LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp công trình đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình” đ được hoàn thành với sự hướng dẫn và giúp giúp đỡ tận tình của: Ban giám hiệu, các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Công trình, Bộ môn Công nghệ và quản lý xây dựng - Trường đại học Thủy lợi cùng các bạn bè và đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Dương Đức Tiến, người hướng dẫn khoa học, đ rất tận tình, không kể thời gian hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, gia đình, bạn bè & đồng nghiệp đ góp những ý kiến quý báu, tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn Sở NN&PTNT Ninh Bình, Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Ninh Bình, các cơ quan đơn vị đ giúp đỡ tác giả trong quá trình điều tra thu thập tài liệu phục vụ nghiên cứu đề tài. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả được trình bày luận văn này. H Ni, tháng 8 năm 2012 Tác giả Nguyễn Hữu Thưởng LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Hữu Thưởng Học viên lớp: CH18C2 Đề tài luận văn cao học: “Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp công trình đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình” được trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội giao cho học viên Nguyễn Hữu Thưởng, được sự hướng dẫn của TS Dương Đức Tiến luận văn đ hoàn thành. Tôi xin cam đoan với Khoa Công trình và Phòng Đào tạo trường Đại học Thủy Lợi đề tài nghiên cứu này là công trình của cá nhân tôi ./. Hà Ni, ngày 28 tháng 8 năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Hữu Thưởng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3 3. Phương pháp nghiên cứu 3 4. Kết quả đạt được 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐÊ SÔNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐÊ SÔNG 5 1.1. Tổng quan về hệ thống đê sông 5 1.1.1. Tổng quan tình hình chung hệ thống đê sông trên thế giới 5 1.1.2. Tổng quan về đê sông ở Việt Nam 7 1.2. Vấn đề ổn định và biến dạng của đê sông 10 1.2.1. Các nghiên cứu về ổn định và biến dạng của đê sông trên thế giới 10 1.2.2. Các nghiên cứu về ổn định của đê sông ở Việt Nam hiện nay 14 1.2.3. Đánh giá về ổn định của đê sông Việt Nam hiện nay trong điều kiện của biến đổi khí hậu 19 1.3. Kết luận chương 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG VIỆC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ SÔNG 22 2.1. Cơ chế phá hoại đê 22 2.1.1. Cơ chế vi mô 23 2.1.2. Cơ chế vĩ mô 25 2.2. Các tiêu chí cơ bản trong việc đánh giá độ ổn định của đê sông 28 2.2.1. Quy mô mặt cắt ngang đê 28 2.2.2. Cao trình đỉnh đê 29 2.2.3. Bề rộng mặt đê 30 2.2.3. Gia cố mặt đê và kiên cố hóa đê 32 2.2.4. Đánh giá về chất lượng thân đê và nền đê 34 2.2.5. Phân tích sự làm việc của đê, các khả năng phá hoại sự làm việc an toàn của đê 36 2.3. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm qua đê trong trường hợp ngâm lũ 41 2.4. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm qua đê trong trường hợp lũ rút 43 2.4.1. Phương trình cơ bản của dòng thấm không ổn định 43 2.4.2. Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn 47 2.4.3. Đường bo hòa của đê đất đồng chất khi mực nước hạ thấp 50 2.5. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp ngâm lũ 53 2.5.1. Phương pháp tính toán trượt cung tròn 53 2.5.2. Phương pháp mặt trượt phức hợp 55 2.5.3. Các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất 56 2.6. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp lũ rút 56 2.6.1. Áp lực kẽ rỗng khi mực nước rút nhanh 57 2.6.2. Các phương pháp tính áp lực kẽ rỗng 57 2.6.3. Các cách tính toán áp lực kẽ rỗng trên thế giới 61 2.6.4. Phương pháp tính ổn định mái do có khi mực nuớc trước công trình rút nhanh 62 2.7. Kết luận chương 63 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG LŨ CỦA ĐÊ HỮU ĐÁY THUỘC TỈNH NINH BÌNH 64 3.1. Điều kiện tự nhiên 64 3.1.1. Vị trí địa lý 64 3.1.2. Địa hình, địa mạo và thổ nhưỡng 65 3.2. Đặc điểm khí hậu, thuỷ văn 66 3.2.1. Đặc điểm khí hậu của lưu vực sông Đáy 66 3.2.2. Đặc điểm thuỷ văn của sông Đáy 69 3.2.3. Xâm nhập mặn 71 3.2.4. Thuỷ triều 72 3.3. Hiện trạng đê điều 74 3.3.1. Cao trình đỉnh đê 74 3.3.2. Mặt cắt ngang đê 74 3.3.3. Thân đê và nền đê 75 3.3.4. Các chi tiêu khác 75 3.4. Các tiêu chí xác định đánh giá khả năng chống lũ của đê hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 76 3.4.1. Phân cấp đê 76 3.4.2. Tần suất lưu lượng lớn nhất của sông 77 3.4.3. Cao trình đỉnh đê 77 3.4.4. Mức đảm bảo phòng chống lũ 78 3.5. Kết quả đánh giá khả năng chống lũ của đê hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình theo các tiêu chí dùng trong thiết kế 78 3.5.1. Cao trình đỉnh đê 78 3.5.2. Nhiệm vụ của tuyến đê hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 82 3.5.3. Phân cấp đê 83 3.5.4. Tiêu chuẩn thiết kế đê 87 3.5.6. Chiều rộng mặt đê 88 3.6. Kết luật chương 89 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỨNG DỤNG CHO ĐÊ HỮU ĐÁY THUỘC TỈNH NINH BÌNH 90 4.1. Đề xuất mặt cắt thiết kế 90 4.1.1. Cao trình mặt đê 91 4.1.2. Kết cấu mặt đê 91 4.1.3. Mặt cắt thiết kế điển hình 91 4.2. Địa chất thân đê và nền đê Hữu Sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 95 4.2.1. Tại Km20+00m (tại trạm thủy văn Ninh Bình) 95 4.2.2. Tại Km45+00m (tại trạm thủy văn Độc Bộ) 96 4.3. Phân tích ổn định đê 98 4.3.1. Phân tích ổn định trượt mái đê 98 4.3.2. Phân tích thấm qua đê 101 4.3.3. Phân tích ổn định lún cho đê 101 4.4. Kết quả tính toán 102 4.5. Kết luận chương 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤ LỤC 107 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Lũ lụt sông Rock River ở Mỹ phá hủy cầu và đường quốc lộ năm 2011 6 Hình 1-2: Vỡ đê tại Thái Lan năm 2011 6 Hình 1-3: Lũ lụt tại miền bắc Thái Lan năm 2011 7 Hình 1-4: Lũ lụt tại miền trung Thái Lan năm 2011 7 Hình 1-5: Đê bờ trái sông Yodo ở Osaka- Nhật Bản 7 Hình 1-6: Bờ đê kết hợp giao thông ở Hà Lan 7 Hình 1-7: Bản đồ hệ thống đê lưu vực sông Hồng – Thái Bình 10 Hình 1-9: Các đạng di chuyển của khối đất đá 11 Hình 1-10: Đê sạt lở bờ sông Đáy do biến đổi khí hậu 18 Hình 1-11: Sông Hoàng Long – Ninh Bình bị vỡ đê năm 2008 18 Hình 2-1: Cơ chế phá hoại đê 21 Hình 2-2: Cơ chế vi mô 23 Hình 2-3: Cơ chế vĩ mô 25 Hình 2-4: Mặt cắt ngang đặc trưng của đê 28 Hình 2-5: Các dạng trượt mái đê 37 Hình 2-6: Dòng thấm qua đê và nền trong mùa lũ 37 Hình 2-7: Trượt mái đê cùng với nền 38 Hình 2-8: Dòng thấm trong thân đê khi lũ rút nhanh 38 Hình 2-9: Sự hình thành mạch đùn, mạch sủi 39 Hình 2-10: Dòng thấm trong thân đê không đồng nhất 39 Hình 2-11: Sơ đồ các đường thấm tập trung trong đê 40 Hình 2-12: Các dạng hang thấm tập trung 41 Hình 2-13: Dòng chảy ngầm trong đê 41 Hình 2-14: Sơ đồ biểu thị định luật bảo toàn khối lượng cho dòng thấm không ổn định 43 Hình 2-15: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số thấm và áp lực kẽ rỗng 47 Hình 2-16: Rời rạc hóa miền xác định 48 Hình 2-17: Tính toán đường bo hòa khi mực nước hạ xuống 53 Hình 2-18: Tính toán theo phương pháp trượt cung tròn 53 Hình 2-19: Tính toán theo phương pháp mặt trượt phức hợp 55 Hình 2-20: Sơ đồ tính áp lực kẽ rỗng 59 Hình 2-21: Xác định áp lực kẽ rỗng bằng lưới thấm 61 Hình 2-22: Hướng lực tác dụng giữa các dải theo phương ngang 62 Hình 3-1: Mặt cắt hiện trạng đê hữu Đáy tỉnh Ninh Bình 76 Hình 3-1: Sơ đồ mạng thủy lực sông Hồng – Sông Thái Bình và hệ thống biên trên - dưới mô phỏng trên mô hình Mike11 80 Hình 4-1: Giải pháp đắp áp trúc về phía đồng 92 Hình 4-2: Giải pháp đắp áp trúc về phía sông 93 Hình 4-3: Giải pháp đoạn qua thành phố Ninh Bình 94 Hình 4-4: Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên mặt đê 99 Hình 4-5: Sơ đồ tính toán các lực tác dụng lên mặt đê 100 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Chiều rộng đỉnh đê 31 Bảng 2-2: Độ cấp nước của các loại đất đá 51 Bảng 2-3: Các phương pháp thí nghiệm và các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất 56 Bảng 3-1: Lượng mưa 3 ngày lớn nhất, ứng với các trận lũ lớn tại các trạm đo 67 Bảng 3-2: Nhiệt độ không khí trung bình tại trạm Ninh Bình 68 Bảng 3-3: Độ ẩm tương đối trung bình tháng và năm trạm Ninh Bình 68 Bảng 3-4: Lượng bốc hơi (PICHE) trung bình tại Ninh Bình 69 Bảng 3-5: Số cơn bo đổ bộ vào Ninh Bình từ năm 1977 đến 1995 69 Bảng 3-6: Mực nước thực đo lớn nhất tại các trạm trên sông Đáy 71 Bảng 3-7: Độ mặn tại một số vị trí trên sông Đáy 71 Bảng 3-8: Mực nước đỉnh triều cao nhất và chân triều thấp nhất một số vị trí trên sông Đáy 73 Bảng 3-9: Mực nước đỉnh triều và chân triều trung bình tháng một số vị trí trên sông Đáy 73 Bảng 3-10: Mực nước triều vào mùa lũ một số vị trí trên sông Đáy 74 Bảng 3-11. Phân cấp đê chính của đê sông 76 Bảng 3-12. Tần suất lưu lượng lớn nhất của sông đối với đê chính 77 Bảng 3-13: Mực nước thiết kế cho đê hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 77 Bảng 3-14: Hệ số ổn định và độ cao gia thăng an toàn của đê 78 Bảng 3-15: Các thông số thiết kế các hồ chứa phòng lũ thượng nguồn 81 Bảng 3-16: Phân cấp tuyến đê hữu Đáy tỉnh Ninh Bình 83 Bảng 3-17: Mực nước lũ lớn nhất theo các trường hợp tính 84 Bảng 3-18: Lưu lượng lớn nhất theo các trường hợp tính 85 Bảng 3-19: Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980-1999 85 Bảng 3-20: So sánh mực nước quy định của Bộ Nông nghiệp & PTNT và kết quả tính toán thủy lực 87 Bảng 3-21: Các thông số thiết kế đê hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 87 Bảng 3-22: Kết quả tính toán cao trình đê hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 88 Bảng 3-23: Các yếu tố trên mặt cắt ngang cấp thiết kế của đường 89 Bảng 4-1: Giá trị chỉ tiêu cơ lý trung bình tại Km20+00m 95 Bảng 4-2: Giá trị chỉ tiêu cơ lý trung bình tại Km45+00m 97 Bảng 4-3: Kết quả tính ổn định mặt cắt hình 4 - 1 102 Bảng 4-4: Kết quả tính ổn định mặt cắt hình 4 - 2 102 Bảng 4-5: Kết quả tính ổn định mặt cắt hình 4 - 3 103 [...]... ụ ụn inh, kh nng phũng chng l hin trng ca ờ Hu ỏy thuc tnh Ninh Bỡnh, cng nh phõn tớch cỏc c im t nhiờn, khớ tng thy vn trờn a bn tnh - Nghiờn cu la chn, xut tuyn ờ Hu sụng ỏy thuc tnh Ninh Bỡnh hp lý - Nghiờn cu tớnh toỏn n nh, xut ra mt ct ờ Hu sụng ỏy thuc tnh Ninh Bỡnh + Phm vi nghiờn cu: Tuyn ờ Hu sụng ỏy t cng ch Lng n ca ỏy thuc tnh Ninh Bỡnh vi tng chiu di khong 75,0 km 3 Phng phỏp nghiờn... ỏy Sụng chy qua a phn cỏc huyn: Gia Vin, Hoa L, Yờn Khỏnh, Kim Sn v thnh ph Ninh Bỡnh vi tng chiu di khong 75,0 Km on ờ Hu sụng ỏy thuc a phn tnh Ninh Bỡnh c xp Cp III Hng nm c s quan tõm ca ng, Nh nc ờ hu sụng ỏy thng xuyờn c ci to, nõng cp, kiờn c hoỏ ỏp ng c yờu cu phũng chng lt bóo, bo v an ton cho dõn sinh, kinh t tnh Ninh Bỡnh Tuy nhiờn, do kinh phớ cũn hn ch nờn vic tu b ờ iu thng xuyờn hng... nh khoa hc cụng b, cỏc kch bn ca WB, IPPC (t chc liờn quc gia v bin i khớ hõu ton cu) d bỏo Vit Nam l mt trong 5 nc trờn th gii s nh hng nng n nht v mc nc bin dõng do khớ hu (nht l cỏc vựng ng bng ven bin), mc nc bin dõng t (3 ữ 15)cm nm 2010; 33 cm nm 2050 v (45 ữ 90)cm nm 2070; 100 cm nm 2100 Xut phỏt t yờu cu thc t trờn ti Nghiờn cu c s khoa hc la chn gii phỏp cụng trỡnh ờ Hu sụng ỏy thuc tnh Ninh. .. cú v trớ nm h lu cỏc dũng sụng v cú a hỡnh khỏ phc tp, Ninh Bỡnh thng xuyờn chu nh hng ca l trờn cỏc sụng nh sụng Hong Long, sụng ỏy, l sụng Hng phõn sang sụng ỏy qua sụng o Nam nh, ngoi ra cũn b nh hng l do ma ni ng v bóo bin Trong giai on t nm 2000 n 2010, hng nm Ninh Bỡnh b thit hi hng trm t ng do thiờn tai bóo, l, triu cng on sụng ỏy thuc Ninh Bỡnh bt u t cng ch Lng v kt thỳc ti ca ỏy Sụng chy... v Bc Ninh Nm 1915, t ngy 11 n 20 thỏng 8: ờ b v liờn tip 42 ch vi tng chiu di 4180 m (t 11 - 20/7/1915 khi mc nc H Ni dao ng t 11,55 m n 11,64 m) Nhng ni v chớnh nh: Xõm Dng, Xõm Th ờ hu sụng Hng thuc tnh H ụng Cỏc ch v khỏc nh Lc Cnh, Hong Xỏ, Trung H tnh Phỳc Yờn; Phi Lit, Thu Mo tnh Bc Ninh ờ t sụng Hng, v : M Chõn tnh Hng Yờn; Gia Qut, Gia Thng, Phỳ Tũng, Yờn Viờn, ụng Th, Danh Nam tnh Bc Ninh. .. ti Tnh Ninh Bỡnh thuc vựng éng bng Bc B, nm to a lý 20o v P P Bc v 106o kinh éụng, cỏch Th ụ H ni 90 km, l tnh phớa Nam ca vựng P P ng bng Bc B, ni chuyn tip a lý min Bc vi min Trung bi dóy nỳi Tam ip hựng v Phớa Bc v ụng Bc giỏp tnh Ho Bỡnh v H Nam, phớa Nam, phớa Tõy giỏp tnh Thanh Hoỏ v bin ụng, phớa ụng giỏp tnh Nam nh - Din tớch t nhiờn: 1.341 km2 - Dõn s: 943.899 ngi - Tnh l: Thnh ph Ninh Bỡnh... mi v cỏc phn mm tớnh toỏn (S dng phn mm GEO_SLOPE tớnh n nh thm v n nh trt mỏi) 4 4 Kt qu t c - ỏnh giỏ hin trng kh nng chng l ca ờ Hu sụng ỏy thuc tnh Ninh Bỡnh - xut chn tuyn, mt ct hp lý v gii phỏp n nh nõng cao kh nng chng l ca ờ Hu sụng ỏy tnh Ninh Bỡnh 5 CHNG 1 TNG QUAN CHUNG V ấ SễNG V N NH ấ SễNG 1.1 Tng quan v h thng ờ sụng 1.1.1 Tng quan tỡnh hỡnh chung h thng ờ sụng trờn th gii ờ sụng l... (1248), vua Trn Thỏi Tụng sai quan cỏc l p ờ hai bờn b sụng Hng t u ngun ti bin, gi l Dnh Nh ờ hay ờ Quai Vc Nguyn Cụng Tr ó cú cụng khn hoang vựng duyờn hi Ninh Bỡnh, Thỏi Bỡnh Ch trong 2 nm (1828 - 1829), ễng lp ra 2 huyn Tin Hi (Thỏi Bỡnh) v Kim Sn (Ninh Bỡnh) õy l vựng t bi, hng nm tc phự sa bi t tin ra bin t (80 ữ 100) m T ú, c sau (20 ữ 30) nm, ờ bin mi c xõy p ln ra bin n nay, Kim Sn ó tin hnh quai... ca ờ Hu ỏy thuc tnh Ninh Bỡnh, cng nh xut nhng gii phỏp giỳp sa cha, nõng cp v tu b nõng cao kh nng n nh ca ờ, ỏp ng c yờu cu phũng chng l, bóo cho cỏc tuyn ờ sụng Hong Long v sụng ỏy nm trong tng th cỏc hng mc cụng trỡnh cn phi xõy dng, nõng cp thc hin bói b vic s dng cỏc khu phõn l, lm chm l thuc h thng sụng Hng v tin ti xoỏ b khu chm l sụng Hong Long iu ny ht sc cú ý ngha khoa hc v mang tớnh thc... trong ng v ngoi sụng ngang bng nhau 17 - Do mc nc Bn dõng cao, nc l sụng Hong Long trn vo Mai Phng - m Cỳt ra ca ch Lng Nm 1996 Trn l ln xy ra khi cn bóo s 4 b vo Ninh Bỡnh, Nam nh v Thanh Hoỏ Lng ma quan trc t ngy 12 - 16/8/1996 nh sau : Ninh Bỡnh : 358 mm Nho Quan : 322 mm - Sụng Hong Long ti trm thu vn Hng Thi mc nc l ln nht o c l 17,78 m - Sụng Hong Long ti trm Bn : Hmax = 4,81 m (nu chuyn v cao . thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp công trình đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình đ được hoàn thành với sự hướng. Nguyễn Hữu Thưởng LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Hữu Thưởng Học viên lớp: CH18C2 Đề tài luận văn cao học: Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp công trình đê Hữu sông Đáy thuộc. lý. - Nghiên cứu tính toán ổn định, đề xuất ra mặt cắt đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình. + Phạm vi nghiên cứu: Tuyến đê Hữu sông Đáy từ cống Địch Lộng đến cửa Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình với