LỜI CẢM ƠN  Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “Nghiên cứu giải pháp công trình đảm bảo an toàn cho đê biển tỉnh Nam Định chịu tác động của triều cường và gió bão cấp 10” được hoàn thành với sự giúp đỡ của Quý thầy cô giáo trong khoa Công trình thủy, phòng Đào tạo đại học và Sau đại học, bộ môn Thủy công cùng các đồng nghiệp và bạn bè. Xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn vè đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Chiến đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả phấn đấu hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ tác giả về mọi mặt trong suốt thời gian vừa qua. Tuy đã có những cố gắng nỗ lực phấn đấu rất nhiều, nhưng do thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè góp ý xây dựng để tác giả có thể tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2014 Tác giả Đoàn Thị Loan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Đoàn Thị Loan MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục đích của đề tài 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2 5. Kết quả đạt được 2 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH VÀ CÁC YÊU CẦU CẢI TẠO, NÂNG CẤP ĐÊ 3 1.1. Tổng quan về hệ thống đê biển Nam Định 3 1.2. Ảnh hưởng của các điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn đến an toàn của đê biển tỉnh Nam Định 6 1.2.1. Ảnh hưởng của bão 6 1.2.2. Ảnh hưởng của sóng 6 1.2.3. Ảnh hưởng của mực nước triều 7 1.3. Đánh giá thực trạng an toàn đê biển Nam Định 10 1.3.1. Tổng quát thực trạng an toàn đê biển Nam Định 10 1.3.2. Hiện trạng tuyến đê Giao Thủy 11 1.3.3. Hiện trạng tuyến đê Hải Hậu 12 1.3.4. Hiện trạng tuyến đê biển Nghĩa Hưng 13 1.3.5. Tồn tại của đê biển Nam Định 13 1.4. Các yêu cầu cải tạo, nâng cấp đê biển tỉnh Nam Định 14 1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu 16 CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH NÂNG CẤP ĐÊ BIỂN TỈNH NAM ĐỊNH 17 2.1. Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn khu vực ven biển Nam Định 17 2.1.1. Các trạm khí tượng thuỷ văn 17 2.1.2. Các đặc trưng khí hậu 17 2.1.3. Đặc điểm thuỷ văn - thuỷ lực vùng biển Nam Định 22 2.2. Tiêu chuẩn thiết kế đê biển 24 2.2.1. Xác định cấp đê 24 2.2.2. Xác định tần suất thiết kế 24 2.2.3. Tuổi thọ công trình 24 2.2.3. Trị số gia tăng độ cao an toàn 25 2.3. Đề xuất giải pháp công trình để nâng cấp đê biển tỉnh Nam Định 25 2.3.1. Hiện trạng một số mặt cắt điển hình đê biển Nam Định 25 2.3.2. Xác định các chỉ tiêu thiết kế 25 2.4. Phân tích, lựa chọn giải pháp công trình hợp lý 32 2.4.1. Đê Giao Thủy: Đoạn Đồng Hiệu từ Km 30+600 đến Km 31+161 dài 570m32 2.4.2. Hải Hậu: Đoạn Gót Tràng từ K27+120 đến K27+900 dài 849,5 m 33 2.4.3. Nghĩa Hưng: Đoạn Tây Nam Điền từ K 16+613 đến K18+ 217 dài 1.604 m36 2.5. Kết luận chương 2 38 CHƯƠNG 3 : ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN NÂNG CẤP MỘT ĐOẠN ĐÊ BIỂN GIAO THỦY, NAM ĐỊNH 39 3.1. Mô tả hiện trạng hệ thống đê biển Giao Thủy 39 3.2. Các tài liệu thiết kế, cải tạo nâng cấp đê biển Giao Thủy, Nam Định 43 3.2.1. Điều kiện tự nhiên 43 3.2.2. Điều kiện dân sinh, kinh tế 46 3.3. Đề xuất các phương án công trình nâng cấp đê biển Giao Thủy, Nam Định 47 3.4. Tính toán các kích thước cơ bản của mặt cắt đê theo các phương án 48 3.4.1. Tính toán các kích thước cơ bản của mặt cắt đê theo phương án 1: Đắp đê lên cao trình +4.6m rồi làm tường chắn sóng tới cao trình +5.1 m. 48 3.4.2. Tính toán các kích thước cơ bản mặt cắt theo Phương án 2: Đắp tôn cao đê từ cao trình +3.9m lên cao trình +5.1m 56 3.4.3. Tính toán kích thước cơ bản của mặt cắt theo phương án 3 58 3.5. Tính toán ổn định cho mái đê phía đồng 66 3.5.1. Giới thiệu về phần mềm Geoslope V.6 sử dụng để tính ổn cho công trình 66 3.5.2. Các trường hợp tính toán 69 3.5.3. Các số liệu tính toán 70 3.5.4. Kết quả tính ổn định mái đê phía đồng theo phần mềm Geo - Slope/W V.670 3.6. Phân tích lựa chọn phương án phù hợp 71 3.7. Kết luận chương 3 73 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 74 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Bản đồ phân bố đê biển tỉnh Nam Định 5 Hình 1.2. Cấu kiện bị sóng đánh trôi dạt trên mái đê, kè 7 Hình 1.3. Mực nước triều thấp gió và dòng ven phá hoại chân đê, kè 8 Hình 1.4. Tác động của sóng làm lún mái đê 8 Hình 1.5. Mái đê bị đánh sập bóc hết cấu kiện và khoét hết đất đá 8 Hình 1.6. Mái kè hư hỏng từ cao trình (+2.90) lên mặt đê 9 Hình 1.7. Phần đá lát khan mặt đê bị sóng đánh hư hỏng 9 Hình 1.8. Sóng trùm qua đê và hạ thấp cao trình đê tạo lỗ vỡ 9 Hình 1.9. Sóng tràn qua và gây vỡ đê Táo Khoai – Hải Hậu 9 Hình 1.10. Sóng trùm qua gây sạt lở đê từ trong đồng 10 Hình 1.11. Mặt cắt điển hình từ Km 0 đến Km 4+300 12 Hình 1.12. Mặt cắt điển hình từ K6+763 đến Km 14+125 12 Hình 2.1. Mặt cắt điển hình đoạn đê Đồng Hiệu 33 Hình 2.2. Mặt cắt điển hình đoạn đê Gót Tràng 36 Hình 2.3. Mặt cắt điển hình đoạn đê Tây Nam Điền 37 Hình 3.1. Khu vực Giao Thủy – Nam Định 43 Hình 3.2. Một số dạng kết cấu tường đỉnh phổ biến. 49 Hình 3.3. Tường đỉnh đặt mặt ngoài phía biển. 50 Hình 3.4.Tường đỉnh đặt cuối mặt đê (phía đồng). 50 Hình 3.5. Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phương án 1 56 Hình 3.6. Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phương án 2 58 Hình 3.7. Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phương án 3 66 Hình 3.8. Khối trượt cung tròn 68 Hình 3.9.Sơ đồ phương pháp phân mảnh tính trượt cung tròn 68 DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 . Lượng mưa lớn nhất tại Nam Định theo P% mùa mưa lũ 18 Bảng 2.2 . Lượng mưa vụ chiêm xuân ứng với tần suất P85% như sau : 18 Bảng 2.3 . Thống kê lượng mưa các tháng trong năm từ 2005 ÷ 2011 19 Bảng 2.4 . Độ ẩm trung bình các tháng trong năm 20 Bảng 2.5. Nhiệt độ trung bình các tháng trong năm 21 Bảng 2.6. Số giờ nắng các tháng trong năm từ 2005 ÷ 2011 (giờ) 21 Bảng 2.7. Mực nước thiết kế tại các mặt cắt 26 Bảng 2.8. Bảng tham số sóng thiết kế tại chân công trình 28 Bảng 2.9. Tham số sóng tính toán thiết kế 28 Bảng 2.10. Bảng tính toán tham số sóng thiết kế tại chân công trình 30 Bảng 2.11. Cao trình đỉnh đê thiết kế 32 Bảng 3.1 : Đặc điểm thổ nhưỡng vùng ven biển Giao Thủy 44 Bảng 3.2. Lượng phù sa đoạn hạ lưu sông Hồng và sông Ninh Cơ 44 Bảng 3.3. Một số giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý lớp đất lớp 1,2 45 Bảng 3.4. Một số giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý lớp đất 3,4 46 Bảng 3.5.Các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính đê 70 Bảng 3.6. Khối lượng và giá trị dự toán xây lắp cho 1m dài đê Đồng Hiệu 72 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây với sự phát triển kinh tế, xã hội, nhu cầu