Đồ Án Nghiên cứu cơ chế bồi lấp cửa Mỹ Á và thiết kế giải pháp công trình

MỞ ĐẦU
Quảng Ngãi là một tỉnh thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ. Lãnh thổ của tỉnh trải dài theo hướng Bắc – Nam 100 km, chiều ngang theo hướng Đông – Tây là hơn 60 km từ 14032’N đến 15025’N và 108006’E đến 109004’E.
Ở phía Bắc, Tây, Nam, Quảng Ngãi giáp với các tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ và Tây Nguyên; phía Đông giáp với biển; phía Tây giáp với các tỉnh Gia Lai, KomTum trên chiều dài 142 km liền kề với dãy Trường Sơn.
Quảng Ngãi gần như nằm giữa hai đầu đất nước, cách Hà Nội 883 km và thành phố Hồ Chí Minh 838 km. Lãnh thổ vùng nằm trong vùng kinh tế trọng điểm của miền Trung với các hoạt động kinh tế có sự thay đổi lớn, sau khi có sự ra đời của khu công nghiệp Dung Quất. Với sự tiện lợi trong giao thông qua Quốc lộ 1A và tuyến đường sắt xuyên Việt, đồng thời có sự giao lưu với Tây Nguyên, như Gia Lai, KomTum và Lào thông qua Quốc lộ 24.
Bờ biển Quảng Ngãi dài 130 km chia làm 3 đoạn:
- Đoạn 1: từ mũi Nam Trân đến mũi Ba Làng An.
- Đoạn 2: từ mũi Ba Làng An đến mũi Sa Huỳnh.
- Đoạn 3: từ mũi Sa Huỳnh đến mũi Kim Bồng.
Ngoài ra, bờ biển Quảng Ngãi có 6 cửa sông thuận lợi cho việc tầu thuyền cập bến:
- Cửa Sa Cần ở phía Đông Bắc huyện Bình Sơn. Phía Bắc có vũng Dung Quất – nay là cảng Dung Quất.
- Cửa Sa Kỳ nằm lọt giữa phía Đông Nam huyện Bình Sơn và phía Đông Bắc huyện Sơn Tịnh, giữa hai xã Bình Châu và Tịnh Kỳ, có lạch ngầm sâu dài khoảng hơn 1km được xây dựng thành một cảng biển của tỉnh.
- Cửa Cổ Luỹ (còn gọi là Cửa Đại) là nơi hai con sông Trà Khúc và sông Vệ gặp nhau và đổ ra biển. Cửa sông diễn biến phức tạp, nhưng tồn tại những lạch sâu nên tầu có tải trọng từ 50 – 70 tấn có thể ra vào được.
- Cừa Lở nằm giữa hai xã Nghĩa An (Tư Nghĩa) và Đức Lợi (Mộ Đức). Cửa biển này hẹp và cạn.
- Cửa Mỹ Á ở phía Đông Bắc huyện Đức Phổ, thường xuyên bị bồi lấp cửa vào mùa kiệt, nên việc giao thông thuỷ rất khó khăn.
- Cửa Sa Huỳnh ở phía Đông Nam huyện Đức Phổ. Cửa hẹp, giao thông đường thuỷ khó khăn.
Phần lớn các công trình đê ở Quảng Ngãi đều được xây dựng sau năm 1975 và . chủ yếu là đê sông và cửa sông giáp biển có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, chống lũ tiểu mãn hoặc lũ sớm. Hầu hết các tuyến đê đều ngắn do bị chia cắt bởi các cửa sông, rạch hoặc cồn cát Khác với các tỉnh bắc bộ, đê các tỉnh trung trung bộ cũng như đê ở Quảng Ngãi chỉ có một tuyến trong phạm vi biến đổi của các cửa sông, cửa rạch, không có các tuyến đê quan lấn biển và cũng không có tuyến đê dự phòng như ở đồng bằng Bắc Bộ.
Do tác động của sóng, dòng chảy ven bờ cũng như dòng chảy từ sông, vật liệu mang theo được lắng đọng và vun lên ở khu vực cửa sông vào mùa cạn và hiện tượng bị xói khi lưu tốc dòng chảy tăng lên trong mùa lũ đẩy những doi cát cửa sông khơi thông dòng chảy.
Nếu dòng năng lượng sóng lớn hơn dòng chảy sông, vật liệu sẽ bị đẩy vào phía trong cửa sông, hình thành doi cát dạng móc câu. Nếu dòng chảy sông và năng lượng sóng là mạnh tương đương nhau, thì mũi doi cát sẽ là nơi hội tụ năng lượng lớn và doi cát được vun lên cao giống như một “đê chắn cát” kéo dài về phía cửa sông và phía trong nó là một rãnh trũng ngập nước khi triều cao hoặc dạng ao sót; đối với dạng này, tác động gió đóng vai trò chủ yếu.
Cửa biển Mỹ Á ở cuối sông Trà Câu thuộc huyện Đức Phổ, nơi ra vào thường xuyên của hơn 300 tầu thuyền đánh cá của xã Phổ Quang và các xã lân cận. Theo thống kê, trong hơn 10 năm kể từ trận lũ lịch sử năm 1999, cửa biển Mỹ Á bị lấp quá một nửa. Cát theo sông từ nguồn đổ về, ngoài ra còn có cát theo thuỷ triều từ biển vào làm cho cửa sông ngày càng hẹp dần.
Hàng năm, vào thời kỳ biển động, gió chướng một lượng cát lấp ngay ngoài cửa nên tàu thuyền rất khó ra vào, đặc biệt là những tàu lớn thì nhiều giải pháp hút cát, nạo vét nhằm khơi thông cửa đã được thực hiện, tuy nhiên chỉ qua một mùa, cát lại lấp như cũ. Với mục tiêu giải quyết bồi lấp cửa một cách lâu dài hơn, dự án cảng neo đậu và tránh trú tầu thuyền ở cửa biển Mỹ Á được khởi công từ đầu năm 2009 nhằm xây dựng bến cá, vũng neo trú cho hơn 400 tầu, thuyền và nạo vét luồng vào trong cảng, kết hợp với xây dựng đê chắn sóng và ngăn cát Mặc dù vậy, từ khi xây đê chắn cát, cửa biển lại bị bồi lấp nặng hơn do gió từ biển thổi vào và bị con đê chắn cát ngăn cản gây nên luồng xoáy đem theo cát lấp lại cửa.
Thực tế cho thấy, công tác nghiên cứu, tính toán để tìm ra các biện pháp thích hợp giảm thiểu quá trình bồi lấp tại cửa Mỹ Á vẫn đang được tiếp tục và việc thực hiện đề tài này mong muốn góp phần vào công tác trên.
I. MỤC TIÊU ĐỒ ÁN
Từ những số liệu thu thập được, và sử dụng mô hình MIKE 21 để mô phỏng thuỷ lực, trường sóng và vận chuyển bùn cát và quy hoạch, thiết kế công trình lựa chọn nhằm giảm thiểu bồi lấp tại cửa sông Mỹ Á, ổn định luồng tàu ra vào cảng.
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện được mục tiêu đề ra, các phương pháp và công cụ được sử dụng để nghiên cứu bao gồm:
- Thu thập, xử lý và chỉnh lý các số liệu cơ bản phục vụ nghiên cứu
- Phương pháp điều tra phân tích tổng hợp nguyên nhân hình thành.
- Phương pháp phân tích thống kê.
- Ứng dụng mô hình toán mô phỏng xác định trường sóng, dòng chảy và bùn cát
- Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện có trong nước và trên thế giới.
III. BỐ CỤC ĐỒ ÁN
PHẦN MỞ ĐẦU
Chương I: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Chương II: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 MÔ PHỎNG SÓNG VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC CỬA SÔNG MỸ Á.
Chương III: QUY HOẠCH, LỰA CHỌN VỊ TRÍ CÔNG TRÌNH VÀ TÍNH TOÁN CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ.
