Nghiên cứu tác động của các hoạt động nạo vét khai thác cát đến sự biến đổi dòng chảy, bùn cát, lòng dẫn ở đoạn sông phân lạch trên sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM  HỒ VIỆT CƯỜNG NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG NẠO VÉT KHAI THÁC CÁT ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI DÒNG CHẢY, BÙN CÁT, LỊNG DẪN Ở ĐOẠN SƠNG PHÂN LẠCH TRÊN SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 62–58–02–02 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2015 Công trình hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Mạnh Hùng PGS.TS Nguyễn Ngọc Quỳnh Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Trung Việt Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Đình Lương Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện Họp Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội vào hồi … … ngày … tháng … năm 2015 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Hà Nội - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Trên sông vùng ĐBSCL có nhiều đoạn sơng phân lạch, biến đổi dịng chảy diễn biến hình thái chúng gây nhiều ảnh hưởng xấu tới đời sống, môi trường người dân vùng Điển hình đoạn phân lạch khu vực cù lao Ơng Hổ (sơng Hậu), cù lao Long Khánh (sơng Tiền), cù lao An Bình (sơng Cổ Chiên), cù lao Đồng Phú (sông Tiền),… Trong năm qua, biến động lịng dẫn phát triển mạnh lạch đoạn sơng làm xói sâu lịng dẫn thường xuyên gây sạt lở, nhiều nhà cửa, đường giao thơng, cơng trình sở hạ tầng ven sông bị sụp đổ xuống sông, gây thiệt hại nặng nề Ngược lại, lạch phụ, tượng bồi lấp hình thành cù lao, bãi gây tắc nghẽn thoát lũ, cản trở giao thông thủy, ngập lụt, ô nhiễm môi trường lâu dài có nguy bị lấp lạch Ở Việt Nam hoạt động khai thác cát sông, khai thác cát đoạn sông phân lạch sôi động, song chưa có nghiên cứu chuyên sâu ảnh hưởng hoạt động khai thác cát tới chế độ thủy động lực dòng chảy, bùn cát, để phục vụ cho việc chỉnh trị ổn định lâu dài đoạn sông phân lạch Với yêu cầu thực tiễn cần ổn định đoạn sông phân lạch, nhu cầu khai thác cát để phục vụ ngành kinh tế xã hội NCS lựa chọn đề tài luận án “Nghiên cứu tác động hoạt động nạo vét khai thác cát đến biến đổi dòng chảy, bùn cát, lịng dẫn đoạn sơng phân lạch sơng Cửu Long” mong muốn đóng góp phần nhỏ bé vào lĩnh vực chỉnh trị sông, mà cụ thể khai thác cát kết hợp với nạo vét để chỉnh trị đoạn sông phân lạch vùng ĐBSCL 0.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN Hình thái dịng sơng sản phẩm q trình tương tác dịng chảy lòng dẫn, với yếu tố trung gian trình vận chuyển phân bố bùn cát Nếu yếu tố thay đổi gây hiệu ứng làm thay đổi yếu tố khác Khi khai thác cát kết hợp với nạo vét lịng sơng đoạn sơng phân lạch làm thay đổi hình dạng, kích thước mặt cắt,… tỷ lệ phân lưu dòng chảy, chế độ thủy lực, bùn cát đoạn sông phân lạch bị thay đổi theo Luận án nghiên cứu mối quan hệ yếu tố dòng chảy, yếu tố bùn cát với đặc trưng hình thái lịng dẫn điều kiện có ảnh hưởng hoạt động nạo vét khai thác cát Đây vấn đề mới, Việt Nam chưa có đề tài luận án sâu nghiên cứu Kết nghiên cứu luận án sở khoa học cho việc điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát vào lạch đoạn sông phân lạch Qua xác định quy mơ khai thác cát, kết hợp nạo vét chỉnh trị nhằm điều hòa dòng chảy, ổn định lịng dẫn cho đoạn sơng Đề tài nghiên cứu đề cập tới vấn đề khai thác tài nguyên thiên nhiên (cát sơng) kết hợp nạo vét, tạo lịng dẫn thơng thống, đáp ứng u cầu lũ, giao thông thủy, Đồng thời giữ ổn định cho đoạn sông phân lạch (đoạn sông thường không ổn định, có tranh chấp lạch lạch phụ) có ý nghĩa mặt khoa học mang tính ứng dụng thực tiễn cao 0.1 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN  Mục đích nghiên cứu 1- Nghiên cứu mối quan hệ đặc trưng dòng chảy, bùn cát hình thái lịng dẫn đoạn sơng phân lạch đơn Từ làm sở khoa học cho việc định hướng giải pháp chỉnh trị đoạn sông phân lạch đơn 2- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hoạt động nạo vét khai thác cát đến chế độ thủy lực dịng chảy diễn biến hình thái đoạn sông phân lạch đơn, làm sở đề xuất kỹ thuật nạo vét khai thác cát hợp lý, hiệu đảm bảo ổn định chung cho tồn đoạn sơng  Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết thiết lập công thức mô tả mối quan hệ tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát với yếu tố đặc trưng thủy lực, đặc trưng hình thái đoạn sơng phân lạch đơn - Phân tích xây dựng quan hệ thực nghiệm đặc trưng thủy lực dòng chảy, bùn cát hình thái lịng dẫn đoạn sơng phân lạch đơn sơng Cửu Long - Tính tốn đánh giá ảnh hưởng việc nạo vét khai thác cát đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy lạch, thay đổi chế độ thủy lực, bùn cát hình thái đoạn sơng phân lạch đơn - Nghiên cứu giải pháp, phương án nạo vét khai thác cát hợp lý, kết hợp với chỉnh trị để ổn định lịng dẫn cho đoạn sơng phân lạch đơn 0.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN - Đối tượng nghiên cứu luận án sông phân lạch vùng ĐBSCL, tập trung nghiên cứu số đoạn phân lạch điển hình trọng điểm khai thác cát sông Tiền sông Hậu - Luận án tập trung nghiên cứu biến đổi yếu tố dòng chảy, bùn cát lịng dẫn đoạn sơng phân lạch đơn ảnh hưởng hoạt động nạo vét khai thác cát 0.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Luận án sử dụng tổng hợp số phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp kế thừa để thu thập tài liệu, số liệu bản, hệ thống hóa xử lý kết nghiên cứu có liên quan ; Phương pháp điều tra khảo sát thực địa nhằm bổ sung tài liệu, số liệu mới, tình hình trạng đoạn sơng phân lạch để phục vụ công tác nghiên cứu, phân tích kiểm tra kết tính tốn ; Phương pháp chỉnh lý phân tích số liệu thực đo ; Phương pháp mơ hình tốn mơ hình vật lý ; Phương pháp chuyên gia để tham vấn ý kiến chuyên gia có kinh nghiệm nội dung nghiên cứu luận án 0.6 NHỮNG ĐÓNG GĨP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1- Xây dựng cơng thức lý thuyết công thức thực nghiệm dạng rút gọn sử dụng để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy (β), tỷ lệ phân chia bùn cát (S) vào lạch cho đoạn sông phân lạch đơn sông Cửu Long dựa thơng số lịng dẫn (chiều rộng B, độ sâu H, chiều dài lạch L diện tích mặt cắt ướt A) đoạn sông 2- Xây dựng biểu đồ quan hệ để đánh giá hiệu việc nạo vét nhằm điều chỉnh tỷ lệ phân lưu cho đoạn sông phân lạch đơn vùng ĐBSCL 3- Xác định mức độ, phạm vi, vị trí khai thác cát tối ưu đề xuất giải pháp chỉnh trị thích hợp cho đoạn sơng phân lạch đơn khu vực thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang 0.3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TÁC ĐỘNG CỦA KHAI THÁC CÁT VÀ CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KHAI THÁC CÁT Cát sỏi lịng sơng dạng tài ngun khống sản quốc gia, nguồn vật liệu xây dựng sở hạ tầng, san lấp mặt bằng, chế tạo thủy tinh, trang trí mỹ thuật,… Tùy theo trữ lượng nhu cầu khai thác sử dụng nguồn tài nguyên quốc gia, mà vấn đề khai thác cát nghiên cứu ảnh hưởng khai thác cát quan tâm theo mức độ khác Ở nước phát triển Mỹ, Châu Âu, Úc, có thời gian dài nghiên cứu hồn thiện kỹ thuật, công nghệ, nên việc quản lý khai thác cát tiến hành quy củ, Nghiên cứu ảnh hưởng khai thác cát Việt Nam thực tế quan tâm khoảng 10 năm trở lại đây, tức từ khoảng năm 2000 tới So với nghiên cứu khác nghiên cứu khai thác cát ảnh hưởng khơng nhiều lắm, tổng hợp thành số hướng nghiên cứu sau: - Nghiên cứu đánh giá tình hình khai thác cát ảnh hưởng khai thác cát tới môi trường sinh thái chung - Nghiên cứu tác động khai thác cát tới chế độ thủy động lực lòng dẫn đoạn sơng - Nghiên cứu chế sách quy định cho việc khai thác cát để giảm thiểu tác động bất lợi Hướng nghiên cứu thứ có số lượng nhiều Hướng nghiên cứu thứ hai mang tính chun mơn sâu lĩnh vực động lực sơng có số lượng nghiên cứu kết mang lại hạn chế Trên sở hai hướng nghiên cứu trên, nhà quản lý đề xuất quy trình, quy định, sách cho hoạt động khai thác cát 1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ SƠNG PHÂN LẠCH 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sông phân lạch giới Cho đến hầu hết nghiên cứu bản, chuyên sâu sông phân lạch chủ yếu tập trung số nước phát triển như: số nước Âu Mỹ, Trung Quốc Liên Xơ trước Ngồi nghiên cứu chỉnh trị sông phân lạch chủ yếu thực nước có nhiều sơng phân lạch, phát sinh nhiều vấn đề thực tiễn ảnh hưởng sông phân lạch Trung Quốc, Ấn Độ, Sri Lanka, Hiện có hướng nghiên cứu chủ yếu sông phân lạch là: (1) Dựa vào chế độ thủy động lực dịng chảy đoạn sơng để nghiên cứu, dự báo biến động sông phân lạch (2) Dựa vào yếu tố hình thái để nghiên cứu, dự báo diễn biến hình thái sơng phân lạch Hai hướng nghiên cứu sở cho hướng nghiên cứu thứ ba (có thể nghiên cứu kết hợp hướng trên), là: (3) Nghiên cứu chỉnh trị đoạn sơng phân lạch 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sơng phân lạch Việt Nam Nghiên cứu động lực học dịng sơng Việt Nam nói chung, bắt đầu quan tâm, phát triển từ sau giải phóng miền Bắc 1954 Mặc dù hệ 1.1 thống sông lớn Việt Nam sông Hồng - Thái Bình, sơng Mã, sơng Cả, sơng Vu Gia - Thu Bồn, sơng Cửu Long, sơng Sài Gịn - Đồng Nai, có nhiều đoạn sơng phân lạch, song nghiên cứu liên quan tới vấn đề cịn Những năm gần yêu cần cấp thiết thực tế xuất số nghiên cứu ứng dụng để phục vụ việc chỉnh trị, giữ ổn định cho đoạn sông phân lạch cụ thể 1.3 NHẬN XÉT CHUNG VỀ CÁC THÀNH TỰU VÀ TỒN TẠI TRONG NGHIÊN CỨU SÔNG PHÂN LẠCH VÀ KHAI THÁC CÁT 1.3.1 Các thành tựu nghiên cứu đạt Hiện nay, nghiên cứu khai thác cát ảnh hưởng quan tâm nhiều nước phát triển có Việt Nam, nhu cầu khai thác cát phục vụ phát triển KTXH tăng cao ảnh hưởng hoạt động khai thác cát tới môi trường tự nhiên xã hội phức tạp vấn đề nóng quốc gia Đối với sơng phân lạch, nghiên cứu chưa có nhiều chưa sâu tính chất phức tạp nó, song nghiên cứu sơng phân lạch đạt thành tựu khoa học định Trong hướng nghiên cứu sơng phân lạch là: Nghiên cứu chế độ thủy động lực dòng chảy; Nghiên cứu hình thái diễn biến hình thái; Nghiên cứu chỉnh trị sơng phân lạch hướng thứ hai hướng thứ ba đạt nhiều thành tựu Những nghiên cứu mang tính sở sông phân lạch nhà khoa học Âu Mỹ, Nga, Trung Quốc đưa từ nửa cuối kỷ trước tập trung nhiều vào nghiên cứu hình thái Từ đặt móng cho nghiên cứu sâu hơn, rộng sau Nghiên cứu sông phân lạch Việt Nam vài chục năm gần thu thành tựu đáng khích lệ, nghiên cứu chỉnh trị sơng phân lạch Những cơng trình chỉnh trị sông phân lạch miền Bắc sông Cửu Long thời gian qua công việc khó khăn phức tạp, song số khu vực trọng điểm chỉnh trị ổn định đoạn sông Thành công lớn nghiên cứu từ nhiệm vụ cụ thể thu nhiều kinh nghiệm quý báu chỉnh trị sông phân lạch 1.3.2 Những vấn đề tồn (liên quan đến nội dung luận án) Trong nghiên cứu sơng ngịi, nghiên cứu sơng phân lạch đến mức độ khiêm tốn so với sơng đơn dịng Vấn đề tương tác động lực hai nhánh, vấn đề phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát phân lạch cần tiếp tục nghiên cứu, làm rõ Đối với nghiên cứu khai thác cát ảnh hưởng khai thác cát cịn mang nhiều tính định tính định lượng chi tiết Trong khai thác cát khoa học, cần nghiên cứu ổn định đoạn sơng với quan hệ hình thái, dịng chảy xác định tiêu chuẩn để từ định hướng cho khai thác cát thực theo tiêu chuẩn Như vừa đạt mục tiêu chỉnh trị ổn định đoạn sông, vừa đạt mục tiêu khai thác cát lớn hạn chế tới mức tối đa tác động bất lợi khai thác cát gây dịng sơng Từ vấn đề tồn việc khai thác cát, mục tiêu nghiên cứu luận án xác định việc nghiên cứu gắn kết vấn đề chỉnh trị lịng dẫn để ổn định đoạn sơng phân lạch với việc khai thác cát hợp lý nhằm khắc phục bất cập khai thác cát 1.4 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1.4.1 Xác định vấn đề nghiên cứu Luận án nghiên cứu vấn đề sau: 1- Nghiên cứu đặc trưng dịng chảy, bùn cát hình thái lịng dẫn đoạn sơng phân lạch Trong sâu tìm hiểu xây dựng mối quan hệ tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát với yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái đoạn sơng phân lạch đơn (đoạn sơng có lạch) từ việc phân tích, chỉnh lý số liệu thực đo 2- Nghiên cứu biến động chế độ thủy lực dòng chảy, diễn biến lịng dẫn đoạn sơng phân lạch đơn ảnh hưởng hoạt động nạo vét khai thác cát, việc tính tốn mơ mơ hình tốn phân tích kết thí nghiệm mơ hình vật lý 3- Ứng dụng kết nghiên cứu luận án vào thực tiễn để tính tốn đề xuất phương án khai thác cát hợp lý, kết hợp khai thác cát nạo vét chỉnh trị lòng dẫn để ổn định lâu dài cho đoạn sơng phân lạch đơn điển hình hệ thống sơng Cửu Long 1.4.2 Giới hạn phạm vi nghiên cứu Luận án lấy đoạn sông phân lạch đơn làm đối tượng nghiên cứu hạn chế khu vực nghiên cứu sông phân lạch đơn khu vực ảnh hưởng thủy triều vùng đồng sông Cửu Long Luận án nghiên cứu mối quan hệ dòng chảy chiều từ thượng lưu hạ lưu (dòng chảy theo chiều dương +) khơng xét đến ảnh hưởng dịng triều khu vực nghiên cứu Kết nghiên cứu giải pháp nạo vét khai thác cát đề xuất luận án tập trung phân tích, đánh giá hiệu kỹ thuật không đề cập sâu hiệu kinh tế xã hội giải pháp 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I Qua phân tích tổng quan thành tựu nghiên cứu sông phân lạch khai thác cát ngồi nước, rút kết luận sau: Nghiên cứu sông phân lạch đạt nhiều thành tựu nghiên cứu bản, nghiên cứu ứng dụng Nhiều công thức bản, quan hệ thực nghiệm sông phân lạch thiết lập tiền đề cho nghiên cứu ứng dụng thành công cơng trình chỉnh trị thực tế Tuy nhiên vấn đề tương tác động lực nhánh, vấn đề phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát đoạn sơng phân lạch nói chung đoạn sơng phân lạch đơn nói riêng chưa làm rõ cần tiếp tục nghiên cứu Những nghiên cứu khai thác cát ứng dụng vào thực tiễn làm sở khoa học để xây dựng quy trình, quy phạm kỹ thuật phục vụ cơng tác quản lý cấp phép khai thác cát Nhưng hầu hết nghiên cứu đề cập đến ảnh hưởng khai thác cát vấn đề mơi trường, xã hội cịn nghiên cứu chuyên sâu tác động KTC đến biến đổi chế độ thủy lực dòng chảy, bùn cát diễn biến hình thái đoạn sơng Trên sở phân tích, đánh giá thành tựu tồn có liên quan đến đề tài luận án NCS xác định vấn đề, phạm vi đối tượng nghiên cứu luận án Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu trình bày Chương II luận án CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY LỰC, HÌNH THÁI CƠ BẢN 2.1.1 Định nghĩa phân loại đoạn sơng phân lạch Những đoạn sơng mà dịng chảy tách, nhập thành nhiều lạch cồn bãi bồi tụ lịng dẫn gọi sơng phân lạch, để thuận lợi cho việc nghiên cứu thường phân loại sông phân lạch sau: - Theo số lạch (số nhánh sơng): Theo cách phân loại có đoạn sông phân lạch đơn, phân lạch kép đa lạch - Theo mức độ ổn định: Có đoạn sơng phân lạch ổn định tương đối đoạn sông phân lạch khơng ổn định Ngồi ra, cịn dựa hình dạng mặt đoạn sông phân lạch để phân đoạn sông phân lạch thẳng cân đối đoạn sông phân lạch cong, lệch 2.1.2 Các yếu tố thủy lực, hình thái đặc trưng đoạn sơng phân lạch đơn Hình mơ tả mặt bằng, mặt cắt ngang yếu tố đặc trưng thủy lực, hình thái lịng dẫn đoạn sơng phân lạch đơn 2.1 Hình 2-1 Mơ tả mặt mặt cắt ngang đoạn sơng phân lạch đơn Trong mặt cắt I-I mặt cắt lịng dẫn đoạn sơng trước phân lạch, mặt cắt IV-IV mặt cắt hợp lưu sau phân lạch, mặt cắt II-II lạch chính, với lưu lượng dòng chảy Q1, mặt cắt III-III lạch phụ, với lưu lượng dịng chảy Q2 Các thơng số thủy lực, hình thái đoạn sơng phân lạch gồm: - Q1, Q2 Lưu lượng dịng chảy lạch chính, lạch phụ - U1, U2 Lưu tốc trung bình mặt cắt lạch chính, lạch phụ - J1, J2 Độ dốc thủy lực lạch chính, lạch phụ - n₁, n2 Hệ số nhám lịng sơng lạch chính, lạch phụ - H1, H2 Độ sâu trung bình mặt cắt lạch chính, lạch phụ - B1, B2 Chiều rộng trung bình mặt cắt lạch chính, lạch phụ - A1, A2 Diện tích mặt cắt ướt lạch chính, lạch phụ - χ₁, χ2 Chu vi mặt cắt ướt lịng dẫn lạch chính, lạch phụ - L1, L2 Chiều dài lạch chính, lạch phụ 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ TỶ LỆ PHÂN LƯU DÒNG CHẢY VÀ TỶ LỆ PHÂN CHIA BÙN CÁT CỦA ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN 2.2.1 Quan hệ tỷ lệ phân lưu dòng chảy với đặc trưng thủy lực, hình thái đoạn sơng phân lạch đơn Đối với đoạn sông phân lạch đơn gồm lạch, lưu lượng dòng chảy mặt cắt trước phân lạch tổng lưu lượng dịng chảy vào lạch lạch phụ theo nguyên tắc bảo toàn tổng lượng, tức là: Q0 = Q1 + Q2 (2-1) Nếu xét dòng chảy đoạn sông phân lạch nằm hai mặt cắt tách dòng (phân lạch) mặt cắt nhập dòng (hợp lạch), tổn thất dịng chảy theo lạch lạch phụ nhau, ta có: J1L1 = J2L2 (2-2) Đặt β1 tỷ lệ phân lưu dịng chảy qua lạch chính, tỷ số lưu lượng dịng chảy qua lạch với lưu lượng dịng chảy đoạn sông trước phân lạch, Q1 Thay Q0 từ (2-1) vào biểu thức nhận được: Q0 Q1 Q2 tương tự ta có   1  Q1  Q2  Q1  Q2   Q Từ (2-3) rút   Q2 1  (2-3) (2-4) Từ công thức tính lưu lượng dịng chảy, tích số lưu tốc trung bình mặt cắt diện tích mặt cắt ướt đó: Q = U.A (2-5) Nếu U tính theo cơng thức Chery U  C RJ Trong R bán kính thủy mặt cắt ướt tính tỷ số diện tích ướt chu vi ướt mặt cắt A diện tích mặt cắt ướt tích độ sâu trung bình mặt cắt ướt chiều rộng mặt cắt ướt A = H.B Thay U A vào (2-5) nhận được: Q  C RJ HB  (2-6) Từ (2-3) có 1  Q1 Q1  Q2  hay 1  1 Q2 Q1 (2-7) Thay Q tính cơng thức (2-6) vào cơng thức (2-7), với ý điền số biểu thị cho lạch lạch phụ, nhận được: 1  1 C2 R2 J H B2 (2-8) C1 R1 J1 H1 B1 Nếu tính hệ số nhám C công thức Maning C  1n R (2-8), sau số biến đổi đơn giản ta có: 2 1 thay vào  R   J   B H  n         2   (2-9) 1  R1   J1   B1H1  n2  J L Xuất phát từ (2-2) ta có  , thay vào công thức (2-9) nhận được: J1 L2  R   L   B H  n         2   1  R1   L2   B1H1  n2  (2-10) Hay       R2 L1  B2 H  n1    1           R1   L2   B1 H1  n2      1 (2-11) Với lập luận tương tự nhận công thức (2-12), xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua lạch phụ:  R   1     R2      L2   L1      B1 H  n2      B2 H  n1   1 (2-12) Trên sở công thức quan hệ (2-11) (2-12) ta thiết lập quan hệ tỷ số tỷ lệ phân lưu dòng chảy lạch sau:   2  R2   L1   B2 H  n1           1  R1   L2   B1H1  n2      (2-13)  Và ngược lại   1  R1   L2   B1H1  n2           2  R2   L1   B2 H  n1    (2-14)  Công thức (2-11), (2-12), (2-13) (2-14) công thức làm tiền đề cho việc xây dựng công thức gần để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch cho đoạn sông phân lạch đơn sông Cửu Long Đây công thức xác định tỷ lệ phân lưu phụ thuộc vào yếu tố đặc trưng hình thái độ nhám lịng dẫn hai lạch 2.2.2 Quan hệ tỷ lệ phân lưu dòng chảy