Những nội dung nghiờn cứu về hiệu quả của cỏc loại cụng trỡnh trong chỉnh trị sụng phõn lạch sẽ đƣợc tiến hành thụng qua thớ nghiệm trờn MHVL.
2.2.2.1. Mục tiờu nghiờn cứu
Xỏc định hiệu quả phõn chia lại lƣu lƣợng của cỏc sơ đồ giải phỏp cụng trỡnh (riờng rẽ và tổ hợp) với cỏc tham số bố trớ khụng gian khỏc nhau trong lũng dẫn đoạn sụng phõn lạch (lấy lũng dẫncự lao ễng Hổ làm đối tƣợng nghiờn cứu).
2.2.2.2. Cơ sở nghiờn cứu
Phũng thớ nghiệm trọng điểm Quốc gia về sụng biển, số 1, ngừ 165, đƣờng Chựa Bộc, Quận Đống Đa, Hà Nội.
2.2.2.3. Thiết kế mụ hỡnh
Để phục vụ cho nội dung nghiờn cứu trong luận ỏn, nghiờn cứu sinh đƣợc sử dụng mụ hỡnh đoạn sụng phõn lạch cự lao ễng Hổ thuộc đề tài Khoa học-Cụng nghệ cấp nhà nƣớc [19] do thầy hƣớng dẫn chớnh PGS.TS. Lờ Mạnh Hựng làm chủ nhiệm và bản thõn NCS là thƣ ký đề tài.
1. Phạm vi và tỷ lệ mụ hỡnh:
Luận ỏn chọn đoạn sụng phõn lạch cự lao ễng Hổ trờn sụng Hậu để làm đối tƣợng nghiờn cứu vỡ đoạn này cú những đặc trƣng tiờu biểu cho sụng phõn lạch ĐBSCL, tức là phõn lạch trờn tuyến sụng tƣơng đối thẳng, chỉ cú 2 lạch, kớch thƣớc khụng quỏ lớn, cũng khụng quỏ nhỏ, đang cú những vấn đề sạt lở nghiờm trọng tại khu vực thành phố Long Xuyờn, hơn nữa đoạn sụng này cú đủ cỏc tài liệu thực đo phục vụ cho nghiờn cứu. Vỡ chỉ nghiờn cứu so sỏnh cỏc hiệu quả tƣơng đối giữa cỏc giải phỏp (trị số % tăng, giảm lƣu lƣợng), khụng đỏnh giỏ qua giỏ trị tuyệt đối, nờn lũng dẫn thớ nghiệm khụng cú ảnh hƣởng về bản chất của kết quả nghiờn cứu.
Đoạn sụng phõn lạch cự lao ễng Hổ trờn sụng Hậu chảy qua Thành phố Long Xuyờn, cú chiều dài là 14km, chiều rộng gần 6km (kể cả chiều rộng bói giữa là cự lao ễng Hổ). Dựa vào quy mụ sõn bói của phũng thớ nghiệm tại Trung tõm Nghiờn cứu Thủy lực của Phũng thớ nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học Sụng Biển thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, luận ỏn đó chọn loại mụ hỡnh biến thỏi với tỷ lệ: l=400 và h=80, biến suất 5
h l
(đối với mụ hỡnh sụng ngũi cú thể chọn η = 4 8).
Theo phạm vi đoạn sụng cần nghiờn cứu và tỷ lệ hỡnh học đó chọn suy ra kớch thƣớc của mụ hỡnh là: Chiều dài mụ hỡnh: m m L Lm l TT 35 400 000 . 14
Để đảm bảo đƣờng dẫn nƣớc vào mụ hỡnh cộng với đoạn lặng nƣớc phớa trƣớc và phớa sau mụ hỡnh nờn đó chọn chiều dài xõy dựng mụ hỡnh Lm=45m.
