Đồ Án Thiết kế đê phá sóng bảo vệ bờ biển Cát Hải, Hải Phòng

LỜI MỞ ĐẦU
Cát Hải là một đảo nhỏ có dân số lên đến 1,3 vạn ng¬ười chủ yếu sống bằng nghề nuôi trồng và đánh bắt thủy hải sản, làm muối và chế biến thuỷ sản (mắm và các sản phẩm đông lạnh ). Cát Hải còn có tiềm năng du lịch sinh thái và là vị trí quân sự quan trọng của vùng đông bắc tổ quốc, sự ổn định của đảo có liên quan đến luồng tàu vào cảng Hải Phòng qua cửa Nam Triệu vì khi bờ biển của đảo Cát Hải bị sóng h¬ướng nam và đông nam gây sạt lở sẽ bị dòng ven mang vào luồng tàu, gây bồi lấp nghiêm trọng ảnh h¬ưởng không chỉ đến khu vực mà còn gây ảnh hưởng đến kinh tế của các tỉnh lân cận.
Do vậy việc giữ ổn định đường bờ Cát Hải, chống xói lở là một nhiệm vụ quan trọng và cấp thiết nhằm đảm bảo an toàn về tính mạng, đời sống của nhân dân ở đảo, phát triển sản xuất, tạo cơ hội đầu tư trong nước và ổn định cho luồng tàu vào các cảng ở khu vực Hải Phòng.
Để đáp ứng được yêu cầu đó, bên cạnh việc củng cố, xây dựng hệ thống đê, kè hiện có thì việc xác định nguyên nhân, cơ chế xói lở, phá hoại đê và bãi trước biển và đề xuất giải pháp nhằm ổn định lâu dài các công trình phòng chống lụt bão là một nhiệm vụ vô cùng cấp bách.
I. Tính cấp thiết của đồ án:
Toàn đảo Cát Hải có 20,6 km đê bao quanh, trong đó có tuyến đê xung yếu từ Bến Gót đến Hoàng Châu nằm ở phía nam đảo chịu tác động trực tiếp của sóng, gió nơi có dòng chảy ven bờ mạnh nhất và dải bờ đang bị xâm thực. Đê biển Cát Hải là công trình đất, mái phía biển được bảo vệ bằng kè lát mái ở những đoạn xung yếu thường xuyên chịu tác động của sóng triều.
Nguyên nhân gây xói lở bờ đảo Cát Hải là dòng tổng hợp liên quan đến tính bất đẳng tốc và bất đẳng thời giữa dòng lên dòng xuống qua vùng bờ và 2 lạch đầu Chương Hoàng Châu và Hàng Dầy.
Nằm kẹp giữa hai cửa sông lớn là sông Bạch Đằng và sông Chanh. Phía Nam của đảo là nơi chịu tác động mạnh mẽ của các yếu tố thủy động lực. Mùa hè sóng gió thịnh hành hướng Đông Nam, Nam, Nam Đông Nam với tần xuất cao 70% .Thời kỳ triều cường khi triều lên cao theo cao độ hải đồ (3,5 m) sóng trực tiếp đánh vào đê kè .
Sóng vỡ ngay sát chân đê, kè, tạo thành dòng chảy sóng với tốc độ 0,35 - 1,28 m/s rửa trôi các trầm tích hạt mịn thậm chí cả hạt trung. Hiện tượng moi đáy này làm mặt bãi bị hạ thấp, chân kè bị bào mòn nghiêm trọng gây sạt lở mái kè. Hiện tượng này xảy ra với cường độ mạnh trong thời gian bão đổ bộ vào đảo trùng với giai đoạn triều cường.
Tại các cửa sông tốc độ dòng chảy khá lớn đặc biệt là khi triều rút, tốc độ dòng chảy có khi lên đến 1,7 m/s cũng gây xói lở chân kè dẫn đến sạt lở mái kè.
Tình trạng xói lở đảo Cát Hải gây tác động tiêu cực cả về mặt kinh tế và xã hội, nó đe doạ cuộc sống trực tiếp của nhân dân sống sát bờ đảo và cả phía trong đảo. Nó hạn chế khả năng đầu tư¬ phát triển kinh tế và xây dựng hạ tầng trên đảo. Vì vậy, việc xây dựng đê và các công trình bảo vệ bờ đảo Cát Hải là hết sức cấp bách và cần thiết.
Hiện nay hệ thống đê và kè mỏ hàn đã được xây dựng trên đảo nhưng đang đứng trước nguy cơ bị xói mòn và hư hỏng do tác dụng của sóng, gió, dòng chảy, thuỷ triều trong khu vực. Để giảm thiểu tác động này, một giải pháp đưa ra là xây dựng 1 đê phá sóng xa bờ (Breakwater) đế hạn chế tác dụng của sóng tới hệ thống đê biển bảo vệ đảo.
II. Nhiệm vụ của đồ án:
- Phân tích các điều kiện: vị trí địa lí, đặc điểm địa hình, đặc điểm địa chất, đặc điểm khí hậu khí tượng, đặc điểm thuỷ văn- hải văn, dân sinh, kinh tế xã hội, của khu vực đảo Cát Hải
- Với các số liệu thủy hải văn thu thập được như sóng, gió, mực nước sử dụng mô hình Delft 3D để mô phỏng thủy lực (dòng chảy, sóng) Cát Hải trước và sau khi có công trình.
- Quy hoạch, lựa chọn vị trí công trình và tính toán các điều kiện biên thiết kế
- Từ kết quả mô hình, dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế công trình biển, tiến hành tính toán thiết kế công trình đê phá sóng xa bờ (Breakwater) cho khu vực đảo Cát Hải.

Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân và được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Vũ Minh Cát, 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: “Thiết kế đê phá sóng bảo vệ bờ biển Cát Hải, Hải Phòng”
Do thời gian làm đồ án có hạn cũng như trình độ và kinh nghiệm thực tế của bản than còn hạn chế nên trong đồ án 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 nghiệm cho bản thân mình, để sau khi ra trường công tác được tốt hơn

MỤC LỤC:
LỜI MỞ ĐẦU 1
I. Tính cấp thiết của đồ án: 1
II. Nhiệm vụ của đồ án: 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC HUYỆN ĐẢO CÁT HẢI 6
1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 6
1.1.1 Vị trí địa lý 6
1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo của khu vực dự án 7
1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn 8
1.2.1 Điều kiện khí tượng 8
1.2.2 Điều kiện thuỷ hải văn 17
1.3 Đặc điểm địa chất 26
1.3.1 Các lớp địa chất từ trên xuống 26
1.3.2 Điều kiện địa chất thủy văn 27
1.4 Điều kiện dân sinh, kinh tế, xã hội 29
1.4.1 Dân số và lao động 29
1.4.2 Cơ cấu ngành nghề 30
1.4.3 Cơ sở hệ thống hạ tầng 30
1.5. Hiện trạng hệ thống đê biển, kè mỏ hàn 31
1.5.1. Hiện trạng hệ thống đê biển 31
1.5.2 Hiên trạng kè mỏ hàn 33
1.5.3 Hiện trạng cống dưới đê 34
CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DELFT3D MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY VÀ SÓNG KHU VỰC CÁT HẢI 35
2.1 Giới thiệu về mô hình Delft 3D 35
2.1.1 Giới thiệu về DELFT3D-FLOW 36
2.1.2 Giới thiệu về DELFT3D-WAVE 41
2.2 Xây dựng mô hình (Delft3D-FLOW) 43
2.2.1 Các tài liệu cơ bản phục vụ tính toán 43
2.2.2 Sơ đồ hóa khu vực nghiên cứu và các biên tính toán 44
2.2.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 44
2.3 Các kịch bản tính toán 48
2.3.1 Mô phỏng hiện trạng của khu vực Cát Hải khi chưa có công trình 48
2.3.2 Mô phỏng theo các phương án giải pháp công trình 57
CHƯƠNG III: QUY HOẠCH, LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH VÀ TÍNH 67
TOÁN ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ 67
3.1 Xác định cấp công trình 67
3.2. Quy hoạch chung về các biện pháp công trình bảo vệ đảo Cát Hải 68
3.2.1 Phân tích nguyên nhân xói lở để có biện pháp công trình thích hợp 68
3.2.2 Đưa ra các giải pháp công trình 69
3.2.3 Phân tích phương án kết cấu và bố trí kết cấu 69
3.2.3 Vị trí đặt đập phá sóng 72
3.4 Điều kiện biên 72
3.4.1 Điều kiện địa hình 73
3.4.2 Mực nước thiết kế 75
3.4.4 Tính toán sóng thiết kế 76
3.3.5 Các thông số địa chất dùng cho thiết kế 86
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐẬP PHÁ SÓNG XA BỜ 88
4.1. Thiết kế mặt cắt ngang của đập phá sóng 88
4.1.1 Cao trình đỉnh đập 88
4.1.2 Khối lượng cấu kiện phủ mái 89
4.1.3 Chiều dày lớp phủ 91
4.1.4 Bề rộng đỉnh đập 92
4.1.5 Xác định trọng lượng và kích thước đá lớp dưới 93
4.1.6 Tính toán chân khay 96
4.1.7 Tính toán đầu đập mở rộng 100
4.2 Xử lý nền 101
4.3 Giải pháp thi công 102
4.3.1 Tổng quát 102
4.3.2 Thiết bị thi công 102
4.3.3 Định vị công trình 103
4.3.4 Trình tự thi công 103
4.3.5 Các quy định khi thi công 105
4.3.6 Kiểm tra và bảo dưỡng 106
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107