Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu chế độ thủy lực và biến hình lòng dẫn khe Trí khi xả lũ thiết kế

LỜI CẢM ƠNLuận văn “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biến hình lòng dẫn Khe Trí khi xả lũ thiết kế” được hoàn thành với sự giúp đỡ, động viên về mọi mặt của tập thể Trung tâm Nghiên cứu Phò

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bat kỳ công trình nào khác Các thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ lấy từ nguồn khác đều được trích dẫn

đây đủ theo quy định.

Tác giả luận văn

Lê Văn Thìn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biến hình lòng dẫn Khe Trí khi xả lũ thiết kế” được hoàn thành với sự giúp đỡ, động viên về mọi mặt của tập thể Trung tâm Nghiên cứu Phòng tránh và Giảm nhẹ thiên tai — Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động lực học sông biển — Viện Khoa học Thuỷ lợi, Trường Đại học Thuỷ lợi.

Học viên bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Đăng Giáp, PGS.TS Nguyễn Quang Hùng đã hướng dẫn tận tình, chu đáo, đồng thời cung cấp các tài liệu cần thiết

đê học viên hoàn thành bản luận văn.

Học viên chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Ngọc Quý và các thầy cô bộ môn Thuỷ

Công — Trường Đại học Thuy lợi đã chia sẻ, chỉ bảo, tạo điều kiện định hướng giúp đỡ

học viên trong suôt quá trình thực hiện luận văn.

Học viên chân thành cảm ơn các cán bộ thuộc Trung tâm nghiên cứu Phòng tránh và

Giảm nhẹ thiên tai đã luôn tạo điều kiện giúp đỡ học viên về mặt kỹ thuật, chuyên

môn, các đông nghiệp và gia đình luôn cô vũ, động viên trong suôt quá trình thực hiện.

Trong quá trình thực hiện, kiên thức của học viên còn hạn chê nên không thê tránh khỏi các sai sót Học viên rât mong nhận được sự chỉ bảo của các thây, cô giáo, bạn

bè, đồng nghiệp và những người quan tâm khác.

Tác giả luận văn

Lê Văn Thìn

il

MỤC LỤC

LOI CAM ĐOAN 2c ch HH HH He i LOI CAM 000 ii

N90 | AI) cap thiét 6n |

II Mục đích của để tài s22 tt th ng re 2

TH Phuong phap nghién 0u 0 2

IV Du kién két quả đạt ẨƯỢC - À3 1H TH HH HH HH HH 2

CHƯƠNG 1, TONG QUAN VE CHE ĐỘ THUY LỰC VÀ GIẢI PHÁP ÔN ĐỊNH LONG DAN KHI XA LŨ G5 1n HH TH HH Hà HH ngờ 3 1.1, Tổng quan chung về chế độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn, chỉnh trị sông 3

1.1.3, V6 thodt nh se 4

1.2.1, Các nghiên cứu về chuyên nước giữa các lưu Vực .: -¿-sc-+ecs+ 14

1.3.3, Hướng nghiÊn CỨU - - c c1 2111311 1191011 10 1991119 ng rh 18

I xi0 ¿012i 8n e 19

1.5, Các thông số cơ bản của lưu vực và công trình trong tính toán [4] - 19 1.6, K6t na 21

CHƯƠNG2, CO SỞ LÝ THUYET VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VE CHE ĐỘ

iii

&t nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biển hình lòng dẫn, nh toán ổn

2.1.1, Mô hình thuỷ lực Mikel HD [5] 2 2.1.2, Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD và Mike Flood [5] 27 2.1.3, Mô hình tính vận chuyên trim tích MIKE 21 ST |5] 29 2.1.4, Mô hình tính toán ôn định [6] 34 2.2,S0 đỗ nghiên cies 36

2.3, M6 hình nghiên cứu cho lòng dẫn Khe Trí 37

2.3.1, Thiết lip mô hình MIKE 2IEM cho miễn mô phỏng 37

2.3.2, Hiệu chỉnh mô hình 4 2.3.3, Kiểm định mô hình 4 2.4,Kết luận 4

CHƯƠNG 3, ĐÈ XUẤT GIẢI PHÁP ON DỊNH LONG DAN VA DAM BAO

KHẢ NANG THOÁT LU LONG DAN KHE VANG - KHE TRÍ 48

3.1 K&t quả tính toán thuỷ lực va biển hình lng dẫn wi long dẫn hiện trng 483.1.1, KẾ quả tinh toán thuỷ lục 48

3.1.2, Kết quả tinh tod biển hình lòng dẫn 50

3.2,Dánh gi kết qua tin toán hiệ trang và yêu cầu giải pháp ôn định lòng dẫn 513.2.1, Đánh giá kết quả tính toán hiện trạng sỉ3.22, Yêu cầu đối với lòng dẫn Khe Trí khi công trình đi vào vận hành, 32

3.3, Các giái pháp đảm bảo ổn định lòng dẫn 52

3.3.1, ĐỀ xuất giải pháp và kết qua tính toán 333.4, Chi tiết giải pháp thiết kế va cơ sở xác định #“

3.4.1, B rộng thoát lũ 34 3.42, Chỉ đất các giải pháp 5s

3.5, Kết quả tính toán ø0

3.5.1, Phương in XC-05 oo 3.52, Phương án XC-03, 6

3.5.3, Phương án XC-02 66 35.4, Phương án XC-All 69

3.5.5, Phân tích khả năng xói lở lòng dẫn và giải pháp phòng chống 1a 3.6,Phân tích, lựa chọn phương ấn đảm bảo ổn định lòng dẫn Khe Trí và đánh giá ổn

định, TT

3.6.1, Phân tích, lựa chọn phương án n

1

3.7, Kết luận, 85KET LUẬN VA KI 86Kết luận 86Ton tại 87

Kiến nghị 87

TÀI LIEU THAM KHAO 88PHU LUC TINH TOAN 89

Kết quả inh toán thuỷ lực phương án hiện tang: 89

Kết quả tinh toán thuỷ lực phương án XC-05 96KẾt quả tính toán thuỷ lực phương án XC-03 103

Kết qua tính toán thuỷ lực phương án XC-02 110

Kết quả inh toán thuỷ lục phương ấn XC-AlL 417

Cu tạo kè mỏ han cơ bản (Net n— Internet) "

Kỳ mô hàn chống xi lở bờ ông (Nguôn~ Internet "

Ké hoàn lưu và c dụng phòng chống ạt lở, gây bỗi (Nguồn ~ Internet) 12

Chỉnh t luỗng lạch cửa sông (Nguồn ~ Internet R Khoi thông luồng lạch, đảm bảo thoát lũ trong mùa mưa (Nguồn —

la

Phạm vi nghiên cứu của để ti 1»

So dé sai phân hữu hạn 6 điểm an Abbott 24

So đồ sai phân 6 điểm an Abbott trong mặt phẳng x-t +

"Nhánh sông với các điễm lưới xen kế +

trie các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu 25

trúc các điểm lưới trong mạng vòng 25

"Mô phòng dng chảy qua công tình dạng trần 26

"Mô phỏng dng chảy qua công tình dang cổng 26

"Mô phỏng cách tính đồng cháy do mưa sinh ra trên 1 ô ruộng 2ï

Các mô hình đồng chảy tran họ MIKE m1

Kết ni hai bên mồ hình Flood cho lưu vực sông 2

Kết nỗi rong MIKE 1] và MIKE 21 3B Kết nỗi giữa mô hình ID và 2D B

So đồ tính toán ôn định mái dốc _

Sơ đồ mạng sông trong mô phỏng mô hình toán một chiều 37

Sơ đỗ nghiên cứu trong luận văn 37

Mô hình mô phòng thuỷ lực trên MIKELL 40

XMô phỏng 2 chiều mạng thuỷ lực Khe Trí 40

So đồ lưới inh cho mô hình MIKE FLOOD 41 Địa hình lưới tính cho mô hình MIKE FLOOD 2

Hình 2.20 Quá trình lưu lượng của biên Ngân Trươi trận lì năm 2007 43 Hình 2.21 Quá trinh hưu lượng của biên Khe Trí và các nhập lưu Khe Trí 1, Khe Trí

2, Khe Trí 3 trận lũ năm 2007 44 Hình 2.22 Quá trình mye nước tại biên dưới trận lũ năm 2007 trích từ MIKE I1 44

Hình 2.23, Quá trình mye nước tính toán tạ vị trí thượng lưu cầu Khe Trí 4

Hình 2.24 Quá trình lưu lượng nhánh sông Ngàn Truc 45 Hình 2.25 Qué trình lưu lượng của biên Khe Trí và các nhập lưu Khe Trí 1, 2, 3 trận

lũ năm 2010 46 Hình 2.26, Quá trình mục nước tại biên dưới của nhánh sông Ngắn Trươi trận lũ 2010

Hình 3.5 - Mặt cắt điển hình khi mở rộng đoạn 05 55

Hình 3.6 Dịa hình hiện rạng khu vực xói lở 03

Hình 37 Địa hình sau khi mổ rộng

h3.8 Mặtcắt điển hình mỡ rộng đoạn 03 37 Hình 3.9 Địa hình biện trạng khu vực x6i lờ thứ 2 37 Minh 3.10 Địa hình sau khi mờ rộng 58

Hình 3.11, Mặt cắt điển hình mở rộng đoạn 02 sẽHình 3.12, Địa hình chưa xoay trụ và mở rộng cầu (hiện trang trong nghiên cứu của

‘TS Nguyễn Đăng Giáp) 59

Hình 313 Địa hình sau khi xoay trụ và mở rộng cầu (hiện tang trong nghiên cứu

này)

Hình 3.14, Kết qua biến hình lòng dẫn phương án XC đaHình 3.15, Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-03 65Hình 3.16, Kết quả biến hình long dẫn phương án XC-02 6Hình 3.17 Kết quả biến hình lòng dẫn phương án XC-All n

Hình 3.18, So đồ phân bổ lưu tc trên mat bing 13

Hình 3.19, Phân bổ vận te trên lòng dẫn tho loại ình gia cổ 16

Hình 3.20. theo khảo sắt vị uv co hep số 05 sĩHình 321 md phỏng ổn định theo phương ánthết kể mở rộng vị tí

so hẹp 05 81 Hình 3.22 Kết qua tính toán sat trượt tại vị trí co hẹp số 5 (bờ trai) 83

Hình 3.23 Kết quả tính toán sat trượt tại vị trí co hẹp số 5 (bờ phải) 83

Mình 3.24 Kết quả tinh toán sạt trượt tai vị trí co hẹp số 5 (bờ phải) khi mực nước đạt cao trình +15.4m 84 Mình 3.25 Kết quả tinh toán sat trượt tại vị trí co hẹp số 5 (bờ Trai) khi mực nước dat cao trình #15.4m 84

‘Thong số sử dung trong tính toán

Bảng các thông số mô hin

Bảng đánh giá các vị tí x6i trên lòng dẫn Khe Trí

Bảng đánh giá van tốc cực đại tại các vị trí xói trên lòng dẫn Khe TríVận tốc trung bình cho phép đổi với lớp áo mặt gia cổ nhân tạo

“Các hình thức gia cổ và quy mô tương ứng

Toa độ cúc vị trí giải pháp mở rộng lòng dẫn

“Các trường hợp tinh toán

Bảng chỉ tiêu cơ lý mô phỏng trong mô hình Geo-Slope

46 49 49 4 15

n

T8

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết cin đề tài

“rong qué trình khai thác và lợi dụng tổng hợp nguồn nước, một số công trình được

xây dụng trên các ding sông Sau khi xây đựng công trình, các điều kiện thuỷ van

thuỷ lực- bin cất sẽ thay đổi so với dng chảy tự nhiên, gây nên sự biển hình lòng

sông hạ lưu công trình, Quá tỉnh nghiễn cứu các quy luật vận động và phát tiỄn của

dng sông dưới tác dụng tương hỗ giữa dòng nước và lòng sông thông qua yêu tổ bin

gắt trong tự nhiên hay tác động của công trinh và hoạt động của con người là chủ đề uôn được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.

Hai yếu 6 thu lục và bản et kim lòng dẫn thay đổi ích thước, hình dạng và vị tí

Lông dẫn mới được hình thành lại làm thay đổi bình thi và kết edu của dòng nước,

như vay, sự tác động qua lại nảy diễn ra liên tiếp va không ngừng thay đổi, tạo nên sự

vn động của dòng sông.

Trải qua nhiều năm, hình thái các dong sông đi dần vào thé "ổn định”, diễn biến có

uy luật và te d làm tiền để cho sự phát hiển kinh ổ, xã hội ai bên bở sông

Hỗ Ngân Trươi với dung tích 775,70 triệu m°, diện tích lưu vực 408km, được xây

dung tại sông Ngàn Trươi thuộc hy sn Vũ Quang, tỉnh Hà Tĩnh Là công trình đầu

mỗi cấp 2 do Ban quản lý đầu tư và xây dựng Thuỷ lợi 4 là chủ đầu tư.

Vain đề tháo lũ ở công trình: chuyển sang nhánh sông Khe Vang-Khe Trí với diện tích

lưu vực khoảng 40km? Nhánh sông này có đặc điểm là b rộng bé (từ 30 + 70m) và uốn khúc liên tục,

én 2.464.00m?/s với tần suất t ế là

‘Tran xả lũ Khe Trí có lưu lượng thiế

P=0,5%, độ đốc lòng dẫn tự nhiên khoảng 4%o, khi tháo lũ qua nhánh Khe Vang —Khe Trí sẽ không đảm bảo khả năng thoát lũ tại nhi v ri co hep gây ra xói lở cục bộ

và tạo nên sự biển đổi đột ngột ve chế độ thuỷ lự tạ các v trí co hẹp

Đề tài “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực và biển hình lòng dẫn Khe Trí khi xã lũ thiết2° nhằm nghiên cứu, đánh giá chế độ huỷ Iu, biển hình lông dẫn hiện trang khi xã

lũ thiết Ê và đề xuất pháp hạn chế sự in đổi đột ngột cña chế độ thuỷ lực, biễn hình

lòng dẫn, đồng thời đầm bảo khả năng thoát lũ khi công trình xa lũ đi vào vận hành.

II Mục đích cia để tài

~ Tính toán chế độ thuỷ lực, biển hình lòng dẫn khe Trí trong bai toán hiện trạng

- Đề xuất gii pháp hạn chế sự biển đổi đột ngột chế độ thay lực, ồn định lòng dẫn vàđảm bao khả năng thoát lũ lòng dẫn khe Tri,

IIL Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp Tổng hợp và phân tích ti liệu: Dựa trên nguồn dữ liệu của các dự án

khác nhau, tiến hành tổng hợp, đánh giá những vẫn đề còn tồn ti, cần giải quyết của

bài toán nghiên cứu, từ đó đưa ra hướng giải quyết

- Phương pháp Mô hình toán: Mô phỏng, tinh toán thuỷ lực và biển hình lòng dẫn

trong phạm vi nghiên cứu.

TV Dự kiến kết quả đạt được

~ Đánh giá được hign trạng chế độ thu lực, diễn biến lông dẫn Khe Trí khi xã lũ

kế

- Xác định được các vị trí có sự biển đổi cục bộ chế độ thuỷ lực va ling dẫn Khe Trí

khi xã lũ thiết kế,

= Dé xuất được giải pháp đảm bảo khả năng thoát là và ôn định lòng dẫn Khe Trí khi

công trình đi vào vận hành.

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CHE ĐỘ THUY LỰC VÀ GIẢI PHÁP ONĐỊNH LONG DAN KHI XA LŨ

1.1 Tổng quan chung về chế độ thu lực, bién hình lòng dẫn, chỉnh trị sông

Ld VỀ chế độ thuỷ lực

Mot đồng sông có hai yếu tổ cấu thành cơ bản: dòng nước chuyén động có mặt thoáng,

tur do và lồng din cho chính n tạo ra trên bề mặt lục địa Hai yếu tổ ạo thành dòngsông này bằng các tác động của dong chảy làm thay đổi kích thước, hình dang, vị trí

"Những sự thay đổi đó của lòng dẫn lai làm tác động lâm thay đổi trạng thái và kết cầuđồng nước Tác động qua lạ giữa dòng nước và lòng dẫn cứ thể tiếp diễn không

"gừng, hình thành võng đời của một con sông côn gọi là quá trinh lòng sông Ta thấy,

rằng, bai yêu tổ này mâu thuẫn nhao, khổng chế lẫn nhau, nhưng đồng thời cũng phy

thuộc nhau và tao ra một sản phẩm thống nhất: dòng sông [1].

