Nghiên cứu những biến động thủy động lực trong dòng sông khi bố trí các công trình tác động vào dòng chảy và lòng dẫn

1 MỞ ĐẦU 1- TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, các công trình chỉnh trị đoạn cạn còn tồn tại nhiều vấn đề làm hạn chế hiệu quả xói sâu và ổn định luồng lạch. Trong chuẩn tắc luồng tầu, yếu tố độ sâu dòng chảy là quan trọng nhất, nhưng yếu tố này liên quan đến mực nước và cao trình đáy sông. - Khi có sự biến động lòng dẫn dưới tác động của công trình chỉnh trị đoạn cạn, vấn đề quan trọng nhất là độ sâu xói phổ biến do tác dụng thu hẹp dòng chảy gây ra. - Sự biến động mực nước có liên quan đến độ dâng cao mực nước ở thượng lưu do công trình chặn dòng gây ra và độ hạ thấp mực nước cuối hệ thống do nối tiếp với trạng thái tự nhiên ở hạ lưu. Chính sự dâng cao mực nước do tác dụng cản trở dòng chảy của công trình chỉnh trị, ngoài ảnh hưởng đến thoát lũ, gây sự cố tràn đê còn gây giảm tốc ở thượng lưu dẫn đến bồi tụ thành bãi cạn ở cửa vào. Các tài liệu chỉ dẫn kỹ thuật, cho đến nay, chưa có phương pháp tính toán hiệu quả xói sâu luồng lạch và hiệu ứng dâng nước của các công trình chỉnh trị đoạn cạn. Vì vậy, các kết quả nghiên cứu của luận án về biến động lòng dẫn và biến động mực nước sẽ có đóng góp giá trị về mặt lý luận trong lĩnh vực chỉnh trị sông, phục vụ giao thông thủy. 2- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu những biến động thủy động lực trong dòng sông khi bố trí các công trình tác động vào dòng chảy và lòng dẫn; - Đề xuất được phương pháp tính toán trị số gia tăng độ sâu luồng tầu do tác động của hệ thống mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn. 3- ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu của luận án: + Công trình dạng mỏ hàn chỉnh trị đoạn cạn phục vụ giao thông thủy; + Công trình mỏ hàn có kết cấu khối đặc trong dòng chảy ngập và không ngập. - Phạm vi nghiên cứu của luận án: + Luận án lấy các công trình đã xây dựng trên các sông Bắc Bộ, vùng không chịu ảnh hưởng thủy triều làm điều kiện nghiên cứu. 4- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp thu thập thông tin, số liệu, khảo sát thực địa, phương pháp 2 chuyên gia được sử dụng để tích lũy kiến thức, viết tổng quan, tìm vấn đề nghiên cứu, bổ sung, kiểm tra số liệu và kết quả tính toán; - Phương pháp phân tích, xử lý tổng hợp các số liệu thực đo thủy văn, thủy lực, địa hình, bản đồ lịch sử, phân tích diễn biến, hình thái đoạn sông; - Phương pháp mô hình toán (MHT) được sử dụng để xác định điều kiện biên thủy văn cho đoạn sông nghiên cứu và tiến hành xây dựng các chương trình tự động hóa tính toán cho các thuật toán mà luận án đề xuất. - Phương pháp mô hình vật lý (MHVL) được sử dụng để nghiên cứu kết cấu dòng chảy, trường động học dòng chảy khu vực mỏ hàn và hiệu quả xói sâu luồng vận tải thủy do các phương án bố trí mỏ hàn tạo ra. 5- NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1) Dựa trên phân tích hệ thống lý thuyết về trường động học 2D trong lòng sông khu vực có công trình mỏ hàn và cơ chế xói phổ biến lòng dẫn, tác giả luận án đã đề xuất mô hình mô phỏng số và lập phần mềm XOLUTA-01, nhằm tự động hóa tính toán độ xói sâu lòng dẫn do mỏ hàn đơn không ngập gây ra, phục vụ việc lựa chọn các tham số bố trí từng mỏ hàn trong lập phương án quy hoạch chỉnh trị đoạn cạn trong giao thông thủy. 2) Để tính toán độ xói sâu luồng lạch do hệ thống mỏ hàn không ngập gây ra, tác giả luận án đã đề xuất một công thức cải tiến công thức Gill M.A. vốn được dùng trong tính toán độ xói sâu do một tường dọc thu hẹp liên tục gây ra, bằng cách nhân thêm hệ số  (λ), với λ là tỷ số của khoảng cách giữa 2 mỏ hàn liền kề với chiều dài mỏ hàn. Hệ số  (λ) được mô tả bằng một hàm đường cong, thu được thông qua kết quả nghiên cứu trên mô hình vật lý lòng động. 3) Tác giả luận án đã phân tích các nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng dâng cao mực nước tại thượng lưu hệ thống mỏ hàn ngập, đề xuất phương pháp tính toán và xây dựng chương trình phần mềm XOLUTA-02 tính toán độ dâng cao mực nước trong các trường hợp bố trí mỏ hàn ngập khác nhau, ứng dụng trong việc kiểm tra ảnh hưởng của công trình đối với đê điều chống lũ và phân tích diễn biến lòng dẫn khu vực mỏ hàn. 6- BỐ CỤC LUẬN ÁN Ngoài 2 phần mở đầu và kết luận, nội dung luận án được trình bày trong 4 chương, 79 trang, 22 bảng biểu và 22 hình vẽ không kể phụ lục: 3 Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH MỎ HÀN 1.1.1. Những vấn đề nghiên cứu lý thuyết - Nguyên lý làm việc của các loại công trình mỏ hàn; - Mô phỏng chế độ thủy động lực học khu vực mỏ hàn; - Tính toán xói cục bộ đầu mũi mỏ hàn và bồi lắng lòng dẫn khu vực giữa các mỏ hàn; - Tính toán xói phổ biến trong luồng lạch do tác dụng của hệ thống mỏ hàn. 1.1.2. Những vấn đề nghiên cứu ứng dụng Đối với một đoạn sông cụ thể, cần nghiên cứu: - Xác định các phương án bố trí không gian cho hệ thống mỏ hàn; - Tính toán kết cấu và ổn định công trình; - Đánh giá ảnh hưởng của hệ thống mỏ hàn đến dòng chảy và diễn biến lòng sông so với yêu cầu chỉnh trị đặt ra. 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ MỎ HÀN Các nghiên cứu về mỏ hàn thường tiến hành nhiều nhất bằng các thí nghiệm trên mô hình vật lý, những năm gần đây mới bắt đầu có những nghiên cứu trên mô hình toán. 1.2.1. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý Đối với những vấn đề lý thuyết cơ bản, các thí nghiệm thường được tiến hành trên các máng nước trong các phòng thí nghiệm thủy lực. Đối với những nghiên cứu ứng dụng, thường tiến hành trên các mô hình của một đoạn sông thực tế, với các điều kiện có tính địa phương đoạn sông cần chỉnh trị. Các thí nghiệm về hệ thống mỏ hàn thường được quy định hệ số biến thái không ảnh hưởng đến tính tương tự của khu nước vật và hố xói cục bộ. Những kỹ thuật nghiên cứu về kết cấu dòng chảy 3D, lưu hướng mặt, lưu hướng đáy, chuyển động bùn cát ngày càng được hoàn thiện bằng các thiết bị hiện đại. Gần đây, Viện thủy lực Đại học Karlsruhe, Liên Bang Đức sử dụng kỹ thuật mới trong việc đo kết cấu dòng chảy như phương pháp Particle Tracking Velocimetry (PTV) nhằm tính toán trường vận tốc nhanh và chính xác, có được những bức tranh sống động về kết cấu dòng chảy quanh mỏ hàn. Tuy vậy, những bất cập trong việc sử dụng mô hình vật lý được rất nhiều nhà thủy lực đề cập đến trong các nghiên cứu 4 của mình, nhất là tính tương tự trong mô hình lòng động. 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán Cho đến nay, đối với bài toán dự báo biến hình lòng dẫn 1D cho sông có chiều dài lớn, với ưu thế cho lời giải nhanh, rẻ, mô hình toán (MHT) đã có thể thay thế mô hình vật lý (MHVL). Với những vấn đề diễn biến lòng sông 2D cho các đoạn sông ngắn, MHT cũng đang phát triển song song với MHVL. Còn lại vấn đề biến hình lòng sông 3D, do điều kiện biên quá phức tạp, mà các quy luật chuyển động bùn cát 3D còn chưa được nghiên cứu đầy đủ, do đó, còn phải tốn nhiều công sức để làm cho MHT 3D ứng dụng được vào thực tế. Điểm còn tồn tại của các nghiên cứu trên MHT chủ yếu đề cập đến 2 vấn đề. -Một là công thức tải cát và công thức sức cản của các hệ phương trình cơ bản không phải là các công thức lý thuyết chặt chẽ, mà mang nhiều tính chất kinh nghiệm, thường chỉ thích hợp ứng dụng cho các trường hợp đơn giản 1D (dòng chảy ổn định, bùn cát đồng đều và tải cát cân bằng). Đối với các vấn đề 2D, 3D, trường hợp dòng chảy không đều và không ổn định, bùn cát không đồng đều và tải cát không cân bằng v.v… thì những công thức đó thay đổi như thế nào, hiện nay vẫn chưa rõ. Vì vậy, khó làm cho mô hình toán phù hợp với thực tế. Hai là, để mở rộng phạm vi sử dụng của mô hình, nâng cao độ chính xác tính toán, bảo đảm tính ổn định và hội tụ của các nghiệm, giảm thiểu dung lượng bộ nhớ và tăng tốc độ tính toán, vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại về phương pháp tính và việc vận dụng kỹ thuật tính toán cũng cần được nghiên cứu. 1.3. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU CHUYÊN SÂU VỀ CÔNG TRÌNH MỎ HÀN 1.3.1. Các nghiên cứu về kết cấu dòng chảy khu vực mỏ hàn Vấn đề này được nghiên cứu sớm bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới. Bức tranh về kết cấu dòng chảy đã được mô tả khá hoàn chỉnh trong các công trình nghiên cứu của Altunin, Grishanhin, Hâncu S., Lương Phương Hậu, Phạm Thành Nam. Hiện chưa có những phát hiện gì mới về bản chất hiện tượng, chỉ có những nghiên cứu mới về phương pháp mô tả. Nghiên cứu của Lương Phương Hậu trong công trình đảo chiều hoàn lưu có thể coi là một phát hiện mới. 1.3.2. Các kết quả nghiên cứu về diễn biến lòng sông khu vực mỏ hàn Các hố xói cục bộ ở trụ cầu hay mỏ hàn trên sông được nghiên cứu nhiều nhất như các công trình của C.L.N Sastry, G.Tixon (1962), M.A Gill (1968); trên MHVL của V.L 5 Da Cunha (1971), Hâncu (1976), S.C.Jain (1981) và cũng chỉ dừng lại ở các công thức kinh nghiệm. Những thống kê gần đây cho thấy, có khoảng vài chục công thức kinh nghiệm tính toán chiều sâu hố xói tại mỏ hàn đơn, như của Koshla (1936), Ahmad (1953), Antunin và Buzunov (1953), Garde và nnk (1961), Mukhamedov (1971), Gill (1972), Gas (1976), Neill (1973, 1980), Buy Ngok (1981) v.v. . . 1.3.3. Các nghiên cứu về khoảng cách hữu hiệu giữa các mỏ hàn Các nghiên cứu về bố trí khoảng cách giữa các mỏ hàn có kết quả cách xa nhau Theo chỉ dẫn của Mỹ, S = (3  4)L; Nhật Bản theo thống kê S = (1  4)L; trong đó 50% lấy S= (2  3)L. Theo nghiên cứu của Altunin S.T, khoảng cách hợp lý giữa 2 mỏ hàn nên lấy nguyên tắc làm cho dòng nước dâng đạt tới đầu mỏ hàn phía trên. Kinh nghiệm của Ai Cập là dùng đường thẳng, nối 2 đầu mút mỏ hàn làm cạnh đáy, từ trung điểm của cạnh đáy vẽ đường thẳng góc vào bờ, khi tỷ số giữa độ dài đường vuông góc và cạnh đáy hơi lớn hơn 1/3 sẽ phát hiện tác dụng của dòng chảy đối với đê và bãi không còn nữa. Hệ thống mỏ hàn trên các sông châu Âu, đặc biệt là trên sông Rhein, sông Elbe… được bố trí dầy đặc, S ≈ L. Nhưng ở Việt Nam, hầu hết các hệ thống mỏ hàn đã xây dựng có khoảng cách rất thưa, hoặc không tuân theo một chỉ tiêu nào. 1.3.4. Các nghiên cứu về cao trình đỉnh mỏ hàn Trên thế giới thông thường tính toán cho mỏ hàn không ngập vì cho rằng, biến hình lòng dẫn bất lợi nhất xẩy ra trong trường hợp dòng chảy có mực nước ngang đỉnh mỏ hàn. Dao động mực nước trên đỉnh mỏ hàn không lớn. Nhưng ở Việt Nam, do mỏ hàn chỉnh trị luồng lạch có cao trình đỉnh ở mực nước thấp, chênh lệch mực nước kiệt và lũ quá lớn, trên 10m, nên diễn biến lòng dẫn rất phức tạp. 1.3.5. Tính toán dự báo hiệu quả kỹ thuật của công trình Trên thế giới, những công trình chỉnh trị lớn đều được nghiên cứu trên MHT và MHVL. Ở nước ta, MHVL thì không phải dễ dàng thực hiện. Những MHT lớn hiện nay lại rất khó ứng dụng cho loại công trình mỏ hàn, vì kích thước công trình quá nhỏ so với lưới tính toán. Hiện nay, trong tiêu chuẩn ngành hữu quan cũng chưa quy định phương pháp tính hiệu quả xói sâu luồng tầu của mỏ hàn. Những công trình, do chưa nghiên cứu dự báo tốt hiệu quả kỹ thuật của nó, nên không phát huy tác dụng hoặc dẫn đến những hậu quả xấu. 1.4. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Trong chuẩn tắc luồng tầu, quan trọng nhất là yếu tố độ sâu dòng chảy, mà độ 6 sâu dòng chảy thì liên quan đến mực nước và cao trình đáy sông. - Sự biến động lòng dẫn, quan trọng nhất là độ sâu xói phổ biến do tác dụng thu hẹp dòng chảy của mỏ hàn gây ra và sự bồi lắng trở lại khi có nguồn bùn cát đột xuất tăng cao. - Sự biến động mực nước khi có mỏ hàn có liên quan đến độ dâng cao mực nước ở thượng lưu do công trình chặn dòng gây ra và sự hạ thấp mực nước cuối hệ thống do nối tiếp với trạng thái tự nhiên ở hạ lưu. Chính sự dâng cao mực nước do tác dụng cản trở dòng chảy của mỏ hàn, ngoài ảnh hưởng đến thoát lũ, gây sự cố tràn đê còn gây giảm tốc ở thượng lưu dẫn đến bồi tụ thành bãi cạn ở cửa vào. Với nhận thức trên, xét những nhu cầu thực tế trong công tác tư vấn thiết kế hiện nay của ngành giao thông thủy, trong phạm vi luận án này, nghiên cứu sinh (NCS) dự kiến sẽ đi sâu vào các vấn đề sau: 1) Trong thiết kế công trình mỏ hàn, thực tế chỉ quan tâm nhiều đến xói cục bộ đầu mũi mỏ hàn để tính toán ổn định công trình. Việc tính toán hiệu quả xói sâu luồng lạch hiện chưa có các chỉ dẫn trong quy trình quy phạm, đối với dự án lớn mới có điều kiện nghiên cứu thí nghiệm trên MHVL. Các MHT 1D, 2D, 3D với các cách chia lưới khác nhau (chữ nhật, lưới cong, lưới tam giác ) cũng đều có khó khăn trong khai báo công trình, vì kích thước công trình nhỏ so với lưới tính toán. Điều đó dẫn đến kết quả còn hạn chế trong mô phỏng tác dụng của công trình. Để nâng cao độ chính xác trong tính toán độ xói sâu, luận án đề xuất phương pháp xử lý tương đối đơn giản nhưng chi tiết và đúng với bản chất vật lý của hiện tượng hơn. Phương pháp này có thể sử dụng trong công tác thiết kế công trình. - Để phục vụ việc xác định các phương án tham số bố trí mỏ hàn, luận án nghiên cứu phương pháp tính toán hiệu quả xói sâu của một mỏ hàn. - Để phục vụ việc dự báo hiệu quả tổng quát của hệ thống mỏ hàn đối với xói sâu luồng lạch, luận án đi vào nghiên cứu sự khác biệt của tác động của các phương án bố trí không gian mỏ hàn so với tác động của tường dọc thu hẹp lòng dẫn liên tục trên một đoạn dài, xây dựng quan hệ giữa xói mỏ hàn và xói tường dọc. Công thức tính xói sâu do tường dọc gây ra đã được nghiên cứu và xác lập, được sử dụng phổ biến, có thể biến đổi công thức này thành công thức sử dụng cho việc tính xói sâu của hệ thống mỏ hàn, thông qua một hàm số biến đổi. 2) Từ thực tế yêu cầu hàng đầu của các công trình chỉnh trị sông là không ảnh hưởng đến mực nước an toàn chống lũ của đê điều, đồng thời kết hợp kiểm tra tác dụng bồi tụ cửa vào luồng lạch do dâng nước, luận án đi sâu nghiên cứu phương 7 pháp xác định độ cao và phạm vi dâng nước lũ của hệ thống mỏ hàn ngập trong các kịch bản bố trí không gian khác nhau. 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Chương 1 trình bày tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan đến luận án, trên cơ sở đó, luận án đặt vấn đề nghiên cứu: i) phương pháp tính toán hiệu quả xói sâu của một và hệ thống nhiều mỏ hàn không ngập; ii) phương pháp xác định độ cao và phạm vi dâng nước lũ của hệ thống mỏ hàn ngập. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHO VẤN ĐỀ XÓI LUỒNG TẦU CỦA MỎ HÀN ĐƠN a- Cơ sở lý thuyết - Động học và kết cấu dòng chảy vùng công trình mỏ hàn; - Tính độ sâu luồng lạch theo lý thuyết cân bằng tải cát trước và sau khi xây dựng mỏ hàn. b- Phương pháp nghiên cứu - Vẽ bình đồ dòng chảy theo phương pháp Velikanov; - Suy diễn công thức tính lưu tốc tại mặt cắt co hẹp theo phương trình Bernoulli. 2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHO VẤN ĐỀ XÓI LUỒNG TẦU CỦA HỆ THỐNG MỎ HÀN a- Cơ sở lý thuyết - Công thức xói luồng tầu do tác dụng của tường dọc thu hẹp lòng dẫn gây ra; - Sự trao đổi bùn cát giữa khu luồng chính và khu vực mỏ hàn, do tồn tại kết cấu dòng chảy phương ngang. b- Phương pháp nghiên cứu - Thí nghiệm trên mô hình lòng động với 9 kịch bản bố trí mỏ hàn khác nhau, với gián cách mỏ hàn từ 1 đến 8,8. - Tìm quan hệ giữa hệ số bố trí không gian λ và hệ số hiệu chỉnh độ sâu tính toán . 2.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHO VẤN ĐỀ XÁC ĐỊNH ĐỘ DÂNG NƯỚC LŨ CỦA HỆ THỐNG MỎ HÀN NGẬP 8 a- Cơ sở lý thuyết - Tổn thất cột nước cục bộ do các phương án bố trí mỏ hàn tạo ra. b- Phương pháp nghiên cứu - Giải hệ phương trình dòng chảy ngập. 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Chương 2 trình bày phương pháp luận của các vấn đề luận án nghiên cứu. Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. TÍNH TOÁN ĐỘ SÂU XÓI LUỒNG TẦU DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA MỘT MỎ HÀN 3.1.1. Tính toán phân bố lưu tốc tại mặt cắt ngang lòng dẫn ngoài ở vị trí mỏ hàn Chia mặt cắt ngang lòng dẫn ngoài mỏ hàn thành một số dải dòng chảy, giả thiết độ dốc và hệ số nhám giữa các dải dòng chảy không sai khác nhau nhiều, thì lưu tốc trung bình của mỗi dải dòng chảy được tính toán như sau: V i = KH i 2/3 (3-1) Lưu lượng thông qua lòng dẫn ngoài mỏ hàn là: m 5/3 i i i 1 Q K b H    (3-2) Trong đó: V i - lưu tốc trung bình của các dải dòng chảy ngoài mỏ hàn (m/s); Q - tổng lưu lượng (m 3 /s); nếu thân mỏ hàn có dòng thấm thì cần trừ đi lưu lượng thấm; b i , H i - chiều rộng và độ sâu trung bình các dải dòng chảy ngoài mỏ hàn (m); m - số dải dòng chảy chia ra trên mặt cắt; K - hằng số tỷ lệ của mặt cắt ngang lòng dẫn, tính như sau: m 5/3 i i i 1 Q K b H    (3-3) Lưu lượng của mỗi dải dòng chảy trên mặt cắt ngang lòng dẫn ngoài mỏ hàn b i H i 5/3 có thể tính được từ số liệu địa hình, Q đã biết, nên có thể tính được K. Từ đó, theo công thức (3-1), tìm được phân bố lưu tốc trên mặt cắt mỏ hàn. Căn cứ vào phân bố lưu lượng tổng cộng, có thể tìm được lưu tốc trung bình 9 của các dải dòng chảy trên mặt cắt ngang lòng dẫn ở vị trí mỏ hàn. Lưu tốc ở phụ cận mỏ hàn và trong luồng lạch cũng tìm được theo các công thức dưới đây: Lưu tốc trong luồng tầu và ở khu vực gần đầu mũi mỏ hàn V h được tính như sau: h h h Q V A  (3-4) Trong đó: Q h - lưu lượng thông qua luồng lạch hoặc ở đầu mũi mỏ hàn (m 3 /s); A h - diện tích mặt cắt ngang thông thủy trong luồng tầu hoặc ở khu vực gần đầu mũi mỏ hàn; Lưu tốc cực đại tương ứng V f là: V f = kV h (3-5) Trong đó, k là hệ số lớn hơn 1. Có thể căn cứ vào số liệu thống kê về phân bố lưu tốc trung bình thủy trực thực đo để xác định, thông thường lấy bằng 1,2. 3.1.2. Tính toán phân bố lưu tốc tại mặt cắt co hẹp a) Vị trí mặt cắt co hẹp có thể xác định theo phương pháp trình bày trong chương 2, nhắc lại như sau: Hình 3.4. Khu nước vật và mặt cắt co hẹp Trên đoạn sông tương đối thẳng, khoảng cách từ mỏ hàn đến mặt cắt co hẹp hạ lưu mỏ hàn không ngập, ký hiệu là L d , được tính như sau: L d = ψ B 2 (3-6) Trong đó: B 2 - chiều rộng tuyến chỉnh trị, hoặc chiều rộng mặt nước lòng sông ngoài mỏ hàn (m); ψ - hệ số, có liên quan đến độ thu hẹp diện tích mặt cắt ngang lòng sông ΔA ở mực nước tính toán, được xác định theo bảng 3.2. B L b max b x x b x O L d L v 10 ΔA được tính toán như sau: A A' A A  D  (3-7) Trong đó: A - Diện tích mặt cắt ngang lòng sông dưới mực nước tính toán tại vị trí đặt mỏ hàn, trước lúc xây dựng công trình (m 2 ); A' - Diện tích mặt cắt ngang lòng sông (dưới mực nước tính toán) bị mỏ hàn che chắn (m 2 ). Bảng 3.2. Quan hệ ΔA và hệ số ψ ΔA 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 ψ 0,50 0,46 0,42 0,38 0,34 b) Chia mặt cắt co hẹp thành nhiều dải dòng chảy, số dải bằng số dải đã chia tại mặt cắt vị trí mỏ hàn. Ký hiệu b 2 , h 2 , V 2 biểu thị chiều rộng, độ sâu trung bình và vận tốc trung bình các dải ở mặt cắt vị trí mỏ hàn; b c , h c , V c là các đại lượng tương ứng tại mặt cắt co hẹp. Đặt: c n 2 b b   (3-8) c c 2 2 b h b h   (3-9) Giả thiết rằng, mặt cắt vị trí mỏ hàn và mặt cắt vị trí co hẹp đều nằm ngang, độ dốc đáy sông giữa 2 mặt cắt bằng 0, bỏ qua tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ giữa 2 mặt cắt. Căn cứ vào phương trình liên tục và phương trình Bernoulli, yếu tố dòng chảy giữa các dải dòng chảy tương ứng của 2 mặt cắt vị trí mỏ hàn và vị trí co hẹp, suy ra được công thức quan hệ như sau:   3 2 2 2 c 2 2 c n 2gh V V 2gh V V 0      (3-10) Trong đó, ε n có thể được xác định như sau: 2 n 2 2 2 2 h V 1 h 1 2g              (3-11) Tổng lưu lượng Q có thể viết thành: m 2 2 c i 1 Q b h V     (3-12) Chiều rộng mặt cắt ở vị trí co hẹp B c là: [...]... sau khi xõy dng m hn, ti cỏt trong phn lung tu l cõn bng Do ú, cú th dựng cụng thc trờn tớnh toỏn sõu xúi trong lung tu, ch thay i ý ngha ca cỏc ký hiu trờn nh sau: B1, B2 - chiu rng lung tu trc v sau khi xõy dng m hn; Q1, Q2 - ln lt biu th lu lng thụng qua mt ct lung tu trc v sau khi xõy dng m hn (m3/s); 12 H1 - sõu trung bỡnh trong phm vi lung tu trc khi xõy dng m hn (m); H2 - sõu trung bỡnh trong. .. trong phm vi lung tu sau khi xõy dng m hn (m); y1, y2 - s m, cú liờn quan n V VH , xem bng (3.3); V Lu tc trung bỡnh trong lung tu; VH Lu tc khi ng ca ht bựn cỏt trong lung tu Bng 3.3 Quan h y1, y2 v V/VH V VH 1,1~ 1,5 1,5~ 2,5 2,5~ 10 y1 y2 1,13 1,34 1,23 1,46 1,31 1,55 Cn c cụng thc (3-14), xột B1 = B2, s cú cụng thc: y1 / y 2 Q H 2 H1 2 (3-15) Q1 xúi sõu trung bỡnh trong lung tu l: (3-16)... v trớ ca m hn no ú; i vi lũng sụng trm tớch, nờn ly tng din tớch sau khi ó cõn bng xúi; A' - din tớch che chn nc ca m hn trờn mt ct v trớ m hn, (m2); Z'2 - mc nc ti v trớ m hn th hai sau khi xõy dng m hn, (m); Z2 - mc nc ti v trớ m hn th hai trc khi xõy dng m hn, (m); 2, 'i ln lt l h s sa cha ng nng trc khi cú m hn ti mt ct 2 v sau khi cú m hn ti cỏc mt ct v trớ m hn i vi dng mt ct khụng quy tc, 'i... 4 Lu tc trung bỡnh trong lun tu (KTN) V1 (m/s) 1.0 5 Lu lng dũng chy qua mt ct lung tu trc khi chnh tr Q1 (m3/s) 216.4 Q2 (m3/s) 282.7 V2 (m/s) 1.3 7 Lu lng dũng chy qua mt ct lung tu sau khi chnh tr Lu tc trung bỡnh trong lung tu sau chnh tr 8 ng kớnh ht d (m) 0.01 9 S m y1 y1 (-) 1.13 10 S m y2 y2 (-) 1.34 11 sõu trung bỡnh lung tu sau chnh tr H2 (m) 7.70 12 xúi sõu trung bỡnh trong lung tu DH (m)... v MH15#, mc nc cú h thp (0,1 ữ 3,2)cm c- So sỏnh kt qu tớnh toỏn vi kt qu trờn MHVL Cụng ty t vn TEDI-Wecco trong d ỏn nghiờn cu v cu Nht Tõn ó lm thớ nghim trờn MHVL v on sụng ny Trong hng mc thớ nghim trong iu kin khi cha cú cu, cú nghiờn cu nh hng ca h thng m hn Tm Xỏ n ch ng lc ca on sụng trong cỏc mựa nc khỏc nhau Kt qu thớ nghim cho bit, vi l thit k 0,2%, mc nc dõng cc i do h thng cụng trỡnh... A k A 2k k i 3 Kk 2 (3-24) Trong ú: 2 A R 3 Kk k k nk (3-25) Trong ú: Ak, Rk, nk - ln lt l din tớch mt ct, bỏn kớnh thy lc v h s nhỏm 18 ca tng phn lũng sụng Ch s di i bng 1 hoc bng 2 n h fi - tng tn tht dc ng ca cỏc on m hn trc khi xõy dng, i 2 phi tớnh dn tng on 3.3.4 Trỡnh t tớnh toỏn Cỏc bc tớnh toỏn theo trỡnh t nh sau: - Bc 1 Tớnh toỏn ng mt nc trong dũng sụng t nhiờn, xỏc nh h s nhỏm... m hn cui cựng sau khi cú m hn Phi dựng phng phỏp tớnh th; trong quỏ n trỡnh tớnh th, ng thi tớnh Ak, A'k, 'i v h fi ca cỏc mt ct tng ng Khi i 2 tớnh toỏn, phi tớnh tng m hn dn v h lu mi cú th cú c tr s tng i n chớnh xỏc ca V'n v h fi ; i 2 A' - Bc 5 em giỏ tr V'n, v Z1 thay vo cụng thc (3-19) v cụng thc A n (3-20), s tớnh c s tr Z'1, ú l giỏ tr mc nc ó dõng cao thng lu sau khi cú m hn; - Bc 6... sõu lung tu a) S khi tớnh toỏn Trờn c s lý thuyt ó trỡnh by trờn, tin hnh xõy dng chng trỡnh t ng húa tớnh toỏn S khi ca chng trỡnh c th hin trờn hỡnh 3.5 í ngha cỏc ký hiu ó c nờu trong cỏc hng dn ti cỏc mc trờn b) Phn mm XOLUTA-01 Cỏc lnh ca chng trỡnh c vit theo ngụn ng Matlab, chng trỡnh phn mm tớnh xúi lung tu c t tờn l XOLUTA-01 - õy l phn mm tin ớch cho cỏc k s t vn s dng trong tớnh toỏn d... trỡnh tớnh toỏn trờn, n khi tha món yờu cu thỡ dng li; Bc 5 Theo cụng thc (3-13), tớnh toỏn cỏc chiu rng ca cỏc di dũng v tng chiu rng ca mt ct co hp 3.1.4 Tớnh toỏn sõu xúi lung tu Sau khi xõy dng m hn, lu lng n v trờn mt ct s phõn b li, lu lng n v trong phn lung lch chy tu s c tng lờn Vỡ vy, lung lch cng s c tng lờn tng ng Cn c vo khỏi nim lng chuyn bựn cỏt ỏy trc v sau khi xõy dng cụng trỡnh khụng... ti mt ct dõng nc (cỏch m hn u tiờn 8H v thng lu) trc khi cú m hn, tip theo xỏc nh mc nc ti cỏc mt ct trc m hn Z2 , Z3 , , Zn; - Bc 2 Cn c vo cỏch thc b trớ v giỏn cỏch ca m hn, chn cụng thc kinh nghim ca v d; - Bc 3 Theo cụng thc (3-22), tớnh toỏn mc nc Z'2 khi ch cú hai m hn th nht v th hai Ti mt ct m hn th hai (mt ct 2), cn dựng phng phỏp tớnh th Trong quỏ trỡnh tớnh th, phi ng thi tớnh toỏn h s sa . biến động thủy động lực trong dòng sông khi bố trí các công trình tác động vào dòng chảy và lòng dẫn; - Đề xuất được phương pháp tính toán trị số gia tăng độ sâu luồng tầu do tác động của hệ. về biến động lòng dẫn và biến động mực nước sẽ có đóng góp giá trị về mặt lý luận trong lĩnh vực chỉnh trị sông, phục vụ giao thông thủy. 2- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu những biến động. mực nước và cao trình đáy sông. - Khi có sự biến động lòng dẫn dưới tác động của công trình chỉnh trị đoạn cạn, vấn đề quan trọng nhất là độ sâu xói phổ biến do tác dụng thu hẹp dòng chảy gây