1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI o0o NGUYỄN THÁI BÌNH NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI CỐNG SƠN ĐỐC TỈNH BẾN TRE CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ 60580202 LUẬN[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI o0o NGUYỄN THÁI BÌNH NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI CỐNG SƠN ĐỐC TỈNH BẾN TRE CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ: 60580202 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS TĂNG ĐỨC THẮNG TS NGUYỄN THANH HẢI Tp Hồ Chí Minh, 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình khoa học tơi thực Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tất trích dẫn ghi gõ nguồn gốc TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2015 Học viên Nguyễn Thái Bình LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực luận văn, với phấn đấu nổ lực thân giúp đỡ tận tình thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp, luận văn: “Nghiên cứu chế độ thủy lực giải pháp tiêu phịng xói cống Sơn Đốc tỉnh Bến Tre” hoàn thành Tác giả xin chân thành cảm ơn đến toàn thể thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, khoa Sau đại học, khoa Cơng trình trường Đại học Thủy lợi tận tâm giảng dạy tác giả suốt trình học tập trường Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS-TS Tăng Đức Thắng TS Nguyễn Thanh Hải hướng dẫn, giúp đỡ tận tình thời gian tác giả làm luận văn Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo tập thể Cơ sở Trường Đại học Thủy lợi, Phịng nghiên cứu Thủy cơng Thủy lực - Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam động viên tạo điều kiện thuận lợi mặt suốt thời gian tác giả học tập làm luận văn Do điều kiện thời gian có hạn nên khuôn khổ luận văn tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận giúp đỡ chân thành thầy cô, anh chị bạn bè đồng nghiệp Xin chân trọng cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2015 Học viên Nguyễn Thái Bình MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC V NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình 1.1.3 Đặc điểm địa chất 1.1.4 Đặc điểm thủy văn 1.1.5 Nhận xét đánh giá đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 10 1.2 Tổng quan cống vùng triều 10 1.3 Các kết nghiên cứu liên quan tới luận văn 12 1.3.1 Kết nghiên cứu xói ngồi nước 12 1.3.1.1 Chiều sâu lớn hố xói 13 1.3.1.2 Chiều dài hố xói 13 1.3.2 Kết nghiên cứu xói nước 14 1.3.2.1 Nghiên cứu Trần Như Hối đồng nghiệp Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam [4] 14 1.3.2.2 Nghiên cứu Phạm Ngọc Quý [6] 14 1.3.2.3 Nghiên cứu Trịnh Công Vấn [8] 15 1.3.2.4 Nghiên cứu Nguyễn Thanh Hải [3] 17 1.4 Vấn đề đặt 17 1.4.1 Xói sau cơng trình 17 1.4.2 Một trường hợp xói cụ thể 18 1.4.3 Nguyên nhân xói lở 19 1.5 Nhận xét chung 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH THỦY LỰC CHO CỐNG SƠN ĐỐC 21 2.1 Lý luận tiêu sau cống 21 2.1.1 Khái niệm chung tiêu 21 2.1.2 Nhiệm vụ tính tốn tiêu 21 2.1.3 Phương pháp nghiên cứu tiêu 21 2.1.4 Nối tiếp dòng chảy hạ lưu cơng trình 22 2.1.5 Các hình thức tiêu 24 2.1.5.1 Tiêu dòng đáy 25 2.1.5.2 Tiêu dòng mặt 26 2.1.6 Tính tốn lý thuyết xác định sơ kích thước hệ thống tiêu phịng xói cống Sơn Đốc 27 2.1.6.1 Tính tốn chiều dài sân tiêu 27 2.1.6.2 Tính tốn chiều dài sân sau 27 2.1.6.3 Tính tốn chiều sâu hố xói 28 2.1.7 Đánh giá nhận xét sơ áp dụng lý thuyết vào tính tốn tiêu phịng xói cơng trình cống Sơn Đốc 29 2.2 Nghiên cứu mơ hình thủy lực (MHTL) 29 2.2.1 Nội dung, phương pháp nghiên cứu MHTL 30 2.2.2 Khái niệm mơ hình 30 2.2.2.1 Mơ hình 30 2.2.2.2 Mơ hình hóa 31 2.2.2.3 Mơ hình vật lý 31 2.2.2.4 Mơ hình tốn 31 2.2.3 Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu MHTL 31 2.2.3.1 Mục đích 31 2.2.3.2 Nhiệm vụ 31 2.2.4 Lý thuyết tương tự thuyết lập MHTL 32 2.2.4.1 Khái niệm chung 32 2.2.4.2 Tương tự hình học 33 2.2.4.3 Tương tự động học 33 2.2.4.4 Tương tự động lực học 34 2.2.4.5 Phân tích thứ nguyên ứng dụng 35 2.3 Thiết lập phương án thí nghiệm 38 2.3.1 Mục đích thiết lập phương án thí nghiệm 38 2.3.2 Thiết lập phương trình nghiên cứu thí nghiệm 38 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI CỐNG SƠN ĐỐC 43 3.1 Giới thiệu chung cơng trình cống Sơn Đốc 43 3.1.1 Tên cơng trình 43 3.1.2 Vị trí xây dựng cơng trình 43 3.1.3 Đặc điểm địa hình 43 3.1.4 Đặc điểm địa chất 44 3.1.4.1 Địa tầng 44 3.1.4.2 Mặt cắt địa chất 44 3.1.4.3 Chỉ tiêu lý lớp đất 45 3.1.5 Nhiệm vụ cơng trình 47 3.1.6 Các hạng mục cơng trình 47 3.1.7 Cấp công trình 48 3.2 Cơ sở lý luận giải pháp tiêu phịng xói cho cơng trình cống Sơn Đốc 48 3.2.1 Đặc điểm làm việc (thủy lực) cống Sơn Đốc 48 3.2.2 Cơ sở lý luận đề xuất giải pháp tiêu phịng xói cống Sơn Đốc 50 3.2.2.1 Giải dịng xiên gây xói lở 50 3.2.2.2 Giải vấn đề mạch động gây xói lở 50 3.2.2.3 Giải độ mở cửa van tự động 51 3.2.2.4 Giải tiêu hạ lưu cơng trình 51 3.2.3 Đề xuất giải pháp tiêu phòng xói cống Sơn Đốc 52 3.3 Các tài liệu phục vụ thí nghiệm 53 3.4 Thiết kế mơ hình hóa 54 3.4.1 Mơ hình hóa 54 3.4.1.1 Chọn loại mơ hình 54 3.4.1.2 Chọn tỷ lệ mơ hình 54 3.4.1.3 Phạm vi bố trí mơ hình 55 3.4.1.4 Vật liệu làm mơ hình 55 3.4.1.5 Xây dựng chế tạo mơ hình 56 3.4.1.6 Kiểm tra điều kiện tương tự mơ hình 56 3.4.2 Các thiết bị đo đạc quy trình thí nghiệm 57 3.4.2.1 Dụng cụ đo cao độ 57 3.4.2.2 Dụng cụ đo lưu lượng 58 3.4.2.3 Thiết bị đo mực nước 58 3.4.2.4 Đo áp suất mạch động 58 3.4.2.5 Dụng cụ đo lưu tốc 58 3.4.2.6 Thiết bị lưu trữ xử lý số liệu 58 3.4.2.7 Quy trình thí nghiệm 59 3.5 Kết thí nghiệm phương án thiết kế ban đầu (PATK1) 59 3.5.1 Phương án thiết kế ban đầu (PATK1) 59 3.5.1.1 Cơng trình 59 3.5.1.2 Mực nước thí nghiệm (PATK1) 60 3.5.1.3 Vận tốc dòng chảy dọc theo cống 62 3.5.2 Kết thí nghiệm (PATK1) 62 3.5.3 Nhận xét kiến nghị 63 3.6 Kết thí nghiệm PATK sửa đổi (PATK2) 63 3.6.1 Phương án thiết kế sửa đổi (PATK2) 63 3.6.1.1 Cơng trình 63 3.6.1.2 Mực nước thí nghiệm (PATK2) 64 3.6.2 Kết thí nghiệm PATK2: 65 3.6.3 Nhận xét kiến nghị 69 3.7 Kết thí nghiệm PATK sửa đổi (PATK3) 69 3.7.1 Phương án thiết kế sửa đổi (PATK3) 69 3.7.1.1 Cơng trình 70 3.7.1.2 Mực nước thí nghiệm 70 3.7.2 Kết thí nghiệm PATK3 72 3.7.2.1 Kết thí nghiệm sửa đổi phía đồng PATK3 72 3.7.2.2 Kết thí nghiệm sửa đổi phía sơng PATK 72 3.7.3 Nhận xét kiến nghị 73 3.8 Kết thí nghiệm phương án chọn vận hành 73 3.8.1 Phương án chọn (PAC) 73 3.8.1.1 Cơng trình 73 3.8.1.2 Mực nước thí nghiệm 73 3.8.2 Kết thí nghiệm 74 3.8.3 Nhận xét kiến nghị 75 3.9 Lập công thức tính vận tốc đáy mặt cắt cuối sân gia cố với kênh hạ lưu dựa thông số thủy lực 76 3.9.1 Định hướng nghiên cứu 76 3.9.2 Kết thí nghiệm 78 3.9.3 Cơ sở lý luận phương pháp lập cơng thức tính vận tốc đáy 78 3.9.4 Giả thuyết hàm toán học biểu thị liên quan đại lượng 80 3.9.5 Xác định thông số chưa biết hàm giả định 80 3.9.6 Xây dựng cơng thức tính vận tốc đáy vị trí nghiên cứu A, B, C, D, E, F 81 3.9.6.1 Xây dựng cơng thức tính vận tốc đáy vị trí A 82 3.9.6.2 Xây dựng công thức tính vận tốc đáy vị trí B 83 3.9.6.3 Xây dựng công thức tính vận tốc đáy vị trí C 83 3.9.6.4 Xây dựng cơng thức tính vận tốc đáy vị trí D 83 3.9.6.5 Xây dựng cơng thức tính vận tốc đáy vị trí E 83 3.9.6.6 Xây dựng cơng thức tính vận tốc đáy vị trí F 83 3.9.7 So sánh công thức thực nghiệm kết thí nghiệm 84 3.10 Phân tích, đánh giá kết nghiên cứu 84 3.10.1 Đánh giá định tính 84 3.10.2 Đánh giá định lượng 85 3.11 Lựa chọn giải pháp tiêu hợp lý 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Các hạng mục HTTLBBT Hình 2: Bản đồ địa hình tỉnh Bến Tre .7 Hình 3: Bản đồ địa chất tỉnh Bến Tre .8 Hình 4: Xói lở cống Vàm Đồn tỉnh Bến Tre 19 Hình 1: Nối tiếp chảy đáy sau bậc 22 Hình 2: Nối tiếp chảy mặt sau bậc 23 Hình 3: Các hình thức nối tiếp dòng chảy hạ lưu 25 Hình 4: Sơ đồ xác định đại lượng kết cấu hạ lưu cơng trình 38 Hình 1: Vị trí xây dựng cống Sơn Đốc 43 Hình 2: Mặt cắt ngang địa chất tuyến cống 45 Hình 3: Mặt cắt dọc địa chất tuyến cống 45 Hình 4: Hình thức kết cấu tiêu cơng trình cống Sơn Đốc 53 Hình 5: Sơ đồ thí nghiệm 56 Hình 6: Mặt mơ hình cống Sơn Đốc phương án thiết kế (PATK1) .60 Hình 7: Vị trí mặt cắt đo vận tốc trung bình phía đồng 62 Hình 8: Vị trí mặt cắt đo vận tốc trung bình phía sơng 62 Hình 9: Mặt mơ hình cống Sơn Đốc PATK2 .65 Hình 10: Vị trí điểm nghiên cứu A, B, C 77 Hình 11: Vị trí điểm nghiên cứu D, E, F 77