1990-2000 1980-1990 1970-1980 14 13 12 10 0 5000 10.000 15.000 20.000 25.000 Q(m /s) 3 Z (m) Hình 6-13: Quan hệ Q ~ H qua các thời kỳ tại mặt cắt trạm thủy văn Hà Nội Quan hệ Q ~ H cũng có thể khảo sát trong thời kỳ một mùa nớc, thông qua chấm điểm quan hệ (Q - H) ngày, riêng cho từng tháng, qua đó có thể nhận xét động thái xói, bồi trong các thời kỳ ngắn. Căn cứ vào số liệu thực đo mực nớc, lu lợng nhiều năm còn có thể vẽ đợc đờng quá trình mực nớc dới cùng một lu lợng qua các năm, nh hình 6.14 thể hiện. 344 350 360 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 Năm Z (m) Hình 6-14: Đờng quá trình mực nớc dới cùng một lu lợng mùa kiệt một trạm thủy văn trên sông Y Thông thờng, trong mùa kiệt vì dòng chảy nhỏ, tác dụng tạo lòng yếu, lòng dẫn tơng đối ổn định, nếu với cùng một lu lợng mùa kiệt, mực nớc qua các thời kỳ có biến đổi rõ rệt thì chắc chắn lòng dẫn đã có xói, bồi. Qua hình này ta thấy, từ 1981 đến 1984, mực nớc dới cùng một lu lợng 415 m 3 /s đã tăng cao dần, chứng tỏ lòng dẫn bị bồi cao. Thời kỳ từ 1985 trở đi, mực nớc lúc lên lúc xuống, chứng tỏ lòng dẫn có hiện tợng xói, bồi xen kẽ. Tính toán cân bằng bùn cát Trờng hợp trên đoạn sông có nhiều trạm thủy văn và có số liệu thực đo về bùn cát trong nhiều năm, có thể căn cứ vào nguyên lý cân bằng chuyển động bùn cát, tính toán chênh lệch lợng tải cát giữa 2 trạm thủy văn thợng lu và hạ lu trong một thời đoạn nào đó, để phán đoán tình hình xói, bồi trung bình trong đoạn sông giữa 2 trạm. b. Chỉnh lý, phân tích số liệu quan trắc địa hình lòng dẫn Cơ sở của phơng pháp này là các tài liệu về địa hình, vì chính nó là sản phẩm của một quá trình diễn biến tại một thời điểm nào đó. Cần có đợc ít nhất là 3 5 tài liệu địa hình lòng sông, trong đó có địa hình của năm gần nhất. Các bản đồ địa hình có thể thu đợc bằng các phơng pháp đo đạc thông thờng, hoặc từ các ảnh viễn thám, ảnh hàng không, ảnh mặt đất. Bình đồ đoạn sông dùng trong phân tích thờng có tỷ lệ 1/5000 hoặc 1/2000, các đờng đồng mức cách nhau từ (0,5 1,0)m, có cùng một hệ thống cao trình và tọa độ các điểm khống chế. Ngoài bình đồ ra còn sử dụng các trắc ngang, trắc dọc thờng vẽ theo tỷ lệ trục tung (cao độ) là 1/100, còn trục hoành (khoảng cách) chọn tỷ lệ thích hợp để thể hiện đợc biến đổi của địa hình trên bản vẽ. Dọc theo trục hoành cần chú thích các số liệu tơng ứng. Số liệu về địa hình không những cần thu thập ở đoạn sông nghiên cứu mà còn cần thu nhập ở đoạn sông mẫu. Đoạn sông đợc gọi là "mẫu" là đoạn sông có các điều kiện sau: - Dòng chảy (ít nhất là trong mùa nớc trung) không phân lạch, có cùng chế độ thủy văn với đoạn nghiên cứu. - Đờng bờ là một đờng cong trơn thuận, không đột biến, không có đoạn thẳng quá dài. - Đờng trũng không có những đoạn rẽ ngang quá gấp. - Mặt cắt ớt ở mùa nớc trung ở vị trí ngỡng cạn có dạng parabol đối xứng và hẹp hơn ở vị trí có lạch sâu. - Lòng sông, bờ sông tơng đối ổn định trong nhiều năm, có cùng cấu tạo địa chất với đoạn nghiên cứu. Phân tích diễn biến lòng sông bắt đầu từ xác định lòng sông và tính chất diễn biến lòng sông theo các cách phân loại tơng ứng. Sau đó, vạch ra phạm vi lòng dẫn cơ sở và đờng trũng trên tài liệu cũ nhất, rồi lần lợt tiến hành cho bình đồ các năm về sau. Trên các bình đồ cần thể hiện đầy đủ các đối tợng nghiên cứu: nếu là đoạn sông thẳng thì đó là bãi bên, ngỡng cạn; nếu là đoạn sông cong thì đó là bán kính cong, lạch sâu, ngỡng cạn v.v Phân tích diễn biến trên mặt bằng Để phân tích, thờng tiến hành chập bình đồ ở những thời kỳ tơng ứng hoặc đặt chúng theo thứ tự vào các lới tọa độ định sẵn. Trên một bình đồ chập không nên thể hiện quá 2 thời kỳ, chỉ chập đờng mép nớc và 2 3 đờng đồng mức đặc trng. Từ bình đồ chập vạch ra ranh giới bồi xói, dùng mầu để thể hiện. Từ đó, có thể tính toán khối lợng (thể tích), tốc độ bồi xói. Trớc hết cần kiểm tra các bản đồ địa hình các thời kỳ có cùng tỷ lệ, cùng hệ tọa độ, hệ cao độ hay không, nếu không, cần tiến hành chỉnh lý. Trên các bình đồ, cần tìm ra những mốc địa hình, địa vật chung để làm căn cứ chập hình. Hình 6-15 là ví dụ về bình đồ chập của một đoạn sông trong 2 thời kỳ đo 1982 và 1992. Hình 6-15: Bình đồ chập 1 đoạn sông So sánh sự thay đổi thế sông (tuyến chủ lu) giữa 2 thời kỳ có thể thấy, trong 10 năm đoạn bờ lõm, đoạn cong luôn bị sạt lở và tốc độ sạt lở khá lớn, còn phía bờ lồi đối diện thì đợc bồi đắp nhiều và lấn ra cũng khá nhanh, 2 hiện tợng đó có liên quan mật thiết với nhau. Ngoài ra, tại bãi giữa của đoạn phân lạch, đầu bãi bị xói, đuôi bãi đợc bồi làm cho bãi dịch chuyển về hạ lu, nhng tốc độ xói đầu bãi thì nhanh, còn tốc độ bồi ở đuôi bãi thì chậm, làm cho hình thái mặt bằng của bãi giữa biến đổi, kéo theo sự biến đổi của tuyến chủ lu. Có thể thấy sự biến đổi của bãi giữa có nguyên nhân từ sự thay đổi tuyến chủ lu ở đoạn thợng lu do sạt lở bờ lõm, chủ lu ngày càng xô mạnh vào đầu bãi giữa. Ngoài ra, còn kết hợp chập các mặt cắt ngang để phân tích hình thái mặt cắt ngang lòng sông và biến hình xói bồi, làm cơ sở cho việc tính toán khối lợng và phân bố xói bồi trong đoạn sông. Hình 6-16 thể hiện hình vẽ chập mặt cắt ngang lòng sông. Đờng mép nớc Chủ lu 1982 1992 1992 1982 Khoảng cách (m) Cao độ (m) Năm 1976 Năm 1991 Năm 1994 Năm 1996 Năm 2000 Hình 6-16: Biến đổi tại một mặt cắt ngang lòng sông Hồng (đoạn qua Hà Nội) Phân tích diễn biến trên mặt cắt dọc và ớc tính lợng xói bồi - Để nghiên cứu sự biến hóa xói bồi theo chiều dọc của lòng sông, có thể chập các đờng trũng lòng sông (hoặc đờng cao trình trung bình lòng dẫn) qua các thời kỳ, thông qua phân tích, đối chiếu để đa ra các nhận xét về các biến đổi của hố sâu, ngỡng cạn, nh hình 6-17 thể hiện. Khoảng cách (m) Cao độ (m) Hình 6-17: Diễn biến trên mặt cắt dọc của đáy sông đoạn X - Với số liệu thực đo các mặt cắt ngang, cũng có thể tính toán lợng xói bồi thông qua so sánh diện tích các mặt cắt ngang dới cùng một cao trình nớc nhất định. Khi đã có lợng xói bồi tại các mặt cắt thì có thể ớc tính khối lợng xói bồi trong các đoạn sông mà các mặt cắt ngang đó khống chế. Hình 6-18 thể hiện biến đổi xói bồi dọc đờng của đoạn sông N, thông qua số liệu đo đạc các mặt cắt ngang trong 2 thời kỳ tháng 12 năm 1993 và tháng 3 năm 1994. Từ hình này ta thấy chỉ có đoạn sông từ mặt cắt 7 đến mặt cắt 8 là bị xói chút ít, còn lại ở các đoạn khác đều xẩy ra bồi lắng với các mức độ khác nhau. Mặt cắt 10 m 6 3 Lợng xói bồi Hình 6-18: Biến hóa xói bồi dọc đờng của đoạn sông N c. Chỉnh lý, phân tích số liệu thực đo về địa chất lòng dẫn Số liệu khoan thăm dò địa chất hoặc số liệu phân bố địa chất mặt lòng dẫn đều là những căn cứ quan trọng để phân tích khả năng ổn định, xói, bồi của lòng dẫn. Các mặt cắt địa chất qua toàn bộ lòng sông với các số liệu về phân bố các lớp đất cùng các tính chất cơ lý của nó cho ta căn cứ để phán đoán xu thế phát triển của diễn biến lòng sông và lựa chọn các vị trí, tuyến chỉnh trị, bố trí công trình v.v 6.5.3. Dự báo diễn biến lòng sông bằng các phơng pháp mô hình hóa Mô hình hóa là phơng pháp nghiên cứu quan trọng để khảo sát quá trình diễn biến lòng sông, bao gồm hai phơng thức: mô hình hóa bằng số (còn gọi là mô hình toán) và mô hình hóa bằng vật chất thực (còn gọi là mô hình vật lý). Việc ứng dụng vào thực tế đối với mô hình toán đã có lịch sử gần 50 năm và hơn 100 năm đối với mô hình vật lý, nhng lý thuyết của chúng chỉ đợc phát triển một cách tơng đối hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi vào sản xuất trong vòng 40 năm trở lại đây. Gần đây, có xu hớng kết hợp mô hình toán và mô hình vật lý lại để hình thành một môn kỹ thuật chuyên ngành nghiên cứu về diễn biến sông. Trớc mắt, mô hình toán và mô hình vật lý đang là hai phơng pháp quan trọng trong nghiên cứu diễn biến lòng sông và các chuyển động dòng chảy, bùn cát tơng ứng, mỗi phơng pháp đều có phạm trù đợc u tiên sử dụng của mình. Ví dụ: mô hình toán đợc sử dụng nhiều trong bài toán nghiên cứu bài toán 1D, mô hình vật lý sử dụng nhiều trong nghiên cứu bài toán 3D, còn bài toán 2D đều có thể sử dụng mô hình toán hoặc mô hình vật lý. Ngoài ra, sử dụng loại mô hình nào còn phụ thuộc tầm quan trọng của công trình và giai đoạn nghiên cứu. Đối với những công trình rất quan trọng, có thể cả hai loại mô hình đều đợc sử dụng ở các trờng hợp khác nhau, thậm chí giống nhau, để bổ sung và kiểm tra lẫn nhau. Đối với các công trình không thật sự quan trọng, để rút ngắn thời gian và tiết kiệm đầu . sâu. - Lòng sông, bờ sông tơng đối ổn định trong nhiều năm, có cùng cấu tạo địa chất với đoạn nghiên cứu. Phân tích diễn biến lòng sông bắt đầu từ xác định lòng sông và tính chất diễn biến lòng. 199 0-2 000 198 0-1 990 197 0-1 980 14 13 12 10 0 50 00 10.000 15. 000 20.000 25. 000 Q(m /s) 3 Z (m) Hình 6-1 3: Quan hệ Q ~ H qua các thời kỳ tại mặt cắt trạm thủy văn Hà Nội Quan hệ. 6-1 6: Biến đổi tại một mặt cắt ngang lòng sông Hồng (đoạn qua Hà Nội) Phân tích diễn biến trên mặt cắt dọc và ớc tính lợng xói bồi - Để nghiên cứu sự biến hóa xói bồi theo chiều dọc của lòng