Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ DÒNG THỨ CẤP TRÊN ĐOẠN SÔNG CONG

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu về cấu trúc phức tạp của dòng chảy qua các đoạn sông cong, trong đó có sự góp mặt của dòng thứ cấp, gây bồi, xói và sạt lở bờ sông. Có rất nhiều nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình trong phòng thí nghiệm về dòng thứ cấp ở đoạn kênh cong như: Jovein và cộng sự [3] đã làm mô hình thí

nghiệm nghiên cứu cấu trúc dòng chảy trong kênh cong 900, dài 6m, rộng 0,4m và sâu 0,45m được làm bằng plastic rắn. Thí nghiệm được làm với các mức lưu lượng khác nhau. Kết quả nhìn chung cho thấy vận tốc tại đoạn cong rất lớn, vận tốc lớn ở gần bờ trong và vận tốc nhỏ gần bờ bên ngoài. Qua khỏi đoạn cong thì xu hướng vận tốc đảo ngược lại với vận tốc lớn nhất phân bố gần bờ ngoài và nhỏ nhất gần bờ trong.

Thí nghiệm của Abad và Garcia [4] nghiên cứu trên kênh cong Kinoshita (kênh gồm 7 đoạn cong liên tục và xen kẽ nhau, với tâm là đường cong Kinoshita). Thí nghiệm được thiết lập theo 2 chiều chảy xuôi và chảy ngược. Kết quả thu được cho thấy sự ảnh hưởng của bán kính cong và các thông số Reynolds, năng lượng nhớt rối... có ảnh hưởng nhiều đến vận tốc và sự hình thành dòng chảy thứ cấp. Naji Abhari và cộng sự [5] kết hợp giữa mô hình vật lý và mô hình toán cho dòng thứ cấp trên kênh cong 900 có mặt cắt ngang hình chữ nhật, đáy bằng, và thành nhẵn. Donatella Termini [6]

nghiên cứu “Xói lở bờ và dòng thứ cấp trong kênh thí nghiệm uốn cong”. Mô hình thí nghiệm được thực hiện với 2 giá trị tỉ lệ rộng/sâu khác nhau. Nghiên cứu này chú ý đến sự tác động của dòng thứ cấp lên bờ sông (bao gồm mức độ ổn định của bờ).

Kết quả cho thấy, với tỉ lệ rộng/sâu nhỏ (B/h<10) thì dòng thứ cấp hình thành gần mặt thoáng ở phía bờ ngoài và phát triển cho tới khi lên tới mặt thoáng rồi triệt tiêu ngay tại đoạn cong. Với tỉ lệ rộng/sâu lớn (B/h>10) thì gần như không thấy xuất hiện dòng thứ cấp. Kết quả nghiên cứu “Dòng chảy qua đoạn sông cong” của Graf và Blanckaert [7] với mô hình thí nghiệm là kênh có địa hình đáy có thể xói lở được cho thấy dòng chảy thứ cấp là một hiện tượng đặc trưng trong kênh cong. Vận tốc dòng chảy tăng dần về phía bờ ngoài và đạt giá trị lớn nhất ở gần đáy. Thí nghiệm trong nghiên cứu này còn cho thấy có thể giảm xói lở ở đoạn cong bằng cách tạo một vùng đệm hợp lý ở bờ ngoài để làm giảm vận tốc đập vào bờ ngoài gây xói lở.

Tuy nhiên những nghiên cứu này chỉ tập trung vào kiểm định lý thuyết về dòng thứ cấp mà chưa ứng dụng cụ thể trong những địa hình phức tạp trên thực tế.

Một số công trình nghiên cứu dòng thứ cấp được thực hiện bằng cách kết hợp đo đạc thực địa và mô phỏng bằng mô hình toán như nghiên cứu của Rodi [8], Shimizu [9], Yang G Lai [10]… Nghiên cứu của Sinha và cộng sự [11] đã áp dụng mô hình toán ba chiều cho một đoạn dài 4 km của sông Columbia phía hạ lưu của đập

Wanapum. Tuy nhiên đoạn sông này tương đối thẳng, do đó kết quả không thấy rõ cấu trúc dòng thứ cấp.

Athanasios và cộng sự [12] nghiên cứu kết hợp đo đạc thực địa và làm thí nghiệm trên mô hình vật lý. Các tác giả đã phân tích số liệu đo đạc thực tế một đoạn sông thẳng với sự co hẹp và mở rộng đột ngột tại lưu vực Paluose thuộc bang Washington, Hoa Kỳ. Kết quả cho thấy sự hiện diện của dòng thứ cấp làm tăng độ lớn ứng suất cắt lên 2 lần, chứng tỏ dòng thứ cấp góp phần gây xói lở bờ sông và đáy sông. Đồng thời, Athanasios sử dụng mẫu phù sa thu thập từ thực tế để tiến hành làm thí nghiệm trên một mô hình kênh đơn giản trong phòng thí nghiệm nhằm so sánh kết quả đo đạc thực tế và kết quả đo đạc thí nghiệm. Nghiên cứu này đã xác định được mức độ tác động của dòng thứ cấp lên xói lở bờ sông. Tuy nhiên, việc vừa đo đạc phân tích hiện trường, vừa thí nghiệm trên mô hình vật lý thật sự tốn kém. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu cũng còn nhiều hạn chế như chưa mô tả đúng thực tế và chỉ áp dụng lên kênh mô hình đơn giản.

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Trong nước, trong những năm gần đây, nghiên cứu về xói lở, nhất là xói lở trên những đoạn sông cong chủ yếu dựa vào thống kê, khảo sát thực địa; và mô hình toán nghiên cứu tổng hợp các tác động.

Nghiên cứu dựa vào khảo sát thực địa của Lê Ngọc Thanh và Nguyễn Văn Giảng [13] thực hiện khảo sát địa vật lý gần mặt đất để góp phần xác định nguyên nhân sạt lở bờ sông Tiền và sông Sài Gòn. Kết quả nghiên cứu này đã cho thấy cấu trúc địa chất bằng việc xác định các ranh giới giữa những lớp trầm tích, các lăng kính chứa nước, các đụn cát được hình thành qua nhiều giai đoạn khác nhau, góp phần quan trọng trong việc dự báo sạt lở đất và làm tiền đề cho các luận điểm về tích tụ trầm tích vùng bờ sông Tiền và bờ sông Sài Gòn.

Các nghiên cứu ứng dụng mô hình toán chủ yếu dùng mô hình dòng chảy 2 chiều với mục đích phục vụ cho công tác dự báo và thiết kế phương án phòng chống xói lở. Những mô hình này có nhiều ưu điểm trong tính toán bồi xói. Tuy nhiên chúng không thể mô tả được cấu trúc dòng thứ cấp theo phương ngang ở những đoạn sông cong.

Nghiên cứu của Nguyễn Thanh Hùng [14] sử dụng kết hợp khảo sát hiện trường (đo đạc địa hình, địa chất lòng sông, chế độ thuỷ lực, thuỷ văn của dòng chảy) và mô hình Mike21 để phân tích xác định nguyên nhân gây sạt lở khu vực kè Xuân Canh ở đê tả sông Đuống. Kết quả của nghiên cứu cho thấy nguyên nhân sạt lở chủ yếu do hình thái lòng sông kết hợp với các yếu tố dòng chảy và các yếu tố địa chất. Tuy nhiên, nghiên cứu này mới dừng lại ở mức phân tích từ số liệu khảo sát đo đạc về địa hình, thủy văn, thủy lực và dựa trên kết quả mô hình toán thủy lực để đưa ra các nguyên nhân tổng hợp gây sạt lở bờ. Vì vậy cần có những nghiên cứu sâu để có thể làm sáng tỏ hơn nữa những nguyên nhân này.

Một số công trình nghiên cứu về bồi xói trong sông, vùng cửa sông và ven biển như: Nghiên cứu phòng chống xói lở bờ biển Hải Hậu, Cảnh Dương, Gò Công của Viện Khoa học Thủy lợi (đề tài KT.03.12.1991 - 1995) [15] ; Dự án đo đạc giám sát diễn biến lòng dẫn, bồi đắp và sạt lở bờ sông, cửa sông Đồng Nai - Sài Gòn và sông Cửu Long năm 2006 của Hoàng Văn Huân và các tác giả [16]… Báo cáo nghiên cứu khả thi Dự án phòng chống sạt lở bờ sông, bờ biển Gành Hào - huyện Giá Rai, tỉnh Bạc Liêu do Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực hiện năm 1998 [17].

Mặc dù ở nước ta có rất nhiều công trình nghiên cứu về sạt lở bờ sông, nhưng vẫn chưa có nghiên cứu đi sâu vào cấu trúc dòng thứ cấp cũng như tác động của dòng thứ cấp lên sạt lở bờ bằng sự kết hợp mô hình vật lý và mô hình toán.

Vì thế, việc ứng dụng một mô hình toán để nghiên cứu tính toán về cấu trúc dòng và kết hợp mô hình vật lý để kiểm định các trường hợp mô phỏng vẫn còn là một việc cần thiết ở nước ta.