tỉ lệ phân chia bùn cát đoạn sơng phân lạch đơn Lưu lượng dịng chảy lưu lượng vận chuyển bùn cát đoạn sơng có quan hệ với thơng qua biểu thức Qs=Q., theo tác giả Đinh Quân Tùng (Trung Quốc), cách gần tính tốn tỷ lệ phân chia lưu lượng bùn cát vào lạch sau: Nếu gọi S tỷ lệ phân chia lưu lượng bùn cát, đó: S1  QS1  QS1  QS  (2-15) Trong đó: QS1, QS2 lưu lượng bùn cát lạch lạch phụ Thay (QS1 = Q11) (QS2 = Q22) vào (2-15) ta có: S1  Q1 1  Q11  Q2 2  1  Q2 2   Q  1   (2-16) Trong đó:  hàm lượng bùn cát trung bình mặt cắt (kg/m3) Các số chân 1,2 biểu thị ký hiệu thông số lạch lạch phụ 1 sử dụng cơng thức (2-3) trên, sau biến đổi ta thu được: 2 1 S1  (2-17)  1       1  K s     Đặt K s  Công thức (2-17) cho thấy tỷ lệ phân chia bùn cát vào lạch, phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ phân lưu dòng chảy lạch Sau tính tỷ lệ phân lưu 1 , cần biết tỷ số hàm lượng bùn cát lạch Ks tính giá trị gần tỷ lệ phân chia bùn cát vào lạch 11        H L B2    1      H1   L2   B1     1 (3-4) Tỷ lệ phân lưu qua lạch phụ:    H1   L2   B1    2      H   L1   B2     1 (3-5) Như vậy, tỷ số tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua lạch với tỷ lệ phân lưu dịng chảy qua lạch phụ là:   1  H1   L2   B1            H   L1   B2    (3-6)  Các công thức (3-4), (3-5) (3-6) cơng thức gần đúng, sử dụng để xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch cho đoạn sông phân lạch đơn sông Cửu Long, dựa vào thơng số trung bình chiều dài, chiều rộng chiều sâu lòng dẫn 3.3 XÂY DỰNG QUAN HỆ THỰC ĐO GIỮA DÒNG CHẢY, BÙN CÁT VÀ CÁC YẾU TỐ LỊNG DẪN CỦA ĐOẠN SƠNG PHÂN LẠCH ĐƠN TRÊN SƠNG CỬU LONG 3.3.1 Phân tích quan hệ tỉ lệ phân lưu dòng chảy (β) với yếu tố thủy lực yếu tố hình thái lòng dẫn lạch Căn số liệu thực đo thu thập, xử lý Luận án tiến hành xây dựng quan hệ thực nghiệm tỷ lệ phân lưu dòng chảy (1/2) với yếu tố đặc trưng dòng chảy (Q1/Q2, U1/U2,), yếu tố đặc trưng lịng dẫn (B1/B2, H1/H2, A1/A2) lạch lạch phụ đoạn sông phân lạch đơn sơng Cửu Long Kết phân tích thể hình 3-1 a) Biểu đồ quan hệ: Hình 3-1 Quan hệ yếu tố thủy lực, hình thái tỷ lệ phân lưu dịng chảy lạch 12 b) Công thức quan hệ: Từ phương trình mơ tả đường cong quan hệ hình 3-1 ta xác định cơng thức quan hệ yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái lòng dẫn với tỷ số phân lưu dòng chảy vào lạch sau: Công thức Hệ số Công thức Số Yếu tố nguyên dạng tương quan chỉnh sửa hiệu 5,6132 Lưu tốc U U  1  1, 0084   2  U2  Chiều rộng B B  1  1, 0593   2  B2  Độ sâu H H  1  0,9754   2  H2  Diện tích A A  1  0,9749   2  A2  3,4 k U  1  a   2  U2  B  1  a   2  B2  H  1  a   2  H2  A  1  a   2  A2  R = 0,9088 1,7998 (3-7) 1,1k R = 0,9477 3,3231 R = 0,9765 1,1956 R = 0,9749 (3-8) 2k (3-9) 0,7 k (3-10) Ghi chú: Các hệ số (a) số mũ (k) phương trình làm trịn với chữ số sau dấu phẩy Các hệ số số mũ lấy với (a1,0) ( k   1, 67 ) 3.3.2 Phân tích quan hệ tỉ lệ phân chia bùn cát (s) với yếu tố thủy lực yếu tố hình thái lòng dẫn lạch Dựa số liệu thực đo ta xây dựng mối quan hệ tỷ lệ phân chia bùn cát vào lạch với yếu tố thủy lực yếu tố hình thái lịng dẫn lạch lạch phụ đoạn sông phân lạch đơn sông Cửu Long a) Biểu đồ quan hệ: Hình 3-2 Quan hệ yếu tố thủy lực, hình thái tỷ lệ phân chia bùn cát lạch b) Công thức quan hệ: Từ phương trình mơ tả đường cong quan hệ hình 3-2 ta xác định cơng thức quan hệ yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái lịng dẫn với tỷ lệ phân chia bùn cát vào lạch sau: 13 Yếu tố Công thức nguyên dạng Hệ số tương quan 5,0352 Lưu tốc U U  S1  1, 0299   S  U2  Chiều rộng B B  S1  1, 0749   S  B2  Độ sâu H H  S1  0,9984   S  H2  Diện tích A A  S1  1, 0542   S  A2  Công thức chỉnh sửa 3k R = 0,9 U  S  a   S  U2  B  S  a   S  B2  1,6202 R = 0,9453 2,9885 Số hiệu (3-11) k (3-12) 1,8 k R = 0,972 1,0751 R = 0,9703 H  S  a   S  H2  A  S1  a   S  A2  (3-13) 0.5 k (3-14) Ghi chú: Hệ số (a) số mũ (k) làm tròn với chữ số sau dấu phẩy Các hệ số số mũ lấy với (a1,0) ( k   1, 67 ) Như vậy, có thơng số trung bình vận tốc dịng chảy (U) thơng số đặc trưng hình thái lịng dẫn (B, H, A) đoạn sông phân lạch đơn, từ quan hệ thiết lập xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy (β), tỉ lệ phân chia bùn cát (S) vào lạch tương ứng 3.4 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA HOẠT ĐỘNG NẠO VÉT KHAI THÁC CÁT ĐỐI VỚI ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN BẰNG MƠ HÌNH TỐN VÀ MƠ HÌNH VẬT LÝ 3.4.1 Các kịch bản, trường hợp tính tốn nghiên cứu a) Các kịch nạo vét khai thác cát: Luận án tiến hành tính tốn, nghiên cứu với nhóm kịch nêu đây: - PA0: Phương án trạng để so sánh chưa có hoạt động nạo vét khai thác cát (lịng dẫn giữ ngun đoạn sơng tự nhiên) - PA1: Phương án nạo vét khai thác cát lạch phụ (lạch trái cù lao Mỹ Hòa Hưng), chiều dài nạo 2500m, cách mặt cắt phân lưu 600m phía hạ du, chiều rộng nạo vét 500m, chiều sâu nạo vét so với đáy lạch tự nhiên 3m, 5m, 7m, 10m, 15m - PA2: Phương án nạo vét khai thác cát lạch phụ, chiều dài nạo vét 3500m từ vị trí mặt cắt phân lưu, chiều rộng nạo vét 500m, chiều sâu nạo vét so với đáy lạch tự nhiên 3m, 5m, 7m, 10m, 15m - PA3: Phương án nạo vét khai thác cát toàn lạch phụ, mặt cắt phân lưu tới mặt cắt nhập lưu với chiều dài nạo vét 9280m, chiều rộng nạo vét trung bình 500m, chiều sâu nạo vét so với đáy lạch tự nhiên 3m, 5m, 7m, 10m, 15m b) Các trường hợp dòng chảy nghiên cứu: Các cấp lưu lượng nghiên cứu cho nhóm phương án Q=5000m3/s; 9000m3/s; 12500m3/s; 14000m3/s 16000m3/s 3.4.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nạo vét khai thác cát đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy đoạn sơng Kết tính tốn mơ mơ hình tốn 2D kết đo đạc thí nghiệm mơ hình vật lý cho thấy, sai khác hai phương pháp không lớn Cả hai phương pháp đến kết luận: Nếu nạo vét khai thác cát phần 14 khu vực phía đầu nhánh trái theo nhóm phương án PA1 PA2, thay đổi tỷ lệ phân lưu lạch không đáng kể, tăng từ 15% lưu lượng dòng chảy vào nhánh trái (lạch nạo vét) so với phương án trạng ảnh hưởng đến chế độ thủy lực dòng chảy hai nhánh sông Khi khai thác cát kết hợp nạo vét tồn lạch trái từ mặt cắt phân dịng đến mặt cắt hợp lưu theo nhóm phương án PA3, tỷ lệ phân lưu dịng chảy thay đổi rõ Lưu lượng lạch phải giảm bớt từ 7÷18% tùy theo cấp lưu lượng Lạch phải (lạch chính) Lạch trái (lạch phụ) Hình 3-3 Biến động tỉ lệ phân lưu dịng chảy vào lạch theo quy mơ nạo vét khai thác cát, ứng với cấp lưu lượng tạo lòng Q0=14000m3/s Từ kết nhận cho thấy, muốn thay đổi tỷ lệ phân lưu dòng chảy lạch việc nạo vét khai thác cát phải thực toàn tuyến 3.4.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nạo vét khai thác cát đến chế độ thủy động lực vận chuyển bùn cát a) Đánh giá thay đổi vận tốc dòng chảy: Vận tốc dịng chảy dịng phía thượng lưu nhánh phải (lạch chính) có xu giảm nạo vét khai thác cát nhánh trái (lạch phụ) Mức độ giảm phụ thuộc vào phương án nạo vét theo cấp lưu lượng, vận tốc dòng chảy lạch phải giảm mạnh thực nạo vét toàn lạch trái theo phương án PA3 Vận tốc dòng chảy lạch trái biến đổi phức tạp, phụ thuộc vào địa hình lòng dẫn khu vực khác Với phương án nạo vét PA1, PA2 PA3, vận tốc dịng chảy tuyến lạch trái có xu tăng lên Mức độ biến động vận tốc phụ thuộc vào quy mô nạo vét lạch trái theo cấp lưu lượng Lạch phải (lạch chính) Lạch trái (lạch phụ) Hình 3-4 Phân bố vận tốc mặt cắt ngang trước sau nạo vét toàn tuyến lạch trái (PA3) 15 b) Đánh giá thay đổi khả vận chuyển bùn cát: Lưu lượng vận chuyển bùn cát tổng cộng lạch phải giảm mạnh thực nạo vét mở rộng lòng dẫn toàn tuyến lạch trái theo phương án PA3 Lưu lượng bùn cát giảm mạnh độ sâu nạo vét khai thác cát lạch trái tăng từ 0÷7m Với độ sâu nạo vét lớn hơn, mức độ ảnh hưởng đến lưu lượng bùn cát vận chuyển bùn cát lạch phải tăng thêm không đáng kể Khả vận chuyển bùn cát lạch trái sau nạo vét cải thiện đáng kể, lưu lượng vận chuyển bùn cát lạch trái tăng mạnh độ sâu nạo vét khai thác cát tăng từ 0÷7m Lưu lượng vận chuyển bùn cát tổng cộng lạch trái tăng lên từ 36,83÷135,86% so với trạng tùy theo quy mô nạo vét, khả vận chuyển bùn cát tăng mạnh thực nạo vét toàn tuyến lạch trái theo phương án PA3 Lạch phải (lạch chính) Lạch trái (lạch phụ) Hình 3-5 Biến động lưu lượng vận chuyển bùn cát lạch phải lạch trái theo chiều sâu nạo vét theo cấp lưu lượng 3.4.4 Kết nghiên cứu hiệu khai thác cát kết hợp nạo vét lòng dẫn để điều chỉnh tỷ lệ phân lưu vào lạch Kết tính tốn hiệu điều chỉnh tăng tỷ lệ phân lưu vào lạch trái (lạch nạo vét) theo chiều sâu nạo vét khai thác cát ghi bảng 3-1 Bảng 3-1 Hiệu điều chỉnh tỷ lệ phân lưu vào lạch trái theo chiều sâu nạo vét khai thác cát Chiều sâu khai thác cát Hkt (m) Tỉ lệ chiều sâu Hkt/Htb 10 15 0.3 0.5 0.7 1.0 1.6 Ghi chú: Hiệu điều chỉnh tăng tỉ lệ phân lưu vào lạch trái (lạch nạo vét) - 2(%) Q=5000 Q=9000 Q=12500 Q=14000 Q=16000 (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) 7.94 11.85 14.92 15.82 16.58 9.35 13.62 17.05 18.07 18.71 8.65 12.30 15.36 16.26 16.88 8.56 12.16 15.18 15.87 16.33 8.22 11.59 14.37 15.07 15.60 H kt tỷ số chiều sâu khai thác cát độ sâu trung bình mặt H tb cắt lạch nạo vét (trong trường hợp nghiên cứu này, chiều sâu trung bình lạch trái trạng có Htb=9,56m) 16 Hình 3-6 Biểu đồ đánh giá hiệu tăng tỉ lệ phân lưu vào lạch theo chiều sâu nạo vét (β~Hkt), ứng với cấp lưu lượng Từ bảng đánh giá hiệu biểu đồ phân tích quan hệ hiệu tăng tỷ lệ phân lưu dòng chảy (β) vào lạch theo cấp chiều sâu nạo vét khai thác cát, rút số nhận xét sau: - Mức độ biến động tỷ lệ phân lưu dịng chảy phụ thuộc vào quy mơ nạo vét theo cấp lưu lượng - Tỉ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch cạn (lạch nạo vét) tăng mạnh tỷ số chiều sâu nạo vét khai thác cát độ sâu trung bình mặt cắt lòng dẫn  H  trạng đoạn sông  m  kt  nằm khoảng m ≤ 0,7 Khi giá trị (m) nằm H tb   khoảng từ 0,7÷1,0 hiệu tăng tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch nạo vét giảm mạnh Từ giá trị m > 1,0 trở lên, tỷ lệ phân lưu gần không tăng thêm tiếp tục tăng chiều sâu nạo vét Như thấy, việc khai thác cát kết hợp nạo vét chỉnh trị lòng dẫn để điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy lạch đạt hiệu lớn Hkt ≤ 0,7Htb Có nghĩa chiều sâu nạo vét (chiều sâu tăng thêm) nên nhỏ chiều sâu trung bình mặt cắt trạng lạch nạo vét (Hkt < Htb) Tuy nhiên, luận án phân tích từ số liệu nhận thơng qua việc thí nghiệm kiểm chứng mơ hình vật lý mơ mơ hình tốn cho đoạn sơng phân lạch đơn khu vực Long Xuyên, nên kết nghiên cứu có hạn chế Vì vậy, áp dụng cho đoạn sông phân lạch đơn khác vùng ĐBSCL cần thiết phải có nghiên cứu sâu Mặt khác, lựa chọn giải pháp nạo vét khai thác cát kết hợp với việc chỉnh trị cải tạo lòng dẫn cho tuyến lạch cạn, cần xem xét đến tính hiệu tỷ lệ phân lưu điều chỉnh theo độ sâu nạo vét phải lưu ý đến ổn định chung tồn đoạn sơng, hạn chế tối đa tượng sạt lở, bồi lắng biến động lớn chế độ thủy lực dòng chảy lạch sau nạo vét 17 KẾT LUẬN CHƯƠNG III Từ kết nghiên cứu cho phép NCS tới số kết luận: Khai thác cát kết hợp nạo vét đoạn sông phân lạch đem lại hiệu thực toàn tuyến Việc điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy lưu lượng vận chuyển bùn cát đoạn sông phân lạch đơn tác động vào yếu tố chiều sâu lòng dẫn (thay đổi độ sâu nạo vét khai thác cát) đem lại hiệu tốt so với việc thay đổi chiều rộng mặt cắt lòng dẫn Điều công thức xác định hệ số phân lưu dòng chảy (3-4), (3-5) (3-6), tỷ lệ phân lưu (β) phụ thuộc hàm mũ bậc 5/3 tỷ số độ sâu (H) phụ thuộc hàm bậc tỷ số chiều rộng (B) lạch Độ nhạy yếu tố lòng dẫn (B, H) tác động đến tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát lạch thể biều đồ quan hệ hình 3-1, hình 3-2 Kết nghiên cứu hiệu việc nạo vét để điều chỉnh tỷ lệ phân lưu mô hình tốn mơ hình vật lý cho thấy, chiều sâu nạo vét khai thác cát đạt tới giới hạn định (trường hợp nghiên cứu cụ thể luận án cho đoạn phân lạch Long Xuyên, xác định Hkt ≥ 0,7Htb) việc tiếp tục tăng độ sâu nạo vét không làm tăng hiệu điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy lạch, biểu đồ đánh giá thể hình 3-6 Xét trường hợp độ sâu chiều rộng nạo vét khai thác cát, ứng với cấp lưu lượng lớn tỷ lệ phân lưu sang lạch phụ lớn Các kết nghiên cứu ứng dụng vào thực tế để nghiên cứu đề xuất phương án khai thác cát kết hợp với nạo vét chỉnh trị lịng dẫn cho