nghiên cứu đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống kè mỏ hàn bảo vệ bờ biển

Như vậy hầu hết các tháng trong năm tác động của sóng biển đều có trị số khá lớn và thường xuyên gây sạt lở cho tuyến đê biển Nam Định... Hiện nay để giảm xói lở bờ biển do tác độ

Sau m ột thời gian nghiên cứu, thực hiện luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên

c ứu, đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống kè mỏ hàn bảo vệ bờ biển” tác giả

đã hoàn thành theo đúng nội dung của đề cương nghiên cứu, được Hội đồng Khoa

h ọc và Đào tạo của Khoa kỹ thuật Biển phê duyệt Luận văn được thực hiện với mục đích đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống kè mỏ hàn bảo vệ bờ biển khu vực

c ửa sông thuộc huyện Nghĩa Hưng, Nam Định

Để có được kết quả như ngày hôm nay, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu

s ắc tới TS Nghiêm Tiến Lam - Khoa Kỹ thuật biển - Trường Đại học Thủy lợi đã

t ận tình hướng dẫn, chỉ bảo và đóng góp các ý kiến quý báu trong suốt quá trình

th ực hiện luận văn

Xin chân thành c ảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, sự hỗ trợ về mặt chuyên môn

và kinh nghi ệm của các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật biển

Xin chân thành c ảm ơn các đồng nghiệp trong cơ quan; Phòng Đào tạo Đại

h ọc và sau đại học; tập thể lớp cao học 19BB- Trường Đại học Thuỷ lợi cùng toàn

th ể gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để tác gi ả hoàn thành luận văn này

Trong quá trình th ực hiện luận văn, do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên ch ắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện về mặt

ki ến thức trong học tập và nghiên cứu

Xin trân tr ọng cảm ơn!

Hà N ội, ngày tháng năm 2013

Tác gi ả

Nguy ễn Văn Cường

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu được sử

dụng trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được ai nghiên cứu và công bố trong bất cứ công trình khoa học nào

Tác gi ả

Nguy ễn Văn Cường

CHƯƠNG 145T 1 45T

TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU45T 6 45T

1.1.45T 45TVị trí địa lý và đặc điểm địa hình, địa chất45T 6 45T

1.1.1.45T 45TVị trí địa lý:45T 6 45T

1.1.2.45T 45TĐiều kiện địa hình:45T 6 45T

1.1.3.45T 45TĐặc điểm địa chất45T 8 45T

1.2.45T 45TĐặc điểm khí tượng thuỷ văn - thuỷ lực vùng biển dự án:45T 9 45T

1.2.1.45T 45TĐặc điểm khí tượng:45T 9 45T

1.2.2.45T 45TĐặc điểm thuỷ văn:45T 13 45T

CHƯƠNG II45T 20 45T

HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG KÈ MỎ HÀN KHU VỰC HUYỆN NGHĨA HƯNG, NAM ĐỊNH45T 20 45T

2.1.45T 45TTổng quan về thiết kế Đập mỏ hàn45T 20 45T

2.1.1.45T 45TNguyên tắc chung45T 20 45T

2.1.2.45T 45TCác bộ phận của mỏ hàn, gồm: Mũi; Thân; Gốc.45T 21 45T

2.2.45T 45THiện trạng hệ thống đập mỏ hàn khu vực nghiên cứu45T 22 45T

2.3.45T 45THiện trạng công trình45T 23 45T

2.3.1.45T 45THệ thống kè mỏ hàn chữ Y45T 23 45T

2.3.2.45T 45THệ thống kè mỏ hàn chữ T45T 26 45T

CHƯƠNG III.45T 29 45T

THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ TÍNH TOÁN KỂM ĐỊNH MÔ HÌNH MIKE 2145T 29 45T

3.1.45T 45TTổng quan về mô hình Mike 2145T 29 45T

3.1.1.45T 45TCơ sở lý thuyết mô hình dòng chảy MIKE 21/3 Coupled Model FM45T 30 45T

3.1.2.45T 45TCơ sở lý thuyết mô hình sóng SW45T 34 45T

3.1.3.45T 45TCơ sở lý thuyết mô hình dòng chảy Mike 21FM HD45T 35 45T

3.1.4.45T 45TCơ sở lý thuyết mô hình vận chuyển bùn cát ST45T 37 45T

3.2.45T 45TThiết lập miền tính, lưới tính45T 39

3.3.45T 45TĐiều kiện biên, điều kiện ban đầu45T 43 45T

3.4.45T 45TBộ thông số mô hình45T 45 45T

3.5.45T 45TKết quả hiệu chỉnh và kiệm định mô hình45T 45 45T

3.5.1.45T 45TNguyên tắc kiểm định và hiệu chỉnh mô hình45T 45 45T

3.5.2.45T 45TKiểm định và hiệu chỉnh mô hình thủy lực45T 45 45T

3.5.3.45T 45TKiểm định và hiệu chỉnh mô hình lan truyền sóng45T 48 45T

CHƯƠNG IV.45T 50 45T

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ XU THẾ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU45T 50 45T

4.1 Kịch bản tính toán chế độ thủy động lực và xu thế vận chuyển bùn cát45T 50 45T

4.2 Kết quả mô phỏng chế độ dòng chảy mùa Đông, Mùa Hè và lũ45T 51 45T

4.345T 45TKết quả mô phỏng trường sóng mùa Đông và mùa Hè45T 60 45T

4.3.1 Dữ liệu sóng nước sâu nhiều năm tại trạm Bạch Long Vĩ45T 60 45T

4.3.2 Kết quả mô phỏng lan truyền sóng mùa Đông45T 62 45T

4.3.3 Kết quả mô phỏng lan truyền sóng mùa hè45T 64 45T

4.4 Kết quả mô phỏng xu thế vận chuyển bùn cát mùa Đông, mùa Hè và lũ45T 66

Hình 5 - Hệ thống kè mỏ hàn chữ IU 25 45TU

Hình 6 - Hệ thống kè mỏ hàn chữ IU 26 45TU

Hình 7 - Một kè mỏ hàn chữ T nhìn từ phần cánh vào đêU 28 45TU

Hình 8 - Các thành phần theo phương x và yU 34 45TU

Hình 9 - Số hóa địa hình lưới tính miền lớn khu vực biển Nghĩa Phúc, Nghĩa Hưng, Nam ĐịnhU 40 45TU

Hình 10 - Số hóa địa hình miền nhỏ lưới tính khu vực biển Nghĩa Phúc, Nghĩa Hưng, Nam ĐịnhU 41 45TU

Hình 11 - Địa hình chi tiết toàn bộ hệ thống kè mỏ hàn - Đoạn bờ biển Nghĩa PhúcU 42 45TU

Hình 12 - Địa hình chi tiết hệ thống kè mỏ hàn chữ T- Đoạn bờ biển Nghĩa PhúcU 42 45TU

Hình 13 - Địa hình chi tiết hệ thống kè mỏ hàn chữ L- Đoạn bờ biển Nghĩa PhúcU 43 45TU

Hình 14 - Các biên miền tính lớnU 43 45TU

Hình 15 - Các biên miền tính nhỏU 44 45TU

Hình 16 - Mực nước thực đo tại cửa sông từ ngày 1 đến 15/11/2008U 45 45TU

Hình 17 – Kết quả kiểm định mực nước triềuU 46 45TU

Hình 18 - Hệ số tương quan giữa thực đo và tính toánU 46 45TU

Hình 20 - Thời kỳ triều lên tại 23 giờ ngày 2/11/2008U 47 45TU

Hình 21 - Thời kỳ triều xuống tại 14 giờ ngày 2/11/2008U 47 45TU

Hình 22 - Chiều cao sóng ven bờ Nam ĐịnhU 48 45TU

Hình 23 - Chiều cao sóng ngoài khơi Nam ĐịnhU 48 45TU

Hình 24 - Hoa sóng ngoài khơi Nam ĐịnhU 49

phỏng 67 45TU

Hình 57 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ I ở cuối chu kỳ mô phỏngU 68 45TU

Hình 58 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ I ở cuối chu kỳ mô phỏngU 68 45TU

Hình 59 - Diễm biến bồi xói khu vực bờ biển Nghĩa PhúcU 69 45TU

Hình 60 - Diễn biến bồi xói ở 3 kè mỏ hàn chữ T đầu tiên cuối chu kỳ mô phỏngU 69 45TU

Hình 61 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ T tiếp theo cuối chu kỳ mô phỏngU 70

45TU

Hình 62 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ T cuối cùng ở cuối chu kỳ mô

phỏngU 70 45TU

Hình 63 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ I ở cuối chu kỳ mô phỏngU 71 45TU

Hình 64 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ I ở cuối chu kỳ mô phỏngU 71 45TU

Hình 65 - Diễm biến bồi xói khu vực bờ biển Nghĩa PhúcU 72 45TU

Hình 66 - Diễn biến bồi xói ở 3 kè mỏ hàn chữ T đầu tiên cuối chu kỳ mô phỏngU 72 45TU

Hình 67 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ T tiếp theo cuối chu kỳ mô phỏngU 73

45TU

Hình 68 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ T cuối cùng ở cuối chu kỳ mô

phỏngU 73 45TU

Hình 69 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ I ở cuối chu kỳ mô phỏngU 74 45TU

Hình 70 - Diễn biến bồi xói ở các kè mỏ hàn chữ I ở cuối chu kỳ mô phỏngU 74

Bảng 6 - Mực nước cao nhất tại bờ biển Nam Định ứng với các mức đảm bảo tần

suất P=1%, 5%, 10%U 14 45TU

Bảng 7 - Số liệu thực đo 22 năm (1970-1991) các trạm cửa sôngU 14 45TU

Bảng 8 - Số liệu quan trắc về nước dâng và sóng của một số cơn bão điển hình ảnh hưởng đến bờ biển Nam Định.U 15 45TU

Bảng 9 - Theo quy phạm QPTL-C1-78 xác định chiều cao nước dâng với từng cấp gió.U 16

45TU

Bảng 10 - Sự trùng hợp theo ngàyU 16 45TU

Bảng 11 - Sự trùng hợp theo giờ giữa triều cường và nước dângU 16 45TU

Bảng 12 - Thống kê về sóng mùa khô tại trạm Văn LýU 18

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

Hiện nay đi cùng với hiện tượng trái đất ấm lên là sự thay đổi to lớn và bất thường của khí hậu thế giới Thực tế cho thấy những thay đổi của thiên nhiên mang tính bất lợi đối với con người đang và sẽ diển ra ngày càng khốc liệt, con người ngày càng khó kiểm soát và kiềm chế được tính bất thường của tự nhiên hơn Ngay

những tháng đầu năm 2008 này, khi mùa mưa, bão theo quy luật hàng năm chưa tới,

vậy mà trên thế gới đã xảy ra rất nhiều hiện tượng thiên nhiên bất thường và đã gây

ra thiệt hại vô cùng khủng khiếp cho nhân loại cả về nhân mạng lẫn kinh tế Gần đây nhất tính bất thường và bất lợi của thiên nhiên đã được minh chứng rõ ràng qua cơn bão Nargis tại Myanmar và trận động đất mạnh 8 độ richte tại Trung Quốc Cơn bão Nargis đổ bộ vào Myanmar trong khoảng 16h ngày 2 (thứ sáu) và ngày 3 (thứ 7) tháng 5 năm 2008 gây thiệt hại vô cùng nghiêm trọng cho thành phố Yangon và các vùng kề cận thuộc vùng đồng bằng châu thổ Irrawaddy

Theo báo cáo đánh giá thiệt hại mới nhất của chính phủ Myanmar về cơn bão Nargis tính đến thời điểm hiện nay như sau :

- Có khoảng 28,000 người chết và 30,000 người mất tích

- UN cho rằng khoảng từ 1,215,885 cho đến 1,919,485 triệu người bị ảnh hưởng của cơn bão; Số người chết có thể lên tới 101,682 và số người mất tích có thể lên tới 220,000 người

Trận động đất tại Tứ Xuyên, Trung Quốc lúc 14h31 (giờ địa phương), gây thương vong lớn Rung chấn của động đất đã được cảm nhận ở nhiều nơi cách xa tâm chấn như Hà Nội, Đài Bắc, Bangkok

Đài quan sát Hong Kong và Cơ quan Khảo sát Địa chấn Mỹ ghi nhận cường

độ trận động đất lên tới 7,8 độ Richter Tâm chấn nằm ở độ sâu 10 km, tại 31,3 vĩ

độ Bắc và 103,3 kinh độ Đông, cách thành phố Thành Đô (thủ phủ tỉnh Tứ Xuyên) khoảng 80 km về phía tây bắc

Theo báo cáo đánh giá thiệt hại mới nhất của chính phủ Trung Quốc về trận động đất này tính đến thời điểm hiện nay như sau :

- Có khoảng 58,000 người chết và 15,000 người mất tích

- Khoảng 4 triệu người mất nhà cửa, thiệt hại về kinh tế lên tới 10 tỉ USD

Việt Nam với đặc điểm tự nhiên đặc thù (Khí hậu nhiệt đới gió mùa, bờ biển dài và hẹp ) cũng là một đất nước chịu ảnh hưởng trực tiếp của sự thay đổi bất thường của thiên nhiên Theo thống kê hàng năm nước ta phải gánh chịu rất nhiều

trận bão (trung bình khoảng 8 đến 10 trận / năm) và vô số các địa chấn nhỏ Điển hình nhất trong năm 2005 có đến 3 cơn bão đổ bộ liên tục vào nước ta Thời gian

cụ thể như sau: Bão số 2 ngày 31/7/2005; Bão số 6 ngày 18/9/2005 và cơn bão số 7 là cơn bão mạnh nhất ngày 27/9/2005 Các cơn bão này vào đã gây vỡ hàng loạt tuyến đê biển, mặc dù không gây thiệt hại nhiều về người như Myanmar, nhưng với nước ta, do hệ thống đê và các công trình hỗ trợ đê thường không đồng bộ và mang tính chất manh mún, cục bộ Do đó, khi xảy ra bão với cường độ chưa thật mạnh nhưng cũng gây ra những tổn thất to lớn về người và của Mặt khác, những hậu quả

do bão gây ra khaông chỉ có trước mắt mà về lâu dài còn ảnh hưởng lớn đến tình hình phát triển chung của cả nền kinh tế, cũng như kéo theo hàng loạt vấn đề nghiêm trọng khác như: dịch bệnh, đói nghèo, dân trí thấp, tiến trình phát triển xã

hội bị chậm lại…

Bờ biển tỉnh Nam Định là vùng có năng lượng sóng lớn nên bãi biển dễ sinh xói lở, hiện tượng biển tiến, bãi thoái xảy ra nhanh, thường xuyên Do vị trí địa lý

nằm ở vùng trung tâm bờ biển Vịnh Bắc Bộ có đặc điểm địa hình tương đối thẳng (hai đầu tuyến nhô ra bởi các bãi bồi Cồn Lu, Cồn Ngạn, Cồn Xanh - Cồn Mở) đoạn

giữa tuyến bị lõm vào (Đê Giao Thuỷ), bãi biển thấp, thoáng không có vật che chắn (đảo) nên về mùa hè chịu ảnh hưởng trực tiếp của các cơn bão vào Vịnh Bắc Bộ; Về mùa khô chịu ảnh hưởng của các cơn bão muộn đổ vào vùng biển phía Nam và các đợt nước lớn (nước rươi), gió mùa Đông Bắc Như vậy hầu hết các tháng trong năm tác động của sóng biển đều có trị số khá lớn và thường xuyên gây sạt lở cho tuyến