Chương IV: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 5
I. MỤC TIÊU ĐỒ ÁN 7
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7
III. BỐ CỤC ĐỒ ÁN 7
Chương I 8
TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 8
1.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu 8
1.2. Địa hình địa mạo và đặc điểm địa chất ven biển. 9
1.3. Đặc điểm về khí hậu, khí tượng 10
1.3.1. Chế độ nhiệt. 10
1.3.2. Chế độ mưa 11
1.3.3. Chế độ khí áp và gió. 12
1.3.4. Bão và áp thấp nhiệt đới. 13
1.4. Đặc điểm về thuỷ, hải văn 15
1.4.1. Dòng chảy mùa kiệt và mùa lũ sông Thoa 15
1.4.2. Thuỷ hải văn và động lực ven bờ. 16
1.5. Đặc điểm dân sinh kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu. 18
1.5.1. Đặc điểm dân sinh 18
1.5.2. Tiềm năng đất đai và hiện trạng sử dụng đất khu vực cửa Mỹ Á. 18
1.5.3. Hiện trạng và quy hoạch nuôi trồng thuỷ sản. 18
1.5.4. Thống kê hiện trạng số lượng tầu đánh cá và tầu từ nơi khác đến khu vực cửa. 18
Chương II. 19
Ứng dụng mô hình MIKE 21 mô phỏng sóng và vận chuyển bùn cát khu vực cửa Mỹ Á. 19
2.1. Giới thiệu mô hình MIKE 21 19
2.2. Xây dựng mô hình – Mô hình MIKE 21. 20
2.2.1. Các số liệu cơ bản phục vụ tính toán. 21
2.2.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. 23
2.3. Mô phỏng truyền sóng khu vực nghiên cứu. 24
2.3.1. Giới thiệu mô hình truyền sóng MIKE 21 Spectral Waves FM 24
2.3.2. Mô phỏng trường sóng 28
2.3.2.1. Tài liệu đầu vào. 28
2.3.2.2. Mô phỏng trường sóng trong trường hợp tự nhiên. 30
2.3.2.3. Mô phỏng trường sóng khi có công trình. 34
2.4. Mô phỏng dòng chảy tại khu vực nghiên cứu. 43
2.4.1. Giới thiệu mô hình MIKE 21 Flow ST – Sand Transport 43
2.4.2. Mô phỏng trường dòng chảy tại khu vực nghiên cứu. 46
2.4.2.1. Tài liệu đầu vào. 46
2.4.2.2. Mô phỏng trường sóng đối với điều kiện tự nhiên. 47
2.4.2.3. Mô phỏng khu vực nghiên cứu khi có công trình. 48
2.5. Mô phỏng vận chuyển bùn cát. 53
2.5.1. Tài liệu đầu vào. 53
2.5.2. Mô phỏng vận chuyển bùn cát. 55
Chương III 65
QUY HOẠCH, LỰA CHỌN VỊ TRÍ CÔNG TRÌNH VÀ TÍNH TOÁN CÁC ĐIỀU KIỆN THIẾT KẾ. 65
3.1. Quy hoạch và lựa chọng công trình. 65
3.1.1. Lựa chọn dạng công trình. 65
3.1.2.Phương án bố trí tuyến đê 67
3.2. Xác định cấp công trình. 68
3.3. Tính toán các điều kiện biên thiết kế. 70
3.3.1 Điều kiện địa hình. 70
3.3.2. Điều kiện thủy động lực. 72
3.3.2.1. Mực nước thiết kế. 72
3.3.2.2. Tính toán tham số sóng thiết kế. 73
3.2.3. Điều kiện địa chất 83
Chương IV. 84
THIẾT KẾ ĐÊ CHẮN SÓNG 84
4.1. Thiết kế mặt cắt ngang. 84
4.1.1. Xác định cao trình đỉnh đê. 84
4.1.2. Thiết kế mặt cắt ngang 86
4.1.2.1. Thiết kế khối phủ mái. 86
4.1.2.2. Bề rộng đỉnh đê. 88
4.1.2.3. Xác định trọng lượng và kích thước lớp đá phía dưới. 89
4.1.2.4. Tính toán phần lăng thể chân khay. 91
4.1.2.5. Tính toán mở rộng đầu đê. 95
4.2. Tính toán ổn định. 96
4.2.1. Tải trọng sóng lên đê mái nghiêng. 96
4.2.2. Kiểm tra mặt phẳng đê mái nghiêng. 99
4.2.3. Phương pháp xử lý nền. 100
4.2.3.2. Sử dụng vải địa kỹ thuật. 101
Kết Luận Và Kiến Nghị 104
1. Kết luận 104
2. Kiến nghị 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106
PHỤ LỤC 107