đoạn sơng phân lạch Long Xun, tỉnh An Giang Những tính tốn cụ thể trình bày Chương IV luận án 3.5 CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THỰC TẾ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHAI THÁC CÁT KẾT HỢP NẠO VÉT CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN KHU VỰC THÀNH PHỐ LONG XUYÊN THỰC TRẠNG ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH KHU VỰC THÀNH PHỐ LONG XUYÊN Đoạn sông phân lạch đơn khu vực cù lao Mỹ Hịa Hưng sơng Hậu thuộc thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang (còn gọi cù lao Ơng Hổ) có tọa độ địa lý từ 10022’ đến 10027’ vĩ độ bắc; 105024’ đến 105028’ kinh độ đông Đoạn sông chia thành lạch, nhánh phải dài 7120m chảy qua thành phố Long Xuyên, nhánh trái dài 9280m chảy qua địa bàn xã An Thạnh Trung Hịa Bình thuộc huyện Chợ Mới Đây đoạn sơng phân lạch có diễn biến hình thái mạnh, nhánh sông thời kỳ phát triển suy thối ln có tranh chấp lẫn Hiê ̣n tượng bồ i lắ ng sạt lở bờ sông vẫn còn tiế p tu ̣c xảy không có giải pháp chỉnh trị tở ng thể cho tồn đoạn sơng Đặc biệt bên lạch phải, viêc̣ xây dựng mô ̣t số công trình kè bờ khu vực TP Long Xuyên chỉ là giải pháp bi ̣ đô ̣ng đoạn sơng phát triển hố xói mới, xây dựng cơng trình bảo vệ bờ chưa thể giải quyế t vấ n đề xói lở khu vực 4.1 18 MỤC TIÊU VÀ YÊU CẦU CỦA VIỆC CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH KHU VỰC LONG XUYÊN Xuất phát từ thực trạng đoạn sơng, tình hình khai thác cát diễn dầm rộ, chưa định hướng kỹ thuật khó kiểm sốt Vấn đề đặt đảm bảo hoạt động khai thác cát để tận thu nguồn tài nguyên có giá trị, kết hợp việc khai thác với nạo vét chỉnh trị để tạo lịng dẫn đảm bảo trì ổn định lâu dài cho đoạn sông Nhiệm vụ cần thực là: - Tính tốn xác định thơng số chỉnh trị lòng dẫn để điều chỉnh hợp lý tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát nhánh - Xác định vị trí quy mô khai thác cát hợp lý đoạn sông - Đề xuất hạng mục cơng trình bổ sung nhằm ổn định đoạn sông 4.3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NẠO VÉT CHỈNH TRỊ KẾT HỢP KHAI THÁC CÁT CHO ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH LONG XUYÊN 4.3.1 Xác định thơng số chỉnh trị lịng dẫn đoạn sơng Dựa công thức quan hệ (3-4), (3-5), (3-6) đề xuất để xác định tỉ lệ phân lưu dịng chảy cho đoạn sơng phân lạch đơn sơng Cửu Long Đoạn phân lạch Long Xuyên có chiều dài lạch L1=7120m, lạch phụ có L2=9280m Sau thay giá trị L1, L2 vào công thức này, ta nhận cơng thức tính dạng đơn giản đây: 4.2     H  B2    1   0,876      H1   B1          H1  B1       1,142      H   B2        3 B    1 H   1  1,142      2 H B      1 (4-1) 1 (4-2) (4-3) Từ công thức (4-1), (4-2), (4-3) xây dựng, thấy: Tỉ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch đoạn sông phân lạch Long Xuyên thông số phụ thuộc vào tỷ số chiều rộng (B) chiều sâu (H) lạch Do để điều chỉnh lại tỷ lệ phân lưu dịng chảy đoạn sơng (điều chỉnh 1, 2), sử dụng giải pháp khai thác cát kết hợp với việc nạo vét cải tạo lịng dẫn để điều chỉnh thơng số B H lạch Căn vào mục tiêu, yêu cầu chỉnh trị điều kiện thực tế đoạn sông Các thông số chỉnh trị đoạn sông xác định sau a) Xác định tỷ lệ phân lưu điều chỉnh: Kết nghiên cứu diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy ổn định đoạn sông qua thời kỳ thấy rằng, đoạn sơng có ổn định tương đối trì tỷ lệ phân lưu qua lạch phải khoảng 60÷63% lạch trái 37÷40% Từ tỷ lệ phân lưu trạng đoạn sông, tỷ lệ phân lưu điều chỉnh xác định chuyển khoảng 10÷15% lưu lượng dòng chảy từ lạch phải sang lạch trái so với trạng Cơ cấu tỷ lệ phân lưu lạch sau chỉnh trị sau: + Tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua nhánh phải: 160% + Tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua nhánh trái: 240% 19 b) Xác định cấp lưu lượng chỉnh trị: Lưu lượng chỉnh trị cho đoạn sông lấy cấp lưu lượng tạo lịng sơng Hậu Long Xun với Qctrị=14000m3/s c) Xác định thông số mặt cắt lịng dẫn chỉnh trị: Kết tính tốn mặt cắt lịng sơng ổn định cho đoạn sơng Hậu khu vực Long Xuyên xác định chiều rộng chiều sâu lịng sơng ổn định với B*=700m H*=13,5m Phương án đề xuất nguyên trạng lòng dẫn tuyến lạch phải (lạch chính) trì thơng số trung bình mặt cắt lạch phải đảm bảo điều kiện ổn định đoạn sông với B1B*=700m ; H1H*=13,5m Để đạt tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch yêu cầu chỉnh trị xác định trên, cần phải thực nạo vét cải tạo lịng dẫn tồn tuyến lạch trái với thông số xác định sau: Chiều rộng mặt cắt chỉnh trị lấy chiều rộng mặt cắt lịng dẫn ổn định với B2B*=700m Áp dụng cơng thức (4-3) (3-9) luận án để tính tốn chiều sâu tối thiểu cần phải nạo vét (H2) Các thông số cụ thể mặt cắt lòng dẫn chỉnh trị đoạn phân lạch Long Xuyên xác định bảng 4-1 Bảng 4-1 Kết tính tốn thơng số mặt cắt chỉnh trị lịng dẫn cho đoạn phân lạch Long Xuyên sông Hậu Hiện trạng Thơng số Tỉ lệ phân lưu dịng chảy (%) Chiều rộng trung bình mặt cắt B(m) Chiều sâu trung bình mặt cắt H(m) Quy hoạch chỉnh trị Công thức Lạch phải Lạch trái ứng dụng (4-1) 1=60 2=40 (4-2) Lạch phải Lạch trái 1=74,65 2=24,57 B1=702,6 B2=386,7 B1=700 B2=700 H1=13,5 H2 =9,6 H1=13,5 H2 =11,5 (4-3) (3-9) 4.3.2 Xác định vị trí quy mơ khai thác cát hợp lý đoạn sông a) Xác định vị trí cần khai thác cát kết hợp nạo vét lịng dẫn: Việc khai thác cát kết hợp nạo vét cải tạo lòng dẫn ưu tiên thực khu vực lịng sơng bị bồi lấp, co hẹp suy giảm khả thoát lũ Để xác định vị trí nạo vét, NCS tiến hành tính tốn mơ chế độ thủy lực dịng chảy trạng đoạn sơng mơ hình tốn hai chiều MIKE 21FM với nhiều cấp lưu lượng khác Một số kết thể hình sau Cấp lưu lượng Q=5000 m3/s Cấp lưu lượng Q=16000 m3/s Hình 4-1 Phân bố trường vận tốc mặt địa hình trạng, ứng với cấp lưu lượng mô Q=5000m3/s Q=16000m3/s 20 Từ kết mô phỏng, đánh giá trạng khả lũ đoạn sơng thấy rằng, khu vực cần phải nạo vét, chỉnh trị sau: - Nạo vét khai thác cát toàn tuyến lạch trái (lạch cạn) để tận thu cát, kết hợp khai thác cát với việc nạo vét cải tạo lòng dẫn làm thơng thống dịng chảy, tăng khả lũ cho nhánh trái Các khu vực cần nạo vét gồm: KV1, KV2, KV4 bên nhánh trái KV5 bên nhánh phải Khu vực cần bạt mom để mở rộng lòng dẫn đoạn sơng co hẹp phía trước chợ Chưng Đùng (hình 4-2) Hình 4-2 Kiến nghị vị trí khai thác cát nạo vét cải tạo lòng dẫn cho đoạn sông phân lạch Long Xuyên - Không khai thác cát khu vực sông cong, đoạn sông có hố xói, cụ thể khu vực KV3 nhánh trái Chỉ cấp phép nạo vét khai thác cát với độ sâu tối đa nhỏ chiều rộng, chiều sâu lòng dẫn ổn định với Bkt ≤ 700m, Hkt ≤ 13,5m để khơng làm ổn định lịng sơng khu vực khai thác làm ảnh hưởng đến khu vực lân cận b) Xác định giới, quy mơ khai thác cát nạo vét lịng dẫn: Căn kết tính tốn thơng số mặt cắt chỉnh trị có xét đến điều kiện ổn định đảm bảo khả thoát lũ lạch theo tỷ lệ phân lưu điều chỉnh, giới quy mô khai thác cát xác định sau: - Nạo vét mở rộng khơi thơng dịng chảy tồn nhánh trái từ đầu cù lao đến cuối cù lao, phạm vi nạo vét cách bờ 100m, hệ số mái đào m=3 - Chiều rộng tuyến luồng nạo vét khai thác cát: Bkt max=600÷700m - Chiều sâu tuyến luồng nạo vét khai thác cát: Hkt max=11,5÷13,0m Hình 4-3 Mặt cắt ngang điển hình nạo vét khai thác cát nhánh trái, đoạn sông phân lạch Long Xuyên 21 4.3.3 Đề xuất công trình bổ sung để bảo vệ bờ ổn định tỷ lệ phân lưu cho đoạn sông Dựa kết mơ chế độ thủy lực dịng chảy xu diễn biến hình thái đoạn sông trước sau nạo vét khai thác cát Tại khu vực có lưu tốc dịng chảy lớn, chế độ động lực phức tạp, có nguy cao xói lở bồi lắng bố trí giải pháp cơng trình phù hợp nhằm bảo vệ bờ, ổn định tỷ lệ phân lưu cho đoạn sông Các hạng mục cơng trình đề xuất gồm: - Kè mõm cá đê đón dịng đầu cù lao Mỹ Hòa Hưng để điều chỉnh ổn định tỷ lệ phân lưu hai nhánh sông - Hệ thống kè gia cố, bảo vệ bờ phải bờ trái lạch - Kè mõm cá bảo vệ đơi cồn cù lao Mỹ Hịa Hưng 4.4 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SAU NẠO VÉT CHỈNH TRỊ ĐỐI VỚI ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH LONG XUYÊN 4.4.1 Đánh giá chung hiệu kỹ thuật Đánh giá hiệu sau nạo vét theo phương án đề xuất nhận thấy, việc điều chỉnh tỷ lệ phân lưu lạch có thay đổi tích cực theo xu có lợi cho đoạn sơng Lưu lượng dịng chảy chuyển từ lạch phải sang lạch trái tăng lên từ 2,35 ÷ 13,21% so với trạng Chế độ thủy lực dịng chảy tồn đoạn sơng sau nạo vét biến đổi theo xu có lợi hơn, vận tốc dịng chảy nhánh (lạch phải) giảm rõ rệt, giá trị giảm từ 0,02÷0,27m/s, riêng dịng chảy khu vực phân lưu giảm xuống từ 0,06÷0,36m/s Vận tốc dịng chảy tồn tuyến lạch trái tăng từ 0,03÷0,08m/s, khả thoát lũ lạch trái cải thiện tốt Kết mơ chế độ thủy lực dịng chảy mặt phân bố vận tốc sau nạo vét thể hình 4-4 Khu vực phân lưu Khu vực đoạn cạn cù lao Hình 4-4 Phân bố vận tốc dịng chảy mặt đoạn sơng, sau khai thác cát nạo vét toàn tuyến lạch trái Kết dự báo diễn biến xói/bồi lịng dẫn mặt mặt cắt ngang số vị trí khu vực cho thấy: Diễn biến lòng dẫn mặt cắt bên nhánh phải phía bờ thành phố Long Xun cho thấy, xói sâu giảm đáng kể so với trạng chưa nạo vét khai thác cát bên lạch trái Mức độ giảm xói sâu nhánh phải từ 0,5÷1,5m tùy mặt cắt Với xu diễn biến tốt làm giảm nguy sạt lở tuyến bờ khu vực thành phố Long Xuyên (hình 4-5, 4-6) Như vậy, thấy phương án khai thác cát kết hợp nạo vét cải tạo toàn tuyến lạch trái mang lại hiệu tổng hợp tốt Với phương án này, tỷ lệ 22 phân lưu dòng chảy điều chỉnh hợp lý hơn, tỉ lệ phân lưu nhánh trái tăng lên 13%, khả thoát lũ tồn đoạn sơng cải thiện Hình 4-5 Biến đổi địa hình lịng dẫn trước sau nạo vét Lạch phải (lạch chính) Lạch trái (lạch phụ) Hình 4-6 Dự báo diễn biến mặt cắt ngang trước sau nạo vét 4.4.2 Phân tích hiệu kinh tế, xã hội Khi thực giải pháp nạo vét khai thác cát kết hợp chỉnh trị lòng dẫn để ổn định đoạn sông phân lạch Long Xuyên, mang lại lợi ích hiệu kinh tế xã hội sau: - Tăng khả lũ, giảm thiểu xói lở, nhiễm mơi trường - Giải nhu cầu cung cấp vật liệu xây dựng san lấp cho tỉnh An Giang, Cần Thơ vùng lân cận, tăng thu ngân sách góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương - Góp phần giải phần cơng ăn việc làm cho phận không nhỏ lao động chỗ - Góp phần mở rộng khơi thơng luồng lạch tạo điều kiện lưu thơng hàng hóa thúc đẩy kinh tế phát triển Ngồi đoạn sơng chỉnh trị ổn định, chắn giảm thiểu thiệt hại người, tài sản, đất đai,… sạt lở gây Đây là hiệu có ý nghĩa mặt kinh tế tinh thần khơng thể tính được, mang lại sống bình yên cho nhân dân khu vực 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV Kết nghiên cứu luận án ứng dụng thành cơng để tính tốn xác định thơng số chỉnh trị lịng dẫn cho đoạn sơng phân lạch đơn khu vực thành phố Long Xuyên Bằng giải pháp nạo vét kết hợp khai thác tận thu tài nguyên cát toàn tuyến lạch trái, điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch trái tăng lên 13,21% so với trạng Các giải pháp kỹ thuật đề xuất để chỉnh trị phù hợp với điều kiện trạng đoạn sông, hiệu sau nạo vét khai thác cát cho thấy dòng chảy ổn 23 định, đặc biệt tỉ lệ phân lưu lạch điều chỉnh hợp lý Các biến động mực nước, lưu tốc không lớn, không phát sinh tượng thủy lực nguy hiểm (hố xói, vùng nước xốy, ) Lịng sơng diễn biến theo xu có lợi, giảm nguy sạt lở cho phía bờ lạch phải khu vực thành phố Long Xuyên Vận tốc dòng chảy sau nạo vét tăng mạnh giúp cải thiện khả thoát lũ làm giảm tượng bồi lắng, ngập lụt tuyến lạch trái Từ kết đạt cho thấy, tiến hành nghiên cứu sâu để mở rộng phạm vi ứng dụng kết nghiên cứu luận án cho đoạn sông phân lạch khác nước ta KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN Luận án tổng hợp phân tích tổng quan kết nghiên cứu ngồi nước sơng phân lạch nghiên cứu ảnh hưởng tác động hoạt động khai thác cát đến chế độ dòng chảy lòng dẫn dịng sơng Làm rõ hạn chế tồn kết nghiên cứu có liên quan đến đề tài luận án Xuất phát từ công thức thủy động lực học, luận án tiến hành phân tích lý luận thiết lập cơng thức tính tỷ lệ phân lưu dịng chảy cho đoạn sơng phân lạch đơn phụ thuộc vào yếu tố hình thái mặt cắt ngang, bán kính thủy lực hệ số nhám lịng dẫn lạch, có dạng: I  R 1  1     R1    L1     L2   B2 H     B1 H  n1   n2      1 ;  R   1     R2      L2   L1      B1 H  n2      B2 H  n1   1 Từ công thức này, sở số liệu thực đo phân tích đặc điểm tự nhiên sông Cửu Long, nghiên cứu sinh đơn giản hóa đề xuất cơng thức xác định tỷ lệ phân lưu dòng chảy cho đoạn sông phân lạch đơn sông Cửu Long với độ xác tương đối, sử dụng để tính toán sơ tỷ lệ phân lưu trạng xác định thông số quy hoạch chỉnh trị, quy mô nạo vét khai thác cát Các công thức gồm:        H L B2    1      H1   L2   B1     1 ;        H L B1    2      H   L1   B2     1 ;   1  H1   L2   B1            H   L1   B2       Trong (L1,L2), (B1,B2) (H1,H2) thơng số chiều dài, chiều rộng, chiều sâu trung bình lịng dẫn lạch lạch phụ Luận án sâu nghiên cứu đặc trưng thủy lực, bùn cát hình thái lịng dẫn đoạn sông phân lạch Từ số liệu thực đo số đoạn phân lạch đơn điển hình hệ thống sơng Cửu Long, phương pháp phân tích chỉnh lý số liệu bản, luận án xây dựng thành công số quan hệ thực nghiệm tỷ lệ phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát với yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái lịng dẫn đoạn sơng phân lạch đơn sơng Cửu Long điều kiện có xét đến ảnh hưởng hoạt động khai thác cát - Quan hệ tỷ lệ phân lưu dòng chảy với đặc trưng thủy lực, hình thái lịng dẫn lạch có dạng: 24 U  1  a   2  U2  3,4 k 1,1k B   a   2  B2  ; 1 H   a   2  H2  ; 1 2k A   a   2  A2  ; 1 0,7 k - Quan hệ tỷ lệ phân chia bùn cát với đặc trưng thủy lực, hình thái lịng dẫn lạch có dạng: 3k k 1,8 k U  B   H  S   a   ; S  a   ; S  a   S S  U2   B2  S  H2    ; S1  a  A1  S  A2  0,5 k Trong (a=1) (k=5/3) Từ quan hệ cho thấy độ nhạy yếu tố tác động tới tỷ lệ phân lưu dòng chảy, phân chia bùn cát vào lạch Đây sở cho việc định hướng hoạt động khai thác cát kết hợp nạo vét lịng dẫn nhằm mục đích chỉnh trị đoạn sông phân lạch, giải pháp điều chỉnh hợp lý tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch cho đoạn sông phân lạch đơn vùng đồng sông Cửu Long Thông qua nghiên cứu mô hình tốn thí nghiệm mơ hình vật lý, luận án phân tích xác định tác động việc nạo vét khai thác cát đến chế độ thủy lực dòng chảy diễn biến lòng dẫn đoạn sơng phân lạch Từ kết tính toán, xây dựng biểu đồ quan hệ đánh giá hiệu việc nạo vét lòng dẫn để điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy vào lạch theo quy mơ nạo vét khai thác cát (hình 3-6) Hiệu điều chỉnh lớn đạt Hkt ≤ 0,7Htb Có nghĩa chiều sâu nạo vét tăng thêm nên nhỏ chiều sâu trung bình mặt cắt lạch nạo vét (Hkt < Htb) Tuy nhiên, luận án phân tích từ số liệu nhận thơng qua việc đo đạc thí nghiệm mơ hình vật lý tính tốn mơ mơ hình tốn cho đoạn sơng cụ thể đoạn phân lạch Long Xuyên, nên kết hạn chế cần phải có thêm nghiên cứu kiểm chứng đoạn sông phân lạch đơn khác Kết nghiên cứu luận án ứng dụng vào thực tế để tính tốn thơng số chỉnh trị lòng dẫn đề xuất giải pháp nạo vét kết hợp với khai thác cát hợp lý, đảm bảo trì ổn định lâu dài cho đoạn sông phân lạch đơn khu vực thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang II NHỮNG HẠN CHẾ VÀ KIẾN NGHỊ Phương pháp nghiên cứu mơ hình vật lý cho lĩnh vực nghiên cứu luận án có nhiều ưu điểm bật, song hạn chế kinh phí điều kiện xây dựng mơ hình nên nghiên cứu sinh tham khảo số kết thí nghiệm từ đề tài, dự án có liên quan để làm sở cho việc kiểm chứng kết tính tốn nghiên cứu mơ hình tốn luận án Việc mở rộng phạm vi, đối tượng nghiên cứu luận án bị hạn chế thiếu số liệu để kiểm định, tính tốn, đặc biệt liệu dịng chảy, bùn cát địa hình lịng dẫn đoạn sông phân lạch Các công thức quan hệ thực nghiệm luận án xây dựng sở phân tích số liệu thực đo, số liệu thí nghiệm số đoạn sơng phân lạch đơn điển hình sơng Cửu Long Do phạm vi áp dụng kết nghiên cứu phù hợp cho sông vùng ĐBSCL Khi ứng dụng cho khu vực khác, cần kiểm định lại mức độ phù hợp Sông Cửu Long sông chịu ảnh hưởng thủy triều, nghiên cứu nghiên cứu sinh chưa đề cập tác động nó, hạn chế luận án Vấn đề cần sâu giải nghiên cứu tiếp sau DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN [1] Hồ Việt Cường “Nghiên cứu mối quan hệ yếu tố thủy lực, bùn cát hình thái lịng dẫn đoạn sơng phân lạch vùng đồng sông Cửu Long” Tạp chí KHKT Thủy lợi Mơi trường – Trường ĐHTL, số 46 tháng 9-2014 [2] Hồ Việt Cường “Nghiên cứu hiệu nạo vét khai thác cát kết hợp với chỉnh trị lịng dẫn để ổn định đoạn sơng phân lạch” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi – Viện KHTLVN, số 23 tháng 10-2014 [3] Hồ Việt Cường “Khả ứng dụng mơ hình Mike 21C nghiên cứu chế độ thủy lực dòng chảy dự báo diễn biến lòng dẫn khu vực sơng ảnh hưởng triều” Tạp chí Tài Ngun Nước – Hội Thủy Lợi Việt Nam, số 2-2012 [4] Hồ Việt Cường, Nguyễn Thị Ngọc Nhẫn “Xác định nguyên nhân sạt lở dự báo diễn biến lịng dẫn sơng Cần Thơ khu vực cầu Trà Niền mơ hình Mike 21C” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi – Viện KHTLVN, số tháng 5-2012 [5] Phạm Đình, Hồ Việt Cường “Phân tích ảnh hưởng khai thác cát lịng sơng đến mức độ hạ thấp mực nước mùa kiệt sơng Hồng” Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy lợi – Viện KHTLVN, số 25 tháng 02-2015 [6] Phạm Đình, Hồ Việt Cường “Xây dựng cơng thức tính lượng vận chuyển bùn cát sơng Hồng quan hệ hình thái lịng sơng giai đoạn 2009-2012” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi – Viện KHTLVN, số 23 tháng 102014 [7] Nguyễn Ngọc Quỳnh, Hồ Việt Cường “Xác định tiêu chuẩn kỹ thuật nghiên cứu thiết lập hành lang thoát lũ cho sơng” Tạp chí Khoa học cơng nghệ Thủy lợi – Viện KHTL, số tháng 9-2007 [8] Nguyễn Ngọc Quỳnh, Hồ Việt Cường, Soren Tjerry “Kết ứng dụng mơ hình tốn chiều MIKE 21C nghiên cứu dự báo diễn biến sông Hồng” Tuyển tập Khoa học công nghệ 50 năm Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Tập II, Năm 2009 ... CỦA ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN TỔNG QUAN VỀ SÔNG PHÂN LẠCH ĐƠN TRÊN SƠNG CỬU LONG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH THÁI Sơng phân lạch đơn loại hình sơng phân lạch tồn phổ biến hệ thống sông Cửu Long Đặc điểm... Cửu Long 1.4.2 Giới hạn phạm vi nghiên cứu Luận án lấy đoạn sông phân lạch đơn làm đối tượng nghiên cứu hạn chế khu vực nghiên cứu sông phân lạch đơn khu vực ảnh hưởng thủy triều vùng đồng sông. .. sông phân lạch khai thác cát ngồi nước, rút kết luận sau: Nghiên cứu sông phân lạch đạt nhiều thành tựu nghiên cứu bản, nghiên cứu ứng dụng Nhiều công thức bản, quan hệ thực nghiệm sông phân