BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRNG I HC THU LI Tô Thị Mai Hiên Nghiên cứu ảnh hưởng bãI kết cấu thân đê biển tỉnh hảI phòng - tháI bình - nam định Chuyờn ngnh: Xõy dng cụng trỡnh thu Mã số: 60.58.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Vũ Thanh Te Hà Nội – 2012 Lời cảm ơn Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Xây dựng Cơng trình thuỷ với đề tài ”Nghiên cứu ảnh hưởng bãi kết cấu thân đê biển tỉnh Hải Phòng – Thái Bình – Nam Định” hồn thành với giúp đỡ nhiệt tình, hiệu Ban giám hiệu; Phòng đào tạo Đại học sau Đại học, Khoa Cơng trình, Trung tâm Khoa học triển khai kỹ thuật thuỷ lợi – trường Đại học Thuỷ lợi, thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quan đơn vị cá nhân truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu công bố tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn Đặc biệt tơi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Vũ Thanh Te trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả q trình thực luận văn Tơi có kết hơm nhờ bảo ân cần thầy cô giáo, động viên cổ vũ quan, gia đình, bạn bè đồng nghiệp năm qua Với thời gian trình độ hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy cô giáo, quý vị quan tâm, bạn bè đồng nghiệp Học viên Tô Thị Mai Hiên LỜI CAM ĐOAN Tên Tô Thị Mai Hiên, tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học Học viên Tô Thị Mai Hiên MỤC LỤC MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích đề tài III Đối tượng phạm vi nghiên cứu IV Nội dung nghiên cứu V Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG, XUỐNG CẤP CỦA ĐÊ BIỂN CÁC TỈNH HẢI PHỊNG – THÁI BÌNH – NAM ĐỊNH 1.1 Đặc điểm Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu đê biển Hải Phòng – Thái Bình – Nam Định 1.1.1 Vùng biển Hải Phòng 1.1.1.1.Dòng chảy sơng ngòi .5 1.1.1.2.Chế độ thuỷ triều .6 1.1.1.3.Nước dâng 1.1.2 Vùng biển Thái Bình 1.1.2.1.Dòng chảy sơng ngòi .8 1.1.2.2 Chế độ thuỷ triều 1.1.3 Vùng biển Nam Định 1.1.3.1 Dòng chảy sơng ngòi 1.1.3.2.Chế độ thuỷ triều 10 1.1.3.3 Nước dâng .11 1.1.3.4 Chế độ sóng 13 1.2 Tổng quan tuyến đê biển Hải Phòng – Thái Bình – Nam Định 15 1.2.1 Tuyến đê biển Hải Phòng 15 1.2.2 Tuyến đê biển Thái Bình 16 1.2.3.Tuyến đê biển Nam Định .17 1.3 Những hư hỏng, xuống cấp đê biển 19 1.3.1 Trượt mái đê phía đồng 19 1.3.2 Trượt mái đê phía biển 19 1.3.3 Hư hỏng kết cấu bảo vệ mái, đỉnh đê xói thân đê 20 1.3.4 Hư hỏng chân đê kè 21 1.3.5 Hư hỏng cơng trình đê 21 1.3.6 Một số hình ảnh cố hư hỏng đê biển 22 1.4 Đánh giá nguyên nhân hư hỏng, xuống cấp đê biển tỉnh 24 1.4.1 Nguyên nhân hư hỏng lũ sông .24 1.4.2 Nguyên nhân từ phía biển 24 1.4.3 Nguyên nhân thiết kế 24 1.4.4 Nguyên nhân thi cơng, vận hành, bảo dưỡng quản lý cơng trình 24 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BÃI ĐẾN CÁC YẾU TỐ ĐỘNG LỰC TÁC ĐỘNG LÊN THÂN ĐÊ 26 2.1 Cơ sở thiết kế đê biển 26 2.2 Mặt cắt ngang kết cấu đê biển 26 2.2.1 Hình dạng mặt cắt ngang 26 2.2.1.1.Đê biển mái nghiêng 26 2.2.1.2.Đê biển kiểu tường đứng .27 2.2.1.3 Đê biển kiểu kết hợp .28 2.2.2 Kết cấu đê biển 30 2.2.2.1 Chiều rộng đỉnh đê 30 2.2.2.2 Kết cấu đỉnh đê .30 2.2.2.3 Mái đê 31 2.2.2.4 Thân đê 31 2.2.2.5 Bãi đê phía biển 31 2.2.3 Xác định cao trình đỉnh đê 31 2.3 Ảnh hưởng sóng tới cao trình đỉnh đê 36 2.3.1 Nguyên nhân sinh sóng phân loại sóng .36 2.3.2 Nguyên nhân sinh sóng 37 2.3.3 Các đặc trưng sóng dùng thiết kế .37 2.4 Sóng leo nhân tố ảnh hưởng tới sóng leo 39 2.4.1 Sóng leo 39 2.4.2 Ảnh hưởng bãi (chiều dài bãi, cao độ bãi) đến chiều cao sóng trước đê 39 2.4.2.1 Tính tốn chiều cao sóng trước chân đê cho vùng biển Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định từ sóng vùng nước sâu truyền vào 42 2.4.2.2 Các kết nghiên cứu cao trình bãi .44 2.4.3 Ảnh hưởng lớp phủ thực vật đến chiều cao sóng trước đê 57 2.4.3.1 Ảnh hưởng rừng ngập mặn 57 2.4.3.2.Một số nghiên cứu ảnh hưởng rừng ngập mặn tới sóng chân cơng trình 59 2.4 Kết luận 66 2.4.1.Ảnh hưởng chiều cao bãi đến chiều cao sóng trước đê 66 2.4.2 Ảnh hưởng chiều dài bãi đến chiều cao sóng trước đê 67 2.4.3 Ảnh hưởng rừng ngập mặn đến chiều cao sóng trước đê .67 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ XÁC ĐỊNH KẾT CẤU THÂN ĐÊ BIỂN 68 3.1 Tính tốn ảnh hưởng rừng ngập mặn – khu vực Tiền Hải đến kết cấu thân đê 68 3.1.1 Giới thiệu rừng ngập mặn khu vực Tiền Hải .68 3.1.2 Nghiên cứu sử dụng phần mềm Cress Wind tính tốn .69 3.1.2.1.Giới thiệu chung phần mềm Cress Wind 69 3.1.2.2.Cấu trúc Cress Wind .70 3.1.2.3.Tính tốn sóng chân cơng trình phần mềm Cress Wind 71 3.1.3 Tính tốn sóng chân cơng trình bãi có rừng ngập mặn 75 3.1.4.Tính tốn sóng chân cơng trình bãi khơng có rừng ngập mặn 78 3.2 Xác định sóng chân cơng trình cao trình bãi khác – Lấy đoạn đê biển Hải Hậu – Nam Định để tính tốn 81 3.2.1 Điều kiện địa hình 81 3.2.2 Thành phần mực nước thiết kế 81 3.2.3 Tính tốn tham số sóng thiết kế 83 3.2.3.1 Tính tốn thơng số sóng nước sâu 83 3.2.3.2 Tính truyền sóng từ vùng nước sâu vào vùng nước nông 84 3.3 Thiết kế mặt cắt ngang đê điển hình 85 3.3.1 Bề rộng đỉnh đê 86 3.3.2 Hệ số mái đê 86 3.3.3 Cao trình đỉnh đê cho phương án 87 3.4 Kết luận 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 Những kết đạt luận văn 101 Những tồn luận văn 101 Kết luận 102 Kiến nghị 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 105 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Tần suất mực nước triều - trạm Hòn Dấu 11 Hình 1.2: Hoa sóng tháng năm vùng biển Hải Hậu .15 Hình 1.3: Sạt mái đê phía đồng 19 Hình 1.4: Mái kè bị biến dạng hư hỏng áp lực sóng .20 Hình 1.5: Mái kè bị bóc cấu kiện mái khoét đất đá thân đê .21 Hình 1.6: Xói lở mái - hậu lượng sóng tràn đỉnh mức cho phép Đê gần bị vỡ sau bão Durian (2005) 22 Hình 1.7: Kè biển thị trấn Thịnh Long bị phá hỏng hoàn toàn bão tháng năm 2005 22 Hình 1.8: Mặt đê biển bị phá hoại sóng tràn qua mặt đê .22 Hình 1.9: Sóng tràn lên đường phố Đồ Sơn 22 Hình 1.10: Nước tràn qua mặt đê Cát Hải .22 Hình 1.11: Đê Táo Khoai (Hải Hậu) bị vỡ nước tràn 22 Hình 1.12: Sóng leo lớn gây nước tràn qua mặt đê gây xói mặt đê mái đê phía sau 23 Hình 1.13: Sóng leo nước dâng gây trượt mái đê phía biển .23 Hình 1.14: Dòng ven sóng gây xói mái đê kè phía biển chân kè 23 Hình 1.15: Sóng tràn qua đỉnh đê khơng có tường chắn sóng 23 Hình 1.16: Sóng tràn qua đỉnh đê có tường chắn sóng .23 Hình 1.17: Sóng tràn sạt mái đê phía đồng 23 Hình 2.1: Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng 27 Hình 2.2: Mặt cắt đê biển kiểu tường đứng 28 Hình 2.3: Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp nghiêng, đứng 29 Hình 2.4: Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp đứng, nghiêng 29 Hình 2.5: Sơ đồ khối xây dựng đường tần suất mực nước tổng hợp 33 Hình 2.6: Hàm phân phối xác suất (a) nước dâng bão, (b) mực nước thuỷ triều điểm (108°10', 21°30') 33 Hình 2.7: Các đặc trưng sóng 37 Hình 2.8: Sóng leo: R u chiều cao sóng leo, B chiều rộng đê .39 Hình 2.9: Độ sâu mực nước trước cơng trình (ảnh hưởng bãi trước đê) 40 Hình 2.10: Sơ đồ bố trí mơ hình thí nghiệm sóng tràn máng sóng 46 Hình 2.11: Bố trí mơ hình thí nghiệm sóng tràn máng sóng 46 Hình 2.12: Ảnh hưởng chiều sâu bãi đến chiều cao sóng ngang bãi (Từ xuống: điều kiện sóng với chiều cao bãi FLH = 0.25m, 0.30m, 0.35m Từ trái qua phải: chiều cao sóng chân đê, bãi, trước bãi) 47 Hình 2.13: Quan hệ chiều sâu nước chiều cao sóng trước bãi .48 Hình 2.14: Quan hệ chiều sâu nước chiều cao sóng chân đê 48 Hình 2.15: Tương quan chiều sâu bãi gia thăng lượng tràn qua đê .49 Hình 2.16: Quan hệ gia thăng độ sâu bãi chiều cao đê (∆R c /R c1 ∼ η) .51 Hình 2.17: Bố trí tổng thể thí nghiệm 52 Hình 2.18: Mơ hình đê sử dụng cho thí nghiệm .53 Hình 2.19: Ảnh hưởng chiều sâu nước tĩnh tới suy giảm chiều cao sóng 56 Hình 2.20: Hư hỏng nghiêm trọng đê biển sau bão tuyến đê khơng có rừng ngập mặn bảo vệ 58 Hình 2.21: Dải rừng bần chua năm tuổi trồng trước chân đê biển 1, thành phố Hải Phòng 58 Hình 2.22: Dải rừng trang 8÷9 năm tuổi xen lẫn bần chua trước chân đê biển 2, thị xã Đồ Sơn (dự án Chữ thập đỏ Nhật Bản tài trợ) 58 Hình 2.23: Vai trò chủ đạo thân, cành tán việc tiêu tán ượng sóng mực nước cao .58 Hình 2.24: Ảnh hưởng rừng ngập mặn tới chiều cao sóng leo 58 Hình 2.25: Rừng bần chua 7÷8 năm tuổi đê biển 1, Hải Phòng 58 Hình 2.26 Ảnh hưởng rừng ngập mặn đến chiều cao sóng chân cơng trình 60 Hình 2.27 Sóng truyền qua dải sú vẹt rộng 100m 63 Hình 3.1 Hiện trạng rừng ngập mặn khu vực Tiền Hải – Thái Bình .69 Hình 3.2 Chiều cao sóng nước sâu (Modun 221) 71 Hình 3.3 Hiện tượng khúc xạ sóng 74 Hình 3.4 Chiều cao sóng trước rừng ngập mặn (Modun 2332) 76 Hình 3.5 Đường tần suất mực nước tổng hợp điểm MC12 .79 (106°37', 20°21') Nam Thịnh, Tiền Hải, Thái Bình 79 Hình 3.6 Chiều cao sóng trước chân cơng trình khơng rừng ngập mặn (Modun 2332) 80 Hình 3.7 Bình đồ tuyến đê Hải Hoà-Hải hậu- Nam Định 81 Hình 3.8 Đường tần suất mực nước tổng hợp điểm MC15 (106°15', 20°04') Hải Hoà, Hải Hậu, Nam Định 82 Hình 3.9 Chiều cao sóng nước sâu (Modun 221) 83 Hình 3.10 Các dạng mặt cắt ngang điển hình 85 Hình 3.11 Phần mềm CressWin 241 .87 Hình 3.12 : Tổng hợp kết tính chiều cao sóng leo cho phương án 90 Hình 3.13: Cấu kiện âm dương vùng bờ biển Hải Hậu – Nam Định 93 Hình 3.14 Mặt cắt ngang đê tương ứng với phương án 94 Hình 3.15 Mơ hình đê mái nghiêng 96 Hình 3.16 Mơ hình tiêu nước đỉnh đê 98 Hình 3.16a Tường chắn sóng phía biển kết hợp kênh thu tiêu nước mặt đê .98 Hình 3.16b Tường chắn sóng phía biển kết hợp tường phía đồng tạo thành kênh thu tiêu nước mặt đê 98 Hình 3.16c Tường chắn sóng phía đồng hắt tức thời phần sóng trở lại biển phần thu vào kênh tiêu sau bão 98 PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TỐN SĨNG LEO CHO CÁC PHƯƠNG ÁN PHƯƠNG ÁN a) Hệ số nhám mái γ = 0,95 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 b) Hệ số nhám mái γ = 0,90 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 c) Hệ số nhám mái γ = 0,85 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 PHƯƠNG ÁN a) Hệ số nhám mái γ = 0,95 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 b) Hệ số nhám mái γ = 0,90 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 c) Hệ số nhám mái γ = 0,85 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 PHƯƠNG ÁN a) Hệ số nhám mái γ = 0,95 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 b) Hệ số nhám mái γ = 0,90 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 c) Hệ số nhám mái γ = 0,85 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 PHƯƠNG ÁN a) Hệ số nhám mái γ = 0,95 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 b) Hệ số nhám mái γ = 0,90 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 c) Hệ số nhám mái γ = 0,85 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 PHƯƠNG ÁN a) Hệ số nhám mái γ = 0,95 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 b) Hệ số nhám mái γ = 0,90 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 c) Hệ số nhám mái γ = 0,85 f Mặt cắt 01 Mặt cắt 02 Mặt cắt 03 Mặt cắt 04 Mặt cắt 05 ... tài nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng bãi kết cấu thân đê biển tỉnh Hải Phòng – Thái Bình – Nam Định II Mục đích đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng bãi kết cấu thân đê biển III Đối tượng phạm vi nghiên. .. XUỐNG CẤP CỦA ĐÊ BIỂN CÁC TỈNH HẢI PHỊNG – THÁI BÌNH – NAM ĐỊNH 1.1 Đặc điểm Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu đê biển Hải Phòng – Thái Bình – Nam Định 1.1.1 Vùng biển Hải Phòng. .. HƯ HỎNG, XUỐNG CẤP CỦA ĐÊ BIỂN CÁC TỈNH HẢI PHỊNG – THÁI BÌNH – NAM ĐỊNH 1.1 Đặc điểm Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu đê biển Hải Phòng – Thái Bình – Nam Định Các yếu tố hải văn bao gồm thuỷ