Nghiên cứu các giải pháp tăng tuổi thọ công trình đê biển chống lại biến đổi khí hậu và nước biển dâng ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THU HUYỀN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TĂNG TUỔI THỌ CƠNG TRÌNH ĐÊ BIỂN CHỐNG LẠI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG Ở VIỆT NAM CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Mà SỐ: 60 - 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ QUỐC VƯƠNG HÀ NỘI - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tên Nguyễn Thu Huyền Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Học Viên Nguyễn Thu Huyền MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Hiện nay, Việt Nam có khoảng 2800km đê biển thuộc 28 tỉnh thành phố, bảo vệ khoảng 0,7 triệu đất canh tác, kho đô thị, khu công nghiệp, cảng với khoảng triệu dân Trong năm gần ảnh hưởng biến đổi khí hậu tồn cầu diễn biến thời tiết thất thường có xu ác liệt Cụ thể bão xảy với tần suất cường độ tăng lên kéo theo lượng bốc tăng cao; mùa mưa ngắn lượng mưa cường độ mưa lớn hơn, mưa mùa đông giảm rõ rệt…Tất biến đổi dị thường gây hậu nặng nề, mực nước biển tăng với tốc độ lớn từ 50cm – 100cm/100 năm kéo theo gia tăng đặc trưng thuỷ động lực vượt thiết kế gây tràn nước qua đê phá hỏng lớp bảo vệ, xói thân đê, phá hoại phần tién tới phá hỏng đoạn đê biển Cũng điều kiện thuỷ động lực lớn làm vận tốc dòng chảy sóng thuỷ triều gia tăng gây xói hạ thấp bãi, phá hỏng kết cấu bảo vệ đê dẫn đến làm giảm tuổi thọ cơng trình Trước thách thức nguy nước biển dâng biến đổi khí hậu tồn cầu, tác động bất lợi thiên nhiên tác động chưa phù hợp người đòi hỏi phát triển kinh tế, xã hội vùng ven biển …kịp thời đề xuất giải pháp trước mắt lâu dài để phịng tránh thích ứng với tác động đó, đảm bảo an sinh phát triển bền vững địa phương ven biển Vì cần nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ để đảm bảo ổn định độ bền đê biển có sóng triều cường tràn qua Ở Việt Nam, bê tông cốt thép người Pháp đưa vào sử dụng từ năm cuối kỷ 19 Tuy nhiên phải sau năm 1960, khối lượng cơng trình BTCT xây dựng mơi trường biển tăng lên đáng kể Qua kỷ sử dụng, độ bền (tuổi thọ) thực tế cơng trình bê tơng cốt thép quốc gia giới tổng kết sau: + Trong mơi trường khơng có tính xâm thực, kết cấu BTCT làm việc bền vững 100 năm + Trong môi trường xâm thực vùng biển, tượng ăn mịn cốt thép bê tơng dẫn đến làm nứt vỡ phá huỷ kết cấu bê tông BTCT xuất sau thời gian sử dụng Độ bền thực tế kết cấu BTCT phụ thuộc vào mức độ xâm thực môi trường chất lượng vật liệu sử dụng (cường độ bê tông, mác chống thấm, khả chống ăn mòn, chủng loại xi măng, phụ gia, loại cốt thép, chất lượng thiết kế, thi công biện pháp quản lý, sử dụng công trình ) Vì cơng trình xây dựng vùng biển nước ta, bảo trì cơng trình đồng nghĩa với việc áp dụng kỹ thuật công nghệ nhằm khắc phục nguy gây ăn mịn bê tơng & BTCT môi trường xâm thực biển gây ra, cần lựa chọn áp dụng biện pháp chống ăn mòn bổ sung thích hợp cho kết cấu điều kiện làm việc có đạt hiệu chống ăn mòn đảm bảo độ bền cho kết cấu mơi trường biển Mục đích Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ để đảm bảo ổn định độ bền đê biển chống lại biến đổi khí hậu nước biển dâng Việt Nam Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tài liệu ngồi nước thay đổi khí hậu nước biển dâng để chọn hướng nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận kết hợp thực nghiệm Kết dự kiến đạt được: - Tìm yếu tố ảnh hưởng đến thân đê đê biển - Đưa giải pháp công nghệ để đảm bảo ổn định độ bền đê biển chống lại biến đổi khí hậu nước biển dâng Việt Nam CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG CƠNG TRÌNH ĐÊ BIỂN VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Thực trạng công trình đê biển Việt Nam Theo “Đại Việt sử ký tồn thư” đê biển lần đắp từ đời nhà lý, thuộc hai tỉnh Thái Bình, Nam Hà Đến đời Trần đê biển đắp quy mô lớn Ban đầu hình thành bờ vùng quai đê lấn biển nhỏ theo dạng vẩy cá để nuôi tơm, cua, cá, trồng cói, trồng lúa, làm muối Khi bãi bồi mở rộng vùng bờ bao lại quai thêm Vùng đất đê tiếp tục khai phá nuôi tôm, cá… Cứ đời qua đời khác, diện tích trồng trọt mở rộng Sự sống ngày sinh sôi nảy nở, điền trang trù phú, dân ấp đông đúc Công ngăn mặn, chống sóng tràn đặt lên hàng đầu Những bờ bao nối lại thành tuyến khép kín Hiện dọc theo bờ biển khoảng 3200km hình thành hệ thống đê biển ngăn mặn chống sóng dài khoảng 2700km, khoảng 1400km trực tiếp với biển Mặt cắt đê tơn cao mở rộng Mái đê phía ngồi biển trồng cỏ lát đá bảo vệ kết cấu bê tơng Mặt cắt đê có ngày hơm q trình người vật lộn với thiên nhiên để giữ gìn, củng cố đắp nhiều cách Có phần mặt cắt đê đắp đất khô theo công nghệ đầm nén Có phần mặt cắt đê đắp đất ướt có lẫn cành Nền đê khơng đồng phần lớn mềm yếu Thân đê không đồng lún không đều, đặc biệt phần đê đắp bổ sung sửa chữa Sự hình thành tuyến hình thành mặt cắt đê biển nước ta tạo nét khác biệt đê biển với cơng trình đất đập đất nói chung đê đắp cơng nghệ tiên tiến nói riêng Đây đặc điểm đê biển nước ta khác với cơng trình đất đắp cơng nghệ cao 1.1.1 Cấu tạo mặt cắt ngang đê biển Việt Nam Bờ biển nước ta dài từ Bắc vào Nam, qua ba miền Bắc, Trung, Nam có đặc trưng khí hậu, sắc thái địa hình riêng biệt Trong thực tế nhiệm vụ cấu tạo mặt cắt cho đê biển miền có nét đặc trưng khác nhau: 1.1.1.1 Đê biển Bắc Bộ Đê biển đê cửa sơng bắc tính từ Móng Cái – Quảng Ninh đến Hậu Lộc – Thanh Hoá với chiều dài 720km, chiều dài đê trực tiếp với biển 454km với 219km kè bảo vệ đê Nhiệm vụ đê biển Bắc Bộ ngăn mặn chống sóng bảo vệ sản xuất ba vụ thâm canh tăng suất bảo vệ đồng muối nuôi trồng thuỷ sản Những nét đê biển thể bảng 1.1 Bảng 1.1: Những nét đê biển bắc Địa phương Chiều Chiều dài đê Bình Mái Tổng Tổng quân dốc chiều cửa (m) (m) dài sông dài Đê Đê bờ cửa trực biển sông tiếp Tổng kè với (km) biển Quảng Ninh 260 51,9 251,1 310,2 3,5÷5,5 Hải Phịng 65 60,6 53,5 114,1 Thái Bình 70 81,7 69,9 Nam Định 62 47,5 Bắc Thanh 18 475 2÷3 134,6 10 3,5÷5 1,5÷3 25,1 151,6 3,5÷5 1,5÷3 31,4 57,2 104,7 4÷5 3÷5 23,5 16,1 22,6 38,7 3,2 4,5 265 454,3 719,3 219,1 24 Hoá(Hậu Lộc) Tổng Từ bảng 1.1 thấy 48% chiều dài đê trực tiếp với biển có kè bảo vệ, nhiên qua kiểm tra sau lần mưa bão có khoảng 10 - 15% kè có khả chống chịu sóng có bão cấp triều cường Số đê kè lại thường xuyên bị hỏng phải tu sửa hàng năm Đê bắc có cao trình đỉnh từ 3,5÷5,5; mặt cắt đê rộng từ – 5m Mái dốc đê phía biển m1 = – Mái dốc đê phía đồng m2 = – R R R R Theo tài liệu khảo sát đất đê, thân đê vùng Bắc Bộ đất thịt , thịt pha cát, đất phù sa Hàm lượng cát tăng tuyến đê xa cửa sông Cấu tạo mặt cắt ngang đê phổ biến hình 1.1 Mái kè chống sóng gồm lớp: lớp ngồi trực tiếp chịu tác dụng sóng làm loại vật liệu như: đá, bê tơng… có chiều dày từ 20 – 50cm; lớp thứ hai lớp chuyển tiếp lớp áo với thân đê, lớp làm nhiệm vụ tầng lọc ngược có cấu tạo cát, sỏi Thời gian gần số đoạn đê lớp cát sỏi thay vải lọc địa kỹ thuật PhÝa ®ång PhÝa biĨn (1): Lớp - chịu tác động trực tiếp sóng; (2): Lớp - lớp chuyển tiếp lớp áo thân đê Hình 1.1: Mặt cắt ngang đê biển Bắc Bộ Vùng ven biển đồng Bắc Bộ nơi có địa hình thấp trũng trung tâm kinh tế nước - đặc biệt sản xuất nông nghiệp, tập trung dân cư đơng đúc Về mặt hình học, đê biển miền Bắc thuộc loại lớn nước tập trung chủ yếu tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định Đây vùng biển có biên độ thuỷ triều cao (khoảng 4m) nước dâng bão lớn Để bảo vệ sản xuất sinh hoạt nhân dân, tuyến đê biển, đê cửa sơng khu vực hình thành từ sớm khép kín Tổng chiều dài tuyến đê biển, đê cửa sông khoảng 484km, có 350km đê trực tiếp biển Đê biển Bắc Bộ có bề rộng mặt đê nhỏ khoảng từ 3,0m – 4,0m, nhiều đoạn đê có chiều rộng mặt đê