-i-

Luận văn thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất tới hai thầy TS. Mai Văn Công
và GS.TS. Nguyễn Văn Mạo là những người hướng dẫn khoa học, đã định
hướng và chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt thời gian làm luận văn. Hai thầy
khơng chỉ hướng dẫn tơi hồn thành luận văn, mà hơn nữa hai thầy đã cho tơi
những kiến thức về một lĩnh vực khoa học mới với nhiều ñiều thú vị mà trước
đây tơi chưa từng được biết và có cơ hội tiếp cận. Tôi xin chân thành cảm ơn
thầy PGS.TS. ðỗ Văn Lượng đã có những góp ý q báu, những động viên
khích lệ để tơi có được kết quả tốt hơn trong học tập và trong nghiên cứu ñề
tài luận văn của mình. Các thầy là tấm gương của tơi về tinh thần trách nhiệm,
lịng tận tụy, tình yêu nghề và nỗ lực vươn lên trong học tập, nghiên cứu khoa
học nghiêm túc. Rất mong tiếp tục ñược sự chỉ bảo của các thầy trong con
ñường học tập và nghiên cứu khoa học của tôi sau này.
Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và các cán bộ Phòng ðào tạo
ðại học và sau ðại học, Khoa Cơng trình trường ðại học Thủy Lợi cùng tất cả
các thầy cơ giảng dạy lớp Cao học CH18C.ðH2, đã tạo ñiều kiện và truyền
dạy kiến thức cho chúng tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Nhân dịp này tôi cũng bày tỏ sự cảm ơn trân trọng đến lãnh đạo, các
thầy cơ giáo cùng các đồng nghiệp trong Viện ðào tạo và Khoa học Ứng dụng
Miền Trung – nơi tơi cơng tác, đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi trong suốt
q trình học tập và hồn thành luận văn của mình.
Ninh Thuận, tháng 3 năm 2012
Tác giả luận văn

ðỖ XN TÌNH

----------

Học viên: ðỗ Xn Tình – Lớp CH18C.ðH2

-----------


Luận văn thạc sĩ

- ii -

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ ................................................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC ...................................................................................... ix
PHẦN MỞ ðẦU............................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
2. Mục tiêu của ñề tài ........................................................................................... 2
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 2
4. Kết quả ñạt ñược .............................................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG ....................................................................... 3
1.1. Chức năng và nhiệm vụ của ñê, kè ................................................................ 3
1.2. ðặc ñiểm ñê cửa sông miền Trung ................................................................ 3
1.3. Tổng quan về ñê, kè ở Ninh Thuận................................................................ 4
1.3.1. ðê bờ Bắc sông Dinh .............................................................................. 5
1.3.2. ðê bao ðầm Nại ..................................................................................... 6
1.3.3. Kè bảo vệ bờ Biển .................................................................................. 7
1.4. Hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm thiết kế ñê kè hiện hành ................................ 9
1.4.1. Các tiêu chuẩn, qui phạm thiết kế ñê kè hiện hành .................................. 9
1.4.2. Một số tồn tại trong hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm................................. 9

1.5. Tổng quan phương pháp thiết kế truyền thống: ........................................... 10
1.5.1. Luận ñiểm cơ bản ................................................................................. 10
1.5.2. Phương pháp thiết kế truyền thống ....................................................... 11
1.5.3. Một số tồn tại trong phương pháp thiết kế truyền thống: ....................... 12
1.6. Tổng quan phương pháp thiết kế ngẫu nhiên ............................................... 13
1.6.1. Con đường hình thành của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên ................ 13
1.6.2. Lịch sử phát triển phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trên thế giới .......... 13
1.6.3. Cách tiếp cận của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên .............................. 14
1.6.4. Các cấp ñộ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên .. 14
1.6.5. Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên .......................................................... 15
1.7. Kết luận chương 1 ....................................................................................... 15
CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN CAO TRÌNH ðỈNH ðÊ
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ....................................... 17
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- iii -

2.1. Nguyên tắc xác ñịnh cao trình đỉnh đê......................................................... 17
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến cao trình ñỉnh ñê ................................................ 17
2.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố thủy văn, thủy lực........................................ 17
2.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố ñịa kỹ thuật ................................................. 18
2.2.3. Ảnh hưởng của qui hoạch thủy lợi, giao thông, xây dựng ..................... 18
2.2.4. Ảnh hưởng của vùng bảo vệ ................................................................. 19
2.2.5. Ảnh hưởng của các yếu tố khác ............................................................ 19
2.3. Các phương pháp tính tốn cao trình đỉnh đê............................................... 19
2.3.1. Các phương pháp truyền thống ............................................................. 19
2.3.2. Phương pháp thiết kế theo lý thuyết ñộ tin cậy ...................................... 25

2.4. Xây dựng tiêu chí lựa chọn cao trình đỉnh đê hợp lý.................................... 26
2.5. Kết luận chương 2 ....................................................................................... 27
CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT ðỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO
TRONG THIẾT KẾ ðÊ VÀ BÀI TOÁN ỨNG DỤNG ................ 28
3.1. Giới thiệu chung.......................................................................................... 28
3.2. Tóm tắt cơ sở lý thuyết ................................................................................ 29
3.2.1. Phân tích rủi ro ..................................................................................... 29
3.2.2. Phân tích độ tin cậy của thành phần hệ thống........................................ 30
3.2.3. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên ........................................ 32
3.2.4. Phân tích tính tin cậy của hệ thống........................................................ 38
3.3. Các bài tốn ứng dụng trong thiết kế đê và hệ thống cơng trình phịng lũ .... 39
3.3.1. Bài tốn 1 - ðánh giá an toàn hệ thống hiện tại ..................................... 39
3.3.2. Bài tốn 2 - Tối ưu tiêu chuẩn an tồn của hệ thống .............................. 40
3.3.3. Bài toán 3 - Thiết kế tối ưu các thành phần của hệ thống ...................... 41
3.4. ðề xuất bài toán ứng dụng cụ thể cho luận văn và xây dựng bài toán mẫu... 44
3.4.1. ðánh giá an toàn hệ thống hiện tại ........................................................ 44
3.4.2. Tối ưu tiêu chuẩn an toàn...................................................................... 44
3.4.3. Thiết kế tối ưu các thành phần của hệ thống ......................................... 48
3.5. Kết luận chương 3 ....................................................................................... 48
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN LỰA CHỌN CAO TRÌNH ðỈNH ðÊ HỢP LÝ
CHO ðÊ SÔNG DINH TỈNH NINH THUẬN ............................... 50
4.1. Mô tả trường hợp nghiên cứu ...................................................................... 50
4.2. Sơng Dinh – đặc điểm sơng ngịi và thủy, hải văn ....................................... 52
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- iv -


4.2.1. Sơng Dinh – đặc điểm sơng ngịi .......................................................... 52
4.2.2. Sơng Dinh – đặc điểm thủy văn ............................................................ 54
4.2.3. Sơng Dinh – đặc điểm hải văn .............................................................. 55
4.3. Giới thiệu chung về đê Bắc sơng Dinh tỉnh Ninh Thuận .............................. 55
4.3.1. ðặc ñiểm về tuyến ................................................................................ 55
4.3.2. ðặc điểm hình dạng, cấu tạo ................................................................. 56
4.3.3. ðặc ñiểm chức năng, nhiệm vụ ............................................................. 57
4.3.4. ðặc ñiểm vùng cửa sơng Dinh .............................................................. 58
4.4. Tình hình lũ lụt vùng nghiên cứu................................................................. 58
4.5. Tính tốn cao trình đỉnh đê Sông Dinh theo thiết kế truyền thống ............... 60
4.5.1. Cấp bậc cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế ............................................ 60
4.5.2. Trường hợp, mặt cắt tính tốn và tiêu chuẩn áp dụng ............................ 61
4.5.3. Nội dung và kết quả tính tốn ............................................................... 62
4.6. Xác định cao trình đỉnh đê hợp lý theo lý thuyết ñộ tin cậy ......................... 65
4.6.1. Bài tốn 1 – ðánh giá an tồn hệ thống đê hiện tại................................ 65
4.6.2. Bài toán 2 – Tối ưu tiêu chuẩn an tồn của đê Bắc sơng Dinh ............... 85
4.6.3. Bài toán 3 – Thiết kế tối ưu các thành phần của hệ thống ...................... 93
4.7. Phân tích/ ðánh giá kết quả ....................................................................... 101
4.7.1. Phân tích/ ðánh giá kết quả Bài tốn 1 ............................................... 101
4.7.2. Phân tích/ ðánh giá kết quả Bài tốn 2 ............................................... 103
4.7.3. Phân tích/ ðánh giá kết quả Bài toán 3 ............................................... 104
4.7.4. So sánh các kết quả tính tốn cao trình đỉnh đê ................................... 104
4.8. Kết luận chương 4: .................................................................................... 106
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 108
5.1. Những kết quả ñạt ñược ............................................................................ 108
5.2. Những tồn tại ............................................................................................ 109
5.3. Kiến nghị .................................................................................................. 110
5.4. Hướng tiếp tục nghiên cứu ........................................................................ 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 112
PHẦN PHỤ LỤC........................................................................................................ 114


Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

-v-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

Hình 1.1: Bản đồ quy hoạch, phân vùng đê, kè tỉnh Ninh Thuận ............................. 5
Hình 1.2: Bản đồ tổng thể tuyến đê bờ Bắc sơng Dinh ............................................. 6
Hình 1.3: Mặt cắt ngang đại diện đê bao đầm Nại.................................................... 6
Hình 1.4: Mặt cắt ngang ñại diện các tuyến kè Biển ñã xây dựng ............................ 8
Hình 1.5: Một số hình ảnh các tuyến kè Biển đã xây dựng....................................... 8
Hình 2.1: ðộ dốc qui đổi tính sóng leo .................................................................. 22
Hình 2.2: Hướng truyền sóng ................................................................................ 22
Hình 2.3: Các thơng số xác định cơ đê................................................................... 23
Hình 3.1: Sơ đồ q trình phân tích rủi ro .............................................................. 30
Hình 3.2: Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS ............................................ 31
Hình 3.3: ðịnh nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số ñộ tin cậy ............................. 31
Hình 3.4 : Sơ đồ phân tích sự cố của hệ thống nối tiếp và song song ..................... 38
Hình 3.5: Hệ thống bảo vệ bờ biển có 2 đê song song ............................................ 43
Hình 3.6: Tối ưu tiêu chuẩn an tồn theo quan điểm kinh tế .................................. 45
Hình 4.1: Bản ñồ tuyến ñê Bắc sông Dinh và TP Phan Rang – Tháp Chàm ........... 50
Hình 4.2: Bản đồ hệ thống sơng ngịi của sơng Cái - Phan Rang ............................ 53
Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống sơng ngịi của sơng Cái - Phan Rang .............................. 53
Hình 4.4: Một số hình ảnh đê bờ Bắc sơng Dinh.................................................... 57
Hình 4.5: Hình ảnh vị trí vùng cửa sơng Dinh (ảnh chụp từ Google Earth) ............ 58
Hình 4.6: Một số hình ảnh lũ lụt đê Sơng Dinh tháng 11/2010 ............................... 60

Hình 4.7: ðường tần suất mực nước lũ đê Sơng Dinh tại các nút ........................... 62
Hình 4.8: Phân phối MNL dựa trên số liệu đo ñạc theo BESTFIT ......................... 67
Hình 4.9: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến xác suất xảy ra sự cố
của cơ chế chảy tràn ............................................................................ 70
Hình 4.10: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến xác suất xảy ra sự cố
của cơ chế mất ổn ñịnh kết cấu bảo vệ mái .......................................... 72
Hình 4.11: Cơ chế xói chân đê ............................................................................... 73
Hình 4.12: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến xác suất xảy ra sự cố
của cơ chế xói chân đê ......................................................................... 75
Hình 4.13: Cơ chế xói ngầm/đẩy trồi ..................................................................... 75

Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- vi -

Hình 4.14: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến xác suất xảy ra sự cố
của cơ chế xói ngầm, đẩy trồi .............................................................. 78
Hình 4.15: Cung trượt có hệ số an tồn nhỏ nhất ................................................... 82
Hình 4.16: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến xác suất xảy ra sự cố
của cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê ............................................................. 83
Hình 4.17: Sơ ñồ cây sự cố đê Bắc sơng Dinh ....................................................... 83
Hình 4.18: Xác suất xảy ra sự cố của đê Bắc sơng Dinh hiện trạng ........................ 85
Hình 4.19: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phịng lũ và cao trình đỉnh đê .............. 86
Hình 4.20: Mặt cắt đại diện đê Bắc sơng Dinh hiện tại và khi nâng cấp ................. 87
Hình 4.21: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phịng lũ và các chi phí đầu tư ............. 90
Hình 4.22: Phân phối mật độ xác suất thiệt hại theo Bestfit ................................... 90
Hình 4.23: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phịng lũ và rủi ro ................................ 92

Hình 4.24: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo Pf và tổng chi phí của hệ thống Ctot...... 93
Hình 4.25: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế sóng tràn/chảy tràn
và chi phí đầu tư nâng cao đỉnh đê ....................................................... 95
Hình 4.26: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh cấu kiện
bảo vệ mái và chiều dày cấu kiện lát mái D ......................................... 96
Hình 4.27: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn định cấu kiện
bảo vệ mái và chi phí ñầu tư nâng cấp mái ñê ...................................... 97
Hình 4.27: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân đê
và chiều sâu chân kè đê ht .................................................................... 98
Hình 4.28: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân đê
và chi phí ñầu tư nâng cấp chân kè ñê .................................................. 99

Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- vii -

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thống kê các tuyến kè biển ñã xây dựng ................................................. 7
Bảng 2.1: Hệ số chiết giảm do ñộ nhám trên mái dốc ............................................ 23
Bảng 2.2: Trị số gia tăng ñộ cao (a) ....................................................................... 24
Bảng 4.1: Một số chỉ tiêu kinh tế - xã hội của TP Phan Rang– Tháp Chàm............ 51
Bảng 4.2: Các đặc trưng dịng chảy năm tại trạm Sơng Lũy ................................... 54
Bảng 4.3: Các đặc trưng lũ sông Cái Phan Rang tại Tân Mỹ và Phan Rang ........... 54
Bảng 4.4: Thiệt hại do lũ lụt của Ninh Thuận trong những năm gần ñây ................ 59
Bảng 4.5: Bảng tính chiều cao sóng leo - Hsl ......................................................... 63
Bảng 4.6: Bảng kết quả tính cao trình đỉnh đê theo thiết kế truyền thống ............... 64
Bảng 4.7: ðặc trưng sóng Sơng Dinh..................................................................... 66

Bảng 4.8: Danh sách các biến ngẫu nhiên của cơ chế chảy tràn ............................. 68
Bảng 4.9: Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế chảy tràn ............................................ 69
Bảng 4.10: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến cơ chế chảy tràn ................... 69
Bảng 4.11: Các biến ngẫu nhiên của cơ chế mất ổn ñịnh kết cấu bảo vệ mái ......... 71
Bảng 4.12: Xác suất xảy ra sự cố và ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến
cơ chế mất ổn ñịnh kết cấu bảo vệ mái................................................. 72
Bảng 4.13: Các biến ngẫu nhiên của cơ chế xói chân đê ........................................ 74
Bảng 4.14: Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân đê ....................................... 74
Bảng 4.15: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế xói chân ñê ................ 75
Bảng 4.16: Các biến ngẫu nhiên của cơ chế xói ngầm, đẩy trồi.............................. 77
Bảng 4.17: Xác suất xảy ra sự cố riêng của từng cơ chế xói ngầm, ñẩy trồi ........... 77
Bảng 4.18: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế xói ngầm, đẩy trồi ..... 78
Bảng 4.19: Xác suất xảy ra sự cố tổng hợp của cơ chế xói ngầm, đẩy trồi ............. 79
Bảng 4.20: Các biến ngẫu nhiên của cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê ............................ 81
Bảng 4.21: Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê ........................... 82
Bảng 4.22: Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên ñến cơ chế mất ổn ñịnh mái ñê .... 82
Bảng 4.23: Tổng hợp xác suất xảy ra sự cố của ñê Bắc sông Dinh hiện trạng ........ 84
Bảng 4.24: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phịng lũ và cao trình ñỉnh ñê .............. 86
Bảng 4.25: Các hệ số chi phí nâng cấp đơn vị của đê Bắc sơng Dinh ..................... 87
Bảng 4.26: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phịng lũ và chi phí nâng cấp đê .......... 88
Bảng 4.27: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phịng lũ và chi phí q.lý vận hành ....... 89
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- viii -

Bảng 4.28: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phịng lũ và rủi ro ............................... 91
Bảng 4.29: Tổng chi phí của hệ thống Ctot ứng với các tần suất ñảm bảo Pf ........... 92

Bảng 4.30: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế sóng tràn/chảy tràn
và chi phí đầu tư nâng cao ñỉnh ñê ....................................................... 95
Bảng 4.31: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh cấu kiện
bảo vệ mái và chiều dày cấu kiện lát mái D ......................................... 96
Bảng 4.32: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn ñịnh cấu kiện
bảo vệ mái và chi phí ñầu tư nâng cấp mái ñê ...................................... 97
Bảng 4.33: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân ñê
và chiều sâu chân kè ñê ht .................................................................... 98
Bảng 4.34: Quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của cơ chế xói chân đê
và chi phí đầu tư nâng cấp chân kè ñê .................................................. 99
Bảng 4.35: Xác suất xảy ra sự cố tối ưu và chi phí đầu tư tương ứng ................... 100
Bảng 4.36: Kết quả thiết kế tối ưu các thành phần hệ thống ................................. 101
Bảng 4.37: Chiều cao ñê cần nâng cấp theo thiết kế truyền thống ........................ 104
Bảng 4.38: Chiều cao ñê cần nâng cấp theo thiết kế ngẫu nhiên........................... 105
Bảng 4.39: So sánh kết quả tính cao đỉnh đê tính tốn theo 2 PP ......................... 105

Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- ix -

DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Bản ñồ tổng thể tuyến ñê bờ Bắc sông Dinh........................................ 115
Phụ lục 2: Chuỗi số liệu mực nước lũ sơng Dinh tại 6 nút tính tốn ..................... 116
Phụ lục 3: ðường tần suất mực nước lũ sông Dinh tại 6 nút tính tốn .................. 117
Phụ lục 4: Các số liệu ñầu vào của cơ chế mất ổn ñịnh mái đê ............................. 119
Phụ lục 4-1: Số liệu tính tốn ổn ñịnh mái ñê lấy từ Geoslop tr.hợp Hiện trạng ... 119

Phụ lục 4-2: Phụ lục tính hàm tin cậy ñưa vào VAP trường hợp Hiện trạng ......... 120
Phụ lục 4-3: Số liệu tính tốn ổn định mái đê lấy từ Geoslop tr.hợp Tương lai .... 121
Phụ lục 4-4: Phụ lục tính hàm tin cậy đưa vào VAP trường hợp Hiện trạng ......... 122
Phụ lục 5: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phịng lũ và cao trình đỉnh đê ............. 123
Phụ lục 6: Quan hệ giữa tần suất ñảm bảo phịng lũ và chi phí nâng cấp
cao trình đỉnh ñê.................................................................................. 125
Phụ lục 7: Số liệu thống kê thiệt hại do bão lũ gây ra cho thành phố Phan Rang
- Tháp Chàm từ năm 1993 ñến 2010 ................................................... 128

Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

-1-

PHẦN MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, tình hình khí tượng, thủy văn, thủy triều ngày càng biến ñổi
phức tạp do biến ñổi của khí hậu; các hồ chứa thượng lưu dần được xây dựng
và đưa vào sử dụng nhưng chưa có qui trình quản lý vận hành chung cho tồn
lưu vực sơng; nhiều cơng trình cơ sở hạ tầng, xây dựng, giao thơng ñược xây
dựng phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội. Tất cả các yếu tố trên ảnh hưởng
trực tiếp đến tình hình lũ lụt, ổn định và an tồn của đê sơng, từ đó ảnh hưởng
đến đời sống và phát triển kinh tế xã hội trong vùng.
Sông Cái là con sông lớn nhất của tỉnh Ninh Thuận, là nguồn cung cấp
nước quan trọng cho sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh. ðê Sơng Dinh
nằm ở phía hạ lưu Sơng Cái kéo dài đến gần cửa sơng thơng ra Biển. ðê có
nhiệm vụ phịng chống lũ lụt cho toàn thành phố Phan Rang – Tháp Chàm,
tỉnh Ninh Thuận. Sơng Dinh có mạng lưới sơng nhánh dày, có ñặc ñiểm chung

của sông suối Miền Trung là ngắn và dốc nên diễn biến lũ trên sơng phức tạp,
tình hình lũ lụt xảy ra thường xuyên và nghiêm trọng. Chỉ tính riêng 12 năm
gần đây, từ năm 1998 - 2010 ñã có tới 6 năm xảy ra lũ lớn gây thiệt hại đến
mùa màng, nhà cửa, tính mạng và tài sản của nhân dân. Tổng giá trị thiệt hại
hàng năm lên ñến hàng trăm tỷ ñồng. ðặc biệt trong thời gian gần đây tình
hình lũ lụt ngày càng xảy ra thường xuyên với mức ñộ nghiêm trọng hơn.
Năm 2003 và 2010, nước ñã tràn qua ñỉnh ñê hàng trăm mét vào thành phố.
UBND tỉnh Ninh Thuận ñã phải huy huy ñộng tối ña các lực lượng và cả quân
ñội ñể phịng chống và hộ đê.
Việc tính tốn tổng quan bài tốn thiết kế đê và hệ thống cơng trình
phịng lũ theo phương pháp thiết kế truyền thống và hệ thống tiêu chuẩn quy
phạm hiện hành cịn gặp nhiều khó khăn và hạn chế. Tuy nhiên, phương pháp
thiết kế cơng trình theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro có nhiều ưu
điểm và giải quyết được tổng thể bài tốn này.
Phương pháp thiết kế cơng trình theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích
rủi ro là một phương pháp tiên tiến trên thế giới, nhiều nước ñã nghiên cứu và
áp dụng trong nhiều lĩnh vực, ñặc biệt tại Hà Lan, một nước đi đầu trong cơng
tác phịng chống lũ và bảo vệ bờ biển. Tuy nhiên, ở Việt Nam phương pháp
này còn rất mới mẻ và bắt ñầu nghiên cứu, ứng dụng trong một số lĩnh vực.
Vì vậy, việc áp dụng phương pháp thiết kế cơng trình theo lý thuyết độ
tin cậy và phân tích rủi ro cho tuyến đê Bắc sơng Dinh là cần thiết và ñáp ứng
ñược yêu cầu bài toán ñặt ra là nâng cấp tổng thể tuyến ñê cho phù hợp với
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


-2-

Luận văn thạc sĩ

qui hoạch phát triển của thành phố Phan Rang–Tháp Chàm trong tương lai.

ðó là một hướng đi mới ñúng ñắn và phù hợp với xu thế hiện nay.
2. Mục tiêu của ñề tài
Mục tiêu của luận văn là trình bày phương pháp luận, cơ sở lý thuyết
nghiên cứu lựa chọn cao trình đỉnh đê hợp lý cho ñê cửa sông vùng hạ du các
sông Miền Trung.
Nghiên cứu ứng dụng ñại diện ñược thực hiện cho trường hợp ñê hạ du
sông Dinh, tỉnh Ninh Thuận. Kết quả nghiên cứu trường hợp ứng dụng phục
vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế và duy tu nâng cấp hệ thống ñê chống lũ
bảo vệ thành phố Phan Rang-Tháp Chàm tỉnh Ninh Thuận.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- ðiều tra, thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá tài liệu thực tế về
ñê kè, vùng bảo vệ thuộc tỉnh Ninh Thuận;
- Nghiên cứu các tài liệu hiện có liên quan đến các yếu tố ảnh hưởng
đến cao trình đỉnh đê. Kế thừa các kết quả nghiên cứu về cao trình đỉnh đê;
- Nghiên cứu các quy trình, quy phạm thiết kế ñê, kè hiện hành;
- Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro trong đánh giá an
tồn và phân tích tối ưu lựa chọn cao trình đỉnh đê;
4. Kết quả đạt được
- Nghiên cứu và áp dụng ñược lý thuyết ñộ tin cậy và phân tích rủi ro
cho bài tốn đánh giá, nâng cấp một hệ thống đê và vùng bảo vệ hồn chỉnh
thuộc khu vực miền Trung.
- So sánh ñược kết quả tính tốn cao trình đỉnh đê theo phương pháp
thiết kế truyền thống và phương pháp thiết kế theo lý thuyết ñộ tin cậy.
- ðánh giá ñược mức ñộ an toàn của hệ thống đê sơng Dinh hiện trạng
theo nhiệm vụ ñã ñược thiết kế, theo ñiều kiện biên hiện nay và ñiều kiện biên
trong qui hoạch tương lai.
- Xác ñịnh ñược tần suất ñảm bảo tối ưu của hệ thống ñê Bắc sông Dinh
cho vùng bảo vệ là thành phố Phan Rang – Tháp Chàm.
- Xác ñịnh ñược phương án nâng cấp tối ưu của hệ thống đê sơng Dinh.
- Với các kết quả trên góp phần làm cơ sở ban ñầu cho các cơ quan hữu

quan, các nhà hoạch định chính sách trong cơng tác xây dựng, nâng cấp tiêu
chuẩn an tồn, quy hoạch hệ thống phịng chống lũ, bảo vệ cho tồn vùng
dun hải miền Trung nói riêng và vùng ven biển cả nước nói chung.
---------Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2

-----------


Luận văn thạc sĩ

-3-

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CHUNG
1.1. Chức năng và nhiệm vụ của đê, kè
Việt Nam có hệ thống sơng ngịi dày đặc và bờ biển kéo dài từ Bắc vào
Nam, vì vậy hệ thống đê và các cơng trình bảo vệ bờ đóng một vai trị cực kỳ
quan trọng trong việc phòng chống, giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ an tồn cho các
trung tâm văn hóa, chính trị, kinh tế, các vùng dân cư rộng lớn trải dài theo
các triền sơng, các vùng dun hải của cả nước.
Trong điều kiện phát triển kinh tế xã hội của ñất nước hiện nay, những
yêu cầu về việc bảo vệ các khu dân cư và kinh tế chống lại sự tàn phá của bão,
lũ, nước dâng ngày càng trở lên cấp bách. Bên cạnh việc củng cố, nâng cấp
các hệ thống ñê đã có, việc qui hoạch bảo vệ bờ sơng, bờ biển và xây dựng
các hệ thống ñê mới ñang ñược ñặt ra ở cả ba miền của ñất nước.
Hiện nay với vấn đề biến đổi khí hậu tồn cầu, Việt Nam là một trong ít
nước trên thế giới chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Ngoài ra, xu hướng phát triển
của Việt Nam cũng như các nước có biển trên thế giới là hướng ra biển, các
thành phố lớn tập trung ven biển, phát triển về tài nguyên biển, du lịch và

giao thơng thủy. Do đó, hệ thống đê và các cơng trình bảo vệ bờ có vai trị hết
sức quan trọng, ngoài nhiệm vụ bảo vệ dân cư và các cơ sở hạ tầng, cịn có
nhiệm vụ tạo ra các ñịa ñiểm du lịch nghỉ dưỡng, cảnh quan thiên nhiên tươi
ñẹp, tạo ra các vùng trú ẩn cho tàu thuyền, bảo vệ cảng khi có gió bão.
1.2. ðặc điểm đê cửa sông miền Trung
Bờ biển vùng duyên hải miền Trung dài khoảng 1200km trải dài từ Thanh
Hố đến Bình Thuận với nhiều sơng tương đối lớn như: Sơng Gianh ở Quảng Bình;
sơng Thạch Hãn ở Quảng Trị; sơng Hương ở Thừa Thiên- Huế; sông Vu Gia ở ðà
Nẵng; sông Thu Bồn ở Quảng Nam; sông Trà Khúc ở Quảng Ngãi ....
Sơng miền Trung có đặc điểm là chiều dài sơng ngắn, độ dốc lớn, lịng sơng,
hẹp, đoạn cửa sơng có vùng ñồng bằng, ñầm phá nhỏ, hẹp, bị chia cắt nhiều bởi
sơng, rạch, đồi núi đất đá, đồi cát ven biển… Do đó phần lớn các tuyến đê cửa sơng
có chiều dài ngắn, qui mơ nhỏ lẻ, chưa hình thành hệ thống hồn chỉnh khép kín.
Về lịch sử hình thành thì đa số các đoạn sơng được nhân dân tự ñắp từ lâu
trên ñịa hình thuận lợi tự nhiên và liên tục ñược nhân dân bồi ñắp qua các thời kỳ.
Tuyến ñê thường ngoằn ngoèo, gấp khúc, mặt ñê nhỏ, hai bên hành lang bảo
vệ ñê thường bị vi phạm bởi các nhà dân, ruộng vườn, đìa ni trồng thủy sản ...
gây khó khăn cho giao thơng trên mặt đê và cơng tác hộ đê trơng mùa lũ.
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

-4-

Thân ñê ñược ñắp cơ bản bằng ñất thịt nhẹ, sét pha, cát pha dễ bị mất ổn ñịnh
thấm và ổn ñịnh trượt. Mặt ñê và mái ñê nhiều tuyến chưa ñược gia cố nên rất dễ bị
xói, sạt mái khi mưa lớn hoặc nước tràn qua.
Cao trình đỉnh đê hầu hết cịn thấp, chưa đảm bảo phịng lũ theo u cầu. Hệ
thống cơng trình tiêu trên ñê qui mô nhỏ và xuống cấp, không ñáp ứng được nhiệm

vụ tiêu thốt nội đồng.
Các nhiệm vụ chính của ñê cửa sông miền Trung bao gồm: Ngăn mặn, giữ
ngọt; Bảo vệ các khu ni trồng thủy sản, đồng muối, ñất sản xuất nông nghiệp
trồng lúa, trồng màu; Bảo vệ các khu dân cư và ñồng thời ñảm bảo tiêu thốt lũ.
ðê cửa sơng miền Trung có 4 chức năng chính như sau:
1) ðê chống xâm nhập mặn. ðê dạng này cho phép tràn hai phía và
khơng chống lũ tiểu mãn;
2) ðê chống lũ tiểu mãn. ðê dạng này chống được lũ tiểu mãn nhưng
khơng chống được lũ chính vụ;
3) ðê chống lũ sớm. ðê dạng này chống lũ sớm, bảo vệ sản xuất và đảm
bảo giao thơng đầu mùa lũ chính vụ;
4) ðê chống lũ chính vụ. ðê dạng này đảm bảo chống lũ chính vụ theo
tần suất thiết kế của tuyến ñê.
ðê dạng (1) và (2) thường là các tuyến đê bảo vệ vùng sản xuất nơng nghiệp,
ni trồng thủy hải sản. ðê dạng (3) thường là các tuyến đê bảo vệ vùng sản xuất
nơng nghiệp và các khu dân cư huyện, xã qui mô nhỏ. ðê dạng (4) thường là các
tuyến ñê bảo vệ khu trung tâm kinh tế - chính trị tỉnh, huyện như thành phố, thị xã.
Tùy theo các chức năng của ñê mà qui mơ của đê tăng dần theo thứ tự từ (1) đến (4).
ðê bờ Bắc sơng Dinh thuộc dạng (4) có chức năng bảo vệ thành phố Phan
Rang – Tháp Chàm. Vấn ñề nghiên cứu cần ñặt ra ở ñây là ðê bờ Bắc sơng Dinh
đảm bảo chống lũ chính vụ với tần suất ñảm bảo bao nhiêu là hợp lý?
1.3. Tổng quan về ñê, kè ở Ninh Thuận [12]
Ninh Thuận là một tỉnh ven biển Nam Trung Bộ có chiều dài bờ Biển
khoảng 105km dọc theo tồn bộ biên phía ðơng của tỉnh. Tồn bộ đê kè vùng
sơng, đầm, biển của tỉnh Ninh Thuận có thể phân thành 5 vùng ñặc trưng sau:
- Vùng 1: Vùng biển từ Bình Tiên ñến cầu Ninh Chữ;
- Vùng 2: Vùng ven ñầm Nại;
- Vùng 3: Vùng biển từ cầu Ninh Chữ ñến Cầu An ðơng;
- Vùng 4: Vùng cửa sơng Dinh từ đập Lâm Cấp đến Cầu An ðơng;
- Vùng 5: Vùng biển từ cầu An ðơng đến Cà Ná;

Năm vùng đặc trưng trên bản đồ tỉnh Ninh Thuận xem Hình 1.1.
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

-5-

VÙNG 2

VÙNG 1

VÙNG 4

VÙNG 3

BIỂN
VÙNG 5

Hình 1.1: Bản ñồ quy hoạch, phân vùng ñê, kè tỉnh Ninh Thuận
1.3.1. ðê bờ Bắc sơng Dinh
Tuyến đê bờ Bắc sơng Dinh ñược xây dựng và sửa chữa qua nhiều thời
kỳ, ngồi nhiệm vụ phịng lũ cho thành phố Phan Rang - Tháp Chàm tuyến đê
cịn là đường giao thơng với rất nhiều hộ dân sinh sống ở hai bên bờ đê. Mặt
đê đã được bê tơng hóa với chiều dày 0,3m, hai bên mái đê có những vị trí
được gia cường bằng đá xây hoặc kè mỏ hàn mái ngồi sơng (kết cấu rọ đá, đá
xây), tại những bãi bồi mái ngồi sơng người dân đang sinh sống và canh tác
cũng ảnh hưởng nhiều đến việc bảo vệ an tồn cho tuyến đê.
Tồn bộ tuyến đê kéo dài từ Cầu Móng đến ðơng Ba, đi qua địa bàn 7
phường nội thành là Bảo An, Phước Mỹ, Phủ Hà, Mỹ Hương, ðạo Long, Tấn

Tài và Mỹ ðơng.
ðê có nhiệm vụ chính là phịng lũ cho tồn thành phố Phan Rang –
Tháp Chàm. Ngồi ra, mặt đê cịn kết hợp làm đường giao thơng nội thành.
Bản đồ tổng thể tuyến đê bờ Bắc sơng Dinh xem Hình 1.2.
Học viên: ðỗ Xn Tình – Lớp CH18C.ðH2


-6-

Luận văn thạc sĩ

Hình 1.2: Bản đồ tổng thể tuyến ñê bờ Bắc sông Dinh
1.3.2. ðê bao ðầm Nại
ðê bao ven đầm Nại có tổng chiều dài là 6.102m đang thi cơng, có
nhiệm vụ ngăn triều bảo vệ khu ni trồng thủy sản và dân cư bên trong. Cao
trình đỉnh ñê thay ñổi theo từng ñoạn (biến ñổi từ +2,5 ñến +3,4). Hệ số mái
mbiển =mñồng=2,0. Bề rộng mặt ñê 5,0m, kết cấu sỏi ñỏ, chiều dày 25cm kết hợp
làm ñường giao thông. ðê ñược ñắp bằng vật liệu tại chỗ từ cao trình mặt đất
tự nhiên (+0,5÷0,0)m đến +1,5m. Từ cao trình +1,5m đến mặt đê được đắp
bằng đất vận chuyển từ nơi khác về. Bảo vệ mái ñê phía biển là đá lát khan
dày 25cm, bảo vệ chân bằng lăng trụ ñá hộc thả rối.
ðê bao từ cầu Tri Thủy đến ðồn Biên phịng 412 dài 2.069 m thuộc dự
án Tránh trú bão cảng Ninh Chữ ñã thi cơng hồn thành trong năm 2010.
ðê Bắc đầm Nại có tổng chiều dài là 3562,4m, có nhiệm vụ ngăn lũ bảo
vệ khu nuôi trồng thủy sản. Nhưng hiện nay chưa xõy dng.
PHíA BIểN

PHíA ĐồNG

RừNG NGậP MặN


LấY ĐấT ĐắP

Hỡnh 1.3: Mt cắt ngang ñại diện ñê bao ñầm Nại
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


-7-

Luận văn thạc sĩ

1.3.3. Kè bảo vệ bờ Biển
Ninh Thuận là tỉnh có bờ biển dài và hẹp, có nhiều thắng cảnh biển đẹp
có thể phát triển tiềm năng du lịch: biển Ninh Chữ, biển Cà Ná, biển Vĩnh Hy,
biển Bình Tiên; có cảng cá ðơng Hải … ngư dân làng chài sinh sống ven biển
phụ thuộc trực tiếp vào các nguồn lợi từ biển và chịu tác ñộng trực tiếp từ
thiên tai. Vì vậy trong 5 năm gần đây, việc ñầu tư xây dựng mới và củng cố
các tuyến kè biển đã có để bảo vệ bờ biển đồng thời bảo vệ môi trường sinh
thái biển là hết sức quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của
tỉnh. Một số tuyết kè Biển ñã ñược xây dựng thống kê ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thống kê các tuyến kè biển đã xây dựng
TT

TUYẾN KÈ

NĂM XD

MỤC ðÍCH

1


Kè Khánh Hải

2009 – 2010

Bảo vệ dân cư và sản xuất

2

Kè Khánh Hội – Tri Hải

2008 – 2009

Bảo vệ ñường giao thông

3

Kè Mỹ Hiệp

2006 – 2007

Bảo vệ khu dân cư

4

Kè Vĩnh Hy

2008 – 2009

Bảo vệ khu du lịch


5

Kè Mỹ Tân

2007 – 2008

Bảo vệ khu dân cư

6

Kè Thái An

2008 – 2009

Bảo vệ vườn QG Núi Chúa

7

Kè Phước Diêm

2009 – 1010

Bảo vệ khu dân cư

8

Kè An Hải

2008 – 2009


Bảo vệ khu nuôi tôm

9

Kè mỏ hàn Cà Ná

2005 – 2006

Bảo vệ khu dân cư

10

Kè Phú Thọ

2007 – 2008

Bảo vệ khu nuôi tôm

11

Kè ðông Hải

2009 – 2010

Bảo vệ bờ

Mặt cắt ngang các tuyến kè biển ñã xây dựng thường có chung một dạng:
+ Về kết cấu chân kè: Kết cấu chân kè là cọc ống buy hình lục giác 2 lớp
được xếp khít với nhau, lớp phía ngồi cao 1m, lớp trong cao 2 m, phía trong ống

buy đổ đá hộc để tạo trọng lực ổn ñịnh cho kết cấu chân kè và thân kè;
+ Về mái kè: Sử dụng cấu kiện bê tông lắp ghép có kích thước (40x40x20)
nặng khoảng 90kg, phía dưới là lớp đá dăm lót dày 15cm và lớp vải địa kỹ thuật
chống xói mịn nền thân kè. Hệ số mái kè chọn tùy theo từng vị trí xây dựng;
+ Kết cấu tường chắn sóng đỉnh kè: Làm bằng bê tơng cốt thép M200, tường
cao 0,5m ñược gắn chặt vào mái và thân kè;
+ Kết cấu mặt kè: Bề rộng ñỉnh kè có kết hợp giao thơng, kết cấu lớp mặt
đường bê tơng M250 đổ tại chỗ dày 20cm, phía dưới là cát vàng gia cố 5% vữa xi
măng dày 5cm và lớp ñá dăm cấp phối 1x2 dày 15cm;
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

-8-

Hình 1.4: Mặt cắt ngang đại diện các tuyến kè Biển ñã xây dựng
Các tuyến kè hầu như mới ñược ñưa vào vận hành khai thác, xong ñã phát
huy hiệu quả tốt, mặt cắt ngang kè phù hợp với hải triều, ñịa chất nền cũng như kết
hợp giao thơng thuận lợi. Một số hình ảnh các tuyến kè Biển đã được xây dựng thể
hiện trên Hình 1.5.

a) Tuyến kè Vĩnh Hy, xã Vỉnh Hải, huyện
Ninh Hải

b) Tuyến kè Mỹ Hiệp, xã Nhơn Hải,
huyện Ninh Hải

c) Kè Cù lao Tân Thành – cửa sông Dinh


d) Kè mỏ hàn chắn sóng cảng Ninh Chữ

Hình 1.5: Hình ảnh một số tuyến kè Biển đã xây dựng
Học viên: ðỗ Xn Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

-9-

1.4. Hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm thiết kế ñê kè hiện hành
1.4.1. Các tiêu chuẩn, qui phạm thiết kế ñê kè hiện hành
Hệ thống các tiêu chuẩn, qui phạm trong thiết kế ñê kè của nước ta
ñang áp dụng gồm:
1. Quy phạm thủy lợi QPTL.A.6–77 “Qui phạm phân cấp đê”;
2. Tiêu chuẩn ngành 14TCN 84-91 “Cơng trình bảo vệ bờ sơng để
chống lũ – Qui trình thiết kế”;
3. Tiêu chuẩn ngành 14TCN 130-2002 “Hướng dẫn thiết kế đê biển”;
Tại thời điểm hiện nay cịn có dự thảo lần 10 “Hướng dẫn thiết kế ñê
biển” ñang ñược tiếp tục ñiều chỉnh, soạn thảo ñể thay thế tiêu chuẩn ngành
14TCN 130-2002 nêu trên.
Trong tính tốn thiết kế hệ thống đê, kè thì các yếu tố về sóng và nước
dâng có một vị trí rất qua trọng. Các quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm hướng
dẫn về các yếu tố này có thể kể ra như:
1. Quy chuẩn xây dựng, tập III (QCXD-III) do Bộ xây dựng ban hành
năm 1977;
2. Quy phạm thủy lợi QPTL.C.1–78 “Qui phạm tải trọng và lực tác
dụng lên cơng trình thủy lợi do sóng và tầu” do Bộ Nông nghiệp và
PTNT ban hành năm 1977;
3. Tiêu chuẩn ngành 14TCN 130-2002 “Hướng dẫn thiết kế ñê biển”

Bộ Nông nghiệp và PTNT ban hành năm 2002;
4. Tiêu chuẩn ngành 22TCN222-95 “Tải trọng và tác động (do sóng và
tầu) lên cơng trình thủy” do Bộ giao thơng vận tải ban hành năm
1995;
5. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6170, Cơng trình biển cố định – phần 2:
ðiều kiện mơi trường do Bộ KHCN&MT ban hành năm 1998;
Ngoài ra, trong thiết kế cịn có thể tham khảo các sách hướng dẫn như:
Giáo trình thiết kế đê và cơng trình bảo vệ bờ - Trường ñại học thủy lợi; Các
ñề tài nghiên cứu cấp nhà nước cho hệ thống ñê biển trên toàn quốc ...
1.4.2. Một số tồn tại trong hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm
Hệ thống các tiêu chuẩn, qui phạm trong thiết kế ñê kè hiện nay ở nước
ta cơ bản đã cũ nên chưa cập nhật tình hình thực tế biến đổi hiện nay.
Việc phân cấp đê cịn chưa ñược ñầy ñủ cho tất cả các vùng trên cả
nước. Phân cấp ñê là một qui ñịnh quan trọng, nó ảnh hưởng đến các chỉ tiêu
Học viên: ðỗ Xn Tình – Lớp CH18C.ðH2


- 10 -

Luận văn thạc sĩ

thiết kế và qui mô xây dựng cơng trình. Trong Quy phạm thủy lợi QPTL.A.6–
77 “Qui phạm phân cấp ñê” mới chỉ qui ñịnh phân cấp đê cho đê biển trên cả
nước và đê sơng ở các tỉnh phía Bắc (từ Bình Trị Thiên trở ra), chưa có quy
định phân cấp đê sơng cho các tỉnh miền Trung và miền Nam.
Hiện vẫn chưa có tiêu chuẩn cho thiết kế đê sơng (mới có dự thảo tiêu
chuẩn thiết kế đê sơng năm 1999 mà chưa được quyết định ban hành). Trong
đó, tiêu chuẩn ngành 14TCN 130-2002 “Hướng dẫn thiết kế ñê biển” mới chỉ
áp dụng cho cơng trình đê, kè biển.
Việc thiết kế cho đê cửa sơng cịn gặp nhiều khó khăn do chưa có tiêu

chuẩn áp dụng cụ thể. Trong tính tốn mới chỉ tùy theo đặc điểm mà có thể áp
dụng phần nào đó theo ñê biển.
Các Quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm chỉ dẫn về tính tốn sóng và
nước dâng có nhiều nhưng rời rạc, nhiều bất cập và chưa ñược hệ thống hóa.
Tổ hợp triều, bão và lũ cho các cấp đê sơng ở những đoạn sơng chịu
ảnh hưởng của triều chưa ñược qui ñịnh cụ thể cho từng vùng.
1.5. Tổng quan phương pháp thiết kế truyền thống:
1.5.1. Luận ñiểm cơ bản [9] [10]
Thiết kế truyền thống hiện nay là tính tốn cơng trình theo mơ hình tất
định. Theo phương pháp này các giá trị thiết kế của tải trọng và các tham số
ñộ bền ñược xem là xác ñịnh, tương ứng với trường hợp và tổ hợp thiết kế.
Người thiết kế lựa chọn ñiều kiện giới hạn và tương ứng với nó là các tổ hợp
tải trọng thiết kế thích hợp. Giới hạn này thường tương ứng với ñộ bền ñặc
trưng của cơng trình.
Cơng trình được coi là an tồn khi khoảng cách giữa tải trọng và ñộ bền
ñủ lớn ñể ñảm bảo thỏa mãn từng trạng thái giới hạn của tất cả các thành phần
cơng trình.
Tính tốn theo cách này mới chỉ giải quyết ñược hai vấn ñề là ổn ñịnh
tổng thể và ổn ñịnh theo ñộ bền của công trình.
Nội dung các phương pháp thiết kế như sau:
a. Phương pháp ứng suất cho phép
Theo phương pháp này, ñiều kiện bền có dạng:
σ max ≤ [σ]
Trong đó:
Học viên: ðỗ Xn Tình – Lớp CH18C.ðH2

(1.1)


- 11 -


Luận văn thạc sĩ

+ σ max- ứng suất tính tốn lớn nhất tại một điểm, xác định từ tổ
hợp tải trọng bất lợi nhất;
+ [σ] - ứng suất cho phép, lấy theo tài liệu, tiêu chuẩn.
b. Phương pháp tính theo hệ số an tồn:
Phương pháp này thường được ứng dụng trong tính tốn ổn định. Khi
đó cơng thức kiểm tra là:
K = F g/F t ≥ K cp

(1.2)

Trong đó:
+ K - hệ số an tồn;
+ Fg - yếu tố gây ổn ñịnh;
+ Ft - yếu tố gây mất ổn định;
+ K cp - hệ số an tồn cho phép, phụ thuộc cấp cơng trình và tổ
hợp tải trọng.
c. Phương pháp tính tốn theo trạng thái giới hạn
Nét đặc thù của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn là việc sử
dụng một nhóm các hệ số an tồn mang ñặc trưng thống kê: hệ số tổ hợp tải
trọng nc , hệ số ñiều kiện làm việc m, hệ số tin cậy K n, hệ số lệch tải n, hệ số
an tồn về vật liệu K VL. Nhóm các hệ số này thay thế cho một hệ số an tồn
chung K. Phương pháp này phân làm 2 nhóm tính toán là theo trạng thái giới
hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ 2. ðiều kiện ñảm bảo ổn định hay độ
bền của cơng trình là:
n c .N tt ≤ mR/K n

(1.3)


Trong đó:
+ N tt - trị số tính tốn của tải trọng tổng hợp;
+ R: trị số tính tốn của độ bền cơng trình.
1.5.2. Phương pháp thiết kế truyền thống
Phương pháp thiết kế truyền thống ñưa ra trong các tiêu chuẩn thiết kế
hiện hành ñược coi là tiếp cận theo cấp ñộ 0 và I. Trong phương pháp này,
ñiều kiện về trạng thái giới hạn ñược lựa chọn (ULS hay SLS) và tương ứng
với nó là các tổ hợp tải trọng thiết kế thích hợp. Trạng thái giới hạn này
thường tương ứng với ñộ bền ñặc trưng của cơng trình. Mức độ vượt q trạng
thái giới hạn chỉ ñược chấp nhận khi xác suất xảy ra sự cố là nhỏ. Theo cấp độ
tiếp cận 0 thì giá trị xác suất này chưa xác ñịnh ñược.
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- 12 -

Trong phương pháp tiếp cận bán ngẫu nhiên (cấp ñộ I), xác suất xảy ra
sự cố được xác định dựa vào việc phân tích rủi ro đối với từng kiểu cơng trình
cụ thể đang được xem xét và xác ñịnh các nguy cơ xảy ra sự cố. ðối với kết
cấu cơng trình thủy lợi thường thích hợp với thiết kế dựa trên nguyên tắc hệ
số vượt tải. Trong đó, điều kiện tiên quyết là tải trọng tác dụng ứng với hệ số
vượt tải không gây ra sự cố cho cơng trình. Theo phương pháp này, độ an tồn
được tính tốn tại biên tải trọng.
Những điều kiện thiết kế này có thể xác định theo các ñiều kiện làm
việc: ðiều kiện làm việc cực hạn – ULS; ðiều kiện làm việc bình thường –
SLS. Khi vượt quá một trong các trạng thái giới hạn này, phản ứng lại của
cơng trình được xem xét như các hư hỏng của cơng trình.

Cao trình đỉnh đê theo phương pháp thiết kế truyền thống ñược xác
ñịnh trên cơ sở ñảm bảo cao hơn mực nước thượng lưu tính tốn và các yếu tố
của nó như nước dâng, sóng leo… theo một tần suất thiết kế nào đó phụ thuộc
vào mức ñộ quan trọng của tuyến ñê hay vùng ñược bảo vệ (cấp cơng trình)
như: Tần suất mực nước lũ/mực nước triều tính tốn; Tần suất gió tính tốn;
Mức đảm bảo sóng; v.v… Các yếu tố đầu vào trong tính tốn ñược lấy là giá
trị tất ñịnh trong chuỗi số liệu ño ñạc.
1.5.3. Một số tồn tại trong phương pháp thiết kế truyền thống:
Cơng trình thủy chịu tác động của các yếu tố tự nhiên, trong đó chủ yếu
là các yếu tố mang tính ngẫu nhiên. Thiết kế cơng trình thủy theo giải pháp
truyền thống khơng xét được tính ngẫu nhiên của các yếu tố tác ñộng cũng
như các yếu tố tạo nên sức chịu tải của cơng trình, vì vậy phương pháp này
cịn nhiều hạn chế. Nhiều trường hợp cơng trình đã được tính tốn với tải
trọng lớn nhất, sức chịu tải chọn tối đa, hệ số an tồn chọn rất lớn, cơng trình
vẫn xảy ra sự cố. Những trường hợp như thế này dựa trên cơ sở của lí thuyết
của thiết kế truyền thống khơng thể lý giải được.
Một số hạn chế của phương pháp thiết kế truyền thống theo [7] có thể
kể ra như:
+ Chưa xác định được xác suất hư hỏng của từng thành phần cũng như của
tồn hệ thống;
+ Chưa xét đến tính tổng thể của một hệ thống hoàn chỉnh;
+ Trong thiết kế chưa kể ñến ảnh hưởng của qui mô hệ thống (chiều dài
tuyến ñê …);

Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- 13 -


+ Khơng so sánh được ñộ bền của các mặt cắt khác nhau về hình dạng và
vị trí;
+ Khơng đưa ra được xác suất gây thiệt hại và mức ñộ thiệt hại của vùng
ñược bảo vệ.
1.6. Tổng quan phương pháp thiết kế ngẫu nhiên
1.6.1. Con ñường hình thành của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên [10]
Sự tiến triển logic của các phương pháp thiết kế cơng trình đã được
tổng kết như sau. Ban đầu chúng ñược tính theo các phương pháp tất ñịnh
(theo ứng suất cho phép và hệ số an tồn), với tiền đề là tải trọng và độ bền
tính tốn đã được mặc định trong suốt q trình làm việc của cơng trình. Thực
tế thì các hàm tải trọng và độ bền chịu tác ñộng của rất nhiều yếu tố khác
nhau, và biến ñổi theo quy luật ngẫu nhiên. Vì vậy việc ấn định trước các giá
trị tính tốn của chúng trong suốt thời gian làm việc của cơng trình là chưa
thoả đáng. Bù lại, để tăng mức độ dự trữ an tồn, người ta phải giảm bớt các
trị số ứng suất cho phép, hay tăng hệ số an toàn cho phép lên. Việc tăng hay
giảm này không tránh khỏi yếu tố chủ quan.
Sự chuyển sang phương pháp trạng thái giới hạn là một bước tiến trên
con ñường cải tiến các phương pháp thiết kế cơng trình. Phương pháp trạng
thái giới hạn thực chất là phương pháp bán ngẫu nhiên, ở ñây các hệ số an
toàn cục bộ (n c , K n , m, K VL) ñược xác ñịnh theo con ñường xác suất thống kê.
Bước tiến tiếp theo là việc chuyển sang các phương pháp ngẫu nhiên
trong khuôn khổ lý thuyết ñộ tin cậy. Lý thuyết này xét ñến bản chất thay đổi
thường xun của tải trọng và tác động, tính chất vật liệu, bản thân kết cấu và
các ñiều kiện khai thác chúng.
1.6.2. Lịch sử phát triển phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trên thế giới [10]
Những năm thập kỷ 60 và 70 của thế kỷ XX trên thế giới đã có những
cơng trình cơng bố về ứng dụng lý thuyết ñộ tin cậy vào lĩnh vực kết cấu xây
dựng. Các khái niệm về “Xác suất đảm bảo khơng bị phá hoại” cũng như tính
tốn các xác suất này đã trở nên quen thuộc trong lĩnh vực kết cấu xây dựng.

Những năm thập kỷ 70÷90 của thế kỷ XX xuất hiện hàng loạt các cơng
trình nghiên cứu độ tin cậy kết cấu xây dựng. Các nghiên cứu tập trung vào
xây dựng các phương pháp tính độ tin cậy có thể áp dụng được vào các bài
tốn kỹ thuật và phát triển các thiết kế tối ưu theo ñộ tin cậy. Vấn đề này
được phát triển cả ở Liên Xơ (cũ) và cả ở các nước Âu, Mỹ.

Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- 14 -

Lý thuyết ñộ tin cậy cũng đã được ứng dụng vào lĩnh vực tính tốn
cơng trình thủy từ những năm thập kỷ 90 của thế kỷ XX. Các thiết kế ngẫu
nhiên và các thiết kế rủi ro ñược phát triển khá mạnh mẽ trong lĩnh vực cơng
trình biển và cơng trình bảo vệ bờ.
Ở nước ta, lý thuyết ñộ tin cậy cũng ñã ñược xâm nhập vào từ những
năm 60, từ đó đến nay nó khơng ngừng được phát triển. ðầu tiên là sự truyền
bá lý thuyết bằng những sách dịch, bài giảng, giáo trình giảng dạy trong các
trường ñại học, tiếp ñến là các cơng trình nghiên cứu trong khn khổ các
luận văn thạc sĩ, luận án tiến sĩ trong các ngành Giao thông, Kết cấu xây dựng,
Cơng trình thủy, ðê và cơng trình bảo vệ bờ…Trong lĩnh vực kết cấu xây
dựng đã có những quy định ban đầu về tính độ tin cậy kết cấu. So với thế giới
ứng dụng lý thuyết này trong lĩnh vực cơng trình xây dựng của Việt nam ñang
còn là mới mẻ.
1.6.3. Cách tiếp cận của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên [10]
Trong trường hợp tất cả các ngun nhân xảy ra hư hỏng cơng trình có
thể liệt kê và xác suất xảy ra hư hỏng đó có thể chắc chắn được xác định thì
về ngun tắc có thể xác ñịnh ñược xác suất xảy ra sự cố. Vì vậy, hồn tồn

có thể đưa ra một phương pháp tiếp cận mới trong thiết kế cơng trình với ý
tưởng “Cần xem xét về mức độ có thể xây dựng tiêu chuẩn an tồn cơng trình
căn cứ vào phân tích rủi ro cho tất cả các yếu tố liên quan”. ðây là lý do cơ
bản của sự phát triển phương pháp “Thiết kế cơng trình theo lý thuyết ngẫu
nhiên và phân tích độ tin cậy”.
Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế dựa trên cơ sở
toán xác suất thống kê để phân tích tương tác giữa các biến ngẫu nhiên của tải
trọng và của sức chịu tải trong các cơ chế phá hoại theo giới hạn làm việc của
cơng trình.Trong thiết kế ngẫu nhiên, tất cả các cơ chế phá hỏng được mơ tả
bởi mơ hình tốn hoặc mơ hình mơ phỏng tương ứng. Tính tốn xác suất phá
hỏng của một bộ phận kết cấu hoặc của cơng trình được dựa trên hàm độ tin
cậy của từng cơ chế phá hỏng.
1.6.4. Các cấp ñộ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên [7]
Các cấp ñộ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên
ñược chia ra làm bốn cấp ñộ:
* Cấp ñộ 0: Là phương pháp thiết kế tất ñịnh – phương pháp hệ số an toàn. Thiết
kế dựa trên cơ sở các trạng thái trung bình, các trị trung bình và kèm
theo hệ số an tồn thích hợp tương ứng với mỗi loại cơng trình;

Học viên: ðỗ Xn Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- 15 -

* Cấp ñộ I: Là phương pháp thiết kế tất ñịnh – phương pháp trạng thái giới hạn.
ðây còn gọi là phương pháp tiếp cận bán ngẫu nhiên. Trong thiết kế
sử dụng các 1 nhóm các hệ số an toàn cục bộ (nc, m, Kn, n, KVL) ñể
tăng giá trị của tải trọng và giảm giá trị của ñộ bền.

* Cấp ñộ II: Là phương pháp thiết kế ngẫu nhiên. Cấp ñộ này bao gồm một số
phương pháp gần ñúng ñể biến ñổi hàm phân phối xác suất sang dạng
hàm phân phối chuẩn hay phân phối Gaussian. ðể xác ñịnh gần ñúng
các giá trị xác suất xảy ra sự cố, q trình tuyến tính hóa tốn học các
phương trình liên quan cần được thực hiện.
* Cấp ñộ III: Là phương pháp thiết kế ngẫu nhiên. Theo cấp ñộ tiếp cận này, các
hàm phân phối xác suất của các biến ngẫu nhiên được xem xét hồn
tồn ñúng với quy luật phân phối thực của chúng. Trường hợp bài
tốn phi tuyến, vấn đề cũng sẽ được giải quyết theo phi tuyến.
1.6.5. Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên
Trong phương pháp thiết kế ngẫu nhiên, tất cả các cơ chế phá hỏng
được mơ tả bởi các mơ hình tốn hoặc mơ hình mơ phỏng tương ứng. Việc
tính tốn xác suất phá hỏng của một thành phần ñược dựa trên hàm tin cậy của
từng cơ chế phá hỏng. Hàm tin cậy Z ñược thiết lập căn cứ vào trạng thái giới
hạn tương ứng với cơ chế phá hỏng ñang xem xét và là hàm của nhiều biến và
tham số ngẫu nhiên. Theo đó, Z<0 được coi là có xảy ra hư hỏng và hư hỏng
không xảy ra nếu Z nhận các giá trị cịn lại. Do đó, xác suất phá hỏng ñược
ñịnh nghĩa là P{Z<0}.
Hàm ñộ tin cậy thiết lập theo dạng chung Z=R-S. Trong đó, R là hàm
của độ bền, S là hàm của tải trọng, cả hai hàm này được giả thiết tn theo
luật phân phối chuẩn.
Tính tốn cao trình đỉnh đê theo phương pháp thiết kế ngẫu nhiên thì
biến cao trình đỉnh đê được coi là hàm của ñộ bền R, biến mực nước thượng
lưu và các yếu tố của nó (nước dâng, sóng leo) được coi là hàm của tải trọng
S. Trong đó, các biến và tham số ñược xem xét theo ñúng bản chất ngẫu nhiên
của chúng. Từ đó, cao trình đỉnh đê được xác ñịnh trên cơ sở xác suất xảy ra
sự cố của hai cơ chế Sóng tràn và chảy tràn.
1.7. Kết luận chương 1
ðã từ lâu, hệ thống đê và các cơng trình bảo vệ bờ đóng một vai trị
quan trọng trong việc phịng chống, giảm nhẹ thiên tai. Trong điều kiện hiện

nay, hệ thống đê và các cơng trình bảo vệ cịn có thêm những vai trị hết sức
Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2


Luận văn thạc sĩ

- 16 -

quan trọng khác như: ñảm bảo an tồn cho các vùng dân cư, đơ thị, phục vụ
cho các nhiệm vụ phát triển kinh tế xã hội bền vững… trong sự phát triển kinh
tế xã hội tổng thể của vùng.
ðặc ñiểm ñê kè tỉnh Ninh Thuận hiện nay là khơng có đê biển mà chỉ
có: 01 ñê cửa sông là ñê bờ Bắc sông Dinh; 01 tuyến ñê bao quanh ñầm Nại
và nhiều tuyến kè biển nằm rải rác dọc bờ biển nhưng chưa hình thành hệ
thống hay vùng bảo vệ hồn chỉnh. Trong đó, đê bờ Bắc sơng Dinh có nhiệm
vụ hết sức quan trọng với vùng bảo vệ là trung tâm kinh tế - chính trị của tỉnh
Ninh Thuận.
Hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm ñã cũ, rời rạc và chưa hoàn chỉnh.
Phương pháp thiết kế có nhiều hạn chế, một số vấn đề chưa ñược ñề cập (như
nước biển dâng do biến ñổi khí hậu tồn cầu). Việc xác định các thơng số tính
tốn còn thiếu cơ sở khoa học hoặc chưa phù hợp với tình hình thực tế.
Về phương pháp thiết kế theo mơ hình tất định nên gặp phải thiếu sót
lớn là khơng kể đến các khả năng xuất hiện các tải trọng vượt quá hoặc nhỏ
hơn tải trọng thiết kế. Nguyên nhân của thiếu sót này suất phát từ việc chọn 1
giá trị tải trọng thiết kế cụ thể. ðây là một thiếu sót nghiêm trọng trong việc
ước lượng mức độ hư hỏng của cơng trình.
Phân tích cơng trình theo lý thuyết xác suất trong khn khổ lý thuyết
độ tin cậy là sự phát triển có tính lơgíc, phát triển dần từng bước từ phương
pháp hệ số an toàn, phương pháp bán ngẫu nhiên, để phân tích các biên tải
trọng, sức chịu tải của vật liệu, tính chất kết cấu và các điều kiện làm việc của

cơng trình.
Trong cơng tác quy hoạch thiết kế đê kè nói chung, việc quyết định lựa
chọn cao trình đỉnh đê là vấn đề quan đặc biệt quan trọng và là một yêu cầu
mấu chốt. Việc nghiên cứu mở rộng ứng dụng của phương pháp luận thiết kế
theo lý thuyết ñộ tin cậy kết hợp với phân tích các yếu tố tác động, ảnh hưởng
đến cao trình đỉnh đê giải quyết được u cầu từ thực tiễn nêu trên và ñược
thực hiện trong luận văn này. Ứng dụng phương pháp luận nêu trên ñược thực
hiện cụ thể cho trường hợp nghiên cứu ñại diện là hệ thống ñê bảo vệ vùng
thành phố Phan Rang- Tháp Chàm tỉnh Ninh Thuận.
Việc nghiên cứu áp dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trong thiết
kế đê và hệ thống cơng trình phịng lũ nói chung và cho đê Bắc sơng Dinh
tỉnh Ninh Thuận nói riêng là một hướng đi đúng ñắn và phù hợp với xu thế
hiện nay.

Học viên: ðỗ Xuân Tình – Lớp CH18C.ðH2