CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC TRÊN SÔNG
1.1 Các nghiên cứu trên thế giới
1.1.2 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN
Qua phân tích các nghiên cứu trên thế giới cho thấy, hiện nay để nghiên cứu đánh giá diễn biến lòng dẫn nói chung và khu vực cửa lấy nước nói riêng thường thực hiện theo 4 phương pháp như sau:
- (1) Phương pháp đo đạc, thu thập phân tích các tài liệu thực đo: Sử dụng các tài liệu về địa hình, các tài liệu không ảnh, viễn thám, các số liệu có được trong nhiều năm tiến hành phân tích vị trí, quy mô, tốc độ xói, bồi trên mặt bằng, trên mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, tìm ra quy luật thống kê và xu thế phát triển của đoạn sông nghiên cứu. Đối với phương pháp này cần có những thiết bị đo đạc hiện đại, nhanh chóng chính xác.
Xác định được trường vận tốc dòng chảy ở các độ sâu khác nhau, xác định được độ sâu lòng dẫn theo các tọa độ địa lý mong muốn tuy nhiên đòi hỏi đầu tư về thời gian, kinh phí thực hiện.
10
- (2) Phương pháp công thức kinh nghiệm: Từ những số liệu thực tế đo đạc hiện trường và trong phòng thí nghiệm thiết lập các công thức kinh nghiệm và bán kinh nghiệm để sử dụng các công thức kinh nghiệm để tính toán diễn biến lòng dẫn.
Phương pháp này đơn giản nhưng áp dụng cho từng trường hợp cụ thể.
- (3) Phương pháp mô hình vật lý: Mô phỏng thu nhỏ đoạn sông nghiên cứu lại trong một khu vực có trang thiết bị thí nghiệm, tái diễn dòng chảy trong sông thiên nhiên theo các định luật tương tự để quan sát, đo đạc và từ các số liệu đo đạc tìm ra quy luật diễn biến của đoạn sông. Phương pháp mô hình vật lý có hạn chế là rất khó thỏa mãn các điều kiện tương tự, nhất là các điều kiện tương tự về bùn cát nên có thể có những sai lệch nhất định giữa mô hình và nguyên hình, đặc biệt trong điều kiện nước ta các nghiên cứu mới dừng ở mức mô phỏng xu thế diễn biến, chưa lượng hóa được diễn biến vận chuyển và bồi lắng bùn cát đặc biệt khu vực cửa lấy nước như thế nào. Mặt khác chi phí xây dựng mô hình vật lý rất lớn, khó đáp ứng trong điều kiện của Việt Nam, đặc biệt trong nghiên cứu thực hiện luận án.
- (4) Phương pháp mô hình toán: Dựa vào các hệ phương trình toán mô tả quy luật của dòng chảy và bùn cát tại đoạn sông nghiên cứu, xác định các điều kiện biên, điều kiện ban đầu hợp lý, tìm các lời giải giải tích, lời giải số trị cho các vấn đề nghiên cứu.
Phương pháp này, với sự giúp đỡ của máy tính điện tử đã cho phép mô tả những gì xảy ra trong quá khứ, những gì xảy ra trong tương lai với những điều kiện thay đổi theo các kịch bản khác nhau, nhưng phương pháp này chỉ có độ tin cậy khi số liệu đầu vào phải có đủ độ tin cậy.
Bosman D.E. và nnk (2002)[5] đã nghiên cứu điều tra thực địa, đánh giá bồi lắng bùn cát tại các kênh dẫn nước vào các trạm bơm lấy nước ven sông ở vùng South Africa, nơi việc lấy nước từ sông gặp nhiều trở ngại do vấn đề bồi lắng, do các kênh dẫn nước thường nhỏ hơn sông rất nhiều lần. Việc đưa ra các giải pháp giảm thiểu bồi lắng tại cửa hút cho các trạm bơm là cần thiết.
Mehdi Karami Moghadam(2010)[6] đã nghiên cứu chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát của sông Ohio ảnh hưởng đến cống lấy nước trên cơ sở sử dụng mô hình vật lý.Trong nghiên cứu này, kênh lấy nước hợp với kênh chính một góc 30o sẽ
11
cho kết quả tốt nhất về việc lấy nước với lưu lượng lớn nhất và hàm lượng bùn cát là nhỏ nhất. Tuy nhiên nghiên cứu hạn chế cho tính toán với dòng chảy có hệ số Froude từ 0,35 đến 0,4 và không tính toán cho dòng chảy kiệt.
Neary V.S và nnk(1999)[7] đã sử dụng mô hình số trị 3D để mô phỏng dòng chảy đoạn ngay cửa vào cống lấy nước. Sử dụng phương trình Navier-Stokes trong đó xem xét hệ số Reynolds trung bình với mô hình rối của Wilcox, trong đó xem xét dòng chảy tại kênh hở chữ T.
Moussa (2010) [8]áp dụng mô hình 2-D (CCHE2D) phân tích và giải quyết vấn đề bồi lắng tại của lấy nước của trạm bơm Rowd El-Farag. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có sự thay đổi về mặt hình thái theothời gian do lượng bùn cát bị bồi lắng tại khu vực cửa lấy nước vào trạm bơm.
R.Goudarzizadeh (2010) [9]đã sử dụng phương pháp thể tích – khối lượng mô phỏng ba chiều dòng chảy tại cửa vào kênh dẫn CTLN bằng cách giải phương trình Navier- Stokes và mô hình rối κ−(RNG). Phương trình được giải theo phương pháp phần tử hữu hạn. Các kết quả cho thấy giá trị lưu lượng vào kênh dẫn CTLN phụ thuộc vào chiều dài và chiều rộng của kênh dẫn lấy nước.
Ashraf. M. Elmoustafa (2011) [10]đã sử dụng mô hình thủy lực 2-D (RMA2) để đánh giá vị trí lấy nước thích hợp bên bờ Tây sông Nile ở Assuit. Tuy nhiên, mô hình mô phỏng theo lưới chữ nhật với độ phân giải thô 20x20m, vì vậy không mô phỏng chi tiết được công trình lấy nước như nào trong mô hình.
Noor F.N. Shahidanvà nnk (2012)[11] đã nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-RAS và mô hình CCHE2D để mô phỏng dòng chảy và diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy nước Ijok trên sông Ijok của Malaysia. Kết quả từ mô hình HEC-RAS đã được sử dụng như là đầu vào cho mô hình CCHE2D.Kết quả cho thấy lưu lượng dòng chảy ảnh hưởng đến phân phối và sự tích tụ trầm tích khu vực nghiên cứu.Vận tốc dòng chảy ở phía trước của cửa lấy nước nhỏ có thể góp phần tích tụ bùn cát và gây nên những bãi bồi trước cửa lấy nước, làm giảm khả năng lấy nước của kênh dẫn.
12
Adel A.Asharivà nnk(2015)[12] đã tính toán phân bố vận tốc tại cửa lấy nước theo phương pháp khối lượng hữu hạn, kết quả so sánh với thí nghiệm là khá hợp lý.Dòng chảy được mô phỏng trong kênh hình chữ nhật và phương trình Navier-Stokes được giải bằng phương pháp khối lượng hữu hạn (FVM).Các tính toán dòng chảy đã được thực hiện trong mô hình ba chiều bằng cách sử dụng K-ε-RNG và các mô hình rối K-ε- tiêu chuẩn.
Martin (2015)đã xây dựng mô hình thủy động lực học 2D tính toán chế độ dòng chảy tại khu vực cửa vào cửa lấy nước ở British Columbia. Các kết quả của nghiên cứu mô hình số 2D này cho thấy nếu bổ sung một cửa cống thứ hai ở phía cuối của đập dẫn dòng có thể tăng vận tốc ở vị trí cửa vào cống lấy nước, tăng cường sự vận chuyển bùn cát ở khu vực đó. Khi cả hai phía bắc và phía nam cống được mở, vận tốc ở khu vực phía nam của cửa lấy nước tăng lên nhiều so với mô hình hiện trạng.
Margriet M. (2006):Đã có những nghiên cứu về diễn biến lòng dẫn và các giải pháp chỉnh trị ổn định lòng dẫn trên sông Rhine. Sông Rhine dài 3200km và có diện tích lưu vực là 185.000 km2. Có rất nhiều các biện pháp kiểm soát lũ, tăng khả năng thoát lũ được thực hiện như xây dựng hệ thống đê, nạo vét lòng dẫn tăng khả năng thoát lũ, các công trình thoát lũ thông qua việc tạo dòng mới ở phía thượng lưu. Tuy nhiên việc xây dựng lấn chiếm khai thác bãi dọc sông Rhine vào những năm đầu thế kỷ 20 đã khiến nhiều thành phố dọc theo sông Rhine, Moselle và Meuse bị ngập lụt vào những năm 1993, 1995, gây sạt lở, xói lở bờ và tạo ra những bãi bồi làm hạn chế việc cấp nước cho thành phố trong mùa kiệt. Chính vì vậy việc bảo vệ sông, ổn định bờ lòng dẫn đã được đầu tư nghiên cứu, đặc biệt sau lũ 1993. Các giải pháp được đề ra bao gồm kè bảo vệ bờ kết hợp cảnh quan sinh thái môi trường.
Ngoài ra còn một số các nghiên cứu về diễn biến lòng dẫn và đề xuất giải pháp chỉnh trị như nghiên cứu của Barkdrai (1999), Omidbeigi (2009), Karami (2009).