Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp công trình đê hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình

LỜI CẢM ƠNLuận 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 Day thuộc tỉnh Ninh Bình” đã đư

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 Day

thuộc tỉnh Ninh Bình” đã 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 bẻ và

đồng nghiệp.

Tác gia xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Dương Đức Tiến, người hướng dẫn khoa học, đã rất tận tình, không kể thời gian hướng dẫn tác giả

hoàn thành luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thay, cô giáo, gia đình, bạn bè & đồng nghiệp đã 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 phan tư vấn xây dựng Ninh Bình, các cơ quan đơn vị đã 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 dé tác giả được trình bày luận văn này.

Hà Nội, tháng 8 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Hữu Thưởng

LỜI CAM DOAN

“Tên tôi là: Nguyễn Hữu Thường,

Học viên lớp: CHI8C2.

ĐỀ tài luận văn cao học: *Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp

công trình đê Hữu sông Day 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

Duong Đức Tién luận văn đã hoàn thành.

“Tôi xin cam đoạn với Khoa Công trình và Phòng Đảo tạo trường Đại học Thủy Lợi dé tài nghiên cứu này là công trình của cá nhân tôi J.

Ha Nội, ngày 28 thang 8 năm 2012

“Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Thưởng

MỞ BAU 1

1 Tỉnh cắp thiết của để ải 1

2 Mục đích và phạm vi nghiên cứu của để tài 3

3 Phương pháp nghiên cứu 3

4, Kết quả đạt được, 4

CHƯƠNG 1: TONG QUAN CHUNG VE ĐỀ SÔNG VÀ ON ĐỊNH ĐÊ SÔNG 5

1.1 Tổng quan về hệ thống đề sông 5

1.1.1 Tổng quan tinh hình chung hệ thống đề sông trên thé giới 5

1.1.2 Tổng quan về đê sông ở Việt Nam 7

1.2 Vấn để dn định và biển dang của đê sông 10

1.2.1, Các nghiên cứu về dn định và biến dang của dé sông trên thé giới 101.2.2 Các nghiên cứu về ổn định của đê sông ở Việt Nam hiện nay 14

1.2.3 Đánh giá về ôn định của dé sông Việt Nam hiện nay trong điều kiện của

biến đổi khí hậu 19

1.3 Kết luận chương, 20

CHUONG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG VIỆC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ

BO ÔN ĐỊNH CUA DE SÔNG 2

2.1 Cơ chế phá hoại dé 2

2.1.1 Cơ chế vi mo so 5" 2 2.1.2 Cơ chế vĩ mô _ 25 2.2 Các tiêu chi cơ bản trong việc đánh giá độ én định của đề sông, 28 2.2.1 Quy mô mặt cắt ngang dé ¬"Ă 2.2.2 Cao trình định đề s5 s55s55cs 1 1010110 29

2.2.3 Bề rộng mặt dé 30

2.2.3, Gia cố mat dé và kiên cố hóa đê 32

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 vi

của để, 36 2.3 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thắm qua đề trong trường hợp ngâm lũ 41

2.4, Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thắm qua đê trong trường hợp lũ rút 432.4.1 Phương trình cơ bản của dòng thắm không én định 4

2.4.2 Giải bài toán thắm bằng phương pháp phần tử hữu hạn 4

2.4.3 Đường bão hòa của dé đất đồng cl

2.5 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu én định dé

i khi mục nước hạ thấp 50

rong trường hợp ngắm lũ 5ä 2.5.1 Phương pháp tính toán trượt cung tron 33 2.5.2 Phương pháp mặt trượt phúc hợp 5s

2.5.3 Các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất 56

2.6 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ôn định dé trong trưởng hợp lũ rút S6

2.6.1 Áp lực kế rỗng khi mực nước rút nhanh sss+ssssssseec ST

2.6.2 Các phương pháp tinh áp lực kế rỗng sr2.6.3 Các cách tính toán áp lực kế rỗng trên thé giới 61

2.6.4 Phương pháp tinh én định mái do có khi mực nude trước công trình rút nhanh io 2.7 Kết luận chương, 6

CHUONG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRANG VÀ KHẢ NĂNG CHONG LŨ CUA

DE HỮU DAY THUỘC TINH NINH BÌNH 6

3.1 Điều kiện tự nhiên 6 3.1.1 Vị trí địa lý 6

3.1.2, Địa hình, địa mạo và thé nhưỡng 65

3.2 Đặc điểm khí hậu, thuỷ văn seo 66 3.2.1 Đặc điểm khí hậu của lưu vực sông Đầy 66 3.2.2 Đặc điểm thuỷ van của sông Day 9 3.2.3 Xâm nhập mặn : 7

72

3.3.1 Cao trình đình đê, 1 3.3.2, Mat cit ngang `"

3.3.3 Thân dé và nén 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 Bay thuộc tỉnh Ninh Bình 16 3.4.1 Phân cấp đề 16

3.4.2, Tan suất lưu lượng lớn nhất của sông 1

3.4.3 Cao trình định để, 7

3.4.4 Mức đảm bảo phòng chồng lũ 783.5 Kết qua đánh giá khả năng chống li của dé hữu Bay thuộc tỉnh Ninh Binh

theo các tiêu chí dùng trong thiết kế seo 78

CHUONG 4: DE XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CÔNG TRINH UNG DUNG CHO

ĐÊ HỮU DAY THUỘC TINH NINH BÌNH 90

4.1, Đề xuất mặt cắt thiết kế sọ

4.1.2 Kết cau mặt đê 9

4.1.3 Mặt cất thiết kế điễn hình 914.2 Địa chit hân đề và nỄn đề Hữu Sông Bay thuộc tinh Ninh Bình 9

4.2.1 Tại Km20+-00m (tại trạm thủy văn Ninh Bình) 95 4.2.2 Tai Km45+00m (lại tram thúy vin Độc Bộ) 96

4.3 Phân tích én định đê.

4.3.1 Phân tích én định trượt mái đề.

4.3.2 Phân tích thắm qua đê

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

Hình I-3: Lat lạt tại miễn bắc Thái Lan năm 2011

Hình 1-4 Lũ lụt tại miền rung Thái Lan năm 2011

Hình 1-5: Để bờ trái sông Yodo ở Osaka- Nhật Bản.

Hình 1-6: Bờ đê kết hợp giao thông ở Hà Lan.

Hình 1-7: Ban đỗ hệ thống đê lưu vực sông Hồng - Thái Bình

Hình 1-9: Các dang di chuyển của khối đắt đá

Hình 1-10: Để sạt lở bờ sông Day do biển đổi khí hậu

Hình 1-11: Sông Hoàng Long ~ Ninh Bình bị vỡ đê năm 2008

Hình 2-1: Cơ chế phá hoại đê

Hình 2-2: Cơ chế vi mô,

Hình 2-3: Cơ chế vĩ mô,

Hình 2-4: Mặt cắt ngang đặc trưng của đê

Hình 5: Các dạng trượt mái để.

Hình 2-6: Dòng thắm qua dé và nền trong mùa lũ

Hình 2-7: Trượt mái dé cùng với nền

Tình 2-8: Dòng thắm trong thân dé khí lũ rút nhanh.

Hình 2-9: Sự hình thành mạch đùn, mach sti

Hình 2-10: Dòng thắm trong thân đề không đồng nh

Hình 2-11: Sơ đồ các đường thắm tập trung trong đê

Hình 2-12: Các dang hang thấm tập trung

Hình 2-13: Dòng chảy ngm trong đề

40

41 41

Hình 2-14: Sơ đỗ biểu thị định luật bảo toàn khối lượng cho đồng thắm không

ổn định cecc

Hình 2-15: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số thắm và áp lực ke rồng

43

„41

Hình 2-16: Rai rae hóa miễn xác định 48 Hình 17: Tính toán đường bão hòa khi mực nước hạ xuống 53

Minh 2-18: Tinh toán theo phương pháp trượt cung tròn.

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 —

Hình 2-22: Hướng lực tắc dụng giữa các dai theo phương ngang “ Hình 3-1: Mặt cắt hiện trang dé hữu Bay tỉnh Ninh Bình 16

Hình 3-1: Sơ đồ mạng thủy lực sông Hồng - Sông Thái Bình và hệ thống biên

trên - dưới mô phỏng trên mô hình Mikel 1 80

Hình 4-1: Giải pháp đắp áp trúc về phía đồng %Hình 4-2: Giải pháp đắp áp trúc về phía sông 9

Hinh 4-3: Giải pháp đoạn qua thành phố Ninh Bình 94 Hình 4-4: Sơ đồ xếp xe dé xác định tai trong xe cộ tác dụng lên mặt để 99

Hình 4-5: Sơ đồ tinh toán các lực tác dụng lên mặt dé 100

Bảng 2-l: CÍ

Bang 2-2: Độ cấp nước của các loại đất đá seo ST

Bảng 2:3: Các phương pháp thí nghiệm và các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất S6

rộng đình đê, ¬ - 31

Bảng 3-1; Lượng mưa 3 ngày lớn nhất, ứng với các trận lũ lớn tại các tram do 67 Bảng 3-2: Nhiệt độ không khí trung bình tại trạm Ninh Bình 68

Bảng 3-3: D6 âm tương đối trung bình tháng và năm trạm Ninh Bình 68

Bảng 3-4: Lượng bốc hơi (PICHE) trung bình tại Ninh Bình 09 Bảng 3-5: Số cơn bão dé bộ vào Ninh Binh từ năm 1977 đến 1995, 69 Bảng 3-6: Mực nước thực do lớn nhất tại các tram trên sông Day n Bảng 3-7: Độ mặn tại một số vị tí trên sông Day n

Bảng 3-8: Mực nước đỉnh triều cao nhất va chân triều thấp nhất một số vị trí trên

sông Đây kì

Bảng 3-9: Mực nước đỉnh triều và chân triều trung bình thing một số vị trí trên

sông Đây B Bảng 3-10: Mực nước triều vào mùa lũ một số v tri trén sông Day ” Bảng 3-11 Phân cắp dé chính của dé sông seo TỔ,

Bảng 3-12 Tân suất lưu lượng lớn nhất của sông đối với đê chính 7Bảng 3-13: Mực nước thiết kế cho đê hữu Day thuộc tinh Ninh Bình Tr

Bảng 3-14: Hệ số én định và độ cao gia thăng an toàn của để 78

Bảng 3-15: Các thông số thiết kế các hỗ chứa phòng lũ thượng nguồn 81Bảng 3-16: Phân cắp tuyển dé hữu Đáy tỉnh Ninh Bình 83

Bảng 3-17: Mực nước lũ lớn nhất theo các trường hợp tính “

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

_ -Bang 3-21: Các thông số thiết kế đê hữu sông Day thuộc tinh Ninh Bình 87

Bảng 3-22: Kết quả tính toán cao trình dé hữu sông Đây thuộc tỉnh Ninh 88Bảng 3-23: Các yếu tổ trên mặt cất ngang cấp thiết kế của đường, 89

Bang 4-1: Giá trị chi tiêu cơ lý trung bình tại Km20+00nm 95 Bảng 4-2: Giá trị chỉ tiêu cơ lý trung bình tại Km45+00m, 9

Bảng 4-3: Kết quả tính én định mặt cắt hình 4 - 1 102

Bang 4-4: Kết quả tính én định mặt cắt hình 4 - 2 102

Bảng 4-5: Kết quả tính ôn định mặt cắt hình 4 - 3 103

1 Tính cấp thiết của đề t

Tỉnh Ninh Bình thuộc vùng Dang bằng Bắc Bộ, nằm ở tog độ địa lý 20° vĩ

Bi

à 106° kinh Đông, cách Thủ đô Hà nội 90 km, là tinh ở phía Nam của vùng,

đồng bằng Bắc Bộ, nơi chuyển tiếp địa lý miễn Bắc với miễn Trung bởi dãy núi

Tam Điệp hing vĩ Phía Bắc và Đông Bắc giáp tinh Hoà Bình và Hà Nam, phía

Nam, phía Tây giáp tinh Thanh Hoá và bi Đông, phía Đông giáp tinh Nam Định.

- Diện tích tự nhiên: 1.341 km,

= Dân số: 943.899 người

~ Tỉnh ly: ‘Thanh phố Ninh Bình

- Cie huyện: Thị xã Tam Điệp; Nho Quan, Gia Viễn, Hoa Lư, Yên Mô,Yén Khánh, Kim Sơn Các đường giao thông quan trọng trên địa bàn như quốc

lộ 1A, đường sắt Bắc Nam, đường quốc lộ 10, quốc lộ 59 Hệ thống sông ngòi

chính chạy qua như sông Bay, sông Hoàng Long, sông Vac

Do có vị trí nằm ở hạ lưu các đồng sông và có địa hình khá phức tap, Ninh

Bình thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ trên các sông như sông Hoàng Long,

xông Day, lũ sông Hồng phân sang sông Day qua sông Đào Nam Định, ngoài racòn bị ảnh hưởng lũ do mưa nội đồng và bao biên Trong giai đoạn từ năm 2000

đến 2010, hàng năm Ninh Bình bị thiệt hại hàng tram tỷ đồng do thiên tai bão,

10, triều cường

Đoạn sông Day thuộc Ninh Binh bắt đầu từ cống Dich Long và kết thúc tại

cửa Day, Sông chảy qua địa phận các huyện: Gia Viễn, Hoa Lư, Yên Khánh,

1 đãi khoảng 75,0 Km, Đoạn đê

Hau sông Day thuộc địa phận tinh Ninh Bình được xếp Cắp III Hàng năm được

Kim Sơn va thành phố Ninh Bình với tổng et

sự quan lâm của Đảng, NI nước in đượclừu sông thường xu) tạo,

nâng cấp, kiên có hoá đáp ứng được yêu cầu phòng chồng lụt bão, bảo vệ an toàn

cho dân sinh, kinh tế tinh Ninh Bình Tuy nhiên, do kinh phi còn hạn chế nên

việc tu bổ đề điều thường xuyên hàng năm chưa triệt để, những năm vừa qua

mới chỉ tập trung xử lý tu bổ được một

Hữu sông Đây là các tuyến để được hình thành tử lâu, đắp bằng thủ công, đất ướtlay tai chỗ, không được dim nén chặt nên độ ổn định của thân đê kém, mặt dé

ốc Bên cạnh đó, xu hướng diễn biến của cácyếu tổ tự nhí như khí hậu thuỷ văn, lũ lụt có chiề hướng ngày cảng phức tap.

Do đó, sự cố gây mắt én định cho dé trong mùa lũ có thể xảy ra bat cứ lúc nào.

Trén tuyển đ nhiễu vị trí bộc lộ sự xung yếu trong mùa mua lũ

Sông Đáy là một trong những sông quan trọng để cắt giảm lưu lượng lũ từ xông Hồng qua đập Day dé bảo vệ cho thủ đô Hà Nội khi mực nước lũ sông

Hồng tại trạm thủy văn Hà Nội dự báo lên có khả năng vượt 13,4m (theo Nghị

định số 04/2011/NĐ-CP ngày 14/01/2011 thực hiện bãi bỏ việc sử dung các khuphân lũ, làm chậm lẽ thuộc hệ thẳng sông Hang) Hiện tại lòng sông bị bồi lắng,

lin chiếm lòng sông chiều rộng bị thu hẹp nhiễu, không đủ mặt cắt uớt nên

không đáp ứng được nhiệm vụ thoát lũ, làm giảm khả năng tiêu thoát nước, gây ngập úng đài ngày cho khu vực thượng nguồn và không đáp ứng được nhiệm vụ

thoát lũ đã đề ra, Hệ thông đê được xây dựng đã lâu đời trên nền đất yếu, đất dap

đê cũng lấy từ địa phương và không đồng nhất, nhiều nơi bị hư hại vì thiểu duy

tu bảo đường Nhiều công trình phong lũ như kẻ, cổng được xây dựng đã lâu ritlạc hậu Dọc theo dé còn có nhiều ao hỗ làm nước lũ khó thoát, Dân cư quá đông

đúc sống kế cận bờ dé, Ngày nay, nhiều nhà cửa xây cắt ngay trên bở đê Vì vậy

đê có thé bj vỡ bắt cứ lúc nào trong mia lũ lớn,

Gin đây, theo nghiên cứu của cúc nhà khoa học công bổ, các kịch bản của WB,

IPPC (rổ chức liên quốc gia về biển đổi khí hâu toàn edu) dự báo Việt Nam là mộttrong 5 nước trén thể giới sẽ ảnh hưởng nặng né nhất về mực nước biển dâng do khí

hậu (nhất là các vùng đông bằng ven biển), mức nước biễ

2010; 33 em năm 2050 và (45 + 90)em năm 2070; 100 cm năm 2100.

dâng từ (3 + 15)em năm

Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên để tải “Nghiên cứu cơ sở khoa học lựachon giải pháp công trình đề Hãu sing Day thuộc tỉnh Ninh Bình” frit cắp

phát triển kính tế - xã hội của tỉnh, đề tài góp phần đánh giá khả năng chống lũ của

đê Hữu Day thuộc tinh Ninh Binh, cũng như để xuất những giải pháp giúp sửa

chữa, nâng cấp và tu bổ nâng cao kha năng én định của để, đáp ứng được yêu cầuphòng chống lũ, bão cho các tuyển dé sông Hoàng Long và sông Đáy nằm trong

tổng thé các hạng mục công trình cằn phải xây dựng, nâng cắp để thực hiện bãi bd

c sử dụng các khu phân lũ, làm châm lũ thuộc hệ thống sông Hồng và tién tới

xoá bỏ khu châm lũ sông Hoàng Long Điều nảy hết sức có ý nghĩa khoa học và mang tinh thực tiễn cao.

2 Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài

+ Mục dich:

- Nghiên cứu, điều tra đánh giá mức độ én định, khả năng phòng chống lũ

hiện trạng của đẻ Hữu Bay thuộc tinh Ninh Binh, cũng như phân tích các đặc điểm tự nhiên, khí tượng thủy văn trên địa bản tính.

~ Nghiên cứu lựa chọn, đề xuất tuyển dé Hữu sông Bay thuộc tinh Ninh Bình

hợp lý.

"Nghiên cứu tính toán ổn định, đề xuất ra mặt cắt để Hữu sông Day thuộc tỉnh

Ninh Bình.

+ Phạm vi nghiên cứu: Tuyển đê Hữu sông Day từ cong Dich Lộng đến cửa

ay thuộc tinh Ninh Bình với tổng chiéu dài khoảng 75,0 km

3 Phương pháp nghiên cứu

kẻ, hệ thống các cổng dư để và các số liệu địa hình, địa chất, thủy văn, các

phương án quy hoạch đễ phục vụ cho iệc phân ích, tính toán, xác định một cắt

đê hợp lý

- Ung dụng lý thuyết mới và các phần mềm tinh toán (Sứ dung phản mémGEO_SLOPE dé tính ôn định thắm và ôn định trượt mai)

TONG QUAN CHUNG VE DE SÔNG VÀ ON ĐỊNH DE SONG

1.1 Tổng quan về hệ thống đê sông

1.1.1 Tầng quan tình hình chung hệ thống đê sông trên thể giới

Để sông là công trình phong là được xây dựng hai bên bờ sông, ngăn

không cho nước lũ, nước triều gây ngập lụt vùng được tuyển đê bảo vệ Nhiệm

vụ của dé là bảo vệ đất dai, nha cửa và các cơ sở ha ting khác chồng lại ngập lụt.

‘Tuy nhiên, tùy theo đặc điểm của từng ving, dé có thể chồng lũ với tin suất xuấthiện cao nhưng cũng có dé chống lũ tần sut thấp, hoặc thâm chí cho lũ trăn

Trung Quốc là nơi có hệ thống dé điều phòng lũ sớm nhất trên thé giới tirthời Xuân Thu - Chiến Quốc khoảng thé ki thứ VIII trước công nguyên (TCN) -

thé kỉ thứ II TCN) hai bờ sông Hoàng Hà con sông lớn thứ hai của Trung Quốc.đã được đắp 48, Từ thé kỉ I đến các thé ky sau đi có các hoạt động lớn nhằm tụ

bổ dé điều và phòng lụt ở Hoàng Hà

Nhié thống kê cho thé cho con„ lũ lụt là thiên tai gây thiệt hai nl

người, số người chết do lũ lụt (thường do cả hai thiên tai đến cùng lúc là bão và

lũ lụÙ chiếm trên 60% số người chết do các thiên tai gây ra trên thể giới

Lịch sử Trung Quốc đã ghi lại trận lụt kinh hoảng làm vỡ để năm 1887

trên sông Hoàng Hà, đã làm trôi mắt 7 ngôi làng và làm 7 triệu người chết Trậnlụt năm 1931 trên sông Trường Giang số người bị chết 145.000 người, cuốn

trôi 4 triệu ngôi nhà, 10 triệu người phải sống trong cảnh màn trời chiếu đất, vùi lấp 5,5 triệu ha đất canh tác

Trận lũ năm 1993 có lẽ là trận lũ lịch sử tệ hại nhất của nước Mỹ Sau những

tháng mưa to mùa he, nước của 2 con sông Mississipi và sông Missouri dâng cao.

làm tràn ngập qua nhiều tuyến đê bao, nhắn chìm hơn 80.000 km? đất, giết chết 50

người dân, làm 70.000 người mắt nhà cửa Thiệt hại ước chừng 12 tỷ USD.

Nhất là những năm gần đây do biển đổi khí hậu khiển lũ lụt trên thể giới

ngày càng gia tăng cả về cường độ và tần xuất

Trận lụt mùa hé năm 1998 trên sông Trường Giang, Trung Quốc gây,

đoạn đê bị vỡ làm hơn 2,1 triệu đất gieo trồng bị nhắn chim, số người bịchết 3.000 người, ảnh hưởng đến cuộc sống 240 triệu người, và gây thiệt hại

kinh tế ước tính 12,5 tỷ USD

La lụt ở Pakistan năm 2010 đây là trận lũ lụt lich sử ở nước này Hơn 20

triệu người dân quốc gia Nam A này đã phải di đời vì mực nước dâng cao, hon

2.000 người thiệt mạng và khoảng 10 triệu người mắt nhà cửa Tổng thiệt hại

kinh tế của trận lụt lịch sử nảy vào khoảng 43 tỷ USD.

La lụt Thái Lan xảy ra trong mùa mưa năm 2011, đây là trận lụt lịch sử.

tại Thái Lan trong vòng 50 năm qua Bắt đầu từ cuối tháng bảy và tiếp tục trong

hơn hai tháng, lũ lụt đã làm hơn 700 người chết và mắt tích, hơn 223 triệu người

bị ảnh hưởng Lũ lụt đã tran ngập khoảng 6 triệu ha đắt, hơn 300.000 ha trong đó

đất nông nghiệp, trong 58 tỉnh, từ Chiang Mai ở miền Bắc đến các khu vực của

thi đô Bangkok nằm gần các nhánh của lưu vực sông Chao Phraya Bảy khucông nghiệp lớn đã bị ngập sâu đến 3 mét và kéo dai khoảng 40 ngày Ngân hàng

thé giới (WB) đưa ra đánh giá với tng thiệt hại lên đến 43,3 tỷ đôla, tăng trưởng

kinh tế của Thái Lan cũng sụt giảm từ 3,6% theo dự báo trước đó xuống 2.4%

Dưới đây là một số hình ảnh ví dụ về thiệt hại do lũ lụt gây ra

"Hình 1-1: Lit lụt sông Rock River ở Mỹ Hình 1-2: Vỡ đê tại Thái Lan năm 2011

phá hủy cầu và đường quốc lộ năm 2011

Lan năm 2011 Lan năm 2011

: Dé bờ trái sông Yodo ở Hình 1-6: Bờ đê kết hợp giao thông ở

Osaka- Nhật Bản Hà Lan

1.1.2 Tong quan về dé sông ở Việt Nam

Nước Việt Nam nằm trong ving nhiệt đới gió mùa Đông Nam A, chịu ảnh

hưởng trực tiếp của khí hậu lục địa Trung dn từ phía Bắc và phía Tây với 2 hệ

thống sông lớn liên quốc gia theo hướng Tây Bắc - Đông Nam là sông Hang vàsông Cửu Long, lại vừa chịu ảnh hưởng trực tiếp khi hậu biển Đông từ phía

Đông và phía Nam, nơi giao giữa hai biển lớn: Thái Bình Dương và Ấn Độ

Duong, đồng thời nằm giữa 6 bão bién Đông là một trong 5 6 bao lớn nhất thé

giới - Mùa bão ting với mia mưa, địa hình phức tạp, dng bằng thường hẹp và

thấp trùng, núi cao sườn di „ cây rừng lại bị tan phá ngày cảng nghiêm trọng, do

đó lũ bão xây ra luôn có chiều hướng gia tng rong 3 thập kỹ nay ngày cảng ác liệt, lạt bão luôn là mối de doa thường xuyên đối với di

nhân dân Việt Nam,

ig và sản xuất của

Lịch sử dựng nước và giữ nước của dân tộc ta gắn liền với công cuộc

chỉnh phục thiên tai, đắp đê phòng lụt, từ thủa xa xưa cha ông ta đã biết dip dé ngăn lũ dọc theo các dòng sông, lẻ hạn chế lũ lụt do chúng gây ra đối với các cư

dân sinh sống ở đọc theo hai bên sông Trong sách lịch sử Việt Nam, đê được

nói đến đầu tiên là vào khoảng năm 521 dưới thời Lý Bí Năm 1077, nha Lý cho

đắp để sông Như Nguyệt - sông Cầu Dé Cơ Xá là con đê được vua Lý Nhân

Tong cho xây dựng năm Mậu Tỷ (1108) để bảo vệ kinh thành Thăng Long khỏi ngập lục Thing 3 năm Mậu Thân (1248), vua Trin Thái Tông sai quan ở các lộ

ip đê ở hai bên bờ sông Hồng từ đầu nguồn tới biễn, gọi là Dinh Nhỉ Dé hay

Để Quai Vac

Nguyễn Công Trir đã có công khẩn hoang ving duyên hải Ninh Binh, TháiBình, Chỉ trong 2 năm (1828 - 1829), Ông lập ra 2 huyện Tiên Hải (Thái Bình) và

Kim Sơn (Ninh Bình) Đây là vùng dit bồi, hàng năm tốc độ phủ sa bồi tụ

biển từ (80 + 100) m Từ đó, cử sau (20 + 30) năm, để

ra biển Đến nay, Kim Sơn đã

500 m, nhờ vậy diện

Hiện nay, Việt Nam có gần 8000km dé, trong đó có gần 6000km đề sông

và 2000km để bi

mới được xây đắp lần

hành quai dé lin biển sáu lần, tiễn ra biển hơnhiện nay gấp gần 3 lần so với khi mới thành lập

Riêng đề sông chính có 3000km và 1000km đề biển quan trọng Có gin 600 kè các loại và 3000 cống dưới đẻ Ngoài ra còn có 500 km bờ

bao chống lũ sớm, ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long Riêng hệ thống sông

Hồng trong đồng bing Bắc Bộ có 3000km đê sông và 1500 km dé biển

Ở miền Bắc có hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình, miền Trung có hệthống sông Mã, sông Ca, sông Vu Gia Thu Bổn, sông Vệ, sông Trà Khúc, sông

Cứu Long Các hệ thing sông nay hàng năm đã cung cấp cho chúng ta ng

nước quí giá để phục vụ đời sống con người và phát triển nền kinh tế quốc dân

Lợi ích mà các hi ông sông này đem lại là vô cùng to lớn, nhưng tác hại do lãlụt từ các hệ thống sông này gây ra cho cho con người và nền kinh tế quắc dân

cũng không phải là nhỏ Tuy nhiên hệ thống đẻ được xây dựng đã lâu đời trên

a

hư hại vi thi

u, đất dip dé cũng lấy từ địa phương và không đồng nhất, nhiều nơi bị

duy tu bảo dường Nhiều công trinh phong lũ như kẻ, cổng được

xây dựng đã lâu rit lạc hậu Dọc theo đê còn có nhiễu ao hồ làm nước lũ khó

thoái Dân cu quá đông đúc sống kế cận bờ dé, nhiều nhà cửa xây cắt ngay trên

bờ đê Trong những năm gin day, nhiễu trận lũ lớn thường xuyên xuất hiện ởnhiều nước trên thé giới, trong khu vực và có xu thế ngiy cảng gia tăng Việt

Nam cũng là một trong những quốc gia chịu sự tác động của hiện tượng biến đổi

khí hậu toàn cầu, trong vài thập ky gần đây cho thấy những trận lũ lớn xảy raliên tiếp trên phạm ví cả nước và có xu thể ngày cảng gia tăng cả về số lượng và

cường độ, trong đó có hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình Vi vậy dé có thé bị

vỡ bắt cứ lúc nào trong mùa lũ lớn

Hinh 1-7: Bản da hệ thống dé lưu vực sông Hang - Thái Bình

1.2 Vấn dé ôn định và biến dang của đê sông

12.1 Các nghiên cứu về ẩn định và biến dang của dé sông trên thế giới

Hiện nay trên thé giới hệ thống dé sông được xây dựng chủ yếu bằng vật

liệu địa phương là đập dit, vin dé mắt ôn định thường chỉ sảy ra dưới dang trượtmái đốc thượng và hạ lưu lựa chọn kích thước mặt cắt chưa thật hợp lý

Tất cả các mái đốc đều có xu hướng giảm độ đốc đến một dạng én định hơn cuốicùng là chuyển sang nằm ngang Cho nên quan niệm mắt én định của mái đốc làkhi chúng có xu hướng đi chuyển và phá hoại (khi khối đất đá thực sự có di

chuyển), Trong thực tế người ta quan sit được nhiều dạng di chuyển (ph hoại)

khác nhau Thường phân ra các dang di chuyển chủ yếu như (hình 1-9)

Hình 1-9: Cúc dang di chuyển cũa khối đất đá

4 Sut lỡ; b, trượi tịnh tiễn; e Trượt xoay; d Trượt đồng,

‘Sur 1d: Dit đá di chuyên rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn (khe nút, mặt phân

lớp đốc, mặt đứt gẫy ) Điều kiện phá hoại chủ yếu do sự tăng thêm áp lực

ba)

i đất đá cơ bản không bị xáo trộn trong

trong các gián đoạn (áp lực nước, lực rung động ) (hình 1

Trượt: Ở dạng đi chuyển này, k

khi bị trượt theo một mặt xác định Nguyên nhân có sự di chuyển này là do phá

hoại cắt dọc theo một mặt ở trong khối đất Thực tế thường có bai hình thức

trượt trượt tịnh tiến (hình 1-9, b) và trượt xoay (hình 1-9, ¢)

Trượt dàng: Ö đây ban thân khôi trượt bị xáo động và di chuyển một phần

hay toàn bộ như một chất lỏng (hình 1-9, đ) Trượt ding thường xây ra trong đất

yếu bao hod nước khi áp lực nước lỗ rỗng tăng đủ để lâm mắt toàn bộ cường độ

(độ bền) chống cắt của đắt Mặt trượt thực hầu như không có hoặc chỉ biểu hiện

từng lúc

Nội dung ở đây chủ yếu quan tâm đến sự mit én định do trượt mái đốc

dip (mái đồ)

‘Dé tính toán ôn định trượt của mái đất người ta có thé dùng phương pháp

phân tích giới hạn hoặc phương pháp cân bằng giới hạn.

Phương pháp cân bing gì bạn đựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt

(coi khối trượt như một cố thể) và phân tích trang thai cân bằng giới hạn của các

phân tổ đất trên mặt trượt giả định trước Mức độ ổn định được đánh giá bằng ty

it nếu được

số giữa thành phần lực chồng trượt (do lực ma sát và lực dính) của

huy động hết so với thành phan lực gây trượt (do trọng lượng, áp lực đất, ấp lực

nước, áp lực thấm ) Hiện đã có kết quả nghiên cứu cho bai toán ba chỉ (Phương pháp của Wike, Lone) tuy nhỉ

khá

phương pháp giải quyết đối với bài toán phẳng: Fellenius, Bishop, Spenser,

trong thực tế nhiều công trình có kích thước một ct lớn như: Dé, đập, tường chắn đất cho nên có nhí

các kiến thức của sức bền vật liệu, lý thuyết đàn hồi và dùng phương pháp sai

phân để tính toán Ngày nay do công cụ máy tính phát triển nên phương pháp

im ưu thế,phần từ hữu hạn có phần cỉ

Phương pháp cân bằng giới hạn dựa vào mặt trượt giả định trước (cân

bằng giới hạn cố thể) Để có cơ sở lựa chọn dạng mặt trượt, người ta phải có.những kết quả nghiên cứu thực nghiệm và tả liệu quan sát biện trường Thực tế

thấy rằng, hình dang mặt trượt phụ thuộc vào nhiều yếu tổ: Loại đắt, góc đốc của

mái và sự phân bổ các lớp đất đá.

Phu thuộc loại đắt

iit cát M: trượt thường ở gần mặt it, góc dốc không thé xượt góc nghỉ

tự nhiễn của cát

Đất sét: Mặt trượt gin như một cung tròn, lực dinh cing lớn xu hướng mặt

trượt cảng cắt xuống sâu

Dit cit: Góc đốc không liên quan tới vị trí mặt trượt, bởi vi mặt trượt luônngay bé mặt đt

bit et: Khi góc đố 53°, mặt trượt sẽ

'Khi góc đốc < 53”, mặt trượt sẽ cắt sâu xuống phía dưới chân mái dốc

“Phụ thuộc sự phân bổ các lớp đắt đá,

Sự phân bố các lớp dat đá nói chung đóng vai trò quan trọng đối với vị trí

mặt trượt, thông thường mặt trượt cắt theo lớp dat yếu, Nếu nén đất yếu có chiều

dẫy khá nhỏ (so chiều rộng dé đập) thì công trình phá hoại do nén bị đẩy ngang,nếu nền đất yếu quá diy công trình bị phá hoại do nén bị lún chai Phổ biến là đểđập trên nên đất yếu bị phá hoại theo mặt trụ trdn qua nền và thân đập

Tuy nhiên, thực tế còn có nhiều yếu 16 khác nữa cũng ảnh hưởng đến hìnhdạng mặt trượt như: tai trọng tác dụng trên bề mặt, lực do động dat, áp lực nước

15 rồng, hiện tượng nút nẻ cho nên cũng có nhiều quan niệm khác nhau về

Collin (1860 - 1890) thực hiện những khảo sát chi tiết ở một số mái dốc bị

phá hoại và kết luận mặt trượt có dạng gần như mặt trụ trên

Vio khoảng (1916) các nhà khoa học Thuy Điễn lại phát hiện mặt trượt

xắp xi dang trụ tron và phát triển phương pháp tính toán gọi là phương pháp Thuy Điền,

Frontart và Risal (1920) đề nghị dùng mặt trượt dang xoắn logarit Dang

này thích hợp khi mai dat có độ đốc lớn và chỉ có một loại đất

Bishop (1950) sử dụng bé mat trượt trụ tròn và chỉ áp dụng phương trình

cân bằng mô men đối với khối trượt và phương trình cân bằng lực theo phương

đứng,

Tanbu (1950 - 1960) sử dụng bé mặt trượt dạng bất ky và chỉ dùng phươngtrình cân bằng lực đối với khối trượt

Morgensten — Price (1960) sử dụng bé mặt trượt dang bắt kỳ và áp dụng

cả 2 phương trình cân bằng lực và phương trình cân bằng mô men

Fredlund (1970) sử dụng b mặt trượt hỗn hợp và áp dụng cả 2 phương

trình cân bằng lực và cân bằng mô men Mặt trượt hỗn hợp gồm một phần là mặt

Celestino và Duncan (1981) đã sử dụng cực tiêu của hàm nhiều biến dé

tim bề mặt trượt nguy hiểm nhất, nó gồm một loạt các đoạn thẳng

Kopacey (1957) lin đầu tiên để nghị phương pháp vi tích phân bin đổi để

xúc định hình dạng và vị trí mặt trượt nguy hiểm

Hiện nay có hai chương trình máy tính thông dụng thường để giải các bài

toán địa kỹ thuật là phần mềm GEO-SLOPE của Canada và phần mềm PLAXIScủa Hà Lan Cả hai phần mềm này đều khá hoàn hảo cả về giao điện lẫn công

năng Tuy nhiên xét một cách tổng thé thì phần mềm PLAXIS thiên về tinh ứng.suất biến dạng, còn phần mềm GEO-SLOPE thiên về tính thắm và ổn định mái

dốc được nhiều dom vị cơ quan tư vấn thiết kế, thẩm định, thẳm tra ở nước ta

sit dụng Trong chuyên dé ni i tác giả chọn phần mém GEO-SLOPE để tinh toán 1.2.2 Các nghiên cứu về in định ca đ sông ở Việt Nam hiện nay

12.2.1, Những trận vỡ đồ trong lich sử

Năm 1913, ngày 9 thing 8, mực nước ti Hà Nội dạt 11.35 m làm vỡ để

sông Hồng ở đoạn đề thuộc tinh Vinh Phúc trên 2 đoạn phía tả ngan tại NhậtChiên, Cim Viên và Hải Bối, Yên Hoa thuộc Phúc Yên; vỡ đê Phu Chu thuộc

tinh Thái Binh, Ngày 14 tháng 8, khi lũ Hà Nội xuống mức 10,69 m vẫn vỡ để Lương Cổ, tả ngan sông Day thuộc tỉnh Ha Nam Ngày 17 tháng 8, vỡ đê

Phương Độ, Sơn Tây phía hữu ngạn sông Hồng khi mực nước Ha Nội là 11,L1m

Ngày 18 tháng 8, vỡ dé Nghĩa Lộ phía hữu ngan thuộc tỉnh Hà Nam, khi mực

nước Hà Nội 11,03 m Ngày 19 thing 8, vỡ dé Quang Thừa, Lỗ Xá sông Diy

phía hữu ngạn thuộc tỉnh Hà Nam, khi mực nước Hà Nội 10.99 m Nước lũ làm

ngập gần hết tỉnh Vĩnh Phúc (cũ), một phần Hà Tây, Nam Định, Hà Nam, Thái

Bình và Bắc Ninh.

Nam 1915, từ ngày 11 đến 20 thang 8: Dé bị vỡ liên tiếp 42 chỗ với tổng

chiều dai 4180 m (từ 11 - 20/7/1915 khi mực nước Hà Nội dao động từ 11,55 m

đến 11,64 m) Những nơi vỡ chính như: Xam Dương, Xam Thi dé hữu sôngHồng thuộc tỉnh Hà Đông Các chỗ vỡ khác như Lục Cảnh, Hoàng Xá, Trung

Hà tỉnh Phúc Yên; Phi Liệt, Thuy Mao tỉnh Bắc Ninh Đề tả sông Hồng, vỡ ở:

Mễ Chân tính Hưng Yên; Gia Quất, G

Thu, Danh Nam tinh Bắc Ninh và một số chỗ khác trên sông Phó Day, Dudng

Thuong, Phú Tong, Yên Viên, Đông

và sông Đây.

Năm 1945, Một trận lũ lớn vào thing 8 năm 1945 gây vỡ dé tại 79 điểm,

tích 312000 ngập 11 tỉnh với tổng di „ ảnh hưởng tới cuộc sống của 4 triệu người

Năm 1971, ảnh hưởng những trận mưa to liên tục và một cơn bão lớn, nước trên sông Thao, sông Lô và sông Đà đã hợp lại gây nên cơn lũ lịch sử của

đồng bằng sông Hồng Mực nước sông Hồng ngày 20 thing 8 lên đến 14,13 mở

Ha Nội (cao hơn mực nước báo động cáp III đến 2,63 m) Mực nước Sông Hồng

do được 18,17 m ở Việt Tri (cao hơn 2,32 m mức báo động cấp HI) và 16,29 ms

Son Tây (cao hơn 1,89m mức báo động cấp II) Đồng thời mục nước ở các

Sông Cầu, Sông Lô, Sông Thái Bình lên cao hon bao giờ ht Mưa lũ năm 1971

đã gây vỡ đê ở ba địa điềm, làm chết 100000 nguời, tng ngập 250000 ha và hon

2.7 triệu người bị thiệt hại

1.2.2.2 Các trận lit lớn xảy ra trên sông Bay

Nam 1985 Tran lù lịch sử tháng 9/1985 tương ứng tần sự 3% tại

Bến Dé (Hmax = 5,24m) hoàn nguyên lũ theo địa hình lòng dẫn 1996

-1999 và không phân chậm lũ vào khu Gia Tường - Đức Long thì mực nước lớn

nhất tại Bên Đề sẽ là 6,49 m tương đương với tin suất lũ P = 1%

Có thể tóm tắt diễn biển của trận lũ lịch sử tháng 8/1985 như sau (kết quả

Quy hoạch Thuỷ lợi năm 1985)

ip nhiệt đới từ ngày 9/9/1985

tra lũ của Vi

ến 13/0/1985 đã

Do ảnh hưởng của áp t

gây ra mưa lớn trên một diện rộng từ Thanh Hoá đến các tinh đồng bằng Bắc Bộ,

lượng mưa đo được từ ngày 7 - 13/9/1985 như sau

Chỉ Ne 526 mm Kim Bồi 27 mm HungThi : 555mm Nho Quan 807 mm

Gia Viễn 595 mm

“Tam Điệp 735 mm

~ Mực nước lũ lớn nhất tại trạm Hưng Thi 19,5 m lưu lượng Qmax = 2400 mls

(vào lúc 9 giờ ngày 12/9)

~ Mực nước lũ lớn nhất tại trạm Bến Dé 5,24 m duy trong 3 ngày 12, 13, 14

~ Khi mực nước Bến Dé lên đến 4,71 m vào lúc 1 giờ ngày 12/9 thì bắt đầutràn vào Lạc Khoái Khi mực nước Bến Dé đạt đến 5,24 m thì toàn bộ chiều dài

10 km để phía Lac Khodi bị ngập sâu 0,4 - 0,7 m lúc này mực nước trong đồng,

‘va ngoài sông ngang bằng nhau

- Lúc 14 giờ

Lúc 18 giờ 12/9 tràn đoạn dé tả Hoàng Long từ Trạm bơm Chin Hưng

-ngày 12/9 tràn đoạn dé Gia Hưng dai 600 m vào Gia Viễn,

Tiên Yết dai 5 km và ngập sâu 0,2 - 0,4 m Đến 8 giờ 13/9 đoạn dé tả Gia Viễn

bị vỡ tại Chấn Hung (dai 270 m), Tiên Yết (dải 70 m) nước tran vào khu Gia

'Viễn đến ngày 14/9 mực nước trong đồng và ngoài sông ngang bằng nhau

- Do mực nước Bến Để dang cao, nước lũ sông Hoàng Long trin vào Mai

Phương - Đầm Cit ra cửa Bich Long

‘Nam 1996 Trận lũ lớn xây ra khi cơn bão số 4 đỗ bộ vào Ninh Bình, Nam

Định và Thanh Hoá Lượng mưa quan trắc từ ngày 12 - 16/8/1996 như sau

Ninh Bình 358 mm Nho Quan 322mm

- Sông Hoàng Long tại trạm thuỷ vin Hưng Thi mye nước lũ lớn nhất đo được là 1778 m

- Sông Hoàng Long tại trạm Bến Đề: Hmax = 4,81 m (nếu chuyển về cao

độ cũ là 5,034 m)

~ Nước sông Hoàng Long lên cao tràn vào khu chậm là Gia Tường - Đức

Long và hữu Hoàng Long, cuỗi giai đoạn tran mực nước trong đồng và sông còn

chênh lệch nhau từ 1,5 - 2,0 m.

- Đặc điểm của trận lũ tháng 8/1996 là không xảy ra vờ để tả, để hữu sông

Hoàng Long do công tác phòng chống lụt bão chuẩn bị tốt Khi lũ sông Hoàng

Long lên cao vượt khả năng chịu đựng của đê thì cho tràn qua Lạc Khoái vào vũng hữu Hoàng Long dé hạ thấp mye nước sông,

Mực nước lũ sông Hoàng Long không lớn bằng trận lũ tháng 9/1978 nhưng,

ngược lại mực nước trên sông Đáy đoạn từ Gián Khẩu - Như Tân dâng cao do

triều trùng bình ngoài biển Đông gặp cơn bảo số 4 với cắp 11, 12 gây nước ding

vùng cửa sông Đây lên gần 2,0 m nước.

Năm 2007 Do có mưa lớn ở thượng nguồn, gây lũ lớn trên sông Hoang

Long Khi mực nước lũ trên sông Hoang Long tại Bến Để dat đến +4,40 m, lúc

17 giờ ngày 5/10/2007 đã phải xa lũ qua tràn Gia Tường, Đức Long vào khu châm lũ Gia Tường - Đức Long Đến 21 giờ cùng ngày, mực nước tại Bến Để là

¬+4/96 m phải xa lũ qua trân Lạc Khoái và khu hữu Hoàng Long Mực nước lũ tại

Bến Để tiếp tục lên đến đình là +5,17 m lúc 0 giờ ngày 6/10/2007 và bat đầu hạ

xuống,

~ Ngoài lũ nội tại sông Bay còn bị tác động rất lớn bởi lũ sông Hoàng Long,

lũ sông Hồng qua sông Đào Nam Định nhập tại Độc Bộ

- Xét trên toàn tuyến sông Hoàng Long và sông Day thì trận lũ thắng 9/1985 và tháng 8/1996 được xem là trận lũ lớn nhất của vùng Ninh Bình.

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến hư hỏng của hệ thống đê sông ở nước ta,

trong đó có 2 nhóm nguyên nhân chính như sau:

- Những hư hỏng đê do con người trực tiếp ngây nên Những hư hỏng loại

này thì có thể sửa chữa khắc phục được nếu được sửa chữa kịp thời

- Những hư hỏng đê kẻ do những diễn biến bắt thường của thời tiết như:

La lụt vượt tin suất thiết kể, vận tốc dòng chảy quá lớn dẫn đến sự xói lở đê; Do

trong sông có sự chênh lệnh quá lớn giữa mực nước về mùa lũ và mùa kiệt, quá

trình đãng cao hay rút nhanh mực nước trong sông làm cho mái đê, kẻ bị sat lở

sông Hoàng Long

-do biến đối khí hậu Ninh Bình bị vỡ dé năm 2008

1.2.3 Đánh giá về n định của đê sông Việt Nam hiện nay trong điều kiện củabién đỗi khí hậu

Việt nam là một trong những nước chịu nhiễu thiên tai nhất trên thé giới

các điều kiện thời tiết khắc

Phin lớn thiên tai tại Việt nam đều liên quan

nghiệt, tin suất và cường độ của các thảm họa này phụ thuộc vào từng mùa và liên quan đến những tác động của biến đổi khí hậu Hàng năm, bão, lũ, hạn hán

c thiên tai khác gây ra nhiễu thương vong, thiệt hại về người, tài sản và cơ

ép quốc (UNDP),

sở hạ ting Theo đánh giá của Chương trình Phát triển Liên

Việt Nam nằm trong top 5 nước đứng dau thé giới dé bị ton thương nhất đối với

biến đổi khí hậu Nếu mye nước biển tăng I mét ở Việt Nam sẽ có khoảng 40%

diện ích đồng bằng sông Cứu Long, 11% diện tích đồng bằng sông Hang và 3%diện ích của các tinh khác thuộc ving ven bién bi ngập, 11% người mắt nha cửa,

giảm 7% sản lượng nông nghiệp và 10% thu nhập quốc nội GDP Nếu mực nước

biển dâng lên là (325)m thì điều này đồng nghĩa với "có thể xảy ra thảm họa” ở

Việt Nam,

Có thể khẳng định rằng, đồng bing sông Hồng là một trong những đồng

bằng dé tổn thương nhất trên trái đất do biến di khí hậu, những diễn biến thời tiết

Đối với ngày cling xấu đi đã và đang tác động ngày cing nặng n

đồng bằng sông ng, biển đổi khí hậu làm cho mực nước biển ding, hạn bán, lũ

lụt xảy ra với tần suất ngày cảng lớn hơn Những yếu tổ đó sẽ làm gia tăng ngập

lụt, xâm nhập mặn, lan tràn chua phẻn, tăng nguy cơ mực nước dâng; có thể phát

sinh nhiều khó khăn khi điều tiết lưu lượng lũ; quá trình đô thị hoá đang phát triển

nhanh cùng với tăng trưởng din số cao cảng tạo thêm nhiều áp lực cho công tác

quản lý để điều; công tác dự báo mưa, bão và lũ lụt edn hạn chế

đối lượng mưa không nhất quán giữa các khu vực và các thời

kỷ Sự thay đổi về lượng mưa tháng và mưa năm không thẻ hiện xu thé tăng hay

giảm nhưng cường độ mưa đang có xu thé tăng rõ rệt Trên phan lớn lãnh thổ

lượng mưa giảm di trong tháng 7, 8 và tăng lên trong các tháng 8,9,10 Theo kết

quả tính toin của GSTSKH Nguyễn Đức Ngữ, Tring tâm KHCN Khí trongThủy văn và Môi trường cho thấy những năm gần đây sông Hồng và sông Mê

Kông dong chảy năm biến đổi từ +4% đến -19%, dòng chảy kiệt biến đổi từ -2%

đến -24% Do lượng mưa ti diễnlên, lưu lượng đỉnh lũ tăng lên và chu

cũng giảm đi Với dinh 10 trước đây tương ứng với chủ kỳ ti diễn 100 năm thìnay còn 20 năm Với đình lũ trước đây có cho kỳ tái diễn 20 năm thì nay còn 5

năm, tức là tin suất xuất hiện lũ lớn lớn hơn Mực nước biển dâng đổi với thống đê sông, đê xo và bờ bao, mực nước biển dâng cao làm cho khả năng thoát nước ra biển giảm, kéo theo mực nước các con sông dâng lên, kết hợp với

sự gia tăng đồng chảy lũ từ thượng nguồn sẽ lim cho đình lũ tăng thêm, uy hiếp

sự an toàn của các tuyến dé sông ở các tinh phía Bắc, đề bao và bờ bao ở các tỉnh

phía Nam.

Các giải pháp phát triển thuỷ lợi thích ứng với biến đổi khí hậu:

- Nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng

đến hệ thống công trình thủy lợi

- Nghiên cứu, áp dụng các chỉ tiêu thiết kế nhằm nâng cao mức đảm bio

cắp nước, tiêu thoát nước, chống lũ thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu

- Rà soát, bi sung quy hoạch, từng bước xây dung các ông trình ngăn sông lớn

- Diu tư xây dung, nâng cấp các hệ thống dé biển, dé sông, dé cửa sông, bảo đảm an toàn cho dân sinh và sản xuất,

- Xây dựng các chương trình nâng cấp các hệ thống thủy lợi phục vụ cắp nước, tiêu thoát nước, đảm bảo an toàn công tình.

- Nghiên cứu, ứng dụng các giải phá công nghệ khoa học tiên tiến hạn

chế tác động bat lợi do biến đổi khi hậu, nước bid dâng gây ra,

1.3 Kết luận chương

Ở Việt Nam, hệ thống dé và các công trình bảo vệ bờ đồng một vai trò cục

kỳ quan trong trong việc phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ an toàn cho

các trung tâm văn hoá, chính ti, nh t, các ving dn cư rộng lớn tải đi theocác triển sông, duyên hải từ Bắc chi Nam Hệ thong dé sông ở đồng bang Bắc bộ.

.đã được hình thành và phát triển từ hàng nghìn năm nay Nhân dân ta đã tích luỹ

được nhiễu kinh nghiệm trong việc đắp và gìn giữ đẻ Lịch sử cũng đã ghỉ nhận

những vụ vỡ dé với sức tin phá ghê gém, để lại hậu quả lâu dai, Hiện nay, trong

điều kiện đất nước đang công nghiệp hoá, hiện đại hoá, những yêu cầu về việc bảo

các khu vực dân cư và kinh tế chống sự tần phá của bão, 10, nước biển dâng ngày cảng trở nên cắp bách Ngoài việc quy hoạch bảo vệ bờ sông, be biển và xây,

dựng các hệ thống đê mới, thi việc dựa trên những điều kiện sẵn có dé củng cổ,

nâng cấp các hệ thống đê điều hiện nay cũng rit cắp thiết

CHƯƠNG 2

(CO SỞ KHOA HỌC TRONG VIỆC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIA

ĐỘ ÔN ĐỊNH CUA DE SÔNG2.1 Cơ chế phá hoại dé

Cơ chế phá hoại của dé có thể nêu ở (hình 2-1) sau:

X6i doh Tra cựn

Hình 2-1: Cơ chế phá hoại đê

Tran: Là hiện tượng nước trần qua đỉnh để làm để ũng nước, xói mái

trong và có thé dẫn đến vỡ đề

‘Sat cung: Mai trong có thé xây ra do đường bão hòa nằm ở vị trí cao trong thân đê khi mực nước cao duy trì trong thai gian dai

Mất ổn định cục bộ: Về vật liệu đê trên mái hạ lưu có thể do thắm và mặt

bão hòa cao.

Xói mái ngoài: Có thể do tác động sông do giỏ hoặc do tau thuyền

Xói bãi: Cổ thé do nước thủy triều lên xuống và đồng chiy.

đề,

Ro, si: Sùi là hiện tượng hình thành dẫn din ở nên 48, 'đường ông” đồng

nước mang theo đất cát ở nén ra ngoài Rò là hiện tượng tương tự nhưng xảy ra ở

phần thân dé Ro sii sẽ phát triển gia tăng khi mực nước ở trước dé.

Trượt thân dé: Phía ngoài có thé xây ra, thường xuất hiện khi thân dé tiêu

thoát nước kém khi mực nước phía ngoài hạ thấp đột n

hạn quan trọng trong địa chất công trình đối với đê điều là “trang thái giới hạn cơ

bản" kết hợp với các cơ chế phá hủy và “trang thái giới hạn bén’ liên quan đếnbiển dạng lớn nhất có thể chấp nhận của đất hoặc thay đổi độ cao mặt đất hay độ

cao để wv.

Quan hệ về 2 trang thái này với cơ chế phá hủy đề và các công trình chặn

nước khác cần phân biệt theo: cơ chế vi mô và cơ chế vĩ mô,

2.11 Cơ chế vì môi

Co chế vi mô phá hoại đê

7 Đường bio hoà

a) Mắt ổn định

vi mô mái ngoài =

~ Xi trong : một dạng chuyển dịch hạt đất trong lớp lọc, hạt đắt mịn hơn.

của một lớp được đưa ra ngoài qua khe rỗng các hạt thô hơn của cùng một lớp

Cơ

~ Mặt đất ở bên trong do đồng chảy ngầm đưa ra ngoài một mái

chế này xảy ra ở mái trong của dé khi mực nước ngoài sông cao duy trì thời gian dài làm đường bão hòa trong thân dé ding cao.

- Ro, siti: một dang xói do déng chảy ngim mạnh đưa các hat dit cát rangoài qua một đường dẫn tương tự "đường ống" Hiện tượng này thưởng thấy ở

nên đê là đất cát và đường ống nằm ngay dưới lớp đất ít thắm ở trên lớp nền cát

này, xây ra khí cường độ ding chảy ngầm vượt một mức nào đó Cường độ dòng

ố độ chênh đầu nước tại vị trí vào và rachảy ngằm này có thể biểu thị bằng tỷ

với khoảng cách giữa các vị trí đó.

G thông số của đất liên quan đến cơ chế này là đường kính hạt và độ thắm Điều kiện tải trọng trội là gradient thủy lực cục bộ.

'Về én định vi mô liên quan chính đến thời gian trạng thái tới hạn và điều

kiện tải trong thiết kế Đặc biệt đối với vật liệu hạt như cát việc vận chuyển phải

xây ra đến một mức đủ lớn nào đó trước khi có thể làm cho để bị hư hại Mặcdầu cơ chế vi mô được khởi đầu như một hiện tượng không biết trước và các kỹ

sư cần nhận thức được hậu quả nguy hiểm của nó khi trải qua thời gian dài Rất

nhiều thi dy để thấy nhiều con đê bị phá hủy hoàn toàn do hậu quả của rò, súi

Hinh 2-3: (tiép): Cơ chế vĩ mô

~ Mắt én định mái đê xảy ra khi ứng suất cắt thực dọc theo một mặt phá

hoại tiềm ting đã vượt sức kháng cắt doc theo mit đó Hằu hết các trường hợp

được xem xét mặt phá hoại hình cung, trừ trường hợp mặt cắt ngang nơi mặt phá hoại có thể trình bay như (hình 2-2).

- Mắt dn định cục bộ trong lớp đất nền ở dưới kè lát mái do tác động của

lực sóng, định cụe bộ này có thé xây ra tức thời do tác động lớn của một

con sống ngoài dự kiến hoặc tải trọng lặp đi lặp lại của nhiều con sóng lớn

Trong thời giản sông tác động lặp di lap lại như vậy một áp lực khe rỗng vượttrội xuất hiện và lớn dẫn trong trường hợp nền là cát rồi sẽ dẫn đến giảm sức

ất ôn định

kháng để n

- Nên ép làm mắt dn định mà trong đỏ một khối đắt lớn bị biển dạng và xế

dich theo hướng thẳng đứng do biển dạng ngang lớn ở lớp dưới thấp hơn rất yêu

Nén ép lớp đất yếu do tải trọng ngoài

- Trượt chảy hoặc trượt cát do hóa lỏng, y ra đối với đất cát rời đến rất

toi rời Cát có thé ry và dịch chuyển với khối lớn Gây nê

lặp đi lặp lại (do sóng biển hoặc do động đất) Dé đánh giá tiềm năng hóa longcác thông số cần biết là dung trong và độ thắm của cát

Lain do ảnh hưởng của cố kết hoặc trườn đất ở dưới Thực ra vẫn để này.

ngoài chức năng của dé (ngoài trạng thi giới han bén) hơn là mắt én định Phụ

thuộc chiéu diy các lớp đất yêu ở dưới, độ đốc và các đặc tính trườn đất cũng như

độ thấm của các lớp này mà lún có thể tiếp tục trong nhiều năm sau khi đề đã đắp,

xong Độ lớn về lún còn phụ thuộc vào độ gia tăng hay tải trong ngoài tác động.

Cơ chế vĩ mô được đặc trưng bởi vì bởi sự biến dạng hoặc dich chuyển

tương đối của khối đất lớn một cách từ từ đến đột ngột Cơ chế này được xem cónguồn gốc giả định đất là liên tục (thay vì các hạt riêng lẻ) Nguyên lý về ứng suấthiệu quả là một thi dụ vẻ giả định nay Gọi các đặc trưng vĩ mô và các thông số phụ

thuộc được quy về liên tục tương tự như độ đàn hồi, dính kết và góc nội ma sát

Nơi biến dạng và dịch chuyển lớn (trong thời gian một mái của đê mắt ôn

đinh) xây ra thì có thể nói rằng đã đạt đến trạng t i giới hạn cơ bản hoặc đã vượt, Trường hợp khác, cơ chế chỉ ra rằng như cơ chế biến dạng ma qua đó trạng,

thái giới hạn bền lớn hơn thiết kế đê Thực ra không có biên giới chặt chẽ nào

giữa hai loại trạng thái giới hạn và cũng không tổn tại trong thực tiễn La vì ứng

suất cắt lớn và biến dạng lớn đối với hầu hết các loại dat (trừ đắt sét yêu và dat

bùn than) luôn đi đôi với nhau, nói cách khác cả hai đặc trưng cùng xuất hiện cùng một lúc.

Trữ co chế mà áp lực khe rồng do giảm dung tích cia cốt dit nhiễu gâynên bởi ứng suất cất, có nhiều mô hình cổ thể áp dụng để tinh toin dùng trong

thiết kế có quan hệ cơ chế vĩ mô Những mô hình dé xác định về én định mái dé

(phương pháp Bishop và Fellenius) và xác định về lún (phương pháp Terzaghi

và Koptpean) có thể áp dụng dé tính toán ổn định đổi với mái đê sông và đề

biển Đương nhiên cần thiết có các thông số về địa chất công trình dùng cho tính toán với yêu cầu lấy các mẫu đất không bị phá hoại và thí nghiệm trong phòng theo tiê chuẩn quy định.

2.2 Các tiêu chí cơ bản trong việc đánh giá độ ôn định của đê sông.

2.2.1 Quy mô mặt cắt ngang đề

Từ những đặc điểm của đê đã nêu trên, chú ý nhiều đến các đặc điểm vềđịa hình, địa chất và thực tế làm việc của 48, có thể nêu ra một mặt cắt ngang đại

diện của đê như hình 2-4 sau:

Hình 2-4: Mặt cắt ngang đặc trưng của dé

~ Thân đê chịu tác dụng của cột nước H trong mùa lũ; chiều rộng đáy đê B

~ Mực nước sông mùa lũ (MNL) ngập trên bãi bồi.

- Mực nước sông mùa kiệt (MINK), nói chung thấp dưới đáy lớp phủ

Sắt nên để được tổng hợp thành 2 lớp

+ Lớp phủ phía trên được đặc trưng bằng hệ số thắm K; nhỏ thua Ky (củalớp đưới) gọi là lớp phủ t thẩm (hoặc lớp phủ) Chiu đây lớp nay t= (1=6)m,

Lớp này thường có các loại ä sét, thành phần các hạt có thé thay đổi Theo thành

phần hạt có thé phân thành 2:3 lớp nhỏ trong chiều day chung t Theo mức độ

là lớp thắm, chiều dày T thường là loi á

hạt cũng thay đổi khá lớn Theo thành phần hạt cũng có thể chia lớp này thành.

nhiều lớp nhỏ Tuy nhiên xét về mức độ thắm có thể xếp chung vào 1 loại với hệ

số thấm K;

Mặt cắt ngang đặc trưng của đê như trình bày trên mang tính chất đại

diện Nó được xem như một sơ dé để phân tích sự làm việc ổn định của đê

2.2.2, Cao trình định dé

1 Cao trình đình đề được xác định theo các công thức:

CTĐĐ =MNTK +4h + Hsl +a CTDD =MNKT +Ah? + HS +a Trong đó

~a là độ gia cao an toàn của dé,

- Ah và Ah là chiều cao nước dénh do gió gây nên, tính bằng m, hay chiều

cao nước dâng đối với đê biển.

- Hs và H”sl là chiều cao sóng leo, tinh bằng m

Trị số Ah’ và H'sl được tính với vận tốc gió bình quân lớn nhất nhiều năm

không kể hướng Vo„,s(m/s), tính ở độ cao cách mặt đất bình quân khu vực 10m.

Trị số của Ah, Hsl, H'sl được xác định theo quy phạm

2 Khi đê có xây tường chắn sống, cao trình đình tường được tính toán

như cao trình định đê đắt ở mục 1 Cao trình mặt để đắt ở phía sau lưng tường

nhất thiết phải cao hơn cao trình mực nước tĩnh thiết kế 0,50 m trở lên

3 Bé đất cần phải dự trữ độ lún Tủy theo điều kiện địa chất nén đê, chất

đất thân dé và độ chặt đắp dat, có thé lay độ lún dự phòng khi thi công dé bing

3% đến 8% chiều cao thân để là thích hợp Khi gặp một trong những trường hop

sau, độ lún cần được tính toán theo quy định.

a Chiều cao đê lớn hơn 10m.

b Nền dé là lớp đất mềm yếu

e, Điều kiện thi công khó bảo đảm độ chặt dim nén thi

2.2.3 Bề rộng mặt dé

1 Chiều rộng đỉnh để, ngoài việc thỏa mãn yêu cầu đảm bảo ổn định

chung và ổn định thắm, khi xác định chiều rộng định đê cần xét đến yêu cầu thi

công, yêu cầu xử lý cấp cứu hộ dé, kể cả trường hợp lũ vượt lũ thiết kế, yêu cầu kết hợp giao thông trên đỉnh dé và các yêu cầu khác để xem xét, quyết định.

rong đỉnh để được quy định ở (bảng 2-1) sau Trường hợp đặc biệt, Khi có luận chứng thỏa đáng có thể được phép tăng,

hoặc giảm chiều rộng đỉnh đê trên toàn tuyển hoặc từng đoạn, nhưng phải được

cấp có thẳm quyển chấp thuận.