đê biển Nam Định

Hiện nay để giảm xói lở bờ biển do tác động của sóng, dòng chảy và lũ trong

sông gây ra huyện Nghĩa Hưng, Nam định đã xây dựng hệ thống kè chữ I và chữ T

phục vụ cho mục đích này, tuy nhiên việc đánh giá ảnh hưởng của việc xây dựng kè đến chế độ dòng chảy và vận chuyển bùn cát ở khu vực chưa được đưa ra nghiên

cứu cho lên trong luận văn này tác giả nghiên cứu và đưa ra bức tranh tổng thể về

chế độ dòng chảy của khu vực khi xây dựng kè và xu thế vận chuyển bùn cát làm cơ

cở cho việc đánh giá ảnh hưởng và hiệu quả làm việc của hệ thống kè này

2 M ục đích của đề tài

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống kè mỏ hàn bảo vệ bờ

biển thuộc huyện Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định

3 Nhi ệm vụ và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp phân tích, tính toán, thống kê số liệu khí tượng, thủy hải văn khu vực nghiên cứu phục vụ tính toán chế độ dòng chảy và xu thế vận chuyển bùn cát;

- Phương pháp khảo sát thực địa và thu thập thông tin về số liệu đo đạc địa hình và thủy hải văn;

- Phương pháp mô hình toán , sử dụng mô hình Mike 21 để nghiên cứu và tính toán;

4 Kết quả đạt được

- Báo cáo hiện trạng hệ thống kè chữ I và chữ T khu vực huyện Nghĩa Hưng, Nam Định;

- Báo cáo tính toán chế độ thủy động lực và xu thế vận chuyển bùn cát khu

vực huyện Nghĩa Hưng, Nam Định;

- Báo cáo đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống kè mỏ hàn chữ I và chữ T

5 N ội dung luận văn

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Mục đích của đề tài

3 Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu

4 Kết quả đạt được

5 Nội dung luận văn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình, địa chất

1.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn – thủy lực vùng biển đề tài

CHƯƠNG II: HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG KÈ MỎ HÀN KHU VỰC HUYỆN NGHĨA HƯNG, NAM ĐỊNH

3.1 Tổng quan về mô hình Mike 21

3.2 Thiết lập miền tính, lưới tính

3.3 Điều kiện biên, điều kiện ban đầu

3.4 Bộ thông số mô hình

3.5 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ XU THẾ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

4.1 Kịch bản tính toán chế độ thủy động lực và xu thế vận chuyển bùn cát 4.2 Kết quả mô phỏng chế độ dòng chảy mùa Đông, mùa Hè và lũ

4.3 Kết quả mô phỏng trường sóng mùa Đông và mùa Hè

4.4 Kết quả mô phỏng xu thế vận chuyển bùn cát mùa Đông, mùa Hè và lũ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết quả đạt được trong luận văn

2 Tồn tại và kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình, địa chất

Hình 1 - V ị trí địa lý khu vực nghiên cứu

1.1.2 Điều kiện địa hình:

Khu vực dải bờ biển và tuyến đê Nghĩa Phúc, Nghĩa Hưng cần được xây

dựng hệ thống kè mỏ hàn để bảo vệ phần bãi phía trướ đê có những đặc điểm như sau:

- Đoạn đầu tuyến K10+160 đến K10+880 (tại khu vực phía đông cống số 10) dài 720m:

Phía ngoài biển ko còn bão, cao độ hạ thấp (-2,1 đến (-3,5) đây là vị trí xung

yếu nhất của tuyến kè hiện tại nơi đây chính là khu vực bị mất bãi và có xu thế diễn

biến ngày một sâu, trong bão số 7 năm 2005 có 2 đoạn đê vỡ dài 38m, phần kè lát mái bằng đá lát khan từ (+,50) trở lên bị phá hoại toàn bộ; sau bão đã được đầu tư khôi phục lại mặt cắt đê, sử lý sạt lở mang cống C1 tại K10+880 thay thế mái kè cũ

từ (+3,50) trở lên bằng cấu kiện bê tông lục lăng trong khung BTCT, gia cố đê tại (+4,70) bằng BT M250# rộng 5,0m và xây tường chắn sóng BTCT trên mặt đê, cao

độ đỉnh tường (+5,20) Mái phía đồng trồng cỏ Vertiver trong khung đá xây; chân

đê phía đồng là các thùng đào cao độ phổ biến từ (-0,10) đến (-0,60), phía trong là đồng muối Nghĩa Phúc

- Đoạn tiếp theo từ K10+880 đến K11+358 (tại khu vực phía tây cống số 1) dài 478 m:

Phía biển do tác dụng tốt của 3 mở kè chữ T (xây dựng năm 2004) và 2 mỏ kè

mỏ hàn ống buy (xây dựng năm 2003) đoạn K11+160 đến K11+358 tuy đã được

bồi nhưng bãi còn hẹp và cao độ mặt bãi còn thấp Cao độ dao động trong khoảng (0.0) đến (+1,0) Sau bão số 7 năm 2005 đã được đầu tư thay thế toàn bộ đá lát mái

kè từ (+3,13) đến (+4,70) bằng cấu kiện lục lăng và thay thế tường chắn sóng mặt

đê đá xây bằng cấu kiện BT lục lăng và thay thế tường chắn sóng mặt đê đá xây

bằng tường BTCT, cao độ đỉnh tường (+5,20); Mặt đê gia cố bê tông rộng 5m, mái phía đồng trồng cỏ trong khung đá xây; chân đê phía dồng là các thùng đao có cao

độ (-0,40) đến (+0,10), phía trong là đồng muối Nghĩa Phúc

Như vậy, xét về điều kiện địa hình, sự biến đổi của vùng bãi và hiện trạng đê kè: Mặt bãi bị hạ thấp và có xu thế tiếp diễn ngày càng tăng, như vậy việc giữ bãi và

xử lý những hư hỏng cục bộ là cần thiết và cấp bách

1.1.3 Đặc điểm địa chất

Phân bố trong khu vực tuyến đê là các thành tạo trầm tích trẻ thuộc kỳ hiện đại

của kỷ Đệ Tứ, nguồn gốc trầm tích sông – biển hỗ hợp (AQR IV RP

3 Pđến amQR IV RP

3 P) thuộc

hệ tầng Thái Bình (QHTB), thành phần trầm tích hạt vụn với ưu thế là nhóm cát,

bụi, sét, đất, có kiến trúc cát đến bụi cấu tạo phân lớp Do bề mặt địa hình và hoạt động của sông, thủy triều nên sự phân cố, chiều dày, thế nằm của các lớp đất ko đồng nhất

Đất ở giai đoạn đầu quá trình trầm tích nên mức độ nén chặt còn thấp, kết cấu kém chặt, trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy đối với đất nhóm sét, trạng thái rời đến

chặt vừa đối cới nhóm cát, mức độ cố kết của các trầm tích tăng dần theo chiều sâu thuộc các nhóm đất: mềm dính, bở rời và đát có thành phần, tính chất, trạng thái đặc

biệt

Đặc điểm địa tầng: Theo kết quả khảo sát, căn cứ vào thành phần, tính chất

của đất cho thấy địa tầng khu vực kè Nghĩa Phúc – Nghĩa Hưng theo thứ tự từ trên

xuống có các lớp đất như sau:

- Lớp đất đắp (ký hiệu 1) Lớp đất đắp phân bố trên đê, có chiều dày thay đổi

từ 0,40m đến 3,00m

Đất đắp thành phần là hỗn hợp vác loại đất gồm á sét, á cát, cát, trạng tháo dẻo

cứng đến dẻo mềm đối với đát nhóm sét, trạng thái dẻo – rời đối với đất nhóm cát

- Lớp cát bụi – cát hạt nhỏ (ký hiệu 2): Lớp cát nhỏ - cát hạt bụi phân bố rộng trong phạm vi khảo sát, chiều dày từ 3,50 đến 4,50m

Đất cát màu xám đen, xám nhạt, thành phần kém đồng nhất, trạng thái rời, bão hòa nước

- Lớp á sét nặng (ký hiệu 3): Lớp á sét nặng phân bố rộng trong phạm vi khảo sát, chiều dày lớp đất ≥ 5,50m

Đất á sét nặng màu sám nâu, thành phần đồng nhất trung bình, trạng thái dẻo

mềm đến dẻo chảy, tính lún lớn

1.2 Đặc điểm khí tượng thuỷ văn - thuỷ lực vùng biển dự án:

1.2.1 Đặc điểm khí tượng:

Vùng ven biển tỉnh Nam Định nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa,

chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu và chế độ thuỷ văn vùng thuỷ triều ven biển

Vịnh Bắc Bộ Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - thủy triều – dòng chảy ven bờ - nước dâng – sóng biển của Vịnh Bắc Bộ có ảnh hưởng rất lớn đến tuyến đê kè biển tỉnh Nam Định

a) Các tr ạm khí tượng thuỷ văn:

Tài liệu dùng trong tính toán các dự án thuộc khu vực ven biển tỉnh Nam Định

từ trước đến nay, về khí tượng sử dụng tài liệu của trạm khí tượng Văn Lý, về thuỷ văn sử dụng tài liệu của trạm Hòn Dấu và các trạm thuỷ văn ở các cửa sông Hồng, sông Ninh Cơ, sông Đáy

- Trạm khí tượng Văn Lý đặt tại xã Hải Lý huyện Hải Hậu ngay sát đê biển,

nằm ở trung tâm tuyến đê biển Hải Hậu tỉnh Nam Định, trạm có tài liệu quan trắc liên tục từ năm 1945 đến nay

- Trạm thuỷ văn Hòn Dấu là trạm đo mực nước biển chung cho khu vực Vịnh

Bắc Bộ, các số liệu của trạm dùng để tính toán cho các dự án thuộc các tỉnh đồng

bằng ven biển Bắc Bộ

Ngoài 2 trạm trên trong dự án còn tham khảo tài liệu của một số trạm đo mực nước tại khu vực các cửa sông

- Trạm Phú Lễ ở cửa sông Ninh Cơ, có tài liệu từ năm 1970 đến nay

- Trạm Như Tân ở cửa sông Đáy, có tài liệu từ năm 1960 đến nay

Các trạm này đều là trạm cấp I trong mạng lưới trạm quốc gia do Trung tâm khí tượng thuỷ văn Nam Định quản lý, số liệu quan trắc liên tục trên 30 năm đảm

bảo độ tin cậy, đáp ứng yêu cầu tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các công trình XDCB trong vùng

b) Các đặc trưng khí hậu:

Khí hậu trong một năm của khu vực ven biển tỉnh Nam Định được chia thành

2 mùa rõ rệt:

Mùa mưa (hè) từ tháng V đến tháng X

Mùa khô (đông) từ tháng XI đến tháng IV

Các yếu tố khí hậu như sau:

 Mưa: Nằm trong vùng có lượng mưa lớn của đồng bằng Bắc Bộ, lượng mưa

phân bố không đều trong năm

- Lượng mưa trung bình nhiều năm là: 1.777mm

- Lượng mưa năm lớn nhất là: 3.330 mm (1982)

- Lượng mưa năm nhỏ nhất là: 1.128 mm (1988)

Về mùa mưa: Lượng mưa chiếm 80-85% tổng lượng cả năm, thường tập trung vào các tháng 7,8,9 cùng thời gian xuất hiện nhiều cơn bão lớn và triều cường làm cho mực nước trong nội đồng và ngoài sông, biển đều dâng cao gây bất lợi cho việc tưới, tiêu và không đảm bảo an toàn cho đê biển, đê sông, đặc biệt khi có bão đổ bộ vào thường có mưa rất to ở trong đồng gây ngập úng ảnh hưởng đến sản xuất và đời

sống của người dân trong vùng, làm xói lở nhiều đoạn đê biển, tạo cơ hội cho sóng

có thể vỡ đê

Theo tài liệu thực đo của trạm khí tượng Văn Lý từ 1960 đến 1998 như sau:

B ảng 1- Lượng mưa nhóm ngày thực đo (1960-1998)

B ảng 2 - Lượng mưa lớn nhất X1, X3, X5 ngày của các tháng 7,8,9

- Mùa hè từ tháng 5 đến tháng 10 chủ yếu là gió Đông Nam, tốc độ trung bình

v = 4 m/s, tốc độ lớn nhất xuất hiện khi có bão khoảng 40m/s (Cơn bão số 4 ngày 13/9/1985 và cơn bão số 5 (Darmey) ngày 27/9/2005 có tốc độ 50m/séc) Gió Đông Nam mang nhiều hơi nước từ biển vào thường gây mưa lớn cho khu vực ven biển

- Mùa đông: Từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau chủ yếu là gió Đông Bắc khô hanh, tốc độ trung bình 3.75 m/sec (Có những đợt gió mùa Đông Bắc mạnh đạt tốc

độ 15-20 m/séc)

Ngoài 2 hướng gió thịnh hành theo mùa ở trên, vùng ven biển mùa hè còn có gió Đất, gió Biển với chu kỳ 1 ngày đêm Giữa 2 mùa có gió chuyển tiếp hướng Tây Nam ảnh hưởng lớn cho đê biển Nam Định

Đối với bờ biển Nam Định, gió không chỉ có tác dụng trực tiếp làm bay cát từ ngoài bãi, trên mặt đê vào trong đồng mà nó còn gián tiếp gây xói lở bãi biển, đê

biển bằng cách tạo ra sóng lớn, dòng chảy ven bờ là những yếu tố trực tiếp gây ra xói lở bờ, sạt lở mái đê Gió trong giông bão có thể bốc đi một khối lượng đáng kể cát ở bờ biển, song tác động chính gây xói lở bãi, vỡ đê là do các hậu quả của bão

đó là sóng và dòng chảy trong bão tạo ra

 Độ ẩm không khí: Theo tài liệu trạm Văn Lý

- Độ ẩm trung bình năm 86%

- Độ ẩm lớn nhất 91% (Tháng 3) Ngày cao nhất 100%

- Độ ẩm nhỏ nhất 81% (Tháng 11) Ngày thấp nhất 18%

 B ốc hơi:

- Lượng bốc hơi bình quân năm là: 808 mm

- Lượng bốc hơi năm nhỏ nhất là: 608.7mm

- Lượng bốc hơi năm lớn nhất là: 1.077,9 mm

- Lượng bốc hơi tháng trung bình là: 67.4 mm

- Tháng nhỏ nhất: 31 mm (tháng 3)

- Tháng lớn nhất: 96 mm (tháng 7)

B ảng 4 - Diễn biến bốc hơi ngày đên của các tháng trong năm tại Văn Lý

C

- Nhiệt độ tháng lớn nhất: 29.2P

o P

C (Tháng 7)

- Nhiệt độ tháng nhỏ nhất: 16.7P

o P

Thuỷ triều vùng biển tỉnh Nam Định mang đặc tính chung của vùng biển Vịnh

Bắc Bộ là chế độ nhật triều, trong 1 ngày có 1 lần nước lên và 1 lần nước xuống,

diễn ra hầu hết các ngày trong tháng (một tháng trung bình có 2 chu kỳ con nước,

mỗi chu kỳ 14 ngày)