Chiều rộng mụ hỡnh: m m B B l TT m 15 400 6000
Chiều cao mụ hỡnh: chiều cao thực tế tớnh từ đỏy sụng sõu nhất bờn lạch phải ở cao trỡnh –28m, đến cao trỡnh mặt đƣờng bao quanh bờ hai lạch sụng là +5,0m nờn chiều cao thực tế là: HTT=33m.
Suy ra chiều cao của lũng sụng sõu nhất ở trong mụ hỡnh sẽ là:
m m H H h TT m 0,41 80 33
Cộng với độ cao an toàn là h nờn tƣờng bờn của mụ hỡnh đó chọn:
m m m h Hm 0,41 0,24 0,65 Nhƣ vậy kớch thƣớc mụ hỡnh là: Lm x Bm x Hm = 45m x 15m x 0,65m.Mặt bằng mụ hỡnh thể hiện trờn hỡnh 2.3. Hỡnh 2.3.Mặt bằng tổng thể mụ hỡnh thớ nghiệm 2. Loại mụ hỡnh:
Theo cỏc kết quả nghiờn cứu trờn thế giới, đối với sụng phõn lạch, việc nghiờn cứu trờn mụ hỡnh lũng động rất khú khả thi và khụng cho cỏc kết quả tin cậy. Trong luận ỏn này, hiệu quả của cỏc loại cụng trỡnh đƣợc đỏnh giỏ
thụng qua tỷ lệ phõn chia lƣu lƣợng ban đầu, khụng nghiờn cứu biến hỡnh lũng dẫn do chỳng tạo ra về sau, nờn chỉ nghiờn cứu trờn mụ hỡnh lũng cứng.
Đối với cụng trỡnh chỉnh trị sụng đồng bằng,mụ hỡnh thớ nghiệm thủy lực
yờu cầu phải bảo đảm tƣơng tự Froude ( 1
2
h g
v hoặc Fr = idem) và tƣơng
tự sức cản 1 3 4 2 2 l h R n v . Từ đú,với l=400 và h=80 nhƣ đó chọn, suy ra cỏc hệ
số tƣơng tự cú liờn quan của mụ hỡnh nhƣ sau: Tỷ lệ vận tốc dũng chảy: v h 8,94. Tỷ lệ lƣu lƣợng: . 3/2 286216 h l Q 2.2.2.4. Trỡnh tự cụng tỏc nghiờn cứu
1. Xỏc định nhiệm vụ, lập đề cƣơng nghiờn cứu; 2. Thiết kế mụ hỡnh; 3. Chế tạo mụ hỡnh và lắp đặt thiết bị; 4. Chạy thử mụ hỡnh; 5. Hiệu chỉnh mụ hỡnh, sửa nhỏm; 6. Tiến hành thớ nghiệm; 7. Chỉnh lý và phõn tớch số liệu thớ nghiệm; 8. Viết bỏo cỏo kết quả nghiờn cứu.
2.2.2.5. Thớ nghiệm kiểm định (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thớ nghiệm kiểm định bao gồm kiểm định tƣơng tự hỡnh học, tƣơng tự sức cản (đƣờng mặt nƣớc) và tƣơng tự Froude.
1. Về tương tự hỡnh học
Nhƣ trờn đó nờu mụ hỡnh này là thuộc mụ hỡnh biến thỏi, lũng cứng, cú tỷ lệ: l = 400, h = 80.
lƣu là gần 14.000m, chiều rộng kể cả bói giữa của đoạn phõn lạch là 6.000m, nờn độ dài đo đạc khi chế tạo mụ hỡnh khống chế lmaxm là 1cm tƣơng ứng
với thực tế cú sai số là: l cm
n 1
max x 400 = 400cm = 4m. Nhƣ vậy tỷ số sai
số về độ dài khi xõy dựng xỏc định cỏc kớch thƣớc mụ hỡnh sẽ là: Tỷ lệ % sai
số độ dài: 1/1000 35000 1 14000 4 . Về cao độ khống chế h = 1mm nờn ta cú: hmaxn = 1mm x 80 = 80mm = 8cm = 0,08m. Suy ra tỷ số % sai số về độ cao sẽ là:
100 / 1 250 1 1000 4 2000 8 00 . 20 08 , 0 n H h
Với sai số chế tạo mụ hỡnh này đều nhỏ hơn 1/100 theo quy trỡnh thớ nghiệm mụ hỡnh. Nhƣ vậy là chấp nhận đƣợc.
2. Về tương tự sức cản
Đó tiến hành thớ nghiệm kiểm chứng với lƣu lƣợng và đƣờng mặt nƣớc thực đo, thực hiện 2 lần sửa nhỏm để bảo đảm sai số về mực nƣớc ở mức<1/1000.
3. Về tương tự trạng thỏi chảy
Với lƣu lƣợng thớ nghiệm lớn nhất Q=16.100m3/s, lƣu tốc v= 1,1m/s, độ sõu dũng chảy 16,25m, bảo đảm trị số Fr= 0,0076<< 1,0; dũng chảy cú chế độ chảy ờm, tƣơng tự trong sụng thiờn nhiờn.
Số Reynolds trong mụ hỡnh bảo đảm điều kiện chảy rối theo điều kiện sau: h Vm m m Re = 0,12x0,4x106=48.000 >|Re| = 4000 Trong đú: Rem:Số Reynolds trong mụ hỡnh; |Re|:Số Reynolds giới hạn;
Vm: Lƣu tốc trung bỡnh mặt cắt trong mụ hỡnh (m/s); hm: Độ sõu trung bỡnh trong mụ hỡnh (m);
ν: Hệ số nhớt động học (10-6
m2/s).
2.2.2.6. Nội dung thớ nghiệm
1. Cỏc cấp lưu lượng và mực nước thớ nghiệm
Xột tới chế độ lƣu lƣợng lũ max đến lƣu lƣợng lũ min của đoạn sụng Hậu này nờn luận ỏn đó chọn 3 cấp lƣu lƣợng- mực nƣớc sau:lũ lịch sử năm 2000, lũ trung bỡnh nhiều năm (coi là lƣu lƣợng tạo lũng) và lƣu lƣợngtần suất 50% (thƣờng xuyờn xảy ra) để tiến hành thớ nghiệm:
Bảng 2.4. Cỏc cấp lưu lượng- mực nước thớ nghiệm
Thứ tự Lƣu lƣợng TN Mực nƣớc thƣợng lƣuZt(m) Mực nƣớc hạ lƣu Zh (m) Chờnh lệch Z (m) Qn (m3/s) Qm (l/s) 1 16.100 56,27 +2,62 +2,32 0,30 2 14.000 48,93 +1,84 +1,56 0,28 3 9.000 31,48 +0,39 +0,20 0,19
2. Cỏc giải phỏp cụng trỡnh đưa vào thớ nghiệm gồm: a) Cỏc hạng mục cụng trỡnh riờng rẽ dựng ba loại:
- Cụng trỡnh hƣớng dũng(HD) đặt ở cỏc vị trớ khỏc nhau trờn bờ lạch phải, gúc lệch khỏc nhau, cú chiều dài khỏc nhau.
- Cụng trỡnh đún dũng (ĐD) đặt đầu mũi cự lao, với 2 gúc lệch khỏc nhau.
Chỳ ý rằng, cụng trỡnh hƣớng dũng và đún dũng cú đối tƣợng chỉnh trị là lũng sụng dƣới lƣu lƣợng tạo lũng, cao trỡnh đỉnh cụng trỡnh lấy bằng cao trỡnh +2,00m.
ở 3 vị trớ khỏc nhau (đầu, giữa và cuối lạch), cú cao trỡnh đỉnh đập khỏc nhau. Ngoài ra, do thớ nghiệm mụ hỡnh lũng cứng, khụng thể khảo sỏt hiệu quả xúi sõu lũng dẫn do tỏc dụng của cỏc cụng trỡnh chỉnh trị, nờn tiến hành thớ nghiệm bổ sunggiải phỏp nạo vột mồi đối với ngƣỡng cạn đầu lạch trỏi. b) Cỏc giải phỏp tổ hợp cụng trỡnh:
Những hạng mục cụng trỡnh riờng rẽ khú cú thể tạo ra đƣợc những hiệu quả lớn để điều chỉnh lớn tỷ lệ phõn chia lƣu lƣợng. Vỡ vậy, cần nghiờn cứu sử dụng cỏc tổ hợp cụng trỡnh khỏc nhau, tỡm ra phƣơng ỏn bố trớ thớch hợp cho mục tiờu chỉnh trị. - Tổ hợp TH.A: Hƣớng dũng 1A + đập khúa K5 - Tổ hợp TH.B: Đún dũng 2A + đập khúa K5 + đún dũng 2A - Tổ hợp TH.C: Hƣớng dũng 1A + đún dũng 2A +đập khúa K5 + Nạo vột N1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thụng số kỹ thuật của cỏc thớ nghiệm túm tắt trong bảng 2.5 nhƣ sau:
Bảng 2.5. Cỏc trường hợp thớ nghiệm Thứ tự Giải phỏp cụng trỡnh Thụng số kỹ thuật, kớch thƣớc Ghi chỳ 0 HT Lũng dẫn hiện trạng 3 loại Q 1 HD.1A Đỉnh HD ở+2,00m, gúc xiờn 300 so với đƣờng bờ tại vị trớ 1, dài gồm 3 loại chiều dài:HD.1A1= 230m; HD.1A2= 460m; HD.1A3= 690m; 3 loại CT, 3 loại Q 2 HD.1B (hệ thống MH) Đỉnh HD: +2,00m, gúc 900 so với đƣờng bờ, vị trớ 2, gồm 2 đoạn: HD.1B1= 210m; HD.1B2= 300m; HD.1B3 = 420m. 3 loại CT, 3 loại Q 3 ĐD.2A Đỉnh ĐD ở +2,00m, gúc xiờn 1560 so với mộp bờ lạch trỏi; gồm 3 đoạn dài : ĐD.2A1=
3 loại CT, 3
240m; ĐD.2A2= 480m; ĐD.2A3= 720m. loại Q
4 ĐK.3 Đỉnh ĐK nghiờn cứu với 3 cao trỡnh: –10m,
–8m, –6m.
3 loại CT, 3 loại Q
5 ĐK.4 Đỉnh ĐKnghiờn cứu với 5 cao trỡnh: –14m,
–12m, –10m, –8m, –6m.
5 loại CT, 3 loại Q
6 ĐK.5 Đỉnh ĐKnghiờn cứu với 5 cao trỡnh: –14m, –
12m, –10m, –8m, –6m.
5 loại CT, 3 loại Q
7 NV Dài 4000m, rộng: 200m; Cao trỡnh đỏy:
NV1= -8m.
1 loại CT, 3 loại Q
8 TH.A Hƣớng dũng HD.1A + đập khúa ĐK.5. 1 loại
TH, 3 loại Q 9 TH.B Hƣớng dũng HD.1A + đún dũng ĐD.2A + đập khúa ĐK.5. 1 loại TH, 3 loại Q 10 TH.C Hƣớng dũng HD.1A + đún dũng ĐD.2A + đập khúa ĐK.5+ Nạo vột NV1. 1 loại TH, 3 loại Q Cỏc giải phỏp cụng trỡnh đƣa vào thớ nghiệm đƣợc thể hiện bằng cỏc hỡnh vẽ sau:
a) Tƣờng hƣớng dũng (HD.1A1,2,3) b) Mỏ hàn hƣớng dũng (HD.1B1,2,3) c) Tƣờng đún dũng (ĐD.2A2) d) Tƣờng đún dũng (ĐD.2A3) e) Mặt bằng đập khúa ngầm dõng nƣớc (ĐK.3) f) Mặt cắt dọc theo trục đập khúa ngầm dõng nƣớc (ĐK.3)
g) Bố trớ mặt bằng đập khúa ngầm dõng nƣớc (ĐK.4) h) Mặt cắt dọc theo trục đập khúa ngầm dõng nƣớc (ĐK.4) i) Bố trớ mặt bằng đập khúa ngầm dõng nƣớc (ĐK.5) k) Mặt cắt dọc theo trục đập khúa ngầm dõng nƣớc (ĐK.5)
Phƣơng ỏn tổ hợp TH.B Phƣơng ỏn tổ hợp TH.C
Hỡnh 2.4. Sơ đồ cỏc loại giải phỏp điều chỉnh tỷ lệ phõn lưu tại sụng phõn lạch
Một số hỡnh ảnh phản ỏnh hoạt động của thớ nghiệm xem hỡnh 2.5.
Chế tạo mụ hỡnh Thớ nghiệm kiểm định
Thớ nghiệm tƣờng hƣớng dũng HD.1A Thớ nghiệm tƣờng hƣớng dũng
Thia nghiệm tƣờng đún dũng ĐD.2A Thảo luận về hiệu quả cụng trỡnh
Tỏc dụng dõng nƣớc của ĐK.3 Mụ hỡnh vị trớ ĐK.4 và ĐK5
Xử lý số liệu thớ nghiệm Quan sỏt lƣu hƣớng
2.2.2.7. Cỏc hạng mục đo đạc
1. Mực nước:Để khảo sỏt độ dõng hạ mực nƣớc do tỏc động của cụng trỡnh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Lưu tốc:Để tớnh lƣu lƣợng trong cỏc lạch, khảo sỏt kết cấu dũng chảy và đỏnh giỏ khả năng xúi bồi lũng dẫn.
3.Lưu hướng: Để xem xột sự xờ dịch cỏc điểm xụ của dũng chảy, dự bỏo khả năng sạt lở bờ.
2.2.2.8. Thiết bị đo
1. Đo lưu lượng đầu vào
Sử dụng đập tràn thành mỏng hỡnh chữ nhật chảy qua mỏng lƣờng đầu mụ hỡnh.
2.Đo lưu tốc
Sử dụng đầu đo lƣu tốc điện tử P.E.M.S của Hà Lan dải đo từ 0 5m/s, độ chớnh xỏc 0,01m/s;tớn hiệu đo đƣợc chuyển vào mỏy đo rồi truyền vào mỏy tớnh để ghi lại, đồng thời trong mỏy tớnh cú chƣơng trỡnh tự động xử lý số liệu. Mỗi thủy trực đo lƣu tốc thực hiện đo 3 điểm: Điểm mặt (0,2h); Điểm giữa (0,5h); Điểm đỏy (0,8h).
3.Đo độ sõu dũng chảy
Để tớnh đƣợc diện tớch thoỏt nƣớc của 5 mặt cắt đo đạc nờu trờn, trong mụ hỡnh dựng thƣớc thộp lỏ đo trực tiếp chiều sõu dũng chảy cho từng thủy trực.
4. Đo lưu hướng
Trong mụ hỡnh đo lƣu hƣớng từ mặt cắt 1–1 ở phớa trƣớc đoạn sụng phõn lƣu đến phớa sau mặt cắt 2P–2P (ở lạch phải) và mặt cắt 2T-2T (lạch trỏi) để xỏc định lƣu hƣớng dũng mặt và dũng đỏy trờn đoạn sụng phõn lạch ứng với cỏc trƣờng hợp lƣu lƣợng và giải phỏp cụng trỡnh chỉnh trị khỏc nhau (dự là mỏ hàn hay đập khúa).
Lƣu hƣớng đỏy đo bằng chỉ màu gắn vào vũng long đen thả dƣới bề mặt lũng sụng từ m/c 1–1 đến phạm vi hai mặt cắt 2P–2P (lạch phải) và mặt cắt 2T-2T (lạch trỏi) nhằm xỏc định tọa độ của lƣu hƣớng; cỏc ụ lƣới đo cú khoảng cỏch là 40m (thực tế), trờn mụ hỡnh là 10cm(xem hỡnh 2.5).
Đo độ lệch của lƣu hƣớng đỏy so với mộp đƣờng bờ phớa thành phố Long Xuyờn dựng thƣớc đo độ (1800), cú chia độ và 30’.
Quan sỏt ghi chộp và chụp ảnh quay phim tỡnh hỡnh thủy lực, với mỗi cấp lƣu lƣợng thớ nghiệm và với mỗi giải phỏp cụng trỡnh chỉnh trị đƣợc thực hiện trờn mụ hỡnh đều đƣợc NCS và cộng sự ghi chộp mụ tả, quay phim chụp ảnh ghi lại nhằm đỏnh giỏ mặt tốt và mặt bất lợi của cỏc giải phỏp cụng trỡnh; ghi chộp cỏc hiện tƣợng bất lợi diễn biến trong phạm vi đoạn sụng phõn lạch.
Đo độ dốc đƣờng mặt nƣớc dọc hai lạch sụng: Để xỏc định mực nƣớc thƣợng lƣu đoạn phõn lƣu, mực nƣớc trong hai lạch sụng ứng với cỏc trƣờng hợp thớ nghiệm lƣu lƣợng và giải phỏp cụng trỡnh chỉnh trị khỏc nhau, trờn mụ hỡnh đó bố trớ hệ thống kim đo mực nƣớc cho 13 trạm đo mực nƣớc.
Kim 1 và kim 2: thƣợng lƣu và giữa đoạn sụng phõn lạch. Kim 4 đến kim 8: (5 trạm đo) cho lạch phải (lạch chớnh). Kim 3 đến kim 10: (5 trạm đo) cho lạch trỏi.
Kim số 9: Đo mực nƣớc hạ lƣu đoạn nhập lƣu, vừa là để khống chế mực nƣớc cuối đoạn sụng bằng cửa cuối của mụ hỡnh.
Mỏng đo lưu lượng Thiết bị đo mực nước
Mỏy đo lưu tốc P-EMS Đo lưu tốc
Hỡnh 2.6. Thiết bị nghiờn cứu thớ nghiệm
2.2.2.9. Cỏc mặt cắt đo đạc
Trờn thƣợng lƣu đoạn sụng phõn lạch bố trớ mặt cắt số 1–1; cỏch đầu Cự lao ễng Hổ 1450m, mặt cắt đo đƣợc bố trớ vuụng gúc với trục dũng chảy, trờn mặt cắt này bố trớ 7 thủy trực để đo lƣu tốc dũng chảy và 14 thủy trực đo mực nƣớc (đo độ sõu dũng chảy).
Bờn lạch phải (phớa Thành phố Long Xuyờn): Bố trớ 2 mặt cắt để đo độ sõu và lƣu tốc của dũng chảy, mặt cắt thứ nhất tại vị trớ 2P (xem hỡnh 2.7), cỏch đầu lạch phải gần 750m; mặt cắt thứ hai tựy thuộc vào vị trớ đặt đập khúa nờn cú 3 vị trớ (3P, 4P, 5P). Mỗi mặt cắt đo 6 thủy trực về lƣu tốc dũng chảy và 12 thủy trực về độ sõu dũng chảy.
Mặt cắt thứ nhất tại vị trớ 2T cỏch cửa vào lạch trỏi gần 520m.Mặt cắt thứ hai tại vị trớ 3T cỏch cửa vào lạch trỏi gần 2270m.
Sở dĩ cần bố trớ 2 mặt cắt cho mỗi lạch là để cú số liệu so sỏnh đối chiếu khi xỏc định lƣu lƣợng chảy vào mỗi lạch.
Hỡnh 2.7. Sơ đồ bố trớ cỏc mặt cắt đo đạc