nghiên cứu sự ổn định của đê biển khi có sóng tràn qua

Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian dài tập trung nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, tác giả đã hoàn thành luận văn đúng thời hạn theo quy định nhà trường đã giao. Có được kết quả trên, trước tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo PGS.TS: Nguyễn Trọng Tư đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, tận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên khoa sau Đại học, trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức tới tác giả trong suốt quá trình học tập ở Đại học cũng như trong quá trình học Cao học. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, cơ quan, người thân, bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả hoàn thành tốt luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 HỌC VIÊN Nguyễn Anh Sơn Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 I. Sự cần thiết của đề tài 1 II. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 1 III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2 IV. Nội dung của Luận văn 2 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN & HÌNH THỨC ĐÊ BIỂN . 4 1.1: Tình hình đối với đê biển trên thế giới. 4 1.2: Tình hình đối với đê biển Việt Nam. 6 1.2.1. Đê biển các tỉnh Bắc bộ: Từ Quảng Ninh đến Ninh Bình 6 1.2.2. Đê biển Trung bộ 9 1.2.2.1. Đê biển Bắc trung bộ: Các Tỉnh từ Thanh hóa đến Hà tĩnh 9 1.2.2.2. Đê biển Trung trung bộ: các tỉnh từ Quảng bình đến Quảng nam 11 1.2.3. Đê biển Nam bộ (từ Bà rịa- Vũng tàu đến Kiên giang) 13 1.2.3.1. Tình trạng kỹ thuật đê biển nam bộ 14 1.2.3.2. Hiện trạng về ổn định đê biển Nam bộ 15 CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ PHÁ HOẠI ĐÊ BIỂN DO SÓNG TRONG TRƯỜNG HỢP BÃO LỚN 17 2.1: Tình hình đối với đê biển Việt Nam 17 2.1.1. Giới thiệu. 18 2.2: Cơ chế phá hoại đê do bão 18 2.3: Sóng và các đặc trưng 24 2.3.1. Khái niệm Sóng 24 2.3.2. Sóng tràn và các đặc trưng 26 2.3.3. Sóng tràn qua đê mái dốc 28 2.3.4. Các đặc trưng sóng tràn theo con sóng 33 2.3.4.1. Lượng tràn trên con sóng 33 2.3.4.2. Dòng chảy sóng tràn trên đỉnh đê 34 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 2.4: Thấm- Ổn định của đê biển khi có nước tràn qua 36 2.4.1. Tầm quan trọng tính thấm qua đê biển khi có nước tràn qua 36 2.4.2. Các phương pháp tính thấm 37 2.4.2.1. Nghiên cứu lý luận 37 2.4.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm 38 2.4.2.3. Sự phát triển của các phương pháp tính ổn định mái dốc 38 2.4.2.4. Cơ sở các phương pháp tính ổn định trượt mái 39 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH KHI CÓ SÓNG LEO TRÀN QUA 48 3.1: Tổng quan về vùng biển Nam Định 48 3.