Đánh giá tổng kết các công trình bảo vệ bờ và đê biển, đề xuất giải pháp công trình bảo vệ cho đoạn đê biển huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa

1 LỜI CẢM ƠN Sau những cố gắng của mình với sự giúp đỡ của thầy cô và đồng nghiệp, tôi đã hoàn thành luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ với đề tài: “Đánh giá tổng kết các công trình bảo vệ bờ và đê biển, đề xuất giải pháp công trình bảo vệ cho đoạn đê biển huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa”. Đây là kết quả đánh giá kiến thức của mình trong thời gian được học tại Trường Đại học Thuỷ Lợi. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Công trình và Trường Đại học Thuỷ lợi đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá học. Xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân thành đến PGS.TS. Nguyễn Bá Quỳ, TS. Phạm Thanh Hải và TS. Nguyễn Hữu Phúc – Giám đốc Trung tâm Phòng tránh và Giảm nhẹ thiên tai đã hướng dẫn tận tình, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Đồng thời tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đồng nghiệp tại nơi công tác đã khích lệ và động viên, là động lực rất lớn giúp tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Do thời gian có hạn và năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy cô chỉ bảo, mong các đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tôi có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Nguyễn Duy Minh 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên thực hiện Luận văn Nguyễn Duy Minh 3 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐÊ BIỂN VIỆT NAM, CÁC NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG 4 1.1. Tổng quan về đê biển Việt Nam 4 1.1.1. Tổng quan về đê biển từ Quảng Ninh – Quảng Nam 4 1.1.2. Tổng quan về đê biển Quảng Ngãi – Kiên Giang 14 1.2. Cơ chế phá hoại của đê biển 17 1.2.1. Sóng tràn 18 1.2.2. Cơ chế trượt mái 22 1.2.3. Xói chân đê kè 33 1.2.4. Hư hỏng kết cấu bảo vệ mái, đỉnh đê và xói thân đê 35 1.2.5. Lún công trình do nền mềm 37 1.2.6. Hư hỏng các công trình trên đê 38 1.2.7. Xói mòn đê tự nhiên/ đụn cát 39 1.2.8. Tác động hoá học của môi trường nước mặn 40 1.2.9. Tác động của các sinh vật biển 41 1.2.10. Các tác động tiêu cực từ việc khai thác cát sỏi, khoáng sản 42 1.3. Các phương pháp thiết kế đê biển 43 1.4. Kết luận chương I: 45 CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN 48 2.1. Dòng ven bờ và vận chuyển bùn cát ven bờ tại vùng biển Thanh Hóa 48 2.2. Phân loại công trình bảo vệ bờ 52 2.2.1. Phân loại theo đối tượng bảo vệ 52 2.2.2. Phân loại theo thời kỳ xây dựng 53 2.2.3. Phân loại theo loại hình và bố trí công trình 54 4 2.2.4. Phân loại theo vật liệu và cấu kiện công trình 62 2.3. Thực trạng xói lở khu vực bờ biển Thanh Hóa 63 2.4. Phân tích, đánh giá hiệu quả công trình bảo vệ bờ hiện nay 71 CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÀ ĐÊ BIỂN HUYỆN TĨNH GIA TỈNH THANH HÓA 72 3.1. Thiết kế hình học công trình bảo vệ bờ và mặt cắt ngang đê 72 3.1.1. Tài liệu phục vụ tính toán thiết kế 72 3.1.2. Tiêu chuẩn an toàn và phân cấp đê 72 3.1.3. Xác định vị trí tuyến đê 73 3.1.4. Xác định mực nước thiết kế 73 3.1.5. Xác định tham số sóng thiết kế 74 3.1.6. Xác định mặt cắt đặc trưng 75 3.1.7. Thiết kế mặt cắt đê 76 3.2. Lựa chọn kết cấu bảo vệ bờ và mặt cắt ngang đê 86 3.3. Tính toán ổn định cho đê biển huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa 89 3.4. Kết luận chương III 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 Kết luận 95 Những điểm đạt được 95 Những hạn chế 96 Kiến nghị 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1: Các hình thức phá hoại đê kè biển 18 Hình 1. 2: Một số dạng đê kè bị hư hỏng do sóng tràn 20 Hình 1. 3: Sạt mái đê phía đồng 21 Hình 1. 4: Cơ chế bất ổn định trượt mái đê 22 5 Hình 1. 5: Mặt cắt ngang bãi biển (bao gồm cả đê kè) khi thời tiết bình thường 23 Hình 1. 6: Mặt cắt ngang bãi biển (bao gồm cả đê kè) khi thời tiết dị thường 24 Hình 1. 7: Các cấu kiện bị bong xô do tác động của sóng lên mái 25 Hình 1. 8: Sơ đồ minh họa tương tác giữa tải trọng bên ngoài và bên trong kè 26 Hình 1. 9: Mái kè bị biến dạng và hư hỏng do áp lực sóng 26 Hình 1. 10: Mực nước triều thấp gió và dòng ven phá hoại chân kè 27 Hình 1. 11: Mái kè bị lún thấp hơn hàng ống buy bảo vệ chân. 28 Hình 1. 12: Mái kè bị đánh sập bóc hết cấu kiện và khoét hết đất đá 29 Hình 1. 13: Mái đê bị sạt, các viên đá bị sóng mài tròn trên bãi 30 Hình 1. 14: Phần đá lát khan bị sóng đánh hư hỏng 31 Hình 1. 15: Toàn bộ mặt đê bị phá sập 31 Hình 1. 16: Tuyến đê gần bị cắt ngang thân 32 Hình 1. 17: Đê lát nửa mái bằng đá xếp và phần trên trồng cỏ bị phá sau bão 33 Hình 1. 18: Các cấu kiện và viên đá bị bong xô bắt đầu quá trình phá hoại mái 36 Hình 1. 19: Mái kè bị bóc cấu kiện mái và khoét đất đá trong thân đê 36 Hình 1. 20: Mô phỏng nền phá hoại do lún, đẩy trồi ra hai bên của phạm vi chất tải 37 Hình 1. 21: Mô hình phá hoại nền trồi ngang 38 Hình 1. 22: Cung trượt sâu cắt qua thân và nền đê 38 Hình 1. 23: Phá hoại do nguyên nhân tác động của sóng và ăn mòn do nước mặn 41 6 Hình 1. 24: Các con hà bám vào tường cống góp phần đẩy nhanh quá trình ăn mòn 42 Hình 2. 1: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong đông (trái) và hè (phải) theo “Báo cáo kết quả điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964)” 50 Hình 2. 2: Hướng và tốc độ dòng chảy trên biển 51 Hình 2. 3: Xu thế dòng chảy cả năm vận chuyển bùn cát ven bờ 52 Hình 2. 4: Gia cố bờ dạng mái nghiêng 55 Hình 2. 5: Gia cố bờ dạng tường đứng 56 Hình 2. 6: Công trình dạng hỗn hợp 57 Hình 2. 7: Mỏ hàn biển 58 Hình 2. 8: Đê giảm sóng Hải Dương (Huế) 59 Hình 2. 9: Mỏ hàn chữ T đê biển I (Hải Phòng) 60 Hình 2. 10: Mỏ chữ T đê biển Hải Thịnh 2 (Nam Định) 60 Hình 2. 11: Mỏ chữ T đê biển Nghĩa Phúc (Nam Định) 61 Hình 2. 12: Cụm công trình bẫy cát biển ở Giao Thủy 62 Hình 2. 13: Phân vùng xói lở bờ biển Việt Nam 68 Hình 2. 14: Diễn biến xói lở tại khu vực nghiên cứu 69 Hình 3. 1: Tuyến nghiên cứu 73 Hình 3. 2: Mặt cắt đê bảo vệ ba mặt 76 Hình 3. 3: Mặt cắt thiết kế đê biển điển hình của khu vực nghiên cứu 88 Hình 3. 4: Tính ổn định trường hợp 1 cho mặt cắt 3 89 Hình 3. 5: Tính ổn định trường hợp 2 cho mặt cắt 3 90 Hình 3. 6: Tính ổn định trường hợp 3 cho mặt cắt 3 90 Hình 3. 7: Tính ổn định trường hợp 1 cho mặt cắt 22 91 Hình 3. 8: Tính ổn định trường hợp 2 cho mặt cắt 22 91 7 Hình 3. 9: Tính ổn định trường hợp 3 cho mặt cắt 22 92 Hình 3. 10: Tính ổn định trường hợp 1 cho mặt cắt 44 92 Hình 3. 11: Tính ổn định trường hợp 2 cho mặt cắt 44 93 Hình 3. 12: Tính ổn định trường hợp 3 cho mặt cắt 44 93 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1: Thống kê tốc độ xói lở bờ biển Thanh Hóa 63 Bảng 2. 2: Thống kê các điểm bị xói lở trên dải ven biển Thanh Hóa (1988) 65 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trải dài 29 tỉnh ven biển nước ta là bờ biển với chiều dài rất lớn khoảng 3200km, 89 cửa sông, với vùng biển 1 triệu km 2 , khoảng 3000 hòn đảo lớn nhỏ và các thành phố lớn, hải cảng, các khu công nghiệp, dầu khí, các khu đánh bắt và nuôi trồng thủy sản. Việt Nam là một trong những nước có tiềm năng, lợi thế về biển to lớn trong phát triển kinh tế biển và vùng ven biển cửa sông. Tuy nhiên để phòng chống tác hại của biển như bão, nước dâng, sạt lở bờ biển trong điều kiện nước biển dâng do biến đổi khí hậu là một vấn đề hết sức cấp thiết. Hiện nay, phát triển kinh tế biển là một trong những chiến lược quan trọng của Đảng và Nhà nước ta. Trong chiến lược phát triển kinh tế biển thì xây dựng cơ sở hạ tầng, trong đó hệ thống đê biển là quan trọng nhất vì nó là lá chắn đảm bảo an toàn, ổn định dân cư, các công trình hạ tầng cho công cuộc phát triển và một phần phục vụ cho an ninh quốc phòng, phát triển bền vững, đa mục tiêu. Chính vì vậy việc nghiên cứu từ thực tiễn củng cố đê biển và những kinh nghiệm cũng như áp dụng công nghệ mới để ngày càng nâng cao hiệu quả tuyến đê là rất quan trọng và cần thiết. Đối với các công trình bảo vệ bờ biển đặc biệt là đê kè biển trong những năm qua đã được quan tâm đầu tư và củng cố qua các dự án PAM, OXFAM. Tuy nhiên các tuyến đê chủ yếu mới được nâng cấp để chống được bão cấp 9 mực nước triều tần suất 5%, còn mang tính chắp vá, không đồng bộ. Một số những vấn đề tồn tại phản ánh trong quá trình xây dựng cũng như yêu cầu thực tiễn đòi hỏi đối với các công trình bảo vệ đê kè biển là: 2 Mặc dù đã được đầu tư củng cố, nhưng chưa đủ kiên cố để chống đỡ ở cấp bão, lũ cao hơn như các cơn bão số 2 ÷ 8 năm 2005. Mặt khác thân đê chủ yếu được đắp bằng đất cát pha phủ lớp đất sét chống tràn ở ngoài, sóng tràn qua đê gây sạt lở mặt đê và mái đê phía đồng uy hiếp ổn định của đê. Ở nhiều vùng biển lấn do tác dụng của sóng gió, dòng ven thường xuyên gây sạt lở thu hẹp và hạ thấp mặt bãi, gây mất ổn định đê kè biển, nếu không có định hướng bảo vệ đúng sẽ thường xuyên phải chống đỡ thụ động, như phải dịch chuyển tuyến đê hoặc xói lở ở khu vực lân cận. Hiện nay thì các tuyến đê biển cũng đã nhiều lần được củng cố, tuy nhiên vẫn chưa thể đáp ứng được thực tế, mặt khác thiên tai do biến đổi khí hậu ngày càng nhiều và diễn ra tương đối khốc liệt với nhiều yếu tố cực đoan hơn trước cho nên cần nghiên cứu thực tế, trọng tâm sẽ nghiên cứu giải pháp thực hiện cụ thể với huyện Tĩnh Gia, Thanh Hóa. Đề tài “Đánh giá tổng kết các công trình bảo vệ bờ và đê biển, đề xuất giải pháp công trình bảo vệ cho đoạn đê biển huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa” là đề tài hết sức thực tế và có ứng dụng thực tiễn cao. 2. Mục đích của đề tài Đánh giá tổng kết các công trình bảo vệ bờ và đê biển, đề xuất giải pháp công trình bảo vệ cho đoạn đê biển cụ thể từ những đánh giá trên. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu là điều tra thực tế, kết hợp lý thuyết. Tính toán thấm và ổn định thân đê theo các phương án công trình đã có và sử dụng phương án dùng giải pháp mới . Có sử dụng phần mềm Geo-Slope. So sánh các phương án xử lý về điều kiện kinh tế kỹ thuật. 3 Kết quả đạt được Lựa chọn được phương án thiết kế mặt cắt đê biển Tĩnh Gia – Thanh Hóa đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật. Nội dung của luận văn Chương 1: ĐẶC ĐIỂM ĐÊ BIỂN VIỆT NAM, CÁC NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN Chương 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÀ ĐÊ BIỂN HUYỆN TĨNH GIA TỈNH THANH HÓA Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ [...]... sóng bảo vệ đê: Việc trồng cây chắn sóng đều không được lồng ghép với các các dự án củng cố, nâng cấp đê biển 1.2 Cơ chế phá hoại của đê biển Có nhiều hình thức phá hoại đê biển khác nhau bao gồm: - Chảy tràn/sóng tràn - Trượt mái đê - Đẩy trồi/ xói ngầm - Hư hỏng kết cấu bảo vệ mái, đỉnh đê- xói thân đê - Xói ngầm/đẩy trồi nền công thuỷ công - Hư hỏng hệ thống đóng mở cửa van của công trình thuỷ công. .. về công nghiệp, du lịch và dịch vụ và đây cũng là nơi tập trung dân cư đông đúc Đây là vùng biển có biên độ thuỷ triều cao (khoảng 4 mét) và nước dâng do bão cũng rất lớn Để bảo vệ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, các tuyến đê biển, đê cửa sông ở khu vực này đã được hình thành từ rất sớm và cơ bản được khép kín Tổng chiều dài các tuyến đê biển, đê cửa sông khoảng 484 km, trong đó có trên 350 km đê. .. vậy đoạn đê biển này rất cần được quan tâm đúng mức 1.1.1.3 Hệ thống đê biển, đê cửa sông thành phố Hải Phòng Hệ thống đê điều của Hải Phòng bao gồm 24 tuyến đê với tổng chiều dài 422,629km, trong đó có 6 tuyến đê biển với chiều dài 104,265 km, 18 tuyến đê sông với chiều dài 318,364 km, 76 công trình kè với tổng chiều dài 62,516 km (35,668 km kè đê biển và 26,848 km kè đê sông), 393 cống dưới đê (bao... Hưng Hà, Quỳnh Phụ quản lý - Đê Hữu Hoá: Đê Hữu Hoá từ An Khê đến cống Hệ xã An Mỹ (K0 ÷ K16) dài 16km thuộc huyện Quỳnh Phụ quản lý 11  Đê biển: Đê biển số 5: Đê biển số 5 từ An Tứ đến Cống Lân I dài 32,5 km - thuộc huyện Tiền Hải quản lý Đê biển số 6: Đê biển số 6 từ dài 39,3 Km từ Trà Giang đến Cống - Lân I, thuộc hai huyện Kiến Xương và Tiền Hải quản lý Đê biển số 7: Đê biển số 7 dài 45,1km từ cống... số 6 và số 7 năm 2005 hệ thống đê biển Bắc Bộ đã bị tràn, vỡ và sạt lở nhiều đoạn và vẫn còn nhiều tồn tại, trong đó các tồn tại chính được tóm tắt như sau: 5 Nhiều đoạn thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ, Nghĩa Hưng (thuộc tỉnh Nam Định), đê Cát Hải, đê biển Đồ Sơn (Hải Phòng) đã bị tràn, vỡ, sạt lở mạnh trong bão Do bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp gây sạt lở chân, mái kè bảo vệ mái đê biển, . .. thể làm mất ổn định và phá vỡ các kết cấu công trình bảo vệ bờ, bãi và đáy biển Thông thường có hai trạng thái sóng đặc trưng là sóng trong điều kiện thời tiết bình thường và sóng do bão và các điều kiện thời tiết dị thường Hình 1.5 biểu diễn trạng thái bờ và bãi biển trong điều kiện sóng bình thường hàng ngày tác dụng vào bờ và bãi biển Trong điều kiện này, mái dốc và bãi biển ở trạng thái cân bằng ổn... (3 ÷ 5) m Nếu vỡ đê sông bất cứ chỗ nào thì một nửa tỉnh Thái Bình bị ngập sâu từ (2 ÷ 4) m nước trở lên, hoặc vỡ đê biển bất cứ chỗ nào thì hàng ngàn ha đất canh tác bị nhiễm mặn phải nhiều năm mới hồi phục được 1.1.1.5 Hệ thống đê biển, đê cửa sông tỉnh Nam Định Tuyến đê biển tỉnh Nam Định được hình thành cách đây khoảng 250 năm ÷ 300 năm Tuyến đê biển có nhiệm vụ bảo vệ các huyện: Giao Thủy, Hải Hậu,... Hệ thống đê biển, đê cửa sông tỉnh Ninh Bình Ninh Bình là tỉnh giáp biển được phân cách đất liền bởi hai con sông Đáy và sông Mã Toàn bộ hệ thống đê biển 18 km nằm trọn trong huyện Kim Sơn, có cửa sông Đáy đổ ra biển tạo ra vùng bãi bồi hàng năm tiến thêm ra biển khoảng 100 - 120m và quĩ đất tăng thêm hàng năm khoảng 140 - 168 ha Hệ thống đê biển Ninh Bình được nâng cấp qua 13 các thời kỳ là đê Bình... như đê biển Hải Hậu, hầu hết mái đê phía đồng chưa có biện pháp bảo vệ, nên thường xuyên bị xói, sạt khi mưa, bão, đặc biệt tuyến đê biển Hải Hậu Dải cây chắn sóng trước đê biển nhiều nơi chưa có, có nơi đã có nhưng do công tác quản lý, bảo vệ còn bất cập nên bị phá hoại để phục vụ việc nuôi trồng thuỷ sản Vì vậy, đê biển đa phần chịu tác động trực tiếp của sóng gây sạt lở 1.1.1.2 Hệ thống đê biển, đê. .. phía biển bị xâm thực, mái đê bị sạt, sụt; bê tông mặt đê bị rạn nứt; cây chắn sóng có nơi bị chết hoặc kém phát triển do trồng chưa đúng kỹ thuật và chưa tuân thủ quy trình chăm sóc sau khi trồng… Thực tế những năm qua, các địa phương áp dụng rất nhiều loại kết cấu công trình (ngay cả trên cùng một tuyến đê) , nhất là kết cấu bảo vệ mái trước đê biển gây khó khăn cho công tác thẩm định, thi công và duy . Hóa. Đề tài Đánh giá tổng kết các công trình bảo vệ bờ và đê biển, đề xuất giải pháp công trình bảo vệ cho đoạn đê biển huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa là đề tài hết sức thực tế và có ứng dụng. đích của đề tài Đánh giá tổng kết các công trình bảo vệ bờ và đê biển, đề xuất giải pháp công trình bảo vệ cho đoạn đê biển cụ thể từ những đánh giá trên. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên. ĐIỂM ĐÊ BIỂN VIỆT NAM, CÁC NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN Chương 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÀ ĐÊ BIỂN HUYỆN TĨNH GIA TỈNH THANH