Nghiên cứu chế độ thủy lực và biến hình lòng dẫn khe trí khi xả lũ thiết kế

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Các thơng tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ lấy từ nguồn khác trích dẫn đầy đủ theo quy định Tác giả luận văn Lê Văn Thìn i LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực biến hình lòng dẫn Khe Trí xả lũ thiết kế” hồn thành với giúp đỡ, động viên mặt tập thể Trung tâm Nghiên cứu Phòng tránh Giảm nhẹ thiên tai – Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia Động lực học sông biển – Viện Khoa học Thuỷ lợi, Trường Đại học Thuỷ lợi Học viên bày tỏ biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Đăng Giáp, PGS.TS Nguyễn Quang Hùng hướng dẫn tận tình, chu đáo, đồng thời cung cấp tài liệu cần thiết để học viên hoàn thành luận văn Học viên chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Ngọc Quý thầy cô môn Thuỷ Công – Trường Đại học Thuỷ lợi chia sẻ, bảo, tạo điều kiện định hướng giúp đỡ học viên suốt trình thực luận văn Học viên chân thành cảm ơn cán thuộc Trung tâm nghiên cứu Phòng tránh Giảm nhẹ thiên tai tạo điều kiện giúp đỡ học viên mặt kỹ thuật, chuyên mơn, đồng nghiệp gia đình ln cổ vũ, động viên suốt trình thực Trong trình thực hiện, kiến thức học viên hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Học viên mong nhận bảo thầy, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp người quan tâm khác Tác giả luận văn Lê Văn Thìn i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích đề tài III Phương pháp nghiên cứu IV Dự kiến kết đạt CHƯƠNG 1, TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC VÀ GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN KHI XẢ LŨ .3 1.1, Tổng quan chung chế độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn, chỉnh trị sơng 1.1.1, Về chế độ thuỷ lực 1.1.2, Về biến hình lòng dẫn 1.1.3, Về thoát lũ 1.1.4, Về chỉnh trị lòng dẫn 1.2, Tổng quan 14 nghiên cứu 1.2.1, Các nghiên cứu chuyển nước lưu vực .14 1.2.2, Các nghiên cứu lòng dẫn chỉnh trị sơng [1] 15 1.2.3, Các nghiên cứu lòng dẫn Khe Trí có 16 1.3, Vấn đề đặt 17 hướng nghiên cứu 1.3.1, Vấn đề đặt .17 1.3.2, Giải vấn đề 17 1.3.3, Hướng nghiên cứu 18 1.4, Phạm vi cứu .19 nghiên 1.5, Các thông số lưu vực cơng trình tính tốn [4] 19 3 1.6, Kết 21 CHƯƠNG 2, THUỶ LỰC luận CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ ĐỘ 23 4 2.1, Cơ sở lý thuyết nghiên cứu chế độ thuỷ lực biến hình lòng dẫn, tính tốn ổn định 23 2.1.1, Mơ hình thuỷ lực Mike11 HD [5] 23 2.1.2, Mô hình tính thủy lực Mike 21FM HD Mike Flood [5] .27 2.1.3, Mơ hình tính vận chuyển trầm tích MIKE 21 ST [5] .29 2.1.4, Mơ hình tính tốn ổn định [6] 34 2.2, Sơ đồ nghiên cứu 36 2.3, Mô hình nghiên cứu cho lòng dẫn Khe Trí 37 2.3.1, Thiết lập mô hình MIKE 21FM cho miền mơ 37 2.3.2, Hiệu chỉnh mơ hình 42 2.3.3, Kiểm định mơ hình 45 2.4, Kết luận 47 CHƯƠNG 3, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN VÀ ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG THỐT LŨ LỊNG DẪN KHE VANG – KHE TRÍ .48 3.1, Kết tính tốn thuỷ lực biến hình lòng dẫn với lòng dẫn trạng 48 3.1.1, Kết tính tốn thuỷ lực 48 3.1.2, Kết tính tốn biến hình lòng dẫn 50 3.2, Đánh giá kết tính tốn trạng u cầu giải pháp ổn định lòng dẫn .51 3.2.1, Đánh giá kết tính tốn trạng 51 3.2.2, Yêu cầu lòng dẫn Khe Trí cơng trình vào vận hành 52 3.3, Các giải pháp đảm bảo ổn định lòng dẫn 52 3.3.1, Đề xuất giải pháp kết tính tốn .53 3.4, Chi tiết giải pháp thiết kế sở xác định 54 3.4.1, Bề rộng thoát lũ 54 3.4.2, Chi tiết giải pháp 55 3.5, Kết tính toán 60 3.5.1, Phương án XC-05 .60 3.5.2, Phương án XC-03 .63 5 3.5.3, Phương án XC-02 .66 3.5.4, Phương án XC-All 69 3.5.5, Phân tích khả xói lở lòng dẫn giải pháp phòng chống 72 3.6, Phân tích, lựa chọn phương án đảm bảo ổn định lòng dẫn Khe Trí đánh giá ổn định 77 3.6.1, Phân tích, lựa chọn phương án 77 3.6.2, Tính tốn ổn định 78 3.7, Kết luận 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .86 Kết luận 86 Tồn 87 Kiến nghị .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .88 PHỤ LỤC TÍNH TỐN .89 Kết tính tốn thuỷ lực phương án trạng: .89 Kết tính tốn thuỷ lực phương án XC-05: 96 Kết tính tốn thuỷ lực phương án XC-03: 103 Kết tính tốn thuỷ lực phương án XC-02: 110 Kết tính tốn thuỷ lực phương án XC-All: 117 6 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một số dạng kết cấu gia cố bờ (Nguồn – Internet) 10 Hình 1.2 Một số hình thức kè mái chống sạt lở bờ sơng (Nguồn – Internet) 10 Hình 1.3 Cấu tạo kè mỏ hàn (Nguồn – Internet) 11 Hình 1.4 Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sông (Nguồn – Internet) 11 Hình 1.5 Kè hồn lưu tác dụng phòng chống sạt lở, gây bồi (Nguồn – Internet) 12 Hình 1.6 Chỉnh trị luồng lạch cửa sông (Nguồn – Internet) .12 Hình 1.7 Internet) Khơi thơng luồng lạch, đảm bảo thoát lũ mùa mưa (Nguồn – 13 Hình 1.8 Phạm vi nghiên cứu đề tài 19 Hình 2.1 Sơ đồ sai phân hữu hạn điểm ẩn Abbott 24 Hình 2.2 Sơ đồ sai phân điểm ẩn Abbott mặt phẳng x~t .24 Hình 2.3 Nhánh sơng với điểm lưới xen kẽ 24 Hình 2.4 Cấu trúc điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu 25 Hình 2.5 Cấu trúc điểm lưới mạng vòng 25 Hình 2.6 Mơ dòng chảy qua cơng trình dạng tràn 26 Hình 2.7 Mơ dòng chảy qua cơng trình dạng cống 26 Hình 2.8 Mơ cách tính dòng chảy mưa sinh ruộng 27 Hình 2.9 Các mơ hình dòng chảy tràn họ MIKE 31 Hình 2.10 Kết nối hai bên mơ hình Flood cho lưu vực sơng 32 Hình 2.11 Kết nối MIKE 11 MIKE 21 .33 Hình 2.12 Kết nối mơ hình 1D 2D .33 Hình 2.13 Sơ đồ tính tốn ổn định mái dốc 34 Hình 2.14 Sơ đồ mạng sơng mơ mơ hình tốn chiều 37 Hình 2.15 Sơ đồ nghiên cứu luận văn .37 Hình 2.16 Mơ hình mơ thuỷ lực MIKE11 40 Hình 2.17 Mơ chiều mạng thuỷ lực Khe Trí .40 Hình 2.18 Sơ đồ lưới tính cho mơ hình MIKE FLOOD 41 Hình 2.19 Địa hình lưới tính cho mơ hình MIKE FLOOD 42 7 Hình 2.20 Quá trình lưu lượng biên Ngàn Trươi trận lũ năm 2007 .43 Hình 2.21 Quá trình lưu lượng biên Khe Trí nhập lưu Khe Trí 1, Khe Trí 2, Khe Trí trận lũ năm 2007 .44 Hình 2.22 Quá trình mực nước biên trận lũ năm 2007 trích từ MIKE 11 44 Hình 2.23 Q trình mực nước tính tốn vị trí thượng lưu cầu Khe Trí 44 Hình 2.24 Q trình lưu lượng nhánh sơng Ngàn Trươi 45 Hình 2.25 Quá trình lưu lượng biên Khe Trí nhập lưu Khe Trí 1, 2, trận lũ năm 2010 46 Hình 2.26 Quá trình mực nước biên nhánh sông Ngàn Trươi trận lũ 2010 46 Hình 3.1 Vị trí điểm trích kết mơ hình 48 Hình 3.2 Kết biến hình lòng dẫn phương án trạng .50 Hình 3.3 Địa hình trạng khu vực co hẹp số 05 55 Hình 3.4 Địa hình sau mở rộng 55 Hình 3.5 Mặt cắt điển hình mở rộng đoạn 05 .55 Hình 3.6 Địa hình trạng khu vực xói lở 03 .56 Hình 3.7 Địa hình sau mở rộng 56 Hình 3.8 Mặt cắt điển hình mở rộng đoạn 03 57 Hình 3.9 Địa hình trạng khu vực xói lở thứ 57 Hình 3.10 Địa hình sau mở rộng 58 Hình 3.11 Mặt cắt điển hình mở rộng đoạn 02 58 Hình 3.12 Địa hình chưa xoay trụ mở rộng cầu (hiện trạng nghiên cứu TS Nguyễn Đăng Giáp) 59 Hình 3.13 Địa hình sau xoay trụ mở rộng cầu (hiện trạng nghiên cứu này) 59 Hình 3.14 Kết biến hình lòng dẫn phương án XC-05 62 Hình 3.15 Kết biến hình lòng dẫn phương án XC-03 65 Hình 3.16 Kết biến hình lòng dẫn phương án XC-02 68 Hình 3.17 Kết biến hình lòng dẫn phương án XC-All 71 Hình 3.18 Sơ đồ phân bố lưu tốc mặt 73 Hình 3.19 Phân bố vận tốc lòng dẫn theo loại hình gia cố 76 8 Hình 3.20 Mặt cắt địa chất theo khảo sát vị trí co hẹp số 05 .81 Hình 3.21 Mặt cắt địa chất mô ổn định theo phương án thiết kế mở rộng vị trí co hẹp 05 81 Hình 3.22 Kết tính tốn sạt trượt vị trí co hẹp số (bờ trái) 83 Hình 3.23 Kết tính tốn sạt trượt vị trí co hẹp số (bờ phải) 83 Hình 3.24 Kết tính tốn sạt trượt vị trí co hẹp số (bờ phải) mực nước đạt cao trình +15.4m 84 Hình 3.25 Kết tính tốn sạt trượt vị trí co hẹp số (bờ Trái) mực nước đạt cao trình +15.4m 84 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thơng số sử dụng tính tốn : 21 Bảng 2.1 Bảng thơng số mơ hình 46 Bảng 3.1 Bảng đánh giá vị trí xói lòng dẫn Khe Trí: 49 Bảng 3.2 Bảng đánh giá vận tốc cực đại vị trí xói lòng dẫn Khe Trí: 49 Bảng 3.3 Vận tốc trung bình cho phép lớp áo, mặt gia cố nhân tạo .74 Bảng 3.4 Các hình thức gia cố quy mô tương ứng .75 Bảng 3.5 Toạ độ vị trí giải pháp mở rộng lòng dẫn 77 Bảng 3.6 Các trường hợp tính tốn 78 Bảng 3.7 Bảng tiêu lý mơ mơ hình Geo-Slope 82 viii 10 T T 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 K M L C ực u 109 Kết tính tốn thuỷ lực phương án XC-02: T T K Mự L C c u 1 1 2 2 3 110 T T 3 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 K M L C ực u 111 T T 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 K Mự L C c u 112 T T 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 K M L C ực u 113 T T 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 6 6 6 6 K Mự L C c u 114 T T 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 2 K M L C ực u 115 T T 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 K Mự L C c u 116 Kết tính tốn thuỷ lực phương án XC-All: T T K M L C ực u 1 1 2 2 3 117 T T 3 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 K Mự L C c u 118 T T 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 K M L C ực u 119 T T 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 K Mự L C c u 120 T T 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 6 6 6 6 K M L C ực u 121 T T 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 2 K Mự L C c u 122 T T 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 K M L C ực u 123 ... nên biến đổi đột ngột chế độ thuỷ lực vị trí co hẹp Đề tài Nghiên cứu chế độ thuỷ lực biến hình lòng dẫn Khe Trí xả lũ thiết kế nhằm nghiên cứu, đánh giá chế độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn. .. lòng dẫn Khe Trí xả lũ thiết kế - Xác định vị trí có biến đổi cục chế độ thuỷ lực lòng dẫn Khe Trí xả lũ thiết kế - Đề xuất giải pháp đảm bảo khả lũ ổn định lòng dẫn Khe Trí cơng trình vào vận... độ thuỷ lực, biến hình lòng dẫn khe Trí tốn trạng - Đề xuất giải pháp hạn chế biến đổi đột ngột chế độ thuỷ lực, ổn định lòng dẫn đảm bảo khả lũ lòng dẫn khe Trí III Phương pháp nghiên cứu - Phương