Nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông thạch hãn đoạn qua xã hải lệ tỉnh quảng trị

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THANH BÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG THẠCH HÃN ĐOẠN QUA XÃ HẢI LỆ, TỈNH QUẢNG TRỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THANH BÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG THẠCH HÃN ĐOẠN QUA XÃ HẢI LỆ, TỈNH QUẢNG TRỊ Chun ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Thủy Mã số : 62.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Văn Hướng Đà Nẵng - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Bình MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan hệ thống sông Thạch Hãn 1.2 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 1.2.2 Đặc điểm địa hình dự án 1.2.3 Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng vùng dự án a Địa chất b Thổ nhưỡng .7 c Thảm thực vật 10 1.3 Đặc điểm khí hậu khí tượng 11 1.3.1 Khí hậu 11 1.3.2 Nhiệt độ .11 1.3.3 Độ ẩm 12 1.3.4 Nắng 12 1.3.5 Bốc .12 1.3.6 Gió .12 1.3.7 Bão áp thấp nhiệt đới 13 1.3.8 Mưa 13 1.4 Đặc điểm thủy văn 14 1.4.1 Mạng lưới sông 14 1.4.2 Đặc điểm thủy văn 15 1.5 Đặc điểm kinh tế xã hội 16 1.5.1 Dân số 16 1.5.2 Cơ cấu kinh tế tỉnh 16 1.5.3 Cơ sở hạ tầng 17 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG SÔNG THẠCH HÃN ĐOẠN QUA XÃ HẢI LỆ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP .18 2.1 Mô tả trạng nguyên nhân sạt lở đoạn sông nghiên cứu 18 2.1.1 Mô tả trạng khu vực 18 a Đoạn từ cầu Đakrông đến đập Trấm (Đoạn I) 19 b Đoạn sông Thạch Hãn từ đập Trấm đến ngã Gia Độ (Đoạn II) 20 2.1.2 Nguyên nhân sạt lở đoạn sông nghiên cứu 24 a Nguyên nhân tự nhiên 24 b Nguyên nhân người 26 c Kết luận đánh giá trạng khu vực nghiên cứu 27 2.2 Tính tốn lưu lượng tạo lịng tiêu ổn định lịng sơng 28 2.2.1 Lưu lượng tạo lòng 28 2.2.2 Các tiêu ổn định lịng sơng 31 a Chỉ tiêu ổn định theo chiều dọc sông 31 b Chỉ tiêu ổn định theo chiều ngang sông 32 2.2.3 Quan hệ hình dạng sơng 33 a Quan hệ hình dạng sông phụ thuộc vào loại sông cong sông thẳng 33 b Quan hệ bán kính cong đoạn sông cong với yếu tố khác 34 c Quan hệ chiều rộng chiều sâu đoạn sông cong đoạn sông thẳng 35 2.3 Đánh giá ổn định đoạn sông nghiên cứu theo tiêu ổn định 35 2.4 Các giải pháp chỉnh trị sông .36 2.4.1 Biện pháp cơng trình 36 2.4.2 Biện pháp phi cơng trình .37 2.4.3 Vật liệu dùng cơng trình chỉnh trị 37 2.4.4 Đặc điểm số cấu kiện cơng trình 38 a Bó cành 38 b Rồng .38 c Rọ đá 39 d Bè chìm 40 e Vải địa kỹ thuật 40 2.4.5 Đặc điểm số cơng trình bảo vệ bờ 41 a Kè lát mái bảo vệ bờ 41 b Đập mỏ hàn 43 2.4.6 Định hướng giải pháp chỉnh trị khu vực nghiên cứu 46 2.5 Thiết kế giải pháp bảo vệ bờ đoạn sông nghiên cứu 48 2.5.1 Phương án thiết kế kè mỏ hàn .48 2.5.2 Phương án thiết kế kè lát mái 56 2.6 So sánh chọn phương án .60 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 21 TÍNH TỐN DỊNG CHẢY ĐOẠN SÔNG NAM THẠCH HÃN – TỈNH QUẢNG TRỊ 61 3.1 Phương pháp nghiên cứu, đánh giá diễn biến lòng dẫn 61 a Phương pháp Viễn thám GIS 61 b Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn phương pháp mơ hình vật lý 62 c Nghiên cứu diễn biến lịng dẫn bằng mơ hình tốn 64 d Phương pháp công thức kinh nghiệm 65 3.2 Lý mục đích ứng dụng mơ hình tốn số 66 3.2.1 Lý lựa chọn mơ hình tốn số 66 3.2.2 Mục đích ứng dụng mơ hình tốn số 66 3.2.3 Lựa chọn mơ hình tốn 67 3.3 Giới thiệu mơ hình tốn Mike 21 Flow Model FM 67 3.4 Thiết lập tốn trạng đoạn sơng nam Thạch Hãn 70 3.4.1 Số liệu không gian 71 3.4.2 Xây dựng lưới 2D 72 3.4.3 Thiết lập điều kiện toán 72 a Điều kiện biên toán 72 b Hệ số nhám 73 c Thời gian mô 73 3.4.4 Kết mô hình tốn 73 3.5 Thiết lập toán theo giải pháp đề xuất đoạn sông nam Thạch Hãn 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 I Kết luận 83 II Kiến nghị .83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 86 PHỤ LỤC 89 PHỤ LỤC 90 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG THẠCH HÃN ĐOẠN QUA XÃ HẢI LỆ, TỈNH QUẢNG TRỊ Học viên: Nguyễn Thanh Bình Mã số: 60.58.02.02 Chun ngành: Xây dựng cơng trình Thủy Khóa: K34 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Trong năm qua, tỉnh Quảng Trị thực tốt chương trình di dời dân khỏi vùng thiên tai, nơi có nguy cao xảy sạt lở núi, sạt lở ven sơng Chính phủ; Khu dân cư xã Hải Lệ, thị xã Quảng Trị nơi có dân cư sống lâu, việc chuyển đến nơi điều người dân không mong muốn; Mặt khác, công trình hạ tầng trạng tương đối đầy đủ, nhà cửa người dân tương đối kiên cố; Nếu phải di dời phải khoảng 110 000m2 đất sản xuất; Tốn chi phí xây dựng lại sở hạ tầng cho khu dân cư Bên cạnh đó, bờ sông không bảo vệ ngày bị sạt lở đất dần chí bị xóa Nội dung đề tài đánh giá trạng đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Thạch Hãn đoạn qua xã Hải Lệ, thị xã Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị thông qua việc điều tra, thu thập, phân tích số liệu tài liệu dân sinh, địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn, liên quan đến khu vực nghiên cứu; Kế thừa đề tài, dự án nghiên cứu liên quan đến khu vực; Sử dụng phần mềm MIKE 21 để đánh giá tính hợp lý giải pháp bảo vệ bờ sông hợp lý khu vực qua thơn Hải Lệ từ vận dụng kết đề tài sở có tính khoa học để đơn vị chức đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Thạch Hãn đoạn qua xã Hải Lệ, Tx Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị Từ khóa – Sơng Thạch Hãn, xã Hải Lệ, mơ hình MIKE, kè mỏ hàn, kè lát mái RESEARCH AND PROPOSAL FOR RIVER BANK PROTECTION SOLUTIONS THACH HAN AT HAI LE COMMUNE, QUANG TRỊ PROVINCE Abstract - Over the past few years, Quang Tri has successfully implemented the Program for Relocation of People Out of Disaster Areas, where there is a high risk of river bank erosion and river bank erosion The residential area of Hai Le, Quang Tri city is a place where people have lived for a long time, so moving to a new home is something that people not want to live in On the other hand, the existing infrastructure is relatively adequate, houses of people relatively solid; If relocation, it takes about 110000m2 of productive land; Cost of rebuilding infrastructure for new residential area In addition, if the river bank is not protected, it will become increasingly landslide and land loss will gradually erode The subject of the project is to assess the current situation and propose measures to protect the Thach Han river bank across Hai Le, Quang Tri city and Quang Tri villages through the investigation, data collection and analysis on population Birth, terrain, geology, meteorology, hydrology, etc., interdepend the research area; Inheriting research topics and projects related to the area; Using MIKE 21 software to evaluate the rationality of a suitable river bank protection solution through Hai Lệ village, thereby applying the results of the project as a scientific basis for functional units Proposed measures to protect the Thach Han river bank area through Hai Le village, Quang Tri city, Quang Tri province Key words – Thach Han River, Hai Le Village, MIKE model, groins, revetments DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân loại đất vùng dự án .8 Bảng 1.2: Chênh lệch nhiệt độ mùa mưa mùa khô tỉnh Quảng Trị 12 Bảng 1.3: Lượng bốc hỏi trung bình nhiều năm tỉnh Quảng Trị 12 Bảng 1.4: Lượng mưa trung bình nhiều năm tỉnh Quảng Trị .13 Bảng 1.5 Kết phân mùa dịng chảy lưu vực sơng Thạch Hãn 15 Bảng 1.6: Phân Phối dịng chảy năm theo tháng lưu vực sơng Thạch Hãn 15 Bảng 2.1: Đặc trưng thủy văn năm 2005 trung bình nhiều năm trạm thủy văn Nam Thạch Hãn .29 Bảng 2.2 Kết tính tốn lưu lượng tạo lịng theo phương pháp V M Makaveep 29 Bảng 2.3 Quan hệ Rc / B  .35 Bảng 2.4 Bảng đánh giá tiêu ổn định lịng sơng .35 Bảng 2.5: Bảng lựa chọn thông số L, lt  đập mỏ hàn 50 Bảng 2.6: Kết tính tốn áp lực thủy động P (T) .53 Bảng 2.7: Kết tính tốn lực gây trượt T 53 Bảng 2.8: Kết tính tốn lực chống trượt N 54 Bảng 2.9: Kết tính tốn hệ số ổn định chống trượt K 54 Bảng 2.10: Kết tính tốn hố xói đầu mũi mỏ hàn 55 Bảng PL1.1: Kết thí nghiệm khối lượng cát cỡ sàng 87 Bảng PL2: Tổng hợp kết tính tốn dịng chảy lũ 89 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mạng lưới sơng khu vực nghiên cứu [10] Hình 1.2: Vị trí đoạn sơng khu vực nghiên cứu Hình 1.3 Sơ đồ mạng lưới sơng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Thạch Hãn [11] 14 Hình 2.1: Phân đoạn trạng đoạn sông Thạch Hãn 19 Hình 2.2: Đập Trấm – tỉnh Quảng Trị 20 Hình 2.3: Cống An Tiêm phân nước từ sông Thạch Hãn qua sơng Vĩnh Định 21 Hình 2.4: Tồn cảnh sạt lở khu vực Tân Mỹ 21 Hình 2.5: Sơ đồ sạt lở từ cầu Thạch Hãn đến thôn Tân Đức – Triệu Thành 22 Hình 2.6: Đoạn sạt lở mạnh xưởng Cưa – xã Hải Lệ 23 Hình 2.7: Hiện trạng sạt lở bờ sơng khu vực nghiên cứu .24 Hình 2.8: Nạn phá rừng địa bàn xã Tân Hợp 26 Hình 2.9: Hiện trạng khai thác cát khu vực nghiên cứu 27 Hình 2.10: Biểu đồ đường quan hệ Q ~ PJQ2 30 Hình 2.11: Cấu kiện bó cành 38 Hình 2.12: Kết cấu rồng 38 Hình 2.13: Gia cố kè rọ đá 39 Hình 2.14: Thi cơng vải địa kỹ thuật 40 Hình 2.15: Cơng trình kè lát mái sơng Bến Hải – Quảng Trị .41 Hình 2.16: Kết cấu đại diện kè lát mái 42 Hình 2.17: Một dạng cơng trình kè mỏ hàn 43 Hình 2.18: Giải pháp cơng trình cừ nhựa PVC 44 Hình 2.19: Bảo vệ bờ sơng thảm cát 45 Hình 2.20: Kè Geo Tube 45 Hình 2.21: Trồng cỏ bảo vệ bờ sông 46 Hình 2.22: Hiện trạng bờ sơng đoạn nam Thạch Hãn, xã Hải Lệ, tỉnh Quảng Trị 47 87 ▪ Lượng sót sàng có kích thước mắt sàng mm (S5), tính phần trăm khối lượng, xác đến 0.1 %, theo cơng thức: S5 = m5  100 m0 (1) Trong đó: m5 khối lượng phần cịn lại sàng có kích thước mắt sàng mm, tính gam (g); m0 khối lượng mẫu thử (5.1.1), tính gam (g) ▪ Lượng sót riêng sàng kích thước mắt sàng i (ai), tính phần trăm khối lượng xác đến 0.1 % theo công thức: = mi  100 m (2) Trong đó: mi khối lượng phần cịn lại sàng có kích thước mắt sàng i tính gam(g); m tổng khối lượng mẫu thử tính gam (g) ▪ Lượng sót tích lũy sàng kích thước mắt sàng i tổng lượng sót riêng sàng có kích thước mắt sàng lớn lượng sót riêng thân Lượng sót tích lũy (Ai) tính phần trăm khối lượng xác tới 0.1 %, theo công thức: Ai = a i + + a 2.5 (3) Trong đó: lượng sót riêng sàng có kích thước mắt sàng i, tính phần trăm khối lượng (%); a2.5 lượng sót riêng sàng có kích thước mắt sàng 2.5 mm, tính phần trăm khối lượng (%) ▪ Môđun độ lớn cốt liệu nhỏ (Mđl) không thứ ngun xác tới 0.1 theo cơng thức: Mdl = A 2.5 + A1.25 + A0.63 + A0.315 + A0.14 100 (4) Trong đó: A2.5, A1.25, A0.63, A0.315, A0.14 lượng sót tích luỹ sàng kích thước mắt sàng tương ứng 2.5 mm; 1.25 mm; 0.63 mm; 0.315 mm 0.14 mm Bảng PL1.1: Kết thí nghiệm khối lượng cát cỡ sàng (mm) (g) (%) Lượng sót tích lũy (%) 10.0 0.00 0.00 0.00 5.0 5.00 0.25 0.25 2.5 11.5 1.15 1.15 Cỡ sàng Lượng sót sàng 88 1.25 38.0 3.8 4.95 0.63 246.0 24.60 29.55 0.32 340.5 34.05 63.60 0.14 280.5 28.05 91.65 100 km2, tính tốn dịng chảy lũ thực theo công thức triết giảm: n  100  ▪ Lưu lượng dòng chảy: QP = q100   P F.  F  ▪ Tổng lượng dịng chảy: WP = 86400. Qi ▪ Mơ dun dịng chảy lũ thiết kế: M P = QP F Trong đó: + q100 modun đỉnh lũ ứng với tần suất 10% quy tốn diện tích lưu vực thống 100 km2 Tra phụ lục 4-6 PL C6 – 77, lấy q100 = 727 m3/s.km2 + n hệ số triết giảm modun đỉnh lũ Tra PL 4-7 PL C6 – 77, lấy n = 4.69 + F diện tích lưu vực, F = 1394.42 km2 + P hệ số chuyển tần suất lấy bảng 4.9 trang 55 PL C6 – 77, P = 1.429 +  hệ số xét tới ảnh hưởng điều tiết hồ có lưu thơng đỉnh lũ, hay:  = = 0.969 + c.f a + C hệ số phụ thuộc lớp dòng chảy lũ - Đối với vùng mưa lũ kéo dài, hệ số C lấy 0.1 - Đối với vùng mưa lũ thường ngắn, hệ số C lấy 0.2 + fa = Fao 100% = 0.323 Tỷ lệ diện tích ao hồ xác định theo mục – Flv trang PL C6 – 77 với Fao = 4500 km2 Bảng PL2: Tổng hợp kết tính tốn dịng chảy lũ Lũ thiết kế P = 2% Lũ kiểm tra P = 1% QP WP MP QP WP MP (m3/s) (106 m3) (m3/s.km2) (m3/s) (106 m3) (m3/s.km2) 6025.05 520.56 4.32 6703.86 579.21 4.81 90 PHỤ LỤC TÍNH TỐN LƯU LƯỢNG TẠO LỊNG THEO CAO TRÌNH BÃI GIÀ Do số liệu thực đo lưu lượng sức tải bùn cát sông Thạch Hãn không không đầy đủ, theo tiêu chuẩn TCVN 8410:2010 thiết kế cơng trình bảo vệ bờ sơng để chống lũ tính lưu lượng tạo lịng phép lấy cao trình bãi già để tính tốn ▪ Cao trình bãi già tính tốn là: +1,42m ▪ Dựa vào mặt cắt ngang lịng sơng ứng với cao trình bãi già +1,42m ta có: + Diện tích mặt cắt ướt:  = 934.88m2 + Chu vi ướt:  = 194.42m ▪ Cơng thức tính tốn lưu lượng tạo lịng sau: QTL = .C R.i Trong đó: ▪ C hệ số Chezy xác định theo công thức: C = R y n ▪ i độ dốc lòng suối lấy i = 0.0004 ▪ n hệ số nhám lịng sơng, lấy n = 0.045 ▪ R bán kính thủy lực, R =  934.88 = = 4.81  194.42 ▪ Y = 2.5 n − 0.13 − 0.75 R ( ) n − 0.1 = 0.17 Thay vào tính C ta C = R y = 52.24 n Suy ra, lưu lượng tạo lịng theo cao trình bãi già tính tốn QTL = 2142.21 m3/s 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 ... chỉnh trị đề xuất trước Đối tượng phạm vi nghiên cứu ▪ Đối tượng nghiên cứu: Sông Thạch Hãn - tỉnh Quảng Trị ▪ Phạm vi nghiên cứu: Sông Thạch Hãn đoạn qua xã Hải Lệ, thị xã Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị. .. Thạch Hãn đoạn qua xã Hải Lệ, thị xã Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị; ▪ Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Thạch Hãn đoạn qua xã Hải Lệ, thị xã Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị ▪ Tiến hành mơ tốn sử dụng phần... vận dụng kết đề tài sở có tính khoa học để đơn vị chức đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Thạch Hãn đoạn qua xã Hải Lệ, Tx Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị Từ khóa – Sơng Thạch Hãn, xã Hải Lệ, mơ hình