NGHIÊN CỨU CHỈNH TRỊ CỬA SÔNG NINH CƠ ĐỂ TĂNG KHẢ NĂNG THOÁT LŨ VÀ ĐẢM BẢO GIAO THÔNG THỦY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI VŨ ĐÌNH CƯƠNG NGHIÊN CỨU CHỈNH TRỊ CỬA SÔNG NINH CƠ ĐỂ TĂNG KHẢ NĂNG THỐT LŨ VÀ ĐẢM BẢO GIAO THƠNG THỦY LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI VŨ ĐÌNH CƯƠNG NGHIÊN CỨU CHỈNH TRỊ CỬA SƠNG NINH CƠ ĐỂ TĂNG KHẢ NĂNG THỐT LŨ VÀ ĐẢM BẢO GIAO THÔNG THỦY Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình biển Mã số: 60-58-45 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thanh Hùng PGS.TS Thiều Quang Tuấn Hà Nội - 2013 (Chữ gáy bìa luận văn) VŨ ĐÌNH CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ để tăng khả thoát lũ đảm bảo giao thơng thủy" hồn thành đánh dấu bước quan trọng đường nghiệp nghiên cứu khoa học Để hoàn thành luận văn này, tác giả nhận nhiều giúp đỡ cá nhân, quan đoàn thể Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thanh Hùng - Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia động lực học sông biển - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam PGS TS Thiều Quang Tuấn - Khoa Kỹ thuật biển Trường Đại học Thủy lợi tận tình hướng dẫn, bảo đóng góp ý kiến quý báu suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình, hỗ trợ mặt chuyên môn kinh nghiệm thầy cô khoa Kỹ thuật biển Chân thành cảm ơn đồng nghiệp quan; Phòng Đào tạo Đại học sau đại học; tập thể lớp cao học 19BB - Trường Đại học Thuỷ lợi động viên, tạo điều kiện thuận lợi mặt để tác giả hoàn thành luận văn Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha, mẹ, anh, chị người thân động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nghiên cứu Luận văn thực khoảng thời gian ngắn nên khơng thể tránh thiếu sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô, cán khoa học đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả Vũ Đình Cương CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN CAM KẾT Kính gửi: - Ban Giám hiệu trường Đại học Thuỷ lợi - Phòng Đào tạo ĐH Sau ĐH trường Đại học Thuỷ lợi Tên tơi là: Vũ Đình Cương Học viên cao học lớp: 19BB Chun ngành: Xây dựng cơng trình biển Mã học viên: 118605845005 Theo Quyết định số 1775/QĐ-ĐHTL, Hiệu trưởng trường Đại học Thuỷ Lợi, việc giao đề tài luận văn cán hướng dẫn cho học viên cao học khoá 19 đợt năm 2011 Ngày 19 tháng 12 năm 2012, nhận đề tài: “Nghiên cứu chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ để tăng khả thoát lũ đảm bảo giao thông thủy” hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Hùng PGS TS Thiều Quang Tuấn Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tài liệu theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Người làm đơn Vũ Đình Cương -1- MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T Tính cấp thiết đề tài T T Mục đích đề tài T T Đối tượng phạm vi nghiên cứu T T Đối tượng nghiên cứu T T Phạm vi nghiên cứu T T Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu T T Cách tiếp cận nghiên cứu T T Phương pháp nghiên cứu T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CHỈNH TRỊ CÁC CỬA SÔNG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ VÀ CỬA SÔNG NINH CƠ 10 T T 1.1 Tổng quan nghiên cứu chỉnh trị cửa sông Đồng Bằng Bắc Bộ 10 T T T T 1.2 Tổng quan nghiên cứu chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ 13 T T T T CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 16 T T 2.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu 16 T T 2.1.1 Vị trí địa lý 16 T T 2.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất hệ thống sơng ngòi 17 T T 2.1.3 Đặc điểm khí tượng, thủy hải văn 20 T T 2.2 Đặc điểm kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 24 T T 2.2.1 Hiện trạng kinh tế - xã hội 24 T T 2.2.2 Định hướng phát triển kinh tế - xã hội 25 T T CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VAI TRỊ THỐT LŨ VÀ GIAO THÔNG THỦY CỦA SÔNG NINH CƠ 27 T T 3.1 Đánh giá vai trò lũ sông Ninh Cơ 27 T T 3.1.1 Vai trò lũ sông Ninh Cơ 27 T T 3.1.2 Quy hoạch phòng chống lũ tuyến sông Ninh Cơ 29 T T 3.2 Đánh giá vai trò giao thơng thủy sơng Ninh Cơ 30 T T 3.2.1 Vai trò giao thông thủy tuyến sông Ninh Cơ 30 T T 3.2.2 Quy hoạch giao thông thủy tuyến sông Ninh Cơ 32 T T -2- CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÙNG CỬA SƠNG NINH CƠ TRÊN KẾT QUẢ CỦA MƠ HÌNH TỐN 34 T T 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ thủy động lực cửa sông Ninh Cơ 34 T T 4.2 Xây dựng mơ hình thủy động lực vùng cửa sông Ninh Cơ 35 T T 4.2.1 Xây dựng mơ hình sóng 36 T T 4.2.2 Xây dựng mơ hình dòng chảy tổng hợp 41 T T 4.3 Phân tích chế độ thủy động lực vùng cửa sông Ninh Cơ kết mô hình tốn 46 T T 4.3.1 Xây dựng kịch tính tốn mơ 47 T T 4.3.2 Phân tích chế độ sóng, dòng chảy vùng cửa sông Ninh Cơ 51 T T CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ CỬA SÔNG NINH CƠ ĐỂ TĂNG KHẢ NĂNG THỐT LŨ VÀ ĐẢM BẢO GIAO THƠNG THỦY 61 T T 5.1 Cơ sở khoa học quan điểm chỉnh trị 61 T T 5.1.1 Quan điểm giải pháp chỉnh trị cửa sông 61 T T 5.1.2 Cơ sở khoa học đề xuất giải pháp chỉnh trị cửa sông 62 T T 5.2 Các thơng số thiết kế tuyến lũ giao thông thủy 65 T T 5.2.1 Các thơng số thiết kế tuyến lũ 65 T T 5.2.2 Các thông số thiết kế tuyến giao thông thủy 65 T T 5.3 Nghiên cứu đề xuất giải pháp chỉnh trị 68 T T 5.3.1 Đề xuất giải pháp tổng thể chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ 68 T T 5.3.2 Kiểm tra chế độ thuỷ động lực vùng cửa sông Ninh Cơ sau bố trí hệ thống cơng trình chỉnh trị 71 T T 5.3.3 Lựa chọn phương án bố trí cơng trình chỉnh trị 89 T T 5.3.4 Đề xuất loại kết cấu thiết kế sơ cơng trình đê chắn sóng 90 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 T T Những kết đạt 98 T T Những hạn chế tồn 98 T T Kiến nghị 99 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 T T PHỤ LỤC 102 T T -3- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Phương án chỉnh trị cửa Lạch Giang Liên danh nhà thầu CNR (Pháp) IMDC (Bỉ) - VIPO (Việt Nam) 14 TU T U Hình Phương án chỉnh trị cửa Lạch Giang Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam - Dự án điều tra 2009 .15 TU T U Hình Vị trí khu vực cửa sơng Ninh Cơ 16 TU T U Hình Các khu vực xói/bồi vùng bờ biển Nam Định .17 TU T U Hình Mạng lưới sơng trạm khí tượng, thủy văn khu vực nghiên cứu .19 TU T U Hình Hoa gió tháng năm tính trung bình nhiều năm trạm Văn Lý 21 TU T U Hình Quy hoạch hành lang tuyến sông Ninh Cơ 30 TU T U Hình Sơ đồ mạng lưới giao thông thủy nội địa ĐBBB (Nguồn: TEDI) .31 TU T U Hình Quy hoạch tuyến hành lang 3: Hà Nội-cửa Lạch Giang (Nguồn: WB6GĐII) 33 TU T U Hình 10 Phạm vi mơ hình mơ sóng khu vực nghiên cứu 38 TU T U Hình 11 File địa hình tính mơ hình sóng khu vực nghiên cứu 38 TU T U Hình 12 Vị trí trạm đo sóng kiểm tra (20/7/2012 – 25/7/2012) .40 TU T U Hình 13 File số liệu sóng thực đo khu vực cửa sơng Ninh Cơ 40 TU T U Hình 14 So sánh chiều cao sóng tính tốn thực đo trạm kiểm tra sóng 40 TU T U Hình 15 So sánh chu kỳ sóng tính tốn thực đo trạm kiểm tra sóng 40 TU T U Hình 16 Phạm vi mơ hình dòng chảy hiệu chỉnh kiểm định 44 TU T U Hình 17 Kết hiệu chỉnh mực nước, lưu lượng trạm Phú Lễ 45 TU T U Hình 18 Kết kiểm định mực nước, lưu lượng trạm Phú Lễ 46 TU T U Hình 19 Phạm vi mơ hình dòng chảy tổng hợp khu vực nghiên cứu .47 TU T U Hình 20 File địa hình mơ hình dòng chảy tổng hợp khu vực nghiên cứu 47 TU T U Hình 21 Đặc trưng sóng ngồi khơi vùng biển Nam Định (sóng NOAA) 48 TU T U Hình 22 Các khối mơ hình sóng, dòng chảy tổng hợp khu vực nghiên cứu 50 TU T U Hình 23 Trường sóng khu vực nghiên cứu gió Mùa đơng .53 TU T U Hình 24 Trường sóng khu vực nghiên cứu gió Mùa hè 54 TU T U Hình 25 Trường sóng khu vực nghiên cứu bão 54 TU T U Hình 26 Trường dòng chảy vùng cửa sơng mùa lũ 56 TU T U Hình 27 Trường dòng chảy vùng cửa sơng mùa kiệt .57 TU T U -4- Hình 28 Trường dòng chảy vùng cửa sơng lũ thiết kế 58 TU T U Hình 29 Sơ đồ chế bồi lấp diễn biến luồng lạch cửa sông Ninh Cơ 59 TU T U Hình 30 Diễn biến lạch sâu cửa Ninh Cơ giai đoạn 1974- 1995 61 TU T U Hình 31 Các sơ đờ bớ trí đê ngăn cát, giảm sóng ổn định l̀ng tàu .64 TU T U Hình 32 Phương án cơng trình PA1 chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ 70 TU T U Hình 33 Phương án cơng trình PA2 chỉnh trị cửa sơng Ninh Cơ 71 TU T U Hình 34 Vị trí điểm trich kết sóng, mực nước, lưu tốc lưu lượng 72 TU T U Hình 35 Trường sóng theo kịch KB-S1 khu vực cửa Ninh Cơ ứng với phương án cơng trình 74 TU T U Hình 36 Trường sóng theo kịch KB-S2 khu vực cửa Ninh Cơ ứng với phương án cơng trình 77 TU T U Hình 37 Trường sóng theo kịch KB-S3 khu vực cửa Ninh Cơ ứng với phương án cơng trình 79 TU T U Hình 38 Trường dòng chảy tổng hợp theo kịch KB-DC1 khu vực cửa Ninh Cơ ứng với phương án cơng trình .81 TU T U Hình 39 Trường dòng chảy theo kịch KB-DC2 khu vực cửa Ninh Cơ ứng với phương án cơng trình 84 TU T U Hình 40 Mực nước lũ cửa sơng theo phương án cơng trình 85 TU T U Hình 41 Lưu lượng lũ thiết kế qua mặt cắt cửa sông theo phương án .86 TU T U Hình 42 So sánh lưu lượng dòng chảy lũ thiết kế qua cửa phương án PA1 86 TU Hình 43 Trường dòng chảy theo kịch KB-DC3 khu vực cửa Ninh Cơ ứng với phương án cơng trình 88 TU T U T U -5- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Trung bình dao động mực nước triều (cm) theo tháng trạm Hòn Dáu 22 TU T U Bảng Trung bình dao động mực nước triều (cm) theo mùa trạm Hòn Dáu .22 TU T U Bảng Mực nước lũ lớn trận lũ lớn sông Hồng phân lưu 28 TU T U Bảng Mực nước, lưu lượng lũ thiết kế số điểm sơng Ninh Cơ 29 TU T U Bảng Lượng hàng hóa qua mạng lưới giao thông đường thủy nội địa ĐBBB .31 TU T U Bảng Quy hoạch cảng biển Hải Thịnh đến năm 2020 32 TU T U Bảng Tóm tắt kịch mơ sóng, dòng chảy .50 TU T U Bảng Vị trí điểm trích kết so sánh trường hợp 51 TU T U Bảng 10 Chiều cao sóng, hướng sóng kịch tính điểm đặc trưng .55 TU T U Bảng 11 Lưu tốc dòng chảy tổng hợp theo kịch điểm đặc trưng 58 TU T U Bảng 12 Các thông số chiều sâu chạy tàu 66 TU T U Bảng 13 Các thông số chiều rộng luồng tàu 67 TU T U Bảng 14 Chiều cao sóng Hs điểm đặc trưng theo kịch KB-S1 74 TU T U Bảng 15 Chiều cao sóng Hs điểm đặc trưng theo kịch KB-S2 75 TU T U Bảng 16 Chiều cao sóng Hs điểm đặc trưng theo kịch KB-S3 77 TU T U Bảng 17 Lưu tốc dòng chảy tổng hợp kịch KB-DC1 điểm đặc trưng 81 TU T U Bảng 18 Lưu tốc dòng chảy tổng hợp kịch KB-DC2 điểm đặc trưng 83 TU T U Bảng 19 Lưu tốc dòng chảy tổng hợp lũ thiết kế điểm đặc trưng .87 TU T U Bảng 20 Dự báo nước biển dâng khu vực Hòn Dấu – Đèo Ngang (cm) 91 TU T U Bảng 21 Chiều cao sóng thiết kế cho tuyến đê chắn sóng phía Bắc 91 TU T U Bảng 22 Chiều cao sóng thiết kế cho tuyến đê chắn sóng phía Nam 91 TU T U -89- 5.3.3 Lựa chọn phương án bố trí cơng trình chỉnh trị Qua kết phân tích biến đổi chế độ sóng, dòng chảy khu vực cửa sơng hai phương án cơng trình chỉnh trị đề xuất đến số kết luận: - Đánh giá tác dụng công trình đến lũ ổn định luồng tàu: Trong điều kiện dòng chảy trung bình mùa lũ, mùa kiệt: Hai phương án cơng trình khơng ảnh hưởng nhiều đến chế độ dòng chảy khu vực cửa sơng, có tác dụng gia tăng lưu tốc dòng chảy từ sơng ra, làm giảm nhỏ lưu tốc dòng ven theo hướng dọc bờ nên có khả gây bồi ven bờ phía hai bên cơng trình đê ngăn cát giảm sóng, ổn định luồng tàu Trong điều kiện dòng chảy lũ thiết kế: Phương án PA2 làm tăng mực nước cửa sông lớn lên đến 60 cm, phương án PA1 làm tăng mực nước lên 10 cm; lưu tốc dòng chảy lũ qua luồng tàu phương án PA2 đạt lớn khoảng 2,5 - 3,0 m/s, phương án PA1 đạt khoảng 1,5 m/s Do phương án PA2 gây nhiều bất lợi cho khả thoát lũ - Đánh giá khả giảm sóng cơng trình: Trong điều kiện sóng theo mùa điển hình hướng SE hướng NE: Hiệu giảm sóng hai phương án luồng tàu tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho tầu vào cửa an tồn Phương án PA1 có tác dụng giảm sóng đối vờ bờ biển phía Nam phương án PA2 Hiệu giảm sóng hai phương án luồng tàu sóng hướng SE khơng tốt sóng hướng NE Trong điều kiện sóng bão: phương án cơng trình có tác dụng giảm sóng đáng kể bão, tạo khu vực lặng sóng cửa sơng đảm bảo an toàn cho tầu thuyền neo đậu tránh trú bão, phương án PA1 có tác dụng tạo khu lặng sóng cửa sơng tốt phương án PA2 - Đánh giá ổn định phương án thi cơng cơng trình: Phương án cơng trình PA2 gây dòng chảy lũ có lưu tốc q lớn chảy qua luồng tàu, có khả gây xói lòng dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định cơng trình; phương án cơng trình PA1 cho dòng chảy lũ có lưu tốc khơng q lớn, đê chắn sóng đê hướng dòng phía Nam cửa khơng gắn liền với -90- bờ nên khả ổn định cơng trình PA2 Khả thi cơng phương án cơng trình PA1 khó khăn so với phương án cơng trình PA2 Như sơ thấy phương án cơng trình PA1 có nhiều ưu điểm hiệu kỹ thuật phương án PA2 Mặc dù phương án PA1 trì lạch phụ phía Nam cửa lưu lượng chiếm 40% so với tổng lưu lượng dòng chảy qua cửa sông, nên hạn chế tác động đến bờ hệ thống đê cửa sông, đê biển phía Nghĩa Phúc Mặt khác có 19 mỏ hàn loại xây dựng dọc theo chân đê biển, mỏ hàn tiếp tục xây dựng bao kín đoạn đường bờ trọng điểm xói lở nên hạn chế đáng kể tác động dòng chảy Lựa chọn phương án bố trí cơng trình chỉnh trị cửa sơng Ninh Cơ phương án PA1, với phương án đáp ứng yêu cầu đảm bảo thoát lũ ổn định luồng lạch cho giao thông thủy theo quy hoạch phòng chống lũ quy hoạch giao thơng thủy tuyến sông 5.3.4 Đề xuất loại kết cấu thiết kế sơ cơng trình đê chắn sóng 5.3.3.1 Tính toán xác định mực nước chiều cao sóng thiết kế  Cấp cơng trình: Theo định số 883/QĐ-BGTVT ngày 4/4/2008 Bộ Giao thông vận tải việc đầu tư dự án Phát triển giao thông vận tải khu vực đồng Bắc Bộ sử dụng vốn vay Ngân hàng Thế giới (Dự án WB6), công trình luồng cơng trình bảo vệ luồng, âu tàu,… thuộc luồng qua cửa Lạch Giang cơng trình cấp I Theo Qui định Nghị định 209/2004-NĐ-CP, các công trình giao thông đường thủy là tuyến đư ờng thủy có chiều rộng tuyến luồng B = 90 - 120m; chiều sâu tuyến luồng h = - m thuộc cơng trình cấp I Như vậy, dựa hai nêu xác định cấp cơng trình đê chắn sóng bảo vệ luồng tàu vào cửa sơng Ninh Cơ cơng trình cấp I  Xác định mực nước thiết kế: - Mực nước thiết kế theo cấp cơng trình: Theo Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển ban hành kèm theo Quyết định số 1613/2012/QĐ-BNN-KHCN ngày 09/07/2012 Bộ Nông nghiệp Phát triển -91- nơng thơn, cơng trình cấp I, tần suất mực nước thiết kế tương ứng 1% Mực nước tra từ phụ lục A kèm theo Kết tra mặt cắt MC16 Phục lục A cho mực nước thiết kế cửa Ninh Cơ 4,0m - Kiến nghị mực nước thiết kế cơng trình đê chắn sóng: Z tk = Z P=1% + Z ND BĐKH Z ND BĐKH : Mực nước biển dâng BĐKH, xác định theo kịch BĐKH R R R R R R R Bộ Tài nguyên Môi trường công bố tháng năm 2012 Theo kịch trên, khu vực Nam Định thuộc vùng (từ Hòn Dấu đến Đèo Ngang) với dự báo nước dâng cho kịch sau: Bảng 19 Dự báo nước biển dâng khu vực Hòn Dấu – Đèo Ngang (cm) Kịch Các mốc thời gian kỷ 21 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 7-8 11-13 15-18 20-24 25-32 31-39 37-48 43-56 49-65 Phát thải TB Lấy giá trị nước dâng BĐKH đến năm 2100 theo kịch phát thải trung bình Z ND BĐKH = 0,6m R R Như vậy, tổng hợp lại xác định mực nước thiết kế công trình: Z tk = Z P=1% + Z ND BĐKH = 4,0 + 0,6 = 4,6m R R R R R R  Xác định chiều cao sóng thiết kế: Chiều cao sóng thiết kế xác định từ kết tính tốn truyền sóng nước sâu bão theo hướng SE kịch KB-S3 trình bày phần Chiều cao sóng thiết kế xác định vị trí chân cơng trình cho tuyến đê chắn sóng sau: Bảng 20 Chiều cao sóng thiết kế cho tuyến đê chắn sóng phía Bắc Vị trí tuyến cơng trình Vị trí địa hình Chiều cao sóng Hs (m) Chu kì sóng Tp (s) Chiều sâu nước (m) Đầu đê Bắc - 5,5 ÷ - 5.0 3,6 7,5 9,0 - 9,5 Thân đê Bắc - 5,0 ÷ - 3,0 3,2 7,2 7,0 - 9,0 Gốc đê Bắc - 3,0 ÷ 0,0 2,2 7,0 4,0 - 7,0 Bảng 21 Chiều cao sóng thiết kế cho tuyến đê chắn sóng phía Nam Vị trí tuyến Vị trí địa hình Chiều cao Chu kì sóng Chiều sâu -92- cơng trình sóng (Hs) (Tp) nước (m) Đầu đê Nam - 4,5 ÷ - 4,0 3,3 7,2 8,0 - 8,5 Thân đê Nam - 4,0 ÷ - 3,0 2,7 7,2 7,0 - 8,0 Gớc đê Nam - 3,0 ÷ - 2,0 2,3 7,0 6,0 - 7,0 5.3.3.2 Lựa chọn dạng đê chắn sóng cấu kiện bảo vệ + Lựa chọn dạng đê chắn sóng: Trong nghiên cứu luận văn sơ đề xuất lựa chọn phương án thiết kế đê chắn sóng mái nghiêng, có hệ số mái nghiêng m= 1,5 cho mái phái biển phía luồng tàu, vì: - Khu vực nghiên cứu có điều kiện địa chất trung bình; - Độ sâu đặt cơng trình khơng q 20m; - Có thể tận dụng vật liệu địa phương có sẵn + Lựa chọn cấu kiện bảo vệ mái đê chắn sóng: Đê chắn sóng chịu tác động mạnh sóng nên mái đê phủ khối bê tơng dị hình phá sóng Do hai tuyến đê tương đối dài nên cao trình dọc tuyến cơng trình có thay đổi lớn (đê Bắc từ cao trình +1,0 m đến –5,5 m, đê Nam từ cao trình -2,0 m đến -4,5 m) nên tải trọng tác động vào cơng trình thay đổi nhỏ dần vào bờ Luận văn lựa chọn loại khối phủ dị hình sử dụng phổ biến Việt Nam khối Tetrapod Khối Tetrapod có các đặc điểm sau: + Hệ số ổn định tốt, với hai lớp khối phủ nên khả phá sóng + Hình thù của khối có dạng đặc biệt nên có khả làm tiêu hao lượng sóng ập vào đê 5.3.3.3 Tính toán cao trình đỉnh đê chăn sóng Trong nghiên cứu luận văn lựa chọn phương án cơng trình đê chắn sóng mái nghiêng cho phép sóng tràn, với lưu lượng sóng tràn thiết kế qua đê cho phép [q] = 200 l/m/s = 0,2 m3/s/m P P  Đê chắn sóng phía Bắc: a) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt đầu đê chắn sóng: Cao trình đỉnh đập xác định theo công thức: -93- Z= Z tk + Rc dd Z tk : Mực nước thiết kế, Z tk = 4,6 (m) R c : Độ cao lưu không đỉnh cơng trình, xác định theo cơng thức: R R  Rc q = 0.2 exp  −2.3  H mo γ f γ β g H mo     Với: + H mo : Chiều cao sóng trước chân cơng trình; H mo = H s = 3,6 (m) R R R R R R + γ f : Hệ số ảnh hưởng độ nhám mái đập Tra bảng hệ số nhám bề mặt γ f cho Tetrapod lớp với độ dốc mái 1:1,5 => γ f = 0,38 + γ β : Hệ số ảnh hưởng góc sóng tới Giả thiết tính tốn trường hợp nguy hiểm sóng tới vng góc với đập phá sóng β = 0o => γ β = P P + q: Lưu lượng tràn đơn vị (m3/s/m), q = 200 (l/s/m) = 0,2 (m3/s/m) P Thay số: Rc = P H s γ f γ β −2.3 P  q ln   0, g H s  P     => R c = 1,82 (m) R R => Cao trình đỉnh đập: Z dd = 4,6 + 1,82 = 6,42 (m) Chọn Z dd = 6,50 (m) R R R R b) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt thân đê chắn sóng: Tính tốn tương tự theo bước với phần thân đập phá sóng, chiều cao sóng trước chân cơng trình H mo = Hs = 3,2 (m) Ta thu kết sau: R R => R c = 1,52 (m) R R => Cao trình đỉnh đập: Z dd = 4,6 + 1,52 = 6,12 (m) Chọn Z dd = 6,10 (m) R R R R c) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt gốc đê chắn sóng: Tính tốn tương tự theo bước với phần gốc đập phá sóng, chiều cao sóng trước chân cơng trình H mo = Hs = 2,2 (m) Ta thu kết sau: R => R c = 0,84 (m) R R R -94- => Cao trình đỉnh đập: Z dd = 4,6 + 0,84 = 5,44 (m) Chọn Z dd = 5,40 (m) R R R R  Đê chắn sóng phía Nam: Tính tốn tương tự theo bước trên, ta xác định cao trình đỉnh phần đầu đê, thân đê gốc đê cho đê chắn sóng phía Nam sau: a) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt đầu đê chắn sóng: Chiều cao sóng: H mo = Hs = 3,3 (m) R R => R c = 1,60 (m) R R => Cao trình đỉnh đập: Z dd = 4,6 + 1,6 = 6,2 (m) Chọn Z dd = 6,2 (m) R R R R b) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt thân đê chắn sóng: Chiều cao sóng: H mo = Hs = 2,7 (m) R R => R c = 1,17 (m) R R => Cao trình đỉnh đập: Z dd = 4,6 + 1,17 = 5,77 (m) Chọn Z dd = 5,8 (m) R R R R c) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt gốc đê chắn sóng: Chiều cao sóng: H mo = Hs = 2,3 (m) R R => R c = 0,90 (m) R R => Cao trình đỉnh đập: Z dd = 4,6 + 0,9 = 5,5 (m) Chọn Z dd = 5,5 (m) R R R R 5.3.3.4 Tính toán bề rộng đỉnh đê chắn sóng  Bề rộng đỉnh đê vị trí mặt cắt đầu đê Bắc: a) Xác định đường kính định danh khối phủ mái đê phần đầu đê: Lựa chọn khối phủ Tetrapod làm khối phủ mái Xác định số Iribaren: ξ om = tan α som Trong đó: S om : độ dốc sóng (với S om = Hs ) R R R R Lm T m : Chu kỳ sóng trung bình với T m = T p /1,2 = 11,8/1,2 = 9,83 (s) R R R R R R H s : Chiều cao sóng trước chân cơng trình, H s = 3,6 (m) R R tanα: Độ dốc mái cơng trình; R R tanα =1:1,5 => Thay giá trị vào công thức ta xác định được: ζ om = 4,317 R R -95- + Kiểm tra số tương tự sóng vỡ ξ mc : ξ mc = 6, 2.P 0.31 tan α  P + 0.5 P : Độ rỗng tượng trưng, P = 0,5 (Đê có lớp bảo vệ đá đổ lớp có lớp lõi): Thay số ta được: ξ mc = 4,083 So sánh ξ om nằm khoảng 3,5 < ξ mc < Do tính D n theo công thức Van der Meer (1988): R R (0.8) Trong đó: H s : Chiều cao sóng trước chân cơng trình, H s = 3,6 (m) R R R R ρ   2,5  − 1= 1, 44 ∆ : Tỷ trọng cấu kiện bảo vệ; ∆=  S − 1=   ρ W   1, 025  D n : Đường kính khối phủ cấu kiện (m) R R N od : Số khối bị dịch chuyển bề rộng dải D n R R R R Với cấu kiện Tetrapod theo Van der Meer (1988) ứng với độ dốc 1:1,5 thì: N od = (S – 1)/2 R R với S mức độ hư hỏng để đảm bảo mức độ an toàn, lấy S = => N od = (2-1)/2 = 0,5 R R N z : Số sóng tới chân cơng trình; N z tính thời gian bão R R R R chu kỳ sóng trung bình (T m = 9,83s); N z = 6*60*60/9,83 = 2196 (con sóng) R R R R S 0m : Độ dốc sóng, S 0m = H s /L m = 3,6/1,56*(9,83)2 = 0,024 R R R R R R R R P P Thay giá trị vào công thức (0.8) xác định khối lượng cấu kiện Tetrapod: D n = 0.96 (m) => W = ρ s *(D n )3 = 2,5*(0.96)3 = 2,19 (tấn) R R R R R R P P P P Chọn sử dụng cấu kiện Tetrapod có trọng lượng 2,5 cho phần đầu đê chắn sóng phía Bắc b) Xác định bề rộng đỉnh mặt cắt đầu đê: -96- Theo sổ tay kỹ thuật bờ biển (CEM 2008) chiều rộng đỉnh đê xác định theo công thức sau: B = n.k∆ Dn Trong đó: n: số cấu kiện mặt đê, n = Chọn n = k ∆ : hệ số xếp lớp, k ∆ = 1,04 R R R R D n : đường kính định danh khối cấu kiện R R Thay số: => B = 4*1,04*0,96 = 3,98 (m) Chọn B = (m)  Bề rộng đỉnh đê vị trí mặt cắt đầu đê Nam: a) Xác định đường kính định danh khối phủ mái đê phần đầu đê: Tính tốn tương tự trên, với Hs = 3,3 (m) ta xác định được: D n = 0,86 (m), W = 1,60 (tấn) R R Chọn sử dụng cấu kiện Tetrapod có trọng lượng 2,0 cho phần đầu đê chắn sóng phía Nam b) Xác định bề rộng đỉnh mặt cắt đầu đê: Tính tốn tương tự ta có: B = 3,59 (m) Chọn B = 3,6 (m)  Bề rộng đỉnh đê vị trí mặt cắt thân đê, gốc đê: Tính tốn tương tự ta có cho đoạn thân đê, gốc đê phía Bắc; thân đê, gốc đê phía Nam, với số liệu sóng lấy theo (Bảng 21và Bảng 22) xác định bề rộng đỉnh đê vị trí sau: + Đê phía Bắc: - Đoạn thân đê: Dn = 0,83 (m), chọn W = 1,5 (tấn), B = 3,5 (m) - Đoạn gốc đê: Dn = 0,53 (m), chọn W = 0,5 (tấn), B = 2,2 (m) + Đê phía Nam: - Đoạn thân đê: Dn = 0,68 (m), chọn W = 1,0 (tấn), B = 2,8 (m) - Đoạn gốc đê: Dn = 0,56 (m), chọn W = 0,5 (tấn), B = 2,3 (m)  Bề rộng đỉnh đê có xét đến điều kiện thi cơng tu bảo dưỡng đê: - Theo điều kiện thực tế thi cơng: cơng trình dự kiến thi cơng theo phương pháp giới lấn dần từ bờ ra, điều kiện để thi công thuận lợi đỉnh đê chắn sóng phải đủ lớn, tối thiểu hai xe thi công -97- - Theo điều kiện kiểm tra, tu bảo dưỡng đê: chiều dài tuyến đê lớn nên trình sử dụng cần thường xuyên kiểm tra, tu bảo dưỡng xe giới Như vậy, kiến nghị lấy chiều rộng đỉnh đê chắn sóng tổng chiều rộng đường cho hai xe giới chiều rộng hai bên đường, bên có chiều rộng để xếp khối cấu kiện tính tốn phần Chiều rộng cụ thể sau: + Đoạn đầu đê phía Bắc: B = + 4*2 = 15 (m); + Đoạn đầu đê phía Nam: B = + 3,6*2 = 14,2 (m), chọn B = 15 (m); + Đoạn thân đê phía Bắc: B = + 3,5*2 = 14 (m); + Đoạn thân đê phía Nam: B = + 2,8*2 = 12,6 (m), chọn B = 13 (m); + Đoạn gốc đê phía Bắc: B = + 2,2*2 = 11,4 (m), chọn B = 12 (m); + Đoạn gốc đê phía Nam: B = + 2,3*2 = 11,6 (m), chọn B = 12 (m); -98- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt Qua trình nghiên cứu thực đề tài “Nghiên cứu chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ để tăng khả lũ đảm bảo giao thơng thủy”, luận văn đạt kết sau: - Tổng quan số đặc trưng điều kiện địa hình địa mạo, khí tượng, thủy hải văn khu vực nghiên cứu; đánh giá vai trò sơng Ninh Cơ lũ giao thông thủy - Thiết lập công cụ mô hình sóng MIKE 21SW, mơ hình dòng chảy tổng hợp MIKE 21/3FM Couple phục vụ cho nghiên cứu chế độ thủy động lực khu vực cửa sông Ninh Cơ đánh giá sơ hiệu cơng trình chỉnh trị phương án đề xuất - Nghiên cứu chế độ thủy động lực (sóng, dòng chảy) khu vực cửa sơng Ninh Cơ số kịch hướng sóng, dòng chảy triều điển hình, từ đưa đánh giá nhận xét đặc điểm thủy động lực khu vực cửa sông, sơ xác định nguyên nhân động lực gây bồi lấp diễn biến luồng lạch - Đề xuất phương án cơng trình chỉnh trị ổn định cửa sơng đánh giá sơ hiệu phương án, từ lựa chọn phương án cơng trình chỉnh trị hiệu mặt kỹ thuật Những hạn chế tồn Mặc dù đạt kết bước đầu luận văn số hạn chế nội dung nghiên cứu sau: - Chưa nghiên cứu tổ hợp lũ thiết kế từ sông đổ gặp triều cường nước dâng bão cửa sông tổ hợp bất lợi cho tiêu lũ qua cửa sơng - Chưa nghiên cứu tác dụng cơng trình điều kiện nước biển dâng biến đổi khí hậu - Chưa nghiên cứu khả bồi lấp trở lại luồng tàu, chưa dự báo ảnh hưởng cơng trình đến diễn biến bồi/xói cửa sơng dải đường bờ khu vực nghiên cứu -99- - Chưa tính tốn khả ổn định cơng trình với điều kiện địa chất khu vực đề xuất xây dựng - Chưa đánh giá hiệu kinh tế phương án đề xuất để lựa chọn phương án tốt Kiến nghị Để nghiên cứu sâu vấn đề chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ nhằm ổn định khả thoát lũ đảm bảo giao thông thủy, đề nghị cần nghiên cứu phát triển thêm số vấn đề sau: - Bổ sung ứng dụng thêm phương pháp nghiên cứu khác như: phân tích số liệu khảo sát địa hình (mặt cắt, bình đồ) phân tích ảnh viễn thám qua thời kỳ để đánh giá diễn biến đường bờ, luồng lạch khu vực cửa sơng, từ đánh giá xác diễn biến khu vực nghiên cứu, phục vụ đề xuất giải pháp chỉnh trị - Tính tốn mơ thêm số kịch thời đoạn dài (theo mùa, theo năm), đưa thêm yếu tố bùn cát vào tính tốn để nghiên cứu tốn thủy thạch động lực hồn chỉnh, từ đánh giá xác nguyên nhân, chế bồi lấp diễn biến luồng lạch cửa sơng, đánh giá xác hiệu phương án cơng trình chỉnh