M� Đ�U LỜI CẢM ƠN Trong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng đê biển an toàn cao theo hướng hài hòa với môi trường sinh thái” do ThS Nguyễn Viết Tiến là chủ nhiệm đề tà[.]
LỜI CẢM ƠN Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng đê biển an tồn cao theo hướng hài hịa với mơi trường sinh thái” ThS Nguyễn Viết Tiến chủ nhiệm đề tài, Trung tâm Tư vấn & Chuyển giao Cơng nghệ Thủy lợi quan chủ trì đề tài, luận văn “Nghiên cứu đề xuất, thiết kế mặt cắt hợp lý cải tạo đê đá đổ khu vực Cát Hải nhằm gia tăng ổn định giảm sóng tràn” hoàn thành thời gian quy định Trong suốt trình thực luận văn tác giả nhận nhiều giúp đỡ quý báu bổ ích Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại học Thủy Lợi, Khoa Cơng trình, Phịng Đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ suốt thời gian tác giả học tập nghiên cứu trường Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Thiều Quang Tuấn vạch định hướng khoa học tận tình hướng dẫn tác giả suốt q trình hồn thành luận văn Cảm ơn đồng nghiệp Trung tâm Tư vấn Chuyển giao công nghệ Thủy lợi – Tổng cục Thủy lợi người dẫn tác giả trình nghiên cứu Đặc biệt NCS Nguyễn Viết Tiến - đồng nghiệp đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay, cung cấp nhiều thông tin bổ ích số liệu đầu vào cần thiết dùng trình làm luận văn Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình động viên tác giả suốt q trình học tập hồn thành luận văn này./ Hà Nội, ngày tháng Tác giả Mai Thị Hà năm 2014 BẢN CAM KẾT Họ tên học viên: Mai Thị Hà Chuyên ngành: Xây dựng Công trình Thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu đề xuất, thiết kế mặt cắt hợp lý cải tạo đê đá đổ khu vực Cát Hải nhằm gia tăng ổn định giảm sóng tràn” Tơi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, tính tốn trung thực, không chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật Khoa Nhà trường./ Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên cao học Mai Thị Hà MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài: Phương pháp nghiên cứu: 4 Kết dự kiến đạt được: Nội dung luận văn: CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Điều kiện tự nhiên 1.1.3 Điều kiện xã hội 1.1.4 Tổng quan đê biển .6 1.2 Tổng quan giải pháp giảm tải trọng sóng tác động lên cơng trình 1.2.1 Kè mỏ hàn 1.2.2 Đê ngầm giảm sóng 10 1.2.3 Dải ngầm giảm sóng 11 1.2.4 Kết cấu thùng chìm buồng tiêu sóng .11 1.2.5 Một số giải pháp cơng trình gần nhằm giảm sóng tác động lên cơng trình Việt Nam .13 1.2.6 Lăng thể giảm sóng trước cơng trình .21 1.3 Kết luận Chương 23 CHƯƠNG II ĐỀ XUẤT DẠNG MẶT CẮT NGANG HỢP LÝ CHO ĐÊ BIỂN CÁT HẢI ĐOẠN GÓT – GIA LỘC 24 2.1 Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế mặt cắt ngang đê biển Cát Hải 24 2.2 Đề xuất tiêu chí xây dựng đê biển hợp lý cho khu vực 28 2.3 Lựa chọn giải pháp giảm tương tác sóng tác động lên cơng trình cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc 30 2.4 Đề xuất dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc 30 2.5 Kết luận Chương 32 CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH TỐN TƯƠNG TÁC SĨNG CƠNG TRÌNH 33 3.1 Cơ sở khoa học mơ hình IH2-VOF (Máng sóng số) 33 3.2 Kiểm định hiệu chỉnh mơ hình tốn cho tốn tương tác sóng đê ngầm 35 3.2.1 Thí nghiệm vật lý .36 3.2.2 Mơ hình toán 36 3.2.3 Kết kiểm định 37 3.2.4 Kết luận: 39 3.3 Xây dựng mơ hình toán cho toán nghiên cứu 40 3.4 