"rong hai yếu tố, dòng nước có tinh năng động hơn và thường chiếm vị tí chủ đạoKhi nghiên cứu các vẫn đề về diễn biến lòng sông, trước hết cần làm sing tò các điều

kiện và tính el của đồng nước như: trị số và phân bổ theo thời gian và không giancủa các đại lượng mực nước, lưu tốc, lưu lượng; kết cấu nội bộ và thành phần hoá họcsửa nó Trong chỉnh tri sông, đại da số trường hợp đều dựa vào các biện phip điều

chỉnh dòng nước để đạt mục tiều điều chỉnh lòng sông Tuy vậy không thé nói rằng

lòng dẫn không có tác động gì và luôn ở thể bị động Có nhiều trường hợp, yếu tổ lòng.dẫn có tác dung chỉ phối không chế dng chảy và giữ vị trí chủ đạo trong qua tình

vận động và phát triển của dòng sông Trong những trường hợp đó, chỉ điều chỉnh.

đồng nước thì không thé đạt tới hiệu quả điều chỉnh làng sông mã các công trình phải

tác động trực tiếp vào lòng dẫn như thanh thải chướng ngại vật, nạo vét, khơi kênh, gia

cổ ba, day [I]

"Như vậy việc nghiên cứu về chế độ thuỷ lực là ng én cứu sự thay đổi giá trị các dại

lượng về mye nước, vận tốc, lưu lướng đồng chảy theo thời gian va không gian nhằm

đánh giá quy luật, dự báo xu hướng vận động của dòng chảy từ đó có các phương án

chỉnh trị hợp lý nhằm đám bảo an toàn cho 2 bên bở.

Các giá tị vé mực nước phân ảnh khả năng thoát lũ của lòng dẫn, khỉ mực nước trên

dng chảy vượt quá giới bạn cho phép, khả năng thoát lũ của lòng dẫn sẽ không còn

đảm bio Lúc này cẩn có cúc giái pháp giúp ting cường khả năng thoát lũ cho lòng

dẫn.

Các giá trị về vận tốc phản ánh nguy cơ xói lở lòng dẫn va khả năng vận chuyển bùn.cit, Khi giá trì vận the lớn hơn vận tốc Không xôi cho phép của vt ig, ng dẫn sẽ

at hiện xối lờ, gây ra tính mắt ôn định.

Lông din Khe Tri cỏ hình dáng uốn khúc iên tục, b rộng lông dẫn bé và phải tải một

ưu lượng xa lũ lớn nên chế độ dòng chảy trên lòng din phức tạp, vận tốc dòng chảy

trên lòng dẫn lớn nên có nguy cơ xói lở, từ dé làm ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ

của lông sông, gây mắt dn định

112, é biển hình long

Tác động tương hỗ giữa dòng nước và lòng dẫn sở dĩ có thể nhận biết được là do quan

sit chuyển động của bin cat, Nồi một cách khác, ác động tương hỗ giữa dong nước và lồng dẫn được thục hiện qua chuyển động của bản cát Thực chat, bàn chất khi thi là

một bộ phần cấu thành lòng dẫn, khi lại là một bộ phận của dòng chảy, tức là bùn cát

đã từ phía này của khối mâu thuẫn chuyển sang phía kia (phía đối lập) của khối mâu

thuẫn Do đó, nếu nói tác động tương hỗ giữa dòng nước và lòng dẫn là vấn đề trung

tâm thì chuyển động bùn cát chính là hạt nhân của trung tâm đồ [1]

Việc chuyển động bùn cát gây ra sự thay đổi về hình thái sông, các vẫn đề x6i, bồ trên

lòng dẫn làm ảnh hưởng đến các yếu tổ thuỷ lực, từ đó sinh ra quá trình vận động của

dòng chảy Vấn đề này liên quan trực tiếp đến nguy cơ sat 16, bồi lấp Khi vận tốc

dong chảy đạt quá vận tốc khởi động của thành phẫn hạt trong lòng din sẽ gây ra sự

chuyển động của các hạt cát

1.1.3 Về thoát lit

Khả năng thoát lũ của một đoạn sông được đánh giá bằng trị số lưu lượng thoát qua

đoạn sông ứng với mức nước xác định Phân tích biến động khả năng thoát là theo thời

sn nhằm đánh giá xem đoạn

gi “6 thoát được lượng lũ theo nhu cầu và mục đích

sử dụng từ đó có phương hướng dé tăng khả năng thoát lũ [2]

4

Nguyễn nhân ảnh hưởng đến khả năng thot ũ bao gồm

~ Lông sông hơi cong trở thành cong sắp, lồng sông một nhánh tử thành nhiễu nhánh,

làm thay đối sức cản thuỷ lực trên có đoạn sông

- Sự thay đối diện tích mặt cắt ớt (diện ích thoát nước) và sự thay dỗi sức cân thuỷ

lực của lòng con tại mặt cắt đang xét

~ Xuất hiện vật cản trên lông dẫn thoát lũ

Khả năng thoát lũ của lòng dẫn được tính toán trong điều ki mực nước hạ lưu đạt

iới hạn và đưa ra gi trị lưu lượng ứng với mục nước hạ lưu đó Lòng dẫn sẽ có khả

năng thoát lưu lượng lã ứng với giá trị mye nước hạ lưu lớn nhất cho phép.

Vi vậy, có thể tăng kha năng thoát lũ bằng các phương pháp sau: giảm nhám ở lòng và

bãi sông, mở rộng diện ích mặt cắt thoát nước của lòng dẫn, cắt cong rit ngắn chiều

dồi lòng sông, tăng tốc độ đầy sông, Cả ba phương pháp đều có thể hạ thấp mục nước

Tũ ở đoạn sông chịu tác động của biện pháp công trình Tuy nhiên sự hạ thấp mực nước

ce bộ trên một đoạn sông cổ thé dẫn đến giảm khả năng trữ và châm lũ của bãi, do đó

có thể làm mực nước lũ ha du đoạn sông có tác động công trình bị nâng cao it nhiều

lì

'Giảm nhám lòng dẫn:

Nham của lòng con phụ thuộc chủ yếu vào hình dang và vật liệu hình thành đáy sông,

khó có thé cải ạo được Chi có thể giảm nhám trên bãi sông bằng cách di đời các vật

sàn trên bãi như nhà cửa, cây cối và các vật liệu tải, chưởng ngại vật

Mé rộng mặt cất thoát nước:

Có d mở rộng mặt cắt thoát nước bằng nạo về đảo sau và mỡ ring lòng dẫn bằng

cách hạ thấp mặt bãi và mở rộng vùng thoát nước của bãi Nao vét ling dẫn chỉ có

hiệu quả trong một thời gian nhất định, lòng dẫn nhanh chóng bị bồi lấp và diện tíchmặt cắt nhanh ching rổ lại như cũ, vi vậy mở rộng mặt cắt bằng phương pháp này chỉ

nên thực hiện trên những sông mang it bùn cát [2]

Cũng có thể mỡ rộng diện tích thoát nước của bãi bằng cách nắn lại tuyển để, mở rộng:

lòng dẫn theo phương ngang Tuy nhiên biện pháp này chỉ nên được sử dụng khi chỉ

phí không quá lớn và không gây ra mâu thuẫn lợi í ch rong việc sử dụng bãi sông.

“Cắt cong, nắn thẳng lòng sông:

Có thể tăng khả năng thoát lũ bằng cắt cong, nắn thẳng ling sông Tuy nhiên biện

pháp này gây ra sự gia tăng vận tốc dòng chảy, làm tăng sức tải cát của dòng nước, dẫn.

đến xói thương lưu và bai hạ lưu vùng cắt cong Phải sau một th gian đãi lông sông mới đạt trang thải ôn định mới [2]

LIA, Về chính trị lồng dẫn

“Chính trị lòng dẫn (hay chính trị sông) là một môn khoa học nghiên cứu các biện pháp

công mình để diều chỉnh đồng chay và lòng dẫn nhằm mục dich tạo điều kiện thuận lợicho việc khai thác các nguồn lợi của sông hoặc để hạn chế, đi đến loại trừ các tác hại

do sông gây ra đối với các ngành kinh tế và đồi sống con người [1]

Trên thực tế, ‘hinh trị lòng dẫn dựa vào mục đích sử dụng của lòng dẫn cho nhu cầu.

kinh tế xã hội, như ở trên sông Hồng, ngoài vấn

n cứu về luồng lạch, giao thông thuỷ, hay như lòng dẫn Khe Trí, vấn đề thoát lũ

lại được ưu tiên lên đầu đẻ phục vụ nhu cầu xả lũ của hồ chứa Dựa vào mục đích sử

dụng mã các nhà nghiên cứu sẽ đánh giá hiện trạng, đồng thời đỀ xuất giải pháp chỉnh

trị phù hợp nhằm giảm chỉ phí và tăng lợi ích cho cộng đồng

1.1441 Các nguyên tắc chưng về chỉnh trị sông

Chính tr sông theo nghĩa rộng đồi hỏi thực hiện hing loạt những công tình trong lưu

vực và trong lòng sông, Những công tình rong lưu vực da phn là để chống sối môn

và sạt lở sườn dốc, những công trình chặn lũ kết hợp phát điện, nuôi trồng thuỷ sản, dẫn nước Các công trình lòng sông được thục hiện để diễu chỉnh lòng sông trong

trạng thái tự nhiên boặc để kênh hoá [1]

Cäc công trình điễu chỉnh lông sông trong trang thái tự nhiên có thể được thực hiện

với mức độ nhẹ để không thay đổi lớn thé sông hiện có, hoặc với mức độ cải tạo triệt

ig hiện có Chúng ta thiên vé biện pháp công trình ở mức độ

nhẹ, nhằm cải tạo tinh bình một cách cục bộ trên đoạn sông đanh hoặc sẽ không đáp,

ứng được nhu cầu khai thác.

“Chỉnh tri sông cần tân dụng tỗi da năng lượng chính của dòng chảy để đạt mục dich

tạo bồi, gây xói, tránh những công trình lam thay đổi quá lớn chế độ dòng chảy và hình

thái én định của lòng sông hiện có Từ nguyên tắc này ta thấy răng, bố trí công trình

đủ, dự báo chính xác các quy luật điển

chỉnh trị sông phải đựa trên cơ sở phân tích

biến của đoạn si

“Trong quả trinh chỉnh tị, cần xử lý các đoạn trong điểm rồi từ đỏ phát triển thành

tuyến chink trị cho toàn bộ con sông, ngoài ra cin phải ác định ding đổi tượng chỉnhtrị và lựa chọn chính xác các đối tượng tác động, từ đó đưa ra các giải pháp kết hợp để.dat được hiệu quả kinh tẾ cao nhất

Nội dung quy hoạch chỉnh trị sông là sự quy hoạch theo mục đích của công tác chỉnh

triển xã hội Cần phân tích rỡ các yếu tổ thuỷ

trì phục vụ nhu cầu thực tẾ của sự pt

lực và quy luật diễn biến dòng sông, đc tỉnh chuyỂn động của bùn cát và vạch ra được

tuyển chỉnh tị hợp lý, khả thi [1]

1.1.4.2 Tỉnh toán thế lễ trong chỉnh trị sông

1 Xác định vị tí uyễn chỉnh t[I]

Vị trí tuyến chính tị được xác định theo mục đích và yêu cầu chỉnh trị từ những kết

uận về phân tích diễn biển lòng sông, tuy nhiên cần cha ý các điểm sau:

- Tận dung các công tinh đã xây dựng, dogn bở khô xối, ba lôm có cao tinh bãi cao.

Tránh các bờ đắt yếu, những lạch phụ dễ lắp, những khúc cong gap và cách để một bãi

rộng an toàn,

- Đầu và cuỗi tuyển chỉnh tị phải dat tối đoạn sông có tinh chất không chế én định.

Nếu không, dòng nước có thé không đi vào tuyến chỉnh trị, mà phá bé di theo hướng

khác

~ Trừ những đoạn cắt cong, tuyến chỉnh trị nên bám sát, không nên lệch quá xa trục động lực hiện có vã nằm trong phạm vi lòng dẫn cơ sở tự nhiên

~ Gée tạo thành giữa ác trục động lực của lòng sông nước trung và lòng sông mùa lũ

‘6 những điểm giao nhau cảng nhỏ cảng tốt

2 Xác định bề ng tuyển chỉnh tì mùa nước rung [1]

Phương phip xác định bé rộng tuyển chính tị đối với vùng ding bằng được sử dụng

lưu lượng tạo lồng và có đặc trưng tuân thủ theo quy luật hình thi, trong đồ quan hệ

eiữa chiéu rộng B và độ sâu trung bình h được thé hiện qua biểu thức của Gluskôp:

wre

Theo tải liệu của các sông vùng Trung A (Liên Xö ef), Altunin đề nghị số mũ m = 0,5

và hằng số được xác định theo đoạn sông mẫu của tùng trường hợp cụ thể

Altunin đã đưa ra công thức tính kích thước tuyển chỉnh trị như sau:

ova = 1695Baa

“Trong đó A được gọi là hệ số én định ngang, được xác định như sau:

A=0,90 Đối với sông miễn núi;

A=1,10 Đôi với sông trung du;

A 3041.10 Đổi với sông đồng bằng

B là chiều rộng tuyển chỉnh trị (n);

là ưa lượng tạo lòng (m5):

1 là độ dốc dọc đường mực nước tương ứng với lưu lượng tạo lông

Như vậy, ứng với mỗi Q tạo lông, ta xác đnh được chiu rộng B chính và độ sâu

mực nước tương ứng, từ đồ làm cơ sử thiết kế uyển chính phủ hợp với đoạn sông

3 Xác định bé rộng tuyển chỉnh trị mùa nước lũ

+ Giữ nguyên bể rộng sông, thết kế cao tinh đinh để

Dựa vào lưu lượng lũ thiết kế cho đoạn sông, sử dụng các công thức tính toán và mô

phòng thay lực nhằm xúc định cao trình đẻ, Day sẽ à cơ sở thiết kể cao tình định đ,

"bề rộng lòng, hiểu chỉnh an toàn cho các công trình chỉnh trị

~ Giữ nguyên cao trình đê, thay đổi mặt cắt lòng dẫn

“Từ lưu lượng thiết toán mô phỏng thuỷ lực cho các bề rộng lòng dẫn khác nhau, từ đô xác định được b rộng (mặt edt) tối ưu, đảm bảo thoát lã và an toàn cho

công tình chống lũ

1.1.4 3 Cúc biện pháp chỉnh trị được dp dung đối với từng mực dich sử dung

1 VỀ chỉnh trì chống sat lờ bờ sông

C6 tắt nhiều phương ấn chỉnh tị rong sat lở bờ sông, trong đó các biện pháp ké mã,

ké mỏ hin được sử dụng rất phổ biến, đây là các công trình gia có bờ nhằm giữ ổn

định cho bờ sông, bi kênh hoặc các mái công trình khỏi tác động xâm thực cia dòng chiy, của sóng, của nước ngằm và những tác nhân phá hoại Khác, đảm báo an toàn cho mục tiêu bảo vệ

Biện pháp kẻ mái the động trục tếp lên long dẫn, tăng khả năng chong đỡ của lôngdẫn mà không phá hoại kết cấu dòng chảy (giảm tốc độ, thay đối phương hướng) chonên đấy là loại công trình phòng ngự, mang tính chất bị động

Tình 1.1, Một số dạng kết cầu gia cổ bở (NguỖn ~ Internet)

Hình 1.2 Một số hình thức kè mái chẳng sat lỡ bờ sông (Nguồn ~ terme)

Các công trinh mỏ hàn và ké hoàn lưu được sử dụng nhằm điều chính hướng dòngchảy, tạo bởi phía sau công nh nhằm tránh các tác động trực tếp của đồng chảy lên

bờ sông Lưu tốc dòng chảy sau các công trình giảm làm giảm khả năng xói lớ của

dong chảy,

Hình L.4 Kè mo hàn chống xói l bờ sông (Neudn ~ Internet)

Hình 1.5 Ké hoàn lưu và tác dụng phòng chống sat ở, gây bồi (Nguồn ~ Intemet)

2 Về chính tị luỗnglạch

Trong chính tr luỗng lạch vẫn đề ưu tiên để ngh cứu là lưu hướng đồng chủy và

đường lạch sâu, chỉnh tr luồng lạch phục vụ chủ yếu về giao thông thuỷ nên cin đảm,bảo về chiều sâu mực nước ở mùa kiệt, tuyến của đường lạch sâu vào mùa kiệt và mùa

Wi.

‘Cac công trình thường được sử dụng bao gồm kè mỏ hàn, đập thuận dòng nhằm

hướng đồng chảy theo nhu cầu chỉnh tr của lông dẫn, phục vụ mục tiêu chinh tị.

3 Chỉnh thoát là

Vào thời kỳ mưa lũ, đồng chảy mạnh sẽ có thể gây ạilở bở và gây ra ngập lt, vỉ vậy

cần phải tiền hành chỉnh trị lòng dẫn nhằm tăng khá năng thoát lĩ của dng sông chứ

không phải là biển pháp để khống chế lượng lũ

“Thoát lũ là lợi dụng trigt để năng lực tháo thoát của bản thin lòng dẫn dễ đưa sóng lũtruyền về hạ du một cách an toàn DE phục vụ mục tiêu thoát lũ, có 2 loại công trình

“Chinh trị thoát lũ bao gồm các biện pháp mở rộng và đảo sâu lòng dẫn, nắn tuyển,

thanh thải các chưởng ngại, vật cản, eo thắt để lòng dẫn thông qua được lưu lượng.sẵn thiếc Đây cũng chính là khuynh hướng chỉnh trị mã tie giả muốn đề cập đến trong

nghiên cứu này,

A

B

1.2 Tổng quan về các nghiên cứu.

12 Cie nghiên cứu vỀ chuyễn mước giữa các lưu vực

Vin đề chuyển nước giữa các lưu vục là vin đề phổ biến trên thé giới nổi chung vàViệt Nam nói riêng Tuy nhiên theo sự tìm hiểu của học viên, vin đề chuyển nước đềcập đến ở đây là sự chia sẻ lợi ích nguồn nước giữa các lưu vực

6 Việt Nam có một số dự án ni tiếng về vẫn đề chuyển nước như:

- Công trình thủy điện Dak Mi 4: nằm trên hệ thống sông Vu ia - Thu Bồn, do

đầu tư Trong quá trình thi công, TP Đà Ni

nước từ sông Vu Gia đỗ về sông Thu Bồn gây nên tinh trạng thiểu nước nghiêm trong

wg phát hiện thủy điện Bak Mi 4 chuyển.

cho TP, nên đã có văn bản kiến nghỉ lên Chính phủ Sau nhiều lần kiến nghị liên tựctháng 4-2010 Phó thủ tướng Hoàng Trung Hải có văn ban yêu cầu IDICO phải thiết kếsống điều tất ti đập để xã 25m3 nước giấy trở lại sông Vu Gia nhằm giải quyết nguy

cơ thiểu nước trằm trọng ở vùng hạ lưu Tuy nhiên theo UBND TP Đà Nẵng

- Thuỷ

thuỷ điện này đã chuyển phần lớn lượng nước của sông Ba về sông Côn (tỉnh Bình

An Khê ~ Kanak: Được xây dựng trên sông Ba, sau khi xây dung xong,

Định) lim thay đổi dong chảy vốn theo quy luật từ nhiều năm nay Mỗi năm, hơn 300

tỷ m? nước sông Ba đã bị chuyển về sông Côn khiến hàng trăm iệu hộ din sống ở lưu

‘vue sông Ba thiểu nước sinh hoạt và sản xuất

.và nhiều dự án khác

Ở tên thé giới, cụm từ “interbasin transfer” đã được thết lập thể hiện mô tả các

chương trình/dự án chuyển nước từ một lưu vực sông này đến lưu vực sông khác, Mụcdich của các kế hoạch/ä án này là giảm bớt sự iều hụt ước ở lưu vực tiếp nhậnNhu vậy, vấn đề chuyển nước giữa các lưu vực không còn xa lạ đối với ngành tàinguyên nước nồi chung, tụy nhiên vẫn đ ở dự ân Ngân Trươi li là một bài toán hoàn

toàn khác.

Thứ nhất: lưu vục Khe Tri và hồ Nein Truc là 2 lưu vực nằm cạnh nhau, sa khi xây

dựng hồ chứa nước Ngân Trươi, hd chứa này trở thành một hồ chứa tổng của 2 lưu

vực

Thứ bại: The thết kế ban đầu, trăn xá lũ sẽ nằm trên ding chính (sông Ngân Tra,tuy nhiên do một số vấn để khách quan đã có sự thay đổi sang nhánh sông Khe Trí

Ban , lưu vực Ngan Trươi có diện tích 408km* đổ vào nhánh sông Ngan Trươi và

ưu vực Khe Trí có diện tích 40km? đỗ vào nhánh sông Khe Trí

Hiện nay, dòng chay qua nhà máy thuỷ điện được đỗ vào nhánh sông Ngàn Trươi và trân xả lũ tn suất 0,5% đổ vào nhánh Khe Trí Như vậy, lưu vực Khe Trí phải tiếp

nhận một lưu lượng xã 10 là 2.464,00m°/s khi xả lũ thiết kế, điều này gây ra sự quá tải

về đồng chiy trén lòng dẫn Khe trí và phát sinh nhiều vin để thuỷ lực có ln quan1.2.2 Các nghiên cứu về lòng din và chỉnh trị sông [1]

Ở Việt Nam, nghiên cứu vẻ lòng dẫn được bắt đầu với các công trình phục vụ phòngchống lũ ạt giao thông thuỷ và chống bồi king cia lấy nước tưới ruộng trên các sông

miễn Bắc Các nghiên cứu ban đầu thường được tiến hành trong các phòng thí nghiệ

‘cua các Viện Khoa học Thuy lợi Việt Nam, Viện Thiết kế Giao thông Vận tải, Trường

Dai học Thuỷ lợi, Đại học Xây dựng Cách đây vai chục năm, các nghiên cứu trên

mô hình toán mới được phát triển din với sự tham gia của các nhà khoa học thuộc.

Viện Cơ học Việt Nam, Viện Khí tượng Thuỷ văn.

Những nghiên cứu về ding chảy sông ngồi nổi bật có các công trinh về chuyển động

=n Cảnh Cam, Nguyi

Nguyễn Ân Niên, Lương Phương Hậu và sau này là cả Nguyễn Văn Điệp, Trinhkhông 6n định của Nguyễn Văn Cung, Nguy

Quang Hoà Những nghiên cứu về chuyển động bùn cát có các công trình của Lưu

Céng Dio, Vi Văn Vị, Hoàn Hữu Văn, Võ Phin,

Trong giai đoạn 1970:2000 xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về diễn biến lòngsông và chỉnh tỉ sông Các vấn ác sông vũng đồng bằng Bắc bộ xuất hiện

nhiều trong các nghiên cứu của Vũ Tắt Uyên, Lương Phương Hau, Nguyễn Văn Toán,

‘Trin Xuân Thái, Trịnh Việt An, Trin Đình Hợi, Tôn Thất Vĩnh, Nguyễn Văn Phúc;Các vẫn dé của các sông ving đồng bằng sông Cứu Long được Lê Ngọc Bích, Lương

15

Phương Liệu, Trin Minh Quang, Lê Mạnh Hùng nghiên cứu nhiều trong khoảng thời gian

Dinh Tuấn, Dỗ T

Van Tuần.

in đây; Các vấn đề của sông ngôi miễn Trung có các nghiên cứu của Ngô

ấu Tú, Nguyễn Bá Quỷ, Lương Phương Hậu, Trịnh Việt An, Nguyễn

Hiện nay, nhà nước đang đầu tư các cơ sở nghiên cứu thí nghiệm chuyên sâu nhưPhong Thi nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động lực họ sông biển, Phòng thí nghiệm

phông chống thiên tai Hoà Lạc, Phỏng thí nghiệm động lực và chỉnh trị sông của Viện

ru được x:

Khoa học Thuy lợi miễn Nam giúp các ngh dựng trực quan dưới

mô hình vật lý đã và dang đóng góp tích cực cho sự phát triển ngành khoa học nghiên

cứu về quy luật dòng chảy ở nước ta

Cie nghiên cứu về lòng dẫn Khe Tri đã có

- Đự bảo khả năng phạm vĩ xdi I, bà lốp hước đầu theo các kịch bản bit li có khả

năng xây ra trong quá tinh thi công và vận hành hồ Ngân Trươi và các ảnh hướng đến

hạ du công trình ~ Vũ Phương Minh ~ Tổng công ty tư

Nam - CTCP

xây đựng thuỷ lợi

~ Kết quả thí nghiệm mô hình thuỷ lực cầu khe trí và ngã ba Ngan Trươi — Khe Trí —

PGS.TS Lê Văn Nghị - Phòng thí nghiệm trong điểm Quốc gia về Động lực học sông

- Đánh giá tắc động khi xã lũ hỗ Ngân Tươi đến làng din Khe Trí và một

đến hạ du — TS Nguyễn Dang Giáp ~ Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động

ực học sông biển

= Nghiên cứu, tính toán và đề xuất giải pháp thoát lũ lòng din Khe Trí giai đoạn 2 ~

TS Nguyễn Đăng Giáp ~ Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia vé Động lực học sông biển.

- Nghiên cứu, đề xuất giải pháp công ình nhằm tăng khả năng thoát lũ và én định

Jong dẫn của cầu Khe tí khi x lũ từ hồ Ngân Trươi = Văn Thị Kim Chung ~ Luận văn

thạc sỹ

13 Van đề đặt ra và hướng nghiên cứu

Hồ Ngân Trươi với dung tích 775,70 triệu m’, diện tích lưu vue 408lem), được xây

dựng tại sông Ngàn Trươi thuộc huyện Vũ Quang, tinh Hà Tĩnh La công tình đầu

mỗi cấp 2 do Ban quản lý đầu tư và xây dựng Thuỷ lợi 4 là chủ đầu tư [3]

Van đề tháo lũ ở công trình: chuyển sang nhánh sông Khe Vang-Khe Trí với điện tích

lưu vực khoảng 40km” Nhánh sông này có đặc điểm là bé rộng bé (từ 30 + 70m) và

uốn khúc liên tục

Tran xã lũ Khe Trí có lưu lượng thiết kể lên đến 2.464,00m/s với tn sắt thiết kế là

49 đốc lòng dẫn tự nhiên khoảng 4%, khi tháo lũ qua nhánh Khe Vang ~ Khe

‘Tri sẽ không đảm bảo khả năng thoát lũ tại nhiều vị trí co hẹp gây ra xói lở cục bộ và

tạo nên sự biến đổi đột ngột về chế độ thuỷ lực tại các vị trí co hẹp.

13d Vin đề đặt ra

- Nguy co sat lở lòng dẫn Khe Trí khi xã lũ hd Ngắn Truơi:

~ Xuất hiện nhiều vị trí có độ đốc thuỷ lực eye bộ ạo thành thác nước;

~ Khả năng gây x6i lờ lòng dẫn Khe Trí khi công trình đi vào vận hành

1.3.2 Giải quyết vin để

VỀ vin đề sat lở lòng dẫn Khe Trí khí xà lũ hồ Ngàn Trươi đã được tình bày rong

“tinh toán ôn định sat trượt bằng mô hình GeoSLOPE” ở công trình “Nghiên cửu tính.

toán va đề xuất giải pháp thoát I lông dn Khe Tri gini đoạn 2° Kết qua nghiên cứu

3 chỉ ra: Lòng dẫn Khe Tri không bị sạt, trượt tại 05 vị trí co hẹp khi công trình đi vào

van hành ở địa hình hiện trang.

Vấn để xuất hiện nhiều vị tí cố độ dốc thuỷ lực cục bộ tạo thành thie nước: Trong

Nghiên cứu Đánh giá tác động khi xả lũ hỗ Ngàn Trươi lòng dẫn Khe Trí và một

sé cảnh báo đến hạ du TS Nguyễn Ding Giáp đã chỉ ra 0 vị tí co hẹp cục bộ gây

nên bit lợi về thuỷ lục lòng din, Trong nghiên cứu tiếp theo của TS Nguyễn Đăng Giáp đã đưa ra các phương án ma rộng vị trí eo hẹp lòng dẫn và mô phỏng trên mô hình toán Kết quả của nghiên cứu chỉ ra việc mở rộng lòng dẫn có tác động rit lớn về chế độ thu lực của kênh dẫn

17

‘Van dé tại cả Khe Trí đã được PGS.TS Lê

hình thuỷ lực, từ đĩ đưa ra sự hiệu chỉnh về hướng trụ cầu và mở r

in Nghị thực hiện nghiên cứu bằng mo

tụ, hướng kênh

dẫn trước cầu đ giúp ding chiy vào được trơn thuận, phương án này cũng đã được

ph duyệt và đang trong quả trình tiễn khai ngồi thực t

Vấn dé gây xĩi lờ lịng din Khe Trí khi đi vào vận hành đã được TS Nguyễn Đăng.

Giáp thực hiện nghiên cửu và đưa ra một số trường hợp cụ thể về biển hình lịng dẫn

qua mơ hình MIKE 21 Kết quả nghiên cứu cho thấy khi đi vào vận hành, lịng dẫn

Khe Trí cĩ khả năng gây xố lỡ lên đến hơn 3m.

1.3.3 Hướng nghiên cứu.

"Trong quá trình tim higu tà liệu ở các nghiên cứu đã cĩ, học viên nhận thấy hiện trang

cơng trình đã thay đổi và các phương án tinh tốn từ nghiên cứu trước đây khơng cịn.

phù hợp Hiện tai cĩ 05 vị tí co hẹp trên lỏng dẫn Khe Trí, 05 vi trí này gây ra các vĩ trí cụ bộ về mực nước Sự chênh lệch mye nước làm gia tăng nguy cơ xối lở cho lịng dẫn

Trong nghiên cứu của TS Nguyễn Đăng Giáp, phương án mở rộng mặt cắt tại các vi

trí co hẹp đã được tính tốn trước vả lựa chọn một trong các phương án này là cơ sở dé

tính cho phương án xoay trụ cầu theo kết quả thí nghiệm mơ hình vật lý do PGS.TS

Lê Văn Nghị thực hiện cũng đã được thể hiện

Các phương án tinh tộn mở rộng lịng din trong nghiên cứu trên được tinh tốn với lịng dẫn hiện trạng, khi đĩ phương án xoay trụ cầu chưa được tiền hành, đồng thời các

vị trí co hẹp theo tinh tốn sat trượt bằng mơ hình Ge

trược tuy nhiên vận tốc ti các vi tí co hep này dang rt lớn, vi vậy cin cĩ biện pháplàm giảm lưu tốc để đảm bảo an tồn cho lịng dẫn khi xa lũ đi vào vận hành

Ngồi ra các phương án tính tốn đối với ng dẫn Khe Trí được tính chủ yéu với thn

suất 2%, Tần suất thiết kế của tràn xã 10 Khe Trí là 0;

lên nay, cầu Khe Trí đã thi cơng xây dựng từ phương án lịng dẫn số 1 (phương án.

xoay trụ cầu theo nghiên cứu của PGS.TS Lê Văn Nghị Cầu Khe Trí bắc qua đường

Hồ Chí Minh và theo quy định của ngành giao thơng, tính tốn an tồn cho cầu được

18

tinh với tin suất 2% Học viên sẽ sử dựng phương ân này làm phương án hiện trạng và

tính toán các yếu tổ thuỷ Ive, biển hình lỏng din với lũ thiết kế của trim xả lĩ

(P=0,5%), đồng thời đề xuất giải pháp để lồng dẫn đảm bảo an toàn thoát lũ khi công

trình đi vào vận hành.

M6 hình được sử dụng trong nghiên cứu này là mô hình MIKE 21 kết hợp với MIKE

11 (MIKE FLOOD) với sự mô phỏng thuỷ lực thông thường và mô phỏng thuỷ lực có vận chuyển bin cát đáy.

1.4 Phạm vi nghiên cứu.

Hình L8 Phạm vi nghiên cứu của đề dàiPhạm vi nghiên cứu của đề tải được giới hạn từ hạ lưu trin xã lồ Khe Trí, suối Khe

“Tí, đoạn nhập lưu với sông Ngân Trac (mô hình 2 chi),

1.5 Các thông số cơ bản của lưu vực và công trình trong tính toán [4]

Hồ chứa Ngàn Trươi xây dựng trên sông Ngàn Trươi, huyện Vũ Quang, tinh Ha Tĩnh

19

- Công trình đầu mỗi Ngân Trươi xây dưng thuộc địa phận xã Hương Đại, huyện Vũ

Quang, tỉnh Hà Tĩnh

~ Vũng long hồ (huộc địa phận các xã Hương Đại, Hương Điền và Hương Quang

huyện Vũ Quang tính Hà Tĩnh,

20

Bảng 1.1 Thông số sử dụng trong tính toán

TT Hạng mục Đơn vị Tri 6]

TI [Ho chứa nước

T_ | Mực nước ding bình thường (MNDBT) TM 52,00)

1 |Hinhthức trăn Ophixeroptphim din

-Tiêu nang bộc nước

Tau lượng xà KT p= 0.1% Quy ms 4055 Tan tượng xd TK p= 05500: ms et

7 |Chigu rong trần nước m 5xI2xI3

1,6, Kết luận

Qua tổng hợp tải liệu, học viên đã đưa ra tổng quan chung về chế độ thuỷ lực và biến

hình lông dẫn, các vấn để thoát lồ và chỉnh tị sông Đây là các vấn đ p cận ở Việt

Nam nói dêng và trên thể giới nói chung, Các nguyên tắc và biện pháp chỉnh tr đượcdra ra trong nghiên cứu chủ yếu phục vụ mục đích thoát lũ cho lòng dẫn

Dự án Ngân Truoi - Cảm Trang là dự án đầu tiên chuyển đổi lưu lượng xa lũ từ một lưu vực lớn (có diện tích 408km”) sang một lưu vực nhỏ hơn (có diện tích 40km*) ở

Việt Nam, Diễu này gây ra nhiều vẫn đề phát sinh trong quá tình thục hiện dự á đặc biệt là các vấn về thuỷ lực,

‘Cie nghiên cứu về chính trị sông đã được nhiều nha khoa học nỗi tiếng nghiên cứu tạiViệt Nam nghiên củu rên nhiều lưu vực, chủ yếu nhất à trên hệ thống sông Hồng

Thái Binh, Trên lòng dẫn Khe Trí có các nghiên cứu trong thời gian gần đây đều xuất

phát từ đự ân Ngân Trươi = Cảm Trang Các nghiên cứu về thuỷ lực và biển hình lòng

dẫn được thực hiện bởi HEC và Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động lực

học sông biển.

Tie việc phân tích các vẫn đề tổn, học vỉ đã đưa ra hưởng nghiền cứu tập trung

‘io việc thoát lũ và dn din lông dẫn, đây là một trong những vẫn để quan trọng khỉ

nghiên cứu khả năng thoát lũ của lòng dẫn khi công trình đi vào vận hành

`Với mục tiêu chính la thoát lũ, vin đề nghiên cầu của luận văn sẽ đi sâu vào đánh giảcác yếu tổ thuỷ lực, bùn cát và đề ra giải pháp đảm bảo khả năng thoát lũ cho lông dẫnKhe Trí Một số nghiên cứu trước đây đã có tuy nhiên hiện trạng các công trình đã

được triển khai và thay đổi Vì vậy, học viên sẽ sử dụng địa hình hiện rạng để tính

toán, đánh gid lại từ đó so sánh với kết quả nghiên cứu đã có trước đây và để xuất giảiphíp

CHUONG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET VA MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VE

CHẾ ĐỘ THUY LỰC

2.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu chế độ thuỷ lực và bién hình lòng đẫn, tính toán

én định

2⁄11 M6 hình thuỷ lực Mike11 HD [5]

Mô hình MIKE 11 với những mô dun ri

năng hiệu chỉnh số liệu dự báo, cập nhật sa

1g biệt trong đồ có mô dun dự báo với chức.

6, Mô hình MIKE cũng có các ứng dụngvận hành hồ chứa, điều khiển công trinh, kiểm soát lũ và mô hình thuỷ văn (NAM)

Mô dun thủy động lực học (HD) là mô đun trung tâm của bộ mô hình Mike 11 Mô

dun này được dũng kết họp với các mô dun khác như FF (Flood Forecasting) AD

(Advection-Dispersion), WQ (Water Quality) và ST (Sediment Transport) để phục vụ

cho bài toán dự báo lồ và vận hành hi chứa, mô phỏng lan trayén chit ö nhiễm, chit

lượng nước và vận chuyển bùn cát

1Iệ phương trình diễn toán cho thủy lực: MIKE L1 HD áp dụng các mô tả động lực đầy

đủ giải các phương trình bảo toàn đông năng và thể tích được tích phân theo phương thẳng đứng (hệ phương trình Saint Venan0).

là gi lốc trọng trường

So đồ giải: Sơ đồ giải hệ phương trình Saint ~ Venant dựa trên sơ đỗ sai phân ẩn được.

phát triển bởi Abbott và Ionescu (1967) như hình dưới đây.

<> Phương th đọng tượng

<-> Phương tình liên we

Hình 2.2 Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t

Trong phương pháp này, mục nước và lưu lượng dọc theo các nhánh sông được tính trong hệ thống các điểm lưới xen kế như

(mae nước)

G0006 trợng)

Hình 2.3 Nhánh sông với các diễm lưới xen kế

Có thể giải được nhiều nhánh và các điểm tại các phân lưu/nhập lưu Cấu trúc của cácđiểm lưới ở nhập lưu ại đỗ ba nhánh gặp nhau và cu trúc của các điểm lưới trung

mạng vòng được thể hiện như trong các hình dưới đây

2

oc lạng giền J nhánh 5.

Nase

Điện có mục nước

© Điềm lbớicó mae nước

+ Điền nied lu lượng rẻ

j

Tại một điểm lưới, mỗi quan hệ giữa biển số Z, (cả mực nước hạ và lưu lượng Q,) tại

chính điểm đó và tại các điểm lân cận được thể hiện bằng phương trình tuyển tính sau:

a2 +B Zp +7 20

- Dig ton cho công trình

Các dạng công trình được mô phỏng trong tinh toán với MIKE11 bao gồm: đập tràndinh rộng, cổng (chữ nhật, tròn ) trạm bơm, hi chữa, công tình điều tiết, cu,

Mô phòng các công trình đều có điều kiện chung: Lưu lượng Q là hàm của mực nước

thượng lưu và hạ lưu của công trình.

Sử dụng phương tình cân bằng năng lượng cục bộ: Tụs — Hos = Huet

25

Trong 46: Hus: Mục nước thượng lưu công trình

Hs: Mực nước hạ lưu công trình

Hig niet Mục nước tổn thất do sự thụ hep hay mé rộng đồng chảy

poo

oT

Hình 2.6 Mô phỏng dòng chảy qua công trình dang tràn.

Hình 2.7 Mo phỏng dòng chảy qua công tinh dạng công

Lim ý: Tắt cả các công trình được mô phỏng đều nằm ở điểm Q

Các mặt cắt thượng lưu và hạ lưu công trình phải có trong cơ sở dữ liệu với khoảng cách đến công trình nhỏ hơn dx-max cho phếp.

= Diễn oán cho các ô ruộng:

MIKEII mô phỏng sự tao đổi nước của sông, kênh với các khu ngập trên các vùng

dit thấp ven sông theo yêu cầu thục tiễn khai thắc tải nguyễn nước O ruộng là một

26

don vị cơ bản của mô hình, nó được mô tả đúng đặc tính địa bình dưới dạng diện tích theo từng cấp cao độ và gắn vào sông tại một mặt cắt nhất định, chia làm hai loại

* Tinh dong chủy do mưa sinh ra trên một ruộng

Goi mực nước ngập trong ruội

Ung với mực nước Z, có một diện tích ngập F, và một diện tích ruộng không ngập Fig

Hình 2.8 Mô phỏng cách tính dòng chảy do mưa sinh ra trên 1 ô ruộng,

2.1.2, Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD và Mike Flood [5]

Mô dun đồng chày được giải bằng phương pháp lưới phần tử hữu hạn Mô dun này

da trên nghiệm số của hệ các phương tình Navier-Stokes trung bình Reynolds chochất long không nén được 2 hoặc 3 chiều kết hợp với giả thiết Boussinesq và giả thiết

áp suit thay tinh, Do đồ, mô dun bao gồm các phương trinh: phương trinh liên tục,

động lượng, nhiệt độ, độ mudi và mật độ và chúng được khép kín bởi sơ đồ khép kín

rối Với trường hop ba chiều thi sử dụng xắp xi chủ đối hệ tọa độ sigma, Việc rời

rạc hoá không gian của các phương tình cơ bản được thực hiện bằng việc sử dụng

phương pháp thé tích hữu hạn trung tâm Miễn không gian được rời rac hoá bằng việc

chia nhỏ miễn liên tục thành các 6 lưới/phẩn tử không trùng nhau Theo phương ngang

thì lưới phí cấu trúc được sử dụng còn theo phương thẳng đứng trong trường hợp 3

chiều thì sử đụng lưới cổ cu trúc, Trong trường hợp bá chiều các phần tử có thé à

phần tử tam giác hoặc tứ giác Trong trường hợp ba chiều các phần tử có thé lã hình

lăng trụ tam giác hoặc King trụ tứ giác với các phần tứ trên mặt có dang tam giác hoặc

tứ giác.

Phương trình cơ bản

"Phương trình liên tục

au av | dw

dx" By” Oe

Phương tình động lượng theo phương x tà tương ting

đu ul Sou | ưu

a oe * ay * ae

Trong đó, t là thời gian; x, y và z là tọa độ Đề các; n là dao động mực nước; d là độ.

âu; hd là độ sâu tổng cộng; u, và w là thành phẫn vận tố theo phương x, y và

¡g là gi tốc trọng trường; p là mật độ nước; v là nhớt rồi thẳng đứng; p, là ip suất

khí quyển; p, là mật độ chuẩn; S là độ lớn của lưu lượng do các điểm nguồn và (u,„v,)

1i vận tốc của dòng lưu lượng đi vào miỄn tính Fy, F y la các số hạng ứng suất theo

Trong đó C là nồng độ của đại lượng vô hướng: kp là tốc độ phân huỷ của đại lượng

đó; Cs là nông độ của đại lượng vô hướng tại điểm nguồn; Dy là hệ số khuếch tinthẳng đúng; và EC là số hạng khuếch tin ngang

Điều kiện biên

Biên đồng: Doc theo biên đóng thông lượng được gan bằng không dối với tắt cả các giá tị Với phương trình động lượng điều này gây ra sự trượt toàn phần dọc theo biên đồng.

Biên mở: Điều kiện biên mỡ có thể được xác định dưới cả dang lưu lượng hoặc mực

nước cho các phương trình thuỷ động lực Với phương trình tải thi giá tị xác định hoặc chênh lệch xác định có thể được đưa vào.

Phương pháp giải

MIKE 21 áp dụng sơ đồ sai phân hữu hạn và phương pháp giải hiệu quả là kỹ thuật

ADI (Alternating Direction Implicit) để giải các phương trình bảo toàn khối lượng và

Không gian và thời gian Các ma trận phương trình kết quả đối

động lượng trong mi

với mỗi hướng và mỗi đường lưới tính toán được giải bằng thuật giải quét dip (DoubleSweep) Các phương tình trên được giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn theo sơ

đổ QUICKEST do Lars Ekebjerg và Peter Justesen để xướng 1997, Để giải hệ phương

trình rên, người ta đã sử dụng phương pháp ADI (Attematng Direction Implicit) để sai phân hoá theo lưới không gian - thời gian Hệ phương trình theo từng phương và

tại mỗi điểm trong lưới được giải theo phương pháp Double Sweep (DS) Biểu di

các thành phan theo các phương được thể hiện trên hình dưới.

Hình 33 Cúc thành phan theo phương x và y2.1.3 Mé hình tính vận chuyển tram tích MIKE 21 ST [5]

MIKE 21 ST là mô dun tinh toán tốc độ vận chuyển tầm tích (cá) không kết dính

nh phần vận chuyển trim tích có thể

dưới tác động của cả sóng và đồng chảy Các Ul

gây ra biến đổi đầy Việc tính toán được thục hiện dưới diễu kiện thuỷ động lực cơ

ban tương ứng với độ sâu đã cho Không có sự tương tác trở lại của thay đổi độ sâu.

sóng và đồng chiy Do 46, kết quả cung cắp bởi MIKE 21 ST có thể được sử dụng

8 xác định khu vue có khả năng x6i hoặc bồi và để chỉ ra tốc độ biến đổi đầy nhưng

2»

không xác định được việc cập nhật độ sâu ở cuỗi mỗi chu kỳ tính toán Đặc trưng

chính của mô dun vận chuyển trim tích không kết dính MIKE 21ST được mồ tả như

+= Các đặc ng của vật chất dy có thể không dds hoặc biến đỗ theo không gian (vf dự

116 và cỡ hạt trừng bình)

~ Năm lý thuyết vận chuyển tram tích khác nhau đêu có giá trị cho việc tính toán tắc đội

vận chuyển trầm tích trong điều kiện chỉ có dang chảy

+ Lý thuyết vận chuyển tổng tii Engelund và Hansen

+ Lý thuyết vận chuyển tổng tải (được xác định như tải đáy + tải lơ lửng) Engelund và Fredsoe

+ Công thức vận chuyển tổng tai (ải đáy + tải lơ lùng) Zyserman và Eredsoe.

+ Lý thuyết vận chuyển tải đầy Meyer-Peter

+ Công thức vận chuyển tổng tải Ackers và White

- Hai phương pháp có gid trị để tính toán tắc độ vận chuyển trim tích kết hợp giữa sóng va đồng chảy

+ Áp dung mô dun vận chuyên rằm tích STP của DHL

+ Phương pháp vận chuy tổng tai của Bijker

- Phương pháp vận chuyển cát do người sử dụng xác định (2 chiều hoặc tựa 3 chiều)

trong tính toán kết hợp sóng và đòng chảy khi mô đun STP được sử dụng Tính toán

tốc độ vẫn chuyển được diy mạnh thông qua việc sử dụng bảng vận chuyển trim tích

được tạo ra tước đó.

+ Sit dung STP cho phép tính toán ảnh hưởng của hiện tượng sau đến tốc độ vậnchuyên rằm tích:

+ Hướng truyền sóng bắt kỳ tác động đến ding chảy

+ Sóng vỡ hoặc sóng không vỡ.

30

+ Đặc tính hình học của vật chất đáy được mô tả thông qua một loại cỡ hạt hoặc đường

cong phân bố cỡ hạt

+ Day phẳng hoặc đầy gon cát

Tỉnh én định chuẩn Courant-Friedrich-Lewy:

Phan bố thing đứng của trằm tích lơ lừng trong tính toán sóng kết hợp với dong chảy

dùng để đánh giá vận chuyển trim tích trong biển Cách thông thường để mô tả phân

bố thẳng đứng của trim tích lơ lrg đó là áp đụng phương trình khuếch tấn

928.2 (028)

at "ay * ay May,

“Trong đó ¢ là nông độ tram tích; t là thời gian; w là tốc độ chìm lắng của trim tích lơ

lừng; y là tọa độ thẳng đứng; s là thừa sô trao đổi rồi

MIKE11 ©©9©6©x 9 ox

MIKE21 00000000 x 00

MIKE Flood © © 00000000 eo 00

Hình 29 Các mồ hình dong chiy tràn họ MIKE

[Nhu vậy mô hình Mike Flood là sự kết hợp giữa của mô hình 2D và ID

“Trong mô hình, họ viên sử dụng phương pháp nồi kết 2 bên Nồi kết hai bên cho phép

một chuỗi các 6 MIKE2I được ni hai bên, tạo nên một đoạn kênh trong MIKE 11, hoặc một đoạn của một nhánh sông hay nguyên nhánh sông Lưu lượng di qua nổi kết

hai bên được tinh bằng một phương trình công tình hay một bảng lưu lượng-mực.nước (QH table) Loại nối này đặc biệt thích hợp để mô phòng ding trần từ sông vào

31