IV. Kế hoạch phát triển ngành và tiểu ngành
TÍNH TOÁN ĐIỀU KIỆN BIấN THIẾT KẾ
Để thiết kế đê cần có các dữ liệu đầu vào hay còn gọi là các điều kiện biên. Điều kiện biên thiết kế bao gồm: điều kiện hình thái bờ biển(quy luật bồi xúi…); điều kiện dân sinh kinh tế; điều kiện biên thuỷ lực (Mực nước thiết kế, Thủy triều thiên văn cực trị, Nước dõng, Súng thiết kế). Trong đó điều kiện hình thái và điều kiện dân sinh kinh tế đã được trình bày trong chương 2. Vì vậy, nội dung chính của chương 4 là tính toán các điều kiện biên thủy lực.
4.1 Xác định mực nước thiết kế ( MNTK )
Hình 4.1 - Mực nước thiết kế công trình
4.1.1 Xác định mực nước trung bình( MNTB ) và biên độ triều cực trị (Atr.max)
Công thức xác định biên độ triều cực trị : Atr.max = Ztr.max – MNTB
MNTB - là mực nước trung bình nhiều năm
Bảng 4.1 - Mực nước trung bình, Mực nước triều cực đại, cực tiểu, và cực trị thiên văn t ại trạm Lạch Thới (19006; 105040 )
Tên trạm
MNTB (cm)
Cực trị theo chu kì 19 năm Cực trị thiên văn
Ngày tháng năm Max (cm) Ngày,thỏng, năm Min (cm) Mực nước max (cm) Mực nước min (cm) Lạch Trường (19053, 105056) 184 23/12/1987 341 15/06/1987 -9 343,76 -10,50 Lạch Thới (19006N, 105040E) 150 01/01/1987 267 14/06/1987 15/06/1987 17 17 271,99 12,67 Cửa Hội (18046, 105045) 171 25/11/1987 324 15/06/1987 -20 323,61 -11,41
Từ bảng 4.1 :→ MNTB = 1 → MNTB = 1,50 ( m ) (Theo cao độ hải đồ ) Quy về cao độ lục địa : MNTB = 1,50 – 1,91 = - (0,41) ( m )
Và Z Ztr.max = + 2,67 ( m ) → Atr.max = +(2,67) – 1,50 = 1,17 ( m )
4.1.2 Tính toán chiều cao nước dâng do bão
Theo 14TCN130-2002 (trang 92) Quỳnh Dị nằm ở khu vực có số liệu nước dâng do bão:
Bảng 4.2 - Chiều cao nước dâng theo tần suất %
Vĩ tuyến Đoạn bờ
Chiều cao nước dõng(m)
0,5 1.0 1,5 2,0 2,5 >2,5
200N-190N Cửa Đáy –Cửa Vạn 35 38 17 8 3 0
Dựa vào số liệu quan trắc nước dâng thành lập đuờng quan hệ giữa chiều cao nước dâng Hnd và tần suất xuất hiện P%. Từ đó vẽ đường quan hệ P%~Hnd theo phân bố Pearson III
Bảng 4.3 - Bảng phân bố tần suất nước dâng
TT Hnd Số lần suất hiện Khoảng cộng dồn (n)
1 2.5 3 3
2 2 8 11
3 1.5 17 28
4 1 38 66
Hình 4.2 - Đường quan hệ P%~Hnd
Ứng với công trình cấp IV tần suất nước dâng P = 5% → Hnd = 2,3 (m) Từ hình vẽ trên xác định được MNTK theo cao độ lục địa như sau: MNTK = MNTB0 lục địa + Atr.max + Hnd
→ MNTK = -0,41 + 1,17 + 2,3 = + 3,06 ( m ) Chọn MNTK = + 3,06 ( m )
Tính toán sóng thiết kế
Súng có vai trò quyết định đối với quá trình vận chuyển bùn cát và biến đổi địa hình đáy trong đới ven bờ và gần các công trình. Sóng biển có thể trực tiếp tác động lên bùn cát ở đáy biển, tạo nên sự vận chuyển bùn cát dưới dạng vật chất đáy, hoặc là khuấy động bùn cát, tạo điều kiện cho các dòng chảy ven bờ và chính bản thõn dũng súng vận chuyển bùn cát dưới dạng vật chất lơ lửng. Sự mất cân bằng của cán cân bùn cát tại một khu vực bờ biển nào đó có thể gây ra hiện tượng xói mòn hay bồi lấp tại bãi biển hay luồng tàu. Khi một công trình nào đó được xây dựng trong vùng nước ven bờ, sự tương tác giữa sóng và công trình sẽ tạo nên những biến đổi về trường sóng và tương ứng là cán cân bùn cát trong khu vực có công trình. Những biến đổi này có thể là những biến đổi có lợi, thí dụ giúp cho việc ngăn chặn sự xói lở bãi biển hay bồi lấp luồng tầu. Tuy nhiên, những xói lở này cũng có thể là những xói lở có hại, thí dụ tạo nên hay tăng cường sự xói lở bãi
biển hay sự bồi lấp luồng tàu. Đồng thời, sóng phản xạ từ các công trình cùng với dòng chảy do sóng tạo ra gần các công trình gây ra xói cục bộ tại chõn cỏc công trình. Quá trình xói này cùng với lực tác động của súng lờn cỏc công trình có thể gây ra sự đổ vỡ, hư hỏng của công trình.
4.2 Tính toán chiều cao sóng nước sâu theo hàm phân bố Weibull
Biến thiên sóng dài hạn được xác định bằng các quy luật thống kê rút ra từ tập hợp các phổ năng lượng hoặc tập hợp các đặc trưng thống kê HP% nhiều năm. Phân bố của HP% qua nhiều năm thường tuân theo luật phân bố Weibull. Khái niệm tần suất đảm bảo P% trên chuỗi số liệu đo nhiều năm của HP% thường được chuyển sang khái niệm về chu kỳ lặp lại Tr của sóng tính toán. Có thể quy đổi Tr = 1/P%, ví dụ với chu kỳ lặp lại 50 năm ứng với tần suất vượt hàng năm là P = 2%, nhưng công thức này chỉ đúng với chuỗi số liệu đo nhiều năm(ớt nhấtlà 20 năm). Như vậy sóng tính toán phải được xác định ứng với một tần suất vượt P% theo quy định và ứng với một chu kỳ lặp lại Tr. Về chu kỳ lặp lại Tr (hay P%), cần phải quy định cụ thể cho từng loại và cấp công trình như đối với đại lượng gió hay mực nước tính toán.
Để xác định chiều cao sóng cực trị ứng với tần suất P% cho vùng biển Quỳnh Dị ta dùng số liệu quan trắc sóng trong 20 năm (1960-1969),(1993-2002) tại đảo Bạch Long Vỹ, số liệu gồm 21743 lần quan trắc. Phân bố xác suất của Hp% được xác định theo phân bố Weibull. Hàm xác suất Weibull có dạng: