n
(2 . 2 2 1
4; - P^-P< d
p, DS,
trong đó: d là đườn g kính hat; D là độ sâu đ ò n e nước; V là tốc độ d ò n e nước: p là khỏi lượng riêng c ủ a bùn cát; p, là khối lượng riêng cứa nước: y\i là arờiiii J ộ vận chuyển trong h àm bùn cát đáy của Einstein, có qu an hc với số nạh ị ch đao cua tham số Shield và s, là đ ộ dóc m a sát.
Đối với vận c hu y ến khô ng đáng kế. 1|/ lớn hơn hoặc h ã n2 30. Criai phirơng trình (2.23) với trọng lượng riêng của cát bằng 2.65 và với ' Ị / - 30 dược:
Két hợp ph ương trình này với các phương trình M a n n i n g và Strickler. iron.n dó R dã đưọc thay thố bới D và n h ân tóc độ với độ sáu đế sẽ thu đưưc lưu lượng dơn vị:
Vì vây. chiêu sâu cán băng đối với kích thước hạt và lưu lượm: đơn vị d ã cho hãn LI:
trong đó Dc là c hi ểu sâu d òn g nước cực tiếu đối với vận c h u y ế n bùn cát khỏim đánL! kế (tức chiểu sâu cân b a n s ) đối với kích thước hat <j.
2.3.3. S ư thay đổi cao trình đáy
2 . 3 3 . 1 . Lons’ d i m tĩúx d o n”
Khi xói h oặc bồi xảy ra trong mộ t bước thời sian. H E C - 6 điếu chinh các cao trình mặt cắt n c a n SI trong p hạ m vi phấn 1ÒI12 đ ộ n s cua mặt cắt n s a n c . Đối với xói, phan l òne sõnti chí được c h u y ê n đ ộ n ẹ theo ph ư ơn s t h á n s đ ứ n s nốLt nó ư tnuiii pham vi đáy đ ộ n a và ớ dưới mặt nước {nghĩa là ướt). Bổi l á n2 cho phép ớ rmoài ÌỈIỚI han vận c h u y ế n và ơ dưới mặt nước. Một khi các giới hạn xói hoặc hôi được xác định, thể tích xói hoặc bổi được phân chia bới độ rộng hiệu q uá và chiéu dài cua thế lích kiểm soát đế nhận được sự thay đổi cao trình đáy. Sau đó. các thanh phán i hă ne đứnu của toan độ mặt cãt n e a n e trong phạm vi các eiói hạn xói hoặc hỏi n à \ dil'o'L diéu chinh n hư the hiện trong hình (2.8) và (2.9).
2.3.3.2. L ò nạ (III II đ á y rứiìiỊ
Đ i éu kiện đ ặc biệt c ùa một lòng dãn đay círne có thế clirợc xấp XI hãni! L'ách định rõ độ sâu bùn cát b a n s 0 trong hổ chứa bùn cát đáy. Đi éu kiên này đươc thirc
(2.2?)
hiện b ăn g c ác h định rõ đ áy m ô hình E M B nhó hưn m ột lượng nh o so với cao trình đ iếm sâu nhất ban đầu. K h ô n g có bùn cát đ ón g g óp vào d o n e cháy bùn cát tại mặt cắt ngang.
2.3.4. T rong lượng bổi lắng đơn vị
2 . 3 4 . 1 . TrọiiíỊ -lượniỊ đơn vị ba n đuìt
T r ọ n g lượng đơn vị là trọng lượng của mỗi đơn vị thê tích chai bôi lane biéu diễn bâng trọng lượng khô.
ys = ( l - P d) x S G x y (2.26)
trong đó: Pc| là độ rỗn g của chất bổi lắng. SG là trọng lực đơn vị cua c á c hạt hùn cát.
7 là trọng lượng đơn vị c ua nước v à 7 là trọng lượng đơn VỊ cu a bùn cát.
2. ì . 4.2. T r ọ n ” lượiìo cĩơ/1 vị h on hợp
Khi giái q u yê t các hỗn hợp các kích thước hạt. t rọna lương đon vị hỏn hop Ysr c ủa hỗn hợp được tính n h ờ sứ dụn g phươne trình cua Colhy:
t r o n g đó: 7 SS . Ỵsl , y , , t ư ơ n g ứ n g là t r o n a l ư ơ n g đ o n VỊ c u a c át . hù n và set.
Fsa , Fs[ , Fn tương ứng là phần cát, bùn và sét trong chất bổi lãnti.
2.3.4.3. T r ọ n g lượn (Ị do'll vị cỏ kết
Sự răn chác cua hùn cát bói lãng được gây hoi các hạt bị chôn lại và vãt kiệt nước bẫy trong các lỗ. Phưưng trình cò kết (Vanoni. 1975) lá:
-/ = • / , - B - l g T ( 2 . 2 8 )
trong đó: B !à hệ số có két đối với hùn hoặc sét, T là thời eian tích I LI V troniỉ các nam và 7, là trọ ng lượng đơn vị ban đau cúa bùn cát bôi l ãns, thường sal! 1 năm c ố két.
T r o ng lượng đơn vị c ố kêi irung binh qua k ho án g thời aian T yêu câu lích hop qua thòi iíian. T r ọ ng lượng đơn vị nàv được tính n hờ sứ du nu quan hẹ do Muller (1953) phát t n c n sail đây:
7 = 7 , + B - —- — l u T - 0.4341Ỉ ( 2 . 2 ^ ) " • 11 T - ]
Trọn*: lượm: đon vị này được sứ dung đê hiến đổi t rọna lượne bùn cái thanh the tích đ ế t í n h t o á n s ự t h a y đ ổ i c a o t r ì n h đ á y s ó n g .
2.3.5. Các đặc trưng của hạt bùn cát
Bốn đạc trưng c ơ bản của bùn cát: kích thước, hê số hình dạ ne . t r o n ” lực n e n ” và độ thô thúy lực rất q u a n trọng trong dự báo vận c hu y ến bùn cát.
Các lóp kích thước hạt được ấn định i r o n s H E C - 6 theo hệ t h ốn e phán chia cua Hội Địa lý Mỹ ( A G U ) nhu' t r o n s b á n s 2.2 sau:
Bang 2.2. Phân loại bùn cát theo kích thước hạt
Sò thứ tự phân loai Mõ tá loai bùn cát Đườns kính hạt (min)
1 Sét 0.002 - 0.004 2 Bùn rát mịn 0.004 - 0.008 3 Bùn mịn 0.008 -0.016 4 Bùn truníi bình 0.016 -0,032 5 Bùn thó 0.032 - 0 0 6 2 5 6 Cát rất mịn (VFS) 0.0625 - 0 . 1 2 5 26
7 Cát mịn (FS) 0.125 -H 0.250 8 Cát trung bình (MS) 0.25 - 0.5 9 Cát thổ 0.5 -1.0 10 Cát rát thó 1 - 2 11 Đá dăm rất nho 2 - 4 12 Đá dâm nhỏ 4 - 8 13 Đá dăm trung bình 8 - 16 14 Đá dãm thỏ 16 - 32 15 Đá dăm rất thò 32 -H 64 16 Sói nho 64 - 128 17 Sói lớn 128 - 256 18 Cuội nhỏ 256 H- s 12 19 Cuôi trung bình 5 12 -1 02 4 20 Cuôi lớn 1024 - 2048 Hệ số hình d ạ n g hạt SF được xác định bới: SF = --- ( 2 . 3 0 ) (a - b)
trong đó: a. b. c tương ứne là chi ều dài các true Irực giao lẫn n han dai nhái, trunii binh và n gãn nhất c ủ a các hạt bùn cát.
Hệ số hình d ạ n g hạt b ãn g 1.0 đối với hình cáu lý t ư ớ ns và có thố nhỏ hơn 0,1 đối với các hạt có hình d ạng rất bất quy tác. H E C - 6 sứ d ụ n c một hệ số hình dạnn mặc đinh b ãn g 0 . 6 6 7 n h ưn g nó có thế được xác định bới người sư dung. Nếu “đường kính bói l ã n g ” dược sứ dụng, nó sẽ được xác định b ăn g đặc trưng tốc đỏ rơi cua hạt và hệ số hình d ạ n g hạt b ăng 1,0 được sứ dụng. N ếu đ ư ò n a kính s à n2. thực té được su dụng thì hệ sỏ hình d ạ n g thực phai được sư dụng.
T r ọ n g lực r iê ne c ủ a mộ t hạt bị chi phối hơi th à nh phấn k ho án g c ua nó. Trong các hệ t h òng s ò ng tụ' nhiên, vật liêu đáy c hi ếm ưu t h ế là thạ ch anh. có trọng lực rióng bãnti 2,65. H E C - 6 sử d ụ n g 2.65 như một mặ c định: tuy nhiên, các tỉiá trị tronư lực rièng c ủa cát. bìm và sét có thê được vào.
Hai kỹ thuật để tính độ thô thúy lực c ủa hạt có thế SU' d u n g trong HEC-6. Kỹ thuật thứ nhất dựa trên độ thô thúy lực xác định bơi Toffaleti (19 66 ) \'à tương tự với phương pháp R u b e y ( V an on i (1975). Phương p háp này gia thiết hệ số hình dạng bàng 0.9. Kỹ thuật thứ hai đưa vào xem xút hệ số hình d an g cu a hat. d ùn g quy trinh m ô la trong ICVVR ( 19 57 ) vù được m ỏ ta chi tiết bơi Wi l li am í 1980). Phương pháp thứ hai được m ặ c định.
2.3.6. Vận chuyên bùn cát
2.3.6.1. Vận c h u y ể n b í m và sét 1) Bói lắ m ’ b ùn CÚ! dính
P hư ơng trình bổi lắng bùn và sét ( Krone 1962) trong một m á n e tuân hoàn khép kín tại các tóc độ kết tập c h ậ m và các nổn g đỏ vận chất tai bùn cát lư lứnạ dưới 300 mg/1 là:
ln = —k ' t ( 2. 31 )
c„
hoặc: -£- = el' k',) (2.32)
c„
trong đó: c là n ồ n g độ tại cuối thời đoạn; C , nồng độ tại đầu thời đoạn; D là độ sâu V p ị 1 - 1
d ò n e nước. k'= r , p, = I — — là xác suất mộ t c ụ m b á m vào đáy; t la thời iiian.
' 2,3 D Ị, Td J
băng chiểu dài đ o ạn sóng chia cho tốc độ đ ò n s cháy; V là tốc độ lăng đoim cua các hạt bùn cál: I | j à ứ n g s u ấ t tiế p đ á y và Tj l à ứng suấl liế p đ á y tới han đỏi với hồi lãnu.
Tý số này được nhãn với n ồn g độ sét hoặc bùn cháy vào đè nhận (.lược kha năng vận c huyển. N ồ n g được biến đối thành thế tích và bói lén đáy.
2 ) XÓI h ù n ( á t d i n h
Xói được dựa trẽn c ó ng trình cứa P ar lhenaiđes (1 965 ) và được Ariuihurai \ a Krone ( 197 6) sửa lai c ho phù hợp. XÓI hạt được xác dinh bới:
c + c.. (2.33,
Q > 7
Irone đó: c là n ồ n g độ tại cuối thời đoạn, Cn n ó n e độ tại đầu thời đoạn. M, la tnc J ộ xói đối với xói hạt, Q là lưu lượng nước, s , là diện tích bê mậ t lộ ra đẽ xói. I, la ứng suất tiếp đáy. I là ứng suất tiếp đáv tới han đối với XÓI hat và 7 là i r o n s l ượn2 đơn vị cứa nước.
Khi ứng suất tiếp đáy tãng, xói hạt c h u y ể n th àn h xói khói và tốc dỏ xói tăn tí lẽn. Về lý thuyết, vì tóc độ xói khối có thê là vỏ định nên Ar iathur ai và Krone í 1976) dã dò nehị sứ d ụ n g mộ t "thời man xói đặc t r i m s ” T . Với mộ t thời đ oan tính toán At. phương trình xói khối tro thành:
M . • s T . , - , .
c = — —— - X — + c (2.34)
o ■' Y M
trong dó: At là thời đ oan tính l oá n. M : là tốc độ XÓI khối và T là thòi gian xỏi đãL tnrng.
Sự có mặt c ua sét t r o n s ctáv s ông có thế s â y ra sức bén c ua đáy ]('ín hon lìrm suất tiếp cần thiết để di c h u y ế n các hat r iê ne lẻ dẫn đến việc han chê tốc độ eu ón li e>1
dưới các đ iều kiện xói. HEC-óTciểm soát q uá trình này b ằng các h ki ế m tra ty lẽ phân trãm cúa sét trong đáy. N ế u tý lệ này trên 10% thì tốc độ c u ốn trói sét hạn chê tỏc đỏ cuốn trôi hùn. cát và sỏi c ũ ng n hư ngãn ngừa xói bùn, cát và soi trước khi xói sét cho dù ứng suất tiếp đáy đủ đế xói các hạt nàv nhưng k h ô n g đu đê xói sét dính.
Vì khái n iệ m “ n ồ n g đó cán b à n g ” c ủa Einstein được sứ d ụ n s đối với chái tai khô ng dính nên k h ô n g có sự c h ế ngư th em nào được yêu cáu đế niái hạn nontz đo cát và sỏi. Tu y nhiên, khi bùn cát dính được bao g ồ m thì sẽ k h ô n s có n o n e đỏ cân hãnti. HEC- 6 giá thiết r ằn g xói và cuốn trôi các hạt m ị n bị han c h ế bơi một " n ò n e độ dims: cháy bùn cực đ ạ i ” . N ồ n g độ dòng cháy bùn cực đai sư dụnsỉ bới H E C - 6 là 800 000 ppm. Nếu nô ng độ chất mị n (nghĩa là bùn và sét) tại mậ t cát ngunsi báì kỳ vượt quá 50 0 0 0 p pm, sự phán tác dụ ng tăng lên và một lời nhăn sẽ được in ra nói rõ t one sô lán các n ón g đ ó cao đã được phát hiện ra. Khi nò n g độ Yươt quá 800 0 00 ppm. mỏi nóng độ kích thước hạt được giam di mót cách tương line đé nònsd do tone cộntí la 800 0 0 0 ppm.
2 V ậ n c h i t x ê n L Ú! vù sói
H E C - 6 cho phép sứ dụ n g một số hàm vận c hu y ển bùn cát khác nhau sail đá\ đê tính vận c h u y ế n cát và sói:
h à m vận c h u y ể n c ua Toffaleti (1969),
q u an hệ của Laur sen (1958) do M ad de n (1963) sửa đổi,
c ô n g t h ứ c n ã n s i k r o n e d ò n c c h ả v đ ổ i với c á t c ù a Y a i m í 1 ^ 7 3 ) .
h àm vận c h u y ê n cua Duhovs (Vanoni. 1975). - h àm vận c h u y ê n cua A c k er s -Wh it e (1973). - h àm vận c h u y ế n cua Colby (1964),
- h à m kết hợp c ua Toffaleti (1966) và S ch o kl ns c h ( 1960), - c ô ng thức M e y e r - P e t e r và Mulle r (1948).
h àm kết hợp c u a Toffalcli và Meyer -P et er và Muller,
q u an hộ cua Laur sen (1958) do M a d d e n ( 1985) sưa đòi.
- p hương pháp c u a Parthenaides (1965) dõi với xói và phưưng pháp Krone
(1 96 2) dối vó'i bồi bùn cát dính do Ariathurai và Kr one ( 197 6) sứa đối. - q u an hệ L a u r s e n (Copel and và T h om a s. 1989) do Copelancỉ (1990) sưa đối.
người sử d ụ n g xác đ ịn h các hê số vận c hu yể n dựa trẽn các số liệu q u an trắc.
2.4. Các yêu cáu vé sỏ liệu đáu vào
Các số liệu dầu vào được phàn thành các n h ó m số liệu hình hoc. bùn cat. th u\ văn và các lệnh đặc biệl.
2.4.1. N h ó m sô liệu hình học
I ) C á c m ă l c á t I i i i a n g ( c á c b a n iilii X 1. X 3 . CìR ).
2) Các giá trị hệ s ố n h á m M a n n i n g n, các hệ số tổn thất do co hẹp hay m ớ ròng (các bán ghi NC, N V, $ K L , $KI).
3) Các giới han đ áv độ n g (các bán ghi H. HD).
4) N ao vét (các bán ghi H, H D , $ D R E D G E . $ N O D R E D G E ) . 5) Diện tích d ò n g c h ả y kh ô ng hiệu q u ả (bản ghi X3).
6) Các giới hạn vận c h u y ế n (bán ghi XL).
2.4.2. N hóm sô liệu bùn cát
]) Các đặc trưng cửa bùn cát (các bản ghi II. 12. 13. 14).
2} Lưu lượng và thành phần hat của bùn cát chãv vào (các bản chi LQ. LT. LF). 3) T hà n h phan hạt cửa vật liệu bùn cát trẽn đáy sõnti ( ban d l l PF).
4) Vận c h u y ế n bùn cát gổm:
a) Vận c h u y ê n hùn và sél (các bản ghi 12. 13). b) Vận c h u y ê n cál và sói (các bán uhi 11, J. K ).
2.4.3. N hỏm sở liệu thủy ván
1) Thời đ o ạn tính toán (bán ghi w )
2 ) G í c d i ế u k i ệ n b i ê n g ồ m :
a) Các điều kiện biên t hượna lưu:
- Lưu lượng và nhiệt độ nước (các ban ghi Q. T ). - Lưu lượng b ùn cát (các bản ghi LQ, LT. LF).
hì Các điếu kiên biên hạ Ill'Ll (các ban ghi SRATINCi. RC. R. S). c ) Các điều kiện nội biên (các bản ghi QT. X5. R ).
2.5. Kiểm soát đầu ra
H E C - 6 c h o phép neirời sử dụ ng có thè lựa ch on các m ứ c thõ ng Ún dâu ra vó các n h ó m sỏ liệu hình học. bùn cát. thúy văn với mức độ chi tiết khác nhau. Các mức dấu ra này được t ó m tát tron ạ b ản g 2.3 dưới đày.
B à n g 2.3. Tóm tắt các mức đầu ra của m ô hình HEC-6
Bán ghi Mức Mỏ tả
Q - Không đưa ra thông tin về các tính toán thủy luc
Cột 5 A Đưa ra thông tín về lưu lượng, cao trình mặt nước, nhiệt độ nước,
thời đoạn dòng chảy, các tham sỗ thủv lực thòns thường cho mỏi mặt cắt ngang.
B Đưa ra thông tin về hình học ban đẩu. phán hò các tham sỏ iluiv luc qua các lie’ll mặt cát.
D Mô tá thõng tin
E Mó tá thông tin một cách chi tiết: các so lieu thúy lực doi với mỏi sỏ gia diện tích, mỏi cao trình thứ n°hiệm tro 112 các tính toán nuớc vạl tại lừng mặt cắt ngang.
Q - Khontz đưa ra thõng tin vẽ các tính toan bùn cát
A Đưa ra thon” tin vẽ the tích hun cát vào và ra khoi mỏ hình, h ill'll
Cọt 6 qua bẫy hùn cát.
B Đưa ra các thỏna tin vé các ihay dối cao trinh đáy. các cao timh mat nước, cao trình đườns sâu nhất. Ill'll lượn tỉ bùn cát ra klioi mo hình.
c Đau ra chi net bad íióm sứa lai cál, lưu l ư Ợ M i i hun cát va t-ãp plu'1
hạt cua bùn CÚI đáy. D Mò ta thông tin chi tiẽt.
SDREDGE A - E Các mức A - E cung cap đâu ra từ các d i ẻ n toan nao vét từ mức lap lai các số liêu đơn gián (mức A) đến mức mò ta chi nét các thong
Cót 8 tin (mức E).
SPRT N Không cho đáu ra tại tát ca các mặt cát ngang.
A Cung cấp đầu ra đỏi với tất cả các mãt cát ngang tai mức đáu ra cua Cột 8
bủn ghi Q.
CP Sò phan đoạn sòna tại nơi đinh vi các mat cãt ngang can thiếl.
PS - Các mãt cãt naanc nơi mà đáu ra dược yêu can. Sư dung cung \ới
lựa chọn SPRT. í
END - Kết thúc các han ehi SPRT
SVOl. - Đưa ra thòng till VC IIIV tích các tha\ đổi đá\ vu the tích.
$VOL Cót 8
A Đưa ra thóng tin về trọng lượng bùn cát luỹ tích chuyên qua mỏi mặt cắt ngang đối với mỗi lớp kích thước bùn cát.
VJ. VR Các tham số đầu vào đối với các bắng cao trình-thé tích: dược su'
dụng cùng với bản ghi SVOL.
C h ư ơ n g 3
Ứ N G D Ụ N G M Ô H Ì N H H E C - 6 T Í N H T O Á N V À D ự B Ả O D I Ễ N B I Ế N Đ O Ạ N S Ô N G H Ổ N G T Ừ H O À B Ì N H Đ Ế N H Ả N Ộ I 3.1. Cơ sở sô liệu
Dựa t heo các yêu cầu về số liệu đẩu vào c ủa m ỏ hình H E C - 6 và sỏ liệu thực tè do đạc hiện có. để tài đã thu thập được các sỏ' liệu sau đáy:
* Sô liệu địa hình: do Đ oà n kháo sát sông H ỏ n g đo đạc. Số liệu này hao nôm: - 38 mặt cất n g a n g (từ sô 10 đên sổ 47) trẽn s ỏ ne Đ à đoan từ Hoà Bình đến ngã ba T h a o - Đ à đo n ă m 1992 và 1997.
- 17 mặt cắt n g a n g (từ số 48 đên sô 64) trên s õng H ô n g đoan từ ngã ha T hao Đà đến Hà Nội đo n ă m 1992 và 1997.