Thiết kế đập phá sóng bảo vệ bờ biển cát hải, hải phòng

Toàn đảo Cát Hải có 20,6 km đê bao quanh, trong đó có tuyến đê xung yếu từ Bến Gót đến Hoàng Châu nằm ở phía nam đảo chịu tác động trực tiếp của sóng, gió nơi có dòng chảy ven bờ mạnh nhất và dải bờ đang bị xâm thực. Đê biển Cát Hải là công trình đất, mái phía biển được bảo vệ bằng kè lát mái ở những đoạn xung yếu thường xuyên chịu tác động của sóng triều. Nguyên nhân gây xói lở bờ đảo Cát Hải là dòng tổng hợp liên quan đến tính bất đẳng tốc và bất đẳng thời giữa dòng lên dòng xuống qua vùng bờ và 2 lạch đầu Chương Hoàng Châu và Hàng Dầy. Nằm kẹp giữa hai cửa sông lớn là sông Bạch Đằng và sông Chanh. Phía Nam của đảo là nơi chịu tác động mạnh mẽ của các yếu tố thủy động lực. Mùa hè sóng gió thịnh hành hướng Đông Nam, Nam, Nam Đông Nam với tần xuất cao 70%. Thời kỳ triều cường khi triều lên cao theo cao độ hải đồ (3,5 m) sóng trực tiếp đánh vào đê kè . Sóng vỡ ngay sát chân đê, kè, tạo thành dòng chảy sóng với tốc độ 0,35 - 1,28 m/s rửa trôi các trầm tích hạt mịn thậm chí cả hạt trung. Hiện tượng moi đáy này làm mặt bãi bị hạ thấp, chân kè bị bào mòn nghiêm trọng gây sạt lở mái kè. Hiện tượng này xảy ra với cường độ mạnh trong thời gian bão đổ bộ vào đảo trùng với giai đoạn triều cường. Tại các cửa sông tốc độ dòng chảy khá lớn đặc biệt là khi triều rút, tốc độ dòng chảy có khi lên đến 1,7 m/s cũng gây xói lở chân kè dẫn đến sạt lở mái kè. Tình trạng xói lở đảo Cát Hải gây tác động tiêu cực cả về mặt kinh tế và xã hội, nó đe doạ cuộc sống trực tiếp của nhân dân sống sát bờ đảo và cả phía trong đảo. Nó hạn chế khả năng đầu tư phát triển kinh tế và xây dựng hạ tầng trên đảo. Vì vậy, việc xây dựng đê và các công trình bảo vệ bờ đảo Cát Hải là hết sức cấp bách và cần thiết. Hiện nay hệ thống đê và kè mỏ hàn đã được xây dựng trên đảo nhưng đang đứng trước nguy cơ bị xói mòn và hư hỏng do tác dụng của sóng, gió, dòng chảy, thuỷ triều trong khu vực. Để giảm thiểu tác động này, một giải pháp đưa ra là xây dựng 1 đập phá sóng xa bờ (Breakwater) đế hạn chế tác dụng của sóng tới hệ thống đê biển bảo vệ đảo. II.Mục tiêu của đồ án -Phân tích các điều kiện: vị trí địa lí, đặc điểm địa hình, đặc điểm địa chất, đặc điểm khí hậu khí tượng, đặc điểm thuỷ văn- hải văn, dân sinh, kinh tế xã hội, của khu vực đảo Cát Hải -Với các số liệu thủy hải văn thu thập được như sóng, gió, mực nước sử dụng mô hình Delft 3D để mô phỏng thủy lực (dòng chảy, sóng) Cát Hải trước và sau khi có công trình. -Quy hoạch, lựa chọn vị trí công trình và tính toán các điều kiện biên thiết kế -Từ kết quả mô hình, dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế công trình biển, tiến hành tính toán thiết kế công trình đập phá sóng xa bờ (Breakwater) cho khu vực đảo Cát Hải. Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân và được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Vũ Minh Cát, cùng các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy lợi, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình, với đề tài: “Thiết kế đập phá sóng bảo vệ bờ biển Cát Hải, Hải Phòng” Do thời gian làm đồ án có hạn cũng như trình độ và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn hạn chế nên trong đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình làm đồ án.

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành Kỹ Thuật Biển LỜI MỞ ĐẦU Cát Hải đảo nhỏ có dân số lên đến 1,3 vạn người chủ yếu sống nghề nuôi trồng đánh bắt thủy hải sản, làm muối chế biến thuỷ sản (mắm sản phẩm đơng lạnh ) Cát Hải cịn có tiềm du lịch sinh thái vị trí quân quan trọng vùng đông bắc tổ quốc, ổn định đảo có liên quan đến luồng tàu vào cảng Hải Phịng qua cửa Nam Triệu bờ biển đảo Cát Hải bị sóng hướng nam đơng nam gây sạt lở bị dịng ven mang vào luồng tàu, gây bồi lấp nghiêm trọng ảnh hưởng khơng đến khu vực mà cịn gây ảnh hưởng đến kinh tế tỉnh lân cận Do việc giữ ổn định đường bờ Cát Hải, chống xói lở nhiệm vụ quan trọng cấp thiết nhằm đảm bảo an tồn tính mạng, đời sống nhân dân đảo, phát triển sản xuất, tạo hội đầu tư nước ổn định cho luồng tàu vào cảng khu vực Hải Phịng Để đáp ứng u cầu đó, bên cạnh việc củng cố, xây dựng hệ thống đê, kè có việc xác định ngun nhân, chế xói lở, phá hoại đê bãi trước biển đề xuất giải pháp nhằm ổn định lâu dài cơng trình phịng chống lụt bão nhiệm vụ vơ cấp bách I Tính cấp thiết đồ án Tồn đảo Cát Hải có 20,6 km đê bao quanh, có tuyến đê xung yếu từ Bến Gót đến Hồng Châu nằm phía nam đảo chịu tác động trực tiếp sóng, gió nơi có dịng chảy ven bờ mạnh dải bờ bị xâm thực Đê biển Cát Hải cơng trình đất, mái phía biển bảo vệ kè lát mái đoạn xung yếu thường xuyên chịu tác động sóng triều Nguyên nhân gây xói lở bờ đảo Cát Hải dịng tổng hợp liên quan đến tính bất đẳng tốc bất đẳng thời dòng lên dòng xuống qua vùng bờ lạch đầu Chương Hoàng Châu Hàng Dầy Nằm kẹp hai cửa sơng lớn sơng Bạch Đằng sơng Chanh Phía Nam đảo nơi chịu tác động mạnh mẽ yếu tố thủy động lực Mùa hè sóng gió thịnh hành hướng Đơng Nam, Nam, Nam Đơng Nam với tần xuất cao 70% Thời kỳ triều cường triều lên cao theo cao độ hải đồ (3,5 m) sóng trực tiếp đánh vào đê kè Sinh viên: Nguyễn Thị Thuý Hằng Lớp: 47B Sóng vỡ sát chân đê, kè, tạo thành dịng chảy sóng với tốc độ 0,35 - 1,28 m/s rửa trơi trầm tích hạt mịn chí hạt trung Hiện tượng moi đáy làm mặt bãi bị hạ thấp, chân kè bị bào mòn nghiêm trọng gây sạt lở mái kè Hiện tượng xảy với cường độ mạnh thời gian bão đổ vào đảo trùng với giai đoạn triều cường Tại cửa sơng tốc độ dịng chảy lớn đặc biệt triều rút, tốc độ dịng chảy có lên đến 1,7 m/s gây xói lở chân kè dẫn đến sạt lở mái kè Tình trạng xói lở đảo Cát Hải gây tác động tiêu cực mặt kinh tế xã hội, đe doạ sống trực tiếp nhân dân sống sát bờ đảo phía đảo Nó hạn chế khả đầu tư phát triển kinh tế xây dựng hạ tầng đảo Vì vậy, việc xây dựng đê cơng trình bảo vệ bờ đảo Cát Hải cấp bách cần thiết Hiện hệ thống đê kè mỏ hàn xây dựng đảo đứng trước nguy bị xói mịn hư hỏng tác dụng sóng, gió, dịng chảy, thuỷ triều khu vực Để giảm thiểu tác động này, giải pháp đưa xây dựng đập phá sóng xa bờ (Breakwater) đế hạn chế tác dụng sóng tới hệ thống đê biển bảo vệ đảo II Mục tiêu đồ án - Phân tích điều kiện: vị trí địa lí, đặc điểm địa hình, đặc điểm địa chất, đặc điểm khí hậu khí tượng, đặc điểm thuỷ văn- hải văn, dân sinh, kinh tế xã hội, khu vực đảo Cát Hải - Với số liệu thủy hải văn thu thập sóng, gió, mực nước sử dụng mơ hình Delft 3D để mơ thủy lực (dịng chảy, sóng) Cát Hải trước sau có cơng trình - Quy hoạch, lựa chọn vị trí cơng trình tính tốn điều kiện biên thiết kế - Từ kết mơ hình, dựa tiêu chuẩn thiết kế cơng trình biển, tiến hành tính tốn thiết kế cơng trình đập phá sóng xa bờ (Breakwater) cho khu vực đảo Cát Hải Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với nỗ lực phấn đấu thân hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Vũ Minh Cát, thầy cô giáo khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy lợi, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp mình, với đề tài: “Thiết kế đập phá sóng bảo vệ bờ biển Cát Hải, Hải Phịng” Do thời gian làm đồ án có hạn trình độ kinh nghiệm thực tế thân cịn hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình làm đồ án Em kính mong bảo, góp ý kiến thầy cô giáo giúp cho đồ án em hồn chỉnh hơn, từ rút kinh nghiệm cho thân mình, để sau trường công tác tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Thị Thúy Hằng MỤC LỤC: LỜI MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đồ án II Mục tiêu đồ án .2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC HUYỆN ĐẢO CÁT HẢI 1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực dự án .7 1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn 1.2.1 Điều kiện khí tượng 1.2.2 Điều kiện thuỷ hải văn .17 1.3 Đặc điểm địa chất 26 1.3.1 Các lớp địa chất từ xuống 26 1.3.2 Điều kiện địa chất thủy văn 27 1.4 Điều kiện dân sinh, kinh tế, xã hội 29 1.4.1 Dân số lao động 29 1.4.2 Cơ cấu ngành nghề 30 1.4.3 Cơ sở hệ thống hạ tầng 30 1.5 Hiện trạng hệ thống đê biển, kè mỏ hàn 31 1.5.1 Hiện trạng hệ thống đê biển 31 1.5.2 Hiên trạng kè mỏ hàn 33 1.5.3 Hiện trạng cống đê 34 CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DELFT3D MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY VÀ SĨNG KHU VỰC CÁT HẢI .35 2.1 Giới thiệu mơ hình Delft 3D .35 2.1.1 Giới thiệu DELFT3D-FLOW 36 2.1.2 Giới thiệu DELFT3D-WAVE 41 2.2 Xây dựng mơ hình (Delft3D-FLOW) .43 2.2.1Các tài liệu phục vụ tính tốn 43 2.2.2 Sơ đồ hóa khu vực nghiên cứu biên tính tốn 44 2.2.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 45 2.3 Các kịch tính tốn 48 2.3.1 Mô trạng khu vực Cát Hải chưa có cơng trình .49 2.3.2 Mơ theo phương án giải pháp cơng trình 58 CHƯƠNG III: QUY HOẠCH, LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH VÀ TÍNH 68 TỐN ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ .68 3.1 Xác định cấp cơng trình 68 3.2 Quy hoạch chung biện pháp cơng trình bảo vệ đảo Cát Hải 69 3.2.1 Phân tích ngun nhân xói lở để có biện pháp cơng trình thích hợp 69 3.2.2 Đưa giải pháp cơng trình 70 3.2.3 Phân tích phương án kết cấu bố trí kết cấu .71 3.2.3 Vị trí đặt đập phá sóng .73 3.4 Điều kiện biên 73 3.4.1 Điều kiện địa hình 74 3.4.2 Mực nước thiết kế 76 3.4.4 Tính tốn sóng thiết kế 77 3.3.5 Các thông số địa chất dùng cho thiết kế 87 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐẬP PHÁ SÓNG XA BỜ 89 4.1 Thiết kế mặt cắt ngang đập phá sóng .89 4.1.1 Cao trình đỉnh đập 89 4.1.2 Khối lượng cấu kiện phủ mái 89 4.1.3 Chiều dày lớp phủ 92 4.1.4 Bề rộng đỉnh đập 93 4.1.5 Xác định trọng lượng kích thước đá lớp 94 4.1.6 Tính tốn chân khay 97 4.1.7 Tính tốn đầu đập mở rộng 101 4.2 Xử lý 102 4.3 Giải pháp thi công 103 4.3.1 Tổng quát .103 4.3.2 Thiết bị thi công 103 4.3.3 Định vị cơng trình 104 4.3.4 Trình tự thi cơng 104 4.3.5 Các quy định thi công .106 4.3.6 Kiểm tra bảo dưỡng 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC HUYỆN ĐẢO CÁT HẢI 1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Hình1 : Khu vực đảo Cát Hải Đảo Cát Hải (huyện Cát Hải) nằm phía Đơng Nam thành phố Hải Phịng Cách trung tâm thành phố 20 km hướng Đông Nam, cách trung tâm thị trấn Cát Bà khoảng 15 Km phía Tây - Bắc Cát Hải huyện đảo nhỏ, có diện tích gần 30km2, dân số toàn đảo gần 13.000 người Tọa độ địa lý vào khoảng 20 47’ đến 200 56’ vĩ độ Bắc,1060 54’ đến 1060 58’ kinh độ Đông - Phía Bắc đảo giáp huyện Yên Hưng (tỉnh Quảng Ninh) ngăn cách kênh đào Cái Tráp - Phía Đơng cửa Lạch Huyện - Phía Tây cửa sơng Nam Triệu - Phía Nam Vịnh Bắc Bộ Tồn đảo chia thành đơn vị hành cấp xã gồm hợp tác xã - Xã Nghĩa Lộ có H.T.X Đại Nghĩa - Xã Đồng Bài có H.T.X Đại Đồng - Xã Văn Phong có H.T.X Văn Chấn Phong Niên - Xã Hồng Châu có H.T.X Hồng Châu Thị trấn Cát Hải có H.T.X Lương Hồng Lương Hoà 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực dự án Đảo Cát Hải nằm kẹp hai vùng cửa sông, cửa ngõ biển Thành phố Cảng, có vị trí quan trọng kinh tế, trị quốc phịng an ninh Hướng dốc chính: Từ phía Đơng sang phía Tây Hướng dốc phụ: Từ phía Nam sang phía Bắc Địa hình chia thành tiểu vùng: + Vùng trung tâm: cao độ tự nhiên từ 0.7 đến1.5 + Vũng bãi biển: cao độ vùng bãi triều từ (- 0.5) đến (+0.7) Sông lạch tự nhiên : Lạch Cái Viềng, lạch Huyện sông lạch tự nhiên lớn (chiều rộng từ 50 đến 250 m) Các sông rạch chia xã Phù Long thành khu: Khu A: Vùng bãi phía Nam đường xun đảo, phía Đơng xã Phù Long Diện tích tự nhiên 270 Địa hình phẳng có cao độ từ 0.5 đến 1.0 Trong số 84 đất tự nhiên thuộc khu ni tơm cơng nghiệp Khu B: Diện tích bãi phía Bắc đường xun đảo, phía Đơng xã Phù Long Diện tích 80 Địa hình phẳng có cao độ từ 0.5 đến 1.0 Đây khu vực ni thuỷ sản tập trung hình thành khu ni tơm cơng nghiệp với diện tích 38 Khu C: Giới hạn lạch Cái Viềng sông Phù Long, Lạch Huyện Đây khu có diện tích bãi ni trồng thuỷ sản lớn Tổng diện tích 1053 Cao độ địa hình từ (0.0) đến (+0.7) chủ yếu Khu D: Tồn diện tích giới hạn lạch Cái Viêng , Lạch Huyện Vịnh Bắc Đây khu vực nuôi trồng thuỷ sản xen lẫn rừng ngập mặn Cao độ tự nhiên phần lớn từ (+0.2 ) đến(+ 0.5) Tổng diện tích tự nhiên 1088.5 Khu E: Tồn diện tích giới hạn lạch Cái Viềng, vùng núi Vịnh Bắc phía Tây Địa hình bãi thấp có cao độ < 0.5 Rừng ngập mặn, núi độc lập xen kẹp bãi Diện tích tự nhiên 1365 bao gồm rừng ngập mặn đầm nuôi quảng canh phân tán ,rải rác ,giáp với vùng núi đá vơi Cao độ trung bình toàn đảo tương đối thấp so với mực nước triều cường mực nước dâng bão Điều bất lợi việc phòng chống lụt bão đảo Khi có cố đê điều, mức độ ngập lụt thiệt hại đảo lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống người kinh tế xã hội đảo Vì nhìn chung nước tràn vào tồn đảo có diện tích bị ngập gần hết Toàn đảo bảo vệ 20,52km đê biển Nếu gặp bão lớn triều cường công tác phịng chống bão lụt gặp nhiều khó khăn đê điều có cố diện ngập lụt đảo lớn ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống kinh tế, xã hội nhân dân đảo Toàn đảo bảo vệ 20,52km đê biển Nếu gặp bão lớn triều cường công tác phịng chống bão lụt gặp nhiều khó khăn đê điều có cố diện ngập lụt đảo lớn ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống kinh tế, xã hội nhân dân đảo 1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn Số liệu khí tượng, thủy văn lấy từ trạm khí tượng thủy văn đảo Hịn Dấu, với độ dài số liệu quan trắc từ năm 1983-2004 Chất lượng số liệu đảm bảo, sử dụng tin cậy 1.2.1 Điều kiện khí tượng Khu vực đảo nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Trong năm có hai mùa rõ rệt: Mùa hè nóng ẩm, mùa đơng lạnh khơ - Mùa đơng: Chịu ảnh hưởng gió mùa Đơng bắc nhìn chung khơng ảnh hưởng lớn đến chế độ thuỷ thạch động lực học vùng bờ biển Cát Hải có đảo Cát Bà che chắn - Mùa hè: Có nắng nóng, nhiệt độ cao, nớc biển chứa muối, gió ảnh h- ưởng gió Đơng Nam, Nam gió bão tác động mạnh đến Cơng trình bảo vệ bờ đảo 1.2.1.1 Nhiệt độ Phân thành hai mùa mưa rõ rệt - Nhiệt độ trung bình nhiều năm 230 C - Mùa nóng, từ tháng V đến tháng IX 27.20C 19.90C - Mùa lạnh, nhiệt độ trung bình - Nhiệt độ tối cao tuyệt đối 41.50C - Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối 3.70C Bảng 1: Nhiệt độ trung bình tháng năm Tháng T( c) 16,7 16,9 19 22.7 26 27 28.2 10 11 28 26.8 24,5 21 12 năm 18,1 23 1.2.1.2 Độ ẩm Độ ẩm tương đối thay đổi qua tháng năm Độ ẩm tương đối phụ thuộc bốc bề mặt bình lưu ẩm Nhìn chung độ ẩm nhỏ khơng thấp 75% độ ẩm tương đối cao nhât 90% Các tháng mùa đông (từ tháng 10 đến tháng 1) thời tiết khô hanh Từ tháng 3, đến tháng thời tiết ẩm ướt nguồn ẩm tăng lên mưa phùn mưa rào Bảng 2: Độ ẩm tương đối trung bình theo tháng Tháng Độ ẩm trung bình 83 % 88 91 90 87 87 87 89 10 11 86 80 79 12 TBnăm 80 85.6 1.2.1.3 Bốc Lượng bốc thay đổi qua tháng năm, phụ thuộc vào nhiệt độ, địa hình bề mặt, hồn lưu gió Lượng bốc trung bình năm 61,6 mm Bảng 3: Lượng bốc trung bình tháng Tháng Z(mm) 52,9 39,5 32,1 40,8 61,0 71,1 71,1 61,1 70,6 10 11 12 Năm 87,7 83,5 67,9 739,4 1.2.1.4 Số nắng Bảng 4: Số nắng tháng Tháng Số 84 nắng 41 40 49 192 169 203 182 181 10 11 12 Cả năm 193 151 119 1.2.1.5 Gió Căn vào tài liệu quan trắc đo đạc trạm khí tượng thuỷ văn Hịn Dấu từ năm 1984 => 1993 có chế độ : * Chế độ gió: Chế độ gió khu vực mang đặc tính theo mùa rõ nét, phù hợp với đặc điểm hoạt động hồn lưu khí Về mùa đông chịu chi phối hệ thống gió mùa đơng bắc với hướng thịnh hành Bắc; Đông Bắc Đông Trong mùa hè chịu ảnh hưởng hệ thống gió mùa Tây Nam, vào gần bờ bị biến tính có hướng thịnh hành Nam Đông Nam Trong thời gian chuyển tiếp gió có hướng tranh chấp hai mùa gió thịnh hành nói Bảng 5: Tần suất hướng gió tháng mùa đơng trung bình nhiều năm Hướng/Tháng XI XII I II Lặng Bắc Đơng Đơng gió Bắc Đông Nam Nam Tây Nam Tây Tây Bắc 21.1 15.5 20.7 18.6 14.7 14.7 16.5 22 3.5 4.6 4.2 5.8 1.8 2.8 2.4 1.5 0.1 0.8 0.4 0.9 1.8 2.3 3.4 13 12 12 9.9 34.5 35.2 32.3 28.1 9.6 10.6 9.9 9.8 Bảng 6: Tần suất hướng gió chuyển tiếp nhiều năm Tháng/Hướng II III IV V Đông bắc 17.1 12.3 10.2 Đông 47 56.3 50.1 27.2 Đông Nam 8.3 12 20.1 25.2 Nam 12.1 5.2 29.3 ... PGS.TS Vũ Minh Cát, thầy cô giáo khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy lợi, em hồn thành đồ án tốt nghiệp mình, với đề tài: ? ?Thiết kế đập phá sóng bảo vệ bờ biển Cát Hải, Hải Phòng? ?? Do thời... 3.4.4 Tính tốn sóng thiết kế 77 3.3.5 Các thông số địa chất dùng cho thiết kế 87 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐẬP PHÁ SÓNG XA BỜ 89 4.1 Thiết kế mặt cắt ngang đập phá sóng .89... toán điều kiện biên thiết kế - Từ kết mơ hình, dựa tiêu chuẩn thiết kế cơng trình biển, tiến hành tính tốn thiết kế cơng trình đập phá sóng xa bờ (Breakwater) cho khu vực đảo Cát Hải Sau thời gian