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên 48 3.1.1.1. Vị trí địa lý 48 3.1.1.2. Điều kiện địa hình địa mạo 49 3.1.2. Đặc điểm khí tượng thủy văn 53 3.1.2.1. Chế độ khí tượng 53 3.1.2.2. Chế độ thủy hải văn 57 3.1.3. Đặc điểm địa chất 2 3.1.3.1. Đặc điểm địa chất khu vực cửa sông 62 3.1.3.2. Đặc điểm địa chất đường bờ tỉnh Nam Định 62 3.1.3.3. Địa chất công trình khu vực bờ biển Hải Hậu – Nam Định 63 3.1.4. Tình hình diễn biến đường bờ vùng biển Hải Hậu- Nam Định 64 3.1.5. Các cơ chế phá hoại đê kè biển 68 3.1.5.1. Phá hoại ở mái đê phía biển 68 3.1.5.2. Phá hoại từ mái đê phía trong đồng 70 3.2: Ứng dụng công nghệ tính toán và thực tế 71 3.2.1. Phần mền Wadibe 71 3.2.1.1. Giới thiệu 71 3.2.1.2. Cấu trúc 71 3.2.2. Phần mềm tính ổn định Slope 72 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 3.3: Áp dụng phần mềm tính toán ổn định đê biển khi có sóng leo đoạn cửa biển Nam Định 73 3.3.1. Tính toán thông số sóng leo, sóng leo 73 3.3.1.1. Tính toán sóng từ bão 73 3.3.1.2. Tính toán các tham số sóng tuyến tính 74 3.3.1.3. Tính toán truyền sóng vào bờ 75 3.3.1.4. Tính toán sóng tràn, sóng leo 79 3.3.2: Tính toán Thấm và ổn định 80 3.3.2.1: Nhiệm vụ tính toán 80 3.3.2.2: Trường hợp tính toán 80 3.3.2.3: Giả thuyết tính toán 80 3.3.2.3: Thông số phục vụ tính toán 81 3.3.2.4: Kết quả tính toán 82 3.3.2.5: Đánh giá theo yêu cầu quy phạm 84 3.3.2.6: Đề xuất biện pháp bảo vệ an toàn cho đê biển 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 1. KẾT LUẬN. 87 2. NHỮNG HẠN CHẾ 87 3. KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phụ lục 2: Phụ lục 3: Phụ lục 4: Phụ lục 5: Phụ lục 6: Phụ lục 7: Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 1 MỞ ĐẦU I: sự cần thiết của đề tài: Hệ thống đê biển là giải pháp bảo vệ đất liền mang tính chiến lược quốc gia của các nước bên bờ đại dương. Nước ta có đường bờ biển dài khoảng 3200 km trải dài từ móng cái đến hà tiên. Các tuyến đê biển đê biển xây dựng từ bao đời nay có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, bảo vệ sinh mạng và tài sản của nhân dân vùng ven biển, bảo vệ cho sản xuất nông nghiệp, ngoài ra còn bảo vệ một số vùng nuôi trồng thủy săn hoặc sản xuất muối. Theo xu thế phát triển chung, vùng ven biển nước ta là một vùng kinh tế trọng điểm năng động và ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp, du lịch, việc chuyển đổi cơ cấu sản xuất (tăng nuôi trồng thủy, hải sản) và khôi phục các ngành nghề truyền thống, thì tuyến đê biển nói chung và đê biển nói riêng sẽ không chỉ là mục tiêu ngăn lũ, ngăn mặn mà còn phải kết hợp đa mục tiêu, vừa ngăn lũ, kiểm soát mặn bảo đảm an toàn dân sinh, kinh tế cho vùng được đê bảo vệ, đồng thời kết hợp là tuyến đường giao thông ven biển quan trọng phục vụ phát triển kinh tế, du lịch, an ninh quốc phòng. Vì những nhiệm vụ quan trọng trên, hệ thống đê biển cần phải được bảo vệ an toàn trước nguy cơ bị xuống cấp, phá vỡ, đồng thời tiếp tục cải tạo, củng cố thêm một bước đê nâng cao năng lực phòng, chống thiên tai nhằm tạo tiền đề thúc đẩy phát triển kinh tế, đảm bảo phát triển bền vững vùng ven biển. Do đó việc nghiên cứu quá trình hoạt động của đê đòi hỏi phải thường xuyên, cấp thiết và có tính ứng dụng công nghệ thực tiễn cao, nhất là sự hoạt động của đê biển khi có sóng tràn qua trong trường hợp bão lũ triều cường. II: Mục đích và nhiệm vụ của đề tài: 1: Mục đích: Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của bão lớn và triều cường đến sự làm việc đê biển, đặc biệt là yếu tố sóng tràn qua mặt đê, từ đó có cơ sở khoa học đánh giá được sự làm việc của đê biển và đề xuất giải pháp bảo vệ đê biển trong trường hợp sóng tràn qua đỉnh đê. 2: Nhiệm vụ: - Xác định các yếu tố truyền sóng tác động đến đê biển - Xác định được lượng nước tràn vào thân đê khi có sóng leo tràn qua. - Lập thuật toán tính toán thấm, ổn định cho đê biển. - Áp dụng cho vùng đê biển cụ thể ở Việt Nam. - Đề xuất các giải pháp bảo vệ đê biển khi có sóng tràn qua. III: Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng lý luận và kết quả thực nghiệm. IV: Nội dung của Luận văn: Mở đầu Sự cần thiết của đề tài Chương 1: Tổng quan sự phát triển và hình thức đê biển. 1.1: Tình hình đối với đê biển trên thế giới: 1.2: Tình hình đối với đê biển Việt Nam: Chương 2: Phương pháp xác định tác động của sóng tràn và ảnh hưởng của nó tới đê biển. 2.1: Tình hình khí hậu biển và bão lũ: 2.2: Cơ chế phá hoại đê biển do bão: 2.3: Sóng và các đặc trưng: 2.4: Thấm- ổn định của đê biển khi có sóng tràn qua: Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 3 Chương 3: Ứng dụng tính toán cho đê biển Tỉnh Nam Định. 3.1: Giới thiệu vè công trình cụ thể phục vụ cho việc tính toán: 3.2: Chọn sơ đồ tính toán: 3.3: Xác định lưu lượng thấm do sóng tràn tạo ra: 3.4: Ứng dụng phần mềm tính toán sóng tràn và tính toán thấm, ổn định. Chương 4: Kết luận và kiến nghị. Từ kết quả của việc ứng dụng phần mềm tính toán cho đê biển tỉnh Nam Định, trình bày những kết quả đạt được, những tồn tại và những kiến nghị. Đề suất biện pháp xây dựng và bảo vệ đê biển. Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 4 UCHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN VÀ HÌNH THỨC ĐÊ BIỂN 1.1: Tình hình đối với đê biển trên thế giới: Biển có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển nền văn minh, văn hóa của các quốc gia sống ven biển. Nghiên cứu về nền văn hóa biển đông Nam Á các nhà khoa học đã khẳng định "Văn hóa biển là 1 trong 3 nền tảng của văn hóa bản địa Đông Nam: Núi, đồng bằng, và biển". Văn hóa biển có vai trò rất to lớn đối với sự phát triển kinh tế- xã hội của các quốc gia sông trên bờ các đại dương. Việt nam là một nước thuộc các quốc gia vùng Đông Nam Á. Biển Đông Nam Á có vị trí đặc biệt tên đường giao lưu quốc tế nó nối liền Thái Bình Dương với Ấn Độ Dương trở thành cửa ngõ trên tuyến đường hàng hải nối liền Đông Á với Tây Âu và Châu Phi. Đối với các quốc gia Đông Nam Á biển là con đường truyền giáo hiệu quả nhất, là con đường thương mại số 1, là nơi "Quyết tử cho tổ quốc quyết sinh" và cũng như các vùng biển khác biển Đông Nam Á là một kho báu về tài nguyên thiên nhiên. Các quốc gia ở vùng ven biển luôn phải đối mặt với bão tố, triều dâng, sóng gió, sóng thần , nhất là những tác động do biến đổi khí hậu mà mức độ nguy hiểm của nó đang còn là dự báo. Xây dựng hệ thống đê biển và phát triển mạng lưới cảnh báo sóng thần là một trong những chiến lược quan trọng và cấp thiết hiện nay của các quốc gia có bờ biển và đặc biệt quan trọng đối với các quốc gia có nhiều vùng đất thấp hơn mực nước biển và những nơi chịu nhiều ảnh hưởng của thiên tai. Lãnh thổ Hà lan là một vùng đất thấp hơn mực nước biển có nhiều khu vực ngập lụt, nhiễm mặn, phèn hóa, là châu thổ chịu lũ chính của lưu vực, chịu triều cường của biển bắc, lịch sử phát triển của Hà lan là lịch sử đắp đê và hứng chịu những thảm họa từ phía biển. Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 5 Hình1.1: Đê biển Afsluitdifk dài hơn 32km, rộng 90m, cao 7.25m trên mực nước biển trung bình Sau thảm họa lịch sử năm 1953, chính phủ Hà Lan đã quyết tâm xây dựng dự án đê biển. Dự án kéo dài từ năm 1958 đến năm 1997 với kinh phí lên tới hàng ngàn tỷ Guider (tiền Hà lan). Dự án gồm cáo đập khóa, các đập phụ gần cửa sông và các tuyến đê hiện đại (xem hình1.1). "Điều này làm cho Hà Lan không chỉ nổi tiếng bởi về hoa tulip, cối xay gió, những đôi giày gỗ…mà còn nổi tiếng bởi những công trình biển vĩ đại hàng đầu thế giới". Thành tựu về chinh phục biển, Hà Lan xứng đáng với lời đánh giá "Chúa tạo dựng nên thế giới nhưng Hà Lan được tạo dựng bởi chính người Hà Lan". Hầu như các nước ven biển đều có những vùng đất thấp hơn mực nước biển vì vậy kinh nghiệm và kỹ thuật đê biển được sử dụng và phát triển rất rộng rãi. Tùy thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế mà mức độ khoa học và mức độ hiện đại của các công trình để biển ở những mức độ khác nhau. Ngoài Hà Lan các nước có kinh nghiệm và trình độ khoa học công nghệ về đê biển thu hút sự chú ý của thế giới còn có Mỹ, Đan Mạch, Nhật Bản, Trung Quốc… Cho đến nay các nước ở trên bờ biển đều coi việc xây dựng hệ thống đê biển là giải pháp hữu hiệu nhất để đề phòng, chống và thích ứng ngăn chặn nước biển dâng và xâm nhập mặn và là phương thức quai đê lấn biển tăng diện tích đất ở và canh tác. Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 6 1.2: Tình hình đối với đê biển Việt Nam: Việt Nam, ngay từ thế kỷ XV ông cha ta đã xây dựng hệ thống để biển và không ngừng tôn cao, mở rộng qua các thời kỳ giữ nước, xây dựng và phát triển đất nước. Đến nay dọc theo hơn 3200 km bờ biển, nước ta có khoảng 719 km đê biển kiên cố, hình thành hệ thống đê biển bảo vệ cho 28 tỉnh thành phố bao gồm 110 huyện thị xã và đang phát huy hiệu quả phòng tránh thiên tai tạo điều kiện cho các địa phương miền duyên hải phát triển kinh tế xã hội. Sự nghiệp xây dựng đê biển là sự nghiệp của quần chúng, gắn liền với lịch sử phát triển của đất nước nên nó mang đặc điểm kỹ thuật dân gian đúc rút kinh nghiệm và kỹ thuật hiện đại theo từng giai đoạn phát triển. Ở các nước đang phát triển như nước ta tính hiện đại còn hạn chế. Hệ thống đê biển nước ta hầu hết được phát triển trên các tuyến đê biển hình thành từ lịch sử thiếu hẳn sự quy hoạch, thống nhất khoa học đê biển. Hầu hết đê biển được đắp bằng đất không được lựa chọn, nền đê là nền đất yếu. Chiều dài tuyến đê mới chiếm khoảng 42.3% tổng chiều dài bờ biển và mới có khả năng chịu tải với gió cấp 9 trở xuống. Cụ thể là: Nước ta có tổng số hơn 2000 km đê biển trải dài từ Quảng Ninh tới Kiên Giang, trong đó đoạn đê biển từ Quảng Ninh tới Quảng Nam chịu tác động của bão lớn nhiều nhất. Hiện nay các tuyến đê biển, đê cửa sông từ Quảng Ninh đến