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

LỜI CẢM ƠN - Luận văn thạc sĩ chun ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài “Nghiêncứu giải pháp cơng trình đảm bảo an toàn cho đê biển tỉnh Nam Định chịu tác động triều cường gió bão cấp 10” hồn thành với giúp đỡ Q thầy giáo khoa Cơng trình thủy, phịng Đào tạo đại học Sau đại học, môn Thủy công đồng nghiệp bạnbè Xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô, đồng nghiệp bạn vè giúp đỡ, tạođiều kiện thuận lợi cho tác giả suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Giáo sư - Tiến sĩNguyễn Chiến 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 bạn bè động viên, khích lệ tác giả vềmọi mặt suốt thời gian vừa qua Tuy có cố gắng nỗ lực phấn đấu nhiều, thời gian vàtrình độ cịn hạn chế, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong Q thầy cơ, đồng nghiệp bạn bè góp ý xây dựng để tác giả tiếp tục nghiên cứu hồn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2014 Tác giả Đoàn Thị Loan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tơi thực Các kết quả, số liệu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luậnvăn Đoàn ThịLoan MỤC LỤC MỞĐẦU .1 Tính cấp thiết củađềtài .1 Mục đích củađềtài Đối tượng phạm vinghiêncứu Cách tiếp cận phương phápnghiêncứu Kết quảđạtđược CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH VÀ CÁC YÊU CẦUCẢI TẠO, NÂNGCẤPĐÊ 1.1 Tổng quan hệ thống đê biểnNamĐịnh 1.2 Ảnh hưởng điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn đến an toàn củađê biển tỉnhNamĐịnh 1.2.1 Ảnh hưởngcủabão 1.2.2 Ảnh hưởngcủasóng 1.2.3 Ảnh hưởng mựcnước triều .7 1.3 Đánh giá thực trạng an toàn đê biểnNamĐịnh 10 1.3.1 Tổng quát thực trạng an toàn đê biểnNamĐịnh 10 1.3.2 Hiện trạng tuyến đêGiaoThủy 11 1.3.3 Hiện trạng tuyến đêHảiHậu 12 1.3.4 Hiện trạng tuyến đê biểnNghĩaHưng 13 1.3.5 Tồn đê biểnNamĐịnh .13 1.4 Các yêu cầu cải tạo, nâng cấp đê biển tỉnhNamĐịnh 14 1.5 Giới hạn phạm vinghiêncứu 16 CHƯƠNG 2:NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNHNÂNG CẤPĐÊ BIỂN TỈNHNAMĐỊNH 17 2.1 Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn khu vực ven biểnNamĐịnh 17 2.1.1 Các trạm khí tượngthuỷvăn 17 2.1.2 Các đặc trưngkhíhậu 17 MỤC LỤC 2.1.3 Đặc điểm thuỷ văn - thuỷ lực vùng biểnNamĐịnh .22 2.2 Tiêu chuẩn thiết kếđêbiển .24 2.2.1 Xác địnhcấpđê 24 2.2.2 Xác định tần suấtthiếtkế .24 2.2.3 Tuổi thọ cơngtrình .24 2.2.3 Trị số gia tăng độ caoantoàn 25 2.3 Đề xuất giải pháp cơng trình để nâng cấp đê biển tỉnhNamĐịnh 25 2.3.1 Hiện trạng số mặt cắt điển hình đê biểnNamĐịnh 25 2.3.2 Xác định tiêuthiếtkế .25 2.4 Phân tích, lựa chọn giải pháp cơng trìnhhợplý 32 2.4.1.Đê Giao Thủy: Đoạn Đồng Hiệu từ Km 30+600 đến Km 31+161 dài570m32 2.4.2 Hải Hậu: Đoạn Gót Tràng từ K27+120 đến K27+900 dài849,5m 33 2.4.3 Nghĩa Hưng: Đoạn Tây Nam Điền từ K 16+613 đến K18+ 217 dài 1.604 m362.5 Kết luậnchương2 38 CHƯƠNG 3:ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN NÂNG CẤP MỘT ĐOẠN ĐÊ BIỂNGIAO THỦY,NAM ĐỊNH 39 3.1 Mô tả trạng hệ thống đê biểnGiaoThủy 39 3.2 Các tài liệu thiết kế, cải tạo nâng cấp đê biển Giao Thủy,NamĐịnh .43 3.2.1 Điều kiệntựnhiên .43 3.2.2 Điều kiện dân sinh,kinhtế 46 3.3 Đề xuất phương án cơng trình nâng cấp đê biển Giao Thủy,NamĐịnh 47 3.4 Tính tốn kích thước mặt cắt đê theo cácphươngán .48 3.4.1 Tính tốn kích thước mặt cắt đê theo phương án 1: Đắpđê lên cao trình +4.6m làm tường chắn sóng tới cao trình+5.1m 48 3.4.2 Tính tốn kích thước mặt cắt theo Phương án 2: Đắp tôn caođê từ cao trình +3.9m lên caotrình+5.1m 56 3.4.3 Tính tốn kích thước mặt cắt theo phươngán3 58 MỤC LỤC 3.5 Tính tốn ổn định cho mái đêphíađồng 66 3.5.1 Giới thiệu phần mềm Geoslope V.6 sử dụng để tính ổn cho cơng trình 66 3.5.2 Các trường hợptínhtốn .69 3.5.3 Các số liệutínhtốn .70 3.5.4 Kết tính ổn định mái đê phía đồng theo phần mềm Geo - Slope/W V.6703.6 Phân tích lựa chọn phương ánphùhợp .71 3.7 Kết luậnchương3 73 KẾT LUẬN –KIẾNNGHỊ 74 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bản đồ phân bố đê biển tỉnhNamĐịnh Hình 1.2 Cấu kiện bị sóng đánh trơi dạt máiđê,kè Hình 1.3 Mực nước triều thấp gió dịng ven phá hoại chânđê,kè .8 Hình 1.4 Tác động sóng làm lúnmáiđê Hình 1.5 Mái đê bị đánh sập bóc hết cấu kiện khoét hếtđấtđá Hình 1.6 Mái kè hư hỏng từ cao trình (+2.90) lênmặtđê .9 Hình 1.7 Phần đá lát khan mặt đê bị sóng đánhhưhỏng Hình 1.8 Sóng trùm qua đê hạ thấp cao trình đê tạolỗvỡ Hình 1.9 Sóng tràn qua gây vỡ đê Táo Khoai –HảiHậu Hình 1.10 Sóng trùm qua gây sạt lở đê từtrongđồng 10 Hình 1.11 Mặt cắt điển hình từ Km đếnKm4+300 12 Hình 1.12 Mặt cắt điển hình từ K6+763 đếnKm14+125 .12 Hình 2.1 Mặt cắt điển hình đoạn đêĐồngHiệu 33 Hình 2.2 Mặt cắt điển hình đoạn đêGótTràng .36 Hình 2.3 Mặt cắt điển hình đoạn đê TâyNamĐiền 37 Hình 3.1 Khu vực Giao Thủy –NamĐịnh 43 Hình 3.2 Một số dạng kết cấu tường đỉnhphổbiến 49 Hình 3.3 Tường đỉnh đặt mặt ngồiphíabiển .50 Hình 3.4.Tường đỉnh đặt cuối mặt đê(phíađồng) 50 Hình 3.5 Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phươngán1 56 Hình 3.6 Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phươngán2 58 Hình 3.7 Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phươngán3 66 Hình 3.8 Khối trượtcungtrịn 68 Hình 3.9.Sơ đồ phương pháp phân mảnh tính trượtcungtrịn .68 DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Lượng mưa lớn Nam Định theo P% mùamưalũ .18 Bảng 2.2 Lượng mưa vụ chiêm xuân ứng với tần suất P85%như sau 18 Bảng 2.3 Thống kê lượng mưa tháng năm từ 20052011 19 Bảng 2.4 Độ ẩm trung bình thángtrongnăm 20 Bảng 2.5 Nhiệt độ trung bình thángtrongnăm .21 Bảng 2.6 Số nắng tháng năm từ 20052011(giờ) 21 Bảng 2.7 Mực nước thiết kế cácmặtcắt 26 Bảng 2.8 Bảng tham số sóng thiết kế châncơngtrình 28 Bảng 2.9 Tham số sóng tính tốnthiếtkế .28 Bảng 2.10 Bảng tính tốn tham số sóng thiết kế châncơngtrình .30 Bảng 2.11 Cao trình đỉnh đêthiếtkế 32 Bảng 3.1 : Đặc điểm thổ nhưỡng vùng ven biểnGiaoThủy 44 Bảng 3.2 Lượng phù sa đoạn hạ lưu sông Hồng sôngNinhCơ 44 Bảng 3.3 Một số giá trị trung bình tiêu lý lớp đấtlớp1,2 45 Bảng 3.4 Một số giá trị trung bình tiêu lý lớpđất3,4 46 Bảng 3.5.Các tiêu lý lớp đấttínhđê 70 Bảng 3.6 Khối lượng giá trị dự toán xây lắp cho 1m dài đêĐồngHiệu 72 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần với phát triển kinh tế, xã hội, nhu cầu đảm bảo an ninh quốc phòng nước, với chiến lược vươn biển để khai thác cách hiệu vùng biển nước ta, ngày có nhiều hoạt động xã hội, kinh tế quốc phòng phạm vi tồn vùng biển Điều làm tăng nhiều khả thiệt hại thiên tai thời tiết gây vùng biển vùng ven biển Việt Nam Vấn đề xem xét hai mặt Thứ hoạt động kinh tế xã hội vùng biển ven biển gây thay đổi môi trường tự nhiên theo hướng bất lợi làm gia tăng thiên tai thiệt hại thiên tai Việc xây dựng cơng trình ven bờ biển ngăn cản dịng vận chuyển bùn cát tự nhiên dọc bờ, gây bồi lấp luồng tàu xói lở bờ nhiều nơi Các hồ chứa nước xây dựng thượng nguồn sơng ngăn dịng vận chuyển bùn cát biển, làm tình hình xói lở bờ biển ngày trở nên nghiêm trọng Ở nhiều khu vực, rừng ngập mặn rừng phòng hộ ven biển bị tàn phá để lấy đất cho ao đầm nuôi hải sản Các rừng ngập mặn rừng phịng hộ bị khơng gây biến đổi mơi trường sinh thái theo hướng có hại, mà cịn giúp cho sóng lớn đánh thẳng vào đê biển, gây vỡ đê biển ngập lụt Thứ hai hoạt động kinh tế xã hội biển vùng ven biển tạo nên tập trung cao cơng trình xây dựng tài sản có giá trị cao dân cư vùng ven biển Điều làm gia tăng mức độ thiệt hại thiên tai thời tiết xảy Sóng lớn, nước dâng kết hợp với triều cường làm vỡ đê nhiều vị trí, gây thiệt hại kinh tế xã hội hàng ngàntỷđồng Bão mạnh thường kèm theo nước dâng bão Trong trường hợp nước dâng bão xảy đồng thời với triều cường, mực nước cao giúp sóng đánh trực tiếp vào đê biển, tràn qua đê gây xói lở vỡ đê, gây ngập lụt diện rộng thiệt hại lớn cho vùng ven biển Hiện trạng hệ thống đê biển thiết kế để chống triều cường bão từ cấp trở xuống Nhưng nhiều đoạn chưa đáp ứng tiêu chuẩn tối thiểu Trong điều kiện biến đổi khí hậu bão lũ khắc nghiệt hơn, yêu cầu hệ thống đê biển thời kỳ phải chống chịu trường hợp có triều cường bão lớn cấp Mục đích đềtài Lựa chọn giải pháp cơng trình để nâng cấp đê biển tỉnh Nam Định đảm bảo an tồn có triều cường kết hợp với gió bão cấp 10 Kiến nghị áp dụng cho nâng cấp đê biển Giao Thủy, Nam Định Đối tượng phạm vi nghiêncứu Đối tượng nghiên cứu:Nghiên cứu giải pháp cơng trình đảm bảo cho an toàn đê biển Nam Định chịu tác động triều cường gió bão cấp 10 Phạm vi nghiên cứu:Đối với đê biển Nam Định áp dụng cho đê biển Giao Thủy, NamĐịnh Cáchtiếp cận phương pháp nghiên cứuPhương pháp thống kê kế thừa chọn lọc Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tínhtốn Lựa chọn giải pháp cơng trình hợplý Áp dụng cho cơng trình thực tế, phân tích, đánh giá kết Kếtquả đạtđược Đánh giá tổng quan hệ thống đê biển tỉnh Nam Định, tồn 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 tốn áp dụng cụ thể cho đê biển Giao Thủy Đã đề xuất giải pháp cơng trình, tính tốn kích thước đánh giá ổn định đê nâng cấp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH VÀ CÁC YÊUCẦUCẢI TẠO, NÂNG CẤPĐÊ 1.1 Tổng quan hệ thống đê biển NamĐịnh Nam Định tỉnh đồng ven biển Bắc Tuyến đê biển Nam Định hình thành cách khoảng 300 năm đất bồi tụ phù sa hệ thống sông Hồng, chạy dọc theo tuyến bờ biển tỉnh Nam Định từ cửa Ba Lạt (sơng Hồng) đến cửa Đáy có tổng chiều dài 91.810 mét bảo vệ cho huyện : Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng xã phía tả sông Ninh Cơ huyện Trực Ninh Vùng ảnh hưởng trực tiếp tuyến đê biển Nam Định gồm 35 xã ven biển có 36.087 đất tự nhiên (trong có 22.214 đất canh tác) tính mạng, tài sản 334.845 người dân sống khu vực thuộc huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu Nghĩa Hưng huyện nằm vùng quy hoạch trọng điểm kinh tế nông nghiệp kinh tế biển tỉnh Nam Định Được nối liền với tuyến đê sông dịngsơnglớn : Sơng Hồng ởphíabắc (đầu tuyến) sơng Đáy phía nam (cuối tuyến), lại bị phân cắt cácvùngcửasơngSịvàsơngNinhCơ,dovừatrựctiếpchịuảnhhưởngcủathuỷtriều,gióbãotừbiểnĐơngvừachịuảnhhưởngdịngchảylũđổvàobiểnĐơngcủacácsơngngịinội địa nên năm vừa qua tuyến bờbiểnNam Định diễn biến phứctạp, vùnggiữatuyếntrựcdiệnvớibiểnthuộckhuvựccuốihuyệnGiaoThuỷvàgầnhết khuvựchuyệnHảiHậu,khuvựcđơngnamhuyệnNghĩaHưngtìnhtrạngbiểntiến bãi thối gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến tuyến đê, nhiều khu vực biểnđãăn sâu vào đất liền phá vỡ đê, nhấn chìm làngmạc,đồng ruộng (như khu vực từ Hải Lý đến Hải Triều huyện Hải Hậu), gây nên thiệt hại lớn cho nhân dân vùng.Đặcbiệtnguyhiểmkhigặpbãolớntrựctiếpđổbộkếthợptriềucườngtuyến đê biển Nam Định thường xảy cố vỡ đê, sạt, trượt gây nhiềuthiệthạitínhmạng, tài sản củanhândân khuvực