BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Vũ Mạnh Tiến NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG BẰNG GIANG TỈNH CAO BẰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Vũ Mạnh Tiến NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG BẰNG GIANG TỈNH CAO BẰNG Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ Mã số: 60- 58- 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Ngô Trí Viềng Hà Nội – 2013 31TMỤC LỤC 31TMỞ ĐẦU31T 1 31T1.31T 31TTính cấp thiết của Đề tài31T 1 31T2.31T 31TMục đích của nghiên cứu31T 3 31T3.31T 31TĐối tượng và phạm vi nghiên cứu31T 3 31T4.31T 31TCách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu31T 4 31T5.31T 31TKết quả dự kiến đạt được31T 4 31T6.31T 31TBố cục của luận văn31T 4 31TCHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 5 31T1.1.31T 31TTình hình ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới31T 5 31T1.1.1.31T 31TTình hình ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới31T 5 31T1.1.2.31T 31TPhân loại công trình bảo vệ bờ sông31T 8 31T1.2.31T 31TTình hình ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam31T 16 31T1.2.1.31T 31TCác loại công trình bảo vệ bờ truyền thống31T 16 31T1.2.2.31T 31TNhững tiến bộ khoa học mới đạt được trong nghiên cứu bảo vệ bờ sông31T 18 31TCHƯƠNG II31T:31T ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ THỰC TRẠNG XÓI LỞ BỜ SÔNG BẰNG GIANG 22 31T2.1.31T 31TĐặc điểm tự nhiên31T 22 31T2.1.1.31T 31TVị trí địa lý31T 22 31T2.1.2.31T 31TĐặc điểm lưu vực31T 23 31T2.1.3.31T 31TĐặc điểm địa hình địa mạo31T 23 31T2.1.4.31T 31TĐiều kiện khí tượng thủy văn31T 23 31T2.1.5.31T 31TĐiều kiện địa chất công trình31T 23 31T2.1.6.31T 31TĐặc điểm địa chất thủy văn31T 26 31T2.2.31T 31THiện trạng xói lở bờ sông Bằng Giang31T 27 31T2.3.31T 31THiện trạng về lòng dẫn và xói lở bờ trong khu vực nghiên cứu31T 32 31T2.4.31T 31THiện trạng tuyến kè nghiên cứu31T 33 31T2.5.31T 31TDiễn biến lòng dẫn của sông Bằng Giang trong những năm gần đây31T34 31T2.6.31T 31TĐánh giá thực trạng về xói lở bờ sông Bằng Giang31T 35 31TCHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN GÂY XÓI LỞ VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG BẰNG GIANG 36 31T3.1.31T 31TNguyên nhân gây xói lở bờ sông Bằng Giang31T 36 31T3.1.1.31T 31TKhái quát chung nguyên nhân xói lở bờ sông31T 36 31T3.1.2.31T 31TNguyên nhân gây xói lở bờ sông Bằng Giang31T 37 31T3.2.31T 31TCác dạng mất ổn định của đê sông:31T 47 31T3.3.31T 31TCác giải pháp bảo vệ bờ đã được xây dựng trên sông Bằng Giang31T 50 31T3.3.131T 31TLoại công trình đơn giản31T 51 31T3.1.2.31T 31TLoại công trình bán kiên cố31T 51 31T3.1.3.31T 31TLoại công trình kiên cố31T 51 31T3.4.31T 31TNghiên cứu đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ trên sông Bằng Giang31T 52 31T3.4.1.31T 31TVề vật liệu xây dựng31T 52 31T3.4.2.31T 31TVề kết cấu công trình31T 53 31T3.4.3.31T 31TĐề xuất các giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng Giang31T 53 31T3.5.31T 31TỨng dụng kết quả nghiên cứu để đề xuất giải pháp thiết kế kè sông Bằng Giang đoạn chảy qua thành phố Cao Bằng (từ Ko đến T100 dài 2447,15m) 31T 58 31T3.5.1.31T 31TVị tri tuyến kè31T 58 31T3.5.2.31T 31TĐiều kiện địa hình31T 58 31T3.5.3.31T 31TĐiều kiện địa chất công trình31T 59 31T3.5.4.31T 31TĐiều kiện cung cấp vật liệu xây dựng31T 61 31T3.5.5.31T 31TCấp công trình và quy mô xây dựng31T 62 31T3.5.6.31T 31TCác chỉ tiêu tính toán:31T 62 31T3.5.7.31T 31TCác thông số kỹ thuật chính31T 62 31T3.5.8.31T 31TCác giải pháp kết cấu công trình31T 63 31T3.5.9.31T 31TTính toán ổn định tổng thể kè31T 71 31T3.5.10. Tính toán kinh phí đầu tư xây dựng31T 80 31T3.5.11. Lựa chọn giải pháp kết cấu31T 81 31TKẾT LUẬN31T 83 31TI.31T 31TNhững kết quả đạt được của luận văn31T 83 31TII.31T 31THạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo31T 85 31T1.31T 31TNhững hạn chế của luận văn31T 85 31T2.31T 31THướng nghiên cứu tiếp theo31T 85 31TIII. Kiến nghị 85 31TLỜI CẢM ƠN 31TQua 06 tháng tiến hành làm luận văn, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô Khoa sau Đại học, các thày cô Khoa Công trình Trường Đại học Thủy lợi và của các bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực của bản thân cũng như sự tạo điều kiện của cơ quan nơi công tác, luận văn thạc sỹ ‘’ 31TNghiên cứu nguyên nhân gây mất ổn định và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng’’ đã được hoàn thành. 31TTác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của GS. TS. Ngô Trí Viềng để tác giả hoàn thành được luận văn. Xin chân thành cảm ơn: - Các thầy cô 31TKhoa sau Đại học, Khoa Công trình Trường Đại học Thủy lợi đã giảng dạy, giúp đỡ rất nhiệt tình trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. 31T- Phòng đào tạo, Thư viện trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành khóa học cũng như hoàn thành luận văn. 31T- Ban quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng – Sở Nông nghiệp và PTNT Cao Bằng, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. 31T- Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. 31T- Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện về thời gian cũng như về chuyên môn để tác giả có thể hoàn thành luận văn. 31T Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2013 Vũ Mạnh Tiến MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài: Nằm cách thủ đô Hà Nội 286 km về phía Bắc, thành phố Cao Bằng là trung tâm kinh tế, chính trị và văn hoá của tỉnh Cao Bằng. Thành phố Cao Bằng được ví như một ốc đảo được bao bọc xung quanh là sông và núi. Từ đài tưởng niệm các anh hùng liệt sỹ có thể ngắm toàn cảnh thị xã Cao Bằng. Lưu vực thoát nước về mùa mưa của toàn bộ thành phố chủ yếu ở hai con sông Bằng Giang và sông Hiến. Sông Bằng (còn gọi là sông Bằng Giang) bắt nguồn từ tỉnh Quảng Tây - Trung Quốc chảy theo hướng Tây bắc - Đông nam vào Cao Bằng tại cửa khẩu Sóc Giang, xã Sóc Hà, huyện Hà Quảng. Từ xã Sóc Giang, sông chảy theo hướng Đông nam qua các huyện Hà Quảng, Hòa An, Thành phố Cao Bằng và huyện Phục Hòa. Đoạn sông chảy qua Cao Bằng được kết thúc tại cửa khẩu Tà Lùng, xã Mỹ Hưng, huyện Phục Hoà (phía Đông nam Cao Bằng) trước khi đổ vào tỉnh Quảng Tây, Trung Quốc. Sông Bằng có tổng chiều dài khoảng 108 km, trên đất Việt Nam sông Bằng có chiều dài khoảng 90 km, độ cao bình quân lưu vực là 482m. Diện tích tự nhiên toàn lưu vực tính đến cửa khẩu Tà Lùng là 4.740km P 2 P, trong đó thuộc địa phận Việt Nam là 4.264km P 2 P, thuộc địa phận Trung Quốc 476kmP 2 P. Độ cao bình quân lưu vực là 482m, chiều rộng trung bình lưu vực là 44,5 km. Lòng sông Bằng Giang có chiều rộng từ 60 đến 100m với tổng lượng dòng chảy 3,73 tỷ m P 3 P/năm sông Bằng đã và đang mang lại nguồn lợi rất lớn đối với tỉnh Cao Bằng, cụ thể: - Là nguồn cung cấp nước sinh hoạt, công, nông nghiệp; - Là tuyến tiêu thoát lũ chủ yếu; - Là tuyến giao thông vận tải thủy quan trọng; - Là nguồn cung cấp vật liệu xây dựng như cát, sỏi, đá; Trang 1 - Là nguồn cung cấp nguồn thủy sản phong phú; - Góp phần cải thiện, điều hòa môi trường, sinh thái; - Dọc theo chiều dài sông còn có các công trình kiến trúc, giao thông, cầu phà, bến cảng và các công trình thủy lợi quan trọng khác. Những nguồn lợi trên cho thấy vai trò quan trọng của sông Bằng Giang đối với quá trình phát triển kinh tế, xã hội của tỉnh Cao Bằng nói riêng cũng như của các tỉnh thành có sông chảy qua nói chung. Tuy nhiên, bên cạnh những nguồn lợi mang lại thì những năm gần đây, do diễn biến thời tiết biến đổi thất thường, diễn biến dòng chảy trên sông Bằng có sự biến đổi rất khó lường. Bên cạnh đó việc xuất hiện ngày càng nhiều các công trình trên sông để phục vụ cơ sở hạ tầng và giao thông cũng ảnh hưởng rất lớn tới việc thoát lũ và chế độ thủy lực của lòng dẫn. Sông Bằng Giang đoạn chảy qua Thành phố Cao Bằng với chiều dài khoảng 6,0km, có độ dốc tự nhiên lớn, lưu tốc dòng chảy lớn, lưu lượng và mực nước thay đổi tương đối nhanh, dưới lòng sông có nhiều cát, cuội sỏi, lòng dẫn kém ổn định, chỗ bị bồi, chỗ bị xói và đặc biệt là vấn đề xói lở bờ. Ngoài ra nhân dân hai bên bờ sông cũng tự ý xây dựng nhiều các công trình lấn chiếm hoặc có chỗ bị san gạt làm ruộng canh tác, các tác động của con người ảnh hưởng xấu tới việc tiêu thoát lũ và chế độ thủy lực dòng chảy của sông. Thực tại, ở ven hai bên bờ sông Bằng Giang đã và đang bị xói lở mạnh, hiện tại bờ sông bị sạt lở và lõm sâu vào trong bờ (nhiều chỗ bị lõm sâu khoảng 15 đến 20m vào phía bờ). Sạt lở bờ sông đe dọa nghiêm trọng đến sự an toàn của các ngôi nhà của những hộ dân sinh sống dọc hai bên bờ sông Bằng Giang và các cơ sở hạ tầng nằm ven hai bên sông. Hiện trạng diễn biến xói lở bờ còn đang diễn ra rất phức tạp do chế độ thủy lực lòng dẫn thay đổi với những tác động của tự nhiên và con người. Ngoài ra xói lở bờ cũng do Trang 2 điều kiện địa chất biến đổi phức tạp ở suốt dọc chiều dài sông Bằng, phía trên là lớp đất phủ có nguồn gốc chủ yếu là đất trầm tích và một phần là đất san lấp, thành phần chủ yếu của lớp này là là sét, sét pha, cát pha, cát lẫn nhiều dăm sạn, gạch đá không đồng nhất. Vào mùa mưa lưu lượng lớn cùng với độ dốc đáy sông cũng lớn, nên các lớp cát, sỏi, cuội ở chân bờ sông dễ bị nước cuốn trôi và gây ra hiện tượng sạt lở bờ nghiêm trọng. Trong tương lai, cùng với sự phát triển chung của tỉnh sẽ xuất hiện ngày càng nhiều các khu công nghiệp, các công trình giao thông, hạ tầng cơ sở trong tỉnh cũng như ở dọc hai bên bờ sông Bằng Giang sẽ dẫn đến việc gây biến đổi lòng dẫn sông Bằng Giang ngày càng phức tạp và mãnh liệt hơn. Chính vì vậy, để khai thác tổng hợp nguồn nước có hiệu quả, bền vững và nhằm giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an toàn, ổn định đời sống của nhân dân Thành phố Cao Bằng nói riêng, nhân dân trong tỉnh nói chung thì việc ‘’Nghiên cứu nguyên nhân gây mất ổn định và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng’’ là rất cấp thiết hiện nay. 2. Mục đích của nghiên cứu: Đánh giá nguyên nhân mất ổn định và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Các phương án công trình bảo vệ bờ sông Bằng Giang tương ứng với từng đoạn sông. - Phạm vi nghiên cứu: Trong khuôn khổ thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài tập trung nghiên cứu các giải pháp ổn định mái và bờ sông Bằng Giang đoạn chảy qua Thành phố Cao Bằng tỉnh Cao Bằng (từ Ko đến T100 dài 2447,15m). Trang 3 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng hợp, thu thập tài liệu thực tế, đánh giá và phân tích cụ thể hiện trạng. - Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và mô hình toán để tìm lời giải chính xác. + Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp tính toán ổn định, thấm, thuỷ lực trong và ngoài nước. Lựa chọn một phương pháp tính toán phù hợp với điều kiện Việt Nam. + Mô hình toán để giải bài toán ổn định kè, tìm ra nguyên nhân và đưa ra giải pháp bảo vệ bờ. 5. Kết quả dự kiến đạt được: - Tìm ra được nguyên nhân gây sạt lở bờ, và nguyên nhân phá hoại các công trình bảo vệ trên hệ thống sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng. - Tổng hợp, đánh giá kiến nghị các giải pháp công trình, so sánh ưu nhược điểm của các giải pháp từ đó kiến nghị giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng khu vực Thành phố Cao Bằng tỉnh Cao Bằng hiệu quả, an toàn và kinh tế. 6. Bố cục của luận văn: Phần mở đầu Chương I: Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới và ở Việt Nam. Chương II: Xác định các nguyên nhân gây mất ổn định các công trình bảo vệ bờ trên hệ thống sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng. Chương III: Đề xuất biện pháp bảo vệ bờ Tả sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng đoạn chảy qua Thành phố Cao Bằng từ Ko đến T100 dài 2447,15m. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. Trang 4 [...]... nứa, cây thân gỗ; - Công trình bảo vệ bờ bằng bê tông cốt thép; - Công trình bảo vệ bờ bằng các vật liệu có tính dẻo; - Công trình bảo vệ bờ bằng kim loại 1.2.2 Những tiến bộ khoa học mới đạt được trong nghiên cứu bảo vệ bờ sông Những năm gần đây cùng với nền kinh tế phát triển yêu cầu bảo vệ bờ ngày càng cao Ngoài những phương pháp bảo vệ bờ truyền thống chúng ta đã nghiên cứu áp dụng những tiến bộ khoa... công trình bảo vệ bờ Việc bảo vệ bờ sông tại các khu vực thành thị và các thành phố, các đê chính bảo vệ cho vùng kinh tế quan trọng đã bảo vệ ở mức cứng hoá các bờ sông bằng đá hoa cương, bê tông, gạch đá xây, thảm bê tông FS, bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực Các khu vực nông thôn, xa khu dân cư, các đê có cấp độ thấp thì mức độ bảo vệ thấp hơn, việc bảo vệ theo nguyên tắc giữ vững ổn định của toàn...CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tình hình ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới 1.1.1 Tình hình ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới Sạt lở bờ sông đã và đang là vấn đề bức xúc, là kẻ thù của loài người từ trước đến nay Như chúng ta đều biết nước có vai trò vô cùng lớn đối... GIS vào nghiên cứu dự báo biến hình ngang lòng dẫn Các công trình bảo vệ bờ ngày càng hiện đại và đạt chất lượng tốt, kỹ mỹ thuật ngày càng được chú trọng Chất lượng, kỹ thuật và nhu cầu bảo vệ bờ sông gắn liền với trình độ phát triển về kinh tế và khoa học kỹ thuật Ở các nước càng phát triển nhu cầu bảo vệ bờ sông càng nhiều và với mức độ càng cao Thể hiện rất rõ trong việc lựa chọn vật liệu và hình... thành 3 hệ thống sông lớn: Hệ thống sông Hồng và sông Thái bình ở Bắc bộ, hệ thống các sông ở miền Trung và hệ thống sông Cửu long, Đồng Nai ở Nam bộ Cũng giống như các nước trên thế giới vấn đề chỉnh trị và bảo vệ bờ sông đã được ông cha ta nghiên cứu, ứng dụng từ hàng ngàn năm qua Tuy nhiên trước đây do trình độ khoa học kỹ thuật, kinh tế còn nhiều khó khăn thì các công trình bảo vệ bờ sông, suối ở nước... yêu cầu đề ra mà tiêu biểu là công nghệ thi công đổ bê tông dưới nước Trang 21 CHƯƠNG II ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ THỰC TRẠNG XÓI LỞ BỜ SÔNG BẰNG GIANG 2.1 Đặc điểm tự nhiên 2.1.1 Vị trí địa lý: Sông Bằng Giang hay còn gọi là sông Bằng bắt nguồn từ tỉnh Quảng Tây, Trung Quốc chảy theo hướng Tây bắc - Đông nam vào Cao Bằng tại cửa khẩu Sóc Giang, xã Sóc Hà, huyện Hà Quảng Hình 2.1: Một góc sông Bằng Giang. .. nguồn vào mùa mưa lũ hay khi gặp những cơn mưa mùa hè có cường độ lớn thì nước sông Bằng lên rất nhanh và chảy xiết Nước mặt của sông Bằng Giang phụ thuộc chủ yếu vào lượng mưa và lượng nước từ các chi lưu đổ về Mực nước sông thường dâng cao vào mùa mưa và hạ thấp vào mùa khô Nước dưới đất phụ thuộc vào mức độ dao động của nước sông, khi nước sông thấp thì đới bão hoà trong đất giảm, tính ổn định của... 0,91 km/km2 P P Lòng sông Bằng Giang có chiều rộng từ 60 đến 100m, lòng có nhiều vực sâu, ghềnh đá, vách cao Hệ số uốn khúc là 1,29 Sông Bằng Giang có 24 chi lưu trong đó có 3 chi lưu lớn là sông Sê Bao, sông Hiếu và sông Bắc Vọng Tổng lượng dòng chảy năm của sông Bằng là 3,73 tỷ m3/năm ứng với P P môdun dòng chảy 26 l/s/ha 2.1.3 Đặc điểm địa hình địa mạo: Địa hình hai bờ sông Bằng Giang có mức độ phân... xói phủ lên mặt bờ, mái và lòng sông, có tác dụng gia cố bờ và đáy sông để chống sự tác động của sóng và dòng chảy gây lở bờ và mái sông - Đập mỏ hàn: là loại công trình có hướng vuông góc với dòng chảy, một đầu gối vào bờ, một đầu nhô ra phía sông nhưng không chắn hết chiều rộng dòng sông Nhiệm vụ của mỏ hàn là hướng dòng chủ lưu của dòng chảy ra xa bờ, xói sâu phần lòng sông phía ngoài gây bồi lắng... góc sông Bằng Giang đoạn chảy qua thành phố Cao Bằng T 5 1 Từ xã Sóc Giang, sông chảy theo hướng Đông nam qua các huyện Hà Quảng, Hòa An, thành phố Cao Bằng và huyện Phục Hòa Đoạn sông chảy qua Cao Bằng được kết thúc tại cửa khẩu Tà Lùng, xã Mỹ Hưng, huyện Phục Hoà (ở phía Đông nam tỉnh Cao Bằng) trước khi đổ vào tỉnh Quảng Tây, Trung Quốc Hệ thống sông Bằng nằm trong phạm vi toạ độ địa lý: + Từ 22021’ . nhân dân Thành phố Cao Bằng nói riêng, nhân dân trong tỉnh nói chung thì việc ‘ Nghiên cứu nguyên nhân gây mất ổn định và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng ’ là rất cấp. Mục đích của nghiên cứu: Đánh giá nguyên nhân mất ổn định và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Các phương. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Vũ Mạnh Tiến NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG BẰNG GIANG TỈNH CAO BẰNG