CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI CHO CỐNG KÊNH CỤT
3.5. Kết quả mô hình vật lý và mô hình toán, phân tích biện pháp phòng xói công trình
3.5.2 Phân tích kết quả trên mô hình toán
3.5.2.1. Phân tích các tổ hợp kịch bản trong trong trường hợp nước chảy từ Biển vào Đồng Để thuận tiện hơn trong việc phân tích các kịch bản cũng như đồng nhất quy ước về cách đặt tên cũng như các vị trí trên mô hình ta quy ước theo hướng nhìn từ đồng ra biển thì bờ trái (P. Rạch sỏi), bờ phải cống nằm bên tay trái(P. An hòa) và các khoang cống được đặt tên và bố trí như hình dưới đây
73
Hình 3.18 Sơ đồ bố trí các vị trí của cống Xét trường hợp mở ba cửa hoàn toàn với các kịch bản khác nhau - Với tổ hợp kịch bản ( Q=294,8 m3/s; ZB=0.23m; ZĐ=0.18m).
Thông qua mô hình ta thấy các giá vận tốc được phân bố đều trên mô hình, giá trị nhỏ nhất là 0,0 m/s cho đến giá trị lớn nhất là 1.3 m/s. Ta thấy tại khu vực trước sau và trong ngưỡng cống là những vị trí có giá trị lớn nhất, đặc biệt là khu vực trong khoang cống giá trị đạt lớn nhất là 1.3m/s. Điều này cũng chứng tỏ theo quy luật của thủy lực khi nước chảy qua khu vực bị co hẹp thì giá trị vận tốc đạt giá trị lớn nhất. Thông qua hình vẽ ta cũng thấy sự phân bố dòng mặt là tương đối đều, dòng chảy chính lưu không bị phân tán, phân bố đều trên bề mặt. Xét cụ thể trên mặt cắt dọc chạy qua một khoang cống ta có kết quả như sau
Hình 3.19 Mô phỏng vận tốc dòng chảy (Mike 21 HD) trường hợp ( Q=294,8 m3/s;
ZB=0.23m; ZĐ=0.18m).
74
Hình 3.20 Mô phỏng vận tốc dòng chảy mặt cắt dọc theo khoang cống
Xét mặt cắt dọc chạy dọc qua một khoang cống ta thấy càng gần khoang cống giá trị vận tốc càng lớn hơn, giá trị vận tốc lớn nhất là tại vị trí trong khoang cống. Các giá trị vận tốc cũng được phân bố theo các vị trí độ sâu khác nhau, giữa giá trị vận tốc dòng mặt và dòng đáy có sự chênh lệch khách nhau tuy thuộc theo các vị trí khác nhau. Giá trị vận tốc đáy nhỏ hơn giá trị cho phép vì thế không gây nên hiện tượng xói
Tương tự với các tổ hợp kịch bản khác ứng với các thông số lưu lượng, mực nước trong phía đồng và ngoài biển ta cũng có các phân tích đánh giá các giá trị vận tốc tại các vị trí đặc biệt.
- Ứng với tổ hợp kịch bản ( Q = 241,5 m3/s; ZB= 0,5m; ZĐ= 0,47m)
Hình 3.21 Mô phỏng vận tốc dòng chảy Mike 21 HD (Q = 241,5 m3/s; ZB= 0,5m; ZĐ= 0,47m)
75
Nhìn chung ứng với kịch bản trên giá trị vận tốc nhỏ nhất là 0,0 m/s, và giá trị vận tốc lớn nhất là 1.04 m/s. Giá trị lớn nhất cũng nằm tại vị trí khoang cống, giống với kịch bản trên thì thấy dòng chảy mặt cũng tương đối phân bố tương đối đề không bị phân tán.
Xét mặt cắt dọc tuyến chạy qua một của cống của công trình ta được kết quả như sau
Hình 3.22 Mô phỏng trường vận tốc dòng chảy tại mặt cắt dọc theo khoang cống Tương tự mô phỏng cho các tổ hợp kịch bản khác ta có kết quả mô phỏng sau
Kịch bản (Q= 64,3 m3/s; ZB= -0,39m; ZĐ= -0,4 m)
Ứng với kịch bản này với các tổ hợp lưu lượng và mực nước thượng hạ lưu ( B – Đ) đều nhỏ thì ta thấy các giá trị vận tốc tại các vị trí đều nhỏ. Điều này phản ứng đúng hiện trạng thực tế, do lưu lượng mực nước nhỏ và có sự chênh lệch nhỏ nên diễn biến dòng chảy cũng biến động nhỏ. Cụ thể hóa các giá trị được mô phỏng trên mô hình.
76
Hình 3.23 Mô phỏng vận tốc dòng chảy (Q= 64,3 m3/s; ZB= -0,39m; ZĐ= -0,4 m) Thông qua hình vẽ ta thấy giá trị lớn nhất đạt 0,375 m/s, giá trị này đặt được tại các vị trí ở trong khoang cống, giá trị vận tốc nhỏ nhất là 0,05m/s. Diễn biến dòng chảy tương đối đồng đều, phân bố đều trên bề mặt, thẳng hướng, không bị phân dòng.
Hình 3.24 Mô phỏng vận tốc dòng chảy dọc khoang cống (Q= 64,3m3/s;ZB= -0,39; ZĐ=-0,4) Mô phỏng quá trình diễn biến thủy lực chạy dọc qua cống, xét cả các giá trị vận tốc tại các vị trí khác nhau giao động từ (0,12 – 0,38) m/s.
Bên cạnh mô phỏng các trường hợp mở ba của hoàn toàn xét các bài toán đóng mở các cửa luôn phiên nhau. Đi vào xét chi tiết cho các trường hợp ta có các đánh giá nhận xét sau:
Trường hợp đóng một cửa mở hai cửa với tổ hợp kịch bản (Q=294,8 m3/s; ZB= 0,23m; ZĐ=
77 0,18m; nước chảy từ biển về đồng)
Hình 3.25 Mô phỏng vận tốc dòng chảy (Q= 294,8 m3/s; ZB= 0,23m; ZĐ= 0,18 m) Trong trường hợp này ta thấy khi đóng kín một cửa thì diễn biển thủy lực đã có sự thay đổi đáng kể. Hướng dòng chảy tập chung đổ về hai cửa còn lại, tuy nhiên sau khi chảy qua cống dòng chảy lại phân bố tương đối đồng đều, không bị lệch dòng. Xuất hiện các dòng ngang từ phía khoang cống số 3 đổ về khoang 1 và 2 ngây nên hiện tượng co hẹp .Với cùng một thông số đầu vào như nhau ta thấy sau khi đóng 1 cửa vận tốc tại các vị trí đã tăng lên, cụ thể tại các vị trí đặc biệt như trong khoang cống giá trị vận tốc lớn nhất đạt tới gần 1,7 m/s trong khi với các thông số tương tự khi chưa đóng 1 của giá trị chỉ đạt từ 1.0 đến 1.2 m/s.
Trường hợp đóng kín cửa khoang giữa
Theo kết quả mô phỏng ta thấy khi đóng một của dòng chảy tập chung qua hai cửa còn lại, do đó vận tốc cũng cao hơn so với trường hợp mở ba của hoàn toàn với cùng các thông số đầu vào. Trên hình ta thấy các hướng dòng chảy cũng có sự biến đổi, cụ thể có sự xuất hiện dòng chảy ngược dòng bên phía bờ trái theo hướng từ phía biển vào, cũng xuất hiện các dòng quẩn tại khu vực phía trước và sau cống. Bên cạnh đó phía ngoài biển có xuất hiện hiện tượng sóng lớn, vận tốc dòng mặt đạt giá trị cao, vận tốc dòng đáy tại khu vực này cũng đạt giá trị từ 0,6 – 1,6m/s, giá trị này lớn hơn giá trị vận tốc cho phép. Vì vậy với kịch bản vận hành này thi khả năng xói lở xẩy ra. Khả năng vận hành này chỉ có thể ứng dụng với trường hợp mực nước trong đồng và ngoài biển nhỏ.
78
Hình 3.26 Mô phỏng trường vận tốc dòng chảy (Q= 294,8 m3/s; ZB= 0,23m; ZĐ= 0,18 m)
Hình 3.27 Trường vận tốc dòng chảy tại mặt cắt dọc cống trường hợp đóng cửa giữa Tương tự xét trường hợp đóng hai cửa bên, mở cửa giữa với cùng các thông số trên.
Xét thấy với trường hợp này vận tốc đạt lớn nhất tại khoang cống là 1,65m/s, bên cạnh đó có xuất hiện vùng xoáy quẩn quanh khu vực mang cống nhưng giá trị không lớn chỉ từ 0,15m/s đến 0,3m/s. Xét phía ngoài biển cho thấy xuất hiện các dòng chảy ngược dòng bên phía bờ trái hướng từ biển vào. Bên cạnh đó phía trong khu vực đồng tại các vị trí quanh khu vực cống 1 và cống 3 cũng xuất hiện các vùng quẩn và các dòng chảy ngược dòng nhưng giá trị nhỏ chỉ từ -0,5 – 0,15m/s.
79
Hình 3.28 Trường vận tốc dòng chảy trường hợp đóng hai cửa bên
Xét các giá trị vận tốc dòng đáy
Hình 3.29 Trường vận tốc dòng chảy tại mặt cắt dọc qua khoang công
Dựa trên hình ta thấy giá trị vận tốc đáy dao động trong khoảng từ 0,15 – 1,05 m/s, giá trị này nằm trong giới hạn vận tốc xói cho phép của đất nền, vì vậy không có khả năng gây ra xói do đó với kết quả này thì khả năng vận hành trong trường hợp này khả thi.
Phân tích đánh giá kịch bản khi mở cửa số 3 và đóng hoàn toàn của số 1 và cửa số 2.
80
Hình 3.30 trường vận tốc dòng chảy trường hợp đóng hai cửa 1 và 2
Xét thấy dòng chảy chủ lưu tập chung vào một phần của dòng sông phía đồng, phân bố không đều, dòng chảy chính có su hướng cân xứng dần đều khi chảy về xa phía đồng. Bên cạnh đó xuất hiện các dòng ngang từ các phía cửa cống 1 và 2 đổ về. Phía khu vực trong đồng có các dòng chảy ngược tạo vùng xoái khu trước khoang cống 1 và 2. Xét mặt cắt dọc theo khoang cống và hướng dòng chảy thấy vận tốc đáy và mặt ngoài biển và trong đồng có sự chênh lệch. Vận tốc đáy dọc theo mặt cắt biến đổi trong khoang từ 0,1 – 1.0 m/s. Với giá trị này thì không có khả năng gây ra xói lòng dẫn.
Hình 3.31 Trường vận tốc dòng chảy tại mặt cắt dọc theo khoang cống 1
Với trường hợp này không có khả năng gây ra xói cho lòng dẫn tuy nhiên vẫn tồn tại nhiều
81
vùng xoái quẩn quang khu vực bờ trái và bờ phải gây khả năng gây xói bờ. Vì thế có thể vận hành theo kịch bản này tuy nhiên không vận hành thường xuyên và có kết hợp mở thêm cửa số 2 để giảm thiểu các vùng xoáy quẩn.
3.5.2.2. Phân tích các tổ hợp kịch bản trong trong trường hợp nước chảy từ Đồng ra Biển - Xét tổ hợp kịch bản ( Q = 482,3 m3/s; ZĐ = 0.33m; ZB = 0.23m)
Kết quả mô hình được thể hiện qua hình dưới đây
Hình 3.32 Mô phỏng trường vận tốc dòng chảy tổng thể trên mô hình ( Q = 482,3 m3/s;
ZĐ = 0.33m; ZB = 0.23m)
Nhận thấy hướng dòng chảy phân bố tương đối đều, giá trị vận tốc giao động từ 0 m3/s đến giá trị lớn nhất là 2.4 m3/s. Dòng chảy chính lưu, phân tán đều trên bề mặt, xuất hiện dòng quẩn tại một vài khu vực như bên mép cống phía Biển.
82
Hình 3.33 Trường vận tốc dòng chảy tại mặt cắt dọc theo khoang cống 1 ( Q = 482,3 m3/s; ZĐ = 0.33m; ZB = 0.23m)
Xét mặt cắt dọc qua vị trí ngưỡng cống nhận thấy giá trị vận tốc đạt giá trị lớn nhất tại vị trí qua ngưỡng cống. Vận tốc dòng mặt và dòng đáy có sự khác nhau, giá trị vận tốc tại mặt đáy giao động trong khoảng từ 0.6m3/s đến 1.1 m3/s. Giá trị này nằm trong giới hạn xói cho phép vì thế không bị ảnh hưởng xói đến công trình.
- Xét các trường hợp tương tự dòng chảy từ Đồng ra Biển với các tổ hợp kịch bản khác nhau
(Q = 485,6m3/s; ZĐ=0.25;ZB=0.15) (Q = 467m3/s; ZĐ=0.28;ZB=0.20)
(Q = 204,4m3/s; ZĐ= -0.14;ZB= -0.16) (Q = 174,7m3/s; ZĐ=0.81;ZB=0.79)
Hình 3.34 Mô phỏng trường vận tốc dòng chảy tổng thể các kịch bản tính toán
83
Nhìn chung ứng với các tổ hợp kịch bản khác( Lưu lượng, mực nước thượng hạ lưu) thì sự phân bố dòng chảy tương đối đều trên bề mặt, không bị phân tán. Với các lưu lượng đầu vào càng lớn thì vận tốc cũng được phân bố càng lớn. Cụ thể với kịch bản (Q = 485,6m3/s;
ZĐ=0.25;ZB=0.15) thì vận tốc đạt giá trị lớn nhất tại ngưỡng cống là 2.4 6m3/s trong khi với tổ hợp kịch bản (Q = 467m3/s; ZĐ=0.28;ZB=0.20) vận tốc lớn tại ngưỡng cống là 2.25 m3/s. Tương tự với các kịch bản khác (Q = 204,4m3/s; ZĐ= -0.14;ZB= -0.16) và kịch bản (Q = 174,7m3/s; ZĐ=0.81;ZB=0.79) giá trị vận tốc lớn nhất lần lượt là 1.25 4m3/s và 0.75 m3/s
Xét các mặt cắt dọc qua ngưỡng cống của các kịch bản như hình dưới đây.
(Q = 485,6m3/s; ZĐ=0.25;ZB=0.15) (Q = 467m3/s; ZĐ=0.28;ZB=0.20)
(Q = 204,4m3/s; ZĐ= -0.14;ZB= -0.16) (Q = 174,7m3/s; ZĐ=0.81;ZB=0.79)
Hình 3.35 Mô phỏng trường vận tốc dòng chảy tại các mặt cắt dọc theo khoang cống các kịch bản tính toán
Tương ứng với các tổ hợp kịch bản khác nhau nhận thấy vận tốc dòng mặt và dòng đáy cũng được phân bố theo tỷ lệ thuận, với các tổ hợp kịch bản có thông số lưu lượng đầu vào lớn thì tương ứng có giá trị vận tốc lớn.