Nghiên cứu xác lập quan hệ hình thái lòng sông với khả năng thoát lũ trên đoạn sông từ Sơn Tây đến Hưng Yên

Bộ giáo dục & Đo tạo Bộ Nông nghiệp & PTNT

Viện Khoa học Thuỷ lợi
_______________



Nguyễn ngọc Quỳnh



Nghiên cứu xác lập quan hệ hình thái
lòng sông với khả năng thoát lũ trên đoạn
sông Hồng từ Sơn tây đến Hng yên


Chuyên ngành: Chỉnh trị sông và bờ biển
M số: 62.44.94.01




tóm tắt Luận án tiến sĩ kỹ thuật




H nội, năm 2006

Công trình đợc hoàn thành tại Viện Khoa học Thuỷ lợi - Bộ Nông
nghiệp và Phát triển Nông thôn




Ngời hớng dẫn khoa học:
1. GS.TS Lơng Phơng Hậu
2. PGS.TS Trần Xuân Thái



Phản biện 1: PGS.TS Đỗ Tất Túc
Trờng Đại học Thuỷ lợi

Phản biện 2: PGS.TS Hoàng Đình Dũng
Trờng Đại học Xây dựng

Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Hữu Đẩu
Hội Cảng - Đờng Thuỷ



Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp nhà nớc
họp tại Viện Khoa học Thuỷ lợi .
175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà nội
vào hồi 8 giờ 00 ngày 27 tháng 10 năm 2006

Có thể tìm hiểu luận án tại th viện Quốc gia Hà nội và
th viện Viện Khoa học Thuỷ lợi

Những công trình chính gần đây của tác giả
đ công bố liên quan đến đề tài luận án

1. Nguyễn Ngọc Quỳnh, Đặng Hoàng Thanh (2000), Phân tích các quan
hệ thuỷ văn để đánh giá khả năng thoát lũ trên các sông chính của hệ
thống sông Thái bình, Thông tin chuyên đề Khoa học, công nghệ & kinh
tế Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, số 9 năm 2000, tr.6-8.
2. Nguyễn Ngọc Quỳnh (2000), Đánh giá khả năng thoát lũ đoạn Sơn Tây
Cửa Luộc trên sông Hồng qua các thay đổi quan hệ thuỷ văn, Thông
tin chuyên đề Khoa học, công nghệ & Nông nghiệp & Phát triển nông
thôn , số 9 năm 2000, tr 19-21.
3. Nguyễn ngọc Quỳnh, Nghiên cứu các thay đổi về đặc trng thuỷ văn
lòng dẫn trên phân lu sông Đuống trong một số thời kỳ, Thông tin
chuyên đề Khoa học, công nghệ & Nông nghiệp & Phát triển nông thôn
, số 9 năm 2000, tr 9-11.
4. Nguyễn Ngọc Quỳnh, ứng dụng mô hình toán MIKE 21 C nghiên cứu
thuỷ lực và diễn biến lòng dẫn sông Hồng đoạn Sơn Tây - Trung hà,
Tuyển tập báo cáo hội thảo chơng trình KC.08 - Bảo vệ môi trờng và
phòng chống thiên tai , Bộ Khoa học & Công nghệ, năm 2002.
5. Nguyễn ngọc Quỳnh, Đánh giá ảnh hởng của hệ thống bối tới khả năng
thoát lũ trên sông Hồng, Tuyển tập báo cáo 45 năm thành lập Viện Khoa
học Thuỷ lợi, 2/2005.
6. Nguyễn Ngọc Quỳnh, Hồ Việt Cờng , ứng dụng mô hình toán 2 chiều
MIKE 21C trong nghiên cứu thuỷ lực và dự báo diễn biến sông Hồng,
Khoa học công nghệ Thuỷ lợi số 4 năm 2005.
7. Nguyễn Ngọc Quỳnh (2005), Nghiên cứu xác định chiều rộng thoát lũ
hợp lý trên sông Hồng vùng không ảnh hởng triều, Khoa học công nghệ

Thuỷ lợi số 4 năm 2005.


1
mở đầu

01. ý nghĩa thực tiễn của đề ti luận án
Hiện nay, một sự thật đang tồn tại trong các hệ thống sông ở nớc ta
là sự suy giảm nghiêm trọng khả năng thoát lũ của lòng sông, nhất là
trong hệ thống sông Hồng, con sông chảy qua thủ đô Hà Nội. Mọi số
liệu và phân tích đều chứng minh một hiện tợng là: để thoát qua một
lu lợng lũ nh lũ năm 1971 ( tần suất 0,8%), mực nớc hiện nay đã
tăng lên so với năm 1971 là 1,0 m ở Sơn Tây, 0,6 m ở Hà Nội, 0,7 m ở
Hng Yên. Và hơn chục năm trở lại đây, các đề tài khoa học - công
nghệ cấp Nhà nớc, các chơng trình cấp Bộ, các dự án đầu t của thành
phố Hà nội đã lấy vấn đề suy giảm khả năng thoát lũ của lòng sông làm
đối tợng nghiên cứu, làm mục tiêu dự án. Những kết quả nghiên cứu,
các kiến nghị của dự án cho tới nay vẫn còn nhiều điều cha đi đến
thống nhất, cha đợc đồng thuận. Nh vậy, vấn đề khả năng thoát lũ
của lòng sông vẫn còn là nguồn đề tài nghiên cứu có tính thời sự, một
yêu cầu bức xúc.
02. ý nghĩa khoa học của đề ti luận án
Những kết quả nghiên cứu và các đề xuất của các dự án nói trên
sở dĩ cha đi đến đợc sự đồng thuận vì các lý giải của vấn đề suy giảm
khả năng thoát lũ và nhất là các thông số của tuyến thoát lũ cha có cơ
sở khoa học vững chắc. Đề tài luận án này mong muốn thông qua
nghiên cứu làm sáng tỏ thêm một số vấn đề chủ yếu sau đây: (1) Trớc
hết là vai trò tiên quyết của lòng dẫn cơ bản trong thoát lũ. Chỉ có một
lòng dẫn cơ bản ổn định, có quan hệ hình thái phù hợp với quy luật tạo
lòng mới có một khả năng thoát lũ tốt. Vì vậy trong nghiên cứu này đều

lấy lòng dẫn cơ bản đã đợc chỉnh trị hoàn chỉnh làm tiền đề. (2) Thứ
đến là chiều rộng thoát lũ có giới hạn nh thế nào trong việc tạo lập một
chế độ thuỷ lực có lợi cho thoát lũ. Có cần phải mở quá rộng hay có thể
thu vào quá hẹp hay không. Trong luận án này cha đề cập đến ảnh
hởng của các hình dạng mặt bằng tuyến đê, mặc dù đây cũng là một
vấn đề có liên quan đến kết cấu của dòng chảy trên bãi. (3) Sau cùng là

2
vấn đề tơng tác giữa dòng chảy bãi và lòng dẫn chính. Vấn đề này đã
có nhiều nghiên cứu trớc đây, song với những khu vực sông có hình
thái lòng dẫn phức tạp hoặc các khu vực tuyến đê bị co hẹp thì sự tơng
tác đó có gì đặc biệt? ở đây vai trò của cao trình bãi sông trong việc
khống chế khả năng thoát lũ sẽ đợc thảo luận kỹ hơn.
(4) Về phơng pháp luận, luận án sử dụng các lòng dẫn đợc sơ đồ hoá
để vấn đề đợc khái quát, không lệ thuộc vào những chi tiết cụ thể. Về
phơng pháp nghiên cứu , luận án sử dụng một mô hình toán với phần
mềm mạnh để mô phỏng dòng chảy lũ 2D với các lới tính toán cong,
thích hợp với tính phức tạp của dạng lòng dẫn và điều kiện biên. (5) Các
kết quả nghiên cứu đợc trình bày dới dạng các đồ thị tra cứu hoặc các
công thức giải tích dễ sử dụng.
0.3. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Thiết lập quan hệ giữa một số yếu tố hình thái với khả năng
thoát lũ , tạo ra các cơ sở lý luận mang tính khoa học trong việc nghiên
cứu xác lập tuyến thoát lũ và ứng dụng để xây dựng tuyến thoát lũ trên
đoạn sông Hồng Sơn Tây - Hng Yên.
0.4 Phạm vi nghiên cứu
(1) Chỉ nghiên cứu về đánh giá khả năng thoát lũ của lòng dẫn, đi
sâu vào lòng dẫn mùa lũ. (2) Chỉ đề cập đến khía cạnh động học của vấn
đề thoát lũ, không đi sâu vào khía cạnh động lực học, diễn biến lòng
dẫn. (3) Đối tợng cụ thể: lòng sông Hồng Sơn Tây - Hng Yên. (4) Về

phơng pháp: chỉ sử dụng phơng pháp mô hình toán.
0.5 Số liệu xuất phát
(1) Đoạn sông nghiên cứu có số liệu thực đo khá đầy đủ và cập
nhật về địa hình, thuỷ văn do Viện Khoa học Thuỷ lợi sở hữu qua các
đề tài khoa học và các dự án mà Viện và Trung tâm Động lực Sông tham
gia. (2) Ngoài ra còn có các số liệu đã đựơc kiểm chứng từ các cơ quan
chuyên ngành nh cục Phòng chống lụt bão và quản lý Đê điều, Bộ Tài
nguyên Môi trờng, viện Quy hoạch Thuỷ lợi.
0.7 Những đóng góp mới của luận án
1. Về kết quả nghiên cứu cụ thể : luận án đã xây dựng đợc một

3
số quan hệ mang tính tổng quát giữa các yếu tố hình thái riêng rẽ và tổ
hợp các yếu tố hình thái với khả năng thoát lũ. Từ đó, đã xây dựng đợc
hai biểu đồ (3-8 và 3-9) và hai biểu thức mô tả quan hệ nhằm xác định:
(1) Chiều rộng thoát lũ hợp lý có xét đến các yếu tố ảnh hởng là bán
kính cong lòng dẫn chính và hệ số nhám bãi sông (công thức 3-9).
(2) Khả năng và hiệu quả của việc hạ thấp cao độ trung bình bãi sông để
làm tăng diện tích mặt cắt thoát lũ tại các đoạn sông bị co hẹp bởi tuyến
đê ( công thức 3-14).
2. Về ứng dụng: Luận án đã ứng dụng quan hệ ( 3-9) để đề
xuất tuyến thoát lũ trong điều kiện tuyến lòng sông chính hiện tại đã
đợc đa về tuyến lòng sông ổn định cho đoạn sông Hồng từ Sơn Tây
đến Hng Yên và tham khảo để ứng dụng cho các đoạn sông khác trên
hệ thống sông Hồng - Thái Bình.
8. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 111 trang thuyết minh, 28 bảng, 55 hình vẽ, 1
trang danh mục các công trình nghiên cứu của tác giả có liên quan đến
luận án, 5 trang tài liệu tham khảo, 33 trang phụ lục và một số hình
minh hoạ. Nội dung gồm phần mở đầu, kết luận và 4 chơng: (1) Tổng

quan các nghiên cứu về khả năng thoát lũ của dòng sông. (2) Phơng
pháp luận và mô hình nghiên cứu. (3) Xây dựng quan hệ giữa các yếu tố
hình thái sông với khả năng thoát lũ. (4) ứng dụng các kết quả nghiên
cứu để đề xuất tuyến thoát lũ hợp lý trên đoạn sông Hồng Sơn Tây -
Hng Yên.










4
Chơng I
Tổng quan các nghiên cứu về
khả năng tHoát lũ của dòng sông

1.1 Các vấn đề đặt ra trong nghiên cứu thoát lũ
1.1.1 Khái niệm về khả năng thoát lũ của lòng sông
Khả năng thoát lũ của lòng sông đề cập đến lợng nớc mà lòng
dẫn cho phép thoát qua một mặt cắt nào đó trong một đơn vị thời gian,
dới một mực nớc đã quy định. Vì lu lợng lũ thiết kế là đại lợng đã
đợc hoạch định, nó không đổi cho đoạn sông nghiên cứu, nên mực
nớc là yếu tố để xem xét khả năng thoát lũ.
1.1.2 Sự tăng giảm khả năng thoát lũ của đoạn sông Hồng từ Sơn
Tây đến Hng Yên
Các kết luận rút ra từ các nghiên cứu là:

a) Khả năng thoát lũ của đoạn sông bị suy giảm đánh kể: Từ năm
1960 đến nay, khả năng thoát lũ của đoạn sông đã bị suy giảm, với cùng
một cấp lu lợng lũ thiết kế, mực nớc tại Sơn Tây đã tăng gần 1,0 m,
tại Hà Nội khoảng 0,5 m và tại Hng Yên khoảng 0,7 m; xét trên toàn
đoạn sông Hồng từ Sơn Tây-Hng yên, với cấp lu lợng lũ tại Sơn Tây
Q
st
= 20.000 m
3
, mực nớc đều có xu hớng tăng và trị số tăng vào
khoảng từ 0,4 m ữ 0,8 m.
c) Cao độ trung bình bãi sông bị nâng lên đáng kể do các hoạt
động của con ngời và bồi lắng trong mùa lũ
d) Sự lấn chiếm bãi sông của dân c không kiểm soát đợc: Trong
ba mơi năm, tổng diện tích bãi sông không tăng mà có xu hớng giảm.
Trong khi đó, diện tích bãi sông dành cho khu vực dân c tăng không
đáng kể ( tăng khoảng 15%), số hộ dân tăng 1,8 lần ( 80%).
e) Sự tăng cao sức cản trong lòng dẫn: Với tất cả các trờng hợp
mực nớc khác nhau, so với thời kỳ 75 80, hệ số nhám của lòng dẫn
năm 2002 đã tăng đáng kể.
1.2 Tổng quan các nghiên cứu cơ bản về thoát lũ
1.2.1. Nghiên cứu đánh giá khả năng thoát lũ thông qua việc
nghiên cứu loại hình quá trình lòng dẫn
Loại hình quá trình lòng dẫn đợc thuần tuý coi là yếu tố quan

5
trọng ảnh hởng đến khả năng thoát lũ của 1 con sông. Snitsenko đã có
nhận xét: Xét từ loại sông thẳng đến sông cong tự do, tuyến sông từ
tơng đối thẳng chuyển thành ngày càng cong hơn, sức cản của lòng dẫn
càng ngày càng lớn hơn, sức tải cát ngày càng giảm dần và tất nhiên khả

năng thoát lũ cũng giảm dần. Việc phân loại quá trình lòng dẫn dựa trên
một số chỉ tiêu, trong nghiên cứu của luận án đã xem xét chỉ tiêu B/B
o

1.2.2. Nghiên cứu xác định chiều rộng của tuyến thoát lũ
Altunin cho rằng, ở các đoạn sông uốn cong tự do, khoảng
cách giữa tuyến đê bờ trái và bờ phải không đợc nhỏ hơn chiều rộng B
tl

(B
tl
gồm chiều rộng lòng dẫn chính cộng thêm chiều rộng của bãi). Từ
đó đa ra công thức: B
tl
= B
o
(1 + k) (1.1)
Trong đó: B
0
là chiều rộng lòng dẫn chính (chiều rộng mặt nớc ứng với
lu lợng tạo lòng); k là hệ số tính dến loại hình vận động của lòng dẫn,
khoảng 1ữ 2.
1.2.3. Nghiên cứu đánh giá khả năng thoát lũ và quan hệ giữa
thoát lũ trên lòng chính và bãi sông
Các nghiên cứu do các nhà khoa học của Viện Thuỷ văn Liên xô
cũ thực hiện. Để đánh giá quan hệ giữa thoát lũ của lòng dẫn chính và
bãi sông đã nghiên cứu và xây dựng các quan hệ trên cơ sở quan hệ tổng
quát sau: Q
b
/Q

o
= f ( H
b
/H
o
; B
b
/B
o
; I
b
/I
o
; n
b
/n
o
, ) (1.3)
Trong đó: Q
b
/Q
o
là tỷ số giữa lu lợng lũ thoát qua bãi và qua lòng dẫn
chính là hàm của các tỷ số: mực nớc H
b
/H
o
, chiều rộng thoát lũ B
b
/B

o
,
độ dốc mặt nớc I
b
/I
o
, hệ số nhám n
b
/n
o,
giữa bãi và lòng sông và của
góc là góc giữa trục giữa dòng chảy trên bãi và lòng dẫn chính.
1.3 tổng quan Các kết quả nghiên cứu thc tế về
thoát lũ của sông Hồng từ năm 1971 trở lại đây
1.3.1 Nghiên cứu đánh giá và đề xuất giải pháp tăng khả
năng thoát lũ sông Hồng năm 1973 của Cục Đê điều Bộ Thuỷ lợi
Nội dung nghiên cứu bao gồm: (1) Đánh giá mức độ biến động về khả
năng thoát lũ của lòng sông cho đến năm 1971. (2) Quy hoạch lại việc
sử dụng bãi sông, san phá các đê bối cản trở thoát lũ, mở rộng tuyến đê
chính ở chỗ quá hẹp, cắt thẳng những chỗ lòng sông quá cong.
1.3.2 Nghiên cứu tuyến thoát lũ đoạn sông Hồng Sơn Tây -
Vạn Phúc của Viện Khoa học Thuỷ lợi năm 1975

6
Nghiên cứu thực hiện trên mô hình vật lý lòng cứng, những kết
luận chính rút ra từ nghiên cứu này là: Hệ thống đê bối đã thu hẹp tuyến
thoát lũ rất nhiều và làm dâng cao mực nớc lũ trên tuyến sông Hồng. .
Trên mô hình vật lý đã thay đổi một số phơng án khác nhau về khoảng
cách giữa hai đê chính để chọn khoảng cách hợp lý.
1.3.3 Nghiên cứu hành lang thoát lũ sông Hồng từ Sơn Tây -

Hng Yên năm 1995 của GS. Vũ Tất Uyên
Nội dung nghiên cứu gồm: (1) Phân tích đờng quan hệ Q- H
tại các trạm cơ bản đã đi đến kết luận sau: So với các thời kỳ trớc đây,
tính đến năm 1995, khả năng thoát lũ của sông Hồng đã bị suy giảm rõ
rệt. Nguyên nhân gây ra sự suy giảm khả năng thoát lũ chính là sự phát
triển đê bối và công trình dân sinh, hạ tầng trên các bãi sông. (2) Trên cơ
sở các nghiên cứu trên mô hình toán 1D kết hợp với phân tích kinh tế kỹ
thuật và nghiên cứu thực địa, đã đề xuất hành lang thoát lũ đoạn Sơn
Tây - Hng Yên.
1.3.4 Nghiên cứu nguyên nhân suy giảm khả năng thoát lũ
trên sông Hồng -Thái Bình năm 2000 của Viện Khoa học Thuỷ lợi
Dự án này đã kế thừa, tổng hợp và phát triển sâu hơn, rộng hơn
các nghiên cứu đã thực hiện trớc đây và đã thực hiện trên toàn hệ
thống sông Hồng Thái bình. Nội dung và kết quả nghiên cứu chính là
đã đánh giá về định lợng và chi tiết hơn thực trạng khả năng thoát lũ và
xác định các nguyên nhân làm suy giảm khả năng thoát lũ trên hệ thống
sông Hồng - Thái Bình cũng nh các giải pháp tăng khả năng thoát lũ
trên toàn hệ thống.
1.3.5 Các vấn đề còn tồn tại
a) Về số liệu cơ bản dùng cho nghiên cứu, phân tích: Hầu hết các
số liệu dùng cho phân tích chỉnh lý trong các nghiên cứu trớc đây còn
thiếu và cha đáp ứng đủ các yêu cầu cho việc phân tích.
b) Tồn tại trong nghiên cứu cơ bản: Hầu hết các nghiên cứu về
quan hệ hình thái sông chỉ tập nghiên cứu trong điều kiện lòng dẫn cơ sở
mà cha đề cập đến quan hệ hình thái sông trong điều kiện có xét đến
phần bãi sông và dòng chảy lũ. Một số nghiên cứu của viện Thuỷ văn
Liên xô cũ có xem xét đến tơng tác thoát lũ giữa lòng và bãi sông và
xây dựng đợc các biểu đồ quan hệ cho riêng một số sông của Liên xô

7

cũ nhng rất khó ứng dụng cho các trờng hợp nghiên cứu cụ thể cho
sông ngòi ở Việt nam.
c) Tồn tại trong nghiên cứu ứng dụng và vận dụng vào thực tế
Một số nghiên cứu ứng dụng có hạn chế về cơ sở lý luận, nên
tính thuyết phục cha cao. Tuyến thoát lũ tuy đã đợc nghiên cứu và đề
xuất nhng còn cha đợc vận dụng vào trong thực tế cho bất kỳ đoạn
sông nào để rút kinh nghiệm trong các nghiên cứu tiếp theo.
d) Tồn tại về phơng pháp nghiên cứu: (1) Phơng pháp phân
tích số liệu thực đo: Số liệu thờng không đầy đủ, không đủ thông tin
xuất xứ, cách lấy mẫu số liệu dùng cho phân tích thờng tuỳ tiện .
(2) Phơng pháp mô hình vật lý: Điều kiện tơng tự khó đảm bảo, nhất
là tơng tự sức cản, các thiết bị đo có độ chính xác thấp. (3) Phơng
pháp mô hình toán: Trang thiết bị và phần mềm tính toán còn hạn chế.
1.6 Đặt vấn đề v nhiệm vụ nghiên cứu của luận án
Từ mục tiêu nghiên cứu đã nêu, nhiệm vụ nghiên cứu của luận
án là: (1) Nghiên cứu xác định chiều rộng hợp lý của tuyến thoát lũ
trong điều kiện lòng sông chính ổn định. (2) Nghiên cứu đánh giá khả
năng và hiệu quả của việc cải tạo và hạ thấp cao độ bãi sông nhằm tăng
diện tích mặt cắt thoát lũ trong các đoạn sông bị co hẹp bởi tuyến đê.
(3) ứng dụng kết quả nghiên cứu trong luận án cho việc đề xuất tuyến
thoát lũ cho đoạn sông Hồng từ Sơn Tây đến Hng Yên.
1.7 Định hớng phơng pháp nghiên cứu
Với vấn đề nghiên cứu đợc đặt ra ở trên, luận án sẽ sử dụng
phơng pháp nghiên cứu chính là mô hình toán thuỷ lực luới cong 2D
MIKE 21C do Viện Thuỷ lực Đan Mạch xây dựng.
1.8 Chọn đoạn sông nghiên cứu
Để tiến hành nghiên cứu các vấn đề đã nêu , trên đoạn sông
Hồng từ Sơn Tây đến H
ng yên chọn một đoạn sông để làm cơ sở cho
mô hình hoá . Đoạn sông này cần thoả mãn các yêu cầu là có tầm quan

trọng cao, hình thái và chế độ thuỷ lực điển hình, có đủ số liệu phục vụ
cho phân tích tính toán. Đoạn sông đợc chọn là từ Sơn Tây đến Chèm.




8
Chơng II
Phơng pháp luận v mô hình nghiên cứu

2.1 Phơng pháp luận
2.1.1 Cơ sở khoa học của vấn đề khả năng thoát lũ của lòng sông
Khác với lòng dẫn cơ sở do dòng chảy tạo ra, lòng dẫn mùa
nớc lũ chủ yếu do con ngời tạo ra bằng hệ thống đê, công trình dân
dụng, cây trồng Những công trình tạo ra hình thái lòng dẫn mùa nớc
lũ lại tác động vào dòng chảy lũ, làm dòng chảy lũ thay đổi kết cấu,
năng lợng và tơng ứng là các yếu tố thuỷ văn của nó, thay đổi quan hệ
Q H, tức là ảnh hởng đến khả năng thoát lũ. Vì vậy cơ sở khoa học
của vấn đề khả năng thoát lũ của lòng sông thực chất là xem xét các vấn
đề sau: a) Chế độ dòng chảy giữa 2 tuyến đê; b) Đặc điểm tuyến thoát lũ
đợc thể hiện qua 2 mặt là hình dạng mặt bằng tuyến và chiều rộng
tuyến; c) Tác dụng dâng nớc của các công trình chắn ngang sông; d)
Tác dụng dâng nớc ở các đọan sông cong; e) Sự tơng tác của dòng
chảy giữa lòng chính và bãi sông đợc biểu hiện qua góc giữa trục
động lực dòng chảy trên lòng chính và trên bãi sông và sự trao đổi động
lợng giữa dòng chảy trên lòng dẫn chính và trên bãi sông; f) Sức cản
của lòng dẫn ( hệ số nhám n).
2.1.2 Lựa chọn các yếu tố hình thái chủ yếu để nghiên cứu mối
quan hệ của chúng với khả năng thoát lũ
a) Các yếu tố hình thái riêng rẽ ảnh hởng tới khả năng thoát lũ

