- ổn định của đê biển khi có sóng tràn qua:

Chương 3: Ứng dụng tính toán cho đê biển Tỉnh Nam Định

3.1: Giới thiệu vè công trình cụ thể phục vụ cho việc tính toán:

3.2: Chọn sơ đồ tính toán:

3.3: Xác định lưu lượng thấm do sóng tràn tạo ra:

3.4: Ứng dụng phần mềm tính toán sóng tràn và tính toán thấm, ổn định

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Từ kết quả của việc ứng dụng phần mềm tính toán cho đê biển tỉnh Nam Định, trình bày những kết quả đạt được, những tồn tại và những kiến nghị

Đề suất biện pháp xây dựng và bảo vệ đê biển

CHƯƠNG 1

1.1: Tình hình đối với đê biển trên thế giới:

Biển có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển nền văn minh, văn hóa của các quốc gia sống ven biển Nghiên cứu về nền văn hóa biển đông Nam Á các nhà khoa học

đã khẳng định "Văn hóa biển là 1 trong 3 nền tảng của văn hóa bản địa Đông Nam: Núi, đồng bằng, và biển"

Văn hóa biển có vai trò rất to lớn đối với sự phát triển kinh tế- xã hội của các quốc gia sông trên bờ các đại dương

Việt nam là một nước thuộc các quốc gia vùng Đông Nam Á Biển Đông Nam

Á có vị trí đặc biệt tên đường giao lưu quốc tế nó nối liền Thái Bình Dương với Ấn

Độ Dương trở thành cửa ngõ trên tuyến đường hàng hải nối liền Đông Á với Tây

Âu và Châu Phi Đối với các quốc gia Đông Nam Á biển là con đường truyền giáo hiệu quả nhất, là con đường thương mại số 1, là nơi "Quyết tử cho tổ quốc quyết sinh" và cũng như các vùng biển khác biển Đông Nam Á là một kho báu về tài nguyên thiên nhiên

Các quốc gia ở vùng ven biển luôn phải đối mặt với bão tố, triều dâng, sóng gió, sóng thần , nhất là những tác động do biến đổi khí hậu mà mức độ nguy hiểm của nó đang còn là dự báo Xây dựng hệ thống đê biển và phát triển mạng lưới cảnh báo sóng thần là một trong những chiến lược quan trọng và cấp thiết hiện nay của các quốc gia có bờ biển và đặc biệt quan trọng đối với các quốc gia có nhiều vùng đất thấp hơn mực nước biển và những nơi chịu nhiều ảnh hưởng của thiên tai

Lãnh thổ Hà lan là một vùng đất thấp hơn mực nước biển có nhiều khu vực ngập lụt, nhiễm mặn, phèn hóa, là châu thổ chịu lũ chính của lưu vực, chịu triều cường của biển bắc, lịch sử phát triển của Hà lan là lịch sử đắp đê và hứng chịu những thảm họa từ phía biển

Hình1.1: Đê biển Afsluitdifk dài hơn 32km, rộng 90m, cao 7.25m

trên mực nước biển trung bình Sau thảm họa lịch sử năm 1953, chính phủ Hà Lan đã quyết tâm xây dựng dự án đê biển Dự án kéo dài từ năm 1958 đến năm 1997 với kinh phí lên tới hàng ngàn tỷ Guider (tiền Hà lan) Dự án gồm cáo đập khóa, các đập phụ gần cửa sông và các tuyến đê hiện đại (xem hình1.1)

"Điều này làm cho Hà Lan không chỉ nổi tiếng bởi về hoa tulip, cối xay gió, những đôi giày gỗ…mà còn nổi tiếng bởi những công trình biển vĩ đại hàng đầu thế giới"

Thành tựu về chinh phục biển, Hà Lan xứng đáng với lời đánh giá "Chúa tạo dựng nên thế giới nhưng Hà Lan được tạo dựng bởi chính người Hà Lan"

Hầu như các nước ven biển đều có những vùng đất thấp hơn mực nước biển vì vậy kinh nghiệm và kỹ thuật đê biển được sử dụng và phát triển rất rộng rãi Tùy thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế mà mức độ khoa học và mức độ hiện đại của các công trình để biển ở những mức độ khác nhau Ngoài Hà Lan các nước có kinh nghiệm và trình độ khoa học công nghệ về đê biển thu hút sự chú ý của thế giới còn

có Mỹ, Đan Mạch, Nhật Bản, Trung Quốc…

Cho đến nay các nước ở trên bờ biển đều coi việc xây dựng hệ thống đê biển là giải pháp hữu hiệu nhất để đề phòng, chống và thích ứng ngăn chặn nước biển dâng và xâm nhập mặn và là phương thức quai đê lấn biển tăng diện tích đất ở và canh tác

1.2: Tình hình đối với đê biển Việt Nam:

Việt Nam, ngay từ thế kỷ XV ông cha ta đã xây dựng hệ thống để biển và không ngừng tôn cao, mở rộng qua các thời kỳ giữ nước, xây dựng và phát triển đất nước Đến nay dọc theo hơn 3200 km bờ biển, nước ta có khoảng 719 km đê biển kiên cố, hình thành hệ thống đê biển bảo vệ cho 28 tỉnh thành phố bao gồm 110 huyện thị xã và đang phát huy hiệu quả phòng tránh thiên tai tạo điều kiện cho các địa phương miền duyên hải phát triển kinh tế xã hội

Sự nghiệp xây dựng đê biển là sự nghiệp của quần chúng, gắn liền với lịch sử phát triển của đất nước nên nó mang đặc điểm kỹ thuật dân gian đúc rút kinh nghiệm và kỹ thuật hiện đại theo từng giai đoạn phát triển Ở các nước đang phát triển như nước ta tính hiện đại còn hạn chế Hệ thống đê biển nước ta hầu hết được phát triển trên các tuyến đê biển hình thành từ lịch sử thiếu hẳn sự quy hoạch, thống nhất khoa học đê biển Hầu hết đê biển được đắp bằng đất không được lựa chọn, nền đê là nền đất yếu Chiều dài tuyến đê mới chiếm khoảng 42.3% tổng chiều dài

bờ biển và mới có khả năng chịu tải với gió cấp 9 trở xuống

Cụ thể là: Nước ta có tổng số hơn 2000 km đê biển trải dài từ Quảng Ninh tới Kiên Giang, trong đó đoạn đê biển từ Quảng Ninh tới Quảng Nam chịu tác động của bão lớn nhiều nhất Hiện nay các tuyến đê biển, đê cửa sông từ Quảng Ninh đến Quảng Nam có tổng chiều dài khoảng 1454 km, trong đó có khoảng 853 km đê biển, còn lại là đê cửa sông Đê biển vùng đồng bằng bắc bộ phần lớn được xây dựng từ thời nhà Trần, đê biển Thanh Hóa, Nghệ An được hình thành từ những năm

1930, phần lớn đê biển và đê cửa sông khu vực miền trung được đắp trước và sau năm 1975, các tuyến đê biển ban đầu được đắp chủ yếu do nhân dân tự đắp nhằm bảo vệ sản xuất, nhà nước hỗ trợ kinh phí để đắp một số tuyến đê biển quan trọng Các tuyến đê thường được đầu tư khôi phục, cải tạo, nâng cấp, tu bổ hàng năm thông qua các dự án Hiện trạng các tuyến đê biển tại các khu vực có thể tóm tắt các đặc điểm chung như sau:

