Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp công trình đê hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề
tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp công trình đê Hữu sông Đáy
thuộc tỉnh Ninh Bình” đ được hoàn thành với sự hướng dẫn và giúp giúp đỡ tận
tình của: Ban giám hiệu, các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Công trình, Bộ môn
Công nghệ và quản lý xây dựng - Trường đại học Thủy lợi cùng các bạn bè và
đồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Dương Đức Tiến,
người hướng dẫn khoa học, đ rất tận tình, không kể thời gian hướng dẫn tác giả
hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, gia đình, bạn bè & đồng
nghiệp đ góp những ý kiến quý báu, tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình
học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn Sở NN&PTNT Ninh Bình, Công ty cổ phần tư
vấn xây dựng Ninh Bình, các cơ quan đơn vị đ giúp đỡ tác giả trong quá trình
điều tra thu thập tài liệu phục vụ nghiên cứu đề tài.
Cuối cùng xin chân thành cảm ơn Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả được trình bày luận văn này.
H Ni, tháng 8 năm 2012
Tác giả




Nguyễn Hữu Thưởng



LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Hữu Thưởng

Học viên lớp: CH18C2
Đề tài luận văn cao học: “Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp
công trình đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình” được trường Đại học Thuỷ
lợi Hà Nội giao cho học viên Nguyễn Hữu Thưởng, được sự hướng dẫn của TS
Dương Đức Tiến luận văn đ hoàn thành.
Tôi xin cam đoan với Khoa Công trình và Phòng Đào tạo trường Đại học
Thủy Lợi đề tài nghiên cứu này là công trình của cá nhân tôi ./.
Hà Ni, ngày 28 tháng 8 năm 2012

Tác giả luận văn


Nguyễn Hữu Thưởng












MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3
3. Phương pháp nghiên cứu 3

4. Kết quả đạt được 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐÊ SÔNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐÊ SÔNG 5
1.1. Tổng quan về hệ thống đê sông 5
1.1.1. Tổng quan tình hình chung hệ thống đê sông trên thế giới 5
1.1.2. Tổng quan về đê sông ở Việt Nam 7
1.2. Vấn đề ổn định và biến dạng của đê sông 10
1.2.1. Các nghiên cứu về ổn định và biến dạng của đê sông trên thế giới 10
1.2.2. Các nghiên cứu về ổn định của đê sông ở Việt Nam hiện nay 14
1.2.3. Đánh giá về ổn định của đê sông Việt Nam hiện nay trong điều kiện của
biến đổi khí hậu 19
1.3. Kết luận chương 20
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG VIỆC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ
ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ SÔNG 22
2.1. Cơ chế phá hoại đê 22
2.1.1. Cơ chế vi mô 23
2.1.2. Cơ chế vĩ mô 25
2.2. Các tiêu chí cơ bản trong việc đánh giá độ ổn định của đê sông 28
2.2.1. Quy mô mặt cắt ngang đê 28
2.2.2. Cao trình đỉnh đê 29
2.2.3. Bề rộng mặt đê 30
2.2.3. Gia cố mặt đê và kiên cố hóa đê 32
2.2.4. Đánh giá về chất lượng thân đê và nền đê 34
2.2.5. Phân tích sự làm việc của đê, các khả năng phá hoại sự làm việc an toàn
của đê 36
2.3. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm qua đê trong trường hợp ngâm lũ 41
2.4. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm qua đê trong trường hợp lũ rút 43
2.4.1. Phương trình cơ bản của dòng thấm không ổn định 43
2.4.2. Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn 47
2.4.3. Đường bo hòa của đê đất đồng chất khi mực nước hạ thấp 50
2.5. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp ngâm lũ 53

2.5.1. Phương pháp tính toán trượt cung tròn 53
2.5.2. Phương pháp mặt trượt phức hợp 55
2.5.3. Các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất 56
2.6. Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp lũ rút 56
2.6.1. Áp lực kẽ rỗng khi mực nước rút nhanh 57
2.6.2. Các phương pháp tính áp lực kẽ rỗng 57
2.6.3. Các cách tính toán áp lực kẽ rỗng trên thế giới 61
2.6.4. Phương pháp tính ổn định mái do có khi mực nuớc trước công trình
rút nhanh 62
2.7. Kết luận chương 63
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG LŨ CỦA
ĐÊ HỮU ĐÁY THUỘC TỈNH NINH BÌNH 64
3.1. Điều kiện tự nhiên 64
3.1.1. Vị trí địa lý 64
3.1.2. Địa hình, địa mạo và thổ nhưỡng 65
3.2. Đặc điểm khí hậu, thuỷ văn 66
3.2.1. Đặc điểm khí hậu của lưu vực sông Đáy 66
3.2.2. Đặc điểm thuỷ văn của sông Đáy 69
3.2.3. Xâm nhập mặn 71
3.2.4. Thuỷ triều 72
3.3. Hiện trạng đê điều 74
3.3.1. Cao trình đỉnh đê 74
3.3.2. Mặt cắt ngang đê 74
3.3.3. Thân đê và nền đê 75
3.3.4. Các chi tiêu khác 75
3.4. Các tiêu chí xác định đánh giá khả năng chống lũ của đê hữu Đáy thuộc tỉnh
Ninh Bình 76
3.4.1. Phân cấp đê 76
3.4.2. Tần suất lưu lượng lớn nhất của sông 77
3.4.3. Cao trình đỉnh đê 77

3.4.4. Mức đảm bảo phòng chống lũ 78
3.5. Kết quả đánh giá khả năng chống lũ của đê hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình
theo các tiêu chí dùng trong thiết kế 78
3.5.1. Cao trình đỉnh đê 78
3.5.2. Nhiệm vụ của tuyến đê hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 82
3.5.3. Phân cấp đê 83
3.5.4. Tiêu chuẩn thiết kế đê 87
3.5.6. Chiều rộng mặt đê 88
3.6. Kết luật chương 89
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỨNG DỤNG CHO
ĐÊ HỮU ĐÁY THUỘC TỈNH NINH BÌNH 90
4.1. Đề xuất mặt cắt thiết kế 90
4.1.1. Cao trình mặt đê 91
4.1.2. Kết cấu mặt đê 91
4.1.3. Mặt cắt thiết kế điển hình 91
4.2. Địa chất thân đê và nền đê Hữu Sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 95
4.2.1. Tại Km20+00m (tại trạm thủy văn Ninh Bình) 95
4.2.2. Tại Km45+00m (tại trạm thủy văn Độc Bộ) 96
4.3. Phân tích ổn định đê 98
4.3.1. Phân tích ổn định trượt mái đê 98
4.3.2. Phân tích thấm qua đê 101
4.3.3. Phân tích ổn định lún cho đê 101
4.4. Kết quả tính toán 102
4.5. Kết luận chương 103
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106
PHỤ LỤC 107

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Lũ lụt sông Rock River ở Mỹ phá hủy cầu và đường quốc lộ năm 2011 6
Hình 1-2: Vỡ đê tại Thái Lan năm 2011 6
Hình 1-3: Lũ lụt tại miền bắc Thái Lan năm 2011 7
Hình 1-4: Lũ lụt tại miền trung Thái Lan năm 2011 7
Hình 1-5: Đê bờ trái sông Yodo ở Osaka- Nhật Bản 7
Hình 1-6: Bờ đê kết hợp giao thông ở Hà Lan 7
Hình 1-7: Bản đồ hệ thống đê lưu vực sông Hồng – Thái Bình 10
Hình 1-9: Các đạng di chuyển của khối đất đá 11
Hình 1-10: Đê sạt lở bờ sông Đáy do biến đổi khí hậu 18
Hình 1-11: Sông Hoàng Long – Ninh Bình bị vỡ đê năm 2008 18
Hình 2-1: Cơ chế phá hoại đê 21
Hình 2-2: Cơ chế vi mô 23

Hình 2-3: Cơ chế vĩ mô 25
Hình 2-4: Mặt cắt ngang đặc trưng của đê 28
Hình 2-5: Các dạng trượt mái đê 37
Hình 2-6: Dòng thấm qua đê và nền trong mùa lũ 37
Hình 2-7: Trượt mái đê cùng với nền 38
Hình 2-8: Dòng thấm trong thân đê khi lũ rút nhanh 38
Hình 2-9: Sự hình thành mạch đùn, mạch sủi 39
Hình 2-10: Dòng thấm trong thân đê không đồng nhất 39
Hình 2-11: Sơ đồ các đường thấm tập trung trong đê 40
Hình 2-12: Các dạng hang thấm tập trung 41
Hình 2-13: Dòng chảy ngầm trong đê 41
Hình 2-14: Sơ đồ biểu thị định luật bảo toàn khối lượng cho dòng thấm không
ổn định 43
Hình 2-15: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số thấm và áp lực kẽ rỗng 47
Hình 2-16: Rời rạc hóa miền xác định 48
Hình 2-17: Tính toán đường bo hòa khi mực nước hạ xuống 53
Hình 2-18: Tính toán theo phương pháp trượt cung tròn 53
Hình 2-19: Tính toán theo phương pháp mặt trượt phức hợp 55
Hình 2-20: Sơ đồ tính áp lực kẽ rỗng 59
Hình 2-21: Xác định áp lực kẽ rỗng bằng lưới thấm 61
Hình 2-22: Hướng lực tác dụng giữa các dải theo phương ngang 62
Hình 3-1: Mặt cắt hiện trạng đê hữu Đáy tỉnh Ninh Bình 76
Hình 3-1: Sơ đồ mạng thủy lực sông Hồng – Sông Thái Bình và hệ thống biên
trên - dưới mô phỏng trên mô hình Mike11 80
Hình 4-1: Giải pháp đắp áp trúc về phía đồng 92
Hình 4-2: Giải pháp đắp áp trúc về phía sông 93
Hình 4-3: Giải pháp đoạn qua thành phố Ninh Bình 94
Hình 4-4: Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên mặt đê 99
Hình 4-5: Sơ đồ tính toán các lực tác dụng lên mặt đê 100

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Chiều rộng đỉnh đê 31
Bảng 2-2: Độ cấp nước của các loại đất đá 51
Bảng 2-3: Các phương pháp thí nghiệm và các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất 56
Bảng 3-1: Lượng mưa 3 ngày lớn nhất, ứng với các trận lũ lớn tại các trạm đo 67
Bảng 3-2: Nhiệt độ không khí trung bình tại trạm Ninh Bình 68
Bảng 3-3: Độ ẩm tương đối trung bình tháng và năm trạm Ninh Bình 68
Bảng 3-4: Lượng bốc hơi (PICHE) trung bình tại Ninh Bình 69
Bảng 3-5: Số cơn bo đổ bộ vào Ninh Bình từ năm 1977 đến 1995 69
Bảng 3-6: Mực nước thực đo lớn nhất tại các trạm trên sông Đáy 71
Bảng 3-7: Độ mặn tại một số vị trí trên sông Đáy 71
Bảng 3-8: Mực nước đỉnh triều cao nhất và chân triều thấp nhất một số vị trí trên
sông Đáy 73
Bảng 3-9: Mực nước đỉnh triều và chân triều trung bình tháng một số vị trí trên
sông Đáy 73
Bảng 3-10: Mực nước triều vào mùa lũ một số vị trí trên sông Đáy 74
Bảng 3-11. Phân cấp đê chính của đê sông 76
Bảng 3-12. Tần suất lưu lượng lớn nhất của sông đối với đê chính 77

Bảng 3-13: Mực nước thiết kế cho đê hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 77
Bảng 3-14: Hệ số ổn định và độ cao gia thăng an toàn của đê 78
Bảng 3-15: Các thông số thiết kế các hồ chứa phòng lũ thượng nguồn 81
Bảng 3-16: Phân cấp tuyến đê hữu Đáy tỉnh Ninh Bình 83
Bảng 3-17: Mực nước lũ lớn nhất theo các trường hợp tính 84
Bảng 3-18: Lưu lượng lớn nhất theo các trường hợp tính 85
Bảng 3-19: Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980-1999 85
Bảng 3-20: So sánh mực nước quy định của Bộ Nông nghiệp & PTNT và kết
quả tính toán thủy lực 87
Bảng 3-21: Các thông số thiết kế đê hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 87
Bảng 3-22: Kết quả tính toán cao trình đê hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình 88
Bảng 3-23: Các yếu tố trên mặt cắt ngang cấp thiết kế của đường 89
Bảng 4-1: Giá trị chỉ tiêu cơ lý trung bình tại Km20+00m 95
Bảng 4-2: Giá trị chỉ tiêu cơ lý trung bình tại Km45+00m 97
Bảng 4-3: Kết quả tính ổn định mặt cắt hình 4 - 1 102
Bảng 4-4: Kết quả tính ổn định mặt cắt hình 4 - 2 102
Bảng 4-5: Kết quả tính ổn định mặt cắt hình 4 - 3 103


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tỉnh Ninh Bình thuộc vùng Ðồng bằng Bắc Bộ, nằm ở toạ độ địa lý 20P
o
P vĩ
Bắc và 106P
o
P kinh Ðông, cách Thủ đô Hà nội 90 km, là tỉnh ở phía Nam của vùng
đồng bằng Bắc Bộ, nơi chuyển tiếp địa lý miền Bắc với miền Trung bởi dãy núi
Tam Điệp hùng vĩ. Phía Bắc và Đông Bắc giáp tỉnh Hoà Bình và Hà Nam, phía

Nam, phía Tây giáp tỉnh Thanh Hoá và biển Đông, phía Đông giáp tỉnh Nam Định.
- Diện tích tự nhiên: 1.341 km
P
2
P.
- Dân số: 943.899 người.
- Tỉnh lỵ: Thành phố Ninh Bình.
- C
ác huyện: Thị xã Tam Điệp; Nho Quan, Gia Viễn, Hoa Lư, Yên Mô,
Yên Khánh, Kim Sơn. Các đường giao thông quan trọng trên địa bàn như quốc
lộ 1A, đường sắt Bắc Nam, đường quốc lộ 10, quốc lộ 59. Hệ thống sông ngòi
chính chạy qua như sông Ðáy, sông Hoàng Long, sông Vạc.
Do có vị trí nằm ở hạ lưu các dòng sông và có địa hình khá phức tạp, Ninh
Bình thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ trên các sông như sông Hoàng Long,
sông Đáy, lũ sông Hồng phân sang sông Đáy qua sông Đào Nam Định, ngoài ra
còn bị ảnh hưởng lũ do mưa nội đồng và bão biển. Trong giai đoạn từ năm 2000
đến 201
0, hàng năm Ninh Bình bị thiệt hại hàng trăm tỷ đồng do thiên tai bão,
lũ, triều cường.
Đoạn sông Đáy thuộc Ninh Bình bắt đầu từ cống Địch Lộng và kết thúc tại
cửa Đáy. Sông chảy qua địa phận các huyện: Gia Viễn, Hoa Lư, Yên Khánh,
Kim Sơn và thành phố Ninh Bình với tổng chiều dài khoảng 75,0 Km. Đoạn đê
Hữu sông Đáy thuộc địa phận tỉnh Ninh Bình được xếp Cấp III. Hàng năm được
sự quan tâm của Đảng, Nhà nước đê hữu sông Đáy thường xuyên được cải tạo,
nâng cấp, kiên cố hoá đáp ứng được yêu cầu phòng chống lụt bão, bảo vệ an toàn
cho dân sinh, kinh tế tỉnh Ninh Bình. Tuy nhiên, do kinh phí còn hạn chế nên
việc tu bổ đê điều thường xuyên hàng năm chưa triệt để, những năm vừa qua

2
mới chỉ tập trung xử lý tu bổ được một số đoạn xung yếu. Về hiện trạng tuyến đê

Hữu sông Đáy là các tuyến đê được hình thành từ lâu, đắp bằng thủ công, đất ướt
lấy tại chỗ, không được đầm nén chặt nên độ ổn định của thân đê kém, mặt đê
nhiều chỗ hẹp, cơ đê nhỏ, mái đê dốc. Bên cạnh đó, xu hướng diễn biến của các
yếu tố tự nhiên như khí hậu thuỷ văn, lũ lụt có chiều hướng ngày càng phức tạp.
Do đó, sự cố gây mất ổn định cho đê trong mùa lũ có thể xảy ra bất cứ lúc nào.
Trên tuyến đê nhiều vị trí bộc lộ sự xung yếu trong mùa mua lũ.
Sông Đáy là một trong những sông quan trọng để cắt giảm lưu lượng lũ từ
sông Hồng qua đập Đáy để bảo vệ cho thủ đô Hà Nội khi mực nước lũ sông
Hồng tại trạm thủy văn Hà Nội dự báo lên có khả năng vượt 13,4m (theo Nghị
định số 04/2011/NĐ-CP ngày 14/01/2011 thực hiện bãi bỏ việc sử dụng các khu
phân lũ, làm chậm lũ thuộc hệ thống sông Hồng). Hiện tại lòng sông bị bồi lắng,
lấn chiếm lòng sông chiều rộng bị thu hẹp nhiều, không đủ mặt cắt uớt nên
không đáp ứng được nhiệm vụ thoát lũ, làm giảm khả năng tiêu thoát nước, gây
ngập úng dài ngày cho khu vực thượng nguồn và không đáp ứng được nhiệm vụ
thoát lũ đã đề ra, Hệ thống đê được xây dựng đã lâu đời trên nền đất yếu, đất đấp
đê cũng lấy từ địa phương và không đồng nhất, nhiều nơi bị hư hại vì thiếu duy
tu bảo dưỡng. Nhiều công trình phong lũ như kè, cống được xây dựng đã lâu rất
lạc hậu. Dọc theo đê còn có nhiều ao hồ làm nước lũ khó thoát. Dân cư quá đông
đúc sống kế cận bờ đê. Ngày nay, nhiều nhà cửa xây cất ngay trên bờ đê. Vì vậy
đê có thể bị vỡ bất cứ lúc nào trong mùa lũ lớn.
Gần đây, theo nghiên cứu của các nhà khoa học công bố, các kịch bản của WB,
IPPC (tổ chức liên quốc gia về biến đổi khí hâu toàn cầu) dự báo Việt Nam là một
trong 5 nước trên thế giới sẽ ảnh hưởng nặng nề nhất về mực nước biển dâng do khí
hậu (nhất là các vùng đồng bằng ven biển), mức nước biển dâng từ (3 ÷ 15)cm năm
2010; 33 cm năm 2050 và (45 ÷ 90)cm năm 2070; 100 cm năm 2100.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa
chọn giải pháp công trình đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình” là rất cấp

3
thiết cho giai đoạn hiện nay, cũng như sự phát triển lâu dài trong tương lai phục vụ

phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh, đề tài góp phần đánh giá khả năng chống lũ của
đê Hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình, cũng như đề xuất những giải pháp giúp sửa
chữa, nâng cấp và tu bổ nâng cao khả năng ổn định của đê, đáp ứng được yêu cầu
phòng chống lũ, bão cho các tuyến đê sông Hoàng Long và sông Đáy nằm trong
tổng thể các hạng mục công trình cần phải xây dựng, nâng cấp để thực hiện bãi bỏ
việc sử dụng các khu phân lũ, làm chậm lũ thuộc hệ thống sông Hồng và tiến tới
xoá bỏ khu chậm lũ sông Hoàng Long. Điều này hết sức có ý nghĩa khoa học và
mang tính thực tiễn cao.
2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài
+ Mục đích:
- Nghiên cứu, điều tra đánh giá mức độ ổn định, khả năng phòng chống lũ
hiện trạng của đê Hữu Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình, cũng như phân tích các đặc
điểm tự nhiên, khí tượng thủy văn trên địa bàn tỉnh.
- Nghiên cứu lựa chọn, đề xuất tuyến đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình
hợp lý.
- Nghiên cứu tính toán ổn định, đề xuất ra mặt cắt đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh
Ninh Bình.
+ Phạm vi nghiên cứu: Tuyến đê Hữu sông Đáy từ cống Địch Lộng đến cửa
Đáy thuộc tỉnh Ninh Bình với tổng chiều dài khoảng 75,0 km.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, phân tích các tài liệu, các dự án, các công trình bảo vệ bờ như
kè, hệ thống các cống dưới đê và các số liệu địa hình, địa chất, thủy văn, các
phương án quy hoạch để phục vụ cho việc phân tích, tính toán, xác định mặt cắt
đê hợp lý.
- Ứng dụng lý thuyết mới và các phần mềm tính toán (Sử dụng phần mềm
GEO_SLOPE để tính ổn định thấm và ổn định trượt mái)


4
4. Kết quả đạt được

- Đánh giá hiện trạng khả năng chống lũ của đê Hữu sông Đáy thuộc tỉnh
Ninh Bình.
- Đề xuất chọn tuyến, mặt cắt hợp lý và giải pháp ổn định nâng cao khả
năng chống lũ của đê Hữu sông Đáy tỉnh Ninh Bình.
























5
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐÊ SÔNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐÊ SÔNG
1.1. Tổng quan về hệ thống đê sông
1.1.1. Tổng quan tình hình chung hệ thống đê sông trên thế giới
1TĐê sông là công trình phong lũ được xây dựng hai bên bờ sông, ngăn
không cho nước lũ, nước triều gây ngập lụt vùng được tuyến đê bảo vệ. Nhiệm
vụ của đê là bảo vệ đất đai, nhà cửa và các cơ sở hạ tầng khác chống lại ngập lụt.
Tuy nhiên, tùy theo đặc điểm của từng vùng, đê có thể chống lũ với tần suất xuất
hiện cao nhưng cũng có đê chống lũ tần suất thấp, hoặc thậm chí cho lũ tràn.
Trung Quốc là nơi có hệ thống đê điều phòng lũ sớm nhất trên thế giới
1Ttừ
thời Xuân Thu - Chiến Quốc khoảng thế kỉ thứ VIII trước công nguyên (TCN) -
thế kỉ thứ III TCN) hai bờ sông Hoàng Hà con sông lớn thứ hai của Trung Quốc
đã được đắp đê. Từ thế kỉ I đến các thế kỷ sau đều có các hoạt động lớn nhằm tu
bổ đê điều và phòng lụt ở Hoàng Hà.
Nhiều thống kê cho thấy, lũ lụt là thiên tai gây thiệt hại nhiều cho con
người, số người chết do lũ lụt (thường do cả hai thiên tai đến cùng lúc là bão và
lũ lụt) chiếm trên 60% số người chết do các thiên tai gây ra trên thế giới.
Lịch sử Trung Quốc đã ghi lại trận lụt kinh hoàng làm vỡ đê năm 1887
trên sông Hoàng Hà, đã làm trôi mất 7 ngôi làng và làm 7 triệu người chết. Trận
lụt năm 1931 trên sông Trường Giang số người bị chết 145.000 người, cuốn
trôi 4 triệu ngôi nhà, 10 triệu người phải sống trong cảnh màn trời chiếu
đất, vùi lấp 5,5 triệu ha đất canh tác.
Trận lũ năm 1993 có lẽ là trận lũ lịch sử tệ hại nhất của nước Mỹ. Sau những
tháng mưa to mùa hè, nước của 2 con sông Mississipi và sông Missouri dâng cao
làm tràn ngập qua nhiều tuyến đê bao, nhấn chìm hơn 80.000 km
P
2
P đất, giết chết 50
người dân, làm 70.000 người mất nhà cửa. Thiệt hại ước chừng 12 tỷ USD.
Nhất là những năm gần đây do biến đổi khí hậu khiến lũ lụt trên thế giới

ngày càng gia tăng cả về cường độ và tần xuất.

6
1TTrận lụt mùa hè năm 1998 trên sông Trường Giang, Trung Quốc gây
nhiều đoạn đê bị vỡ làm hơn 2,1 triệu đất gieo trồng bị nhấn chìm, số người bị
chết 3.000 người, ảnh hưởng đến cuộc sống 240 triệu người, 1Tvà gây thiệt hại
kinh tế ước tính 12,5 tỷ USD.
Lũ lụt ở Pakistan năm 2010 đây là trận lũ lụt lịch sử ở nước này. Hơn 20
triệu người dân quốc gia Nam Á này đã phải di dời vì mực nước dâng cao, hơn
2.000 người thiệt mạng và khoảng 10 triệu người mất nhà cửa. Tổng thiệt hại
kinh tế của trận lụt lịch sử này vào khoảng 43 tỷ USD.
Lũ lụt Thái Lan xảy ra trong mùa mưa năm 2011, đây là trận lụt lịch sử
tại Thái Lan trong vòng 50 năm qua. Bắt đầu từ cuối tháng bảy và tiếp tục trong
hơn hai tháng, lũ lụt đã làm hơn 700 người chết và mất tích, hơn 2,3 triệu người
bị ảnh hưởng. Lũ lụt đã tràn ngập khoảng 6 triệu ha đất, hơn 300.000 ha trong đó
đất nông nghiệp, trong 58 tỉnh, từ Chiang Mai ở miền Bắc đến các khu vực của
thủ đô Bangkok nằm gần các nhánh của lưu vực sông Chao Phraya. Bảy khu
công nghiệp lớn đã bị ngập sâu đến 3 mét và kéo dài khoảng 40 ngày. Ngân hàng
thế giới (WB) đưa ra đánh giá với tổng thiệt hại lên đến 43,3 tỷ đôla, tăng trưởng
kinh tế của Thái Lan cũng sụt giảm từ 3,6% theo dự báo trước đó xuống 2,4%.
Dưới đây là một số hình ảnh ví dụ về thiệt hại do lũ lụt gây ra.

Hình 1-1: Lũ lụt sông Rock River ở Mỹ
phá hủy cầu và đường quốc lộ năm 2011
Hình 1-2: Vỡ đê tại Thái Lan năm 2011

7


Hình 1-3: Lũ lụt tại miền bắc Thái

Lan năm 2011
Hình 1-4: Lũ lụt tại miền trung Thái
Lan năm 2011



Hình 1-5: Đê bờ trái sông Yodo ở
Osaka- Nhật Bản
Hình 1-6: Bờ đê kết hợp giao thông ở
Hà Lan
1.1.2. Tổng quan về đê sông ở Việt Nam
Nước Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa Đông Nam Á, chịu ảnh
hưởng trực tiếp của khí hậu lục địa Trung ấn từ phía Bắc và phía Tây với 2 hệ
thống sông lớn liên quốc gia theo hướng Tây Bắc - Đông Nam là sông Hồng và
sông Cửu Long, lại vừa chịu ảnh hưởng trực tiếp khí hậu biển Đông từ phía
Đông và phía Nam, nơi giao giữa hai biển lớn: Thái Bình Dương và Ấn Độ
Dương, đồng thời nằm giữa ổ bão biển Đông là một trong 5 ổ bão lớn nhất thế

8
giới - Mùa bão trùng với mùa mưa, địa hình phức tạp, đồng bằng thường hẹp và
thấp trũng, núi cao sườn dốc, cây rừng lại bị tàn phá ngày càng nghiêm trọng, do
đó lũ bão xảy ra luôn có chiều hướng gia tăng trong 3 thập kỷ nay ngày càng ác
liệt, lụt bão luôn là mối đe doạ thường xuyên đối với đời sống và sản xuất của
nhân dân Việt Nam.
Lịch sử dựng nước và giữ nước của dân tộc ta gắn liền với công cuộc
chinh phục thiên tai, đắp đê phòng lụt, từ thủa xa xưa cha ông ta đã biết đắp đê
ngăn lũ dọc theo các dòng sông để hạn chế lũ lụt do chúng gây ra đối với các cư
dân sinh sống ở dọc theo hai bên sông. Trong sách lịch sử Việt Nam, đê được
nói đến đầu tiên là vào khoảng năm 521 dưới thời Lý Bí. Năm 1077, nhà Lý cho
đắp đê sông Như Nguyệt - sông Cầu. Đê Cơ Xá là con đê được vua Lý Nhân

Tông cho xây dựng năm Mậu Tý (1108) để bảo vệ kinh thành Thăng Long khỏi
ngập lụt. Tháng 3 năm Mậu Thân (1248), vua Trần Thái Tông sai quan ở các lộ
đắp đê ở hai bên bờ sông Hồng từ đầu nguồn tới biển, gọi là Dỉnh Nhỉ Đê hay
Đê Quai Vạc.
Nguyễn Công Trứ đã có công khẩn hoang vùng duyên hải Ninh Bình, Thái
Bình. Chỉ trong 2 năm (1828 - 1829), Ông lập ra 2 huyện Tiền Hải (Thái Bình) và
Kim Sơn (Ninh Bình). Đây là vùng đất bồi, hàng năm tốc độ phù sa bồi tụ tiến ra
biển từ (80 ÷ 100) m. Từ đó, cứ sau (20 ÷ 30) năm, đê biển mới được xây đắp lấn
ra biển. Đến nay, Kim Sơn đã tiến hành quai đê lấn biển sáu lần, tiến ra biển hơn
500 m, nhờ vậy diện tích hiện nay gấp gần 3 lần so với khi mới thành lập.
Hiện nay, Việt Nam có gần 8000km đê, trong đó có gần 6000km đê sông
và 2000km đê biển. Riêng đê sông chính có 3000km và 1000km đê biển quan
trọng. Có gần 600 kè các loại và 3000 cống dưới đê. Ngoài ra còn có 500 km bờ
bao chống lũ sớm, ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long. Riêng hệ thống sông
Hồng trong đồng bằng Bắc Bộ có 3000km đê sông và 1500 km đê biển.
Ở miền Bắc có hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình, miền Trung có hệ
thống sông Mã, sông Cả, sông Vu Gia Thu Bồn, sông Vệ, sông Trà Khúc, sông

9
Côn, sông Ba, sông Cái Nha Trang; miền Nam có sông Đồng Nai, sông Bé, sông
Cửu Long Các hệ thống sông này hàng năm đã cung cấp cho chúng ta nguồn
nước quí giá để phục vụ đời sống con người và phát triển nền kinh tế quốc dân.
Lợi ích mà các hệ thống sông này đem lại là vô cùng to lớn, nhưng tác hại do lũ
lụt từ các hệ thống sông này gây ra cho cho con người và nền kinh tế quốc dân
cũng không phải là nhỏ. Tuy nhiên hệ thống đê được xây dựng đã lâu đời trên
nền đất yếu, đất đấp đê cũng lấy từ địa phương và không đồng nhất, nhiều nơi bị
hư hại vì thiếu duy tu bảo dưỡng. Nhiều công trình phong lũ như kè, cống được
xây dựng đã lâu rất lạc hậu. Dọc theo đê còn có nhiều ao hồ làm nước lũ khó
thoát. Dân cư quá đông đúc sống kế cận bờ đê, nhiều nhà cửa xây cất ngay trên
bờ đê. Trong những năm gần đây, nhiều trận lũ lớn thường xuyên xuất hiện ở

nhiều nước trên thế giới, trong khu vực và có xu thế ngày càng gia tăng. Việt
Nam cũng là một trong những quốc gia chịu sự tác động của hiện tượng biến đổi
khí hậu toàn cầu, trong vài thập kỷ gần đây cho thấy những trận lũ lớn xảy ra
liên tiếp trên phạm vi cả nước và có xu thế ngày càng gia tăng cả về số lượng và
cường độ, trong đó có hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình. Vì vậy đê có thể bị
vỡ bất cứ lúc nào trong mùa lũ lớn.

10

Hình 1-7: Bản đồ hệ thống đê lưu vực sông Hồng – Thái Bình
1.2. Vấn đề ổn định và biến dạng của đê sông
1.2.1. Các nghiên cứu về ổn định và biến dạng của đê sông trên thế giới
Hiện nay trên thế giới hệ thống đê sông được xây dựng chủ yếu bằng vật
liệu địa phương là đập đất, vấn đề mất ổn định thường chỉ sảy ra dưới dạng trượt
mái dốc thượng và hạ lưu khi việc lựa chọn kích thước mặt cắt chưa thật hợp lý.
Tất cả các mái dốc đều có xu hướng giảm độ dốc đến một dạng ổn định hơn cuối
cùng là chuyển sang nằm ngang. Cho nên quan niệm mất ổn định của mái dốc là
khi chúng có xu hướng di chuyển và phá hoại (khi khối đất đá thực sự có di
chuyển). Trong thực tế người ta quan sát được nhiều dạng di chuyển (phá hoại)
khác nhau. Thường phân ra các dạng di chuyển chủ yếu như (hình 1-9).

11
c)
a)
d)
b)

Hình 1-9: Các đạng di chuyển của khối đất đá.
a. Sụt lở; b. trượt tịnh tiến; c. Trượt xoay; d. Trượt dòng.
Sụt lở: Đất đá di chuyển rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn (khe nứt, mặt phân

lớp dốc, mặt đứt gẫy…). Điều kiện phá hoại chủ yếu do sự tăng thêm áp lực
trong các gián đoạn (áp lực nước, lực rung động…) (hình 1-9, a).
Trượt: Ở dạng di chuyển này, khối đất đá cơ bản không bị xáo trộn trong
khi bị trượt theo một mặt xác định. Nguyên nhân có sự di chuyển này là do phá
hoại cắt dọc theo một
mặt ở trong khối đất. Thực tế thường có hai hình thức
trượt: trượt tịnh tiến (hình 1-9, b) và trượt xoay (hình 1-9, c).
Trượt dòng: Ở đây bản thân khối trượt bị xáo động và di chuyển một phần
hay toàn bộ như một chất lỏng (hình 1-9, d). Trượt dòng thường xảy ra trong đất
yếu bão hoà nước khi áp lực nước lỗ rỗng tăng đủ để làm mất toàn bộ cường độ
(độ bền) chống cắt của đất. Mặt trượt thực hầu như không có hoặc chỉ biểu hiện
từng lúc.
Nội dung ở đây chủ yếu quan tâm đến sự mất ổn định do trượt mái dốc
đắp (mái đê).
Để tính toán ổn định trượt của mái đất người ta có thể dùng phương pháp
phân tích giới hạn hoặc phương pháp cân bằng giới hạn.

12
Phương pháp cân bằng giới hạn dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt
(coi khối trượt như một cố thể) và phân tích trạng thái cân bằng giới hạn của các
phân tố đất trên mặt trượt giả định trước. Mức độ ổn định được đánh giá bằng tỷ
số giữa thành phần lực chống trượt (do lực ma sát và lực dính) của đất nếu được
huy động hết so với thành phần lực gây trượt (do trọng lượng, áp lực đất, áp lực
nước, áp lực thấm…). Hiện đã có kết quả nghiên cứu cho bài toán ba chiều
(Phương pháp của Wike, Lone) tuy nhiên, trong thực tế nhiều công trình có kích
thước một chiều khá lớn như: Đê, đập, tường chắn đất… cho nên có nhiều
phương pháp giải quyết đối với bài toán phẳng: Fellenius, Bishop, Spenser,
Janbu…
Phương pháp phân tích giới hạn dựa trên cơ sở phân tích ứng suất trong
công trình (khối đất đắp: đê, đập…) và nền của chúng. Dùng các thuyết bền:

Morh - coulomb, Hill - Tresca, Nises - Shleiker…, kiểm tra ổn định cho
từng điểm trong toàn miền. Công trình được coi là mất ổn định khi tập hợp các
điểm mất ổn định tạo thành mặt trượt liên tục. Giải quyết vấn đề này cần sử dụng
các kiến thức của sức bền vật liệu, lý thuyết đàn hồi và dùng phương pháp sai
phân để tính toán. Ngày nay do công cụ máy tính phát triển nên phương pháp
phần tử hữu hạn có phần chiếm ưu thế.
Phương pháp cân bằng giới hạn dựa vào mặt trượt giả định trước (cân
bằng giới hạn cố thể). Để có cơ sở lựa chọn dạng mặt trượt, người ta phải có
những kết quả nghiên cứu thực nghiệm và tài liệu quan sát hiện trường. Thực tế
thấy rằng, hình dạng mặt trượt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Loại đất, góc dốc của
mái và sự phân bố các lớp đất đá.
Phụ thuộc loại đất:
Đất cát: Mặt trượt thường ở gần mặt đất, góc dốc không thể vượt góc nghỉ
tự nhiên của cát.
Đất sét: Mặt trượt gần như một cung tròn, lực dính càng lớn xu hướng mặt
trượt càng cắt xuống sâu.

13
Phụ thuộc góc dốc:
Đất cát: Góc dốc không liên quan tới vị trí mặt trượt, bởi vì mặt trượt luôn
ở gần ngay bề mặt đất.
Đất sét: Khi góc dốc > 53
P
0
P, mặt trượt sẽ đi qua chân dốc
Khi góc dốc < 53
P
0
P, mặt trượt sẽ cắt sâu xuống phía dưới chân mái dốc.
Phụ thuộc sự phân bố các lớp đất đá:

Sự phân bố các lớp đất đá nói chung đóng vai trò quan trọng đối với vị trí
mặt trượt, thông thường mặt trượt cắt theo lớp đất yếu. Nếu nền đất yếu có chiều
dầy khá nhỏ (so chiều rộng đê đập) thì công trình phá hoại do nền bị đẩy ngang,
nếu nền đất yếu quá dầy công trình bị phá hoại do nền bị lún chồi. Phổ biến là đê
đập trên nền đất yếu bị phá hoại theo mặt trụ tròn qua nền và thân đập.
Tuy nhiên, thực tế còn có nhiều yếu tố khác nữa cũng ảnh hưởng đến hình
dạng mặt trượt như: tải trọng tác dụng trên bề mặt, lực do động đất, áp lực nước
lỗ rỗng, hiện tượng nứt nẻ… cho nên cũng có nhiều quan niệm khác nhau về
hình dạng mặt trượt.
Lịch sử phát triển các phương pháp tính ổn định mái đất liên quan đến giả
định hình dạng chính xác.
Culman (1776) giả thiết mặt trượt phẳng qua chân mái dốc, kết quả nhận
được không chính xác.
Collin (1860 - 1890) thực hiện những khảo sát chi tiết ở một số mái dốc bị
phá hoại và kết luận mặt trượt có dạng gần như mặt trụ tròn.
Vào khoảng (1916) các nhà khoa học Thuỵ Điển lại phát hiện mặt trượt
xấp xỉ dạng trụ tròn và phát triển phương pháp tính toán gọi là phương pháp
Thuỵ Điển.
Frontart và Risal (1920) đề nghị dùng mặt trượt dạng xoắn logarit. Dạng
này thích hợp khi mái đất có độ dốc lớn và chỉ có một loại đất.
Bishop (1950) sử dụng bề mặt trượt trụ tròn và chỉ áp dụng phương trình
cân bằng mô men đối với khối trượt và phương trình cân bằng lực theo phương
đứng.

14
Janbu (1950 - 1960) sử dụng bề mặt trượt dạng bất kỳ và chỉ dùng phương
trình cân bằng lực đối với khối trượt.
Morgensten – Price (1960) sử dụng bề mặt trượt dạng bất kỳ và áp dụng
cả 2 phương trình cân bằng lực và phương trình cân bằng mô men.
Fredlund (1970) sử dụng bề mặt trượt hỗn hợp và áp dụng cả 2 phương

trình cân bằng lực và cân bằng mô men. Mặt trượt hỗn hợp gồm một phần là mặt
tròn và một phần là mặt phẳng.
Boutrups và Siegel (1970) đề nghị sử dụng lý thuyết xác suất để tìm hình
dạng bề mặt trượt (nghĩa là tìm bề mặt trượt ngẫu nhiên) và chỉ áp dụng phương
trình cân bằng lực.
Baker và Garber (1977) dùng bề mặt trượt dạng đường cong logarit và áp
dụng cả phương trình cân bằng mô men và cân bằng lực.
Celestino và Duncan (1981) đã sử dụng cực tiểu của hàm nhiều biến để
tìm bề mặt trượt nguy hiểm nhất, nó gồm một loạt các đoạn thẳng.
Kopaccy (1957) lần đầu tiên đề nghị phương pháp vi tích phân biến đổi để
xác định hình dạng và vị trí mặt trượt nguy hiểm.
Hiện nay có hai chương trình máy tính thông dụng thường để giải các bài
toán địa kỹ thuật là phần mềm GEO-SLOPE của Canada và phần mềm PLAXIS
của Hà Lan. Cả hai phần mềm này đều khá hoàn hảo cả về giao diện lẫn công
năng. Tuy nhiên xét một cách tổng thể thì phần mềm PLAXIS thiên về tính ứng
suất biến dạng, còn phần mềm GEO-SLOPE thiên về tính thấm và ổn định mái
dốc được nhiều đơn vị cơ quan tư vấn thiết kế, thẩm định, thẩm tra ở nước ta
sử dụng. Trong chuyên đề này tác giả chọn phần mềm GEO-SLOPE để tính toán
1.2.2. Các nghiên cứu về ổn định của đê sông ở Việt Nam hiện nay
1.2.2.1. Những trận vỡ đê trong lịch sử
Năm 1913, ngày 9 tháng 8, mực nước tại Hà Nội đạt 11,35 m làm vỡ đê
sông Hồng ở đoạn đê thuộc tỉnh Vĩnh Phúc trên 2 đoạn phía tả ngạn tại Nhật
Chiên, Cẩm Viên và Hải Bối, Yên Hoa thuộc Phúc Yên; vỡ đê Phu Chu thuộc

15
tỉnh Thái Bình. Ngày 14 tháng 8, khi lũ Hà Nội xuống mức 10,69 m vẫn vỡ đê
Lương Cổ, tả ngạn sông Đáy thuộc tỉnh Hà Nam. Ngày 17 tháng 8, vỡ đê
Phương Độ, Sơn Tây phía hữu ngạn sông Hồng khi mực nước Hà Nội là 11,11m.
Ngày 18 tháng 8, vỡ đê Nghĩa Lộ phía hữu ngạn thuộc tỉnh Hà Nam, khi mực
nước Hà Nội 11,03 m. Ngày 19 tháng 8, vỡ đê Quang Thừa, Lỗ Xá sông Đáy

phía hữu ngạn thuộc tỉnh Hà Nam, khi mực nước Hà Nội 10.99 m. Nước lũ làm
ngập gần hết tỉnh Vĩnh Phúc (cũ), một phần Hà Tây, Nam Định, Hà Nam, Thái
Bình và Bắc Ninh.
Năm 1915, từ ngày 11 đến 20 tháng 8: Đê bị vỡ liên tiếp 42 chỗ với tổng
chiều dài 4180 m (từ 11 - 20/7/1915 khi mực nước Hà Nội dao động từ 11,55 m
đến 11,64 m). Những nơi vỡ chính như: Xâm Dương, Xâm Thị đê hữu sông
Hồng thuộc tỉnh Hà Đông. Các chỗ vỡ khác như Lục Cảnh, Hoàng Xá, Trung
Hà tỉnh Phúc Yên; Phi Liệt, Thuỷ Mạo tỉnh Bắc Ninh. Đê tả sông Hồng, vỡ ở:
Mễ Chân tỉnh Hưng Yên; Gia Quất, Gia Thượng, Phú Tòng, Yên Viên, Đông
Thụ, Danh Nam tỉnh Bắc Ninh và một số chỗ khác trên sông Phó Đáy, Đuống
và sông Đáy.
Năm 1945. Một trận lũ lớn vào tháng 8 năm 1945 gây vỡ đê tại 79 điểm,
gây ngập 11 tỉnh với tổng diện tích 312000 ha, ảnh hưởng tới cuộc sống của 4
triệu người.
Năm 1971, ảnh hưởng những trận mưa to liên tục và một cơn bão lớn,
nước trên sông Thao, sông Lô và sông Đà đã hợp lại gây nên cơn lũ lịch sử của
đồng bằng sông Hồng. Mực nước sông Hồng ngày 20 tháng 8 lên đến 14,13 m ở
Hà Nội (cao hơn mực nước báo động cấp III đến 2,63 m). Mực nước Sông Hồng
đo được 18,17 m ở Việt Trì (cao hơn 2,32 m mức báo động cấp III) và 16,29 m ở
Sơn Tây (cao hơn 1,89m mức báo động cấp III). Đồng thời mực nước ở các
Sông Cầu, Sông Lô, Sông Thái Bình lên cao hơn bao giờ hết. Mưa lũ năm 1971
đã gây vỡ đê ở ba địa điểm, làm chết 100000 nguời, úng ngập 250000 ha và hơn
2,7 triệu người bị thiệt hại.