Tham khảo phân tích cụ thể các yếu tố hình thái của đoạn sông
thực tế, đã xem xét mối quan hệ giữa một số yếu tố hình thái sau tới khả
năng thoát lũ: (1) Các yếu tố của lòng dẫn chính: Chiều rộng (B
o
); chiều
sâu trung bình (h
o
) mặt cắt ngang và bán kính cong R
c
. (2) Các yếu tố
khác của tuyến thoát lũ: Chiều rộng tuyến thoát lũ; cao độ bãi sông (Z
b
);
sức cản trên bãi qua hệ số nhám n
b.
.
b) Tổ hợp các yếu tố hình thái ảnh hởng tới khả năng thoát lũ
Trong thực tế, sự ảnh hởng tới khả năng thoát lũ thờng là hệ
quả của toàn bộ hoặc một nhóm chủ yếu các yếu tố hình thái, mà bản
thân các yếu tố hình thái này cũng có sự ảnh hởng lẫn nhau,từ đó đã
xem xét các tổ hợp yếu tố hình thái ảnh hởng tới khả năng thoát lũ sau:

9
(1) Tổ hợp 3 yếu tố là chiều rộng tuyến thoát lũ (B
tl
), bán kính cong của
lòng dẫn chính (R
c
) và hệ số nhám bãi sông n
b.

. (2) Tổ hợp 2 yếu tố là
cao độ bãi sông ( Z
b
) và bán kính cong lòng dẫn chính (R
c
).
2.2 Mô phỏng dòng chảy mùa lũ
Do đối tợng nghiên cứu chính là biến động mực nớc lũ do ảnh
hởng của các yếu tố hình thái lòng dẫn cả trên mặt bằng và trên phơng
thẳng đứng, cho nên phải sử dụng mô hình toán 2D, 3D. Xét đến yêu cầu
trên, dòng chảy mùa lũ trong nghiên cứu đợc mô phỏng là dòng chảy
2D, không mang bùn cát, chuyển động trong lòng cứng. Đáp ứng những
yêu cầu đó là mô hình MIKE 21C của Viện thuỷ lực Đan mạch ( DHI).
2.2.1 Mô hình MIKE 21C
Đây là mô hình toán thuỷ lực - hình thái 2D lới cong và có khả
năng mô phỏng chi tiết hình dạng cong bất kỳ của đờng bờ, của bãi
sông. Việc sử dụng lới cong so với việc sử dụng lới chữ nhật có u
việt là số điểm lới ít hơn, mô phỏng đờng bao tốt hơn và do đó kết quả
tính toán có độ chính xác cao hơn. Trong nghiên cứu luận án, tác giả đã
sử dụng mô đun thuỷ lực của MIKE 21C để mô phỏng, tính toán các
yếu tố thuỷ lực trong các trờng hợp có sự thay đổi các yếu tố hình thái.
2.2.2 Hệ phơng trình tính toán thuỷ động lực 2D
Mô hình thuỷ động lực học MIKE 21C nghiên cứu chế độ mực nớc và
trờng vận tốc dòng chảy trong sông thông qua việc giải phơng trình
liên tục và phơng trình bảo toàn động lợng (hệ phơng trình Saint -
Venant) một cách tổng hợp và hoàn toàn động học theo 2 hớng.
Hệ phơng trình đợc sử dụng trong MIKE 21 C nh sau:
Trong đó: s, n là toạ độ trong hệ toạ độ cong; p, q là dòng chảy theo
hớng s và n; H là cao trình mực nớc; h là độ sâu; g là gia tốc trọng
(2.9)

(2.10)
(2.11)

10
trờng; C là hệ số Chezy; R
s
, R
n
là bán kính cong của đờng s và n;
RHS là vế bên phải, mô tả hiệu ứng Reynold, lực Coriolis, ma sát do gió,
áp lực không khí.
2.3 Mô hình hoá các yếu tố hình thái lòng dẫn
Trong 1 đoạn sông nghiên cứu, việc xác lập mối quan hệ giữa
các yếu tố hình thái đã chọn với khả năng thoát lũ thờng bị giới hạn
trong 1 số trờng hợp nghiên cứu cụ thể và rất khó tổng quát hoá mối
quan hệ giữa chúng với khả năng thoát lũ. Bên cạnh đó, khi nghiên cứu
phải xem xét nhiều trờng hợp có sự thay đổi của các yếu tố hình thái
thì khả năng tổng quát hoá các quan hệ này thờng khó thực hiện và
nhiều khi lại không thực tế. Vì vậy, để nghiên cứu mang tính tổng quát,
đã tiến hành sơ đồ hoá (khái quát hoá) các điều kiện địa hình, thuỷ văn,
thuỷ lực của các đoạn sông trong thực tế để tạo ra 1 đoạn sông mẫu và
sau đó mô phỏng lại các yếu tố hình thái trong các phân tích tính toán.
2.3.1 Chọn đoạn sông mẫu để sơ đồ hoá và mô phỏng
Đối tợng nghiên cứu của đề tài là đoạn sông Hồng từ Sơn Tây
đến Hng Yên. Đây là đoạn sông khá dài và phức tạp cả về chế độ thuỷ
lực và lòng dẫn ( qua vùng ngã ba sông). Việc nghiên cứu các tổ hợp yếu
tố hình thái ảnh huởng tới dòng chảy lũ trong điều kiện các yếu tố hình
thái này có sự biến đổi trên cả đoạn sông dài sẽ làm tăng độ phức tạp
của các phân tích tính toán và rất khó có thể phân tích, xây dựng các
quan hệ hình thái mang tính tổng quát. Để giải quyết khó khăn trên

nhng vẫn đảm bảo bao quát đơc đầy đủ các yếu tố hình thái đã đặt ra
trong nghiên cứu, luận án đã chọn đoạn sông Hồng từ trớc Sơn Tây đến
Chèm làm đoạn sông mẫu. Việc chọn chiều dài các đoạn mô hình đợc
thực hiện qua các tính toán thử dần để đảm bảo việc mô phỏng sự biến
động các yếu tố hình thái trong đoạn sông phân tích không ảnh hởng
đáng kể đến các biên mô hình.
2.3.2. Mô phỏng các yếu tố hình thái đợc lựa chọn
a) Mô phỏng yếu tố hình thái của lòng dẫn chính: Trong nghiên
cứu đã chọn thông số mặt cắt ngang tuyến lòng dẫn chính là không đổi
trong mọi trờng hợp mô phỏng. Trên đoạn sông Hồng từ Sơn Tây đến
Hà Nội đã chọn chiều sâu ổn định h
o
= 9,0 m và chiều rộng ổn định B
o
=

11
788 m, đây là các kết quả dã công bố trong các nghiên cứu trớc đây.
Yếu tố bán kính cong lòng dẫn chính R
c
đợc mô phỏng thay đổi trong
các trờng hợp: R
c
=2B
o
ữ 5B
o
và >5B
o
.

b) Mô phỏng độ dốc và cao độ trung bình bãi sông: Độ dốc
trung bình bãi sông đợc phân tích từ số liệu thực đo, I
b
=6 x10
-5
.

Cao độ
trung bình bãi sông tại Sơn Tây Z
b
=+12,8 m, Chèm Z
b
=+10,6 m
c) Mô phỏng chiều rộng thoát lũ: Trong đoạn sông mẫu đã đợc
sơ đồ hoá, tỷ số giữa chiều rộng tuyến thoát lũ (B
tl
) và chiều rộng lòng
dẫn chính ổn định ( B
o
) có các giá trị thay đổi nh sau: B
tl
/B
o
= (2 ữ 5)
d) Mô phỏng yếu tố nhám trên bãi sông: Giá trị hệ số nhám trên
bãi sông đợc chọn thay đổi nh sau: n
b
= ( 0,03 ữ 0,10).
e) Mô phỏng yếu tố cao độ trung bình bãi sông: Cao độ
trung bình bãi sông đợc giảm dần từng cấp từ 0,5 m ữ3,5 m

2.3.3. Các sơ đồ tính
a) Sơ đồ ban đầu : Bao gồm các sơ đồ tính làm cơ sở so sánh với
các sơ đồ tính toán khác đợc mô tả đại diện trong hình vẽ 2.14 a với
các thông số: Chiều rộng thoát lũ B
tl
=2B
o
; lòng dẫn chính ổn định có
B
o
=788 m,H
o
=9,0 m; bán kính cong R
c
=2B
o
ữ 5B
o
và >5B
o
.
b) Các sơ đồ tính toán mô phỏng sự thay đổi của chiều rộng
thoát lũ: Chiều rộng tuyến thoát lũ đợc thay đổi theo các giá trị lần
lợt là: B
tl
=2,25B
o
ữ5B
o

. Hình vẽ đại diện 2.17a minh hoạ các sơ đồ tính.
c) Sơ đồ mô phỏng thay đổi cao độ trung bình bãi sông: Sơ đồ
tính có các thông số: Chiều rộng tuyến thoát lũ B
tl
=2B
o
; Bán kính cong
R
c
= 3,5 B
o
. Giảm dần cao độ trung bình bãi sông từ 0,5 m đến 3,5 m ;
2.3.4 Thiết lập địa hình và luới tính toán
a) Thiết lập địa hình cho mô hình tính toán: Hình vẽ mô tả địa
hình tính toán cho 1 trờng hợp điển hình ở hình 2.20 và 2.21
b) Xây dựng lới tính toán: Trong mô hình MIKE 21C địa hình
đợc chia thành 2 khu vực theo chiều ngang sông gồm phần lòng sông
và bãi sông. Các đờng biên dọc khống chế để thiết lập luới tính toán
đợc số hoá bám sát các mép phân cách lòng và bãi và mép đê. Lới
tính toán của mô hình đã đợc xây dựng bằng các đờng cong trực giao
với 600 điểm lới theo chiều dọc sông (chiều j ) và 50 điểm lới theo

12
chiều ngang sông (chiều k). Mô tả lới tính toán cho chi tiết 1 đoạn
sông của trờng hợp điển hình đợc thể hiện trong hình 2.22 và 2.23

2.3.5. Biên của mô hình
Miền tính toán của mô hình đợc khống chế bởi các biên: a) Biên
cứng là hai tuyến đê trái và phải ( đợc mô phỏng theo từng phơng án
chiều rộng thoát lũ), có cao trình đảm bảo không có sự trao đổi nớc

giữa phía trong và phía ngoài đê. Trên mô hình khoảng cách giữa 2
tuyến đê ( chiều rộng thoát lũ B
tl
) sẽ đợc thay đổi. b) Biên lỏng gồm:
biên thợng lu cách trạm thuỷ văn Sơn Tây 11 km, biểu diễn dới dạng
lu lợng dòng chảy theo một số giá trị Q ổn định; Biên hạ lu tại vị trí
Chèm, cách Sơn Tây 33 km, biên này là các giá trị H ổn định.
2.3.6 Kiểm định mô hình
Do các điều kiện khách quan, chỉ tiến hành công tác kiểm định mô
hình thông qua yếu tố mực nớc. Việc kiểm định mực nớc trong mô
hình MIKE 21C đợc dựa trên kết quả tính toán của mô hình thuỷ lực 1
chiều trong nghiên cứu của dự án số 3 thuộc chơng trình lũ (năm
2001), trong nghiên cứu này đã xem xét các phơng án chiều rộng thoát
lũ khác nhau trên đoạn Sơn Tây - Hng Yên với B
tl
= 2B
o
ữ 3B
o
. Luận
án đã sử dụng kết quả tính toán thuỷ lực từ mô hình 1 chiều với trờng
hợp B
tl
=2B
o
làm căn cứ để kiểm định mô hình 2 chiều cho phù hợp với
sơ đồ tính toán ban đầu, việc kiểm định tiến hành với lu lợng lũ thiết
kế tại Sơn Tây Qst = 29.000 m
2
/s đợc thể hiện qua hình 2.24.

13.0
13.5
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
17.5
18.0
0 10000 20000 30000 40000 50000
Khoảng cấch (m)
Mực nớc (m)
MH 1 chiều ( Bt=2Bo) MH 2 chiều ( Bt =2Bo)
Sơn tây Chu Liên trì Chèm

Hình 2.24 Đờng mực nớc giữa mô hình 2D và 1D với B
tl
= 2B
o


13
2.3.8 Nhiệm vụ tính toán
a) Các trờng hợp tính toán
Gồm 6 trờng hợp sau: (1) Thay đổi chiều rộng thoát lũ (B
tl
=
2B

o
ữ5B
o
), bán kính cong R
c
= 3,5B
o
, hệ số nhám bãi n
b
= 0,04; (2) Lần
lợt hạ thấp cao độ trung bình bãi sông Z
b
theo từng cấp từ 0,5m đến
3,5 m, chiều rộng thoát lũ B
tl
=2B
o
; bán kính cong R
c
= 3,5B
o
; hệ số nhám
bãi n
b
= 0,04; (3) Thay đổi bán kính cong (R
c
=2B
o
ữ
5B

o

và >5 B
c
),
chiều rộng thoát lũ B
tl
=3 B
o
, hệ số nhám bãi n
b
= 0,04; (4) Thay đổi giá
trị nhám trên bãi sông (n
b
= 0,03 ữ0,10), chiều rộng thoát lũ B
tl
=3 B
o
;
bán kính cong R
c
= 3,5B
o
. (5) Tổ hợp các trờng hợp 1,3 và 4; (6) Tổ
hợp các trờng hợp 2 và 3.
b) Các giá trị lu lợng tính toán
Trong luận án chỉ chọn nghiên cứu trong điều kiện lũ lớn , vì
vậy đã tập trung tính toán và phân tích chi tiết cho các trờng hợp lũ Q =
27.000 m
3

/s và 29.000 m
3
/s (mực nớc tại Hà Nội H= (13,mữ13,4 m).
c) Sơ đồ mô tả các trờng hợp ( kịch bản) tính toán trên mô hình









2.3.9 Phân tích kết quả
Kết quả phân tích thể hiện ở chơng III dới đây trong luận án
là các kết quả phân tích cuối cùng thông qua các phân tích trung gian từ
kết quả chi tiết của 6 trờng hợp tính toán đã nêu trên.
lu lợng
lũ lớn
27.000 ữ
29.000 m
3
/s
Chế độ
Thuỷ lực
- Mực nớc
- Vận tốc
Trờng hợp 1
Thay đổi chiều rộng
thoát lũ ( Btl)

Trờng hợp 2

Hạ thấp cao độ bãi sông

Trờng hợp 3

Thay đổi bán kính cong

Trờng hợp 4

Thay đổi nhám bãi sông

Trờng hợp 5

Tổ hợp trờng hợp 1,3,4

Trờng hợp 6

Tổ hợp các trờng hợp 2,3
MIKE
21C

14

Chơng III
Xây dựng quan hệ giữa các yếu tố
hình thái sông với khả năng thoát lũ

Từ các kết quả tính toán trong chơng II, trong chơng này nêu

lên các kết quả phân tích, thiết lập các quan hệ giữa một số yếu tố hình
thái với khả năng thoát lũ của lòng sông.
3.1 Xây dựng các quan hệ giữa từng yếu tố hình
thái riêng rẽ với mực nớc lũ
3.1.1 Trờng hợp 1: khi chiều rộng tuyến thoát lũ B
tl
thay đổi
Quan hệ giữa
0
H
H
(tỷ số giữa mực nớc lũ và mực nớc ngang
bãi bên) với
0
B
B
tl
(tỷ số giữa chiều rộng thoát lũ và chiều rộng lòng dẫn
chính) thể hiện 1 trờng hợp trên biểu đồ hình 3.1 và biểu thức 3-1.
a) Biểu đồ quan hệ
Y = -0.0008X
3
+ 0.011X
2
- 0.05X + 1.42
1.340
1.345
1.350
1.355
1.360

1.365
1.370
1.375
1.380
11.522.533.544.555.56
Btl/Bo
H/Ho

Hình 3- 1: Quan hệ
0
H
H
= f








0
B
B
với n
b
=0,04; R
c
=3,5B
o

b) Nhận xét
Khi tỷ số B
tl
/B
o
tiếp đến giá trị từ 2,5 ữ 3,0 trở lên, đờng quan hệ có
xu thế thoải dần, sau giá trị 3,5 biểu đồ gần nh nằm ngang. Mặc dù

15
B
tl
/B
o
tăng, giá trị H/H
o
vẫn có xu thế giảm, nhng mức độ giảm rất ít.
3.1.2 Trờng hợp 2 : khi hạ thấp cao trình bãi sông
Quan hệ giữa
0
H
H
(tỷ số giữa mực nớc lũ và mực nớc ngang bãi bên)
với

0
Z
Z
b
(tỷ số giữa cao trình bãi của trờng hợp tính và cao trình bãi
trung bình ) thể hiện trên hình 3.2 và biểu thức 3-2.

a) Biểu đồ quan hệ:
y = 0.39x
2
- 0.56x + 1.5
1.27
1.28
1.29
1.3
1.31
1.32
0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05
Zb/Zo
H/Ho

Hình 3.2: Quan hệ
0
H
H
= f

0
Z
Z
b
với Btl = 2B
o
; n
b
=0,04; R
c
=3,5B
o

b) Nhận xét: Mực nớc lũ giảm khi cao độ trung bình bãi sông
hạ thấp. Tuy nhiên, mực nớc lũ giảm theo xu thế chậm dần khi tiếp tục
hạ thấp cao độ bãi sông.
3.1.3 Trờng hợp 3: thay đổi bán kính cong lòng dẫn chính ( R
c
)
Quan hệ giữa
0
H
H
(tỷ số giữa mực nớc lũ và mực nớc ngang bãi bên)

với R
c
(là bán kính cong của lòng dẫn chính) thể hiện trên hình 3.3 và
biểu thức 3-3.


16
a) Biểu đồ quan hệ
y = 0.002x
2
- 0.0213x + 1.4069
1.340
1.345
1.350
1.355
1.360
1.365
1.370
1.375
1.380
11.522.533.544.555.56
Rc
H/Ho

Hình 3-3: Quan hệ
0
H
H
= f( R
c

) với B
tl
= 3B
o
; n
b
=0,04

b) Nhận xét: Mực nớc lũ giảm khi bán kính cong của lòng chính
tăng lên, xu thế giảm mực nớc lũ chậm dần khi tiếp tục tăng bán kính
cong. Khi R
c
5B
o
mực nớc giảm không đáng kể.
3.1.4 Trờng hợp 4 : khi thay đổi giá trị nhám bãi sông n
b

Quan hệ giữa
0
H
H
(tỷ số giữa mực nớc lũ và mực nớc ngang bãi bên)
với n
b
(là hệ số nhám bãi sông) thể hiện trên hình 3.4 và biểu thức 3-4.
a) Biểu đồ quan hệ:
H/Ho = 1.53n
0.04
1.33

1.34
1.35
1.36
1.37
1.38
1.39
1.4
1.41
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11
n
H / H
o

Hình 3.4: Quan hệ
0
H
H
= f( n
b
) với B
tl
= 3B
o
; R
c
=3,5B
o


17

b) Nhận xét: Mực nớc lũ tăng khi giá trị nhám bãi tăng lên, tuy
nhiên, xu thế mực nớc lũ tăng chậm dần khi tiếp tục tăng hệ số nhám
bãi sông.
3.2 Xây dựng các quan hệ giữa một số tổ hợp các
yếu tố hình thái với mực nớc lũ
3.2.1 Trờng hợp 5: tổ hợp của các trờng hợp 1, 3 và 4
a) Các biểu đồ quan hệ riêng rẽ với các giá trị R
c
và n
b
khác nhau
Từ phân tích, chỉnh lý kết quả tính toán, đã xây dựng đợc các quan hệ
giữa
0
H
H
(tỷ số giữa mực nớc lũ và mực nớc ngang bãi bên) với
0
B
B
tl

(tỷ số giữa chiều rộng thoát lũ và chiều rộng
lòng dẫn chính), R
c
là bán
kính cong lòng dãn chính và n
b
(là hệ số nhám bãi sông) thể hiện đại
diện cho 1 trờng hợp trên hình 3.5 và biểu thức 3-5.

1.320
1.325
1.330
1.335
1.340
1.345
1.350
1.355
1.360
1.365
1.370
1.375
1.380
1.385
1.390
11.522.533.544.555.56
Btl/Bo
H/Ho
R=2Bo R=3.5Bo R=5Bo R 5 B o
Poly. (R=2Bo) Poly. (R=3.5Bo) Poly. (R=5Bo) P o l y . ( R 5 B o )

Hình 3-5: Các quan hệ:
0
H
H
= f(
0
B
B
tl

; R
c
) khi n
b
=0,04
ữ
0,10
b) Nhận xét: (1) Từ tất cả các biểu đồ mô tả quan hệ trên, có thể
thấy rõ xu thế sau: tại một khoảng giá trị nhất định của
0
B
B
tl
, giá trị
0
H
H
tuy vẫn giảm khi
0
B
B
tl
tăng, nhng bắt đầu có xụ thế ít biến động hơn

18

(
0
H
H

giảm không đáng kể). Có thể đánh giá các giá trị
0
B
B
tl
này biểu thị
cho giá trị chiều rộng thoát lũ hợp lý, là chiều rộng mà tại đó với cùng 1
giá trị lu lợng, nếu tiếp tục tăng chiều rộng thoát lũ thì trị số giảm
mực nớc lũ không đáng kể. (2) Phân tích các biểu đồ có thể xác định
một cách tơng đối các giá trị
0
B
B
tl
tới hạn, tại đó giá trị
0
H
H
bắt đầu ít
biến động tuy chiều rộng thoát lũ vẫn tiếp tục tăng ; (3) Đã xác định
đợc chiều rộng thoát lũ hợp lý nằm trong khoảng: B
lt
= 2,5 B
o
ữ 4 B
o
.
Nhận xét này đợc tổng hợp ở bảng 3-2.
Bảng 3-2 : Các giá trị
0

B
B
tl
tới hạn
Nhám bãi
n
b

R
c
= 2B
o
R
c
= 3,5 B
o
R
c
=5 B
o

R
c
5 B
o

0,04
3 ữ 3,25 2,75 ữ3 2,5 ữ2,75 2,5 ữ2,75
0,05
3 ữ3,25 2,75 ữ3 2,75ữ3 2,5 ữ2,75

0,06
3,25 ữ 3,5 3 ữ3,25 2,75ữ3 2,75 ữ3
0,07
3,25 ữ3,5 3 ữ3,25 3 ữ3,25 2,75 ữ3
0,08
3,5 ữ3,75 3,25 ữ3,5 3 ữ3,25 3 ữ3,25
0,09
3,5 ữ3,75 3,25 ữ3,5 3,25 ữ3,5 3 ữ3,25
0,1
3,75 ữ 4 3,5 ữ3,75 3,25 ữ3,5 3 ữ3,25

c) Xây dựng quan hệ tổng quát xác định chiều rộng thoát lũ hợp lý
Nh vậy chiều rộng thoát lũ hợp lý sẽ chỉ còn phụ thuộc vào
các yếu tố R
c
và n
b
khi giá trị B
o
đã biết. Từ các giá trị trong bảng trên,
đã xây dựng các biẻu đồ quan hệ
0
B
B
tl
f(R
c
;n
b
) nh hình 3.8.

19
- Biểu đồ mô tả:
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
3.75
4
0.025 0.04 0.055 0.07 0.085 0.1 0.115
n
Btl/Bo
R=2Bo R=3.5Bo R=5Bo R 5 Bo
Linear (R=2Bo) Linear (R=3.5Bo) Linear (R=5Bo) Linear (R 5 Bo)

Hình 3.8: Biểu đồ quan hệ
0
B
B
tl
và f(R
c
;n
b
)

Nhận thấy rằng, các quan hệ trên đều có dạng tuyến tính. Nh
vậy, ứng với 1 giá trị B
o
nhất định thì việc tính toán B
tl
hợp lý chỉ phụ
thuộc vào giá trị bán kính cong R
c
và hệ số nhám bãi sông n
b
.
- Biểu thức quan hệ tổng quát
Từ các biểu thức mô tả các quan hệ riêng rẽ trên, đã xây dựng
đợc biểu thức mô tả quan hệ tổng quát
0
B
B
tl
= f (n
b
; R
c
) nh sau:

0
B
B
tl
= 9,8 k
r

.n
b
+ 2,1a
(3.9)
Trong đó k
R
và a là các hệ số phụ thuộc vào bán kính cong lòng
sông chính R
c
. Các giá trị k
R
và a có thể lấy từ bảng 3-3 dới đây:
Bảng 3-3: Các giá trị k
R
và a trong công thức (3.9 )
R
c
=2B
o
R
c
=3.5B
o
R
c
= 5B
o
R
c
>5B

o

k
R
a k
R
a k
R
a k
R
a
1,27 1,14 1,27 1,05 1,27 1,0 1,0 1,0

20
3.2.2 Trờng hợp 6: tổ hợp của các trờng hợp 2 và 3
a) Biểu đồ quan hệ
1.25
1.26
1.27
1.28
1.29
1.30
1.31
1.32
0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05
Zb/Zo
H/Ho
Rc=2Bo Rc=3.5Bo Rc=5Bo Rc 5 B o
Poly. ( Rc=2Bo) Poly. ( Rc=3.5Bo) Poly. (Rc=5Bo) Poly. ( Rc 5Bo)
Hình 3.9: Quan hệ

0
H
H
= f(
0
Z
Z
b
;R
c
)
b) Biểu thức quan hệ
Từ các biểu thức mô tả các quan hệ riêng rẽ trên, đã xây dựng
đợc biểu thức mô tả quan hệ tổng quát
0
H
H


f(
0
Z
Z
b
;R
c
) nh sau:

0
H

H
= 0,39.k
1








0
Z
Z
b
2
- 0,56.k
2








0
Z
Z
b

+1,5
(3.14)
Trong đó k
1
và k
2
là các hệ số có thể lấy từ bảng 3-4 dới đây:
Bảng 3-4 : Các giá trị k
1
và k
2
trong công thức ( 3.14 )
R
c
=2B
o
Rc=3.5B
o
Rc = 5B
o
Rc >5B
o

k
1
k
2
k
1
k

2
k
1
k
2
k
1
k
2

0,82 0,86 1,0 1,0 1,07 1,07 2,0 2.0
c) Nhận xét
Khi hạ thấp cao độ bãi sông đến một giá trị Z
b
nào đó, mực
nớc lũ H sẽ hầu nh không biến đổi ( hạ thấp không đáng kể). Điều này
có nghĩa là việc giảm cao độ bãi sông sẽ chỉ làm tăng khả năng thoát lũ
trong một giới hạn nhất định. Z
b
gọi là giá trị hạ thấp tới hạn.

21
Chơng IV
ứng dụng kết quả nghiên cứu đề xuất tuyến
thoát lũ trên đoạn Sơn tây Hng yên

Tuyến thoát lũ cho đoạn sông Hồng từ Sơn Tây đến Hng Yên
đợc vạch dựa vào trớc tiên là các kết quả nghiên cứu của luận án, sau
đó xem xét một phần tới đặc điểm hiện trạng của đoạn sông. Việc xác
lập tuyến thoát lũ trong nghiên cứu của luân án lấy tuyến lòng dẫn

chính đã đợc chỉnh trị ổn định làm tiền đề.
a) Chiều rộng tuyến thoát lũ
Kết quả tính toán chiều rộng tuyến thoát lũ thực hiện theo công
thức 3-9 và đợc liệt kê theo các phân đoạn trên đoạn Sơn Tây Hng
Yên ở bảng 4-5 và có so sánh với các kết quả nghiên cứu trớc đây.
Trong tính toán đã căn cứ vào chiều rộng ổn định và bán kính cong của
lòng dẫn chính và hệ số nhám bãi sông. Việc chọn hệ số nhám trên bãi
sông dựa trên điều kiện di chuyển tất cả hạ tầng dân sinh ra khỏi phạm
vi tuyến thoát lũ, vì vậy sơ bộ chọn n
b
=0,04 ữ 0,06.
Bảng 4.5 So sánh kết quả tính chiều rộng tuyến thoát lũ
với các nghiên cứu trớc đây

TT
Địa danh
( Theo bờ phải)

Kết quả
luận án
B
a
( m )
G.S Vũ tất
Uyên
B
b
( m )
Cục đê điều
( 1975)

B
c
( m )

Viện KHTL
( 1975)
B
d
( m )

1 Chu Minh - Sơn Tây
Xuân phú
1947 2400 2000 ữ 2500 3750
2 Xuân Phú - Vân Hà 2155 2400 2000 ữ 2500 2 750
3 Vân Hà - Bá giang 1947 2400 2000 ữ 2500 2 750
4 Bá Giang Thợng cát 1997ữ1947 2400 2000 ữ 2500 2750 ữ2200
5 Thợng Cát-Phú Gia 1947 2400 2000 ữ 2500 1200ữ1600
6 Phú Gia-Nhật Tân 1997 2400 2000 ữ 2500 1650 ữ 2800
7 Nhật Tân- Tứ Liên 1997 2400 2000 ữ 2500 2650
8 Tứ Liên- Chơng Dơng 1777 2100 1600 ữ 2000 2100 -1200
9 Chơng Dơng - Hàm Tử 1777 2100 1600 ữ 2000 1200 -1500
10 Hàm Tử - Thanh Trì 2128ữ1917 2100 1600 ữ 2000 2650 - 1750
11 Thanh Trì -Yên Mỹ 1777ữ2128 2100 1600 ữ 2000 1750-2000
12 Yên Mỹ Duyên Hà 1732 2100 1600 ữ2000 2000
13 Duyên Hà - Đông Mỹ 2128 -1917 2100 1600 ữ 2000 2000 -2950
14 Đông Mỹ - Hồng Vân 1732 -1917 2100 1600 ữ 2000

22

TT

Địa danh
( Theo bờ phải)

Kết quả
luận án
B
a
( m )
G.S Vũ tất
Uyên
B
b
( m )
Cục đê điều
( 1975)
B
c
( m )

Viện KHTL
( 1975)
B
d
( m )

15 Hồng Vân An Cảnh 1732 2100 1600 ữ 2000
16 An Cảnh Duyên Yết 1777 2100 1600 ữ 2000
17 Duyên Yết - Lật Dơng 2128 2100 1600 ữ 2000
18 Nghi Xuyên-Quang Lãng 1777 2100 1600 ữ 2000
19 Quang Lãng -Yên Ninh 1777ữ1917 2100 1600 ữ 2000

20 Yên Ninh - Vũ điện 1777 -1917 2100 1600 ữ 2000
Nhận xét:
So sánh kết quả tính toán liệt kê trong bảng trên, có thể rút ra
các nhận xét sau: (1) Trên một số phân đoạn sông, các kết quả nghiên
cứu có trị số gần tơng đơng nhau ( các phân đoạn 10, 11, 13 ). (2) So
với chiều rộng tuyến thoát lũ theo đề xuất của GS Vũ tất Uyên và của
Viện Khoa học Thuỷ lợi, kết quả tính toán của luận án hầu hết có giá trị
nhỏ hơn. (3) Tại một số khu vực, chiều rộng thoát lũ từ các nghiên cứu
trớc đây có khác biệt đáng kể so với nghiên cứu của luận án, ví dụ nh
ở các khu vực Sơn Tây, Bá giang ( phân đoạn 1,2,3,4,5 ). (4) Các
khác biệt đáng kể về chiều rộng tuyến thoát lũ xảy ra ở các đoạn sông có
đặc điểm lòng dẫn khá đặc biệt nh : đoạn sông có loại quá trình lòng
dẫn sông cong không hoàn chỉnh hoặc sông cong gấp
b) Vấn đề thoát lũ tại các đoạn có khoảng cách 2 đê nhỏ
Thực tế tại một số đoạn sông từ Sơn Tây - Hng Yên có khoảng
cách giữa 2 tuyến đê nhỏ hơn nhiều so với chiều rộng thoát lũ tính toán.
Trong các nghiên cứu trớc đây, khi đề cập đến vấn đề này thờng chấp
nhận tuyến thoát lũ chính là khoảng cách giữa 2 tuyến đê, đây là một
điểm tồn tại vẫn cha đợc phân tích lý giải. Trong một số nghiên cứu
của nớc ngoài và trong nghiên cứu của luận án, vấn đề này đã đợc đặt
ra là có thể tăng diện thoát lũ trên mặt cắt ngang bằng cách hạ thấp cao
độ bãi sông và đã cho thấy là có hiệu quả, tuy nhiên, hiệu quả này chỉ
hạn chế trong một mức giảm cao độ bãi nhất định. Nghiên cứu của luận
án mới chỉ mang tính chất thăm dò và phán đoán xu thế và cần phải tiếp
tục nghiên cứu thêm cho nhiều trờng hợp cụ thể trên đoạn sông Hồng
Sơn Tây - Hng Yên. Vì vậy luận án cha đề xuất việc áp dụng kết quả
nghiên cứu này cho một đoạn cụ thể nào trong phạm vi nghiên cứu.

23
Kết luận v kiến nghị

1. Các kết quả đạt đợc v đóng góp của luận án
1.1 Luận án đã tổng hợp và phân tích các kết quả nghiên cứu chính
về thoát lũ trên đoạn sông từ trớc tới nay và làm rõ các tồn tại và hạn
chế của các nghiên cứu đã có.
1.2. Luận án đã nắm vững và ứng dụng thành công phơng pháp và
công cụ nghiên cứu mới là mô hình toán MIKE 21C. Kết quả nghiên
cứu chứng tỏ việc ứng dụng mô hình MIKE 21C cho phép giải quyết
tơng đối thoả đáng các vấn đề phức tạp về thoát lũ trong lòng sông.
1.3. Trên cơ sở phân tích một số quan điểm động lực học dòng sông
của dòng chảy mùa lũ và ứng dụng kỹ thuật công nghệ tính toán hiện
đại, luận án đã xây dựng đợc một số quan hệ mang tính tổng quát giữa
các yếu tố hình thái riêng rẽ và tổ hợp các yếu tố hình thái với khả năng
thoát lũ. Từ đó, đã xây dựng đợc hai biểu đồ (3-8) và (3-9), hai công
thức giải tích ( 3-9) và (3-14), nhằm xác định :
- Chiều rộng thoát lũ hợp lý có xét đến các yếu tố ảnh hởng là
bán kính cong lòng dẫn chính ổn định và hệ số nhám bãi sông
0
B
B
tl
= 9,8 k
r
.n
b
+ 2,1a (3.9)
- Khả năng và hiệu quả của việc hạ thấp cao độ trung bình bãi
sông để làm tăng diện tích mặt cắt thoát lũ tại các khu vực sông bị co
hẹp bởi tuyến đê.

0
H
H
= 0,39.k
1








0
Z
Z
b
2
- 0,56.k
2








0
Z

Z
b
+1,5 (3.14)
1.4. Từ các kết quả nghiên cứu mang tỉnh tổng quát, luận án đã ứng
dụng để đề xuất tuyến thoát lũ hợp lý trong điều kiện lòng sông hiện tại
đã đợc chỉnh trị ổn định cho đoạn sông Hồng từ Sơn Tây đến Hng
Yên.
2. Các hạn chế v khả năng áp dụng kết quả
nghiên cứu
2.1 Các hạn chế trong ứng dụng mô hình MIKE 21C
Ngoài các tính năng và u điểm đã phân tích ở trên, trong

24
nghiên cứu thuỷ lực sông ngòi nói chung và cụ thể trong nghiên cứu của
luận án, mô hình MIKE 21C ( mô đun thuỷ lực) có các hạn chế sau:
- Khả năng mở rộng phạm vi mô hình nghiên cứu bị hạn chế, do
số điểm lới là có giới hạn. Nếu mở rộng phạm vi mô phỏng thì các ô
lới sẽ tha và việc mô phỏng cũng nh các kết quả tính toán sẽ giảm độ
chính xác.
- Để đảm bảo việc mô phỏng chế độ thuỷ lực chính xác, đòi hỏi
mô hình phải đợc kiểm định. Việc kiểm định ( thuỷ lực) bao gồm kiểm
định mực nớc, lu lợng và đặc biệt là trờng phân bố và giá trị vận
tốc. Do vậy, đòi hỏi có các số liệu đo đạc đồng bộ ngoài thực tế để kiểm
định. Tuy nhiên, việc kiểm định sự tơng tự về trờng phân bố và giá trị
vận tốc thờng khó thực hiện. Nếu có thực hiện thì việc kiểm định nói
chung sẽ phức tạp và độ chính xác là có giới hạn.
2.2 Khả năng áp dụng kết quả nghiên cứu của luận án
Do việc mô phỏng đoạn sông mẫu trong nội dung nghiên cứu
của đề tài dựa trên các số liệu cụ thể về đặc điểm thuỷ văn, thuỷ lực,
hình thái lòng dẫn của đoạn sông Hồng từ Sơn tây đến Hng yên, nên

các quan hệ hình thái đề xuất trong luận án chỉ mang tính chất tham
khảo cho các đoạn sông khác, không thể ứng dụng trực tiếp. Tuy nhiên,
phơng pháp luận và mô hình nghiên cứu sử dụng trong luận án hoàn
toàn có thể áp dụng để nghiên cứu, và từ đó xây dựng các quan hệ riêng
cho các đoạn sông khác.

3. Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu , giải quyết
Nâng cao khả năng thoát lũ cho lòng sông là một công việc
nghiên cứu lâu dài và còn tiếp tục trong thời gian tới. Trớc mắt cần phải
giải quyết các vấn đề sau:
3.1 Nghiên cứu khả năng thoát lũ khi có sự co hẹp mở rộng đột
ngột tuyến thoát lũ trên mặt bằng.
3.4 Nghiên cứu xây dựng tuyến thoát lũ trong điều kiện xem xét
đến chuyển động bùn cát và diễn biến lòng sông.
3.5 Nghiên cứu tuyến thoát lũ có xem xét đến việc phân lũ và
khi có biến động về tỷ lệ phân lu ở ngã ba sông.


25
Những công trình chính gần đây của tác giả đ công
bố liên quan đến đề tài luận án

1. Nguyễn Ngọc Quỳnh, Đặng Hoàng Thanh (2000), Phân tích các quan
hệ thuỷ văn để đánh giá khả năng thoát lũ trên các sônng chính của hệ
thống sông Thái bình, Thông tin chuyên đề Khoa học, công nghệ & kinh
tế Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, số 9 năm 2000, tr.6-8.
2. Nguyễn Ngọc Quỳnh (2000), Đánh giá khả năng thoát lũ đoạn Sơn Tây
Cửa Luộc trên sông Hồng qua các thay đổi quan hệ thuỷ văn, Thông
tin chuyên đề Khoa học, công nghệ & kinh tế Nông nghiệp & Phát triển
nông thôn , số 9 năm 2000, tr 19-21.

3. Nguyễn ngọc Quỳnh, Nghiên cứu các thay đổi về đặc trng thuỷ văn
lòng dẫn trên phân lu sông Đuống trong một số thời kỳ, Thông tin
chuyên đề Khoa học, công nghệ & kinh tế Nông nghiệp & Phát triển
nông thôn , số 9 năm 2000, tr 9-11.
4. Nguyễn Ngọc Quỳnh, ứng dụng mô hình toán MIKE 21 C trong nghiên
cứu thuỷ lực và diễn biến lòng dẫn hệ thống sông Hồng - Thái Bình,
Tuyển tập Báo cáo hội thảo đề tài KC-08.11 , Chơng trình Bảo vệ môi
trờng và phòng chống thiên tai KC-08, Bộ Khoa học & Công nghệ,
năm 2003, tr. 34-51.
5. Nguyễn ngọc Quỳnh, Đánh giá sự biến động về phù sa và diễn biến
sông Hồng đoạn Sơn Tây - Hà nội sau khi có Hồ Hoà bình, Tuyển tập
báo cáo hội thảo đề tài KC-08.11 , Chơng trình Bảo vệ môi trờng và
phòng chống thiên tai KC-08, Bộ Khoa học & Công nghệ, năm 2003, tr.
72-78.
6. Nguyễn Ngọc Quỳnh, Hồ Việt Cờng , ứng dụng mô hình toán 2 chiều
MIKE 21C trong nghiên cứu thuỷ lực và dự báo diễn biến sông Hồng,
Tạp chí Khoa học công nghệ Thuỷ lợi số 4 năm, 2005.
7. Nguyễn Ngọc Quỳnh (2005), Nghiên cứu xác định chiều rộng thoát lũ
hợp lý trên sông Hồng vùng không ảnh hởng triều, Tạp chí Khoa học
công nghệ Thuỷ lợi số 4 năm 2005.


26