CHƯƠNG IV.ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY TRONG THIẾT KẾ TỐI ƯU HỆ THỐNG PHềNG CHỐNG LŨ HUYỆN GIAO THỦY – NAM ĐỊNH
4.1.1. Cơ chế chảy tràn đỉnh đê
Chảy tràn đỉnh đê xảy ra khi mực nước biển có kể đến ảnh hưởng của sóng leo Zmax cao hơn cao trình đỉnh đê Zc. Hàm tin cậy trong trường hợp này như sau:
Z= Zc - Zmax (4-1)
Cơ chế này xảy ra khi Z<0, do đó xác suất xảy ra hiện tượng sóng tràn/chảy tràn đỉnh đê là P(Z<0)
Cao trình đỉnh đê Zc:
Giả thiết cao trình đỉnh đê tuân theo luật phân phối chuẩn. Trị trung bình lấy theo giá trị của đê biển Giao Thủy là +5.5 m; Độ lệch chuẩn là 0.1m, là sai số trong quá trình thi công.
Mực nước biển lớn nhất Zmax:
Zmax =(MNTH + MS. rise) + Rsl,p
- MNTH: Mực nước biển tổng hợp, thành phần của nó bao gồm mực nước triều cao, mực nước dâng do gió bão. Có thể xác định MNTH theo cách sau:
+ Sử dụng số liệu thực đo mực nước cực đại tại trạm Ba Lạt vào thời gian từ năm 1999-2001 . Sử dụng phần mềm BESTFIT tìm hàm phân phối xác suất phù hợp nhất và các tham số thống kê của chuỗi số liệu mực trên. Từ kết quả phân tích có thể xác định được độ lệch của MNTH là σ=0.43. Xem kết quả trên hình 4.1 dưới đây.
+ Theo Tiêu chuẩn Kỹ thuật thiết kế đê biển thì có thể lấy MHWL=2.86m ứng với tần suất thiết kế P=1/50 năm ().
Vậy thành phần MNTH được lựa chọn là tuân theo phân phối chuẩn N(2.86;0.43)
Comparison of Input Distribution and Normal(2.74,0.43)
1.0 2.0
I nput
Nor mal
Hình 4. 1: Phân phối MNTH dựa trên số liệu thực đo đạc theo BESTFIT Các biến ngẫu nhiên cơ bản khác có liên quan cũng có thể xác định tương tự theo phương pháp trên. Bao gồm:
- MS. Rise: Mực nước dâng cao do hiệu ứng nhà kính.
- Rsl.p: Nước dâng do sóng leo
(Tính toán Chiều cao sóng và chiều cao sóng leo – Xem Phụ lục 1 ) Bảng 4. 1: Danh sách biến ngẫu nhiên theo cơ chế sóng tràn đỉnh đê:
hiệu Ký Mô tả biến ngẫu nhiên Đơn vị Luật phân
phối
Đặc trưng thống kê Kỳ vọng Độ lệch
Zc Cao trình đỉnh đê hiện tại m Nor 5.5 0.1
MNTH Mực nước tổng hợp m Nor 2.86 0.43
S.L rise Dâng nước do hiệu ứng
nhà kính m Nor 0.1 0.05
Hs Chiều cao sóng trước chân
công trình m logNor
-
1.8 (Phụ Lục 1)
0.3 (σ=0.15 μ) Rsl,p Chiều cao leo mái đê m Nom- 2.02
(Phụ Lục 1) 0.3 (σ=15% μ) Hàm tin cậy trở thành:
Z= Zc - Zmax = Zc – (MNTH + S.L rise + Rsl,p) (4-2) Hàm tin cậy 4.1 và 4.2 ở trên có dạng tuyến tính với các biến ngẫu nhiên cơ bản phân bố chuẩn vì vậy có thể giải bằng các phương trình 2.7, 2.8, 2.9 nêu tại mục 2.2.3, phần a, trường hợp (1). Tuy nhiên, ở đây tác giả sử dụng phần mềm VAP với phương pháp form và thuật giải Monte – Carlo để tính toán. Kết quả xác định được xác suất xảy ra sự cố và hệ số ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế sóng tràn/chảy tràn, thể hiện trên Bảng 4.2, 4.3 và Hình 4.2 dưới đây:
Bảng 4. 2: Xác suất xảy ra sự cố sóng tràn/ chảy tràn
Thông số Đơn vị Đê hiện tại Đê thiết kế theo Tiêu chuẩn 2012
Cao trình đỉnh đê m 5.5 6.3
Xác suất hư hỏng - 0.192 0.0188
chỉ số tin cậy - 0.107 0.502
(Cao trình đỉnh đê xác định theo Tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012 – Phụ lục 1)
Bảng 4. 3: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế chảy tràn
TT Thông số, Biến ngẫu nhiên Kí hiệu
Đê hiện tại
Đê thiết kế theo Tiêu chuẩn
2012 Hệ số ảnh
hưởng Hệ số ảnh hưởng αi αi2
(%) αi αi2
(%)
1 Cao trình đỉnh đê Zc 0.167 2.79 -0.298 8.88
2 Mực nước tổng hợp MNTH 0.719 51.7 0.298 8.88
3 Nước dâng do hiệu ứng nhà kính S.L rise 0.084 0.71 0.149 2.22 4 Chiều cao sóng leo mái đê Rsl,p 0.669 44.76 0.894 79.92
Hiện tại:
Theo TC 2012:
Hình 4. 2: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên cơ chế chảy tràn
Qua phân tích ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến xác suất xảy ra sự cố chảy tràn có thể thấy thành phần Mực nước biển trung bình trong kỳ triều cao – MHWL có ảnh hưởng nhiều nhất đến hiện tượng chảy tràn/sóng tràn (gần 57%).
Mặt khác các thông số mô hình khác cũng ảnh hưởng một lượng đáng kể đến kết quả tính toán. Điều này chỉ ra rằng với mức cao trình đỉnh đê như hiện tại thì sự cố chảy tràn đê là rất dễ xảy ra bởi thực tế cao trình đỉnh trên toàn tuyến đê biển Giao Thủy hiện tại không đạt đến mức +5.5m là khá nhiều.