Luận án Nghiên cứu cơ chế tác động để chỉnh trị đoạn sông cong gấp trong vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều

MỞ ĐẦU . 12

0.1. MỘT SỐ THUẬT NGỮ KHOA HỌC VỀ ĐOẠN SÔNG CONG GẤP 12

0.2. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN . 14

0.2.1. Yêu cầu về phòng chống úng ngập . 14

0.2.2. Yêu cầu về phòng chống sạt lở bờ . 14

0.2.3. Yêu cầu về phát triển giao thông thủy. 15

0.2.4. Yêu cầu cảnh quan, môi trường, xây dựng thành phố . 15

0.2.5. Yêu cầu về thiết kế công trình chỉnh trị đoạn sông cong gấp . 16

0.3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN . 17

0.4. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN . 18

0.4.1. Mục tiêu luận án. 18

0.4.2. Nội dung chính của luận án . 18

0.5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN. 18

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CHỈNH TRỊ

ĐOẠN SÔNG CONG GẤP . 19

1.1. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU . 19

1.2. NHỮNG THÀNH TỰU VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 19

1.3. THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI . 22

1.3.1. Về kết cấu dòng chảy. 22

1.3.2. Nghiên cứu về diễn biến hình thái đoạn sông uốn khúc . 24

1.3.3. Về chỉnh trị đoạn sông cong gấp. 25

1.3.4. Về dòng chảy, diễn biến lòng sông vùng ảnh hưởng triều. 30

1.4. THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM . 37

1.4.1. Các nghiên cứu về sông vùng triều . 38

1.4.2. Các công trình cắt sông đã nghiên cứu và thực hiện . 41

pdf166 trang | Chia sẻ: mimhthuy20 | Ngày: 21/09/2020 | Lượt xem: 81 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu cơ chế tác động để chỉnh trị đoạn sông cong gấp trong vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
uống hạ du vào mùa mưa càng bị chiết giảm. Xem Bảng 2.2. Bảng 2.2: Lưu lượng xả lũ với một số cấp tần suất (m3/s) Vị trí Thuộc sông Lưu lượng xả lũ với các tần suất 1% 5% 10% Hạ lưu Đồng Nai - Sông Bé Đồng Nai 14.987 8240 5600 Dầu Tiếng Sài Gòn 1.306 232 108 Hạ lưu vực sông VCĐ - Bến Đá Vàm Cỏ Đông 2.309 1252 564 Ngoài ra khi có lũ lớn ở vùng phía Bắc, vùng Tây Nam của TP. Hồ Chí Minh còn tiếp nhận lượng nước lũ từ sông Tiền tràn qua sông Vàm Cỏ Đông 64 rồi vào kênh Thầy Cai – An Hạ, làm dâng cao mực nước và kéo dài thời gian ngập cho vùng phía Bắc và Tây Nam TP. Hồ Chí Minh, làm thay đổi chế độ dòng chảy của sông Sài Gòn. * Quá trình truyền triều trong sông Nhờ có biên độ cao tạo năng lượng lớn, lòng sông sâu và độ dốc thấp, thủy triều từ biển truyền vào rất sâu trên sông. Trên sông Đồng Nai, thủy triều ảnh hưởng đến chân thác Trị An, cách biển 152 km. Cửa sông Bé nằm dưới thác Trị An 6 km cũng bị thủy triều ảnh hưởng vào chừng 10 km. Trên sông Sài Gòn, thủy triều ảnh hưởng đến tận chân đập Dầu Tiếng, tức vào khoảng 206 km. Sóng triều truyền vào sông khá nhanh, với tốc độ trung bình 20-25 km/h. Lượng triều tích trong sông là rất lớn. Sự tích triều với tổng lượng lớn thường xẩy ra trong pha nước lên của chu kỳ ngày và trong pha từ triều kém sang triều cường của chu kỳ nửa tháng. Trên sông Nhà Bè, lưu lượng triều có thể đạt tới 8.000-10.000 m3/s (cả hai hướng vào và ra), gấp hàng chục lần lưu lượng trung bình được cung cấp từ nguồn thượng lưu trong mùa kiệt hiện nay sau khi có Trị An (200-300 m 3/s) hoặc vài lần trong mùa lũ (2.000-3.000 m3/s). Càng vào sâu trên sông, do biên độ giao động mực nước giảm mà biên độ lưu lượng sóng triều cũng giảm theo. - Vận tốc dòng chảy Vận tốc dòng chảy biến đổi không đều trên sông, phụ thuộc vào độ dốc lòng dẫn, hình thế sông trên mặt bằng, mặt cắt ngang, thảm phủ ven sông và yếu tố tác động của con người. 65 Theo kết quả đo đạc [25], lưu tốc lớn nhất trung bình mặt cắt trên sông Sài Gòn không vượt quá 0,8 m/s khi triều lên và 1,1 m/s khi triều xuống, sông Đồng Nai: 1,3 m/s (triều xuống) và 1,1 m/s (triều lên), sông Nhà Bè: 1,1 m/s và 0,8 m/s khi triều lên và xuống, sông Lòng Tàu là 1,4 m/s (triều xuống), 1,1 m/s (triều lên) và Soài Rạp là 1,1 m/s (triều xuống) và 0,8 m/s (triều lên). - Biên độ triều: Tại cửa biển, biên độ triều là 3,0÷3,5 m; Tại Biên Hòa cách cửa biển 95 km, biên độ triều là 2,30÷2,8 m; tại Tân Định, cách cửa biển 130km, biên độ triều là 2,0 ÷ 2,50 m; tại Hiếu Liêm, cách cửa biển 144 km, biên độ triều còn 0,9 ÷ 1,2 m. b). Các đặc trưng truyền triều trong các sông ĐBSCL [48] Đồng bằng Cửu Long Việt Nam chịu ảnh hưởng của 2 chế độ thủy triều; vùng đất tiếp giáp Biển Đông chịu chế độ bán-nhật-triều ngược lại vùng đất tiếp cận Biển Tây (Vịnh Thái Lan) chịu chế độ nhật triều không đều. Sông Tiền và sông Hậu chảy ra Biển Đông nên chịu ảnh hưởng của chế độ bán- nhật-triều của Biển Đông. Trong một ngày có 2 đỉnh (1 thấp, 1 cao) và 2 chân triều (cũng 1 thấp, 1 cao). Thời gian triều lên kéo dài khoảng 6 giờ và thời gian triều xuống khoảng 6 giờ 45 phút đến 7 giờ (đó là lý do tại sao thủy triều ngày hôm sau lên trễ khoảng 50 phút). Ở khu vực ĐBSCL, sau khi lan truyền khoảng đường khá dài, sóng triều bán nhật không đều với biên độ khá lớn ở biển Đông vẫn còn giá trị đáng kể và giữ đặc tính bán nhật triều không đều ở cách biển khoảng 200 km và xa hơn (xem Bảng 2.3). Biên độ triều trung bình tại cửa biển khoảng 3,0 ÷ 3,5 m trong kỳ thủy triều lớn. Biên độ triều lớn nhất trong chu kỳ 18 năm đạt trên 4,0 m. 66 Bảng 2.3: Hằng số điều hòa thủy triều của 4 sông chính tại một số trạm vùng cửa sông Việt Nam Trạm (sông) Khoảng cách tới biển (km) M2 S2 O1 K1 H (cm) g o H (cm) g o H (cm) g o H (cm) g o Vũng Tàu Sông Cửu Long Tân Châu (Sông Tiền) Châu Đốc (Sông Hậu) 0 79 36 31 81 45 263 60 312 220 29 276 4 272 15 16 23 75 200 33 276 5 270 17 20 26 77 Sông Gành Hào Gành Hào Cà Mau 2 92 93 26 127 41 306 47 335 60 341 146 11 210 12 332 21 28 Phạm vi truyền triều của Sông Cửu Long rất lớn: Tại Phnom Pênh (cách cửa sông 390 km) ảnh hưởng của thủy triều còn rất rõ, biên độ triều vào mùa hạn có lúc đạt đến 0,50 m; tại Tân Châu (cách cửa sông 220 km) biên độ triều thường từ 5 cm (mùa lũ) đến 100 cm (mùa cạn), trong trận lũ lớn vào năm 1978, 1996, 2000 tại đây vẫn còn chịu ảnh hưởng thủy triều với biên độ từ 2 cm đến 10 cm. Tại Mỹ Tho (cách biển 49 km), biên độ lớn nhất vào kỳ triều cao là 3,50 m và vào kỳ triều kém là 1,50 m. Biên độ mực nước triều lớn nhất trung bình tại Mỹ Thuận khoảng 1,80 – 1,90 m; tại Cần Thơ khoảng 2,20 – 2,30 m; tại Tân Châu 0,95 – 1,05 m và tại Châu Đốc 1,1 – 1,2 m. Trong thời gian mùa cạn, dòng chảy ở thượng nguồn Cửu Long về nhỏ, chế độ dòng chảy của sông Tiền và sông Hậu hoàn toàn bị chi phối bởi chế độ thuỷ triều ở biển Đông. Thời gian truyền triều từ cửa biển đến Tân Châu, Châu Đốc khoảng 7 ÷ 8 giờ. Tốc độ truyền triều trung bình trên sông Tiền - 67 đến Tân Châu, khoảng 25 ÷ 30 km/giờ; trên sông Hậu - đến Châu Đốc, chậm hơn, khoảng 22 ÷ 24 km/giờ. Trên sông Tiền, thời gian truyền triều từ Vàm Kinh (cách biển 2 km) đến Mỹ Tho (cách biển 49 km) từ 90 đến 120 phút, và tốc độ truyền từ 24 km/h đến 36 km/h. Vận tốc dòng chảy cũng bị ảnh hưởng thủy triều: Vào mùa lũ vận tốc chậm khi triều lên, nhanh khi triều xuống (lần lượt 1,2 m/s và 1,8 m/s); vào mùa kiệt vận tốc khi triều xuống trong khoảng 0,70 m/s đến 1 m/s. Mực nước đỉnh triều lớn nhất trung bình tại Tân Châu khoảng 1,70 m; tại Châu Đốc (cách biển 190 km) khoảng 1,50 m và tại Cần Thơ (cách cửa biển 123 km) là 1,24 m. Mực nước chân triều thấp nhất trung bình tại Tân Châu là – 0,35 m; tại Châu Đốc là – 0,55 m; tại Mỹ Thuận là –1,37 m; tại Cần Thơ là – 1,60 m và tại Mỹ Tho là –0,95 m. Trong mùa cạn, triều lên làm xuất hiện dòng chảy ngược từ biển vào sông trong những thời gian nhất định. Tại Cần Thơ, tốc độ dòng chảy ngược trung bình từ 0,60 – 0,80 m/s, lớn nhất có thể đạt 1,25 m/s (ngày 18/4/1988); Tại Mỹ Thuận, tốc độ chảy ngược lớn nhất có thể đạt 1,12 m/s (ngày 24/4/1978). Tại Tân Châu, tốc độ chảy ngược trung bình từ 0,2 – 0,3 m/s, tốc độ chảy ngược lớn nhất là 0,395 m/s với lưu lượng 3.290 m3/s (ngày 12/4 /1987). Tại Châu Đốc, tốc độ chảy ngược trung bình khoảng 0,30 – 0,50 m/s, lớn nhất là 0,526 m/s (ngày 5/3/1979). Như vậy, tốc độ chảy ngược lớn nhất tại Châu Đốc luôn luôn lớn hơn tại Tân Châu trong cùng thời điểm. Điều này một lần nữa chứng tỏ ảnh hưởng của thuỷ triều đến Châu Đốc trên sông Hậu mạnh hơn so với Tân Châu trên sông Tiền. Trong một con triều, tốc độ chảy ngược lớn nhất thường xuất hiện sau khi xuất hiện mực nước đỉnh triều khoảng 2 giờ. 68 Do ảnh hưởng của thuỷ triều, trong thời gian mùa cạn, vào thời kỳ kiệt nhất (tháng 3 và 4), lưu lượng chảy ngược tại Tân Châu có thể đạt 3.290 m3/s (ngày 12/4 - 1987) và 1.700 m3/s tại Châu Đốc (ngày 6 - 4 - 1978). Mực nước và lưu lượng (chảy xuôi) trung bình tháng giảm dần từ đầu mùa cạn và giá trị thấp nhất thường trong tháng 4, sau đó tăng dần. Vì vậy, tháng 4 được xem là tháng cạn nhất trong năm. Mực nước trung bình tháng nhỏ nhất trung bình nhiều năm tại Tân Châu là 0,42 m, tại Châu Đốc là 0,38 m (thấp hơn tại Tân Châu 4 cm). Tốc độ và giới hạn truyền sóng triều: Theo tính toán gần đúng, sóng triều truyền khá nhanh trên hệ thống sông Cửu Long, trung bình khoảng 25 km/h. Trên sông Gành Hào, tốc độ truyền triều vào khoảng 15 km/h, còn trên kênh Cà Mau – Phụng Hiệp, khoảng 11 km/h. Những tốc độ này tương ứng với những tốc độ chậm nhất của sóng triều ở biển, tại gần các miền vô triều. Trên sông Tiền và sông Hậu: Khoảng 400 km, tức phía trên Phnom Pênh. Tại đây, cách biển 330 km, quan sát thấy độ lớn triều khoảng 30 cm. Thời gian triều dâng, triều rút: Sự mất cân xứng giữa thời gian triều dâng (TD) và thời gian triều rút (TR) thể hiện rõ khi vào sâu trong sông theo hướng tăng TR và giảm TD. Trên các sông của Việt Nam, nói chung sự biến dạng của dao động triều phù hợp với quy luật bình thường của đại đa số các sông trên thế giới, trừ một số vùng đặc biệt có sự giao thoa sóng triều. Bảng 2.4 giới thiệu thời gian triều dâng và triều rút trên một số sông ở Việt Nam. Bảng 2.4: Thời gian triều dâng và triều rút trên một số trạm vùng cửa sông Việt Nam Trạm Cách biển (km) TD TR Σ Vũng Tàu 0 6g00ph 6g45ph 12g45ph Mỹ Thuận 112 5 45 7 15 13 00 Tân Châu 150 5 30 9 00 14 30 69 Đại Ngải 43 4g45ph 9g00ph 13h45ph Cần Thơ 88 4 30 8 30 13 00 Long Xuyên 144 4 30 9 00 13 30 Châu Đốc 201 5 15 9 30 13 45 2.2.2. Số liệu thực đo về hình thái, thủy văn, bùn cát các đoạn sông, kênh đào. Trong vùng nghiên cứu, tức vùng ĐBNB, những số liệu, tài liệu đã có về các đoạn cắt sông cong gấp không nhiều, gần như không có. Tác giả luận án ngoài việc thu thập các số liệu, tài liệu sẵn có, có thể tận dụng, chủ yếu là tiến hành những đợt khảo sát mới trên các đối tượng nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu ngoài các công trình cắt sông đã tiến hành ra, còn mở rộng ra các kênh đào nối sông ở 3 vùng ĐBNB. Lý do việc mở rộng ra kênh đào nối sông là vì tác giả nhận thấy một hiện tượng đặc biệt là hầu hết các kênh nối sông vùng ĐBNB mặc dầu đã tồn tại rất lâu, có khi đến hàng trăm năm, nhưng vẫn giữ được tuyến thẳng ban đầu và hình dạng mặt cắt khá ổn định (khác với lý thuyết về hình thành và phát triển sông hướng đến tuyến uốn khúc). Trong đó, có những kênh đầu và cuối đều nối tiếp với những sông nhiều đoạn cong gấp nhưng hàng trăm năm vẫn giữ được tuyến thẳng và mặt cắt kênh vẫn hẹp và sâu hơn, ví dụ như kênh Chợ Gạo ở Tiền Giang nối giữa sông Rạch Lá và sông Tiền, kênh Quan Chánh Bố ở Trà Vinh nối sông Hậu và Rạch Hàm v.v...Điều đó cũng trùng hợp với hiện tượng hầu hết các kênh đào trong 10 công trình cắt sông đã tiến hành đều có tuyến thẳng. a- Nguồn tài liệu, số liệu: (1) Các hình ảnh các sông quan tâm trên Google Earth, Google Maps; (2) Các tài liệu thu thập về: Địa hình, địa chất, thủy văn từ các dự án, đề tài có liên quan trong vùng: Dự án chống sạt lở bán đảo Thanh Đa, 70 năm 2004 [12]; dự án chỉnh trị đoạn cong gấp trên sông Thị Vải đoạn KCN Gò Dầu - Bà Rịa - Vũng Tàu [39]; dự án nâng cấp tuyến kênh Chợ Gạo, 2011 [40]; dự án chống xói lở kênh Nước Mặn (Long An); dự án chống sạt lở bờ kênh Bà Tổng (Cần Giờ) [14]; dự án hệ thống Công trình chỉnh trị bờ sông Sa Đéc (Đồng Tháp) [3]; các dự án điều tra cơ bản [5], [64]; các đề tài trong các tài liệu tham khảo [7], [20], [25], [26], [27], [31], [33], [34], [36], [56],... (3) Các số liệu, tài liệu trên các công trình đã công bố, từ [1] đến [65]. (4) Các tài liệu, số liệu do NCS tiến hành mới phục vụ cho luận án:  Đối tượng khảo sát: Các kênh đào cắt sông, các kênh đào nối sông được đánh giá là ổn định hình thái (trung bình thời gian và không gian).  Danh sách các kênh khảo sát và các hạng mục đo đạc được trình bày trong Bảng 2.5.  Vị trí và hình ảnh các kênh đào khảo sát xem Phụ lục A. Bảng 2.5: Thống kê các kênh đã tiến hành khảo sát TT Kênh Sông Địa phương Thời gian Các hạng mục đo đạc I KÊNH CẮT SÔNG 1 Thanh Đa Sài Gòn Q.Bình Thạnh, Tp.HCM 2014 B, A, Q, d. 2 Gò Dầu Thị Vải Phú Mỹ, Tân Thành, Bà Rịa- Vũng Tàu 2014 B, A, Q, d. 3 Lý Nhơn Vàm Sát Lý Nhơn, Cần Giờ, Tp.HCM 2014 B, A, Q, d. 4 Mỹ An Vàm Cỏ Tây Mỹ An, Thủ Thừa, Long An 2014 B, A, Q, d. 71 5 Bình Phú Rạch Lá Bình Phú, Gò Công Tây, Tiền Giang 2016 B, A, d. 6 Đồng Thanh Rạch Lá Đồng Thanh, Gò Công Tây, Tiền Giang 2016 B, A, d. 7 Bùi Hữu Nghĩa Láng Thé Long Đức, TP Trà Vinh 2015 B, A, Q, d. 8 Chùa Bà Sở Bến Chùa Mỹ Long, Cầu Ngang, Trà Vinh 2015 B, A, Q, d. 9 Cần Chông Cần Chông Tân Hòa, Tiểu Cần, Trà Vinh 2015 B, A, Q, d. 10 Long Mỹ Nước Đục Long Bình, Long Mỹ, Hậu Giang 2016 B, A, d. II KÊNH NỐI SÔNG ( VÙNG I) 1 Vĩnh Tế Hậu – Biển Tây Châu Phú A, Châu Đốc, An Giang 2014 B, A, Q, d. 2 Tân Châu – Châu Đốc Tiền – Hậu Châu Phong, Tân Châu, An Giang 2014 B, A, Q, d. 3 Lấp Vò Tiền – Hậu Thị trấn Lấp Vò, Lấp Vò, Đồng Tháp 2014 B, A, Q, d. 4 Lộ Tẻ Hậu – Biển Tây Thới Thuận, Cần Thơ 2014 B, A, Q, d. 5 Kênh Mới Tiền – kênh nội đồng An Phong, Thanh Bình, Đồng Tháp 2014 B, A, Q, d. 6 Lai Vung Hậu - Lai Vung Lai Vung, Đồng Tháp 2014 B, A, Q, d. 72 7 Bassac Hậu – Angkor Borei Thị trấn An Phú, An Phú, An Giang 2014 B, A, Q, d. 8 Lê Phước Cương Tiền Mỹ Hiệp, Chợ Mới, An Giang 2014 B, A, Q, d. 9 Tháp Mười Tiền – Vàm Cỏ Tây Cao Lãnh, Đồng Tháp 2014 B, A, Q, d. 10 Cầu Quay Hậu – Rạch Chùa Đ.Ngô Quyền, Tp.Long Xuyên, An Giang 2014 B, A, Q, d III KÊNH NỐI SÔNG ( VÙNG II) 1 Xáng Tiền – Vàm Cỏ Tây Bình Đức, Châu Thành, Tiền Giang 2014 B, A, Q, d. 2 Chợ Cái Thìa Tiền – Mỹ Tây Hòa Khánh, Cái Bè, Tiền Giang 2014 B, A, Q, d. 3 Cổ Cò Tiền – Nguyễn Văn Tiếp B An Thái Đông, Cái Bè, Tiền Giang 2014 B, A, Q, d. 4 Bảo Kê Cái Vồn – Tiền Bình Minh, Vĩnh Long 2014 B, A, Q, d. 5 Nàng Bân Hậu – Biển Tây Phụng Hiệp, Hậu Giang 2014 B, A, Q, d. 6 Chợ Lách Tiền (Mỹ Tho – Cổ Chiên) Chợ Lách, Bến Tre 2014 B, A, Q, d. 7 Mỏ Cày Tiền (Cồ Chiên – Hàm Luông) Mỏ Cày Nam, Bến Tre 2014 B, A, Q, d. 73 8 Ngã Bảy Hậu – Biển Tây Thị xã Ngã Bảy, Hậu Giang 2014 B, A, Q, d. 9 Quan Chánh Bố Hậu – Biển Đông Duyên Hải, Trà Vinh 2013 B, A, d. 10 Cà Mau – Bạc Liêu Biển Đông – Biển Tây Vĩnh Mỹ B, Hòa Bình, Bạc Liêu 2014 B, A, Q, d. IV KÊNH NỐI SÔNG (VÙNG III) 1 Kênh Xáng Rạch Ông Lớn Bình Chánh, Tp.HCM 2014 B, A, Q, d. 2 Kênh Chà Nhà Bè – Soài Rạp Bình Khánh, Cần Giờ, Tp.HCM 2014 B, A, Q, d. 3 Thủ Thừa Vàm Cỏ Tây – Vàm Cỏ Đông Thủ Thừa, Long An 2014 B, A, Q, d. 4 Nước Mặn Cần Giuộc – Vàm Cỏ Cần Giuộc – Long An 2011 B, A, Q, d. 5 Bà Tổng Soài Rạp – Lòng Tàu An Thới Đông, Cần Giờ, Tp.HCM 2014 B, A, d. 6 Phú Mỹ Vàm Cỏ Tây – Tiền Phú Mỹ, Tân Phước, Tiền Giang 2014 B, A, Q, d. 7 Chợ Gạo Vàm Cỏ - Tiền Đồng Sơn, Gò Công Tây, Tiền Giang 2011 B, A, Q, d. Ghi chú: Các hạng mục đo đạc: B- Chiều rộng kênh (m); A – Diện tích mặt cắt ướt (m2); Q- Lưu lượng (m3/s); d- Đường kính bùn cát đáy lòng kênh (m). 74 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đây là đề tài nghiên cứu có tính vùng miền, lại chưa có những thành tựu nghiên cứu lý thuyết nào để thừa kế, nên luận án chủ yếu dựa vào phương pháp tổng hợp, phân tích số liệu thực đo và phương pháp mô phỏng toán học. 2.3.1.Phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường, phân tích số liệu thực đo. a) Điều tra, khảo sát hiện trường  Đo đạc các yếu tố mặt cắt ngang lòng dẫn kênh đào Sử dụng phương pháp đo đạc khảo sát tại hiện trường bằng máy đo tổng hợp các yếu tố dòng chảy ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) bao gồm vận tốc, lưu lượng, hình dạng lòng dẫn và máy đo sâu hồi âm. Đây là các thiết bị hiện đại, đạt độ tin cậy cao và được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu thực địa ở trên thế giới và Việt Nam [68], [86], [103].  Về vị trí khảo sát mặt cắt ngang trên kênh đào: Do tuyến kênh đào tương đối dài, việc lựa chọn vị trí mặt cắt ngang phải đảm bảo tính đại diện cho mặt cắt toàn tuyến kênh đào và đảm bảo ổn định. Luận án lựa chọn mặt cắt theo tiêu chí sau: 1. Tại kênh khảo sát, đo đạc tối thiểu 3 mặt cắt, so chọn lấy một mặt cắt đại diện tính toán. 2. Vị trí đo mặt cắt ngang phải cách xa vị trí đoạn cong, đoạn phân nhập lưu của kênh với sông lớn. 3. Không đo tại vị trí kênh đào đã có công trình bảo vệ bờ hoặc kênh đào mới nạo vét phục vụ giao thông thủy hoặc hoạt động khác của con người gây ảnh hưởng đến tính đại diện của mặt cắt. Xem Hình 2.2.  Công tác lấy mẫu bùn cát đáy kênh đào 75 Thiết bị lấy mẫu chủ yếu là gầu lấy mẫu bùn cát chuyên dụng và xẻng cầm tay chuyên dụng (áp dụng cho các vị trí lòng dẫn là sét dẻo cứng và ít bùn cát đáy). Vị trí lấy mẫu: Mỗi mặt cắt ngang kênh lấy 3 mẫu gồm tim kênh, hai vị trí còn lại tại 1/4 bề rộng kênh tính từ mép bờ gần nhất. Hình 2.2: Sơ họa vị trí lấy mẫu bùn cát đáy kênh đào Quy trình lấy mẫu và thí nghiệm: Xác định vị trí lấy mẫu, dùng thiết bị lấy mẫu lấy mẫu và cho vào thiết bị đựng mẫu. Chuyển mẫu về phòng thí nghiệm Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (VKHTLMN) để thí nghiệm xác định thành phần hạt, lực dính (nếu có).  Một số hình ảnh khảo sát hiện trường: Xem Hình 2.3. b) Xử lý, chỉnh lý số liệu  Thí nghiệm xác định các yếu tố bùn cát.  Xác định lưu lượng thực đo.  Xác định các yếu tố hình học kênh. - Chiều rộng trung bình - Độ sâu trung bình c) Tổng hợp, thống kê, phân tích:  Phân loại, đánh giá chất lượng số liệu, tài liệu;  Bổ sung, xây dựng liệt số liệu;  Thống kê theo vùng, tính chất đối tượng;  Xây dựng các quan hệ hình thái, quan hệ B, h và Qkđ. Bãi già Mặt nước 76 a.Khảo sát tại kinh cắt Thanh Đa, sông Sài Gòn, Tp.HCM năm 2014 b.Khảo sát kênh cắt sông Vàm Cỏ Tây, Mỹ An, Thủ Thừa, Long An, 2014 c.Khảo sát kênh Xáng (Đồng Tâm), Châu Thành, Tiền Giang năm 2014 d.Khảo sát tại thượng lưu kênh đào cống Láng Thé, Trà Vinh năm 2014 e.Khảo sát lấy mẫu bùn cát tại kênh đào cắt sông Mỹ An, Vàm Cỏ Tây f.Thí nghiệm thành phần hạt bùn cát đáy tại phòng thí nghiệm VKHTLMN Hình 2.3: Một số hình ảnh điều tra, khảo sát hiện trường 77 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán a-Đặt bài toán Thiết kế công trình cắt sông có nhiều công việc cần tiến hành như xác định phương thức chỉnh trị, bố trí công trình, thiết kế các hạng mục công trình, xác định phương pháp thi công, tính toán hiệu quả và đánh giá tác động môi trường...Trong luận án này, chỉ tập trung nghiên cứu vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế kênh đào là tính toán phân lưu và tính toán biến hình lòng dẫn. Tùy theo cơ chế tác động mà tính toán cắt sông có thể chia ra thành 3 Bài toán sau: - Bài toán 1: Trong cơ chế cắt sông bằng kênh tắt đào đến mặt cắt yêu cầu khai thác và vẫn duy trì sông cũ, thì công việc thiết kế là xác định mặt cắt kênh đào theo yêu cầu khai thác và yêu cầu về quan hệ hình thái, sau đó là tính toán phân lưu để kiểm tra lưu lượng trong kênh có đạt lưu lượng khởi động hay không. - Bài toán 2: Trong cơ chế cắt sông bằng kênh đào đến mặt cắt cuối cùng, lấp hoàn toàn sông cũ, thì công việc thiết kế chỉ là xác định kích thước mặt cắt kênh đào thỏa mãn điều kiện quan hệ hình thái. Bài toán này đơn giản, không tính toán phân lưu cũng không cần tính toán biến hình lòng dẫn, nên chỉ tuân thủ yêu cầu kích thước kênh dẫn thỏa mãn điều kiện quan hệ hình thái để kênh duy trì ổn định. - Bài toán 3: Trong cơ chế cắt sông bằng kênh mồi thì công việc thiết kế kênh ngoài xác định tuyến cắt, vị trí và phương hướng cửa vào, cửa ra là tính toán luân phiên giữa thủy lực phân lưu và biến hình lòng dẫn. Có thể coi bài toán cắt sông bằng kênh mồi (Bài toán 3) là bài toán tổng quát. Bài toán 1 chỉ là bài toán thành phần của Bài toán 3. 78 Vấn đề tính toán phân lưu tương đối đơn giản, nhưng tính toán chuyển động bùn cát và biến hình lòng dẫn là khá phức tạp. Phức tạp nhất là giải quyết hợp lý 2 vấn đề: Một là phân chia bùn cát giữa sông cũ và kênh đào; hai là phân chia diện tích xói theo chiều ngang và chiều thẳng đứng theo quan hệ hình thái. Hiện nay, chưa có mô hình tính toán nào giải quyết được một cách thỏa đáng. Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu đã trình bày và đề xuất một số sơ đồ tính toán, luận án đã xây dựng một phương pháp tính toán theo mô hình dòng chảy ổn định một chiều nhưng có độ tin cậy chấp nhận được về khoa học để giải các bài toán trên. b-Những chỉ dẫn chung Để tiến hành tính toán cắt sông theo cơ chế tác động bằng kênh mồi, cần tuân thủ những chỉ dẫn chung như sau: (1) Chia toàn đoạn tính toán (bao gồm đoạn cắt sông và các đoạn sông phụ cận thượng hạ lưu) ra một số phân đoạn, đồng thời chia thời gian tính toán (tính từ lúc kênh mồi mở nước đến khi kênh dẫn phát triển đến mặt cắt cuối cùng) thành nhiều thời đoạn, tiến hành tính toán cho từng thời đoạn và từng phân đoạn. (2) Bắt đầu là tính toán đường mặt nước từ hạ lưu ngược lên thượng lưu, sau đó lại tính toán biến hình lòng dẫn từ thượng lưu về hạ lưu. Đó là một quá trình tính toán lặp xen kẽ nhau liên tục giữa tính toán thủy lực phân lưu và tính toán biến hình lòng dẫn, cho đến lúc đạt yêu cầu thiết kế. Nếu không, phải giả thiết lại mặt cắt kênh mồi thiết kế để tính toán lại từ đầu cho đến khi đạt yêu cầu. (3) Nếu chỉ áp dụng cơ chế kênh tắt, không loại bỏ sông cũ thì bài toán chỉ còn là bài toán phân lưu, không có tính toán biến hình lòng dẫn. Kênh đào được thiết kế theo yêu cầu khai thác và yêu cầu về quan hệ hình thái nên chỉ 79 dừng lại ở bước tính phân lưu đầu tiên. Sau khi tính phân lưu cần kiểm tra xem lưu lượng kênh đào có bằng lưu lượng khởi động không. Nếu không, phải giả thiết lại kích thước kênh đào thiết kế để tính toán phân lưu lại cho đến khi thỏa mãn điều kiện cần và đủ của quan hệ hình thái mặt cắt ngang ổn định. c- Các phương trình cơ bản và các sơ đồ áp dụng Các phương trình cơ bản trong phương pháp tính toán biến hình lòng dẫn trong công trình cắt sông của Xie Jian Heng đã được trình bày trong mục 2.1.2 của Chương 2. Để xây dựng được một chương trình tính toán, cần xử lý theo dạng sơ đồ một số yếu tố phức tạp và phù hợp cho vùng chịu ảnh hưởng thủy triều của ĐBNB bao gồm: (1) Lưu lượng tính toán cho sông trước cửa vào kênh cắt sông Q0: Xác định Q0 bằng lưu lượng lũ 5% qua mặt cắt đoạn sông thượng lưu. Trong trường hợp không có số liệu lưu lượng lũ, có thể lấy diện tích mặt cắt ướt ngang bãi của lòng sông đoạn thượng lưu nhân với vận tốc khởi động của hạt bùn cát d50 làm lưu lượng tính toán Q0. (2) Lựa chọn công thức tính hàm lượng bùn cát lơ lửng Luận án sử dụng công thức tính hàm lượng bùn cát lơ lửng của Zhang R.C với công thức (2-21) để áp dụng cho chương trình tính. (3) Sơ đồ phân chia bùn cát giữa sông và kênh Do bùn cát lơ lửng phân bố không đều trên thủy trực nên khi mở kênh cắt sông, sự chênh lệch đáy sông và đáy kênh làm cho phần bùn cát đi vào kênh sẽ khác phần bùn cát đi vào sông. Để giải quyết vấn đề này, xét trên số liệu thực đo tại một số đoạn sông ở ĐBNB, kế thừa kết quả khảo sát đo đạc hàm lượng bùn cát theo phương pháp ADCP của một số tác giả nước ngoài [86] ở vùng đồng bằng châu thổ có điều kiện tương tự, luận án sử dụng một số xấp xỉ gần đúng như sau: 80 + Trường hợp cao trình đáy kênh đào thấp hơn so với cao trình đáy sông thượng lưu sông cũ thì hàm lượng bùn cát trong sông và đi vào kênh coi là như nhau, nghĩa là Sk=S0. + Trường hợp cao độ đáy kênh đào cao hơn so với đáy sông phía thượng lưu, thì sự phân chia bùn cát sẽ phụ thuộc vào góc α, là góc hợp giữa trục kênh đào và chủ lưu dòng chảy sông: Nếu  < 25 o thì Sk=So; nếu   25 o thì Sk=0,7So (giả thuyết trên cũng phù hợp với các nghiên cứu [86], [102]). (4) Sơ đồ phân bố diện tích xói kênh sau mỗi lớp thời gian Nếu tuyến kênh đào là đường cong, coi kênh chỉ xói bên bờ lõm, bờ lồi không đổi. Hình 2.4: Sơ đồ tính toán xói sâu và xói ngang trong kênh dẫn tuyến cong Căn cứ vào quan hệ hình học trong Hình 2.4, trong thời đoạn ∆t thể tích xói kênh dẫn là: 0 0 ( ) i yiV h hB B L  (2-27) Trong đó: ∆V là thể tích xói kênh dẫn, m3; B0, h0, B1, h1 lần lượt biểu thị chiều rộng và chiều sâu kênh dẫn đầu và cuối thời đoạn dưới mực nước ngang bãi, m. Trị số ∆V trong công thức (2-27) được xác định bởi sức tải cát của dòng chảy, tức là: 81 tQSS K V kkđkc kc  )(  (2-28) Trong đó: Skc - Hàm lượng bùn cát tại cửa ra kênh dẫn, tính toán theo công thức sức tải cát của dòng chảy, kg/m3; Skđ - Hàm lượng bùn cát tại cửa vào kênh dẫn, tính toán theo sơ đồ phân chia bùn cát, kg/m3; Kkc - Hệ số sửa chữa hàm lượng bùn cát khi xem xét hàm lượng chất rửa trôi trong cấu tạo đất bờ sông, có thể lấy bằng 1,05. Sau khi tính toán thể tích xói ∆V theo yêu cầu sức tải cát của dòng chảy, trị số B1, h1 trong công thức (2-28), trong điều kiện đồng thời phù hợp với công thức (2-27), được xác định thông qua tính thử. Lấy mặt cắt kênh dẫn đã tính toán B1, h1 làm điều kiện ban đầu cho tính toán biến hình lòng dẫn cho thời đoạn tiếp theo. Theo phương pháp tương tự tính toán lặp cho đến lúc đạt tới mặt cắt cuối cùng thì dừng lại. Nếu kênh đào có tuyến thẳng, việc phân chia bùn cát theo xu thế xói lở tuân theo quan hệ hình thái theo sơ đồ Hì

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf23_nghien_cuu_co_che_le_van_tuan_2017_0464_2016859.pdf
Tài liệu liên quan