1.2.1: Đê biển các tỉnh Bắc bộ: Từ Quảng Ninh đến Ninh Bình

Vùng ven biển đồng bằng Bắc Bộ là nơi có địa hình thấp trũng, là một trung tâm kinh tế của cả nước - đặc biệt là sản xuất nông nghiệp, tập trung dân cư đông đúc Đây là vùng biển có biên độ thủy triều cao (3- 4 m) và nước dâng do bão cũng rất lớn Để bảo vệ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, các tuyến đê biển, đê cửa sông ở khu vực này đã được hình thành từ rất sớm và cơ bản được khép kín Tổng chiều dài các tuyến đê biển, đê cửa sông khoảng 484 km trong đó có trên 350 km đê trực tiếp biển

Đê biển bắc bộ có bề rộng mặt đê nhỏ từ 3- 4 m, nhiều đoạn đê <2 m, như một số đoạn thuộc các tuyến đê Hà nam, đê bắc Cửa lục, đê Hoàng tân (Quảng ninh) đê biển

số 5, số 6, số 7 và số 8 (Tỉnh Thái bình) đê Cát hải (Hải phòng) mái đê phía biển 3/1 (đối với đoạn đê đã được nâng cấp từ 3/1-4/1) mái phía đồng từ 1,5/1-2/1 (đối với đoạn đã được nâng cấp từ 2/1-3/1) cao độ đỉnh đê dao động từ 3,5-5 m, một số nơi sau khi được đầu tư bởi dự án PAM 5325 có cao độ đỉnh đê (hoặc tường chắn sóng)

2/1-là 5.5m như đê biển Hải hậu, Giao thủy (Nam định) đê biển số I, II (Hải phòng) Chất lượng đất thân đê là đất thịt nhẹ, đất phù sa cửa sông Hàm lượng cát tăng đối với các tuyến xa dần cửa sông Một số tuyến đoạn đê hoàn toàn bằng đất cát như

Hải thịnh (Nam định)

Mái đê cửa sông ven biển bắc bộ được bảo vệ phần lớn ở các tuyến bằng trồng

cỏ Những đoạn chịu tác dụng trực tiếp của sóng, gió bảo vệ kè đá lát mái, kết cấu

kè đá đang sử dụng ở các địa phương là lớp đá hộc dày 30 cm xếp khan trên một lớp đá dăm dày 10 cm, lát từ chân đê phía biển lên đến cao trình đỉnh đê Trọng lượng mỗi viên đá khoảng 10- 40 kg, một số nơi bãi biển bị bào mòn, ngoài lát mái làm kè cần làm một số mỏ hàn dọc và ngang để bảo vệ bãi Kè mỏ bằng đá hộc mái hai phía 1/1 mặt rộng 1 m dài 70 m, xây dựng thành hệ thống như ở khu vực Văn lý- Hải hậu (Nam định)

Sau khi được đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua dự án PAM 5325 và quá trình tu bổ hàng năm, các tuyến đê biển nhìn chung đảm bảo chống được mức nước

triều cao tần suất 5% có gió bão cấp 9 Tuy nhiên, tổng chiều dài các tuyến đê biển rất lớn, dự án PAM mới chỉ tập trung khôi phục, nâng cấp các đoạn đê xung yếu Mặt khác, do tác động thường xuyên của mưa, bão, sóng lớn nên đến nay hệ thống đê biển

Bắc bộ vẫn còn nhiều tồn tại, trong đó các tồn tại chính được tóm tắt như sau:

- Nhiều đoạn thuộc tuyến đê biển Hải hậu, Giao thủy thuộc Tỉnh Nam định đang đứng trước nguy cơ bị vỡ do bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp gây sạt lở chân, mái kè bảo vệ mái đê biển, đe dọa trực tiếp đến an toàn của đê biển, một số đoạn trước đây có rừng cây chắn sóng bị phá hủy, đê trở thành trực tiếp chịu tác động của sóng, thủy triều nên nếu không được bảo vệ sẽ có nguy cơ vỡ bất cứ khi nào Có đoạn trước đây đê có 2 tuyến nên tuyến đê trong không được bảo vệ mái, đến nay tuyến đê ngoài đã bị vỡ nên tuyến đê trong cấp thiết phải được củng cố, bảo

km có chiều rộng 3- 4 m và 125 km có chiều rộng < 3 m, cá biệt có nơi chỉ rộng 1,6- 2,5 m Chiều rộng mặt đê nhỏ gây khó khăn cho việc giao thông cũng như kiểm tra, ứng cứu như các tuyến đê Hà nam (Quảng ninh), đê biển Hải hậu, Giao thủy (Nam định) đê biển số 5, 6, 7, 8 (Thái bình)…

- Trừ một số đoạn đê đã được cải tạo nâng cấp để kết hợp giao thông ở Hải phòng, hầu hết mặt đê chưa được gia cố cứng hóa nên khi mưa lớn hoặc trong mùa mưa bão mặt đê thường bị sạt lở, lầy lội, nhiều đoạn không thể đi lại được

- Đến nay mới xây dựng được khoảng gần 90 km kè bảo vệ mái /484km đê biển, nên những nơi mái đê phía biển chưa có kè bảo vệ hoặc không còn cây chắn sóng vẫn thường xuyên bị sạt lở hoặc có nguy cơ sạt lở đe dọa đến an toàn của đê biển, đặc biệt là trong mùa mưa bão

- Đất đắp đê chủ yếu là đất cát pha, có độ chua lớn không trồng cỏ được, có tuyến được đắp chủ yếu bằng cát phủ lớp đất thịt như đê biển Hải hậu, hầu hết mái

đê phía đồng chưa có biện pháp bảo vệ, nên thường xuyên bị xói, sạt khi mưa, bão, đặc biệt tuyến đê Hải hậu

- Dải cây chắn sóng trước đê biển nhiều nơi chưa có, có nơi đã có nhưng do công tác quản lý, bảo vệ còn bất cập nên bị phá hoại (như vụ phá rừng ngập mặn để nuôi trồng thủy sản ở Kim sơn, Ninh bình), nhiều nơi ở vùng xa cửa sông không thể trồng được cây chắn sóng Vì vậy, đê biển đa phần chịu tác động trực tiếp của sóng gây sạt lở

Như vậy, có thể thấy rằng đê biển Bắc bộ mặc dù đã được đầu tư tu bổ, nâng cấp thông qua dự án PAM 5325 nhưng chưa đáp ứng được yêu cầu đặt ra hiện nay:

Nhiều đoạn chưa được nâng cấp nên còn thấp, nhỏ thiếu cao trình; mặt đê nhỏ, hầu hết chưa được cứng hóa nên dễ bị xói, sạt, lầy lội khi mưa, bão nên không đáp ứng được yêu cầu giao thông, gây khó khăn cho việc ứng cứu khi mưa bão Đặc biệt một

số đoạn bãi biển bị hạ thấp gây sạt lở kè bảo vệ mái đê biển, một số đoạn đê đang đứng trước nguy cơ có thể bị phá vỡ bất cứ khi nào

Hình 1.2: Mặt cắt điển hình đê biển Bắc bộ:

(1) Thân đê; (2) Kè lát mái; (3) Tường chắn sóng; (4) Chân kè (chân khay)

1.2.2.1: Đê biển Bắc trung bộ: Các Tỉnh từ Thanh hóa đến Hà tĩnh

Vùng ven biển Bắc trung bộ là vùng đồng bằng nhỏ hẹp của hệ thống sông Mã, sông Cả, cũng là một trong những vùng trọng tâm về phát triển kinh tế, địa hình ven

biển thấp trũng và cao dần về phía tây, đây là vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai (đặc biệt là bão, áp thấp nhiệt đới), biên độ thủy triều nhỏ hơn vùng biển Bắc bộ, vùng ven biển đã bắt đầu xuất hiện các cồn cát có thể tận dụng được như các đoạn đê ngăn mặn tự nhiên

Chất lượng đất đắp đê: Phần lớn các tuyến là đất thịt, nhẹ pha cát Một số tuyến nằm sâu so với cửa sông và ven đầm phá, đất thân đê được đắp là đất sét pha cát, đất thịt nặng, cũng có nhiều tuyến đê ven biển thân đê là đất cát như các tuyến đê ở các huyện Quảng xương, Tĩnh gia (Thanh hóa) Diễn châu, Kỳ anh (Nghệ an) vv… Mặc dù đã được quan tâm đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua các dự án PAM 4617, OXFAM, CEC,CARE, đặc biệt ADB hỗ trợ khôi phục sau trận bão số 4 năm 2000, nhưng tuyến đê biển nhìn chung là thấp, nhỏ Một số tồn tại chính của các tuyến đê biển Bắc trung bộ như sau:

Còn khoảng 222,8km đê biển, đê cửa sông thấp, nhỏ, chưa đảm bảo cao trình chống lũ, bão theo tần suất thiết kế (cao độ đỉnh đê còn thiếu từ 0,5- 1 m so với cao

độ thiết kế)

Chiều rộng mặt đê còn nhỏ: Chỉ có khoảng 29 km có chiều rộng khoảng 4 m,

192 km có chiều rộng 3- 4 m, vẫn còn 185,4 km có chiều rộng mặt đê dưới 3 m, nhiều đoạn mặt đê còn nhỏ hơn 2 m gây khó khăn trong việc chống lũ, bão cũng như giao thông (nhiều tuyến đê xe ô tô không thể đi lại dọc theo tuyến đê)

Bãi biển ở một số đoạn vẫn có xu hướng bị bào mòn, hạ thấp gây sạt lở chân

kè, đe dọa đến an toàn của đê biển như đoạn Ninh phú, Hậu lộc (Thanh hóa) đoạn

kè Cẩm nhượng, đê Hội thống (tỉnh Hà tĩnh)

Toàn bộ mặt đê chưa được gia cố cứng hóa, lại không bằng phẳng nên về mùa mưa bão mặt đê thường bị sạt lở, lầy lội nhiều đoạn không thể đi lại được

Mái phía biển nhiều nơi chưa được bảo vệ, vẫn thường xuyên có nguy cơ sạt lở

đe dọa đến an toàn của đê, đặc biệt là trong mùa mưa bão

Mái đê phía đồng chưa được bảo vệ nên bị xói, sạt khi mưa lớn hoặc sóng tràn qua

Dải cây chắn sóng trước đê biển, đặc biệt là đê cửa sông không có cỏ, cần tiếp tục trồng cây chắn sóng và tăng cường công tác quản lý bảo vệ

Một số vấn đề tồn tại lớn đối với các tuyến đê biển Bắc trung bộ là hệ thống cống dưới đê rất nhiều về số lượng, hầu hết đã được xây dựng từ vài chục năm trước đây với kết cấu tạm bợ và đang bị xuống cấp nghiêm trọng (năm 2002, Bộ nông nghiệp và PTNT đã chỉ đạo xử lý khẩn cấp cống Hói, cống thuộc tỉnh Nghệ an

bị sập trước mùa mưa bão) cần có quy hoạch lại, sửa chữa và xây dựng mới để đảm bảo an toàn cho đê, phù hợp với quy hoạch chung về phát triển sản xuất

1.2.2.2: Đê biển Trung trung bộ: Các tỉnh từ Quảng bình đến Quảng nam

Vùng ven biển Trung trung bộ là vùng có diện tích nhỏ hẹp, phần lớn các tuyến

đê biển đều ngắn, bị chia cắt bởi các sông, rạch, địa hình đồi cát ven biển Một số tuyến bao diện tích canh tác nhỏ hẹp dọc theo đầm phá Đây là vùng có biên độ thủy triều thấp nhất, thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai Khác với vùng cửa sông Đồng bằng bắc bộ chỉ yếu là bồi, các cửa sông Miền trung có thể thay đổi tùy theo tính chất của từng con lũ, do vậy tuyến đê được đắp theo một tuyến, không có tuyến quai đê lấn biển hoặc tuyến dự phòng

Đê biển, đê cửa sông khu vực trung trung bộ với nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, chống lũ tiểu mãn hoặc lũ sớm bảo vệ sản xuất ăn chắc 2 vụ lúa đông xuân và hè thu, đồng thời phải đảm bảo tiêu thoát nhanh lũ chính vụ một số ít tuyến đê, bảo vệ các khu nuôi trồng thủy sản đa số các tuyến đê biển bảo vệ diện tích canh tác nhỏ dưới 3000 ha Với mục tiêu, nhiệm vụ như trên, đê không cần đắp cao, nhưng cần phải gia cố 3 mặt để chống hư hỏng khi lũ sóng tràn qua

Phần lớn các tuyến đê biển được đắp bằng đất thịt nhẹ pha cát, một số tuyến nằm sâu so với cửa sông và đầm phá đất thân đê là đất sét pha cát như đê Tả Gianh (Quảng bình) đê Vĩnh thái (Quảng trị)… Một số đoạn đê biển đã được bảo vệ 3 mặt hoặc 2 mặt bằng tấm bê tông để cho lũ tràn qua như tuyến đê phá Tam giang (Thừa thiên huế) đê Hữu Nhật lệ (Quảng bình)…ngoài ra đoạn đê biển trực tiếp chịu tác động của sóng, gió được xây dựng kè bảo vệ, hầu hết mái đê được bảo vệ bằng cỏ,

đê vùng cửa sông được bảo vệ bằng cây chắn sóng với các loại cây sú, vẹt, đước

Một số tồn tại chính của các tuyến đê biển trung trung bộ như sau:

Còn 238 km đê biển, đê cửa sông chưa được đầu tư tu bổ, nâng cấp nên còn thấp và nhỏ, chưa đảm bảo cao độ thiết kế

Trừ 1.5 km đê liên hiệp thuộc thành phố Đà nẵng có chiều rộng mặt đê >4 m, còn lại 562 km có chiều rộng mặt đê <3,5 m, trong đó có đến 272 km mặt đê chỉ rộng 1,5-3 m Chiều rộng mặt đê nhỏ gây khó khăn lớn trong việc giao thông và cứu

hộ cũng như an toàn cho đê

Toàn bộ mặt đê chưa được gia cố cứng hóa, về mùa mưa bão mặt đê bị lầy lội

và sạt có đoạn không thể đi lại được

Đến nay mới có khoảng 165 km được xây dựng kè bảo vệ mái, phần lớn mái đê phía biển chưa được bảo vệ, một số nơi đã được bảo vệ nhưng chưa đồng bộ hoặc

chưa đảm bảo kiên cố nên vẫn thường xuyên bị sạt lở đe dọa đến an toàn của các tuyến đê biển

Ngoài 22.5 km đê thuộc Thừa thiên huế và một số đoạn đê thuộc Quảng nam được gia cố 3 mặt, còn lại đa số mặt đê và mái đê phía đồng chưa được gia cố nên rất dễ bị xói, sạt khi lũ, bão gây nước tràn qua

Cần tiếp tục trồng cỏ chống sóng và tăng cường công tác quản lý, bảo vệ

Cũng như vùng Bắc trung bộ, số lượng cống dưới đê rất lớn và đã được xây dựng từ vài chục năm trước, với kết cấu tạm bợ, có khi công không có cánh mà đắp bằng đất, nhiều cống không còn phù hợp với quy hoạch sản xuất, ngoài một số cống được tu bổ, nâng cấp thông qua dự án PAM 4617, hầu hết các cống còn lại đang bị xuống cấp nghiêm trọng Cần có quy hoạch lại, sửa chữa và xây dựng mới

để đảm bảo an toàn cho đê, phù hợp với quy hoạch chung vê phát triển sản xuất

Hình 1.3: Mặt cắt điển hình đê biển Trung bộ:

(1) Thân đê; (2) Kè lát mái; (3) Mặt đê cứng hóa; (4) Chân kè (chân khay)

Sự phát triển đê biển Nam bộ gắn liền với quá trình khai thác ruộng đất và phát triển nông nghiệp của dải đất ven biển Bà rịa- vũng tàu tới Kiên giang

Phong trào đắp đê ngăn mặn, đê biển và xây cống ngăn mặn, tiêu úng hầu khắp các tỉnh có tiếp giáp với biển Trong giai đoạn từ năm 1976 đến năm 1985 đã đắp được khoảng 14 hệ thống đê biển, ngăn mặn bảo vệ trên 665000 ha đất nông nghiệp thuộc các tỉnh Tiền giang, Bến tre, Cà mau, Bạc liêu, Kiên giang, Vĩnh long, Trà vinh … quy mô nhỏ nhất là vùng bán đảo Cà mau, đã đắp 2 tuyến đê biển, tuyến

phía tây dài 93,5km qua các huyện U minh, Phú tân, Trần băn thời, ngăn mặn cho

163200 ha Tuyến phía đông dài 58 km, đi qua huyện Giá rai, Vĩnh lợi và Thị xã

Bạc liêu, từ năm 1986-2005, hầu hết các tuyến đê biển đã hình thành, chủ yếu là tu

bổ và củng cố

Đến nay, đồng bằng ven biển Nam bộ đã có 356.2 km đê biển bảo vệ nhiệm vụ của các tuyến đê biển Nam bộ là ngăn mặn, bảo vệ sản xuất 2 vụ lúa, nhiều tuyến bảo vệ diện tích rất lớn trên 10000 ha như đê biển ở Huyện Hòn đất, Hà tiên (Kiên giang)… riêng Tỉnh Cà mau có 239 km đê biển trên chiều dài bờ 307 km ngăn mặn cho 7 Huyện ven biển trên 11 Huyện thị của Tỉnh Đê biển Nam nộ ngoài bảo vệ sản xuất và dân cư, còn có các loại đê hải sản do đó hoặc tập thể đầu tư bảo vệ đồng muối như Tỉnh Bến tre có 15 ngư trường và 1544 ha đồng muối Thành phố Hồ Chí Minh có 200 ha thủy sản, đê bình an bảo vệ Thị xã Hà tiên (Kiên giang)

Về tuyến đê: Khác với đê biển Miền trung, đê biển Nam bộ dài, có tuyến dài trên 50-60 km (đê biển 2 Tỉnh Cà mau và Kiên giang) giống như đê biển Bắc bộ có nhiều tuyến trực tiếp biển, một số tuyến dài chạy dọc theo bờ biển phía đông và biển Tây (Cà mau), biển Tây (Kiên giang) Nhiều tuyến đê ven cửa sông như các tuyến đê biển phía đông (Sóc trăng, Trà vinh, Bến tre) cũng có 2 loại tuyến đê không khép bao vùng đất thấp như tuyến Thanh phú, Ba tri, Bình đại (Bến tre);

Tuyến 1 (tuyến trong) ngăn mặn và bảo vệ cho vùng lúa 1 vụ và 2 vụ, tuyến này cách bờ biển 10 km còn tuyến 2 nằm sát biển nhiệm vụ chống sóng gió, chống cát bay, hạn chế mặm và phục vụ nuôi trồng thủy sản trong khu vực giữa tuyến 1 và tuyến 2

Vùng biển đang bồi, đê được quai lấn ra biển như vùng mũi của Cà mau Vùng này hàng năm bồi lấn ra biển, bình quân 50- 60 m ở Tỉnh Sóc trăng có tuyến đê biển mới Mỹ thanh- Vĩnh châu- Lai hòa thay cho tuyến cũ ở sâu phía trong

1.2.3.1: Tình trạng kỹ thuật đê biển nam bộ:

- Về cao độ, mặt cắt:

Khác với đê biển Bắc bộ, đê biển Nam bộ có sự khác nhau về cao trình đỉnh đê giữa các tuyến có tuyến chỉ trên +1 m, nhưng có tuyến +4 m đến +5 m, có tuyến mặt đê chỉ rộng 1,5-2 m, nhưng cũng có tuyến rộng 8-10 m Tuy nhiên, về tổng quan thì cao độ đê phía biển Đông cao hơn đê phía Tây: Cao độ đê biển Đông từ +1,8- 5 m như đê Gò Công đông (Tiền giang) đê ở Bà rịa- Vũng tàu cao độ 4,5- 5m

Đê biển tây thuộc Tỉnh Cà mau và Kiên giang mặt đê rộng 1,5-2 m đối với các tuyến đê đất thịt và rộng 6-10 m đối với tuyến đê biển kếp hợp với giao thông như

đê quốc phòng Huyện Ba tri (Bến tre), đê Gò Quai đi Rạch giá (Kiên giang)… một

số tuyến như đê Vĩnh châu (Sóc trăng), Cần ngang (Trà vinh) Trần văn thời, U minh (Cà mau) mặt đê rộng 5 m

Nhìn chung đê biển Nam bộ còn nhỏ thấp, có nơi còn thấp hơn mực nước triều cao nhất như đê Đông tỉnh Cà mau Đê quai ngăn mặn những nơi này hàng năm đến mùa tháng X, XI, XII nhân dân được huy động hàng vạn ngày công đắp bờ con chạch

Về chất lượng đất chân đê: Đê được hình thành ở một vùng đồng bằng rộng lớn nên đất đất đắp đê hoàn toàn theo chất đất của từng vùng châu thổ rất nhiều loại: Đất thịt nhẹ, thịt nặng, cát pha, cát, sét, sét pha cát, sét pha bùn, bùn nhão…

Về nền đê: Nhiều tuyến của đầu Cà mau nằm trên nền cát có thành phần bùn lớn hơn 50% là loại nền đất yếu Do đó sẽ gặp khó khăn khi xây dựng các công trình kiên

cố như các cống đập ngăn triều, thậm chí đắp đê cao có thể dẫn đến sập lún

Ngoài hình thức đê như trình bày ở trên, đối với vùng bờ bị xói địa phương còn xây dựng kè như kè Gò công (Tiền giang), Kè Cần giờ (TP.HCM) kết hợp với trồng cây chắn sóng đã giữ được ổn định cho các tuyến đê này

1.2.3.2: Hiện trạng về ổn định đê biển Nam bộ:

So với đê biển Miền trung và đê biển Bắc bộ thì đê biển Nam bộ ổn định hơn, mặc dù tỷ lệ tuyến trực tiếp với biển so với tuyến cửa sông chiếm tỷ lệ cao 87 km/469 km

Đối với vùng bờ biển ổn định hoặc bồi các hư hỏng đê thường là sạt lở nhỏ mái

đê phía biển ở những đoạn đê không có cây chắn sóng Những đoạn đê có nền yếu (hữu cơ, bùn cát) khi nước triều lên xuống nhanh dòng chảy do triều sẽ moi rỗng đất chân đê có thể dẫn tới sạt lở hoặc sập đê như một số đoạn ở đê biển Tỉnh Bến tre Đối với vùng bờ biển xói như đê gò công mấy năm trước đây tuy đê được đắp

to, rộng, có cơ đê phía đồng có kè đá lát mái và chân được đóng cọc thả khối bê tông bảo vệ nhưng vẫn còn khả năng bị hư hỏng

Tuy nhiên nhìn chung đê biển Nam bộ là ổn định do các nguyên nhân chủ yếu sau: Hiếm có các điều kiện khí tượng hải văn bất lợi như bão mạnh va có nước dâng

do bão

Chất đất đắp đê tuy có nhiều chủng loại khác nhau nhưng nhiều tuyến có thành phần đất thịt, đất sét cao, chịu đựng được với tác dụng thường xuyên của bão gió cấp 5, 6

Nhiều tuyến có cây chắn sóng bảo vệ như cây mắn, chà là, cây dừa nước… Dọc theo cả tuyến và rộng 200- 400 m như đê biển Vũng tàu, Côn đảo, Gò công, Sóc trăng, Bến tre, Cà mau, Kiên giang Tình trạng rất lo ngại hiện nay là các rừng cây này đang bị phá hủy dần do việc phát triển đắp đê bao nuôi trồng thủy sản (tôm, cua) Một mặt cây bị chặt phá để dễ thu hoạch thủy sản mặt khác cây bị chết dần do mất nguồn phù sa và thay đổi môi trường sống vì đắp đê bao

Hình 1.4: Mặt cắt điển hình đê biển Nam bộ:

(1) Thân đê; (2) Kè lát mái; (3) Chân khay; (4) Mặt đê cứng hóa

- Việc nâng tầm đê biển lên một bước mới sẽ là tiền đề thúc đẩy phát triển tổng hợp kinh tế, xã hội và du lịch tại các vùng ven biển Đồng thời, đê biển sẽ góp phần tạo ra một phòng tuyến vững chắc bảo vệ an ninh, quốc phòng vùng ven biển như định hướng phát triển các vùng của Đảng “kết hợp chặt chẽ phát triển kinh tế với bảo vệ an ninh, quốc phòng”

- Đê biển chưa là một chỉnh thể đồng bộ, bền vững: Nhiều vị trí chưa có kè bảo

vệ nên nguy cơ sạt lở mái phía biển là rất lớn; một số vùng biển tiến mặc dù đã có

kè mái đê phía biển nhưng chưa có giải pháp bảo vệ bãi nên khả năng mất ổn định chân kè khi bãi bị bào mòn, hạ thấp; mặt đê dễ xói lở, sình lầy khi mưa bão hoặc sóng to nên không thể ứng cứu được khi xảy ra sự cố; thân đê đắp bằng đất cát pha (có nơi bằng cát) nên rất dễ bị xói mòn, rửa trôi; cống dưới đê đã xây dựng từ lâu chưa được tu sửa, không đảm bảo an toàn cho đê, chưa đủ số lượng để kiểm soát mặn phục vụ phát triển kinh tế

- Do tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, sự gia tăng về tần số và cường độ của thiên tai (bão) đe doạ đến an toàn của đê biển (theo thống kê sơ bộ, trong những năm gần đây số cơn bão xuất hiện ở Biển Đông có ảnh hưởng đến nước ta nhiều hơn, đặc biệt số cơn bãocó sức gió mạnh cấp 10, cấp 12, giật trên cấp 12 chiếm tỷ lệ lớn hơn so với các thập kỷ trước)

- Công nghệ mới phát triển: Hệ thống kè mỏ hàn ngang bảo vệ bãi biển Hải Hậu trước đây đã thi công bằng đá đổ bị hư hỏng, mất dần tác dụng theo thời gian Hiện nay, với sự phát triển của khoa học, công nghệ và mở rộng hợp tác quốc tế có

thể áp dụng nhiều loại kết cấu mới bền vững hơn và đã thử nghiệm thành công ở chính vị trí này

- Nếu không tiếp tục nâng cấp, củng cố thì hàng loạt đoạn đê biển có nguy cơ sạt lở, mất đi những thành quả đã đạt được của các dự án đã đầu tư

Khối lượng cần tu bổ, nâng cấp và hoàn thiện hệ thống đê biển, đê cửa sông các tỉnh ven biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam là rất lớn, do đó việc xác định điều tra

độ ổn định của đê biển đoạn từ Quảng Ninh đến Quảng Nam là cần thiết để từ đó có

cơ sở khoa học cho việc xác định nâng cấp đê biển hiện có

2.2: Cơ chế phá hoại đê do bão:

Qua thực tế những lần sạt lở và vỡ đê trong lịch sử đã thống kế và đưa ra 3 dạng phá hoại đê chính sau:

Dạng thứ nhất: (chiếm đa số) do tác động của sóng và các yếu tố động lực khác

từ biển gây xói lở chân đê làm cho mái đê mất ổn định, dẫn đến sạt lở khi gặp các yếu tố bất lợi;

Dạng thứ hai: Dạng này ít gặp hơn nước bị ứ đọng ở phía đồng không thoát kịp

qua các cống, tràn lên măt đê và mái đê gây ra xói lở cục bộ, sạt sập mái đê (chủ

yếu các đê cửa sông Miền Trung);

Dạng thứ ba: Xảy ra trong cơn bão số 7 năm 2005 triều cường, nước dâng cao kết hợp với sóng mạnh trong bão đã tràn đê gây xói mái đê phía đồng gây mất ổn định dẫn tới vỡ đê:

+ Kết cấu kè bảo vệ mái đê phía biển những đoạn trực tiếp chịu tác động của sóng còn chưa đủ kiên cố đồng bộ để chống gió bão cấp 11, cấp 12;

Hầu hết các đoạn đê bị phá hoại là trực diện với biển chịu tác động trực tiếp của sóng lớn Thực tế qua các trận bão năm 2005- 2007 cho thấy, những đoạn đê trực tiếp biển mái phía biển được bảo vệ bằng đá hộc lát khan đá xây từ cao trình +3.5m

trở lên (Từ +3.5m trở xuống bảo vệ bằng cấu kiện BT do trước đây không đủ kinh

phí đầu tư) là không đảm bảo ổn định bền vững: Bão số 7 năm 2005 sóng lớn đã

làm hư hại nặng hoặc phá hủy phần đá lát khan, đá xây từ cao trình 3.5m trở lên, dẫn đến vỡ đê biển như sau: Đê biển số 1 - Đồ sơn, đê biển Cát hải, đê biển Nam

định (những đoạn mái đê phía biển được bảo vệ toàn bộ bằng các loại cấu kiện BT đúc sẵn có đủ chiều dày, trọng lượng phù hợp thì không bị phá hoại trong bão)

Tường chắn sóng chưa đủ kiên cố: Tường chắn sóng trên đỉnh đê bằng đá xây

hoặc BT thường , móng tường được đặt chưa đủ sâu nên không đảm bảo ổn định, bên cạnh đó hình dạng tường một số khu vực chưa thực sự phù hợp Khi chịu tác động trực tiếp của sóng Tường bị lật hay bị bẻ gãy dẫn đến vỡ đê, đây là cơ chế vỡ

đê đã xảy ra ở Đồ sơn- Hải phòng

Sóng và sóng leo cao hơn mức sóng tính toán khi thiết kế trước đây:

Giai đoạn trước đây đê được thiết kế chống với gió bão cấp 9, triểu tần suất 5% trong khi bão số 7 năm 2005 với sức gió cấp 12, giật trên cấp 12 lại trùng với thời

kỳ triểu cường gây sóng lớn vượt mức thiết kế của đê Sóng tràn qua mặt đê, gây sạt

lở mái đê phía đồng, mặt đê (những đoạn mặt đê chưa được cứng hóa, mái đê phía đồng chưa được bảo vệ bằng đá lát, hoặc trồng cỏ) gây vỡ đê từ phía trong ra, đây là

cơ chế vỡ đê xảy ra đối với đê biển Hải hậu- Cát hải

Hình 2.1: Mô phỏng các hình thức phá hoại đê biển thường gặp:

A :Nước tràn; B: Sóng tràn qua đỉnh đê; C: Sạt mái trong phía đồng; D: Trượt; E:

Trượt mái biển; F:; G: Thấm lậu; H:; I: Xói mái biển; J: Lún; K:; L:

Trong các cơ chế trên các cơ chế thường xuất hiện phổ biến và liên tục xảy ra đối với đê biển Nam định và bắc khu 4 là:

B: Sóng tràn qua đỉnh đê H: Xói mái đê phía biển

C: Sạt mái trong phía đồng I: Xói chân khay mái biển

E: Trượt mái phía biển J: Đê bị lún

Một số dạng đê kè bị hư hỏng thường gặp trên tuyến đê biển Việt Nam

Hình 2.2 Dòng ven và sóng gây xói mái đê và kè phía biển dưới chân kè

Hình 2.3 Sóng leo và nước dâng gây trượt mái đê phía biển

Hình 2.4 Sóng leo lớn gây tràn qua mặt đê dẫn đến xói mặt đê và mái đê phía sau:

Hình 2.5 Sóng tràn qua đỉnh đê không có tường chắn sóng

Hình 2.6 Sóng tràn qua đỉnh đê có tường chắn sóng

Hình 2.7 Sóng tràn sạt mái đê phía trong đồng

• Phá hoại ở mái đê phía biển:

Quá trình sóng leo lên, vỡ ra rồi rút xuống một phần sẽ gây áp lực nước tác dụng trực tiếp lên mái đê, kè Áp lực sóng dương đè lên mái dốc khi sóng leo lên mái kè, truyền vào bên trong môi trường nước trong đất của thân đê ép nước của khu vực đất chịu tác động ra phía bên cạnh, làm thay đổi trạng thái ứng suất của cốt đất khi sóng rút, mực nước bên ngoài mái đê hạ thấp, tạo ra sự chênh lệch áp lực nước giữa bên trong đất nền và mặt ngoài đê, kè- Đó chính là áp lực sóng âm đẩy lên mặt đáy kết cấu kè và có xu thế kéo cốt đất thoát ra khỏi liên kết của nó

Ngoài ra sóng lên xuống liên tục với tần suất lớn và áp lực cao khiến cho sự liên kết của cốt đất thay đổi liên tục do chịu tác động trực tiếp của dòng nước thấm

và rút liên tục sẽ gây mất ổn định mái phía biển

Hình 2.8: Phần đá lát khan phía thượng lưu bị sóng đánh hư hỏng toàn bộ

• Phá hoại từ mái đê phía trong đồng:

Tại các khu vực mặt bãi bị hạ thấp, khi chiều sâu nước trước công trình tăng thì chiều cao sóng, khi có gió bão triều cường và nước dâng cao, sóng tràn qua mặt đê với lưu lượng lớn Do thân đê chủ yếu là đất cát được bọc một lớp đất thịt dày 0.5m thậm chí nhiều chỗ bị mưa gió bào mòn chỉ còn 0.3m nên dưới tác động của sóng tràn qua thân đê lớp đất thịt quá mỏng nhanh chóng bị cuốn trôi đi, sau đó cát trong thân đê cũng bị lôi khỏi thân đê làm mái đê phía đồng bị phá hủy và đê bị vỡ từ phía trong đồng vỡ ra

Mặt khác khi sóng tràn qua mặt đê một phần lưu lượng sẽ được thấm trực tiếp vào thân đê còn lại chảy theo mái, do sóng liên tục nên lưu lượng thấm vào thân đê

sẽ tăng lên kết hợp với hệ số đầm nén của đê thấp sẽ khiến lưu lượng thấn tăng lên kết hợp với sự gia tăng của đường bão hòa sẽ khiến đê mất ổn định phía đồng Khi dòng thấm trong thân đê mạnh kết hợp với sự đầm nén của đê thấp sẽ khiến dòng nước thấm sẽ mang theo những hạt đất nhỏ tạo lỗ rỗng trong thân đê tăng lên Gây mất ổn định mái đồng

Hình 2.9: Sóng tràn qua gây sạt lở đê từ trong đồng

2.3: Sóng và các đặc trưng:

2.3.1: Khái niệm Sóng:

Sóng là dao động có chu kỳ tại nơi có cột nước có vận tốc và có áp lực Sóng được hình thành khi gió thổi trên mặt nước và năng lượng gió được chuyển hóa thành năng lượng sóng Sóng là một trong những yếu tố có tác động mạnh đến bờ biển và các công trình ven biển Khi sóng chuyển động tới bờ biển nó bị vỡ và giải phóng năng lượng tạo thành các xoáy khuấy động bùn cát làm hạt bùn cát nổi lơ lửng trong nước và bị dòng chảy cuốn trôi Năng lượng sóng càng lớn thì càng có nhiều bùn cát bị vận chuyển, trong thực tế sóng tác dụng vào đường bờ thường được phân thành hai loại chính:

Sóng do gió: Là sóng được hình thành trong khu vực do gió sóng do gió thường là các sóng có biên độ nhỏ, chiều dài bước sóng không lớn và chủ yếu là các sóng không đều

Sóng lừng: Là các sóng hình thành ở vùng nước sâu xảy ra sau khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới hoặc được tạo bởi một cơn bão nào đó ở đại dương cách xa khu vực nghiên cứu Sóng lừng có bước sóng tương đối dài và có thể vượt một khoảng cách lớn Trong quá trình dịch chuyển các sóng này sẽ tự sắp xếp thành các

nhóm theo tốc độ chuyển động va hình thành dạng sóng Đồng thời năng lượng sóng trong quá trình chuyển động cũng không bị tiêu hao nhiều Một trận bão ở Thái Bình Dương có thể tạo thành các sóng Lừng gây ảnh hưởng tới bờ biển Philippin và Việt nam sau khi nó chuyển động vài nghìn Km từ nơi hình thành tới nơi ảnh hưởng Khi vào gần bờ do ảnh hưởng của ma sát đáy nên biên độ sóng tăng lên đáng kể và có tác động nguy hiểm hơn so với sóng do gió gây ra trong khu vực Xét trong điều kiện địa hình thực tế dải bờ biển nước ta phần lớn được bao bọc bởi các quần đảo như Philipin, Indonexia…Do đó bờ biển thường không chịu tác động nhiều của sóng Lừng truyền từ ngoài khơi tới, tuy nhiên ở một số tỉnh Miền Trung sóng Lừng có vai trò đáng kể trong các yếu tố động lực biển

Trong phạm vi của đề tài này chỉ đề cập đến sóng do gió, bão, nói chung sóng biển do gió có mặt cắt đối xứng, có chiều cao H và chiều dài L, tỷ số H/L được quy ước gọi là độ dốc của sóng Sau khi vào gần bờ sóng mất tính nghiêm trọng, sóng sẽ

đổ bộ và tạo nên một áp lực lớn lên mặt biển

1: Ngọn sóng 4: Chân sóng

2: Bụng sóng 5: Mặt nước tĩnh

3: Đỉnh sóng 6: Đường trung bình sóng

Hình 2.10: Các yếu tố của sóng:

2.3.2: Sóng tràn và các đặc trưng:

Nước bị đẩy tràn qua đỉnh đê do động năng của sóng khi mà đỉnh đê vẫn còn cao hơn mực nước biển được gọi là sóng tràn (xem Hình 2.11) Sóng tràn có liên hệ mật thiết với sóng leo vì khi sóng leo vượt quá đỉnh đê sẽ sinh ra sóng tràn Dòng nước bám sát vào mái đê và tràn qua đỉnh đê được gọi là dòng “tràn xanh” hay còn gọi là “thuần tràn” Ngoài ra lượng tràn qua đê còn được đóng góp bởi một lượng nước rơi từ trên xuống từ dòng bắn tóe do va chạm của sóng và mái đê và đôi khi còn do tác dụng hỗ trợ của gió trong bão Lượng sóng tràn được lấy trung bình trong một đơn vị thời gian gọi là lưu lượng sóng tràn trung bình thời gian hay

còn gọi là lượng tràn trung bình q Lưu lượng tràn trung bình thường được lấy trên

một mét chiều dài đê và có đơn vị là m3/s/m hoặc l/s/m (thực chất là lưu lượng tràn trung bình đơn vị) Do tính chất ngẫu nhiên của quá trình sóng tràn nên thời gian tính lưu lượng trung bình phải đủ dài Qua quan sát người ta thấy rằng lượng tràn trung bình đạt đến giá trị ổn định qua khoảng thời gian của khoảng 1000 con sóng Do tính chất này nên đây là một tham số thiết kế quan trọng bậc nhất đối với đê biển và được dùng phổ biến nhất hiện nay Ngoài ra để phục vụ cho một số mục đích khác như tính toán ổn định kết cấu người ta còn đưa ra khái

niệm lượng tràn trên con sóng và lượng tràn lớn nhất trên con sóng

Hình 2.11: Sóng tràn qua đỉnh đê

Các tham số sóng:

Ngoài các đặc trưng kết cấu hình học công trình, các tham số sóng đặc biệt là tại chân đê chính là điều kiện tải trọng quyết định đến tính chất của sóng tràn qua đê (xem bảng 2)

Một tham số đặc biệt là sự kết hợp giữa tính chất của công trình và điều kiện

tải trọng đó là chỉ số Irribaren hay còn gọi là chỉ số tương tự sóng đổ ξ Chỉ

số Irribaren là thước đo độ dốc tương đối giữa mái đê so với sóng:

Hình 2.11b: Các dạng sóng vỡ: nhảy vỡ và dâng vỡ Sóng nhảy vỡ (ξom≤ 2.0) thường gặp khi mái đê tương đối thoải còn sóng dâng vỡ ξom≥ 2.0) xảy ra khi mái đê dốc (trong trường hợp này kết cấu sóng hầu như không bị phá vỡ) Sóng nhảy vỡ cho tiêu hao năng lượng sóng lớn nhất và

vì vậy sóng tràn qua đê cũng giảm hơn so với trường hợp sóng dâng vỡ

2.3.3: Sóng tràn qua đê mái dốc:

Sau sự khởi xướng của Saville (1955), năm 1980 Owen dựa trên kết quả của

500 thí nghiệm mô hình với sóng ngẫu nhiên đã công bố công thức xác định sóng tràn qua công trình mái nhẵn như sau:

.exp c

R q

hệ số thực nghiệm a và b trong công thức (2.3) được tác giả lập cho các độ dốc mái

đê khác nhau như thống kê ở bảng 2.1

Owen (1980) cũng đã xét đến ảnh hưởng giảm sóng tràn của độ nhám của mái

đê thông qua hệ số chiết giảm ∆f :

exp c 1

R q

Bảng 2.1: Các hệ số thực nghiệm trong CT Owen (1980) cho đê mái nhẵn

Sau đó Owen (1980) đã dựa trên các thí nghiệm bổ xung để hiệu chỉnh lại các

hệ số a và b một lần nữa cho cả trường hợp sóng đến xiên góc (β ≠00) Xem Owen (1980) về chi tiết các giá trị của các hệ số a và b cho trường hợp này

De Waal and Van der Meer (1992) cũng có nghiên cứu sóng tràn qua mái nhẵn không thấm tương tự như Owen (1980) tuy nhiên lượng sóng tràn lại được liên hệ thông qua mức độ sự thiếu hụt độ cao của đỉnh đê (Ru2%-Rc)/Hs (mô hình dạng B):

5 2%

s s

q

H gH

  (2.5)

Trong đó Ru2% là chiều cao sóng leo 2% (ứng với 2% con sóng vượt mức này

ở trên mái đê không tràn) Có thể thấy rằng phạm vi ứng dụng của công thức trên còn nhiều hạn chế như không xét đến ảnh hưởng của độ nhám mái đê, ảnh hưởng của cơ, và nhất là phải tính sóng tràn thông qua sóng leo Ru2% Vì vậy sau này Van der Meer (1993) đã cải tiến công thức trên, biểu diễn sóng tràn trực tiếp thông qua độ lưu không tương đối của đỉnh đê Rc/Hs (mô hình dạng A), và sử dụng cả các kết quả nghiên cứu của Owen (1980) và của Führboter và cộng sự (1989) Ngoài ra, Van der Meer (1993) còn cho rằng sóng tràn còn phụ thuộc vào tính chất tương tác của sóng với công trình thể hiện qua các kiểu sóng vỡ khác nhau ở trên mái công trình (tức là giữa sóng sóng nhảy vỡ và dâng vỡ, xem Hình 2.11b) Tác giả đã đề xuất công thức tính toán sóng tràn có thể ứng dụng cho cả trường hợp đê

có cơ (phía biển) và mái đê có độ nhám

Không dừng lại ở đó các nghiên cứu của Van der Meer (1993) sau này vẫn được tiếp tục phát triển hoàn thiện hơn (xem Van der Meer và Janssen, 1995) Ở TAW (2002), bộ công thức tính toán sóng tràn qua đê đã khá hoàn chỉnh với phạm

vi ứng dụng rộng rãi cho đa dạng các loại kết cấu hình học đê và có xét đến nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nhau

Cho sóng nhảy vỡ, γ ξb 0m≤ξcr ≈2.0: (2.6)

Cho sóng dâng vỡ (không vỡ), γ ξb 0m>ξcr ≈2.0: (2.7)

Khi sóng vỡ nhiều trên bãi rất nông, ξ ≥0m 7: (2.8)

3

0 0

H

3

0 0

H

γ γ

γ γ γ γξ

α

Trong đó ξ0mđược tính theo các công thức (2.1) và (2.2) với chu kỳ phổ đặc trưng Tm-1.0 ξcr là giá trị phân giới giữa sóng vỡ và không vỡ Các hệ số chiết giảm γ

sẽ được xét đến theo bảng sau

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

Bê tông nhựa Asphalt, bê tông, cấu kiện BT nhẵn, cỏ,

Cấu kiện BT liên kết ngang, Cấu kiện có cỏ mọc 0.95

Các cấu kiện đặc biệt: Basalt, Basalton, Hydroblock,

Lessinische và Vilvoordse, cấu kiện độ nhám nhỏ 0.85

Mấu giảm sóng loại nhỏ chiếm 1/25 bề mặt kè 0.85

Mấu giảm sóng loại nhỏ chiếm 1/9 bề mặt kè 0.8

cấu kiện kè cao thấp chiếm ¼ diện tích với chênh cao

Đá lát khan, đá xây chít vữa theo họa tiết 0.85-0.9

Hình 2.12: Xác định độ dốc mái đê quy đổi trong trường hợp mái phức hợp

(có cơ ngoài, theo TAW, 2002)

Do Ru2% chưa biết trước nên độ dốc mái đê quy đổi tanα trong trường hợp

có cơ ngoài phải xác định thông qua tính lặp Khi Ru2% > Rc thì có thể lấy Ru2%

= Rc để tính tanα trong công thức trên

Hình 2.13 cho thấy các số liệu tổng hợp cùng với đường hồi quy sóng tràn qua đê với nhiều dạng kết cấu hình học mái và điều kiện sóng khác nhau (TAW, 2002)

Hình trên: Khi sóng nhảy vỡ

Hình dưới: Khi sóng dâng vỡ (không bị vỡ) Hình 2.13: Số liệu sóng tràn với kết cấu hình học đê và điều kiện sóng khác

nhau (TAW, 2002)

Để cho mục đích so sánh Bảng 2.2 tóm tắt các thông số chủ yếu của một số nghiên

cứu về sóng tràn qua đê mái dốc

Bảng 2.2: Nghiên cứu sóng tràn qua đê mái dốc Tác giả/

om b s

S q

3

mo

q gH

1(0.33 0.022 )

1

u

R R

2.3.4: Các đặc trưng sóng tràn theo con sóng:

2.3.4.1: Lượng tràn trên con sóng:

Ở các phần trước chúng ta đã đề cập đến các phương pháp xác định lưu lượng tràn trung bình thời gian dùng cho các mục đích thiết kế Trong tự nhiên sóng tràn

là một quá trình không liên tục (gián đoạn) và mang tính ngẫu nhiên rất cao, không phải con sóng nào cũng tràn qua đê và với lưu lượng tràn rất khác nhau theo từng con sóng Do đó lưu lượng tràn trung bình thời gian không thể đặc trưng đầy đủ cho lượng nước tràn theo một con sóng qua đê Hình 2.14 là một ví dụ lấy từ kết quả nghiên cứu của Schüttrumpf và Oumeraci (2005), minh họa sự khác biệt rõ rệt giữa lưu lượng tràn trung bình thời gian và lưu lượng tràn trong một con sóng đơn lẻ Đây chính là lý do mà người ta đưa ra khái niệm lượng tràn trên con sóng Lượng tràn trên con sóng được dùng trong tính toán ổn định kết cấu khi mà lưu lượng tràn trung bình thời gian không đem lại độ tin cậy cần thiết

Hình 2.14: Quá trình lưu lượng tràn con sóng và lưu lượng tràn trung bình

(Theo Schüttrumpf và Oumeraci, 2005)

TAW (2002) cho rằng lưu lượng tràn theo con sóng tuân thủ luật phân bố thống

kê Weibull với hệ số hình dạng bằng 0.75 và hệ số tỷ lệ a phụ thuộc vào lưu lượng tràn trung bình thời gian và xác suất sóng tràn trên con sóng Hàm phân bố xác suất sóng tràn trên con sóng như sau:

ov

a P

=

Trong đó PV là xác suất mà thể tích sóng tràn trên một con sóng V nhỏ hơn hoặc bằng V (m3/m), q là lưu lượng tràn trung bình thời gian (m3/s/m), Tm là chu kỳ sóng, Pov = Nov/N là xác suất sóng tràn trên con sóng, Nov là số con sóng tràn, N là số con sóng trong bão (N.Tm là thời gian bão hoặc là khoảng thời gian xem xét)

Pov được xác định như sau, giả thiết rằng sóng leo tuân thủ phân bố Rayleigh :

2.3.4.2: Dòng chảy sóng tràn trên đỉnh đê:

Ngoài lưu lượng tràn qua đê, chế độ dòng chảy sóng tràn trên đỉnh đê và mái phía trong cũng là vấn đề đang được quan tâm nghiên cứu hiện nay Dòng chảy sóng tràn có thể gây xói lở và làm mất ổn định đỉnh đê và mái phía trong nếu như các kết cấu này không được bảo vệ thích hợp Do vậy tính chất của dòng chảy này

có ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán thiết kế và kiểm tra sức chịu tải của đê chịu sóng tràn

Hình 2.15 Sơ đồ tính toán chế độ dòng chảy (vận tốc, độ sâu) sóng tràn trên đỉnh

đê và mái phía trong (Schüttrumpf và Oumeraci, 2005) Schüttrumpf (xem Schüttrumpf, 2001 và Schüttrumpf và Oumeraci, 2005) đã tiến hành thí nghiệm mô hình sóng tràn trong máng sóng với đê với nhiều độ dốc mái trong và ngoài khác nhau Thí nghiệm đã được thiết kế sao để vận tốc và độ sâu dòng chảy sóng tràn trên đỉnh đê và mái phía trong có thể được đo đạc một cách chi tiết Dựa trên những kết quả của thí nghiệm này kết hợp với các phân tích lý thuyết Schüttrumpf và Oumeraci (2005) đã đưa ra một hệ thống công thức bán kinh nghiệm cho phép xác định độ sâu và vận tốc dòng chảy sóng tràn trên đỉnh đê và dọc theo mái trong (xem Hình 2.15)

Tuấn và các cộng sự (2006) thấy rằng việc sử dụng lưu lượng tràn trung bình cho các mục đích tính toán ổn định và diễn biến hình thái là không phù hợp Vì vậy, dựa trên các quan sát và đo đạc thực nghiệm sóng tràn các tác giả đã miêu tả tính chất gián đoạn và cường độ sóng tràn trên đỉnh đê theo phương pháp tương tự quá trình sóng tràn (event-based approach) Theo đó quá trình lưu lượng tràn trên đỉnh

đê được biểu diễn thông qua biểu đồ dạng tam giác (xem Hình 2.16)

Hình 2.16: Quá trình lưu lượng và tính chất gián đoạn của sóng tràn trên đỉnh đê

(Tuấn và nnk, 2006)

Để đặc trưng cho tính chất gián đoạn và cường độ sóng tràn Tuấn và các cộng

sự (2006) đã đưa ra một số khái niệm và thông số sóng tràn mới như : Lưu lượng tràn trung bình tức thì qcd, thời gian tràn tương đối Fcd, độ lệch sóng tràn, Các tham số này là hàm số của các điều kiện biên thủy lực và hình học mái đê phía biển

2.4: Thấm- Ổn định của đê biển khi có nước tràn qua:

2.4.1: Tầm quan trọng tính thấm qua đê biển khi có nước tràn qua:

Thấm có một ý nghĩa rất lớn trong việc xây dựng và khai thác những công trình bờ biển, thủy lợi Riêng đối với thấm qua đập đất (đê biển) lại càng có ý nghĩa quan trọng Đê biển là một công trình chắn nước và làm bằng đập vật liệu địa phương xốp, đê biển chịu tác dụng của cột nước và hình thành dòng thấm đi xuyên qua thân đập và nền gây những tác hại lớn và tính bền vững của công trình

Đặc biệt đối với những đê biển làm bằng vật liệu địa phương khi có nước tràn qua đỉnh đê vấn đề bền vững của đê lại càng phải quan tâm Do đó trong thiết kế và

xây dựng đê biển vấn đề nghiên cứu đánh giá những đặc trưng cơ bản của dòng thấm là một khâu quan trọng và không thể thiếu được

Mục đích nghiên cứu thấm qua đê biển nhằm giải quyết những vấn đề sau: Xác định lưu lượng nước thấm qua thân đê nền và bờ để đánh giá tổn thất nước Trên cơ sở đó sẽ quyết định những hình thức chống thấm cho thân đập và nền + Xác định vị trí của đường bão hòa để bố trí vật liệu xây dựng thân đập và đánh giá sự ổn định của mái dốc hạ lưu Việc xác định vị trí của đường bão hòa còn