Mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài 2. Mục tiêu đề tài 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4.
Nội dung nghiên cứu 5. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Chƣơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1. Các nghiên cứu về áp lực sóng trên thế giới 1.
Các nghiên cứu về áp lực sóng ở Việt Nam Chƣơng 2: Thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm áp lực sóng lên tƣờng đỉnh 2. Mô hình vật lý máng sóng 2. Kịch bản thí nghiệm 2. Phân tích kết quả thí nghiệm Chƣơng 3: Ứng dụng kết quả nghiên cứu 3.
Địa điểm áp dụng 3. Kết quả tính toán Kết luận và kiến nghị 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ SÓNG TRÀN QUA ĐÊ BIỂN 1.1 Giới thiệu đê bển ở Việt Nam Đê biển có tƣờng đỉnh hiện nay đang đƣợc sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam và đƣợc coi là giải pháp đơn giản, hiệu quả để nâng cao cao trình đỉnh đê, giảm sóng tràn qua đê. Đê có tƣờng đỉnh đƣợc sử dụng ở những nơi mà không còn quỹ đất để nâng cao, hoặc điều kiện kinh tế không cho phép xây đê cao. Với phạm vi nghiên cứu của luận văn, tác giả giới thiệu đê có tƣờng đỉnh của một số địa phƣơng tiêu biểu.1 Đê biển ở Hà Tĩnh Hà Tĩnh có khoảng 211.0km đê biển, đê của sông thuộc thành phố Hà Tĩnh và các huyện: Kỳ Anh, Cẩm Xuyên, Nghi Xuân, Thạch Hà, Lộc Hà.4km đê trực tiếp biển (chiếm 46%) và 105.16km đƣợc xây dựng tƣờng đỉnh trên đê (chiếm 50%) để nâng cao cao trình đỉnh đê, giảm sóng tràn qua đê, chiều cao tƣờng đỉnh phổ biến là (0.0m) và hầu hết không có thềm trƣớc tƣờng [3].1 Đê biển Hội Thống, Nghi Xuân, Hà Tĩnh [3] 5 Hình 1.2 Đê biển Phúc Long Nhƣợng, Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh [3] 1.2 Đê biển ở Thanh Hóa Thanh Hóa có khoảng 70.4km đê biển thuộc các huyện Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoàng Hóa, Tĩnh Gia.
Hiện nay, hầu hết các tuyến đê biển ở Thanh Hóa đều đã đƣợc kiên cố hóa với tƣờng đỉnh trên đê. Điển hình là tuyến đê biển Hậu Lộc (đoạn đê biển I Vích dài 5.5km), cao trình đỉnh đê +4.5m; chiều rộng mặt đê B = 3m; mái đê phía biển m1 = 4.0; cao trình đỉnh tƣờng là +5.5m; chiều cao tƣờng W = 1. Đây là tuyến đê bảo vệ trực tiếp khu dân cƣ đông đúc cho 5 xã: Hải Lộc, Minh Lộc, Ngƣ Lộc, Đa Lộc, Hƣng Lộc với diện tích 2165ha và dân số khoảng 60 ngàn ngƣời [4].3 Đê biển Hậu Lộc, Thanh Hóa [4] 6 1.3 Đê biển ở Nam Định Nam Định có 91.0km đê biển thuộc 3 huyện (Hải Hậu 33km, Giao Thủy 32km, Nghĩa Hƣng 26km), trong đó có 45km trực diện với biển (chiếm 49. Toàn tỉnh hiện có gần 50km đê biển đƣợc xây dựng tƣờng đỉnh trên đê (chiếm 55%) [5].
Hầu hết tƣờng đỉnh trên đê là thẳng đứng, không có thềm trƣớc tƣờng, tƣờng đƣợc làm bằng bê tông cốt thép hoặc đá xây. Cao trình đỉnh tƣờng phổ biến (+5.5m), chiều cao tƣờng đỉnh phổ biến (0. Một số nơi có mặt đê tƣơng đối rộng nhƣ đê biển thị trấn Quất Lâm, có thềm trƣớc khoảng 0.4 Đê biển Giao Thủy, Nam Định [5] Hình 1.5 Đê biển Quất Lâm, Nam Định [5] 7 1.4 Đê biển ở Hải Phòng Hải phòng có khoảng 46.9km đê biển, chiều rộng mặt đê B = 5.0m, cao trình đỉnh tƣờng (4. Tuyến đê Cát Hải là tuyến đê khép kín bảo vệ khu dân cƣ, sau sự cố vỡ đê do bão số 7 năm 2005, tuyến đê quan trọng này đã đƣợc đầu tƣ xây dựng khá kiên cố với cao trình mặt đê +5.0m; trên mặt đê có bố trí tƣờng đỉnh cao 0.5m; bề rộng thềm trƣớc tƣờng 0.6 Đê biển Cát Hải, Hải Phòng [7] Do những biến động lớn về môi trƣờng, tác động rõ nét của biến đổi khí hậu toàn cầu, tần suất và cƣờng độ thiên tai ngày càng gia tăng, đặc biệt là bão, triều cƣờng kết hợp với nƣớc dâng làm cho nguy cơ vỡ đê chƣa đƣợc loại bỏ, vẫn là mối hiểm họa (Hình1.7 Sóng tràn gây vỡ đê biển Hậu lộc, Thanh Hóa (bão số 7/2005) [1] 8 1.
Các nghiên cứu về áp lực sóng trên thế giới Khi nghiên cứu sóng tràn qua đê biển có tƣờng đỉnh, ảnh hƣởng của tƣờng đỉnh đến sóng tràn là vấn đề rất quan trọng. Bên cạnh đó, để có đầy đủ cơ sở khoa học cho giải pháp tƣờng đỉnh trên đê thì việc nghiên cứu áp lực sóng tác dụng lên tƣờng đỉnh cũng hết sức cần thiết. Bởi vì, áp lực sóng là nguyên nhân chủ yếu gây mất ổn định tƣờng đỉnh trên đê. Sau đây, tác giả giới thiệu một số nghiên cứu tiêu biểu về nội dung này.
Nghiên cứu của Oumeraci, H.(2001) [14] đã tiến hành nghiên cứu, thành lập công thức xác định áp lực sóng tác dụng lên tƣờng theo tiêu chuẩn sóng leo với điều kiện tƣờng dốc đứng phía biển, không có thềm và không có mũi hắt sóng. Biểu đồ áp lực sóng đƣợc xây dựng có dạng hình thang (Hình 1.8 Sơ đồ xác định áp lực sóng của Oumeraci, H. (2001) [14] Trong đó: - Hb (m): Chiều cáo sóng tại vị trí sóng đổ lần cuối; - ZA: Chiều cao sóng leo; - Fstau: Áp lực thủy tĩnh (Kpa); - Fwo: Áp lực sóng tác dụng lên tƣờng đỉnh; - HSWL: Chiều cao sóng dâng từ mép nƣớc đến đỉnh sóng; - tanα: Độ dốc mái đê. Phương pháp CEM - 2006 Theo phƣơng pháp CEM -2006, áp lực sóng tác dụng lên tƣờng đỉnh trên đê có thể xảy ra một trong ba dạng nhƣ (Hình 1.9 Hình minh họa áp lực sóng tác dụng lên tƣờng - Trƣờng hợp sóng không vỡ: sóng sẽ leo lên tƣờng và đẩy hoàn toàn không khí lên trên, lực sóng tác dụng lên tƣờng có dạng nhƣ Hình 1.
- Trƣờng hợp sóng vỡ, gần nhƣ thoát khí, lƣỡi sóng khi chạm vào tƣờng sẽ đi lên gần nhƣ thẳng đứng, lực sóng tác dụng lên tƣờng có dạng nhƣ Hình (1. - Trƣờng hợp sóng vỡ, có hình thành một túi khí lớn, lực sóng sẽ xảy ra nhƣ Hình 1. Kết quả nghiên cứu của CEM-2006 cũng đã đƣợc đƣa vào tiêu chuẩn quốc gia của Việt Nam TCVN 9901-2014. Theo đó sơ đồ tải trọng do sóng vỡ tác động lên tƣờng cản sóng thành đứng (khi không có đất lấp ở phía bờ) đƣợc xác định nhƣ Hình 1.10 Sơ đồ áp lực sóng tác dụng lên tƣờng đỉnh [12] - Công trình nằm ở độ sâu mà tại đó sóng bị đổ lần cuối cùng (Hình 1.g - Công trình nằm ở vùng mép nƣớc (Hình 1.g - Công trình nằm trên bờ, cao hơn mép nƣớc nhƣng còn trong phạm vi sóng leo (Hình 1.g Trong đó: p là hợp lực của tải trọng sóng vỡ tác động lên tƣờng giảm sóng, kPa; o là độ cao lƣng sóng so với mặt nƣớc tính toán tại vị trí tƣờng chắn sóng, m; Hb là chiều cao sóng tại vị trí sóng đổ lần cuối, m; ai là khoảng cách từ vị trí sóng đổ lần cuối đến công trình, m; al là khoảng cách từ mép nƣớc đến công trình, m; ar là khoảng cách từ mép nƣớc đến ranh giới leo bờ của sóng vỡ, m.
Khi không có công trình, ar xác định theo công thức (1-18): ar = RS 1% cotg (1-7) 1. Nghiên cứu của Ramachandran và nnk (2012) Nhóm nghiên cứu của Karunya Ramachandran (2012) [15] đã tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý máng sóng ở Hannover, với chiều dài máng 300m, chiều rộng 5m và chiều sâu là 7m. Mô hình đƣợc nghiên cứu là một phƣơng án mặt cắt đê với tỷ lệ 1:1, cao trình đỉnh đê là 6,5m, đê có mái phía biển m = 3, độ dốc bãi trƣớc i = 20, chiều cao tƣờng đỉnh là 1,7m, thềm trƣớc tƣờng là S = 10m (Hình 1.11 Mặt cắt dọc của đê có tƣờng đỉnh trong máng sóng [15] Trong thí nghiệm, các sensor cảm biến đo áp lực đƣợc bố trí nhƣ Hình 1.12 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực [15] Áp lực sóng đƣợc đo tại một vị trí theo thời gian đƣợc thể hiện nhƣ Hình 1.13 Áp lực sóng đo đƣợc của một đầu áp lực theo thời gian 13 Nhóm nghiên cứu của Karunya Ramachandran nhận thấy trong một đợt tƣơng tác, áp lực sóng tác dụng lên tƣờng gồm có 2 đỉnh (Hình1. Đỉnh thứ nhất thƣờng lớn hơn đỉnh thứ hai rất nhiều.14 Áp lực sóng của một chu kỳ sóng Do chỉ nghiên cứu 1 phƣơng án mặt cắt đê nên Karunya Ramachandran và nnk mới đƣa ra dạng áp lực sóng tác dụng lên tƣờng (Hình 1.15), chƣa đề xuất đƣợc công thức thực nghiệm để xác định áp lực sóng.
Mặt khác, trong thí nghiệm của Karunya Ramachandran và nnk vẫn chƣa nghiên cứu sự ảnh hƣởng của chiều cao tƣờng và mũi hắt tƣờng đỉnh đến áp lực sóng. Chiều rộng thềm trƣớc mới nghiên cứu có một trƣờng hợp (S = 10m) nên chƣa thể so sánh hay đánh giá ảnh hƣởng.15 Áp lực sóng phân bố theo chiều cao của tƣờng 14 1. Nghiên cứu của Xuexue Chen và nnk (2014) Xuexue Chen và nnk (2014) [13] không trực tiếp nghiên cứu ảnh hƣởng các yếu tố sóng và yếu tố hình học của mặt cắt đê đến áp lực sóng mà tiến hành nghiên cứu quan hệ giữa áp lực sóng P và thời gian gia tăng áp lực t r (là thời gian để áp lực sóng tăng từ 0 đến giá trị cực đại trong một chu kỳ sóng). Kết quả phân tích đã chỉ ra rằng áp lực sóng tỷ lệ nghịch với thời gian gia tăng áp lực (công thức 1-8): P = 13.16 Đƣờng hồi quy xác định áp lực theo thời gian gia tăng áp lực 1.
Nghiên cứu của Koen Van Doorslaer và các cộng sự (2015) Với 01 phƣơng án mặt cắt đê, 32 thí nghiệm trên mô hình vật lý máng sóng tỷ lệ lớn đã đƣợc Koen Van Doorslaer và nnk (2015) thực hiện nhằm nghiên cứu mối qua hệ giữa chiều cao sóng Hmo và độ cao lƣu không Rc đến lực tác dụng lên tƣờng đỉnh trên đê. Thông qua kết quả đo của 03 đầu đo lực, nhóm nghiên cứu đã đề xuất đƣợc công thức thực nghiệm xác định lực tác dụng lên tƣờng đỉnh là hàm của độ cao lƣu không Rc và Hmo [16]: F = a.Rc/Hmo) (1-9) Trong đó các hệ số a, b đƣợc xác định theo số liệu thực nghiệm.17 Độ thị quan hệ giữa lực sóng theo Hmo và Rc Với số liệu thí nghiệm hạn chế và kịch bản ít, công thức (1-9) đƣợc xây dựng trên cơ sở dự đoán đƣờng quan hệ giữa lực sóng tác dụng lên tƣờng theo Hmo và Rc (Hình 1.