đảm bảo an ninh quốc phòng của cả nước, cùng với chiến lược vươn ra biển để khai thác một cách hiệu quả hơn vùng biển nước ta, ngày càng có nhiều hoạt động xã hội, kinh tế và quốc phòng trên phạm vi toàn vùng biển. Điều đó làm tăng rất nhiều khả năng thiệt hại do các thiên tai thời tiết gây ra tại vùng biển và vùng ven biển Việt Nam. Vấn đề này có thể được xem xét trên hai mặt. Thứ nhất là các hoạt động kinh tế xã hội tại vùng biển và ven biển đã gây ra những thay đổi về môi trường tự nhiên theo hướng bất lợi và làm gia tăng thiên tai và thiệt hại của thiên tai. Việc xây dựng các công trình ven bờ biển đã ngăn cản dòng vận chuyển bùn cát tự nhiên dọc bờ, gây ra bồi lấp tại các luồng tàu và xói lở bờ tại nhiều nơi. Các hồ chứa nước được xây dựng tại thượng nguồn các con sông cũng ngăn dòng vận chuyển bùn cát ra biển, làm tình hình xói lở bờ biển ngày càng trở nên nghiêm trọng. Ở rất nhiều khu vực, rừng ngập mặn và rừng phòng hộ ven biển đã bị tàn phá để lấy đất cho các ao đầm nuôi hải sản. Các rừng ngập mặn và rừng phòng hộ bị mất không những gây ra những biến đổi về môi trường sinh thái theo hướng có hại, mà còn giúp cho sóng lớn đánh thẳng vào đê biển, gây vỡ đê biển và ngập lụt. Thứ hai là các hoạt động kinh tế xã hội trên biển và vùng ven biển đã tạo nên sự tập trung rất cao về các công trình xây dựng và tài sản có giá trị cao cũng như dân cư ở vùng ven biển. Điều này cũng làm gia tăng mức độ thiệt hại một khi thiên tai thời tiết xảy ra. Sóng lớn, nướ c dâng kết hợp với triều cường đã làm vỡ đê tại nhiều vị trí, gây thiệt hại về kinh tế xã hội hàng ngàn tỷ đồng. Bão mạnh thường kèm theo nước dâng bão. Trong trường hợp nước dâng bão xảy ra đồng thời với triều cường, mực nước cao giúp sóng đánh trực tiếp vào đê biển, tràn qua đê gây xói lở và có thể vỡ đê, gây ngập lụt trên diện rộng và thiệt hại rất lớn cho vùng ven biển. 2 Hiện trạng hệ thống đê biển mới chỉ thiết kế để chống được triều cường và bão từ cấp 9 trở xuống. Nhưng nhiều đoạn cũng chưa đáp ứng cả tiêu chuẩn tối thiểu này. Trong điều kiện biến đổi khí hậu bão lũ càng khắc nghiệt hơn, yêu cầu của hệ thống đê biển trong thời kỳ mới là phải chống chịu được trường hợp có triều cường và bão lớn hơn cấp 9. 2. Mục đích của đề tài Lựa chọn các giải pháp công trình để nâng cấp đê biển của tỉnh Nam Định đảm bảo an toàn khi có triều cường kết hợp với gió bão cấp 10. Kiến nghị áp dụng cho nâng cấp đê biển Giao Thủy, Nam Định. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu các giải pháp công trình đảm bảo cho an toàn đê biển Nam Định chịu tác động của triều cường và gió bão cấp 10. Phạm vi nghiên cứu: Đối với đê biển Nam Định và áp dụng cho đê biển Giao Thủy, Nam Định. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Phương pháp thống kê kế thừa chọn lọc Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tính toán Lựa chọn giải pháp công trình hợp lý Áp dụng cho công trình thực tế, phân tích, đánh giá kết quả. 5. Kết quả đạt được Đánh giá tổng quan về hệ thống đê biển của tỉnh Nam Định, những tồn tại và yêu cầu cải tạo, nâng cấp. Đề xuất giải pháp công trình chung để cải tạo, nâng cấp hệ thống đê biển tỉnh Nam Định Tính toán áp dụng cụ thể cho đê biển Giao Thủy. Đã đề xuất được giải pháp công trình, tính toán kích thước và đánh giá ổn định của đê được nâng cấp. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH VÀ CÁC YÊU CẦU CẢI TẠO, NÂNG CẤP ĐÊ 1.1. Tổng quan về hệ thống đê biển Nam Định Nam Định là tỉnh đồng bằng ven biển Bắc bộ. Tuyến đê biển Nam Định được hình thành cách đây khoảng 300 năm trên nền đất bồi tụ phù sa của hệ thống sông Hồng, chạy dọc theo tuyến bờ biển tỉnh Nam Định từ cửa Ba Lạt (sông Hồng) đến cửa Đáy có tổng chiều dài 91.810 mét bảo vệ cho các huyện : Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng và 6 xã phía tả sông Ninh Cơ của huyện Trực Ninh. Vùng ảnh hưởng trực tiếp của tuyến đê biển Nam Định gồm 35 xã ven biển có 36.087 ha đất tự nhiên (trong đó có 22.214 ha đất canh tác) và tính mạng, tài sản của 334.845 người dân sống trong khu vực thuộc 3 huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu và Nghĩa Hưng là các huyện nằm trong vùng quy hoạch trọng điểm về kinh tế nông nghiệp và kinh tế biển của tỉnh Nam Định. Được nối liền với tuyến đê sông của 2 dòng sông lớn : Sông Hồng ở phía bắc (đầu tuyến) và sông Đáy ở phía nam (cuối tuyến), lại bị phân cắt tại các vùng cửa sông Sò và sông Ninh Cơ, do vừa trực tiếp chịu ảnh hưởng của thuỷ triều, gió - bão từ biển Đông vừa chịu ảnh hưởng dòng chảy lũ đổ vào biển Đông của các sông ngòi nội địa nên những năm vừa qua tuyến bờ biển Nam Định diễn biến phức tạp, vùng giữa tuyến trực diện với biển thuộc khu vực cuối huyện Giao Thuỷ và gần hết khu vực huyện Hải Hậu, khu vực đông nam huyện Nghĩa Hưng tình trạng biển tiến bãi thoái gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến tuyến đê, nhiều khu vực biển đã ăn sâu vào đất liền phá vỡ đê, nhấn chìm làng mạc, đồng ruộng (như khu vực từ Hải Lý đến Hải Triều huyện Hải Hậu), gây nên thiệt hại lớn cho nhân dân trong vùng. Đặc biệt nguy hiểm khi gặp bão lớn trực tiếp đổ bộ kết hợp triều cường tuyến đê biển Nam Định thường xảy ra các sự cố vỡ đê, sạt, trượt gây nhiều thiệt hại tính mạng, tài sản của nhân dân trong khu vực. [...]... việc của đê kè đã xây dựng Phạm vi nghiên cứu của luận văn này là nghiên cứu các giải pháp công trình đảm bảo cho đê biển tỉnh Nam Định chịu tác động của triều cường và gió bão cấp 10 Sau đó phân tích lựa chọn giải pháp công trình hợp lý Điều này sẽ được đề cập đến trong Chương 2 là Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công trình nâng cấp đê biển tỉnh Nam Định Ở chương 3 sẽ áp dụng tính toán cụ thể cho đê biển. .. bảng 2 Quy định về tuổi thọ công trình vĩnh cửu – Tiêu chuẩn thiết kế đê biển ta xác định tuổi thọ công trình là 50 năm 25 2.2.3 Trị số gia tăng độ cao an toàn Theo bảng 6.Trị số gia tăng độ cao của đê biển –Tiêu chuẩn thiết kế đê biển ta xác định độ cao an toàn a =0,4m 2.3 Đề xuất giải pháp công trình để nâng cấp đê biển tỉnh Nam Định 2.3.1 Hiện trạng một số mặt cắt điển hình đê biển Nam Định a Giao... bảo an toàn phòng chống lụt bão cho các hoạt động nuôi trồng thuỷ sản Những đoạn đê đã được củng cố vững chắc sau bão số 7 năm 2005 đảm bảo chống được bão cấp 10 trùng với mức nước triều tần suất 5% (+2,29m) tại Văn Lý Những đoạn đê biển khác kết hợp với chủ động phương án hộ đê, phương án bảo vệ trọng điểm chống lụt bão theo phương châm 4 tại chỗ đảm bảo tuyến đê Biển an toàn chống được bão cấp 10. .. trồng cỏ thường, tạo cơ tại cao trình (+2,0) rộng 5,0 m, trồng cỏ thường mái cơ Do vậy việc cải tạo, nâng cấp đê biển Nam Định là cần thiết và cấp bách để đảm bảo mặt cắt thiết kế chống chọi lại được với triều cường và gió bão trên cấp 9 1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu Hiện nay, hầu hết tuyến đê trên địa bàn tỉnh Nam Định chưa đủ điền kiện chống bão cấp 10 kết hợp với triều cường với tần suất thiết kê... trọng điểm kinh tế, xã hội vùng ven biển tỉnh Nam Định Đê biển Nam Định chạy theo 2 hướng: đê Giao Thủy chạy theo hướng BắcNam và Đông Bắc –Tây Nam, đê Hải Hậu và Nghĩa Hưng chạy theo hướng Đông Bắc-Tây Nam Vì vậy đê chịu ảnh hưởng của cả gió mùa Đông Bắc và Đông Nam ở các thời điểm khác nhau của năm Bờ biển Nam Định kéo dài từ cửa sông Hồng đến cửa sông Đáy là một dải bờ biển phẳng, địa hình thềm lục địa... toán cụ thể cho đê biển Giao Thủy tỉnh Nam Định 17 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH NÂNG CẤP ĐÊ BIỂN TỈNH NAM ĐỊNH 2.1 Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn khu vực ven biển Nam Định 2.1.1 Các trạm khí tượng thuỷ văn Trạm khí tượng Văn Lý đặt tại xã Hải Lý huyện Hải Hậu ngay sát đê biển, nằm ở trung tâm tuyến đê biển tỉnh Nam Định, trạm có tài liệu quan trắc liên tục từ 1945 đến nay... phục, nâng cấp thông qua cá dự án PAM, và các dự án hỗ trợ của ADB có thể chống với gió bão cấp 9 và mức triều tần suất 5% Nhiều tuyến chưa được tu bổ, nâng cấp chỉ có thể đảm bảo an toàn với gió bão cấp 8 Mặt khác, do điều kiện kinh tế việc đầu tư chưa được tập trung đồng bộ, kiên cố, lại chịu tác động thường xuyên của mưa bão nên hệ thống đê, kè biển vẫn tiếp tục bị xuống cấp Nhiều đoạn đê biển có thể... ngang đê nhiều đoạn không đủ tiêu chuẩn Giải pháp công nghệ thiết kế và xây dựng đê biển chưa hoàn thiện Do đó khi có bão lớn kết hợp triều cường thì nhiều đoạn đê có khả năng bị vỡ, gây thiệt hại lớn cho nhà nước và nhân dân, ảnh hưởng lâu dài về mọi mặt 1.4 Các yêu cầu cải tạo, nâng cấp đê biển tỉnh Nam Định Phần lớn bờ biển Nam Định thuộc vùng biển lấn, bãi thoái nghiêm trọng, trong số 91 km đê biển. .. hình và quy luật của bão làm cho sóng ở vùng bờ biển Nam Định có trị số lớn Bão cấp 7, cấp 8 chiều cao sóng là 2,3 ÷ 2,6 m Bão cấp 9 cấp 10 chiều cao sóng là 2,9 ÷ 3,4 m - Sóng trong mùa khô(Từ tháng XI đến tháng IV) : Hướng sóng : Nhìn chung trùng với hướng gió mùa đông bắc tạo với bờ biển Nam Định một góc từ 30o ÷ 45o Các cơn bão muộn(tháng 10 tháng 11) thường đổ bộ vào bờ biển Nam Trung bộ và Nam. .. ha đất canh tác Dân số: 334.845 người Theo bảng 1 Tiêu chuẩn an toàn và phân cấp đê ta xác định : Công trình cấp III Tiêu chuẩn an toàn( chu kỳ lặp lại): 50 năm 2.2.2 Xác định tần suất thiết kế Theo phụ lục A: Đường tần suất mực nước biển tổng hợp ven bờ ta xác định được ứng với chu kỳ lặp lại 50 năm thì tần suất thiết kế của công trình là 2% 2.2.3 Tuổi thọ công trình Công trình cấp III Dựa vào bảng . nghiên cứu: Nghiên cứu các giải pháp công trình đảm bảo cho an toàn đê biển Nam Định chịu tác động của triều cường và gió bão cấp 10. Phạm vi nghiên cứu: Đối với đê biển Nam Định và áp dụng cho đê. dựng công trình thủy với đề tài Nghiên cứu giải pháp công trình đảm bảo an toàn cho đê biển tỉnh Nam Định chịu tác động của triều cường và gió bão cấp 10 được hoàn thành với sự giúp đỡ của. của tỉnh Nam Định đảm bảo an toàn khi có triều cường kết hợp với gió bão cấp 10. Kiến nghị áp dụng cho nâng cấp đê biển Giao Thủy, Nam Định. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên