Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống đê biển tỉnh Nam Định có tổng chiều dài khoảng 91,8 km, bảo vệ cho hơn 36.000 ha đất tự nhiên và sinh sống của gần 335.000 người dân tại các huyện ven biển như Giao Thủy, Hải Hậu và Nghĩa Hưng. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng tần suất, cường độ bão, triều cường, hệ thống đê biển hiện nay chỉ đáp ứng được khả năng chống chịu bão cấp 9 trở xuống, trong khi thực tế các cơn bão cấp 10 và trên cấp 10 ngày càng xuất hiện nhiều hơn. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp công trình nhằm nâng cấp, cải tạo đê biển Nam Định để đảm bảo an toàn trước tác động của triều cường và gió bão cấp 10.

Mục tiêu nghiên cứu là lựa chọn các giải pháp công trình phù hợp để nâng cấp hệ thống đê biển Nam Định, đặc biệt áp dụng cho đoạn đê biển Giao Thủy, nhằm tăng cường khả năng chịu lực, ổn định và bền vững trong điều kiện thiên tai ngày càng khắc nghiệt. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào toàn bộ hệ thống đê biển Nam Định với các phân tích chi tiết tại đoạn đê Giao Thủy dài khoảng 570 m. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế xã hội vùng ven biển, đồng thời giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống đê biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về thủy lực ven biển, cơ học đất và kỹ thuật công trình thủy để phân tích tác động của sóng, triều cường và gió bão lên hệ thống đê biển. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết thủy lực sóng và triều cường: Giúp xác định các tham số sóng thiết kế, mực nước thiết kế và lưu lượng sóng tràn qua đê, từ đó đánh giá áp lực tác động lên công trình.
  • Lý thuyết cơ học đất và ổn định mái đê: Áp dụng để tính toán ổn định mái đê, khả năng chịu lực của lớp đất đắp và các biện pháp gia cố nhằm đảm bảo an toàn công trình.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: mực nước thiết kế, lưu lượng sóng tràn cho phép, hệ số mái đê, độ cao lưu không, tần suất thiết kế, và các loại vật liệu gia cố mái đê như bê tông, đá hộc, và mái cỏ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn như Văn Lý, Hòn Dấu, Phú, Như Tân với số liệu quan trắc liên tục trên 30 năm, đảm bảo độ tin cậy cao. Dữ liệu bao gồm lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, mực nước triều, và đặc trưng sóng biển.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp:

  • Phân tích thống kê các dữ liệu khí tượng thủy văn để xác định đặc trưng khí hậu, thủy văn vùng ven biển Nam Định.
  • Tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển hiện hành, xác định các chỉ tiêu thiết kế như mực nước thiết kế, tham số sóng, độ cao lưu không.
  • Mô phỏng và phân tích ổn định mái đê sử dụng phần mềm Geoslope V.6 để đánh giá các phương án gia cố và nâng cấp.
  • Lựa chọn giải pháp công trình dựa trên phân tích điều kiện hiện trạng, khả năng thi công, hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.
  • Áp dụng thực tế cho đoạn đê biển Giao Thủy với các tính toán chi tiết về kích thước, vật liệu và phương án thi công.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng nhiều năm, với các giai đoạn thu thập số liệu, phân tích, tính toán và đề xuất giải pháp cụ thể.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng đê biển Nam Định chưa đáp ứng tiêu chuẩn bão cấp 10: Hệ thống đê hiện tại chỉ thiết kế chống chịu được bão cấp 9 với mực nước triều tần suất 5%, trong khi nhiều đoạn đê có cao trình thấp hơn yêu cầu từ 0,6 đến 1,25 m, mặt đê hẹp (khoảng 4-5 m), chưa được gia cố mặt và mái đê, dẫn đến nguy cơ vỡ đê cao khi gặp bão mạnh.

  2. Ảnh hưởng của sóng và triều cường rất lớn: Chiều cao sóng thiết kế tại chân công trình dao động từ 1,54 m đến 1,64 m, với chu kỳ phổ sóng khoảng 11,76 giây. Lưu lượng sóng tràn cho phép thiết kế được xác định là 30 lít/s/m, trong khi sóng tràn thực tế có thể vượt mức này gây xói mòn mái đê nghiêm trọng.

  3. Phân tích các đoạn đê điển hình: Đoạn đê Giao Thủy dài 570 m có cao trình hiện tại +3,9 m, thấp hơn cao trình thiết kế +5,1 m; đoạn Hải Hậu dài 849,5 m có chênh lệch cao trình 1,25 m; đoạn Nghĩa Hưng dài 1.604 m có chênh lệch 0,89 m. Các đoạn này đều chưa được gia cố mặt đê hoặc mái đê phù hợp, dễ bị phá hoại khi có sóng lớn và triều cường.

  4. Giải pháp mái cỏ và gia cố bằng bê tông cốt thép: Mái đê trồng cỏ bản địa như cỏ gà có khả năng chịu xói mòn tương đương mái bê tông, với lưu lượng sóng tràn trung bình lên đến 40-50 lít/s/m trong 6 giờ mà không gây hư hỏng đáng kể. Gia cố mặt đê bằng bê tông M25 dày 25 cm kết hợp tôn cao mặt đê là phương án tối ưu cho các đoạn đê có mặt bằng thuận lợi.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự xuống cấp và không đồng bộ của hệ thống đê biển Nam Định là nguyên nhân chính làm giảm khả năng chống chịu thiên tai. So với các nghiên cứu trong khu vực và quốc tế, việc áp dụng mái cỏ kết hợp gia cố bê tông là giải pháp bền vững, kinh tế và phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới, đồng thời góp phần giảm thiểu tác động môi trường.

Dữ liệu phân tích khí tượng thủy văn cho thấy lượng mưa trung bình năm khoảng 1.615 mm, gió mùa Đông Nam và Đông Bắc chi phối, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành sóng lớn và triều cường cao. Việc tính toán tham số sóng và mực nước thiết kế dựa trên số liệu quan trắc hơn 30 năm đảm bảo độ chính xác và phù hợp với thực tế.

Biểu đồ so sánh cao trình hiện tại và cao trình thiết kế tại các đoạn đê điển hình minh họa rõ sự thiếu hụt về chiều cao, trong khi bảng thống kê lưu lượng sóng tràn và hệ số mái đê cho thấy mức độ tác động mạnh của sóng lên công trình. Phân tích ổn định mái đê qua phần mềm Geoslope V.6 giúp lựa chọn phương án gia cố phù hợp, giảm thiểu nguy cơ sạt lở và vỡ đê.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tôn cao mặt đê và gia cố mặt đê bằng bê tông M25: Thực hiện trong vòng 2-3 năm tại các đoạn đê có cao trình thấp hơn tiêu chuẩn, nhằm nâng cao khả năng chịu lực và chống xói mòn. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng các công trình thủy lợi tỉnh Nam Định.

  2. Áp dụng giải pháp mái cỏ bản địa kết hợp lưới địa kỹ thuật: Khuyến khích trồng và chăm sóc các loại cỏ có khả năng chống xói mòn cao như cỏ gà, cỏ Vetiver trên mái đê phía đồng, giảm chi phí bảo trì và tăng tính bền vững. Thời gian triển khai 3-5 năm, do các đơn vị quản lý đê phối hợp với các viện nghiên cứu nông nghiệp thực hiện.

  3. Xây dựng tường chắn sóng bằng bê tông cốt thép tại các vị trí trọng yếu: Đặc biệt tại các đoạn đê trực diện với biển như Giao Thủy, nhằm giảm áp lực sóng trực tiếp lên mái đê. Thời gian thực hiện 2 năm, do các nhà thầu xây dựng chuyên ngành thủy lợi đảm nhận.

  4. Nâng cấp hệ thống cống tiêu thoát và kiểm soát triều cường: Sửa chữa, xây mới các cống yếu, đảm bảo khả năng tiêu thoát nước và giảm áp lực nước tràn qua đê trong mùa mưa bão. Chủ thể là các đơn vị quản lý thủy lợi địa phương, thực hiện trong 3 năm.

  5. Phân đoạn đầu tư theo ưu tiên và phân vùng nguy cơ: Ưu tiên nâng cấp các đoạn đê có nguy cơ vỡ cao, đồng thời xây dựng vùng đệm đa chức năng phía sau đê để giảm thiểu thiệt hại khi có sóng tràn qua. Kế hoạch đầu tư dài hạn 5-10 năm, phối hợp giữa các cấp chính quyền và nhà đầu tư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách thủy lợi, phòng chống thiên tai: Nhận diện các giải pháp kỹ thuật và chiến lược đầu tư nâng cấp đê biển phù hợp với điều kiện thực tế và biến đổi khí hậu.

  2. Các kỹ sư, chuyên gia công trình thủy và xây dựng ven biển: Áp dụng các phương pháp tính toán, mô hình phân tích và lựa chọn giải pháp công trình nâng cấp đê biển hiệu quả.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành kỹ thuật thủy lợi, kỹ thuật biển: Tham khảo cơ sở lý thuyết, dữ liệu khí tượng thủy văn và phương pháp nghiên cứu thực tiễn trong lĩnh vực đê biển.

  4. Các tổ chức tài trợ và đầu tư phát triển hạ tầng ven biển: Đánh giá tính khả thi, hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các dự án nâng cấp đê biển, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nâng cấp đê biển Nam Định lên chịu được bão cấp 10?
    Biến đổi khí hậu làm tăng tần suất và cường độ bão, trong khi hệ thống đê hiện tại chỉ thiết kế chống chịu bão cấp 9. Nâng cấp giúp giảm thiệt hại về người và tài sản khi bão mạnh xảy ra.

  2. Giải pháp mái cỏ có ưu điểm gì so với bê tông?
    Mái cỏ bản địa có khả năng chống xói mòn cao, chi phí thấp, thân thiện môi trường và dễ bảo trì, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới và kinh tế Việt Nam.

  3. Làm thế nào để xác định mực nước thiết kế cho đê biển?
    Dựa trên số liệu quan trắc mực nước triều, sóng, bão trong hơn 30 năm, kết hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật và dự báo nước biển dâng do biến đổi khí hậu.

  4. Phương pháp tính toán ổn định mái đê được thực hiện như thế nào?
    Sử dụng phần mềm chuyên dụng như Geoslope V.6 để mô phỏng các tác động thủy lực và cơ học đất, đánh giá khả năng chịu lực và lựa chọn biện pháp gia cố phù hợp.

  5. Có thể áp dụng các giải pháp này cho các tỉnh ven biển khác không?
    Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh theo đặc điểm khí hậu, địa hình và điều kiện địa chất từng vùng để đảm bảo hiệu quả và an toàn công trình.

Kết luận

  • Hệ thống đê biển Nam Định hiện chưa đáp ứng được tiêu chuẩn chịu bão cấp 10 và triều cường tần suất 5%, gây nguy cơ vỡ đê và thiệt hại lớn.
  • Nghiên cứu đã xác định các tham số khí tượng thủy văn, sóng và mực nước thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế vùng ven biển Nam Định.
  • Đã đề xuất các giải pháp công trình nâng cấp đê biển gồm tôn cao mặt đê, gia cố bê tông, áp dụng mái cỏ bản địa và xây dựng tường chắn sóng.
  • Phương án áp dụng cụ thể cho đoạn đê Giao Thủy đã được tính toán chi tiết, đảm bảo an toàn và phù hợp với điều kiện địa phương.
  • Khuyến nghị triển khai đầu tư theo phân đoạn ưu tiên, kết hợp quản lý và bảo trì đồng bộ để nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai.

Tiếp theo, cần tiến hành khảo sát hiện trường chi tiết, lập dự án đầu tư và triển khai thi công các giải pháp đã đề xuất nhằm đảm bảo an toàn lâu dài cho hệ thống đê biển Nam Định. Các nhà quản lý và chuyên gia được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao năng lực phòng chống thiên tai vùng ven biển.