Xác định vị trí hợp lý đặt lăng thể Tetrapod giảm sóng 41 3.4.1 Đề xuất kịch tính toán 41 3.4.2 Xây dựng biểu đồ quan hệ lưu lượng sóng tràn vị trí đặt lăng thể Tetrapod giảm sóng 43 3.4.3 Phân tích kết tính tốn lưu lượng sóng tràn qua đỉnh đê 45 3.4.4 Phân tích khả chiết giảm lưu tốc dịng chảy qua lăng thể Tetrapod, mái đê, thềm trước tường tường đỉnh 47 3.4.5 Xác định vị trí đặt lăng thể Tetrapod .49 3.5 Kết luận Chương 49 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN CÁT HẢI ĐOẠN GÓT – GIA LỘC 51 4.1 Vị trí khu vực đoạn Gót – Gia Lộc 51 4.2 Đặc điểm địa hình 51 4.3 Đặc điểm địa chất 51 4.4 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 52 4.4.1 Khí hậu .52 4.4.2 Nhiệt độ 52 4.4.3 Mưa 52 4.4.4 Độ ẩm, lượng bốc 55 4.4.5 Gió 55 4.5 Đặc điểm hải thủy văn 58 4.5.1 Về thuỷ triều 58 4.5.2 Về bão 60 4.5.3 Về sóng 61 4.5.4 Về nước dâng bão 62 4.6 Xác định cao trình đỉnh đê 64 4.6.1 Trường hợp khơng cho phép sóng tràn 64 4.6.2 Tính tốn lượng sóng tràn qua đê trường hợp cho phép sóng tràn qua đỉnh đê theo tiêu chuẩn hành .67 4.6.3 Lưu lượng sóng tràn đê có tường đỉnh, có thềm trước tường có lăng thể Tetrapod giảm sóng trước cơng trình 68 4.7 Dạng mặt cắt đê hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc 69 4.8 Cấu kiện bảo vệ mái đê phía biển 72 4.9 Lăng thể Tetrapod giảm sóng cải thiện tương tác sóng – cơng trình 73 4.10 Tính tốn ổn định cơng trình 74 4.11 Kết luận Chương 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 Các kết đạt luận văn .81 Hạn chế, tồn .81 Kiến nghị .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 84 DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦu Hình Dải ngầm giảm sóng xa bờ Hình Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan mái đê biển Norderney biển Bắc, nước Đức .2 Hình Đê biển đá đổ khu vực Cát Hải, TP Hải Phòng Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu Hình 1 Vị trí khu vực nghiên cứu Hình Dải ngầm giảm sóng xa bờ .8 Hình Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan mái đê biển Norderneybiển Bắc, nước Đức .9 Hình Cơ chế bồi xói mỏ hàn Hình Mỏ hàn chữ I chữ T đê biển Nghĩa Hưng, Nam Định Hình Hiệu giảm sóng đê ngầm đá đổ khu vực MiamyMontaza, Alexandria, Ai Cập bão .10 Hình Sự thay đổi đường bờ bãi biển Songdo, Busan, Hàn Quốc hai đê ngầm sử dụng cấu kiện tiêu sóng Tetrapod nặng 25 .10 Hình Đê ngầm bảo vệ bờ biển khối Reef ball 11 Hình Dải ngầm giảm sóng .11 Hình 10 Kết cấu thùng chìm nhiều buồng tiêu sóng 12 Hình 11 Đê chắn sóng tách bờ tạo bãi bảo vệ bờ biển Cà Mau 14 Hình 12 Đê biển Gành Hào, Bạc Liêu 15 Hình 13 Đê mềm vải địa kỹ thuật Bạc Liêu .16 Hình 14 Giảm lượng sóng bảo vệ bờ biển trồng rừng ngập mặn 17 Hình 15 Hình phối cảnh mơ hình kết cấu kè tiêu , hấp thu lượng sóng (TU.ICOE.2012) .19 Hình 16 Hình ảnh kiểu kè HDH.ICOE.2012 ứng dụng nguyên lý tiêu – hắt sóng tới giảm xói chân kè mố tiêu mũi phun 21 Hình 1.17 Sử dụng lăng thể cấu kiện tiêu giảm sóng để bảo vệ cơng trình 22 Hình 18 Đê biển Nghĩa Hưng, Nam Định sử dụng lăng thể Tetrapod trước đê 22 Chương Đề xuất dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc Hình Mái kè khu vực dự án sau đợt bão, triều cường 25 Hình 2 Mái đê đoạn K2+000-K2+800 gia cố cấu kiện Holhquader 26 Hình Sóng tràn qua đê biển Cát Hải bão số hồi tháng 6/2013 .26 Hình Mái đê đoạn chưa gia cố sau bão số vào tháng 6/2013 27 Hình MC - Dạng mặt cắt ngang đê thiết kế điển hình 31 Hình MC - Dạng mặt cắt ngang đê thiết kế điển hình 31 Chương Nghiên cứu mơ hình tốn tương tác sóng cơng trình Hình Ngun tắc trung bình thể tích cố thể xốp rỗng hệ phương trình VARANS 35 Hình Giá trị hàm mật độ F mặt thống chất lỏng (Khí: F = 0; chất lỏng F = 1,0; Mặt thoáng: F < 1,0) 35 Hình 3 Sơ đồ bố trí nghiệm mơ hình vật lý 36 Hình Sơ họa lưới tính tốn mơ hình tốn 36 Hình So sánh mực nước tính tốn thực đo Kết tính tốn: đường liền nét, Kết thực đo: điểm chấm F=−5 cm, b=100 cm, Hs=10 cm, (a) Tp=2,4 s, (b)Tp=3,2 s .37 Hình So sánh phổ sóng tính tốn phổ sóng thực đo đầu đo sóng trường hợp F=−5 cm, b=100 cm, Hs=10 cm, Tp=2,4 s Kết thực đo: Đường liền nét, Kết tính tốn: đường nét đứt 38 Hình So sánh kết tính tốn lan truyền sóng F=−5 cm, b=100 cm, Hs=10 cm, Tp=2,4 s Kết thực đo: điểm chấm, Kết tính tốn: Đường liền nét 39 Hình Kết tính tốn trường vận tốc, F=−5 cm, b=100 cm, Hs=10 cm, Tp=2,4 s 39 Hình Sơ đồ tính tốn sóng tràn qua đê biển Cát Hải 40 Hình 10 Ví dụ thiết lập miền tính tốn lưới tính tốn mơ hình máng sóng số .41 Hình 11 Hình ảnh tính tốn mơ hình IH2-VOF 43 Hình 12 Quan hệ lưu lượng sóng tràn vị trí xây dựng lăng thể - Mặt cắt 44 Hình 13 Quan hệ lưu lượng sóng tràn vị trí xây dựng lăng thể - Mặt cắt 45 Hình 14 Trường hợp khơng có lăng thể, lưu tốc qua mái đê đỉnh đê lớn 47 Hình 15 Trường hợp có lăng thể, có thềm, có tường, lưu tốc qua đỉnh đê cịn nhỏ 48 Hình 16 Dạng mặt cắt hợp lý cho đê biển đoạn Gót – Gia Lộc, Cát Hải, Hải Phòng 49 Chương Thiết kế đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc Hình Bản đồ vị trí khu vực dự án 51 Hình Biểu đồ tổng lượng mưa trung bình tháng nhiều năm (1984÷1993) 53 Hình Biểu đồ số ngày mưa trung bình tháng & năm nhiều năm (1984÷1993) 53 Hình 4 Hoa gió tổng hợp nhiều năm trạm Hịn Dấu (1984÷1993) 56 Hình Dạng mặt cắt hợp lý cho đê biển đoạn Gót – Gia Lộc, Cát Hải, Hải Phòng 71 Hình Sơ đồ chia lát tính tốn ổn định .75 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên dải đất 76 Hình Kết tính tốn ổn định tổng thể trường hợp I .78 Hình Kết tính tốn ổn định tổng thể trường hợp II 79 Hình 10 Đẳng chuyển vị đứng mặt cắt tính tốn trường hợp I 79 Hình 11 Đẳng chuyển vị đứng mặt cắt tính tốn trường hợp II 79 DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương Nghiên cứu mô hình tốn tương tác sóng cơng trình Bảng Tổng hợp kịch mơ phỏng, tính tốn 42 Bảng Các tham số mơ hình kết cấu xốp rỗng .43 Bảng 3 Quan hệ lưu lượng sóng tràn qua đê biển với vị trí xây dựng lăng thể Tetrapod - Mặt cắt 44 Bảng Quan hệ lưu lượng sóng tràn qua đê biển với vị trí xây dựng lăng thể Tetrapod - Mặt cắt 45 Chương Thiết kế đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc Bảng Số ngày mưa trung bình tháng năm nhiều năm (1984÷1993) 54 Bảng Tần suất hướng gió tháng mùa đơng trung bình nhiều năm 56 Bảng Tần suất hướng gió mùa chuyển tiếp nhiều năm .56 Bảng 4 Tính tần suất gió 57 Bảng Mực nước thực đo trạm Hòn Dấu từ năm 1988÷2007 58 Bảng Mực nước thực đo trạm Cửa Ơng từ năm 1986÷2007 59 Bảng Tần suất bão hoạt động phân bố tháng năm 61 Bảng Tần suất hoạt động bão phân bố theo vĩ độ 61 Bảng Chiều cao nước dâng khu vực vĩ tuyến 190-200 62 Bảng 10 Hệ số chiết giảm đê trường hợp tính tốn 66 Bảng 11 Chiều cao sóng leo tính tốn với bề rộng khác 66 Bảng 12 Cao trình đỉnh đê trường hợp khơng cho nước tràn qua với trường hợp khác 67 Bảng 13 Lưu lượng sóng tràn qua đỉnh đê với trường hợp khác 68 Bảng 15 Các tiêu đất 77 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam quốc gia nằm khu vực ổ bão tây bắc Thái Bình Dương với đường bờ biển dài 3200 km qua nhiều vùng có đặc điểm điạ chất, điạ mạo chế độ thủy triều, tỷ lệ đường bờ biển so với diện tích lục địa lớn Với địa hình phần lớn đồi, núi, vùng đồng dọc ven biển đánh giá khu vực động, giàu tiềm năng, có nhiều thuận lợi phát triển kinh tế - xã hội Hiện khu vực tập trung dân cư với mật độ lớn nhiều sở hạ tầng kinh tế quan trọng Tuy nhiên, bên cạnh lợi thế, khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng nặng nề thiên tai, chủ yếu bão lũ với tần suất trung bình hàng năm từ đến trận bão, thiên tai ngày nghiêm trọng trước xu biến đổi cực đoan khí hậu làm mực nước biển dâng cao; bão, lũ ngày khốc liệt, bất thường, gia tăng tần suất xuất cường độ Do hệ thống đê biển nước ta hình thành từ sớm, minh chứng cho trình chống chọi với thiên nhiên khơng ngừng người Việt Nam Hệ thống đê biển xây dựng, bồi trúc phát triển qua nhiều hệ với vật liệu chủ yếu đất đá lấy chỗ người địa phương tự đắp phương pháp thủ cơng với trình độ kỹ thuật chưa cao kinh phí đầu tư cịn hạn chế nên hệ thống đê biển nước ta tình trạng bị đe dọa, nhiều trận bão xảy phá hàng trăm, hàng ngàn m đê biển, ảnh hưởng không nhỏ đến phát triển kinh tế, xã hội vùng dân cư ven biển Được quan tâm nhà nước hệ thống đê biển nước ta đầu tư khôi phục nâng cấp nhiều lần thông qua dự án PAM 4617, OXFAM, EC, CARE, ADB, chương trình đê biển quốc gia, nhiên tuyến đê biển nhìn chung cịn thấp nhỏ Đê biển miền bắc thuộc loại lớn nước tập trung chủ yếu tỉnh Hải Phòng, Thái Bình Nam Định Một số tuyến đê biển nâng cấp có cao trình đỉnh phổ biến mức + 5,5 m (kể tường đỉnh) Mặt đê bê tơng hóa phần, chủ yếu đê đất, sình lầy mùa mưa bão dễ bị xói mặt Dạng mặt cắt ngang đê ứng với kịch MC Đầu đo (1) cho kết tương ứng với trường hợp có tường, khơng thềm, Zđ = +5,0 m, vị trí đặt lăng thể cách chân đê X (m) Phụ lục C: Kết tính lưu lượng tràn mơ hình IH2-VOF MC1 - Trường hợp không tường Zđ=+4,5m, không lăng thể, q= 65,28/1200*1000 = 54,4 l/s/m MC1 - Trường hợp khơng tường Zđ=+4,5m, có lăng thể với X= m, q= 22,57/1200*1000 = 18,8 l/s/m MC1 - Trường hợp không tường Zđ=+4,5m, có lăng thể với X= m, q= 17,86/1200*1000 = 14,9 l/s/m MC1 - Trường hợp không tường Zđ=+4,5m, có lăng thể với X= 10 m, q= 11,69/1200*1000 = 9,7 l/s/m MC1 - Trường hợp không tường Zđ=+4,5m, có lăng thể với X= 20 m, q= 9,21/1200*1000 = 7,7 l/s/m MC1 - Trường hợp có tường, có thềm Zđ=+5,0m, không lăng thể, q= 20,35/1200*1000 = 17,0 l/s/m MC1 - Trường hợp có tường, có thềm Zđ=+5,0m, có lăng thể với X= m, q= 3,84/1200*1000 = 3,2 l/s/m MC1 - Trường hợp có tường, có thềm Zđ=+5,0m, có lăng thể với X= m, q= 3,27/1200*1000 = 2,7 l/s/m MC1 - Trường hợp có tường, có thềm Zđ=+5,0m, có lăng thể với X= 10 m, q= 0,68/1200*1000 = 0,6 l/s/m MC2 - Trường hợp khơng tường Zđ=+4,5m, có lăng thể với X= 20 m, q= 23,8/1200*1000 = 19,8 l/s/m MC2 - Trường hợp có tường, có thềm Zđ=+5,0m, không lăng thể, q= 61,8/1200*1000 = 51,5 l/s/m MC2- Trường hợp có tường, có thềm Zđ=+5,0m, có lăng thể với X = m, q= 19,06/1200*1000 = 15,9 l/s/m MC2- Trường hợp có tường, có thềm Zđ=+5,0m, có lăng thể với X = m, q= 13,09/1200*1000 = 10,9 l/s/m MC2- Trường hợp có tường, có thềm Zđ=+5,0m, có lăng thể với X = 10 m, q= 5,74/1200*1000 = 4,8 l/s/m