Tài liệu Nghiên cứu chế độ thủy động lực và thiết kế công trình bảo vệ khu vực cảng formosa – hà tĩnh

Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với sự phấn đấu nỗ lực của bản thân và được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS.Nguyễn Thị Thế Nguyên và Thạc sĩ Nguyễn Quang Đức Anh, 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: “Nghiên cứu chế độ thủy động lực và thiết kế công trình bảo vệ khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh”. Do thời gian làm đồ án có hạn cũng như trình độ và kinh nghiê m thực tế của ê bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình làm đồ án. Em kính mong được sự chỉ bảo, góp ý kiến của các thầy cô giáo giúp cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn, từ đó rút ra được kinh nghiê êm cho bản thân mình, để sau khi ra trường công tác được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nô ôi, ngày 08 tháng 01 năm 2016 Sinh viên Đỗ Thị Tuyết SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển MỤC LỤC MỤC LỤC...................................................................................................................................................... 9 PHẦẦN MỞ ĐẦẦU........................................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU.................................................................3 1.1. Vị trí địa lý và điếồu kiện tự nhiến khu vực cảng Fomosa - Hà Tĩnh ......................3 1.1.1. Vị trí địa lý khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh......................................................3 1.1.2. Điếồu kiện địa hình, địa mạo......................................................................................3 1.1.3. Điếồu kiện vếồ địa chấốt....................................................................................................4 1.1.4. Điếồu kiện vếồ khí tượng................................................................................................5 1.1.5. Điếồu kiện thủỹ, hải văn...............................................................................................9 1.1.6. Nhận xét chung............................................................................................................15 1.2. Đặc điểm vếồ dấn sinh và kinh tếố - xã hội huỹện Kỳ Anh – Hà Tĩnh. ....................15 1.2.1. Điếồu kiện vếồ dấn sinh.................................................................................................15 1.2.2. Điếồu kiện vếồ kinh tếố - xã hội....................................................................................16 1.3. Hiện trạng khu vực xấỹ dựng cảng nước sấu Vũng Áng – S ơn D ương. ...........17 1.3.1. Hiện trạng giao thồng...............................................................................................17 1.3.2. Hiện trạng khai thác.................................................................................................18 CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN THIÊẾT KÊẾ MẶT BẰẦNG KHU V ỰC C ẢNG FORMOSA – HÀ TĨNH........................................................................................................................... 19 2.1. Các cơ sở và căn cứ thiếốt kếố mặt băồng đế chăốn sóng................................................19 2.2. Các phương án thiếốt kếố đế chăốn sóng cảng Formosa – Hà Tĩnh ...........................21 SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển 2.3. Lựa chọn phương án mặt băồng thiếốt kếố đế chăốn sóng cho cảng Formosa – Hà Tĩnh theo điếồu kiện hạn chếố dòng chảỹ và bồồi lăống trong cảng......................................22 2.4. Hiệu chỉnh và kiểm định........................................................................................................ 35 2.5. Lựa chọn phương án mặt băồng đế chăốn sóng cho cảng Formosa –Hà Tĩnh theo điếồu kiện lặng sóng trong bể cảng..................................................................................38 2.5.1. Giới thiệu chung vếồ module Mike 21 FM SW – Module mồ ph ỏng sóng .....38 2.5.2. Thiếốt lập mồ hình lan truỹếồn sóng cho khu v ực c ảng Formosa – Hà Tĩnh 39 2.5.3. Kếốt quả mồ phỏng lan truỹếồn sóng.......................................................................43 2.6. So sánh giữa các phương án và lựa chọn phương án mặt băồng thích h ợp . .56 2.6.1. So sánh kếốt quả mồ phỏng trường sóng gió mùa.............................................56 2.6.2 So sánh kếốt quả trong điếồu kiện sóng cực tr ị......................................................57 CHƯƠNG 3 : THIÊẾT KÊẾ MẶT CẰẾT NGANG ĐÊ CHẰẾN SÓNG B ẢO V Ệ C ẢNG FORMOSA THEO PHƯƠNG ÁN KÊẾT CẦẾU THÙNG CHÌM..............................................................................59 3.1. Các điếồu kiện biến thiếốt kếố..................................................................................................... 59 3.1.1. Tấồn suấốt thiếốt kếố..........................................................................................................59 3.1.2. Mực nước cao thiếốt kếố...............................................................................................59 3.1.3. Sóng cực trị nước sấu................................................................................................60 3.1.4. Sóng thiếốt kếố tại chấn cồng trình...........................................................................60 3.2. Giải pháp kếốt cấốu cồng trình............................................................................................... 61 3.2.1. Kếốt cấốu đế mái nghiếng.............................................................................................62 3.2.2 Dạng kếốt cấốu đế tường đứng (Dạng thùng chìm) .............................................62 3.2.3. Dạng kếốt cấốu thùng chìm có kếốt cấốu tiếu năng..................................................63 3.3. Thiếốt kếố cao trình đỉnh thùng chìm....................................................................................65 SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển 3.3.1. Xác định cao trình đỉnh thùng chìm theo tiếu chu ẩn OCDI Nh ật B ản – 2002............................................................................................................................................65 3.3.2. Kiểm tra cao trình đỉnh theo tiếu chuẩn an toàn sóng tràn ..........................66 3.3.3. Kiểm tra cao trình đỉnh thùng chìm theo tiếu chu ẩn sóng truỹếồn qua đế .67 3.4. Thiếốt kếố chiếồu rộng thùng chìm...........................................................................................69 3.4.1. Tính toán áp lực sóng lến thùng chìm :................................................................69 3.4.2. Xác định chiếồu rộng B thùng chìm theo điếồu ki ện ổn đ ịnh tr ượt ph ẳng: .71 3.4.3. Kiểm tra chiếồu rộng B của thùng chìm theo điếồu ki ện ổn đ ịnh l ật: ..........71 3.5. Cấốu tạo thùng chìm................................................................................................................... 72 3.6. Thiếốt kếố lớp đệm đá dưới chấn cồng trình.....................................................................73 3.7. Thiếốt kếố chấn khaỹ bảo vệ lớp đá đệm............................................................................76 3.8. Thiếốt kếố viến đá lớp đá đệm.................................................................................................. 78 3.9. Kếốt luận.......................................................................................................................................... 78 KÊẾT LUẬN.................................................................................................................................................. 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................... 80 SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển Danh mục hình Hình 1.1 Vị trí địa lí khu vực nghiến cứu.......................................................................................3 Hình 1.2 Biếốn trình nhiệt độ trung bình tháng năm 2007 t ại tr ạm Kỳ Anh – Hà Tĩnh .......................................................................................................................................................................... 6 Hình 1.3 Biếốn trình độ ẩm tương đồối trung bình năm 2007 t ại Kỳ Anh .........................6 Hình 1.4 Biểu đồồ tồốc độ gió trung bình tại tr ạm Kỳ Anh, năm 2007. ................................7 Hình 1.5 Biếốn trình lượng bồốc hơi trung bình năm 2007 t ại Kỳ Anh, Hà Tĩnh. ............7 Hình 1.6 Biếốn trình lượng mưa trung bình năm t ại tr ạm Kỳ Anh. ...................................8 Hình 2.1: Giao diện mồ hình Mike 21............................................................................................22 Hình 2.2 : Địa hình khu vực tính toán...........................................................................................25 Hình 2.3: Lưới tính toán mồ hình...................................................................................................26 Hình 2.4: Các biến của miếồn tính toán..........................................................................................27 Hình 2.5 Vị trí các điểm trích xuấốt.................................................................................................30 Hình 2.6 Chu kỳ triếồu từ 06/06/2010 – 18/06/2010............................................................31 Hình 2.7 Hướng dòng chảỹ trong mùa đồng (gió mùa Đồng Băốc) .................................31 Hình 2.8 Hướng dòng chảỹ trong mùa hè (gió mùa Đồng Nam) .....................................31 Hình 2.9 Vận tồốc dòng chảỹ trong mùa đồng (gió mùa Đồng Băốc) .................................32 Hình 2.10 Vận tồốc dòng chảỹ trong mùa hè (gió mùa Đồng Nam) ..................................32 Hình 2.11 Hoa dòng chảỹ trong mùa đồng tại điểm trích xuấốt T1 ..................................32 Hình 2.12 Hoa dòng chảỹ trong mùa hè tại đi ểm trích xuấốt T1 .......................................32 Hình 2.13 Hướng dòng chảỹ mùa đồng khi có cồng trình (gió mùa Đồng Băốc) ........33 Hình 2.14 Hướng dòng chảỹ mùa hè khi có cồng trình (gió mùa Đồng Nam) ...........33 Hình 2.15 Vận tồốc dòng chảỹ khi có cồng trình mùa đồng (gió mùa Đồng Băốc) .......33 Hình 2.16 Vận tồốc dòng chảỹ khi có cồng trình mùa hè (gió mùa Đồng Nam) ..........33 Hình 2.17. Hướng dòng chảỹ trong mùa đồng(gió mùa Đồng Băốc) ...............................34 Hình 2.18. Hướng dòng chảỹ trong mùa hè (gió mùa Đồng Nam) ................................34 Hình 2.19. Vận tồốc dòng chảỹ trong mùa đồng (gió mùa đồng băốc) ..............................34 Hình 2.20. Vận tồốc dòng chảỹ trong mùa hè (gió mùa đồng nam) ..................................34 Hình 2.21. Hoa dòng chảỹ khi có cồng trình t ại khu v ực nghiến c ứu ............................35 Hình 2.22 . Vị trí điểm kiểm tra...................................................................................................... 37 Hình 2.23. Kếốt quả hiệu chỉnh tại vị trí T3 (từ ngàỹ 06/06/2010 – 18/06/2010) . .37 SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển Hình 2.24 Vị trí các điểm trích xuấốt chiếồu cao sóng ven b ờ................................................44 Hình 2.25 Trường sóng phương án hiện trạng – sóng Đồng Băốc ...................................44 Hình 2.26 Trường sóng phương án hiện trạng – sóng Đồng Nam ................................44 Hình 2.27. Vị trí các điểm trích xuấốt.............................................................................................46 Hình 2.28 Trường sóng phương án 1 – sóng Đồng Băốc.......................................................46 ........................................................................................................................................................................ 46 Hình 2.29 Trường sóng phương án 1- sóng Đồng Nam.......................................................46 Hình 2.30 Trường sóng phương án 1 – sóng Đồng Băốc.......................................................48 Hình 2.31 Trường sóng phương án 1 – sóng Đồng Nam.....................................................48 Hình 2.32 Vị trí các điểm trích xuấốt chiếồu cao sóng ven b ờ................................................49 Hình 2.33. Kếốt quả mồ phỏng theo trường sóng với góc sóng 45 đ ộ.............................50 Hình 2.34. Kếốt quả mồ phỏng với trường sóng có góc sóng t ới là 135 đ ộ..................50 Hình 2.35. Kếốt quả mồ phỏng với trường sóng có góc sóng t ới là 90 đ ộ.....................51 Hình 2.36. Kếốt quả mồ phỏng theo trường sóng có góc sóng t ới là 45 đ ộ..................52 Hình 2.37. Kếốt quả mồ phỏng theo trường sóng có góc sóng t ới là 135 đ ộ................52 Hình 2.38. Kếốt quả mồ phỏng theo trường sóng có góc sóng t ới là 90 đ ộ..................53 Hình 2.39. Kếốt quả mồ phỏng trường sóng v ới góc sóng t ới 45 đ ộ ph ương án m ặt băồng 2......................................................................................................................................................... 54 Hình 2.40. Kếốt quả mồ phỏng trường sóng với góc sóng t ới 135 đ ộ ph ương án m ặt băồng 2......................................................................................................................................................... 55 Hình 2.41. Kếốt quả mồ phỏng trường sóng v ới góc sóng t ới 90 đ ộ ph ương án m ặt băồng 2......................................................................................................................................................... 55 Hình 3.1. Đường tấồn suấốt mực nước tổng hợp.......................................................................59 Hình 3.3. Kếốt cấốu đế mái nghiếng....................................................................................................62 Hình 3.4. Kếốt cấốu dạng thùng chìm................................................................................................62 Hình 3.5. Kếốt cấốu thùng chìm có kếốt cấốu tiếu năng..................................................................63 Hình 3.6 - Các áp lực tác dụng lến thùng chìm.........................................................................69 Hình 3.7 : Xác định chỉ sồố thiếốt kếố ổn định nhỏ nhấốt..............................................................74 Hình 3.8 Đồồ thị xác định kích thước viến đá chấn khaỹ......................................................77 SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển Danh mục bảng Bảng 1.1 : Độ ẩm tương đồối trung bình tháng những năm gấồn đấỹ t ại Kỳ Anh ........6 Bảng 1.2 : Lượng mưa trung bình tháng từ 1997 -2005 t ại tr ạm Kỳ Anh – Hà Tĩnh .......................................................................................................................................................................... 8 Bảng 1.3 : Đặc trưng mực nước nước biển tại trạm Hòn Ngư năm 2007 ...............10 Bảng 1.4 : Đặc trưng mực nước tại Vũng Áng - S ơn Dương (theo h ệ h ải đồồ) .......11 Bảng 1.6 : Đặc trưng nhiệt độ, độ mặn nước biển vùng nghiến c ứu .........................14 Bảng 2.1- Yếu cấồu vếồ độ lặng sóng trong bể cảng theo quỹ ph ạm Nh ật B ản ............20 Bảng 2.2- Yếu cấồu vếồ độ lặng sóng trong bể cảng theo quỹ ph ạm Trung Quồốc ........20 Bảng 2.3: Các thồng sồố của mồ hình th ủỹ đ ộng l ực thiếốt l ập cho khu v ực c ảng Formosa – Hà Tĩnh................................................................................................................................ 28 Bảng 2.4 Vận tồốc dòng chảỹ tại các vị trí trích xuấốt ( đ ơn v ị : m/s) ...............................35 Bảng 2.5. Các thồng sồố thồng lưu mồ phỏng lan truỹếồn sóng ...........................................40 Bảng 2.6- Các đại lượng khồng thứ nguỹến của sóng n ước sấu ....................................42 Bảng 2.7 - Các thồng sồố sóng vùng nước sấu...........................................................................42 Bảng 2.8. Kếốt quả chiếồu cao sóng tại các điểm trích xuấốt ph ương án hi ện tr ạng . .45 Bảng 2.9 Kếốt quả chiếồu cao sóng tại các điểm trích xuấốt ph ương án m ặt băồng 1 ..47 Bảng 2.10 Kếốt quả chiếồu cao sóng tại các điểm trích xuấốt ph ương án m ặt băồng 2 48 Bảng 2.11 Kếốt quả chiếồu cao sóng tại các điểm trích xuấốt ph ương án hi ện tr ạng 51 Bảng 2.13 Kếốt quả chiếồu cao sóng tại các điểm trích xuấốt ph ương án m ặt băồng 2 56 Bảng 2.14 - So sánh kếốt quả tính toán sóng theo các ph ương án –sóng Đồng Nam 56 Bảng 2.15- So sánh kếốt quả tính toán sóng theo các ph ương án –sóng Đồng Băốc . .57 Bảng 2.16 Kếốt quả so sánh chiếồu cao sóng theo các kịch bản mồ ph ỏng .....................58 Bảng 3.1 : Kếốt quả chiếồu cao sóng thiếốt kếố tại chấn cồng trình theo các h ướng sóng ........................................................................................................................................................................ 61 Bảng 3.2 : Chiếồu cao sóng thiếốt kếố và cao trình đáỹ tại các đo ạn đế ..............................61 Bảng 3.3. Phấn tích lựa chon phương án kếốt cấốu đế chăốn sóng c ảng n ước sấu Formosa - Hà Tĩnh................................................................................................................................. 64 Bảng 3.4 - Tổng hợp cao trình đỉnh và chiếồu cao thùng chìm – đo ạn đấồu đế ............66 Bảng 3.5 - Xác định chiếồu cao thùng chìm dọc theo tuỹếốn đế ............................................66 Bảng 3.6 - Xác định lưu lượng sóng tràn qua đế d ạng thùng chìm theo Franco 1999 ........................................................................................................................................................................ 67 SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển Bảng 3.7 - Xác định chiếồu cao sóng truỹếồn qua các đo ạn đế chăốn sóng ........................68 Bảng 3.8 Kếốt quả tính toán chiếồu rộng thùng chìm cho các đo ạn đế .............................69 Bảng 3.9 - Kếốt quả tính toán áp lực sóng lến thùng chìm đế chăốn sóng .......................70 Bảng 3.8 - Kếốt quả tính toán kiểm tra ổn định trượt thùng chìm đo ạn đấồu đế .......71 Bảng 3.11 Kếốt quả tính toán kích thước lớp đệm đá dưới chấn thùng chìm ............75 Bảng 3.12 Kếốt quả tính toán kích thước khồối tetrapod b ảo v ệ đấồu đế.........................76 Bảng 3.13 : Tổng hợp các chỉ sồố thiếốt kếố.....................................................................................78 SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 1 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển PHẦẦN MỞ ĐẦẦU 1.Đặt vấấn đềề Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3000km kéo dài từ Bắc tới Nam. Không chỉ thế, vùng biển và ven biển Việt Nam nằm án ngữ trên con đường hàng hải và hàng không huyết mạch thông thương giữa Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương, giữa châu Âu, Trung Cận Đông với Trung Quốc, Nhật Bản và các nước trong khu vực. Đó chính là tiềm năng to lớn cho ngành giao thông hàng hải Việt Nam. Hơn nữa, dọc bờ biển Việt Nam xác định nhiều khu vực xây dựng cảng, trong đó có một số nơi có thể xây dựng cảng biển nước sâu, phục vụ cho việc vận chuyển, giao thương với các nước trên thế giới, góp phần thúc đẩy và phát triển kinh tế nước ta. Trong đó, trọng điểm là xây dựng khu kinh tế Vũng Áng với động lực phát triển là cụm cảng biển nước sâu Vũng Áng – Sơn Dương Formosa. Khu kinh tế Vũng Áng nằm ở phía Nam tỉnh Hà Tĩnh. Đây là khu vực có vị trí thuận lợi cho giao lưu quốc tế và trong nước như : nằm trên hành lang của các tuyến hàng hải quốc tế, là cửa ngõ đi ra biển của Lào và Thái Lan thông qua QL12A, đồng thời có QL1A và xã lộ Bắc - Nam đi qua. Đây là khu vực có quỹ đất lớn, sản xuất nông nghiệp có hiệu quả thấp, phù hợp cho xây dựng các công trình công nghiệp, đô thị và cảng biển. Trong những năm qua, khu vực Vũng Áng đã nhận được sự quan tâm chỉ đạo của các cấp chính quyền, bước đầu đã có những bước đi nhằm phát huy các tiềm năng và lợi thế của khu vực này, góp phần thực hiện chiến lược phát triển kinh tế vùng ven biển Việt Nam. Với mục tiêu phát triển cảng Sơn Dương thành mọt cảng nước sâu lớn trong khu vực và trên thế giới, góp phần đưa tỉnh Hà Tĩnh trở thành trung tâm công nghiệp và kinh tế mạnh của Việt Nam trong 15 – 20 năm tới thì việc triển khai dự án có tầm quan trọng và ý nghĩa đặc biệt không chỉ đối với quá trình phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Hà Tĩnh nói riêng, mà còn đối với khu vực Miền Trung và Việt Nam nói chung. Tổng thể khu vực Cảng Sơn Dương có tổng diện tích đất và mặt nước khoảng 2.200ha, trong đó giai đoạn 1-1 sử dụng khoảng 410 ha diện tích đất và mặt nước với hơn 30 bến tàu, có khả năng tiếp nhận tàu 230 vạn tấn và công suất lưu chuyển hàng hóa tiềm năng trong giai đoạn 1-1 là 27-30 triệu tấn/năm. Theo kết quả nghiên cứu thiết kế sơ bộ cho thấy : - Tính che chắn gió, sóng biển của Cảng Sơn Dương trong mùa hạ là tương đối tốt. SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 2 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển - Tính che chắn gió, sóng biển của Cảng Sơn Dương trong mùa đông là tương đối kém. - Tính che chắn gió, sóng biển của Cảng Sơn Dương khi có bão là tương đối tốt. Chính vì vậy, để đảm bảo cảng hoạt động bình thường và phát huy hết tiềm năng khai thác, chúng ta cần phải xây dựng hệ thống đê chắn sóng bảo vệ cảng. Trên cơ sở đó, dưới sự phân công và hướng dẫn của các thầy cô giáo trong khoa Kĩ thuật biển, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài : “ Nghiên cứu chế độ thủy động lực và tính toán thiết kế công trình bảo vệ cảng Formosa – Hà Tĩnh”. Từ đó có thể chọn được giải pháp công trình tối ưu nhất mang tính ổn định và lâu dài. 2. Mục tiều của đồề án - Đánh giá điếồu kiện tự nhiến, phấn tích ảnh hưởng của điếồu ki ện đ ịa chấốt khu vực bờ biển, đặc tính sóng, dòng ven và các ỹếốu tồố khác tác đ ộng đếốn cồng trình. - Nghiên cứu chế độ thủy động lực của khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh. - Đánh giá điều kiện tự nhiên, phân tích ảnh hưởng của điều kiện địa chất khu vực bờ biển, đặc tính sóng, dòng ven và các yếu tố khác tác động đến công trình. - Tính toán thiết kế công trình đê chắn sóng bảo vệ khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh. 3. Phạm vi nghiền cứu Đồ án nghiên cứu chế độ thủy động lực khu vực cảng Formosa Hà Tĩnh, từ đó đưa ra phương án thiết kế công trình bảo vệ cảng tối ưu nhất. 4. Phương pháp thực hiện - Thống kê, tham khảo từ các tài liệu liên quan đến vùng nghiên cứu, từ đó có các số liệu để tính toán. - Sử dụng mô hình chuyên ngành : MIKE 21 - Sử dụng các công cụ hỗ trợ : Word, Excel… 5. Nội dung đồề án Đồ án gồm 3 chương : - Chương 1 : Tổng quan về khu vực nghiên cứu. - Chương 2 : Nghiên cứu phương án thiết kế mặt bằng khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh. - Chương 3 : Thiết kế đê chắn sóng bảo vệ khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh. SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 3 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên khu vực cảng Fomosa - Hà Tĩnh 1.1.1. Vị trí địa lý khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh Khu vực nghiên cứu thuộc địa phận xã Kỳ Lợi và Kỳ Thịnh, huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh có toạ độ địa lý là 106 o25’ kinh độ Đông và 18o80’ vĩ độ Bắc. Phía Nam giáp tỉnh Quảng Bình, phía Tây giáp xã Kỳ Trình, phía Bắc và phía Đông giáp biển Đông. Vị trí xây dựng nghiên cứu cách thành phố Hà Tĩnh khoảng 70km về phía Nam, cách Hòn La 30km về phía Bắc, cách QL1A là 8km. Hình 1.1 Vị trí địa lí khu vực nghiên cứu 1.1.2. Điều kiện địa hình, địa mạo Địa bàn huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh thuộc loại địa hình đồi núi, ở phía Tây có Động Chúa (545m), phía Nam là dãy Hoành Sơn( có đỉnh cao 1.044m; đồng bằng ven biển hẹp, có sông Rào Trò chảy qua. Bờ biển dài 63km, có Cửa Khẩu, Mũi Ròn (230m), ngoài khơi có Hòn Sơn Dương, Hòn Chim. Khu vực nghiên cứu là tiểu vùng dạng châu thổ lấp đầy không điển hình, phát triển trên nền sụt hạ tương đối xen hạ yếu kiến tạo hiện đại. Đoạn bờ có hướng Bắc – Nam, quá trình địa mạo hiện đại thống trị là tích tụ - xói lở, bờ giàu bồi tích cát và sóng biển là ưu thế động lực ngoại sinh. Đoạn bờ bị chia cắt bởi một số núi mác ma thuộc đới Hoành Sơn đâm ngang ra biển. Vịnh Vũng Áng – Sơn Dương được tạo thành từ sườn ác mũi nhô của các dãy núi này. Về hình thái, Vũng Áng – Sơn Dương là một vịnh hở, có cửa thông trực tiếp ra biển về huớng Bắc. Địa hình khu vực Vũng SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 4 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển Áng – Sơn Dương có độ tương phản cao : có núi thấp và đồi xen kẽ đồng bằng hẹp ven biển, cồn đụn, bãi triều và vũng vịnh. + Địa hình núi thấp và đồi gồm 2 dãy Cửa Khẩu và Mũi Ròn; dãy Cửa Khẩu nằm ở phía Nam Vũng Áng, dài khoảng 5,5km, rộng 2-3km, cao trung bình 300m; dãy Mũi Ròn chắn ở phía Bắc vịnh, dài khoảng 4,5km, rộng 1,4-2km, cao trung bình 200m. Các dãy núi này có sườn dốc, bề mặt bị phân cách mạnh. Phổ biến trên sườn là các hiện tượng sườn tích và lũ tích. + Địa hình bãi bồi, đồng bằng gồm bãi lớn và bãi nhỏ có thành phần khá khác biệt nhau. Bãi lớn rộng khoảng 1,7ha với thành phần chủ yếu là đất pha cát, nằm dưới chân dãy Cửa Khẩu, tương đối bằng phẳng, nghiêng ra biển. Bãi nhỏ rộng khoảng 0,2ha dưới chân Mũi Ròn với thành phần chủ yếu là cát và cát pha. + Địa hình cồn đụn phân bố sát bờ biển, dài khoảng 3km, rộng 100-300m trải dài theo hướng Tây – Đông, phần phía Tây các cồn, đụn cát có bề mặt nhấp nhô, cao khoảng 5-8m; phần phía Đông các cồn, đụn cát có bề mặt phẳng, cao khoảng 2-4m. + Địa hình bãi triều gồm bãi triều cát và bãi triều đá. Bãi triều cát bùn phân bố ở phía Nam vịnh, có bề mặt phẳng thoải ra biển với góc nghiêng khoảng 5-10 o, độ sâu khoảng 8m ở khoảng cách gần 2km cách bờ. Bãi triều đá phân bố ở phía Đông và Tây vịnh, dưới chân Mũi Ròn và Mũi Dung, có độ dốc lớn, cách bờ khoảng 10m, độ sâu khoảng 15m. Đáy vịnh có dạng lòng chảo với tâm ở sát Mũi Ròn Con. Phần phía Tây và Nam vịnh, đáy biển thoải và phân bậc, độ dốc 5-10o diễn ra trong khoảng sâu -10m và độ dốc 2-5o diễn ra trong khoảng sâu -20m hình thành chủ yếu nhờ quá trình tích tụ. Phần phía Đông vịnh nơi có rãnh nước sâu, hẹp bám theo chân Mũi Ròn và tại Mũi Dung đáy biển dốc hình thành do quá trình bào mòn đáy biển. 1.1.3. Điều kiện về địa chất Theo kết quả khảo sát khoan, xuyên (11 lỗ khoan, 11 lỗ xuyên) địa tầng của khu vực Vũng Áng – Sơn Dương có thể phân ra các lớp như sau : - Lớp 1 gồm có 2 phụ lớp : + Phụ lớp 1a : cát hạt mịn màu xám ghi phớt vàng kết cấu chặt vừa đến chặt, chiều dày trung bình là 5,42m, ứng suất có điều kiện [R’]=2kg/cm2. + Phụ lớp 1b : cát hạt thô màu xám ghi phớt vàng bề dày không đồng đều, tại lỗ khoan VA1 dày 6,6m, ứng suất có điều kiện [R’]=3kg/cm2. SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 5 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển - Lớp 2 gồm có phụ lớp : + Phụ lớp 2a : cát sét mịn màu xám đen, phớt vàng dẻo, chiều dày không đồng đều. Tại lỗ khoan VA9 dày 6,6m, ứng suất có điều kiện [R’]=1kg/cm2. - Lớp 3 có 3 phụ lớp : + Phụ lớp 3a : cát mịn phân bố hẹp ở hai lỗ khoan VA9 dày 3,3m và VA11 dày 9,04m, ứng suất có điều kiện [R’]=2kg/cm2. + Phụ lớp 3b : cát mịn tại lỗ khoan VA11 dày 1,8m, ứng suất có điều kiện [R’]=2,5kg/cm2. + Phụ lớp 3c : cát thô chỉ gặp lỗ khoan VA7 và VA8 chiều dày trung bình 2,2m, ứng suất có điều kiện [R’]=3,5kg/cm2. - Lớp 4 : Sét cát (nguồn gốc trầm tích của đá gốc) màu sặc sỡ (vàng, nâu, trắng), trạng thái từ dẻo cứng đến cứng, phân bố rộng trên toàn khu vực khảo sát, các lỗ khoan ở lớp này từ 5,1 -10,30m chưa gặp đá gốc, ứng suất có điều kiện [R’]=2,15kg/cm 2. 1.1.4. Điều kiện về khí tượng Các yếu tố khí tượng tại khu vực nghiên cứu đó là : - Nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối của không khí. - Lượng mưa. - Tốc độ gió và hướng gió. - Nắng và bức xạ. Khu vực dự án nằm trong vùng khí hậu Bắc Trung Bộ. Đặc điểm nổi bật của khí hậu ở đây là sự phân hoá mùa khá rõ rệt. Gió Tây Nam (gió Lào) là một đặc thù của khí hậu Bắc Trung Bộ. Thời kỳ gió Lào là thời kỳ nóng nhất trong năm. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 8 và đạt cực đại vào tháng 9 đầu tháng 10. Thời kỳ đầu mùa đông cũng là thời kỳ độ ẩm không khí đạt cao nhất trong năm. 1.1.4.1. Chế độ nhiệt và chế độ ẩm a, Nhiệt độ không khí Tại khu vực của nghiên cứu, nhiệt độ trung bình khoảng 25 0C. Biến trình nhiệt độ tại Kỳ Anh – Hà Tĩnh được thể hiện như hình 1.2 : SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 6 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển Hình 1.2 Biến trình nhiệt độ trung bình tháng năm 2007 tại trạm Kỳ Anh – Hà Tĩnh b, Độ ẩm không khí Độ ẩm tương đối ở khu vực nghiên cứu trung bình năm là 88,2%. Bảng 1.1 : Độ ẩm tương đối trung bình tháng những năm gần đây tại Kỳ Anh Đơn vị: % Năm I II III IV V VI VII VIII IX 2003 91 92 92 86 78 69 72 72 87 2004 94 93 93 95 90 85 72 77 89 2005 90 93 92 87 74 65 78 78 90 2006 92 96 94 86 81 73 69 81 83 2007 91 90 93 88 83 72 68 77 84 Nguồn :Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Hà Tĩnh, Năm 2007. X 85 90 87 88 86 XI 90 88 90 87 84 XII 89 86 88 88 90 Hình 1.3 Biến trình độ ẩm tương đối trung bình năm 2007 tại Kỳ Anh 1.1.4.2 Chế độ gió Hà Tĩnh là nơi chịu tác động của hoàn lưu gió mùa rõ rệt, đó là gió mùa Đông Bắc và gió mùa mùa Hạ. Xen giữa các thời kỳ mang tính bột phát của gió mùa là thời kỳ hoạt động của gió Tín Phong. SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 7 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển - Gió mùa mùa Đông : Đối với khu vực Hà Tĩnh trong các tháng (12,1,2,3) hướng gió thịnh hành là Đông Bắc. - Gió mùa mùa hạ : Đối với khu vực Hà Tĩnh hướng gió thịnh hành là Tây Nam và Nam, thường bắt đầu giữa tháng 5, thịnh hành vào các tháng 6,7 suy yếu vào tháng 8. Tốc độ gió trung bình dao động từ 2,0 – 5,1 m/s. NE SW Hình 1.4 Biểu đồ tốc độ gió trung bình tại trạm Kỳ Anh, năm 2007. 1.1.4.3 Bốc hơi Theo số liệu quan trắc nhiều năm tại Trạm Kỳ Anh thuộc Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn tỉnh Hà Tĩnh, lượng bốc hơi trung bình năm giao động từ 912,1mm đến 1183,8mm, các tháng có độ bốc hơi lớn nhất từ tháng 6 đến tháng 8, lượng bốc hơi nhỏ nhất vào tháng 1 và tháng 2. Biến trình lượng bốc hơi trung bình: Hình 1.5 Biến trình lượng bốc hơi trung bình năm 2007 tại Kỳ Anh, Hà Tĩnh. 1.1.4.4 Chế độ mưa Khu vực nghiên cứu có lượng mưa phân bố không đồng đều trong năm. Mùa đông thường kết hợp giữa gió mùa Đông Bắc và mưa dầm, lượng mưa chiếm khoảng 25% lượng mưa cả năm. Lượng mưa tập trung trong năm vào mùa hạ và mùa thu chiếm 75% lượng mưa cả năm. Theo số liệu thống kê của Trung tâm Dự báo Khí SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 8 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển thượng Thủy văn Hà Tĩnh, tại trạm Kỳ Anh năm 2006 đo được là 2.516mm. Số liệu quan trắc về mưa tại trạm Kỳ Anh từ 1995-2007 được thể hiện như bảng 1.2 và hình 1.6. Bảng 1.2 : Lượng mưa trung bình tháng từ 1997 -2005 tại trạm Kỳ Anh – Hà Tĩnh Đơn vị: mm Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 I II III IV V VI VII VIII IX X XI 146,3 92,3 50,2 10,3 134,6 59,7 38,2 349,6 66,8 702,5 507,3 101,2 157,7 39,9 40,3 60,0 28,9 157,8 221,9 1042,7 833,4 544,4 101,3 78,5 23,8 169,2 148,6 117,0 35,4 186,7 682,5 508,4 41,4 62,5 72,8 46,5 90,0 186,3 73,2 6,4 49,9 606,8 643,6 753,0 158,9 118,6 51,2 132,4 279,0 20,8 18,9 127,1 335,5 1475,5 752,7 73,7 48,8 49,7 75,6 186,8 290,0 66,3 78,8 293,8 493,1 242,6 120,2 102,5 118,3 14,5 413,9 60,6 16,3 342,7 403,4 1100,6 651,3 56,0 66,4 62,2 27,3 327,7 12,7 99,2 498,3 601,8 297,9 167,0 83,5 51,7 91,1 12,4 74,1 93,0 36,5 72,7 578,6 409,8 133,5 129,3 105,4 51,8 73,3 430,1 332,5 112,6 190,4 559,3 161,8 583,7 73,9 32,7 50,4 72,1 430,0 321,0 121,0 194,0 557,0 162,0 587,0 21,5 70,3 47,4 130,0 124,0 51,6 55,7 541,0 202,0 638,9 84,1 138,7 17,1 104,8 131,8 195,0 12,3 19,7 705,4 356,7 825,8 474,3 Nguồn: Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Hà Tĩnh. XII 240,3 226,8 122,9 221,3 321,1 158,1 283,6 159,2 295,5 115,7 121,0 228,0 82,9 CN 2998 3455 2216 2812 3792 2057 3631 2376 1933 2842 2722 2195 3065 Hình 1.6 Biến trình lượng mưa trung bình năm tại trạm Kỳ Anh. 1.1.4.5 Chế độ bão Bão ở khu vực nghiên cứu thường xảy ra từ tháng 7 đến tháng 10. Theo số liệu quan trắc nhiều năm của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Hà Tĩnh, các trận bão đều có ảnh hưởng trực tiếp đến Kỳ Anh. Tốc độ gió bão thường đạt 40-46m/s, trận bão Becky đổ vào khu vực Kỳ Anh có tốc độ lớn nhất là 54m/s, thổi theo hướng Đông Bắc. SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 9 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển 1.1.5. Điều kiện thủy, hải văn. 1.1.5.1. Sông ngòi Các sông trong khu vực Kỳ Anh gồm : sông Quyền, sông Kinh, sông Trí. Sông Quyền là sông lớn nhất có diện tích lưu vực khoảng 216 km 2, bắt nguồn từ vùng đồi núi có cao độ 300m tại làng Dính chảy theo hướng Tây Nam – Đông Bắc đổ ra biển Vũng Áng, sông có chiều dài 34 km. Các nhánh của sông Quyền là Khe Lau, Tà Voi, Thầu Dầu, Khe Lũy và Khe nước mặn. Hàng năm tổng lượng nước sông Quyền đổ ra biển khoảng gần 400x106 m3 qua Cửa Khẩu, cách Mũi Dung khoảng 1,5 km về phía Bắc. Nước các sông khu vực Kỳ Anh – Vũng Áng là nguồn nước chủ yếu cấp cho tưới tiêu nông nghiệp và sinh hoạt cũng như bổ sung cho nguồn nước ngầm. Sông Trí bắt nguồn từ vùng núi thấp huyện Kỳ Anh chảy theo hướng Đông Nam – Đông Bắc, đổ ra biển Vũng. Diện tích lưu vực sông là 57km2, chiều dài là 26km 1.1.5.2. Mực nước biển Thủy triều mang đặc điểm chung của thủy triều vùng biển Hà Tĩnh thuộc chế độ nhật triều không đều, hàng tháng có gần nửa số ngày nước triều lên xuống 2 lần/ngày. Các đặc trưng dao động mực nước biển theo số liệu quan trắc nhiều năm tại Hòn Ngư như sau (bảng 1.3) : - Mực nước cao nhất: 399cm - Mực nước trung bình: 94cm - Mực nước thấp nhất: 21cm SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 10 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển Bảng 1.3 : Đặc trưng mực nước nước biển tại trạm Hòn Ngư năm 2007 Đơn vị tính: cm Tần suất P% Giờ 319 304 293 274 264 236 204 164 106 88 1 2 5 10 15 30 50 70 90 95 97 99 Mực nước Trung bình Đỉnh triều 252 344 241 332 230 324 221 312 217 304 205 291 194 280 185 260 176 237 172 227 78 166 222 66 158 210 Nguồn: Trạm khí tượng thủy văn Hòn Ngư, 2007. Chân triều 177 168 158 144 135 118 102 84 64 57 52 38 Trên cơ sở các số liệu quan trắc tại Hòn Ngư như bảng trên, Tổng công ty Tư vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI) đã xây dựng được mối tương quan mức nước giữa hai khi vực Hòn Ngư (cách Vũng Áng 100km về phía Tây Bắc) Vũng Áng – Sơn Dương (khu vực trong nghiên cứu ) được tính theo công thức : HVA-SD = 0,78HHN – 2,5cm Trong đó: HVA-SD – Mực nước tại khu vực Vũng Áng – Sơn Dương. HHN - Mực nước tại khu vực Hòn Ngư. SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp 11 Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển Bảng 1.4 : Đặc trưng mực nước tại Vũng Áng - Sơn Dương (theo hệ hải đồ) Đơn vị tính: cm Tần suất P% 1 2 5 10 50 95 99 Giờ 224 212 203 189 134 044 026 Mực nước Trung bình Đỉnh triều 172 243 163 234 154 228 147 218 126 192 109 152 098 139 Nguồn: TEDI, 2006. Chân triều 113 106 098 087 045 019 013 Thuỷ triều vùng biển Hà Tĩnh là thuỷ triều hỗn hợp thiên về nhật triều hay còn gọi là “nhật triều không đều”, có biên độ tăng dần từ Bắc xuống Nam. Trong tháng có những ngày chỉ có một lần triều lên và một lần triều xuống, tạo ra một đỉnh triều và một chân triều gọi là nhật triều và có những ngày có hai lần triều lên và hai lần triều xuống, với biên độ triều không bằng nhau, tạo ra hai chân triều và hai đỉnh triều gọi là bán nhật triều không đều. Hàng tháng có 17 đến 23 ngày ảnh hưởng rõ rệt chế độ nhật triều, những ngày còn lại ảnh hưởng chế độ bán nhật triều không đều. Do ảnh hưởng bởi chế độ triều hỗn hợp nên thời gian triều lên, xuống thay đổi rất phức tạp. Những ngày nhật triều thời gian triều lên trung bình từ 14 – 15 giờ, dài nhất 15 giờ, ngắn nhất 9 giờ. Những ngày bán nhật triều thời gian triều lên mỗi lần thường 6 – 7 giờ, thời gian triều xuống lần thứ nhất trung bình 3 – 4 giờ, lần thứ hai 6 – 7 giờ, thời gian triều lên hoặc xuống ngắn nhất 2 giờ, dài nhất 9 giờ. Tính chung cho một chu kỳ triều, thời gian triều lên thường lâu hơn thời gian triều xuống từ 1 – 2 giờ. Trong năm, các tháng XI, XII, I, II luôn xuất hiện các cực đại mực nước và các tháng VI – VIII luôn xuất hiện các cực tiểu mực nước. Tại vùng cửa sông Quyền, sông Trí ảnh hưởng thuỷ triều, biên độ giảm dần từ cửa sông vào lục địa. 1.1.5.3. Chế độ sóng Chiều cao sóng là hàm của nhiều yếu tố, trong đó tốc độ gió, thời gian gió thổi từ một ướng và độ sâu nước biển là những yếu tố quan trọng nhất. Tại Hòn Ngư, mùa đông sóng thịnh hành có hướng SE và SW. Sóng lớn nhất tại Hòn Ngư quan trắc được trong bão Nancy có Hs= 6,0 m. Kết quả phân tích số liệu quan trắc trong nhiều năm cho thấy tần suất xuất hiện sóng như sau : SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2 Đồồ án tồốt nghiệp Ngành: Kỹỹ thu ật cồng trình bi ển 12 - Theo các hướng : sóng có hướng NE chiếm 18,4%, hướng N chiếm 15,42%, hướng SE chiếm 7,59% và hướng SW chiếm 5,18%. Theo chiều cao sóng: sóng có độ cao h= 0,25-0,75m chiếm 33,52%, h=0,75-1,25m chếm 12,78%, lặng sóng chiếm 48,41%. Bảng 1.5: Tần suất sóng tại trạm Hòn Ngư năm 2007 Đơn vị tính: % Lặng N NE E SE S SW W MW Cộng 2,00- 3,50- Tổng 1,25m 2,00m 3,50m 6,00m 9,00 9,65 <0,25m 0,250,75m Hướng Độ cao sóng 0,751,25- 4,12 6,32 1,63 1,75 0,48 0,19 cộng 48,81 15,42 18,40 48,81 48,81 0,49 0,03 0,68 6,29 1,19 0,02 0,03 2,01 0,33 0,06 0,02 0,03 4,65 0,51 0,22 1,21 0,28 33,52 12,78 3,44 1,20 0,25 Nguồn: Trạm khí tượng – hải văn Hòn Ngư, 2007. 0,57 7,59 2,34 5,16 0,22 1,49 100,0 Năng lượng sóng và mức độ khúc xạ của chúng tại đường bờ là yếu tố chủ yếu tạo ra sự vận chuyển bùn cát. Khi ngọn sóng chạy song song với đường bờ, toàn bộ năng lượng sóng chuyển vào khối nước và đổ vào bờ. Ngược lại, năng lượng sóng sẽ bị phân tán. Các bãi đá ở Nam Vịnh và các vách đổ ở Mũi Dung, Mũi Đỉnh Chùa và Mũi Ròn hình thành chủ yếu do sóng có hướng NE và SE. Toàn bộ khu vực cảng sẽ chịu tác động của sóng có hướng NE. Kết quả thống kê chiều cao sóng biển cả năm tại khu vực nghiên cứu Cảng Sơn Dương cho thấy: chiều cao sóng trong cảng <0,5m chiếm tỉ lệ > 95%. Do đó, Cảng Sơn Dương phù hợp cho loại tàu 3 vạn tấn cập bến, chiều cao sóng biển cho phép tại cầu cảng là 0,8 - 1,0 m. Tuy nhiên, phải tiến hành nạo vét khu vực trước bến cảng và luồng tàu do độ sâu của khu vực luồng tàu vào cảng hiện nay chỉ hơn 10 m. Khu vực đáy biển tại Cảng Sơn Dương rất bằng phảng 1/500, hiện tượng hoạt động bồi tích cát không lớn, cho nên sóng biển ảnh hưởng đến hoạt động bồi lắng là không lớn. SVTH: Đồỹ Thị Tuỹếốt L ớp: 53B2