Quy luật chuyển động của bùn cát trong sông

(+) SLOPE (-) (-) D (+) N SW C O M V N QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA BÙN CÁT TRONG SƠNG WATER AGGRADATION DEGRADATION EQUILIBRIUM Nguyen Hoang Duc TĨM TẮT NỘI DUNG O M 2.2 Đặc trưng hình học, V N 2.1 Khái niệm, phân loại, ý nghĩa nghiên cứu SW C 2.3 Đặc trưng vật lý bùn cát N 2.4 Đặc trưng thủy lực .V N M O C SW N PHÂN LOẠI BÙN CÁT V N M { Bùn cát lơ lửng (suspended load) Bùn cát đáy hay bùn cát di đẩy (bed load) „ „ „ Phân loại theo khả thành tạo lòng dẫn { { „ Chuyển động trượt Chuyển động lăn Chuyển động nhảy cóc N „ O { C „ Phân loại theo đường kính hạt Phân loại theo đặc điểm chuyển động SW „ Chất tạo lòng (bed-form) Chất khơng tạo lòng (chất mịn) (wash load) Phân loại theo tính dính kết 2.2 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA BÙN CÁT C 2.2.2 Đường cong cấp phối hạt bùn cát { { SW „ M { Kích thước hạt Hình dạng hạt O { V N 2.2.1 Kích thước hình dạng hạt bùn cát đơn lẻ Khái niệm Cách xây dựng N „ 2.3 ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ KLR khô, TLR khô KLR (thực) TLR (thực) C N „ „ „ „ „ SW „ Tỷ số khối lượng (trọng lượng) bùn cát sấy khơ 100-105oC thể tích ngun dạng (kể lỗ rỗng) - ρk γk (kg/m3 N/m3) ρk biến đổi lớn (3001700 kg/m3) = f (d, chiều dày lắng đọng, tgian lắng đọng, thành phần hố học, mức độ ngập ) Đường kính chiều dày lắng đọng có vai trò quan trọng ρk Hiện cơng thức tính TLR khơ chưa phổ biến, nên cần xác định cụ thể trường V N „ M Tỷ số khối lượng (trọng lượng) bùn cát sấy khô 105oC thể tích chặt (khơng có lỗ rỗng) - ρs γs (kg/m3 N/m3) Tỷ số phụ thuộc vào loại đá Khối lượng riêng trung bình bùn cát ρs = 2650 kg/m3; ρs thạch anh = 2650 kg/m3 γs bùn cát = 26.5×103 N/m3 Trọng lực riêng = 2.65 Hệ số Acsimet tbình a=1.65 O „ „ „ 2.4 ĐỘ THÔ THỦY LỰC V N M O RT C „ SW „ Khái niệm - định nghĩa độ thô thủy lực ω (cm/s) Các trạng thái chìm bùn cát nước tĩnh Ý nghĩa Gs N „ d1,5 mm CÁCH XÁC ĐỊNH ĐỘ THÔ THỦY LỰC LỰC CẢN = TRỌNG LỰC ⎛ω RT = C D ρ ⎜⎜ ⎝ ⎞ ⎟⎟ A ⎠ C Gs = K1 (γ s − γ ) d C D = 24 Re ωd ν πd RT Re = A= SW Trọng lực hữu hiệu O M V N Lực cản = f( Dtích hạt cát, hsố cản, tốc độ chìm) N CÔNG THỨC STOCK (1850) CÔNG THỨC NEWTON (1726) CÔNG THỨC GÔNTRARỐP CÔNG THỨC TRƯƠNG THỤY CẨN Gs CHƯƠNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA BÙN CÁT ĐÁY „ Sự khởi động bùn cát – lưu tốc khởi M V N động Sóng cát „ Suất chuyển cát đáy N SW C O „ 3.1 Sự khởi động bùn cát Lưu tốc khởi động Khái niệm: Lưu tốc khởi động bùn cát lưu tốc bình qn dòng nước làm cho hạt cát nằm đáy sông bắt đầu chuyển động (chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động) Ký hiệu Uo (m/s) Ý nghĩa „ U N { SW „ C O M „ V N { bùn cát khơng chuyển động => lòng sơng khơng xói lở (có thể ổn định bồi lắng) „ U>Uo => bùn cát chuyển động => lòng sơng bị xói lở N SW C O M V N III Đoạn sơng phân dòng III Đoạn sơng phân dòng Khái niệm chung N ⇒ SW C O M „ Hiện tượng phân dòng phổ biến sông tự nhiên, tạo đảo, bãi nhánh rẽ Đoạn sơng phân dòng, đặc biệt đoạn sơng phân dòng có lạch phức tạp => gây sạt lở bờ sơng, khơng có lợi cho việc phòng lũ; ảnh hưởng đến hoạt động cửa lấy nước phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp sinh hoạt; gây trở ngại cho giao thông vận tải thủy Cần nghiên cứu: vấn đề dòng chảy, hình thái mặt nước, bùn cát, tốc độ, lưu lượng, biến dạng lòng sơng nơi phân dòng hợp dòng, thoái hoá phát triển nhánh rẽ, chọn đường vận tải thủy, dự báo xu diễn biến, xây dựng cơng trình chỉnh trị đoạn sơng phân dòng V N „ III Đoạn sơng phân dòng Điều kiện hình thành dòng rẽ { Điều kiện địa chất địa mạo V N Điều kiện địa chất địa mạo „ Đường trục động lực dòng chảy mùa lũ mùa kiệt không thống => vào mùa lũ dòng bị xói sâu, vào mùa kiệt, dòng khác lại bị xói ⇒ hình thành hai dòng khác khu vực hai dòng có tốc độ bé, bùn cát bồi lắng nhanh thành bãi ⇒ bãi bồi cao kéo dài ra, lạch phát triển rộng sâu, lòng sơng mở rộng thêm, điều kiện dòng chảy thay đổi hẳn, bùn cát dễ bồi lắng phức tạp lòng sơng N { SW C O „ Sông tương đối rộng, bờ sông cấu tạo đất mềm => dễ xói => lòng sông dễ phát triển rộng; Hoặc nơi đoạn sơng rộng, hẹp xen kẽ nhau, dòng chảy sau khỏi nơi co hẹp, mở rộng => điều kiện thủy văn thủy lực thay đổi, tốc độ giảm đột ngột => bùn cát dễ bồi lắng lớn lòng sơng rộng thành bãi bồi lắng thành bãi bên, sau cắt dòng tạo thành bãi M „ III Đoạn sơng phân dòng SW C O M Đoạn sơng phân dòng có lạch phức tạp đoạn sơng phân dòng có nhiều dòng rẽ N „ V N Phân loại đoạn sông phân dòng – cách { Phân loại theo hình dạng bình diện: loại Đoạn sơng phân dòng có lạch phức tạp III Đoạn sơng phân dòng { Lạch kép có hai nhánh tương tự chiều rộng, chiều dài, độ dốc lưu lượng (hình a) Lạch kép có nhánh nhánh phụ (hình b) Nhánh có lưu lượng, chiều rộng lớn nhánh phụ lưu lượng chiều rộng bé Nhánh phụ thường có khả bị thối hoá nhánh phải đoạn cống Liên Mạc (1960) Lạch kép có nhánh thẳng nhánh cong (hình c) Hình a N { SW C O { V N Đoạn sơng phân dòng có lạch kép: đoạn sơng phân dòng có hai dòng rẽ Loại lại phân thành loại nhỏ: M „ Hình b Hình c III Đoạn sơng phân dòng Phân loại theo chiều dài tương đối (Makavêev) C O M V N Tỉ số chiều dài lạch l1 khoảng cách đoạn cong l2, đoạn sơng phân dòng chia thành ba loại: SW „ N { III Đoạn sơng phân dòng l2 Loại thường xuất sơng lớn, lạch dòng sơng Dòng chảy nơi phân lưu hợp lưu loại khơng có quan hệ với nhau, khơng ảnh hưởng đến Lạch trung bình tỉ số l1 = „ SW { C O M „ V N Phân loại theo chiều dài tương đối (Makavêev) „ Tỉ số chiều dài lạch l1 khoảng cách đoạn cong l2, đoạn sơng phân dòng chia thành ba loại: l1 { Lạch dài tỉ số >2 l2 Tình hình dòng chảy nơi phân lưu nơi hợp lưu loại có quan hệ với Sự phân phối lưu lượng thay đổi theo cấp mực nước Loại thường không ổn định N { { Lạch ngắn tỉ số „ l1 chướng ngại việc lại tàu bè sông „ Xuất tồn bãi bên, bãi sông, tam giác châu, ghềnh cạn N N SW C O M V N IV Ghềnh cạn IV Ghềnh cạn SW C O M V N Đặc điểm hình thành „ Ghềnh cạn hình thức tồn cục tất yếu dòng sơng thời kì phát triển „ Dưới tác dụng dòng nước, ghềnh cạn ln biến đổi, lúc bồi cao, lúc bị xói di chuyển qua lại theo chiều ngang „ Lòng sơng đoạn sơng đồng thường có bãi bên, bãi sơng khối bùn cát bồi lắng khác Khi dòng nước chảy qua hai khối cát so le hình thành dòng chảy vòng Ở điểm ngoặt dòng chảy vòng, bị chuyển hướng nhiễu loạn dòng chảy mà sức tải cát dòng nước yếu làm cho bùn cát lắng đọng hình thành ghềnh cạn „ Về mùa lũ, lượng bùn cát dòng nước đưa nhiều nên tốc độ bồi lắng nhanh làm cho ghềnh cạn cao lên nhanh; mùa cạn, lượng bùn cát bị xói nên trở ngại cho việc lại thuyền bè sơng „ Sau hình thành, ghềnh cạn lại ảnh hưởng ngược trở lại kết cấu dòng chảy chuyển động bùn cát => ảnh hưởng đến biến hình tồn lòng sơng N { IV Ghềnh cạn V N „ Ghềnh cạn nằm tam giác châu đoạn sơng có sức tải cát dòng nước giảm nhỏ đột ngột => bùn cát bồi lắng nhiều tạo thành dạng tam giác châu lục địa, dòng chảy thành nhiều nhánh sơng có tính chất hỗn loạn ghềnh cạn tán loạn thay đổi khơng có qui luật => bất lợi cho giao thông vận tải thủy Cải tạo loại ghềnh phức tạp cần thiết phải có biện pháp chỉnh trị tồn đoạn sơng có kết tốt ⇒ ⇒ „ C O M { SW { Phân loại ghềnh cạn Phân loại ghềnh cạn theo vị trí hình thành N Ghềnh cạn nơi lũng sông mở rộng { { Ở hạ lưu, lũng sông mở rộng => tốc độ dòng nước giảm => sức tải cát giảm => bùn cát bồi lắng nhiều => dễ hình thành ghềnh cạn Hình dạng ghềnh cạn loại liên quan đến vị trí tương đối bãi bên sông IV Ghềnh cạn Ghềnh cạn nơi lũng sông thu hẹp ⇒ Ghềnh cạn đoạn độ đoạn sông cong { { N „ SW C O - Lũng sông thu hẹp => làm cho mực nước thượng lưu dâng cao, giảm độ dốc mặt nước, giảm sức tải cát dòng nước gây bồi lắng lớn hình thành ghềnh cạn Quá trình phát triển ghềnh cạn chịu ảnh hưởng ba yếu tố: phạm vi dâng nước thay đổi dòng nước bãi già chảy vào tác dụng lái dòng nước bờ sơng vào thời kì nước lũ .V N { M „ Trên đoạn độ đoạn sơng cong, dòng chảy vòng chuyển hướng => tốc độ dòng nước giảm, bùn cát bồi lắng nhiều hình thành ghềnh cạn Đặc điểm ghềnh cạn sơng cong có vị trí tương đối cố định Chỉ di chuyển tồn sơng cong thay đổi Ngồi ra, q trình phát triển đoạn cong, bán kính cong giảm nhỏ làm hình dạng ghềnh cạn thay đổi theo IV Ghềnh cạn Ghềnh cạn nơi sơng phân dòng Ở nơi sơng phân dòng, sức cản nhánh rẽ khác dòng chảy bị uốn cong => thường có nước ứ lại dâng lên tương đối cao => gần nhánh dòng rẽ hình thành ghềnh cạn Ở gần cửa đoạn sơng phân dòng, chuyển cát thay đổi dòng chảy bị uốn cong nên ghềnh cạn có điều kiện hình thành bên nhánh có nhiều bùn cát Ghềnh cạn đoạn độ đoạn sông cong O C SW { M V N { N „ IV Ghềnh cạn „ Ghềnh cạn nơi có sơng nhánh chảy vào (nhập lưu) Ở nơi có sơng nhánh chảy vào, biên độ lên xuống sông nhánh khác với sơng chính, thời gian nước lên xuống khác => đoạn sơng nhánh phía ngã ba sơng thường có ghềnh cạn nước ứ đọng tạo thành Ở sơng phía hạ lưu ngã ba sơng, bùn cát sông nhánh bổ sung vào nên bị bồi thành ghềnh cạn Các loại cơng trình sông cầu, cống, đập dâng nước làm thay đổi kết cấu thủy lực dòng nước => dồn ứ nước cơng trình gây nên tạo điều kiện cho bùn cát bồi lắng tạo thành ghềnh cạn SW { C Ghềnh cạn gần cơng trình sơng N „ O M V N { ... tốc khởi M V N động Sóng cát „ Suất chuyển cát đáy N SW C O „ 3.1 Sự khởi động bùn cát Lưu tốc khởi động Khái niệm: Lưu tốc khởi động bùn cát lưu tốc bình quân dòng nước làm cho hạt cát nằm đáy... U>Uo => bùn cát chuyển động => lòng sơng bị xói lở 3.1 Sự khởi động bùn cát Lưu tốc khởi động N SW C O M V N Phân tích ngoại lực tác dụng vào hạt cát nằm lòng sơng 3.1 Sự khởi động bùn cát Lưu... bé, bùn cát chuyển động chậm „ => tốc độ nhỏ đến giới hạn bùn cát „ ngừng chuyển động „ => điểm A điểm dừng „ dòng nước A điểm dừng bùn cát (điểm„ dừng tạm thời, chuyển dịch xi) V N 3.2 Sóng cát