Nghiên cứu các giải pháp bảo vệ bờ biển tỉnh nghệ an

LỜI CẢM ƠN  Luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu hiệu số giải pháp công trình điều chỉnh lưu lượng nút phân lưu sơng Hồng – sơng Đuống" hồn thành nhờ hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Ngọc Quỳnh với đồng nghiệp Trung tâm Động lực sông – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ gia đình người thân Tác giả xin cảm ơn thầy cô Trường Đại học Thủy lợi, Khoa Cơng trình tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Cảm ơn lãnh đạo Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Động Lực Học Sông Biển; Cảm ơn lãnh đạo đồng nghiệp Trung tâm động lực sơng tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện tốt cho tác giả trình học tập làm luận văn Cảm ơn động viên giúp đỡ, chia sẻ, cổ vũ tinh thần người thân, gia đình bạn bè để tác giả hồn thành luận văn Do thời gian trình độ có hạn nên luận văn khơng thể tránh thiếu sót nên tác giả mong nhận ý kiến chia sẻ, đóng góp thầy cô, bạn bè đồng nghiệp để luận văn đáp ứng mục tiêu đề Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Hoàng BẢN CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, kết nghiên cứu thân, hướng nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu phát sinh thực tế kinh nghiệm thân tích lũy thời gian làm việc Các số liệu thu thập kết trích dẫn để phục vụ tính tốn có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ nguyên tắc Các kết trình bày luận văn khơng trùng lặp với kết công bố trước Hà Nội, Tháng 10 năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Hoàng MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 I ĐẶT VẤN ĐỀ .1 II Mục đích đề tài III PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN Phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM CHUNG VÀ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ KHU VỰC PHÂN LƯU SÔNG HỒNG – SÔNG ĐUỐNG 1.1 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1.1 Vị trí địa lý đoạn sông 1.1.2 Các đặc trưng chế độ thủy văn, thủy lực 1.1.3 Điều kiện địa chất 1.1.4 Các cơng trình xây dựng lân cận khu vực phân lưu sông Hồng – sông Đuống 10 1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU CHUNG VỀ PHÂN LƯU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN PHÂN LƯU SÔNG HỒNG – SÔNG ĐUỐNG 15 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 18 1.2.3 Những vấn đề nghiên cứu luận văn cần đặt 27 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG TỶ LỆ PHÂN LƯU TỪ SÔNG HỒNG VÀO SÔNG ĐUỐNG VÀ CÁC TÁC ĐỘNG ĐẾN QUẢN LÝ KHAI THÁC DỊNG SƠNG 28 2.1 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG TỶ LỆ PHÂN LƯU TỪ SÔNG HỒNG VÀO SÔNG ĐUỐNG 28 2.1.1 Các số liệu sử dụng cho phân tích 28 2.1.2 Phân tích biến động tỷ lệ phân lưu từ sông Hồng vào sông Đuống theo số liệu thực đo 30 2.1.3 Tỷ lệ phân lưu từ sông Hồng vào sông Đuống theo tính tốn 36 2.2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CÁC QUAN HỆ THỦY VĂN, LÒNG DẪN KHU VỰC PHÂN LƯU HỒNG - ĐUỐNG 37 2.2.1 Biến động quan hệ thủy văn sông Đuống 37 2.2.2 Biến động lòng dẫn khu vực phân lưu Hồng - Đuống 39 2.3 TÁC ĐÔNG CỦA SỰ GIA TĂNG TỶ LỆ PHÂN LƯU VÀO SÔNG ĐUỐNG 46 2.3.1 Tác động đến cơng tác quản lý phịng chống lũ 46 2.3.2 Tác động đến khả cấp nước mùa kiệt 47 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 48 2.4.1 Biến động thủy văn, thủy lực mang tính đột biến 48 2.4.2 Biến động lòng dẫn với xu xói sâu cửa vào ổn định mom phân lưu Bắc Cầu ( nằm sông Hồng sông Đuống) 48 2.4.3 Vấn đề phải giải biện pháp cần thực 49 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƯỚNG CÁC GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH HẠN CHẾ LƯU LƯỢNG TẠI NÚT PHÂN LƯU SÔNG HỒNG – SÔNG ĐUỐNG 50 3.1 CĂN CỨ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ .50 3.1.1 Theo yêu cầu hạn chế giảm tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống 50 3.1.2 Theo yêu cầu đảm bảo ổn định lòng dẫn (lòng sơng, bờ sơng) khu vực cửa góp phần ổn định tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống 51 3.2 ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP CHỈNH TRỊ .51 3.2.1 Nhiệm vụ phạm vi cơng trình 52 3.2.2 Phân tích đề xuất giải pháp cơng trình 52 3.2.3 Xây dựng phương án kịch nghiên cứu đánh giá hiệu hạn chế tỷ lệ phân lưu dựa giải pháp cơng trình đề xuất 54 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH HIỆU QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH CHỈNH TRỊ NHẰM HẠN CHẾ LƯU LƯỢNG VÀ ỔN ĐỊNH CỬA VÀO SÔNG ĐUỐNG .59 4.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .59 4.2 GIỚI THIỆU VỀ TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH VẬT LÝ LỊNG CỨNG 60 4.2.1 Nhiệm vụ mơ hình vật lý 60 4.2.2 Phạm vi thiết lập mơ hình 60 4.2.3 Thiết kế , xây dựng chế tạo mơ hình 62 4.3 CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU CƠNG TRÌNH ỔN ĐỊNH CỬA VÀO VÀ HẠN CHẾ TỶ LỆ PHÂN LƯU VÀO SÔNG ĐUỐNG 90 4.3.1 CƠNG TRÌNH KÈ PHÂN LƯU ĐẦU MOM BẮC CẦU 90 4.3.2 CƠNG TRÌNH LẤP HỐ XĨI CỬA VÀO SƠNG ĐUỐNG 93 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 I KẾT LUẬN .95 II KIẾN NGHỊ .96 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tần suất mực nước ngày giai đoạn 1999-2008 trạm thủy văn lân cận khu vực phân lưu sông Hồng – sông Đuống Bảng 1.2: Giá trị đặc trưng bùn cát qua thời kỳ Bảng 1.3: Cấu tạo địa chất mặt 10 Bảng 1.4: Tổng hợp cơng trình ngành thủy lợi 11 Bảng 1.5: Hệ thống mỏ hàn Tứ Liên - Trung Hà 12 Bảng 1.6: Hệ thống mỏ hàn Thạch Cầu 12 Bảng 1.7: Hệ thống mỏ hàn xây dựng Phú Gia - Tứ Liên 13 Bảng 1.8: Hệ thống mỏ hàn cọc xây dựng bãi Tầm Xá .14 Bảng 1.9: Tỷ lệ phân lưu sông Hồng nghiên cứu trước 20 Bảng 1.10: Tỷ lệ phân lưu sơng Thái Bình nghiên cứu trước 21 Bảng 1.11: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống theo kết phân tich đề tài KC08/06-10 ( năm 2010) 21 Bảng 1.12: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống quy hoạch thủy lợi đồng sông Hồng ( năm 2012) .22 Bảng 2.1: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống theo đặc trưng lưu lượng .31 Bảng 2.2: So sánh tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống thời kỳ .33 Bảng 2.3: Tỷ lệ phân lưu (%) vào sông Đuống mùa lũ mùa kiệt từ phân tích số liệu thực đo năm gần 34 Bảng 2.4: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống ứng với cấp Q tổng sông Hồng trước phân lưu 35 Bảng 2.5: Tỷ lệ phân lưu (%) vào sơng Đuống tính mơ hình tốn mơ hình vật lý với kịch thủy văn khác (địa hình 2012) 36 Bảng 2.6: Mực nước thời kỳ ứng với cấp lưu lượng trạm Thượng Cát 37 Bảng 2.7: Diễn biến cao độ trung bình đáy sơng bồi xói sơng Hồng 42 Bảng 2.8: Diễn biến cao độ trung bình đáy sơng bồi xói sơng Đuống 44 Bảng 2.9: Tổng hợp kết tính tốn gần tỷ lệ phân lưu mùa lũ .46 Bảng 2.10: Tỷ lệ phân lưu (%) mùa lũ vào sông Đuống 46 Bảng 2.11: Lưu lượng, mực nước sông Hồng, sông Đuống ứng với mực nước +2,2 m Hà Nội đảm bảo yêu cầu cấp nước tưới 47 Bảng 3.1: Bảng tổng hợp thông số giải pháp công trình 55 Bảng 3.2: Tổng hợp đề xuất phương án nghiên cứu 56 Bảng 3.3: Các kịch thủy thủy văn, thủy lực tính tốn .57 Bảng 3.4: Tổng hợp phương án kịch tính .58 Bảng 4.1: Các vị trí kiểm định mực nước 68 Bảng 4.2: Kết kiểm định mực nước mơ hình - kiệt thực đo 2011 69 Bảng 4.3: Kết kiểm định mực nước mơ hình - lũ thực đo 2011 69 Bảng 4.4: Kết kiểm định mực nước mơ hình - lũ max 2008 70 Bảng 4.5: Kiểm định vận tốc kiệt 2011 tuyến đo .71 Bảng 4.6: Kiểm định vận tốc mùa lũ 2011 tuyến đo 72 Bảng 4.7: Kết tính tóan tỷ lệ phân lưu phương án PA1 với phương án chi tiết chiều dài kè phân lưu khác .76 Bảng 4.8: Kết tính vận tốc ( trích Vmax) phương án PA1 với phương án chi tiết chiều dài kè phân lưu khác 76 Bảng 4.9: Kết tính tóan tỷ lệ phân lưu phương án PA2 với phương án chi tiết cao trình lấp hố xói khác 79 Bảng 4.10: Kết tính tóan vận tốc so chọn cho PA với phương án cao trình lấp hố xói khác đoạn cửa vào sơng Đuống 79 Bảng 4.11: Mô tả thông số phương án 82 Bảng 4.12: Kết đo đạc, phân tích tỷ lệ phân lưu phương án 85 Bảng 4.13: Kết tính tốn vận tốc lớn khu vực cửa vào sông Đuống 85 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Vị trí khu vực phân lưu sông Hồng – Đuống Hình 1.1: Các địa danh dọc theo đoạn sông nghiên cứu Hình 1.2: Biểu đồ mực nước cực trị trạm Hà Nội qua năm Hình 1.3: Cơng trình chỉnh trị xây dựng lân cận phân lưu Hồng – Đuống 11 Hình 1.4: Sơ đồ bố trí cụm cơng trình chỉnh trị Phú Gia – Tứ Liên xây dựng sông Hồng đoạn Hà Nội 13 Hình 2.1: Biểu đồ mơ tả biến động quan hệ Q-H Thượng Cát 37 Hình 2.2: Biến động mặt khu vực phân lưu Hồng - Đuống (1991 - 2003) .39 Hình 2.3: Biến động mặt khu vực phân lưu Hồng - Đuống (2000 - 2011) .39 Hình 2.4: Diễn biến mặt cắt ngang điển hình sơng Hồng – đoạn phân lưu .41 Hình 2.5: Diễn biến dọc sơng Hồng – đoạn phân lưu 41 Hình 2.6: Diễn biến số mặt cắt ngang cửa vào sơng Đuống 43 Hình 2.7: Diễn biến dọc sông Đuống .44 Hình 2.8: Hiện trạng xói sâu lịng sơng khu vực cửa vào sơng Đuống 45 Hình 3.1: Hiện trạng xói sâu lịng sơng khu vực cửa vào sông Đuống sạt lở mom phân lưu bãi Bắc Cầu 51 Hình 3.2: Mặt bố trí giải pháp cơng trình (lấp hố xói kè phân lưu) 55 Hình 4.1: Phạm vi thiết lập mơ hình vật lý đoạn phân lưu sơng Hồng – sông Đuống 61 Hình 4.2: Mơ tả bố trí mặt mơ hình vật lý .62 Hình 4.3: Thiết kế mặt mơ hình đoạn sơng ngã ba Hồng - Đuống 66 Hình 4.4: Xây dựng chế tạo mơ hình tổng thể .67 Hình 4.5: Biểu đồ phân bố V mùa kiệt năm 2011 (thời điểm 19h ngày 03/12) 72 Hình 4.6: Biểu đồ phân bố V mùa lũ năm 2011 .74 Hình 4.7: Vị trí mặt cắt trích kết đo đạc mơ hình .75 Hình 4.8: Mặt mơ tả phương án PA1: kè phân lưu Bắc Cầu 75 Hình 4.9: Mô tả phương án đại diện PA1 mô hình vật lý 76 Hình 4.10: Mặt mơ tả phương án PA1b: lấp hố xói cửa vào sơng Đuống 78 Hình 4.11: Mơ tả phương án đại diện PA1B mơ hình vật lý 79 Hình 4.12: Hình ảnh thí nghiệm phương án PA3 .84 Hình 4.13: Biểu đồ phân bố vận tốc thủy trực tuyến đo mặt 87 Hình 4.14: Mặt cơng trình kè phân lưu 91 Hình 4.15: Mặt cắt ngang kè phân lưu 92 Hình 4.16: Mặt cắt dọc kè phân lưu 92 Hình 4.17: Mặt bố trí cơng trình lấp hố xói cửa vào sơng Đuống 93 Hình 4.18: Mặt cắt ngang lấp hố xói cửa vào sơng Đuống 94 MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Sơng Hồng có phân lưu chuyển nước phù sa sang hệ thống sơng Thái Bình, sông Đuống sông Luộc, theo tài liệu thực đo tính tốn nhiều năm, qua hai phân lưu tổng cộng khoảng 35% - 40% lượng lũ sông Hồng chuyển qua hệ thống sơng Thái Bình trung bình lớn gấp lần lượng lũ sinh từ thân lưu vực sơng Thái Bình, lượng lũ sông Hồng sông Đuống chuyển sang thường lớn gấp lần lượng lũ từ thượng lưu sơng Thái Bình đổ về, tổ hợp lũ hạ du sơng Thái bình phức tạp, phụ thuộc lớn vào lũ sông Hồng, năm lũ sơng Hồng lớn, lũ hạ du sơng Thái Bình lớn Các nghiên cứu tỷ lệ phân lưu sông Hồng vào sông Đuống rằng, hàng chục năm qua, trước có hồ chứa thượng nguồn tỷ lệ có biến động đáng kể, theo kết nghiên cứu trước đây, so sánh thời kỳ (1988-1992) với thời kỳ (1961-1970) cho thấy: - Với Q HN = 10.000 m3/s, lưu lượng vào sông Đuống tăng khoảng 500m3/s - Với Q HN = 15.000 m3/s , lưu lượng vào sông Đuống tăng 1000 m3/s - Với Q HN = 20.000 m3/s, lưu lượng vào sông Đuống tăng 1500 m3/s Các kết nghiên cứu giai đoạn 1998 - 2000 Viện KHTL cho kết luận sau biến động tỷ lệ phân lưu sông Hồng sông Đuống hai thời kỳ (1981 -1989) (1991 - 1998) so sánh với thời kỳ (1961 - 1969); - Với Q HN = 5.000 m3/s, lưu lượng vào sông Đuống tăng 1,03% 1,1% - Với Q HN = 10.000 m3/s, lưu lượng vào sông Đuống tăng 3,0% 3,6% - Với Q HN = 15.000 m3/s, lưu lượng vào sông Đuống tăng 4,6% 5,0% - Với Q HN = 20.000 m3/s lưu lượng vào sông Đuống tăng 4,3% 4,6% Trong năm gần đây, tỷ lệ phân lưu từ sơng Hồng vào sơng Đuống lại có biến động gia tăng bất thường Các kết nghiên cứu gần đưa số liệu phân tích để minh chứng cho điều này: - Nghiên cứu trường Đại học Thủy lợi kết luận rằng: năm gần tiếp tục xu gia tăng tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống kể mùa lũ mùa kiệt, tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống mùa lũ từ năm 2000 đến liên tục tăng, trung bình khoảng 32% – 34% (tăng khoảng – 4% so với trước năm 1998); mùa kiệt, tỷ lệ phân lưu vào sông Hồng khơng thấy có biến động đáng kể nhiên tỷ lệ phân lưu sang sông Đuống hầu hết tháng năm có xu tăng giai đoạn 2002-2008 Đi theo biến động tỷ lệ phân lưu biến động quan hệ Q-H trạm thủy văn sau phân lưu sông Hồng – sông Đuống, mùa lũ so sánh năm 2007-2008 với thời kỳ trước năm 1998, trạm Hà nội thể gia tăng mực nước H với cấp lưu lượng Q, xu gia tăng mực nước H không rõ rệt so với giai đoạn năm 2000 –2002; mùa kiệt quan hệ QH lại có biến động lớn, trạm Hà Nội cấp lưu lượng 1000 m3/s, mực nước năm 2007-2008 hạ thấp 1,0 – 1,1 m so với năm 2001-2002, trạm Thượng Cát sông Đuống cấp lưu lượng 600 m3/s, mực nước vào năm 2007- 2008 hạ thấp 2,0 – 2,2 m so với năm 2001-2002 Bên cạnh biến động tỷ lệ phân lưu, biến động chế độ thủy lực, địa hình, lịng dẫn sơng Hồng trước phân lưu sông Hồng – sông Đuống cửa vào sông Đuống phức tạp Trong năm gần đây, sông Hồng thượng hạ lưu cửa Đuống xảy biến động lịng dẫn đáng kể, xói lở xảy liên tục bờ trái Tầm Xá thượng lưu cửa Đuống đoạn bờ trái từ cầu Long Biên đến hạ lưu cầu Chương Dương (khu vực Bồ Đê, Ngọc Lâm ) chưa có dấu hiệu dừng lại Tại cửa vào sơng Đuống năm từ 2007 đến nay, xói lở lại xảy mạnh hai bên đầu bãi Bắc Cầu Lịng sơng đoạn cửa vào sơng Đuống xói sâu đáng kể Sự biến động tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống dẫn đến tác động bất lợi cho việc quản lý khai thác dịng sơng sau phân lưu sông Đuống đoạn sông Hồng từ sau ngã ba đến cửa ra, tác động xảy là: - Sự gia tăng tỷ lệ phân lưu vào mùa lũ sông Đuống làm tăng thêm mối nguy hiểm cho hệ thống đê điều cơng trình kè vốn yếu sông Đuống - Mặc dù tỷ lệ phân lưu vào mùa kiệt có biến động với xu tăng vào sông Đuống các tháng kiệt thực chất mực nước mùa kiệt lại có xu ngày hạ thấp ứng với cấp lưu lượng sông Hồng sông Đuống gây ảnh hưởng bất lợi đến hoạt động bình thường hầu hết cơng trình lấy nước lớn sông Đuống sông Hồng Đồng thời lịng dẫn bị xói sâu làm hạ thấp q mức mực nước mùa kiệt làm đình trệ hoạt động giao thông ... mơ hình thủy lực 3D nghiên cứu chi tiết có liên quan đến giải pháp cơng trình phân lưu Các cơng cụ nghiên cứu thường sử dụng cho nghiên cứu mang tính nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình khu... sơng Hồng – Thái bình Các kết nghiên cứu có giá trị tham khảo tốt kế thừa nghiên cứu luận văn Các nghiên cứu đến năm 2000 ý nghĩa tham khảo so sánh nghiên cứu Các nghiên cứu từ 2010 -2012 cập... Đuống Các yếu tố lịng dẫn bùn cát khơng đề cập nghiên cứu luận văn 5 IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các phương pháp nghiên cứu sử dụng là: Phương pháp điều tra thực địa: Điều tra thực địa đoạn sông nghiên