Tài liệu Nghiên cứu giải pháp công trình đảm bảo an toàn cho đê biển tỉnh nam định chịu tác động của triều cường và gió bão cấp 10

LỜI CẢM ƠN -------------Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “Nghiên cứu giải pháp công trình đảm bảo an toàn cho đê biển tỉnh Nam Định chịu tác động của triều cường và gió bão cấp 10” được hoàn thành với sự giúp đỡ của Quý thầy cô giáo trong khoa Công trình thủy, phòng Đào tạo đại học và Sau đại học, bộ môn Thủy công cùng các đồng nghiệp và bạn bè. Xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn vè đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Chiến đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả phấn đấu hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ tác giả về mọi mặt trong suốt thời gian vừa qua. Tuy đã có những cố gắng nỗ lực phấn đấu rất nhiều, nhưng do thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè góp ý xây dựng để tác giả có thể tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2014 Tác giả Đoàn Thị Loan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Đoàn Thị Loan MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1 2. Mục đích của đề tài ...............................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...........................................................2 5. Kết quả đạt được ...................................................................................................2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH VÀ CÁC YÊU CẦU CẢI TẠO, NÂNG CẤP ĐÊ .......................................................3 1.1. Tổng quan về hệ thống đê biển Nam Định ........................................................3 1.2. Ảnh hưởng của các điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn đến an toàn của đê biển tỉnh Nam Định ...................................................................................................6 1.2.1. Ảnh hưởng của bão .........................................................................................6 1.2.2. Ảnh hưởng của sóng .......................................................................................6 1.2.3. Ảnh hưởng của mực nước triều.......................................................................7 1.3. Đánh giá thực trạng an toàn đê biển Nam Định ...............................................10 1.3.1. Tổng quát thực trạng an toàn đê biển Nam Định ..........................................10 1.3.2. Hiện trạng tuyến đê Giao Thủy .....................................................................11 1.3.3. Hiện trạng tuyến đê Hải Hậu .........................................................................12 1.3.4. Hiện trạng tuyến đê biển Nghĩa Hưng ..........................................................13 1.3.5. Tồn tại của đê biển Nam Định ......................................................................13 1.4. Các yêu cầu cải tạo, nâng cấp đê biển tỉnh Nam Định ....................................14 1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ...........................................................................16 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH NÂNG CẤP ĐÊ BIỂN TỈNH NAM ĐỊNH .........................................................17 2.1. Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn khu vực ven biển Nam Định .............17 2.1.1. Các trạm khí tượng thuỷ văn .........................................................................17 2.1.2. Các đặc trưng khí hậu ..................................................................................17 2.1.3. Đặc điểm thuỷ văn - thuỷ lực vùng biển Nam Định .....................................22 2.2. Tiêu chuẩn thiết kế đê biển ..............................................................................24 2.2.1. Xác định cấp đê .............................................................................................24 2.2.2. Xác định tần suất thiết kế ..............................................................................24 2.2.3. Tuổi thọ công trình ........................................................................................24 2.2.3. Trị số gia tăng độ cao an toàn .......................................................................25 2.3. Đề xuất giải pháp công trình để nâng cấp đê biển tỉnh Nam Định .................25 2.3.1. Hiện trạng một số mặt cắt điển hình đê biển Nam Định ...............................25 2.3.2. Xác định các chỉ tiêu thiết kế ........................................................................25 2.4. Phân tích, lựa chọn giải pháp công trình hợp lý ..............................................32 2.4.1. Đê Giao Thủy: Đoạn Đồng Hiệu từ Km 30+600 đến Km 31+161 dài 570m32 2.4.2. Hải Hậu: Đoạn Gót Tràng từ K27+120 đến K27+900 dài 849,5 m .............33 2.4.3. Nghĩa Hưng: Đoạn Tây Nam Điền từ K 16+613 đến K18+ 217 dài 1.604 m36 2.5. Kết luận chương 2 ............................................................................................38 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN NÂNG CẤP MỘT ĐOẠN ĐÊ BIỂN GIAO THỦY, NAM ĐỊNH...................................................................................39 3.1. Mô tả hiện trạng hệ thống đê biển Giao Thủy .................................................39 3.2. Các tài liệu thiết kế, cải tạo nâng cấp đê biển Giao Thủy, Nam Định .............43 3.2.1. Điều kiện tự nhiên .........................................................................................43 3.2.2. Điều kiện dân sinh, kinh tế ............................................................................46 3.3. Đề xuất các phương án công trình nâng cấp đê biển Giao Thủy, Nam Định ..47 3.4. Tính toán các kích thước cơ bản của mặt cắt đê theo các phương án ..............48 3.4.1. Tính toán các kích thước cơ bản của mặt cắt đê theo phương án 1: Đắp đê lên cao trình +4.6m rồi làm tường chắn sóng tới cao trình +5.1 m. .......................48 3.4.2. Tính toán các kích thước cơ bản mặt cắt theo Phương án 2: Đắp tôn cao đê từ cao trình +3.9m lên cao trình +5.1m...................................................................56 3.4.3. Tính toán kích thước cơ bản của mặt cắt theo phương án 3 .........................58 3.5. Tính toán ổn định cho mái đê phía đồng ..........................................................66 3.5.1. Giới thiệu về phần mềm Geoslope V.6 sử dụng để tính ổn cho công trình ..66 3.5.2. Các trường hợp tính toán...............................................................................69 3.5.3. Các số liệu tính toán ......................................................................................70 3.5.4. Kết quả tính ổn định mái đê phía đồng theo phần mềm Geo - Slope/W V.670 3.6. Phân tích lựa chọn phương án phù hợp ............................................................71 3.7. Kết luận chương 3 ............................................................................................73 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ..................................................................................74 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Bản đồ phân bố đê biển tỉnh Nam Định ....................................................5 Hình 1.2. Cấu kiện bị sóng đánh trôi dạt trên mái đê, kè ..........................................7 Hình 1.3. Mực nước triều thấp gió và dòng ven phá hoại chân đê, kè .....................8 Hình 1.4. Tác động của sóng làm lún mái đê ............................................................8 Hình 1.5. Mái đê bị đánh sập bóc hết cấu kiện và khoét hết đất đá ..........................8 Hình 1.6. Mái kè hư hỏng từ cao trình (+2.90) lên mặt đê .......................................9 