Biên độ thuỷ triều dao động từ 1-2 mét có khi từ 3-3.5 mét

Khi tính toán thiết kế đê biển và các cống dưới đê biển Nam Định đều được sử

dụng tài liệu từ trạm Hòn Dấu (Hải Phòng) chuyển về tới các vị trí cần tính toán Theo kết quả tính toán của Viện nghiên cứu Khoa học Thủy lợi cho thấy mối tương quan giữa trạm Hòn Dấu và vùng ven biển Nam Định có hệ số tương quan như sau:

Hệ số tương quan K = 0.93

Hệ số đỉnh triều K đỉnh triều = 0.89

Hệ số chân triều K chân triều = 0.87

Theo bảng thuỷ triều của Tổng cục Khí tượng thuỷ văn: Hệ số thuỷ triều của Văn Lý so với Hòn Dấu có K = 0.95 Như vậy giữa số liệu thực đo tại Văn Lý so

với số liệu dự báo của trạm Hòn Dấu là sai số không đáng kể đối với những ngày triều cường

Trong thiết kế đê biển cần quan tâm đến mực nước triều cường, cụ thể phải xác định được mực nước triều lớn nhất theo tần suất thiết kế (hiện tại P = 5%) từ đó tính toán kết hợp với các yếu tố khác về sang và nước dâng do bão gây ra để xác định cao trình, mặt cắt đê, kè biển thiết kế Vì vậy sử dụng số liệu nước của trạm Hòn Dấu để tính toán cho các dự án đê biển Nam Định

B ảng 6 - Mực nước cao nhất tại bờ biển Nam Định ứng với các mức đảm bảo

b) Nước dâng do bão:

Bờ biển Nam Định nằm ở khoảng giữa bờ biển Vịnh Bắc Bộ Vì vậy bất cứ cơn bão nào đổ bộ vào Vịnh Bắc Bộ hoặc các đợt gió mùa Đông Bắc mạnh đều trực

tiếp gây ra nước dâng cho bờ biển Nam Định

Mặt khác trong thời kỳ chuyển tiếp khí hậu trong tháng 9, 10 hàng năm, gió chuyển dần từ hướng Tây Nam sang Đông Bắc Vì vậy những cơn bão muộn đổ bộ

vào miền Trung, miền Nam đều gây nước dâng và sóng lừng ảnh hưởng tới bờ biển Nam Định

Tại các khu vực đê trực diện với biển, do bãi thấp (+0.50) – (-1.50) nên nước dâng đều tác động trực tiếp đến đê

Khi mực nước dâng cao, khả năng sóng tác động mạnh vào lớp cát ngoài bãi, vào lớp đất, đá, cấu kiện kè lát mái đê sẽ cao hơn do đó dễ bị xói lở hơn Khi có bão nước sẽ dâng cao tới 3-4m trong thời gian duy trì đỉnh từ 3-4 giờ, hoặc khi có gió mùa Đông bắc mạnh về tuy nước chỉ dâng cao 30-40cm nhưng có thể kéo dài tới một

tuần hoặc lâu hơn, tạo thời gian dài hơn cho sóng đánh vào bãi bãi vào mái đê, đặc

biệt khi gặp thời kỳ triều cường “nước rươi” (tháng 9, tháng 10 âm lịch) rất dễ sinh

sạt lở bờ, mái đê kè khu vực trực diện với biển, mặt bãi bị hạ thấp

Theo kết quả: “Khảo sát nghiên cứu các yếu tố tự nhiên của vùng biển Nam Định” từ 1975-1990 của Viện nghiên cứu khoa học Thuỷ lợi quốc gia đã khảo sát được nước dâng ở vùng bờ biển Nam Định tại một số cơn bão điển hình như sau:

B ảng 8 - Số liệu quan trắc về nước dâng và sóng của một số cơn bão điển hình

ảnh hưởng đến bờ biển Nam Định

M ực nước

d ự báo(m)

Chi ề

u cao nước dâng H(m)

Chi ề

u cao max Hs(m)

đổ bộ

8 Angela 10/10/1989 19 0.7 0.7 2.6 Quảng Bình

Qua số liệu ở trên cho thấy:

- Với gió cấp 7, cấp 8 có chiều cao nước dâng ∆H=0.5-0.8m

- Với gió cấp 9, cấp 10 có chiều cao nước dâng ∆H=0.90-1.20m

B ảng 9 - Theo quy phạm QPTL-C1-78 xác định chiều cao nước dâng với từng cấp gió

Chiều cao nước dâng 0.51 0.72 0.97 1.35 1.80 2.15

c) S ự trùng hợp giữa triều cường và nước dâng:

Qua số liệu phân tích 65 cơn bão đo được tại trạm Hòn Dấu và 59 cơn bão đo được tại tạm Cửa Hội của Viện cơ học Việt Nam cho thấy sự trùng hợp giữa triều cường và nước dâng do bão ở 2 trạm như sau:

B ảng 10 - Sự trùng hợp theo ngày Trường hợp T ại trạm Hòn Dấu T ại trạm Cửa Hội

B ảng 11 - Sự trùng hợp theo giờ giữa triều cường và nước dâng

Trường hợp T ại trạm Hòn Dấu T ại trạm Cửa Hội

Trung gian 24.63% 26.95%

Tóm l ại: Tại Hòn Dấu sự trùng hợp nước dâng và triều cường theo ngày là

37% Theo giờ là 48% Đây là vấn đề cần được quan tấm trong các dự án đê biển

tỉnh Nam Định

d) Ch ế độ sóng:

Nguyên nhân chính sinh ra xói lở bờ biển tỉnh Nam Định là do sóng biển và dòng chảy ven bờ quyết định nhưng vai trò quyết định chính là là do sóng biển, sóng vỗ vào gây sạt lở đê, kè Được hình thành dưới tác động của gió và gió bão

Bờ biển Giao Thuỷ tỉnh Nam Định đoạn trực diện với biển tương đối thẳng,

nằm theo hướng Đông Bắc – Tây Nam Vùng biển thoáng, không có cản, vật che

chắn Bãi biển thấp, các đường đẳng sâu ép sát bờ Đó là những điều kiện bất lợi về địa hình tạo cho sóng hoạt động mạnh, thường xuyên gây nguy hiểm cho đê, kè

biển Các đặc trưng của sóng phụ thuộc vào mực nước, hướng gió và cường độ gió,

do đó phải quan tâm nghiên cứu chế độ sóng theo mùa

 Sóng trong mùa hè: (Từ tháng V đến tháng X)

Quy luật chung của sóng mùa hè ở vùng biển tỉnh Nam Định như sau:

- Hướng sóng vuông góc với bờ biển

- Phần lớn các cơn bão trong mùa hè đổ bộ vào bờ biển các tỉnh miền Bắc,

miền Trung đều ảnh hưởng trực tiếp đến bờ biển tỉnh Nam Định hoặc nằm trong

bờ biển Nam Định là:

Bão cấp 7, cấp 8 chiều cao sóng là 2.3 - 2 6m

Bão cấp 9, cấp 10 chiều cao sóng là 2.9 - 3.4 m

(Những trị số chiều cao sóng trên được xác định cách đê biển từ 300 – 500 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 30P

o P – 45P

o

- Các cơn bão muộn (Tháng 10, tháng 11) thường đổ bộ vào bờ biển Nam Trung Bộ và Nam Bộ, nó vẫn xảy ra hiện tượng nước dâng, sóng lừng đến Vịnh

Bắc Bộ và gây ảnh hưởng xấu cho bờ biển tỉnh Nam Định

- Đáng chú ý là đầu mùa khô (Tháng 10, tháng 11) có các đợt nước lớn, địa phương gọi là “Nước rươi”, nếu các cơn bão muộn kể trên gặp đúng kỳ “nước rươi”, tức là có sự trùng hợp giữa nước dâng, sóng lừng của bão với “nước rươi” sẽ làm cho sóng ở vùng bờ biển Bắc Bộ nói chung, vùng biển Nam Định nói riêng có

trị số rất lớn mặc dù ở đây gió không mạnh nhưng sóng lại rất lớn làm cho đê biển

bị phá hoại nhanh

- Theo số liệu thống kế về sóng mùa khô tại bờ biển tỉnh Nam Định do Viện Nghiên cứu khoa học Thuỷ lợi quốc gia quan trắc và tập hợp được một số sóng điển hình như sau:

B ảng 12 - Thống kê về sóng mùa khô tại trạm Văn Lý

Trường hợp quan trắc Ngày quan trắc

W m/s

t ại Văn Lý

M ực nước dự báo

t ại văn Lý

Hs max

Tóm l ại: Bờ biển tỉnh Nam Định là vùng có năng lượng sóng lớn nên bãi biển

dễ sinh xói lở, hiện tượng biển tiến, bãi thoái xảy ra nhanh, thường xuyên Do vị trí

địa lý nằm ở vùng trung tâm bờ biển Vịnh Bắc Bộ có đặc điểm địa hình tương đối

thẳng (hai đầu tuyến nhô ra bởi các bãi bồi Cồn Lu, Cồn Ngạn, Cồn Xanh - Cồn

Mở) đoạn giữa tuyến bị lõm vào (Đê Giao Thuỷ), bãi biển thấp, thoáng không có

vật che chắn (đảo) nên về mùa hè chịu ảnh hưởng trực tiếp của các cơn bão vào

Vịnh Bắc Bộ; Về mùa khô chịu ảnh hưởng của các cơn bão muộn đổ vào vùng biển phía Nam và các đợt nước lớn (nước rươi), gió mùa Đông Bắc Như vậy hầu hết các tháng trong năm tác động của sóng biển đều có trị số khá lớn và thường xuyên gây

sạt lở cho tuyến đê biển Nam Định

Cấu kiện bị bong xô Ống buy lún không đều ngả nghiêng do

bờ biển bị bào mòn, mất bùn cát

Hình 3 – M ột số hình ảnh tuyến đê Nghĩa Phúc khi chưa có hệ thống kè chữ T và chữ I

CHƯƠNG II HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG KÈ MỎ HÀN KHU VỰC HUYỆN NGHĨA

HƯNG, NAM ĐỊNH 2.1 T ổng quan về thiết kế Đập mỏ hàn

Theo Tiêu chuẩn Hướng dẫn Thiết kế Đê biển 2012 – việc thiết kế hệ thống Đập mỏ hàn cần bố trí theo các nguyên tắc như sau:

2.1.1 Nguyên t ắc chung

- Tính toán, xác định đường bao ngoài cho hệthống mỏhàn và nối tiếp với đường bờ về cả hai phía để tạo thành đường trơn thuận

- Chiều dài mỏ hàn được xác định theo khu sóng vỡ và đặc tính của bùn cát

tại khu vực cần xây dựng mỏ hàn

- Gốc mỏ hàn cần nối tiếp ổn định vào vùng bờvà được gia cố hai bên không

bị sóng và

dòng chảy gây xói

2.1.2 Các b ộ phận của mỏ hàn, gồm: Mũi; Thân; Gốc

Hình 4 – Các b ộ phận chính của kè mỏ hàn

Bố trí hệ thống mỏ hàn

- Tuyến:Cần xác định đường bờmới cho đoạn bờcần bảo vệ (đường bờ thiết

kế), đường bờ mới này cần trơn thuận, nối tiếp tốt với đường bờ đoạn không có mỏ hàn Chiều dài mỏ hàn phụ thuộc vào độ dốc bãi, thông thường mũi mỏ hàn cần

ra tới dải sóng vỡ ở mực nước triều trung bình

- Phương đặt trục dọc:Trục dọc hệ mỏ hàn trong hệ thống thường đặt vuông góc với tuyến đường bờ thiết kế Đối với vùng bãi gần cửa sông chịu ảnh hưởng

mạnh của dòng chảy từ sông và vùng bãi có dòng ven với tốc độlớn ( > 1m/s) thì

trục mỏhàn đặt xuôi theo dòng chảy ( <90P

0 P)

- Chiều cao:Nhìn chung nếu chiều cao mỏhàn càng cao thì khảnăng gây bồi càng lớn Tuy nhiên, trong thực tế nếu mỏ hàn càng cao thì sóng phản xạ càng

mạnh, gây xói chân mũi mỏ hàn Thông thường cao trình đỉnh mỏ hàn cao hơn mực nước triều trung bình 0,5m

- Khoảng cách: Khoảng cách giữa các mỏ hàn thường lấy bằng 1,5 đến 2,0 lần chiều dài mỏ hàn đối với bãi biển sỏi đá và 1,0 đến 1,5 lần đối với bãi biển

cát.Trường hợp dự án có quy mô lớn, phải tiến hành thử nghiệm, tổ chức quan trắc để điều chỉnh thiết kế cho phù hợp

2.2 Hi ện trạng hệ thống đập mỏ hàn khu vực nghiên cứu

Hệ thống kè mỏ hàn và mỏ kè chữ T đã được xây dựng thử nghiệm tại kè

biển Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định với các hình thức và quy mô khác nhau Qua theo dõi và quá trình làm việc của công trình trên dưới tác động của sóng, gió biển cho

thấy công trình kè mỏ hàn có tác dụng lớn bảo vệ kè và giữ bãi

Tác dụng chủ yếu của hệ thống đập mỏ hàn là giảm sóng và gây bồi Với tác

dụng trên việc bố trí hệ thống kè mỏ nhằm mục đích chống được hiện tượng hạ thấp bãi, nâng cao tuổi thọ cho hệ thống kè lát mái bảo vệ đê

Hệ thống kè mỏ Nghĩa Phúc huyện Nghĩa Hưng được xây dựng với quy mô

và hình thức kết cấu hiện đại hơn, hệ thống này gồm 3 mỏ chữ T và 2 mỏ hàn được xây dựng các năm 2003 và 2004 Kết cấu mỏ chữ T gồm 2 hàng ống buy xếp sát nhau, trong chèn đá hộc, dưới lót vải lọc, bè đệm tre, bảo vệ chân ống buy là cấu

kiện BTĐS có KT(40x40x40)cm, phía trực diện với sóng có gia cố hàng ống buy chân khay, phía khuất sóng gia cố hàng cừ tre ken kít để tăng độ ổn định cho chân

kè Ngoài 3 mỏ kè chữ T trên, sau cơn bão số 7 năm 2005 đã thử nghiệm 3 mỏ kè

dạng lươn cát tại Nghĩa Phúc do TT Tư vấn kỹ thuật về Đê điều - Cục Đê điều và PCLB thiết kế

Hiệu quả: thực tế nhiều năm cho 5 thấy khi chưa có hệ thống kè mỏ bãi phía ngoài đê bị hạ thấp, toàn bộ khu bãi có diện tích khá lớn được trồng phi lao có khu nhà nghỉ của huyện Giao Thuỷ đã bị phá huỷ hoàn toàn, phần thân đê chưa có kè lát mái bị sạt lở nghiêm trọng, phần kè lát mái cũng bị đe doạ do mặt bãi bị hạ thấp làm cho hàng ống buy chân kè đã bị lộ ra đe doạ đến sự an toàn của tuyến đê

Sau khi hệ thống 3mỏ kè chữ T được xây dựng đã phát huy tác dụng rõ rệt,

giảm được tác động của sóng vào thân và mái đê, bảo vệ được hệ thống kè lát mái,

giữ ổn định diện tích bãi còn lại, mặt bãi đá có xu thế bồi trở lại Tại phần chân kè

mặt bãi đá bồi lên xấp xỉ bằng đỉnh ống buy Toàn bộ hệ thống mỏ ổn định trong

cơn bão số 7 năm 2005 đã hạn chế sự phá hoại của sóng biển đối với khu vực đê kè

biển Nghĩa Phúc (K9+228 – K11+462) đại bộ phận mái kè PAM bằng cấu kiện BTĐS ổn định, chỉ phần đá lát khan từ (+3.50) trở lên bị phá hoại sau bão

2.3 Hi ện trạng công trình

2.3.1 H ệ thống kè mỏ hàn chữ I

T ổng chiều dài thiết kế là: 1198m, Tổng số 9 mỏ hàn:

- Đoạn 1: kè Nghĩa Phúc từ K10+160 đến K11+140 dài 980m:

- Giữ lại ống buy chân kè cũ, đào phần chân khay phía trong ống buy xếp lăng

thể bằng các bao vải lọc tương đương HD400 trong chứa cát, đáy lăng thể rộng 1m, cao trình đáy (-1.50), phía dưới lót vải địa kỹ thuật HD400 hoặc loại vải có chỉ tiêu

cơ lý tương đương

- Tháo dỡ cấu kiện mái kè PAM cũ, khoảng từ cao trình (+3.0) trở xuống, bổ sung đất, vải lọc, đá dăm tạo phẳng ở những vị trí hư hỏng, lát lại bằng cấu kiện vuông kết cấu âm dương BT 250# kích thước (40x40x28)cm trong khung BTCT M250#, dưới cấu kiện lót đá (2x4)cm dày 10cm

- Tạo thềm cơ giảm sóng ở vị trí chân kè cũ cao trình mặt cơ (+0.00); chiều

rộng mặt cơ 7,0m; chiều rộng 4,0m mặt cơ phía trong (sát mái kè) bảo vệ bằng cấu

kiện BT250# kích thước (40x40x40)cm, 3m còn lại bảo vệ bằng lát tấm BT250# kích thước (100x200x50)cm, phía dưới tận dụng cấu kiện cũ và đá hộc lót tạo phẳng trước khi lát tấm bê tông

- Mái thềm cơ phía biển m=3, bố trí ở cao trình (-0,70), rộng 1,0m bằng đá

hộc xếp khan dày 50cm, phía dưới đệm đá hộc và cấu kiện cũ thả rối

- Tại vị trí cống C1, bóc bỏ lớp đất cũ hai bên mang cống và đoạn mái kè bị

sụt, thay bằng đất mới, đầm chặt, lát mái như các đoạn kè cùng tuyến

- Đoạn 2: Kè Nghĩa Phúc từ K11+140 đến K11+358 phía Tây cống số 1

(L=218m)

Giữ nguyên kết cấu kè cũ tại những vị trí đã có bãi (đã được hệ thống mỏ hàn

thử nghiệm tạo bãi) trồng cây chắn sóng giữ bãi với mật độ 25 cây/100 mP

2 P

Xây d ựng hệ thống kè mỏ (đoạn phía đông cống số 1 từ K10+880):

K10+160 Số lượng: 9 mỏ, khoảng cách giữa các mỏ hàn 75m

- Hình dạng: Mỏ hàn đặt xiên góc α=70P

o P

về phía tây so với tuyến đê

hệ số mái thân mỏ và mũi mỏ m=3 Mặt mỏ, mái, cơ và chân mỏ lát cấu kiện bê tông M250, kích thước (50x50x50)cm Phần mũi mỏ hàn và đoạn 10m đầu mỏ hàn gia cố thêm ở chân mái bằng hai hàng rọ đá gabion bọc nhựa, kích thước 2.0x1.0x0.5 m; Riêng mỏ hàn số 1, phía chân mái tiếp xúc với dòng chảy sông Ninh

Cơ được hộ chân thêm bằng 2 hàng rọ đá Gabion, kích thước 2.0x1.0x0.5 m Bên trên rọ đá xếp hai lớp cấu kiện tetrapod, lớp dưới 3 hàng, lớp trên 2 hàng, riêng mỏ hàn số 1 và số 2 do nằm trong khu vực hố xói sâu nên số lượng cấu kiện Tetrapod

bố trí đảm bảo ổn định cho mỏ kè

Hình 5 - H ệ thống kè mỏ hàn chữ I

Hình 6 - H ệ thống kè mỏ hàn chữ I

2.3.2 H ệ thống kè mỏ hàn chữ T

Xây dựng 9 mỏ hàn bằng cấu kiện khối lớn từ K9+228 ÷ K10+160 trên tuyến

đê biển huyện Nghĩa Hưng:

- Hình dạng mỏ chữ T thân mỏ vuông góc với đường bờ, chiều dài thân mỏ L=100m, cánh mỏ dài 60,29m (không kể mũi mỏ), khoảng cách giữa các mỏ liền

kề nhau là 120m

- Kích thước, kết cấu 9 mỏ chữ T có quy mô, kết cấu tương tự nhau

+ Gốc mỏ: Gốc mỏ liên kết với chân kè cao trình mặt gốc bằng cao trình chân kè (0.00)

+ Thân mỏ : Thân mỏ bố trí vuông góc với đường bờ, chiều dài 100m Mặt thân mỏ rộng 3,01m cao trình (0.00), gia cố bằng tấm bê tông 250# KT (200x99,5x50)cm, dưới lót đá (4x6) dày 30cm, đá hộc và bè tre Mái thân mỏ m=2,5 bố trí cơ tại cao trình (-1,10) với mỏ T1 cơ phía ngoài rộng 2,30m xếp 5 hàng Tetrapod (H=1.5m), lớp dưới 3 hàng lớp trên 2 hàng Cơ phía trong và cơ 8

mỏ còn lại rộng 1,30m không xếp Tetrapod mái và cơ gia cố bằng cấu kiện bê tông 250# dưới lót đá (4x6) dày 10cm đá hộc và bè tre

+ Cánh mỏ: cánh mỏ bố trí vuông góc với thân mỏ, chiều dài 60,29m mặt cánh mỏ rộng 3,01m, cao trình (0.00), gia cố bằng tấm bê tông 250#, kích thước (200x99,5x50)cm, dưới lót đá (4x6) dày 30cm, đá hộc và bè tre Mái cánh mỏ phía

trực diện với sóng xếp 5 hàng Tetrapod (H=1.8m), lớp dưới 3 hàng xuôi, lớp trên 2 hàng ngược Mái phía khuất sóng xếp 2 hàng Tetrapod 1 lớp xuôi (H=1.5m)

+ Mũi mỏ : bố trí 2 đầu cánh mỏ, bán kính r = 8,99m mặt mũi mỏ gia cố

bằng tấm bê tông 250#, dưới lót đá (4x6) dày 30cm, đá hộc và bè tre Mái mũi mỏ

xếp 5 hàng Tetrapod (H=1.8m), lớp dưới 3 hàng lớp trên 2 hàng

+ Bảo vệ phía ngoài cánh mỏ bằng rọ thép mạ kẽm trong xếp đá hộc kích thước rọ (2x1x0,5)m Đường biên ngoài xếp bằng cấu kiện bê tông khối lớn KT(2x1x0,5)m

Hình 7 - M ột kè mỏ hàn chữ T nhìn từ phần cánh vào đê

CHƯƠNG III

THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ TÍNH TOÁN KỂM ĐỊNH MÔ HÌNH MIKE 21 3.1 T ổng quan về mô hình Mike 21

Vùng cửa sông ven biển cửa Ninh Cơ và bãi biển Nghĩa Phúc là một hệ

thống thuỷ văn, thuỷ lực hợp nhất chịu tác động đồng thời của các yếu tố tự nhiên

và nhân tạo Các yếu tố tự nhiên (ngoại sinh): chế độ dòng chảy sông, thuỷ triều, sóng và các công trình (nhân sinh): kè hai bên bờ sông và cửa sông, các yếu tố này

có vai trò chủ yếu trong việc chi phối chế độ dòng chảy và vận chuyển trầm tích dẫn đến hệ quả cuối cùng là sự thay đổi địa hình địa mạo bờ biển Khu vực nghiên cứu tuy chỉ là một vùng nhỏ, nhưng tập hợp đầy đủ tính phức tạp các yếu tố thủy động

lực trong vùng Số liệu nhận được từ các đợt khảo sát hiện trường và thu thập được

từ các trạm khí tượng thủy văn chỉ nói lên các diễn biến theo thời gian tại từng điểm, không thể đưa ra bức tranh thủy thạch động lực cho toàn miền

Để xác định nguyên nhân, định lượng được quá trình vận chuyển trầm tích

cũng như đánh giá được các ảnh hưởng của các yếu tố , phương pháp mô phỏng

bằng mô hình thủy động lực học là lựa chọn tối ưu Liên quan đến đối tượng nghiên

cứu của chuyên đề, cần sử dụng các công cụ mô hình để tính toán và mô phỏng các trường sóng trong khu vực, mô phỏng dòng chảy và vận chuyển trầm tích và đánh giá sự biến động đường bờ dưới các tác động của các nhân tố thủy động lực Do

vậy, cách thích hợp nhất là sử dụng mô hình vật lý hoặc toán học Mô hình vật lý rất

tốn kém, mất nhiều thời gian thiết lập, chỉ sử dụng trong các trường hợp đặc biệt

Do đó trong chuyên đề này đã sử dụng mô hình toán học, trong đó tập trung vào các

mô hình hai chiều vì chúng đáp ứng được các mục tiêu đề ra

Trên thế giới và trong nước hiện có nhiều mô hình thủy động lực đang được

áp dụng cho nhiều mục đích khai thác khác nhau như nghiên cứu, quy hoạch và thiết kế hệ thống công trình , tiêu biểu có thể kể đến SORBEK, DELFT 3D (Hà Lan), MIKE (Đan Mạch), tuy nhiên, mỗi mô hình đều có những ưu nhược điểm riêng và cho đến nay vẫn chưa có một đánh giá toàn diện và chi tiết về khả năng áp

dụng trong thực tế của các mô hình nói trên Sau khi cân nhắc, so sánh các mô hình toán có thế áp dụng cho khu vực phù hợp với mục tiêu chuyên đề, đã lựa chọn mô hình MIKE 21 Các môđun MIKE 21 cho phép mô phỏng và tái hiện bức tranh thủy động lực trên toàn miền nghiên cứu, thay vì chỉ tại một vài điểm như số liệu đo đạc Trong nghiên cứu này, với mục tiêu mô phỏng và tính toán ảnh hưởng của các yếu

tố dòng chảy từ sông ra và sóng triều từ biển vào lên trường thủy động lực vùng

cửa sông ven biển Cửa Đại, Quảng Nam, bộ mô hình MIKE 21 đã được lựa chọn do đáp ứng được những tiêu chí: a) Là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng (tính toán trường sóng, dòng chảy, vận chuyển trầm tích, diễn biến địa hình đáy; b) Đã được

kiểm nghiệm thực tế ở nhiều quốc gia trên thế giới; c) Giao diện thân thiện, dễ sử

dụng và tương thích với nhiều phần mềm GIS khác

3.1.1 Cơ sở lý thuyết mô hình dòng chảy MIKE 21/3 Coupled Model FM

Môđun MIKE 21/3 Coupled Model FM cho phép mô phỏng và tái hiện bức tranh thủy động lực trên toàn miền nghiên cứu, thay vì chỉ tại một vài điểm như số

liệu đo đạc Mô hình kết hợp MIKE 21/3 Coupled Model FM là một hệ thống mô hình động lực đích thực để áp dụng cho vùng cửa sông, ven biển và trong sông Mô hình bao gồm các mô đun sau:

- Mô đun dòng chảy

- Mô đun tải khuếch tán

- Mô đun chất lượng nước và sinh thái học

- Mô đun vận chuyển bùn

- Mô đun vận chuyển cát (chỉ áp dụng cho tính toán 2D)

- Mô đun phổ sóng

Mô đun dòng chảy và phổ sóng là hai thành phần cõ bản của mô hình kết

hợp MIKE 21/3 Coupled Model FM Mô hình này được sử dụng để tính toán tương tác giữa sóng và dòng chảy, kết hợp động lực học mô đun dòng chảy và mô đun sóng Mô hình cũng bao gồm tính toán kết hợp động lực học giữa mô đun vận

chuyển bùn, mô đun vận chuyển cát, mô đun dòng chảy và sóng Do đó, sự tác động qua lại đầy đủ của những thay đổi về độ sâu đến tính toán sóng và dòng chảy cũng được xem xét

Mô đun dòng chảy được giải bằng phương pháp lưới phần tử hữu hạn Mô đun này dựa trên nghiệm số của hệ các phương trình Navier-Stokes trung bình Reynolds cho chất lỏng không nén được 2 hoặc 3 chiều kết hợp với giả thiết Boussinesq và giả thiết áp suất thuỷ tĩnh Do đó, mô đun bao gồm các phương trình: phương trình liên tục, động lượng, nhiệt độ, độ muối và mật độ và chúng được khép kín bởi sơ đồ khép kín rối Với trường hợp ba chiều thì sử dụng xấp xỉ chuyển đổi

hệ toạ độ sigma

Việc rời rạc hoá không gian của các phương trình cơ bản được thực hiện

bằng việc sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn trung tâm Miền không gian được

rời rạc hoá bằng việc chia nhỏ miền liên tục thành các ô lưới/phần tử không trùng nhau Theo phương ngang thì lưới phi cấu trúc được sử dụng còn theo phương

thẳng đứng trong trường hợp 3 chiều thì sử dụng lưới có cấu trúc Trong trường hợp hai chiều các phần tử có thể là phần tử tam giác hoặc tứ giác Trong trường hợp ba chiều các phần tử có thể là hình lăng trụ tam giác hoặc lăng trụ tứ giác với các phần

tử trên mặt có dạng tam giác hoặc tứ giác

Các phương trình cơ bản trong tọa độ Đề các:

Phương trình liên tục, còn gọi là phương trình bảo toàn khối lượng, có dạng:

S z

w y

v x

u

=

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂+

∂

∂+

∂

∂

z

wu y

vu x

u t

S u z

u v z F dz x

p p

g x

p p x g

∂

∂+

∂

∂+

∂

∂

z

wu y

vu x

u t

z

v v z F dz y

p p

g y

p p y g

1

η

trong đó, t là thời gian; x, y và z là tọa độ Đề các, ηlà dao động mực nước, d là độ

sâu; h=η+d là độ sâu tổng cộng, u, v và w là thành phần vận tốc theo phương x, y

và z; f=2Ω sinφlà tham số Coriolis (Ωlà vận tốc góc và φ là vĩ độ địa lý); g là gia

tốc trọng trường; ρlà mật độ nước, vR t R là nhớt rối thẳng đứng PR a R là áp suất khí quyển, ρ0là mật độ chuẩn; S là độ lớn lưu lượng của các nguồn nước đổ vào vùng nghiên cứu và (uR s R, vR s R) là vận tốc của dòng nước chảy từ nguồn vào miền tính FR u R, FR v R

là các số hạng ứng suất theo phương ngang

- Phương trình vận chuyển nhiệt lượng và muối:

S T H z

T D z

F z

wT y

vT x

uT t

T

s v

=

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

S S H z

s D z

F z

ws y

vs x

us t

s

s v

=

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

trong đó DR v R là hệ số khuếch tán rối thẳng đứng; Hˆlà số hạng nguồn nhiệt do trao đổi nhiệt với khí quyển TR s R và sR s R là nhiệt độvà độ mặn của nguồn nước chảy vào vùng nghiên cứu; FR T R và FR S R là các số hạng khuếch tán theo phương ngang

- Phương trình bảo toàn vật chất:

S C C k z

C D z

F z

wC y

vC x

uC t

C

s p

=

∂

∂+

∂

∂+

∂

∂+

∂

∂