trị cửa sông - Đánh giá, dự báo khả bồi lắng trở lại luồng tàu; dự báo ảnh hưởng cơng trình đến ổn định (bồi/xói) tổng thể dải đường bờ - Đánh giá hiệu cơng trình chỉnh trị dựa khía cạnh kỹ thuật cần xem xét thêm khía cạnh khác như: hiệu kinh tế, tác động đến môi trường sinh thái khu vực nghiên cứu Nhận thức tồn nêu trên, nội dung luận văn giải hết vấn đề Kiến nghị cần có nghiên cứu chun sâu để hồn thiện kết nghiên cứu, sớm đưa kết nghiên cứu vào thực tiễn xây dựng công trình ổn định cửa sơng Ninh Cơ phục vụ phát triển kinh tế xã hội khu vực ĐBBB -100- TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Nông nghiệp & PTNT (2012), Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển, ban hành kèm theo Quyết định số 1613/QĐ-BNN-KHCN ngày 9/7/2012, Hà Nội [2] Bộ Giao thông Vận tải (1976), Quy trình thiết kế kênh biển, ban hành kèm theo Quyết định số 115-QĐ/KT4 ngày 12/04/1976, Hà Nội [3] Lương Phương Hậu, Trịnh Việt An, Lương Phương Hợp (2002), Diễn biến cửa sông vùng Đồng Bắc Bộ, Nhà xuất xây dựng [4] Nguyễn Văn Hùng nnk (2009), Điều tra trạng cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng (Ba Lạt, Trà Lý, Đáy, Ninh Cơ) kiến nghị giải pháp khai thác cách hoàn thiện phục vụ phát triển kinh tế, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Hà Nội [5] Nguyễn Thanh Hùng nnk (2012), Quy hoạch phòng, chống lũ chi tiết tuyến sơng có đê tỉnh Nam Định, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Hà Nội [6] Nguyễn Văn Hùng nnk (2013), Nghiên cứu chỉnh trị cửa sơng Ninh Cơ tăng khả lũ, đảm bảo vận tải thủy phát triển kinh tế xã hội tỉnh Nam Định đến năm 2020, Phòng Thí nghiệm TĐQG ĐLHSB, Hà Nội [7] Nguyễn Đức Cự nnk (2011), Báo cáo đánh giá tác động thủy thạch - động lực phục vụ lập dự án tuyến đê quai lấn biển huyện Tiên Lãng, Hải Phòng [8] Quyết định Thủ tướng (2000), Quyết định số 16/2000/QĐ-TTg ngày 3/2/2000 Chính phủ Quy hoạch phát triển đường thuỷ, Hà Nội [9] Trịnh Việt An nnk (2000), Đánh giá lũ số cửa sơng thuộc hệ thống sơng Hồng sơng Thái Bình, đề xuất giải pháp chỉnh trị tăng khả thoát lũ khai thác hợp lý, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Hà Nội Tiếng Anh [10] DHI (2007) - Mike 21/3 Integrated Models User’Manuals [11] DHI (2007) - MIKE 21 Flow Model FM, Hydrodynamic Module, User Guide -101- [12] DHI (2007) - MIKE 21 SW, Spectral Waves FM Module, User Guide [13] DHI (2007) - MIKE 21/3 Coupled Model, Hydrodynamic Module, User Guide [14] US Army Coastal Engineering Research Centre (2004), Shore Protection Manunal, US Gov Print office, Washington DC [15] Job Dronkers, Wim van Leussen (1998), Physical Processes in Estuaries -102- PHỤ LỤC Hình PL1 File biên mực nước trạm cửa sông mô hình sóng Hình PL2 Số liệu sóng NOAA ngồi khơi làm điều kiện biên cho mơ hình -103- Hình PL3 Lưu lượng, mực nước thực đo trạm Phú Lễ từ 18 - 28/7/2009 dùng để hiệu chỉnh mơ hình dòng chảy Hình PL4 Lưu lượng, mực nước thực đo trạm Phú Lễ từ - 13/11/2009 dùng để kiểm định mơ hình dòng chảy Hình PL5 Đường tần suất mực nước tổng hợp MC16 Nghĩa Phúc - Nghĩa Hưng - Nam Định (để xác định MNTK) ... qua cửa làm giảm khả thoát lũ giao thông thủy cửa sông Ninh Cơ - Nghiên cứu đề xuất giải pháp cơng trình chỉnh trị tổng thể chống bồi/xói để ổn định vùng cửa sơng Ninh Cơ, tăng khả lũ đảm bảo giao. .. dòng chảy vùng cửa sơng Ninh Cơ 51 T T CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ CỬA SÔNG NINH CƠ ĐỂ TĂNG KHẢ NĂNG THOÁT LŨ VÀ ĐẢM BẢO GIAO THÔNG THỦY 61 T T 5.1 Cơ sở khoa học... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI VŨ ĐÌNH CƯƠNG NGHIÊN CỨU CHỈNH TRỊ CỬA SÔNG NINH CƠ ĐỂ TĂNG KHẢ NĂNG THỐT LŨ VÀ ĐẢM BẢO GIAO THƠNG THỦY Chun ngành: Xây dựng cơng