Hình 1.7. Phần đá lát khan mặt đê bị sóng đánh hư hỏng .........................................9 Hình 1.8. Sóng trùm qua đê và hạ thấp cao trình đê tạo lỗ vỡ ..................................9 Hình 1.9. Sóng tràn qua và gây vỡ đê Táo Khoai – Hải Hậu ...................................9 Hình 1.10. Sóng trùm qua gây sạt lở đê từ trong đồng ...........................................10 Hình 1.11. Mặt cắt điển hình từ Km 0 đến Km 4+300 ...........................................12 Hình 1.12. Mặt cắt điển hình từ K6+763 đến Km 14+125 .....................................12 Hình 2.1. Mặt cắt điển hình đoạn đê Đồng Hiệu ....................................................33 Hình 2.2. Mặt cắt điển hình đoạn đê Gót Tràng .....................................................36 Hình 2.3. Mặt cắt điển hình đoạn đê Tây Nam Điền ..............................................37 Hình 3.1. Khu vực Giao Thủy – Nam Định ............................................................43 Hình 3.2. Một số dạng kết cấu tường đỉnh phổ biến. ..............................................49 Hình 3.3. Tường đỉnh đặt mặt ngoài phía biển. ......................................................50 Hình 3.4.Tường đỉnh đặt cuối mặt đê (phía đồng). .................................................50 Hình 3.5. Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phương án 1.............................56 Hình 3.6. Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phương án 2.............................58 Hình 3.7. Mặt cắt ngang đoạn đê Đồng Hiệu theo phương án 3.............................66 Hình 3.8. Khối trượt cung tròn ................................................................................68 Hình 3.9.Sơ đồ phương pháp phân mảnh tính trượt cung tròn ...............................68 DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 . Lượng mưa lớn nhất tại Nam Định theo P% mùa mưa lũ .....................18 Bảng 2.2 . Lượng mưa vụ chiêm xuân ứng với tần suất P85% như sau : ...............18 Bảng 2.3 . Thống kê lượng mưa các tháng trong năm từ 2005 ÷ 2011 ..................19 Bảng 2.4 . Độ ẩm trung bình các tháng trong năm .................................................20 Bảng 2.5. Nhiệt độ trung bình các tháng trong năm ...............................................21 Bảng 2.6. Số giờ nắng các tháng trong năm từ 2005 ÷ 2011 (giờ) .........................21 Bảng 2.7. Mực nước thiết kế tại các mặt cắt ...........................................................26 Bảng 2.8. Bảng tham số sóng thiết kế tại chân công trình ......................................28 Bảng 2.9. Tham số sóng tính toán thiết kế ..............................................................28 Bảng 2.10. Bảng tính toán tham số sóng thiết kế tại chân công trình .....................30 Bảng 2.11. Cao trình đỉnh đê thiết kế .....................................................................32 Bảng 3.1 : Đặc điểm thổ nhưỡng vùng ven biển Giao Thủy ..................................44 Bảng 3.2. Lượng phù sa đoạn hạ lưu sông Hồng và sông Ninh Cơ ........................44 Bảng 3.3. Một số giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý lớp đất lớp 1,2 ....................45 Bảng 3.4. Một số giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý lớp đất 3,4...........................46 Bảng 3.5.Các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính đê .......................................................70 Bảng 3.6. Khối lượng và giá trị dự toán xây lắp cho 1m dài đê Đồng Hiệu...........72 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây với sự phát triển kinh tế, xã hội, nhu cầu đảm bảo an ninh quốc phòng của cả nước, cùng với chiến lược vươn ra biển để khai thác một cách hiệu quả hơn vùng biển nước ta, ngày càng có nhiều hoạt động xã hội, kinh tế và quốc phòng trên phạm vi toàn vùng biển. Điều đó làm tăng rất nhiều khả năng thiệt hại do các thiên tai thời tiết gây ra tại vùng biển và vùng ven biển Việt Nam. Vấn đề này có thể được xem xét trên hai mặt. Thứ nhất là các hoạt động kinh tế xã hội tại vùng biển và ven biển đã gây ra những thay đổi về môi trường tự nhiên theo hướng bất lợi và làm gia tăng thiên tai và thiệt hại của thiên tai. Việc xây dựng các công trình ven bờ biển đã ngăn cản dòng vận chuyển bùn cát tự nhiên dọc bờ, gây ra bồi lấp tại các luồng tàu và xói lở bờ tại nhiều nơi. Các hồ chứa nước được xây dựng tại thượng nguồn các con sông cũng ngăn dòng vận chuyển bùn cát ra biển, làm tình hình xói lở bờ biển ngày càng trở nên nghiêm trọng. Ở rất nhiều khu vực, rừng ngập mặn và rừng phòng hộ ven biển đã bị tàn phá để lấy đất cho các ao đầm nuôi hải sản. Các rừng ngập mặn và rừng phòng hộ bị mất không những gây ra những biến đổi về môi trường sinh thái theo hướng có hại, mà còn giúp cho sóng lớn đánh thẳng vào đê biển, gây vỡ đê biển và ngập lụt. Thứ hai là các hoạt động kinh tế xã hội trên biển và vùng ven biển đã tạo nên sự tập trung rất cao về các công trình xây dựng và tài sản có giá trị cao cũng như dân cư ở vùng ven biển. Điều này cũng làm gia tăng mức độ thiệt hại một khi thiên tai thời tiết xảy ra. Sóng lớn, nước dâng kết hợp với triều cường đã làm vỡ đê tại nhiều vị trí, gây thiệt hại về kinh tế xã hội hàng ngàn tỷ đồng. Bão mạnh thường kèm theo nước dâng bão. Trong trường hợp nước dâng bão xảy ra đồng thời với triều cường, mực nước cao giúp sóng đánh trực tiếp vào đê biển, tràn qua đê gây xói lở và có thể vỡ đê, gây ngập lụt trên diện rộng và thiệt hại rất lớn cho vùng ven biển. 2 Hiện trạng hệ thống đê biển mới chỉ thiết kế để chống được triều cường và bão từ cấp 9 trở xuống. Nhưng nhiều đoạn cũng chưa đáp ứng cả tiêu chuẩn tối thiểu này. Trong điều kiện biến đổi khí hậu bão lũ càng khắc nghiệt hơn, yêu cầu của hệ thống đê biển trong thời kỳ mới là phải chống chịu được trường hợp có triều cường và bão lớn hơn cấp 9. 2. Mục đích của đề tài Lựa chọn các giải pháp công trình để nâng cấp đê biển của tỉnh Nam Định đảm bảo an toàn khi có triều cường kết hợp với gió bão cấp 10. Kiến nghị áp dụng cho nâng cấp đê biển Giao Thủy, Nam Định. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu các giải pháp công trình đảm bảo cho an toàn đê biển Nam Định chịu tác động của triều cường và gió bão cấp 10. Phạm vi nghiên cứu: Đối với đê biển Nam Định và áp dụng cho đê biển Giao Thủy, Nam Định. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Phương pháp thống kê kế thừa chọn lọc Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tính toán Lựa chọn giải pháp công trình hợp lý Áp dụng cho công trình thực tế, phân tích, đánh giá kết quả. 5. Kết quả đạt được Đánh giá tổng quan về hệ thống đê biển của tỉnh Nam Định, những tồn tại và yêu cầu cải tạo, nâng cấp. Đề xuất giải pháp công trình chung để cải tạo, nâng cấp hệ thống đê biển tỉnh Nam Định Tính toán áp dụng cụ thể cho đê biển Giao Thủy. Đã đề xuất được giải pháp công trình, tính toán kích thước và đánh giá ổn định của đê được nâng cấp. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH VÀ CÁC YÊU CẦU CẢI TẠO, NÂNG CẤP ĐÊ 1.1. Tổng quan về hệ thống đê biển Nam Định Nam Định là tỉnh đồng bằng ven biển Bắc bộ. Tuyến đê biển Nam Định được hình thành cách đây khoảng 300 năm trên nền đất bồi tụ phù sa của hệ thống sông Hồng, chạy dọc theo tuyến bờ biển tỉnh Nam Định từ cửa Ba Lạt (sông Hồng) đến cửa Đáy có tổng chiều dài 91.810 mét bảo vệ cho các huyện : Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng và 6 xã phía tả sông Ninh Cơ của huyện Trực Ninh. Vùng ảnh hưởng trực tiếp của tuyến đê biển Nam Định gồm 35 xã ven biển có 36.087 ha đất tự nhiên (trong đó có 22.214 ha đất canh tác) và tính mạng, tài sản của 334.845 người dân sống trong khu vực thuộc 3 huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu và Nghĩa Hưng là các huyện nằm trong vùng quy hoạch trọng điểm về kinh tế nông nghiệp và kinh tế biển của tỉnh Nam Định. Được nối liền với tuyến đê sông của 2 dòng sông lớn : Sông Hồng ở phía bắc (đầu tuyến) và sông Đáy ở phía nam (cuối tuyến), lại bị phân cắt tại các vùng cửa sông Sò và sông Ninh Cơ, do vừa trực tiếp chịu ảnh hưởng của thuỷ triều, gió bão từ biển Đông vừa chịu ảnh hưởng dòng chảy lũ đổ vào biển Đông của các sông ngòi nội địa nên những năm vừa qua tuyến bờ biển Nam Định diễn biến phức tạp, vùng giữa tuyến trực diện với biển thuộc khu vực cuối huyện Giao Thuỷ và gần hết khu vực huyện Hải Hậu, khu vực đông nam huyện Nghĩa Hưng tình trạng biển tiến bãi thoái gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến tuyến đê, nhiều khu vực biển đã ăn sâu vào đất liền phá vỡ đê, nhấn chìm làng mạc, đồng ruộng (như khu vực từ Hải Lý đến Hải Triều huyện Hải Hậu), gây nên thiệt hại lớn cho nhân dân trong vùng. Đặc biệt nguy hiểm khi gặp bão lớn trực tiếp đổ bộ kết hợp triều cường tuyến đê biển Nam Định thường xảy ra các sự cố vỡ đê, sạt, trượt gây nhiều thiệt hại tính mạng, tài sản của nhân dân trong khu vực. 4 Hệ thống đê biển tỉnh Nam Định được chia làm 3 tuyến bởi 4 cửa sông ngăn cách : Cửa Ba Lạt (sông Hồng) cửa Hà Lạn (sông Sò) cửa Ninh Cơ (sông Ninh Cơ) và cửa Đáy (sông Đáy). Tổng chiều dài toàn hệ thống đê biển Nam Định là 91,82 km, bao gồm : Tuyến đê biển Giao Thủy : Xuất phát từ cống Mốc Giang thuộc cửa Ba Lạt đến cống Đồng Hiệu thuộc cửa sông Sò dài 32,162 km. Tuyến đê biển Hải Hậu : Xuất phát từ cống Phúc Hải thuộc cửa sông Sò đến cống Phú Lễ thuộc cửa Ninh Cơ dài 33,323 km. Tuyến đê biển Nghĩa Hưng : Xuất phát từ bến đò Nghĩa Bình cửa sông Ninh Cơ đến cống Ngọc Lâm thuộc cửa sông Đáy dài 26,325 km. Cả 3 tuyến đều có phần trực diện với biển và phần không trực diện với biển (nằm ở khu vực cửa sông và khu bãi bồi). Và được nối vào các tuyến đê hữu Sông Hồng, đê tả hữu sông Sò, đê tả hữu sông Ninh Cơ và đê tả hữu sông Đáy tạo thành một hệ thống đê khép kín, bảo vệ vùng trọng điểm kinh tế, xã hội vùng ven biển tỉnh Nam Định Đê biển Nam Định chạy theo 2 hướng: đê Giao Thủy chạy theo hướng BắcNam và Đông Bắc –Tây Nam, đê Hải Hậu và Nghĩa Hưng chạy theo hướng Đông Bắc-Tây Nam. Vì vậy đê chịu ảnh hưởng của cả gió mùa Đông Bắc và Đông Nam ở các thời điểm khác nhau của năm. Bờ biển Nam Định kéo dài từ cửa sông Hồng đến cửa sông Đáy là một dải bờ biển phẳng, địa hình thềm lục địa tương đối đơn giản với các dạng tích tụ liền châu thổ, thoải dần từ bờ ra khơi. Nhìn chung, bãi biển tỉnh Nam Định hẹp và thấp không có vật cản che chắn (trừ 2 bãi bồi Cồn Lu, Cồn Ngạn của huyện Giao Thuỷ; Cồn Xanh, Cồn Mờ của huyện Nghĩa Hưng). Chiều rộng bãi trung bình từ 100 ÷ 150 m có nơi không có bãi biển, biển tiến sát chân đê (Hải Lý, Hải Triều,...). Cao độ trung bình (0,00 ÷ -0,50), cá biệt có nơi cao trình bãi dưới (-1,50). 5 Hình 1.1. Bản đồ phân bố đê biển tỉnh Nam Định Tuyến cây chắn sóng ngoài bãi: Trừ 2 khu vực Cồn Ngạn, Cồn Xanh dọc tuyến đê biển đã được trồng các loại cây chắn sóng, cản gió như cây sú, vẹt, phi lao ... thì đến nay tỉ lệ sống, mật độ cây và độ che phủ ngăn cản gió, cát còn rất thấp, chưa có tác dụng chống xói lở, giữ đất cát dưới chân đê. Các hoạt động khai hoang lấn biển, thuỷ lợi, khai thác sa khoáng, vật liệu xây dựng, vật liệu làm muối, chặt phá rừng ngập mặn, nuôi trồng thuỷ hải sản diễn ra ở khá nhiều nơi, mang tính chất phổ biến có thể gây ra xói lở nghiêm trọng. Xói lở bờ biển diễn ra rất phổ biến gây ra nhiều hậu quả ở mức độ khác nhau. Khu vực bờ biển Nam Định có thể chia thành 4 đoạn với tính chất xói, bồi khác nhau: Đoạn 1 từ cửa Ba Lạt đến cửa Hạ Lan nằm trong khu vực bồi tụ. Đoạn 2 từ cửa Hạ Lan đến Cồn Tròn nằm trong khu vực xói lở 6 Đoạn 3 từ Cồn Tròn đến cửa Lạch Giang tương đối ổn định Đoạn 4 từ Cửa Lạch Giang đến Cửa Đáy nằm trong khu vực bồi tụ 1.2. Ảnh hưởng của các điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn đến an toàn của đê biển tỉnh Nam Định Vùng ven biển tỉnh Nam Định nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu và chế độ thuỷ văn vùng thuỷ triều ven biển Vịnh Bắc Bộ. Các yếu tố khí tượng về gió – bão và chế độ thuỷ văn - thuỷ triều - nước dâng - sóng biển ... Vịnh Bắc Bộ có ảnh hưởng rất lớn đến tuyến đê kè bờ biển tỉnh Nam Định. 1.2.1. Ảnh hưởng của bão Hiện nay do yêu cầu về mặt kỹ thuật phải phù hợp với sự phát triển của kinh tế đất nước nên đa số các hình thức gia cố đều không có khả năng chống được bão cấp 10 và trên cấp 10. Vì vậy bão tàn phá, làm hư hỏng hệ thống đê biển càng mạnh mẽ. Hầu hết các đoạn đê bị phá hỏng là trực diện với biển chịu tác động trực tiếp của sóng lớn. Thực tế qua các trận bão năm 2005 - 2007 cho thấy, những đoạn đê trực tiếp biển, mái phía biển được bảo vệ bằng đá hộc lát khan, đá xây từ cao trình +3,50 trở lên (từ cao trình +3,50 trở xuống bảo vệ bằng cấu kiện bê tông do trước đây không đủ kinh phí đầu tư) là không đảm bảo ổn định bền vững; bão số 7 năm 2005 sóng lớn đã làm hư hỏng nặng, hoặc phá huỷ phần đá lát khan, đá xây từ cao trình +3,50 trở lên, dẫn đến vỡ đê biển Nam Định. (Những đoạn mái đê phía biển được bảo vệ toàn bộ bằng các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn có đủ chiều dày, trọng lượng phù hợp thì không bị phá hoại trong bão). 1.2.2. Ảnh hưởng của sóng Sóng được hình thành khi gió thổi trên mặt nước và năng lượng gió được chuyển hoá thành năng lượng sóng. Sóng là một trong những yếu tố có tác động mạnh đến bờ biển và các công trình ven biển. Khi sóng chuyển động tới bờ biển, nó bị vỡ và giải phóng năng lượng tạo thành các xoáy khuấy động bùn cát, làm 7 hạt bùn cát nổi lơ lửng trong nước và bị dòng nước chảy cuốn trôi. Năng lượng sóng càng lớn thì càng có nhiều bùn cát bị vận chuyển. 1.2.3. Ảnh hưởng của mực nước triều a. Trường hợp mực nước triều thấp Trong trường hợp mức nước triều thấp với các loại vật liệu khác nhau, hướng gió khác nhau, độ sâu bãi khác nhau. Trường hợp xấu nhất hướng gió vuông góc với bờ, cấu kiện bê tông phẳng không có mố giảm sóng và độ sâu bãi < (-1.00) đê bị phá hoại ở phía chân kè. Lưu lượng tràn qua đê phá đê từ phía sau không đáng kể. Qua quan sát thực tế cơ chế phá hoại đê được thể hiện như sau: Áp lực sóng tác động vào mái đê một phần sóng cuộn xuống chân đê moi cát và các vật liệu nhẹ ra biển kết quả chân kè bị xói bào mòn các vật liệu nhẹ bị cuốn trôi ra ngoài. Các vật liệu này chưa kịp trôi đi đã bị các cơn sóng tiếp theo cuốn đập trở lại và các vật liệu này tác động lên mái đê gây hư hỏng và bào mòn mái đê. Quan sát trong thời gian dài nhận thấy các viên đá bị lăn trên mái sau một thời gian các viên đá sắc cạnh trở thành các viên cuội tròn. Các viên cuội này bị trôi dạt thành đống tại các khu vực cuối đê hay tại các tường ngăn. Hình 1.2. Cấu kiện bị sóng đánh trôi dạt trên mái đê, kè Phần tác động sóng thứ 2 tạo thành sóng leo. Do mái đê dài và không có vật cản các cơn sóng leo rất cao lên mái đê và rút xuống tạo áp lực âm. Các đợt sóng khác nhau đợt trước chưa rút khỏi mái thì đợt sau đã ập vào giữa 2 đợt sóng trên có hướng vận chuyển trái ngược khi gặp nhau gây xung đột tạo thành vùng sóng 8 cuộn giữa khu vực mái tạo thành vùng xung lực moi các viên vật liệu trong mái ra và gây hư hỏng mái đê. Trong trường hợp mực nước thấp mái đê kè thường bị hư hỏng nặng từ cao trình (+2.00) trở xuống. Bãi bị thoái mạnh chân khay bị hư hỏng. Hình 1.3. Mực nước triều thấp gió và dòng ven phá hoại chân đê, kè Hình 1.4. Tác động của sóng làm lún Hình 1.5. Mái đê bị đánh sập bóc hết cấu mái đê kiện và khoét hết đất đá b. Trường hợp mực nước triều trung bình Trong trường hợp mức nước triều trung bình tần suất thiết kế 5% ứng với mực nước tại Văn Lý (+2.29) với các loại vật liệu khác nhau, hướng gió khác nhau, độ sâu bãi khác nhau. Trường hợp xấu nhất hướng gió vuông góc với bờ, cấu kiện bê tông phẳng không có mố giảm sóng và độ sâu bãi < (-1.00) đê kè bị phá hoại mạnh ở phía chân và đỉnh . Lưu lượng tràn qua đê phá đê từ phía sau rất lớn vượt chỉ tiêu cho phép 10 l/s trong trường hợp bão có gió cấp 9 cấp 10 trở lên nếu mặt đê, mái phía đồng không được gia cố tốt sẽ bị xói mặt và mái đê phía đồng. Trên tất cả tuyến đê Nam Định gặp trường hợp này nhiều đoạn đê sẽ bị phá hỏng từ phía trong đồng gây sập và vỡ đê. Các khu vực trọng điểm bãi thấp khả năng vỡ đê rất lớn. Ngược lại với các trường hợp trên khu vực chân đê tương đối 9 ổn định. Đê kè bị phá hoại ở phần đỉnh đê trở xuống trường hợp này đã xảy ra trong bão số 7 năm 2005 và đã xuất hiện các dạng hư hỏng phổ biến như trên hình 1.6 Hình 1.6. Mái kè hư hỏng từ cao trình (+2.90) lên mặt đê c. Trường hợp mực nước triều cao Khi gặp mực nước triều cao tác động phần đá lát khan bị hư hỏng toàn bộ đoạn đê phía dưới đắp bằng đất thịt sự hư hỏng đỡ hơn những đoạn đê đắp bằng đất cát ngoài bọc đất thịt. Hình 1.7. Phần đá lát khan mặt đê bị sóng đánh hư hỏng Nước tràn qua đê gây sạt đê từ phía trong đồng dẫn đến vỡ đê: Khi phần lát khan bị hư hỏng gặp triều cao, nước tràn qua đê gây xói mòn và hạ thấp cao trình đê. Hiện tượng này rất phổ biến và diễn ra trên nhiều đoạn đê. Hình 1.8. Sóng trùm qua đê và hạ thấp Hình 1.9. Sóng tràn qua và gây vỡ đê cao trình đê tạo lỗ vỡ Táo Khoai – Hải Hậu 10 Phá hoại mái đê phía đồng: Nhiều trường hợp sóng tràn qua mặt đê do chưa kịp phá hoại kè phía trước các cơn sóng phá hoại đê từ phía sau Hiện tượng nay xảy ra hầu hết trên các tuyến đê. Hình 1.10. Sóng trùm qua gây sạt lở đê từ trong đồng 1.3. Đánh giá thực trạng an toàn đê biển Nam Định 1.3.1. Tổng quát thực trạng an toàn đê biển Nam Định Các đoạn đê vùng cửa sông: Tổng chiều dài : 30.628 mét. Thân đê chủ yếu được đắp bằng đất thịt, đất thịt pha cát, quy mô đê nhỏ, thấp phía ngoài sông có bãi bồi, cao trình mặt bãi thấp (từ 0,00) ÷ (+0,80), có 1 số diện tích đã được trồng rừng ngập mặn, khi thuỷ triều lên hầu hết bãi bị ngập sâu nước khi gặp bão lớn do có bãi bồi và rừng ngập mặn và đê tuyến ngoài nên đã hạn chế chiều cao sóng và nước dâng cao ảnh hưởng đến thân đê. Các đoạn trực diện với biển : Tổng chiều dài 61.192 mét. Thân đê chủ yếu được đắp bằng đất thịt pha cát, mặt cắt ngang một số đoạn nhỏ, cao trình đỉnh thấp và bị sạt lở thường xuyên tại các đoạn không có kè lát mái bảo vệ. Bãi biển ngoài đê thấp và hẹp do bị xói mòn, khi thuỷ triều xuống chiều rộng bãi trung bình 100 ÷ 150 mét nhiều đoạn không còn bãi, biển tiến sát chân đê (Hải Lý, Hải Triều, Hải Chính). Khi thuỷ triều lên bãi bị ngập sâu, sóng và dòng chảy ven bờ thường xuyên tác động trực tiếp vào đê gây xói, sạt lở mái, nghiêm trọng nhất là khi bão vào hoặc những đợt gió mùa Đông bắc về sóng lớn vỗ vào thân đê kè lát mái phía biển uy hiếp tuyến đê đặc biệt đối với tuyến đê Hải Hậu và đoạn cuối tuyến đê Giao Thuỷ. 11 Hiện trạng cống dưới đê : Tổng số toàn tuyến đê biển Nam Định có 43 cống dưới đê làm nhiệm vụ tiêu tự chảy cho toàn bộ diện tích 3 huyện ven biển của tỉnh Nam Định. Nhìn chung các cống dưới đê đại bộ phận đã được xây dựng lại, một số cống còn sử dụng tốt đáp ứng yêu cầu tiêu; một số cống khi thực hiện dự án Nâng cấp tuyến đê biển đã được xây dựng lại; một số cống đã bị hỏng, hiện không còn tác dụng đã được hoành triệt để đảm bảo an toàn PCLB. Hiện trạng bãi biển và tuyến cây chắn sóng ngoài bãi : Tuyến cây chắn sóng ngoài bãi : Ngoài 2 khu vực Cồn Ngạn và Cồn Xanh, dọc tuyến đê biển đã được trồng các loại cây chắn sóng, cây cản gió như cây sú, vẹt, phi lao... Nhưng nhìn chung do tác động mạnh của dòng chảy nên đến nay tỷ lệ sống, mật độ cây và độ che phủ ngăn cản gió, cát còn rất thấp, có đoạn đã trồng nhiều lần nhưng cây vẫn bị chết nên mất tác dụng chống xói lở, giữ đất cát dưới chân đê. 1.3.2. Hiện trạng tuyến đê Giao Thủy Đê Giao Thủy có chiều dài 32,333 km, có 9 kè dài 6829 m, có 9 điếm canh đê và 14 cống. Từ năm 1962 đến năm 2000 tại Km15,5 đến Km20,5 đê phải di dời 3 lần. Hiện tại còn một số đoạn đê thiếu cao trình Từ Km 0 đến Km 4+300 : mặt đê rộng 6m trong đó 5m được cứng hóa bằng bê tông M250, cao trình đê +4.00. Hệ số mái đê phía biển m=3, phía đồng m=2 Từ Km 6+763 đến Km 14+125 có bề rộng mặt đê là 4m một nửa đầu rải nhựa, còn nửa sau rải cấp phối, cao trình mặt đê dao động từ 3,9 đến 4,5 m, hệ số mái đê phía biển m=3, phía đồng m=2. Từ Km 25+817 đến Km 27+074 hiện tại bề mặt đê rộng trung bình 5m, đã được rải cấp phối rộng trung bình 3m, cao trình mặt đê dao động từ 4,00 đến 4,50m Từ Km 30+600 đến Km 31+161 hiện tại mặt đê rộng trung bình 5m và chưa được gia cố mặt, cao trình mặt đê dao động từ +3,9m đến +4,3 m 12 Do được tôn cao nhiều lần trong nhiều thập kỷ, từ nhiều thế hệ nên chất lượng đê không được đảm bảo, mặt đê bị cày xới do công nông đi lại. Một số đoạn đê được đắp bằng cát bọc đất thịt( đoạn từ K22+400 đến K25+161) mặt và mái đê bị nước mưa xói thành rãnh làm thu hẹp mặt cắt đê cục bộ có chỗ chỉ còn xấp xỉ 3m mặt đê như Giao Phong –Giao Lâm. 5-5.5m Hình 1.11. Mặt cắt điển hình từ Km 0 đến Km 4+300 4m Hình 1.12. Mặt cắt điển hình từ K6+763 đến Km 14+125 1.3.3. Hiện trạng tuyến đê Hải Hậu Chiều dài tuyến đê 33,323 km, có 10 kè dài 17.611 m, 6 điếm canh và 23 cống qua đê. Đê biển Hải Hậu nằm ở vùng biển tiến, đê được đắp bằng cát bọc đất thịt. Chỉ tính từ năm 1986 đến năm 2000 đê biển Hải Hậu đã bị tán phá 11.900 m. Từ năm 1989 đến năm 2000: đê Hải Lý, Hải Chính( Km10 đến Km14) dời vào trong tới 3 lần. Từ năm 1971 đến năm 1994 : đê Hải Hòa( Km17,5 đến Km 18,8) di dời 3 lần Từ năm 1926 đến năm 1972: đê Hải lý( Km 7 đến K10) di dời 3 lần Từ năm 1996 đến năm 2000 dự án PAM đã phải đầu tư 123.384 m3 đất và 37.432 m3 đá kè các loại. 13 Về cơ bản đủ độ cao thiết kế, hiện tại còn một số đoạn thiếu cao trình. Đoạn từ K0 đến Km 1+650 cao độ hiện tại chỉ đạt 3,2 đến 4,3. Nhưng đây là đê cửa sông trong đó có đoạn Km28+100 đến Km33+171 mặt đê là đường nhựa kết hợp giao thông. Do chủ yếu đắp đất cát bọc đất thịt nên dễ bị xói mòn do mưa, mặt đê nhiều ổ gà, rãnh nước. 1.3.4. Hiện trạng tuyến đê biển Nghĩa Hưng Chiều dài tuyến đê 26,325 km, có 5 kè dài 7.126 m, 4 điếm canh, 12 cống Đoạn từ Km 21+60 đến Km 26+325 cao độ hiện tại thấp hơn thiết kế từ 0,2 đến 0,8 m. Đoạn từ Km 2+00 đến Km 6+700 hiện nay rất nhiều chỗ kè bị sạt mái cục bộ Tuyến đê biển Nghĩa Hưng hiện mặt đê có nhiều ổ gà, rãnh nước đặc biệt là những đoạn đê đắp bằng đất cát bọc đất thịt. Đoạn kè lát khan ở Nghĩa Phúc dài 720m bị sạt lở có chỗ lấn vào 1/2 đến 1/3 mặt đê. Thậm chí có chỗ chỉ còn đê mái trong, đoạn kè kết cấu PAM mái kè bị sạt lở nặng nề dài 1.000 m, mái đê phía đồng bị sạt, có chô mất 1/2,1/3 hoặc toàn bộ mặt cắt và thân đê 1.3.5. Tồn tại của đê biển Nam Định Hệ thống đê biển hiện nay ở Nam Định chỉ có thể đảm bảo an toàn ở mức độ nhất định. Một số tuyến đê đã được đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua cá dự án PAM, và các dự án hỗ trợ của ADB có thể chống với gió bão cấp 9 và mức triều tần suất 5%. Nhiều tuyến chưa được tu bổ, nâng cấp chỉ có thể đảm bảo an toàn với gió bão cấp 8. Mặt khác, do điều kiện kinh tế việc đầu tư chưa được tập trung đồng bộ, kiên cố, lại chịu tác động thường xuyên của mưa bão nên hệ thống đê, kè biển vẫn tiếp tục bị xuống cấp. Nhiều đoạn đê biển có thể bị hư hỏng, phá vỡ hàng loạt nếu không được đầu tư và củng cố kịp thời. Do sự thay đổi khí hậu toàn câu, số cơn bão, các trận lũ lớn xảy ra nhiều hơn vào các năm gần đây đã gây xói lở mãnh liệt bờ sông, bờ biển. Mặt đê mặc dù đã được bọc bởi lớp đất thịt hoặc lớp đất cấp phối nhưng do thường xuyên chịu tác động của mưa lớn, sóng leo làm bào mòn, cuốn trôi lớp bề