Nghiên cứu giải pháp chỉnh trị đoạn sông phân lạch Trung Hà trên sông Đà phục vụ giao thông thủy bằng mô hình toán

LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện với tất cả sự lỗ lực của bản thân tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu giải pháp chỉnh trị đoạn sông phân lạch Trung Hà trên sông Đà phục vụ giao thông thủy bằng mô hình toán” nhằm muốn đóng góp một phần nhỏ vào công tác nghiên cứu, đánh giá, tính toán để tìm ra các giải pháp công trình thích hợp cho đoạn sông phân lạch. Trong quá trình thực hiện tác giả đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Khoa Sau đại học, Khoa Công trình – Trường đại học Thủy Lợi cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ sự chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp cũng như sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Nhà trường. Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS. TS Nguyễn Bá Quỳ và TS. Nguyễn Kiên Quyết đã giúp tác giả hoàn thành luận văn này. Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn có hạn chế nhất định, đồng thời đối tượng nghiên cứu là đoạn sông phân lạch, luôn là một vấn đề phức tạp trong chỉnh trị sông, nên nội dung của luận văn không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các Quý vị quan tâm. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Tác giả luận văn Trần Quốc Luận LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, và các trang web theo danh mục của luận văn. Tác giả luận văn Trần Quốc Luận MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 3 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH 7 1.1. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ SÔNG PHÂN LẠCH 7 1.1.1. Nhu cầu nghiên cứu đoạn sông phân lạch 7 1.1.2. Các vấn đề nghiên cứu 8 1.1.3. Phương pháp nghiên cứu 8 1.2. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 9 1.2.1. Nguyên nhân hình thành sông phân lạch 9 1.2.2. Diễn biến sông phân lạch 11 1.2.3. Công trình chỉnh trị đoạn sông phân lạch 12 1.3. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM 14 1.3.1. Các hoạt động nghiên cứu 14 1.3.2. Thành tựu nghiên cứu lý thuyết 15 1.3.3. Các công trình chỉnh trị đoạn sông phân lạch đã xây dựng 15 1.4. NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI TRONG NGHIÊN CỨU CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH 26 1.4.1. Quan niệm về vai trò các bãi giữa 26 1.4.2. Mối quan hệ giữa các yếu tố hình thái và thủy lực của đoạn đơn lạch và đoạn phân lạch 26 1.5. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 27 1.5.1. Vấn đề nghiên cứu 27 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu 27 1.5.3. Phương pháp nghiên cứu 27 CHƯƠNG 2. NHỮNG LUẬN CỨ CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1. SỐ LIỆU CƠ BẢN PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU 28 2.1.1. Số liệu về địa hình 28 2.1.2. Số liệu về thuỷ văn 28 2.1.3. Số liệu về địa chất mặt 29 2.2. DIỄN BIẾN ĐOẠN SÔNG NGHIÊN CỨU 35 2.2.1. Hiện trạng đoạn sông nghiên cứu 35 2.2.2. Diễn biến của đoạn sông nghiên cứu 38 2.3. GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỔN ĐỊNH ĐOẠN SÔNG NGHIÊN CỨU 44 2.3.1. Các yêu cầu của các ngành kinh tế xã hội đối với đoạn sông 44 2.3.2. Đối tượng chỉnh trị và đối tượng tác động 44 2.3.3. Các tham số chỉnh trị 45 2.3.4. Phương án mặt bằng bố trí và qui mô công trình 45 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48 2.4.1. Phương pháp phân tích số liệu thực đo 48 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán 48 CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG MÔ HÌNH HEC-RAS VÀ MÔ HÌNH MIKE21C NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH TRUNG HÀ TRÊN SÔNG ĐÀ 55 3.1. XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN BIÊN LỎNG ĐOẠN SÔNG NGHIÊN CỨU 55 3.1.1. Các yêu cầu cần đạt được 55 3.1.2. Phương pháp nghiên cứu 55 3.1.3. Các trường hợp nghiên cứu 55 3.1.4. Xác định số liệu đầu vào cho mô hình 55 3.1.5. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 57 3.1.6 Khai thác mô hình 1 chiều làm điều kiện biên cho mô hình 2 chiều 64 3.2. NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH TOÁN TRƯỜNG ĐỘNG LỰC DÒNG CHẢY ĐOẠN PHÂN LẠCH TRUNG HÀ TRÊN SÔNG ĐÀ TRƯỚC VÀ SAU KHI CÓ CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ 67 3.2.1. Các yêu cầu cần đạt được 67 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu 67 3.2.3. Mô hình hóa số liệu đầu vào 68 3.2.4. Kết quả nghiên cứu chế độ thủy lực đoạn sông nghiên cứu trong điều kiện hiện trạng và sau khi có công trình chỉnh trị 71 3.2.5. Phân tích kết quả 90 3.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH TRUNG HÀ 90 3.3.1. Các tham số thiết kế 90 3.3.2. Giải pháp kỹ thuật xây dựng 92 3.3.3. Tính toán ổn định 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 1. Kết luận 98 2. Kiến nghị 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hệ thống mỏ hàn xây dựng tại Nhật Tân – Tứ Liên 21 Bảng 2.1. Các đặc trưng cơ lý của đất đáy sông Đà 30 Bảng 2.2. Đặc tính cơ lý của đất đáy sông Đà 30 Bảng 2.3. Phân bố đá gốc đáy lũng sông Đà 31 Bảng 2.4. Phân bố thềm đất ven bờ sông Đà 33 Bảng 2.5. Tích chất cơ lý đất bãi bồi 34 Bảng 3.1. Các đặc trưng lũ chính trong phạm vi nghiên cứu 56 Bảng 3.2. Quy trình tính toán 57 Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật kè chỉnh trị đoạn sông phân lạch Trung Hà 95 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 0.1. Khu vực nghiên cứu tổng thể 4 Hình 0.2. Khu vực nghiên cứu cục bộ 4 Hình 1.1. Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Mỹ 13 Hình 1.2. Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Châu Âu 13 Hình 1.3. Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Châu Á 14 Hình 1.4. Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Việt Nam 16 Hình 1.5. Bình đồ lòng sông Hồng qua Hà Nội vào tháng 7/1985 17 Hình 1.6. Mặt bằng đoạn sông sau khi chỉnh trị (1991) 18 Hình 1.7. Công trình chỉnh trị đoạn Quản Xá trên sông Chu 19 Hình 1.8. Hình ảnh đoạn sông Quản Xá sau chỉnh trị 20 Hình 1.9. Sơ đồ bố trí cụm công trình chỉnh trị Phú Gia – Tứ Liên 21 Hình 1.10. Các hình ảnh về hệ thống công trình Phú Gia – Tứ Liên 22 Hình 1.11. Phân tích kết cấu dòng chảy tại khu vực công trình Phú Gia – Tứ Liên 23 Hình 1.12. Nhánh sông mới mở năm 2001 Vu Gia – Quảng Huế 24 Hình 1.13. Hình ảnh phá hoại công trình Quảng Huế (2007) 25 Hình 2.1. Mặt cắt địa chất dọc tuyến lạch sâu sông Đà 30 Hình 2.2. Mặt bằng địa chất lũng sông Đà (Hòa Bình đếnTrung Hà) 35 Hình 2.3. Mặt cắt ngang địa chất 35 Hình 2.4. Mặt bằng đoạn sông các thời kỳ khác nhau 39 Hình 2.5. Chập mặt cắt ngang đoạn sông các thời kỳ khác nhau 42 Hình 2.6. Chập mặt cắt dọc đoạn sông các thời kỳ khác nhau 43 Hình 2.7. Mặt bằng qui hoạch chỉnh trị phương án 1 46 Hình 2.8. Mặt bằng qui hoạch chỉnh trị phương án 2 47 Hình 2.9. Mạng lưới sông và mặt cắt ngang trong mô hình HEC-RAS 49 Hình 2.10. Đoạn sông cơ bản để dẫn ra các phương trình liên tục và 50 Hình 2.11. Dòng chảy xoắn tại khúc sông cong 54 Hình 2.12. Lưới tính toán được sử dụng trong MIKE 21 C 54 Hình 3.1. Sơ đồ thuỷ lực thể hiện mạng lưới sông trong mô hình 59 Hình 3.2. Các biên lưu lượng 59 Hình 3.3. Các biên mực nước 60 Hình 3.4. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại Việt Trì 60 Hình 3.5. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại Trung Hà 61 Hình 3.6. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại Hoà Bình 61 Hình 3.7. So sánh mực nước 62 Hình 3.8. So sánh mực nước 62 Hình 3.9. So sánh mực nước 63 Hình 3.10. Mực nước và lưu lượng tại các biên của đoạn sông nghiên cứu đối với lũ lớn 65 Hình 3.11. Mực nước và lưu lượng tại các biên của đoạn sông nghiên cứu đối với lũ trung bình 66 Hình 3.12. Mực nước và lưu lượng tại các biên của đoạn sông nghiên cứu đối với lưu lượng tạo lòng 66 Hình 3.13. Phạm vi nghiên cứu trên mô hình toán 2 chiều 68 Hình 3.14. Lưới sai phân 68 Hình 3.15. Địa hình khu vực nghiên cứu 69 Hình 3.16. Hệ số nhám và hệ số nhớt rối sử dụng trong khu vực nghiên cứu 69 Hình 3.17. Vị trí trích cao độ mực nước ứng với các cấp lưu lượng nghiên cứu 70 Hình 3.18. Vị trí trích điểm mực nước và vận tốc khu vực nghiên cứu 70 Hình 3.19. Vị trí trích điểm mực nước khu vực nghiên cứu 71 Hình 3.20. Vị trí trích điểm mực nước và vận tốc khu vực nghiên cứu 72 Hình 3.21. Trị số mực nước cực đại trong lũ max (m) (hiện trạng) 72 Hình 3.22. Trị số vận tốc cực đại trong lũ max (m/s) (hiện trạng) 73 Hình 3.23. Bản đồ hướng dòng chảy trong lũ max (hiện trạng) 73 Hình 3.24. Trị số mực nước cực đại trong lũ trung bình (m) (hiện trạng) 74 Hình 3.25. Trị số vận tốc cực đại trong lũ trung bình (m/s) (hiện trạng) 74 Hình 3.26. Bản đồ hướng dòng chảy trong lũ trung bình (hiện trạng) 75 Hình 3.27. Trị số mực nước cực đại với cấp lưu lượng tạo lòng (m) (hiện trạng) 75 Hình 3.28. Trị số vận tốc cực đại với cấp lưu lượng tạo lòng (m/s)(hiện trạng) 76 Hình 3.29. Bản đồ hướng dòng chảy với cấp lưu lượng tạo lòng(hiện trạng) 76 Hình 3.30. Trị số mực nước cực đại trong lũ max (m) (PA công trình 1) 77 Hình 3.31. Hiệu mực nước cực đại giữa phương án công trình 1 và hiện trạng trong lũ max (m) 77 Hình 3.32. Trị số mực nước cực đại trong lũ trung bình (m) 78 Hình 3.33. Hiệu mực nước cực đại giữa phương án công trình 1 và hiện trạng 78 Hình 3.34a. Trị số mực nước cực đại với cấp lưu lượng tạo lòng (m) 79 Hình 3.34b. Hiệu trị số mực nước cực đại với cấp lưulượng tạo lòng (m) 79 Hình 3.35. Đường mực nước hiện trạng và khi có công trình PA1 – lũ max 80 Hình 3.36. Đường mực nước hiện trạng và khi có công trình PA1 – lũ TB 80 Hình 3.37. Đường mực nước hiện trạng và khi có công trình PA1 – tạo lòng 81 Hình 3.38. Trị số mực nước cực đại trong lũ max (m) 81 (phương án công trình 2) 81 Hình 3.39. Hiệu mực nước cực đại giữa phương án công trình 2 và hiện trạng trong lũ max (m) 82 Hình 3.40. Trị số mực nước cực đại trong lũ trung bình (m) 82 Hình 3.41. Hiệu mực nước cực đại giữa phương án công trình 2 và hiện trạng trong lũ trung bình (m) 83 Hình 3.42. Trị số mực nước cực đại với cấp lưu lượng tạo lòng (m) 83 Hình 3.43. Hiệu mực nước cực đại giữa phương án công trình 2 và hiện trạng với cấp lưu lượng tạo lòng (m) 84 Hình 3.44. Đường mực nước hiện trạng và khi có công trình PA1 và PA2 - lũ max 84 Hình 3.45. Đường mực nước hiện trạng và khi có công trình PA1 và PA2- lũ trung bình 85 Hình 3.46. Đường mực nước hiện trạng và khi có công trình PA1 và PA2 – lưu lượng tạo lòng 85 Hình 3.47. Trị số vận tốc cực đại trong lũ max (m/s) 86 Hình 3.48. Hiệu trị số vận tốc cực đại trong lũ max (m/s) (PA công trình 1) 86 Hình 3.49. Trị số vận tốc cực đại trong lũ tạo lòng (m/s) 87 Hình 3.50. Hiệu trị số vận tốc cực đại trong lũ tạo lòng (m/s) 87 Hình 3.51. Trị số vận tốc cực đại trong lũ max (m/s) 88 (phương án công trình 2) 88 Hình 3.52. Hiệu trị số vận tốc cực đại trong lũ max (m/s) 88 (phương án công trình 2) 88 Hình 3.53. Trị số vận tốc cực đại với cấp lưu lượng tạo lòng (m/s) 89 Hình 3.54. Hiệu trị số vận tốc cực đại với cấp lưu lượng tạo lòng (m/s) 89 Hình 3.55. Mặt bằng qui hoạch chỉnh trị phương án chọn 94 [...]... dòng sông và chỉnh trị sông, trong đó có các vấn đề chỉnh trị sông phân lạch 1.2 CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1 Nguyên nhân hình thành sông phân lạch Do định nghĩa có khác nhau về sông phân lạch nên các nhà khoa học trên thế giới cũng có nhiều nghiên cứu về nguyên nhân hình thành đoạn sông phân lạch Trong luận văn chỉ đề cập đến loại sông phân lạch ở đoạn tiếp cận cửa sông vùng đồng bằng. .. dòng đầu lạch Garona, Pháp phụ, trên sông Rhine, Đức Hình 1.2 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Châu Âu c) Ở châu Á: Trung Quốc là quốc gia có nhiều sông lớn như Dương Tử (Trường Giang), Hoàng Hà, … các đoạn sông phân lạch không ổn định tồn tại khắp nơi nên việc chỉnh trị sông phân lạch rất phát triển Ở Trung Quốc, chỉnh trị sông phân lạch chủ 14 yếu phục vụ luồng lạch giao thông thủy, phần... lạch trên sông Hồng Măt bằng bố trí công trình chỉnh trị đoạn Dền - sông Đuống Công trình chỉnh trị đoạn sông phân Công trình chỉnh trị đoạn sông phân lạch Kênh Giang trên Sông Kinh Thầy lạch Quảng Huế - Vu Gia Hình 1.4 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Việt Nam Sau đây mô tả một số công trình tiêu biểu 1.3.3.1 Các công trình chỉnh trị thành công, [16], [17],[24], [27] a) Công trình chỉnh trị. .. bịt lạch phụ để tăng cường cho lạch chạy tàu Ở Nhật Bản, Triều Tiên, Hàn Quốc … các đoạn sông phân lạch qua thành phố đều được tôn tạo thành yếu tố cảnh quan thu hút du lịch Công trình đón dòng đoạn sông Chỉnh trị đoạn phân lạch trên sông phân lạch Nhạc Dương trên sông Bắc, Quảng Đông, Trung Quốc Trường Giang, Trung Quốc Hình 1.3 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Châu Á 1.3 CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN... dòng sông là địa giới hành chính - Do vậy, sông phân lạch đã trở thành đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới 1.1.2 Các vấn đề nghiên cứu Tổng quan các nội dung nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước và trên thế giới về sông phân lạch từ trước đến nay, có thể gom lại ở 7 vấn đề sau: 1 Điều kiện hình thành và phát triển sông phân lạch 2 Phân loại sông phân lạch 3 Những vấn đề thủy. .. Thọ (trên sông Thao), Tuyên Quang (trên sông Lô), Vụ Quang (trên sông Phó Đáy) và Sơn Tây (trên sông Hồng) Để có được điều kiện biên thuỷ lực, thuỷ văn cho đoạn sông nghiên cứu, luận văn sử dụng mô hình toán 1D chạy cho mạng lưới sông Để giải quyết các vấn đề đặt ra của đề tài, đối với các vấn đề thuỷ động lực không ổn định, biến đổi lòng dẫn, tiến hành nghiên cứu trên mô hình toán 1D và 2D Mô hình toán. .. các yêu cầu khai thác của đoạn sông, đề xuất các bước xây dựng hợp lý, làm cơ sở khoa học đủ tin cậy cho công việc thiết kế công trình, phục vụ ổn định lòng dẫn và tuyến luồng đoạn Trung Hà phục vụ giao thông thủy 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a) Đối tượng nghiên cứu + Sông phân lạch Trung Hà trên sông Đà, đoạn sông không chịu ảnh hưởng của thủy triều; + Công trình mỏ hàn có kết cấu khối đặc trong... vùng phân lưu và hợp lưu thường có ngưỡng cạn dẫn tới đoạn sông phân lạch thường gây trở ngại cho giao thông đường thủy Trong giai đoạn lạch mới phát triển cũng gây xói lở mạnh uy hiếp đến sự an toàn của đê điều, vùng dân cư 12 1.2.3 Công trình chỉnh trị đoạn sông phân lạch Chỉnh trị sông phân lạch thường có nhiều mục tiêu, song phát triển sớm nhất và phổ biến nhất là chỉnh trị sông phần lạch phục vụ. .. trình ĐK trong lạch phụ 1.3.3 Các công trình chỉnh trị đoạn sông phân lạch đã xây dựng Nghiên cứu lý thuyết không có nhiều, song nghiên cứu ứng dụng thì không ít Chỉnh trị sông phân lạch ở Việt Nam bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ trước với các công trình chỉnh trị đoạn Dền trên sông Đuống Phần lớn công trình chỉnh trị sông phân lạch đã xây dựng đều xuất phát từ yêu cầu ổn định luồng lạch và cải tạo... qui mô lớn về loại này, nếu có thì cũng ở giai đoạn thử nghiệm, thăm dò Thành công đã có, thất bại đã có Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm tài liệu tham khảo trong quá trình đào tạo, nghiên cứu và thiết kế quy hoạch chỉnh trị sông 7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH 1.1 CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ SÔNG PHÂN LẠCH 1.1.1 Nhu cầu nghiên cứu đoạn . 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán 48 CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG MÔ HÌNH HEC-RAS VÀ MÔ HÌNH MIKE21C NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH TRUNG HÀ TRÊN SÔNG ĐÀ 55 3.1. XÁC. trình, phục vụ ổn định lòng dẫn và tuyến luồng đoạn Trung Hà phục vụ giao thông thủy. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a) Đối tượng nghiên cứu + Sông phân lạch Trung Hà trên sông Đà, đoạn sông. kè chỉnh trị đoạn sông phân lạch Trung Hà 95 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 0.1. Khu vực nghiên cứu tổng thể 4 Hình 0.2. Khu vực nghiên cứu cục bộ 4 Hình 1.1. Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch