Nghiên cứu và đề xuất các dạng mặt cắt đê biển (phần 1).[18/09/12]
17/09/2012 11:34
NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC DẠNG MẶT CẮT ĐÊ BIỂN - (Phần 1)
Vũ Minh Cát,
Khoa Kỹ thuật biển, Đại học Thủy lợi
MỞ ĐẦU
Nước ta có 3260 km bờ biển, 89 cửa sông và hơn 3000 hòn đảo trải dọc theo bờ biển của 29 tỉnh và các thành phố, hải cảng, các khu công nghiệp, dầu khí, các khu đánh bắt và nuôi trồng thủy sản đã tạo cho đất nước ta một tiềm năng to lớn trong phát triển kinh tế biển và vùng ven biển cửa sông.
Hàng bao đời nay cư dân vùng ven biển chịu ảnh hưởng nặng nề của lũ sông, bão biển, do vậy dọc theo đường bờ ông cha ta đã xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển, đê kè và các công trình khai thác các khu vực bồi vùng cửa sông, ven biển. Hệ thống đê biển nước ta được xây dựng do nhiều thế hệ thực hiện bằng lao động thủ công và các công cụ đơn giản do nhu cầu không lớn ban đầu và được nâng cấp từng bước theo thời gian nên còn rất nhiều khiếm khuyết như mặt cắt chưa đủ lớn, thân đê chứa nhiều lỗ hổng, mặt đê không được gia cố, mái đê bảo vệ bằng nhiều hình thức khác nhau, không đủ cường độ, chưa đảm bảo an toàn của nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội.
Trong những năm gần đây, hệ thống các công trình bảo vệ bờ biển, đê kè biển được quan tâm đầu tư và củng cố qua các dự án PAM, OXFAM và nguồn vốn chính phủ Việt nam nhưng do nền kinh tế chưa đủ mạnh nên các tuyến đê được nâng cấp mới chỉ có thể chống chịu được bão cấp 9 mực nước triều tần suất 5% và hầu hết gặp sự cố khi bão đổ bộ vào bờ, thậm chí sóng đánh vào đê trong các đợt gió mùa diễn ra trong mùa đông và trong năm 2005 một loạt hệ thống đê từ Hải Phòng tới Thanh Hoá bị vỡ do các trận bão gây ra.
Nguyên nhân hư hỏng của hệ thống đê biển do:
- Kết hợp của các điều kiện thuỷ động lực do các điều kiện thời tiết cực hạn vượt tần suất thiết kế mà công trình không thể chống chịu được
- Hư hỏng do thiết kế và thi công và
- Hư hỏng do nguyên nhân sử dụng và quản lý hệ thống đê
Nhằm tiến tới chuẩn hoá hướng dẫn thiết kế đê kè biển thống nhất và phù hợp với giai đoạn phát triển hiện nay, điều kiện tự nhiên ngày càng có xu thế biến đổi dị thường, Bộ Nông nghiệp & PTNT quyết định xây dựng chương trình khoa học công nghệ phục vụ xây dựng đê biển và công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển. Giai đoạn I của chương trình thực hiện các nghiên cứu từ Quảng Ninh tới Quảng Nam trong 2 năm 2007 – 2008 nhằm giải quyết các vấn đề:
- Xây dựng cơ sở xác định tần suất, phân cấp đê biển và qui hoạch tuyến đê
- Xác định các điều kiện biên thuỷ động lực bao gồm mực nước, sóng gió, nước dâng v.v… phục vụ thiết kế đê kè biển
- Mặt cắt đê biển điển hình và cơ sở áp dụng cho một vùng cụ thể
- Công nghệ xây dựng đê biển cho các vùng đất yếu
Mục tiêu tổng quát của chương trình là xây dựng hướng dẫn tiêu chuẩn phục vụ qui hoạch, thiết kế, vận hành và bảo dưỡng hệ thống đê biển. Tuy nhiên, chương trình còn tiếp tục giai đoạn 2 cho các tỉnh phía nam từ Quảng Ngãi tới Kiên Giang để có đủ luận cứ xây dựng qui chuẩn mang tính quốc gia, chính vì vậy trước mắt hướng dẫn sẽ do Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn phê chuẩn và áp dụng cho việc nâng cấp, xây dựng mới hệ thống đê biển đoạn từ Quảng Ninh đến Quảng Nam.
Đề tài: “Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với từng loại đê và phù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng nam” đánh giá hiện trạng hệ thống đê biển; các hư hỏng ; cơ chế phá hoại; các thí nghiệm vật lý đánh giá việc sử dụng các công thức tính toán điều kiện biên, các hư hỏng khi gặp các điều kiện thủy động lực cực hạn; Đề xuất mặt cắt ngang điển hình và hướng dẫn thiết kế đê kè biển.
Đề tài đã có những đóng góp mới có ý nghĩa phục vụ cho việc nâng cấp “tiêu chuẩn thiết kế đê biển”. Đó là:
1. Xây dựng được cơ sở khoa học cho việc đưa ra các mặt cắt đê biển giúp các nhà tư vấn thiết kế lựa chọn phù hợp với điều kiện thủy động lực, địa hình, địa mạo, địa chất và trình độ phát triển của mỗi khu vực.
2. Đưa ra phương pháp luận mới trên cơ sở tổ hợp tần suất áp dụng để tính toán các đặc trưng hình học, các đặc trưng thủy động lực cho đê kè một cách thống nhất Theo đó việc tính cao trình đê dựa trên quan niệm mới có tính khoa học và logic.
3. Do biến đổi khí hậu, nước biển tăng nên hiện tượng nước tràn đê sẽ xảy ra thường xuyên hơn. Đề tài đề xuất tính toán các đặc trưng thiết kế trong 2 trường hợp theo tiêu chuẩn sóng leo (không tràn đỉnh) và tiêu chuẩn sóng tràn (cho phép tràn đỉnh). Các công thức tính toán đã được kiểm nghiệm thông qua mô hình vật lý và mô hình toán và đề xuất các công thức cũng như phương pháp tính toán áp dụng cho Việt Nam.
4. Đề tài đã thực hiện đánh giá cường độ chịu tải của đê biển hiện có thông qua mô hình máy xả sóng “cistern” và cũng đã cho những kết quả bước đầu về việc bảo vệ mái trong đê biển bằng cỏ khi chịu sóng tràn.
Báo cáo này xin trình bày những điểm mới thu được trong quá trình nghiên cứu.
I. NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC DẠNG MẶT CẮT ĐÊ BIỂN
Đề tài đã khảo sát tất cả các kiểu mặt cắt đê biển và đề xuất tập các mặt cắt tiêu biểu về đê biển và điều kiện ứng dụng cho từng loại.
1) Đê cao mái nghiêng không chịu sóng tràn (mái trong ít bảo vệ)
Loại này có thể bố trí cơ đê hoặc không bố trí cơ đê; có thể bố trí thêm tường chắn sóng hoặc không.
Điều kiện ứng dụng:
- Khu vực dân sinh, kinh tế đặc biệt quan trọng đê không cho phép nước tràn
- Nơi đường bờ biển không có vật che chắn, bãi biển thấp hoặc không có bãi biển (Ở mực nước triều thấp nhất trong điều kiện thời tiết bình thường mà chiều sâu nước tại vị trí cách bờ 0.5L0 nhỏ hơn 0.5Hs thì được xem là không có bãi trước)
- Khu vực thường xuyên xảy ra bão từ cấp 8 trở lên
- Khu vực có trị số nước dâng lớn hơn > 1.5m
Loại mặt cắt này áp dụng cho một số đoạn bờ biển thoáng, sóng lớn thuộc nam Quảng Ninh kéo dài tới hết Nam Định và các đảo thuộc Hải Phòng ở những đoạn (khu vực) không cho phép tràn do tính chất quan trọng của các hoạt động kinh tế - xã hội.
2) Đê thấp mái nghiêng chịu sóng tràn (đỉnh và mái trong được bảo vệ)
Loại đê này thông thường có mặt cắt hình thang và không nên bố trí cơ đê phía biển và cũng không bố trí tường đỉnh. Cao trình đỉnh đê hay độ lưu không đỉnh đê (khoảng cách từ mực nước thiết kế tới đỉnh đê) phụ thuộc vào lưu lượng tràn.
Điều kiện ứng dụng:
- Nơi đường bờ biển không có vật che chắn, bãi biển thấp hoặc hầu như không có bãi biển.
- Khu vực thường xuyên xảy ra bão từ cấp 8 trở lên
- Khu vực có trị số nước dâng lớn hơn > 1.5m
- Khu vực phía sau đủ rộng để trữ nước tràn. Lượng nước này sẽ được tháo hoặc bơm ra sau bão.
- Mặc dù cho phép tràn, nhưng để tiết kiệm kinh phí có thể bố trí thêm tường chắn sóng.
Trường hợp cho phép tràn cần được gia cố cả 3 mặt để tránh nước tràn không chỉ phía biển vào mà còn từ phía trong sông ra. Loại mặt cắt này phù hợp với đê cửa sông thuộc các tỉnh từ Nghệ An tới Quảng Nam.
3) Đê mái nghiêng xây dựng ở vùng có điều kiện sóng hạn chế (bãi nông, bãi có rừng ngập mặn, ở vùng khuất sóng).
Điều kiện ứng dụng:
- Khu vực luôn được bồi; bãi trước luôn luôn tồn tại
- Khu vực tồn tại hoặc có thể trồng được cây chắn sóng với độ rộng tối thiểu 500m và chiều cao cây vượt trên mực nước thiết kế.
Với các điều kiện như vậy thì đỉnh đê dù có thấp, mái đê cũng không cần quá kiên cố, thậm chí mái trong chỉ cần trồng cỏ, nhưng đê vẫn an toàn.
Loại mặt cắt này thích hợp cho phần lớn tỉnh Quảng Ninh (Trừ huyện Yên Hưng) và một số đoạn thuộc đồng bằng sông Hồng như huyện Tiên Lãng (Hải Phòng), các huyện Thái Thuỵ, Tiền Hải (Thái Bình), huyện Nghĩa Hưng (Nam Định) và toàn bộ tuyến đê biển tỉnh Ninh Bình.
4) Đê 2 tuyến cho phép sóng tràn tuyến ngoài (đê kép)
Khu vực bờ biển thoáng, bãi trước bị hạ thấp liên tục hoặc không tồn tại bãi, sóng tiến sát vào chân đê, cây ngập mặn không thể tồn tại được là những khu vực đặc biệt nguy hiểm nên xem xét bố trí đê 2 tuyến.
Vì cho phép nước tràn nên bố trí dạng mặt cắt 2 đảm bảo an toàn tuyệt đối khi nước tràn và tiết kiệm được kinh phí vì mặt cắt đê nhỏ hơn. Đê kiểu này cũng chỉ tràn nước trong điều kiện thời tiết cực hạn khi có bão, nước dâng kết hợp với triều cường. Tuy nhiên do bãi hạ thấp thường xuyên, nên rất có thể gặp rủi ro mặt bãi bị hạ thấp đột ngột kéo theo hiện tượng xói chân phía biển gây mất ổn định mái ngoài dẫn tới sự cố đê.
Tuyến I (phía ngoài) cho phép tràn nên phải bảo vệ cả 3 mặt bằng kè lát mái, không bố trí tường đỉnh; mái ngoài m ³ 4, mái trong đồng m = 3.0.
Tuyến II (phía trong) có mngoài = mđồng = 3, cả mái ngoài và mái trong trồng cỏ loại thông thường hoặc cỏ vetiver trong khung đá xây vữa 100# (30x30)cm, kích thước mỗi ô trồng cỏ (150x150)cm. Cần đặc biệt quan tâm tới kết cấu chân và mái đê.
Trong trường hợp này ngoài VIIệc tính toán kết cấu hình học và các thành phần của đê thì VIIệc xác định chính xác dung tích khu chứa nằm giữa 2 đê để quyết định lượng tràn cho phép. Ngoài ra cũng phải nghiên cứu bố trí các công trình tiêu nước trên mặt đê và tiêu nước sau bão trong khu vực bụng chứa.
Do là khu vực xói đặc biệt nghiêm trọng nên khu vực giữa 2 tuyến đê cố gắng trồng cây, tạo mặt nhám tạm thời, không cho phép xây các công trình kiên cố để hạn chế tác hại nếu tuyến ngoài bị phá hoại và bảo vệ an toàn cho tuyến trong trước khi chúng ta có những giải pháp tiếp theo.
Ở phía xa ngoài biển cần nghiên cứu xây dựng hệ thống đập chắn sóng ngoài khơi, kè mỏ hàn và kè chữ T nhằm giữ bãi, gây bồi.
Điều kiện ứng dụng:
- Khu vực có thể bố trí được tuyến 2 và không gian đủ rộng để chứa hết nước tràn.
- Nơi đường bờ biển không có vật che chắn, bãi biển thấp hoặc hầu như không có bãi biển.
- Khu vực thường xuyên xảy ra bão từ cấp 8 trở lên
- Khu vực có trị số nước dâng lớn hơn > 1.5m
Đoạn bờ thuộc nửa phía nam huyện Giao Thuỷ và toàn bộ huyện Hải Hậu (tỉnh Nam Định) cần nghiên cứu và áp dụng mặt cắt kiểu này.
5) Đê thấp tiêu nước đỉnh đê (chịu sóng tràn, mái trong ít bảo vệ)
Đây là một dạng đặc biệt của mặt cắt loại 2, nhưng do khu vực sau đê rất hạn chế không cho phép trữ lượng nước tràn quá lớn. Khi đó cần xây dựng các công trình thu nước và tiêu nước ngay trên mặt đê. Chẳng hạn phía sát đỉnh đê phía trong bố trí tường chắn nước và bố trí kênh thu nước tràn với kích thước đủ lớn chứa lượng nước của con sóng lớn nhất dọc theo đê ngay phía trên mặt đê và cứ khoảng một đoạn lại có một kênh ngang cửa thoát ra biển.
Điều kiện ứng dụng:
- Khu vực cho phép nước tràn, nhưng không gian phía trong không đủ lớn để bố trí tuyến đê trong nên phải thiết kế hệ thống thoát nước ngay trên mặt đê để tiêu phần lớn lượng nước tràn.