Quảng Nam có tổng chiều dài khoảng 1454 km, trong đó có khoảng 853 km đê biển, còn lại là đê cửa sông. Đê biển vùng đồng bằng bắc bộ phần lớn được xây dựng từ thời nhà Trần, đê biển Thanh Hóa, Nghệ An được hình thành từ những năm 1930, phần lớn đê biển và đê cửa sông khu vực miền trung được đắp trước và sau năm 1975, các tuyến đê biển ban đầu được đắp chủ yếu do nhân dân tự đắp nhằm bảo vệ sản xuất, nhà nước hỗ trợ kinh phí để đắp một số tuyến đê biển quan trọng. Các tuyến đê thường được đầu tư khôi phục, cải tạo, nâng cấp, tu bổ hàng năm thông qua các dự án. Hiện trạng các tuyến đê biển tại các khu vực có thể tóm tắt các đặc điểm chung như sau: [...]... giữ được ổn định cho các tuyến đê này 1.2.3.2: Hiện trạng về ổn định đê biển Nam bộ: So với đê biển Miền trung và đê biển Bắc bộ thì đê biển Nam bộ ổn định hơn, mặc dù tỷ lệ tuyến trực tiếp với biển so với tuyến cửa sông chiếm tỷ lệ cao 87 km/469 km Đối với vùng bờ biển ổn định hoặc bồi các hư hỏng đê thường là sạt lở nhỏ mái đê phía biển ở những đoạn đê không có cây chắn sóng Những đoạn đê có nền yếu... Việt Nam Hình 2.2 Dòng ven và sóng gây xói mái đê và kè phía biển dưới chân kè Hình 2.3 Sóng leo và nước dâng gây trượt mái đê phía biển Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 21 Luận văn Thạc sĩ Hình 2.4 Sóng leo lớn gây tràn qua mặt đê dẫn đến xói mặt đê và mái đê phía sau: Hình 2.5 Sóng tràn qua đỉnh đê không có tường chắn sóng Hình 2.6 Sóng tràn qua đỉnh đê có tường chắn sóng Chuyên ngành: Xây dựng... mặt biển 1: Ngọn sóng 4: Chân sóng 2: Bụng sóng 5: Mặt nước tĩnh 3: Đỉnh sóng 6: Đường trung bình sóng Hình 2.10: Các yếu tố của sóng: Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 26 Luận văn Thạc sĩ 2.3.2: Sóng tràn và các đặc trưng: Nước bị đẩy tràn qua đỉnh đê do động năng của sóng khi mà đỉnh đê vẫn còn cao hơn mực nước biển được gọi là sóng tràn (xem Hình 2.11) Sóng tràn có liên hệ mật thiết với sóng. .. thuật đê biển nam bộ: - Về cao độ, mặt cắt: Khác với đê biển Bắc bộ, đê biển Nam bộ có sự khác nhau về cao trình đỉnh đê giữa các tuyến có tuyến chỉ trên +1 m, nhưng có tuyến +4 m đến +5 m, có tuyến mặt đê chỉ rộng 1,5-2 m, nhưng cũng có tuyến rộng 8-10 m Tuy nhiên, về tổng quan thì cao độ đê phía biển Đông cao hơn đê phía Tây: Cao độ đê biển Đông từ +1,8- 5 m như đê Gò Công đông (Tiền giang) đê ở Bà... bản được khép kín Tổng chiều dài các tuyến đê biển, đê cửa sông khoảng 484 km trong đó có trên 350 km đê trực tiếp biển Đê biển bắc bộ có bề rộng mặt đê nhỏ từ 3- 4 m, nhiều đoạn đê . tính ổn định mái dốc 38 2.4.2.4. Cơ sở các phương pháp tính ổn định trượt mái 39 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH KHI CÓ SÓNG LEO TRÀN QUA 48 3.1: Tổng quan về vùng biển. vệ đê biển trong trường hợp sóng tràn qua đỉnh đê. 2: Nhiệm vụ: - Xác định các yếu tố truyền sóng tác động đến đê biển - Xác định được lượng nước tràn vào thân đê khi có sóng leo tràn qua. . thấm, ổn định cho đê biển. - Áp dụng cho vùng đê biển cụ thể ở Việt Nam. - Đề xuất các giải pháp bảo vệ đê biển khi có sóng tràn qua. III: Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu