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
166 trang |
Chia sẻ: mimhthuy20 | Lượt xem: 590 | Lượt tải: 1
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:
- 23_nghien_cuu_co_che_le_van_tuan_2017_0464_2016859.pdf