Nghiên cứu chế độ thủy lực và giải pháp tiêu năng phòng xói công trình cống kênh cụt thành phố rạch giá, tỉnh kiên giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỖ VĂN ĐẠO NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI CƠNG TRÌNH CỐNG KÊNH CỤT THÀNH PHỐ RẠCH GIÁ, TỈNH KIÊN GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỖ VĂN ĐẠO NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI CƠNG TRÌNH CỐNG KÊNH CỤT THÀNH PHỐ RẠCH GIÁ, TỈNH KIÊN GIANG Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60 - 58 – 02 - 02 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS LÊ TRUNG THÀNH PGS.TS NGUYỄN THANH HẢI TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017 LỜI CAM KẾT CỦA TÁC GIẢ Tên là: Đỗ Văn Đạo Lớp cao học: CH23C11, chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Cơ sở – Đại học Thủy lợi Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu chế độ thủy lực giải pháp tiêu phòng xói cơng trình cống Kênh Cụt thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang” cơng trình nghiên cứu tơi Tơi thực hướng dẫn TS Lê Trung Thành PGS.TS Nguyễn Thanh Hải, đề tài chưa công bố tạp chí, sách báo Các trích dẫn số liệu sử dụng luận văn có độ xác cao phạm vi hiểu biết Nếu có điều sai trái, khơng với lời cam đoan này, Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 Người viết cam kết Đỗ Văn Đạo i LỜI CẢM ƠN Lời tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Lê Trung Thành PGS.TS Nguyễn Thanh Hải, người hướng hướng dẫn tận tình tơi để hồn thành luận văn Bên cạnh tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô giáo giảng dạy xuất trình học tập Cơ sở – Đại học Thủy lợi, anh chị Trung tâm Thủy Công & Thủy Lực – Viện khoa học Thủy lợi Miền Nam tạo điều kiện hướng dẫn tận tình Cuối tơi xin chân thành cảm ơn lòng người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên khích lệ tơi xuất q trình học tập hồn thành luận văn Vì thời gian hồn thành luận văn có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì mong nhận góp ý q thầy đồng nghiệp, bạn bè để tơi hồn thiện tốt q trình nghiên cứu cơng tác sau Xin trân trọng cảm ơn./ Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 Tác giả Đỗ Văn Đạo ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI CHO CỐNG VÙNG TRIỀU 1.1 Đặc điểm chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu cống 1.1.1 Nối tiếp chảy đáy sau bậc 1.1.2 Nối tiếp chảy mặt sau bậc 1.2 Các biện pháp tiêu phòng xói thượng hạ lưu cống 1.2.1 Tiêu thượng hạ lưu cống 1.2.2 Tiêu dòng chảy đáy, mặt, phóng xa 10 1.3 Nghiên cứu xói cục thượng hạ lưu cơng trình 13 1.3.1 Khái niệm 13 1.3.2 Diễn biến q trình xói 13 1.3.3 Đặc điểm cống vùng triều 14 1.3.4 Các dạng đặc trưng xói hạ lưu cống vùng triều 15 1.3.5 Một số cố cơng trình liên quan đến vấn đề xói lở 15 1.4 Một số kết nghiên cứu liên quan nước 16 1.5 Một số kết liên quan nước 16 Kết luận chương 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI CƠNG TRÌNH CỐNG VÙNG TRIỀU 20 2.1 Đặc điểm dòng chảy sau cống ý nghĩa tiêu phòng xói 20 2.1.1 Đặc điểm dòng chảy sau cống 20 2.1.2 Ý nghĩa tiêu phòng xói 21 2.2 Các vấn đề thủy lực phương hướng giải 21 2.2.1 Các vấn đề thủy lực 21 2.2.2 Xác định nguyên nhân dẫn đến tới bất lợi mặt thủy lực khu vực hạ lưu 22 iii 2.2.3 Phương hướng giải 23 2.3 Các phương pháp nghiên cứu diễn biến xói lở 23 2.3.1 Mơ hình toán 23 2.3.2 Điều tra thực địa 24 2.3.3 Mơ hình vật lý 24 2.3.4 Công nghệ ảnh viễn thám 25 2.4 Mơ hình vật lý lý thuyết tương tự 25 2.4.1 Khái niệm mơ hình vật lý 25 2.4.2 Lý thuyết tương tự thiết lập mơ hình nghiên cứu 26 2.5 Tổng quan mơ hình tốn Mike 21/3 Couple 28 2.5.1 Moduyn thủy động lực MIKE21 HD 29 2.5.2 Moduyn tính vận chuyển bùn cát Mike21 MT 31 2.6 Các bước thiết lập mơ hình Mike 21HD-MT 39 2.6.1 Xây dựng lưới mơ hình tính tốn 39 2.6.2 Thiết lập thông số mơ hình HD 40 2.6.2 Thiết lập thông số mơ hình MT 42 Kết luận chương 44 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI CHO CỐNG KÊNH CỤT 45 3.1 Tổng quan cống Kênh Cụt 45 3.1.1 Giới thiệu cống Kênh Cụt 45 3.1.2 Công tác thiết kế cống Kênh Cụt 46 3.1.3 Vấn đề giải tiêu phòng xói cho cống Kênh Cụt 47 3.2 Cơ sở lý luận giải pháp tiêu phòng xói 47 3.2.1 Đặc điểm làm việc cống Kênh Cụt 47 3.2.2 Cơ sở lý luận đề xuất giải pháp tiêu phòng xói 48 3.3 Phương pháp thực nghiệm mơ hình thủy lực 49 3.3.1 Mô hình thủy lực cống 49 3.3.2 Các tài liệu thí nghiệm mơ hình 49 3.3.3 Thiết kế mơ hình trình tự thí nghiệm 49 3.3.4 Mô trường hợp thiết kế 54 3.4 Mơ diễn biến thủy lực mơ hình Mike 21/3 54 3.4.1 Thiết lập mơ hình 54 iv 3.4.2 Kiểm định với mơ hình vật lý 56 3.4.3 Mô trường hợp đặc biệt mô diễn biến thủy lực tiêu phòng xói mơ hình chiều 59 3.5 Kết mơ hình vật lý mơ hình tốn, phân tích biện pháp phòng xói cơng trình 62 3.5.1 Phân tích kết mơ hình thực nghiệm 62 3.5.2 Phân tích kết mơ hình tốn 72 3.5.3 Phân tích biện pháp phòng xói cơng trình 84 Kết luận chương 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 Kết luận kết nghiên cứu 87 Kiến nghị 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 89 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nối tiếp chảy đáy sau bậc Hình 1.2 Nước nhảy chỗ Hình 1.3 Nước nhảy phóng xa Hình 1.4 Nước nhảy ngập Hình 1.5 Nối tiếp chảy mặt có ba trường hợp xảy Hình 1.6 Nối tiếp chảy mặt khơng ngập Hình 1.7 Khu cột nước cuộn Hình 1.8 Nối tiếp chảy mặt ngập Hình 1.9 Nối tiếp mặt – đáy ngập Hình 1.10 Nối tiếp chảy đáy hồi phục Hình 1.11 Chảy ngập hạ lưu Hình 1.12 Chảy ngập sau van Hình 1.13 Dòng chảy sau cống Hình 1.14 Bể tiêu 10 Hình 1.15 Tường tiêu 11 Hình 1.16 Bể kết hợp tường tiêu .11 Hình 1.17 Kè chống sạt lở hạ lưu cơng trình Thủy lợi Ngàn Trươi – Cẩm Trang (Vũ Quang – Hà Tĩnh) bị sạt lở nghiên trọng 15 Hình 2.1 Dòng chảy xoáy sau cống 20 Hình 2.2 Dòng chảy ngoằn ngèo sau cống 22 Hình 2.3 Đường quan hệ vận tốc lắng động nồng độ bùn cát lơ lửng 34 Hình 2.4 Phạm vi xây dựng lưới mơ hình nghiên cứu 39 Hình 2.5 Thiết lập dạng biên cho mơ hình 39 Hình 2.6 Lưới mơ hình biên thiết lập 40 Hình 2.7 Lưới chi tiết mơ cơng trình cống Kênh Cụt .40 Hình 2.8 Thơng số bước thời gian tính tốn hệ số CFL 41 Hình 2.9 Khai báo thông số cạn ngập 41 Hình 2.10 Thơng số nhớt Eddy 41 vi Hình 2.11 Hệ số nhám vùng nghiên cứu 42 Hình 3.1 Vị trí cơng trình 45 Hình 3.2 Số liệu địa hình địa chất khu vực 55 Hình 3.3 Lưới chi tiết khu vực cơng trình 56 Hình 3.4 Mơ khu vực cơng trình 56 Hình 3.5 Kết mơ hình vật lý 57 Hình 3.6 Kết trường vận tốc dòng chảy Mike HD 57 Hình 3.7 Kết mơ vật lý 58 Hình 3.8 Kết trường vận tốc dòng chảy Mike HD 58 Hình 3.9 Kết trường vận tốc dòng chảy (Mike 21HD Mike HD) Kịch KB1 60 Hình 3.10 Kết trường vận tốc dòng chảy (Mike 21HD Mike HD) Kịch KB2 60 Hình 3.11 Kết trường vận tốc dòng chảy (Mike 21HD Mike HD) Kịch KB3 61 Hình 3.12 Kết trường vận tốc dòng chảy (Mike 21HD Mike HD) Kịch KB4 61 Hình 3.13 Kết trường vận tốc dòng chảy (Mike 21HD Mike HD) Kịch KB5 62 Hình 3.14 Hiệu chỉnh cửa vào phía sơng phía biển ( phương án SĐCV 1) 68 Hình 3.15 Hiệu chỉnh cửa vào phía sơng phía biển ( phương án SĐCV 2) 69 Hình 3.16 Sửa đổi nối tiếp phía đồng (SĐTN 3) 70 Hình 3.17 Sửa đổi nối tiếp phía đồng (SĐTN 4) 70 Hình 3.18 Sơ đồ bố trí vị trí cống 73 Hình 3.19 Mơ vận tốc dòng chảy (Mike 21 HD) trường hợp ( Q=294,8 m3/s; ZB=0.23m; ZĐ=0.18m) 73 Hình 3.20 Mơ vận tốc dòng chảy mặt cắt dọc theo khoang cống 74 Hình 3.21 Mơ vận tốc dòng chảy Mike 21 HD (Q = 241,5 m3/s; ZB= 0,5m; ZĐ= 0,47m) 74 Hình 3.22 Mơ trường vận tốc dòng chảy mặt cắt dọc theo khoang cống 75 vii Hình 3.23 Mơ vận tốc dòng chảy (Q= 64,3 m3/s; ZB= -0,39m; ZĐ= -0,4 m) 76 Hình 3.24 Mơ vận tốc dòng chảy dọc khoang cống (Q= 64,3m3/s;ZB= -0,39; ZĐ=0,4) .76 Hình 3.25 Mơ vận tốc dòng chảy (Q= 294,8 m3/s; ZB= 0,23m; ZĐ= 0,18 m) 77 Hình 3.26 Mơ trường vận tốc dòng chảy (Q= 294,8 m3/s; ZB= 0,23m; ZĐ= 0,18 m) 78 Hình 3.27 Trường vận tốc dòng chảy mặt cắt dọc cống trường hợp đóng cửa 78 Hình 3.28 Trường vận tốc dòng chảy trường hợp đóng hai cửa bên 79 Hình 3.29 Trường vận tốc dòng chảy mặt cắt dọc qua khoang công 79 Hình 3.30 trường vận tốc dòng chảy trường hợp đóng hai cửa 80 Hình 3.31 Trường vận tốc dòng chảy mặt cắt dọc theo khoang cống 80 Hình 3.32 Mơ trường vận tốc dòng chảy tổng thể mơ hình ( Q = 482,3 m3/s; ZĐ = 0.33m; ZB = 0.23m) 81 Hình 3.33 Trường vận tốc dòng chảy mặt cắt dọc theo khoang cống ( Q = 482,3 m3/s; ZĐ = 0.33m; ZB = 0.23m) 82 Hình 3.34 Mơ trường vận tốc dòng chảy tổng thể kịch tính tốn 82 Hình 3.35 Mơ trường vận tốc dòng chảy mặt cắt dọc theo khoang cống kịch tính tốn .83 Hình 3.36 Trường vận chuyển bùn cát 84 Hình 3.37 Diễn biến xói .85 Hình 3.38 Diễn biến xói hai điểm P1 P2 85 viii ... dựng công trình thủy Cơ sở – Đại học Thủy lợi Tôi xin cam đoan đề tài Nghiên cứu chế độ thủy lực giải pháp tiêu phòng xói cơng trình cống Kênh Cụt thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang cơng trình. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỖ VĂN ĐẠO NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY LỰC VÀ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI CƠNG TRÌNH CỐNG KÊNH CỤT THÀNH PHỐ RẠCH GIÁ, TỈNH KIÊN GIANG. .. mơ hình thủy lực, kết hợp mơ hình tốn cần thiết Với lý học viên chọn đề tài “ Nghiên cứu chế độ thủy lực giải pháp tiêu phòng xói cơng trình cống Kênh Cụt thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang